thiết kế tháp chưng cất hỗn hợp etanol nước 1200kg nhập liệuh (2)

MỤC LỤC MỤC LỤC LỜI NÓI ĐẦU CHƯƠNG TỔNG QUAN 1.1 ĐÔI NÉT VỀ NGÀNH CÔNG NGHIỆP MÍA ĐƯỜNG 1.2 NGUYÊN LIỆU VÀ SẢN PHẨM CỦA QUÁ TRÌNH CÔ ĐẶC ĐƯỜNG 1.2.1 Đặc điểm nguyên liệu 1.2.2 Đặc điểm sản phẩm 1.2.3 Biến đổi nguyên liệu sản phẩm trình cô đặc 1.2.4 Yêu cầu chất lượng sản phẩm giá trị sinh hóa 1.3 Cô đặc trình cô đặc 1.4 Các thiết bị cô đặc nhiệt 1.4.2 Hệ thống cô đặc chân không liên tục 1.4.3 Các thiết bị chi tiết cô đặc 1.4.4 Yêu cầu thiết bị vấn đề lượng CHƯƠNG THUYẾT MINH QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ 10 2.1 2.2 NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG CỦA HỆ THỐNG CÔ ĐẶC MỘT NỒI LIÊN TỤC 10 NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG CỦA THIẾT BỊ CÔ ĐẶC ỐNG TUẦN HOÀN TRUNG TÂM 10 CHƯƠNG CÂN BẰNG VẬT CHẤT VÀ NĂNG LƯỢNG .11 3.1 DỮ KIỆN BAN ĐẦU 11 3.2 CÂN BẰNG VẬT CHẤT 11 3.3 CÂN BẰNG NĂNG LƯỢNG 11 3.3.1 Chế độ nhiệt độ 11 3.3.2 Các tổn thất nhiệt độ 12 3.3.3 Cân nhiệt lượng 16 3.3.4 Lượng đốt dùng cho cô đặc 18 3.3.5 Lượng đốt tiêu tốn riêng 19 CHƯƠNG TÍNH TOÁN TRUYỀN NHIỆT CHO THIẾT BỊ CÔ ĐẶC 20 4.1 4.2 4.3 4.4 4.5 4.6 Nhiệt tải riêng phía ngưng (q1) 20 Nhiệt tải riêng phía dung dịch (q2) 20 Nhiệt tải riêng phía tường ( qv) 24 Tiến trình tính nhiệt tải riêng 25 Hệ số truyền nhiệt K cho trình cô đặc 26 Diện tích bề mặt truyền nhiệt 26 CHƯƠNG TÍNH THIẾT BỊ CÔ ĐẶC 28 5.1 TÍNH BUỒNG ĐỐT 28 5.1.1 Thể tích dung dịch đầu thiết bị 28 5.1.2 Thể tích dung dịch cuối 28 5.1.3 Tính chọn đường kính buồng đốt 28 5.1.4 Tính kích thước đáy nón buồng đốt 30 5.1.5 Tổng kết 31 5.2 TÍNH BUỒNG BỐC 31 5.2.1 Đường kính buồng bốc 31 5.2.2 Chiều cao buồng bốc 33 5.2.3 Tính kích thước nắp elip có gờ buồng bốc 34 5.3 TÍNH KÍCH THƯỚC CÁC ỐNG DẪN LIỆU, THÁO LIỆU 34 5.3.1 Ống nhập liệu 35 5.3.2 Ống tháo liệu 35 5.3.3 Ống dẫn đốt 35 5.3.4 Ống dẫn thứ 36 5.3.5 Ống dẫn nước ngưng 36 5.3.6 Ống xả khí không ngưng 36 5.3.7 Tổng kết đường kính ống 37 6.1 TÍNH CHO BUỒNG ĐỐT 38 6.1.1 Sơ lược cấu tạo 38 6.1.2 Tính toán 38 6.1.3 Tính bền cho lỗ 40 6.2 TÍNH CHO BUỒNG BỐC 40 6.2.1 Sơ lược cấu tạo 40 6.2.2 Tính toán 40 6.3 TÍNH CHO ĐÁY THIẾT BỊ 44 6.3.1 Sơ lược cấu tạo 44 6.3.2 Tính toán 44 6.3.3 Tính bền cho lỗ 49 6.4 TÍNH NẮP THIẾT BỊ 50 6.4.1 Sơ lược cấu tạo 50 6.4.2 Tính toán 50 6.4.3 Tính bền cho lỗ 52 6.5 TÍNH MẶT BÍCH 52 6.5.1 Sơ lược cấu tạo 52 6.5.2 Chọn mặt bích 53 6.6 TÍNH VỈ ỐNG 55 6.6.1 Sơ lược cấu tạo 55 6.6.2 Tính toán 55 6.7 TÍNH TAI TREO CHÂN ĐỠ 57 6.7.1 Sơ lược cấu tạo tai treo chân đỡ 57 6.7.2 Thể tích phận thiết bị 57 6.7.3 Khối lượng phận thiết bị 61 6.7.4 Tổng khối lượng 61 CHƯƠNG TÍNH TOÁN THIẾT BỊ PHỤ 65 7.1 TÍNH THIẾT BỊ NGƯNG TỤ BAROMET 65 7.1.1 Lượng nước lạnh tưới vào thiết bị ngưng tụ 65 7.1.2 Thể tích không khí khí không ngưng cần hút khỏi thiết bị 65 7.1.3 Các kích thước chủ yếu thiết bị ngưng tụ baromet 66 7.2 TÍNH TOÁN VÀ CHỌN BƠM 69 7.2.1 Bơm chân không 69 7.2.2 Chọn bơm chân không 70 LỜI KẾT LUẬN 71 TÀI LIỆU THAM KHẢO .72 LỜI NÓI ĐẦU Trong kế hoạch đào tạo sinh viên năm thứ ba, môn học Đồ án Quá trình Thiết bị hội tốt để hệ thống kiến thức trình thiết bị công nghệ hóa học Bên cạnh đó, môn học dịp để sinh viên tiếp cận thực tế thông qua việc tính toán, thiết kế lựa chọn chi tiết thiết bị với số liệu cụ thể, thông dụng “Thiết kế thiết bị cô đặc nước đường mía nồi liên tục, suất sản phẩm 800 kg/h” đồ án thực hướng dẫn ThS Tiền Tiến Nam, môn Quá trình Thiết bị CHHH-SH-TP – khoa Công nghệ Hóa Học trường Đại học Công nghiệp Thực Phẩm TP Hồ Chí Minh Đồ án đề cập đến vấn đề liên quan đến kiến thức trình cô đặc cô đặc đường, quy trình công nghệ, tính toán cân vật chất, lượng, truyền nhiệt cho thiết bị cô đặc, tính chi tiết cho thiết bị thiết bị phụ cần thiết theo yêu cầu Trong trình thưc đề tài này, em hiểu được: việc thiết kế hệ thống thiết bị phục vụ cho nhiệm vụ kỹ thuật yêu cầu thiếu kỹ sư công nghệ hóa học Do để trở thành người kỹ sư thực thụ, cần phải nắm vững kiến thức môn học Quá trình thiết bị Công nghệ Hóa học Ngoài ra, việc giải toán công nghệ, hay thực công tác thiết kế máy móc, thiết bị dây chuyền công nghệ cần thiết kỹ sư tương lai Em xin chân thành cảm ơn thầy Tiền Tiến Nam thầy cô môn Quá trình thiết bị người bạn tận tình giúp đỡ, hướng dẫn em trình thiết kế Đây bước để thực công việc mẻ nên có nhiều sai sót Nhưng xem xét đánh giá khách quan thầy nguồn động viên khích lệ em, để lần thiết kế sau thực tốt đẹp hơn, hoàn thiện Xin chân thành cám ơn! Sinh viên thực Trang Nguyễn Duy Linh Chương TỔNG QUAN 1.1 Đôi nét ngành công nghiệp mía đường Ngành công nghiệp mía đường ngành công nghiệp lâu đời nước ta Do nhu cầu thị trường nước ta mà lò đường quy mô nhỏ nhiều địa phương thiết lập nhằm đáp nhu cầu Tuy nhiên, hoạt động sản xuất cách đơn lẻ, suất thấp, ngành công nghiệp có liên quan không gắn kết với gây khó khăn cho việc phát triển công nghiệp đường mía Trong năm qua, số tỉnh thành nước ta, ngành công nghiệp mía đường có bước nhảy vọt lớn Diện tích mía tăng lên cách nhanh chóng, mía đường ngành đơn lẻ mà trở thành hệ thống liên hiệp ngành có quan hệ chặt chẽ với Mía đường vừa tạo sản phẩm đường làm nguyên liệu cho ngành công nghiệp bánh, kẹo, sữa…đồng thời tạo phế liệu nguyên liệu quý với giá rẻ cho ngành sản xuất rượu… Trong tương lai, khả phát triển có quan tâm đầu tư tốt cho mía với nâng cao khả chế biến tiêu thụ sản phẩm Xuất phát từ tính tự nhiên mía, độ đường giảm nhiều nhanh chóng thu hoạch trễ không chế biến kịp thời Vì tính quan trọng việc chế biến, vấn đề quan trọng đặt hiệu sản xuất nhằm đảm bảo thu hồi đường với hiệu suất cao Hiện nay, nước ta có nhiều nhà máy đường Bình Dương, Quãng Ngãi, Biên Hòa, Tây Ninh…nhưng với phát triển ạt diện tích mía, khả đáp ứng khó Bên cạnh đó, việc cung cấp mía khó khăn, cạnh tranh nhà máy đường, cộng với công nghệ lạc hậu, thiết bị cũ kỹ ảnh hưởng mạnh đến trình sản xuất Vì tất lý trên, việc cải tiến sản xuất, nâng cao, mở rộng nhà máy, đổi dây chuyền thiết bị công nghệ, tăng hiệu trình cần thiết cấp bách, đòi hỏi phải chuẩn bị từ Trong đó, cải tiến thiết bị cô đặc yếu tố quan trọng không hệ thống sản xuất thành phần xem thường Bảng 1.1 Số liệu sản lượng đường giới (đơn vị tính: 1000 tấn) Năm 19451946 19521953 19651966 19771978 19781979 19791980 19801981 19811982 Sản lượng 19934 35486 63097 92280 91858 88920 91000 97900 1.2 Nguyên liệu sản phẩm trình cô đặc đường 1.2.1 Đặc điểm nguyên liệu Nguyên liệu cô đặc dạng dung dịch, gồm:  Dung môi: nước  Các chất hòa tan: gồm nhiều cấu tử với hàm lượng thấp (xem không có) chiếm chủ yếu đường saccaroze Các cấu tử xem không bay trình cô đặc Tùy theo độ đường mà hàm lượng đường nhiều hay 1.2.2 Đặc điểm sản phẩm Sản phẩm dạng dung dịch, gồm:  Dung môi: nước  Các chất hòa tan: có nồng độ cao 1.2.3 Biến đổi nguyên liệu sản phẩm trình cô đặc Trong trình cô đặc, tính chất nguyên liệu sản phẩm biến đổi không ngừng Biến đổi tính chất vật lý Thời gian cô đặc tang làm cho nồng độ dung dịch tang dẫn đến tính chất dung dịch thay đổi:  Các đại lượng giảm: hệ số dẫn nhiệt, nhiệt dung, hệ số cấp nhiêt, hệ số truyền nhiệt  Các đại lượng tăng: khối lượng riêng dung dịch, độ nhớt, tổn thất nhiệt nồng độ, nhiệt độ sôi Biến đổi tính chất hóa học  Thay đổi pH môi trường: thường giảm pH phản ứng phân hủy amit (Vd: asparagin) cấu tử tạo thành acid  Đóng cặn bẩn: dung dịch chứa số muối Ca2+ hòa tan nồng độ cao, phân hủy muối hữu tạo kết tủa  Phân hủy chất cô đặc  Tăng màu caramen hóa đường, phân hủy đường khử, tác dụng tương hỗ sản phẩm phân hủy amino acid Biến đổi sinh học  Tiêu diệt vi sinh vật (ở nhiệt độ cao)  Hạn chế khả hoạt động vi sinh vật nồng độ cao 1.2.4 Yêu cầu chất lượng sản phẩm giá trị sinh hóa  Đảm bảo cấu tử quý sản phẩm có mùi, vị đặc trưng giữ nguyên  Đạt nồng độ độ tinh khiết theo yêu cầu  Thành phần hóa học chủ yếu không thay đổi 1.3 Cô đặc trình cô đặc 1.3.1 Định nghĩa Cô đặc trình làm tăng nồng độ chất hòa tan dung dịch hai hay nhiều cấu tử, cách tách phần dung môi nhiệt độ sôi, dung môi tách khỏi dung dịch bay lên gọi thứ 1.3.2 Các phương pháp cô đặc Phương pháp nhiệt (đun nóng): dung môi chuyển từ trạng thái lỏng sang trạng thái tác dụng nhiệt áp suất riêng phần áp suất tác dụng lên mặt thoáng chất lỏng Phương pháp lạnh: hạ thấp nhiệt độ đến mức cấu tử tách dạng tinh thể đơn chất tinh khiết, thường kết tinh dung môi để tăng nồng độ chất tan Tùy tính chất cấu tử áp suất bên tác dụng lên mặt thoáng mà trình kết tinh xảy nhiệt độ cao hay thấp phải dùng đến máy lạnh 1.3.3 Bản chất cô đặc nhiệt Dựa theo thuyết động học phân tử: Để tạo thành (trạng thái tự do) tốc độ chuyển động nhiệt phân tử chất lỏng gần mặt thoáng lớn tốc độ giới hạn Phân tử bay thu nhiệt để khắc phục lực liên kết trạng thái lỏng trở lực bên Do đó, ta cần cung cấp nhiệt để phần tử đủ lượng thực trình Bên cạnh đó, bay chủ yếu bọt khí hình thành trình cấp nhiệt chuyển động liên tục, chênh lệch khối lượng riêng phần tử bề mặt đáy tạo nên tuần hoàn tự nhiên nồi cô đặc Tách không khí lắng keo đun sơ ngăn tạo bọt cô đặc 1.3.4 Ứng dụng cô đặc Dùng sản xuất thực phẩm: dung dịch đường, mì chính, dung dịch nước trái cây… Dùng sản xuất hóa chất: NaOH, NaCl, CaCl2, muối vô cơ… 1.3.5 Đánh giá khả phát triển cô đặc Hiện nay, phần lớn nhà máy sản xuất hóa chất, thực phẩm sử dụng thiết bị cô đặc thiết bị hữu hiệu để đạt nồng độ sản phẩm mong muốn hoạt động gián tiếp cần thiết gắn liền với tồn nhà máy Cùng với phát triển nhà máy việc cải thiện hiệu thiết bị cô đặc tất yếu đòi hỏi phải có thiết bị đại, đảm bảo an toàn hiệu suất cao Đưa đến yêu cầu người kỹ sư phải có kiến thức chắn đa dạng hơn, chủ động khám phá nguyên lý thiết bị cô đặc 1.4 Các thiết bị cô đặc nhiệt 1.4.1 Phân loại ứng dụng Theo cấu tạo: Nhóm 1: dung dịch đối lưu tự nhiên (tuần hoàn tự nhiên) dùng cô đặc dung dịch loãng, độ nhớt thấp, đảm bảo tuần hoàn dễ dàng qua bề mặt truyền nhiệt Gồm:  Có buồng đốt (đồng trục buồng bốc), có ống tuần hoàn  Có buồng đốt (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 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 bề mặt truyền nhiệt Gồm:  Có buồng đốt trong, ống tuần hoàn  Có buồng đốt ngoài, ống tuần hoàn Nhóm 3: dung dịch chảy thành màng mỏng, chảy lần tránh tiếp xúc nhiệt lâu làm biến chất sản phẩm dung dịch nước trái , hoa ép…Gồm:  Màng dung dịch chảy ngược, có buồng đốt hay ngoài: dung dịch sôi tạo bọt khí khó vỡ  Màng dung dịch chảy xuôi, có buồng đốt hay ngoài: dung dịch sôi tạo bọt bọt dễ vỡ Theo phương pháp thực 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 tăng suất cực đại thời gian cô đặc ngắn Tuy nhiên nồng độ dung dịch đạt không cao Cô đặc áp suất chân không: dung dịch có nhiệt độ sôi 100℃ Dung dịch tuần hoàn tốt, tạo cặn, bay nước liên tục Cô đặc áp suất dư: dùng cho dung dịch không phân hủy nhiệt độ cao, sử dụng thứ cho trình khác Cô đặc gián đoạn: dung dịch cho vào thiết bị lần cô đặc đến nồng độ yêu cầu, cho vào liên tục trình bốc để giữ mức dung dịch không đổi đến nồng độ dung dịch thiết bị đạt yêu cầu lấy lần sau lại cho dung dịch để tiếp tục cô đặc Cô đặc nhiều nồi: mục đích tiết kiệm đốt Số nồi không nên lớn làm giảm hiệu tiết kiệm hơi.Có thể cô đặc chân không, cô đặc áp lực hay phối hợp hai phương pháp Đặc biệt sử dụng thứ cho mục đích khác để nâng cao hiệu kinh tế Cô đặc liên tục: cho kết tốt cô đặc gián đoạn Có thể áp dụng điều khiển tự động, chưa có cảm biến tin cậy 1.4.2 Hệ thống cô đặc chân không liên tục Mục đích: để giữ chất lượng sản phẩm thành phần quý (tính chất tự nhiên, màu, mùi, vị, đảm bảo lượng vitamin,…) nhờ nhiệt độ thấp không tiếp xúc oxy Ưu điểm:  Nhập liệu đơn giản: nhập liệu liên tục bơm độ chân không thiết bị  Tránh phân hủy sản phẩm, thao tác, khống chế dễ dàng  Cấu tạo đơn giản, dễ sửa chữa, làm Nhược điểm:  Năng suất thấp tốc độ tuần hoàn nhỏ ống tuần hoàn bị đốt nóng  Nhiệt độ thứ thấp, không dung cho mục đích khác  Hệ thống phức tạp, có thiết bị ngưng tụ chân không 1.4.3 Các thiết bị chi tiết cô đặc Thiết bị  Ống tuần hoàn, ống truyền nhiệt  Buồng đốt, buồng bốc, đáy, nắp… 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  Các loại van  Thiết bị đo 1.4.4 Yêu cầu thiết bị vấn đề lượng  Sản phẩm có thời gian lưu nhỏ: giảm tổn thất, tránh phân hủy sản phẩm  Cường độ truyền nhiệt cao giới hạn chênh lệch nhiệt độ  Đơn giản, dễ sửa chữa, tháo lắp, dễ làm bề mặt truyền nhiệt  Phân bố  Xả liên tục ổn định nước ngưng tụ khí không ngưng  Thu hồi bọt thứ mang theo  Tổn thất lượng nhỏ  Thao tác, khống chế, tự động hóa dễ dàng Chương THUYẾT MINH QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ 2.1 Nguyên lý hoạt động hệ thống cô đặc nồi liên tục Dung dịch từ bể chứa nguyên liệu bơm lên bồn cao vị để ổn áp Từ bồn cao vị, dung dịch định lượng lưu lượng kế vào thiết bị gia nhiệt sơ đun nóng đến nhiệt độ sôi Thiết bị gia nhiệt sơ thiết bị trao đổi nhiệt dạng ống chùm: thân hình trụ, đặt đứng, bên gồm nhiều ống nhỏ Các đầu ống giữ chặt vỉ ống vỉ ống hàn dính vào thân Dung dịch từ lên bên ống Hơi nước bão hòa ngưng tụ bề mặt ống cấp nhiệt cho dung dịch để nâng nhiệt độ dung dịch lên nhiệt độ sôi Dung dịch sau gia nhiệt chảy vào thiết bị cô đặc để thực trình bốc Trong nồi cô đặc, dung dịch đun sôi, bốc cô đặc chân không Hơi thứ bốc lên theo ống dẫn vào thiết bị ngưng tụ Baromet, ngưng tụ thành lỏng chảy bồn chứa, phần không ngưng qua phận tách giọt để khí theo bơm chân không Sản phẩm đặc bơm đưa đến bồn chứa sản phẩm 2.2 Nguyên lý hoạt động thiết bị cô đặc ống tuần hoàn trung tâm Phần thiết bị buồng đốt, gồm có ống truyền nhiệt ống tuần hoàn trung tâm Dung dịch ống đốt (hơi nước bão hòa) khoảng không gian ống Phía buồng đốt phòng tách thứ khỏi hỗn hợp – lỏng gọi buồng bốc Trong buồng bốc có phận tách giọt dùng để tách giọt lỏng thứ mang theo Dung dịch đưa vào đáy buồng bốc chảy vào ống truyền nhiệt ống tuần hoàn trung tâm, đốt đưa vào buồng đốt Dung dịch đun sôi, tạo thành hỗn hợp lỏng ống truyền nhiệt, khối lượng riêng dung dịch giảm chuyển động từ lên miệng ống Trong ống tuần hoàn, thể tích dung dịch theo đơn vị bề mặt truyền nhiệt lớn so với ống truyền nhiệt lượng tạo Vì khối lượng riêng hỗn hợp lỏng lớn ống truyền nhiệt Do đó, chất lỏng di chuyển từ xuống vào ống truyền nhiệt lên trở lại ống tuần hoàn tạo lên dòng tuần hoàn tự nhiên Tại mặt thoáng dung dịch buồng bốc, thứ tách khỏi dung dịch bay lên qua phận tách giọt Bộ phận tách giọt có tác dụng giữ lại giọt chất lỏng thứ theo chảy trở đáy buồng bốc, dung dịch có nồng độ tăng dần tới nồng độ yêu cầu lấy phần đáy thiết bị làm sản phẩm , đồng thời liên tục bổ sung thêm lượng dung dịch vào thiết bị 10 Trong đó: H : Chiều cao buồng đốt (bằng chiều cao ống truyền nhiệt, m) Dd, n, Dd, t : Đường kính buồng đốt; m Thể tích thép làm đáy nón (Vvld) Thể tích bên đáy: Vdt = 0,049 m3 Thể tích bên ngoài: 𝑉𝑑𝑛 = ℎ𝑔𝑜 𝜋 𝐷𝑑,𝑛 𝜋 ℎ𝑛𝑜𝑛 + (𝐷𝑑,𝑛 + 𝑑 + 𝐷𝑑 𝑑) 12 𝜋 0,6102 = 0,04 𝜋 0,544 + (0,6102 + 0,0382 + 0,610 0,038) = 0,06953 12  Vvld = Vdt – Vdn = 0,0653 – 0,049 = 0,0163 m3 Trong đó: Dd,n : Đường kính đáy (đáy nón có đường kính với đường kính buồng đốt, bề dày đáy S = mm); m d : Đường kính lỗ tháo sản phẩm; m hnon : Chiều cao đáy nón; m hgo : Chiều cao gờ; m Thể tích thép làm buồng bốc (Vvlbb) Thể tích bên buồng bốc nắp: 𝑉𝑏,𝑡 2 𝜋 𝐷𝑏,𝑡 𝜋 𝐷𝑑,𝑡 𝜋 ℎ𝑛𝑜𝑛 2 = ℎ𝑡𝑟𝑢 + (𝐷𝑏,𝑡 + 𝐷𝑑,𝑡 + 𝐷𝑏,𝑡 𝐷𝑑,𝑡 ) + ℎ𝑔𝑜 3.4 = 1,965 𝜋.12 + 𝜋.0,195 3.4 (1 2 + 0,6 + 0,6) + 0,04 𝜋.0,62 = 1,655 𝑚3 Thể tích bên ngoài: 58 𝑉𝑏,𝑛 2 𝜋 𝐷𝑏,𝑛 𝜋 𝐷𝑑,𝑛 𝜋 ℎ𝑛𝑜𝑛 2 = ℎ𝑡𝑟𝑢 + (𝐷𝑏,𝑛 + 𝐷𝑑,𝑛 + 𝐷𝑏,𝑛 𝐷𝑑,𝑛 ) + ℎ𝑔𝑜 3.4 𝜋 1,0142 𝜋 0,195 = 1,965 + (1,0142 + 0,6102 + 1,014 0,610) 3.4 𝜋 0,6102 + 0,04 = 1,702 𝑚3 Thể tích thép cần: Vvlbb = Vb, n – Vb, t = 1,702 – 1,654= 0,048 m3 Trong đó: Db, n, Db, t : Đường kính bên bên buồng bốc; m Dd, n, Dd, t : Đường kính bên bên buồng đốt; m htru : Chiều cao phần trụ buồng bốc; m htru = Hb – hnon – 2hgo = 2200 – 195 –40= 1965 mm hnon : chiều cao phần hình nón cụt; m hgo : chiều cao gờ buồng bốc buồng đốt; m Thể tích thép làm nắp elip (Vvln) Nắp elip tiêu chuẩn có: Dt = 1000 mm S = mm hgo = 40 mm Tra bảng XIII.11, Sổ tay tập 2, trang 384: Khối lượng thép cần : 53 kg Thể tích thép làm vỉ ống bích Thể tích thép làm vỉ ống bao gồm bích:  Tổng diện tích lỗ: ℎ0 𝐷𝑏2 𝑛 𝜋 + 𝑍 𝜋 4 59 0,0382 0,0242 = 59 𝜋 + 20 𝜋 = 0,07596 𝑚2 4 Trong đó: n = 59: ống truyền nhiệt d0= 38 mm : đường kính ống truyền nhiệt Z = 20 : số lượng bu lông db= 24 mm : đường kính bu lông  Diện tích ống tuần hoàn trung tâm: 𝐷𝑡ℎ,𝑛 𝜋 = 𝜋 0,1592 = 0,01986 𝑚2 Diện tích vỉ: 𝐷𝑡ℎ,𝑛 𝜋 =𝜋 0,7402 = 0,4301 𝑚2 Trong đó: Dth,n = 159 mm : đường kính ống tuần hoàn D = 740 mm : đường kính vành bích   Diện tích lại : 0,4301 – 0,01986 – 0,07596 = 0,33428 m2 Thể tích thép làm vỉ ống: Vvlv = 0,33428 (0,017 + 0,017) = 0,01137  Thể tích thép bích lại: m3 60 𝜋 𝜋 2 2 ) + ℎ (𝐷𝑛−𝑏𝑏−𝑛 ) 𝑉𝑏 = ℎ (𝐷𝑛,𝑏𝑑−𝑏𝑏 − 𝐷𝑑,𝑛 − 𝐷𝑏,𝑛 4 𝜋 𝜋 = 0,017 (0,742 − 0,612 ) + 0,017 (1,142 − 1,0142 ) = 0,005967 𝑚3 4 Trong đó: h = 17 mm : bề dày bích Dn-bd-bb = 740 mm : đường kính vành bích nối buồng đốt buồng bốc, buồng đốt đáy Dn,bb-n = 1140 mm : đường kính vành bích nối buồng bốc nắp Dd, n = 610 mm : đường kính buồng đốt Db, n = 1014 mm : đường kính buồng bốc 6.7.3 Khối lượng phận thiết bị  Chọn vật liệu thép không gỉ, mã hiệu X18H10T, ρ = 7900 kg/m3 (Sổ tay tập 2, bảng XII.7, trang 313) Khối lượng ống: Gô = Vvlo ρ = 0,031 7900 = 244,9 kg Khối lượng buồng đốt: Gbd = Vvlbd ρ = 0,0143 7900 = 112,97 kg Khối lượng buồng bốc: Gbb = Vvlbb ρ = 0,048 7900 = 379,2 kg Khối lượng nắp: Gn = 113 kg Khối lượng đáy: Gđ = Vvlđ ρ = 0,0163 7900 = 128,77 kg Khối lượng vỉ ống: Gv = Vvlv ρ = 0,01137 7900 = 89,82 kg  Vật liệu làm bích thép mang mã hiệu CT3, ρ = 7850 kg/m3 (Sổ tay tập 2, bảng XII.7, trang 313) Khối lượng bích: Gb = Vb ρ = 0,00597 7850 = 46,86 kg 6.7.4 Tổng khối lượng Khối lượng thiết bị: GTB = Gô + Gbd + Gbb + Gn + Gđ + Gv + Gb = 244,9+112,97+379,2+53+128,77+89,82+46,86 = 965,63 kg 61 Khối lượng dung dịch nặng có nồi cô đặc: Gdd = 0,202 1082,84 = 218,74 kg Trong đó: ∑V = 0,202 m3 : tổng thể tích dung dịch đưa vào thiết bị ρ = 1082,84 kg/m3 : khối lượng riêng dung dịch nồng độ trung bình Tổng khối lượng: G = GTB + Gdd = 965,63 + 218,74 = 1184,37 kg Tải trọng cho tai đỡ (P): P = G 9,81 = 1184,37 9,81 = 11618,6697 N ≈ 1,162 104 N 62 Chọn chân đỡ tai treo: Dự phòng chọn tải trọng 1.2 N Chọn vật liệu thép CT3 Chọn thiết bị gồm trai treo Tải trọng tai treo 0,6 104 N Tra bảng XIII.36, Sổ tay tập 2, trang 438 nội suy ta có kích thước tai treo Bảng 6.4 Số liệu kích thước tai treo T ả i T ả i t r ọ n g T ê n g ọ i c h o p h é p G 10−4 ( N ) B ề m ặ t đ ỡ F 104 ( m ) L B B H t r ọ n g l ê n F q 10−6 l a d K h ố i l ợ n g c h o p h é p S m ộ t mm t a i t r e o ( k g ) 63 ( N / m ) T a i t r e o , , , 7 , , , 7 T a i t r e o 7 7 8 , 8 , 4 1 5 , , 64 Chương TÍNH TOÁN THIẾT BỊ PHỤ 7.1 Tính thiết bị ngưng tụ baromet 7.1.1 Lượng nước lạnh tưới vào thiết bị ngưng tụ Theo công thức VI.51 Sổ tay tập 2, trang 84: 𝐺𝑛 = 𝑊 (𝑖 − 𝐶𝑛 𝑡2𝑐 ) 𝑘𝑔 ( ) 𝐶𝑛 (𝑡2𝑐 − 𝑡2𝑑 ) 𝑠 Trong đó: 𝐺𝑛 : lượng nước lạnh tưới vào thiết bị, kg/s W: lượng thứ vào thiết bị ngưng tụ, kg/s 𝑊= 533,33 = 0,148 𝑘𝑔/𝑠 3600 i: hàm nhiệt ngưng, I = 2612 KJ/kg 𝑡2𝑐 , 𝑡2𝑑 : nhiệt độ đầu, cuối nước làm nguội, lấy 𝑡2𝑑 = 30oC 𝑡2𝑐 = 𝑡𝑛𝑔 − = 90,24 − = 85,24 oC 𝑡𝑛𝑔 : nhiệt độ bão hòa ngưng tụ, oC 𝐶𝑛 : nhiệt dung riêng trung bình nước, tra theo nhiệt độ trung bình, kJ/kg.k 𝐶𝑛 = 4,190 𝐺𝑛 = 𝑘𝐽 𝑘𝑔 𝑘 𝑊 (𝑖 − 𝐶𝑛 𝑡2𝑐 ) 0,148 (2612 − 4,19.85,24) 𝑘𝑔 = = 1,442 ( ) 𝐶𝑛 (𝑡2𝑐 − 𝑡2𝑑 ) 4,19 (85,24 − 30) 𝑠 7.1.2 Thể tích không khí khí không ngưng cần hút khỏi thiết bị Lượng khí cần hút khỏi thiết bị ngưng tụ baromet tính theo công thức VI.47 Sổ tay tập 2, trang 84: 𝐺𝑘𝑘 = 25 10−6 (𝐺𝑛 + 𝑊 ) + 0,01 𝑊 = 25 10−6 (1,442 + 0,148) + 0,01.0,148 = 1,52.10-3 (kg/s) Trong đó: 65 𝐺𝑛 : lượng nước lạnh tưới vào thiết bị, kg/s W : lượng vào thiết bị ngưng tụ, kg/s Thể tích khí không ngưng cần hút khỏi thiết bị tính theo VI.49 Sổ tay tập 2, trang 84: Vkk  288.Gkk (273  t kk ) p ng  p h Theo công thức VI.50 Sổ tay tập 2, trang 84, ta có: tkk = t2d + + 0,1 (t2c– t2d) = 30 + + 0,1.( 85,24 – 30) = 39,52(℃) ≈ 40( C) o png = 0,3164 at = 31028,22 N/m2: áp suất làm việc thiết bị ngưng tụ ph = 0,0752 at = 7374,6 N/m2: áp suất riêng phần nước hỗn hợp nhiệt độ tkk (tra “Bảng tra cứu trình học truyền nhiệt – truyền khối, Bảng 56 trang 45) −3 => 𝑉𝑘𝑘 288 1,52.10 (273 + 40) = = 7,501 𝑚3 /𝑠 31082,22 − 7374,6 7.1.3 Các kích thước chủ yếu thiết bị ngưng tụ baromet  Đường kính thiết bị (Dtr) Theo VI.52 Sổ tay tập 2, trang 84, ta có đường kính thiết bị ngưng tụ: 𝐷𝑡𝑟 = 1,383 √ 𝑊 𝜌ℎ 𝜔ℎ Trong đó: W: lượng thứ ngưng tụ, W = 0,148 kg/s h: tốc độ thiết bị ngưng tụ, chọn h = 30 m/s (theo Sổ tay tập 2, trang 85) h: khối lượng riêng hơi, tra bảng 57 Bảng tra cứu học truyền nhiệt – truyền khối, trang 46 nội suy : 0,3164 at h = 0,1520 kg/m3 Vậy: 𝑊 𝐷𝑡𝑟 = 1,383 √ 𝜌ℎ 𝜔ℎ = 1,383 √ 0,148 0,1520.30 = 0,25 (𝑚) Chọn đường kính thiết bị ngưng tụ 300 mm 66  Kích thước ngăn Thường có dạng viên phân để làm việc tốt  Theo VI.53 Sổ tay tập 2, trang 85, chiều rộng ngăn (b): b = Dtr / + 50 = 300/2 +50 = 200 mm  Theo Sổ tay tập 2, trang 85, bề dày ngăn (): chọn  = mm  Theo Sổ tay tập 2, trang 85: chọn nước sông (ao, hồ) để ngưng tụ thứ đường kính lổ d = mm  Theo Sổ tay tập 2, trang 85, chọn chiều cao gờ ngăn là: 40 mm Chọn tốc độ tia nước 0,62 m/s  Đường kính ống baromet (dbr) Theo công thức VI.58 Sổ tay tập 2, trang 86: 𝑑=√ 0,004.(𝐺𝑛 +𝑊) 𝜋.𝜔 Trong đó: W: lượng thứ ngưng tụ, W = 0,148 kg/s Gn: lượng nước vào thiết bị ngưng tụ, Gn = 1,422 kg/s 𝜔: tốc độ hỗn hợp nước chất lỏng ngưng chảy ống baromet, m/s, thường lấy 𝜔 = 0,6 m/s => 𝑑 = √ 0,004.(1,42+0,148) 𝜋.0,6 = 0,058 m/s  Chiều cao ống baromet (H) Theo VI.58 Sổ tay tập 2, trang 86, ta có: H = h1 + h2 + 0,5 m (1) Trong đó: h1: chiều cao cột nước ống baromet cân với hiệu số áp suất khí thiết bị ngưng tụ H2: chiều cao cột nước ống baromet cần để khắc phục trở lực nước chảy ống  Tính h1 Theo VI.59 Sổ tay tập 2, trang 86: 67 ℎ1 = 10,33 𝑏 760 = 10,33 0,7.760 760 = 7,231 Trong đó: b: áp suất chân không thiết bị, mmHg  Tính h2 Theo VI.60 Sổ tay tập 2, trang 87: ℎ2 = 𝜔2 2𝑔 (1 + 𝜆 𝐻 𝑑𝑏𝑟 + ∑𝜉), m Ta lấy hệ số trở lực vào ống 𝜉1 = 0,5 khỏi ống 𝜉2 = công thức (VI.60) có dạng: ℎ2 = 𝜔2 2𝑔 (2,5 + 𝜆 Trong đó: 𝐻 𝑑𝑏𝑟 ), m dbr: đường kính ống Baromet, dbr = 100mm 𝜆: hệ số trở lực ma sát nước chảy ống, (W/m.độ) H: chiều cao tổng cộng ống Baromet, m g = 9,81 m/s2 : tốc độ nước chảy ống Chuẩn số Re : Theo CT II.58 Sổ tay tập 1, trang 377: 𝑅𝑒 = 𝜛 𝑑𝑏𝑟 𝜌 0,6.0,10.985,8 = = 116433 > 104 −3 𝜇 0,508 10 Trong đó: : khối lượng riêng nước lấy nhiệt độ trung bình 54,85 C dbr: đường kính ống Baromet, m : độ nhớt động lực nước Chọn ống thép nên độ nhám  = 0,2 mm.[ Bảng tra cứu, trình học truyền nhiệt – truyền khối, trang 19] Như vậy, dòng nước ống baromet chế độ chảy xoáy, chế độ xoáy, hệ số ma sát tính theo CT II.65 Sổ tay tập 1, trang 380: Hệ số trở lực ma sát nước chảy ống: 68 6,81 0,9 Δ ) + ] = −2lg [( 𝜆 𝑅𝑒 3,7 ⟹ 𝜆 = 0,02217 (W/m.độ) Trong đó: Δ: độ nhám tương đối, xác định theo CT II 66 Sổ tay tập 1, trang 380: 𝜀 0,2 10−3 ∆= = = 0,02 𝑑𝑡𝑑 0,1  Chiều cao cần thiết Từ phương trình (1) thì: 0,62 𝐻 (2,5 + 0.02217 ) + 0,5 𝐻 = 7,231 + 2.9,81 0,10 Giải phương trình ta được: H = 7,81 m Chọn H = m 7.2 Tính toán chọn bơm 7.2.1 Bơm chân không Bơm máy thủy lực dùng để vận chuyển truyền lượng cho chất lỏng.Các đại lượng đặc trưng bơm suất, áp suất, hiệu suất, công suất tiêu hao hệ số quay nhanh Công suất bơm chân không là: 𝑚−1 𝑚 𝑚 𝑝2 𝑁= 𝑝𝑘𝑘 𝑉𝑘𝑘 [( ) 𝜂𝐶𝐾 10 𝑚 − 𝑝1 − 1] Trong đó: CK: hệ số hiệu chỉnh, CK = 0,8 M: số đa biến, m = 1,3 P1: áp suất khí lúc hút P2: áp suất khí áp suất khí lúc đẩy, chọn p2 = 1,033 at  Áp suất không khí thiết bị ngưng tụ: 69 pkk = p1 = png – ph = 0,3164 – 0,1971 = 0,1193 at = 11699,33 N/m2 Trong đó: png: áp suất làm việc thiết bị ngưng tụ Ph: áp suất riêng phần nước hỗn hợp nhiệt độ không khí 40℃ Vkk: thể tích không khí cần hút khỏi thiết bị: Vkk = 0,0636 m3/s  Công suất bơm: 𝑚 𝑝2 𝑁= 𝑝𝑘𝑘 𝑉𝑘𝑘 [( ) 𝑛𝐶𝐾 10 𝑚 − 𝑝1 𝑚−1 𝑚 − 1] 0,3 1,3 1,033 1,3 [( ) = 0,1193 9,81.10 0,0636 0,8 103 1,3 − 0,1193 − 1] = 2,603(𝑘𝑊) 7.2.2 Chọn bơm chân không Dùng bơm chân không không cần dầu bôi trơn, hút không khí, nước Chọn bơm chân không vòng nước hai cấp HWVP Có thông số khác sau:      Kiểu HWVP – Độ chân không: 30 ~ 150 Torr Lưu lượng từ 450 ~ 28000 lít / phút Công suất động 1,5 ~ 75 kW Truyền động khớp nối cứng, dây đai hộp số tùy theo tốc độ quay tiêu chuẩn đầu bơm  Hoạt động êm ái, tuổi thọ vòng bi cao, phải bảo dưỡng  Lượng nước làm kín thấp  Vật liệu cánh, trục bơm làm từ thép không gỉ 304 316 giảm đáng kể ăn mòn chất acd lẫn không môi trường khí nước 70 LỜI KẾT LUẬN Tính toán, thiết kế cho thiết bị hoạt động vận hành theo đúng công suất hiệu suất cho mẻ đường sản xuất việc quan trọng Với kiến thức hiểu biết ỏi mình, em trình bày sơ lược nguyên liệu sản phẩm theo yêu cầu, nồi cô đặc, cách tính toán thiết kế cho nồi cô đặc vấn đề liên quan khác Thông qua đồ án, em tích góp cho nhiều kiến thức thiết bị, nhà máy, cách tính toán thiết kế nhà máy… Nếu có điều sai sót, em mong thông cảm góp ý từ Thầy Xin chân thành cám ơn! 71 TÀI LIỆU THAM KHẢO Phạm Văn Bôn, Quá trình Thiết bị công nghệ hóa học thực phẩm- Bài tập truyền nhiệt, Nhà xuất Đại học Quốc gia TP HCM, 2013 Phạm Văn Bôn, Nguyễn Đình Thọ, Quá trình Thiết bị công nghệ hóa học thực phẩm tập – Quá trình Thiết bị truyền nhiệt , Nhà xuất Đại học Quốc gia TP HCM, 2011 Phạm Văn Bôn, Vũ Bá Minh, Quá trình thiết bị công nghệ hóa học thực phẩm tập 10- Ví dụ Bài tập TS Trần Xoa, TS Nguyễn Trọng Khuông, KS Hồ Lê Viên, Sổ tay Quá trình Thiết bị công nghệ hóa chất tập 1, Nhà xuất Khoa học Kỹ thuật, Hà Nội TS Trần Xoa, TS Nguyễn Trọng Khuông, TS Phạm Xuân Toản, Sổ tayQuá trình Thiết bị công nghệ hóa chất tập 2, Nhà xuất Khoa học Kỹ thuật năm 2006 Bộ môn Máy Thiết bị, Bảng tra cứu trình học truyền nhiệt – truyền khối, Nhà xuất Đại học Quốc gia TP HCM, 2012 Hồ Lê Viên, Tính toán thiết kế chi tiết thiết bị hóa chất dầu khí, Nhà xuất Khoa học Kỹ thuật 1.5 72 ... sinh viên tiếp cận thực tế thông qua việc tính toán, thiết kế lựa chọn chi tiết thiết bị với số liệu cụ thể, thông dụng Thiết kế thiết bị cô đặc nước đường mía nồi liên tục, suất sản phẩm 800 kg/h”... lượng, truyền nhiệt cho thiết bị cô đặc, tính chi tiết cho thiết bị thiết bị phụ cần thiết theo yêu cầu Trong trình thưc đề tài này, em hiểu được: việc thiết kế hệ thống thiết bị phục vụ cho nhiệm... vững kiến thức môn học Quá trình thiết bị Công nghệ Hóa học Ngoài ra, việc giải toán công nghệ, hay thực công tác thiết kế máy móc, thiết bị dây chuyền công nghệ cần thiết kỹ sư tương lai Em xin