MỤC LỤC DANH MỤC BẢNG BIỂU 3 LỜI NÓI ĐẦU 4 PHẦN I: TỔNG QUAN VỀ NGUYÊN LIỆU VÀ QUÁ TRÌNH CÔ ĐẶC 5 I. NHIỆM VỤ CỦA ĐỒ ÁN 5 II. GIỚI THIỆU VỀ XOÀI 5 1. Đặc điểm chung về cây xoài 5 2. Thành phần hóa học có trong quả xoài 5 3. Giá trị sử dụng của xoài trong cuộc sống 6 III. KHÁI QUÁT VỀ CÔ ĐẶC 6 1. Định nghĩa 6 2. Các phương pháp cô đặc 7 3. Bản chất của sự cô đặc do nhiệt 7 4. Ứng dụng của sự cô đặc 7 5. Đánh giá khả năng phát triển của sự cô đặc 8 IV. LỰA CHỌN THIẾT BỊ CÔ ĐẶC DUNG DỊCH NƯỚC XOÀI ÉP 8 PHẦN II. THUYẾT MINH QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ 9 PHẦN III. TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ THIẾT BỊ CHÍNH 11 I. CÂN BẰNG VẬT CHẤT VÀ NĂNG LƯỢNG 11 1. Dữ kiện ban đầu 11 2. Cân bằng vật chất 11 3. Cân bằng năng lượng 12 4. Cân bằng nhiệt lượng 17 II. TÍNH TOÁN THIẾT BỊ CHÍNH 20 A. TÍNH TOÁN TRUYỀN NHIỆT CHO THIẾT BỊ CÔ ĐẶC 20 1. Tính nhiệt lượng do hơi đốt cung cấp 20 2. Tính hệ số truyền nhiệt K của mỗi nồi : 20 3. Diện tích bề mặt truyền nhiệt 28 B. TÍNH THIẾT BỊ CÔ ĐẶC 30 1. Tính buồng bốc 30 2. Tính buồng đốt 31 3. Tính kích thước các ống dẫn 33 C. TÍNH CƠ KHÍ CHO CÁC CHI TIẾT THIẾT BỊ 36 1. Tính cho buồng đốt 36 2. Tính cho buồng bốc 38 3. Tính nắp: 41 4. Tính đáy: 42 5. Tính bích: 44 6. Bộ phận nối buồng đốt với buồng bốc: 45 7. Tính vỉ ống: 45 8. Tính tai treo: 46 9. Tổng kết thiết bị chính 49 D. TÍNH TOÁN THIẾT BỊ PHỤ 50 1. Thiết bị ngưng tụ Baromet 50 2. Tính thiết bị gia nhiệt nhập liệu: 55 3. Tính bồn cao vị: 58 4. Tính Bơm 60 5. Tính bơm tháo liệu ( ở nồi 2): 64 6. Bề dày lớp cách nhiệt : 65 KẾT LUẬN VÀ NHẬN XÉT: 66 TÀI LIỆU THAM KHẢO 68 DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng1. Thành phần hóa học có trong quả xoài 6 Bảng 2. Bảng tổng kết áp suất, nhiệt độ của hơi đốt, hơi thứ ở mỗi nồi 15 Bảng 3. Giá trị A phụ thuộc vào nhiệt độ tm 22 Bảng 4. Giá trị A phụ thuộc vào nhiệt độ tm 26 Bảng 5. Đường kính ống dẫn 36 LỜI NÓI ĐẦU Trong kế hoạch đào tạo đối với sinh viên năm thứ tư, môn học Đồ án Quá trình và Thiết bị là cơ hội tốt cho việc hệ thống kiến thức về các quá trình và thiết bị của công nghệ hoá học. Bên cạnh đó, môn này còn là dịp để sinh viên tiếp cận thực tế thông qua việc tính toán, thiết kế và lựa chọn các chi tiết của một thiết bị với các số liệu cụ thể, thông dụng. Ngành công nghiệp nước ép quả đang dần phát triển mạnh mẽ. Theo nghiên cứu mới nhất của Công ty Nghiên cứu Thị trường WS, người tiêu dùng lựa chọn nước ép thay cho nước ngọt có gas. Chính vì thế các cơ sở sản xuất nước ép lớn nhỏ trong nước được xây dựng để đáp ứng nhu cầu của người tiêu dùng. Bên cạnh đó, về phía nông nghiệp cây xoài đang được chú trọng tăng sản lượng để cung cấp cho thị trường trong và ngoài nước. Việt Nam đứng thứ 13 về sản xuất xoài trên thế giới. Trong tương lai, ngành công nghiệp sản xuất nước ép quả sẽ còn có thể phát triển hơn nữa nếu có sự quan tâm đầu tư tốt cho cây xoài cùng với nâng cao khả năng chế biến và tiêu thụ sản phẩm. Vì tính quan trọng vấn đề được đặt ra là hiệu quả sản xuất nhằm đảo bảo thu hồi đường với hiệu suất cao. Vì những lý do trên việc cải tiến sản xuất nâng cao, mở rộng nhà máy đổi mới dây chuyền thiết bị công nghệ, tăng hiệu suất của các quá trình là hết sức cần thiết và cấp bách, đòi hỏi phải chuẩn bị ngay từ bây giờ. Vì Đồ án Quá trình và Thiết bị là đề tài lớn đầu tiên mà một sinh viên đảm nhận nên thiếu sót và hạn chế trong quá trình thực hiện là không tránh khỏi. Do đó, chúng em rất mong nhận được thêm góp ý, chỉ dẫn từ thầy và bạn bè để củng cố và mở rộng kiến thức chuyên môn. Chúng em chân thành cảm ơn.
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 MỤC LỤC DANH MỤC BẢNG BIỂU LỜI NÓI ĐẦU PHẦN I: TỔNG QUAN VỀ NGUN LIỆU VÀ Q TRÌNH CƠ ĐẶC I NHIỆM VỤ CỦA ĐỒ ÁN .5 II GIỚI THIỆU VỀ XOÀI Đặc điểm chung xoài .5 Thành phần hóa học có xoài .5 Giá trị sử dụng xoài sống III KHÁI QUÁT VỀ CÔ ĐẶC Định nghĩa Các phương pháp cô đặc .7 Bản chất cô đặc nhiệt Ứng dụng cô đặc Đánh giá khả phát triển cô đặc IV LỰA CHỌN THIẾT BỊ CƠ ĐẶC DUNG DỊCH NƯỚC XỒI ÉP PHẦN II THUYẾT MINH QUY TRÌNH CƠNG NGHỆ .9 PHẦN III TÍNH TỐN VÀ THIẾT KẾ THIẾT BỊ CHÍNH 11 I CÂN BẰNG VẬT CHẤT VÀ NĂNG LƯỢNG 11 Dữ kiện ban đầu 11 Cân vật chất 11 Cân lượng 12 Cân nhiệt lượng 17 II TÍNH TỐN THIẾT BỊ CHÍNH 20 A TÍNH TỐN TRUYỀN NHIỆT CHO THIẾT BỊ CƠ ĐẶC 20 Tính nhiệt lượng đốt cung cấp .20 Tính hệ số truyền nhiệt K nồi : 20 Diện tích bề mặt truyền nhiệt 28 GVHD: Phan Thế Duy Page B TÍNH THIẾT BỊ CƠ ĐẶC 30 Tính buồng bốc 30 Tính buồng đốt 31 Tính kích thước ống dẫn .33 C TÍNH CƠ KHÍ CHO CÁC CHI TIẾT THIẾT BỊ 36 Tính cho buồng đốt 36 Tính cho buồng bốc 38 Tính nắp: 41 Tính đáy: 42 Tính bích: 44 Bộ phận nối buồng đốt với buồng bốc: .45 Tính vỉ ống: 45 Tính tai treo: .46 Tổng kết thiết bị 49 D TÍNH TỐN THIẾT BỊ PHỤ 50 Thiết bị ngưng tụ Baromet 50 Tính thiết bị gia nhiệt nhập liệu: .55 Tính bồn cao vị: 58 Tính Bơm 60 Tính bơm tháo liệu ( nồi 2): 64 Bề dày lớp cách nhiệt : 65 KẾT LUẬN VÀ NHẬN XÉT: .66 TÀI LIỆU THAM KHẢO 68 DANH MỤC BẢNG BIỂ GVHD: Phan Thế Duy Page Bảng1 Thành phần hóa học có xồi Bảng Bảng tổng kết áp suất, nhiệt độ đốt, thứ nồi 15 Bảng Giá trị A phụ thuộc vào nhiệt độ tm 22 Bảng Giá trị A phụ thuộc vào nhiệt độ tm 26 Bảng Đường kính ống dẫn 36 GVHD: Phan Thế Duy Page LỜI NÓI ĐẦU Trong kế hoạch đào tạo sinh viên năm thứ tư, môn học Đồ án Quá trình Thiết bị hội tốt cho việc hệ thống kiến thức trình thiết bị cơng nghệ hố học Bên cạnh đó, mơn cịn dịp để sinh viên tiếp cận thực tế thơng qua việc tính tốn, 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, đòi 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 NGUN LIỆU VÀ Q TRÌNH CƠ ĐẶC I NHIỆM VỤ CỦA ĐỒ ÁN - Thiết kế thiết bị đặc nước xồi ép hai nồi liên tục xuôi 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 hòa: 130oC II GIỚI THIỆU VỀ XOÀI 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 xồi Giống xồi Thành phần % Chất khơ 18.80 GVHD: Phan Thế Duy 16.76 22.30 Page 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 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 xoài xanh thái mỏng, phơi khô sấy khô nguồn vitamin C thiên nhiên dồi III KHÁI QUÁT VỀ CÔ ĐẶC Định nghĩa Cô đặc phương pháp dùng để nâng cao nồng độ chất hòa tan dung dịch gồm hay nhiều cấu tử Quá trình đặc dung dịch lỏng – rắn hay lỏng – lỏng có chênh lệch nhiệt độ sơi cao thường tiến hành cách tách phần dung mơi (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 môi (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 GVHD: Phan Thế Duy Page Các phương pháp đặc Phương pháp nhiệt (đun nóng): dung môi chuyển từ trạng thái lỏng sang trạng thái tác dụng nhiệt áp suất riêng phần áp suất tác dụng lên mặt thoáng chất lỏng Phương pháp lạnh: hạ thấp nhiệt độ đến mức đó, 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 ngồi 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 trình Bên cạnh đó, bay xảy 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 (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 cô 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 đặc tất yếu Nó địi hỏi phải có thiết bị đại, đảm bảo an tồn hiệu suất cao Do đó, u cầu đặt cho 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 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 cô 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 IV LỰA CHỌN THIẾT BỊ CƠ ĐẶC DUNG DỊCH NƯỚC XỒI ÉP Theo tính chất nguyên 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 xi 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 xuôi chiều liên tục tận dụng lượng thứ, tiết kiệm lượng hệ xi 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 Các lỗ xếp theo hình lục giác đều, ta xác định bước lỗ công thức sau: t = 0,866.d (mm) - Trong đó: d: Đường kính lỗ (mm) => d = 2mm : Tỷ số tổng số diện tích tiết diện lỗ với diện tích tiết diện thiết bị ngưng tu Chọn = 0,05 t = 0,387 mm Chiều cao thiết bị ngưng tụ: Mức độ đun nóng nước xác định theo công thức sau: P = = 0,804 Tra bảng VI.7 trang 86, [2], ta có thơng số sau: - Số bậc: - Số ngăn: n = - Khoảng cách ngăn: htb = 400mm - Thời gian rơi qua bậc: t = 0,41s - Chiều cao thiết bị ngưng tụ tính theo cơng thức sau: Hba = n.htb + 0,8 = 400 + 800 = 4000 (mm) Kích thước ống Baromet: - Đường kính ống Baromet tính cơng thức: dba = - (m) Trong đó: Gn: Lượng nước lạnh tưới vào tháp (kg/s) W2: Lượng ngưng tụ (kg/s) : Tốc độ hỗn hợp nước lạnh nước ngưng chảy ống Baromet - Chọn = 0.5m/s dba = = 0,103 m Chọn đường kính ống Baromet: dba = 110 mm GVHD: Phan Thế Duy Page 48 - Chiều cao ống Baromet xác định theo công thức sau: hba = h1 + h2 + h3 - (m) Trong đó: h1: Chiều cao cột nước ống Baromet cân với hiệu số áp suất khí áp suất thiết bị ngưng tụ: h1 = 10,33 (m) Với b độ chân không thiết bị ngưng tụ (mmHg) b = Pa – Png = 760 – 0,5.735 = 392.5 (mmHg) Vậy: h1 = 5,335m h2: Chiều cao cột nước ống Baromet cần để khắc phục toàn trở lực nước chảy ống: h2 = (m) Với: : hệ số trở lực ma sát nước chảy ống : Tổng trở lực cục Chọn hệ số trở lực cục vào ống 1 = 0,5 hệ số trở lực cục khỏi ống 1 = = 1,5 Tính hệ số trở lực ma sát : Ta có: ttb = 50,50C = 987,75 kg/m3 µ = 0,545.10-3 N.s/m2 Chuẩn số Re: Re = = 99681 Chọn vật liệu làm ống Baromet thép CT3 nên độ nhám = 0,2mm Regh = Ren = 220 Vậy: Regh < Re < Ren - Hệ số ma sát : GVHD: Phan Thế Duy Page 49 = 0.1= 0.025 - Chọn chiều cao ống Baromet hba = m h2 = = 0.049 (m) h3 = 0.5m chiều cao dự trữ đề phòng trường hợp nước dâng lên chảy tràn vào nồi chiều cao ống baromet : 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= = 54.76 0C - Chọn t1 = 1.75 0C tw1 = 137,9 – 1,75 = 136,15 0C tm = = 137.025 0C - Tra bảng ta có : A = 193.55 r = 2156300 J/kg - Chọn : rc1 = 0,232.10-3 m2.độ/W rc2 = 0.387*10-3 m2 độ /W thép = 2mm - Thép khơng rỉ X18H10T có= 16,3 r = rc1 + + rc2 = 0.232.10-3 + + 0.387.10-3 = 0.742.10-3 (m2.K/W) GVHD: Phan Thế Duy Page 50 1 = 2.04A = 2.04*193.55 = 11886.8 ( W/ m2 độ ) - Ta có: q1 = 1.t1= 11886,8 x 1,75 = 20801,89 W/m2 q2: nhiệt tải phía dung dịch sơi Ta có cơng thức tính q2: q2 = 2.t2 (2) - Với : t2 = tw2 – t2 hiệu sốnhiệt độ bề mặt truyền nhiệt dung dịch sơi - Ta có tw1 – tw2 = q1 r tw2 = tw1 – q1 r =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 2 tính cơng thức: - Theo cơng thức VI.27, trang 71, [2]: (W/m2K) - Trong đó: :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 = 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 xồi ép đặc theo nồng độ dung dịch lấy gần với độ nhớt dung dịch đường đặc theo nồng độ dung dịch µdd = 0.338.10-3 (Ns/m2) µn : Độ nhớt nước đặc theo nồng độ dung dịch µn = 0.243.10-3 (Ns/m2) : Khối lượng riêng dung dịch xoài ép cô đặc theo nồng độ dung dịch lấy gần với khối lượng riêng dung dịch đường cô đặc theo nồng độ dung dịch = 1039.98 GVHD: Phan Thế Duy Page 51 (kg/m3) : Khối lượng riêng nước cô đặc theo nồng độ dung dịch (kg/m3) = 947.32 : Độ dẫn điện dung dịch cô đặc theo nồng độ dung dịch lấy gần với độ dẫn điện dung dịch đường cô đặc theo nồng độ dung dịch (W/mK) - Trong đó: Cp : Nhiệt dung riêng đẳng áp dung dịch xoài ép lấy gần với nhiệt dung riêng dung dịch đường Cp= 4025,39 (J/kgK) : Khối lượng riêng dung dịch xoài ép lấy gần với khối lượng riêng dung dịch đường =1039.98 (kg/m3) M : Khối lượng mol trung bình dung dịch xoài ép lấy gần với độ khối lượng mol dung dịch đường cô đặc theo nồng độ 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 = 0,411 (W/mK) : Độ dẫn điện nước = 0.691 (W/mK) = 3193.83 (W/m2K) q2 = αdd ∆t2 = 3193.83*6.51 = 20791.8 (W/m2 ) Kiểm tra độ sai số q1 q2 : Có = % = 0.05% (thoả mãn điều kiện sai số.) = 20796.85 - Hệ số truyền nhiệt : GVHD: Phan Thế Duy Page 52 K = = 379.78 W/m2.độ Q = GD.C.t = 285400 W - Bề mặt truyền nhiệt : F = = 13.72 m2 - Chọn bề mặt truyền nhiệt F = 16m2 - Số ống truyền nhiệt : n = = 100 ống - Chọn n = 127 ống - Tra b = 13 ống - t = 1,4.dn = 1,4 x 0,038 = 0,0532 mm D = t.(b – 1)+4.dn = 0.0532*(13 - 1)+ 1.4*0.038 = 0.692 m - Chọn D = 800 m - Vận tốc chảy ống : v’ = = 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 : Z1 + = Z2 + h1-2 Z1 – Z2 = p1 =1.033 at p2 = 1.7 at = 1039.98 kg/m3 = 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 GVHD: Phan Thế Duy Page 53 - Vận tốc dòng chảy ống: V = = 0.41 m/s - Chuẩn số Reynolds : Re == = 54947 - Chọn ống thép CT.3 nên độ nhám = 0.2 mm (Trang 381, [1]) - Tính: Regh = 6= 3301 Ren = 220 = 109674 Vậy: Regh < Re < Ren - Hệ số ma sát : = 0,1= 0.03 - Tổng hệ số tổn thất cục : = vào+ 5.khuỷu 90 + van + ra Hệ số tổn thất cục miệng ống vào : vào = 0,5 Hệ số tổn thất cục miệng ống : ra = Hệ số tổn thất cục khuỷu 900 : khuỷu 90 = 1,19 Hệ số tổn thất cục van : van = 0,5 = vào+ 5.khuỷu 90 + van + ra = 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 = = 0,15 m - Chiều cao từ mặt thoáng bồn cao vị đến mặt đất : Z1 = ++ 0.15 = 10.56 m - Chọn Z = 11 m Tính Bơm Tính bơm chân khơng : - Công suất bơm chân không : N= CK : hệ số hiệu chỉnh , CK = 0.8 m : số đa biến , m =1.3 GVHD: Phan Thế Duy Page 54 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 = = 0.385 kW Vậy chọn bơm chân khơng có cơng suất ngựa Tính bơm nước vào thiết bị ngưng tụ: - Công suất bơm : N = (kW) H : cột áp bơm ( m) : hiệu suất bơm , chọn = 0.75 : khối lượng riêng nước Q : lưu lượng nước lạnh tưới vào Baromet : Gn= 4.66 kg/s 300C , = 996kg/m3 Q =m3/s Phương trình brnoulli cho hai mặt cắt –1 ( mặt thoáng bể nước) –2 ( mặt thoáng thiết bị baromet ) Z1 + = Z2+ h1-2 Với : v1 = v2 = m/s p1 = 1,033 at p2 = 0.5 at = 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: GVHD: Phan Thế Duy Page 55 V = = 0.599 ( m/s) - Chuẩn số Reynolds : Re = = 74204 - Chọn ống thép CT3 nên độ nhám = 0.2 mm - Tính Regh: Regh = Ren = 220 Vậy: Regh < Re < Ren - Hệ số ma sát : = 0.1= 0.026 - Tổng hệ số tổn thất cục : = vào + 2.khuỷu 90 + van + ra = 0.5 + 2*1.19 + 2*0.5 + = 4.88 - Chiều dài ống từ bể nước đến thiết bị baromet : l = 15 m - Tổng tổn thất : h1-2 = = 0.159 m - Cột áp bơm : H = (10 - 2) ++ 0.159 = 2.81 m - Công suất bơm : N = 0.17 (kW) 3.Tính bơm nhập liệu : Bơm dung dịch từ bể chứa lên bồn cao vị Công suất bơm : N = (Kw) = 0.75 : hiệu suất bơm =1038 kg/m3 : khối lượng riêng dung dịch đầu 10% Q= m3/s Phương trình Bernoulli cho hai mặt cắt 1-1 2-2: Z1 + = Z2 + h1-2 Với : v1 = v2 = m/s p1 = 1,033 at p2 = 1.033 at GVHD: Phan Thế Duy Page 56 = 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 Vận tốc dòng chảy ống: V = = 0.41 m/s Chuẩn số Reynolds : Re = = 17733 Chọn ống thép CT.3 nên độ nhám = 0.2 mm Tính Regh: Regh = Ren = 220 = 109674 Vậy: Regh < Re < Ren Hệ số ma sát : = 0.1 = 0.033 Tổng hệ số tổn thất cục : = vào + 2.khuỷu 90 + van + ra = 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 = = 0.31 m cột áp bơm : H = (11 - 2) + 0.31 = 9.31 m công suất bơm : N = = 0.101 (kW) Tính bơm tháo liệu ( nồi 2): - Cơng suất bơm : N = (Kw) = 0.75 : hiệu suất bơm =1288.73 kg/m3 Q= - m3/s Phương trình Bernoulli cho hai mặt cắt 1-1 2-2: GVHD: Phan Thế Duy Page 57 Z1 + = Z2 + h1-2 Với : v1 = v = = 0.056 m/s v2 = m/s p1 = = 0.681 at p2 = 1.033 at = 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 - Chuẩn số Reynolds : Re = = 763 - Hệ số ma sát : = = = 0.084 - Tổng hệ số tổn thất cục : = vào + 3.khuỷu 90 + van + ra = 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 = = 0.0037 m - Cột áp bơm : H = (2 - 0.5) + + 0.0037 = 4.24 m - Công suất bơm : N = = 0.008 (kW) Bề dày lớp cách nhiệt : - Bề dày lớp cách nhiệt buồng đốt nồi I : = (Theo trang 41, [2]) - Đường kính ngồi buồng đốt : d2 =1208 mm - Chọn lớp cách nhiệt amiăng, hệ số cấp nhiệt = 0.151 W/m.K - Nhiệt độ thành buồng đốt , tt2 =137.9 0C - Diện tích buồng đốt: S = .d2.H = 3.14*1.208 *1.5 = 5.7 m2 - Nhiệt tổn thất: q1 = 449 W/m (Bảng V.7 trang 41 [2]) == 17.4 mm GVHD: Phan Thế Duy Page 58 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 59 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 cô 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 xuôi 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 công suất Dùng hệ cô 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 cô đặc nhiều nồi địi hỏi chi phí cho thiết bị nhiều hẳn so với hệ thống cô đặc gián đoạn nồi Đồng thời địi hỏi khoảng diện tích lắp đặt lớn GVHD: Phan Thế Duy Page 60 Điều kiện vận hành khó so với hệ thống cô đặc nồi gián đoạn Trong q trình tính tốn thiết kế, lần đầu thiết kế hệ thống công 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 61 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] 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 [2] 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 [3] Phạm Văn Bôn (chủ biên) , Nguyễn Đình Thọ - Quá trình Thiết bị Cơng Nghệ Hóa Chất – Tập 5_ “Q 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 Q 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 hố chất – NXB Khoa Học Kỹ Thuật, Hà Nội, 1978 GVHD: Phan Thế Duy Page 62 ...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... Page PHẦN I: TỔNG QUAN VỀ NGUN LIỆU VÀ Q TRÌNH CƠ ĐẶC I NHIỆM VỤ CỦA ĐỒ ÁN - Thiết kế thiết bị đặc nước xồi ép hai nồi liên tục xuôi chiều Năng suất nhập liệu: 2500 kg/h Nồng độ đầu: 8% khối... suất thiết bị nước chảy ngược vào nồi cô đặc GVHD: Phan Thế Duy Page 10 PHẦN III TÍNH TỐN VÀ THIẾT KẾ THIẾT BỊ CHÍNH I CÂN BẰNG VẬT CHẤT VÀ NĂNG LƯỢNG Dữ kiện ban đầu Dung dịch nước xoài ép -