TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI VIỆN CÔNG NGHỆ SINH HỌC – CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM BỘ MÔN QUÁ TRÌNH – THIẾT BỊ CNSH CNTP ĐỒ ÁN MÔN HỌC QUÁ TRÌNH VÀ THIẾT BỊ ĐỀ TÀI THIẾT KẾ HỆ THỐNG CÔ ĐẶC BA NỒI XUÔI CHIỀ.
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI VIỆN CÔNG NGHỆ SINH HỌC – CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM BỘ MÔN QUÁ TRÌNH – THIẾT BỊ CNSH - CNTP ĐỒ ÁN MƠN HỌC QUÁ TRÌNH VÀ THIẾT BỊ ĐỀ TÀI: THIẾT KẾ HỆ THỐNG CÔ ĐẶC BA NỒI XUÔI CHIỀU CÔ ĐẶC DỊCH ĐƯỜNG MÍA Giáo viên hướng dẫn: Sinh viên thực hiện: Lớp: MSSV: Th.s Phan Minh Thụy Đô Phương Đưc Thực Phẩm – K61 20161063 Hà Nội, tháng 05 năm 2019 NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN Phần đánh giá: Ý thức thực hiện: Nội dung thực hiện: Hình thức trình bày: Tổng hợp kết quả: Điểm số: Điểm chữ: Hà Nội, ngày Chủ nhiệm môn tháng Giáo viên hướng dẫn năm 2019 Mục lục LỜI NÓI ĐẦU Trong cơng nghiệp thực phẩm hóa chất, để nâng cao nồng độ dung dịch theo yêu cầu sản xuất kỹ thuật người ta cần dùng biện pháp tách bớt dung môi khỏi dung dịch Phương pháp phổ biến dùng nhiệt để làm bay dung mơi cịn chất rắn hịa tan khơng bay hơi, nồng độ dung dịch tăng lên theo yêu cầu mong muốn Thiết bị dùng chủ yếu thiết bị đặc ống tuần hồn trung tâm, tuần hồn cưỡng bức, phịng đốt ngồi,… Trong thiết bị đặc có ống tuần hồn dùng phổ biến thiết bị có ngun lý đơn giản, dễ vận hành sửa chữa, hiệu suất sử dụng cao… Dây chuyền thiết bị dùng nồi, nồi, nồi… nối tiếp để tạo sản phẩm theo yêu cầu Trong thực tế người ta thường sử dụng hệ thống cô đặc nồi nồi để có hiệu suất sử dụng đốt cao nhất, giảm tổn thất trình sản xuất Để bước đầu làm quen với công việc kỹ sư thiết kế thiết bị hay hệ thống thực nhiệm vụ sản xuất, em nhận đồ án mơn học: “Q trình thiết bị” Trong đồ án môn học này, em cần “Thiết kế hệ thống cô đặc ba nồi xuôi chiều để đặc dịch đường mía suất 600kg/h, từ nồng độ 20 Bx lên 60 Bx” Cấu trúc đồ án gồm phần sau: • Chương 1: Tổng quan • Chương 2: Quy trình cơng nghệ • Chương 3: Tính tốn thiết kế thiết bị • Chương 4: Tính bền khí cho thiết bị • Chương 5: Tính tốn thiết bị phụ Vì Đồ án Q trình Thiết bị đề tài lớn mà em đảm nhận nên thiếu sót hạn chế q trình thực điều khơng thể tránh khỏi Do đó, em mong nhận thêm góp ý, dẫn từ thầy cô bạn bè để em củng cố mở rộng kiến thức chun mơn Để hồn thành đồ án em xin chân thành cảm ơn thầy Phan Minh Thụy thầy mơn Q trình thiết bị nhiệt tình giúp đỡ em trình thực Em xin chân thành cảm ơn CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1.1 Đặc điểm nguyên liệu Nước mía làm sạch, loại bỏ tạp chất, tẩy màu, tẩy mùi thường có pH khoảng 6,5 - 6,8 Thành phần nước mía đường saccharose, phần nhỏ đường đơn (glucose, fructose, ) số chất vô cơ, hữu khác (axit amin, HNO 3, NH3, protein, ) Đường saccharose có công thức phân tử C 12H22O11, không bền nhiệt, nhiệt độ cao pH axit dễ bị biến đổi thành đường đơn, hợp chất có màu 1.2 Q trình đặc 1.2.1 Khái niệm chung Q trình đặc q trình làm nước (dung mơi) dung dịch (dung dịch hỗn hợp dung mơi chất rắn hịa tan dung mơi) để thu dung dịch có nồng độ chất rắn cao 1.2.2 Các phương pháp cô đặc 1.2.2.1 Cô đặc lạnh đông Nguyên lý phương pháp là: làm lạnh đông chậm, phân tử nước kết tinh lớn dần lên tạo thành khối băng, tách khỏi dung dịch ban đầu Q trình đặc phụ thuộc nhiều vào nhiệt độ lạnh đông, số lượng tinh thể đá tạo thành Q trình đóng băng khơng làm kết tinh nước, mà cịn làm đơng tụ chất hữu protein, pectin, chất nhờn, nhờ mà dịch Ưu điểm: mát chất hòa tan tác dụng nhiệt độ; không gây vitamin chất thơm Nói cách khác, chất lượng sản phẩm thu cao Nhược điểm: tốn nhiều lượng; trang thiết bị tương đối phức tạp, giá thành phẩm thường cao Nhược điểm hạn chế khả ứng dụng phương pháp 1.2.2.2 Cô đặc phương pháp thẩm thấu ngược Khi ta ngăn hai dung dịch khác nồng độ bán thấm, tác dụng áp suất thẩm thấu, nước từ dung dịch có nồng độ chất hịa tan thấp đến nơi có nồng độ chất hịa tan cao để hai bên đạt nồng độ cân Trong phương pháp này, tác dụng học dung dịch có nồng độ cao áp suất thẩm thấu, làm nước theo chiều ngược lại từ nơi có nồng độ chất hịa tan cao đến nơi có nồng độ chất hòa tan thấp, nhờ mà nồng độ dung dịch tiếp tục tăng cao Ưu điểm: hạn chế tối đa chất thơm, giữ phần lớn thành phần dung dich Nhược điểm: làm số muối khống axit có phân tử nhỏ; cô đặc đến độ khô đủ cao để trùng bổ sung 1.2.2.3 Cô đặc bốc nước nhờ nhiệt độ Phương pháp phương pháp phổ biến Nhờ nhiệt độ, dung dịch đun sôi lúc này, nước dung dịch diễn trình chuyển pha từ lỏng sang tách khỏi dung dịch cịn chất hịa tan dung dịch khơng bay hơi, nồng độ chất tan tăng dần lên Ưu điểm: phương pháp dùng phổ biến, trang thiết bị tương đối đơn giản Nhược điểm: sử dụng nhiệt độ nên không tránh khỏi tổn thất số chất dinh dưỡng dễ bị phân hủy nhiệt Ngồi ra, q trình bốc hơi, nước theo chất thơm chất dễ bay khác dung dịch 1.2.3 Những biến đổi ngun liệu sản phẩm q trình đặc Nguyên liệu cô đặc dạng dung dịch gồm dung môi (nước) chất tan gồm nhiều cấu tử, phụ thuộc vào loại, thành phần chất lượng sản phẩm cần cô đặc Các chất không bay q trình đặc Trong chất hịa tan có chất chủ yếu (là dung dịch cần đặc, ví dụ: đường, cà chua, glutamic,…) chất khác pectin, xơ, vitamin, chất màu, chất thơm, tinh bột, protit,… Trong q trình đặc, tính chất nguyên liệu sản phẩm thay đổi khơng ngừng 1.2.3.1 Biến đổi tính chất vật lý hóa lý Khi dung dịch bay hơi, nồng độ chất hịa tan tăng làm tính chất dung dịch thay đổi như: hệ số dẫn nhiệt, nhiệt dung riêng hệ số cấp nhiệt dung dịch giảm; số độ nhớt, khối lượng riêng, tổn thất nồng độ dung dịch tăng Với biến đổi thông số trên, nồng độ tăng có tượng keo tụ protit, phân hủy chất pectin, caramen hóa đường hàng loạt biến đổi lý hóa khác 1.2.3.2 Biến đổi tính chất hóa học Sự tăng nồng độ chất hòa tan dẫn đến số thay đổi hóa học như: thay đổi pH mơi trường, đóng cặn, phân hủy chất cô đặc làm tăng tổn thất, tăng màu, số vitamin bị phân hủy (ví dụ vitamin C), 1.2.3.3 Biến đổi tính chất sinh học Việc sử dụng nhiệt độ trình cô đặc làm hạn chế khả hoạt động vi sinh vật tiêu diệt số loài vi sinh vật giúp sản phẩm bảo quản thời gian dài 1.2.3.4 Chất lượng sản phẩm giá trị sinh hóa tăng u cầu q trình đặc phải thực với chế độ nghiêm ngặt để bảo đảm cấu tử quý sản phẩm, vị mùi đặc trưng giữ nguyên đồng thời; đạt nồng độ yêu cầu thành phần hóa học chủ yếu khơng thay đổi 1.2.4 Ứng dụng cô đặc Trong sản xuất thực phẩm, ta cần đặc dung dịch đường, mì chính, nước trái cây,… Trong sản xuất hố chất, ta cần đặc dung dịch NaOH, NaCl, CaCl2, muối vô cơ… Hiện nay, phần lớn nhà máy sản xuất hố chất, thực phẩm sử dụng thiết bị đặc thiết bị hữu hiệu để đạt nồng độ sản phẩm mong muốn Mặc dù cô đặc hoạt động gián tiếp cần thiết gắn liền với tồn nhà máy Cùng với phát triển nhà máy, việc cải thiện hiệu thiết bị cô đặc tất yếu Nó địi hỏi phải có thiết bị đại, đảm bảo an toàn hiệu suất cao Do đó, yêu cầu đặt cho người kỹ sư phải có kiến thức chắn đa dạng hơn, chủ động khám phá nguyên lý thiết bị cô đặc 1.3 Thiết bị cô đặc dùng phương pháp nhiệt 1.3.1 Yêu cầu công nghệ - Đảm bảo nồng độ chất khô theo quy định - Giảm tổn thất chất khô - Giảm tốc độ đóng cặn nồi bốc - Nâng cao hiệu sử dụng nhiệt năng, giảm tổn thất nhiệt 1.3.2 Yêu cầu thiết bị Về cấu tạo, thiết bị đặc có nhiều loại chúng có phận sau: - Bộ phận nhận nhiệt: Ở thiết bị đun nóng nước, phận nhận nhiệt dàn ống gồm nhiều ống nhỏ, nước ngưng tụ bên ngồi ống, truyền nhiệt cho dung dịch chuyển động bên ống - Không gian để phân ly: Hơi dung mơi tạo cịn chứa dung dịch nên phải có khơng gian lớn để tách dung dịch rơi trở lại phận nhận nhiệt - Bộ phận phân ly: để tách giọt dung dịch lại Những yêu cầu chung cần đảm bảo chế tạo thiết bị đặc: - Thích ứng với tính chất đặc biệt dung dịch cần đặc: độ nhớt cao, khả tạo bọt lớn, tính ăn mịn kim loại… - Có hệ số truyền nhiệt lớn nồng độ tăng hệ số truyền nhiệt giảm mạnh - Tách ly thứ cấp tốt, đảm bảo thứ cấp ngưng tụ lấy nhiệt cho cấp cô đặc - Hơi đốt đảm bảo phân bố không gian bên ống dàn ống - Đảm bảo tách khí khơng ngưng cịn lại sau ngưng tụ đốt - Dễ dàng cho việc làm bề mặt ống dung dịch bốc bên ống làm bẩn mặt bên ống (tạo cặn) 1.3.3 Phân loại thiết bị cô đặc - Theo nguyên lý làm việc: thiết bị làm việc gián đoạn, thiết bị làm việc theo chu kỳ thiết bị làm việc liên tục - Theo áp suất làm việc bên thiết bị: thiết bị làm việc áp suất dư, thiết bị làm việc áp suất khí thiết bị làm việc chân không - Theo nguồn cấp nhiệt: nguồn nước; nguồn nước nóng, dầu nóng; nguồn khói; nguồn điện 1.3.4 Các phương pháp cấp nhiệt cho hệ thống - Phương pháp bốc áp lực: Các nồi bốc làm việc áp lực - Phương pháp bốc chân không: Các nồi bốc làm việc điều kiện chân không - Phương pháp áp lực chân không: Thiết bị đầu làm việc áp suất cao, thiết bị cuối làm việc áp suất chân không 1.3.5 Các thiết bị chi tiết hệ thống đặc 1.3.5.1 Thiết bị - Ống nhập liệu, ống tháo liệu - Ống tuần hoàn, ống truyền nhiệt - Buồng đốt, buồng bốc, đáy, nắp - Các ống dẫn: đốt, thứ, nước ngưng, khí không ngưng 1.3.5.2 Thiết bị phụ - Bể chứa nguyên liệu Bể chứa sản phẩm Bồn cao vị Lưu lượng kế Thiết bị gia nhiệt Thiết bị ngưng tụ baromet Bơm nguyên liệu vào bồn cao vị Bơm tháo liệu Bơm nước vào thiết bị ngưng tụ Bơm chân không Các van Thiết bị đo nhiệt độ, áp suất… CHƯƠNG 2: QUY TRÌNH CƠNG NGHỆ 2.1 Cơ sở lựa chọn quy trình cơng nghệ Q trình đặc tiến hành thiết bị cô đặc nồi nhiều nồi, làm việc liên tục gián đoạn Cơ đặc nhiều nồi q trình sử dụng thứ thay cho đốt, có ý nghĩa kinh tế cao sử dụng nhiệt Ngun tắc q trình đặc nhiều nồi tóm tắt sau: Ở nồi thứ 1, dung dịch đun nóng đốt , thứ nồi đưa vào đun nồi thứ hai, thứ nồi hai đưa vào đun nồi thứ ba… Hơi thứ nồi cuối vào thiết bị ngưng tụ Còn dung dịch vào nồi sang nồi kia, qua nồi bốc phần, nồng độ dần tăng lên Điều kiện cần thiết để truyền nhiệt nồi phải có chênh lệch nhiệt độ đốt dung dịch sôi, hay nói cách khác chênh lệch áp suất đốt thứ nồi, nghĩa áp suất làm việc nồi phải giảm dần thứ nồi trước đốt nồi sau Thông thường nồi đầu làm việc áp suất dư, nồi cuối làm việc áp suất thấp áp suất khí 2.2 Sơ đồ thuyết minh quy trình cơng nghệ 10 CHƯƠNG 5: TÍNH TỐN THIẾT BỊ PHỤ 5.1 Thiết bị gia nhiệt dòng nhập liệu Năng suất nhập liệu 1800 kg/h Nhiệt độ dung dịch vào 30 Nhiệt độ dung dịch 100 Chọn loại thiết bị ống chùm thẳng đứng, dung dịch ống, đốt ống, để gia nhiệt ngun liệu từ 30℃ đến 100℃ Chọn dịng nóng đốt t = 132,9℃ Hiệu nhiệt độ đầu vào đầu là: = 132,9-30 = 102,9 (℃) = 132,9 – 100 = 32,9 (℃) Hiệu nhiệt độ trung bình là: Δttb = = = 61,4(℃) Nhiệt độ trung bình lưu thể là: Hơi đốt: 36 t1tb = 132,9 (℃) Dung dịch: t2tb = t1tb – Δttb = 132,9-61,4 = 71,5 (℃) Phương trình cân nhiệt lượng: D.rh.(1 – Gđ.(Cc.tc – Cđ.tđ) + Qtt Với độ ẩm đốt có giá trị 5% Giả sử: Qtt = 0,05.D.rh.(1 – ⇒ 0,95 D.rh = Gđ.(Cc.tc – Cđ.tđ) Lượng đốt cần dùng là: D= (kg/h) ⇒ D = (kg/h) Trong đó: C: Nhiệt dung riêng trung bình dung dịch C = 4190 – (2514 – 7,542.tdd).x = 4190 – (2514 – 7,542.71,5).0,2 = 3795,05 (J/kg.độ) rh : Ẩn nhiệt ngưng tụ đốt Tra bảng (I.251/[1 – 314]): r = 2170880 (J/kg) ⇒ D = = 244,065 (kg/h) * Tính nhiệt tải riêng phía ngưng tụ tương tự mục 3.2.7.1 3.2.7.2 : Chọn: Chiều cao ống truyền nhiệt: H = (m) Chênh lệch nhiệt độ đốt thành ống truyền nhiệt: Δt1 = 7,8 (℃) Bảng 5.1 Tính nhiệt tải riêng phía ngưng tụ Δt1 (℃) t (℃) tt1 (℃) tm (℃) A α1 (W/m2.độ) q1 (W/m2) 7,8 132,9 125,1 129 190,7 7513,8 58607,64 *Tính nhiệt tải riêng phía dung dịch: Chọn: Đường kính ống truyền nhiệt: d = 0,038 (m) Vận tốc dòng chảy: v = (m/s) 37 Theo công thức (V.36/[2 – 12]): Re = = = 61440,9 > 10000 nên tính theo: Cấp nhiệt dòng chảy cưỡng theo chế độ chảy rối: Nu = 0,021.εk.Re0,8.Pr0,43.0,25 (V.40/[2 – 14]) ⇒ α2 = 0,021 εk.Re0,8.Pr0,43.0,25 (W/m2.độ) Trong đó: λ: Hệ số dẫn nhiệt chất lỏng (W/m.độ) Tính λ tương tự mục 3.2.7.3 ta được: λdd = 0,54 (W/m.độ) εk: Hệ số hiệu chỉnh; = = 52,6 > 50 ⇒ εk = theo bảng (V.2/[2 – 15]) Tính chuẩn số Pr: Pr = Tại t2tb = 71,5 (℃) có : Cp = 3795,05 (J/kg.độ); μ = 0,67.10-3 (N.s/m2) ⇒ Pr = 4,59 Hiệu nhiệt độ bề mặt ống truyền nhiệt: Δtt = q1.∑ r = 58607,6.0,679.10-3 = 39,8 (℃) Nhiệt độ bề mặt ống truyền nhiệt: tt2 = tt1 – Δtt = 125,1-39,8 = 85,3 (℃) Hiệu nhiệt độ thành ống tuyền nhiệt dung dịch sôi: Δt2 = tt2 – t2tb = 85,3-71,5 = 13,8 (℃) Tính chuẩn số Prt : Prt = Tại tt2 = 85,3 (℃) có : Cpt = 3815,9 (J/kg.độ); μt = 0,55.10-3 (N.s/m2); λt = 0,54 (W/m.độ) ⇒ Prt = 3,9 ⇒ α2 = 0,021 εk.Re0,8.Pr0,43.0,25 = 4053,6 (W/m2.độ) Nhiệt tải riêng phía dung dịch: q2 = α2.Δt2 = 4053,6.13,8 = 55940,3 (W/m2) 38 Kiểm tra sai số: Δq = 100% = 4,77% Nhiệt tải trung bình: qtb = = 57273,9 (W/m2) Nhiệt lượng trao đổi: Q = Gđ.Cp.(tc – tđ) = 132826,75 (W) Bề mặt truyền nhiệt: F = = 2,32 (m2) Vậy chọn F=2,5 (m2) Số ống truyền nhiệt: n = = = 11 (ống) Xếp ống theo hình lục giác theo bảng (V.11/[3 – 48]) : Tổng số ống: 11 Số hình sáu cạnh: Số ống đường chéo: Đường kính thiết bị gia nhiệt tính theo cơng thức: Dt = t.(b – 1) + 4.dn (m) Trong đó: dn: Đường kính ngồi ống dn = 0,042 (m) t: Bước ống Chọn t = 0,059 (m) b: Số ống đường chéo hình lục giác b = (ống) ⇒ Dt = 0,059.(5 – 1) + 4.0,042 = 0,404 (m) Chọn đường kính chuẩn cho thiết bị Dt = 0,4(m) Vậy: Kích thước thiết bị nhập liệu: H = 2000 (mm) Dt = 400 (mm) 39 dn= 42 (mm) dt = 38 (mm) 5.2 Bồn cao vị Chiều cao bồn cao vị đặt độ cao cho thắng trở lực đường ống Áp dụng Phương trình Bernoulli mặt thống bồn cao vị mặt thống dung dịch nồi 1: Trong đó: Z1, Z2 : Chiều cao từ mặt thoáng bồn cao vị, mặt thoáng dung dịch nồi xuống mặt đất (m) Chọn Z2 = (m) P1: Áp suất mặt thoáng bồn cao vị P1 = (at) P2: Áp suất mặt thoáng dung dịch nồi P2 = 1,79 (at) v1 = (m/s) v2 = v=1 (m/s) ρ: Khối lượng riêng dung dịch 30 ρ = 1083,3 (kg/m3) h1-2 : Tổn thất áp suất đường ống h1-2 = (m) Vận tốc dòng chảy ống chọn vận tốc nạp liệu nồi 1; v = (m/s) μ: Độ nhớt dung dịch 30 Tra bảng (I.112/[2 – 114]): μ = 1,504.10-3 (N.s/m2) Chuẩn số Reynolds: Re = = 27371 Chọn ống thép 12MX, độ nhám ε = 0,2 mm Hệ số ma sát theo công thức (II.64/[1 – 380]): λ = 0,1.(1,46 + )0,25 = 0,033 Tổng hệ số tổn thất cục bộ: (Đường ống gồm van, khuỷu) 40 ∑ ξ = ξvào + ξkhuỷu90 + ξvan + ξra Hệ số tổn thất cục miệng ống vào: ξvào = 0,5 Hệ số tổn thất cục miệng ống ra: ξra = Hệ số tổn thất cục khuỷu 90: ξkhuỷu90 = 1,19 Hệ số tổn thất cục van là: ξvan = 0,5 ⇒ ∑ ξ = 0,5 + 5.1,19 + 2.0,5 + = 8,45 Chọn chiều dài ống từ bồn cao vị đến nồi là: l = 10 (m) Tổng tồn thất áp suất đường ống dẫn: h1-2 = (0,033 + 8,45) = 0,87 (m) Chiều cao từ mặt thoáng bồn cao vị đến mặt đất: 5.3 Thiết bị ngưng tụ Baromet 5.3.1 Lượng nước lạnh phun vào Baromet Gn = (kg/h) Trong đó: tđ, tc : Nhiệt độ đầu nhiệt độ cuối nước để ngưng tụ thứ (℃) Chọn: tđ = 20℃ ; tc = 50℃ Nhiệt độ trung bình nước: ttb = = = 35 (℃) Cn : Nhiệt dung riêng nước Tra bảng (I.147/[1 – 165]) có Cn = 4178 (J/kg.độ) Gn = = 8026 (kg/h) 5.3.2 Thể tích khí không ngưng cần hút khỏi thiết bị ngưng tụ Lượng khơng khí khí khơng ngưng cần hút khỏi thiết bị ngưng tụ tính theo cơng thức (VI.47/[2 – 84]): Gkk = 0,000025W2tb + 0,000025Gn + 0,01W2tb 41 = 0,000025.406 + 0,000025 8026 + 0,01 406 = 4,27(kg/h) Thể tích khơng khí cần hút khỏi thiết bị tính theo cơng thức (VI.49/[2 – 84]): Vkk = (m3/s) Trong đó: tk : Nhiệt độ khí khơng ngưng tính theo cơng thức (VI.50/[2 – 84]) cho thiết bị ngưng tụ trực tiếp loại khô: tk = tđ + + 0,1.(tc – tđ) = 20 + + 0,1.(50 – 20) = 27 (℃) png : Áp suất chung hỗn hợp thiết bị ngưng tụ (N/m2) ph : Áp suất riêng phần nước hỗn hợp theo t k Tra bảng (I.250/[1-312]) có: ph = 3924 (N/m2) ⇒ Vkk = = 0,004 (m3/s) 5.3.3 Kích thước chủ yếu thiết bị 5.3.3.1 Đường kính thiết bị ngưng tụ dnt = 1,383 (m) Trong đó: h : Thể tích riêng Tra bảng (I.251/[1 – 314]) có h = 0,188 (m3/kg) Wh : Vận tốc thiết bị ngưng tụ Chọn Wh = 20 (m/s) ⇒ dnt = 1,383 = 0,24 (m) Theo quy chuẩn lấy dnt = 0,5 (m) 5.3.3.2 Kích thước ngăn Kích thước ngăn tính theo cơng thức (VI.53/[2 – 85]): Trên ngăn có nhiều lỗ nhỏ, lấy nước làm nguội nước sạch, ta chọn kích thước lỗ mm Chiều dày ngăn thường khoảng δ = ÷ mm, ta chọn δ = mm Chiều cao gờ ngăn 40mm 42 5.3.3.3 Chiều cao thiết bị ngưng tụ Mức độ đun nóng tính theo công thức (VI.56/[2 – 85]): P = = = 0,62 Chọn tia nước có đường kính mm Tra bảng (VI.7/[2 – 86]) ta có: Số bậc: Số ngăn: Khoảng cách ngăn: 400 mm Thời gian rơi qua bậc: 0,41 s Chiều cao hữu ích thiết bị ngưng tụ: H = 400.6 = 2400 (mm) Kích thước thiết bị ngưng tụ Baromet chọn theo bảng (VI.8/[2 – 89]): Bảng 5.2 Kích thước thiết bị ngưng tụ Baromet Kích thước Ký hiệu Giá trị (mm) Đường kính thiết bị dnt 500 Chiều dày thành thiết bị S Khoảng cách từ ngăn đến nắp thiết bị a0 1300 Khoảng cách từ ngăn đến đáy thiết bị an 1200 Bề rộng ngăn b 300 Khoảng cách tâm thiết bị ngưng tụ thiết bị thu hồi K1 675 Chiều cao hệ thống thiết bị H 4300 Chiều rộng hệ thống thiết bị T 1300 Đường kính thiết bị thu hồi D1 400 h1(h) 1440 Chiều cao thiết bị thu hồi Đường kính cửa vào: 43 Hơi vào d1 300 Nước vào d2 100 Hỗn hợp khí d3 80 Nối với ống baromet d4 125 Hỗn hợp khí vào thiệt bị thu hồi d5 80 Hỗn hợp khí khỏi thiết bị thu hồi d6 50 Nối từ thiết bị thu hồi đến ống baromet d7 50 5.3.3.4 Kích thước ống Baromet Tính đường kính ống Baromet theo công thức (VI.57/[2 – 86]): d = = 0,0,074 (m) Trong ω: Tốc độ nước ống ω = 0,5 – 0,6 (m/s) Chọn ω = 0,55 (m/s) Chọn đường kính ống Baromet : dba=0,075 (m) 5.3.3.5 Chiều cao ống Baromet Chiều cao Baromet tính theo cơng thức (VI.58/[2 – 86]): H = h1 + h2 + 0,5 (m) Trong đó: h1: Chiều cao cột nước ống Baromet cân với hiệu số áp suất thiết bị ngưng tụ khí Theo công thức (VI.59/[2 – 86]): h1 = 10,33 (m) b: Độ chân không thiết bị (mmHg) b = 760 – 735,6.png = 760 – 735,6.0,3 = 539,5 (mmHg) ⇒ h1 = 10,33 = 7,33 (m) h2: Chiều cao cột nước ống Baromet cần để khắc phục toàn trở lực nước chảy ống Theo công thức (VI.60/[2 – 87]): h2 = (1 + λ + ∑ξ) 44 Nếu lấy hệ số trở lực vào ống ξ = 0,5 khỏi ống ξ2 = cơng thức có dạng: h2 = (2,5 + λ) H: Chiều cao toàn ống Baromet (m) d: Đường kính ống Baromet (m) λ: Hệ số ma sát nước chảy ống; λ = Tính chuẩn số Re theo cơng thức (VI.4/[1 – 359]): Re = ρn : Khối lượng riêng nước nhiệt độ trung bình t tb = 35℃ Tra bảng (I.5/[1 – 11]) có ρn = 994 (kg/m3) μ : Độ nhớt nước nhiệt độ trung bình ttb = 35℃ Tra bảng (I.102/[1 – 94]) có μ = 0,723.10-3 (N.s/m2) ⇒ Re = = 56790 ⇒ λ = = 0,02 ⇒ h2 = (2,5 + 0,02.) = 0,04+ 4.10-3H (m) Chiều cao ống Baromet: H = h1 + h2 + 0,5 = 7,33 + 0,04 + 4.10-3H + 0,5 ⇒ H = 7,902 (m) => Chọn H = (m) 5.4 Bơm chân không Bơm chân tác dụng hút khí khơng ngưng thiết bị ngưng tụ trì độ chân khơng cho hệ thống Cơng suất bơm tính theo cơng thức (II.243a/[1 – 465]): Nb = = Trong đó: L: Cơng suất hữu ích bơm chân khơng (W) η: Hiệu suất bơm Chọn η = 0,6 m: Chỉ số đa biến Thơng thường m = 1,2 ÷ 1,62 Chọn m = 1,5 45 Pk = Png – Ph = 0,3.9,81.104 – 3924 = 25506 (N/m2) Vkk = 4,02.10-3 (m3/s) P1: Áp suất khí lúc hút, lấy áp suất thiết bị ngưng P1 = 0,3 at = 29430 (N/m2) P2 : Áp suất khí lúc đẩy, lấy áp suất khí P2 = 98100 (N/m2) ⇒ Nb = = 0,584 (kW) Chọn bơm chân không theo bảng (VI.2/[1 – 513]): Loại bơm chân khơng vịng nước hiệu PMK-1 Cơng suất Nb = 3,75 kW Số vịng quay phút: n = 1450 Công suất động điện quy định: Nđc = 4,5 kW Lưu lượng nước: 0,01 m3/h 46 KẾT LUẬN Sau thời gian cố gắng tìm đọc, tra cứu tài liệu tham khảo, với giúp đỡ tận tình thầy Phan Minh Thụy thầy cô giáo môn, em hoàn thành nhiệm vụ thiết kế giao Trong bao gồm việc tìm hiểu, tính tốn, xác định thông số công nghệ, yếu tố ảnh hưởng trục tiếp đến q trình đặc, tính tốn lượng lựa chọn thiết bị, thiết kế thiết bị Qua đồ án em tiếp thu nhiều kiến thức mới, hiểu biết thêm trình đặc q trình truyền nhiệt, học, phương pháp thiết lập, đọc hiểu vẽ thiết bị Tuy nhiên thời gian không cho phép, kiến thức tài liệu tham khảo hạn chế nên cịn nhiều thiếu sót chưa tính tốn chi tiết phận nhỏ thiết bị số thiết bị phụ hệ thống, đồng thời chưa có hội trực tiếp quan sát hệ thống làm việc nên cịn số sai sót tính tốn lập luận Qua q trình thực em rút số nhận xét sau: - Việc thiết kế tính tốn hệ thống đặc việc làm phức tạp, địi hỏi tính tỉ mỉ lâu dài Nó khơng u cầu người thiết kế phải có kiến thức thực sâu q trình đặc mà cịn phải biết số lĩnh vực khác như: cấu tạo thiết bị phụ khác, quy chuẩn vẽ kĩ thuật, - Cơng thức tính tốn khơng gị bó mà mở rộng dựa giả thiết điều kiện, chế độ làm việc thiết bị Bởi tính tốn, người thiết kế tính tốn đến số ảnh hưởng điều kiện thực tế, nên đem vào hoạt động hệ thống làm việc ổn định - Hệ thống cô đặc nồi xuôi chiều vận hành tiết kiệm đốt tận dụng lượng thứ nồi trước cấp nhiệt cho nồi sau - Khi thiết kế ta nên thiết kế cho có đồng thiết bị cô đặc, nhằm tạo thuận tiện thay sửa chữa - Thiết bị có cấu tạo đơn giản, hoạt động ổn định, nên ta thiết kế hệ thống điều khiển tự động cho hệ thống thiết bị - Bên cạnh đó, với thiết bị có ống tuần hồn trung tâm, chiều cao buồng đốt lớn gây khó khăn cho việc đối lưu tự nhiên dung dịch Em xin gửi lời cảm ơn sâu sắc tới thầy Phan Minh Thụy cho em gợi ý, lời khuyên kiến thức hữu ích để em hồn thành đồ án mơn học 47 Em xin chân thành cảm ơn! TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Nguyễn Bin – “Sổ tay q trình thiết bị cơng nghệ hóa chất” – Tập – NXB Khoa Học Và Kỹ Thuật Hà Nội, 2006 [2] Nguyễn Bin – “Sổ tay q trình thiết bị cơng nghệ hóa chất” – Tập – NXB Khoa Học Và Kỹ Thuật Hà Nội, 2006 [3] Tôn Thất Minh, Phạm Anh Tuấn, Nguyễn Tân Thành – “Giáo trình trình thiết bị công nghệ thực phẩm – công nghệ sinh học” – Tập II – Các trình thiết bị trao đổi nhiệt” – NXB Bách Khoa Hà Nội, 2016 48 ... Phân loại thiết bị cô đặc - Theo nguyên lý làm việc: thiết bị làm việc gián đoạn, thiết bị làm việc theo chu kỳ thiết bị làm việc liên tục - Theo áp suất làm việc bên thiết bị: thiết bị làm việc... trúc đồ án gồm phần sau: • Chương 1: Tổng quan • Chương 2: Quy trình cơng nghệ • Chương 3: Tính tốn thiết kế thiết bị • Chương 4: Tính bền khí cho thiết bị • Chương 5: Tính tốn thiết bị phụ Vì Đồ. .. đầu làm quen với công việc kỹ sư thiết kế thiết bị hay hệ thống thực nhiệm vụ sản xuất, em nhận đồ án môn học: “Q trình thiết bị? ?? Trong đồ án mơn học này, em cần ? ?Thiết kế hệ thống cô đặc ba nồi