CHƯƠNG : CÔ ĐẶC – BỐC HƠI
3.1. Mở đầu
3.2. Công nghệ cô đặc một nồi
3.3. Công nghệ cô đặc nhiều nồi.
5/29/14 Chương 3 - Cô đặc - Bốc hơi 1
3.1. Mở đầu
Cô đặc là quá trình làm bay hơi một phần dung môi (thường là nước) của dung
dịch chứa chất hòa tan không bay hơi tại nhiệt độ sôi nhằm mục đích:
•
Làm tăng nồng độ chất hòa tan trong dung dịch (làm đậm đặc);
•
Tách chất rắn hòa tan ở dạng tinh thể (kết tinh);
•
Thu hồi dung môi ở dạng nguyên chất (cất nước).
5/29/14 Chương 3 - Cô đặc - Bốc hơi 2
•
Trong công nghiệp thực phẩm thường làm đậm đặc dung dịch nhờ đun sôi
gọi là quá trình cô đặc.

Đặc điểm của quá trình cô đặc là dung môi (nước) được tách khỏi dung dịch dưới
dạng hơi, còn dung chất hòa tan trong dung dịch thì không bay hơi, nên nồng độ
của dung chất tăng dần lên.
•
Hơi của dung môi (nước) được tách ra trong quá trình cô đặc gọi là hơi
thứ.

Nếu hơi thứ ở nhiệt độ cao có thể dùng để đun nóng một quá trình khác, nếu dùng
hơi thứ để đun nóng một thiết bị ngoài hệ thống cô đặc thì hơi đó gọi là hơi phụ.

Truyền nhiệt trong quá trình cô đặc có thể trực tiếp hoặc gián tiếp. Khi truyền
nhiệt trực tiếp thường dùng khói lò cho tiếp xúc với dung dịch, còn truyền nhiệt

O
NaNO
3
K
2
CO
3
. 1,5H
2
O
KCl
KNO
3
KOH.2H
2
O
(NH
4
)
2
SO
4
CaCl
2
.6H
2
O MgCl
2
.6H
2

170
400
400
400
Bảng 3.1. Nhiệt hòa tan của một số chất rắn trong nước.
•
Khi cô đặc cần biết lượng nhiệt ∆q thay đổi theo nồng độ, đại lượng này
được xác định như sau
∆q = q
2
– q
1
•
Với q
1
và q
2
là nhiệt tích phân của dung dịch ở nồng độ x
1
và x
2
, trị số ∆q
tỏa nhiệt khi pha loãng dung dịch từ x
1
đến x
2
thì sẽ thu nhiệt khi cô đặc từ x
2

đến x

bh
≥ P nghĩa là áp suất hơi bão hòa của dung môi trên mặt dung môi nguyên chất
luôn lớn hơn áp suất hơi bão hòa của dung môi trên mặt dung dịch tại nhiệt độ bằng nhau.

Cũng từ (3.2) khi tăng n (tăng nồng độ dung dịch) thì P sẽ giảm. Hiệu số ∆P = P
bh
– P gọi là độ giảm
áp suất của dung môi trên dung dịch.

Nếu tại cùng một nhiệt độ áp suất của dung môi trên dung dịch luôn nhỏ hơn áp suất của dung môi
trên dung môi nguyên chất thì ngược lại khi có cùng áp suất bên ngoài như nhau thì nhiệt độ sôi của
dung dịch sẽ luôn luôn lớn hơn nhiệt độ sôi của dung môi nguyên chất.
5/29/14 Chương 3 - Cô đặc - Bốc hơi 8
Hiệu số giữa nhiệt độ sôi của dung dịch và dung môi nguyên chất
∆’ = T – T
S

∆’ là độ tăng nhiệt độ sôi của dung dịch so với dung môi nguyên chất.

∆’ cũng phụ thuộc vào chất hòa tan và nồng độ

Đại lượng này được gọi là tổn thất nhiệt độ do nồng độ và được xác định bằng thực nghiệm.

Khi tính tổn thất nhiệt độ do nồng độ tại một áp suất khác cho những chất không có giản đồ
Duhring có thể áp dụng theo qui tắc Babo:

Độ giảm tương đối của áp suất hơi bão hòa của dung môi trên dung dịch ở nồng độ đã cho là
một đại lượng không đổi không phụ thuộc nhiệt độ sôi, nghĩa là:
= const (3.3)
do đó = const

•

5/29/14 Chương 3 - Cô đặc - Bốc hơi 10
Độ tăng nhiệt độ sôi do áp suất thủy tĩnh
Ví dụ nước đun sôi trong ống đứng ở áp suất thường, trên miệng ống sôi
ở 100
0
C, ở độ sâu 4m sôi ở 108,7
0
C, nguyên nhân sai biệt độ sôi trên là
do áp suất thủy tĩnh của chất lỏng. Hiệu số giữa nhiệt độ sôi ở độ sâu
trong chất lỏng T
(p+∆p)
với nhiệt độ sôi trên bề mặt T
p
gọi là tổn thất
nhiệt độ do áp suất thủy tĩnh
∆’’ = T
(p+∆p)
– T
p
(3.4)
Áp suất thủy tĩnh trong tính toán lấy trị số trung bình
∆p = g.h, N/m
2
(3.5)
Với �/2: khối lượng riêng của dung dịch ở dạng bọt, kg/m
3
, lấy gần
đúng bằng ½ khối lượng riêng của dung dịch

chế độ làm việc tương đối ổn định nhưng do nồng độ của dung dịch trong thiết bị gần bằng nồng độ lúc cuối vì vậy hệ số
truyền nhiệt thấp hơn hệ số truyền nhiệt trung bình của quá trình cô đặc gián đoạn.

Hình mô tả sơ đồ hệ thống cô đặc một nồi liên tục. Dung dịch đầu từ thùng chứa 1 được bơm vào thùng cao vị 3, sau đó
chảy qua lưu lượng kế 4 vào thiết bị đun nóng 5, tại đây dung dịch được đun nóng trước đến nhiệt độ sôi rồi đi vào thiết
bị cô đặc 6 thực hiện quá trình bốc hơi. Hơi thứ và khí không ngưng đi ra phía trên của thiết bị cô đặc vào thiết bị ngưng
tụ.

Trong thiết bị ngưng tụ nước lạnh phun từ trên xuống làm ngưng tụ hơi thứ thành lỏng chảy xuống qua ống baromet 11
ra ngoài, còn khí không ngưng đi qua thiết bị thu hồi bọt 10 vào bơm hút chân không.
5/29/14 Chương 3 - Cô đặc - Bốc hơi 13
Cô đặc một nồi liên tục
5/29/14 Chương 3 - Cô đặc - Bốc hơi 14
3.3. Công nghệ cô đặc nhiều nồi.

Lượng hơi đốt dùng để bốc hơi 1kg hơi thứ trong hệ thống cô đặc nhiều nồi sẽ giảm khi số nồi tăng lên.
Sau đây là một số số liệu về lượng tiêu hao hơi đốt (kg) để bốc hơi 1kg hơi thứ.
Trong hệ thống một nồi: 1,1 kg hơi đốt/kg hơi thứ
hai nồi: 0,57 kg hơi đốt/kg hơi thứ ba nồi: 0,40 -
bốn nồi: 0,30 -
năm nồi: 0,27 –
5/29/14 Chương 3 - Cô đặc - Bốc hơi 15
Cô đặc nhiều nồi liên tục xuôi chiều
5/29/14 Chương 3 - Cô đặc - Bốc hơi 16
Cô đặc nhiều nồi liên tục nghịch chiều
5/29/14 Chương 3 - Cô đặc - Bốc hơi 17
Thiết bị cô đặc tuần hoàn trung tâm
5/29/14 Chương 3 - Cô đặc - Bốc hơi 18
Thiết bị cô đặc có ống tuần hoàn trung tâm có ưu điểm:


0,03 24,1 2.445 0,30 69 2.336
0,04 29,0 2.433 0,40 75,9 2.319
0,05 32,9 2.424 0,50 81,4 2.305
0,06 36,2 2.416 0,60 86 2.394
0,07 39,0 2.409 0,70 90 2.283
0,08 41,5 2.403 0,80 93,5 2.274
0,09 43,8 2.398 0,90 96,7 2.266
0,10 45,8 2.393 1,00 100 2.258