tính toán hệ thống cô đặc liên tục dung dịch NaCl từ nồng độ 10% đến nồng độ 20% theo khối lượng với nguồn nhập liệu 4000kgh sử dụng ống chùm Nhiệt độ đầu của nguyên liệu 25oC Áp suất hơi đốt là 3at, áp suất của thiết bị ngưng tụ là

CÔ ĐẶC Cô đặc là quá trình làm bay hơi một phần dung môi của dung dịch chứa chất tan không bay hơi, ở nhiệt độ sôi và áp suất tương ứng.. Cô đặc được tiến hành ở nhiệt độ sôi, ở mọi áp

M ỤC LỤC

A LỜI NÓI ĐẦU 3

B NỘI DUNG 4

CHƯƠNG I: GIỚI THIỆU TỔNG QUAN 4

I NHIỆM VỤ CỦA BÀI TẬP LỚN 4

I TÍNH CHẤT NGUYÊN LIỆU VÀ SẢN PHẨM 4

1 Nguyên li ệu: 4

2 S ản Phẩm: 4

3 Nh ững biến đổi của nguyên liệu và sản phẩm trong quá trình cô đặc: 4

II CÔ ĐẶC 5

1 Định nghĩa 5

2 Các phương pháp cô đặc: 5

3 B ản chất của sự cô đặc do nhiệt 5

4 Phân loại 6

5 Ứng dụng của sự cô đặc 7

III.QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ 8

1 Quy trình công nghệ 8

2 Thuy ết minh quy trình công nghệ 8

3 Các thiết bị được lựa chọn trong quy trình công nghệ 10

CHƯƠNG 2 12

CÂN BẰNG VẬT CHẤT VÀ NĂNG LƯỢNG 12

I CÂN B ẰNG VẬT CHẤT 12

1 Khối lượng riêng của dung dịch theo nồng độ 12

2.2 Tổng lượng hơi thứ bốc lên (W) 13

II CÂN B ẰNG NĂNG LƯỢNG 13

1 Các tổn thất nhiệt độ – Nhiệt độ sôi dung dịch 13

2 Tính cân bằng năng lượng 16

CHƯƠNG III 19

TÍNH KÍCH THƯỚC THIẾT BỊ CHÍNH 19

I TÍNH TOÁN TRUY ỀN NHIỆT CHO THIẾT BỊ CÔ ĐẶC 19

1 Hệ số cấp nhiệt khi ngưng tụ hơi 19

2 Hệ số cấp nhiệt từ bề mặt đốt đến dòng chất lỏng sôi 20

3 Nhiệt tải riêng phía vách tường 21

4 Tiến trình tính các nhiệt tải riêng 22

5 Hệ số truyền nhiệt tổng quát K cho quá trình cô đặc 22

6 Diện tích bề mặt truyền nhiệt 23

II.TÍNH KÍCH THƯỚC THIẾT BỊ CÔ ĐẶC 24

1 Tính kích thước buồng bốc 24

1.1 Đường kính buồng bốc (Db) 24

1.2 Chiều cao buồng bốc (Hb) 25

2 Tính kích thước buồng đốt 26

1.1 Số ống truyền nhiệt 26

1.2 Đường kính ống tuần hoàn trung tâm (Dth) 26

1.3 Đường kính buồng đốt (Dt) 26

1.4 Kiểm tra diện tích truyền nhiệt 28

3 Tính kích thước các ống dẫn 29

3.1 Ống nhập liệu 29

3.2 Ống tháo liệu: 29

3.3 Ống dẫn hơi đốt: 29

3.4 Ống dẫn hơi thứ: 30

3.5 Ống dẫn nước ngưng: 30

3.6 Ống dẫn khí không ngưng 30

C KẾT LUẬN 31

D TÀI LIỆU THAM KHẢO 32

A L ỜI NÓI ĐẦU

Trong kế hoạch đào tạo và học tập, môn học kỹ thuật thực phẩm là cơ hội

tốt cho việc hệ thống kiến thức về các quá trình và thiết bị của công nghệ

thực phẩm Bên cạnh đó, việc hoàn thành bài tập lớn này là dịp để sinh viên tiếp cận thực tế thông qua việc tính toán và lựa chọn các chi tiết của một thiết

bị nhắm ứng dụng cho công việc sau này

Cuộc sống càng phát triển thì nhu cầu thực phẩm với con người ngày càng gia tăng, mà trong đó một thứ gia vị thực phẩm không thể thiếu, cũng như tác dụng với sức khỏe thì NaCl được xem rất quan trọng Để gia tăng năng suất NaCl thì một trong những phương pháp công nghệ hiện nay là cô đặc NaCl.Việc thiết kế hệ thống thiết bị là một yêu cầu không thể thiếu đối với một kĩ sư thực phẩm dựa trên cơ sở nắm vững các kiến thức về môn học, quá trình thiết bị công nghệ, hay việc thực hiện công tác thiết kế máy móc, thiết bị và dây chuyền công nghệ cũng rất cần đối với một kĩ sư tương lai Một trong những sản phẩm được quan tâm sản xuất khá nhiều là NaCl do khả năng sử dụng rộng rãi của nó NaCl tinh khiết được sử dụng nhiều trong thực phẩm dưới dạng muối ăn, hay sử dụng nhiều trong ngành y tế dưới dạng dịch truyền Nhiệm vụ cụ thể của bài tập lớn của môn học lần này là là tính toán cho một hệ thống cô đặc NaCl một nồi liên tục, nhập liệu 4000 kg/h, nồng độ 10% khối lượng, nồng độ sản phẩm 20% khối lượng, áp suất hơi đốt

là 3at, áp suất ở thiết bị ngưng tụ là 0,3at

Bài tập lớn gồm 3 chương :

• Chương I: Giới thiệu tổng quan

• Chương II : Tính toán cân bằng vật chất và năng lượng

• Chương III :Tính kích thước thiết bị chính

B N ỘI DUNG

CHƯƠNG I: GIỚI THIỆU TỔNG QUAN

I NHIỆM VỤ CỦA BÀI TẬP LỚN

Nhiệm vụ cụ thể của bài tập lớn môn học này là tính toán hệ thống cô đặc liên tục dung dịch NaCl từ nồng độ 10% đến nồng độ 20% theo khối lượng

với nguồn nhập liệu 4000kg/h, sử dụng ống chùm Nhiệt độ đầu của nguyên

liệu: 25o

C Áp suất hơi đốt là 3at, áp suất của thiết bị ngưng tụ là 0,3at

I TÍNH CH ẤT NGUYÊN LIỆU VÀ SẢN PHẨM

- NaCl là một khối tinh thể màu trắng, tan trong nước phân ly thành ion,

độ tan ít thay đổi theo nhiệt độ

- NaCl không mùi, vị mặn

- Ở 1000

C dung dịch bão hòa là 28.15%, ở 200

C dung dịch bão hòa là 26.4%

- Nhiệt độ sôi của dung dịch muối ăn là 109 0

vậy quá trình này có thể được sử dụng vừa thu dung dịch muối bão hòa vừa tách tạp chất để sản xuất muối tinh khiết khi hạ nhiệt độ

3 Những biến đổi của nguyên liệu và sản phẩm trong quá trình cô đặc:

Trong quá trình cô đặc, tính chất cơ bản của nguyên liệu và sản phẩm

biến đổi không ngừng Thời gian cô đặc tăng làm cho nồng độ dung dịch tăng

dẫn đến tính chất dung dịch thay đổi:

Các đại lượng giảm: hệ số dẫn nhiệt, nhiệt dung, hệ số cấp nhiệt, hệ số truyền nhiệt

Các đại lượng tăng: khối lượng riêng dung dịch, độ nhớt, tổn thất nhiệt do

nồng độ, nhiệt độ sôi

 Yêu cầu chất lượng sản phẩm :

+ Đạt nồng độ và độ tinh khiết yêu cầu

+ Thành phần hố học chủ yếu không thay đổi

II CÔ ĐẶC

Cô đặc là quá trình làm bay hơi một phần dung môi của dung dịch chứa

chất tan không bay hơi, ở nhiệt độ sôi và áp suất tương ứng Trong Công nghệ hóa học và thực phẩm cô đặc được sử dụng phổ biến nhằm mục đích: + Làm tăng nồng độ chất tan

+ Tách chất rắn hòa tan ở dạng tinh thể (kết tinh)

+ Thu dung môi dạng nguyên chất

Cô đặc được tiến hành ở nhiệt độ sôi, ở mọi áp suất chân không, áp suất thường (áp suất khí quyển hay áp suất dư), trong hệ thống thiết bị cô đặc một

nồi, hay trong thiết bị cô đặc nhiều nồi Quá trình cô đặc có thể gián đoạn hay liên tục Hơi bay ra trong quá trình cô đặc thường là hơi nước, gọi là hơi thứ thường có nhiệt dộ cao, ẩn nhiệt hóa hơi lớn nên được sử dungjlafm hơi đốt cho các nồi cô đặc Nếu hơi thứ được sử dụng ngoài dây truyền cô đặc gọi là hơi phụ

a Phương pháp nhiệt (đun nóng): dung môi chuyển từ trạng thái lỏng sang

trạng thái hơi dưới tác dụng của nhiệt khi áp suất riêng phần của nó bằng áp

suất tác dụng lên mặt thống chất lỏng

b Phương pháp lạnh: khi hạ thấp nhiệt độ đến một mức nào đó thì một cấu

tử sẽ tách ra dạng tinh thể đơn chất tinh khiết, thường là kết tinh dung môi để tăng nồng độ chất tan.Tùy tính chất cấu tử và áp suất bên ngoài tác dụng lên

mặt thoáng mà quá trình kết tinh đó xảy ra ở nhiệt độ cao hay thấp và đôi khi

phải dùng đến máy lạnh

Để tạo thành hơi (trạng thái tự do), tốc độ chuyển động vì nhiệt của các phân tử chất lỏng gần mặt thoáng lớn hơn tốc độ giới hạn Phân tử khi bay hơi sẽ thu nhiệt để khắc phục lực liên kết ở trạng thái lỏng và trở lực bên

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

Bên cạnh đó, sự bay hơi xảy ra chủ yếu là do các bọt khí hình thành trong quá trình cấp nhiệt và chuyển động liên tục, do chênh lệch khối lượng riêng các phần tử ở trên bề mặt và dưới đáy tạo nên sự tuần hoàn tự nhiên trong nồi

cô đặc Tách không khí và lắng keo (protit) sẽ ngăn chặn sự tạo bọt khi cô đặc

4 Phân lo ại

a Theo c ấu tạo

 Nhóm 1: dung dịch đối lưu tự nhiên (tuần hoàn tự nhiên) dùng cô đặc dung dịch khá lỏng, độ nhớt thấp, đảm bảo sự tuần hoàn tự nhiên của dung

dịch dễ dàng qua bề mặt truyền nhiệt Gồm:

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

hoặc ngoài

- Có buồng đốt ngoài ( không đồng trục buồng bốc)

 Nhóm 2: dung dịch đối lưu cưỡng bức, dùng bơm để tạo vận tốc dung

dịch từ 1,5 - 3,5 m/s tại bề mặt truyền nhiệt Có ưu điểm: tăng cường hệ số truyền nhiệt, dùng cho dung dịch đặc sệt, độ nhớt cao, giảm bám cặn, kết tinh trên bề mặt truyền nhiệt Gồm:

- Có buồng đốt trong, ống tuần hoàn ngoài

- Có buồng đốt ngoài, ống tuần hoàn ngoài

 Nhóm 3: dung dịch chảy thành màng mỏng, chảy một lần tránh tiếp xúc nhiệt lâu làm biến chất sản phẩm Đặc biệt thích hợp cho các dung dịch thực

phẩm như dung dịch nước trái cây,hoa quả ép…

b Theo phương pháp thực hiện quá trình

 Cô đặc áp suất thường (thiết bị hở): có nhiệt độ sôi, áp suất không đổi Thường dùng cô đặc dung dịch liên tục để giữ mức dung dịch cố định để đạt năng suất cực đại và thời gian cô đặc là ngắn nhất.Tuy nhiên, nồng độ dung

dịch đạt được là không cao

 Cô đặc áp suất chân không: Dung dịch có nhiệt độ sôi dưới 100o

C, áp

suất chân không Dung dịch tuần hoàn tốt, ít tạo cặn, sự bay hơi nước liên

tục

 Cô đặc nhiều nồi: Mục đích chính là tiết kiệm hơi đốt Số nồi không nên

lớn quá vì sẽ làm giảm hiệu quả tiết kiệm hơi Có thể cô chân không, cô áp

lực hay phối hợp cả hai phương pháp Đặc biệt có thể sử dụng hơi thứ cho

mục đích khác để nâng cao hiệu quả kinh tế

 Cô đặc liên tục: Cho kết quả tốt hơn cô đặc gián đoạn Có thể áp dụng điều khiển tự động, nhưng chưa có cảm biến tin cậy

 Ưu điểm và nhược điểm của cô đặc liên tục

• Ưu điểm

- Giữ được chất lượng, tính chất sản phẩm, hay các cấu tử dễ bay hơi

- Nhập liệu và tháo sản phẩm đơn giản, không cần ổn định lưu lượng

- Thao tác dễ dàng

- Có thể cô đặc đến các nồng độ khác nhau

- Không cần phải gia nhiệt ban đầu cho dung dịch

- Cấu tạo đơn giản, giá thành thấp

• Nhược điểm

- Quá trình không ổn định, tính chất hóa lý của dung dịch thay đổi liên tục theo nồng độ, thời gian

- Nhiệt độ hơi thứ thấp, không dùng được cho mục đích khác

- Khó giữ được độ chân không trong thiết bị

Hiện nay, phần lớn các nhà máy sản xuất hoá chất, thực phẩm đều sử

dụng thiết bị cô đặc như một thiết bị hữu hiệu để đạt nồng độ sản phẩm mong

muốn Mặc dù cô đặc chỉ là một hoạt động gián tiếp nhưng nó rất cần thiết và

gắn liền với sự tồn tại của nhà máy Cùng với sự phát triển của nhà máy, việc

cải thiện hiệu quả của thiết bị cô đặc là một tất yếu Nó đòi hỏi phải có những thiết bị hiện đại, đảm bảo an toàn và hiệu suất cao Do đó, yêu cầu được đặt

ra cho người kỹ sư là phải có kiến thức chắc chắn hơn và đa dạng hơn, chủ động khám phá các nguyên lý mới của thiết bị cô đặc

6 Các thi ết bị và chi tiết trong hệ thống cô đặc:

 Thiết bị chính:

 Ống tuần hoàn, ống truyền nhiệt

 Ống nhập liệu, ống tháo liệu

 Buồng đốt, buồng bốc, đáy nắp…

 Các ông dẫn: hơi đốt, hơi thứ, ngước ngưng, khí không ngưng,…

 Thiết bị phụ:

 Bể chứa sản phẩm, nguyên liệu

 Các loại bơm: bơm dung dịch, bơm nước, bơm chân không

 Thiết bị gia nhiệt

 Thiết bị ngưng tụ Baromet

 Thiết bị đo và điều chỉnh

 Thiết bị đo và điều chỉnh

 Các loại bơm: bơm tháo liệu, bơm chân không, bơm nước vào thiết bị ngưng tụ,…

 Các van

 Thiết bị đo nhiệt độ, áp suất,

 Theo tính chất nguyên liệu, ta chọn thiết bị cô đặc 1 nồi, làm việc liên

tục, áp suất chân không, có buồng đốt trong và ống tuần hoàn trung tâm

 Thiết bị cô đặc dạng này có cấu tạo đơn giản, dễ cọ rửa và sửa chữa

 Cô đặc ở áp suất chân không làm giảm nhiệt độ sôi của dung dịch, giảm được chi phí năng lượng, hạn chế không cho NaCl bị lôi cuốn theo và bám lại trên thành thiết bị, làm hư thiết bị

 Tuy nhiên tốc độ tuần hoàn nhỏ, hệ số truyền nhiệt còn thấp Chỉ dùng khi năng suất thấp và khi không dùng hơi thứ làm chất tải nhiệt để đun nóng

III.QUY TRÌNH CÔNG NGH Ệ

2 Thuyết minh quy trình công nghệ

- Nguyên liệu đầu tiên là NaCl có nồng độ 10%, nhiệt độ 250C được bơm từ

bồn chứa vào thiết bị gia nhiệt với suất lượng 4000 kg/h để gia nhiệt lên đến nhiệt độ sôi là 850

C

- Sơ đồ hệ thông cô đặc một nồi liên tục được thể hiện ở hình trên Dung môi đầu vào từ thùng chứa (1) được bơm vào thùng (3), sau đó chảy qua lưu lượng kế (4) vào thiết bị đun nóng (5) Ở đây dung dịch được đốt nóng đến nhiệt độ sôi rồi đi vào thiết bị cô đặc (6) thực hiện quá trình bốc hơi Hơi thứ

cấp và khí không ngưng đi qua thiết bị phía trên của thiết bị cô đặc vào thiết

bị ngưng tụ (9)

- Trong thiết bị ngưng tụ nước lạnh từ trên đi xuống, ở đây hơi thứ cấp sẽ được sẽ được ngưng tụ lại thành lỏng chảy qua ông (11) ra ngoài, cong khí không ngưng đi qua thiết bị thu hồi bọt số (10) rồ vào bơm hút chân không

Dung dịch sau cô đặc được bơm (7) lấy ra ở phía dưới thiết bị cô đặc đi vào thùng (8)

 Quá trình xảy ra cụ thể như sau:

- Khởi động bơm chân không đến áp suất Pck = 0,8 at

- Khi đã nhập liệu đủ 4000 kg thì bắt đầu cấp hơi đốt (là hơi nước bão hòa

ở áp suất 3at) vào buồng đốt để gia nhiệt dung dịch Buồng đốt gồm nhiều ống nhỏ truyền nhiệt (ống chùm) và một ống tuần hoàn trung tâm có đường kính lớn hơn Dung dịch chảy trong ống được gia nhiệt bởi hơi đốt đi ngồi ống Dung dịch trong ống sẽ sôi và tuần hoàn qua ống tuần hoàn (do ống tuần hoàn có đường kính lớn hơn các ống truyền nhiệt nên dung dịch trong ống

tuần hoàn sẽ sôi ít hơn trong ống truyền nhiệt, khi đó khối lượng riêng dung

dịch trong ống tuần hoàn sẽ lớn hơn khối lượng riêng dung dịch trong ống truyền nhiệt vì vậy tạo áp lực đẩy dung dịch từ ống tuần hoàn sang các ống truyền nhiệt) Dung môi là nước bốc hơi và thoát ra ngoài qua ống dẫn hơi

thứ sau khi qua buồng bốc và thiết bị tách giọt Hơi thứ được dẫn qua thiết bị ngưng tụ baromet và được ngưng tụ bằng nước lạnh, sau khi ngưng tụ thành

lỏng sẽ chảy ra ngoài bồn chứa Phần không ngưng sẽ được dẫn qua thiết bị tách giọt để chỉ còn khí không ngưng được bơm chân không hút ra ngoài Hơi đốt khi ngưng tụ chảy ra ngoài qua cửa tháo nước ngưng, qua bẫy hơi rồi được xả ra ngoài

- Quá trình cứ tiếp tục đến khi đạt nồng độ 20% thì ngưng cấp hơi Mở van thông áp, sau đó tháo sản phẩm ra bằng cách mở van tháo liệu

 Nguyên lý làm việc của nồi cô đặc:

Phần dưới của thiết bị là buồng đốt, gồm có các ống truyền nhiệt và một ống tuần hoàn trung tâm Dung dịch đi trong ống còn hơi đốt (hơi nước bão hoà) đi trong khoảng không gian ngoài ống Hơi đốt ngưng tụ bên ngoài ống

và truyền nhiệt cho dung dịch đang chuyển động trong ống Dung dịch đi trong ống theo chiều từ trên xuống và nhận nhiệt do hơi đốt ngưng tụ cung

cấp để sôi, làm hoá hơi một phần dung môi Hơi ngưng tụ theo ống dẫn nước ngưng qua bẫy hơi để chảy ra ngoài

 Nguyên t ắc hoạt động của ống tuần hoàn trung tâm:

Khi thiết bị làm việc, dung dịch trong ống truyền nhiệt sôi tạo thành hỗn

hợp lỏng – hơi có khối lượng riêng giảm đi và bị đẩy từ dưới lên trên miệng ống Đối với ống tuần hoàn, thể tích dung dịch theo một đơn vị bề mặt truyền nhiệt lớn hơn so với trong ống truyền nhiệt nên lượng hơi tạo ra trong ống truyền nhiệt lớn hơn Vì lý do trên, khối lượng riêng của hỗn hợp lỏng – hơi ở ống tuần hoàn lớn hơn so với ở ống truyền nhiệt và hỗn hợp này được đẩy

xuống dưới Kết quả là có dòng chuyển động tuần hoàn tự nhiên trong thiết

bị: từ dưới lên trong ống truyền nhiệt và từ trên xuống trong ống tuần hoàn

Phần phía trên thiết bị là buồng bốc để tách hỗn hợp lỏng – hơi thành 2 dòng Hơi thứ đi lên phía trên buồng bốc, đến bộ phận tách giọt để tách

những giọt lỏng ra khỏi dòng Giọt lỏng chảy xuống dưới còn hơi thứ tiếp tục

đi lên Dung dịch còn lại được hoàn lưu

Dung dịch sau cô đặc được bơm ra ngoài theo ống tháo sản phẩm vào bể

chứa sản phẩm nhờ bơm ly tâm Hơi thứ và khí không ngưng thoát ra từ phía trên của buồng bốc đi vào thiết bị ngưng tụ baromet (thiết bị ngưng tụ kiểu

trực tiếp) Chất làm lạnh là nước được bơm vào ngăn trên cùng còn dòng hơi

thứ được dẫn vào ngăn dưới cùng của thiết bị Dòng hơi thứ đi lên gặp nước

giải nhiệt để ngưng tụ thành lỏng và cùng chảy xuống bồn chứa qua ống baromet Khí không ngưng tiếp tục đi lên trên, được dẫn qua bộ phận tách

giọt rồi được bơm chân không hút ra ngoài Khi hơi thứ ngưng tụ thành lỏng thì thể tích của hơi giảm làm áp suất trong thiết bị ngưng tụ giảm Vì vậy, thiết bị ngưng tụ baromet là thiết bị ổn định chân không, duy trì áp suất chân không trong hệ thống Thiết bị làm việc ở áp suất chân không nên nó phải được lắp đặt ở độ cao cần thiết để nước ngưng có thể tự chảy ra ngoài khí quyển mà không cần bơm

Bình tách giọt có một vách ngăn với nhiệm vụ tách những giọt lỏng bị lôi

cuốn theo dòng khí không ngưng để đưa về bồn chứa nước ngưng

Bơm chân không có nhiệm vụ hút khí không ngưng ra ngoài để tránh trường hợp khí không ngưng tích tụ trong thiết bị ngưng tụ quá nhiều, làm tăng áp suất trong thiết bị và nước có thể chảy ngược vào nồi cô đặc

3 Các thiết bị được lựa chọn trong quy trình công nghệ

- Bơm ly tâm được dùng để bơm dung dịch NaCl từ bể chứa nguyên liệu vào nồi cô đặc

- Bơm chân không được dùng để tạo độ chân không khi hệ thống bắt đầu làm việc

b Thi ết bị cô đặc

Đây là thiết bị chính trong quy trình công nghệ Thiết bị gồm đáy, nắp,

buồng bốc và buồng đốt Bên trong buồng đốt gồm nhiều ống truyền nhiệt

nhỏ và một ống tuần hoàn trung tâm có đường kính lớn hơn

Tác dụng của buồng đốt là để gia nhiệt dung dịch, buồng bốc là để tách

hỗn hợp lỏng hơi thành những giọt lỏng rơi trở lại, hơi được dẫn qua ống dẫn hơi thứ Ống tuần hoàn được sử dụng để tạo một dòng chảy tuần hoàn trong thiết bị

c Thi ết bị ngưng tụ

Thiết bị ngưng tụ được sử dụng trong quy trình công nghệ là loại thiết bị ngưng tụ trực tiếp (thiết bị ngưng tụ baromet) Chất làm lạnh là nước được đưa vào ngăn trên cùng thiết bị Thiết bị thường làm việc ở áp suất chân không nên nó phải được đặt ở một độ cao cần thiết để nước ngưng có thể tự

chảy ra ngồi khí quyển mà không cần máy bơm

d Thi ết bị tách lỏng

Thiết bị tách lỏng được đặt sau thiết bị ngưng tụ baromet nhằm để tách các cấu tử bay hơi còn sót lại, chưa kịp ngưng tụ, không cho chúng đi vào bơm chân không

e Các thi ết bị phụ trợ khác

- Bẫy hơi

- Các thiết bị đo áp suất, đo nhiệt độ, các loại van

CHƯƠNG 2

I CÂN BẰNG VẬT CHẤT

Theo định luật bảo toàn khối lượng trong suốt quá trình cô đặc thì nồng

độ chất tan không thay đổi

 Các số liệu ban đầu:

• Gđ, Gc: lượng dung dịch đầu và cuối mỗi giai đoạn, (kg)

• W: lượng hơi thứ bốc lên trong mỗi giai đoạn, (kg)

• xđ, xc: nồng độ đầu và cuối của mỗi giai đoạn, (%)

• Gđ.xđ, Gc.xc: khối lượng NaCl trong dung dịch, (kg)

1 , 0

(kg)

2.2 T ổng lượng hơi thứ bốc lên (W)

Theo công thức: G đ= Gc + W

 Lượng hơi thứ:

W = Gđ - Gc = 4000- 2000 = 2000 (kg)

Áp suất làm việc trong buồng bốc thiết bị cô đặc P1 = 0,3 at

⇒Nhiệt độ hơi thứ ở buồng bốc t1 = 68,7oC ( Bảng I.251 trang 314 Tài liệu [1]).Đây cũng là nhiệt độ sôi của dung môi (là nước) trên mặt thống dung

dịch t sdm ( P1) = 68,7 oC

Chọn tổn thất nhiệt độ từ nồi cô đặc về thiết bị ngưng tụ ∆ ' =1oC

⇒Nhiệt độ hơi thứ ở thiết bị ngưng tụ : t0 = 68,7 - 1 = 67,7oC

1 Các t ổn thất nhiệt độ – Nhiệt độ sôi dung dịch

Trong thiết bị cô đặc xuất hiện sự tổn thất nhiệt độ Tổn thất này bằng tổn

thất nhiệt độ do nhiệt độ sôi của dung môi nhỏ hơn nhiệt đô sôi của dung dịch (∆ '), và do cột áp suất thủy lực (∆ '') trong nồi và do trở lưc thủy lực (∆ ')

Ta có áp suất tại thiết bị ngưng tụ là pc = 0,3 at ⇒ nhiệt độ của hơi thứ trong thiết bị ngưng tụ là tc = 68,7 oC (trang 314, [1])

• Δ’’’ là tổn thất nhiệt độ của hơi thứ trên đường ống dẫn từ buồng bốc đến thiết bị ngưng tụ Chọn Δ’’’ = 1 o

 ∆'o : tổn thất nhiệt độ do nhiệt độ sôi của dung dịch lớn hơn nhiệt độ sôi

của dung môi ở áp suất khí quyển

+ Dung dịch cô đặc tuần hoàn nên a=xc=20%

Tra bảng VI.2, trang 67, [2]: ∆ 'o=4,85 o

C

- f: hệ số hiệu chỉnh do khác áp suất khí quyển, tính theo công thức VI.11, trang 59, [2]:

r

t f

2

273

14 ,

16 +

=

Trong đó:

+ t: nhiệt độ sôi của dung môi ở áp suất đã cho (tsdm(po)= 68,7oC)

+ r: ẩn nhiệt hóa hơi của dung môi nguyên chất ở áp suất làm việc Tra bảng I.251, trang 314, r=2336 kJ/kg

807 , 0 1000 2336

273 7 , 68 14 , 16

1

P sdd P

 P1 : áp suất hơi thứ trên mặt thoáng của dung dịch

 Hop : Chiều cao lớp dung dịch từ miệng ống truyền nhiệt đến mặt thoáng (m)

 g: gia tốc trọng trường (m/s2

)

• Trong thiết bị tuần hoàn tự nhiên

Hop =[0 , 26 + 0 , 0014(ρdd − ρdm) ].H o

Với Ho : Chiều cao ống truyền nhiệt (m)

ρdm: Khối lượng riêng dung môi ở tsdm (kg/m3)

Chọn chiều cao ống truyền nhiệt Ho = 1,5 m

Do trong khoảng nhiệt độ nhỏ, hiệu số ρ dd − ρ dm thay đổi không đáng kể nên :

) / (

1000 kg m3

dm =

ρ

) / (

*

*

* 5 ,

=

at P

P

P tb = 1+ ∆ = 0 , 3 + 0 , 02 = 0 , 32

⇒

Nhiệt độ sôi của H2O ở 0,32 at là 70,04 o

C ( Bảng I.251 trang 314 Tài liệu [1] )

Độ tăng nhiệt độ sôi do cột thủy tĩnh

34 , 1 7 , 68 04 , 70

) ( ) ( ''

)

sdd

Sai số 0,05% được chấp nhận Vậy t sdd(P1 ∆P) = 71oC

Sản phẩm được lấy ra tại đáy ⇒ ( 2 ) 73 , 6 2 1 , 34 76 , 28

P sdd

 Tổng tổn thất nhiệt độ:

C

o ''

'' '

24 , 6 1 34 , 1 9 ,

3 + + =

=

∆ +

∆ +

Năng suất tháo liệu Gc kg/h 2000

2 Tính cân bằng năng lượng

t vào =25 o C

tra= t sdd(ptb) = 73,6oC

 Nhiệt độ của dung dịch NaCl 10% đi vào thiết bị cô đặc là tđ= 73,6 oC

 Nhiệt độ của dung dịch NaCl 20% đi ra ở đáy thiết bị cô đặc là tc=

tsdd(po)+2 ∆ ''= 73,6+2.1,94=77,48 oC