Cô Đặc

I. Cô Đặc
1. Định nghĩa
Cô đặc là phương pháp thường dùng để làm tăng nồng độ một cấu tử nào đó
trong dung dịch hai hay nhiều cấu tử. Tùy theo tính chất của cấu tử khó bay
hơi (hay không bay hơi trong quá trình đó) ta có thể tách một phần dung môi
(cấu tử dễ bay hơi hơn) bằng phương pháp nhiệt hay bằng phương pháp làm
lạnh kết tinh.
Cô đặc là quá trình làm tăng nồng độ của chất rắn hòa tan trong dung dịch
bằng cách tách bớt một phần dung môi qua dạng hơi.
2. Các phương pháp cô đặc:
Phương pháp nhiệt (đun nóng): dung môi chuyển từ trạng thái lỏng sang trạng
thái hơi dưới tác dụng của nhiệt khi áp suất riêng phần của nó bằng áp suất tác
dụng lên mặt thoáng chất lỏng.
Phương pháp lạnh: khi hạ thấp nhiệt độ đến một mức nào đó thì một cấu tử sẽ
tách ra dạng tinh thể đơn chất tinh khiết, thường là kết tinh dung môi để tăng
nồng độ chất tan.Tùy tính chất cấu tử và áp suất bên ngoài tác dụng lên mặt
thoáng mà quá trình kết tinh đó xảy ra ở nhiệt độ cao hay thấp và đôi khi phải
dùng đến máy lạnh.
3. Phân loại và ứng dụng
a. Theo cấu tạo
* Nhóm 1: dung dịch đối lưu tự nhiên (tuần hoàn tự nhiên) dùng cô đặc dung
dịch khá loãng, độ nhớt thấp, đảm bảo sự tuần hoàn tự nhiên của dung dịch dễ
dàng qua bề mặt truyền nhiệt. Gồm:
- Có buồng đốt trong (đồng trục buồng bốc), có thể có ống tuần hoàn trong
hoặc ngoài.
- Có buồng đốt ngoài ( không đồng trục buồng bốc).
* Nhóm 2: dung dịch đối lưu cưỡng bức, dùng bơm để tạo vận tốc dung dịch
từ 1,5 - 3,5 m/s tại bề mặt truyền nhiệt. Có ưu điểm: tăng cường hệ số truyền
nhiệt, dùng cho dung dịch đặc sệt, độ nhớt cao, giảm bám cặn, kết tinh trên bề
mặt truyền nhiệt. Gồm:
- Có buồng đốt trong, ống tuần hoàn ngoài.

- Có buồng đốt ngoài, ống tuần hoàn ngoài.
* Nhóm 3: dung dịch chảy thành màng mỏng, chảy một lần tránh tiếp xúc
nhiệt lâu làm biến chất sản phẩm. Đặc biệt thích hợp cho các dung dịch thực
phẩm như dung dịch nước trái cây,hoa quả ép…Gồm:
- Màng dung dịch chảy ngược, có buồng đốt trong hay ngoài: dung dịch sôi
tạo bọt khó vỡ.
Page 1 of 15
- Màng dung dịch chảy xuôi, có buồng đốt trong hay ngoài: dung dịch sôi ít
tạo bọt và bọt dễ vỡ.
b. Theo phương pháp thực hiện quá trình
- Cô đặc áp suất thường (thiết bị hở): có nhiệt độ sôi, áp suất không đổi.
Thường dùng cô đặc dung dịch liên tục để giữ mức dung dịch cố định để đạt
năng suất cực đại và thời gian cô đặc là ngắn nhất.Tuy nhiên, nồng độ dung
dịch đạt được là không cao.
- Cô đặc áp suất chân không: Dung dịch có nhiệt độ sôi dưới 100oC, áp suất
chân không.
- Dung dịch tuần hoàn tốt, ít tạo cặn, sự bay hơi nước liên tục.
Cô đặc nhiều nồi: Mục đích chính là tiết kiệm hơi đốt. Số nồi không nên lớn
quá vì sẽ làm giảm hiệu quả tiết kiệm hơi. Có thể cô chân không, cô áp lực
hay phối hợp cả hai phương pháp. Đặc biệt có thể sử dụng hơi thứ cho mục
đích khác để nâng cao hiệu quả kinh tế.
- Cô đặc liên tục: Cho kết quả tốt hơn cô đặc gián đoạn. Có thể áp dụng điều
khiển tự động, nhưng chưa có cảm biến tin cậy.
4. Ưu điểm và nhược điểm của cô đặc chân không gián đoạn
* Ưu điểm
- Giữ được chất lượng, tính chất sản phẩm, hay các cấu tử dễ bay hơi.
- Nhập liệu và tháo sản phẩm đơn giản, không cần ổn định lưu lượng.
- Thao tác dễ dàng.
- Có thể cô đặc đến các nồng độ khác nhau.
- Không cần phải gia nhiệt ban đầu cho dung dịch.

- Cấu tạo đơn giản, giá thành thấp.
* Nhược điểm
- Quá trình không ổn định, tính chất hóa lý của dung dịch thay đổi liên tục
Theo nồng độ, thời gian.
- Nhiệt độ hơi thứ thấp, không dùng được cho mục đích khác.
- Khó giữ được độ chân không trong thiết bị.
II. QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ
1. Thuyết minh quy trình công nghệ
- Khởi động bơm chân không đến áp suất Pck = 0,7 at.
- Sau đó bơm dung dịch ban đầu có nồng độ 10% từ bể chứa nguyên liệu vào
nồi cô đặc bằng bơm ly tâm. Quá trình nhập liệu diễn ra trong vòng 20 phút
đến khi nhập đủ 3240 kg thì ngừng.
Page 2 of 15
- Khi đã nhập liệu đủ 3240 kg thì bắt đầu cấp hơi đốt (là hơi nước bão hòa ở
áp suất 3 at) vào buồng đốt để gia nhiệt dung dịch. Buồng đốt gồm nhiều ống
nhỏ truyền nhiệt (ống
- chùm) và một ống tuần hoàn trung tâm có đường kính lớn hơn. Dung dịch
chảy trong ống
được gia nhiệt bởi hơi đốt đi ngoài ống. Dung dịch trong ống sẽ sôi và tuần
hoàn qua ống tuần hoàn (do ống tuần hoàn có đường kính lớn hơn các ống
truyền nhiệt nên dung dịch trong ống tuần hoàn sẽ sôi ít hơn trong ống truyền
nhiệt, khi đó khối lượng riêng dung dịch trong ống tuần hoàn sẽ lớn hơn khối
lượng riêng dung dịch trong ống truyền nhiệt vì vậy tạo áp lực đẩy dung dịch
từ ống tuần hoàn sang các ống truyền nhiệt). Dung môi là nước
bốc hơi và thoát ra ngoài qua ống dẫn hơi thứ sau khi qua buồng bốc và thiết
bị tách giọt.
- Hơi thứ được dẫn qua thiết bị ngưng tụ baromet và được ngưng tụ bằng
nước lạnh, sau khi ngưng tụ thành lỏng sẽ chảy ra ngoài bồn chứa. Phần
không ngưng sẽ được dẫn qua thiết bị tách giọt để chỉ còn khí không ngưng
được bơm chân không hút ra ngoài. Hơi đốt khi ngưng tụ chảy ra ngoài qua

cửa tháo nước ngưng, qua bẫy hơi rồi được xả ra ngoài.
- Quá trình cứ tiếp tục đến khi đạt nồng độ 27% (sau thời gian cô đặc đã tính:
121,3 phút) thì ngưng cấp hơi. Mở van thông áp, sau đó tháo sản phẩm ra
bằng cách mở van tháo liệu.
2. Các thiết bị được lựa chọn trong quy trình công nghệ
a Bơm
Bơm được sử dụng trong quy trình công nghệ gồm: bơm ly tâm và bơm chân
không.
+ Bơm ly tâm được cấu tạo gồm vỏ bơm, bánh guồng trên đó có các cánh
hướng dòng.
Bánh guồng được gắn trên trục truyền động. Ống hút và ống đẩy.
Bơm ly tâm được dùng để bơm dung dịch NaCl từ bể chứa nguyên liệu vào
nồi cô đặc.
+ Bơm chân không được dùng để tạo độ chân không khi hệ thống bắt đầu làm
việc.
b Thiết bị cô đặc
Đây là thiết bị chính trong quy trình công nghệ. Thiết bị gồm đáy, nắp, buồng
bốc và buồng đốt. Bên trong buồng đốt gồm nhiều ống truyền nhiệt nhỏ và
một ống tuần hoàn trung tâm có đường kính lớn hơn.
Page 3 of 15
- Tác dụng của buồng đốt là để gia nhiệt dung dịch, buồng bốc là để tách hỗn
hợp lỏng hơi thành những giọt lỏng rơi trở lại, hơi được dẫn qua ống dẫn hơi
thứ. Ống tuần hoàn được sử dụng để tạo một dòng chảy tuần hoàn trong thiết
bị.
c Thiết bị ngưng tụ
Thiết bị ngưng tụ được sử dụng trong quy trình công nghệ là loại thiết bị
ngưng tụ trực tiếp (thiết bị ngưng tụ baromet). Chất làm lạnh là nước được
đưa vào ngăn trên cùng thiết bị. Thiết bị thường làm việc ở áp suất chân
không nên nó phải được đặt ở một độ cao cần thiết để nước ngưng có thể tự
chảy ra ngoài khí quyển mà không cần máy bơm.

d Thiết bị tách lỏng
Thiết bị tách lỏng được đặt sau thiết bị ngưng tụ baromet nhằm để tách các
cấu tử bay hơi còn sót lại, chưa kịp ngưng tụ, không cho chúng đi vào bơm
chân không.
e.Các thiết bị phụ trợ khác
- Bẫy hơi
- Các thiết bị đo áp suất, đo nhiệt độ, các loại van.
III. CẤU TẠO THIẾT BỊ CÔ ĐẶC
Các loại thiết bị cô đặc đun nóng bằng hơi được dùng phổ biến, gồm hai phần
chính:
* bộ phận đun sôi dung dịch (phòng đốt) trong đó bố trí bề mặt truyền nhiệt
để đun sôi dung dịch ;
* bộ phận bốc hơi (phòng bốc hơi ) là một phòng trống, ở đây hơi thứ
được tách khỏi hỗn hợp lỏng - hơi của dung dịch sôi (khác với thiết bị chỉ có
phòng đốt). Có thể cấu tạo thêm bộ phận phân ly hơi - lỏng ở trong phòng bố
hơi hoặc ở trên ống dẫn hơi thứ, để thu hồi các hạt dung dịch bị hơi thứ mang
theo với yêu cầu Đơn giản, gọn, chắc, dễ chế tạo, sửa chữa, lắp ráp, các chi
tiết phải quy chuẩn hoá, giá thành rẻ;
Yêu cầu kỹ thuật của thiết bị:
chế độ làm việc ổn định, ít bám cặn, dễ làm sạch, dễ điều chỉnh và kiểm tra.
Cường độ truyền nhiệt lớn( hệ số truyền nhiệt K lớn).
Phân loại thiết bị:
-theo sự bố trí bề mặt truyền nhiệt: nằm ngang, thẳng đứng,loại nghiêng;
-theo cấu tạo bề mặt truyền nhiệt: vỏ bọc ngoài, ống xoắn, ống chùm;
-theo chất tải nhiệt: đun nóng bằng dòng điện, bằng khói lò, bằng hơi
nước, bằng chất tải nhiệt đặc biệt;
Page 4 of 15
-theo tính chất tuần hoàn của dung dịch:
tuần hoàn tự nhiên, tuần hoàn
cưỡng bức .. .

1. Thiết bị cô đặc có ống tuần hòan ở tâm
Cấu tạo:
- Phần dưới của thiết bị là phòng đốt, có các
ống truyền nhiệt và ống tuần hoàn tương đối
lớn
- Dung dịch ở trong ống còn hơi đốt đi vào
khoảng trống phía ngoài ống.
* Nguyên tắc làm việc:
Dung dịch trong ống truyền nhiệt sôi tạo
thành hỗn hợp hơi - lỏng có khối lượng
riêng giảm đi và bị đẩy từ dưới lên trên
miệng ống Trong ống tuần hoàn, thể tích
dung dịch theo một đơn vị bề mặt truyền
nhiệt lớn hơn so với ống truyền nhiệt do đó
lượng hơi tạo ra trong ống ít hơn,vì vậy khối
lượng riêng của hỗn hợp hơi - lỏng ở đây
lớn hơn trong ống truyền nhiệt, sẽ bị
đẩyxuống dưới
Kết quả là trong thiết bị có chuyển động tuần hoàn
tự nhiên từ dưới lên trong ống truyền nhiệt và từ trên
xuống trong ống tuần hoàn Tốc độ tuần hoàn càng
lớn thì hệ số cấp nhiệt phía dung dịch càng tăng và
quá trình đóng cặn trên bề
mặt truyền nhiệt cũng giảm.
- Tốc độ tuần hoàn thường không quá 1,5 m/s. Khi
năng suất thiết bị lớn có thể thay ống tuần hoàn bằng
vài ống có đường kính nhỏ hơn Phía trên phòng đốt
là phòng bốc hơi trong đó có bộ phận tách bọt dùng
để tách các giọt lỏng do hơi thứ mang theo.
ưu điểm :

cấu tạo đơn giản, dễ sửa chữa và làm sạch,
nhược điểm :
tốc độ tuần hoàn bị giảm vì ống tuần hoàn cũng bị
đun nóng.
Page 5 of 15
2. Thiết bị cô đặc phòng đốt treo
Cấu tạo:
- Phòng đốt đặt ở giữa thiết bị, khoảng trống vành khăn ở giữa phòng đốt và
vỏ đóng vai trò ống tuần hoàn, hơi đốt đi vào phòng theo ống
- Phòng đốt có thể được lấy ra ngoài khi cần sửa chữa hoặc làm sạch
-Tốc độ tuần hoàn tốt hơn vì vỏ ngoài không bị đốt nóng
Nhược điểm:
- Cấu tạo phức tạp
- Kích thước lớn do có khoảng trống hình vànhkhăn.
3. Thiết bị cô đặc phòng đốt ngoài kiểu đứng
Cấu tạo - Nguyên tắc làm việc:
- Dung dịch đi vào phòng đốt được đun sôi tạo thành hỗn hợp lỏng đi qua ống
vào phòng bốc hơi
- Hơi thứ được tách ra đi lên phía trên,
dung dịch còn lại đi về phòng đốt theo
ống tuần hoàn
- Các ống truyền nhiệt có thể làm dài
(đến 7m) nên cường độ tuần hoàn lớn,
do đó cường độ bốc hơi lớn
- Đôi khi ghép một vài phòng đốt vào
một buồng bốc hơi để làm việc thay thế
khi cần làm sạch và sửa chữa để đảm
bảo quá trình làm việc liên tục
Page 6 of 15