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

GVHD: TRẦN THANH GIANG BÀI TẬP LỚP KỸ THUẬT THỰC PHẨM NHÓM SVTH: NHÓM 5 LỚP:53TP1 Page | 1 MỤC 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 liệu: 4 2. Sản Phẩm: 4 3. Những 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. Bản 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. Thuyết 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 BẰNG 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 BẰNG 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 GVHD: TRẦN THANH GIANG BÀI TẬP LỚP KỸ THUẬT THỰC PHẨM NHÓM SVTH: NHÓM 5 LỚP:53TP1 Page | 2 TÍNH KÍCH THƯỚC THIẾT BỊ CHÍNH 19 I. TÍNH TOÁN TRUYỀN 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 (D b ) 24 1.2 Chiều cao buồng bốc (H b ) 25 2. Tính kích thước buồng đốt. 26 1.1 Số ống truyền nhiệt 26 1.2 Đường kính ống tuần hoàn trung tâm (D th ) 26 1.3 Đường kính buồng đốt (D t ). 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 GVHD: TRẦN THANH GIANG BÀI TẬP LỚP KỸ THUẬT THỰC PHẨM NHÓM SVTH: NHÓM 5 LỚP:53TP1 Page | 3 A. LỜI 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. GVHD: TRẦN THANH GIANG BÀI TẬP LỚP KỸ THUẬT THỰC PHẨM NHÓM SVTH: NHÓM 5 LỚP:53TP1 Page | 4 B. NỘI 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: 25 o C. Áp suất hơi đốt là 3at, áp suất của thiết bị ngưng tụ là 0,3at. I. TÍNH CHẤT NGUYÊN LIỆU VÀ SẢN PHẨM. 1. Nguyên liệu: - 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 100 0 C dung dịch bão hòa là 28.15%, ở 20 0 C dung dịch bão hòa là 26.4%. - Nhiệt độ sôi của dung dịch muối ăn là 109 0 C. - Khối lượng riêng dung dịch 10% là 1073 (kg/m 3 ). - Độ nhớt là 1,07 *10 -3 (N.s/m 2 ) ở 20 0 C (dung dịch 10%). - Độ hòa tan ở 60 o C là 27,1%, ở 20 o C độ hòa tan là 26,3%. - Nguyên liệu đem đi cô đặc là dung dịch NaCl 10% với dung môi là nước . 2. Sản Phẩm: Khi kết thúc quá trình cô đặc, dung dịch ở nhiệt độ từ 80-85 o C, khi đó độ hòa tan của dung dịch khoảng 20,5% .Nhưng độ hòa tan cuả dung dịch ở nhiệt độ thường chừng 26,3%.Vì vậy, quá trình cô đặc NaCl này là để tạo dung dịch bão hòa, và khi làm nguội thì sẽ có NaCl tinh thể kết tinh. Trong khi các muối tạp chất khác như MgCl 2 hay CaCl 2 lại tan ở nhiệt độ thường, vì 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: GVHD: TRẦN THANH GIANG BÀI TẬP LỚP KỸ THUẬT THỰC PHẨM NHÓM SVTH: NHÓM 5 LỚP:53TP1 Page | 5 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 1. Định nghĩa 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. 2. Các phương pháp cô đặc: a. Phương pháp nhiệt (đun nóng): dung môi chuyển từ trạng thái lỏng sang trạng thái hơi dưới tác dụng của nhiệt khi áp suất riêng phần của nó bằng áp suất 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. 3. Bản chất của sự cô đặc do nhiệt 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 GVHD: TRẦN THANH GIANG BÀI TẬP LỚP KỸ THUẬT THỰC PHẨM NHÓM SVTH: NHÓM 5 LỚP:53TP1 Page | 6 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 loại a. Theo cấu 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… • Gồm: - Màng dung dịch chảy ngược, có buồng đốt trong hay ngoài: dung dịch sôi tạo bọt khó vỡ. - Màng dung dịch chảy xuôi, có buồng đốt trong hay ngoài: dung dịch sôi ít tạo bọt và bọt dễ vỡ. b. Theo phương pháp thực hiện quá trình  Cô đặc áp suất thường (thiết bị hở): có nhiệt độ sôi, áp suất không đổi. Thường dùng cô đặc dung dịch liên tục để giữ mức dung dịch cố định để đạt năng suất cực đại và thời gian cô đặc là ngắn nhất.Tuy nhiên, nồng độ dung dịch đạt được là không cao.  Cô đặc áp suất chân không: Dung dịch có nhiệt độ sôi dưới 100 o C, áp suất chân không. Dung dịch tuần hoàn tốt, ít tạo cặn, sự bay hơi nước liên tục. GVHD: TRẦN THANH GIANG BÀI TẬP LỚP KỸ THUẬT THỰC PHẨM NHÓM SVTH: NHÓM 5 LỚP:53TP1 Page | 7  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. 5. Ứng dụng của sự cô đặc Trong sản xuất thực phẩm, ta cần cô đặc các dung dịch đường, mì chính, nước trái cây… Trong sản xuất hoá chất, ta cần cô đặc các dung dịch NaOH, NaCl, CaCl2, các muối vô cơ… 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 thiết 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… GVHD: TRẦN THANH GIANG BÀI TẬP LỚP KỸ THUẬT THỰC PHẨM NHÓM SVTH: NHÓM 5 LỚP:53TP1 Page | 8  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, 7. Lựa chọn thiết bị cô đặc.  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 NGHỆ. 1. Quy trình công nghệ 2. Thuyết minh quy trình công nghệ - Nguyên liệu đầu tiên là NaCl có nồng độ 10%, nhiệt độ 25 0 C 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 85 0 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. GVHD: TRẦN THANH GIANG BÀI TẬP LỚP KỸ THUẬT THỰC PHẨM NHÓM SVTH: NHÓM 5 LỚP:53TP1 Page | 9 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 P ck = 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 tắc 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 GVHD: TRẦN THANH GIANG BÀI TẬP LỚP KỸ THUẬT THỰC PHẨM NHÓM SVTH: NHÓM 5 LỚP:53TP1 Page | 10 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 a. Bơm  Bơm được sử dụng trong quy trình công nghệ gồm: bơm ly tâm và bơm chân không. - Bơm ly tâm được cấu tạo gồm vỏ bơm, bánh guồng trên đó có các cánh hướng dòng. Bánh guồng được gắn trên trục truyền động. Ống hút và ống đẩy. - 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. [...]... toàn khối lượng trong suốt quá trình cô đặc thì nồng độ chất tan không thay đổi  Các số liệu ban đầu: • Dung dịch NaCl có:  Nhập liệu vào là 4000 kg/h  Nhiệt độ đầu 25oC, nồng độ đầu 10%  Nồng độ cuối 20% • Áp suất hơi đốt 3at • Áp suất ngưng tụ: Pck = 0,3 at 1 Khối lượng riêng của dung dịch theo nồng độ Nồng độ, % 10 20 Khối lượng riêng, kg/m3 1073 1150 2 Cân bằng vật chất 2.1 Suất tháo liệu (Gc)... qua việc tính toán sơ bộ của phần bài tập lớn này, có thể hình dung được phần nào các công đoạn của quá trình cô đặc một nồi cô đặc liên tục và các thiết bị được sử dụng trong hệ thống này Hệ thống cô đặc liên tục được thiết kế sơ bộ gồm nồi cô đặc và thiết bị ngưng tụ baromet khá đơn giản, không phức tạp, không cần thiết bị gia nhiệt ban đầu và bồn cao vị để ổn định lưu lượng Thời gian cô đặc tương... Chênh lệch nhiệt độ hữu ích 57,96 ∆t hi 0 C 2000 0,3 69,7 2620 2336 3 132,9 2730 69,8 3,9 0,32 70,04 1,34 73,6 1 6,24 2 Tính cân bằng năng lượng a Nhiệt độ của dung dịch NaCl 10% trước và sau khi đi qua thiết bị gia nhiệt: tvào =25oC tra= t sdd(ptb) = 73,6oC o  Nhiệt độ của dung dịch NaCl 10% đi vào thiết bị cô đặc là tđ= 73,6 C  Nhiệt độ của dung dịch NaCl 20% đi ra ở đáy thiết bị cô đặc là tc= tsdd(po)+2... trong thiết bị c Thiết 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 Thiết bị tách lỏng Thiết bị tách... nước ngưng bị cuốn theo  θ : nhiệt độ nước ngưng (oC), coi nhiệt độ của nước ngưng bằng nhiệt độ của hơi đốt  c: nhiệt dung riêng nước ngưng ở θ o C (J/kg độ)  cđ, cc: nhiệt dung riêng dung dịch đầu và cuối quá trình(J/kg độ)  tđ, tc : nhiệt độ dung dịch đầu và cuối mỗi giai đoạn (oC)  i ''D : entanpi của hơi đốt (J/kg)  i ''w : entanpi của hơi thứ (J/kg)  Qt : nhiệt lượng tổn thất (J)  Qcđ : nhiệt. .. 68,7 oC 1 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 = 67,7 C o 1 Các tổn 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... ∆' ' ' ) 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 oC (trang 296, [5]) • Nhiệt độ sôi của dung môi tại áp suất buồng bốc: tsdm(po) – tc = Δ’’’ ⇒ tsdm(po) = tc + Δ’’’ = 68,7 + 1 = 69,7 oC • Áp suất buồng bốc:... bốc: tra [1], trang 312 ở nhiệt độ 69,7 oC ⇒ po = 0,315 at a Xác định tổn thất nhiệt độ do nồng độ và nhiệt độ sôi dung dịch NaCl theo nồng độ ở áp suất P1 = 0,3 at ( ∆' ) : Theo tài liệu [3] trang 149: ∆' = ∆' o *f Trong đó:  ∆' 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% o ' Tra bảng VI.2, trang... Ẩn nhiệt ngưng tụ rW kJ/kg HƠI ĐỐT Áp suất Pd at 0 Nhiệt độ Td C Enthalpy I kJ/kg TỔN THẤT NHIỆT ĐỘ 0 Nhiệt độ sôi của dung Tsdd(P0) C dịch ở Po 0 Tổn thất nhiệt do nồng độ C ∆' Áp suất trung bình Ptb at 0 Nhiệt độ sôi của dung môi Tsdm(Ptb) C ở Ptb 0 Tổn thất nhiệt do cột thủy C ∆" tĩnh 0 Nhiệt độ sôi của dung Tsdd(Ptb) C dịch ở Ptb 0 Tổn thất nhiệt độ trên C ∆' ' ' đường ống 0 Tổng tổn thất nhiệt độ. .. truyền nhiệt Chọn: F = 26,15 m2 Thông số Ký hiệu Đơn vị Giá trị Nhiệt độ tường phía hơi ngưng 128 Nhiệt độ tường phía dung dịch sôi 77,38 Hệ số cấp nhiệt phía hơi ngưng Hệ số cấp nhiệt phía dung dịch sôi Bề dày ống truyền nhiệt Hệ số dẫn nhiệt của vật liệu làm ống Nhiệt trở phía hơi nước Nhiệt trở phía dung dịch Hệ số truyền nhiệt tổng quát Nhiệt tải riêng trung bình Diện tích bề mặt truyền nhiệt W/(m2.K) . đến nồng độ 20% theo khối lượng với nguồn nhập liệu 4000kg/h, sử dụng ống chùm. Nhiệt độ đầu của nguyên liệu: 25 o C. Áp suất hơi đốt là 3at, áp suất của thiết bị ngưng tụ là 0,3at. I. TÍNH. là 4000 kg/h  Nhiệt độ đầu 25 o C, nồng độ đầu 10%.  Nồng độ cuối 20%. • Áp suất hơi đốt 3at. • Áp suất ngưng tụ: P ck = 0,3 at. 1. Khối lượng riêng của dung dịch theo nồng độ Nồng độ, . hoàn trong thiết bị. c. Thiết 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