Thiết kế hệ thống cô đặc nhiệt để cô đặc nước cam, với số liệu ban đầu

ĐỒ ÁN MƠN HỌC GVHD: thầy Phạm Văn Bơn
Q TRÌNH VÀ THIẾT BỊ SVTH: Nguyễn Yến Linh - 61101848
MỤC LỤC
I. MỞ ĐẦU
1. Đề tài
Thiết kế hệ thống cơ đặc nhiệt để cơ đặc nước cam, với số liệu ban đầu:
• Năng suất theo sản phẩm cuối: 500 kg/h,
• Nồng độ đầu: 10% khối lượng,
• Nồng độ cuối: 35% khối lượng,
• Các thơng số khác tự chọn.
2. Tổng quan về quy trình cơng nghệ sản xuất nước cam cơ đặc
a. Ngun liệu
Cam :Người ta thường dùng cam sành (và một phần cam đường, cam giấy) để sản
xuất nước trái cây cơ đặc. Độ chín kỹ thuật của cam có màu vàng da cam tươi. Cam ít
hạt hay khơng có hạt cho sản phẩm tốt hơn loại có nhiều hạt.
Bảng 1 – Thành phần dinh dưỡng của cam tươi (tính trên 100g), ([8],tr245)
Thành phần
Hàm lượng
Đơn vò
Múi Vỏ
Thành phần chính
Nước 88,06 75,95 %
Protein 0.9 - %
Tinh dầu vết 2,4 %
Sacharose
Glucose
Frutose
3.59
1.25
1.45
1,22

3,49
3,24
%
1
ĐỒ ÁN MÔN HỌC GVHD: thầy Phạm Văn Bôn
QUÁ TRÌNH VÀ THIẾT BỊ SVTH: Nguyễn Yến Linh - 61101848
Acid höõu cô 1,41 0,22 %
Cellulose 0,47 3,49 %
Pectin 1,41 0,22 %

Muoái
khoaùng
Ca 34 - mg%
P 23 - mg%
Fe 0.4 - mg%
Vitamine
A 0.09 - mg%
β-Carotene
0.4
0,09
mg%
B1 0.04 0,02 mg%
B2 0.06 - mg%
PP 0.75 1,27 mg%
C 65 170 mg%
b. Quy trình công nghệ sản xuất nước cam cô đặc
• Lựa chọn
Mục đích công nghệ: chuẩn bị
Loại bỏ các quả không đạt yêu cầu, đảm bảo chất lượng nguyên liệu và chất lượng
của sản phẩm luôn ổn định.

Giúp chuẩn hóa nguyên liệu, đảm bảo nguyên liệu đạt được độ đồng nhất về một số
tính chất nào đó (kích thước, màu sắc, độ chín …), đảm bảo cho các công đoạn kế tiếp
được kiểm soát thuận lợi và đạt hiệu quả cao.
2
ĐỒ ÁN MÔN HỌC GVHD: thầy Phạm Văn Bôn
QUÁ TRÌNH VÀ THIẾT BỊ SVTH: Nguyễn Yến Linh - 61101848
Do đó trước khi đưa vào sản xuất nguyên liệu cần phải qua quá trình kiểm tra. Quá
trình này được thực hiện bằng phương pháp thủ công.
• Lựa chọn trên băng tải
Cam được di chuyển trên băng tải, công nhân được bố trí hai bên băng tải để thực
hiện quá trình kiểm tra, loại bỏ những quả cam chưa đạt yêu cầu: quả bị dập,quả hư
hỏng.
• Rửa
Mục đích công nghệ: chuẩn bị
Nhằm loại bỏ các tạp chất (bụi bặm, đất cát, thuốc trừ sâu) – mối nguy hại đến sức
khỏe con người và tính chất cảm quan của thực phẩm.
Giảm bớt lượng vi sinh vật trên bề mặt vỏ của nguyên liệu hạn chế đến mức thấp nhất
các tác động xấu đến chất lượng sản phẩm.
• Ép
Mục đích công nghệ: khai thác
Thu hồi chất dịch trong quả cam. Trong quá trình này hạn chế tối đa sự trích ly tinh
dầu và các hợp chất glycoside có trong vỏ quả nhằm nâng cao chất lượng cảm quan
cho sản phẩm nước ép quả.
• Lọc
Mục đích công nghệ: khai thác và hoàn thiện
Loại bỏ các phần thịt quả ,các phần tử có kích thước tương đối lớn và tạp chất.
Cải thiện giá trị cảm quan của sản phẩm
• Phối chế
Mục đích công nghệ: chế biến
Quá trình phối trộn sẽ điều chỉnh thành phần hóa học của sản phẩm

Các nguyên liệu sẽ được phối trộn với đường các chất phụ gia nhằm cải thiện chất
lượng sản phẩm, làm cho nước ép có vị hài hòa hơn.
Thiết bị thường dùng là nồi hai vỏ, gia nhiệt bằng hơi nước có cánh khuấy, nhiệt độ
phối trộn thường là từ 40 - 60
o
C để làm giảm độ nhớt, tăng khả năng trộn lẫn, hòa tan
giữa các thành phần phối trộn.
• Lọc tinh
Mục đích công nghệ: khai thác và hoàn thiện
Loại bỏ các phần có kích thước lớn còn sót lại (mục đích sản xuất xiro trái cây)
• Cô đặc
Mục đích công nghệ: Khai thác
Tăng nồng độ chất khô trong sản phẩm, làm tăng độ sinh năng lượng của thực phẩm.
Kéo dài thời gian bảo quản (vì hạn chế vi sinh vật phát triển do ít nước, áp suất thẩm
thấu cao).
Giảm được khối lượng vận chuyển.
Từ nước quả cô đặc có thể chế biến thành bột quả. Pha nước đường đặc vào nước quả
cô đặc rồi sấy bằng thiết bị sấy phun, ta được bột quả.
• Rót chai
3
ĐỒ ÁN MÔN HỌC GVHD: thầy Phạm Văn Bôn
QUÁ TRÌNH VÀ THIẾT BỊ SVTH: Nguyễn Yến Linh - 61101848
Mục đích công nghệ: hoàn thiện - phân chia sản phẩm vào hộp, tạo ra các đơn vị sản
phẩm
Tạo điều kiện thuận lợi cho quá trình vận chuyển và phân phối sản phẩm
Giảm sự nhiễm khuẩn từ môi trường vào sản phẩm
Làm tăng giá trị cảm quan, tạo vẻ mỹ quan cho sản phẩm
• Bài khí – Ghép mí
Mục đích công nghệ: hoàn thiện
 Bài khí

Giảm áp suất bên trong đồ hộp khi thanh trùng
Hạn chế sự oxy hóa các chất dinh dưỡng của thực phẩm
Hạn chế sự phát triển của các vi khuẩn hiếu khí còn tồn tại trong đồ hộp
Tạo độ chân không trong đồ hộp khi đã làm nguội
Để giữ hương vị, màu sắc và các vitamin
Bài khí bằng cách hút chân không. Người ta chỉ bài khí đối với nước quả thanh trùng,
vì nếu đun nóng nhiều quá thì nước quả bị biến màu và có vị nấu chín do xảy ra phản
ứng melanoidin.
Thường thường nước quả được bài khí bằng cách hút chân không trong nhiều kiểu
thiết bị khác nhau.
 Ghép mí
Đem ghép nắp ngay trên máy ghép với độ chân không 300-350 mmHg, nếu để chậm
sản phẩm bị biến màu và dễ nhiễm trùng. Sau đó đem thanh trùng ngay, không nên để
lâu quá 30phút, để tránh hiện tượng lên men trước khi thanh trùng và giảm nhiệt độ
ban đầu của đồ hộp.
• Thanh trùng – Bảo quản
Mục đích công nghệ: bảo quản
Quán trình thanh trùng sẽ làm vô hoạt bất thuận nghịch enzyme và ức chế hệ vi sinh
vật trong nước quả, nhờ đó kéo dài thời gian bảo quản sản phẩm.
Người ta thường thanh trùng nước quả đóng hộp trong hộp sắt hay trong chai thuỷ
tinh. Nếu dùng bao bì dưới 1 lít thì thanh trùng ở 75
o
C rồi làm nguội bằng nước lạnh,
nếu đựng trong bao bì lớn (từ 3 lít trở lên) không cần phải thanh trùng.
Nước cam, nước chanh trong quá trình tồn trữ thì hương vị giảm sút rõ rệt. Để hạn
chế tình trạng này người ta bảo quản ở nhiệt độ 0 – 5
o
C
• Yêu cầu của sản phẩm :
Hàm lượng chất khô 35%.

Cảm quan: sản phẩm phải có hương vị, màu sắc đặt trưng của nước cam, vị đắng nhẹ,
dạng đục không cho phép có sự lắng nhẹ thịt quả ở đấy bao bì.
3. Khái quát về cô đặc
a. Định nghĩa
Cô đặc là phương pháp thường được dùng để làm tăng nồng độ một cấu tử nào đó
trong dung dịch hai hay nhiều cấu tử (thường là hai cấu tử: chất tan và dung môi,
dung môi thường là nước) bằng cách tách một phần dung môi ra khỏi dung dịch.
b. Các phương pháp cô đặc
Tách dung môi ra khỏi dung dịch bằng hai phương pháp chính:
• Cô đặc bằng phương pháp nhiệt hay còn gọi là cô đặc bằng phương pháp bốc
hơi dung môi: 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
4
ĐỒ ÁN MÔN HỌC GVHD: thầy Phạm Văn Bôn
QUÁ TRÌNH VÀ THIẾT BỊ SVTH: Nguyễn Yến Linh - 61101848
thoáng chất lỏng. Đối với dung dịch có nhiệt độ sôi cao, dung dịch dễ bị phân
hủy vì nhiệt thường được cô đặc ở áp suất chân không.
• Cô đặc bằng phương pháp lạnh hay còn gọi là cô đặc bằng phương pháp kết
tinh dung môi: khi hạ thấp nhiệt độ đến một mức nào đó, một cấu tử sẽ tách ra
dưới dạng tinh thể của đơn chất tinh khiết; thường là kết tinh dung môi để tăng
nồng độ chất tan. Tuỳ tính chất cấu tử và áp suất bên ngoài tác dụng lên mặt
thoáng mà quá trình kết tinh đó xảy ra ở nhiệt độ cao hay thấp và đôi khi ta
phải dùng máy lạnh.
c. Ứng dụng của cô đặc
Trong sản xuất thực phẩm, ta cần cô đặc các dung dịch đường, mì chính, nước trái
cây…Trong sản xuất hoá chất, ta cần cô đặc các dung dịch NaOH, NaCl, CaCl
2
, các
muối vô cơ…Hiện nay, phần lớn các nhà máy sản xuất hoá 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 đặc chỉ là một hoạt động gián tiếp nhưng nó rất cần thiết và gắn liền với sự
tồn tại của nhà máy. Cùng với sự phát triển của nhà máy, việc cải thiện hiệu quả 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. Do đó, yêu cầu được đặt ra cho người kỹ sư là phải có kiến thức
chắc chắn hơn và đa dạng hơn, chủ động khám phá các nguyên lý mới của thiết bị cô
đặc.
d. Phân loại và phạm vi ứng dụng
 Theo cấu tạo
Nhóm 1: dung dịch đối lưu tự nhiên (tuần hoàn tự nhiên). Thiết bị cô đặc nhóm này
có thể cô đặc dung dịch khá loãng, độ nhớt thấp, đảm bảo sự tuần hoàn dễ dàng qua
bề mặt truyền nhiệt. Bao gồm:
• Có buồng đốt trong (đồng trục buồng bốc), ống tuần hoàn trong hoặc ngoài;
• Có buồng đốt ngoài (không đồng trục buồng bốc).
Nhóm 2: dung dịch đối lưu cưỡng bức (tuần hoàn cưỡng bức). Thiết bị cô đặc nhóm
này dùng bơm để tạo vận tốc dung dịch từ 1,5 m/s đến 3,5 m/s tại bề mặt truyền nhiệt.
Ưu điểm chính là tăng cường hệ số truyền nhiệt k, dùng được cho các dung dịch khá
đặc sệt, độ nhớt cao, giảm bám cặn, kết tinh trên bề mặt truyền nhiệt. Bao gồm:
• Có buồng đốt trong, ống tuần hoàn ngoài;
• Có buồng đốt ngoài, ống tuần hoàn ngoài.
Nhóm 3: dung dịch chảy thành màng mỏng. Thiết bị cô đặc nhóm này chỉ cho phép
dung dịch chảy dạng màng qua bề mặt truyền nhiệt một lần (xuôi hay ngược) để tránh
sự tác dụng nhiệt độ lâu làm biến chất một số thành phần của dung dịch. Đặc biệt
thích hợp cho các dung dịch thực phẩm như nước trái cây, hoa quả ép. Bao gồm:
• Màng dung dịch chảy ngược, có buồng đốt trong hay ngoài: dung dịch sôi tạo
bọt khó vỡ;
• Màng dung dịch chảy xuôi, có buồng đốt trong hay ngoài: dung dịch sôi ít tạo
bọt và bọt dễ vỡ.
 Theo phương pháp cô đặc (cô đặc bằng phương pháp nhiệt)
− Xét theo áp suất cô đặc:
• Cô đặc ở áp suất thường (để hở nắp thiết bị): nhiệt độ sôi và áp suất không

đổi; thường được dùng trong cô đặc dung dịch liên tục để giữ mức dung dịch
cố định, nhằm đạt năng suất cực đại và thời gian cô đặc ngắn nhất; hơi thứ
5
ĐỒ ÁN MÔN HỌC GVHD: thầy Phạm Văn Bôn
QUÁ TRÌNH VÀ THIẾT BỊ SVTH: Nguyễn Yến Linh - 61101848
không được sử dụng mà được thải ra ngoài không khí. Đây là phương pháp
tuy đơn giản nhưng không kinh tế;
• Cô đặc ở áp suất dư: thường dùng cho các dung dịch không bị phân hủy ở
nhiệt độ cao như các dung dịch muối vô cơ, hơi thứ thu được có nhiệt độ cao
được sử dụng làm hơi đốt cho quá trình cô đặc tiếp theo hoặc cho các quá
trình đun nóng khác. Tuy nhiên hệ thống thiết bị cô đặc trong trường hợp này
phải có độ dày và độ kín đảm bảo, phải có các thiết bị an toàn để chống cháy
nổ;
• Cô đặc ở áp suất chân không: thường dùng cho các dung dịch có nhiệt độ sôi
cao và dung dịch dễ phân hủy vì nhiệt, ngoài ra còn làm tăng hiệu số nhiệt độ
của hơi đốt và nhiệt độ sôi trung bình của dung dịch (gọi là hiệu số nhiệt độ
hữu ích). Mặt khác cô đặc chân không thì nhiệt độ sôi của dung dịch thấp nên
có thể tận dụng nhiệt thừa từ các quá trình sản xuất khác (hoặc sử dụng hơi
thứ) cho quá trình cô đặc. Phương pháp này đòi hỏi công suất của thiết bị
ngưng tụ hơi thứ lớn. Hệ thống phải kín nhằm tránh tiêu tốn điện năng cho
bơm hút chân không vì phải hút cả lượng không khí chui vào hệ thống.
− Xét theo số nồi trong hệ thống:
• Cô đặc một nồi: chỉ dùng khi năng suất thấp và khi không dùng hơi thứ làm
chất tải nhiệt để đun nóng;
• Cô đặc nhiều nồi: mục đích chính là tiết kiệm hơi đốt. Số nồi không nên quá
lớn vì nó làm giảm hiệu quả tiết kiệm hơi.
− Xét theo cách vận hành hệ thống:
• Cô đặc gián đoạn: năng suất thấp; các thông số vật lý, nhiệt độ không ổn định
nên chất lượng sản phẩm không đồng đều; phù hợp với quá trình sản xuất nhỏ,
năng suất thấp, mang tính thời vụ, giá thành sản phẩm cao;

• Cô đặc liên tục: mức dung dịch trong thiết bị luôn ổn định; các thông số vật lý,
nhiệt độ ổn định nên quá trình cô đặc liên tục là ổn định, có năng suất cao,
chất lượng sản phẩm tốt, giá thành hạ.
II. CHỌN VÀ THUYẾT MINH QUI TRÌNH CÔNG NGHỆ
1. Lựa chọn thiết bị cô đặc nước cam
Theo tính chất của nguyên liệu và phạm vi ứng dụng của các thiết bị cô đặc ta chọn
thiết bị cô đặc ống dài, màng chảy xuôi xuống có buồng đốt trong, sử dụng 2 nồi xuôi
chiều liên tục.
Ưu điểm của hệ thống :
− Thiết bị cô đặc loại màng chỉ cho phép DD chảy dạng màng qua bề mặt truyền
nhiệt một lần để tránh sự tác dụng nhiệt độ lâu dài làm biến chất một số thành
phần của dung dịch, thích hợp với sản phẩm dễ bị biến tình vì nhiệt độ, áp suất
thủy tĩnh nhỏ do đó tổn thất thủy tĩnh bé.
6
ĐỒ ÁN MÔN HỌC GVHD: thầy Phạm Văn Bôn
QUÁ TRÌNH VÀ THIẾT BỊ SVTH: Nguyễn Yến Linh - 61101848
− Dùng hệ thống hệ 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
nồi trước nên sản phẩm được hình thành ở nồi có nhiệt độ thấp nhất.
Nhược điểm:
− Nhiệt độ của dung dịch ở các nồi sau thấp dần, nhưng nồng độ của dunh dịch lại
tăng dần làm cho độ nhớt của dung dịch tăng nhanh, kết quả là hệ số truyền nhiệt
sẽ giảm từ nồi đầu đến nồi cuối.
− Khó làm sạch vì ống dài, khó điều chỉnh áp suất hơi đốt và mức dung dịch thay
đổi, không thích hợp với dung dịch nhớt và dung dịch kết tinh, ống dài dễ bị giãn
nở vì nhiệt.
2. Thiết bị chính
− Nồi cô đặc: buồng đốt trong, ống dài chảy xuôi, thiết bị tách giọt;
− Thiết bị gia nhiệt (thiết bị đun nóng dung dịch) ống trùm;
− Hệ thống ống: nhập liệu, tháo liệu, truyền nhiệt, dẫn hơi thứ, dẫn hơi đốt, dẫn nước

ngưng, dẫn khí không ngưng.
3. Thiết bị phụ
− Bể chứa nguyên liệu,
− Bồn cao vị,
− Bồn chứa sản phẩm,
− Thiết bị ngưng tụ baromet (thiết bị ngưng tụ kiểu tiếp xúc),
− Bơm hút chân không,
− Lưu lượng kế,
− Bơm nguyên liệu vào bồn cao vị,
− Bơm tháo liệu,
− Bơm nước vào thiết bị ngưng tụ,
− Hệ thống van,
− Các thiết bị đo áp suất, nhiệt độ…
4. Thuyết minh quy trình công nghệ
− Nguyên liệu ban đầu là dung dịch nước cam có nồng độ 10%. Dung dịch từ bể chứa
nguyên liệu được bơm lên bồn cao vị. Từ bồn cao vị, dung dịch chảy qua lưu lượng
kế rồi đi vào thiết bị gia nhiệt và được đun nóng đến nhiệt độ sôi.
− Thiết bị gia nhiệt là thiết bị trao đổi nhiệt dạng ống chùm: thân hình trụ, đặt nằm, 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. Nguồn nhiệt là hơi nước bão
hoà có áp suất 1,5 at đi bên ngoài ống (phía vỏ). Dung dịch đi từ dưới lên ở bên trong
ống. Hơi nước bão hoà ngưng tụ trên bề mặt ngoài của ống và cấp nhiệt cho dung
dịch để nâng nhiệt độ của dung dịch lên nhiệt độ sôi. Dung dịch sau khi được gia
nhiệt sẽ chảy vào thiết bị cô đặc để thực hiện quá trình bốc hơi. Hơi nước ngưng tụ
thành nước lỏng và theo ống dẫn nước ngưng qua bẫy hơi chảy ra ngoài.
− Dung dịch sau khi được gia nhiệt sẽ được chảy qua nồi 1 của thiết bị cô đặc. Phần trên
của thiết bị là buồng đốt, gồm có các ống truyền nhiệt dài được bố trí theo hình tam
7
ĐỒ ÁN MÔN HỌC GVHD: thầy Phạm Văn Bôn
QUÁ TRÌNH VÀ THIẾT BỊ SVTH: Nguyễn Yến Linh - 61101848

giác đều, các đầu ống được giữ chặt trên vỉ ống. Nguyên lý làm việc của nồi cô đặc:
Nồi cô đặc làm việc theo nguyên lý chảy màng. Nước cam được bơm lên đỉnh tháp và
vòi phun sẽ phun dung dịch vào thành ống (để tạo được màng chất lỏng chảy xoáy rối
thì vận tốc phun ban đầu có thể từ 10 - 30m/s) tạo màng dung dịch chảy từ trên
xuống. Dung dịch đi trong ống còn hơi đốt (hơi nước bão hoà) đi trong khoảng không
gian ngoài ống. Hơi đốt ngưng tụ bên ngoài ống và truyền nhiệt cho dung dịch đang
chuyển động trong ống. Dung dịch đi trong ống theo chiều từ trên xuống và nhận
nhiệt do hơi nước cung cấp để sôi, làm bay hơi, đến cuối ống là nồng độ dung dịch
tăng lên và chảy xuống buồng bốc. Phần phía dưới thiết bị là buồng bốc để tách hỗn
hợp lỏng – hơi (hơi thứ và sản phẩm lỏng) thành hai dòng. Hơi thứ đi lên phía trên
buồng bốc, đến bộ phận tách giọt để tách những giọt lỏng ra khỏi dòng. Giọt lỏng
chảy xuống dưới còn hơi thứ tiếp tục đi lên.
− Sau khi hơi thứ đi ra khỏi buồng bốc của nồi 1 theo ống dẫn vào buồng đốt của nồi 2
để làm hơi đốt cho nồi 2.Dung dịch của nồi 1 sẽ được bơm và nhập liệu vào nồi số 2
nhờ chênh lệch áp suất Các quá trình nồi 2 xảy ra tương tự như nồi 1. Dung dịch sau
khi ra khỏi nồi 2 đạt đến nồng độ mong muốn 35% và được bơm ra ngoài theo ống
tháo sản phẩm vào bể chứa sản phẩm nhờ bơm ly tâm. Hơi thứ và khí không ngưng
thoát ra từ phía trên của buồng bốc đi vào thiết bị ngưng tụ baromet (thiết bị ngưng tụ
kiểu tiếp xúc). Chất làm lạnh là nước được bơm vào ngăn trên cùng còn dòng hơi thứ
được dẫn vào ngăn dưới cùng của thiết bị. Dòng hơi thứ đi lên gặp nước giải nhiệt để
ngưng tụ thành lỏng và cùng chảy xuống bồn chứa qua ống baromet. Khí không
ngưng tiếp tục đi lên trên, được dẫn qua bộ phận tách giọt rồi được bơm chân không
hút ra ngoài. Khi hơi thứ ngưng tụ thành lỏng thì thể tích của hơi giảm làm áp suất
trong thiết bị ngưng tụ giảm. Vì vậy, thiết bị ngưng tụ baromet là thiết bị ổn định chân
không, duy trì áp suất chân không trong hệ thống. Thiết bị làm việc ở áp suất chân
không nên nó phải được lắp đặt ở độ cao cần thiết để nước ngưng có thể tự chảy ra
ngoài khí quyển mà không cần bơm.
− Bình tách giọt có một vách ngăn với nhiệm vụ tách những giọt lỏng bị lôi cuốn theo
dòng khí không ngưng để đưa về bồn chứa nước ngưng.
− Bơm chân không có nhiệm vụ hút khí không ngưng ra ngoài để tránh trường hợp khí

không ngưng tích tụ trong thiết bị ngưng tụ quá nhiều, làm tăng áp suất trong thiết bị
và nước có thể chảy ngược vào nồi cô đặc.
III. TÍNH CÂN BẰNG VẬT CHẤT VÀ NĂNG LƯỢNG
1. Số liệu ban đầu
• Năng suất sản phẩm: ,
• Nồng độ đầu (phần trăm khối lượng): ,
• Nồng độ cuối (phần trăm khối lương): ,
• Nhiệt độ đầu của nguyên liệu: (chọn).
• Những thông số khác tự chọn
2. Cân bằng vật chất
2.1 Tổng lưu lượng hơi thứ tạo thành ở 2 nồi
8
ĐỒ ÁN MÔN HỌC GVHD: thầy Phạm Văn Bôn
QUÁ TRÌNH VÀ THIẾT BỊ SVTH: Nguyễn Yến Linh - 61101848
(CT 5.24, trang 297, [1]) (1)
2.2 Năng suất nhập liệu
(2)
2.3 Phân phối phụ tải cho các nồi
Chọn (CT 5.29, trang 297, [1])(3)
Do đó lượng hơi thứ tạo thành
− Ở nồi 1:
− Ở nồi 2:
2.4 Tính nồng độ dung dịch tại các nồi
Lưu lượng DD từ nồi 1 nhập vào nồi 2 là:
(4)
Nồng độ DD sau nồi 1 (đầu nồi 2) là:
Lưu lượng DD sản phẩm từ nồi 2 là:
Nồng độ DD sau nồi 2 (sản phẩm) là:
Đúng như đầu đề
2.5 Phân phối chênh lệch áp suất cho các nồi

Chọn áp suất ngưng tụ trong baromet là: tra
Chọn áp suất hơi đốt vào nồi 1 là: tra
Bảng I.251, trang 314, [2]
Tổn thất nhiệt trên đường ống dẫn hơi thứ từ nồi 2 đến thiết bị ngưng tụ (:
Chọn (trang 296, [1]).
Nhiệt độ sôi của dung môi ở áp suất buồng bốc ():
(CT 2.5b, trang 117, [5]) (6)
Áp suất tại buồng bốc nồi 2: Bảng I.251, trang 314, [2]
Tổng chênh lệch áp suất giữa hơi đốt của nồi 1 và áp suất trong thiết bị ngưng tụ
baromet là: (7)
Sơ bộ ta giả sử chia đều tổng chênh lệch áp suất đó cho 2 nồi, mỗi nồi chênh lệch:
N: số nồi cô đặc
9
ĐỒ ÁN MÔN HỌC GVHD: thầy Phạm Văn Bôn
QUÁ TRÌNH VÀ THIẾT BỊ SVTH: Nguyễn Yến Linh - 61101848
Chọn hệ số f ở các nồi: f
1
= 1,45 và f
2
= 0,55
Chênh lệch áp suất làm việc trong các nồi là:
(9)
Áp suất buồng bốc trong các nồi là:
(10)
Áp suất hơi đốt nồi 1 là : (11)
Bảng 2: Nhiệt độ hơi thứ bão hòa và ẩn nhiệt tạo thành từ hơi thứ của từng nồi

Nồi 1 Nồi 2 TBNT
P (at) T(
o

C) P (at) T (
o
C) P (at) T(
o
C)
Hơi đốt 1,5 110,7 0,52 81,74
0,15 53,60
Hơi thứ 0,53 82,74 0,16 54,63
Tra Bảng I.251, trang 314, [2]
2.6 Tính tổn thất nhiệt độ của các nồi
a. Tổn thất do nồng độ
Nhiệt độ sôi của dung dịch theo phương pháp Babo: (CT 5.9, trang 284, [1]) (12)
và áp suất hơi của chất đang xét ở nhiệt độ t và t
1
và áp suất hơi của dung môi đang xét ở nhiệt độ t và t
1
• Nồi 1

=>

là áp suất của hơi nước tại nhiệt độ sôi của đường ở áp suất
Tại áp suất thường ta tra nhiệt độ sôi của dung dịch theo nồng độ của đường
Sacarozo
Bảng I.206, trang 245, [2]
− Trung bình nồng độ nước ở nồi 1: 86,75%
− Trung bình nồng độ đường ở nồi 1: 5,3% tra được T = 100,0797
o
C
− Thành phần khác : 7,95%
• Nồi 2

10
ĐỒ ÁN MÔN HỌC GVHD: thầy Phạm Văn Bôn
QUÁ TRÌNH VÀ THIẾT BỊ SVTH: Nguyễn Yến Linh - 61101848

=>

− Trung bình nồng độ nước ở nồi 2: 74,25%
− Trung bình nồng độ đường ở nồi 2: 10,3% tra được T = 100,159
o
C
− Thành phần khác : 15,45%
Ta có : t
sdd1
= 83,04
o
C t
sdm1
= 82,16
o
C
t
sdd2
= 55,39
o
C t
sdm2
= 54,63
o
C
Tra Bảng I.251, trang 314, [2]

Ta có:
Bảng 3:
Vậy (CT 2.5b, trang 117, [5]) (13)
b. Tổn thất nhiệt độ do trên đường ống dẫn hơi thứ
Chọn vậy
Vậy tổng tổn thất cả hệ thống:
2.7 Chênh lệch nhiệt độ hữu ích giữa các nồi
Tổng chênh lệch nhiệt độ (biểu kiến) của cả hệ thống: (CT 2.23, trang 117, [5])
(14)

Chênh lệch nhiệt độ hữu ích cả hệ thống
(15)
Bảng 4: Kết quả tính toán
THÔNG SỐ KÝ HIỆU ĐƠN VỊ GIÁ TRỊ
Nồng độ đầu %(kl) 10
Nồng độ cuối %(kl) 35
Năng suất nhập liệu 1750
Năng suất sản phẩm 500
NỒI 1
Nồng độ đầu nồi 1 %(kl) 10
Nồng độ cuối nồi 1 %(kl) 16
Năng suất nhập liệu vào nồi 1 1750
Năng suất sản phẩm nồi 1 1068,18
HƠI THỨ
Lưu lượng 681,82
Áp suất tại buồng bốc 0,52
Nhiệt độ tại buồng bốc 82,16
HƠI ĐỐT
Áp suất 1,5
Nhiệt độ 110,7

TỔN THẤT NHIỆT ĐỘ
11
Nồi i Nồng độ, % Nhiệt độ sôi, t
sdd

o
C Độ tăng điểm sôi, Δ'
o
C
1 16,38 83,04 0,76
2 35 55,39 0,88
ĐỒ ÁN MÔN HỌC GVHD: thầy Phạm Văn Bôn
QUÁ TRÌNH VÀ THIẾT BỊ SVTH: Nguyễn Yến Linh - 61101848
Nhiệt độ sôi của dung dịch ở 83,04
Tổn thất nhiệt độ do nồng độ 0,76
Tổn thất nhiệt độ trên đường ống dẫn 1
NỒI 2
Nồng độ đầu nồi 2 %(kl) 16
Nồng độ cuối nồi 2 %(kl) 35
Năng suất nhập liệu vào nồi 2 1068,18
Năng suất sản phẩm nồi 2 500
HƠI THỨ
Lưu lượng 568,18
Áp suất tại buồng bốc 0,16
Nhiệt độ tại buồng bốc 54,63
HƠI ĐỐT
Áp suất 0,5
Nhiệt độ 81,16
TỔN THẤT NHIỆT ĐỘ
Nhiệt độ sôi của dung dịch ở 55,39

Tổn thất nhiệt độ do nồng độ 0,88
Tổn thất nhiệt độ trên đường ống dẫn 1
TỔN THẤT TRÊN HỆ THỐNG
Tổng tổn thất nhiệt độ do nồng độ 1,64
Tổng tổn thất nhiệt độ trên đường ống dẫn 2
Tổng tổn thất nhiệt độ
ΣΔ
3,64
Chênh lệch nhiệt độ cả hệ thống 57,1
Tổng chênh lệch độ hữu ích của hệ thống 53,46
3. Cân bằng năng lượng
• Nhiệt lượng vào (:
• Dung dịch đầu:
• Hơi đốt:
• Hơi ngưng trong đường ống dẫn hơi đốt và buồng đốt:
• Nhiệt lượng ra (:
• Sản phẩm:
• Hơi thứ:
• Nước ngưng:
• Nhiệt cô đặc:
• Nhiệt tổn thất:
• Phương trình cân bằng nhiệt cho thiết bị cô đặc bốc hơi (CT 5.18, trang 293, [1]):
(16)
(: khi cô đặc thu nhiệt, : khi cô đặc tỏa nhiệt)
12
ĐỒ ÁN MÔN HỌC GVHD: thầy Phạm Văn Bôn
QUÁ TRÌNH VÀ THIẾT BỊ SVTH: Nguyễn Yến Linh - 61101848
Trong hơi nước bão hòa bao giờ cũng có một lượng nước đã ngưng bị cuốn theo
khoảng (độ ẩm của hơi).
Như vậy nhiệt lượng do hơi nước bão hòa cung cấp là: (17)

− Bỏ qua phần nhiệt lượng hơi đã ngưng trong đường ống dẫn hơi đốt và buồng
đốt:
− Bỏ qua nhiệt cô đặc:
− Nhiệt lượng tổn thất: (18)
• Phương trình cân bằng nhiệt cho hệ 2 nồi:
Nồi 1:
Nồi 2:
W=W
1
+W
2
Trong đó: và


•
•
•
•
•
•
− bằng nhiệt độ sôi của dung dịch ở 10% ở áp suất 0,53 at
− bằng nhiệt độ sôi của dung dịch ở 16,58% ở áp suất 0,53 at
− bằng nhiệt độ sôi của dung dịch ở 35% ở áp suất 0,16 at
− bằng nhiệt độ của hơi đốt nồi 1 và 2
− Nhiệt dung riêng của dung dịch đường: (19)
t nhiệt độ của dung dịch (CT I.50, trang 153, [2])
x nồng độ dung dịch phân khối lượng
− , enthapy của hơi đốt
− enthalpy của hơi thứ ( Tra bảng I.250, trang 312, [2])
− nhiệt dung riêng của nước ngưng (Bảng I.147 và I.148, trang165 và 166, [2])

Ta sẽ có 3 hệ phương trình 3 ẩn:
Phương trình 1: 1600955D – 2304792W
1
= -64814
Phương trình 2: 1795168W
1
– 2598014W
2
= -69860
Phương trình 3: W
1
+W
2
= 0,3472
Ta được: D = 0,2322 kg/s
W
1
= 0,1894 kg/s
W
2
= 0,1578 kg/s
Bảng 5:
W theo CBVC kg/s W theo CBNL kg/s Sai số %
Nồi 1 0,1894 0,1894 0,0042
Nồi 2 0,1578 0,1578 0,0042
Giả thiết ban đầu chấp nhận được
• Nhiệt lượng do hơi đốt cung cấp:
Nồi 1:
(20)
Nồi 2:

13
ĐỒ ÁN MÔN HỌC GVHD: thầy Phạm Văn Bôn
QUÁ TRÌNH VÀ THIẾT BỊ SVTH: Nguyễn Yến Linh - 61101848
• Lượng hơi đốt tiêu tốn riêng: (CT 2.8, trang 105,
[5])
(21)
m
1
= 1,23 và m
2
= 1,2
Bảng 6: Kết quả tính toán
THÔNG SỐ KÝ HIỆU ĐƠN VỊ
GIÁ TRỊ
Nồi 1 Nồi 2
Nhiệt do hơi đốt cung cấp W 377244 343222
Lượng hơi đốt biểu kiến D 0,2322 0,1894
Lượng hơi đốt tiêu tốn riêng m 1.23 1,2
Lượng hơi thứ W kg/s 0,1894 0,1578
IV. TÍNH CÔNG NGHỆ THIẾT BỊ CHÍNH
− Cách tiến hành tính toán
• Để tiến hành tính toán, ta giả thiết quá trình truyền nhiệt là ổn đinh: lượng nhiệt
truyền từ hơi nóng ngưng tụ đến vách , cần phải bằng lượng nhiệt truyền qua vách và
lớp cáu của nó , cũng như lượng nhiệt truyền từ vách đến chất lỏng sôi . Nghĩa là: .
• Dùng phương pháp số, ta lần lượt tính lặp qua các bước sau:
− Chọn nhiệt độ vách phía hơi ngưng ,
− Tính hệ số cấp nhiệt phía hơi ngưng , tính ,
− Tính hiệu nhiệt độ bề mặt vách ,
− Tính hệ số cấp nhiệt phía dung dịch sôi , tính ,
− Tính sai số và .

− Tính hệ số cấp nhiệt khi ngưng tụ hơi
 Nồi 1
Buồng đốt sử dụng ống dài, chiều cao h = 7 m, hơi ngưng bên ngoài ống, màng nước
ngưng chảy dòng thì hệ số cấp nhiệt đươc tính như sau (CT 1.560, trang 147, [1]):
Trong đó:
− : ẩn nhiệt ngưng tụ của hơi nước bão hòa ở áp suất 1,5 at,
− : chiều cao (khoảng cách) giữa 2 mũ chặn để tách bớt màng ngưng
− : hệ số có giá trị phụ thuộc vào nhiệt độ màng nước ngưng
Sau khi tính lặp nhiều lần ta chọn nhiệt độ vách ngoài
tra (trang 29, [3])
− : hiệu số giữa nhiệt độ ngưng (nhiệt độ bão hòa) và nhiệt độ phía vách tiếp xúc
với hơi ngưng (24)
− Tính nhiệt tải riêng về phía hơi ngưng tụ
(26)
− Tính nhiệt tải riêng phía vách
14
ĐỒ ÁN MÔN HỌC GVHD: thầy Phạm Văn Bôn
QUÁ TRÌNH VÀ THIẾT BỊ SVTH: Nguyễn Yến Linh - 61101848
Trong đó:
− : nhiệt trở phía hơi nước do vách ngoài của ống có màng mỏng nước
ngưng (bảng V.1, trang 4, [3])
− : nhiệt trở phía dung dịch do vách trong của ống có cặn bẩn dày 0,5
mm (bảng V.1, trang 4, [3])
− : bề dày ống truyền nhiệt
− : hệ số dẫn nhiệt của ống (bảng XII.7, trang 313, [3] và bảng 2-10,
trang 32, [6]) với vật liệu là thép inox 316 (X17H13M2T)
− Quá trình cô đặc chân không liên tục, sự truyền nhiệt ổn định:
(29)
− Tính hệ số cấp nhiệt từ bề mặt đốt đến chất lỏng sôi
Khi dung dịch (dung môi là nước) sôi trong màng chất lỏng hệ số cấp nhiệt được tính

như sau (CT 1.530 hay 1.531, trang 143, [1]):
Trong đó
Chọn ống có đường kính ngoài d
ng
= 57 mm
đường kính trong d
tr
= 50 mm
Chọn n = 11 ống
− − độ nhớt của dung dịch ở , ở nồng độ x = 5,3% (Bảng I.112, trang 114, [3])
− − Khối lượng riêng hơi ( Tra bảng I.250, trang 312, [2])
− − Khối lượng riêng dung dịch được tính bằng công thức
(Tra bảng I.5 ,trang 11, [2])

C = 4109 J/kgđộ Tính ở công thức (13)
• L = πnd
tr
= 1,884 m− Chu vi thấm ướt
• σ = 0,062 N/m
2
sức căng bề mặt (Tra bảng 2.27, trang 184, [5])
15
ĐỒ ÁN MÔN HỌC GVHD: thầy Phạm Văn Bôn
QUÁ TRÌNH VÀ THIẾT BỊ SVTH: Nguyễn Yến Linh - 61101848
• p = 0,53 kg/cm
2
= 51733 N/m
2
Vậy Nu = 4099 và
− Tính nhiệt tải riêng về phía dung dịch

(40)
− Tính sai số và tính nhiệt tải riêng trung bình
• Sai số tương đối giữa và :
Sai số nhỏ hơn 5% => các thông số chọn phù hợp
• Nhiệt tải riêng trung bình
− Hệ số truyền nhiệt tổng quát K cho quá trình cô đặc
Nồi 2: Tính tương tự như nồi 1
Bảng 7: kết quả tính toán
THÔNG SỐ
KÝ
HIỆU
ĐƠN VỊ
GIÁ TRỊ
Nồi 1 Nồi 2
Nhiệt độ vách phía hơi ngưng 108,475
79,061
Nhiệt độ vách phía dung dịch sôi 83,70
56,60
Hệ số cấp nhiệt phía hơi ngưng 13268
12764
Hệ số cấp nhiệt phía dung dịch sôi 44483
21958
Hệ số dẫn nhiệt của vật liệu làm
ống
λ
15,9 15,9
Nhiệt trở phía hơi nước
0,00023
2
0,000232

Nhiệt trở phía dung dịch
0,00038
7
0,000387
Hệ số truyền nhiệt tổng quát 1067
1038
Nhiệt tải riêng trung bình 29603
26674
16
ĐỒ ÁN MÔN HỌC GVHD: thầy Phạm Văn Bôn
QUÁ TRÌNH VÀ THIẾT BỊ SVTH: Nguyễn Yến Linh - 61101848
Sai số nhiệt tải riêng % 0,55 0,72
Hệ số Reynolds Re 4382824 8386354
Hệ số Prandtl Pr 1,1357
1,5693
Hệ số Nusselt Nu 4099
1973
Hệ số A A 183,3
169,1
Chiều cao ống truyền nhiệt 7
7
Số ống truyền nhiệt n 11
11
Bề dày ống truyền nhiệt m 3,5
3,5
Hệ số dẫn nhiệt 0,5426
0,5566
Chu vi thấm ướt L m 1,884
1,884
Sức căng bề mặt

σ
N/m
2
0,062
0,067
Khối lượng riêng dung dịch 987,6
1026
Khối lượng riêng hơi thứ 0,3295
0,1043
Độ nhớt của dung dịch 0,00015
0,000214
− Phân bổ chênh lệch nhiệt độ hữu ích cho các nồi
Tiến hành phân bổ chênh lệch nhiệt độ hữu ích cho các nồi theo hai phương án:
− Theo điều kiện F
i
=const; tỉ lệ với Q/k và
− Theo điều kiện tổng F
1
min; tỉ lệ với căn Q/k và
• Xác định yếu tố tỉ lệ : và
Bảng 8:
Q/K
Nồi 1 353,47 18,80
Nồi 2 330,53 18,18
Tổng 684,00 36,98
• Chênh lệch nhiệt độ hữu ích ở các nồi
Bảng 9:
Phương án F
i
= const Phương án tổng F

i
min
(
o
C) 27,63 27,18
(
o
C) 25,83 26,28
(
o
C) 53,46 53,46
 Chọn phương án bề mặt truyền nhiệt bằng nhau cho tiện công tác chế tạo
(CT 5.47, trang 304, [1]) (46)
17
ĐỒ ÁN MÔN HỌC GVHD: thầy Phạm Văn Bôn
QUÁ TRÌNH VÀ THIẾT BỊ SVTH: Nguyễn Yến Linh - 61101848
Bảng 10:
Phương án F
i
= const Phương án tổng F
i
min
F
1
(m
2
) 12,80 13,00
F
2
(m

2
) 12,80 12,58
Σ F (m
2
)
25,60 25,58
− Kiểm tra nhiệt độ hơi thứ và áp suất các nồi theo phương án bề mặt
truyền nhiệt bằng nhau
(47)
(48)
Bảng 11:
Nồi Nhiệt độ sôi Nhiệt ngưng tụ hơi thứ Áp suất
1 83,1 82,32 0,5274
2 55,3 53,57 0,1500
Nồi Theo đã chọn
1 84,77 84,01 0,53
2 55,32 54,63 0,16
Nồi Sai số
1 2,00 2,03 0,53
2 0,01 1,94 5,34
Sai số nhỏ hơn 5% => các thông số chọn phù hợp
− Kiểm tra lại số ống đã chọn
Sai số:
Không quá sai lệch với ống đã chọn , nhưng xếp ống thành hình lục giác ta sẽ chọn lại
n = 19 ống
Vậy diện tích bề mặt truyền nhiệt thực tế (tính theo đường kích ngoài của ống) là

PHẦN V: TÍNH KẾT CẤU THIẾT BỊ CHÍNH
I. TÍNH KẾT CẤU THIẾT BỊ CHÍNH
1. Buồng đốt

I.1 Tính đường kính buồng đốt
Đường kính ngoài buồng đốt (CT 3.86, trang 218, [1]):
(50)
Trong đó:
− : bước ống, m. thường chọn 1,4
− : đường kính ngoài của ống truyền nhiệt
− : số ống truyền nhiệt trên đường chéo ứng với tổng số ống truyền nhiệt là 19
ống (bảng 3.6, trang 237, [1])
 (51)
 Chọn đường kính chuẩn cho buồng đốt:
18
ĐỒ ÁN MÔN HỌC GVHD: thầy Phạm Văn Bôn
QUÁ TRÌNH VÀ THIẾT BỊ SVTH: Nguyễn Yến Linh - 61101848
Nồi 1 giống với nồi 2
I.2 Tính bề dày buồng đốt
 Nồi 1
• Sơ lượt về cấu tạo
− Buồng đốt có đường kính trong , chiều cao
− Vật liệu chế tạo là thép Inox 316
− Có bọc lớp cách nhiệt
− Thân hình trụ hàn
• Tính toán bề dày tối thiểu s
min
− Buồng đốt làm việc ở điều kiện áp suất dư nên chịu áp suất trong
− Hơi đốt là hơi nước bão hòa ở áp suất tuyệt đối 1,5 at nên buồng đốt chịu áp
suất trong: => áp suất tính toán (CT 1-1, trang 10, [6])
(52)
− Nhiệt độ của hơi đốt ở áp suất 1,5at: (bảng I.251, trang 314, [2])
=> Nhiệt độ tính toán của buồng đốt (thân có bọc lớp cách nhiệt)
− Ứng suất cho phép chịu nén (công thức 1-9, trang 17, [6]): (53)

Với :
(hình 1.2, trang 16, [6])
thân có bọc lớp cách nhiệt (trang 17, [6])
=> (54)
− Hệ số bền mối hàn (bảng 1-8, trang 19, [6])
− Xét điều kiện
=> dày tối thiểu (công thức 5-3, trang 96, [6]):
• Tính toán bề dày thực:
− Chọn hệ số ăn mòn hóa học C
a
=1 mm ( thời gian làm việc 10 năm )
− Vật liệu được xem là bền cơ học C
b
=C
c
=0
− Chọn hệ số bổ sung quy tròn kích thướt là C
0
=1,89 mm (chọn thép tấm 3 mm
theo tiêu chuẩn bề dày thép có trên thị trường và theo yêu cầu bảng 5-1, trang
94,[6])
=> Hệ số bổ sung bề dày (56)
=> Bề dày thực buồng đốt (công thức 5-9, trang 96, [6]):
(57)
• Kiểm tra lại bề dày:
− Kiểm tra điều kiện (công thức 5-10, trang 97, [6]):
Áp suất tính toán cho phép (công thức 6-11, trang 97, [6])
 Điều kiện [P] > P : thỏa
 Bề dày thực buồng đốt
 Đường kính ngoài buồng đốt:

(60)
 Nồi 2
• Sơ lượt về cấu tạo
− Buồng bốc có đường kính trong D
t
= 600 mm, chiều cao H = 7000 mm
− Vật liệu chế tạo là thép Inox 316
19
ĐỒ ÁN MÔN HỌC GVHD: thầy Phạm Văn Bôn
QUÁ TRÌNH VÀ THIẾT BỊ SVTH: Nguyễn Yến Linh - 61101848
− Có bọc lớp cách nhiệt
− Thân hình trụ hàn
• Tính toán bề dày tối thiểu
− Buồng bốc làm viêc ở điều kiện chân không nên chịu áp suất ngoài 1at, áp suất
tính toán
− Nhiệt độ của hơi đốt vào là => Nhiệt độ tính toán của buồng bốc là ( thân có
bọc lớp cách nhiệt)
− Mô đun đàn hồi của vật liệu ở (bảng 2-12, trang 34, [6]):

− Ứng suất cho phép chịu nén (công thức 1-9, trang 17, [6]): (61)
Với :
(hình 1.2, trang 16, [6])
thân có bọc lớp cách nhiệt (trang 17, [6])
=> (62)
− Giới hạn chảy của vật liệu ở (công thức 1-3, trang 13, [6]):
(63)
: hệ số an toàn (bảng 1-6, trang 14, [6])
=> (64)
 Bề dày tối thiểu của thân (công thức 5.14, trang 98, [6]):
• Tính toán bề dày thực:

− Chọn hệ số ăn mòn hóa học C
a
=1 ( thời gian làm việc 10 năm )
− Vật liệu được xem là bền cơ học C
b
=C
c
=0
− Chọn hệ số bổ sung quy tròn kích thướt là C
0
= 1,08 (chọn thép tấm 5 mm theo
tiêu chuẩn bề dày thép có trên thị trường và theo yêu cầu bảng 5-1, trang 94,
[6])
 Hệ số bổ sung bề dày:
 Bề dày thực của buồng bốc (công thức 5.9, trang 96, [6]):
(66)
• Kiểm tra độ ổn định của thân khi chịu áp suất ngoài (công thức 5-20, trang 100, [6])
Đối với ống dài thì
 Thỏa điều kiện (67) , vậy tính toán như ống chịu áp suất ngoài
 Áp suất ngoài cho phép (công thức 5-19, trang 99, [6]):
 [P] > P thỏa điều kiện bền
 Bề dày thực buồng bốc
 Đường kính ngoài buồng đốt:
(60)
2. Buồng bốc
2.1. Tính đường kính buồng bốc
 Nồi 1
• Lưu lượng hơi thứ trong buồng bốc:

Trong đó:

20
ĐỒ ÁN MÔN HỌC GVHD: thầy Phạm Văn Bôn
QUÁ TRÌNH VÀ THIẾT BỊ SVTH: Nguyễn Yến Linh - 61101848
− : suất lượng hơi thứ, kg/h
− : khối lượng riêng của hơi thứ ở áp suất buồng bốc (bảng I.251, trang 314, [2])
=>
• Tốc độ hơi thứ trong buồng bốc:
• Vận tốc lắng (công thức 5.14, trang 292, [1]):

Trong đó:
− : đường kính giọt lỏng, chọn
− : khối lượng riêng của giọt lỏng ở (tính bằng công thức (34) và (35))
− : khối lượng riêng của hơi thứ ở áp suất buồng bốc
− hệ số trở lực, tính theo Re: => (76)
Với:
− : độ nhớt động lực của hơi thứ ở áp suất buồng bốc (bảng I.121, trang 121, [2])
− Vận tốc hơi của hơi thứ trong buồng bốc không quá (7080)% vận tốc lắng
(trang 292, [1]), chọn
− Giả sử =>
=>
=>
Vậy Ta chọn theo đường kính chuẩn
 Nồi 2 Tính tương tự như nồi 1
−
−
−
−
−
−
Vậy theo kết quả tính hai nồi ta chọn

2.2. Tính chiều cao buồng bốc
 Nồi 1
• Chiều cao buồng bốc:
• Thể tích buồng bốc (công thức 5.15, trang 293, [1]): (79)
(Tra đồ thị 5.6, trang 293, [1]) (80)

 Thể tích buồng bốc:
 Chiều cao buồng bốc:
 Nồi 2 Tính tương tự như nồi 1
−
−
− Vậy theo kết quả tính 2 nồi ta chọn
21
ĐỒ ÁN MÔN HỌC GVHD: thầy Phạm Văn Bôn
QUÁ TRÌNH VÀ THIẾT BỊ SVTH: Nguyễn Yến Linh - 61101848
2.3. Tính bề dày buồng bốc
 Nồi 1
• Sơ lượt về cấu tạo
− Buồng bốc có đường kính trong D
t
= 800 mm, chiều cao H = 1000 mm
− Vật liệu chế tạo là thép Inox 316
− Có bọc lớp cách nhiệt
− Thân hình trụ hàn
• Tính toán bề dày tối thiểu
− Buồng bốc làm viêc ở điều kiện chân không nên chịu áp suất ngoài 1at, áp suất
tính toán
− Nhiệt độ của hơi thứ ra là => Nhiệt độ tính toán của buồng bốc là ( thân có
bọc lớp cách nhiệt)
− Mô đun đàn hồi của vật liệu ở (bảng 2-12, trang 34, [6]):

− Ứng suất cho phép chịu nén (công thức 1-9, trang 17, [6]): (81)
Với :
(hình 1.2, trang 16, [6])
thân có bọc lớp cách nhiệt (trang 17, [6])
=> (82)
− Giới hạn chảy của vật liệu ở (công thức 1-3, trang 13, [6]):
(83)
: hệ số an toàn (bảng 1-6, trang 14, [6])
=> (84)
 Bề dày tối thiểu của thân (công thức 5.14, trang 98, [6]):
• Tính toán bề dày thực:
− Chọn hệ số ăn mòn hóa học C
a
=1 ( thời gian làm việc 10 năm )
− Vật liệu được xem là bền cơ học C
b
=C
c
=0
− Chọn hệ số bổ sung quy tròn kích thướt là C
0
= 1,08 (chọn thép tấm 5 mm theo
tiêu chuẩn bề dày thép có trên thị trường và theo yêu cầu bảng 5-1, trang 94,
[6])
 Hệ số bổ sung bề dày:
 Bề dày thực của buồng bốc (công thức 5.9, trang 96, [6]):
(86)
• Kiểm tra độ ổn định của thân khi chịu áp suất ngoài (công thức 5-15 và 5-16, tr 99,
[6])

 Thỏa điều kiện (87) (88)
 Áp suất ngoài cho phép (công thức 5-19, trang 99, [6]):
22
ĐỒ ÁN MÔN HỌC GVHD: thầy Phạm Văn Bôn
QUÁ TRÌNH VÀ THIẾT BỊ SVTH: Nguyễn Yến Linh - 61101848
 [P] > P thỏa điều kiện bền
 Bề dày thực buồng bốc
• Kiểm tra độ ổn định của thân khi chịu lực nén chiều trục :
Xét
− Lực nén chiều trục lên buồng bốc:
− Xác định tỷ số (điều kiện 5-33, trang 103, [6]):
− Tra theo bảng ta được (trang 103, [6])
− Kiểm tra độ ổn định của thân (công thức 5-32, trang 103, [6]):
• Kiểm tra độ ổn định của thân khi chịu tác dụng đồng thời của áp suất ngoài và lực nén
chiều trục :
− Ứng suất nén chiều trục (công thức 5-48, trang 107, [6]):
− Ứng suất cho phép của thân khi chịu nén (công thức 5-31, trang 103, [6]):
− Kiểm tra điều kiện (công thức 5-47, trang 107, [6]):
 Đường kính ngoài buồng bốc:
(101)
 Nồi 2
• Sơ lượt về cấu tạo
− Buồng bốc có đường kính trong D
t
= 1000 mm, chiều cao H = 1000 mm
− Vật liệu chế tạo là thép Inox 316
− Có bọc lớp cách nhiệt
− Thân hình trụ hàn
• Tính toán bề dày tối thiểu
− Buồng bốc làm viêc ở điều kiện chân không nên chịu áp suất ngoài 1at, áp suất

tính toán
− Nhiệt độ của hơi thứ ra là => Nhiệt độ tính toán của buồng bốc là ( thân có
bọc lớp cách nhiệt)
− Mô đun đàn hồi của vật liệu ở (bảng 2-12, trang 34, [6]):

− Ứng suất cho phép chịu nén (công thức 1-9, trang 17, [6]): (102)
Với :
(hình 1.2, trang 16, [6])
thân có bọc lớp cách nhiệt (trang 17, [6])
=> (103)
− Giới hạn chảy của vật liệu ở (công thức 1-3, trang 13, [6]):
(104)
: hệ số an toàn (bảng 1-6, trang 14, [6])
=> (105)
 Bề dày tối thiểu của thân (công thức 5.14, trang 98, [6]):
• Tính toán bề dày thực:
− Chọn hệ số ăn mòn hóa học C
a
=1 ( thời gian làm việc 10 năm )
− Vật liệu được xem là bền cơ học C
b
=C
c
=0
23
ĐỒ ÁN MÔN HỌC GVHD: thầy Phạm Văn Bôn
QUÁ TRÌNH VÀ THIẾT BỊ SVTH: Nguyễn Yến Linh - 61101848
− Chọn hệ số bổ sung quy tròn kích thướt là C
0
= 1,08 (chọn thép tấm 5 mm theo

tiêu chuẩn bề dày thép có trên thị trường và theo yêu cầu bảng 5-1, trang 94,
[6])
 Hệ số bổ sung bề dày:
 Bề dày thực của buồng bốc (công thức 5.9, trang 96, [6]):
(107)
• Kiểm tra độ ổn định của thân khi chịu áp suất ngoài (công thức 5-15 và 5-16, tr 99,
[6])
 Thỏa điều kiện (108) (109)
 Áp suất ngoài cho phép (công thức 5-19, trang 99, [6]):
 [P] > P thỏa điều kiện bền
 Bề dày thực buồng bốc
• Kiểm tra độ ổn định của thân khi chịu lực nén chiều trục :
Xét
− Lực nén chiều trục lên buồng bốc:
− Xác định tỷ số (điều kiện 5-33, trang 103, [6]):
− Tra theo bảng ta được (trang 103, [6])
− Kiểm tra độ ổn định của thân (công thức 5-32, trang 103, [6]):
• Kiểm tra độ ổn định của thân khi chịu tác dụng đồng thời của áp suất ngoài và lực nén
chiều trục :
− Ứng suất nén chiều trục (công thức 5-48, trang 107, [6]):
− Ứng suất cho phép của thân khi chịu nén (công thức 5-31, trang 103, [6]):
− Kiểm tra điều kiện (công thức 5-47, tran 107, [6]):
 Đường kính ngoài buồng bốc:
(122
3. Tính kích thước các ống dẫn
• Đường kính các ống dẫn (công thức VI.41, trang 74, [3]):
Trong đó:
− : lưu lượng khối lượng của lưu chất,
− : tốc độ lưu chất,
− : khối lượng riêng của lưu chất,

• Tính bền cho các lỗ với trường hợp trên thân có nhiều lỗ:
Đường kính lớn nhất của lỗ cho phép không cần tăng cứng được xác định (công thức
8-2, trang 162, [6]):
24
ĐỒ ÁN MÔN HỌC GVHD: thầy Phạm Văn Bôn
QUÁ TRÌNH VÀ THIẾT BỊ SVTH: Nguyễn Yến Linh - 61101848
Trong đó:
− : đường kính trong của thiết bị, mm
− : bề dày thân thiết bị, mm
− : hệ số kể đến độ bền của thân:
− áp suất ở trong thiết bị,
• Tính bền cho các lỗ với trường hợp trên thân chỉ có một lỗ:
Đường kính lớn nhất của lỗ cho phép không cần tăng cứng được xác định (công thức
8-3, trang 162, [6]):
Trong đó:
− : đường kính trong của thiết bị, mm
− : bề dày thân thiết bị, mm
− : bề dày tối thiểu của thân
3.1 Nồi 1
3.1.1 Ống nhập liệu
• Đường kính ống nhập liệu với:
−
− Nhập liệu dung dịch nước cam 10% ở chọn (trang 74, [3] cho dung dịch độ
nhớt nhỏ)
− : khối lượng riêng của dung dịch ở 83,04 Tính bằng công thức x = 0,04
(Tra bảng I.7 ,trang 13, [2])
Vậy chọn , (bảng XIII.32, trang 434, [3])
• Tính bền cho lỗ, buồng đốt có duy nhất một ống nhập liệu:
3.1.2 Ống tháo liệu
• Đường kính ống tháo liệu với:

−
− Tháo liệu dung dịch nước cam 16,5% ở ) chọn
(trang 74, [3] cho dung dịch độ nhớt nhỏ)
− : khối lượng riêng của dung dịch ở 83,04 Tính bằng công thức x = 0,066
(Tra bảng I.7 ,trang 13, [2])
Vậy chọn , (bảng XIII.32, trang 434, [3])
3.1.3 Ống dẫn hơi đốt
• Đường kính ống dẫn hơi đốt, ta sẽ chia làm 3 nhánh để đảm bảo việc cung cấp hơi đốt
được đồng đều.
−
− Hơi nước bão hòa ở áp suất 3 at: chọn (trang 74, [3])
25