ĐỒ án đề tài THIẾT kế THIẾT bị cô đặc nước mía một nồi LIÊN tục, NĂNG SUẤT NHẬP LIỆU 8000kg

Hiện nay, phần lớn các nhà máy sản xuất hóa chất, thực phẩm đều sử dụng thiết bị cô đặc như một thiết bị hữu hiệu để đạt nồng độ sản phẩm mong muốn.. Đánh giá khả năng phát triển cùa sự

Trang 1

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP THỰC PHẨM TP.HCM

TP.HCM, tháng 12 năm 2017

TIEU LUAN MOI download : skknchat123@gmail.com moi nhat

Trang 2

GVHD: NGUYỄN HỮU QUYỀN

Trang 3

M C L C ỤC LỤC ỤC LỤC

LỜI CẢM ƠN 6

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN 7

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN 8

LỜI MỞ ĐẦU 9

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ CÔ ĐẶC MÍA ĐƯỜNG 10

1 Giới thiệu chung 10

2 Nguyên liệu và sản phẩm 10

2.1 Đặc điểm nguyên liệu 10

2.2 Đặc điểm sản phẩm 11

2.3 Biến đổi của nguyên liệu và sản phẩm 11

2.4 Yêu cầu nguyên liệu và sản phẩm 12

3 Cô đặc và quá trình cô đặc 12

3.1 Định nghĩa cô đặc 12

3.2 Bản chất của sự cô đặc 12

3.3 Ứng dụng của cô đặc 12

3.4 Các phương pháp cô đặc 13

3.5 Đánh giá khả năng phát triển cùa sự cô đặc: 13

4 Các thiết bị cô đặc 13

4.1 Phân loại và ứng dụng ( =>Khảo sát trong phạm vi cô đặc nhiệt) 13

4.2 Thiết bị cô đặc một nồi có ống tuần hoàn trung tâm 15

4.3 Các thiết bị và chi tiết 15

4.4 Yêu cầu thiết bị và vấn đề năng lượng 16

CHƯƠNG 2: HỆ THỐNG CÔ ĐẶC NƯỚC MÍA 1 NỒI LIÊN TỤC 17

1 Hệ thống cô đặc 1 nồi liên tục 17

1.1 Nguyên lý hoạt động của thiết bị cô đặc 17

1.2 Nguyên lý hoạt động của thiết bị ngưng tụ Baromet 18

Trang 4

1.3 Hoạt động của hệ thống 19

2 Thao tác vận hành 20

2.1 Chuẩn bị 20

2.2 Vận hành 20

CHƯƠNG 3: TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ THIẾT BỊ CHÍNH 21

1 Cân bằng vật chất và năng lượng 21

1.1 Dữ kiện ban đầu 21

1.2 Cân bằng vật chất 21

1.3 Tổn thất nhiệt độ 21

1.4 Tổn thất nhiệt độ do nồng độ tăng ( ∆ ’) 22

1.5 Tổn thất nhiệt độ do áp suất thủy tĩnh (∆’’) 23

2 Cân bằng năng lượng 26

2.1 Cân bằng nhiệt lượng 26

2.2 Phương trình cân bằng nhiệt 27

3 Thiết kế thiết bị chính 30

3.1 Tính toán truyền nhiệt cho thiết bị cô đặc 30

3.2 Nhiệt tải phía tường (qv) 34

3.3 Tiến trình tính các nhiệt tải riêng 35

3.4 Hệ số truyền nhiệt tổng quát K cho quá trình cô đặc 36

3.5 Diện tích bề mặt truyền nhiệt 37

4 Tính kích thước của thiết bị cô đặc 37

4.1 Tính kích thước buồng đốt 37

4.2 Tính kích thước buồng bốc 40

4.3 Tính kích thước các ống dẫn 44

4.4 Tổng kết về đường kính 45

5 Tính bền cơ khí cho thiết bị cô đặc 46

5.1 Tính cho buồng đốt 46

Trang 5

5.2 Tính cho buồng bốc

5.3 Tính cho đáy thiết bị

5.4 Tính cho nắp thiết bị

5.5 Tính mặt bích

5.6 Tính vỉ ống

5.7 Khối lượng và trai treo

6 Tính toán thiết bị phụ

6.1 Thiết bị truyền nhiệt

6.2 Tính thiết bị ngưng tụ baromet

7 Bồn cao vị

8 Bơm

8.1 Bơm chân không

8.2 Bơm đưa nước vào thiết bị ngưng tụ

8.3 Bơm đưa dung dịch nhập liệu lên bồn cao vị

8.4 Bơm tháo liệu

TÍNH TOÁN GIÁ THÀNH

KẾT LUẬN

TÀI LIỆU THAM KHẢO

Trang 6

L I C M N ỜI CẢM ƠN ẢM ƠN ƠN

Em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến các thầy cô Trường Đại học Công nghiệp Thực

phẩm TP Hồ Chí Minh, các thầy cô khoa Công nghệ Hóa học của trường đã tạo điều

kiện cho em được thực hiện đồ án

Trong thời gian học tập tại trường em đã tiếp thu rất nhiều kiến thức và bài báo cáo này

là kết quả của quá trình học tập và rèn luyện dưới sự dạy bảo của quý thầy cô Đặc biệt,

em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến Thầy Nguyễn Hữu Quyền, người đã tận tình

hướng dẫn và góp ý kỹ lưỡng trong thời gian qua giúp em hoàn thành bài báo cáo một

cách tốt nhất Đồng thời do kinh nghiệm thực tế còn hạn chế cũng như kiến thức còn hạn

hẹp nên bài báo cáo không thể tránh khỏi thiếu sót, em rất mong nhận được ý kiến đóng

góp của quý thầy cô để em học thêm được nhiều kinh nghiệm và sẽ hoàn thành tốt hơn

những đồ án sau này ạ

Cuối cùng, em xin kính chúc quý thầy cô dồi dào sức khỏe và thành công trong sự nghiệp

của mình Kính chúc Thầy Nguyễn Hữu Quyền luôn có sức khỏe tốt, đạt được nhiều

thành công trong công việc và cuộc sống

Em xin chân thành cảm ơn!

Trang 7

NH N XÉT C A GIÁO VIÊN H ẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN ỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN ƯỚNG DẪN NG D N ẪN

Sinh viên thực hiện: Nguyễn Thị Như Ngọc MSSV:2005140345 Lớp:05DHTP1

Nhận xét:

Giáo viên hướng dẫn (ký và ghi họ tên)

Trang 8

NH N XÉT C A GIÁO VIÊN PH N BI N ẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN ỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN ẢM ƠN ỆN

Sinh viên thực hiện: Nguyễn Thị Như Ngọc MSSV: 2005140345 Lớp: 05DHTP1

Nhận xét:

TP Hồ Chí Minh, ngày tháng năm 2017

Giáo viên phản biện (ký và ghi họ tên)

Trang 9

L I M Đ U ỜI CẢM ƠN Ở ĐẦU ẦU

Trong kế hoạch đào tạo đối với sinh viên năm thứ tư, môn học Đồ án Quá trình vàThiết bị là cơ hội tốt cho việc hệ thống kiến thức về các quá trình và thiết bị của công

nghệ hoá học Bên cạnh đó, môn này còn là dịp để sinh viên tiếp cận thực tế thông qua

việc tính toán, thiết kế và lựa chọn các chi tiết của một thiết bị với các số liệu cụ thể,

thông dụng

Đề án chúng em nhận được là “Thiết kế thiết bị cô đặc nước mía một nồi liên tục,năng suất nhập liệu 8000 kg/h” Với:

Vì Đồ án Quá trình và Thiết bị là đề tài lớn đầu tiên mà một nhóm hai sinh viênđảm nhận nên thiếu sót và hạn chế trong quá trình thực hiện là không tránh khỏi Do đó,

chúng em rất mong nhận được thêm góp ý, chỉ dẫn từ Thầy Cô và bạn bè để củng cố và

mở rộng kiến thức chuyên môn

Chúng em chân thành cảm ơn

Trang 10

CH ƯƠN NG 1: T NG QUAN V CÔ Đ C MÍA Đ ỔNG QUAN VỀ CÔ ĐẶC MÍA ĐƯỜNG Ề CÔ ĐẶC MÍA ĐƯỜNG ẶC MÍA ĐƯỜNG ƯỜI CẢM ƠN NG

1 Giới thiệu chung

Đôi nét về ngành công nghệ mía đường ở nước ta và vị trí của cô đặc trong công nghệ

mía đường

Như đã biết, ngành công nghiệp mía đường là một ngành công nghiệp lâu đời và

ngành công nghiệp mía đường đã có bước nhảy vọt rất lớn Mía đường vừa tạo ra sản

phẩm đường làm nguyên liệu cho các ngành công nghiệp như bánh, kẹo, sữa Đồng thời

tạo ra phế liệu quý với giá rẻ cho các ngành sản xuất như rượu, sản xuất gỗ ép Trong

tương lai, khả năng này còn có thể phát triển hơn nữa nếu có sự quan tâm đầu tư tốt cho

cây mía cùng với nâng cao khả năng chế biến và tiêu thụ sản phẩm

Do nhu cầu thị trường nước ta hiện nay mà các nhà máy đường với quy mô lớn nhỏmọc lên ở nhiều địa phương như Bình Dương, Quãng Ngãi, Tây Ninh, … Tuy nhiên nó

chỉ là các hoạt động sản xuất một cách đơn lẻ, năng suất thấp, các ngành công nghiệp có

liên quan không gắn kết với nhau đã gây khó khăn cho việc phát triển công nghiệp đường

mía Ngoài ra, vấn đề cung cấp mía nguyên liệu, sự cạnh tranh của các nhà máy đường,

cộng với công nghệ lạc hậu, thiết bị cũ kỹ đã ảnh hưởng mạnh đến quá trình sản xuất

Bên cạnh đó, cây mía lại có đặc tính là độ đường sẽ giảm nhiều và nhanh chóng nếu thu

hoạch trễ và không chế biến kịp thời

Vì tất cả những lý do trên, việc cải tiến sản xuất, nâng cao và đổi mới dây chuyềnthiết bị công nghệ, tăng hiệu quả các quá trình là hết sức cần thiết và cấp bách, đòi hỏi

phải chuẩn bị từ ngay bây giờ Trong đó, cải tiến thiết bị cô đặc là một yếu tố quan trọng

không kém trong hệ thống sản xuất vì đây là một thành phần không thể xem thường

Trang 11

Nguyên liệu cô đặc ở dạng dung dịch, gồm:

Dung môi: nước

Các chất hoà tan: gồm nhiều cấu tử với hàm lượng rất thấp (xem như khôngcó) và chiếm chủ yếu là đường saccaroze Các cấu tử này xem như không bay hơi trong quá trình cô đặc

Tùy theo độ đường mà hàm lượng đường là nhiều hay ít Tuy nhiên, trước khi cô đặc, nồng độ đường thấp, khoảng 6-10% khối lượng

2.2 Đặc điểm sản phẩm

Sản phẩm ở dạng dung dịch, gồm:

Dung môi: nước

Các chất hoà tan: có nồng độ cao

2.3 Biến đổi của nguyên liệu và sản phẩm

Trong quá trình cô đặc, tính chất cơ bản của nguyên liệu và sản phẩm biến đổi không ngừng

b)Biến đổi tính chất hoá học:

Thay đổi pH môi trường: thường là giảm pH do các phản ứng phân hủy amit (Vd:

asparagin) của các cấu tử tạo thành các acid

Đóng cặn dơ: do trong dung dịch chứa một số muối Ca2+ ít hoà tan ở nồng độ cao, phân hủy muối hữu cơ tạo kết tủa

Phân hủy chất cô đặc

Trang 12

Tăng màu do caramen hoá đường, phân hủy đường khử, tác dụng tương hỗ giữa các sản phẩm phân hủy và các amino acid

Phân hủy một số vitamin

c)Biến đổi sinh học:

Tiêu diệt vi sinh vật (ở nhiệt độ cao)

Hạn chế khả năng hoạt động của các vi sinh vật ở nồng độ cao

2.4 Yêu cầu nguyên liệu và sản phẩm

Đảm bảo các cấu tử quý trong sản phẩm có mùi, vị đặc trưng được giữ nguyên

Đạt nồng độ và độ tinh khiết yêu cầu

Thành phần hoá học chủ yếu không thay đổi.

3 Cô đặc và quá trình cô đặc 3.1 Định nghĩa cô đặc

Cô đặc là phương pháp dùng để nâng cao các nồng độ các chất hòa tan trong dungdịch gồm 2 hay nhiều cấu tử Quá trình cô đặc của dung dịch lỏng – rắn hay lỏng –lỏng có chênh lệch nhiệt độ sôi rất cao thường được tiến hành bằng cách tách mộtphần dung môi (cấu tử dễ bay hơi hơn), đó là các quá trình vật lý – hóa lý Tùy theotính chất của cấu tử khó bay hơi (hay không bay hơi trong quá trình đó), ta có thể táchmột phần dung môi (cấu tử dễ bay hơi hơn) bằng phương pháp nhiệt độ (đun nóng)hoặc phương pháp làm lạnh kết tinh

3.2 Bản chất của sự cô đặc

Để tạo thành hơi (trạng thái tự do), tốc độ chuyển động vì nhiệt của các phân tửchất lỏng gần mặt thoáng lớn hơn tốc độ giới hạn Phân tử khi bay hơi sẽ thu nhiệt đểkhắc phục lực liên kết ở trạng thái lỏng và trở lực bên ngoài Do đó, ta cần cung cấpnhiệt để các phân tử đủ năng lượng thực hiện quá trình này

Bên cạnh đó, sự bay hơi xảy ra chủ yếu là do các bọt khí hình thành trong quátrình cấp nhiệt và chuyển động liên tục, do chênh lệch khối lượng riêng các phần tử ởtrên bề mặt và dưới đáy tạo nên sự tuần hoàn tự nhiên trong nồi cô đặc Tách khôngkhí và lắng keo (protit) sẽ ngăn chặn sự tạo bọt khi cô đặc

3.3 Ứng dụng của cô đặc

Trang 13

Trong sản xuất thực phẩm: cô đặc dung dịch đường, mì chính, nước trái cây

Trong sản xuất hóa chất: cô đặc dung dịch NaOH, NaCl, CaCl2, các muối vô cơ

Hiện nay, phần lớn các nhà máy sản xuất hóa chất, thực phẩm đều sử dụng thiết bị cô đặc như một thiết bị hữu hiệu để đạt nồng độ sản phẩm mong muốn

Mặc dù cô đặc chỉ là một hoạt động gián tiếp nhưng nó rất cần thiết và gắn liềnvới sự tồn tại của nhà máy Cùng với sự phát triển của nhà máy, việc cải thiện hiệuquả của thiết bị cô đặc là một tất yếu Nó đòi hỏi phải có những thiết bị hiện đại, đảmbảo an toàn và hiệu suất cao Do đó, yêu cầu được đặt ra cho người kỹ sư là phải cókiến thức chắc chắn hơn và đa dạng hơn, chủ động khám phá các nguyên lý mới củathiết bị cô đặc

3.4 Các phương pháp cô đặc

Phương pháp nhiệt: dung môi chuyển từ trạng thái lỏng sang trạng thái hơi dướitác dụng của nhiệt khi áp suất riêng phần của nó bằng áp suất tác dụng lên mặt thoángchất lỏng

Phương pháp lạnh: khi hạ thấp nhiệt độ đến một mức nào đó, một cấu tử sẽ tách radưới dạng tinh thể của đơn chất tinh khiết, thường là kết tinh dung môi để tăng nồng

độ chất tan Tùy tính chất cấu tử và áp suất bên ngoài tác dụng lên mặt thoáng mà quátrình kết tinh đó xảy ra ở nhiệt độ cao hay thấp và đôi khi ta phải dùng máy lạnh

3.5 Đánh giá khả năng phát triển cùa sự cô đặc:

Hiện nay phần lớn các nhà máy sản xuất hóa chất, thực phẩm đều sử dụng thiết bị

cô đặc như một thiết bị hữu hiệu để đạt nồng độ sản phẩm mong muốn mặc dù chỉ làmột hoạt động gián tiếp nhưng rất cần thiết và gắn liền với sự tồn tại của nhà máy

Cùng với sự phát triển của thiết bị cô đặc là một tất yếu Nó đòi hỏi phải có nhữngthiết bị hiện đại, đảm bảo an toàn và hiệu suất cao Đưa đến yêu cầu người kỹ sư phải

có kiến thức chắc chắn hơn và đa dạng hơn, chủ động khám phá các nguyên lý mớicủa thiết bị cô đặc

4 Các thiết bị cô đặc

4.1 Phân loại và ứng dụng ( =>Khảo sát trong phạm vi cô đặc nhiệt) 4.1.1 Theo cấu tạo

Trang 14

Nhóm 1: dung dịch đối lưu tự nhiên (tuần hoàn tự nhiên) Thiết bị cô đặc nhómnày có thể cô đặc dung dịch khá loãng, độ nhớt thấp, đảm bảo sự tuần hoàn dễ dàngqua bề mặt truyền nhiệt Bao gồm:

Nhóm 2: dung dịch đối lưu cưỡng bức (tuần hoàn cưỡng bức) Thiết bị cô đặc nhómnày dùng bơm để tạo vận tốc dung dịch từ 1,5 m/s đến 3,5 m/s tại bề mặt truyền nhiệt

Ưu điểm chính là tăng cường hệ số truyền nhiệt k, dùng được cho các dung dịch kháđặc sệt, độ nhớt cao, giảm bám cặn, kết tinh trên bề mặt truyền nhiệt Bao gồm:

Nhóm 3: dung dịch chảy thành màng mỏng Thiết bị cô đặc nhóm này chỉ chophép dung dịch chảy dạng màng qua bề mặt truyền nhiệt một lần (xuôi hay ngược) đểtránh sự tác dụng nhiệt độ lâu làm biến chất một số thành phần của dung dịch Đặcbiệt thích hợp cho các dung dịch thực phẩm như nước trái cây, hoa quả ép Bao gồm:

dễ vỡ

4.1.2 Theo phương thức thực hiện quá trình

Cô đặc áp suất thường (thiết bị hở): nhiệt độ sôi và áp suất không đổi, thườngđược dùng trong cô đặc dung dịch liên tục để giữ mức dung dịch cố định, nhằm đạtnăng suất cực đại và thời gian cô đặc ngắn nhất

Cô đặc áp suất chân không: dung dịch có nhiệt độ sôi thấp ở áp suất chân không

Dung dịch tuần hoàn tốt, ít tạo cặn và sự bay hơi dung môi diễn ra liên tục

Cô đặc nhiều nồi: mục đích chính là tiết kiệm hơi đốt Số nồi không nên quá lớn vì

nó làm giảm hiệu quả tiết kiệm hơi Người ta có thể cô đặc chân không, cô đặc áp lực

Trang 15

Đối với mỗi nhóm thiết bị, ta đều có thể thiết kế buồng đốt trong, buồng đốt ngoài,

có hoặc không có ống tuần hoàn Tùy theo điều kiện kỹ thuật và tính chất của dung dịch,

ta có thể áp dụng chế độ cô đặc ở áp suất chân không, áp suất thường hoặc áp suất dư

4.2 Thiết bị cô đặc một nồi có ống tuần hoàn trung tâm

Theo tính chất của nguyên liệu và sản phẩm, cũng như điều kiện kỹ thuật chúng talựa chọn thiết bị cô đặc chân không 1 nồi liên tục có buồng đốt trong và ống tuần hoàn

trung tâm

Mục đích:

đảm bảo lượng vitamin,…) nhờ nhiệt độ thấp và không tiếp xúc oxy

Ưu điểm:

Nhược điểm:

4.3 Các thiết bị và chi tiết

Thiết bị chính - thiết bị cô đặc một nồi có ống tuần hoàn trung tâm:

+ Ống nhập liệu, ống tháo liệu

Trang 16

+Lưu lượng kế

4.4 Yêu cầu thiết bị và vấn đề năng lượng

Sản phẩm có thời gian lưu nhỏ: giảm tổn thất, tránh phân hủy sản phẩm Cường độ truyền nhiệt cao trong giới hạn chênh lệch nhiệt độ

Đơn giản, dễ sửa chữa, tháo lắp, dễ làm sạch bề mặt truyền nhiệt Phân bố hơi đều

Xả liên tục và ổn định nước ngưng tụ và khí không ngưng

Thu hồi bọt do hơi thứ mang theo

Tổn thất năng lượng là nhỏ nhất

Trang 17

Thao tác, khống chế, tự động hóa dễ dàng

CH ƯƠN NG 2: H TH NG CÔ Đ C N ỆN ỐNG CÔ ĐẶC NƯỚC MÍA 1 NỒI LIÊN TỤC ẶC MÍA ĐƯỜNG ƯỚNG DẪN C MÍA 1 N I LIÊN T C ỒI LIÊN TỤC ỤC LỤC

1 Hệ thống cô đặc 1 nồi liên tục 1.1 Nguyên lý hoạt động của thiết bị cô đặc

Dung dich tư bê chưa nguyên liêu đươc bơm lên bôn cao vi để ổn áp Tư bôncao vi, dung dich định lượng bằng lưu lượng kế đi vao thiêt bi gia nhiêt sơ bô va

đươc đun nong đên nhiêt đô sôi

Thiêt bi gia nhiêt sơ bô la thiêt bi trao đôi nhiêt dang ông chum: thân hinh tru,đăt đưng, bên trong gôm nhiêu ông nho được bố trí theo đỉnh hình tam giác đều Cac

đâu ông đươc giư chăt trên vỉ ông va vỉ ông đươc han dinh vao thân Nguồn nhiệt là

hơi nước bão hòa có áp suất là 3 at đi bên ngoài ống (phía vỏ) Dung dich đi tư dươi

lên ơ bên trong ông Hơi nươc bao hoa ngưng tu trên bê măt ngoai cua ông va câp

nhiêt cho dung dich đê nâng nhiêt đô cua dung dich lên nhiêt đô sôi Dung dich sau

khi đươc gia nhiêt se chay vao thiêt bi cô đăc đê thưc hiên qua trinh bôc hơi Hơi

nước ngưng tụ thành nước lỏng và theo ống dẫn nước ngưng qua bẫy hơi chảy ra

ngoài

Nguyên lý hoạt động của nồi cô đặc

Phần dưới của thiết bị là buồng đốt, gồm có các ống truyền nhiệt và một ốngtuần hoàn trung tâm Dung dịch đi trong ống còn hơi đốt (hơi nước bão hòa) đi trong

khoảng không gian ngoài ống Hơi đốt ngưng tụ bên ngoài ống và truyền nhiệt cho

dung dịch đang chuyển dộng trong ống Dung dịch đi trong ống theo chiều từ trên

Trang 18

xuống và nhận nhiệt do hơi đốt ngưng tụ cung cấp để sôi, làm hóa hơi một phần dung

môi Hơi ngưng tụ theo ống dẫn nước ngưng qua bẫy hơi để chảy ra ngoài

Nguyên lý hoạt động của 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 Đối với

ống tuần hoàn, thể tích dung dịch theo một đơn vị bề mặt truyền nhiệt lớn hơn so với

trong 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 so với ở ống

truyền nhiệt và hỗn hợp này được đẩy xuống dưới Kết quả là có dòng chuyển 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 2 dòng

Hơi thứ đi lên phía trên buồng bốc, đến bộ phận tách giọt để tách những giọt lỏng ra

khỏi dòng Giọt lỏng chảy xuống dưới còn hơi thứ tiếp tục đi lên Dung dịch còn lại

được 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 của

buồng bốc đi vào thiết bị ngưng tụ baromet (thiết bị ngưng tụ kiểu trực tiếp) Chất

làm lạnh là nước được bơm vào ngăn trên cùng còn dòng hơi thứ được dẫn vào ngăn

dưới cùng của thiết bị Dòng hơi thứ đi lên gặp nước giải nhiệt để ngưng tụ thành

lỏng và cùng chảy xuống bồn chứa qua ống baromet Khí không ngưng tiếp tục đi lên

trên, được dẫn qua bộ phận tách giọt rồi được bơm chân không hút ra ngoài Khi hơi

thứ ngưng tụ thành lỏng thì thể tích của hơi giảm làm áp suất trong thiết bị ngưng tụ

giảm Vì vậy, thiết bị ngưng tụ baromet là thiết bị ổn định chân không duy trì áp suất

chân không trong hệ thống Thiết bị làm việc ở áp suất chân không nên nó phải được

lắp đặt ở độ cao cần thiết để nước ngưng có thể tự chảy ra ngoài khí quyển mà không

cần bơm

Trang 19

thiết bị và nước có thể chảy ngược vào nồi cô đặc.

1.2 Nguyên lý hoạt động của thiết bị ngưng tụ Baromet

Lượng khí bổ sung sinh ra trong thiết bị cô đặc bao gồm:

bơm (chỉ hút khí không ngưng)

Chọn thiết bị ngưng tụ trực tiếp loại khô, ngược chiều, chân cao (baromet) Trong đó,nước làm lạnh và nước ngưng tụ chảy xuống còn khí không ngưng được bơm chân

không hút ra từ phần trên của thiết bị qua bộ phấn tách lỏng

Chiều cao của ống baromet được chọn sao cho tổng của áp suất trong thiết bị và cột

áp thủy tĩnh bằng với áp suất khí quyển

Trang 20

Ban đầu nhập đủ 2,5 m3 thì tiến hành cô đặc, nguyên liệu vẫn tiếp tục nhập vào đề

bù lượng hơi thứ bốc lên cho đến khi đủ thể tích nguyên liệu cho 1 mẻ thì chấm dứt

ngoài theo cửa xả khí không ngưng

Hơi thứ bốc lên theo ống dẫn vào thiết bị ngưng tụ Baromet, ngưng tụ thành lỏngchảy ra ngoài bồn chứa, phần không ngưng qua bộ phận tách giọt để chỉ còn khí theo

bơm chân không ra ngoài

Toàn bộ hệ thống (thiết bị ngưng tụ Baromet, thiết bị cô đặc) làm việc ở điềukiện chân không do bơm chân không tạo ra

Sau thời gian cô đặc đã tính, dung dịch đường được bơm ra ngoài theo ống tháosản phẩm nhờ bơm ly tâm, vào thùng chứa sản phẩm

Trang 21

Khởi động bơm nhập liệu, mở van nhập liệu cho dung dịch chảy vào thiết

bị cô đặc Khi khối lượng dung dịch đạt yêu cầu thì điều chỉnh lưu lượng nhập liệucho phù hợp

Mở từ từ van hơi đốt

Bơm nước vào thiết bị ngưng tụ

Theo dõi hoạt động của thiết bị và các dụng cụ đo nhiệt độ, áp suất, sẵn sàng ngưng hoạt động của hệ thống nếu có sự cố xảy ra

Gần đến thời điểm tháo liệu, ta thử nồng độ mẫu để chuẩn bị dừng hơi đốt

Ngưng cấp hơi đốt

Dùng bơm để tháo sản phẩm qua ống tháo sản phẩm đến khi hết thì đóng van Chấm dứt một mẻ cô đặc

Ta bắt đầu các thao tác cho một mẻ mới

CH ƯƠN NG 3: TÍNH TOÁN VÀ THI T K THI T B CHÍNH ẾT KẾ THIẾT BỊ CHÍNH ẾT KẾ THIẾT BỊ CHÍNH ẾT KẾ THIẾT BỊ CHÍNH Ị CHÍNH

1 Cân bằng vật chất và năng lượng

1.1 Dữ kiện ban đầu

Dung tích đường míaNồng độ nhập liệu xđ = 18% (khối lượng)Nồng độ sản phẩm xc = 40% (khối lượng)Năng suất nhập liệu Gc = 8 tấn/h = 8000 kg/h

Áp suất chân không tại thiết bị ngưng tụ Pck = 0,74 at

Áp suất thực trên chân không kế là Pc = Pa – Pck = 1 – 0,74 = 0,26

at Nguồn nhiệt là hơi nước bão hòa Áp suất hơi bão hòa P = 1,5 ati

Vậy Pdư = 1,5at

Áp suất hơi đốt là Pd = Pa + Pdư = 1 + 1,5 = 2,5

at Chọn nhiệt độ đầu của nguyên liệu tđ = 30oC

Trang 22

1.2 Cân bằng vật chất

Suất lượng tháo liệu (G c )

Theo định luật bảo toàn chất khô, ta có:

Gđ.xđ = Gc.xc

G c= G đ x đ =8000.18 =3600 (kg )

x c40 h Tổng lượng hơi thứ bốc lên (W)

Theo định luật bảo toàn khối lượng, ta có:

Gđ = Gc + W

W = Gđ – Gc = 8000 – 3600 = 4400 (kg/h)

1.3 Tổn thất nhiệt độ

- Ta có áp suất tại thiết bị ngưng tụ là pc= 0,26 at, Tra bảng I.251, trang 314, [1], ta có:

Nhiệt độ trong thiết bị ngưng tụ Baromet là tc= 64,950C

- ∆’’’ là tổn thất nhiệt độ của hơi thứ trên đường ống dẫn từ buồng bốc đến thiết bị ngưng tụ

Chọn ∆’’’= 10C ( trang 296 [5])

tsdm( P0) – tc = ∆ '' '

Trong đó

tsdm( P0): nhiệt độ sôi của dung môi ở áp suất P0 (mặt thoáng)

Mà tsdm( P0) =∆ '' '+ tc = 1+tc (theo chứng minh trên)

Trang 23

 tsdm( P0) = 64,95 +1 =65,950C Tra bảng I.250, trang 312, [1], ta có:

∆ ’ : tổn thất nhiệt độ tại áp suất cô đặc.

f = 16,14 T

r2

VớiT: Nhiệt độ sôi của dung môi nguyên chất ở áp suất đã cho [0K]

VI.251, trang 314, [1], ta có:

Áp suất(at)

0,20,3

Tại P0 = 0,266at Ta nội suy được: r = 2343,46 (J/Kg)

Trang 24

ρs : khối lượng riêng trung bình của dung dịch khi sôi bọt; Kg/

ρ dm- khối lượng riêng của dung môi tại nhiệt độ sôi của dung dịch

660CTra bảng I.249 trang 311, [1], ρ dm= 978,34 kg/m3

Trang 25

Trang 26

Sản phẩm lấy ra ở tại đáy tsdd(p0+2∆p) = 66,98+ 2.1,029 = 69,0380C

Tổng tổn thất nhiệt độ:

ΣΔ = Δ’ + Δ’’ + Δ’’’

ΣΔ = 1,029 +1,76 +1 = 3,780CGia nhiệt bằng hơi nước

bão hoà, áp suất hơi đốt là 2,5at, t D = 126,07 0 C (bảng I.251,

Trang 27

2 Cân bằng năng lượng

2.1 Cân bằng nhiệt lượng

Nhiệt độ của dung dịch đường mía 18% trước và sau khi qua thiết bị gia nhiệt:

Trang 28

Trang 29

Nhiệt dung riêng của dung dịch đường mía:

Nhiệt dung riêng của dung dịch đường mía ở các nồng độ khác nhau được tính theo công thức I.50 trang 153 [1]:

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

t: nhiệt độ của dung dịch

Cđ= 4190 – ( 2514 – 7,542.30).0,18=3778,207 J/kg

độ xc= 40%, tđ= 69,0380C

Cc= 4190 – ( 2514 – 7,542.69,038).0,4=3392,67 J/kg độ

2.2 Phương trình cân bằng nhiệt

 Nhiệt lượng tiêu thụ cho quá trình cô đặc Q D

Theo công thức VI-3, Sổ tay Quá trình và thiết bị công nghệ hóa chất tập 2, trang 57, ta

có:

QD = Qđ + Qbh + Qkn + Qtt (1)Trong đó:

Trang 30

Qđ: nhiệt lượng dùng để đun nóng dung dịch đến nhiệt độ sôi, W

Qbh: nhiệt lượng làm bốc hơi nước, W

Qkn: nhiệt lượng khử nước, W

Qtt: nhiệt lượng tổn thất ra môi trường, W

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

Theo Sổ tay Quá trình và thiết bị công nghệ hóa chất tập 2, trang 57:

Qđ = Gđ Ctb (ts – tđ) (2)Trong đó:

Gđ = 8000 kg/h

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

Nhiệt dung riêng của dung dịch đường:

2

Trang 31

Thay tất cả vào (2) ta được:

Nhiệt lượng làm bốc hơi dung dịch (Q bh )

Từ bảng trên ta nội suy ra được r = 2234,46 10-3 (J/kg)

Nhiệt lượng dùng để khử nước (Q KN )

Theo Sổ tay Quá trình và thiết bị công nghệ hóa chất tập 2, công thức VI-4, trang 57:

Trong đó:

Q đ ht: nhiệt lượng hòa tan tích phân của chất rắn hòa tan trong dung dịch ở nồng độ loãng ban đầu của quá trình cô đặc, W

Q c ht: nhiệt hòa tan tích phân ở nồng độ đặc lúc cuối của quá trình cô đặc, W

Thường Qkn rất bé nên có thể bỏ qua (5)

Nhiệt lượng tổn thất (Q tt )

Theo Quá trình và thiết bị truyền nhiệt tập 5, quyển 1, trang 295:

Chọn Qtt = 4% QD (6)

Thay (3), (4), (5) và (6) vào (1), ta có:

Trang 32

Vậy lượng nhiệt tiêu thụ cho cô đặc là 3282500 J/s

 Lượng hơi đốt dùng cho cô đặc Theo công thức 4.5a, trang 182 [3]

 Lượng hơi đốt tiêu tốn riêng

Theo Quá trình và thiết bị công nghệ hóa học tập 10 ví dụ và bài tập, trang 182 :

d= W D = 1,578

1,222 =1,26(kg

kghơithứ hơiđốt )Vậy chi phí riêng hơi đốt để tạo ra 1 kg hơi thứ là 1,26 (kg hơi đốt/kg hơi thứ)

Trang 33

Bảng 2 Tóm tắt cân bằng năng lượng

3 Thiết kế thiết bị chính

3.1 Tính toán truyền nhiệt cho thiết bị cô đặc

3.1.1 Hệ số cấp nhiệt khi ngưng tụ hơi

Giảm tốc độ hơi đốt nhằm bảo vệ các ống truyền nhiệt tại khu vực hơi đốt vàobằng cách chia làm nhiều miệng vào Chọn tốc độ hơi đốt nhỏ (ω = 10 m/s), nước chảy

ngưng chảy màng (do ống truyền nhiệt ngắn có h0 = 1,5 m), ngưng hơi bão hòa tinh khiết

α1: hệ số cấp nhiệt phía hơi ngưng W/(m2.K)

r: ẩn nhiệt ngưng tụ của hơi nước bão hòa ở áp suất 2,5 at, r = 2189,42.103 J/kg (tra bảng I.251 Sổ tay Quá trình và thiết bị công nghệ hóa chất tập 2, trang 315)

H: chiều cao ống truyền nhiệt (H = h0 = 1,5m)

A: hệ số, đối với nước thì phụ thuộc nhiệt độ màng nước ngưng tm

Trang 34

Với tD, tV1: nhiệt độ hơi đốt và vách phía hơi ngưng.

A: tra ở Sổ tay Quá trình và thiết bị công nghệ hóa chất tập 2, trang

Sau nhiều lần tính lặp, ta chọn nhiệt độ vách ngoài tv1 = 1210Ct m=

3.1.2 Hệ số cấp nhiệt từ bề mặt đốt đến dòng chất lỏng hơi sôi

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]

Trang 35

Trang 36

α n =0,145 ∆ t2,33 P0,5 W/m2.độ ( )

Với:

+ P là áp suất tuyệt đối trên mặt thoáng (N/m2) Có P = 0,266 at = 26952,45N/m2

+ ∆t: hiệu số nhiệt độ của bề mặt truyền nhiệt và của nước sôi, 0C Cdd: nhiệt dung riêng của dung dịch ở tsdd(ptb), J/(kg.K)

Cdm: nhiệt dung riêng của nước ở tsdm(ptb), J/(kg.K)

µdd: độ nhớt của dung dịch ở tsdd(ptb), N.s/m2

µdm: độ nhớt của nước ở tsdm(ptb), N.s/m2

ρdd: khối lượng riêng của dung dịch ở tsdd(ptb), kg/m3

ρdm: khối lượng riêng của nước ở tsdm(ptb), kg/m3

λdd: hệ số dẫn điện của dung dịch ở tsdd(ptb), W/(m.K)

λdm: hệ số dẫn điện của nước ở tsdm(ptb), W/(m.K)

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

Các thông số của dung dịch

ρdd: tra ở các nồng độ khác nhau, tra bảng I.86, Sổ tay tập 1, trang 59,60 [1]

µdd: tra bảng 9, trang 16, [8]

Cdd: nhiệt dung riêng của dung dịch đường

Trang 37

M = a.M(C12H22O11) + (1 – a).MH2O = a.40 + (1 – a).18; kg/kmol

a – phần mol của đường saccharose (C12H22O11)

Xem nồng độ đường saccharose (C12H22O11) trong dung dịch là 40% (xc)

Trang 38

Trang 39

3.2 Nhiệt tải phía tường (qv)

Theo Bài tập và Ví dụ tập 10, trang 104:

+ ∆tv: chênh lệch nhiệt độ của tường,0C

Tra ở bảng 31, Bài tập và Ví dụ tập 10, trang 419, ta có:

Trang 40

∑ r v=0,8932 10−3 m2 độ /W

(4)tv = t v1−t v2 =0,9292 10−3 q v

3.3 Tiến trình tính các nhiệt tải riêng

Khi quá trình cô đặc diễn ra ổn định thì:

(7)(8)

Định dạng
Số trang	141
Dung lượng	784,04 KB