thiết kế hệ thống cô đặc 3 nồi ngược chiều thiết bị cô đặc tuần hoàn cưỡng bức phòng đốt ngoài kiểu đứng cô đặc dung dịch nacl

Nhiệt lượng riêng, nhiệt dung riêng của hơi thứ, hơi đốt và nhiệt độ sôi của dung dịch trong các nồi...14 Bảng 2.6... Định nghĩa: Cô đặc là quá trình làm bay hơi một phần dung môi của d

DËCH NaCl

Giáo viên hướng dẫn: Nguyễn Văn Toản Sinh viên thực hiện: Đặng Thị Giang Lớp : Công nghệ thực phẩm 47A

HuÕ, 2016

TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM HUẾ CỘNG HOÀ XÃ HÔI CHỦ NGHĨA VIỆT NAMKHOA CƠ KHÍ CÔNG NGHỆ Độc lập - Tự do - Hạnh phúc

Bộ môn: Công nghệ sau thu hoạch

-o0o -

-NHIỆM VỤ THIẾT KẾ ĐỒ ÁN THIẾT BỊ

Họ và tên sinh viên: Đặng Thị Giang

Lớp: CNTP47A

Ngành: Công Nghệ Thực Phẩm

1/ Tên đề tài:

Thiết kế hệ thống cô đặc 3 nồi ngược chiều

Thiết bị cô đặc tuần hoàn cưỡng bức phòng đốt ngoài kiểu đứng

Cô đặc dung dịch NaCl

2/ Các số liệu ban đầu:

- Năng suất tính theo dung dịch đầu (Tấn/giờ): 9

- Nồng độ đầu của dung dịch (% khối lượng): 8

- Nồng độ cuối của dung dịch (% khối lượng): 25

- Áp suất hơi đốt nồi 1 (at): 3,6

- Áp suất hơi còn lại trong thiết bị ngưng (at): 0,32

3/ Nội dung các phần thuyết minh và tính toán:

- Đặt vấn đề

- Chương I: Tổng quan về sản phẩm, phương pháp điều chế, chọn phương án thiết kế

- Chương II:Tính toán công nghệ thiết bị chính

- Chương III:Tính và chọn thiết bị phụ: Thiết bị Baromet, bơm chân không, bơm dungdịch, thiết bị gia nhiệt

- Chương IV: Kết luận

- Tài liệu tham khảo

4/ Các bản vễ và đồ thị (ghi rõ các loại bản và kích thước các loại bản vẽ):

- 1 bản vẽ hệ thống thiết bị chính, khổ A1 và A3 đính kèm trong bản thuyết minh

- 1 bản vẽ thiết bị chính, khổ A1

5/ Giáo viên hướng dẫn:

Phần: toàn bộ Họ và tên giáo viên: Nguyễn Văn Toản

6/ Ngày giao nhiệm vụ: 18/02/2016

7/ Ngày hoàn thành nhiệm vụ: 04/05/2016

Thông qua bộ môn

GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN

Ngày tháng năm 2016 (Ký, ghi rõ họ tên)

TỔ TRƯỞNG BỘ MÔN

(Ký, ghi rõ họ tên) Nguyễn Văn Toản

MỤC LỤC

Đ T V N Đ ẶT VẤN ĐỀ ẤN ĐỀ Ề 1

CH ƯƠNG I: TỔNG QUAN SẢN PHẨM – PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU CHẾ - CHỌN NG I: T NG QUAN S N PH M – PH ỔNG QUAN SẢN PHẨM – PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU CHẾ - CHỌN ẢN PHẨM – PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU CHẾ - CHỌN ẨM – PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU CHẾ - CHỌN ƯƠNG I: TỔNG QUAN SẢN PHẨM – PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU CHẾ - CHỌN NG PHÁP ĐI U CH - CH N Ề Ế - CHỌN ỌN PH ƯƠNG I: TỔNG QUAN SẢN PHẨM – PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU CHẾ - CHỌN NG ÁN THI T K Ế - CHỌN Ế - CHỌN 2

1.1 GI I THI U V S N PH MỚI THIỆU VỀ SẢN PHẨM ỆU VỀ SẢN PHẨM Ề SẢN PHẨM ẢN PHẨM ẨM 2

1.2 C S C A LÝ THUY T VÀ CÁC PHƠ SỞ CỦA LÝ THUYẾT VÀ CÁC PHƯƠNG PHÁP CÔ ĐẶC Ở CỦA LÝ THUYẾT VÀ CÁC PHƯƠNG PHÁP CÔ ĐẶC ỦA LÝ THUYẾT VÀ CÁC PHƯƠNG PHÁP CÔ ĐẶC ẾT VÀ CÁC PHƯƠNG PHÁP CÔ ĐẶC ƯƠ SỞ CỦA LÝ THUYẾT VÀ CÁC PHƯƠNG PHÁP CÔ ĐẶCNG PHÁP CÔ Đ CẶC 2

1.2.1 Đ nh nghĩa:ịnh nghĩa: 2

1.2.2 Các phương pháp cô đặcng pháp cô đ cặc 3

1.2.3 ng d ng c a cô đ cỨng dụng của cô đặc ụng của cô đặc ủa cô đặc ặc 4

1.2.4 Phân lo i theo phại theo phương pháp thực hiện quá trình: ương pháp cô đặcng pháp th c hi n quá trình:ực hiện quá trình: ện quá trình: 4

1.3 L A CH N PHỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ - THUYẾT MINH QUY TRÌNH CÔNG ỌN PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ - THUYẾT MINH QUY TRÌNH CÔNG ƯƠ SỞ CỦA LÝ THUYẾT VÀ CÁC PHƯƠNG PHÁP CÔ ĐẶCNG ÁN THI T K - THUY T MINH QUY TRÌNH CÔNGẾT VÀ CÁC PHƯƠNG PHÁP CÔ ĐẶC ẾT VÀ CÁC PHƯƠNG PHÁP CÔ ĐẶC ẾT VÀ CÁC PHƯƠNG PHÁP CÔ ĐẶC NGHỆU VỀ SẢN PHẨM 5

1.3.1 L a ch n phực hiện quá trình: ọn phương án thiết kế ương pháp cô đặcng án thi t kết kế ết kế 5

1.3.2 Thuy t minh quy trình công nghết kế ện quá trình: 5

CH ƯƠNG I: TỔNG QUAN SẢN PHẨM – PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU CHẾ - CHỌN NG 2 : TÍNH CÂN B NG V T CH T VÀ NĂNG L ẰNG VẬT CHẤT VÀ NĂNG LƯỢNG ẬT CHẤT VÀ NĂNG LƯỢNG ẤN ĐỀ ƯỢNG NG 6

2.1 CÂN B NG V T LI UẰNG VẬT LIỆU ẬT LIỆU ỆU VỀ SẢN PHẨM 6

2.1.1.Xác đ nh lịnh nghĩa: ượng hơi thứ thoát ra khỏi hệ thốngng h i th thoát ra kh i h th ngơng pháp cô đặc ứ thoát ra khỏi hệ thống ỏi hệ thống ện quá trình: ống 6

2.1.2 S phân ph i h i th trong các n iực hiện quá trình: ống ơng pháp cô đặc ứ thoát ra khỏi hệ thống ồi 6

2.2 CÂN B NG NHI T LẰNG VẬT LIỆU ỆU VỀ SẢN PHẨM ƯỢNGNG 7

2.2.1 Xác đ nh P và tịnh nghĩa: o trong m i n i.ỗi nồi ồi 7

2.2.2 Xác đ nh t n th t nhi t trong các n iịnh nghĩa: ổn thất nhiệt trong các nồi ất nhiệt trong các nồi ện quá trình: ồi 8

2.2.2.1.T n th t nhi t do n ng đ (ổn thất nhiệt trong các nồi ất nhiệt trong các nồi ện quá trình: ồi ộ ( ' ) 8

2.2.2.2 T n th t nhi t đ do áp su t th y tĩnh (ổn thất nhiệt trong các nồi ất nhiệt trong các nồi ện quá trình: ộ ( ất nhiệt trong các nồi ủa cô đặc '') 10

2.2.2.3 T n th t do tr l c trên đổn thất nhiệt trong các nồi ất nhiệt trong các nồi ở lực trên đường ống ực hiện quá trình: ường ống ng ng ống  '' 12

2.2.3 T n th t cho toàn h th ng:ổn thất nhiệt trong các nồi ất nhiệt trong các nồi ện quá trình: ống 12

2.2.4 Hi u s h u ích và nhi t đ sôi cho toàn b h th ng và cho t ng n i:ện quá trình: ống ữu ích và nhiệt độ sôi cho toàn bộ hệ thống và cho từng nồi: ện quá trình: ộ ( ộ ( ện quá trình: ống ừng nồi: ồi 12

2.2.5 Cân b ng nhi t lằng nhiệt lượng ện quá trình: ượng hơi thứ thoát ra khỏi hệ thống 13ng 2.2.5.1 Tính nhi t dung riêng C (J/kg.đ )ện quá trình: ộ ( 13

2.2.5.2 Tính nhi t lện quá trình: ượng hơi thứ thoát ra khỏi hệ thốngng riêng 14 2.2.5.3 L p phập phương trình cân bằng nhiệt lượng ương pháp cô đặcng trình cân b ng nhi t lằng nhiệt lượng ện quá trình: ượng hơi thứ thoát ra khỏi hệ thống 14ng

2.3.3 H s c p nhi t (ện quá trình: ống ất nhiệt trong các nồi ện quá trình:  ) 18

2.3.3.1 V phía h i ng ng tề phía hơi ngưng tụ ơng pháp cô đặc ư ụng của cô đặc 19

2.3.3.2.V phía dung d ch sôi (ề phía hơi ngưng tụ ịnh nghĩa:  2( )i ) 20

2.3.4 Tính h s phân b nhi t đ h u ích cho các n iện quá trình: ống ống ện quá trình: ộ ( ữu ích và nhiệt độ sôi cho toàn bộ hệ thống và cho từng nồi: ồi 23

CH ƯƠNG I: TỔNG QUAN SẢN PHẨM – PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU CHẾ - CHỌN NG 3: THI T K CHÍNH Ế - CHỌN Ế - CHỌN 26

3.1 BU NG Đ TỒNG ĐỐT ỐT 26

3.1.1 Tính s ng truy n nhi t:ống ống ề phía hơi ngưng tụ ện quá trình: 26

3.1.2 Đường ống ng kính bu ng đ t:ồi ống 26

3.2 BU NG B CỒNG ĐỐT ỐT 26

3.2.1 Đường ống ng kính bu ng b cồi ống 26

3.2.2 Chi u cao bu ng b cề phía hơi ngưng tụ ồi ống 26

3.2.3 Đường ống ng kính ng d n h i đ tống ẫn nhiệt của dung dịch ( λ ) ơng pháp cô đặc ống 28

3.2.4 Đường ống ng kính ng d n h i thống ẫn nhiệt của dung dịch ( λ ) ơng pháp cô đặc ứ thoát ra khỏi hệ thống 29

3.2.5 Đường ống ng kính ng d n dung d chống ẫn nhiệt của dung dịch ( λ ) ịnh nghĩa: 29

3.2.5.1 Đường ống ng kính ng d n dung d ch đ u vào thi t b gia nhi tống ẫn nhiệt của dung dịch ( λ ) ịnh nghĩa: ầu vào thiết bị gia nhiệt ết kế ịnh nghĩa: ện quá trình: 29

3.2.5.2 T thi t b gia nhi t vào n i 3ừng nồi: ết kế ịnh nghĩa: ện quá trình: ồi 30

3.2.5.3 T n i 3 vào n i 2ừng nồi: ồi ồi 30

3.2.5.4 T n i 2 vào n i 1ừng nồi: ồi ồi 30

3.2.5.5 Ra kh i n i 1 đ n thùng ch a s n ph mỏi hệ thống ồi ết kế ứ thoát ra khỏi hệ thống ản phẩm ẩm 30

3.2.6 Đường ống ng kính ng tháo nống ướtc ng ngư 31

3.2.7 Đường ống ng kính ng tu n hoànống ầu vào thiết bị gia nhiệt 32

3.3 Chi u dày vĩ ngề phía hơi ngưng tụ ống 33

3.4 Chi u dày l p cách nhi tề phía hơi ngưng tụ ớt ện quá trình: 33

3.4.1 Tính b dày l p cách nhi t c a ng d nề phía hơi ngưng tụ ớt ện quá trình: ủa cô đặc ống ẫn nhiệt của dung dịch ( λ ) 33

3.4.1.1 ng d n h i đ tỐT ẫn nhiệt của dung dịch ( λ ) ơng pháp cô đặc ống 34

3.4.1.2 ng d n h i thỐT ẫn nhiệt của dung dịch ( λ ) ơng pháp cô đặc ứ thoát ra khỏi hệ thống 35

3.4.1.3 ng d n dung d chỐT ẫn nhiệt của dung dịch ( λ ) ịnh nghĩa: 35

3.4.1.4 ng d n tu n hoànỐT ẫn nhiệt của dung dịch ( λ ) ầu vào thiết bị gia nhiệt 36

3.4.2 Tính b dày l p cách nhi t c a thân thi t bề phía hơi ngưng tụ ớt ện quá trình: ủa cô đặc ết kế ịnh nghĩa: 36

3.5 Ch n m t bíchọn phương án thiết kế ặc 37

3.5.1.Bu ng đ tồi ống 37

3.5.2 Bu ng b cồi ống 37

3.6 CH N TAI TREOỌN PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ - THUYẾT MINH QUY TRÌNH CÔNG 39

3.6.1 Tai treo bu ng đ tồi ống 39

3.6.2 B dày đáy bu ng đ tề phía hơi ngưng tụ ồi ống 39

3.6.3 Chi u dày n p bu ng b cề phía hơi ngưng tụ ắp buồng bốc ồi ống 41

3.6.4 B dày thân bu ng đ tề phía hơi ngưng tụ ồi ống 42

3.6.5 B dày bu ng b cề phía hơi ngưng tụ ồi ống 43

3.6.6 Kh i lống ượng hơi thứ thoát ra khỏi hệ thốngng l p cách nhi tớt ện quá trình: 44

3.6.7 Kh i lống ượng hơi thứ thoát ra khỏi hệ thốngng c t ch t l ngộ ( ất nhiệt trong các nồi ỏi hệ thống 45

3.6.8 Kh i lống ượng hơi thứ thoát ra khỏi hệ thốngng c t h iộ ( ơng pháp cô đặc 45

3.6.9 Kh i lống ượng hơi thứ thoát ra khỏi hệ thốngng bích 45

3.6.10 Kh i lống ượng hơi thứ thoát ra khỏi hệ thốngng ng truy n nhi tống ề phía hơi ngưng tụ ện quá trình: 46

3.6.11 Kh i lống ượng hơi thứ thoát ra khỏi hệ thốngng v ngỉ ống ống 46

Ch ương 4: TÍNH VÀ CHỌN THIẾT BỊ PHỤ ng 4: TÍNH VÀ CH N THI T B PH ỌN Ế - CHỌN Ị PHỤ Ụ 48

4.1 Thi t b ng ng t barometết kế ịnh nghĩa: ư ụng của cô đặc 48

4.1.1 Cân b ng v t li uằng nhiệt lượng ập phương trình cân bằng nhiệt lượng ện quá trình: 48

4.1.1.1 Lượng hơi thứ thoát ra khỏi hệ thốngng nướt ại theo phương pháp thực hiện quá trình:c l nh c n thi t đ tầu vào thiết bị gia nhiệt ết kế ể tưới vào thiết bị ngưng tụ ướti vào thi t b ng ng tết kế ịnh nghĩa: ư ụng của cô đặc 48

4.1.1.2 Th tích khí không ng ng và không khí để tưới vào thiết bị ngưng tụ ư ượng hơi thứ thoát ra khỏi hệ thốngc hút ra kh i thi t bỏi hệ thống ết kế ịnh nghĩa: 48 4.2 Kích thướtc thi t b ng ng tết kế ịnh nghĩa: ư ụng của cô đặc 49

4.2.1 Đường ống ng kính thi t b ng ng tết kế ịnh nghĩa: ư ụng của cô đặc 49

4.2.2 Kích thướt ất nhiệt trong các nồic t m ngăn 50

4.2.3 Chi u cao thi t b ng ng tề phía hơi ngưng tụ ết kế ịnh nghĩa: ư ụng của cô đặc 51

4.2.4 Tính kích thướt ốngc ng baromet 52

4.3 Ch n b mọn phương án thiết kế ơng pháp cô đặc 54

4.3.1 B m chân khôngơng pháp cô đặc 54

4.3.2 B m nơng pháp cô đặc ướt ại theo phương pháp thực hiện quá trình:c l nh vào thi t b ng ng tết kế ịnh nghĩa: ư ụng của cô đặc 55

4.3.3 B m dung d ch lên thùng cao vơng pháp cô đặc ịnh nghĩa: ịnh nghĩa: 57

4.3.4 B m dung d ch t n i 3 vào n i 2.ơng pháp cô đặc ịnh nghĩa: ừng nồi: ồi ồi 59

4.3.5 B m dung d ch t n i 2 vào n i 1ơng pháp cô đặc ịnh nghĩa: ừng nồi: ồi ồi 61

Ch ương 4: TÍNH VÀ CHỌN THIẾT BỊ PHỤ ng 5: K T LU N Ế - CHỌN ẬT CHẤT VÀ NĂNG LƯỢNG 64

TÀI LI U THAM KH O ỆU THAM KHẢO ẢN PHẨM – PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU CHẾ - CHỌN 65

DANH MỤC CÁC BẢNG

Bảng 2.1 Áp suất, nhiệt độ hơi đốt, hơi thứ mỗi nồi 8

Bảng 2.2 Tổn thất nhiệt độ do nồng độ gây ra 9

Bảng 2.3 Nhiệt hóa hơi của các nồi 9

Bảng 2.4 Tổn thất nhiệt độ do nồng độ 10

Bảng 2.5 Nhiệt lượng riêng, nhiệt dung riêng của hơi thứ, hơi đốt và nhiệt độ sôi của dung dịch trong các nồi 14

Bảng 2.6 Bảng tổng kết về cân bằng nhiệt lượng của 3 nồi 15

Bảng 2.7 Sai số 16

Bảng 3.1 Đường kính các loại ống dẫn 33

Bảng 3.2: Kích thước bích nối buồng đốt, buồng bốc 38

Bảng 3.3: Kích thước bích nối các ống dẫn 38

Bảng 3.4 Khối lượng bích bảng XIII.27/T417/T2 46

Bảng 3.5: Thông số tai treo 47

ĐẶT VẤN ĐỀ

Ngày nay, công nghiệp hóa chất đã trở thành một phần không thể thiếu trongnền công nghiệp thế giới Đó là một ngành công nghiệp hiện đại và luôn đòi hỏi sự đổimới, sản xuất ra các loại hóa chất khác nhau, phục vụ cho cuộc sống hằng ngày cũngnhư các ngành công nghiệp khác, như công nghiệp sản xuất xà phòng, sản xuất vải,giấy, …và cả công nhệ thực phẩm.Quy trình công nghệ sản xuất ra một sản phẩm luônphải trải qua nhiều giai đoạn phức tạp, trong đó cô đặc luôn là một phần không thểthiếu, đó là một giai đoạn quan trọng và có tính quyết định đến chất lượng cũng nhưnồng độ sản phẩm

Một trong những hóa chất được sản xuất và sử dụng nhiều là NaCl, vì khả năngứng dụng rộng rãi của nó

Trong quy trình sản xuất NaCl, quá trình cô đặc là một khâu hết sức quan trọng

Nó đưa dung dịch NaCl đến một nồng độ cao hơn, thỏa mãn nhu cầu cầu sử dụng đadạng và tiết kiệm chi phí vận chuyển, tồn trữ, và tạo điều kiện cho quá trình kết tinh

Nhiệm vụ cụ thể của đồ án này là thiết kế hệ thống cô đặc NaCl ba nồi ngượcchiều có buồng đốt treo nhằm cô đặc dung dịch NaCl từ 8% lên 25%

Đối với sinh viên khối ngành công nghệ hóa chất và công nghệ thực phẩm, việcthực hiện đồ án thiết bị là hết sức quan trọng Nó vừa tạo cơ hội cho sinh viên ôn tập

và hiểu một cách sâu sắc những kiến thức đã học về các quá trình thiết bị vừa giúpsinh viên tiếp xúc, quen dần với việc lựa chọn, thiết kế, tính toán các chi tiết của mộtthiết bị với các thông số kỹ thuật cụ thể

Em xin chân thành cảm ơn thầy Nguyễn Văn Toản đã chỉ dẫn tận tình trongquá trình em thực hiện đồ án Đồng thời em cũng xin gửi lời cảm ơn đến các thầy côkhác trong bộ môn cũng như các anh chị, các bạn đã giúp đỡ, cho em những ý kiến tưvấn bổ ích trong quá trình hoàn thành đồ án Tuy nhiên do kiến thức còn hạn chế nênviệc thực hiện đồ án thiết bị còn nhiều thiếu sót; vì vậy, em rất mong nhận được sựđóng góp và hướng dẫn của quý thầy cô giáo và các bạn để có thể hoàn thành tốt đồ ánđược giao

Tính chất vật lý cơ bản của NaCl

- NaCl là một khối tinh thể màu trắng, tan trong nước phân ly thành các ion

- Là thành phần chính của muối ăn hằng ngày

- Khối lượng riêng dung dịch tại 25% là 1136,52 (kg/m3)

- Muối có vị mặn, vị của muối là một trong những vị cơ bản

- Muối ăn cần thiết cho mọi sự sống của mọi cơ thể sống Muối ăn tham gia vào chức năng điều chỉnh độ chứa nước của cơ thể ( cân bằng lỏng)

- Muối còn được dùng làm chất bảo quản thực phẩm (ướp thịt, cá tránh bị

- ươn …) hay dùng làm chất phụ gia thục phẩm Ngoài ra nó còn được ứng dụng trong ngành công nghiệp hóa chất

- Có rất nhiều dạng muối ăn: muối thô, muối tinh, muối Iôt Nó thu nhận được từ mỏ muối hay từ nước biển

1.2 CƠ SỞ CỦA LÝ THUYẾT VÀ CÁC PHƯƠNG PHÁP CÔ ĐẶC

1.2.1 Định nghĩa:

Cô đặc là quá trình làm bay hơi một phần dung môi của dung dịch chứa chất tan không bay hơi, ở nhiệt độ sôi với mục đích:

- Làm tăng nồng độ chất tan

- Tách các chất rắn hòa tan ở dạng tinh thể

- Thu dung môi ở dạng nguyên chất

Quá trình cô đặc được tiến hành ở nhiệt độ sôi, ở mọi áp suất (áp suất chânkhông, áp suất thường hay áp suất dư), trong hệ thống một thiết bị cô đặc hay trong hệthống nhiều thiết bị cô đặc Trong đó:

Cô đặc chân không dùng cho các dung dịch có nhiệt độ sôi cao, dễ bị phân hủy

vì nhiệt

Cô đặc ở áp suất cao hơn áp suất khí quyển dùng cho dung dịch không bị phânhủy ở nhiệt độ cao như các dung dịch muối vô cơ, để sử dụng hơi thứ cho cô đặc vàcho các quá trình đun nóng khác

Cô đặc ở áp suất khí quyển thì hơi thứ không được sử dụng mà được thải rangoài không khí Đây là phương pháp tuy đơn giản nhưng không kinh tế.

Trong công nghiệp hóa chất và thực phẩm thường làm đậm đặc dung dịch nhờ

đun sôi gọi là quá trình cô đặc, đặc điểm của quá trình cô đặc là dung môi được tách

khỏi dung dịch ở dạng hơi, còn chất hòa tan trong dung dịch không bay hơi, do đó nồng

độ của dung dịch sẽ tăng dần lên, khác với quá trình chưng cất, trong quá trình chưngcất các cấu tử trong hỗn hợp cùng bay hơi chỉ khác nhau về nồng độ trong hỗn hợp

Hơi của dung môi được tách ra trong quá trình cô đặc gọi là hơi thứ, hơi thứ ở

nhiệt độ cao có thể dùng để đun nóng một thiết bị khác, nếu dùng hơi thứ đung nóng

một thiết bị ngoài hệ thống cô đặc thì ta gọi hơi đó là hơi phụ.

Quá trình cô đặc có thể tiến hành trong thiết bị một nồi hoặc nhiều nồi làm việcgián đoạn hoặc liên tục Quá trình cô đặc có thể thực hiện ở các áp suất khác nhau tùytheo yêu cầu kỹ thuật, khi làm việc ở áp suất thường (áp suất khí quyển) thì có thểdùng thiết bị hở; còn làm việc ở các áp suất khác thì dùng thiết bị kín cô đặc trongchân không (áp suất thấp) vì có ưu điểm là: khi áp suất giảm thì nhiệt độ sôi của dungdịch cũng giảm, do đó hiệu số nhiệt độ giữa hơi đốt và dung dịch tăng, nghĩa là có thểgiảm được bề mặt truyền nhiệt

Cô đặc nhiều nồi là quá trình sử dụng hơi thứ thay hơi đốt, do đó nó có ý nghĩakinh tế cao về sử dụng nhiệt Nguyên tắc của quá trình cô đặc nhiều nồi có thể tóm tắtnhư sau: Ở nồi thứ nhất, dung dịch được đun nóng bằng hơi đốt, hơi thứ của nồi nàyđưa vào đun nồi thứ hai, hơi thứ nồi hai đưa vào đun nồi ba hơi thứ nồi cuối cùng đivào thiết bị ngưng tụ Còn dung dịch đi vào lần lượt từ nồi nọ sang nồi kia, qua mỗinồi đều bốc hơi môt phần, nồng độ dần tăng lên Điều kiện cần thiết để truyền nhiệttrong các nồi là phải có chênh lệch nhiệt độ giữa hơi đốt và dung dịch sôi, hay nói cáchkhác là chênh lệch áp suất giữa hơi đốt và hơi thứ trong các nồi, nghĩa là áp suất làmviệc trong các nồi phải giảm dần vì hơi thứ của nồi trước là hơi đốt của nồi sau.Thôngthường nồi đầu làm việc ở áp suất dư, còn nồi cuối làm việc ở áp suất thấp hơn áp suấtkhí quyển

1.2.2 Các phương pháp cô đặc

 Phương pháp nhiệt (đun nóng): dung dịch chuyển từ trạng thái lỏng sang trạngthái rắn dưới tác dụng của nhiệt khi áp suất riêng phần của nó bằng áp suất tác dụnglên mặt thoáng chất lỏng

 Phương pháp lạnh: khi hạ thấp nhiệt độ đến một mức nào đó thì một cấu tử sẽ

Phương pháp nhiệt Phương pháp lạnh

Dễ bị quá nhiệt cục bộ làm hỏng sản

Sản phẩm dễ bị thay đổi màu sắc,

đôi khi có mùi

Sản phẩm không thay đổi màu sắc,không có mùi

1.2.3 Ứng dụng của cô đặc

 Dùng trong sản xuất thực phẩm: đường, mỳ chính, nước trái cây

 Dùng trong sản xuất hóa chất: NaOH, NaCl, CaCl2, các muối vô cơ

1.2.4 Phân loại theo phương pháp thực hiện quá trình:

Người ta có thể phân loại thiết bị cô đặc theo:

 Nguyên lý làm việc: Thiết bị làm việc gián đoạn, làm việc liên tục.

 Theo áp suất làm việc bên trong thiết bị: áp suất dư; áp suất khí quyển; áp suất

chân không

 Theo phương pháp cấp nhiệt: thiết bị dùng hơi (thường được dùng nhiều hơn

cả); thiết bị dùng nước nóng, dầu nóng; thiết bị dùng điện; thiết bị dùng khói của phảnứng cháy

 Theo cấu tạo thiết bị: thiết bị có buồng đốt là giàn ống đứng, nằm ngang, nằm

nghiêng; buồng đốt treo

Ngoài ra đối với loại được đốt nóng bằng hơi nước thường chia làm 6 loại 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 nhưdung dịch nước trái cây, hoa quả ép…, gồm:

+ Màng dung dịch chảy ngược, có buồng đốt trong hay ngoài: dung dịch sôitạo bọt khó vỡ

+ Màng dung dịch chảy xuôi, có buồng đốt trong hay ngoài: dung dịch sôi

ít tạo bọt và bọt dễ vỡ

1.3 LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ - THUYẾT MINH QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ

1.3.1 Lựa chọn phương án thiết kế

Theo tính chất của nguyên liệu, cũng như ưu nhược điểm của các thiết bị nóitrên ta chọn loại thiết bị cô đặc ba nồi ngược chiều thiết bị cô đặc tuần hoàn cưỡng bứcphòng đốt ngoài kiểu đứng

 Ưu điểm:

Hệ số cấp nhiệt (α) lớn) lớn

Làm việc được ở điều kiện hiệu số nhiệt độ có ích nhỏ

Giảm được hiện tượng bám cặn trên bề mặt truyền nhiệt;

Có thể cô đặc dung dịch có độ nhớt cao

 Nhược điểm:

Tốn nhiều năng lượng do sử dụng nhiều bơm

1.3.2 Thuyết minh quy trình công nghệ

Dung dịch ban đầu được chứa ở thùng chứa (10) được bơm ly tâm (7) đưa lênthùng cao vị (4) Từ thùng cao vị dung dịch được đưa điều chỉnh lưu lượng ở lưulượng kế (9) trước khi vào hệ thống cô đặc Sau đó dung dịch được bơm qua thiết bịgia nhiệt (8) để nâng đến nhiệt độ sôi Tiếp theo dung dịch đi vào hệ thống ba nồi côđặc (1), dung dịch qua mỗi nồi có nồng độ tăng dần Hệ thống sử dụng hơi nước bảohòa để cấp nhiệt Dung dịch đi trong ống, hơi nước đi ngoài ống Hơi thứ nồi thứ nhất

là hơi đốt nồi thứ hai, hơi thứ nồi thứ hai là hơi đốt nồi thứ ba Hơi thứ ra khỏi nồi thứ

ba được đưa vào baromet ngưng tụ (3), có tác dụng tạo độ chân không cho hệ thống côđặc Dung dịch di chuyển từ nồi đầu đến nồi cuối nhờ bơm cưỡng bức Dung dịch sau

CHƯƠNG 2 : TÍNH CÂN BẰNG VẬT CHẤT VÀ NĂNG LƯỢNG

2.1 CÂN BẰNG VẬT LIỆU

Số liệu ban đầu:

- Năng suất tính theo dung dịch đầu: 9 tấn/h = 9 000 kg/h

- Nồng độ đầu của dung dịch: 8% khối lượng

- Nồng độ cuối của dung dịch: 25% khối lượng

- Áp suất hơi đốt của nồi 1: 3,6 at

- Áp suất hơi còn lại trong thiết bị: 0,32 at

2.1.1.Xác định lượng hơi thứ thoát ra khỏi hệ thống

Gọi: Gđ, Gc: Lượng dung dịch đầu và cuối ( kg/h )

Xđ, Xc: Nồng độ đầu và cuối (% khối lượng )

W là lượng hơi thứ bốc hơi trong toàn bộ hệ thống (kg/h)

- Ở đây ta coi quá trình bốc hơi chất hòa tan không mất mát theo hơi thứ

- Phương trình cân bằng vật liệu của quá trình bốc hơi:

W = 9000 ( 1− 8

25 ) = 6120 ( kg/h )

 Vậy lượng hơi thứ thoát ra khỏi hệ thống là 6120 kg/h

2.1.2 Sự phân phối hơi thứ trong các nồi

- Gọi W1, W2và W3 là lượng hơi thứ bốc ra từ các nồi tương ứng là 1, 2 và 3

- Chọn phân bố hơi thứ theo tỉ lệ: 2

= 1,1

Ta có lượng nước bốc hơi qua các nồi:

W = W1+ W2+ W3 = W1+ W1,21+W1,11 = 6120 ( kg/h )

2.1.3 Xác định nồng độ cuối mỗi nồi

Gọi X1, X2, X3 là nồng độ tương ứng sau cô đặc các nồi 1, 2 và 3 (% khối lượng)

2.2 CÂN BẰNG NHIỆT LƯỢNG

Mục đích: Tính được lượng nhiệt cần tiêu tốn, hệ số, nhiệt độ hữu ích Tính được hệ số

truyền nhiệt K để từ đó tính được bề mặt truyền nhiệt

2.2.1 Xác định P và to trong mỗi nồi.

P

 : Hiệu áp suất chung ( at )

P1, P2 , P3 áp suất hơi đốt nồi 1, 2 và 3 ( at )

∆ P3=¿ 0,496

- Ta có: P P P nt

P P P

P P P

3 2 2

2 1 1

Gọi t hđ1, t hđ2, t hđ3 và t ntlà nhiệt độ hơi đốt đi vào nồi 1, 2, 3 và thiết bị ngưng tụ

Gọi t ht1, t ht2 và t ht3là nhiệt độ hơi thứ ra khỏi nồi 1, 2 và 3

 Nhiệt độ hơi đốt nồi sau bằng nhiệt độ hơi thứ nồi trước trừ đi 10C ( tổn thất nhiệt

 tra bảng I.251 ST QTTB T1/312 và I.251 ST QTTB  2 /314

Bảng 2.1 Áp suất, nhiệt độ hơi đốt, hơi thứ mỗi nồi

2.2.2 Xác định tổn thất nhiệt trong các nồi

Tổn thất nhiệt độ trong hệ thống cô đặc bao gồm : Tổn thất do nồng độ, tổn thất do

áp suất thủy tĩnh và tổn thất do trợ lực đường ống

2.2.2.1.Tổn thất nhiệt do nồng độ (').

Ở cùng một áp suất, nhiệt độ sôi của dung dịch lớn hơn nhiệt độ sôi của dung môi nguyên chất hiệu số của nhiệt độ soi của ung dịch và dung môi nguyên chất gọi là tổn thất nhiệt dô nồng độ gây ra.

' 0'f

T r

T

2 '

2

2,162

,



Trong đó: Ts: là nhiệt độ sôi của dung môi nguyên chất , oK

'o: tổn thất nhiệt độ do áp suất thường áp suất khí quyển) gây ra

r : nhiệt hoá hơi của nước ở áp suất làm việc, J/kg

Ta xác định được tổn thất nhiệt độ 'otheo nồng độ dung dịch (% khối lượng)theo bảng VI.2.STQTTB T2/60

Bảng 2.3 Nhiệt hóa hơi của các nồi

Nhiệt hóa hơi r J/kg

( 103)

2221388,627

2274171,380

2330662,016

Áp dụng công thức ở trên ta tính được tổn thất nhiệt độ theo nồng độ ở các nồi nhưsau:

* Nồi 1:

1

2 1

1 1

273

2 , 16 ' '

 

3

2 3

3

3

273

2.2.2.2 Tổn thất nhiệt độ do áp suất thủy tĩnh ('')

Áp suất của dung dịch thay đổi theo chiều sâu lớp dung dịch : Ở trên bề mặt thìbằng áp suất hơi trong phòng bốc hơi, còn ở đáy ống thì bằng áp suất trên mặt cộngvới áp suất thủy tĩnh của cột dung dịch kể từ đáy ống Trong tính toán, ta thường tínhtheo áp suất trung bình của dung dịch

Tính áp suất thủy tĩnh ở độ sâu trung bình của cột chất lỏng:

2 1

h h

dds.g N/m2

Trong đó:

P0 là áp suất hơi thứ trên mặt thoáng dung dịch

dds là khối lượng riêng của dung dịch khi sôi kg/m3

dds = 2

1

dd dd là khối lượng riêng của dung dịch ở nhiệt độ sôi kg/m3

h1 là chiều cao lớp dung dịch sôi kể từ miệng trên ống truyền nhiệt đến mặt thoáng của dung dịch, giả sử h1= 0,5m cho cả 3 nồi

h2 là chiều cao ống truyền nhiệt, chọn h2= 3 m cho cả 3 nồi

 Để tính nhiệt độ sôi của dd NaCl ứng với áp suất tb dùng công thức Babo

P

P

S = const

Ps là áp suất hơi bão hòa của nước nguyên chất at Nội suy từ bảng I.251

ST QTTB T1/31

 Nồi 1:

Pht=1,712 at và áp suất hơi bão hòa của nước nguyên chất Ps= 1,322 at (T1/312)

Pht = 0,848 at và áp suất hơi bão hòa của nước nguyên chất Ps = 1,142 at

= 0,979 (at)

Mà P=Ptb2=0,979 at →Ps=0,979 1,142 = 1,19 at

 Nồi 3:

Pht = 0,333 at và áp suất hơi bão hòa của nước nguyên chất Ps=1,104 at

 Nồi 2:

2

thi

 =t hd2  t hd3  2= 113,776 93,519 (2,727+4,882+1) = 11,649 oC

2.2.5 Cân bằng nhiệt lượng

2.2.5.1 Tính nhiệt dung riêng C (J/kg.độ)

Tính nhiệt dung riêng của NaCl:

Tính nhiệt dung riêng của NaCl theo công thức:

Mct.Cht = nNa.CNa + nCl.CCl (I.41.STQTTB T1/152)

Trong đó:

Mct: Khối lượng phân tử NaCl

Cct: Nhiệt dung riêng của NaCl

NNa, nCl: số nguyên tử Na, Cl trong hợp chất NaCl

CNa, CCl: nhiệt dung riêng của các nguyên tố Na, Cl

Theo bảng I.141.STQTTB T1/152 ta có: CNa = CCl= 26000 J/kg.độ

26000 26000

Vì xđ = 8% < 20% nên áp dụng công thức I.43.STQTTB T1/152:

2.2.5.2 Tính nhiệt lượng riêng

Từ nhiệt độ của hơi thứ và hơi đốt của các nồi ở trên ta xác định được nhiệtlượng riêng, nhiệt dung riêng của nước ngưng tụ của hơi đốt, hơi thứ theo bảngI.250.STQTTB T1/312 và nhiệt dung riêng của tại nhiệt độ sôi dung dịch theo bảngI.249.STQTTB T1/310

_ Gọi:

I : nhiệt lượng riêng của hơi đốt (J/kg)

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

Tra bảng I.249 STQTTB,T1/310, bảng I.250 STQTTB,T1/312)

Bảng 2.5 Nhiệt lượng riêng, nhiệt dung riêng của hơi thứ, hơi đốt và nhiệt độ sôi

của dung dịch trong các nồi.

2.2.5.3 Lập phương trình cân bằng nhiệt lượng

D1, D2, D3 là lượng hơi đốt vào nồi 1, 2, 3 (kg/h)

Gđ, Gc là lượng dung dịch đầu và cuối hệ thống (kg/h)

W1, W2, W3 là lượng hơi thứ bốc ra ở nồi 1, 2, 3 (kg/h)

C1, C2, C3 là nhiệt dung riêng của dung dịch trong nồi 1,2,3 (J/kg.độ)

Cđ, Cc là nhiệt dung riêng của dung dịch dịch vào và ra (J/kg.độ)

Cn1, Cn2, Cn3 là nhiệt dung riêng của nước ngưng nồi 1, 2, 3 (J/kg.độ)

I1, I2, I3 là hàm nhiệt của hơi đốt nồi 1, 2, 3, (J/kg)

i1, i2, i3 là hàm nhiệt của hơi thứ nồi 1, 2, 3, (J/kg)

tđ, tc là nhiệt độ đầu và cuối của dung dịch, (oC)

t1, t2, t3 là nhiệt độ sôi của dung dịch nồi 1, 2, 3 ở Ptb (oC)

1, 2, 3

   là nhiệt độ nước ngưng nồi 1, 2, 3, (oC)

Qtt1, Qtt2, Qtt3 là nhiệt tổn thất ra môi trường nồi 1, 2, 3, (J)

 Phương trình cân bằng nhiệt lượng:  Qvào = Q ra

Bảng 2.6 Bảng tổng kết về cân bằng nhiệt lượng của 3 nồi

Nồi 1

đ (W2+W3)).C2.ts2Ra

t t

2 1

t

s s

20,628 27,784 1,397

60 50

397 , 1

60 936 , 128

Tra bảng của nước phụ thuộc nhiệt độ

I.102, STQTTB T1/ Trang 94, I.107, STQTTB T1/ Trang 100

C m

s N C

1 2 3

s N C

2 2 3

50 40

2

87 , 0

50 660 , 102

Tra bảng của nước phụ thuộc nhiệt độ

I.102, STQTTB T1/ Trang 94, I.107, STQTTB T1/ Trang 100

C m

s N C

1 2 3

s N C

2 2 3

2

684 , 0

45 857 , 79

.

M C

Với :

A:hệ số phụ thuộc vào mức độ liên kết của chất lỏng đối với nước

Cp: nhiệt dung riêng đẳng áp của chất lỏng (J/kg.độ)

: khối lượng riêng (kg/m3)

M: khối lượng mol của chất lỏng

Chọn : A = 3,58.10-8

Ta có : M = mi.Mdd+(1-mi).Mnước

i đ

i dd i i

M M

M m

2

x1x

 Mô tả sự truyền nhiệt qua vách ống:

Thiết bị cô đặc có khu vực sôi bố trí bên trong ống, hơi đốt đi bên ngoài ống nênphía ngoài ống có một lớp nước ngưng tụ Màng nước ngưng này có ảnh hưởng đếnquá trình truyền nhiệt Đồng thời sát thành ống phía bên trong có một lớp cặn dungdịch bám vào, lớp cặn này cũng ảnh hưởng đến quá trình truyền nhiệt

Quá trình truyền nhiệt từ hơi đốt đến dung dịch bên ngoài ống gồm 3 giai đoạn:

 Truyền nhiệt từ hơi đốt đến bề mặt ngoài của ống truyền nhiệt với hệ số cấp

nhiệt α 1 và nhiệt tải riêng q1 (w/m2)

Sơ đồ mô tả quá trình truyền nhiệt qua thành ống

( )

i

r A

H t i

 (V.100.STQTTB T2/trang 28) Với r : ẩn nhiệt ngưng, J/kg

H : chiều cao ống truyền nhiệt (chọn H= 4 m)

565 , 0

2

2 2

d n

d n

Trong đó : r1 : nhiệt trở do lớp nước ngưng

r2 : nhiệt trở do lớp cặn của dung dịch bám trên thành ống

δ : bề dày ống truyền nhiệt (δ =2mm)

λ : hệ số dẫn nhiệt của vật liệu làm ống truyền nhiêt

r3 : nhiệt trở qua lớp vật liệu

Chọn vật liệu làm ống truyền nhiệt là CT3 có λ=50W/m.độ (Tra bảng XII.7,STQTTB,T2/313)

Chọn: r1 = 0,232.10-3 (m2.độ/W); r3 = 0,387.10-3(m2.độ/W)



3 3

3 10 0,387.1050

210.232

Hiệu số cấp nhiệt của nước:

Δ t22= tT22 – t22 = 107,487 – 102,127 = 5,36 0C

Áp suất hơi thứ tại nồi 2:

Pht2 = 0,848.98100 =83174,846 N/m2

 α n2 = 0,145.5,362,33.83174,8460,5 = 2090,878 W/m2.độ Tra bảng I.149.STQTTB T1/311, ta có:

Cn = 4197,151J/kg.độ

µn = 0,348.10-3 N.s/m2

Vậy nhiệt tải trung bình là:

Q3=q13+q23

8264 ,739+8219 ,225

2.3.4 Tính hệ số phân bố nhiệt độ hữu ích cho các nồi

Xem hệ số truyền nhiệt trong các nồi là như nhau: F1=F2, khi đó nhiệt độ hữu ích trong các nồi được tính:

Δt hi(i)=

Qi Ki

∑

i=1

n=2 Qi Ki

.∑Δt hi

(VI.20.STQTTB T2/68) Trong đó: Δ thi: nhiệt độ hữu ích trong các nồi

Qi : lượng nhiệt cung cấp

Qi =

D i .r i

3600 W/m2

Di : lượng hơi đốt mỗi nồi

ri : ẩn nhiệt ngưng tụ của hơi

*Nồi 1

∆thi1 =

2815,736 7795,731 .37,125=13, 409

0C

*Nồi 2

∆thi2=

2549,484 7795,731 .37,125=12,141

0C

*Nồi 3

∆thi3 =

2430,511 7795,731 .37,125=11,575

0c

Sai số nhiệt độ hữu ích là:

* Nồi 1: η 1=

13,409−13,301 13,409 100% = 0,804% < 10%

* Nồi 2: η 2=

12,141−11 ,649 12,141 100% = 4,054% < 10%

* Nồi 3: η 3=

12,175−11,575 12,175 100% = 4,929% < 10%

Như vậy các sai số so với giả thiết ban đầu đều nhỏ hơn 10% Như vậy kết quả cuối cùng có thể chấp nhận được.

Vậy thực tế bề mặt truyền nhiệt của thiết bị là:

- Bề mặt truyền nhiệt của nồi 1:

Đường kính trong của ống truyền nhiệt: dt=34 (mm)

3.2.2 Chiều cao buồng bốc

Thể tích không gian hơi được xác định:

 Vkgh: là thể tích không gian hơi (m3)

 W: là lượng hơi thứ bốc lên trong thiết bị (kg/h)

  : là khối lượng riêng của hơi thứ (kg/mh 3)

 Utt: là cường độ bốc hơi thể tích cho phép của khoảng không gian hơi trong mộtđơn vị thời gian (m3/m3 .h)

Theo CT VI.33,STQTTB,T2/Trang 72:

Utt=f.utt(1at) khi P1at

Với utt(1at) : cường độ bốc hơi cho phép ở P =1 at

thường thì utt=1600-1700(m3/m3.h)

Chọn utt = 1600

.4

t

kgh kgh

D

V H

=0,511 (m)

*Nồi 2

Pht2 = 0,848 (at)

tht2 = 94,519 (oC)

⇒ 2 = 0,496 (kg/m3) (Tra bảng I.250, STQTTB, T1/trang 312)

Tra đồ thị, ta được f = 1,2 (VI.3, STQTTB, T2/trang72)

*Nồi 3

⇒ 3 = 0,207 kg/m3 (Tra bảng I.250, STQTTB, T1/trang 312) Tra đồ thị, ta được f = 1,5 (VI.3, STQTTB, T2/trang72)

Vs: là lưu lượng khí, hơi, dung dịch chảy trong ống, m3/s