MẪU ĐỒ ÁN KỸ THUẬT THỰC PHẨM: THIẾT KẾ HỆ THỐNG CÔ ĐẶT DUNG DỊCH ĐƯỜNG MÍA

Trong những năm gần đây, một số tỉnh thành ở nước ta, ngành công nghiệp mía đường có những bước nhảy vọt lớn. Mía đường hiện nay không chỉ là môt ngành riêng lẻ mà đã trở thành hệ thống liên hiệp chặt chẽ giữa các ngành với nhau. Mía đường vừa tạo ra sản phẩm đường làm nguyên liệu cho các ngành công nghiệp sản xuất bánh, kẹo, sữa,… Trong tương lai khả này này còn có thể phát triển tốt hơn nếu có sự quan tâm đầu tư tốt vào cây mía cũng như khả năng chế biến và tiêu thụ sản phẩm. Dựa vào đặc tính tự nhiên của cây mía, độ đường của mía sẽ giảm nhanh nếu không thu hoạch kiệp thời và nhanh chóng.

GIỚI THIỆU

Tổng quan về nguyên liệu mía

Cây mía có bốn phần chính: rễ, thân, lá và hoa Việc nắm rõ đặc điểm của từng phần này sẽ giúp cải thiện kiểm soát chất lượng nguyên liệu và nâng cao hiệu quả trong quá trình tái tạo đường.

Giống mía là yếu tố then chốt trong sản xuất nguyên liệu cho ngành chế biến đường, với các loại giống mía có thời gian sinh trưởng đa dạng (chín sớm, chín trung bình, chín muộn) Sự đa dạng này không chỉ giúp hình thành cơ cấu giống mía mà còn hỗ trợ việc rải vụ trồng, kéo dài thời gian chế biến tại các nhà máy đường.

Mía, thuộc chi Saccharum trong tông Andropogoneae của họ Hòa thảo (Poaceae), là tên gọi chung cho các loài cây này Chúng chủ yếu phân bố ở các khu vực nhiệt đới và cận nhiệt đới Cây mía được chia thành ba nhóm chính.

- Nhóm Saccharum officinarum: là giống thường gặp, được trồng nhiều nhất trên thế giới và ở Việt Nam

- Nhóm saccharum violaceum: lá màu tím, thân cứng và không trổ cờ

- Nhóm saccharum simense: cây nhỏ cứng, thân màu nâu nhạt, được trồng nhiều ở Trung Quốc

Ngoài ra, còn có nhóm saccharum barberi, saccharum bengalenes, saccharum edule, nhưng những nhóm này ít phổ biến

Thành phần hóa học của cây mía có sự biến đổi tùy thuộc vào điều kiện trồng trọt ở từng vùng và giống mía Mía chủ yếu chứa nước và đường saccharose, bên cạnh đó còn có một lượng nhỏ các hợp chất không đường như chất hữu cơ, chất sáp và acid hữu cơ.

Bảng 1 1: Thành phần hóa học của mía và nước mía (1)

Nguyên liệu Thành phần Hàm lượng (%)

Acid hữu cơ tự do 0,5-2,5

Chất không đường chưa xác định 3-5

Loại đường phổ biến nhất, có trong nhiều loại động vật, thực vật

Ví dụ: có trong nhiều loại thực vật: mía, củ cải đường, thốt nốt…

1.1.3.1 Tính chất vật lý của đường saccaroze

Saccaroze là tinh thể không màu, có vị ngọt, dễ tan trong nước, đặc biệt tan nhiều trong nước nóng

(1) Trang 13, công nghệ đường mía, PGS Nguyễn Ngộ

1.1.3.2 Tính chất hóa học của saccaroze

Công thức phân tử C12H22O11 là một disaccarid, cấu tạo từ hai đường đơn là gốc β- glucose và gốc γ - fructose liên kết với nhau thông qua nguyên tử oxi

Saccarose không có tính khử do không có nhóm chức andehit (-CHO), vì vậy nó không phản ứng với bạc như glucose Thay vào đó, saccarose thể hiện các tính chất của ancol đa chức và phản ứng của disaccarid.

Một số phản ứng hóa học của saccharoze:

- Phản ứng của ancol đa chức: dung dịch saccarose phản ứng với Cu(OH)2 tạo ra dung dich phức đồng có màu xanh thẫm

- Phản ứng thủy phân: khi saccarose được nung nóng với dung dịch acid hay có xúc tác enzyme (invertaze) thì saccharose bị thủy phân thành glucose và fructose

- Saccharose bị thủy phân thành glucose và fructose khi đun nóng với dung dịch acid và có xúc tác enzyme trong hệ tiêu hóa người

Phản ứng caramen hóa xảy ra khi đường saccarose bị mất nước dưới tác dụng của nhiệt độ cao, tạo ra sản phẩm có màu caramen Trong môi trường kiềm, saccarose có thể bị thủy phân thành lactose, glucose, fructose và các loại đường khác Nếu dung dịch được đun nóng lâu ở pH từ 8-9, saccarose sẽ phân hủy thành các hợp chất màu vàng hoặc nâu.

Tốc độ phân hủy của saccarose tăng theo pH; cụ thể, ở nhiệt độ sôi trong một giờ, với pH từ 8 đến 9, saccarose chỉ bị phân hủy 0,05%, nhưng khi pH tăng lên 12, mức độ phân hủy tăng lên 0,5%.

1.1.4 Ứng dụng của đường saccarose

Saccarose là thành phần quan trọng trong ngành công nghiệp thực phẩm, được sử dụng rộng rãi trong sản xuất bánh kẹo và nước giải khát Ngoài ra, nó còn đóng vai trò thiết yếu trong ngành dược phẩm để pha chế thuốc Đường không chỉ là nguyên liệu chính cho nhiều sản phẩm thực phẩm mà còn là nhu cầu thiết yếu trong đời sống hàng ngày của con người.

1.1.5 Thông số kỹ thuật trong quá trình cô đặc mía đường

Quá trình cô đặc thực phẩm bao gồm ba thông số chính: nhiệt độ sôi, thời gian sản phẩm lưu lại trong thiết bị (thời gian cô đặc) và cường độ bốc hơi Những yếu tố này đóng vai trò quan trọng trong việc đảm bảo chất lượng và hiệu quả của quá trình cô đặc.

Trong quá trình cô đặc mía đường, dung dịch mía đường được đun nóng đến nhiệt độ sôi Khi nước trong dung dịch bốc hơi, nồng độ đường (chất hòa tan) tăng lên cho đến khi đạt yêu cầu Sau đó, quá trình cô đặc sẽ được ngừng lại và dung dịch sẽ được lấy ra khỏi thiết bị.

Nhiệt độ sôi của dung dịch đường phụ thuộc áp suất hơi ở trên bề mặt, nồng độ chất hòa tan và thành phần của dung dịch đường mía

Khi áp suất hơi trên bề mặt dung dịch đường mía giảm, nhiệt độ sôi của dung dịch cũng giảm theo Việc tạo độ chân không trong thiết bị cô đặc giúp hạ nhiệt độ sôi của dung dịch đường mía Điều này cho phép điều chỉnh nhiệt độ sôi thông qua việc thay đổi độ chân không Trong quá trình cô đặc, nồng độ đường tăng lên, dẫn đến việc nhiệt độ sôi của dung dịch cũng tăng theo.

Nhiệt độ sôi thấp giúp giữ ổn định tính chất của dung dịch đường mía, giảm thiểu tổn thất thành phần, biến đổi màu sắc và bay hơi mùi thơm Điều này cũng góp phần kéo dài thời gian bền của thiết bị cô đặc.

Thời gian lưu lại của dung dịch mía đường trong thiết bị cô đặc rất quan trọng, vì nó quyết định quá trình bốc hơi nước ra khỏi nguyên liệu Quá trình này giúp đạt được nồng độ mía đường yêu cầu, đảm bảo chất lượng sản phẩm cuối cùng.

Thời gian cô đặc của dung dịch mía đường phụ thuộc vào phương pháp vận hành của thiết bị và cường độ bốc hơi Khi thiết bị hoạt động liên tục với nguyên liệu vào và sản phẩm ra, thời gian lưu giữ của sản phẩm trong thiết bị sẽ ngắn hơn nếu cường độ bốc hơi lớn.

Cường độ bốc hơi của dung dịch mía đường phụ thuộc vào cường độ trao đổi nhiệt giữa hơi nóng và sản phẩm bốc hơi Hệ số truyền nhiệt của quá trình cô đặc là yếu tố quyết định cho cường độ trao đổi nhiệt; hệ số này càng lớn thì cường độ bốc hơi càng cao.

1.1.6 Biến đổi của dung dịch mía đường trong quá trình cô đặc

Khái quát về cô đặc

- Cô đặc là quá trình làm bay hơi một phần dung môi của dung dịch chứa chất tan không bay hơi,ở nhiệt độ sôi với mục đích:

- Làm tăng nồng độ chất tan

- Tách chất rắn hòa tan ở dạng tinh thể (kết tinh)

- Thu dung môi ở dạng nguyên chất (nước cất)

Cô đặc diễn ra ở nhiệt độ sôi và có thể thực hiện dưới mọi loại áp suất, bao gồm áp suất chân không, áp suất thường và áp suất dư Quá trình này có thể được thực hiện trong một thiết bị cô đặc đơn lẻ hoặc trong hệ thống nhiều thiết bị Hơi nước, được gọi là “hơi thứ”, thường là sản phẩm bay ra trong quá trình cô đặc, với nhiệt độ cao và ẩn nhiệt hóa hơi lớn, do đó thường được sử dụng làm hơi đốt cho các nồi cô đặc Nếu hơi thứ được sử dụng ngoài quá trình cô đặc, nó được gọi là “hơi phụ”.

Cô đặc có thể thực hiện ở nhiều mức áp suất khác nhau Khi làm việc ở áp suất khí quyển, thiết bị hở được sử dụng, trong khi thiết bị kín được áp dụng cho các áp suất khác.

 Người ta phân loại thiết bị cô đặc theo các cách sau:

- Theo sự bố trí bề mặt đun nóng: nằm ngang, thẳng đứng, nghiêng

Theo các phương pháp chất tải nhiệt, có thể đun nóng bằng hơi như hơi nước bão hòa và hơi quá nhiệt, hoặc sử dụng khói lò cùng với chất tải nhiệt có nhiệt độ cao như dầu và nước ở áp suất cao Ngoài ra, việc sử dụng dòng điện cũng là một phương pháp hiệu quả để cung cấp nhiệt.

- Theo chế độ tuần hoàn: tuần hoàn tự nhiên, tuần hoàn cưỡng bức…

- Theo cấu tạo bề mặt đun nóng: ống chùm, vỏ bọc ngoài, ống xoắn

 Trong công nghệ hóa chất thường dùng thiết bị cô đặc đun nóng bằng hơi, loại này gồm các phần chính sau:

- Buồng đốt - bề mặt truyền nhiệt

- Buồng bốc (phân ly hơi) - khoảng trống để cách hơi thứ ra khỏi dung dịch

- Buồng phân ly hơi lỏng (bộ phận tách bọt) - dùng để tách những giọt lỏng do hơi thứ mang theo

 Một số thiết bị cô đặc chủ yếu:

- Thiết bị cô đặc ống tuần hoàn trung tâm

- Thiết bị cô đặc loại buồng đốt treo

- Thiết bị cô đặc loại buồng đốt ngoài

- Thiết bị cô đặc có tuần hoàn cưỡng bức

- Thiết bị cô đặc loại màng

- Thiết bị cô đặc có vành chất lỏng

1.2.2.2 Yêu cầu chung đối với thiết bị cô đặc

- Thích ứng được với tính chất đặc biệt của dung dịch như độ nhớt cao, tạo bọt lớn…

- Hệ số truyền nhiệt lớn, bởi vì khi nồng độ tăng hệ số truyền nhiệt giảm

- Tách li hơi thứ cấp tốt, đảm bảo hơi thứ cấp sạch để cho ngưng tụ, lấy nhiệt cho cấp cô đặc tiếp theo

- Hơi đốt hoặc hơi thứ cấp làm hơi đốt đảm bảo phân bố đều trong không gian bên trong giữa các ống của dàn ống

- Đảm bảo tách các khí không ngưng còn lại sau khi ngưng tụ hơi đốt

Việc làm sạch bề mặt bên trong các ống trở nên dễ dàng hơn, vì khi dung dịch bốc hơi, nó sẽ để lại cặn bẩn trên bề mặt ống.

- Dễ chế tạo, giá thành rẻ…

1.2.3 Hệ thống cô đặc một nồi cô đặc gián đoạn

- Giữ được chất lượng, tính chất sản phẩm, hay các cấu tử dễ bay hơi

- Nhập liệu và tháo sản phẩm đơn giản, không cần ổn định lưu lượng

- Thao tác dễ dàng, có thể cô đặc đến các nồng nồng độ khác nhau

- Không cần phải gia nhiệt ban đầu cho dung dịch

- Cấu tạo đơn giản, giá thành thấp

- Qúa trình không ổn định, tính chất hóa lý của dung dịch thay đổi liên tục theo nồng độ, thời gian

- Nhiệt độ hơi thấp, không dùng được cho mục đích khác

- Khó giữ được độ chân không trong thiết bị

Hình 1 1: Sơ đồ hệ thống cô đặc một nồi

2 Bơm dung dịch ban đầu

5 Thùng thiết bị nung nóng

9 Thiết bị ngưng tụ chân cao

10 Bộ phận phân ly bọt

1.2.4 Hệ thống cô đặc kiểu buồng đốt treo

- Buồng đốt treo ở bên trong thiết bị, phần dưới của buồng đốt được đặt trên các giá đỡ

- Buồng đốt treo có thể tháo rời thiết bị để cọ rửa và sữa chữa

- Hơi đốt được dẫn vào buồng đốt rồi phun ra không gian bên ngoài các ống truyền nhiệt

Giữa thân thiết bị và thân buồng đốt có một khe hở hình vành khăn, và khi thiết bị hoạt động, khe hở này sẽ được lấp đầy bằng dung dịch, đóng vai trò như ống tuần hoàn.

- Thiết bị này thường dùng để cô đặc dung dịch có kết tinh và ứng dụng rộng rãi trong công nghiệp hóa chất

- Buồng đốt kiểu treo có thể tháo ra ngoài khi cần sữa chữa hoặc làm sạch

- Tốc độ tuần hoàn tốt hơn vì vỏ ngoài không bị đốt nóng

- Có cấu tạo phức tạp

- Kích thước lớn do có khoảng trống hình vành khăn

1.Buồng đốt 2.Thân thiết bị 3.Ống dẫn hơi đốt 4.Bộ phận tách bọt 5.Ống dẫn bọt 6.Ống dẫn nước rửa

Hình 1 2: Thiết bị cô đặc buồng đốt treo

XÁC ĐỊNH KÍCH THƯỚC THIẾT BỊ

Thông số yêu cầu

- Nồng độ dung dịch đầu: xđ = 8%

- Nồng độ dung dịch cuối: xc = 32%

- Năng xuất thiết bị: F = 1800kg/mẻ

- Áp suất tối đa của hơi đốt: Phđ = 0,18 MPa = 1,776 at

Cân bằng vật chất

Chọn căn bản tính là 1h cho toàn hệ thống

- Gđ (kg/mẻ): là lượng dung dịch nhập liệu ban đầu, Gđ = 1800 kg/mẻ

- Gc (kg/mẻ): lượng sản phẩm sau cô đặc

- W (kg/mẻ): lượng hơi thứ thoát ra từ hệ thống

- xđ, xc (%): lần lượt là nồng độ đầu và nồng độ cuối của dung dịch, xđ 0,08, xc = 0,32

- Lượng dung dịch sau khi cô đặc và hơi thứ bốc lên trong quá trình cô đặc

 Phương trình cân bằng chất khô hòa tan cho toàn hệ thống x đ × G đ = x c × G c

 Phương trình cân bằng nướctrong toàn hệ thống

Cân bằng nhiệt lượng cho toàn hệ thống

Chọn áp suất hơi đốt: Phđ = 0,1039 MPa = 1,025 at

=>Áp suất tuyệt đối của hơi đốt: Phđ = 1+1,025 = 2,025at

Chia nồng độ dung dịch

- Tiến hành cô đặc dung dịch có nồng độ ban đầu là 8% đến kho dung dịch đạt nồng độ 32%, có thể chia thành 4 khoảng nồng độ để tính toán

Tra bảng I.250, Trang 312, trong Sổ tay quá trình và thiết bị công nghệ hóa chất tập 1 của TS Trần Xoa, PGs TS Nguyễn Trọng Khuông và KS Hồ Lê Viên, xuất bản bởi NXB KHKT Hà Nội, cung cấp thông tin quan trọng về các quy trình và thiết bị trong ngành công nghệ hóa chất.

G đ 00 Kg/mẻ/giờ G c xđ = 0,08 xHệ thống cô đặc c = 0,32

- Do lượng nhập liệu ban đầu khá lớn nên có thể tiến hành nhập liệu theo từng đợt, lần lượt như sau 50%, 25%,15%, 10% ( tính theo % lượng nguyên liệu ban đầu)

 Đợt 1: Nhập liệu 50%Gđ, trong khoảng nồng độ 8% ÷ 17%

- Lượng dung dịch thêm vào:

- Lượng nước mất đi trong quá trình cô đặc đến nồng độ 17%

- Lượng dung dịch còn lại sau khi cô đặc đến nồng độ 17%

0,17 = 423.53 kg Hoặc cân bằng vật chất toàn hệ thống: Gđ1 = W1 + Gc1  Gc1 =Gđ1 – W1 = 423.53kg

 Đợt 2: Nhập liệu 25%Gđ, trong khoảng nồng độ 17% ÷ 22%

- Lượng dung dịch thêm vào:

- Lượng dung dịch trong nồi sau khi nhập liệu:

- Nồng độ dung dịch khi đó là: x đ2 = 0,17 × 𝐺 𝑐1 + 0,08 × 𝐺 đ2

- Lượng nước mất đi trong quá trình cô đặc đến nồng độ 22%

- Lượng dung dịch còn lại sau khi cô đặc đến nồng độ 22%

 Tính toán cho các đợt nhập liệu còn lại, với các khoảng nồng độ ta được kết quả sau:

Bảng 2 1: Tính toán các giá trị khi chia giai đoạn nhập liệu

Lượng thêm vào (kg) Gđ (kg) Gc (kg) W (kg) Nồng độ trung bình(%)

Xác định áp suất và nhiệt độ

Áp suất hơi ngưng tụ là: 0,87892 at

 Áp suất hơi ngưng tụ tuyệt đối là: Pngt = 1−0,87892 = 0,12018 at

 Nhiệt độ hơi ngưng tụ là: Tngt = 49 0 C (3)

Trang 67, Sổ tay quá trình và thiết bị công nghệ hóa chất tập 2, TS Trần Xoa, PGs TS Nguyễn Trọng Khuông

- Ta có: nhiệt độ hơi thứ = nhiệt độ hơi ngưng tụ + (1÷1,5 0 C) (4)

- Suy ra, nhiệt độ hơi thứ: Tht = 49 0 C + 1 0 C = 50 0 C (5)

- Ta được áp suất hơi thứ: Pht = 0,1258 at

Xác định nhiệt tổn thất

2.6.1 Tổn thất nhiệt độ do nồng độ tăng cao

- ∆ ' : Tổn thất nhiệt độ do nhiệt độ sôi của dung dịch và nhiệt độ sôi của dung môi nguyên chất ở áp suất thường ( 0 C)

- f: Hệ số hiệu chỉnh ( vì thiết bị cô đặc thường làm việc ở áp suất khác với áp suất thường)

- Tm: Nhiệt độ của dung môi nguyên chất ở áp suất làm việc, có giá trị nhiệt độ hơi thứ => Tm = Tht = 50 0 C = 323K

- r: ẩn nhiệt hóa hơi của dung môi ở áp suất làm việc Ta có: r = 2380,103 J/kg (7)

 Thế vào công thức trên, ta được: f = 16,2 × 323

Bảng 2 2: Tổn thất nhiệt do nồng độ tăng cao ở các nồng độ khác nhau (8)

(4) Tra bảng I.250, Trang 312, Sổ tay quá trình và thiết bị công nghệ hóa chất tập 1, TS Trần Xoa, PGs

(5) Công thức VI.11, Trang 59, Sổ tay quá trình và thiết bị công nghệ hóa chất tập 2, TS Trần Xoa, PGs TS Nguyễn Trọng Khuông

(7) Tra bảng I.250, Trang 312, Sổ tay quá trình và thiết bị công nghệ hóa chất tập 1, TS Trần Xoa, PGs TS Nguyễn Trọng Khuông

(8) Tra tại https://www.sugartech.com/

2.6.2 Tổn thất thất nhiệt độ do áp suất thủy tĩnh ∆''

- T*: Nhiệt độ sôi của dung dịch có giá trị lớn nhất

- T**: Nhiệt độ sôi của dung dịch ở bề mặt chất thoáng

- Ts: Nhiệt độ sôi của dung dịch

- Tht: Nhiệt độ hơi thứ

- Tngt: Nhiệt độ hơi thứ đi vào thiết bị ngưng tụ

- ∆': Tổn thất nhiệt do nồng độ tăng cao

- ∆'': Tổn thất nhiệt do áp suất thủy tĩnh

- ∆''': Tổn thất nhiệt do chênh lệch nhiệt độ hơi ngưng tụ và hơi trên bề mặt

Đồ thị trong Hình 2.1 minh họa sự biến đổi nhiệt độ của hơi đốt và dung dịch Áp suất của dung dịch thay đổi theo chiều sâu: tại bề mặt, áp suất bằng áp suất hơi trong phòng bốc hơi, trong khi ở đáy ống, áp suất bao gồm áp suất trên mặt cộng với áp suất thủy tĩnh của cột dung dịch từ đáy ống Trong các tính toán, thường sử dụng áp suất trung bình của dung dịch.

- Ptb: áp suất trung bình (N/m 2 )

- P’: áp suất trên bề mặt dung dịch (N/m 2 ) P’ = Pht = 0,1258 at

- ∆P: áp suất thủy tĩnh kể từ bề mặt dung dịch đến giữa ống (N/m 2 )

- h2: chiều cao của ống đốt (m), h2 = 1m

- h1: chiều cao của lớp dung dịch kể từ miệng ống đốt đến mặt thoáng của thoáng của dung dịch (m), điều kiện: h1 ≤ h2 Chọn h1 = 0,5 m

- ρs: khối lượng riêng của dung dịch khi sôi (kg/m 3 )

- ρ: khối lượng riêng của dung dịch (kg/m 3 )

Bảng 2 3: Xác định các giá trị ρ, ρ s , ∆P, ∆P tb (10) xtb (%) ρ (kg/m 3 ) ρs (kg/m 3 ) ∆P (N/m 2 ) ∆P (at) Ptb (at)

 Nhiệt độ tổn thất do áp suất thủy tĩnh bằng hiệu số giữa nhiệt độ trung bình (Ttb) và nhiệt độ của dung dịch trên mặt thoáng (Tht)

 Từ Ptb, suy ra các giá trị Ttb và các ∆′′ tương ứng (12)

Bảng 2 4: Tổn thất nhiệt do áp suất thủy tĩnh ∆’’

2.6.3 Tổn thất nhiệt độ do trở lực thủy học trên đường ống

Thường với mỗi nồi, ∆''' = 1 ÷ 1,5 0 C Vì vậy, việc chọn ∆''' sao cho phù hợp và đơn giản trong việc tính toán Chọn ∆''' = 1 0 C

2.6.4 Tổn thất chung cho toàn hệ thống cô đặc

Bảng 2 5: Tổn thất chung cho toàn hệ thống cô đặc

Loại nhiệt độ Nồng độ trung bình (%)

Hiệu số nhiệt độ hữu ích và nhiệt độ sôi

2.7.1 Hiệu số nhiệt độ hữu ích

 Hiệu số nhiệt độ hữu ích (Thi) trong hệ thống cô đặc được sử dụng như sau:

- Công thức: ∆T hi =∆T ch + Σ ∆ (14) = T hđ − T ngt −∑∆ = T hđ − (T ngt + ∑Δ) Trong đó:

 ΔT ch = T hđ − T ngt: Hiệu số nhiệt độ chung, là hiệu số giữa nhiệt độ hơi đốt và và nhiệt độ hơi thứ ở thiết bị ngưng tụ ( 0 C)

 ∑Δ : Tổng tổn thất nhiệt độ ( 0 C)

2.7.2 Nhiệt độ sôi của dung dịch

 Nhiệt độ sôi của dung dịch (Ts) trong thiết bị cô đặc được xác định bằng công thức sau: T s = T ngt +∑Δ

- Nhiệt độ hơi đốt: Thđ = 120 0 C

Bảng 2 6: Hiệu số hữu ích và nhiệt độ sôi

Tính toán bề mặt truyền nhiệt của buồng đốt

 Cấu tạo thiết bị cô đặc gồm 2 phần chính là buồng đốt và buồng bốc Trong thiết bị này, hai bộ phận trên gắn liền nhau thành một khối

 Bề mặt truyền nhiệt của buồng đốt có thể tính theo công thức tổng quát sau:

- F: diện tích bề mặt truyền nhiệt của buồng đốt (m 2 )

- Q: nhiệt lượng do hơi đốt cung cấp (W)

- K: hệ số truyền nhiệt (W/m 2 độ)

- ∆Thi: hiệu số nhiệt độ hữu ích ( 0 C)

2.8.1 Tính nhiệt lượng do hơi đốt cung cấp

 Nhiệt lượng do hơi đốt cung cấp được xác định theo công thức sau :

- r: ẩn nhiệt ngưng tụ (J/kg) Với r = 2207.10 3 J/kg (17)

Hình 2 2: Hệ thống sơ đồ nhiệt

- D: lượng hơi đốt ( hơi sống) dùng cho hệ thống (kg/h)

- I = (i + Cn.θ): hàm nhiệt của hơi đốt (J/kg), nếu hơi đốt là hơi nước bão hòa thì I = r (ẩn nhiệt ngưng tụ)

- i: hàm nhiệt của hơi thứ (J/kg), i = 2589.10 3 J/kg (18)

- Tđ, Tc: nhiệt độ sôi ban đầu và ra khỏi nồi dung dịch ( 0 C)

- Cđ, Cc: nhiệt dung riêng ban đầu và ra khỏi nồi của dung dịch (J/kg.độ)

(15) Công thức 3.16, Trang 144, Các quá trình thiết bị trong công nghệ hóa chất và thực phẩm, Tập 3, Phạm Xuân Toản

(16) Công thức VI.6a, Trang 57, Sổ tay quá trình và thiết bị công nghệ hóa chất tập 2, TS Trần Xoa, PGs TS Nguyễn Trọng Khuông

- Cn: nhiệt dung riêng của nước ngưng (J/kg.độ), Cn = 4250 J/kg.độ (19)

- Gđ,Gc: lượng dung dịch ban đầu và ra khỏi nồi (kg/h)

- θ: nhiệt độ của nước ngưng tụ, coi bằng bằng nhiệt độ của hơi đốt

- W: lượng hơi thứ bốc lên (kg/h)

 Phương trình cân bằng nhiệt lượng

 Do lượng dung dịch ban đầu: Gđ.Cđ.Tđ (W)

 Do sản phẩm: Gc.Cc.Tc (W)

 Do nhiệt tổn thất ra môi trường: Qtt (W)

- Phương trình cân bằng nhiệt lượng:

- Q = D.(r −Cn.θ) = Gc.Cc.Tc − Gđ.Cđ.Tđ + W.i + Qtt

 Thay vào công thức trên ta được

 Giả sử nhập liệu ở nhiệt độ sôi, khi đó: Tđ = Tc = Ts

 Thay các số liệu vào ta tính được D

Bảng 2 7: Lượng hơi đốt dùng cho hệ thống trong các lần nhập liệu

Bảng 2 8: Nhiệt độ hơi đốt cung cấp trong các lần nhập liệu

- Hệ số truyền nhiệt K được xác định bằng công thức

(W/m 2 0 C) (22) , Với n là số lớp tường truyền nhiệt

, Vì trong trường hợp này n = 1

 Hệ số cấp nhiệt phía hơi ngưng tụ và phía chất lỏng sôi: α 1 , α 2

 r 1 : nhiệt trở hơi nước (có lẫn dầu nhớt), r 1 = 0,232.10 -3 (m 2 0 C/W) (23)

 r 2 : nhiệt trở lớp cặn bẩn, r 2 = 0,387.10 -3 (m 2 0 C/W) (24)

(22) Công thức V.5, Trang 3, Sổ tay quá trình và thiết bị công nghệ hóa chất tập 2, TS Trần Xoa, PGs TS Nguyễn Trọng Khuông

(23) Tra bảng V.1, Trang 4, Sổ tay quá trình và thiết bị công nghệ hóa chất tập 2, TS Trần Xoa, PGs

(24) Tra bảng V.1, Trang 4, Sổ tay quá trình và thiết bị công nghệ hóa chất tập 2, TS Trần Xoa, PGs

Hình 2 3: Truyền nhiệt qua chiều dày ống

Bảng 2 9: Một số thông số kích thước của ống truyền nhiệt (25)

Loại thép Đường kính trong (mm) Đường kính ngoài (mm) Bề dày (mm)

 Tính hệ số cấp nhiệt khi hơi ngưng tụ

- Đối với nước, giá trị A phụ thuộc vào giá trị màng nước ngưng Tm như sau:

Bảng 2 10: Sự phụ thuộc của hệ số A vào nhiệt độ của màng nước ngưng T m (27)

 r: ẩn nhiệt ngưng tụ (hơi bão hòa) (J/kg), với r = 2207.10 3 J/kg

 ρ: khối lượng riêng của nước ngưng (kg/m 3 )

 λ: hệ số dẫn nhiệt của nước ngưng (N.s/m 2 )

 μ: độ nhớt của nước ngưng (N.s/m 2 )

 H: chiều cao thẳng đứng của ống truyền nhiệt (m), với H = h 2 = 1m

 ΔT 1 : hiệu số nhiệt độ giữa hơi ngưng tụi và thành thiết bị

Khi áp dụng công thức tính toán, ẩn nhiệt ngưng tụ (r) được xác định dựa trên nhiệt độ hơi bão hòa, trong khi các thông số của nước ngưng như mật độ (ρ), độ nhớt (μ) và dẫn nhiệt (λ) được lấy theo nhiệt độ của màng nước ngưng (T m).

 Tt1: nhiệt độ thành thiết bị phía tiếp xúc với hơi đốt ( 0 C)

 Tbh: nhiệt độ hơi bão hòa (nhiệt độ hơi đốt Thđ) ( 0 C)

 Giả sử các giá trị ΔT1 ứng với các nồng độ, ta sẽ tính được α1

 Tính hệ số cấp nhiệt khi chất lỏng sôi

(25) Tra tại website: http://www.engineeringtoolbox.com/asme-steel-pipes-sizes-d_42.html

(26) Công thức V.101, Trang 28, Sổ tay quá trình và thiết bị công nghệ hóa chất tập 2, TS Trần Xoa, PGs TS Nguyễn Trọng Khuông

(27) Trang 29, Sổ tay quá trình và thiết bị công nghệ hóa chất tập 2, TS Trần Xoa, PGs TS Nguyễn Trọng Khuông

- Khi cần tính toán gần đúng hệ số cấp nhiệt khi sôi cho dung dịch hay một chất lỏng bất kì, ta có thể áp dụng công thức sau: α 2 = Ψ×α n (28)

- Với hệ số hiệu chỉnh Ψ = ( λ dd λ n ) 0.565 × [( ρ dd ρ n ) 2 × ( ∁ dd

- Trong đó: λ, ρ, C, μ lần lượt là hệ số dẫn nhiệt, khối lượng riêng, nhiệt dung riêng, độ nhớt tương ứng với nhiệt độ sôi của dung dịch, chỉ số

“dd” biểu thị dung dịch, chỉ số “n” biểu thị nước

Bảng 2 11: Các thông số λ n , ρ n , C n , μ n của nước theo nhiệt độ sôi của dung dịch (30)

Bảng 2 12: Các thông số λ dd , ρ dd , C dd , μ dd theo nhiệt độ sôi của dung dịch nước mía (31)

Cdd (J/kg.độ) 3945 3833 3732 3622 ρdd (kg/m 3 ) 1035.7 1052.4 1073.9 1096.3 μdd(N.s/m 2 ) 0,0007 0,0008 0,0009 0,0011 λdd (W/m 2 0 C) 0,248 0,234 0,221 0,207

- Hệ số dẫn nhiệt của dung dịch (λdd) được tính theo công thức sau: λdd = (326,775 +1,0412T – 0,0033T 2 ).(0,976 × 0,009346 × %H2O) x 10 −3

 T: Nhiệt độ sôi của dung dịch (K)

 %H2O: phần trăm của nước trong dung dịch

(28) Công thức 1.70, Trang 44, Các quá trình thiết bị trong công nghệ hóa chất và thực phẩm, Tập

Bảng 2 13: Hệ số hiệu chỉnh (ψ) theo nồng độ trung bình

P: áp suất làm việc (at), với P= Pht = 0,1258 at q1: nhiệt tải riêng do hơi nước cung cấp cho thành thiết bị

 Tính nhiệt tải riêng o Nhiệt tải riêng của hơi đốt cung cấp cho thành thiết bị Công thức: q 1 = α 1 ΔT 1 = α 1 (T hđ - T t1 ) (W/m 2 ) (33)

Hệ số cấp nhiệt khi hơi ngưng tụ (α1) được đo bằng W/m².độ, trong khi hiệu số nhiệt độ (ΔT1) giữa hơi nước và bề mặt thiết bị tiếp xúc với hơi đốt (ống truyền nhiệt) được tính bằng độ C Nhiệt tải riêng phía dung dịch sôi cũng cần được xem xét trong quá trình này.

Hệ số cấp nhiệt α2, được đo bằng W/m².độ, phản ánh khả năng truyền nhiệt từ thành thiết bị đến dung dịch Hiệu số nhiệt độ ΔT2, tính bằng độ C, là sự chênh lệch giữa nhiệt độ của thành thiết bị tiếp xúc và nhiệt độ sôi của dung dịch, được xác định qua công thức ΔT2 = Tt2 - Ts.

 Để đảm bảo truyền nhiệt là ổn định thì q1 và q2 phải gần bằng nhau, do đó ta phải chọn ΔT2 sao cho: η = q 1 −q 2 q 1 × 100% ≤ 5% ( nếu q1 > q2)

 Tính hệ số truyền nhiệt K

- Từ giá trị Tt1, suy ra giá trị Tm tra, từ đó ta tra giá trị của A tại bảng 2.10

- Ta có: r = 2207 kJ/kg; H = 1 m và Σr = 6,9.10 -4 m 2 0 C/W

(33) Công thức trang 43, Các quá trình thiết bị trong công nghệ hóa chất và thực phẩm, Tập 3, Phạm Xuân Toản

Bảng 2 14: Tính toán hệ số truyền nhiệt các nồng độ tương ứng

 Diện tích bề mặt truyền nhiệt F

- Bề mặt truyền nhiệt F được tính theo công thức: F = Q

 Q: Nhiệt lượng do hơi đốt cung cấp (J)

 ΔThi: Hiệu số nhiệt độ hữu ích ( 0 C)

Bảng 2 15: Tính bề mặt truyền nhiệt F

- Chọn diện tích bề mặt truyền nhiệt:

- Diện tích bề mặt truyền nhiệt thực tế:

Kích thước buồng bốc và buồng đốt

– Vkgh: thể tích buồng bốc (m 3 ), Vkgh = w ρdd.U tt , với Vkgh (m 3 ) (35)

– Hkgh: chiều cao của không gian hơi (m)

– W: lượng hơi thứ bốc lên thiết bị (kg/h), ứng vớ giai đoạn có lượng hơi thứ bốc lên cao nhất Ta có: W = 476.5(kg/h)

Tại nhiệt độ 50°C, khối lượng riêng của hơi thứ là ρh = 0,083 kg/m³ Cường độ bốc hơi thể tích cho phép của không gian hơi, ký hiệu là Utt, ở áp suất 1at dao động trong khoảng 1600 đến 1700 m³/m³.h Áp suất của hơi thứ có ảnh hưởng đáng kể đến Utt, vì vậy khi áp suất khác 1at, giá trị của Utt sẽ được điều chỉnh theo hàm số Utt = f.Utt(1at).

 Utt(1at): Cường độ bốc hơi thể tích cho phép khi áp suất là 1at (m 3 /m 3 h)

 f: hệ số hiệu chỉnh tương ứng với áp suất Pht Thường tại áp suất làm việc Pht = 1÷15 at tương ứng với fp = 1,0 ÷ 0,8 Chọn fp = 0,9

 Thể tích buồng bốc: Vkgh = W ρdd.U tt = 476.5

 Đường kính buồng bốc: o chọn Hkgh=2,0 m

𝜋.2 = 1.6 m o Chiều cao buồng bốc: Hbb = Hkgh + h1 = 2,0 + 0,5 = 2,5 m

2.9.1.1 Đường kính ống dẫn hơi đốt

- Vs: lưu lượng hơi đốt (m 3 /s) Với Vs = D.v’’

 D: lượng hơi đốt trong 4 giai đoạn cô đặc, D = 0.53 kg/s

- ω: vận tốc thích hợp của khí (hơi) hoặc dung dịch trong ống (m/s) (40)

 Đối với chất lỏng nhớt: ω = 0,5 ÷ 1 m/s

(38) Suy ra từ công thức VI.42, Trang 74, Sổ tay quá trình và thiết bị công nghệ hóa chất tập 2, TS Trần Xoa, PGs TS Nguyễn Trọng Khuông

(40) Trang 74, Sổ tay quá trình và thiết bị công nghệ hóa chất tập 2, TS Trần Xoa, PGs TS Nguyễn Trọng Khuông

 Đối với chất lỏng ít nhớt: ω = 1 ÷ 2 m/s

 Đối với hơi nước bão hòa: ω = 20 ÷ 40 m/s

 Đối với hơi quá nhiệt: ω = 30 ÷ 50 m/s Khi ở áp suất thường hoặc xấp xỉ bằng áp suất thường ω = 10 ÷ 20 m/s

- Chọn d t = 128.194 mm, dn = 141.3mm, δ = 6.553 mm (41)

2.9.1.2 Xác định số ống truyền nhiệt

- : diện tích bề mặt truyền nhiệt (m 2 ) Tính toán F = 19.96m 2

- F d: đường kính ống truyền nhiệt (m) Do α1 > α2 nên d = dt

- Chọn dt = 35.052 mm, dn = 42,164 mm (43)

- L: chiều dài ống truyền nhiệt L = h2 = 1m

 Số ống truyền nhiệt thực tế:

Từ Ntt chọn chuẩn tổng số ống của thiết bị là 187 ống (44)

 Số ống truyền nhiệt danh nghĩa: là số ống nằm trong lòng ống dẫn hơi đốt

 dn: đường kính ngoài của ống truyền nhiệt (m), dn 42,164.10 -3 m

 t: bước ống (m) (thường t = (1,2 ÷ 1,5).dn Chọn t = 1,4×42,164×10 -3 = 59,03×10 -3 m

 b’: số ống trên đường chéo của hình lục giác

Với b’ = 3 ứng với số ống danh nghĩa là 7 (45)

 Số ống còn lại: N = 187– 7 = 180 ống Vậy ta lắp đặt 180 ống

 Bề mặt truyền nhiệt thực tế Ftt = N.π.dt L + π.D hđ L = 180.π.35,052.10 -3 1 + π.0,115.1 = 20.18 m 2

- Kiểm tra bề mặt truyền nhiệt:

(42) Công thức III-25, Trang 121, Sổ tay thiết kế thiết bị hóa chất và chế biến thực phẩm đa dụng,

(44) Tra bảng V.11, Trang 48, Sổ tay quá trình và thiết bị công nghệ hóa chất tập 2, TS Trần Xoa, PGs TS Nguyễn Trọng Khuôn

- Ftt: bề mặt truyền nhiệt thực tế (gồm ống dẫn hơi đốt, m 2 )

- Flt: bề mặt truyền nhiệt theo lý thuyết (chưa kể ống dẫn hơi đốt, m 2 )

- Dbđ: Đường kính buồng đốt (m)

- dn: đường kính ngoài của ống truyền nhiệt (m), với dn 42,164.10 -3 m

- t: bước ống (m) ,thường t = (1,2 ÷ 1,5) × dn Chọn t 1,4.42,164.10 -3 = 59,03.10 -3 m

- b: số ống trên đường chéo của hình lục giác, b = 15 (47)

= 1 m Đường kính buồng đốt: Dt = 1m

2.9.1.4 Đường kính tiết diện của buồng đốt : Ft = 𝜋.𝐷 𝑏đ

2.9.1.5 Đường kính thân buồng đốt

 Diện tích tiết diện ngang của ống truyền nhiệt

- d = dt: đường kính trong ống truyền nhiệt (m)

 Diện tích tiết diện ngang của khoảng vành khăn tuần hoàn

Hình 2 4: Tiết diện ngang của khoảng vành khăn tuần hoàn

 Do buồng đốt treo, nên chọn đường tuần hoàn là khoảng vành khăn giữa buồng đốt và thân buồng đốt

Để đảm bảo sự tuần hoàn hiệu quả, người ta thường chọn tiết diện ngang của khoảng vành khăn tuần hoàn ngoài (fv) chiếm từ 25 đến 30% tổng tiết diện ngang của ống gia nhiệt (FD).

 Diện tích tiết diện ngang của thân buồng đốt

 Đường kính của thân buồng đốt

Dtbd = √ 4.F tbd π = √ 4.0.832 π = 1,03 m Chọn chuẩn Dtbđ =1.03 m = 1030 mm

2.9.1.6 Khoảng vành khăn tuần hoàn ngoài

Tính đường kính các ống dẫn

2.10.1 Nguyên tắc chung để tính đường kính các ống dẫn

- Vs: lưu lượng khí (hơi) hay dung dịch trong ống (m 3 /s)

- ω: vận tốc thích hợp của khí (hơi) hoặc dung dịch trong ống (m/s)

 Đối với chất lỏng nhớt: ω = 0,5 ÷ 1 m/s

 Đối với chất lỏng ít nhớt: ω = 1 ÷ 2 m/s

 Đối với hơi nước bão hòa: ω = 20 ÷ 40 m/s

 Đối với hơi quá nhiệt: ω = 30 ÷ 50 m/s.Khi ở áp suất thường hoặc xấp xỉ bằng áp suất thường ω = 10 ÷ 20 m/s

 Công thức: d nl = √ 0,785×ω V nl nl

 Với lưu lượng nguyên liệu đi vào ống: V nl = F ρ đ (m 3 /s)

- F: Lượng dung dịch ban đầu đi vào thiết bị (kg/s) F = 900 kg/h 0,25 kg/s

- ρđ: Khối lượng riêng của dung dịch ở nồng độ đầu (kg/m 3 )

 Chọn chuẩn đường kính ống nhập liệu: dn(nl) = 42,164 mm, dt(nl)

 Công thức: d tsp = √ 0,785×ω V tsp sp

 Với lưu lượng sản phẩm đi vào ống: Vtsp = P ρ c (m 3 /s)

- P: Lượng dung dịch còn lại sau khi cô đặc (kg/s)

- ρc: Khối lượng riêng của dung dịch ở nồng độ cuối (kg/m 3 )

 Chọn dn = 26,67 mm là đường kính ống tháo sản phẩm phụ: δ

- Chọn đường kính ống tháo sản phẩm theo chuẩn: dn = 60,325 mm, δ = 3.912 mm, dt = 52,501 mm (54)

 Công thức: d ht = √ 0,785×ω V ht ht

 Với lưu lượng của hơi thứ trong ống V ht = W max v” ht(m 3 /s)

- Wmax: Lượng hơi thoát ra (kg/s) Wmax = 476.5 kg/h = 0,132 kg/s

- V’’ht: thể tích riêng của hơi thứ (m 3 /kg)

- Ở áp suất 0,1258 at, v’’ ht ,054 m 3 /kg (55)

 Chọn chuẩn đường khính ống dẫn hơi thứ: dn(ht) = 219,075 mm, dt(ht) = 202,717 mm, δ(ht) = 8.179 mm (56)

 Công thức: d ng = √ 0,785×ω V ng ng

 Với lưu lượng nước ngưng trong ống: Vng = D ρ ng (m 3 /s)

- D: lượng hơi đốt (kg/s), D = 0.53 kg/s

- ρng: Khối lượng riêng của hơi đốt (kg/m 3 )

- Ở nhiệt độ Thđ = 120 0 C suy ra ρng = 943,1 kg/m 3 (57)

 Chọn chuẩn ống tháo nước ngưng: dn(ng) = 33,401 mm, dt(ng)

2.10.6 Ống tháo không khí ngưng

 Công thức: d kkn= √ 0,785×ω V sht ht

 Với lưu lượng nước ngưng trong ống: Vsht = D max v” (m 3 /s)

- Dmax: lượng khí không ngưng thoát ra (kg/s), chọn Dmax = 0,19 kg/s

- v”: thể tích riêng (m 3 /kg), với v” = 0,893 m 3 /kg (59)

 Chọn chuẩn ống tháo khí không ngưng: dn(kkn) = 73,025 mm, dt(kkn) = 62,713 mm, δ(kkn) = 5,156 m (60)

(59) Tra bảng I.250, Trang 312, Sổ tay quá trình và thiết bị công nghệ hóa chất tập 1, TS Trần

Xoa, PGs TS Nguyễn Trọng Khuông

CỘT NGƯNG TỤ BAROMET

Giới thiệt thiết bị

3.1.1 Giới thiệu sơ lược về thiết bị ngưng tụ chân cao baromet

- Ngưng tụ là quá trình chuyển hơi thứ hoặc khí sang trạng thái lỏng

Thông thường hơi hoặc khí được ngưng tụ bằng cách làm nguội bằng nước hoặc không khí lỏng

- Ở đây, ta xét quá trình làm nguội bằng nước theo phương pháp ngưng tụ trực tiếp loại khô ngược chiều chân cao

Nguyên tắc hoạt động chính của thiết bị ngưng tụ trực tiếp loại khô là phun nước vào hơi, giúp hơi tỏa ẩn nhiệt và ngưng tụ trong nước Quá trình này cho phép nước ngưng và nước không ngưng được hút ra theo một đường ống riêng biệt.

Thiết bị này được sử dụng phổ biến trong ngành công nghiệp hóa chất và thực phẩm nhờ vào những ưu điểm như năng suất cao, cấu tạo đơn giản và tiết kiệm năng lượng Tuy nhiên, phương pháp nảy chỉ thích hợp cho việc ngưng tụ hơi nước hoặc những loại hơi không có giá trị kinh tế, vì chất lỏng ngưng tụ thường bị lẫn nước làm nguội.

- Thiết bị gồm thân, bên trong có bố trí những tấm ngăn hình bán nguyệt trên có nhiểu lổ nhỏ và có gờ chảy tràn

- Đáy thiết bị có ống Baromet để tháo nước và chất lỏng ngưng tụ ra ngoài

Chiều cao của ống Baromet được xác định bởi áp suất làm việc bên trong thiết bị, thường đạt khoảng 11m Điều này đảm bảo rằng khi độ chân không tăng, nước trong bể chứa không dâng lên mức làm ngập thiết bị dưới tác động của áp suất khí quyển.

Hơi thứ đi vào thiết bị ngưng tụ từ dưới lên, trong khi nước chảy từ trên xuống và tràn qua các gờ của tấm ngăn Một phần nước cũng chui qua các lỗ của tấm ngăn Hỗn hợp nước làm nguội và chất lỏng đã ngưng tụ sẽ chảy xuống ống baromet, trong khi khí không ngưng sẽ đi lên và qua thiết bị phân li.

Thiết bị phân li có tác dụng giữ lại những giọt nước bị khí cuốn theo, giúp tập trung chúng chảy vào ống baromet.

Khí không ngưng khá khô được bơm chân không hút và thải ra ngoài

Hình 3 1: Mô hình thiết bị ngưng tụ Baromet

1 Ống Baromet 2 Bể chứa 3 Cửa sửa chữa 4 Thiết bị thu hồi bọ

Tính thiết bị

3.2.1 Lượng nước lạnh cần thiết để ngưng tụ

- G n: lượng nước lạnh cần thiết để ngưng tụ (kg/s)

- W: lượng hơi ngưng đi vào thiết bị ngưng tụ (kg/s)

- i: nhiệt lượng riêng (hàm nhiệt) của hơi ngưng (J/kg)

- Với Tngt = 49 o C, suy ra: i = 2587560 J/kg (62)

- T2đ, T2c: Nhiệt độ đầu và cuối của nước lạnh ( o C)

- C n : Nhiệt dung riêng trung bình của nước (J/kg.độ)

Với Ttb = 32,5 o C, ta có: C n = 4178 (J/kg.độ) (63)

3.2.2 Thể tích không khí và khí không ngưng cần hút ra khỏi thiết bị ngưng tụ

 Công thức: Gkk = 25 × 10 −6 (Gn + W) + 10 −2 × W (kg/s) (64)

- G n : lượng nước lạnh cần thiết để ngưng tụ (kg/s)

- W: lượng hơi đi vào thiết bị ngưng tụ (kg/s)

- 10 -2 ×W: Lượng không khí đi vào tháp ngưng tụ do rò rỉ (kg/s)

Thể tích không khí cần hút ra khỏi thiết bị ngưng tụ được tính theo công thức:

- R = 288 (J/Kg.độ): hằng số khí đối với không khí

- P: áp suất chung của hỗn hợp trong thiết bị ngưng tụ (N/m 2 )

- Ph: áp suất riêng phần của hơi nước trong thiết bị ngưng tụ (N/m 2 ) Lấy bằng áp suất hơi nước bão hòa ở nhiệt độ của không khí (Tkk)

- Tkk: Nhiệt độ của không khí ( o C)

- Đối với thiết bị ngưng tụ trực tiếp loại khô (baromet) thì nhiệt độ không khí được xác định bằng công thức thực nghiệm:

Từ T kk = 30,5 ( o C) suy ra P h = 0,0447 (at) = 4528,11 N/m 2

Các kích thước chủ yếu của thiết bị ngưng tụ

3.3.1 Đường kính trong của thiết bị ngưng tụ Baromet

Thông thường, năng suất tính toán của thiết bị ngưng tụ được lấy lớn hơn 1.5 lần so với năng suất thực tế Khi đó, đường kính trong của thiết bị sẽ được tính toán theo công thức cụ thể.

- W: lượng hơi ngưng tụ (kg/s)

- ρh: khối lượng riêng của hơi (kg/m 3 )

- ωh: tốc độ của hơi trong thiết bị ngưng tụ (m/s)

- Ta có: W = Wmax = 476,5 kg/h = 0,132kg/s.

- Với Tngt = 49 o C, suy ra ρh = 0,0795 kg/m 3

- Do thiết bị làm việc ở áp suất 0,1 ÷ 0,2 at nên ωh = 55 ÷ 35 m/s

- Trong thực tế đường kính của thiết bị ngưng tụ thường khoảng 0,5 ÷ 2m (68) , chọn chuẩn Dtr = 0,5m = 500mm

- Tấm ngăn có dạng hình viên phân để đảm bảo làm việc tốt, chiều rộng của tấm ngăn b có thể xác định như sau:

Trên tấm ngăn có nhiều lỗ nhỏ, với đường kính 2 mm dành cho nước sạch và 5 mm dành cho nước bẩn.

- Chiều cao gờ cạnh tấm ngăn: h = 40mm

- Chiều dày tấm ngăn thường trong khoảng δ = 3 ÷ 5 mm, trong tính toán người ta thường lấy δ = 4 mm

(68) Trang 123, Sổ tay thiết kế thiết bị hóa chất và chế biến thực phẩm đa dụng, TS Phan Văn Thơm

3.3.3 Chiều cao thiết bị ngưng tụ

- htb: khoảng cách trung bình giữa các ngăn, m

Việc xác định khoảng cách trung bình giữa các tấm ngăn và chiều cao hiệu quả của thiết bị ngưng tụ cần được căn cứ vào mức độ đun nóng nước cũng như thời gian nước lưu lại trong thiết bị.

- Mức độ đun nóng được xác định theo công thức: m đ = T 2c − T 2đ

 T 2đ , T 2c: nhiệt độ của nước nguội vào và ra khỏi thiết bị ( o C)

 T bh: nhiệt độ của hơi bão hòa ngưng tụ ( o C), Tbh = Tngt = 49 o C

- Dựa vào mđ, ta xác định được:

 Khoảng cách trung bình giữa các ngăn: htb = 400mm = 0,4 m

Trong quá trình vận hành thiết bị ngưng tụ, thể tích của nó giảm dần từ dưới lên, do đó khoảng cách giữa các ngăn cũng cần được điều chỉnh giảm theo hướng từ dưới lên, với mức giảm khoảng 50 mm cho mỗi ngăn.

(71) Tra bảng VI.7, Trang 86, Sổ tay quá trình và thiết bị công nghệ hóa chất tập 2, TS Trần Xoa, PGs TS Nguyễn Trọng Khuông

Bảng 3 1: Kích thước cơ bản của thiết bị ngưng tụ Baromet ứng với D tr =

Các thành phần của thiết bị ngưng tụ Kích thước (mm)

Chiều dày thành thiết bị S = 5

Khoảng cách từ ngăn trên cùng đến nắp thiết bị a = 1300

Khoảng cách từ ngăn dưới cùng đến đáy thiết bị P = 1200

Bề rộng của tâm ngăn b = 300

Khoảng cách giữa tâm thiết bị ngưng tụ với thiết bị thu hồi K1 = 675

Chiều cao của hệ thống thiết bị H = 4300

Chiều rộng của hệ thống thiết bị T 00 Đường kính thiết bị thu hồi D1 = 400

Chiều cao thiết bị thu hồi h = 1440

Khoảng cách giữa các ngăn a1 = 220 a2 = 260 a3 = 320

 Chiều cao thiết bị ngưng tụ thực tế được tính theo công thức:

- a: khoảng cách từ ngăn trên cùng đến nắp thiết bị: a = 1300 mm

- δ: chiều dày tấm ngăn, δ = 4 mm

- P: khoảng cách từ ngăn cuối cùng đến đáy của thiết bị, P 1200 (mm)

- H: chiều dày của đáy nón

- h: chiều cao gờ đáy nón

- Với đường kính trong D tr = 500 mm và δ = 4 mm

 Chiều cao thiết bị ngưng tụ thực tế:

(72) Tra bảng VI.8, Trang 88, Sổ tay quá trình và thiết bị công nghệ hóa chất tập 2, TS Trần Xoa, PGs TS Nguyễn Trọng Khuông

(73) Tra bảng XIII.21, Trang 394, Sổ tay quá trình và thiết bị công nghệ hóa chất tập 2, TS Trần

Thiết bị ngưng tụ baromet thường làm việc ở áp suất chân không 0,1 ÷ 0,2 at

Do đó, để đảm bảo thiết bị làm việc bình thường, cần phải tháo hỗn hợp nước lạnh và nước ngưng tụ ra ngoài bằng ống baromet

- Đường kính trong của batomet được tính theo công thức sau: d ba = √ 0,004 ×(G n +W) π × ω (m) (74)

 Gn: Lượng nước lạnh tưới vào tháp(kg/s),Gn = 14,48 kg/s

 W: Lượng hơi ngưng tụ (kg/s), W = 0,132kg/s

 ω: tốc độ của hỗn hợp nước lạnh và nước ngưng chảy trong ống baromet (m/s)

- Để phù hợp với đường kính trong của thiết bị ngưng tụ, có thể chọn đường kính ống batomet dba = 125mm

- h1: Chiều cao cột nước trong ống baromet cân bằng với hiệu số giữa áp suất khí quyển và áp suất trong thiết bị ngưng tụ (m)

 Với b là độ chân không trong thiết bị ngưng tụ (mmHg)

- h2: chiều cao cột nước trong ống baromet cần để khắc phục toàn bộ trở lực khi nước chảy trong ống (m) h 2 = ω

 Hba: toàn bộ chiều cao của ống baromet (m)

 λ: hệ số trở lực do ma sát khi nước chảy trong ống, λ f(Re) Thường lấy λ = 0,02 ÷ 0,035 Trong trường hợp này, chọn λ = 0,025

 ω: tốc độ của hỗn hợp nước lạnh và nước ngưng chảy trong ống baromet (m/s) Chọn ω = 0,5 m/s

 ∑: tổng trở lực cục bộ, thường lấy hệ số trở lực cục bộ khi vào ống là 1 = 0,5 và 2 = 1

 d: đường kính trong của baromet (m), d = d ba = 0,125 m

Để ngăn ngừa nước dâng lên trong ống và tràn vào đường ống hơi khi áp suất khí quyển tăng, cần thiết phải có chiều cao dự trữ là 0,5 m Do đó, chúng ta chọn Hba = 11 m.

3.3.5 Đường kính các cửa ra vào của thiết bị baromet

Bảng 3 2: Khích thước đường kính các cửa ra và vào thiết bị ngưng tụ (77) Đường kính các cửa ra và vào Kích thước (mm)

Hỗn hợp khí và hơi ra d3 = 80

Hỗn hợp khí và hơi vào thiết bị thu hồi d5 = 80

Hỗn hợp khí và hơi ra khỏi thiết bị thu hồi d6 = 50

Nối từ thiết bị thu hồi đến ống Baromet d7 = 50

(77) Tra bảng VI.8, Trang 88, Sổ tay quá trình và thiết bị công nghệ hóa chất tập 2, TS Trần

Hình 3 2: Cấu tạo thiết bị ngưng tụ chân cao Baromet

TÍNH TOÁN CƠ KHÍ

Bề dày buồng đốt

Thân hình trụ là thành phần chính trong thiết bị hóa chất, thường được sử dụng trong các ứng dụng áp suất thấp hoặc trung bình Chúng tôi chọn loại thân hình trụ hàn, được chế tạo từ thép bền, không gỉ và chịu nhiệt, đảm bảo độ bền và hiệu suất cao cho thiết bị.

- Chiều dày thân hình trụ hàn được xác định theo công thức sau:

 Dt: đường kính trong buồng đốt (m) Dt = 1,32 m

 φ: hệ số bền của thành hình trụ theo phương dọc

 C: hệ số bổ sung ăn mòn, bào mòn và dung sai về chiều dày (m)

 P: áp suất trong thiết bị (N/m 2 ).[σ]: Ứng suất của vật liệu (N/m 2 )

 [σ]: Ứng suất của vật liệu (N/m 2 ) o σk = 450.10 6 N/m 2 o σc = 240.10 6 N/m 2

Áp suất trong của thiết bị (P) được xác định bằng tổng áp suất hơi (Phđ) và áp suất thủy tĩnh (P1) khi môi trường là hỗn hợp lỏng – hơi.

P = P hđ + p 1 o Phđ = 2,025 at = 205132,5 N/m 2 o P1 = g.ρ1.H1 (N/m 2 ) (79) o g: gia tốc trọng trường (m/s 2 ), g = 9,81 m/s 2 o ρ1: khối lượng riêng của chất lỏng (kg/m 3 ), ρ1 = 984,1 kg/m 3 o H1: Chiều cao của cột chất lỏng (m), H1 = 1,5 m

 Ứng suất cho phép của thép theo giới hạn bền khi kéo:

 Ứng suất cho phép của thép theo giới hạn chảy

(78) Công thức XIII.8, Trang 360, Sổ tay quá trình và thiết bị công nghệ hóa chất tập 2, TS Trần

(79) Công thức XIII.10, Trang 360, Sổ tay quá trình và thiết bị công nghệ hóa chất tập 2, TS Trần Xoa, PGs TS Nguyễn Trọng Khuông

Đối với σk và σc, đây là các ứng suất cho phép dựa trên giới hạn bền và giới hạn chảy Hệ số an toàn bền được xác định với nk = 2,6 cho giới hạn kéo và nc = 1,5 cho giới hạn chảy.

 Thiết bị thuộc nhóm 2, loại II, η = 1 (83) [𝜎 𝑘 ] = 450×10 6

 Trong 2 giá trị trên ta lấy giá trị bé hơn để tính toán tiếp (σ 160.10 6 N/m 2 )

 Hệ số bền của mối hàn 𝜑 ℎ = 0,95 (84)

219613,53 × 0,95 = 692,12 > 50 Do đó ta có thể bỏ qua đại lượng P ở mẫu của công thức trên Khi đó chiều dài của thân thiết bị được tính bằng công thức:

 Đại lượng bổ sung C phụ thuộc độ ăn mòn, độ bào mòn và dung sai của chiều dày được xác định: C = C1 + C2 + C3 (m) (85)

C1 là yếu tố bổ sung do ăn mòn, phụ thuộc vào điều kiện ăn mòn của vật liệu trong môi trường và thời gian hoạt động của thiết bị Đối với các vật liệu bền, tỷ lệ ăn mòn thường dao động từ 0,05 đến 0,1 mm/năm, cho phép chúng ta xác định giá trị C1 một cách chính xác.

Trong quá trình tính toán thiết bị hóa chất, có ba yếu tố chính cần xem xét Đầu tiên, C1 đại diện cho độ dày tối thiểu của vật liệu, thường là 1 mm, dựa trên thời gian làm việc từ 15 đến 20 năm Thứ hai, C2 là đại lượng bổ sung do hao mòn, nhưng trong hầu hết các trường hợp, có thể bỏ qua giá trị này (C2 = 0) Cuối cùng, C3 là đại lượng bổ sung do dung sai của chiều dày, phụ thuộc vào độ dày của tấm vật liệu, với giá trị C3 = 0,8.

 Chọn S = 4 (mm) (lấy tròn S theo tiêu chuẩn các loại tấm thép)

Xoa,PGs TS Nguyễn Trọng Khuông

(83) Theo bảng XIII.2, Trang 356, Sổ tay quá trình và thiết bị công nghệ hóa chất tập 2, TS Trần

(84) Bảng XIII.8, Trang 362, Sổ tay quá trình và thiết bị công nghệ hóa chất tập 2, TS Trần Xoa,

PGs TS Nguyễn Trọng Khuông

(86) Tra bảng XIII.9, Trang 364, Sổ tay quá trình và thiết bị công nghệ hóa chất tập 2, TS Trần Xoa, PGs TS Nguyễn Trọng Khuông

- Kiểm tra ứng suất của thành theo áp suất thử (dùng nước)

 Áp suất thử tính toán Po được xác định như sau:

P o = P th + P 1 (87) o Pth: áp suất thủy lực (N/m 2 )

 Pth = 1,5.P = 1,5.219613,53 = 329420,3 (N/m 2 ) o P1: áp suất thủy tĩnh của nước (N/m 2 )

- Kiểm tra ứng suất của thành theo áp suất thử bằng công thức: σ = [D t +( S−C)].P 0

 Vậy ta chọn bề dày buồng đốt S = 4mm là hợp lý.

Bề dày buồng bốc

Đối với thiết bị thành mỏng chịu áp suất ngoài hoặc chân không, thành của thiết bị có thể bị nén vào bên trong Để ngăn chặn hiện tượng này, cần gia công hình trụ một cách chính xác Thiết bị làm việc chịu áp suất ngoài phải tuân thủ điều kiện 1 ≤ L.

 L: chiều dài tính toán (chiều cao) của buồng bốc (m), L = H = 2,5 m

 D: đường kính thiết bị (m), đối với thiết bị mà đường kính cơ sở là đường kính trong thì D = D t = 1,7 m

D) 0,4 ≤ 0,523 (91) o Pn: áp suất ngoài (N/m 2 ), Pn = Pkq = 101325 N/m 2 o E T : mô-đun đàn hồi ở nhiệt độ T của thành (T = Tht = 50 o C),

 Vì đã thỏa mãn 2 điều kiện trên nên ta có thể tính chiều dày buồng bốc theo công thức: S = 1,25D × ( P n

 chọn chiều dày buồng bốc là 10mm.

Nắp thiết bị

- Chọn nắp elip có gờ, vật liệu là thép không rỉ, bền và chịu nhiệt

- Đường kính buồng bốc: Dt = Dbb = 1,58 m = 1580 mm

- Khối lượng nắp: mnắp = 179.8 kg (93)

Đáy thiết bị

- Chọn đáy elip có gờ, vật liệu là thép không rỉ, bền và chịu nhiệt

- Đường kính thân buồng đốt: Dt = Dtbd = 1,3 m = 1300 mm

- Khối lượng đáy: mđáy = 123 kg (94)

Xoa, PGs TS Nguyễn Trọng Khuông.

Xác định chi tiết mối ghép bích

- Mặt bích là một bộ phận quan trọng dùng để nối các phần của thiết bị, cũng như nối các bộ phận khác của thiết bị

- Chọn bích liền bằng thép không rỉ, bền và chịu nhiệt để nối thiết bị

Chọn mặt bích kiểu 1 để kết nối thân thiết bị với nắp và đáy Dựa vào áp suất làm việc và đường kính trong của thiết bị, cùng với kích thước buồng đốt và buồng bốc, xác định kích thước mặt bích phù hợp.

- Áp suất hơi đốt: P = 2,025 at = 205132,5 N/m 2

- Chọn áp suất làm việc của thiết bị: P = 0,1×10 6 N/m 2

Bảng 4 1: Xác định chi tiết mối ghép bích (95) Áp suất làm việc

- Db: đường kính giữa 2 bulông đối xứng nhau (mm)

- Dt: Đường kính vòng đệm (mm)

- Do: đường kính phôi (mm)

Xoa, PGs TS Nguyễn Trọng Khuông.

Bề dày vĩ ống

- Buồng đốt có 2 vĩ ống, chọn vật liệu làm vĩ ống là thép bền không rỉ và chịu nhiệt

- Chọn phương pháp gắn ống truyền nhiệt vào vĩ ống bằng phương pháp nong ống

- Để đám bảo tính chắc chắn của mối nong thì bề dày tối thiểu tính theo công thức: S min = d n

Để duy trì hình dạng của ống sau quá trình nong, cần đảm bảo rằng tiết diện dọc giữa hai thành lỗ gần nhất, ký hiệu là fm, phải lớn hơn tiết diện nhỏ nhất cho phép, fmin Cụ thể, điều kiện này được thể hiện qua công thức: fm = Sv (t − dv) ≥ fmin.

 fmin phụ thuộc vào đường kính ngoài của ống theo công thức: f min = 5d v

 dv: đường kính lổ vĩ ống (mm), dv = dn + 1= 42.164 + 1= 43.164 mm

 Chọn bề dày Sv = 14 mm

4.7 Khối lượng của các bộ phận thiết bị

4.7.1.1 Khối lượng thân buồng đốt

- dt: đường kính trong thân buồng đốt (m), d t = 1,3 m

- dng: đường kính ngoài của thân buồng đốt (m)

- ρ: khối lượng riêng của thép (kg/m 3 ), ρ = 7850 kg/m 3(96)

- H: chiều cao của thân buồng đốt (m), H = 1 m. m tbđ = 𝜋 × [( 1,038

4.7.1.2 Khối lượng ống dẫn hơi đốt và ống truyền nhiệt m o = m 1 + m 2 (kg) m 1 = 𝑛 𝜋.[( 𝑑 𝑛

- mo: khối lượng ống dẫn hơi đốt và ống truyền nhiệt (kg)

- m 1: khối lượng ống truyền nhiệt (kg)

- m 2: khối lượng ống dẫn hơi đốt (kg)

- n: số lượng ống truyền nhiệt, n = 324 ống

- H: chiều cao ống truyền nhiệt (m), H = 1 m

- ρ: khối lượng riêng của thép (kg/m 3 ), ρ = 7850 (kg/m 3 )

- dn: đường kính ngoài của ống truyền nhiệt (m), d ng 42,164×10 -3 m

- dt: đường kính trong của ống truyền nhiệt (m), dt 35,052×10 -3 m

- dng: đường kính ngoài của ống dẫn hơi đốt (m), dng 168,275×10 -3 m

- dhđ: đường kính trong của ống dẫn hơi đốt (m), d hd 154,051×10 -3 m

4.7.1.3 Khối lượng của đáy hình elip có gờ

- Đường kính trong buồng đốt: Dt = 1230 mm

4.7.1.4 Khối lượng dung dịch trong buồng đốt mdd = 1240 kg, tức là lượng nhập liệu lớn nhất trong 4 giai đoạn

4.7.1.5 Khối lượng của hai vĩ ống ở buồng đốt

- Dv: đường kính vĩ ống (m), Dv = 1,23m

- Sv: Bề dày vĩ ống (m), Sv = 0,014m

- dng: đường kính ngoài ống truyền nhiệt (m), dn = 42,164×10 -3 m

- Sd: bề dày ống truyền nhiệt (m), Sd = 3,556×10 -3 m

- n: tổng số ống truyền nhiệt, n = 324 ống

- ρ: khối lượng riêng của vật liệu làm vĩ ống (kg/m 3 ), ρ = 7850 kg/m 3

- dng: đường kính ngoài của ống dẫn hơi đốt (m),dng 168,275×10 -3 m

- Sth: bề dày ống dẫn hơi đốt (m), Sth = 7,112×10 -3 m mv = 2× [( 1,23

- Nhiệt độ ngưng tụ: Tngt = Thđ = 120 o C

- Khối lượng riêng của nước ở nhiệt độ ngưng tụ: ρn = 943,1 kg/m 3(98)

- Đường kính trong buồng đốt: Dt = 1,23 m => r = 0,615 m

- Thể tích hình trụ: Vtrụ = π.r 2 h = π×0,615 2 ×0,1 = 0,12 (m 3 )

- Khối lượng nước ngưng tụ: mng = Vtrụ.ρn = 0,12×943,1 = 113 (kg)

(97) Tra bảng XIII.11, Trang 384, Sổ tay quá trình và thiết bị công nghệ hóa chất tập 2, TS Trần Xoa, PGs

4.7.1.7 Khối lượng của buồng đốt m bđ = m tbđ + + m o + m đáy + m dd + m v + m ng

4.7.2.1 Khối lượng thân buồng bốc

- dt: đường kính trong thân buồng bốc (m), d t = 1,7 m

- dn: đường kính ngoài thân buồng bốc (m) dn = dt + 2.S = 1,7 + 2×10×10 -3 = 1.72 (m)

- ρ: khối lượng riêng của thép (kg/m 3 ), ρ = 7850 kg/m 3 (99)

- H: Chiều cao thân buồng bốc (m), H = 2,5 m

4.7.2.2 Khối lượng nắp buồng bốc

- Dựa vào đường kính buồng bốc Dbb = 1,7 m

- Chọn nắp elip có độ dày: δ = 8 mm

- Khi đó, khối lượng nắp: m nắp = 207 kg (100)

- Nhiệt độ hơi thứ: Tht = 50 o C suy ra ρ = 0,083 (kg/m 3 ) (101)

- Không gian bốc hơi: h = Hkgh = 2 m

- Đường kính buồng bốc: Dbb = 1,7 m => r = 0,85 m

- Thể tích không gian hơi: V = π.r 2 h = π×0,85 2 ×2 = 4,5 (m 2 )

- Khối lượng hơi thứ: mht = V.ρ = 4,5×0,083 = 0,4 (kg)

4.7.2.4 Khối lượng buồng bốc mbb = mtbb + mnắp + mht = 1053,74 kg + 207 kg + 0,4 kg = 1261,1 kg

4.7.3 Khối lượng toàn thiết bị

- Trọng lực cực đại của thiết bị:

- Tải trọng cho phép tác dụng lên một tai treo:

- Chọn bề mặt đổ bê tông, tải trọng riêng trung bình trên bề đỡ là:

Tra bảng XIII.11, Trang 384, Sổ tay quá trình và thiết bị công nghệ hóa chất tập 2, TS Trần Xoa, PGs TS Nguyễn Trọng Khuông

Tra bảng I.250, Trang 312, Sổ tay quá trình và thiết bị công nghệ hóa chất tập 1, TS Trần Xoa, PGs TS Nguyễn Trọng Khuông

Tra bảng XIII.34, Trang 436, Sổ tay quá trình và thiết bị công nghệ hóa chất tập 2, TS Trần Xoa, PGs TS Nguyễn Trọng Khuông

Bảng 4 2: Chọn loại tai treo buồng đốt thẳng đứng có kích thước (103)

Thông số Kích thước (mm)

Tải trọng cho phép trên 1 tai treo (N) 2.5×10 4

Tải trọng cho phép lên bề mặt đỡ q, N.m 2 1.45×10 4

Khối lượng một tai treo (kg) 3.48

Một số thiết bị chi tiết khác

4.8.1 Chọn của vào vệ sinh và cửa sữa chữa

- Cửa có đường kính 600mm

- Tại các ống dẫn chọn bulông M20 (TCVN), 20 cái

- Bulong ghép nắp vào thân M20: 40 cái

- Bulong ghép đáy vào thân M20: 32 cái

Lắp ghép 8 kính thủy tính dày 10mm, đường kính 200mm vào thiết bị, với mỗi kính được gắn giữa hai mặt bích bằng 8 vít M10 Để đảm bảo tính kín, giữa các mặt bích và kính được sử dụng lớp đệm amiang dày 3mm.

- Vật liệu làm đệm phải mềm hơn vật liệu làm bích

- Khi siết bulong đệm bị biến dạng Chọn đệm phụ thuộc nhiệt độ, ánh sáng và tính chất của môi trường

Đệm cần có độ dẻo phù hợp, dễ dàng biến dạng khi nén mà không bị hư hỏng trong quá trình sử dụng Ngoài ra, đệm cũng phải bền bỉ trước các yếu tố ăn mòn từ môi trường.

- Chọn đệm bằng carton amiang phẳng, có chiều dày S = 3mm

4.8.4 Nồi cô đặc làm việc ở nhiệt độ cao

Để đảm bảo công nhân làm việc trong môi trường thoải mái, không bị mệt mỏi, ngột ngạt và nóng, việc sử dụng chiết tách nhiệt bằng amiang sợi với hệ số dẫn nhiệt thấp là rất quan trọng.

Hệ số dẫn nhiệt của các vật liệu được đề cập trong bảng XIII.36, trang 438, của Sổ tay quá trình và thiết bị công nghệ hóa chất tập 2 của TS Trần Xoa và PGs TS Nguyễn Trọng Khuông là λ = 0.279 W/m.độ và λ = 0.1115 W/m.độ, cho thấy khả năng truyền nhiệt của chúng ở mức thấp.

- Do đó, ta có thể làm lớp cách nhiệt với chiều dày khoảng 100mm, để có thể giữ nhiệt xung quanh không lớn hơn 40 0 C.

TỔNG KẾT KÍCH THƯỚC CÁC THIẾT BỊ TÍNH TOÁN

Bảng 5 1: Một số thông số và kích thước các thiết bị chính

Thông số Kích thước (mm) Đường kính buồng bốc 1580

Chiều cao buồng bốc 2500 Đường kính ống dẫn hơi đốt (ngoài/trong) 168,275/146.329 Đường kính buồng đốt 1230 Đường kính thân buồng đốt 1300

Khoảnh vành khăn tuần hoàn 35 có các thông số kỹ thuật quan trọng như đường kính ống nhấp liệu là 42,164 mm (ngoài) và 32,642 mm (trong), đường kính ống tháo sản phẩm là 26,67 mm (ngoài) và 18,846 mm (trong), đường kính ống dẫn hơi thứ là 219,075 mm (ngoài) và 193,675 mm (trong), đường kính ống tháo nước ngưng là 33,401 mm (ngoài) và 24,307 mm (trong), đường kính ống tháo không khí ngưng là 73,025 mm (ngoài) và 59,005 mm (trong), cùng với đường kính ống truyền nhiệt là 42,164 mm (ngoài) và 32,642 mm (trong).

THIẾT BỊ NGƯNG TỤ BAROMET

Thông số Kích thước (mm) Đường kính trong của thiết bị 500

Chiều rộng tấm ngăn hình viên phân 300

Chiều cao gờ cạnh tấm ngăn 40

Chiều cao của thiết bị ngưng tụ 3000 Đường kính ống baromet 125

Chiều dày gờ (đáy, nắp) 8

Chiều cao gờ (đáy, nắp) 25

DIỆN TÍCH BỀ MẶT TRUYỀN NHIỆT

Diện tích bề mặt truyền nhiệt thực tế F = 29.97 m 2

Số ống truyền nhiệt thực tế 294 ống

Số ống truyền nhiệt chuẩn 301 ống

Số ống truyền nhiệt lắp đặt 294 ống

Bảng 5 2: Kích thước thiết bị ngưng tụ Baromet

Chiều dày thành thiết bị S = 5

Khoảng cách từ ngăn trên cùng đến nắp thiết bị a = 1300

Khoảng cách từ ngăn dưới cùng đến đáy thiết bị P = 1200

Bề rộng của tấm ngăn b = 300

Khoảng cách giữa tấm ngăn thiết bị ngưng tụ với thiết bị thu hồi K1 = 675

Chiều cao của hệ thống thiết bị H = 4300 Chiều rộng của hệ thống thiết bị T = 1300 Đường kính thiết bị thu hồi D1 = 400

Chiều cao thiết bị thu hồi h = 1440

Khoảng cách giữa các ngăn a1 = 220 a2 = 260 a3 = 320 Đường kính các cửa ra và vào

Hỗn hợp khí và hơi ra d3 = 80

Hỗn hợp khí và hơi vào thiết bị thu hồi d5 = 80

Hỗn hợp khí và hơi ra khỏi thiết bị thu hồi d6 = 50

Nối từ thiết bị thu hồi đến ống baromet d7 = 50

Bảng 5 3: Xác định chi tiết mối ghép bích Áp suất làm việc

Tiêu đề	Thiết Kế Hệ Thống Cô Đặc Dung Dịch Đường Mía
Trường học	Khoa Nông Nghiệp Ngành Công Nghệ Thực Phẩm
Chuyên ngành	Công Nghệ Thực Phẩm
Thể loại	Đồ Án Kỹ Thuật Thực Phẩm

Định dạng
Số trang	61
Dung lượng	2,13 MB
File đính kèm	ĐỒ ÁN KỸ THUẬT THỰC PHẨM.rar (2 MB)