Dừa hay còn gọi là cọ dừa có tên danh pháp 2 phần: Cocos nucifera. Là 1 loài cây trong họ Cau (Arecaceae). Nó cũng là thành viên độc nhất trong chi Cocos và là 1 chiếc cây lớn, thân đơn trục (phổ biến khi gọi là lực lượng thân cau dừa) mang thể cao đến 30 m. Mang những lá đơn xẻ thùy lông chim một lần, cuống và gân chính dài 4 – 6m các thùy với gân cấp hai. Có thể đạt được chiều dài 60 – 90cm. Lá thường biến thành bẹ dạng lưới ôm lấy thân những lá già lúc rụng để lại vết sẹo trên thân. Quả dừa không chỉ mang đến một loại nước giải khát mát lành cho người dân miền nhiệt đới, trái dừa còn chứa rất nhiều chất dinh dưỡng có lợi cho sức khỏe. Trái dừa được giới chuyên môn đánh giá rất cao vì những giá trị mà nó mang lại. Trái dừa không chỉ là nguồn cung cấp muối khoáng dồi dào mà còn hỗ trợ hoạt động miễn dịch trong cơ thể.
TỔNG QUAN
Đôi nét về cây dừa
Dừa hay còn gọi là cọ dừa có tên danh pháp 2 phần: Cocos nucifera Là 1 loài cây trong họ Cau (Arecaceae) Nó cũng là thành viên độc nhất trong chi Cocos và là
1 chiếc cây lớn, thân đơn trục (phổ biến khi gọi là lực lượng thân cau dừa) mang thể cao đến 30 m Mang những lá đơn xẻ thùy lông chim một lần, cuống và gân chính dài 4 – 6m các thùy với gân cấp hai Có thể đạt được chiều dài 60 – 90cm Lá thường biến thành bẹ dạng lưới ôm lấy thân những lá già lúc rụng để lại vết sẹo trên thân
Quả dừa không chỉ mang đến một loại nước giải khát mát lành cho người dân miền nhiệt đới, trái dừa còn chứa rất nhiều chất dinh dưỡng có lợi cho sức khỏe Trái dừa được giới chuyên môn đánh giá rất cao vì những giá trị mà nó mang lại Trái dừa không chỉ là nguồn cung cấp muối khoáng dồi dào mà còn hỗ trợ hoạt động miễn dịch trong cơ thể
1.1 Giá trị dinh dưỡng trong cùi dừa
Lượng kalo dồi dào, mỗi 100g cùi dừa non sẽ có 354 đơn vị kalo
Cacbohydrat: đường và chất xơ thực phẩm
Chất béo: Chất béo bão hòa, không bão hòa đơn, không bão hòa đa
Chất khoáng: Canxi, sắt, magie, phốt pho, kali, kẽm
1.2 Giá trị dinh dưỡng trong nước dừa
Thông tin dinh dưỡng dưới đây do USDA cung cấp, trong 1 cốc 100% nước dừa, khoảng 240 gram chứa:
1.3 Nguyên liệu và đặc tính của quá trình cô đặc sữa dừa:
Sản phẩm phải có hương vị và màu sắc của nguyên liệu ban đầu Sữa dừa là một sản phẩm giàu chất sắt, canxi và vitamin nên không chịu được nhiệt độ cao, các thành phần quý giá trong dịch quả dễ bị thủy phân dưới tác dụng của hệ nhiệt
1.4 Những biến đổi của nguyên liệu và sản phẩm trong quá trình cô đặc:
Trong quá trình cô đặc, tính chất cơ bản của nguyên liệu và sản phẩm biến đổi không ngừng Thời gian cô đặc tăng làm cho nồng độ dung dịch tăng dẫn đến tính chất dung dịch thay đổi:
Các đại lượng giảm: hệ số dẫn nhiệt, nhiệt dung, hệ số cấp nhiệt, hệ số truyền nhiệt
Các đại lượng tăng: khối lượng riêng dung dịch, độ nhớt, tổn thất nhiệt do nồng độ, nhiệt độ sôi
Yêu cầu chất lượng sản phẩm: Đạt nồng độ yêu cầu
Thành phần hóa học chủ yếu không thay đổi
Cô đặc và quá trình cô đặc
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
2.2 Các phương pháp cô đặc:
Phương pháp nhiệt (đun nóng): dung môi chuyển từ trạng thái lỏng sang trạng thái hơi dưới tác dụng của nhiệt khi áp suất riêng phần của nó bằng áp suất tác dụng lên mặt thoáng chất lỏng
Phương pháp lạnh: khi hạ thấp 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 vào tính chất của cấu tử và áp suất bên ngoài tác dụng lên mặt thoáng mà quá trình kết tinh xảy ra ở nhiệt độ cao hay thấp và đôi khi phải dùng đến máy lạnh
2.3 Bản chất của sự cô đặc do nhiệt:
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 là do các bọt khí hình thành trong quá trình cấp nhiệt và chuyển 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 Tách không khí và lắng keo khi đun sơ bộ sẽ ngăn được sự tạo bọt khi cô đặc
2.4 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…
2.5 Đánh giá khả năng phát triển của sự cô đặc:
Hiện nay, phần lớn các nhà máy sản xuất hóa chất, thực phẩm đều sử dụng thiết bị cô đặc như một thiết bị hữu hiệu để đạt nồng độ sản phẩm mong muốn mặc dù chỉ là một hoạt động gián tiếp nhưng rất cần thiết và gắn liền với sự tồn tại của nhà máy Cùng với sự phát triển của nhà máy thì việc cải thiện hiệu quả của thiết bị cô đặc là một tất yếu nó đòi hỏi phải có những thiết bị hiện đại, đảm bảo an toàn và hiệu suất cao Đưa đến yêu cầu người kỹ sư phải có kiến thức chắc chắn hơn và đa dạng hơn, chủ động khám phá các nguyên lý mới của thiết bị cô đặc
2.6 Các thiết bị cô đặc nhiệt:
2.6.1 Phân loại và ứng dụng:
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 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
- 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…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
Theo phương pháp thực hiện quá trình:
Cô đặc áp suất thường (thiết bị hở): có nhiệt độ sôi, áp suất không đổi Thường dùng cô đặc dung dịch liên tục để giữ mức dung dịch cố định để tăng năng suất cực đại và thời gian cô đặc là ngắn nhất Tuy nhiên nồng độ dung dịch đạt là không cao
Cô đặc áp suất chân không: dung dịch có nhiệt độ sôi dưới 100 0 C Dung dịch tuần hoàn tốt, ít tạo cặn, sự bay hơi nước liên tục
Cô đặc áp suất dư: dùng cho các dung dịch không phân hủy ở nhiệt độ cao, sử dụng hơi thứ cho các quá trình khác
Cô đặc gián đoạn: dung dịch cho vào thiết bị một lần rồi cô đặc đến nồng độ yêu cầu, hoặc cho vào liên tục trong quá trình bốc hơi để giữ mức dung dịch không đổi đến khi nồng độ dung dịch trong thiết bị đã đạt yêu cầu sẽ lấy ra một lần sau đó lại cho dung dịch mới để tiếp tục cô đặc
Cô đặc nhiều nồi: mục đích chính là tiết kiệm hơi đốt Số nồi không nên lớn quá vì sẽ làm giảm hiệu quả tiết kiệm hơi.Có thể cô đặc chân không, cô đặc áp
8 lực hay phối hợp cả hai phương pháp Đặc biệt có thể sử dụng hơi thứ cho mục đích khác để nâng cao hiệu quả kinh tế
Cô đặc liên tục: cho kết quả tốt hơn cô đặc gián đoạn Có thể áp dụng điều khiển tự động, nhưng chưa có cảm biến tin cậy
2.6.2 Ưu điểm và nhược điểm của cô đặc chân không gián đoạn: Ưu điểm:
- Giữ được chất lượng, tính chất sản phẩm, hay các cấu tử dễ bay hơi
- Nhập liệu và tháo sản phẩm đơn giản, không cần ổn định lưu lượng
- Có thể cô đặc đến các nồng độ khác nhau
- Không cần phải gia nhiệt ban đầu cho dung dịch Cấu tạo đơn giản, giá thành thấp
- Quá trình không ổn định, tính chất hóa lý của dung dịch thay đổi liên tục theo nồng độ, thời gian
- Nhiệt độ hơi thứ thấp, không dùng được cho mục đích khác
QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ
Thuyết minh quy trình công nghệ
Khởi động bơm chân không đến áp suất PCK = 0,7 atm
Sau đó bơm dung dịch ban đầu có nồng độ 15% từ bể chứa nguyên liệu vào nồi cô đặc bằng bơi ly tâm Quá trình nhập liêu diễn ra trong vòng 10 phút đến khi nhập đủ 1800kg thì ngừng
Khi đã nhập đủ 1800kg thì bắt đầu cấp hơi đốt (là hơi nước bão hòa ở áp suất
3 atm) vào buồng đốt để gia nhiệt dung dịch Buồng đốt gồm nhiều ống nhỏ truyền nhiệt (ống chùm) và một ống tuần hoàn trung tâm có đường kính lớn hơn Dung dịch chảy trong ống được gia nhiệt bởi hơi đốt đi ngoài ống Dung dịch trong ống sẽ sôi và tuần hoàn qua ống tuần hoàn (do ống tuần hoàn có đường kính lớn hơn các ống truyền nhiệt nên dung dịch trong ống tuần hoàn sẽ lớn hơn trong ống truyền nhiệt, khi đó khối lượng riêng dung dịch trong ống tuần hoàn sẽ lớn hơn khối lượng riêng dung dịch trong ống truyền nhiệt vì vậy tạo áp lực đẩy dung dịch từ ống tuần hoàn sang các ống truyền nhiệt) Dung môi là nước bốc hơi và thải ra ngoài qua ống dẫn hơi thứ sau khi qua buồng bốc và thiết bị tách giọt Hơi thứ được dẫn qua thiết bị ngưng tụ baromet và được ngưng tụ bằng nước lạnh, sau khi ngưng tụ thành lỏng sẽ chảy ra ngoài bồn chứa Phần không ngưng tụ sẽ được dẫn qua thiết bị tách giọt để chỉ còn khí không ngưng được bơm chân không hút ra ngoài Hơi đốt khi ngưng tụ chảy ra ngoài qua cửa tháo nước ngưng, qua bẫy hơi rồi được xả ra ngoài
Quá trình cứ tiếp tục đến khi đạt nồng độ 50% thì ngưng cung cấp hơi Mở van thông áp, sau đó tháo sản phẩm ra bằng cách mở van tháo liệu.
Các thiết bị được lựa chọn trong quy trình công nghệ
Bơm được sử dụng trong quy trình công nghệ gồm: Bơm ly tâm và bơm chân không
Bơm ly tâm được cấu tạo gồm vỏ bơm, bánh guồng trên đó có các cánh hướng dòng Bánh guồng được gắn trên trục truyền động Ống hút và ống đẩy
Bơm ly tâm được dùng để bơm nước ép dư hấu từ bể chứa nguyên liệu vào nồi cô đăc
Bơm chân không được dùng để tạo độ chân không khi hệ thống bắt đầu làm việc b) Thiết bị cô đặc: Đây là thiết bị chính trong quy trình công nghệ Thiết bị gồm đáy, nắp, buồng bốc và buồng đốt Bên trong buồng đốt gồm nhiều ống truyền nhiệt nhỏ và một ống tuần hoàn trung tâm có đường kín lớn hơn
Tác dụng của buồng đốt là để gia nhiệt dung dịch, buồng bốc là để tách hỗn hợp lỏng hơi thành những giọt lỏng rơi trở lại, hơi được dẫn qua ống dẫn hơi thứ Ống tuần hoàn được sử dụng để tạo một dòng chảy tuần hoàn trong thiết bị c) Thiết bị ngưng tụ:
Thiết bị ngưng tụ được sử dụng trong quy trình công nghệ là loại thiết bị ngưng tụ trực tiếp ( thiết bị ngưng tụ baromet) Chất làm lạnh là nước được đưa vào ngăn trên cùng thiết bị Thiết bị thường làm việc ở áp suất chân không nên nó phải được đặt ở một độ cao cần thiết để nước ngưng có thể tự chảy ra ngoài khí quyển mà không cần máy bơm d) Thiết bị tách lỏng:
Thiết bị tách lỏng được đặc sau thiết bị ngưng tụ baromet nhằm để tách các cấu tử bay hơi còn sót lại chưa kịp ngưng tụ, không cho chúng đi vào bơm chân không e) Các thiết bị phụ trợ khác:
Các thiết bị đo áp suất, đo nhiệt độ, các loại van
TÍNH TOÁN THIẾT BỊ CHÍNH
TÍNH CÂN BẰNG VẬT LIỆU
Nồng độ ban đầu: xđ = 15%
Nồng độ sản phẩm: xc = 50%
Năng suất nhập liệu: Gđ = 1800kg/h
Nhiệt độ ban đầu của nguyên liệu: chọn tđ = 30℃
Gđ: lượng dung dịch vào thiết bị, kg/h
P: lượng dung dịch ra khỏi thiết bị, kg/h
W: lượng hơi thứ bốc lên trong hệ thống, kg/h
Chọn căn bản tính là 1 giờ
Cân bằng vật chất theo cấu tử chất khô, ta được:
Cân bằng vật chất cho toàn hệ thống, ta được:
TÍNH CÂN BẰNG NHIỆT LƯỢNG
3.1 Xác định áp suất và nhiệt độ:
Chọn áp suất hơi đốt là 3 atm Tra bảng 57, VD và BT T10, trang 443 [7]; ta có nhiệt độ hơi đốt là 132,9 0 C
Chọn áp suất hơi thứ trong TBNT baromet là 0,4 atm => Tcu,4
Chọn tổn thất đường ống là 1 o C
Tsdm(P0) - Tc= Δ’’’=1 0 K=> Tsdm(P0)= Tc+1= 75,4+1 = 76,4 o C Áp suất hơi thứ trong buồng bốc : Tra bảng 57, VD và BT T10 [7], trang 443: ở nhiệt độ hơi thứ là 76,4 o C là 0,42 at
3.2 Xác định tổn thất nhiệt độ:
Hiệu số nhiệt độ giữa nhiệt độ sôi của dung dịch và nhiệt độ sôi của dung môi nguyên chất ở áp suất bất kì gọi là tổn thất nồng độ ∆’ được xác định theo công thức gần đúng của Tisenco
Trong đó: ∆’0 : Tổn thất nhiệt độ do nhiệt độ sôi của dung dịch lớn hơn nhiệt độ sôi của dung môi ở áp suất thường f : là hệ số hiệu chỉnh
Với: f = 16,2 T2 r (VI.11, STQTTB T2, 59 [2]) Với T: nhiệt độ sôi của dung môi nguyên chất ở áp suất đã cho, 0 K r: ẩn nhiệt hóa hơi của dung môi nguyên chất ở áp suất làm việc, J/Kg
Theo bảng tra tổn thất nhiệt độ ∆’0 theo nồng độ a ( % về khối lượng) ở áp suất thường ( STQTTT T2, TS Trần xoa, TS Nguyễn Trong Khuôn)
Tại nhiệt độ tnt = 75,4 0 C suy ra: f = 0,87 ( theo bảng điều chỉnh hệ số f theo nhiệt độ )
Bảng 3.2: Tổn thất nhiệt do nồng độ 1
3.2.3 Nhiệt độ sôi và hiệu số nhiệt độ hữu ích trong hệ thống cô đặc:
3.3.1 Nhiệt độ sôi của dung dịch:
Theo những kết quả tính toán ở mục 3.2, ta có nhiệt độ sôi của dung dịch là 76,4 0 C
3.3.2 Hiệu số nhiệt độ hữu ích trong hệ thống cô đặc:
Hiệu số nhiệt độ hữu ích t h được tính từ tổng hiệu suất nhiệt độ trừ tổng nhiệt độ tổn thất: t ch h t t t
(Công thức 5.19/302- Tính toán quá trình thiết bị trong công nghệ hoá chất và thực phẩm_Tập 1- NGUYỄN BIN [8]) t ch
: hiệu số nhiệt độ giữa hơi đốt và nhiệt độ cuối hệ thống( nước ngưng tụ ở thiết bị ngưng tụ)
: tổng nhiệt độ tổn thất của hệ thống
,: tổn thất do nhiệt độ tăng cao
,: tổn thất do áp suất thủy tĩnh
, : tổn thất nhiệt trên đường ống, , , , =1
Như vậy, hiệu số nhiệt độ hữu ích:
3.4.Cân bằng nhiệt lượng: a) Nhiệt lượng tiêu thu cho cô đặc (QD):
Theo công thức VI.3, sổ tay tập 2 [2], trang 57:
𝑄 𝐷 =𝑄 đ + 𝑄 𝑏ℎ + 𝑄 𝑘𝑛 + t𝑄 𝑡𝑡 = 0,323.10 9 + 2,922.10 9 + 4% 𝑄 𝐷 ⇒𝑄 𝐷 = 3,380.10 9 J (nhiệt lượng cần cung cấp trong 1 giờ)
Nhiệt lượng cần cung cấp trong 1s
𝑄 đ : nhiệt lượng để đun nóng đến nhiệt độ sôi, J
𝑄 𝑏ℎ : nhiệt lượng làm bốc hơi nước,J
𝑄 𝑡𝑡 : nhiệt độ tổn thất ra môi trường, J b)Nhiệt lượng dùng để đun nóng đến nhiệt độ sôi:
Theo Sổ tay tập 2, trang 57:
𝐶 𝑡𝑏 : nhiệt dung riêng của dung dịch
Theo công thức I.50 Sổ tay tập 1, tr 153:
Nên Ctb = (3846,839 + 3899,331) / 2 = 3873,085J/kgoK c) Nhiệt lượng làm bốc hơi dung dịch (Qbh):
Theo Sổ tay tập 2, trang 57:
W: lượng hơi thứ bốc lên khi cô đặc, W = 1260kg r: ẩn nhiệt hóa hơi của hơi thứ ứng với áp suất là 0,42at
Tra bảng 57, VD và BT T10, trang 443: r = 2318,8.103 J/kg
Nhiệt lượng dùng để khử nước (Qkn):
Theo sổ tay tập 2, trang 57: Qkn =Qhtđ- Qhtc
Qhtđ, Qhtc : lần lượt là nhiệt hòa tan tích phân của dung dịch đường ở nồng độ đầu và cuối của quá trình cô đặc, thường Qkn rất bé có thể bỏ qua d Nhiệt lượng tổn thất (Qtt):
Theo QT và TBTN T5 [3], tr 186: chọn Qtt = 4% QD
TÍNH BỀ MẶT TRUYỀN NHIỆT CỦA BUỒNG ĐỐT
Bề mặt truyền nhiệt của buồng đốt có thể tính theo công thức tổng quát sau:
Q: nhiệt lượng do hơi đốt cung cấp, W
F: bề mặt truyền nhiệt của buồng đốt, m 2 t i
: hiệu số nhiệt độ hữu ích, độ
4.1 Tính hệ số truyền nhiệt K:
(Công thức V.5/3- Sổ tay quá trình và thiết bị công nghệ hoá chất_Tập 2 [2]) Trong đó:
1: hệ số cấp nhiệt khi hơi nước ngưng tụ, W/m 2 độ
2: hệ số cấp nhiệt thành thiết bị đến dung dịch, W/m 2 độ
: hệ số dẫn nhiệt của vật liệu làm ống truyền nhiệt, W/mđộ
: chiều dày của ống truyền nhiệt, m
16 r1, r2: nhiệt trở của lớp cao cặn trên thành thiết bị phía hơi nước ngưng tụ và phía chất lõng sôi, m 2 độ/ W
Do quá trình truyền nhiệt ta xét: truyền nhiệt qua thành ống thiết bị 1 lớp nên công thức trên có thể viết lại:
: nhiệt trở của lớp cao cặn hai phía và bản thân thành thiết bị
4.1.1 Tính hệ số cấp nhiệt khi hơi ngưng tụ 1 :
Trong đó: r: ẩn nhiệt ngưng tụ của nước ở áp suất hơi đốt là 3at
Tra bảng 57, VD và BT tập 10, trang 443 : r = 2171.10 3 J/Kg t 1
: hiệu số nhiệt độ giữa hơi nước ngưng tụ và thành ống truyền nhiệt phía tiếp xúc với hơi đốt, 0 C
H: chiều cao ống truyền nhiệt , H =1,5m
A: phụ thuộc nhiệt độ màng nước ngưng tm = (thd + tv1)/2
A: tra ở sổ tay tập 2, trang 29
Với thd, tv1 : nhiệt độ hơi đốt và vách phía hơi ngưng α1: hệ số cấp nhiệt phía hơi ngưng, W/m2 K
4.1.2 Tính hệ số cấp nhiệt 2 :
2 * , W/m 2 độ công thức VI.27, trang 71, [2]
: hệ số điều chỉnh của dung dịch
n : độ dẫn nhiệt của nước, n = 0,6695 W/mđộ
d : độ dẫn nhiệt của dung dịch, d = 0,643 W/mđộ
n : khối lượng riêng của nước, n = 974 kg/m 3
d : khối lượng riêng của dung dịch, d = 1231,74 kg/m 3
d : độ nhớt của dung dịch, d = 0.00154 N.s/m 2
C n : nhiệt dung riêng của nước, C n = 4189 J/kgđộ
C d : nhiệt dung riêng của dung dịch, C d = 3899,33 J/kgđộ
( Các giá trị trên tra ở nhiệt độ sôi 76,4 0 C)
n : hệ số cấp nhiệt khi nước sôi sủi bọt
P : áp suất làm việc, P = 0,42 at t 2
: hiệu số nhiệt độ giữa thành ống truyền nhiệt phía tiếp xúc với dung dịch và nhiệt độ sôi của dung dịch
Xét quá trình truyền nhiệt lượng từ hơi nước ngưng tụ cho dung dịch, ta thấy: Nếu gọi: q1: là nhiệt lượng truyền từ hơi nước ngưng tụ đến thành ống truyền nhiệt q : là nhiệt lượng truyền xuyên qua thành ống truyền nhiệt q2: là nhiệt lượng truyền từ thành ống truyền nhiệt đến dung dịch
r r 1 r 2 : nhiệt trở của lớp cao cặn hai phía và bản thân thành thiết bị Chọn:
Chiều cao ống truyền nhiệt, H= 1,5 m
Đường kính ngoài ống truyền nhiệt, dn= 0,02667 m
Chiều dày thành ống truyền nhiệt, = 0,003912 m
Vật liệu làm ống truyền nhiệt: Thép không gỉ 1X18H19T, = 37,6 W/mđộ r1: nhiệt trở của hơi nước, r1= 0,000232 m 2 độ/ W
19 r2: nhiệt trở của hơi các hợp chất hữu cơ, r2= 0,000116 m 2 độ/ W
Theo điều kiện ban đầu, ta có:
Nhiệt độ của hơi đốt: t12,9 0 C
Nhiệt độ sôi của dung dịch: tsv,4 0 C
Nhiệt độ hai bên thành ống truyền nhiệt tT1, tT2 chưa biết
Do vậy, ta giả sử:
Hiệu số nhiệt độ giữa hơi đốt và thành ống truyền nhiệt phía tiếp xúc với hơi đốt:
2 = 127,15 0 C Nội suy A theo giá trị tm, ta có: A= 190,3
(Trang 238- Sổ tay thiết kế thiết bị hóa chất và chế biến thực phẩm đa dụng- T.S PHAN VĂN THƠM)
Do vậy, ta nhận các giá trị:
3.3 Lượng hơi đốt cần thiết cho quá trình cô đặc: x r
(Công thức 5.3/298- Tính toán quá trình, thiết bị trong công nghệ hoá chất và thực phẩm_ Tập 1- NGUYỄN BIN [8])
Q: nhiệt lượng cần cung cấp cho quá trình, W r : ẩn nhiệt ngưng tụ của hơi đốt(ở 138.6 0 C), J/kg r = 2154200 J/kg (Sổ tay thiết kế thiết bị hoá chất và chế biến thực phẩm- T.S PHAN VĂN THƠM) x: độ bão hoà của hơi nước, chọn x = 1
3.4 Tính bề mặt truyền nhiệt:
TÍNH KÍCH THƯỚC BUỒNG BỐC VÀ BUỒNG ĐỐT
5.1 Tính kích thước buồng bốc: b b b H
Hb: chiều cao buồng bốc, chọn Hb = 3 m
Vb: thể tích buồng bốc, được tính theo công thức sau: t h b U
W: lượng hơi thứ bốc lên trong thiết bị, W = 1260kg/h
h : khối lượng riêng của hơi thứ, h = 0,45002kg/m 3
Ut: cường độ bốc hơi thể tích, Ut = 1663 m 3 /m 3 h
5.2.1 Xác định tổng số ống truyền nhiệt:
H: chiều dài ống truyền nhiệt, H= 1,5 m d: đường kính ống truyền nhiệt, m
Với 1 2 thì d = dn = 0.02m: đường kính ngoài ống truyền nhiệt
Ta chọn số ống truyền nhiệt là: n = 154 ống truyền nhiệt
Bề mặt truyền nhiệt chọn theo chuẩn:
Sai số do chọn ống truyền nhiệt theo chuẩn:
5.2.2 Xác định đường kính trong buồng đốt
Chọn bố trí ống theo hình lục giác đều Đường kính ống tuần hoàn trung tâm (Dth) Áp dụng công thức :
𝜋 (m) Diện tích thiết diện của ống tuần hoàn lấy khoảng 30% tiết diện của các ống truyền nhiệt → ft = 0.3 * FD
→chọn Dth = 250 mm theo tiêu chuẩn ASTM của Mĩ
0.02 = 12.5 ≥10 (thỏa) Đường kính buồng đốt Đối với thiết bị cô đặc có ống tuần hoàn trung tâm và ống đốt được bố trí theo hình lục giác đều đường kính trong của buồng đốt được tính theo công thức (VI.40 trang 74, [2])
𝑑 𝑛 : hệ số thường có giá trị từ 1.3 – 1.5 Chọn 𝛽 = 1.5 (t: bước ống m) dn = 0.02 m: đường kính ngoài của ống truyền nhiệt
𝜓 : hệ số sử dụng vỉ ống thường có giá trị từ 0.7 – 0.9 Chọn 𝜓 = 0.9 l = 1,5 m: chiều dài của ống truyền nhiệt
Dnth = 0.25 m: đường kính ngoài của ống tuần hoàn trung tâm
𝛼 = 60 0 : gốc ở đỉnh của tam giác đều
F = 14,51: diện tích bề mặt truyền nhiệt
→chọn Dt = 800mm = 0.8 m theo tiêu chuẩn
Ta cần thay thế những ống truyền nhiệt ở giữa hình lục giác đều bằng ống tuần hoàn trung tâm Điều kiện thay thế được suy ra từ công thức:
Trong đó: t: bước ống (m) Chọn t = 1.4.dn
Chọn b = 7 ống Như vậy, vùng ống truyền nhiệt cần được thay thế có 7 ống trên đường xuyên tâm
Số ống truyền nhiệt được thay thế là: n = 3
Số ống truyền nhiệt còn lại là: 𝑛 ′ = 154 – 11 = 143 ống
Diện tích bề mặt truyền nhiệt lúc này là:
5.3 Kích thước các ống dẫn: Đường kính ống dẫn có thể tính theo công thức:
(Công thức VI.41/74- Sổ tay quá trình và thiết bị công nghệ hóa chất_ Tập 2 [2]) Đường kính các ống dẫn được quy chuẩn theo: http://www.engineeringtoolbox.com/ansi-stainless-steel-pipes-6_247.html http://www.engineeringtoolbox.com/steel-pipes-dimensions-d_43.html
Vs: lưu lượng dung dịch chảy trong ống, m 3 /s
Gd: khối lượng dung dịch chảy trong ống, kg/s
: khối lượng riêng của dung dịch, kg/m 3
: vận tốc thích hợp của dung dịch chảy trong ống, m/s
Lưu lượng dung dịch chảy trong ống: s m
Đường kính tổng quát của ống nhập liệu: m d 0,0293
Chọn ống dẫn: Đường kính ngoài: dn = 29,30 mm
Chọn dt = 20 mm; dn = 25 mm
Chiều dày thành ống: = 5 mm
Lưu lượng dung dịch chảy trong ống: s m
Do dung dịch ra có độ nhớt lớn , vì vậy nếu ống dẫn có đường kính nhỏ thì việc tháo liệu trở nên khó khăn Vì vậy ta chọn ống tháo sản phẩm như sau: Đường kính ngoài: dn = 17,60 mm
Chọn ống dẫn: Đường kính ngoài: dn = 29,30 mm
Chọn dt = 20 mm; dn = 25 mm
Chiều dày thành ống: = 5 mm
Lưu lượng hơi đốt đi trong ống: s m G
G d : lưu lượng hơi đốt đi trong ống, G d =0,432 kg/s
: thể tích riêng hơi đốt, = 0,53018 m 3 /kg Đường kính ống: m d 0,0913
Chọn ống dẫn hơi đốt: Đường kính ngoài: dn = 91,3mm
Chiều dày thành ống: = 6,553 mm
Lưu lượng hơi thứ đi trong ống: s m G
G t : lưu lượng hơi thứ đi trong ống, G t = 0,6667 kg/s
: thể tích riêng hơi thứ, = 4,7781 m 3 /kg Đường kính ống: m d 0,2467
Chọn ống dẫn hơi thứ: Đường kính ngoài: dn $6,7mm
Chiều dày thành ống: = 6,35 mm
TÍNH CƠ KHÍ
Buồng đốt
Vật liệu làm vỏ thiết bị: thép không gỉ 1X18H9T
D d : đường kính trong của buồng đốt, D d = 0,8 m
: hệ số bền của thiết bị theo phương dọc, = 0,95( Bảng XIII.8/362)
: ứng suất cho phép của thiết bị, = 160,10 6 N/m 2
C: hằng số bổ sung do ăn mòn và dung sai về chiều dày, C = 0,002 m p : áp suất trong thiết bị, N/m 2
^ 10 × 995 2,941 3 m N H g p m N at p p p p thuytinh hoi thuytinh hoi
: khối lượng riêng dung dịch chảy trong ống, = 1061,04 kg/m 3 g : gia tốc trọng trường, g = 9,81 m/s 2
H : chiều cao cột chất lõng trong ống, H = 0,45 m
Kiểm tra ứng suất thử( dùng nước):
( Công thức XIII.26/365) Áp suất thử P 0 được xác định như sau:
0 p p ,N m p thuytinh th p th : áp suất thử thủy lực lấy theo bảng XIII.5/358
Buồng bốc
7.1 Chiều dày tính theo áp suất trong:
(Công thức XII.47/385) m mm h b 210 0,210 ( Bảng XIII.10/382)
: hệ số bền của thiết bị theo phương dọc, = 0.95
C: hắng số bổ sung do ăn mòn và dung sai về chiều dày, C = 0,002 m
: ứng suất cho phép của thiết bị, = 160,10 6 N/m 2 k : hệ số không thứ nguyên
D t k 1 d d: đường kính của lỗ lớn nhất không tăng cứng, d= 0,2467 m Đường kính lỗ cho phép không cần tăng cứng
𝐷𝑡 = 1200 mm: Đường kính trong buồng bốc
∙ S = 8,5mm: Bề dày buồng bốc
∙ 𝑘- hệ số bền của lỗ
32 p : áp suất trong thiết bị, N/m 2
, 0 m N H g p m N at p p p p thuytinh hoi thuytinh hoi
: khối lượng riêng dung dịch chảy trong ống, = 1231,74 kg/m 3 g : gia tốc trọng trường, g = 9,81 m/s 2
H : chiều cao cột chất lỏng trong ống, H = 0,45 m
7.1.2 Chiều dày tính theo áp suất ngoài:
Trong đó: p n : áp suất tính toán bên ngoài, bao gồm cả độ chân không trong thiết bị
: hệ số bền của thiết bị theo phương dọc, = 0,95
C: hằng số bổ sung do ăn mòn và dung sai về chiều dày, C = 0,002 m k 1: hệ số, đối với đáy có lỗ không tăng cứng k 1 = 0,64 k : hệ số không thứ nguyên
33 d: đường kính của lỗ lớn nhất không tăng cứng, d= 0,2467 m
SC 0.00290.0020.0009m0.01m nên ta thêm vào khoảng 2 mm mm
Chọn S = 10 mm; Dt = 0.845 m; h = 0.04 m( chiều cao gờ); ht = 0.210 m; F = 0.86 m 2
Kiểm tra ứng suất thử:
Vật liệu làm vỏ thiết bị: thép không gỉ 12MX
Chiều dày thân buồng bốc được tính theo điều kiện làm việc chịu áp suất ngoài như sau:
D t : đường kính trong của thiết bị, D t = 0,845 m
C: hằng số bổ sung do ăn mòn và dung sai về chiều dày, C = 0,002 m
E t : môđun đàn hồi, E t = 1,977*10 11 N/m 2 p n : áp suất tính toán bên ngoài, bao gồm cả độ chân không trong thiết bị
1 N m p n l : chiều dày tính toán, bằng chiều dài phần thân hình trụ và nắp cộng với 1/3 phần elip của nắp, m m S m h h H l t
Chọn chiều dày buồng bốc: S = 8,5 mm
7.3 Tính cho đáy thiết bị
∙ Chọn đáy nón tiêu chuẩn 𝐷𝑡 = 800 mm
∙ Đáy nón có phần gờ cao 40 mm và góc ở đáy là 2𝛼 = 90° Tra bảng XIII.21, trang
∙ Chiều cao của đáy nón ( không kể phần gờ) H= 225 mm
∙ Thể tích đáy nón là 𝑉 = 0,038 (m 3 )
∙ Đáy nón có của tháo liệu và cửa lấy thử mẫu sản phẩm
∙ Vật liệu chế tạo là thép không gỉ 1X18H9T
∙ Chiều cao phần hình nón cụt nối buồng đốt với buồng bốc 𝐻𝑐
∙ Chiều cao này bằng chiều cao của phần dung dịch trong buồng bốc
∙ Tổng thể tích của ống truyền nhiệt và ống tuần hoàn trung tâm :
4 ∗ 2 = 0,19 (m 3 ) Thể tích của phần đáy nón : 𝑉2 = 𝑉đ = 0,038 (m 3 )
Với đường kính trong của ống nhập liệu là 20mm, tốc độ nhập liệu được tính lại:
𝜋 ∗ 0.022 4 ∗990.1 = 1,607(m/s) Tốc độ dung dịch đi trong ống tuần hoàn trung tâm:
0,25 2 = 10,29*10 −3 (m/s) Thời gian lưu của dung dịch trong thiết bị:
𝑣𝑛𝑙: tốc độ của dung dịch trong ống nhập (m/s)
𝑑 𝑛𝑙 : đường kính trong ống nhập liệu (m)
𝐷𝑡ℎ: đường kính trong của ống tuần hoàn (m)
𝑙: chiều dài ống truyền nhiệt (m)
𝑙 ′: chiều dài hình học của đáy (m)
Thể tích dung dịch đi vào trong thiết bị:
2 : khối lượng riêng của dung dịch sôi bọt trong thiết bị (kg/𝑚 3 ) Tổng thể tích của phần hình nón cụt và phần gờ nối với buồng đốt:
Chọn chiều cao phần gờ nối với buồng đốt là 𝐻𝑔𝑐 = 40 𝑚𝑚
⇨ Thể tích của phần gờ nối với buồng đốt:
⇨ Thể tích phần hình nón cụt:
⇨ Chiều cao phần hình nón cụt:
∙ Chiều cao của cột chất lỏng trong thiết bị:
H’: Chiều cao của chất lỏng trong phần hình nón cụt (m)
H𝑔𝑐: Chiều cao của cột chất lỏng trong phần gờ nối với buồng đốt (m)
H𝑏đ: Chiều cao của chất lỏng trong buồng đốt (m)
𝐻đ: Chiều cao chất lỏng trong đáy nón (m)
∙ Áp suất thủy tĩnh do cột chất lỏng gây ra:
Chọn vật liệu làm nắp buồng bốc là thép crom – niken –titan Mã hiệu (1X18H9T) theo (I.125, trang 127, [1]) và nắp có dạng hình elip có gờ
4 = 300 (mm) và 𝑅 𝑡 = 𝐷 𝑡 = 1200 (mm) Nắp có một lỗ để thoát hơi thứ
Buồng bốc làm việc ở điều kiện chân không chịu áp lực từ bên ngoài Vì áp suất chân không ở bên trong nên buồng bốc chịu áp suất ngoài:
Nhiệt độ tính toán của nắp giống như buồng bốc là tt = 45 + 20 = 65℃ (nắp có bọc lớp cách nhiệt)
Chọn bề dày tính toán nắp S = 8,5mm, bằng với bề dày thực của buồng bốc
Kiểm tra bề dày nắp:
𝛽∗𝑅 𝑡 (công thức 6.13, trang 127, [4]) Trong đó:
𝐸 𝑡 = 2.05 10 5 (N/mm 2 ) module đàn hồi của vật kiệu ở tt (bảng 2-12, trang 34, [4])
𝜎 𝑐 𝑡 = 𝑛 𝑐 [𝜎] ∗ = 1,65*142 = 234,3 (N/mm 2 ): giới hạn chảy của vật liệu ở tt (công thức 1-3 trang 13 tập 4)
[𝜎] ∗ = 142 (N/mm 2 ): ứng suất cho phép tiêu chuẩn của vật liệu ở tt (hình 1-2, trang
16, [4]) nc = 1.65: hệ số an toàn khi chảy (bảng 1-6, trang 14, [4]) x = 0.7 với thép không gỉ
[𝜎 𝑛 ] = 91.738 (N/mm 2 ): ứng suất nén cho phép của vật liệu làm nắp
Vậy bề dày của nắp elip là 8 (mm)
Tính bền cho các lỗ:
Vì nắp chỉ có lỗ để tháo liệu nên đường kính lớn nhất của lỗ cho phép không cần tăng cứng được tính theo công thức 8-3, trang 162,[4]:
S: bề dày nắp thiết bị (mm)
S’: bề dày tính toán tối thiểu của nắp (mm) (chọn theo cách tính của buồng bốc)
Ca: hệ số bổ sung do ăn mòn hóa học (mm)
Dt: đường kính trong của nắp (mm)
So sánh: Ống tháo liệu dt = 20 mm < dmax
Cần tăng cứng cho lỗ của ống dẫn hơi thứ, dùng bạc tăng cứng với bề dày khâu tăng cứng bằng bề dày nắp 6mm.
CHỌN MẶT BÍCH VÀ ĐỆM
Chọn bích theo Bảng XIII.27/422,[2]
Chọn bích liền bằng thép kiểu I, các thông số cho trong bảng sau:
Bảng 8.1a: Bích nối nắp với buồng bốc 1
Dt: Đường kính trong; (mm)
D: Đường kính ngoài của mặt bích; (mm)
D b : Đường kính vòng bu lông; (mm)
Di: Đường kính đến vành ngoài đệm;(mm)
D o : Đường kính đến vành trong đệm;(mm) d b : Đường kính bu lông; (mm)
Z: Số lượng bu lông; (cái) h: chiều dày mặt bích; (mm)
Chọn bích liền bằng thép kiểu I, các thông số cho trong bảng sau:
Bảng 8.1b: Bích nối buồng đốt với đáy 1
Bảng 8.1c: Bích nối buồng bốc và buồng đốt 1
TAY TREO THIẾT BỊ
Chọn vật liệu làm tai treo là thép CT3
Tai treo được hàn vào thiết bị , chọn số gân là 2
Khối lượng riêng của thép CT3: = 7850 kg/m 3
Khối lượng riêng của thép không rỉ 12MX: = 7900 kg/m 3
Khối lượng tổng cộng: M = MTB + Mdd
9.1.1 Khối lượng ống truyền nhiệt:
9.1.2 Khối lượng của đáy: kg H
9.3 Khối lượng dung dịch trong thiết bị: kg m dd 1800
9.4 Tổng khối lượng của thiết bị: kg m m m m m m m m bđ ong đ bb n dd
Chọn bề mặt đỡ là thép có tải trọng trung bình q 80 10 6 N m 2 :
Tải trọng tác dụng lên một tai treo:
Chọn các giá trị của tay treo theo bảng XIII.36/438 sổ tay QTTB tập 2:
Bảng 9.4: Giá trị của tay treo 1
Tải trọng cho phép trên một tai treo
Tải trọng cho phép lên bề mặt đỡ q.10 -6 N/m 2
Khối lượng một tai treo, kg mm
THIẾT BỊ NGƯNG TỤ BADOMET
LƯỢNG NƯỚC LẠNH LÀM NGUỘI TƯỚI VÀO THIẾT BỊ NGƯNG TỤ BADOMET
(Công thức VI.51/84- Sổ tay quá trình và thiết bị công nghệ hóa chất_ Tập 2)
W : lượng hơi thứ vào thiết bị, W = 1260 kg/h = 0,35 kg/s i : enthanpi hơi thứ ra khỏi TBNT, tra bảng 57, VD và BT tập 10, trang 443 ở 0,4 at: i’’ = 2632 J/kg
(Bảng II-7/39- Sổ tay thiết kế thiết bị hóa chất và chế biến thực phẩm đa dụng – T.S PHAN VĂN THƠM)
Cn : nhiệt dung riêng trung bình của nước, Cn = 4187 J/kg
(Bảng II-7/39- Sổ tay thiết kế thiết bị hóa chất và chế biến thực phẩm đa dụng – T.S PHAN VĂN THƠM) t2d, t2c : nhiệt độ vào và ra của nước làm nguội, 0 C
THỂ TÍCH KHÔNG KHÍ VÀ KHÍ KHÔNG NGƯNG CẦN RÚT RA KHỎI THIẾT BỊ NGƯNG TỤ
(Công thức VI.50/84- Sổ tay quá trình và thiết bị công nghệ hóa chất_ Tập 2) t2d = 60 0 C: nhiệt độ nước làm nguội vào thiết bị t2c = 65,4 0 C: nhiệt độ nước làm nguội ra khỏi thiết bị
(Công thức III-31/122- Sổ tay thiết kế thiết bị hóa chất và chế biến thực phẩm đa dụng- T.S PHAN VĂN THƠM)
Gn = 36,85 kg/s : lượng nước tưới vào thiết bị ngưng tụ
W = 0,35 kg/s : lượng hơi thứ vào thiết bị ngưng tụ
10.3 Thể tích không khí rút ra khỏi thiết bị ngưng tụ ở 0 0 C và 760mmHg
(Công thức VI.48/84- Sổ tay quá trình và thiết bị công nghệ hóa chất_ Tập 2)
Gn = 36,85 kg/s : lượng nước tưới vào thiết bị ngưng tụ
W = 0,35 kg/s : lượng hơi thứ vào thiết bị ngưng tụ
10.4 Thể tích không khí cần rút ra khỏi thiết bị ngưng tụ trong điều kiện làm việc của thiết bị:
(Công thức VI.49/84- Sổ tay quá trình và thiết bị công nghệ hóa chất_ Tập 2)
Rkk = 288 J/kg.độ _ hằng số khí đối với không khí p: áp suất chung của hỗn hợp trong thiết bị ngưng tụ, N/m 2 ph: áp suất riêng phần của hơi trong hỗn hợp, lấy bằng áp suất hơi nước bão hòa ở nhiệt độ của không khí tkk, N/m 2 p = 0.4 at = 39240 N/m 2 ph = 0.0977 at = 9584 N/𝑚 2
(Bảng I.251/314- Sổ tay quá trình và thiết bị công nghệ hóa chất_ Tập 1) tkk = 45℃ : nhiệt độ không khí khi ra khỏi thiết bị ngưng tụ
Gkk = 0.0039 kg/s_ lượng không khí cần rút ra khỏi thiết bị ngưng tụ
CÁC KÍCH THƯỚC CHỦ YẾU CỦA THIẾT BỊ NGƯNG TỤ BADOMET
11.1 Đường kính trong của thiết bị ngưng tụ: h h tr
(Công thức III-35/123- Sổ tay thiết kế thiết bị hóa chất và chế biến thực phẩm đa dụng- T.S PHAN VĂN THƠM)
Dtr : đường kính trong thiết bị ngưng tụ, m
W : lượng hơi thứ ngưng tụ, W = 0,35 kg/s
h : khối lượng riêng của hơi, kg/m 3
Khối lượng riêng của hơi thứ ở P0 = 0,4 at, kg/m 3 ρh = 0,2456 kg/m 3
Vì áp suất là việc ở 0,4at
h : tốc độ của hơi trong thiết bị ngưng tụ, chọn h = 15 m/s
Chọn đường kính trong thiết bị ngưng tụ Baromet là 500mm (theo bảng VI.8/88 [2])
Bảng 23: Kích thước cơ bản của thiết bị ngưng tụ baromet được chọn theo bảng VI.8/88 [2]
Kích thước Ký hiệu Giá trị; mm Đường kính trong của thiết bị Dtr 500
Chiều dày của thành thiết bị S 5
Khoảng cách từ ngăn trên cùng đến nắp thiết bị a0 1300
Khoảng cách từ ngăn dưới cùng đến đáy thiết bị an 1200
Bề rộng của tấm ngăn B -
Khoảng cách giữa tâm của thiết bị ngưng tụ và thiết bị thu hồi K1 675
Chiều cao của hệ thống thiết bị H 4300
Chiều rộng của hệ thống thiết bị T 1300 Đường kính của thiết bị thu hồi D1 400
Chiều cao của thiết bị thu hồi h1(h) 1440 Đường kính của thiết bị thu hồi D2 -
Chiều cao của thiết bị thu hồi h2 -
Khoảng cách giữa các ngăn:
𝑎 5 390 Đường kính các cửa ra và vào:
Hỗn hợp khí và hơi ra d3 80
Hỗn hợp khí và hơi vào thiệt bị thu hồi d5 80
Hỗn hợp khí và hơi ra khỏi thiết bị thu hồi d6 50
Nối từ thiết bị thu hồi đến ống baromet d7 50 Ống thông khí d8 -
Tấm ngăn hình dạng viên phân có chiều rộng:
(Công thức VI.53/85- Sổ tay quá trình và thiết bị công nghệ hóa chất_ Tập 2)
D tr : đường kính trong thiết bị ngưng tụ, D tr = 500mm
Trên tấm ngăn có đục nhiều lỗ nhỏ Chọn đường kính các lỗ là d= 2 mm ( do nước làm nguội là nước sạch)
Chọn chiều dày của tấm ngăn là = 4 mm
Chiều cao cạnh gờ tấm ngăn: 40 mm
Tổng diện tích bề mặt của các lac trong toàn bộ mặt cắt ngang của thiết bị ngưng tụ, nghĩa là trên một cặp tấm ngăn:
(Công thức VI.54/85- Sổ tay quá trình và thiết bị công nghệ hóa chất_ Tập 2)
c : tốc độ của tia nước, c = 0,62 m/s Ở nhiệt độ trung bình là 52,7 0 C , khối lượng riêng của nước là 986,75 (𝑘𝑔 /𝑚 3 )
Các lỗ xếp theo hình lục giác đều, với bước lỗ: t = 0,866 d √ 𝑓 𝑐
𝑓 𝑡𝑏, mm d: đường kính lỗ, mm tb e f f : tỉ số giữa tổng số diện tích tiết diện các lỗ với diện tích tiết diện của thiết bị ngưng tụ, thường lấy 0.0250.1 Vậy ta chọn tb e f f = 0,05
11.3 Chiều cao của thiết bị ngưng tụ:
Mức độ đun nóng nước: d bh d c t t t
(Công thức VI.56/85- Sổ tay quá trình và thiết bị công nghệ hóa chất_ Tập 2) t 2 d : nhiệt độ nước làm nguội vào thiết bị, 𝑡 2𝑑 = 60℃ t 2 c : nhiệt độ nước làm nguội ra khỏi thiết bị, 𝑡 2𝑐 = 65,4℃ t bh : nhiệt độ của hơi bão hòa ngưng tụ, 𝑡 𝑏ℎ = 75,4℃
- Dựa vào mức độ đun nóng với đường kính 2 mm, tra bảng VI.7/ 86 [2]
Khoảng cách giữa các ngăn h = 400 mm
Thời gian rơi qua một bậc τ = 0,41 s
Chiều cao thiết bị ngưng tụ
(Công thức VI.57/86- Sổ tay quá trình và thiết bị công nghệ hóa chất_ Tập 2)
G n : lượng nước tưới vào thiết bị, 𝐺 𝑛 = 36,85 𝑘𝑔/𝑠
: tốc độ của nước chảy trong ống Badomet, chọn 0.6m s (trang 86 [2])
11.5 Chiều cao ống Badomet: m h h h Badomet 1 2 0.5 ,
(Công thứcVI.58/86- Sổ tay quá trình và thiết bị công nghệ hóa chất_ Tập 2) h 1: chiều cao cột nước trong ống Badomet cân bằng với hiệu số áp suất trong thiết bị ngưng tụ và khí quyển, m b m h ,
52 b: độ chân không trong thiết bị ngưng tụ Áp suất làm việc của thiết bị p = 0,4 at = 304 (mmHg)
760 = 6,2(𝑚) h 2: chiều cao cột nước trong ống Badomet cần thiết để khắc phục trở lực khi nước chảy trong ống, m d m h h g
Badomet h : chiều cao của toàn bộ của Badomet, m
Badomet d : đường kính trong ống Badomet, m
Nếu lấy trở lực cục bộ khi vào hệ thống 1 0 5, trở lực cục bộ khi ra khỏi hệ thống 2 1 thì:
: tốc độ nước chảy trong ống Badomet
n: khối lượng riêng nước lấy ở nhiệt độ trung bình 40 0 C, kg/m 3 dba: đường kính ống Baromet, m
n: độ nhớt động lực nước, N.s/m
Nước lạnh và nước ngưng tụ có ttb = 52,7 0 C ρn = 987,1 kg/m 3 (I.5/11 [1]) μn = 0,1961 10 -3 N.s/m (I.102/94 [1])
Hệ số trở lực do ma sát khi nước chảy trong ống:
3,7] (II 65/380 [1]) Trong đó: Δ: độ nhám tương đối, xác định theo công thức II 66/380 [1]: Δ= 𝜀
0,28 = 7,14 10 -3 Với ε: Độ nhám tuyệt đối, ε = 0,2 mm
Chọn hệ số trở lực khi vào ống ξ1 = 0,5 và khi ra khỏi ống ξ2 = 1
Chọn chiều cao ống barmmet Hba’ = 7 m
3.6 Chọn đường kính các ống dẫn của thiết bị ngưng tụ:
Hỗn hợp khí và hơi vào thiết bị thu hồi: 𝑑 5 = 80𝑚
Hỗn hợp khí và hơi thoát ra khỏi thiết bị thu hồi: 𝑑 6 = 50𝑚
Nối từ thiết bị thu hồi đến ống Badomet: d 7 50mm
(Quá trình và thiết bị công nghệ hóa học và thực phẩm_ Tập 5- PHẠM VĂN BÔN và NGUYỄN ĐÌNH THỌ)
BỒN CAO VỊ
Để ổn định lưu lượng trong quá trình cô đặc, bồn cao vị được đặt ở độ cao sao cho thắng được các trở lực của đường ống để dung dich có thể tự chảy vào nồi
Phương trình Bernoulli cho mặt cắt 1-1 (mặt thoáng bồn cao vị) và mặt cắt 2-2 (mặt thoáng chất lỏng trong buồng bốc)
𝑃 1 : áp suất khí lúc hút, P1 = 1 at
𝜌: Khối lượng riêng dung dịch nhập liệu ở xđ = 15%, kg/m 3
: Độ nhớt của dung dịch ở 30 0 C,N.s/m 2
→ = 1,504 10 −3 N.s/m 2 (I.101/91 [5]) h1-2: Tổng tổn thất áp suất, m
Z1: Chiều cao từ bồn cao vị xuống đất, m
Z2: Chiều cao từ mặt thoáng của dung dịch trong nồi cô đặc đến mặt đất, m
Z2 =z’ + Hđ + Hbđ + Hgc + Hc= 1 + 0,295 + 1,5 + 0,005 + 0,47 = 3,27 (m) Với : z’= 1(m) : khoảng cách từ phần nối giữa ống tháo liệu và đáy nón đến mặt đất
Hđ = 0,255 + 0,04 = 0,295 (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 = 0,47 (m): chiều cao của phần hình nón cụt Đường kính ống nhập liệu vào nồi là : d = 0,0293m
Gđ: Lượng dung dịch đầu, kg/h
𝜌: Khối lượng riêng dung dịch nhập liệu ở xđ = 15%, kg/m 3
Chọn vật liệu làm ống là thép không gỉ CT3 Vậy Độ nhám 𝜀 = 0,2 mm
Regh được tính theo công thức II.60, trang 378 [I]:
Hệ số ma sát λ được tính theo công thức II.64, trang 380 [I] λ = 0,1.(1,46 𝜀
+ Hệ số cục bộ tại miệng ống vào: 𝜀 vào = 0,5 ( Tra bảng II.16/382 [2]) + Hệ số cục bộ tại miệng ống ra: 𝜀 ra = 1
+ Hệ số cục bộ tại co 90o: 𝜀 co = 0,9
+ Hệ số cục bộ tại van: 𝜀 van = 0,2
Tổng hệ số tổn thất cục bộ:
Tổng tổn thất trên đường ống h1-2 =
2 2𝑔 + h1-2 khoảng cách từ mặt thoáng của bồn cao vị đến mặt đất
1561.04 9,81 + 0,21 = 3,45 (m) Dung dịch luôn tự chảy từ bồn cao vị vào buồng bốc của nồi cô đặc
Chọn khoảng cách từ mặt thoáng của bồn cao vị đến mặt đất là 4 (m)
BƠM
Bơm chân không
Công suất của bơm chân không là:
𝜂 𝑐𝑘 : hệ số hiệu chỉnh 𝑛 𝐶𝐾 = 0,8 m : chỉ số đa biến có giá trị từ 1,2 đến 1,62 Chọn m=1,62
𝑃 1 : áp suất khí lúc hút, at
Vkk: thể tích khí không ngưng, không khí được hút ra khỏi thiết bị, m 3 /s
𝑃 𝑘𝑘 : áp suất không khí trong thiết bị ngưng tụ, N/m 2
Pc : Áp suất ngưng tụ, Pc = 0,4 at
Ph : áp suất riêng phần của hơi nước ở nhiệt độ không khí là 45 o C
Bơm nước vào thiết bị ngưng tụ
Công suất của bơm chân không là:
: hiệu suất của bơm , chọn = 0.75
: khối lượng riêng của nước ở 30 0 C , = 996 kg/m 3
Q : lưu lượng nước lạnh tưới vào Baromet: Gn= 36,85 kg/s
Gn: Lượng nước tưới vào dung dịch, kg/h
𝜌: Khối lượng riêng nước ở 30 0 C, kg/m 3 → 𝜌 = 996 kg/m 3
Phương trình bernoulli cho hai mặt cắt 1 –1 (mặt thoáng bể nước) và 2 –2 (mặt thoáng thiết bị baromet )
𝑃 1 : áp suất khí lúc hút, P1 = 1 at
𝑃 2 : Áp suất ở thiết bị ngưng tụ, P2 = 0,4 at
Chiều cao từ mặt thoáng bể nước xuống đất là : Z1 = 2 m
Chiều cao từ mặt thoáng thiết bị baromet xuống đất là Z2 = 7 m
Chọn dhút = dđẩy = đường kính cửa vào thiết bị của nước là d = 200 mm Vận tốc dòng chảy trong ống:
Chọn ống thép CT3 nên độ nhám = 0,2 mm (Trang 381, STQTTB Tập I)
Regh được tính theo công thức II.60, trang 378 [I]:
→ Regh< Re< Ren (khu vực quá độ)
Hệ số ma sát λ được tính theo công thức II.64, trang 380 [I] λ = 0,1.(1,46 𝜀
314656,7) 0,25 = 0,02 Các hệ số trở lực cục bộ:
Chọn chiều dài ống từ bể nước đến thiết bị baromet là : l = 15 m
Tổng tổn thất trên đường ống
Bơm nhập liệu
Công suất của bơm chân không là:
: hiệu suất của bơm , chọn = 0.75
𝜌 : 1561.04 (kg/m3): khối lượng riêng của dung dịch 15%
Q : lưu lượng nước lạnh tưới vào Baromet: Gđ= 1800 kg/s
Gn: Lượng dung dịch đầu, kg/h
𝜌 : 1561.04 (kg/m3): khối lượng riêng của dung dịch 15%
Phương trình bernoulli cho hai mặt cắt 1 –1 (mặt thoáng bể nước) và 2 –2 (mặt thoáng thiết bị baromet )
𝑃 1 : áp suất khí lúc hút, P1 = 1 at
𝑃 2 : Áp suất ở thiết bị ngưng tụ, P2 = 0,4 at
: Độ nhớt của dung dịch ở 30 0 C,N.s/m 2
Chiều cao từ mặt thoáng bể chứa nguyên liệu xuống đất là : Z1 = 2 m
Chiều cao từ mặt thoáng của bồn cao vị xuống đất là Z2 = 4 m
Chọn dhút = dđẩy = đường kính cửa vào thiết bị của nước là d = 20 mm
Vận tốc dòng chảy trong ống:
Chọn ống thép CT3 nên độ nhám = 0,2 mm (Trang 381, STQTTB Tập I)
Regh được tính theo công thức II.60, trang 378 [I]:
→ Regh< Re< Ren (khu vực quá độ)
Hệ số ma sát λ được tính theo công thức II.64, trang 380 [I]
20966,1) 0,25 = 0,04 Các hệ số trở lực cục bộ:
Chọn chiều dài ống từ bể nước đến thiết bị baromet là : l = 15 m
Tổng tổn thất trên đường ống h1-2 = 𝑉 2
Chọn bơm ly tâm 1 cấp nằm ngang để bơm chất lỏng trung tính sạch hoặc hơi bẩn
Bơm tháo liệu
= 0,75: hiệu suất của bơm g: gia tốc trọng trường, g = 9,81 m/s 2
𝜌: Khối lượng riêng dung dịch tháo liệu ở xđ = 50%, kg/m 3
𝜌 5403600 1231,74 = 1,21 10 -4 m 3 /s Phương trình Bernoulli cho hai mặt cắt 1-1 và 2-2:
𝑃 𝑏ố𝑐 : Áp suất trong buồng bốc
𝑃 đố𝑡 : Áp suất bên trong buồng đốt
: Độ nhớt của dung dịch ở x = 50%,N.s/m 2
Chọn chiều cao từ mặt thoáng bể chứa nguyên liệu xuống đất là : Z1 = 1 m
Chiều cao từ mặt thoáng bồn cao vị xuống đất là Z2 = 2 m
Vận tốc dòng chảy trong ống:
Vận tốc dòng chảy trong ống:
4,7 10 −3 = 2044,2 họn ống thép CT3 là ống hàn trong điều kiện ăn mòn ít (bảng II.15, trang 381, [1]) => độ nhám tuyệt đối là 𝜀 = 0,2 (mm)
Regh được tính theo công thức II.60, trang 378, [1]:
Hệ số ma sát λ được tính theo công thức II.64, trang 380 [I]
2044,2) 0.25 = 0,05 Các hệ số trở lực cục bộ:
= vào + 3.khuỷu 90 + 2 van + ra = 0,5 + 3.0,9 + 2.0.2 + 1 = 4,6 Chiều dài ống từ bể nước đến thiết bị baromet là : l = 10 m
Tổng tổn thất trên đường ống h1-2 =
Cửa sữa chữa
Vật liệu chế tạo thép là CT3 Đường kính của cửa sữa chửa là D = 500 (mm)
Cửa được bố trí sao cho mép dưới của nó cao hơn mặt thoáng của dung dịch trong buồng bốc để chất lỏng không chảy ra ngoài Chọn khoảng cách từ mép dưới cửa đến mặt thoáng của dung dịch là 450 (mm)
Khoảng cách từ mực chất lỏng đến tâm của cửa sữa chữa:
Kính quan sát
Liệu chế tạo là thép CT3 và thủy tinh Đường kính của kính quan sát là D = 120 (mm)
Kính được bố trí sao cho mực chất lỏng có thể được nhìn thấy Do đó, có 2 kính giống nhau ở 2 bên buồng bốc, tạo thành gốc 180 0