Thiết kế và tính toán phân xưởng cô đặc 2 nồi xuôi chiều thiết bị cô đặc tuần hoàn trung tâm cô đặc dung dịch đường

Với những đóng góp quan trọng đó,công nghiệp mía đường ngày càng quan trọng đối với việc mở rộng sản xuất,đổi mới công nghệ để đáp ứng nhu cầu ngày càng cao về sản lượng.Để một quy

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI

KHOA CÔNG NGHỆ HÓA HỌC

======o0o======

ĐỒ ÁN MÔN HỌC CHUYÊN NGÀNH CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM

ĐỀ TÀI: THIẾT KẾ VÀ TÍNH TOÁN PHÂN XƯỞNG CÔ ĐẶC 2 NỒI XUÔI CHIỀU THIẾT BỊ CÔ ĐẶC TUẦN HOÀN TRUNG TÂM CÔ ĐẶC DUNG DỊCH ĐƯỜNG

Giáo viên hướng dẫn : Nguyễn Thế Hữu

Sinh viên thực hiê ̣n : Nguyễn Viê ̣t Dũng

LỜI MỞ ĐẦU

Ngày nay,cùng với sự phát triển của đất nước và khoa học kỹ thuật,các ngànhkhoa học kỹ thuật,các ngành công nghiệp nói chung và ngành công nghệ thực phẩm nói riêng đang khẳng định vị thế chủ lực của mình trong nền kinh tế nước nhà.Trong đó ngành công nghiệp mía đường có vai trò quan trọng đối với nền kinh tế đất nước cũng như đáp ứng nhu cầu ngày càng cao của người tiêu

dùng.Bên cạnh cung cấp nguồn dinh dưỡng cho con người đường có vai trò quantrọng trong nhiều ngành khác như bánh kẹo,dược,hóa học…

Với những đóng góp quan trọng đó,công nghiệp mía đường ngày càng quan trọng đối với việc mở rộng sản xuất,đổi mới công nghệ để đáp ứng nhu cầu ngày càng cao về sản lượng

Để một quy trình sản xuất đạt hiệu quả tối ưu nhất về mặt chất lượng cũng như năng suất thì việc cải tiến thiết bị sản xuất đóng vai trò quan trọng.Trong một quy trình sản xuất đường,thiết bị cô đặc là một trong những thiết bị chính đóng vai trò quan trọng,việc tính toán các thông số cũng như lựa chọn thiết bị cô đặc cần phải chính xác,phù hợp với yêu cầu của nhà sản xuất

Để bước đầu làm quen với công việc của một kỹ sư công nghệ thực phẩm là thiết kế một thiết bị hay một phân xưởng thực hiện một nhiệm vụ trong sản xuất

em được nhận đồ án môn học chuyên ngành Công nghệ thực phẩm.Việc thực hiện đồ án là điều rất có ích cho mỗi sinh viên trong việc từng bước tiếp cận với việc thực tiễn Mỗi sinh viên sẽ tự thiết kế một thiết bị , hệ thống thiết bị thực hiện một nhiệm vụ kĩ thuật có giới hạn trong quá trình công nghệ Qua việc làm

đồ án môn học này, mỗi sinh viên phải biết cách sử dụng tài liệu trong việc tra cứu ,vận dụng đúng những kiến thức, quy định trong tính toán và thiết kế, tự nâng cao kĩ năng trình bày bản thiết kế theo văn bản khoa học và nhìn nhận vấn

đề một cách có hệ thống

CHƯƠNG 1 : TỔNG QUAN

1.1 GIỚI THIỆU CHUNG

Đường là một hợp chất ở dạng tinh thể, có thể ăn được Các loại đường chính là sucrose, lactose, và fructose Vị giác của con người xem vị của nó là ngọt Đường là một loại thức ăn cơ bản chứa carbonhydrate lấy từ đường mía hoặc củ cải đường, nhưng nó cũng có trong trái cây, mật ong và trong nhiều nguồn mía để lấy chất ngọt

Hình 1.1 Các loại đường trong thực phẩm

Người Ấn Độ khám phá ra cách tạo tinh thể đường khoảng vào triều đại Gupta năm 350, trong cuộc cách mạng nông nghiệp hồi giáo, các công ty Ả rập

đã thực hiện kỹ thuật sản xuất đường của Ấn Độ và sau đó điều chỉnh và biến nó thành một ngành công nghiệp lớn Ả Rập đã thành lập nhà máy đường và đồn điền lớn nhất đầu tiên Việc sử dụng đường và sản xuất đường đã trờ nên phổ biến trên khắp thế giới bắt đầu từ Châu Á sang Châu Phi, Châu Âu và dần đến Châu Mỹ

Người ta sử dụng đường như một gia vị tạo mùi cho thức ăn khi chế biến như kẹo, mứt, các món tráng miệng và nhiều ứng dụng khác nữa Ở nước ta việc

thiết bị công nghiệp, tăng hiệu quả các quá trình là hết sức cần thiết Trong đó, cải tiến thiết bị cô đặc là khá quan trọng Ngày nay một nhà máy sản xuất đường

cỡ lớn khoảng 1500 tấn một ngày cần một nguồn nhân lực thường xuyên khoảng

150 người để sản xuất liên tục 24 giờ

1.2 ĐẶC TÍNH CỦA NGUYÊN LIỆU

1.2.1 Đ c đi m c a nguyên li u ặ ể ủ ệ

Nguyên liệu ở đây ta sử dụng là dung dịch đường mía gồm nước là dung môi và saccarozo hòa tan, các cấu tử này xem như khó bay hơi trong quá trình côđặc

- Độ nhớt: tỷ lệ thuận với nồng độ và tỷ lệ nghịch với nhiệt độ Độ nhớt của dung dịch đường ảnh hưởng lớn đến các quá trình lắng, lọc, kết tinh

Độ nhớt tăng thì tốc độ của các quá trình đó đều giảm

- Tính chất hóa học:

• Tác dụng của axit: Dưới tác dụng xúc tác của axit, đường bị thuỷ phân thành

 Hệ số cấp nhiệt α trong quá trình cô đặc giảm

 Nhiệt dung riêng c cũng giảm trong quá trình cô đặc c là đại lượng đo khả năng hấp thụ nhiệt của một vật

 Hệ số truyền nhiệt K cũng giảm trong quá trình cô đặc K là đại lượng đặc trưng cho khả năng truyền nhiệt từ vật này tới vật khác

 Khối lượng riêng dung dịch sẽ tăng trong quá trình cô đặc của dung dịch là một đặc tính về mật độ của dung dịch đó

 Biến đổi tính chất hóa học:

 Sự thay đổi pH môi trường là giảm pH do các phản ứng phân hủy amit của cáccấu tử tạo thành acid

 Ở đây ta sử dụng nước bình thường làm dung môi nên trong nước vẫn còn ion

ít hòa tan trong quá trình cô đặc từ nồng độ thấp lên nồng độ cao làm phân hủy muối hữu cơ tạo ra kết tủa làm đóng cặn

 Saccarozo nóng chảy và phân hủy ở nhiệt độ 186 °C để tạo ra caramen hóa đường làm biến đổi màu của dung dịch tạo ra tác dụng tương hỗ giữa các sản phẩm phân hủy và các aminoacid

 Trong suốt quá trình cũng xảy ra sự phân hủy chất cô đặc và phân hủy một sốvitamin trong dung dịch đường

 Biến đổi sinh học:

 Ở nhiệt độ cao có khả năng tiêu diệt các vi sinh vật

1.2.4 Yêu cấầu chấất l ượ ng s n ph m ả ẩ

- Đảm bảo các cấu tử quý trong sản phẩm được giữ nguyên, sản phẩm có mùi,vị đặc trưng

- Đạt nồng độ và độ tinh khiết yêu cầu

- Thành phần hóa học chủ yếu không thay đổi

1.3 QUÁ TRÌNH CÔ ĐẶC

1.3.1 Đ nh nghĩa ị

- Cô đặc là phương pháp dùng để nâng cao nồng độ các chất hòa tan trong dung dịch hai hay nhiều cấu tử.Quá trình cô đặc của dung dịch lỏng -rắn hay 1ỏng - lỏng có chênh 1 hệ thống nhiệt độ cao thường được tiến hành bằng cách tách một phần dung mộ tôi (cấu tử dễ bay hơi hơn) Đó là các quá trình vật lý- hóa lý

1.3.2 ng d ng c a cô đ c Ứ ụ ủ ặ

- Người ta ứng dụng cô đặc trong sản xuất hóa chất,mỹ phẩm,dược

phẩm.Mục đích để đạt được nồng độ dung dịch theo yêu cầu, hoặc đưa dung dịch đến quá bão hòa để kết tinh

- Sản xuất thực phẩm: đường,mì chính,dung dịch muối CaCO3

1.3.3 Các ph ươ ng pháp cô đ c ặ

- Phương pháp nhiệt: dung môi chuyển từ trạng thái lỏng sang trạng thái hơidưới tác dụng của nhiệt khi áp suất riêng phần của nó bằng áp suất tác dụng lên mặt thoáng chất lỏng [2]

- Phương pháp làm lạnh: khi hạ nhiệt độ đến một mức nào đó thì một cấu tử

sẽ tách ra dạng tinh thể đơn chất tinh khiết, thường là kết tinh dung môi để tăng nồng độ chất tan Tùy tính chất cấu tử và áp suất bên ngoài tác dụng lên mặt thoáng mà quá trình kết tinh đó xảy ra ở nhiệt độ cao hay thấp và đôi khi phải dùng đến thiết bị làm lạnh

- Dựa theo thuyết động học phân tử: Để tạo thành hơi (trạng thái tự do) thì tốc độ chuyển động vì nhiệt của các phân tử chất lỏng gần mặt thoáng lớn hơn tốc độ giới hạn.Phân tử khi bay hơi sẽ thu nhiệt để khắc phục lực liên kết ở trạng thái lỏng và trở lực bên ngoài Do đó, ta cần cung cấp nhiệt để các phần tử đủ năng lượng thực hiện quá trình này

- Bên cạnh đó, sự bay hơi chủ yếu do các bọt khí hình thành trong quá trìnhcấp nhiệt và chuyên động liên tục, do chênh lệch khối lượng riêng các phần tử ở trên bề mặt và dưới đáy tạo nên sự tuần hoàn tự nhiên trong nồi cô đặc

1.3.4 Cấấu t o thiêất b cô đ c ạ ị ặ

Hình 1.3 Sơ đồ cô đặc 2 nồi xuôi chiều tuần hoàn trung tâm

- Dung dịch được cô đặc ở nồi 1 tiếp tục chuyển sang nồi 2 Hơi đốt được đưa vào phòng đốt của nồi 1 để đốt nóng dung dịch trong nồi 1 Sau khi cô đặc lượng hơi thứ thoát ra ở nồi 1 sẽ dùng làm hơi đốt cho nồi 2, hơi thứ của nồi 2 sẽ

đi vào thiết bị ngưng tụ 12 Dung dịch sau khi cô đặc đến nồng độ yêu cầu sẽ tháo ra ngoài theo ống tháo sản phẩm nhờ lực trọng trường

- Hơi thứ và khí không ngưng thoát ra phía trên của thiết bị cô đặc được đưavào thiết bị ngưng tụ baromet và được bơm chân không hút ra ngoài Khí không ngưng còn lại tiếp tục đi qua thiết bị tách bọt 13

Trong quá trình cô đặc lượng hơi đốt sẽ cấp nhiệt cho dung dịch nên

ngưng tụ lại và được thu hồi ở cửa nước ngưng tụ 10

CHƯƠNG 2 THUYẾT MINH QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ

2.1 DÂY CHUYỂN CÔNG NGHỆ

Hình 2.1 Quy trình sản xuất đường

2.2 THUYẾT MINH QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ

2.2.1 V n chuy n và cấấp mía vào máy ép ậ ể

- Mía được thu gom từ các hộ nông dân,vận chuyển vào nhà máy bằng các xetải, qua cân xác định khối lượng (cân điện tử), rồi được đưa qua khoang mẫu kiểm tra chữ đường và sau đó được thiết bị cẩu lăn đưa lên bàn lùa để cấp

nguyên liệu cho các công đoạn sản xuất tiếp theo

2.2.2 X lý mía tr ử ướ c khi ép

- Mục đích công nghệ: Tạo điều kiện thuận lợi cho quá trình ép, tăng năng suất và nâng cao hiệu suất của công đoạn ép [1]

- Nguyên tắc thực hiện:

Trước khi ép mía cần phải được chặt băm nhỏ để nâng cao năng suất ép và hiệusuất ép Mía nguyên liệu từ bàn lùa được đổ xuống băng tải sa lát qua máy khỏa bằng mái được băm sơ bộ để tăng mật độ mía trên băng tải Mía đươc máy xé 1 băm lần hai rồi chuyển qua máy xé 2, ở đây mía được chặt tinh khoảng 70-75%, sau đó mía được băm được chuyển qua búa đập để thực hiện quá trình làm tơi, ở bước này độ tơi của mía có thể đạt khoảng 85-90%, rồi được đổ xuống băng tải cao su Băng tải này sẽ đưa mía được băm qua khu ép để lấy nước mía [1]

2.2.3 Ép và lấấy n ướ c mía

- Mục đích: Nhằm lấy kiệt nước mía trong cây mía Đây là giai đoạn đầu tiên

và quan trọng của dây chuyền sản xuất đường

- Nguyên tắc thực hiện: Để lấy nước mía, cần phá vỡ các tế bào của cây míabằng cách dùng lực cơ học xé tơi và ép dập thân cây Giai đoạn này được chia

2.2.4 Làm s ch n ạ ướ c mía

- Mục đích công nghệ: Loại bỏ các chất không đường, chuẩn bị cho quá trình kết tinh đường.Do đó, làm sạch nước mía nhằm trung hòa nước mía hỗn hợp và loại tối đa các chất không đường, đặc biệt là những chất hoạt động bề mặt mà chất keo

2.2.5 Cô đ c n ặ ướ c mía

- Mục đích công nghệ: Đây là quá trình có mục đích khai thác nhằm loại nước,làm giảm đáng kể khối lượng bán thành phẩm trước khi tẩy màu, trao đổi ion và

là quá trình chuẩn bị để kết tinh đường

- Các biển đổi của nguyên liệu: Ở nhiệt độ cao và nước bốc hơi, saccharose dễ

bị chuyển hóa thành glucose và fructose Quá trình sẽ diễn ra nhanh chóng nếu dịch đường có tính acid Ngoài ra, một số chất không đường trong quá trình cô đặc bị phân hủy tạo acid Khi nước mía bốc hơi, một phần khoáng chưa loại bỏ hết sẽ tạo cặn gây cản trở cho quá trình truyền nhiệt

- Phương pháp thực hiện: Quá trình cô đặc được thực hiện ngay sau quá trình làm sạch nước mía và trước giai đoạn loại các chất không đường hòa tan.Tại công đoạn này,người ta sử dụng hệ thống cô đặc 2 nồi.Dung dịch nước đường (còn gọi là mật chè) đi qua mỗi nồi được tách đi một phần nước, do đó nồng độ đường tăng dần

2.2.6 Lắấng nôầi

- Mục đích công nghệ: Nhằm tách loại tạp chất có tỷ trọng nhỏ hơn tỷ trọng siro Các tạp chất này trong quá trình tách loại kéo theo những hợp chất màu làmtăng hiệu suất làm sạch và tẩy màu của đường thành phẩm

2.2.7 Nấấu đ ườ ng và kêất tnh đ ườ ng

- Mục đích công nghệ: Giai đoạn nấu đường và kết tinh đường là tạo điều kiện thuận lợi để đường saccharose từ mật chè kết tinh lại thành các tinh thể đường [2]

2.2.9 Sấấy và bao gói,b o qu n ả ả

- Mục đích:

Sấy đường nhằm tách lớp nước trên bề mặt hạt đường , tăng thời gian bảo quản và độ bóng sáng cho sản phẩm

Bao gói giúp bảo vệ sản phẩm bên trong không bị hút ẩm trở lại, tránh rung,

va đập, ảnh hưởng của nhiệt độ và môi trường bên ngoài, ngăn cách không cho sản phẩm bị dính nước, bụi bẩn, oxy hóa hay bị nhiễm khuẩn Giúp vận chuyển dễ dàng hơn

CHƯƠNG 3 THIẾT KẾ VÀ TÍNH TOÁN CÔNG NGHỆ

Chiều cao ống gia nhiệt: H = 2 m

3.1.1 Tính toán l ượ ng h i th ra kh i h thôấng ơ ứ ỏ ệ

Từ công thức: W = Gd.( 1 -) (ST2_VI.1-T55)

 918,48 (kg/h)

3.1.2 L ượ ng h i th ra kh i môỗi nôầi ơ ứ ỏ

Lượng hơi thứ bốc ra ở nồi sau lớn hơn nồi trước Để đảm bảo việc dùng toàn bộ lượng hơi thứ nồi trước làm hơi đốt cho nồi sau ta chọn:

Tỷ lệ hơi thứ: W1 : W2 = 1 : 1 (1)

W = W1 + W2 = 918,48 (kg/h) (2)

Từ (1) và (2) => W1 = 459,24 (kg/h)

W2 = 459,24 (kg/h)

3.1.3 Nôầng đ cuôấi c a dung d ch khi ra kh i môỗi nôầi ộ ủ ị ỏ

Nồng độ dung dịch ra khỏi nồi 1 và vào nồi 2 là:

Nồng độ dung dịch ra khỏi nồi 2 là:

Đúng như bài ra ban đầu đã cho nồng độ cuối của nồi 2 là 34,1 %Trong đó: x1, x2- Nồng độ cuối của dung dịch tại nồi 1 và nồi 2

3.2 TÍNH CÂN BẰNG NHIỆT LƯỢNG

3.2.1 Chênh l ch áp suấất chung c a c h thôấng (): ệ ủ ả ệ

P = P1 - Png

= 4 – 0,3 = 3,7 at

Trong đó: P1- Áp suất hơi đốt nồi 1

Png- Áp suất hơi nước ngưng

3.2.2 Nhi t đ , áp suấất h i đôất c a môỗi nôầi ệ ộ ơ ủ

Mà:

Từ (1) và (2) ta được:

 Áp suất hơi đốt nồi 2:

Trong đó : Chênh lệch áp suất giữa nồi 1 và nồi 2

: Chênh lệch áp suất giữa nồi 2 và thiết bị ngưng

Hơi đốt nồi 1 được cấp từ nồi hơi, hơi thứ ra khỏi nồi 1 được đưa sang nồi 2

làm hơi đốt để tận dụng nhiệt Tra ST1_Bảng I.251-315 ta có

rJ/Kg

CJ/kg

Theo sơ đồ nồi cô đặc, nhiệt độ hơi thứ nồi 1 bằng nhiệt độ hơi đốt nồi

2 Nhưng do quá trình truyền khối có sự tổn thất nhiệt độ do trở lực đườngống (’’’)

: nhiê ̣t đô ̣ hơi thứ ra khỏi nồi thứ i

: tổn thất nhiê ̣t đô ̣ do trở lực đường ống

Tra bảng (I.250/ST1-T313), ứng với mỗi nhiệt độ hơi thứ của mỗi nồi sẽ cho áp hơi thứ tương ứng:

Áp suất hơi thứ nồi 1:

%

Áp suất, nhiệt độ hơi đốt

Δ

Áp suất, nhiệt độ hơi thứ

T:Nhiệt độ sôi của dung môi nguyên chất ở áp suất đã cho

r: Nhiệt hoá hơi của dung môi nguyên chất ở áp suất làm việc J/kg

Áp dụng công thức VI.9/ST2 – T59

= 0,52

Trong đó:

m: khối lượng của dung dịch

M: khối lượng mol của dung dịch

Từ nồng độ đường và nhiệt độ hơi thứ của hiệu bốc hơi,có thể tra nhiệt độ sôi theo bảng I.250 (312)

: áp suất hơi thứ trên bề mặt thoáng dung dịch (at)

:chiều cao của lớp dung dịch sôi kể từ miệng trên của ống truyền nhiệt (m)Chọn = 0,5 m

xC( %KL)

r(J/kg)

3.2.4.3 Tổn thất nhiệt độ do đường ống gây ra:∆ ’’’

Chọn tổn thất nhiệt độ ở mỗi nồi là: 1 ˚C

Tổn thất nhiệt độ do đường ống gây ra trên cả hệ thống ∆’’’ = 2 ˚C

3.2.4.4 Tổn thất nhiệt độ cả hệ thống:

Σ∆ = ∆’ + ∆’’ + ∆’’’ , ˚C ;

= 3,37 + 14,62 + 2 = 19,99 ˚C

3.2.4.5 Chênh lệch nhiệt độ hữu ích của từng nồi và của cả hệ thống:

Theo định nghĩa, hiệu số nhiệt độ hữu ích là:

Vậy hiệu số nhiệt độ hữu ích ở mỗi nồi:

Nồi I: ΔtiI = TI – tsI = TI – (tI’ + ΔI’ + ΔI’’)

Nồi II: ΔtiII = TII– tsII = TII – (tII’ + ΔII’ + ΔII’’)

Trong đó:

ΔtiI, ΔtiII,: Hiệu số nhiệt độ hữu ích ở nồi I, nồi II, oC

TI, TII, : Nhiệt độ hơi đốt nồi I, nồi II, oC

tI’, tII’, : Nhiệt độ hơi thứ nồi I, nồi II, , oC

tsI, tsII, : Nhiệt độ sôi của dung dịch ở nồi I, nồi II, oC

ΔI’, ΔII’: Tổn thất nhiệt độ do nồng độ ở nồi I, nồi II, oC

ΔI’’,ΔII’’ : Tổn thất nhiệt độ do áp suất thủy tĩnh ở nồi I, nồi II, , oC Tổng hiệu số nhiệt độ hữu ích của toàn hệ thống:

∑Δti = ΔtiI + ΔtiII

Bảng 3.5 : Hiệu số nhiệt độ hữu ích của mỗi nồi

T (˚C)

3.3 CÂN BẰNG NĂNG LƯỢNG

3.3.1 Nhi t dung riêng: ệ

Dựa vào công thức I.50 QTTBT1 /153:

C=4190 - (2514- 7,542.t).x (J/kgđộ)

x: nồng độ chất hòa tan, phần khối lượng(%);

Nhiệt dung riêng dung dịch đầu:

M : khối lượng mol của hợp chất

Ci : nhiệt dung riêng của đơn chất

Ni : số nguyên tử trong phân tử

Ta có: CC = 7500 (J/kg.độ); Co = 16800 (J/kg.độ)

CH = 9630 (J/kg.độ)

Vậy : Cht =

= 1423 J/kg.độ

3.3.2 L p ph ậ ươ ng trình cấn bắầng nhi t l ệ ượ ng

Sơ đồ cân bằng nhiệt của quá trình cô đặc

Hình 3.1 Sơ đồ cân bằng nhiệt lượng của hệ thống

Trong đó D : lượng hơi đốt (kg/h)

I, i : nhiệt hàm hơi đốt và hơi thứ (J/Kg)

tđ , tc : nhiệt độ đầu và cuối của dung dịch (˚C)

, : nhiệt độ của nước ngưng nồi 1,2 lấy bằng nhiệt độ hơi đốt (˚C) Qxq : nhiệt tổn thất ra môi trường ngoài

Cn : nhiệt dung riêng của nước ngưng tụ ( J/kgđộ)

Cđ, Cc: nhiệt dung riêng của dung dịch đầu cuối (J/kg độ)

Phương trình cân bằng nhiệt lượng : nhiệt vào = nhiệt ra

- Nhiệt vào bao gồm

Nồi 1: + Nhiệt do hơi đốt mang vào D1I1

+ Nhiệt do dung dịch đầu mang vào Gđ.tđ.Cđ (Cđ=Co)Nồi 2: + Nhiệt do lượng hơi thứ mang vào D2I2 = W1i1

+ Nhiệt do dung dịch nồi 1 mang vào (Gđ-W1)C1ts1

Nồi 2 : + do hơi thứ mang ra W2i2

+ do lượng dung dịch mang ra (Gđ-W)C2ts2

+ do nước ngưng tụ mang ra : D2Cn2t 2= W1Cn2t2

+ do tổn thất chung Qxq2

Phương trình cân bằng nhiệt lượng:

Nồi 1: + Gđ.tđ.Cđ = + (Gđ-).C1ts1+ +Qxq1

Nồi 2: + (Gđ - ) ts1 = i2 + ( Gđ-W) C2.ts2 + D2.Cn2.t 2+ Qxq2Với = ; W= +

= 0.05.D.(i – ts1)

= 0.05 (i1 – )

Chọn nước ngưng tụ ở trạng thái lỏng sôi ở cùng nhiệt độ

Từ các phương trình trên ta có: Lượng hơi thứ bốc ra khỏi nồi 1 là:

Xem hơi đốt và hơi thứ ở trạng thái hơi bão hoà, các thông số tra được:

Hàm nhiệt của hơi đốt và hơi thứ nồi I và nồi II:

Tra bảng I250,STQTTB,T1/312 ta có :

Bảng 2.6 Hàm nhiệt của hơi đốt và hơi thứ nồi I và nồi II

= = 452,67 (kg/h) = W – = 465,81 (kg/h)

3.3.3 Ki m tra l i gi thiêất phấn bôấ h i th các nôầi ể ạ ả ơ ứ ở

Sai số là:

= *100% = 2,9 % < 5%

= *100% = 2,82 % < 5%

Vậy giả thiết phân phối hơi ban đầu =1 đã phù hợp

Nên lượng hơi đốt tiêu tốn chung là :

Từ đó ta có:

⇒ = 0,469 (N.s/)

3.4.2 H sôấ truyêần nhi t c a dung d ch ệ ệ ủ ị

Áp dụng công thức I.32 ST QTTB T1/ Trang 123

W/m.độ

Với:

A:là hệ số phụ thuộc vào mức độ liên kết của chất lỏng đối với nướcCp:nhiêt dung riêng đẳng áp của chất lỏng (J/kg độ)

:khối lượng riêng (kg/m3)

M:là khối lượng mol của chất lỏng

Với r: ẩn nhiệt ngưng (J/kg)

H: chiều cao ống truyền nhiệt (H = 2 m )

tT2 = thđ2- ∆t2= 103,77 – 2,68 = 101,09 oC

t = 0,5.( = 0,5.(101,09+ 103,77) = 102,43 oC

là hệ số cấp nhiệt của nước.

Mà theo CT VI.27, STQTTB, T2/Trang 71

Trong đó r1: nhiệt trở của lớp hơi nước

: nhiệt trở của tường

λ : hệ số dẫn nhiệt của vật liệu làm ống truyền nhiệt

: bề dày ống truyền nhiệt (=2 mm)

r3 : nhiệt trở của lớp cặn bẩn

hiệu số nhiệt độ giữa thành ống với dung dịch sôi

Chọn vật liệu làm ống truyền nhiệt là CT3 λ = 50 W/m °C (Tra bảng XII.7,STQTTB, T2/ Trang 313)

3.5 TÍNH HỆ SỐ PHÂN BỐ NHIỆT HỮU ÍCH CHO CÁC NỒI

Xem bề mặt truyền nhiệt trong các nồi như nhau: = nên nhiệt độ hữu ích phân bố trong các nồi là:

Trong đó:

là nhiệt độ hữu ích trong các nồi (oC )

Qi: lượng nhiệt cung cấp (J/s )

Ki: hệ số truyền nhiệt

Ta có:

Trong đó:

Di là lượng hơi đốt mỗi nồi

ri: ẩn nhiệt ngưng tụ của hơi

Nồi 1:

= = 951,18 ( W/ ⸰C )

= = 351,19

CHƯƠNG 4 TÍNH TOÁN THIẾT BỊ PHỤ

4.1 THIẾT BỊ GIA NHIỆT HỖN HỢP ĐẦU

Chọn thiết bị gia nhiệt hỗn hợp đầu là thiết bị đun nống loại ống chùm ngược chiều dung hơi nước bão hòa ở 4 at, hơi nước đi ngoài ống từ trên xuống, hỗn hợp nguyên liệu đi trong ống từ dưới lên

Tra bảng I.251-ST1/315 ta có:

Ở áp suất 4 at => t1=142,9 oC

Hỗn hợp đầu vào thiết bị gia nhiệt ở nhiệt độ phòng(25 oC) đi ra ở nhiệt độ sôi của hỗn hợp đầu = 118,67 oC

Chọn vật liệu làm ống truyền nhiệt là thép CT3

Hệ số dẫn nhiệt của nó là: λ = 46,4 m2.oC/W (Tra bảng PL4 – ST1)

4.1.1 Nhiệt lượng trao đổi :( Q)

Q = F.Cp.(tF – tf) ,W

Trong đó :

- F: lưu lượng hỗn hợp đầu, F = 1450(kg/h)

- tF : Nhiệt độ sôi của hỗn hợp tF = ts0 = 118,67 oC

- Cp: Nhiệt dung riêng của hỗn hợp tại: Cp= Co= 3987,63 J/kg.độ

- tf: Nhiệt độ môi trường: tf = 25oC

Thay số :

= 150446,08(W)

4.1.2 Hiệu số nhiệt độ hữu ích

- Do > 2

Nên nhiệt độ trung bình giữa 2 lưu thể là:

-Hơi đốt: t1tb = 142,9 oC

Phía hỗn hợp:

4.1.2.1 Tính hệ số cấp nhiệt cho từng lưu thể

- Hệ số cấp nhiệt phía hơi nước ngưng tụ :

α1 = 2,04.A.()0,25Trong đó :

- r : Ẩn nhiệt ngưng tụ lấy theo nhiệt độ hơi bão hòa r = 2141000 (J/Kg)

- Δt1 : Chênh lệch nhiệt độ giữa nhiệt độ hơi đốt và nhiệt độ thành ống truyền nhiệt

- H : Chiều cao ống truyền nhiệt : H = 2(m)

- A : Hằng số tra theo nhiệt độ màng nước ngưng

: Nhiệt độ thành ống phía hỗn hợp

∑rt : Tổng nhiệt trở ở 2 thành ống truyền nhiệt Ống truyền nhiệt là thép (CT3) có bề dày thành ống truyền nhiệt

là : δ=2mm nên λ = 46,4 (W/m độ) (bảng I.125– ST1 – T.127)

Cpt: Nhiệt dung riêng của hỗn hợp =112,4 oC

ρ : Khối lượng riêng của hỗn hợp ở = 112,4oC

Tra bảng I.86 STQTTB1/85 ta có:

= 1148,86 ( W/m2.độ)Thay vào công thức ta có:

0,613 (W/m2.độ)

Thay số vào ta được:

Thay số ta có hệ số cấp nhiệt phía hỗn hợp chảy xoáy :

4.1.2.6 Nhiệt tải riêng về phía dung dịch

Ta có:

4.1.2.7 Kiểm tra sai số

Sai số nhỏ hơn 5% ta chấp nhận giả thiết

4.1.3 Bêầ m t truyêần nhi t ặ ệ

Công thức tính:

Trong đó: Nhiệt lượng trao đổi Q = 150446.08 (W): Nhiệt lượng riêng trung bình về phía dung dịch(W)

(m2)

4.1.4 Sôấ ôấng truyêần nhi t ệ

d: đường kính ống truyền nhiệt; d = 0,034 mH: Chiều cao ống truyền nhiệt; H = 2 (m)Thay số: