Cô đặc cà phê hai nồi liên tục

CHƯƠNG 1: CHỌN VÀ THUYẾT MINH QUY TRÌNH CƠNG NGHỆ 1.1 CHỌN CƠNG NGHỆ: 1.1.1 Nhiệm vụ đồ án Thiết kế hệ thống đặc nồi liên tục để đặc dung dịch cà phê sau trích ly + Năng suất sản phẩm : 4500 kg /h + Nồng độ đầu : 10% khối lượng + Nồng độ sau : 35% khối lượng 1.1.2 Ngun liệu sản phẩm a Đặc điểm ngun liệu - Quả cà phê gồm phần sau : lớp vỏ , lớp nhớt, lớp vỏ trấu, lớp vỏ lụa, nhân + Lớp vỏ : lớp vỏ ngồi , mềm , ngồi bì có màu đỏ, vỏ cà phê chè mềm cà phê vối cà phê mít + Lớp vỏ thịt : lớp vỏ mỏng lớp vỏ thịt gọi trung bì Vỏ thịt cà phê chè mềm , chứa nhiều chất , dễ xay xát Vỏ thịt cà phê mít cứng dày + Vỏ trấu : hạt cà phê sau loại bỏ chất nhờn phơi khơ gọi cà phê thóc , bao bọc nhân lớp vỏ cứng nhiều chất xơ mềm gọi vỏ trấu tức nội bì + Vỏ lụa : bao bọc quanh nhân cà phê lớp mỏng , mềm gọi vỏ lụa , chúng có màu sắc khác tuỳ theo loại cà phê Vỏ lụa cà phê chè có màu trắng bạc mỏng dễ bong khỏi hạt q trình chế biến Vỏ lụa cà phê vối mầu nâu nhạt + Nhân cà phê : Lớp tế bào phần ngồi nhân cứng , có tế bào nhỏ , có chứa chất dầu Phía có tế bào lớn mềm Một cà phê thường có từ , nhân Thơng thường có nhân b Đặc điểm sản phẩm Sản phẩm dạng dung dịch, gồm: Dung mơi: nước,c ác chất hòa tan: có nồng độ cao c Biến đổi ngun liệu sản phẩm Trong q trình đặc, tính chất ngun liệu sản phẩm biến đổi khơng ngừng - Tính chất vật lý (ở nồng độ từ 35%-65%, 2at) + Nhiệt độ sơi dung dịch cà phê từ 95-98oC + Độ nhớt dung dịch cà phê 0,5-0,8 khoảng 25-95oC + Khối lượng riêng cà phê rang 650 kg/m3 + Nhiệt dung riêng cà phê rang 0,37 kcal/kg.oC + Thời gian đặc tăng làm cho nồng độ dung dịch tăng dẫn đến tính chất dịch thay đổi - Biển đổi tính chất hóa học + Thay đổi pH mơi trường: thường giảm pH phản ứng phân hủy amit cấu tử tạo thành acid + Đóng cặn + Phân hủy số vitamin có cà phê A , E … - Biển đổi sinh học:tiêu diệt vi sinh vật ( nhiệt độ cao), hạn chế khả hoạt động vi sinh vật nồng độ cao d u cầu chất lượng sản phẩm giá trị sinh hóa Thực chế độ nghiêm ngặt để: - Đảm bảo cấu tử q sản phẩm có mùi, vị đặc trưng giữ ngun - Đạt nồng độ độ tinh khiết u cầu - Thành phần hóa học chủ yếu khơng thay đổi 1.1.3 Sơ lược đặc a Khái niệm: Cơ đặc q trình làm tăng nồng độ chất rắn hồ tan dung dịch cách tách bớt phần dung mơi qua dạng b Đặc điểm q trình đặc - Trong cơng nghiệp hóa chất thực phẩm thường làm đậm đặc dung dịch nhờ đun sơi gọi q trình đặc, đặc điểm q trình đặc dung mơi tách khỏi dung dịch dạng hơi, dung chất hòa tan dung dịch khơng bay hơi, nồng độ dung dịch tăng dần lên, khác với q trình chưng cất, q trình chưng cất cấu tử hỗn hợp bay khác nồng độ hỗn hợp - Hơi dung mơi tách q trình đặc thường nước gọi “hơi thứ”-thường có nhiệt độ cao, ẩn nhiệt hố lớn có nên sử dụng làm đốt cho nồi đặc Nếu “hơi thứ” sử dụng ngồi dây chuyền đặc gọi “hơi phụ” c Các phương pháp đặc - Q trình đặc tiến hành hệ thống đặc nồi nhiều nồi làm việc gián đoạn hay liên tục + Khi đặc gián đoạn: dung dịch cho vào thiết bị lần đặc đến nồng u cầu, cho vào liên tục q trình bốc để giữ mức dung dịch khơng đổi đến nồng độ dung dịch thiết bị đạt u cầu lấy lần sau lại cho dung dịch để + Khi đặc liên tục: dung dịch đốt cho vào liên tục, sản phẩm lấy liên tục - Q trình đặc tiến hành nhiệt độ sơi, áp suất (áp suất chân khơng, áp suất thường hay áp suất dư) tuỳ theo u câu kỹ thuật sản phẩm đặc để lựa chọn áp suất làm việc thích hợp q trình đặc + Cơ đặc chân khơng dùng cho dung dịch có nhiệt độ sơi cao dung dịch dễ bị phân huỷ nhiệt, ngồi làm tăng hiệu số nhiệt độ đốt nhiệt độ sơi trung bình dung dịch (hiệu số nhiệt độ hữu ích), dẫn đến giảm bề mặt truyền nhiệt + Cơ đặc áp suất cao áp suất khí thường dùng cho dung dịch khơng bị phân huỷ nhiệt độ cao dung dịch muối vơ cơ, để sử dụng thứ cho đặc cho q trình đun nóng khác + Cơ đặc áp suất khí thứ khơng sử dụng mà thải ngồi mơi trường Đây phương pháp đơn giản khơng kinh tế 1.1.4 Các thiết bị đặc a Thiết bị đặc ống tuần hồn trung tâm - Ưu điểm: Cấu tạo đơn giản, dễ sửa chửa va làm - Nhược điểm: Vận tốc tuần hồn nhỏ (khơng q 1,5m/s) bị giảm ống tuần hồn bị đun nóng - Ứng dụng: Dùng để đặc dung dịch nhớt dung dịch tạo thành váng, cặn b Thiết bị đặc phòng đốt treo - Ưu điểm: phòng đốt lấy ngồi cần sửa chửa, làm sạch;vận tốc tuần hồn tốt vỏ ngồi khơng bị đốt nóng - Nhược điểm: Cấu tạo phức tạp có kích thước lớn - Ứng dụng: Dùng để đặc dung dịch kết tinh c.Thiết bị đặc phòng đốt ngồi * Thiết bị đặc phòng đốt ngồi kiểu đứng - Ưu điểm: Cường độ tuần hồn, cường độ bốc lớn; ghép nhiều buồng đốt với buồng bốc để tiện cho q trình sửa chửa, làm mà đảm bảo thiết bị làm việc liên tục - Nhược điểm: Buồng đốt đứng nên thiết bị cao, việc xử lý điều khiển khó khăn * Thiết bị đặc phòng đốt ngồi kiểu nằm ngang - Loại có phòng đốt thiết bị hình chữ U Dung dịch nhánh ống truyền nhiệt chuyển động từ trái sang phải nhánh từ phải qua trái - Ưu điểm: Buồng đốt gắn vào xe nhỏ dễ dàng tách sửa chửa, làm sạch, cường độ tuần hồn lớn d Thiết bị đặc tuần hồn cưỡng - Ưu điểm: Hệ số cấp nhiệt (α) lớn, làm việc điều kiện hiệu số nhiệt độ có ích nhỏ (3-5oC), giảm tượng bám cặn bề mặt truyền nhiệt, đặc dung dịch có độ nhớt cao - Nhược điểm: Tốn nhiều lượng cho bơm - Ứng dụng : Dùng để đặc dung dịch có độ nhớt lớn, cường độ bay lớn e Thiết bị đặc loại màng -Ưu điểm: Áp suất thuỷ tĩnh nhỏ nên tổn thất thuỷ tĩnh bé - Nhược điểm: Khó làm ống dài, khó điều chỉnh áp suất đốt mức dung dịch thay đổi, khơng thích hợp với dung dịch nhớt dung dịch kết tinh f Thiết bị đặc có vành chất lỏng - Ưu điểm: Vận tốc tuần hồn lớn (đến 3m/s), thiết bị bám cặn - Nhược điểm: Cấu tạo thiết bị phức tạp - Ứng dụng: Sử dụng đặc dung dịch đậm đặc, kết tinh dung dịch có độ nhớt lớn g Thiết bị đặc loại rơto - Ưu điểm: Cường độ truyền nhiệt lớn, dung dịch bị thứ kéo theo nhỏ, đặc dung dịch dạng keo, đặc sệt - Nhược điểm: Cấu tạo, gia cơng phức tạp, giá thành cao h Cơ đặc nhiều nồi - Cơ đặc nhiều nồi q trình sử dụng thứ thay đốt, có ý nghĩa mặt sử dụng nhiệt - Ngun tắc đặc nhiều nồi tóm tắt sau: + Nồi thứ nhất, dung dịch đun đốt; thứ nồi vào đun nồi thứhai Hơi thứ nồi thứ hai vào đun nồi thứ ba… thứ nồi cuối đưa vào thiết bị ngưng tụ Dung dịch vào từ nồi sang nồi kia, qua nồi dung mơi bốc phần, nồng độ dung dịch tăng dần lên.Điều kiện cần thiết để truyền nhiệt nồi phải có chênh lệch nhiệt độ đốt dung dịch sơi, hay nói cách khác chênh lệch áp suất đốt thứ nồi nghĩa áp suất làm việc nồi phải giảm dần thứ nồi trước đốt nồi sau Thơng thường nồi đầu làm việc áp suất dư nồi cuối làm việc áp suất thấp áp suất khí (chân khơng).Cơ đặc nhiều nồi có hiệu kinh tế cao sử dụng đốt so với nồi, ta giả thiết 1kg đưa vào đốt nóng 1kg thứ, 1kg đốt đưa vào nồi đầu làm bốc số kg thứ tương đương với số nồi hệ thống đặc nhiều nồi, hay nói cách khác lượng đốt dùng để làm bốc 1kg thứ tỷ lệ nghịch với số nồi + Ví dụ đặc hai nồi: 1kg đốt vào nồi đầu làm bốc 1kg thứ nồi đầu, 1kg thứ đưa vào đốt nóng nồi sau bốc 1kg thứ nữa, hai nồi ta 2kg thứ lượng đốt tính theo 1kg thứ 0,5kg.Tuy nhiên số nồi khơng thể vơ hạn số nồi tăng tổn thất nhiệt độ Σ∆ tăng làm cho hiệu số nhiệt độ có ích giảm đi, đó, bề mặt truyền nhiệt tăng nhanh; nghĩa số nồi tăng chi phí thiết bị (chế tạo, sửa chửa, lắp ghép, hao mòn…) tăng nhanh Mặt khác, muốn đảm bảo q trình làm việc ta phải có điều kiện: Σ∆T = ∆T - Σ∆ > 0.Giới hạn nồi 5÷7oC.Dựa vào đồ thị mối quan hệ chi phí thiết bị, chi phí đốt chi phí chung số nồi thích hợp q trình đặc nhiều nồi 2-4nồi 1.2 Quy trình cơng nghệ 1.2.1 Lựa chọn hệ thống đặc -Vì dung dịch cà phê có độ nhớt tương đối thấp (0,5-0,8 25-95oC) so với nước nhiệt độ (0,836 25oC) nên ta chọn chọn thiết bị đặc chân khơng hai nồi làm việc liên tục xi chiều, ống tuần hồn trung tâm, buồng đốt -Chọn áp suất làm việc atm (vì dung dịch đặc thực phẩm) -Vật liệu chế tạo thép khơng gỉ X18H10T thích hợp cho việc đặc dung dịch thực phẩm • Ưu điểm: - Hệ thống đặc áp suất khơng cao, nhiệt độ sơi khơng cao nên thích hợp để đặc dung dịch dễ biến tính, tránh hư hỏng sản phẩm phù hợp với dung dịch dung dịch thực phẩm, chứa đường số vitamin - Dùng hệ đặc nồi nên tiết kiệm chi phí đốt tận dụng thứ nồi trước làm đốt nồi sau - Nồng độ chất khác nhỏ coi mức ảnh hưởng khơng đáng kể Tuy nhiên việc muốn giữ lại chất sau đặc xong ta phải quan tâm đến nhiệt độ q trình Đồng thời việc chảy xi chiều giúp nhiệt độ khơng cao q phần cuối dế làm biến tính dung dịch q nhiêt cục • Nhược điểm: - Hệ đặc nhiều nồi đòi hỏi chi phí cho thiết bị nhiều hơn, diện tích nhà xưởng lớn hơn, đặc biệt việc chọn buồng đốt ngồi làm tốn diện tích - Cơ đặc chân khơng nên điều kiện an tòan khó khăn, tốn lượngvà chi phí vận hành thiết bị 1.2.2 Ngun tắc hoạt động hệ thống đặc hai nồi - Dung dòch từ bể chứa nguyên liệu bơm lên bồn cao vò, từ bồn cao vò dung dòch chảy xuống qua thiết bò gia nhiệt gia nhiệt đến nhiệt độ sôi ứng với áp suất làm việc nồi I Dung dòch sau đưa vào nồi I Do có chênh lệch áp suất nồi I nồi II nên dung dòch tiếp tục chảy qua nồi II bơm hút chuyển vào bể chứa sản phẩm Hơi thứ nồi I dùng làm đốt nồi II để tận dụng nhiệt Hơi thứ nồi II đưa qua thiết bò ngưng tụ baromet chân không hút - Hơi thứ bốc lên theo ống dẫn thiết bị ngưng tụ Baromet, tồn hệ thống (thiết bị ngưng tụ Baromet, thiết bị đặc) làm việc điều kiện chân khơng bơm chân khơng tạo ra.Dung dịch cà phê bơm ngồi theo ống tháo sản phẩm nhờ bơm ly tâm, vào thùng chứa sản phẩm - Đóng van - Tắt bơm CHƯƠNG : TÍNH CÂN BẰNG VẬT CHẤT VÀ NĂNG LƯỢNG 2.1 CÁC DỮ LIỆU CĨ BAN ĐẦU : - Trong cà phê tinh bột chiếm thành phần chủ yếu từ - 23 %, có biến tính tương đối q trình đặc từ tinh bột thành glucose nên thơng số tính thơng qua glucose - Các số liệu ban đầu: + Chọn nhiệt độ ban đầu 28oC, nồng độ ban đầu 10% + Nồng độ cuối 35% + Năng suất GD = 4500kg/h + Chọn đốt nước bảo hòa áp suất Ph = at (132,90 C), (STQTTB1/314) + Áp suất thiết bị ngưng tụ Pnt = 0,3 at (69,380 C), (STQTTB1/314) 2.2 CÂN BẰNG VẬT CHẤT 2.2.1 Suất lượng nhập liệu (Gđ): GD = Gc + WGD.xD = Gc.xc Trong GD , Gc : lượng dung dịch đầu cuối nồi, kg W : lượng thứ bốc lên giai đoạn, kg xD , xc Gc = : nồng độ đầu cuối giai đoạn G D x D xC = (4500x10)/35 = 1285,71 (kg/h) 2.2.2 Tổng lượng thứ bốc lên Ta áp dụng cơng thức = 4500x(1- 10/35) = 3214,29 kg/h 2.2.3 Giả thiết phân phối thứ nồi : Chọn tỉ số thứ bốc lên từ nồi I II : Khi ta có hệ phương trình: WI = 1,1 WII WI = 1,1 WII WI + WII = W = 3214,3 Giải hệ có kết : WI =1684,15 kg/h WII =1530,15 kg/h 2.2.4 Xác đònh nồng độ dung dòch nồi : - Nồng độ cuối dung dòch khỏi nồi I : = (4500x10)/(4500 –1683,7 ) = 15,98% - Nồng độ cuối dung dòch khỏi nồi II : = (4500x10)/( 4500 – 1683,7 – 1530,6) = 35,00% 2.3 CÂN BẰNG NHIỆT LƯNG: 2.3.1 Xác đònh áp suất nhiệt độ nồi: Hiệu số áp suất hệ thống cô đặc: Theo đầu áp suất ngưng tụ là: Pnt = 0,3 at Chọn áp suất đốt vào nồi I : P1= at Khi hiệu số áp suất hệ thống cô đặc :∆Pt =P1 – Png = – 0,3 = 2,7 at Chọn tỉ số phân phối áp suất nồi : ∆P1 = 1,95 ∆P2 Kết hợp với phương trình trên: ∆P1 + ∆P2 = ∆Pt = 2,8 at Suy : ∆P1 = 1,78 at ∆P2 = 0,91 at => P2 = P1 - ∆P1 = – 1,78 = 1,22 at Dựa vào kiện tra [1]/312 ta có bảng 2.1 sau : Nồi I Loại Áp suất (at) Hơi đốt Hơi thứ P1= 3,0 Nồi II Nhiệt độ Áp suất Tháp ngưng tụ Nhiệt độ ( C) (at) ( C) T1=132,9 P1=1,22 T2 = 104,6 Áp suất (at) Png=0,3 P’1 = 1,23 t’1 = 105,6 P’2= 0,32 Nhiệt độ (0C) tng=69,38 t’2 =70,38 2.3.2 Xác đònh nhiệt độ tổn thất a.Tổn thất nhiệt nồng độ tăng cao (∆’): Áp dụng công thức Tiaxenko: ∆’ = ∆’o f (VI.10/[2]/59) Ở : ∆’o : Tổn thất nhiệt độ áp suất thường f : hệ số hiệu chỉnh thiết bò cô đặc làm việc áp suất khác với áp suất thường = 16,2 f (273 + t 'i ) ri (VI.11/[2]) t’i : nhiệt độ thứ nồi thứ I ri : ẩn nhiệt hoá hơi nhiệt độ t’i Tra bảng VI.2/[2] ta suy ∆’o ; I.250/[1]ta suy ri Từ kiện ta lập bảng 2.2 sau: Đại lượng xC (%k.l) Nồi I ∆’o t’ r.10-3 ∆’i (0 C ) ( 0C ) (j/kg ) (0 C ) Nồi I 15,98 0,4 105,6 2246,6 0,41 Nồi II 35,00 1,0 70,38 2348,9 0,81 Tổng tổn thất nhiệt nồng độ tăng cao :Σ∆’ = ∆’I +∆’II = 0,41 + 0,81= 1,22 0C b Tổn thất nhiệt áp suất thuỷ tónh (∆’’ ): Gọi chênh lệch áp suất từ bề mặt dung dòch đến ống ∆P (N/m2), ta có: ∆P = ρS.g.Hop N/m2 Trong đó: ρs : khối lượng riêng dung dòch sôi, kg/m3: ρs =0,5 ρdd ρdd : Khối lượng riêng dung dòch , kg/m3 Hop: Chiều cao thích hợp tính theo kính quan sát mực chất lỏng ,m Hop = [0,26+0,0014.(ρdd-ρdm)].Ho Từ ∆P ta tính áp suất trung bình dung dòch nồi thông qua công thức: Ptbi= P’i+∆Pi với ( i ): nồi thứ i Tra ta có bảng 2.3 sau :(I.2/[1]), (I.88/[1]),(I.5/[1]) x C ,% t’,0C ρdd , kg/m3 ρdm ,kg/m3 Nồi I 15,98 105,6 1062,6 956,61 Nồi II 35,00 70,38 1126,7 980,96 10 Sin 600 : xếp ống theo hình lục giác đều, nên ống cạnh hai dãy sát tạo thành tam giác có góc 600 Thay vào ta có : (0,35 + *1,4 * 0,025) + Dt= 0,4 *1,4 *1,4 * sin 60 * 80 * 0,025 = 0,98 0,8 * Chọn Dt = 1000 mm Dth 0,35 +1 = + = 11 t 1,4 * 0,025 *Kiểm tra DT truyền nhiệt: Dth ≤ t( b-1 )b ≥ b = 11 ống Vậy số ống truyền nhiệt bò thay ống tuần hoàn trung tâm : Suy số ống bị thay : n’ = 3/4.( b2 - 1) +1 = 0,75x( 112 – 1) = 90 ống n’ = 90 ống( [2]/46 ) Số ống truyền nhiệt cần thiết = 613 – 90 = 523 ống Tính bề mặt truyền nhiệt theo thực tế : Ftt = 3,14x2x(523x0,021 + 0,35 )= 76,2 m2  Sai số F thực tế F lý thuyết 4,75% < % Vậy diện tích bề mặt truyền nhiệt chọn : 80 m2 số ống truyền nhiệt 523 ống 3.2 TÍNH TỐN BUỒNG BỐC 3.2.1 Đường kính buồng bốc * Chọn đường kính buồng bốc cho nồi là: Db = 1,2 m - Diện tích buồng bốc: Fb= π Db 3,14 *1,2 = 4 = 3,14 m2 - Vận tốc (ωhmax) thứ buồng bốc không quá70 – 80% vận tốc max lắng(ω0).Ta chọn điều kiện ωhơi ≤ 70% ωo 4.g.( ρ l − ρ h ).d 3.ξ ρ h ωo= m/s ρl,ρh : khối lượng riêng giọt lỏng thứ (kg/m3) d : đường kính giọt lỏng, chọn d =0,0003 m ξ : hệ số trở lực µh: Độ nhớt động học thứ, Ns/m2 Với : Re= ϖ h d ρ h µh 18,5 Re 0, Nếu 0,2< Re < 500→ ξ= , 500< Re 0,  Dt − Rδ ( − cosα ) + d  d : đường kính lỗ tâm đáy, chọn d =0,05(m) Áp suất thủy tỉnh cột chất lỏng tác dụng lên đáy : ρ -P1= s g.h=478,452x9,8x (3+0,5)=16410,9(N/m2) -P=Pht1+P1=120540+16410,9=136950,9 (N/m2) Xác định chiều dày đáy S theo cơng thức (XIII.52/[2]): S= 7,27x10-4 +C (m) Đường kính D’: -D’=1,3-2[0,24(1-cos30o)+10.1.10-3sin30o]= 1,22 > 0,5[1,3-2.0,25(1-cos30)+0,05]=0,64 Có thể bỏ qua đại lượng P mẫu số cơng thức (XIII.53/[2]) Xác định bề dày S theo cơng thức (XIII.53/[2]): 1,22 *136950,9 + C = 2,26 *10 −3 + C cos 30 *146,67 *10 * 0,95 - Sd= (m) Giá trị tính theo cơng thức (XIII.53/[2]) lớn hơn, ta chọn kết - C=(1+0,12).10-3 =1,12.10-3(m) Do chiều dày đáy là: S = (2,26 + 1,12) 10-3 =3,4.10-3(m) Lấy tròn S = mm Kiểm tra ứng suất thành cơng thức XIII.55/[2]: Chọn P0 = Pth+ P1 (cơng thức XIII.27/[2])   σ D ' P0 σ = + P0  ≤ c  cos α ( S − C )  ϕ h 1, -Pth=1,5Pht1 =1,5.120540=180810 (bảng XIII.5/[2]) -P0 =180810+ 16410,9=197221 (N/m2) 1,22 *197221 * cos 30 * (4 − 1,12) *10 −3 * 0,95 σk 1,2 σ= =167x106 < =176,75x106 Thỏa mãn điều kiện Vậy chọn chiều dày đáy buồng đốt nồi S = (mm) Nồi 2: Đáy buồng đốt nồi làm việc chịu tác dụng áp suất ngồi nên chiều dày đáy đượctính Sd = Sd = Dt ×Pn ×y +C [ σ u ] k1ϕ h (cơng thức XIII.56/[2]) D '×Pn +C 2cosα k1 [ σ ] n ϕ − Pn ( ) (cơng thức XIII.57/[2]) k1: hệ số, chọn 0,74 cho đáy có lỗ tăng cứng Các thơng số tính tốn lại tương tự đáy nón buồng đốt nồi Pn=1+1-Pht2=(2 – 0,32)x9,8x104 = 164640 (N/m2) Xác định chiều dày đáy S theo cơng thức (XIII.56/[2]): S= 1,168.10-3 +C (m) Đường kính D’: D’= 1,3-2[0,24(1-cos30o)+10.1.10-3.sin30o]= 1,22 > 0,5[1,3-2.0,25(1-cos30o)+0,05]=0,64 Có thể bỏ qua đại lượng P mẫu số cơng thức (XIII.57/[2]) Xác định bề dày S theo cơng thức (XIII.57/[2]): 1,22.164640 + C = 2,14.10 −3 + C cos 30.0,74.146,67.10 6.0,95 Sd = (m) Giá trị tính theo cơng thức (XIII.57/[2]) lớn hơn, ta chọn kết -C=(1+0,18)10-3 =1,18.10-3(m) Do chiều dày đáy là: S = (1,124+ 1,18) 10-3 = 3,32.10-3(m)Lấy tròn S = mm Kiểm tra ứng suất thành cơng thức (XIII.55/[2]):   σ D ' Po σ = + P0  ≤ c  cos α k1 ( S − C )  ϕh 1, Chọn P0 = 0,2.10 (cơng thức XIII.59/[2])   1,22 * 0,2 *10 + 0,2 *10   −3  * cos 30 * 0,74 * (4 − 1,18) *10  0,95 σk 1,2 σ= =110,3x106 < =176,75x106 Thỏa mãn điều kiện.Vậy chọn chiều dày đáy buồng đốt nồi S = mm Để đảm bảo an tồn đồng chiều dày đáy buồng đốt buồng đốt, ta chọn chiều dày đáy buồng đốt cho hai nồi mm hg ht 4.2 TÍNH TỐN BUỒNG BỐC VÀ NĂP THIẾT BỊ 4.2.1 Nắp thiết bị: - Chọn nắp elip tiêu chuẩn (Rt = Dt = Db =1200 mm) vật liệu làm nắp thép khơng gỉ X18H10T Nắp có gờ, đó:Chiều cao phần nắp elip: h = 280 mm,chiều cao phần gờ hg = 50 mm - Nắp có lỗ dẫn thứ Chọn đường kính lỗ d mm (theo đường kính ống dẫn thứ sau) S Dt Hình 3: Nắp elip 4.2.2 Chiều dày nắp buồng bốc: Nồi 1: Chọn nắp dạng elip, vật liệu chế tạo thép khơng gỉ X18H10T, chiều dày S nắp định theo cơng thức XIII.47, [2]/ 385: Trong :   Dt Dt P S =  ÷ ÷ 2h + C 3,8 σ k ϕ − P [ ]   b Đường kính buồng bốc Dt = (m) Áp suất : P = Pht1=120540(N/m2) [σc ] Ứng suất cho phép : = 146,67x106(N/m2) Nắp có lỗ tăng cứng hồn tồn k = Chiều cao hb nắp : hb = Db x0,25 = 0,25 (m) (m) Có thể bỏ qua P mẫu Sd = -3 Vì S – C = 0,455x10 < 10x trị C C=(1,18+2) x 10−3 1*120540   −4  3,8 *146,67 *10 *1* 0,95  * 0,25 + C = 4,55.10 + C   10−3 (m) nên tăng thêm mm cho chiều dày nắp vào giá =3,18x 10−3 (m) 10−3 10−3 Khi chiều dày nắp:S=(0,455+3,18) x = 3,635x (m)Chọn S = 4x10-3 (m) Kiểm tra lại ứng suất thành áp suất thử thủy lực (cơng thức XIII.49/[2]) P0 =Pth=1,5.Pht1 = 1,5 120540 =180810(N/m2)  (1 + * 0,25 * (4 − 3,18) *10 −3 ) *180810    −3  7,6 *1* 0,95 * 0,25 * (4 − 3,18) *10  σk 1,2 σ= =81,5*106 < =176,75* 106 Thỏa mãn điều kiệnVậy chiều dày nắp nồi S = 4(mm) Nồi 2: Nắp nồi làm việc chịu áp suất ngồi, chiều dày S tính theo cơng thức XIII.50/[2]:  Dt Pn S =  3,8 [ σ ] k1kϕ − Pn n   Dt +C ÷ ÷ 2hb  Trong : k1 hệ số, chọn k=0,74 lỗ tăng cứng Có thể bỏ qua đại lượng Pn mẫu Pn= Pht2+pn= (0,32+1)x9,8x104 = 129360 N/m2 Sd= 1*129360   −4  3,8 *146,67 *10 *1* 0,74 * 0,95  * 0,25 + C = 6,6 *10 + C   -3 -3 S – C= 0,66x10 m.Vì S – C = 0,66x10 < 10x dày nắp vào giá trị C: C=(1,22+2)x 10−3 10−3 (m) nên tăng thêm mm cho chiều =3,22x Khi chiều dày nắp: S=(0,66+3,22) x 10 10−3 −3 =3,88x (m) 10−3 (m)Chọn S=4x 10−3 (m) Kiểm tra lại ứng suất thành áp suất thử thủy lực (cơng thức XIII.51/[2]) P0 =Pth=180810 (N/m2)  (1 + * 0,25 * (4 − 3,88) *10 −3 ) *180810    −3  7,6 *1* 0,95 * 0,25 * (4 − 3,88 ) *10  σk 1,2 σ= =171,5*106 < =176,75* 106 Thỏa mãn điều kiệnVậy chiều dày nắp buồng bốc S = (mm) Chọn chiều dày nắp buồng bốc cho hai nồi mm 4.2.3 Chiều dày buồng bốc: Nồi 1: Giả sử chiều cao mức dung dịch sơi dâng lên buồng bốc 0.5m, áp suất thủy tĩnh mức dung dịch là: ρ P1= s g.h=478,452x9,8x0,5=2344,41(N/m2) P=Pht1+P1=1,23x9,8x104 +2344,41=122884,41( N/m2) 1*122884 ,41 + C = 2,44 *10 −3 + C *146,67 *10 * 0,95 Có thể bỏ P mẫu số,ta có: S= (m) Từ bảng XIII.9, [2]/ 364 ta có: C3=0,18(mm) C=1+0,18 =1,18(mm) -3 -3 Khi đó: S=(2,44 + 1,18)x10 = 4,12x 10 (m)Chọn S=5x10-3 (m) σ= [D t ] + ( S − C ) Po σ c ≤ 2.( S − C )ϕ 1,2 Kiểm tra ứng suất theo áp suất thử: (CTXIII.26/[2]) Chọn Po=Pth+P1=1,5Pht1+P1= 180810 +2344,41 = 183154,1(N/m2) [1 + (5 − 1,18) * 10 −3 ] *183154 ,1 * (5 − 1,18).10 −3 * 0,95 σk 1,2 σ= =118*106 < =176,75*106 Vậy chọn chiều dày buồng bốc nồi là: S=5(mm) Nồi 2:Vì nồi làm việc điều kiện chân khơng nên thuộc thiết bị làm việc chịu áp suất Trong đó:P= Pht2=0,32x9,8x10= 31360 N/m2 * 31360 + C = 2,12 * 10 −3 + C * 146,67 * 10 * 0,95 Nên ta có: S= (m) -3 Áp dụng cơng thức XIII.32, [2]/ 370  S= 10,6.10 + C (m) Từ bảng XIII.9, [2]/ 364 ta có: C3=0,8(mm) C=1+0,8=1,8(mm) -3 -3 Khi đó: S=(2,12+1,8)x10 = 3,92x10 (m) Chọn S=4x10-3 (m) Ứng suất làm việc cho phép: σ= [D t ] + ( S − C ) Po σ c ≤ 2.( S − C )ϕ 1,2 (cơng thức XIII.26/[2]) Chọn Po=1,5Pht2=1,5x0,32x9,8x104(at)=47040(N/m2) [1 + (4 − 1,8) * 10 −3 ] *164640 * (4 − 1,8) *10 −3 * 0,95 σk 1,2 σ= =37,67*106 < =176,75*106 Vậy ta chọn chiều dày buồng bốc cho hai nồi mm 4.3 TÍNH KÍCH THƯỚC ỐNG DẪN Vs = π d ω (m / s) →d = Phương trình lưu lượng : (cơng thức V.41, [2]/ 74) Với: Vs: lưu lượng khí, hơi, dung dịch chảy ống (m3/s) ω : tốc độ thích hợp ống (m/s) ω = 20(m / s ) ω = 1(m / s) Chọn bão hòa, với chất lỏng nhớt Vs=W.v với: W: lưu lượng khối lượng (kg/s)v:là thể tích riêng (m 3/kg) 4.3.1 Đường kính ống dẫn đốt: Nồi 1: W = = = 0,65 (kg/s) Áp suất đốt P1 = at  v = 0,6331 m3/kg (bảng I.251/[1]) Vs 0,785 ω (m) Nên: d = = 0,16 (m) Chọn d = 200(mm) (bảng XIII.26/[2]) Nồi 2: W= = = 0,44 (kg/s) , Áp suất P2 = 1,22 at  v = 1,654 m3/kg [ I – 314 ] Nên: d = = 0,21 (m)Chọn d= 250(mm), theo bảng XIII.26/[2] Vậy chọn đồng loại đường kính ống dẫn đốt hai nồi dt= 250 (mm), với đường kính ngồi dn=273 (mm) 4.3.2 Đường kính ống dẫn thứ: Nồi 1: Đường kính ống dẫn thứ nồi đường kính ống dẫn đốt nồi Suy ra: dt = 250 (mm), dn=273 (mm) Nồi 2: W = = = 0,444 (kg/s) Hơi thứ có nhiệt độ : t2’ = 70,38oC v = 4,21 m3/kg (bảng I.250/[1]) d = = 0,32 (m)Chọn d= 350(mm), với dn= 377 (mm) 4.3.3 Đường kính ống dẫn dung dịch: a Đường kính ống dẫn dung dịch vào thiết bị gia nhiệt: W = = = 1,25 (kg/s) Giả sử dung dịch có: t =30(oC), xđ = 10 Bx,ρ = 1062,6 (kg/m3) (bảng I.86, [1]/ 58) v = = = 0,941 x10-3 ( m3/kg)  d = = 0,038 (m) Chọn d= 40 (mm), dn= 45 (mm) (bảng XIII.26/[2]) b Đường kính ống dẫn dung dịch từ nồi gia nhiệt sang nồi 1: Ta có: W = = = 1,25 (kg/s) Giả thiết nồi gia nhiệt tăng nhiệt độ dung dịch đầu từ 280C lên đến nhiệt độ sơi nồi 106,7 0C Ở t = 106,7 (oC), xđ = 10% ρ = 1052,52 (kg/m3) ,theo bảng I.86, [1]/ 58 v = = = 0,95 x 10-3 ( m3/kg)  d = = 0,039 (m) Chọn d= 40 (mm), dn = 45 (mm) (bảng XIII.26/[2]) c Đường kính ống dẫn dung dịch từ nồi nồi sang nồi 2: Ta có: W = = 0,801 (kg/s) Dung dịch sau khỏi nồi có x1 =15,98 % ts1 = 105,6(oC) Suy : ρ = 1062,6 kg/ m3, (bảng I.86, [1]/ 58) Khi đó: v = = = 0,94 10-3 ( m3/kg)d = = 0,03 (m) Chọn dt= 32 (mm), dn=38(mm) (bảng XIII.26/[2]) d Đường kính ống dẫn dung dịch từ nồi sang bể chứa sản phẩm: Ta có: W= = = 0,355 (kg/s) Dung dịch sau khỏi nồi có x2 = 35% ts2 = 75,36 (oC) Suy :ρ = 1126,73 kg/ m3, (bảng I.86/[1]) v = = 0,887x10-3 ( m3/kg) d = = 0,020 (m) Chọn dt= 20(mm) ,dn=25(mm) (bảng XIII.26/[2]) Chọn đường kính ống dẫn dung dịch cho tồn hệ thống là:dt= 50 (mm),dn= 57 (mm) 4.3.4 Đường kính ống tháo nước ngưng : Nồi 1: Lưu lượng khối lượng nước ngưng: W= D/3600= 0,65 (kg/s) Ta có: T1 = 132,9oC  v = 1,076 x10-3 ( m3/kg) (bảng I.5/[1]) Chọn vận tốc nước ngưng ϖ = 0,5m / s  d = = 0,040 (m)Chọn dt= 40 (mm), dn=45 (mm) (bảng XIII.26/STQTTBT2/409) Nồi 2: Lưu lượng khối lượng nước ngưng: W = W1/3600=0,449(kg/s) o -3 Ta có: T2= 75,36 C) v = 1,028.10 ( m /kg) (bảng I.5/[1]) Do đó: d = = 0,034 (m) Chọn d= 40 (mm) , dn=45 (mm) theo bảng XIII.26/[2] Vậy chọn đường kính ống tháo nước ngưng cho nồi là: d t= 50(mm), dn= 57 (mm) 4.4 Tính bích, đệm, bu lơng, vỉ ống tay treo 4.4.1 Tính bích: Chọn bích liền kiểu 1, chịu áp suất tối đa 0,6 N/mm2 Chọn vật liệu: Bích nối buồng bốc – nắp: thép X18H10T Bích nối buồng bốc – buồng đốt: thép X18H10T Bích nối buồng đốt – đáy nón cụt: thép X18H10T D b D h D D t d b Hình 4.1: Bích liền kiểu Bảng : Thơng số bích (bảng XIII.27/[2])(Xem phụ lục) 4.4.2 Đệm:Chọn đệm paronit có bề dày S = mm 4.4.3 Bulơng ghép bích: a Bulơng ghép bích buồng bốc nắp: Db = 40 mm Vật liệu làm bulơng thép CT3 π Lực nén chiều trục sinh siết bulơng: Q = D t P + πD tb b o mP Lực cần thiết để ép chặt đệm ban đầu: Q = πD tb b o q o (N) Q (N) z Ứng suất tác dụng lên bulơng: σ = qb π dt Trong đó: (N) Lực tác dụng lên bulơng: qb = (N/mm ) Dt : Đường kính thiết bị, mm => Dt = 5000 mm P : Áp suất mơi trường thiết bị, N/mm2  P = at = 0,0127 N/mm2 Dtb: Đường kính trung bình vòng đệm, mm (Bảng XIII.312/[2]) Dtb = D1+Do)/2 = (5100+5019)/2 = 5059,5 mm b : Bề rộng thực đệm, mm => b = (5100- 5019 )/2 = 40,5 mm bo : Bề rộng tính tốn đệm, mm Chọn bo = 0,7b = 0,7.40,5 = 28,35 mm m : Hệ số áp suất riêng  Tra m = qo: Áp suất riêng cần thiết để làm biến dạng dẻo đệm qo = 10 N/mm2 Z : Số lượng bulơng Z = 60 dt: Đường kính chân ren bulơng, mm dt = 25,706 mm Q : lực nén chiều trục, N  lấy giá trị lớn Q1 Q2 [σ ]: ứng suất cho phép vật liệu làm bulơng nhiệt độ buồng bốc  75065,27 Q  260677,45 141,71 N / mm []  150 (N/mm2) thoả   25 ,706 Q  4503916,31   (N) q b  75065,27  141,7 (N/mm )  b Bulơng ghép bích buồng đốt đáy: Tính tương tự ta được: Dt= 5000 mm, P = 0,19953 N/mm2, Dtb = 4557,5 mm, b = 42,5 mm, b0 = 29,75 mm, z = 56 cái, dt = 20,319 mm (bảng PL-2/[7]) Tra thơng sơ erem = 2, q0 = 10 N/mm2 - Dùng để giữ chặt đầu ống truyền nhiệt - Chọn vỉ ống hình tròn phẳng vật liệu làm vỉ ống thép khơng gỉ X18H10T Bố trí theo hình tam giác Q ,,74  (N) Q  4257388,63  q b 21537 ,09 (N)  66 ,419 (N/mm )  Bề dày vỉ ống: h'  dn  5 57   12,12 mm Với dn đường kình ngồi ống (mm)Bề dày thực vĩ ống S = h’ + C = 12,12 +22,88= 35 m ,Với C hệ số qui tròn kích thước - Ứng suất cho phép tiêu chuẩn[ ]* 1 38 N / mm 2theo thép X18H10T nhiệt độ sơi dung dịch 132,90C Hệ số an tồn nB=2,6 P = (5 – 1) at = at = 0,3924 N Vậy chiều dày vỉ ống: S = 35 mm 4.4.4.Tai treo: Chọn vật liệu làm tai treo thép CT3, số tai đỡ 4, có gân tai đỡ [...]... ở nồi I và nồi II ,j/kg.độ 12 Qxq1,Qxq2 :nhiệt mất mát ra môi trường xung quanh , J GD : lượng dung dòch lúc ban đầu ,kg/h Chọn hơi đốt , hơi thứ là hơi bão hoà, nước ngưng là lỏng sôi ở cùng nhiệt độ, khi đó ta có: i- Cng1 θ1= r (θ1) và i1- Cng2 θ2 = r(θ2) Tra bảng I.251 và I.249/STQTTB1/314 ta được bảng 2.4 13 Đầu vào Đầu ra nồi I Đầu ra nồi II Dung dòch cà phê : Dung dòch cà phê : Dung dòch cà phê: ... W1)C1.t1+D.Cng1 θ1+Qxq1 Nồi II: W1.i1+(GD –W1)C1.t1=W2.i2+(GD – W)C2.t2+W1.Cng2.θ2+Qxq2 Trong đó: D: lượng hơi đốt dùng co hệ thống ,kg/h i,i1,i2: hàm nhiệt của hơi đốt , hơi thứ nồi I và nồi II ,j/kg tD, t1, t2: nhiệt độ sôi ban đầu, ra khỏi nồi I và nồi II của dung dòch , 0C CD, C1, C2:nhiệt dung riêng ban đầu, ra khỏi nồi I và nồi II của dung dòch , j/kg.độ θ1, θ2:nhiệt độ nước ngưng tụ của nồi I và nồi II ,0C... độ trên các đoạn ống dẫn hơi thứ từ nồi này sang nồi nọ và từ nồi cuối đến thiết bò ngưng tụ là 10C Do đó: ∆”’1=1,00C, ∆”’2 =1,0 0C Tổn thất chung toàn hệ thống cô đặc: Σ∆=Σ∆’+Σ∆”+Σ∆”’=1,22 + 4,52 + 2 = 7,74 0C 2.3.3 Hiệu số hữu ích và nhiệt độ sôi của từng nồi: - Hiệu số nhiệt độ hữu ích ở ở mỗi nồi: Nồi I: ∆ti1=T1 – (T2+Σ∆1) =132,9 – (104,6+0,41+0,55+1)= 26,34 0C Nồi II: ∆ti2=T2 – (tng +Σ∆2) =104,6... σ k ≤ 2.( S − C )ϕ 1,2 (XIII.26/[2]) σk 1,2 σ= =70x106 < =176,75* 106 Vậy chọn chiều dày buồng đốt nồi 1 là: S= 5 (mm) Nồi 2: Vì buồng đốt nồi 2 làm việc ở áp suất thấp hơn buồng đốt nồi 1 nên chiều dày buồng đốt nồi 2 bé hơn chiều dày buồng đốt nồi 1 Vậy ta chọn chiều dày buồng đốt cho cả hai nồi nồi là 5 mm 4.1.2 Chiều dày đáy buồng đốt: Chọn đáy nón để tháo liệu tốt và vật liệu làm đáy là thép... dẫn dung dịch từ nồi gia nhiệt sang nồi 1: Ta có: W = = = 1,25 (kg/s) Giả thiết nồi gia nhiệt tăng nhiệt độ dung dịch đầu từ 280C lên đến nhiệt độ sơi nồi 1 là 106,7 0C Ở t = 106,7 (oC), xđ = 10% ρ = 1052,52 (kg/m3) ,theo bảng I.86, [1]/ 58 v = = = 0,95 x 10-3 ( m3/kg)  d = = 0,039 (m) Chọn d= 40 (mm), dn = 45 (mm) (bảng XIII.26/[2]) c Đường kính ống dẫn dung dịch từ nồi nồi 1 sang nồi 2: Ta có: W... hơi đốt, oC t2 : Nhiệt độ của dung dịch trong nồi, oC tw1, tw2 : Nhiệt độ 2 bên thành ống, oC α1 α2 : Hệ số cấp nhiệt phía hơi ngưng tụ, W/m2độ : Hệ số cấp nhiệt phía dung dịch, W/m2độ δ λ Công thức tính tổng nhiệt trở :rΣ =Σrcáu1 + + Σrcáu2 Chọn hơi đốt (hơi nước bão hòa) là nước sạch, theo (V.I/[2]) Σrcáu1 = 0,464x10-3 (m2.độ.W) Dung dịch cần cơ đặc cà phê theo (V.I/[2]) Σrcáu2 = 0,387x10-3 (m2.độ.W)... 35 0,05 1226,7 II Bảng 3.4 Thơng số hóa lý của hơi nước 0,00126 26,1 0,511 Nồi I Nồn g độ x1 % 106,56 15,98 NỒI Hệ số dẫn nhiệt dung dịch λn W/m Nồi I Nồi II 0,683 0,671 Khối lượng riêng ρn kg/m3 Nhiệt dung riêng Cn J/kg.độ Độ nhớt hơi đốt µn Ns/m2 956,69 980,96 4240 4224 0,00026 0,00034 Bảng 3.5: Nhiệt tải riêng phía dung dịch Nồi i I II αn o 0 0 tw2 ( C) tsdd( C) ∆t2( C) (W/m2.độ) 113.31 83.56 106,56... riêng dung dòch ra khỏi nồi I là: Do xD=10%20% nên áp dụng công thức: C2 = 4186 – ( 4186 – Cht ).xC2 (I.41/[1]) = 4186 – (4186 – 1452)x0,35= 3229,1 j/kg.độ b Lập phương trình cân bằng nhiệt lượng (CBNL): Nồi I: D.i+GD.CD.tD=W1.i1+(GD... W/m2độ ∆ti : hiệu số nhiệt độ hữu ích, Giả thuyết q trình truyền nhiệt là liên tục và ổn định 3.1.1 Tính nhiệt lượng do hơi đốt cung cấp: - Nồi I : Q1= D.r(θ1) = 2347,31x 2166504= 5085456504 kj/h = 1412626,81 kW 2 - Nồi II: Q2=W1.r(θ2) = 1616,1x 2243169,6=3625186391 kj/h =1006996,22kW 3.1.2 Tính hệ số truyền nhiệt K của mỗi nồi : tm1 T Hình 3.1 q2 tT1 tT2 q tm2 a Nhiệt tải riêng trung bình: Nhiệt tải... 5% là thoả q1 2 1 Bảng 3.6 Kết luận 19263,85 14828,30 Nồi i q1 (W/m2) I 19603,67 II Nồi i I II q2 (W/m2) ∆q (W/m2) Κết luận Chấp nhận giả thiết Chấp nhận 14657,41 14828,30 1,2% giả thiết Bảng 3.7: Hệ số truyền nhiệt của mỗi nồi 19263,85 qtb (W/m2) 19433,7584 14742,8547 1,7% ∆ti (oC) 26,34 29,24 Ki (W/m2độ) 737,80 504,20 *Cân bằng nhiệt trong từng nồi của hệ thống : = ( 2347,31.2166504)/3600 =1412626,8