Phương pháp chưng cất chân không là giải pháp lý tưởng cho mục tiêu này, nhờ khả năng tiết kiệm năng lượng vượt trội so với phương pháp chưng cất bay hơi ở áp suất khí quyển. Những chia sẻ dưới đây sẽ giúp bạn đọc nắm rõ hơn về phương pháp này.
Phương pháp chưng cất chân không và những đặc điểm nổi bật
So sánh bay hơi thông thường và chưng cất chân không
Hiện tượng bay hơi rất dễ quan sát trong tự nhiên và đời sống, ví dụ như khi nước biển bay hơi để lại muối, còn hơi nước ngưng tụ lại thành mưa sạch. Trong nhà bếp, khi nấu mì, nước ngưng trên nắp nồi là nước sạch, không chứa muối từ nước luộc.
Chưng cất chân không thực chất là một dạng của bay hơi trong điều kiện chân không. Khi hạ áp suất khí quyển trong bình chứa xuống dưới áp suất hơi bão hòa của chất lỏng, chất lỏng sẽ bốc hơi ở nhiệt độ thấp hơn bình thường. Điều này đặc biệt hữu ích để làm bay hơi nước ngay ở nhiệt độ phòng hoặc để tránh làm biến tính các chất nhạy nhiệt.
Ưu điểm lớn nhất của chưng cất chân không là quá trình phân tách không chọn lọc, chỉ dựa trên nhiệt độ sôi. Điều này cho phép xử lý rất nhiều loại tạp chất khác nhau – từ kim loại nặng, muối cho đến các hợp chất hữu cơ như dầu, mỡ. Ngoài ra, phương pháp còn có thể tận dụng năng lượng nén (ví dụ: hồi nhiệt hơi – MVR) và không cần thêm năng lượng ngoài để ngưng tụ hơi nước.
Quá trình chưng cất chân không diễn ra như thế nào?
Chưng cất chân không tách các hợp chất có trong nhiều chất lỏng khác nhau bằng quy trình chân không. Quy trình này thường được sử dụng khi các hợp chất khó tách do có điểm sôi rất cao. Do tình huống này, các công ty có thể tốn kém khi vận hành hệ thống sưởi ấm có thể đạt đến các điểm sôi cao này. Thay vào đó, quy trình chân không được sử dụng để tạo ra áp suất hơi tác động đến các hợp chất có áp suất hơi thấp hơn để bay hơi.
Xem bài viết: Chưng cất là gì?
Quá trình chưng cất chân không bắt đầu bằng một thiết bị chưng cất và hỗn hợp chất lỏng, trong đó các hợp chất đều có điểm sôi khác nhau. Thiết bị chưng cất hạ áp suất hơi bên trong bình chứa dọc theo cột đóng gói được phun chất lỏng. Bên trong cột đóng gói, hỗn hợp bắt đầu trải qua hiệu ứng chân không vì áp suất tạo ra thấp hơn áp suất hơi trong hỗn hợp chất lỏng.
Các hợp chất phản ứng với áp suất thấp hơn bắt đầu cháy và bốc hơi. Tùy thuộc vào mục đích chưng cất chân không, chất lỏng còn lại có thể được thu hồi cho các mục đích xử lý khác.
Trong các thiết lập chưng cất chân không khác, không có cột đóng gói. Thay vào đó, chất lỏng được phun vào bình chứa khi chân không được tạo ra trong suốt quá trình. Với diện tích bề mặt tiếp xúc nhiều hơn với áp suất hơi chân không, các hợp chất có áp suất thấp hơn sẽ tách ra và bay hơi.
Ứng dụng cho hệ thống chưng cất chân không
Chưng cất chân không có thể được sử dụng cho các chất lỏng bị nhiễm bẩn trong quá trình sản xuất hoặc nông nghiệp và phải được làm sạch trước khi đưa trở lại sử dụng hoặc thải bỏ. Xử lý nước thải cũng là một ứng dụng phổ biến khác mà các công ty sử dụng phương pháp chưng cất chân không. Ví dụ, chế biến kim loại và sản xuất thiết bị điện tử có thể sử dụng nước để chiết xuất một số khoáng chất và kim loại thô. Chưng cất chân không được sử dụng để xử lý nước thải sau khi kim loại được lọc ra.
Các nhà máy lọc dầu dựa vào chưng cất chân không để thực hiện tách giữa các hydrocarbon chuỗi dài. Các ngành công nghiệp như thực phẩm và đồ uống có thể sử dụng quy trình này để chiết xuất tinh chất từ thực vật. Các công ty khác có thể sử dụng chưng cất chân không để tinh chế các loại khí như nitơ và oxy trong các ứng dụng của họ hoặc để tách hóa chất .
Tham khảo bài viết: Chưng cất dầu mỏ và những thông tin cần biết
Ưu điểm chính của phương pháp chưng cất chân không
An toàn
Một lợi thế chính của chưng cất chân không là tách an toàn các hợp chất trong chất lỏng có thể dễ bay hơi hoặc dễ nổ. Bằng cách tác động đến áp suất hơi mà không cần thêm nhiệt độ rất cao, các hợp chất này có thể được loại bỏ an toàn.
Khi so sánh với chưng cất hơi nước, cả hai phương pháp đều hoạt động tốt với chất lỏng nhạy nhiệt. Tuy nhiên, chưng cất chân không là quá trình nhanh hơn nhiều so với chưng cất hơi nước, phải sử dụng quá trình ngưng tụ cho cả hơi nước và chất lỏng.
Tiết kiệm năng lượng
Các lợi ích khác bao gồm tiết kiệm năng lượng, vì quy trình này không phụ thuộc vào việc liên tục sử dụng hệ thống sưởi ấm ở nhiệt độ cao. Thay vào đó, có thể sử dụng nhiệt độ thấp hơn do quy trình chân không. Nó có thể làm sạch hiệu quả các chất lỏng nguy hiểm và độc hại không thể xâm nhập vào môi trường trong nước thải. Quy trình này làm tăng tính an toàn của nước thải đi vào quy trình cũng như các chất lỏng được tái chế có thể được tái sử dụng sau này trong các quy trình công nghiệp.
Chưng cất chân không là một quy trình hiệu quả cho các nhà sản xuất lớn và nhỏ để xử lý, tách và tinh chế chất lỏng một cách an toàn trong nhiều quy trình khác nhau. Bạn thu được nhiều chất lỏng hơn vì chỉ những hợp chất có điểm sôi thấp hơn mới được bốc hơi khỏi dòng chất lỏng chính. Quy trình này cho phép thu hồi thể tích lớn hơn và ít chất thải hơn, đồng thời không yêu cầu chất lỏng phải trải qua các quy trình tách thứ cấp.
Các thành phần của hệ thống chưng cất chân không
Hệ thống chưng cất chân không bao gồm một máy bơm hút chân không để giảm áp suất hơi trong thiết bị. Có một bình ngưng tụ lấy các hợp chất đã bay hơi và đưa chúng trở lại trạng thái lỏng. Một bình phản ứng được sử dụng để thực hiện quy trình và làm nóng hỗn hợp chất lỏng. Đối với một số thiết bị, một cột phân đoạn được sử dụng để tinh chế thêm chất lỏng trong quá trình tách. Một bình tiếp nhận được sử dụng để thu thập chất lỏng đã tinh chế.
Để di chuyển chất lỏng vào bình phản ứng, người ta sử dụng vòi phun. Các vòi phun này rất cần thiết để chia nhỏ chất lỏng thành các giọt đều nhau thông qua quá trình phun sương để cho phép áp suất chân không làm bay hơi các hợp chất không mong muốn hiệu quả hơn. Với vòi phun được thiết kế tốt, bạn sẽ có được các giọt đồng đều giúp tăng tốc quá trình chưng cất chân không trong khi vẫn đảm bảo ít hợp chất không mong muốn còn lại trong chất lỏng hơn. Khi chất lỏng được chia thành các giọt, sẽ có nhiều diện tích bề mặt hơn có thể tương tác với áp suất hơi từ máy bơm chân không.
Thiết bị chưng cất chân không trong các nhà máy lọc dầu
Thiết bị chưng cất chân không là một bộ phận quan trọng trong các nhà máy lọc dầu, được thiết kế để tách dầu thô thành các phân đoạn khác nhau dựa trên sự chênh lệch điểm sôi trong điều kiện áp suất giảm.
Trong đó, hệ thống chân không (trung tâm của thiết bị) tạo ra điều kiện lý tưởng cho quá trình chưng cất ở nhiệt độ thấp hơn, giúp hạn chế hiện tượng nứt nhiệt (thermal cracking) và cải thiện chất lượng sản phẩm.
Nguyên lý vận hành
Quy trình liên tục: Các thiết bị này hoạt động theo dạng quy trình liên tục, đảm bảo lưu lượng ổn định và hiệu suất cao trong suốt quá trình vận hành.
Phân đoạn: Thông qua chưng cất phân đoạn, chúng tách dầu thô thành các sản phẩm có giá trị như dầu gas (gas oil), diesel và dầu chân không (vacuum gas oil).
Vai trò trong vận hành nhà máy lọc dầu
Tối đa hóa sản lượng: Các thiết bị này đóng vai trò chủ chốt trong việc tối ưu hóa sản lượng, nhờ khả năng tách hiệu quả các sản phẩm có giá trị cao từ dầu thô.
Cải thiện chất lượng sản phẩm: Quá trình chưng cất chân không giúp giảm thiểu sự phân hủy nhiệt, từ đó nâng cao chất lượng sản phẩm cuối cùng.
Tác động kinh tế: Hiệu quả hoạt động của chúng mang lại lợi ích tài chính rõ rệt cho nhà máy lọc dầu, thông qua việc tăng sản lượng và nâng cao chất lượng sản phẩm.
Tiến bộ công nghệ và đổi mới sáng tạo
Vật liệu tiên tiến: Các vật liệu hiện đại được ứng dụng trong thiết bị chưng cất giúp tăng hiệu suất, đảm bảo độ bền và độ tin cậy trong các điều kiện vận hành khắc nghiệt.
Tối ưu quy trình: Việc tích hợp hệ thống điều khiển tiên tiến và tự động hóa góp phần nâng cao hiệu quả vận hành và đảm bảo an toàn cho thiết bị.
Xu hướng và triển vọng tương lai
Số hóa: Tương lai của thiết bị chưng cất chân không nằm ở công nghệ số hóa, sử dụng phân tích dữ liệu và trí tuệ nhân tạo (AI) để bảo trì dự đoán và tối ưu hóa quy trình.
Mở rộng toàn cầu: Nhu cầu gia tăng đối với các sản phẩm tinh chế đang thúc đẩy mở rộng công suất thiết bị trên toàn thế giới, đặc biệt tại các thị trường mới nổi.
Kết luận
Phương pháp chưng cất chân không là một quy trình được sử dụng bởi các ngành công nghiệp xử lý chất lỏng có thể chứa nhiều hợp chất khác nhau, chẳng hạn như các công ty hóa chất, đồ uống, thực phẩm, dầu và dược phẩm. Các ngành công nghiệp khác nhau có các quy trình được thiết kế đặc biệt và hệ thống thiết bị chưng cất chân không sẽ cần đến các giải pháp chân không phù hợp riêng.
Tham khảo bài viết khác: Máy chiên chân không và 5 điều bạn chưa biết về chúng
Trả lời
Bạn phải đăng nhập để gửi bình luận.