ĐỒ án CÔNG NGHỆ THIẾT bị cô đặc 3 nồi XUÔI CHIỀU làm VIỆC LIÊN tục

Ngành công nghiệp mía đường là một ngành công nghiệp lâu đời ở nước ta. Do nhu cầu thị trường nước ta hiện nay mà các lò đường với quy mô nhỏ ở nhiều địa phương đã được thiết lập nhằm đáp nhu cầu này. Tuy nhiên, đó 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. Trong những năm qua, ở một số tỉnh thành của nước ta, ngành công nghiệp mía đường đã có bước nhảy vọt rất lớn. Diện tích mía đã tăng lên một cách nhanh chóng, mía đường hiện nay không phải là một ngành đơn lẻ mà đã trở thành một hệ thống liên hiệp các ngành có quan hệ chặt chẽ với nhau. 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 là nguyên liệu quý với giá rẻ cho các ngành sản xuất như rượu, acid lactic… 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. Xuất phát từ tính tự nhiên của cây mía, độ đường sẽ giảm nhiều và nhanh chóng nếu thu hoạch trễ và không chế biến kịp thời. Vì tính quan trọng đó của việc chế biến, vấn đề quan trọng được đặt ra là hiệu quả sản xuất nhằm đảm bảo thu hồi đường với hiệu suất cao. Hiện nay, nước ta đã có rất nhiều nhà máy đường như ở Bình Dương, Quãng Ngãi, Tây Ninh, Bến Tre … nhưng với sự phát triển ồ ạt của diện tích mía, khả năng đáp ứng là rất khó. Bên cạnh đó, việc cung cấp mía khó khăn, 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. Vì tất cả những lý do trên, việc cải tiến sản xuất, nâng cao, mở rộng nhà máy, đổi mới dây chuyền thiết 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.

PHẦN I : TỔNG QUAN VỀ CÔ ĐẶC MÍA ĐƯỜNG

I GIỚI THIỆU CHUNG.

Ngành công nghiệp mía đường là một ngành công nghiệp lâu đời ở nước ta Donhu cầu thị trường nước ta hiện nay mà các lò đường với quy mô nhỏ ở nhiều địaphương đã được thiết lập nhằm đáp nhu cầu này Tuy nhiên, đó chỉ là các hoạt động sảnxuất một cách đơn lẻ, năng suất thấp, các ngành công nghiệp có liên quan không gắnkết với nhau đã gây khó khăn cho việc phát triển công nghiệp đường mía

Trong những năm qua, ở một số tỉnh thành của nước ta, ngành công nghiệp míađường đã có bước nhảy vọt rất lớn Diện tích mía đã tăng lên một cách nhanh chóng,mía đường hiện nay không phải là một ngành đơn lẻ mà đã trở thành một hệ thống liênhiệp các ngành có quan hệ chặt chẽ với nhau Mía đường vừa tạo ra sản phẩm đườnglàm nguyên liệu cho các ngành công nghiệp như bánh, kẹo, sữa… đồng thời tạo ra phếliệu là nguyên liệu quý với giá rẻ cho các ngành sản xuất như rượu, acid lactic…

Trong tương lai, khả năng này còn có thể phát triển hơn nữa nếu có sự quan tâmđầu tư tốt cho cây mía cùng với nâng cao khả năng chế biến và tiêu thụ sản phẩm Xuấtphát từ tính tự nhiên của cây mía, độ đường sẽ giảm nhiều và nhanh chóng nếu thuhoạch trễ và không chế biến kịp thời

Vì tính quan trọng đó của việc chế biến, vấn đề quan trọng được đặt ra là hiệu quảsản xuất nhằm đảm bảo thu hồi đường với hiệu suất cao Hiện nay, nước ta đã có rấtnhiều nhà máy đường như ở Bình Dương, Quãng Ngãi, Tây Ninh, Bến Tre … nhưngvới sự phát triển ồ ạt của diện tích mía, khả năng đáp ứng là rất khó Bên cạnh đó, việccung cấp mía khó khăn, sự cạnh tranh của các nhà máy đường, cộng với công nghệ lạchậu, thiết bị cũ kỹ đã ảnh hưởng mạnh đến quá trình sản xuất

Vì tất cả những lý do trên, việc cải tiến sản xuất, nâng cao, mở rộng nhà máy, đổimới dây chuyền thiết bị công nghệ, tăng hiệu quả các quá trình là hết sức cần thiết vàcấp bách, đòi hỏi phải chuẩn bị từ ngay bây giờ Trong đó, cải tiến thiết bị cô đặc là mộtyếu tố quan trọng không kém trong hệ thống sản xuất vì đây là một thành phần khôngthể xem thường

1

II nguyên liệu và sản phẩm.

1 Đặc điểm nguyên liệu.

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 không có)

và chiếm chủ yếu là đường saccaroze Các cấu tử này xem như không bay hơi trong quátrình cô đặc

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

2 Đặc điểm sản phẩm.

Sản phẩm ở dạng dung dịch, gồm:

- Dung môi: nước

- Các chất hoà tan : có nồng độ cao

3 Biến đổi nguyên liệu và sản phẩm.

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

b Biến đổi tính chất hoá học :

Thay đổi pH môi trường : thường là giảm pH do các phản ứng phân hủy acidamine(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 độcao, phân hủy muối hữu cơ tạo kết tủa

Phân hủy chất cô đặc

Tăng màu do caramen hoá đường, phân hủy đường khử, tác dụng tương hỗ giữacác 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 đường cao

4 Yêu cầu chất lượng sản phẩm và giá trị sinh hóa

Thực hiện một chế độ hết sức nghiêm ngặt để:

- 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

III Cô đặc và quá trình cô đặc

1 Định nghĩa cô đặc

Cô đặc là phương pháp thường được dùng để làm tăng nồng độ của một cấu tửnào đó trong dung dịch hai hay nhiều cấu tử Quá trình cô đặc của dung dịch lỏng rắnhay dung dịch lỏng lỏng mà có chênh lệch nhiệt độ sôi rất cao thì thường được tiếnhành bằng cách tách một phần dung môi Tuỳ theo tính chất của cấu tử khó bay hơi haykhông bay hơi trong quá trình đó mà ta có thể tách một phần dung môi bằng phươngpháp nhiệt độ hay phương pháp làm lạnh kết tinh

3

2 Các phương pháp cô đặc

a Phương pháp nhiệt (đun nóng):

Dung môi chuyển từ trạng thái lỏng sang trạng thái hơi dưới tác dụng của nhiệtkhi áp suất riêng phần của nó bằng áp suất bên ngoài tác dụng lên mặt thoáng dungdịch Để cô đặc được dung dịch không chịu được nhiệt độ cao đòi hỏi phải cô đặc ởnhiệt độ đủ thấp ứng với nhiệt độ ở mặt thoáng thấp Đó là phương pháp cô đặc chânkhông

b Phương pháp lạnh:

Khi hạ thấp nhiệt độ đến một mức nào đó thì một cấu tử sẽ tách ra dạng tinh thểđơn chất tinh khiết, thường là kết tinh dung môi để tăng nồng độ chất tan.Tùy tính chấtcấu tử và áp suất bên ngoài tác dụng lên mặt thoáng mà quá trình kết tinh đó xảy ra ởnhiệt độ cao hay thấp và đôi khi phải dùng đến máy lạnh

3 Bản chất của sự cô đặc bằng phương pháp nhiệt

Dựa theo thuyết động học phân tử :

- Để tạo thành hơi (trạng thái tự do) thì tốc độ chuyển động vì nhiệt của các phân

tử chất 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 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 trình cấpnhiệt 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

5 Đánh giá khả năng phát triển của sự cô đặc

Hiện nay, phần lớn các nhà máy sản xuất hoá 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 nhà máy thì việc cải thiện hiệu quả của thiết bị cô đặc là mộttất yếu Nó đòi hỏi phải có những thiết 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, chủđộng khám phá các nguyên lý mới của thiết bị cô đặc

IV Phân loại và đặc điểm cấu tạo thiết bị cô đặc

1 Phân loại và ứng dụng

a Theo cấu tạo

Nhóm 1: dung dịch đối lưu tự nhiên (tuần hoàn tự nhiên) dùng cô đặc dung dịchkhá loãng, độ nhớt thấp, đảm bảo sự tuần hoàn dễ dàng qua bề mặt truyền nhiệt Gồm:

- Có buồng đốt trong (đồng trục buồng bốc), có thể có ống tuần hoàn trong hoặcngoài

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

Nhóm 2: dung dịch đối lưu cưỡng bức, dùng bơm để tạo vận tốc dung dịch từ 1,5 3,5 m/s tại bề mặt truyền nhiệt Có ưu điểm: tăng cường hệ số truyền nhiệt, dùng chodung dịch đặc sệt, độ nhớt cao, giảm bám cặn, kết tinh trên bề mặt truyền nhiệt Gồm:

Có buồng đốt trong, ống tuần hoàn ngoài

- Có buồng đốt ngoài, ống tuần hoàn ngoài

Nhóm 3: dung dịch chảy thành màng mỏng,chảy một lần tránh tiếp xúc nhiệt lâulàm biến chất sản phẩm Đặc biệt thích hợp cho các dung dịch thực phẩm như dungdịch nước trái cây,hoa quả ép… Gồm:

- Màng dung dịch chảy ngược, có buồng đốt trong hay ngoài: dùng cho dung dịchsôi tạo bọt khó vỡ

5

- Màng dung dịch chảy xuôi, có buồng đốt trong hay ngoài: dùng cho dung dịchsôi ít tạo bọt và bọt dễ vỡ.

b Theo phương pháp thực hiện quá trình

- Cô đặc áp suất thường (thiết bị hở) : có nhiệt độ sôi, áp suất không đổi Thườngdùng cô đặc dung dịch liên tục để giữ mức dung dịch cố định để đạt năng suất cực đại

và thời gian cô đặc là ngắn nhất.Tuy nhiên, nồng độ dung dịch đạt được là không cao

- Cô đặc áp suất chân không : dung dịch có nhiệt độ sôi dưới 100oC, áp suất chânkhông Dung dịch tuần hoàn tốt, ít tạo cặn, sự bay hơi nước liên tục

- Cô đặc nhiều nồi: Mục đích chính là tiết kiệm năng lượng( tiết kiệm hơi đốt) Sốnồi không nên lớn quá vì sẽ làm giảm hiệu quả tiết kiệm hơi Có thể cô chân không, cô

áp lực hay phối hợp cả hai phương pháp Đặc biệt có thể sử dụng hơi thứ cho mục đíchkhác để nâng cao hiệu quả kinh tế

- Cô đặc liên tục: Cho kết quả tốt hơn cô đặc gián đoạn Có thể áp dụng điều khiển

tự động, nhưng chưa có cảm biến tin cậy

2 Hệ thống cô đặc chân không nhiều nồi xuôi chiều liên tục

- Trong thực tế sản xuất khi cần cô đặc một dung dịch từ nồng độ khá loãng lênnồng độ khá đặc thì người ta hay dùng các hệ cô đặc nhiều nồi công nghiệp thông dụng:

hệ xuôi chiều và ngược chiều

- Hệ xuôi chiều thích hợp để cô đặc các dung dịch mà chất tan dễ biến tính vìnhiệt độ cao như dung dịch nước đường hay dung dịch nước trái cây, thực phẩm Vìtrong hệ xuôi chiều các nồi đầu có áp suất và nhiệt độ cao hơn các nồi sau nên sảnphẩm được hình thành ở nồi có nhiệt độ thấp nhất

- Hệ ngược chiều thích hợp cô đặc các dung dịch vô cơ không bị biến tính vìnhiệt độ cao

- Dùng hệ thống cô đặc chân không nhằm hạ thấp nhiệt độ sôi của dung dịch đểgiữ được chất lượng của sản phẩm và thành phần quý (tính chất tự nhiên, màu, mùi, vị,đảm bảo lượng vitamin, …) nhờ nhiệt độ thấp và không tiếp xúc Oxy

3 Các thiết bị và chi tiết

a Thiết bị chính:

- Ống tuần hoàn, ống truyền nhiệt

- Buồng đốt , buồng bốc, đáy, nắp…

- Ống : hơi đốt, tháo nước ngưng, khí không ngưng…

b.Thiết bị phụ:

- Bể chứa sản phẩm, nguyên liệu

- Các loại bơm: bơm dung dịch, bơm nước, bơm chân không

- Thiết bị gia nhiệt

- Thiết bị ngưng tụ Baromet

- Các loại van

- Thiết bị đo…

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 sữa 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( do thất thoát nhiệt là nhỏ nhất)

- Thao tác, khống chế giản đơn, tự động hóa dễ dàng

7

PHẦN II : THIẾT BỊ CÔ ĐẶC 3 NỒI XUÔI CHIỀU LÀM VIỆC LIÊN TỤC

I Nguyên lý hoạt động thiết bị chính và thiết bị phụ

1 Nguyên lý hoạt động thiết bị cô đặc

Nguyên liệu được nhập liệu vào nồi cô đặc sẽ trao đổi nhiệt với hơi thông qua cácống truyền nhiệt sẽ sôi và trở nên nhẹ hơn và được tuần hoàn trở lên phía buồng bốc.Tại đây, hơi nước được tách ra khỏi dung dịch, dung dịch đi theo ống tuần hoàn trungtâm xuống đáy thiết bị và theo ống truyền nhiệt trở lên trên Quá trình trao đổi nhiệtđược thực hiện chủ yếu trong ống truyền nhiệt

Sau nhiều lần như vậy, hơi nước tách khỏi dung dịch càng nhiều nồng độ dungdịch càng tăng, độ nhớt dung dịch tăng Do đó, tốc độ chuyển động dung dịch càngchậm lại về sau Quá trình kết thúc khi dung dịch đã đạt được nồng độ theo yêu cầu.Tốc độ chuyển động tuần hoàn càng tăng thì hệ số cấp nhiệt về phía dung dịchcàng tăng, quá trình bốc hơi xảy ra càng mạnh mẽ, nồng độ chất tan càng nhanh chóngđạt yêu cầu và ngược lại Tuy nhiên sẽ hao phí năng lượng khuấy

2 Nguyên lý hoạt động thiết bị ngưng tụ Baromet

Đây là thiết bị ngưng tụ kiểu trực tiếp Nó rất thông dụng trong ngành hoá chất vàthực phẩm, thường đi theo các thiết bị cô đặc các dung dịch trong nước ở áp suất chânkhông( như dung dịch đường, muối, glycêrin, bột ngọt, nước mắm, xút…)

Hơi thứ sau khi ra khỏi thiết bị cô đặc sẽ được dẫn vào thiết bị ngưng tụ Baromet,nước sẽ được chảy từ trên xuống dưới theo các ngăn và phun thành tia Hơi trao đổinhiệt với nước, ở áp suất thấp do bơm chân không tạo ra, sẽ ngưng tụ lại, theo ốngBaromet chảy ra ngoài

5 Thiết bị ngưng tụ Baromet

6 Thiết bị hút bọt

7 Bơm ly tâm – bơm sản phẩm ra

8 Bơm ly tâm – bơm dung dịch đầu lên thùng cao vị

9 Thùng cao vị

10.Thùng chứa sản phẩm

11.Thùng chứa nguyên liệu

12.Thùng chứa nước ngưng và nước sau khi làm lạnh

13.Phần buồng đốt của thùng cao vị

14.Phần buồng bốc hơi và tách bọt của nồi cô đặc

15.Ống tuần hoàn trung tâm

16.Ống truyền nhiệt

17.Van tiết lưu I (khống chế lưu lượng dung dịch đầu)

18.Van tiết lưu II (khống chế lưu lượng dung dịch chảy sang nồi II)

19.Van tiết lưu III (khống chế lưu lượng dung dịch chảy sang nồi III)

3 Nguyên tắc hoạt động của hệ thống

Dung dịch từ thùng chứa (11) được bơm ly tâm (8) bơm lên bồn cao vị (9), thùngcao vị (9) có cửa chảy tràn để hồi lưu lại lượng dung dịch đầu được bơm lên quánhiều Dung dịch từ thùng cao vị (9) được dẫn xuống thiết bị gia nhiệt đầu (4), lưulượng được khống chế bằng van (17) Tại thiết bị trao đổi nhiệt hơi đốt ngưng tụ cấpnhiệt cho dung dịch Dung dịch sau khi ra khỏi thiết bị (4)thì đã được ở nhiệt độ sôi vàđược đưa vào nồi cô đặc (1), tại đây dung dịch bắt đầu bốc hơi và đi vào ống tuần hoàntrung tâm và ống truyền nhiệt Vì đường kính ống truyền nhiệt nhỏ hơn đường kínhống tuần hoàn nhiều nên dung dịch trong ống truyền nhiệt sôi mạnh và có khối lượngriêng nhỏ hơn so với khối lượng riêng của dung dịch trong ống tuần hoàn Sự chênhlệch về khối lượng riêng đó là động lực làm cho dung dịch trong ống truyền nhiệtchuyển động lên phía trên còn dung dịch trong ống tuần hoàn chuyển động xuống phíadưới tạo nên dòng tuần hoàn tự nhiên trong thiết bị Dung dịch đi lên phía trên ốngtruyền nhiệt và bay hơi dung môi, do đó nồng độ dung dịch tăng lên Hơi bốc lên đượctách bọt nhờ hệ thống tách bọt trong nồi và được dẫn sang làm hơi đốt cho nồi thứ hai

9

Do nhiệt độ ở nồi (1) cao hơn nồi (2) nên áp suất hơi thứ nồi (1) cao hơn nồi (2) dovậy dung dịch từ nồi (1) tự chảy sang nồi (2) và đi vào buồng đốt nồi (2), lưu lượngnày được điều chinnh3 bằng van (18) Khí không ngưng và hơi nước ngưng của nồi (1)được tháo ra qua ống tháo nước ngưng và khí không ngưng tương ứng.

Quá trình diễn ra tương ứng như nồi (2) Sang nồi (3) hơi bốc lên từ nồi (3) đượcđưa sang thiết bị ngưng tụ baromet (5) và được ngưng tụ tại đó còn dung dịch sảnphẩm được hút ra nhờ bơm (7) và đi vào thùng chứa (10) Nhờ bơm hút chân không

mà áp suất trong thiết bị ngưng tụ và trong nồi (3) giảm xuống tạo động lực cho quátrình tuần hoàn tự nhiên của hệ thống và cũng chính vì thế mà lượng hơi bốc ra tăng từnồi (1) đến nồi (3) Hơi được đưa sang thiết bị ngưng tụ baromet (5) và được ngưng tụtại đây Nước ngưng được dẫn về bể chứa (12) còn bọt được tách ra nhờ thiết bị táchbọt (6), nước tách ra cũng được đưa về bể chứa (12) Trong thiết bị ngưng tụ baromethơi đi từ dưới lên và được tưới từ trên xuống, hơi truyền nhiệt cho nước và ngưng tụlại Nước tiếp tục chuyển động xuống dưói và về bể chứa (12)

Quá trình cứ diễn ra liên tục và tuần hoàn Như vậy ta lien tục nhận được dungdịch mía đường với nồng độ là 67% khối lượng

Phần III : CÂN BẰNG VẬT CHẤT VÀ NĂNG LƯỢNG

I Dữ kiện ban đầu

- Dung dịch nước mía

- Nồng độ đầu xđ = 12(%), nhiệt độ đầu của nguyên liệu chọn là tđ = 30(oC.)

- Nồng độ cuối xc = 67(%)

- Năng suất Gd =3000 (kg/h)

- Ápsuất hơi đốt = 12 ( at.)

- Áp suất hơi ngưng tụ : P = 0.3 (at.)

W : Lượng hơi thứ của toàn hệ thống (kg/h)

Gd : Lượng dung dịch ban đầu (kg/h)

xd,xc : Nồng độ đầu,cuối của dung dịch % khối lượng

2 Giả thiết phân phối hơi thứ trong từng nồi tỉ lệ 1,0 : 1,1 : 1,2

Lượng hơi thứ của toàn hệ thống :

Khi đó ta có hệ phương trình:

1 2

PHẦN IV : NỘI DUNG TÍNH TOÁN

I TÍNH THIẾT BỊ CHÍNH

Các số liệu chính trong bài:

Năng suất tính theo dung dịch đầu G=3000kg/h

Nồng độ dung dịch đầu xd=12% khối lượng

Nồng độ dung dịch cuối xc=67% khối lượng

Áp suất hơi đốt P1=12at

Áp suất của hơi ngưng tụ Png=0,2 at

 xác định các thông số của thiết bị chính.

1 xác định tổng lượng hơi thứ bốc ra khỏi hệ thống.

2 tính sơ bộ lượng hơi thứ bốc ra ở mỗi nồi.

- Gọi W1, W2, W3 lần lượt là lượng hơi thứ bốc ra từ nồi 1, nồi 2, nồi 3 (kg/h)

- Giả sự lượng hơi thứ bốc ra giữ các nồi là W1: W2: W3=1,0: 1,1: 1,2

Suy ra: W= W1+ W2+ W3=3,3W1



1 1

3 tính nồng độ cuối của dungdịch ở mỗi nồi.

- Gọi Ci là nồng độ đi ra khỏi nồi 1, nồi 2, nồi 3, (% khối lượng) ta có:

5 xác định các thông số của áp suất hơi đốt.

- Giả thiết phân bố hiệu áp suất hơi đốt

rhdi: ẩn nhiệt hóa hơi của hơi đốt nồi i, j/kg

ihdi: nhiệt lượng riêng hơi đốt nồi i, j/kg

thdi: nhiệt độ hơi đốt nồi i, oC

- Áp suất hơi đốt nồi 1 : Phd1=12at

- Áp suất hơi đốt nồi 2 là:

6 các thông số của hơi thứ.

Gọi thti: nhiệt độ hơi thứ nồi i, oC

Phti: áp suất hơi thứ nồi i, at

rhti: ẩn nhiệt hóa hơi của nồi i, j/kg

7 tính tổn thất nhiệt cho từng nồi.

7.1 tổn thất nhiệt độ do nhiệt độ sôi của dung dịch lớn hơn nhiệt độ sôi của dung môi trong từng nồi Δ 1 ’

T: nhiệt độ của dung môi nguyên chất ở áp suất giữa ống đốt, oC

r: ẩn nhiệt hóa hơi của dung môi ở áp suất giữa buồng đốt, j/kg

Áp suất giữa buồng đốt được tính theo công thức:

Pi: áp suất ở giữa buồng đốt nồi i, at

P0i: áp suất trên mặt thoáng của dung dịch nồi i, at

h1: chiều cao của lớp dung dịch sôi kể từ miệng trên của ống truyền nhiệt đến mặtthoáng của dung dịch, m

h2: chiều cao ống truyền nhiệt, m

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

1106,0804

/ 2

1330,8939

/ 2

 

2 '

2 '

2 '

158,8289 273

2092,61.10 125,7898 273

2190,7802.10 73,8925 273

1: tổn thất nhiệt độ do áp suất thủy tĩnh nồi i, oC

t1: nhiệt độ sôi của dung môi ở buồng đốt nồi i, oC

tht1: nhiệt độ hơi thứ nồi i, oC

7.4 tổng tổn thất nhiệt độ của cả hệ thống:

Δp=Δp’+ Δp’’+Δp’’’

Δp= 8,4398+ 15,8558+ 3= 27,2956 oC

8 tính hiệu số nhiệt độ hữu ích của hệ thống và từng nồi.

Gọi: Δpthii: hiệu số nhiệt độ hữu ích nồi i, oC

Δpthi: tổng nhiệt độ hữu ích của cả hệ thống, oC

Tổng nhiệt độ hữu ích của hệ thống:

Δpthi= Δpthi1+ Δpthi2+ Δpthi3

9 Thiết lập phương trình cân bằng nhiệt lượng, tính trọng lượng hơi thứ từng nồi

1 : lượng hơi bôc ra từ nồi I (Kg/h)

W : tổng lượng hơi bốc ra khỏi hệ thống (Kg/h)

G : lượng dung dịch đầu (Kg/h)

X0 : nồng độ dung dịch đầu ( % khối lượng)

Xi : nồng độ dung dịch ra khỏi nồi I (% khối lượng)

C0: nhiệt dung riêng của dung dịch đầu ( J/kg.độ)

Ci : nhiệt dung riêng của dung dịch đi ra từ nồi I ( J/kh.độ)

Cni : nhiệt dung riêng của nước ngưng nồi I ( J/kg.độ)

θ i : nhiệt độ nước ngưng nồi i ( 0C)

Tsi : nhiệt độ của hơi đốt thứ i ( J/kg)

ii : nhiệt dung riêng của hơi đốt thứ I (J/kg)

Ii : nhiệt dung riêng của hơi đốt thứ nồi I (i/kg)

Cct : nhiệt dung riêng của chất tan khan (J/kg.độ)

X : nồng độ khối lượng của dung dịch

Với C22H22O11 ta có:

x h t=n1c1+n2c2+n3c3

M

n1, n2, n3 : lần lượt là số nguyên tử Carbon, Hydro, và Oxy trong phân tử C12H22O11

C1, C2, C3 : lần lượt là nhiệt dung nguyên tử Carbon, Hydro và Oxy

M : là khối lượng mol của C12H22O11

n1 = 12 C1 = 7500 (J/kg)

n2 = 22 C2 = 9630 (J/kg)

23

9.2 Lập phương trình cân bằng nhiệt lượng.

 Phương trình cân bằng nhiệt lượng nồi I:

D.I1 + G.C0.Ts0 = W’

1.i1 + D.Cn1.θ1 + ( G – W1) C1.Ts1 + 0,05.D (I1 – Cn1.θ1) (1)

 Phương trình cân bằng nhiệt lượng nồi II:

Các sai số trên đều nhỏ hơn 10% => giả thiết phân bố lượng hơi là đúng.

 Lượng nhiệt cấp cho các nồi:

µi : Độ nhớt dung dịch ở nồi i , (N.S/m2).

Si: Sức căng bề mặt của dung dịch ở nồi i , (N/m)

Ci : Khối lượng riêng của dung dịch ở nồi i , (J/kg.độ)

ρ0 : Khối lượng riêng của hơi nước bão hòa ở áp suất thường = 0,579 (kg/m3) [II –273]

ri : Ẩn nhiệt hóa hơi của hơi thứ nồi i (J/kg)

ρ i ' : Khối lượng riêng của hơi thứ nồi i (kg/m3)

ρ i : Khối lượng riêng của dung dịch từng nồi (kg/m3)

λi : Hệ số dẫn nhiệt về phía hơi ngưng tụ nồi i (W/m2.độ)

α1i : Hệ số cấp nhiệt về phía hơi ngưng tụ nồi i

α2i : Hệ số cấp nhiệt về phía dung dịch nồi i

H : chiều cao ống truyền nhiệt (m)

Mi : Khối lượng của 1 mol dung dịch ở nồi i

Tmi : Nhiệt màng nước ngưng i (0C)

Δpt1i : Chênh lệch nhiệt độ giữa hơi đốt và thành ống truyền nhiệt nồi i (0C)

Δpt2i : Chênh lệch nhiệt độ giữa thành ống truyền nhiệt va dung dịch nồi i (0C)

Q1i : Nhiệt tải riêng về phía hơi đốt nồi i (W,m2)

Q2i : Nhiệt tải riêng của dung dịch nồi i (J/kg.độ)

θ μ 1, θ μ 2 : nhiệt độ của chất lỏng chuẩn có độ nhớt µ1, µ2.

k : hằng số đối với mỗi dung dịch

Gọi x1 là nhiệt độ mà tại đó nước có độ nhớt bằng độ nhớt của đường tại nhiệt độ sôi là159,34710C và nồng độ 15,973%

159,3471−10

x1+0 =

3027

 x1 = 134,4120C

 µ1 = 0,4125.10-3 (N.s/m3) [1 – 90 ]

(nồi 2)

- Ở nhiệt độ 100C dung dịch đường 25,124% có độ nhớt : µ = 7,9642.10-3

- Ở nhiệt độ 400C dung dịch đường 25,124% có độ nhớt: µ = 2,7222 N.s/m2

Ta có:

tµ1 = 400 => θ1 = 250C

tµ2 = 100C => θ2 = 00C

27

 t μ 1−t μ 2

θ1−θ2 = 40−10

25−0 = 30

25Gọi x2 là nhiệt độ mà tại đó nước có độ nhớt bằng độ nhớt của dung dịch đường tạinhiệt độ sôi là 25,124% và nồng độ 128,70970C

128,7097−10

3025

10.2 Khối lượng riêng của dung dịch

- Ở nhiệt độ sôi 159,34710C dung dịch đường 15,973% có khối lượng riêng là:

10.4 Tính khối lượng riêng của hơi thứ bốc lên từ các nồi.

- Nhiệt độ hơi thứ nồi 1 là 158,0038oC

10.5 Tính hệ số dẫn nhiệt, nhiệt tải riêng nồi I.

+ Hệ số cấp nhiệt về phái hơi

29

A1: Hệ số phụ thuộc nhiệt độ màng nước ngưng.

r1: Ẩn nhiệt ngưng tụ hơi đốt nồi 1 (J/kg)

Δpt11: Chênh lệch nhiệt độ giữa hơi và từng ống (0C)

H : Chiều cao ống truyền nhiệt (m)