đồ án: quy trình cô đặc đường mía trong sản xuất đường

Đồ án môn học GVHD: THẦY NGUYỄN VĂN HOÀ ++ LỜI MỞ ĐẦU Bộ môn “Quá trình thiết bò công nghệ hoá học” cung cấp kiến thức cần thiết cho sinh viên kỹ sư công nghệ hoá học thực phẩm , kỹ sư chế biến nông sản ,thuỷ hải sản kỹ sư máy hoá chất Ngoài môn góp phần đào tạo kỹ sư cho ngành kỹ thuật sản xuất , có đủ khả hiểu vận hành thiết bò máy móc công nghiệp sản xuất liên quan Đây tảng , sở để kỹ sư hiểu sâu nghiên cứu sản xuất máy móc đại giới, thời đại mà máy móc khoa học phát triển vũ bão Trong giới hạn “Đồ án môn học – Hệ thống cô đặc nước đường hai nồi liên tục xuôi chiều “chỉ đề cập chủ yếu đến trình xảy thiết bò thiết bò hệ thống.Như biết cô đặc dùng nhiều trình sản xuất hoá chất thực phẩm,nhằm làm tăng nồng độ sản phẩm cách lấy bớt dung môi ra.Đồ án thực hướng dẩn Thầy NGUYỄN VĂN HOÀ,sinh viên thực PHẠM LƯU KIM THUỶ Do kiến thức sinh viên nhiều hạn chế kính mong hướng dẩn giúp đở quý thầy cô SVTH: PHẠM LƯU KIM THUỶ Đồ án môn học GVHD: THẦY NGUYỄN VĂN HOÀ Chương I GIỚI THIỆU TỔNG QUAN VỀ THIẾT BỊ CÔ ĐẶC –ĐẶC ĐIỂM VÀ TÍNH CHẤT CỦA ĐƯỜNG- QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ I.1 Đặc điểm tính chất đường Đường nguyên liệu quan trọng sử dụng nhiều ngành công nghiệp chế biến nước ngọt, bánh kẹo, dược ,hoá học, đặc biệt đời sống người Đường cung cấp chất dinh dưỡng cho hoạt động sống người Do ngành công nghiệp sản xuất đường phát triển giới có nhiều nguyên liệu sản xuất đường mía, củ cải đường… Ở Việt Nam mía- phát triển mạnh khí hậu nhiệt đới sử dụng chủ lực sản xuất đường Thành phần chủ yếu mía nước chiếm khoảng 74.5 %, loại đường chiếm khoảng 13.4 % (chủ yếu saccarose chiếm 12%) lại đạm, axít amin, NH3, axít béo sáp, chất vô I.2 Cô đặc thiết bò cô đặc Cô đặc phương pháp thường dùng để tăng nồng độ cấu tử dung dòch hai hay nhiều cấu tử Quá trình cô đặc dung dòch lỏng – rắn hay dung dòch lỏng – lỏng mà có chênh lệch nhiệt độ sôi cao thường tiến hành cách tách phần dung môi Ta tách phần dung môi hay cấu tử dễ bay phương pháp nhiệt độ hay phương pháp lạnh kết tinh tuỳ theo tính chất cấu tử khó bay Trong phương pháp nhiệt, tác dụng nhiệt , dung dòch chuyển từ trạng thái lỏng sang trạng thái áp suất riêng phần áp suất bên tác dụng lên mặt thoáng dung dòch Để cô đặc dung dòch không chòu nhiệt độ cao –dung dòch đường chẳng hạn đòi hỏi phải cô đặc nhiệt độ đủ thấp ứng với áp suất cân mặt thoáng thấp, thường chân không Đó phương pháp cô đặc chân không Trong phương pháp lạnh, hạ thấp nhiệt độ đến mức độ yêu cầu cấu tử tách dạng tinh thể đơn chất tinh khiết-thường kết tinh dung môi để tăng nồng độ chất tan Tuỳ theo tính chất cấu tử – kết tinh dung môi, điều kiện áp suất bên tác dụng lên dung dòch mà trình kết tinh xảy nhiệt độ cao hay thấp có phải dùng đến máy lạnh (kết tinh nước để cô đặc nước ép giàu sinh tố) Trong giới hạn đồ án môn học xét cô đặc phương pháp nhiệt trình ngược trình hoà tan , trình cô đặc trình thu nhiệt Nhiệt dung dòch toả hay thu vào trình cô đặc gọi nhiệt cô đặc Phân loại: Có nhiều cách phân loại khác sau cách phân loại tổng quát Các thiết bò cô đặc chia loại sau Nhóm : dung dòch đối lưu tự nhiên SVTH: PHẠM LƯU KIM THUỶ Đồ án môn học GVHD: THẦY NGUYỄN VĂN HOÀ • Loai có buồng đốt • Loại có buồng đốt Nhóm 2: dung dòch đối lưu cưỡng • Loại có buồng đốt ống tuần hoàn • Loại có buồng đốt ống tuần hoàn Nhóm :dung dòch chảy thành màng mỏng • Loai màng dung dòch chảy ngược lên, có buồng đốt hay • Loai màng dung dòch chảy xuôi, có buồng đốt hay Ngoài người ta tiến hành phân loại thiết bò cô đặc theo cách sau : • Theo bố trí bề mặt đun nóng : nằm ngang , thẳng đứng, nghiêng… • Theo chất tải nhiệt : đun nóng (hơi nước bão hoà, nhiệt), khói lò, chất tải nhiệt có nhiệt độ cao (dầu, nước áp suất cao…), dòng điện • Theo chế độ tuần hoàn : tuần hoàn tự nhiên, tuần hoàn cưỡng bức… • Theo cấu tạo bề mặt đun nóng: võ bọc , ống xoắn , ống chùm công nghiệp hoá chất thường dùng thiết bò cô đặc đun nóng hơi, loại gồm phần sau:  Phòng đốt – bề mặt truyền nhiệt  Phòng phân ly hơi- khoảng trống để tách thứ khỏi dung dòch  Bộ phận tách bọt- dùng để tách giọt lỏng thứ mang theo I.3 Quy trình công nghệ Dung dòch đường ban đầu có nồng độ 12% từ bồn chứa nguyên liệu bơm lên bồn cao vò nhờ bơm nhập liệu Bồn cao vò thiết kế có gờ chảy tràn để ổn đònh mức chất lỏng có bồn Sau nguyên liệu qua phận đo lưu lượng kế đảm bảo lưu lượng nhập liệu 2.6 tấn/h Dung dòch đưa vào thiết bò gia nhiệt (thiết bò loại chùm ống).Mục đích dùng thiết bò gia nhiệt giảm chi phí đốt giảm thời gian thiết bò cô đặc Tại dung dòch nâng lên đến nhiệt độ sôi bão hoà cung cấp từ vào Sau trao đổi nhiệt ngưng tụ thành nước theo đường ống chảy vào thùng chứa, đường tháo nước ngưng có lắp bẫy để không cho theo nước ngưng ngoài,phần khí không ngưng đốt H2S,RSH (Mercaptan)được dẫn đến phận tách giọt bơm chân không hút Dung dòch sau gia nhiệt đến trạng thái sôi vào nồi cô đặc I Hơi đốt cung cấp vào buồng đốt nồi I bão hoà có áp suất at.Dưới tác dụng đốt buồng đốt , thứ bốc lên dẫn qua buồng đốt nồi II để gia nhiệt cho trình cô đặc Đồng thời ,dung dòch đường nồi I đạt nồng độ 19.649% chuyển sang nồi II Hơi đốt nồi I sau ngưng tụ dẫn qua cửa tháo nước ngưng , sau chảy vào thùng chưá Phần khí không ngưng đốt nồi I dẫn đến phận tách giọt bơm chân không hút SVTH: PHẠM LƯU KIM THUỶ Đồ án môn học GVHD: THẦY NGUYỄN VĂN HOÀ Tương tự trình diễn nồi I, dung dòch nồi II cô đặc Sau khỏi nồi II dung dòch đạt nồng độ 50% bơm tháo liệu đưa vào thùng chứa sản phẩm Hơi thứ nồi II có áp suất 0.3at dẫn qua thiết bò ngưng tụ barômét Tại thiết bò barômét bốc từ lên gặp nước lạnh từ xuống khí ngưng tụ phần thành nước, phần không ngưng vào thiết bò phân ly lỏng để tách có lẩn giọt lỏng khỏi , bơm chân không hút thứ ngưng tụ ngưng tụ dẩn ống baromét chảy buồng chứa.Thùng chứa nước ngưng có lắp ống để nối với cống xả,khi cần xả lượng nước ngưng thừa SVTH: PHẠM LƯU KIM THUỶ Đồ án môn học GVHD: THẦY NGUYỄN VĂN HOÀ Chương II TÍNH CÂN BẰNG VẬT CHẤT VÀ NĂNG LƯNG II.1 Tính cân vật chất • Tính cân vật liệu lượng nước bốc khỏi dung dòch toàn dây chuyền: W= Gđ –Gc=Gđ(1- xđ/xc) (CT VI-1 p55 TL[7]) Trong đó:  Gđ,Gc : lượng dung dòch đầu ,lượng dung dòch cuối trình,kg/s  xđ,xc nồng độ đầu nồng độ cuối dung dòch ,% khối lượng  W lượng nước bốc khỏi dung dòch, kg/s Lượng nhập liệu: Gđ=3000(kg/h) Nồng độ đầu: xđ=12(%), Nồng độ cuối : xc=50(%) Tổng lượng thứ tạo thành W (kg/h)  12    x d  1 −   − W= G d   = 3000   = 2280 (kg/h) xC    50  Theo W1 +W2=W W1 W2 =1.05, Tacó :W1= 1167.805 (kg/h) W2 =1112.195(kg/h) Lượng dung dòch nhập từ nồi I sang nồi II G1= Gđ-W1=1832.195(kg/h), , Nồng độ cuối dung dòch khỏi nồi I 3000 * 12 G x x1 = d− d = 3000 − 1167.805 =19.649 % Gd W II.1.1 Xác đònh áp suất nhiệt độ nồi • Hiệu số áp suất hệ thống cô đặc  Tổng chênh lệch áp suất đốt nồi I thiết bò ngưng tụ ∆ Pt = Pđ – Png = – 0,3 = 2,7 (at) (CT III-4 p105 TL[5]) ∆ Pt = ∆ P1 + ∆ P = 2,7 (at) (1)  Pdáp suất đốt nồi 1, với Pd=3 (at)  Png áp suất tháp ngưng tụ, Png=0.3(at) SVTH: PHẠM LƯU KIM THUỶ Đồ án môn học GVHD: THẦY NGUYỄN VĂN HOÀ ∆p1  Thường tỉ số ∆p =1.2÷2.5(p106 TL[5]) ∆p1 ⇒  Chọn ∆p = 25 2.25 ∆ P2 − ∆ P1 = (2) Do ∆p1 =1.869 at ∆p2 =0.831 at  ∆p1 > ∆ pt> ∆p2  Thoả điều kiện phân bố áp suất ∆ P1 = PĐ – P1 ⇒ P1= Pđ - ∆p1 =3 – 1.869=1.131(at) ∆ P2 = P1 – P2 ⇒ P2= P1 - ∆p1 =1.131 – 0.831=0.3 (at) Theo TL[5] p106 ta nhận thấy  p suất đốt nồi II áp suất thứ nồi I  Nhiệt độ đốt nồi sau nhiệt độ thứ nồi trước trừ oC(1 o C tổn thất nhiệt độ trở lực thuỷ học ống dẫn)  Nhiệt độ thứ nồi cuối nhiệt độ thiết bò ngưng tụ cộng thêm oC  Bảng trang 195 tra TL[4] Loại nồi Nồi Baromet p suất(at) Nhiệt p suất(at) Nhiệt p Nhiệt độ o o độ ( C) độ( C) suất(at) (oC) Hơi đốt 132.9 1.131 101.44 Hơi thứ 1.131 102.44 0.3 69.7 II.1.2 Xác đònh nhiệt độ tổn thất • ∑  ’ độ giảm nhiệt độ hoá lí hai nồi Theo Tisencô ∆' = ∆'0 f (CT III-5 p106 TL[5]) T2 f = 16.2 m (TL[5] p106) r  ∆' tổn thất nhiệt độ áp suất thường p =1 at  f hệ số hiệu chỉnh thiết bò cô đặc thường làm việc áp suất khác với áp suất thường  Tm nhiệt độ dung môi nguyên chất áp suất làm việc, giá trò nhiệt độ thứ (K)  r ẩn nhiệt hoá dung môi áp suất làm việc j/kg SVTH: PHẠM LƯU KIM THUỶ Đồ án môn học GVHD: THẦY NGUYỄN VĂN HOÀ Độ giảm nhiệt độ hoá lí hai nồi xác đònh theo bảng sau: Đại Xđ(% o ∆' (oC) lượng ∆'0 ( C) khối t(oC) r (j/kg) f lượng) Nồi I II 19.649 50 0.381 1.7 102.44 69.7 2259.175 1.048 2236000 0.0.843 ∑ ∆ ' (oC) 0.399 1.433 • Tổn thất nhiệt độ áp suất thuỷ tónh Gọi chênh lệch áp suất từ bề mặt dung dòch đến ống ∆P (N/m2), ta có: ∆P = ρ S.g.Hop N/m2 Trong đó: ρ s : khối lượng riêng dung dòch sôi , kg/m3 ρ s =0.5 ρ dd ρ dd : Khối lượng riêng dung dòch ,kg/m3 Hop: Chiều cao thích hợp tính theo kính quann sát mực chất lỏng ,m Hop = [0.026+0.0014(ρ dd-ρ dm)].Ho Từ ∆P ta tính áp suất trung bình dung dòch nồi thông qua công thức: Ptbi= P’i+∆Pi ( i ): nồi thứ i Tra sổ tay ta có bảng sau: Nồi I Nồi II x C ,% 19.649 50.00 t’ ,0C 102.441 69.7 ρ dd , kg/m3 1081.3 1231.74 ρ dm ,kg/m3 958 958 Coi ρ dd nồi thay đổi không đáng kể khoảng nhiệt độ từ bề mặt đến độ sâu trung bình chất lỏng Chọn chiều cao ống truyền nhiệt Ho=2 m Nồi I: Hop1 = [0.026+0.0014(ρ dd-ρ dm)].Ho=[0.026+0.0014(1081.3 - 958)].2= 0.3972 m Áp suất trung bình: Ptb1= P’1+∆P1=1.131+ 0,5.0,5.1081.3.10-4.0.60524 =1.1473 at Tra sổ tay Ptb1=1.1473 (at) ta có t”1=102.85770C Suy : ∆”1=(t”1+∆’1) – (t’1+∆’1)= 102.8577– 102.441 =0.4167 0C Nồi II: SVTH: PHẠM LƯU KIM THUỶ Đồ án môn học GVHD: THẦY NGUYỄN VĂN HOÀ Hop2 = [0.026+0.0014(ρ dd-ρ dm)].Ho=[0.026+0.0014(1231-958)].2=0.8164 ,m Áp suất trung bình: Ptb2= P’2+∆P2=0.31+0,5.0,5.1231.10-4.1.0244= 0.335 at Tra sổ tay Ptb2 = 0.335(at) ta có t”2= 71.483 0C Suy : ∆”2=(t”2+∆’2) – (t’2+∆’2)= 71.483 – 69.8 =1.783 0C Vật tổn thất nhiệt hai nồi là: Σ∆ ” =∆”1+∆”2 =0.4167+1.783 = 2.2017 0C • Tổn thất nhiệt trở lực thuỷ học đường ống Theo TL[7] trang 67 thường chọn cho nồi ’’’ =1÷1.5(oC) Chọn’’’1 =1(oC), ’’’2=1.5(oC) ∑’’’=0.5+1.5=2.0(oC) ∑’’’ độ giảm nhiệt độ thuỷ động • Tính hiệu nhiệt độ toàn thiết bò t=th – th2-(∑’ +∑’’ +∑’’’)(CT 5-22 p327 TL[3]) =132.9 - 68.7-(1.817+2.2017+2)= 58.1813 oC  th nhiệt độ cấp nồi I ,th 3atm , th=132.9oC  th2 nhiệt độ dung dòch khỏi Barômét với p=0.3 at ta có th2=68.7(at) Ta có theo qui tắc babo áp suất nhiệt độ sôi  P sdd   P sdd    =       P sdm  t  P sdm  t ' Dung dòch đường 19.649% tra sách kỹ nghệ sản xuất đường mía ⇒ t Sdd (1atm ) =100.350C Từ t Sdd =tsdm tra bảng T191 – [7] ⇒ P H 2O = 1.047 (at) Psdm =(P1*P’1) /Pkq = (1.131*1.047)/1=1.1842 at Từ bảng số liệu ta tra tsdm = ts1 =103.8353 0C th1 =ts1-(’1 +’’1 +’’’1)(p326 TL[3]) t1= th- ts1 =132.9-103.8353=29.065 oC th1 = 132.9-29.104-(0.399+0.4167+1)= 102.01960C giả sử t2 = th1 - ts2 = 102.0196- 73.416 =28.60360C ts2 = th2+ -(’2 +’’2 +’’’2)= 68.7+(1.433+1.783+1.5)=73.4160C Hệ thống thiết bò có hai nồi giống diện tích bề mặt giống F1=F2, F1+F2 cho F t1= t2=t/2=29.0906oC  Quá trình tính toán thể bảng sau SVTH: PHẠM LƯU KIM THUỶ Đồ án môn học GVHD: THẦY NGUYỄN VĂN HOÀ Cấp Ph1=1.131at th1=102.441 oC ’o=0.381 oC ’1=0.399 oC ’’1=0.4167 oC ’’’1=0.5 oC ts1 =102.0196 oC t1=29.065oC Cấp Ph2=0.3 at th2=68.7oC ’o=1.7oC ’2=1.433 oC ’’2=1.783 oC ’’’2=1.5 oC ts2 =73.416oC t2=28.6036oC ∆t − ∆t1 /=/29.0906-29.065/ 29.0906=0.00088 tức là0.088%[...]... d1 đường kính trong ống m Tìm hệ số dẫn nhiệt của dung dòch đường: ρ λ = A.c p ρ 3 (p122 TL[6]) M Pr = SVTH: PHẠM LƯU KIM THUỶ Đồ án môn học GVHD: THẦY NGUYỄN VĂN HOÀ  A là hằng số A=3.58.10-8  M khối lượng phân tử đường M=342  t nhiệt độ của dung dòch oC  x nồng độ dung dòch ,phần khối lượng  ρ : khối lượng riêng của dung dòch nước đường , (kg/m3)  λ : hệ số dẫn nhiệt của dung dòch nước đường, ... quá lớn ở trong bệ Chọn ứng suất cho phép của bệ bê tông là 2N/mm2.(công thức8-62(8) Gmax Diện tích đỡ của tai F ≥ σ be Trong đó: 29 SVTH: PHẠM LƯU KIM THUỶ Đồ án môn học GVHD: THẦY NGUYỄN VĂN HOÀ  Gmax trọng lực cực đại của thiết bò (trọng lượng bản thân thiết bò và trọng lượng nước chứa đầy trong thiết bò N  σ be =2 N/mm2 hiệu ứng cho phép của bệ ρ CT 3 =7850 (kg/m3) trang 384[7] -Nồi cô đặc thẳng... toán tối thiểu ở phía ngoài: P0 h’=K.Dt (CT8-19T212-[8]) [σ u ] Trong đó : K: hệ số, bằng 0,28 – 0,36 Chọn K=0,36 Dt: đường kính trong của thân thiết bò, Dt=800(mm)  p- áp suất tính toán lớn nhất ở trong ống hoặc ở không gian ngoài ống N/mm2 p=3 (at)=0.2943 N/mm2 28 SVTH: PHẠM LƯU KIM THUỶ Đồ án môn học GVHD: THẦY NGUYỄN VĂN HOÀ  dn- đường kính ngoài của ống dn=25mm [σ u ] : Ứng suất cho phép khi... nồi cô đặc , oC, ∆ t=29.0906 oC  ki hệ số truyền nhiệt của dàn ống trong nồi cô đặc thứ i(W/m2K) • Vì các ống dài và chiều dài ống mỏng nên k i có thể tính như truyền nhiệt qua vách phẳng: 1 k1= 1 + 1 + δ + δc (CT 5.35 T333 TL[3]) α ni α si λ λc Chọn chiều dày lớp cáu là 0.001mm Chọn hệ số dẫn nhiệt lớp cáu là 1.16w/m0k bảng 31 T419 [1]  δ = (d2-d1)/2 chiều dày của vách ống, m δ =0.0025m  d1, d 2đường. .. áp suất riêng phần của hơi nước trong hỗn hợp (N/m2) Từ tkk=45(oC) Ph=0.0977(kg/cm2)= 9584.37 (N/m2) tra bảng 56/442 tập 10 Vkk=0.0144 (m3/s) V.4 Các kích thước chủ yếu của thiết bò Baromet • Đường kính thiết bò W2 Dtr=1.383 CT(VI.52) TL[7] ρ h wh  Dtr đường kính trong của thiết bò ngưng tụ (m)  ph khối lượng riêng của hơi (Kg/m3) ph =0.1934(Kg/m3)  wh tốc độ hơi trong thiết bò ngưng tụ wh =15:35... f 1 1.131 0.6161 956.356 0.0135 0.9 2 0.31 0.1934 978.15 0.0120 1.27 p dụng các công thức trên tóm tắt kết quả như bảng sau 17 SVTH: PHẠM LƯU KIM THUỶ Đồ án môn học • GVHD: THẦY NGUYỄN VĂN HOÀ Nồi I Vh1 0.5265 Wh1 0.342 Fb1 1.5394 Re1 4.6825 W01 0.9115 Utt1 1440 Vb1 1.316 H1 0.8551  Đường kính buồng bốc chọn theo dãy đường kính chuẩn buồng bốc D b= 1.4(m) p157 TL(2) Wh1=0.342 (m/s) ... (kg/h)  i’’h,i’hentanpi đốt đưa vào nước ngưng lấy ra(J/kg) ( bảng p194 TL[4])  i’’1,i’1entanpi thứ cấp I đưa vào nước ngưng lấy ra(J/kg)( bảng p194 TL[4])  i’’2,i’2entanpi thứ cấp II đưa... dày tối thiểu thành đáy Dt P S’= (CT6-8T174-[1]) 2.Cosα [σ ]ϕ h 1400.0,114599 S’= =0.8238(mm) 2.Cos30 o 134.0,95 -Bề dày thực đáy S = S’ + Ca + Co = 0.8238+2+1,05=3.8738(mm) Chọn bề dày thực đáy... -Kiểm tra: 4.[σ ].ϕ h ( S − C a ) [ P] = (CT6-24T176-[1]) Dt + 2.Cos ( S − C a ) - h = [ P] = 4.134.0,95.(8 − 1).oCos30 1400 + 2.Cos30 ( − 1) o =2.486 >P=0,1295 (thoả) Nồi 2: +Buồng bốc : đáy chòu