Đề tài thiết kế hệ thống cô đặc dung dịch nước dứa ba nồi ngược chiều với năng suất 500kgh từ nồng độ 10 bx lên 60 bx

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI VIỆN CÔNG NGHỆ SINH HỌC VÀ CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM BỘ MÔN QUÁ TRÌNH- THIẾT BỊ CƠNG NGHỆ THỰC PHẨM ĐỒ ÁN Q TRÌNH VÀ THIẾT BỊ Đề tài: Thiết kế hệ thống cô đặc dung dịch nước dứa ba nồi ngược chiều với suất 500kg/h từ nồng độ 10 Bx lên 60 Bx Sinh viên thực hiện: Dương Diệu Linh MSSV: 20190346 Lớp: KTSH 02- K64 Giảng viên hướng dẫn: ThS Phan Minh Thụy Hà Nội, 2022 MỤC LỤC LỜI NÓI ĐẦU CHƯƠNG I: TỔNG QUAN 1.1 Đặc điểm nguyên liệu 1.2 Tổng quan q trình đặc .3 1.3 Thiết bị cô đặc dùng phương pháp cô đặc CHƯƠNG 2: QUY TRÌNH CƠNG NGHỆ 2.1 Cơ sở lựa chọn quy trình cơng nghệ 2.2 Sơ đồ thuyết minh quy trình cơng nghệ CHƯƠNG 3: TÍNH TỐN VÀ THIẾT KẾ THIẾT BỊ CHÍNH 11 3.1 Dữ liệu ban đầu: 11 3.2 Tính cân vật chất 11 3.3.Tính buồng đốt buồng bốc: .28 3.4 Tính đường kính ống dẫn hơi, dung dịch vào thiết bị .32 CHƯƠNG 4: TÍNH BỀN CƠ KHÍ CHO THIẾT BỊ 34 4.1 Tính cho buồng đốt .34 4.2 Tính cho buồng bốc 36 4.3 Chọn bích, đệm, vỉ ống, tai treo kính quan sát 37 CHƯƠNG 5: TÍNH TOÁN THIẾT BỊ PHỤ 40 5.1 Thiết bị ngưng tụ Baromet 40 5.2 Bơm chân không 45 KẾT LUẬN 47 TÀI LIỆU THAM KHẢO 48 LỜI NĨI ĐẦU Trong cơng nghiệp thực phẩm hóa chất, để nâng cao nồng độ dung dịch theo yêu cầu nhà 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 môi 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 nguyên lý đơn giản, dễ vận hành sửa chữa, hiệu suất sử dụng cao,… Dây chuyền thiết bị dùng nồi, nồi, nồi,… để nối tiếp 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 ngược chiều để cô đặc dịch đường mía suất 500kg/h, từ nồng độ 10 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 Quá trình Thiết bị đề tài lớn mà em đảm nhận nên thiếu sót hạn chế trình thực điều khơng thể tránh khỏi Do đó, em mong nhận thêm góp ý, dẫn từ thầy bạn bè để em củng cố mở rộng kiến thức chun mơn Để hồn thành Đồ án này, em xin chân thành cảm ơn thầy Phan Minh Thụy thầy cô môn Quá trình Thiết bị nhiệt tình giúp đỡ em trình thực Em xin chân thành cảm ơn CHƯƠNG I: TỔNG QUAN Thiết kế hệ thống đặc dung dịch đường mía ba nồi ngược chiều với yêu cầu công nghệ sau: + Năng suất theo sản phẩm: 500 kg/h + Nồng độ ban đầu: 10°Bx + Nồng độ cuối: 60°Bx + Hơi nước đốt bão hịa có nhiệt độ 127°C + Hơi thứ nồi cuối : 67°C toàn vào thiết bị ngưng tụ 1.1 Đặc điểm nguyên liệu Nguyên liệu cô đặc dạng dung dịch gồm: - Dung mơi: nước - Các chất hịa tan chiếm chủ yếu đường Saccaroze nhiều cấu tử với hàm lượng thấp (coi khơng có) Các cấu tử xem khơng bay q trình đặc 1.2 Tổng quan q trình đặc 1.2.1 Định nghĩa đặc - Qúa trình đặc q trình làm nước ( dung mơi) dung dịch ( dung dịch hỗn hợp dung môi chất rắn hịa tan dung mơi ) để thu dung dịch có nồng độ chất rắn cao - Qúa trình đặc tiến hành nhiệt độ sôi, áp suất ( áp suất chân không, áp suất thường hay áp suất dư ) hệ thống thiết bị cô đặc hay nhiều thiết bị cô đặc Trong đó: - Cơ đặc chân khơng dung cho dung dịch có nhiệt độ sơi cao, dễ phân hủy nhiệt - Cô đặc áp suất cao áp suất khí dung cho dung dịch khơng bị phân hủy nhiệt độ cao dung dịch muối vô cơ, sử dụng thứ cho cô đặc cho q trình đun nóng khác - Cơ đặc áp suất khí thứ khơng sử dung mà thải ngồi khơng khí Đây phương pháp đơn giản không kinh tế - Trong cơng nghiệp thực phẩm hóa chất thường làm đậm đặc dung dịch nhờ đun sôi gọi q trình đặc Đặc điểm đặc dung môi tách khỏi dung dịch dạng hơi, chất hòa tan dung dịch không bay nồng độ dung dịch tăng dần lên, khác với chưng cất chưng cất cấu tử hỗn hợp bay khác nồng độ - Hơi dung môi tách khỏi dung dịch gọi thứ, thứ nhiệt độ cao dung để đun nóng thiết bị khác Nếu dung thứ để đun nóng thiết bị khác ngồi thiết bị đặc gọi phụ - Qúa trình đặc diễn nồi nhiều nồi, gián đoạn liên tục Qúa trình đặc thực áp suất khác tùy vào yêu cầu kĩ thuật Khi dung áp suất thường ( áp suất khí quyển) dung thiết bị hở,cịn làm việc áp suất khác dung thiết bị kín đặc chân khơng (áp suất thấp) có ưu điểm : áp suất giảm nhiệt độ sơi dung dịch giảm theo độ chênh lệch nhiệt độ buồng đốt dung dịch tăng diện tích bề mặt truyền nhiệt giảm - Cô đặc nhiều nồi sử dụng thứ thay cho đốt nên có ý nghĩa kinh tế cao sử dụng nhiệt hoạt động dựa nguyên tắc sau: Hơi đốt nồi thứ nhấ sử dụng từ nồi hơi, thứ nồi thứ làm đốt cho nồi thứ hai, thứ nồi thứ hai làm đốt cho nồi thứ ba…hơi thứ cuối vào thiết bị ngưng tụ Do có tổn thất nhiệt độ nên nhiệt đun nóng nồi sau thấp nồi trước , mà người ta thường cô đặc dung dịch nồi thứ với áp suất dư cịn nồi sau áp suất chân khơng Trong hệ thống cô đặc nhiều nồi dung dịch chuyển dịch từ nồi sang nồi tiếp theo, qua nồi dung môi bay phần , nồng độ dung dịch tăng lên, đến cuối nồng độ dung dịch đạt yêu cầu người ta tháo dịch vào thùng chứa 1.2.2 Phân loại phương pháp đặc 1.2.2.1 Phương pháp nhiệt ( đun nóng ): Dung dịch chuyển từ trạng thái lỏng sang trạng thái tác dụng nhiệt áp suất riêng phần áp suất tác dụng lên bề mặt chất lỏng 1.2.2.2 Phương pháp lạnh : Khi hạ thấp nhiệt độ đén mức cấu tử tách dạng tinh thể đơn chất tinh khiết, thường kết itnh dung môi để tăng nồng độ chất tan Tùy theo tính chất cấu tử áp suất tác dụng lên mặt thoáng mà ta tiến hành nhiệt độ cao hay thấp có dung đến máy lạnh 1.2.3 Biến đổi ngun liệu sản phẩm q trình đặc Trong q trình đặc ,tính chất nguyên liệu sản phẩm thay đổi không ngừng 1.2.3.1 Biến đổi vật lý: - Khi dung dịch bay , nồng độ chất hòa tan tăng, tính chất dung dịch thay đổi Tính chất dung dịch thay đổi theo thời gian cô đặc nồng độ dung dịch áp suất không đổi - Khi nồng độ tăng: hệ số dẫn nhiệt, nhiệt dung riêng, hệ số cấp nhiệt phía dung dịch giảm Nhưng khối lượng riêng, độ nhớt, tổn thất nồng độ tăng 1.2.3.2 Biến đổi hóa học: - Thay đổi PH mơi trường: tính chất thủy phân amit cấu tử tạo thành axit - Độ kiềm tăng - Đóng cặn, số muối canxi hòa tan chậm nồng độ cao, phân hủy số muối axit hữu tạo thành kết tủa - Phân hủy chất cô đặc làm tăng tổn thất - Tăng màu: phân hủy sản phẩm cô đặc điều kiện nhiệt độ áp suất - Do kết phản ứng Maye maillard phản ứng ngưng tụ đường khử amino axit, tạo thành chất màu dạng keo chứa Nito 1.2.3.3 Biến đối sinh học: - Tiêu diệt vi sinh vật ( nhiệt độ cao) - Hạn chế khả hoạt động vi sinh vật nồng độ cao 1.2.4 Bản chất cô đặc nhiệt - Dựa theo thuyết động học phân tử : Để tạo thành nhiệt tác dụng lên bề mặt thoáng phải lớn tốc độ giới hạn Phân tử bay thu nhiệt để khắc phục trạng thái lỏng trở lực bên Do ta cần cấp nhiệt để phân tử đủ lượng để thực trình - Bên cạnh bay chủ yếu bọt khí hình thành q trình cấp nhiệt chuyển động liên tục, chênh lệch khối lượng riêng phân tử bề mặt đáy tạo nên tuần hoàn tự nhiên nồi cô đặc 1.2.5 Ứng dụng cô đặc - Ứng dụng sản xuất hóa chất, thực phẩm, dược phẩm Mục đích để đạt nồng độ dung dịch theo yêu cầu , hoăc đưa dung dịch qua trạng thái bão hòa để kết tinh - Sản xuất thực phẩm: đường ,mì 1.3Thiết bị đặc dùng phương pháp nhiệt 1.3.1 Phân loại ứng dụng 1.3.1.1 Theo cấu tạo tính chất đối tượng đặc - Nhóm 1: Dung dịch đối lưu tự nhiên, dung dịch loãng , độ nhớt thấp, đảm bảo dễ dàng qua bề mặt truyền nhiệt - Nhóm : Dung dịch đối lưu cưỡng dung bơm để tạo vận tốc dung dịch 1,5- 3,5 m/s bề mặt truyền nhiệt Có ưu điểm tăng hệ số truyền nhiệt, độ nhớt cao , kết tinh bề mặt truyền nhiệt - Nhóm 3: Dung dịch chảy thành màng mỏng, chảy lần, tránh tiếp xúc lâu làm biến chất sản phẩm 1.3.1.2 Theo phương pháp thực trình - Cơ đặc áp suất thường có nhiệt độ sơi áp suất không đổi Thường dung cô đặc dung dịch liên tục để giữ mức dung dịch cố định thời gian cô đặc ngắn - Cô đặc áp suất chân khơng dung dịch có nhiệt độ sơi thấp có áp suất chân khơng - Cơ đặc nhiều nồi mục đích tiết kiệm đốt, số nồi khơng nên lớn q làm giảm hiệu tiết kiệm so với chi phí đề Do sử dụng thứ nồi trước làm đốt nồi sau nên có ý nghĩa kinh tế cao 1.3.2 Yêu cầu công nghệ - Đảm bảo nồng độ chất khô theo quy định - Giảm tổn thất chất khơ - Giảm tốc độ đóng cặn nồi bốc - Nâng cao hiệu sử dụng nhiệt năng, giảm tổn thất nhiệt 1.3.3 Yêu cầu thiết bị Về cấu tạo, thiết bị đặc có nhiều loại chúng có phận sau: - Bộ phận nhân nhiệt: Ở thiết bị đun nóng nước, phận nhận nhiệt dàn ống gồm nhiều ống nhỏ, nước ngưng tụ bên 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 cô đặc: - Thích ứng với tính chất đặc biệt dung dịch cần cô 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 khơng gian bên ngồi ống giàn 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) 1.3.4 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 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 tuần hoàn, ống truyền nhiệt - Ống nhập liệu, ống tháo liệu - Buồng đốt , buồng bốc - Đáy, nắp - Các ống dẫn: đốt, thứ, nước ngưng, khí khơng ngưng 1.3.5.2 Thiết bị phụ - Bể chứa nguyên liệu - Bể chứa sản phẩm - Các loại bơm: bơm dung dịch, bơm nước, bơm chân không; - Thiết bị gia nhiệt; - Thiết bị ngưng tụ Baromet; - Thiết bị đo điều chỉnh - Lưu lượng kế - Bồn cao vị - Các van,… CHƯƠNG : QUY TRÌNH CƠNG NGHỆ 2.1 Cơ sở lựa chọn quy trình cơng nghệ Q trình đặc tiến hành thiết bị đặc nồi nhiều nồi, làm việc liên tục gián đoạn Cơ đặc nhiều nồi q trình sử dụng thứ thay đổi cho đốt, có ý nghĩa kinh tế cao sử dụng nhiệt Ngun tắc q trình đặc nhiều nồi tóm tắt sau: Ở nồi 1, dung dịch đun nóng đốt, thứ nồi đưa vào nồi thứ hai, thứ nồi hai đưa vào đun nồi thứ ba… Hơi thứ nồi cuối vào thiết bị ngưng tự Còn dung dịch vào từ nồi sang nồi kia, qua nồi bốc phần, nồng độ tăng dần lên Điều kiện cần thiết để truyền nhiệt nồi phải có chệnh lệch nhiệt độ đốt dung dịch sơi, hay nói cách khác chênh lệch áp suất đốt thứ nồi, nghĩa áp suất làm việc 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 Dung dịch đường nồng độ 10 độ Bx chứa vào thùng chứa nguyên liệu (2), sau bơm ly tâm (3) bơm lên thùng cao vị Dung dịch sau qua lưu lượng kế chảy vào thiết bị gia nhiệt (12) Ở dung dịch đun nóng sơ đến nhiệt độ sơi sau vào nồi đặc 3, 2, Tại nồi bị cô đặc dung dịch đun sôi thiết bị đặc có ống tuần hồn trung tâm, buồng đốt trong, ống tuần hồn ống truyền nhiệt tương đối lớn Dung dịch ống cịn đốt vào khoảng khơng gian phía ngồi ống Khi làm việc dung dịch ống truyền nhiệt sơi tạo thành hỗn hợp hơi-lỏng có khối lượng riêng giảm bị đẩy từ lên miệng ống, cịn ống tuần hồn trung tâm thể tích theo đơn vị bề mặt truyền nhiệt lớn so với ống truyền nhiệt lượng tạo ống hơn, khối lượng riêng hỗn hợp hơi-lỏng lớn so với ống truyền nhiệt, bị đẩy xuống Kết thiết bị có chuyển động tuần hoàn tự nhiên từ lên ống truyền nhiệt từ xuống ống tuần hoàn trung tâm Hơi đốt từ nồi cung cấp nhiệt cho thiết bị gia nhiệt (12) nồi cô đặc(1) Tại nồi cô đặc (1) đốt ngưng tụ , tỏa nhiệt làm sôi dung dịch , bốc lượng thứ Hơi thứ từ nồi thứ dung làm đốt cho vào nồi thứ tương tự thứ nồi CHƯƠNG 4: TÍNH BỀN CƠ KHÍ CHO THIẾT BỊ 4.1 Tính cho buồng đốt 4.1.1 Tính chiều dày thiết bị bốc hơi: 4.1.1.1 Chiều dày phần thân buồng đốt: S= Dt p [ σ ] φ− p +C Trong đó: D t =1,6 m, đường kính thành thiết bị [ σ ] : Ứng suất cho phép vật liệu (N/m2) φ=0,95: Hệ số bền mối hàn p: áp suất bên buồng đốt (N/m2)  Ứng suất cho phép kéo: [σ k] = σk η (N/m2) nb η : Hệ số hiệu chỉnh Chọn η=0,9 theo bảng (XIII.2/[2 – 356]) n b: Hệ số an toàn giới hạn bền Chọn n b = 2,6 theo bảng (XIII.2/[2 – 356]) σ k : Giới hạn bền kéo Chọn σ k = 450.106 (N/m2) theo bảng (XII.4/[2 – 309]) ⇒ [σ k] = σk 450 10 η = 0,9 = 192,31.106 (N/m2) nb 2,6  Ứng suất cho phép theo giới hạn chảy: [σ c] = σc η (N/m2) nc Tương tự ta chọn: η= 0,9; σ c = 240.106 (N/m2); nc = 1,5 ⇒ [σ c] = σc 240 10 η= 0,9 = 140.106 (N/m2) nc 1,5 Ứng suất cho phép phải lấy giá trị nhỏ để tính tốn đảm bảo điều kiện bền, tức lấy [ σ ] = 140.106 (N/m2) Hệ số C: hệ số ăn mòn, bào mòn, dung sai âm chiều dày, mm C = C1 + C2 + C3 (m) Kiểm tra biểu thức [σ ] φ, tỉ số ≥ 50 , ta bỏ qua p mẫu số công thức p 34 Thay số vào, ta có: [σ] 140.10 φ= 0,95=¿538 p 247212 Vậy ta bỏ qua p mẫu số, cơng thức cịn lại: S= Dt p [ σ ] φ +C , mm Đại lượng: C=C 1+C +C3 Trong đó: C1: hệ số tính đến ăn mịn hóa học mơi trường làm việc Chọn C1 = mm C2: hệ số tính đên xói mịn tác dụng môi trường làm việc C = 0, mơi trường ăn mịn C3: hệ số tính đến sai lệch gia cơng khí Chọn C3 = 0,4 mm Thay số vào ta tính chiều dày thân thiết bị buồng đốt Sbd = 1,6.247212 +1,4.10−3=¿ 1,3.10-3 (m) 140.10 0,95 Để đảm bảo, ta chọn Sbd = 6,0 (mm) Vì buồng đốt nồi nồi làm việc áp suất thấp buồng bốt nồi nên chiều dày buồng nồi 2, nồi bé chiều dày buồng đốt nồi Vậy ta chọn chiều dày buồng đốt cho nồi mm 4.1.1.2 Tính chiều dày đáy buồng đốt: Chọn đáy elip có gờ, vật liệu làm đáy thép không gỉ 12MX Với Dtr = 1,4 m, theo bảng (XIII.10/[2 – 382]), chọn hd = 350 mm 35 Chọn chiều dày đáy buồng đốt: Sđáy = Sbd = mm Nắp có gờ, theo bảng (XIII.12/[2 – 385]), chọn chiều cao gờ h = 25 mm 4.2 Tính cho buồng bốc 4.2.1 Tính chiều dày thân buồng bốc Chọn vật liệu làm thân buồng bốc thép không gỉ 12MX - Nồi 1: Áp suất thứ p1’ = 1,28 (at) nên tính thiết bị làm việc chịu áp suất Do lấy chiều dày thân buồng bốc chiều dày thân buồng đốt: Sb1 = Sd = (mm) - Nồi 2: Áp suất thứ p2’ = 0,615 (at) nên tính thiết bị làm việc chịu áp suất ngồi Bề dày buồng đốt tính theo cơng thức (XIII.32/[2 – 370]): Sb2 = D ( H b 0,4 P ¿ ¿ + C (m) 2,59 E D Trong đó: D: Đường kính thân thiết bị (buồng bốc hơi) D = 1,6 (m) Hb: Chiều cao buồng bốc Hb = 1,8 (m) E: Modun đàn hồi thép làm thân E = 2,2.1011 (N/m2) C: Hệ số bổ sung C = 1,4.10-3 (m) P: áp suất làm việc buồng bốc (N/m2) p2’ = 0,615 (at) ⇒ pck = – 0,615 = 0,385 (at) ⇒ P = + 0,385 = 1,385 (at) ≈ 13,58.104 (N/m2) 13,58.104 1,8 0,4 ¿ ¿ + 1,4.10-3 = 5,16.10-3 (m) ⇒ Sb2 = 1,6 ( 11 2,59.2,2 10 1,6 Theo quy chuẩn, chọn Sb2 = (mm) Tương tự: Sb3 = 5,52.10-3 (m) ⇒ Theo quy chuẩn chọn Sb3 = (mm) 4.2.2 Tính chiều dày nắp buồng bốc 36 Chọn nắp elip có gờ, vật liệu làm nắp thép khơng gỉ 12MX Với D = 1,6 m, theo bảng (XIII.10/[2 – 382]) chọn hn = 400 mm Chọn chiều dày nắp buồng bốc: Snắp = Sb = mm Nắp có gờ, thep bảng (XIII.12/[2 – 385]) chọn chiều cao gờ h = 25 mm 4.3 Chọn bích, đệm, vỉ ống, tai treo kính quan sát 4.3.1 Chọn bích nối thân thiết bị Chọn mặt bích để nối nắp thiết bị với buồng bốc, buồng bốc với buồng đốt buồng đốt với đáy thiết bị Chọn bích liền thép, kiểu theo bảng (XIII.27/[2 – 417]) Các thơng số mặt bích: Dtr: Đường kính thân (mm) D: Đường kính vành ngồi bích (mm) Db: Đường kính vịng bu lơng (mm) D1: Đường kính đến vành ngồi đệm (mm) D0: Đường kính đến vành đệm (mm) db: Đường kính bu lơng (cái) h: Chiều dày mặt bích (mm) Do: Buồng đốt buồng bốc nối với theo đường kính buồng đốt: Dtr = 1,4m 37 Buồng đốt đáy nối với theo đường kính buồng đốt: Dtr = 1,4m Buồng bốc nắp nối với theo đường kính buồng bốc: D = 1,6m Chọn dự phòng áp suất thân Py = 0,6 (N/mm2) để bích kín thân Các thơng số bích tra từ bảng (XIII.27/[2-421]): Bảng 4.1 Các thơng số bích Kích thước nối Py N/mm2 Dtr D Db mm D1 D0 mm Kiểu Bu lông Db Z mm bích mm 0,6 1400 1600 1525 1475 1419 M30 40 40 0,6 1600 1770 1700 1660 1615 M30 40 40 4.3.2 Chọn đệm Chọn đệm để làm kín mối ghép bích, làm vật liệu mềm dễ biến dạng Chọn đệm paronit có bề dày S = mm 4.3.3 Chọn vỉ ống Chọn vỉ ống loại phẳng tròn, lắp cứng với thân thiết bị Vỉ ống phải giữ chặt ống truyền nhiệt bền tác dụng ứng suất Dạng vỉ ống giữ nguyên trước sau nung Vật liệu chế tạo thép không gỉ 12 MX Ta chọn bề dày vỉ ống 30 mm 4.3.4 Chọn tai treo Chọn vật liệu làm tai treo thép 12 MX, số tai đỡ 4, có gân tai đỡ 4.3.5 Chọn kính quan sát Vật liệu chế tạo thép 12MX thủy tinh 38 Đường kính kính quan sát D = 220 mm Kính bố trí cho mực chất lỏng nhìn thấy Do đó, có kính giống bên buồng bốc, tạo thành góc 180⁰ 39 CHƯƠNG 5: TÍNH TỐN THIẾT BỊ PHỤ 5.1 Thiết bị ngưng tụ Baromet 5.1.1 Lượng nước lạnh phun vào Baromet G n= W tb (i−C n t c ) (kg/h) C n (t c −t d ) (VI.51/[2-84]) Trong đó : tđ, tc: nhiệt độ đầu cuối nước để ngưng tụ thứ (oC) Chọn tđ = 20℃ ; tc = 40℃ Nhiệt độ trung bình nước : ttb = t đ+t c = 30 (℃) Cn : Nhiệt dung riêng nước tương ứng với ttb ⇒ Cn = 4181,2 (J/kg.độ) i : Nhiệt lượng riêng ngưng (J/kg) W tb (i−C n t c ) 748,65.(2621,02.103 −4181,2.40) G n= = = 21967,58 (kg/h) C n (t c −t d ) 4181,2(40−20) 5.1.2 Thể tích khí khơng 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 = , 25.10−4 W +0,25 10−4 Gn +0,01.W = , 25.10−4 748,65+0,25 10−4 21967,58+0,01 748,65 = 8,05 (kg/h) Thể tích khơng khí cần hút khỏi thiết bị tính theo cơng thức (VI.49/[2 – 84]): V kk = 288 Gkk (273+ t k ) ; ( m3 / s ) 3600( Png−Ph ) Trong đó: tk: Nhiệt độ khí khơng ngưng tính theo cơng thức (VI.50/[ 2- 84]) cho thiết bị ngưng tụ loại khô: t kk =t đ +4 +0,1 ( t c−t đ ) = 20 + + 0,1 (40 – 20) = 26 (℃) 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]) 40 có Ph = 3374,6 (N/m2) V kk = 288.8,05 (273+26) 3600 ( 0,267.9,81 10 −3374,6 ) = 0,008 (m3/s) 5.1.3 Kích thước chủ yếu thiết bị 5.1.3.1 Đường kính thiết bị ngưng tụ Đường kính thiết bị ngưng tụ xác định theo ngưng tụ tốc độ qua thiết bị Thiết bị làm việc áp suất 0,267 (at) nên tốc độ lựa chọn khoảng 25 (m/s) Thực tế người ta lấy suất thiết bị gấp 1,5 lần so với suất thực Khi đó, đường kính thiết bị tính theo cơng thức: Dtr = Với: √ W (m) ρh ωh (VI.52/[2- 84]) Dtr: đường kính thiết bị ngưng tụ (m) W: lượng ngưng tụ (kg/s) ρh: khối lượng riêng (kg/m^3) Png = 0,267 at => ρh = 0,1681 (kg/m^3) ω h: tốc độ thiết bị ngưng tụ (m/s) Chọn ω h = 25 (m/s) ¿> Dtr =1,38 Vậy theo bảng (VI.8/ [2 – 88]): √ 748,65,65:3600 =0,31 ( m ) 0,1681.25 Chọn đường kính thiết bị ngưng tụ Dtr = 500 (mm) 5.1.3.2 Kích thước ngăn Để đảm bảo làm việc tốt, ngăn phải có dạng hình viên phân Do đó, chiều rộng ngăn xác định theo công thức sau: b= D tr +50( mm) (VI.53/[2- 85]) Với Dtr : đường kính thiết bị ngưng tụ (mm) Vì ngăn có nhiều lỗ nhỏ, chọn nước làm nguội nước => Chọn đường kính lỗ (mm) 41 Ta có : b= 500 +50=300(mm) Chọn chiều dày ngăn 3-5 mm : chọn  = mm Chiều cao gờ cạnh ngăn 40 (mm) 5.1.3.3 Chiều cao thiết bị ngưng tụ Để chọn khoảng cách trung bình ngăn tổng chiều cao hữu ích thiết bị ngưng tụ, ta dựa vào mức độ đun nóng nước thời gian lưu nước thiết bị ngưng tụ Mức độ đun nóng nước xác định công thức: P= t c −t đ (VI 56 /[2−85]) t ng−t đ Với: tc, tđ : nhiệt độ cuối, đầu nước tưới vào thiết bị (oC) tng : nhiệt độ nước bão hoà ngưng tụ; (oC) ¿> P= 40−20 =0,43 66−20 Chọn tia nước có đường kính mm Tra bảng (VI.7/[2 – 86]) ta có: Số bậc: Số ngăn: Khoảng cách ngăn: 300mm Thời gian rơi qua bậc: 0,35 s Chiều cao hữu ích thiết bị ngưng tụ: H = 300.6 = 1800 (mm) Kích thước thiết bị Baromet chọn theo bảng (VI.8/[2 – 88]), ta có: Bảng 5.1 Kích thước thiết bị ngưng tụ Baromet Kích thước Ký hiệu Giá trị 42 (mm) Dtr 500 Chiều dày thành thiết bị S Khoảng cách từ ngăn đến nắp thiết bị a 1300 Khoảng cách từ ngăn đến đáy thiết bị D 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 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 Đường kính thiết bị Chiều cao thiết bị thu hồi Đường kính cửa vào: 43 5.1.3.4 Kích thước ống Baromet  : Đường kính ống Baromet xác định theo công thức: d B= Với: √ 0,004(Gn +W ) ( m ) ( VI 57[2−86 ]) π ω W: lượng ngưng (kg/s) Gn: lượng nước lạnh tưới vào thiết bị để làm nguội (kg/s) : tốc độ hỗn hợp nước,chất lỏng ngưng chảy ống baromet (m/s) thường lấy (0,5 ÷ 0,6m/s); chọn  = 0,5 (m/s) d B= √ 0,004.( 21967,58+ 748,65) =0,127 (m) 3600.3,14 0,5 Theo quy chuẩn lấy d = 0,15 (m) 5.1.3.5 Chiều cao ống Baromet  : Chiều cao ống Baromet xác định theo công thức: H=h1+ h2 +0,5 ( m ) (VI 58/[ 2−86]) Với : + h1: chiều cao cột nước ống cân với hiệu số áp suất khí áp suất thiết bị ngưng tụ (m) + h2: chiều cao cột nước ống Baromet cần để khắc phục toàn trở lực nước chảy ống (m) Ta có : h1 =10,33 b (m) 760 (VI.59[2- 86]) Với b độ chân không thiết bị ngưng tụ (mmHg) b=( 1−0,267 ) 760=557,08(mmHg) 563,59 h1 =10,33 760 =7,57(m) Mà h2 = ω2 H 1+ λd + ∑  ) (m) ( 2g (VI.60/[2- 88]) 44 Hệ số trở lực vào đường ống lấy 1 = 0,5; khỏi ống lấy 2 = cơng thức có dạng sau : h2 = ( ) ω H 2,5+ λ (m) 2g d Với: + H: toàn chiều cao ống Baromet (m) + d: đường kính ống Baromet(m) + λ: hệ số ma sát nước chảy ống Để tính λ ta tính hệ số chuẩn Re chất lỏng chảy ống Baromet: ℜ= d B ρn ω (Trang 63 , ST QTTB T 1) μ Với: B: đường kính ống dẫn.(m) B = 0,15 (m) ρn: khối lượng riêng nước tra theo ttb = 30(oC); ρn = 995,68 (kg/m3) (I.6/[1-12]) : độ nhớt nước tra 30 (oC):  = 0,8007.10-3(N.s/m2) (I.102/[1-94])  ℜ= 0,15.995,68.0,5 =93263,4 0,8007.10−3 Vậy ống Baromet có chế độ chảy xốy, chế độ chảy xốy ta xác định hệ số ma sát theo công thức sau: λ = Với: h2 = 0,3164 0,3164 0,25 = 0,25 = 0,0181 ℜ 93263,4 ( ) 0,52 H 2,5+0,0181 = 0,0319+1,54 10−3 H (m) 2.9,81 0,15 Và: H=h1+ h2 +0,5=7,57 +0,0319+1,54.10−3 H + 0,5 1 heo quy chuẩn chọn H = 8,5 (m) 5.2 Bơm chân không 45 Công suất bơm chân không N= [( ) ] P2 m Pkk V kk P1 ❑CK 10 m−1 m−1 m −1 ( kW ) hCK: Hệ số hiệu chỉnh, hCK = 0,6 m: số đa biến, m = 1,5 P2: Áp suất khí quyển, P2 = 98100 (N/m2) Pkk: Áp suất khơng khí thiết bị ngưng tụ Pkk =Pnt −P h=0,267.9,81 10 −3374,6=22818,1(N /m ) Vkk: Thể tích khơng khí cần hút khỏi thiết bị Vkk = 0,008 (m3/s) Công suất bơm: N= [( 1,5 98100 22818,1 0,008 1,5−1 0,267.98100 0,6 10 ) 1,5−1 1,5 ] −1 =0,505(kW ) Tra bảng II.58/[1-513], Bơm chân khơng vịng nước PMK-1 + Cơng suất Nb = 3,75(kW) + Công suất động điện quy định: Nđc = 4,5 kW + Số vòng quay (vg/ph): 1450 + Lưu lượng nước: 0,01 m3/h 46 KẾT LUẬN Về phương pháp tính tốn, phần tính tốn sử dụng dựa tài liệu đáng tin cậy tác giả có nhiều năm kinh nhiệm giảng dạy thực tế Các thơng số kích thước tính cách rõ ràng logic Các số liệu sau tính tốn góp ý giảng viên hướng dẫn để phù hợp với thực tế Về phương diện thiết kế, vẽ trình bày rõ hình dạng kích thước thiết bị; phóng to số kết cấu quan trọng như: cách xếp ống vỉ, kết cấu ghép mặt bích,… Tuy nhiên, phần tính tốn thiết kế cịn nhiều hạn chế thiếu sót như: chưa vẽ làm rõ kết cấu Baromet bơm chân khơng pít-tơng Ngồi ra, kinh nghiệm thiết kế thực tế cịn thiếu nên khơng thể tránh khỏi thiếu sót khơng đáng có Vì vậy, thời gian tới, em tiếp tục học hỏi kiến thức kĩ cần thiết để phần tính tốn thiết kế thêm đầy đủ, hồn thiện sát với thực tế Em xin gửi lời cảm ơn sâu sắc tới thầy ThS Phan Minh Thụy cho em gợi ý, lời khuyên kiến thức thực tế hữu ích để em hồn thành tốt đồ án chun ngành Em xin chân thành cảm ơn! 47 TÀI LIỆU THAM KHẢO Nguyễn Bin – “Sổ tay trình thiết bị cơng nghệ hóa chất” – Tập – NXB Khoa Học Và Kỹ Thuật Hà Nội, 2006 Nguyễn Bin, Đỗ Văn Đài, Long Thanh Hùng, Đinh Văn Huỳnh, Nguyễn Trọng Khuông, Phan Văn Thơm, Phạm Xuân Toản, Trần Xoa – “Sổ tay q trình thiết bị cơng nghệ hóa chất” – Tập – NXB Khoa Học Và Kỹ Thuật Hà Nội, 2006 Nguyễn Văn May – “Bơm, quạt, máy nén” – NXB Khoa Học Và Kĩ Thuật Hà Nội – tái lần thứ 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