Thiết bị ngưng tụ dầu cọ là gì: Hệ thống chân không, các loại và ứng dụng trong nhà máy

Trả lời câu hỏi cốt lõi: Thiết bị ngưng tụ dầu cọ là gì và nó làm gì? Thiết bị ngưng tụ dầu cọ là thiết bị truyền nhiệt và tạo chân không, có chức năng ngưng tụ dòng hơi được hút ra từ thiết bị khử mùi, máy sấy chân không hoặc thiết bị bay hơi để quá trình có thể được duy trì dưới chân không và vật liệu dễ bay hơi có thể được thu hồi. Trong quá trình tinh luyện vật lý, quá trình khử mùi loại bỏ các axit béo tự do và các hợp chất mùi khỏi dầu ở nhiệt độ 240-270°C dưới áp suất tuyệt đối 2-6 mbar, sử dụng 5-15 kg hơi phun cho mỗi tấn dầu. Hơi thoát ra khỏi thiết bị khử mùi chủ yếu là hơi nước, mang theo 2-5% lượng dầu nạp dưới dạng cặn axit béo cùng với tocopherols, sterols và squalene. Thiết bị ngưng tụ phải ngưng tụ tải hơi đó, thường bằng nước làm mát ở 30-35°C, trong khi các bộ phun hơi hoặc bơm vòng chất lỏng phía sau chỉ loại bỏ phần không ngưng tụ. Việc thực hiện đúng chức năng này là yếu tố giữ chân không: một thiết bị ngưng tụ có kích thước không phù hợp hoặc bị bẩn sẽ làm tăng áp suất tuyệt đối và trực tiếp làm tăng lượng axit béo tự do còn sót lại và màu sắc của dầu thành phẩm.

1. Vị trí hoạt động của thiết bị ngưng tụ trong quá trình xử lý dầu cọ

Một nhà máy và nhà máy tinh luyện dầu cọ có một số nhiệm vụ ngưng tụ riêng biệt, mỗi nhiệm vụ có áp suất và đặc điểm bám bẩn riêng:

• Thiết bị ngưng tụ chân không khử mùi: Đây là nhiệm vụ đòi hỏi khắt khe nhất và có giá trị nhất trong nhà máy tinh luyện vật lý. Hơi thoát ra khỏi thiết bị khử mùi ở nhiệt độ 240-270°C và áp suất 2-6 mbar, và thiết bị ngưng tụ phải loại bỏ tải nhiệt ẩn của hơi phun cộng với hơi cặn axit béo. Hầu hết các nhà máy tinh luyện sử dụng thiết bị ngưng tụ barometric hoặc tiếp xúc trực tiếp ở đây, vì khoảng cách tiếp cận có thể gần bằng không, chi phí vốn thấp và sản phẩm ngưng tụ là hỗn hợp hai pha dễ dàng tách ra trong bể chứa nóng. Cặn axit béo nổi lên và được vớt ra để bán hoặc xử lý thêm, trong khi nước được đưa đến hệ thống xử lý nước thải. Lựa chọn thay thế bằng ống vỏ được chọn khi việc thu hồi sản phẩm ngưng tụ hoặc tiết kiệm nước quan trọng, nhưng nó đòi hỏi diện tích bề mặt lớn và thông gió cẩn thận, đồng thời dễ bị bám bẩn bởi cặn hữu cơ.
• Thiết bị ngưng tụ máy sấy chân không: Sau khi rửa và trước khi tẩy trắng, và một lần nữa trước khi khử mùi, dầu phải được làm khô xuống dưới 0,05-0,1% độ ẩm. Điều này được thực hiện trong máy sấy chân không ở nhiệt độ 60-90°C và áp suất 40-80 mbar, nơi quá trình bay hơi của nước còn sót lại tự nó cung cấp một phần quá trình làm khô. Thiết bị ngưng tụ ở đây xử lý tải nhỏ hơn và sạch hơn nhiều, chủ yếu là hơi nước với một lượng nhỏ dầu, vì vậy một bộ phận ống vỏ với nước ở phía ống là tiêu chuẩn, và áp suất có thể đạt được bị giới hạn bởi nhiệt độ nước làm mát: với nước ở 30-35°C, áp suất hơi nước đặt ra một giới hạn thực tế khoảng 45-55 mbar, đó là lý do tại sao một số nhà máy bổ sung thêm bộ làm mát bằng nước lạnh hoặc bộ phun hơi phụ nhỏ để đạt được áp suất thấp hơn. Vì máy sấy hoạt động không liên tục với các chu kỳ nạp theo mẻ, thiết bị ngưng tụ phải chịu được tải theo chu kỳ.
• Thiết bị ngưng tụ đầu xả máy khử trùng: Trong nhà máy, chùm quả tươi được khử trùng bằng hơi nước ở nhiệt độ 130-150°C trong 60-90 phút để ngăn chặn hoạt động của enzyme lipase và làm lỏng quả. Hơi dư thừa được xả ra được dẫn qua thiết bị ngưng tụ hoặc thiết bị rửa trước khi thải ra. Nhiệm vụ này lớn và ở áp suất gần như khí quyển, vì vậy thiết bị ngưng tụ tiếp xúc trực tiếp hoặc phun với sản phẩm ngưng tụ được dẫn đến hệ thống nước thải của nhà máy là giải pháp đơn giản nhất. Khi kiểm soát mùi được quy định, một phương pháp hai giai đoạn được sử dụng: ngưng tụ phần lớn hơi để giảm tải, sau đó dẫn khí không ngưng tụ còn lại qua bộ lọc sinh học hoặc thiết bị rửa hóa học.
• Thiết bị ngưng tụ bay hơi và nước thải chân không: Các nhà máy dầu cọ ngày càng thu hồi khí sinh học từ nước thải của nhà máy dầu cọ, và một số nhà máy vận hành hệ thống bay hơi nhiều cấp để đánh bóng sản phẩm ngưng tụ hoặc để cô đặc sản phẩm phụ. Trong mỗi trường hợp, giai đoạn cuối cùng hoạt động dưới chân không và thiết bị ngưng tụ xác định áp suất có thể đạt được, điều này lần lượt xác định chênh lệch nhiệt độ có sẵn cho toàn bộ hệ thống. Trong các dịch vụ này, hơi chứa các axit béo dễ bay hơi, hydro sulfua và amoniac từ quá trình phân hủy kỵ khí, do đó sản phẩm ngưng tụ có tính ăn mòn ở pH 4-6 và vật liệu của thiết bị ngưng tụ phải tính đến điều đó, với thép không gỉ 316L hoặc thép không gỉ duplex được ưu tiên hơn thép cacbon. Khí không ngưng tụ giàu carbon dioxide và hydro sulfua phải được xả ra thiết bị rửa hoặc thiết bị đốt thay vì ống xả của bơm chân không.

2. Kỹ thuật thiết kế thiết bị ngưng tụ dầu cọ để duy trì chân không ổn định

Ba quyết định kỹ thuật xác định liệu chân không có được duy trì trong suốt một tuần sản xuất đầy đủ hay không:

• Loại thiết bị ngưng tụ và tạo chân không: Thiết bị ngưng tụ và thiết bị tạo chân không phải được thiết kế cùng nhau thay vì riêng biệt, vì thiết bị ngưng tụ loại bỏ tải ngưng tụ và thiết bị tạo chân không chỉ xử lý phần còn lại. Hệ thống phun hơi ba giai đoạn với các bộ ngưng tụ trung gian có thể đạt tới 2-4 mbar trên thiết bị khử mùi, và mỗi bộ ngưng tụ trung gian làm giảm tải cho giai đoạn tiếp theo, đó là lý do tại sao chân không sâu trở nên kinh tế. Bơm vòng chất lỏng đơn giản và rẻ hơn nhưng bị giới hạn bởi áp suất hơi của nước làm kín, khoảng 32 mbar ở 25°C và tăng nhanh theo nhiệt độ, vì vậy nó không thể đạt được chân không khử mùi một mình và được sử dụng cùng với vòng nước làm kín lạnh hoặc làm bơm hỗ trợ cho bộ phun hơi. Một cấu hình hiện đại phổ biến là bộ phun hơi giai đoạn đầu theo sau là bơm vòng chất lỏng, giúp cắt giảm đáng kể lượng tiêu thụ hơi so với hệ thống phun hơi hoàn toàn.
• Nhiệt độ và lưu lượng nước làm mát: Nhiệt độ nước làm mát là biến số vận hành quan trọng nhất, vì nó xác định áp suất hơi ở đầu ra của thiết bị ngưng tụ và do đó là áp suất tuyệt đối có thể đạt được. Nước ở 30°C về lý thuyết có thể hỗ trợ nhiệt độ ngưng tụ gần 35-38°C, tương ứng với áp suất hơi nước khoảng 55-65 mbar, điều này tốt cho máy sấy chân không nhưng còn xa mức 2-6 mbar cần thiết cho quá trình khử mùi, do đó cần có bộ phun hơi giữa các giai đoạn. Ở các vùng dầu cọ nhiệt đới, nhiệt độ bầu ướt môi trường xung quanh là 24-27°C và tháp giải nhiệt thường cung cấp nước ở 30-35°C, và mỗi lần tăng 3°C nhiệt độ nước làm giảm chân không một cách đáng kể. Lưu lượng nước đủ cũng quan trọng không kém: sự tăng nhiệt độ đầu ra nên được giữ ở mức 5-10°C, và vận tốc ống được giữ trong khoảng 1 đến 2,5 m/s để kiểm soát sự bám bẩn mà không bị ăn mòn.
• Bám bẩn, vật liệu và xử lý sản phẩm ngưng tụ: Sự bám bẩn của thiết bị ngưng tụ dầu cọ rất đặc trưng: axit béo và xà phòng của chúng, dầu bị polyme hóa và hơi mang theo từ thiết bị khử mùi lắng đọng trên bề mặt truyền nhiệt, tạo thành một lớp sáp không được loại bỏ bằng cách rửa bằng nước. Các biện pháp thiết kế bao gồm bộ rửa hơi phía trước thiết bị ngưng tụ bề mặt để loại bỏ dầu bị cuốn theo, một hệ thống dự phòng bám bẩn lớn hơn là 0,0002-0,0005 m²K/W, và cung cấp khả năng làm sạch định kỳ bằng kiềm hoặc dung môi tại chỗ. Vật liệu thường là thép không gỉ 304L hoặc 316L ở phía xử lý vì axit béo ở nhiệt độ 100-270°C có tính ăn mòn thép cacbon, và sản phẩm ngưng tụ có tính axit. Cột barometric phải cao ít nhất 10,3 m so với bể chứa nóng, và bể chứa nóng phải được thông gió và tách biệt để cặn axit béo có thể được vớt liên tục thay vì tích tụ và bị cuốn đến hệ thống xử lý nước thải.

Bảng so sánh vị trí hoạt động của thiết bị ngưng tụ dầu cọ

Câu hỏi thường gặp (FAQ)

Q: Tại sao chân không lại quan trọng trong quá trình khử mùi dầu cọ?

A: Chân không là yếu tố cho phép axit béo tự do và các hợp chất mùi được tách ra khỏi dầu mà không cần tăng nhiệt độ đến mức dầu bị phân hủy. Quá trình khử mùi dựa vào sự chênh lệch lớn về độ bay hơi giữa triglyceride và axit béo tự do, và việc giảm áp suất tuyệt đối làm tăng độ bay hơi tương đối đó, do đó lượng hơi phun tiêu thụ giảm và nhiệt độ quá trình có thể được giữ ở mức 240-270°C thay vì tăng cao hơn. Ở mức 2-6 mbar, lượng hơi tiêu thụ là 5-15 kg mỗi tấn dầu; nếu chân không giảm xuống 10-15 mbar, nhà máy phải chấp nhận lượng axit béo tự do còn sót lại cao hơn và màu sắc kém hơn, hoặc tăng nhiệt độ, điều này làm tăng sự hình thành các hợp chất không mong muốn và dầu bị polyme hóa. Đây là lý do tại sao người vận hành theo dõi áp suất thiết bị khử mùi liên tục và coi áp suất tuyệt đối tăng lên là một sự kiện chất lượng sản phẩm, chứ không chỉ là vấn đề tiện ích.

Q: Tôi có nên sử dụng thiết bị ngưng tụ barometric hay thiết bị ngưng tụ bề mặt cho thiết bị khử mùi không?

A: Hầu hết các nhà máy tinh luyện vật lý dầu cọ sử dụng thiết bị ngưng tụ tiếp xúc trực tiếp barometric, vì nó cho phép tiếp cận chặt chẽ nhất, rẻ và đơn giản, không có bề mặt bám bẩn để làm sạch, và tạo ra một dòng sản phẩm ngưng tụ mà trong đó cặn axit béo tách ra tự nhiên để thu hồi. Chi phí là một lượng lớn nước bị ô nhiễm phải được xử lý, yêu cầu lắp đặt thiết bị ngưng tụ cách bể chứa nóng ít nhất 10,3 m, và nhạy cảm với nhiệt độ nước làm mát. Thiết bị ngưng tụ bề mặt được chọn khi việc xả nước bị hạn chế, khi nhà máy muốn có dòng sản phẩm ngưng tụ sạch hơn, hoặc khi thiết bị khử mùi được tích hợp vào một nhà máy có hệ thống nước lạnh hiện có. Nó đòi hỏi khoảng 1,5-3 lần vốn đầu tư, cần làm sạch định kỳ để loại bỏ cặn sáp, và phải được thông gió rộng rãi để loại bỏ các chất không ngưng tụ có thể làm giảm chân không.

Q: Bao nhiêu cặn axit béo được thu hồi và yếu tố nào ảnh hưởng đến năng suất?

A: Một thiết bị khử mùi tinh luyện vật lý điển hình sản xuất cặn axit béo ở mức 2-5% tốc độ nạp, tùy thuộc vào hàm lượng axit béo tự do của dầu đầu vào và mức độ hoạt động mạnh mẽ của thiết bị khử mùi. Dầu cọ thô thường có hàm lượng axit béo tự do 3-5%, và gần như tất cả đều được tách và thu hồi, cùng với vật liệu không xà phòng hóa chứa tocopherols, tocotrienols, sterols và squalene, tạo nên giá trị thương mại cho cặn. Hiệu quả thu hồi của thiết bị ngưng tụ xác định lượng thực sự được thu giữ: một thiết bị ngưng tụ có đầu ra ấm hoặc bộ tách sương mù được thiết kế kém sẽ làm mất sương mù mịn vào hệ thống chân không, nơi nó làm bẩn bộ phun hơi và cuối cùng đi vào nước trong bể chứa nóng và sau đó vào hệ thống xử lý nước thải. Lắp đặt bộ rửa hơi phía trước thiết bị ngưng tụ bề mặt, và giữ thời gian lưu trong bể chứa nóng đủ lâu để tách pha, thường cải thiện hiệu suất thu hồi thêm vài phần trăm.

Q: Thiết bị ngưng tụ dầu cọ cần bảo trì những gì?

A: Bốn nhiệm vụ chiếm ưu thế. Làm sạch bề mặt truyền nhiệt theo lịch trình khoảng 1-3 tháng một lần đối với thiết bị ngưng tụ bề mặt, sử dụng phương pháp làm sạch bằng kiềm sau đó là bước tuần hoàn dung môi hoặc dầu nóng, vì nước đơn thuần sẽ không loại bỏ được cặn béo bị polyme hóa. Xử lý nước làm mát và bảo trì tháp giải nhiệt, vì cặn và sự phát triển của vi sinh vật trong tháp giải nhiệt nhiệt đới sẽ trực tiếp làm tăng nhiệt độ ngưng tụ và làm giảm chân không. Kiểm tra hệ thống chân không, bao gồm kiểm tra vòi phun của bộ phun hơi xem có bị mòn và ăn mòn không, xác minh áp suất hơi động lực và độ khô, và nhiệt độ và lưu lượng nước làm kín của bơm vòng chất lỏng, vì nước làm kín ấm có thể làm tăng áp suất có thể đạt được lên 10-20 mbar. Và phát hiện rò rỉ ở phía chân không, vì không khí lọt vào qua các mặt bích và trục van tích tụ, tạo ra tải không ngưng tụ mà bộ phun hơi phải xử lý, và âm thầm làm tăng áp suất thiết bị khử mùi và làm giảm chất lượng sản phẩm.