Đồ án thiết kế hệ thống Cô đặc nước mía một nồi liên tục, năng suất nhập liệu 1000 kgh

 Sự chuyển hóa đường saccarose Nếu nước mía trong có tính acid và các chất không đường tạo acid thì trong quá trình bốc hơi, đường saccarose bị thủy phân thành hỗn hợp glucose và fructose làm tổn thất đường. Tốc độ chuyển hóa phụ thuộc trị số pH của nước mía, nhiệt độ, thời gian lưu của nước mía trong thiết bị cô đặc, nồng đọ dung dịch đường. Thông thường, khi nhiệt độ càng cao, trị số pH càng thấp, thời gian lưu càng dài thì tốc độ chuyển hóa càng nhanh, tổn thất đường càng nhiều. 1  Sự phân hủy saccarose và tăng cường độ màu Trong quá trình bốc hơi, độ màu của nước mía luôn tăng đậm. Nguyên nhân chủ yếu là do phản ứng khử tạo caramen của đường saccarose và sự phân hủy đường khử. Lượng caramen tạo thành phụ thuộc trị số pH của nước mía, nhiệt độ và thời gian lưu của nước mía và chỉ cần một lượng caramen rất nhỏ cũng làm cho nước mía có màu đậm. Ngoài ra, đường khử kết hợp với acid amine tạo thành chất màu melanoidine làm tăng màu sắc của nước mía. 1

TỔNG QUAN

Sơ lược về nguyên liệu và sản phẩm

1.1.1 Đặc điểm của nguyên liệu

Thành phần hóa học của nước mía phụ thuộc giống mía, đất đai, khí hậu, mức độ chín, sâu bệnh,…[1]

Bảng 1.1 Các thành phần của nước mía [1]

Acid hữu cơ tự do 0,5 – 2,5

Chất không đường hữu cơ khác

Chất không đường chưa xác định 3,0 – 5,0

Lúc mía chín, phần đường cao, chất không đường thấp, do đó độ tinh khiết tương đối cao, đồng thời phần nước giảm, phần xơ cũng tăng lên [1]

Nguyên liệu cô đặc ở dạng dung dịch, gồm:

 Các chất hòa tan: gồm nhiều cấu tử với hàm lượng rất thấp (xem như không có) và chiếm chủ yếu là đường saccaroze Các cấu tử này xem như không bay hơi trong quá trình cô đặc [1]

1.1.2 Đặc điểm của sản phẩm (yêu cầu sản phẩm)

Sản phẩm ở dạng dung dịch, gồm:

 Các chất hòa tan: có nồng độ cao hơn ban đầu

1.1.3 Biến đổi của nguyên liệu và sản phẩm

 Sự chuyển hóa đường saccarose

Nếu nước mía trong có tính acid và các chất không đường tạo acid thì trong quá trình bốc hơi, đường saccarose bị thủy phân thành hỗn hợp glucose và fructose làm tổn thất đường Tốc độ chuyển hóa phụ thuộc trị số pH của nước mía, nhiệt độ, thời gian lưu của nước mía trong thiết bị cô đặc, nồng đọ dung dịch đường Thông thường, khi nhiệt độ càng cao, trị số pH càng thấp, thời gian lưu càng dài thì tốc độ chuyển hóa càng nhanh, tổn thất đường càng nhiều [1]

 Sự phân hủy saccarose và tăng cường độ màu

Trong quá trình bốc hơi, độ màu của nước mía luôn tăng đậm

Nguyên nhân chủ yếu là do phản ứng khử tạo caramen của đường saccarose và sự phân hủy đường khử Lượng caramen tạo thành phụ thuộc trị số pH của nước mía, nhiệt độ và thời gian lưu của nước mía và chỉ cần một lượng caramen rất nhỏ cũng làm cho nước mía có màu đậm Ngoài ra, đường khử kết hợp với acid amine tạo thành chất màu melanoidine làm tăng màu sắc của nước mía [1]

 Biến đổi độ tinh khiết Độ tinh khiết tăng là do các nguyên nhân sau:

 Chất không đường bị phân hủy Do sự phân hủy amide tạo ra NH3 và muối carbonate tạo ra CO2, các chất này theo hơi nước ra ngoài làm giảm chất phi đường, tăng độ tinh khiết [1]

 Một phần chất không đường tạo kết tủa [1]

 Sự tạo cặn trong các thiết bị cô đặc (2000 tấn 15 o Bx tạo ra khoảng 1 tấn cặn) [1] Độ tinh khiết giảm:

Trong quá trình bốc hơi, tổn thất đường saccarose do chuyển hóa làm độ tinh khiết giảm

Cô đặc và quá trình cô dặc

Cô đặc là quá trình làm tăng nồng độ các chất hòa tan trong dung dịch hai hay nhiều cấu tử, bằng cách tách một phần dung môi ở nhiệt độ sôi, dung môi tách ra khỏi dung dịch bay lên gọi là hơi thứ Quá trình cô đặc tiến hành ở trạng thái sôi [2]

 Làm tăng nồng độ dung dịch loãng [2]

 Hơi đốt: hơi dùng để đun sôi dung dịch [2]

 Hơi thứ: hơi bốc lên từ nồi cô đặc [2]

 Hơi phụ: hơi thứ lấy ra làm hơi đốt cho thiết bị ngoài hệ thống cô đặc [2]

Nhiệt độ sôi dung dịch: Nhiệt độ sôi dung dịch lớn hơn nhiệt độ sôi của dung môi nguyên chất ở cùng 1 áp suất [2]

1.2.2 Bản chất của quá trình cô đặc

Quá trình bay hơi theo thuyết động học phân tử, các phân tử dung môi nằm gần mặt thoáng có chuyển động nhiệt quá tốc độ giới hạn sẽ thoát khỏi bề mặt và trở thành trạng thái hơi

Khi bay hơi, các phân tử phải khắc phục liên kết các phân tử ở trạng thái lỏng (ẩn nhiệt hoá hơi trong rt) và áp suất bên ngoài (ẩn nhiệt hoá hơi ngoài rn ), tổng năng lượng nhiệt tiêu tốn đó gọi là ẩn nhiệt bay hơi r r = rt + rn

Quá trình sôi: quá trình bay hơi xảy ra tại mặt thoáng, trong lòng chất lỏng

Chất lỏng sôi khi áp suất hơi > áp suất mặt thoáng

1.2.3 Ứng dụng của sự cô đặc

Dùng trong sản xuất thực phẩm: dung dịch đường ,mì chính,các dung dịch nước trái cây

Dùng trong sản xuất hóa chất NaOH, NaCl,CaCl2 các muối vô cơ

Các thiết bị cô đặc nhiệt

Nhóm 1 : dung dịch đối lưu tự nhiên (tuần hoàn tự nhiên) dùng cô đặc dung dịch khá loãng, độ nhớt thấp, đảm bảo sự tuần hoàn dễ dàng qua bề mặt truyền nhiệt [3] Gồm:

 Có buồng đốt trong (đồng trục buồng bốc), có thể có ống tuần hoàn trong hoặc ngoài

 Có buồng đốt ngoài (không đồng trục buồng bốc)

Nhóm 2 : dung dịch đối lưu cưỡng bức, dùng bơm để tạo vận tốc dung dịch từ 1,5 – 3,5 m/s tại bề mặt truyền nhiệt Có ưu điểm: tăng cường hệ số truyền nhiệt, dùng cho dung dịch đặc sệt, độ nhớt cao, giảm bám cặn, kết tinh trên bề mặt truyền nhiệt [3] Gồm:

 Có buồng đốt trong, ống tuần hoàn ngoài

 Có buồng đốt ngoài, ống tuần hoàn ngoài

Nhóm 3 : dung dịch chảy thành màng mỏng, chảy một lần tránh tiếp xúc nhiệt lâu làm biến chất sản phẩm như dung dịch nước trái cây, hoa ép…[3] Gồm:

 Màng dung dịch chảy ngược, có buồng đốt trong hay ngoài: dung dịch sôi tạo bọt khí khó vỡ

 Màng dung dịch chảy xuôi, có buồng đốt trong hay ngoài: dung dịch sôi ít tạo bọt và bọt dễ vỡ.

Yêu cầu thiết bị và vấn đề năng lượng

 Sản phẩm có thời gian lưu nhỏ: giảm tổn thất, tránh phân hủy sản phẩm

 Cường độ truyền nhiệt cao trong giới hạn chênh lệch nhiệt độ

 Đơn giản, dễ sửa chữa, tháo lắp, dễ làm sạch bề mặt truyền nhiệt

 Xả liên tục và ổn định nước ngưng tụ và khí không ngưng

 Thu hồi bọt do hơi thứ mang theo

 Tổn thất năng lượng là nhỏ nhất

 Thao tác, khống chế, tự động hóa dễ dàng.

THUYẾT MINH QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ

Nguyên lí hoạt động của hệ thống cô đặc 1 nồi liên tục

1 Bể chứa dung dịch 5 Thiết bị gia nhiệt 9 Bơm chân không

2 Bơm 6 Nồi cô đặc 10 Nước làm mát

3 Bồn cao vị 7 Bồn chứa dung dịch cô đặc 11 Nước ngưng

4 Lưu lượng kế 8 Thiết bị ngưng tụ baromet 12 Hơi đốt

Dung dịch từ bể chứa nguyên liệu (1) được bơm (2) bơm lên bồn cao vị (3) để ổn áp

Từ bồn cao vị, dung dịch định lượng bằng lưu lượng kế (4) đi vào thiết bị gia nhiệt sơ bộ (5) và được đun nóng đến nhiệt độ sôi, rồi đưa vào nồi cô đặc (6) Trong nồi cô đặc, dung dịch được đun sôi, bốc hơi cô đặc trong chân không Hơi thứ đưa qua bộ ngưng tụ baromet số (8) để tạo chân không cho nồi cô đặc Sản phẩm đặc được bơm đưa đến bồn

Thiết bị gia nhiệt sơ bộ là thiết bị trao đổi nhiệt dạng ống chùm: thân hình trụ, đặt thẳng đứng, bên trong gồm nhiều ống nhỏ Các đầu ống được giữ chặt trên vi ống và vỉ ống được hàn dính vào thân Dung dịch đi từ dưới lên ở bên trong ống Hơi nước bão hòa ngưng tụ trên bề mặt ngoài của ống và cấp nhiệt cho dung dịch để nâng nhiệt độ của dung dịch lên nhiệt độ sôi

Hình 2.1 Sơ đồ nguyên lí hệ thống cô đặc 1 nồi

Nguyên lý hoạt động của thiết bị cô đặc dạng ống chùm tuần hoàn trung tâm 8 2.3 Nguyên lý hoạt động của thiết bị ngưng tụ Baromet

Hình 2.2 Thiết bị cô đặc ống tuần hoàn trung tâm

Thiết bị cô đặc có ống tuần hoàn trung tâm gồm phần trên là buồng bốc 1 phần dưới của thiết bị là buồng đốt 2 có cấu tạo tương tự như thiết bị trao đổi nhiệt ống chùm, trong buồng đốt gồm có các ống truyền nhiệt 3 và ống tuần hoàn trung tâm 4 có đường kính lớn hơn từ 7 đến 10 lần ống truyền nhiệt, trong buồng bốc có bộ phận tách giọt 5 có tác dụng tách giọt chất lỏng do hơi thứ cuốn theo [2]

Dung dịch được đưa vào đáy buồng bốc rồi chảy trong các ống truyền nhiệt và ống trung tâm, còn hơi đốt được đưa vào buồng đốt đi ở khoảng giữa các ống và vỏ, do đó dung dịch được đun sôi tạo thành hỗn hợp lỏng hơi trong ống truyền nhiệt và làm khối lượng riêng của dung dịch sẽ giảm đi và chuyển động từ dưới lên miệng ống, còn trong ống tuần hoàn thể tích dung dịch theo một đơn vị bề mặt truyền nhiệt lớn hơn so với ống truyền nhiệt do đó nhiệt độ dung dịch nhỏ hơn so với dung dịch trong ống truyền nhiệt và lượng hơi tạo ra ít hơn vì vậy khối lượng riêng của hỗn hợp hơi lỏng ở đây lớn hơn trong ống truyền nhiệt do đó chất lỏng sẽ di chuyển từ trên xuống dưới rồi đi vào ống

4 Ống tuần hoàn trung tâm

5 Bộ phận tách giọt truyền nhiệt lên trên và trở lại ống tuần hoàn tạo lên dòng tuần hoàn tự nhiên

Tại bề mặt thoáng của dung dịch ở buồng bốc hơi thứ tách ra khỏi dung dịch bay lên qua bộ phận tách giọt sang thiết bị ngưng tụ baromet Bộ phận tách giọt có tác dụng giữ lại những giọt chất lỏng do hơi thứ cuốn theo và chảy trở về đáy buồng bốc, còn dung dịch có nồng độ tăng dần tới nồng độ yêu cầu được lấy ra một phần ở đáy thiết bị làm sản phẩm, đồng thời liên tục bổ sung thêm một lượng dung dịch mới vào thiết bị (trong trường hợp thiết bị làm việc liên tục) Còn với quá trình làm việc gián đoạn thì dung dịch được đưa vào thiết bị gián đoạn, và sản phẩm cũng được lấy ra gián đoạn Tốc độ tuần hoàn càng lớn thì hệ số cấp nhiệt phía dung dịch càng tăng và quá trình đóng cặn trên bề mặt cũng giảm Tốc độ tuần hoàn loại này thường không quá 1,5 m/s Ưu điểm:

 Cấu tạo đơn giản dễ vận hành, sửa chữa và làm sạch

 Hơi nước đun nóng được phân phối đều trong phòng đốt, dễ tháo nước ngưng và khí không ngưng

 Trong cô đặc nước mía, có ống thoát dung dịch nước mía lớn ở giữa khiến nước mía trong nồi tuần hoàn tự nhiên

 Năng suất thấp và tốc độ tuần hoàn nhỏ vì ống tuần hoàn cũng bị đốt nóng

 Diện tích đun nóng tương đối nhỏ

2.3 Nguyên lý hoạt động của thiết bị ngưng tụ Baromet

 Lượng khí bổ sung sinh ra trong thiết bị cô đặc bao gồm:

+ Dung môi dễ bay hơi

Khí bổ sung cần được giải phóng để tạo chân không Thiết bị ngưng tụ được kết hợp với bơm chân không để hệ thống chân không hoạt động hiệu quả nhất

Thiết bị ngưng tụ làm ngưng tụ hầu hết hơi nước, giải phóng một lượng hơi nước lớn cho bơm chân không, do đó giảm tiêu hao năng lượng cơ học và tránh hỏng hóc cho bơm (chỉ hút khí không ngưng)

Chọn thiết bị ngưng tụ trực tiếp loại khô, ngược chiều, chân cao (baromet) Trong đó, nước làm lạnh và nước ngưng tụ chảy xuống còn khí không ngưng được bơm chân không hút ra từ phần trên của thiết bị qua bộ phấn tách lỏng

Chiều cao của ống baromet được chọn sao cho tổng của áp suất trong thiết bị và cột áp thủy tĩnh bằng với áp suất khí quyển.

Thao tác vận hành

 Kiểm tra điều kiện vận hành của thiết bị cung cấp hơi đốt, bơm chân không, bơm nước ở thiết bị ngưng tụ, bơm tháo liệu

 Kiểm tra độ kín của hệ thống

 Khởi động bơm chân không cho hệ thống đạt điều kiện chân không( khi lần đầu hoạt động) Nước trong ống Baromet từ từ dâng lên Đợi cho đến khi quá trình ổn định

 Khởi động bơm nhập liệu, mở van nhập liệu cho dung dịch chảy vào thiết bị cô đặc Khi khối lượng dung dịch đạt yêu cầu thì điều chỉnh lưu lượng nhập liệu cho phù hợp

 Mở từ từ van hơi đốt

 Bơm nước vào thiết bị ngưng tụ

 Theo dõi hoạt động của thiết bị và các dụng cụ đo nhiệt độ, áp suất, sẵn sàng ngưng hoạt động của hệ thống nếu có sự cố xảy ra

 Gần đến thời điểm tháo liệu, ta thử nồng độ mẫu để chuẩn bị dừng hơi đốt

 Dùng bơm để tháo sản phẩm qua ống tháo sản phẩm đến khi hết thì đóng van Chấm dứt một mẻ cô đặc

 Ta bắt đầu các thao tác cho một mẻ mới.

TÍNH TOÁN CÂN BẰNG VẬT CHẤT VÀ NĂNG LƯỢNG

Cân bằng vật chất và năng lượng

- Nồng độ nhập liệu :15% khối lượng

- Nồng độ sản phẩm: 25% khối lượng

- Áp suất chân không tại thiết bị ngưng tụ Pck = 0,74 at

⇒ Áp suất tuyệt đối Ptd = Pa – Pck = 1- 0,74 =0,26 at

- Nguồn nhiệt là hơi nước bão hòa

- Sử dụng thiết bị ống chùm dạng tuần hoàn trung tâm

- Năng suất nhập liệu 1000 kg/h

- Nhiệt độ đầu vào (tự chọn): 30 o C

-Lượng hơi nước bốc hơi

Có nồng độ nhập liệu là 15%, nồng độ cuối là 25%, suy ra nồng độ trung bình là 20% Tra từ bảng A1.7, [4] ⇒ Nhiệt độ sôi của dung dịch tại 20% là 100,4 o C

Tra bảng I.251, trang 315, [6], chọn áp suất hơi bão hòa là 2 at để có nhiệt độ hơi đốt là 119,6 o C > 100,4 o C

Gọi ∆′′′ là tổn thất nhiệt độ hơi thứ trên đường ống dẫn từ buồng bốc đến thiết bị ngưng tụ Theo [6], trang 280, chọn ∆′′′ = 1 o C

Nhiệt độ hơi thứ trong buồng bốc: 𝑡 𝑠𝑑𝑚 (𝑃 𝑜 )

Trong đó: tc : nhiệt độ hơi thứ trong thiết bị ngưng tụ Baromet tsdm( P0): nhiệt độ sôi của dung môi ở áp suất P0 (mặt thoáng)

Nội suy tại áp suất 0,26at, nhiệt độ hơi thứ trong thiết bị ngưng tụ Baromet là: tc = 65,1 o C

Mà tsdm(P0) =∆ ′′′ + tc = 1+tc (theo chứng minh trên)

Nội suy áp suất hơi thứ tại nhiệt độ 66,1 o C:

3.1.4 Các tổn thất nhiệt độ

3.1.4.1 Tổn thất nhiệt độ do nồng độ (∆ ’ )

Theo công thức VI.10, trang 59, [7], ta có:

∆ ’ : tổn thất nhiệt độ tại áp suất cô đặc

∆ 0 ’ : tổn thất nhiệt độ ở áp suất khí quyển f : hệ số hiệu chỉnh f = 16,2 𝑇

T: Nhiệt độ sôi của dung môi nguyên chất ở áp suất đã cho [K] r: ẩn nhiệt hóa hơi của dung môi nguyên chất ở áp suất làm việc [J/Kg]

∆ 0 ’ = 𝑡 𝑠𝑑𝑑 − 𝑡 𝑠𝑑𝑚 Tra bảng A1.7, [4], nội suy tại nồng độ cuối 25%:

 ∆ 0 ’ = 𝑡 𝑠𝑑𝑑 − 𝑡 𝑠𝑑𝑚 = 100,55 – 100 = 0,55 o C Tra bảng I.251, trang 315, [6], nội suy tìm T và r tại áp suất 0,2688 at, ta có T 65,76 o C và r = 2342,84×10 3 J/kg

Vậy tổn thất nhiệt do nồng độ (∆ ’ ) là 0,44 o C

3.1.4.2 Tổn thất nhiệt độ do áp suất thủy tĩnh (∆ ’’ ) Áp suất thủy tĩnh: Theo công thức VI.12, trang 60, [7], ta có :

P0: áp suất hơi thứ = 0,2688 at h1: chiều cao lớp dung dịch sôi kể từ miệng trên ống truyền nhiệt đến mặt thoáng dung dịch (m) h2: chiều cao ống truyền nhiệt (m)

𝝆 𝒅𝒅𝒔 : khối lượng riêng của dung dịch khi sôi (kg/m 3 ) g : gia tốc trọng trường = 9,81m/s 2

Vì đây là quá trình cô đặc liên tục nên 𝜌 𝑑𝑑 tra theo nồng độ trung bình của dung dịch xtb = 𝑥 đ +𝑥 𝑐

9,81 ×10 4 = 0,3257 at Tra bảng I.251, trang 314, [1], nội suy tại Ptb = 0,3257 at: ttb = 70,42 o C

Theo công thức trang 296, [3], ta có:

∆’ = 0,44oC mà ∆’ = t sdd(P0) – t sdm(Po) (trang 296, [3]) t sdd(Po) = ∆’ + t sdm(Po)

Tra bảng A.4 trang 784, [5], nội suy tại 𝑥 𝑡𝑏 = 20%, 𝑡 𝑡𝑏 p,42 o C: độ tăng điểm sôi của dung dịch là 0,27 o C

Vậy tổn thất nhiệt độ do áp suất thủy tĩnh là 4,15 o C

 Chênh lệch nhiệt độ hữu ích (∆thi)

Chênh lệch nhiêt độ hữu ích:

∆t hi = tD - tstb Với: tstb = t sdm + ∑ ∆

Tra bảng I.251, trang 315, [6], tại áp suất 0,2688 at: tsdm = 65,76 o C

Cân bằng nhiệt lượng

 Dung dịch đầu, sôi: Gđ.Cđ.tđ (kW)

 Hơi đốt (bão hòa khô): D.iD (kW)

 Hơi thứ mang ra: W.iW (kW)

 Nước ngưng tụ: D.CD.tD (kW)

 Sản phẩm mang ra: Gc.Cc.tc (kW)

 Nhiệt tổn thất: Qtt (kW)

Theo công thức (5.18), trang 277, [3], phương trình cân bằng năng lượng:

Gđ.Cđ.tđ + D.iD = Gc.Cc.tc + D.CD.tD + W.iW + Qtt

D.iD - D.CD.tD = Gc.Cc.tc - Gđ.Cđ.tđ + W.iW + Qtt

 D(iD - CD.tD) = Gc.Cc.tc - Gđ.Cđ.tđ + W.iW + Qtt (1)

Nhiệt lượng hơi bão hòa (hơi đốt) cần dùng:

QD = D(iD - CD.tD) = D rD (kJ/s = kW) (iD - CD.tD) = rD: ẩn nhiệt ngưng tụ của hơi nước bão hòa

Qtt = a% nhiệt hơi đốt: Qtt = a% QD

(1)  QD = Gc.Cc.tc - Gđ.Cđ.tđ + W.iW + a%QD (2)

(1 – a%)QD = Gc.Cc.tc - Gđ.Cđ.tđ + W.iW

Tra bảng I.251, trang 315, [6], nội suy tại áp suất buồng đốt 2 at và nhiệt độ tD = 119,6 oC: rD = 2208 × 10 3 J/kg

Tra trang 2, [8]: nội suy tại áp suất buồng bốc 0,2688 at = 0,2637 bar: iW = 2,61993 (kJ/kg) = 2619,93× 10 3 (J/kg)

Nhiệt dung riêng của đường

Nội suy tại x = 15% và tđ = 66,54 o C: Cđ = 3,88521 kJ/kgC = 3885,21 J/kg.C tcuối = tsdd(Po) + ∆ ′′ + ∆ ′′′ = 66,54 + 4,15 + 1 = 71,69 o C

Nội suy tại x = 25% và tcuối = 71,69 o C: Cc = 3,69212 KJ/kgC = 3692,12 J/kg.C

Chọn tổn thất: Qtt = 5% QD

Lượng hơi đốt cần dùng:

Nhiệt lượng hơi đốt dùng cho nồi cô đặc:

Vậy nhiệt lượng tiêu thụ cho quá trình cô đặc là 998170560 J/h = 279,49 kW

Lượng hơi đốt tiêu tốn riêng

Theo công thức VI.7, trang 58, [2], ta có:

𝑘𝑔 ℎơ𝑖 𝑡ℎứ) Vậy để tạo ra 1 kg hơi thứ thì cần 1,13018 kg hơi đốt.

THIẾT KẾ THIẾT BỊ CHÍNH

Tính toán truyền nhiệt cho thiết bị cô đặc

4.1.1 Hệ số cấp nhiệt khi nhưng tụ hơi

Giảm tốc độ hơi đốt nhằm bảo vệ các ống truyền nhiệt tại khu vực hơi đốt vào bằng cách chia làm nhiều miệng vào Chọn tốc độ hơi đốt nhỏ (ω = 10 m/s), nước chảy ngưng chảy màng (do ống truyền nhiệt ngắn có h0 = 1,5 m), ngưng hơi bão hòa tinh khiết trên bề mặt đứng

1) 0,25 , W/(m 2 K) Trong đó: α1: hệ số cấp nhiệt phía hơi ngưng W/(m 2 K) r: ẩn nhiệt ngưng tụ của hơi nước bão hòa ở áp suất 2 at, r = 2208.10 3 J/kg (tra bảng I.251 [7], trang 315)

H: chiều cao ống truyền nhiệt (H = h0 = 1,5m)

𝜇 , đối với nước thì phụ thuộc nhiệt độ màng nước ngưng tm

𝑡 𝑚 = 0,5 (𝑡 𝑣1 + 𝑡 𝐷 ) Với 𝑡 𝑣1 ,𝑡 𝑏ℎ : nhiệt độ bề mặt tường và nhiệt độ hơi bão hòa ( o C), chọn 𝑡 𝑣1 = 115 o C

 𝛼 1 = 2,04 186,76 ( 2208×10 1,5×4,6 3 ) 0,25 = 9061,53W/(m 2 K) (1) Nhiệt tải riêng phía hơi ngưng: q1 = α1.Δt1 = 9061,53 × 4,6 = 41683,04 W/m 2

Dung dịch nhập liệu sau khi qua thiết bị truyền nhiệt đã đạt đến nhiệt độ sôi: quá trình cô đặc diễn ra mãnh liệt ở điều kiện sôi và tuần hoàn tự nhiên trong thiết bị, hình thành các bọt khí liên tục thoát ra khỏi dung dịch

Theo công thức VI.27, trang 71, [7]:

𝛼 𝑛 : hệ số cấp nhiệt của nước

+ P là áp suất tuyệt đối trên mặt thoáng (N/m 2 )

+ ∆t: hiệu số nhiệt độ của bề mặt truyền nhiệt và của nước sôi, 0 C

Cdd: nhiệt dung riêng của dung dịch ở tsdd(ptb), J/(kg.K)

Cdm: nhiệt dung riêng của nước ở tsdm(ptb), J/(kg.K) àdd: độ nhớt của dung dịch ở tsdd(ptb), N.s/m 2 àdm: độ nhớt của nước ở tsdm(ptb), N.s/m 2 ρdd: khối lượng riêng của dung dịch ở tsdd(ptb), kg/m 3 ρdm: khối lượng riêng của nước ở tsdm(ptb), kg/m 3 λdd: hệ số dẫn nhiệt của dung dịch ở tsdd(ptb), W/(m.K) λdm: hệ số dẫn nhiệt của nước ở tsdm(ptb), W/(m.K)

Các thông số của nước tra bảng I.249 và bảng I.251, trang 310, 314, [6], nội suy tại nhiệt độ tsdm(ptb) = 70,42 o C

Bảng 4.1 Các thông số của dung môi ρ dm (kg/m 3 ) C dm (J/kg.K) à dm (N.s/m 2 ) λ dm (W/m.K)

Các thông số của dung dịch tra bảng A.1, A.6 trang 779, 786, [5], bảng A1.8, trang 560,

Bảng 4.2 Các thông số của dung dịch ρ dd (kg/m 3 ) C dd (J/kg.K) à dd (N.s/m 2 ) λ dd (W/m.K)

Theo Bài tập và Ví dụ tập 10, trang 104:

+ r2: nhiệt trở lớp cặn bẩn dày 0,5 mm, m 2 K/W

+ δ: bề dày ống, δ = 1 mm λ = 16,3 W/(m.K) – hệ số dẫn nhiệt của ống (tra bảng trang 21, [9] với ống được làm bằng thép không gỉ OX18H10T)

+ ∆tv: chênh lệch nhiệt độ của tường, o C

Tra ở bảng V.1, trang 4, [7]: r1 = 0,232 × 10 −3 𝑚 2 độ 𝑊⁄ r2 = 0,387 × 10 −3 𝑚 2 độ 𝑊⁄

4.1.3 Tiến trình tính các nhiệt tải riêng

Khi quá trình cô đặc diễn ra ổn định thì: q1 = q2 = qv (6)

4.1.4 Hệ số truyền nhiệt tổng quát K cho quá trình cô đặc

Giá trị K được tính thông qua hệ số cấp nhiệt:

4.1.5 Diện tích bề mặt truyền nhiệt

1023,66 × 48,25= 5,66 𝑚 2 Chọn F = 10 m 2 theo dãy chuẩn Quá trình và thiết bị truyền nhiệt tập 5, quyển

Tính kích thước của thiết bị cô đặc

4.2.1 Tính kích thước buồng đốt

4.2.1.1 Tính đường kính buồng đốt

Chọn ống có kích thước d25/27mm

(Chọn β = 1,4,trang 202, [3]) do: đường kính ngoài ống truyền nhiệt, do = 27mm

- Chọn chiều dài ống truyền nhiệt L= 1,5m

 Đường kính buồng đốt được tính theo công thức 3.90, trang 202,[3]:

Chọn theo dãy chuẩn trang 275, [3]: Dđ = 600 mm

 Đường kính ống tuần hoàn:

Chọn theo kinh nghiệm từ 1/4 đến 1/8 lần đường kính vỏ buồng đốt ( theo [3],trang 274) Chọn 𝑑 𝑡ℎ = 1/4𝐷 đ  dtr = 150 mm

Chọn theo dãy chuẩn trang 274, [3]: dtr(th) = 159 mm, dng(th) = 169 mm

Chọn ống có kích thước d25/27 mm

Số ống truyền nhiệt được tính theo công thức (III – 49), trang 134, [10]:

Với : d = 25 mm: đường kính ống truyền nhiệt ( vì α1> α2 nên lấy d = dt = 25 mm, dt là đường kính trong ống truyền nhiệt) l= Hd = 1,5 m: chiều dài ống truyền nhiệt

F= 10 m 2 : diện tích bề mặt truyền nhiệt

Theo bảng V.11, trang 48 [7] bố trí theo hình lục giác đều

4.2.1.3 Kiểm tra diện tích truyền nhiệt

Bố trí ống ở đỉnh tam giác tạo thành hình lục giác đều có ống tuần hoàn ở giữa m: số ống trên đường chéo

Chọn theo bảng V.11 trang 48 [7]: m = 11 ống

Số ống trên đường chéo của lục giác đều bọc chùm ống lắp trong ruột rỗng: d th = s.(m’-1) + 4 do (theo[3], trang 202)

Số ống truyền nhiệt đã bị thay thế bởi ống tuần hoàn trung tâm là:

4 (3 2 − 1) + 1 = 7 ố𝑛𝑔 Vậy số ống truyền nhiệt là n-n ’ = 91-7 = 84 ống

Kiểm tra bề mặt truyền nhiệt:

F= 𝜋.Hd.( n.dt+dth) = 𝜋 1,5.(84.0,025+ 0,159) = 10,65 m 2 >Ftính toán= 5,66 m 2 (thỏa mãn)

4.2.1.4 Tính kích thước đáy nón của buồng đốt

 Chọn chiều cao phần gờ giữa buồng đốt và đáy nón hgo = 40 mm

 Đường kính trong của đáy nón chính là đường kính trong của buồng đốt: Dt

 Với 2 thông số trên, tra bảng XIII.21, [7], trang 394, ta có:

 Số ống truyền nhiệt là 84 ống có kích thước d25/27 mm

 Một ống tuần hoàn giữa có đường kính dth = 159 mm

 Đường kính vỏ buồng đốt Dd = 600 mm

 Chiều cao buồng đốt Hd = 1,5m

 Diện tích bề mặt truyền nhiệt F = 10 m 2

 Chiều cao đáy nón Hnon = 544 mm

 Thể tích dung dịch ở đáy Vđ = 71× 10 −3 m 3

Tính kích thước buồng bốc

 Lưu lượng hơi thứ trong buồng bốc

W: lượng hơi thứ bốc hơi (kg/h) ρh: khối lượng riêng của hơi ở áp suất buồng bốc P0 = 0,2688at

Tra bảng I.251, [6], trang 314, nội suy tại P0 = 0,2688 at : ρh = 0,1666 kg/m 3

Vận tốc hơi thứ trong buồng bốc:

Db là đường kính buồng bốc (m)

Trong đó: ρ’= 979,93 kg/ m 3 : khối lượng riêng của giọt lỏng, kg/m 3 (tra bảng I.249, trang 311 [1]: tra ở nhiệt độ sôi của dung môi trong buồng bốc tsdm(Po) = 66,1 0 C) ρ”= ρh = 0,1666 kg/m 3 : khối lượng riêng của hơi d: đường kính giọt lỏng, chọn d = 0,0003 m tra trang 276 [3] g = 9,81m/s 2 : gia tốc trọng trường ξ: hệ số trở lực, tính theo Re

𝐷 𝑏 2 Với μ là độ nhớt của hơi thứ ở ỏp suất 0,2688 at, tra theo hỡnh I.35, [6], trang 117  à

Theo Quá trình và thiết bị truyền nhiệt tập 5, quyển 1, trang 274:

= 8,1013 𝐷 𝑏 1,2 ωhơi không quá 70-80% ωo, chọn: ωhơi < 80% ωo

Chọn theo dãy chuẩn, lấy Db = 1000 mm = 1 m

1 2 = 3,96 (𝑡ℎỏ𝑎 𝑚ã𝑛 0,2 < 𝑅𝑒 < 500) Vậy đường kính buồng bốc Db = 1000 mm

Theo công thức VI.34, [7], trang 72: chiều cao của không gian hơi còn gọi là chiều cao buồng bốc:

Db: đường kính buồng bốc, m

VKGH: thể tích không gian hơi, m 3

W: lượng hơi thứ bốc lên khỏi thiết bị, kg/h ρh: khối lượng riêng của hơi thứ ở P0 = 0,2688 at, kg/m 3

Tra bảng I.251, [6], trang 314, nội suy tại áp suất P0 = 0,2688 at: ρh = 1,666kg/m 3

Utt: cường độ bốc hơi thể tích cho phép của khoảng không gian hơi (thể tích nước bay hơi trên 1 đơn vị thể tích của không gian hơi trong 1 đơn vị thời gian)

Với: f = 1,3: hệ số hiệu chỉnh do khác biệt áp suất khí quyển (xác định theo đồ thị hình VI.3, [7], trang 72)

Utt_(1at): cường độ bốc hơi thể tích cho phép khi P = 1at, m 3 /m 3 h

Theo [7], trang 72, chọn Utt_(1 at) = 1600 m 3 /m 3 h

𝜋 1 2 = 1,46 (𝑚) Theo điều kiện cho quá trình sôi sủi bọt, ta chọn:

Vậy chiều cao buồng bốc Hb = 1,5 m

4.3.3 Tính kích thước nắp elip có gờ của buồng bốc

Chọn chiều cao phần gờ giữa buồng bốc và nắp elip hgo = 40 mm

Ta thấy đường kính trong của nắp elip chính là đường kính trong của buồng bốc: Dt = 1000 mm

Với 2 thông số trên, tra bảng XIII.10, [7], trang 382, ta có:

4.3.4 Tính kích thước các ống dẫn

Theo [7], trang 74, đường kính các ống được tính theo công thức sau

G: lưu lượng lưu chất, kg/s ω: vận tốc lưu chất, m/s ρ: khối lượng riêng của lưu chất, kg/m 3

Gđ = 1000 kg/h = 0,2778 kg/s ω = 1,5 m/s: chất lỏng ít nhớt (trang 74, [7]) ρđ = 1061,04 kg/m 3 (tra xđ = 15%, bảng A.1, trang 779, [5])

Gc= 600 kg/h = 0,1667 kg/s ω = 0,75 m/s (dung dịch sau có độ nhớt tương đối, trang 74, [2]) ρc = 1105,51 kg/m 3 (tra theo xc= 25%, bảng A.1, trang 779, [5])

D = 452,07 kg/h = 0,1256 kg/s ω = 30 m/s (trang 74_hơi bão hòa, [7])

PD = 2 at  ρD = 1,107 kg/m 3 ( tra theo bảng I.251, [6], trang 315)

W= 400 kg/h = 0,1111 kg/s ω = 40 m/s (chọn theo hơi quá nhiệt, trang 74, [2])

P0 = 0,2688 at  ρhoi thu = 0,1666 kg/m 3 (tra theo bảng I.251, trang 314, [6])

Gn = GD = 452,07 = 0,1256 kg/s ω = 2 m/s t = 119,6 0 C  ρ = 943,42 kg/m 3 (bảng I.249, trang 311, [1])

 Ống xả khí không ngưng

Chọn đường kính ống xả khí không ngưng bằng đường kính ống dẫn nước ngưng

Bảng 4.3 Tổng kết đường kính các ống dẫn

Loại ống Đường kính tính toán (mm)

Chọn đường kính trong (mm)

Chọn đường kính ngoài (mm)

TÍNH BỀN CƠ KHÍ CHO THIẾT BỊ CÔ ĐẶC

Tính cho buồng đốt

5.1.1 Sơ lược về cấu tạo

Buồng đốt có đường kính trong Dt = 600 mm, chiều cao Ht = 1500 mm

Thân có 3 lỗ, ứng với 3 ống: dẫn hơi đốt, xả nước ngưng, xả khí không ngưng Vật liệu chế tạo là thép không gỉ OX18H10T, có bọc lớp cách nhiệt

Hơi đốt là hơi nước bão hoà có áp suất 5 at nên buồng đốt chịu áp suất trong là: pm = pD – pa = 2 – 1 = 1 at = 0,101325 N/mm 2 Lấy áp suất tính toán bằng với áp suất làm việc, do đó P t = P m = 0,101325 N/mm 2 Nhiệt độ của hơi đốt vào là tD = 119,6 0 C, vậy nhiệt độ tính toán của buồng đốt là: ttt = tD + 20 = 119,6 + 20 = 139,6 0 C Theo hình 1.2, trang 16, [12], ứng suất cho phép tiêu chuẩn của vật liệu ở ttt là:

Chọn hệ số hiệu chỉnh η = 0,95 (có bọc lớp cách nhiệt) (trang 17, [12]) Ứng suất cho phép của vật liệu là:

Tra bảng 2.12, trang 34, [12]: module đàn hồi của vật liệu ở ttt là E = 2,05.10 5 N/mm 2

2×111,15×0,95 = 0,29 mm Trong đó: φ = 0,95 – hệ số bền mối hàn (bảng 1-8, trang 19, [12], hàn 1 phía)

Dt = 600 mm – đường kính trong của buồng đốt

Pt = 0,101325 N/mm 2 – áp suất tính toán của buồng đốt

Dt = 600 mm ⇒ Smin = 3 mm > 0,29 mm ⇒ chọn S’ = Smin = 3 mm (theo bảng 5.1, trang 94, [12])

Chọn hệ số ăn mòn hoá học là Ca = 1mm (thời gian làm việc 10 năm)

Vật liệu được xem là bền cơ học nên Cb = Cc = 0

Chọn hệ số bổ sung do dung sai của chiều dày C0 = 0,22 mm (theo bảng XIII.9, trang 364, [7])

Theo công thức 1-10, trang20, [12], hệ số bổ sung bề dày là:

 Kiểm tra bề dày buồng đốt: Áp dụng công thức 5-10, trang 97, [12]:

600 = 0,00667 < 1 (thỏa) Áp suất tính toán cho phép trong buồng đốt:

Vậy bề dày buồng đốt là 5 mm

 Đường kính ngoài của buồng đốt

 Tính bền cho các lỗ: Đường kính lỗ cho phép không cần tăng cứng (công thức 8-2, trang 162, [12]): dmax =3,7 3 √𝐷 𝑡 (𝑆 − 𝐶 𝑎 ) (1 − 𝑘) ; mm Trong đó:

Dt = 1400 mm – đường kính trong của buồng đốt

S = 5 mm – bề dày của buồng đốt k – hệ số bền của lỗ k = 𝑃 𝑡 𝐷 𝑡

So sánh: Ống dẫn hơi đốt dt = 70 mm > d max Ống xả nước ngưng dt = 10 mm dmax

 Cần tăng độ cứng cho ống dẫn hơi thứ Đường kính ngoài của ống dẫn hơi thứ:

 Bề dày khâu tăng cứng: Slỗ = 159−150

Tính mặt bích

5.5.1 Sơ lược về cấu tạo

- Bulong và bích được làm từ thép CT3

- Mặt bích ở đây được dùng để nối nắp của thiết bị với buồng bốc, buồng bốc với buồng đốt và buồng đốt với đáy của thiết bị

- Chọn bích liền bằng thép, kiểu 1(bảng XIII.27, trang 417, [7])

- Các thông số cơ bản của mặt bích:

Dt : Đường kính trong; mm

D : Đường kính ngoài của mặt bích; mm

Db : Đường kính vòng bu lông; mm

D1 : Đường kính đến vành ngoài đệm; mm

D0 : Đường kính đến vành trong đệm; mm db : Đường kính bu lông; mm

Z : Số lượng bu lông; cái h : chiều dày mặt bích; mm

 Mặt bích nối buồng bốcvà buồng đốt:

- Buồng bốc và buồng đốt nối với nhau theo đường kính buồng đốt Dt = 600 mm

- Áp suất tính toán của buồng đốt là 0,101325 N/mm 2

- Áp suất tính toán của buồng bốc là 0,1754 N/mm 2

Chọn dự phòng áp suất trong thân là Py = 0,3 N/mm2 để bích kín thân Các thông số của bích được tra từ bảng XIII.27, [7], trang 419

Bảng 5.1 Số liệu của bích nối với buồng đốt – buồng bốc

Kích thước nối Kiểu bích

N/mm 2 mm mm mm cái mm mm

 Mặt bích nối buồng đốt và đáy:

- Buồng đốt và đáy được nối với nhau theo đường kính buồng đốt Dt = 600 mm

- Áp suất tính toán của buồng đốt là 0,101325 N/mm 2

- Áp suất tính toán của đáy là 0,1773 N/mm 2

Chọn dự phòng áp suất trong thân là Py = 0,3 N/mm2 để bích kín thân Tra bảng XIII.27, [7], trang 419

Bảng 5.2 Số liệu của bích nối buồng đốt - đáy

Kích thước nối Kiểu bích

N/mm 2 mm mm mm cái mm mm

 Mặt bích nối buồng bốc và nắp:

- Buồng bốc và nắp được nối với nhau theo đường kính buồng bốc Db = 1000 mm

- Áp suất tính toán của buồng bốc và nắp cùng là 0,1754 N/mm 2

Chọn dự phòng áp suất trong thân là Py = 0,3 N/mm 2 để bích kín thân Tra bảng

Bảng 5.3 Số liệu của bích nối buồng bốc – nắp

Kích thước nối Kiểu bích

N/mm 2 mm mm mm cái mm Mm

Tính vỉ ống

5.6.1 Sơ lược về cấu tạo

Chọn vỉ ống loại phẳng tròn, lắp cứng với thân thiết bị Vỉ ống phải giữ chặt các ống truyền nhiệt và bền dưới tác dụng của ứng suất

- Dạng của vỉ ống được giữ nguyên trước và sau khi nong

- Vật liệu chế tạo là thép không gỉ OX18H10T

- Nhiệt độ tính toán của vỉ ống là tt = tD = 119,6 o C Ứng suất uốn cho phép tiêu chuẩn của vật liệu ở tt là [𝜎] 𝑢 ∗ = 120 N/mm 2 (hình 1-2, trang 16, [12]) Chọn hệ số hiệu chỉnh η = 1 (trang 17, [12])

 Ứng suất uốn cho phép của vật liệu tt là:

 Tính cho vỉ ống phía trên buồng đốt

Chiều dày tính toán tối thiểu ở phía ngoài của vỉ ống ℎ 1 ′ được xác định theo công thức 8-47, trang 181, [12]:

Dt = 600 mm : Đường kính trong của buồng đốt

P0 = 0,101325 N/mm 2 : Áp suất tính toán ở trong ống (bằng với áp suất tính toán của buồng đốt)

Chiều dày tính toán tối thiểu ở phía giữa của vỉ ống h’ được xác định theo công thức 8-

0 : Hệ số làm yếu vỉ ống do khoan lỗ 𝜑 0 = 𝐷 𝑛 −∑ 𝑑

Dn: Đường kính vỉ ống mm

∑d: Tổng số đường kính các lỗ trong vỉ mm

∑d = dth + n dt-ống = 159 + 9×25 = 384 mm dth: đường kính trong của ống tuần hoàn mm dt-ống: đường kính trong của ống truyền nhiệt mm n: số ống bố trí theo đường kính của vỉ

Kiểm tra độ bền của vỉ ống Ứng suất uốn của vỉ được xác định theo công thức (8-53), trang 183, [12]:

Trong đó: dn = 27 mm: đường kính ngoài của ống truyền nhiệt

3,6.(1−0,7 32,74 27 ).( 32,74 27 ) 2 = 0,178 N/mm 2 ≤ 120 N/mm 2 Vậy vỉ ống ở trên buồng đốt dày 20 mm

 Tính cho vỉ ống ở dưới buồng đốt

Chọn bề dày của vỉ ống phía dưới bằng chiều dày của vỉ ống phía trên và bằng 20 mm (cũng bằng bề dày mặt bích)

Các bước làm giống xác định bề dày cho vỉ ống trên buồng đốt.

Khối lượng và trai treo

5.7.1 Sơ lược cấu tạo trai treo chân đỡ

- Khối lượng tại treo cần chịu: m = mtb + mdd

- Tổng khối lượng thép làm thiết bị: mtb = mđ + mn + mbb + mbđ + mvỉ + mống + mbích

Trong đó: mđ: khối lượng thép làm đáy, kg mn: khối lượng thép làm nắp, kg mbb: khối lượng thép làm buồng bốc, kg mbđ: khối lượng thép làm buồng đốt, kg mống: khối lượng thép làm ống, kg mv: khối lượng thép làm vỉ ống mbich: khối lượng thép làm bích

- Khối lượng riêng của thép OX18H10T là ρ = 7900 kg/m 3

- Khối lượng riêng của thép CT3 là ρ = 7850 kg/m 3

5.7.2 Khối lượng các bộ phận thiết bị

 Khối lượng thép làm ống truyền nhiệt

Trong đó: dn, dt: Đường kính ngoài và trong của ống truyền nhiệt; m

Dth,n, Dth,t: Đường kính ngoài và trong của ống tuần hoàn; m H: Chiều cao ống truyền nhiệt; m n: Tổng số ống truyền nhiệt, ống

 Khối lượng thép làm buồng đốt

H: Chiều cao buồng đốt (bằng chiều cao ống truyền nhiệt, m)

Dd, n, Dd, t : Đường kính ngoài và trong của buồng đốt; m

 Khối lượng thép làm đáy nón Đáy nón được làm bằng thép không gỉ OX18H10T Đáy nón tiêu chuẩn có góc đáy 60 o , có gờ cao 40mm

 Khối lượng thép làm buồng bốc

Thể tích thép làm buồng bốc:

H: Chiều cao buồng bốc (bằng chiều cao ống truyền nhiệt, m)

Dd,n, Dd,t : Đường kính ngoài và trong của buồng bốc; m

 Khối lượng thép làm nắp elip

Nắp elip tiêu chuẩn có:

 Khối lượng vỉ ống và bích

Thể tích thép làm vỉ ống bao gồm cả 2 bích:

- Tổng diện tích các lỗ:

4 = 0,054 𝑚 2 Trong đó: n: số ống truyền nhiệt

𝑑 0 = 27 mm : đườngk ínhngoaài của ống truyền nhiệt

- Diện tích ống tuần hoàn trung tâm:

𝒅 𝒕𝒉,𝒏 = 169 mm : đường kính ngoài của ống tuần hoàn

D = 740 mm : đường kính vành ngoài của bích

 Thể tích thép làm vỉ ống là: 𝑉 𝑣𝑙𝑣 = 𝐹 𝑐𝑙 (2 ℎ) = 0,356×(2.0,02) 0,0142 𝑚 3

Khối lượng thép làm vỉ ống: mv = 0,0142 × 7900 = 112,18 kg

 Thể tích thép bích còn lại:

Trong đó: h = 20 mm : bề dày bích nối buồng đốt và buồng bốc, buồng đốt và đáy h’ = 25 mm : bề dày bích nối buồng bốc và nắp

D = 740 mm : đường kính vành ngoài của bích nối buồng đốt và buồng bốc, buồng đốt và đáy

D’ = 1140 mm : đường kính vành ngoài của bích nối buồng bốc và nắp

D d n = 610 mm : đường kính ngoài của buồng đốt

D b,n = 1014 mm : đường kính ngoài của buồng bốc

Bảng 5.4 Bảng tổng hợp khối lượng của thiết bị

Chi tiết Loại thép Khối lượng

Buồng bốc OX18H10T 260,7 kg Đáy nón OX18H10T 48,26 kg

Nắp elip OX18H10T 70,85 kg Ống truyền nhiệt OX18H10T 110,6 kg

Tổng khối lượng thiết bị:

5.7.3 Khối lượng lớn nhất có thể có của dung dịch trong thiết bị

Khối lượng lớn nhất có thể có của dung dịch là khối lượng riêng ở nồng độ 25% và nhiệt độ tsdd(Po) = 66,54 o C => ρ05,51 kg/m 3

Thể tích dung dịch trong phần hình nón cụt:

4 = 0,29 𝑚 3 Thể tích dung dịch trong thiết bị:

Db: đường kính trong buồng bốc (m)

Dđ: đường kính trong buồng đốt (m)

Hc: chiều cao hình nón cụt không tính gờ (m)

Hgc: chiều cao gờ hình nón cụt (m)

𝑉 ố𝑛𝑔 𝑇𝑁 : thể tích dung dịch trong ống truyền nhiệt (m 3 )

𝑉 ố𝑛𝑔 𝑇𝐻 : thể tích dung dịch trong ống tuần hoàn trung tâm (m 3 )

Vđ: thể tích dung dịch trong đáy (m 3 )

Khối lượng lớn nhất có thể:

Tổng trọng tải trong thiết bị:

Chọn tai treo thẳng đứng, được làm bằng thép CT3 Trọng lượng trên mỗi tai treo:

Chọn chân đỡ tai treo:

Dự phòng chọn tải trọng là 0,5×10 4 N

Chọn vật liệu là thép CT3

Chọn thiết bị gồm 2 trai treo

Tải trọng ở mỗi tai treo là 1.10 4 N

Tra bảng XIII.36, [7], trang 438 ta có các kích thước tai treo

Các thông số tai treo được chọn từ bảng XIII.36, trang 438,[2]:

Bảng 5.5 Thông số của tai treo

G: tải trọng cho phép trên một tai treo; N

F: bề mặt đỡ; m 2 q: tải trọng cho phép trên bề mặt đỡ; N/m 2 mt: khối lượng một tai treo; kg

TÍNH TOÁN THIẾT BỊ PHỤ

Thiết bị truyền nhiệt

 Chọn thiết bị ống chùm thẳng đứng, dung dịch đi trong ống, hơi đốt đi ngoài ống

 Dòng nhập liệu (dòng lạnh): t’1= 30 o C t”2= 66,54 o C

Dòng hơi đốt (dòng nóng): t’2= tD = 119,6 o C

6.1.1 Hệ số cấp nhiệt khi ngưng tụ hơi

 Giảm tốc độ hơi đốt nhằm bảo vệ các ống truyền nhiệt tại khu vực hơi đốt vào bằng cách chia làm nhiều miệng vào Chọn tốc độ hơi đốt nhỏ ((ω = 10 m/s), nước ngưng chảy màng (do ống truyền nhiệt ngắn có h0 = 1 m), ngưng hơi bão hoà tinh khiết trên bề mặt đứng

 – hệ số cấp nhiệt phía hơi ngưng; W/(m 2 K)

+ r – ẩn nhiệt ngưng tụ của hơi nước bão hòa ở áp suất hơi đốt 2 atm là 2208×10 3 J/kg

+ H – chiều cao ống truyền nhiệt (H = ho = 1 m)

+ A – hệ số, đối với nước thì phụ thuộc vào nhiệt độ màng nước ngưng tm

– Sau nhiều dần tính lặp lại, ta chọn nhiệt độ vách ngoài tv1 = 115 o C

 𝛼 1 = 2,04 186,76 ( 2208×10 1×4,6 3 ) 0,25 = 10028,23 W/m 2 K – Nhiệt tải riêng phía hơi ngưng:

6.1.2 Hệ số cấp nhiệt từ bề mặt đốt đến dòng chất lỏng sôi

 Sau khi tính lặp, chọn t v2 = 84 o C

Bảng 6.1 Các thông số hóa lí của dung dịch mía đường 25% ở tw và t

+ λ – hệ số dẫn nhiệt; W/(m.K) (Tra bảng A1.8, trang 560, [4])

+ ρ – khối lượng riêng; kg/m 3 (Tra bảng A.1, trang 779, [5])

+ c – nhiệt dung riêng; J/(kg.K) (Công thức I.50, trang 153, [6])

+ μ – độ nhớt động lực học; Ns/m 2 (Tra bảng I.112, trang 114, [6])

– Chọn tốc độ của dung dịch mía đường 25% trong ống truyền nhiệt là v = 1 m/s Đường kính trong của ống truyền nhiệt là d = 25 mm

⇒ Áp dụng công thức tính hệ số cấp nhiệt khi dòng chảy rối trong ống (Re > 10000):

6.1.3 Nhiệt tải riêng phía tường

+ r1 = 0,232.10 –3 m 2 K/W – nhiệt trở phía hơi nước do vách ngoài của ống có màng mỏng nước ngưng

+ r2 = 0,387.10 –3 m 2 K/W – nhiệt trở phía dung dịch do vách trong của ống có lớp cặn bẩn dày 0,5 mm

+ 𝛿 =1 mm = 0,001 m – bề dày ống truyền nhiệt

 = 16,3 W/m.K – hệ số dẫn nhiệt của ống (bảng XII.7, trang 313, [6]) và ống làm bằng thép không gỉ OX18H10T

+ ∆tv = tv1 + tv2; K – chênh lệch nhiệt độ giữa 2 vách tường

Với quá trình cô đặc chân không liên tục, sự truyền nhiệt ổn định nên qv = q1 =q2

– Nhiệt tải riêng trung bình:

6.1.4 Diện tích bề mặt truyền nhiệt

 Dung dịch đầu ở 30 o C: Gđ.Cđ.tđ (kW)

 Hơi đốt (bão hòa khô): D.iD (kW)

 Nước ngưng tụ: D.CD.tD (kW)

 Sản phẩm mang ra: Gc.Cc.tc (kW)

 Nhiệt tổn thất: Qtt (kW)

Theo công thức (5.18), trang 277, [3], phương trình cân bằng năng lượng:

Gđ.Cđ.tđ + D.iD = Gc.Cc.tc + D.CD.tD + W.iW + Qtt

D.iD - D.CD.tD = Gc.Cc.tc - Gđ.Cđ.tđ + W.iW + Qtt

 D(iD - CD.tD) = Gc.Cc.tc - Gđ.Cđ.tđ + W.iW + Qtt (1) Nhiệt lượng hơi bão hòa (hơi đốt) cần dùng:

QD = D(iD - CD.tD) = D rD (kJ/s = kW) (iD - CD.tD) = rD: ẩn nhiệt ngưng tụ của hơi nước bão hòa

Qtt = a% nhiệt hơi đốt: Qtt = a% QD

(1)  QD = Gc.Cc.tc - Gđ.Cđ.tđ + W.iW + a%QD (2)

(1 – a%)QD = Gc.Cc.tc - Gđ.Cđ.tđ + W.iW

Nhiệt độ của dung dịch mía đường trước và sau khi đi qua thiết bị gia nhiệt:

Tra bảng I.251, trang 315, [6], nội suy nhiệt độ tD = 119,6 o C: rD = 2208 × 10 3 J/kg Nhiệt dung riêng của đường

Nội suy tại x = 15% và tđ = 30 o C: Cđ = 3843,28 kJ/kgC

Nội suy tại x = 15% và tcuối = 71,69 o C: Cc = 3891,43 KJ/kgC

Chọn tổn thất: Qtt = 5% QD

Lượng hơi đốt cần dùng:

Nhiệt lượng do hơi đốt cung cấp:

– Diện tích bề mặt truyền nhiệt:

33147,80 = 4,51 m 2 Chọn F = 10 m 2 theo dãy chuẩn Quá trình và thiết bị truyền nhiệt tập 5, quyển

– Số ống truyền nhiệt được tính theo công thức (III–49, trang 134, [10]): l d n F

+ F = 10 m 2 – diện tích bề mặt truyền nhiệt

+ l = 1 m – chiều dài của ống truyền nhiệt

+ d – đường kính của ống truyền nhiệt

Vì 𝛼1 > 𝛼2 nên ta chọn d = dt = 25 mm

– Số ống truyền nhiệt là:

– Theo bảng V.11, trang 48, [7], chọn số ống n = 169 và bố trí theo hình lục giác đều – Đường kính trong của thiết bị trao đổi nhiệt được tính theo công thức V.140, trang 49, [7]:

+ dn = dt + 2.S m – đường kính ngoài của ống truyền nhiệt

 n b – số ống trên đường xuyên tâm của lục giác

⇒ D = 0,0378.(15 – 1) + 4.0,027 = 0,6372 m – Thể tích bình gia nhiệt

Tính thiết bị ngưng tụ baromet

6.2.1 Chọn thiết bị ngưng tụ

- Lượng khí bổ sung sinh ra trong thiết bị cô đặc bao gồm:

+ Dung môi dễ bay hơi

- Khí bổ sung cần được giải phóng để tạo chân không Thiết bị ngưng tụ được kết hợp với bơm chân không để hệ thống chân không hoạt động hiệu quả nhất

- Thiết bị ngưng tụ làm ngưng tụ hầu hết hơi nước, giải phóng một lượng hơi nước lớn cho bơm chân không, do đó giảm tiêu hao năng lượng cơ học và tránh hỏng hóc cho bơm (chỉ hút khí không ngưng)

- Chọn thiết bị ngưng tụ trực tiếp loại khô, ngược chiều, chân cao (baromet) Trong đó, nước làm lạnh và nước ngưng tụ chảy xuống còn khí không ngưng được bơm chân không hút ra từ phần trên của thiết bị qua bộ phấn tách lỏng

- Chiều cao của ống baromet được chọn sao cho tổng của áp suất trong thiết bị và cột áp thủy tĩnh bằng với áp suất khí quyển

6.2.2 Tính thiết bị ngưng tụ

1.1.1.1 Lượng nước lạnh tưới vào thiết bị ngưng tụ

Theo công thức VI.51 [7], trang 84:

Gn: lượng nước lạnh tưới vào thiết bị, kg/s

W: lượng hơi thứ đi vào thiết bị ngưng tụ, kg/s

3600= 0,1111 𝑘𝑔/𝑠 i: nhiệt lượng riêng của hơi nước (bảng I.251, trang 314, [6]), I = 2511,87 KJ/kg

𝑡 2𝑐 , 𝑡 2𝑑 : nhiệt độ đầu, cuối của nước làm nguội, lấy 𝑡 2𝑑 = 30 o C

𝑡 𝑛𝑔 : nhiệt độ hơi bão hòa ngưng tụ, o C

𝐶 𝑛 : nhiệt dung riêng trung bình của nước, tra theo nhiệt độ trung bình, kJ/kg.k

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

Lượng khí cần hút ra khỏi thiết bị ngưng tụ baromet được tính theo công thức VI.47 [7], trang 84:

Gn: lượng nước lạnh tưới vào thiết bị, kg/s

W : lượng hơi đi vào thiết bị ngưng tụ, kg/s Đổi với thiết bị ngưng tụ trực tiếp loại khô, nhiệt độ không khí được tính theo công thức

Tra giản đồ không khí ẩm : png = 0,26 at = 25497,29 N/m 2 : áp suất làm việc của thiết bị ngưng tụ ph = 0,0462 at : áp suất riêng phần của hơi nước trong hỗn hợp ở nhiệt độ tkk 37,17 o C (tra ở Bảng tra cứu quá trình cơ học truyền nhiệt – truyền khối, Bảng 56 trang

Thể tích khí không ngưng cần hút ra khỏi thiết bị tính theo VI.49 [7],trang 84:

1.1.1.3 Các đường kính chủ yếu của thiết bị ngưng tụ Baromet

 Đường kính trong của thiết bị ngưng tụ

Theo VI.52, [7], trang 84, ta có đường kính trong thiết bị ngưng tụ:

W: lượng hơi thứ ngưng tụ, W = 0,1111 kg/s

h: tốc độ hơi trong thiết bị ngưng tụ, chọn h = 30 m/s (trang 85, [7]).

h: khối lượng riêng của hơi, tra bảng I.251 trang 314 theo, [7] và nội suy ở 0,26 at được

 Chọn đường kính trong của thiết bị ngưng tụ là 250 mm

Thường có dạng viên phân để đảm bảo làm việc tốt

Chiều rộng của tấm ngăn được xác định theo công thức VI.53 trang 85 [2] b = 𝐷 𝑡𝑟

Có nhiều lỗ nhỏ được đúc trên tấm ngăn, nước làm nguội là nước sạch nên đường kính lỗ chọn là 2mm

Lưu lượng thể tích của nước lạnh dùng để ngưng tụ hơi thứ:

- Theo [7], trang 85, bề dày tấm ngăn (): chọn  = 4 mm

- Theo [7], trang 85: chọn nước sông (ao, hồ) để ngưng tụ hơi thứ thì đường kính lỗ d = 5 mm

- Theo [7], trang 85, chọn chiều cao gờ tấm ngăn là: 40 mm Chọn tốc độ tia nước là 0,62 m/s

Mức độ đun nước nóng:

65,1 − 30 = 0,9031 Tra bảng VI.7 trang 86, [7] với d=2 mm và P = 0,774, suy ra:

- Khoảng cách giữa các ngăn h = 400mm

- Thời gian rơi qua một bậc t = 0,41s

Trong thực tế, khi hơi đi trong thiết bị ngưng tụ từ dưới lên thì thể tích của nó giảm dần

Vậy khoảng cách hợp lý nhất giữa các ngăn cũng nên giảm dần theo hướng từ dưới lên khoảng 50mm cho mỗi ngăn:

- Chọn khoảng cách giữa các ngăn là 400mm (có 8 ngăn)

- Khoảng cách từ ngăn trên cùng đến nắp thiết bị là 1300 mm

- Khoảng cách từ ngăn dưới cùng đến đấy thiết bị là 1200 mm

- Chiều cao phần gờ của nắp là 40 mm

- Chiều cao phần nắp đấy nón là 175 mm

- Chiều cao phần nắp ellipse là 125 mm

Vậy chiều cao cao của thiết bị ngưng tụ là :

 Lưu lượng thể tích nước lạnh dùng để ngưng tụ hơi thứ

: khối lượng riêng nước lấy ở nhiệt độ trung bình 45,85 o C

 Đường kính trong ống Baromet (d)

Chọn đường kính trong của ống baromet là d = 100 mm = 0,1 m

Tốc độ của nước lạnh và nước ngưng tụ chảy trong ống baromet thường lấy là ω 0,5:0,6 m/s

Theo công thức VI.58 [7], trang 86:

W: lượng hơi thứ ngưng tụ, W= 0,1111 kg/s

Gn: lượng nước vào thiết bị ngưng tụ Gn = 1,890 kg/s

𝜔: tốc độ của hỗn hợp nước và chất lỏng đã ngưng chảy trong ống baromet, m/s, thường lấy 𝜔 = 0,6 𝑚/𝑠

Theo công thức VI.58, [7], trang 86, ta có:

H = h1 + h2 + 0,5 m (1) Trong đó: h1: chiều cao cột nước trong ống baromet cân bằng với hiệu số trong áp suất khí quyển và trong thiết bị ngưng tụ h2: chiều cao cột nước trong ống baromet cần để khắc phục trở lực khi nước chảy trong ống

Theo công thức VI.60, [7], trang 87:

760 = 2,6858 𝑚 Trong đó: b: áp suất chân không trong thiết bị, mmHg (b=0,26at)

Theo công thức VI.60, [7], trang 87:

Ta lấy hệ số trở lực khi vào ống 𝝃1=0,5 và khi ra khỏi ống 𝜉2 = 1 thì công thức VI.60 sẽ có dạng:

 : hệ số trở lực do ma sát khi nước chảy trong ống, (W/m.độ)

H: chiều cao tổng cộng trong ống baromet, m g= 9,81 m/s 2

𝜔: tốc độ nước chảy trong ống

Theo công thức II.58, [6], trang 377:

 Dòng nước trong ống baromet ở chế độ chảy xoáy Trong đó:

: khối lượng riêng nước lấy ở nhiệt độ trung bình 45,85

 n = 989,84 kg/m 3 à: độ nhớt động lực nước lấy ở nhiệt độ trung bỡnh 45,85 o C

Chọn ống thép CT3 là ống hàn trong điều kiện ăn mòn ít nên độ nhám  = 0,2 mm

Regh được tính theo công thức II.60 trang 378, [6]

Ren được tính theo công thức II.62 trang 379, [6]

 Regh < Re < Ren (khu vực quá độ)

 Hệ số ma sát λ theo công thức II.64 trang 380 [6]

Mà ta có chiều cao ống baromet

H = 2,6858 + 0,0459 + 3,96 × 10 −3 𝐻 + 0,5 = 3,2317 + 3,96 × 10 −3 𝐻 Giải phương trình ta được : H = 3,24 m

Chiều cao của thiết bị :

H thiết bị = H TB ngưng tụ + H ống baromet = 5,64 + 3,24 = 8,88 m

Bồn cao vị

- Bồn cao vị dùng để ổn định lưu lượng của dung dịch nhập liệu bồn được đặt ở độ cao phù hợp nhằm thắng được các trở lực của đường ống và cao hơn so với mặt thoáng của dung dịch trong nồi cô đặc

- Áp dụng phương trình Bernoulli với hai mặt cắt là 1-1 (mặt thoáng của bồn cao vị), 2-2 (mặt thoáng của nồi cô đặc)

Trong đó: v1 = v2= 0 m/s p1 = 1 at p2 = p0 = 0,2688 at ρ = 1105,51 kg/m 3 : khối lượng riêng của dung dịch đường mía 15% ở ttb 45,85 o C μ = 1,5×10 -3 N.s/m 2 : độ nhớt động lực học của dung dịch đường mía 15% ở ttb

= 45,85 o C z2: khoảng cách từ mặt thoáng của dung dịch trong nồi cô đặc đến mặt đất; m z2 = z’ + Hđ + Hbđ + Hgc + Hc = 1 + 0,584 + 1,5 + 0,04 + 0,066 = 3,19 m

Z’= 1 m : khoảng cách từ phần nối giữa ống tháo liệu và đáy nón đến mặt đất

Hđ = 0,544 + 0,04 = 0,584 m: chiều cao của đáy nón

Hbđ = 1,5 m: chiều cao của buồng đốt

Hgc = 0,04 m: chiều cao của gờ nón cụt

Hc = 0,066 m: chiều cao của phần hình nón cụt Đường kính ống nhập liệu d = 15 mm = 0,015m

Chọn chiều dài đường ống từ bồn cao vị đến buống bốc là 20m

Tốc độ của dung dịch ở trong ống:

1,35 × 10 −3 = 17442,49 > 4000 (chế độ chảy rối) Chọn ống thép CT3 là ống hàn trong điều kiện ăn mòn ít (bảng II.15, trang 381,[6])

Ta có độ nhám tuyêt đối là ε = 0,2 mm

Regh được tính theo công thức II.60, trang 378 [6]:

Ren được tính theo công thức II.62, trang 379, [6]

→ Regh< Re< Ren (khu vực quá độ)

Hệ số ma sát λ được tính theo công thức II.64, trang 380 [6] λ = 0,1×(1,46 𝜀

Các hệ số trở lực cục bộ:

Bảng 6.2 Các hệ số gây trở lực cục bộ Yếu tố gây trở lực cục bộ Ký hiệu Hệ số trở lực cục bộ Số lượng Đầu vào ξ vào 0,5 1 Đầu ra ξ ra 1 1

 Tổng tổn thất trên đường ống h1-2=

Khoảng cách từ mặt thoáng của bồn cao vị đến mặt đất: z1= z2+ 𝑝 2 −𝑝 1

 Dung dịch đường mía 15% luôn tự chảy từ bồn cao vị vào buồng bốc của nồi cô đặc khi có độ cao từ 9,6 m trở lên

Chọn khoảng cách từ mặt thoáng của bồn cao vị đến mặt đất là 10 m

Bơm

Bơm là máy thủy lực dùng để vận chuyển và truyền năng lượng cho chất lỏng Các đại lượng đặc trưng của bơm là năng suất, áp suất, hiệu suất, công suất tiêu hao và hệ số quay nhanh

Công suất của bơm chân không là:

𝑛 𝐶𝐾 : hệ số hiệu chỉnh 𝑛 𝐶𝐾 = 0,8 m : chỉ số đa biến, m=1,62

𝑝 1 : áp suất khí lúc hút

𝑝 2 : áp suất khí quyển bằng áp suất khí lúc đẩy, chọn 𝑝 2 = 1at = 9,81.10 4 N/m 2

𝑝 𝑘𝑘 : áp suất không khí trong thiếtbiị ngưng tụ

𝑝h: áp suất của hơi nước trong hỗn hợp ở tkk

𝑝 𝑘𝑘 = 𝑝 1 = 𝑝 𝑐 − 𝑝 ℎ = 0,26 − 0,0462 = 0,2138 𝑎𝑡 = 21663,28 𝑁/𝑚 2 Suy ra công suất của bơm chân không là :

= 2921,600 𝑊 = 2,9216 𝐾𝑊 Dùng bơm chân không không cần dầu bôi trơn, có thể hút không khí, hơi nước Chọn bơm chân không vòng nước hai cấp HWVP Có các thông số khác như sau:

 Lưu lượng từ 450 ~ 28000 lít / phút

 Công suất động cơ 1,5 ~ 75 kW

 Truyền động bằng khớp nối cứng, dây đai hoặc hộp số tùy theo tốc độ quay tiêu chuẩn của đầu bơm

 Hoạt động êm ái, tuổi thọ vòng bi cao, ít phải bảo dưỡng

 Lượng nước làm kín thấp

 Vật liệu cánh, trục bơm được làm từ thép không gỉ 304 hoặc 316 giảm đáng kể sự ăn mòn các chất acid lẫn không môi trường khí và nước

6.4.2 Bơm đưa nước vào thiết bị ngưng tụ

+ η – hiệu suất của bơm Chọn η = 0,75

+ 𝜌 = 995 kg/m 3 – khối lượng riêng của nước ở 30 o C

+ Q – lưu lượng thể tích của nước lạnh được tưới vào thiết bị ngưng tụ; m 3 /s

𝑄 = 𝐺 𝜌 𝑛 = 1,890 995 = 0,002 m 3 /s – Áp dụng phương trình Bernoulli với 2 mặt cắt là 1 – 1 (mặt thoáng của bể nước) và 2 – 2 (mặt thoáng của thiết bị ngưng tụ):

+ μ = 804× 10 −6 Ns/m 2 – độ nhớt động lực của nước ở 30 o C (bảng I.107, trang

+ z 1 = 2 m – khoảng cách từ mặt thoáng của bể nước đến mặt đất

+ z 2 = 12 m – khoảng cách từ mặt thoáng của thiết bị ngưng tụ đến mặt đất Chọn dhút = dđẩy = 200 mm = 0,2 m ⇒ v1 = v2 = v

Chọn chiều dài đường ống từ bể nước đến thiết bị ngưng tụ là 13 m

Tốc độ của dung dịch ở trong ống:

804×10 −6 = 15766,54 ≥ 4000 (chế độ chảy rối) Chọn ống thép CT3 là ống hàn trong điều kiện ăn mòn ít (bảng II.15, trang 381, [6])

⇒ Độ nhám tuyệt đối là ε = 0,2 mm

Re gh được tính theo công thức II.60, trang 378, [6]:

Re n được tính theo công thức II.62, trang 379, [6]:

⇒Re gh < Re< Re n (khu vực quá độ)

⇒ Hệ số ma sát λ được tính theo công thức II.64, trang 380, [6]:

Bảng 6.3 Các hệ số gây trở lực cục bộ Yếu tố gây trở lực Ký hiệu Hệ số trở lực cục bộ Số lượng Đầu vào ξ vào 0,5 1 Đầu ra ξ ra 1 1

⇒ Tổng tổn thất trên đường ống:

1000×0,75 = 0,1560 kW Thường người ta chọn động cơ điện có công suất lớn hơn so với công suất tính toán:

⇒ N = 1,5 ×0,1506 = 0,234 kW (với 𝛽 = 1,5 hệ số dự trữ công suất theo bảng II.33, trang 440, [6])

– Chọn bơm ly tâm 1 cấp nằm ngang để bơm chất lỏng trung tính, sạch hoặc hơi bẩn

6.4.3 Bơm đưa dung dịch nhập liệu lên bồn cao vị

+ η – hiệu suất của bơm Chọn η = 0,75

+ 𝜌 = 1061,04 kg/m 3 – khối lượng riêng của dung dịch đường mía 15% % ở 30 oC (bảng I.86, trang 59, [6])

+ Q – lưu lượng thể tích của dung dịch đường mía 15 % được bơm vào bồn cao vị; m 3 /s

– Áp dụng phương trình Bernoulli với 2 mặt cắt là 1 – 1 (mặt thoáng của bể chứa nguyên liệu) và 2 – 2 (mặt thoáng của bồn cao vị):

+ μ = 0,001773 Ns/m 2 – độ nhớt động lực của dung dịch đường mía 15 % (bảng I.112, trang 114, [6])

+ z 1 = 2 m – khoảng cách từ mặt thoáng của bể chứa nguyên liệu đến mặt đất + z 2 = 3,5 m – khoảng cách từ mặt thoáng của bồn cao vị đến mặt đất

Chọn dhút = dđẩy = 40 mm = 0,04 m ⇒ vhút = vđẩy = v

Chọn chiều dài đường ống từ bể chứa nguyên liệu đến bồn cao vị là 7 m

Tốc độ của dung dịch ở trong ống:

Chọn ống thép CT3 là ống hàn trong điều kiện ăn mòn ít (bảng II.15, trang 381, [6])

⇒ Độ nhám tuyệt đối là ε = 0,2 mm

Re gh được tính theo công thức II.60, trang 378, [6]:

Re n được tính theo công thức II.62, trang 379, [6]:

⇒Re gh < Re< Re n (khu vực quá độ)

⇒ Hệ số ma sát λ được tính theo công thức II.64, trang 380, [6]:

Bảng 6.4 Các hệ số gây trở lực cục bộ

Yếu tố gây trở lực Ký hiệu Hệ số trở lực cục bộ Số lượng Đầu vào ξ vào 0,5 1 Đầu ra ξ ra 1 1

⇒ Tổng tổn thất trên đường ống:

N kW (với 𝛽 = 1,5 hệ số dự trữ công suất theo bảng II.33, trang

– Chọn bơm ly tâm 1 cấp nằm ngang để bơm chất lỏng trung tính, sạch hoặc hơi bẩn

+ η – hiệu suất của bơm Chọn η = 0,75

+ 𝜌 = 1105,51 kg/m 3 – khối lượng riêng của dung dịch đường mía 25 % (bảng I.86, trang 60, [6])

+ Q – lưu lượng thể tích của dung dịch đường mía 25 % được tháo ra khỏi nồi cô đặc; m 3 /s

– Áp dụng phương trình Bernoulli với 2 mặt cắt là 1 – 1 (phần nối giữa ống tháo liệu và đáy nón) và 2 – 2 (mặt thoáng của bể chứa sản phẩm):

+ μ = 0,001773 Ns/m 2 – độ nhớt động lực của dung dịch đường mía 25% (bảng I.112, trang 114, [6])

+ z 1 = 1 m – khoảng cách từ phần nối giữa ống tháo liệu và đáy nón đến mặt đất

+ z 2 = 2 m – khoảng cách từ mặt thoáng của bể chứa sản phẩm đến mặt đất

Chọn dhút = dđẩy = 20 mm = 0,02 m ⇒ vhút = vđẩy = v

Chọn chiều dài đường ống từ bể chứa nguyên liệu đến ống tháo liệu là 5 m

Tốc độ của dung dịch ở trong ống:

0,001773 = 5954,66 ≥ 4000 (chế độ chảy rối) Chọn ống thép CT3 là ống hàn trong điều kiện ăn mòn ít (bảng II.15, trang 381, [6])

⇒ Độ nhám tuyệt đối là ε = 0,2 mm

Re gh được tính theo công thức II.60, trang 378, [6]:

Re n được tính theo công thức II.62, trang 379, [1]:

⇒Re gh < Re< Re n (khu vực quá độ)

⇒ Hệ số ma sát λ được tính theo công thức II.64, trang 380, [1]:

Bảng 6.5 Các hệ số gây trở lực cục bộ

Yếu tố gây trở lực Ký hiệu Hệ số trở lực cục bộ Số lượng Đầu vào ξ vào 0,5 1 Đầu ra ξ ra 1 1

⇒ Tổng tổn thất trên đường ống:

N kW (với 𝛽 = 1,5 hệ số dự trữ công suất theo bảng II.33, trang

– Chọn bơm ly tâm 1 cấp nằm ngang để bơm chất lỏng trung tính, sạch hoặc hơi bẩn

Tính toán, thiết kế cho một thiết bị hoạt động và vận hành theo đúng công suất và hiệu suất cho một mẻ nước mía cô đặc sản xuất ra là một việc quan trọng

Với những kiến thức và hiểu biết ít ỏi chúng em chỉ có thể trình bày sơ lược về nguyên liệu cũng như sản phẩm theo yêu cầu, về nồi cô đặc, cách tính toán và thiết kế cho nồi cô đặc và những vấn đề liên quan khác nữa

Thông qua đồ án, cũng đã tích góp cho mình nhiều kiến thức về thiết bị, về nhà máy, cách tính toán thiết kế trong nhà máy… Nếu có điều gì sai sót, chúng em rất mong được sự thông cảm và góp ý từ Thầy

Chúng em xin chân thành cám ơn!