THIẾT kế THIẾT bị cô đặc CHÂN KHÔNG một nồi GIÁN đoạn DUNG DỊCH ĐƯỜNG từ 10% lên 42%, NĂNG SUẤT 1,5m3 TRÊN mẻ sử SỤNG ỐNG TUẦN HOÀN TRUNG tâm

MỤC LỤC LỜI NÓI ĐẦU 5 CHƯƠNG 1. QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ 6 1.1 Sơ đồ công nghệ 7 1.2 Thuyết minh quy trình công nghệ 8 1.3 Các thiết bị trong quy trình công nghệ 8 CHƯƠNG 2. THIẾT KẾ THIẾT BỊ CHÍNH 9 2.1 CÂN BẰNG VẬT CHẤT VÀ NĂNG LƯỢNG 9 2.1.1 Cân bằng vật chất 10 2.1.2 Cân bằng năng lượng 10 2.2 TÍNH TOÁN THIẾT BỊ CHÍNH – NỒI CÔ ĐẶC 17 2.2.1 Hệ số truyền nhiệt 17 2.2.2 Bề mặt truyền nhiệt 24 2.2.3 Buồng đốt 25 2.2.4 Buồng bốc 26 2.3 TÍNH CƠ KHÍ THIẾT BỊ CHÍNH 26 2.3.1 Buồng đốt 27 2.3.2 Buồng đốt 28 2.3.3 Đáy 30 2.3.4 Nắp êlip 30 2.3.5 Tính cách nhiệt cho thân 31 2.3.6 Mối ghép bích 32 2.3.7 Vỉ ống 34 2.3.8 Khối lượng và tai treo 36 2.3.9 Các đường ống dẫn, cửa 38 CHƯƠNG 3. CÁC THIẾT BỊ PHỤ 40 3.1 THIẾT BỊ NGƯNG TỤ ỐNG CHÙM 40 3.1.1 Lưu lượng nước lạnh cần thiết 40 3.1.2 Bề mặt truyền nhiệt 41 3.1.3 Đường kính trong thiết bị ngưng tụ 42 3.1.4 Đường kính ống dẫn hơi thứ vào thiết bị 42 3.1.5 Bề dày thiết bị 43 3.2 BƠM 43 3.2.1 Bơm chân không 44 3.2.2 Bơm nhập liệu 45 3.2.3 Bơm sản phẩm 47 3.2.4 Bơm nước vào thiết bị ngưng tụ 48 BẢNG TỔNG KẾT 51 KẾT LUẬN 52 TÀI LIỆU THAM KHẢO 53

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÀ RỊA VŨNG TÀU KHOA HÓA HỌC VÀ CÔNG NGỆ THỰC PHẨM ĐỒ ÁN MÔN HỌC TÊN ĐỒ ÁN: THIẾT KẾ THIẾT BỊ CÔ ĐẶC CHÂN KHÔNG MỘT NỒI GIÁN ĐOẠN DUNG DỊCH ĐƯỜNG TỪ 10% LÊN 42%, NĂNG SUẤT 1,5m3/MẺ SỬ SỤNG ỐNG TUẦN HOÀN TRUNG TÂM Giáo viên hướng dẫn : ThS Nguyễn Văn Toàn Chủ nhiệm môn : PGS TS Nguyễn Văn Thông Nhóm sinh viên : Phạm Trung Nghĩa : Nguyễn Hồng Khơi Ngun Lớp : DH09H2 Khóa : 2009 – 2013 Vũng Tàu Tháng Năm 2012 Đồ Án Môn Học Q Trình Thiết Bị Tồn GVHD: ThS Nguyễn Văn TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÀ RỊA – VŨNG TÀU CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM KHOA HÓA HỌC & CNTP Độc lập – Tự – Hạnh phúc NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN (Q trình thiết bị hóa học công nghệ thực phẩm) Họ Tên Sinh Viên: 1) Phạm Trung Nghĩa 2) Nguyễn Hồng Khơi Ngun Giới tính: Nam Giới tính: Nữ Chun ngành: Hóa dầu Khóa: 2009 – 2013 1) TÊN ĐỀ TÀI: Thiết kế hệ thống cô đặc chân không nồi gián đoạn dung dịch đường từ nồng độ 10% lên 42%, sử dụng ống tuần hoàn trung tâm suất 1,5 tấn/mẻ, áp suất trân không 0,2at 2) NHIỆM VỤ - Giới thiệu quy trình cơng nghệ - Cân vật chất cho tháp hệ thống - Tính tốn thiết kế tháp - Tính tốn thiết bị phụ - Kết luận 3) Ngày giao :20/03/2012 4) Ngày hoàn thành :02/05/2012 GVHD : Ths NGUYỄN VĂN TOÀN Giáo viên hướng dẫn Kí tên SVTH :Nhóm 15 Trưởng mơn Kí tên trang Đồ Án Mơn Học Q Trình Thiết Bị Toàn GVHD: ThS Nguyễn Văn MỤC LỤC LỜI NÓI ĐẦU CHƯƠNG QUY TRÌNH CƠNG NGHỆ .6 1.1 Sơ đồ công nghệ .7 1.2 Thuyết minh quy trình cơng nghệ .8 1.3 Các thiết bị quy trình cơng nghệ CHƯƠNG THIẾT KẾ THIẾT BỊ CHÍNH 2.1 CÂN BẰNG VẬT CHẤT VÀ NĂNG LƯỢNG .9 2.1.1 Cân vật chất 10 2.1.2 Cân lượng 10 2.2 TÍNH TỐN THIẾT BỊ CHÍNH – NỒI CƠ ĐẶC 17 2.2.1 Hệ số truyền nhiệt .17 2.2.2 Bề mặt truyền nhiệt .24 2.2.3 Buồng đốt 25 2.2.4 Buồng bốc 26 2.3 TÍNH CƠ KHÍ THIẾT BỊ CHÍNH 26 2.3.1 Buồng đốt 27 2.3.2 Buồng đốt 28 2.3.3 Đáy 30 2.3.4 Nắp êlip .30 2.3.5 Tính cách nhiệt cho thân .31 2.3.6 Mối ghép bích .32 2.3.7 Vỉ ống 34 2.3.8 Khối lượng tai treo 36 2.3.9 Các đường ống dẫn, cửa .38 CHƯƠNG CÁC THIẾT BỊ PHỤ 40 SVTH :Nhóm 15 trang Đồ Án Mơn Học Q Trình Thiết Bị Tồn GVHD: ThS Nguyễn Văn 3.1 THIẾT BỊ NGƯNG TỤ ỐNG CHÙM 40 SVTH :Nhóm 15 trang Đồ Án Mơn Học Q Trình Thiết Bị Toàn GVHD: ThS Nguyễn Văn 3.1.1 Lưu lượng nước lạnh cần thiết 40 3.1.2 Bề mặt truyền nhiệt .41 3.1.3 Đường kính thiết bị ngưng tụ 42 3.1.4 Đường kính ống dẫn thứ vào thiết bị 42 3.1.5 Bề dày thiết bị .43 3.2 BƠM 43 3.2.1 Bơm chân không 44 3.2.2 Bơm nhập liệu .45 3.2.3 Bơm sản phẩm 47 3.2.4 Bơm nước vào thiết bị ngưng tụ 48 BẢNG TỔNG KẾT 51 KẾT LUẬN 52 TÀI LIỆU THAM KHẢO 53 SVTH :Nhóm 15 trang Đồ Án Mơn Học Q Trình Thiết Bị Tồn GVHD: ThS Nguyễn Văn LỜI NÓI ĐẦU Ngày nay, khoa học kỹ thuật ngày phát triển đóng góp to lớn cho cơng nghiệp nước ta nói riêng giới nói chung Một ngành có đóng góp vơ to lớn ngành cơng nghiệp hóa học, đặc biệt ngành sản xuất hóa chất bản, phục vụ cho đa số ngành công nghiệp Hiện nay, ngành công nghiệp cần sử dụng nhiều hóa chất có độ đậm đặc cao Nhu cầu đặt cho nhà sản xuất hóa chất sử dụng nhiều phương pháp để nâng cao độ tinh khiết sản phẩm : trích ly, chưng cất, đặc, hấp thu … Tuỳ theo đặc tính u cầu sản phẩm mà ta có lựa chọn phương pháp cho phù hợp Nhiệm vụ cụ thể Đồ án môn học thiết kế hệ thống cô đặc chân không gián đoạn nồi dung dịch Đường từ nồng độ 10% đến nồng độ 42%, suất 1,5 tấn/mẻ, sử dụng ống tuần hoàn trung tâm Đồ án thực giúp đỡ hướng dẫn trực tiếp thầy Nguyễn Văn Toàn, thầy khoa Hóa Học Cơng Nghệ Thực Phẩm Trường Đại Học Bà Rịa – Vũng Tàu Có thể nói thực đồ án mơn học hội tốt cho sinh viên ôn lại tồn kiến thức học q trình thiết bị cơng nghệ hóa học Ngồi cịn dịp mà sinh viên tiếp cận với thực tế thơng qua việc lựa chọn, tính toán thiết kế thiết bị với số liệu cụ thể Tuy nhiên kiến thức thực tế cịn hạn hẹp q trình thực đồ án khó tránh thiếu xót Em mong góp ý dẫn thầy bạn bè để có thêm nhiều kiến thức chun mơn SVTH :Nhóm 15 trang Đồ Án Mơn Học Q Trình Thiết Bị Tồn GVHD: ThS Nguyễn Văn CHƯƠNG QUY TRÌNH CƠNG NGHỆ 1.1 Sơ đồ công nghệ ( vẽ A3 kèm theo ) 12 SƠ ĐỒ QUY TRÌNH CÔNG NG 10 14 17 11 15 Hình 1: Sơ đồ cơng nghệ hệ thống đặc chân khơng nồi có ống tuần hồn trung tâm 1.Thùng chứa nguyên liệu; 2.Bơm nhập liệu; 3.Cửa nhập liệu;4.Cửa dẫn đốt; 5.Buồng đốt; 6.Buồng bốc; 7.Ống dẫn thứ; 8.Thiết bị cô đặc; 9.Thiết bị tách bọt; 10.Thiết bị ngưng tụ kiểu ống chùm; 11.Thiết bị làm lạnh khơng khí; 12.Thiết bị đo áp suất; 13.Bơm hút chân không; 14.Bồn chứa sản phẩm; 15.Bể chứa nước ngưng; 16.Thiết bị chứa nước ngưng không ngưng; 17 Van 1.2 Thuyết minh quy trình cơng nghệ SVTH :Nhóm 15 trang Đồ Án Mơn Học Q Trình Thiết Bị Toàn - GVHD: ThS Nguyễn Văn Khởi động bơm chân không đến áp suất Pck = 0,2 at Sau bơm dung dịch ban đầu có nồng độ 10% từ bể chứa nguyên liệu (1) vào nồi cô đặc bơm ly tâm (2) qua lưu lượng kế vào buồng đốt (5) thiết bị đặc (8), sau nhập đủ 1,5 ngừng Khi nhập liệu đủ 1,5 bắt đầu cấp đốt (là nước bão hòa áp suất at), dung dịch đường đun nóng tới nhiệt độ sơi, dung dịch tạo hỗn hợp lỏng – (phần lên buồng bốc (7)) Buồng đốt gồm ống tuần hoàn trung tâm có đường kính lớn nhiều ống nhỏ truyền nhiệt Dung dịch chảy ống gia nhiệt đốt ống Dung dịch ống sơi tuần hồn qua ống tuần hồn (do ống tuần hồn có đường kính lớn ống truyền nhiệt nên dung dịch ống tuần hoàn sơi ống truyền nhiệt, khối lượng riêng dung dịch ống tuần hoàn lớn khối lượng riêng dung dịch ống truyền nhiệt tạo áp lực đẩy dung dịch từ ống tuần hoàn sang ống truyền nhiệt) Một phần dung dịch bị thứ theo gặp thiết bị tách bọt (9) rơi xuống sau trở lại buồng bốc Hơi thứ khí khơng ngưng dẫn qua thiết bị ngưng tụ kiểu ống chùm (10) ( thiết bị ngưng tụ gồm nhiều ống truyền nhiệt nhỏ ngưng tụ nước lạnh bên ống ), sau ngưng tụ thành lỏng chảy ngồi bồn chứa (16), cịn phần khí không ngưng bơm hút chân không hút ống Hơi đốt ngưng tụ chảy qua cửa tháo nước ngưng xả thùng chứa nước ngưng (11) Quá trình tiếp tục đến đạt nồng độ 42% ngưng cấp đốt, sau tháo sản phẩm cách mở van tháo sản phẩm đưa vào bể chứa (14) 1.1 Các thiết bị lựa chọn quy trình cơng nghệ SVTH :Nhóm 15 trang Đồ Án Mơn Học Q Trình Thiết Bị Tồn GVHD: ThS Nguyễn Văn a) Thiết bị đặc có ống tuần hồn trung tâm: Đây thiết bị quy trình công nghệ bao gồm buồng đốt buồng bốc dùng để làm tăng nồng độ chất rắn hòa tan dung dịch cách tách bớt phần dung môi qua dạng b) Thiết bị ngưng tụ kiểu ống chùm: Dùng để ngưng tụ thứ (đi ống ) nước lạnh ( ống ) c) Thiết bị tách bọt: Được dùng để tách cấu tử lỏng bọt bị thứ theo trước thứ ngưng tụ d) Bơm chân không bơm ly tâm: Được sử dụng để bơm dung dịch đường từ bể chứa nguyên liệu vào nồi cô đặc, hút sản phẩm, bơm nước lạnh cho thiết bị ngưng tụ tạo độ chân không hệ thống bắt đầu làm việc e) Các loại bồn chứa: Dùng để chứa nguyên liệu, sản phẩm nước ngưng f) Thiết bị tháo nước ngưng: Dùng để tháo nước ngưng ngăn khơng cho phần ngồi g) Các thiết bị phụ trợ khác: thiết bị đo áp suất, đo nhiệt độ, loại van CHƯƠNG II THIẾT KẾ THIẾT BỊ CHÍNH 2.1 CÂN BẰNG VẬT CHẤT VÀ NĂNG LƯỢNG 2.1.1 CÂN BẰNG VẬT CHẤT SVTH :Nhóm 15 trang Đồ Án Mơn Học Q Trình Thiết Bị Toàn GVHD: ThS Nguyễn Văn Các số liệu ban đầu: • Dung dịch Đường có: - Nhiệt độ đầu 20oC, nồng độ đầu 10% - Nồng độ cuối 42% • Chọn đốt nước bão hịa áp suất 3at • Áp suất ngưng tụ: Pck = 0,2 at Cô đặc gián đoạn với suất 1,5 tấn/mẻ Khối lượng riêng dung dịch theo nồng độ Nồng độ, % Khối lượng kg/m3 10 riêng, 18 26 34 42 1039,98 1074,04 1110,14 1148,37 1188,87 Cân vật chất cho giai đoạn G đ = Gc + W Gđ.xđ = Gc.xc Trong đó: Gđ , Gc : lượng dung dịch đầu cuối giai đoạn, kg W : lượng thứ bốc lên giai đoạn, kg xđ , xc : nồng độ đầu cuối giai đoạn Gđ × xđ, Gc × xc : khối lượng đường dung dịch, kg a) Giai đoạn 10% đến 18% Gđ = 1,5 x 1039,98 = 1559,97 kg xđ = 0,1 ; xc = 0.18 • Lượng sản phẩm ( dung dịch Đường 18% ) Gc = Gđ xd = 1559,97 × 0,1 = 866, 65 kg xc 0,18 • Lượng thứ W = Gđ - Gc = 1559,97 – 886,65 = 673,32 kg b) Giai đoạn 18% đến 26% Gđ = 866,65 kg ; xđ = 0.18 ; xc = 0.26 ⇒ Gc = Gđ × xd 0.18 = 866,65 × = 599,98 kg xc 0.26 W = Gđ – Gc = 866,65 – 599,98 = 266,67 kg SVTH :Nhóm 15 trang 10 Đồ Án Mơn Học Q Trình Thiết Bị Tồn GVHD: ThS Nguyễn Văn CHƯƠNG III CÁC THIẾT BỊ PHỤ 3.1 THIẾT BỊ NGƯNG TỤ KIỂU ỐNG CHÙM Cân nhiệt lượng cho thiết bị ngưng tụ Qnt= Gp.rp, kW Với: Qnt : nhiệt ngưng tụ, kW rp = aP rb +(1- a p ).rt Tại P= 0,2031 tra bảng IX-2a trang 135 tài liệu [2] ta cóTP=60,20C.Tại nhiệt độ ta có: rb= 401.103 J/kg rt=382.103 J/kg rp = 0,2031 x 401.103 +(1-0,2031) × 382.103 = 385,8.103 J/kg Do đó: Qnt =(1188,55 × 385,8)/3600 = 127,37 kW * Lưu lượng nước lạnh cần thiết Lưu lượng nước lạnh • Gn = W i − c n t n c n ( t n − t n1 ) Trong Gn : lượng nước cần cung cấp, kg W : lượng thứ cần ngưng, kg SVTH :Nhóm 15 trang 41 Đồ Án Mơn Học Q Trình Thiết Bị Toàn GVHD: ThS Nguyễn Văn i : entanpi thứ áp suất ngưng tụ 0.2031 at, J/ kg i = 2608.103 J/kg (bảng I.251 trang 314 Tài liệu [1]) cn : nhiệt dung riêng trung bình nước, J/kg độ cn =4178 J/kg độ tn1, tn2: nhiệt độ vào nước, oC tn1 = 30oC tn2 = 56,3oC ⇒ Gn = 1141,55 × 2608 ×103 − (4178 × 65) = 24273,1 kg/h 4178 × ( 56,3 − 30 ) Chọn kết cấu bề mặt truyền nhiệt bình ngưng chùm ống trơn • thép dài 2m, đường kính ngồi dn=30 mm đường kính dtr=26 mm * Bề mặt truyền nhiệt F = Qnt K ∆ t * Tính hệ số truyền nhiệt K Chọn  tv1 = 56,3 ⇒ ∆t1 = 3, 4o C • Tính α 1 tm = × ( 59, + 56,3 ) = 58o C ⇒ A = 154, ⇒ α1 = 2.04 × A × r 2358 × 103 = 2.04 ×154, × = 7534,5 W/m2K ∆t1 × H 3, ì ã q1 = 1.t1 = 7534,5 × 3, = 25617, 2W / m • ∆tv = q1.∑ rv = 25617, × 6.143 ×10 −4 = 15, o C ⇒ tv2 = 56,3 − 15, = 40, 6o C ⇒ ∆t2 = 40, − 30 = 10, 6o C  α n = 0.56 × q10.7 × p 0.15 = 0.56 × 25617, 20.7 ×19924,110.15 = 3013,5 W/m2K 0.565  0, 617 = 3013,5 ì ữ  0, 659   995,  4178 0.47 ì10 ì ì ữ  918,  3247,5 0,801 ×10    0.435 α = 3795, 07W / m K SVTH :Nhóm 15 trang 42 Đồ Án Mơn Học Q Trình Thiết Bị Tồn K = + 6.143 ×10−4 + 3013,5 3795, 07 GVHD: ThS Nguyễn Văn = 726, 7W / m2 K Chọn kiểu truyền nhiệt ngược chiều, nên: ∆tlog = (60, − 40, 6) − (56,3 − 30) = 17,9( K ) 60, − 40, ln 56,3 − 30  Vậy bề mặt truyền nhiệt là: F= Qnt = m2 K ∆ t ⇒ Số ống cần : F = n.π d n H ⇒n= F 9, 79 = = 52 ống π × d n × H π × 0, 03 × - Xếp ống theo hình lục giác ( theo Tài liệu [2] trang 48 ) - Số hình lục giác : hình - Số ống đường chéo : ống ⇒ Tổng số ống : 61 ống • Giá trị bước ống: t = β × dn =(1,2 1,5) × dn (chọn β=1,4) ⇒ t = 0,03 1,4 = 0,042m = 4,2mm * Đường kính thiết bị ngưng tụ đường kính thiết bị ngưng tụ (khi xếp ống theo hình lục giác • ) tính theo: Dt = 4.n.t sin α + (d + 2.t ) π ω Trong đó: t - bước ống, m d - đường kính ngồi ống ngưng tụ, m n - số ống truyền nhiệt ψ - hệ số sử dụng lưới đỡ ống, thường dao động khoảng 0,7 – 0,9 SVTH :Nhóm 15 trang 43 Đồ Án Mơn Học Q Trình Thiết Bị Tồn GVHD: ThS Nguyễn Văn o sin α = sin 60 xếp theo hình lục giác đều, ba ống cạnh hai dãy sát tạo thành tam giác đều, có góc đỉnh α = 60 ⇒ Dnt = × 61× 0, 0422 sin 60 + (0, 03 + × 0, 042) = 0,83m π × 0,8 Vậy đường kính thiết bị ngưng tụ 850mm ⇒ * Đường kính ống dẫn thoát nước ngưng khỏi thiết bị ngưng tụ Nước dẫn từ bơm đến cửa vào thiết bị ngưng tụ khỏi thiết bị ngưng tụ với lưu lượng Gn = 24273,1 kg/h = 6,74(kg/s), chọn ω = 0,5 (m/s) Tra bảng (I.5, tài liệu [1], 11) ta có ρh20 30oC 995,68 kg/m3 d d = dt = Vs Gn v 6, 74 × (1/ 995, 68) = = = 0,13m 0, 785.ω 0, 785ω 0, 785 × 0,5 Vậy dd = dt= 130mm ⇒ * Đường kính ống dẫn thứ vào thiết bị ngưng tụ Hơi thứ vào thiết bị ngưng tụ có nhiệt độ 59,7oC, p = 0,2031 at Ta lấy đường kính ống dẫn thứ khỏi buồng bốc:D = 200mm * • Bề dày thiết bị ngưng tụ Bề dày thiết bị ngưng tụ tính tốn theo công thức: S = Dtr P 2.[ σ ] φh Trong đó: Dtr φh P :áp suất bên thiết bị, N/m2 [σ] • :đường kính thiết bị, m :hệ số bền thành trụ theo phương dọc = 0,95 (XIII.8, tài liệu [3], 362) :ứng suất cho phép, N/m2 Tính ứng suất kéo: [ σ ] = [σ k ] ×η k nb Với: giới hạn bền kéo σk = 550.106 (N/m ) (XII.4, tài liệu [3], 309) SVTH :Nhóm 15 trang 44 Đồ Án Mơn Học Q Trình Thiết Bị Tồn GVHD: ThS Nguyễn Văn hệ số an toàn theo giới han bền kéo nb = 2,6 (XIII.3, tài liệu [3], 356) hệ số điều chỉnh η = 0,9 (XIII.2, tài liu [3], 356) ã [k ] 550.106 N/m2 = ì 0,9 = 190,38.106 2, Vậy bề dày thiết bị ngưng tụ là: ⇒ S= 0,85 ×19,9.103 = 0, 0046m = 5mm ×190, 38.106 × 0,95 3.2 BƠM Bơm chân khơng • Tốc độ hút bơm chân không 30oc 760 mmHg SB = 9,69/40 = 0,24 m3/ph = 14,535 m3/h • Cơng suất bơm chân không m −1    p2  m Vkk m N= ì p1 ì ữ  p1   ηck t m −     m : số đa biến, thường m = 1,2  1.62 Lấy m = 1,3 p1 : áp suất trước nén p1 = P – Ph = 0,2031 – 0,05 = 0,153 at Ph = 0.05 :áp suất nước hỗn hợp p2 : áp suất sau nén P2 = Pa = at = 9,81.104 N/m2 Vkk : thể tích khơng khí cần hút, m3 t : thời gian cô đặc, s η ck : hệ số hiệu chỉnh, η ck = 0.8 1.3−1   24, 1.3   1.3  N= × 0.153 × 9.81× 10 ×  − 1 = 401, 24 W  0,153 ÷  0.8 × 3600 1.3 −     Bơm nhập liệu Công suất bơm N=  Q : lưu lượng nhập liệu, m3/s Q=  Q.H.ρ g 1000.η 1,5 = 0, 00167 m3/s 900 H : cơt áp bơm, m SVTH :Nhóm 15 trang 45 Đồ Án Mơn Học Q Trình Thiết Bị Tồn GVHD: ThS Nguyễn Văn Phương trình Bernoulli cho mặt cắt 1-1 (mặt thoáng bể chứa nguyên liệu) 2-2 (miệng ống nhập liệu) α v p α v p Z1+ + 1 + H = Z2+ + 2 + h1-2 γ 2g γ 2g 2 Trong đó: - Z1, Z2 : chiều cao hình học mặt cắt so với đất Chọn Z = m, Z2 = 3,1 m - : áp suất mặt cắt 1-1, p1 = at  p1 p2 - - p1 = mH2O γ p :áp suất mặt cắt 2-2, p2 =0.2031at  γ = 0, 2031 mH2O : vận tốc dung dịch mặt cắt, m/s v1,v2 v1 = v2 = v : vận tốc dung dịch ống, m/s h1-2 : tổng tổn thất ống, m Ta có h 1−2 = v2  l  λ + ξ  2g  d  ξ : tổng hệ số tổn thất cục ξ = ξ v + 2.ξ kq 90 + 2.ξ van + ξ = 0.5 + × 1,19 + 4,1 + = 7,98 l, d : chiều dài, đường kính ống nối bơm, m λ : hệ số ma sát Xác định λ Chọn đường kính d = dhút = dđẩy = dnl = 50 mm Vận tốc chảy ống 4.Q × 0, 00167 = = 1,33 m/s π d π × 0.042 v.d ρ 1.33 × 0.04 ×1039,98 = 56862, Chuẩn số Re = µ = 0,973 ×10 −3 ρ Với : khối luợng riêng dung dịch Đường 10%, kg/m3 v= µ : độ nhớt động lực dung dịch Đường 10%, Pa.s Chọn độ nhám ống thép ε = 0.2 mm 8  d 7  40  Re gh =  ÷ = ì ữ = 2557,9 0.2  9  d 8  40  Re n = 220 ữ = 220 ì  ÷ = 85326, 01 ε   0.2  SVTH :Nhóm 15 trang 46 Đồ Án Mơn Học Q Trình Thiết Bị Tồn GVHD: ThS Nguyễn Văn Vậy Regh < Re < Ren nên ε 100   λ = 0.1 1.46 × + d Re    0.25 0.2 100   = 0.1 1.46 × + 40 56862,    0.25 = 0, 006 Chiều dài đường ống từ bể lên cửa nhập liệu l = m ⇒ Tổng tổn thất áp suất h1− 1, 4152   = × 0, 006 ì + 7,98 ữ = 0,9 m × 9,81  0.04  Chọn α = α = ⇒ Cột áp bơm p2 − p1 v 1,332 + + h1− = 3,1 + 0,8 + + 0,9 = 5,52 m H = (Z2 – Z1) + γ 2g × 9,81  Cơng suất bơm 4,72 × 0,00167 × 9,81× 1039,98 N= = 0,12 kW 1000 × 0,8 Bơm hút sản phẩm Công suất bơm  N= Q.H.ρ g 1000.η Q : lưu lượng sản phẩm, m3/s  Q= 0, 418 = 0, 0007 m3/s 600 H : côt áp bơm, m Phương trình Bernoulli cho mặt cắt 1-1 (mặt thoáng bể chứa sản phẩm) 2-2 (miệng ống thoát sản phẩm)  p α v p α v Z1+ + 1 + H = Z2+ + 2 + h1-2 γ 2g γ 2g 2 Trong đó: - Z1, Z2 : chiều cao hình học mặt cắt so với đất Chọn Z = m, Z2 = m p1 = 0.2031 mH2O γ - p1 : áp suất mặt cắt 1-1, p1 = at  - p2 : áp suất mặt cắt 2-2, p2 = 0.2031 at  - - p2 = mH2O γ v1,v2 : vận tốc dung dịch mặt cắt, m/s v1 = v2 = v : vận tốc dung dịch ống, m/s h1-2 : tổng tổn thất ống, m SVTH :Nhóm 15 trang 47 Đồ Án Mơn Học Q Trình Thiết Bị Tồn Ta có h1−2 = GVHD: ThS Nguyễn Văn v2  l  λ + ξ  2g  d  ξ : tổng hệ số tổn thất cục ξ = ξ v + 2.ξ kq 90 + 2.ξ van + ξ = 0.5 + × 1,19 + 4,1 + = 7,98 l, d : chiều dài, đường kính ống nối bơm, m λ : hệ số ma sát Xác định λ Chọn đường kính d = dhút = dđẩy = dnl = 30 mm Vận tốc chảy ống 4.Q × 0, 0007 = = 0,99 m/s π d π × 0.032 v.d ρ 0,56 × 0.04 × 1188,87 = 13650,1 Chuẩn số Re = µ = 3, 449 ×10 −3 ρ Với : khối luợng riêng dung dịch Đường 42%, kg/m3 v= µ : độ nhớt động lực dung dịch Đường 42%, Pa.s Chọn độ nhám ống thép ε = 0.2 mm 8  d 7  30  Re gh = ữ = ì ữ = 1841, ε   0.2  9  d 8  30  Re n = 220  ÷ = 220 ì ữ = 61734,1 0.2  Vậy Regh < Re < Ren nên ε 100   λ = 0.1 1.46 × + d Re    0.25 0.2 100   = 0.1 1.46 × + 40 13650,1    0.25 = 0, 03 Chiều dài đường ống từ bể lên cửa tháo sản phẩm l = m ⇒ Tổng tổn thất áp suất h1− = 0,562  ì 0,03 ì + 7,98 ữ = 0.18 m × 9,81  0.04  Chọn α = α = ⇒ Cột áp bơm p2 − p1 v 0,562 + + h1− = + 0,8 + + 0,18 = m H = (Z2 – Z1) + γ 2g × 9,81  Cơng suất bơm × 0,0007 × 9,81× 1188,87 N= = 0,1 kW 1000 × 0,8 Bơm cung cấp nước vào thiết bị ngưng tụ SVTH :Nhóm 15 trang 48 Đồ Án Mơn Học Q Trình Thiết Bị Tồn GVHD: ThS Nguyễn Văn Cơng suất bơm  N= Q.H.ρ n g 1000.η ρn : khối lượng riêng nước 25oC, ρ n =996.9 kg/m3  η  Q : hiệu suất bơm, η = 0.8 : lưu lượng nhập liệu, m3/s  Q= Gn 20357, = = 5, 67 ×10−3 m3/s ρ n t 996.9 × 3600 t : thời gian đặc, s  H : côt áp bơm, m Phương trình Bernoulli cho mặt cắt 1-1 (mặt thống bồn chứa nước vào thiết bị ngưng tụ) 2-2 (mặt thoáng cửa vào ống dẫn nước)  α v p1 α v1 p + + H = Z2+ + 2 + h1-2 γ 2g γ 2g Z1+ Trong  Z1, Z2 : chiều cao hình học mặt cắt so với đất  Chọn Z1 = m, Z2 = 2,4 m p1 = 0.2031 mH2O γ  p1 : áp suất mặt cắt 1-1, p1 = at   p2 : áp suất mặt cắt 2-2, p2 = 0.2031 at  γ = mH2O : vận tốc nước mặt cắt, m/s v1 = : vận tốc nước chảy ống, m/s : tổng tổn thất ống, m   p v1,v2 v2 = v h1-2 h 1−2 = Ta có v2  l  λ + ξ  2g  d  ξ : tổng hệ số tổn thất cục ξ = ξ v + 2.ξ kq 90 + 2.ξ van + ξ = 0.5 + ×1.19 + 4,1 + = 7,98 d : chiều dài, đường kính ống nối từ bể chứa đến thiết bị ngưng tụ, m λ : hệ số ma sát Xác định λ Chọn đường kính d = dhút = dđẩy = dnl =100 mm Vận tốc chảy ống v= SVTH :Nhóm 15 4.Q × 5, 67 × 10−3 = = 0, 72 m/s π d π × 0.12 trang 49 Đồ Án Mơn Học Q Trình Thiết Bị Tồn Chuẩn số Re = Với GVHD: ThS Nguyễn Văn v.d ρ 0,72 ì 0.1ì 996.9 = = 80467, 0.892 ×10−3 ρ : khối luợng riêng nước 25oC, kg/m3 µ : độ nhớt động lực nước 25oC, µ =0,892.10-3 Chọn độ nhám ống thép ε = 0.2 mm 8  d 7  100  Re gh = ữ = ì  ÷ = 7289.34 ε   0.2  9  d 8  100  Re n = 220 ữ = 220 ì ữ = 239201.1 ε   0.2  Vậy Regh < Re < Ren nên ε 100   λ = 0.1 1.46 × + d Re    0.25 0.2 100   = 0.1 1.46 × + 100 80467,    0.25 = 0.025 Chiều dài đường ống từ bể lên cửa dẫn nước lạnh l = m ⇒ Tổng tổn thất áp suất h1− = 0, 722   ×  0,025 × + 7,98 ữ = 0.24 m ì 9.81 0.1  Chọn α = α = ⇒ Cột áp bơm p2 − p1 v 0,722 + + h1− = 2, + (0, 2031 − 1) + + 0.24 = 3,54 m H=(Z2 – Z1) + γ 2g × 9.81  Cơng suất bơm N= 5, 67 × 10−3 × 3,54 × 996,9 × 9,81 = 0, 24 kW 1000 × 0,8 SVTH :Nhóm 15 trang 50 Đồ Án Mơn Học Q Trình Thiết Bị Tồn GVHD: ThS Nguyễn Văn BẢNG TỔNG KẾT Tên - Nguyên liệu - Buồng đốt - Hơi đốt - Đáy - Buồng bốc - SVTH :Nhóm 15 Thông số Nồng độ đầu: 10% Nồng độ cuối: 42% Nhiệt độ: 20oC Áp suất: 0,2at Chiều cao: 1500mm Đường kính: 900mm Bề mặt truyền nhiệt: 32,4 m2 Số ống truyền nhiệt: 169 ống Bề dày: 5mm Nhiệt độ: 132,9 oC Áp suất: 3at Tổng lượng đốt: 1626,6 kg Tổng nhiệt lượng: 33,55.108 J Đường kính: 900mm Chiều cao gờ: 50mm Chiều cao: 600mm Bề dày: 10mm Chiều cao: 2600mm Đường kính: 1200mm Bề dày: 7mm trang 51 Đồ Án Mơn Học Q Trình Thiết Bị Tồn GVHD: ThS Nguyễn Văn - Hơi thứ - Nắp - Thiết bị ngưng tụ - Nước ngưng - Công suất bơm - Cửa nhập liệu - Cửa tháo liệu - Cửa dẫn thứ - Cửa dẫn đốt - Cửa tháo nước ngưng - SVTH :Nhóm 15 Nhiệt độ: 60,2 oC Áp suất: 0,2031at Tổng lượng thứ: 1188,55 kg Đường kính: 1200mm Chiều cao gờ: 50mm Chiều cao phần elip: 300mm Bề dày: 10mm Chiều cao: 2000mm Đường kính: 850mm Bề mặt truyền nhiệt: 9,75m2 Số ống truyền nhiệt: 61 ống Bề dày: 5mm Nhiệt độ: 30 oC Áp suất: 1at Bơm chân không: 401,24W Bơm nhập liệu: 120W Bơm sản phẩm: 100W Bơm nước lạnh: 240W Đường kính trong: 60mm Bề dày: 3,5mm Chiều dài: 100mm Đường kính trong: 50mm Bề dày: 2,5mm Chiều dài: 100mm Đường kính trong: 200mm Bề dày: 5mm Chiều dài: 140mm Đường kính trong: 150mm Bề dày: 5mm Chiều dài: 130mm Đường kính trong: 40mm Bề dày: 3,5mm Chiều dài: 90mm trang 52 Đồ Án Mơn Học Q Trình Thiết Bị Tồn GVHD: ThS Nguyễn Văn KẾT LUẬN Hệ thống đặc thiết kế gồm nồi cô đặc thiết bị ngưng tụ đơn giản, không phức tạp, không cần thiết bị gia nhiệt ban đầu bồn cao vị để ổn định lưu lượng Thời gian cô đặc tương đối ngắn, hệ số truyền nhiệt đạt q trình đặc cao, thiết bị tương đối nhỏ gọn Tuy nhiên ta khó điều khiển q trình đặc thời gian đặc thay đổi khơng ổn định, nơng độ đạt khơng cao Q trình đặc q trình cần thiết cơng nghệ hóa chất thực phẩm nên cần nghiên cứu phát triển để có hiệu đặc cao, chi phí thấp Ngồi ra, qua q trình làm đồ án cịn giúp em nắm vững phần lý thuyết học, cách tính tốn thiết bị phân tích lựa chọn thiết bị, vật liệu làm thiết bị để phù hợp với yêu cầu thực tế Nhưng qua em nhận thấy thân phải học hỏi nhiều Và thiết kế vào thực tế cần phải thực nhiều vấn đề Tuy em cố gắng nhiều kiến thức thân hạn chế nên khơng tránh khỏi thiếu sót Mong thời gian đến em hoàn thiện kiến thức để làm tốt thiết kế sau SVTH :Nhóm 15 trang 53 Đồ Án Mơn Học Q Trình Thiết Bị Tồn GVHD: ThS Nguyễn Văn TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Các tác giả, Sổ tay Q trình thiết bị Cơng nghệ hố chất, Tập 1, NXB Khoa học Kỹ thuật, 1992 [2] Các tác giả, Sổ tay Quá trình thiết bị Cơng nghệ hố chất, Tập 2, NXB Khoa học Kỹ thuật, 1992 [3] Phạm Văn Bôn (chủ biên) – Nguyễn Đình Thọ, Giáo trình QT & TB CNHH tập : Quá trình thiết bị truyền nhiệt, NXB ĐH Quốc gia TP HCM, 2002 [4] Phạm Văn Bôn – Vũ Bá Minh – Hoàng Minh Nam, QT & TB CNHH tập 10 : Ví dụ Bài tập, Trường ĐH Bách Khoa TP HCM [5] Phạm Văn Bôn, QT & TB CNHH tập 11 : Hướng dẫn đồ án môn học, Trường ĐH Bách Khoa TP HCM, 1993 [6] Hồ Lê Viên, Thiết kế tính tốn chi tiết thiết bị hóa chất, NXB Khoa học Kỹ thuật, 1978 [7] Hồng Đình Tín, Truyền nhiệt & Tính toán thiết bị trao đổi nhiệt, Trường ĐH Bách Khoa TP HCM, 1996 SVTH :Nhóm 15 trang 54 ... vụ cụ thể Đồ án môn học thiết kế hệ thống cô đặc chân không gián đoạn nồi dung dịch Đường từ nồng độ 10% đến nồng độ 42%, suất 1,5 tấn /mẻ, sử dụng ống tuần hoàn trung tâm Đồ án thực giúp đỡ hướng... riêng dung dịch ống tuần hoàn lớn khối lượng riêng dung dịch ống truyền nhiệt tạo áp lực đẩy dung dịch từ ống tuần hoàn sang ống truyền nhiệt) Một phần dung dịch bị thứ theo gặp thiết bị tách... truyền nhiệt Dung dịch chảy ống gia nhiệt đốt ống Dung dịch ống sơi tuần hồn qua ống tuần hồn (do ống tuần hồn có đường kính lớn ống truyền nhiệt nên dung dịch ống tuần hồn sơi ống truyền nhiệt,