CÔ ĐẶC BẰNG PHƯƠNG PHÁP LẠNH

Báo cáo liên quan đến quá trình cô đặc bằng phương pháp lạnh nhằm phục vụ cho môn học Truyền nhiệt Truyền khối. TÀI LIỆU THAM KHẢO 1. Phạm Văn Bôn, Quá trình và thiết bị CNHH Thực phẩm – Tập 5: Quá trình và thiết bị truyền nhiệt – Quyển 1: Truyền nhiệt ổn định, NXB ĐHQG Tp. Hồ Chí Minh, 2015. 2. Tập thể tác giả, sổ tay quá trình và Thiết bị công nghệ hóa chất – Tập 1 , NXB KH KT Hà Nội, 2004. 3. Trần Thanh Kỳ, Máy lạnh, NXB ĐHQG Tp. Hồ Chí Minh, 2012. 4. Hồ Lê Viên, Tính toán, thiết kế các chi tiết thiết bị hóa chất và dầu khí, NXB KH KT Hà Nội, 2006. 5. Tập thể tác giả, sổ tay quá trình và Thiết bị công nghệ hóa chất – Tập 2, NXB KH KT Hà Nội, 2004. 6. Nguyễn Đức Lợi, Hướng dẫn thiết kế hệ thống lạnh, NXB KH KT Hà Nội, 2011. 7. Bộ môn quá trình và thiết bị, Bảng tra cứu các quá trình cơ học truyền nhiệt – Truyền khối, NXB ĐHQG Tp. Hồ Chí Minh, 2012.

MỤC LỤC Tổng quan CHƯƠNG 1: CÂN BẰNG VẬT CHẤT 1.1 Tại thiết bị kết tinh 1.2 Tại thiết bị ly tâm _9 1.3 Tại thiết bị kết tinh _10 1.4 Tại thiết bị ly tâm 10 1.5 Tại thùng chứa sản phẩm _11 1.6 Tại thiết bị rửa 11 CHƯƠNG 2: CÂN BẰNG NĂNG LƯỢNG _14 2.1 Một số thông số vật lý 14 2.2 Cân lượng 15 CHƯƠNG III: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ THIẾT BỊ KẾT TINH VA CHỌN THIẾT BỊ LỌC RỬA 17 3.1 Thiết bị kết tinh _17 3.2 Chọn thiết bị lọc, rửa _25 CHƯƠNG 4: TÍNH TOÁN HỆ THỐNG LẠNH _27 4.1 Các thông số ban đầu 27 4.2 Chu trình lạnh đối với thiết bị kết tinh 27 4.3 Tính toán trình ngưng tu 32 1|Page TỔNG QUAN  Ổi loại bổ dưỡng, nguồn cung cấp sinh tố A C, đa số sinh tố tập trung phần thịt, phần, lớp vỏ mỏng bên ngồi Ổi ăn sống, chế biến thành kem nước giải khát Trong ổi đặc biệt ổi đào có lượng lycopene nhiều cà chua 26%, giảm bớt nguy bệnh tim Ồi có ích cho hệ tiêu hóa Nước ép ổi có lợ cho việc giảm ho, trị cảm, đồng thời có tác dụng “dọn dẹp” hệ hô hấp Quả ổi chứa 77,9% nước, 9% protein, 0.3% lipit, 15% cacbohydrat, 0.3% axit hữu cơ, 0.5% tro, vitamin, axit hữu axit citric axit malic 2|Page  Sơ đồ quy trình sản xuất: Ổi Chọn lựa Quả hư Rửa Nước thải Ép Vỏ, hạt Nước rửa Lọc thô Bã thô Gia nhiệt Ly tâm Cô đặc kết tinh Chai Nắp Rót chai Ghép nắp Thanh trùng Bảo quản Sản phẩm 3|Page Bã tinh  Dây chuyền công nghệ cô đặc kết tinh: 4|Page CHƯƠNG 1: CÂN BẰNG VẬT CHẤT SƠ ĐỒ QUY TRÌNH CƠ ĐẶC Nhập liệu Gđ, xđ K3, M3 Làm lạnh sơ Kết tinh Kết tinh K2, xk2 K1, xk1 M2, x2 M1, x1 Rửa tinh Ly tâm Ly tâm thể M’3, x3 M2 - M2, x2 M1 - M1, x1 Sản phẩm Gc, xc 5|Page Nước rửa Nước M3 6|Page Vị trí Thùng nhập liệu Thiết bị kết tinh Thiết bị ly tâm Thiết bị kết tinh Kí hiệu Tên gọi Gđ, xđ Lượng dịch ép nồng độ chất khô dịch ép ban đầu K1, xk1 Lượng tinh thể thô nồng độ chất khô tinh thể K1 thiết bị kết tinh M1, x1 Lượng dịch nồng độ chất thơ dịch cịn lại sau kết tinh  M1 K2, xk2 M2, x2 Lượng dịch sót bám lên tinh thể K1 (Nồng độ x1) Lượng tinh thể thô nồng độ chất khô tinh thể K2 thiết bị kết tinh Lượng dịch nồng độ chất khơ dịch cịn lại sau kết tinh Thiết bị ly tâm  M2 Thùng sản phẩm Gc, xc Lượng dịch ép nồng độ chất khơ dịch ép sau q trình cô đặc K3 Lượng tinh thể đá thu sau rửa K1 K2 (Nồng độ 0%) M3 Thiết bị rửa M’3, x3  M3 7|Page Lượng dịch sót bám lên tinh thể K2 (Nồng độ x2) Lượng nước rửa thiết bị rửa (Nồng độ 0%) Lượng nước thu hồi sau rửa nồng độ chất khô dịch ép bị thất thoát theo nước rửa Lượng nước rửa tích lại tinh thể K3 (Nồng độ 0%) Chọn liệu: - Nước ổi chủ yếu đường nên ta xem dịch ép dung dịch đường Glucose (MC6H12O6=180 g/mol) Theo định luật Raoult, dung dịch có chất tan khơng điện ly có nhiệt độ kết tinh xác định công thức: Δt = tkt (dm) - tkt (dd) = Kf Cm Trong đó: Kf số nghiệm đơng, dung mơi H 2O có Kf = 1,86 patm=1 atm tkt (dm) nhiệt độ kết tinh dung môi, tkt (dm) = 0C patm Cm nồng độ molan, công thức liên hệ Cm %x: 1000.% x Cm= M (100  % x) dm - Nước ổi ban đầu có nồng độ: xđ = 10%  Cm (đ) = 0,6 (mol/1000g dung môi)  Nhiệt độ bắt đầu kết tinh tkt0 = -10C Tương tự ta có nhiệt độ kết tinh: - Nước ổi thành phẩm có nồng độ: xc = 40%; Nhiệt độ kết tinh tkt2 = -70C - Chọn nhiệt độ thiết bị kết tinh cấp 1: ttk1 = -40C  x1 =25% - Chọn xk1 = 0.002: Là tổn thất chất khô tinh thể nước qua thiết bị ly tâm - Chọn xk2 = 0.003: Là tổn thất chất khô tinh thể nước qua thiết bị ly tâm 1.1 Tại thiết bị kết tinh  Gđ  K  M   Gđ xđ  K1 xk1  M x1 (CT 5.59) – [1] suy : Tài liệu [1] Phạm Văn Bơn, Q trình thiết bị CNHH & Thực phẩm – Tập 5: Quá trình thiết bị truyền nhiệt – Quyển 1: Truyền nhiệt ổn định, NXB ĐHQG Tp Hồ Chí Minh, 2015 8|Page x1  xđ K1 = Gđ x  x ; k1 xđ  x k M1 = Gđ x  x k1 Với x1 = 0,25; xđ = 0,1; xk1 = 0,002 Ta : K1 = (75/124).Gđ =0,6048Gđ M1 = ( 49/124).Gđ = 0,3952Gđ 1.2 Tại thiết bị ly tâm ΔM1 lượng dịch sót bám lên tinh thể thơ K (phụ thuộc phương pháp lọc tách tinh thể khỏi dịch cái) ΔM1 = f1  1. dd x1  xđ Gđ 1.d1 x1  xk (CT 5.106) – [1] Trong : f1 – Độ rỗng xốp khối tinh thể thô K với tỉ lệ diện tích bề mặt xung quanh tự f1 = 0,5 ÷ 0,9 chọn f1 = 0.7 1 - Bề dày lớp dịch bám, 1 = 10-5 (m) d1 – Đường kính trung bình cạnh tinh thể lập phương, d1 = 3x10-3 (m) ρ1 – Khối lượng riêng dịch sau lọc ly tâm ρ1 = 999,45 kg/m3 (Tra -40C) (2) (Bảng I.5) – [2] ρdd1 – Khối lượng riêng dung dịch sau kết tinh x1 1 x1  =  duong  nuoc  dd (CT I.2 ) – [2] Tra bảng:  nuoc = 999,45 kg/m3  duong 1590 =  11 10  5.(T  288) , T= -40C=269K:  duong = 1586,68 kg/m3 Tài liệu [2] Tập thể tác giả, sổ tay trình Thiết bị cơng nghệ hóa chất – Tập , NXB KH & KT Hà Nội, 2004 9|Page Vậy  dd = 1101,35 kg/m3 Thay vào biểu thức trên, ta được: ΔM1 = 9,33x10-3Gđ 1.3 Tại thiết bị kết tinh Ta có hệ phương trình bảo tồn khối lượng:  M  M K  M   ( M  M ).x1 K xk  M x2 (CT 5.100) – [1] Suy : x2  x1 K2 = (M1 – ΔM1) x  x ; k2 x1  xk M2 = (M1 - ΔM1) x  x k2 Khi đó: K2 = 0,146Gđ M2 = 0.24Gđ I.4 Tại thiết bị ly tâm ΔM2 lượng dịch sót bám lên tinh thể thơ K (phụ thuộc phương pháp lọc tách tinh thể khỏi dịch cái) ΔM2 = f   dd x2  x1 ( M  M )  d x2  xk (CT 5.109) – [1] Trong : f2 – Độ rỗng xốp khối tinh thể thô K với tỉ lệ diện tích bề mặt xung quanh tự f2 = 0,5 ÷ 0,9 chọn f2 = 0.7  - Bề dày lớp dịch bám,  = 10-5 (m) d2 – Đường kính trung bình cạnh tinh thể lập phương, d2 = 3x10-3 (m) ρ2 – Khối lượng riêng dịch sau ly tâm ρ2 = 998,92 kg/m3 (Tra -70C) (Bảng I.5) – [2] ρdd2 – Khối lượng riêng dung dịch sau kết tinh  dd x 1 x 2  =   duong nuoc 10 | P a g e (CT I.2 ) – [2] Thân Vỏ Chiều cao Đường kính Thể tích thùng Bề dày thân Bề mặt truyền nhiệt Bề dày đáy, nắp Chiều cao vỏ Đường kính Bề dày vỏ Bề mặt truyền nhiệt Số thùng tính Kích thước m m m3 mm 2,15 1,2 2,32 10 2,15 1,2 2,32 10 m2 5,632 5,632 mm m m mm 10 1,5 1,32 10 1,5 1,32 m2 6,267 6,267 12 -14 3÷-4 -17 -4÷-7 0,2211 0,2211 0,1211 0,1211 Điều kiện làm việc C C Tác nhân Dung dịch Phía thân (áp suất N/mm2 ngồi) Áp suất Phía vỏ (áp suất N/mm2 trong) 3.1.2 Kiểm tra bề mặt truyền nhiệt Nhiệt độ Bề mặt truyền nhiệt phần bề mặt thiết bị mà tác nhân lạnh dung môi tiếp xúc Bề mặt truyền nhiệt thiết bị kết tinh: F = 5,632 m2 Hệ số truyền nhiệt tổng quát: K = ; w/(m2.K) Trong đó: α1: hệ số tỏa nhiệt phía dung dịch; W/(m2.K) α2: hệ số tỏa nhiệt phía tác nhân lạnh; W/(m2.K) λthép: hệ số dẫn nhiệt thành thiết bị làm thép không gỉ; w/(m.K) δthép: bề dày thành thiết bị; δthép = 10 mm λđá hệ số dẫn nhiệt cảu lớp đá bám; W/(m.K) δđá: bề dày lớp đá bám; δđá = mm 19 | P a g e a Tính toán bề mặt truyền nhiệt cho thiết bị kết tinh cấp Hệ số tỏa nhiệt phía dung dịch  Đây trường hợp cấp nhiệt có khuấy trộn, nên hệ số cấp nhiệt tính theo cơng thức sau:  Nu=0,36 Re0,67.Pr0,33.( )0,14 (Tr22) – [5] Với: Nu= ; Re= ; Pr=Cp 1: hệ số tỏa nhiệt phía phía dung dịch; W/(m2.K) D: đường kính tronh thân thiết bị, D=1,2m : hệ số dẫn nhiệt dung dịch, =0,534W/m.K D: đường kính cánh khuấy kết hợp với dao cạo đá, d=1,1198m n: số vòng quay cánh khuấy, chọn n=0,4 vòng/giây , t: độ nhớt dung dịch nhiệt độ trung bình nhiệt độ bề mặt truyền nhiệt  (Bảng I.112/Tr114) – [2]  1,  = 3,804.10-3 N.s/m2 cp: nhiệt dung riêng đẳng áp, cp=3810,89 J/(Kg.K) : khối lượng riêng dung dịch, =1059,33 kg/m3 Khi đó: Re= = 159869,78 Pr = = 27,12 Nu = 0,36 159869.780,67.27,120,33 = 3279,71 Hệ số tỏa nhiệt 1 = = 1460,7 W/m2.K  Hệ số tỏa nhiệt phía tác nhân lạnh  Nhiệt dung riêng dung dịch tải thông qua tác nhân lạnh NH (Tr220) – [3] Hệ số tỏa nhiệt NH3 xác định sau: Tài liệu [5] Tập thể tác giả, sổ tay trình Thiết bị cơng nghệ hóa chất – Tập 2, NXB KH & KT Hà Nội, 2004 20 | P a g e 2 = (27,3 + 0,04 t01).qtr0,45.dtr-0,24 , W/m2K Trong t01: nhiệt độ sơi tác nhân lạnh, t01 = tkt1 - t = -4-10 = -14 0C qtr: mật độ dịng nhiệt theo phía trong; W/m2 dtr: đường kính đương tương với bề nặt truyền nhiệt phía tác nhân; m Chọn dtr = Dng-Dtr = 1,32 - 1,22 = 0,1 m Xác định mật độ dòng nhiệt: Mật độ dòng nhiệt từ dung dịch đến thành thiết bị: qdd= Trong đó: tdd: nhiệt độ trung bình dd, tdd = (3-4)/2 = -0,5 0C tw1 : nhiệt độ thành thiết bị phía dung dịch, 0C 1: hệ số tỏa nhiệt phía dung dịch, 1 = 1460,7 W/m2.K thép = 17,5 W/m.K; thép = 10 mm, đá = 2,501 W/m.K; đá = mm  Khi đó: qdd = ; W/m2 qdd=603,91.(-0,5 - tw1); W/m2 Mật độ dòng nhiệt từ tác nhân lạnh đến thành thiết bị: qNH3=580.(tw2-t0)5/3.Fng/Ftr (Tr225) – [3] Trong đó: tw2: nhiệt độ thành tiếp xúc với tác nhân lạnh; 0C Chọn chênh lệch nhiệt độ thành thành 0C, tw2=tw1-2 Fng = 6,473 m2; Ftr = 6,367 m2 Khi đó: qNH3 = 580.(6,473/6,367).( tw2+14)5/3=589,66.( tw2+12)5/3 ; W/m2 Ta có: qdd = qNH3 603,9 (-0.5 – tw1) = 589,66.(tw1+12)5/3 Giải phương trình phương pháp đồ thị, tw1 = -10,035 0C Ta có: qdd = qNH3 = 5758,288 W/m2 Hệ số tỏa nhiệt phía NH3 là: 2 = (27,3+0,04.(-14)).5758,2880,45 0,1-0,24 = 2287,14 W/m2.K Hệ số truyền nhiệt tính: 21 | P a g e  = 477,76 W/m2.K K= = Bề mặt truyền nhiệt tính: Nhiệt lượng tỏa thùng là: Q = = 34,665 kW Chênh lệch nhiệt độ trung bình: Tdd = (3  -4) 0C; TNH3 = -14 0C ∆t1g = = 13,19 Bề mặt truyền nhiệt tính tốn: = 5,50 m2 F tính = = Tính sai số: Sai số = 100% = b Tính toán bề mặt truyền nhiệt cho thiết bị kết tinh cấp Hệ số tỏa nhiệt phía dung dịch  Tương tự thiết bị kết tinh Đây trường hợp cấp nhiệt có khuấy trộn, nên hệ số cấp nhiệt tính theo cơng thức sau:  (Tr22) – [5] Nu=0,36 Re0,67.Pr0,33.( )0,14 : hệ số dẫn nhiệt dung dịch, =0,483 W/m.K n: số vòng quay cánh khuấy, chọn n=0,2 vòng/giây cp: nhiệt dung riêng đẳng áp, cp=3358,62 J/(kg.K) : khối lượng riêng dung dịch, =1136,96 kg/m3 Khi đó:  Re = = 85792,3 Pr = = 26,43 Nu = 0,36 85792,30,67.26,430,33 = 2142,79 22 | P a g e Hệ số tỏa nhiệt 1 = = 863,33 W/m2.K  Hệ số tỏa nhiệt phía tác nhân lạnh  Nhiệt dung riêng dung dịch tải thông qua tác nhân lạnh NH Hệ số tỏa nhiệt NH3 xác định sau: (Tr220) – [3] 2 = (27,3 + 0,04 t02).qtr0,45.dtr-0,24 , W/m2K Trong đó: t02: nhiệt độ sơi tác nhân lạnh, t02 = tkt1-t = -7-10 = -17 0C qtr: mật độ dịng nhiệt theo phía trong; W/m2 dtr: đường kính đương tương với bề nặt truyền nhiệt phía tác nhân; m Chọn dtr = Dng-Dtr = 1,32 - 1,22 = 0,1 m Xác định mật độ dòng nhiệt: Mật độ dòng nhiệt từ dung dịch đến thành thiết bị: qdd= Trong đó: tdd: nhiệt độ trung bình dd, tdd = (-4-7)/2 = -5,5 0C tw1 : nhiệt độ thành thiết bị phía dung dịch, 0C 1: hệ số tỏa nhiệt phía dung dịch, 1 = 863,33 W/m2.K thép = 17,5 W/m.K; thép = 10 mm, đá = 2,501 W/m.K; đá = mm  Khi đó: qdd = ; W/m2 qdd=603,91.(-0,5 - tw1); W/m2 Mật độ dòng nhiệt từ tác nhân lạnh đến thành thiết bị: qNH3=580.(tw2-t0)5/3.Fng/Ftr (Tr225) – [3] Trong đó: tw2: nhiệt độ thành tiếp xúc với tác nhân lạnh; 0C Chọn chênh lệch nhiệt độ thành thành 0C, tw2=tw1-2 Fng = 6,473 m2; Ftr = 6,367 m2 Khi đó: qNH3 = 580.(6,473/6,367).( tw2+17)5/3=589,66.( tw2+15)5/3 ; W/m2 Ta có: qdd = qNH3 469,58 (-5.5 – tw1) = 589,66.(tw1+15)5/3 Giải phương trình phương pháp đồ thị, tw1 = -13,209 0C 23 | P a g e Ta có: qdd = qNH3 = 3620,067 W/m2 Hệ số tỏa nhiệt phía NH3 là: 2 = (27,3+0,04.(-17)).3620,0670,45 0,1-0,24 = 1847,7 W/m2.K Hệ số truyền nhiệt tính:  = 374,42 W/m2.K K= = Bề mặt truyền nhiệt tính: Nhiệt lượng tỏa thùng là: Q = = 19,178 kW Chênh lệch nhiệt độ trung bình: Tdd = (-4  -7) 0C; TNH3 = -17 0C ∆t1g = = 11,43 Bề mặt truyền nhiệt tính tốn: Ftính = Tính sai số: = 4,48 m2 = Sai số = 100% = c Tính bề dày lớp cách nhiệt tổn thất nhiệt môi trường Hệ số truyền nhiệt tổng quát K= ; W/(m2.K) Trong đó: α2, α3: hệ số cấp nhiệt phía tác nhân lạnh mơi trường bên ngoài; W/m2.K λCN, λCA, λthép: hệ số dẫn nhiệt lớp cách nhiệt, cách ẩm vỏ thiết bị; W/m K δCN, δCA, δthép: bề dày lớp cách nhiệt, cách ẩm vỏ thiết bị; m Chọn thông số (như thùng kết tinh)  Lớp cách nhiệt làm polyurethane: λCN = 0,020 W/m2.K ; δCN = 0,05 m  Lớp cách ẩm làm bitum: λCA = 0,18 W/m2.K ; δCA = 0,003 m (Tr82) – [6] Tài liệu [6] Nguyễn Đức Lợi, Hướng dẫn thiết kế hệ thống lạnh, NXB KH & KT Hà Nội, 2011 24 | P a g e  Lớp vỏ làm thép thường: (Tr28) – [7]5 λthép = 46,5 W/m2.K ; δthép = 0,005 m Hệ số cấp nhiệt phía mơi trường ( khơng khí) vào bề mặt thiết bị: (Tr24) – [5] α3 = 1,98 W/m2.K Với ∆t: hiệu số nhiệt độ bề mặt thiết bị khơng khí xung quanh; ∆t = 100C α3 = 1,98 = 3,52 W/m2.K Ở thiết bị kết tinh 1: K= Ở thiết bị kết tinh 2: = 0,357 W/m2.K K= = 0,357 W/m2.K (Tr8) – [4] Nhiệt độ mơi trường trung bình: t = 36,8 0C Bề mặt truyền nhiệt (diện tích vỏ): Fvỏ = II.H vỏ.Dngoài + II.(D2ngoài – D2trong)/4 + Fđáy = 9,98 m2 Chênh lệch nhiệt độ trung bình khơng khí môi chất lạnh: ∆t1 = t – t01 = 36,8 – (-14) = 50,8 0C ∆t2 = t – t02 = 36,8 – (-17) = 53,8 0C Nhiệt tổn thất mơi trường bên ngồi: Ở thiết bị kết tinh 1: Qtt1 = K.F.∆t1 = 0,357 9.98 50,8 = 180,98 W Ở thiết bị kết tinh 2: Qtt2 = K.F.∆t2 = 0,357 9.98 53,8 = 191,66 W Nhiệt cần thiết cho kết tinh 1: Q’1 = Qkt1 +Qtt1 = 34665+180,98 = 34845,98 W Nhiệt cần thiết cho kết tinh 2: Q’2 = Qkt2 +Qtt2 = 19178+191,66 = 19369,66 W 3.2 Chọn thiết bị lọc, rửa 3.2.1 Thiết bị lọc Mục đích: Thiết bị lọc giúp cho việc phân riêng hệ huyền phù dịch ép cô đặc với tinh thể nước đá khô kết tinh Tài liệu [7] Bộ mơn q trình thiết bị, Bảng tra cứu trình học truyền nhiệt – Truyền khối, NXB ĐHQG Tp Hồ Chí Minh, 2012 25 | P a g e Chọn thiết bị lọc: Để đảm bảo hiệu suất cô đặc, độ thu hồi chất khô cao, giảm tổn thất dịch ép, ta chọn lọc thiết bị dịch ly tâm cạo bã nằm ngang Nguyên lí hoạt động: làm việc, huyền phù đưa vào roto qua quan tự động, sau đạt yêu cầu đóng van lại Q trình li tâm xảy sau Khi lớp bã roto đạt đến chiều dày quy định dao cạo bã nâng lên nhờ hệ thống xilanh-pittong thủy lực, bã cạo rơi xuống máng hứng phía Khi q trình cạo bã kết thúc, dao cạo bã hạ xuống vị trí thấp van tự động mở đẻ huyền phù chảy vào roto, trình ly tâm lặp lại Thời gian thao tác sau: Nạp liệu (0,5 - 2,5) phút, ly tâm (0,4 - 0,5) phút, tháo bã (0,7 - 5) phút Ưu điểm: Tiết kiệm lượng ngừng máy tháo bã, suất cao thời gian thao tác ngắn Nhược điểm: Hạn chế chiều dài roto, bã bị nghiền nát khó thay vải lọc 3.2.2 Thiết bị rửa tinh thể Thiết bị rửa tinh thể sử dụng với mục đích thu hồi lượng chất khơ làm nước đá tinh khiết để sử dụng việc làm lạnh sơ dịch ép ban đầu Tuy nhiên, qua cân vật chất ta thấy nồng độ chất khô hòa tan nước rửa thấp (3,46%), đem hồi lưu làm giảm nồng độ dịch ép đầu, dẫn đến tăng chi phí lượng Do đó, nước rửa khơng hồi lưu mà tái sử dụng khâu khác quy trình sản xuất rửa nguyên liệu 26 | P a g e CHƯƠNG 4: TÍNH TOÁN HỆ THỐNG LẠNH 4.1 Các thơng số ban đầu  Điều kiện khí hậu nơi lắp đặt hệ thống tỉnh Tiền Giang Nhiệt độ lấy điều kiện nóng năm: tk = 36,8 0C Độ ẩm trung bình mùa hè 74% (Tr7) – [6] Nhiệt độ tư = 32 0C Sử dụng nước tuần hoàn qua tháp giải nhiệt để làm mát thiết bị ngưng tụ: Nhiệt độ nước vào tw1 = tư + (3÷4) 0C = 35 0C (Tr205) – [6] Nhiệt độ nước tw2 = tw1 + = 40 0C Nhiệt độ ngưng tụ tk = tw2 + = 45 C 4.2 Chu trình lạnh đối với thiết bị kết tinh Ta xét chu trình lạnh có q nhiệt q lạnh lgP 3 2 ” ’ S= const ” h Hình 4.1: Chu trình lạnh có q lạnh, nhiệt NH3 đồ thị lgP-h Ta có thông số trạng thái điểm nút chu trình sau: 27 | P a g e Bảng 4.1: Thông số trạng thái của NH3 chu trình lạnh ở thiết bị kết tinh (xét thiết bị kết tinh) (Phu luc 7/Tr545) – [6] Điểm T (0C) P (at) 1’’ 2’’ 3’ -17 -7 140 45 45 2,211 2,211 18,165 18,165 18,165 40 -17 18,165 2,211 H V (kJ/kg) (m3/kg) 1659,58 0,5513 1695,21 0,5836 1986,42 1710,44 0,00726 633,89 1,7504.1 -3 592,21 592,21 Sự thay đổi trạng thái môi chất chu trình: 1’’ – 1: nhiệt hút – 2: Nén đoạn nhiệt hút từ áp suất P0 lên áp suất cao Pk, s1 = s2 – 2’’: Làm mát đẳng áp môi chất từ trạng thái nhiệt xuống trạng thái bão hịa 2’’ – 3’: Ngưng tụ mơi chất đẳng áp đẳng nhiệt 3’ – 3: Quá lạnh môi chất lỏng đẳng áp – 4: Quá trình tiết lưu đẳng antanpi van tiết lưu h3 = h4 – 1’’: Quá trình bay thiết bị bay đẳng áp đẳng nhiệt Tính toán chu trình lạnh: a Năng suất lạnh riêng q0: (Tr211) – [6] q0 = h1’’ – h4; kJ/kg với: h1: entanpi bão hòa khỏi thiết bị bay hơi; kJ/kg h4: entanpi môi chất sau qua tiết lưu; kJ/kg  q0 = 1659,58 – 592,21 = 1067,37 kJ/kg b Năng suất lạnh riêng thể tích qv: qv = ; kJ/m3 Với q0: suất lạnh riêng; kJ/kg v1: thể tích riêng hút máy nén; m3/kg 28 | P a g e qv = = 1828,94 kJ/m3 c Công nén riêng 1: l = h2 – h1; kJ/kg với h2: entanpi nhiệt khỏi máy nén; kJ/kg h1: entanpi vào máy nén; kJ/kg  l = 1986,42 – 1695,21 = 291,21 kJ/kg d Năng suất nhiệt riêng qk: Qk = h2 – h3; kJ/kg Với h2: entanpi vào bình ngưng; kJ/kg h3: entanpi lỏng khỏi bình ngưng; kJ/kg  qk = 1986,42 – 592,21 = 1394,21 kJ/kg e Hệ số lạnh chu trình ε:  ε= với q0: suất lạnh riêng; kJ/kg l: công nén riêng; kJ/kg ε= = 3,665 f Hiệu suất exergi v:  v = ε với ε: hệ số lạnh chu trình Carnot Tk: nhiệt độ ngưng tụ; K T0: nhiệt độ bay hơi; K v = 3,665 = 0,888 g Năng suất khối lượng thực tế máy nén mtt  mtt = = = 0,482 kg/s với Q0: suất lạnh máy nén; kW Q0 = 34845,98.12 + 19369,66 = 514993,02W = 514,99 kW q0: suất lạnh riêng khối lượng; kJ/kg Trong đó: Lượng môi chất lạnh qua TBKT1: m1 = = 0,0326 kg/s Lượng môi chất lạnh qua TBKT2: m2 = = 0,0181 kg/s 29 | P a g e h Năng suất thể tích thực tế máy nén Vlt Vtt = mtt v1; m3/s Với mtt: suất khối lượng thực tế máy nén, kg/s v1: thể tích riêng hút máy nén; m3/kg  Vtt = 0,482 0,5836 = 0,2814 m3/s i Hệ số cấp máy nén λ: λ = λi ∆w đó: λi = –c với pk: áp suất ngưng tụ tác nhân lạnh; Mpa p0: áp suất bay tác nhân lạnh; Mpa ∆p0 = ∆pk = 0,01 Mpa m=1 c = 0,05 tỉ số thể tích chết   j λi= – 0,05 - = 0,5894 λw = = = 0,805 = 0,805 0,5894 = 0,474 Thể tích lý thuyết Vtt (do Pittong quét được): Vlt = Với Vtt: suất thể tích thực tế máy nén; m3/s λ: Hệ số cấp nhiệt máy nén Vlt = = 0,593 m3/s k Công nén đoạn nhiệt Ns Ns = mtt.x.l; kW Với mtt: lưu lượng tác nhân lạnh qua máy nén; kg/s l: công nén riêng; kJ/kg  Ns = 291,21 0,482 = 140,4 kW l Công nén thị Ni:   Ni = kW Với Ns: công nén đoạn nhiệt; kW ηi: hiệu suất thị ηi = λw + b.t0 đó: λw = T0/Tk = 0,805; b = 0,001; ηi = 0,805 + 0,001.(-17) = 0,788 30 | P a g e t0: nhiệt độ bay hơi, 0C Ni = = 178,17 kW m Công nén hiệu dụng Ne Ne = Ni + Nms Với Ni: công nén thị; kW Nms: tổn thất ma sát; kW Nms = Vtt Pms Trong đó: Vtt: thể tích hút thực tế máy nén = 0,2814 m3/s pms = 0,06 MPa : áp suất ma sát riêng  Nms = 0,2814 0,06 106 = 16882,57 W = 16,883 kW  Ne = 178,17 + 16,883 = 195,053 kW n Công suất điện Nel  Nel = ; kW Với Ne: công nén hiệu dụng, kW ηtđ = 0,95: hiệu suất truyền động khớp, đai… ηel = 0,9: hiệu suất động Nel = = 228,13 kW o Công suất động lắp đặt Nđc Chọn hệ số an toàn 1,6  Nđc = 1,6 Nel = 1,6 228,13 = 365 kW p Hiệu suất hiệu dụng:  η= = = 0,7198 4.3 Tính toán trình ngưng tu Sử dụng thiết bị ngưng tụ dạng ống chùm nằm ngang Thiết bị gồm vỏ hình trụ bên có bố trí chùm ống, hai đầu có hai mặt sàng Hai phía có nắp Hơi NH3 khơng gian ống ngưng tụ bề mặt chùm ống Nước vào theo đường ống bố trí nắp, phía chùm ống theo lối bố trí sẵn theo ống nối phía Các thông số: Nhiệt độ nước vào tw1 = 350C Nhiệt độ nước tw2 = 400C Nhiệt độ ngưng tụ tk = 450C Nhiệt thải ngưng tụ: Qk = m qk = m (h2-h3) = 0,482 1394,21 = 672,20 kW Lưu lượng môi chất qua máy nén: G = 0,482 kg/s 31 | P a g e Tính tốn: Lưu lượng nước giải nhiệt qua thiết bị ngưng tụ mw: Vw = ; m3/s Với Qk: nhiệt thảo ngưng tụ; kW ρ: khối lượng riêng nước; ρ = 993,18 kg/m3 Cp: nhiệt dung riêng nước; kJ/(kg.K) Cp = 4,18 kJ/(kg.K) 37,5 0C Vw = = 0,0324 m3/s Diện tích bề mặt truyền nhiệt Qk = k.F.∆tb Hiệu nhiệt độ trung bình logarit ∆tb: ∆tmax = tk - tw1 = 45 – 35 = 10 K ∆tmin = tk – tw2 = 45 – 40 = K  ∆ttb = = = 7,2134 K Chọn k = 850 W/(m K)  F= 32 | P a g e = = 109,63 m2 (Bảng 8-6/Tr263) – [6] TAI LIỆU THAM KHẢO [1] Phạm Văn Bơn, Q trình thiết bị CNHH & Thực phẩm – Tập 5: Quá trình thiết bị truyền nhiệt – Quyển 1: Truyền nhiệt ổn định, NXB ĐHQG Tp Hồ Chí Minh, 2015 [2] Tập thể tác giả, sổ tay q trình Thiết bị cơng nghệ hóa chất – Tập , NXB KH & KT Hà Nội, 2004 [3] Trần Thanh Kỳ, Máy lạnh, NXB ĐHQG Tp Hồ Chí Minh, 2012 [4] Hồ Lê Viên, Tính tốn, thiết kế chi tiết thiết bị hóa chất dầu khí, NXB KH & KT Hà Nội, 2006 [5] Tập thể tác giả, sổ tay trình Thiết bị cơng nghệ hóa chất – Tập 2, NXB KH & KT Hà Nội, 2004 [6] Nguyễn Đức Lợi, Hướng dẫn thiết kế hệ thống lạnh, NXB KH & KT Hà Nội, 2011 [7] Bộ mơn q trình thiết bị, Bảng tra cứu trình học truyền nhiệt – Truyền khối, NXB ĐHQG Tp Hồ Chí Minh, 2012 33 | P a g e ... tâm Cơ đặc kết tinh Chai Nắp Rót chai Ghép nắp Thanh trùng Bảo quản Sản phẩm 3|Page Bã tinh  Dây chuyền công nghệ cô đặc kết tinh: 4|Page CHƯƠNG 1: CÂN BẰNG VẬT CHẤT SƠ ĐỒ QUY TRÌNH CƠ ĐẶC Nhập... ảnh hưởng đến độ tinh khiết sản phẩm mã hiệu X18H10T + Vỏ làm thép thường CT3 Phương pháp gia công: dùng phương pháp hàn hồ quang điện, kiểu hàn giáp mối phía a Thùng kết tinh Các thơng số kích... tk = tw2 + = 45 C 4.2 Chu trình lạnh đối với thiết bị kết tinh Ta xét chu trình lạnh có q nhiệt q lạnh lgP 3 2 ” ’ S= const ” h Hình 4.1: Chu trình lạnh có q lạnh, nhiệt NH3 đồ thị lgP-h Ta