đồ án thiết kế thiết bị cô đặc nước dứa năng suất 3 tấn/h

Đồ án này đề cập đến các vấn đề liên quan đến các kiến thức cơ bản về quá trình cô đặc dung dịch nước dứa, quy trình công nghệ, tính toán cân bằng vật chất, năng lượng, sự truyền nhiệt cho thiết bị cô đặc, tính chi tiết cho thiết bị chính và những thiết bị phụ cần thiết theo yêu cầu.

ĐỒ ÁN QUÁ TRÌNH & THIẾT BỊ TRONG CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM

ĐỀ TÀI: THIẾT KẾ THIẾT BỊ CÔ ĐẶC CHO DUNG DỊCH NƯỚC DỨA NĂNG SUẤT 3 TẤN/H

Thành phố Hồ Chí Minh 1/11/2016

LỜI MỞ ĐẦU

Mục tiêu của đồ án “Thiết kế thiết bị cô đặc nước dứa năng suất 3 t ấ n /h”

là thiết kế hệ thống cô đặc dứa từ nồng độ chất khô 15% đến 60% với năng suất 3 tấn/

h đạt tiêu chuẩn xuất khẩu

Đồ án này đề cập đến các vấn đề liên quan đến các kiến thức cơ bản về quátrình cô đặc dung dịch nước dứa, quy trình công nghệ, tính toán cân bằng vật chất,năng lượng, sự truyền nhiệt cho thiết bị cô đặc, tính chi tiết cho thiết bị chính vànhững thiết bị phụ cần thiết theo yêu cầu

Trong quá trình thưc hiện đề tài này, em hiểu được: việc thiết kế hệ thống thiết

bị phục vụ cho nhiệm vụ kỹ thuật là một yêu cầu không thể thiếu đối với một kỹ sưcông nghệ thực phẩm Do đó để trở thành một người kỹ sư thực thụ, cần phải nắmvững các kiến thức về môn học Quá trình thiết bị trong Công nghệ Hóa- Thực phẩm.Ngoài ra, việc giải các bài toán công nghệ, hay thực hiện công tác thiết kế máy móc,thiết bị và dây chuyền công nghệ cũng rất cần thiết đối với một kỹ sư trong tương lai

Đây cũng là bước đầu tiên để thực hiện một công việc hết sức mới mẻ nên cóthể có rất nhiều sai sót Nhưng sự xem xét và đánh giá khách quan của thầy sẽ lànguồn động viên và khích lệ đối với em, để những lần thiết kế sau được thực hiện tốtđẹp hơn, hoàn thiện hơn

Xin chân thành cám ơn!

MỤC LỤC

CHƯƠNG I: TỔNG QUAN 1

1 TỔNG QUAN VỀ DỨA 1

1.1 Nguồn gốc 1

1.2 Những đặc tính chủ yếu 1

1.3 Các giống dứa và vùng trồng tại Việt Nam 1

1.4 GIÁ TRỊ DINH DƯỠNG 2

1.5 Lợi ích của dứa 3

1.6 Quy trình sản xuất dứa cô đặc 4

2 TỔNG QUAN VỀ PHƯƠNG PHÁP 5

2.1 Khái niệm cô đặc 5

2.2 Các phương pháp cô đặc 6

2.3 Phân loại và ứng dụng 6

2.3.1 Theo cấu tạo 6

2.3.2 Theo phương pháp thực hiện quá trình 7

2.4 Nguyên tắc cô đặc hai nồi xuôi chiều 7

2.5 Vật liệu và phương pháp 8

3 QUY TRÌNH CỦA HỆ THỐNG 9

CHƯƠNG II: CÂN BẰNG VẬT CHẤT 11

CHƯƠNG III:TÍNH TOÁN THIẾT BỊ CÔ ĐẶC 19

CHƯƠNG IV: TÍNH TOÁN CƠ KHÍ CHI TIẾT THIẾT BỊ 25

CHƯƠNG V: TÍNH TOÁN THIẾT BỊ PHỤ 40

THIẾT KẾ THIẾT BỊ CÔ ĐẶC CHO DUNG DỊCH NƯỚC DỨA

NĂNG SUẤT THIẾT BỊ LÀ 3 TẤN/H CHƯƠNG I: TỔNG QUAN

1 Tổng quan về dứa

1.1 Nguồn gốc

Dứa có tên khoa học là Annas comusmin là loại quả nhiệt đới Chi này cónguồn gốc từ khu vực Nam Mỹ và được đưa tới các đảo khu vực Caribe nhờ những thổdân Anh điêng Carib Năm 1493, Christopher Columbus lần đầu tiên đã nhìn thấy cácloại cây của chi này tại Guadeloupe Các cánh đồng trồng dứa thương phẩm đượcthành lập tại Hawaii, Philippines, Đông Nam Á, Florida và Cuba Dứa đã trở thànhmột trong những loại cây ăn trái phổ biến nhất trên thế giới (Morton& Julia F, 2011 )

Ở nước ta dứa được trồng nhiều ở Vĩnh Phúc, Phú Thọ, Bắc Giang, Bắc Ninh,Tuyên Quang, Thanh Hoá, Nghệ An, Tây Ninh, Kiên Giang

1.2 Những đặc tính chủ yếu

Dứa có các lá gai mọc thành cụm hình hoa thị Các lá dài và có hình dạng giốngmũi mác và có mép lá với răng cưa hay gai Hoa mọc từ phần trung tâm của cụm láhình hoa thị, mỗi hoa có các đài hoa riêng của nó Chúng mọc thành cụm hình đầu rắnchắc trên thân cây ngắn và mập Các đài hoa trở thành mập và chứa nhiều nước vàphát triển thành một dạng phức hợp được biết đến như là quả dứa (quả giả), mọc ởphía trên cụm lá hình hoa thị

1.3 Các giống dứa và vùng trồng tại Việt Nam

 Dứa Victoria (dứa tây, dứa hoa) có các giống:

nhiều gai và cứng, quả nhỏ, thịt quả vàng đậm, thơm, ít nước, giòn

suất cao

 Dứa Cayen: lá chỉ có ít gai ở đầu mút lá, lá dài cong lòng máng, quả to, khi chưachín quả màu xanh đen, khi chín chuyển màu da đồng Quả nhiều nước, thịt vàngngà, mắt dứa to và nông, vỏ mỏng, thích hợp với đóng hộp

vườn cây lâm nghiệp Dứa Cayen trồng phổ biến ở Tam Điệp, Ninh Bình

cây chịu bóng tốt, có thể trồng ở dưới tán cây khác Quả to nhưng vị ít ngọt

 Dứa mật (Ananas comosus sousvar - Singapor spanish) có quả to, thơm, ngon,

các đồi vùng Trung du Quả bé nhưng thơm, ngọt

 Dứa không gai (Ananas comosus cayenne) được trồng ở Nghệ An, QuảngTrị, Lạng Sơn Cây không ưa bóng Quả to hơn các giống trên

1.4 Giá trị dinh dưỡng

Trong 100g phần ăn được của dứa cung cấp:

1.5 Lợi ích của dứa

oxi hóa tan trong nước của cơ thể, giúp cơ thể chống lại các gốc tự do Điều nàykhiến cho dứa trở nên vô cùng hữu dụng trong việc chống lại những bệnh lý nhưbệnh tim, xơ vữa động mạch và đau khớp

trọng) cần thiết cho cơ thể, có vai trò quan trọng trong việc phát triển xương và các

mô liên kết Do đó, dứa là một lựa chọn hoàn hảo cho những người lớn tuổi cóxương đang ngày trở nên giòn hơn

 Thúc đẩy quá trình tiêu hóa: Giống như nhiều loại rau và quả khác, dứa chứa nhiềuchất xơ giúp tiêu hóa Thêm vào đó, dứa còn chứa một lượng đáng kể bromelain,một loại enzym phân hủy protein, từ đó đẩy nhanh quá trình tiêu hóa

thể giúp làm giảm nguy cơ đau khớp và sưng tấy Viêm quá mức có thể dẫn tới mộtloạt các bệnh nguy hiểm, bao gồm cả ung thư, và theo một số nhà dinh dưỡng họcthì bromelain có thể giúp phòng ngừa bệnh Tuy nhiên, chưa có nghiên cứu cụ thể

về việc liệu bromelain trong dứa có kết quả tương tự hay không

trở thành món ăn cực tốt cho người có nguy cơ bị đông máu (Morton& Julia F,

2011 )

1.6 Quy trình sản xuất dứa cô đặc

3Dứa

Xử lý Rửa

Vỏ, mắt dứa

Nước

Ép Lọc thô Gia nhiệt

Bảo quản Thanh trùng

Nước dứa

cô đặc

Chai

Nắp

2 Tổng quan về phương pháp

2.1 Khái niệm cô đặc

Cô đặc là quá trình làm bay hơi một phần dung môi của dung dịch chứa chất tankhông bay hơi, ở nhiệt độ sôi và áp suất tương ứng Trong công nghệ hoá học và thựcphẩm cô đặc được sử dụng rất phổ biến với mục đích:

 Tách chất rắn hoà tan ở dạng tinh thể (kết tinh)

Đặc điểm của quá trình cô đặc là dung môi được tách ra khỏi dung dịch ở dạnghơi còn dung chất hòa tan trong dung dịch không bay hơi Do đó nồng độ của dungchất sẽ tăng dần lên, khác với quá trình chưng cất, cấu tử trong hỗn hợp này cùng bayhơi, chỉ khác nhau về nồng độ, ở mỗi nhiệt độ Hơi của dung môi tách ra trong quátrình cô đặc gọi là hơi thứ, hơi thứ ở nhiệt độ cao có thể đun nóng một thiết bị khác

Cô đặc được tiến hành ở nhiệt độ sôi, ở mọi áp suất như: áp suất chân không, ápsuất thường (áp suất khí quyển hay áp suất dư), trong hệ thống thiết bị cô đặc một nồi,hay trong hệ thống thiết bị cô đặc nhiều nồi Quá trình cô đặc có thể gián đoạn hay liêntục

Khi cô đặc gián đoạn: dung dịch cho vào thiết bị một lần rồi cô đặc đến nồng độyêu cầu, hoặc cho vào liên tục trong quá trình bốc hơi để giữ mức dung dịch không đổiđến khi nồng độ dung dịch trong thiết bị đã đạt yêu cầu sẽ lấy ra một lần, sau đó lạicho dung dịch mới để cô đặc

Khi cô đặc liên tục trong hệ thống một nồi hoặc nhiều nồi, dung dịch và hơi đốtcho vào liên tục, sản phẩm cũng được lấy ra liên tục Quá trình cô đặc có thể thực hiện

ở áp suất khác nhau tùy theo yêu cầu kỹ thuật Khi làm việc ở áp suất thường thì có thểdùng thiết bị hở; còn làm việc ở áp suất khác thì dùng thiết bị kín cô đặc trong chânkhông vì có ưu điểm là: khi áp suất giảm thì nhiệt độ sôi của dung dịch cũng giảm, do

đó hiệu số nhiệt độ giữa hơi đốt và dung dịch tăng, nghĩa là có thể giảm được bề mặttruyền nhiệt

Cô đặc bao gồm hệ thống cô đặc một nồi và nhiều nồi Với cô đặc một nồithường được ứng dụng khi năng suất nhỏ và nhiệt năng không có giá trị kinh tế Còn

cô đặc nhiều nồi là quá trình sử dụng hơi thứ thay hơi đốt, do đó có ý nghĩa kinh tế cao

về sử dụng nhiệt (Nguyễn Tấn Dũng, 2015)

2.2 Các phương pháp cô đặc

 Phương pháp nhiệt (đun nóng): Dung môi chuyển từ trạng thái lỏng sang trạng tháihơi dưới tác dụng của nhiệt khi áp suất riêng phần bằng áp suất tác dụng lên mặtthoáng chất lỏng

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

ra dạng tinh thể đơn chất tinh khiết, thường là kết tinh dung môi để tăng nồng độchất tan Tùy tính chất cấu tử và áp suất bên ngoài tác dụng lên mặt thoáng mà quátrình kết tinh đó xảy ra ở nhiệt độ cao hay thấp và đôi khi phải dùng đến máy lạnh

2.3 Phân loại và ứng dụng

2.3.1 Theo cấu tạo

Có nhiều cách phân loại khác nhau nhưng tổng quát lại cách phân loại theo đặc điểmcấu tạo sau đây là dễ dàng và tiêu biểu nhất

Thiết bị cô đặc được chia làm sáu loại thuộc ba nhóm chủ yếu sau đây:

Nhóm 1: Dung dịch được đối lưu tự nhiên (hay tuần hoàn tự nhiên) đối với nhóm này

thường có hai loại như sau:

Loại 1: Có buồng đốt trong (đồng trục với buồng bốc hơi); Có thể có ống tuần hoàntrong hay ống tuần hoàn ngoài

Loại 2: Có buồng đốt ngoài (không đồng trục với buồng bốc hơi)

Nhóm 2: Dung dịch đối lưu cưỡng bức (tuần hoàn cưỡng bức) đối với nhóm này

thường có hai loại như sau:

Loại 3: Có buồng đốt trong, có ống tuần hoàn ngoài

Loại 4: có buồng đốt ngoài, có ống tuần hoàn ngoài

Nhóm 3: Dung dịch chảy thành màng mỏng, loại này thường cũng có hai loại:

Loại 5: Màng dung dịch chảy ngược lên, có thể có buồng đốt trong hay buồng đốtngoài

Loại 6: Màng dung dịch chảy xuôi, có thể có buồng đốt trong hay buồng đốt ngoài

Phạm vi ứng dụng

a) Nhóm 1:

TBCĐ nhóm 1 chủ yếu dùng để cô đặc dung dịch khá loãng có độ nhớt thấp, đảm bảo

sự tuần hoàn tự nhiên của dung dịch dễ dàng qua bề mặt truyền nhiệt Tỷ số giữa chiềudài của ống truyền nhiệt với đường kính của nó: H/d dưới 50 Đặc điểm loại ống ngắnH/d <30

b) Nhóm 2:

TBCĐ nhóm 2 có dùng bơm để đối lưu cưỡng bức dung dịch, tốc độ chuyển động củadung dịch từ (1.5÷3.5) m/s tại khu vực bề mặt truyền nhiệt Ưu điểm chính của nhómnày là tăng cường hệ thống truyền nhiệt K; dùng được cho các dung dịch khá đặc sệt,

có độ nhớt khá cao, giảm được sự bám cặn hay kết tinh từng phần bề mặt truyền nhiệt

Có loại dùng cánh khuấy đặt ở trung tâm buồng đốt để tuần hoàn dung dịch

c) Nhóm 3:

TBCĐ nhóm này chỉ cho phép dung dịch chảy màng (màng mỏng hay màng hơimỏng) qua bề mặt truyền nhiệt một lần (xuôi hay ngược) để tránh sự tác dụng nhiệt độlâu làm biến chất một số thành phần của dung dịch (chẳng hạn như dung dịch sinh tố,nước quả ép, dung dịch lên men, sữa, ).(Nguyễn Tấn Dũng, 2015)

2.3.2 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 hơi Có thể cô chân không, cô áplực 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 kết hợp điều khiển

tự động.( Phạm Văn Bôn&Nguyễn Đình Thọ,2006)

2.4 Nguyên tắc cô đặc hai nồi xuôi chiều

Nồi thứ nhất dung dịch được đun bằng hơi đốt; hơi thứ nhất của nồi này vàođun nồi thứ hai Hơi thứ của nồi thứ hai được đưa vào thiết bị ngưng tụ Dung dịch đivào lần lượt từ nồi nọ sang nồi kia, qua mỗi nồi dung môi được bốc hơi một phần,nồng độ của dung dịch tăng dần lên

Điều kiện cần thiết để truyền nhiệt trong các nồi là phải có chênh lệch nhiệt độgiữa hơi đốt và dung dịch sôi, hay nói cách khác là phải có chênh lệch áp suất giữa hơiđốt và hơi thứ trong các nồi Nghĩa là, áp suất làm việc trong các nồi phải giảm dần vìhơi thứ của nồi trước làm hơi đốt của nồi sau

Cô đặc hai nồi có hiệu quả kinh tế cao về sử dụng hơi đốt so với một nồi Vìnếu ta giả thiết rằng cứ một kg hơi đưa vào đốt nóng thì làm bay hơi được một kg hơithứ Như vậy cứ một kg hơi đốt đi vào nồi đầu sẽ làm bốc hơi được số kg hơi thứtương ứng với số nồi trong hệ thống cô đặc Hay nói cách khác là lượng hơi đốt làmbốc hơi một kg hơi thứ tỷ lệ nghịch với số nồi Ví dụ, khi cô đặc hai nồi: một kg hơi

đốt vào nồi đầu sẽ làm bốc hơi một kg hơi đốt của nồi đầu: một kg hơi thứ này sẽ đưasang nồi thứ hai cũng làm bay hơi được 1 kg hơi thứ nữa Như vậy, đối với hệ thống

cô đặc hai nồi, ta được 2 kg hơi thứ Vậy lượng hơi đốt tính cho một kg hơi thứ là 0.5kg.( Phạm Văn Bôn& Nguyễn Đình Thọ, 2006)

2.5 Vật liệu và phương pháp

Dứa là nguyên liệu có độ nhớt cao, có nhiều váng cặn, ta chọn thiết bị cô đặc cóống tuần hoàn trung tâm, 2 nồi, làm việc liên tục Thiết bị cô đặc dạng này có cấu tạođơn giản, dễ sửa chửa, làm sạch Đồng thời, có thể tận dụng triệt để nguồn hơi Quátrình cô đặc được tiến hành ở áp suất chân không nhằm làm giảm nhiệt độ sôi củadung dịch, giảm được chi phí năng lượng, hạn chế những biến đổi của chất tan Nhưngtốc độ tuần hoàn còn bé, nên hệ số truyền nhiệt thấp

II ta tiến hành hút chân không tạo áp suất thấp hơn môi trường để tiến hành quá trình

cô đặc, dung dịch tiếp tục được cung cấp nhiệt lượng cần thiết cho quá trình bay hơitiếp diễn cho đến khi nồng độ dung dịch đường đáp ứng yêu cầu Sau khi sản phẩm đạtnồng độ ta dùng bơm bơm dung dịch ra ngoài bể chứa sản phẩm Hơi thứ và khí

không ngưng ở nồi II sẽ được hút vào thiết bị ngưng tụ Baromet, một phần ngưng tụthành lỏng chảy ra ngoài bồn chứa, phần không ngưng qua bộ phận tách bọt để táchcác hạt lỏng ra khỏi khí và đi ra ngoài môi trường.

Nguyên lý làm việc của nồi cô đặc trong hệ thống: Phần dưới của thiết bị làbuồng đốt gồm nhiều ống truyền nhiệt và một ống tuần hoàn trung tâm Dung dịch đitrong ống, hơi đốt sẽ đi vào khoảng không gian phía ngoài ống Nguyên tắc hoạt độngcủa ống tuần hoàn trung tâm là: do ống tuần hoàn trung tâm có đường kính lớn hơn rấtnhiều so với các ống truyền nhiệt do đó tỉ lệ diện tích bề mặt truyền nhiệt trên một đơn

vị thể tích dung dịch trong đó sôi ít hơn ( có nhiệt độ thấp hơn) so với dung dịch trongống truyền nhiệt Khi đó dung dịch sẽ có khối lượng riêng lớn hơn và tạo áp lực đẩydung dịch từ trong ống tuần hoàn sang ống truyền nhiệt, kết quả là tạo một dòngchuyển động tuần hoàn của dung dịch trong thiết bị Để ống tuần hoàn trung tâm hoạtđộng hiệu quả dung dịch chỉ nên cho vào khoảng 0,4 – 0,7 chiều cao ống truyền nhiệt.Phần phía trên thiết bị là buồng bốc để tách hơi ra khỏi dung dịch, trong buồng bốccòn có bộ phận tách giọt để tách những giọt lỏng ra khỏi hơi thứ

Hơi đốt theo ống dẫn đưa vào buồng đốt ở áp suất 4 at Hơi thứ ngưng tụ theoống dẫn nước ngưng qua bẫy hơi chảy ra ngoài và phần khí không ngưng được xả rangoài theo cửa xả khí không ngưng (Phạm Văn Bôn, Nguyễn Đình Thọ, 2006)

CHƯƠNG II: CÂN BẰNG VẬT CHẤT

1 Tính toán năng suất nhập liệu và tháo liệu

 Năng suất nhập liệu: GD = 3000 kg/h

Giả thiết phân bố hơi thứ trong các nồi

Chọn tỷ số giữa hơi thứ bốc lên từ nồi 1 và 2 là : = 1,2

2 Cân bằng nhiệt lượng

2.1 Xác định áp suất và nhiệt độ mỗi nồi

Hiệu số áp suất của cả hệ thống cô đặc

Chọn áp suất trong thiết bị ngưng tụ Baromet :0,2 at

Ta có nhiệt độ tại thiết bị ngưng tụ: Tng = 59,7 oC

Chọn áp suất hơi đốt cho nồi 1 là 4 at

Tổng chênh lệch áp suất giữa hơi đốt của nồi 1 và áp suất trong thiết bị ngưng tụbaromet là:

Chênh lệch áp suất làm việc trong các nồi:

p1=f1 ´∆pi = 1,13×1,9=2,147 (at)

p2=f2 ´∆pi = 1,9×0,98= 1,862 (at)

Ở nồi 2: p2: 0,2 (at)

Ở nồi 1: p1=0,2+1,862=2,062 (at)

Áp suất hơi đốt nồi 1: 2,062+2,147=4

Theo bảng hơi nước ta xác định nhiệt độ hơi thứ bão hòa và ẩn nhiệt tạo thànhhơi thứ của từng nồi:

2.2 Nhiệt độ và áp suất hơi thứ

Áp suất(at)

Nhiệt độ(oC)

Áp suất(at)

Nhiệt độ(oC)

Ápsuất(at)

Nhiệt độ(oC)

0': tổn thất nhiệt độ do tsdd>tsdm ở áp suất thường

f: hệ số hiệu chỉnh vì thiết bị cô đặc làm việc ở áp suất khác với áp suất thường

ri: ẩn nhiệt hóa hơi của hơi ở nhiệt độ t’i, J/kg

t'i: nhiệt độ hơi thứ của nồi thứ i, oC

Từ hình VI.2/60 sách sổ tay quá trình và thiết bị công nghệ hóa chất tập 2

Nồi 1: với nồng độ cuối là 25,38%=> 0' = 0,88

Nồi 2: với nồng độ cuối là 60%=> 0'= 2,6

Trong các thiết bị cô đặc liên tục (tuần hoàn tự nhiên hay cưỡng bức) thì nồng độdung dịch sôi gần với nồng độ cuối (xC) do đó ' lấy theo nồng độ cuối dung dịchTổn thất nhiệt độ do nồng độ '

2(120,54 273)

2.3.2 Tổn thất nhiệt do áp suất thủy tĩnh ("))

Theo bảng I.86 sách sổ tay tập 1/59 xác định khối lượng riêng cua dung dịchđường tại 20oC

Trong đó ρs: khối lượng riêng của dung dịch khi sôi (kg/m3), ρs = 0.5 ρdd

ρdd: khối lượng riêng của dung dịch (kg/m3)

Hop: Chiều cao thích hợp tính theo kính quan sát mực chất lỏng (m)

Chấp nhận tổn thất nhiệt độ trên các đoạn ống dẫn dây thứ từ nồi này sang nồi kia

và từ nồi cuối đến thiết bị ngưng tụ là 1oC Do đó:

2.4 Chênh lệch nhiệt độ hữu ích ở các nồi

Tổng chênh lệch nhiệt độ của cả hệ thống:

2.6 Tính các hệ số truyền nhiệt của các nồi

Theo nhiệt độ sôi và nồng độ trong các nồi đã tính được, ta xác định các thông sốvật lý và hóa lý của dung dịch (khối lượng riêng, hệ số dẫn nhiệt, độ nhớt, nhiệt dungriêng)

Chọn đường kính ống và chiều dài

Tính hệ số truyền nhiệt của các buồng đốt (một bên hơi nước ngưng tụ, một bêndung dịch sôi) có chú ý lớp cặn bám ở ống chừng 0,5 mm

2.7 Tính nhiệt dung riêng của dung dịch ở các nồi

C= 4190 – (2541 – 7,542.t).x (J/Kg.độ)

Trong đó t: nhiệt độ của dung dịch

x: nồng độ khối lượng của dung dịch, phần khối lượng

Ban đầu: Nhiệt dung của dung dịch ban đầu (td=114,806, x=15%)

Gọi D1, D2: lượng hơi đốt đi vào nồi 1 và nồi 2 (kg/h)

Gđ, Gc lượng dung dịch đầu, cuối (kg/h)

W, W1, W2: lượng hơi thứ bốc lên ở cả hệ thống và từng nồi (kg/h)

I1, I2: hàm nhiệt của hơi đốt ở nồi 1 và nồi 2

i1, i2: hàm nhiệt của hơi thứ ở nồi 1 và nồi 2

Cd, Cc: nhiệt dung riêng của dung dịch đầu và cuối (J/kg.độ)

tđ, tc: nhiệt độ đầu và cuối của dung dịch oC

θ1,θ2: nhiệt độ nước ngưng ở nồi 1 và nồi 2 oC

Qtt1, Qtt2: nhiệt tổn thất ra môi trường xung quanh từ nồi 1 và nồi 2 (W)

Nhiệt lượng vào gồm có:

Nồi 1: Nhiệt do hơi đốt mang vào : D1I1

Nhiệt do dung dịch đầu mang vào: (Gđ-W2).C2.ts2

Nồi 2: Nhiệt do lượng hơi đốt mang vào (hơi thứ nồi 1): W1i1=D2I2

Nhiệt do dung dịch sau nồi 1 mang vào: GđCđtđ

Nhiệt mang ra gồm:

Nồi 1: Hơi thứ mang ra: W1i1

Do dung dịch mang ra: (Gd – W) C1.ts1

Do hơi nước ngưng tụ: D1Cng1θ1

Do tổn thất chung: Qtt1=0,05D(I1 – Cng1θ1)

Nồi 2: Hơi thứ mang ra: W2i2

Do dung dịch mang ra: (Gd-W2)C2ts2

Do hơi nước ngưng tụ: D2Cng2θ2

Do tổn thất chung: Qtt2=0,05D2(I2-Cng2θ2)

Phương trình cân bằng nhiệt lượng:

Nồi 1: D1I1 + (Gđ-W2)C2ts2=W1i1 + (Gđ-W)C1ts1+D1Cng1θ1+0,05D1(I1-Cng1θ1) (1)

Trong đó: D: lượng hơi đốt dùng cô đặc (kg/h)

W: lượng hơi thứ thoát ra kh

i cô đặc (kg/h)

CHƯƠNG III: TÍNH TOÁN THIẾT BỊ CÔ ĐẶC

3.1 Tính buồng bốc:

Do lượng hơi thứ bốc lên ở hai nồi xấp xỉ bằng nhau, nhiệt độ nồi II nhỏ hơn nênkhối lượng riêng của hơi nồi II sẽ nhỏ hơn nồi I → thể thích hơi thoát ra ở nồi II sẽ lớnhơn nồi I, nên ta chỉ tính nồi II từ đó cũng chính là kích thước nồi I.

Vận tốc hơi (Wh ) của hơi thứ trong buống bốc phải thông qua 70-80% vận tốclắng

W0 = √4∗g(P l−P h) d

3∗ξ∗P h = √49.18 (974.56−0.24 57) 0.0003

3∗9.91∗0.2457 = 1.25 (m/s)

Wh = 0.422 (m/s), W0 = 1.25 (m/s) →thỏa điều kiện

Chiều cao buồng lắng:

Ut’’ (1600 - 1700 m3 / m3h ) chọn Ut’’=1600 (m3 / m3 h) : cường độ bốc hơi thểtích

Áp suất của hơi thứ có ảnh đến cường độ bốc hơi thể tích Ut:

Ut= f * Ut’( 0.4 at)

Dựa vào đồ thị VI 3 [2]/72 ở P = 0.4 at → f = 0.85

Ut = f * Ut’= 0.85 * 1600=1360 (m3/ m3 h)

Thể tích không gian hơi: Vb= ph Ut Wz = 0.2457∗1360571.4 = 1.75 m3

Chiều cao buồng bốc Hb = 4 Vb

І = H = 1.5 m chiều dài ống truyền nhiệt

D: đường kính ống truyền nhiệt

Chọn loại ống có đường kính 38 * 2mm → d = 38 - (2*2) = 34 mm

Vậy số ống truyền nhiệt n = π∗d∗l Fz =3.14∗0.034∗1.520 = 124.89 ống

Dựa vào bảng V 11.2 /48b (sắp xếp ống theo hình sáu cạnh kiểu bàn cờ) chọn sốống = 127 ống

4.3.2 Đường kính ống tuần hoàn trung tâm:

Dth=√4 Fth π

Trong trường hợp đối lưu tự nhiên ta chọn Fth = 0.3 FD

Với FD =là diện tích tiết diện ngang của tất cả ống truyền nhiệt

Trong đó Dbđ đường kính trong buồng đốt

Dn là đường kính ngoài buồng đốt

(0.4160.038−2.6)0.0382

2

=

Dbđ

0.038=21.61→ Dbđ = 21.61 *0.038 = 0.82 m

(dựa vào bảng XIII 6 2/359 )

4.3.4 Kiểm tra bề mặt truyền nhiệt:

Kiểm tra đường kính ống tuần hoàn:

a là số ống sáu cạnh của hình sáu cạnh ngoài cùng

Dựa vào công thức V 139 [2] /48 ta tính được:

ρ= 1027.7 (kg/m3) I 1.86 [I] /58

Vậy thay vào tính D = √π∗0.5∗1027.74∗0.417 = 0.032 (m)

4.3.5.2 Ống tháo liệu nồi I (ống nhập liệu nồi II)

Xc = 12.05 % ta có: Gc* Xc = Gđ * Xđ →G c=(G đ X∗X đ)

c

=7∗150012.05 = 871.37 (kg/h)

4.3.5.7 Ống dẫn nước ngưng nồi I:

Lượng nước ngưng ở nồi I cũng chính là lượng hơi đốt ở nồi I

G = D = 665.65 (kg/h) = 0.185 (kg/s)

Chọn W = 1 m/s

Ở 132.9 0 C ≫ ρ= 932.65 (kg/m3) tra bảng I 5 [I] / 11

D = √π∗1∗932.654∗0.185 = 0.016 (m)

4.3.5.8 Ống dẫn nước ngưng nồi II:

Lượng nước ngưng ở nồi I cũng chính là lượng hơi thứ ở nồi II

Ống tháo liệu nồi II 0.083 1153.31 1 9.2 10-5 0.057

Ứng suất cho phép theo giới hạn chảy:

[δc]=

δk c

n k η =

720.1061,5 ∗1 =146,67.106 (N/m2)

Do đó ta có thể bỏ qua đại lượng P ở mẫu số

Trong đó: Ca là hệ số bổ sung do ăn mòn hoa học của mội trường (mm) Ca=1

Cb là hệ số bổ sung do bào mòn cơ học của môi trường Cb=0

Cc là hệ số bổ sung do sai lệch khi chế tạo, lắp ráp Cc=0 (xem vật liệu nền cơhọc)

Co hệ số bổ sung để quy tròn kích thước (mm).

C=Ca+Cb+Cc+Co=1+0+0+2,156=3,156 (mm)

S=S’ + C=0,844+3,156 =4 (mm)

6 Kiểm tra bề dày buồng đốt:

Dựa vào công thức (5-10 [6]/97):

⇒ thỏa điều kiện

Do trong buồng đốt nồi II có P hơi thứ nhỏ hơn nồi I nên điều kiện tính cho nồi I

sẽ thỏa ở nồi II  S2=S1=4 (mm)

6.1 Tính cho buồng bốc:

6.1.1 Tính bề dày thân:

Nồi I: chọn bề dày thân buồng bốc S=4(mm)

Áp suất tối đa cho phép trong buồng bốc:

Áp suất tuyệt đối trong buồng bốc p= 0,4at  Pck=1-0,4= 0,6 (at)

Et :Môdun đàn hồi của thân vật liệu ở nhiệt độ làm việc của nó

Bề dày thực của thân S=S’+C=6,6 + 1,4=8 (mm)

6.1.2 Kiểm tra bề dày:

Dựa vào công thức (5-15 [6]/99) và (5-16 [6]/99)