Tài liệu Chương 3: CÔ ĐẶC docx

1
Chương 3
Cô đặc
QTTB II 01 TS. Nguyễn Minh Tân 2
3.4. CẤU TẠO THIẾT BỊ CÔ ĐẶC
Các loạithiếtbị cô đặc đun nóng bằng hơi được dùng phổ biến, gồm hai phần
chính:
a) bộ phận đun sôi dung dịch (phòng đốt) trong đóbố trí bề mặttruyền
nhiệt để đun sôi dung dịch ;
b) bộ phậnbốchơi (phòng bốchơi ) là một phòng trống, ởđây hơithứ
đượctáchkhỏihỗnhợplỏng - hơicủa dung dịch sôi (khác vớithiếtbị
chỉ có
phòng đốt). Có thể cấutạo thêm bộ phậnphânlyhơi-lỏng ở trong phòng bốc
hơihoặc ở trên ống dẫnhơithứ, để thu hồicáchạt dung dịch bị hơithứ mang
theo vớiyêucầu Đơngiản, gọn, chắc, dễ chế tạo, sửachữa, lắp ráp, các chi
tiếtphải quy chuẩn hoá, giá thành rẻ;
Yêu cầukỹ thuậtcủathiếtbị:
ch
ếđộlàm việc ổn định, ít bám cặn, dễ làm sạch, dễđiềuchỉnh và kiểm
tra.
Cường độ truyền nhiệtlớn( hệ số truyền nhiệtK lớn).
Phân loạithiếtbị:
-theo sự bố trí bề mặttruyền nhiệt: nằm ngang, thẳng đứng,loại nghiêng;
-theo cấutạobề mặttruyềnnhiệt: vỏ bọc ngoài, ống xoắn, ống chùm;
-theo chấttảinhiệ
t: đun nóng bằng dòng điện, bằng khói lò, bằng hơi
nước, bằng chấttải nhiệt đặcbiệt;
-theo tính chấttuần hoàn của dung dịch: tuần hoàn tự nhiên, tuần hoàn
cưỡng bức .
2
QTTB II 01 TS. Nguyễn Minh Tân 3

Thiếtbị cô đặccóống tuần hòan ở tâm
Cấutạo:
-Phầndướicủathiếtbị là phòng đốt, có các ống
truyền nhiệtvàống tuầnhoàntương đốilớn
- Dung dịch ở trong ống còn hơi đốt đivàokhoảng
trống phía ngoài ống.
3.3. CẤU TẠO THIẾT BỊ CÔ ĐẶC
Nguyên tắclàmviệc:
Dung dịch trong ống truyềnnhiệtsôitạo thành hỗn
hợphơi-lỏng có khốilượng riêng giảm đivàbị
đẩytừ dưới lên trên miệng ống
Trong ống tuần hoàn, thể tích dung dịch theo một
đơnvị bề mặttruyềnnhiệtlớnhơnso với ống
truyền nhiệtdo đólượng hơitạoratrongống ít
hơn,vì vậykhốilượng riêng củah
ỗnhợphơi-lỏng
ởđây lớnhơn trong ống truyền nhiệt, sẽ bịđẩy
xuống dưới
QTTB II 01 TS. Nguyễn Minh Tân 4
ưu điểm cấutạo đơngiản, dễ sửachữa
và làm sạch,
nhược điểm tốc độ tuần hoàn bị giảmvì
ống tuần hoàn cũng bịđun nóng.
Thiếtbị cô đặccóống tuần hòan ở tâm
3.3. CẤU TẠO THIẾT BỊ CÔ ĐẶC
Kếtquả là trong thiếtbị có chuyển động tuần hoàn
tự nhiên từ dưới lên trong ống truyềnnhiệtvàtừ
trên xuống trong ống tuầnhoàn
Tốc độ tuần hoàn càng lớnthìhệ số cấp nhiệt phía
dung dịch càng tăng và quá trình đóng cặntrênbề

mặttruyềnnhiệtcũng giảm.
-Tốc độ tuần hoàn thường không quá 1,5 m/s.
Khi năng suấtthiếtbị lớncóthể thay ống tuần hoàn
b
ằng vài ống có đường kính nhỏ hơn
Phía trên phòng đốt là phòng bốchơi trong đócóbộ
phậntáchbọt dùng để tách các giọtlỏng do hơithứ
mang theo.
3
QTTB II 01 TS. Nguyễn Minh Tân 5
Thiếtbị cô đặc phòng đốttreo
Cấutạo:
- Phòng đốt đặt ở giữathiếtbị, khoảng trống vành
khăn ở giữa phòng đốtvàvỏđóng vai trò ống
tuần hoàn, hơi đốt đi vào phòng theo ống
- Phòng đốtcóthể đượclấy ra ngoài khi cầnsửa
chữahoặclàmsạch
-Tốc độ tuần hoàn tốthơnvìvỏ ngoài không bịđốt
nóng
Nhược điểm:
-Cấutạoph
ứctạp
-Kíchthướclớn do có khoảng trống hình vành
khăn.
3.3. CẤU TẠO THIẾT BỊ CÔ ĐẶC
QTTB II 01 TS. Nguyễn Minh Tân 6
Thiếtbị cô đặc phòng đốt ngoài kiểu đứng
3.3. CẤU TẠO THIẾT BỊ CÔ ĐẶC
Cấutạo - Nguyên tắclàmviệc:
- Dung dịch đi vào phòng đốt được đun sôi tạo thành

hỗnhợplỏng đi qua ống vào phòng bốchơi
-Hơithứ đượctáchrađi lên phía trên, dung dịch
còn lại đivề phòng đốt theo ống tuầnhoàn
-Cácống truyền nhiệtcóthể làm dài (đến 7m) nên
cường độ tuần hoàn lớn, do đócường độ bốchơilớn
- Đôi khi ghép một vài phòng đốtvàomộtbuồ
ng bốc
hơi để làm việcthaythế khi cầnlàmsạch và sửa
chữa để đảmbảo quá trình làm việc liên tục
4
QTTB II 01 TS. Nguyễn Minh Tân 7
Cấutạo - Nguyên tắclàmviệc:
- Phòng đốtlàthiếtbị truyềnnhiệt
ống chữ U
- Dung dịch ở nhánh dướicủa ống
truyền nhiệtchuyển động từ trái qua
phải,còn ở nhánh trên từ phải qua
trái
- Phòng đốt được đặttrênmộtchiếc
xe nhỏ và dễ dàng tách khỏi phòng
bốchơi để làm sạch và sửachữa
Ưu điểm
-Cường độ tuần hoàn củ
a dung dịch
lớnhơnloại ống tuần hoàn ở giữa
và phòng đốttreo
-Dễ dàng tháo phòng đốt để sửa
chữavàlàmsạch.
Thiếtbị cô đặc phòng đốt ngoài nằm ngang
3.3. CẤU TẠO THIẾT BỊ CÔ ĐẶC

QTTB II 01 TS. Nguyễn Minh Tân 8
Thiếtbị cô đặctuần hoàn cưỡng bức
3.3. CẤU TẠO THIẾT BỊ CÔ ĐẶC
Cấutạo - Nguyên tắclàmviệc:
- Dung dịch dưa vào phòng đốtbằng bơmtuần
hoàn
- Dung dịch đặc điraở phầndướicủa phòng bốc
hơi, còn phần chính chảyvềống do bơmtuần hoàn
hút và trộnlẫnvới dung dịch đầu đi vào phòng đốt
-Tốc độ của dung dịch ttrong ống truyềnnhiệtbằng
1,5 đến 3,5 m/s, do đóhệ số cấp nhiệtlớnhơ
n trong
tuần hoàn tự nhiên tới3 đến4 lần
-Cóthể làm việc được ởđiềukiệnhiệusố nhiệt độ
có ích nhỏ (3 - 50C) vì cường độ tuần hoàn không
phụ thuộcvàohiệusố nhiệt độ mà phụ thuộcvào
năng suấtcủabơm.
5
QTTB II 01 TS. Nguyễn Minh Tân 9
Ưu điểm
- Tránh đượchiệntượng bám cặntrênbề mặt
truyền nhiệt
-Có thể cô đặcnhững dung dịch có độ nhớtlớn
mà tuần hoàn tự nhiên khó thựchiện.
Nhược điểm
-Tốnnăng lượng để bơm
-Thường ứng dụng khi cường độ bay hơilớn.
-Tuần hoàn cưỡng bứccóthể thựchiện ở
những thiếtbị
khác nhau(phòng đốt ngoài,

phòng đốt treo).
Thiếtbị cô đặctuần hoàn cưỡng bức
3.3. CẤU TẠO THIẾT BỊ CÔ ĐẶC
QTTB II 01 TS. Nguyễn Minh Tân 10
Cấutạo - Nguyên tắclàmviệc:
-Dung dịch chuyển động dọc theo bề
mặttruyềnnhiệt ở dạng màng mỏng từ
dưới lên trên
- Phòng đốtlàmộtthiếtbị truyền nhiệt
ống chùm dài 6 ÷ 9 m, hơi đốt đivào
phía ngoài ống, dung dịch vào ởđáy
thiếtbị
- Khi sôi, hơithứ chiếmhầuhếttiếtdiện
của ống đitừ dướilênvớitốcdộ
rấtlớn
(~20 m/s) kéo theo màng chấtlỏng ở bề
mặt ống cùng đilên, khimàngchấtlỏng
đitừ dướilêntiếptụcbay hơi
-Nồng độ dung dịch tăng lên dần đến
miệng ống là đạtnồng độ cầnthiết
Thiếtbị cô đặcloạimàng
3.3. CẤU TẠO THIẾT BỊ CÔ ĐẶC
6
QTTB II 01 TS. Nguyễn Minh Tân 11
Ưu điểm
-Thiếtbị cô đặcloạimàngcóhệ số
truyền nhiệtlớn khi có mứcchấtlỏng
thích hợp. Nếumứcchấtlỏng cao quá,
hệ số truyềnnhiệtsẽ giảmvìtốc độ
chấtlỏng giảm, ngượclạinếumức

chấtlỏng quá thấpbề mặttruyền nhiệt
của ống ở phía trên sẽ bị khô (vì dung
dị
ch bốchơihết), mứcchấtlỏng thích
hợpxácđịnh bằng thực nghiệm.
-Ápsuấtthuỷ tĩnh nhỏ, do đótổnthất
thuỷ tĩnh ít
Nhược điểm
- Khó làm sạch vì ống dài
-Khóđiềuchỉnh khi áp suấthơi đốtvà
mực dung dịch thay đổi
- Không thích hợp đốivới dung dịch
nhớt và dung dịch kếttinh
Thiếtbị cô đặcloạ
imàng
3.3. CẤU TẠO THIẾT BỊ CÔ ĐẶC
QTTB II 01 TS. Nguyễn Minh Tân 12
Thiếtbị cô đặc có vành dẫnchấtlỏng
3.3. CẤU TẠO THIẾT BỊ CÔ ĐẶC
Cấutạo - Nguyên tắclàmviệc:
- Phòng đốt
- Phía trên phòng đốt là phòng sôi cao
gần3 mét
-Phầntrênphòngsôiđặtnhững tấm
ngănhìnhtrònđồng tâm tạo thành những
khehìnhvànhkhăn, từ phòng sôi hỗn
hợphơi-lỏng đi lên phòng bốchơi
-Hơithứđi lên phía trên ra ngoài
- Dung dịch còn lại đixuống phòng đốt
qua ống tuần hoàn; phầnkếttinhlắng

xuống đáy
- Phòng đốtchỉ có nhiệmvụđun nóng
dung dịch, ởđ
ây dung dịch chưa sôi vì áp
suấtthuỷ tĩnh lớn
-Khiđivàocáctấmngăn, áp suấtthuỷ
tĩnh giảm đi, dung dịch sẽ sôi. Tác dụng
củacáctấmngăn này làm cho quá trình
sôi ổn định, không cảntrở sự tuần hoàn
ở khu vựcsôi.
7
QTTB II 01 TS. Nguyễn Minh Tân 13
Ưu điểm
-Loạithiếtbị này có tốc độ tuần
hoàn lớn(đến3 m/s)
- Vì dung dịch không sôi trong ống
truyền nhiệtnênítbị bám cặn,
thích hợpvới các dung dịch đậm
đặc, kết tinh và dung dịch có độ
nhớtlớn
Thiếtbị cô đặc có vành dẫnchấtlỏng
3.3. CẤU TẠO THIẾT BỊ CÔ ĐẶC
QTTB II 01 TS. Nguyễn Minh Tân 14
Thiếtbị cô đặcloạirôto
3.3. CẤU TẠO THIẾT BỊ CÔ ĐẶC
Cấutạo - Nguyên tắclàmviệc:
- Dung dịch đầu đưavàoở phầntrênthiếtbị,do
cánh quay, dướitácdụng củalựclytâmlàm
văng chấtlỏng ra thành thiếtbị và chuyển động
thành màng mỏng vớichếđộchuyển động xoáy

- Màng mỏng tiếpxúcvớithiếtbị được đun nóng
bởi bao hơi
-Hơithứ bay ra được đưalênphíatrênrồira
ngoài
-Sảnphẩm được tháo ra từđáy thiếtbị
Ư
u điểm
-Cường độ truyền nhiệtlớn
- Dung dịch bị hơithứ kéo theo nhỏ
- Dùng để cô đặcloại dung dịch dạng keo, đặc
sệt.
Nhược điểm
-Chế tạovà gia công phứctạp
- Giá thành cao do cầnbộ phậnchuyển động
quay
8
QTTB II 01 TS. Nguyễn Minh Tân 15
ứng dụng bơm nhiệt trong quá trình cô đặc
3.3. CẤU TẠO THIẾT BỊ CÔ ĐẶC
- Khi không sử dụng đượcphương thức
cô đặc nhiềunồi(côđặcnhững chấtdễ
phân huỷởnhiệt độ cao) - > sử dụng hơi
thứ bằng cách nén hơithứđếnápsuất
hơi đốt để đun nóng dung dịch là kinh tế
nhất
- Để nén hơithứ ngườitadùngmáynén
(máy nén pittông, tuyếcbin hoặctuye
(bơm nhiệt)
-Bơm nhiệtkiểutuyecấutạo đơngiản, rẻ
và nó đượcdùngphổ

biến
Nguyên tắclàmviệc:
-HơicóápsuấtcaoPo (hơilàmviệc) đivào
tuye và giãn
- Đồng thờihơithứ có áp suấtP’bị hút vào
tuye
-Từ tuye hỗnhợphơi điravớiápsuấtP1
QTTB II 01 TS. Nguyễn Minh Tân 16
Phương trình cân bằng nhiệt giống như khi cô đặcmộtnồi
Nếucoimột đơnvị hơilàmviệchútđượcm kg hơithứ thì lượng hơi đivàođun nóng thiếtbị sẽ là
D(1 + m ) kg, lượng hơithứ còn lại không đượcsử dụng là: (W-mD) kg
.
ứng dụng bơm nhiệt trong quá trình cô đặc
3.3. CẤU TẠO THIẾT BỊ CÔ ĐẶC
()
(
)
ttccccđđđ
QQmDCWitCGtCGimD
+
+
+
+
+
=++ 1'1
θ
Thay
cđđđccc
WCttCGtCG −=
Được

(
)
()( )
(
)
()( )()( )
θθθ
θ
Cim
Q
Cim
QttCG
Cim
CiW
D
mcđcđđ
−+
+
−+
+
−
+
−+
−
=
111
'
so sánh vớitrường hợpcôđặcmộtnồi:
lượng hơi đốtgiảm đi(1+m) lần
()

(
)
θθθ
C
i
Q
C
i
QttCG
C
i
CtiW
D
ccđcđđc
−
+
−
+
−
+
−
−
=
'
9
QTTB II 01 TS. Nguyễn Minh Tân 17
ứng dụng bơm nhiệt trong quá trình cô đặc
3.3. CẤU TẠO THIẾT BỊ CÔ ĐẶC
Hệ số hút
321

1
'
ϕϕϕϕϕ
=−
Δ
Δ
=
i
i
m
ϕ1 = 0,92 ÷0,98 hệ số vậntốccủahơivàotuye (vậntốcthựctế củahơi
nhỏ hơnlýthuyết
ϕ2 = 0,85 ÷0,90 hệ số tính tổnthấtvađậpvàma sátcủahơi ở trong
phòng trộncủatuye.
ϕ1 = 0,92 ÷0,98 là hệ số vậntốccủahơikhirakhỏituye.
Δi hiệusố hàm nhiệt khi giãn đoạn nhiệtcủahơilàmviệ
c(hơi
thổi) từ áp suấtPo dếnP’; (Δi = io - i’ )
Δi’ hiệusố hàm nhiệt khi nén đoạn nhiệthơithứ từ áp suấtcủa
hơithứđếnápsuất p1 (Δi’ = i1 -I’).
+ Δi’ càng tăng thì m giảm
+ Δi’ phụ thuộcvàotổnthất nhiệt độ ∑Δ
+ Tổnthất càng tăng thì Δi’ càng tăng
+ Thường ứng dụng bơmnhiệtkhitổnthất nhiệt độ không quá 10 ÷12ºC