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

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ KHOA NÔNG NGHIỆP & SINH HỌC ỨNG DỤNG BỘ MÔN CÔNG NGHỆ THỰC PHẨMĐỒ ÁN KỸ THUẬT THỰC PHẨM TÍNH TOÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG CÔ ĐẶC 2 NỒI DUNG DỊCH ĐƯỜNG SUCROSE PGs.Ts Ng

GIỚI THIỆU

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

1.1 TỔNG QUAN VỀ ĐƯỜNG SUCROSE

Sucrose, hay còn gọi là đường mía, là thành phần quan trọng nhất trong cây mía và là sản phẩm chính của ngành công nghiệp sản xuất đường Đây là một disacarit có công thức hóa học C12H22O11, với trọng lượng phân tử là 342,30 Sucrose được cấu tạo từ hai đường đơn là α-D-glucose và β-D-fructose, góp phần tạo nên tính chất và ứng dụng đa dạng của nó trong thực phẩm và công nghiệp.

Hình 1 Công thức cấu tạo của sacaroza

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

Ở nhiệt độ 188°C, đường bắt đầu chuyển thành dạng sệt trong suốt khi tiếp xúc gần đến nhiệt độ nóng chảy Khi đun lâu hoặc ở nhiệt độ cao, đường mất nước, phân huỷ và biến thành caramel Đường dễ hòa tan trong nước nhưng không hòa tan trong dầu hỏa, chloroform, benzen hay cồn Độ nhớt của dung dịch đường tăng cùng với nồng độ và giảm khi nhiệt độ tăng.

Dung dịch đường sucrose không chịu được nhiệt độ cao do chất tan dễ bị biến tính, do đó cần phải cô đặc ở nhiệt độ thấp phù hợp với áp suất cân bằng tại mặt thoáng thấp, còn gọi là áp suất chân không.

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

1.2.1 Giới thiệu chung về cô đặc

Cô đặc là quá trình làm tăng nồng độ của một hoặc nhiều cấu tử trong dung dịch bằng cách tách phần dung môi ra dưới dạng hơi, trong khi các chất hòa tan không bay hơi vẫn giữ nguyên trong dung dịch Quá trình này giúp nồng độ của các chất hòa tan trong dung dịch ngày càng tăng, nâng cao hiệu quả của các quá trình công nghiệp hoặc phòng thí nghiệm Cô đặc đóng vai trò quan trọng trong việc nâng cao năng suất và chất lượng của các sản phẩm như thực phẩm, hóa chất, và dược phẩm.

SVTH: Phan Trí Nguyên B1800339 Trang vii

Trần Thị Huyền Trân B1800403 Đồ án kỹ thuật thực phẩm GVHD: PGs.Ts Nguyễn Văn Mười

Quá trình cô đặc thường xảy ra ở trạng thái sôi, khi áp suất hơi riêng phần của dung môi trên bề mặt dung dịch bằng áp suất làm việc của thiết bị Điều này đảm bảo quá trình cô đặc diễn ra hiệu quả và liên tục, giúp tách dung môi khỏi dung dịch một cách tối ưu Việc duy trì điều kiện này là yếu tố quan trọng để đảm bảo hiệu suất và năng suất trong quá trình cô đặc hóa.

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

502 Bad GatewayUnable to reach the origin service The service may be down or it may not be responding to traffic from cloudflared

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, việc sử dụng hơi thứ để đốt nóng lại yêu cầu nén hơi đến áp suất của hơi đốt, gọi là thiết bị có bơm nhiệt Quá trình cô đặc nhiều nồi liên tiếp, dung dịch di chuyển từ nồi này sang nồi khác, trong đó hơi thứ của nồi trước đóng vai trò làm hơi đốt cho nồi sau Các bước này giúp tối ưu hóa quá trình cô đặc, tiết kiệm năng lượng và nâng cao hiệu quả hoạt động của hệ thống.

Có nhiều cách phân loại khác nhau, nhưng theo đặc điểm cấu tạo, các loại đều được chia thành sáu nhóm chính, phân chia thành ba nhóm lớn Các loại này giúp nhận diện cấu trúc và đặc điểm riêng biệt của từng loại, từ đó hỗ trợ trong việc xác định và ứng dụng phù hợp trong các lĩnh vực khác nhau Việc phân loại theo đặc điểm cấu tạo là phương pháp phổ biến và dễ hiểu để hiểu rõ các loại vật liệu hoặc hiện tượng, góp phần nâng cao hiệu quả trong công tác nghiên cứu và thực hành.

- 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

+ 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

Dung dịch trong phòng đốt khi đi qua ống sẽ tạo ra hơi đốt và truyền nhiệt, dẫn đến sự hình thành hỗn hợp hơi-lỏng có khối lượng riêng giảm dần Quá trình này gây ra chuyển động tự nhiên trong thiết bị, với hỗn hợp hơi-lỏng bị đẩy từ dưới lên trên trong ống truyền nhiệt và di chuyển ngược lại trong ống tuần hoàn Do thể tích của dung dịch trong ống lớn hơn so với trong ống truyền nhiệt, lượng hơi sinh ra ít hơn và khối lượng riêng của hỗn hợp hơi-lỏng lớn hơn trong ống truyền nhiệt, làm cho nó bị đẩy xuống dưới Kết quả, thiết bị có sự tuần hoàn tự nhiên từ dưới lên trong ống truyền nhiệt và từ trên xuống trong ống tuần hoàn, đảm bảo hiệu quả trao đổi nhiệt tối ưu.

Tăng tốc độ tuần hoàn giúp nâng cao tốc độ cấp nhiệt của dung dịch, đồng thời giảm khả năng hình thành cặn bám trên bề mặt truyền nhiệt Quá trình tuần hoàn tự nhiên của hệ thống diễn ra liên tục cho đến khi đạt nồng độ dung dịch mong muốn, sau đó mở van đáy để thu hoạch sản phẩm một cách hiệu quả.

+ 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

+ 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

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

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

Sau khi tính toán thực tế lượng hơi thứ của từng nồi (2), ta xác định được giá trị W₁ và W₂, sau đó so sánh chúng với các giá trị ban đầu theo giả thuyết ban đầu Việc phân tích sai số giữa lượng hơi thứ thực tế và lý thuyết giúp đánh giá độ chính xác của các giả thiết ban đầu và đảm bảo hiệu quả hoạt động của hệ thống hơi.

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

 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 là 55°C, áp suất là 0,1605 at Hiệu số áp suất của toàn hệ thống được tính bằng hiệu số giữa áp suất của hệ thống và áp suất trong thiết bị ngưng tụ, cụ thể là ΔPP = 1,232 - 0,1605 = 1,0715 Hiệu số áp suất này thể hiện sự chênh lệch giữa áp suất hơi đốt đi vào nồi 1 và nồi 2, góp phần quan trọng vào quá trình vận hành và tối ưu hóa hệ thống.

: 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

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 luôn thấp hơn nhiệt độ hơi thứ nồi trước một độ Celsius do tổn thất nhiệt trên đường ống Trong khi đó, nhiệt độ hơi của nồi cuối cùng được xác định bằng nhiệt độ tại thiết bị ngưng tụ cộng thêm 1 độ Celsius để đảm bảo hiệu suất vận hành tối ưu.

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:

Trong quá trình cô đặc, các yếu tố quan trọng bao gồm tổn thất nhiệt độ ở áp suất thường (Δ 0 ’), có thể tra cứu từ [AII – 60] dựa trên nồng độ cuối và nhiệt độ hơi thứ, do quá trình cô đặc có tuần hoàn dung dịch Hệ số hiệu chỉnh (f) được sử dụng để điều chỉnh do thiết bị cô đặc thường hoạt động ở áp suất khác với áp suất thường Ngoài ra, còn phải xem xét ẩn nhiệt hóa hơi của dung môi ở áp suất làm việc (r), tính bằng đơn vị J/kg, theo công thức trong tài liệu [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 Đồ án kỹ thuật thực phẩm GVHD: PGs.Ts Nguyễn Văn Mười

Dựa vào các dữ kiện đã cung cấp và sổ tay quá trình và thiết bị Công nghệ hóa chất tập 2, ta có thể xác định chính xác tổn thất nhiệt do nhiệt độ nâng cao gây ra trong quá trình công nghiệp Việc này giúp tối ưu hóa quá trình sản xuất, giảm thiểu hao phí năng lượng và nâng cao hiệu quả hoạt động của thiết bị Hiểu rõ các tổn thất nhiệt này là yếu tố quan trọng để nâng cao năng suất và đảm bảo an toàn trong công nghiệp hóa chất.

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 Đồ án kỹ thuật thực phẩm GVHD: PGs.Ts Nguyễn Văn Mười

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:

Áp suất hơi trên bề mặt dung dịch (P’) đo bằng N/m² thể hiện áp suất hơi thứ của dung dịch sôi Áp suất thủy tĩnh (ΔP) tính từ mặt dung dịch đến giữa ống truyền nhiệt, cũng đo bằng N/m² Chiều cao của lớp dung dịch sôi từ miệng trên của ống truyền nhiệt đến mặt thoáng của dung dịch được ký hiệu là h₁, tính bằng mét Chiều cao của dung dịch chứa trong ống truyền nhiệt là h₂, cũng đo bằng mét Khối lượng riêng của dung dịch khi sôi được ký hiệu là ρₛ, đo bằng kg/m³ Gia tốc trọng trường là g = 9,81 m/s², ảnh hưởng đến lực tác dụng lên dung dịch trong quá trình truyền nhiệt.

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

Nhiệt độ tổn thất do áp suất thủy tĩnh ở các nồi được xác định bằng hiệu số giữa nhiệt độ trung bình (Ttb) và nhiệt độ của dung dịch trên mặt thoáng (Tmt) Việc này là quan trọng để đảm bảo hiệu suất hoạt động của hệ thống và duy trì điều kiện làm việc tối ưu Hiểu rõ về nhiệt độ tổn thất giúp cải thiện thiết kế và vận hành, giảm thiểu tiêu thụ năng lượng Theo đó, việc kiểm soát chính xác nhiệt độ và áp suất thủy tĩnh là yếu tố then chốt để nâng cao độ bền và an toàn của các thiết bị nồi hơi.

Chiều cao của lớp dung dịch sôi từ miệng trên ống truyền nhiệt đến mặt thoáng của dung dịch trong nồi 1 và nồi 2 đều bằng nhau, là 0,5 mét, đảm bảo sự cân bằng trong quá trình truyền nhiệt Đồng thời, chiều cao của dung dịch chứa trong ống truyền nhiệt là 1 mét, giúp tối ưu hiệu quả truyền nhiệt và đảm bảo đặc tính kỹ thuật của hệ thống.

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’’’

Trong hệ thống ống dẫn hơi, thường chấp nhận tổn thất nhiệt từ nồi này sang nồi kia, cũng như từ nồi cuối đến thiết bị ngưng tụ là khoảng Δ’’’ = 1 ÷ 1,5°C [AII – 67] Để đảm bảo hiệu quả vận hành, nên lựa chọn Δ 1 ’’’ và Δ 2 ’’’ bằng khoảng 1°C.

2.2.2.4 Tổn thất chung trong hệ thống cô đặc, ΣΔ

SVTH: Phan Trí Nguyên B1800339 Trang xvii

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

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

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

Trong quá trình làm lạnh, C n1 và C n2 đại diện cho nhiệt dung riêng của nước ngưng ở nồi 1 và nồi 2, tính bằng J/kg.độ, phản ánh khả năng lưu trữ nhiệt của nước ngưng trong mỗi nồi Nhiệt độ của nước ngưng ở nồi 1 và nồi 2 lần lượt là θ1 và θ2, trong đó θ1 là nhiệt độ hơi đốt của nồi 1, còn θ2 là nhiệt độ hơi đốt của nồi 2, bằng nhiệt độ hơi đốt của nồi 1 trừ đi 1 Các thông số này góp phần quan trọng trong việc phân tích quá trình truyền nhiệt và hiệu quả của hệ thống.

SVTH: Phan Trí Nguyên B1800339 Trang xx

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

Ra khỏi nồi 2 230,8 65 64,1 3250 2213000 82,08 4198,3 Ghi chú:

- 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

SVTH: Phan Trí Nguyên B1800339 Trang xxi

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 Đồ án kỹ thuật thực phẩm GVHD: PGs.Ts Nguyễn Văn Mười 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, phản ánh nhiệt tải riêng do dẫn nhiệt qua thành ống đốt (q) tính bằng W/m² Nhiệt tải riêng phía hơi ngưng tụ (q₁) cũng được đo bằng W/m², cho thấy quá trình ngưng tụ của hơi Đồng thời, nhiệt tải riêng phía dung dịch sôi (q₂) phản ánh lượng nhiệt truyền vào dung dịch trong quá trình sôi, được thể hiện bằng W/m² Nhiệt độ hơi nước bão hòa dùng làm hơi đốt (t_bh) được đo bằng độ Celsius (°C) và đóng vai trò quan trọng trong việc xác định hiệu suất truyền nhiệt của hệ thống.

Nhiệt độ sôi của dung dịch được ký hiệu là T_s, tính bằng độ Celsius Nhiệt độ thành ống đốt phía hơi ngưng tụ và phía dung dịch sôi lần lượt là t_w1 và t_w2 Hiệu nhiệt Δt_1 được xác định bằng sự chênh lệch giữa nhiệt độ bên trong thành ống đốt và nhiệt độ phía hơi ngưng tụ (Δt_1 = t_bh – t_w1), trong khi Δt_2 là sự chênh lệch giữa nhiệt độ phía dung dịch sôi và nhiệt độ thành ống đốt phía hơi ngưng tụ (Δt_2 = t_w2 – T_s) Tổng nhiệt trở của thành ống đốt được ký hiệu là Σr, đơn vị m².K/W Hệ số cấp nhiệt phía hơi ngưng tụ và phía dung dịch sôi lần lượt là α_1 và α_2, với đơn vị W/m².độ, thể hiện khả năng truyền nhiệt của các bề mặt này.

SVTH: Phan Trí Nguyên B1800339 Trangxxiii

Trong quá trình tính toán nhiệt tải riêng, khi chưa có các giá trị hiệu số nhiệt độ, ta cần giả sử Δtt1 để bắt đầu phép tính Sau đó, tiến hành so sánh giá trị nhiệt lượng q1 và q2 để kiểm tra độ chính xác của giả thiết Nếu kết quả so sánh chênh lệch nhỏ hơn 5%, giả thiết ban đầu được xem là hợp lệ và có thể chấp nhận.

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

Trong hệ thống truyền nhiệt, nhiệt trở trung bình của hơi nước có chứa dầu nhờn (r₁) là 0,232 × 10⁻³ m²·K/W, trong khi đó, nhiệt trở trung bình của lớp cặn bẩn (r₂) là 0,387 × 10⁻³ m²·K/W Độ dày thành ống đốt được ký hiệu là δ, tính bằng mét, còn hệ số dẫn nhiệt của vật liệu làm ống đốt là λ, đo bằng W/m·K.

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

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

Bảng 8 Nhiệt tải riêng q 1 phía hơi ngưng

Trong quá trình kiểm tra, cần lựa chọn thời gian Δt phù hợp và xác nhận lại với thực tế để đảm bảo sai số nhỏ hơn 5%, từ đó chấp nhận kết quả Hệ số cấp nhiệt phía dung dịch sôi (α2) được xác định bằng đơn vị W/m².độ, dựa trên nhiệt độ hơi đốt theo công thức tại [B–39] – (II-7) b Các chỉ số như 82,08, 64,1, 0,89, và các giá trị khác được sử dụng để phân tích các phép tính liên quan đến quá trình nhiệt.

Trong trường hợp dung dịch có dung môi là nước sôi và xảy ra quá trình tuần hoàn mạnh mẽ trong ống, hệ số cấp nhiệt được tính dựa trên hệ số cấp nhiệt của nước α_n theo công thức đã cho Điều này đảm bảo chính xác trong việc xác định khả năng truyền nhiệt của hệ thống khi nước sôi và tuần hoàn liên tục Sử dụng công thức tính hệ số cấp nhiệt phù hợp giúp cải thiện hiệu quả và độ chính xác của quá trình truyền nhiệt trong các hệ thống kỹ thuật liên quan đến nước sôi.

SVTH: Phan Trí Nguyên B1800339 Trang xxv Đồ án kỹ thuật thực phẩm GVHD: PGs.Ts Nguyễn Văn Mười

Chỉ số dd biểu thị cho dung dịch, trong khi đó, chỉ số n thể hiện tính chất của nước Hệ số dẫn nhiệt λ, đo bằng W/m.độ, phản ánh khả năng truyền nhiệt của chất liệu Khối lượng riêng ρ, tính bằng kg/m³, cho biết mật độ của dung dịch Nhiệt dung riêng C, đơn vị là J/kg.K, xác định khả năng tích trữ nhiệt của vật liệu Độ nhớt động lực μ, đo bằng m.Pas, phản ánh độ nhớt của chất lỏng và ảnh hưởng đến dòng chảy của nó.

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 Đồ án kỹ thuật thực phẩm GVHD: PGs.Ts Nguyễn Văn Mười

Trong quá trình đánh giá, ta tính hệ số truyền nhiệt K để xác định khả năng chuyển nhiệt của hệ thống Đồng thời, việc kiểm tra lại hiệu số nhiệt độ hữu ích giúp đảm bảo hiệu quả hoạt động của từng nồi Hiệu số nhiệt độ hữu ích thực tế của mỗi nồi, ký hiệu là Δtt hi, được tính bằng công thức Δtt hi = Qi × ∑ Δtt ti, trong đó Qi là lượng nhiệt truyền vào nồi, nhằm tối ưu hóa quá trình trao đổi nhiệt và nâng cao hiệu suất sử dụng.

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

Nồi Q, W K, W/m 2 độ Δt hi tính, o C F, m 2 F+10%.F, Đồ án kỹ thuật thực phẩm GVHD: PGs.Ts Nguyễn Văn Mười 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 Đồ án kỹ thuật thực phẩm GVHD: PGs.Ts Nguyễn Văn Mười 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

Số ống trong lòng ống tuần hoàn trung tâm đóng vai trò quan trọng trong hệ thống truyền nhiệt Để tính số ống truyền nhiệt danh nghĩa, người ta xem xét đường kính trong của ống trong quá trình thiết kế, đảm bảo hiệu suất trao đổi nhiệt tối ưu Việc xác định chính xác số ống và đường kính trong của chúng giúp nâng cao hiệu quả hoạt động của thiết bị trao đổi nhiệt.

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 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

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

Utt là cường độ bốc hơi thể tích cho phép của khoảng không gian hơi, đo bằng m³/m³.h, thể hiện lượng hơi nước bốc hơi trên một đơn vị thể tích trong một đơn vị thời gian Ở áp suất thường, giá trị Utt dao động trong khoảng 1600 đến 1700 m³/m³.h, và áp suất của hơi thứ có ảnh hưởng đáng kể đến giá trị này Tuy nhiên, do thiếu số liệu hiệu chỉnh cho các áp suất nhỏ hơn 1 atm, có thể lấy Utt xấp xỉ bằng 1600 m³/m³.h để đảm bảo tính gần đúng Khối lượng riêng của hơi thứ, ký hiệu là h, được đo bằng kg/m³, là yếu tố quan trọng tác động đến quá trình bay hơi trong các hệ thống khí quyển và công nghiệp.

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

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

(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

SVTH: Phan Trí Nguyên B1800339 Trangxxxiv

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

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

SVTH: Phan Trí Nguyên B1800339 Trangxxxvi

Trong hệ thống ngưng tụ, lượng hơi ngưng tụ W được xác định bằng công thức W = 0,1044 kg/s, với h là khối lượng riêng của hơi ngưng tụ ở nhiệt độ 55°C, khoảng 0,1043 kg/m³ Tốc độ của hơi đi trong thiết bị ngưng tụ được khuyến nghị dao động từ 35 đến 55 m/s để đảm bảo hiệu quả hoạt động tối ưu Công thức tính D ba = 1.383 √(ρh Wωh) thể hiện mối liên hệ giữa các tham số này trong việc thiết kế và vận hành hệ thống ngưng tụ.

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

- 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 theo công thức t= 0,866d( f Pe ) 1/2, trong đó d là đường kính lỗ (được chọn là 5 mm), và f e là tỷ số giữa tổng diện tích tiết diện các lỗ và 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, dẫn đến bước t = 0,866 x 5 x (0,03) 1/2 ≈ 0,75 mm, đảm bảo thiết kế tối ưu và phù hợp với các tiêu chuẩn kỹ thuật.

SVTH: Phan Trí Nguyên B1800339 Trangxxxviii

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 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

Để ngăn ngừa nước dâng lên trong ống và tràn vào ống dẫn hơi khi độ chân không tăng cao, ngay cả khi mực nước đạt 10,33 mét, cần thực hiện các biện pháp kiểm soát áp suất và duy trì hệ thống kín khí hiệu quả Việc này giúp đảm bảo quá trình vận hành liên tục, tránh rò rỉ cũng như hư hỏng thiết bị do nước tràn vào hệ thống hơi Áp dụng các biện pháp chống tràn nước trong hệ thống là yếu tố quan trọng để duy trì hoạt động ổn định và nâng cao hiệu quả sản xuất.

Chọn vật liệu làm ống là thép CT3

SVTH: Phan Trí Nguyên B1800339 Trang xli

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] -

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)

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, vì ứng suất cho phép của thép CT3 dựa trên giới hạn bền của vật liệu Để đảm bảo độ an toàn, cần lấy giá trị nhỏ nhất từ các công thức tính ứng suất cho phép Việc xác định chính xác ứng suất cho phép giúp tối ưu hóa thiết kế cấu trúc, đảm bảo tính vững chắc và tuổi thọ của công trình Áp dụng các công thức phù hợp sẽ giúp xác định mức độ chịu lực tối đa của thép CT3 trong các điều kiện hoạt động khác nhau.

Trong thiết kế cấu kiện, các thông số quan trọng bao gồm ứng suất cho phép khi kéo ([k]) và khi chảy ([c]), được tính bằng đơn vị N/m² Các hệ số điều chỉnh n_k và n_c được sử dụng để đảm bảo độ an toàn, phù hợp với các giới hạn chịu lực của vật liệu Giới hạn bền kéo (k) và giới hạn bền chảy (c) là các đặc trưng quan trọng phản ánh khả năng chịu lực của vật liệu, đồng thời ảnh hưởng đến thiết kế và tính toán kết cấu Theo Tra từ [AII – 356] – (XIII.2), hệ số an toàn khi kéo và chảy đều được xác định là 0,9 nhằm đảm bảo độ tin cậy cao trong các ứng dụng kỹ thuật.

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 Đồ án kỹ thuật thực phẩm GVHD: PGs.Ts Nguyễn Văn Mười 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

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

Đường kính trong buồng đốt (D_t) là 1,6 mét, với áp suất trong buồng đốt (P) là 130.224,71 N/m² Chiều cao phần lồi của đáy (h_b) được xác định là 0,4 mét theo công thức từ [AII – 382] – (XIII.10) phù hợp với D_t = 1,6 mét Hệ số không thứ nguyên (k) bằng 1, trong khi đường kính của lỗ lớn nhất trên đáy, nơi thoát sản phẩm (d), được chọn là 0,15 mét Tỉ lệ hệ số không thứ nguyên với đường kính lỗ lớn nhất là k = 1 − D/d, dựa trên công thức của thiết kế.

[ k ]: ứng suất cho phép, tính tuơng tự như trường hợp thành buồng đốt

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 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

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

Áp suất tính toán bên ngoài (Pn) bằng 44.243,1 N/m², trong khi chiều cao phần lồi của nắp (hb) được tra cứu từ bảng XIII.10 tương ứng với đường kính Dt = 1,8 m, giá trị hb là 0,45 m Hệ số không thứ nguyên (k) được xác định dựa trên công thức k = 1 - D/d, với d là đường kính của lỗ lớn nhất trên nắp (lỗ thoáng khí), chọn d = 0,6 m, dẫn đến k = 1 - 0,6/1,8.

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

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:

Áp suất tính toán bên ngoài, ký hiệu là 1,6.10⁻³ m p n, bằng hiệu số giữa áp suất khí quyển và áp suất chân không bên trong, đo bằng đơn vị N/m² Áp suất thủy tĩnh của cột chất lỏng, ký hiệu là p₁, được xác định bằng công thức p₁ = g · ρ · H₁, trong đó g là gia tốc trọng trường, ρ là mật độ chất lỏng, và H₁ là chiều cao của cột chất lỏng.

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

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 thực hiện tính chiều cao phần lồi của đáy dựa trên bảng [AII – 382] (XIII.10), phù hợp với D t = 1,8 m, có h b = 0,45 m Hệ số không thứ nguyên k được xác định bằng công thức k=1− d k, trong đó d là đường kính của lỗ lớn nhất trên đáy, là cửa ra sản phẩm Với d = 0,15 m, chúng ta tính hệ số k = 1− Dd t = 1− 0,15 Các bước này giúp xác định chính xác chiều cao phần lồi của đáy trong quá trình thiết kế và thi công.

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

Thêm 1 mm khi 20 mm > S – C > 10 mm

Thêm 2 mm vào C khi đó S = 2,2 + 2 = 4,2 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 Đồ án kỹ thuật thực phẩm GVHD: PGs.Ts Nguyễn Văn Mười 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

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:

Trong quá trình thiết kế, có thể bỏ qua đại lượng p ở mẫu số D t khi đường kính trong buồng bốc D t khoảng 1,8 m, phù hợp với các tiêu chuẩn kỹ thuật Áp suất tính toán bên ngoài P n được xác định là 82.354,95 N/m², đảm bảo độ an toàn cho hệ thống Đặc biệt, chiều cao phần lồi của nắp h b được tra bảng XIII.10 và xác định là 0,45 m, giúp tối ưu hóa khả năng chịu lực của nắp đậy Hệ số không thứ nguyên k được lấy là 1, và đường kính của lỗ thông hơi lớn nhất D/d t với d = 0,6 m, hệ số k = 1 – D/d t = 1 – 0,6, giúp tối ưu hóa khả năng thoát khí và duy trì áp suất ổn định trong hệ thống.

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

SVTH: Phan Trí Nguyên B1800339 Trang liii

S – C = 3,56 - 1,6 = 1,96 mm < 10 mm Thêm 2 mm vào C khi đó S = 3,56 + 2 = 5,56 mm

* 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

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 cấu tạo gồm hai vỉ ống cố định được hàn chắc chắn vào mặt trên và mặt dưới, đảm bảo độ bền vững của hệ thống Chiều dày của vỉ ống (S v) cần đảm bảo giữ chặt các ống truyền nhiệt và ống tuần hoàn, chịu đựng tốt các loại ứng suất và chống ăn mòn trong quá trình vận hành Phương pháp hàn luôn được chọn để gắn ống vào vỉ nhằm đảm bảo độ bền và độ an toàn của buồng đốt Chiều dày tối thiểu của vỉ ống phải tuân theo các tiêu chuẩn kỹ thuật để đảm bảo hiệu quả và tuổi thọ của hệ thống đốt.

SVTH: Phan Trí Nguyên B1800339 Trang liv Đồ án kỹ thuật thực phẩm GVHD: PGs.Ts Nguyễn Văn Mười d n

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

Để giữ nguyên hình dạng vỉ ống sau khi nong hàn, phải đảm bảo tiết diện dọc giới hạn bởi hai thành lỗ gần nhất (f_m) lớn hơn hoặc bằng tiết diện nhỏ nhất cho phép (f_min) Công thức tính f_m là f_m = S_v (t – d_1), trong đó f_min = 5.d_1 Việc thiết lập các thông số này giúp đảm bảo độ bền và độ chính xác của kết cấu sau quá trình gia công.

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

: chiều dày thành ống, = 2,108 mm = 2,108.10 -3 m

SVTH: Phan Trí Nguyên B1800339 Trang lv Đồ án kỹ thuật thực phẩm GVHD: PGs.Ts Nguyễn Văn Mười

: 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

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

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

V = 4 , m 3 D: đường kính phôi, m [AII – 385] – (Bảng XIII.12)

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 đạt yêu cầu an toàn, ta giả sử thiết bị chứa đầy nước với khối lượng m = V, trong đó V là tổng thể tích nước trong buồng bốc, buồng đốt, nắp và đáy, tính bằng mét khối (m³) Việc tính toán chính xác lượng nước chứa trong thiết bị giúp đảm bảo tính an toàn và hiệu quả của hệ thống tai đỡ trong các quá trình vận hành, giảm thiểu rủi ro mất an toàn và tối ưu hóa hoạt động của thiết bị.

SVTH: Phan Trí Nguyên B1800339 Trang lvii

: 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

Trang lviii SVTH: Phan Trí Nguyên B1800339

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

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 Đồ án kỹ thuật thực phẩm GVHD: PGs.Ts Nguyễn Văn Mười

SVTH: Phan Trí Nguyên B1800339 Trang lxi

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

Dung dịch được bơm lên thùng cao vị để chuẩn bị cho quá trình xử lý, sau đó trải qua một lưu lượng kế nhằm kiểm soát lượng dung dịch chính xác Tiếp theo, dung dịch được đẩy qua thiết bị đun nóng để đạt nhiệt độ ban đầu mong muốn, đảm bảo quá trình cô đặc diễn ra hiệu quả Cuối cùng, dung dịch được đưa vào nồi cô đặc để thực hiện quá trình bốc hơi, tách các thành phần mong muốn ra khỏi dung dịch ban đầu.

Hơi đốt được đưa vào nồi 1, nơi tạo ra hơi nước bão hòa có áp suất 1,232 at (theo thang áp suất tuyệt đối và đơn vị áp suất kỹ thuật) Quá trình này diễn ra khi dung dịch được đưa vào nồi 1, đảm bảo nhiệt độ và áp suất thích hợp để sản xuất hơi nước đạt tiêu chuẩn Việc kiểm soát áp suất và nhiệt độ trong quá trình đốt giúp tối ưu hóa hiệu suất làm việc của hệ thống và đảm bảo an toàn cho thiết bị Hơi nước bão hòa này sau đó được sử dụng trong các giai đoạn tiếp theo của quá trình công nghiệp hoặc năng lượng.

SVTH: Phan Trí Nguyên B1800339 Trang lxii

Trong quá trình trao đổi nhiệt của ống truyền nhiệt, lớp hơi đốt phía ngoài ống truyền nhiệt giúp nâng nhiệt độ dung dịch đến mức sôi, bắt đầu quá trình bốc hơi Dung dịch được tuần hoàn tự nhiên nhằm cô đặc đến nồng độ chất khô 24,37%, sau đó chuyển sang nồi thứ hai nhờ chênh lệch áp suất giữa hai nồi Hỗn hợp hơi – lỏng bốc lên với tốc độ nhanh, va đập vào các thành zigzag của bộ phận tách bọt, giúp các giọt chất lỏng rơi trở lại, đảm bảo quá trình cô đặc hiệu quả.

Hơi thứ của nồi 1 được sử dụng làm nguồn nhiệt để đốt cho nồi 2, giúp quá trình cô đặc diễn ra hiệu quả Trong quá trình này, dung dịch trong nồi 2 tự nhiên tự cô đặc tuần hoàn cho đến khi đạt nồng độ 65%, sau đó mở van xả vào bồn chứa Quá trình chuyển dịch của dung dịch từ nồi 1 sang nồi 2 và vào bồn chứa diễn ra liên tục và tự nhiên, đảm bảo sự liên kết trong quá trình cô đặc Hơi thứ sinh ra từ nồi 2 được dẫn vào thiết bị ngưng tụ chân không hoạt động ở áp suất 0,1605 atm, giúp giữ nhiệt và tối ưu hóa quá trình ngưng tụ.

SVTH: Phan Trí Nguyên B1800339 Trang lxiii

Tiêu đề	Tính toán thiết kế hệ thống cô đặc 2 nồi dung dịch đường sucrose
Tác giả	Phan Trí Nguyên, Trần Thị Huyền Trân
Người hướng dẫn	PGs.Ts Nguyễn Văn Mười
Trường học	Trường Đại học Cần Thơ
Chuyên ngành	Kỹ thuật Thực phẩm
Thể loại	Đồ án kỹ thuật thực phẩm
Năm xuất bản	2020
Thành phố	Cần Thơ

Định dạng
Số trang	78
Dung lượng	576,4 KB