đồ án chuyên ngành cô đặc hệ 3 nồi chân không liên tục sữa có đường - luận văn, đồ án, đề tài tốt nghiệp

Trang 1

DBO AN CHUYEN NGANH CO DAC HE 3 NOI CHAN KHONG LIEN TUC SUA CO

DUONG

Trang 2

Đồ án chuyên ngành

900/9) 17 1 ,ÔỎ 4

TL NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN -22222EEE2.11 111111 1 ee 4

II LỰA CHỌN THIẾT BỊ 222t:222222222552222212.41111121722 111 e 4 1 — Khái niệm c-++++EEE+EtEEEEEeEEEEEEtEEEEErrEEEELrrErkkrrrrrkrrrrrrrrree 4

2 Sơ lược về nguyên liỆU: 2© +©+£Ex++EEEExeEEEEEEEEEEerxerkerkrrkrrkerrerre 4 3 Thành phần hoá học của 1 lít sữa bị - +-©5++2++£+++£x+Exterxeerxrrrrrrvee 5

4 Phân loại thiết bị cô đặc +-2++++22++etEEEEEetEEEExrErEErrtrrrkrrrrrrrrrrrrrrree 6

° “0a an na ƠỊƠỎ 6

TIL 90 40:ì))0):060) c0 c 0a 7

1 Sữa tươi nguyÊn lIỆU 6 xxx vn Ti TH TH cọ ng 8

cố can ` .ẻ.ẽ 8 3 Thanh trong 8 ơ" .<đ< 3:2ọ|, ,ễ 8 5 LAM la nbaccccscsssssssccsssescsssseccsssesessssccessssccsssseccssssccssssecessssccesssccesssecsssuesesssesessseesessse 10 xa ẽ 6 d ,.H,)HAH ,., 11 000/9) 12

TL SƠLƯỢC VỀ THIẾT BỊ CÔ ĐẶC 222222EEE2222111117212 11111EEE , 12

II CÂN BẰNG VẬT CHẤT VÀ NĂNG LƯỢNG -:++rccccccvrrrrrrrree 12

1 — Cân bằng vật chất . -6-5+©c++ttEteEtSkeEkerrkrrkerkererrrrrrrrree 13

2 _ Xác định áp suất và nhiệt độ mỗi nôi ¿- 2-©2+2++ertvrrerrrerrrrrrrrrrke 14

3 Xác định tổn thất nhiệt độ hệ thống 2- ¿2 ©+2£+x££xe+rxeerxerrxerreere 15 3.1 Tổn thất do nồng độ (A `) 2£©<+©+++E+E+E+EtEEEvEEESEEEEEEEerkevrkeerkeerkerrrcee 15 3.2 Tổn thất nhiệt độ do áp suất thuỷ tĩnh (A' ¿ «+ se+se+cxe+rxe+cscee 16

3.3 Tổn thất nhiệt độ do trở lực thuỷ học trên đường ống (A °””) 16

3.4 Tổn thất chung cho toàn hệ thống ¿2-2 ©++£x++x++txzerxerseee 16

3.5 Xác định hiệu số nhiệt độ hữu ích từng nơi -2-c+22vsceeccscee 16

4 Tính nhiệt lượng riêng, nhiệt dung r1Êng - - < + + + #*+*££+sz£exzee 16 4.1 Nhiệt lượng riÊng Ăn nh TT TH Hưng 16 4.2 Nhiệt dung riÊng: - «+ nh HT TT ng Hưng nưy 16

5 Lập phương trình cân bằng nhiệt lượng và tính lượng hơi đốt cần thiết 17

II CAC THONG SỐ KỸ THUẬT CHÍNH . 2222EEE++222222EEEEEttrrree 20

Trang 3

2 Hệ số dẫn nhiệt của dung dịch ¿-©2+©++©+2E+2E+erxterxerrerrrrrrrrrrrrer 22 3 Hệ số cấp nhiỆt -+-©2+ 22t 2 22 22 112112112111711711111111211 11.1 crree 22 3.1 Giai đoạn cấp nhiệt từ hơi đốt đến thành thiết bị -©55+¿ 22 3.2 Giai đoạn cấp nhiệt từ thành đến dung dịch ++©+©cs+czsscreee 23 3.3 Hệ số phân bố nhiệt hữu ích cho các nổi . -¿ ¿©+©++c++cz+ezrssrrsee 25

IV KÍCH THƯỚC THIẾT BỊ sscstrretrreerrerrrrrrrrrrrre 26

": ÔỎ 26

1.1 Ống i05 0n 1 26

1.2 Đường kính buồng đố . +-©++++c++2Exxrrrrtrrrrtrrrrtrrrrrrrrrrrrrrrrrrrree 26 2 _ Kích thước buồng bốc -:7-c++2c+t+crtrtrrtrrrrtrrrrtrrrrrrrrrrrrrrrrrrrrk 26 3 Đường kính các ống dẫn . -+-5c+cscrtrrrrrrrrrrtrrrrrrrrrrrrrrrrrrrrrrrrrer 27 3.1 Đường kính ống dẫn hơi đốt và hơi thứ . -+-+5c++++vxxrzrrxssrrrrrrrx 27 3.2 Đường kính ống dẫn dung dịch +-©+++2c++++rrxrrrrersrrrrrrrrrrrrrrrrrk 28

V TINH CO KUE a .Ô ÔÔÔỎ 29

1 _ Lựa chọn vật liệu và phương pháp gia cƠng -+-+-«-s+cs+s+cseseereers 29

2 Xác định điều kiện làm viỆc - 2 2 5© +xe+ExeExerxerxevrxerxerxerxerreerxee 29 3 Tính bể dày thân chịu áp suất ngoài . -cc+++c+eerxerrrrerrrrrrrrrrerrrrrrrr 30 4 Tính bể dày đáy, nắp buồng đốt và buồng bốc ¿-c+c++cce++rx+ 33 4.1 Nắp, đáy elip làm việc áp suất ngoài c++cccccrrerrrrrrrrrtrrrrrrrrrree 33 4.2 Đáy nón làm việc áp suất ngOài: -s-c++cxteExterxverrkerrrerrkerrkerrkerrkee 34

5 Cac BO phan Phu 36 S.1 Bich va DULONg? 36

5.2 Vi Ong va dia phan pPhOi nn ssecsesscssseecsseesseeecseeecsnscessscessseecseeesneeesneeesneeesnseeses 37

5.3 Tai 0 ecsceecccesessesesessesesessescsessesescsssscsessseesesessesessseesesesesecsesnsessesessescesseseeecseneees 38

5.4 Tinh bé day 16p cAch mhiét ecceecssscssesesssescseteesnsesescessseesseeeesneeesececnneensnseeses 41

CHƯƠNG 3: TÍNH TOAN THIET BI PHU csssssssssssssnsesssssssesestsnsesnstinseinstinsesnstee 42 I THIẾT BỊNGƯNG TỤ BAROMET .-.s set 42

I THIET BI GIA NHIET TH HH HH TH TH HH TT HT TT TH TT T0 47

I8 7e: 48

là Giá 0 co 90‹ ca 50

1 Chọn bơm chân không ¿5+ + ++x#ESEEEkrxeterrkrrrrkrrrrrerrrre 50

Trang 4

4 Xác định thời gian hút khí và áp suất tới hạn của hệ thống - 52

CHƯƠNG 4:ĐIÈU KHIÊN QUÁ TRÌNH -2 ++©VE++et2EE++ettEExeerrvrrrrrrrreree 54

I CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG LÊN QUÁ TRÌNH CƠ ĐẶC - 54

IL ĐẠI LƯỢNG CẦN ĐIỀU CHỈNH 2+222222EEEE22EEEE221 2eEEEre 56 IIL TAC DONG ĐIỀU CHỈNH . 222222EEEEE22222222 21111111111EE.E rrree 57 IV CAC THONG SO CAN KIEM TRA waessssssssssssssssssssssscsssssssssssssesessssessssesensssesee 57 V HB THONG DIEU KHIEN cescccssssssssscssssssssssesesssssssssssseesessesssssssssssssssssesesesseseseteeee 57

0›009)/6-1019)1641007 7 7 ố ẻ.:3ä Ô 59

Trang 5

CHUONG 1:

TONG QUAN

I NHIEM VỤ ĐỒ ÁN

Thiết kế hệ thống cô đặc dung dịch sữa đặc có đường bằng thiết bị ống dài, ba nôi,

xuôi chiễểu, liên tục

e _ Năng suất nhập liệu: 2000 kg/h e _ Nồng độ đầu: 10% khối lượng e _ Nồng độ cuối: 74% khối lượng e _ Áp suất ngung tu: 0,1 at e _ Apsuất hơi đốt: 3 at

I LỰA CHỌN THIẾT BỊ

1 Khái niệm

Cô đặc là phương pháp thường được dùng để tăng nông độ một cấu tử nào đó trong dung dịch 2 hay nhiều cấu tử Tuỳ theo tính chất của cấu tử khó bay hơi hay dễ bay hơi ta có thể tách một phần dung môi (cấu tử dễ bay hơi hơn) bằng phương pháp nhiệt độ (đun

nóng) hay bằng phương pháp làm lạnh kết tinh

Trong đổ án này ta dùng phương pháp nhiệt Trong phương pháp nhiệt, dưới tác dụng của nhiệt (đun nóng), dung mơi chuyển từ trạng thái lỏng sang trạng thái hơi khi áp suất riêng phần của nó bằng áp suất bên ngoài tác dụng lên mặt thoáng của dung dịch (tức khi

dung dịch sôi) Để cô đặc các dung dịch không chịu được nhiệt độ cao (như dung dịch

đường) đòi hỏi phải cô đặc ở nhiệt độ đủ thấp ứng với áp suất cân bằng ở mặt thoáng thấp

2 Sơ lược về nguyên liệu:

Người ta có thể sản xuất sữa cơ đặc có đường từ nguyên liệu chính là sữa tươi hay sữa

tái chế (sữa tái chế được chuẩn bị từ bột gầy, chất béo khan từ sữa và nước) Ngồi ra,

người ta cịn sữ dụng đường saccharose, lactose và một số phụ gia Để là giảm giá thành

sản phẩm, một số nhà sản xuất dùng dầu thực vật để hiệu chỉnh hàm lượng chất béo trong

sản phẩm

Sữa tươi và sữa tái chế: trong sẵn xuất sữa cô đặc, nguyên liệu sữa tươi và sữa tái chế

phẩi đạt các chỉ tiêu về cẩm quan, hoá lý và vi sinh vật tương tự như trong sản xuất sữa tiệt trùng và các sản phẩm khác từ sữa Các nhà sản xuất thường quan tâm đến hai chỉ tiêu dưới đây:

e Sự ổn định của các protein sữa với tác nhân nhiệt càng cao thì càng tốt: yêu cầu này nhằm hạn chế sự đông tụ protein trong các quá trình xử lý nhiệt, đảm bảo cấu

Trang 6

e _ Hàm lượng vi sinh vật trong sữa càng thấp càng tốt: do q trình cơ đặc sữa diễn ra

ở nhiệt độ thấp (65 — 70°C) nên sẽ hoạt hoá các bào tử trong sữa và làm cho chúng

nảy mầm, đồng thời các tế bào sinh dưỡng chịu nhiệt sẽ không bị ức chế trong q

trình cơ đặc

Đường saccharose: saccharose là một disaccharide do glucose va fructose tao thanh Việc sữ dụng saccharose trong sản xuất sữa đặc có đường với mục đích làm tăng áp lực

thẩm thấu trong sản phẩm, nhờ đó kéo dài thời gian bảo quản sữa cô đặc Thông thường,

các nhà sản xuất sữ dụng tinh thể saccharose (tinh luyện) để sản xuất sữa cơ đặc có đường Các chỉ tiêu chất lượng như sau: hàm lượng saccharose không thấp hơn 99.8%, độ ẩm không vượt quá 0.05%, độ tro không lớn hơn 0.03% và độ màu không quá 309

ICUMSA

Đường lacfose: trong sản xuất sữa đặc có đường, người ta bổ sung lactose vào sữa tươi dưới dạng mầm tinh thể nhằm mục đích điều khiển quá trình kết tinh lactose sao cho kích thức tinh thể phải nằm trong một khoảng giá trị yêu câu Nếu kích thước tinh thể lactose

quá lớn thì sẽ ảnh hưởng xấu đến giá trị cảm quan của sản phẩm Trước khi sữ dụng, đường lactose sẽ được sấy khô và nghiền mịn đến kích thước vài um

Phụ gia: quan trọng nhất là nhóm phụ gia có chức năng ổn định các protein sữa nhằm hạn chế hiện tượng đông tụ protein dưới tác dụng của nhiệt Các nhà sẳn xuất thường sữ dụng muối sodium phosphate, citrate hoặc tetrapolyphosphate

Ngoài ra, để ổn định hệ nhũ tương của sản phẩm, một số nhà sản xuất còn bổ sung các

loại vitamin, gồm các loại vitamin tan trong nước và các vitamin tan trong chất béo

Dầu thực vật: dầu thực vật là chất béo có giá thành thấp hơn chất béo khan từ sữa Một số công ty tại Việt Nam sữ dụng dẫu thực vật (như dầu cọ) để hiệu chỉnh lượng chất

béo trong sản phẩm sữa cô đặc Hàm lượng chất béo trong sữa cô đặc thường dao động

trong khoảng 8 — 9% Việc sữ dụng dầu thực vật sẽ góp phần làm giảm giá thành sản phẩm nhưng có thể ảnh hưởng đến một số chỉ tiêu vật lý và cảm quan sản phẩm Chỉ tiêu

chất lượng quan trọng của dầu là hàm lượng triglyceride, độ ẩm, chỉ số acid, peroxide va

iodine Mỗi công ty sẽ tự để xuất mức giá trị cụ thể cho chỉ tiêu chất lượng của dầu

nguyên liệu

3 Thành phần hoá học của 1 lít sữa bò

Các thành phần Trạng thái Khối lượng | %KL

Nước Pha lỏng, tổn tại ở hai dạng: nước tự do và 902 87,4 nước liên kết

Gluxit (40:60) g/1 Chủ yếu ở dạng tự do (lactoza ở trạng thái

phân tử) và một lượng nhỏ ở dạng kết hợp 49 475

( galactoza, galactosamin, axit sialic 6 > trạng thái keo, được liên kết với protein)

Chất béo (25+45) g/I | Ở dạng cầu béo: là những chất béo có

đường kính (1+10)um, được bao bằng một 39 3,78

màng lipoprotein, ở dạng nhủ tương

Trang 7

Ở dạng các hợp chất hoà tan trong chất

béo: các sắc tố (P-caroten) sterol (cholesterol), các vitamin

Hợp chất nitơ Ở dang mixen 28g: ở dạng huyễn phù, là (25+45) g/I phức của phosphat canxi liên kết với liên

hợp của casein

6 dạng hoà tan 4,7g: là những cao phân tử 33 3,2 ctia albumin va imunoglobulin

Nito phi protein 0.3g: ure, axit uric,

creatin,

Chất khoáng 6 trạng thái keo hoà tan như: ở dạng phân

(25+40) g/I tử và ion (axit xitric, K, Ca, P, Na, Cl, Mg); 9 0.87

ở dạng các nguyên tố trung lượng (Zn, AI, >

Fe, Cu I )

Các chất khác Các chất xúc tác sinh học: vitamin (A, D,

E, K, Bị, Bo, PP, Bo, By, C, ) Và các Vết enzime

Các chất khí hoà tan: COz, Oa,

4 Phân loại thiết bị cô đặc

Thiết bị cô đặc được chia làm 3 nhóm:

-Nhóm 1: Dung dịch được đối lưu tự nhiên hay tuần hoàn tự nhiên Thiết bị dạng

này dùng để cô đặc các dung dịch khá loãng, độ nhớt thấp, đảm bảo sự tuần hoàn tự

nhiên của dung dịch dễ đàng qua bể mặt truyền nhiệt

- Nhóm 2: dung dịch đối lưu cưỡng bức hay tuần hoàn cưỡng bức Thiết bị trong

nhóm này được dùng cho các dung dịch khá sệt, độ nhớt cao, giảm đựơc sự bám cặn

hay kết tỉnh từng phần trên bể mặt truyền nhiệt

-Nhóm 3: dung dịch chẩy thành màng mỏng, màng có thể chảy ngược lên hay xuôi

xuống Thiết bị nhóm này chỉ cho phép dung dịch chảy thành màng qua bể mặt truyền nhiệt một lần tránh sự tác dụng nhiệt độ lâu làm biến chất một số thành phần của dung

dịch

Đối với mỗi nhóm thiết bị đều có thể thiết kế buồng đốt trong hay buồng đốt ngoài

Tuỳ theo điều kiện của dung dịch mà ta có thể sử dụng cơ đặc ở điều kiện chân không, áp

suất thường hay áp suất dư

5 Lựa chọn thiết bị cô đặc

Theo tính chất của nguyên liệu, cũng như ưu nhược điểm của các dạng thiết bị nói trên

ta chọn loại thiết bị ống dài, thẳng đứng, màng chảy xi xuống có bng đốt ngồi, sử dụng ba nổi xuôi chiều liên tục

Ưu điểm của hệ thống:

Trang 8

1H

Dùng thiết bị cô đặc kiểu màng chất lỏng, dung dịch vào và ra khỏi dàn ống một lân, khơng có tuần hồn trở lại, nên thời gian dung dịch tiếp xúc trực tiếp với bề mặt truyển nhiệt ngắn, thích hợp với sản phẩm dễ bị biến tính vì nhiệt độ

Dùng hệ thống 2 nồi xuôi chiểu liên tục có thể sử dụng hợp lý lượng hơi bằng cách dùng hơi thứ của nổi trước làm hơi đốt của nổi sau Nhiệt độ của dung dịch và áp suất giảm dân từ nổi trước ra nối sau, do đó nhiệt độ của dung dịch ở nổi cuối cùng sẽ thấp

Sử dụng buồng đốt ngoài nhằm giảm bớt chiều cao thiết bị, tách bọt triệt để do buông đốt cách xa không gian hơi

Nhược điểm:

Hệ cô đặc 3 nổi xuôi chiều loại ống dài khơng có lợi khi phải cơ đặc dung 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

Khơng thích hợp khi cơ đặc dung dịch đến nồng độ cuối cao và dung dịch dễ kết tinh vì dung dịch sẽ dính trên đường ống gây tắc ống

Với ống quá dài nên việc vệ sinh ống khó khăn và ống chịu sự dãn nở vì nhiệt nhiễu QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ Cô đặc nỗi 2 (60+63)°C

Sữa tươi nguyên

liệu (4+8)°C Vv Vv Cô đặc nổi 3 0,

Gia nhiệt sơ (5542) C

Trang 9

Thuyết mình quy trình công nghệ:

1 Sữa tươi nguyên liệu

Sữa tươi nguyên liệu sau khi kiểm tra tiêu chuẩn vệ sinh thường có chất khô

(10,6+0,1)% Để chất lượng sữa tươi nguyên liệu có chất lượng ổn định chúng sẽ được làm

lạnh ở môi trường nhiệt độ (4+z8)°C và được đưa vào bổn có dung tích phù hợp đã được

khử trùng

2 Gia nhiệt sơ bộ

Sữa tươi ở nhiệt độ (4+8)°C từ bồn chứa sẽ được bơm vào vào bổn cân bằng Do bồn

cân bằng có van phao kiểm soát mức sữa nên tránh hiện tượng dao động dòng sữa nguyên

liệu cấp vào tháp cô đặc

Từ bổn cân bằng sữa tươi được đưa qua vỉ trao đổi nhiệt, nhờ trao đổi nhiệt với sản

phẩm sữa cô đặc của nồi cô đặc thứ 3 (hồi nhiệt) có nhiệt độ 55°C thì nhiệt độ của sữa

tươi tăng lên (20:26)°C Sau đó ra khỏi vỉ sữa tươi lại tiếp tục được gia nhiệt sơ bộ nhờ

bốn thiết bị gia nhiệt kiểu ống chùm Nhiệt ở đây được tái sử dụng từ phần hơi dư của mỗi tháp cô đặc Trước khi vào thiết bị thanh trùng, nhiệt độ sữa tươi có thể đạt đến

(55+60)°C

3 Thanh tring

Sau khi gia nhiệt sơ bộ, sữa tươi sẽ đi vào thiết bị thanh trùng để được nâng nhiệt lên

đến nhiệt độ thanh trùng Thiết bị thanh trùng là thiết bị trao đổi nhiệt dạng ống chùm Sữa tươi đi trong ống trao đổi nhiệt gián tiếp với hơi đi ngoài ống Hơi nước cấp vào thiết bị thanh trùng nhờ một ejector mà phần đẩy là hơi cấp chính, phần hút là hơi thứ cấp của

tháp cô đặc một

Ra khỏi thiết bị thanh trùng sữa tươi tiếp tục qua hệ thống ống giữ nhiệt khoảng hai

phút Nhờ đó các vi khuẩn gây hại sẽ bị tiêu diệt hết

4 Cô đặc

Việc cô đặc sữa tươi trong hệ thống này gồm 3 giai đoạn tương ứng với 3 nồi cô đặc

Nồi cô đặc hoạt động theo nguyên lý chẩy màng: sữa tươi được bơm lên đỉnh tháp và chảy

tràn xuống các ống (dạng ống chùm) trên đường chảy xuống đáy tháp, sữa tươi tạo thành một màng mỏng trên thành trong của ống Nhờ tiếp xúc gián tiếp với hơi được ngưng tụ theo phương pháp thơng thường, trong đó nồi cô đặc 2 là thiết bị ngưng tụ cho nồi nổi cô đặc 1, nổi cô đặc 3 là thiết bị ngưng tụ cho nồi cô đặc 2 Hơi nước bốc ra từ tháp cô đặc 3

được ngưng tụ trong thiết bị ngưng tụ baromet Nước này được cấp từ một tháp giải nhiệt

Trang 10

Hơi nước bão hòa cấp vào nổi cô đặc 2 là hơi thứ bốc ra từ tháp cô đặc 1 Hơi nước cấp vào nổi cô đặc 3 là hơi thứ bốc ra từ nổi cô đặc 2

Nổi cô đặc 1 và 2 đuọc chia thành 2 phân, nổi cô đặc 3 được chia thành 3 phần nhằm đạt được đúng lưu lượng của dòng chảy, tăng hiệu quả cô đặc Mỗi phần đều có trang bị máy bơm để gom sữa rơi xuống và bơm lên nóc của của phần kế tiếp hoặc của nổi cô đặc kế tiếp Sau khi ra khỏi nổi cô đặc 3, sữa cô đặc sẽ đạt được độ khô cần thiết Độ khô của sữa tươi được xác định bằng một bộ đo tỉ trọng tự động, nó xác định áp suất hơi cần thiết để cấp vào ejector của nổi cô đặc 1 Do đó, muốn tăng độ khơ của sản phẩm cuối cùng thì cần phải tăng áp suất hơi cấp vào nổi cơ đặc 1 vì lưu lượng cấp vào là cố định

Ấp suất chân không trong hệ thống hình thành do: thiết bị ngưng tụ và nhờ bơm chân

không, hơi nước sẽ được bơm chân khơng hút thải ngồi bắt buộc phải qua thiết bị ngưng tụ để tách nước Sữa cô đặc ở môi trường chân khơng sẽ có nhiệt độ cô thấp, không gây phản ứng oxy hóa và biến tính cho sữa về nhiệt độ

Về mặt cấu tạo thiết bị cơ đặc có dạng thân hình trụ, đặt đứng, gồm 3 bộ phận chính:

bộ phận nhận nhiệt (còn gọi là buồng đốt), không gian phân ly, bộ phận phân ly

Buồng đốt: bộ phận nhận nhiệt là dàn ống gồm nhiều ống nhỏ Các ống được bố trí

theo đỉnh hình tam giác đều, các đầu ống được giữ chặt trên vỉ ống Trong đó hơi nước (cịn gọi là hơi đốt ) sẽ ngưng tụ bên ngoài ống và sẽ nhả nhiệt, truyền nhiệt cho dung dịch chuyển động bên trong ống Dung dịch nước mía sẽ được cho chẩy thành màng

mồng bên trong ống từ trên xuống và sẽ nhận nhiệt do hơi đốt ngưng tụ cung cấp và sẽ

sôi, làm hoá hơi một phần dung môi Phần hơi sẽ được tạo ra ở vùng trung tâm ống,

dung dịch sẽ được chảy thành màng mỏng sát thành ống

Điều kiện cần thiết để quá trình truyền nhiệt xả y ra là phải có sự chênh lệch nhiệt độ giữa hơi đốt và dung dịch đường; tức là phải có sự chênh lệch áp suất của hơi đốt và hơi thứ trong nồi

Các đại lượng, thông số ảnh hưởng đến quá trình truyền nhiệt của buông đốt là: > Nhiệt độ và áp suất trong nổi vì nó liên quan mật thiết đến nhiệt độ sơi trong nơi đó Nếu áp suất trong nồi càng thấp thì điểm sơi càng thấp, áp suất hơi càng lớn, dung dịch đường sôi càng mạnh Tuy nhiên nếu áp suất càng thấp thì độ nhớt của dung dịch lớn, ảnh hưởng đến đối lưu và truyền nhiệt Và nếu áp suất thấp thì nhiệt độ của hơi thứ bốc lên cũng thấp, làm giảm khả năng truyền nhiệt cho các nổi sau nếu như lượng hơi thứ này được sử dụng làm hơi đốt cho nổi sau

> Nhiệt độ nhập liệu cũng ảnh hưởng đến quá trình truyền nhiệt Nếu nhập liệu ở trạng thái chưa sơi thì khi vào buồng đốt phải tốn thêm một lượng nhiệt để

đưa nó đến trạng thái sơi Nhưng do dung dịch được nhập liệu vào nôi với tốc độ

khơng đổi, và nó chảy từ đầu ống đến cuối ống khơng có tuần hoàn trở lại nên nếu nhập liệu ở trạng thái chưa sơi thì khi đi hết ống nó chưa nhận đủ lượng nhiệt cần thiết để đạt đến nông độ yêu cầu

Hỗn hợp hơi-lỏng đi qua khỏi dàn ống, đến không gian phân ly và bộ phận phân ly, gọi chung là buồng bốc

Không gian phân ly: là phần không gian rộng lớn để tách hỗn hợp lỏng hơi thành hai

dòng, dòng hơi thứ cấp đi lên phía trên của buồng bốc đến bộ phận phân ly, dung dịch còn lại được bơm qua nôi 2 Quá trình phân ly ở đây sử dụng chủ yếu là lực trọng trường, nhờ

Trang 11

lực trọng trường các hạt chất lỏng to, nặng sẽ rơi xuống và tách khỏi đồng hơi thứ và chảy xuống dưới, còn dòng hơi sẽ tiếp tục đi lên trên

Bộ phận phân ly: trong quá trình bốc hơi dung dịch, dòng hơi thứ được tạo thành khi

tách khỏi bề mặt dung dịch luôn kéo theo một lượng nhất định các hạt chất lỏng dung dịch Nếu dùng hơi thứ này để làm hơi đốt cho nồi sau bằng cách ngưng tụ thì dung dịch sẽ lắng đọng làm bẩn bể mặt ống, làm giảm khả năng truyền nhiệt Mặt khác nếu kéo theo nhiều dung dịch sẽ gây tổn thất dung dịch Do vậy nhiệm vụ của bộ phận phân ly ở đây là

phải tách các hạt chất lỏng dung dịch còn lại ra khỏi hơi thứ cấp Ta sử dụng 3 phương

pháp vật lý sau để phân ly hơi thứ cấp:

> Sử dụng lực trọng trường:

> Dùng lực dính ướt của chất lỏng: khi các hạt chất lỏng chạm vào bể mặt vách rắn, lực dính ướt sẽ dính các hạt lỏng trên bŠ mặt và sau đó chảy xuống dưới

> Dùng lực ly tâm: khi cho dòng hơi thứ cấp quay tròn, nhờ lực ly tâm các hạt

chất lỏng bị văng ra, chạm vách rắn chảy xuống

> Để quá trình phân ly đạt hiệu quả cao thì chiều cao của không gian phân ly phải đủ lớn

Thiết bị ngưng tụ baromet là thiết bị ngưng tụ kiểu trực tiếp Chất làm lạnh là nước

được đưa vào ngăn trên cùng của thiết bị, dòng hơi thứ được dẫn vào mâm cuối của thiết

bị Hai dòng lỏng và hơi đi ngược chiều với nhau để nâng cao hiệu quả truyền nhiệt Dòng hơi thứ đi lên gặp nước giải nhiệt nên nó sẽ ngưng tụ thành lỏng rơi trở xuống Khi ngưng tụ chuyển từ hơi thành lỏng thì thể tích của hơi sẽ giảm làm áp suất giảm, do đó tự bản

thân thiết bị áp suất sẽ giảm Vì vậy thiết bị ngưng tụ baromet là thiết bị ổn định chân khơng, nó duy trì áp suất chân không trong hệ thống Dòng hơi thứ đi từ dưới lên, ngưng

tụ, chẩy xuống, khí khơng ngưng tiếp tục đi lên trên và được dẫn qua bình tách Bình tách là một vách ngăn, nó có nhiệm vụ là tách những giọt lỏng bị lơi cuốn theo dịng khí khơng ngưng để đưa trở về bồn chứa nước ngưng, cịn khí khơng ngưng sẽ được bơm chân không hút ra ngồi Q trình tách nước ra khỏi khí khơng ngưng để tránh trường hợp nước bị hút vào bơm chân không gây va đập thủy lực, nó được thực hiện bằng cách sử dụng lực dính ướt của chất lỏng và lực trọng trường Ấp suất làm việc của thiết bị baromet là áp suất

chân khơng do đó nó phải được lắp đặt ở một độ cao cần thiết để nước ngưng có thể tự

chay ra ngồi khí quyển mà không cần dùng máy bơm Bơm chân khơng có nhiệm vụ là hút khí khơng ngưng ra ngoài để tránh trường hợp khí khơng ngưng tổn tại trong thiết bị

ngưng tụ quá nhiều (vì hệ thống làm việc liên tục), làm cho áp suất của thiết bị ngưng tụ

tăng lên, có thể làm cho nước chảy ngược lại sang nồi 3

5 Làm lạnh

Trước khi và bồn chứa, sữa cô đặc được làm lạnh xuống khoảng (4+8)°C nhờ trao đổi

gián tiếp với nước lạnh khi đi qua bộ trao đổi nhiệt vỉ

Trang 12

Đô án chuyên ngành

á

6 Thành phẩm

Sữa sau cô đặc được chứa trong bổn 2 vỏ có dung tích phù hợp, có cánh khuấy, có bảo

ơn và có hệ thống làm lạnh Nếu nhiệt độ của sữa cô đặc lớn hơn 8°C thì sẽ tiếp tục làm lạnh tại bổn chứa

Trang 13

CHƯƠNG 2:

THIẾT BỊ CÔ ĐẶC

I SOLUGC VE THIET BỊ CÔ ĐẶC

Mục đích của cơ đặc là bốc hơi nước trong dung dịch sữa

@ Những yêu cầu đối với thiết bị cô đặc:

- Khoảng không gian sữa cần nhỏ nhất, không có khoảng khơng chết - Sữa lưu lại trong nồi với thời gian ngắn nhất

-_ Có hệ số truyền nhiệt lớn

- Hơi đốt phải đảm bảo phân bố đều trong không gian bên ngoài giữa các ống của dàn ống (đảm bảo nhiệt phân bố đều cho các ống của dàn ống)

- Tach ly hoi thứ cấp tốt, đảm bảo hơi thứ cấp sạch để cho ngưng tụ (không làm bẩn bể mặt ngưng) lấy nhiệt cấp cho nôi tiếp theo

- Đảm bảo thốt khí khơng ngưng tốt Vì khí khơng ngưng ở phịng đốt cần thốt ra bình thường Sự tổn tại của khí khơng ngưng trong phịng đốt sẽ làm giảm hệ số cấp nhiệt của hơi và do đó giảm năng suất bốc hơi

- Đảm bảo thoát nước ngưng tụ dễ dàng Việc thoát nước ngưng tụ có liên quan chặt

chẽ đến tốc độ bốc hơi Nếu có một nỗi nào đó thốt nước ngưng không 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 hoá dễ dàng

Ul CÂN BẰNG VẬT CHẤT VÀ NĂNG LƯỢNG

+ Kí hiệu các đại lượng:

Kí hiệu đơn vị ý nghĩa

G kg/h, kg/s suất lượng dung dịch

WwW kg/h, kg/s suất lượng hơi thứ

D kg/h, kg/s suất lượng hơi đốt

x %KL nông độ dung dịch sữa

x %KL nồng độ trung bình của dung dịch sữa Q kJ/kg,W nhiệt lượng có ích

i” kl/kg entanpi của hơi T kl/kg ẩn nhiệt ngưng tụ c kJ/kg.d6 nhiét dung riéng

Qt kJ/kg nhiệt lượng tổn thất

Qea kJ/kg nhiệt cô đặc

P at áp suất

Trang 14

AP at chênh lệch áp suất

t °C nhiệt độ

At °C chênh lệch nhiệt độ

t, °C nhiệt độ sôi trung bình của dung dịch ts °C nhiệt độ sôi của dung dịch

9 °C nhiệt độ nước ngưng

+ kí hiệu ứng với đầu ra của nổi 1

“2” kí hiệu ứng với đầu ra của nỗi 2

“3” kí hiệu ứng với đầu ra của nổi 3

“a” kí hiệu ứng với nhập liệu

“w” kí hiệu ứng với hơi thứ

“Dp” kí hiệu ứng với hơi đốt

+ Mục đích : Giúp tính tốn hơi đốt hữu ích, Q, At¡ để tính tốn bể mặt truyền nhiệt, từ

đó tính kích thước thiết bị

+ Sơ đồ:

1 Chọn tỉ lệ hơi thứ: W¡:Wz=m

2 Tinh W,W2 ,G, x

B1: Chon tỉ lệ hiéu 4p suat: Ap,: Ap: =a, Apo= AP, B2: Tính ra áp suất tại mỗi nổi pi, po, p3, Pwi, Pw2s Pw3;

B3: Xác định nhiệt độ tại mỗi nổi tị, t2, t3, twi , tw2, fw3;

B4 : Xác định nhiệt độ tổn thất cho mỗi nôi;

B5 : Xác định nhiệt độ sôi của mỗi nồi;

B6 : Xác định nhiệt độ chênh lệch hữu ích mỗi nôi;

B7 : Kiểm tra điều kiện:

Ate Atrill v sợ

max(Af,;,Af„¿,¡)

Nếu điều kiện thỏa thì ngừng, nếu điều kiện khơng thỏa thì lặp lại từ B1 4 Tính lại W¡, Wa, Wa, D theo phương trình cân bằng năng lượng của nổi 1, nồi 2, và nổi 2

5 Kiểm tra điều kiện

bie

[Weave — Weane|

Max(Wesyc»Wesw)

Nếu điều kiện đạt được thì ta tính tiếp, nếu khơng đạt được thì lặp lại tính từ bước 1 W= < 5%

* _ Công thức tính tốn : 1 Cân bằng vật chất

Đối với cả hệ thống:

Năng suất nhập liệu: Ga = 2000kg/h

Trang 15

Nồng độ dung dịch nhập liệu: xa=0,10 Nông độ dung dịch sản phẩm: xe= 0,74

i

Lượng hơi thứ tạo thanh cla cd hé: Ws = Ga (1-74) => W, =1729,73 kg/h

Cc i=l

Đối với từng nồi:

Chọn sự phân bố hơi thứ theo tỷ lệ: a =1,05

i+1

Như vậy: W¡ = 604.93 kg/h; W; = 576,12 kg/h; W¡ = 548,68 kg/h

Nông độ x¡ của sản phẩm tại các nỗi:

Nồi 1: x =X, Ga _ 14,34% G,—W, Re G, Nối 2: *¿=X¿—————~= 21.42% G,—-W,-W, As G, Nồi 3: X“X¿———— = 14% G„—W—W,—W,

Suất lượng dung dịch ở các nổi :

Nồi I: G„¡ = G„ = 2000 kg/h

Nồi 2: Gj = G,, = G, - W, = 1395,07 kg/h Nồi 3: Gi, = G = G, — W,— W, = 818,96 kg/h

G.4= G,,-W, = G, -W,-W, — Wy = 270,27 kg/h

2 Xác định áp suất và nhiệt độ mỗi nơi

Gọi Pì, Pạ, P, Pạ là áp suất hơi đốt trong các nôi I, II, IH, và thiết bị ngưng tu Giả sử sự giảm áp xảy ra giữa các nồi là không bằng nhau và giẩm theo tỉ lệ sau:

AP,

AP, ml

=1L5

Vậy áp suất làm việc ở từng nổi là:

Ta có: AP=P\ị - Pr=3- 0,1 =2,9 at

AP=AP, +AP2 +AP3 =2,9 at

=> AP; = 1,374 at => AP2 =0,916 at => AP3=0,611 at

=> Pwi=1,626at; Pw2=0,711 at; Pw3 =0.100at

Goi tpi, to, tps, tont 1A nhiệt độ hơi đốt đi vào nỗi 1, ndi 2, nổi 3, và thiết bị ngưng

tụ

Gọi tự, twa, twa là nhiệt độ hơi thứ ra khỏi nổi 1, nổi 2, nổi 3

Tổn thất nhiệt trên đường ống dẫn hơi thứ A”=1°C

Do đó: tbi+i = tw¡i — Í (9)

Từ áp suất Pw¡, Pw›, Pwa đã biết, ta tra bảng I-151/T377-[1] ta được nhiệt độ hơi

thứ của nổi 1, nồi 2, nổi 3, từ đó biết được nhiệt độ hơi đốt qua công thức (9) Biết nhiệt độ hơi đốt ta biết áp suất hơi đốt bằng cách tra bảng I-250/T375-[ 1]:

Trang 16

Đồ án chuyên ngành Bang 1

Nồi I Nồi 2 Nổi 3 TB Baromet

P.i(a |tufC) |Ps(a) |öð(ŒC) |Ps(a) |(ŒC) |Pa(aoÐ | triC)

Hơi đốt | 3 132,90 | 1,575 |11217 |0,682 | 88,69 | 0,10 45,40 Hơi thứ |1626 | 113,17 | 0,711 | 89,69 |0,100 | 45,40 3 Xác định tổn thất nhiệt độ hệ thống 3.1 Tổn thất do nông độ (4ˆ

Do nhiệt độ sôi của dung dịch lớn hơn nhiệt độ sôi của dung môi ở cùng một áp suất:

— z0 0

A'= baa — tam

Ta sit dung cong thtte Tisenco: A'= A) f = A).16,2 r Trong d6: Aj 1a tén thất nhiệt độ theo nồng độ %kI

t; là nhiệt độ sôi của dung môi ở áp suất đã cho, °C r là ẩn nhiệt hoá hơi của dm ở áp suất làm việc, J/kg

Xem dung dịch sữa có tính chất tổn thất nhiệt độ theo nồng độ %kl như dung dịch đường, tra đồ thị hình VI.2/T60-[2] ta có:

(273+t,)° (VI.10/T59-[2]) Bảng 2:

Nồi 1 Nồi 2 Nồi 3

xi (%k]) 14,34 24,42 74

Ap,(?C) 0,5 0,1 7

Dựa vào (I-251/T377-[1]) ta xác định được ẩn nhiệt hoá hơi theo áp suất hơi thứ:

Bảng 3:

Nồi I Nồi 2 Nồi 3

Pwi, at 1,626 0,711 0,100

twi, °C 113,17 89,69 45,40

r.10, J/kg 2171,000 2228.233 2287.776

Vậy ta tính được tổn thất nhiệt độ do nồng độ theo công thức Tisenco: Bảng 4:

Nổi 1 Nồi 2 Nôi 3 »A?

Trang 17

3.2 Tổổn thất nhiệt độ do áp suất thuỷ tĩnh (A°))

Vì chọn chế độ chảy màng bằng hệ thố.ng ống dài nên xem như dung dịch sôi ở mặt thodng tite A’’=0°C

3.3 Tén that nhiét dé do trở lực thuỷ học trên đường ống (A’’’)

Thường chấp nhận tổn thất nhiệt độ trên các đoạn ống dẫn hơi thứ từ nồi này sang nồi nọ và từ nôi cuối đến thiết bị ngưng tụ là 1°C Nên:

Ay =A =A} =1°C=> A? =3°C 3.4 Tổn thất chung cho toàn hệ thống

Bảng 5:

Ai 1,543 °C

Ay 1,933 °C

A3 5,810 °C

SA= 9,285 °C

3.5 Xác định hiệu số nhiệt độ hữu ích từng nồi

Bảng 6:

Công thức Gia tri, °C

Nồi I1 Atiii = tp1 — to2 - Ai 19,18

Nồi 2 Atii2 = tba — fba - À2 21,55

Nồi 3 Ati = tps — tne - As 37,48

Toàn hệ thống A thi = tDị — ạt - Á 78,21

4, Tinh nhiét lugng riéng, nhiét dung riéng 41 Nhiệt lượng riêng

-_ I1à nhiệt lượng riêng của hơi đốt, J/kg

- _ 1 là nhiệt lượng riêng của hơi thứ, J/kg

Các giá trị trên được tra trong bảng (tra theo nhiệt độ) I-250/T375-[1]

42 Nhiệt dung riêng:

- _ Nhiệt dung riêng của dung dịch sữa trước khi cô đặc:

Xa = 10% < 20% nên Cọ = 4186(1 — xạ)

Trang 18

- _ Nhiệt dung riêng của dung dịch sữa sau khi ra khỏi nôi 1:

xị = 14,34% < 20% nên C¡ = 4186(1 — xị) - _ Nhiệt dung riêng của dung dịch sữa sau khi ra khỏi nôi 2:

Xa = 24,42% > 20% nên C = Cịị.Xa + 4186(1 — X2)

- _ Nhiệt dung riêng của dung dịch sữa sau khi ra khỏi nôi 3:

Xa = 74% > 20% nên Cạ = Chị.X3 + 4186(1 — x3)

- Nhiệt dung riêng của chất khô trong sữa là: Cụ: = 1300 1/kg.độ (bảng

7.34/T322-[3])

Từ các công thức trên ta có bảng kết quả nhiệt lượng riêng hơi đốt, hơi thứ và nhiệt độ sôi của các dung dịch trong nồi

Bảng 7:

Hơi đốt Hơi thứ Dung dich

Nồi 110°, | Cạ,1J/kg.độ i.10°, Cc) ee Ikg o °C J/kg ÚC | seas 1 132,90] 2667,40 4214.40| 113,17] 2637.48 | 113,72 3585,89 2 11217| 2635,86 4190,94 89,69 | 2610,59 | 90,62 3481,20 3 88,69 | 2608,75 4183,00 45,40| 2587,56 | 50,21 2050,36

5 Lap phuong trinh cAn bing nhiét lugng va tinh lugng hoi dét cAn thiét

Witt Wir Wis

Q:s

GiCats

(Gee Wi) City =W›)C?b G.-W)C‡:

DiC»Ô: D›;Cø8› D:Ca9:

Sơ đỗ tính tốn cân bằng nhiệt lượng trong dây chuyển Ta có:

Trang 19

— Dạ, Dạ, D; là lượng hơi đốt vào nồi 1, 2, 3 (kg/h) - Gg, G, là lượng dung dich đầu và cuối hệ thống (kg/h) — W¡, W¿, W¿ là lượng hơi thứ bốc ra ở nồi 1, 2, 3 (kg/h)

— C¡, Ca, C; là nhiệt dung riêng của dung dịch trong nổi 1,2,3 (J/kg.độ) — Cạ, C, là nhiệt dung riêng của dung dịch dịch vào và ra (J/kg.độ) — Cai, Caa, Cạy là nhiệt dung riêng của nước ngưng nổi 1, 2, 3 (1/kg.độ)

— lì, lạ, lạ là hàm nhiệt của hơi đốt nồi 1, 2, 3, (J/kg)

— i}, in, ï› là hàm nhiệt của hơi thứ nôi 1, 2, 3, (J/kg) te, t la nhiét do dau và cuối của dung dịch, (°C)

— ti, tb, ta là nhiệt độ sôi của dung dịch nỗi 1, 2, 3 ở Py (°C)

—_Ø,,8.,Ø,là nhiệt độ nước ngưng nồi 1, 2, 3, (°C)

— Qại, Qua, Qua là nhiệt tồn thất ra môi trường nôi 1, 2, 3, (J)

Phương trình cân bằng nhiệt lượng: LQvao = ZQra Ta có bảng tổng kết cân bằng cho các nồi:

Bang 8

Dung dich dau mang vao Ga.Ca.te

Vao -

Hơi đột mang vào DỊ,

` Hơi thứ mang ra Wi.i

Noi |

R Dung dich mang ra (Ga-W))C¡.tị

a

Nước ngưng mang ra DIC: Ôị Tổn thất nhiệt chung 1 Q¿¡ = 0.05DI.I;

Hơi đốt mang vào Dài:

Vào -

Dung dịch (ở nôi l ra) mang vào (G¿— W¡)C¡t

` Hơi thứ mang ra Wir

Nội 2

Dung dịch mang ra (G¿—W¡ —W;)Cat;

Ra

Nước ngưng mang ra D2Cx2 82

Tén that nhiét chung 2 Qu = 0.05D:];

Hơi đột mang vào Daly

Vao _

Dung dich (ở nôi 2 ra) mang vào (Gg -W, —W2)Cots

: Hơi thứ mang ra Wais

Nội 3

Dung dịch mang ra (Ga—W, —W; —W)Cat;

Ra

Nước ngưng mang ra DạC,; Ô;

Ton thất nhiệt chung 3 Qua = 0.05D¡];

Trang 20

Viết phương trình cân bằng nhiệt cho từng nồi: + Néil:

G,C,t, + Dl, =W,i, + (G, —W,)Cyt, + D,C,., + 0,05D,/,

=> D,(0,951, —C,,0,)+W (Ct, -i,) = G, (Cyt, —C,t,) (5.1)

+ Nồi 2:

Ở nồi 2 chú ý Dạ = W¡

(G, -W,)Ct, + Dsl, =Wai, +(G, —W, —W,)Cyt, + DyC,.0, +0,05D,1,

Biến đổi ta được:

W, (0,951, —C,t, + Cyt, — C9.) +W, (Cyt, -i,) = G, (Cyt, — Ct) (5.2)

+ N6i3:

Ở nồi 3 chi ¥: D3 = W2 va W = W1 + W2 + W3

Dyl, +(G, —W, -W,)Cyty =Wyi; +(G, —W)C,t, +DC,,0, + 0,05D, 1,

Biến đổi ta được:

W, (0.951, —C,,0; — Cyt, +i;) —W,(Cyty -i) = G, (Cyts-Cyt, ) + Wi; — Cyt) (5.3)

Giả thiết nhiệt cung cấp cho q trình cơ đặc chỉ là nhiệt ngưng tụ thì có thể xem nhiệt độ nước ngưng bằng nhiệt độ hơi đốt: Ø = tp

Từ phương trình (5.2) và (5.3), với số liệu ở các bắng trên, ta tính được:

1941648,76W,— 2291529,93W, = —184602182,98 2275008,00W, + 4378997,62W, = 3877709947,62 W,+W,+W, =1729,73 W,= 588,92kg/h > 1W,=579,56kg/h W, = 561,25kg/h CBVC —_ CBNL — Wewe—Woeml „sự

Tinh sai số để kiểm tra ti vé hoi thứ theo công thức: W=

Max(WewycsWcgz, ) Bảng 9

Nồi W theo CBVC, kg/h | W theo CBNL, kg/h Sai số %

Trang 21

Như vậy, sai số giữa giá trị tính tốn và chọn lựa có sai số không quá 5% nên các

kết q tính tốn trên được chấp nhận

Lượng hơi đốt vào nồi 1 tính theo phương trình (1): Dị = 788,50 kg/h

CÁC THÔNG SỐ KỸ THUẬT CHÍNH

* Mục đích : Tính E => số ống n, chiều cao thiết bi H, tinh kích thước buồng đốt, buồng bốc làm cơ sở tính bền

*+ Kí hiệu các đại lượng

Ký hiệu Đơn vị Ý nghĩa

q Wim? K W/m”.độ Tb kJ/kg T m2.độ/W 8 m/s? H m D m F m? d m d m n ống m ống Vụ mổ V m/s Un m?/m?.h f a W/m.d6 t m é m a W/m.d6 i Pas Ø kg/m? 9 m “Dy? ey? “n” si» “qa” “b” “5” cường độ dòng nhiệt

hệ số truyền nhiệt tổng quát

ẩn nhiệt ngưng tụ nhiệt trở

gia tốc trọng trường (g = 9,81m/s”) chiều cao thiết bị

đường kính thân thiết bị điện tích bề mặt truyền nhiệt đường kính ống truyền nhiệt

đường kính trung bình ống truyền nhiệt tổng số ống truyển nhiệt

số ống truyền nhiệt trên đường chéo chính thể tích thiết bị

vận tốc lưu chất

cường độ bốc hơi thể tích

hệ số điều chỉnh cho cường độ bốc hơi thể tích hệ số cấp nhiệt

bước ống truyền nhiệt chiều dày ống truyền nhiệt hệ số dẫn nhiệt

độ nhớt tuyệt đối khối lượng riêng

kích thước hình học đặc trưng

kí hiệu ứng với hơi đốt

kí hiệu ứng với hơi thứ

kí hiệu bên ngồi ống truyền nhiệt kí hiệu bên trong ống truyền nhiệt kí hiệu ứng với buồng đốt

kí hiệu ứng với buông bốc kí hiệu ứng với ống truyền nhiệt

Trang 22

% Sơ đồ các bước tính toán:

1 Chọn vật liệu ống truyễển nhiệt và các thơng số về kích thước thiết bị: Hạ, dụ, dạ, n

2 Chọn 2 giá trị chênh lệch nhiệt độ phía hơi đốt A¿ rồi suy ra nhiệt độ vách ngoài tương ứng

3 Tính hệ số cấp nhiệt và cường độ dịng nhiệt phía hơi đốt (#z„ và 4ø)

4 Tinh chênh lệch nhiệt độ giữa hai phía của thành ống và chênh lệch nhiệ t độ phía

dung dịch

5 Chọn số ống truyền nhiệt nonọn

6 Tinh hé số cấp nhiệt và cường độ dòng nhiệt phía dung dịch (#, và #„)

7 Coi cường độ dòng nhiệt phụ thuộc tuyến tính vào Az, ,ta dựng hai đường thẳng

qp=f(A/„) và qL = g(A7„), giao điểm của hai đường thẳng này ứng vớigiá trị Ar,

cần xác định Lặp lại các bước 2 - 4 với giá trị này

§ Kiểm tra điểu kiện:

Aq=_l#t #Ì_ < sạ

maX(đ, ; 4p )

Nếu điều kiện không thoả, ta thực hiện lại bước 2 - 6 nếu điều kiện thoả, ta tiếp tục bước tiếp theo

9 Tính hệ số truyền nhiệt K

10 Tính hiệu số nhiệt độ hữu ích thực của mỗi nồi 11 Tính diện tích bề mặt truyền nhiệt F

12 Tính lại số ống truyền nhiệt n 13 kiểm tra điều kiện:

H

chon "sinh

An= <5%

Nn chon

Nếu điều kiện chưa thoả thì ta điều chỉnh lại các thông số về kích thước thiết bị đã chọn ở trên Nếu điều kiện thoả, ta làm trịn diện tích bề mặt truyễển nhiệt và số ống truyền nhiệt đến thông số chuẩn

1 Độ nhớt

Độ nhớt ở nông độ đầu và nồng độ cuối theo mục 1.1.2/T319-[3] và nội suy độ nhớt ở nồng độ giữa theo nồng độ đầu và cuối, ta có bảng độ nhớt:

Bảng 10:

Nổi I Nổi 2 Nồi 3

Nông độ, % 0,143 0,244 0,740

Độ nhớt u10), N.s.m 2 1,500 6,317 30,000

Trang 23

2 Hệ số dẫn nhiệt của dung dịch

Tính theo công thức 7.172/T323-[3]: Ä = 4„(— x)+ Ä„x

Trong đó:

2 là hệ số dẫn nhiệt của sữa, W/(m.K); An 1d hé số dẫn nhiệt của nước, W/(m.K) ;

+, là hệ số dẫn nhiệt của chất khô trong sữa, W/(m.K)

Tuy nhiên ở đây không số liệu về hệ số dẫn nhiệt của chất khô trong sữa Do trong sữa có chứa một hàm lượng chất béo nhất định - là sản phẩm của phản ứng este hoá giữa

glixerin với axit béo nên hệ số dãn nhiệt của nó có thể tương ứng nhau Thực tế tra theo

tốn đồ hình I-49/T170-[1] của dung dịch glixerin ở nhiệt độ 20 °C, nồng độ 74% có giá trị 0,286 kcal/(m.h.°C) gần đúng với kết quả ở bảng 7.35/T323-[3] là 0,24 kcal/(m.h.°C) ở cùng điều kiện Bảng 11:

Nhiệt độ sôi dd, °C 113,72 90,62 50,21

Nông độ, % 0,143 0,244 0,740 Hệ số dẫn nhiệt 2., W/(m.K) 0,573 0,490 0,305

3 Hệ số cấp nhiệt

Mô tả sự truyền nhiệt qua thành ống:

Ở đây ta dùng hơi nước bão hoà làm hơi đốt đốt đi ngoài ống, cịn dung dịch cơ đặc đi trong ống Do đó khu vực sơi bố trí bên trong ống cịn phía ngoài ống là lớp màng nước

ngưng tụ Màng nước ngưng này ảnh hưởng trực tiếp đến quá trình truyền nhiệt

Như vậy quá trình truyển nhiệt từ hơi đốt đến dung dịch trong ống dẫn gồm 3 giai

đoạn:

- Truyển nhiệt từ hơi đốt đến bề mặt ngoài của ống truyền nhiệt với hệ số cấp nhiệt là œ¡ với nhiệt tải là q¡ (W/m?);

- _ Dẫn nhiệt qua ống truyền nhiệt có bể dày ồ, m;

- _ Truyền nhiệt từ ống truyền nhiệt vào dung dịch với hệ số cấp nhiệt œ2 và hiệt tải là qo (W/m’)

3.1 Giai đoạn cấp nhiệt từ hơi đốt đến thành thiết bị

Theo định luật Niutơn ta có: đi =ŒIAti

Trong đó At¡ là hiệu số nhiệt độ giữa nhiệt độ hơi ngưng tụ ( bằng nhiệt độ hơi bão

hoà) và nhiệt độ thành: A tị =tpn— tr, chọn A tia) = 0,65ỐC, A tia) = 050C, A tiạa; = 0,50C;

Chọn tốc độ của hơi nhỏ (œ°< 10 m/s, chính xác hơn khi po” < 30) và màng nước

ngưng chuyển động dòng (Re„ <100) thì hệ số cấp nhiệt œ¡ đối với ống thẳng đứng được

tính theo cơng thức sau:

Trang 24

z,=2,0.Aa|——, W/(m°?.K) AH (V.101/T28-[2])

Trong đó: H là chiều cao ống truyền nhiệt, chọn H = 5m theo VI.6/T80-[2]

243 0,25

A= Pp „ đối với nước giá trị A phụ thuộc vào nhiệt độ màng Hu

tm, tra A theo T29-[2];

tm 14 nhiệt d6 mang tinh theo céng thtfc tm = tp — 0,5A ti;

r ẩn nhiệt hoá hơi của hơi đốt tra 6 bang I-250/T375-[1];

Ta có bảng các giá trị sau: Bảng 12:

tp, °C 132,90 112,17 88,69 Ati, °C 0,65 0,50 0,500 tm, °C 132,58 111,92 88,44 A 191,77 184,37 173,22 1.10°, J/kg 2171,00 2228,23 2287,78 œi, W/(m?.K) 2171000,00 222823321 2287776,32 qi, W/m? 11184,35 11556,21 10929,39

3.2 Giai đoạn cấp nhiệt từ thành đến dung dịch

Theo định luật Niutơn ta có: qo = a2Ate Trong đó:

Ata là hiệu số nhiệt độ giữa thành ống và dung dịch sôi: Ata = tị — {; ;

t; là nhiệt độ thành ống phía dung dịch;

ts là nhiệt độ sôi dung dịch;

tt=tfb— Ati —-Atr

A tr là hiệu số nhiệt độ ở hai bên thành được tính theo cơng thức: At, = a>, r

> r=n+tr+rn

Theo bảng V.1/T4-[2] ta có các giá trị nhiệt trở:

Với lớp nước sạch: r¡ = 0,232.10° m?.K/W;

Với lớp cặn bẩn : rạ = 0,387.10 m”.K/W;

Nhiệt trở thành ống: r„ = â Âm?.40/W), chn loi vật liệu thép CT3,

tra bảng I.125/T147-[1] ta có hệ số dẫn nhiệt 2 =50,2 W/(m.K) => 13 = 0,040.107 m?.K/W

Trang 25

Hệ số cấp nhiệt œ2 đối với dòng dung dịch chẩy thành màng dưới ảnh hưởng của

trọng lực được tích theo cơng thức:

Trong đó Ga Nudr a= H Nu = 0,67(Ga? Pr3, Re)? Ho’ c 4G -“ 9 Pp = eH Re ==—————————— je A 36007 d m py

Chọn sơ bộ số ống và bề dày, đường kính ống:

n =127 ống ( sắp xếp ống theo hình sáu cạnh theo bẩng V.11/T48- [2Ù:

Đường kính ngồi ống: dạ = 38.10 m; Bề dày ống truyễển nhiệt: = 2.10” m;

Suy ra, đường kính trong của ống, d, = 34.10 m

( Đường kính, bề dày ống chọn theo chuẩn VI.6/T80-[2])

p là khối lượng riêng của dung dịch được tính theo cơng thức 7.169/T319- [3]:

100

Pisce" 4 OM Lew 0,93 1,608 SNF 8™

piss°c 1a kh6i lượng riêng của dung dịch sữa ở 15,5°C, néu nhiét d6 ctia

sữa trên 20°C thi: p= Pis.gc + 0,0002Ar, At=t— 20;

F, SNE, W lần lược là hàm lượng chất béo, chất khô, và nước, % Ta có bảng giá trị khối lượng riêng của dung dịch sữa:

Bảng 13:

Nổi 1 Nồi 2 Nồi 3

Nhiệt độ sôi, °C 113,72 90,62 50,21 F, % 1,57 2,68 8,11 SNF, % 12,77 21,75 65,89 W, % 85,66 75,58 26,00 p, g/cm? 1,06816 1,10133 1,32713 p, kg/m? 1068,16 1101,33 1327,13

Lập bảng tính các giá trị trên để tính nhiệt tải qo và sai số so với q¡

Bảng 14:

Trang 26

Đồ án chuyên ngành Chuẩn số Re 109,266 18,097 2,237 Chuẩn số Nu 4654.381 3423.822 2676.839 Hệ số dẫn nhiệt của dd, W/(m.K) 0,573 0,49 0,305 Hệ số cấp nhiệt, W/(m?.K) 533,350 335,535 163,287

Hiệu số nhiệt độ Ata 13,74 17,24 34,38

Nhiét tdi qo, W/m? 7329,700 5785,924 5613,496

Sai số, % 0,82 <5 0,14 <5 2,65 <5

Kiém tra diéu kién Thoa Thoa Thỏa

Nhiệt tải trung bình , W/m” 7299,762 5782,014 5539,096

3.3 Hệ số phân bố nhiệt hữu ích cho các nồi

Ở đây phân bồ theo điều kiện bề mặt truyên nhiệt các nồi bang nhau:

F, = F, = F; = const

Trong trường hợp này hiệu số nhiệt độ hữu ích trong mỗi néi tỉ lệ bậc nhất với tỉ số Q/K của các nồi tương ứng:

Oi

At, (k) = aa At,

iat KỈ

(VL20/68 — [2])

Trong đó: XAt,¡ — tơng hiệu số nhiệt độ có ích của các nồi;

Q; - nhiệt lượng cung cấp, J

K¡— hệ số truyền nhiệt,W/mẺ K _ Du;

~ 3600

Ta có: Qi

Trong đó: D; lượng hơi đốt của mỗi nồi, kg/h; r¡- ân nhiệt ngưng tụ của hơi, J/kg;

1 l 1 ly ME Ki= Bang 15:

Nhiệt lượng cung cấp Q¡, J 475512,282 374420,738 366120,05

Hé sé truyén nhiét K;, W/m?.d6 381,191 268,395 145,461

25

Trang 27

Athi °C 18,91 21,15 38,16

Sai số, % 1,42 1,87 1/77

Các sai số đều nằm trong giới hạn cho phép Do đó, ta có thể tính diện tích bể mặt truyền

nhiệt theo công thức:

F= 9, _ 475512, 282

K,Ai, 381191x18,91

=65,97m?

IV KÍCH THƯỚC THIẾT BỊ 1 Buông đốt

1.1 Ống truyền nhiệt

Số ống truyền nhiệt được tính theo công thức:

oF 65,97

d.Hz 34.10°5.3,14

Theo bảng qui chuẩn số ống truyền nhiệt V.11/T48-[2] ta chọn n =127 ống

Và với số ống được qui chuẩn trên, mạng ống được sắp xếp theo hình lục giác đều, số ống trên đường chéo của hình lục giác, b = 13, số hình lục giác là 6, chọn bước ống t =

1,5dn

Đường kính ống truyền nhiệt: dạ = 38 mm, d, = 34 mm;

Bề dày ống truyền nhiệt: ồ =2 mm;

Chiều cao ống truyền nhiệt: H = 5m (bằng chiều cao buồng đốt)

=124 ống (gần bằng với số ống đã chọn)

1.2 Đường kính bng đối

Đường kính trong của buồng đốt được tính theo cơng thức V.141/T49-[2]:

D.=t(b- 1) +4d =0,836 m

Lấy đường kính của buồng đốt theo bảng qui chuẩn XIII.6/T359-[2]: D, = 0,9 m Ngồi ra ta cịn có thêm thân phụ ở buồng đốt lấy H„=(70+100%)D,

=> chọn Hụ = D, = 0,9m

2 Kích thước buồng bốc

Gọi chiều cao buồng bốc là: Hụ (m)

4V,

z.H,

Đường kính buồng bốc: D» = m (VI.35/T72-[2])

Trong đó:

Trang 28

D» là đường kính trong buồng bốc chọn theo bảng qui chuẩn XIII.6/T359-[2] cho vật liệu bằng sắt CT3, Dụ = 1,4m;

H¿ là chiều cao không gian hơi, m;

Vỹ là thể tích khơng gian hơi buồng bốc được tính theo công thức sau:

W ,m? (V1.32/T71-[2])

Vụ=

Ø,.U,

W là suất lượng hơi thứ, kg/h;

pn là khối lượng riêng hơi thứ, kg/m;

Up là cường độ bốc hơi thể tích cho phép của khoảng không gian hơi,

mỶ/mỶ.h, được tính theo công thức:

Up=fp Ur (VI.33/T72-[2]) Chon U; = 1700m?/m? Chon fp (VL3/T72-[2]) Bảng 16

Nồi I Nỗi 2 Nồi 3

Pw, at 1,626 0,711 0,100 tw, °C 113,174 89,689 45,400 f 0,95 1,1 1,6 Up, m?/m?.h 1615,000 1870,000 2720,000 W, kg/h 604,925 576,119 548,685 Ph, kg/m? 0,991 0,421 0,0669 Vp, m3 0,378 0,733 3,017 Hb, m 0,246 0,476 1,961

Chọn chiều cao phần dung dịch chảy tràn là 0,539m; Chọn chiều cao buông bốc cho cả 3 nổi là 2,5m

3 Đường kính các ống dẫn

Chọn vật liệu làm ống dẫn dung dịch là thép không rỉ X18HI0T, còn ống dẫn hơi đốt và nước ngưng là thép CT3

3.1 Đường kính ống dẫn hơi đốt và hơi thứ

Có bốn ống dẫn hơi: ống dẫn hơi đốt 1, ống dẫn hơi đốt 2 là ống dẫn hơi thứ 1, ống

dẫn hơi đốt 3 là ống dẫn hơi thứ 2, ống dẫn hơi thứ 3

Đường kính của ống dẫn và cửa ra của thiết bị được tính theo công thức

(VI.42/T74-[2]):

V,

d,= * m

4 0.785.w (m)

Trong d6: V; là lưu lượng hơi đốt (thứ) đi trong ống, mỶ/s, V¿ = v.D;

Trang 29

D là lượng hơi đốt (thứ) đi trong ống, kg/h;

v là thể tích riêng của hơi đốt, mỶ/kg, tra bảng I-250/T375-[1] theo

nhiệt độ hơi đốt (thứ);

w là vận tốc của hơi đi trong ống, m/s, đối với hơi nước bão hòa w =

20 + 40 m/s, chọn w = 40 m/s

Lập bảng tính đường kính ống dẫn và so sánh với đường kính ống qui chuẩn tra

bảng XIIL.26/T409-[2] Bảng 17

Ống Dị Ong D2 (Wi) Ong D3 (W2) Ong W3

D, kg/s 0,219 0,168 0,160 0,152 toaw), “C 132,9 113,2 89,7 45,4 v, m/kg 0,619 1,102 2,394 15,298 da, m 0,066 0,077 0,110 0,272 dgc, mm 76 76 108 273 3.2 Đường kính ống dẫn dung dịch d : d : d› : d

—— Nồi! [4 Néi2 | 4 noi °_,Í Bê chứa

Áp dụng công thức: d= G m

Peng congue 0/785øv `

Với: _ G là khối lượng dung dịch, kg/s;

p là khối lượng riêng của dung dich, kg/m?;

w là vận tốc của dung dịch, m/s, với sữa là chất lỏng nhớt nên w = 0,5+1

m/s

Lập bảng tính đường kính ống dẫn và so sánh với đường kính ống qui chuẩn tra

bang XII.26/T409-2] Bảng 18

Nồi I Nồi 2 Nồi 3 Bể chứa

Trang 30

V TÍNH CƠKHÍ

Kí hiệu các đại lượng:

Kí hiệu đơn vị ý nghĩa

Ss mm bể dày tối thiểu

Ss mm bé day

Di mm đường kính trong Dạ mm đường kính ngồi

V mm chiéu dài tính tốn

Cy mm hệ số bổ sung do ăn mịn hố học

Cy mm hệ số bổ sung do bào mịn cơ học của mơi trường

Co mm hệ số bổ sung do sai lệch khi chế tạo

Cy mm hệ số bổ sung để quy tròn kích thước

C mm hệ số bổ sung bể dày tính toán

Øy hệ số bền mối hàn

7 hệ số hiệu chỉnh

EF] ứng suất cho phép tiêu chuẩn

E ứng suất cho phép

[P], [Pal N/mm? áp suất , áp suất ngoài cho phép

P¿,Pn áp suất , áp suất ngồi tính tốn

Ne hệ số an tồn theo giới hạn chay

E N/mm? môđun đàn hồi

ơi giới hạn chảy của vật liệu chế tạo thiết bị

Z cái số bulong

hạ mm chiều cao phần gờ của đáy và nắp

1 Lựa chọn vật liệu và phương pháp gia công

Thân buồng đốt được làm bằng thép CT3 Đáy và nắp buồng đốt có dạng hình elip (chịu lực tốt), làm bằng thép X18H10T đáy và nắp được nối với thân bằng mối ghép bích Thân, đáy, nắp buông bốc làm từ thép X18H10T, nắp có dạng hình elip, đáy dạng nón có gờ với góc đáy 60°

Buồng đốt nối với nắp và thân phụ bằng bích, thân phụ nói với thân buồng bốc bằng ống hình chữ nhật

Cả thân, đáy, nắp buồng đốt và buồng bốc đều được bọc cách nhiệt

2 Xác định điều kiện làm việc

Nhiệt độ làm việc tịy là nhiệt độ lớn nhất của môi trường bên trong thiết bị

Nhiệt độ tính tốn: tụ = tạ+ 20°C (do thiết bị có bọc cách nhiệt)

Áp suất làm việc là áp suất của môi trường trong thiết bị Ấp suất tính tốn Pạ đối với buồng đốt và buồng bốc

Trang 31

Néu Pyy>1 at thi : Py = Py -1, (at)

Néu Py <1 at thi Py = Pry + 1 = (Pa— Pax) + 1, (at)

Bảng 19: Điều kiện làm việc của thiết bị

1 Day | Chiu dp suat trong | 132,9 |1529 | 3 2

Nap Buồng bốc | Thân

Đáy Chiu áp suất trong | 113,17 | 133,17 | 1,63 0,63

Nap Nồi | Buồng đốt | Thân

2 Đáy Chịu áp suất trong | 112,17 | 132,17 | 1,58 0,58

Nắp Buồng bốc | Thân

Đáy Chịu áp suất ngoài | 89,69 109,69 | 0,71 1,29

Nap Nồi | Buồng đốt | Thân

3 Đáy | Chịuáp suất ngoài | 88,69 | 108,69 | 0,68 1,32 Nắp

Buồng bốc | Thân

Day | Chịu áp suất ngoài | 70,1 90,1 0,1 1,9 Nap

3 Tính bể dày thân chịu áp suất ngoài

Đối với buồng đốt ta tính bể dày của nổi 3 rồi chọn chung cho cả 3 nổi vì nổi 3 chịu áp suất ngồi ln có bể dày lớn hơn buồng đốt chịu áp suất trong Tương tự với buồng bốc, do nổi 2 và 3 chịu áp suất ngồi nên ln có bể dày lớn hơn buồng bốc của nồi 1 chịu áp suất trong, do đó ta chỉ cần tính bề dày buồng bốc nổi 2 và nổi 3 rồi chọn bể dày lớn nhất làm bể dày chung cho cả 3 nồi

e Tính bê dày tối thiểu:

Ta có:

L 04

1,18D,x| Pt» = ED,

Trong đó: Dt là đường kính trong thiết bị, mm; Ptt là áp suất tính tốn, N/mm”;

(5.14/T98-[6])

Trang 32

E là mô đun đàn hồi của vật liệu thân ở nhiệt độ làm việc của nó, chọn E; =

20,5.10* N/mm? theo bang 2-12/T34-[5];

L là chiều dài tính toán của thân thiết bị, L = H, mm (thân dùng mối ghép

bích)

Bề dày thực của thântrụ: S=S +C (5.9/T96-[5]) C =Ca +Cb + Cc + Co (1.10/T20-[5])

Trong đó:

C; là hệ số bổ sung do ăn mịn hóa học của mơi trường, sữa có mơi trường axit

(yếu) chọn Cạ = 1mm cho thời hạn sữ dụng thiết bị 10 năm;

Cy là hệ số bào mịn cơ học của mơi trường, vì vận tốc sữa chuyển động thấp

hơn 20m/s nên Cụ = 0mm;

Cc hệ số phụ thuộc vào dạng chỉ tiết, vào công nghệ chế tạo chỉ tiết và thiết bị,

thông thường chọn C‹ = 0mm;

C, hệ số bổ sung để qui tròn kích thước, giá trị này sẽ chọn sao cho phù hợp với

các điều kiện bển bên dưới, mm

e Kiểm tra điều kiện ổn định của thân khi chịu tác dung của áp suất ngoài: - Điều kiện 1: 2(S=Œj)_L D 15 PSC) <—< L—— D, D.` 12(S-Œ,) ( 5.15/T99-[5 I5) L E [2 s-c)] —>0,3.— == (5.16/T99-[5]) D, Oo C D,

œc là giới hạn chảy của vật liệu làm thân ở nhiệt độ tính tốn, chọn øc = 140

N/mm? theo bang 2-7/T29-[5];

- Điều kiện 3: áp suất tính tốn cho phép bên trong thiết bị:

s-c,) [s=¢

D t D t

- Diéu kién 2:

*_ Xác định lực nén chiều trục:

P,=z.S'.D, ơ, (5.30/T103-[5])

* Ứng suất cho phép của thân khi chịu nén tính theo cơng thức:

3-€, (5.31/T103-[5]

o, =K,.E

f

x D

w K,: phụ thuộc vào ————— nếu ——————

Trang 33

t

P

v Kiểm tra độ ổn định của thân: $— C,2 KE (5.32/T103-[5])

7

e Kiểm tra điều kiện ổn định của thân khi chịu tác dụng đồng thời của lực nén chiêu trục

và áp suất ngoài: Bỏ qua ứng suất uốn

v_ Xác định ứng suất nén chiểu trục :

P

Ø;=————n——_—— (5.48/T107-[5]) (Đ,+ S)XS~ CŒ,)

_ Kiểm tra độ ổn định của thân khi chịu tác dụng đồng thời:

ca + Fn 1 hoặc >I tuy nhiên không quá 5% (5.47/T107-[5])

F.- BE

Nếu các điều kiện trên khơng thoả thì ta tăng bề dày lên rồi kiểm tra lại

Ta có bảng số liệu tính tốn về bề dày, điều kiện bền và lựa chọn bể dày thích hợp:

Bảng 20: Buôồng đốt Buồng bốc

Vật liệu CT3 XI1§HI0T

Mơ dun dan héi E, N/mm” 205000 205000 205000

Bề dày tối thiểu S’, mm 7,0 6,9 8,1

Hệ số qui trdn kich thuéc C,, mm 4,0 6,1 4,9 Bé day thuc S, mm 12 14 14

2.(S— Œ,

Giá trị biểu thức: I,5 = (1) 0,173 0,172 0,188

2 L

Ti sé: D (2) 5,556 5,556 5,556

Giá trị biểu thức: —B_ : "42(—€,) (3) 6,396 , 5,883 , 5,883 ;

Điều kiện bền : (1) < (2) < @) Thỏa Thỏa Thỏa

- 3

Giá trị biểu thức: 0,3 25-60) (4) 0,673 0,663 0,867

a \_ t

Diéu kién bén 2: (2) > (4) Thỏa Thỏa Thỏa Áp suất tính tốn bên trong tb [P,], N/mm? 0,396 0,492 0,492 Điều kiện bên 3: [Pa] > Pa Thỏa Thỏa Thỏa

Ứng suất cho phép khi thân chịu nén [ơn], 64,244 64,517 64,517 N/mm

Lực nén chiêu trục P‹ụ, N/mm? 1267430,79 | 1261800,35 | 1473421,80 ¿ D

Tỉ số

1 SỐ 2(S—€,) 40,91 37,50 37,50

Trang 34

qc thông số phụ thuộc vào biểu thức

2~€,) 0,0429 0,0395 0,0395 Hệ số K, 0,0256 0,0236 0,0236 P Giá trị biểu thức |—> 8,76 9,11 9,85 aK E 22 A 2 A P., 2 2 2

Kiểm tra độ ổn dinh cia than S—C, 2 KE! <11, thoa < 13, thỏa | < 13, thỏa

1 c

Ung suất nén chiều trục ơn, N/mm? 40,235 36,678 42,830

l5

Giá trị biểu thức: - + (5) 0,953 0,735 0,923

Kién tra độ ổn định: (5) < (1 + 5%) Thỏa Thỏa Thỏa

4 Tính bề dày đáy, nắp buông đốt và buồng bốc

4.1 _ Nắp, đáy elip làm việc áp suất ngoài

Chọn nắp, đáy elip và vật liệu là thép không rỉ X18H10T sử dụng cho buồng đốt và

cho nắp buồng bốc, có bọc cách nhiệt, chọn đáy nắp tiêu chuẩn, loại có gờ

«e_ Thơng số làm việc:

Xét theo môi trường đang làm việc của nắp và thiết bị sử dụng nắp, đá y e Tính bên :

Chon: Snip = Sthan

hy (h)=2S va hy >25mm va hy, (hg) = 0,25Dt

Kiểm tra điều kiện ổn định của nắp theo công thúc:

( Bảng XII.10/T382-[2])

Trang 35

So sánh : R va 0,15.E

Sy xo,

Với x là tỉ số giới hạn đàn hồi, đối với thép khong gi x=0.7 theo T127-[5] '

"~ S xo!

=>Kiém tra áp suất tính toán cho phép bên trong thiết bị:

2

P =0,09E' S7G, (6.12/T127-[5])

KR,

Re OSE"

" Nếu "5 xs!

=Kiểm tra áp suất tính tốn cho phép bên trong thiết bị:

2 S-C

p =2:0n S-C,)

BR,

E,.(S— +S5xơ,.R

Trong đó: B= — BASH E,(S-C,)-6.7x0,.R, (1 x) Ca) + 5x0 „

Ta lập bản tính tốn bể dày và kiểm tra điều kiện bền của đáy và nắp thiết bị

(N/mm?) (6.13/T127-[5]) (T127-[5]) Bang 21: Buồng đốt Buồng bốc

Nồi 3 Néi2 | Nồi3

Vật liệu X18H10T

M6 dun dan héi E, N/mm? 205000 205000 205000

Bề dày thực, mm 12 14 14 Chiểu cao gờ h;, mm 25 40 40 Bán kính mặt trong R: (h), mm 225 350 350 Ti sé R/S 18,75 25 25 + ~ 0,15.E Ti s6 ——— Xo, 313,78 313,78 313,78

=Kiểm tra theo CT6.13/T127-[5]

B 1,070 1,093 1,093

[Pa], N/mm? 5,871 4,405 4,405

Tất cả [Pa] đều lớn hơn Pa, nên bề dày đã chọn là phù hợp

4.2 Đáy nón làm việc áp suất ngoài:

Để đảm bảo việc tháo liệu ở buồng bốc tốt ta chọn đáy nón và vật liệu làm đáy là

thép không ri X18H10T va chon géc ở đỉnh œ = 30°C,, loại đáy có gỡ

Trang 36

Đồ án chuyên ngành 2 Khat r/È2 sj H44 | ⁄ 5 ø | | J ,* Re * : ® ey ứ a, 2k &-222À_ dế bà t,z28 e_ Thông số làm việc:

Xét theo môi trường đang làm việc của đáy và thiết bị sử dụng đáy

e Tinh bén:

Chon Sa = Spec

e Kiémtra:

Lực tính toán P nén đá y theo công thức:

P= TDP, (N/mm?) (6.27/T133-[5])

Lực nén chiểu trục cho phép theo công thức:

[P] ==.Kc.Ei.(S- Cạ).cos2œ (6.28/T133-[5])

Ấp suất ngoài cho phép:

+ — 2 —

P =0, s55 3—€ } 3—€, (5.19/T99-[5]) „ D' D'

Trong đó: L': chiều cao phần đáy nón (X.IH.21/394[2])

D'= 0,9D, + 0,1D,, (6-28-[6])

cosa

Dt va Dt1 1a dudng kinh 16n va dudng kinh bé cia đáy nón,mm

Điều kiện ổn định: FE $s 1 (6.31/T134-[5])

Ta lập bản tính tốn bể dày và kiểm tra điều kiện bền của đáy và nắp thiết bị

Bảng 22: Buồng bốc Nồi 2 Nồi 3 Vật liệu X18H10T Bề dày thực, mm 14 14

Chiểu cao đáy nón H, mm 1269 1269

Chiều cao gờ hy, mm 40 40

Chiểu cao toàn đáy I', mm 1309 1309

D’,mm 1460,71 1460,71 Dạ, mm 1428 1428

Trang 37

Rồ, mm 210 210 Lực tính tốn nén đáy P, N/mm” 202491,9 298365,6 Lực nén chiều trục cho phép [P], N/mmˆ 2220770 2220770

Áp suất ngoài cho phép, N/mm” 1,109 1,109

Điều kiện ổn định Ee Pa <Ị 0,205 0,302

Như vậy diéu kién 6n định đã thỏa, bề dày đã chọn là hợp ly

5 Các bộ phận phụ %I Bich va buléng:

Mặt bích là một bộ phận quan trọng dùng để nối các phần của thiết bị cũng như nối các thiết bị khác Những yêu cầu của mặt bích:

- _ Mối ghép phải ln kín ở áp suất và nhiệt độ làm việc;

- _ Luôn bến, tháo lắp nhanh và đẩm bảo sản xuất hàng loạt, giá thành rẻ Các kí hiệu trên mặt bích liền (kiểu 1):

do

Db D

Dt

Với: D, là đường kính trong của ống hay thiết bị; D, là đường kính ngoài của ống hay thiết bị;

Di là khoảng cách giữa hai phần loom (trống) khi ghép bích;

Dy à khoảng cách giữa hai bulong đối diện nhau;

D là đường kính của bích; d; là đường kính của bulong;

h là chiều cao của một bích e _ Mặt bích nối thân thiết bị với đáy và nắp:

Chọn bích liền (kiểu I) để nối thân buông đốt, buồng bốc với đáy và nắp

Theo bảng XIII.27/T417-[2] ta có bảng số liệu sau:

Trang 38

Đồ án chuyên ngành Bảng 23:

- 6 Kích thước ống nối Bulong

Thiết bị Nha? ( mạ) D Db Dị Do Dp Z h

(mm) | (mm) | (mm) | (mm) | (mm) | (cái) | (mm)

Buồng đốt (3) 0,129 | 900 | 1030 | 980 950 924 | M20 | 24 22 Buông bốc (3) 0,186 | 1400 | 1540 | 1490 | 1460 | 1428 | M20 | 32 25

Mặt bích nối thiết bị với ống dẫn:

Chọn bích liền bằng kim loại đen để nối các bộ phân thiết bị với các ống dẫn

Theo bảng XIII.26/T409-[2] ta có bảng số liệu:

Bảng 24:

Kích thước nối Bulong

Ống dẫn ( mà) tà) D D, Dị dy Z (mm)

(mm) | (mm) | (mm) | (mm) | (cái)

Hơi đốt 70 76 160 130 110 | M12 4 14 Hơi thứ nổi 1 dén ndi 2 70 76 160 130 110 | M12 4 14 Hơi thứ nồi 2 đền nồi 3 100 108 205 170 148 | Ml6 4 14

Hơi thứ nổi 3 đến TBNT 250 273 370 335 312 | M16 12 22 Ống dẫn dd vào nồi 1 32 38 120 90 70 | M12 4 12 Ong din dd vao néi 2 25 30 100 75 60 | M10 4 12 Ống dẫn dd vào nồi 3 20 25 90 65 50_ | M10 4 12 Ống dẫn dd vào bể chứa 10 14 75 50 35 MI0 4 10

5.2 Viống và đĩa phân phối

Chọn đường kính ngồi của vỉ ống bằng đường kính trong của thân TB

Chọn vật liệu làm vỉ ống là thép X1§HI0T, vỉ ống loại tròn phẳng (kiểu 2 hinh 8-8 trang 211-[6])

Vỉ ống ở thiết bị, hai vỉ ống phải cố định: bể dày của vi ống phải đảm bảo giữ chặt ống

sau khi nong , giữ nguyên hình dạng của vỉ ống sau khi khoan, khi nong và sau khi nong,

bền duới tác dụng của các loại ứng suất chống được ăn mịn

Chiểu dày tính tốn tối thiểu của vỉ ống, đĩa phân phối được tính sơ bộ theo CT:

n= Ses mm (8.51/T182-[5])

Đối với vĩ bằng thép, chiều dày tối thiểu phải thỏa điều kiện:

n'> ®3Š4,*ÍŠ (§ s8/T184-[5]) va h’ > 10mm

n

37

Trang 39

+2 4 £

Kiểm tra ứng suất uốn: Ø,

Trong đó /= abt ed

(8.53/T183-[5])

Bảng 25: Bảng tính vỉ ống và đĩa phân phối

Kí Giá trị

Đại lượng hiệu Don vị Viống | Đĩa phân phối Ghỉ chú

Vật liệu Thép X18H10T

Đường kính ngoài của d, mm 38 28 Xét với bể day

ong màng là 3mm

Bước ống t mm 57 57

Khoảng cách I 1 mm 49.3 49.36

Bề dày tối thiểu h | mm | 975 8.5

Bề dày thực h mm 10 10

Ấp suất tính tốn P | N/mm | 0,186 0,186 Áp suất nồi 3

Ứng suất uốn So, N/m? 3,89 3,32

Ứng suấtuốn cho phép | [Z„] | 10°N/m?] 139 139 Kiểm tra điều kiện Đạt Đạt

5.3 Tai treo

Chon 4 tai treo bằng thép CT3 có khối lượng riêng 7850 kg/mỶ cho mỗi nổi Ta phải tính tải trọng lên mỗi tai treo

Tải trọng lên một tai treo là: @= “ (N)

Trang 40

Trong quá trình tính tổng trọng lượng ta bỏ qua trọng lượng hơi, trọng lượng ống dẫn, trọng lượng lớp cách nhiệt và có chỉ tiết nhỏ khác Tuy nhiên, ta sẽ qui chuẩn trọng lượng tăng hơn so với tính tốn

e _ Cách tính trọng lượng thân thiết bị:

Tính trọng lượng của thân buồng đốt và buồng bốc theo công thức:

M = p= (vp; -D?) (*)

Trong đó: p- khối lượng riêng của thép, p= 7,85.10° kg/m? D,- đường kính ngồi của buồng đốt và buồng bốc, m D,- đường kính trong của bng đốt và buồng bóc, m H- chiều cao của buồng đốt và buồng bốc, m

Tính tải trọng của thân thiết bị: G = g.M, g- gia tốc trọng trường, g = 9.81 m⁄s?

e _ Cách tính trọng lượng của dung dịch:

Tính trọng lượng của dung dịch đi trong thiết bị gồm 2 phần: dung dịch đi trong ống truyền nhiệt, mực dung dịch tràn lên chọn 0,5m

Vì dung dịch ở nổi thứ 3 có khối lượng riêng lớn nhất nên ta tính khối lượng riêng dung dịch ở nỗi 3

Chọn trọng lượng dung dịch ở buồng đốt làm trọng lượng dung dịch ở buồng bốc Cơng thức tính:

2 2 2

Gy = na (EB) Hyg hues VN

Trong đó:

dị, dạ, D lần lượt là đường kính trong của ống truyền nhiệt, đường kính

màng dung dịch (d„ = d, -3x2) và đường kính buồng đốt;

n là số ống truyễển nhiệt

paa là khối lượng riêng dung dich ở nỗi 3, paa = 1327,13 kg/m’;

hị là chiều cao dung dịch sôi trần lên, hị = 0,5m

Vĩ ống để ghép ống Có 3 vĩ ống trong 1 buồng đốt: 2 vĩ để giữ ống truyền nhiệt, 1 vĩ để phân phối dung dịch đều vào các ống truyền nhiệt Vì đường kính các lổ trên vĩ phân phối nhỏ hơn trên vĩ phân phối ống truyền nhiệt nên ta chỉ tính trọng lượng vĩ phân phối dung dịch rồi nhân 3

Định dạng
Số trang	46
Dung lượng	16,57 MB