đồ án môn học quá trình và thiết bị truyền nhiệt

CÔ ĐẶC ĐƯỜNG MÍA GVHD: TIỀN TIẾN NAM
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆP THỰC PHẨM TP.HCM
KHOA CÔNG NGHỆ HÓA HỌC
BỘ MÔN QUÁ TRÌNH & THIẾT BỊ
o0o
ĐỒ ÁN CÔ ĐẶC
ĐƯỜNG MÍA
MỘT NỒI LIÊN TỤC
NĂNG SUẤT SẢN PHẨM 1200 Kg/h
GVHD: TIỀN TIẾN NAM
SVTH: HUỲNH THỊ THU TRANG
LỚP: 02DHHH2
MSSV: 2004110484
Thành phố Hồ Chí Minh
2014 - 2015
SVTH: HUỲNH THỊ THU TRANG Trang 2
CÔ ĐẶC ĐƯỜNG MÍA GVHD: TIỀN TIẾN NAM
LỜI MỞ ĐẦU
Ngành công nghiệp mía đường là ngành công nghiệp lâu đời ở nước ta. Do nhu
cầu thị trường nước ta hiện nay mà các lò đường với quy mô nhỏ ở nhiều địa phương đã
được thiết lập. Tuy nhiên, đó chỉ là các hoạt động sản xuất một cách đơn lẻ, năng suất
thấp, không có sư liên kết với các ngành công nghiệp có liên quan.
Trong những năm qua ở một số tỉnh thành của nước ta, ngành công nghiệp mía có
những bước nhảy vọt lớn, diện tích mía tăng lên một cách nhanh chóng. Đường mía
không còn là một ngành riêng lẻ mà đã trở thành hệ thống liên hợp các ngành có liên
quan như: công nghiệp chế biến bánh, kẹo, sữa… Trong tương lai khả năng này còn có
thể phát triển hơn nữa nếu có sự quan tâm đầu tư tốt.
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. Do đó, vấn đề đặt ra là hiệu quả sản xuất
nhằm đảm bảo thu hồi đường với hiệu suất cao. Bên cạnh đó, công nghệ lạc hậu, thiết bị

cũ kỹ đã ảnh hường mạnh đến quá trình sản xuất.
Vì tất cả lí do trên, việc cải thiện sản xuất, nâng cao, mở rộng nhà máy, đổi mới
dây chuyền thiết bị công nghệ, tăng hiệu quả các quá trình là hết sức cần thiết bị cô đặc là
một yếu tố quan trọng.
Đồ án “Thiết Kế Thiết Bị Cô Đặc Đường Mía Một Nồi Liên Tục” của môn học
“Đồ án môn học Quá Trình và Thiết Bị” cũng là một bước giúp sinh viên tập luyện và
chuẩn bị cho việc thiết kế quá trình và thiết bị công nghệ trong lĩnh vực này.
SVTH: HUỲNH THỊ THU TRANG Trang 3
CÔ ĐẶC ĐƯỜNG MÍA GVHD: TIỀN TIẾN NAM
PHẦN A: TỒNG QUAN
CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU CHUNG
1.1. Nguyên liệu: Mía
Ấn Độ là nước đầu tiên trên thế giới biết sản xuất đường từ mía vào năm 398. Tuy
vậy, khoảng 200 năm gần đây nền công nghiệp này mới được cơ khí hóa và phát triển.
Cùng với sự phát triển của ngành đường trên thế giới, nước ta – một nước có
truyền thống sản xuất đường mía lâu đời, sẽ có một nền công nghiệp đường tiên tiến
nhằm đáp ứng nhu cầu về lượng đường sử dụng cho nhân dân và cho sự phát triển kinh
tế.
Mía có thành phần hóa học gồm đường saccharose, glucose, fructose, cenlulose,
protein, acid amine, các chất vô cơ, vv… trong đó hàm lường đường saccaroza chiếm
12%. Do đó ta sản xuất đường mía đa số từ lượng đường này có trong mía.
1.2. Sản phẩm: Đường mía
• Cấu tạo:
Đường mía có thành phần chủ yếu là saccharose, là disaccharide cấu tạo từ 2
đường đơn là α-glucose và β-fructose liên kết với nhau bởi liên kết 1,4-glucosite
Công thức cấu tạo của đường mía là C
12
H
22
O

11
(M=342,3 đvC)
Tỉ trọng d=1,5879g/cm
3
• Tính chất vật lý:
Tồn tại ở dạng tinh thể, trong suốt, không màu.
Nhiệt độ nóng chảy tnc = 186oC -188oC. Khi đun nóng bị phân hủy tạo caramel.
Dễ hòa tan trong nước. Độ tan tăng khi nhiệt độ tăng.
Độ nhớt: tăng theo nồng độ tăng và giảm theo nhiệt độ tăng.
• Tính chất hóa học:
Saccharose không có tính khử vì phân tử không còn nhóm OH hemiaxetal tự do
nên không chuyển tiếp được thành dạng mạch hở chứa nhóm andehite. Vì vậy,
saccharose chỉ còn tính chất của alcol và có phản ứng thủy phân của disaccharide.
 Phản ứng thủy phân: dung dịch saccharose khi đun nóng với acid thì bị thủy phân tạo
thành hỗn hợp đường khử gồm glucose và fructose:
Saccharose glucose + fructose
 Tác dụng với Cu(OH)
2
: saccharose là một piliol có nhiều nhóm Oh kề nhau nên đã phản
ứng với Cu(OH)
2
sinh ra phức đồng-saccharose có màu xanh lam.
C
12
H
22
O
11
+ Cu(OH)
2

(C
12
H
21
O
11
)
2
Cu + 2H
2
O
• Phân loại: đường mía ở nước ta gồm nhiều loại thương phẩm khác nhau:
SVTH: HUỲNH THỊ THU TRANG Trang 4
H
+
CÔ ĐẶC ĐƯỜNG MÍA GVHD: TIỀN TIẾN NAM
− Đường phèn: là đường mía kết tinh ở nhiệt độ thường (khoảng 30ᵒC) dưới dạng tinh thể
lớn.
− Đường cát: là đường mía kết tinh có lẫn tập chất màu vàng.
− Đường phên: là đường mía được ép thành phên, còn chức nhiều tạp chất, có màu nâu
sẫm.
− Đường kính chính là saccharose ở dạng tinh thể nhỏ.
Theo TCVN, đường chia làm 3 loại: đường thô, đường cát trắng, đường tinh
luyện.
SVTH: HUỲNH THỊ THU TRANG Trang 5
CÔ ĐẶC ĐƯỜNG MÍA GVHD: TIỀN TIẾN NAM
CHƯƠNG 2: KHÁI QUÁT VỀ CÔ ĐẶC
Cô đặc là quá trình tăng nồng độ dung dịch chất tan không bay hơi bằng cách bốc
hơi dung môi khi đun sôi dung dịch. Quá trình cô đặc tiến hành ở trạng thái sôi.
Mục đích cô đặc:

− Làm tăng nồng độ dung dịch loãng.
− Để kết tinh.
Các phương pháp cô đặc:
− Cô đặc liên tục hoặc gián đoạn.
− Cô đặc ở áp suất chân không, áp suất thường hoặc áp suất khác áp suất thường.
Phân loại:
− Theo số lượng nồi:
+ Cô đặc một nồi.
+ Cô đặc nhiều nồi.
− Theo cấu tạo:
+ Cô đặc ống tuần hoàn trong.
+ Thiết bị cô đặc ống tuần hoàn ngoài.
2.1. Một số thiết bị cô đặc
2.1.1. Thiết bị cô đặc một nồi
Ưu điểm:
− Hệ thống đơn giản, chi phí lắp đặt đầu tư thấp.
− Dễ vệ sinh thiết bị
Nhược điểm:
− Tiêu hao hơi đốt quá lớn, không kinh tế.
− Hơi thứ còn mang một nhiệt lượng lớn, tốn nước để ngưng tụ.
Ứng dụng:
Hệ thống cô đặc một nồi có thể hoạt động theo phương thức gián đoạn hay liên
tục. Phương pháp gián đoạn được dùng khi cần nâng cao sản phẩm, còn phương pháp liên
tục được dùng khi dung dịch có nồng độ hay độ nhớt tương đối thấp.
2.1.2. Thiết bị cô đặc nhiều nồi
Để khắc phục những nhược điểm khi thực hiện cô đặc một nồi ta thực hiện quá
trình cô đặc với nhiều nồi cùng chiều hay ngược chiều. Quá trình này tận dụng hơi thứ
làm hơi đốt, do đó hạ thấp được lượng nước tiêu hao, năng suất được nâng cao, dễ khống
chế các thông số kĩ thuật.
• Cô đặc nhiều nồi cùng chiều:

Ưu điểm:
− Nhiệt độ sản phẩm thấp nên chất lượng sản phẩm cao.
− Hệ thống đơn giản, chi phí đầu tư thấp.
Nhược điểm:
SVTH: HUỲNH THỊ THU TRANG Trang 6
CÔ ĐẶC ĐƯỜNG MÍA GVHD: TIỀN TIẾN NAM
Các nồi sau do nồng độ tăng, nhiệt độ giảm làm độ nhớt tăng. Do đó, hệ số K giảm
dẫn đến cường độ bốc hơi các nồi sau giảm, không khai thác được hết công suất thiết kế
của thiết bị.
Ứng dụng:
Hệ thống được sử dụng phổ biến trong công nghệ đường, bột ngọt,…
• Cô đặc nhiều nồi ngược chiều:
Ưu điểm:
− Do dung dịch càng đặc nhiệt độ càng tăng nên độ nhớt dung dịch không tăng, đối lưu
không giảm, hệ số K ít thay đổi nên cường độ bốc hơi các nồi gần bằng nhau, khai thác
được hết công suất các nồi
− Lượng nước ngưng tụ ít.
Nhược điểm:
− Hệ thống phức tạp, chi phí đầu tư lắp đặt cao.
− Tốn năng lượng nhiệt và bơm
− Sản phẩm có nhiệt độ cao nên giảm chất lượng.
− Năng suất nhỏ hơn với nồi cô đặc xuôi chiều.
Ứng dụng:
Dùng trong trường hợp dung dịch có độ nhớt thay đồi theo nhiệt độ và sản phẩm
chịu được nhiệt độ cao.
• Cô đặc nhiều nồi song song:
Giống như cô đặc một nồi nhưng tận dụng lượng hơi thứ các nồi để làm giảm tiêu
hao hơi đốt.
Ưu điểm:
Hệ thống nồi càng dài thì càng tiết kiệm năng lượng nhiệt. Mức tiết kiệm năng

lượng giảm dần. từ nồi số 10 mức tiết kiệm giảm 1% khi tăng 1 nồi
Nhược điểm:
− Hệ thống phức tạp khi số nồi càng nhiều.
− Chi phí đầu tư cao.
− Vệ sinh hoặc sữa chữa khó khăn.
Ứng dụng:
Dùng để cô đặc sản phẩm có yêu cầu nồng độ cô đặc không cao lắm hoặc khi dung
dịch cô đặc kết tinh như sản xuất muối ăn NaCl
2.1.3. Thiết bị ngưng tụ baromet
Mục đích:
− Ngưng tụ hơi, khí thải.
− Tạo chân không.
Nguyên tắc hoạt động:
SVTH: HUỲNH THỊ THU TRANG Trang 7
CÔ ĐẶC ĐƯỜNG MÍA GVHD: TIỀN TIẾN NAM
Hơi vào thiết bị ngưng tụ từ dưới lên và nước làm nguội từ trên chảy xuống truyền
nhiệt trực tiếp nhau, thực hiện quá trình ngưng tụ hơi thành nước ngưng chảy xuống ống
chân rồi xuống bể nước ngưng. Khí không ngưng đi lên đỉnh, qua bộ tách bọt để tách các
hạt nước mang theo rồi được bơm chân không hút ra ngoài.
Ưu điểm:
− Nước ngưng tự chảy ra ngoài mà không cần bơm
− Năng suất ngưng tụ lớn, ít tốn nước làm nguội.
− Độ chân không ổn định.
Nhược điểm:
− Thiết bị cao, chi phí lắp đặt lớn.
− Độ chân không không cao do có hiện tượng bốc hơi.
Ứng dụng:
Sử dụng nhiều trong hệ thống cô đặc nhiều nối trong công nghiệp, kết tinh đường,
bột ngọt, muối…
2.2. Lựa chọn thiết bị

Đồ án này có đề tài cô đặc đường mía, nguyên liệu ban đầu là dung dịch có độ
nhớt thấp và nồng độ đường trong nó không cao nên ta cần nâng cao nồng độ sản phẩm
thì cần sử dụng thiết bị cô đặc một nồi chân không hoạt động liên tục có thiết bị ngưng tụ
baromet.
SVTH: HUỲNH THỊ THU TRANG Trang 8
CÔ ĐẶC ĐƯỜNG MÍA GVHD: TIỀN TIẾN NAM
SVTH: HUỲNH THỊ THU TRANG Trang 9
CÔ ĐẶC ĐƯỜNG MÍA GVHD: TIỀN TIẾN NAM
Nguyên lí làm việc của thiết bị cô đặc một nồi chân không (cô đặc đường mía):
Nguyên liệu là dung dịch đường mía chưa cô đặc có nồng độ ban đầu 15% (về
khối lượng) được bơm hút lên bồn cao vị. Lưu lượng kế điều chỉnh lưu lượng dung dịch
đường mía từ bồn cao vị chảy xuống. Nguyên liệu vào thiết bị truyền nhiệt. Tại đây, dung
dịch đường mía chảy trong lòng ống truyền nhiệt, hơi dốt đi bên ngoài ống với P
hơi
=3at
và t
hơi đốt
=132,7
o
C dung dịch đường mía sẽ được đun nóng tới t
đ
=92,19
o
C, trong quá trình
gia nhiệt một phần hơi đốt có thể bị ngưng tụ có thề được xử lí qua bẩy hơi (để tách lỏng
ngưng tụ và hơi đốt). Dung dịch đường sau khi gia nhiệt được đưa qua buồng bốc, tại đây
hơi thứ sẽ được tách khỏi dung dịch đường mía , dung dịch còn lại đi qua ống tuần hoàn
trung tâm xuống phòng đốt. Sau khi ra khỏi ống tuần hoàn, dung dịch đường được cấu tử
hơi nhẹ đẩy lên qua ống truyền nhiệt nhỏ xung quanh ống tuần hoàn và đồng thời được
hơi đốt đốt nóng bên ngoài tới nhiệt độ sôi t

sôi
=92,19
o
C. Quá trình này cứ tuần hoàn đến
khi dung dịch cô đặc với nồng độ 24% đi xuống đáy nồi cô đặc và được bơm thằng ra bể
chứa. Phần hơi thứ bay lên nếu là hơi ngưng tụ sẽ đọng lại trên nón kim loại phía trên
(gần đầu ra của nồi) hơi không ngưng sẽ thoát ra vành nón và đi thẳng lên trên ra nồi cô
đặc.
Tất cả lượng hơi thứ vừa thoát ra theo ống dẫn vào thiết bị ngưng tụ baromet. Tại
đây hơi thứ đi từ dưới lên còn nước ngưng đi từ trên xuống , hơi nước và nước sẽ tiếp xúc
với nhau. Nếu hơi nào ngưng tụ sẽ theo nước đi xuống bể chứa nước ngưng còn hơi
không ngưng có lẫn bọt sẽ đi lên qua bộ phận tách bọt để tách các hạt nước mang theo
khỏi hơi không ngưng hoàn toàn. Hơi không ngưng hoàn toàn được bơm chân không hút
ra ngoài.
Toàn bộ hệ thống làm việc ở điều kiện chân không do bơm chân không tạo ra với
P
ck
=0,75at, hơi đốt đưa vào có t
o
=132,7
o
C và P=3at.
Các lượng hơi đốt ngưng tụ sẽ theo ống dẫn nước ngưng qua bẩy hơi chảy ra ngoài
và phần khí không ngưng được xả ra ngoài theo cửa xả khí không ngưng.
SVTH: HUỲNH THỊ THU TRANG Trang 10
CÔ ĐẶC ĐƯỜNG MÍA GVHD: TIỀN TIẾN NAM
PHẦN B: TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ THIẾT BỊ
Nhiệm vụ đồ án
− Nồng độ dung dịch ban đầu: 15%
− Nồng độ sản phẩm: 24%

− Áp suất chân không 0,75at
CHƯƠNG 1: CÂN BẰNG VẬT CHẤT VÀ NĂNG LƯỢNG
1.1. CÂN BẰNG VẬT CHẤT
Phương trình cân bằng vật chất:
G
đ
*x
đ
= G
c
*x
c
⇒ G
đ
= = 1920 kg/h
Tổng lượng hơi thứ bốc lên W :
W = G
đ
- G
c
= 1920 – 1200 = 720 kg/h
1.2. CÂN BẰNG NĂNG LƯỢNG
Chọn:
Nhiệt độ đầu của nguyên liệu là t
đ
= 30
o
C
Gia nhiệt bằng hơi nước bão hòa, áp suất hơi đốt là 3 at
1.2.1. Cân bằng nhiệt lượng

Nhiệt lượng tiêu thụ cho cô đặc (Q
p
):
Q
D
= Q
đ
+ Q
bh
+ Q
kn
+ Q
tt
( theo sổ tay Quá trình và thiết bị tập 2, trang 57)
Q
đ
: nhiệt lượng đun nóng đến t
sôi
(J)
Q
bh
:nhiệt lượng bốc hơi nước (J)
Q
tt
: nhiệt lượng tổn thất (J)
Q
kn
: nhiệt khử nước (J)
+ Tính Q
đ

: nhiệt độ đun nóng đến nhiệ độ sôi :
SVTH: HUỲNH THỊ THU TRANG Trang 11
CÔ ĐẶC ĐƯỜNG MÍA GVHD: TIỀN TIẾN NAM
Theo sổ tay 2 trang 52:
Q
đ
=G
đ
*C
p
(t
s
-t
đ
)=1920*C
p
(92,19-30)
Theo sổ tay 1 trang 153(CT 150)
C
p
=4190(2514- 7,542t)*x J/kg*độ
Tại x=0,15% , t=30
o
c : C
p
=3917,195
⇒ C
PTB
= (3846,839+3917,195)/2=3882,017 J/kg*độ
⇒ Q

đ
=1920*3882,017*62,19=463,53*10
6
J=0,46*10
9
(J)
+ Tính Q
bh
nhiệt lượng bốc hơi của dung dịch:
Theo Sổ tay Quá trình và thiết bị tập 2 trang 58(CT VI.3)
Q
bh
=G
đ
*C*(t
đ
- t
s
) = W
r
= 720 (kg/h)
Tại P=0,78 (at) tra bảng 57, Qúa trình và thiết bị công nghệ Hóa tập 10 trang 443
⇒ Q
bh
=720*2284,4=1644768=1,64*10
9
J
+ Tính Q
kn
: nhiệt khử nước :

Q
kn
=Q
htđ
-Q
htc
<<ta có thể bỏ qua Q
bh
+ Tính Q
tt
: Q
tt
=4%Q
p
theo Qúa trình và thiết bị nhiệt tập 5, trang 186
⇒ Q
D
= 6,46353*10
9
+1,64*10
9
+4%Q
D
⇒ Q
D
= 2,19*10
9
J
Lượng hơi đốt dùng cho cô đặc D
D =

Trong hơi nước bão hòa bao giờ cũng có 1 lượng nước ngưng bị cuốn theo khoảng
φ=0,05 (độ ẩm hơi )
Q
D
= D*(1- φ)*(I
’’
d
-c
θ
) do không hóa lạnh hơi ngưng tụ nên (I
’’
p
-c
θ
) = r
⇒ D == =1061,84 kg/h
SVTH: HUỲNH THỊ THU TRANG Trang 12
CÔ ĐẶC ĐƯỜNG MÍA GVHD: TIỀN TIẾN NAM
r
p=3at
là ẩn nhiệt hóa hơi tại áp suất hơi đốt 3at
Lượng hơi đốt tiêu tốn riêng (d)
d ===1,475(kg hơi đốt /kg hơi thứ)
1.2.2. Chế độ cấp nhiệt độ
− P
hơi
=3at , tra bảng 57, Theo Quá trình và thiết bị công nghệ hóa tập 10, trang 443 ta nội
suy tính được t
hơi đốt
=132,7

o
C
− Gọi ∆ là hơi tồn thất trên đường ống dẫn từ buồng dốc đến TBNT, theo Giáo trình và
thiết bị truyền nhiệt ĐHCNTP, trang 69, ta chọn ∆
’’’
=1
o
C
− Nhiệt độ hơi thử trong buồng bốc t
sdm
(P
o
):
T
sdm
(P
p
) – t
c
=∆
’’’
=1
o
C => t
sdm(Po)
= t
c
+1 = 91,19+1=92,19
o
C

P
ck
=0,75, tra bảng 57 sách Quá trình và thiết bị công nghệ Hóa tập 10, trang 443,
nội suy tính được t
c
=91,19
o
C
Từ t
sdm(Po)
=92,19
o
C tra bảng 57 sách Quá trình và và thiết bị Công nghệ Hóa tập 10,
trang 443, nội suy P
o
=0,78at
1.2.3. Xác định nhiệt tổn thất
- Tổn thất nhiệt độ do nồng độ (∆
’
): ∆
’
=∆
o
’.f
Từ đồ thị trang 61 – Sổ tay Quá trình và thiết bị tập 2 tại x
đ
=15% thì ∆
o
’
=0,25

o
c
Tại t
sdm(Po)
=92,19
0
c , tra bảng VI.1 trang 59 –Sổ tay Quá trình và thiết bị 2 ta được
f=0,9410
=> ∆
’
=0,25*0,9410=0,23525=0,24
0
C
- Tổn thất nhiệt độ do áp suất thủy tĩnh (∆
’’
):
∆
’’
=t
tsdd
(P
o
+∆P) – t
sdd(Po)
t
sdd(Po)
: nhiệt độ sôi

dung dịch ở mặt thoáng
T

sdd
(p
o
+ ∆p): nhiệt độ sôi

ứng với áp suất ở độ sâu trung bình của cột chất lỏng
+ Tính t
sdd(Po)
:
∆
’
=
t
sdd(Po)
- t
sdm(Po)
⇒ t
sdd
= ∆
’
+t
sdm(Po)
= 0,24+92,19 = 92,43
o
C
SVTH: HUỲNH THỊ THU TRANG Trang 13
CÔ ĐẶC ĐƯỜNG MÍA GVHD: TIỀN TIẾN NAM
+ TÍnh t
sdd
(P

o
+∆
p
):
P
o
+∆P=P
o
+ pgh (at)
∆P = 0,5pgh = 0,5p
hh
.gH
op
(theo CT 4.19 , Quá trình và thiết bị Công nghệ Hóa tập 10,
trang 185)
P
hh
=0,5p
dd
, p
dd
là khối lượng riêng của dung dịch tại nồng độ x đang xét (kg/m
3
)
G=9.18m/s
2
P
o
=0,76at
H

op
: chiều cao lớp lỏng sôi
H
op=
[0,26 + 0,0014(p
dd
-p
dm
)H
o
H
o
: chiều cao ống truyền nhiệt , chon H
o
=2m
P
dm
: khối lượng riêng của dung môi tại t
o
s
=92,19
o
C ⇒ p
dm
=960,3 kg/m
3
(tra phụ lục 7-
trang 145 – Giáo trình và thiết bị truyền nhiệt ĐHCNTP)
− Tại x=15%, t
s

=92,19 : p
dd
=1058,93kg/m
3
(tra bảng 1.85 trang 57, Sổ tay Quá trình và
thiết bị tập 1 )
H
op
=[ 0,21+0,0014 (1058,93 – 960,3)]*2=0,696164=0,696(m)
∆P=0,5*0,5*1058,93* 9,18* 0,696164=1807, 955886(N/m
2
)= = 0,0184 at
⇒ P
o
+ ∆P = 0,78+0,0173 = 0,7984 (at)
Tại P
o
+∆P=0,7984 (at) tra bảng 57 – Quá trình và thiết bị Công nghệ Hóa tập 10 –trang
443 nội suy được t
sdd
(P
o
+∆P)=92,94
o
C ⇒ ∆
’’
=92,94-92,43=0,51
o
C
Tổng tổn thất nhiệt ở 15

o
C : ∑=∆
’
+∆
’’
+∆
’’’
=0,24+0,51+1=1,75
o
C
− Tại x=24% ⇒ p
dd
=1100,92 kg/m
3
(tra bảng 1.86 trang 59 sổ tay Quá trình và thiết bị tập
1)
H
op
=[0,21+0,0014(1100,92 - 960,3)]*2=0,813763 (m)
∆P = 0,5*0,5*1100,92 *9,18*0,813763 = 2213,616619(Pa) = 0,0226 at
SVTH: HUỲNH THỊ THU TRANG Trang 14
CÔ ĐẶC ĐƯỜNG MÍA GVHD: TIỀN TIẾN NAM
⇒ P
o
+∆P = 0,78+0,0226 = 0,8026(at)
Tại P+∆P = 0,8026 (at) tra bảng 57 – Quá trình và thiết bị Công nghệ Hóa tập 10 – trang
443 nội suy t
sdd(Po+∆P)
= 93,0832
o

C
⇒ ∆
’’
=93,0832-92,43=0,6532=0,65
o
C
Tồn thất nhiệt ở x=24% :∑∆ = 0,24 + 0,65 +1=1,89
o
C

SVTH: HUỲNH THỊ THU TRANG Trang 15
CÔ ĐẶC ĐƯỜNG MÍA GVHD: TIỀN TIẾN NAM
CHƯƠNG 2: TÍNH TOÁN THIẾT BỊ CÔ ĐẶC
2.1. TÍNH BUỒNG ĐỐT
− Thể tích dung dịch ban đầu trong thiết bị:
G
đ
=V
đ
*ρ
đ
⇒ V
đ
= = =1,813 m
3
Tra bảng 1.85 trang 57- Sổ tay quá trình và thiết bị tập 1: ρ
đ
= 1058,93 kg/m
3
− Thể tích dung dịch cuối:

G
c
=V
c
*ρ
c
=> V
c
= = =1,094m
3
Tra bảng 1. 85 trang 57- Sổ tay quá trình và thiết bị tập 1: ρ
c
= 1095,93 kg/m
3
2.1.1. Tính đường kính buồng đốt , số ống
− Chọn thể tích nồi là V=2m
3
V = V
t
+V
ô
+V
đ
= 2m
3
Theo Sổ tay Quá trình và thiết bị công nghệ Hóa tập 2, trang 75: muốn dung dịch tuần
hoàn tốt phải cho dung dịch chiếm từ 0,4 tới 0,7 chiều cao ống
Chọn V
đ
= 0,25 m

3
V
ô
= 0,6m
3
V
t
=1m
3
− Chọn:
Ống có kích thước : 30/35 mm, chiều cao ống H
đ
= 2m
Chọn β =1,3 ⇒ bước ống s = β*d
ng
= 1,3*0,0035= 45,5mm
Chọn đường kính buồng đốt D
đ
= 700mm
Ống bố trí thành hình lục giác đều có ống tuần hoàn ở trung tâm.
Theo Sổ tay quá trình và thiết bị tập 2 trang 49:
D
đ
= s*(b-1) + 4*d
ng
⇒ b= +1 = +1 = 13,32
SVTH: HUỲNH THỊ THU TRANG Trang 16
CÔ ĐẶC ĐƯỜNG MÍA GVHD: TIỀN TIẾN NAM
Chọn b=13 ( Số ống trên đường xuyên tâm của hình 6 cạnh )
⇒Tổng số ống của thiết bị là 127 ống

2.1.2. Đường kính ống tuần hoàn
Đường kính ống Tuần hoàn từ đến đường kính vỏ buồng đốt ( theo Quá trình và thiết bị
công nghệ Hóa tập 5, trang 180)
Chọn d
TH
=150mm
Số ống tuần hoàn trên đường chéo m’:
d
TH
= S(m’-1) + 4 d
n
⇒m’= +1=1,22
Chọn m’=1
m’= 2a’-1 ⇒ a’= ==1
Tổng số ống tuần hoàn : n’=3a’*(a’-1)
= 3*1*(1-1) +1=1
Vậy tổng số ống truyền nhiệt trong thiết bị :∑n=n-n’=127-1=126
− Thể tích dd chứa trong buồng đốt :
V
đ
= V
TN
+V
TH
= H
đ
(126π + π)
= 2*(126π+ π) = 0,21 m
3
− Bề mặt truyền nhiệt :

F
TN
= 127*πd
n
H
= 126 π 0,035*2=27,70 m
2
2.2. TÍNH BUỒNG BỐC
2.2.1. Tính đường kính buồng bốc
− V
hơi
== = 0,44m
3
/s
Tra bảng 57 trang 443, sách Quá trình và thiết bị công nghệ Hóa tập 10
SVTH: HUỲNH THỊ THU TRANG Trang 17
CÔ ĐẶC ĐƯỜNG MÍA GVHD: TIỀN TIẾN NAM
− Vận tốc hơi :
Ω
hơi
=

= =
Với D
b
là đường kính buồng bốc
− Vận tốc lắng :
ω
o
=

==
ρ’: khối lượng riêng giọt lỏng (tra phụ lục 7- trang 147 – Quá trình và thiết bị truyền
nhiệt)
ρ’’: khối lượng riêng của hơi ρ’’= ρ
i
d: đường kính giọt lỏng, chọn d=0,0003m
ξ: hệ số trở lực tính theo Re
Re== =
: độ nhớt hơi khí ở P=0,78at và t
o
=92,19
o
C
Tra hình I.35 sổ tay 1 trang 177 ⇒=0,033* N.s/m
2
Nếu 0,2<Re < 500 thì ξ =
Theo Quá trình và thiết bị truyền nhiệt tập 5: w
hoi
< 70% - 80% w
o
.
Chọn:
w
hơi
< 70% w
o
⇒
D
b
> 0,9267 m.

Chọn D
b
= 1 m
Kiểm tra lại Re:
Re = (thỏa 0,2 < Re < 500)
SVTH: HUỲNH THỊ THU TRANG Trang 18
CÔ ĐẶC ĐƯỜNG MÍA GVHD: TIỀN TIẾN NAM
Vậy đường kính buồng bốc D
b
= 1m = 1000 mm
2.2.2. Tính chiều cao buồng bốc
Theo sổ tay quá trình và thiết bị công nghệ hóa tập 2
U
tt
= f*U
tt
(1 at), m
3
/m
3
.h
U
tt
= 1,02*1600 = 1632 m
3
/m
3
.h.
Trong đó:
f – hệ số hiệu chỉnh do khác biệt áp suất khí quyển.

Tra sổ tay tập 2, VI.3 trang 72 ta có f = 1,02
U
tt
(1 at) – cường độ bốc hơi thể tích ở áp suất khí quyển, at.
Ta chọn cường độ bốc hơi: U
tt
(1 at) = 1600 m
3
/m
3
.h (theo sổ tay tập 2, trang 72).
Cường độ bốc hơi riêng (w
F
):
w
F
= U
tt
*ρ
h
= 1632*0,4589 = 748,92 kg/m
3
.h
Thể tích buồng bốc:
V
b
= W / w
F
= 750/748,92 = 0,96 m
3

⇒ Chiều cao buồng bốc:
Để an toàn ta chọn H
b
= 1,5 m
2.2.3. Chiều cao chất lỏng trong buồng bốc
Thể tích chất lỏng trong buồng bốc V
lỏng
= V
b
- V
hơi
= 0,96 – 0.44 = 0,52 m
3
V
lỏng
= H
1
* * (D
b
2
+ D
đ
2
+ D
b
*D
đ
) + H
2
* *D

b
2
+ H
gờ
* *D
đ
2
0,52= 0,15* * (1
2
+ 0,7
2
+ 1*0,7) + H
2
* *1
2
+ 0,03* *0,7
2
SVTH: HUỲNH THỊ THU TRANG Trang 19
CÔ ĐẶC ĐƯỜNG MÍA GVHD: TIỀN TIẾN NAM
⇒ H
2
= 0,537 m
Với H
1
: chiều cao chất lỏng ở đáy nón, chọn H
1
= 150mm
H
2
: chiều cao cột chất lỏng trên phần hình nón

H
gờ
: chiều cao gờ, chọn H
gờ
= 30mm
2.3. TÍNH KÍCH THƯỚC CÁC ỐNG DẪN LIỆU, THÁO LIỆU
Đường kính các ống được tính theo công thức tổng quát sau đây:
D = m
Trong đó:
G: lưu lượng lưu chất, kg/s
v: vận tốc lưu chất, m/s
: khối lượng riêng của lưu chất, kg/m
3
2.3.1. Ống nhập liệu:
G = 1920 kg/h = kg/s
Chọn v = 0,4 m/s
= 1058,93 kg/m
3
.
d= = =0,036 m
Chọn d = 40mm, bề dày s = 2mm
2.3.2. Ống tháo liệu:
G = 1200 kg/h = kg/s
Chọn v = 1m/s
= 1100, 92 kg/m
3
d= = = 0,028m
Chọn: d = 30 mm, bề dày s = 2mm
2.3.3. Ống dẫn hơi đốt:
D = 1061,84 kg/h = 0,295 kg/s

Chọn v = 30 m/s
= 1,618 kg/m
3
SVTH: HUỲNH THỊ THU TRANG Trang 20
CÔ ĐẶC ĐƯỜNG MÍA GVHD: TIỀN TIẾN NAM
d= = = 0.088 m
Chọn d = 100 mm, bề dày s = 5mm
2.3.4. Ống dẫn hơi thứ:
G = 720 kg/h = 0,2 kg/s
Chọn v = 60 m/s
= 0.4583 kg/m
3
.
d= = = 0,096 m
Chọn d = 100 mm, bề dày s = 5mm
2.3.5. Ống dẫn nước ngưng:
D = 1061,84 kg/h = 0,295 kg/s
Chọn v = 0,5 m/s
= 995,68 kg/m
3
d= = = 0,027 m
Chọn d = 30 mm, bề dày s = 2mm
SVTH: HUỲNH THỊ THU TRANG Trang 21
CÔ ĐẶC ĐƯỜNG MÍA GVHD: TIỀN TIẾN NAM
CHƯƠNG 3: TÍNH ĐỘ BỀN CƠ KHÍ
3.1. TÍNH CHO BUỒNG ĐỐT
Buồng đốt có đường kính D
đ
=700 mm. Chiều cao H
đ

=2000 mm.
Chọn vật liệu là thép không gỉ X18H10T.
Thân chịu áp suất trong là áp suất tuyệt đối P=3at=0,294N/mm
2
3.1.1. Tính bề dày tối thiểu S’
Tra bảng 57 trang 443 sách Quá trình và thiết bị công nghệ hóa tập 10 tra được nhiệt độ
tính toán là t
0
=132,9
0
C; ứng suất σ*=118N/mm
2
Chọn hệ số hiệu chỉnh η=1, ta được ứng suất cho phép của vật liệu:
σ= σ*.η= 118 N/mm
2
Xét: = = 381,283 > 25
Với: φ là hệ số mối hàn φ=0,95
P
t
là áp suất tính toán
Theo công thức 5.3, sách tính toán và thiết kế các chi tiết thiết bị hóa chất trang 130:
S’= = =0,92mm
3.1.2. Bề dày thân S
Chọn hệ số bổ sung bề dày C= C
a
+ C
b
+ C
c
+ C

o
=1 + 2,93= 3,93mm
C
c
=C
b
=0 (Vật liệu bền cơ học)
C
a
=1 (Hệ số ăn mòn hóa học)
Chọn C
o
=2,93mm
⇒ Bề dày thân S= S’+ C= 4,85mm
Chọn bề dày bằng 5mm
Kiềm tra bề dày buồng đốt:
SVTH: HUỲNH THỊ THU TRANG Trang 22
CÔ ĐẶC ĐƯỜNG MÍA GVHD: TIỀN TIẾN NAM
= = 0,0057 <1 ( thỏa)
Áp suất tính toán cho phép trong buồng đốt
P = = = 1,27 N/mm
2
> 0,294 N/mm
2
Vậy chọn bề dày buồng đốt là 5mm
3.2. TÍNH CHO BUỒNG BỐC
Đường kính buồng bốc D
b
= 1000mm, chiều cao H
b

= 1500mm
Chọn vật liệu là thép không gỉ X18H10T
Áp suất tình toán P
t
= 1- 0,78 = 0,22 at
⇒ Thân chịu áp suất ngoài P
n
= 1 + (1 – 0,22) = 1,78 at = 0,174 N/mm
2
3.2.1. Bề dày tối thiểu S’
Theo công thức 5.14, Tính toán, thiết kế các chi tiết thiết bị hóa chất và dầu khí, trang 98:
Trong đó:
D
t
– đường kính bên trong thân thiết bị, D
t
= 2000 mm.
P
n
– áp suất tính toán bên ngoài tác động vào thân.
H
1
– chiều cao cột chất lỏng ở trên buồng bốc.
H
2
– chiều cao cột chất lỏng ở phần nón giữa buồng bốc và buồng đốt.
E – modul đàn hồi của vật liệu ở nhiệt độ tính toán, E = 1,85.10
5
N/mm
2

l' – chiều dài tính toán của thân, là chiều dài giữa hai bích.
3.2.2. Bề dày thân buồng bốc S
Chọn hệ số bổ sung bề dày: C = C
a
+ C
b
+ C
c
+ C
o
= 2,09 mm.
Xem vật liệu như bền cơ học: C
b
= 0, C
c
= 0.
Chọn hệ số ăn mòn hóa học là C
a
= 1.
SVTH: HUỲNH THỊ THU TRANG Trang 23
CÔ ĐẶC ĐƯỜNG MÍA GVHD: TIỀN TIẾN NAM
Chọn hệ số C
0
= 1,09 mm.
Bề dày buồng bốc: S = S' + C = 7,48 mm
Chọn bề dày buồng bốc là 8mm
3.2.3. Kiểm tra bề dày thân
Theo công thức 5.15 và 5.16 Sách tính toán và thiết kế thiết bị trang 99:
= = 1,5
0,3* * = 0,3* * = 0,417

1,5* = 1,5* = 0,177
= = 8,45
Vì:
1,5* ≤ ≤
≥ 0,3* *
Thỏa điều kiện bền thân
Vậy chọn bề day thân buồng bốc là 8mm
3.3. TÍNH TOÁN ĐÁY THIẾT BỊ
Chọn đáy thiết bị là đáy nón có đường kính bằng đường kính thân buồng đốt D
đn
=700mm
Có khoan 2 lỗ là lỗ lấy mẫu và lỗ thử mẫu.
Tính toán:
Do đáy là hình nón có gờ, góc đáy là α = 45
o
⇒ H
đn
= 350*tan45
o
= 350mm
Đáy có gờ H
gờ
= 20mm
Bề dày tối thiểu S’
Áp suất trong buồng đốt P= 3at = 0,294N/mm
2
Hệ số bền mối hàn φ=0,95
S’ = = = 1,3mm
SVTH: HUỲNH THỊ THU TRANG Trang 24
CÔ ĐẶC ĐƯỜNG MÍA GVHD: TIỀN TIẾN NAM

Chọn hệ số bổ sung bề dày: C = C
a
+ C
b
+ C
c
+ C
o
= 3,93 mm
⇒ Bề dày đáy S = S’ + C = 1,3 + 3,93 = 5,23mm
⇒ Chọn bề dày đáy là 5mm
Kiểm tra bề dày đáy:
= = 0,0037 <1 (thỏa)
Áp suất tính toán cho phép trong đáy nón:
[P] = = = 0,899 N/mm
2
> P=0,294 ( thỏa)
Vậy chọn bề dày đáy là 5mm
3.4. TÍNH TOÁN NẮP THIẾT BỊ
Chọn nắp elip có đường kính bằng đường kính buồng bốc D
nắp
= 1000mm, nắp có gờ với
chiều cao H
gờ
=25mm
Vật liệu là thép không gỉ X18H10T
Nắp chịu áp suất ngoài P=0,176N/mm
2
=1,78at
Tính toán:

Bề dày nắp:
Chọn sơ bộ bề dày nắp bằng bề dày buồng bốc là 8mm
Nắp là hình elip tiêu chuẩn nên: = 0,25 ⇒ H
t
= 250mm
R
t
= D
t
= 1000mm
Xét tỉ số: = = 125
0,15* = = 119,81
> 0,15* (thỏa)
Với E
t
– module đàn hồi của vật của vật liệu, E = 1,85.10
5
N/mm
2
σ
c
- ứng suất chảy của vật liệu ở nhiệt độ làm việc t
tb
= 92,19
o
C
σ
c
= 1,6 * 124 = 198,4 N/mm
2

x = 0,7 (thép không gỉ).
Áp suất ngoài cho phép:
[P]= 0,09*E
t
* = 0,09*1,85*10
5
* = 1,007 N/mm
2

[P] > 0,178 N/mm
2
(thỏa)
Vậy bề dày nắp là 8mm
3.5. TÍNH MẶT BÍCH
SVTH: HUỲNH THỊ THU TRANG Trang 25