Thiết kế hệ thống cô đặc lạnh dịch ép tảo với năng suât 150 kgh

Đồ Án Mơn Học Q Trình Và Thiết Bị GVHD : Phạm Văn Bơn Mục lục PHẦN : TỔNG QUAN .3 1.1 Nhiệm vụ đồ án: 1.2 Giới thiệu ngun liệu táo: 1.2.1 Sơ lược trái táo: Táo lồi thực vật vùng khí hậu ơn đới, đặc biệt vùng khí hậu lạnh lạnh Từ lâu lồi người sử dụng táo nguồn thực phẩm cung cấp chất dinh dưỡng quan trọng cho thể Loại táo tìm thấy vùng ven hồ Thụy Sĩ Loại có kích thước nhỏ loại táo nay, nghiên cứu sâu đặc điểm sinh học nhà khoa học thấy chúng có nhiêu đặc điểm giống mặt sinh học Theo thống kê có 7500 loại táo khác trồng khắp nơi giới Trong có 1500 loại trồng nhiều Các nước có sản lượng táo lớn giới Trung Quốc, Hoa Kỳ, Iran, Thổ Nhĩ Kỳ, Ý, Ấn Độ Ở Việt Nam, sản lượng táo khơng nhiều, nước ta nước có khí hậu nhiệt đới nên trồng táo khó khăn Táo trồng chủ yếu Đà Lạt, Sa Pa 1.2.2 Thành phần hóa học táo: Thành phần dinh dưỡng Táo tươi .4 Nước táo đặc Năng lượng (cal) .4 242 .4 213 .4 Protein (g) 0,8 0,5 Fat (g) 2,5 0,1 Glucid (g) 60,5 54 .4 Ca (mg) .4 29 .4 27 .4 P (mg) 42 .5 41 .5 Fe (mg) 1,3 2,7 Na (mg) .5 SVTH : Hồng Thu Hà Đồ Án Mơn Học Q Trình Và Thiết Bị GVHD : Phạm Văn Bơn K (mg) .5 459 .5 458 .5 Vit A (IU) 380 .5 - Thiamin (mg) 0,12 0,03 Riboflavi (mg) 0,3 0,4 Vit C (mg) 16 .5 1.3 Địa điểm xây dựng nhà máy: .5 Xây dựng nhà máy khu cơng nghiệp Phú Hội đặt xã Phú Hội, huyện Đức Trọng, địa bàn thuận lợi sở hạ tầng, giao thơng khoảng cách cung ứng từ vùng ngun liệu Cách Đà Lạt 35 km hướng Đơng Bắc cách thị xã Bảo Lộc 80 km hướng Tây-Tây Nam, cách sân bay Liên Khương km, nằm sát Quốc lộ 20 Đà Lạt Dầu Giây đâu tư xây dựng đường cao tốc, thn tiện giao thơng thành phố Hồ Chí Minh tỉnh Bà Rịa – Vũng Tàu, tỉnh dun hải miền Trung Tây Ngun, cách cảng biển Bình Thuận 130 km PHẦN : TÍNH CÂN BẰNG VẬT CHẤT CHO THIẾT BỊ KẾT TINH 1.2 Sơ đồ quy trình đặc .8 1.3 Đặt vấn đề 1.4 Tính cân vật chất cho q trình đặc .10 PHẦN 3: TÍNH CÂN BẰNG NĂNG LƯỢNG CHO THIẾT BỊ KẾT TINH 14 1.5 Các thơng số cần tính 14 1.6 Tính cân lượng 15 PHẦN 4: TÍNH TỐN THIẾT KẾ THIẾT BỊ KẾT TINH VÀ CHỌN THIẾT BỊ LỌC, RỬA 17 1.7 Thiết bị kết tinh 17 1.8 Chọn thiết bị lọc, rửa: .27 PHẦN 5: TÍNH TỐN THIẾT BỊ LẠNH VÀ CHỌN THIẾT BỊ LẠNH 28 1.9 Tính tốn hệ thống lạnh: 28 1.10 Chọn thiết bị: 32 PHẦN 6: TÍNH TỐN CƠ KHÍ 35 1.11 TÍNH THIẾT BỊ KHUẤY 35 1.12 TÍNH CHÂN ĐỠ VÀ BÍCH NỐI CHO THIẾT BỊ .37 1.13 Tính chọn ống nhập liệu tháo liệu 39 PHẦN : DỰ ĐỐN GIÁ THÀNH THIẾT BỊ 40 1.14 Giá thành thiết bị chính: 40 1.15 Giá thiết bị phụ: 41 1.16 Ước tính tổng giá thành: 42 TÀI LIỆU THAM KHẢO 42 SVTH : Hồng Thu Hà Đồ Án Mơn Học Q Trình Và Thiết Bị GVHD : Phạm Văn Bơn Danh mục bảng : Bảng : So sánh thành phần dinh dưỡng táo tươi nước táo đặc Bảng :Thành phần chất khơ số dịch ép trái Bảng 3: Nhiệt độ kết tinh khối lượng riêng dịch táo ép theo nồng độ .9 Bảng 4: Tổng kết thơng số nhiệt lý dịch ép nước đá 15 Bảng 5: Tổng kết cân nhiệt lượng cho trình cô đặc 16 Bảng 6: Khối lượng cac vật liệu lam thiết bị: .37 PHẦN : TỔNG QUAN 1.1 Nhiệm vụ đồ án: - Thiết kế hệ đặc lạnh để đặc nước dung dịch nước ép táo (bơm) - Năng suất: 150 kg/h theo sản phẩm cuối - Nồng độ đầu: 4% khối lượng - Nồng độ cuối: 25% khối lượng 1.2 Giới thiệu ngun liệu táo: 1.2.1 Sơ lược trái táo: Táo lồi thực vật vùng khí hậu ơn đới, đặc biệt vùng khí hậu lạnh lạnh Từ lâu lồi người sử dụng táo nguồn thực phẩm cung cấp chất dinh dưỡng quan trọng cho thể Loại táo tìm thấy vùng ven hồ Thụy Sĩ Loại có kích thước nhỏ loại táo nay, nghiên cứu sâu đặc điểm sinh học nhà khoa SVTH : Hồng Thu Hà Đồ Án Mơn Học Q Trình Và Thiết Bị GVHD : Phạm Văn Bơn học thấy chúng có nhiêu đặc điểm giống mặt sinh học Theo thống kê có 7500 loại táo khác trồng khắp nơi giới Trong có 1500 loại trồng nhiều Các nước có sản lượng táo lớn giới Trung Quốc, Hoa Kỳ, Iran, Thổ Nhĩ Kỳ, Ý, Ấn Độ Ở Việt Nam, sản lượng táo khơng nhiều, nước ta nước có khí hậu nhiệt đới nên trồng táo khó khăn Táo trồng chủ yếu Đà Lạt, Sa Pa 1.2.2 Thành phần hóa học táo: Bảng : So sánh thành phần dinh dưỡng táo tươi nước táo đặc Thành phần dinh dưỡng Táo tươi Nước táo đặc Năng lượng (cal) 242 213 Protein (g) 0,8 0,5 Fat (g) 2,5 0,1 Glucid (g) 60,5 54 Ca (mg) 29 27 SVTH : Hồng Thu Hà Đồ Án Mơn Học Q Trình Và Thiết Bị GVHD : Phạm Văn Bơn P (mg) 42 41 Fe (mg) 1,3 2,7 Na (mg) K (mg) 459 458 Vit A (IU) 380 - Thiamin (mg) 0,12 0,03 Riboflavi (mg) 0,3 0,4 Vit C (mg) 16 1.3 Địa điểm xây dựng nhà máy: Xây dựng nhà máy khu cơng nghiệp Phú Hội đặt xã Phú Hội, huyện Đức Trọng, địa bàn thuận lợi sở hạ tầng, giao thơng khoảng cách cung ứng từ vùng ngun liệu Cách Đà Lạt 35 km hướng Đơng Bắc cách thị xã Bảo Lộc 80 km hướng Tây-Tây Nam, cách sân bay Liên Khương km, nằm sát Quốc lộ 20 Đà Lạt Dầu Giây đâu tư xây dựng đường cao tốc, thn tiện giao thơng thành phố Hồ Chí Minh tỉnh Bà Rịa – Vũng Tàu, tỉnh dun hải miền Trung Tây Ngun, cách cảng biển Bình Thuận 130 km Hình - Vị trí địa lý huyện Đức Trọng SVTH : Hồng Thu Hà Đồ Án Mơn Học Q Trình Và Thiết Bị GVHD : Phạm Văn Bơn 1.4 Khái qt đặc kết tinh: Cơ đặc q trình làm tăng nồng độ chất rắn hồ tan dung dịch cách tách phần dung mơi dạng hay kết tinh chất tan Q trình đặc thường dùng phổ biến cơng nghiệp với mục đích làm tăng nồng độ dung dịch lỏng, để tách chất rắn hồ tan Cơ đặc kết tinh dung mơi thường nước ( gọi tắt đặc lạnh ) có loạt ưu điểm so với phương pháp khác, đặc biệt với sản phẩm bền nhiệt chứa nhiều chất thơm Ở nhiệt độ thấp q trình phân hủy hóa học sinh hóa yếu khơng đáng kể, cấu tử dễ bay cấu tử thơm bảo tồn ngun vẹn, đảm bảo chất lượng cho sản phẩm Nước lấy từ kết tinh phục vụ vào chu trình sản xuất 1.5 Quy trình cơng nghệ sản xuất nước táo đặc: SVTH : Hồng Thu Hà Đồ Án Mơn Học Q Trình Và Thiết Bị GVHD : Phạm Văn Bơn Hình - Sơ đồ quy trình cơng nghệ sản xuất nước táo đặc SVTH : Hồng Thu Hà Đồ Án Mơn Học Q Trình Và Thiết Bị GVHD : Phạm Văn Bơn PHẦN : TÍNH CÂN BẰNG VẬT CHẤT CHO THIẾT BỊ KẾT TINH 1.2 Sơ đồ quy trình đặc Hình – Sơ đồ quy trình cơng nghệ đặc kết tinh cấp 1.3 Đặt vấn đề  Tính tốn cân vật chất cho 1kg nhập liệu (vào nồi đặc) với nồng độ chất khơ ban đầu 4% (theo khối lượng) Sản phẩm có nồng độ chất khơ 25% (theo khối lượng) Năng suất 150 kg/giờ (theo sản phẩm cuối)  Trong thực tế, lượng chất khơ dịch nước táo hỗn hợp phức tạp nhiều cấu tử để đơn giản ta xem dịch nước táo ép hỗn hợp hai cấu tử tan lẫn gồm nước chất khơ tan nước Bảng :Thành phần chất khơ số dịch ép trái Thành phần Đơn vò Cam Táo Dâu tây Nước g 88.8 87.5 84 Protein g 0.9 0.5 1.8 Lipid g - - - Glucid g 8.4 11.3 9.4 Cellulose g 1.4 0.6 4.0 SVTH : Hồng Thu Hà Đồ Án Mơn Học Q Trình Và Thiết Bị GVHD : Phạm Văn Bơn Hình - Biểu đồ nhiệt độ đóng băng nước táo theo nồng độ chất khơ Nồng độ phần khối lượng, x% 10 25 Nhiệt độ kết tinh, oC -0.4 -1 -3.5 Khối lượng riêng ρ, kg/m3 994 1011 1037 1115 Bảng 3: Nhiệt độ kết tinh khối lượng riêng dịch táo ép theo nồng độ  Trên giản đồ ta xác định nhiệt độ kết tinh nước táo theo nồng độ nước táo  Nhiệt độ bắt đầu kết tinh: t1 (x = 0,04) = -0.4oC ; ρ = 1011 kg/m3  Nhiệt độ kết thúc q trình đặc (x=0.25) : t2 = -3.5oC ; ρ = 1115 kg/m3  Chọn mơ hình kết tinh cấp • Cấp : từ -0.4oC (x=0.04) đến -1oC (x=0.1) SVTH : Hồng Thu Hà Đồ Án Mơn Học Q Trình Và Thiết Bị • GVHD : Phạm Văn Bơn Cấp : từ –1oC (x=0.1) đến -3.5oC (x=0.25) 1.4 Tính cân vật chất cho q trình đặc Chọn mơ hình đặc kết tinh gián đoạn cấp Gọi : Gđ, xđ : Khối lượng nồng độ chất khơ hỗn hợp nhập liệu Gc, xc : Khối lượng dịch nồng độ chkhơ tương ứng thu (sản phẩm) M1, x1 :Khối lượng dịch nồng độ chất khơ dịch thu sau kết tinh M2, x2 : Khối lượng dịch nồng độ chất khơ dịch sau KT2 ∆M1, ∆M2 = Tổn thất sau lọc dich ép bám lên tinh thể K1, K2 sau KT1 KT2 K1, xk1 : Khối lượng tinh thể thơ nồng độ chất khơ bám lên tinh thể thơ sau KT1 K2, xk2 : Khối lượng tinh thể thơ nồng độ chất khơ bám lên tinh thể thơ sau KT2 K3 : khối lượng tinh thể nước đá sau thiết bị rửa M3 : Lượng nước rửa thiết bị rửa 1.4.1 Tại thiết bị kết tinh : CBVC tính cho kg dịch nhập liệu  Gd = K1 + M  Gd xd = K1 xk1 + M x1 Trong K1 = Gd => x1 − xd 0,1 − 0.04 = = 0, 75 kg / h x1 − xk 0,1 − 0.02 xd − xk1 0, 04 − 0.02 = = 0, 25 kg / h x1 − xk 0.1 − 0.02 xđ = 0,04, x1 = 0,1, xk1 = 0,02 ; Gđ = kg/h M = Gd 1.4.2 Tại thiết bị lọc  Mục đích : Lọc dịch tinh thể nước thơ Sau đưa tinh thể nước đá thơ qua máy rửa  Chọn thiết bị lọc ly tâm để lọc tinh thể  Chọn thơng số cho q trình lọc • ρd1 : khối lượng riêng dịch sau kết tinh • ρ1 : khối lượng riêng dịch sau làm lạnh sơ • f1 : tỷ lệ diện tích bề mặt xung quanh tự tinh thể có dịch bám vào • δ1 : bề dày lớp dịch bám • d1 : đường kính trung bình (cạnh tinh thể lập phương)  Cần tính :  Lượng dòch sót lại bã lọc tinh thể SVTH : Hồng Thu Hà 10 Đồ Án Mơn Học Q Trình Và Thiết Bị GVHD : Phạm Văn Bơn Điều kiện khí hậu nơi lắp đặt hệ thống Lam Đồng: Nhiệt độ lấy điều kiện tháng nóng năm 25oC Độ ẩm trung bình 85% => nhiệt độ tư = 21oC Chọn : Nhiệt độ vào nước : tw1 = tư + 3oC = 24oC Nhiệt độ nước : tw2 = tw1 + 6oC = 30oC Nhiệt độ trung bình nước: tw = 27oC Nhiệt độ ngưng tụ tk = t w + (5 ÷ 7) oC = tw + 7oC = 34oC NH3 hóa ở: t01 = − 10 C , P01 = 2,9075bar , Pk Ta có: Π = = 14,306 bar Pk 14,306 = = 4,92 < 11 P0 2,9075 Chọn mơ hình lạnh có máy nén cấp nén, có q nhiệt q lạnh 1.9.2 Chu trình lạnh thiết bị kết tinh : Ở ta xét chu trình nhiệt lạnh: với ∆tqn = ∆tql = 5oC ∆tql 3' 2' S=const ∆tqn Hình 2: Chu trình lạnh nhiệt tiêu chuẩn NH3 đồ thò lgp-h Tra đồ thò : Nếu vẽ lên đồ thò lgp-h NH3 ta thông số trạnh thái điểm nút chu trình sau : Bảng 6: Thông số trạng thái NH3 chu trình lạnh thiết bò kết tinh Thông số Đơn vò 1’ 3’ p suất p Bar 2,9075 2,9075 14,206 14,306 14,306 2,9075 SVTH : Hồng Thu Hà 29 Đồ Án Mơn Học Q Trình Và Thiết Bị o Nhiệt độ t GVHD : Phạm Văn Bơn C -10 -5 130 37 32 -10 Entanpi h kJ/kg 1449,4 1461,9 1751,7 373,2 349,4 349,4 Thể tích riêng v m3/kg - 0,427 - - - - Entropi s kJ/kg.K 5,7519 5,7992 5,7992 1,5889 1,5124 - 1.9.3 Tính tốn cho máy nén: Năng suất lạnh riêng khối lượng : • q01 = q02 = h1 – h4 = 1112,5 kJ/kg Năng suất nhiệt riêng khối lượng : • qk1 = qk2 = h2 – h3 = 1402,3 kJ/kg Năng suất lạnh riêng thể tích : • qv1 = qv2 = q o1 =2605,3 kJ/m3 v1 Công nén riêng : • l1 = l2 = h2 – h1 = 289,8 kJ/kg Hệ số lạnh : • ε1 = ε1 = q01 = 3,83 l1 Hệ số cấp máy nén : λ ~ 0,8 Năng suất lạnh cần thiết : Qo1 = Σ Qkt1 = 154,743 kW Qo2 = Σ Qkt2 = 35,46 kW ΣQo = Qo1 + Qo2 = 190,203 kW Lượng Amoniac (thực tế) hệ thống : m1 = Q01 = 0,139 kg/s = 500,4 kg/h q o1 SVTH : Hồng Thu Hà 30 Đồ Án Mơn Học Q Trình Và Thiết Bị m2 = GVHD : Phạm Văn Bơn Q02 = 0,035 kg/s = 126 kg/h qo1 Năng suất thể tích thực tế máy nén : Vtt1 = m1.v1 =0,065 m3/s Vtt2 = m2.v1 = 0,018 m3/s Thể tích chạy pittông (thể tích hút lý thuyết) Vlt1 = Vtt1 = 0,0813 m3/s λ Vlt2 = Vtt = 0,014 m3/s λ Công nén lý thuyết : Ns1 = m1.l1 = 40,28 kW Ns2 = m2.l2 = 10,143 kW Công nén thò : Ni1 = N s1 T0 −10 + 273 + 0, 001 ( −10 + 273) = 1,11 = 36,28 kW; với η = + bT0 = ηi1 Tk 37 + 273 Ni2 = Ns2 T0 −15 + 273 + 0, 001 ( −15 + 273) = 1, 09 = 9,305 kW; với η = + bT0 = ηi Tk 37 + 273 Công suất hữu ích (công suất trục) : Ne1 = Ni1 + Nms1 = 36,28 + 4,79 = 41,07 kW Ne2 = Ni2 + Nms2 = 9,305 + 0,826 = 10,13 kW Trong đó: Nms1 = pms1.Vtt1 = 59 0,0813 = 4,79 kW Nms2 = pms2.Vtt2 = 59 0,014= 0,826 kW Công suất điện tiêu thụ : Nel(1) = N e1 41, 07 = = 50,86 kW ηe ηtd 0,85.0,95 Nel(2) = Ne2 10,13 = = 12,54 kW ηe ηtd 0,85.0,95 Trong : ηtđ = 0,85 – Hiệu suất khớp truyền động SVTH : Hồng Thu Hà 31 Đồ Án Mơn Học Q Trình Và Thiết Bị GVHD : Phạm Văn Bơn ηel = 0,95 – Hiệu suất động Hiệu suất chung : η1 = Ns = 0,791; η2 = 0,772 N el 1.9.4 Tính tống q trình ngưng tụ: a) Các thơng số ban đầu: Chọn loại thiết bị ngưng tụ dạng ống chùm nằm ngang Đây thiết bị có thân hình trụ nằm ngang làm từ vật liệu thép CT3, bên ống trao đổi nhiệt Các ống trao đổi nhiệt hàn kín núc lên hai mặt sàng hai đầu Hai đầu thân bình nắp bình Các nắp bình tạo thành vách phân dòng nước để nước tuần hồn nhiều lần bình ngưng b) Tính tốn cho thiết bị ngưng tụ:  Diện tích trao đổi nhiệt cần cho thiết bị ngưng tụ - Phụ tải nhiệt u cầu thiết bị ngưng tụ Qk = QQL + QLL + QNT = m.(h2 – h3) Qk1 = m1.(h2 – h3) = 0,139.(1751,7–349,4) = 195 kW Qk2 = m2.(h2 – h3) = 0,035.(1751,7–349,4) = 49,1 kW Qk = Qk1 + Qk2 =195 + 49,1 = 244,1 kW - Lượng nước lạnh đưa vào thiết bị ngưng tụ Vw1 = Qk1 195 = = 7.806.10-3 m3/s = 28 m3/h C p ρ (tw − t w1 ) 4,18.996.(30 − 24) Vw2 = Qk 49,1 = = 1,96.10-3 m3/s = 7,07 m3/h C p ρ (tw − t w1 ) 4,18.996.(30 − 24) - Chênh lệch nhiệt độ trung bình logarit giai đoạn làm lạnh ngưng tụ Dtlog (t k − t w1 ) − (t k − t w ) (34 − 24) − (34 − 30) (t − t ) 34 − 24 = = = 6,55 oC ~ oC ln k w1 ln (t k − t w ) 34 − 30  Vậy ta chọn bình ngưng vỏ ống nằm ngang với k = 700÷1000 ta chọn k ≈ 700 W/m2.K (chọn K trường hợp nhỏ để diện tích lớn để hệ thống hoạt động tốt điều kiện) F1 = Qk1 195.103 = = 42,53 m2 k ∆tlog 700.6,55 F2 = Qk 49,1.103 = = 10,71 m2 k ∆tlog 700.6,55 1.10 Chọn thiết bị: SVTH : Hồng Thu Hà 32 Đồ Án Mơn Học Q Trình Và Thiết Bị GVHD : Phạm Văn Bơn Dùng chung cho thiết bị kết tinh: 1.10.1 Chọn máy nén: Dựa vào Năng suất lạnh tổng cộng, cơng suất trục thể tích hút, ta chọn máy nén pit_tơng MYCOM loại cấp nén ký hiệu W (hang Mayekawa, Nhật) Loại N6WB: ([6], bảng 7.2 ,222) Bảng 8: Bảng thơng số máy nén Thơng số Kết tinh cấp Kết tinh cấp Tổng Cộng Máy nén N6WB Năng suất lạnh 154,743kW 35,46kW 190,2kW 215,2kW Cơng suất trục động 41,07 kW 10,13kW 51,2kW 67,6kW Thế tích hút lý thuyết 0,0813m3/s 0,014m3/s 0,0953m3/s 0,1558m3/s 1.10.2 Chọn thiết bị ngưng tụ: Diện tích bề mặt truyền nhiệt u cầu: F = 53,24 m2 Lượng nước giải nhiệt cần có là: Vw = 35,07 m3/h => Chọn bình ngưng vỏ ống nằm ngang dành cho amoniac: KT Γ − 90 Bảng 9: Bảng thơng số thiết bị ngưng tụ Kí hiệu KTΓ − 90 Diện tích bề mặt (m2) 90 Kích thước phủ bì (mm) Đường kính D Dài L Rộng B Cao H 800 4640 1110 1230 Số ống 386 Kích thước ống nối (mm) d lỏng d1 nước d2 80 32 125 V ống (m3) Khối lượng (kg) 1,26 3330 1.10.3 Chọn tháp bị giải nhiệt: Vì suất nhiệt ngưng tụ : Qk = 244,1 kW, với tổn thất nhiệt khoảng 5% suất tháp giải nhiệt tối thiểu là: Qnt = 244,1 * 1,05 = 256,305 kW = 56,6 tơn Vậy ta chọn tháp giải nhiệt RINKI kiểu FRK-70 với suất 70 tơn với thơng số theo bảng sau: Bảng 10: Bảng thiết bị giải nhiệt Kiể u FR Lưu lượng Kích thước (mm) SVTH : Hồng Thu Hà Kích thước ống nối (mm) Quạt gió Motor quạt Khối lượng (kg) Độ ồn 33 Đồ Án Mơn Học Q Trình Và Thiết Bị l/s 70 17,4 H D 2487 2230 GVHD : Phạm Văn Bơn In out of dr fv 10 10 25 25 20 qs m3/ph fmm kW khơ ướt dBA 450 1200 1,50 420 126 58,5 1.10.4 Tính chọn bơm: Áp dụng phương trình Bernulli cho dòng nhập liệu với vị trí bồn nhập liệu vị trí dẫn vào trục khuấy : v12 P1 v22 P2 + + + ∑ h1−2 Hb + z + = z2 + 2.g γ 2.g γ Trong : P1 = P2 = at γ1 ~ γ2 v1 = v3 : chọn đường kính ống hút đường kính ống đẩy ⇒ Hb = z2 – z1 + ∑h1-2 + Chênh lệch độ cao nắp nhập liệu bề mặt dung dịch bồn nhập liệu là: z2 – z1 = 2,3 m + Tổn thất áp suất: 11 h1-3 = (∑ ξ i + i =1 λ l v ) ( Vì nhập vào thùng kết tinh 1): d 2.g Chọn chiều dài ống dẫn l= 10m ống lớn chung đoạn 5m ống nhỏ riêng Đường kính ống dẫn nhỏ:d = 1inch = 40 (mm), đường kính ống dẫn lớn: d Vận tốc dung dịch ống: v = (m/s) => λ = 0,025 Do đoạn đường vận chuyển dung dịch có ống nối, co 90o van bi, vị trí đột thu vị trí đột mở nên tổng trở lực cục là: ξ = 4.0,21 + 2.0,25 + 2.0,1 + 0,5 +1 = 3,04 SVTH : Hồng Thu Hà 34 Đồ Án Mơn Học Q Trình Và Thiết Bị ⇒ ∑h1-3 = [ 3,04 + 0,025 ( GVHD : Phạm Văn Bơn 10 5.6 22 + )] = 7,46 m 0,0622 0,0254 2.9,81 ⇒ Hb= 2,3 + 7,46 = 9,76 mm = 9,76 m • Cơng suất bơm : Nt = Q.H b ρ g 1000.η η = 75% (Hiệu suất bơm) π d v.6 = 6,08.10-3 m3/s Q= 6,08.10−3.9,76.1031.9,81 ⇒ Nt = = 0,8 kW 1000.0,75 • Cơng suất động điện : Ndc = Nt 0,8 = = 0,98 kW ηtr η dc 0,9.0,9 Với ηtr : hiệu suất truyền động ηđc : hiệu suất động - Vậy ta chọn bơm pittơng thẳng đứng M – 193 có cơng suất 1kW ([1], trang 451, bảng II.43) PHẦN 6: TÍNH TỐN CƠ KHÍ CÁNH KHUẤY – CHÂN ĐỠ – MẶT BÍCH 1.11 TÍNH THIẾT BỊ KHUẤY 1.11.1 Cơng suất khuấy :  Chuẩn số Rek :  Rek1 = 415264 SVTH : Hồng Thu Hà 35 Đồ Án Mơn Học Q Trình Và Thiết Bị GVHD : Phạm Văn Bơn  Rek2 = 73338  Công suất khuấy tính cho cánh khuấy : ([10],3.47b,tr.138) Nk = KN.ρ.n3.dk5 Trong : KN : chuẩn số công suất suất khuấy - KN1 = 0,3; KN2 = 0,5 ρ : khối lượng riêng dung dòch – ρ1 = 1037 kg/m3; ρ2 = 1115kg/m3 n : số vòng quay 1/s; n1 = 0,8 vg/s; n2 = 0,3 vg/s dk : đường kính cánh khuấy kết hợp với dao cạo đá; dk1 = dk2 = 1198 mm  Ở thiết bò kết tinh : Nk1 = 0,3.1037.0,83.1,1985 = 393W  Ở thiết bò kết tinh : Nk2 = 0,5.1115.0,33.1,1985 = 37,16 W  Công suất khuấy gạt đá động : lấy Nđc = 10.Nk  Ở thiết bò kết tinh : Nđc = 3,93 kW  Ở thiết bò kết tinh : Nđc = 0,372 kW 1.11.2 Kích thước trục khuấy :  Tính momen xoắn : Mx = 9,55.10 5.N dc n Trong : Nđc : công suất động cơ, kW; n : số vòng quay cánh khuấy, vg/ph 9,55.105.3,93  Thiết bò kết tinh 1: Mx1 = = 78548,8 Nm 0,8.60  Thiết bò kết tinh : Mx2 = 19736,7 Nm  Momen uốn : Mu = Mx N c N f Trong : Mx momen xoắn, Nm; Nc : tổng số cánh; chọn Nc = cánh Nf = 0,8 rk = 0,4dk Khi : Ở thiết bò kết tinh : Mu1 = 81958,3 Nm Ở thiết bò kết tinh : Mu2 = 20593,4 Nm  Momen tương đương : Mtđ = Suy : M u2 + 0,75M x2 Mtđ1 = 81958,3 + 0,75.78548,8 = 106511 Nm Mtđ2 = 20593,4 + 0,75.19736,7 = 26762,7 Nm  Đường kính trục khuấy : SVTH : Hồng Thu Hà 36 Đồ Án Mơn Học Q Trình Và Thiết Bị GVHD : Phạm Văn Bơn Chọn vật liệu chế tạo trục khuấy thép không gỉ Điều kiện bền cho trục khuấy chòu uốn xoắn đồng thời : [σ] ≥ M td => d ≥ 0,1.d (1 − η ) M td 0,1.(1 − η ).[σ ] 3 Trong : η = dtr/dng : tỷ số đường kính trục khuấy, mm Chọn η = [σ] = 140.10 N/m2 Khi :  Tại thiết bò kết tinh : d1 ≥ 106511 = 0,2 m 0,1.(1 − 0.667 ).140.10 Chọn đường kính 0,2 m đường kính 0,15 m  Tại thiết bò kết tinh : d2 ≥ 26762,7 = 0,134 m 0,1.(1 − 0.667 ).140.10 Chọn đường kính 0,15 m đường kính 0,1 m  Chiều dài trục khuấy chiều cao tính từ phần phía bề mặt truyền nhiệt lên Chọn L = 2,15 – 0,35 +0,3 = 2,1 m  Bề dày cánh khuấy chọn mm 1.12 TÍNH CHÂN ĐỠ VÀ BÍCH NỐI CHO THIẾT BỊ 1.12.1 Tính tốn chọn chân đỡ cho thiết bị kết tinh: - Khối lượng riêng vật liệu làm thiết bị Bảng 6: Khối lượng cac vật liệu lam thiết bị: Vật liệu Thép X18H10T (Thép khơng gỉ) Thép CT3 Khối lượng riêng 7900 7850 SVTH : Hồng Thu Hà 37 Đồ Án Mơn Học Q Trình Và Thiết Bị GVHD : Phạm Văn Bơn (kg/m3) - Tổng khối lượng thiết bị: Mtổng = Mthân +Mđáy + Mnắp + Mvỏ + Mdung dịch + Mtb phụ + Khối lượng thân thiết bị: Mthn = π  ( Dt + 2.Sthan ) − Dt2  H than ρthepkhonggi = 540,27 kg + Khối lượng đáy: Mđday = V đthepkhonggi = 0,0175 7900 = 138,25 kg + Khối lượng nắp: Mnắp = π ( Dt + 2Sthan ) S nap ρthep = 36,92 kg + Khối lượng vỏ: Mvỏ = π ( Dvo + Svo ) − Dvo  H'.ρCT = 277, 76 kg  + Khối lượng thiết bị phụ: Mphụ = 0,1.( Mthân +Mđáy + Mnắp + Mvỏ ) = 99,32 kg + Khối lượng dung dịch thiết bị: Mdd1 = Vdd ρdd1 = 1,84.1037=1908 kg Mdd2 = Vdd ρdd2 = 1,84.1115=2051,6 kg => Tổng khối lượng: + M1 = 3000,5 kg ; + M2 = 3144,12 kg - Ta chọn loại chân đỡ có chân với gi trị M2 để tính chân đỡ chung cho thiết bị - Tải trọng tác dụng lên chân: G= M2 3144,12 g = 9,81 = 7711 N 4 Vậy ta chọn chân đỡ kiểu IV, vật liệu cấu tạo thép CT3 với tải trọng cho phép chân đõ 10000N với kích thước hình học sau: Bảng 12: Thơng số kích thước hình học chân đỡ SVTH : Hồng Thu Hà 38 Đồ Án Mơn Học Q Trình Và Thiết Bị Tải trọng/chân (N) GVHD : Phạm Văn Bơn Bề mặt đỡ F (m ) Tải trọng cho phép (N/m2) A (mm) L (mm) B (mm) 10000 0,0811 0,32 420 210 150 B2 (mm) H (mm) h (mm) s (mm) l (mm) d (mm) 245 300 160 14 75 23 1.12.2 Tính chọn mặt bích Chọn bích liền thép kiểu {[3],tập 2,bảng XIII.27,tr417) để nối đáy thiết bị với thân Các thơng số kích thước  Kích thước nối : D = 1340 mm; Db = 1290 mm; DT = 1260 mm; Do = 1213 mm  Bulơng : db = M20 mm; Z = 32 mm  Kiểu bích (1) : h = 25 mm 1.13 Tính chọn ống nhập liệu tháo liệu Ống nhập liệu Vì quy trình sản xuất theo phương pháp gián đoạn nên khơng quan tâm đến việc cấp ngun liệu liên tục vào bồn kết tinh mà tính tốn để chọn đường ống dựa sở tính kinh tế đảm bảo cho thời gian nhập liệu phù hợp khơng làm ảnh hưởng tới chu trình sản xuất nhà máy  Thời gian nhập liệu cần thiết 30 phút  Thể tích chứa thùng kết tinh : Vdd = 1,84 m3  Lưu lượng nhập liệu : G1 = 1,84.1011 = 1, 03 kg/s 30.60 G2 = 1,84.1037 = 1, 06 kg/s 30.60  Chọn vận tốc dòng chảy : m/s  Đường kính ống dẫn cần thiết :  Thiết bị kết tinh : d1 = 4.G1 = 0,036 m ρ dd π ϖ => chọn đường kính di = 40 mm; đường kính ngồi = 45 mm (theo tiêu chuẩn ống thép sử dụng cho ống nước) => Tính lại vận tốc dòng chảy ω1 = 0,811 m/s SVTH : Hồng Thu Hà 39 Đồ Án Mơn Học Q Trình Và Thiết Bị  Thiết bò kết tinh : d2 = GVHD : Phạm Văn Bơn 4.G2 = 0,038 m ρdd2 π ϖ => chọn đường kính di = 40 mm; đường kính = 45 mm => Vận tốc dòng chảy : ω2 = 0,814 m/s Ống tháo liệu Ống tháo liệu cần đủ lớn để tháo tồn sản phẩm khỏi thùng kết tinh q trình tháo liệu phải nhanh để tinh thể kết tinh khơng bị kết thành khối gây cản trở cho q trình tháo liệu Chọn ống tháo liệu có kích thước : Di = 100 mm ; Do = 108 mm PHẦN : DỰ ĐỐN GIÁ THÀNH THIẾT BỊ 1.14 Giá thành thiết bị chính: - Khối lượng trục khuấy, đỡ dao cạo: Mtruckhuay = π π (d ngoai − dtrong ).h.ρthep = (0, 0452 − 0, 042 ).2,1.7900 = 5,534 kg 4 Mthanhđỡ = 8.(0,03.0,564.0,005 + 0,025.0,564.0,005).7900 = 9,80 kg Mdaocao = 4.(0,035.0,33.0,005 + 0,03.0,33.0,005).7900 = 3,39 kg SVTH : Hồng Thu Hà 40 Đồ Án Mơn Học Q Trình Và Thiết Bị GVHD : Phạm Văn Bơn - Khối lượng chân đỡ: Mchânđỡ = 4.[s.L.B + 2.H.B.s + 2.s.0,5.h.(B2 – B) + F.s].ρCT3 = 95,74 kg Bảng 13: Giá trị thiết bị STT Bộ phận Khối lượng (kg) Vật liệu Đơn giá/kg Thành tiền Thân 540,27 Thép X18H10T 150000 81040500 Đáy 138,25 Thép X18H10T 150000 20737500 Nắp 36,92 Thép X18H10T 150000 5538000 Vỏ 277,76 Thép CT3 30000 8332800 18,72 Thép X18H10T 150000 2808000 95,74 Thép CT3 30000 2872200 Trục khuấy, nối, dao Chân đỡ Giá vật tư thiết bị 121329000 Giá vật tư thiết bị (6 thiết bị KT1 – thiết bị KT2) 1091961000 Giá thiết bị 1091961000 1.15 Giá thiết bị phụ: Bảng 14: Giá trị thiết bị phụ STT Thiết bị Số lượng Đơn giá Thành tiền Ghi Máy nén 60000000 60000000 N8WB - N4WA Thiết bị ngưng tụ 40000000 40000000 KTГ-90 Tháp giải nhiệt 5000000 5000000 FRK-80 Van tiết lưu 3000000 27000000 Thiết bị hồi nhiệt 5000000 5000000 Tổng SVTH : Hồng Thu Hà 137000000 41 Đồ Án Mơn Học Q Trình Và Thiết Bị GVHD : Phạm Văn Bơn 1.16 Ước tính tổng giá thành: Chi phí cho thiết bị phụ: T1 = 1091961000 + 137000000 ~1230000000 = 1230 triêu VNĐ Chi phí cho thiết bị đo, đường ống, van, thiết bị hỗ trợ 20% chi phí thiết bị phụ: T2 = 1230 20% = 246 triệu VNĐ Vậy ước tính tổng giá thành hệ thống là: T = T1 + T2 = 1230 + 246 = 1476 triệu VNĐ = 1,5 tỷ VNĐ TÀI LIỆU THAM KHẢO [11] Hồ Lê Viên, “Thiết kế tính toán chi tiết thiết bò hoá chất ”, Nhà xuất khoa học Kỹ thuật, 1978 [2] Tập thể Tác giả Bộ môn Máy Thiết bò – Khoa Công nghệ Hoá học Dầu khí – Trường Đại học Bách Khoa – Đại học Quốc gia Tp Hồ Chí Minh, “Tài liệu hướng dẫn Thiết kế Đồ n Môn học Quá trình & Thiết bò” [3] Tập thể Tác giả “Sổ tay Quá trình Thiết bò Công Nghệ Hoá Chất – Tập 1&2”, Nhà xuất Khoa học Kỹ thuật Hà Nội, 2004 [4] Phạm Văn Bơn, Nguyễn Đình Thọ , Q trình thiết bị Cơng nghệ hóa học thực phẩm, tập [5] Nguyễn Văn May, Thiết bị truyền nhiệt chuyển khối, NXB Khoa học kỹ thuật, 2006 [6] Phạm Văn Bôn, “Quá trình Thiết bò Công nghệ Hoá học Thực phẩm – Bài tập Truyền Nhiệt”, Nhà xuất Đại học Quốc gia Tp Hồ Chí Minh, 2004 SVTH : Hồng Thu Hà 42 Đồ Án Mơn Học Q Trình Và Thiết Bị GVHD : Phạm Văn Bơn [7] Bộ mơn Máy thiết bị, “Bảng tra cứu Q trình học – Truyền nhiệt – Truyền khối”, NXB ĐHQG TPHCM, 2009 [8] Phạm Văn Bơn, “Q trình thiết bị Cơng nghệ hóa học – Bài tập truyền nhiệt”, trường Đại học Bách Khoa TpHCM, 2004 [9] Nguyễn Đức Lợi , “Hướng dẫn thiết kế hệ thống lạnh” , NXB giáo dục , 1996 [10] Đào Văn Lượng, “Nhiệt Động Hóa Học”, Nhà xuất Khoa học Kỹ thuật, Hà Nội, 2002 [11] Đinh Văn Thuận, Võ Chí Chính, “Hệ Thống Máy Thiết Bò Lạnh” Nhà xuất Khoa học Kỹ thuật”, 2006 SVTH : Hồng Thu Hà 43 [...]... năng lượng Nhiệt lượng Q (tính trên 1 kg dịch ép ban đầu) cần cung cấp cho tồn q trình cơ đặc kết tinh bao gồm (lượng nhiệt này được cung cấp cho tác nhân lạnh) Qo : nhiệt lượng cần thiết để làm lạnh sơ bộ dịch ép ban đầu từ 30oC → 3oC; Q1 : nhiệt lượng cần thiết để làm lạnh (trong TBKT) dịch ép từ 3oC → -0.4oC; Qkt : nhiệt lượng cần thiết để kết tinh nước; Qdd : nhiệt lượng cần thiết để làm lạnh dịch. .. trình cô đặc Nhiệt lượng riêng Nhiệt lượng tổng Q trình J/kg dịch đầu.h kJ/h 1 Làm lạnh sơ bộ 110538 190567,5 2 Kết tinh 1 323129 557074,6 3 Kết tinh 2 74046,4 127656 SVTH : Hồng Thu Hà Nhiệt lượng tổng kW 52,93 154,743 35,46 16 Đồ Án Mơn Học Q Trình Và Thiết Bị GVHD : Phạm Văn Bơn PHẦN 4: TÍNH TỐN THIẾT KẾ THIẾT BỊ KẾT TINH VÀ CHỌN THIẾT BỊ LỌC, RỬA 1.7 Thiết bị kết tinh 1.7.1 Giới thiệu Thiết bị cơ đặc. .. mặt của thành thiết bị mà tác nhân lạnh và dung dịch tiếp xúc Hệ số truyền nhiệt tổng qt : K= 1 1 δ 1 δ đá bám + + + α1 λ α 2 λ đá Với : α 1 : Hệ số toả nhiệt phía dung dịch, W/m2.oC; α 2 : Hệ số toả nhiệt phía NH3, W/m2.oC; λ thép :Hệ số dẫn nhiệt của thành thiết bò làm bằng thép không gỉ; W/m 2.K; λ đá : Hệ số dẫn nhiệt của lớp đábám, W/m2.K; δ thép, δ đá : Bề dày của thành thiết bò; δ thép = 10 mm,... của dung dịch nước đường, J/kg.độ t : nhiệt độ dung dịch, oC x : nồng độ của dung dịch, phần khối lượng Sự thay đổi của nhiệt dung riêng trong q trình cơ đặc : Nhập liệu Làm lạnh (1) (2) Bắt đầu kết tinh Kết thúc KT 1 Kết thúc KT2 (4) (5) (3) 1.5.2 Độ nhớt động lực của dịch ép Độ nhớt của dung dịch nước ép lấy gần đúng theo dung dịch đường mía theo [3,I.112,114) 1.5.3 Hệ số dẫn nhiệt của dung dịch và... 154743  Tỉ lệ tổn thất nhiệt ở kết tinh 2: % tổn thất = Qtt 2 74,55 100% = 100% = 0, 21% Qkt 2 35534,55 1.8 Chọn thiết bị lọc, rửa: 1.8.1 Thiết bị lọc Mục đích : Thiết bị lọc giúp cho việc phân riêng hệ huyền phù dịch ép đã cơ đặc với tinh thể nước đá thơ kết tinh ra Chọn thiết bị lọc : Để đảm bảo hiệu suất cơ đặc, độ thu hồi chất khơ cao, giảm tổn thất dịch ép, chúng ta chọn thiết bị lọc ly tâm cạo bã... khuấy kết hợp với dao cạo đá; dk1 = dk2 = 1198 mm  Ở thiết bò kết tinh 1 : Nk1 = 0,3.1037.0,83.1,1985 = 393W  Ở thiết bò kết tinh 2 : Nk2 = 0,5.1115.0,33.1,1985 = 37,16 W  Công suất khuấy và gạt đá của động cơ : lấy Nđc = 10.Nk  Ở thiết bò kết tinh 1 : Nđc = 3,93 kW  Ở thiết bò kết tinh 2 : Nđc = 0,372 kW 1.11.2 Kích thước trục khuấy :  Tính momen xoắn : Mx = 9,55.10 5.N dc n Trong đó : Nđc : công... Tính tốn cho máy nén: Năng suất lạnh riêng khối lượng : • q01 = q02 = h1 – h4 = 1112,5 kJ/kg Năng suất nhiệt riêng khối lượng : • qk1 = qk2 = h2 – h3 = 1402,3 kJ/kg Năng suất lạnh riêng thể tích : • qv1 = qv2 = q o1 =2605,3 kJ/m3 v1 Công nén riêng : • l1 = l2 = h2 – h1 = 289,8 kJ/kg Hệ số lạnh : • ε1 = ε1 = q01 = 3,83 l1 Hệ số cấp máy nén hơi : λ ~ 0,8 Năng suất lạnh cần thiết : Qo1 = Σ Qkt1 = 154,743... dẫn nhiệt của dung dịch và tinh thể nước đá  Hệ số dẫn nhiệt của dung dịch được tính theo cơng thức : [3,I.32,123] λ dung dòch = A.Cp.ρ 3 ρ M hh ( W ) mK Trong đó : Cp – nhiệt dung riêng đẳng áp của dịch ép, J/kg.độ; ρ– khối lượng riêng của dịch ép, kg/m3; M – khối lượng mol hỗn hợp Với dung dịch đang ép thuộc loại chất lỏng liên kết nên A = 3,58.10-8  Hệ số dẫn nhiệt của tinh thể nước đá : ([3],... nhưng có thể tái sử dụng ở các khâu khác của quy trình sản xuất như rửa ngun liệu … PHẦN 5: TÍNH TỐN THIẾT BỊ LẠNH VÀ CHỌN THIẾT BỊ LẠNH 1.9 Tính tốn hệ thống lạnh: 1.9.1 Các thơng số ban đầu: SVTH : Hồng Thu Hà 28 Đồ Án Mơn Học Q Trình Và Thiết Bị GVHD : Phạm Văn Bơn Điều kiện khí hậu nơi lắp đặt hệ thống là Lam Đồng: Nhiệt độ lấy ở điều kiện 3 tháng nóng nhất của năm là 25oC Độ ẩm trung bình là 85%... đầu ta có 0.087 kg nước táo cơ đặc Tỷ lệ thu hồi chất khơ là 8,7% Theo u cầu đề tài 150 kg nước táo cơ đặc Vậy nhập liệu ba đầu phải là 1724 kg nước táo SVTH : Hồng Thu Hà 13 Đồ Án Mơn Học Q Trình Và Thiết Bị GVHD : Phạm Văn Bơn PHẦN 3: TÍNH CÂN BẰNG NĂNG LƯỢNG CHO THIẾT BỊ KẾT TINH 1.5 Các thơng số cần tính 1.5.1 Nhiệt dung riêng của dịch ép Nhiệt dung riêng của nước cam ép theo nhiệt độ được tính gần ... TỐN THIẾT KẾ THIẾT BỊ KẾT TINH VÀ CHỌN THIẾT BỊ LỌC, RỬA 17 1.7 Thiết bị kết tinh 17 1.8 Chọn thiết bị lọc, rửa: .27 PHẦN 5: TÍNH TỐN THIẾT BỊ LẠNH VÀ CHỌN THIẾT BỊ LẠNH... Bị GVHD : Phạm Văn Bơn PHẦN 4: TÍNH TỐN THIẾT KẾ THIẾT BỊ KẾT TINH VÀ CHỌN THIẾT BỊ LỌC, RỬA 1.7 Thiết bị kết tinh 1.7.1 Giới thiệu Thiết bị đặc kết tinh thiết bị thân hình trụ đứng, dạng vỏ áo,... 3oC; Q1 : nhiệt lượng cần thiết để làm lạnh (trong TBKT) dịch ép từ 3oC → -0.4oC; Qkt : nhiệt lượng cần thiết để kết tinh nước; Qdd : nhiệt lượng cần thiết để làm lạnh dịch ép từ -0.4oC → -3.5oC;