1.DOCX

MỤC LỤ MỤC LỤC LỜI NÓI ĐẦU CHƯƠNG TỔNG QUAN 1.1 ĐÔI NÉT VỀ NGÀNH CÔNG NGHIỆP MÍA ĐƯỜNG 1.2 NGUYÊN LIỆU VÀ SẢN PHẨM CỦA Q TRÌNH CƠ ĐẶC ĐƯỜNG 1.2.1 Đặc điểm nguyên liệu 1.2.2 Đặc điểm sản phẩm .6 1.2.3 Biến đổi nguyên liệu sản phẩm q trình đặc 1.2.4 Yêu cầu chất lượng sản phẩm giá trị sinh hóa .6 1.3 Cô đặc trình đặc 1.4 Các thiết bị cô đặc nhiệt 1.4.2 Hệ thống cô đặc chân không liên tục 1.4.3 Các thiết bị chi tiết cô đặc .9 1.4.4 Yêu cầu thiết bị vấn đề lượng .9 CHƯƠNG THÚT MINH QUY TRÌNH CƠNG NGHỆ 11 2.1 2.2 NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG CỦA HỆ THỐNG CÔ ĐẶC MỘT NỒI LIÊN TỤC 11 NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG CỦA THIẾT BỊ CÔ ĐẶC ỐNG TUẦN HOÀN TRUNG TÂM 11 CHƯƠNG CÂN BẰNG VẬT CHẤT VÀ NĂNG LƯỢNG 12 3.1 DỮ KIỆN BAN ĐẦU 12 3.2 CÂN BẰNG VẬT CHẤT .12 3.3 CÂN BẰNG NĂNG LƯỢNG 12 3.3.1 Chế độ nhiệt độ 12 3.3.2 Các tổn thất nhiệt độ 13 3.3.3 Cân nhiệt lượng .17 3.3.4 Lượng đốt dùng cho cô đặc 19 3.3.5 Lượng đốt tiêu tốn riêng .20 CHƯƠNG TÍNH TỐN TRUYỀN NHIỆT CHO THIẾT BỊ CƠ ĐẶC 21 4.1 4.2 4.3 4.4 4.5 4.6 Nhiệt tải riêng phía ngưng (q1) .21 Nhiệt tải riêng phía dung dịch (q2) 21 Nhiệt tải riêng phía tường ( qv) .25 Tiến trình tính nhiệt tải riêng 26 Hệ số truyền nhiệt K cho trình đặc 27 Diện tích bề mặt truyền nhiệt 27 CHƯƠNG TÍNH THIẾT BỊ CƠ ĐẶC 29 5.1 TÍNH BUỒNG ĐỐT 29 5.1.1 Thể tích dung dịch đầu thiết bị .29 5.1.2 Thể tích dung dịch cuối .29 5.1.3 Tính chọn đường kính buồng đốt .29 5.1.4 Tính kích thước đáy nón buồng đốt 31 5.1.5 Tổng kết .32 5.2 TÍNH BUỒNG BỐC 32 5.2.1 Đường kính buồng bốc .32 5.2.2 Chiều cao buồng bốc 34 5.2.3 Tính kích thước nắp elip có gờ buồng bốc 35 5.3 TÍNH KÍCH THƯỚC CÁC ỐNG DẪN LIỆU, THÁO LIỆU .35 5.3.1 Ống nhập liệu 36 5.3.2 Ống tháo liệu .36 5.3.3 Ống dẫn đốt 36 5.3.4 Ống dẫn thứ 37 5.3.5 Ống dẫn nước ngưng 37 5.3.6 Ống xả khí khơng ngưng 37 5.3.7 Tổng kết đường kính ống .38 6.1 TÍNH CHO BUỒNG ĐỐT 39 6.1.1 Sơ lược cấu tạo .39 6.1.2 Tính tốn 39 6.1.3 Tính bền cho lỗ 41 6.2 TÍNH CHO BUỒNG BỐC .41 6.2.1 Sơ lược cấu tạo 41 6.2.2 Tính tốn 41 6.3 TÍNH CHO ĐÁY THIẾT BỊ 45 6.3.1 Sơ lược cấu tạo .45 6.3.2 Tính tốn 45 6.3.3 Tính bền cho lỗ 50 6.4 TÍNH NẮP THIẾT BỊ 51 6.4.1 Sơ lược cấu tạo 51 6.4.2 Tính tốn 51 6.4.3 Tính bền cho lỗ 53 6.5 TÍNH MẶT BÍCH 53 6.5.1 Sơ lược cấu tạo .53 6.5.2 Chọn mặt bích 54 6.6 TÍNH VỈ ỐNG .56 6.6.1 Sơ lược cấu tạo 56 6.6.2 Tính tốn 56 6.7 TÍNH TAI TREO CHÂN ĐỠ 58 6.7.1 Sơ lược cấu tạo tai treo chân đỡ .58 6.7.2 Thể tích phận thiết bị .58 6.7.3 Khối lượng phận thiết bị 62 6.7.4 Tổng khối lượng 62 CHƯƠNG TÍNH TỐN THIẾT BỊ PHỤ .66 7.1 TÍNH THIẾT BỊ NGƯNG TỤ BAROMET .66 7.1.1 Lượng nước lạnh tưới vào thiết bị ngưng tu 66 7.1.2 Thể tích khơng khí khí không ngưng cần hút khỏi thiết bị 66 7.1.3 Các kích thước chủ yếu thiết bị ngưng tu baromet 67 7.2 TIN ́ H TOÁN VÀ CHỌN BƠM 70 7.2.1 Bơm chân không .70 7.2.2 Chọn bơm chân không 71 LỜI KẾT LUẬN 72 TÀI LIỆU THAM KHẢO 73 LỜI NÓI ĐẦU Trong kế hoạch đào tạo sinh viên năm thứ ba, mơn học Đồ án Q trình Thiết bị hội tốt để hệ thống kiến thức q trình thiết bị cơng nghệ hóa học 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 sản phẩm 800 kg/h” đồ án thực hướng dẫn ThS Tiền Tiến Nam, môn Quá trình Thiết bị CHHH-SH-TP – khoa Cơng nghệ Hóa Học trường Đại học Công nghiệp Thực Phẩm TP Hồ Chí Minh Đồ án đề cập đến vấn đề liên quan đến kiến thức q trình đặc đặc đường, quy trình cơng nghệ, tính tốn cân vật chất, 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 vụ kỹ thuật yêu cầu thiếu kỹ sư cơng nghệ hóa học Do để trở thành người kỹ sư thực thụ, cần phải nắm vững kiến thức mơn học Q trình thiết bị Cơng nghệ Hóa học 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 Tiền Tiến Nam thầy cô mơn Q trình thiết bị người 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 Trang Nguyễn Duy Linh Chương TỔNG QUAN 1.1 Đôi nét ngành công nghiệp mía đường Ngành cơng nghiệp mía đường ngành công nghiệp lâu đời nước ta Do nhu cầu thị trường nước ta mà lò đường quy mô nhỏ nhiều địa phương thiết lập nhằm đáp nhu cầu Tuy nhiên, hoạt động sản xuất cách đơn lẻ, suất thấp, ngành cơng 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, Qng 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 cơng nghệ, tăng hiệu q trình cần thiết cấp bách, đòi hỏi phải chuẩn bị từ Trong đó, cải tiến thiết bị cô đặc yếu tố quan trọng khơng hệ thống sản xuất thành phần 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 mơi: nước  Các chất hịa 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 môi: nước  Các chất hịa tan: có nồng độ cao 1.1.1.2.3 Biến đổi nguyên liệu sản phẩm q trình đặc Trong q trình đặc, tính chất nguyên liệu sản phẩm biến đổi khơng ngừng Biến đổi tính chất vật lý Thời gian cô 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 sôi 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 hòa tan dung dịch hai hay nhiều cấu tử, cách tách phần dung môi nhiệt độ sôi, dung môi tách khỏi dung dịch bay lên gọi thứ 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 ngồi 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 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 hồn 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 vô cơ… 1.3.5 Đánh giá khả phát triển cô đặc 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 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 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 1.4 Các thiết bị cô đặc nhiệt 1.4.1 Phân loại ứng dụng  Theo cấu tạo: Nhóm 1: dung dịch đối lưu tự nhiên (tuần hồn tự nhiên) dùng đặc dung dịch loãng, độ nhớt thấp, đảm bảo tuần hoàn dễ dàng qua bề mặt truyền nhiệt Gồm:  Có buồng đốt (đồng trục buồng bốc), có ống tuần hồn ngồi  Có buồng đốt ngồi (khơng 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 m/s 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 bề mặt truyền nhiệt Gồm:  Có buồng đốt trong, ống tuần hồn ngồi  Có buồng đốt ngồi, ống tuần hồn ngồi Nhóm 3: dung dịch chảy thành màng mỏng, chảy lần tránh tiếp xúc nhiệt lâu làm biến chất sản phẩm dung dịch nước trái , hoa ép…Gồm:  Màng dung dịch chảy ngược, có buồng đốt hay ngồi: dung dịch sơi tạo bọt khí khó vỡ  Màng dung dịch chảy xi, có buồng đốt hay ngồi: dung dịch sơi tạo bọt bọt dễ vỡ  Theo phương pháp thực trình: Cơ 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 suất cực đại thời gian cô đặc ngắn Tuy nhiên nồng độ dung dịch đạt không cao Cô đặc áp suất chân khơng: dung dịch có nhiệt độ sơi 100 Dung dịch tuần hồn tốt, tạo cặn, bay nước liên tục Cô đặc áp suất dư: dùng cho dung dịch không phân hủy nhiệt độ cao, sử dụng thứ cho trình khác Cô đặc gián đoạn: dung dịch cho vào thiết bị lần cô đặc đến nồng độ yêu cầu, cho vào liên tục trình bốc để giữ mức dung dịch không đổi đến nồng độ dung dịch thiết bị đạt yêu cầu lấy lần sau lại cho dung dịch để tiếp tục cô đặc Cô đặc nhiều nồi: mục đích tiết kiệm đốt Số nồi khơng nên lớn q làm giảm hiệu tiết kiệm hơi.Có thể đặc chân khơng, đặc áp lực hay phối hợp hai phương pháp Đặc biệt sử dụng thứ cho mục đích khác để nâng cao hiệu kinh tế Cơ đặc liên tục: cho kết tốt cô đặc gián đoạn Có thể áp dụng điều khiển tự động, chưa có cảm biến tin cậy 1.3.4.4.2 Hệ thống đặc chân khơng liên tục Mục đích: để giữ chất lượng sản phẩm thành phần quý (tính chất tự nhiên, màu, mùi, vị, đảm bảo lượng vitamin,…) nhờ nhiệt độ thấp không tiếp xúc oxy Ưu điểm:  Nhập liệu đơn giản: nhập liệu liên tục bơm độ chân không thiết bị  Tránh phân hủy sản phẩm, thao tác, khống chế dễ dàng  Cấu tạo đơn giản, dễ sửa chữa, làm Nhược điểm:  Năng suất thấp tốc độ tuần hồn nhỏ ống tuần hồn bị đốt nóng  Nhiệt độ thứ thấp, khơng dung cho mục đích khác  Hệ thống phức tạp, có thiết bị ngưng tụ chân khơng 1.3.3 Các thiết bị chi tiết cô đặc  Thiết bị  Ống tuần hồn, ống truyền nhiệt  Buồng đốt, buồng bốc, đáy, nắp…  Thiết bị phụ  Bể chứa sản phẩm, nguyên liệu  Các loại bơm: bơm dung dịch, bơm nước, bơm chân không  Thiết bị gia nhiệt  Thiết bị ngưng tụ Baromet  Các loại van  Thiết bị đo 1.4.4 Yêu cầu thiết bị vấn đề lượng  Sản phẩm có thời gian lưu nhỏ: giảm tổn thất, tránh phân hủy sản phẩm  Cường độ truyền nhiệt cao giới hạn chênh lệch nhiệt độ  Đơn giản, dễ sửa chữa, tháo lắp, dễ làm bề mặt truyền nhiệt  Phân bố  Xả liên tục ổn định nước ngưng tụ khí không ngưng  Thu hồi bọt thứ mang theo  Tổn thất lượng nhỏ  Thao tác, khống chế, tự động hóa dễ dàng 10