Đồ án quá trình thiết bị Thiết kế thiết bị cô đặc nước ép xòa hai nồi liên tục xuôi chiều, năng suất nhập liệu 2500 kgh

Ứng dụng của sự cô đặc Trong sản xuất thực phẩm, ta cần cô đặc các dung dịch đường, mì chính, nước tráicây.... Đánh giá khả năng phát triển của sự cô đặcHiện nay phần lớn các nhà máy sản

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP THỰC PHẨM TP HCM

KHOA CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM

ĐỒ ÁN QUÁ TRÌNH VÀ THIẾT BỊ

THIẾT KẾ THIẾT BỊ CÔ ĐẶC NƯỚC ÉP XOÀI HAI NỒI

LIÊN TỤC XUÔI CHIỀU, NĂNG SUẤT NHẬP LIỆU 2500 KG/H.

Tp Hồ Chí Minh, tháng 12 năm 2018

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP THỰC PHẨM TP HCM

KHOA CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM

ĐỒ ÁN QUÁ TRÌNH VÀ THIẾT BỊ

THIẾT KẾ THIẾT BỊ CÔ ĐẶC NƯỚC ÉP XOÀI HAI NỒI

LIÊN TỤC XUÔI CHIỀU, NĂNG SUẤT NHẬP LIỆU 2500 KG/H.

Giáo viên hướng dẫn: PHAN THẾ

DUY

Sinh viên thực hiện:

Võ Thụy Quỳnh Trân 2005150262

Võ Ngọc Thanh Trang 2005150243

Tp Hồ Chí Minh, tháng 12 năm 2018

MỤC LỤC

DANH MỤC BẢNG BIỂU 3

LỜI NÓI ĐẦU 4

PHẦN I: TỔNG QUAN VỀ NGUYÊN LIỆU VÀ QUÁ TRÌNH CÔ ĐẶC 5

I NHIỆM VỤ CỦA ĐỒ ÁN 5

II GIỚI THIỆU VỀ XOÀI 5

1 Đặc điểm chung về cây xoài 5

2 Thành phần hóa học có trong quả xoài 5

3 Giá trị sử dụng của xoài trong cuộc sống 6

III KHÁI QUÁT VỀ CÔ ĐẶC 6

1 Định nghĩa 6

2 Các phương pháp cô đặc 7

3 Bản chất của sự cô đặc do nhiệt 7

4 Ứng dụng của sự cô đặc 7

5 Đánh giá khả năng phát triển của sự cô đặc 8

IV LỰA CHỌN THIẾT BỊ CÔ ĐẶC DUNG DỊCH NƯỚC XOÀI ÉP 8

PHẦN II THUYẾT MINH QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ 9

PHẦN III TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ THIẾT BỊ CHÍNH 11

I CÂN BẰNG VẬT CHẤT VÀ NĂNG LƯỢNG 11

1 Dữ kiện ban đầu 11

2 Cân bằng vật chất 11

3 Cân bằng năng lượng 12

4 Cân bằng nhiệt lượng 17

II TÍNH TOÁN THIẾT BỊ CHÍNH 20

A TÍNH TOÁN TRUYỀN NHIỆT CHO THIẾT BỊ CÔ ĐẶC 20

1 Tính nhiệt lượng do hơi đốt cung cấp 20

2 Tính hệ số truyền nhiệt K của mỗi nồi : 20

3 Diện tích bề mặt truyền nhiệt 28

4 Tóm tắc tiến trình tính lập để tính nhiệt tải riêng 29

B TÍNH THIẾT BỊ CÔ ĐẶC 30

1 Tính buồng bốc 30

2 Tính buồng đốt 32

3 Tính kích thước các ống dẫn 33

C TÍNH CƠ KHÍ CHO CÁC CHI TIẾT THIẾT BỊ 36

1 Tính cho buồng đốt 36

2 Tính cho buồng bốc 38

3 Tính nắp: 40

4 Tính đáy: 42

5 Tính bích: 44

6 Bộ phận nối buồng đốt với buồng bốc: 44

7 Tính vỉ ống: 44

8 Tính tai treo: 45

9 Tổng kết thiết bị chính 49

i TÍNH TOÁN THIẾT BỊ PHỤ 50

1 Thiết bị ngưng tụ Baromet 50

2 Tính thiết bị gia nhiệt nhập liệu: 54

3 Tính bồn cao vị: 58

4 Tính Bơm 60

5 Tính bơm tháo liệu ( ở nồi 2): 63

6 Bề dày lớp cách nhiệt : 65

KẾT LUẬN VÀ NHẬN XÉT: 66

TÀI LIỆU THAM KHẢO 68

DANH MỤC BẢNG BIỂ

Bảng1 Thành phần hóa học có trong quả xoài 6

Bảng 2 Bảng tổng kết áp suất, nhiệt độ của hơi đốt, hơi thứ ở mỗi nồi 15

Bảng 3 Giá trị A phụ thuộc vào nhiệt độ t m 22

Bảng 4 Giá trị A phụ thuộc vào nhiệt độ t m 26

Bảng 5 Đường kính ống dẫn 36

LỜI NÓI ĐẦU

Trong kế hoạch đào tạo đối với sinh viên năm thứ tư, môn học Đồ án Quá trình vàThiết bị là cơ hội tốt cho việc hệ thống kiến thức về các quá trình và thiết bị của côngnghệ hoá học Bên cạnh đó, môn này còn là dịp để sinh viên tiếp cận thực tế thông quaviệc tính toán, thiết kế và lựa chọn các chi tiết của một thiết bị với các số liệu cụ thể,thông dụng

Ngành công nghiệp nước ép quả đang dần phát triển mạnh mẽ Theo nghiên cứumới nhất của Công ty Nghiên cứu Thị trường W&S, người tiêu dùng lựa chọn nước épthay cho nước ngọt có gas Chính vì thế các cơ sở sản xuất nước ép lớn nhỏ trong nướcđược xây dựng để đáp ứng nhu cầu của người tiêu dùng

Bên cạnh đó, về phía nông nghiệp cây xoài đang được chú trọng tăng sản lượng đểcung cấp cho thị trường trong và ngoài nước Việt Nam đứng thứ 13 về sản xuất xoài trênthế giới

Trong tương lai, ngành công nghiệp sản xuất nước ép quả sẽ còn có thể phát triểnhơn nữa nếu có sự quan tâm đầu tư tốt cho cây xoài cùng với nâng cao khả năng chế biến

và tiêu thụ sản phẩm Vì tính quan trọng vấn đề được đặt ra là hiệu quả sản xuất nhằmđảo bảo thu hồi đường với hiệu suất cao Vì những lý do trên việc cải tiến sản xuất nângcao, mở rộng nhà máy đổi mới dây chuyền thiết bị công nghệ, tăng hiệu suất của các quátrình là hết sức cần thiết và cấp bách, đòi hỏi phải chuẩn bị ngay từ bây giờ

Vì Đồ án Quá trình và Thiết bị là đề tài lớn đầu tiên mà một sinh viên đảm nhận nênthiếu sót và hạn chế trong quá trình thực hiện là không tránh khỏi Do đó, chúng em rấtmong nhận được thêm góp ý, chỉ dẫn từ thầy và bạn bè để củng cố và mở rộng kiến thứcchuyên môn Chúng em chân thành cảm ơn

PHẦN I: TỔNG QUAN VỀ NGUYÊN LIỆU VÀ QUÁ TRÌNH CÔ ĐẶC

I NHIỆM VỤ CỦA ĐỒ ÁN

- Thiết kế thiết bị cô đặc nước xoài ép hai nồi liên tục xuôi chiều.

 Năng suất nhập liệu: 2500 kg/h

 Nồng độ đầu: 8% khối lượng

 Nồng độ cuối: 25% khối lượng

 Nhiệt độ đầu vào nguyên liệu: 25oC

 Nhiệt độ của hơi thứ nồi cuối: 75oC

 Nhiệt độ của hơi nước bão hòa: 130oC

II GIỚI THIỆU VỀ XOÀI

1 Đặc điểm chung về cây xoài

- Xoài – Mangifera indica L.

- Thuộc họ Đào lộn hột – Anacardiaceae.

- Xoài là cây ăn quả nhiệt đới, nguồn gốc ở miền Đông Ấn Độ và các vùng giáp

ranh như Miến Điện, Việt Nam, Malaysia

2 Thành phần hóa học có trong quả xoài

- Quả xoài có giá trị dinh dưỡng cao, thịt quả có hàm lượng vitamin B, C chiếm từ 2-3%, đường chiếm 20% (là loại đường đơn được hấp thu hoàn toàn), Acid citric,Carotene (tiền sinh tố A) 15%

- Qủa chứa nhiều carotene và vitamin B1, B2 và C Hạch quả chứa nhiều tinh bột,dầu và tanin Lá chứa nhiều tanin và một số hợp chất flavonoid là mangiferin Vỏ thânchưa 3% tanin và mangiferin

Bảng1 Thành phần hóa học có trong quả xoài

3 Giá trị sử dụng của xoài trong cuộc sống

Trong 100g phần ăn được của xoàn chín có chứa các chất dinh dưỡng (FAO,1976):nước 86,5g ; glucid 12,9g ; protein 0,6g ; lipid 0,3g ; tro 0,5g ; các chất khoáng: Ca10mg, P 15mg, Fe 0,3mg ; các vitamin: A 1880 microgam, B1 0,06 mg, C 36 mg; cungcấp 62 calo 78% nhu cầu vitamin A mỗi ngày, rất tốt cho sự phát triển của trẻ em, làn da

và thị lực; 46% nhu cauaf vitamin C Quả xoài xanh thái mỏng, phơi khô hoặc sấy khô lànguồn vitamin C thiên nhiên dồi dào

III KHÁI QUÁT VỀ CÔ ĐẶC

Mục đích: tăng nồng độ dung dịch, kết tinh

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 của nó bằng áp suất tác dụng lên mặtthoáng chất lỏng

Phương pháp lạnh: khi hạ thấp nhiệt độ đến một mức nào đó, một cấu tử sẽ tách radưới dạng tinh thể của 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 quá trìnhkết tinh đó xảy ra ở nhiệt độ cao hay thấp và đôi khi ta phải dùng máy lạnh

3 Bản chất của sự cô đặc do nhiệt

Để tạo thành hơi (trạng thái tự do), tốc độ chuyển động vì nhiệt của các phân tửchất 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 cấp nhiệt

để các phân tử đủ năng lượng thực hiện quá trình này

Bên cạnh đó, sự bay hơi xảy ra 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 Tách không khí và lắng keo(protit) sẽ ngăn chặn sự tạo bọt khi cô đặc

4 Ứng dụng của sự cô đặc

Trong sản xuất thực phẩm, ta cần cô đặc các dung dịch đường, mì chính, nước tráicây Trong sản xuất hóa chất, ta cần cô đặc các dung dịch NaOH, NaCl, CaCl2, các muối

vô cơ Hiện nay, phần lớn các nhà máy sản xuất hóa 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 cô đặcchỉ là một hoạt động gián tiếp nhưng nó rất cần thiết và gắn liền với sự tồn tại của nhàmáy

Cùng với sự phát triển của nhà máy, việc cải thiện hiệu quả của thiết bị cô đặc làmột tất yếu Nó đòi hỏi phải có những thiết bị hiện đại, đảm bảo an toàn và hiệu suất cao

Do đó, yêu cầu được đặt ra cho người kỹ sư là phải có kiến thức chắc chắn hơn và đadạng hơn, chủ động khám phá các nguyên lý mới của thiết bị cô đặc

5 Đánh giá khả năng phát triển của sự cô đặc

Hiện nay phần lớn các nhà máy sản xuất hóa 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 là mộthoạt động gián tiếp nhưng rất cần thiết và gắn liền với sự tồn tại của nhà máy Cùng với

sự phát triển của thiết bị cô đặc là một tất 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 chắcchắn hơn và đa dạng hơn, chủ động khám phá các nguyên lý mới của thiết bị cô đặc

IV LỰA CHỌN THIẾT BỊ CÔ ĐẶC DUNG DỊCH NƯỚC XOÀI ÉP

Theo tính chất của nguyên liệu và sản phẩm, cũng như điều kiện kỹ thuật chúng

em lựa chọn thiết bị cô đặc có ống tuần hoàn trung tâm, có buồng đốt trong, sử dụng 2nồi xuôi chiều liên tục

- Thiết bị có cấu tạo đơn giản, dễ làm sạch, sửa chữa

- Thiết bị cô đặc có ống tuần hoàn trung tâm thích hợp dùng để cô đặc các dung

dịch có độ nhớt lớn, có thể có nhiều váng cặn

- Dùng hệ thống 2 nồi xuôi chiều liên tục tận dụng được lượng hơi thứ, tiết kiệm

năng lượng và trong hệ xuôi chiều các nồi sau có nhiệt độ và áp suất nhỏ hơn các nồitrước nên sản phẩm được hình thành ở nồi có nhiệt độ thấp nhất Giảm ảnh hưởng củanhiệt độ đến sản phẩm cô đặc

- Nhiệt độ của dung dịch ở các nồi sau thấp dần, nhưng nồng độ tăng dần làm cho

độ nhớt của dung dịch tăng nhanh, kết quả là hệ số truyền nhiệt sẽ giảm dần từ nồi đầuđến nồi cuối

PHẦN II THUYẾT MINH QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ

Dung dịch từ bể chứa nguyên liệu được bơm lên bồn cao vị để ổn áp Từ bồncao vị, dung dịch định lượng bằng lưu lượng kế đi vào thiết bị gia nhiệt sơ bộ vàđược đun nóng đến nhiệt độ sôi

Thiết bị gia nhiệt sơ bộ là thiết bị trao đổi nhiệt dạng ống chùm: thân hình trụ,đặt đứng, bên trong gồm nhiều ống nhỏ được bố trí theo đỉnh hình tam giác đều Cácđầu ống được giữ chặt trên vỉ ống và vỉ ống được hàn dính vào thân Nguồn nhiệt làhơi nước bão hòa có áp suất là 3 at đi bên ngoài ống (phía vỏ) Dung dịch đi từ dướilên ở bên trong ống Hơi nước bão hòa ngưng tụ trên bề mặt ngoài của ống và cấpnhiệt cho dung dịch để nâng nhiệt độ của dung dịch lên nhiệt độ sôi Dung dịch saukhi được gia nhiệt sẽ chảy vào thiết bị cô đặc để thực hiện quá trình bốc hơi Hơinước ngưng tụ thành nước lỏng và theo ống dẫn nước ngưng qua bẫy hơi chảy rangoài

Phần dưới của thiết bị là buồng đốt, gồm có các ống truyền nhiệt và một ốngtuần hoàn trung tâm Dung dịch đi trong ống còn hơi đốt (hơi nước bão hòa) đi trongkhoảng không gian ngoài ống Hơi đốt ngưng tụ bên ngoài ống và truyền nhiệt chodung dịch đang chuyển dộng trong ống Dung dịch đi trong ống theo chiều từ trênxuống và nhận nhiệt do hơi đốt ngưng tụ cung cấp để sôi, làm hóa hơi một phần dungmôi Hơi ngưng tụ theo ống dẫn nước ngưng qua bẫy hơi để chảy ra ngoài

Khi thiết bị làm việc, dung dịch trong ống truyền nhiệt sôi tạo thành hỗn hợplỏng – hơi có khối lượng riêng giảm đi và bị đẩy từ dưới lên trên miệng ống Đối vớiống tuần hoàn, thể tích dung dịch theo một đơn vị bề mặt truyền nhiệt lớn hơn so vớitrong ống truyền nhiệt nên lượng hơi tạo ra trong ống truyền nhiệt lớn hơn Vì lý dotrên khối lượng riêng của hỗn hợp lỏng – hơi ở ống tuần hoàn lớn hơn so với ở ốngtruyền nhiệt và hỗn hợp này được đẩy xuống dưới Kết quả là có dòng chuyển động

tuần hoàn tự nhiên trong thiết bị; từ dưới lên trong ống truyền nhiệt và từ trên xuốngtrong ống tuần hoàn.

Phần phía trên thiết bị là buồng bốc để tách hỗn hợp lỏng – hơi thành 2 dòng.Hơi thứ đi lên phía trên buồng bốc, đến bộ phận tách giọt để tách những giọt lỏng rakhỏi dòng Giọt lỏng chảy xuống dưới còn hơi thứ tiếp tục đi lên Dung dịch còn lạiđược hoàn lưu

Dung dịch sau cô đặc được bơm ra ngoài theo ống tháo sản phẩm vào bể chứasản phẩm nhờ bơm ly tâm Hơi thứ và khí không ngưng thoát ra từ phía trên củabuồng bốc đi vào thiết bị ngưng tụ baromet (thiết bị ngưng tụ kiểu trực tiếp) Chấtlàm lạnh là nước được bơm vào ngăn trên cùng còn dòng hơi thứ được dẫn vào ngăndưới cùng của thiết bị Dòng hơi thứ đi lên gặp nước giải nhiệt để ngưng tụ thànhlỏng và cùng chảy xuống bồn chứa qua ống baromet Khí không ngưng tiếp tục đi lêntrên, được dẫn qua bộ phận tách giọt rồi được bơm chân không hút ra ngoài Khi hơithứ ngưng tụ thành lỏng thì thể tích của hơi giảm làm áp suất trong thiết bị ngưng tụgiảm Vì vậy, thiết bị ngưng tụ baromet là thiết bị ổn định chân không duy trì áp suấtchân không trong hệ thống Thiết bị làm việc ở áp suất chân không nên nó phải đượclắp đặt ở độ cao cần thiết để nước ngưng có thể tự chảy ra ngoài khí quyển mà khôngcần bơm

Bình tách giọt có một vách ngăn với nhiệm vụ tách những giọt lỏng bị lôi cuốntheo dòng khí không ngưng để đưa về bồn chứa nước ngưng

Bơm chân không có nhiệm vụ hút không ngưng ra ngoài đế tránh trường hợpkhí không ngưng tích tụ trong thiết bị ngưng tụ quá nhiều, làm tăng áp suất trongthiết bị và nước có thể chảy ngược vào nồi cô đặc

PHẦN III TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ THIẾT BỊ CHÍNH

I CÂN BẰNG VẬT CHẤT VÀ NĂNG LƯỢNG

1 Dữ kiện ban đầu

Dung dịch nước xoài ép

- Nhiệt độ đầu vào nguyên liệu chọn là 25OC

- Nồng độ đầu xđ = 10%, nhiệt độ đầu của nguyên liệu chọn là 30oC

- Nồng độ cuối xc = 60%

- Năng suất nhập liệu Gđ = 2500kg/h.

- Áp suất hơi đốt vào nồi 1: P1 = 3,5 at.

- Áp suất hơi ngưng tụ: Png = 0,5 at

- Áp suất chân không tại thiết bị ngưng tụ: Pck = 0,5 at

 Âp suất thực trên chân không kế là Pc = Pa – Pck = 1 – 0,75 = 0,25 atNguồn nhiệt là hơi nước bão hòa Áp suất hơi bão hòa P = 1,8 at

W: lượng hơi thứ khi nồng độ thay đổi từ xđ đến xc, kg/h

Gđ, Gc: lượng dung dịch đầu, dung dịch cuối, kg/h

Xđ, xc: nồng độ đầu và nồng độ cuối dung dịch, % khối lượng

 Đối với từng nồi

Giả thiết lượng hơi thứ bốc lên từ nồi 1 và nồi 2: m = W 1 W 2=1,1

x1, x2: nồng độ cuối của dung dịch trong các nồi, % khối lượng

W1, W2: lượng hơi thứ bốc lên từ các nồi, kg/h

xđ: nồng độ đầu của dung dịch, % khối lượng

Gđ: lượng dung dịch đầu, kg/h

- Nồi 1: Gd1 = Gd= 2500 kg/h

- Nồi 2: Gd2 = Gc1 = Gd – W1 = 2500 – 1091,3 = 1408,7 kg/h

Gc2 = Gd2 – W2 = Gd - W∑. = 2500 – 2083,3 = 416,7 kg/h

3 Cân bằng năng lượng

Hiệu số áp suất của cả hệ thống cô đặc:

- Ta có: Áp suất hơi đốt vào nồi 1: P1 = 3,5 at

- Áp suất hơi ngưng tụ: Png = 0,5 at.

Chênh lệch áp suất chung của cả hệ thống cô đặc:

∆ P t=P 1−Png=¿3,5 – 0,5 = 3 at

Chênh lệch áp suất, nhiệt độ hơi đốt của mỗi nồi

- Chọn tỉ số phân phối áp suất giữa các nồi là : ∆ P 1 ∆ P 2=1,61

Với P1, P2: áp suất hơi đốt nồi 1,2 [at]

Tra bảng I.251 [4-314] (Tính chất lý hóa của hơi nước bão hòa phụ thuộc áp suất)

Gọi ti’: nhiệt độ hơi thứ ra khỏi nồi thứ I (1,2)

∆ i '' ': tổn thất mhiệt độ do trở lực đường ống (chọn ∆1'' '=∆2'' '=1oC)

Theo công thức: tI’ = Tt+1 + ∆ i '' ' [oC]

 Nhiệt độ hơi thứ ra khỏi nồi 1: t1’ = T2 + ∆1'' '= 113,6 +1 = 114,6

 Nhiệt độ hơi thứ ra khỏi nồi 1: t2’= Tng + ∆2'' ' = 80,9 + 1 = 81,9

Bảng 2 Bảng tổng kết áp suất, nhiệt độ của hơi đốt, hơi thứ ở mỗi nồi

P (at) T (oC) P (at) T (oC) P (at) T (oC)Hơi đốt P1=3,5 T1=137.9 P2=1.65 T2=113.6 0,5 80.9Hơi thứ P1’=1,7 t1’= 114.6 P2’=0,52 t2’=81.9

(Chú thích: tra bảng I.251 trang 314)

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 trở lực đường ống

∆ O ' : tổn thất nhiệt độ ở áp suất thường

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

Mà f =16,2 ×(t ' i+273)

2

ri

- Trong đó

ti’: nhiệt độ hơi thứ của nồi thứ i

ri: ẩn nhiệt hóa hơi của hơi ở nhiệt độ ti’

- Từ các dữ liệu trên ta lập được bảng sau: Tra biểu đồ VI – 2 trang 60 - Sổ tay quá

trình và thiết bị công nghệ hóa chất tập 2

x C (%k.l) ’o ( 0 C ) t’ ( 0 C ) r.10 -3 (j/kg ) ’ i ( 0 C )

- Từ đây ta có tổng tổn thất nhiệt do nồng độ tăng cao :

Σ’ = ’1 +’2 = 0,22+2,66 = 2,88 0C

Tổn thất nhiệt độ do áp suất thủy tĩnh ∆ ''

- Gọi chênh lệch áp suất từ bề mặt dung dịch đến giữa ống là P (N/m2), ta có:

P =

1

2 S.g.Hop (N/m2)

- Trong đó:

s : khối lượng riêng của dung dịch khi sôi (kg/m3); [s =0,5 dd]

dd : Khối lượng riêng của dung dịch (kg/m3)

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

Coi dd trong mỗi nồi thay đổi không đáng kể trong khoảng nhiệt độ đang xét

Chọn chiều cao ống truyền nhiệt là Ho = 1,5 m

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

và từ nồi cuối đến thiết bị ngưng tụ là 10C Do đó:

 Hiệu số hữu ích và nhiệt độ sôi của từng nồi:

Hiệu số nhiệt độ hữu ích ở ở mỗi nồi:

- Nồi I: ti1 = T1 – (T2 +  1) =137,9 – (113,6 + 0,22 + 0,26 + 1) = 22,82 0C

- Nồi II: ti2 = T2 – (tng +  2) =113,6– (80,9 + 2,66 + 1,3 + 1) = 27,74 0C

Nhiệt độ sôi thực tế của dung dịch ở mỗi nồi:

- Nồi I: t1 = T1 – tS1 suy ra tS1 = T1 + t1 = 137,9 – 22,82 = 115,08 0C

- Nồi II: t2 = T2 – tS2 suy ra tS2 = T2 - t2 = 113,6 – 27,74 = 85,86 0C

4 Cân bằng nhiệt lượng

C = 4190 - ( 2514 - 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

- Nhiệt dung của dung dịch ban đầu (td = 115,08 oC, x = 10%)

D: Lượng hơi đốt dùng cho hệ thống; kg/h

Gđ: Lượng dung dịch ban đầu; kg/h

i1,i2,i1’,i2’: hàm nhiệt của hơi đốt nồi 1 và nồi 2, hơi thứ nồi 1 và nồi 2; J/kg

tđ, t1, t2: nhiệt độ sôi ban đầu, ra khỏi nồi 1, nồi 2 của dung dịch

Cđ, C1, C2: nhiệt dung riêng ban đầu, ra khỏi nồi 1, nồi 2 của dung dịch; J/kg.độ

θ1, θ2: nhiệt độ nước ngưng tụ của nồi 1, nồi 2

Cng1, Cng2: nhiệt dung riêng của nước ngưng tụ ở nồi 1, nồi 2; J/kg.độ

Qtt1, Qtt2: nhiệt tổn thất ra môi trường; J

Phương trình cân bằng nhiệt lượng

 Ta có phương trình cân bằng nhiệt lượng của nồi 1:

 Lượng nhiệt mang ra:

Do dung dịch mang ra: (Gđ – W).C2 x ts2

Các sai số đều nhỏ hơn 5% nên chấp nhận giả thiết

Lượng hơi thứ nồi I là : W1 = 1062,3 kg/h

Lượng hơi thứ nồi II là : W2 = 1021 kg/h

Lượng hơi đốt tiêu đốt chung là:

Lượng hơi đốt nồi 1 là: D = 1174,12 kg/h

Theo công thức 4.8, trang 182, [4] :

1174,122083,3 =0,56 (kg hơi đốt / kg hơi thứ)

- Trong đó:

D : lượng hơi đốt dùng cô đặc (kg/mẻ)

W : lượng hơi thứ thoát ra khi cô đặc (kg/mẻ)

II TÍNH TOÁN THIẾT BỊ CHÍNH

A TÍNH TOÁN TRUYỀN NHIỆT CHO THIẾT BỊ CÔ ĐẶC

1 Tính nhiệt lượng do hơi đốt cung cấp

- Nhiệt tải riêng trung bình

rc1: nhiệt trở cặn bẩn phía hơi đốt (nước sạch)

t2

TT2

q2

q

q1

tT1

T

tm1

- Chọn vật liệu làm ống truyền nhiệt là thép không gỉ X18H10T có λ = 16,3[W/m.độ] Bảng VII.7 trang 313 STQTTBHC 2

- Hệ số cấp nhiệt của hơi nước bão hòa ngưng tụ trên bề mặt ống thẳng đứng được

tính theo công thức Nusselt:

1 = 2.04A

4

√H Δt r 1 [W/m2.độ] (*)

r = r (θ1) = 2156000 [J/kg] là ẩn nhiệt ngưng tụ của hơi đốt

H= 1.5m: chiều cao bề mặt truyền nhiệt

A: Trị số phụ thuộc nhiệt độ ngưng tụ của nước

Giá trị của A phụ thuộc vào nhiệt độ màng tm như sau:

Bảng 3 Giá trị A phụ thuộc vào nhiệt độ t m

Với tmi= 0,5(tWi + ti) trang 29 STQTTBHC2

- Hệ số cấp nhiệt từ thành thiết bị đến dung dịch  2 được tính bởi công thức:

(Theo công thức VI.27, trang 71, [2] )

Cdd : nhiệt dung riêng của dung dịch khi cô đặc theo nồng độ dung dịch

ρ dd : khối lượng riêng dung dịch xoài ép khi cô đặc lấy gần đúng khối lượng

riêng của dung dịch đường theo nồng độ dung dịch

ρ : khối lượng riêng của dung dịch xoài ép lấy gần đúng theo khối lượng riêng

dung dịch đường theo nồng độ dung dịch

 ρ = 1072,95 (kg/m3)

M: khối lượng mol trung bình của dung dịch xoài ép lấy gần đúng khối lượng moltrung bình của dung dịch đường theo nồng độ dung dịch

Ta có: M = x.Mđường + (1-x).Mnước

Vậy nhiệt tải trung bình nồi I là:

- Hệ số cấp nhiệt của hơi nước bão hoà ngưng tụ trên bề mặt ống thẳng đứng được

tính theo công thức của Nusselt

1 = 2,04A.

4

√H Δt r 1 ( W/ m2 độ ) (*)

r = r(2) = 2224,64 (kJ/kg) là ẩn nhiệt ngưng tụ của hơi đốt

H = 1.5 m: chiều cao bề mặt truyền nhiệt

A là trị số phụ thuộc nhiệt độ ngưng tụ của nước A= ( ρ2μ λ3)0 ,25

Giá trị A phụ thuộc vào nhiệt độ màng như sau :

Bảng 4 Giá trị A phụ thuộc vào nhiệt độ t m

 t2 = 97,15 – 85,86 = 11,29 0C.

- Hệ số cấp nhiệt từ thành thiết bị đến dung dịch  2 được tính bởi công thức:

(Theo công thức VI.27, trang 71, [2] )

p: là áp suất tuyệt đối trên mặt thoáng (N/m2 )

Cdd : nhiệt dung riêng của dung dịch xoài ép khi cô đặc theo nồng độ dung dịch lấygần đúng theo nhiệt dung riêng dung dịch đường khi cô đặc theo nồng độ dung dịch

ρ dd : khối lượng riêng dung dịch xoài ép khi cô đặc theo nồng độ dung dịch lấy

gần đúng theo khối lượng riêng dung dịch đường khi cô đặc theo nồng độ dung dịch

 ρ dd = 1288,73 (kg/m3)

ρ n : khối lượng riêng nước khi cô đặc theo nồng độ dung dịch

 ρ n = 970,62 (kg/m3)

λ dd : độ dẫn điện dung dịch xoài ép khi cô đặc lấy gần đúng theo độ dẫn điện

dung dịch đường khi cô đặc theo nồng độ dung dịch

M : khối lượng mol trung bình của dung dịch

A : hệ số phụ thuộc mức độ liên kết của chất lỏng, đối với nước A =3,58.10-8

- Vậy nhiệt tải trung bình nồi I là:

3 Diện tích bề mặt truyền nhiệt

4 Tóm tắc tiến trình tính lập để tính nhiệt tải riêng

Khi quá trình cô đặc diễn ra ổn định ta tiến hành tính :

Thoả mãn điều kiện

- Bước 1: Chọn chênh lệch nhiệt độ giữa hơi đốt và tường phía hơi ngưng : ∆t1 tính

- Bước 3: Tính được q1 theo công thức : q1 = α1 ∆t1

- Bước 4: Tính chênh lệch nhiệt độ phía hai bên vách ∆tw = tw1 – tw2 , từ đó tính đượcnhiệt độ vách trong tw2  chênh lệch nhiệt độ giữa vách trong và phía dung dịch

- Bước 6: Tính q2 theo công thức: q2 = αdd ∆ t2

- Bước 7 : So sánh sai số giữa q1 và q2, gọi giá trị sai số là C %=

Vận tốc hơi (hmax) của hơi thứ trong buồng bốc phải không quá 70 – 80% vận tốclắng (0).

- Chuẩn số Reynolds: Re=

thấy: h = 0.7 m/s < 0 = 1.35 m/s (thoả điều kiện )

Chọn U’t = 1330 (m3/m3.h): cường độ bốc hơi thể tích Do dung dịch sôi tạo bọt nêncường độ bốc hơi thể tích giảm còn : Ut = U’t x 1,3 = 1729 (m3/m3

.h)Thay vào công thức tính Vb có:

Vb =

W

ρ h U t =

10210.3158∗1729 = 1.87 m3Vậy chiều cao buồng bốc là:

l = H = 1.5m : chiều dài của ống truyền nhiệt

d : đường kính ống truyền nhiệt

- Chọn loại ống có đường kính : 38 x 2 mm nên: d = dt = 34 mm

Vậy số ống truyền nhiệt là :

N =

F

π d.l =

503.14∗0.034∗1.5 = 312 ống.

Chọn số ống n = 367 ống (Theo trang 46, [2] )

D th=√4 F th

π