Đề tài: Thiết kế hệ thống cô đặc nước sơ ri 2 nồi, xuôi chiều

GVGD : TS Lê Phan Hoàng Chiêu CHƯƠNG Tổng quan 1.1.NHIỆM VỤ CỦA ĐỒ ÁN Thiết kế hệ thống cô đặc nước sơ ri nồi, xuôi chiều với thông số sau : - Thiết bị cô đặc dạng ống dài thẳng đứng - Năng suất sản phẩm: 3000 kg/h - Nồng độ nhập liệu: 10 % - Nồng độ sản phẩm : 45% - Aùp suất đốt: at - Aùp suất thứ thiết bị ngưng tụ: 0.2 at - Các thông số khác tự chọn 1.2 LỰAC CHỌN THIẾT BỊ CÔ ĐẶC 1.2.1.Khái qt đặc Cơ đặc q trình làm tăng nồng độ chất rắn hoà tan dung dịch cách tách phần dung môi dạng hay kết tinh chất tan Q trình đặc thường dùng phổ biến công nghiệp với mục đích làm tăng nồng độ dung dịch lỗng, để tách chất rắn hồ tan Q trình đặc bốc có đặc điểm sau: + thường tiến hành áp suất khác Khi làm việc áp suất thường ( áp suất khí quyển) ta dùng thiết bị hở, làm việc áp suất khác (ví dụ áp suất chân khơng) người ta dùng thiết bị kín + tiến hành hệ thống cô đặc nồi nhiều nồi, làm việc liên tục gián đoạn, xi chiều hay ngược chiều + thường tiến hành trạng thái sôi, nghĩa áp suất riêng phần dung môi bề mặt dung dịch áp suất làm việc thiết bị 1.2.2 Phân loại thiết bị đặc Có nhiều cách phân loại thường phân loại thành nhóm sau: Nhóm 1: dung dịch đối lưu tự nhiên → dùng để cô đặc dung dịch loãng, độ nhớt thấp, đảm bảo tuần hoàn tự nhiên dung dịch dẽ dàng qua bề mặt truyền nhiệt Nhóm 2: dung dịch đối lưu cưỡng bức→ dùng cho dung dịch sệt, có độ nhớt cao, giảm bám cặn hay kết tinh phần bề mặt truyền nhiệt Nhóm 3: dung dịch chảy thành màng mỏng → cho phép dung dịch chảy thành màng qua bề mặt truyền nhiệt lần để tránh tác dụng nhiệt độ lâu làm biến tính số thành phần dung dịch ⇒ Tuỳ vào số tính chất dung dịch, tính hiệu mặt mà thiết kế buồng đốt hay ngồi cho thiết bị cô đặc 1.2.3 Khái quát nguyên liệu SVTH : Trang GVGD : TS Lê Phan Hoàng Chiêu Sơri (Barbados), tên khoa học Malpighia glaboa, thuộc họ Malpighiacea, thứ trái nhỏ, có khía, trịn, màu đỏ (khi chín) có hương vị đặc trưng Trước đến sơ ri dùng để ăn số trái khác, tính chất mềm, dễ dập nên phải thường ăn Ngày nay, sau phân tích thành phần chất có trái sơ ri, người ta phát có hàm lượng vitamin cao(đặc biệt vitamin C), khống, đạm…Điều có nghĩa sơ ri có giá trị cao việc chế biến số thức uống: rược vang, nước trái có hàm lượng đường vừa đủ, thêm số vitamin khống chất… Thành phần tính cho 100g ăn Đườn g (g) 8.0 Chất đạm (g) 0.67 Nước (g) 91.0 Vitamin (mg) C B1 B2 3.00 0.02 0.03 B3 0.27 Caroten (mg) 500 Chất khoáng (mg) Ca Mg K Fe 13 11 127 0.69 1.2.4 Lựa chọn thiết bị cô đặc Chọn thiết bị cô đặc chảy màng, ống dài, buồng đốt ngoài, hệ thống hai nồi , xi chiều, liên tục • Ưu điểm: Hệ thống đặc áp suất không cao, nhiệt độ sôi không cao nên thích hợp để đặc dung dịch dễ biến tính, tránh hư hỏng sản phẩm phù hợp với dung dịch dung dịch thực phẩm, chứa đường số vitamin Dùng hệ cô đặc nồi nên tiết kiệm chi phí đốt tận dụng thứ nồi trước làm đốt nồi sau Cô đặc dạng màng lưu chất dàn ống bốc nhẹ nhàng Sử dụng ống dài giúp tăng thời gian lưu để bốc tốt hơn, dung dịch chảy dạng màng qua bề mặt truyền nhiệt lần nên tránh tác dụng nhiệt độ lâu làm biến tính dung dịch Nồng độ nước sơ ri dây thực chất coi nồng dộ đường sau chế biến ép nước sơ ri nồng dộ đường lớn nhất, nồng độ chất khác nhỏ coi mức ảnh hưởng không đáng kể Tuy nhiên việc muốn giữ lại chất sau đặc xong ta phải quan tâm đến nhiệt độ trình Đồng thời việc chảy xuôi chiều giúp nhiệt độ không cao phần cuối dế làm biến tính dung dịch nhiêt cục • Nhượïc điểm: Hệ đặc nhiều nồi địi hỏi chi phí cho thiết bị nhiều hơn, diện tích nhà xưởng lớn hơn, đặc biệt việc chọn buồng đốt ngồi làm tốn diện tích Cơ đặc chân khơng nên điều kiện an tồn khó khăn, tốn lượngvà chi phí vận hành thiết bị 1.3.QUY TRÌNH CƠNG NGHỆ 1.3.1 Thuyết minh quy trình cơng nghệ (có sơ đồ đính kèm) Dung dịch nước sơ ri sau qua số công đoạn ép, lọc, tinh chế trước đưa vào bồn chứa, trì nhiệt độ 60 C nhằm tránh phát triển vi sinh vật Sau nước sơ ri bơm lên thiết bị gia nhiệt với suất lượng 3000 kg/h Qua trình bơm có điều chỉnh lưu lượng cho thích hợp với hệ thống tự động điều khiển lưu lượng Thiết bị gia nhiệt sử dụng thiết bị gia nhiệt ống chùm dạng vỏ áo, đặt thẳng đứng, bên gồm nhiều ống truyền nhiệt nhỏ bố trí theo đỉnh tam giác Các đầu ống SVTH : Trang GVGD : TS Lê Phan Hoàng Chiêu giữ cố định nhờ vỉ ống gắn với thân Thiết bị gia nhiệt sử dụng đốt lấy từ lò với áp suất tuyệt đối at Dung dịch đưa vào chiều dòng để tránh tượng dòng bị cháy tiếp xúc với nhiệt độ cao.Ngoài việc dung dịch chảy từ xuống tận dụng lực trọng trường nên không tiêu tốn lượng Trong thiết bị gia nhiệt có trao đổi nhiệt dòng lỏng dòng qua vách ống truyền nhiệt Dòng lỏng gia nhiệt để đạt đến nhiệt độ sôi trước vào thiết bị cô đặc t =110.21 0C Việc gia nhiệt lên nhiệt độ sơi có ý nghĩa lớn cho q trình diễn lúc sau thiết bị đặc ta khơng phải thêm lượng cho việc gia nhiệt đến nhiệt độ sơi, ngồi cịn đảm bảo trình truyền nhiệt để bốc buồng đốt thật hiệu Còn dòng ngưng tụ thành lỏng sơi đựơc ngồi Ơû thiết bị gia nhiệt có ống khí khơng ngưng để đảm bảo an tồn áp suất thiết bị q trình truyền nhiệt có hiệu Từ thiết bị gia nhiệt, dung dịch đưa sang hệ thống cô đặc Ở ta sử dụng thiết bị đặc có buồng đốt ngồi, ống dài, hai nồi liên tục xuôi chiều Loại thiết bị thích hợp với việc đặc dung dịch thực phẩm chế độ nhiệt êm dịu khơng tăng q nhanh Đầu tiên dịng lỏng vào buồng đốt (thiết bị cô đặc 1) Thiêùt bị có cấu tạo thiết bị gia nhiệt loại màng có phận phân phối lỏng (là phận có nhiều lỗ nhỏ ống ngắn hàn vào đĩa, ống có dưịng kính nhỏ ống truyền nhiệt đặt đồng tâm, lọt vào ống truyền nhiệt Ở dòng lỏng để chế độ chảy màng từ xuống ống truyền nhiệt để tận dung lực trọng trường tạo màng lỏng mỏng Việc phân phối lỏng thực nhờ vào đĩa phân phối lỏng Khi lỏng vào buồng đốt (phần nắp) chảy từ từ qua lỗ nhỏ men theo thành rỗng ống truyền nhiệt ống ngắn để tạo thành màng mỏng với bề dày theo yêu cầu đặt Dòng sử dụng từ lò với áp suất tuyệt đối at, dùng lượng lấy từ ngưng tụ nước để cấp nhiệt cho dòng lỏng Trong thiết bị này, khác với thiết bị gia nhiệt chỗ dòng lỏng không nhận nhiệt để thay đổi nhiệt độ mà đẻ thay đổi entanpi nhằm chuẩn bị cho trình bốc diễn buồng bốc Tưong tự thiêát bị gia nhiệt dòng ngưng tụ thành lỏng ngồi buồng đốt có ống khí khơng ngưng Sau chảy qua hệ thống ống truyền nhiệt, dung dịch xuống thân phụ để chuyển qua buồng bốc Thân phụ giúp trì vận tốc ổn dịnh cho dịng lỏng Thân phụ nối với bồng bốc nhờ ống hình chữ nhật vng góc với thân phụ tiếp tuyến với thân buồng bốc để tạo dòng chuyển động xoáy giúp xáo trộn tốt lỏng giúp trình bốc dễ dàng Ở buồng bốc 1, dung dịch thực trình bốc (sau nhận đủ nhiệt để chuyển trạng thái) Hơi nứơc bốc lên với áp suất 1.47 at dung dịch lại tăng nồng độ lên 16.9% Trong q trình bốc có tượng dịng lơi giọt lỏng theo điều làm ảnh hưởng đến thiết bị phía sau có tạo cặn lên ống truyền nhiệt làm giảm hiệu truyền nhiệt Để khắc phục điều buồng bốc thường có phận phân ly giọt lỏng Tuỳ vào loại thiết bị mà dựa vào lực trọng trường, dính ướt hay ly tâm Ơû ta sử dụng thiết bị phân ly theo kiểu dính ướt dạng nón Khi dịng bốc lên gặp bề mặt nón, giọt lỏng bị giữ lại nón chảy xuống lại buồng đốt theo ống mao quản, thứ tràn qua phần nón ngồi theo ống dẫn để sang truyền nhiệt cho buồng đốt Còn dung dịch bơm sang buồng đốt để tiếp tục thực q trình đặc Ở hệ thống nồi cô đạc tượng xảy tương tự nồi nhiên có số khác biệt đốt đầu dòng sau: Ở buồng đốt 2, dung dịch sơ ri (lúc có giảm mạnh lưu lượng) chảy màng từ xuống thực chế độ truyền nhiệt êm dịu Hơi đốt lúc thứ lấy từ buồng bốc Do có thay đổi đáng kể áp suất mặt thống dung dịch nên nhiệt độ sơi dung dịch giảm xuống ứng vơi nhiệt độ có dung dịch Do dung dịch SVTH : Trang GVGD : TS Lê Phan Hoàng Chiêu cần nhận nhiệt lượng phục vụ cho việc tăng entanpi để bốc sang buồng bốc Nứơc ngưng khí khơng ngưng Dung dịch chảy xuống thân phụ đưa sang buồng bốc Tại buồng bốc 2, trình bay thực Hơi thứ lúc có áp suất tuyệt đối nhỏ 0.21 at theo ống dẫn đên thiết bị ngưng tụ baromet Trong dung dịch nước sơ ri sau q trình bốc đạt đến nồng độ 45 % nhiệt độ 61.30C đưa vào bồn chứa chuẩn bị cho cơng đoạn sau Thiết bị ngưng tụ baromet chọn thiết bị ngưng tụ trực tiếp loại khơ Lúc dịng thứ từ lên, tiếp xúc trực tiếp dòng lỏng cấp vào từ xuống có nhiệt độ thấp 300C ngưng tụ thành lỏng theo dòng nước xuống bồn chứa với nhiệt độ nước ngưng 500C Trong trình có lượng lớn ngưng tụ nên áp suất giảm tạo áp suất chân khơng Chính nhờ điều mà áp suất thiết bị trì ổn định Sau qua thiết bị ngưng tụ, dịng khí khơng ngưng cịn lại chuyển qua thiết bị tách lỏng Tấm ngăn làm vật cản để dính ướt giọt lỏng cịn sót lại dịng khí sau cho qua thiết bị bơm chân khơng để tránh tượng xâm thực xảy làm hư bơm.Do áp suất bên thiết bị thấp áp suất bên ngồi nên khí khơng ngưng khơng tự ngồi phải sử dụng bơm hút chân khơng giúp hút khí khơng ngưng để áp suất khơng bị thay đỏi hệ thống Lượng nước ngưng thoát từ thiết bị gia nhiệt, buồng đốt 1, buồng đốt gom lại qua tháp giaiû nhiệt hạ đến nhiệt độ thường phục vụ cho mục đích khác tuỳ vào độ tinh SVTH : Trang SVTH : STT 11 10 Dòng lưuchất Khí khôngngưng Nước ngưng Nước nguội Hơi thứnồi2 Hơi thứnồi1 Hơi đốtthiếtbị1 Hơi đốtthiếtbịgianhiệt Sảnphẩm Nguyên li ệu vào nồi2 Nguyênli ệu sau gianhiệt Nguyênliệutrước gia nhiệt LA 12.6 35928 34812 1111.11 1222.22 1473.2 294.8 666.67 1777.78 3000 3000 Suấtlượng (kg/h) TI Nhiệtđộ( C) 36 50 30 60.7 110.28 142.9 142.9 61.6 61 110.21 60 Nồng độ FC FE 0.45 0.169 0.1 0.1 1 0.21 1.47 4 Áp suất(at) TIC PI LIC TE QY QIC TE PIC LIC 07 06 05 04 03 02 01 SVTH GVHD CNBM Chức TÊN GỌI Thiếtbịtách lỏng ThiếtbịngưngtụBaromet Bồnchứasản phẩm Bồn chứanguyên liệu Buồng bốc Buồngđốt Thiếtbịgianhiệt 10 TI LêPhan Hoàng Chiêu VũBáMinh Họtên Chữký LA ĐẶC TÍNH KỸTHUẬT TrườKhoa ngĐạCô i họngc Bá ch hoá KhoahọTp.c HCM nghệ BỘMÔN MÁY VÀTHIẾT BỊ SƠ ĐỒNGUYÊN LÝ THIẾT KẾHỆTHỐNG CÔĐẶC DUNG DỊCH NƯỚC SƠ RI BẰN G HỆHAI NỒILIÊN TỤC Phạm ThịThanh Hiền Đồánmônhọc: Quátrình vàthiếtbị STT SL 1 1 2 11 VẬT LIỆU Tỉlệ: Bảnvẽsố: Ngày HT: Ngày BV: 23-05-05 28-05-05 GVGD : TS Lê Phan Hoàng Chiêu Trang GVGD : TS Lê Phan Hồng Chiêu Thơng số công nghệ Ký hiệu 10 Dòng lưu chất Nguyên liệu ban đầu Nguyên liệu gia nhiệt Nguyên liệu vào nồi Sản phẩm Hơi đốt Hơi thứ nồi I Hơi thứ nồi Nước làm nguội Nước khỏi thiết bị ngưng tụ Khí khơng ngưng Suất lượng (kg/h) 3000 3000 1777.78 666.67 1473.2 1222.22 1111.11 34812 35928 12.06 Nồng độ 0.1 0.1 0.169 0.45 Nhiệt độ (0C)ä 60 110.21 61 61.6 142.9 110.1 60.7 30 50 36 Aùp suất (at) 1.47 0.21 1.3.2.Kiểm soát điều khiển q trình Mục tiêu điều khiển q trình đặc thu sản phẩm có nồng độ mong muốn đảm bảo cân vật chất lượng tất thiết bị suốt trình 1.3.2.1 Các yếu tố ảnh hưởng đến q trình đặc: Các yếu tố ảnh hưởng đến q trình đặc chia thành nhóm sau dựa vào việc ta kiểm sốt, điều khiển có đặt yêu cầu kiểm soát điều khiển hay khơng địng thời với vai trị định chúng đến kết trình Tác động nhiễu cho phép ổn định: - Lưu lượng, nồng độ, nhiệt độ dung dịch nhập liệu - Lưu lượng đốt Tác động nhiễu không ổn định: - Nhiệt lượng tổn thất - Aùp suất đốt - Nồng độ dung dịch nhập liệu - Hệ số truyền nhiệt Các đại lượng cần điều chỉnh: - Nồng độ sản phẩm - Lưu lượng nhập liệu - Aùp suất thứ nồi cuối - Mức dung dịch nồi - Nhiệt dộ dung dịch nhập liệu Tác động diều chỉnh: - Lưu lượng sản phẩm - Lưu lượng dung dịch vào nồi - Lưu lượng đốt vào nồi thiết bị gia nhiệt - Lưu lượng nước làm nguội thiết bị ngưng tụ Các thông số cần kiểm tra: - Aùp suất nồi trung gian - Lưu lượng nhiệt độ dòng nhập liệu - Mức chất lỏng bồn chứa nhiệt độ dung dịch SVTH : Trang GVGD : TS Lê Phan Hoàng Chiêu 1.3.2.2 Hệ thống điều khiển: Các thông số công nghệ ổn định hệ thống điều khiển tự động vòng sau: STT Thông số cần ổn định Tác động điều chỉnh Nồng độ sản phẩm Lưu lượng đốt cho nồi Mức dung dịch nồi Suất lượng tháo liệu nồi Aùp suất thứ nồi cuối Lưu lượng nước ngưng tụ Nhiệt độ nhập liệu vào nồi Lưu lượng đốt cho thiết bị gia nhiệt Với nồng độ dung dịch xác định gián tiếp thơng qua độ tăng phí điểm dung dịch sản phẩm Tiến hành đo nhiệt độ sôi dung dịch buồng bốc II nhiệt độ thứ điều kiện áp suất Tín hiệu đo nhiệt độ truyền đến tính tốn để tính hiệt nhiệt độ xác định nồng độ sản phẩm Ngoài phải kể đến việc có thay đổi áp suất phần thân buồng đốt có mặt khí khơng ngưng,và ta có phận xả khí khơng ngưng tự động có tăng áp suất thiết bị mà khơng cần phải kiểm sốt 1.3.2.3 Sơ đồ cấu trúc hệ thống điều chỉnh tự động vòng: Z x y ĐTĐK BPTH CBĐL xĐC TBĐC y u - ĐTĐK: đối tượng điều khiển - CBĐL: cảm biến đo lường - TBĐC: thiết bị điều chỉnh - BPTH: phận thừa hành - y: đại lượng điều chỉnh - x: tác động điều chỉnh - xDC: tín hiệu điều khiển - u: giá trị chủ đạo 1.3.2.4 Dụng cụ đo điều khiển: Để đảm bảo an toàn sản xuất cấu thừa hành sử dụng nguyên tắc truyền động khí nén Dụng cụ đo chọn sau: - Đo áp suất áp kế hộp xếp khí nén có tín hiệt dạng khí nén - Đo nhiệt độ cặp nhiệt điện cho độ xác cao áp dụng khoảng biến thiên rộng đại lượng - Đo mức mức kế thuỷ tĩnh có phao chìm - Đo lưu lượng lưu lượng kế có độ chênh áp biến thiên SVTH : Trang GVGD : TS Lê Phan Hoàng Chiêu SVTH : Trang GVGD : TS Lê Phan Hoàng Chiêu CHƯƠNG Thiết bị cô đặc 2.1 CÂN BẰNG VẬT CHẤT & NĂNG LƯỢNG 2.1.1.Ký hiệu đại lượng Ký hiệu G W D X xtb Q I R C Qtt Qcđ P ∆P t ∆t ts ttbs ∆thi ∆’o ∆’ ∆” ∆”’ ∆thi Đơn vị kg/h kg/h kg/h kJ/h kJ/kg kJ/kg kJ/kg.độ kJ/kg kJ/kg at at o C o C o C o C o C o C o C o C o C o C Ý nghĩa Suất lượng dung dịch đường Suất lượng thứ Suất lượng đốt Nồng độ dung dịch đường Nồng độ trung bình dung dịch đường Nhiệt lượng có ích Entanpi n nhiệt ngưng tụ Nhiệt dung riêng Nhiệt lượng tổn thất Nhiệt lượng cô đặc Aùp suất Chênh lệch áp suất Nhiệt độ Chênh lệch nhiệt độ Nhiệt độ sôi dung dịch Nhiệt độ trung bịnh dung dịch Nhênh lệch nhiệt độ hữu ích Chênh lệch nhiệt độ hữu ích Chênh lệch nhiệt độ hữu ích Chênh lệch nhiệt độ hữu ích Chênh lệch nhiệt độ hữu ích Chênh lệch nhiệt độ hữu ích 2.1.2.Tính cân vật chất lượng: Mục đích : Giúp tính tốn đốt hữu ích, Q, ∆thi để tính tốn bề mặt truyền nhiệt, từ tính kích thước thiết bị Sơ đồ: √ Chọn tỉ lệ thứ: W1 : W2 = m Tính W1,W2 , G, x B1: Chọn tỉ lệ hiệu áp suất : ∆ p1 : ∆ p2 = a B2: Tính áp suất nồi p1, p2, pw1, pw2 B3: Xác định nhiệt độ nồi t1, t2 , tw1 , tw2 √ SVTH : Trang GVGD : TS Lê Phan Hoàng Chiêu B4 : Xác định nhiệt độ tổn thất cho nồi B5 : Xác định nhiệt độ sôi nồi B6 : Xác định nhiệt độ chênh lệch hữu ích nồi B7 : Kiểm tra điều kiện ∆t h1 − ∆t h ≤ 5% (1) max(∆t h1 , ∆t h ) Nếu điều kiện thỏa ngừng, điều kiện khơng thỏa lặp lại từ B1 Tính lại W1 , W2 , D theo phương trình cân lượng nồi nồi Kiểm tra điều kiện Wchọn − Wtính ≤ 5% (2) ∆W = Max( wcọn , wtính ) Nếu điều kiện đạt ta tính tiếp, khơng đạt lặp lại tính từ bước Cơng thức tính tốn : 2.1.2.1 Xác định nồng độ thứ - Lượng thứ bốc lên toàn hệ thống: W = Gđ ( 1- XD ) XC - Phân phối thứ nồi:W1/ W2 =m mà :W = W1 + W2 W2 = W - W1 W W1 = => 1+ m G *XD X CI = D - Nồng độ dung dịch nồi 1: G D − W1 (5.17-[2]) (3) (4) (5) (5.17-[2]) (6) 2.1.2.2 Xác định áp suất nhiệt độ nồi Theo T105-[1] - Hiệu số áp suất hệ thống cô đặc: ∆P = P1 – P2’ ∆P1 Chọn =a ∆P2 mà ∆P = ∆P1 + ∆P2 => ∆P1, ∆P2 ∆P1 = P1- P1’ => P1, P2 2.1.2.3 Xác định nhiệt độ tổn thất -Tổn thất nhiệt độ nồng độ tăng cao ∆ ’: Theo công thức Tisencô (273 + t ) (VI.10-[2]) (7) ∆' = ∆'0 * 16.2 * r Với ∆’o tra bảng III.1-[5] -Tổn thất nhiệt độ áp suất thuỷ tĩnh ∆ ’’: Vì chọn chế độ chảy màng hệ thống ống dài nên xem dung dịch sôi mặt thoáng tức ∆’’= oC SVTH : Trang 10 GVGD : TS Lê Phan Hoàng Chiêu - Bước lỗ : f e 12 t = 0.866.d ( ) f tb Trong đó: πDt2 f tb = (VI.55-[5]) (102) (103) Chiều cao thiết bị: t lr − t lv (VI.56-[5]) (104) t w − t lv H tb = n.htb + (0.8 ÷ 1.6) Chiều cao thiết bị: (III.38-[1]) (105) Kích thước ống baromet: Đường kính ống: 0.004Glv dt = (VI.57-[5]) (106) πvlr với vlr=0.5 m/s Chiều cao ống baromet: H=h1+h2+0.5 (VI.58-[5]) (107) Trong đó: Chiều cao cột nước cân hiệu số áp suất khí áp suất ngưng tụ: b h1= 10.33 (VI.59-[])(108) 760 Chiều cao cột nước để khắc phục trở lực nước chảy ống: vlr2 H (1 + λ + ∑ ξ ) H2= (VI.60-[5]) (109) 2g dt Hệ số λ phụ thuộc chuẩn số Re vlr d t ρ lr Re = (110) µ lr 64 λ= => Chảy tầng: (1.75-[10]) (111) Re Mức độ đun nóng: P= => Chảy rối ống nhám: 0.9  ∆  6.81   = −2 lg  +   λ  3.7 d t  Re   Bảng 3.3: Thông số thiết bị ngưng tụ Đại lượng Suất lượng Khối lượng riêng Vận tốc Sáuất lượng Khối lượng riêng Vận tốc SVTH : Kí hiệu Đơn vị Hơi vào W3 kg/s h kg/m3 vh m/s Nứơc làm ngïi Glv kg/s lv kg/m3 vl m/s (1.76g-[10]) (112) Giá trị Ghi 0.31 0.134 35 Chọn theo T85-[4] 9.67 996 0.62 Tra bảng 39-[2] Chọn theo T85-[4] Trang 38 GVGD : TS Lê Phan Hoàng Chiêu Suất lượng Nhiệt độ Vận tốc Độ nhớt tuyệt đối Khối lượng riêng Độ chân không thiết bị SVTH : Dòng nước Glr kg/s tlr C vlr m/s µlr 10-3Pas lr kg/m3 b mmHg 6.63 50 0.5 0.556 988 608 Chọn theo T85-[4] Tra bảng 39-[2] Trang 39 GVGD : TS Lê Phan Hồng Chiêu Bảng 3.4: Kết qủa tính thiết bị ngưng tụ Đại lượng Đường kính thiết bị ( tính) Đường kính thiết bị (thực) Chiều rộng Chiều dày Chiều cao gờ Đường kính lỗ Mức độ đun nóng Số ngăn Tổng diện tích lỗ Diện tích tiết diện thiết bị Bước lỗ Khoảng cách ngăn Chiều cao thiết bị ngưng tụ Đường kính Chuẩn số Re Hệ số trở lực vào ống Hệ số trở lực khỏi ống Hệ số trở lực masát Chiều cao cột nước Chiều cao khắc phục trở lực Chiều cao ống baromet SVTH : Ký hiệu Dt Đơn vị mm Giá trị 364 Ghi Dt mm 500 Chọn 300 40 0.673 0.016 0.198 0.495 400 4000 Choïn Chọn Chọn (104) Bảng VI.7-[5] (101) (103) Chọn Bảng VI.17-[5] (105) Taám ngaên b mm δ mm hg mm de mm P Z fe m2 ftb m2 t mm h mm Htb mm Ống baromet dt mm Re ξ1 ξ2 λ h1 m h2 m Hb m (99) 160 142158 0.5 0.03 8.3 0.054 (106) (110) (112) (108) (109) 8.854 (107) Chọn Trang 40 GVGD : TS Lê Phan Hoàng Chiêu 3.3 BƠM Ký hiệu đại lượng Ký hiệu G Q N H P1, p2 ρ η Đơn vị kg/s m3/s KW m Ý nghĩa Lưu lượng Năng suất bơm Công suất bơm Cột áp bơm Aùp suất đầu hút đầu bơm Khối lượng riêng dòng lưu chất Hiệu suất bơm kg/m3 3.3.1.Bơm chất lỏng Được tính theo tài liệu [7], T112-113 QHρg N= Công suất bơm: 1000η G Lưu lượng bơm: Q= ρ Cột áp bơm: H = H1 + H2 + H3 + H4 + H5 Cột áp để khác phục chiều cao nâng hình học: H1 = z2-z1 Cột áp để khắc phục chênh lệch áp suất hai đầu ống hút đẩy: p − p1 H2= ρg Cột áp để khắc phục trở lực đường ống: v2 l (λ + ∑ ξ ) H3+H4 = 2g d 4Q 4G = Với : v= πd ρπd ρvd Re = µ Đối với trường hợp chảy rối ống nhám ( CT1.76 –[10]) ∆  6.81  = −2 lg( +  3.7 d t  Re  λ (113) (114) (115) (116) (117) (118) (119) (120) 0.9 ) (121) - Cột áp để khắc phục động ống hút ống đẩy: Coi đường kính ống hút ống đẩy => v1= v2 => H5 = p − p1 v2 l + ( z − z1 ) + ( λ + ∑ ξ ) Vậy cột áp bơm là: H= ρg g d SVTH : (122) Trang 41 GVGD : TS Lê Phan Hoàng Chiêu Bảng 3.5 :Kết qủa tính bơm Đại lượng Đường kính ống Chiều dài ống Suất lượng Độ nhớt Khối lượng riêng Vận tốc dung dịch Chiều cao hình học Aùp suất Trở lực cục Cửa vào Cửa Van thẳng (2 cái) Co 90 (3 cái) Tổng trở lực Chuẩn số Re Hệ số masát Nồi I Nồi II 0.025 15 0.833 0.221 1040.1 0.025 15 0.48 0.291 1069.6 0.025 15 0.185 0.61 1205.6 Bơm nước làm nguội 0.15 15 9.67 0.8007 995.7 m/s 1.63 0.91 0.31 0.55 (104) H0 m 10 10 10 14 Chọn P1 P2 105N/m 105N/m 1.442 1.442 0.21 0.21 0.981 0.2 0.5 0.97 9.44 191.78 0.05 0.5 1.11 9.72 8.361 0.054 0.5 0.98 9.46 25.317 0.052 0.5 0.39 1.1 5.58 102.59 0.03 Ký hiệu Đơn vị Bơm nhập liệu dt L G µ ρ m m kg/s 10-3 Pas kg/m3 V ∑ξ Bơm tháo liệu Re λ 103 Độ nhám ∆ mm 0.5 0.5 0.5 0.5 Cột áp bơm Hiệu suất Công suât bơm H η mH2O 25.08 0.75 2.36 0.75 16.91 0.75 6.074 0.75 N kW 0.27 0.015 0.061 0.77 Ghi Chọn Chọn Bảng 13-[3] (106) Bảng 12-[3] (102) (100) 3.3.2.Bơm chân không Công suất bơm chân không: V ∆P 0.022(1 − 0.2).9,81.10 N = kk = = 2.3kW 1000η 1000.0.75 SVTH : Trang 42 GVGD : TS Lê Phan Hoàng Chiêu 3.4 TAI TREO Chọn vật liệu làm tai treo thép CT3 Tai treo hàn vào thiết bị, chọn số gân Chọn thiết bị có khối lượng lớn để tính tốn tai treo, ta chọn nồi cô đặc kết thống cho hai nồi Tải trọng tác dụng lên tai treo: Chọn số tai treo G.9.81 Bảng 3.6 :Khối lượng thiết bị tính tai treo - Tải trọng tác dụng lên tai treo: Q = Bộ phận Thân Thân phụ Nắp đáy Bích Vỉ ống Đĩa phân phối Oáng truyền nhiệt Khối lượng dung dịch (kg) Khối lượng vật liệu (kg) Thân Đáy Nắp Bích Khối lượng dung dịch (kg) Khối lượng vật liệu (kg) Đại lượng Tổng khối lượng Số tai treo Tải trọng (N) Tải trọng chọn (N) SVTH : Thể tích Vật liệu rỗng m3 Buồng đốt CT3 1.43 X18H10T 0.17 X18H10T 35.2*10-3 X18H10T X18H10T X18H10T X18H10T Buồng bốc X18H10T 3.08 X18H10T 0.823 X18H10T 0.421 X18H10T Thể tích vật liệu m3 Khối lượng (kg) 0.038 4.56*10-3 298.3 36.2 14.14 23.78 25.38 19.43 8.96 1689.2 1122.16 1 61 705.6 286.84 184.83 158.57 5213.01 1504.9 1 0.003 0.0032 2.45*10-3 4.54*10-3 0.089 0.02 Buồng đốt 2811.36 6894.86 10000 Chọn theo bảng XIII.36-[5] Số lượng (cái) Buồng bốc 6717.91 16475.7 25000 Trang 43 GVGD : TS Lê Phan Hoàng Chiêu 3.5 LỚP CÁCH NHIỆT Bề dày lớp cách nhiệt (theo T92-[5]) λ α n (t t − t kk ) = c (tti − t t ) δc Với α n : Hệ số cấp nhiệt từ mặt lớp cách nhiệt đến khơng khí α n =9.3+0.058t2 (W/m2.độ) tt2: nhiệt độ bề mặt lớp cách nhiệt phía khơng khí khoảng 40-500C, chọn 450C tt1: nhiệt độ lớp cách nhiệt tiếp giáp bề mặt thiết bị Vì trở lực tường thiết bị thường nhỏ so với trở lực nhiệt lớp cách nhiệt nên coi tt1 = tD tkk: nhiệt độ khơng khí chọn 300C Chọn lớp cách nhiệt bơng thuỷ tinh có hệ số cấp nhiệt 0.0372W/m2.độ Ký hiệu tt2 αn tt1 tkk λc δc Đơn vị Giá trị Buồng đốt C W/m2.độ Buồng bốc 45 11.92 C C W/m2.độ 142.9 m 0.02 110.28 30 0.0372 0.014 => Thống cho hai nồi ta chọn sau: Buồng đốt : δ c =200mm Buồng bốc : δ c =150mm SVTH : Trang 44 GVGD : TS Lê Phan Hoàng Chiêu CHƯƠNG Tính giá thành thiết bị Bảng4.1: Bảng tính kinh tế thiết bị chính(xét cho nồi) Bộ phận Vật liệu Buồng đốt Thân CT3 Thân phụ X18H10T Nắp đáy X18H10T Bích X18H10T Vỉ ống X18H10T Đĩa phân phối X18H10T Ống truyền X18H10T nhiệt Buồng bốc Thân X18H10T Đáy X18H10T Nắp X18H10T Bích X18H10T Tổng giá thành vật tư Giá gia cơng Tổng Đơn vị tính Đơn giá (đồng) Khối lượng Số lượng Thành tiền (triệu đồng ) kg kg kg kg kg kg kg 10000 50000 50000 50000 50000 50000 50000 298.3 36.15 14.14 23.78 25.38 19.43 8.96 2 122 5.966 3.615 2.828 7.134 5.076 1.943 54.656 kg kg kg kg 50000 50000 50000 50000 705.6 286.84 184.83 158.57 2 70.56 28.684 18.483 31.714 230.659 230.689 461.318 TỔNG KẾT Thông số cơng nghệ HỆ THỐNG CƠ ĐẶC SVTH : Trang 45 GVGD : TS Lê Phan Hoàng Chiêu Đại lượng SVTH : Ký hiệu Đơn vị Giá trị Nồi I Nồi II Trang 46 GVGD : TS Lê Phan Hoàng Chiêu Suất lượng Nhiệt độ sôi Nồng độ Gđ tđ xđ Suất lượng Nhiệt độ sôi Nồng độ Gc tc xc Suất lượng Aùp suất Nhiệt độ W PW tW Suất lượng Aùp suất Nhiệt độ D PD tD Suất lượng Nhiệt độ D tD SVTH : Dung dịch vào kg/h C Dung dịch kg/h C Hơi thứ kg/h at C Hơi đốt kg/h at C Nước ngưng Kg/h C 3000 110.206 0.1 1777.78 61 0.169 1777.78 110.28 0.169 666.67 61.6 0.45 1222.22 1.47 110.1 1111.11 0.21 60.7 1473.2 142.9 1222.22 1.42 109.1 1473.2 142.9 1222.22 109.1 Trang 47 GVGD : TS Lê Phan Hoàng Chiêu THIẾT BỊ PHỤ Đại lượng Đơn vị Suất lượng Nhiệt độ Nồng độ kg/h C Suất lượng Nhiệt độ sôi Nồng độ kg/h C Suất lượng Aùp suất Nhiệt độ kg/h at C Suất lượng Aùp suất Nhiệt độ kg/h at C Suất lượng Nhiệt độ SVTH : kg/h C Thiết bị gia nhiệt Ký hiệu Giá trị Dòng lỏng vào Glv 3000 tlv 60 xv 0.1 Dòng lỏng Glr 3000 tlr 110.21 xr 0.1 Dòng vào D 294.8 PD tD 142.9 Dòng D tD Thiết bị ngưng tụ Ký hiệu Giá trị Glv tlv 34812 30 Glr tlr 35928 50 W pW tW 1111.11 0.2 59.7 Gkk tkk pkk 12.06 36 Nước ngưng 294.8 142.9 Trang 48 GVGD : TS Lê Phan Hồng Chiêu KÍCH THƯỚC THIẾT BỊ CHÍNH Đại lượng Vật liệu Chiều cao Đường kính Bề dày Aùp suất làm việc Plv Nồi I Nồi II Ký hiệu Thân H Dt S Đơn vị mm mm mm 105N/m2 2.943 10 N/m 0.461 Đáy nắp elip có gờ Vật liệu Số lượng Đường kính Bề dày Chiều cao Chiều cao gờ Z Dt S ht h Cái mm mm mm mm Đáy nón Vật liệu Đường kính Bề dày Chiều cao Chiều cao gờ Dt S hb h mm mm mm mm Ống truyền nhiệt Vật liệu Diện tích BMTN Chiều cao Đường kínhtrong Bề dày Số ống Bước ống F H dt S n t Vật liệu Số lượng Đường kính lỗ Bề dày z dt S Vật liệu Bề dày Đường kính lỗ Đường kính ngồi ống Bề dày ống SVTH : Buồng đốt Buồng bốc phụ CT3 X18H10T 5000 600 2000 600 600 1200 4 10 mm mm mm mm Oáng mm Vỉ ống Cái mm mm Đĩa phân phối lỏng S dt dô mm mm mm S mm Tai treo 1.67 1.756 X18H10T 600 150 25 1.67 1.756 X18H10T 1200 10 300 40 X18H10T 1400 10 1269 50 X18H10T 29.25 34 61 47.5 X18H10T 38 15 X18H10T 10 15 28 2.5 Trang 49 GVGD : TS Lê Phan Hoàng Chiêu Vật liệu Số lượng Tải trọng Cấu tạo bích Vật liệu Đường kính bên thiết bị Đường kính bích Đường kính tâm bulơng Chiều cao bích Đường kính bulơng Số bulơng Số bích ghép thânđáy-nắp z Q Thép CT3 104 Thép CT3 2.5*104 N Bich - Bulơng Bích liền khơng cổ Thép X18H10T Dt mm 600 1400 D mm 740 1540 Db mm 690 1490 h db z mm mm 20 20 20 30 20 40 bích Đệm Vật liệu Đường kính Đường kính ngồi Chiều dày Ống nhập liệu Ống thaó liệu Ống cấp đốt Ống dẫn thứ Ống dẫn nước ngưng Paronit Dt Dn δ mm mm 630 mm 650 Đường kính ống dẫn 50 1430 1454 50 Dống mm 150 300 20 Tỷ lệ chi tiết vẽ Ký hiệu Thiết bị A-A B-B C-C Chi tiết I SVTH : Ghi Nồi cô đặc Đĩa phân phối Thân buồng đốt Ống dẫn từ buồng đốt sang buồng bốc Bích, bulong vỉ ống buồng đốt Tỷ lệ vẽ : 15 1:5 1:5 1:5 1:2 Trang 50 GVGD : TS Lê Phan Hoàng Chiêu Chi tiết II Chi tiết III Chi tiết IV Chi tiết V Chi tiết VI Chi tiết VII Chi tiết VIII SVTH : Cửa đốt Tai treo Cửa tháo nước ngưng Bích bulong buồng bốc Bố trí ống tạo màng đĩa Bố trí lỗ đĩa Bố trí ống truyền nhiệt 1:4 1:4 1:2 1:2 1:2 1:2 1:2 Trang 51 GVGD : TS Lê Phan Hoàng Chiêu TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Phan Văn Thơm “Sổ tay thiết kế hóa chất chế biến thực phẩm đa dụng” Bộ GD ĐT, Viên Đào Tạo Mở Rộng, 1992 [2] Phạm Văn Bơn (chủ biên), Nguyễn Đình Thọ “Q trình thiết bị Cơng nghệ hố học – Tập –Q trình thiết bị truyền nhiệt” ĐHBK Tp HCM [3] Phạm Văn Bơn, Vũ Bá Minh, Hồng Minh Nam “Q trình thiết bị Cơng nghệ hố học – Tập 10 – Ví dụ tập” ĐHBK TpHCM [4] Các tác giả “ Sổ tay trình thiết bị Cơng nghệ hố chất – Tập 1” NXB KHKT [5] Các tác giả “Sổ tay trình thiết bị Cơng nghệ hố chất – Tập 2” NXB KHKT [6] Hồ Lê Viên “Thiết kế tính tốn chi tiết thiết bị hóa chất” NXB KHKT [7] Trần Văn Dũng, Nguyễn Văn Lục, Hoàng Minh Nam, Vũ Bá Minh “Q trình thiết bị Cơng nghệ hố học – Tập – Quyển – Phân riêng khí động, lực ly tâm, bơm, quạt, máy nén, tính hệ thống đường ống” ĐHBK Tp HCM [8] Nguyễn Ngộ “Kỹ thuật đường mía” [9] Tiêu chuẩn ống cho nghành Hố & Thực phẩm [10] Nguyễn Văn Lụa “Q trình thiết bị Cơng nghệ Hố học-Tập 1-Quyển 1-Khuấy-Lắng lọc” ĐHBK TpHCM [11] Phạm Văn Bơn Giáo trình “Q trình thiết bị Cơng nghệ Hố học- Tập 11- Hướng dẫn đồ án môn học” ĐHBK Tp.HCM [12] Lê Phan Hoàng Chiêu, Trần Tấn Việt, “Tài liệu hướng dẫn đồ án- Biểu diễn thiết bị Tự động hoá sơ đồ công nghệ” ĐHBK TpHCM SVTH : Trang 52 ... kg/h at C Nước ngưng Kg/h C 3000 110 .20 6 0.1 1777.78 61 0.169 1777.78 110 .28 0.169 666.67 61.6 0.45 122 2 .22 1.47 110.1 1111.11 0 .21 60.7 1473 .2 1 42. 9 122 2 .22 1. 42 109.1 1473 .2 1 42. 9 122 2 .22 109.1... 2: 0.9 D2 rD2 = W2.i? ?2 +Gc2.cc2 tc2 - Gd2.cd2 td2 Ma ø: W1=D2; Gc1=Gd1; W1+W2=W, i= c.t.10-3 W (i ' ' − i ) + Gd (i − i ) W c2 c2 d W1 = 0.9rD + i ' ' −i W2 d2 => W2 = W – W SVTH : W1 , Cng2... Nồi 2. 53 122 2 .22 1.47 110.1 26 96.5 22 33.5 1 42. 9 21 41 27 44 3000 1777.78 0.1 0.169 0.134 0.1 0.338 0 .21 9 C C C Ghi (CTTT) Nồi 1 .26 Theo [1] 1111.11 (4) 0 .21 60.7 Bảng 57-[3] 26 09.59 theo Pw 23 55 .26