Thiết bị cô đặc chân không

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM – ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG
KHOA SINH – MÔI TRƯỜNG

BÁO CÁO: QUÁ TRÌNH VÀ THIẾT BỊ TRONG
CÔNG NGHỆ SINH HỌC
Đề tài: THIẾT BỊ CÔ ĐẶC CHÂN KHÔNG

GVHD

:

TS. Bùi Xuân Đông

SVTH

:

Nguyễn Thị Ngọc Thương

Lớp

:

14CNSH

Đà Nẵng, 11/2016


Bài tập Quá trình thiết bị
I/ MỞ ĐẦU
Cô đặc là quá trình làm tăng nồng độ của chất rắn hòa tan trong dung dịch bằng

việc đun sôi. Đặc điểm của quá trình này là dung môi được tách ra khỏi dung dịch dạng
hơi, chất hòa tan được giữ lại trong dung dịch. Do đó, nồng độ của dung dịch sẽ tăng
lên. Khác với quá trình chưng cất, trong quá trình chưng cất các cấu tử trong hỗn hợp
cùng bay hơi chỉ khác nhau về nồng độ trong hỗn hợp.
Hơi của dung môi được tách ra khỏi quá trình cô đặc gọi là hơi thứ, hơi thứ ở
nhiệt độ cao có thể dùng để đun nóng một thiết bị khác, nếu thiết bị ngoài hệ thống gọi
là hơi phụ.
Trong công nghệ hóa chất và thực phẩm, cô đặc đóng một vai trò hết sức quan
trọng với mục đích làm tăng nồng độ chất tan, tách chất rắn hòa tan ở dạng tinh thể (kết
tinh) hay thu dung môi ở dạng nguyên chất.
Cô đặc được tiến hành ở mọi nhiệt độ sôi, ở mọi áp suất. Ở áp suất chân không,
quá trình bay hơi tiến hành với các dung dịch có nhiệt độ sôi dưới 100 oC ở áp suất
chân không. Dung dịch tuần hoàn tốt, ít tạo cặn và sự bay hơi dung môi diễn ra liên
tục. Dựa theo nguyên lý này, các thiết bị cô đặc chân không được tạo ra và ứng dụng
vào nhiều lĩnh vực khác nhau mang lại hiệu quả cao.
Trong nội dung bài tập, tôi xin được trình bày về thiết bị cô đặc chân không.

2

SVTH: Nguyễn Thị Ngọc Thương


Bài tập Quá trình thiết bị
II/ NỘI DUNG CHÍNH
2.1. Lĩnh vực ứng dụng
Trong công nghệ thực phẩm: Hệ thống cô đặc chân không được ứng dụng nhiều,
dùng để cô đặc các sản phẩm như nước mắm, dung dịch đường, sữa tươi, cô đặc nước
ép trái cây, cô đặc cà phê, nước sốt cà chua, tương ớt...
Trong y – dược: cô đặc các loại dung dịch, dược phẩm
Trong công nghiệp: Cô đặc, tách chiết các chất hóa học như NaNO 3, NaCl,

NaOH…
Thiết bị cũng dùng để thu hồi dung môi (chủ yếu là cồn), và cũng dùng để chiết
xuất kiểu ngược dòng.
-Ưu điểm:
Thao tác dễ dàng.
Giữ được chất lượng, tính chất sản phẩm, hay các cấu tử dễ bay hơi do dung
dịch sôi ở nhiệt độ thấp hơn (áp suất chân không).
Nhập liệu và tháo sản phẩm đơn giản không cần ổn định lưu lượng.
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 được dùng cho mục đích khác.
Khó giữ được độ chân không trong thiết bị.

3

SVTH: Nguyễn Thị Ngọc Thương


Bài tập Quá trình thiết bị
2.2. Sơ đồ nguyên lý cấu tạo

Hình 1: Sơ đồ cấu tạo chung thiết bị cô đặc chân không

Hình 2: Thiết bị cô đặc chân không
Tùy theo mục đích, tính chất nguyên liệu và sản phẩm cô đặc mà tiến hành cô
đặc ở các thiết bị cô đặc chân không gián đoạn hoặc liên tục, thiết bị cô đặc chân

không 1 nồi hoặc nhiều nồi có buồng đốt, thiết bị có ống tuần hoàn trung tâm, kết hợp
các loại để mang lại hiệu suất cô đặc cao nhất.
4

SVTH: Nguyễn Thị Ngọc Thương


Bài tập Quá trình thiết bị

Hình 3: Sơ đồ cấu tạo thiết bị cô đặc chân không gián đoạn 1 nồi
Trong đó:
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.

Nồi cô đặc 2 vỏ có cánh khuấy
Thiết bị ngưng tụ ống xoắn
Bình chứa nước ngưng tụ
Bình chứa nước dùng cho bơm chân không
Bơm chân không
Máy khuấy trộn có động cơ cánh khuấy
Áp kế đo áp suất chân không
Hệ thống điện kiểm soát quá trình

5

SVTH: Nguyễn Thị Ngọc Thương


Bài tập Quá trình thiết bị
2.3. Nguyên tắc hoạt động
Nguyên tắc chung: Trong thiết bị, quá trình bay hơi tiến hành với các dung dịch
có nhiệt độ sôi dưới 100oC ở áp suất chân không.
Dung dịch tuần hoàn tốt, ít tạo cặn và sự bay hơi dung môi diễn ra liên tục.
Nguyên liệu được đưa vào nồi cô đặc (khoang đun nóng nguyên liệu). Dưới tác
dụng của bơm chân không, nồi cô đặc được hút chân không, tạo chênh lệch áp suất, áp
suất giảm, nhiệt độ sôi giảm.
Nguyên liệu được đảo trộn nhờ động cơ cánh khuấy
Hơi được được cấp vào để gia nhiệt tại đây xảy ra quá trình trao đổi nhiệt làm
sôi nguyên liệu đồng thời nước trong nguyên liệu được bốc hơi
Phần hơi nước (hơi thứ) sẽ được chuyển sang thiết bị ngưng tụ ống xoắn, được
làm lạnh và ngưng tụ, chứa trong bình chứa nước ngưng tụ
Quá trình bốc hơi sẽ làm nguyên liệu dần được cô đặc lại
Lấy mẫu sản phẩm thử và kiểm tra độ cô đặc bằng thiết bị chuyên dùng
Nguyên lý làm việc của nồi cô đặc:
Phần dưới của thiết bị là buồng đốt, gồm có các ống truyền nhiệt hoặc đối với
thiết bị tuần hoàn có một ống tuần hoàn trung tâm. Dung dịch đi trong ống còn hơi đốt
(hơi nước bão hòa) đi trong khoảng không gian ngoài ống. Dung dịch đi trong ống theo
chiều từ trên xuống và nhận nhiệt do hơi đốt ngưng tụ cung cấp để sôi, làm hóa hơi
một phần dung môi. Hơi ngưng tụ theo ống dẫn nước ngưng qua bẫy hơi để chảy ra
ngoài.
Phần phía trên thiết bị là buồng bốc để tách hơi ra khỏi dung dịch, trong buồng
bốc còn có bộ phận tách bọt để tách những giọt lỏng ra khỏi hơi thứ.
Nguyên tắc hoạt động của ống tuần hoàn trung tâm:
Dung dịch trong ống truyền nhiệt sẽ sôi và tuần hoàn qua ống tuần hoàn (do ống

tuần hoàn có đường kính lớn hơn trong ống truyền nhiệt nên 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.

6

SVTH: Nguyễn Thị Ngọc Thương


Bài tập Quá trình thiết bị
III/ KẾT LUẬN
Thiết bị cô đặc chân không có nhiều ứng dụng trong đời sống. Các thiết bị phải
đảm bảo áp suất chân không, sự bay hơi dung môi để quá trình cô đặc có thể diễn ra
với hiệu suất cao. Song song với ưu điểm, cần khắc phục với nhược điểm của thiết bị
cô đặc chân không để cải tiến và tối ưu thiết bị mang lại hiệu suất cô đặc là cao nhất.
IV/ TÀI LIỆU THAM KHẢO:
[1] Phạm Xuân Toản, Các quá trình, thiết bị trong công nghệ hóa chất và thực
phẩm, tập 3, NXB Khoa học và kỹ thuật
[2] Lê Văn Hoàng (2004), Các quá trình và thiết bị Công nghệ sinh học trong
Công nghiệp, NXB Khoa học và Kỹ thuật, Hà Nội
[3] Bùi Xuân Đông (2014), Giáo trình Quá trình và Thiết bị Công nghệ sinh học
[4] Nguyễn Thị Bích Ngọc, GVHD Võ Văn Sim, Thực hành Kỹ thuật thực phẩm

7

SVTH: Nguyễn Thị Ngọc Thương