Thiết kế hệ thống cô đặc dung dịch mía đường xuôi chiều liên tục, buồng đốt trong ống tuần hoàn ngoài

Thiết kế hệ thống cô đặc dung dịch mía đường xuôi chiều liên tục, buồng đốt trong ống tuần hoàn ngoài

ĐẶT VẤN ĐỀ

Ngày nay, cùng với sự phát triển của khoa học kỹ thuật, ngành côngnghiệp hóa chất và thực phẩm đang trở thành ngành chủ lực của nước ta

Trong đó ngành công nghiệp đường mía có vai trò quan trọng đối với nền

kinh tế cũng như đáp ứng nhu cầu ngày càng cao của người tiêu dùng Bêncạnh cung cấp nguồn dinh dưỡng cho con người, đường còn có vai trò quantrọng trong nhiều ngành khác như bánh kẹo, dược, hóa học… Với những

đóng góp quan trọng đó, công nghiệp mía đường ngày càng phát triển cùng

với việc mở rộng năng suất, cải tiến công nghệ và đổi mới thiết bị

Thiết bị sản xuất đóng vai trò quan trọng trong việc nâng cao chất

lượng sản phẩm và năng suất, vì vậy việc sử dụng thiết bị phải phù hợp với

tình hình thực tế để quá trình sản xuất đạt hiệu quả tốt nhất Thiết bị cô đặc làmột trong những thiết bị chính ảnh hưởng quan trọng đến quá trình sản xuất

đường, việc tính toán các thông số, kết cấu cũng như chọn loại thiết bị cô đặc

cần phải chính xác, hợp lý, phù hợp với yêu cầu của sản xuất

Đối với là sinh viên ngành công nghệ thực phẩm, đồ án quá trình thiết

bị là một đồ án có vai trò hết sức quan trọng, giúp chúng ta hiểu đựơc cáchthức thiết kế một thiết bị theo yêu cầu, cũng như cung cấp một cái nhìn thực

tế về dây chuyền sản xuất Bao gồm việc tính toán lựa chọn các thông số làmviệc cũng như các thông số của thiết bị, biết được cách vận hành cũng như

đưa ra chế độ làm việc, đảm bảo cho thiết bị làm việc ổn định và đáp ứng yêu

cầu đặt ra, nghiên cứu và đề ra biện pháp khắc phục các sự cố trong quá trìnhvận hành, hoạt động thiết bị Đồ án quá trình thiết bị cô đặc còn giúp chúng tahiểu được cách tra sổ tay, bao gồm tra cứu các số liệu liên quan đến quá trình

cô đặc mía đường như nhiệt độ sôi, áp suất hơi, độ nhớt, khối lượng riêng vv

và các công thức tính toán Ngoài ra, qua việc thiết kế thiết bị, chúng ta sẽ biếtcách thiết lập một bản vẽ kỹ thuật, biết cách đọc, phân tích và hiểu một bản

vẽ Tóm lại, đồ án quá trình thiết bị có vai trò rất thiết thực đối với quá trìnhhọc tập cũng như công việc sau này

Với những yêu cầu trên, tôi thực hiện đề tài “Thi ết kế hệ thống cô đặc dung d ịch mía đường xuôi chiều liên tục, buồng đốt trong ống tuần hoàn ngoài” Trong quá trình thực hiện đồ án, do chưa có kinh nghiệm và kiến thức

còn hạn hẹp nên không tránh khỏi được những sai sót, rất mong sự đóng góp

ý kiến của thầy cô Tôi xin cảm ơn cô Nguyễn Thỵ Đan Huyền và các thầy côthuộc khoa CK-CN đã tận tình hướng dẫn, giúp đỡ tôi trong quá trình làm đồán

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ PHƯƠNG PHÁP VÀ CÔNG

dung môi (cấu tử dễ bay hơi hơn) bằng phương pháp nhiệt hay bằng phươngpháp làm lạnh kết tinh Ở đề tài này ta sử dụng phương pháp cô đặc bằngnhiệt

1.2 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 ápsuất tác dụng lên mặt thoáng chất lỏng Bản chất của cô đặc do nhiệt: 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 thunhiệt để khắc phục lực liên kết ở trạng thái lỏng và trở lực bên ngoài Do đó,

ta cần cung cấp nhiệt để các phân tử đủ năng lượng thực hiện quá trình này

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 đôikhi phải dùng đến máy lạnh

1.3 Phân loại và ứng dụng của cô đặc:

1.3.1 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 tự nhiên của dungdịch dễ dàng qua bề mặt truyền nhiệt Gồm:

Có buồng đốt trong (đồng trục buồng bốc), có thể có ống tuần hoàntrong

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 sốtruyền nhiệt, dùng cho dung dịch đặc sệt, độ nhớt cao, giảm bám cặn, kết tinhtrên 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 thựcphẩm như dung dịch nước trái cây,hoa quả ép…Gồm:

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

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

1.3.2 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 đạtnăng 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 100oC, ápsuất chân không Dung dịch tuần hoàn tốt, ít tạo cặn, sự bay hơi nước liên tục.

Cô đặc chân không dùng cho các dung dịch có nhiệt độ sôi cao, dễ bị phân

hủy vì nhiệt

Cô đặc ở áp suất dư: dùng cho dung dịch không bị phân hủy ở nhiệt độcao như các dung dịch muối vô cơ, để sử dụng hơi thứ cho cô đặc và cho các

quá trình đun nóng khác

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 chân không, cô

áp lực hay phối hợp cả hai phương pháp Đặc biệt có thể sử dụng hơi thứ chomục 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 dụngđiều khiển tự động, nhưng chưa có cảm biến tin cậy

1.4 Những yêu cầu đối với thiết bị cô đặc:

- Khoảng không gian nước mía cần nhỏ nhất, không có khoảng khôngchết

- Nước mía lưu lại trong nồi với thời gian nhỏ nhất

- Đảm bảo thoát nước ngưng dễ dàng Việc thoát nứoc ngưng tụ có liênquan chặt chẽ đến tốc độ bốc hơi Nếu có một nồi nào đó thoát nước ngưngkhông tốt, nước ngưng đọng lại nhiều trong phòng đốt, làm giảm lượng hơi

đốt vào phòng và ảnh hưởng đến tốc độ bốc hơi

- Thiết bị đơn giản, diện tích đốt dễ làm sạch.

- Thao tác khống chế đơn giản, tự động hóa dễ dàng

2 Nguyên liệu và sản phẩm:

2.1 Đặc điểm nguyên liệu:

Nguyên liệu cho công đoạn cô đặc đường saccharoza là nước mía đã

được làm sạch, loại bỏ các tạp chất, tẩy màu, tẩy mùi Sau công đoạn làm

sạch nước mía có pH khoảng 6,5- 6,8

Thành phần chính của nước mía là đường saccharoza, một phần nhỏ là

các đường đơn (glucoza, fructoza ),celluloes,tinh bột và một số các chất vô

cơ, hữu cơ khác (axit amin, HNO3, NH3, protein, chất màu, chất sáp…)

Do có hàm lượng đường cao, nước mía là môi trường thuận lợi cho vi

sinh vật phát triển nên trong quy trình sản xuất đường, nước mía phải đượcchứa đựng trong, vận chuyển, xử lý trong các thiết bị kín, liên tục

Đường saccharoza không bền về nhiệt, ở nhiệt độ cao và pH axít, nó dễ

bị biến đổi thành các đường đơn, các hợp chất có màu làm giảm hiệu suất thuhồi đường và giảm giá thành sản phẩm Vì vậy trong quá trình sản xuất, người

ta luôn tìm cách giảm nhiệt độ vẫn bảo và giảm thời gian dung dịch tiếp xúcvới nhiệt độ cao

2.2 Đặc điểm sản phẩm:

Sản phẩm ở dạng dung dịch, gồm:

- Dung môi: nước

- Các chất hoà tan : có nồng độ cao

2.3 Biến đổi nguyên liệu và sản phẩm:

Trong quá trình cô đặc, tính chất cơ bản của nguyên liệu và sản phẩmbiến đổi không ngừng

2.3.2 Biển đổi tính chất hóa 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 acid

Đóng cặn: do trong dung dịch chứa một số muối Ca2+ ít hòa tan ở nồng

độ cao, phân hủy muối hữu cơ tạo kết tủa

Phân hủy một số vitamin

2.3.3 Biển 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

2.3.4 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 hóa học chủ yếu không thay đổi

3 Lựa chọn thiết bị cô đặc:

Theo tính chất của nguyên liệu, cũng như ưu nhược điểm của các dạngthiết bị nói trên ta chọn loại thiết bị cô đặc buồng đốt trong ống tuần hoànngoài, sử dụng hai nồi xuôi chiều liên tục

Ưu điểm của hệ thống:

- Thiết bị có ống tuần hoàn ngoài nên nhiệt chỉ cấp cho dung dịch chứkhông cấp cho ống tuần, vì vậy đối lưu mạnh hơn so với trường hợp có ốngtuần hoàn trung tâm Ưu điểm của ống tuần hoàn ngoài là tốc độ tuần hoàncủa dung dịch lớn, đạt 2-3 m/s nên dung dịch không bị đóng cặn và hệ sốtruyền nhiệt không giảm

- Dùng hệ thống 2 nồi xuôi chiều liên tục có thể sử dụng hợp lý lượng

hơi bằng cách dùng hơi thứ của nồi trước làm hơi đốt của nồi sau 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 Vì trong hệ xuôi chiều, nhiệt độ và áp suất

của dung dịch giảm dần từ nồi trước ra nối sau, do đó nhiệt độ của dung dịch

ở nồi cuối cùng sẽ thấp tức là sản phẩm được hình thành ở nồi có nhiệt độ

thấp nhất Đồng thời do chênh lệch áp suất nồi trước và nồi sau nên nguyênliệu tự chảy từ nồi trước ra nồi sau, do đó giảm bớt chi phí cho thiết bị bơm

Nhược điểm:

- Hệ cô đặc 2 nồi xuôi chiều loại ống dài không có lợi khi phải cô đặcdung dịch có độ nhớt cao và nồng độ cuối lớn, vì dung dịch khi lấy ra ở nhiệt

độ thấp có độ nhớt lớn nên khó lấy ra

- Không thích hợp khi cô đặc dung dịch đến nồng độ cuối cao và dungdịch dễ kết tinh vì dung dịch sẽ dính trên đường ống gây tắc ống

- Hệ cô đặc nhiều nồi đòi hỏi chi phí cho thiết bị nhiều hơn, cũng nhưdiện tích nhà xưởng lớn hơn Buồng đốt trong nên quá trình tách bọt khônghiệu quả bằng buồng đốt ngoài, đồng thời chiều cao lớn hơn nên khó khăntrong vận hành sửa chữa cũng như thiết kế chiều cao nhà xưởng

- Cô đặc chân không nên điều kiện an toàn khó khăn, tốn năng lượng vàchi phí vận hành thiết bị

4 Quy trình công nghệ:

4.1 Quy trình hoạt động của hệ thống (bảng vẽ [1]) :

Nguyên liệu đầu tiên là nước mía đã qua làm sạch có nồng độ 10%

được bơm từ bồn chứa lên thùng cao vị sau đó vào thiết bị gia nhiệt với năng

suất 10000kg/h để gia nhiệt lên đến nhiệt độ sôi Thiết bị gia nhiệt sử dụng

hơi đốt lấy từ lò hơi với áp suất tuyệt đối là 4 at Trong thiết bị gia nhiệt có sựtrao đổi nhiệt giữa dòng lỏng và dòng hơi qua vách truyền nhiệt Dòng lỏng sẽđược gia nhiệt để đạt đến nhiệt độ sôi trước khi vào thiết bị cô đặc Việc gia

nhiệt lên nhiệt độ sôi có ý nghĩa lớn cho quá trình diễn ra lúc sau ở thiết bị cô

đặc vì ta sẽ không phải mất thêm năng lượng cho việc gia nhiệt đến nhiệt độ

sôi, ngoài ra còn đảm bảo quá trình truyền nhiệt để bốc hơi ở buồng đốt là thật

sự hiệu quả Còn dòng hơi sẽ được ngưng tụ thành lỏng sôi và đựơc thoát rangoài Ơ thiết bị gia nhiệt có ống thoát khí không ngưng để đảm bảo an toàn

về áp suất trong thiết bị và quá trình truyền nhiệt có hiệu quả

Từ thiết bị gia nhiệt, dung dịch được đưa sang hệ thống cô đặc Đầu tiêndòng lỏng vào buồng đốt 1 (thiết bị cô đặc 1) Dòng hơi được sử dụng cũng từ

lò hơi với áp suất tuyệt đối là 4 at, dùng năng lượng lấy từ sự ngưng tụ hơi

nước để cấp nhiệt cho dòng lỏng Ở đây xảy ra quá trình trao đổi nhiệt qua bề

mặt ống truyền nhiệt, dung dịch trong ống nhận nhiệt của hơi sẽ sôi và đi lênphía trên buồng bốc tạo thành hỗn hợp hơi-lỏng Ở buồng bốc 1, dung dịchthực hiện quá trình bốc hơi (sau khi đã nhận đủ nhiệt để chuyển trạng thái)

Hơi nước bốc lên với áp suất là P’1 at và dung dịch còn lại sẽ tăng nồng độ

lên là 15.639% Trong quá trình bốc hơi sẽ có hiện tượng dòng hơi lôi cuốncác giọt lỏng đi theo nó và điều này sẽ làm ảnh hưởng đến thiết bị phía sau do

có sự tạo cặn lên các ống truyền nhiệt làm giảm hiệu quả truyền nhiệt Đểkhắc phục điều này trong các buồng bốc có bộ phận phân ly giọt lỏng Tuỳvào loại thiết bị mà có thể dựa vào lực trọng trường, sự dính ướt hay sự lytâm Ở đây ta sử dụng thiết bị phân ly theo kiểu dính ướt dạng nón Khi dòng

hơi bốc lên sẽ gặp bề mặt nón, các giọt lỏng sẽ bị giữ lại trên nón và chảy

xuống lại buồng đốt theo ống mao quản, hơi thứ tràn qua phần nón đi ra ngoàitheo ống dẫn hơi để sang cung cấp cho buồng đốt 2 Hơi sau khi cung cấp

nhiệt ngưng tụ thành lỏng và được tháo ra ngoài, đồng thời khí không ngưngcủa được thải ra ngoài để đảm bảo cho quá trình Còn dung dịch được bơmsang buồng đốt 2 để tiếp tục thực hiện quá trình cô đặc.

Ở hệ thống nồi cô đạc 2 hiện tượng xảy ra tương tự như ở nồi 1 tuy

nhiên cũng có một số khác biệt về hơi đốt và đầu ra của các dòng như sau:

Do có sự thay đổi đáng kể áp suất ở mặt thoáng dung dịch nên nhiệt độsôi của dung dịch đã giảm xuống ứng với nhiệt độ hiện có của dung dịch Vìdung dịch vào nồi 2 ở trạng thái quá nhiệt nên xảy ra qua trình tự bay hơi mộtphần dung môi để nhiệt độ giảm xuống xuống nhiệt độ sôi của nồi 2, sau đónhận nhiệt lượng của hơi đốt để tiếp tục bay hơi Dung dịch trong ống truyềnnhiệt sôi lên và tạo thành hỗn hợp hơi lỏng đi lên buồng bốc, hơi sau khi cungcấp nhiệt ngưng tụ thành nước ngưng cùng với khí không ngưng được thoát rangoài

Tại buồng bốc 2, quá trình bay hơi được thực hiện Hơi thứ lúc này có

áp suất tuyệt đối khá nhỏ 0.258 at được đi theo ống dẫn hơi đến thiết bị ngưng

tụ baromet Trong khi đó dung dịch mía đường sau quá trình bốc hơi đạt đếnnồng độ 37 % được đưa vào bồn chứa chuẩn bị cho các công đoạn sau đó

4.2 Nguyên lý hoạt động thiết bị ngưng tụ Baromet

Thiết bị ngưng tụ baromet được chọn ở đây là thiết bị ngưng tụ trực tiếploại khô Lúc này dòng hơi thứ được đi từ dưới lên, tiếp xúc trực tiếp dònglỏng được cấp vào từ trên xuống có nhiệt độ thấp sẽ ngưng tụ thành lỏng theodòng nước đi xuống bồn chứa Trong quá trình này có một lượng lớn hơi

được ngưng tụ nên áp suất giảm tạo áp suất chân không Chính nhờ điều này

mà áp suất trong thiết bị được duy trì ổn định Sau khi qua thiết bị ngưng tụ,dòng khí không ngưng còn lại sẽ được chuyển qua thiết bị tách lỏng Tấm

ngăn sẽ làm vật cản để dính ướt các giọt lỏng có thể còn sót lại trong dòng khí

này rồi sau đó mới cho nó qua thiết bị bơm chân không để tránh hiện tượngxâm thực có thể xảy ra làm hư bơm Do áp suất bên trong thiết bị thấp hơn ápsuất bên ngoài nên khí không ngưng không tự thoát ra ngoài vì vậy phải sửdụng bơm hút chân không giúp hút khí không ngưng để áp suất không bị thay

đổi trong cả hệ thống

CHƯƠNG 2 TÍNH TOÁN CÔNG NGHỆ CỦA QUÁ TRÌNH CÔ

ĐẶC

Thông số ban đầu

- Dung dịch nước mía

- Nồng độ đầu của dung dịch: xđ= 10%,

- Nồng độ cuối của dung dịch: xc= 37%

- Năng suất tính theo dung dịch đầu:Gd: = 10,000 (kg/h)

- Áp suất hơi đốt nồi 1: P1= 4 at

- Áp suất ở thiết bị ngưng tụ baromet : Pnt= 0.25 at

1 Tính cân bằng vật liệu:

1.1 Tính lượng hơi thứ bốc ra khỏi hệ thống (W):

Phương trình cân bằng vật liệu cho toàn bộ hệ thống

Gd= Gc+ W

Trong đó:

Gd, Gc: lưu lượng đi vào , đi ra khỏi hệ thống (kg/h)

W:lượng hơi thứ đi ra khỏi hệ thống (kg/h)

Viết cho cấu tử phân bố

Gdxd=Gcxc+Wxw

Xem lượng cấu tử hòa tan không mất mát theo hơi thứ, ta có:

Gdxd=GcxcVậy lượng hơi bốc ra của toàn bộ hệ thống được xác định :

(1 d)

d c

37

d d

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

1 2

W

W Khi đó ta có hệ phương trình:

1

W

W 

2 Tính cân bằng năng lượng:

2.1 Xác định áp suất của mỗi nồi:

Gọi P1, P2,Pnt: là áp suất ở nồi 1, 2, và thiết bị ngưng tụ

 :hiệu số áp suất của toàn hệ thống

Giả sử rằng sử dụng hơi đốt để dùng bốc hơi và đun nóng là hơi nướcbão hòa

P P

 

Suy ra : P1= 2.679 (at)

P1= P1– P2  P2= P1–P1= 4 – 2.679 = 1.321 (at)

2.2 Xác định nhiệt độ trong các nồi:

Gọi

thd1, thd2 , tnt: nhiệt độ hơi đốt đi vào nồi 1, 2, thiết bị ngưng tụ

tht1,tht2 :nhiệt độ hơi thứ ra khỏi nồi 1, 2

Giả sử tổn thất nhiệt độ do trở lực trên đường ống gây ra khi chuyển từnồi 1 sang nồi 2 là 10C và từ nồi 2 sang thiết bị ngưng tụ là 10C

Tra bảng I.250, [1] / 312 và I.251, [2] / 314

B ảng 1: thông số pha hơi

Ở cùng một áp suất, nhiệt độ sôi của dung dịch lớn hơn nhiệt độ sôi của

dung môi nguyên chất Hiệu số của nhiệt độ sôi của dung dịch và dung môinguyên chất gọi là tổn thất nhiệt độ do nồng độ gây ra

sdd sdmnc ' t t

  Tra từ bảng IV-1, [3]/ 198, ta có bảng sau:

Bảng 2: Tổn thất nhiệt độ do nồng dộ gây ra ở các nồi

Gọi chênh lệch áp suất từ bề mặt dung dịch đến giữa ống là P (N/m2

dd : Khối lượng riêng của dung dịch (kg/m3)

Hop: Chiều cao thích hợp tính theo kính quan sát mực chất lỏng (m)

Tra bảng I.5, [1]/ 11 và bảng I.86, [1]/ 58 ta được bảng sau:

Bảng 3: khối lượng riêng của dung dịch và dung môi

xc,% t’,0C dd, kg/m3 s , kg/m3 dm, kg/m3

Xem dd trong mỗi nồi thay đổi không đáng kể trong khoảng nhiệt độ

2.3.5 Hiệu số hữu ích và nhiệt độ sôi của từng nồi:

Nhiệt độ sôi của từng nồi:

2 Cân bằng nhiệt lượng:

2.1 Tính nhiệt dung riêng của dung dịch ở các nồi:

=3923.561 (J/kg.độ)

Nhiệt dung riêng của dung dịch đường sau khi ra khỏi nồi 2:

Cc2=4190-(2514-7.542tc2)xc2= 4190-0.37(2514-7.542x69.72)

=3454.376 (J/kg.độ)

2.2 Lập phương trình cân bằng nhiệt lượng:

Sơ đồ cân bằng năng lượng cho hệ thống cô đặc:

Ta có phương trình cân bằng năng lượng tổng quát cho hệ thống cô đặc

Nhiệt cô đặc là rất nhỏ, có thể bỏ qua, Q cd=0.

Không có hiện tượng quá lạnh nước ngưng, tức là nước ngưng ở trạngthái lỏng sôi, nhiệt độ nước ngưng bằng nhiệt độ hơi đốt: i - Cng. = r

Nhiệt lượng do hơi đốt cung cấp là : QD = D(i - Cng.) = D r

Lượng nhiệt tổn thất ra môi trường xung quanh: Qtt=0.05D.r

Phương trình cân bằng năng lượng của hệ thống được viết lại:

G x x

G



Nồi 2: 1 100%

W

c d

G x x

60 80

0 2

49 65.6

C C

65.6 89.634( ) 1.205

Tại nhiệt độ:

0 1 0 2

75 85

0 2

9.21 15.68

C C

Nồi 2 có ts= 69.720C 69.72 85 0

15.68 5.79( ) 1.546

Cp: nhiệt dung riêng đẳng áp của chất lỏng (J/kg độ)

: khối lượng riêng (kg/m3)

M : khối lượng mol của chất lỏng

Đối với dung dịch đường ta chọn A=3,58.10-8

tv1: nhiệt dộ của vách ngoài của ống truyền nhiệt

thd: nhiệt độ của hơi đốt

1,1

2141 10 2.04 194.12 8021.08

3.3.2.Về phía dung dịch sôi:

Theo công thức VI.27,[2]/ 71 hệ số cấp nhiệt phía dung dịch:

 : hiệu số nhiệt độ giữa vách trong của ống và dung dịch sôi

Giả sử quá trình truyền nhiệt là ổn định và bỏ qua mất mát nhiệt, ta có:

1 v 2

q q q

q1: nhiệt tải riêng phía hơi đốt

qv: nhiệt tải truyền qua vách ống truyền nhiệt

q2: nhiệt tải riêng phía dung dịch

 : nhiệt trở của tường

 :bề dày ống truyền nhiệt (2mm)

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

3

r :nhiệt trở của lớp cặn bẩn

Nhiệt tải riêng:

2,1 2,1 2,1

q    4713.7527.3=34410.39 (W/m2)

Kiểm tra điều kiện:

Nhiệt tải riêng:

2,2 2,2 2,2

q    2600.65210.12 = 26318.595 (W/m2)

Kiểm tra điều kiện:

1,2 2,2 2

3.4 Tính hế số phân bố nhiệt độ hữu ích cho các nồi:

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

2

1( )

Q K

3 1

0.95 4954.209 2141 10

2799059.533(W) 3600

0.95 3582.439 2242.642 10

2120100.333(W) 3600

Nhiệt độ hữu ích ở nồi 2:

2

2120100.333 714.807 71.134 36.6792799059.533 2120100.333

Kiểm tra sai số:

Để đảm bảo an toàn tránh những sự cố có thể xảy ra như về hơi đốt,

chân không Thông thường theo kinh nghiệm lấy bề mặt truyền nhiệt lên 20%

so với bề mặt tính toán

Fthực=1.2F=97.08(m2)

CHƯƠNG 3 TÍNH TOÁN THIẾT BỊ CHÍNH

1 Buồng đốt:

1.1 Số ống truyền nhiệt:

Chọn loại ống truyền nhiệt có đường kính 38 x 2 mm (theo bảng VI.6,STQTTBT2/ Trang 80)

Đường kính trong của ống truyền nhiệt: dt=34 (mm)

Chọn chiều cao của ống truyền nhiệt: h=3(m)

Số ống truyền nhiệt:

97.08

303.1 0, 034.3.3,14

t

F n

Tống số ống không kể các ống trong các hình viên phân là 311 ống

Số ống trong các hình viên phân là 36 ống

1.3 Chiều dày buồng đốt:

Chọn vật liệu làm thân buồng đốt là thép CT3

Bề dày buồng đốt được xác định theo công thức :

2

.

m C P

P D

Dt: đường kính trong của buồng đốt (m), Dt=1,4 (m)

(Theo bảng XIII.8, [2]/ 362)

C : hệ số bổ sung do ăn mòn (m)

C=C1+C2+C3

C1: bổ sung do ăn mòn (chọn 1mm)

C2: bổ sung do hao mòn, (bỏ qua)

C3: bổ sung do dung sai, (phụ thuộc vào tấm vật liệu)

P: áp suất trong thiết bị (at) P=Phd

 (m)Kiểm tra ứng suất theo áp suất thử:

2 , 1 )

.(

2

)

t

C S

P C S

Vậy ta chọn chiều dày buồng đốt cho cả hai nồi nồi là 4mm

1.4 Chiều dày đáy buồng đốt:

d : đường kính của lỗ ở tâm đáy, chọn d =0.05(m)

Áp suất thủy tỉnh của cột chất lỏng tác dụng lên đáy :

P1=ρs.g.h=532.0259.8(3+0.5)=18248.46(N/m2

P=Pht1+P1=152116.46(N/m2)

Xác định chiều dày đáy S theo công thức (XIII.52):

3 6

P



    >50 nên có thể bỏ qua đại lượng P ở

mẫu số trong công thức (XIII.53)

Xác định bề dày S theo công thức (XIII.53):

Đáy buồng đốt nồi 2 làm việc chịu tác dụng áp suất ngoài nên chiều dày

của đáy được tính:

  12

t n d

n n

Các thông số tính toán còn lại cũng tương tự như đáy nón buồng đốt nồi1.

(2 0.258) 9.8 10    =170716 (N/m2)

Xác định chiều dày đáy S theo công thức (XIII.56):

3 6

P



    >50 nên có thể bỏ qua đại lượng P ở

mẫu số trong công thức (XIII.57)

Xác định bề dày S theo công thức (XIII.57):

Vậy chọn chiều dày đáy buồng đốt nồi 2 là S = 3 (mm)

Để đảm bảo an toàn và đồng nhất giữa chiều dày đáy buồng đốt và

buồng đốt, ta chọn chiều dày đáy buồng đốt cho cả hai nồi là 4mm

Dt=2.2 m

2.2 Chiều cao buồng bốc:

Thể tích không gian hơi được xác đinh:

3 ( )

V : là thể tích không gian hơi (m3)

W : lượng hơi thứ bốc lên trong thiết bị (m3)

V H

4 3.04

0.8( ) 3.14 2.2

4 9.52

2.5( ) 3.14 2.2