Đề tài: Thiết kế hệ thống cô đặc nước sơ ri 2 nồi, xuôi chiều

GVGD : TS Lê Phan Hoàng Chiêu

CHƯƠNG 1

Tổng quan
1.1.NHIỆM VỤ CỦA ĐỒ ÁN
Thiết kế hệ thống cô đặc nước sơ ri 2 nồi, xuôi chiều với các thông số sau :
- Thiết bị cô đặc dạng ống dài thẳng đứng.
- Năng suất sản phẩm: 3000 kg/h.
- Nồng độ nhập liệu: 10 %.
- Nồng độ sản phẩm : 45%.
- Aùp suất hơi đốt: 4 at.
- Aùp suất hơi thứ ở thiết bị ngưng tụ: 0.2 at.
- Các thông số khác tự chọn.

1.2. LỰAC CHỌN THIẾT BỊ CÔ ĐẶC
1.2.1.Khái quát về cô đặc
Cô đặc là quá trình làm tăng nồng độ của chất rắn hoà tan trong dung dịch bằng cách tách 1
phần dung môi ở dạng hơi hay kết tinh chất tan.
Quá trình cô đặc thường được dùng phổ biến trong công nghiệp với mục đích làm tăng
nồng độ các dung dịch loãng, hoặc để tách các chất rắn hoà tan.
Quá trình cô đặc bốc hơi có những đặc điểm sau:
+ thường tiến hành ở các áp suất khác nhau. Khi làm việc ở áp suất thường ( áp suất khí
quyển) ta dùng thiết bị hở, còn khi làm việc ở áp suất khác (ví dụ áp suất chân không) người ta
dùng thiết bị kín.
+ có thể tiến hành trong hệ thống cô đặc một nồi hoặc nhiều nồi, có thể làm việc liên tục hoặc
gián đoạn, xuôi chiều hay ngược chiều.
+ thường được tiến hành ở trạng thái sôi, nghĩa là áp suất hơi riêng phần của dung môi trên bề
mặt dung dịch bằng áp suất làm việc của thiết bị.

1.2.2. Phân loại thiết bị cô đặc

Có nhiều cách phân loại nhưng thường phân loại thành 3 nhóm sau:
Nhóm 1: dung dịch được đối lưu tự nhiên → dùng để cô đặc các dung dịch khá loãng, độ
nhớt thấp, đảm bảo sự tuần hoàn tự nhiên của dung dịch dẽ dàng qua bề mặt truyền nhiệt.
Nhóm 2: dung dịch đối lưu cưỡng bức→ dùng được cho các dung dịch khá sệt, có độ nhớt
khá cao, giảm được sự bám cặn hay kết tinh từng phần trên bề mặt truyền nhiệt.
Nhóm 3: dung dịch chảy thành màng mỏng → cho phép dung dịch chảy thành màng qua bề
mặt truyền nhiệt một lần để tránh sự tác dụng nhiệt độ lâu làm biến tính một số thành phần của
dung dịch.
⇒ Tuỳ vào một số tính chất của dung dịch, tính hiệu quả cũng như mặt bằng mà có thể thiết kế
buồng đốt trong hay ngoài cho thiết bị cô đặc.

1.2.3. Khái quát về nguyên liệu

SVTH :

Trang 1


GVGD : TS Lê Phan Hoàng Chiêu
Sơri (Barbados), tên khoa học Malpighia glaboa, thuộc họ Malpighiacea, là một thứ trái
nhỏ, có khía, tròn, màu đỏ (khi chín) và có hương vị đặc trưng.
Trước đến nay sơ ri chỉ dùng để ăn như một số trái cây khác, do tính chất mềm, dễ dập nên
phải thường ăn ngay.
Ngày nay, sau khi phân tích về thành phần các chất có trong trái sơ ri, người ta phát hiện nó
có hàm lượng vitamin rất cao(đặc biệt là vitamin C), khoáng, đạm…Điều đó có nghĩa là sơ ri có
giá trị cao trong việc chế biến một số thức uống: rược vang, nước trái cây có hàm lượng đường
vừa đủ, thêm một số vitamin và khoáng chất…
Thành phần tính cho 100g ăn được
Đườn
g (g)

8.0

Chất
đạm (g)
0.67

Nước
(g)
91.0

Vitamin (mg)
C
B1
B2
3.00 0.02 0.03

B3
0.27

Caroten
(mg)
500

Chất khoáng (mg)
Ca
Mg
K
Fe
13
11

127 0.69

1.2.4. Lựa chọn thiết bị cô đặc
Chọn thiết bị cô đặc chảy màng, ống dài, buồng đốt ngoài, hệ thống hai nồi , xuôi chiều,
liên tục.
• Ưu điểm:
Hệ thống cô đặc ở áp suất không cao, nhiệt độ sôi không cao nên thích hợp để cô đặc dung
dịch dễ biến tính, tránh hư hỏng sản phẩm phù hợp với dung dịch dung dịch thực phẩm, chứa
đường và một số vitamin
Dùng hệ cô đặc 2 nồi nên đã tiết kiệm được chi phí hơi đốt do tận dụng hơi thứ của nồi
trước làm hơi đốt nồi sau.
Cô đặc dạng màng lưu chất chỉ dàn đều trong ống và bốc hơi nhẹ nhàng. Sử dụng ống dài
giúp tăng thời gian lưu để bốc hơi được tốt hơn, dung dịch chảy dạng màng qua bề mặt 2 truyền
nhiệt 1 lần nên tránh được tác dụng nhiệt độ lâu làm biến tính dung dịch.
Nồng độ nước sơ ri ở dây thực chất được coi là nồng dộ đường vì sau khi chế biến ép nước
sơ ri nồng dộ đường là lớn nhất, nồng độ các chất khác rất nhỏ coi như mức ảnh hưởng không
đáng kể . Tuy nhiên việc muốn giữ lại các chất đó sau khi cô đặc xong ta phải quan tâm đến nhiệt
độ quá trình. Đồng thời việc chảy xuôi chiều giúp nhiệt độ không cao quá ở phần cuối dế làm
biến tính dung dịch do sự quá nhiêt cục bộ
• Nhượïc điểm:
Hệ cô đặc nhiều nồi đòi hỏi chi phí cho thiết bị nhiều hơn, cũng như diện tích nhà xưởng
lớn hơn, đặc biệt việc chọn buồng đốt ngoài càng làm tốn diện tích
Cô đặc chân không nên điều kiện an toàn khó khăn, tốn năng lượngvà chi phí vận hành thiết
bị

1.3.QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ
1.3.1. Thuyết minh quy trình công nghệ (có sơ đồ đính kèm)
Dung dịch nước sơ ri sau khi qua một số công đoạn ép, lọc, tinh chế trước đó được đưa
vào bồn chứa, duy trì ở nhiệt độ 60 0 C nhằm tránh được sự phát triển của vi sinh vật.
Sau đó nước sơ ri được bơm lên trên thiết bị gia nhiệt với suất lượng 3000 kg/h. Qua trình

bơm sẽ có sự điều chỉnh lưu lượng cho thích hợp với hệ thống tự động điều khiển lưu lượng.
Thiết bị gia nhiệt được sử dụng là thiết bị gia nhiệt ống chùm dạng vỏ áo, đặt thẳng đứng, bên
trong gồm nhiều ống truyền nhiệt nhỏ được bố trí theo đỉnh tam giác đều. Các đầu ống này được
SVTH :

Trang 2


GVGD : TS Lê Phan Hoàng Chiêu
giữ cố định nhờ các vỉ ống gắn với thân. Thiết bị gia nhiệt sử dụng hơi đốt lấy từ lò hơi với áp
suất tuyệt đối là 4 at. Dung dịch được đưa vào cùng chiều dòng hơi để tránh hiện tượng dòng ra
bị cháy do tiếp xúc với nhiệt độ quá cao.Ngoài ra việc dung dịch chảy từ trên xuống sẽ tận dụng
lực trọng trường nên không tiêu tốn năng lượng. Trong thiết bị gia nhiệt có sự trao đổi nhiệt giữa
dòng lỏng và dòng hơi qua vách ống truyền nhiệt. Dòng lỏng sẽ được gia nhiệt để đạt đến nhiệt
độ sôi trước khi vào thiết bị cô đặc t =110.21 0C. Việc gia nhiệt lên nhiệt độ sôi có ý nghĩa lớn cho
quá trình diễn ra lúc sau ở thiết bị cô đặc vì ta sẽ không phải mất thêm năng lượng cho việc gia
nhiệt đến nhiệt độ sôi, ngoài ra còn đảm bảo quá trình truyền nhiệt để bốc hơi ở buồng đốt là thật
sự hiệu quả. Còn dòng hơi sẽ được ngưng tụ thành lỏng sôi và đựơc thoát ra ngoài. Ơû thiết bị gia
nhiệt có ống thoát khí không ngưng để đảm bảo an toàn về áp suất trong thiết bị và quá trình
truyền nhiệt có hiệu quả.
Từ thiết bị gia nhiệt, dung dịch được đưa sang hệ thống cô đặc. Ở đây ta sử dụng thiết bị
cô đặc có buồng đốt ngoài, ống dài, và hai nồi liên tục xuôi chiều. Loại thiết bị này khá thích hợp
với việc cô đặc dung dịch thực phẩm do chế độ nhiệt êm dịu và không tăng quá nhanh.
Đầu tiên dòng lỏng vào buồng đốt 1 (thiết bị cô đặc 1). Thiêùt bị này có cấu tạo như thiết
bị gia nhiệt loại màng có bộ phận phân phối lỏng (là bộ phận có nhiều lỗ nhỏ và những ống ngắn
hàn vào đĩa, các ống này có dưòng kính nhỏ hơn ống truyền nhiệt và được đặt đồng tâm, lọt vào
ống truyền nhiệt. Ở đây dòng lỏng được để ở chế độ chảy màng từ trên xuống trong các ống
truyền nhiệt để tận dung lực trọng trường cũng như có thể tạo được màng lỏng mỏng và đều. Việc
phân phối lỏng như trên được thực hiện nhờ vào đĩa phân phối lỏng. Khi lỏng đi vào buồng đốt
(phần nắp) sẽ chảy từ từ qua các lỗ nhỏ rồi men theo thành rỗng giữa ống truyền nhiệt và ống

ngắn để tạo thành màng mỏng với bề dày theo yêu cầu đặt ra. Dòng hơi được sử dụng cũng từ lò
hơi với áp suất tuyệt đối là 4 at, dùng năng lượng lấy từ sự ngưng tụ hơi nước để cấp nhiệt cho
dòng lỏng. Trong thiết bị này, khác với thiết bị gia nhiệt ở chỗ dòng lỏng không nhận nhiệt để
thay đổi nhiệt độ mà đẻ thay đổi entanpi nhằm chuẩn bị cho quá trình bốc hơi sẽ diễn ra ở trong
buồng bốc. Tưong tự như thiêát bị gia nhiệt dòng hơi ngưng tụ thành lỏng được thoát ra ngoài và
ở buồng đốt cũng có ống thoát khí không ngưng. Sau khi chảy qua hệ thống ống truyền nhiệt,
dung dịch đi xuống thân phụ để chuyển qua buồng bốc. Thân phụ giúp duy trì một vận tốc ổn
dịnh cho dòng lỏng. Thân phụ nối với bồng bốc nhờ một ống hình chữ nhật đi ra vuông góc với
thân phụ và tiếp tuyến với thân buồng bốc để tạo ra dòng chuyển động xoáy giúp xáo trộn tốt hơi
và lỏng giúp quá trình bốc hơi dễ dàng hơn.
Ở buồng bốc 1, dung dịch thực hiện quá trình bốc hơi (sau khi đã nhận đủ nhiệt để chuyển
trạng thái). Hơi nứơc bốc lên với áp suất là 1.47 at và dung dịch còn lại sẽ tăng nồng độ lên là
16.9%. Trong quá trình bốc hơi sẽ có hiện tượng dòng hơi lôi cuốn các giọt lỏng đi theo nó và
điều này sẽ làm ảnh hưởng đến thiết bị phía sau do có sự tạo cặn lên các ống truyền nhiệt làm
giảm hiệu quả truyền nhiệt. Để khắc phục điều này trong các buồng bốc thường có bộ phận phân
ly giọt lỏng. Tuỳ vào loại thiết bị mà có thể dựa vào lực trọng trường, sự dính ướt hay sự ly tâm.
Ơû đây ta sử dụng thiết bị phân ly theo kiểu dính ướt dạng nón. Khi dòng hơi bốc lên sẽ gặp bề
mặt nón, các giọt lỏng sẽ bị giữ lại trên nón và chảy xuống lại buồng đốt theo ống mao quản, còn
hơi thứ tràn qua phần nón đi ra ngoài theo ống dẫn hơi để sang truyền nhiệt cho buồng đốt 2. Còn
dung dịch được bơm sang buồng đốt 2 để tiếp tục thực hiện quá trình cô đặc.
Ở hệ thống nồi cô đạc 2 hiện tượng xảy ra tương tự như ơ nồi 1 tuy nhiên cũng có một số
khác biệt về hơi đốt và đầu ra của các dòng như sau:
Ở buồng đốt 2, dung dịch sơ ri (lúc này đã có sự giảm mạnh về lưu lượng) cũng được
chảy màng từ trên xuống thực hiện chế độ truyền nhiệt êm dịu. Hơi đốt lúc này chính là hơi thứ
lấy từ buồng bốc 1. Do có sự thay đổi đáng kể áp suất ở mặt thoáng dung dịch nên nhiệt độ sôi
của dung dịch đã giảm xuống ứng vơi nhiệt độ hiện có của dung dịch. Do đó dung dịch cũng chỉ
SVTH :

Trang 3

GVGD : TS Lê Phan Hoàng Chiêu
cần nhận nhiệt lượng phục vụ cho việc tăng entanpi để có thể bốc hơi khi sang buồng bốc. Nứơc
ngưng cùng khí không ngưng cũng được thoát ra ngoài. Dung dịch chảy xuống thân phụ được
đưa sang buồng bốc.
Tại buồng bốc 2, quá trình bay hơi được thực hiện. Hơi thứ lúc này có áp suất tuyệt đối
khá nhỏ 0.21 at được đi theo ống dẫn hơi đên thiết bị ngưng tụ baromet. Trong khi đó dung dịch
nước sơ ri sau quá trình bốc hơi đạt đến nồng độ 45 % ở nhiệt độ 61.30C được đưa vào bồn chứa
chuẩn bị cho các công đoạn sau đó.
Thiết bị ngưng tụ baromet được chọn ở đây là thiết bị ngưng tụ trực tiếp loại khô. Lúc này
dòng hơi thứ được đi từ dưới lên, tiếp xúc trực tiếp dòng lỏng được cấp vào từ trên xuống có
nhiệt độ thấp 300C sẽ ngưng tụ thành lỏng theo dòng nước đi xuống bồn chứa với nhiệt độ nước
ngưng bằng 500C. Trong quá trình này có một lượng lớn hơi được ngưng tụ nên áp suất giảm tạo
áp suất chân không. Chính nhờ điều này mà áp suất trong thiết bị được duy trì ổn định. Sau khi
qua thiết bị ngưng tụ, dòng khí không ngưng còn lại sẽ được chuyển qua thiết bị tách lỏng. Tấm
ngăn sẽ làm vật cản để dính ướt các giọt lỏng có thể còn sót lại trong dòng khí này rồi sau đó mới
cho nó qua thiết bị bơm chân không để tránh hiện tượng xâm thực có thể xảy ra làm hư bơm.Do
áp suất bên trong thiết bị thấp hơn áp suất bên ngoài nên khí không ngưng không tự thoát ra
ngoài vì vậy phải sử dụng bơm hút chân không giúp hút khí không ngưng để áp suất không bị
thay đỏi trong cả hệ thống.
Lượng nước ngưng được thoát ra từ thiết bị gia nhiệt, buồng đốt 1, buồng đốt 2 được gom
lại và đi qua tháp giaiû nhiệt hạ đến nhiệt độ thường phục vụ cho những mục đích khác nhau tuỳ
vào độ tinh sạch của nó.

SVTH :

Trang 4


SVTH :

STT

11
10
9
8
7
6
5
4
3
2
1

Dòng lưuchất

Khí khôngngưng
Nước ngưng
Nước nguội
Hơi thứnồi2
Hơi thứnồi1
Hơi đốtthiếtbò1
Hơi đốtthiếtbògianhiệt
Sảnphẩm
Nguyên li ệu vào nồi2
Nguyênli ệu sau gianhiệt
Nguyênliệutrước gia nhiệt

4

LA

12.6

35928
34812
1111.11
1222.22
1473.2
294.8
666.67
1777.78
3000
3000

Suấtlượng (kg/h)

TI

Nhiệtđộ( C)

36

50
30
60.7
110.28
142.9
142.9
61.6

61
110.21
60

5

0

Nồng độ

FC

FE

0.45
0.169
0.1
0.1

1

1

0.21
1.47
4
4

Áp suất(at)

6

2

TIC

2

3

PI

LIC

7
3
TE

QY

QIC

TE

8
PIC

LIC

4

07
06
05
04
03
02
01

SVTH
GVHD
CNBM
Chức năng

TÊN GỌI

Thiếtbòtách lỏng
ThiếtbòngưngtụBaromet
Bồnchứasản phẩm
Bồn chứanguyên liệu
Buồng bốc
Buồngđốt
Thiếtbògianhiệt

10
TI

LêPhan Hoàng Chiêu
VũBáMinh
Họtên

Chữký

LA

ĐẶC TÍNH KỸTHUẬT
TrườKhoa
ngĐạCô
i họngc Bá
ch hoá
KhoahọTp.c HCM
nghệ
BỘMÔN MÁY VÀTHIẾT BỊ

SƠ ĐỒNGUYÊN LÝ

THIẾT KẾHỆTHỐNG CÔĐẶC DUNG DỊCH NƯỚC SƠ RI
BẰN G HỆHAI NỒILIÊN TỤC
Phạm ThòThanh Hiền

Đồánmônhọc: Quátrình vàthiếtbò

STT

9
6

SL

7

1
1
1
1
2
2
1

5

11

VẬT LIỆU

Tỉlệ:
Bảnvẽsố:
Ngày HT:
Ngày BV:

1
23-05-05
28-05-05

GVGD : TS Lê Phan Hồng Chiêu

Trang 5


GVGD : TS Lê Phan Hoàng Chiêu

Thông số công nghệ
Ký
hiệu
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10

Dòng lưu chất
Nguyên liệu ban đầu
Nguyên liệu đã gia nhiệt
Nguyên liệu vào nồi 2
Sản phẩm
Hơi đốt
Hơi thứ nồi I
Hơi thứ nồi 2
Nước làm nguội
Nước ra khỏi thiết bị ngưng tụ
Khí không ngưng

Suất lượng
(kg/h)
3000
3000

1777.78
666.67
1473.2
1222.22
1111.11
34812
35928
12.06

Nồng độ
0.1
0.1
0.169
0.45

Nhiệt độ
(0C)ä
60
110.21
61
61.6
142.9
110.1
60.7
30
50
36

Aùp
suất (at)

4
1.47
0.21

1.3.2.Kiểm soát và điều khiển quá trình
Mục tiêu điều khiển quá trình cô đặc là thu được sản phẩm có nồng độ mong muốn và đảm
bảo cân bằng vật chất và năng lượng ở tất cả các thiết bị trong suốt quá trình.
1.3.2.1. Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình cô đặc:
Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình cô đặc được chia thành các nhóm sau dựa vào việc ta có thể
kiểm soát, điều khiển cũng như có đặt ra yêu cầu kiểm soát và điều khiển hay không đòng thời
với vai trò quyết định của chúng đến kết quả của quá trình
Tác động nhiễu cho phép ổn định:
- Lưu lượng, nồng độ, nhiệt độ của dung dịch nhập liệu.
- Lưu lượng hơi đốt.
Tác động nhiễu không ổn định:
- Nhiệt lượng tổn thất.
- Aùp suất hơi đốt.
- Nồng độ dung dịch nhập liệu.
- Hệ số truyền nhiệt.
Các đại lượng cần điều chỉnh:
- Nồng độ sản phẩm
- Lưu lượng nhập liệu
- Aùp suất hơi thứ trong nồi cuối.
- Mức dung dịch trong từng nồi
- Nhiệt dộ của dung dịch nhập liệu
Tác động diều chỉnh:
- Lưu lượng sản phẩm
- Lưu lượng dung dịch vào từng nồi
- Lưu lượng hơi đốt vào nồi một và thiết bị gia nhiệt

- Lưu lượng nước làm nguội ở thiết bị ngưng tụ
Các thông số cần kiểm tra:
- Aùp suất trong các nồi trung gian
- Lưu lượng và nhiệt độ dòng nhập liệu
- Mức chất lỏng trong cùng bồn chứa và nhiệt độ dung dịch.

SVTH :

Trang 6


GVGD : TS Lê Phan Hoàng Chiêu
1.3.2.2. Hệ thống điều khiển:
Các thông số công nghệ được ổn định bằng các hệ thống điều khiển tự động một vòng như
sau:
STT
Thông số cần ổn định
Tác động điều chỉnh
1
Nồng độ sản phẩm
Lưu lượng hơi đốt cho nồi 1
2
Mức dung dịch trong các nồi
Suất lượng tháo liệu ở mỗi nồi
3
Aùp suất hơi thứ nồi cuối
Lưu lượng nước ngưng tụ
4
Nhiệt độ nhập liệu vào nồi 1
Lưu lượng hơi đốt cho thiết bị gia nhiệt

Với nồng độ dung dịch được xác định gián tiếp thông qua độ tăng phí điểm của dung dịch
sản phẩm. Tiến hành đo nhiệt độ sôi của dung dịch trong buồng bốc II và nhiệt độ hơi thứ ở cùng
điều kiện áp suất. Tín hiệu đo nhiệt độ được truyền đến bộ tính toán để tính hiệt nhiệt độ và xác
định nồng độ sản phẩm.
Ngoài ra cũng phải kể đến việc có sự thay đổi áp suất trong phần thân buồng đốt do sự có
mặt của khí không ngưng,và ta cũng sẽ có những bộ phận xả khí không ngưng tự động khi có sự
tăng áp suất trong thiết bị mà không cần phải kiểm soát.
1.3.2.3. Sơ đồ cấu trúc hệ thống điều chỉnh tự động một vòng:
Z

x

y

ĐTĐK

BPTH

CBĐL
xĐC

TBĐC

y
u

- ĐTĐK: đối tượng điều khiển.
- CBĐL: cảm biến đo lường.
- TBĐC: thiết bị điều chỉnh.
- BPTH: bộ phận thừa hành.

- y: đại lượng điều chỉnh.
- x: tác động điều chỉnh.
- xDC: tín hiệu điều khiển.
- u: giá trị chủ đạo
1.3.2.4. Dụng cụ đo và điều khiển:
Để đảm bảo an toàn trong sản xuất các cơ cấu thừa hành sử dụng nguyên tắc truyền động
bằng khí nén
Dụng cụ đo được chọn như sau:
- Đo áp suất bằng áp kế hộp xếp khí nén có tín hiệt ra dạng khí nén
- Đo nhiệt độ bằng cặp nhiệt điện cho độ chính xác cao và có thể áp dụng trên một
khoảng biến thiên rộng của đại lượng
- Đo mức bằng mức kế thuỷ tĩnh có phao chìm
- Đo lưu lượng bằng lưu lượng kế có độ chênh áp biến thiên.
SVTH :

Trang 7


GVGD : TS Lê Phan Hoàng Chiêu

SVTH :

Trang 8


GVGD : TS Lê Phan Hoàng Chiêu

CHƯƠNG
2

Thiết bị cô đặc
2.1. CÂN BẰNG VẬT CHẤT & NĂNG LƯỢNG
2.1.1.Ký hiệu các đại lượng
Ký hiệu
G
W
D
X
xtb
Q
I
R
C
Qtt
Qcđ
P
∆P
t
∆t
ts
ttbs
∆thi
∆’o
∆’
∆”
∆”’
∆thi

Đơn vị
kg/h

kg/h
kg/h
kJ/h
kJ/kg
kJ/kg
kJ/kg.độ
kJ/kg
kJ/kg
at
at
o
C
o
C
o
C
o
C
o
C
o
C
o
C
o
C
o
C
o
C

Ý nghĩa
Suất lượng dung dịch đường
Suất lượng hơi thứ
Suất lượng hơi đốt
Nồng độ dung dịch đường
Nồng độ trung bình ủa dung dịch đường
Nhiệt lượng có ích
Entanpi
Aån nhiệt ngưng tụ
Nhiệt dung riêng
Nhiệt lượng tổn thất
Nhiệt lượng cô đặc
Aùp suất
Chênh lệch áp suất
Nhiệt độ
Chênh lệch nhiệt độ
Nhiệt độ sôi của dung dịch
Nhiệt độ trung bịnh của dung dịch
Nhênh lệch nhiệt độ hữu ích
Chênh lệch nhiệt độ hữu ích
Chênh lệch nhiệt độ hữu ích
Chênh lệch nhiệt độ hữu ích
Chênh lệch nhiệt độ hữu ích
Chênh lệch nhiệt độ hữu ích

2.1.2.Tính cân bằng vật chất và năng lượng:
Mục đích : Giúp tính toán hơi đốt hữu ích, Q, ∆thi để tính toán bề mặt truyền nhiệt, từ đó
tính kích thước thiết bị.
Sơ đồ:

√
1. Chọn tỉ lệ hơi thứ: W1 : W2 = m
2. Tính W1,W2 , G, x
B1: Chọn tỉ lệ hiệu áp suất : ∆ p1 : ∆ p2 = a
B2: Tính ra áp suất tại mỗi nồi p1, p2, pw1, pw2.
B3: Xác định nhiệt độ tại mỗi nồi t1, t2 , tw1 , tw2.
√

SVTH :

Trang 9


GVGD : TS Lê Phan Hoàng Chiêu
B4 : Xác định nhiệt độ tổn thất cho mỗi nồi
B5 : Xác định nhiệt độ sôi của mỗi nồi.
B6 : Xác định nhiệt độ chênh lệch hữu ích mỗi nồi.
B7 : Kiểm tra điều kiện
∆t h1 − ∆t h 2
≤ 5%
(1)
max(∆t h1 , ∆t h 2 )
Nếu điều kiện thỏa thì ngừng, nếu điều kiện không thỏa thì lặp lại từ B1
4. Tính lại W1 , W2 , D theo phương trình cân bằng năng lượng của nồi 1 và nồi 2.
5. Kiểm tra điều kiện
Wchoïn − Wtính
≤ 5%
(2)
∆W =
Max( wcoïn , wtính )

Nếu điều kiện đạt được thì ta tính tiếp, nếu không đạt được thì lặp lại tính từ bước 1

Công thức tính toán :
2.1.2.1..Xác định nồng độ và hơi thứ
- Lượng hơi thứ bốc lên trong toàn hệ thống:
W = Gđ ( 1-

XD
)
XC

- Phân phối hơi thứ trong các nồi:W1/ W2 =m
mà :W = W1 + W2 và W2 = W - W1
W
W1 =
1
=>
1+
m
G *XD
X CI = D
- Nồng độ dung dịch nồi 1:
G D − W1

(5.17-[2])

(3)
(4)
(5)

(5.17-[2])

(6)

2.1.2.2. Xác định áp suất và nhiệt độ mỗi nồi Theo T105-[1]
- Hiệu số áp suất của cả hệ thống cô đặc:
∆P = P1 – P2’
∆P1
Chọn
=a
∆P2
mà
∆P = ∆P1 + ∆P2 => ∆P1, ∆P2
và
∆P1 = P1- P1’
=> P1, P2

2.1.2.3 Xác định nhiệt độ tổn thất

-Tổn thất nhiệt độ do nồng độ tăng cao ∆ ’: Theo công thức Tisencô
(273 + t ) 2
(VI.10-[2])
(7)
∆' = ∆'0 * 16.2 *
r
Với ∆’o tra bảng III.1-[5]
-Tổn thất nhiệt độ do áp suất thuỷ tĩnh ∆ ’’:
Vì chọn chế độ chảy màng bằng hệ thống ống dài nên xem như dung dịch sôi ở mặt
thoáng tức
∆’’= 0 oC

SVTH :

Trang 10


GVGD : TS Lê Phan Hoàng Chiêu
-Tổn thất nhiệt độ do trở lực thuỷ học trên đường ống ∆ ’’’:
Thường chấp nhận tổn thất nhiệt độ trên các đoạn ống dẫn hơi thứ từ nồi này sang nồi
nọ và từ nồi cuối đến thiết bị ngưng tụ là 1°C. Nên:
∆’’’1 = ∆’’’2 = 1°C .
-Tổn thất chung:
∆ = ∆’ + ∆’’ + ∆’’’
(T184-[3])
(8)

2.1.2.4. Hiệu số nhiệt độ hữu ích và nhiệt độ sôi từng nồi Theo T111-[1]
tddsi = ti’ + ∆’i + ∆’’i
tddsi’ = ti’ + ∆’i’ + ∆’’i ‘
∆thii = ti - tsitbdd
Tổng hiệu nhiệt độ hữu ích:
∑∆hi = ∆thi1 + ∆thi2

(8a)
(8b)
(8c)
(9)

2.1.2.5. Nhiệt dung riêng của dung dịch ở các nồi
-Nếu x< 20%
=>

C = 4190 (1 – x)
(4.10-[3])
x > 20%
=>
C = 4190(1-x) +C1 x
(4.11-[3])
Xem thành phần đường trong sơri chủ yếu dạng C12H22O11 nên:
12 * 11700 + 22 * 18000 + 11 * 25100
C ht =
= 2375.73
342

(10)
(11)

2.1.2.6 Lập phương trình cân bằng nhiệt lượng Theo T181-[3]
- Ta có sơ đồ nhiệt đơn giản sau :
W1 , i1
Qxq1

W2 , i2
Qxq2

D,i
Gd,Cd,td

θ2

(Gd – W1)C1t1

(Gd – W)C2t2

D , Cng1 , θ1

Phương trình cân bằng năng lượng:
ωD.c.υ + D(1-ω).i”D +Gd.cd. td = W.i” +Gc.cc. tc + D.c.θ+ Qtt+ Qcd
Mà:
ω= 0.5% ; i”D- c.υ =rD
Qtt =0.05 QD ; Qcd =0 ; QD=D.rD
=>
0.9 D.rD = W.i” +Gc.cc. tc - Gd.cd. td
=> Nồi 1: 0.9 D1.rD1 = W1.i”1 +Gc1.cc1. tc1 - Gd1.cd1. td1
Nồi 2:
0.9 .D2. rD2 = W2.i”2 +Gc2.cc2. tc2 - Gd2.cd2. td2
Ma ø:
W1=D2; Gc1=Gd1; W1+W2=W, i= c.t.10-3
W (i ' '
− i ) + Gd (i − i )
W 2 c2
c2 d 2
W1 =
0.9rD 2 + i ' '
−i .
W2 d2
=>
W2 = W – W 1
SVTH :

W1 , Cng2 ,

(4.4-[3])

(12)

(13)
(14)
Trang 11


GVGD : TS Lê Phan Hồng Chiêu
t.c
1000
- Kiểm tra lại giả thiết phân bố hơi thứ ở các nồi:
W1tính − W1chon
∆W =
max(W1tính ,W1chon )
- Lượng hơi đốt tiêu tốn chung:
W .i ' '
− Gc1 .i − G d .i
W2
c2
d2
D1 =
0.9rD 2
i=

Với:

(15)
(III.15-[1])

(16)

(17)

Kết quả:
Bảng 2.1: Bảng thơng số và kết quả sơ bộ pha hơi và pha lỏng
Với m=1.1, a=2
TT

Hơi thứ

Hơi đốt
Suất
luượng
Nồng độ
Độ tăng
phí điểm
1at

Đại lượng
Chênh lệch áp suất
Sùt lượng
p suất
Nhiệt độ
Entanpi
n nhiệt ngưng tụ
Nhiệtđộ
p suất
n nhiệt ngưng tụ

Entanpi
Dung dịch vào
Dung dịch ra
Dung dịch vào
Dung dịch ra
Trung bình
Dung dịch vào
Dung dịch ra
Trung bình

Kí
hiệu
∆P
W
PW
tW
iW
rW
tD
PD
rD
iD
Gđ
Gc
xđ
xc
x
∆ ’ođ
∆ ’oc
∆'

Đơn
vị
at
kg/h
at
0
C
kJ/kg
kJ/kg
0
C
at
kJ/kg
kJ/kg
kg/h
kg/h

Giá trị
Nồi 1
2.53
1222.22
1.47
110.1
2696.5
2233.5
142.9
4
2141
2744

3000
1777.78
0.1
0.169
0.134
0.1
0.338
0.219

0

C
C
0
C
0

Ghi chú
(CTTT)
Nồi 2
1.26
Theo [1]
1111.11
(4)
0.21
60.7
Bảng 57-[3]
2609.59
theo Pw
2355.26

109.1
1.42
Bảng 57-[3]
2223.7
theo tD
2702.35
1777.78
666.67
0.169
(6)
0.45
(6)
0.31
0.338
Bảng
III.1-[5]
1.3
0.819 theo x và tw

Bảng 2.2.Bảng kết quả tính toán cân bằng vật chất và
năng lượng
TT

Đại lượng

Độ tăng Dung dòch
phí điểm vào
SVTH :

Kí

hiệ
u
’
∆

Đơn
vò
C

0

Giá trò
Nồi 1
Nồi 2
0.106

0.259

Ghi
chú
(7)

Trang 12


GVGD : TS Lê Phan Hoàng Chiêu

Nhiệt độ sôi

Nhiệt dung

riêng

Entanpi

Dung dịch ra
Trung bình
Dung dịch vào
Dung dịch ra
Trung bình
Dung dịch vào
Dung dịch ra

0

tđ
tc
t
Cđ
Cc

C
C
0
C
0
C
0
C
kJ/kg.độ
kJ/kg.độ

0.18
0.143
110.206
110.28
110.24
3771
3481.9

0.996
0.63
61
61.6
61.3
3481.9
3373.6

Trung bình

C

kJ/kg.độ

3628.54

3627.58

Dung dịch vào
Dung dịch ra
Trung bình

iđ
ic
i

kJ/kg
kJ/kg
kJ/kg

415.6
384

212.4
215.76

(15)

W
∆W

kg/h
kg/h
0
C

1064.35
4.2%
đạt
2696.5
48.4

(13),(14)
(2)

D
∆ th

1268.98
3.7%
đạt
1473.72
32.66

Q

kJ/h

Suất lượng hơi thứ
Sai số
Kiểm tra điều kiện
Suất lượng hơi đốt
Chênh lệch nhiệt độ
hữu ích
Nhiệt lượng có ích

SVTH :

∆ ’oc

0

2395.2

(8a,b)

(10),(11)

(17)
(8c)

2379.89

Trang 13


GVGD : TS Lê Phan Hoàng Chiêu

2.2. KÍCH THƯỚC THIẾT BỊ CHÍNH
Mục đích : Tính F => số ống n, chiều cao thiết bị H, tính kích thước buồng đốt, buồng bốc
làm cơ sở tính bền
Sơ đồ:
√
Các bước tính toán:
1. Chọn vật liệu ống truyền nhiệt và các thông số về kích thước thiết bị: Hô , dt, dn, n.
2. Chọn 2 giá trị chênh lệch nhiệt độ phía hơi đốt ∆t rồi suy ra nhiệt độ vách ngoài tương
ứng.
3. Tính hệ số cấp nhiệt và cường độ dòng nhiệt phía hơi đốt ( α D và q D )
4. Tính chênh lệch nhiệt độ giữa hai phía của thành ống và chênh lệch nhiệt độ phía dung
dịch.
5. Chọn số ống truyền nhiệt nchọn

6. Tính hệ số cấp nhiệt và cường độ dòng nhiệt phía dung dịch ( α l và α D )
7. Coi cường độ dòng nhiệt phụ thuộc tuyến tính vào ∆t D ,ta dựng hai đường thẳng qD=f(
∆t D ) và qL = g( ∆t D ), giao điểm của hai đường thẳng này ứng vớigiá trị ∆t D cần xác
định. Lặp lại các bước 2 – 4 với giá trị này.
8. Kiểm tra điều kiện:
qL − qD
≤
5%
∆ q=
max(q L , q D )
Nếu điều kiện không thoả, ta thực hiện lại bước 2 – 6. nếu điều kiện thoả, ta tiếp tục bước tiếp
theo.
9. Tính hệ số truyền nhiệt K
10. Tính hiệu số nhiệt độ hữu ích thực của mỗi nồi.
11. Tính diện tích bề mặt truyền nhiệt F
12. Tính lại số ống truyền nhiệt n
13. kiểm tra điều kiện:
n chon − n tinh
∆n =
≤ 5%
n chon
Nếu điều kiện chưa thoả thì ta điều chỉnh lại các thông số về kích thước thiết bị đã chọn ở
trên. Nếu điều kiện thoả, ta làm tròn diện tích bề mặt truyền nhiệt và số ống truyền nhiệt đến
thông số chuẩn.
√

SVTH :

Trang 14

GVGD : TS Lê Phan Hoàng Chiêu

2.2.1.

Kí hiệu các đại lượng

Ký hiệu
q
MSac
Mdm
M
K
rs
r
g
H
D
F
d
d
n
m
V
v
Utt
f
α
β
δ

λ
µ
ρ
θ
“L”
“D”
“W”
“n”
“t”
“v”
“đ”
“b”
“ô”

SVTH :

Đơn vị
W/m2

W/m2.độ
kJ/kg
m2.độ/W
m/s2
m
m
m2
m
m
ống
ống

m3
m/s
m3/m3.h
W/m.độ
m
m
W/m.độ
Pas
kg/m3
m

Ý nghĩa
Cường độ dòng nhiệt
Khối lượng phân tử đường saccharose
Khối lượng phân tử nước
Khối lượng phân tử trung bình của dung dịch đường mía
Hệ số truyền nhiệt tổng quát
Ẩn nhiệt ngưng tụ
Nhiệt trở
Gia tốc trọng trường (g = 9,81m/s2)
Chiều cao thiết bị
Đường kính thân thiết bị
Diện tích bề mặt truyền nhiệt
Đường kính ống truyền nhiệt
Đường kính trung bình ống truyền nhiệt
Tổng số ống truyền nhiệt
Số ống truyền nhiệt trên đường chéo chính
Thể tích thiết bị
Vận tốc lưu chất
Cường độ bốc hơi thể tích

Hệ số điều chỉnh cho cường độ bốc hơi thể tích
Hệ số cấp nhiệt
Bước ống truyền nhiệt
Chiều dày ống truyền nhiệt
Hệ số dẫn nhiệt
Độ nhớt tuyệt đối
Khối lượng riêng
Kích thước hình học đặc trưng
Ký hiệu ứng với dung dịch đường mía
Kí hiệu ứng với hơi đốt
Kí hiệu ứng với hơi thứ
Kí hiệu bên ngoài ống truyền nhiệt
Kí hiệu bên trong ống truyền nhiệt
Kí hiệu ứng với vách ống truyền nhiệt
Kí hiệu ứng với buồng đốt
Kí hiệu ứng với buồng bốc
Kí hiệu ứng với ống truyền nhiệt

Trang 15


GVGD : TS Lê Phan Hoàng Chiêu

2.2.2. Bề mặt truyền nhiệt của buồng đốt
- Bề mặt truyền nhiệt của buồng đốt có thể được tính theo công thức tổng quát:
Q
F=
(m2)
(II.16-[1])
K .∆ti

Với
Qi = 0.9Di.ri
(W)
(Theo CMT)
2.2.2.1. Tính hệ số truyền nhiệt K của mỗi nồi
2.2.2.1.1.Tính nhiệt tải riêng trung bình
- Giả thiết quá trình là liên tục và ổn định.
- Nhiệt tải riêng của hơi đốt cấp cho thành thiết bị:
qD = α1.(t1 – tw1) = α1.∆t1
- Nhiệt tải riêng của thành thiết bị:
1
q=
.(tw1 tw2)
δv
+ rt + rn
λv
.
- Nhiệt tải riêng của phía dung dịch sôi:
qL = α2.(tw2 – t2) = α2.∆t2

(18)
(19)

(20)

(21)
(22)

2.2.2.1.2. Tính hệ số cấp nhiệt phía hơi ngưng tụ α D
Khi tốc độ của hơi nhỏ (ω’ ≤ 10 m/s, chính xác hơn khi ρ’ω’2 ≤ 30) và màng nước ngưng

chuyển động dòng (Rem <100) thì hệ số cấp nhiệt α1 đối với ống thẳng đứng được tính theo công
thức sau:
Hệ số cấp nhiệt phía hơi bão hoà ngưng tụ (V.105-[4])
ρ D2 rS λ3D g
α D = 1.15(
)
(W/m2.độ)
(23)
H o µ D (t D − t vn )
với rs: ẩn nhiệt ngưng tụ của hơi bão hoà tại nhiệt độ tD
Các thông số vật lý khác ( ρ n , µ n , λ n ) là số liệu của nước sôi tại nhiệt độ trung bình phía hơi
đốt:
tm = 0,5.(tw1 + t1)
(24)
- Xem như sự mất mát nhiệt không đáng kể :
q = q1 = q 2

tw2 = tw1 – q1. ∑ r
(25)
2.2.2.1.3. Tính hệ số cấp nhiệt phía dung dịch α L Theo T183-[2]
- Hệ số cấp nhiệt αL từ bề mặt ống vào dung dịch chảy dọc từ trên xuống được tính như sau:
Ta có:
Nue = 0,01.(Re.Pr)1/3
(5.62-[2])
(26)
α 2 .θ e
Mặt khác:
Nue =
(T183-[2])
(27)

λl

0, 01.Re1/ 3 .Pr1/ 3 .λl
=>
αL =
θe
4.G
Trong đó: Re =
3600.n.π ..d t µ L
với G=(Gđ +Gđ)/ 2
SVTH :

(W/m2.độ)

(28)
(T21-[5])

(29)
(30)
Trang 16


GVGD : TS Lê Phan Hoàng Chiêu
1

 µL2 3
θ e =  2 
 ρL g 
C.µ L

P=
λL

λl = 3.58 *10 −8 * C dd * ρ dd * 3

ρ dd
M dd

(T183-[2])

(31)

(T21-[5])

(32)

(I.32-[5])

(33)

(III.17-[1])

(34)

1
X
1− X
=
+
M dd M C12 H 22O11 M H 2O

2.2.2.1.4. Tính hệ số truyền nhiệt của nồi thứ i: Theo T116-117-[1]
Ki =
Kiểm tra sai số:

∆q =

Nếu ∆q < 5% thì thỏa.
=> Nhiệt tải trung bình: qtb =

qtbI
∆tiI
q1 − q2

.100%

q1

(35)

q1 + q2
2

(36)

2.2.3. Hiệu số nhiệt độ hữu ích thực của mỗi nồi Theo T117-[1]
Q ∑ ∆ti
∆t *im = m .
Qi (0C)
- Công thức chung:
Km

∑K
i
- Trong đó: chữ số “m” là chỉ nồi thứ m

(III.19-[1])

(37)

∑ ∆ti = ∆tiI + ∆tiII

(38)

Qi QI QII
=
+
K i K I K II

(39)

∑

Kiểm tra lại hiệu số nhiệt độ hữu ích:
∆(∆ti) =

∆t *i − ∆ti
∆t *i

(40)

.100%

Nếu ∆(∆ti) < 5% thì thỏa.
2.2.4. Tính diện tích bề mặt truyền nhiệt của mỗi nồi
Fi =

QI
K I .∆t *iI

Bề mặt truyền nhiệt thực: Fithưc = 1.1Fi

SVTH :

(III.21a,b-[1])

(41)
(42)

Trang 17


GVGD : TS Lê Phan Hoàng Chiêu
Vì ở đây xét thêm dự trữ 10% để đảm bảo an toàn tránh những sự cố có thể xảy ra như về hơi đốt,
chân không… Thông thường theo kinh nghiệm lấy lên 20% nhưng tuỳ vào thiết bị chọn cho phù
hợp với kết quả tính toán nên ta vẫn có thể chọn nhỏ hơn.
=> Số ống truyền nhiệt:

n=

F
π .d .l

(II.25-[1])(43)

Với d tính theo phía có α bé hơn hoặc là d trung bình với giá trị α gần nhau.
Bảng 2.3: Kết quả tính hệ số truyền nhiệt tổng quát và diện tích bề mặt truyền nhiệt
Đại lượng

Kí hiệu

Hệ số dẫn nhiệt
Chiều cao
Đường kính trong
Đường kính ngoài
Chiều dày
Nhiệt trở lớp nước
ngưng
Nhiệt trở lớp cặn bẩn

Hô
dt
dn

Nhiệt độ hơi
nhiệt độ vách
Nhiệt độ trung bình

tD
tvn
tn
rD

ρD
λD
µD
αD
qD

Suất lượng dung dịch
trung bình
Nồng độ trung bình
Nhiệt độ sôi trung
bình
Phân tử lượng trung
bình
Nhiệt độ vách

SVTH :

Giá trị
Nồi II

Nồi I

Ghi chú

Ống truyền nhiệt
Thép X18H10T

Vật liệu

Aån nhiệt ngưng tu

Khối lượng riêng
Hệ số dẫn nhiệt
Độ nhớt tuyệt đối
Hệ số cấp nhiệt
Cường độ dòng nhiệt

Đơn vị

rn
rt

x
ts

16,3

m
m
m
m
2
m .độ/W

5
0,034
0,038
0,0035
4.64.10- 4

m2.độ/W

3,87.10- 4
Phía hơi đốt
0
C
142.9
109.1
0
C
139.7
105.6
0
C
141.3
107.35
kJ/kg
2141
kg/m3
924.83
W/m.độ
0.685
-4
10 Pas
1.95
2
W/m độ
7542.7
4
2
10 W/m
24136.64

Phía lỏng
kg/h
2365.51

0

C

M
tvt

Tra bảng
XII.7 – [ 4]

W/m.độ

0

C

Chọn theo
bảng VI.6 –
[ 4]
Tra bảng
V.1 – [4 ]
Bảng 2.1
Chọn

2235
952.86

0.684
2.63
7015.2
24553.2

Bảng 56-[3]
Bảng 39-[3]
theo t n

1198.84

Bảng 2.1

0.134
110.24

0.31
61.3

Bảng 2.2
Bảng 2.2

20.6

25.48

116.29

81.78

(23)
(20)

Chọn

Trang 18


GVGD : TS Lê Phan Hồng Chiêu
Nhiệt độ trung bình

t t = tm

0

C

113.27

71.54

Khối lượng riêng

ρL

kg/m3

1054.4

1134.5

Nhiệt dung riêng
Độ nhớt tuyệt đối

Cp
µL

J/kg.độ
10-4Pas

3628.54
2.57

3627.58
11.61

Bảng I .87[4]
Bảng 2.2
Bảng I.112[4]
(33)
(29)
(32)
(33)

Hệ số dẫn nhiệt
W/m.độ
0.508
0.522
λL
Chuẩn số Re

Re
1570.4
176.2
Chuẩn số Pr
Pr
1.84
8.07
Chuẩn số Nu
Nu
0.142
0.112
Kích thuớc hình học
θ
10-5m
1.82
4.74
(31)
đặc trưng
Hệ số cấp nhiệt
W/m2độ
3963.5
1233.4
(28)
αL
4
2
Cường độ dòng nhiệt
qL
10 W/m
23979

24107.2
(22)
Kiểm tra điều kiện
0.65%
2.8%
(36)
=> thoả
=>thoả
∆q ≤ 5%
Hệ số truyền nhiệt
K
W/m2 độ
736.62
514.6
(34)
3
Nhiệt lượng có ích
Q
10 W
719.36
717.36
Bảng 2.2
Chênh lệch nhiệt độ
0
∆t hi
C
32.66
48.4
Bảng 2.2
hữu ích

Chênh lệch nhiệt độ
0
∆t hi*
47.67
(37)
C
33.39
hữu ích thực
Diện tích bề
mặt
truyền
F*
m2
29.25
29.24
(41)
nhiệt tính
Số
ống
truyền
nhiệt
nchon
Ống
61
61
chọn
Số
ống
truyền
nhiệt

ntính
Ống
55=>61
55=>61
(43)
tính
Như vậy ta chọn thông số chung cho ba nồi:
- Chọn bề mặt truyền nhiệt :
F= 29.5m2
- Số ống truyền nhiệt:
n = 61 ống ( làm tròn theo
bảng V.11 – [ 5 ])
- Chiều cao ống truyền nhiệt:
Hô = 5 m
- Chiều cao buồng đốt lấy bằng chiều cao ống truyền nhiệt:
Hđ = 5 m

2.2.4. Tính kích thước của buồng đốt và buồng bốc
2.2.4.1 Đường kính buồng đốt
- Đường kính trong của buồng đốt được tính theo cơng thức sau:
Dt = s.(m – 1) + 4.do
(m)
Trong đó: Chọn
s = 1.5do

SVTH :

( CT2.85/ 58/ [2])(44)

Trang 19

GVGD : TS Lê Phan Hoàng Chiêu
4
m = 1 + (n − 1) = 9
3
Ngoài ra ta còn có thêm thân phụ ở buồng đốt lấy Htp=(70-100%)Dt
2.2.4.2. Kích thước buồng bốc Theo T157-158-[2]
- Gọi chiều cao buồng bốc là: Hb (m)
4.Vb
- Đường kính buồng bốc: Db =
(m)
π .H b
Trong đó:Vb : thể tích buồng bốc được tính theo công thức sau:
W
Vb =
(m3)
ρ h .U p
Với: Up = fp . Ut
(m3/m3.h)
Chọn
Ut = 1700m3/m3
Chọn fp ( theo đồ thị VI.3-[5])
4.g .( ρ l − ρ h ).d
- Vận tốc lắng:
ω0 =
3.ξ .ρ h

(45)
(46)

(T72- [5])

(47)

(5.15-[2])

(48)

(III.24-[1])

(49)

(5.14-[2])

(50)

18,5
Re0,6
Nếu 500 < Re < 150000: ξ = 0.44
wh .d .ρ h
Re =
(46)
µh
Vh
Vận tốc hơi:
ωh =
(51)
Fb
W

π .Db2
Vh =
và Fb =
ρh
4
- Điều kiện: + phân ly được những giọt lỏng có đường kính từ 0.3 mm trở lên.
+ w0 < 70%.wh.
18,5
Dựa vào những lý luận trên cùng giả thiết ξ =
ta có kết quả sau:
Re0,6
wh =AHb
w0 =B(Hb)0.3
cùng giả sử
wh =0.6w0
=> Hb ,Db
Kiểm tra lại: Vì có chọn lại đường kính thiết bị nên ta kiểm tra lại điều kiện. Ta có bảng kiểm
tra như sau:
Bảng 2.4. Kích thước buồng đốt & buồng bốc
Nếu 0.2 < Re < 500:

ξ=

Ống

Giá trị
Nồi I
Nồi II
61

Chọn và tính

m

Ống

9

(46)

dt

m

0.034

Bảng 2.3

Đại lượng

Ký hiệu

Đơn vị

Tổng số ống TN
Số ống trên đường xuyên
tâm
Đường kính ống truyền

n

SVTH :

Ghi chú

Trang 20


GVGD : TS Lê Phan Hồng Chiêu
nhiệt
Tỉ số bước ống
Chiều cao buồng đốt
Đường kính buồng đốt
Chiều cao thân phụ

β
Hđ
Dđ
Htp

Suất lượng
Khối lượng riêng

W
ρw

Độ nhớt tuyệt đối

µw

Nồng độ cuối
Nhiệt độsơi cuối
Khối lượng riêng

xc
tsc

Hệ số hiệu chỉnh
Cường độ bốc hơi
thể tích cho phép
Cường độ bốc hơi
thể
tích
hiệu
chỉnh
Hệ số A
Hệ số B
Chiều cao không
gian hơi
Chiều cao buồng
bốc thực
Đường kính buồng
bốc tính
Đường kính buồng
bốc thực
Vận tốc dòng hơi
Vận
tốc
dòng
lỏng

Chuẩn số Re
Tỉ số

ρL

mm
1.5
m
5
m
0.608 → chọn 0.6
m
0.6
Hơi thứ
Kg/h
1268.98
1064.35
3
Kg/m
1.2092
0.1345
10-4pas
0.128
Dung dịch
0.169
0
C
110.28
kg/m3

f

0.106

1069.62

1205.6

0.95

1.6

Utt

1700

1700

U’tt

m3/m3.
h

1615

2720

0.449
0.928

0.776
1.894

1360

1894

Hb

mm

Hb

mm

Db

mm

Bảng 2.2
Bảng 57-[3]

0.45
61.696

m3/m3.
h

A
B

Chọn
Theo bảng 2.3
(44)
Chọn

Bảng I.87[4]

(49)

2000
643

1360

(47)

Db

m

wh

m/s

0.19

1.43

(52)

w0

m/s

0.72

2.29

(50)

5.37
26.4%

5.43
62.4%

(51)
thoả

Re
wh/w0

1400

2.2.5.Kích thước các cửa
(nhập liêu, tháo liệu, hơi đốt, hơi thứ, nước ngưng, nối buồng bốc và buồng đốt)
- Sử dụng cơng thức và cách chọn theo tài liệu [8], T74
- Chọn vật liệu làm ống dẫn dung dịch là thép khơng rỉ X18H10T, còn ống dẫn hơi đốt và nước
ngưng là thép CT3.

- Cơng thức chung để tính vận tốc lưu chất:

SVTH :

Trang 21


GVGD : TS Lê Phan Hoàng Chiêu
G
(m/s)
ρA
Trong đó :
G : Lưu lượng lưu chất (kg/s)
v: Vận tốc lưu chất (m/s)
ρ: Khối lượng riêng của lưu chất (kg/m3)
Từ công thức này ta có thể tính được vận tốc dựa vào giá trị d chọn trước.
v=

(VIII.42-[5](53)

Bảng 2.5: Đường kính ống dẫn

Đại lượng

Nhập
liệu

Kích thước
Ốngtròn
50

(mm)
Ống chữ nhật
Suất lượng
Nồi I
0.833
(kg/s)
Nồi I
0.481
Khối lượng
Nồi I
1040
riêng
Nồi I
1069.6
(kg/m3)
Vận tốc lưu
Nồi I
0.4
chất (m/s)
Nồi I
0.2
Với dt : theo tiêu chuẩn ống [10]

SVTH :

Tháo
liệu
50

Hơi

đốt
150

Hơi
thứ
300

Nước
ngưng

Hỗn hợp
sau khi
qua
BMTN

20

0.481
0.185
1069.6
1205.6

0.409
0.352
2.12
0.8

0.325
0.3
0.8

0.134

0.409
0.352
923.39
951.63

200x300
0.833
0.481
0.8
0.134

0.2
0.1

10.9
24.9

5.75
31.68

2
2

17.35
59.82

Trang 22

GVGD : TS Lê Phan Hoàng Chiêu

2.3.TÍNH CƠ KHÍ
√

Mục đích tính toán bề dày thiết bị thoả với điều kiện làm việc của thiết bị.

2.3.1.Kýhiệu các đại lượng
Ký hiệu
Đơn vị
S
m
Sm
m
Dt
m
Dn
m
l
m
C
m
Ca
m
Cb
m
Cc
m
ht

m
hg
m
db
m
z
cái
k
ptt
N/m2
Pn
N/m2
Pt
N/m2
Pa
N/m2
P0
N/m2
Pth
N/m2
t
E
N/m2
η
ϕh
nc
[σ]*
[σ]
σ u ,σ k ,σ c
[σ u ] , [σ k ] , [σ c ]

[σ n ]
N/mm2
x

Ý nghĩa
Chiều dày
Chiều dày tối thiêu
Đường kính trong
Đường kính ngoài
Chiều dài
Chiều dày bổ xung
Chiều dày bổ xung do ăn mòn
Chiều dày bổ xung do bào mòn
Chiều dày bổ xung quy tròn kích thước
Chiều cao của đáy hoặ c nắp
Chiều cao gờ của đáy nắp
Đường kính chân ren
Số bulon
Hệ số thứ nguyên
Áp suất tính toán
Áp suất ngoài
Áp suất trong
Áp suất khí quyển
Áp suất thử
Áp áp suất tới hạn
Modun đàn hồi
Hệ số an toàn
Hệ số bền mối hàn
Hệ số an toàn khi chảy
Ứng suất cho phép tiêu chuẩn

Giới hạn ứng suất
Ứng suất uốn , kéo , chảy
Ứng suất giới hạn uốn , kéo , chảy
Ứng suất cho phép khi nén
Tỉ số giới hạn đàn hồi của vật liệu

2.3.2. Thân thiết bị buồng đốt và buồng bốc
Chọn thân hình trụ và vật liệu làm thân buồng đốt là thép CT3, trong khi đó buồng bốc thì
dùng X18H10T, thiết bị có vỏ cách nhiệt, các công thức và cách chọn được áp dụng theo tài liệu
[6]. Buồng đốt nối với nắp và thân phụ bằng bích, thân phụ nói với thân buồng bốc bằng ống hình
chữ nhật. Thân buồng bốc nối với nắp và đáy bằng bích.

SVTH :

Trang 23


GVGD : TS Lê Phan Hoàng Chiêu

2.3.2.1.Thân làm việc điều kiện áp suất trong: Theo TL [6]
• Thông số làm việc:
- P=Ptt = Pdư=Ptb-Pkq
- ttt = tmt + 20
- [σ] = η[σ]*
Trong đó η= 0.95
•
Tính bền:
[σ ] * ϕ
- Xét biểu thức nếu:
h > 25

P
-=> Bề dày tối thiểu của thân buồng đốt được tính theo công thức:
Dt .P
S=
(mm)
2.[σ ].ϕ h
Trong đó:
ϕh=0.95
=> Bề dày thực của thân buồng đốt: Theo T27-[6]
S’ = S + C
(mm)
Với
C = Ca + Cb +Cc +C0
• Kiểm tra điều kiện:

(1.9-[6])
(tra T26-[6])

(54)

(55)
(Bảng 1.7- [6])
(1.10-[6])

(56)
(57)

(5.10-[6])

(58)

- Điều kiện 2: áp suất tính toán cho phép bên trong thiết bị:
[ P] = 2.[σ ].ϕ h .( S − C a ) >P (N/mm2)
(5.11-[6])
Dt + ( S − C a )
Nếu cả hai điều kiện trên không thoả thì ta tăng bề dày lên rồi kiểm tra lại.

(59)

2.3.2.2.Thân làm việc điều kiện áp suất ngoài
• Thông số làm việc:
- P=Ptt = Pa + PCK=Pa+( Pa –Pmt )
-ttt= tmt+20
- [σc] = nc.[σ]*
Với nc = 1.65
• Tính ổn định:

(60)
(61)
(62)

- Điều kiện 1:

(S − Ca )
< 0.1
Dt

(Bảng 1.7- [6])

0.4

Ta có:
Vơi
•

 P l' 
S ' = 1.18 * Dt *  t * 
 E Dt 
l’= H (thân dùng mối ghép bích)

(5.1-[6])

Kiểm tra điều kiện ổn định của thân khi chịu tác dung của áp suất ngoài
- Điều kiện 1:
2.( S − C a )
Dt
l'
1.5
≤
≤
(5.15-[6])
Dt
Dt
2.( S − C a )
- Điều kiện 2:

SVTH :

(63)

(64)

Trang 24


GVGD : TS Lê Phan Hoàng Chiêu
3

l'
E  2.( S − C a ) 
≥ 0.3. . 

Dt
σc 
Dt

- Điều kiện 3: áp suất tính toán cho phép bên trong thiết bị:

(5.16-[6])

(65)

2



[ Pn ] = 0.649.E. Dt . S − C a  S − C a
(5.19-[6])
(66)
l '  Dt 

Dt
• Kiểm tra điều kiện ổn định của thân khi chịu tác dung của lực nén chiều trục:
 Xác định lực nén chiều trục:
π ( Dt + 2 S ) 2
([6])
(67)
Pct =
.Pn
4
D
 kc : phụ thuộc vào
∈ [25,250]
2( S − C a )
σc
 K c = 875. .k c
(5.34-[6])
(68)
Et
Với kc tra bảng T140 -[6]
Pct
 Kiểm tra độ ổn định của thân: S − C a ≥
(5.32-[6])
(69)
πK c E t
• Kiểm tra điều kiện ổn định của thân khi chịu tác dung đồng thời của lực nén chiều trục và
áp suất ngoài: Bỏ qua ứng suất uốn
 Xác định ứng suất nén chiều trục :
Pct
σn =
(T149-[6])

(70)
π ( Dt + S )( S − C a )
 Xác định ứng suất nén chiều trục cho phép :
S − Ca
[σ n ] = K c E t
(5.40-[6])
(71)
Dt
 kiểm tra độ ổn định của thân khi chịu tác dụng đồng thời:
σn
P
+ n ≤ 1 hoặc >1 tuy nhiên không quá 5%.
(5.45-[6]) (72)
[σ n ] [ Pn ]
Nếu các điều kiện trên không thoả thì ta tăng bề dày lên rồi kiểm tra lại

SVTH :

Trang 25