tổng quan về cô đặc mía đường

TỔNG QUAN VỀ CÔ ĐẶC MÍA ĐƯỜNG I Giới thiệu chung: Ngành công nghiệp mía đường ngành công nghiệp lâu đời nước ta Do nhu cầu thò trường nước ta mà lò đường với quy mô nhỏ nhiều đòa 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, acid lactic… 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 vàkhông chế biến kòp 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, Tây Ninh, … 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 bò 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 bò công nghệ, tăng hiệu trình cần thiết cấp bách, đòi hỏi phải chuẩn bò từ Trong đó, cải tiến thiết bò cô đặc yếu tố quan trọng không hệ thống sản xuất thành phần xem thường Một vài số liệu sản lượng đường giới (đơn vò tính: 1000 tấn): Năm 1945-1946 1952-1953 1965-1966 1977-1978 1978-1979 19791980 1980-1981 1981-1982 Sản lượng 97900 19934 35486 63097 92280 91858 88920 91000 II Nguyên liệu sản phẩm trình cô đặc mía đường: Đặc điểm nguyên liệu: Nguyên liệu cô đặc dạng dung dòch, gồm: - Dung môi: nước - Các chất hoà 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 Tuy nhiên, trước cô đặc, nồng độ đường thấp, khoảng 6-10% khối lượng Đặc điểm sản phẩm: Sản phẩm dạng dung dòch, gồm: - Dung môi: nước - Các chất hoà tan: có nồng độ cao Biến đổi nguyên liệu sản phẩm trình cô đặc: Trong trình cô đặc, tính chất nguyên liệu sản phẩm biến đổi không ngừng a Biến đổi tính chất vật lý: Thời gian cô đặc tăng làm cho nồng độ dung dòch tăng dẫn đến tính chất dung dòch thay đổi: - Các đại lượng giảm: hệ số dẫn nhiệt, nhiệt dung, hệ số cấp nhiệt, hệ số truyền nhiệt - Các đại lượng tăng: khối lượng riêng dung dòch, độ nhớt, tổn thất nhiệt nồng độ, nhiệt độ sôi b Biến đổi tính chất hoá học: Thay đổi pH môi trường: thường giảm pH phản ứng phân hủy amit (Vd: asparagin) cấu tử tạo thành acid Đóng cặn dơ: dung dòch chứa số muối Ca 2+ hoà tan nồng độ cao, phân hủy muối hữu tạo kết tủa Phân hủy chất cô đặc Tăng màu caramen hoá đường, phân hủy đường khử, tác dụng tương hỗ sản phẩm phân hủy amino acid Phân hủy số vitamin c Biến đổi sinh học: Tiêu diệt vi sinh vật (ở nhiệt độ cao) Hạn chế khả hoạt động vi sinh vật nồng độ cao Yêu cầu chất lượng sản phẩm giá trò sinh hóa: Thực chế độ nghiêm ngặt để: - Đảm bảo cấu tử quý sản phẩm có mùi, vò đặc trưng giữ nguyên - Đạt nồng độ độ tinh khiết yêu cầu - Thành phần hoá học chủ yếu không thay đổi III Cô đặc trình cô đặc: Đònh nghóa: Cô đặc phương pháp dùng để nâng cao nồng độ chất hoà tan dung dòch hai hay nhiều cấu tử Quá trình cô đặc dung dòch lỏng - rắn hay lỏng- lỏng có chênh lệch nhiệt sôi cao thường tiến hành cách tách phần dung môi (cấu tử dể bay hơn) Đó trình vật lý - hóa lý 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 tăngnồng 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 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 (protit) đun sơ ngăn chặn tạo bọt cô đặc Ứng dụng cô đặc: Dùng sản xuất thực phẩm: dung dòch đường, mì chính,các dung dòch nước trái cây… Dùng sản xuất hóa chất: NaOH, NaCl, CaCl2, muối vô … Đánh giá khả phát triển cô đặc: Hiện nay, phần lớn nhà máy sản xuất hoá chất, thực phẩm sử dụng thiết bò cô đặc thiết bò hữu hiệu để đạt nồng độ sản phẩm mong muốn Mặc dù hoạt động gián tiếp cần thiết gắn liền với tồn nhà máy Cùng với phát triển nhà máy việc cải thiện hiệu thiết bò cô đặc tất yếu Nó đòi hỏi phải có thiết bò 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 bò cô đặc IV Các thiết bò cô đặc nhiệt: Phân loại ứng dụng: a Theo cấu tạo: Nhóm 1: dung dòch đối lưu tự nhiên (tuần hoàn tự nhiên) dùng cô đặc dung dòch loãng, độ nhớt thấp, đảm bảo tuần hoàn dể 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 dòch đối lưu cưỡng bức, dùng bơm để tạo vận tốc dung dòch từ 1,5 - 3,5 m/s bề mặt truyền nhiệt Có ưu điểm: tăng cường hệ số truyền nhiệt, dùng cho dung dòch 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 dòch chảy thành màng mỏng,chảy lần tránh tiếp xúc nhiệt lâu làm biến chất sản phẩm Đặc biệt thích hợp cho dung dòch thực phẩm dung dòch nước trái cây,hoa ép…Gồm: - Màng dung dòch chảy ngược, có buồng đốt hay ngoài: dung dòch sôi tạo bọt khó vỡ - Màng dung dòch chảy xuôi, có buồng đốt hay ngoài: dung dòch sôi tạo bọt bọt dễ vỡ b Theo phương pháp thực trình: - Cô đặc áp suất thường (thiết bò hở): có nhiệt độ sôi, áp suất không đổi Thường dùng cô đặc dung dòch liên tục để giữ mức dung dòch cố đònh để đạt suất cực đại thời gian cô đặc ngắn nhất.Tuy nhiên, nồng độ dung dòch đạt không cao - Cô đặc áp suất chân không: Dung dòch có nhiệt độ sôi 100oC, áp suất chân không Dung dòch tuần hoàn tốt, tạo cặn, bay nước liên tục - Cô đặc nhiều nồi: Mục đích tiết kiệm đốt Số nồi không nên lớn làm giảm hiệu tiết kiệm Có thể cô chân không, cô 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 Hệ thống cô đặc chân không gián đoạn: a Mục đích: để giữ chất lượng sản phẩm thành phần quý (tính chất tự nhiên, màu, mùi, vò, đảm bảo lượng vitamin, …) nhờ nhiệt độ thấp không tiếp xúc Oxy b Ưu điểm: - Nhập liệu đơn giản: nhập liệu liên tục bơm độ chân không thiết bò, nhập liệu theo mẻ - Tránh phân hủy sản phẩm, thao tác, khống chế dể dàng - Có thể cô đặc dung dòch đến nồng độ khác theo phương pháp gián đoạn mẻ liên tục c Nhược điểm: - Làm việc trạng thái không ổn đònh, tính chất hóa lý dung dòch thay đổi liên tục theo nồng độ, thời gian cô đặc - Thiết bò phức tạp, có thiết bò ngưng tụ chân không - Nhiệt độ thứ thấp, không dùng cho mục đích khác Các thiết bò chi tiết cô đặc: Thiết bò chính: - Ống tuần hoàn, ống truyền nhiệt - Buồng đốt , buồng bốc, đáy, nắp… - Ống: đốt, tháo nước ngưng, khí không ngưng… Thiết bò phụ: - Bể chứa sản phẩm, nguyên liệu - Các loại bơm: bơm dung dòch, bơm nước, bơm chân không - Thiết bò gia nhiệt - Thiết bò ngưng tụ Baromet - Các loại van - Thiết bò đo Yêu cầu thiết bò 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, dể sữa chữa, tháo lắp, dể làm bề mặt truyền nhiệt - Phân bố - Xả liên tục ổn đònh nước ngưng tụ khí không ngưng - Thu hồi bọt thứ mang theo - Tổn thất lượng nhỏ - Thao tác, khống chế giản đơn, tự động hóa dể dàng QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ I Sơ đồ hoạt động hệ thống cô đặc nồi gián đoạn: Nguyên lý hoạt động thiết bò cô đặc: Nguyên liệu nhập liệu vào truyền nhiệt đến nhiệt độ sôi cho vào nồi cô đặc trao đổi nhiệt với thông qua ống truyền nhiệt trở nên nhẹ tuần hoàn trở lên phía buồng bốc Tại đây, nước tách khỏi dung dòch, dung dòch theo ống tuần hoàn trung tâm xuống đáy thiết bò theo ống nhiệt trở lên Quá trình trao đổi nhiệt thực chủ yếu ống truyền nhiệt Sau nhiều lần vậy, nước tách khỏi dung dòch nhiều nồng độ dung dòch tăng, độ nhớt dung dòch tăng Do đó, tốc độ chuyển động dung dòch chậm lại sau Quá trình kết thúc dung dòch đạt nồng độ theo yêu cầu Tốc độ chuyển động tuần hoàn tăng hệ số cấp nhiệt phía dung dòch tăng, trình bốc xảy mạnh mẽ, nồng độ chất tan nhanh chóng đạt yêu cầu ngược lại Tuy nhiên hao phí lượng khuấy Do đó, ta dùng biện pháp khác tăng đường kính ống truyền nhiệt Nguyên lý hoạt động thiết bò truyền nhiệt thiết bò ngưng tụ Baromet: Hơi thứ khỏi thiết bò cô đặc dẫn vào thiết bò truyền nhiệt đun nóng cho nguyên liệu đạt đến nhiệt độ sôi Sau dẫn vào ống vào phía TBNT Baromet, nước chảy từ xuống theo ngăn phun thành tia Hơi trao đổi nhiệt với nước, áp suất thấp bơm chân không tạo ra, ngưng tụ lại, theo ống Baromet chảy Hoạt động hệ thống: a Nhập liệu: Nguyên liệu đường nhờ bơm nhập liệu đưa vào thiết bò truyền nhiệt nhiệt độ khoảng 300C đun nóng đến nhiệt độ cận sôi đưa vào nồi cô đặc qua cửa nhập liệu Ban đầu nhập đủ 2,5 m3 tiến hành cô đặc, nguyên liệu tiếp tục nhập vào đề bù lượng thứ bốc lên đủ thể tích nguyên liệu cho mẻ chấm dứt nhập liệu Ngừng nhập liệu bơm nhập liệu tiếp tục bơm tuần hoàn cho trình gia nhiệt cho 2,5 m3 nguyên liệu mẻ sau b Quá trình cô đặc: Sau nhập liệu đủ 2,5 m3, trình cô đặc bắt đầu xảy áp suất chân không bơm chân không tạo Hơi đốt theo ống dẫn đưa vào buồng đốt áp suất at Hơi thứ ngưng tụ theo ống dẫn nước ngưng qua bẫy chảy phần khí không ngưng xả theo cửa xả khí không ngưng Hơi thứ bốc lên theo ống dẫn vào thiết bò ngưng tụ Baromet, ngưng tụ thành lỏng chảy bồn chứa, phần không ngưng qua phận tách giọt để khí theo bơm chân không Toàn hệ thống (thiết bò ngưng tụ Baromet, thiết bò cô đặc ) làm việc điều kiện chân không bơm chân không tạo Sau thời gian cô đặc tính, dung dòch đường bơm theo ống tháo sản phẩm nhờ bơm ly tâm, vào thùng chứa sản phẩm II Thao tác vận hành: Chuẩn bò: - Kiểm tra điều kiện vận hành thiết bò cung cấp đốt, bơm chân không, bơm nước thiết bò ngưng tụ, bơm tháo liệu - Kiểm tra độ kín hệ thống - Đóng van - Tắt bơm Vận hành: - Khởi động bơm chân không cho hệ thống đạt điều kiện chân không( lần đầu hoạt động) Nước ống Baromet từ từ dâng lên Đợi trình ổn đònh - Khởi động bơm nhập liệu, mở van nhập liệu cho dung dòch chảy vào thiết bò cô đặc Khi khối lượng dung dòch đạt yêu cầu điều chỉnh lưu lượng nhập liệu cho phù hợp - Mở từ từ van đốt - Bơm nước vào TBNT - Theo dõi hoạt động thiết bò dụng cụ đo nhiệt độ, áp suất, sẵn sàng ngưng hoạt động hệ thống có cố xảy - Gần đến thời điểm tháo liệu, ta thử nồng độ mẫu để chuẩn bò dừng đốt - Ngưng cấp đốt - Dùng bơm để tháo sản phẩm qua ống tháo sản phẩm đến hết đóng van - Chấm dứt mẻ cô đặc - Ta bắt đầu thao tác cho mẻ CÂN BẰNG VẬT CHẤT VÀ NĂNG LƯNG I Dữ kiện ban đầu: - Dung dòch đường mía - Nồng độ đầu xđ = %, nhiệt độ đầu nguyên liệu tđ = o 30 C - Nồng độ cuối xc = 75% - Năng suất Gc = 1000 kg/mẻ - Gia nhiệt nước bão hoà áp suất đốt at - p suất thiết bò ngưng tụ: nhằm giảm nhiệt độ sôi dung dòch, đảm bảo yêu cầu sản phẩm Giai đoạn đầu nồng độ dung dòch thấp áp suất thiết bò ngưng tụ P = 0,4 at, nồng độ dung dòch tăng áp suất thiết bò ngưng tụ P = 0,2 at II Cân vật chất: Suất lượng nhập liệu (Gđ): Theo công thức 5.16, QT TBTN T5, tr184: Gñ*xñ = Gc*xc Gñ = Gc* = 1000* = 9375 kg/mẻ Tổng lượng thứ bốc lên (W): Theo công thức 5.17, QT TBTN T5, tr184: W = Gñ - Gc = 9375 - 1000 = 8375 kg/mẻ Trong đó: Gc - suất lượng tháo liệu (năng suất), kg /mẻ Quá trình biến đổi vật chất trình cô đặc: Theo quy trình công nghệ, trình biến đổi vật chất nồi cô đặc chia làm giai đoạn sau: - Giai đoạn 1: từ lúc bắt đầu nhập liệu, tiến hành cô đặc chấm dứt nhập liệu, lượng nguyên liệu nồi cô đặc 2,5 m3, giai đoạn tiến hành cô đặc áp suất 0,4 at - Giai đoạn 2: từ lúc kết thúc giai đoạn mức dung dòch nồi cô đặc chạm miệng ống truyền nhiệt, giai đoạn tiến hành cô đặc áp suất 0,4 at - Giai đoạn 3: từ lúc kết thúc giai đoạn đạt nồng độ yêu cầu, giai đoạn tiến hành cô đặc áp suất 0,4 at Chiều cao phận ngưng tụ kích thước khác: Tra bảng VI.8, sổ tay tập 2, trang 88: Theo tiêu chuẩn hoá quy cách TBNT ta có kích thước: Ký hiệu kích thước Ký hiệu Kích thước, mm Đường kính thiết bò Chiều dày thành thiết bò Khoảng cách từ ngăn đến nắp thiết bò Khoảng cách từ ngăn cuối đến đáy thiết bò Bề rộng ngăn KC tâm TB ngưng tụ TB thu hồi Chiều cao hệ thống thiết bò Chiều rộng hệ thống thiết bò Đường kính thiết bò thu hồi Chiều cao thiết bò thu hồi Khoảng cách ngăn: Đường kính cửa vào: -Hơi vào -Nước vào -Hỗn hợp khí -Nối với ống Baromet -Hỗn hợp khí vào thiết bò thu hồi -Hỗn hợp khí khỏi thiết bò thu hồi -Nối từ thiết bò thu hồi đến ống Baromet -ng thông khí Dtr S a P b K1 H T D1 h a1 a2 a3 a4 a5 d1 d2 d3 d4 d5 d6 d7 d8 600 1300 1200 350 725 4550 1400 400 1400 260 300 360 400 430 350 125 100 150 100 70 50 Kích thước ống Baromet: a Đường kính ống (d): Theo bảng d = 150 mm b Chiều cao ống ( H ): Theo VI.58, sổ tay taäp 2, trang 86: H = h1 + h2 + 0,5, m (1) Trong đó: h1 - chiều cao cột nước tónh độ chân không h2 - chiều cao để khắc phục trở lực nước chảy ống c Tính h1: Theo VI.59, sổ tay tập 2, trang 86: h1 = 10,33.( P/ 760) = 10,33 (613/ 760) = 8,332 m với : P - áp suất chân không thiết bò, P = 760 - 0,2.735 = 613 mmHg d Tính h2: Theo VI.60, sổ tay tập 2, trang 87: Trong d - đường kính ống Baromet, d = 150 mm H - chiều cao tổng cộng ống Baromet , m g = 9,81 m/s2 Sx= x1 + x2 = + 0, = 1,5 x1 - hệ số trở lực vào ống, x1 = x2 - hệ số trở lực khỏi ống, x2 = 0,5 w - tốc độ nước chảy ống, Với: Gn - lượng nước vào TBNT, Gn = 9,685 kg/s W’ - lượng thứ ngưng tụ, W’ = 1,221 kg/s l- hệ số trở lực ma sát chảy ống, l = f(Re) Chọn độ nhám ống thép e =0,2 mm e Chiều cao cần thiết: Từ phương trình (1) thì: Giải phương trình bậc ẩn số H ta được: H = 8,86 m Chọn H = m TÍNH VÀ CHỌN BƠM I Bơm chân không: Tính cho giai đoạn 1: Công suất bơm chân không (Nck): Theo sách Máy thiết bò sản xuất hoá chất.: Trong đó: nck - hệ số hiệu chỉnh, chọn nck = 0,75 m - hệ số đa biến, chọn m = 1,25 Vkk - thể tích không khí cần hút, Vkk = 0,1532 m3 /s Pkk = P1 áp suất không khí đầu hút: P1 = Pkk = Pc - Ph = 0,4 - 0,3177 = 0,0823 at = 8073,63 N/m2 Pc - áp suất ngưng tụ, Pc = 0,4 at Ph - áp suất riêng phần nước nhiệt độ không khí 70,4oC Þ Ph = 0,3177 at P2 - áp suất đầu đẩy Chọn P2 lớn áp suất khí quyển, P2 = 1,1 at =107910 N/m2 Tính cho giai đoạn 2: Công suất bơm chân không (Nck): Theo sách Máy thiết bò sản xuất hoá chất.: Trong đó: nck - hệ số hiệu chỉnh, chọn nck = 0,75 m - hệ số đa biến, chọn m = 1,25 Vkk - thể tích không khí cần hút, Vkk = 0,1532 m3 /s Pkk = P1 áp suất không khí đầu huùt: P1 = Pkk = Pc - Ph = 0,2 - 0,154 = 0,046 at = 4512,6 N/m2 Pc - áp suất ngưng tụ, Pc = 0,2 at Ph - áp suất riêng phần nước nhiệt độ không khí 54,7oC Þ Ph = 0,154 at P2 - áp suất đầu đẩy Chọn P2 lớn áp suất khí quyển, P2 = 1,1 at =107910 N/m2 Chọn bơm chân không: Dùng bơm chân không roto không cần dầu bôi trơn, hút không khí, nước, khí lẩn bụi Chọn bơm chân không vòng nước PMK có công suất yêu cầu trục bơm 6,84 KW Các thông số khác sau : - Kiểu PMK - - Năng suất độ chân không : 0,6 m3 / s - Số vòng quay : n = 1450 v/ph - Công suất động điện : 10 KW - Lưu lượng nước : 0,02 m3/h - Khối lượng : 109 kg - Kích thước ( dài x rộng x cao) : 705 x 416 x 390 (mm) II Bơm nước vào thiết bò ngưng tụ: Công suất bơm (Nb1): Theo Sổ tay tập 1: Trong đó: Q - lưu lượng bơm, m3/s H - cột áp bơm, m r - khối lượng riêng chất lỏng, r = 997 kg/m3 g = 9,81 m/s2 h - hiệu suất bơm, chọn h= 0,75 Lưu lượng bơm ( Q ): Q = Gn / r = 9,685 / 997 = 0,0097 m3/s Với: Gn - lượng nước vào TBNT, Gn = 9,685 kg/s r - khối lượng riêng nước vào TBNT nhiệt độ đầu 25oC, r = 997 kg /m3 Cột áp bơm ( H ): Theo phương trình Bernoulli, CT 2.1, Ví dụ tập - tập 10: H= = Trong đó: Ho - chiều cao hình học để nâng nước lên P1, P2 - áp suất đầu hút, đầu đẩy P1 = at, P2 = Pc = 0,2 at H - cột áp khắc phục trở lực đường ống hút đẩy r - khối lượng riêng nước, r = 997 kg/m3 g = 9,81 m/s2 a Tính Ho: Ho = P + a0 + a1 + a2 + a3 + a4 = 11,9 m Chọn Ho = 13 m Trong đó: P, a0, a1, a2, a3, a4: kích thước hình học TBNT b Tính H: H = hhút + hđẩy =0,24 + 0,139 = 0,379 m Trong hhút, hđẩy - trở lực đường ống hút đẩy - Tính hhút: Trong đó: w1 - vận tốc nước ống hút, w1 = = m/s d- đường kính ống hút, d= 0,125 m g = 9,81 m/s2 l1 - chieàu dài ống hút, chọn l1 = 3m Sx - tổng hệ số trở lực đầu hút, chọn đầu hút có van lưới lọc Sx= r- khối lượng riêng nước, r = 997 kg/m3 m - độ nhớt nước nhiệt độ vào 25oC, m = 0,438.10-3 Ns/m2 l- hệ số trở lực ma sát chảy ống, l= f(Re) Re = = Chọn độ nhám ống thép mm Regh = (d / )8/7 = 6.(125 / 0,2 )8/7 = 9406 Ren = 220.(d / )9/8 = 220.(125 / 0,2 )9/8 = 307459 Do Regh Ren nên theo sổ tay tập 2: = 0,11 ( /d)0,25= 0,027 - Tính hđẩy: Trong đó: Chọn ống có kích thước đặc trưng giống ống hút d = 0,056 m ; = 0,2 mm l2 - chiều dài ống đẩy, l2 = m - tổng hệ số trở lực đầu đẩy, chọn đầu đẩy có khuỷu 90o = 0,9 w2 - vận tốc nước ống đẩy, w2 = w1 - hệ số ma sát đường ống Do yếu tố không đổi nên = 0,027 Chọn bơm: Với công suất bơm 0,3 kW ta chọn bơm nhập liệu dung dòch đường có đặc điểm sau : chọn bơm có mã hiệu LT 24 -5 với thông số : - Lưu lượng Q = 24 m3/s - Số vòng quay 1450 v/ph - Công suất động : 1,5 KW - Đường kính miệng hút : 50 mm - Đường kính miệng đẩy : 40 mm IV Bơm tháo sản phẩm: Công suất bơm (Nb3): Theo Sổ tay tập 1: Trong đó: Q - lưu lượng bơm, m3/s H - cột áp bơm, m r - khối lượng riêng dung dòch, r = 1381,4 kg/m3 g = 9,81 m/s2 h- hiệu suất bơm, chọn h= 0,75 Lưu lượng bơm (Q): Tháo liệu 1000 kg dung dòch đường 10 phút nên: Trong đó: r =1381,4 kg/m3- khối lượng riêng dung dòch đường nhiệt độ tháo liệu 68,33oC Cột áp bơm ( H ): Theo phương trình Bernoulli, CT 2.1, Ví dụ tập - taäp 10: H = = (10-2,1) + + 0,44 = 12,74 m Trong đó: Ho - chiều cao hình học để hút dung dòch P1, P2 - áp suất đầu hút, đầu đẩy P1 = 0,21 at, P2 = at (do ban đầu tạo chân không) H - cột áp khắc phục trở lực đường ống hút đẩy a Tính Ho: Chọn Ho = m (chiều cao nhập liệu ) b Tính H: H = hhút + hđẩy =0,26 + 0,18 = 0,44 m Trong hhút, hđẩy - trở lực đường ống hút đẩy - Tính hhút: Trong đó: w1 - vận tốc nước oáng huùt, w1 = = g = 9,81 m/s2 l1 - chiều dài ống hút, chọn l1 = m - tổng hệ số trở lực đầu hút, chọn đầu hút có van = 4,9 r - khối lượng riêng dung dòch đường r =1381,4 kg/m3 m- độ nhớt dung dòch đường, m = 0,343.10-3 Ns/m2 l- hệ số trở lực ma sát chảy ống, l = f(Re) Re = = ng thép chọn độ nhám mm Regh = (d / )8/7 = 6.(56 / 0,2 )8/7 = 3757 Ren = 220.( d / )9/8 = 220.(43 / 0,2 ) 9/8 = 137776 Do Re > Ren neân theo sổ tay tập 2: = 0,11 ( /d)0,25= 0,029 - Tính hđẩy: Trong đó: Chọn ống có kích thước đặc trưng giống ống hút d = 0,04 m ; = 0,2 mm l2 - chieàu dài ống đẩy, l2 = m - tổng hệ số trở lực đầu đẩy, chọn đầu đẩy có khuỷu 90o = 1,8 w2 - vận tốc nước ống đẩy, w2 = w1 - hệ số ma sát đường ống Do yếu tố không đổi nên = 0,029 Chọn bơm: Với công suất bơm 0,279 kW ta chọn bơm tháo sản phẩm có đặc điểm sau : chọn bơm lốc xoáy có mã hiệu BK-1,25/25 với thông số : - Lưu lượng Q = 4,5 m3/h - Công suất động : 2,5 KW - Đường kính miệng hút : 40 mm - Đường kính miệng đẩy : 40 mm TÍNH TOÁN GIÁ THÀNH THIẾT BỊ CHÍNH Sau tính toán chi tiết phận thiết bò cô đặc thiết bò phụ đóng vai trò bổ trợ cho thiết bò hoạt động , đồng thời với việc tham khảo giá phận Trong chủ yếu dựa vào bảng báo giá thầy đưa , thiết bò có giá thành sau : Tên thành phần Vật liệu Số lượng Đơn vò Đơn giá Thành tiền Tổng thể thiết bò Thép không rỉ :X18T10H 4867,3 kg 50.000,đ/kg 243.365.000 đ Các ống dẫn: -Nhập liệu Þ56 -Tháo liệu Þ40 -Hơi thứ Þ400 -Nước làm ngưng tụ Þ125 -Đến bơm chân không Þ70 -Xả khí+xả nước ngưng Þ20 Tổng cộng - Theùp - Theùp - Theùp - Theùp - Theùp - Theùp 10 15 15 m m m m m m 30000 ñ/m 20000 ñ/m 100000 ñ/m 60000 ñ/m 40000 ñ/m 15000 ñ/m 180.000 100.000 800.000 600.000 600.000 225.000 2.505.000 đ Thiết bò phụ -Bơm: + Nhập liệu + Nước ngưng tụ + Bơm chân không + Tháo sản phẩm Tổng cộng -Thiết bò ngưng tụ -Thiết bò gia nhiệt LT 24 - LT 12 - 20 PMK - BK-1,25/25 1,5 2,2 10 2,5 0,127 0,2 kW kW kW kW m3 m3 10 triệu đ/cái triệu đ/cái 20 triệu đ/cái 10 triệu đ/cái 117,75triệ/m3 10 trieäu trieäu 20 trieäu 10 trieäu 43 trieäu đ 14,954 triệu đ 23,55 triệu đ - Đệm Amiăng 5,76 m2 100.000 đ/m2 576.000 đ - Kính quan sát Thủy tinh 250.000 đ/ 500.000 đ -Vật liệu cách nhiệt 1,5 m3 triệu đ/m3 4.500.000 đ - Van thép 20 30.000 đ/ 600.000 đ -Thiết bò đo: -Tai treo p kế Nhiệt kế Thép CT3 2 26,4 cái kg 150.000 đ/cái 150.000 đ/cái 10.000,đ/kg 300.000 đ 300.000 đ 264.000 đ Tổng cộng 334,714 triệu đ Lưu ý : Đơn giá vật tư có tính tham khảo, không bao gồm chi phí gia công lắp đặt TÀI LIỆU THAM KHẢO Sổ tay trình thiết bò công nghệ hóa chất (tập 1) - PTs Trần Xoa, PGs.PTs Nguyễn Trọng Khuông , PTs Phạm Xuân Toản - NXB Khoa học Kỹ thuật Hà Nội , 1999 Sổ tay trình thiết bò công nghệ hóa chất (tập 2) - PTs Trần Xoa, PGs.PTs Nguyễn Trọng Khuông , PTs Phạm Xuân Toản - NXB Khoa học Kỹ thuật Hà Nội , 1999 Quá trình thiết bò truyền nhiệt - Phạm Văn Bôn( chủ biên) , Nguyễn Đình Thọ- Trường Đại học Kỹ thuật TP.HCM - 1991 Ví dụ tập - Phạm Văn Bôn ,Vũ Bá Minh, Hoàng Minh Nam Trường Đại học Kỹ thuật TP HCM - 1991 Bài tập Cơ lưu chất - Nguyễn Thò Phương , Lê Song Giang - Đại học Bách Khoa TP HCM Vẽ kỹ thuật khí (tập 2) - Trần Hữu Quế (chủ biên) , Đặng Văn Cứ , Nguyễn Văn Tuấn - NXB Giáo dục - 1998 Các trình thiết bò công nghệ hoá học(tập , 2) NXB Đại học Quốc Gia TP HCM Kỹ nghệ sản xuất đường mía - Nguyễn Ngộ(chủ biên) , Lê Bạch Tuyết, Phan Văn Hiệp , Phạm Vónh Viễn , Mạnh Hùng - NXB Khoa học kỹ thuật - 1984 Máy thiết bò sản xuất hoá chất Thiết kế tính toán chi tiết thiết bò hoá chất -Hồ Lệ Viên Bơm , quạt , máy nén - Nguyễn Văn May (Đại Học Bách Khoa Hà Nội ) NXB Khoa học kỹ thuật MỤC LỤC TỔNG QUAN VỀ CÔ ĐẶC MÍA ĐƯỜNG I Giới thiệu chung trang II Nguyên liệu sản phẩm trang Đặc điểm nguyên liệu trang 2 Đặc điểm sản phẩm trang Biến đổi nguyên liệu sản phẩm trang Yêu cầu chất lượng sản phẩm giá trò sinh hoá trang III Cô đặc trình cô đặc trang Đònh nghóa cô đặc trang Các phương pháp cô đặc trang 3 Bản chất cô đặc trang Ứng dụng cô đặc trang Đánh giá khả phát triển cô đặc trang IV Các thiết bò cô đặc nhiệt trang Phân loại ứng dụng trang Hệ thống cô đặc chân không gián đoạn trang Các thiết bò chi tiết trang Yêu cầu thiết bò vấn đề lượng trang QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ I Sơ đồ hoạt động hệ thống cô đặc nồi gián đoạn trang Nguyên lý hoạt động thiết bò cô đặc trang Nguyên lý hoạt động thiết bò ngưng tụ Baromet Hoạt động hệ thống trang II Thao tác vận hành trang Chuẩn bò trang Vận hành trang CÂN BẰNG VẬT CHẤT VÀ NĂNG LƯNG I Dữ kiện ban đầu trang II Cân vật chất trang Suất lượng nhập liệu trang Tổng lượng thứ trang Quá trình biến đổi vật chất trình cô đặc trang III Cân lượng trang 10 Chế độ nhiệt độ trang 11 Các tổn thất nhiệt độ trang 11 Cân nhiệt lượng trang 12 trang Lượng đốt dùng cho cô đặc Lượng đốt tiêu tốn riêng trang 13 trang 13 TÍNH TOÁN TRUYỀN NHIỆT VÀ THỜI GIAN CÔ ĐẶC I Tính toán truyền nhiệt cho thiết bò cô đặc trang 14 Nhiệt tải riêng phía ngưng trang 14 Nhiệt tải riêng phía dung dòch trang 14 Nhiệt tải riêng phía tường trang 15 Hệ số truyền nhiệt K cho trình cô đặc: trang 16 Tiến trình tính nhiệt tải riêng trang 16 Kết tính toán trang 17 II Tính cách nhiệt cho thiết bò trang 18 Chiều dày lớp cách nhiệt buồng đốt trang 18 Chiều dày lớp cách nhiệt buồng bốc trang 18 III Thời gian cô đặc: trang 19 Thời gian cô đặc dung dòch đường trang 19 Tính toán nồng độ khác trang 19 Tổng kết thời gian trang 21 TÍNH THIẾT BỊ CÔ ĐẶC I Tính buồng đốt trang 22 Thể tích dung dòch đầu thiết bò trang 22 Thể tích dung dòch cuối thiết bò trang 22 Tính chọn đường kính buồng đốt - số ống trang 22 II Tính buồng bốc trang 24 Đường kính buồng bốc trang 24 Chiều cao buồng bốc trang 25 Chiều cao phần chất lỏng buồng bốc trang 26 Thể tích không gian trang 26 III Tính đường ống cửa thiết bò cô đặc trang 26 Đường ống dẫn thứ: trang 26 Đường ống nhập liệu trang 26 Đường ống tháo sản phẩm: trang 27 Đường ống vào đốt trang 27 Đường ống xả nước ngưng trang 28 TÍNH CƠ KHÍ CHO CÁC CHI TIẾT THIẾT BỊ I Tính bề dày buồng đốt trang 29 Sơ lược cấu tạo trang 29 Tính toán trang 29 Tính bền cho lỗ trang 30 II Tính bề dày buồng bốc trang 30 Sơ lược cấu tạo trang 30 Tính toán trang 30 Tính bền cho lỗ trang 33 III Tính bề dày đáy trang 33 Sơ lược cấu tạo trang 33 Tính toán trang 33 Tính bền cho lỗ trang 34 IV Tính bề dày nắp trang34 Sơ lược cấu tạo trang 34 Tính toán trang 34 Tính bền cho lỗ trang 35 V Tính bề dày mặt bích trang 36 Mặt bích nối buồng đốt buồng bốc trang 36 Mặt bích nối buồng đốt đáy trang 36 Mặt bích nối buồng bốc nắp trang 36 VI Tính bề dày vỉ ống trang 37 Tính cho vỉ ống buồng đốt trang 37 Tính cho vỉ ống buồng đốt trang 38 VII Tính tai treo, chân đỡ trang 39 Sơ lược cấu tạo tai treo chân đỡ trang 39 Thể tích phận thiết bò trang 39 Khối lượng phận thiết bò trang 41 Tổng khối lượng trang 41 THIẾT BỊ TRUYỀN NHIỆT I Sơ lược chế độ hoạt động làm việc TBTN trang 42 II Tính hệ số truyền nhiệt trang 42 Nhiệt tải riêng phía ngưng trang 42 Nhiệt tải riêng phía tường trang 42 Nhiệt tải riêng phía dung dòch trang 43 Tiến trình tính nhiệt tải riêng trang 43 Kết trang 44 III Tính toán trình đun nóng ổn đònh trang 44 Các đại lượng liên quan trang 44 Lượng nhiệt cần thiết để đun nóng đến nhiệt độ sôi trang 44 Lượng nhiệt thứ cung cấp cho trình đun nóng trang 45 Tính toán trang 45 IV Tính toán trình đun nóng không ổn đònh trang 46 Các đại lượng liên quan trang 46 Lượng nhiệt cần thiết để đun nóng đến nhiệt độ sôi trang 46 Lượng nhiệt thứ cung cấp cho trình đun nóng trang 46 Thời gian cần thiết để đun nóng trang 47 THIẾT BỊ NGƯNG TỤ BAROMET I Chế độ làm việc trang 48 Lượng nước lạnh vào thiết bò trang 48 Lượng không khí bơm hút khỏi TBNT trang 48 Thể tích không khí cần hút trang 48 II Các kích thước chủ yếu TBNT trang 49 Đường kính thiết bò trang 49 Kích thước ngăn trang 49 Chiều cao phận ngưng tụ kích thước trang 50 Kích thước ống Baromet trang 50 TÍNH VÀ CHỌN BƠM I Tính chọn bơm chân không trang 52 II Tính chọn bơm nước vào TBNT trang 52 III Tính chọn bơm nhập liệu trang 54 IV Tính chọn bơm tháo sản phẩm trang 55 TÍNH GIÁ THÀNH THIẾT BỊ TÀI LIỆU THAM KHẢO MỤC LỤC trang 62 trang 60 trang 61 ... Thời gian cô đặc: Thời gian cô đặc dung dòch đường: Theo QT TBTN tập : Trong đó: Qđ - lượngnhiệt trình đun nóng nguyên liệu trước nhập vào nồi cô đặc, J Q - tổng nhiệt cung cấp cho cô đặc, J t... saccaroze Các cấu tử xem không bay trình cô đặc Tùy theo độ đường mà hàm lượng đường nhiều hay Tuy nhiên, trước cô đặc, nồng độ đường thấp, khoảng 6-10% khối lượng Đặc điểm sản phẩm: Sản phẩm dạng dung... liệu nồi cô đặc 2,5 m3, giai đoạn tiến hành cô đặc áp suất 0,4 at - Giai đoạn 2: từ lúc kết thúc giai đoạn mức dung dòch nồi cô đặc chạm miệng ống truyền nhiệt, giai đoạn tiến hành cô đặc áp suất