Cô đặc kết tinh nước nho

Cô đặc kết tinh nước nho.

Đồ Án Môn Học: Cô Đặc Lạnh GVHD: TS Trần Văn Ngũ CHƯƠNG IV: TÍNH TOÁN CÂN BẰNG NĂNG LƯNG SVTH: Nguyễn Thị Quỳnh Ngọc 16 Đồ Án Môn Học: Cô Đặc Lạnh GVHD: TS Trần Văn Ngũ IV.1 CÔNG THỨC TÍNH NHIỆT DUNG RIÊNG CỦA NƯỚC TRÁI CÂY THEO NỒNG ĐỘ c = 4190 - (2514-7.542t) x ( [10], 153, I.50) Trong : t : nhiệt độ dung dịch x : nồng độ dung dịch nhiệt độ IV.1.1 Nhiệt dung riêng dung dịch đầu trình kết tinh Nhiệt độ đầu t1 = 20C, nồng độ đầu xd = 10% c1 = 4190-(2514-2 ×7.542)0.1 = 3940.108(J/kg độ) IV.1.2 Nhiệt dung riêng cuối q trình kết tinh Nhiệt độ cuối trình kết tinh -20C, nồng độ cuối 25% c’1 = 4190-(2514-(-2) ×7.542)0.25 = 2925.458 (J/kg độ) IV.1.3 Nhiệt dung riêng cuối q trình kết tinh c2 = 4190-(2514-(-6.5) ×7.542)0.5 = 2908.489 ( J/Kg độ) IV TÍNH TOÁN CÂN BẰNG NĂNG LƯNG IV.2.1 Cân lượng cuối thiết bị làm lạnh sơ 20C - Lượng tinh thể đá thu sau thiết bị làm lạnh sơ bộ: K3 = 31.755 (kg/h) - Gọi a tỷ lệ đá cần lấy để làm lạnh sơ - Lượng đá cần dùng aK3 Dung dịch đầu có nồng độ 10% Nhiệt dung riêng dung dịch đầu theo nhiệt độ: SVTH: Nguyễn Thị Quỳnh Ngọc 17 Đồ Án Môn Học: Cô Đặc Lạnh GVHD: TS Trần Văn Ngũ C = 4190 - (2514-7.542t) 0.1 = 3938.6 + 0.7542 t Chọn nhiệt độ dịch sau giai đoạn làm lạnh sơ 0C Suy nhiệt lượng dịch tỏa ra: 30 30 Q1 = Gd Cd dt = Gd 3938.6  0.7542t dt = 166481.1 KW Nhiệt nóng chảy nước ñaù : rnc = 1436 Kcal/ Kmol ( [9], 211, baûng I.184 ) = 1436* 4.1868/ 18 ( KJ/Kg) = 334.014 (KJ/ Kg) Suy phần nước đá tan chảy a = Q1 / ( rnc K3 ) = 166481.1 / ( 334.014 * 1004.5) = 0.496 IV.2.2 Taïi thiết bị kết tinh M1, tk1 (2) Gd, td (1) K1, tk1 Nhiệt lượng cần lấy thiết bị kết tinh cấp 1: Q’1 = Gd Hd – ( M1.H1 + K1 Hđá ) + rnc.K1 - Enthalpy dịch trạng thái (1) : Hd = C1 t1 = 3940.108 - Enthalpy dịch trạng thái ( ): H1 = C’1.tk1 = 2925.458 -  = 7880.217 ( J / kg )  (-2) = -5850.492 ( J/ Kg) Enthalpy nước đá trạng thái :  (-2) = -8460 ( J/Kg )  7880.217 – ( 0.5947  (-5850.492) + 0.9102  ( -8460) ) + 334014  Hđá = Cđá.tk1 = 4230 Vậy Qk1 = 1.505 0.9102 = 327069 ( KJ/h) = 90.8527 KW Coi nhiệt tổn thất 5% Q Lượng nhiệt thực tế cần môi chất lấy khỏi thiết bị kết tinh là: SVTH: Nguyễn Thị Quỳnh Ngọc 18 Đồ Án Môn Học: Cô Đặc Lạnh GVHD: TS Trần Văn Ngũ Q1 = 1.05 Q1’ = 1.05 ×90.8527 = 95.3953 KW IV.2.3 Tại thiết bị kết tinh M1-M1 , x1 TB Keát tinh K2, xk2 M1, x2 M2, tk2 (2) M1 - ? M1, tk1 (1) K2, tk1 - Lượng dịch vào : G1 = M1-ΔM1 = 0.5947 – 0.0549 = 0.5398 ( taán ) - Enthalpy dịch trạng thái 2: H2 = C2 tk2 = 2908.489 -  (-6.5) = -18905.2 ( J/kg) Enthalpy nước đá trạng thái : Hđá = Cđá tk2 = 4230  (-6.5) = -27495 ( J/kg) Nhiệt lượng cần lấy thiết bị kết tinh caáp : Q’2 = G1  H1 – ( M2 H2 + K2 = 0.5398 334014  Hđá ) + K2  rnc  ( -5850.492) – ( 0.2683  (-18905.2) + 0.2715  ( -27495) ) + 0.2715  Q’2 = 100070.2 ( KJ/h ) = 27.7973 ( KW) Coi nhiệt tổn thất 5% Q2’ Lượng nhiệt thực tế cần trao đổi thiết bị kết tinh cấp là: Q2 =Q2’ + 5% =Q2’ = 1.15 Q2’ = 1.05 ×27.7973 = 29.1872 KW Tổng nhiệt lượng cần trao đổi thiết bị kết tinh Q = Q1 + Q2 = 124.5824 KW SVTH: Nguyeãn Thị Quỳnh Ngọc 19 Đồ Án Môn Học: Cô Đặc Lạnh GVHD: TS Trần Văn Ngũ CHƯƠNG V : TÍNH TOÁN BỀ MẶT TRUYỀN NHIỆT SVTH: Nguyễn Thị Quỳnh Ngọc 20 Đồ Án Môn Học: Cô Đặc Lạnh GVHD: TS Trần Văn Ngũ V.1.Chọn kích thước thiết bị: V.1.1 Thiết bị kết tinh 1: - Chọn thùng có : + chiều cao : H = 3.2m + Đường kính trong: Dt = 1.6m Đáy elip tiêu chuẩn: + Chiều cao đáy: ht = 0.25* Dt =0.4m + Thể tích đáy : Vđáy = 0.578 m3 - Hệ số chứa đầy β 0.9 - Thể tích chứa dịch : Vdịch = β1 ( П D2t/4 H + Vđáy ) = 6.31m3 - Chiều cao phần thân chứa dịch: H’ = ( Vdịch – Vđáy ) - 4 / (П D2t) = 2.85 m Diện tích bề mặt truyền nhiệt choïn : Fc = П.H’.D = П 2.85 1.6 = 14.33m2 V.1.2 Thiết bị kết tinh 2: - Chọn thùng có : + chiều cao : H = 2.3m + Đường kính trong: Dt = 1.1m Đáy elip tiêu chuẩn: + Chiều cao đáy: ht = 0.25  Dt =0.275m + Thể tích đáy : Vđáy = 0.198 m3 - Hệ số chứa đầy β 0.87 - Thể tích chứa dịch : Vdịch = β2 ( П D2t H/4 + Vđáy ) =2.074 m3 - Chiều cao phần thân chứa dịch: H’ = ( Vdịch – Vđáy ) 4 / (П D2t) = 1.975m SVTH: Nguyễn Thị Quỳnh Ngọc 21 Đồ Án Môn Học: Cô Đặc Lạnh - GVHD: TS Trần Văn Ngũ Diện tích bề mặt truyền nhiệt chọn : Fc = П.H’.D = П 1.975 1.1 = 6.822m2 V.2 KIỂM TRA LẠI BỀ MẶT TRUYỀN NHIỆT Gọi  : Hệ số cấp nhiệt phía thân  : Hệ số cấp nhiệt phía vỏ  : Hệ số dẫn nhiệt thànhthiết bị làm thép không gỉ  : Bề dày thành thiết bị Hệ số truyền nhiệt tổng quát: K 1 δ δ đá bám    α1 λ α λ đá Chọn bề dày lớp đá 0.5 mm V.2.1 Một số thông số vật lý cần cho việc tính toán Các thông số dung dịch thiết bị kết tinh tính theo nồng độ nhiệt độ trung bình Thiết bị kết tinh cấp : Ctb1 = 17.5%, ttb1 = 00C Thiết bị kết tinh cấp : Ctb2 = 37.5%, ttb2 = -4.25 0C Chọn bề dày thiết bị ( [8], 129) Với D = 1600m bề dày tối thiểu  = mm Ở ta chọn bề dày thiết bị 10mm Hệ số dẫn nhiệt thép không gỉ Theo λ = 14.5 W mK ([8], 344) Hệ số dẫn nhiệt nước đá λ đá = 2.5 W mK ([9], 132,I.128) Các thông số vật lý khác Với dịch có nồng độ 17.5%, 00C ta có µ = 3.804 10-3Pas Với dịch có nồng độ 37.5% , 4.250C ta có µ = 13.4 10-3 Pas  Hệ số dẫn nhiệt dung dịch λ dung dịch SVTH: Nguyễn Thị Quỳnh Ngọc 22 Đồ Án Môn Học: Cô Đặc Lạnh λ dung dịch = A.Cp.ρ GVHD: TS Trần Văn Ngũ ρ M hh ( W ) mK ( [90], 114, I.32 ) Do đường chất lỏng liên kết nên A = 3.58.10-8 Hệ số dẫn nhiệt dung dịch thiết bị - Nồng độ cuối 20% Mhh = 0.175 / 342  (1  0.175) / 18 =21.985 - ρ dd = (1105.51 + 1039.98 )/2 = 1072.745 kg/m3 - Cp = 4190 – ( 2514 -7.542  0) 0.175=3750.05 (KJ/kg) Do hệ số dẫn nhiệt dung dịch thiết bị :  dung dòch = A.Cp.ρ ρ M hh 3.58.10 -3 3750.05 1072.745 3 1072.745 W 0.5296( ) 21.985 mK Hệ số dẫn nhiệt dung dịch thiết bị - Khối lượng mol dung dịch Mhh = 0.375 / 342  (1  0.375) / 18 27.918 - ρ dd = 1168.615 kg/m3 - Cp = 4190 – (2514 – 7.542  (-4.25)) 0.375= 3235.23 (KJ/kg) Do hệ số dẫn nhiệt dung dịch thiết bị :  dung dịch = A.Cp.ρ ρ 1168.625 W 3.58.10-3 3235.23 1168.625 3 0.47 ( ) M hh 27.918 mK Bảng tóm tắt Kết tinh Kết tinh Nhiệt độ cuối (oC) -2 -6.5 dd (kg/m3) 1072.745 1168.625  (Cp) 3.084 13.4  (W/m2K) 0.5296 0.47 Cp (KJ/kg) 3750.05 3235.23 SVTH: Nguyễn Thị Quỳnh Ngọc 23 Đồ Án Môn Học: Cô Đặc Lạnh GVHD: TS Trần Văn Ngũ V.2.2 Kiểm tra Thiết bị kết tinh Tính α1 - D = 1600 mm - Chọn đường kính cánh khuấy kết hợp với dao cạo đá dk = 1599 mm - Vận tốc cánh khuấy N = 0.4 v/s Nu 0.36.Re 0.67 Pr 0.33 ( μ μw 1 neân μ 1.4 ) μw  10 , 3.51, 117  Nu 0.36.Re0.67 Pr 0.33 Trong d ρN 1.599 1072.745 0.4  288411.7 Re  k 3.804.10 μ Pr  Cpμ 3.804.10  3750.05  26.94 λ dd 0.5296 Nu 0.36.288411.7 0.67 26.94 0.33 4270.165( - W ) m2K Hệ số cấp nhiệt α α1  Nu.λ 4270.165 0.5296 W  1413.322( ) D 1.6 m K Tính α Chọn chênh lệch nhiệt độ nước muối vào Δt = 20C Các thông số nước muối: Cp = 2896.5 ( kJ/kg ) ρ = 1220 (kg/m3) µ = 5.964 - 10-3 ( Pas) Lưu lượng nước muối Q1 Gnm1 = Cpnm t  - 95.3953 1000 16.468( kg / s ) 2896.5 2 Lưu lượng thể tích nước muối: SVTH: Nguyễn Thị Quỳnh Ngọc 24 Đồ Án Môn Học: Cô Đặc Lạnh Gnm1 GVHD: TS Trần Văn Ngũ 16.468 Qnm1 = nm  1220 0.013498( m3 / s) là: Dòng nước muối theo đường xoắn ốc vỏ áo, mặt cắt đường xoắn ốc - Đường kính tương đương khe hở: 0.05 0.2 4F 0.08  (0.05  0.2) C dtd = - Diện tích mặt cắt ướt: S = 0.05 0.2 = 0.01 - Vận tốc nước muối khe hở: Vnm1 = Re = Chuẩn số Reynold: Vnm1 dtd nm 1.3498 0.08 1220  22088.99  10 3 nm 5.964 10 Pr = Qnm1 0.01398  1.3498(m / s ) S 0.01 Chuaån soá Prant nm Cpnm  λ = A Cpnm .ρnmρnmn Mnm = ρnmnm M nm 21.985 0.238 / 75.5  (1  0.238) / 18 λ 3.58.10 -3 2896.5 1220 3  Pr = - 5.964 10  2896.5 35.8 0.483 Chuẩn số Nuselt: 0.8 0.43 Nu = 0.021 Re Pr l ( - 2  1220 W 0.483 ( ) 21.985 mK Pr 0.25 ) = 292.23 Pr w ([10], 14, V.40) Hệ số cấp nhiệt nước muối: Nu  W 1762.66( ) dtd m K Tính hệ số truyền nhiệt tổng quát : SVTH: Nguyễn Thị Quỳnh Ngọc 25 ... bị kết tinh là: SVTH: Nguyễn Thị Quỳnh Ngọc 18 Đồ Án Môn Học: Cô Đặc Lạnh GVHD: TS Trần Văn Ngũ Q1 = 1.05 Q1’ = 1.05 ×90.8527 = 95.3953 KW IV.2.3 Tại thiết bị kết tinh M1-M1 , x1 TB Keát tinh. .. THIỆU THIẾT BỊ KẾT TINH VI.I.1 Thiết bị kết tinh - Hình trụ - Dạng vỏ-áo, nước muối chạy theo vòng xoắn phía vỏ - Nắp bằng, đáy ellipse SVTH: Nguyễn Thị Quỳnh Ngọc 30 Đồ Án Môn Học: Cô Đặc Lạnh GVHD:... tính toán Các thông số dung dịch thiết bị kết tinh tính theo nồng độ nhiệt độ trung bình Thiết bị kết tinh cấp : Ctb1 = 17.5%, ttb1 = 00C Thiết bị kết tinh cấp : Ctb2 = 37.5%, ttb2 = -4.25 0C