ĐỒ án QUÁ TRÌNH và THIẾT bị TÍNH TOÁN THIẾT kế hệ THỐNG cô đặc 1 nồi DUNG DỊCH cà CHUA 2 TẤNGIỜ

Tùy theo tính chất của cấu tử khó bay hơihay không bay hơi trong quá trình đó được tách một phần dung môi cấu tử dễ bayhơi hơn bằng phương pháp nhiệt hay bằng phương pháp làm lạnh kết ti

Trang 1

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT – CÔNG NGHỆ CẦN THƠ KHOA CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM VÀ CÔNG NGHỆ SINH HỌC

-

-BÁO CÁO

ĐỒ ÁN QUÁ TRÌNH VÀ THIẾT BỊ

TÍNH TOÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG CÔ ĐẶC

1 NỒI DUNG DỊCH CÀ CHUA 2 TẤN/GIỜ

Nhóm sinh viên thực hiện:

NGUYỄN THỊ THÚY HOA NGUYỄN KHẮC HÀO BÙI CHÍ HÒA

Cần Thơ - năm 2018

Trang 2

KHOA CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM VÀ CÔNG NGHỆ SINH HỌC

-

-ĐỒ ÁN QUÁ TRÌNH VÀ THIẾT BỊ

TÍNH TOÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG CÔ ĐẶC

1 NỒI DUNG DỊCH CÀ CHUA 2 TẤN/GIỜ

Giảng viên hướng dẫn: Nhóm sinh viên thực hiện:

Ths TRẦN THỊ THÙY LINH NGUYỄN THỊ THÚY HOA (1500546)

Trang 3

YÊU CẦU ĐỒ ÁN

Tên đồ án

Tính toán thiết kế hệ thống cô đặc 1 nồi dung dịch cà chua 2 tấn/giờ

Dữ liệu ban đầu

- Năng suất nhập liệu Gđ = 2000 kg/giờ

- Nồng độ nhập liệu xđ = 10% (khối lượng)

- Tính toán thiết kế thiết bị chính: buồng bốc, buồng đốt, nắp, đáy nồi

- Tính toán thiết bị phụ: thiết bị ngưng tụ Baromet

Trang 4

MỤC LỤC

CHƯƠNG 1 GIỚI THIỆU 1

1.1 TỔNG QUAN VỀ NGUYÊN LIỆU VÀ SẢN PHẨM 1

1.1.1 Nguyên liệu (Hà Văn Tuyết & Trần Văn Bình, 2000) 1

1.1.2 Sản phẩm cà chua cô đặc (Nguyễn Văn Tiếp et al., 2000) 1

1.2 QUÁ TRÌNH CÔ ĐẶC 2

1.2.1 Định nghĩa 2

1.2.2 Các phương pháp cô đặc 2

1.2.3 Bản chất thực sự của cô đặc do nhiệt 2

1.2.4 Phân loại thiết bị cô đặc nhiệt (Nguyễn Tấn Dũng, 2015) 3

1.2.5 Yêu cầu thiết bị 3

CHƯƠNG 2 THUYẾT MINH QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ 5

2.1 NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG CỦA HỆ THỐNG CÔ ĐẶC MỘT NỒI LIÊN TỤC 5

2.2 NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG CỦA THIẾT BỊ CÔ ĐẶC ỐNG TUẦN HOÀN TRUNG TÂM 5

CHƯƠNG 3 CÂN BẰNG VẬT CHẤT VÀ NĂNG LƯỢNG 7

3.2 CÂN BẰNG VẬT CHẤT 7

3.3 CÂN BẰNG NHIỆT LƯỢNG 8

3.3.1 Xác định nhiệt độ và áp suất 8

3.3.2 Các tổn thất nhiệt độ 10

3.3.3 Cân bằng nhiệt lượng 12

3.3.4 Lượng hơi đốt dùng cho cô đặc 14

3.3.5 Lượng hơi đốt tiêu tốn riêng 15

CHƯƠNG 4 TÍNH TOÁN TRUYỀN NHIỆT CHO THIẾT BỊ CÔ ĐẶC 16

4.1 NHIỆT TẢI RIÊNG PHÍA HƠI NGƯNG (Q1) 16

4.2 NHIỆT TẢI RIÊNG PHÍA DUNG DỊCH (Q2) 16

4.3 NHIỆT TẢI RIÊNG PHÍA TƯỜNG (QV) 18

4.4 TIẾN TRÌNH TÍNH NHIỆT TẢI RIÊNG 19

vii

TIEU LUAN MOI download : skknchat123@gmail.com

Trang 5

GVHD: Trần Thị Thùy Linh ĐỒ ÁN QUÁ TRÌNH VÀ THIẾT BỊ

4.5 HỆ SỐ TRUYỀN NHIỆT K CHO QUÁ TRÌNH CÔ ĐẶC 20

4.6 DIỆN TÍCH BỀ MẶT TRUYỀN NHIỆT F 20

CHƯƠNG 5 TÍNH THIẾT BỊ CÔ ĐẶC 21

5.1 TÍNH BUỒNG ĐỐT 21

5.1.1 Thể tích dung dịch đầu trong thiết bị (Vđ) 21

5.1.2 Thể tích dung dịch cuối (Vc) 21

5.1.3 Tính chọn đường kính buồng đốt 21

5.1.4 Tính kích thước đáy nón của buồng đốt 24

5.1.5 Tổng kết 24

5.2 TÍNH BUỒNG BỐC 24

5.2.1 Tính đường kính buồng bốc (Db) 24

5.2.2 Tính chiều cao buồng bốc (Hb) 26

5.2.3 Tính kích thước nắp elip có gờ của buồng dốc 27

5.3 TÍNH KÍCH THƯỚC CÁC ỐNG DẪN LIỆU THÁO LIỆU 27

5.3.1 Ống nhập liệu 27

5.3.2 Ống tháo liệu 27

5.3.3 Ống dẫn hơi đốt 28

5.3.4 Ống dẫn hơi thứ 28

5.3.5 Ống dẫn nước ngưng 28

5.3.6 Ống xã khí không ngưng 28

5.3.7 Tổng kết về đường kính ống 28

CHƯƠNG 6 TÍNH CƠ KHÍ 30

6.1 TÍNH BUỒNG ĐỐT 30

6.1.1 Sơ lược cấu tạo 30

6.1.2 Tính bề dày buồng đốt 30

6.1.3 Tính bền cho các lỗ 32

6.2 TÍNH BUỒNG BỐC 32

Trang 6

6.2.4 Tính toán nắp thiết bị 36

6.3 TÍNH TOÁN ĐÁY THIẾT BỊ 38

6.3.2 Tính toán 38

6.3.3 Tính bền cho các lỗ 44

6.4 TÍNH MẶT BÍCH VÀ SỐ BU LÔNG CẦN THIẾT 44

6.4.2 Chọn mặt bích 45

6.5 TÍNH VÀ CHỌN TAI TREO CHÂN ĐỠ 46

6.5.1 Sơ lược cấu tạo tai treo chân đỡ 46

6.5.2 Thể tích các bộ phận thiết bị 46

6.5.3 Khối lượng các bộ phận thiết bị 49

6.5.4 Tổng khối lượng 50

6.6 TÍNH VĨ ỐNG 50

6.6.2 Tính toán 51

6.7 KÍNH QUAN SÁT 52

6.8 BỀ DÀY LỚP CÁCH NHIỆT 52

CHƯƠNG 7 TÍNH THIẾT BỊ PHỤ 54

7.1 CHỌN TÍNH HỆ THIẾT BỊ NGƯNG TỤ BAROMET 54

7.1.1 Tính lượng nước lạnh Gn cần thiết để ngưng tụ 54

7.1.2 Đường kính trong dnt của thiết bị ngưng tụ 54

7.1.3 Tính kích thước tấm ngăn 55

7.1.4 Tính chiều cao thiết bị ngưng tụ 56

7.1.5 Tính kích thước ống Baromet 56

7.1.6 Tính lượng hơi thứ và khí không ngưng 58

7.2 TÍNH TOÁN VÀ CHỌN BƠM CHÂN KHÔNG 59

7.2.1 Công suất bơm chân không 59

7.2.2 Chọn bơm chân không 60

ix

Trang 7

DANH MỤC HÌNH

Hình 2.1 Sơ đồ thiết bị 6

Hình 2.1 Thay đổi nhiệt độ trong quá trình cô đặc 8

Trang 8

DANH MỤC BẢNG

Bảng 3.1 Số liệu tổng hợp của hơi đốt và hơi thứ nồi cô đặc 10

Bảng 3.2 Tổng hợp số liệu tổn thất nhiệt độ ở nồi cô đặc 12

Bảng 3.3 Bảng tổng hợp số liệu: 15

Bảng 4.1 Số liệu theo nồng độ dung dịch 17

Bảng 6.1 Số liệu của bích buồng bốc và buồng đốt 45

Bảng 6.2 Số liệu bích nối buồng đốt và đáy 45

Bảng 6.3 Số liệu của bích nối buồng bốc và nắp 46

Bảng 6.4 Bảng số liệu kích thước của tay treo 50

xi

Trang 9

LỜI NÓI ĐẦU

Trong những năm gần đây ngành công nghệ thực phẩm phát triển rất mạnh,với sự đa dạng và phong phú về nhiều loại sản phẩm Sự phát triển không chỉ thểhiện về mặt số lượng mà cả chất lượng Mặc dù hiện tại nền kinh tế toàn cầu đangkhủng hoảng, nhưng không vì thế mà ngành công nghệ thực phẩm ngưng lại Cũngnhư không vì lẽ đó mà nhu cầu con người thay đổi

Hiện nay nhờ các ngành cơ khí, điện lực, chất dẻo, v.v phát triển mạnh, đãlàm cho công nghiệp đồ hộp được cơ khí, tự động hóa ở nhiều dây chuyển sản xuất.Các ngành khoa học cơ bản như: hóa học, vi sinh vật học, công nghệ sinh học đangtrên đà phát triển: đã được ứng dụng nhiều trong công nghệ thực phẩm nói chung và

đồ hộp nói riêng, làm cho giá trị dinh dưỡng cửa thực phẩm được nâng cao và cấtgiữ được lâu hơn Cà chua cô đặc là một trong những sản phẩm chính của côngnghiệp đồ hộp rau quả, được coi là bán chế phẩm vì nó được dùng để chế biến cácloại đồ hộp khác như đồ hộp xốt các loại, nước xốt của đồ hộp thịt, cá, rau, để làmnguyên liệu nấu nướng Cà chua cô đặc được chế biến bằng cách cô đặc thịt cà chua(theo mức độ khác nhau) sau khi đã nghiền nhỏ và loại bỏ hạt, vỏ Quả cà chuađược chế biến thành nhiều loại khác nhau và được dùng trong các bữa ăn hàng ngàycủa người Việt Nam nhằm mục đích làm tăng thêm giá trị dinh dưỡng và tạo nên vẻđẹp bắt mắt trong việc trình bày các món ăn

Trong bài đồ án này Em thiết kế hệ thống cô đặc 1 nồi dung dịch cà chua 2 tấnsản phẩm /giờ với nồng độ đầu 10% (khối lượng), nồng độ cuối 33% (khối lượng),nhiệt độ nhập liệu 60oC, áp suất hơi đốt 2,9 at và áp suất chân không tại thiết bị

ngưng tụ 0,7 at Là đồ án dưới sự hướng dẫn của ThS Trần Thị Thùy Linh, Khoacông nghệ thực phẩm và công nghệ sinh học, Trường Đại học Kỹ thuật Công nghệCần thơ Đồ án này đề cập đến những vấn đề liên quan các kiến thức cơ bản vềngành cà chua cũng như quá trình cô đặc, qui trình công nghệ, tính toán cân bằngvật chất, năng lượng, sự truyền nhiệt cho thiết bị cô đặc, tính chi tiết cho thiết bịchính và những thiết bị phụ cần thiết theo yêu cầu

Trang 10

CHƯƠNG 1 GIỚI THIỆU

1.1 TỔNG QUAN VỀ NGUYÊN LIỆU VÀ SẢN PHẨM

1.1.1 Nguyên liệu [11]

Cà chua là loại rau thuộc nhóm quả được sử dụng rộng rãi chẳng những nhưrau quả mà còn như nước giải khát bổ dưỡng nhất Cà chua có xuất xứ từ Nam Mỹ,nay được trồng ở hầu hết các nước trên thế giới Tuy nhiên, cà chua vùng ôn đới vẫncho chất lượng và sản lượng tốt nhất

Có nhiều giống cà chua Chúng khác nhau về hình dạng, độ lớn, màu sắc, chấtlượng quả, v.v Mỗi giống có đặc tính công nghệ riêng thuận lợi cho nhu cầu sửdụng đa dạng

Thời vụ thu hái cà chua Việt Nam là khoảng tháng 11 đến tháng 2 năm sau,trong khi các nước ôn đới thu hoạch vào khoảng tháng 7 đến tháng 9

Thành phần hóa học: Độ khô 4,5÷8%, đường 3÷4% chủ yếu là đường fructoza

và glucoza, chỉ có khoảng 0,5% saccaroza, acid 0,2÷0,5%, vitamin C 20÷40mg%,protein 1,0÷1,6%, khoáng chất 0,3÷0,6%

Chất lượng cà chua được đánh giá qua các chỉ tiêu cơ bản sau:

- Độ chín: màu đỏ là đặc trưng cho độ chín của cà chua Giống của cà chuađược đánh giá là tốt khi chín đỏ từ trong ra ngoài, từ phần thịt đến vỏ, khi đó đảm bảo tích lũytối đa đường, vitamin và các chất khác

- Độ khô: độ khô cao hay thấp phụ thuộc vào giống, thời kì phát triển, kỹ thuậtchăm bón cà chua Độ khô càng cao chứng tỏ chất lượng càng tốt

1.1.2 Sản phẩm cà chua cô đặc [12]

Cà chua cô đặc là một trong những sản phẩm chính của công nghiệp đồ hộp rauquả, được coi là bán chế phẩm vì nó được dùng để chế biến các loại đồ hộp khác như

đồ hộp xốt các loại, nước xốt của đồ hộp thịt, cá, rau, để làm nguyên liệu nấu nướng

Cà chua cô đặc được chế biến bằng cách cô đặc thịt cà chua (theo mức độ khácnhau) sau khi đã nghiền nhỏ và loại bỏ hạt, vỏ Ở Liên Xô cà chua cô đặc được phânloại như sau:

- Pure cà chua: có độ khô 12, 15 và 20%

- Cà chua cô đặc loại độ khô 30, 35 và 40%

- Cà chua cô đặc loại độ khô 50 – 70%

Trang 11

Ở Mỹ, cà chua cô đặc được phân loại như sau:

- Pure cà chua: cà chua chà mịn qua rây để loại bỏ vỏ, hạt

- Pure cà chua miếng: cà chua xé tơi, qua sàng để loại bỏ vỏ, hạt

- Cà chua cô đặc loại có độ khô 25 – 29%

- Cà chua cô đặc có độ khô 29 – 33%

- Cà chua cô đặc có độ khô trên 33%

- Cà chua miếng cô đặc: cà chua xé tơi, loại bỏ vỏ và hạt, rồi cô đặc

1.2 QUÁ TRÌNH CÔ ĐẶC

1.2.1 Định nghĩa

Cô đặc là phương pháp thường dùng để làm tăng nồng độ một cấu tử nào đótrong dung dịch hai hay nhiều cấu tử Tùy theo tính chất của cấu tử khó bay hơi(hay không bay hơi trong quá trình đó) được tách một phần dung môi (cấu tử dễ bayhơi hơn) bằng phương pháp nhiệt hay bằng phương pháp làm lạnh kết tinh

Cô đặc là quá trình làm tăng nồng độ của chất rắn hòa tan trong dung dịchbằng cách tách bớt một phần dung môi qua dạng hơi

1.2.2 Các phương pháp cô đặc

1.2.2.1 Phương pháp nhiệt độ (đun nóng)

Trong phương pháp nhiệt, dưới tác dụng của nhiệt (do đun nóng), dung môichuyển từ trạng thái lỏng sang trạng thái hơi khi áp suất riêng phần của nó bằng ápsuất bên ngoài lên mặt thoáng của dung dịch (tức dung dịch sôi) Để cô đăc cácdung dịch không chịu được nhiệt độ cao (như dung dịch đường chứa nhiều vitamin)đòi hỏi phải cô đặc ở nhiệt độ đủ thấp ứng với áp suất cân bằng ở mặt thoáng thấp,hay thường là ở chân không (p < 1 at) Đó là phương pháp cô đặc chân không

1.2.2.2 Phương pháp nhiệt lạnh (kết tinh) [4]

Trong phương pháp nhiệt lạnh, khi hạ thấp nhiệt độ đến một mức độ yêu cầunào đó thì một cấu tử sẽ được tách ra dưới dạng tinh thể đơn chất tinh khiết –thường là kết tinh dung môi để tăng nồng độ chất ta (trước khi xảy ra sự kết tinhotecti) Tùy theo tính chất của các cấu tử - nhất là kết tinh dung môi, và điều kiện ápsuất bên ngoài tác dụng lên dung dịch mà quá trình kết tinh đó có thể xảy ra ở nhiệt

độ cao hay thấp và có phải dùng đến máy lạnh (như kết tinh nước để cô đặc nướcquả ép giàu sinh tố, )

1.2.3 Bản chất thực sự của cô đặc do nhiệt

Trang 12

để khắc phục lực liên kết ở trạng thái lỏng và trở lực bên ngoài Do đó, cần cung cấpnhiệt để các phần tử đủ năng lượng thực hiện quá trình này.

Bên cạnh đó, sự bay hơi chủ yếu là do các bọt khí hình thành trong quá trìnhcấp nhiệt và chuyển động liên tục, do chênh lệch khối lượng riêng các phần tử ở trên

bề mặt và dưới đáy tạo nên sự tuần hoàn tự nhiên trong nồi cô đặc Tách không khí

và lắng keo khi đun sơ bộ sẽ ngăn được sự tạo bọt khi cô đặc

1.2.4 Phân loại thiết bị cô đặc nhiệt [9]

Có nhiều cách phân loại khác nhau nhưng theo đặc điểm cấu tạo sau đây là dễdàng và tiêu biểu nhất để phân loại

Thiết bị cô đặc được chia làm sáu loại thuộc ba nhóm chủ yếu sau đây:

Nhóm 1: dung dịch được đối lưu tự nhiên (hay tuần hoàn tự nhiên) đối với nhómnày thường có hai loại như sau:

- Có buồng đốt trong (đồng trục với buồng đốt hơi); có thể có ống tuần hoàn trong hay ống tuần hoàn ngoài

- Có buồng đốt ngoài (không đồng trục với buồng bốc hơi)

Nhóm 2: Dung dịch đối lưu cưỡng bức (tức tuần hoàn cưỡng bức) đối với nhóm nàythường có hai loại như sau:

- Có buồng đốt trong, có ống tuần hoàn ngoài

- Có buồng đốt ngoài, có ống tuần hoàn ngoài

Nhóm 3: Dung dịch chảy thành màng mỏng, loại này thường cũng có hai loại:

- Màng dung dịch chảy ngược lên, có thể có buồng đốt trong hay buồng đốt

ngoài

- Màng dung dịch chảy xuôi, có thể có buồng đốt trong hay buồng đốt ngoài

1.2.5 Yêu cầu thiết bị

Về cấu tạo thiết bị cô đặc có nhiều loại nhưng chúng đều có ba bộ phận chínhsau:

- Bộ phận nhận nhiệt: ở thiết bị đốt nóng bằng hơi nước bộ phận nhận nhiệt làdàn ống gồm nhiều ống nhỏ, trong đó hơi nước ngưng tụ ở bên ngoài các ống, truyền nhiệt dodung dịch chuyển động bên trong các ống

- Không gian để phân ly: hơi dung môi tạo ra còn chứa cả dung dịch nên phải

có không gian lớn để tách dung dịch rơi trở lại bộ phận nhận nhiệt

- Bộ phận ly tâm: để tách các giọt dung dịch còn lại trong hơi

Những yêu cầu chung cần bảo đảm khi chế tạo các thiết bị cô đặc

3

Trang 13

- Thích ứng với tính chất đặc biệt của dung dịch cần cô đặc như độ nhớt cao, khả năng tạo bọt lớn, tính ăn mòn kim loại…

- Có hệ số truyền nhiệt lớn, bởi vì khi nồng độ tăng hệ số truyền nhiệt giảm

mạnh

- Tách ly hơi thứ cấp tốt, đảm bảo hơi thứ cấp sạch để có thể cho ngưng tụ

(không bám bẩn bề mặt ngưng) lấy nhiệt cho cấp cô đặc tiếp theo

- Hơi đốt (hoặc hơi thứ cấp là hơi đốt) bảo đảm phân bố nhiều trong không gian bên ngoài giữa các ống của dàn ống (bảo đảm nhiệt phân bố đều cho các ống)

- Bảo đảm tách các khí không ngưng còn lại sau khi ngưng tụ hơi đốt

- Dễ dàng cho việc làm sạch sẽ bề mặt bên trong các ống vì khi dung dịch bốc hơi bên trong các ống sẽ làm bẩn bề mặt bên trong của ống (tạo cặn)

Chọn loại thiết bị cô đặc một nồi hoạt động liên tục có ống tuần hoàn trungtâm Nhằm mục đích giữ được chất lượng của sản phẩm và thành phần quan trọng(tính chất tự nhiên, màu, mùi, vị, đảm bảo lượng vitamin, ) nhờ nhiệt độ thấp vàkhông tiếp xúc oxy

+ Nhập liệu đơn giản: nhập liệu liên tục bằng bơm hoặc bằng độ chân không trong thiết bị

+ Tránh phân hủy sản phẩm, thao tác dễ dàng

+ Cấu tạo đơn giản, dễ sửa chữa, làm sạch

Trang 14

CHƯƠNG 2 THUYẾT MINH QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ

2.1 NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG CỦA HỆ THỐNG CÔ ĐẶC MỘT NỒI LIÊN TỤC

Nguyên lý hoạt động của hệ thống cô đặc một nồi liên tục được thể hiện hình 2.1 được qua thiết bị gia nhiệt Dung dịch từ thùng chứa nguyên liệu (2) được bơm(1) bơm lên thùng cao vị (3) để ổn áp, sau đó chảy qua lưu lượng kế (4), qua thiết bịgia nhiệt (11) rồi đi vào thiết bị cô đặc (5) thực hiện quá trình bốc hơi Hơi thứ và khí khôngngưng đi qua phía trên của thiết bị cô đặc vào thiết bị ngưng tụ (6)

Trong thiết bị ngưng tụ nước làm lạnh từ trên đi xuống, ở đây hơi thứ sẽ tụ lạithành lỏng chảy qua ống Baromet ra bồn chứa, phần không ngưng qua bộ phận táchgiọt (7) để chỉ còn khí theo bơm chân không (8) ra ngoài Dung dịch sau cô đặcđược bơm ra ở phía dưới thiết bị cô đặc đi vào thùng chứa sản phẩm (9)

2.2 NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG CỦA THIẾT BỊ CÔ ĐẶC ỐNG TUẦN HOÀN TRUNG TÂM

Khi thiết bị làm việc, dung dịch trong ống truyền nhiệt sôi tạo thành hỗn hợplỏng – hơi có khối lượng riêng giảm đi và bị đẩy từ dưới lên trên miệng ống Đốivới ống tuần hoàn thể tích dung dịch theo một đơn vị bề mặt dung dịch truyền nhiệtlớn hơn so với ống truyền nhiệt nên lượng hơi tạo ra trong ống truyền nhiệt lớn hơn

Vì lý do trên khối lượng riêng của hỗn hợp lỏng – hơi ở ống tuần hoàn lớn hơn sovới ở ống truyền nhiệt và hỗn hợp này được đẩy xuống dưới Kết quả là có dòngchuyển động tuần hoàn tự nhiên trong thiết bị: từ dưới lên trong ống truyền nhiệt và

từ trên xuống trong ống tuần hoàn

Phần phía trên thiết bị là buồng bốc để tách hỗn hợp lỏng – hơi thành hai dòng.Hơi thứ đi lên phía trên buồng bốc, đến bộ phận tách giọt để tách những giọt lỏng rakhỏi dòng giọt lỏng chảy xuống dưới còn hơi thứ tiếp tục đi lên Dung dịch còn lạiđược hoàn lưu

Dung dịch sau cô đặc được bơm ra ngoài theo ống tháo sản phẩm vào bể chứasản phẩm nhờ bơm ly tâm Hơi thứ và khí không ngưng thoát ra từ phía trên củabuồng bốc đi vào thiết bị ngưng tụ baromet

5

Trang 15

Trang 16

CHƯƠNG 3 CÂN BẰNG VẬT CHẤT VÀ NĂNG LƯỢNG

3.1 DỮ LIỆU BAN ĐẦU

Năng suất nhập liệu Gđ = 2000 kg/giờ

Nồng độ nhập liệu xđ = 10% (khối lượng)

Cô đặc

Với:

Gđ, Gc, W là khối lượng dung dịch ban đầu, cuối và tổng lượng hơi thứ (kg/h)

xđ, xc: là nồng độ chất khô trong dung dịch ban đầu và cuối (% khối lượng)

Khối lượng dung dịch cuối (G c )

Cân bằng vật chất theo cấu tử chất khô, ta có:

Trang 17

3.3 CÂN BẰNG NHIỆT LƯỢNG

Hình 2.1 Thay đổi nhiệt độ trong quá trình cô đặc (trang 146, [8])

1-2 - nhiệt độ hơi đốt; 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 trên bề mặt

thoáng; 7 - nhiệt độ của hơi thứ ở thiết bị ngưng tụ

Trên Hình 2.1 trục tung biểu diễn chiều cao của thiết bị còn trục hoành biểudiễn nhiệt độ Đoạn thẳng đứng 1-2 biểu thị nhiệt độ của hơi đốt ở bên ngoài ống

truyền nhiệt; ở đây coi hơi đốt ở trang thái bão hòa và nhiệt độ nước ngưng bằng

nhiệt độ hơi đốt Điểm 3 là nhiệt độ sôi của dung dịch ở đáy ống (lớn nhất) và giảm

dần đến điểm 5 ở mặt thoáng do áp suất thủy tĩnh Điểm 4 ứng với nhiệt độ giữa

ống truyền nhiệt gọi là nhiệt độ sôi trung bình của dung dịch Điểm 6 là nhiệt độ của

hơi thứ ở sát mặt thoáng của dung dịch, điểm 7 là nhiệt độ của hơi thức ở trong thiết

bị ngưng tụ tnt

Trang 18

Trang 19

Tra bảng I.251, trang 315, [1], ta có nhiệt độ hơi đốt (tđốt) theo công thức nội suy là:131,57oC

Ta có áp suất chân không tại thiết bị ngưng tụ: Pck = 0,7 at

 Áp suất tuyệt đối ở thiết bị ngưng tụ:

Pc = Pa – Pck = 1 – 0,7 = 0.3 at Tra bảng I.251, trang 314, [1], ta có tnt = 68,7

(oC) Với:

tnt: nhiệt độ hơi thứ vào trong thiết bị ngưng tụ baromet (oC)

Pc: áp suất tuyệt đối ở thiết bị ngưng tụ (at)

Pa: áp suất khí quyển (at)

Chênh lệch áp suất chung của hệ thống:

 P = Pđốt – Pnt = 2,9 – 0,3 = 2,6 atGọi ’’’ là tổn thất nhiệt độ hơi thứ trên đường ống dẫn từ buồng bốc đến thiết bị ngưng tụ Theo trang 147, [8], ’’’ = 1 1,5

, chọn ’’’ = 1oC

Nhiệt độ hơi thứ ngay trên mặt thoáng (tsdm) bằng nhiệt độ hơi thứ ở thiết bị ngưng tụ

tsdm = tnt + ’’’ = 68,7 + 1 = 69,7 oCTra bảng I.250, trang 312, [1], ta có:

Tra bảng I.251, trang 314,315, [1], ta có:

Trang 20

ithứ = 287,9.103 + 315,9.10 3 − 287,9.103 (0,3139– 0,3) =

293792 J/kg 0,4 − 0,3

rthứ = 2336.103 + 2320.10 3 − 2336.103 (0,3139– 0,3) =

2336000 J/kg 0,4 − 0,3Trong đó:

iđốt, ithứ: nhiệt lượng riêng của hơi nước tại áp suất Pđốt, Pthứ, J/kg

rđốt, rthứ: nhiệt hóa hơi của hơi nước tại áp suất Pđốt, Pthứ, J/kg

Bảng 3.1 Số liệu tổng hợp của hơi đốt và hơi thứ nồi cô đặc

Với nồng độ cuối cùng của dung dịch là 33% thì 

o’ = 0,69 (Tra theo đồ thị VI.2,trang 60, [2] Bởi vì khi cô đặc có tuần hoàn dung dịch, thì hiệu số nhiệt độ tổn thất,

tức ’, phải tính theo nồng độ cuối của dung dịch.

o’ = 0,816.0,69= 0,56 oCVậy tổn thất nhiệt do nồng độ (’) là 0,56 o

C

Tổn thất nhiệt do áp suất thủy tĩnh (’’)

Theo công thức VI.13, trang 60, [2], ta có:

10

Trang 21

Trang 22

 ’’ = tsi - tiVới

tsi là nhiệt độ sôi ứng với áp suất ptb (oC)

ti nhiệt độ sôi ứng với áp suất pthứ (oC)

Theo công thức VI.12, trang 60, [2] ta có áp suất thủy tĩnh ở lớp giữa khối chất lỏngcần cô đặc:

H: chiều cao ống truyền nhiệt (m)

ρdds: khối lượng riêng của dung dịch khi sôi (kg/m3)

Trang 23

ttb = tsi = 68,7 + 75, 4 − 68, 7 (0,382 – 0,3) =

74,194 oC 0,4 − 0,3Theo công thức ta có:

 ’’ = ttb - tsddVới:

ttb: nhiệt độ sôi trung bình của dung dịch (oC)

tsdd: nhiệt độ sôi của dung dịch (oC)

Vậy tổn thất nhiệt độ do áp suất thủy tĩnh là 3,934 oC

Chênh lệch nhiệt độ hữu ích (t

hi )

Tổn thất nhiệt độ:

Σ = ’ + ’’ + ’’’= 0,56 + 3,934 + 1 = 5,494 oCHiệu số nhiệt đô giữa nhiệt độ hơi đốt của nồi và nhiệt độ hơi thứ khi đi vào thiết bị ngưng tụ là:

 tch = tđ – tc = 131,57 – 68,7 = 62,87 oC (tc = tnt)Chênh lệch nhiệt độ hữu ích:

C (Các công thức lấy từ trang 67,68 [2]).

Bảng 3.2 Tổng hợp số liệu tổn thất nhiệt độ ở nồi cô đặc

’ (o C) ’’(o C) ’’’(o C) thi ( o C) t si ( o C)

3.3.3 Cân bằng nhiệt lượng

Nhiệt lượng tiêu thụ do cô đặc (Q)

Theo công thức VI-3, trang 57, [2], ta có:

Trong đó:

Trang 24

Qbh: nhiệt lượng làm bốc hơi nước (W).

Qtt: nhiệt lượng tổn thất ra môi trường (W)

Nhiệt lượng dùng để đun nóng dung dịch đến nhiệt độ sôi (Q đ )

Theo công thức VI.3, trang 57, [2], ta có:

Qđ = Gđ Ctb (ts – tđ)Trong đó:

Gđ = 2000 kg/h

Ctb: nhiệt dung riêng của dung dịch (J/kg.độ)

Theo trang 153, [1]: Nhiệt dung riêng của dung dịch đường:

Ở nồng độ 10%, tra theo đồ thị VI.2, trang 60, [2]:

 ’o = 0,1

 ’ = f.’

o = 0,816.0,1 = 0,0816 oCMà: ’ = t

Trang 25

Nhiệt lượng làm bốc hơi dung dịch (Q bh )

Qbh = W.rTrong đó:

W: lượng hơi thứ bốc lên khi cô đặc, W = 1393,939 kg/hr: ẩn nhiệt hóa hơi của hơi thứ ứng với áp suất là 0,3139 at, J/kg Tra bảng

lượng tiêu thụ cho quá trình cô đặc là 975,83353 kW

3.3.4 Lượng hơi đốt dùng cho cô đặc

Theo công thức VI-6a, trang 57, [2], ta có:

Lượng hơi đốt dùng cho cô đặc:

Trang 26

3.3.5 Lượng hơi đốt tiêu tốn riêng

Cn: tra bảng I.249 trang 310 [1] (công thức nội suy)

i: tra bảng I.250 trang 312 [1] (công thức nội suy)

15

Trang 27

Trang 28

CHƯƠNG 4 TÍNH TOÁN TRUYỀN NHIỆT CHO THIẾT BỊ

CÔ ĐẶC

4.1 NHIỆT TẢI RIÊNG PHÍA HƠI NGƯNG (q 1 )

Theo công thức V.101, trang 28, [2]:

1 : hệ số cấp nhiệt phía hơi ngưng (W/m2)

r: ẩn nhiệt ngưng tụ của nước ở áp suất hơi đốt là 2,9 at; r = 2174, 7.103 (J/kg)H: chiều cao ống truyền nhiệt, với H = 1,5 m

A: phụ thuộc nhiệt độ màn nước ngưng tm

4.2 Nhiệt tải riêng phía dung dịch (q 2 )

Dung dịch nhập liệu sau khi qua thiết bị truyền nhiệt đã đạt đến nhiệt độ sôi:quá trình cô đặc diễn ra mãnh liệt ở điều kiện sôi và tuần hoàn tự nhiên trong thiết

bị, hình thành các bọt khí liên tục thoát ra khỏi dung dịch

Theo công thức VI.27 trang 71, [2]:

dd 0,565 dd 2 Cdd

nTrong đó:

n : hệ số cấp nhiệt của nước (W/m2.độ)

Trang 29

Trang 30

Cdd, Cdd: nhiệt dung riêng của dung dịch và của nước (J/kg.độ).

n : hệ số dẫn nhiệt của dung dịch và của nước (W/m.K)

Bảng 4.1 Số liệu theo nồng độ dung dịch

Ghi chú

Các thông số của dung dịch:

- Các thông số của nước tra bảng I.249 và bảng I.251, trang 310, 314, [1]

- dd: tra ở các nồng độ khác nhau, tra bảng I.86, trang 58 [1]

 Tra bảng I.112, trang 114, [1]

 Tại nồng độ trung bình 21,5%, độ nhớt bằng tổng độ nhớt của hai nồng độ trên chia 2

- Cdd: Nhiệt dung riêng của dung dịch đường, (công thức I.50, trang 15, [1])

C = 4190 – (2514 – 7,542t).x (J/kg.độ)Trong đó:

Trang 31

- dd: Theo công thức I.32, trang 123, [1]:

c = 0,218 (W/m.độ)Thay các thông số vừa tìm được vào (4.2), ta có:

: hệ số dẫn nhiệt của ống (W/m.độ) Chọn ống thép không gì, =17,5 (W/m.độ)

Trang 32

r v = 0,345.10−3 + 3,5.1017,5−3 + 0,387.10−3 = 0,932.10−3

∆tv = 0,932.10-3.qv

4.4 Tiến trình tính nhiệt tải riêng

Khi quá trình cô đặc diễn ra ổn định thì:

19

Trang 33

Theo phương trình (4.4) ta được:

4.5 Hệ số truyền nhiệt K cho quá trình cô đặc

Giá trị K được tính thông qua hệ số cấp nhiệt:

K =

1

(W/m2.độ)1

Trang 34

Trang 35

ε: tỷ lệ tổn thất nhiệt, chọn ε = 5%

1 −

).Q 1− 0,05) 975833,53F

Gđ: khối lượng dung dịch nhập liệu (kg/h), Gđ = 2000 (kg/h)

đ: khối lượng riêng dung dịch nhập liệu (kg/m3)

Gc: khối lượng dung dịch cuối (kg/h), Gc = 606,061 (kg/h)

c: khối lượng riêng dung dịch cuối (kg/m3)

Trang 36

Trang 37

- Số ống trên đường xuyên tâm của hình lục giác đều là 15

- Số ống trên 1 cạnh của hình lục giác lớn nhất là 8

Đường kính ống tuần hoàn trung tâm :

Áp dụng công thức III.26, trang 121, [9]:

dth = 4.Fth

Trong đó :

Ft: diện tích tiết diện ngang của ống tuần hoàn (m2)

Fn: diện tích tiết diện ngang của tất cả các ống truyền nhiệt (m2)

Dn: đường kính ngoài ống truyền nhiệt (m); Dn =45 mm = 0,045 m

dn: đường kính trong ống truyền nhiệt (m); dn = 38 mm= 0,038 m

d

Theo dãy chuẩn trang 274, [3] Chọn đường kính ống trong tuần hoàn trung tâm:

Trang 38

Bề dày ống tuần hoàn trung tâm chọn 4mm, tra trang 364, [2].

Đường kính ngoài ống tuần hoàn trung tâm: Dth = 0,325 + 2.0,004 = 0,333 m

Đường kính buồng đốt

Theo công thức 3.86, trang 202,[3]

D = s.(m − 1) + 4.do = 58,5.(15 - 1) + 4.45 = 999 mmVới :

D: đường kính vỏ thiết bị

m: số ống trên đường chéo, m = 15 ống

do: đường kính ngoài ống truyền nhiệt, do = 45 mm

Kiểm tra: 6.s + Dn = 6.58,5 + 45 = 396 (thỏa)

Vậy vùng ống truyền nhiệt cần được thay thế có 7 ống trên đường xuyên tâm

 Số ống truyền nhiệt đã bị thay thế bởi ống tuần hoàn trung tâm là:

n ' = 3

4 (m'2 − 1)+ 1 = 3

4 (7 2 − 1)+ 1 = 37 (ống)

Số ống truyền nhiệt được thay thế bởi ống tuần hoàn trung tâm 37 ống

Vậy số ống truyền nhiệt cần thiết là: n - n’ = 187 - 37 = 150 (ống)

Kiểm tra bề mặt truyền nhiệt:

F = l (n.d n + d th ) = 1, 5. (150.0, 038 + 0, 325 ) = 28, 39 m2

23

Trang 39

tính toán ( F

tính toán = 21, 4 m2 )(thỏa mãn điều kiện)

5.1.4 Tính kích thước đáy nĩn của buồng đốt

Chọn chiều cao phần gờ giữa buồng đốt và đáy nĩn hgờ = 40 mm

Đường kính trong đáy nĩn chính là đường kính trong buồng đốt: dbđ = 1000 mm

Với 2 thơng số trên, tra bảng XIII.21, trang 394, [2] ta cĩ :

- Ống truyền nhiệt cĩ đường kính là d = 38/45 mm

- Một ống tuần hồn trung tâm cĩ đường kính trong là dth = 325 mm và đường

kính ngồi là Dth = 333 mm

- Đường kính trong buồng đốt: dbd = 1000 mm

- Chiều cao buồng đốt: Hđ = 1,6 m

- Chiều cao đáy nĩn: Hnĩn = 906 mm, bề dày đáy là 4mm

h : khối lượng riêng của hơi ở áp suất Po = 0,3139 at , (kg/m3)

Tra bảng I.251, trang 314, [1]: h = 0,1957 kg/m3.W: lưu lượng hơi thứ (kg/h) ; W = 1393,939 kg/h Vận tốc hơi:

Trang 40

Vận tốc lắng: theo công thức 5.14 ,trang 276, [3]:

Trong đó :

’ : khối lượng riêng của giọt lỏng, (kg/m3)

’ = 977,644 kg/m3, (tra bảng I.249, trang 311, [1] Tra ở nhiệt độ sôi của dung dịch trong buồng bốc: tsdd = 70,26 ºC

’’: khối lượng riêng của hơi (kg/m3); ’’ = h = 0,1957 kg/m3.d: đường kính giọt lỏng (m), chọn d = 0,0003 m

Định dạng
Số trang	101
Dung lượng	692,37 KB