Chương II. Biến đổi hóa học trong quá trình bốc hơi
II. Sự tạo cặn vμ ph−ơng pháp loại cặn
a. Độ hòa tan của chất không đường giảm dẫn đến tạo cặn
Trong quá trình bốc hơi nước mía do lượng nước không ngừng bốc hơi, nồng độ của chất không đường hòa tan trong nước mía không ngừng tăng lên. Lúc nồng độ chất không đường vượt qua độ hòa tan vμ đạt trạng thại quá bảo hòa sẽ tạo cặn. trong đó các chất canxi của axit hữu cơ vμ photphat canxi có độ hòa tan tương đối nhỏ tách ra đầu trên, lμ thμnh phần chủ yếu của căn ở các hiệu bốc hơi đầu còn CaSO4, CaSO3 có độ hòa tan tương đối lớn lúc nồng độ nước mía tương đối cao tạo thμnh kết tủa vμ đóng cặn ở các hiệu sau cùng. Do đó, hiệu cuối cùng đóng cặn nghiêm trong hơn các hiệu
®Çu.
b. Muối bisunphit canxi hoặc bicacbonat canxi ở nhiệt độ cao phân giải thành muối canxi kết tủa và tạo cặn trong thiết bị.
Ca(HCO3)2 → CaCO3 ↓ + H2O + CO2↓ Ca(HSO3)2 → CaSO3↓ + H2O + SO2↑
c. Tác dụng t−ơng hỗ của một số chất không đ−ờng:
Muối canxi hòa tan vμ muối cacbonat phát sinh phản ứng thμnh muối canxi kết tủa, tạo cặn, Ví dụ:
CaA2 + K2CO3 → CaCO3↓ + 2KA CaA2 + Na2CO3 → CaCO3↓ + 2NaA
d. Những chất keo có trong n−ớc mía nh− keo của axit Al2O3, Fe2O3 tùy theo nồng độ của nước mía tăng cao mà tạo các trong các bốc hơi.
2. Thành phần hóa học của cặn
Sau đây lμ những nhận xét chung về thμnh phần cặn trong nhμ máy đ−ờng mía
a. Không bao giờ tìm thấy cặn ở thiết bị bốc hơi tồn tại đơn cấu tử. Thμnh phần cặn luôn lμ hỗn hợp các chất không đ−ờng vô cơ vμ hữu cơ.
b. Trong thμnh phần cặn, thμnh phần vô cơ chiếm chủ yếu (hơn 50% so với chất khô).
c. Thμnh phần cặn trong hiệu I chứa nhiều photphat vμ chất hữu cơ so với các hiệu cuối. Ch−a bao giờ tìm thấy cặn sunfat trong thμnh phần cặn của hiệu I
d. Thμnh phần cặn trong hiệu I chứa magiê nhiều hơn canxi, nh−ng ở hiệu cuối hμm l−ợng canxi nhiều hơn magiê.
Dựa theo thμnh phần hóa học cặn có thể phân thμnh CaCO3, CaSO4, Ca(COO)2, anbumin vμ sáp míav.v... Đó lμ những thμnh phần chủ yếu.
Thμnh phần của cặn phụ thuộc vμo nồng độ chất khô của dung dịch hình 3-5).
Hình 3-5. Sự phụ thuộc thành phần cặn vào nồng độ chất khô của dung dịch
3. Tính chất vật lí của cặn
Cặn lμ một loại vật chất dẫn nhiệt rất thấp, hệ số dẫn nhiệt bình quân của cặn trong các hiệu bốc hơi 0,45 Kcal/m trong khi đó hệ số dẫn nhiệt của gang 39 Kcal/m, thấp hơn rất nhiều.
Do đó, trong quá trình bốc hơi độ dμy của cặn ảnh hưởng đến hiệu năng truyền nhiệt (bảng 3-2).
Bảng 3-2. ảnh hưởng của chiều dày lớp cặn đối với hiệu năng truyền nhiệt Chiều dμy lớp cặn
(mm) 0,4 0,8 3,17 4,75 6,34 9,50 12,68 15,9 19,0 Tổn thất năng lực
truyền nhiệt (%) 2 4 9 18 38 48 60 74 90
4. Đề phòng và giảm sự tạo cặn
Hiện nay, ph−ơng pháp lμm sạch n−ớc mía ch−a có thể tránh đ−ợc sự tạo cặn.
Do đó, có thể dùng các biện pháp sau đây có thể giảm đ−ợc l−ợng cặn:
a. Chọn dùng chất lμm sạch thật tốt
Dù dùng công nghệ lμm sạch ph−ơng pháp sunfit hay cacbonát thì vôi lμ chất lμm sạch chủ yếu không thể thiếu được. Do đó, chất lượng vôi có ảnh hưởng rất lớn đến hiệu quả lμm sạch vμ sự tạo cặn. Vôi xấu chứa rất nhiều axit xilic, các chất hóa trị 3, oxit magiê v.v... đều lμ tạp chất có hại. Những tạp chất đó có ảnh hưởng khác nhau đến sự tạo cặn.
Do đó, nên chọn dùng vôi có chất l−ợng tốt có hμm l−ợng CaO > 80% để dùng lμm chất lμm sạch. Chất lượng của lưu huỳnh vμ H3PO4 cần đáp ứng yêu cầu công nghệ.
b. Thao tác lμm sạch ổn định, nâng cao chất lượng nước mía trong c. ổn định thao tác bốc hơi
Chất hữu cơ
Nồng độ (%) Cặn
(%)
d. Nâng cao cường độ bốc hơi vμ tốc độ bốc hơi. Khi tốc độ bốc hơi cμng nhanh, sự tạo cặn cμng ít (bảng 3-3).
Bảng 3-3. Sự phụ thuộc cường độ tạo cặn vào tốc độ bốc hơi
Cấu tử của cặn Tốc độ bốc hơi
> 30 Kg/m2.h
Tốc độ bốc hơi
< 24 Kg/m2.h
SiO2 4,0 6,8
P2O5 0,5 1,9
SO42- 0,6 0,5
CaO 3,6 9,0 5. Các ph−ơng pháp loại cặn
a. Ph−ơng pháp hóa học
Hóa chất th−ờng dùng axit, kiềm vμ một số muối. Căn cứ vμo tính chất vμ thμnh phần của cặn có thể dùng một loại hay mấy loại hóa chất tiến hμnh xử lý.
- Nấu dung dịch kiềm: kiềm dùng để nấu lμ kiềm thuần khiết nh− Na2CO3, NaOH. Ngoμi ra, có thể dùng photphatnatri Na3PO4. Mỗi lần nấu th−ờng chỉ dùng một loại kiềm, nếu lúc cần thiết có thể sử dụng 2 loại hỗn hợp. Có lúc còn cho thêm NaCl lμm chất bổ trợ nhằm nâng cao hiệu quả nấu cặn.
Tác dụng nấu kiềm, ngoμi việc có thể hòa tan một phần cặn còn chủ yếu cải biến thμnh phần cặn, lμm cho cặn cứng thμnh mềm để thuận lợi cho thông rửa bằng cơ
học. Phản ứng hóa học của kiềm nhẹ vμ cặn nh− sau:
CaSO4 + Na2CO3 → CaCO3 + Na2CO3 CaSO3 + Na2CO3 → CaCO3 + Na2CO3 CaC2O4 + Na2CO3 → CaCO3 + Na2C2O4 Phản ứng của kiềm mạnh vμ cặn:
CaSiO3 + NaOH → Na2SiO3 + Ca(OH)2 CaHPO4 + NaOH → CaNaPO4 + H2O MgHPO4 + NaOH → MgNaPO4 + H2O
Nấu kiềm đ−ợc dùng phổ biến trong nhμ máy đ−ờng sunfit vμ cacbonát, lμ một loại xử lý hóa học có hiệu quả tốt. Xử lý CaSO4 dùng Na2CO3 có hiệu quả tốt còn xử lý muối của axit xilic dùng NaOH có hiệu quả tốt.
NaOH (hoặc Na2CO3) thường hỗn hợp với NaCl để dùng hiệu quả tương đối tốt vì NaCl có khả năng tăng độ hòa tan của SiO2 trong dung dịch kiềm lμm cho một bộ phận không hòa tan CaSiO3 vμ CaC2O4 biến thμnh CaCl2 dễ hòa tan lμm cho cặn chuyển thμnh trạng thái mềm.
Nồng độ dung dịch để nấu cặn thường 4 ; 6% có lúc thêm khoảng 20% NaCl so
Hình 3-6. Thiết bị gia nhiệt ống chùm 1. ống gia nhiệt; 2. mặt bích;
3. phòng phân phối; 4. tâm ngăn;
5. nắp; 6. thân thiết bị - Nấu dung dịch axit
Căn nồi bốc hơi có thể dùng muối axit để xử lý. Muối axit có thể hòa tan CaCO3, Ca3(PO4)2 vμ CaSO4 v.v...
Phản ứng hóa học nấu axit nh− sau:
CaCO3 + 2HCl ' CaCl2 + H2O + CO2↑ Ca3(PO4)2 + 2HCl ' CaHPO4 + CaCl2 Mg3(PO4)2 + 2HCl ' 2MgPO4 + MgCl
Lúc nấu axit có thể cho vμo một l−ợng nhất định muối ăn. Nồng độ axit nấu cặn 1-2%. có lúc để nâng cao hiệu quả nấu cặn có thể nâng cao nồng độ dung dịch axit.
- Nấu axit vμ kiềm: Đối với cặn khó xử lý, có thể dùng axit - kiềm tiến hμnh xử lý. Thường trước hết nấu kiềm để cặn mềm lại nấu axit để thêm một bước hòa tan một phần cặn có thể thu được hiệu quả tương đối tốt.
b. Ph−ơng pháp cơ học
Dùng chổi kim loại trực tiếp thông rửa cặn trong các đ−ờng ống của nồi bốc hơi.
c. Ph−ơng pháp dùng n−ớc có áp lực cao
Máy thông rửa cặn bằng nước có áp lực nước từ 700 - 1000Kg/cm2 đã được dùng đầu tiên tại công ty cổ phần mía đ−ờng Cao Bằng. Hiệu quả thông rửa tốt vμ có triển vọng dùng loại máy nμy ở nhiều nhμ máy đ−ờng ở n−ớc ta.
Ch−ơng III. Thiết bị gia nhiệt vμ bốc hơi