Đồ án quá trình thiết bị Thiết kế thiết bị cô đặc nước ép xòa hai nồi liên tục xuôi chiều, năng suất nhập liệu 2500 kgh

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP THỰC PHẨM TP HCM KHOA CƠNG NGHỆ THỰC PHẨM ĐỒ ÁN Q TRÌNH VÀ THIẾT BỊ THIẾT KẾ THIẾT BỊ CƠ ĐẶC NƯỚC ÉP XỒI HAI NỒI LIÊN TỤC XUÔI CHIỀU, NĂNG SUẤT NHẬP LIỆU 2500 KG/H Tp Hồ Chí Minh, tháng 12 năm 2018 TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP THỰC PHẨM TP HCM KHOA CƠNG NGHỆ THỰC PHẨM ĐỒ ÁN Q TRÌNH VÀ THIẾT BỊ THIẾT KẾ THIẾT BỊ CƠ ĐẶC NƯỚC ÉP XỒI HAI NỒI LIÊN TỤC XUÔI CHIỀU, NĂNG SUẤT NHẬP LIỆU 2500 KG/H Giáo viên hướng dẫn: PHAN THẾ DUY Sinh viên thực hiện: Võ Thụy Quỳnh Trân 2005150262 Võ Ngọc Thanh Trang 2005150243 Tp Hồ Chí Minh, tháng 12 năm 2018 GVHD: Phan Thế Duy Page MỤC LỤC GVHD: Phan Thế Duy Page DANH MỤC BẢNG BIỂU GVHD: Phan Thế Duy Page LỜI NÓI ĐẦU Trong kế hoạch đào tạo sinh viên năm thứ tư, mơn học Đồ án Q trình Thiết bị hội tốt cho việc hệ thống kiến thức q trình thiết bị cơng nghệ hố học Bên cạnh đó, mơn cịn dịp để sinh viên tiếp cận thực tế thơng qua việc tính toán, thiết kế lựa chọn chi tiết thiết bị với số liệu cụ thể, thông dụng Ngành công nghiệp nước ép dần phát triển mạnh mẽ Theo nghiên cứu Công ty Nghiên cứu Thị trường W&S, người tiêu dùng lựa chọn nước ép thay cho nước có gas Chính sở sản xuất nước ép lớn nhỏ nước xây dựng để đáp ứng nhu cầu người tiêu dùng Bên cạnh đó, phía nơng nghiệp xồi trọng tăng sản lượng để cung cấp cho thị trường nước Việt Nam đứng thứ 13 sản xuất xoài giới Trong tương lai, ngành công nghiệp sản xuất nước ép cịn phát triển có quan tâm đầu tư tốt cho xoài với nâng cao khả chế biến tiêu thụ sản phẩm Vì tính quan trọng vấn đề đặt hiệu sản xuất nhằm đảo bảo thu hồi đường với hiệu suất cao Vì lý việc cải tiến sản xuất nâng cao, mở rộng nhà máy đổi dây chuyền thiết bị công nghệ, tăng hiệu suất trình cần thiết cấp bách, địi hỏi phải chuẩn bị từ Vì Đồ án Quá trình Thiết bị đề tài lớn mà sinh viên đảm nhận nên thiếu sót hạn chế q trình thực khơng tránh khỏi Do đó, chúng em mong nhận thêm góp ý, dẫn từ thầy bạn bè để củng cố mở rộng kiến thức chuyên môn Chúng em chân thành cảm ơn GVHD: Phan Thế Duy Page PHẦN I: TỔNG QUAN VỀ NGUYÊN LIỆU VÀ Q TRÌNH CƠ ĐẶC I - NHIỆM VỤ CỦA ĐỒ ÁN Thiết kế thiết bị đặc nước xồi ép hai nồi liên tục xi chiều • Năng suất nhập liệu: 2500 kg/h • Nồng độ đầu: 8% khối lượng • Nồng độ cuối: 25% khối lượng • Nhiệt độ đầu vào nguyên liệu: 25oC • Nhiệt độ thứ nồi cuối: 75oC • Nhiệt độ nước bão hịa: 130oC II GIỚI THIỆU VỀ XỒI Đặc điểm chung xoài Xoài – Mangifera indica L Thuộc họ Đào lộn hột – Anacardiaceae Xoài ăn nhiệt đới, nguồn gốc miền Đông Ấn Độ vùng giáp ranh - - Miến Điện, Việt Nam, Malaysia Thành phần hóa học có xồi - Quả xồi có giá trị dinh dưỡng cao, thịt có hàm lượng vitamin B, C chiếm từ -3%, đường chiếm 20% (là loại đường đơn hấp thu hoàn toàn), Acid citric, Carotene (tiền - sinh tố A) 15% Qủa chứa nhiều carotene vitamin B1, B2 C Hạch chứa nhiều tinh bột, dầu tanin Lá chứa nhiều tanin số hợp chất flavonoid mangiferin Vỏ thân chưa 3% tanin mangiferin Bảng1 Thành phần hóa học có xoài Giống xoài Thành phần % Chất khô 18.80 16.76 22.30 12.67 20.07 Đường khử 3.72 3.56 3.27 - 3.16 Sacaroza 8.81 10.06 12.6 - 12.09 Acid 1.44 0.39 0.27 - 0.42 GVHD: Phan Thế Duy Page Protein - 0.43 0.73 0.69 0.71 Lipid - - - 0.08 0.15 Xenluloza - - - 0.93 0.59 Tro 0.32 0.47 0.86 0.83 0.39 Giá trị sử dụng xoài sống Trong 100g phần ăn xồn chín có chứa chất dinh dưỡng (FAO,1976): nước 86,5g ; glucid 12,9g ; protein 0,6g ; lipid 0,3g ; tro 0,5g ; chất khoáng: Ca 10mg, P 15mg, Fe 0,3mg ; vitamin: A 1880 microgam, B1 0,06 mg, C 36 mg; cung cấp 62 calo 78% nhu cầu vitamin A ngày, tốt cho phát triển trẻ em, da thị lực; 46% nhu cauaf vitamin C Quả xồi xanh thái mỏng, phơi khơ sấy khơ nguồn vitamin C thiên nhiên dồi III KHÁI QT VỀ CƠ ĐẶC Định nghĩa Cơ đặc phương pháp dùng để nâng cao nồng độ chất hòa tan dung dịch gồm hay nhiều cấu tử Q trình đặc dung dịch lỏng – rắn hay lỏng – lỏng có chênh lệch nhiệt độ sôi cao thường tiến hành cách tách phần dung môi (cấu tử dễ bay hơn), q trình vật lý – hóa lý Tùy theo tính chất cấu tử khó bay (hay khơng bay q trình đó), ta tách phần dung mơi (cấu tử dễ bay hơn) phương pháp nhiệt độ (đun nóng) phương pháp làm lạnh kết tinh Mục đích: tăng nồng độ dung dịch, kết tinh Các phương pháp đặc Phương pháp nhiệt (đun nóng): dung mơi 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 đó, cấu tử tách dạng tinh thể đơn chất tinh khiết, thường kết tinh dung môi để tăng nồng độ GVHD: Phan Thế Duy Page chất tan Tùy tính chất cấu tử áp suất bên tác dụng lên mặt thống mà q trình kết tinh xảy nhiệt độ cao hay thấp ta phải dùng máy lạnh Bản chất cô đặc nhiệt 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 ngồi Do đó, ta cần cung cấp nhiệt để phân tử đủ lượng thực q trình Bên cạnh đó, bay xảy 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 hồn tự nhiên nồi đặc Tách khơng khí lắng keo (protit) ngăn chặn tạo bọt cô đặc Ứng dụng cô đặc Trong sản xuất thực phẩm, ta cần cô đặc dung dịch đường, mì chính, nước trái Trong sản xuất hóa chất, ta cần đặc dung dịch NaOH, NaCl, CaCl 2, muối vô Hiện nay, phần lớn nhà máy sản xuất hóa chất, thực phẩm sử dụng thiết bị cô đặc thiết bị hữu hiệu để đạt nồng độ sản phẩm mong muốn Mặc dù cô đặc hoạt động gián tiếp cần thiết gắn liền với tồn nhà máy Cùng với phát triển nhà máy, việc cải thiện hiệu thiết bị cô đặc tất yếu Nó địi hỏi phải có thiết bị đại, đảm bảo an toàn hiệu suất cao Do đó, yêu cầu đặt cho người kỹ sư phải có kiến thức chắn đa dạng hơn, chủ động khám phá nguyên lý thiết bị cô đặc Đánh giá khả phát triển cô đặc Hiện phần lớn nhà máy sản xuất hóa chất, thực phẩm sử dụng thiết bị cô đặc thiết bị hữu hiệu để đạt nồng độ sản phẩm mong muốn hoạt động gián tiếp cần thiết gắn liền với tồn nhà máy Cùng với phát triển thiết bị đặc tất yếu Nó địi hỏi phải có thiết bị đại, đảm bảo an toàn hiệu suất cao Đưa đến yêu cầu người kỹ sư phải có kiến thức chắn đa dạng hơn, chủ động khám phá nguyên lý thiết bị cô đặc GVHD: Phan Thế Duy Page IV LỰA CHỌN THIẾT BỊ CÔ ĐẶC DUNG DỊCH NƯỚC XỒI ÉP Theo tính chất ngun liệu sản phẩm, điều kiện kỹ thuật chúng em lựa chọn thiết bị đặc có ống tuần hồn trung tâm, có buồng đốt trong, sử dụng nồi xuôi chiều liên tục  Ưu điểm hệ thống - Thiết bị có cấu tạo đơn giản, dễ làm sạch, sửa chữa Thiết bị đặc có ống tuần hồn trung tâm thích hợp dùng để đặc dung dịch có độ - nhớt lớn, có nhiều váng cặn Dùng hệ thống nồi xi chiều liên tục tận dụng lượng thứ, tiết kiệm - lượng hệ xuôi chiều nồi sau có nhiệt độ áp suất nhỏ nồi trước nên sản phẩm hình thành nồi có nhiệt độ thấp Giảm ảnh hưởng nhiệt độ đến - sản phẩm cô đặc  Nhược điểm hệ thống Nhiệt độ dung dịch nồi sau thấp dần, nồng độ tăng dần làm cho độ nhớt dung dịch tăng nhanh, kết hệ số truyền nhiệt giảm dần từ nồi đầu đến nồi cuối GVHD: Phan Thế Duy Page PHẦN II THUYẾT MINH QUY TRÌNH CƠNG NGHỆ Dung dịch từ bể chứa nguyên liệu bơm lên bồn cao vị để ổn áp Từ bồn cao vị, dung dịch định lượng lưu lượng kế vào thiết bị gia nhiệt sơ đun nóng đến nhiệt độ sôi Thiết bị gia nhiệt sơ thiết bị trao đổi nhiệt dạng ống chùm: thân hình trụ, đặt đứng, bên gồm nhiều ống nhỏ bố trí theo đỉnh hình tam giác Các đầu ống giữ chặt vỉ ống vỉ ống hàn dính vào thân Nguồn nhiệt nước bão hịa có áp suất at bên ngồi ống (phía vỏ) Dung dịch từ lên bên ống Hơi nước bão hòa ngưng tụ bề mặt ống cấp nhiệt cho dung dịch để nâng nhiệt độ dung dịch lên nhiệt độ sôi Dung dịch sau gia nhiệt chảy vào thiết bị cô đặc để thực trình bốc Hơi nước ngưng tụ thành nước lỏng theo ống dẫn nước ngưng qua bẫy chảy  Nguyên lý làm việc nồi cô đặc Phần thiết bị buồng đốt, gồm có ống truyền nhiệt ống tuần hồn trung tâm Dung dịch ống cịn đốt (hơi nước bão hịa) khoảng khơng gian ống Hơi đốt ngưng tụ bên ống truyền nhiệt cho dung dịch chuyển dộng ống Dung dịch ống theo chiều từ xuống nhận nhiệt đốt ngưng tụ cung cấp để sơi, làm hóa phần dung mơi Hơi ngưng tụ theo ống dẫn nước ngưng qua bẫy để chảy  Nguyên tắc hoạt động ống tuần hoàn trung tâm Khi thiết bị làm việc, dung dịch ống truyền nhiệt sôi tạo thành hỗn hợp lỏng – có khối lượng riêng giảm bị đẩy từ lên miệng ống Đối với ống tuần hồn, thể tích dung dịch theo đơn vị bề mặt truyền nhiệt lớn so với ống truyền nhiệt nên lượng tạo ống truyền nhiệt lớn Vì lý khối lượng riêng hỗn hợp lỏng – ống tuần hoàn lớn so với ống truyền nhiệt hỗn hợp đẩy xuống Kết có dịng chuyển động tuần hồn tự nhiên thiết bị; từ lên ống truyền nhiệt từ xuống ống tuần hoàn GVHD: Phan Thế Duy Page 10 hba = h1+ h2 + 0.5 = 5.335 + 0.049 + 0.5 = 5.88 (m)  Vậy chọn chiều cao ống Baromet : hba = m Tính thiết bị gia nhiệt nhập liệu: Chọn loại thiết bị ống chùm thẳng đứng, dung dịch ống, đốt ống t1 = 300C Dòng nhập liệu ( dòng lạnh ): t2 = 115,080C ttb = 0,5.(tD + tC) = 0,5 x (30 + 115,08) = 72,540C - Dịng nóng: TD = TC = 137,9 0C Hiệu nhiệt độ đầu ra: ∆tra = 137,9 – 115,08 = 22,820C Hiệu nhiệt độ đầu vào: ∆tvào = 137,9 – 30 = 107,9 0C Hiệu số nhiệt độ trung bình : ∆ttb= - ∆t vao − ∆t 107.9 − 22.82 = ∆t 107.9 ln ln vao 22.82 ∆t Chọn ∆t1 = 1.75 0C → tw1 = 137,9 – 1,75 = 136,15 0C tm = - = 54.76 0C 136.15 + 137.9 = 137.025 0C Tra bảng ta có : A = 193.55 r = 2156300 J/kg - Chọn : Σrc1 = 0,232.10-3 m2.độ/W Σrc2 = 0.387*10-3 m2 độ /W δthép = 2mm - λ Thép khơng rỉ X18H10T có = 16,3 δ 2.10 −3 λ 16.3  rΣ = Σrc1 + + Σrc2 = 0.232.10-3 + + 0.387.10-3 = 0.742.10-3 (m2.K/W) α1 = 2.04A GVHD: Phan Thế Duy r H ∆t1 = 2.04*193.55  2156300     1.5 * 1.75  Page 57 0.25 = 11886.8 ( W/ m2 độ ) - Ta có: q1 = α1.∆t1= 11886,8 x 1,75 = 20801,89 W/m2 q2: nhiệt tải phía dung dịch sơi Ta có cơng thức tính q2: q2 = α2.∆t2 (2) - Với : ∆t2 = tw2 – t2 hiệu sốnhiệt độ bề mặt truyền nhiệt dung dịch sơi Ta có tw1 – tw2 = q1 rΣ ⇒ tw2 = tw1 – q1 rΣ =136,15 – 20801,89 x 0,742.10-3 = 121,59 0C  ∆t2 = 121,59 – 115,08 = 6,51 0C - Hệ số cấp nhiệt từ thành thiết bị đến dung dịch α2 tính công thức: Theo công thức VI.27, trang 71, [2]: α dd - λ = α n  dd  λn    , 565  ρ  dd  ρ n    C  dd  Cn  µn    µ  dd  0, 435 (W/m2K) Trong đó: αn :hệ số cấp nhiệt nước cô đặc theo nồng độ dung dịch  αn = 0,145.∆t22,33 p0,5 (công thức V.91, trang 26, [2]) p: áp suất tuyệt đối mặt thoáng (N/m2 )  αn = 0.145*6.512.33*(1.7*9.81*104) 0.5 = 4656.6 (W/m2K) Cdd : nhiệt dung riêng dung dịch C dd  = Cd = 4025.39 (J/kgK) Cn : nhiệt dung riêng nước cô đặc theo nồng độ dung dịch  Cn = 4230 (J/kgK) µdd : độ nhớt dung dịch cô đặc theo nồng độ dung dịch  µdd = 0.338.10-3 (Ns/m2) µn : độ nhớt nước cô đặc theo nồng độ dung dịch  ρ dd µn = 0.243.10-3 (Ns/m2) : khối lượng riêng dung dịch cô đặc theo nồng độ dung dịch GVHD: Phan Thế Duy Page 58 ρ dd ρn : khối lượng riêng nước cô đặc theo nồng độ dung dịch ρn λ dd (kg/m3) = 947.32 : độ dẫn điện dung dịch cô đặc theo nồng độ dung dịch λdd = AC p ρ - (kg/m3) = 1039.98 ρ M (W/mK) Trong đó: Cp : nhiệt dung riêng đẳng áp dung dịch Cp= 4025,39 (J/kgK) ρ : khối lượng riêng dung dịch =1039.98 (kg/m3) M : khối lượng mol trung bình dung dịch M = x.Mđường + (1-x).Mnước = 0.1*342 + (1-0.1).18 (kg/mol) = 50.4 (g/mol) A : hệ số phụ thuộc mức độ liên kết chất lỏng, nước A =3,58.10-8 ⇒ λdd = 3,58.10 −8 * 4025.39 *1039.983 λn : độ dẫn điện nước λn  1039.98 50.4 = 0.691 (W/mK) λ ⇒ α dd = α n  dd  λn GVHD: Phan Thế Duy    , 565  ρ  dd  ρ n    C  dd  Cn  µn     µ dd  , 435 Page 59 = 0,411 (W/mK) ⇒ α dd  0,411  = 4656.6.   0,691  , 565  1039.98   4025.39  0,243.10 −3      −3   947.32   4230  0,338.10  , 435 = 3193.83 (W/m2K) ⇒ q2 = αdd ∆t2 = 3193.83*6.51 = 20791.8 (W/m2 ) Kiểm tra độ sai số q1 q2 : Có q1 − q * 100 q1 q tb = ⇒ - = 20801.89 - 20791.8 *100 20801.89 q1 + q 20801.89 + 20791.8 = 2 qtb 20796.85 = ∆t tb 54.76 Q = GD.C.∆t = - 3000 * 4025.39 * (115 08 − 30) = 3600 285400 W Q 285400 = K ∆t tb 379.78 * 54.76 = 13.72 m2 Chọn bề mặt truyền nhiệt F = 16m2 F 16 = π d H 3.14 * 0.034 *1.5 Số ống truyền nhiệt : n = Chọn n = 127 ống Tra b = 13 ống t = 1,4.dn = 1,4 x 0,038 = 0,0532 mm  - = 379.78 W/m2.độ Bề mặt truyền nhiệt : F = - = 20796.85 Hệ số truyền nhiệt : K= - % = 0.05% (thoả mãn điều kiện sai số.) = 100 ống D = t.(b – 1)+4.dn = 0.0532*(13 - 1)+ 1.4*0.038 = 0.692 m Chọn D = 800 m GVHD: Phan Thế Duy Page 60 - Vận tốc chảy ống : Q v’ = 3000 = * 1039.98 * 3600 3.14 *127 * 0.0342 π n.d = 0.007 m/s Tính bồn cao vị: Để ổn định lưu lượng q trình đặc, bồn cao vị đặt độ cao cho thắng trở lực đường ống để dung dịch tự chảy vào nồi Phương trình lượng : p1 α v1 + +H γ 2g Z1 + ⇒ Z1 – Z2 = p α v + + γ 2g = Z2 + h1-2 p − p1 + h1− γ p1 =1.033 at p2 = 1.7 at ρ = 1039.98 kg/m3 µ = 0.338.10-3 N.s/m2 Z1: Chiều cao từ bồn cao vị xuống đất (m) h1-2: Tổng tổn thất áp suất (m) - Chiều cao từ mặt thoáng nồi xuống đất là: Z2 = m Đường kính ống nhập liệu vào nồi : d = 500 mm Vận tốc dòng chảy ống: 4.G D 4.3000 = π d ρ 3600.3,14.0,05 2.1039.98 V= - - Chuẩn số Reynolds : = 0.41 m/s v.d ρ µ 0,41.0,05.1039,98 0,388.10 −3 Re = = = 54947 Chọn ống thép CT.3 nên độ nhám ε = 0.2 mm (Trang 381, [1]) GVHD: Phan Thế Duy Page 61 - Tính: Regh = d    ε  Ren = 220 8/7 d    ε   50  = 6.   0,2  9/8 8/ = 3301  50  = 220.   0,2  9/8 = 109674 Vậy: Regh < Re < Ren - Hệ số ma sát : λ = 0,1 - ε 100   1,46 +  d Re   0.25 0,2 100   = 0,11,46 +  50 54947  0.25 = 0.03 Tổng hệ số tổn thất cục : Σξ = ξvào+ 5.ξkhuỷu 90 + ξvan + ξra Hệ số tổn thất cục miệng ống vào : ξvào = 0,5 Hệ số tổn thất cục miệng ống : ξra = Hệ số tổn thất cục khuỷu 900 : ξkhuỷu 90 = 1,19 Hệ số tổn thất cục van : ξvan = 0,5  - Σξ = ξvào+ 5.ξkhuỷu 90 + ξvan + ξra = 0,5 + 5.1,19 + 2.0,5 + = 8,45 Chiều dài ống từ bồn cao vị đến nồi : l = 15 m Tổng tổn thất : h1-2 = - v2  l 15  0.41   λ + ξ = + 8,45    0,03 ∑ 2.g  d 0.05  2.9,81   = 0,15 m Chiều cao từ mặt thoáng bồn cao vị đến mặt đất : (1.7 − 1,033).9,81.10 1039.98 * 9,81 Z1 = + - + 0.15 = 10.56 m Chọn Z = 11 m Tính Bơm  Tính bơm chân khơng : - Công suất bơm chân không : GVHD: Phan Thế Duy Page 62 N= - m −1   m   p m  p kk Vkk   − 1  p1   η CK 10 m −   ηCK : hệ số hiệu chỉnh , ηCK = 0.8 m : số đa biến , m =1.3 p2 : áp suất khí , p2 =1.033 at Áp suất khơng khí TBNT : pkk = p1 = png - ph = 0.5 – 0.0576 = 0.4324at Với ph = 0.068 ( 38,10C) - Thể tích khơng khí cần hút khỏi thiết bị: Vkk = 7.52*10-3 (m3/s) Công suất bơm : N= 0.3   1 1.3 033   −3  432 * 81 * 10 * 52 * 10 −    0.432   0.8 *10 1.3 −   = 0.385 kW Vậy chọn bơm chân khơng có cơng suất ngựa  Tính bơm nước vào thiết bị ngưng tụ: - Công suất bơm : N= Q.ρ g H 1000.η (kW) H : cột áp bơm ( m) η : hiệu suất bơm , chọn η = 0.75 ρ : khối lượng riêng nước Q : lưu lượng nước lạnh tưới vào Baromet : Gn= 4.66 kg/s Q= 300C , ρ = 996kg/m3 G n 4.66 = = 0.0047 ρ 996 m3/s Phương trình brnoulli cho hai mặt cắt –1 ( mặt thoáng bể nước) –2 ( mặt thoáng thiết bị baromet ) GVHD: Phan Thế Duy Page 63 p1 α v1 + +H γ 2g Z1 + p α v + + γ 2g = Z2 + h1-2 Với : v1 = v2 = m/s p1 = 1,033 at p2 = 0.5 at µ = 0.804*10-3 N.s/m2 Chiều cao từ mặt thoáng bể nước xuống đất : Z1 = 2m Chiều cao từ mặt thoáng thiết bị baromet xuống đất Z2 = 10 m Chọn dhút = dđẩy = đường kính cửa vào thiết bị nước d =100 mm - Vận tốc dòng chảy ống: V= - 4.Q * 0.0047 = π d 3.14 * 0.100 v.d ρ 0.599 * 0.100 * 996 = µ 0.804 *10 −3 Chuẩn số Reynolds : Re = Chọn ống thép CT3 nên độ nhám ε = 0.2 mm Tính Regh: Regh = d    ε  Ren = 220 8/ d    ε   100  = 6*   0.2  9/8 = 0.599 ( m/s) = 74204 8/7 = 7289  100  = 220 *    0.2  9/8 = 239202 Vậy: Regh < Re < Ren - Hệ số ma sát : λ = 0.1 - ε 100   1.46 +  d Re   0.25 0.2 100   = 0.11.46 +  100 74204   0.25 = 0.026 Tổng hệ số tổn thất cục : Σξ = ξvào + 2.ξkhuỷu 90 + ξvan + ξra = 0.5 + 2*1.19 + 2*0.5 + = 4.88 GVHD: Phan Thế Duy Page 64 - Chiều dài ống từ bể nước đến thiết bị baromet : l = 15 m Tổng tổn thất : h1-2 = - - v2  l 15  0.599   + 4.88   λ + ∑ξ  =  0.026 g  d 0.100  * 9.81   Cột áp bơm : H = (10 - 2) + Công suất bơm : N = (0.5 − 1.033) * 9.81.10 996 * 9.81 0.0047 * 996 * 9.81 * 2.76 1000 * 0.75 = 0.159 m + 0.159 = 2.81 m 0.17 (kW) 3.Tính bơm nhập liệu : Bơm dung dịch từ bể chứa lên bồn cao vị Công suất bơm : N = Q.ρ g H 1000.η (Kw) η = 0.75 : hiệu suất bơm ρ =1038 kg/m3 : khối lượng riêng dung dịch đầu 10% Q= GD 3000 = = 0.0008 ρ 3600 * 1038 m3/s Phương trình Bernoulli cho hai mặt cắt 1-1 2-2: p1 α v1 + +H γ 2g Z1 + p α v + + γ 2g = Z2 + h1-2 Với : v1 = v2 = m/s p1 = 1,033 at p2 = 1.033 at µ = 1.2*10-3 N.s/m2 Chiều cao từ mặt thoáng bể chứa nguyên liệu xuống đất : Z1 = m Chiều cao từ mặt thoáng bồn cao vị xuống đất Z2 = 11 m Chọn dhút = dđẩy = đường kính ống nhập liệu d = 50 mm GVHD: Phan Thế Duy Page 65 Vận tốc dòng chảy ống: V= 4.Q * 0.0008 = π d 3.14 * 0.05 Chuẩn số Reynolds : Re = = 0.41 m/s v.d ρ 0.41* 0.05 * 1038 = µ 1.2 * 10 −3 = 17733 Chọn ống thép CT.3 nên độ nhám ε = 0.2 mm Tính Regh: Regh = d    ε  Ren = 220 8/ d    ε   50  = 6*   0.2  9/8 8/ = 3301  50  = 220 *    0.2  9/8 = 109674 Vậy: Regh < Re < Ren Hệ số ma sát : λ = 0.1 ε 100   1.46 +  d Re   0.25 0.2 100   = 0.11.46 +  50 17733   0.25 = 0.033 Tổng hệ số tổn thất cục : Σξ = ξvào + 2.ξkhuỷu 90 + ξvan + ξra = 0.5 + 2*1.19 + 2*0.5 + = 4.88 Chiều dài ống từ bể chứa đến bồn cao vị : l = 15 m tổng tổn thất : h1-2 = v2  l 15  0.41   + 4.88   λ + ∑ξ  =  0.033 2.g  d 0.05  * 9.81   = 0.31 m cột áp bơm : H = (11 - 2) + 0.31 = 9.31 m công suất bơm : N = GVHD: Phan Thế Duy 0.0008 * 1038 * 9.81 * 9.31 1000 * 0.75 Page 66 = 0.101 (kW) Tính bơm tháo liệu ( nồi 2): - Cơng suất bơm : N = Q.ρ g H 1000.η (Kw) η = 0.75 : hiệu suất bơm ρ =1288.73 kg/m3 Q= - GC 500 = = 0.00011 ρ 3600 *1288.73 m3/s Phương trình Bernoulli cho hai mặt cắt 1-1 2-2: p1 α v1 + +H γ 2g Z1 + p α v + + γ 2g = Z2 + h1-2 Với : v1 = v = 4.Q * 0.00011 = π d 3.14 * 0.05 = 0.056 m/s v2 = m/s 0.52 + 2.5 * 9.81 * p1 = 1288.73 * 9.81 * 10 = 0.681 at p2 = 1.033 at µ = 4.73*10-3 N.s/m2 - - Chiều cao từ ống tháo liệu xuống đất : Z1 = 0.5 m Chiều cao từ mặt thoáng bể tháo liệu xuống đất Z2 = m Chọn dhút = dđẩy = đường kính ống tháo liệu d = 50 mm v.d ρ 0.056 * 0.05 * 1288.73 = µ 4.73 * 10 −3 Chuẩn số Reynolds : Re = = 763 Hệ số ma sát : λ = - 64 Re = 64 763 = 0.084 Tổng hệ số tổn thất cục : Σξ = ξvào + 3.ξkhuỷu 90 + ξvan + ξra GVHD: Phan Thế Duy Page 67 = 0.5+ 3*1.19 + 2*0.5 + = 6.07 - Chiều dài ống từ ống tháo liệu đến bể chứa : l = 10 m Tổng tổn thất : h1-2 = - - v2  l 10  0.056   + 6.07   λ + ∑ξ  =  0.084 2.g  d 0.05  * 9.81   Cột áp bơm : H = (2 - 0.5) + Công suất bơm : N = = 0.0037 m (1.033 − 0.681) * 9.81 * 10000 1288.73 * 9.81 0.00011 * 1288.73 * 9.81 * 4.24 1000 * 0.75 + 0.0037 = 4.24 m = 0.008 (kW) Bề dày lớp cách nhiệt : d λ1,.35 t t 1, 1.2 * - 1,.3 1, q1 Bề dày lớp cách nhiệt buồng đốt nồi I : δ = (Theo trang 41, [2]) Đường kính ngồi buồng đốt : d2 =1208 mm Chọn lớp cách nhiệt amiăng, hệ số cấp nhiệt λ = 0.151 W/m.K Nhiệt độ thành buồng đốt , tt2 =137.9 0C Diện tích buồng đốt: S = π.d2.H = 3.14*1.208 *1.5 = 5.7 m2 Nhiệt tổn thất: q1 = 449 W/m (Bảng V.7 trang 41 [2]) 2.8.d λ1 35 t t 2 δ= q1 = 2.8 *1.2081.2.0.1511.35 * 137.91.3 4491 = 17.4 mm Để thuận tiện chế tạo chọn chiều dày lớp cách nhiệt cho buồng bốc nồi I nồi II 18 mm GVHD: Phan Thế Duy Page 68 KẾT LUẬN VÀ NHẬN XÉT: Nhiệm vụ đồ án thiết kế thiết bị cô đặc chân không hai nồi liên tục xuôi chiều, dùng đốt nước bão hồ có áp suất 3.5 at để đặc dung dịch nước ép từ mía có nồng độ khoảng 10% lên đến nồng độ kết tinh 60% Đây phương án nhất,so với phương án khác có ưu khuyết điểm sau: • Ưu điểm: Hệ thống đặc nồi xi chiều thích hợp để đặc dung dịch dễ biến tính nhiệt độ cao hệ xi chiều nồi đầu có nhiệt độ áp suất cao nồi sau nên sản phẩm hình thành nồi có nhiệt độ thấp Hệ thống làm việc liên tục thiết kế có diện tích bề mặt truyền nhiệt cao yêu cầu công nghệ khoảng 20%, điều đảm bảo cho hệ thống tạo sản phẩm có nồng độ đạt yêu cầu,có thể linh hoạt khoảng nồng độ đó,cũng cho phép nâng cao cơng suất Dùng hệ đặc nồi tiết kiệm chi phí đốt tận dụng thứ nồi trước làm đốt cho nồi sau Từ giảm chi phí vận hành giảm giá thành sản phẩm Thiết bị cô đặc chân không làm giảm nhiệt độ sôi dung dịch, tránh hư hỏng sản phẩm nhiệt độ cao • Khuyết điểm Do hệ thống làm việc liên tục nên dung dịch nhập liệu phải trạng thái sơi từ dẫn đến phải thêm khoảng chi phí cho thiết bị gia nhiệt để gia nhiệt nhập liệu trước vào nồi I Nhiệt độ sôi nồi II thấp nồi I nồng độ dung dịch lại tăng lên độ nhớt dung dịch tăng mạnh , hệ số truyền nhiệt giảm nhiều Hệ thống đặc nhiều nồi địi hỏi chi phí cho thiết bị nhiều hẳn so với hệ thống đặc gián đoạn nồi Đồng thời địi hỏi khoảng diện tích lắp đặt lớn Điều kiện vận hành khó so với hệ thống cô đặc nồi gián đoạn GVHD: Phan Thế Duy Page 69 Trong q trình tính tốn thiết kế, lần đầu thiết kế hệ thống cơng nghiệp tiếp xúc với thực tế nên có sử dụng hệ số an tồn cao, làm tăng khối lượng giá thành thiết bị lên nhiều GVHD: Phan Thế Duy Page 70 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] PTs Trần Xoa, PGs.PTs Nguyễn Trọng Khuông , PTs Phạm Xuân Toản - Sổ tay Q trình Thiết bị Cơng Nghệ Hóa Chất - Tập - NXB Khoa học Kỹ thuật Hà Nội , 1999 [2] PTs Trần Xoa, PGs.PTs Nguyễn Trọng Khuông , PTs Phạm Xuân Toản - Sổ tay Quá trình Thiết bị Cơng Nghệ Hóa Chất - Tập - NXB Khoa học Kỹ thuật Hà Nội , 1999 [3] Phạm Văn Bơn (chủ biên) , Nguyễn Đình Thọ - Q trình Thiết bị Cơng Nghệ Hóa Chất – Tập 5_ “Quá Trình Thiết Bị Truyền nhiệt” – NXB Đại Học Quốc Gia Tp Hồ Chí Minh, 2002 [4] Phạm Văn Bơn ,Vũ Bá Minh, Hồng Minh Nam - Q trình Thiết bị Cơng Nghệ Hóa Chất – Tập 10 _”Ví dụ tập” – NXB Đại Học Quốc Gia Tp Hồ Chí Minh, 2002 [5] Trần Hùng Dũng, Nguyễn Văn Lục, Hoàng Minh Nam, Vũ Bá Minh – Các Quá Trình Thiết Bị Cơng Nghiệp Hóa Chất Thực Phẩm – Tập 1, Quyển _ “Phân riêng khí động, Lực ly tâm, Bơm, Quạt, Máy nén, Tính hệ thống đường ống”– NXB Đại Học Quốc Gia Tp Hồ Chí Minh, 2002 [6] Nguyễn Thị Phương , Lê Song Giang - Bài tập Cơ lưu chất – NXB Đại học Quốc Gia Tp Hồ Chí Minh [7] Trần Hữu Quế (chủ biên) , Đặng Văn Cứ , Nguyễn Văn Tuấn - Vẽ kỹ thuật khí - tập NXB Giáo dục , 1998 [8] Nguyễn Ngộ (chủ biên) , Lê Bạch Tuyết, Phan Văn Hiệp , Phạm Vĩnh Viễn , Mạnh Hùng Kỹ nghệ sản xuất đường mía - NXB Khoa học kỹ thuật, 1984 [9] Hồ Lệ Viên - Thiết kế tính tốn chi tiết thiết bị hoá chất – NXB Khoa Học Kỹ Thuật, Hà Nội, 1978 GVHD: Phan Thế Duy Page 71 ... i (0C) Trong : ∆ti1 = 22 , 82 0C ∆ti2 = 27 ,74 0C Q1 = 70 327 0 W Q2 = 656440 W Σ∆ti = ∆ti1 + ∆ti2 = 22 , 82 + 27 ,74= 50,56 0C Σ - Qi Ki = Tính cho nồi 1: 24 0C - Tính cho nồi 2: 26 ,50C  Kiểm tra lại... q2: q2=? ?2. ∆t2 (2) - Với : ∆t2 = tw2 – t2 hiệu số nhiệt độ bề mặt truyền nhiệt dung dịch sơi Ta có tw1 – tw2 = q1 rΣ ⇒ tw2 = tw1 – q1 rΣ = 137,03 – 20 7 12, 84 x 0,7 42. 10-3 = 121 ,66 0C  ∆t2 = 121 ,66... độ sôi nồi: Hiệu số nhiệt độ hữu ích ở nồi: - Nồi I: ∆ti1 = T1 – (T2 + Σ∆1) =137,9 – (113,6 + 0 ,22 + 0 ,26 + 1) = 22 , 82 0C Nồi II: ∆ti2 = T2 – (tng + Σ? ?2) =113,6– (80,9 + 2, 66 + 1,3 + 1) = 27 ,74