Cô đặc 3 nồi cho dung dịch đường mía, năng suất 5200 kg h tính theo nhập liệu
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (1.33 MB, 78 trang )
<span class="text_page_counter">Trang 1</span><div class="page_container" data-page="1">
<b>TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP THỰC PHẨM TP. HCM KHOA CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM</b>
ĐỒ ÁN KỸ THUẬT THỰC PHẨM
<b>THIẾT KẾ HỆ THỐNG THIẾT BỊ CÔ ĐẶC 3 NỒI CHO DUNG DỊCH ĐƯỜNG MÍA, NĂNG SUẤT 5200 KG/H TÍNH </b>
<b>THEO NGUYÊN LIỆU ĐẦU VÀO </b>
<b> Sinh Viên Thực Hiện: </b>
<b> Giáo Viên Hướng Dẫn: PHAN THẾ DUY </b>
<i>Tp. Hồ Chí Minh, tháng 12 năm 2022 </i>
</div><span class="text_page_counter">Trang 2</span><div class="page_container" data-page="2"><b>TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP THỰC PHẨM TP. HCM KHOA CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM</b>
ĐỒ ÁN KỸ THUẬT THỰC PHẨM
<b> Sinh Viên Thực Hiện: </b>
Giáo Viên Hướng Dẫn: PHAN THẾ DUY
<i>Tp. Hồ Chí Minh, tháng 12 năm 2022</i>
</div><span class="text_page_counter">Trang 3</span><div class="page_container" data-page="3"><b>LỜI CAM ĐOAN </b>
Chúng em xin cam đoan đây là quá trình làm bài và được sự hướng dẫn của giảng viên Phan Thế Duy. Các nội dung trong đề tài “ Thiết kế hệ thống thiết bị cô đặc 3 nồi cho
<b>dung dịch đường mía, năng suất 5200 kg/h tính theo nguyên liệu đầu vào ” của chúng em </b>
là trung thực. Những số liệu trong các bảng biểu phục vụ cho việc phân tích, nhận xét, đánh giá được cá nhân thu thập từ các nguồn khác nhau có ghi rõ nguồn gốc. Nếu phát hiện có bất kỳ sự gian lận nào tơi xin hồn tồn chịu trách nhiệm về nội dung bài tiểu luận của
</div><span class="text_page_counter">Trang 4</span><div class="page_container" data-page="4"><b>LỜI CẢM ƠN </b>
Em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến các thầy cô Trường Đại học Cơng nghiệp Thực phẩm TP. Hồ Chí Minh, các thầy cô khoa Công nghệ Thực Phẩm của trường đã tạo điều kiện cho em được thực hiện đồ án.
Trong thời gian học tập tại trường em đã tiếp thu rất nhiều kiến thức và bài báo cáo này là kết quả của quá trình học tập và rèn luyện dưới sự dạy bảo của quý thầy cô. Đặc biệt, em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến Thầy Phan Thế Duy, người đã tận tình hướng dẫn và góp ý kỹ lưỡng trong thời gian qua giúp em hoàn thành bài báo cáo một cách tốt nhất. Đồng thời do kinh nghiệm thực tế còn hạn chế cũng như kiến thức cịn hạn hẹp nên bài báo cáo khơng thể tránh khỏi thiếu sót, em rất mong nhận được ý kiến đóng góp của q thầy cơ để em học thêm được nhiều kinh nghiệm và sẽ hoàn thành tốt hơn những đồ
</div><span class="text_page_counter">Trang 5</span><div class="page_container" data-page="5"><b>MỤC LỤC </b>
LỜI CAM ĐOAN ... i
LỜI CẢM ƠN ... ii
MỤC LỤC ... iii
DANH MỤC BẢNG BIỂU ... vii
LỜI NÓI ĐẦU ... 1
CHƯƠNG I: TỔNG QUAN ... 2
1.1. Tên đề tài ... 2
1.2. Tính chất nguyên liệu ... 2
1.3. Lựa chọn phương án thiết kế... 2
<i>1.4.1. Định nghĩa quá trình cô đặc ... 3 </i>
CHƯƠNG III: CÂN BẰNG VẬT CHẤT VÀ NĂNG LƯỢNG ... 8
3.1. Dữ kiện ban đầu ... 8
3.2. Cân bằng vật chất ... 8
</div><span class="text_page_counter">Trang 6</span><div class="page_container" data-page="6"><i>3.3.1. Tính nhiệt độ và áp suất hơi đốt mỗi nồi ... 10 </i>
<i>3.3.2. Tính nhiệt độ và áp suất hơi thứ cho mỗi nồi ... 11 </i>
3.4. Tính tổn thất nhiệt độ mỗi nồi ... 12
<i>3.4.1. Tổn thất nhiệt độ do nồng độ ... 12 </i>
<i>3.4.2. Tổn thất nhiệt độ do áp suất thủy tĩnh (Δ’’) ... 13 </i>
<i>3.4.3. Tổn thất nhiệt độ trên đường ống dẫn hơi thứ (Δ’’’) ... 14 </i>
<i>3.4.4. Tổn thất cho toàn hệ thống ... 15 </i>
<i>3.4.5. Chênh lệch nhiệt độ hữu ích các nồi ... 15 </i>
<i>3.4.6. Phương trình cân bằng nhiệt lượng ... 16 </i>
CHƯƠNG IV: THIẾT BỊ CHÍNH ... 21
4.1. Tính kích thước buồng đốt ... 21
4.1.1. Số ống truyền nhiệt ... 21
<i>4.1.2. Thiết bị ống tuần hồn trung tâm. (tính theo bề mặt trong) ... 22 </i>
<i>4.1.3. Đường kính trong buồng đốt ... 22 </i>
<i>4.1.4. Chiều dày buồng đốt ... 23 </i>
4.1.5. Chiều dày đáy buồng đốt ... 26
</div><span class="text_page_counter">Trang 7</span><div class="page_container" data-page="7">5.1. Thiết bị ngưng tụ Baromet ... 40
<i>5.1.1. Lượng nước lạnh cần để cung cấp cho thiết bị ngưng tụ ... 40 </i>
<i>5.1.2. Lượng không khi cần hút ra khỏi thiết bị ngưng tụ ... 40 </i>
<i>5.1.3. Đường kính thiết bị ngưng tụ ... 41 </i>
<i>5.4.2. Bơm tháo liệu ... 61 </i>
<i>5.4.3. Bơm vào thiết bị ngưng tụ ... 64 </i>
</div><span class="text_page_counter">Trang 8</span><div class="page_container" data-page="8"><i>5.4.4. Bơm chân không ... 66 </i>
KẾT LUẬN ... 68 TÀI LIỆU THAM KHẢO ... 69
</div><span class="text_page_counter">Trang 9</span><div class="page_container" data-page="9"><b>DANH MỤC BẢNG BIỂU </b>
Bảng 3.1 Các thông số hơi đốt ... 10
Bảng 3.2 Các thông số hơi thứ ... 11
Bảng 3.3 Kết quả tính tốn của phương trình cân bằng nhiệt lượng ... 20
Bảng 4.1 Mặt bích nối thân thiết bị với đáy và nắp ... 34
Bảng 4.2 Bích liền kim loại đen loại 1 để nối các bộ phận thiết bị và ống dẫn ... 35
Bảng 5.1 Các hệ số trở lực cục bộ ... 50
</div><span class="text_page_counter">Trang 10</span><div class="page_container" data-page="10"><b>LỜI NĨI ĐẦU </b>
Ngành cơng nghiệp mía đường là một ngành công nghiệp lâu đời ở nước ta. Do nhu cầu thị trường nước ta hiện nay mà các lị đường với quy mơ nhỏ ở nhiều địa phương đã được thiết lập nhằm đáp nhu cầu này. Tuy nhiên, đó chỉ là các hoạt động sản xuất một cách đơn lẻ, năng suất thấp, các ngành cơng nghiệp có liên quan khơng gắn kết với nhau đã gây khó khăn cho việc phát triển cộng nghiệp đường mía.
Trong những năm qua, ở một số tỉnh thành của nước ta, ngành công nghiệp mía đường đã có bước nhảy vọt rất lớn. Diện tích mía đã tăng lên một cách nhanh chóng, mía đường hiện nay khơng phải là một ngành đơn lẻ mà đã trở thành một hệ thống liên hiệp các ngành có quan hệ chặt chẽ với nhau. Mía đường vừa tạo ra sản phẩm đường làm nguyên liệu cho các ngành công nghiệp như bánh, kẹo, sữa đồng thời tạo ra phế liệu là nguyên liệu quý với giá rẻ cho các ngành sản xuất như rượu.
Trong tương lai, khả năng này cịn có thể phát triển hơn nữa nếu có sự quan tâm đầu tư tốt cho cây mía cùng với nâng cao khả năng chế biến và tiêu thụ sản phẩm. Xuất phát từ tính tự nhiên của cây mía, độ đường sẽ giảm nhiều và nhanh chóng nếu thu hoạch trễ và không chế biến kịp thời
</div><span class="text_page_counter">Trang 11</span><div class="page_container" data-page="11"><b>CHƯƠNG I: TỔNG QUAN </b>
<b>1.1. Tên đề tài </b>Thiết kế hệ thống thiết bị cơ đặc ba nồi cho dung dịch đường mía, năng suất thiết bị là 5200 kg/h tính theo nguyên liệu đầu vào.
Nồng độ ban đầu 8% tới nồng độ cuối là 40% (theo khối lượng)
Sử dụng loại nồi cơ đặc liên tục, có ống tuần hồn trung tâm
Sử dụng hơi bão hòa làm nguồn cấp nhiệt
<b>1.2. Tính chất nguyên liệu </b>
Thành phần chủ yếu trong nước mía là saccarozo
Nước mía sau khi làm sạch có nồng độ chất khơ khoảng 12-15%. Cần cô đặc đến nồng độ khoảng 65% để đáp ứng nhu cầu nấu đường.
Nồng độ không được q lỗng vì sẽ tốn thời gian nấu đường, cũng như khơng được q đặc vì sẽ kết tinh đường trong ống
Trong q trình cơ đặc cần khống chế nhiệt độ, rút ngắn thời gian lưu để tránh tổn thất đường do chuyển hóa và phân hủy. Nhiệt độ nóng chảy và phân hủy của saccarozo là 186C.
Dung dịch ban đầu có độ nhớt khá nhỏ, ở 30C với nồng độ 10% thì độ nhất là 1.37cP
<b>1.3. Lựa chọn phương án thiết kế </b>
Có thể sử dụng cô đặc dung dịch bằng một nồi hay nhiều nồi, ở đề tài này, chúng ta chỉ xét hệ thống cô đặc nhiều nồi. Cô đặc nhiều nồi là quá trình sử dụng hơi thứ thay cho hơi đốt, do đó nó có ý nghĩa kinh tế cao về sử dụng nhiệt. Nguyên tắc của quá trình cơ đặc nhiều nồi có thể tóm tắt như sau: Ở nồi thứ nhất, dung dịch được đun nóng bằng hơi đốt, hơi thứ của nồi này đưa vào nồi thứ hai, hơi thứ nồi thứ hai đưa vào nồi thứ ba… hơi thứ cuối cùng đi vào thiết bị ngưng tụ. Còn dung dịch đi vào lần lượt từ nồi này sang nồi kia, qua mỗi nồi đều bốc hơi một phần, nồng độ tăng dần lên. Điều kiện
</div><span class="text_page_counter">Trang 12</span><div class="page_container" data-page="12">cần thiết để truyền nhiệt trong các nồi là phải có chênh lệch nhiệt độ giữa hơi đốt và dung dịch sơi, hay nói cách khác là chênh lệch áp suất giữa hơi đốt và hơi thứ trong các nồi, nghĩa là áp suất làm việc trong mỗi nồi phải giảm dần vì hơi thứ của nồi trước là hơi đốt của nồi sau. Thông thường nồi đầu làm việc ở áp suất dư, còn nồi cuối làm việc ở áp suất thấp hơn áp suất khí quyển.
<b>1.4. Qúa trình cơ đặc </b>
<i><b>1.4.1. Định nghĩa q trình cơ đặc </b></i>
Cơ đặc là q trình làm bay hơi một phần dung môi của dung dịch chứa chất tan khơng bay hơi 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 nguyên chất (cất nước).
<i><b>1.4.2. Các phương pháp cô đặc </b></i>
Phương pháp nhiệt: dung môi chuyển từ trạng thái lỏng sang trạng thái hơi dưới tác dụng của nhiệt khi áp suất riêng phần của nó bằng áp suất tác dụng lên mặt thoáng chất lỏng.
Phương pháp lạnh: khi hạ thấp nhiệt độ đến một mức nào đó thì một cấu từ sẽ tách ra dạng tinh thể đơn chất tinh khiết, thường là kết tinh dung môi để tăng nồng độ chất tan. Tùy tính chất cấu tử và áp suất bên ngồi tác dụng lên mặt thống mà q trình kết tinh đó xảy ra ở nhiệt độ cao hay thấp và đôi khi phải dùng đến thiết bị làm lạnh.
<i><b>1.4.3. Bản chất của q trình cơ đặc </b></i>
Dựa theo thuyết động học phân tử: Để tạo thành hơi (trạng thái tự do) thì tốc độ chuyển động vì nhiệt của các phân tử chất lỏng gần mặt thoáng lớn hơn tốc độ giới hạn. Phân tử khi bay hơi sẽ thu nhiệt để khắc phục lực liên kết ở trạng thái lông và trở lực bên ngồi. Do đó, ta cần cung cấp nhiệt để các phân tử đủ năng lượng thực hiện quá trình này.
</div><span class="text_page_counter">Trang 13</span><div class="page_container" data-page="13">Bên cạnh đó, sự bay hơi chủ yếu do các bọt khí hình thành trong quá trình cấp nhiệt 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 hồn tự nhiên trong nội có đặc.
<i><b>1.4.4. Ứng dụng của cơ đặc </b></i>
Ứng dụng trong sản xuất hóa chất, thực phẩm, dược phẩm. Mục đích để đạt được nồng độ dung dịch theo yêu cầu, hoặc đưa dung tinh. dịch đến trạng thái quá bão hòa để kết
Sản xuất thực phẩm: đường, mì chính, các dung dịch nước trái cây...
Sản xuất hóa chất: NaOH, NaCl, Cach, các muối vô cơ ...
<b>1.5. Thiết bị cô đặc </b>
<i><b>1.5.1. Phân loại và ứng dụng </b></i>
<i>1.5.1.1. Theo cấu tạo và tính chất của đối tượng cơ đặc </i>
Nhóm 1: dung dịch đối lưu tự nhiên (tuần hồn tự nhiên) dùng cơ đặc dung dịch khá lỗng, độ nhớt thấp, đảm bảo sự tuần hoàn dễ dàng qua bề mặt truyền nhiệt
Nhóm 2: dung dịch đối lưu cưỡng bức, dùng bơm để tạo vận tốc dung dịch từ 1,5 –3,5 m/s tại bề mặt truyền nhiệt. Có ưu điểm: tăng cường hệ số truyền nhiệt, dùng chodung dịch đặc sệt, độ nhớt cao, giảm bám cặn, kết tinh trên bề mặt truyền nhiệt.
Nhóm 3: dung dịch chảy thành màng mỏng, chảy một lần tránh tiếp xúc nhiệt lâu làm biến chất sản phẩm. Thích hợp cho các dung dịch thực phẩm như nước trái cây, hoa
<i>1.5.1.2. Theo phương pháp thực hiện </i>
Cô đặc áp suất thường (thiết bị hở): có nhiệt độ sơi, áp suất không đối. Thường dùng cô đặc dung dịch liên tục để giữ mức dung dịch cố định, 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 sơi thấp hơn do có áp suất chân khơng. Dung dịch tuần hồn tốt, ít tạo căn, sự bay hơi nước liên tục.
</div><span class="text_page_counter">Trang 14</span><div class="page_container" data-page="14">Cơ đặc nhiều nồi: Mục đích chính là tiết kiệm hơi dẹt. Sẽ nói khơng liên lớn quá vì sẽ làm giảm hiệu quả tiết kiệm hơi so với chi phí bỏ ra. Có thể cơ đặc chân khơng, có đặc áp lực hay phối hợp cả hai phương pháp. Đặc biệt có thể sử dụng hơi thứ cho mục đích khác để nâng cao hiệu quả kinh tế.
Cô đặc liên tục: Cho kết quả tốt hơn cơ đặc gián đoạn, có thể tự động hóa.
<i><b>1.5.2. Thiết bị chính và thiết bị phụ </b></i>
<i>1.5.2.1. Thiết bị chính </i>
Ống tuần hồn, ống truyền nhiệt
Buồng đốt, buông bốc, đáy, nắp...
<i>1.5.2.2. Thiết bị phụ </i>
Bể chứa sản phẩm, nguyên liệu
Các loại bơm: bơm dung dịch, bơm nước, bơm chân không
Thiết bị gia nhiệt
Thiết bị ngưng tụ Baromet, Thiết bị đo và điều chỉnh
</div><span class="text_page_counter">Trang 15</span><div class="page_container" data-page="15"><b>CHƯƠNG II: QUY TRÌNH </b>
<b>2.1. Thuyết mình quy trình </b>Ngun liệu đầu tiên là dung dịch đường mía. Dung dịch từ bể chứa nguyên liệu được bơm lên bồn cao vị để ổn định lưu lượng sau đó vào thiết bị gia nhiệt thông qua lưu lượng kế và được gia nhiệt đến nhiệt độ sôi.
Thiết bị gia nhiệt có thân hình trụ đặt đứng, bên trong gồm nhiều ống nhỏ, được bố trí theo đỉnh hình tam giác đều. Các đầu ống được giữ chặt trên vỉ ống và vỉ ống được hàn dính vào thân. Hơi nước bão hịa đi bên ngồi ống (phía vỏ). Dung dịch được đưa vào thiết bị, đi bên trong ống từ dưới lên. Hơi nước bão hòa sẽ ngưng tụ trên các bề mặt ngoài của ống và cấp nhiệt cho dung dịch nâng nhiệt độ của dung dịch đến nhiệt độ sôi. Dung dịch sau khi được gia nhiệt sẽ được đưa vào thiết bị cơ đặc thực hiện q trình bốc hơi. Hơi ngưng tụ theo ống dẫn nước ngưng qua bẫy hơi chảy ra bên ngoài. Dung dịch sau nồi 1 tiếp tục qua nồi 2, hơi từ nồi 1 dẫn qua nồi 2 để tiếp tục gia nhiệt, tương tự như vậy khi qua nồi 3.
Nguyên lý làm việc của nồi cô đặc: buồng đốt là thiết bị trao đổi nhiệt dạng ống chùm đặt thẳng đứng. Dung dịch được nhập vào cửa bên dưới, gần vị trí nối ống tuần hồn và buồng đốt, sau đó dung dịch đi trong ống truyền nhiệt, hơi đốt được cấp vào phía trên của buồng đốt sẽ đi trong khoảng khơng phía ngồi ống. Hơi đốt sẽ ngưng tụ bên ngoài ống và sẽ nhả nhiệt, truyền nhiệt cho dung dịch chuyển động bên trong ống. Dung dịch đi trong ống từ dưới lên và sẽ nhận nhiệt do hơi đốt ngưng tụ cung cấp và sẽ sôi rồi tràn vào buồng bốc hơi. Hơi ngưng tụ theo ống dẫn nước ngưng qua bẫy hơi chảy ra ngồi.
Phần phía ngồi là buồng bốc để tách hỗn hợp lỏng hơi thành hai dòng dựa theo sự khác nhau về khối lượng riêng, sản phẩm cần thu nhận có khối lượng riêng lớn hơn sẽ rơi xuống đáy buồng bốc và đi xuống theo ống tuần hồn. Khi đó, một phần dung dịch sẽ được đưa ra ngoài theo ống lấy sản phẩm, một phần sẽ được tuần hồn lại, dịng hơi thứ đi lên phía trên buồng bốc đến bộ phận tách giọt để tách những giọt lỏng ra khỏi hơi thứ.
</div><span class="text_page_counter">Trang 16</span><div class="page_container" data-page="16">Dung dịch sau khi cơ đặc được bơm ra ngồi theo ống tháo sản phẩm nhờ bơm ly tâm, vào bể chứa sản phẩm. Hơi thứ và khí khơng ngưng đi ra phía trên của thiết bị cơ đặc vào thiết bị ngưng tụ baromet. Thiết bị ngưng tụ baromet là thiết bị ngưng tụ kiểu trực tiếp. Chất làm lạnh là nước được đưa vào ngăn trên cùng của thiết bị, dòng hơi thứ dẫn vào cuối thiết bị. Dòng hơi thứ đi lên gặp nước giải nhiệt, nó sẽ ngưng tụ thành lỏng chảy ra ngồi bồn chứa, khí khơng ngưng tiếp tục đi lên trên và được dẫn qua bộ phận tách giọt để chỉ cịn khí khơng ngưng được bơm chân khơng hút ra ngồi. Khí ngưng tụ chuyển thành hơi lỏng thì thể tích của hơi sẽ giảm, làm áp suất giảm, do đó tự bản thân thiết bị áp suất sẽ giảm. Vì vậy thiết bị ngưng tụ baromet là thiết bị ổn định chân khơng, nó duy trì áp suất chân khơng trong hệ thống. Áp suất làm việc của thiết bị baromet là áp suất chân khơng do đó nó phải được lắp đặt ở một độ cao cần thiết để nước ngưng có thể tự chảy ra ngồi khí quyển mà khơng cần dùng máy bơm.
Bình tách giọt là một vách ngăn, có nhiệm vụ là tách những giọt lỏng bị lơi cuốn theo dịng khí khơng ngưng để đưa về bồn chứa nước ngưng, cịn khí khơng ngưng sẽ được bơm chân khơng hút ra ngồi.
Bơm chân khơng có nhiệm vụ là hút khí khơng ngưng ra ngồi để tránh trường hợp khí khơng ngưng tồn tại trong thiết bị ngưng tụ quá nhiều, làm cho áp suất của thiết bị ngưng tụ tăng lên, có thể làm cho nước chảy ngược lại sang nồi cô đặc.
</div><span class="text_page_counter">Trang 17</span><div class="page_container" data-page="17"><b>CHƯƠNG III: CÂN BẰNG VẬT CHẤT VÀ NĂNG LƯỢNG </b>
<b>3.1. Dữ kiện ban đầu </b>Nồng độ đầu x<small>đ</small>= 8%
Nồng độ cuối x<small>c</small>= 40%
Năng suất nhập liệu G<small>đ</small>= 5200 kg/h
Áp suất hơi bão hòa P = 2 at
Áp suất chân không tại thiết bị ngưng tụ P<small>ck </small>= 0,76 at
Áp suất thực trên chân không kế là P<small>c</small> = P<small>a</small> – P<small>ck</small> = 1 – 0,76 = 0,24 at.
𝑊<sub>1</sub>, 𝑊<sub>2</sub> , 𝑊<sub>3</sub> lần lượt là lượng nước bốc hơi ở nồi 1, 2, 3 (kg/s)
Cơ đặc nhiều nồi có hiệu quả kinh tế cao về sử dụng hơi đốt so với một nồi, vì nếu ta giả thuyết rằng cứ 1kg hơi đưa vào đốt thì ta được 1kg hơi thứ, như vậy 1kg hơi đốt đưa vào nồi đầu sẽ làm bốc hơi số kg hơi thứ tương đương với số nồi trong hệ thống
</div><span class="text_page_counter">Trang 18</span><div class="page_container" data-page="18">cô đặc nhiều nồi, hay nói cách khác là lượng hơi đốt dùng để bốc 1kg hơi thứ tỷ lệ nghịch với số nồi.
Dựa vào giả thuyết trên ta có:
Gọi W<small>1, </small>W<small>2,</small> W<small>3</small> là lượng hơi thứ của nồi 1, nồi 2, nồi 3 kg/h.
Chọn sự phân bố hơi thứ theo tỷ lệ : W<small>1</small> : W<small>2</small> :W<small>3</small> = 1 : 1,1 : 1,2
Từ cách chọn tỷ lệ này ta tính được lượng hơi thứ bốc ra từng nồi:
</div><span class="text_page_counter">Trang 19</span><div class="page_container" data-page="19">Giả sử áp hiệu số phân bố suất hơi đốt các nồi là: ∆P<small>1 </small>: ∆P<small>2</small> : ∆P<small>3</small> = 4.2 : 2,1 : 1
<i><b>3.3.1. Tính nhiệt độ và áp suất hơi đốt mỗi nồi </b></i>
Gọi: T<small>hđi</small> là nhiệt độ của hơi đốt nồi thứ i
<small> </small>i<small>hđi </small> là nhiệt lượng riêng hơi đốt nồi thứ i r<small>hđi </small>là nhiệt hóa hơi
tương ứng với áp suất hơi đốt P<small>hđi </small>(tra bảng I.250, trang 314 [1])
</div><span class="text_page_counter">Trang 20</span><div class="page_container" data-page="20">Với thiết bị ngưng tụ baromet P<small>nt</small> = 0,76 at => T<small>nt</small> = 41,54<sup>0</sup>C
<i><b>3.3.2. Tính nhiệt độ và áp suất hơi thứ cho mỗi nồi </b></i>
Gọi ∆<sub>𝑖</sub><sup>′′′</sup> là tổn thất nhiệt độ do trở lực đường ống.
Chọn ∆<small>1 </small>= ∆<small>2</small> = ∆<small>3</small> = 1<small>0</small>C
Gọi t<small>hti</small> là nhiệt độ hơi thứ nồi thứ i, <small>0</small>C
Áp dụng công thức: t<small>hti </small>= T<small>hđi </small>+ ∆<sub>𝑖</sub><sup>′′′</sup>
Nhiệt độ hơi thứ nồi sau = nhiệt độ hơi đốt nồi trước – 1<small>0</small>C
Nhiệt độ hơi thứ nồi cuối = nhiệt độ thiết bị baromet + 1<small>0</small>C
Vậy từ những dữ kiện trên, ta có:
t<small>ht1</small> = T<small>hđ2</small> + 1 = 77,9757 + 1 = 78,9757 <small>0</small>C
t<small>ht2</small> = T<small>hđ3</small> + 1 = 56,3575 + 1 = 56,3575 <small>0</small>C
t<small>ht3</small> = T<small>nt</small> + 1 = 41,54+ 1 = 42,54<sup>0</sup>C
Gọi: P<small>hti</small> là nhiệt độ của hơi thứ nồi thứ i
<small> </small>i<small>hti </small> là nhiệt lượng riêng hơi thứ i r<small>hti </small>là nhiệt hóa hơi
tương ứng với áp suất hơi đốt t<small>hti </small>(tra bảng I.250, trang 314 [1])
</div><span class="text_page_counter">Trang 21</span><div class="page_container" data-page="21">r<small>ht </small>(kJ/kg) 2241,2 2266,5 2278,95
<b>3.4. Tính tổn thất nhiệt độ mỗi nồi </b>
<i><b>3.4.1. Tổn thất nhiệt độ do nồng độ </b></i>
Ở cùng một áp suất nhiệt độ sôi của dung dịch (t<small>sdd </small>) bao giờ cũng lớn hơn nhiệt độ sôi của dung môi nguyên chất. (t<small>sdm</small>)
Hiệu số nhiệt độ ’= t<small>sdd</small> – t<small>sdm</small> gọi là tổn thất nhiệt độ sôi do nồng độ:
Cơng thức tính tốn : ’ = Δ’<small>o</small><i> f </i>
Với Δ’<small>o</small> là tổn thất nhiệt độ do nhiệt độ sôi của dung môi
<i> f là hệ số hiệu chỉnh phụ thuộc vào nhiệt độ sôi của dung mơi </i>
<i>f = </i>16,2<sup>(𝑡+273)</sup><sup>2</sup> <small>𝑟</small>
Trong đó : T là nhiệt độ sôi của dung môi nguyên chất ở áp suất đã cho, <small>0</small>K; r là ẩn nhiệt hóa hơi của dung mơi ngun chất ở áp suất làm việc,J/kg.
Tổn thất nhiệt độ Δ’<small>0</small> theo nồng độ a (% khối lượng)
</div><span class="text_page_counter">Trang 22</span><div class="page_container" data-page="22"><small>Δ’3 = 1,6. 16,2.</small><sup>(92,52+ 273)</sup><sup>2</sup>
<small>2278,95.103=1,51960C </small>
<small>Vậy tổng tổn thất nhiệt độ ở 3 nồi là: : ∑Δ’ = Δ 1’+ Δ 2’ + Δ 3’ = 2,0166</small><sup></sup><small>C </small>
<i><b>3.4.2. Tổn thất nhiệt độ do áp suất thủy tĩnh (Δ’’) </b></i>
P<small>o</small>là áp suất hơi thứ trên bề mặt dung dịch.
h<small>1</small> là chiều cao của lớp dung dịch sôi kể từ miệng ống truyền nhiệt đến mặt thoáng dung dịch, chọn h=0,5 cho cả 3 nồi.
h<small>2 </small>là chiều cao ống truyền nhiệt, chọn h = 4m cho cả 3 nồi.
Do chưa xác định được nhiệt độ sôi của dung dịch nên giả thiết lấy khối lượng riêng ở nhiệt độ 20<small>0</small>C.(tra bảng I.86, trang 58 [1])
x<small>dd1</small> = 11,9% => ρ<small>dd1</small> = 1047,89 kg/m<small>3</small>
</div><span class="text_page_counter">Trang 23</span><div class="page_container" data-page="23"><i><b>3.4.3. Tổn thất nhiệt độ trên đường ống dẫn hơi thứ (Δ’’’) </b></i>
Chọn tổn thất áp suất do trở lực của đường ống trong từng nồi là ' '<sub>= 1÷ 1,5</sub><small>0</small>C . Chọn nhiệt độ tổn thất trên mỗi đường ống là Δ’’’ = 1<small>o</small>C.
</div><span class="text_page_counter">Trang 24</span><div class="page_container" data-page="24"><i><b>3.4.5. Chênh lệch nhiệt độ hữu ích các nồi </b></i>
Hiệu số nhiệt độ hữu ích là hiệu số hơi đốt và nhiệt độ sơi trung bình dung dịch:
</div><span class="text_page_counter">Trang 25</span><div class="page_container" data-page="25">∆T<small>2 </small>= T<small>hđ2</small> – t<small>s2</small> = 77,9757 – 58,0625 = 19,91<sup>0</sup>C
∆T<small>3 </small>= T<small>hđ3</small> – t<small>s3</small> = 56,3575 – 47,3596 = 8,9979<small>0</small>C
<i><b>3.4.6. Phương trình cân bằng nhiệt lượng </b></i>
Gọi:
D<small>1,</small> D<small>2</small>, D<small>3</small> là lượng hơi đốt nồi 1, nồi 2, nồi 3, kg/h.
G<small>đ</small>, G<small>c</small> là lượng dung dịch đầu và cuối, kg/h.
W<small>1</small>, W<small>2</small>, W<small>3</small> là lượng hơi thứ bốc ra từ nồi 1, nồi 2, nồi 3, kg/h.
C<small>đ</small>, C<small>c</small> là nhiệt dung riêng của dung dịch đầu và cuối, J/kg.độ.
t<small>đ, </small>t<small>c</small> nhiệt độ đầu và nhiệt độ cuối của dung dịch, <sup>0</sup>C.
t<small>s1, </small>t<small>s1, </small>t<small>s1 </small>nhiệt độ sôi của dung dịch ở nồi 1, 2, 3, <small>0</small>C.
i<small>hđ1,</small> i<small>hđ2</small>, i<small>hđ3</small> là hàm nhiệt của hơi đốt nồi 1, nồi 2, nồi 3, kg/h.
i<small>ht1</small>, i<small>ht2,</small> i<small>ht3</small> là hàm nhiệt của hơi thứ nồi 1, nồi 2, nồi 3,J/kg.
C<small>1</small>, C<small>2</small>, C<small>3</small> nhiệt dung riêng của dung dịch nồi 1,2,3, J/kg.độ
C<small>n1</small>, C<small>n2</small>, C<small>n3</small> là nhiệt dung riêng của nước ngưng nồi 1, 2, 3, J/kg.độ. θ<small>1</small> θ<small>2</small> θ<small>3</small> nhiệt nước của ngưng nồi 1,2,3, <sup>0</sup>C.
Q<small>tt1</small>, Q<small>tt2</small>, Q<small>tt3 </small>nhiệt tổn thất ra môi trường sung quanh, J
Theo phương trình cân bằng nhiệt, lượng nhiệt vào bằng lượng nhiệt ra:
<i>Nhiệt lượng vào: </i>
Nồi 1:
- Do dung dịch đầu: G<small>đ.</small>C<small>đ.</small>t<small>đ</small>
- Do hơi đốt: D<small>1.</small>i<small>hđ1 </small>
</div><span class="text_page_counter">Trang 26</span><div class="page_container" data-page="26">Nồi 2:
- Do hơi đốt mang vào: D<small>2</small>.i<small>hđ2</small>
- Do dung dịch ở nồi 1 mang vào: (G<small>đ</small> – W<small>1</small>).C<small>1.</small>t<small>s1</small> Nồi 3:
- Do hơi đốt mang vào : D<small>3.</small>i<small>hđ3</small>
- Do dung dịch nồi 2 mang vào: (G<small>đ</small> – W<small>1</small> –W<small>2</small>).C<small>2.</small>t<small>s2</small>
<i>Nhiệt lựợng ra: </i>
Nồi 1:
Do hơi đốt mang ra: W<small>1</small>.i<small>ht1</small>
Do dung dịch mang ra: (G<small>đ</small> – W<small>1</small>).C<small>1.</small>t<small>s1</small>
Do nước ngưng mang ra: D<small>1.</small>C<small>n1</small> .θ<small>1</small>
Do tổn thất nhiệt chung: Q<small>tt1</small> = 0,05.D<small>1.</small>(i<small>hđ1</small>- C<small>n1</small> θ<small>1</small>)
Nồi 2:
Do hơi thứ mang ra: W<small>2.</small>i<small>ht2</small>
Do dung dịch mang ra: (G<small>đ</small> –W<small>1</small> –W<small>2</small>).C<small>2.</small>t<small>s2</small>
Do nước ngưng mang ra: D<small>2.</small>C<small>n2</small>.θ<small>2</small>
Do tổn thất nhiệt chung: Q<small>tt2</small> = 0,05.D<small>2.</small>(i<small>hđ2</small> – C<small>n2</small>.θ<small>2</small>)
Nồi 3:
Do hơi thứ mang ra: W<small>3.</small>i<small>ht3</small>
Do dung dịch mang ra: (G<small>đ</small> –W<small>1</small> –W<small>2</small> –W<small>3</small>).C<small>3.</small>t<small>s3</small>
Do nước ngưng mang ra: D<small>3.</small>C<small>n3</small>.θ<small>3</small>
</div><span class="text_page_counter">Trang 27</span><div class="page_container" data-page="27">Do tổn thất nhiệt chung: Q<small>tt3</small> = 0,05.D<small>3.</small>(i<small>hđ3</small> – C<small>n3</small> θ<small>3</small>)
Viết phương trình cân bằng nhiệt lượng cho từng nồi:
Phương trình cân bằng nhiệt lượng:
</div><span class="text_page_counter">Trang 29</span><div class="page_container" data-page="29">Với i<small>li</small> là nhiệt lượng riêng của nức ngưng nồi 1,2,3
Thay các dữ kiện trên vào phương trình (1), (2), (3), với các ẩn là W<small>1</small>, W<small>2</small>, W<small>3</small>, D<small>1</small> ta có kết quả như bảng sau:
<b>Bảng 3.3 Kết quả tính tốn của phương trình cân bằng nhiệt lượng </b>
</div><span class="text_page_counter">Trang 30</span><div class="page_container" data-page="30"><b>CHƯƠNG IV: THIẾT BỊ CHÍNH </b>
Thiết bị làm việc ở áp suất cao nhất là P= 2at = 2.9,81.10<small>4</small> = 1,962.10<small>5</small> N/m<small>2</small> < 1,6.10<sup>6</sup> N/m<sup>2</sup><b> nên coi như làm việc ở áp suất thấp. </b>
d là đường kính của ống truyền nhiệt, m
Do trong cả ba nồi hệ số cấp nhiệt của hơi đốt α<small>1</small> > hệ số cấp nhiệt α<small>2</small> từ bề mặt đốt đến chất lỏng sôi. Vậy chọn d là đường kính trong của ống truyền nhiệt.
Ống truyền nhiệt loại 64x7, tức là:
Đường kính ngồi: d<small>n</small> = 64 mm =64.10<small>-3</small>m
Độ dày: δ = 7mm = 7.10<small>-3</small>m
đường kính trong của ống d = d<small>n</small> - 2δ = 64.10<sup>-3</sup> – 2.7.10<sup>-3 </sup>= 0,07m
l là chiều dài ống truyền nhiệt, m. Chọn l = 4m
Vậy từ các giả thiết trên, ta có số ống trong buồng đốt là:
</div><span class="text_page_counter">Trang 31</span><div class="page_container" data-page="31">Số ống trên đường xuyên tâm của hình 6 cạnh = 23 ống
Tổng số ống khơng kể các ống trong các hình viên phân = 397 ống
Tổng số ống trong tất cả hình viên phân = 42 ống
Tổng số ống của thiết bị = 439 ống
<i><b>4.1.2. Thiết bị ống tuần hồn trung tâm. (tính theo bề mặt trong) </b></i>
Vì đây là thiết bị cơ đặc có ống tuần hồn trung tâm .Nên tiết diện tuần hoàn trung tâm F<small>th</small> lấy bằng khoảng 25% - 35% tổng bề mặt tiết diện tất cả các ống truyền
<i><b>4.1.3. Đường kính trong buồng đốt </b></i>
Đường kính trong của buồng đốt tính theo công thức:
</div><span class="text_page_counter">Trang 32</span><div class="page_container" data-page="32"><small>2</small> do xếp ống theo hình lục giác đều l là chiều dài ống truyền nhiệt, m. Chọn l = 2m
<i><b>4.1.4. Chiều dày buồng đốt </b></i>
Thường dùng thép chịu nhiệt CT<small>3</small>
Chiều dày của thân hình trụ làm việc chịu áp suất trong P được xác định theo công thức
</div><span class="text_page_counter">Trang 33</span><div class="page_container" data-page="33">Trong đó:
D<small>tr</small>: là đường kính trong của buồng đốt, m.
<sub>: hệ số bền của thành hình trụ tính theo phương dọc,chon</sub> <sub>=0,95. </sub>
C<small>2</small> – là đại lượng chống ăn mòn khi nguyên liệu có chứa các hạt rắn chuyển động với tốc độ lớn. Ở đây coi mơi trường bão hịa nên C<small>2</small> = 0.
C<small>3</small> – đại lượng bổ sung đo dung sai của chiều dày, phụ thuộc vào chiều dày tấm vật liệu,
</div><span class="text_page_counter">Trang 34</span><div class="page_container" data-page="34">Với η là hệ số điều chỉnh,theo bảng XIII.2/356 – [2] ta chọn η = 1
n<small>b </small>là hệ số an toàn theo giới hạn bền theo bảng XIII.3/356 – [2] ta chọn
</div><span class="text_page_counter">Trang 35</span><div class="page_container" data-page="35">*Kiểm tra ứng suất theo áp suất thử:
P<small>th</small> áp suất thử thuỷ tĩnh lấy theo bảng XIII.5/358 – [2]
Kiểm tra với áp suất làm việc lớn nhất và dung dịch có tỉ trọng lớn nhất Vậy bề dày buồng đốt cho cả 3 nồi là 10mm.
<b>4.1.5. Chiều dày đáy buồng đốt </b>
</div><span class="text_page_counter">Trang 36</span><div class="page_container" data-page="36">𝑆<sub>𝑑</sub> = <sup>𝐷</sup><sup>𝑡𝑟.</sup><sup>𝑃. 𝑦</sup>
2. [𝜎<sub>𝑢</sub>]𝜑<sub>ℎ</sub> <sup>+ 𝐶 =</sup>
1,7.21,047. 10<small>4</small>. 2
2.146,154. 10<small>6</small>. 0,95<sup>+ 0,0014 = 0,0039 𝑚 </sup>
Vậy ta chọn chiều dày của đáy là 30 mm
Giờ ta kiểm tra ứng suất thành đáy buồng đốt ở áp suất thủy lực
Với công thức sau:
W là lượng hơi thứ bốc lên trong thiết bị, kg/h
Vì lượng hơi thứ nồi 3 bốc ra là lớn nhất, nên ta tính theo nồi 3 và quy chuẩn cho 2 nồi còn lại.
</div><span class="text_page_counter">Trang 37</span><div class="page_container" data-page="37">W = W<small>3</small> =1512,7 kg/h
𝜌<sub>ℎ</sub> là khối lượng riêng của hơi thứ
𝜌<sub>ℎ</sub>= 𝜌<sub>ℎ𝑡3</sub>= 0,0784 kg/m<small>3 </small>tra khối lượng riêng hơi thứ theo nhiệt độ hơi thứ tra
<i>f là hệ số điều chỉnh - xác định theo đồ thị ( VI.3, trang 72, [2] ) </i>
Khi P<small>h</small> < 1at thì đồ thị khơng chính xác với P<small>ht3</small> = 0,0784 at →f = 1,015 → U<small>tt</small> = 1,015 .1600 = 1624 m<small>3</small>/m<small>3</small>h
𝑉 = <sup>1512,7</sup>
0,0784.1624 <sup>= 4,335 (𝑚</sup> <small>3</small><i>) </i>
<i><b>4.2.2. Chiều cao buồng bốc </b></i>
Vậy ta tính được chiều cao không gian hơi H bằng công thức (VI.34, trang 72, [2])
</div><span class="text_page_counter">Trang 38</span><div class="page_container" data-page="38">Trong thực tế thường chiều cao của khoảng không gian hơi không nhỏ hơn 1,5m. Vậy Với: Đường kính trong là D<small>tr</small>= 1,8 m
Hệ số bền của thành hình trụ theo phương dọc <small></small><sub>= 0,95 </sub>
[σ<small>k</small>] = 146,154.10<sup>6</sup> (N/m<sup>2</sup>)
Số bổ sung do ăn mòn, bào mòn và dung sai về chiều dày C= 0,0014 m
P là áp suất trong thiết bị
Khảo sát với nồi 1 là nồi có áp suất làm việc lớn nhất.
Ta thấy S – C < 10 mm nên ta tăng thêm C thêm 3 mm nên ta chọn S = 7 mm.
Kiểm tra ứng suất theo áp suất thử:
</div><span class="text_page_counter">Trang 39</span><div class="page_container" data-page="39">Vậy bề dày buồng bốc của cả 3 nồi được thiết kế là 7 mm.
Để thống nhất với độ dày phòng đốt nên chọn S = 10 mm.
</div>
