.............................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................
Đồ án trình thiết bị TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT – CÔNG NGHỆ CẦN THƠ KHOA CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM VÀ CÔNG NGHỆ SINH HỌC -[2 dòng trống] BÁO CÁO ĐỒ ÁN QUÁ TRÌNH VÀ THIẾT BỊ (Size 16, in hoa đậm) [1 dòng trống] (Size 22, in hoa đậm) THIẾT KẾ THIẾT BỊ CƠ ĐẶC MỘT NỒI LIÊN TỤC NƯỚC ÉP XỒI , NĂNG SUẤT 1500 KG/GIỜ Nhóm sinh viên thực hiện: TÀO PHƯỚC LỘC TRẦN TẤN LỘC VÕ THANH LỄ Cần Thơ - năm 2019 (giữa, size 14, đậm) Đồ án trình thiết bị TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT – CÔNG NGHỆ CẦN THƠ KHOA CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM VÀ CÔNG NGHỆ SINH HỌC -[2 dòng trống] (logo cao 3,5 cm; rộng 3,5 cm) [3 ng trống] ĐỒ ÁN QUÁ TRÌNH VÀ THIẾT BỊ THIẾT KẾ THIẾT BỊ CÔ ĐẶC MỘT NỒI LIÊN TỤC NƯỚC ÉP XOÀI , NĂNG SUẤT 1500 KG/GIỜ Giảng viên hướng dẫn: Nhóm sinh viên thực hiện: Ths TRẦN THỊ THÙY LINH TÀO PHƯỚC LỘC (1600509) TRẦN TẤN LỘC (1600322) VÕ THANH LỄ (1600178) Cần Thơ - năm 2019 (giữa, size 14, đậm) Đồ án trình thiết bị Mục lục ĐẶT VẤN ĐỀ CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU SƠ LƯỢC VỀ Q TRÌNH CƠ ĐẶC 1.1 TỔNG QUAN VỀ NGUYÊN LIỆU VÀ SẢN PHẨM 1.1.1 Nguyên liệu 1.1.2 Phân loại 1.1.3 Thành phần dinh dưỡng xoài 1.2 KHÁI QUÁT VỀ THIẾT BỊ CÔ ĐẶC 1.2.1 Khái niệm cô đặc 1.2.2 Các phương pháp cô đặc 1.2.3 Phân loại thiết bị cô đặc 1.2.4 Thiết bị cô đặc nồi, buồng đốt trong, ống tuần hồn trung tâm 1.3 QUY TRÌNH CƠNG NGHỆ CƠ ĐẶC XỒI 1.3.1 Sơ đồ quy trình đặc nước xoài 1.3.2 Thuyết minh quy trình đặc: CHƯƠNG CÂN BẰNG VẬT CHẤT VÀ NĂNG LƯỢNG 2.1 Dữ liệu ban đầu 2.2 Các tổn thất nhiệt 2.3 Cân nhiệt lượng 2.4 Lượng đốt dùng cho cô đặc 2.5 Lượng đốt tiêu tốn riêng CHƯƠNG 3:TÍNH TỐN TRUYỀN NHIỆT CHO THIẾT BỊ CÔ ĐẶC 3.1 Nhiệt tải riêng phía ngưng 3.2 Nhiệt tải riêng phía dung dịch 3.3 Nhiệt tải riêng phía tường (qv) 11 3.4 Tính tải nhiệt riêng 11 3.5 Hệ số truyền nhiệt K 12 3.6 Diện tích bề mặt truyền nhiệt F 13 CHƯƠNG 4: TÍNH THIẾT BỊ CƠ ĐẶC 14 4.1 Tính buồng đốt 14 4.1.1 Thể tích dung dịch đầu thiết bị (Vđ) 14 4.1.2 Thể tích dung dịch cuối (Vc) 14 i Đồ án trình thiết bị 4.1.3 Tính chọn đường kính buồng đốt 14 4.1.4 Tính kích thước đáy nón buồng đốt 16 4.1.5 Tổng kết 17 4.2 Tính buồng bốc 17 4.2.1 Tính đường kính buồng bốc Db 17 4.2.2 Tính chiều cao buồng bốc Hb 18 4.2.3 Tính kích thước nắp elip có gờ buồng bốc 19 4.3 Tính kích thước ống dẫn liệu, tháo liệu 19 4.3.1 Ống nhập liệu 20 4.3.2 Ống tháo liệu 20 4.3.3 Ống dẫn đốt 20 4.3.4 Ống dẫn thứ 20 4.3.5 Ống dẫn nước ngưng 21 4.3.6 Ống xả khí không ngưng 21 4.3.7 Tổng kết đường kính ống 21 CHƯƠNG TÍNH CƠ KHÍ 22 5.1 TÍNH BUỒNG ĐỐT 22 5.1.1 Sơ lược cấu tạo 22 5.1.2 Tính bề dày buồng đốt 22 5.1.3 Tính bền cho lỗ 24 5.2 TÍNH BUỒNG BỐC 24 5.2.1 Sơ lược cấu tạo 24 5.2.2 Tính thể tích buồng bốc 24 5.2.3 Tính bề dày buồng bốc 25 5.2.4 Tính tốn nắp thiết bị 28 5.3 TÍNH TỐN ĐÁY THIẾT BỊ 30 5.3.1 Sơ lược cấu tạo 30 5.3.2 Tính tốn 30 5.3.3 Tính bền cho lỗ 36 5.4 TÍNH BỀ MẶT BÍCH VÀ SỐ BULONG CẦN THIẾT 36 5.4.1 Sơ lược cấu tạo 36 5.4.2 Chọn mặt bích 37 5.5 TÍNH VÀ CHỌN TAI TREO CHÂN ĐỠ 38 ii Đồ án trình thiết bị 5.5.1 Sơ lược cấu tạo tai treo chân đỡ 38 5.5.2 Thể tích phận thiết bị 38 5.5.3 Khối lượng phận thiết bị 42 5.5.4 Tổng khối lượng 42 5.6 TÍNH VĨ ỐNG 43 5.6.1 Sơ lược cấu tạo 43 5.6.2 Tính tốn 43 5.7 KÍNH QUAN SÁT 45 5.8 BỀ DÀY CỦA LỚP CÁCH NHIỆT 45 CHƯƠNG TÍNH THIẾT BỊ PHỤ 46 6.1 CHỌN TÍNH THIẾT BỊ NGƯNG TỤ BAROMET 46 6.1.1 Tính lượng nước lạnh Gn cần thiết để ngưng tụ 46 6.1.2 Đường kính dnt thiết bị ngưng tụ 46 6.1.3 Tính kích thước ngăn 47 6.4.1 Tính chiều cao thiết bị ngưng tụ: 48 6.1.5 Tính kích thước ống Baromet: 48 6.1.6 Tính lượng thứ khí khơng ngưng 50 6.2 TÍNH TỐN VÀ CHỌN BƠM CHÂN KHÔNG 51 6.2.1 Công suất bơm chân không: 51 6.2.2 Chọn bơm chân không 52 iii Đồ án trình thiết bị DANH MỤC HÌNH Hình1.1 Thiết bị đặc nồi…………………………………………… ….5 Hình1.2 Sơ đồ quy trình đặc nước xồi…………………………………… …6 Hình 2.1 Đồ thị thay đổi nhiệt độ q trình đặc…………………… … iv Đồ án trình thiết bị DANH MỤC BẢNG Bảng 1.1 Thành phần hóa học xồi cát Hịa Lộc ……………………… … Bảng 2.1 Tổng hợp số thông số nồi cô đặc…………………………… .….8 Bảng 2.2 Bảng tổng hợp số liệu tổn thất nhiệt độ nồi cô đặc………… … 12 Bảng 2.3 Bảng tổng hợp số liệu cân nhiệt……………………………… ….14 Bảng 3.1 Nhiệt tải riêng phía dung dịch…………………………………….…16 Bảng 4.1 Số liệu đường kính ống………………………………………….… 27 Bảng 5.1 Số liệu bích buồng bốc buồng đốt………………… ……… 43 Bảng 5.2 Số liệu mặt bích nối buồng đốt đáy……………………………….…44 Bảng 5.3 Số liệu mặt bích nối buồng bốc nắp………………………….…… 44 Bảng 5.4 Bảng số liệu kích thước tay treo………………………… 49 Bảng 6.1 Kích thước thiết bị ngưng tụ Baromet……….……… … 51 v Đồ án trình thiết bị ĐẶT VẤN ĐỀ Việt Nam nước có nơng nghiệp phong phú, đa dạng lâu đời giới Hiện nông nghiệp chiếm tỷ trọng cao kinh tế nước Việt Nam ta Trong năm gần nông nghiệp đạt nhiều thành tựu to lớn Mặc dù ngành nông nghiệp chưa mang lại hiệu cao tương xứng với vị trí kinh tế Nguyên nhân chủ yếu khâu thu hoạch, bảo quản chế biến nông sản Việt Nam chưa ổn định khoa học Điều làm giảm giá trị sản phẩm thị ngồi nuớc Vì vậy, để hạn chế điều nhiều sản phẩm nghiên cứu mứt, syrup, nectar, … chế biến từ nguyên liệu nông sản Một công đoạn quan trọng sản xuất sản phẩm đạt chất lượng q trình đặc Sản phẩm sau đặc xong bảo quản lâu vận chuyển dễ dàng, làm tăng giá trị cảm quan giá trị kinh tế thị trường Xoài loại nông sản phổ biến Việt Nam Tuy vậy, xồi lại khơng bảo quản lâu thời gian dài, người ta đem xồi đặc để tăng thời gian bảo quản giữ lại giá trị dinh dưỡng, làm cho sản phẩm đa dạng hơn, nâng cao kinh tế thị trường ngồi nước Đồ án q trình thiết bị CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU SƠ LƯỢC VỀ Q TRÌNH CƠ ĐẶC 1.1 TỔNG QUAN VỀ NGUN LIỆU VÀ SẢN PHẨM 1.1.1 Nguyên liệu Xoài ăn nhiệt đới, thuộc họ thực vật có hoa Anacardiaceae Xồi có nguồn gốc miền Đơng Ấn Độ vùng giáp ranh Miến Điện, Việt Nam, Malaysia Trên giới có 87 nước trồng xồi với diện tích khoảng 1,8 – 2,2 triệu hecsta Vùng Châu Á chiếm 2/3 diện tích trồng xồi giới thế, đứng đầu Ấn Độ (Nguồn: Trần Thế Tục,2004) Khi trái chín da láng, lúc trái nặng nước, có màu vàng hấp dẫn, có vị chua ngọt, mùi thơm ngon nhiều người ưa thích xem q Trái xồi chứa nhiều vitamin, acid hữu nên sử dụng rộng rãi trái chín trái già cịn xanh Xồi chín ăn tươi, đóng hộp, làm nước trái cây, mứt kẹo, kem, sấy khô để tiêu thụ nội địa hay xuất 1.1.2 Phân loại Các giống xoài trồng Việt Nam gồm: Xoài Cát Hịa Lộc: Xuất phát từ Cái Bè (Tiền Giang), xồi có trái to, trọng lượng trái 400 – 600gr, thịt trái vàng, dẽ, thơm, ngọt, hạt dẹp, coi giống xồi có phẩm chất ngon Xồi Cát Chu: Phẩm chất trái ngon, thịt thơm có vị chua, dạng trái trịn, trọng lượng trái trung bình 250 – 350gr, vỏ trái mỏng Đây giống xoài hoa tập trung dễ đậu trái, suất cao Xoài Xiêm: Phẩm chất tương đối ngon, cơm vàng, thịt dẽo, mịn, hạt nhỏ, vỏ có trái dày Đây giống dễ đậu trái, suất cao Xoài Bưởi: trọng lượng trung bình 250 – 350gr, có nguồn gốc từ Cái Bè (Tiền Giang), giống xồi trồng nhiều loại đất kể đất nhiễm phèn, mặn, phát triển nhanh Xoài Thái Lan: Là giống xoài ăn xanh, phát triển mạnh, thon dài, đầu ngọn, trái dài cong, nặng trung bình 300gr Xồi Đài Loan: Là giống xồi ăn sống, trái từ 800gr – 1kg, phiến lớn, phẳng, đuôi tròn, sinh trưởng tốt dễ hoa.R2E2 (xồi Úc): Là giống có chất lượng trái ngon phát triển thời gian gần đây, đặc biệt vùng Nha Trang – Khánh Hòa, An Giang R2E2 có trái trịn, màu sắc vỏ trái đẹp, có mùi thơm đặc trưng, thịt trái ngọt, xơ Xồi Tứ Q: Trái nặng trung bình 320gr, hình bầu dục, đầu trái nhỏ, vỏ láng mỏng, màu vàng đẹp, ngọt, thơm, hạt nhỏ (Nguồn: Trần Thế Tục,2004) Đồ án trình thiết bị 1.1.3 Thành phần dinh dưỡng xoài Theo Boldsky, xoài gọi vua tất loại trái Không thơm ngon, ngọt, xoài giàu protein, chất xơ, vitamin C, A, axit folic , mang lại nhiều lợi ích cho sức khỏe Bảng 1.1 Thành phần hóa học xồi Cát Hịa Lộc Thành phần Hàm lượng Chất khơ ( oBx) 20,07 Đường khử (%) 3,16 Sacaroza (%) 12,09 Acid (%) 0,42 Protein (%) 0,71 Tro (%) 0,39 Lipid (%) 0,15 Xenluloza (%) 0,59 (Nguồn: Quách Đỉnh, 1996) Thành phần dinh dưỡng trái xồi có trọng lượng 250g gồm có: 1,5 g protein; g chất béo; 30 g chất bột đường; g chất carotenes (chỉ có dưa hồng kim cao hơn, trái xoài cung cấp thừa nhu cầu vitamine A ngày) 110 g vitamin B1; 125 g vitamin B2 (chỉ thua chanh dây); mg vitamin B3 (chỉ thua chanh dây ổi); 90 g folic acid (chỉ thua cam nho); 90 mg vitamin C (chỉ thua cam đu đủ); 30 mg calcium (chỉ thua quít cam); 45 mg magnesium (chỉ thua đu đủ chuối); mg iron (chỉ thua dưa gang, nho, chuối, ổi mơ); 295g kẽm (chỉ thua dưa tây, dưa hấu, đu đủ, chuối ổi); 0,5 g potassium (chỉ thua dưa hấu, dưa gang chuối) (Nguồn: Trần Thế Tục, 2004) 1.2 KHÁI QUÁT VỀ THIẾT BỊ CƠ ĐẶC 1.2.1 Khái niệm đặc Cơ đặc q trình làm bay phần dung mơi dung dịch chứa chất tan không bay hơi, nhiệt độ sơi, với mục đích: - Làm tăng nồng độ chất tan - Tách chất rắn hoàn 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), hệ thống thiết bị cô đặc (nồi), hay hệ thống nhiều thiết bị cô đặc thường nước gọi “hơi thứ”, thường có nhiệt độ cao, ẩn nhiệt hóa lớn nên sử dụng làm đốt cho nồi cô đặc Nếu “hơi Đồ án q trình thiết bị Trong đó: Hđ: chiều cao buồng đốt (m) Dbđ, dbđ: đường kính ngồi buồng đốt (m) + dbđ = 1000 mm = m + Dbđ = 1012 mm = 1,012 m * Thể tích thép đáy nón (V vlđáy) Thể tích bên đáy: 0,269 m3 Thể tích bên ngồi đáy (m3): 𝜋 𝐷đá𝑦 𝜋 ℎ𝑛ó𝑛 (𝐷đá𝑦 + 𝐷𝑡𝑙2 + 𝐷đá𝑦 𝐷𝑡𝑙 ) 12 𝜋 1,0122 𝜋 0,906 = 0,04 + (1,0122 + 0,0322 + 1,012.0,032) 12 = 0,28 𝑚3 𝑉𝑛đá𝑦 = ℎ𝑔ờ + ⇒ 𝑉𝑣𝑙đá𝑦 = 𝑉𝑛đá𝑦 − 𝑉𝑡𝑟đá𝑦 = 0,28 − 0,276 = 0,004 𝑚3 Trong đó: Dđáy: đường kính ngồi đáy (đáy nón có đường kính với đường kính buồng đốt, bề dày đáy S = mm) (m) Dđáy = 1000 + 2.6 = 1012 mm = 1,012 m Dtl = 32 mm = 0,032 m: đường kính ngồi ống tháo liệu (m) hnón = 906 mm = 0,906 m: chiều cao đáy nón (m) Chọn hgờ = 40 mm = 0,04 m: chiều cao gờ (m) * Thể tích thép làm buồng bốc (Vvlbb) Thể tích bên buồng bốc khơng có nắp: 𝑉𝑡𝑟𝑏𝑏 2 𝜋 𝑑𝑏𝑏 𝜋 𝐻𝐶 𝜋 𝑑𝑏đ 2 = ℎ𝑡𝑟ụ + (𝑑𝑏𝑏 + 𝑑𝑏đ + 𝑑𝑏𝑏 𝑑𝑏đ ) + ℎ𝑔ờ 12 = 1,32 𝜋.1,42 + 𝜋.0,2 12 (1,42 + 12 + 1,4.1) + 0,04 𝜋.12 = 2,292 m3 39 Đồ án trình thiết bị Thể tích bên ngồi: 𝑉𝑛𝑏𝑏 = 1,32 2 𝜋 𝐷𝑏𝑏 𝜋 𝐻𝑐 𝜋 𝐷𝑏𝑤 2 = ℎ𝑡𝑟ụ + (𝐷𝑏𝑏 + 𝐷𝑏đ + 𝐷𝑏𝑏 𝐷𝑏đ ) + ℎ𝑔ờ 12 𝜋.1,422 + 𝜋.0,2 12 (1,422 + 1,0122 + 1,42.1,012) + 0,04 𝜋.1,0122 = 2,357 m3 Thể tích thép cần: 𝑉𝑣𝑙𝑏𝑏 = 𝑉𝑛𝑏𝑏 − 𝑉𝑡𝑟𝑏𝑏 = 2,357 − 2,292 = 0,065 𝑚3 Trong đó: Dbb, dbb: đường kính ngồi buồng bốc (m) Dbđ, dbđ: đường kính ngồi buồng đốt (m) htrụ: chiều cao phần trụ buồng bốc(m) htrụ = Hb – Hc – 2hgờ = 1600 –200 – 2.40 = 1290 mm = 1,32 m Hc: chiều cao phần hình nón cụt (m) hgờ: chiều cao gờ buồng bốc buồng đốt (m) * Thể tích thép làm nắp elip (Vvlnắp) Nắp elip tiêu chuẩn có: dnắp = 1400 mm S = 10 mm hgờ = 25 mm Tra bảng XIII.11, trang 384, [2]: Khối lượng thép cần 183 kg * Thể tích thép làm vỉ ống bích Thể tích thép vỉ ống bao gồm bích: Tổng diện tích lỗ: ∑ 𝐹𝑙ỗ = 𝑛 𝜋 𝐷𝑛2 𝑑𝑏2 0,0312 0,0222 + 𝑍 𝜋 = 306 𝜋 + 28 𝜋 = 0,24 𝑚2 4 4 Trong đó: n: ống truyền nhiệt (ống), n = 306 ống Dn: đường kính ống truyền nhiệt (mm), Dn = 31 mm Z: số lượng bulong (cái), Z= 28 db: đường kính bulong (mm), db = 22 mm Diện tích ống tuần hồn trung tâm: 40 Đồ án trình thiết bị 𝐷𝑡ℎ 0,3322 𝐹𝑡ℎ = 𝜋 = 𝜋 = 0,087 𝑚2 4 Diện tích vỉ: 𝐷2 1,142 𝐹𝑣ỉ = 𝜋 = 𝜋 = 1,02 𝑚2 4 Trong đó: Dth: đường kính ngồi ống tuần hồn (m), Dth = 332 mm = 0,332 m D: đường kính vành ngồi bích (m), D= 1140 mm = 1,14 m Diện tích cịn lại: 𝐹𝑐𝑙 = 𝐹𝑣ỉ − 𝐹𝑡ℎ − ∑ 𝐹𝑙ỗ = 1,02 − 0,087 − 0,024 = 0,693 𝑚2 Thể tích thép làm vỉ ống: 𝑉𝑣𝑙𝑣ỉ = 𝐹𝑐𝑙 (2 ℎ) = 0,693 (2.0,022) = 0,03 𝑚3 Thể tích thép bích cịn lại: 𝜋 𝜋 2 ) 2 (𝐷𝑏đ−𝑏𝑏−𝑑 − 𝐷𝑏𝑏 + ℎ′ (𝐷𝑏𝑏−𝑛 − 𝐷𝑏𝑏 ) 4 𝜋 𝜋 = 0,022 (1,142 − 1,0122 ) + 0,03 (1,542 − 1,422 ) = 0,0131 𝑚3 4 𝑉𝑏 = ℎ Trong đó: h: bề dày bích nối buồng đốt buồng bốc, buồng đốt đáy (m): h = 22 mm = 0,022 m h’: bề dày bình nối buồng bốc nắp (m); h’ = 30 mm = 0,03 m Dbđ-bb-đ: đường kính vành ngồi bích nối buồng đốt buồng bốc, buồng đốt đáy (m): Dbđ-bb-đ = 1140 mm = 1,114 m Dbb-n: đường kính vành ngồi bích nối buồng bốc nắp (m): Dbb-n = 1540 mm = 1,54 m Dbđ: đường kính vành ngồi buồng đốt (m): Dbđ = 1012 mm = 1,012 m Dbb: đường kính ngồi buồng bốc: Dbb = 1420 mm 1,42 m 41 Đồ án trình thiết bị 5.5.3 Khối lượng phận thiết bị Chọn vật liệu thép không gỉ, mã hiệu OX18H10T, σ = 7900 kg/m3 (bảng XII.7, trang 313, [2]) Khối lượng ống: 𝐺ô = 𝑉𝑣𝑙𝑜 𝜌 = 0,08.7900 = 632 𝑘𝑔 Khối lượng buồng đốt: 𝐺𝑏đ = 𝑉𝑣𝑙𝑏đ 𝜌 = 0,019.7900 = 150,1 𝑘𝑔 Khối lượng buồng bốc: 𝐺𝑏𝑏 = 𝑉𝑣𝑙𝑏𝑏 𝜌 = 0,065.7900 = 513,5 𝑘𝑔 Khối lượng nắp: 𝐺𝑛ắ𝑝 = 183 𝑘𝑔 Khối lượng đáy: 𝐺đá𝑦 = 𝑉𝑣𝑙đá𝑦 𝜌 = 0,004.7900 = 31,6 𝑘𝑔 Khối lượng vỉ ống: 𝐺𝑣ỉ = 𝑉𝑣𝑙𝑣𝑖 𝜌 = 0,03.7900 = 237 𝑘𝑔 Vật liệu làm bích thép mang mã hiệu CT3, 𝜌 = 7850 kg/m3 (bảng XII.7, trang 313, [2]) Khối lượng bích: 𝐺𝑏 = 𝑉𝑏 𝜌 = 0,0131.7850 = 102,8 𝑘𝑔 5.5.4 Tổng khối lượng Khối lượng thiết bị: 𝐺𝑡𝑏 = 𝐺ô + 𝐺𝑏đ + 𝐺𝑏𝑏 + 𝐺𝑛ắ𝑝 + 𝐺đá𝑦 + 𝐺𝑣ỉ + 𝐺𝑏 = 632 + 150,1 + 513,5 + 183 + 31,6 + 237 + 102,8 = 1850 𝑘𝑔 Khối lượng dung dịch nặng có nồi đặc là: 𝐺𝑑𝑑 = ∑ 𝑉 𝜌 = 0,65.1128,98 = 733,837 𝑘𝑔 Tổng khối lượng: 𝐺 = 𝐺𝑇𝐵 + 𝐺𝑑𝑑 = 1850 + 733,837 = 2583,837 𝑘𝑔 Tải trọng cho tay đỡ: (P) 𝑃 = 𝐺 9,81 = 2583,837.9,81 = 25347,4 𝑁 = 2,5 104 𝑁 * Chọn chân đỡ tai treo Dự phòng chọn tải trọng 4.104 𝑁 Chọn vật liệu thép CT3 Chọn thiết bị gồm tai đeo 104 𝑁 42 Đồ án trình thiết bị Tra bảng XII.36, trang 438, [2], ta có kích thước tay treo Bảng 5.4 Bảng số liệu kích thước tay treo Tải trọng cho Tên gọi phép G.10-4 (N) Tai treo 1,2 1,0 L Bề mặt đỡ F.104 (m2) Tải trọng cho phép lên F q.10-6 (N/m2) 89,5 1,12 110 B B1 H S l a d 45 15 23 mm 85 90 170 Khối lượng tai treo (kg) 2,0 5.6 TÍNH VĨ ỐNG 5.6.1 Sơ lược cấu tạo Chọn vỉ ống loại vỉ tròn, lắp cứng với thân thiết bị, vỉ ống phải giữ chặc ống truyền nhiệt bền tác dụng ứng suất Dạng vỉ ống giữ nguyên trước sau nóng Vật liệu chế tạo thép không gỉ 0X18H10T + Nhiệt độ tính tốn vỉ ống nhiệt độ đốt ttt = tđốt = 126,250C + Ứng suất vốn cho phép tiêu chuẩn vật liệu ttt là: [𝜎]∗𝑢 = 141 𝑁/𝑚𝑚2 (hình – 2, trang 16, [7]) Chọn hệ số hiệu chỉnh: η = (trang 17, [7]) ⇒ Ứng suất uốn cho phép vật liệu ttt là: [𝜎]𝑢 = η [𝜎]∗𝑢 = 1.141 = 141 𝑁/𝑚𝑚2 5.6.2 Tính tốn * Tính cho vỉ ống buồng đốt Chiều dài tính tốn tối thiểu phía ngồi vỉ ống h’1 xác định theo công thức – 47, trang 181, [7]: 𝑃𝑜 0,1471 ℎ′1 = d𝑏𝑑 𝐾 √ = 1000.0,2 √ = 6,46 𝑚𝑚 [𝜎 ] 𝑢 141 Trong đó: K = 0,2 (chọn từ 0,028 đến 0,36) dbđ = 1000 mm: đường kính buồng đốt 43 Đồ án trình thiết bị P0 = 0,1471 N/mm2: Áp suất tính tốn ống (bằng với áp suất tính tốn buồng đốt) Chiều dày tính tốn tối thiểu phía vỉ ống h’ xác định theo công thức – 48, trang 181 [7]: ℎ′′1 = d𝑏𝑑 𝐾 √ 𝑃𝑜 0,1471 = 1000.0,5 √ = 23,43 𝑚𝑚 [𝜎]𝑢 𝜑𝑜 141.0,475 Trong đó: K= 0,5 (chọn từ 0,45 đến 0,6) 𝜑𝑜 : hệ số làm yếu vỉ ống khoan lỗ 𝜑𝑜 = 𝑑𝑣𝑖 −∑ 𝑑 𝑑𝑣𝑖 = 1000−525 1000 = 0,475 < Với dvi: đường kính vỉ ống (mm); dvỉ = dbđ = 1000 mm ∑ 𝑑: tổng số đường kính lỗ vỉ (mm) ∑ 𝑑 = 𝑑𝑡ℎ + 𝑛 𝑑𝑡−ố𝑛𝑔 = 325 + 8.25 = 525 𝑚𝑚 Với dth: đường kính ống tuần hồn (mm); dth = 273 mm dn: đường kính ống truyền nhiệt (mm); dn = 25 mm n: số ống bố trí theo đường kính vỉ (ống); n = 11 ống Chọn sơ h’’ = 30 mm (bằng với bề dày bích) * Kiểm tra bền vỉ ống Ứng suất uốn vỉ xác định theo công thức – 53, trang 183, [7]: 𝑃𝑜 𝜎𝑢 = 3,6 (1 − 0,7 𝐷𝑛 ℎ′′ ).( ) 𝐿 𝐿 0,1471 = 3,6 (1 − 0,7 31 30 ) ( ) 43,4 𝑐𝑜𝑠300 43,4 𝑐𝑜𝑠300 = 0,06 < [𝜎]𝑢 = 0,15 𝑁/𝑚𝑚2 (thỏa mãn) Trong đó: L: ống bố trí theo đỉnh tam giác (mm); L = 43,4.cos 300C (mm), bước ống s = 43,4 mm Dn: đường kích thước ống truyền nhiệt (mm); Dn = 31 mm Vậy vỉ ống phía dày 30 mm 44 Đồ án trình thiết bị * Tính cho vỉ ống buồng đốt Chọn bề dày vỉ ống phía bề dày vỉ ống phía trên; h’’ = 30 mm (cũng bề dày mặt bích) 5.7 KÍNH QUAN SÁT Vật liệu chế tạo thép CT3 thủy tinh Đường kính kính quan sát D = 230 mm Kính bố trí cho mực chất lỏng nhìn thấy Do đó, đặt hai kính giống hai bên buồng bốc, tạo thành góc 180 0C 5.8 BỀ DÀY CỦA LỚP CÁCH NHIỆT Vật liệu chế tạo amiante carton Theo công thức VI.66, công thức VI.67, trang 92, [2]: Bề dày lớp cách nhiệt buồng đốt: 𝛿𝑐 = 𝜆𝑐 (𝑡𝑇 − 𝑡𝑇 ) 𝛼𝑛 (𝑡𝑇 − 𝑡𝑘𝑘 ) Trong đó: 𝛼𝑛 : hệ số cách nhiệt từ bề mặt ngồi lớp cách nhiệt đến khơng khí 𝛼𝑛 = 9,3 + 0,058 𝑡𝑇 = 9,3 + 0,058 (45 + 273) = 27,744 (𝑊 ⁄𝑚2 𝐾) 𝑡𝑇 : nhiệt độ lớp cách nhiệt tiếp giáp bề mặt thiết bị, trở lực nhiệt tường thiết bị nhỏ so với trở lực nhiệt lớp cách nhiệt, tT1 lấy nhiệt độ đốt 𝑡𝑇 = 𝑡𝐷 = 126,250C 𝑡𝑇 : nhiệt độ bề mặt lớp cách nhiệt phía khơng khí vào khoảng 40 – 50 0C, chọn tT2 = 40 0C Tkk : nhiệt độ khơng khí (0C), tra bảng VII.1, trang 101, [2], tkk = 26,6 0C 𝜆𝑐 = 0,144 (𝑊 ⁄𝑚2 𝐾): hệ số dẫn nhiệt vật liệu cách nhiệt 1000C ⇒ 𝛿𝑐 = 0,144 (126,25 − 45) = 0,0042 𝑚 = 4,2 𝑚𝑚 27,744 (126,25 − 2,26) Vậy để thuận tiện chế tạo, chiều dày lớp cách nhiệt chọn cho buồng bốc buồng đốt mm 45 Đồ án q trình thiết bị CHƯƠNG TÍNH THIẾT BỊ PHỤ 6.1 CHỌN TÍNH THIẾT BỊ NGƯNG TỤ BAROMET 6.1.1 Tính lượng nước lạnh Gn cần thiết để ngưng tụ Theo công thức VI.51 sổ tay tập 2, trang 84: Gn = 𝑊.(𝑖−𝐶𝑛 𝑡2𝑐 ) 𝐶𝑛 (𝑡2𝑐 −𝑡2𝑤) Trong đó: Gn: lượng nước lạnh cần thiết để ngưng tụ, kg/s W: lượng thứ vào thiết bị ngưng tụ, kg/s W= 1000 3600 = 0,278 kg/s i: nhiệt lượng riêng ngưng, i = 2628 kJ/kg t2c = tnt – = 72,05 – = 67,05oC tnt : nhiệt độ bảo hòa ngưng tụ (oC) Với tnt = 72,05oC Cn: nhiệt dung riêng trung bình nước, tra theo nhiệt độ trung bình, kJ/kg.k Với Cn = 4,188 kJ/kg.k Gn = 𝑊.(𝑖−𝐶𝑛 𝑡2𝑐 ) 𝐶𝑛 (𝑡2𝑐 −𝑡2𝑤) = 0,278.(2628−4,188.67,05) 4,188.(67,05−30) = 4,21 (kg/s) 6.1.2 Đường kính dnt thiết bị ngưng tụ Theo VI.52, trang 84, [2], ta có đường thiết bị ngưng tụ: dnt = 1,383.√ 𝑊 𝜌ℎ 𝜔ℎ Trong đó: W: lượng thứ ngưng tụ (kg/s); W = 0,278 (kg/s) 𝜔ℎ : tốc độ thiết bị ngưng tụ, chọn 𝜔ℎ = 20 m/s (tra trang 85, [2]) 𝜌ℎ : khối lượng riêng hơi, tra bảng 41, trang 37, áp suất 0,3486 at 𝜌ℎ = 0,2158 kg/m3 Vậy: dn = 1,383 √ 0,278 0,2158.20 = 0,351 mm Chọn đường kính thiết bị ngưng tụ dn = 500 mm 46 Đồ án trình thiết bị Kích thước thiết bị ngưng tụ Baromet Theo bảng VI.8, trang 88, [2], ta có: Bảng 6.1 Kích thước thiết bị ngưng tụ Baromet Kích thước Ký hiệu Giá (mm) Đường kính thiết bị dnt 500 Chiều dài thành thiết bị S Khoảng cách từ ngăn đến nắp thiết bị a0 1300 Khoảng cách từ ngăn đến nắp thiết bị an 1200 Bề rộng ngăn B - Khoảng cách tâm thiết bị thiết bị thu hồi K1 675 Chiều cao hệ thống thiết bị H 4300 Chiều rộng hệ thống thiết bị T 1300 Đường kính thiết bị thu hồi D1 400 Chiều cao thiết bị thu hồi h1 (h) 1440 Đường kính thiết bị thu hồi D2 - trị Đường kính cửa vào: Hơi vào d1 300 Nước vào d2 100 Hỗn hợp khí d3 80 Nối với ống baromet d4 125 Hỗn hợp khí vào thiết bị thu hồi d5 80 Hỗn hợp khí thiết bị thu hồi d6 50 Nối từ thiết bị thu hồi đến ống baromet d7 50 Ống thông khí d8 - 6.1.3 Tính kích thước ngăn Thường có dạng viên phân để làm việc tốt Theo VI.53, trang 85, [2]: - Chiều cao ngăn (b): b= 𝑑𝑛𝑡 + 50 = 500 + 50 = 300 mm - Bề dày ngăn (𝛿): Chọn (𝛿) = ( Trang 84, [2]) - Dùng nước bẩn từ ao, sông, hồ, để ngưng tụ thứ nên chọn đường kính lỗ d = mm ( Trang 84, [2]) - Chọn chiều cao gờ ngăn 40 mm Chọn tốc độ tia nước 0,62 m/s 47 Đồ án trình thiết bị 6.4.1 Tính chiều cao thiết bị ngưng tụ: Chiều cao thiết bị ngưng tụ phụ thuộc vào mức độ đun nóng Mức độ đun nóng nước xác định theo cơng thức VI-6, trang 85, [2] P= 𝑡2𝑐 −𝑡2𝑤 𝑡𝑏ℎ −𝑡2𝑤 Trong đó: P: trị số mức độ đun nóng t2c, t2w: nhiệt độ đầu cuối nước tưới vào thiết bị (oC); t2w = 30oC, t2c = 67,05oC tbh = nhiệt độ bão hòa ngưng tụ (oC); tbh = 72,05oC => P= 𝑡2𝑐 −𝑡2𝑤 𝑡𝑏ℎ −𝑡2𝑤 = 67,05−30 72,05−30 = 0,881 Tra bảng VI.7, trang 86, [2], với d = mm, P = 0,774 Số ngăn n = Số bậc a = Khoảng cách ngăn h = 400 mm Thời gian rơi bậc 0,41s Thực tế thiết bị ngưng tụ từ lên thể tích giảm dần, khoảng cách hợp lý ngăn cững nên giảm dần theo hướng từ lên khoảng chừng 50 mm chô ngăn Khoảng cách từ ngăn đến nắp thiết bị 1300 mm Khoảng cách từ ngăn đến nắp thiết bị 1200 mm Chiều cao phần gờ nắp 50 mm Chiều cao phần ellipase 125 mm Chiều cao phàn đáy nón 175 mm Chiều cao thiết bị ngưng tụ : H = 125 + 50 + 1300 + 400.7 + 1200 + 175 = 5650 mm 6.1.5 Tính kích thước ống Baromet: Theo cơng thức VI.58, trang 86, [2]: Tính kích thước đường kính ống Baromet: 0,004.(𝐺𝑛 +𝑊) d=√ 𝜋.𝜔 48 Đồ án q trình thiết bị Trong đó: W: lượng thứ ngưng tụ, W = 0,278 kg/s Gn: lượng nước vào thiết bị ngưng tụ, Gn = 4,21 kg/s 𝜔: tốc độ hỗn hợp nước chất lỏng ngưng chảy ống Baromet (m/s), thường lấy 𝜔 = 0,6 m/s 0,004.(4,21+0,278) d=√ 𝜋.0,6 = 0,098 Theo trang 86, [2]: Xác định chiều cao ống Baromet: 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 khắc phục trở lục nước chảy ống Theo VI.59, trang 86, [2]: Tính h1: chiều cao cột nước ống Baromet cân với hiệu số áp suất khí thiết bị ngưng tụ h1 = 10,33 𝑃𝑐𝑘 760 0,65.760 = 10,33 760 = 6,71 m Trong đó: Pck: áp suất chân khơng thiết bị (mmHg) Theo VI.60, trang 87, [2]: Tính h2: chiều cao cột nước ống Baromet cần để khắc phục trở lực nước chảy ống h2 = 𝜔2 2𝑔 (1 + 𝐻 𝑑𝑏𝑟 + (𝑥 + 𝑎)𝑛 + ) (m) Ta lấy hệ số trở lực vào ống 1 = 0,5 khỏi ống 2 = cơng thức VI 60 có dạng h2 = 𝜔2 2𝑔 (2,5 + 𝐻 𝑑𝑏𝑟 ) (m) Trong đó: dbr: đường kính ống Baromet (m); d = 0,098 m : hệ số trở lực ma sát nước chảy ống (W/m.độ) H: chiều cao tổng cộng ống Baromet (m) 49 Đồ án trình thiết bị g = 9,81 m/s2 𝜔: tốc độ nước chảy ống (m/s); 𝜔 = 0,6 m/s Chuẩn số Re: Theo công thức II.58, trang 377, [1]: Re = 𝜔.𝑑𝑏𝑟.𝜌 0,6.0,098.1083,604 = 𝜇 0,662.10−3 = 96247 > 104 Trong đó: 𝜌: khối lượng riêng nước lấy nhiệt độ trung bình ttrb = 𝑡2𝑑 +𝑡2𝑐 = 30+67,05 = 48,525oC dbr: đường kính ống Baromet (m) µ: độ nhớt động lực nước Chọn ống thép nên độ nhám 𝜀 = 0,2 mm ( trang 19,[5]) Như vậy, dòng nước ống Baromet chế độ chảy xốy, hệ số ma sát tính theo công thức II.65, trang 380, [1]: Hệ số trở lực ma sát nước chảy ống: => = 0,3164 𝑅𝑒 0,25 = 0,3164 962470,25 = 0,0179 (W/m.độ) * Chiều cao cần thiết: Từ phương trình (1) thì: H – (h1 + 0,5) = h2 H – (6,71 + 0,5) = 0,62 2.9,81 (2,5 + 0,0179 𝐻 0,098 ), Giải phương trình H= 7,28 => h2 = 0,62 2.9,81 (2,5 + 0,0179 7,28 0,098 ) = 0,07 m 6.1.6 Tính lượng thứ khí khơng ngưng Lượng khí cần rút khỏi thiết bị ngưng tụ Baromet tính theo cơng thức VI.47, trang 84, [2]: Gkk = 25.10-6.(Gn + W) + 0,01W => Gkk = 25.10-6.(4,21 + 0,278) + 0,01.0,278 = 2,89 kg/s Trong Gn: lượng nước lạnh tưới vào thiết bị (kg/s) W: lượng vào thiết bị ngưng tụ (kg/s) Thể tích khí khơng ngưng cần rút khỏi thiết bị tính theo cơng thức VI.49, trang 84, [2]: 50 Đồ án trình thiết bị Vkk = 288.𝐺𝑘𝑘 (273+ 𝑡𝑘𝑘 ) 𝑃𝑛𝑡 − 𝑃ℎ Theo công thức VI.50, trang 84, [2], ta có: tkk = t2d + + 0,1.(t2c – t2d) = 30 + + 0,1.(67,05 – 30) = 37,705oC Pnt = 0,3486 at = 34185,98 N/m2: áp suất làm việc thiết bị ngưng tụ Ph: 0,075 at = 7354,988 N/m2: áp suất riêng phần nước hỗn hợp nhiệt độ tkk (tra bảng 56, trang 45, [5]) Vkk = 288.2,89.10−3 (273+37,705) 34185,98−7354,988 = 0,00964 m3/s 6.2 TÍNH TỐN VÀ CHỌN BƠM CHÂN KHƠNG Bơm chân khơng 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 6.2.1 Công suất bơm chân không: N= 𝑚 𝑐𝑘 𝑚−1 𝑃2 𝑚−1 𝜌𝑘𝑘 𝑉𝑘𝑘 [( ) 𝑃1 𝑚 -1] Trong ck: hệ số hiệu chỉnh; chọn theo dạng pittong = 0,7 m: số đa biến = 1,3 P1= Pnt = 0,3486 at = 34185,98 N/m2 P2: áp suất khí áp suất lúc khí đẩy Chọn P2 = at = 9,81.10 N/m2 Áp suất không khí thiết bị ngưng tụ: Pkk = P1 = Pnt – Ph = 34185,98 – 7354,988 = 26830,992 (N/m2) Trong Pnt: áp suất làm việc thiết bị ngưng tụ Ph: áp suất riêng phần nước hỗn hợp nhiệt độ khơng khí tkk Vkk: thể tích khơng khí cần hút khỏi thiết bị: Vkk = 0,00964 m3/s - Công suất bơm : N= 0,7.10−3 1,3 1,3−1 26830,992.0,00964[( 9,81.104 34185,98 1,3−1 1,3 ) − 1] = 440984,1422 KW 51 Đồ án trình thiết bị 6.2.2 Chọn bơm chân khơng Dùng bơm chân khơng khơng cần dầu bơi trơn, hút khơng khí, nước Chọn bơm chân khơng vịng nước cấp HWVP Có thong số sau: - Kiểu HWVP – - Lương lượng 450 ~ 28000 lít/phút - Cơng suất động 1,5 ~ 75 KW - Truyền động khớp nối cứng, dây đai hộp số tùy ý theo tốc độ quay tiêu chuẩn đầu bơm - Hoạt động êm ái, tuổi thọ vịng bi cao, bảo dưỡng - Lượng nước làm kín thấp - Vật liệu cánh, trục bơm phải làm từ thép không gỉ 304 316 giảm đáng kể ăn mòn chất acid lẫn nước khí 52 Đồ án q trình thiết bị TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Trần Xoa, Nguyễn Trọng Khuông, Hồ Lê Viên, Sổ tay q trình thiết bị cơng nghệ hóa chất tập 1, Nhà xuất Khoa học Kỹ thuật, Hà Nội [2] Trần Xoa, Nguyễn Trọng Khng, Phạm Xn Toản, 2016, Sổ tay q trình thiết bị cơng nghệ hóa chất tập 2, Nhà xuất Khoa học Kỹ thuật [3] Phạm Văn Bôn, Nguyễn Đình Thọ, 2004, Q trình thiết bị cơng nghệ hóa học thực phẩm tập 5, Nhà xuất Đại học Quốc gia TP Hồ Chí Minh [4] Phạm Văn Bơn, 2013, Q trình Thiết bị cơng nghệ hóa học thực phẩm – Bài tập truyền nhiệt, Nhà xuất Đại học Quốc gia TP Hồ Chí Minh [5] Bộ môn máy thiết bị, 2012, Bảng tra cứu trình học truyền nhiệt – truyền khối, Nhà xuất Đại học Quốc gia TP Hồ Chí Minh [6] Trần Văn Hùng, Bài giảng kỹ thuật thực phẩm 2, 2013, Trường Đại học Công Nghiệp Thực Phẩm TP Hồ Chí Minh [7] Hồ Lê Viên, Tính tốn thiết kế chi tiết thiết bị hóa chất dầu khí, Nhà xuất Khoa học Kỹ thuật [8] Phạm Xuân Toản, Các trình thiết bị cơng nghệ hóa chất thực phẩm tập 3, Nhà xuất Khoa học Kỹ thuật, Hà Nội [9] Nguyễn Tuấn Dũng, Q trình thiết bị cơng nghệ hóa học thực phẩm tập 2, 2015, Nhà xuất Đại học Quốc gia TP Hồ Chí Minh [10] Trần Thế Tục, Giáo trình ăn quả, 2004, Nhà xuất Nông Nghiệp [11] Quách Đỉnh, Kỹ thuật trồng xồi, 1999, Nhà xuất Nơng Nghiệp 53 ... 1.2 KHÁI QUÁT VỀ THIẾT BỊ CÔ ĐẶC 1.2.1 Khái niệm cô đặc 1.2.2 Các phương pháp cô đặc 1.2.3 Phân loại thiết bị cô đặc 1.2.4 Thiết bị cô đặc nồi, buồng... 52 iii Đồ án q trình thiết bị DANH MỤC HÌNH Hình1.1 Thiết bị đặc nồi…………………………………………… ….5 Hình1.2 Sơ đồ quy trình đặc nước xồi…………………………………… …6 Hình 2.1 Đồ thị thay đổi nhiệt độ q trình đặc? ??…………………... Thiết bị cô đặc nồi, buồng đốt trong, ống tuần hồn trung tâm Hình1.1 Thiết bị cô đặc nồi, buồng đốt trong, ống tuần hồn trung tâm Hệ thống thiết bị đặc dung dịch nước xồi có đặc điểm: Thiết bị