Tổng quanvềcam
Nguồngốc
Cây cam đã được biết đến từ rất lâu khoảng 2200 năm trước công nguyên ởTrung Quốc nhưng một số người cho rằng nó có nguồn gốc từ dãy Himalayas(ẤnĐộ).Vàothếkỉthứ3trướccôngnguyên,câycamđượcđưađếnmộtsốnơinhưChâuÂu, vùng ĐịaTrung Hải, Châu Mỹ, ngày nay cây cam được trồng rất phổ biến ởnhiều nơitrênthếgiới[1].
Phân loại
Có nhiều cách phân loại cam khác nhau, tùy thuộc vào từng quốc gia và địaphương Trong thương mại được chia thành 2 loại: cam ngọt (sweet orange) và camchua(sourorange).
Trong đócam chua thườngđượcdungtrongsảnxuất mứtcam.
Một số cam ngọt thường gặp: Cam tròn, cam navel, cam blood (cam đỏ),camngọt (acidlessorange),camXãĐoài,camđường,camsành,…[1]
Cấu tạocủaquảcam
Cấutạocủa quả cam gồmcó nhữngthànhphầnsau:
Lớpvỏngoài(flavedo):cómàucamhoặcmàuxanhtùytheogiốngcây.Lớpvỏchứanhiềuc áctúitinhdầu.
Lớpcùitrắng(albedo): có chứa protein vàcellulose.
Múi cam: bên trong chứa những tép cam, trong có chứa dịch bàoHạt cam:chứamầmcây.
Thànhphầnhóahọccủacam
Chương 1:Tổngquan GVHD: ThS VănMinhNhựt
Chỉ tiêu Cam sành(Bố Hạ)
Khốilượng quả,g 260 240 40 64 Đườngkính quả,mm 88 80 45 5.1
Tính chất vật lý Saccharose có dạng rắn, không màu, không mùi, đặc biệt có vịngọtvàngọthơnglucose.Cóđộnhớtdungdịchtăngtheonồngđộ,giảmtheonhiệt độ và độ hòa tan tăng khi tăng nhiệt độ, đặc biệt hợp chất này không tan trong dầuhỏa,chloroform,alcohol,benzene,…tuy nhiên tantốt trong nước[2].
𝛽-glucose và gốc𝛾- fructose liên kết với nhau thông qua nguyên tử oxi Có chứanhiều nhóm hydroxyl nên có tính chất của rượu đa chức, tuy nhiên không có nhómchứcandehit–CH=Onênsaccharosekhôngcótínhkhửhaykhôngcókhảnăngthamgia phảnứngtrángbạc[2].
Mộtsố phản ứng chủ yếucủasaccharose:
Phảnứngvớialcoholđachức:DungdịchsaccharosephảnứngvớiCu(OH)2tạothành đượcdungdịchphứcđồngcómàuxanhthẫm.
Phản ứng thủy phân: Khi saccharose được đun nóng với dung dịch acid hay cóxúctácenzymthì sacharosebịthủyphânthànhglucosevàfructose.
Phản ứng caramen hóa: hay còn gọi là phản ứng dehydrate hóa khi đun nóngdung dịch đường tại nhiệt độ nóng chảy của đường, tạo thành những hợp chất màucaramen Nếu trong môi trường kiềm saccharose bị phân hủy thành lactose, glucose,fructosevàcácđườngkhác,dungdịch đượcđun nóngtrongthờigiandàiởđộpH từ8 đến
9 thì sacchrose sẽ bị phân hủy thành các hợp chất màu vàng hay nâu Tốc độphân hủy sẽ tăng theo độ pH, ví dụ cùng ở nhiệt độ sôi đun trong một giờ thì với độpHtừ8đến9thìsaccharosechỉbịphânhủy0.05%,nhưngnếutăngđộpHlên12thìsựphânhủy tăng0.5
Sơđồquytrìnhsảnxuất nướcépcam
Tổng quanquátrìnhcôđặc
Phân loạithiếtbịcôđặc
Nhóm1:dungdịchđượcđốilưutựnhiênhaytuầnhoàntựnhiên.Chủyếudùngđể côđặcnhữngdung dịchcó độnhớt thấp.Thiếtbịnàyđược chialàm hai loại:
Loại 1: có buồng đốt trong (đồng trục với buồng bốc), có ống tuần hoàntrong hayngoài.
Loại2: Có buồng đốt ngoài (khôngđồng trụcvớibuồng bốc).
Nhóm 2: Dung dịch đối lưu cưỡng bức hay tuần hoàn cưỡng bức Thiết bị nàyápdụngchonhữngdungdịchcóđộnhớtkháccao,cóthểgiảmđượcsựbámcặnhaykếttinhtrê nbềmặttruyềnnhiệt,vàthiếtbịloạinàycòngiúptăngcườnghệsốtruyềnnhiệt.Cóhailoạisau:
Nhóm 3: Dung dịch chảy thành màng mỏng, cho phép dung dịch chảy thànhmàngquabềmặttruyềnnhiệttránhnhiệtđộlâulàmảnhhưởngđếnmộtsốchấttrongdung dịch.Đối vớinhómnàycũngđượcchialàmhai loạisau:
Loại 1: Có buồng đốt trong hay ngoài, và có màng dung dịch chảy ngượclên.
Loại2: Có màng dung dịchchảyxuôi,từtrênxuống[4].
Cô đặc trong thiết bị hở (ở áp suất thường): thực hiện ở nhiệt độ và áp suấtkhông đổi,cóbaphươngphápđểcôđặctrongthiết bịhở:
Phươngpháp1:Chodungdịchvàomộtlầnrồibốchơi,mứcdungdịchtrongthiếtbịg iảmxuốngđạt đếnnồngđộ yêucầu.Trongthời giancô đặcnàythì thểtích dungdịchgiảm,nhiệtđộsôitănglên,khốilượngriênggiảmvàkhảnăngtruyềnnhiệtgiảm nên hệsốtruyền nhiệt giảm,nhiệt độvàápsuất hơi thứkhông thayđổi.
Phương pháp 2: Dung dịch ban đầu cho vào ở một mức nhất định sau đó vừacho bốc hơi vừa cho tiếp dung dịch vào để giữ mức dung dịch trong nồi không đổi.Trongthờigiantiếnhànhcôđặcthìnhiệtđộsôisẽtănglêndonồngđộvàkhốilượngriênglúcnày tănglên.
Phương pháp 3: Cô đặc dung dịch làm việc liên tục, để giữ mức dung dịch cốđịnh cho năng suất cực đại và thời gian cô đặc ngắn nhất, tuy nhiên nồng độ dungdịchcôđặcđượclàkhôngcao.
Không dùng cho những dung dịch có nhiệt độ sôi cao và dễ bị phân hủy bởinhiệt, phương pháp này giúp tăng được hiệu số nhiệt độ hữu ít làm giảm được diệntích bềmặttruyềnnhiêt.
Thiết bị nàylàm việctuần hoàntốt,giúp sựbayhơicủanướcxảy raliêntụcvàđồng thờiíttạocặntrênbềmặttruyềnnhiệt.
Cóthể tiến hành theo phươngphápliên tục hay giánđoạn.
Hệ thống cô đặc liên tục thường dùng những dung dịch có nồng độ và độ nhớttương đối thấp, còn đối với hệ thống gián đoạn được dùng khi cần tăng cao nồng độdung dịch.
Cô đặc nhiều nồi: có thể tiết kiệm được hơi đốt và tận dụng được hơi thứ chonhữngmụcđíchkhác.Tronghệthốngcôđặcnhiềunồithìthườngnồiđầutiênsẽlàmviệcởápsuấ tlớnhơnápsuấtkhíquyển,cácnồisausẽlàmviệcởápsuấtchânkhông[4].
Phương phápcôđặc
Phươngpháp nhiệt(đun nóng):Dướitácdụngcủanhiệtdungmôisẽchuyểntừtrạng thái lỏng sang trạng thái hơi khi áp suất riêng phần của nó bằng áp suất bênngoài tácdụnglên mặtthoáng củadung dịch(khi dungdịchsôi).
Phương pháp làm lạnh (kết tinh): Khi hạ thấp nhiệt độ đến một mức nào đó thìmột cấu tử sẽ được tách ra dưới dạng tinh thể, thông thường là kết tinh dung môi đểtăng nồngđộchấttan.
Lựachọnphươngánthiếtkế
Trong đồ án thiết kế cô đặc dung dịch nước ép cam với hệ thống ba nồi, tathiết kế hệ thống cô đặc ba nồi xuôi chiều, có buồng đốt trong với ống tuần hoàntrung tâm[4]: Đốivớidungdịchchấttandễbiếntínhkhinhiệtđộcao(nhưdungdịchđường)thìhệxuôi chiềusẽthích hợphơnvìởnồiđầuthường cónhiệt độvàápsuất khácaohơn so với những nồi sau nên sản phẩm sẽ được hình thành ở nồi có nhiệt độ thấphơn Hệ ngược chiều thì thích hợp đối với những dung dịch không biến tính về nhiệtđộtrongkhoảngnhiệtđộlàmviệc.
Nhờ sự chênh lệch nhiệt độ và áp suất giữa các nồi, dung dịch sẽ tự di chuyểntừnồinàysangnồikia.
Cô đặc nhiều nồi giúp tiết kiệm hơi, đun nóng nồi một bằng hơi đốt, và hơi đốtcácnồisausẽsửdụnghơithứ nồitrướcđó.
Tuy nhiên, đối với phương pháp cô đặc xuôi chiều có nhược điểm là nhiệt độcác nồi sau giảm dần, độ nhớt dung dịch tăng dần do nồng độ của dung dịch tăng,làm chohệsốtruyềnnhiệtgiảmdầnquatừngnồi.
Quátrìnhlàmviệccủathiếtbịcôđặc
Quá trình cô đặc nước cam với hệ ba nồi được tiến hành ở hệ áp lực – chânkhôngvàquytrìnhlàmviệcđượctiếnhànhliêntục.Dungdịchnướcépcamsauquátrình làm sạch sẽ được gia nhiệt đến nhiệt độ sôi sau đó vào nồi hơi một Tại đây,dung dịch tiếp tục được đun sôi nhờ buồng đốt với các ống truyền nhiệt Dung dịchsẽ đi trong những ống truyền nhiệt này và đồng thời hơi đốt được xả vô đi bên ngoàiđểtruyềnnhiệtchodungdịchbêntrongống.Sauđódònghơithứsẽđilênbuồngbốcđến bộ phận phân ly (hơi thứ của nồi một được làm hơi đốt cho nồi hai, hơi thứ củanồi hai dùng làm hơi đốt nồi 3, hơi thứ ở nồi 3 được đem qua thiết bị ngưng tụ xả ramôi trường ngoài),còndung dịchsẽđượcbơm quanồi kếtiếp.
Ứng dụngcủasự côđặc
Quá trình cô đặc được dùng phổ biến trong công nghiệp với mục đích làm tăngnồng độ các dung dịch loãng, hoặc để tách các chất hòa tan (trường hợp này có kèmtheo quátrìnhkếttinh)
Dùng trong sản xuất thực phẩm: dung dịch đường, nước ép trái cây…
Dùng trongsản xuấthóachất:NaOH,NaCl,CaCl2…
Yêucầuđốivớithiếtbịcôđặc
Dung dịch không thay đổi tính chất hóa học, biến màu sản phẩm và không bịphânhủyởnhiệtđộcao. Đảmbảo lượng sản phẩm bịtổnthất là ítnhất.
Yêucầu về mặt kết cấu:
Cường độ truyền nhiệt lớn với thể tích thiết bị nhỏ nhất.Tốn ítkimloạitrong việcchếtạo.
Cấutạo đơngiản giáthànhrẻ làm việcổn địnhvàđáng tin cậy.
Dễ làm sạch trên bề mặt truyền nhiệt, thuận tiện khi quan sát, lắp ráp thay thếvàsữachữa.
Ngoàirathiếtbịcôđặccũngphảithỏamãnyêucầunhưđốivớithiếtbịtraođổinhiệt, cụ thể hệ số truyền nhiệt lớn, tách khí không ngưng khỏi hơi đốt và bọt khỏihơi thứ tốt, tháo nước ngưng liên tục và triệt để, bố trí bề mặt truyền nhiệt đảm bảophânbốhơiđốt đirangoàiốngtốt,bảođảmbù giãnnởnhiệt.
Cácthiếtbịvàchitiết
Thiết bị cô đặc ống tuần hoàn ngoài, ống truyền nhiệt.Buồng đốt,buồngbốc,nắp… Ống:khíkhôngngưng, hơiđốt, hơithứ,tháonướcngưng…
Bể chứa dungdịch đầuvào và sảnphẩmsau cô đặc. Các loại bơm: bơm dung dịch, bơm chân không, bơm nước.Thiết bịgianhiệtốngchùm.
Thiết bị ngưng tụ baromet.Cácloạivan.
Sơ đồquy trình công nghệ
Dungdịchtừbểchứanguyênliệuđượcbơmlênbồncaovị.Từbồncaovịdungdịch chảy vào thiết bị gia nhiệt và được đun nóng đến nhiệt độ sôi Thiết bị gia nhiệtlàthiếtbịtraođổinhiệtdạngốngchùm,nguồnnhiệtlàhơinướcbãohòađibênngoàiống (phía vỏ), dung dịch đi từ trên xuống vào bên trong ống, hơi nước bão hòa đi từmặt ngoài của ống và cấp nhiệt cho dung dịch để nâng nhiệt độ dung dịch lên nhiệtđộsôi.DungdịchsaukhiđượcgianhiệtsẽchảyvàothiếtbịcôđặcnồiIđểthựchiệnquátrình bốc hơi.Nồngđộdungdịchtronghỗnhợpdầntănglênkhiđạttớinồngđộyêu cầu, thì dung dịch từ nồi I sẽ chảy qua nồi II do sự chênh lệc áp suất ở cả 2 nồitạo ra (áp suất có xu hướng đi từ cao đến thấp) Hơi thứ bốc lên ở nồi I là hơi nướcbão hòa sẽ theo ống dẫn đi vào buồng đốt của thiết bị cô đặc nồi II và trở thành hơiđốtchonồiIIcungcấpnhiệtlượngchonồiIIvàtươngtựtừnồiIIsangnồiIII.Dòngdung dịch đi từ nồi I vào nồi II, tương tự chảy từ nồi II sang nồi III, dung dịch tiếptục được cung cấp nhiệt lượng cần thiết cho quá trình bay hơi tiếp diễn cho đến khinồng độ dung dịch đường đáp ứng yêu cầu. Sau khi sản phẩm đạt nồng độ ta dùngbơm bơmdungdịchrangoàibểchứasảnphẩm.
Nguyên lý làm việc trong thiết bị cô đặc: Phần dưới của thiết bị là buồng đốt,gồm các ống truyền nhiệt và một ống tuần hoàn trung tâm Dung dịch đi trong ống,cònhơiđốt(hơinướcbãohòa)điởkhoảngkhônggianngoàiống.Dungdịchđitrongống chiều từ trên xuống dưới và nhận nhiệt do hơi đốt cung cấp để sôi, làm hóa hơimộtphầndungmôi.
Nguyên tắc hoạt động của dung dịch chảy trong ống tuần hoàn trung tâm:
Khithiếtbịlàmviệc,dungdịchtrongốngtruyềnnhiệtsôitạothànhhỗnhợplỏng-hơicó khối lượng riêng giảm đi và đẩy dung dung từ dưới lên trên miệng ống Do đườngkính ống truyền nhiệt nhỏ hơn nhiều ống tuần hoàn trung tâm nên lượng dung dịchtiếp xúc diện tích bề mặt truyền nhiệt là nhiều hơn, nhiệt độ dung dịch cao hơn, thểtích dung dịch theo một đơn vị bề mặt truyền nhiệt là lớn hơn Do đó, khối lượngriêng của hỗn hợp lỏng- hơi ở ống tuần hoàn lớn và hỗn hợp được đẩy xuống dưới.Kết quả là có dòng chuyển động tuần hoàn tự nhiên trong thiết bị: từ dưới lên trêntrong ốngtruyền nhiệtvàtừtrên xuốngdướitrongống tuầnhoàntrungtâm.
Phần phía trên thiết bị là buồng bốc để tách hỗn hợp lỏng- hơi thành hai dòng.Hơithứđilênphía trênbuồng bốc,đếnbộ phận tách lỏngđể táchnhững giọtlỏng rakhỏi dòng Giọt lỏng chảy xuống dưới, hơi thứ tiếp tục đi lên và làm hơi đốt cho nồiII và nồiIIItươngtự.HơithứnồiIIIđivàothiết bị ngưngtụbaromet.Chất làmlạnhlà nước được bơm vào ngăn trên cùng còn dòng hơi thứ được dẫn từ dưới lên Dònghơi thứ đi lên gặp nước giải nhiệt để ngưng tụ thành lỏng và chảy xuống dưới bồnchứa qua ống baromet Khí không ngưng tiếp tục đi lên trên, được dẫn qua bộ phântách giọt rồi được bơm chân không hút ra ngoài Khi hơi thứ ngưng tụ thành lỏng thìthểtíchcủahơigiảmlàmápsuấttrongthiếtbịngưngtụgiảm.Vìvậythiếtbịbarometlà thiết bị ổn định, duy trì áp suất trong hệ thống Bình tách giọt có một vách ngănvới nhiệm vụ tách những giọt lỏng bị lôi cuốn theo dòng khí không ngưng để đưa vềbồnchứa.
CHƯƠNG 2: TÍNH TOÁN, THIẾT KẾ THIẾT BỊ CÔ ĐẶCBANỒILIÊNTỤCXUÔICHIỀU
Cânbằng vậtliệu
Lượngnướcbốchơitrong toàn hệthống
Ta có phươngtrìnhcân bằng vậtchấttổngquát:
Gc: Lượng sản phẩm thu được sau cô đặc(kg
ℎ−1).W: Tổnglượng nướcbốchơi(kg/h). xđ,xc:Nồng độ chấtkhôtrongdung dịch ban đầu và trongsản phẩmcuối(%).
Lượngdung dịchđường thu được là:
Lượng hơi thứởmỗi nồi
GVHD: ThS VănMinhNhựt Chương2:Tínhtoán,thiếtkế thiếtbịcôđặc
Lượngdung dịchởmỗinồi
Nồngđộcuốivànồng độ trungbình của dungdịchtrongtừng nồi
Nồngđộ cuốicủa dung dịch trongtừngnồi:
Cânbằngnhiệt lượng
Nhiệtđộ và ápsuấtcủahơi đốt,hơithứmỗinồi
Gọi P1,P2,P3,Pntl ầ nlượt làápsuất nồi1,2,3vàthiếtbị ngưng tụ
GVHD: ThS VănMinhNhựt Chương2:Tínhtoán,thiếtkế thiếtbịcôđặc tđ1,tđ2,tđ3,tntl ầ nlượtlànhiệtđộhơiđốtvào nồi1,2,3vàthiết bị ngưngtụ
1 tht1,tht2,tht3lần lượtlà nhiệt độhới thứrakhỏinồi1,2,3
Xác định áp suấtvànhiệt độmỗinồi
Sửdụnghơiđốtlàhơinướcbãohòacótđ2 0 C Áp suấthơi đốtchonồi 1là:P1= 1.57at ([5], bảng I.250, trang 313)Nhiệtđộởthiếtbịngưngtụ:tnte 0 C Áp suất hơingưng tụlà:Pnt=0.26at ([5],bảngI.250, trang312)
Hiệusố áp suấtcho cảhệ thống:
Nồi Hơi đốt Hơi thứ Ngưngtụ t đ (℃)) P đ (at) t ht (℃)) P ht (at) t nt (℃)) P nt (at)
Tínhtổn thất nhiệtđộchotừng nồi
+Tổn thất nhiệt do nồng độnângcao(∆′).
+Tổn thấtnhiệtđộdosức cảnthủylực trongcác ốngdẫn (∆′′′).
Xác định∆′ theocông thức gầnđúngcủaTisenco như sau (VI.10/59[3]):
∆′0:Tổnthấtnhiệtđộởápsuấtthường(cóthểtrabảngIV-1/98-SáchcôngnghệKTSX đường mía chodung dịchđường míahoặctrabảng VI.2/60[3]). f:Hệsốhiệuchỉnhvì thiếtbịcôđặclàmviệcởápsuấtkhácápsuấtchânkhông,cóthểtrabảngVI.1/59[3]hoặctínhthe ocôngthứcsau(VI.11/59[3]):
Dựavàocácsốliệuởtrên,sổtayQuátrìnhvàthiếtbịCôngnghệhóachấttậphai,và tra bảng, ta tính được tổn thất do nhiệt do nồng độ tăng cao, được trình bày trongbảng2-3
Từápsuấtth ủy tĩnhta tí nh đư ợc ápsu ất trung b ìn h ở m ỗ i nồitheocôngth ứ c VI.15/61[3]:
Có được giá trị áp suất trung bình ta tra bảng 16/98 [3] được nhiệt độ trung bình.Nhiệtđộtổnthấtdoápsuấtthủytĩnhởcácnồibằnghiệusốgiữanhiệtđộtrungbìnhvànhiệt độcủadungdịchtrênmặtthoáng (bằngvới nhiệtđộhơithứ):
𝛥′′ 2 = 𝑇 𝑡𝑏2 −𝑡 𝑚𝑡2 𝛥′′ 3 = 𝑇 𝑡𝑏3 −𝑡 𝑚𝑡3 Tổng tổn thất nhiệt do áp suất thủy tĩnh cho cả ba nồi: Σ∆" = ∆"1+ ∆"2+
Tmt, Tht: Nhiệt độ dung dịch trên mặt thoáng hay nhiệt độ hơi thứ
(℃).P’:Áp suất hơitrênbềmặt dungdịchhayápsuấtcủahơi thứ(at).
∆𝑄:Ápsuấtthủytĩnhkểtừmặtdungdịchđếngiữaống(N.𝑚 −2 ). h1:Chiềucaocủalớpdungdịchsôikểtừmiệngtrênốngtruyềnnhiệtđếnmặtth oáng củadungdịch(m).Tachọn chọnh1=0.45mchocảbanồi hơi. h2:Chiềucaocủadungdịchtrongốngtruyềnnhiệt(m).Chọnh2=1.9mchocảbanồihơ i(chọn bằngvớichiềucaoốngtruyềnnhiệt)
𝜌dd:Khốilượngriêngcủadungdịch(kg.𝑚−3)trabảngI.86/58[5]g:Gia tốctrọngtrường,g=9.81(m.𝑠 −1 )
Tổnthất nhiệttrên cácống dẫnhơithứtừnồi này sangnồikia,vànồi bađếnthiếtbịngưngtụ,thườnglà∆′′′=1 ÷1.5℃.
Nhiệtđộdung dịch sôi vàhiệusốnhiệt độ hữuích
Tacó công thức tínhnhiệtđộ sôicủa dungdịchnhưsau:
Hiệusốnhiệt độhữuíchlà hiệu sốgiữanhiệtđộhơiđốt vànhiệt độsôicủadungdịch,tacócôngthứcVI.17/67/[3]:
Lậpphương trình cânbằng nănglượng
𝑘𝑔.℃ tđ,ts1,ts2,ts3:Nhiệtđộsôiđầu vào và racủa dungdịch(℃)
Gđ,G1,G2,G3lầnlượtlàkhốilượngdungdịchbanđầu,rakhỏinồi1,2,3(𝑘𝑔.ℎ−1) iđ,i1,i2,i3:enthalpyhơiđốtvàonồiI,hơithứnồiI,hơithứnồiII,hơithứnồiIII (𝐽.𝑘𝑔 −1 )
DC n1 θ 1 W 1 C n2 θ W 2 C n3 θ 3 θ1,θ2,θ3l ầ nlượt lànhiệtđộnước ngưng nồi1,2,3(bằng nhiệtđộ hơiđốt).Qtt1,Qtt2,Qtt3:Nhiệttổnthất ramôitrường củanồi1,2,3(J).
Ta có phương trình cân bằng năng lượng:𝛴 𝑁ă𝑛𝑔 𝑙ượ𝑛𝑔 𝑣à𝑜 = 𝛴 𝑁ă𝑛𝑔 𝑙ượ𝑛𝑔
𝑟𝑎Cho𝑄𝑡𝑡= 5%𝐷 𝐼, ta có được phương trình cân bằng năng lượng cho từng nồiNồi 1:
Tổng số số liệu đã có ở trên ta thế vào phương trình (2, 3), kết hợp với phươngtrình (4), ta giải hệ phương trình tính được W 1 , W2và W3 Thế các số liệu đã có vàophương trình (1) ta tính được lượng hơi đốt cho mỗi nồi, và do lượng hơi đốt nồi
Kiểm tra lại lượng hơithứphânbốởcácnồi
Xác địnhnhiệt dungriêngcủa dungdịch
Gọiihđ,iht,Cnl ầnlượtlànhiệtlượngriêngcủahơiđốt,hơithứvànhiệtdungriêngcủanướcngưng
NhiệtdungriêngcủadungdịchđườngđượctínhtheocôngthứcI.43vàI.44trang152[5]như sau:
Tínhnhiệt dungriêngChtt h e ocông thứcI.41trang 152[5]:
M:khối lượng mol của đường.
Từcáccông thứctínhtrêntacókết quả trình bày trong bảng2-8.
Tínhbềmặt truyền nhiệt
Tính nhiệt lượng do hơiđốtcungcấp
Ta có công thức(Trang 116[6]):
D:lượng hơiđốtcho mỗi nồi (kg.s -1 ) r: ẩn nhiệt ngưng tụ củahơi đốtcho mỗi nồi(kJ.kg -1 )tra bảngI.251/314[5]
Hệ số truyền nhiệtK
𝑊 q1: nhiệt tải riêng phía hơi ngưng tụ (W.m-
2)q2: nhiệt tải riêng phái dung dịch sôi (W.m-
-3 𝑚 2 ℃ r2:Nhiệt nhiệt độtrung bìnhlớp cặnbẩn,trabảngVI/4[3]r2=0.387.10 ( )
𝜆: Hệsốdẫn nhiệtcủavật liệu làm thànhống.Chọn vật liệu làmốngtruyền nhiệt bằngthépkhônggỉSUS304.𝜆= 50( W )
Tínhhệ số cấpnhiệt𝛼1th eocông thức V.101/28[3]:
H: Chiều cao ống truyền nhiệt, H = 1.9 m.r:Ẩnnhiệt ngưng,J.kg -1
∆𝑡 1= 𝑡hđ–𝑡 w1 :Làhiệusốgiữanhiệtđộngưng(nhiệtđộbãohòa)vànhiệtđộphíamặt tườngtiếpxúcvớihơingưng(thànhthiếtbị).
� ) 0.25 Đốivới nướcgiátrịA phụ thuộcvàonhiệt độmàng (tm)trang 29[3]
Tínhnhiệtđộ màngtheo công thức sau tm=0.5×(tt+tbh)Trongđó: ttl à n h i ệ tđộ bềmặt tường,tw1. tbhl ànhiệtđộ hơibãohòa vàchobằngnhiệt độ hơiđốt,thđ.
Do chưa có các hiệu số nhệt độ nên ta cho trước giá trị Δ𝑡để tính toán, sau đó thửlại bằng cách so sánh nhiệt tải riêng q 1 và q2nếu sai số nhỏ hơn 1% thì ta chấp nhận giảthiếtΔ𝑡.
Từ các công thức, số liệu ở trên ta tính được hệ số cấp nhiệt𝛼1và tính được nhiệttải riêngphía hơingưng theocôngthứcsau:𝑞1=𝛼1.Δt1( W m-2).
Giảsửt1ttường( ° C )TínhtmATính1Tínhq1Kiểmtrađiều kiện.
Hệsốcấpnhiệtphíadungdịchsôi𝛼 2 Được tínhtheo công thức VI.27/71[3]:
𝛼 𝑛= 0 1 4 5 ×𝛥𝑡 2.33 ×𝑝 0.5 Trong đó:Cácchỉ sốddthuộcvề dungdịch,cònchỉsố n thuộc vềnước.
𝜇:Độnhớtđộng học(m.Pa.s) p:Ápsuất tuyệtđốitrênmặt thoáng hay bằngvớiáp suất hơithứ,at.
∑𝑟×(𝑡 𝑤1 −𝑡 𝑤2 ) Giảsửq=q1=q2t h ìtacó đượcΔ𝑡𝑤=𝑡𝑤1−𝑡𝑤2=𝑞.Σ𝑟Tính ượcđ giá trị𝑡𝑤2s a uđósuy ragiá trịΔ𝑡2.
+Khốilượng riêng của dung dịch đường trabảngI.86/58[5].
+Tính độ nhớtđộng học củadung dịch theocông thức Paplov I.17/85[5]:
𝜃𝜇1,𝜃𝜇2: Nhiệt độ của chất lỏng chuẩn có cùng giá trị độ nhớt là𝜇1,𝜇2.Chọn chấtchuẩnlànước.
Vớinhiệtđộsôicủadungdịchđườnglà𝑡𝑠1=104.91℃,tatínhđượcđộnhớtđộng họccủadungdịchđường như sau:
Với nhiệt độ sôi của dung dịch đường là𝑡𝑠2= 91.97 ℃, ta tính được độ nhớt độnghọccủadungdịchđườngnhư sau:
dd:khốilượngriêng của dung dịch(kg.m-3)
A: hệ số phụ thuộc mức độ liên kết của chất lỏng với nước A = 3.58×10 -
Ốngtruyềnnhiệt
* Tra bảng tiêu chuẩn ống inox ta chọn loại ống có các kích thước sau:Đường kínhngoài:d n= 60.3(mm)
Bước ống: t =1.33×dn=80 (mm),thườngt=1.2÷1.5×dn
* Tính số ống truyền nhiệt theo công thức sau, rồi tra bảng V.II/48 [3], để quychuẩn và xác định số ống trên đường viên phân, kết quả tính trong bảng 2-17 Ta bố trícácốngtruyềnnhiệttheohìnhsáucạnh.
𝜋×𝑑 𝑡 × 𝐻 dt: Đường kính trong ống truyền nhiệt
Nồi Số hình 6 cạch Sốốngtrênđườngxu yên tâm(m)
*Tính đường kínhốngtuần hoàntrung tâm
𝐹 𝑡 = 𝑛 × 4 +Tiết diệnbềmặt ống tuầnhoàntrung tâmFth (m2),thườngchọn Fth=30%.Ft
+Sốống truyền nhiệttrênđường viên phâncủa ống tuần hoàntrungtâm:
𝑛 𝑡ℎ 𝑛×𝑡 SauđótrabảngV.II/48[3],tatrađượcsốốngtruyềnnhiệtmàốngtuầnhoàntrungtâm chiếm chổ Dựa vào các số liệu trên ta có bảng kết quả đường kính ống tuần hoàntrung tâmthểhiệntrongbảng2-18.
Nồi F th (m) d th (m) d th Chuẩn
Đườngkính thiết bị
Đườngkính buồng đốt
Ta tính đường kínhbuồng đốt theocôngthức;
Dđ:Đường kính trongbuồng đốt,(m)
𝑑 t: Bướcống.tachọn t (mm) m: Số ống truyền nhiệt trên đường xuyên tâm.d n :Đườngkínhngoàiống truyềnnhiệt(mm).
Đường kính,chiềucaobuồngbốc
* Ta cócông thức VI.34/72[3] tínhchiềucaobuồngbốc Hb (m):
Vb:Thể tíchbuồngbốc,m3.Được tínhtheocôngthức VI.32/71 [3]:
Up:Cườngđộbốchơichophépcủakhoảngkhônggianhơi(thểtíchhơinướcbốclên trên một đơn vị thể tích của không gian hơi trong một đơn vị thời gian), m 3 m -3 h- 3 ĐượctínhtheocôngthứcVI.33/72[3]:U p= f.Ut
Ut:Cườngđộbốchơithểtíchchophépkhípt.m3.m-3.h-3.Tínhtoángầnđúngta chọnUt=1700m3.m-3.h-3. f:HệsốhiệuchỉnhxácdịnhtheođồthịVI.3/72[3].Từcácsốliệutrêntacóbảngkết quả2-21.
Chọn chiều caobuồng bốcchocảbanồi hơilàHb=2.5m.
+Chọn vật liệu làm nắp là thépkhông gỉ.
+Chọn kiểu đáyvànắp là hìnhelip.
+ Chọn đường kính trong của đáy nắp elip bằng đường kính trong của thân buồngđốt,buồngbốc.Dt,đáy= Dtv àDt,n= Db
+Đối với đáy,nắphình elip tiêu chuẩnthì:
𝐷 𝑡 =0.25 Với ht là chiềusâucủaphần elipcủađáy,nắpđotheo mặt phẳng trong.
+Tínhđườngkính,chiềucao nắpelip:hn=0.25hb
+Tínhđường kính,chiềucao đáyelip:hđ=0.25ht
Bềdàythiếtbị
Bềdàythânbuồngđốt
Bềdàythânbuồngbốc
Bềdàynắpelip
0.25nên có côngthức tínhbềdày tốithiểu nhưsau(6.9/126 [6]):
+Kiểm trađiều kiện theo côngthứcdưới đây(6.10/126[6]),tatínhđượckết quảđều thỏa,kết quảtrongbảng2.28chonắp vàbảng2.29chođáy.
+Trường hợp đáy,nắpelip làm việcởápsuất trongthì ta cócôngthứctính kiểmtraápsuấtdưchophéptínhtoán(6.11/126[6]).
𝑆 làbán kínhcongbêntrong củađáy haynắp,dolúc đầu ta chọnđáytiêu chuẩnnênta được
Rt=Dtc ăncứvàotỷsốtrêntatínhđượcápsuấtngoàichophép[𝑝];Từcácsốliệutrênta tínhđược:
≥ 𝑥.𝜎′ 𝑐 Nên tacóđược công thứctínháp suất ngoàichophép(6.12/127 [6]):
𝐾.𝑅 𝑡 ) x:Tỷsốgiớihạnđànhồicủavậtliệulàmđáy,nắpvớigiớihạnchảycủanóởnhiệtđộtínhtoán,đối với thépkhônggỉthì x=0.7.
𝜎′𝑐: giới hạn chảy của vật liệu,
Nếuápsuấtchophép[𝑝]lớnhơnápsuấttínhtoánthìchấpnhậngiátrịbềdàyStính được,nếu ngượclại thì tăng bềdàySlên,tính thửlại đến khi nàođạt[𝑝]≥𝑝.
Nồi Dt(m) S’(mm) S(mm) S chuẩn [𝑝](N.mm-2) [𝑝]≥𝑝
Bềdàyđáyelip
Nồi D t (m) S’(mm) S(mm) S Chuẩn [𝑝] (N.mm -2 ) [𝑝]≥𝑝
Kíchthướcốngdẫn
Chiều dài l (m) cho các ống dẫn hơi ta chọn bằng 15 (m); các ống dẫn dung dịchcóchiềudàibằng13(m)vàbềdàytratheobảngtiêuchuẩnốnginox.Kếtquảtínhtoánđượcbiểu diễntrongbảng2-30,2-31,2-32và2-33.
Nồi D(kg/h) t dd ℃ 𝝆(𝒌𝒈 𝒎 −𝟑 ) d tr (mm) d n (mm) 𝜹
Nồi W tt (kg/ s) t dd ℃ 𝝆(𝒌𝒈 𝒎 −𝟑 ) d tr (mm) d n (mm) 𝜹
Nồi G(kg/s) t dd ℃ 𝝆(𝒌𝒈 𝒎 −𝟑 ) d tr (mm) d n (mm) 𝜹
Nồi G(kg/s) t dd ℃ 𝝆(𝒌𝒈 𝒎 −𝟑 ) d tr (mm) d n (mm) 𝜹
Bềdàylớpcáchnhiệt
Bềdàylớpcáchnhiệtchothânthiết bị
* Theo côngthức VI.86/92[3]tatínhđượcbềdày thân thiết bị𝛿𝑐:
Ta cho tT1b ằ n gnhiệtđộhơiđốtnồi1,vậytT1=thđ1= 1 1 2℃.
2 tKK:Nhiệtđộ khôngkhí,lấytKK=25℃. có𝜆 𝑐
𝛼𝑛:Hệsốcấpnhiệttừbề ngoàilớp cáchnhiệtđếnkhôngkhí 𝑊 tínhVI.67/92[3] nhưsau:
Từcácsố liều trên tatínhđượcbề dàythân thiếtbị:
Bềdàycáchnhiệtcácốngdẫn
Bề dày lớpcáchnhiệtbọccho cácốngdẫn được tính theocông thứcV.137/41[3]: d n 1,2 𝜆 1.35 t T2 1.3 𝛿=2.8× dn:Đườngkínhngoàicủa ốngdẫn,mm. q 1.5
Vỉống
Dn: Đường kính ngoài của vỉ ống (bằng đường kính trong của thân buồng đốt).K: Hệsốthựcnghiệmlấy bằng0.45÷0.6,thường chọn K=0.6.
Kiểmtrabềnvỉ ống: Ứng suấtcủa vỉđược xácđịnh theo côngthức([8],CT 8-53,trang 183):
2= 0.39 dn:đường kínhngoài ốngtruyềnnhiệtdn=45mm
Với cácvỉốngđượcbốtrítheo đỉnhcủatamgiácđều,tmm-bướcống
Vậychọn chiều dày vỉốngởtrênbuồng đốtlà 32mm
Bảng2-39: Bềdàyvỉốngphíatrên buồngđốtsau khithỏađiều kiện
Bảng2-41:Bềdàyvỉốngphíatrên buồngđốt sau khithỏađiềukiện
Mặtbích
+ Mặt bích ở đây được dùng để nối nắp của thiết bị với buồng bốc, buồng bốc vớibuồng đốt và buồng đốt với đáy thiết bị Dựa vào thông số và tính chất của dung dịchchọnbíchliềnbằngthép,kiểu1. +Bulongvàbíchđượclàmtừthépkhônggỉ
Dựa vào bảng XIII.27,trang419[3],ta chọnkíchthướccủa bích
Bảng2-45:Bềdàymặtbích chỗnốigiữabộphận thiếtbịvớiốngdẫn nồi1
Xảđáy 25 26.7 100 75 60 M10 4 12 Ốngdẫnnước ngưng vàốngdẫnkhíkhôngngưngbằngkích thước ốngxả đáy.
Bềdàymặtbíchchỗnốigiữabộphậnthiếtbịvớiốngdẫncủanồi2vànồi3tratương tự nồi1.
Tai treo
Chọn vật liệu làm tai treo bằng thép
+Khối lượng riêng củathép CT3:𝜌x50 Kg.m -3
* Tính trọng lượng của thiết bị G (N), ta có công thức tính của từng chi tiết thiếtbị, công thức tính trọng lượng của dung dịch và hơi trong bảng 2-46 và từ các số liệu ởtrêntatính đượctrọng lượngthiếtbịtrình bàykếtquảtrongbảng2-47.
𝐺 𝑑𝑑 =G dd(n) +G dd( ) đ + G dd(nóncụt) + G dd(b)
*Tính tải trọng tai treo
Tổngtảitrọngcủathiếtbị:G=Gđốt+Gbốc+𝐺𝑛ó𝑛𝑐ụ𝑡+GốngTN+Gnắp+Gđáy+ Gvỉ
Chọnsốtai treolà n=4,nênta cótảitrọngtrên mỗi tai treolà:
Nồi Tảitrọng G(N) Tảitrọngở mỗi tai treoG’(N)
Taquychuẩn tảitrọngchophépởmỗitai treo là10 4 (N),ta trabảngXIII.36/438
[3] được thôngsố của taitreo đượcthểhiệntrongbảng 2-49 nhưsau:
Tải trọngcho phéptrên mộttai treoG.10
Tải trọngcho phéptrênbề mặt đỡq.10 6 , N.m -2
Khốil ượng taitreo ,kg mm kg
Chọntấm lóttaitreo ([3],bảng XIII.37,trang 439)
Tải trọngchoph éptrên một taitreoG.10 -4
Chiều dàytốithiểu củathànhthiếtbịk hikhông cótâm lót
Chiều dày tối thiểucủathành thiết bịkhi cótấm lót H B SH mm
Chọn kính quansát vàcửa sửachữa (vệsinh)
Chọnkínhthủytinhdày10mm,đườngkính200mm.Chọn2kínhquansát:trongđócómộtkín hlắpởgiữamặtdungdịchvàmặtthoángđểquansátlượngdungdịchkhimáy hoạt động, kimhs còn lại đặt trên mặt thoáng để lấy ánh sáng Đặt kính ở giữa haimặt bích, dùng 8 bulông M16 để ghép hai mặt bích lại. Để đảm bảo kín, giữa hai mặtbích có lớp đệm amiăng dày 3 mm Vị trí lắp đặt kính quan sát phải đảm bảo quan sátđược cả hiện tượng bên trong lòng chất lỏng và hiện tượng phía trên mặt thoáng chấtlỏng.
Chọncửavệ sinh nằmởphía dướithân buồngbốc vàphía trên buồng đốt cóhìnhtrònđường kính 600 mm đảm bảovệ sịnh thiếtbịtốt trong thờigian bảotrìsữachữa.
Thiếtbịngưngtụbaromet
Lượng nướclạnhcầnthiết đểngưngtụ
Lượng hơi ngưng đi vào thiết bị ngưng tụ(kg
ℎ −1 ).W=W ht3= 409.18(kg.ℎ−1)=0.114(kg.s-1) i:Nhiệt lượngriêngcủa hơi ngưng(J/kg).Tacó i=iht3=2619.26 (kJ/kg). t2đ,t2c:lần lượtlànhiệtđộ đầuvàcuốicủanướclạnh,Ta chọnnhiệtđộđầunướclạnh làt2đ=30℃,nhiệtđộcuốinướclạnhlàt2c=40℃.
𝜌:Khốilượngriêngtrungbìnhcủanước(kg/ m 3 ).Trabảngkhốilượngriêngcủanước(I.5/11[5])tacó𝜌4.06Kg.m -3
GVHD: ThS VănMinhNhựt Chương3:Thiếtbịphụ
Thểtích khôngkhí vàkhí không ngưngcầnhútrakhỏi thiếtbị
Thể tíchkhông khícầnhútrakhỏithiếtbịngưng tụcóthể tínhtheo phương trìnhtrạngthái:
P là áp suất chung của hỗn hợp trong thiết bị ngưng tụ, N.m -
Đường kínhcủathiếtbịngưng tụ
* Đườngkính trongcủathiết bịcóthểxácđịnh theocông thứcsau VI.52/84[3]:
𝜌ℎ:Khốil ượ ng riêng củahơi(kg/ m3).TrabảngI 250/312 [ 3 ] tacókhốilượng riêngcủahơitheonhiệtđộ(nhiệtđộhơithứnồi3:t=tht3=66 )℃ 𝜌ℎ =0.1685(kg/m3).
+Nếu ápsuất làmviệckhoảng 0.1 ÷0.2at thìta cóthể chọn𝜔ℎ ≈35÷50 (m/s).
+Nếu ápsuất làm việckhoảng 0.2 ÷0.4at thìta cóthểchọn𝜔ℎ ≈15÷35(m/s).Tachọntốcđộhơichotính toán𝜔ℎ = 3 0(m/s).
Kíchthướctấmngăn
Ta tínhbề rộng tấmngăntheo công thức VI.53/85[3]:
Tổngdiệnt íc htrênbềmặ tcủacáclỗt r o n g toànbộ mặ t cắtngangcủa thiếtbị ngưng tụ,nghĩa làtrênmộtcặptấm ngăn,tínhtheo côngthứcVI.54/85[3]:
23997.75 𝑓= 3600×0.62 =0.01082(𝑚 2 ) Chiềudàytấm ngăntrongtính toán thườnglấy𝛿=4mm.
Vớife/ftbl àtỷsốgiữatổngsốdiệntíchtiếtdiệncáclỗvớidiệntíchtiếtdiệncủathiết bịngưngtụ,thườnglấy𝑓≈0.025 ÷0.1.Tachọnf=0.1
𝑡 2𝑐 −𝑡 2đ P= 𝑡 𝑏ℎ −𝑡 2đ Vớitbh:Nhiệt độhơibãohòangưng tụ(℃).Tacótbh=66℃.
40 −30 𝑃e−30 =0.29 Dựa vàotrị sốmứcđộ đun nóng PtatrabảngVI.7/86[3],tabiết được:
+Khoảng cách giữacácngăn là300 mm.
+Thời gianrơi quamột bậc là0.35 s.Chọn:
Khoảng cách từ ngăn trên cùng đến nắp thiết bị là 1 m.Khoảng cách từ ngăn dưới cùng đến đáy thiết bị là 1 m.Chiều caophần gờcủanắp là0.15m.
Chiềucaophần nắp elip là 0.15 m.Chiềucaophần đáynón là0.05m.Vậychiềucao của thiếtbịngưngtụ là:
Kíchthướcốngbaromet
*Đườngkính trongcủaốngbaromet,xác địnhtheocôngthức VI.57/86[3]:
Với ϖ: Tốc độ của hỗn hợp nước và chất lỏng đã ngưng chảy trong ống baromet,ta chọnϖ=0.5m/s.
𝐻=ℎ1+ ℎ2+0.5(1) h1: Chiều cao cột nước trong ống baromet cân bằng với hiệu số giữa áp suất khíquyển và áp suất trong thiết bị ngưng tụ Được tính theo công thức bên dưới, với b(mmHg)làđộchânkhôngtrongthiếtbịngưngtụ,tacó: b=(1–0.26)×735.6T8.02 mmHg.
Khu vựcnhẵn thủy:Reynoldđượcxácđị nh:
Hệ số masát đượctính theocông thức([5],hình II.14,trang380):
Từcácsốliệu đãcóta giải hệphương trình(1)và(2)ta tínhđượch2 vàH:
Ký hiệu các kích thước(Tra bảng VI.8/88[3]) Kýhiệu Kíchthước (mm) Đường kính trong của TB (tính toán) Dt 212 Đườngkính trong củaTB(quychuẩn) Dt 500
Chiềurộngcủa hệthốngTb T 1300 Đường kính củaTb thu hồi D1 400
Khoảngcách giữa các ngăn a3 320 a4 360 a5 390 Đườngkínhcáccửara và vào
Hỗnhợp khí và hơi ra d3 80
NốitừTB thu hồi đến ốngbaramet d7 50
Bề rộng b 548 Đườngkính lỗtrêntấm ngăn 2
Thiếtbịgianhiệt
Hệsốcấpnhiệt
Tínhhệ số cấpnhiệt𝛼1th eocông thức V.101/28[3]:
H: chiều cao thẳng đứng của ống, H = 1 m.r:Ẩnnhiệt ngưng(J.kg -1 ).
∆𝑡1=𝑡hđ–𝑡w1:Làhiệusốgiữanhiệtđộngưng(nhiệtđộbãohòa)vànhiệtđộphíamặt tườngtiếpxúcvớihơi ngưng(thànhthiếtbị).
A:hệsố, đư ợc tínhtheocôngthức𝐴 =( 𝜌 2 𝜆 3) 0.25 ;ĐốivớinướcgiátrịAphụ
𝜇 thuộcvào nhiệtđộ màng(tm)trang 29 [3]. t b
Tínhnhiệtđộ màngtheo công thức sau tm=0.5×(tt+tbh)Ứngvới𝑇ℎđ=112 0 𝐶𝑟"28750𝐽.𝑘𝑔 −1
Hệsốcấpnhiệtphíadung dịchsôi
𝑚 2 ℃ r2: Nhiệt nhiệtđộtrung bìnhlớpcặn bẩn,trabảng VI/4[3]r2=0.387.10-3( )
𝜆: Hệsốdẫn nhiệt củavậtliệu làm thànhống.Chọn vật liệulàmống truyền nhiệtbằngthép khônggỉSUS304,𝜆P( 𝑊 )
A=3.58×10 -8 : hệ số phụ thuộc mức độ liên kết của chất lỏng đối với nướcM 58 g.mol -1 : khốilượng moltrung bìnhcủadung dịch
Nhiệt độ( 0 C) (kg.m -3 ) C(J.kg -1 độ -1 ) à(Ns.m -2 ) (W.m -1 độ -1 ) t 2tb = 75.58 0 C 1011.5 3788.33 0.000491 0.503 t w2 = 82.69 0 C 1011.5 3632 0.000249 0.503
Chọn tốc độ của dung dịch mía đường 9.5% trong ống truyền nhiệt là v= 1m.s -
0.000249× 3632 0.503 =1.8 Ápdụngcông thức tínhhệ số cấpnhiệtkhidòngchảyrối qua ống(Re>10000)
(CT V.40,trang14[3]) Trong đó: chọn H=1m
Bồn caovị
Bồn cao vị có vai trò ổn định lưu lượng và áp suất của hỗn hợp đầu trước khi vàothiếtbịgianhiệt,nhờđólưulượngdungdịchvàothiếtbịổnđịnhtheotínhtoánvàthiếtkế Bồn được đặt ở độ cao sao cho dung dịch thắng được trở lực của đường ống và cóthểtự chảyvàonồi.
Mặt cắt (1-1) là mặt thoáng chất lỏng trong bồn cao vị.Mặt cắt (2-2)làmặt thoángcủanồi côđặc. Ápdụng phươngtrình Bernoulli,ta có:
𝑔+𝛴ℎ 1−2 z2: Khoảngcáchtừmặt thoángcủadung dịch trongnồicôđặc đến mặtđất (m) z 2 =z′+ H đ + H bđ + 2×H gc + H c + h =6.8m Với z’= 4 m – khoảng cách từ phần nối giữa ống tháo liệu và đáy nón đến mặt đấtH đ= 0.43+0.08= 0.438m–Chiều caođáyelip.
Hbđ= 1.9 m – chiều cao buồng đốtHgc=0.04m– chiềucaogờnóncụt.
H = 0.45 – chiều cao dung dịch h= 0.45 – 0.25 – 0.04 = 0.16 mTrongđó: z1: Khoảng cách từ mặt thoáng của dung dịch trong bồn cao vị đến mặt đất (m)p1:Ápsuấttạimặtthoáng (1-1),chọnp1=1at p2: Áp suất mặt thoáng (2-2), bằng áp suất buồng bốc nồi 1, p =1.15 atv1: Vậntốctại mặtthoáng(1-1),xemv1=0m/s v2: Vận tốctạivịtrínhập liệu,v2=1 m/s ρ: Khốilượngriêng dungdịch nhậpliệu(kg/m 3 )
′ 6 7 5 0 𝐶2 Tínhtổn thất trên đườngống dẫn:
𝑑+𝛴𝜉) λ: Hệsốma sát trongđườngống l: Chiều dài đườngống,chọn l m
D:Đường kính ống dẫn,lấy bằng đườngkínhống nhậpliệu D= 42.2mm
v:Vận tốcdòngnhập liệu trongống dẫn:
Chuẩnsố Recủadòng nhậpliệu trongống:
Yếutố gây trở lực Ký hiệu Hệ số trở lựccục bộ Sốlượng Đầuvào ξvàovào 0.5 1 Đầu ra ξvàora 1 1
Tính bơm
Bơm chânkhông
Bơmchânkhôngcótácdụngtạođộchânkhôngchohệthống,hútkhíkhôngngưngvàkhí rakhỏithiếtbịtáchlỏng.Doquátrìnhhútkhílàquátrìnhđabiến,nêntheocông thức II.2421/465-[5],công suấtcủabơmđượctínhtheocông thức:
m là chỉ số đa biến, giá trị từ 1.2 đến 1.62 (chọn m
=1.5)p 1l à ápsuấtkhông khítrong thiếtbịngưngtụ: p1=pk=Png-Ph=0.26-0.0573=0.2027at. p2l àáp suấtkhíquyển,p2=1at.
Vkklà lưu lượng thể tích cần hút, Vkk= 0.0085 m3.s-
D5=0.45kWCôngsuấttiêuthụthực của bơm:([5],CTII.190,tr 439) đ c
tr: côngsuấttruyền động(chọntr= 0 9 9 )
đc:công suất độngcơ(chọnđc= 0 9 5 )
Thôngthường lấy độngcơcócôngsuấtlớnhơn để tínhtoán tránh hiệntượng quátải,do bơmcócôngsuất nhỏhơn 1kW,trabảng II.33/440 [5],chọnhệsố dựtrữ là1.7
Ta có0.746kW=1 HP.Chọn bơm chân không 2HP
Bơm đưanướcvàothiết bịngưngtụ
Côngsuấtbơm được tính theocông thức sau(CT II.189,trang439 [5]):
1000 (kW) ηlà hiệu suất củabơm.(Chọn η=0.75) ρ là khốilượng riêngcủanướcởnhiệtđột2đ=300C,ρ5.7 kg.m-3g làgiatốctrọngtrườngg=9.81m.s -2
Qlàlưu lượngthể tíchnước lạnhtưới vàoBaromet:
Phươngtrìnhbernoullicho haimặ tcắt1-1(mặtth oá ng bể nước)vào2- 2(mặtthoáng thiếtbịbaromet).
.g 2g .g 2g ρ = 995.7 kg.m -3 : khối lượng riêng của nước ở nhiệt độ
P2=Png=0.26at:ápsuất trongthiết bịngưng tụ.
Z1=2m: khoảng cáchtừmặt thoángcủabểnướcđến mặt đất.
Z2=13 m:khoảngcách từmặtthoángcủa thiếtbịngưngtụ đếnmặtđất.H: cộtápcủabơm,m. h1-2: tổng tổn thất trên đường ống, m.Chọndhút=dđẩy=0.06 mv1=v2=v
Tốc độ củadòngchảy trong ống:V Q m 3
(bảng I.249,trang310[5]) Chọn ống thép CT3 nên độ nhám ε = 0.2 mmTính Re gh :
Yếutố gây trở lực Ký hiệu Hệ số trở lựccục bộ Sốlượng Đầuvào ξvàovào 0.5 1 Đầu ra ξvàora 1 1
Hệ số tổn thất vancụcbộ ξvàovan 4.1 1
Chiều dài ống từ bể nước đến thiết bị ngưng tụ: l mTổng tổnthất(CT VI.60,trang87[3]): v 2 l h 12 (.2g d
Thôngthường lấy độngcơcócôngsuấtlớnhơn để tínhtoán tránh hiệntượng quátải,do bơmcócôngsuất nhỏhơn 1kW,trabảng II.33/440[5],chọnhệsốdựtrữ là1.7
Ta có0.746 kW=1 HP.Chọn bơmlytâm2HP.
Bơm tháoliệu
Côngsuất bơmđượctínhtheocông thứcsau(CT II.189,trang439 [5]):
H là cột ápcủabơm(m) ηlà hiệu suấtcủabơm.(Chọn η=0.75) ρlàkhốilượngriêngcủadungdịchnướcépcam40%ởnhiệtđộtsdd,ρ53.3kg.m -3 g là giatốctrọngtrườngg=9.81m.s -2
Qlàlưu lượngthể tíchnước lạnhtưới vàoBaromet:
Phương trình bernoulli cho hai mặt cắt 1-1 (mặt thoáng của thiết bị cô đặc) vào 2-
.g 2g .g 2g ρ 53.3kg.m -3 : khối lượng riêng của dung dịch ở nhiệt độ sôi dung dịchv 1= v2,m.s-1
Z2=2m: khoảng cáchtừmặt thoáng của bồnchứasảnphẩmđến mặt đất
H:cộtápcủa bơm,m. h1-2: tổng tổn thất trên đường ống, m.Chọn dhút= dđẩy= 0.02 mv1= v2 vTốcđộcủadòng chảytrongống:
0.00476 7.87 μ =0.00476Ns.m -2 : độ nhớt động lực của dung dịch ở nhiệt độ sôi dung dịchChọnốngthépCT3nênđộnhámε=0.2mm
Yếutố gây trở lực Ký hiệu Hệ số trở lựccục bộ Sốlượng Đầu vào ξvàovào 0.5 1 Đầu ra ξvàora 1 1
Chiều dài ống từ bể chứa sản phẩm đến ống tháo liệu: l mTổng tổnthất([3],CTVI.60,trang87): v 2 l
Thôngthường lấyđộngcơcó côngsuất lớnhơn đểtínhtoántránhhiệntượng quátải,do bơmcócôngsuất nhỏhơn 1kW,trabảng II.33/440[5],chọnhệsốdựtrữ là2
Bơm đưadungdịchlênbồncaovị
H là cột ápcủabơm,m ηlà hiệu suất củabơm.(Chọn η=0.75) ρlàkhốilượngriêngcủadungdịchmíađường95%ởnhiệtđộtđ=300C,ρ33.15 kg.m -3 g là gia tốctrọngtrườngg =9.81m.s -2
Qlàlưu lượngthể tíchnước lạnhtưới vàoBaromet:
Phươngtrìnhbernoullicho haimặ tcắt1-1(mặtth oá ng bể nước)vào2- 2(mặtthoáng thiếtbịbaromet).
.g 2g .g 2g ρ33.15kg.m -3 :khốilượngriêngcủadungdịchởnhiệtđộ30 o Cvànồngđộđầu9.5% v1=v2=0:vận tốc chảy củanước trongống (m.s-1)P1=
Z1=2m: khoảng cáchtừmặt thoángcủabểnướcđến mặt đất.
Z2=11 m: khoảng cáchtừmặt thoángcủabồncaovịđến mặtđấtH: cộtápcủabơm(m). h1-2: tổng tổn thất trên đường ống
(bảng I.112,trang 114[5]) Chọn ống thép CT3 nên độ nhám ε = 0.2 mmTính Re gh :
Yếutố gây trở lực Ký hiệu Hệ số trở lựccục bộ Sốlượng Đầuvào ξvàovào 0.5 1 Đầu ra ξvàora 1 1
Với chiều dài từ bể chứa nguyên liệu đến bồn cao vị là l = 16 mTổng tổnthất(CTVI.60,trang87[3]): v 2 l h 12 (.2g d
Thôngthường lấyđộngcơcó côngsuất lớnhơn đểtínhtoán tránhhiệntượng quátải,do bơmcócôngsuất nhỏhơn 1kW,trabảng II.33/440[5],chọnhệsốdựtrữ là2
Tênthiếtbị Vật liệu Khối lượng Đơn vị Đơn giá Thànhtiền
Bơm đưa nướclên thiếtbịngưng tụ 1 2Hp,gang 20.918.6000 20.918.600
Vật liệu cáchnhiệt Bôngt hủytinh 4 Cuộn 558.000 2.232.000
Bồn chứanguyên liệu vàsản phẩm 2 Cái 5.000.000 10.000.000
Bồn chứa sảnnước ngưng SUS304 4 Cái 3.000.000 12.000.000
Chương4:Tínhtoángiáthànhthiết bị GVHD:ThS VănMinhNhựt Áp kế 5 Cái 150.000 750.000