Thiết kế hệ thống cô đặc 2 nồi ngược chiều, thiết bị cô đặc buồng đốt ngoài kiểu đứng, tuần hoàn tự nhiên

PHẦN I: TỔNG QUAN VỀ CÔ ĐẶC MÍA ĐƯỜNG I. Giới thiệu chung Ngành công nghiệp mía đường là một ngành công nghiệp lâu đời ở nước ta. Do nhu cầu thị trường nước ta hiện nay mà các lò đường với quy mô nhỏ ở nhiều địa phương đã được thiết lập nhằm đáp nhu cầu này. Tuy nhiên, đó chỉ là các hoạt động sản xuất một cách đơn lẻ, năng suất thấp, các ngành công nghiệp có liên quan không gắn kết với nhau đã gây khó khăn cho việc phát triển công nghiệp đường mía. Trong những năm qua, ở một số tỉnh thành của nước ta, ngành công nghiệp mía đường đã có bước nhảy vọt rất lớn. Diện tích mía đã tăng lên một cách nhanh chóng, mía đường hiện nay không phải là một ngành đơn lẻ mà đã trở thành một hệ thống liên hiệp các ngành có quan hệ chặt chẽ với nhau. Mía đường vừa tạo ra sản phẩm đường làm nguyên liệu cho các ngành công nghiệp như bánh, kẹo, sữa… đồng thời tạo ra phế liệu là nguyên liệu quý với giá rẻ cho các ngành sản xuất như rượu, acid lactic… Trong tương lai, khả năng này còn có thể phát triển hơn nữa nếu có sự quan tâm đầu tư tốt cho cây mía cùng với nâng cao khả năng chế biến và tiêu thụ sản phẩm. Xuất phát từ tính tự nhiên của cây mía, độ đường sẽ giảm nhiều và nhanh chóng nếu thu hoạch trễ và không chế biến kịp thời. Vì tính quan trọng đó của việc chế biến, vấn đề quan trọng được đặt ra là hiệu quả sản xuất nhằm đảm bảo thu hồi đường với hiệu suất cao. Hiện nay, nước ta đã có rất nhiều nhà máy đường như ở Bình Dương, Quãng Ngãi, Tây Ninh, Bến Tre … nhưng với sự phát triển ồ ạt của diện tích mía, khả năng đáp ứng là rất khó. Bên cạnh đó, việc cung cấp mía khó khăn, sự cạnh tranh của các nhà máy đường, cộng với công nghệ lạc hậu, thiết bị cũ kỹ đã ảnh hưởng mạnh đến quá trình sản xuất. Vì tất cả những lý do trên, việc cải tiến sản xuất, nâng cao, mở rộng nhà máy, đổi mới dây chuyền thiết bị công nghệ, tăng hiệu quả các quá trình là hết sức cần thiết và cấp bách, đòi hỏi phải chuẩn bị từ ngay bây giờ. Trong đó, cải tiến thiết bị cô đặc là một yếu tố quan trọng không kém trong hệ thống sản xuất vì đây là một thành phần không thể xem thường.

Đồ Án QTTB PHẦN I: TỔNG QUAN VỀ CÔ ĐẶC MÍA ĐƯỜNG I. Giới thiệu chung Ngành công nghiệp mía đường là một ngành công nghiệp lâu đời ở nước ta. Do nhu cầu thị trường nước ta hiện nay mà các lò đường với quy mô nhỏ ở nhiều địa phương đã được thiết lập nhằm đáp nhu cầu này. Tuy nhiên, đó chỉ là các hoạt động sản xuất một cách đơn lẻ, năng suất thấp, các ngành công nghiệp có liên quan không gắn kết với nhau đã gây khó khăn cho việc phát triển công nghiệp đường mía. Trong những năm qua, ở một số tỉnh thành của nước ta, ngành công nghiệp mía đường đã có bước nhảy vọt rất lớn. Diện tích mía đã tăng lên một cách nhanh chóng, mía đường hiện nay không phải là một ngành đơn lẻ mà đã trở thành một hệ thống liên hiệp các ngành có quan hệ chặt chẽ với nhau. Mía đường vừa tạo ra sản phẩm đường làm nguyên liệu cho các ngành công nghiệp như bánh, kẹo, sữa… đồng thời tạo ra phế liệu là nguyên liệu quý với giá rẻ cho các ngành sản xuất như rượu, acid lactic… Trong tương lai, khả năng này còn có thể phát triển hơn nữa nếu có sự quan tâm đầu tư tốt cho cây mía cùng với nâng cao khả năng chế biến và tiêu thụ sản phẩm. Xuất phát từ tính tự nhiên của cây mía, độ đường sẽ giảm nhiều và nhanh chóng nếu thu hoạch trễ và không chế biến kịp thời. Vì tính quan trọng đó của việc chế biến, vấn đề quan trọng được đặt ra là hiệu quả sản xuất nhằm đảm bảo thu hồi đường với hiệu suất cao. Hiện nay, nước ta đã có rất nhiều nhà máy đường như ở Bình Dương, Quãng Ngãi, Tây Ninh, Bến Tre … nhưng với sự phát triển ồ ạt của diện tích mía, khả năng đáp ứng là rất khó. Bên cạnh đó, việc cung cấp mía khó khăn, sự cạnh tranh của các nhà máy đường, cộng với công nghệ lạc hậu, thiết bị cũ kỹ đã ảnh hưởng mạnh đến quá trình sản xuất. Vì tất cả những lý do trên, việc cải tiến sản xuất, nâng cao, mở rộng nhà máy, đổi mới dây chuyền thiết bị công nghệ, tăng hiệu quả các quá trình là hết sức cần thiết và cấp bách, đòi hỏi phải chuẩn bị từ ngay bây giờ. Trong đó, cải tiến thiết bị cô đặc là một yếu tố quan trọng không kém trong hệ thống sản xuất vì đây là một thành phần không thể xem thường. 1 Đồ Án QTTB II. Nguyên liệu và sản phẩm 1. Đặc điểm nguyên liệu Nguyên liệu cô đặc ở dạng dung dịch, gồm: - Dung môi: nước. - Các chất hoà 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. Tùy theo độ đường mà hàm lượng đường là nhiều hay ít. Tuy nhiên, trước khi cô đặc, nồng độ đường thấp, khoảng 6 -10% khối lượng. 2. Đặc điểm sản phẩm Sản phẩm ở dạng dung dịch, gồm: - Dung môi: nước. - Các chất hoà tan : có nồng độ cao. 3. Biến đổi nguyên liệu và sản phẩm Trong quá trình cô đặc, tính chất cơ bản của nguyên liệu và sản phẩm biến đổi không ngừng. a. Biến đổi tính chất vật lý: 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. b. Biến đổi tính chất hoá học : Thay đổi pH môi trường : thường là giảm pH do các phản ứng phân hủy amit (Vd : asparagin) của các cấu tử tạo thành các acid. Đóng cặn dơ : do trong dung dịch chứa một số muối Ca 2+ ít hoà tan ở nồng độ cao, phân hủy muối hữu cơ tạo kết tủa. Phân hủy chất cô đặc. Tăng màu do caramen hoá đường, phân hủy đường khử, tác dụng tương hỗ giữa các sản phẩm phân hủy và các amino acid. Phân hủy một số vitamin. 2 Đồ Án QTTB c. Biến đổi sinh học : Tiêu diệt vi sinh vật (ở nhiệt độ cao). Hạn chế khả năng hoạt động của các vi sinh vật ở nồng độ cao. 4. Yêu cầu chất lượng sản phẩm và giá trị sinh hóa Thực hiện một chế độ hết sức nghiêm ngặt để: - Đảm bảo các cấu tử quý trong sản phẩm có mùi, vị đặc trưng được giữ nguyên. - Đạt nồng độ và độ tinh khiết yêu cầu. - Thành phần hoá học chủ yếu không thay đổi. III. Cô đặc và quá trình cô đặc 1. Định nghĩa cô đặc Cô đặc là phương pháp thường được dùng để làm tăng nồng độ của một cấu tử nào đó trong dung dịch hai hay nhiều cấu tử. Quá trình cô đặc của dung dịch lõng rắn hay dung dịch lõng lõng mà có chênh lệch nhiệt độ sôi rất cao thì thường được tiến hành bằng cách tách một phần dung môi. Tuỳ theo tính chất của cấu tử khó bay hơi hay không bay hơi trong quá trình đó mà ta có thể tách một phần dung môi bằng phương pháp nhiệt độ hay phương pháp làm lạnh kết tinh. 2. Các phương pháp cô đặc a. 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 bên ngoài tác dụng lên mặt thoáng dung dịch. Để cô đặc được dung dịch không chịu được nhiệt độ cao đòi hỏi phải cô đặc ở nhiệt độ đủ thấp ứng với nhiệt độ ở mặt thoáng thấp. Đó là phương pháp cô đặc chân không. b. 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 tính chất cấu tử và áp suất bên ngoài tác dụng lên mặt thoáng mà quá trình kết tinh đó xảy ra ở nhiệt độ cao hay thấp và đôi khi phải dùng đến máy lạnh. 3 Đồ Án QTTB 3. Bản chất của sự cô đặc bằng phương pháp 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. 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, CaCl 2 , KCl các muối vô cơ … 5. Đánh giá khả năng phát triển của sự cô đặc Hiện nay, phần lớn các nhà máy sản xuất hoá 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. IV. Phân loại và đặc điểm cấu tạo thiết bị cô đặc 1. Phân loại và ứng dụng a. Theo cấu tạo 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: 4 Đồ Án QTTB - 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. 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. Đặc biệt thích hợp cho các dung dịch thực phẩm như dung dịch nước trái cây,hoa quả ép… Gồm: - Màng dung dịch chảy ngược, có buồng đốt trong hay ngoài: dùng cho dung dịch sôi tạo bọt khó vỡ. - Màng dung dịch chảy xuôi, có buồng đốt trong hay ngoài: dùng cho dung dịch sôi ít tạo bọt và bọt dễ vỡ. b. 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 đạt năng suất cực đại và thời gian cô đặc là ngắn nhất.Tuy nhiên, nồng độ dung dịch đạt được là không cao. - Cô đặc áp suất chân không : dung dịch có nhiệt độ sôi dưới 100 o C, áp suất chân không. Dung dịch tuần hoàn tốt, ít tạo cặn, sự bay hơi nước liên tục. - Cô đặc nhiều nồi: Mục đích chính là tiết kiệm năng lượng( tiết kiệm hơi đốt). Số nồi không nên lớn quá vì sẽ làm giảm hiệu quả tiết kiệm hơi. Có thể cô chân không, cô áp 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. 5 Đồ Án QTTB 2. Hệ thống cô đặc chân không nhiều nồi xuôi chiều liên tục - Trong thực tế sản xuất khi cần cô đặc một dung dịch từ nồng độ khá loãng lên nồng độ khá đặc thì người ta hay dùng các hệ cô đặc nhiều nồi công nghiệp thông dụng: hệ xuôi chiều và ngược chiều. - Hệ xuôi chiều thích hợp để cô đặc các dung dịch mà chất tan dễ biến tính vì nhiệt độ cao như dung dịch nước đường hay dung dịch nước trái cây, thực phẩm. Vì trong hệ xuôi chiều các nồi đầu có áp suất và nhiệt độ cao hơn các nồi sau nên sản phẩm được hình thành ở nồi có nhiệt độ thấp nhất. - Hệ ngược chiều thích hợp cô đặc các dung dịch vô cơ không bị biến tính vì nhiệt độ cao. - Dùng hệ thống cô đặc chân không nhằm hạ thấp nhiệt độ sôi của dung dịch để giữ được chất lượng của sản phẩm và thành phần quý (tính chất tự nhiên, màu, mùi, vị, đảm bảo lượng vitamin, …) nhờ nhiệt độ thấp và không tiếp xúc Oxy. 3. Các thiết bị và chi tiết a. Thiết bị chính: - Ống tuần hoàn, ống truyền nhiệt. - Buồng đốt , buồng bốc, đáy, nắp… - Ống : hơi đốt, tháo nước ngưng, khí không ngưng… b.Thiết bị phụ: - Bể chứa sản phẩm, nguyên liệu. - Các loại bơm: bơm dung dịch, bơm nước, bơm chân không. - Thiết bị gia nhiệt. - Thiết bị ngưng tụ Baromet. - Các loại van. - Thiết bị đo… 4. 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 sữa chữa, tháo lắp, dễ làm sạch bề mặt truyền nhiệt. - Phân bố hơi đều. - Xả liên tục và ổn định nước ngưng tụ và khí không ngưng. 6 Đồ Án QTTB - Thu hồi bọt do hơi thứ mang theo. - Tổn thất năng lượng( do thất thoát nhiệt là nhỏ nhất). - Thao tác, khống chế giản đơn, tự động hóa dễ dàng. V. Quy trình công nghệ 1. Nguyên lý hoạt động thiết bị cô đặc Nguyên liệu được nhập liệu vào nồi cô đặc sẽ trao đổi nhiệt với hơi thông qua các ống truyền nhiệt sẽ sôi và trở nên nhẹ hơn và được tuần hoàn trở lên phía buồng bốc. Tại đây, hơi nước được tách ra khỏi dung dịch, dung dịch đi theo ống tuần hoàn trung tâm xuống đáy thiết bị và theo ống truyền nhiệt trở lên trên. Quá trình trao đổi nhiệt được thực hiện chủ yếu trong ống truyền nhiệt. Sau nhiều lần như vậy, hơi nước tách khỏi dung dịch càng nhiều nồng độ dung dịch càng tăng, độ nhớt dung dịch tăng. Do đó, tốc độ chuyển động dung dịch càng chậm lại về sau. Quá trình kết thúc khi dung dịch đã đạt được nồng độ theo yêu cầu. Tốc độ chuyển động tuần hoàn càng tăng thì hệ số cấp nhiệt về phía dung dịch càng tăng, quá trình bốc hơi xảy ra càng mạnh mẽ, nồng độ chất tan càng nhanh chóng đạt yêu cầu và ngược lại. Tuy nhiên sẽ hao phí năng lượng khuấy. 2. Nguyên lý hoạt động thiết bị ngưng tụ Baromet Đây là thiết bị ngưng tụ kiểu trực tiếp. Nó rất thông dụng trong ngành hoá chất và thực phẩm, thường đi theo các thiết bị cô đặc các dung dịch trong nước ở áp suất chân không( như dung dịch đường, muối, glycêrin, bột ngọt, nước mắm, xút…) Hơi thứ sau khi ra khỏi thiết bị cô đặc sẽ được dẫn vào thiết bị ngưng tụ Baromet, nước sẽ được chảy từ trên xuống dưới theo các ngăn và phun thành tia. Hơi trao đổi nhiệt với nước, ở áp suất thấp do bơm chân không tạo ra, sẽ ngưng tụ lại, theo ống Baromet chảy ra ngoài. 3. Nguyên tắc hoạt động của hệ thống: Dung dịch từ bể chứa nguyên liệu được bơm lên bồn cao vị, từ bồn cao vị dung dịch chảy qua lưu lượng kế xuống thiết bị gia nhiệt và được gia nhiệt đến nhiệt độ sôi rồi đi vào nồi cô đặc thứ I để thực hiện quá trình bốc 7 Đồ Án QTTB hơi. Dung dịch sau khi cô đặc ở nồi I được dẫn ra ở phía dưới để đi vào nồi cô đặc thứ II. Hơi thứ và khí không ngưng đi ra phía trên của nồi I được dẫn vào buồng đốt của nồi thứ II. Quá trình cô đặc lại tiếp tục được diễn ra lần thứ hai. Dung dịch sau khi được cô đặc trong nồi thứ hai đã đạt được nồng độ theo yêu cầu được bơm tháo liệu bơm ra ngoài và dẫn vào bể chứa sản phẩm. Hơi thứ và khí không ngưng sinh ra trong nồi hai này sẽ được hút vào thiết bị ngưng tụ baromet, một phần ngưng tụ thành lỏng chảy ra ngoài bồn chứa, phần không ngưng qua bộ phận tách giọt để chỉ còn khí được bơm chân không hút ra ngoài. Nguyên lý làm việc của nồi cô đặc : phần dưới của thiết bị là buồng đốt gồm có nhiều ống truyền nhiệt và một ống tuần hoàn trung tâm. Dung dịch đi trong ống, hơi đốt sẽ đi trong khoảng không gian phía ngoài ống. Nguyên tắc hoạt động của ống tuần hoàn trung tâm là: do ống tuần hoàn có đường kính lớn hơn rất nhiều so với các ống truyền nhiệt do đó tỉ lệ diện tích bề mặt truyền nhiệt trên một đơn vị thể tích dung dịch trong đó sẽ nhỏ hơn so với dung dịch trong các ống truyền nhiệt .Vì vậy dung dịch trong đó sôi ít hơn(có nhiệt độ thấp hơn) so với dung dịch trong ống truyền nhiệt. Khi đó dung dịch sẽ khối lượng riêng lớn hơn và sẽ tạo áp lực đẩy dung dịch từ trong ống tuần hoàn sang ống truyền nhiệt. Kết quả là tạo một dòng chuyển động tuần hoàn của dung dịch trong thiết bị. Để ống tuần hoàn trung tâm hoạt động có hiệu quả dung dịch chỉ nên cho dung dịch vào khoảng 0,4 – 0,7 chiều cao ống truyền nhiệt. Phần phía trên thiết bị là buồng bốc để tách hơi ra khỏi dung dịch, trong buồng bốc còn có bộ phận tách giọt để tách những giọt lỏng ra khỏi hơi thứ. Hơi đốt theo ống dẫn đưa vào buồng đốt ở áp suất 3.5 at. Hơi thứ ngưng tụ theo ống dẫn nước ngưng qua bẫy hơi chảy ra ngoài và phần khí không ngưng được xả ra ngoài theo cửa xả khí không ngưng. 8 Đồ Án QTTB PHẦN II:TÍNH TOÁN CÂN BẰNG VẬT CHẤT , THIẾT BỊ CHÍNH VÀ THIẾT BỊ PHỤ CHƯƠNG I : TÍNH TOÁN CÔNG NGHỆ THIẾT BỊ CHÍNH Dữ kiện ban đầu - Dung dịch nước mía. - Nồng độ đầu của dung dịch: x đ = 13 %, - Nồng độ cuối của dung dịch: x c = 58%. - Năng suất tính theo dung dịch đầu:G d : = 10000 (kg/h) - Áp suất hơi đốt nồi 1: P 1 = 3.5 at. - Áp suất ở thiết bị ngưng tụ baromet : P nt = 0.5 at. 1.Tính toán công nghệ: 1.1.Tính cân bằng vật liệu: 1.1.1.Xác định lượng hơi thứ bốc ra khỏi hệ thống (W) Phương trình cân bằng vật liệu cho toàn bộ hệ thống G d = G c + W Trong đó: G d , G c : lưu lượng đi vào , đi ra khỏi thiết bị (kg/h) W:lượng hơi thứ đi ra khỏi thiết bị (kg/h) Viết cho cấu tử phân bố G d x d =G c x c +Wx w Xem lượng hơi thứ không mất mát, ta có: G d x d =G c x c Vậy lượng hơi bốc ra của toàn bộ hệ thống được xác định )1( c d d x x GW −= ∑ (kg/h) Thay số vào ta có: 13 (1 ) 10000.(1 ) 7758.621 58 d d c x W G x ∑ = − = − = kg/h. 9 Đồ Án QTTB 1.1.2.Xác định nồng độ cuối của mỗi nồi: Để đảm bảo việc dùng toàn bộ hơi thứ của nồi trước cho nồi sau, thường người ta phải dùng cách lựa chọn áp suất và lưu lượng hơi thứ ở từng nồi thích hợp. 3.11.1 2 1 ÷≥ W W Ta chọn 1.1 2 1 = W W Khi đó ta có hệ phương trình: 1.1 2 1 = W W 1 2 =7758.621W W+ Giải hệ trên có kết quả : W 1 =4064.04 (kg/h) W 2 = 3694.581(kg/h) - Nồng độ cuối của dung dịch ra khỏi nồi 1: x c1 = 1 . 10000 13 21.90% 10000 4064.04 d d d G x G W × = = − − Nồng độ cuối của dung dịch ra khỏi nồi 2: x c1 = 1 2 . 10000 13 58% 10000 4064.04 3694.58 d d d G x G W W × = = − − − − 2.1.1.2.Cân bằng năng lượng 2.1.1.2.1.Xác định áp suất của mỗi nồi: Gọi P 1 , P 2 ,P nt : là áp suất ở nồi 1, 2, và thiết bị ngưng tụ 1 P∆ :hiệu số áp suất của nồi 1 so với nồi 2 2 P∆ :hiệu số áp suất của nồi 2 so với thiết bị ngưng tụ P∆ :hiệu số áp suất của toàn hệ thống Giả sử rằng sử dụng hơi đốt để dùng bốc hơi và đun nóng là hơi nước bão hòa Ta có: 10 [...]... 946.074 Nồi2 : Q2 = 3966.91∗ 22 24640 = 24 51374.073( J / s) 3600 K2 = 1 1 1 + 6.59 ∗10−4 + 10193.658 23 10.1 = 844.59 Q1 24 1374.073 = = 29 17.093 K1 844.59 Vậy: 27 74.047 = 21 .90 C 5676.49 29 17.093 ∆th 2 = 27 . 92 ∗ = 26 .780 C 5676.49 ∆th1 = 22 .4 92 ∗ Tính sai số: 21 .9 − 22 .4 92 ∗100 = 2. 2% < 5% 22 .4 92 26.78 − 27 . 92 2 = ∗100 = 4.08% < 5% 27 . 92 η1 = 23 Đồ Án QTTB Tính bề mặt truyền nhiệt: F= Qi 26 24454 .29 3 = = 126 .6(m... 7.1 32 ∗ 3185.851 = 22 721 .487 Nên ta có: η1 = 22 665.651 − 22 721 .487 ∗100 = 0 .25 22 721 .487 Vậy tải nhiệt trung bình: Q1 = 22 665.651 + 22 721 .487 = 22 693.569W / m 2 2 Nồi 2: tại ts2=t2=85.680C Ta có: ∆t = q1,n 2 ∗ ∑ r1 = 27 241.6 32 ∗ 0.659 ∗10−3 = 17.950 C ⇒ tT 2 = tT 1 − ∆t = 111.74 − 17.95 = 93.790 C Hệ số cấp nhiệt của nước Cn 2 = 423 5.168 J / kg 0 µ 2 = 0. 329 ∗10−3 λn 2 = 0.681 ρ n 2 = 968.15kg / m3... ϕ n 2 ∗ α n,n 2 = 0.37 ∗ 629 7.568 = 23 30.1W / m 2 0 ⇒ q2,n 2 = ∆t2 ∗ α 2, n 2 = 8.11∗ 23 30.1 = 18897.112W / m 2 Nên ta có: 2 = 193 32. 204 − 18897.1 12 ∗100 = 2. 3 02 < 5% 18897.1 12 Vậy nhiệt tải trung bình Q2 = 193 32. 204 + 18897.1 12 = 19114.658(W / m 2 ) 2 2.1.1.3.4.Tính hệ số phân bố nhiệt hữu ích cho các nồi: Xem bề mạt truyền nhiệt trong các nồi như nhau nên nhiệt độ hữu ích phân bố trong các nồi là... Nồi II: W1.i1 + (Gd –W1)C1.t1 = W2.i2 + (Gd – W)C2.t2 + W1.Cng2. 2 + Qxq2 Trong đó: D: lượng hơi đốt dùng cho hệ thống (kg/h) i, i1, i2: hàm nhiệt của hơi đốt , hơi thứ nồi 1 và nồi 2 (j/kg) td, t1, t2: nhiệt độ sôi ban đầu, ra khỏi nồi 1 và nồi 2 của dung dịch ( 0C) Cd, C1, C2:nhiệt dung riêng ban đầu, ra khỏi nồi 1 và nồi 2 của dung dịch ( j/kg.độ) θ1, 2: nhiệt độ nước ngưng tụ của nồi 1 và nồi 2. .. H 2O Nồi1 : 0 .21 55 3 42 m1 = = 0.0143 0 .21 55 1 − 0 .21 55 + 3 42 18 M1=0,0143.3 42+ (1- 0,0143).18 =22 ,633 λ1 = 3.58*10−3 ∗ 3897. 82 ∗ 1089.805 3 1089.805 = 0.553(W / m.0 ) 24 3 Nồi 2: 0,58 3 42 m2 = = 0.0678 0,58 1 − 0,58 + 3 42 18 M 1 = 0.0678 ∗ 3 42( 1 − 0.0678) ∗18 = 39.967 2 = 3.58 ∗10−8 ∗ 3070.13 ∗ 127 7.03 3 127 7.03 = 0 .20 6(W / m0 ) 3 42 2.1.1.3.3 .Hệ số cấp nhiệt 2. 1.1.3.3.1.Về phía hơi ngưng tụ: r α1 = 2. 04A... xuyên tâm của lục giác b =29 ống 2. 1 .2. 1 .2. Đường kính thiết bị buồng đốt: Dt = t (b − 1) + 4.d n (Theo công thứcV.141.STQTTB,T2/490 Trong đó: t:là bước ống thường chont=(1 .2- 1.5).dn Chọn t=1,5.0,0.8=0,057(m) ⇒ Dt = 0.057 ∗ (29 − 1) + 4 ∗ 0.038 = 1.75( m) Chọn Dt=1.8(m) (theo XIII.6, STQTTB,T2/359) 2. 1 .2. 2 .Buồng bốc: 2. 1 .2. 2.1.Đường kính buồng bốc: Chọn Dt =2( m) 2. 1 .2. 2 .2. Chiều cao buồng bốc hơi: Thể tích... tại nồi 2: Pht = 0. 52 ∗ 98100 = 0.510 12 ∗105 Vậy α n ,n 2 = 0.145 ∗ 8.1 12. 33 ( 0.510 12 ∗105 ) 0.5 = 629 7.568W / m 2. 0 Tra bảng I .24 9, STQTTB, T1/314 21 Đồ Án QTTB Cn 2 = 423 5.168 J / kg 0 µ 2 = 0. 329 ∗10−3 λn 2 = 0.681 ρ n 2 = 968.15kg / m3 0,565  0 .20 6  ϕ = ÷  0.681   127 7.03  2  3106.675  0. 329 ∗10 −3   ÷  ÷ −3   968.15   423 5.168  4.5 12 ∗10    0,435 = 0.37 Nên : α 2, n 2 =... chọn δ =9 (mm) Nồi 2: Ta có dn =27 3 (mm) tT2 =t1hd=113.60C Tra bảng V7, STQTTB, T2/ 42 ta được: q=134.5 12 (W/m) δ = 2. 8 27 31 .2 ∗ 0.03 721 .35 ∗113.61.3 = 8.31(mm) 134.5 121 .5 Theo quy chuẩn chọn δ =9 (mm) 2. 1 .2. 5.1 .2. Ống dẫn hơi thứ: 30 Đồ Án QTTB Nồi 1: Ống dẫn hơi thứ nồi 1 là ống dẫn hơi đốt nồi 2 nên bề dày lớp cách nhiệt của ống dẫn hơi thứ 1 là δ =9 (mm) Nồi 2: Ta có dn= 520 (mm) tT2 =t2ht=81.90C Tra... buồng bốc và buồng đốt cho cả 2 nồi la 16(mm) 2. 1 .2. 6.Chọn mặt bích Mặt bích là boo phận quan trọng để nối các phần của thiết bị cũng như các bọ phận khác của thiết bị Hệ thống cô đặc đang tính co áp suất làm việc không cao lắm nên chon loại mặt bích liền để nối các bộ phận của thiết bị 2. 1 .2. 6.1 .Buồng đốt Áp suất thủy tĩnh trong phần dưới của thiết bị là P = g ρ H (CT XIII.10, STQTTB, T2/360) 1 32. .. STQTTB, T2/ 42 ta được: q=183.348 (W/m) δ = 2. 8 520 1 .2 ∗ 0.03 721 .35 ∗ 81.91.3 = 7.549(mm) 183.3481.5 Theo quy chuẩn chọn δ =8 (mm) 2. 1 .2. 5.1.3 Ống dẫn dung dịch Từ thiết bị gia nhiệt vào nồi 1: Ta có: Ta có dn=57 (mm) tT2 =1000C Tra bảng V7, STQTTB, T2/ 42 ta được: q= 52. 4(W/m) 520 1 .2 ∗ 0.03 721 .35 ∗1001.3 δ = 2. 8 = 4.4(mm) 52. 41.5 Theo quy chuẩn chọn δ =5 (mm) Từ nồi 1 sang nồi 2: Ta có dn=57 (mm) tT2 =t1dd=115.408C . lý mới của thiết bị cô đặc. IV. Phân loại và đặc điểm cấu tạo thiết bị cô đặc 1. Phân loại và ứng dụng a. Theo cấu tạo Nhóm 1: dung dịch đối lưu tự nhiên (tuần hoàn tự nhiên) dùng cô đặc dung. T 1 + ∆t 1 = 137.9 – 22 .4 92 = 115.408 0 C Nồi II: ∆t 2 = T 2 – t S2 suy ra t S2 = T 2 - ∆t 2 = 113.6 – 27 . 92 = 85.68 0 C 2. 1.1 .2. 4. Cân bằng nhiệt lượng 2. 1.1 .2. 4.1. Tính nhiệt dung. ( 0 C ) Nồi I 21 .90% 0.5 114.6 22 21.85 0.548 Nồi II 58% 2. 8 81.9 23 04.8 2. 478 Từ đây ta có tổng tổn thất nhiệt do nồng độ tăng cao : Σ∆’ = ∆’ 1 +∆’ 2 = 0.548 +2. 478 = 3. 026 0 C 2. 1.1 .2. 3 .2. Tổn