Đồ án cô đặc mía đường 1 nồi

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.
Một vài số liệu về sản lượng đường trên thế giới (đơn vò tính: 1000 tấn):
Năm 1945-1

946
1952-1
953
1965-1
966
1977-1
978
1978-1
979
1979-1
980
1980-
1981
1981-1
982
Sản lượng 19934 35486 63097 92280 91858 88920 91000 97900
SVTH:Trần Thanh Tuấn
Trang -1-
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).
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:
SVTH:Trần Thanh Tuấn
Trang -2-
− 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.
− 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 -3-
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:
− 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.
SVTH:Trần Thanh Tuấn
Trang -4-
−Cô đặc áp suất chân không: Dung dòch có nhiệt độ sôi dưới 100
o
C,
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:
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 -5-
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 -6-
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
0
C 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 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.
SVTH:Trần Thanh Tuấn
Trang -7-
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.
− 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 -8-

CÂN BẰNG VẬT CHẤT VÀ NĂNG LƯNG
I. Dữ kiện ban đầu:
− Dung dòch đường mía
− Nồng độ đầu x
đ
= 8 %, nhiệt độ đầu của nguyên liệu là t
đ
= 30
o
C.
− Nồng độ cuối x
c
= 75%.
− Năng suất G
c
= 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 (G
đ
):
Theo công thức 5.16, QT và TBTN T5, tr184:
G
đ
*x
đ

= G
c
*x
c

G
đ
= G
c
*






đ
c
x
x
= 1000*






8
75
= 9375 kg/mẻ

2. Tổng lượng hơi thứ bốc lên (W):
Theo công thức 5.17, QT và TBTN T5, tr184:
W = G
đ
– G
c
= 9375 - 1000 = 8375 kg/mẻ
Trong đó: G
c
– 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.
− 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 -9-
Các quá trình biến đổi vật chất trong quá trình cô đặc được tóm tắt như sau:
Thể tích nguyên liệu, m
3
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
Nồng độ 8% 27% 54% 75%
Khối lượng riêng, kg/m
3
1031,8 1114,8 1254,04 1381,4
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 132,9
o
C.
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
o
K.
a. Giai đoạn 1:
Nhiệt độ hơi thứ trong buồng bốc t
sdm
(P
o
):
T
sdm
(P
o
) - T
c
=∆ ’’’ = 1K ⇒ T
sdm
(P

o
) = T
c
+1 = 75,4 +1 = 76,4
o
C
p suất hơi thứ trong buồng bốc: Tra bảng 57, VD và BT T10, trang 443: ở
nhiệt độ hơi thứ là 76,4
o
C là 0,42 at.
b. Giai đoạn 2 và 3:
Nhiệt độ hơi thứ trong buồng bốc t
sdm
(P
o
):
T
sdm
(P
o
) - T
c
=∆ ’’’ = 1K ⇒ T
sdm
(P
o
) = T
c
+1 = 59,7 +1 = 60,7
o

C
p suất hơi thứ trong buồng bốc: Tra bảng 57, VD và BT T10, trang 443: ở
nhiệt độ hơi thứ là 60,7
o
C 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.
f - hệ số hiệu chỉnh do khác áp suất khí quyển, được tính:
r
T
f
2
*14,16
=
SVTH:Trần Thanh Tuấn
Trang -10-
b. Tổn thất nhiệt độ do áp suất thủy tónh ( ∆ ”):
Theo VD và BT T10, tr184:
∆ ” = T
sdd
(P
o

+∆ p) - T
sdd
(P
o
)
Trong đó:
T
sdd
(P
o
) - nhiệt độ sôi dung dòch ở mặt thoáng.
T
sdd
(P
o
+∆ p) - nhiệt độ sôi ứng với áp suất ở độ sâu trung bình của cột
chất lỏng, đặt là t
stb
.
− Tính T
sdd
(P
o
):
Theo VD và BT T10, trang 184:
∆ ’= T
sdd
(P
o
) - T

sdm
(P
o
)
⇒ T
sdd
(P
o
) = T
sdm
(P
o
) +∆ ’
− Tính T
sdd
(P
o
+ ∆ P ):
Theo công thức 4.19, VD và BT T10, tr185:
P
o
+ ∆ p = P
tb
=P
o
+ 0,5*ρ
hh
*g*H
op

Trong đó:
ρ
hh
= 0,5*ρ
dd
, ρ
dd
- khối lượng riêng của dung dòch ở nồng độ
đang xét, không kể lẫn bọt hơi, kg/m
3
.
g= 9,81 m/s
2
.
P
o
= 0,42 at.
H
op
-chiều cao lớp lỏng sôi(theo kính quan sát chỉ mức ), m
Với H
op
= [0,26 + 0,0014*( ρ
dd
–ρ
dm
)]*H
o,
m.
H

o
- chiều cao ống truyền nhiệt, chọn H
o
= 2 m.
ρ
dd
- khối lượng riêng dung dòch theo nồng độ, kg/m
3
.
ρ
dm
- khối lượng riêng dung môi ở nhiệt độ sôi 76,4
o
C.
Ta có ρ
dm
= 975 kg/m
3
.
Tính lần lượt ở các nồng độ khác nhau của dung dòch đường, ta được các
giá trò P
o
+ ∆ P. Sau đó, tra bảng 57, VD và BT T10, tr443: ta được nhiệt độ sôi
trung bình của dung dòch (t
stb
).
SVTH:Trần Thanh Tuấn
Trang -11-
Quan hệ nhiệt độ sôi và áp suất theo nồng độ dung dòch:
Nồng độ

∆
o
' ∆' ∆'' Σ∆
H
op
P
o
+∆P T
sdd
(P
o
) T
sdd
(P
o
+∆P)
8% 0.05 0.04 4.35 5.39 0.68 0.434 76.44 80.79
15% 0.25 0.19 4.62 5.81 0.76 0.437 76.59 81.21
20% 0.38 0.29 4.85 6.13 0.82 0.439 76.69 81.53
25% 0.50 0.38 5.10 6.48 0.88 0.441 76.78 81.88
30% 1.00 0.76 2.97 4.73 0.95 0.237 61.46 64.43
35% 1.50 1.14 2.91 5.06 1.02 0.239 61.84 64.76
40% 1.75 1.34 3.07 5.40 1.09 0.242 62.04 65.10
45% 2.00 1.53 3.25 5.78 1.16 0.245 62.23 65.48
50% 2.50 1.91 3.27 6.18 1.24 0.248 62.61 65.88
55% 3.00 2.29 3.32 6.61 1.32 0.251 62.99 66.31
60% 4.00 3.05 3.01 7.07 1.40 0.255 63.75 66.77
65% 5.00 3.82 2.74 7.56 1.48 0.259 64.52 67.26
70% 6.00 4.58 2.50 8.08 1.57 0.263 65.28 67.78
75% 7.00 5.34 2.29 8.63 1.66 0.267 66.04 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:
Q
D
= Q
đ
+ Q
bh
+ Q
kn
+ Q
tt
= 19,41.10
9
+1,75.10
9
+ 4%.Q
D
⇒ Q
D
= 20,97.10
9
J
Trong đó:
Q
đ
- nhiệt lượng để đun nóng đến nhiệt sôi, J

Q
bh
- nhiệt lượng làm bốc hơi nước, J.
Q
tt
- 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:
Q
đ
= G
đ
*C
tb
*(t
soi
- t
đ
) = 9375*4020,99*(76,44 - 30) = 1,751.10
9
J
Với: G
đ
= 9375 kg/mẻ.
C
tb
- nhiệt dung riêng của dung dòch.
Theo Sổ tay tập 1, tr153:
C = 4190 - ( 2514 - 7,542*t )*x, J/kg
o

K
Ở t = 30
o
C, x = 8% thì
C
1
= 4190 - ( 2514 - 7,542* 30 )*0,08 =4006,98 J/kg
o
K
Ở t = 76,44
o
C, x = 8% thì
C
2
= 4190 - ( 2514 - 7,542*76,44 )*0,08 = 4035,0 J/kg
o
K
Nên C
tb
= (4006,98+ 4035,0 ) / 2 = 4020,99 J/kg
o
K
SVTH:Trần Thanh Tuấn
Trang -12-
c. Nhiệt lượng làm bốc hơi dung dòch (Q
bh
):
Theo Sổ tay tập 2, trang 57:
Q
bh

= W*r = 8375*2318,8.10
3
= 19,41.10
9
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: Q
kn
=Q
htđ
- Q
htc
Trong đó:
Q
htđ
, Q
htc
lần lượt là nhiệt hoà tan tích phân của dung dòch 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 (Q
tt
): theo QT và TBTN T5, tr186: chọn Q
tt
= 4%*Q
D

4. Lượng hơi đốt dùng cho cô đặc (D):
Theo công thức 4.5a, VD và BT T10, tr182:
Q
D
= D*(1-ϕ)* ( i''
D
– C* θ )
Do không quá lạnh hơi ngưng tụ: i''
D
– C*θ = r.
Nên
( )
,
3
9
/68,9707
10.2171*)05,01(
10.97,20
*1
mekg
r
Q
D

D
=
−
=
−
=
ϕ

Trong đó:
Q
D
- tổng nhiệt tiêu thụ cho cô đặc, Q
D
= 20,97.10
9
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:
159,1
8375
68,9707
===
W
D
m

( kg hơi đốt / kg hơi thứ ).
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 -13-
TÍNH TOÁN TRUYỀN NHIỆT VÀ THỜI GIAN CÔ ĐẶC
I. Tính toán truyền nhiệt cho thiết bò cô đặc:
1. Nhiệt tải riêng phía hơi ngưng (q
1
):
Theo công thức (V.101), sổ tay tập 2, trang 28:
)1(*
*
**04,2
111
25,0
1
1
tq
tH
r
A
∆=⇒







∆
=
αα

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 = 2170.10
3
J/kg
H - chiều cao ống truyền nhiệt, H = 2 m.
A - phụ thuộc nhiệt độ màng nước ngưng t
m
= (t
D
+ tv
1
)/2
A tra ở sổ tay tập 2, trang 28.
với t
D
, tv
1
: nhiệt độ hơi đốt và vách phía hơi ngưng.
α
1
- hệ số cấp nhiệt phía hơi ngưng, W/m
2
K.
7. 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:
)2(/****
2
435,0
2
565,0
2
KmW
C
C
dd
n
n
dd
n
dd
n
dd
n










































=
µ
µ
ρ
ρ
λ
λ
αα
Trong đó:
α
n
-hệ số cấp nhiệt của nước khi cô đặc theo nồng độ dung dòch
α
n
= 3. p
0,15
. q
2
0,7
C
dd
- nhiệt dung riêng của dung dòch khi cô đặc theo nồng độ ddòch
C
n
- nhiệt dung riêng của nước khi cô đặc theo nồng độ dung dòch
µ
dd

- độ nhớt dung dòch khi cô đặc theo nồng độ dung dòch
µ
n
- 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
ρ
n
- khối lượng riêng nước khi cô đặc theo nồng độ dung dòch
λ
dd
- độ dẫn điện dung dòch khi cô đặc theo nồng độ dung dòch
λ
n
- độ dẫn điện nước khi cô đặc theo nồng độ dung dòch
SVTH:Trần Thanh Tuấn
Trang -14-
Lập thành bảng số liệu theo nồng độ của dung dòch:
Nồng độ ρ
n
ρ
dd
µ
dd
µ
n
C
dd
C

n
λ
dd
λ
n
8% 975.2 1031.7 0.343 0.438 4028.1 4190 0.426 0.664
15% 975.2 1061.0 0.687 0.438 3886.4 4190 0.371 0.664
20% 975.2 1082.9 0.745 0.438 3785.2 4190 0.346 0.664
25% 975.2 1105.5 1.450 0.438 3684.1 4190 0.326 0.664
30% 975.2 1129.0 2.156 0.438 3582.9 4190 0.310 0.664
35% 975.2 1153.3 2.861 0.438 3481.7 4190 0.296 0.664
40% 975.2 1178.5 3.567 0.438 3380.5 4190 0.285 0.664
45% 975.2 1204.7 4.785 0.438 3279.3 4190 0.275 0.664
50% 975.2 1231.7 6.003 0.438 3178.1 4190 0.266 0.664
55% 975.2 1259.8 7.222 0.438 3076.9 4190 0.258 0.664
60% 975.2 1288.7 8.440 0.438 2975.7 4190 0.250 0.664
65% 975.2 1318.7 9.658 0.438 2874.5 4190 0.243 0.664
70% 975.2 1349.6 10.877 0.438 2773.4 4190 0.237 0.664
75% 975.2 1381.4 12.095 0.438 2672.2 4190 0.230 0.664
Ghi chú:
• Các thông số của dung dòch:
∗ C
dd
= 4190 – ( 2514 –7,52*t )*x, J/kg.K
∗ µ
dd
: tra bảng phục lục.
∗ ρ
dd
: tra bảng I.86 sổ tay tập 1 trang 58

∗ λ
dd
: theo công thức ( I.32 ) sổ tay tập 1 trang 123:
mKW
M
dd
dd
dddd
/,**10.58,3
3
8
ρ
ρλ
−
=

• Các thông số của nước tra bảng 39 trang 427 và bảng 57 trang
447 sổ tay tập 2.
8. Nhiệt tải riêng phía tường (q
v
):
Theo BT và VD tập 10:
qv =
v
vv
r
tt
∑
−
21

⇒ ∆t
v
= t
v1
-t
v2
= Σr
v
*q
v
= 0,836.10
-3
* q
v
(3)
Trong đó:
Σr
v
- tổng trở vách.
Σr
v
= r
1
+ δ/λ + r
2

= ( 0,464 + 3,5/17,5 + 0,172 )*10
-3
= 0,836.10
-3

W/m
2
K
SVTH:Trần Thanh Tuấn
Trang -15-
với
r
1
- nhiệt trở màng nước, r
1
= 0,464.10
-3
m
2 o
K / W.
r
2
- nhiệt trở lớp cặn, r
2
= 0,172.10
-3
m
2 o
K / W.
δ - bề dày ống, δ =( d
o
- d
t
) / 2 = ( 57 – 50 )/ 2 = 3,5 mm
λ - hệ số dẫn nhiệt của ống, λ = 17,5 m

2 o
K / W (với ống là
thép không gỉ )
∆t
v
: chênh lệch nhiệt độ của tường, ∆t
v
= t
v1
- t
v2,
o
K
9. Hệ số truyền nhiệt K cho quá trình cô đặc:
Trong đó giá trò K được tính thông qua hệ số cấp nhiệt:
21
11
1
αα
+∑+
=
v
r
K
Với: α
1
= q
1
/ ∆t
v1

α
2
= q
2
/ ∆t
v2
Σr
v
= 0,836.10
-3
W/m
2 o
K.
10.Tiến trình tính các nhiệt tải riêng:
Khi quá trình cô đặc diễn ra ổn đònh:
q
1
= q
2
= q
v
(4)
∆t
v1
= t
D
- t
v1
(5)
∆t

v
=t
v1
- t
v2
(6)
∆t
2
= t
v2
- t
soitb
(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 ∆t
1
theo (5)
với t
D
= 132,9
o
C.
− Bước 3: Tính được q
1
theo (1).
− Bước 4:Tính hệ số cấp nhiệt phía dung dòch, ta tìm α
2

theo (2)
− Bước 5: Tính ∆t
v
theo (3). Tính được t
v2
= ∆t
v
+ t
v1
− Bước 6: Tính ∆ t
2
theo (7) với t
soitb
tra ở bảng 2 theo nồng độ.
− Bước 7: Tính được q
2
theo công thức: q
2
= α
2
* ∆ t
2

− Bước 8: So sánh sai số giữa q
1
và q
tb
, với q
tb
= (q

1
+ q
2
) / 2. Đặt giá trò
đó là ss:
• Nếu ss lớn thì quay về bước 2 và có sự hiệu chỉnh nhiệt độ ∆t
1
:
∆t
1(mới]
= (1 - ss)* ∆t
1
, từ đó tính lại được t
v1
= t
D
- ∆t
1
.
• 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
,
q
2
và q
v
sẽ cùng tiến về hằng số đó chính là giá trò cần tìm.
SVTH:Trần Thanh Tuấn
Trang -16-

11.Kết quả tính toán:
Nồng
độ
Lần
tính
T
sdd
A
Phía dung dòch Vách
Phía hơi
ngưng
q
1
t
D
∆t
1
t
v1
∆t
v
t
v2
∆t
2
q
2
q
tb
α

1
α
2
K ss%
8%
1
80.79 191.1 41445 132.9 4.90 128.00 34.65 93.35 12.56 36018 38732 7.01
2
80.79 191.2 39258 132.9 4.56 128.34 32.82 95.52 14.73 40672 39965 1.77
3
80.79 191.2 39776 132.9 4.64 128.26 33.25 95.01 14.22 39617 39696 8577 2786 762 0.20
15%
1
81.21 191.1 41445 132.9 4.90 128.00 34.65 93.35 12.14 24987 33216 24.77
2
81.21 191.3 33509 132.9 3.69 129.21 28.01 101.20 19.99 35450 34480 2.82
3
81.21 191.3 34211 132.9 3.79 129.11 28.60 100.51 19.30 34726 34468 9027 1799 666 0.75
20%
1
81.53 191.1 41445 132.9 4.90 128.00 34.65 93.35 11.82 22722 32084 29.18
2
81.53 191.3 32032 132.9 3.47 129.43 26.78 102.65 21.12 33901 32967 2.83
3
81.53 191.3 32708 132.9 3.57 129.33 27.34 101.99 20.45 33320 33014 9165 1629 641 0.93
25%
1
81.88 191.4 28729 132.9 3.00 129.90 24.02 105.88 24.00 26060 27394 4.87
2
81.88 191.4 27676 132.9 2.85 130.05 23.14 106.91 25.03 26473 27075 2.22

3
81.88 191.5 27215 132.9 2.79 130.11 22.75 107.36 25.48 26633 26924 9753 1045 528 1.08
30%
1
64.43 191.3 33942 132.9 3.75 129.15 28.38 100.77 36.34 28452 31197 8.80
2
64.43 191.4 31685 132.9 3.42 129.48 26.49 102.99 38.56 28768 30226 4.83
3
64.43 191.4 30535 132.9 3.25 129.65 25.53 104.12 39.69 28852 29693 9381 727 431 2.83
35%
1
64.76 191.4 28729 132.9 3.00 129.90 24.02 105.88 41.13 24963 26846 7.01
2
64.76 191.5 27208 132.9 2.79 130.11 22.75 107.36 42.61 24897 26053 4.44
3
64.76 191.5 26300 132.9 2.67 130.23 21.99 108.25 43.49 24816 25558 9866 571 372 2.90
40%
1
65.10 191.5 24313 132.9 2.40 130.50 20.33 110.17 45.07 21857 23085 5.32
2
65.10 191.5 23339 132.9 2.27 130.63 19.51 111.12 46.01 21684 22511 3.68
3
65.10 191.5 22694 132.9 2.19 130.71 18.97 111.74 46.63 21550 22122 10368 462 323 2.58
45%
1
65.48 191.6 19604 132.9 1.80 131.10 16.39 114.71 49.23 17898 18751 4.55
2
65.48 191.6 18932 132.9 1.72 131.18 15.83 115.35 49.87 17695 18314 3.38
3
65.48 191.6 18451 132.9 1.66 131.24 15.43 115.81 50.33 17539 17995 11115 348 263 2.53

50%
1
65.88 191.7 16241 132.9 1.40 131.50 13.58 117.92 52.04 14907 15574 4.28
2
65.88 191.7 15717 132.9 1.34 131.56 13.14 118.42 52.54 14709 15213 3.32
3
65.88 191.7 15325 132.9 1.30 131.60 12.81 118.79 52.91 14553 14939 11829 275 219 2.58
55%
1
66.31 191.7 13557 132.9 1.10 131.80 11.33 120.47 54.16 12530 13044 3.94
2
66.31 191.7 13155 132.9 1.06 131.84 11.00 120.85 54.54 12355 12755 3.14
3
66.31 191.7 12845 132.9 1.02 131.88 10.74 121.14 54.83 12215 12530 12549 223 185 2.51
60%
1
66.77 191.7 11665 132.9 0.90 132.00 9.75 122.25 55.48 10734 11199 4.16
2
66.77 191.7 11299 132.9 0.86 132.04 9.45 122.59 55.82 10562 10931 3.37
3
66.77 191.7 11013 132.9 0.83 132.07 9.21 122.86 56.09 10424 10718 13212 186 159 2.75
65%
1
67.26 191.8 9868 132.9 0.72 132.18 8.25 123.93 56.67 9150 9509 3.78
2
67.26 191.8 9588 132.9 0.69 132.21 8.02 124.19 56.94 9008 9298 3.12
3
67.26 191.8 9363 132.9 0.67 132.23 7.83 124.40 57.15 8892 9127 13949 156 136 2.58
70%
1

67.78 191.8 8608 132.9 0.60 132.30 7.20 125.10 57.33 7948 8278 3.99
2
67.78 191.8 8350 132.9 0.58 132.32 6.98 125.34 57.57 7813 8081 3.32
3
67.78 191.8 8141 132.9 0.56 132.34 6.81 125.54 57.76 7701 7921 14617 133 119 2.77
75%
1
68.33 191.8 7508 132.9 0.50 132.40 6.28 126.12 57.79 6919 7214 4.08
2
68.33 191.8 7277 132.9 0.48 132.42 6.08 126.34 58.00 6794 7036 3.43
3
68.33 191.8 7089 132.9 0.46 132.44 5.93 126.51 58.18 6691 6890 15308 115 104 2.89
SVTH:Trần Thanh Tuấn
Trang -17-
II. Tính cách nhiệt cho thiết bò:
1. Chiều dày lớp cách nhiệt buồng đốt:
Theo công thức sau (V.137), trang 41, sổ tay tập 2:
mm
q
td
t
64
422
129.1372,0.1216
.8,2
.
.8,2
5,1
3,135,12,1
5,1

1
3,135,12,1
1
2
==
=
λ
δ

trong đó:
d
2
– đường kính ngoài buồng đốt, d
2
= 1216 mm
λ - hệ số cách nhiệt của vật liệu cách nhiệt, chọn vật liệu cách nhiệt
là amiang : λ = 0,1372 W/ m
0
K
t
t2
– nhiệt độ mặt ngoài của buồng đốt, t
t2
= 129
0
C
q
1
– nhiệt độ tổn thất trên 1 m
2

bề mặt
theo bảng V.7 : q
1
= 422 W/ m
2

2. Chiều dày lớp cách nhiệt buồng bốc:
Theo công thức sau (V.137), trang 41, sổ tay tập 2:
mm
q
td
t
58
450
5,82.1372,0.2028
.8,2
.
.8,2
5,1
3,135,12,1
5,1
1
3,135,12,1
1
2
==
=
λ
δ

trong đó:
d
2
– đường kính ngoài buồng bốc, d
2
= 2028 mm
λ - hệ số cách nhiệt của vật liệu cách nhiệt, chọn vật liệu cách nhiệt
là amiang : λ = 0,1372 W/ m
0
K
t
t2
– nhiệt độ mặt ngoài của buồng đốt, t
t2
= 82,5
0
C
q
1
– nhiệt độ tổn thất trên 1 m
2
bề mặt
theo bảng V.7 : q
1
= 450 W/ m
2

3. 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 -18-
III.Thời gian cô đặc:
1. Thời gian cô đặc dung dòch đường:
Theo QT và TBTN tập 5:
s
tTFK
dQ
Q
Q
d
,
)(**
∫
−
=
τ


Trong đó:
Q
đ
– 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 dòch, t = t
stb
T- nhiệt độ hơi đốt, T = 132,9
o

C
F - diện tích bề mặt truyền nhiệt, F = 39,74 m
2
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,
o
K F, m
2
K,W/m
2 o
K 1/(KF(T-t)).10
6
, 1/W Thời gian, s
8%
0 2.88 52.11 50.89 762 0.4946 0
15%
4375 10.04 51.69 50.89 666 0.5712 3817
20%
5625 12.91 51.37 50.89 641 0.5964 1671
25%
6375 14.62 51.02 50.89 528 0.7299 1136
30%
6875 16.09 68.47 50.89 431 0.6653 1028
35%
7232 16.92 68.14 50.89 372 0.7757 597
40%
7500 17.54 67.80 50.89 323 0.8975 517

45%
7708 18.02 67.42 50.89 263 1.1063 478
50%
7875 18.39 67.02 50.89 219 1.3359 463
55%
8011 18.70 66.59 47.50 185 1.7085 467
60%
8125 18.95 66.13 42.48 159 2.2400 499
65%
8221 19.16 65.64 38.36 136 2.9126 542
70%
8304 19.34 65.12 34.76 119 3.7128 587
75%
8375 19.49 64.57 31.71 104 4.6870 632
SVTH:Trần Thanh Tuấn
Trang -19-
Trong đó:
• Tính W:
kg
x
x
GGW
i
d
ddi
,*
−=

W
i

- lượng hơi thứ bốc hơi tại nồng độ i.
x
i
- nồng độ dung dòch.
• Tính Q:
∗ Tại x=8% là Q
đ
do nguyên liệu mang vào:
Q
đ
= G
đ
*C
tb
*t
soi
= 9375*4014,74*76,44 = 2,88.10
9
J
Trong đó: Q
đ
- nhiệt lượng dùng để cô đặc dung dòch
∗ Tại các nồng độ khác Q
cđ
= W*(i''
W
- C
n
* t)*1000
i''

W
- enthanpi hơi thứ ở áp suất hơi thứ P
tb
= P
o
+ ∆ P, at.
Tra bảng 57, VD và BT tập 10, tr447
C
n
- nhiệt dung riêng của nước, C
n
= 4190 J/kgK
t
stb
- nhiệt độ sôi dung dòch trung bình
• Tính thời gian cô đặc: khi dung dòch chuyển từ nồng độ này (x
i
)
sang nồng độ khác (x
i+1
) mất một thời gian được tính theo công
thức:
)(*)
2
(
1
1
ii
ii
i

QQ
kqkq
−
+
=
+
+
τ
với:
i
i
tTFK
kq
ii
)(
1
**
−
=
SVTH:Trần Thanh Tuấn
Trang -20-
9. Tổng kết thời gian:
− Thời gian dùng để tiếp tục đun nóng nguyên liệu đến nhiệt độ sôi T=
76,44
0
C , theo công thức 3.3 , Quá trình và thiết bò truyền nhiệt,
trang90 :
giay
tt
tT

FK
CG
dc
dDtbd
442
6344,76
639,132
ln
89,50.762
96,4030.52,2579
ln.
.
.
=
−
−
=
−
−
=
τ
Trong đó :
G
đ
- khối lượng dung dòch đường , G
đ
= 2579,52 kg
C
tb
- nhiệt dung riêng của dung dòch.

Theo sổ tay tập 1, tr153:
C = 4190 - ( 2514 - 7,542*t )*x, J/kg
o
K
Ở t = 30
o
C, x = 8% thì
C
1
= 4190 - ( 2514 - 7,542* 63 )*0,08 =4026,89 J/kg
o
K
Ở t = 76,44
o
C, x = 8% thì
C
2
= 4190 - ( 2514 - 7,542*76,44 )*0,08 = 4035,0 J/kg
o
K
Nên: C
tb
= (4026,89+ 4035,0 ) / 2 = 4030,96 J/kg
o
K
t
c
- nhiệt độ cuối quá trình đun nóng , t
c
= t

soitb
= 76,44
o
C .
t
đ
- nhiệt độ nhập liệu sau khi qua thiết bò gia nhiệt
t
đ
=63
o
C
K - hệ số truyền nhiệt, K = 762 W/m
2
K
F - diện tích bề mặt truyền nhiệt , F = 50,89 m
2
.
− Thời gian để cô đặc 9,086 m
3
dung dòch đường xuống còn 2,5 m
3
là:
τ
1
= 6570 giây = 2,066 giờ.
− Thời gian để cô đặc 2,5 m
3
dung dòch đường đến nồng độ 75% là:
τ

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:
τ = 442+6570+ 5864 + 600 + 600 = 14076 giây = 3,91 giờ.
SVTH:Trần Thanh Tuấn
Trang -21-
TÍNH THIẾT BỊ CÔ ĐẶC
I. Tính buồng đốt:
1. Thể tích dung dòch đầu trong thiết bò:
G
đầu
= V
đầu
* ρ
đ
⇒ V
đầu
= G
đầu
/ρ
đ
= 9375/ 1031,81 = 9,086 m
3
Trong đó:
G
đầu
- khối lượng dung dòch nhập liệu, G
đầu

= 9375 kg.
ρ
đ
- khối lượng riêng dung dòch nhập liệu, ρ
đ
= 1031,81 kg/m
3
2. Thể tích dung dòch cuối:
G
cuối
= V
cuối
* ρ
c
⇒ V
cuối
= G
cuối
/ ρ
c
= 1000 / 1381,41 = 0,724 m
3
Trong đó:
G
cuối
- khối lượng dung dòch cuối, G
cuối
= 1000 kg.
ρ
c

- khối lượng riêng dung dòch cuối, ρ
c
= 1381,41 kg/m
3
3. Tính chọn đường kính buồng đốt - số ống:
Gọi:
V
t:
thể tích dung dòch ở phần trên buồng đốt.
V
ô
: thể tích dung dòch ở trong ống truyền nhiệt và ống tuần hoàn.
V
đ
: thể tích dung dòch ở đáy thiết bò.
Chọn thể tích dung dòch trong nồi cô đặc là 2,5 m
3
, như vậy:
V
đầu
= V
t
+ V
ô
+ V
đ
= 2,5 m
3

Theo Quá trình và thiết bò truyền nhiệt, trang182: chiều cao dung dòch

trong ống truyền nhiệt phải đảm bảo sao cho độ đầy của chất lỏng sau cô đặc
là lớn hơn 0,3*H
d
Chọn:
V
đ
= 0,36 m
3
; V
ô
= 0,64 m
3
; V
t
= 1,5 m
3
Chọn ống có kích thước d57/ 50 mm
Chọn đường kính buồng đốt 1200 mm
Chọn bước ống s =β*d
0
= 74,1mm (β≈1,377)
H
d
= 2 m
Số ống truyền nhiệt cần thiết là:
n = V
ô
/ ( (π * d
t
2

/4)* H )
n = 0,64 / ((π*0,05
2
/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:
D
d
= s*( b – 1 ) + 4*d
o
Trong đó:
SVTH:Trần Thanh Tuấn
Trang -22-
d
o
– đường kính ngoài ống truyền nhiệt, m
⇒ b = ( D
d
– 4*d
o
)/s + 1 = (1200 - 4*57) / 74,1 + 1 = 14,11
Chọn b = 13
Tổng số ống trong thiết bò là: n = 3*(b
2
-1)/4 + 1 = 3*(13
2
-1)/4 + 1 = 169
ống
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: d
th
= 273 mm.
Số ống trên đường chéo ống tuần hoàn:
d
th
= s*( m’-1 )
Trong đó:
d
th
– đường kính ống tuần hoàn, mm
⇒ m' = (d
th
-4*d
o
)/s +1 = (273-4*57)/ 74,1 +1 = 1,6 ống
Chọn m’ = 5
Tổng số ống tuần hoàn bò chiếm chổ:
n’ = 3*(m’
2
-1)/4 + 1 = 3*(5
2
-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 dòch chứa trong buồâng đốt là:

V
ô
= V
ống truyền nhiệt
+ V
ống tuần hoàn
= H
d
*162*π*d
t
2
/4 + H
d
*π*d
th
2
/4
= 2*162*π*0,05
2
/4 + 2*π*0,273
2
/4
= 0,753 m
3
Ta thấy chiều cao của mức dung dòch trong ống truyền nhiệt cuối
cùng:
H’ = ( 0,724-0,36)/ ( 162*π*0,05
2
/4 +π*0,273
2

/4)
= 0,9665 m > 0,3*H
d
=0,6 m
Bề mặt truyền nhiệt:
F = 162*π*d
t
*H
d

= 162*π*0,05*2
= 50,89 m
2
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:
SVTH:Trần Thanh Tuấn
Trang -23-
).(
4.3
.h
4
..
22
non
2
dDdD
Dh
V

dd
dgo
d
+++=
π
π

0,36 = h
gơ
. 1,131 + h
non
. 0,39
H = 778 mm
Trong đó:
V
đ
= 0,36 m
3
: thể tích đáy.
D
d
- đường kính buồng đốt, D
d
= 1200 mm.
d - đường kính lổ tháo sản phẩm, d = 40 mm.
h
gờ
– chiều cao gờ, mm . Chọn h
gơ
= 50 mm

h
non
- chiều cao phần nón, mm .
Như vậy:
− Số ống truyền nhiệt là 162 ống có kích thước d57/50.
− Một ống tuần hoàn giữa có đường kính d
th
= 273mm.
− Đường kính buồng đốt D
d
=1200 mm.
− Chiều cao buồng đốt H
d
= 2 m.
− Chiều cao mức dung dòch chứa trong ống cuối cô đặc là 0,9665 m.
− Diện tích bề mằt truyền nhiệt là F = 50,89 m
2
.
− Thể tích dung dòch ở đáy: 0,36 m
3
.
− Thể tích dung dòch trong buồng đốt: 0,753 m
3
.
− Thể tích dung dòch trong buồng bốc: 1,387 m
3
.
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:
sm
W
V
ii
i
hoi
/96,4
3517*2462,0
4375
*
3
===
τρ
Trong đó:
W
i
– lượng hơi thứ bốc hơi trong thời gian τ
i,
W
i
= 4375 kg
ρ
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: ρ
i
=0,2462 kg/m
3

b. Vận tốc hơi:
Vận tốc hơi thứ trong buồng bốc:
SVTH:Trần Thanh Tuấn
Trang -24-
2
22
32,6
4
*
96,4
4
*
b
bb
hoi
hoi
D
DD
V
W
===
ππ
trong đó:
D
b
– đường kính buồng bốc, m
c. Vận tốc lắng:
Theo công thức 5.14, Quá trình và thiết bò truyền nhiệt, trang 182:

6,02,1

56,3
2462,0**166,1*3
0003,0*)2462,0927(*81,9*4
''**3
*)'''(**4
bb
o
DD
dg
W
=
−
=
−
=
ρξ
ρρ
Trong đó:
ρ' - khối lượng riêng của giọt lỏng, tra bảng 57, VD và BT tập 10,
trang 427:ρ' = 927 kg/m
3
ρ'' - khối lượng riêng của hơi tra bảng 57, Ví dụ và bài tập - tập 10,
trang 447: ρ'' = 0,2462 kg/m
3
d - đường kính giọt lỏng, từ diều kiện ta chọn d =0,0003 m.
g = 9,81 m/s
2
.
ξ- hệ số trở lực, tính theo Re:
223

12,31
*10.012,0
2462,0*0003,0*32,6
"**
Re
bb
hoi
DD
dW
===
−
µ
ρ
Với µ - độ nhớt động lực học của hơi thứ ở áp suất 0,42 at,
tra theo Hình I.35 trang 117 sổ tay tập 1: µ =
0,012.10
-3
Nm/s
2
Nếu 0,2 < Re < 500 thì ξ = 18,5 / Re
0,6
⇒ ξ = 1,166*D
b
1,2
Theo QT và TBTN tập 5: w
hoi
< 70% - 80% w
o
.
Chọn:

W
hoi
< 70% W
o
⇒
6,02
56,3
*7,0
32,6
bb
DD
<
D
b
> 1,94 m.
Chọn D
b
= 2 m ( theo dãy chuẩn ).
Kiểm tra lại Re:
78,7
2
12,31
Re
2
==
(

thỏa 0,2 < Re < 500 )
Vậy đường kính buồng bốc D
b

= 2000 mm.
2. Chiều cao buồng bốc:
Theo sổ tay tập 2, trang 72:
U
tt
= f*U
tt
(1 at

), m
3
/m
3
.h
U
tt
= 1600*1,3 = 2080 m
3
/m
3
.h
SVTH:Trần Thanh Tuấn
Trang -25-