Cô đặc kết tinh nước nho

Cô đặc kết tinh nước nho.

CH ƯƠNG IV : TÍNH TOÁN CÂN BẰNG

NĂNG LƯỢNG

IV.1 CÔNG THỨC TÍNH NHIỆT DUNG RIÊNG CỦA NƯỚC TRÁI CÂY THEO NỒNG ĐỘ.

c = 4190 - (2514-7.542t)x ( [10], 153, I.50)

Trong đó :

t : nhiệt độ của dung dịch

x : nồng độ của dung dịch tại nhiệt độ đó

IV.1.1 Nhiệt dung riêng dung d ịch ở đầu quá trình kết tinh 1.

Nhiệt độ đầu t1 = 20C, nồng độ đầu xd = 10%

c1 = 4190-(2514-2 ×7.542)0.1 = 3940.108(J/kg độ)

IV.1.2 Nhiệt dung riêng của cu ối quá trình kết tinh 1

Nhiệt độ cuối quá trình kết tinh -20C, nồng độ cuối 25%

c’1 = 4190-(2514-(-2) ×7.542)0.25 = 2925.458 (J/kg độ)

IV.1.3 Nhiệt dung riêng của cuối quá trình kết tinh 2

c2 = 4190-(2514-(-6.5) ×7.542)0.5 = 2908.489 ( J/Kg độ)

IV 2 TÍNH TOÁN CÂN BẰNG NĂNG LƯỢNG.

IV.2.1 Cân bằng năng lượng ở cuối thiết bị làm lạnh sơ bộ.

- Lượng tinh thể đá thu được sau thiết bị làm lạnh sơ bộ:

K3 = 31.755 (kg/h)

- Gọi a là tỷ lệ đá cần lấy để làm lạnh sơ bộ

- Lượng đá cần dùng là aK3

Dung dịch đầu có nồng độ 10%

Nhiệt dung riêng của dung dịch đầu theo nhiệt độ:

2 0 C

C = 4190 - (2514-7.542t) 0.1 = 3938.6 + 0.7542 tChọn nhiệt độ của dịch cái sau giai đoạn làm lạnh sơ bộ là 20C

Suy ra nhiệt lượng dịch cái tỏa ra:

Nhiệt nóng chảy của nước đá : rnc = 1436 Kcal/ Kmol ( [9], 211, bảng I.184 )

= 1436* 4.1868/ 18 ( KJ/Kg) = 334.014 (KJ/ Kg)

Suy ra phần nước đá tan chảy

- Coi nhiệt tổn thất bằng 5% Q1 Lượng nhiệt thực tế cần môi chất lấy ra khỏi thiết bịkết tinh 1 là:

M2, tk2 (2)

CHƯƠNG V : TÍNH TOÁN BỀ MẶT

TRUYỀN NHIỆT

V.1.Chọn kích thước thiết bị:

V.1.1 Thiết bị kết tinh 1:

- Chọn thùng có :

+ chiều cao : H = 3.2m

+ Đường kính trong: Dt = 1.6m

Đáy elip tiêu chuẩn:

+ Chiều cao đáy: ht = 0.25* Dt =0.4m

+ Thể tích đáy : Vđáy = 0.578 m3

- Hệ số chứa đầy β1  0.9

V.1.2 Thiết bị kết tinh 2:

- Chọn thùng có :

+ chiều cao : H = 2.3m

+ Đường kính trong: Dt = 1.1m

Đáy elip tiêu chuẩn:

+ Chiều cao đáy: ht = 0.25 Dt =0.275m

+ Thể tích đáy : Vđáy = 0.198 m3

- Hệ số chứa đầy β2  0.87

- Thể tích chứa dịch :

Vdịch = β2 ( ПD2tH/4 + Vđáy ) =2.074 m3

- Chiều cao phần thân chứa dịch:

H’ = ( Vdịch – Vđáy ) 4 / (ПD2t) = 1.975m

- Diện tích bề mặt truyền nhiệt chọn :

Fc = П.H’.D = П1.9751.1 = 6.822m2

V.2 KIỂM TRA LẠI BỀ MẶT TRUYỀN NHIỆT.

Gọi 1: Hệ số cấp nhiệt phía thân

2 : Hệ số cấp nhiệt phía vỏ

 : Hệ số dẫn nhiệt của thànhthiết bị làm bằng thép không gỉ

 : Bề dày của thành thiết bị

Hệ số truyền nhiệt tổng quát:

đá

bám đá 2

δα

1λ

Chọn bề dày lớp đá là 0.5 mm

V.2.1 Một số thông số vật lý cần cho việc tính toán.

Các thông số của dung dịch ở thiết bị kết tinh được tính theo nồng độ và nhiệt độ trungbình

Thiết bị kết tinh cấp 1 : Ctb1 = 17.5%, ttb1 = 00C

Thiết bị kết tinh cấp 2 : Ctb2 = 37.5%, ttb2 = -4.250C

1 Chọn bề dày thiết bị.

Với D = 1600m thì bề dày tối thiểu  = 4 mm ( [8], 129)

Ở đây ta chọn bề dày của thiết bị là 10mm

2 Hệ số dẫn nhiệt của thép không gỉ.

3 Hệ số dẫn nhiệt của nước đá.

đá

4 Các thông số vật lý khác.

Với dịch cái có nồng độ 17.5%, ở 00C ta có µ = 3.80410-3Pas

Với dịch cái có nồng độ 37.5% , ở 4.250C ta có µ = 13.410-3 Pas

 Hệ số dẫn nhiệt của dung dịch λ dung dịch

dịch dung

hh

M

ρ A.Cp ρ ( mKW ) ( [90], 114, I.32 )

Do đường là chất lỏng liên kết nên A = 3.58.10-8

Hệ số dẫn nhiệt của dung dịch ở thiết bị 1.

- Nồng độ cuối 20%

) mK

W 0.5296(

21.985

1072.745 1072.745

3750.05



Hệ số dẫn nhiệt của dung dịch ở thiết bị 2.

- Khối lượng mol của dung dịch

18 / ) 375 0 1 ( 342 /

1168.625 625

1168 23

3235



Bảng tóm tắt.

V.2.2 Kiểm tra.

1 Thiết bị kết tinh 1

Tính α1

- Chọn đường kính cánh khuấy kết hợp với dao cạo đá là dk = 1599 mm

- Vận tốc cánh khuấy N = 0.4 v/s

1.4 w

0.33

μ

μ ( Pr 0.36.Re

0.36.28841

Km

W4270.165( 2



- Hệ số cấp nhiệt α 1

)Km

W(322.14131.6

0.52964270.165

D

Nu.λ

α1     2

Tính α2

Chọn chênh lệch nhiệt độ của nước muối vào và ra là Δt = 20C

Các thông số của nước muối:

1000 3953 95 1

s kg t

Qnm1 = 0 013498 ( 3 / )

1220

468 16 1

s m nm

2 0 05 0 4

01398 0 1

s m S

964 5

1220 08

0 3498 1 1

Cpnm

18 / ) 238 0 1 ( 5 75 / 238

1220 1220

5 2896



483 0

5 2896 10

K m

W dtd

) K m

W ( 3 457 2.5

0.5.10 14.5

0.010 1762.66

1 1413.322

2

142

ln

162

142

F

FF

- Chọn đường kính cánh khuấy kết hợp với dao cạo đá là dk = 1099 mm

- Vận tốc cánh khuấy N = 0.6 v/s

1.4 w

0.33

μ

μ ( Pr 0.36.Re

0.61168.6251.099

0.36

Km

W(6

2712 2



- Hệ số cấp nhiệt α 1

)Km

W(92.11581.1

0.472712.6D

Nu.λ

α1     2

Tính α2

Chọn chênh lệch nhiệt độ của nước muối vào và ra là Δt = 20C

Các thông số của nước muối:

1000 1872 27 2

s kg t

s m nm

1 0 05 0 4

00413 0 2

s m S

964 5

1220 0667

0 826 0

Cpnm

Mnm = 21 985

18 / ) 238 0 1 ( 5 75 / 238

1220 1220

5 2896



483 0

5 2896 10

K m

W dtd

W ( 84 386 2.5

0.5.10 14.5

0.010 1234.126

1 1158.92

6.5

142

ln

-166.5

142

F

FF

CHƯƠNG VI : TÍNH TOÁN THIẾT KẾ CƠ KHÍ CHO THIẾT BỊ KẾT

TINH

VI.I GIỚI THIỆU THIẾT BỊ KẾT TINH.

VI.I.1 Thiết bị kết tinh.

- Hình trụ

- Dạng vỏ-áo, nước muối chạy theo các vòng xoắn ở phía vỏ

- Nắp bằng, đáy ellipse

VI.I.2 Vật liệu chế tạo thiết bị kết tinh

- Chọn vật liệu chế tạo thân và vỏ là thép không gỉ nhằm mục đích tăng độ tinh khiếtcủa sản phẩm và chống ăn mòn Môi trường ăn mòn là muối CaCl2 nên chọn thépX18H10T

VI.II TÍNH BỀN.

VI.II.1 Tính bền cho thiết bị kết tinh 1

VI.II.1.1 Các thông số cần tra và chọn phục vụ cho việc tính toán thân thiết bị

1 Aùp suất tính toán.

Áp suất lớn nhất phía bên trong thân:

2 6

a

1 P H' 0.1 1105.51 9.81 2 851 / 10 0 1309 N/mm

ρ = 1105.51 kg/ m3 ( Khối lượng riêng của dung dịch ở nồng độ x1 = 25%

Để tính áp suất nước muối tác dụng lên thân P2 ta phải tìm tổn thất áp suất của nước muốiNhư chương trước ta cho nước muối chay theo đường xoắn ốc phía vỏ Các thông số :

+ dtđ = 0.08 m

+ Vnm = 1.3498 m /s

+ Re = 22088.895

+ Kích thước tiết diện đường xoắn: h = 20 cm; b = 5cm

Hệ số trở lực cục bộ:

Số vòng xoắn :

2 0

85 2 '

Ta xem một vòng xoắn ốc tương đương 4 cút 900

Vậy tổng tổn thất áp suất cục bộ:

Re 0

130 2

0 ( 255

Hệ số ma sát λ

Chọn độ nhám tuyệt đối  = 0.1

Trị số Re giới hạn của khu vực nhẵn thủy lực:

Regh = 6(dtd/)8/7 = 12472.927Trị số Re tới hạn của khu vực nhám:

Ren = 220(dtd/)9/8 = 405881.18Vậy Regh < Re < Ren

Re

100 46

l g

V V Z Z

nm

P

P

2 2

1 2 1 2 2

3498 1 74 11 08

0

65 71 02823 0 85 2 2

P’1 > P1  Thân chịu áp suất ngòai

2 Chọn thép không gỉ X18H10T.

- Ưùng suất cho phép tiêu chuẩn là :

2 4

n

l' E

P D

3416.67 10

20.5

0.0444 1600

Trong đó :+ Ca : hệ số ăn mòn của R-22 Chọn Ca = 1 mm

+ Cb : hệ số ăn mòn của dung dịch nước trái cây Cb = 0 mm

+ Co : hệ số quy tròn kích thước Chọn Co = 1.53 mm

mm 1.53 0 1

0.14

1) - 8 ( 2

1600 2.135

1600

1) - (8

2

1.5

) C 2(S

D D

l' D

) C

2(S

1.5

a

t t

2.135 D

3

t

a t

Đáy chịu áp suất trong

Áp suất tính tóan:

Pt = nm g  ( H’ + ht + h ) / 106 = 1220 9.81( 2.85 + 0.4 + 0.25 ) /106 = 0.0419N/mm2

0419 0

95 0 85 135

1600 0419

0



Bề dày thực : S = S’ + Ca + Cb + Co

Trong đó :+ Ca : hệ số ăn mòn của dịch nước trái cây Chọn Ca = 0.5 mm

+ Cb : hệ số ăn mòn của dung dịch nước trái cây Cb = 0 mm

+ Co : hệ số quy tròn kích thước Chọn Co = 1.24 mm

Vậy S = 3cm < bề dày thân  Chọn bề dày đáy bằng bề dày thân

Kiểm tra

Ca S Rt

Ca S h p

(

) (

2

125 0 0044

Vậy bề dày đáy là 8mm

Tính bền cho vỏ thiết bị

- Áp suất tính toán cho vỏ :

P = P’1– Pa = 0.1753 – 0.1 = 0.0753 N/mm2

- Chọn thép tương tự thân nên các thông số tra như nhau

Xét: 1714 6 25

0.0753

0.95 135.85 p

Trong đó : - Ca : hệ số ăn mòn của CaCl2 Chọn Ca = 1 mm

- Co : hệ số quy tròn kích thước Chọn Co = 0.53 mm

mm 0.53 1

01600

a t

a

31600

30.95135.852

CS

D

CS

 thỏa điều kiện bền

Chọn bề dày vỏ là 4mm

TÍNH MÁY KHUẤY:

1/ Tính công suất khuấy:

Chọn cánh khuấy khung vừa có tác dụng khuấy, vừa có tác dụng cạo đá

+ Số vòng quay của cánh khuấy: n = 0.4 vòng/ s

+ Đường kính cánh khuấy: Dk = 1599mm

+ Re = 2.88105

Công suất khuấy:

N = KN.n3.d5. = 0.20.431.59951072.745 = 143.54 W ( [11], 138, 3.47b)

Công suất khuấy + gạt đá:

N’ = 1.5N = 215.31 W

Công suất động cơ: Chọn hiệu suất truyền động η = 0.7

Nđc =N’/η =307.6W

2/ Tính đường kính trục khuấy:

60 0.4

307.6 9.55

P : Công suất khuấy của động cơ, KW

n : Tốc độ khuấy, vòng/phút

Cx: hệ số chú ý tới dao động và lực cản và lấy từ 1.1 đến 1.6

b Momen uốn lớn nhất

x f

rk = 0.7995 ( bán kính cánh khuấy )

rf : khoảng cách từ điểm đặt lực hướng kính đến tâm trục quay

rf = 0.8rk = 0.6396

l = 3.6m

(N.m) 126.3 134.64

0.6396

3.6 6

2

u

tđ

0.75MM

)1.0(

3.12664

.134

Vậy chọn đường kính ngoài trục khuấy dn = 35 mm

VI.II.2 Tính bền cho thiết bị kết tinh 2

VI.II.1.2 Các thông số cần tra và chọn phục vụ cho việc tính toán thân thiết bị

1 Aùp suất tính toán.

Áp suất lớn nhất phía bên trong thân:

2 6

a

1 P H' 0.1 1231 74 9.81 1 974 / 10 0 1239 N/mm

ρ = 1231.74 kg/ m3 ( Khối lượng riêng của dung dịch ở nồng độ x2 = 50%)

Để tính áp suất nước muối tác dụng lên thân P2 ta phải tìm tổn thất áp suất của nước muốiNhư chương trước ta cho nước muối chay theo đường xoắn ốc phía vỏ Các thông số :+ dtđ = 0.0667 m

+ Vnm = 0.826 m /s

+ Re = 11263.9

+ Kích thước tiết diện đường xoắn: h = 10 cm; b = 5cm

Hệ số trở lực cục bộ:

Số vòng xoắn :

1 0

975 1 '

Ta xem một vòng xoắn ốc tương đương 4 cút 900

Vậy tổng tổn thất áp suất cục bộ:

Re 0

130 2

0 ( 75

Hệ số ma sát λ

Chọn độ nhám tuyệt đối  = 0.1

Trị số Re giới hạn của khu vực nhẵn thủy lực:

Regh = 6(dtd/)8/7 = 10126.87Trị số Re tới hạn của khu vực nhám:

Ren = 220(dtd/)9/8 = 33063.067Vậy Regh < Re < Ren

Re

100 46

V d

l g

V V Z Z

nm

P

P

2 2

1 2 1 2 2

826 0 7 16 0667

0

22 66 0324 0 975 1 2

P’1 > P1  Thân chịu áp suất ngòai

2 Chọn thép không gỉ X18H10T.

3 Ứng suất cho phép   13, hình1.2,18

- Ưùng suất cho phép tiêu chuẩn là :

- Bề dày tối thiểu của thân :

0.4

t t

n

l' E

P D

2475 10

20.5

0.021 1100

Trong đó :+ Ca : hệ số ăn mòn của CaCl2 Chọn Ca = 1 mm

+ Cb : hệ số ăn mòn của dung dịch nước trái cây Cb = 0 mm

+ Co : hệ số quy tròn kích thước Chọn Co = 0.19 mm

mm 0.19 0 1

0.11

1) - 8 ( 2

1600 2.01

1600

1) - (8

2

1.5

) C 2(S

D D

l' D

) C

2(S

1.5

a

t t

3

t

a t

Đáy chịu áp suất trong

Áp suất tính tóan:

Pt = nm g  ( H’ + ht + h ) / 106 = 1220 9.81( 1.975 + 0.275 + 0.25 ) /106 = 0.0299N/mm2

0299 0

95 0 85 135

14 0 95 0 85 138 2

1100 0299

0

Trong đó :+ Ca : hệ số ăn mòn dịch nước trái cây Chọn Ca = 0.5 mm

+ Cb : hệ số ăn mòn của dung dịch nước trái cây Cb = 0 mm

+ Co : hệ số quy tròn kích thước Chọn Co = 0.36 mm

Vậy S = 1cm < bề dày thân  Chọn bề dày đáy bằng bề dày thân

Kiểm tra

Ca S Rt

Ca S h p

(

) (

2

125 0 0027

Vậy bề dày đáy là 4mm

TÍNH BỀN CHO VỎ THIẾT BỊ

- Áp suất tính toán cho vỏ :

Trong đó : - Ca : hệ số ăn mòn của CaCl2 Chọn Ca = 1 mm

- Co : hệ số quy tròn kích thước Chọn Co = 0.81 mm

mm 0.81 1

Kiểm tra.

1.0003.01100

a t

a

31100

30.95135.852

CS

D

CS

 thỏa điều kiện bền

Chọn bề dày vỏ là 4mm

TÍNH MÁY KHUẤY:

1/ Tính công suất khuấy:

Chọn cánh khuấy khung vừa có tác dụng khuấy, vừa có tác dụng cạo đá

+ Số vòng quay của cánh khuấy: n = 0.6 vòng/ s

+ Đường kính cánh khuấy: Dk = 1099mm

+ Re = 63199.99

+ Chuẩn số công suất: KN = 0.3 ( [11], 144, 3.35 )

Công suất khuấy:

60 0.6

260.15 9.55

P : Công suất khuấy của động cơ, KW

n : Tốc độ khuấy, vòng/phút

Cx: hệ số chú ý tới dao động và lực cản và lấy từ 1.1 đến 1.6

b Momen uốn lớn nhất 12

x f

rk = 0.7995 ( bán kính cánh khuấy )

rf : khoảng cách từ điểm đặt lực hướng kính đến tâm trục quay

rf = 0.8rk = 0.6396

l = 2.5m

(N.m) 71.95 75.91

0.4396

2.5 6

2

u

tđ

0.75MM

95.7191

Vậy chọn đường kính ngoài trục khuấy d = 25 mm

VI.III TÍNH CÁCH NHIỆT CHO THIẾT BỊ KẾT TINH:

Thùng kết tinh có kết cấu cách nhiệt như sau:

o Lớp cách nhiệt bằng polyurethane có bề dày: CN

o Lớp Bitum cách ẩm có bề dày: 2

o Lớp thép CT3 bọc ngòai có bề dày: 1

o Lớp thép không rỉ của vỏ thiết bị có bề dày: 3

- Bề dày lớp cách nhiệt CN được xác định bằng công thức:

i ng

i, i: bề dày (m) và hệ số dẫn nhiệt (W/mK) của các lớp cách ly (trừ lớp cách nhiệt).

ng: hệ số tỏa nhiệt từ không khí đến mặt ngoài của thùng kết tinh, W/m2K

tr: hệ số tỏa nhiệt từ dung dịch nước muối đến vách trong của vỏ áo, W/m2K

VI.III.1 THIẾT BỊ KẾT TINH CẤP 1:

Chọn K = 0.125 ( W/m2K)

3 Lớp polyurethan cách nhiệt CN 0,041

i ng

118

.0

003.05.14

008.050

001.09.2

13

Vậy chọn bề dày lớp cách nhiệt là 15cm

VI.III.2 THIẾT BỊ KẾT TINH CẤP 2:

Chọn K = 0.25 ( W/m2K )

3 Lớp polyurethan cách nhiệt CN 0,041

ng = 1.98Δt0.25 = 1.98( 37.3 – tvn )0.25

Theo kết quả như trên ta có ng = 2.9 ( W/m2K)

tr = 1234.126 ( W/m2K) [ theo kết quả tính ở chương IV ]

i ng

118

.0

003.05.14

004.050

001.09.2

13

Vậy chọn bề dày lớp cách nhiệt là 15cm

VI.IV TÍNH CHÂN ĐỠ:

1/ Chân đỡ thiết bị kết tinh cấp 1:

-Vật liệu chế tạo chân đỡ là CT3

- Tải trọng của chất lỏng:

Q1 =Vdich.ρ = 6.311072.745 = 6769kg

- Tải trọng của thiết bị:

Q2 = Qthan + Qvo + Qlopcachnhiet + Qnắp + Qđáy= [(П1600832007.9103) + (П1624

Sử dụng 4 chân đỡ

 Tải trọng tác dụng lên một chân đỡ:

Q = Q1Q42Q3= 2329 Kg = 2.329104N

 Chọn các kích thước của chân đỡ : ( [9], 425, Bảng XIII-35 )

Tải trọng cho

phép trên một

chân

G.10-4N

Bề mặt đỡ ,m

2

Tải trọng cho phép lên bề mặt

16 90 18

5

27 290

2/ Chân đỡ thiết bị kết tinh cấp 2:

-Vật liệu chế tạo chân đỡ là CT3

- Tải trọng của chất lỏng:

Q1 =Vdich.ρ = 2.0741168.625 = 2423.73kg

- Tải trọng của thiết bị:

Q2 = Qthan + Qvo + Qlopcachnhiet + Qnắp + Qđáy= [(П1100423007.9103) + (П1118

Sử dụng 4 chân đỡ

 Tải trọng tác dụng lên một chân đỡ:

Q = Q1Q42Q3= 894.4 Kg = 0.89104N

 Chọn các kích thước của chân đỡ :(chọn theo sổ tay tâp II bảng XIII-35 trang 425)

Tải trọng cho

phép trên một

chân

G.10-4N

Bề mặt đỡ ,m

2

Tải trọng cho phép lên bề mặt đỡ,q.10-

300

14 75 16

0

23 245

CHÖÔNG VII :

TÍNH TOÁN MÁY NÉN THIẾT BỊ NGƯNG TỤ VÀ

THIẾT BỊ BAY HƠI

VII.1 MÁY NÉN

Hình 3.1: Sơ đồ nguyên lý của hệ thống lạnh

Hình 3.2: Giản đồ Lg(p) – h của chu trình lạnh

VII.1.1 Lựa chọn các thông số cơ bản của chu trình lạnh

a/ Nhiệt độ ngưng tụ

- Nhiệt độ và độ ẩm của 3 tháng nóng nhất trong năm

tkk = 37OC ;  = 74% ( [2], 8 )

- Dựa vào giản đồ I - d : tƯ = 33OC

- Nhiệt độ của nước giải nhiệt :

tW1 = 33 + 3 = 36oC

tW2 = tW1 + 4 = 41oC

- Nhiệt độ ngưng tụ :

tk = tW2 + tk = 41 + 4 = 45oC  Pk = 1.7Mpa

tk = 5 oâC

b.Nhiệt độ bốc hơi:

+ Nhiệt độ nước muối vào -140C, nhiệt độ nước muối ra -160C

+ Ta chọn nhiệt độ bốc hơi của môi chất lạnh thấp hơn nhiệt độ nước muối to = -210C+ Chọn độ quá nhiệt sơ bộ do van tiết lưu là Δt = 50C  t1’ = -21+5 = -160C

+ Ta sử dụng môi chất lạnh R22 nên có thiết bị hồi nhiệt

 Độ quá nhiệt do thiết bị hồi nhiệt là t1 – t1’ = 200C  t1 = -16 + 20 =40C

c Độ quá lạnh của lỏng môi chất lạnh sau khi qua thiết bị hồi nhiệt:

ST

T điểmTên

Nhiệt độ Áp suất Enthalpi Thể tích riêng

Trạng tháit(oC) p(Mpa) h(kJ/kg) v(m3/kg)

VII.1.2 Tính toán máy nén :

1 .Tính năng suất lạnh riêng.