CHƯƠNG 3 CÔ ĐẶC

7/19/2017

3.4. Cấu tạo thiết bị cô đặc

57

Giới thiệu
Phân loại thiết bị cô đặc
o Theo nguyên lý làm việc:
 Thiết bị làm việc gián đoạn (theo chu kỳ, theo từng mẻ): cho dung dịch cần cô
đặc vào thiết bị cô đặc, thực hiện đun sôi dung dịch cho đến khi đạt nồng độ
cần thiết lấy sản phẩm ra rồi lại cho dung dịch mới vào cô đặc tiếp. Thường
dùng cho trường hợp khi cần bốc hơi toàn bộ dung môi, nhược điểm là tổn
thất nhiệt lớn
 Thiết bị làm việc liên tục: dung dịch cần cô đặc được cho vào nồi liên tục, thực
hiện đun sôi dung dịch liên tục, sản phẩm lấy ra liên tục. Thường dùng nhiều
nồi, năng suất lớn, có tổn thất nhiệt nhỏ

58

1


7/19/2017

Giới thiệu
o Theo áp suất làm việc:
 Thiết bị làm việc ở áp suất thường
 Thiết bị làm việc ở áp suất dư, thường gặp trong các nồi đầu của hệ thống cô
đặc nhiều nồi
 Thiết bị làm việc ở áp suất chân không, được sử dụng trong các trường hợp

sau:
Khi ở áp suất khí quyển nhiệt độ sôi của dung dịch cao làm phân hủy và thay
đổi màu sắc, mùi vị, tính chất của dung dịch
Khi ở áp suất khí quyển, nhiệt độ sôi của dung dịch quá cao dẫn đến đòi hỏi
nhiệt độ của hơi đốt lớn
Khi nhiệt độ nguồn đốt nóng thấp
Với hệ thống nhiều nồi, các nồi sau hoặc nồi cuối cùng thường phải ở áp suất
chân không
59

Giới thiệu
o Theo nguồn cấp nhiệt:
 Nguồn hơi nước bão hòa hoặc hơi nước quá nhiệt
 Nguồn nước nóng, dầu nóng hoặc hỗn hợp điphênyl cho thiết bị gián đoạn
năng suất nhỏ
 Nguồn khói lò của phản ứng cháy nhiên liệu (các thiết bị cũ)
 Nguồn điện, thường gặp trong phòng thí nghiệm và các thiết bị chế tạo từ
thủy tinh

60

2


7/19/2017

Giới thiệu
Yêu cầu chung của đối với thiết bị cô đặc:
o Về cấu tạo, thiết bị cô đặc có nhiều loại nhưng chúng đều có ba bộ phận chính
sau:

 Bộ phận nhận nhiệt (buồng đốt): nếu dùng phương pháp đốt nóng bằng hơi
nước thì bộ phận này là dàn ống gồm nhiều ống nhỏ (ống chùm), trong đó hơi
nước đi bên ngoài ống truyền nhiệt, dung dịch đi bên trong ống truyền nhiệt
 Không gian để phân ly (buồng bốc): hơi dung môi (hơi thứ) tạo ra còn chứa cả
dung dịch nên phải có không gian lớn để tách dung dịch rơi trở lại bộ phận
nhận nhiệt
 Bộ phận phân ly: để tách các giọt dung dịch còn lại trong hơi

61

Giới thiệu
Ví dụ: thiết bị cô đặc loại ống tuần hoàn trung tâm
Bộ
phận
phânly
Buồng
bốc
Buồng
đôt

62

3


7/19/2017

Giới thiệu
Phân loại thiết bị cô đặc theo cấu tạo
o Có nhiều cách phân loại khác nhau nhưng tổng quát lại cách phân loại theo đặc

điểm cấu tạo sau đây là dễ dàng và tiêu biểu nhất:
 Nhóm 1: Dung dịch (DD) được đối lưu tự nhiên (tuần hoàn tự nhiên):
Loại I: có buồng đốt trong, có thể có ống tuần hoàn trong hay tuần hoàn
ngoài
Loại II: có buồng đốt ngoài
 Nhóm 2: DD đối lưu cưỡng bức
Loại III: có buồng đốt trong, ống tuần hoàn ngoài
Loại IV: có buồng đốt ngoài, ống tuần hoàn ngoài
 Nhóm 3: DD chảy thành màng mỏng
Loại V: màng DD chảy ngược lên, có thể có buồng đốt trong hay ngoài
Loại VI: màng DD chảy xuôi, có thể có buồng đốt trong hay ngoài
63

Giới thiệu
Phạm vi ứng dụng:
o Nhóm 1: chủ yếu dùng để cô đặc DD khá loãng, độ nhớt thấp, đảm bảo sự tuần hoàn tự
nhiên của DD dễ dàng qua bề mặt truyền nhiệt. Tỷ số chiều dài ống H/d<50. Đặc biệt
loại ống ngắn H/d<30.
o Nhóm 2: có thể dùng bơm để đối lưu cưỡng bức DD đạt vận tốc chuyển động từ
1,5÷3,5m/s tại khu vực bề mặt truyền nhiệt. Ưu điểm: tăng cường hệ số truyền nhiệt K,
dùng được cho DD khá sệt, có độ nhớt khá cao, giảm được sự bám cặn hay kết tinh
từng phần trên bề mặt truyền nhiệt
o Nhóm 3: cho phép DD chảy dạng màng (màng mỏng hay màng lỏng – hơi) qua bề mặt
truyền nhiệt một lần (xuôi hay ngược) để tránh sự tác dụng nhiệt độ lâu làm biến chất
một số thành phần của DD
 Nếu dung dịch khi sôi tạo nhiều bọt khó vỡ thì dùng loại V, còn đối với DD sôi ít tạo
bọt và bọt dễ vỡ thì dùng loại VI.
 Thường dùng ống với tỷ số H/d=100÷500
64

4


7/19/2017

Giới thiệu
Phạm vi ứng dụng:
o Nhóm 1: chủ yếu dùng để cô đặc DD khá loãng, độ nhớt thấp, đảm bảo sự tuần hoàn tự
nhiên của DD dễ dàng qua bề mặt truyền nhiệt. Tỷ số chiều dài ống H/d<50. Đặc biệt
loại ống ngắn H/d<30.
o Nhóm 2: có thể dùng bơm để đối lưu cưỡng bức DD đạt vận tốc chuyển động từ
1,5÷3,5m/s tại khu vực bề mặt truyền nhiệt. Ưu điểm: tăng cường hệ số truyền nhiệt K,
dùng được cho DD khá sệt, có độ nhớt khá cao, giảm được sự bám cặn hay kết tinh
từng phần trên bề mặt truyền nhiệt
o Nhóm 3: cho phép DD chảy dạng màng (màng mỏng hay màng lỏng – hơi) qua bề mặt
truyền nhiệt một lần (xuôi hay ngược) để tránh sự tác dụng nhiệt độ lâu làm biến chất
một số thành phần của DD
 Nếu dung dịch khi sôi tạo nhiều bọt khó vỡ thì dùng loại V, còn đối với DD sôi ít tạo
bọt và bọt dễ vỡ thì dùng loại VI.
 Thường dùng ống với tỷ số H/d=100÷500
65

3.4.1. Thiết bị cô đặc có ống tuần hoàn ở tâm

66

5


7/19/2017

3.4.2. Thiết bị cô đặc có phòng đốt treo

67

3.4.3. Thiết bị cô đặc có phòng đốt ngoài

68

6


7/19/2017

3.4.3. Thiết bị cô đặc có phòng đốt ngoài

69

3.4.4. Thiết bị cô đặc tuần hoàn cưỡng bức

70

7


7/19/2017

3.4.5. Thiết bị cô đặc loại màng

71

3.5. Ứng dụng bơm nhiệt trong quá
trình cô đặc

72

8


7/19/2017

3.5. Ứng dụng bơm nhiệt trong quá trình cô đặc
Trong hệ thống cô đặc nhiều nồi tiêu hao hơi đốt càng giảm khi số nồi tăng,
nhưng tăng số nồi thì phải tăng hiệu số nhiệt độ chung bằng cách tăng áp suất hơi
đốt, hoặc là hiều số nhiệt độ có ích của mỗi nời sẽ giảm, làm tăng bề mặt đun
nóng của hệ thống.
Ngoài ra, trong công nhiệp có nhiều trường hợp không cho phép ta cô đặc nhiều
nồi được. Ví dụ, cô đặc ngững chất dễ phân hủy ở nhiệt độ cao hoặc dung dịch có
tổn thất nhiệt độ lớn và hơi đốt chỉ cung cấp được ở điều kiện áp suất thấp.
Trong trowngf hợp đó ta sử dụng hơi thứ bằng cách nén hơi thé đến áp suất hơi
đốt để đun nóng dung dịch là kinh tế nhất.
Để nén hơi thé người ta dùng máy nén và chúng được gọi là bơm nhiệt.
Bơm nhiệt kiểu tuye có cấu tạo đơn giản, rẻ và nó được sử dụng phổ biến hơn cả

73

Thiết bị cô đặc có bơm nhiệt

74

9