Phương pháp nhiệt (đun nóng): dung môi chuyển từ trạng thái lỏng sang trạng thái hơi dưới tác dụng của nhiệt khi áp suất riêng phần của nó bằng áp suất tác dụng lên mặt thoáng chất lỏng. Phương pháp lạnh: khi hạ thấp nhiệt độ đến một mức nào đó thì một cấu tử sẽ tách ra dạng tinh thể đơn chất tinh khiết, thường là kết tinh dung môi để tăng nồng độ chất tan. Tùy tính chất cấu tử và áp suất bên ngoài tác dụng lên mặt thoáng mà quá trình kết tinh đó xảy ra ở nhiệt độ cao hay thấp và đôi khi phải dùng đến máy lạnh. 1.1.1.1.2.1.3.1.3.1.1.3.2.1.3.3.Bản chất của sự cô đặc do nhiệt Dựa theo thuyết động học phân tử: Để tạo thành hơi (trạng thái tự do) thì tốc độ chuyển động vì nhiệt của các phân tử chất lỏng gần mặt thoáng lớn hơn tốc độ giới hạn. Phân tử khi bay hơi sẽ thu nhiệt để khắc phục lực liên kết ở trạng thái lỏng và trở lực bên ngoài. Do đó, ta cần cung cấp nhiệt để các phần tử đủ năng lượng thực hiện quá trình này. Bên cạnh đó, sự bay hơi chủ yếu là do các bọt khí hình thành trong quá trình cấp nhiệt và chuyển động liên tục, do chênh lệch khối lượng riêng các phần tử ở trên bề mặt và dưới đáy tạo nên sự tuần hoàn tự nhiên trong nồi cô đặc. Tách không khí và lắng keo khi đun sơ bộ sẽ ngăn được sự tạo bọt khi cô đặc. 1.3.4.Ứng dụng của sự cô đặc Dùng trong sản xuất thực phẩm: dung dịch đường, mì chính, các dung dịch nước trái cây… Dùng trong sản xuất hóa chất: NaOH, NaCl, CaCl2, các muối vô cơ… 1.3.5.Đánh giá khả năng phát triển của sự cô đặc Hiện nay, phần lớn các nhà máy sản xuất hóa chất, thực phẩm đều sử dụng thiết bị cô đặc như một thiết bị hữu hiệu để đạt nồng độ sản phẩm mong muốn. mặc dù chỉ là một hoạt động gián tiếp nhưng rất cần thiết và gắn liền với sự tồn tại của nhà máy. Cùng với sự phát triển của nhà máy thì việc cải thiện hiệu quả của thiết bị cô đặc là một tất yếu. nó đòi hỏi phải có những thiết bị hiện đại, đảm bảo an toàn và hiệu suất cao. Đưa đến yêu cầu người kỹ sư phải có kiến thức chắc chắn hơn và đa dạng hơn, chủ động khám phá các nguyên lý mới của thiết bị cô đặc. 1.4.Các thiết bị cô đặc nhiệt 1.4.1.Phân loại và ứng dụng Theo cấu tạo: Nhóm 1: dung dịch đối lưu tự nhiên (tuần hoàn tự nhiên) dùng cô đặc dung dịch khá loãng, độ nhớt thấp, đảm bảo sự tuần hoàn dễ dàng qua bề mặt truyền nhiệt. Gồm: Có buồng đốt trong (đồng trục buồng bốc), có thể có ống tuần hoàn trong hoặc ngoài. Có buồng đốt ngoài (không đồng trục buồng bốc). Nhóm 2: dung dịch đối lưu cưỡng bức, dùng bơm để tạo vận tốc dung dịch từ 1,5 – 3,5 ms tại bề mặt truyền nhiệt. Có ưu điểm: tăng cường hệ số truyền nhiệt, dùng cho dung dịch đặc sệt, độ nhớt cao, giảm bám cặn, kết tinh trên bề mặt truyền nhiệt. Gồm: Có buồng đốt trong, ống tuần hoàn ngoài. Có buồng đốt ngoài, ống tuần hoàn ngoài. Nhóm 3: dung dịch chảy thành màng mỏng, chảy một lần tránh tiếp xúc nhiệt lâu làm biến chất sản phẩm như dung dịch nước trái cây , hoa ép…Gồm: Màng dung dịch chảy ngược, có buồng đốt trong hay ngoài: dung dịch sôi tạo bọt khí khó vỡ. Màng dung dịch chảy xuôi, có buồng đốt trong hay ngoài: dung dịch sôi ít tạo bọt và bọt dễ vỡ. 1.1.1.1.2.1.3.1.4.1.1.4.2.1.3.2.1.Theo phương pháp thực hiện quá trình: Cô đặc áp suất thường (thiết bị hở): có nhiệt độ sôi, áp suất không đổi. Thường dùng cô đặc dung dịch liên tục để giữ mức dung dịch cố định để tăng năng suất cực đại và thời gian cô đặc là ngắn nhất. Tuy nhiên nồng độ dung dịch đạt là không cao. Cô đặc áp suất chân không: dung dịch có nhiệt độ sôi dưới 100. Dung dịch tuần hoàn tốt, ít tạo cặn, sự bay hơi nước liên tục. Cô đặc áp suất dư: dùng cho các dung dịch không phân hủy ở nhiệt độ cao, sử dụng hơi thứ cho các quá trình khác. Cô đặc gián đoạn: dung dịch cho vào thiết bị một lần rồi cô đặc đến nồng độ yêu cầu, hoặc cho vào liên tục trong quá trình bốc hơi để giữ mức dung dịch không đổi đến khi nồng độ dung dịch trong thiết bị đã đạt yêu cầu sẽ lấy ra một lần sau đó lại cho dung dịch mới để tiếp tục cô đặc. Cô đặc nhiều nồi: mục đích chính là tiết kiệm hơi đốt. Số nồi không nên lớn quá vì sẽ làm giảm hiệu quả tiết kiệm hơi.Có thể cô đặc chân không, cô đặc áp lực hay phối hợp cả hai phương pháp. Đặc biệt có thể sử dụng hơi thứ cho mục đích khác để nâng cao hiệu quả kinh tế. Cô đặc liên tục: cho kết quả tốt hơn cô đặc gián đoạn. Có thể áp dụng điều khiển tự động, nhưng chưa có cảm biến tin cậy.
BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP THỰC PHẨM TP.HCM KHOA CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM ĐỒ ÁN KỸ THUẬT THỰC PHẨM Đề tài: “ Thiết kế thiết bị cô đặc nước mía nồi liên tục suất nhập liệu 5000kg/h” GVHD: NGUYỄN HỮU QUYỀN SVTH: NGUYỄN TUÁN VŨ PHẠM NGÔ XUÂN TRANG LỚP: 06DHTP5 Nhận xét giáo viên MỤC LỤ LỜI NÓI ĐẦU CHƯƠNG TỔNG QUAN 1.1 SƠ LƯỢC VỀ NGHÀNH CƠNG NGHỆ MÍA ĐƯỜNG 1.2 NGUYÊN LIỆU VÀ SẢN PHẨM CỦA Q TRÌNH CƠ ĐẶC ĐƯỜNG 1.2.1 Đặc điểm nguyên liệu .3 1.2.2 Đặc điểm sản phẩm 1.2.3 Biến đổi nguyên liệu sản phẩm q trình đặc .3 1.2.4 u cầu chất lượng sản phẩm giá trị sinh hóa 1.3 Cơ đặc q trình đặc 1.4 Các thiết bị cô đặc nhiệt .5 1.4.2 Hệ thống cô đặc chân không liên tục 1.4.3 Các thiết bị chi tiết cô đặc 1.4.4 Yêu cầu thiết bị vấn đề lượng CHƯƠNG THÚT MINH QUY TRÌNH CƠNG NGHỆ 2.1 2.2 NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG CỦA HỆ THỐNG CÔ ĐẶC MỘT NỒI LIÊN TỤC NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG CỦA THIẾT BỊ CÔ ĐẶC ỐNG TUẦN HOÀN TRUNG TÂM CHƯƠNG CÂN BẰNG VẬT CHẤT VÀ NĂNG LƯỢNG .10 3.1 SỐ LIỆU BAN ĐẦU 10 3.2 CÂN BẰNG VẬT CHẤT 10 3.3 CÂN BẰNG NĂNG LƯỢNG .10 3.3.1 Chế độ nhiệt độ .10 3.3.2 Các tổn thất nhiệt độ .11 3.3.3 Cân nhiệt lượng 14 3.3.4 Lượng đốt dùng cho cô đặc 17 3.3.5 Lượng đốt tiêu tốn riêng 18 CHƯƠNG TÍNH TỐN TRUYỀN NHIỆT CHO THIẾT BỊ CÔ ĐẶC 19 4.1 4.2 4.3 4.4 4.5 4.6 Nhiệt tải riêng phía ngưng (q1) 19 Nhiệt tải riêng phía dung dịch (q2) 19 Nhiệt tải riêng phía tường ( qv) 23 Tiến trình tính nhiệt tải riêng 24 Hệ số truyền nhiệt K cho trình đặc 25 Diện tích bề mặt truyền nhiệt 25 CHƯƠNG TÍNH THIẾT BỊ CƠ ĐẶC .27 5.1 TÍNH BUỒNG ĐỐT 27 5.1.1 Thể tích dung dịch đầu thiết bị 27 5.1.2 Thể tích dung dịch cuối 27 5.1.3 Tính chọn đường kính buồng đốt 27 5.1.4 Tính kích thước đáy nón buồng đốt 29 5.1.5 Tổng kết 30 5.2 TÍNH BUỒNG BỐC 30 5.2.1 Đường kính buồng bốc 30 5.2.2 Chiều cao buồng bốc 32 5.2.3 Tính kích thước nắp elip có gờ buồng bốc 33 5.3 TÍNH KÍCH THƯỚC CÁC ỐNG DẪN LIỆU, THÁO LIỆU 34 5.3.1 Ống nhập liệu .34 5.3.2 Ống tháo liệu 34 5.3.3 Ống dẫn đốt 35 5.3.4 Ống dẫn thứ 35 5.3.5 Ống dẫn nước ngưng 35 5.3.6 Ống xả khí khơng ngưng .36 6.1 TÍNH CHO BUỒNG ĐỐT 37 6.1.1 Sơ lược cấu tạo 37 6.1.2 Tính tốn 37 6.1.3 Tính bền cho lỗ 39 6.2 TÍNH CHO BUỒNG BỐC 39 6.2.1 Sơ lược cấu tạo .39 6.2.2 Tính tốn 39 6.3 TÍNH CHO ĐÁY THIẾT BỊ 43 6.3.1 Sơ lược cấu tạo 43 6.3.2 Tính tốn 43 6.3.3 Tính bền cho lỗ 48 6.4 TÍNH NẮP THIẾT BỊ 49 6.4.1 Sơ lược cấu tạo .49 6.4.2 Tính tốn 49 6.4.3 Tính bền cho lỗ 51 6.5 TÍNH MẶT BÍCH .51 6.5.1 Sơ lược cấu tạo 51 6.5.2 Chọn mặt bích 52 6.6 TÍNH VỈ ỐNG 53 6.6.1 Sơ lược cấu tạo .53 6.6.2 Tính tốn 53 6.7 TÍNH TAI TREO CHÂN ĐỠ .55 6.7.1 Sơ lược cấu tạo tai treo chân đỡ 55 6.7.2 6.7.3 6.7.4 Thể tích phận thiết bị 55 Khối lượng phận thiết bị 59 Tổng khối lượng 59 CHƯƠNG TÍNH TỐN THIẾT BỊ PHỤ 62 7.1 TÍNH THIẾT BỊ NGƯNG TỤ BAROMET 62 7.1.1 Lượng nước lạnh tưới vào thiết bị ngưng tụ .62 7.1.2 Thể tích khơng khí khí khơng ngưng cần hút khỏi thiết bị .62 7.1.3 Các kích thước chủ yếu thiết bị ngưng tụ baromet 63 7.2 TIN ́ H TOÁN VÀ CHỌN BƠM 66 7.2.1 Bơm chân không 66 7.2.2 Chọn bơm chân không 67 LỜI KẾT LUẬN 68 TÀI LIỆU THAM KHẢO .69 LỜI NÓI ĐẦU Trong kế hoạch đào tạo sinh viên năm thứ ba, môn học Đồ án kyc thuật trình thiết bị hội tốt để hệ thống kiến thức q trình thiết bị ngành cơng nghệ thực phẩm Bên cạnh đó, mơn học cịn dịp để sinh viên tiếp cận thực tế thông qua việc tính tốn, thiết kế lựa chọn chi tiết thiết bị với số liệu cụ thể, thông dụng “Thiết kế thiết bị cô đặc nước đường mía nồi liên tục, suất nhập liệu 5000 kg/h” đồ án thực hướng dẫn Thầy Nguyễn Hữu Quyền, môn Quá trình Thiết bị khoa Cơng nghệ Thực phẩm trường Đại học Cơng nghiệp Thực Phẩm TP Hồ Chí Minh Đồ án đề cập đến vấn đề liên quan đến kiến thức nghành mía đường cụ thể q trình đặc đường, quy trình cơng nghệ, tính tốn cân vật chất, lượng, truyền nhiệt cho thiết bị cô đặc, tính chi tiết cho thiết bị thiết bị phụ cần thiết theo yêu cầu Trong trình thưc đề tài này, em hiểu được: việc thiết kế hệ thống thiết bị phục vụ cho nhiệm vụ kỹ thuật yêu cầu thiếu kỹ sư công nghệ thực phẩm Do để trở thành người kỹ sư thực thụ, cần phải nắm vững kiến thức môn học Q trình thiết bị Cơng nghệ thực phẩm Ngồi ra, việc giải tốn cơng nghệ, hay thực cơng tác thiết kế máy móc, thiết bị dây chuyền công nghệ cần thiết kỹ sư tương lai Em xin chân thành cảm ơn thầy Nguyễn Hữu Quyền bạn tận tình giúp đỡ, hướng dẫn em trình thiết kế Đây bước để thực công việc mẻ nên có nhiều sai sót Nhưng xem xét đánh giá khách quan thầy nguồn động viên khích lệ em, để lần thiết kế sau thực tốt đẹp hơn, hoàn thiện Xin chân thành cám ơn! Sinh viên thực Phạm Ngô Xuân Trang Nguyễn Tuấn Vũ Chương TỔNG QUAN 1.1 Sơ lược nghành cơng nghệ mía đường Ngành cơng nghiệp mía đường ngành công nghiệp lâu đời nước ta Do nhu cầu thị trường nước ta mà lị đường quy mơ nhỏ nhiều địa phương thiết lập nhằm đáp nhu cầu Tuy nhiên, hoạt động sản xuất cách đơn lẻ, suất thấp, ngành công nghiệp có liên quan khơng gắn kết với gây khó khăn cho việc phát triển cơng nghiệp đường mía Trong năm qua, số tỉnh thành nước ta, ngành cơng nghiệp mía đường có bước nhảy vọt lớn Diện tích mía tăng lên cách nhanh chóng, mía đường khơng phải 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… Trong tương lai, khả cịn 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 khơng chế biến kịp 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, Biên Hòa, Tây Ninh…nhưng 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 bị 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 bị công nghệ, tăng hiệu trình cần thiết cấp bách, đòi hỏi phải chuẩn bị từ Trong đó, cải tiến thiết bị đặc yếu tố quan trọng không hệ thống sản xuất thành phần khơng thể xem thường Bảng 1.1 Số liệu sản lượng đường giới (đơn vị tính: 1000 tấn) 1.2 Nguyên liệu sản phẩm q trình đặc đường 1.2.1 Đặc điểm nguyên liệu Nguyên liệu cô đặc dạng dung dịch, gồm: Dung môi: nước Các chất hòa tan: gồm nhiều cấu tử với hàm lượng thấp (xem khơng có) chiếm chủ yếu đường saccaroze Các cấu tử xem không bay q trình đặc Tùy theo độ đường mà hàm lượng đường nhiều hay 1.1.1.2.2 Đặc điểm sản phẩm Sản phẩm dạng dung dịch, gồm: Dung mơi: nước Các chất hịa tan: có nồng độ cao ban đầu 1.1.1.2.3 Biến đổi ngun liệu sản phẩm q trình đặc Trong q trình đặc, tính chất nguyên liệu sản phẩm biến đổi không ngừng Biến đổi tính chất vật lý Thời gian đặc tang làm cho nồng độ dung dịch tang dẫn đến tính chất dung dịch thay đổi: Các đại lượng giảm: hệ số dẫn nhiệt, nhiệt dung, hệ số cấp nhiêt, hệ số truyền nhiệt Các đại lượng tăng: khối lượng riêng dung dịch, độ nhớt, tổn thất nhiệt nồng độ, nhiệt độ sơi Biến đổi tính chất hóa học Thay đổi pH mơi trường: thường giảm pH phản ứng phân hủy amit (Vd: asparagin) cấu tử tạo thành acid Đóng cặn bẩn: dung dịch chứa số muối Ca 2+ hịa tan nồng độ cao, phân hủy muối hữu tạo kết tủa Phân hủy chất cô đặc Tăng màu caramen hóa đường, phân hủy đường khử, tác dụng tương hỗ sản phẩm phân hủy amino acid Biến đổi sinh học Tiêu diệt vi sinh vật (ở nhiệt độ cao) Hạn chế khả hoạt động vi sinh vật nồng độ cao 1.1.1.2.4 Yêu cầu chất lượng sản phẩm giá trị sinh hóa Đảm bảo cấu tử quý sản phẩm có mùi, vị đặc trưng giữ nguyên Đạt nồng độ độ tinh khiết theo yêu cầu Thành phần hóa học chủ yếu khơng thay đổi 1.3 Cơ đặc q trình đặc 1.3.1 Định nghĩa - Cơ đặc q trình làm tăng nồng độ chất rắn hòa tan dung dịch việc đun sôi Đặc điểm trình dung mơi tách khỏi dung dịch dạng hơi, chất hòa tan giữ lại dung dịch Do đó, nồng độ dung dịch tăng lên Khác với trình chưng cất, trình chưng cất cấu tử hỗn hợp bay khác nồng độ hỗn hợp - Hơi dung môi tách q trình đặc gọi thứ, thứ nhiệt độ cao dùng để đun nóng thiết bị khác, dùng thứ đun nóng thiết bị ngồi hệ thống đặc ta gọi phụ Truyền nhiệt q trình đặc trực tiếp gián tiếp, truyền nhiệt trực tiếp thường dùng khói lị cho tiếp xúc với dung dịch, truyền nhiệt gián tiếp thường dùng nước bão hịa để đốt nóng - Trong cơng nghệ hóa chất thực phẩm, đặc đóng vai trị quan trọng Nó ứng dụng với mục đích: Làm tăng nồng độ chất tan Tách chất rắn hòa tan dạng tinh thể ( kết tinh ) Thu dung môi dạng nguyên chất - Cô đặc tiến hành nhiệt độ sôi, áp suất ( áp suất chân không, áp suất thường hay áp suất dư ) thiết bị cô đặc nồi hay nhiều nồi q trình gián đoạn hay liên tục 1.3.2 Các phương pháp cô 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 cấu tử tách dạng tinh thể đơn chất tinh khiết, thường kết tinh dung môi để tăng nồng độ 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 phải dùng đến máy lạnh 1.3.3 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 ngồi Do đó, ta cần cung cấp nhiệt để phần tử đủ lượng thực trình Bên cạnh đó, bay chủ yếu bọt khí hình thành q trình cấp nhiệt chuyển động liên tục, chênh lệch khối lượng riêng phần tử bề mặt đáy tạo nên tuần hoàn tự nhiên nồi đặc Tách khơng khí lắng keo đun sơ ngăn tạo bọt cô đặc 1.3.4 Ứng dụng cô đặc Dùng sản xuất thực phẩm: dung dịch đường, mì chính, dung dịch nước trái cây… Dùng sản xuất hóa chất: NaOH, NaCl, CaCl2, muối vơ cơ… 1.3.5 Đánh giá khả phát triển cô đặc P0 = 0,17658 N/mm2 : Áp st tính tốn ống ( với áp suất tính tốn buồng đốt) Chiều dày tính tốn tối thiểu phía vỉ ống h’ xác định theo cơng thức 8-48, trang 181, [7]: Trong đó: K = (0,450,6), chọn K = 0,45 φ0 : Hệ số làm yếu vỉ ống khoan lỗ Với: Dn : Đường kính vỉ ống; mm ∑d: Tổng số đường kính lỗ vỉ; mm ∑d = dth + n dt-ống = 325 + 6.32 = 517 mm Với: dth: đường kính ống tuần hồn; mm dt-ống: đường kính ống truyền nhiệt; mm n: số ống bố trí theo đường kính vỉ Chọn sơ h’ = 30 mm (bằng với bề dày bích) Kiểm tra bền vỉ ống Ứng suất uốn vỉ xác định theo công thức 8-53, trang 183, [7]: Trong đó: L = 53,2.cos 300, mm _ ống bố trí theo đỉnh tam giác ( bước ống s = 53,2 mm) dn = 38 mm : Đường kính ngồi ống truyền nhiệt Vậy vỉ ống phía dày 30 mm 55 Tính cho vỉ ống buồng đốt Chọn bề dày vỉ ống phía chiều dày vỉ ống phía 30 mm (cũng bề dày mặt bích) .7 Tính tai treo chân đỡ 6.7.1 Sơ lược cấu tạo tai treo chân đỡ Được làm thép CT3 Chọn số tai đỡ 2, có gân tai đỡ 6.7.2 Thể tích phận thiết bị Thể tích thép làm ống truyền nhiệt (Vvlo) Trong đó: dn, dt : Đường kính ngồi ống truyền nhiệt; m Dth,n, Dth,t : Đường kính ống tuần hoàn; m H : Chiều cao ống truyền nhiệt; m n : Tổng số ống truyền nhiệt, ống Thể tích thép làm buồng đốt (Vvlbd) Trong đó: H : Chiều cao buồng đốt (bằng chiều cao ống truyền nhiệt, m) Dd, n, Dd, t : Đường kính ngồi buồng đốt; m Thể tích thép làm đáy nón (Vvld) Thể tích bên đáy: Vdt = 0,52 m3 Thể tích bên ngoài: 56 Vvld = Vdt – Vdn = 0,52 – 0,478 = 0,042 m3 Trong đó: Dd,n : Đường kính ngồi đáy (đáy nón có đường kính với đường kính buồng đốt, bề dày đáy S = 12 mm); m d : Đường kính ngồi lỗ tháo sản phẩm; m hnon : Chiều cao đáy nón; m hgo : Chiều cao gờ; m Thể tích thép làm buồng bốc (Vvlbb) Thể tích bên buồng bốc khơng có nắp: ( Thể tích bên ngồi: Thể tích thép cần: Vvlbb = Vb, n – Vb, t = 8,379 – 8,196= 0,183 m3 Trong đó: Db, n, Db, t : Đường kính bên bên buồng bốc; m Dd, n, Dd, t : Đường kính bên ngồi bên buồng đốt; m htru : Chiều cao phần trụ buồng bốc; m htru = Hb – hnon – 2hgo = 2500 – 132 – 240= 2288 mm hnon : chiều cao phần hình nón cụt; m hgo : chiều cao gờ buồng bốc buồng đốt; m 57 Thể tích thép làm nắp elip (Vvln) Nắp elip tiêu chuẩn có: Dt = 200 mm S = 12 mm hgo = 40 mm Tra bảng XIII.11, Sổ tay tập 2, trang 384: Khối lượng thép cần : 438 kg Thể tích thép làm vỉ ống bích Thể tích thép làm vỉ ống bao gồm bích: Tổng diện tích lỗ: Trong đó: n = 312 : ống truyền nhiệt d0= 38 mm : đường kính ngồi ống truyền nhiệt Z = 30 : số lượng bu lông db= 24 mm : đường kính bu lơng Diện tích ống tuần hồn trung tâm: Diện tích vỉ: 58 = Trong đó: Dth,n = 349 mm : đường kính ngồi ống tuần hồn D = 1350 mm : đường kính vành ngồi bích Diện tích cịn lại : 01,431 – 0,096 – 0,367 = 0,968 m2 Thể tích thép làm vỉ ống: Vvlv = 0,968.2.0,03 = 0,058 m3 Thể tích thép bích cịn lại: Trong đó: h = 30 mm : bề dày bích Dn-bd-bb = 1350 mm : đường kính vành ngồi bích nối buồng đốt buồng bốc, buồng đốt đáy Dn,bb-n = 2141 mm : đường kính vành ngồi bích nối buồng bốc nắp Dd, n = 1212 mm : đường kính ngồi buồng đốt Db, n = 2024 mm : đường kính ngồi buồng bốc .7.3 Khối lượng phận thiết bị Chọn vật liệu thép không gỉ, mã hiệu X18H10T, ρ = 7900 kg/m (Sổ tay tập 2, bảng XII.7, trang 313) Khối lượng ống: Gô = Vvlo ρ = 0,173 7900 = 1336,7 kg Khối lượng buồng đốt: Gbd = Vvlbd ρ = 0,034 7900 = 268,6 kg Khối lượng buồng bốc: Gbb = Vvlbb ρ = 0,183 7900 = 1445,7 kg Khối lượng nắp: Gn = 438 kg Khối lượng đáy: Gđ = Vvlđ ρ = 0,042 7900 = 331,8 kg 59 Khối lượng vỉ ống: Gv = Vvlv ρ = 0,058 7900 = 458,2 kg Vật liệu làm bích thép mang mã hiệu CT3, ρ = 7850 kg/m (Sổ tay tập 2, bảng XII.7, trang 313) Khối lượng bích: Gb = Vb ρ = 0,0198 7850 = 115,43 kg .7.4 Tổng khối lượng Khối lượng thiết bị: GTB = Gô + Gbd + Gbb + Gn + Gđ + Gv + Gb = 1336,7+268.6+1445,7+438+331,8+458,2+115,43= 4434,43 kg Khối lượng dung dịch nặng có nồi cô đặc: Gdd = 1,292 1098,63 = 1419,43 kg Trong đó: ∑V = 1,292 m3 : tổng thể tích dung dịch đưa vào thiết bị ρ = 1098,63 kg/m3 : khối lượng riêng dung dịch nồng độ trung bình Tổng khối lượng: G = GTB + Gdd = 4434,43 + 1419,43 = 5853,86 kg Tải trọng cho tai đỡ (P): P = G 9,81 = 5853,86 9,81 = 57426,367 N 5,74 N 60 Chọn chân đỡ tai treo: Dự phòng chọn tải trọng 6.N Chọn vật liệu thép CT3 Chọn thiết bị gồm trai treo Tải trọng tai treo N Tra bảng XIII.36, Sổ tay tập 2, trang 438 nội suy ta có kích thước tai treo Bảng 6.4 Số liệu kích thước tai treo Tải trọn g cho phé p G.1 0-4 (N) Tải Bề trọng mặt cho đỡ phép F.10 lên F q.10-6 (m2) (N/m2 ) Tai tre o1 3,0 297 1,41 163,3 133,3 143,3 Tai tre o2 3,0 297 1,41 163,3 133,3 143,3 Tê n gọi L B B1 S l a d Khối lượn g tai treo (kg) 236,6 8,6 66,6 4,77 236,6 8,6 66,6 4,77 H mm 61 Chương TÍNH TỐN THIẾT BỊ PHỤ 7.1 Tính thiết bị ngưng tụ baromet 7.1.1 Lượng nước lạnh tưới vào thiết bị ngưng tụ Theo công thức VI.51 Sổ tay tập 2, trang 84: Trong đó: : lượng nước lạnh tưới vào thiết bị, kg/s W: lượng thứ vào thiết bị ngưng tụ, kg/s i: hàm nhiệt ngưng, I = 2612 KJ/kg : nhiệt độ đầu, cuối nước làm nguội, lấy = 30oC = oC : nhiệt độ bão hòa ngưng tụ, oC : nhiệt dung riêng trung bình nước, tra theo nhiệt độ trung bình, kJ/kg.k 7.1.2 Thể tích khơng khí khí khơng ngưng cần hút khỏi thiết bị Lượng khí cần hút khỏi thiết bị ngưng tụ baromet tính theo cơng thức VI.47 Sổ tay tập 2, trang 84: = 7,755.10-3 (kg/s) Trong đó: lượng nước lạnh tưới vào thiết bị, kg/s W : lượng vào thiết bị ngưng tụ, kg/s 62 Thể tích khí khơng ngưng cần hút khỏi thiết bị tính theo VI.49 Sổ tay tập 2, trang 84: Vkk 288.Gkk ( 273 t kk ) p ng p h Theo công thức VI.50 Sổ tay tập 2, trang 84, ta có: tkk = t2d + + 0,1 (t2c– t2d) = 30 + + 0,1.( 59,2 – 30) = 36,92 37(oC) png = 0,26 at = 25497,3 N/m2: áp suất làm việc thiết bị ngưng tụ ph = 0,0645 at = 6323,526 N/m2: áp suất riêng phần nước hỗn hợp nhiệt độ tkk (tra “Bảng tra cứu trình học truyền nhiệt – truyền khối, Bảng 56 trang 45) 7.1.3 Các kích thước chủ yếu thiết bị ngưng tụ baromet Đường kính thiết bị (Dtr) Theo VI.52 Sổ tay tập 2, trang 84, ta có đường kính thiết bị ngưng tụ: Trong đó: W: lượng thứ ngưng tụ, W = 0,738 kg/s h: tốc độ thiết bị ngưng tụ, chọn h = 30 m/s (theo Sổ tay tập 2, trang 85) h: khối lượng riêng hơi, tra bảng 57 Bảng tra cứu học truyền nhiệt – truyền khối, trang 46 nội suy : 0,26 at h = 0,164 kg/m3 Vậy: Chọn đường kính thiết bị ngưng tụ 550 mm Kích thước ngăn Thường có dạng viên phân để làm việc tốt 63 Theo VI.53 Sổ tay tập 2, trang 85, chiều rộng ngăn (b): b = Dtr / + 50 = 550/2 +50 = 325 mm Theo Sổ tay tập 2, trang 85, bề dày ngăn (): chọn = mm Theo Sổ tay tập 2, trang 85: chọn nước sông (ao, hồ) để ngưng tụ thứ đường kính lổ d = mm Theo Sổ tay tập 2, trang 85, chọn chiều cao gờ ngăn là: 40 mm Chọn tốc độ tia nước 0,62 m/s Đường kính ống baromet (dbr) Theo công thức VI.58 Sổ tay tập 2, trang 86: Trong đó: W: lượng thứ ngưng tụ, W = 0,738 kg/s Gn: lượng nước vào thiết bị ngưng tụ, Gn = 14,278 kg/s : tốc độ hỗn hợp nước chất lỏng ngưng chảy ống baromet, m/s, thường lấy = 0,6 m/s = 0,1785 m/s Chiều cao ống baromet (H) Theo VI.58 Sổ tay tập 2, trang 86, ta có: H = h1 + h2 + 0,5 m (1) Trong đó: h1: chiều cao cột nước ống baromet cân với hiệu số áp suất khí thiết bị ngưng tụ H2: chiều cao cột nước ống baromet cần để khắc phục trở lực nước chảy ống Tính h1 64 Theo VI.59 Sổ tay tập 2, trang 86: Trong đó: b: áp suất chân khơng thiết bị, mmHg Tính h2 Theo VI.60 Sổ tay tập 2, trang 87: ,m Ta lấy hệ số trở lực vào ống khỏi ống = cơng thức (VI.60) có dạng: ,m Trong đó: dbr: đường kính ống Baromet, dbr = 200mm : hệ số trở lực ma sát nước chảy ống, (W/m.độ) H: chiều cao tổng cộng ống Baromet, m g = 9,81 m/s2 : tốc độ nước chảy ống Chuẩn số Re : Theo CT II.58 Sổ tay tập 1, trang 377: Trong đó: : khối lượng riêng nước lấy nhiệt độ trung bình 47,80C dbr: đường kính ống Baromet, m : độ nhớt động lực nước Chọn ống thép nên độ nhám = 0,2 mm.[ Bảng tra cứu, trình học truyền nhiệt – truyền khối, trang 19] 65 Như vậy, dòng nước ống baromet chế độ chảy xoáy, chế độ xoáy, hệ số ma sát tính theo CT II.65 Sổ tay tập 1, trang 380: Hệ số trở lực ma sát nước chảy ống: (W/m.độ) Trong đó: : độ nhám tương đối, xác định theo CT II 66 Sổ tay tập 1, trang 380: Chiều cao cần thiết Từ phương trình (1) thì: Giải phương trình ta được: H = 8,765 m Chọn H = 11 m 7.2 Tính tốn chọn bơm 7.2.1 Bơm chân khơng Bơm máy thủy lực dùng để vận chuyển truyền lượng cho chất lỏng.Các đại lượng đặc trưng bơm suất, áp suất, hiệu suất, công suất tiêu hao hệ số quay nhanh Công suất bơm chân khơng là: Trong đó: CK: hệ số hiệu chỉnh, CK = 0,8 M: số đa biến, m = 1,3 P1: áp suất khí lúc hút P2: áp suất khí áp suất khí lúc đẩy, chọn p2 = 1,033 at 66 Áp suất khơng khí thiết bị ngưng tụ: pkk = p1 = png – ph = 0,25 – 0,1639 = 0,0861 at =8446,41 N/m2 Trong đó: png: áp suất làm việc thiết bị ngưng tụ Ph: áp suất riêng phần nước hỗn hợp nhiệt độ khơng khí 40 Vkk: thể tích khơng khí cần hút khỏi thiết bị: Vkk = 0,0636 m3/s Công suất bơm: 7.2.2 Chọn bơm chân không Dùng bơm chân không không cần dầu bôi trơn, hút khơng khí, nước Chọn bơm chân khơng vịng nước hai cấp HWVP Có thơng số khác sau: Kiểu HWVP – Độ chân không: 30 ~ 150 Torr Lưu lượng từ 450 ~ 28000 lít / phút Cơng suất động 1,5 ~ 75 kW Truyền động khớp nối cứng, dây đai hộp số tùy theo tốc độ quay tiêu chuẩn đầu bơm Hoạt động êm ái, tuổi thọ vịng bi cao, phải bảo dưỡng Lượng nước làm kín thấp Vật liệu cánh, trục bơm làm từ thép không gỉ 304 316 giảm đáng kể ăn mòn chất acd lẫn khơng mơi trường khí nước 67 LỜI KẾT LUẬN Tính tốn, thiết kế cho thiết bị hoạt động vận hành theo công suất hiệu suất cho mẻ đường sản xuất việc quan trọng Với kiến thức hiểu biết ỏi mình, em trình bày sơ lược nguyên liệu sản phẩm theo u cầu, nồi đặc, cách tính tốn thiết kế cho nồi cô đặc vấn đề liên quan khác Thông qua đồ án, em tích góp cho nhiều kiến thức thiết bị, nhà máy, cách tính tốn thiết kế nhà máy… Nếu có điều sai sót, em mong thơng cảm góp ý từ Thầy Em xin chân thành cám ơn! 68 TÀI LIỆU THAM KHẢO Phạm Văn Bơn, Q trình Thiết bị cơng nghệ hóa học thực phẩm- Bài tập truyền nhiệt, Nhà xuất Đại học Quốc gia TP HCM, 2013 Phạm Văn Bơn, Nguyễn Đình Thọ, Q trình Thiết bị cơng nghệ hóa học thực phẩm tập – Quá trình Thiết bị truyền nhiệt , Nhà xuất Đại học Quốc gia TP HCM, 2011 Phạm Văn Bôn, Vũ Bá Minh, Quá trình thiết bị cơng nghệ hóa học thực phẩm tập 10- Ví dụ Bài tập TS Trần Xoa, TS Nguyễn Trọng Khuông, KS Hồ Lê Viên, Sổ tay Q trình Thiết bị cơng nghệ hóa chất tập 1, Nhà xuất Khoa học Kỹ thuật, Hà Nội TS Trần Xoa, TS Nguyễn Trọng Khng, TS Phạm Xn Toản, Sổ tayQ trình Thiết bị cơng nghệ hóa chất tập 2, Nhà xuất Khoa học Kỹ thuật năm 2006 Bộ môn Máy Thiết bị, Bảng tra cứu trình học truyền nhiệt – truyền khối, Nhà xuất Đại học Quốc gia TP HCM, 2012 Hồ Lê Viên, Tính tốn thiết kế chi tiết thiết bị hóa chất dầu khí, Nhà xuất Khoa học Kỹ thuật 69 ... thực tế thơng qua việc tính tốn, thiết kế lựa chọn chi tiết thiết bị với số liệu cụ thể, thông dụng ? ?Thiết kế thiết bị đặc nước đường mía nồi liên tục, suất nhập liệu 5000 kg/h” đồ án thực hướng... chất - Cô đặc tiến hành nhiệt độ sôi, áp suất ( áp suất chân không, áp suất thường hay áp suất dư ) thiết bị đặc nồi hay nhiều nồi q trình gián đoạn hay liên tục 1.3.2 Các phương pháp đặc Phương... lượng, truyền nhiệt cho thiết bị đặc, tính chi tiết cho thiết bị thiết bị phụ cần thiết theo yêu cầu Trong trình thưc đề tài này, em hiểu được: việc thiết kế hệ thống thiết bị phục vụ cho nhiệm