Thiết kế hệ thống cô đặc dung dịch đường một nồi làm việc gián đoạn ống tuần hoàn trung tâm.

Cô đặc là quá trình làm tăng nồng độ của chất rắn hòa tan trong dung dịch bằng cách tách bớt 1 phần dung môi qua dạng hơi. Quá trình cô đặc thường tiến hành ở trạng thái sôi, nghĩa là áp suất hơi riêng phần của dung môi trên mặt dung dịch bằng áp suất làm việc của thiết bị. Quá trính cô đặc có thể tiến hành ở các áp suất khác nhau. Khi làm việc ở áp suất thường (áp suất khí quyển) ta dùng thiết bị hở, còn khi làm việc ở áp suất khác ta dùng thiết bị kín. Quá trình cô đặc có thể làm việc gián đoạn hay liên tục, có thể tiến hành ở hệ thống cô đặc một nồi hay hệ thống cô đặc nhiều nồi. Quá trình cô đặc được sử dụng phổ biến trong công nghiệp hóa chất và thực phẩm với mục đích: Làm tăng nồng độ chất tan, tách chất rắn hòa tan ở dạng tinh thể (kết tinh), Thu dung môi ở dạng nước nguyên chất (cất nước). Một số loại thiết bị cô đặc chủ yếu: Thiết bị cô đặc ống tuần hoàn trung tâm, thiết bị cô đặc loại buồng đốt treo, thiết bị cô đặc loại buồng đốt ngoài, thiết bị cô đặc loại có tuần hoàn cưỡng bức, thiết bị cô đặc loại màng, thiết bị cô đặc có vành dẫn chất lỏng, thiết bị cô đặc loại roto.

KHOA NÔNG NGHIỆP VÀ SINH HỌC ỨNG DỤNG

LỚP CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM KHÓA 2012 (CÀ MAU)



ĐỀ TÀI THIẾT KẾ HỆ THỐNG CÔ ĐẶC DUNG DỊCH ĐƯỜNG SUCROSE MỘT NỒI LÀM VIỆC GIÁN ĐOẠN ỐNG TUẦN HOÀN TRUNG TÂM

Cần Thơ, 2015

KHOA NÔNG NGHIỆP VÀ SINH HỌC ỨNG DỤNG

LỚP CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM KHÓA 2012 (CÀ MAU)



ĐỀ TÀI THIẾT KẾ HỆ THỐNG CÔ ĐẶC DUNG DỊCH ĐƯỜNG SUCROSE MỘT NỒI LÀM VIỆC GIÁN ĐOẠN ỐNG TUẦN HOÀN TRUNG TÂM

MỤC LỤC

CHƯƠNG I: GIỚI THIỆU 1

1.1 TỔNG QUAN VỀ NGUYÊN LIỆU 1

1.2 QUÁ TRÌNH CÔ ĐẶC 1

1.2.1 Khái niệm 1

1.2.2 Thiết bị cô đặc 1

1.2.2.1 Các loại thiết bị cô đặc 1

1.2.2.2 Yêu cầu chung đối với thiết bị cô đặc 1

1.2.2.3 Thiết bị giới thiệu trong đồ án là thiết bị cô đặc buồng đốt trong kiểu treo 1

1.2.2.4 Ưu điểm và nhược điểm của cô đặc một nồi làm việc gián đoạn 1

1.2.2.5 Sơ đồ hệ thống cô đặc một nồi 1

CHƯƠNG II: XÁC ĐỊNH KÍCH THƯỚC THIẾT BỊ 1

2.1 CÂN BẰNG VẬT LIỆU 1

2.1.1 Lượng hơi thứ bốc lên trong hệ thống 1

2.1.2 Lượng dung dịch sau khi cô đặc 1

2.2 CÂN BẰNG NHIỆT LƯỢNG CHO TOÀN HỆ THỐNG 1

2.2.1 Chia nồng độ dung dịch 1

2.2.2 Xác định áp suất và nhiệt độ 1

2.2.3 Xác định nhiệt tổn thất 1

2.2.3.1 Tổn thất nhiệt độ do nồng độ tăng cao 1

2.2.3.2 Tổn thất nhiệt độ do áp suất thủy tĩnh .1

2.2.3.3 Tổn thất nhiệt độ do trở lực thủy học trên đường ống 1

2.2.3.4 Tổn thất chung cho toàn hệ thống cô đặc 1

2.2.4 Hiệu số nhiệt độ hữu ích và nhiệt độ sôi 1

2.2.4.1 Hiệu số nhiệt độ hữu ích 1

2.2.4.2 Nhiệt độ sôi của dung dịch 1

2.3 TÍNH BỀ MẶT TRUYỀN NHIỆT CỦA BUỒNG ĐỐT 1

2.3.1 Tính nhiệt lượng do hơi đốt cung cấp 1

2.3.1.1 Tính lượng hơi đốt 1

2.3.1.2 Phương trình cân bằng nhiệt lượng: 1

2.3.2 Hệ số truyền nhiệt K 1

2.3.2.1 Tính tổng trở nhiệt 1

2.3.2.2 Tính hệ số cấp nhiệt khi hơi ngưng tụ 1

2.3.2.3 Tính hệ số cấp nhiệt khi chất lỏng sôi 1

2.3.3 Diện tích mặt truyền nhiệt F 1

2.4 KÍCH THƯỚC BUỒNG BỐC VÀ BUỒNG ĐỐT 1

2.4.1 Đường kính buồng bốc: 1

2.4.2 Kích thước buồng đốt 1

2.4.2.1 Đường kính ống dẫn hơi đốt 1

2.4.2.2 Xác định số ống truyền nhiệt 1

2.4.2.3 Đường kính buồng đốt 1

2.4.2.4 Đường kính thân buồng đốt Error! Bookmark not defined 2.4.2.5 Khoảng vành khăn tuần hoàn ngoài Error! Bookmark not defined. 2.5 TÍNH CÁC ĐƯỜNG KÍNH CÁC ỐNG DẪN 1

2.5.1 Ống nhập liệu: 1

2.5.2 Ống tháo sản phẩm 1

2.5.3 Ống dẫn hơi thứ 1

2.5.4 Ống tháo nước ngưng 1

2.5.5 Ống tháo khí không ngưng 1

CHƯƠNG III: TÍNH THIẾT BỊ NGƯNG TỤ CHÂN CAO BAROMET 1

3.1 GIỚI THIỆU 1

3.1.1 Giới thiệu sơ lược về thiết bị ngưng tụ chân cao Baromet 1

3.1.2 Cấu tạo 1

3.1.3 Nguyên tắc 1

3.2 LƯỢNG NƯỚC LẠNH CẦN THIẾT ĐỂ NGƯNG TỤ 1

3.3 THỂ TÍCH KHÔNG KHÍ VÀ KHÍ KHÔNG NGƯNG CẦN HÚT RA KHỎI THIẾT BỊ NHƯNG TỤ 1

3.4 CÁC KÍCH THƯỚC CHỦ YẾU CỦA THIẾT BỊ NGƯNG TỤ 1

3.4.1 Đường kính trong của thiết bị ngưng tụ baromet 1

3.4.2 Kích thước tấm ngăn 1

3.4.3 Chiều cao thiết bị ngưng tụ 1

3.4.4 Kích thước ống baromet 1

3.4.4.1 Đường kính ống baromet 1

3.4.4.2 Chiều cao ống baromet 1

3.4.5 Đường kính các cửa ra vào của thiết bị baromet 1

CHƯƠNG IV: TÍNH TOÁN CƠ KHÍ 1

4.1 BỀ DÀY BUỒNG ĐỐT 1

4.2 BỀ DÀY BUỒNG BỐC 1

4.3 NẮP THIẾT BỊ 1

4.4 ĐÁY THIẾT BỊ 1

4.5 XÁC ĐỊNH CHI TIẾT MỐI GHÉP BÍCH 1

4.6 BỀ DÀY VĨ ỐNG 1

4.7 KHỐI LƯỢNG CỦA CÁC BỘ PHẬN THIẾT BỊ 1

4.7.1 Khối lượng buồng đốt 1

4.7.1.1 Khối lượng thân buồng đốt 1

4.7.1.2 Khối lượng ống dẫn hơi đốt và ống truyền nhiệt 1

4.7.1.3 Khối lượng đáy hình elip có gờ 1

4.7.1.4 Khối lượng dung dịch trong buồng đốt 1

4.7.1.5 Khối lượng của 2 vĩ ống ở buồng đốt 1

4.7.1.6 Khối lượng nước ngưng 1

4.7.2 Khối lượng buồng bốc 1

4.7.2.1 Khối lượng thân buồng bốc 1

4.7.2.2 Khối lượng nắp buồng bốc 1

4.7.2.3 Khối lượng hơi thứ 1

4.7.3 Khối lượng toàn thiết bị 1

4.8 MỘT SỐ CHI TIẾT KHÁC 1

4.8.1 Chọn cửa vào vệ sinh và cửa sữa chữa 1

4.8.2 Kính quan sát 1

4.8.3 Đệm làm kính 1

4.8.4 Nồi cô đặc làm việc ở nhiệt độ cao 1

TÀI LIỆU THAM KHẢO 1

DANH SÁCH HÌNH

Hình 1 Sơ đồ hệ thống cô đặc một nồi 1

Hình 2.1 Đồ thị biểu diễn sự biến đổi nhiệt độ của hơi đốt và dung dịch 1

Hình 2.2 Hệ thống sơ đồ nhiệt 1

Hình 2.3 Truyền nhiệt qua tường 1

Hình 3 Thiết bị ngưng tụ chân cao baromet 1

Hình 4.1 Nắp thiết bị 1

Hình 4.2 Đáy thiết bị 1

Hình 4.3 Mối ghép bích 1

DANH SÁCH BẢNG

Bảng 2.1 Tính lượng nguyên liệu thêm vào, Gd, Gc, W, xtb cho các lần nhâp liệu 1

Bảng 2.2 Tổn thất nhiệt độ do nồng độ tăng cao 1

Bảng 2.3 Xác định các giá trị ρ, ρs,ΔP,PP,Ptb 1

Bảng 2.4 Tổn thất nhiệt do áp suất thủy tĩnh ΔP,P'' 1

Bảng 2.5 Tổn thất chung cho toàn hệ thống cô đặc 1

Bảng 2.6 Hiệu số nhiệt độ hữu ích và nhiệt độ sôi 1

Bảng 2.7 Lượng hơi đốt dùng cho hệ thống trong các lần nhập liệu 1

Bảng 2.8 Nhiệt do hơi đốt cung cấp trong các lần nhập liệu 1

Bảng 2.9 Sự phụ thuộc của hệ số A vào nhiệt độ của màng nước nước ngưng tm 1

Bảng 2.10 Các thông số λn, ρn, Cn, μn theo nhiệt độ sôi của dung dịch 1

Bảng 2.11 Nhiệt dung riêng của dung dịch (Cdd) theo nồng độ trung bình và nhiệt độ sôi của dung dịch nước chuối 1

Bảng 2.12 Độ nhớt và khối lượng riêng của dung dịch nước chuối 1

Bảng 2.13 Hệ số hiệu chỉnh (ψ) theo nồng độ trung bình) theo nồng độ trung bình 1

Bảng 2.14 Tính toán hệ số truyền nhiệt cho các nồng độ tương ứng 1

Bảng 2.15 Tính bề mặt truyền nhiệt F 1

Bảng 3.1 Những kích thước cơ bản của thiết bị ngưng tụ baromet 1

Bảng 3.2 Đường kính các cửa ra vào của thiệt bị 1

Bảng 4.1.Xác định chi tiết mối ghép bích 1

Bảng 4.2 Chọn loại tai treo buồng đốt thẳng đứng có kích thước 1

LỜI NÓI ĐẦU



Theo Chương trình đào tạo ngành Công nghệ Thực phẩm, sau khi hoàn thànhcác học phần cơ sở về các quá trình, thiết bị trong chế biến công nghệ thực phẩm,mỗi sinh viên sẽ trực tiếp thiết kế một thiết bị phục vụ cho ngành thông qua đồ án

kỹ thuật Đây là dịp để sinh viên củng cố và vận dụng những kiến thức đã học đượctrước đó một cách cụ thể Đồng thời, việc thực hiện đồ án cũng là điều kiện để sinhviên phát huy tính sáng tạo và tư duy của mình

Được sự hướng dẫn của thầy Đoàn Anh Dũng trong thời gian qua, em đã

hoàn thành đồ án kỹ thuật thực phẩm với đề tài: “Thiết kế hệ thống cô đặc dung

dịch đường sucrose một nồi làm việc gián đoạn ống tuần hoàn trung tâm”.

Tuy đã cố gắng rất nhiều trong việc thực hiện đồ án, nhưng vì đây là lần đầulàm đồ án, cùng với những hạn chế nhất định về kiến thức nên đồ án khó tránh khỏinhững thiếu sót không mong muốn Vì vậy, em rất mong nhận được sự đóng góp ýkiến của quý thầy cô, các anh chị và các bạn trong ngành để bản thân có thể rút rakinh nghiệm và thành công hơn với những đề tài trong thời gian tới

Em xin chân thành cảm ơn quý thầy cô trong bộ môn Công nghệ Thực phẩm

đã tạo điều kiện cho em thực hiện đồ án Một lần nữa, em xin gửi lời cám ơn sâu sắc

sự giúp đỡ tận tình của thầy Đoàn Anh Dũng trong suốt thời gian qua Cuối cùng,

em cũng xin cảm ơn sự giúp đỡ nhiệt tình của các anh chị và các bạn trong ngành để

em hoàn thành đồ án này

Xin chân thành cám ơn!

Sinh viên thực hiện

CHƯƠNG I: GIỚI THIỆU

1.1 TỔNG QUAN VỀ NGUYÊN LIỆU

Sucroza hay saccarôzơ, saccharose là một disacarit (glucose + fructose)với công thức phân tử C12H22O11 Tên gọi hệ thống của nó là α-D-glucopyranozyl-D-D-glucopyranozyl-glucopyranozyl-D-glucopyranozyl-(1→2)-D-glucopyranozyl-β-D-glucopyranozyl-D-D-glucopyranozyl-fructofuranozit (kết thúc bằng "ozit" vì nó không phải là đường khử)

Nó được biết đến nhiều vì vai trò của nó trong khẩu phần dinh dưỡng của con người

và vì nó được hình thành trong thực vật chứ không phải từ các sinh vậtkhác, ví dụnhư động vật Sucroza còn được gọi với nhiều tên như đường kính (đường có độtinh khiết cao), đường ăn, đường cát,đường trắng, đường nâu (đường có lẫn tạp chấtmàu), đường mía (đường trong thân cây mía), đường phèn (đường ở dạng kếttinh), đường củ cải (đường trong củ cải đường), đường thốt nốt (đường trong câythốt nốt) hay một cách đơn giản là đường

Sucroza là chất dinh dưỡng vĩ mô dễ dàng tiêu hóa, là nguồn cung cấp năng lượngnhanh chóng cho cơ thể, tạo ra sự gia tăng của glucoza huyết trong quá trình tiêuhóa Tuy nhiên, sucroza tinh khiết thông thường không là thành phần trong khẩuphần ăn của con người để có thành phần dinh dưỡng cân đối, mặc dù nó có thể thêmvào để làm cho một số loại thực phẩm trở nên ngon hơn

Việc sử dụng quá nhiều sucroza có liên quan tới một số các bệnh tật Phổ biến nhất

là sâu răng, trong đó các vi khuẩn chuyển hóa đường (bao gồm cả sucroza) từ thức

ăn thành các axít dễ dàng phá hủy men răng

Sucroza, như một cacbohydrat tinh khiết, cung cấp năng lượng 3,94 kilocalo trênmột gam (hay 17 kilojoule trên gam) Khi một lượng lớn thực phẩm chứa nhiềusucroza được tiêu thụ thì các thành phần dinh dưỡng có ích có thể bị loại ra khỏithức ăn, và điều này làm gia tăng nguy cơ mắc các bệnh kinh niên Người ta khuyếncáo rằng các đồ uống chứa sucroza có thể liên quan với sự phát triển của bệnh béophì và đề kháng insulin

Sự tiêu hóa nhanh sucroza gây ra sự gia tăng glucoza huyết và có thể gây ra một sốvấn đề đối với những người có khuyết tật trong trao đổi chất glucoza, chẳng hạnnhững người với các chứng bệnh giảm glucoza huyết hay đái tháo đường Sucroza

có thể góp phần vào sự gia tăng của các hội chứng trao đổi chất.[2] Trong thựcnghiệm với chuột được nuôi bằng khẩu phần ăn với 1/3 là sucroza, kết quả làsucroza đầu tiên làm tăng nồng độ của triglycerit trong máu, nó gây ra tích lũy

mỡ nội tạng và cuối cùng là đề kháng insulin Nghiên cứu khác phát hiện thấy chuột

nuôi bằng các khẩu phần ăn giàu sucroza sẽ phát triển tăng triglycerit huyết, tăngglucoza huyết và đề kháng insulin

-D-glucopyranozyl- Làm tăng nồng độ chất tan

-D-glucopyranozyl- Tách chất rắn hòa tan ở dạng tinh thể (kết tinh)

-D-glucopyranozyl- Thu dung môi ở dạng nước nguyên chất (cất nước)

1.2.2 Thiết bị cô đặc

1.2.2.1 Các loại thiết bị cô đặc

Người ta phân loại thiết bị cô đặc theo các cách sau:

-D-glucopyranozyl- Theo sự bố trí bề mặt đun nóng: nằm ngang, thẳng đứng, nghiêng.-D-glucopyranozyl- Theo chất tải nhiệt: đun nóng bằng hơi (hơi nước bão hòa, hơi quánhiệt), bằng khói lò, chất tải nhiệt có nhiệt độ cao (dầu, nước có áp suất cao…),dòng điện

-D-glucopyranozyl- Theo chế độ tuần hoàn: tuần hoàn tự nhiên, tuần hoàn cưỡng bức…-D-glucopyranozyl- Theo cấu tạo bề mặt đun nóng: vỏ bọc ngoài, ống xoắn, ống chùm.Trong công nghiệp hóa chất thường dùng các thiết bị cô đặc bằng hơi, loạinày bao gồm các phần chính sau:

-D-glucopyranozyl- Buồng đốt_bề mặt truyền nhiệt

-D-glucopyranozyl- Buồng bốc_khoảng trống để cách hơi thứ ra khỏi dung dịch

-D-glucopyranozyl- Buồng phân ly hơi lỏng_dùng để tách những giọt lỏng do hơi thứmang theo

Một số loại thiết bị cô đặc chủ yếu:

-D-glucopyranozyl- Thiết bị cô đặc ống tuần hoàn trung tâm.

-D-glucopyranozyl- Thiết bị cô đặc loại buồng đốt treo

-D-glucopyranozyl- Thiết bị cô đặc loại buồng đốt ngoài

-D-glucopyranozyl- Thiết bị cô đặc loại có tuần hoàn cưỡng bức

-D-glucopyranozyl- Thiết bị cô đặc loại màng

-D-glucopyranozyl- Thiết bị cô đặc có vành dẫn chất lỏng

-D-glucopyranozyl- Thiết bị cô đặc loại roto

1.2.2.2 Yêu cầu chung đối với thiết bị cô đặc

-D-glucopyranozyl- Thích ứng được đối với tính chất đặc biệt của dung dịch cần cô đặcnhư độ nhớt cao, khả năng tạo bọt lớn…

-D-glucopyranozyl- Hệ số truyền nhiệt lớn, bởi vì khi nồng độ tăng hệ số truyền nhiệtgiảm

-D-glucopyranozyl- Tách li hơi thứ cấp tốt, đảm bảo hơi thứ cấp sạch để có thể cho ngưng

tụ, lấy nhiệt cho cấp cô đặc tiếp theo

-D-glucopyranozyl- Hơi đốt hoặc hơi thứ cấp làm hơi đốt đảm bảo phân bố đều trongkhông gian bên trong giữa các ống của dàn ống

-D-glucopyranozyl- Đảm bảo tách các khí không ngưng còn lại sau khi ngưng tụ hơi đốt.-D-glucopyranozyl- Dễ dàng cho việc làm sạch bề mặt bên trong các ống vì khi dung dịchbốc hơi bên trong các ống sẽ làm bẩn bề mặt bên trong ống (tạo cặn)

-D-glucopyranozyl- Giá thành rẻ, dễ chế tạo…

1.2.2.3 Thiết bị giới thiệu trong đồ án là thiết bị cô đặc buồng đốt trong kiểu treo

Thiết bị cô đặc buồng đốt kiểu treo là thiết bị có buồng đốt treo ở bên trongthiết bị và đặt giữa thiết bị, khoảng trống vành khăn ở giữa buồng đốt và vỏ đóngvai trò ống tuần hoàn, hơi đốt đi vào buồng đốt theo ống dẫn hơi đốt Phần dưới củabuồng đốt được đặt trên giá đỡ Hơi đốt đi theo ống dẫn hơi nằm giữa thiết bị rồiđược phun ra không gian bên ngoài các ống truyền nhiệt Giữa thân thiết bị vàbuồng đốt tạo ra khe hở hình vành khăn (đóng vai trò như ống tuần hoàn) và khithiết bị làm việc thì khe hở đó chứa đầy dung dịch

-D-glucopyranozyl- Có cấu tạo phức tạp.

-D-glucopyranozyl- Kích thước lớn do có khoảng trống hình vành khăn

1.2.2.4 Ưu điểm và nhược điểm của cô đặc một nồi làm việc gián đoạn.

 Ưu điểm

-D-glucopyranozyl- Giữ được chất lượng, tính chất sản phẩm, hay các cấu tử dễ bay hơi.-D-glucopyranozyl- Nhập liệu và tháo sản phẩm đơn giản, không cần ổn định lưu lượng.-D-glucopyranozyl- Thao tác dễ dàng, có thể cô đặc đến các nồng độ khác nhau

-D-glucopyranozyl- Không cần phải gia nhiệt ban đầu cho dung dịch

-D-glucopyranozyl- Cấu tạo đơn giản, giá thành thấp

 Nhược điểm

-D-glucopyranozyl- Quá trình không ổn định, tính chất hóa lý của dung dịch thay đổi liêntục theo nồng độ, thời gian

-D-glucopyranozyl- Nhiệt độ hơi thấp, không dùng được cho mục đích khác

-D-glucopyranozyl- Khó giữ được độ chân không trong thiết bị

Hình 1.1 Sơ đồ hệ thống cô đặc một nồi

1 Thùng chứa dung dịch8 Thùng chứa sản phẩm

2 Bơm dung dịch đầu9 Thiết bị ngưng tụ chân cao

3 Thùng cao vị10 Bộ phận phân ly bọt

4 Lưu lượng kế11 Ống baromet

5 Thiết bị đung nóng12 Thùng chứa nước ngưng

6 Thiết bị cô đặc 13 Ống chảy tràn

9

7 8

11 12

CHƯƠNG II: XÁC ĐỊNH KÍCH THƯỚC THIẾT BỊ

2.1 CÂN BẰNG VẬT LIỆU

2.1.1 Lượng hơi thứ bốc lên trong hệ thống

 Gọi Gd = 2000 (kg/mẻ/h) là lượng dung dịch ban đầu

Gc (kg/mẻ/h) là lượng dung dịch sau khi cô đặc

W (kg/mẻ/h) là lượng hơi thứ thoát ra từ hệ thống

xd, xc lần lượt là nồng độ đầu và nồng độ cuối của dung dịch

 Phương trình cân bằng khối lượng chất rắn hòa tan trong hệ thống:

2.1.2 Lượng dung dịch sau khi cô đặc

 Phương trình cân bằng khối lượng chất rắn hòa tan trong hệ thống

2.2 CÂN BẰNG NHIỆT LƯỢNG CHO TOÀN HỆ THỐNG

-D-glucopyranozyl- Chọn áp suất hơi đốt:

P = 0.0735 MPa = 0.725 at-D-glucopyranozyl- Suy ra áp suất tuyệt đối của hơi đốt:

Phd = 1 + 0.725 = 1.725 at -D-glucopyranozyl- Suy ra nhiệt hơi đốt: thd = 115oC

(Tra bảng I.250_Trang 312_Sổ tay quá trình và thiết bị công nghệ hóa chất tập 1_ TS Trần Xoa, PGs_TS Nguyễn Trọng Khuông).

2.2.1 Chia nồng độ dung dịch

Từ xd = 15% đến xc = 45% chia thành 4 khoảng nồng độ

Do lượng nhập liệu ban đầu khá lớn nên ta tiến hành nhập liệu theo từng đợt,lần lượt như sau 55%, 20%, 15%, 10%

 Đợt 1: Nhập liệu 55% Gd, trong khoảng nồng độ 15% -D-glucopyranozyl- 25%

-D-glucopyranozyl- Lượng dung dịch thêm vào:

Gd1 = 0.55Gd = 0.55 2000 = 1100 kg-D-glucopyranozyl- Lượng nước mất đi khi cô đặc đến nồng độ 25%:

W1 = Gd1(1-D-glucopyranozyl- ) = 1100 (1-D-glucopyranozyl- ) = 440kg

-D-glucopyranozyl- Lượng dung dịch còn lại sau khi cô đặc đến nồng độ 25%:

= 660 kg

 Đợt 2: Nhập liệu tiếp 20% Gd, cô đặc đến nồng độ 35%

-D-glucopyranozyl- Lượng dung dịch thêm vào:

0.2Gd = 0.2 2000 = 400 kg-D-glucopyranozyl- Lượng dung dịch trong nồi sau khi nhập liệu:

Gd2 = Gc1 + 0.2Gd = 660 + 0.2 2000 = 1060 kg

-D-glucopyranozyl- Nồng độ dung dịch khi đó là:

xd2 = =

= 0.2123 = 21.23%

-D-glucopyranozyl- Lượng nước mất đi khi cô đặc đến nồng độ 35%:

W2 = Gd2(1 -D-glucopyranozyl- ) = 1060 (1 -D-glucopyranozyl- ) =417,14 kg

-D-glucopyranozyl- Lượng dung dịch còn lại sau khi cô đặc đến nồng độ 35%:

 Tính toán tương tự cho các đợt nhập liệu còn lại với các khoảng nồng độ,

ta được kết quả sau:

Bảng 2.1 Tính lượng nguyên liệu thêm vào, G d , G c , W, x tb cho các lần nhâp liệu

Khoảng nồng

độ (%)

Lượng thêm vào (kg) G d (kg) G c (kg) W (kg)

Nồng độ trung bình (%)

-D-glucopyranozyl- Chọn áp suất hơi ngưng tụ là 645 mmHg

-D-glucopyranozyl- Suy ra áp suất hơi ngưng tụ tuyệt đối là: Pngt = 1-D-glucopyranozyl- =0.12316 at

-D-glucopyranozyl- Ta được: tngt = 49.5oC

(Tra bảng I.250_Trang312 Sổ tay quá trình và thiết bị công nghệ hóa chất tập 1_ TS Trần Xoa, PGs_TS Nguyễn Trọng Khuông).

-D-glucopyranozyl- Ta có: Nhiệt độ hơi thứ = Nhiệt độ hơi ngưng tụ + (0.5-D-glucopyranozyl-1.5oC)

-D-glucopyranozyl- Suy ra, nhiệt độ hơi thứ: tht = 49.5 + 0.5 = 50oC

- Ta được áp suất hơi thứ: Pht = 0.1258 at

(Tra bảng I.250_Trang312 Sổ tay quá trình và thiết bị công nghệ hóa chất tập 1_ TS Trần Xoa, PGs_TS Nguyễn Trọng Khuông).

-D-glucopyranozyl- : tổn thất nhiệt ở áp suất thường (oC)

-D-glucopyranozyl- : hệ số hiệu chỉnh (vì thiết bị cô đặc thường làm việc ở áp suấtkhác với áp suất thường)

-D-glucopyranozyl- Tm: nhiệt độ của dung môi nguyên chất làm việc ở áp suất làm việc, cógiá trị bằng nhiệt độ hơi thứ => Tm = tht = 50oC = 323 K

-D-glucopyranozyl- r: ẩn nhiệt hóa hơi của dung môi ở áp suất làm việc (J/kg)

Ta có: r = 2380.103 J/kg

(Tra bảng I.250_trang312 Sổ tay quá trình và thiết bị công nghệ hóa chất tập 1_ TS

Trần Xoa, PGs_TS Nguyễn Trọng Khuông)

Thế vào công thức trên, ta được:

= 0.7101Dựa vào 4 khoảng nồng độ , tìm được và xác định

Bảng 2.2 Tổn thất nhiệt độ do nồng độ tăng cao

h 2

∆T

ti

T tt

b

tht t** t*

tn g g

∆’’

∆’

∆’’’

(Tra tại website http://sugartech.com )

Hình 2.1 Đồ thị biểu diễn sự biến đổi nhiệt độ của hơi đốt và dung dịch

Ta có:

T: nhiệt độ hơi đốt

t*: nhiệt độ sôi của dung dịch có giá trị lớn nhất

t**: nhiệt độ sôi của dung dịch ở bề mặt chất thoáng

ttb: nhiệt độ sôi của dung dịch Kí hiệu ts

tht: nhiệt độ hơi thứ

tng: nhiệt độ hơi thứ đi vào thiết bị ngưng tụ

: tổn thất nhiệt do nồng độ tăng cao

: tổn thất nhiệt do áp suất thủy tĩnh

: tổn thất nhiệt do chênh lệch nhiệt độ hơi ngưng tụ và hơi trên bề mặt

Áp suất của dung dịch thay đổi theo chiều sâu lớp dung dịch: ở trên mặt dungdịch thì bằng áp suất hơi trong phòng bốc hơi, còn ở đáy ống thì bằng áp suất ở trênmặt cộng với áp suất thủy tĩnh của cột dung dịch kể từ đáy ống Trong tính toán, tathường tính theo áp suất trung bình của dung dịch

-D-glucopyranozyl- Ptb: áp suất trung bình (N/m2)

P’: áp suất trên bề mặt dung dịch (N/m2)

P’ = Pht = 0.1258 at = 12746.685 N/m2

-D-glucopyranozyl- :áp suất thủy tính kể từ mặt dung dịch đến giữa ống (N/m2)

-D-glucopyranozyl- h1: chiều cao của lớp dung dịch kể từ miệng ống đốt đến mặt chấtthoáng của dung dịch (m)

Chọn h1 = 0.5 m-D-glucopyranozyl- h2: chiều cao của ống đốt (m).

Chọn h2 = 1m

-D-glucopyranozyl- : khối lượng riêng của dung dịch khi sôi (kg/m3)

-D-glucopyranozyl- : khối lượng riêng của dung dịch (kg/m3)

-D-glucopyranozyl- : gia tốc trọng trường (m/s2)

(Tra từ website: http://www.rpaulsingh.com )

Nhiệt độ tổn thất do áp suất thủy tĩnh bằng hiệu số giữa nhiệt độ trung bình(ttb) và nhiệt độ của dung dịch trên mặt thoáng (tht)

= ttb – tht = ttb – 50

(Công thức VI.13_Trang 60_Sổ tay quá trình và thiết bị công nghệ hóa chất tập 2_TS Trần Xoa, PGs_TS Nguyễn Trọng Khuông).

Từ Ptb, suy ra các giá trị ttb và các tương ứng

(Tra bảng I.250_Trang 312_Sổ tay quá trình và thiết bị công nghệ hóa chất tập 1_ TS Trần Xoa, PGs_TS Nguyễn Trọng Khuông).

Bảng 2.4 Tổn thất nhiệt do áp suất thủy tĩnh ΔP,P''

2.2.3.3 Tổn thất nhiệt độ do trở lực thủy học trên đường ống

Thường với mỗi nồi, , do đó, trong tính toán để

đơn giản ta có thể tự chọn khoảng nhiệt độ này, ở đây, ta chọn:

Bảng 2.5 Tổn thất chung cho toàn hệ thống cô đặc

Loại nhiệt độ Nồng độ trung bình (%)

2.2.4 Hiệu số nhiệt độ hữu ích và nhiệt độ sôi

2.2.4.1 Hiệu số nhiệt độ hữu ích

Hiệu số nhiệt độ hữu ích (thi) trong hệ thống cô đặc được xác định như sau:

Nhiệt độ sôi của dung dịch (ts) trong thiết bị cô đặc được xác định bằng côngthức sau:

ts = tngt + ΣΔP,PSuy ra: ΔP,Pthi = thd -D-glucopyranozyl- ts

-D-glucopyranozyl- Ta có: tht =50oC

-D-glucopyranozyl- Chọn áp suất tuyệt đối của hơi đốt: Phd = 1.725 at (Mục 2.2)

-D-glucopyranozyl- Suy ra, nhiệt độ hơi đốt: thd = 115oC

(Tra bảng I.250_Trang 312_Sổ tay quá trình và thiết bị công nghệ hóa chất tập 1_ TS Trần Xoa, TS Nguyễn Trọng Khuông).

Bảng 2.6 Hiệu số nhiệt độ hữu ích và nhiệt độ sôi

2.3 TÍNH BỀ MẶT TRUYỀN NHIỆT CỦA BUỒNG ĐỐT

Cấu tạo thiết bị cô đặc gồm 2 phần chính là buồng đốt và buồng bốc Trongthiết bị này, hai bộ phận trên gắn liền nhau thành một khối

Bề mặt truyền nhiệt của buồng đốt có thể tính theo công thức tổng quát sau:

F =

(Công thức 3.16_Trang 144_Các quá trình thiết bị trong công nghệ hóa chất và thực phẩm_Tập 3_Phạm Xuân Toản).

Trong đó:

-D-glucopyranozyl- F: bề mặt truyền nhiệt của buồng đốt (m2)

-D-glucopyranozyl- Q: nhiệt lượng do hơi đốt cung cấp (W)

-D-glucopyranozyl- K: hệ số truyền nhiệt (W/m2.độ)

-D-glucopyranozyl- ΔP,Pthi: hiệu số nhiệt độ hữu ích (oC)

2.3.1 Tính nhiệt lượng do hơi đốt cung cấp

Nhiệt lượng do hơi đốt cung cấp được xác định theo công thức sau:

Q = D r

-D-glucopyranozyl- D: lượng hơi đốt (kg).

-D-glucopyranozyl- r: ẩn nhiệt ngưng tụ (J/kg)

-D-glucopyranozyl- D: lượng hơi đốt (hơi sống) dùng cho hệ thống (kg/h)

-D-glucopyranozyl- I = (i + Cn ): hàm nhiệt của hơi đốt (J/kg), nếu hơi đốt là hơi nướcbão hòa thì I = r (ẩn nhiệt ngưng tụ)

-D-glucopyranozyl- i: nhiệt lượng riêng của hơi thứ (J/kg)

-D-glucopyranozyl- td, tc: nhiệt độ sôi ban đầu và ra khỏi nồi dung dịch (0C)

-D-glucopyranozyl- Cd, Cc: nhiệt dung riêng ban đầu và ra khỏi nồi của dung dịch (J/kg.độ)-D-glucopyranozyl- Cn: nhiệt dung riêng của nước ngưng tụ (J/kg.độ)

-D-glucopyranozyl- Gd, Gc: lượng dung dịch ban đầu và ra khỏi nồi (kg/h)

-D-glucopyranozyl- : nhiệt độ của nước ngưng tụ (0C)

Hình 2.2 Hệ thống sơ đồ nhiệt

-D-glucopyranozyl- W: lượng hơi thứ bốc lên (kg/h)

2.3.1.2 Phương trình cân bằng nhiệt lượng:

-D-glucopyranozyl- Lượng nhiệt vào:

 Do dung dịch đầu: Gd.Cd.td

 Do hơi đốt: D.r-D-glucopyranozyl- Lượng nhiệt mang ra:

 Do sản phẩm: Gc.Cc.tc

 Do hơi thứ: W.i

 Do nước ngưng: D.Cn

 Do nhiệt tổn thất ra môi trường: Qtt

-D-glucopyranozyl- Phương trình cân bằng nhiệt lượng:

D.r + Gd.Cd.td = Gc.Cc.tc + W.I + D.Cn + Qtt

Suy ra: Q = D.(r -D-glucopyranozyl- Cn ) = Gc.Cc.tc -D-glucopyranozyl- Gd.Cd.td + W.I + Qtt

Trong đó: Qtt thường tính bằng (0.03 – 0.05)Q => Qtt = 0,05D.(r -D-glucopyranozyl- Cn )

Cn = 4241.5J/kg.độ (Tra bảng I.249_Trang 311_ Sổ tay quá trình và thiết bị công nghệ

hóa chất tập 1_ TS Trần Xoa, TS Nguyễn Trọng Khuông).

i = 2589 103 J/kg (Tra bảng I.250_Trang 312_ Sổ tay quá trình và thiết bị công

nghệ hóa chất tập 1_ TS Trần Xoa, TS Nguyễn Trọng Khuông).

r = 2221 103 J/kg (Tra bảng I.250_trang 312_Sổ tay quá trình và thiết bị công nghệ hóa chất tập 1_ TS Trần Xoa, TS Nguyễn Trọng Khuông).

Giả sử nhập liệu ở nhiệt độ sôi, khi đó: td = tc = ts

Thay các số liệu vào ta tính được D:

Bảng 2.7 Lượng hơi đốt dùng cho hệ thống trong các lần nhập liệu

tm 1

tm 2 tt1

tt2

q1 Hình 2.3 Truyền nhiệt qua tường

q = q1 = q2 Δt1 = thd- tt1t1 = thd- tt1 Δt1 = thd- tt1t2 = tt2- ts

(Tra tại trang web www.rpau l sing com )

Từ đó ta tính được nhiệt lượng nhiệt do hơi đốt cung cấp (Q):

Bảng 2.8 Nhiệt do hơi đốt cung cấp trong các lần nhập liệu

(Công thức V.5_Trang 3_ Sổ tay quá

trình và thiết bị công nghệ hóa chất tập 2_ TS

Trần Xoa, TS Nguyễn Trọng Khuông).

Với n là số lớp tường truyền

nhiệt, trong trường hợp này n = 1, suy

ra:

Trong đó:

-D-glucopyranozyl- K: Hệ số truyền nhiệt (W/m2.oC)

-D-glucopyranozyl- : Hệ số cấp nhiệt phía hơi ngưng tụ và phía chất lỏng sôi(W/m2.oC)

Với , đối với nước, giá trị A phục thuộcvào nhiệt độ màng nước ngưng tm như sau:

Bảng 2.9 Sự phụ thuộc của hệ số A vào nhiệt độ của màng nước nước ngưng t m

-D-glucopyranozyl- r: ẩn nhiệt ngưng tụ (J/kg)

r = 2207 103 J/kg (Tra bảng I.250_trang 312_Sổ tay quá trình và thiết bị công nghệ hóa chất tập 1_ TS Trần Xoa, TS Nguyễn Trọng Khuông).

-D-glucopyranozyl- : khối lượng riêng của nước ngưng (kg/m3)

-D-glucopyranozyl- : hệ số dẫn nhiệt của nước ngưng (N.s/m2)

-D-glucopyranozyl- : độ nhớt của nước ngưng (N.s/m2)

-D-glucopyranozyl- : chiều cao thẳng đứng của ống truyền nhiệt (m) Với H = h2 =1m

-D-glucopyranozyl- 1 : hiệu số nhiệt độ giữa hơi ngưng tụ và thành thiết bị (oC)

*Chú ý: Khi tính toán theo công thức V.101, ẩn nhiệt ngưng tụ (r) lấy theo

nhiệt độ hơi bão hòa, các thông số của nước ngưng ( ) lấy theo nhiệt độ

màng nước ngưng (t m ):

Trong đó:

-D-glucopyranozyl- tt1: nhiệt độ thành thiết bị phía tiếp xúc với hơi đốt (oC)

-D-glucopyranozyl- tbh: nhiệt độ hơi bão hòa (nhiệt độ hơi đốt thd) (oC)

Giả sử các giá trị 1 ứng với các nồng độ, ta sẽ tính được 1

2.3.2.3 Tính hệ số cấp nhiệt khi chất lỏng sôi

Khi cần tính toán gần đúng hệ số cấp nhiệt khi sôi cho dung dịch hay mộtchất lỏng bất kì, ta có thể áp dụng công thức sau:

(Công thức 1.70_Trang 44_Các quá trình thiết bị trong công nghệ hóa chất và thực phẩm_Tập 3_Phạm Xuân Toản).

Với hệ số hiệu chỉnh

(Công thức 1.71_Trang 45_Các quá trình thiết bị trong công nghệ hóa chất và thực phẩm_Tập 3_Phạm Xuân Toản).

Trong đó: λ, ρ, C, μ lần lượt là độ dẫn nhiệt, khối lượng riêng, nhiệt dung

riêng, độ nhớt tương ứng với nhiệt độ sôi của dung dịch (chỉ số “dd” biểu thị dung dịch, chỉ số “n” biểu thị nước).

(Tra tại trang web http://www.rpaulsing.com )

Bảng 2.12 Độ nhớt và khối lượng riêng của dung dịch nước chuối

Nồng độ trung bình (%) 20.00 28.11 34.32 39.64

λ dd 0.2429 0.2423 0.2419 0.2414

(Tra tại trang web http://sugartech.com và http://rpaulsing.com ).

Với hệ số dẫn nhiệt của dung dịch ddđược tính theo công thức

2

0033 , 0 0412 , 1 775 , 326

-D-glucopyranozyl- T: nhiệt độ sôi của dung dịch (K)

-D-glucopyranozyl- %H2O: nồng độ % của nước trong dung dịch

Thay các số liệu trên vào ta được:

Bảng 2.13 Hệ số hiệu chỉnh (ψ) theo nồng độ trung bình

Từ ψ) theo nồng độ trung bình và , ta suy ra được

 Tính nhiệt tải riêng

Nhiệt tải riêng của hơi đốt cung cấp cho thành thiết bị

(W/m2)

(Công thức trang 43_ Các quá trình thiết bị trong công nghệ hóa chất và thực phẩm_Tập 3_Phạm Xuân Toản).

Trong đó:

-D-glucopyranozyl- 1hệ số cấp nhiệt khi hơi ngưng tụ (W/m2.độ)

-D-glucopyranozyl- t1: hiệu số nhiệt độ giữa nhiệt độ hơi nước và thành thiết bị tiếp xúc với hơi đốt (oC)

Nhiệt tải riêng phía dung dịch sôi:

2 2 2

Trong đó:

-D-glucopyranozyl- 2: hệ số cấp nhiệt từ thành thiết bị đến dung dịch (W/m2.độ)

-D-glucopyranozyl- t2: hiệu số nhiệt độ giữa nhiệt độ của thành thiết bị phía tiếp xúc với nhiệt độ sôi của dung dịch (oC)

-D-glucopyranozyl- Suy ra: α1 = 2.04.A = 2.04×184.74×

= 10030.57 (W/m2.độ)-D-glucopyranozyl- q1 = α1.ΔP,Pt1 = 10030.57×4.4 = 44134.50 (W/m2)

-D-glucopyranozyl- Ta có: ts = 57.92 (oC) và Σr = 6.642 10-D-glucopyranozyl-4 (m2.oC/W)

-D-glucopyranozyl- ΔP,Pt2 = tt1 – q1.Σr – ts = 110.6 –44134.50 ×6.642 10-D-glucopyranozyl-4 = 23.37 (oC)

-D-glucopyranozyl- Ψ =

= 0.450-D-glucopyranozyl- = 3.14×0.12580.15×44134.500.7 =4104.18 (W/m2.độ)

2.3.3 Diện tích mặt truyền nhiệt F

Bề mặt truyền nhiệt F được tính theo công thức:

Trong đó:

-D-glucopyranozyl- Q: Nhiệt lượng do hơi đốt cung cấp (J)

-D-glucopyranozyl- K: Hệ số truyền nhiệt (W/m2.độ)

-D-glucopyranozyl- ΔP,Pthi: Hiệu số nhiệt độ hữu ích (oC)

-D-glucopyranozyl- τ: Thời gian truyền nhiệt (s) với Στ = 3600 (s)

Áp dụng công thức trên Ta tính được các giá trị F tương ứng:

1338507146.9

671674318.65

-D-glucopyranozyl- Vs: lưu lượng hơi đốt (m3/s) Với Vs = D.v

+ D: lượng hơi đốt trong 4 giai đoạn cô đặc, D = 0.54 (kg/s).+ V: thể tích riêng, v = 0.893 (m3/s)

(Tra bảng I.250_Trang 312_ Sổ tay quá trình và thiết bị công nghệ hóa chất tập 1_ TS Trần Xoa, TS Nguyễn Trọng Khuông).

Suy ra: Vs = 0.54×0.893 = 0.481 (m3/s)

-D-glucopyranozyl- ω: vận tốc thích hợp của khí (hơi) hoặc dung dịch trong ống (m/s)

+ Đối với chất lỏng nhớt: 0.5-D-glucopyranozyl-1 m/s

+ Đối với chất lỏng ít nhớt: 1-D-glucopyranozyl-2 m/s

+ Đối với hơi nước bão hòa: 20-D-glucopyranozyl-40 m/s

+ Đối với hơi quá nhiệt: 30-D-glucopyranozyl-50 m/s

(Công thức III-25_Trang 121_ Sổ tay thiết kế thiết bị hóa chất và chế biến thực phẩm đa

dụng_TS Phan Văn Thơm).