Đồ án thiết kế dây chuyền cô đặc mía đường

TỔNG QUAN VỀ CÔ ĐẶC MÍA ĐƯỜNG
I. Giới thiệu chung:
Ngành công nghiệp mía đường là một ngành công
nghiệp lâu đời ở nước ta. Do nhu cầu thò trường nước ta
hiện nay mà các lò đường với quy mô nhỏ ở nhiều đòa
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 công nghiệp có liên quan không 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 không 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 còn 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 vàkhông chế
biến kòp thời.
Vì tính quan trọng đó của việc chế biến, vấn đề quan
trọng được đặt ra là hiệu quả sản xuất nhằm đảm bảo thu
hồi đường với hiệu suất cao. Hiện nay, nước ta đã có rất
nhiều nhà máy đường như Bình Dương, Quãng Ngãi, Tây Ninh,
… nhưng với sự phát triển ồ ạt của diện tích mía, khả năng
đáp ứng là rất khó. Bên cạnh đó, việc cung cấp mía khó

khăn, sự cạnh tranh của các nhà máy đường, cộng với
công nghệ lạc hậu, thiết bò cũ kỹ đã ảnh hưởng mạnh
đến quá trình sản xuất.
Vì tất cả những lý do trên, việc cải tiến sản xuất,
nâng cao, mở rộng nhà máy, đổi mới dây chuyền thiết bò
công nghệ, tăng hiệu quả các quá trình là hết sức cần
thiết và cấp bách, đòi hỏi phải chuẩn bò từ ngay bây
giờ. Trong đó, cải tiến thiết bò cô đặc là một yếu tố quan
trọng không kém trong hệ thống sản xuất vì đây là một
thành phần không thể xem thường.
SVTH:Trần Thanh Tuấn

Trang -1


Một vài số liệu về sản lượng đường trên thế giới (đơn vò
tính: 1000 tấn):
Năm
Sản
lượng

1945- 1952- 1965- 1977- 1978- 1979- 1980 19811946 1953 1966 1978 1979 1980 1982
1981
1993 3548 6309 9228 9185 8892 91000 97900
4
6
7
0
8
0

SVTH:Trần Thanh Tuấn

Trang -2


II. Nguyên liệu và sản phẩm của quá trình cô đặc
mía đường:
1. Đặc điểm nguyên liệu:
Nguyên liệu cô đặc ở dạng dung dòch, gồm:
− Dung môi: nước.
− Các chất hoà tan: gồm nhiều cấu tử với hàm
lượng rất thấp (xem như không có) và chiếm
chủ yếu là đường saccaroze. Các cấu tử này
xem như không bay hơi trong quá trình cô đặc.
Tùy theo độ đường mà hàm lượng đường là nhiều
hay ít. Tuy nhiên, trước khi cô đặc, nồng độ đường
thấp, khoảng 6-10% khối lượng.
2. Đặc điểm sản phẩm:
Sản phẩm ở dạng dung dòch, gồm:
− Dung môi: nước.
− Các chất hoà tan: có nồng độ cao.
3. Biến đổi của nguyên liệu và sản phẩm trong
quá trình cô đặc:
Trong quá trình cô đặc, tính chất cơ bản của nguyên
liệu và sản phẩm biến đổi không ngừng.
a. Biến đổi tính chất vật lý:
Thời gian cô đặc tăng làm cho nồng độ dung dòch
tăng dẫn đến tính chất dung dòch thay đổi:
− Các đại lượng giảm: hệ số dẫn nhiệt, nhiệt

dung, hệ số cấp nhiệt, hệ số truyền nhiệt.
− Các đại lượng tăng: khối lượng riêng dung dòch,
độ nhớt, tổn thất nhiệt do nồng độ, nhiệt độ
sôi.
b. Biến đổi tính chất hoá học:
Thay đổi pH môi trường: thường là giảm pH do các
phản ứng phân hủy amit (Vd: asparagin) của các
cấu tử tạo thành các acid.
Đóng cặn dơ: do trong dung dòch chứa một số muối
Ca2+ ít hoà tan ở nồng độ cao, phân hủy muối hữu
cơ tạo kết tủa.
Phân hủy chất cô đặc.
Tăng màu do caramen hoá đường, phân hủy đường
khử, tác dụng tương hỗ giữa các sản phẩm phân
hủy và các amino acid.
Phân hủy một số vitamin.
c. Biến đổi sinh học:
Tiêu diệt vi sinh vật (ở nhiệt độ cao).
SVTH:Trần Thanh Tuấn

Trang -3


Hạn chế khả năng hoạt động của các vi sinh vật ở
nồng độ cao.
4. Yêu cầu chất lượng sản phẩm và giá trò sinh
hóa:
Thực hiện một chế độ hết sức nghiêm ngặt để:
− Đảm bảo các cấu tử quý trong sản phẩm có
mùi, vò đặc trưng được giữ nguyên.

− Đạt nồng độ và độ tinh khiết yêu cầu.
− Thành phần hoá học chủ yếu không thay đổi.
III. Cô đặc và quá trình cô đặc:
1. Đònh nghóa:
Cô đặc là phương pháp dùng để nâng cao nồng độ
các chất hoà tan trong dung dòch hai hay nhiều cấu
tử. Quá trình cô đặc của dung dòch lỏng - rắn hay
lỏng- lỏng có chênh lệch nhiệt sôi rất cao thường
được tiến hành bằng cách tách một phần dung môi
(cấu tử dể bay hơi hơn). Đó là các quá trình vật lý
- hóa lý.
2. Các phương pháp cô đặc:
− Phương pháp nhiệt (đun nóng): 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 tử sẽ tách ra dạng tinh
thể đơn chất tinh khiết, thường là kết tinh dung
môi để tăngnồng độ chất tan.Tùy 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 phải dùng đến
máy lạnh.
3. Bản chất của sự cô đặc do nhiệt:
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 lỏng và trở lực bên ngoài. Do
đó, ta cần cung cấp nhiệt để các phần tử đủ
năng lượng thực hiện quá trình này.

SVTH:Trần Thanh Tuấn

Trang -4


− Bên cạnh đó, sự bay hơi chủ yếu là 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 hoàn tự nhiên trong nồi cô đặc. Tách không
khí và lắng keo (protit) khi đun sơ bộ sẽ ngăn chặn
được sự tạo bọt khi cô đặc.
4. Ứng dụng của sự cô đặc:
Dùng trong sản xuất thực phẩm: dung dòch đường, mì
chính,các dung dòch nước trái cây…
Dùng trong sản xuất hóa chất: NaOH, NaCl, CaCl 2, các
muối vô cơ …

SVTH:Trần Thanh Tuấn

Trang -5


5. Đánh giá khả năng phát triển của sự cô đặc:
Hiện nay, phần lớn các nhà máy sản xuất hoá

chất, thực phẩm đều sử dụng thiết bò cô đặc như
một thiết bò hữu hiệu để đạt nồng độ sản phẩm
mong muốn. Mặc dù chỉ là một hoạt động gián
tiếp nhưng rất cần thiết và gắn liền với sự tồn tại
của nhà máy. Cùng với sự phát triển của nhà
máy thì việc cải thiện hiệu quả của thiết bò cô
đặc là một tất yếu. Nó đòi hỏi phải có những
thiết bò hiện đại, đảm bảo an toàn và hiệu suất
cao. Đưa đến yêu cầu người kỹ sư phải có kiến
thức chắc chắn hơn và đa dạng hơn, chủ động khám
phá các nguyên lý mới của thiết bò cô đặc.
IV. Các thiết bò cô đặc nhiệt:
1. Phân loại và ứng dụng:
a. Theo cấu tạo:
Nhóm 1: dung dòch đối lưu tự nhiên (tuần hoàn tự
nhiên) dùng cô đặc dung dòch khá loãng, độ nhớt
thấp, đảm bảo sự tuần hoàn dể dàng qua bề mặt
truyền nhiệt. Gồm:
− Có buồng đốt trong (đồng trục buồng bốc), có
thể có ống tuần hoàn trong hoặc ngoài.
− Có buồng đốt ngoài ( không đồng trục buồng
bốc).
Nhóm 2: dung dòch đối lưu cưỡng bức, dùng bơm để
tạo vận tốc dung dòch từ 1,5 - 3,5 m/s tại bề mặt
truyền nhiệt. Có ưu điểm: tăng cường hệ số truyền
nhiệt, dùng cho dung dòch đặc sệt, độ nhớt cao,
giảm bám cặn, kết tinh trên bề mặt truyền nhiệt.
Gồm:
− Có buồng đốt trong, ống tuần hoàn ngoài.
− Có buồng đốt ngoài, ống tuần hoàn ngoài.

Nhóm 3: dung dòch chảy thành màng mỏng,chảy
một lần tránh tiếp xúc nhiệt lâu làm biến chất
sản phẩm. Đặc biệt thích hợp cho các dung dòch thực
phẩm như dung dòch nước trái cây,hoa quả ép…
Gồm:
− Màng dung dòch chảy ngược, có buồng đốt trong
hay ngoài: dung dòch sôi tạo bọt khó vỡ.
− Màng dung dòch chảy xuôi, có buồng đốt trong
hay ngoài: dung dòch sôi ít tạo bọt và bọt dễ vỡ.
b. Theo phương pháp thực hiện quá trình:
SVTH:Trần Thanh Tuấn

Trang -6


− Cô đặc áp suất thường (thiết bò hở): có nhiệt
độ sôi, áp suất không đổi. Thường dùng cô
đặc dung dòch liên tục để giữ mức dung dòch cố
đònh để đạt năng suất cực đại và thời gian cô
đặc là ngắn nhất.Tuy nhiên, nồng độ dung dòch
đạt được là không cao.
− Cô đặc áp suất chân không: Dung dòch có
nhiệt độ sôi dưới 100oC, áp suất chân không.
Dung dòch tuần hoàn tốt, ít tạo cặn, sự bay hơi
nước liên tục.
− Cô đặc nhiều nồi: Mục đích chính là tiết kiệm
hơi đốt. Số nồi không nên lớn quá vì sẽ làm
giảm hiệu quả tiết kiệm hơi. Có thể cô chân
không, cô 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 cô đặc
gián đoạn. Có thể áp dụng điều khiển tự
động, nhưng chưa có cảm biến tin cậy.
2. Hệ thống cô đặc chân không gián đoạn:
a. Mục đích: để giữ được chất lượng của sản phẩm và
thành phần quý (tính chất tự nhiên, màu, mùi, vò,
đảm bảo lượng vitamin, …) nhờ nhiệt độ thấp và
không tiếp xúc Oxy.
b. Ưu điểm:
− Nhập liệu đơn giản: nhập liệu liên tục bằng
bơm hoặc bằng độ chân không trong thiết bò,
nhập liệu theo từng mẻ một.
− Tránh phân hủy sản phẩm, thao tác, khống
chế dể dàng.
− Có thể cô đặc dung dòch đến các nồng độ
khác nhau theo phương pháp gián đoạn từng mẻ
hoặc liên tục.
c. Nhược điểm:
− Làm việc ở trạng thái không ổn đònh, tính
chất hóa lý của dung dòch thay đổi liên tục theo
nồng độ, thời gian cô đặc.
− Thiết bò phức tạp, có thiết bò ngưng tụ chân
không.
− Nhiệt độ hơi thứ thấp, không dùng được cho
mục đích khác.
3. Các thiết bò và chi tiết trong cô đặc:
SVTH:Trần Thanh Tuấn

Trang -7

Thiết bò chính:
− Ống tuần hoàn, ống truyền nhiệt.
− Buồng đốt , buồng bốc, đáy, nắp…
− Ống: hơi đốt, tháo nước ngưng, khí không
ngưng…
Thiết bò phụ:
− Bể chứa sản phẩm, nguyên liệu.
− Các loại bơm: bơm dung dòch, bơm nước, bơm chân
không.
− Thiết bò gia nhiệt.
− Thiết bò ngưng tụ Baromet.
− Các loại van.
− Thiết bò đo

SVTH:Trần Thanh Tuấn

Trang -8


4.

Yêu cầu thiết bò và vấn đề năng lượng:
− Sản phẩm có thời gian lưu nhỏ: giảm tổn thất,
tránh phân hủy sản phẩm.
− Cường độ truyền nhiệt cao trong giới hạn chênh lệch
nhiệt độ.
− Đơn giản, dể sữa chữa, tháo lắp, dể làm sạch bề
mặt truyền nhiệt.

− Phân bố hơi đều.
− Xả liên tục và ổn đònh nước ngưng tụ và khí không
ngưng.
− Thu hồi bọt do hơi thứ mang theo.
− Tổn thất năng lượng là nhỏ nhất.
− Thao tác, khống chế giản đơn, tự động hóa dể
dàng.

SVTH:Trần Thanh Tuấn

Trang -9


QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ
I. Sơ đồ hoạt động của hệ thống cô đặc 1 nồi gián
đoạn:
1. Nguyên lý hoạt động thiết bò cô đặc:
Nguyên liệu được nhập liệu vào truyền nhiệt đến
nhiệt độ sôi rồi mới cho vào nồi cô đặc sẽ trao đổi
nhiệt với hơi thông qua các ống truyền nhiệt sẽ trở
nên nhẹ hơn và được tuần hoàn trở lên phía buồng
bốc. Tại đây, hơi nước được tách ra khỏi dung dòch, dung
dòch đi theo ống tuần hoàn trung tâm xuống đáy thiết
bò và theo ống nhiệt trở lên trên. Quá trình trao đổi
nhiệt được thực hiện chủ yếu trong ống truyền nhiệt.
Sau nhiều lần như vậy, hơi nước tách khỏi dung dòch
càng nhiều nồng độ dung dòch càng tăng, độ nhớt
dung dòch tăng. Do đó, tốc độ chuyển động dung dòch
càng chậm lại về sau. Quá trình kết thúc khi dung dòch
đã đạt được nồng độ theo yêu cầu.

Tốc độ chuyển động tuần hoàn càng tăng thì hệ
số cấp nhiệt về phía dung dòch càng tăng, quá trình
bốc hơi xảy ra càng mạnh mẽ, nồng độ chất tan càng
nhanh chóng đạt yêu cầu và ngược lại. Tuy nhiên sẽ hao
phí năng lượng khuấy. Do đó, ta dùng biện pháp khác
là tăng đường kính ống truyền nhiệt.
2. Nguyên lý hoạt động thiết bò truyền nhiệt và
thiết bò ngưng tụ Baromet:
Hơi thứ ra khỏi thiết bò cô đặc sẽ được dẫn vào
thiết bò truyền nhiệt đun nóng cho nguyên liệu đạt đến
nhiệt độ sôi. Sau đó được dẫn vào ống vào phía dưới
TBNT Baromet, nước sẽ được chảy từ trên xuống dưới
theo các ngăn và phun thành tia. Hơi trao đổi nhiệt với
nước, ở áp suất thấp do bơm chân không tạo ra, sẽ
ngưng tụ lại, theo ống Baromet chảy ra ngoài.
3. Hoạt động của hệ thống:
a. Nhập liệu:
Nguyên liệu đường nhờ bơm nhập liệu đưa vào thiết
bò truyền nhiệt ở nhiệt độ khoảng 30 0C được đun nóng
đến nhiệt độ cận sôi và đưa vào nồi cô đặc qua cửa
nhập liệu.
Ban đầu nhập đủ 2,5 m 3 thì tiến hành cô đặc,
nguyên liệu vẫn tiếp tục nhập vào đề bù lượng hơi

SVTH:Trần Thanh Tuấn

Trang -10


thứ bốc lên cho đến khi đủ thể tích nguyên liệu cho 1

mẻ thì chấm dứt nhập liệu.
Ngừng nhập liệu nhưng bơm nhập liệu vẫn tiếp tục
bơm tuần hoàn cho quá trình gia nhiệt cho 2,5 m 3 nguyên
liệu của mẻ sau.
b. Quá trình cô đặc:
Sau khi đã nhập liệu đủ 2,5 m 3, quá trình cô đặc sẽ
bắt đầu xảy ra dưới áp suất chân không do bơm chân
không tạo ra.
Hơi đốt theo ống dẫn đưa vào buồng đốt ở áp suất
3 at. Hơi thứ ngưng tụ theo ống dẫn nước ngưng qua bẫy
hơi chảy ra ngoài và phần khí không ngưng được xả ra
ngoài theo cửa xả khí không ngưng.
Hơi thứ bốc lên theo ống dẫn vào thiết bò ngưng tụ
Baromet, ngưng tụ thành lỏng chảy ra ngoài bồn chứa,
phần không ngưng qua bộ phận tách giọt để chỉ còn
khí theo bơm chân không ra ngoài.
Toàn bộ hệ thống (thiết bò ngưng tụ Baromet, thiết bò
cô đặc ) làm việc ở điều kiện chân không do bơm
chân không tạo ra.
Sau thời gian cô đặc đã tính, dung dòch đường được
bơm ra ngoài theo ống tháo sản phẩm nhờ bơm ly tâm,
vào thùng chứa sản phẩm.
II. Thao tác vận hành:
1. Chuẩn bò:
− Kiểm tra điều kiện vận hành của thiết bò cung
cấp hơi đốt, bơm chân không, bơm nước ở thiết
bò ngưng tụ, bơm tháo liệu.
− Kiểm tra độ kín của hệ thống.
− Đóng các van.
− Tắt bơm.

2. Vận hành:
− Khởi động bơm chân không cho hệ thống đạt
điều kiện chân không( khi lần đầu hoạt động).
Nước trong ống Baromet từ từ dâng lên. Đợi cho
đến khi quá trình ổn đònh.
− Khởi động bơm nhập liệu, mở van nhập liệu cho
dung dòch chảy vào thiết bò cô đặc. Khi khối
lượng dung dòch đạt yêu cầu thì điều chỉnh lưu
lượng nhập liệu cho phù hợp.
− Mở từ từ van hơi đốt.
− Bơm nước vào TBNT.
SVTH:Trần Thanh Tuấn

Trang -11


− Theo dõi hoạt động của thiết bò và các dụng cụ
đo nhiệt độ, áp suất, sẵn sàng ngưng hoạt động
của hệ thống nếu có sự cố xảy ra.
− Gần đến thời điểm tháo liệu, ta thử nồng độ
mẫu để chuẩn bò dừng hơi đốt.
− Ngưng cấp hơi đốt.
− Dùng bơm để tháo sản phẩm qua ống tháo sản
phẩm đến khi hết thì đóng van.
− Chấm dứt một mẻ cô đặc.
− Ta bắt đầu các thao tác cho một mẻ mới.

SVTH:Trần Thanh Tuấn

Trang -12

CÂN BẰNG VẬT CHẤT VÀ NĂNG LƯNG
I. Dữ kiện ban đầu:
− Dung dòch đường mía
− Nồng độ đầu xđ = 8 %, nhiệt độ đầu của nguyên
liệu là tđ = 30oC.
− Nồng độ cuối xc = 75%.
− Năng suất Gc = 1000 kg/mẻ.
− Gia nhiệt bằng hơi nước bão hoà áp suất hơi đốt
là 3 at.
− p suất ở thiết bò ngưng tụ: nhằm giảm nhiệt
độ sôi của dung dòch, đảm bảo yêu cầu sản
phẩm. Giai đoạn đầu nồng độ dung dòch thấp áp
suất ở thiết bò ngưng tụ là P = 0,4 at, khi nồng độ
dung dòch tăng áp suất ở thiết bò ngưng tụ là P =
0,2 at.
II. Cân bằng vật chất:
1. Suất lượng nhập liệu (Gđ):
Theo công thức 5.16, QT và TBTN T5, tr184:
Gđ*xđ = Gc*xc

 xc 
 75 
 = 1000*   = 9375 kg/mẻ
 xđ 
 8 

Gđ = Gc* 

2. Tổng lượng hơi thứ bốc lên (W):
Theo công thức 5.17, QT và TBTN T5, tr184:
W = Gđ – Gc = 9375 - 1000 = 8375 kg/mẻ
Trong đó: Gc – suất lượng tháo liệu (năng suất), kg
/mẻ.
3. Quá trình biến đổi vật chất trong quá trình cô
đặc:
Theo quy trình công nghệ, quá trình biến đổi vật chất
trong nồi cô đặc được chia ra làm 3 giai đoạn sau:
− Giai đoạn 1: từ lúc bắt đầu nhập liệu, tiến hành
cô đặc cho đến khi chấm dứt nhập liệu, lượng
nguyên liệu trong nồi cô đặc là 2,5 m 3, giai đoạn
này tiến hành cô đặc ở áp suất là 0,4 at.
− Giai đoạn 2: từ lúc kết thúc giai đoạn 1 cho đến khi
mức dung dòch trong nồi cô đặc chạm miệng trên
của ống truyền nhiệt, giai đoạn này tiến hành
cô đặc ở áp suất là 0,4 at.
SVTH:Trần Thanh Tuấn

Trang -13


− Giai đoạn 3: từ lúc kết thúc giai đoạn 2 cho đến khi
đạt nồng độ yêu cầu, giai đoạn này tiến hành
cô đặc ở áp suất là 0,4 at.

SVTH:Trần Thanh Tuấn

Trang -14

Các quá trình biến đổi vật chất trong quá trình cô đặc
được tóm tắt như sau:
Thể tích nguyên
liệu, m3
Khối lượng nguyên
liệu, kg
Lượng hơi thứ bốc
hơi, kg
Nồng độ
Khối lượng riêng,
kg/m3

9,086

2,5

1,113

0,724

9375

2787

1444

1000

0

6588

7986

8375

8%

27%
54%
75%
1114,
1031,8
1254,04 1381,4
8

III. Cân bằng năng lượng:
1. Chế độ nhiệt độ:
p suất buồng đốt là áp suất hơi bão hoà 3 at.Tra
bảng 57, VD và BT T10, trang 443: nhiệt độ hơi đốt là
132,9oC.
Gọi ∆ ’’’ là tổn thất nhiệt độ hơi thứ trên đường
ống dẫn từ buồng bốc đến TBNT, theo QT và TBTN T5,
tr184, chọn ∆’’’ = 1 oK.
a. Giai đoạn 1:
Nhiệt độ hơi thứ trong buồng bốc tsdm(Po):
Tsdm(Po) - Tc =∆ ’’’ = 1K ⇒ Tsdm(Po) = Tc +1 = 75,4 +1 =
76,4 oC
p suất hơi thứ trong buồng bốc: Tra bảng 57, VD và

BT T10, trang 443: ở nhiệt độ hơi thứ là 76,4 oC là 0,42 at.
b. Giai đoạn 2 và 3:
Nhiệt độ hơi thứ trong buồng bốc tsdm(Po):
Tsdm(Po) - Tc =∆ ’’’ = 1K ⇒ Tsdm(Po) = Tc +1 = 59,7 +1 =
60,7 oC
p suất hơi thứ trong buồng bốc: Tra bảng 57, VD và
BT T10, trang 443: ở nhiệt độ hơi thứ là 60,7 oC là 0, 21
at.
2. Các tổn thất nhiệt độ:
a. Tổn thất nhiệt độ do nồng độ (∆ ’ ):
Theo công thức 5.3, QT và TBTN T5, tr174:
∆’ =∆o’.f
Trong đó:
∆o’ - tổn thất nhiệt độ ở áp suất khí
quyển. Tra từ đồ thò.
SVTH:Trần Thanh Tuấn

Trang -15


f - hệ số hiệu chỉnh do khác áp suất khí
quyển, được tính:

T2
f =16,14 *
r

SVTH:Trần Thanh Tuấn

Trang -16

b. Tổn thất nhiệt độ do áp suất thủy tónh ( ∆ ”):
Theo VD và BT T10, tr184:
∆ ” = Tsdd(Po+∆ p) - Tsdd(Po)
Trong đó:
Tsdd(Po) - nhiệt độ sôi dung dòch ở mặt thoáng.
Tsdd(Po+∆ p) - nhiệt độ sôi ứng với áp suất ở độ
sâu trung bình của cột chất lỏng, đặt là t stb.
− Tính Tsdd(Po):
Theo VD và BT T10, trang 184:
∆ ’= Tsdd(Po) - Tsdm(Po)
⇒ Tsdd(Po) = Tsdm(Po) +∆ ’
− Tính Tsdd(Po + ∆ P ):
Theo công thức 4.19, VD và BT T10, tr185:
Po + ∆ p = Ptb =Po + 0,5*ρhh*g*Hop
Trong đó:
ρhh = 0,5*ρdd, ρdd - khối lượng riêng của dung
dòch ở nồng độ đang xét, không kể
lẫn bọt hơi, kg/m3.
g= 9,81 m/s2.
Po = 0,42 at.
Hop -chiều cao lớp lỏng sôi(theo kính quan
sát chỉ mức ), m
Với Hop = [0,26 + 0,0014*( ρdd –ρdm)]*Ho, m.
Ho - chiều cao ống truyền nhiệt, chọn H o = 2
m.
ρdd - khối lượng riêng dung dòch theo nồng
độ, kg/m3.
ρdm - khối lượng riêng dung môi ở nhiệt độ

sôi 76,4oC.
Ta có ρdm = 975 kg/m3.
Tính lần lượt ở các nồng độ khác nhau của dung
dòch đường, ta được các giá trò Po + ∆ P. Sau đó, tra bảng
57, VD và BT T10, tr443: ta được nhiệt độ sôi trung bình
của dung dòch (tstb).

SVTH:Trần Thanh Tuấn

Trang -17


Quan hệ nhiệt độ sôi và áp suất theo nồng độ dung
dòch:
Nồng
độ
8%
15%
20%
25%
30%
35%
40%
45%
50%
55%
60%
65%
70%
75%

∆ o'

∆'

∆''

Σ∆

Hop

Po+∆P

Tsdd(Po)

Tsdd(Po+∆P)

0.05
0.25
0.38
0.50
1.00
1.50
1.75
2.00
2.50
3.00
4.00
5.00
6.00

7.00

0.04
0.19
0.29
0.38
0.76
1.14
1.34
1.53
1.91
2.29
3.05
3.82
4.58
5.34

4.35
4.62
4.85
5.10
2.97
2.91
3.07
3.25
3.27
3.32
3.01
2.74
2.50

2.29

5.39
5.81
6.13
6.48
4.73
5.06
5.40
5.78
6.18
6.61
7.07
7.56
8.08
8.63

0.68
0.76
0.82
0.88
0.95
1.02
1.09
1.16
1.24
1.32
1.40
1.48
1.57

1.66

0.434
0.437
0.439
0.441
0.237
0.239
0.242
0.245
0.248
0.251
0.255
0.259
0.263
0.267

76.44
76.59
76.69
76.78
61.46
61.84
62.04
62.23
62.61
62.99
63.75
64.52
65.28

66.04

80.79
81.21
81.53
81.88
64.43
64.76
65.10
65.48
65.88
66.31
66.77
67.26
67.78
68.33

3. Cân bằng nhiệt lượng:

a. Nhiệt lượng tiêu thụ cho cô đặc ( Q D):
Theo công thức VI.3, Sổ tay tập 2, trang 52:
QD = Qđ+ Qbh + Qkn + Qtt = 19,41.109 +1,75.109 + 4%.QD
⇒ QD = 20,97.109 J
Trong đó:
Qđ - nhiệt lượng để đun nóng đến nhiệt sôi, J
Qbh - nhiệt lượng làm bốc hơi nước, J.
Qtt - nhiệt lượng tổn thất ra môi trường, J.
b. Nhiệt lượng dùng để đun nóng đến nhiệt độ sôi:
Theo Sổ tay tập 2, trang 52:
Qđ = Gđ*Ctb*(tsoi - tđ) = 9375*4020,99*(76,44 - 30) =

1,751.109 J
Với: Gđ = 9375 kg/mẻ.
Ctb - nhiệt dung riêng của dung dòch.
Theo Sổ tay tập 1, tr153:
C = 4190 - ( 2514 - 7,542*t )*x, J/kgoK
Ở t = 30oC, x = 8% thì
C1 = 4190 - ( 2514 - 7,542* 30 )*0,08 =4006,98
J/kgoK
Ở t = 76,44 oC, x = 8% thì
C2 = 4190 - ( 2514 - 7,542*76,44 )*0,08 = 4035,0
J/kgoK
Nên Ctb = (4006,98+ 4035,0 ) / 2 = 4020,99 J/kgoK
SVTH:Trần Thanh Tuấn

Trang -18


c. Nhiệt lượng làm bốc hơi dung dòch (Qbh):
Theo Sổ tay tập 2, trang 57:
Qbh = W*r = 8375*2318,8.103 = 19,41.109 J
Trong đó:
W - lượng hơi thứ bốc lên khi cô đặc, W = 8375 kg.
r – ẩn nhiệt hóa hơi của hơi thứ ứng với áp
suất là 0,42 at
Tra bảng 57, VD và BT T10, trang 443: r = 2318,8.10 3
J/kg
Nhiệt lượng dùng để khử nước (Q kn):
Theo Sổ tay tập 2, trang 53:
Qkn =Qhtđ - Qhtc
Trong đó:

Qhtđ, Qhtc lần lượt là nhiệt hoà tan tích phân của
dung dòch đường ở nồng độ đầu và cuối của
quá trình cô đặc. Thường Qkn rất bé có thể
bỏ qua.
d. Nhiệt lượng tổn thất (Qtt): theo QT và TBTN T5, tr186:
chọn Qtt = 4%*QD
4. Lượng hơi đốt dùng cho cô đặc (D):
Theo công thức 4.5a, VD và BT T10, tr182:
QD = D*(1-ϕ)* ( i''D – C* θ )
Do không quá lạnh hơi ngưng tụ: i''D – C*θ = r.

QD
20,97.109
=
= 9707,68 kg / me,
Nên D =
3
(1 − ϕ ) * r (1 − 0,05) * 2171.10
Trong đó:
QD - tổng nhiệt tiêu thụ cho cô đặc, Q D = 20,97.109
J
ϕ - độ ẩm của hơi, ϕ = 0,05 ( VD và BT T10, trang
182)
r - ẩn nhiệt ngưng tụ của hơi đốt ở áp suất là 3
at.
Tra bảng 57, VD và BT T10, trang 443: r = 2171.10 3
J/kg
5. Lượng hơi đốt tiêu tốn riêng:
Theo công thức 4.5a, VD và BT T10, trang 182:

m=

D 9707,68
=
= 1,159 ( kg hơi đốt / kg hơi thứ ).
W
8375

Trong đó:
D - lượng hơi đốt dùng cô đặc, D = 9707,68
kg/mẻ.
SVTH:Trần Thanh Tuấn

Trang -19


W - lượng hơi thứ thoát ra khi cô đặc, W = 8375
kg/mẻ.

SVTH:Trần Thanh Tuấn

Trang -20


TÍNH TOÁN TRUYỀN NHIỆT VÀ THỜI GIAN
CÔ ĐẶC
I. Tính toán truyền nhiệt cho thiết bò cô đặc:
7. Nhiệt tải riêng phía hơi ngưng (q 1):
Theo công thức (V.101), sổ tay tập 2, trang 28:

 r 
α 1 = 2,04 * A * 

 H * ∆t1 

0 , 25

⇒ q1 = α 1 * ∆t1

(1)

Trong đó:
r - ẩn nhiệt ngưng tụ của nước ở áp suất hơi
đốt là 3 at.
Tra bảng 57, VD và BT tập 10, trang 447: r =
2170.103 J/kg
H - chiều cao ống truyền nhiệt, H = 2 m.
A - phụ thuộc nhiệt độ màng nước ngưng t m = (tD +
tv1)/2
A tra ở sổ tay tập 2, trang 28.
với tD, tv1: nhiệt độ hơi đốt và vách phía hơi
ngưng.
α1 - hệ số cấp nhiệt phía hơi ngưng, W/m 2K.
8. Nhiệt tải riêng phía dung dòch (q 2):
Dung dòch nhập liệu sau khi qua thiết bò truyền nhiệt
đã đạt đến nhiệt độ sôi. Quá trình cô đặc diễn ra
mãnh liệt ở điều kiện sôi và tuần hoàn tự nhiên
trong thiết bò, hình thành các bọt khí liên tục thoát ra
khỏi dung dòch.
Theo công thức VI.27, sổ tay tập 2, trang 71:

 λ dd 

α 2 = α n * 
λ
n



0 ,565

 ρ
*   dd
  ρ n





2

 C dd   µ n  
 * 
 
* 
C
µ
 n   dd  

0 , 435

W / m 2 K (2)

Trong đó:
αn -hệ số cấp nhiệt của nước khi cô đặc theo
nồng độ dung dòch
αn = 3. p0,15. q20,7
Cdd - nhiệt dung riêng của dung dòch khi cô đặc
theo nồng độ ddòch
Cn - nhiệt dung riêng của nước khi cô đặc theo
nồng độ dung dòch
µdd - độ nhớt dung dòch khi cô đặc theo nồng độ
dung dòch
SVTH:Trần Thanh Tuấn

Trang -21


µn - độ nhớt nước khi cô đặc theo nồng độ dung
dòch
ρ dd - khối lượng riêng dung dòch khi cô đặc theo
nồng độ dung dòch
ρn - khối lượng riêng nước khi cô đặc theo nồng
độ dung dòch
λdd - độ dẫn điện dung dòch khi cô đặc theo nồng
độ dung dòch
λn - độ dẫn điện nước khi cô đặc theo nồng độ
dung dòch

SVTH:Trần Thanh Tuấn

Trang -22


Lập thành bảng số liệu theo nồng độ của
dung dòch:
Nồng
độ
8%
15%
20%
25%
30%
35%
40%
45%
50%
55%
60%
65%
70%
75%

ρn

ρ dd

µdd

µn

Cdd

Cn

λdd

λn

975.2 1031.7 0.343 0.438 4028.1 4190 0.426 0.664
975.2 1061.0 0.687 0.438 3886.4 4190 0.371 0.664
975.2 1082.9 0.745 0.438 3785.2 4190 0.346 0.664
975.2 1105.5 1.450 0.438 3684.1 4190 0.326 0.664
975.2 1129.0 2.156 0.438 3582.9 4190 0.310 0.664
975.2 1153.3 2.861 0.438 3481.7 4190 0.296 0.664
975.2 1178.5 3.567 0.438 3380.5 4190 0.285 0.664
975.2 1204.7 4.785 0.438 3279.3 4190 0.275 0.664
975.2 1231.7 6.003 0.438 3178.1 4190 0.266 0.664
975.2 1259.8 7.222 0.438 3076.9 4190 0.258 0.664
975.2 1288.7 8.440 0.438 2975.7 4190 0.250 0.664
975.2 1318.7 9.658 0.438 2874.5 4190 0.243 0.664
975.2 1349.6 10.877 0.438 2773.4 4190 0.237 0.664
975.2 1381.4 12.095 0.438 2672.2 4190 0.230 0.664
Ghi chú:
• Các thông số của dung dòch:
∗ Cdd = 4190 – ( 2514 –7,52*t )*x, J/kg.K
∗ µdd: tra bảng phục lục.
∗ ρ dd: tra bảng I.86 sổ tay tập 1 trang 58
∗ λdd: theo công thức ( I.32 ) sổ tay tập 1 trang
123:

λdd = 3,58.10−8 * ρdd * 3

ρdd
M dd

, W / mK

• Các thông số của nước tra bảng 39 trang 427
và bảng 57 trang 447 sổ tay tập 2.
9. Nhiệt tải riêng phía tường (qv):
Theo BT và VD tập 10:
qv =

tv1 − tv2
⇒ ∆tv = tv1 -tv2 = Σrv*qv = 0,836.10-3* qv (3)
∑ rv

Trong đó:
Σrv - tổng trở vách.
Σrv = r1 + δ/λ + r2
= ( 0,464 + 3,5/17,5 + 0,172 )*10-3 = 0,836.10-3 W/m2K
SVTH:Trần Thanh Tuấn

Trang -23


với

r1 - nhiệt trở màng nước, r1 = 0,464.10-3 m2

o
K / W.
r2 - nhiệt trở lớp cặn, r2 = 0,172.10-3 m2 oK /
W.
δ - bề dày ống, δ =( do - dt ) / 2 = ( 57 – 50 )/ 2
= 3,5 mm
λ - hệ số dẫn nhiệt của ống, λ = 17,5 m2
o
K / W (với ống là thép không gỉ )
∆tv: chênh lệch nhiệt độ của tường, ∆tv =
tv1 - tv2, oK
10. Hệ số truyền nhiệt K cho quá trình cô đặc:
Trong đó giá trò K được tính thông qua hệ số cấp
nhiệt:
K =

1
1

+ ∑rv +

1

α1
α2
Với:
α1 = q1 / ∆tv1
α2 = q2 / ∆tv2
Σrv = 0,836.10-3 W/m2 oK.
11. Tiến trình tính các nhiệt tải riêng:

Khi quá trình cô đặc diễn ra ổn đònh:
q1 = q 2 = q v
(4)
∆tv1 = tD - tv1
(5)
∆tv =tv1 - tv2
(6)
∆t2 = tv2 - tsoitb
(7)
Dùng phương pháp số ta lần lượt tính theo các bước
sau:
− Bước 1: Chọn nồng độ dung dòch, từ đó tra được
các thông số bảng 2
− Bước 2: Chọn nhiệt độ tường phía hơi ngưng: t v1, tính
được ∆t1 theo (5) với tD = 132,9oC.
− Bước 3: Tính được q1 theo (1).
− Bước 4:Tính hệ số cấp nhiệt phía dung dòch, ta tìm
α2 theo (2)
− Bước 5: Tính ∆tv theo (3). Tính được tv2 = ∆tv + tv1
− Bước 6: Tính ∆ t2 theo (7) với tsoitb tra ở bảng 2 theo
nồng độ.
− Bước 7: Tính được q2 theo công thức: q2 = α2 * ∆ t2

SVTH:Trần Thanh Tuấn

Trang -24


− Bước 8: So sánh sai số giữa q1 và qtb, với qtb = (q1
+ q2) / 2. Đặt giá trò đó là ss:

• Nếu ss lớn thì quay về bước 2 và có sự hiệu
chỉnh nhiệt độ ∆t1:
∆t1(mới] = (1 - ss)* ∆t1, từ đó tính lại được tv1 =
tD - ∆t1.
• Nếu ss nhỏ thì ngừng.
Phép lặp sẽ có ss hội tụ về 0. Do đó với số lần
lặp lớn ta sẽ có kết quả q 1, q2 và qv sẽ cùng tiến về
hằng số đó chính là giá trò cần tìm.

SVTH:Trần Thanh Tuấn

Trang -25