Đang tải... (xem toàn văn)
tính toán thiết kế hệ thống cô đặc nước cam 1 tấn trên giờ.tính cân bằng vật chất và năng lượng, tính thiết bị chính, thiết bị phụ,tính hệ thống ngưng tụ barometthuyết minh quy trình sản xuất....................................................................................................................
Đồ án trình thiết bị MỤC LỤC MỤC LỤC i PHỤ LỤC HÌNH v PHỤ LỤC BẢNG vi LỜI NÓI ĐẦU .vii QUY ƯỚC ĐỌC TÀI LIỆU viii Chương 1: TỔNG QUAN 1.1 Giới thiệu nguyên liệu cam 1.1.1Thành phần dinh dưỡng cam 1.1.2 Tính chất nước cam nguyên liệu 1.2 Khái quát cô đặc 1.2.1 Định nghĩa 1.2.2 Phương pháp cô đặc 1.2.3 Bản chất cô đặc nhiệt 1.2.4 Ứng dụng cô đặc 1.3 Một số thiết bị cô đặc chủ yếu 1.3.1 Thiết bị cô đặc có ống tuần hoàn trung tâm 1.3.2 Thiết bị cô đặc loại phòng đốt treo 1.3.3 Thiết bị cô đặc loại phòng đốt 1.3.4 Thiết bị cô đặc loại có ống tuần hoàn cưỡng 1.3.5 Thiết bị cô đặc loại màng 1.3.6 Thiết bị cô đặc có vành dẫn chất lỏng 1.3.7 Thiết bị cô đặc loại roto 1.2 Thiết bị cô đặc loại màng 1.3 Nhiệm vụ đồ án 2.1 Sơ đồ quy trình 2.2 Thuyết minh quy trình cô đặc nước cam Chương 3: CÂN BẰNG VẬT CHẤT VÀ NĂNG LƯỢNG 3.1 Yêu cầu đề tài 3.2 Cân vật chất 3.2.1 Xác định lượng thứ bốc lên 3.2.2 Suất lượng tháo liệu 3.3 Cân nhiệt lượng 3.3.1 Xác định nhiệt độ áp suất 3.3.2 Xác định tổn thất nhiệt độ 10 a) Tổn thất nhiệt độ nồng độ 10 b) Tổn thất nhiệt độ áp suất thủy tĩnh 10 i Đồ án trình thiết bị c) Tổn thất nhiệt độ trở lực thủy học đường ống 11 d) Tổn thất chung cho toàn hệ thống hiệu số nhiệt độ hữu ích 11 3.3.3 Cân nhiệt lượng 11 a) Tính nhiệt dung riêng dung dịch 11 b) Lập phương trình cân nhiệt lượng 12 Chương 4: TÍNH TOÁN TRUYỀN NHIỆT CHO THIẾT BỊ CÔ ĐẶC 14 4.1 Nhiệt tải phía ngưng (q1) 14 4.2 Nhiệt tải riêng phía dung dịch (q2) 14 4.3 Nhiệt tải riêng phía tường (qv) 16 4.4 Tiến trình tính nhiệt tải riêng 16 4.5 Hệ số truyền nhiệt K cho trình cô đặc 17 4.6 Diện tích bề mặt truyền nhiệt 17 Chương 5: TÍNH THIẾT BỊ CÔ ĐẶC 18 5.1 Tính buồng đốt 18 5.1.1 Thể tích dung dịch đầu thiết bị 18 5.1.2Thể tích dung dịch cuối 18 5.1.3Tính chọn đường kính buồng đốt 18 a) Tính chọn số ống truyền nhiệt 18 b) Đường kính buồng đốt 20 5.2 Tính kích thước buồng bốc 20 5.2.1 Tính chọn kích thước buồng bốc 20 5.2.2 Tính vận tốc (hmax) vận tốc lắng (0) 21 5.3 Tính kích thước ống dẫn liệu, tháo liệu 22 5.3.1 Ống nhập liệu 22 5.3.2 Ống tháo liệu 23 5.3.3 Ống dẫn đốt 23 5.3.4 Ống dẫn thứ 23 5.3.5 Ống dẫn nước ngưng 23 CHƯƠNG 6: TÍNH CƠ KHÍ 24 6.1 Tính buồng đốt 24 6.1.1 Sơ lược cấu tạo 24 6.1.2 Tính thân buồng đốt 24 a) Tính bề dày tối thiểu S’ 24 b) Bề dày thực S 25 c) Tính bền cho lỗ 25 6.2 Tính buồng bốc 26 6.2.1 Sơ lược cấu tạo 26 ii Đồ án trình thiết bị 6.2.2 Tính thân buồng bốc 26 a) Xác dịnh chiều cao phần trụ buồng bốc 26 b) Thông số làm việc 26 c) Tính bề dày buồng bốc 26 6.3 Nắp đáy thiết bị 29 6.3.1 Nắp 29 a) Sơ lược cấu tạo 29 b) Bề dày thực S 29 c) Tính bền cho lỗ 30 6.3.2 Đáy 31 a) Sơ lược cấu tạo 31 b) Tính bề dày đáy 31 6.4 Vỉ ống 32 6.4.1 Sơ lược cấu tạo 32 6.4.2 Bề dày vỉ ống 32 6.5 Bích – bulông 33 6.5.1 Bích 33 6.5.2 Bulông ghép bích 33 6.6 Tai treo 34 6.6.1Tổng khối lượng nồi cô đặc 34 a) Khối lượng dung dịch 35 b) Tính khối lượng thiết bị 35 6.6.2 Tải trọng tác dụng lên tai treo 36 6.7 Kính quan sát 36 6.8 Bọc cách nhiệt cho thiết bị 36 6.8.1 Bọc cách nhiệt cho buồng đốt 36 6.8.2 Bọc cách nhiệt cho buồng bốc 37 Chương 7: TÍNH THIẾT BỊ PHỤ 38 7.1 Thiết bị ngưng tụ baromet 38 7.1.1 Lượng nước lạnh cần tưới vào thiết bị ngưng tụ 38 7.1.2 Thể tích không khí cần hút khỏi thiết bị ngưng tụ 38 7.1.3 Các kích thước thiết bị ngưng tụ Baromet 39 a) Đường kính thiết bị ngưng tụ Baromet 39 b) Kích thước ngăn 39 c) Chiều cao thiết bị ngưng tụ 40 d) Kích thước ống Baromet 41 7.2 Bơm chân không 43 iii Đồ án trình thiết bị 7.3 Thùng cao vị 44 7.3.1 Xác định hệ số ma sát ống 44 7.3.2 Tổn thất áp suất đường ống 45 7.4 Bơm nước cho thiết bị ngưng tụ 45 7.4.1 Xác định cột áp bơm 46 7.4.2 Xác định hệ số ma sát ống 46 7.5 Bơm nhập liệu 47 7.5.1 Xác định cột áp bơm 47 7.5.2 Xác định hệ số ma sát ống 48 7.6 Bơm tháo liệu 49 7.6.1 Xác định hệ số ma sát ống 49 7.6.2 Tổn thất áp suất 50 KẾT LUẬN 52 TÀI LIỆU THAM KHẢO 53 iv Đồ án trình thiết bị PHỤ LỤC HÌNH Hình 1.1: Thiết bị cô đặc loại màng Hình 2.1: Sơ đồ quy trình cô đặc Hình 3.1: Sơ đồ cân nhiệt lượng 12 v Đồ án trình thiết bị PHỤ LỤC BẢNG Bảng 1.1: Thành phần dinh dưỡng cam Bảng 3.1: Bảng nhiệt độ áp suất đốt sử dụng thứ buồng bốc 10 Bảng 4.1: Bảng số liệu theo nồng độ dung dịch 15 Bảng 4.2: Hệ số cấp nhiệt nhiệt tải riêng 17 Bảng 5.1 Kích thước nồi cô đặc 22 Bảng 5.1: Số liệu đường kính ống 23 Bảng 6.1: Thông số bích 33 Bảng 6.3: Bảng thông số thiết bị 36 Bảng 6.4: Thông số tai treo 36 Bảng 7.1: Thiết bị ngưng tụ Baromet 43 Bảng 7.2: Thông số thiết bị phụ 51 vi Đồ án trình thiết bị LỜI NÓI ĐẦU Cùng với phát triển không ngừng khoa học công nghệ, ngành công nghiệp nói chung ngành công nghệ thực phẩm nói riêng nước ta đối đầu với nhiều thách thức lớn Việc đào tạo nguồn nhân lực có tay nghề trình độ cao nhu cầu cấp bách, ngày trở thành vấn đề quan trọng Trong kế hoạch đào tạo sinh viên năm ba, học phần đồ án trình thiết bị hội tốt để hệ thống kiến thức trình thiết bị ngành công nghệ thực phẩm 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 cam nồi loại màng với suất tấn/h” đồ án thực hướng dẫn Th.s Trần Thị Thùy Linh, môn Quá trình Thiết bị, khoa CNTP- CNSH trường Đại Học Kỹ Thuật Công Nghệ Cần Thơ Đồ án đề cập đến vấn đề liên quan đến kiến thức trình cô đặc cô đặc nước cam, quy trình công nghệ, tính toán cân vật chất, cân lượng, truyền nhiệt cho thiết bị cô đặc, tính chi tiết cho thiết bị thiết bị phụ cần thiết theo yêu cầu Trong trình thực đề tài này, nhóm hiểu việc thiết kế hệ thống thiết bị phục vụ cho nhiệm vụ kỹ thuật yêu cầu thiếu kỹ sư công nghệ thực phẩm Do đó, để trở thành người kỹ sư thực thụ, sinh viên cần phải nắm vững kiến thức môn học trình thiết bị công nghệ thực phẩm 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 Nhóm xin chân thành cảm ơn cô Trần Thị Thùy Linh thầy cô môn Quá trình Thiết bị tận tình giúp đỡ, hướng dẫn nhóm trình thiết kế hoàn thành đồ án nhóm vii Đồ án trình thiết bị QUY ƯỚC ĐỌC TÀI LIỆU Tài liệu tham khảo ký hiệu dạng X, [A – B] Trong đó: - X: phần đối tượng chọn - A: số thứ tự xếp tài liệu tham khảo 1: Sổ tay Quá trình Thiết bị công nghệ hóa chất- tập 2: Sổ tay Quá trình Thiết bị công nghệ hóa chất- tập 3: Thiết kế tính toán chi tiết thiết bị hóa chất dầu khí 4: Các Quá trình Thiết bị công nghệ hóa chất thực phẩm tập 5: Các Quá trình Thiết bị công nghệ hóa học thực phẩm tập 6: Các Quá trình Thiết bị công nghệ hóa học thực phẩm tập 10 7: Các Quá trình Thiết bị công nghệ hóa chất thực phẩm tập 8: Thiết bị truyền nhiệt chuyển khối - B: giá trị số trang chứa đối tượng chọn Ví dụ: Công thức VI.14, [2 – 60] có nghĩa chọn công thức VI.14, Sổ tay Quá trình Thiết bị công nghệ hóa chất tập 2, Trang 60 viii Đồ án trình thiết bị Chương 1: TỔNG QUAN 1.1 Giới thiệu nguyên liệu cam Cam loài ăn họ với bưởi Nó có nhỏ bưởi, vỏ mỏng, chín thường có màu da cam, có vị chua Loài cam lai trồng từ xưa, lai giống loài bưởi quýt Đây nhỏ, cao đến khoảng 10 m, có cành gai thường xanh dài khoảng - 10cm Cam bắt nguồn từ Đông Nam Á, từ Ấn Độ, Việt Nam hay miền nam Trung Quốc Cam trồng rộng rãi nơi có khí hậu ấm áp, vị cam biến đổi từ đến chua Cam thường lột vỏ ăn lúc tươi, hay vắt lấy nước Vỏ cam dày, có vị đắng, thường bị vứt chế biến thành thức ăn cho súc vật cách rút nước sức ép nóng Nó dùng làm gia vị hay đồ trang trí số ăn Lớp vỏ dùng làm "zest" để thêm hương vị cam vào thức ăn Phần trắng vỏ cam nguồn pectin Sản phẩm làm từ cam gồm có: - Nước cam, Brazil nước sản xuất nước cam nhiều giới, sau Florida, Hoa Kỳ - Dầu cam, chế biến cách ép vỏ Nó dùng làm gia vị thực phẩm làm hương vị nước hoa Dầu cam có khoảng 90% d-Limonene, dung môi dùng nhiều hóa chất dùng gia đình, với dầu chanh dùng để làm chất tẩy dầu mỡ tẩy rửa nói chung Chất tẩy rửa từ tinh chất cam hiệu quả, thân thiện với môi trường, độc hại sản phẩm cất từ dầu mỏ, đồng thời có mùi dễ chịu 1.1.1 Thành phần dinh dưỡng cam Trung bình với 100g cam chứa 87,6g nước, 1.104 microgram Carotene – loại vitamin chống oxy hóa, 30mg vitamin C, 10,9g chất tinh bột, 93mg kali, 26mg canxi, 9mg Magnesium, 0,3g chất xơ, 4,5mg natri, 7mg Chromium, 20mg phốt pho, 0,32mg sắt giá trị lượng 48 Kcal Chất xơ: Cam chứa nhiều chất xơ Một trái cam (184 g) có chứa khoảng 18% dinh dưỡng chất xơ cần thiết cho thể hàng ngày Chất xơ tìm thấy cam pectin, cellulose, hemicellulose lignin Chúng có tác dụng lớn việc cải thiện sức khỏe, cải thiện chức hệ tiêu hóa nuôi dưỡng vi khuẩn có ích Chất xơ thúc đẩy giảm cân mức cholesterol thấp Axit citric: Cam loại trái họ khác có nhiều chất acid citric xitrat, khiến chúng có vị chua Nghiên cứu axit xitric xitrat cam có Đồ án trình thiết bị thể giúp ngăn ngừa hình thành sỏi thận Cam giàu chất chống oxy hóa, mà chất lại mang lại nhiều lợi ích sức khỏe cho người Vitamin chất khoáng: Vitamin C: Cam nguồn tuyệt vời vitamin C Một cam lớn cung cấp 100% dinh dưỡng vitamin C cần thiết cho thể hàng ngày Thiamin: Một vitamin B, gọi vitamin B1 tìm thấy nhiều loại thực phẩm Folate: Còn gọi vitamin B9 acid folic, folate mang lại nhiều chức cần thiết tìm thấy nhiều loại thực phẩm thực vật Kali: Cam chứa nhiều kali Lượng kali cao làm giảm huyết áp người có huyết áp cao có tác dụng tốt sức khỏe tim mạch Carbs: Cam chủ yếu tạo thành từ carbs nước, chứa lượng thấp protein chất béo, calo Các loại đường đơn, chẳng hạn glucose, fructose sucrose, hình thức chi phối carbohydrate tác động đến hương vị cam Bảng 1.1: Thành phần dinh dưỡng cam Thành phần Nước Protid Glucid Acid hữu Cellulose Calcium Caroten Vitamin C Sắt Chất dinh dưỡng (100g trái cây) 87,5 % 0,9% 8,4% 1,3% 1,6% 34 mg% 0,4 mg% 40 mg% 23 mg% (Nguồn: http://hanhphuccuame.com/tim-hieu-ve-gia-tri-dinh-duong-trong-qua-cam.html) 1.1.2 Tính chất nước cam nguyên liệu Trong cam, sacharose chiếm khoảng 2/3 khối lượng, tinh thể đường suốt, không màu, nhiệt dộ nóng chảy 186 – 188oC Nếu ta đưa từ từ đến nhiệt độ nóng chảy, đường biến thàng dạng sệt Nếu kéo dài thời gian đun đun nhiệt độ cao, đường nước phân hủy biến thành caramen Độ nhớt dung dịch tăng theo chiều tăng nồng độ Yếu tố quan trọng có tác dụng bảo quản nước cam độ đường cao độ acid tương đối cao Do dung dịch đường sacharose không chịu nhiệt độ cao (thành phần dịch dễ bị thuỷ phân tác dụng nhiệt) đòi hỏi phải cô đặc nhiệt độ đủ thấp ứng với áp suất cân mặt thoáng thấp Đồ án trình thiết bị => tkk = 30 + + 0,1(30 – 63,7) = 30,63oC - P: áp suất làm việc thiết bị ngưng tụ (N/m2) Ta có: P = Png = 0,3 at = 0,3.9,81.104 = 29430 (N/m2) - Ph: áp suất riêng phần nước hỗn hợp (N/m2) Lấy áp suất nước bão hòa nhiệt độ không khí tkk Ph = 0,04 at = 0,04.9,81.104 = 3924 (N/m2) (7.2) Thể tích cần rút khỏi thiết bị là: Vkk 288.1,932.10-3 (273 + 30,63) = = 6,624.10-3 (m3 /s) 29430 - 3924 7.1.3 Các kích thước thiết bị ngưng tụ Baromet a) Đường kính thiết bị ngưng tụ Baromet Đường kính thiết bị ngưng tụ Baromet công thức VI.52, [2 – 84]: Dba = 1,383 W ,m ρh w h (7.3) Trong đó: - W: lượng ngưng tụ (kg/s) - ρh : khối lượng riêng (kg/m3) Tra bảng I.251, [1 – 314], ρh = 0,1876 kg/m3 - ωh : tốc độ thiết bị ngưng tụ (m/s) Áp suất làm việc 0,3 at nên ta chọn ωh = 20 m/s (7.3) Đường kính thiết bị ngưng tụ Baromet bằng: Dba = 1,383√ 0,1876 = 0,3 (m) 0,1876.20 Chọn đường kính thiết bị ngưng tụ Baromet: Dba = 0,3m = 300 (mm) b) Kích thước ngăn Tấm ngăn có dạng hình viên phân để đảm bảo làm việc tốt, chiều rộng ngăn b xác định theo công thức VI.53, [2 – 85] sau: b= Dba 300 +50 = =150 mm 2 39 Đồ án trình thiết bị Trên ngăn có đục nhiều lỗ nhỏ Chọn đường kính lỗ d = 2mm (do nước làm nguội nước sạch) Tổng diện tích bề mặt lỗ toàn mặt cắt ngang thiết bị ngưng tụ tính theo công thức VI.54, [2 – 85], nghĩa cặp ngăn: f= Gn ωc (m2) (7.4) Trong đó: - Dba: đường kính thiết bị ngưng tụ (mm) - Gn: lưu lượng nước, m3/s Gn phụ thuộc vào lượng ngưng tụ thường thay đổi giới hạn từ (15 ÷ 60) W - ωc : tốc độ tia nước, m/s Tốc độ tia nước chiều cao ngăn = 40 mm ta lấy ωc ≈ 0,62 m/s Nhiệt độ trung bình 46,85oC, khối lượng riêng nước 989,7 kg/m3 3,096 Gn = 3,096 kg⁄s = m ⁄s 989,7 (7.4) f= 3,096 989,7.0,62 = 0,005 m2 Chọn chiều dày ngăn: δ = 4mm Chọn chiều cao gờ cạnh ngăn: h0 = 400 mm Các lỗ xếp theo hình lục giác đều, ta xác định bước lỗ công thức VI.55, [2 – 85]: f t = 0,866.d√ e (mm) ftb (7.5) Trong đó: - d: đường kính lỗ, mm => d = mm fe : tỷ số tổng số diện tích tiết diện lỗ với diện tích tiết diện thiết bị ftb f ngưng tụ Chọn e = 0,05 ftb - (7.5) t = 0,866.2√0.05=0,387 mm c) Chiều cao thiết bị ngưng tụ Mức độ đun nóng nước xác định theo công thức VI.56, [2 – 85] sau: p= t2c - t2đ 63,7 - 30 = = 0.871 tbh - t2đ 68,7 - 30 Trong đó: - t2đ, t2c: nhiệt độ đầu nhiệt độ cuối nước tưới vào thiết bị (oC) - tbh: nhiệt độ bão hòa ngưng tụ (oC) 40 Đồ án trình thiết bị Tra bảng VI.7, [2 – 86] ta có thông số sau: - Số bậc: K = - Số ngăn: n = - Khoảng cách ngăn: htb = 400 mm - Thời gian rơi qua bậc: t = 0,41s Chiều cao thiết bị ngưng tụ tính theo công thức sau: Hba = n.htb + 0,8 = 0,4 + 0,8 = m d) Kích thước ống Baromet Đường kính ống Baromet tính công thức VI.57/86-[2] sau: d= 0,004.(Gn W) (m) π ω (7.6) Trong đó: - Gn: lượng nước lạnh tưới vào tháp (kg) - W: lượng ngưng tụ (kg/s) - ω: tốc độ hỗn hợp nước lạnh nước ngưng chảy ống Baromet, ta chọn ω = 0,5 m/s (7.6) Đường kính ống Baromet bằng: d =√ 0,004.(3,096 + 0,185) = 0,09 m π.0,5 Chọn đường kính ống Baromet dba = 90 mm Chiều cao ống Baromet xác định theo công thức VI.58, [1 – 86] sau: hba = h1 + h2 + 0,5 (m) (7.7) Trong đó: - h1: chiều cao cột nước ống Baromet cân với hiệu số áp suất khí áp suất thiết bị ngưng tụ tính công thức VI.59, [2 – 86]: b h1 = 10,33 (m) (7.8) 760 - Với b độ chân không thiết bị ngưng tụ (mmHg) b = Pa – P = 760 – 0,3.735,5 = 539,35 (mmHg) (7.8) Chiều cao cột nước ống Baromet: 539,35 h1 = 10,33 = 7,331 (m) 760 41 Đồ án trình thiết bị - h2: chiều cao cột nước ống Baromet cần để khắc phục toàn trở lực nước chảy ống, tính công thức VI.60, [2 – 87]: ω2 H h2 = (1 λ Σξ) (m) 2g d (7.9) - λ: hệ số trở lực ma sát nước chảy ống - : tổng trở lực cục Nếu ta lấy hệ số trở lực vào ống ξ1 = 0,5 khỏi ống ξ2 = công thức (7.9) có dạng công thức VI.61, [2 – 87]: h2 = ω2 H (2,5 + λ d ) (m) 2g (7.10) Trong đó: - H: toàn chiều cao ống baromet (m) - d: đường kính ống baromet (m) - λ: hệ số trở lực ma sát nước chảy ống Để tính λ ta tính chuẩn số Re chất lỏng chảy qua ống baromet Chuẩn số Re tính theo công thức II.58, [1 – 377]: Re = dtd ρ.ω (7.11) μ Với: - dtđ: đường kính ống, dtđ = 0,09 m - ρ: khối lượng riêng trung bình nước, ρ = 989,7 kg/m3 (lấy nhiệt độ trung bình 46,850C) - μ: độ nhớt trung bình nước μ = 0,58.10-3 N/s/m2 - ω: tốc độ hỗn hợp nước chất lỏng ngưng chảy ống baromet (m/s) Thường lấy ω = 0,5 m/s (7.11) Re = 0,09.0,5.989,7 0,58.10-3 = 76787,069 > 4000 Như vậy, dòng nước ống baromet chế độ chảy rối Chọn ống thép ống hàn điều kiện ăn mòn tra bảng II.15, [1 – 381] → ε = 0,2 mm = 0,0002 m Regh tính theo công thức II.60, [1 – 378]: 8 dtđ 0,09 ) = 6462,404 Regh = ( ) = ( ε 0,0002 Ren tính theo công thức II.62, [1 – 379]: 42 Đồ án trình thiết bị 9 d 0,09 ) = 212464,687 Ren = 220 ( ) = 220 ( ε 0,0002 Vì Regh < Re < Ren nên hệ số trở lực ma sát xác định theo công thức sau: 0,25 ε 100 0,25 0,0002 100 ) = 0,1 (1,46 ) = 0,026 λ = 0,1 (1,46 + + d Re 0,09 76787,069 Giả sử chiều cao ống Baromet là: hba =8m (7.10) h = 0,52 (2,5 + 0,026 0,09)2 = 0,06 m 2.9,81 (7.7) hba = 7,331 + 0,06 + 0,5 = 7,891 m (nhận) Vậy chọn chiều cao ống Baromet là: hba = m Bảng 7.1: Thiết bị ngưng tụ Baromet Thông số Giá trị Lượng nước lạnh cần tưới vào thiết bị ngưng tụ Gn = 0,314 kg/s Vkk= 7.516.10-3 m3/s Thể tích không khí cần hút khỏi thiết bị ngưng tụ Đường kính thiết bị ngưng tụ baromet Dba = 0,3 m Chiều cao thiết bị ngưng tụ baromet Hba = m Số ngăn thiết bị ngưng tụ baromet N=8 Khoảng cách ngăn thiết bị ngưng tụ baromet htb = 0,4 m Số bậc thiết bị ngưng tụ baromet K=4 Thời gian rơi qua bậc thiết bị ngưng tụ baromet t = 0,41 s Đường kính ống baromet dba = 0,09 m Chiều cao ống baromet hba = m 7.2 Bơm chân không Công suất bơm chân không: p m N= p kk Vkk 1000.η ck m p kk Trong đó: - ηck : hệ số hiệu chỉnh Chọn ηck = 0,8 - m: số đa biến Chọn m = 1,3 - p2: áp suất khí => p2 = 1,033 at 43 m 1 m 1 , kW (7.12) Đồ án trình thiết bị - Vkk: thể tích không khí cần hút khỏi thiết bị ngưng tụ, m3/s => Vkk = 7,516.10-3 m3 /s - pkk: áp suất không khí thiết bị ngưng tụ => pkk = png = 0,3 at (7.12) N = 1,3 1000.0,8 1,3-1 -3 1,033 0,3.9,81.10 6,624.10 [( 0,3 1,3 - 1,3 ) -1] = 0,349kW Vậy công suất bơm chân không 0,349 kW 7.3 Thùng cao vị Thùng cao vị đặt độ cao cho thắng trở lực đường ống Phương trình Bernoulli cho mặt cắt – (mặt thoáng thùng cao vị) mặt cắt – (cửa nhập liệu nồi cô đặc): z1 p1 v2 p v2 α1 z α h 12 ρg 2.g ρ g 2.g Trong đó: - z1: chiều cao từ thùng cao vị xuống đất, m - z2: chiều cao từ cửa nhập liệu nồi cô đặc xuống đất, m - h1-2: tổng tổn thất áp suất, m Lưu ý: thông số tra bảng 7.2 7.3.1 Xác định hệ số ma sát ống Chọn đường kính ống dẫn: d = 25 mm Vận tốc dòng chảy ống: v= 4.Q π.d2 = 4.0,5 π.0,0252 3600 = 0,3 m/s Chuẩn số Reynolds: Re = v.d.ρ 0,3.0,025.1039,98 = = 5864,549 ≥ 4000 μ 1,33.10-3 Chọn ống thép CT3 ống hàn điều kiện ăn mòn ít, tra bảng II.15, [1 – 381], => Độ nhám ống: ε = 0,2 mm Ren tính theo công thức II.62, [1 – 379]: 9 d 0,025 ) = 50286 Ren = 220 ( ) = 220 ( ε 0,0002 Regh tính theo công thức II.60, [1 – 378] 8 dtđ 0,025 ) = 1495 Regh = ( ) = ( ε 0,0002 44 Đồ án trình thiết bị Vì Regh < Re < Ren nên hệ số trở lực ma sát xác định theo công thức II.64, [1 – 379] sau: ε λ=0,1 (1,46 + 100 0,25 d (7.13) λ = 0,1 (1,46 0,0002 0,025 + Re 0,25 100 Re ) ) (7.13) = 0,1 (1,46 0,0002 0,025 + 100 5864,549 ) 0,25 = 0,04 Tổng trở lực cục bộ: Σξ = ξvào + 5.ξco 90 + 2.ξvan +ξra = 0,5 + 5.0,9 + 2.0,2 + = 6,4 7.3.2 Tổn thất áp suất đường ống Chiều dài ống từ thùng cao vị đến cửa nhập liệu nồi cô đặc: l = 15m Tổn thất áp suất đường ống: v2 0,32 15 (Σξ + λ ) = (6,4 + 0,04 ) = 0,14 m h = 2.g d 2.9,81 0,025 Chọn tổn thất áp suất thiết bị gia nhiệt: h’’= 0,1m Tổng tổn thất áp suất: h1-2 = h’ + h’’= 0,14 + 0,1 = 0,24 (m) Chiều cao từ mặt thoáng bồn cao vị đến cửa nhập liệu nồi cô đặc: ' H z1 z (7.14) H = p2 p v2 h12 ρ g ρ g 2.g (0,314 - 1,033).9,81.104 1039,98.9,81 + 0,32 2.9,81 (7.14) + 0,24 = - 6,669 (m) Vậy cần đặt bồn cao vị thấp cửa nhập liệu nồi cô đặc khoảng H = m Chọn đặt bồn cao vị cách mặt đất 4,2 m 7.4 Bơm nước cho thiết bị ngưng tụ Công suất bơm: N= Q.ρ.g.H 1000.η , KW Trong đó: - H: cột áp bơm, m - η: hiệu suất bơm - ρ: khối lượng riêng nước 30oC - Q: lưu lượng nước lạnh tưới vào thiết bị ngưng tụ (m3/s) - Gn: lượng nước lạnh tưới vào thiết bị ngưng tụ (kg/s), Gn = 3,096 kg/s Gn 3,096 Q= = = 3,109.10-3 (m3 /s) ρ 995,68 45 (7.15) Đồ án trình thiết bị 7.4.1 Xác định cột áp bơm Phương trình Bernoulli cho mặt cắt – (mặt thoáng bể nước lạnh) mặt cắt – (mặt thoáng thiết bị baromet) z1 p1 v2 p v2 α1 H z α h 12 ρg 2.g ρ g 2.g Trong đó: - Z1: chiều cao từ mặt thoáng bể nước xuống đất, m => Z1 = m - Z2: chiều cao từ mặt thoáng thiết bị baromet xuống đất, m => Z2 = 12 m - h1-2: tổng tổn thất áp suất (m) Lưu ý: thông số khác tra bảng 7.2 7.4.2 Xác định hệ số ma sát ống Chọn đường kính ống dẫn: d = dhút = dđẩy = 57mm Vận tốc dòng chảy ống: v= 4.Q π.d = 4.3,096 = 0,337 m/s π.0,0572 3600 Chuẩn số Reynolds: v.d.ρ 0,337.0,025.995,68 Re = = = 10472,664 ≥ 4000 μ 0,801.10-3 Chọn ống thép CT3 ống hàn điều kiện ăn mòn tra bảng II.15, [1 - 381] => Độ nhám ống: ε = 0,2 mm Ren tính theo công thức II.62, [1 - 379]: 9 d 0,057 ) = 127093,44 Ren = 220 ( ) = 220 ( ε 0,0002 Regh tính theo công thức II.60, [1-378]: 8 d 0,057 ) = 3834,319 Regh = ( ) = ( ε 0,0002 Vì Regh < Re < Ren nên hệ số trở lực ma sát xác định theo công thức: ε 100 0,25 ) λ = 0,1 (1,46 + d Re 0,25 0,0002 100 0,25 0,0002 100 ) = 0,1 (1,46 ) = 0,035 = 0,1 (1,46 + + 0,057 Re 0,057 10472,664 46 Đồ án trình thiết bị Tổng trở lực cục bộ: Σξ = ξvào + 2.ξco 90 + ξvan +ξra = 0,5 + 2.0,9 + 0,2 + = 3,5 Chiều dài ống từ bể nước đến thiết bị Baromet: l = 12m Tổng tổn thất áp suất: v2 0,3772 12 (Σξ + λ ) = (3,5 + 0,035 ) = 0,063 m h1-2 = 2.g d 2.9,81 0,057 Cột áp bơm: p p H z z1 h 12 = 12 - + ρ g ρ g (0,3 - 1,033).9,81.104 995,68.9,81 + 0,063 = 2,701m Vậy công suất bơm: 3,109.10-3 995,68.9,81.2,701 N= = 0,109 KW 1000.0,75 7.5 Bơm nhập liệu Công suất bơm: N= Q.ρ.g.H 1000.η (KW) (7.16) Trong đó: - H: Cột áp bơm (m) - η: Hiệu suất bơm Chọn η = 0,75 - ρ: Khối lượng riêng dung dịch 30oC => ρ = 1128,98 kg/m3 - Gd: Lượng dung dịch nhập liệu (kg/s) => Gd = 0,278 kg/s - Q: Lưu lượng dung dịch nhập liệu (m3/s) Q tính sau: Q= Gđ 0,278 = = 0,246.10-3 (m3 /s) ρ 1128,98 7.5.1 Xác định cột áp bơm Phương trình Bernoulli cho mặt cắt – (mặt thoáng bể nhập liệu) mặt cắt – (mặt thoáng bồn cao vị): p1 v12 p2 v 22 z1 α1 H z2 α2 h 12 ρg 2.g ρ g 2.g Trong đó: - Z1: chiều cao từ mặt thoáng bể nhập liệu xuống đất (m) => Z1 = m - Z2: chiều cao từ mặt thoáng bồn cao vị xuống đất (m) => Z2 = 4,2 m 47 Đồ án trình thiết bị - h1-2: tổng tổn thất áp suất (m) Lưu ý: thông số tra bảng 7.2 7.5.2 Xác định hệ số ma sát ống Chọn đường kính ống dẫn: d = dhút = dđẩy = 25 mm Vận tốc dòng chảy ống: v= 4.Q π.d2 = 4.0,267.10-3 π.0,0252 = 0,544 m/s Chuẩn số Reynolds: v.d.ρ 0,544.0,025.1128,98 Re = = = 11544,457 ≥ 4000 1,33.10-3 π.d2 Chọn ống thép CT3 ống hàn điều kiện ăn mòn tra bảng II.15, [1 - 381] => Độ nhám ống: ε = 0,2 mm Ren tính theo công thức II.62, [1-378]: 9 d 0,025 ) = 50286 Ren = 220 ( ) = 220 ( ε 0,0002 Regh tính theo công thức II.60, [1-378]: 8 d 0,025 ) = 1495 Regh = ( ) = ( ε 0,0002 Vì Regh < Re < Ren nên hệ số trở lực ma sát xác định theo công thức sau: λ = 0,1 (1,46 ε 100 0,25 ) + d Re Suy ra: 0,25 0,0002 100 0,25 0,0002 100 λ = 0,1 (1,46 + + ) = 0,1 (1,46 ) = 0.03 0,057 Re 0,025 11544,457 Tổng trở lực cục bộ: Σξ = ξvào + 2.ξco 90 + 3.ξvan + ξra = 0,5 + 2.0,9 + 3.0,2 + = 3,9 Chiều dài ống từ bể nhập liệu đến bồn cao vị: l = m Tổng tổn thất áp suất : v2 0,5442 (Σξ + λ ) = (3,9 + 0,036 ) = 0,254 m h1-2 = 2.g d 2.9,81 0,025 Cột áp bơm: 48 Đồ án trình thiết bị H = (Z2 - Z1 ) + h1-2 = 4,2 – + 0,254 = 2,454 m Vậy công suất bơm: 0,267.10-3 1128,98.9,81.2,454 N= = 0,009 KW 1000.0,75 7.6 Bơm tháo liệu Công suất bơm: N= Q.ρ.g.H 1000.η (kW) Trong đó: - H: Cột áp bơm (m) - η: Hiệu suất bơm Chọn η = 0,75 - ρ: Khối lượng riêng dung dịch 30oC => ρ = 1128,98 kg/m3 - Q: Lưu lượng dung dịch khỏi thiết bị cô đặc, m3/s Gc 333,33 = = 0,08.10-3 (m3 /s) ρ 1128,98.3600 Q= Phương trình Bernoulli cho mặt cắt – (cửa tháo liệu ) mặt cắt – (mặt thoáng bể sản phẩm) p1 v12 p2 v 22 z1 α1 H z2 α2 h 12 ρg 2.g ρ g 2.g Trong đó: - Z1: chiều cao từ cửa tháo liệu xuống đất (m) - Z2: chiều cao từ mặt thoáng bể sản phẩm xuống đất (m) - h1-2: tổng tổn thất áp suất (m) Lưu ý: thông số khác tra bảng 7.2 7.6.1 Xác định hệ số ma sát ống Chọn đường kính ống dẫn: d = dhút = dđẩy = 25 mm Vận tốc dòng chảy ống: v= 4.Q π.d2 = 4.0,08.10-3 π.0,0252 = 0,163 m/s Chuẩn số Renoylds: Re = v.d.ρ π.d = 0,163.0,025.1128,98 1,14.10-3 49 = 4035,608 ≥ 4000 Đồ án trình thiết bị Chọn ống thép CT3 ống hàn điều kiện ăn mòn tra bảng II.15, [1 - 381] => Độ nhám ống: ε = 0,2 mm Ren tính theo công thức II.62, [1 - 379]: 9 d 0,025 ) = 50286 Ren = 220 ( ) = 220 ( ε 0,0002 Regh tính theo công thức II.60, [1 – 378]: 8 d 0,025 ) = 1495 Regh = ( ) = ( ε 0,0002 Vì Regh < Re < Ren nên hệ số trở lực ma sát xác định theo công thức sau: ε 100 0,25 ) λ = 0,1 (1,46 + d Re Suy ra: 0,25 0,0002 100 0,25 0,0002 100 ) = 0,1 (1,46 ) = 0.043 λ = 0,1 (1,46 + + 0,057 Re 0,025 4035,608 Tổng trở lực cục bộ: Σξ = ξvào + ξvan + ξra = 0,5 + 0,2 + = 1,7 Chiều dài ống từ cửa tháo liệu đến bể sản phẩm: l = m 7.6.2 Tổn thất áp suất Tổng tổn thất áp suất: v2 0,1632 (Σξ + λ ) = (1,7 + 0,043 ) = 0,007 m h1-2 = 2.g d 2.9,81 0,025 Cột áp bơm: p2 p1 v12 H z z1 h 12 ρ g ρ g 2.g Suy H = - + (1,033 - 0,314).9,81.104 1128,98.9,81 - 0,1332 2.9,81 + 0,007 = 7,375 m Vậy công suất bơm: 0,08.10-3 1128,98.9,81.7,375 N= = 0,0087 KW 1000.0,75 50 Đồ án trình thiết bị Bảng 7.2: Thông số thiết bị phụ Thùng cao vị Bơm nước vào thiết bị ngưng tụ Bơm nhập liệu Bơm tháo liệu v1 (m/s) 0 0,163 v2 (m/s) 0,3 0 p1 (at) 1,033 1,033 1,033 0,314 p2 (at) 0,314 0,3 1,033 1,033 (kg/m3) 1039,98 995,68 1128,98 1128,98 µ (N.s/m2) 1,33.10-3 0,801.10-3 1,33.10-3 1,14.10-3 z1 (m) 2 z2 (m) 12 4,2 1 1 2 1 0,75 0,75 51 0,75 Đồ án trình thiết bị KẾT LUẬN Sau thời gian tìm đọc, tra cứu tài liệu tham khảo với giúp đỡ tận tình giáo viên hướng dẫn môn hợp tác thành viên nhóm, nhóm hoàn thành nhiệm vụ thiết kế giao Nhiệm vụ đồ án thiết kế thiết bị cô đặc nước cam dạng màng, dùng đốt nước bão hoà để cô đặc dung dịch nước cam có nồng độ từ 10% đến 30% Đây chưa phải phương án tối ưu có ưu điểm sau: - Hệ thống cô đặc dạng màng thích hợp để cô đặc dung dịch dễ biến tính nhiệt độ cao dung dịch gia nhiệt lần - Hệ thống làm việc liên tục thiết kế dư so với suất yêu cầu thuận tiện cho việc thay đổi suất tăng suất - Thiết bị cô đặc chân không làm giảm tiêu hao làm việc hệ thống làm nhiệt độ sôi giảm xuống tránh hư hỏng sản phẩm - Đây thiết bị cô đặc màng cô đặc dung dịch có độ nhớt cao dung dịch chảy dạng màng qua bề mặt truyền nhiệt lần nên tránh tác dụng nhiệt độ lâu làm biến tính dung dịch cần cô đặc Tuy nhiên, trình làm bài, tính toán, nhận thấy trình cô đặc dạng màng bên cạnh ưu điểm hệ thống có số khuyết điểm sau : - Do hệ thống làm việc liên tục nên dung dịch nhập liệu phải trạng thái sôi từ dẫn đến phải thêm chi phí cho thiết bị gia nhiệt để gia nhiệt nhập liệu trước vào nồi cô đặc - Hệ thống cô đặc dạng màng đòi hỏi chi phí cho thiết bị nhiều hẳn so với hệ thống cô đặc thông thường nồi Đồng thời đòi hỏi khoảng diện tích lớn - Do buồng đốt có chiều cao lớn nên khó đảm bảo việc truyền nhiệt tốt - Hệ thống cô đặc chân không dạng màng thích hợp cho việc cô đặc dung dịch có nồng độ loãng lên nồng độ cao có suất lớn suất yêu cầu lại nhỏ (0,962 m3/h) Hơn thiết bị phức tạp phải có hệ thống ngưng tụ nhanh để tạo chân không Vì sử dụng hệ thống thiết bị lãng phí, không hiệu mặt kinh tế 52 Đồ án trình thiết bị TÀI LIỆU THAM KHẢO TS Trần Xoa, TS Nguyễn Trọng Khuông, KS Hồ Lê Viên, Sổ tay Quá trình Thiết bị công nghệ hóa chất tập 1, NXB Khoa học Kỹ thuật, Hà Nội TS Trần Xoa, TS Nguyễn Trọng Khuông, TS Phạm Xuân Toản, Sổ tay Quá trình Thiết bị công nghệ hóa chất tập 2, NXB Khoa học Kỹ thuật năm 2006 Phạm Văn Bôn, Nguyễn Đình Thọ, Quá trình Thiết bị công nghệ hóa học thực phẩm tập – Quá trình Thiết bị truyền nhiệt, NXB Đại Học Quốc gia TP HCM, 2011 Hồ Lê Viên, Tính toán thiết kế chi tiết thiết bị hóa chất dầu khí, NXB Khoa học Kỹ thuật TS Phạm Xuân Toản, Các Quá trình Thiết bị Công nghệ hóa học thực phẩm tập 3, NXB Khoa học Kỹ thuật, Hà Nội Sơ lược cam https://vi.wikipedia.org/wiki/Cam http://luanvan.net.vn/luan-van/do-an-thiet-ke-thiet-bi-co-dac-nuoc-cam-bangphuong-phap-lanh-35574/ 53 ... loại dung dịch dạng keo, đặc sệt Nhược điểm: cấu tạo gia công phức tạp, giá thành cao cần phận chuyển động quay 1.2 Thiết bị cô đặc loại màng Trong thiết bị cô đặc loại màng dung dịch chuyển động... đề cập đến vấn đề liên quan đến kiến thức trình cô đặc cô đặc nước cam, quy trình công nghệ, tính toán cân vật chất, cân lượng, truyền nhiệt cho thiết bị cô đặc, tính chi tiết cho thiết bị thiết... điểm: thiết bị loại thích hợp với dung dịch đậm đặc, kết tinh dung dịch nhớt 1.3.7 Thiết bị cô đặc loại roto Ưu điểm: cường độ truyền nhiệt lớn, dung dịch bị thứ kéo theo dùng để cô đặc loại dung