ĐỒ án kỹ THUẬT THỰC PHẨM TÍNH TOÁN THIẾT kế hệ THỐNG cô đặc 2 nồi DUNG DỊCH ĐƯỜNG SUCROSE

LỜI NÓI ĐẦUNiên luận kỹ thuật thực phẩm là học phần giúp sinh viên biết vận dụng kiếnthức cơ sở về các quá trình thiết bị trong công nghệ thực phẩm, tự tính toán và thiết kế thiết bị hay

GIỚI THIỆU

SƠ LƯỢC VỀ LÝ THUYẾT CÔ ĐẶC VÀ THIẾT BỊ CÔ ĐẶC

1.1 TỔNG QUAN VỀ ĐƯỜNG SUCROSE

Surose là thành phần quan trọng nhất của mía, là sản phẩm của công nghiệp sản xuất đường, là một disacarit có công thức C 12 H 22 O 11 Trọng lượng phân tử của sucrose là 342,30 Sucrose được cấu tạo từ hai đường đơn là α, D-glucose và β, D- fructose.

Hình 1 Công thức cấu tạo của sacaroza

Tinh thể đường sucrose trong suốt, không màu, nhiệt độ nóng chảy là 186 –

188 o C Nếu ta đưa từ từ đến nhiệt độ nóng chảy, đường biến thành 1 dạng sệt trong suốt Nếu kéo dài thời gian đun hoặc đun ở nhiệt độ cao, đường sẽ mất nước rồi phân huỷ và biến thành caramen Đường dễ hoà tan trong nước, không tan trong dầu hoả, cloroform, benzen, ancol…Độ nhớt của dung dịch đường tăng theo chiều tăng nồng độ và giảm theo chiều tăng nhiệt độ.

Dung dịch đường sucrose không chịu được nhiệt độ cao vì dễ bị biến tính khi nung nóng, do đó cần cô đặc ở nhiệt độ thấp phù hợp với áp suất cân bằng tại mặt thoáng, hay còn gọi là áp suất chân không Việc sử dụng phương pháp cô đặc chân không giúp duy trì chất lượng của sucrose và đảm bảo quá trình cô đặc diễn ra hiệu quả mà không gây biến đổi hóa học của đường Áp dụng công nghệ chân không là lựa chọn tối ưu để xử lý dung dịch đường sucrose trong các quy trình sản xuất công nghiệp, đảm bảo thành phẩm đạt tiêu chuẩn về chất lượng và độ nguyên chất.

Như vậy, sử dụng hệ thống cô đặc 2 nồi xuôi chiều để cô đặc dung dịch đường sucrose.

1.2 GIỚI THIỆU SƠ LƯỢC VỀ LÝ THUYẾT CÔ ĐẶC VÀ THIẾT BỊ

CÔ ĐẶC 1.2.1 Giới thiệu chung về cô đặc

Cô đặc là quá trình làm tăng nồng độ một cấu tử nào đó trong dung dịch hay nhiều cấu tử, bằng cách tách một phần dung môi ra khỏi dung dịch ở dạng hơi, còn dung chất hòa tan trong dung dịch không bay hơi, do đó nồng độ của dung chất sẽ tăng dần lên.

SVTH: Phan Trí Nguyên B1800339 Trang vii Trần Thị Huyền Trân B1800403

TIEU LUAN MOI download : skknchat123@gmail.com

Quá trình cô đặc thường được tiến hành ở trạng thái sôi, nghĩa là áp suất hơi riêng phần của dung môi trên bề mặt dung dịch bằng áp suất làm việc của thiết bị.

Quá trình cô đặc thường được ứng dụng rộng rãi trong công nghiệp hóa chất thực phẩm như cô đặc muối, đường, sữa,…

Hơi của dung môi được tách ra trong quá trình cô đặc được gọi là hơi thứ, hơi thứ ở nhiệt độ cao có thể dùng để đun nóng cho một thiết bị khác, nếu dùng hơi thứ để đun nóng một thiết bị ngoài hệ thống cô đặc gọi là hơi phụ.

Truyền nhiệt trong quá trình cô đặc có thể thực hiện trực tiếp hoặc gián tiếp, khi truyền nhiệt trực tiếp thường dùng khói lò cho tiếp xúc với dung dịch, còn truyền nhiệt gián tiếp thường dùng hơi bão hòa để đốt nóng.

Quá trình cô đặc có thể thực hiện ở các áp suất khác nhau, khi làm việc ở áp suất thường thì có thể dùng thiết bị hở, khi làm việc ở áp suất khác (chân không hoặc áp suất dư) thì dùng thiết bị kín.

Quá trình cô đặc có thể tiến hành liên tục hay gián đoạn trong thiết bị một nồi hoặc nhiều nồi.

Khi cô đặc một nồi, nếu muốn sử dụng hơi thứ để đốt nóng lại thì phải nén hơi thứ đến áp suất của hơi đốt (gọi là thiết bị có bơm nhiệt) Khi cô đặc nhiều nồi thì dung dịch đi từ nồi nọ sang nồi kia, hơi thứ của nồi trước làm hơi đốt cho nồi sau.

Có nhiều cách phân loại khác nhau nhưng tổng quát lại cách phân loại theo đặc điểm cấu tạo có 6 loại được chia làm ba nhóm chủ yếu sau đây:

- Nhóm 1: Dung dịch đối lưu tự nhiên.

+ Loại 1: Có buồng đốt trong; có thể có ống tuần hoàn trong hay ống tuần hoàn ngoài.

+ Loại 2: Có buồng đốt ngoài.

- Nhóm 2: Dung dịch đối lưu cưỡng bức (tuần hoàn cưỡng bức)

+ Loại 3: Có buồng đốt trong, có ống tuần hoàn ngoài.

SVTH: Phan Trí Nguyên B1800339 Trang viii Trần Thị Huyền Trân B1800403

+ Loại 4: Có buồng đốt ngoài, có ống tuần hoàn ngoài.

- Nhóm 3: Dung dịch chảy thành màng mỏng.

+ Loại 5: Màng dung dịch chảy ngược lên, có thể có buồng đốt trong hay ngoài.

+ Loại 6: Màng dung dịch chảy xuôi, có thể có buồng đốt trong hay ngoài.

1.2.3 Thiết bị cô đặc ống tuần hoàn trung tâm

Trong quá trình làm việc, dung dịch trong ống truyền nhiệt sôi tạo thành hỗn hợp hơi - lỏng có khối lượng riêng giảm đi và bị đẩy từ dưới lên trên miệng ống, dẫn đến sự chuyển động tự nhiên từ dưới lên trong ống truyền nhiệt và từ trên xuống trong ống tuần hoàn Khối lượng riêng của hỗn hợp hơi - lỏng trong ống thấp hơn so với trong ống truyền nhiệt do thể tích của dung dịch trong ống lớn hơn trên một đơn vị bề mặt truyền nhiệt, từ đó giữ cho quá trình tuần hoàn tự nhiên luôn diễn ra hiệu quả.

Tốc độ tuần hoàn càng lớn thì tốc độ cấp nhiệt của dung dịch càng tăng và làm giảm sự đóng cặn trên bề mặt truyền nhiệt Quá trình tuần hoàn tự nhiên của thiết bị được tiến hành liên tục cho đến khi nồng độ dung dịch đạt yêu cầu thì mở van đáy để tháo sản phẩm ra.

+ Thiết bị cấu tạo đơn giản, dễ sữa chửa và làm sạch.

+ Hệ số truyền nhiệt K khá lớn.

SVTH: Phan Trí Nguyên B1800339 Trang ix Trần Thị Huyền Trân B1800403

+ Khó bị đóng cặn trên bề mặt gia nhiệt nên có thể dùng để cô đặc dung dịch dễ bị bẩn tắt.

+ Dung dịch tuần hòan tự nhiên giúp tiết kiệm được năng lượng.

- Nhược điểm : Tốc độ tuần hoàn giảm dần theo thời gian vì ống tuần hoàn trung tâm cũng bị đun nóng

SVTH: Phan Trí Nguyên B1800339 Trang x Trần Thị Huyền Trân B1800403

THIẾT BỊ CHÍNH

CÂN BẰNG VẬT LIỆU

2.1.1 Lượng nước bốc hơi của cả hệ thống (hơi thứ)

Chọn căn bản tính là 1 giờ cho cả hệ thống.

 Cân bằng vật chất tổng quát:

G = P + W kg/h Với: F, P, W: khối lượng dung dịch ban đầu, sản phẩm cuối, tổng lượng hơi thứ, kg/h

 Cân bằng vật chất đối với cấu tử chất khô:

G.x đ = P.x c Với: x F , x P : nồng độ chất khô trong dung dịch ban đầu, sản phẩm cuối (% khối lượng)

SVTH: Phan Trí Nguyên B1800339 Trang xi Trần Thị Huyền Trân B1800403

2.1.2 Lượng hơi thứ phân bố trong từng nồi

Gọi W 1 , W 2 lần lượt là lượng hơi thứ bốc lên ở nồi 1 và nồi 2, kg/h

Giả sử lượng hơi thứ của từng nồi: (2) sau khi tính toán thực tế ta sẽ tìm được W 1 và W 2 và so sánh với W 1 , W 2 theo giả thuyết ban đầu Nếu sai số giữa lượng hơi thứ thực tế và lượng hơi thứ lý thuyết

Từ (1) và (2) ta giải hệ phương trình

2.1.3 Tính nồng độ của dung dịch trong từng nồi

P 1 : khối lượng dung dịch ra khỏi nồi 1 trong 1 giờ (kg/h) x 1 : nồng độ của dung dịch khi ra khỏi nồi 1 (% khối lượng)

 Nồng độ dung dịch ra khỏi nồi 1:

Cân bằng vật chất tổng quát:

P 1 = G - W 1 = 1000 – 384,6 = 615,4 kg/h Cân bằng vật chất đối với cấu tử chất khô:

 Nồng độ dung dịch ra khỏi nồi 2 (x 2 ):

Nồng độ của dung dịch khi ra khỏi nồi 2 chính là nồng độ sản phẩm cuối x 2 = x P = 65% = 0,65

SVTH: Phan Trí Nguyên B1800339 Trang xii Trần Thị Huyền Trân B1800403

 Nồng độ trung bình nồi 1:

 Nồng độ trung bình nồi 2:

CÂN BẰNG NHIỆT LƯỢNG

2.2.1 Xác định áp suất và nhiệt độ mỗi nồi

- Chọn áp suất hơi đốt P hđ1 = 1,232 at ứng với nhiệt độ hơi đốt T hđ1 = 105 o C

- Nhiệt độ trong thiết bị ngưng tụ T ng = 55 o C, áp suất là P ng =0,1605 at Hiệu số áp suất của cả hệ thống: ΔPP=P hd 1 −P ng =ΔP PP 1 + ΔP PP 2 =1,232−0,1605=1,0715 (1) Hiệu số áp suất giữa hơi đốt đi vào nồi 1 và nồi 2

: Hiệu số áp suất giữa hơi đốt đi vào nồi 2 và tháp ngưng tụ:

Giả thiết tỉ số giữa hiệu số áp suât nồi 1 và nồi 2 là: ΔPP 1 = 1,7575 ΔPP 2 (2)

Từ (1) và (2) ta có hệ phương trình:

SVTH: Phan Trí Nguyên B1800339 Trang xiii Trần Thị Huyền Trân B1800403

Dựa vào các dữ kiện trên và [B – 39] – (II – 7) ta xác định được áp suất của hơi đốt và nhiệt độ của hơi thứ.

Bảng 1 Nhiệt độ và áp suất hơi của mỗi nồi

Loại Nồi 1 Nồi 2 Tháp ngưng tụ

Nhiệt độ hơi đốt nồi sau bằng nhiệt độ hơi thứ nồi trước trừ đi 1 o C (do tổn thất nhiệt trên đường ống), còn nhiệt độ hơi thứ của nồi cuối cùng bằng nhiệt độ ở thiết bị ngưng tụ cộng thêm 1 o C.

2.2.2 Xác định tổng tổn thất nhiệt độ ΣΔ

2.2.2.1 Tổn thất nhiệt do nồng độ nâng cao (Δ’) Δ’ được xác định theo công thức gần đúng của Tisencô:

T m 2 Δ’ = Δ 0 ’.f , o C - Với: f ,2 r [AII – 59] – (VI.10) Trong đó: Δ 0 ’: tổn thất nhiệt độ ở áp suất thường (Δ 0 ’ có thể được tra từ [AII – 60], do cô đặc có tuần hoàn dung dịch nên tra theo nồng độ cuối và ứng với nhiệt độ hơi thứ). f: hệ số hiệu chỉnh vì thiết bị cô đặc thường làm việc ở áp suất khác với áp suất thường. r: ẩn nhiệt hóa hơi của dung môi ở áp suất làm việc, ( J/kg )[B – 39] – (II – 7)

T m : nhiệt độ của dung môi nguyên chất ở áp suất làm việc (= nhiệt độ hơi thứ), K

SVTH: Phan Trí Nguyên B1800339 Trang xiv Trần Thị Huyền Trân B1800403

Dựa vào các dữ kiện trên và sổ tay quá trình và thiết bị Công nghệ hóa chất, tập 2 ta xác định được tổn thất do nhiệt độ nâng cao.

Bảng 2 Tổn thất nhiệt độ do nồng độ tăng cao Đại x (%) T ht ’ 0 P hđ T hđ R

Với: T m = T ht + 273; ’ o tra từ (http://www.sugartech.co.za/bpe/index.php)

2.2.2.2 Tổn thất nhiệt độ do áp suất thủy tĩnh tăng cao, Δ’’ h 1

Hình 2 Sự thay đổi nhiệt độ trong quá trình cô đặc

SVTH: Phan Trí Nguyên B1800339 Trang xv Trần Thị Huyền Trân B1800403

3: Nhiệt độ sôi của dung dịch ở đáy ống truyền nhiệt.

4: Nhiệt độ sôi trung bình của dung dịch.

5 – 6: Nhiệt độ sôi của dung dịch và của hơi thứ ngay trên mặt thoáng.

7: Nhiệt độ hơi thứ ở thiết bị ngưng tụ. Áp suất hơi thứ dung dịch thay đổi theo chiều sâu của dung dịch: Ở trên bề mặt dung dịch thì bằng áp suất hơi trong buồng bốc, còn ở đáy thì bằng áp suất trên bề mặt cộng với áp suất thủy tĩnh của cột dung dịch kể từ đáy ống Trong tính toán ta thường tính theo áp suất trung bình của dung dịch.

Ta có công thức tính áp suất trung bình của dung dịch như sau:

Với: P’: áp suất hơi trên bề mặt dung dịch (= áp suất hơi thứ), N/m 2 ΔP: áp suất thủy tĩnh kể từ mặt dung dịch đến giữa ống, N/m 2 h 1 : chiều cao của lớp dung dịch sôi kể từ miệng trên ống truyền nhiệt đến mặt thoáng của dung dịch, m. h 2 : chiều cao của dung dịch chứa trong ống truyền nhiệt, m. ρ s : khối lượng riêng của dung dịch khi sôi, kg/m 3 g: gia tốc trọng trường, g = 9,81 m/s 2

Nếu biết được áp suất thủy tĩnh ta sẽ tính được áp suất trung bình (P tb ) ở từng nồi

SVTH: Phan Trí Nguyên B1800339 Trang xvi Trần Thị Huyền Trân B1800403

Nhiệt độ tổn thất do áp suất thủy tĩnh ở các nồi bằng hiệu số giữa nhiệt độ trung bình (T tb ) và nhiệt độ của dung dịch trên mặt thoáng (T mt ).

Chọn chiều cao của lớp dung dịch sôi kể từ miệng trên ống truyền nhiệt đến mặt thoáng của dung dịch ở nồi 1 và nồi 2 bằng nhau: h 1 = 0,5 m Chiều cao của dung dịch chứa trong ống truyền nhiệt: h 2 = 1 m.

Khối lượng riêng được tra dựa vào nồng độ trung bình và ứng với nhiệt độ hơi thứ từ (http://rpaulsingh.com/teaching/Density1.htm).

Bảng 3 Bảng tóm tắt tổn thất nhiệt độ do áp suất thủy tĩnh Đại x tb T mt s P P tb T tb ’’ Σ ’’ lượng (%) ( o C) (kg/m 3 ) (kg/m 3 ) (at) (at) ( o C) ( o C) ( o C)

Nhiệt độ trung bình T tb tra [B – 39] – (II – 7) dựa vào áp suất trung bình

P tb 2.2.2.3 Tổn thất nhiệt độ do sức cản thủy lực trong các ống dẫn, Δ’’’

Thường chấp nhận tổn thất nhiệt trên các đoạn ống dẫn hơi thứ từ nồi này sang nồi kia, từ nồi cuối đến thiết bị ngưng tụ là: Δ’’’ = 1 ÷ 1,5 o C [AII – 67]

2.2.2.4 Tổn thất chung trong hệ thống cô đặc, ΣΔ

SVTH: Phan Trí Nguyên B1800339 Trang xvii Trần Thị Huyền Trân B1800403

Bảng 4 Tổn thất chung trong hệ thống cô đặc

Vậy tổng tổn thất chung là: ΣΔ = (Δ 1 ’ + Δ 2 ’) + (Δ 1 ’’ + Δ 2 ’’) + (Δ 1 ’’’ + Δ 2 ’’’) = 12,981 o C.

2.2.3 Hiệu số nhiệt độ hữu ích Δt hi và nhiệt độ sôi dung dịch

Hiệu số nhiệt độ hữu ích là hiệu số giữa nhiệt độ của hơi đốt và nhiệt độ sôi trung bình của dung dịch.

- Nhiệt độ sôi của dung dịch ở nồi 1: T s1 = T ht1 + Δ ’ 1 + Δ ’’ 1 = 86 o C

- Nhiệt độ sôi của dung dịch ở nồi 2:

2.2.3.2 Hiệu số nhiệt độ hữu ích của mỗi nồi Δt hi = T hđ – T s , ( o C) [AII – 67] – (VI.17)

T hđ : nhiệt độ hơi đốt mỗi nồi.

T s : nhiệt độ sôi của dung dịch trong từng nồi.

- Đối với nồi 1: Δt hi1 = T hđ1 – T s1 = 105 – 86 = 19 o C

- Đối với nồi 2: Δt hi2 = T hđ2 – T s2 = 82,08 – 64,1 = 18 o C Vậy tổng số nhiệt độ hữu ích: = 19 + 18 = 37 o C

SVTH: Phan Trí Nguyên B1800339 Trangxviii Trần Thị Huyền Trân B1800403

2.2.4 Xác định nhiệt dung riêng dung dịch

Giá trị nhiệt dung riêng của dung dịch nước táo được tra dựa vào nồng độ dung dịch ứng với nhiệt độ của dung dịch ở từng thời điểm từ

(http://rpaulsingh.com/problems/what_if/specheat.html)

T đ , T s1 ,T s2 : nhiệt độ dung dịch ban đầu, ra khỏi nồi 1, ra khỏi nồi 2, ( o C ) x đ , x tb1 , x tb2 : nồng độ dung dịch ban đầu, nồng độ của dung dịch ra khỏi nồi

Bảng 5 Nhiệt dung riêng của dung dịch nước khóm

Dung dịch x (%) T s ( o C) Nhiệt dung riêng (J/kg.độ)

2.2.5 Lượng hơi đốt và lượng hơi thứ mỗi nồi

+ Không lấy hơi phụ (toàn bộ hơi thứ nồi 1 làm hơi đốt cho nồi 2)

+ Không có tổn thất nhiệt ra môi trường

+ Bỏ qua nhiệt cô đặc (hay nhiệt khử nước)

Chọn nhiệt độ tham chiếu là 0 o C

SVTH: Phan Trí Nguyên B1800339 Trang xix Trần Thị Huyền Trân B1800403

Hình 3 Sơ đồ khối hệ thống cô đặc 2 nồi

Phương trình cân bằng năng lượng:

D: khối lượng hơi đốt cho hệ thống trong 1 giờ, kg/h

W 1 , W 2 : khối lượng hơi thứ nồi 1, nồi 2 trong 1 giờ, kg/h

G đ , G 1 , G 2 : khối lượng dung dịch ban đầu, ra khỏi nồi 1, ra khỏi nồi 2 trong 1 giờ, kg/h

C đ , C 1 , C 2 : nhiệt dung riêng dung dịch ban đầu, ra khỏi nồi 1, ra khỏi nồi 2, J/kg.độ

T đ , T s1 , T s2 : nhiệt độ dung dịch ban đầu, ra khỏi nồi 1, ra khỏi nồi 2, o C i đ , i 1 , i 2 : enthalpy hơi đốt vào nồi 1, hơi thứ nồi 1, hơi thứ nồi 2, J/kg

C n1 , C n2 : nhiệt dung riêng nước ngưng nồi 1, nước ngưng nồi 2, J/kg.độ θ 1 , θ 2 : nhiệt độ nước ngưng nồi 1, nồi 2 (= nhiệt độ hơi đốt của nồi 1 và 2, nhiệt độ hơi đốt nồi 2 là nhiệt độ hơi thứ nồi 1 trừ 1), o C

SVTH: Phan Trí Nguyên B1800339 Trang xx Trần Thị Huyền Trân B1800403

Bảng 6 Các thông số về năng lượng

F, x T dd C, i, θ, C n , kg/h (%) o C J/kg.độ J/kg o C J/kg.độ

- C n được tra từ (http://rpaulsingh.com/teaching/properties.htm) dựa vào nhiệt độ hơi đốt.

-(II-7) theo nhiệt độ dung dịch tương ứng.

- T dd là nhiệt độ của dung dịch tương ứng, o C.

Thay các số liệu trong bảng 6 vào 2 phương trình cân bằng năng lượng (a) và (b) trên Giải hệ phương trình (a), (b) và (c) ta được các thông số sau:

Lượng hơi thứ tiêu tốn chung là: D = 601,9 kg/h

Lượng hơi thứ bốc lên ở nồi 1 là: W 1 = 393,7 kg/h

Lượng hơi thứ bốc lên ở nồi 2 là: W 2 = 375,5 kg/h

2.2.6 Kiểm tra lại giả thiết phân bố hơi thứ ở các nồi

Công thức so sánh: W PL

W L : lượng hơi thứ giả thiết hay tính toán có giá trị lớn

W n : lượng hơi thứ giả thiết hay tính toán có giá trị nhỏ Nồi 1: 393,7−384,6

SVTH: Phan Trí Nguyên B1800339 Trang xxi Trần Thị Huyền Trân B1800403

384,6Vậy giả thiết ban đầu được chấp nhận.

TÍNH BỀ MẶT TRUYỀN NHIỆT

2.3.1 Lượng nhiệt do hơi đốt cung cấp

D: lượng hơi đốt cho mỗi nồi, kg/s r: ẩn nhiệt ngưng tụ của hơi đốt mỗi nồi, J/kg

Bảng 7 Lượng nhiệt do hơi cung cấp

(Lượng hơi đốt nồi 2 là lượng hơi thứ nồi 1)

2.3.2 Hệ số truyền nhiệt K của mỗi nồi

, W/m 2 độ q tb : nhiệt tải riêng trung bình, W/m 2 Δt hi : hiệu số nhiệt độ hữu ích tính theo lý thuyết, oC 2.3.2.1 Nhiệt tải riêng trung bình q 1 +q 2 q tb = 2

SVTH: Phan Trí Nguyên B1800339 Trang xxii Trần Thị Huyền Trân B1800403

TIEU LUAN MOI download : skknchat123@gmail.com tbh 1 1/ r 2 t1 tw1 tw tw2 t2 Ts q q1 q2

Hình 4 mô tả quá trình truyền nhiệt từ hơi đốt qua thành ống đến dung dịch, trong đó nhiệt tải riêng do dẫn nhiệt qua thành ống đốt (q) đo bằng W/m², cùng với nhiệt tải riêng phía hơi ngưng tụ (q₁) và phía dung dịch sôi (q₂) đều được xác định theo đơn vị W/m² Nhiệt độ của hơi nước bão hòa dùng làm hơi đốt (t_bh) được đo bằng độ Celsius (°C), phản ánh hiệu quả truyền nhiệt giữa hơi và dung dịch trong hệ thống.

T s : nhiệt độ sôi dung dịch, o C t w1 , t w2 : nhiệt độ thành ống đốt phía hơi ngưng tụ, phía dung dịch sôi, oC Δt 1 = t bh – t w1 , o C Δt 2 = t w2 – T s , o C Σr: tổng nhiệt trở của thành ống đốt, m 2 K/W α 1 , α 2 : hệ số cấp nhiệt phía hơi ngưng tụ, phía dung dịch sôi, W/m 2 độ

SVTH: Phan Trí Nguyên B1800339 Trangxxiii Trần Thị Huyền Trân B1800403

Do chưa có các giá trị hiệu số nhiệt độ ta phải giả sử Δtt 1 để tính nhiệt tải riêng, sau đó kiểm tra lại bằng cách so sánh q 1 và q 2 Nếu kết quả so sánh nhỏ hơn 5% thì chấp nhận giả thiết.

2.3.2.2 Tổng nhiệt trở của thành ống đốt Σr δ Σr = r 1 + λ

+ r 2 , m 2 K/W [AII – 3] r 1 : nhiệt trở trung bình của hơi nước (có lẫn dầu nhờn) r 1 = 0,232.10 -3 m 2 K/W r 2 : nhiệt trở trung bình lớp cặn bẩn; r 2 = 0,387.10 -3 m 2 K/W [AII – 4] δ: chiều dày thành ống đốt, m λ: hệ số dẫn nhiệt của vật liệu làm ống đốt, W/m.độ

Chọn vật liệu làm ống truyền nhiệt bằng thép CT3, tra bảng [AII – 313]

– (VII.7) ta được: λ = 50 W/m.độ r 1 : nhiệt trở trung bình của hơi nước (có lẫn dầu nhờn) r 1 = 0,232.10 -3 m 2 độ/W r 2 : nhiệt trở trung bình lớp cặn bẩn r 2 = 0,387.10 -3 m 2 độ/W

Chọn : δ = 2,108 mm = 2,108.10 -3 m Đường kính ngoài: d ng = 101,6 mm = 101,6.10 -3 m Đường kính trong: d tr = d ng – 2.δ = 97,384.10 -3 m

(http://www engineeringtoolbox com/nominal-wall-thickness-pipe-d_1337.html ) δ

SVTH: Phan Trí Nguyên B1800339 Trang xxiv Trần Thị Huyền Trân B1800403

2.3.2.3 Hệ số cấp nhiệt α 1 , α 2 a α 1: hệ số cấp nhiệt phía hơi ngưng tụ, W/m 2 độ

Trường hợp ngưng hơi bão hòa tinh khiết (không chứa khí không ngưng) trên bề mặt đứng, hệ số cấp nhiệt được tính theo công thức:

, W/m 2 K [AII – 28] – (V.101) A: hệ số phụ thuộc nhiệt độ màng, T m [AII – 28] – (V.101)

T m = 0,5 (t bh + t w1 ) t w1 : nhiệt độ bề mặt ống đốt phía hơi ngưng tụ, o C t bh : nhiệt độ hơi bão hòa dùng làm hơi đốt (nhiệt độ hơi đốt), o C Δt 1 = t bh – t w1 H: chiều cao ống, m

Bảng 8 Nhiệt tải riêng q 1 phía hơi ngưng

Dữ liệu ban đầu gồm các chỉ số như 82,08; 64,1; 0,89; 81,19; 81,635; 169,84; 2.303.000; 12.070,4; 10.743, với thời gian Δt tự chọn, sau đó cần kiểm tra lại với thực tế Nếu tỷ lệ sai số dưới 5%, kết quả sẽ được chấp nhận Hệ số r tra theo nhiệt độ hơi đốt từ [B–39] (II-7) và hệ số cấp nhiệt phía dung dịch sôi, α2, đo bằng W/m².độ, là yếu tố quan trọng trong quá trình phân tích.

Trường hợp dung dịch (dung môi là nước) sôi và tuần hoàn mãnh liệt trong ống thì hệ số cấp nhiệt được tính theo hệ số cấp nhiệt của nước α n theo công thức:

SVTH: Phan Trí Nguyên B1800339 Trang xxv Trần Thị Huyền Trân B1800403

Trong đó: Chỉ số dd biểu thị cho dung dịch, chỉ số n biểu thị cho nước λ: hệ số dẫn nhiệt, W/m.độ ρ: khối lượng riêng, kg/m 3 C: nhiệt dung riêng, J/kg.K μ: độ nhớt động lực, m.Pas

Hệ số cấp nhiệt của nước khi sôi sủi bọt, đối lưu tự nhiên, áp suất 0,2 ÷ 100 at được tính theo công thức: α n E , 3( ΔPt

, W/m 2 độ [B – 234] – (VIII–8a) Δt 2 = t w2 – t dds , o C p: áp suất tuyệt đối trên mặt thoáng (= áp suất hơi thứ), at T: nhiệt độ sôi dung dịch, K; Do q w = q 1 Δt w = t w1 - t w2 = q w Σr = q 1 Σr Từ Δt w ta suy ra được Δt 2 và tính được α n :

Bảng 9 Hệ số cấp nhiệt theo nhiệt độ sôi

Bảng 10 Nhiệt tải riêng q 2 phía dung dịch sôi λ, ρ, C, μ α 2 , q 2 , So sánh

W/m.độ kg/m 3 J/kg.độ mPa.s W/m 2 độ W/m 2 với q 1

SVTH: Phan Trí Nguyên B1800339 Trang xxvi Trần Thị Huyền Trân B1800403

Ta tính được hệ số truyền nhiệt K và kiểm tra lại hiệu số nhiệt độ hữu ích 2.3.2.4 Hiệu số hữu ích thực tế của mỗi nồi Δtt hi = Q i ∑ Δtt ti

Kiểm tra hệ số hữu ích lý thuyết và thực tế, nếu tỉ lệ kiểm tra sai số nhỏ hơn 5% thì chấp nhận:

Chấp nhận Δtt hi( lon )

: Hiệu số hiệu ích có giá trị lớn. Δtt hi

) : Hiệu số hiệu ích có giá trị nhỏ.

Nếu sai số > 5% thì phải giả thiết lại phân phối hiệu số áp suất giữa các nồi và tính lại từ đầu.

Bảng 11 Hiệu số nhiệt độ hữu ích

Vậy điều kiện bề mặt truyền nhiệt 2 nồi bằng nhau được thỏa mãn Bảng 12 Bề mặt truyền nhiệt

TIEU LUAN MOI download : skknchat123@gmail.com m 2

KÍCH THƯỚC BUỒNG ĐỐT

2.4.1 Số ống truyền nhiệt n= F π d l , ống

F: bề mặt truyền nhiệt, m 2 ( F = 27,354 m 2 ) d: đường kính ống truyền nhiệt, m, ở đây α 1 >α 2 nên chọn đường kính trong (d tr = 97,384 mm = 97,384.10 -3 m) l: chiều dài ống truyền nhiệt, m (l = h 2 = 1m) n= F

Tra chuẩn: n = 91 ống [B – 37] – (Bảng II)

Vậy chọn bố trí ống theo hình lục giác đều, xếp đầy các hình viên phân.

2.4.2 Ống tuần hoàn trung tâm

2.4.2.1 Đường kính ống tuần hoàn

D th=√ 4f π th , m [B – 121] – (III-26) f th : tiết diện ngang ống tuần hoàn (khoảng 15 ÷ 20% tổng tiết diện ngang các ống truyền nhiệt), m 2 [AII – 75]

Chọn f th = 15% tổng tiết diện ngang các ống truyền nhiệt f th =0,15 n π d ng 2

4 , m 2 d ng : đường kính ngoài ống truyền nhiệt, m

SVTH: Phan Trí Nguyên B1800339 Trangxxviii Trần Thị Huyền Trân B1800403 d ng = 101,6 mm = 101,6.10 -3 m

Chọn vật liệu làm ống tuần hoàn là thép CT3, chiều dày 4 mm

2.4.2.2 Số ống truyền nhiệt danh nghĩa

Là số ống nằm trong lòng ống tuần hoàn trung tâm. Để tính số ống truyền nhiệt danh nghĩa ta xem đường kính ống tuần hoàn là đường kính trong của 1 thiết bị trao đổi nhiệt, khi đó:

D th = t(b – 1) + 4.d ng , m [AII – 49] – (V.140) t: bước ống, m Thường chọn t = 1,2 ÷ 1,5.d ng d ng : đường kính ngoài ống truyền nhiệt, m Chọn t = 1,3d ng = 1,3.101,6.10 -3 = 0,132 m b: số ống trên đường chéo của hình lục giác đều b= D th−4d ng +1=0,4−4.101,6 10 −3 +1=0,958 t 0,132

Tra chuẩn: b = 3, ứng với số ống truyền nhiệt danh nghĩa là 7 ống [AII – 48] – (V.11)

Số ống còn lại: n’ = 91 - 7 = 84 ống

Số ống này vẫn đảm bảo đủ bề mặt truyền nhiệt, vậy ta lắp đặt 84 ống.

* Bề mặt truyền nhiệt thực tế:

, m 2 n’: là số ống truyền nhiệt còn lại do lắp ống tuần hoàn.

SVTH: Phan Trí Nguyên B1800339 Trang xxix Trần Thị Huyền Trân B1800403

TIEU LUAN MOI download : skknchat123@gmail.com l: Chiều dài ống truyền nhiệt và ống tuần hoàn, m.

* Kiểm tra bề mặt truyền nhiệt

Nếu > 5% thì phải xác định lại.

- F tt : là bề mặt truyền nhiệt thực tế (gồm ống tuần hoàn).

- F lt : là bề mặt truyền nhiệt lý thuyết (chưa kể ống tuần hoàn).

2.4.3 Đường kính trong buồng đốt

Bố trí ống theo hình lục giác đều, đường kính trong buồng đốt được tính theo công thức:

+( D th +2 β d ng ) 2 , m [AII – 74] – (VI.40) ψ P Pl

= t/d ng , với t là bước ống Do ở trên chọn t = 1,3.d ng ⇒ = 1,3 d ng : đường kính ngoài ống truyền nhiệt, d ng = 101,6 mm = 101,6.10 -3 m

: hệ số sử dụng lưới đỡ ống, thường = 0,7 ÷ 0,9 ⇒ Chọn = 0,9 l: chiều dài ống truyền nhiệt, l = 1 m

KÍCH THƯỚC BUỒNG BỐC

SVTH: Phan Trí Nguyên B1800339 Trang xxx Trần Thị Huyền Trân B1800403

D =√ 4V kgh bb π H kgh , m [AII – 72] – (VI.35)

V kgh : thể tích không gian hơi, m 3

V kgh = W ρ h U tt , m 3 [AII – 71] – (VI.32) W: lượng hơi thứ bốc lên trong thiết bị, kg/h

U tt : cường độ bốc hơi thể tích cho phép của khoảng không gian hơi (thể tích hơi nước bốc hơi trên 1 đơn vị thể tích của khoảng không gian hơi trong 1 đơn vị thời gian), m 3 /m 3 h Ở áp suất thường U tt = 1600÷1700 m 3 /m 3 h , áp suất hơi thứ có ảnh hưởng đáng kể đến U tt Tuy nhiên không có số liệu hiệu chỉnh ở áp suất nhỏ hơn 1 atm nên có thể chọn U tt = 1600 m 3 /m 3 h h: khối lượng riêng của hơi thứ, kg/m 3

H kgh : chiều cao không gian hơi, m

H kgh 4V kgh π D bb 2 , m [AII – 72] – (VI.34)

Khảo sát được tiến hành theo cách thức chọn D bb , sau đó tính H kgh Thường đường kính buồng bốc lớn hơn đường kính buồng đốt không quá 0,6m.

Bảng 13 Kích thước buồng bốc

Nhiệt độ Áp suất h , U tt , W, V, D bb , H kgh ,

Nồi hơi thứ, hơi thứ, kg/m 3 m 3 /m 3 h kg/h m 3 m M

Do dung dịch chiếm h 1 = 0,5 m chiều cao buồng bốc nên tổng chiều cao tối thiểu buồng bốc là: H bb = H kgh + h 1 = 0,84 + 0,5 = 1,34 m

SVTH: Phan Trí Nguyên B1800339 Trang xxxi Trần Thị Huyền Trân B1800403

Do đó chọn tổng chiều cao buồng bốc 2 nồi đều là 1,8 m.

Vậy ta có: D bb =1,8 m ; H bb = 1,8 m

ĐƯỜNG KÍNH CÁC ỐNG DẪN

Đường kính trong các ống dẫn và cửa ra vào thiết bị được xác định theo công thức:

V S : lưu lượng khí (hơi) hoặc dung dịch chảy trong ống, m 3 /s.

: tốc độ thích hợp của (hơi) hoặc dung dịch chảy trong ống, m/s.

2.6.1 Đối với dung dịch và nước ngưng

G: khối luợng dung dịch, nước ngưng đi trong ống, kg/s

: khối lượng riêng dung dịch, nước ngưng ở nhiệt độ tương ứng, kg/m 3 trong khoảng 0,5÷1 m/s

2.6.2 Đối với hơi bão hòa

G: khối lượng hơi đi trong ống, kg/s v”: thể tích riêng của hơi ở nhiệt độ tương ứng, m 3 /kg trong khoảng 20÷40 m/s

Bảng 14 Kích thước các ống dẫn

Bề dày, kg/h kg/m 3 m 3 /kg m 3 /s m/s m mm mm Ống nhập liệu 1000 1013.8 0.000273997 0.5 0.02642 36.626 2.769 Ống Nồi 1 615.4 1040.5 0.000164291 0.5 0.02046 27.863 2,769 tháo sản

Nồi 2 230.8 1153.6 0,000055748 0.5 0.01190 17.120 2.108 phẩm Ống dẫn hơi đốt 601.9 1.421 0.237583306 20 0.1230 134.492 3.404 Ống dẫn Nồi 1 393.7 3.025 0.330817361

SVTH: Phan Trí Nguyên B1800339 Trangxxxii Trần Thị Huyền Trân B1800403

(http://www.engineeringtoolbox.com/nominal-wall-thickness-pipe-d_1337.html)

TỔNG KẾT THIẾT BỊ CHÍNH

Bảng 15 Bảng tóm tắt thiết bị chính

Nhiệt độ sôi của dung dịch ở áp suất làm việc ( o C) 86 64,1

Nhiệt lượng tiêu tốn cho quá trình Q (W) 375823,47 251835,75

Lượng hơi đốt cần thiết (kg/h) 393,7 375,5

Hệ số cấp nhiệt khi ngưng tụ (W/m 2 độ) 12840,1 12070,4

Hệ số cấp nhiệt (W/m 2 độ) 1765,85 1037,43

Số ống truyền nhiệt (ống) 91 91

Chiều cao ống truyền nhiệt (m) 1 1

Chiều dày thành ống (mm) 2,108 2,108 Đường kính buồng đốt (mm) 1600 1600 Đường kính buồng bốc (mm) 1800 1800

Chiều cao buồng bốc (mm) 1800 1800

SVTH: Phan Trí Nguyên B1800339 Trangxxxiii Trần Thị Huyền Trân B1800403

SVTH: Phan Trí Nguyên B1800339 Trangxxxiv Trần Thị Huyền Trân B1800403

TÍNH TOÁN THIẾT BỊ PHỤ - THIẾT BỊ NGƯNG TỤ BAROMET

LƯỢNG NƯỚC LẠNH CẦN THIẾT ĐỂ NGƯNG TỤ

G n : lượng nước lạnh cần thiềt để ngưng tụ, kg/s W: lượng hơi ngưng tụ đi vào thiết bị ngưng tụ, kg/s i: hàm nhiệt của hơi ngưng, J/kg t 2đ , t 2c : nhiệt độ đầu và cuối của nước lạnh, o C

C n : nhiệt dung riêng trung bình của nước, J/kg.độ Ở đây W = W 2 = 375,5 kg/h = 375,5

Chọn t 2đ = 28 o C, t 2c = 40 o C, nhiệt độ trung bình = (28+40)/2 = 34 o C

THỂ TÍCH KHÔNG KHÍ VÀ KHÍ KHÔNG NGƯNG CẦN HÚT RA KHỎI BAROMET

SVTH: Phan Trí Nguyên B1800339 Trangxxxv Trần Thị Huyền Trân B1800403

KÍCH THƯỚC CHỦ YẾU CỦA THIẾT BỊ NGƯNG TỤ

Hình 5 Sơ đồ thiết bị ngưng tụ Baromet

1- cửa vào nước lạnh 4- cửa hơi vào

2- ống thông với thiết bị thu hồi 5- ống Baromet 3- tấm ngăn

SVTH: Phan Trí Nguyên B1800339 Trangxxxvi Trần Thị Huyền Trân B1800403

D ba =1,383 √ ρ h W ω h , m [AII – 84] – (VI.52) W: lượng hơi ngưng tụ, W = 0,1044 kg/s h: khối lượng riêng của hơi ngưng tụ ở 55 o C, h = 0,1043 kg/m 3 [B – 39] h: tốc độ của hơi đi trong thiết bị ngưng tụ, m/s Nếu thiết bị ngưng tụ làm việc với áp suất khoảng 0,1 ÷ 0,2 at chọn h trong khoảng 55 ÷ 35 m/s, nếu từ

0,2÷0,4 chọn 35 ÷ 15 m/s. Ở đây áp suất làm việc của thiết bị ngưng tụ là 0,1605 atm nên ta chọn h = 40 m/s

D ba =1,383 √ ρ h W ω h =1,383 √ 0,1044 0,1043.40 =¿0,22 m Dựa vào dãy đường kính chuẩn của thiết bị ngưng tụ [AII – 88] – (VI.8) Chọn: D ba

- Tấm ngăn có dạng hình viên phân, để đảm bảo làm việc tốt, chiều rộng tấm ngăn b có thể được xác định như sau: b= P D ba +50

D ba : đường kính trong thiết bị ngưng tụ, D ba = 500 mm

300 mm Trên tấm ngăn có đục nhiều lỗ nhỏ: Nếu nước làm nguội là nước sạch nên lấy đường kính các lỗ bằng 2 mm, nếu nước bẩn là 5mm.

Chọn đường kính lỗ 5 mm

SVTH: Phan Trí Nguyên B1800339 Trangxxxvii Trần Thị Huyền Trân B1800403

- Tổng diện tích bề mặt của các lỗ trong toàn bộ mặt cắt ngang của thiết bị ngưng tụ, nghĩa là trên 1 cặp tấm ngăn là: f=

Với: G n : lưu lượng nước, m 3 /s Ở nhiệt độ trung bình 34 0 C, khối lượng riêng của nước là 994,34 kg/m 3

994,34 c: tốc độ của tia nước, m/s Tốc độ tia nước khi chiều cao gờ của tấm ngăn là 40 mm thì c = 0,62 m/s [AII – 85] Ở đây ta chọn c = 0,62 m/s f = G n

- Chọn chiều dày tấm ngăn = 4 mm [AII – 85]

Các lỗ được xếp theo hình lục giác đều, với bước của các lỗ xác định bằng công thức t = 0,866d(f_pe)^1/2, trong đó d là đường kính của lỗ (đã chọn là 5 mm), và f_e là tỷ số diện tích tiết diện các lỗ so với diện tích tiết diện của thiết bị ngưng tụ, thường dao động từ 0,025 đến 0,1 Trong ví dụ này, ta chọn f_tb = 0,03, do đó t = 0,866 × 5 × (0,03)^{1/2} ≈ 0,75 mm.

SVTH: Phan Trí Nguyên B1800339 Trangxxxviii Trần Thị Huyền Trân B1800403

3.3.3 Chiều cao thiết bị ngưng tụ

Mức độ đun nóng được xác định theo công thức:

Dựa vào mức độ đun nóng với đường kính lỗ 2 mm, tra bảng [AII – 86] - (VI.7) ta có:

- Khoảng cách trung bình giữa các ngăn: 300 mm

Tra bảng [AII –88] – (VI.8) với đường kính trong D ba = 500 mm ta có những kích thước cơ bản của thiết bị ngưng tụ Baromet như sau:

Bảng 16 Kích thước cơ bản của thiết bị ngưng tụ Baromet

Các thành phần của thiết bị ngưng tụ Kích thước

Chiều dày thành thiết bị S = 5 mm

Khoảng cách từ ngăn trên cùng đến nắp thiết bị a = 1300 mm

Khoảng cách từ ngăn dưới cùng đến đáy P = 1200 mm

Bề rộng của tấm ngăn b = 300 mm

Khoảng cách giữa tâm thiết bị ngưng tụ với thiết bị thu hồi K 1 = 675 mm

Chiều cao của hệ thống thiết bị H = 4300 mm

Chiều rộng của hệ thống thiết bị T = 1300 mm Đường kính thiết bị thu hồi D 1 = 400 mm

Chiều cao thiết bị hu hồi h = 1440 mm Đường kính các cửa ra và vào:

SVTH: Phan Trí Nguyên B1800339 Trangxxxix

Hỗn hợp khí và hơi ra d 3 = 80 mm

Nối với ống Baromet d 4 = 125 mm

Hỗn hợp khí và hơi vào thiết bị thu hồi d 5 = 80 mm

Hỗn hợp khí và hơi ra khỏi thiết bị thu hồi d 6 = 50 mm

Nối từ thiết bị thu hồi đến ống Baromet d 7 = 50 mm

, m [AII – 86] – (VI.57) W: lượng hơi ngưng, W = 0,1044 kg/s (đã tính ở trên)

G n : lượng nước lạnh tưới vào tháp, G n = 5,045 kg/s (đã tính ở trên)

: tốc độ của hỗn hợp nước và chất lỏng đã ngưng chảy trong ống baromet, m/s; thường lấy 0,5 ÷ 0,6 m/s Ta chọn = 0,5 m/s. d ba =√ 0,004 ( G n +W ) = √ 0,004 (5,045+0,1044) =0,1145m4,5mm π ω π.0,5

Chọn đường kính chuẩn của ống baromet là 135,762 mm và chiều dày là 2,769 mm

(http://www.engineeringtoolbox.com/asme-steel-pipes-sizes-d_42.html)

Trong đó: h 1 : chiều cao cột nước trong ống Baromet cân bằng với hiệu số áp suất trong thiết bị ngưng tụ và khí quyển.

SVTH: Phan Trí Nguyên B1800339 Trang xl Trần Thị Huyền Trân B1800403

TIEU LUAN MOI download : skknchat123@gmail.com h 2 : chiều cao cột nước trong ống Baromet cần thiết để khắc phục trở lực khi nước chảy trong ống, m. h 1 ,33

760 , m [AII – 86] – (VI.59) Với: P 0 : độ chân không trong thiết bị ngưng tụ, mmHg; P 0 =(1- P ng ).760

Với: : hệ số ma sát ( = 0,02 ÷ 0,035) (chọn = 0,03). Σ = 1 + 2 : tổng trở lực cục bộ.

1: hệ số trở lực khi vào ống (chọn 1 = 0,5).

2 : hệ số trở lực khi ra ống (chọn 2 = 1).

: tốc độ của nước lạnh và nước ngưng chảy trong thiết bị ( ¿ 0,5 ÷ 0,6 m/s) chọn = 0,5

Thay dữ liệu vào (1) và (2) và giải hệ ta được: H = 8,704 m

Vậy để ngăn ngừa nước dâng lên trong ống và chảy vào ống dẫn hơi thứ khi độ chân không tăng cao ngay cả trong trường hợp mực nước là 10,33 m

Chọn vật liệu làm ống là thép CT3

SVTH: Phan Trí Nguyên B1800339 Trang xli Trần Thị Huyền Trân B1800403

TÍNH CƠ KHÍ

CHIẾU DÀY THIẾT BỊ

4.1.1.1 Buồng đốt a Chiều dày của thân hình trụ hàn làm việc chịu áp suất trong

Chiều dày của thân hình trụ hàn làm việc chịu áp suất trong được xác định theo công thức:

Khi p 50 có thể bỏ qua p ở mẫu số

D t : đường kính trong buồng đốt, D t = 1,6 m : hệ số bền của thành hình trụ theo phương dọc, tra từ [AII – 362] - (XIII.8) ta được = h = 0,95

C: số bổ sung do ăn mòn, bào mòn và dung sai về chiều dày, m

C 1 : số bổ sung do ăn mòn, đối với vật liệu bền (0,05÷0,1 mm/năm) Chọn C 1 = 1 mm

C 2 : số bổ sung do hao mòn, khi tính toán thiết bị hóa chất có thể bỏ qua C 2

C 3 : số bổ sung do dung sai của chiều dày, phụ thuộc vào chiều dày tấm vật liệu, chọn C 3 = 0,6 mm [AII – 364] - (XIII.9)

C = C 1 + C 2 + C 3 = 1 + 0 + 0,6 = 1,6 mm P: áp suất trong thiết bị, N/m 2

- Môi trường làm việc là hỗn hợp hơi – lỏng, áp suất được tính như sau:

SVTH: Phan Trí Nguyên B1800339 Trang xlii

P mt : áp suất của hơi trong thiết bị, N/m 2

P 1 : áp suất thủy tĩnh của cột chất lỏng, được tính theo công thức:

1: khối lượng riêng chất lỏng (ở 105 o C), 1 = 954,69 kg/m 3

H 1 : chiều cao lớn nhất của cột nước ngưng, chọn H 1 = 1 m g: gia tốc trọng trường, g = 9,81 m/s 2

* Tính ứng suất cho phép [ ]:

Chọn vật liệu thiết kế là thép CT3 thì ứng suất cho phép của thép CT3 theo giới hạn bền Lấy giá trị nhỏ nhất từ các công thức sau:

[ k ], [ c ]: ứng suất cho phép khi kéo, khi chảy, N/m 2 : hệ số điều chỉnh n k , n c : hệ số an toàn theo giới hạn bền khi kéo và theo giới hạn chảy k, c : giới hạn bền khi kéo, giới hạn chảy, N/m 2 Tra từ [AII – 356] – (XIII.2) ta được = 0,9

Tra từ [AII – 356] – (XIII.3) ta được n k = 3,5; n c = 2,0

Tra từ [AII – 356] – (XIII.4) ta được:

SVTH: Phan Trí Nguyên B1800339 Trang xliii Trần Thị Huyền Trân B1800403

TIEU LUAN MOI download : skknchat123@gmail.com k = 380.10 6 N/m 2 ; c = 240.10 6 N/m 2

Chọn số nhỏ thế vào [ σ p ] ϕ 0224,7089 97714000

* Kiểm tra ứng suất theo áp suất thử:

, N/m 2 [AII – 365] – (XIII.26) Áp suất thử tính toán P 0 được xác định theo công thức:

P th : áp suất thử thủy lực, N/m 2

Ta có: P th = 1,5.P mt = 1,5 120859,2 = 181289N/m 2 [AII – 358] – (XIII.5)

P 1 : áp suất thử thủy tĩnh của cột chất lỏng, P 1 = 9365,5089 N/m 2

Vậy S = 3 mm là đạt yêu cầu b Đáy buồng đốt Đáy hình elip có gờ, làm việc chịu áp suất trong, bằng thép CT3

SVTH: Phan Trí Nguyên B1800339 Trang xliv Trần Thị Huyền Trân B1800403

Hình 6: Mặt cắt đáy buồng đốt

Chiều dày đáy được tính theo công thức:

Khi p có thể bỏ qua đại lượng p ở mẫu số

Trong bài viết này, đường kính trong buồng đốt (D t) là 1,6 m, với áp suất trong buồng đốt (P) là 130.224,7089 N/m² Chiều cao phần lồi của đáy (h b) được tra từ tài liệu [AII – 382] – (XIII.10), phù hợp với D t = 1,6 m, có giá trị h b = 0,4 m Hệ số không thứ nguyên (k) được quy ước là 1, trong đó đường kính của lỗ lớn nhất trên đáy, cửa ra sản phẩm (d) là 0,15 m Công thức tính hệ số k dựa trên D t và d, cụ thể là k = 1 − Dd t = 1 − 0,15.

1,6 =0,90625 h : hệ số bền, h = 0,95 [ k ]: ứng suất cho phép, tính tuơng tự như trường hợp thành buồng đốt [ k ] = 97,714.10 6 N/m 2

C: số bổ sung, tính tương tự, C = 1,6.10 -3 m, có tăng thêm sau khi tính thử S

SVTH: Phan Trí Nguyên B1800339 Trang xlv

Thêm 2 mm khi S – C 10 mm Thêm 1 mm khi 20 mm > S – C > 10 mm

0,90625 0,95 = 646 > 30 nên bỏ qua P ở mẫu số.

Vậy thêm 2 mm vào C, khi đó S = 2,9 + 2 = 4,9 mm

* Kiểm tra ứng suất theo áp suất thử:

, N/m 2 [AII – 385] – (XIII.49) Với áp suất thử: P 0 = 190654,5089 N/m 2 σ = [ ( 1,6 ) 2 +2.0,4 ( 5−1,6 ) 1 0 −3 ] 190654,5089

Vậy S = 5 mm là đạt yêu cầu

4.1.1.2 Buồng bốc a Thân hình trụ hàn làm việc chịu áp suất ngoài, bằng thép CT3

Kiểm tra các điều kiện: l

( p E n t 0,4 D l ) ≤0,523 l: chiều dài (chiều cao) tính toán thiết bị, l = H bb = 1,8 m

SVTH: Phan Trí Nguyên B1800339 Trang xlvi Trần Thị Huyền Trân B1800403

D: đường kính trong buồng bốc, D bb = 1,8 m l 1,8 1

P n : áp suất tính toán bên ngoài, bằng hiệu số giữa áp suất khí quyển và áp suất hơi thứ bên trong, N/m 2

E t : module đàn hồi ở nhiệt độ thành, E t = 185.10 9 N/m 2

Khi các điều kiện được thỏa, do các loại thép có hệ số Poatxông = 0,3 nên có thể tính chiều dày theo công thức sau:

C: số bổ sung, tính như trường hợp buồng đốt, C = 1,6.10 -3 m

Chọn S = 7 mm b Nắp buồng bốc

Nắp hình elip có gờ, làm việc chịu áp suất ngoài, bằng thép CT3

Chiều dày nắp được xác định theo công thức:

Khi p n có thể bỏ qua đại lượng p ở mẫu số

D t : đường kính trong buồng bốc, D t = 1,8 m

SVTH: Phan Trí Nguyên B1800339 Trangxlvii

P n : áp suất tính toán bên ngoài, P n = 44243,1 N/m 2 h b : chiều cao phần lồi của nắp, tra bảng XIII.10 ứng với D t = 1,8 m có h b = 0,45 m k: hệ số không thứ nguyên, d: đường kính của lỗ lớn nhất trên nắp, lỗ thông hơi, chọn d = 0,6 m k =1− Dd t =1−0,6

1,8 =0,67 k 1 : hệ số, đối với lỗ có nắp không tăng cứng k 1 = 0,64 h = 0,95 [ n ] = 97,714.10 6 N/m 2

C: số bổ sung, tính tương tự, C = 1,6.10 -3 m, có tăng thêm sau khi tính thử S

S – C = 2,4 - 1,8 = 0,6 mm < 10 mm Thêm 2 mm vào C khi đó S = 2,4 + 2 = 4,4 mm

* Kiểm tra ứng suất khi thử thủy lực: σ= [ D t 2 +2h b (S−C ) ] p 0 n

SVTH: Phan Trí Nguyên B1800339 Trangxlviii Trần Thị Huyền Trân B1800403 Áp suất thử P 0 = 1.5.P n = 1,5 44243,1 = 66364,65 N/m 2 σ =

4.1.2.1 Buồng đốt a Thân hình trụ hàn làm việc chịu áp suất ngoài, bằng thép CT3

Chiều dày được xác định theo công thức:

= 1,6.10 -3 m p n : áp suất tính toán bên ngoài, bằng hiệu số giữa áp suất khí quyển và áp suất chân không bên trong, N/m 2 p 1 : áp suất thủy tĩnh của cột chất lỏng, được tính theo công thức: p 1 = g 1 H 1 , N/m 2

1: khối lượng riêng chất lỏng (ở 82,08 0 C), 1 = 970,3 ( kg/m 3 )

H 1 : chiều cao lớn nhất của cột nước ngưng, chọn H 1 = 1 m g: gia tốc trọng trường, g = 9,81 m/s 2 p 1 = g 1 H 1 = 9,81 970,3.1 = 9518,643 N/m 2 Áp suất bên trong: p = p mt + p 1 , N/m 2 p mt = 0,549 at = 0,549.9,81.10 4 = 53856,9 N/m 2 p = p mt + p 1 S856,9 + 19518,643 = 63375,543 N/m 2 p n = 9,81.10 4 - 63375,543 = 34724,457 N/m 2

SVTH: Phan Trí Nguyên B1800339 Trang xlix Trần Thị Huyền Trân B1800403

Kiểm tra ứng suất theo áp suất thử: σ = [ D t +( S−C ) ] p 0

2(S−C)ϕ 1,2 , N/m 2 [AII – 365] – (XIII.26) Áp suất thử tính toán p 0 được xác định theo công thức: p 0 = p th + p 1 , N/m 2 p th : áp suất thử thủy lực, N/m 2 Tra từ [AII – 365] – (XIII.5)ta có: p th = 1,5.p mt = 1,5 53856,9 = 80785,35 N/m 2 p 1 : áp suất thử thủy tĩnh của cột chất lỏng, p 1 = 9518,643 N/m 2 p 0 = p th + p 1 = 80785,35+9518,643 = 90303,993 N/m 2 σ =[ D t +( S−C) ] p 0 = [ 1,8 +(

Vậy S = 3 mm là đạt yêu cầu b Đáy buồng đốt Đáy hình elip có gờ, làm việc chịu áp suất ngoài, bằng thép CT3 Chiều dày đáy được xác định theo công thức:

Khi có thể bỏ qua đại lượng p ở mẫu số

D t : đường kính trong duồng đốt, D t = 1,8 m

P n : áp suất tính toán bên ngoài, P n = 34724,457 N/m 2

SVTH: Phan Trí Nguyên B1800339 Trang l Trần Thị Huyền Trân B1800403 h b : chiều cao phần lồi của đáy, tra bảng [AII – 382] – (XIII.10) ứng với D t 1,8 m có h b = 0,45 m k=1− d k: hệ số không thứ nguyên, D t d: đường kính của lỗ lớn nhất trên đáy, cửa ra sản phẩm, chọn d = 0,15 m k =1− Dd t =1−0,15

1,8 =0,9167 k 1 : hệ số, đối với đáy có lỗ không tăng cứng k 1 0,64 h = 0,95

[ n ] = 97,714.10 6 N/m 2 C: số bổ sung, tính tương tự, C = 1,6.10 -3 m, có tăng thêm sau khi tính thử S

Thêm 1 mm khi 20 mm > S – C > 10 mm

* Kiểm tra ứng suất khi thử thủy lực: σ = [ D t 2 +2h b (S−C ) ] p 0

7,6k k 1 ϕ h h b (S−C ) 1,2 , N/m 2 [AII – 387] – (XIII.51) Áp suất thử P 0 = 1,5.P n = 1,5.34724,457 = 52086,6855 N/m 2

SVTH: Phan Trí Nguyên B1800339 Trang li Trần Thị Huyền Trân B1800403 σ = [ 1,8 2 +2.0,45 ( 5−1,6 ) 10 −3 ] 52086,6855

4.1.2.2 Buồng bốc a Thân hình trụ hàn làm việc chịu áp suất ngoài, bằng thép CT3

Kiểm tra các điều kiện: l

( p E n t D l ) 0,4 ≤0 , 523 l: chiều dài (chiều cao) tính toán thiết bị, l = H b = 1,8 m D: đường kính trong buồng bốc, D bb = 1,8 m

D 1,8 p n : áp suất tính toán bên ngoài, bằng hiệu số giữa áp suất khí quyển và áp suất hơi thứ bên trong, N/m 2 p n = (1- p ng ).9,81.10 4 p n = (1 – 0,1605).9,81.10 4 = 82354,95 N/m 2

E t : module đàn hồi ở nhiệt độ thành, E t = 185.10 9 N/m 2

Khi các điều kiện được thỏa, do các loại thép có hệ số Poatxông = 0,3 nên có thể tính chiều dày theo công thức sau:

SVTH: Phan Trí Nguyên B1800339 Trang lii Trần Thị Huyền Trân B1800403

C: số bổ sung, tính như trường hợp buồng đốt, C = 1,6.10 -3 m

Chọn S = 10 mm b Nắp buồng bốc

Nắp hình elip có gờ, làm việc chịu áp suất ngoài, bằng thép CT3

Chiều dày nắp được xác định theo công thức:

Khi có thể bỏ qua đại lượng p ở mẫu số D t : đường kính trong buồng bốc, D t = 1,8 m p n : áp suất tính toán bên ngoài, P n = 82354,95 N/m 2 h b : chiều cao phần lồi của nắp, tra bảng XIII.10 ta có h b = 0,45 m k: hệ số không thứ nguyên, d: đường kính của lỗ lớn nhất trên nắp, lỗ thông hơi, chọn d = 0,6 m k =1− Dd t =1−0,6

1,8 =0,67 k 1 : hệ số, đối với lỗ có nắp không tăng cứng k 1 0,64 h = 0,95

[ n ] = 97,714.10 6 N/m 2 C: số bổ sung, tính tương tự, C = 1,6.10 -3 m, có tăng thêm sau khi tính thử S

SVTH: Phan Trí Nguyên B1800339 Trang liii Trần Thị Huyền Trân B1800403

* Kiểm tra ứng suất khi thử thủy lực:

, N/m 2 [AII – 387] – (XIII.51) Áp suất thử = 1,5P n = 1,5 82354,95 = 123532,425 N/m 2 σ = [ ( 1,8 ) 2 +2.0,45 ( 6−1,6 ) 10 −3 ] 123532,425 e373132,08< σ P c

7,6.0,67 0,64 0,95 0,45 (6−1,6).1 0 −3 1,2 Vậy S = 6 mm là đạt yêu cầu

Bảng 17 Tổng hợp chiều dày buồng đốt, buồng bốc

Nồi Buồng đốt (mm) Buồng bốc (mm)

Thân trụ Đáy Thân trụ nắp

VỈ ỐNG

Buồng đốt có 2 vỉ ống cố định được hàn vào mặt trên và mặt dưới Chiều dày vỉ ống S v phải đảm bảo giữ chặt ống truyền nhiệt và ống tuần hoàn, bền dưới tác dụng của các loại ứng suất, chống được ăn mòn Chọn phương pháp gắn ống vào vỉ bằng phương pháp hàn Chiều dày tối thiểu:

SVTH: Phan Trí Nguyên B1800339 Trang liv Trần Thị Huyền Trân B1800403 d n

S min = 8 , mm d n : đường kính ngoài ống truyền nhiệt, d n = 101,6 mm

8 +5,7 mm Để giữ nguyên hình dạng vỉ ống sau khi nong hàn đảm bảo tiết diện dọc giới hạn bởi 2 thành lỗ gần nhất f m phải lớn hơn tiết diện nhỏ nhất cho phép f min : f m = S v (t – d 1 ) f min = 5.d 1 f min

132,08−102,6 Tính đến sự ăn mòn 2 phía: C = 2 mm

HỆ THỐNG TAI ĐỠ

4.3.1.1 Khối lượng thép làm ống truyền nhiệt m 1 = n .d.l , kg n: số ống truyền nhiệt, n = 84 ống d: đường kính trung bình, d = 0,1016+0,0974

=¿0,0995 m 2 l: chiều dài ống, l = 1 m : chiều dày thành ống, = 2,108 mm = 2,108.10 -3 m

SVTH: Phan Trí Nguyên B1800339 Trang lv Trần Thị Huyền Trân B1800403

: khối lượng riêng của thép , = 7850 kg/m 3 m 1 = n .d.l = 84 .0,0995.1.2,108.10 -3 7850 = 434,5 kg

4.3.1.2 Khối luợng thép m 2 = V , kg V: tổng thể tích thép sử dụng, m 3 , bao gồm thép làm ống tuần hoàn, vỉ ống, buồng bốc, buồng đốt, nắp và đáy

: khối lượng riêng của thép CT3, = 7850 kg/m 3 - Thể tích thép được tính như sau: a Đối với ống tuần hoàn, buồng bốc, buồng đốt V = d.l , m 3 d: đường kính trung bình, m l: chiều dài (chiều cao), m

: chiều dày, m ( chọn tính theo nồi 2)

Bảng 18 Thể tích thép d trong , m m d trung bình , m l, m V, m 3 Ống tuần hoàn 0,4 0,003 0,403 1 0,0038

Buồng đốt 1,6 0,003 1,603 1 0.0151 b Đối với vỉ ống (2 vỉ)

D: đường kính vỉ, bằng đường kính trong buồng đốt, D = 1,6 m

S n : tổng tiết diện ngang ống truyền nhiệt, m 2

SVTH: Phan Trí Nguyên B1800339 Trang lvi Trần Thị Huyền Trân B1800403

S th : tiết diện ngang ống tuần hoàn, m 2

V = 2 δ [ π P D 4 2 − ( S n +S t Ph ) ] =2.0,02 [ π 1,6 4 2 − ( 0,681+0,1307 ) ] =¿ 0,04796 m 3 c Đối với đáy và nắp δ πD 2

D: đường kính phôi, m [AII – 385] – (Bảng XIII.12) : chiều dày, m

Bảng 19 Thể tích đáy và nắp thiết bị

V = 0,0038+0,102+0,0151+0,04796+0,016+0,0122 = 0,19706 m 3 - Tổng khối lượng thép m 2 = 0,19706 7850 = 1547 kg

- Tổng khối lượng vật liệu

- Để đảm bảo hệ thống tai đỡ đủ an toàn ta giả sử thiết bị chứa đầy nước m 3 = V , kg V: tổng thể tích nước ở buồng bốc, buồng đốt, nắp và đáy, m 3

SVTH: Phan Trí Nguyên B1800339 Trang lvii Trần Thị Huyền Trân B1800403

: khối lượng riêng của nước, lấy ở 20 0 C, = 998,2 kg/m 3 π D 2

- Thể tích nước ở buồng bốc và buồng đốt được tính như sau: V = 4 l , m 3 D: đường kính trong, m l: chiều cao, m

Thể tích nước nắp và đáy: tra bảng XIII.10 theo đường kính trong

Khối lượng cực đại: m = m 1 + m 2 + m 3 C4,5+1547+8524,93= 10506,43 kg Trọng lượng cực đại:

Chọn sử dụng 4 tai đỡ

Trọng lượng mỗi tai đỡ phải chịu là: 103068,0783 /4 = 25767,02 N

Hình 7: Sơ đồ mặt cắt tai treo

Bảng 21 Chân thép đối với thiết bị thẳng đứng

Tải trọng Bề Tải trọng L B B 1 H S A D Khối cho phép mặt cho phép lên lượng mỗi tai đỡ đỡ bề mặt đỡ 1 tai

MẶT BÍCH

Mặt bích là bộ phận quan trọng dùng để nối các phần của thiết bị cũng như nối các bộ phận khác với thiết bị.

Do hệ thống làm việc với áp suất thấp < 0,1*10 6 N/m 2 nên chọn loại bích liền, là bộ phận được hàn liền với thiết bị

4.4.1 Để nối các ống dẫn

Chọn bích liền bằng kim loại đen kiểu 1

SVTH: Phan Trí Nguyên B1800339 Trang lix Trần Thị Huyền Trân B1800403

Hình 8: Sơ đồ mặt cắt bích liền kim loại đen loại 1

Tra từ [AII – 409] – (XIII.26) ta có:

Bảng 22 Mối ghép bích nối các bộ phận của thiết bị và ống dẫn

Loại Py.10 -6 D y Ống Kích thước nối Kiểu

Mm Cá mm i Ống nhập 0.25 40 45 130 10 80 M12 4 12 liệu 0 Ống tháo 0.25 32 38 120 90 70 M12 4 12 liệu Ống dẫn hơi 0.25 150 159 260 22 202 M16 8 16 đốt 5 Ống dẫn hơi 0.25 300 325 435 39 365 M20 12 22 thứ 5 Ống dẫn 0.25 32 38 120 90 70 M12 4 12 nước ngưng

4.4.2 Để nối các bộ phận của thiết bị

Chọn bích liền bằng thép kiểu 1 Tra từ [AII – 417] - (XIII.27) ta có:

Bảng 23 Mối ghép bích giữa thân với đáy và nắp

Kích thước nối (mm) Kiểu bích

SVTH: Phan Trí Nguyên B1800339 Trang lx Trần Thị Huyền Trân B1800403

SVTH: Phan Trí Nguyên B1800339 Trang lxi Trần Thị Huyền Trân B1800403

SƠ ĐỒ QUY TRÌNH CÔ ĐẶC

HỆ THỐNG CÔ ĐẶC 2 NỒI XUÔI CHIỀU

Hình 9 Sơ đồ hệ thống cô đặc 2 nồi xuôi chiều

1- Thùng dung dịch đầu 5- Thiết bị đun nóng 9- Nước ngưng

2- Bơm 6- Dung dịch vào cô đặc 10- Sản phẩm cuối

3- Thùng cao vị 7- Hơi đốt 11- Nước làm lạnh

4- Lưu lượng kế 8- Hơi thứ 12- Hệ thống Baromet

THUYẾT MINH QUY TRÌNH

Dung dịch đường sucrose nồng độ đầu 15% (theo khối lượng) từ thùng chứa

(1) được bơm lên thùng cao vị (3) Từ đây, dung dịch được đưa qua một lưu lượng kế (4), rồi qua thiết bị đun nóng (5) để đạt được nhiệt độ ban đầu mong muốn, sau đó đưa vào nồi cô đặc để thực hiện quá trình bốc hơi.

Hơi đốt được đưa vào nồi 1 là hơi nước bão hòa có áp suất 1,232 at (theo thang áp suất tuyệt đối và đơn vị áp suất kỹ thuật) Dung dịch vào nồi 1, đi bên

SVTH: Phan Trí Nguyên B1800339 Trang lxii Trần Thị Huyền Trân B1800403

TIEU LUAN MOI download : skknchat123@gmail.com trong ống truyền nhiệt còn hơi đốt đi phía ngoài ống truyền nhiệt Quá trình trao đổi nhiệt diễn ra, dung dịch được nâng nhiệt độ lên đến nhiệt độ sôi và bắt đầu bốc hơi. Ở đây dung dịch được cô đặc tuần hoàn tự nhiên đến khi đạt nồng độ chất khô 24,37% rồi mới chuyển sang nồi 2 nhờ sự chênh lệch áp suất giữa 2 nồi Hỗn hợp hơi – lỏng bốc lên với tốc độ rất lớn, va đập vào cạnh hình zigzag của bộ phận tách bọt (bộ phận phân ly lỏng – hơi) các giọt chất lỏng được rơi trở lại.

Hơi thứ của nồi 1 được dùng làm hơi đốt cho nồi 2 Ở nồi 2 dung dịch cũng được cô đặc tuần hoàn tự nhiên đến khi đạt nồng độ 65% thì mở van xả vào bồn chứa Dung dịch chuyển từ nồi 1 sang nồi 2 rồi vào bồn chứa một cách tự nhiên và liên tục Hơi thứ của nồi 2 được đưa vào thiết bị ngưng tụ tạo chân không ở áp suất 0,1605 at.

SVTH: Phan Trí Nguyên B1800339 Trang lxiii Trần Thị Huyền Trân B1800403

Định dạng
Số trang	89
Dung lượng	579,82 KB