ĐỒ ÁN CÔ ĐẶC MÍA ĐƯỜNG

Đồ án
CÔ ĐẶC MÍA ĐƯỜNG

SVTH:Trần Thanh Tuấn

Trang -1-


I. Giới thiệu chung:
Ngành công nghiệp mía đường là một 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 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 kịp 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
bị 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 bị công nghệ, tăng hiệu quả các quá trình là hết sức cần thiết và
cấp bách, đòi hỏi phải chuẩn bị từ ngay bây giờ. Trong đó, cải tiến thiết bị 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.
Một vài số liệu về sản lượng đường trên thế giới (đơn vị tính: 1000 tấn):
Năm
Sản lượng

19451946
19934

SVTH:Trần Thanh Tuấn

19521953
35486

19651966
63097

19771978
92280

19781979
91858

19791980
88920

19801981
91000

19811982
97900

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 dịch, 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 dịch, 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 dịch tăng dẫn đến tính chất dung
dịch 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 dịch, 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 dịch 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).
Hạn chế khả năng hoạt động của các vi sinh vật ở nồng độ cao.
4. Yêu cầu chất lượng sản phẩm và giá trị sinh hóa:
Thực hiện một chế độ hết sức nghiêm ngặt để:
Đảm bảo các cấu tử quý trong sản phẩm có mùi, vị 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:
SVTH:Trần Thanh Tuấn

Trang -3-


1. Định nghĩa:
Cô đặc là phương pháp dùng để nâng cao nồng độ các chất hoà tan trong dung
dịch hai hay nhiều cấu tử. Quá trình cô đặc của dung dịch 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.
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 dịch đường, mì chính,các dung dịch
nước trái cây…
Dùng trong sản xuất hóa chất: NaOH, NaCl, CaCl2, các muối vô cơ …

SVTH:Trần Thanh Tuấn

Trang -4-

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 bị cô đặc như một thiết bị 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 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. 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 bị cô đặc.
IV. Các thiết bị cô đặc nhiệt:
1. Phân loại và ứng dụng:
a. Theo cấu tạo:
Nhóm 1: dung dịch đối lưu tự nhiên (tuần hoàn tự nhiên) dùng cô đặc dung
dịch 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 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 cho dung dịch 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 dịch chảy thành màng mỏng,chảy một lần tránh tiếp xúc nhiệt
lâu làm biến chất sản phẩm. Đặc biệt thích hợp cho các dung dịch thực phẩm
như dung dịch nước trái cây,hoa quả ép…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.
b. Theo phương pháp thực hiện quá trình:
Cô đặc áp suất thường (thiết bị hở): có nhiệt độ sôi, áp suất không đổi.
Thường dùng cô đặc dung dịch liên tục để giữ mức dung dịch cố định
để 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 sôi dưới 100 oC, áp
suất chân không. Dung dịch 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
SVTH:Trần Thanh Tuấn

Trang -5-


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, vị, 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 bị, nhập liệu theo từng mẻ một.
Tránh phân hủy sản phẩm, thao tác, khống chế dể dàng.
Có thể cô đặc dung dịch 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 định, tính chất hóa lý của dung dịch
thay đổi liên tục theo nồng độ, thời gian cô đặc.
Thiết bị phức tạp, có thiết bị ngưng tụ chân không.
Nhiệt độ hơi thứ thấp, không dùng được cho mục đích khác.
3. Các thiết bị và chi tiết trong cô đặc:
Thiết bị chính:
Ống tuần hoàn, ống truyền nhiệt.
Buồng đốt , buồng bốc, đáy, nắp…
Ống: hơi đốt, tháo nước ngưng, khí không ngưng…
Thiết bị phụ:
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.
Các loại van.
Thiết bị đo

SVTH:Trần Thanh Tuấn

Trang -6-


4. Yêu cầu thiết bị 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 định 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 -7-


QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ
I. Sơ đồ hoạt động của hệ thống cô đặc 1 nồi gián đoạn:
1. Nguyên lý hoạt động thiết bị 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 dịch, dung dịch đi theo ống tuần hoàn trung tâm xuống đáy thiết bị 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 dịch càng nhiều nồng độ
dung dịch càng tăng, độ nhớt dung dịch tăng. Do đó, tốc độ chuyển động dung
dịch càng chậm lại về sau. Quá trình kết thúc khi dung dịch đã đạt được nồng độ
theo yêu cầu.
Tốc độ chuyển động tuần hoàn càng tăng thì hệ số cấp nhiệt về phía dung
dịch 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 bị truyền nhiệt và thiết bị ngưng tụ Baromet:
Hơi thứ ra khỏi thiết bị cô đặc sẽ được dẫn vào thiết bị 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 bị truyền nhiệt ở nhiệt
độ khoảng 300C được đun nóng đến nhiệt độ cận sôi và đưa vào nồi cô đặc qua
cửa nhập liệu.
Ban đầu nhập đủ 2,5 m3 thì tiến hành cô đặc, nguyên liệu vẫn tiếp tục nhập
vào đề bù lượng hơi 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 m3 nguyên liệu của mẻ sau.
b. Quá trình cô đặc:
Sau khi đã nhập liệu đủ 2,5 m3, 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 bị 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.
SVTH:Trần Thanh Tuấn

Trang -8-


Toàn bộ hệ thống (thiết bị ngưng tụ Baromet, thiết bị cô đặc ) làm việc ở điều
kiện chân không do bơm chân không tạo ra.
Sau thời gian cô đặc đã tính, dung dịch 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 bị:
Kiểm tra điều kiện vận hành của thiết bị cung cấp hơi đốt, bơm chân
không, bơm nước ở thiết bị 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 định.
Khởi động bơm nhập liệu, mở van nhập liệu cho dung dịch chảy vào
thiết bị cô đặc. Khi khối lượng dung dịch đạt yêu cầu thì điều chỉnh lưu
lượng nhập liệu cho phù hợp.
Mở từ từ van hơi đốt.
Bơm nước vào TBNT.
Theo dõi hoạt động của thiết bị 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 bị 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 -9-

CÂN BẰNG VẬT CHẤT VÀ NĂNG LƯỢNG
I. Dữ kiện ban đầu:
Dung dịch 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.
Aùp suất ở thiết bị ngưng tụ: nhằm giảm nhiệt độ sôi của dung dịch, đảm
bảo yêu cầu sản phẩm. Giai đoạn đầu nồng độ dung dịch thấp áp suất ở
thiết bị ngưng tụ là P = 0,4 at, khi nồng độ dung dịch tăng áp suất ở thiết
bị 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
 xñ 
 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 dịch 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.
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 -10-


Các quá trình biến đổi vật chất trong quá trình cô đặc được tóm tắt như sau:
Thể tích nguyên liệu, m3

9,086

2,5

1,113

0,724

Khối lượng nguyên liệu, kg

9375

2787

1444

1000

Lượng hơi thứ bốc hơi, kg

0

6588

7986

8375

8%

27%

54%

75%

1031,8

1114,8

1254,04

1381,4

Nồng độ
Khối lượng riêng, kg/m3

III. Cân bằng năng lượng:
1. Chế độ nhiệt độ:
Aùp 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
Aùp suất hơi thứ trong buồng bốc: Tra bảng 57, VD và BT T10, trang 443: ở
nhiệt độ hơi thứ là 76,4oC 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
Aùp suất hơi thứ trong buồng bốc: Tra bảng 57, VD và BT T10, trang 443: ở
nhiệt độ hơi thứ là 60,7oC 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 thị.
f - hệ số hiệu chỉnh do khác áp suất khí quyển, được tính:

T2

f 16,14 *
r

SVTH:Trần Thanh Tuấn

Trang -11-


b. Tổn thất nhiệt độ do áp suất thủy tĩnh ( ”):
Theo VD và BT T10, tr184:
 ” = Tsdd(Po+ p) - Tsdd(Po)
Trong đó:
Tsdd(Po) - nhiệt độ sôi dung dịch ở mặt thoáng.
Tsdd(Po+ p) - nhiệt độ sôi ứng với áp suất ở độ sâu trung bình của cột
chất lỏng, đặt là tstb.
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*hh*g*Hop
Trong đó:
hh = 0,5*dd, dd - khối lượng riêng của dung dịch 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*( dd –dm)]*Ho, m.
Ho - chiều cao ống truyền nhiệt, chọn Ho = 2 m.

dd - khối lượng riêng dung dịch theo nồng độ, kg/m3.
dm - khối lượng riêng dung môi ở nhiệt độ sôi 76,4oC.
Ta có dm = 975 kg/m3.
Tính lần lượt ở các nồng độ khác nhau của dung dịch đường, ta được các giá
trị Po +  P. Sau đó, tra bảng 57, VD và BT T10, tr443: ta được nhiệt độ sôi trung
bình của dung dịch (tstb).

SVTH:Trần Thanh Tuấn

Trang -12-


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

 o'

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

Hop
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

Po+P
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

Tsdd(Po)
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

Tsdd(Po+P)
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 ( QD):
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 dịch.
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
c. Nhiệt lượng làm bốc hơi dung dịch (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.
SVTH:Trần Thanh Tuấn

Trang -13-


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 = 2318,8.103 J/kg
Nhiệt lượng dùng để khử nước (Qkn):
Theo Sổ tay tập 2, trang 53:
Qkn =Qhtđ - Qhtc
Trong đó:
Qhtđ, Qhtc lần lượt là nhiệt hoà tan tích phân của dung dịch đường ở nồng
độ đầu và cuối của quá trình cô đặc. Thường Q kn 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-)* ( i''D – C*  )
Do không quá lạnh hơi ngưng tụ: i''D – C* = r.

QD
20,97.109

9707,68 kg / me,
Nên D 
3
1    * r (1  0,05) * 2171.10

Trong đó:
QD - tổng nhiệt tiêu thụ cho cô đặc, QD = 20,97.109 J
 - độ ẩm của hơi,  = 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 = 2171.103 J/kg
5. Lượng hơi đốt tiêu tốn riêng:
Theo công thức 4.5a, VD và BT T10, trang 182:

D 9707,68
m 
1,159 ( kg hơi đốt / kg hơi thứ ).
W
8375
Trong đó:
D - lượng hơi đốt dùng cô đặc, D = 9707,68 kg/mẻ.
W - lượng hơi thứ thoát ra khi cô đặc, W = 8375 kg/mẻ.

SVTH:Trần Thanh Tuấn

Trang -14-


TÍNH TOÁN TRUYỀN NHIỆT VÀ THỜI GIAN CÔ ĐẶC
I. Tính toán truyền nhiệt cho thiết bị cô đặc:
7. Nhiệt tải riêng phía hơi ngưng (q1):
Theo công thức (V.101), sổ tay tập 2, trang 28:

 r 
 1 2,04 * A * 


 H * t 1 

0 , 25

 q1  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 tm = (tD + tv1)/2
A tra ở sổ tay tập 2, trang 28.
với tD, tv1: nhiệt độ hơi đốt và vách phía hơi ngưng.
1 - hệ số cấp nhiệt phía hơi ngưng, W/m2K.
8. Nhiệt tải riêng phía dung dịch (q2):
Dung dịch nhập liệu sau khi qua thiết bị 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 bị, hình thành các bọt khí liên tục thoát ra khỏi dung dịch.
Theo công thức VI.27, sổ tay tập 2, trang 71:

  dd 

 2  n * 

n



0 , 565

 
*  dd
  n





2

 C    
*  dd  *  n  
 C n    dd  

0 , 435

W / m 2 K (2)

Trong đó:
n -hệ số cấp nhiệt của nước khi cô đặc theo nồng độ dung dịch
n = 3. p0,15. q20,7
Cdd - nhiệt dung riêng của dung dịch khi cô đặc theo nồng độ ddịch
Cn - nhiệt dung riêng của nước khi cô đặc theo nồng độ dung dịch
dd - độ nhớt dung dịch khi cô đặc theo nồng độ dung dịch
n - độ nhớt nước khi cô đặc theo nồng độ dung dịch
 dd - khối lượng riêng dung dịch khi cô đặc theo nồng độ dung dịch
n - khối lượng riêng nước khi cô đặc theo nồng độ dung dịch
dd - độ dẫn điện dung dịch khi cô đặc theo nồng độ dung dịch

n - độ dẫn điện nước khi cô đặc theo nồng độ dung dịch

SVTH:Trần Thanh Tuấn

Trang -15-


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

n
 dd
dd
n
dd
Cdd

Cn
975.2 1031.7
0.343 0.438 4028.1 4190 0.426
975.2 1061.0
0.687 0.438 3886.4 4190 0.371
975.2 1082.9
0.745 0.438 3785.2 4190 0.346
975.2 1105.5
1.450 0.438 3684.1 4190 0.326
975.2 1129.0
2.156 0.438 3582.9 4190 0.310
975.2 1153.3
2.861 0.438 3481.7 4190 0.296
975.2 1178.5
3.567 0.438 3380.5 4190 0.285
975.2 1204.7
4.785 0.438 3279.3 4190 0.275
975.2 1231.7
6.003 0.438 3178.1 4190 0.266
975.2 1259.8
7.222 0.438 3076.9 4190 0.258
975.2 1288.7
8.440 0.438 2975.7 4190 0.250
975.2 1318.7
9.658 0.438 2874.5 4190 0.243
975.2 1349.6 10.877 0.438 2773.4 4190 0.237
975.2 1381.4 12.095 0.438 2672.2 4190 0.230
Ghi chú:
Các thông số của dung dịch:
Cdd = 4190 – ( 2514 –7,52*t )*x, J/kg.K

dd: tra bảng phục lục.
 dd: tra bảng I.86 sổ tay tập 1 trang 58
dd: theo công thức ( I.32 ) sổ tay tập 1 trang 123:

dd 3,58.10 8 *  dd * 3

 dd
M dd

n
0.664
0.664
0.664
0.664
0.664
0.664
0.664
0.664
0.664
0.664
0.664
0.664
0.664
0.664

, 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 = rv*qv = 0,836.10-3* qv (3)
 rv

Trong đó:
rv - tổng trở vách.
rv = r1 + / + r2
= ( 0,464 + 3,5/17,5 + 0,172 )*10-3 = 0,836.10-3 W/m2K
với
SVTH:Trần Thanh Tuấn

Trang -16-


r1 - nhiệt trở màng nước, r1 = 0,464.10-3 m2 oK / W.
r2 - nhiệt trở lớp cặn, r2 = 0,172.10-3 m2 oK / W.
 - bề dày ống,  =( do - dt ) / 2 = ( 57 – 50 )/ 2 = 3,5 mm
 - hệ số dẫn nhiệt của ống,  = 17,5 m2 oK / 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 trị K được tính thông qua hệ số cấp nhiệt:
K 

1

1

  rv 

1

1
2
Với:
1 = q1 / tv1
2 = q2 / tv2
rv = 0,836.10-3 W/m2 oK.
11. Tiến trình tính các nhiệt tải riêng:
Khi quá trình cô đặc diễn ra ổn định:
q1 = q2 = qv
(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 dịch, 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 dịch, ta tìm 2 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 = 2 *  t2
Bước 8: So sánh sai số giữa q 1 và qtb, với qtb = (q1 + q2) / 2. Đặt giá trị 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 trị cần tìm.

SVTH:Trần Thanh Tuấn

Trang -17-


12. Kết quả tính toán:
Nồng Lần
T
độ tính sdd

A

1
2
3
1
2
3
1
2
3

1
2
3
1
2
3
1
2
3
1
2
3
1
2
3
1
2
3
1
2
3
1
2
3
1
2
3
1
2
3

1
2
3

191.1
191.2
191.2
191.1
191.3
191.3
191.1
191.3
191.3
191.4
191.4
191.5
191.3
191.4
191.4
191.4
191.5
191.5
191.5
191.5
191.5
191.6
191.6
191.6
191.7
191.7

191.7
191.7
191.7
191.7
191.7
191.7
191.7
191.8
191.8
191.8
191.8
191.8
191.8
191.8
191.8
191.8

8%

15%

20%

25%

30%

35%

40%

45%

50%

55%

60%

65%

70%

75%

80.79
80.79
80.79
81.21
81.21
81.21
81.53
81.53
81.53
81.88
81.88
81.88
64.43
64.43
64.43

64.76
64.76
64.76
65.10
65.10
65.10
65.48
65.48
65.48
65.88
65.88
65.88
66.31
66.31
66.31
66.77
66.77
66.77
67.26
67.26
67.26
67.78
67.78
67.78
68.33
68.33
68.33

Phía dung dịch

Vách

q1

tD

t1

tv1

tv

tv2

41445
39258
39776
41445
33509
34211
41445
32032
32708
28729
27676
27215
33942
31685
30535
28729

27208
26300
24313
23339
22694
19604
18932
18451
16241
15717
15325
13557
13155
12845
11665
11299
11013
9868
9588
9363
8608
8350
8141
7508
7277
7089

132.9
132.9
132.9

132.9
132.9
132.9
132.9
132.9
132.9
132.9
132.9
132.9
132.9
132.9
132.9
132.9
132.9
132.9
132.9
132.9
132.9
132.9
132.9
132.9
132.9
132.9
132.9
132.9
132.9
132.9
132.9
132.9
132.9

132.9
132.9
132.9
132.9
132.9
132.9
132.9
132.9
132.9

4.90
4.56
4.64
4.90
3.69
3.79
4.90
3.47
3.57
3.00
2.85
2.79
3.75
3.42
3.25
3.00
2.79
2.67
2.40
2.27

2.19
1.80
1.72
1.66
1.40
1.34
1.30
1.10
1.06
1.02
0.90
0.86
0.83
0.72
0.69
0.67
0.60
0.58
0.56
0.50
0.48
0.46

128.00
128.34
128.26
128.00
129.21
129.11
128.00

129.43
129.33
129.90
130.05
130.11
129.15
129.48
129.65
129.90
130.11
130.23
130.50
130.63
130.71
131.10
131.18
131.24
131.50
131.56
131.60
131.80
131.84
131.88
132.00
132.04
132.07
132.18
132.21
132.23
132.30

132.32
132.34
132.40
132.42
132.44

34.65
32.82
33.25
34.65
28.01
28.60
34.65
26.78
27.34
24.02
23.14
22.75
28.38
26.49
25.53
24.02
22.75
21.99
20.33
19.51
18.97
16.39
15.83
15.43

13.58
13.14
12.81
11.33
11.00
10.74
9.75
9.45
9.21
8.25
8.02
7.83
7.20
6.98
6.81
6.28
6.08
5.93

93.35
95.52
95.01
93.35
101.20
100.51
93.35
102.65
101.99
105.88
106.91

107.36
100.77
102.99
104.12
105.88
107.36
108.25
110.17
111.12
111.74
114.71
115.35
115.81
117.92
118.42
118.79
120.47
120.85
121.14
122.25
122.59
122.86
123.93
124.19
124.40
125.10
125.34
125.54
126.12
126.34

126.51

SVTH:Trần Thanh Tuấn

Phía hơi
ngưng
q2
t2
12.56
14.73
14.22
12.14
19.99
19.30
11.82
21.12
20.45
24.00
25.03
25.48
36.34
38.56
39.69
41.13
42.61
43.49
45.07
46.01
46.63
49.23

49.87
50.33
52.04
52.54
52.91
54.16
54.54
54.83
55.48
55.82
56.09
56.67
56.94
57.15
57.33
57.57
57.76
57.79
58.00
58.18

36018
40672
39617
24987
35450
34726
22722
33901
33320

26060
26473
26633
28452
28768
28852
24963
24897
24816
21857
21684
21550
17898
17695
17539
14907
14709
14553
12530
12355
12215
10734
10562
10424
9150
9008
8892
7948
7813
7701

6919
6794
6691

qtb
38732
39965
39696
33216
34480
34468
32084
32967
33014
27394
27075
26924
31197
30226
29693
26846
26053
25558
23085
22511
22122
18751
18314
17995
15574

15213
14939
13044
12755
12530
11199
10931
10718
9509
9298
9127
8278
8081
7921
7214
7036
6890

1

2

K ss%

8577 2786 762

9027 1799 666

9165 1629 641

9753 1045 528

9381

727 431

9866

571 372

10368 462 323

11115 348 263

11829 275 219

12549 223 185

13212 186 159

13949 156 136

14617 133 119

15308 115 104

7.01
1.77
0.20
24.77

2.82
0.75
29.18
2.83
0.93
4.87
2.22
1.08
8.80
4.83
2.83
7.01
4.44
2.90
5.32
3.68
2.58
4.55
3.38
2.53
4.28
3.32
2.58
3.94
3.14
2.51
4.16
3.37
2.75
3.78

3.12
2.58
3.99
3.32
2.77
4.08
3.43
2.89

Trang -18-


II. Tính cách nhiệt cho thiết bị:
7. Chiều dày lớp cách nhiệt buồng đốt:
Theo công thức sau (V.137), trang 41, sổ tay tập 2:

 2,8.

d11, 2 .1,35tt12,3
q11,5

12161, 2.0,13721, 35.1291,3
2,8.
64 mm
4221, 5
trong đó:
d2 – đường kính ngoài buồng đốt, d2 = 1216 mm
 - hệ số cách nhiệt của vật liệu cách nhiệt, chọn vật liệu cách nhiệt là
amiang :  = 0,1372 W/ m0K
tt2 – nhiệt độ mặt ngoài của buồng đốt, tt2 = 1290C

q1 – nhiệt độ tổn thất trên 1 m2 bề mặt
theo bảng V.7 : q1 = 422 W/ m2
8. Chiều dày lớp cách nhiệt buồng bốc:
Theo công thức sau (V.137), trang 41, sổ tay tập 2:

 2,8.

d11, 2 .1, 35tt12,3
q11, 5

20281, 2.0,13721,35.82,51,3
2,8.
58 mm
4501,5
trong đó:
d2 – đường kính ngoài buồng bốc, d2 = 2028 mm
 - hệ số cách nhiệt của vật liệu cách nhiệt, chọn vật liệu cách nhiệt là
amiang :  = 0,1372 W/ m0K
tt2 – nhiệt độ mặt ngoài của buồng đốt, tt2 = 82,50C
q1 – nhiệt độ tổn thất trên 1 m2 bề mặt
theo bảng V.7 : q1 = 450 W/ m2
9. Chiều dày lớp cách nhiệt của nắp và đáy:
Chọn chiều dày lớp cách nhiệt của nắp bằng chiều dày lớp cách nhiệt của
buồng bốc, chọn chiều dày lớp cách nhiệt của đáy bằng chiều dày lớp cách nhiệt
của buồng đốt.

SVTH:Trần Thanh Tuấn

Trang -19-

III. Thời gian cô đặc:
7. Thời gian cô đặc dung dịch đường:
Theo QT và TBTN tập 5:
Q

dQ
 
K * F * (T  t )
Qd

,s

Trong đó:
Qđ – lượngnhiệt do quá trình đun nóng nguyên liệu trước khi
nhập vào nồi cô đặc, J
Q - tổng nhiệt cung cấp cho cô đặc, J
t - nhiệt độ sôi trung bình của dung dịch, t = tstb
T- nhiệt độ hơi đốt, T = 132,9oC
F - diện tích bề mặt truyền nhiệt, F = 39,74 m2
K - hệ số truyền nhiệt, K thay đổi theo nồng độ
8. Tính toán tại các nồng độ khác nhau và lập thành bảng số liệu:
Nồng độ W, kg Q*10 - 9, J T-t, oK

8%
15%
20%
25%
30%
35%

40%
45%
50%
55%
60%
65%
70%
75%

0
4375
5625
6375
6875
7232
7500
7708
7875
8011
8125
8221
8304
8375

2.88
10.04
12.91
14.62
16.09
16.92

17.54
18.02
18.39
18.70
18.95
19.16
19.34
19.49

SVTH:Trần Thanh Tuấn

52.11
51.69
51.37
51.02
68.47
68.14
67.80
67.42
67.02
66.59
66.13
65.64
65.12
64.57

F, m2

50.89
50.89

50.89
50.89
50.89
50.89
50.89
50.89
50.89
47.50
42.48
38.36
34.76
31.71

K,W/m2 oK 1/(KF(T-t)).106, 1/W Thời gian, s

762
666
641
528
431
372
323
263
219
185
159
136
119
104

0.4946
0.5712
0.5964
0.7299
0.6653
0.7757
0.8975
1.1063
1.3359
1.7085
2.2400
2.9126
3.7128
4.6870

0
3817
1671
1136
1028
597
517
478
463
467
499
542
587
632

Trang -20-


Trong đó:

Wi Gd  Gd *

 Tính W:

xd
xi

, kg

Wi - lượng hơi thứ bốc hơi tại nồng độ i.
xi - nồng độ dung dịch.
 Tính Q:
Tại x=8% là Qđ do nguyên liệu mang vào:
Qđ = Gđ*Ctb*tsoi = 9375*4014,74*76,44 = 2,88.109 J
Trong đó: Qđ - nhiệt lượng dùng để cô đặc dung dịch
Tại các nồng độ khác Qcđ = W*(i''W - Cn* t)*1000
i''W - enthanpi hơi thứ ở áp suất hơi thứ Ptb = Po +  P, at.
Tra bảng 57, VD và BT tập 10, tr447
Cn - nhiệt dung riêng của nước, Cn = 4190 J/kgK
tstb - nhiệt độ sôi dung dịch trung bình
 Tính thời gian cô đặc: khi dung dịch chuyển từ nồng độ này (xi)
sang nồng độ khác (xi+1) mất một thời gian được tính theo công
thức:

 i (

kqi  kqi  1
) * (Qi  1  Qi )
2

với:

kqi 

SVTH:Trần Thanh Tuấn

1
K i * Fi * (T  t ) i

Trang -21-


9. Tổng kết thời gian:
Thời gian dùng để tiếp tục đun nóng nguyên liệu đến nhiệt độ sôi T=
76,440C , theo công thức 3.3 , Quá trình và thiết bị truyền nhiệt, trang90 :



Gd .Ctb
T t
2579,52.4030,96 132,9  63
. ln D d 
ln
442 giay
K .F

tc  t d
762.50,89
76,44  63

Trong đó :
Gđ - khối lượng dung dịch đường , Gđ = 2579,52 kg
Ctb - nhiệt dung riêng của dung dịch.
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* 63 )*0,08 =4026,89 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 = (4026,89+ 4035,0 ) / 2 = 4030,96 J/kgoK
tc - nhiệt độ cuối quá trình đun nóng , tc = tsoitb = 76,44oC .
tđ - nhiệt độ nhập liệu sau khi qua thiết bị gia nhiệt
tđ =63oC
K - hệ số truyền nhiệt, K = 762 W/m2K
F - diện tích bề mặt truyền nhiệt , F = 50,89 m2 .
3
3
 Thời gian để cô đặc 9,086 m dung dịch đường xuống còn 2,5 m là:
1 = 6570 giây = 2,066 giờ.
3
Thời gian để cô đặc 2,5 m dung dịch đường đến nồng độ 75% là:
2 = 5864 giây = 1,388 giờ.
Thời gian nhập liệu 10 phút.
Thời gian tháo sản phẩm 10 phút.
Tổng thời gian cô đặc cho 1 mẻ là:
 = 442+6570+ 5864 + 600 + 600 = 14076 giây = 3,91 giờ.

SVTH:Trần Thanh Tuấn

Trang -22-


TÍNH THIẾT BỊ CÔ ĐẶC
I. Tính buồng đốt:
1. Thể tích dung dịch đầu trong thiết bị:
Gđầu = Vđầu* đ  Vđầu = Gđầu /đ = 9375/ 1031,81 = 9,086 m3
Trong đó:
Gđầu - khối lượng dung dịch nhập liệu, Gđầu = 9375 kg.
đ - khối lượng riêng dung dịch nhập liệu, đ = 1031,81 kg/m3
2. Thể tích dung dịch cuối:
Gcuối = Vcuối* c  Vcuối = Gcuối / c = 1000 / 1381,41 = 0,724 m3
Trong đó:
Gcuối - khối lượng dung dịch cuối, Gcuối = 1000 kg.
c - khối lượng riêng dung dịch cuối, c = 1381,41 kg/m3
3. Tính chọn đường kính buồng đốt - số ống:
Gọi:
Vt: thể tích dung dịch ở phần trên buồng đốt.
Vô: thể tích dung dịch ở trong ống truyền nhiệt và ống tuần hoàn.
Vđ: thể tích dung dịch ở đáy thiết bị.
Chọn thể tích dung dịch trong nồi cô đặc là 2,5 m3, như vậy:
Vđầu = Vt + Vô + Vđ = 2,5 m3
Theo Quá trình và thiết bị truyền nhiệt, trang182: chiều cao dung dịch trong
ống truyền nhiệt phải đảm bảo sao cho độ đầy của chất lỏng sau cô đặc là lớn hơn
0,3*Hd
Chọn:
Vđ = 0,36 m3 ; Vô = 0,64 m3 ; Vt = 1,5 m3

Chọn ống có kích thước d57/ 50 mm
Chọn đường kính buồng đốt 1200 mm
Chọn bước ống s =*d0 = 74,1mm (1,377)
Hd = 2 m
Số ống truyền nhiệt cần thiết là:
n = Vô / ( ( * dt2 /4)* H )
n = 0,64 / ((*0,052/4)*2) = 162,97
Chọn 163 ống.
Bố trí ống ở đỉnh tam giác tạo thành hình lục giác đều có ống tuần hoàn giữa.
Theo công thức V140, trang 66, tập 5:
Dd = s*( b – 1 ) + 4*do
Trong đó:
do – đường kính ngoài ống truyền nhiệt, m
 b = ( Dd – 4*do )/s + 1 = (1200 - 4*57) / 74,1 + 1 = 14,11
Chọn b = 13
Tổng số ống trong thiết bị là: n = 3*(b2-1)/4 + 1 = 3*(132-1)/4 + 1 = 169 ống
SVTH:Trần Thanh Tuấn

Trang -23-


Đường kính ống tuần hoàn: chọn theo kinh nghiệm d th từ 1/4 đến 1/8 lần
đường kính vỏ buồng đốt ( theo GT QT và TBTN, tập 5, tr180). Chọn theo dãy
chuẩn: dth = 273 mm.
Số ống trên đường chéo ống tuần hoàn:
dth = s*( m’-1 )
Trong đó:
dth – đường kính ống tuần hoàn, mm
 m' = (dth -4*do)/s +1 = (273-4*57)/ 74,1 +1 = 1,6 ống
Chọn m’ = 5

Tổng số ống tuần hoàn bị chiếm chổ:
n’ = 3*(m’2-1)/4 + 1 = 3*(52-1)/4 + 1 = 19 ống
Số ống truyền nhiệt: 169 - 19 = 150 ống
Nhằm mục đích tăng diện tích bề mặt truyền nhiệt thêm 12 ống trong 6 viên
phân. Như vậy số ống truyền nhiệt là 162 ống.
Thể tích dung dịch chứa trong buồâng đốt là:
Vô = Vống truyền nhiệt + Vống tuần hoàn
= Hd*162**dt2/4 + Hd**dth2/4
= 2*162**0,052/4 + 2**0,2732/4
= 0,753 m3
Ta thấy chiều cao của mức dung dịch trong ống truyền nhiệt cuối
cùng:
H’ = ( 0,724-0,36)/ ( 162**0,052/4 +*0,2732/4)
= 0,9665 m > 0,3*Hd =0,6 m
Bề mặt truyền nhiệt:
F = 162**dt*Hd
= 162**0,05*2
= 50,89 m2
Tính kích thước đáy nón của buồng đốt:
Chiều cao đáy nón phụ thuộc vào thể tích đáy, đường kính cửa tháo liệu và
đường kính buồng đốt .
Ta có:

Vd 

hgo . .Dd2
4



h non . 2
( Dd  d 2  Dd .d )
3.4

0,36 = hgơ . 1,131 + hnon. 0,39
H = 778 mm
Trong đó:
Vđ = 0,36 m3: thể tích đáy.
Dd - đường kính buồng đốt, Dd = 1200 mm.
d - đường kính lổ tháo sản phẩm, d = 40 mm.
hgờ – chiều cao gờ, mm . Chọn hgơ = 50 mm
hnon - chiều cao phần nón, mm .
SVTH:Trần Thanh Tuấn

Trang -24-


Như vậy:
Số ống truyền nhiệt là 162 ống có kích thước d57/50.
Một ống tuần hoàn giữa có đường kính dth = 273mm.
Đường kính buồng đốt Dd =1200 mm.
Chiều cao buồng đốt Hd = 2 m.
Chiều cao mức dung dịch chứa trong ống cuối cô đặc là 0,9665 m.
Diện tích bề mằt truyền nhiệt là F = 50,89 m2.
Thể tích dung dịch ở đáy: 0,36 m3.
 Thể tích dung dịch trong buồng đốt: 0,753 m3.
Thể tích dung dịch trong buồng bốc: 1,387 m3.
II. Tính buồng bốc:
1. Đường kính buồng bốc:
a. Lưu lượng hơi thứ trong buồng bốc:

Ta thấy lượng hơi thứ trong giai đoạn đầu là lớn nhất nên lưu lượng hơi thứ
trong buồng bốc được tính:

Vhoi 

Wi
4375

4,96
 i * i
0,2462 * 3517

m3 / s

Trong đó:
Wi – lượng hơi thứ bốc hơi trong thời gian i, Wi = 4375 kg
i – khối lượng riêng của hơi thứ ở áp suất buồng bốc P = 0,42 at, tra
bảng 57, VD và BT tập 10, trang 447: i =0,2462 kg/m3
b. Vận tốc hơi:
Vận tốc hơi thứ trong buồng bốc:
V
4,96
6,32
Whoi  hoi 2 

 * Db
 * Db2
Db2
4
4

trong đó:
Db – đường kính buồng bốc, m
c. Vận tốc lắng:
Theo công thức 5.14, Quá trình và thiết bị truyền nhiệt, trang 182:
4 * g * (  '  ' ' ) * d
4 * 9,81 * (927  0,2462 ) * 0,0003 3,56
Wo 

 0, 6
3 * *  ' '
3 * 1,166 * Db1, 2 * 0,2462
Db
Trong đó:
' - khối lượng riêng của giọt lỏng, tra bảng 57, VD và BT tập 10, trang
427:' = 927 kg/m3
'' - khối lượng riêng của hơi tra bảng 57, Ví dụ và bài tập - tập 10,
trang 447: '' = 0,2462 kg/m3
d - đường kính giọt lỏng, từ diều kiện ta chọn d =0,0003 m.
SVTH:Trần Thanh Tuấn

Trang -25-