Thiết kế thiết bị cô đặc nƣớc cam một nồi liên tục, năng suất 1400 kg

Đồ án Quá trình Thiết bị YÊU CẦU ĐỒ ÁN Tên đồ án: Thiết kế thiết bị cô đặc nƣớc cam nồi liên tục, suất 1400 kg/h Số liệu ban đầu: - Dung dịch nƣớc cam sau gia nhiệt - Nồng độ nhập liệu Xđ = 13% (khối lƣợng) - Nồng độ sản phẩm Xc = 55% (khối lƣợng) - Năng suất nhập liệu Gđ = 1400 kg/h - Nguồn nhiệt nƣớc bão hòa - Nhiệt độ đầu nguyên liệu tđ = 30 C Cơng việc thiết kế: - Tính tốn kích thƣớc thiết bị chính: buồng bốc, buồng đốt, nắp, đáy nồi - Tính tốn thiết bị phụ: thiết bị ngƣng tụ baromet Kết thu nhận: - Bản thuyết minh số liệu tính tốn thiết bị chính, thiết bị phụ tính tốn khí số chi tiết - Bản vẽ thiết bị i Đồ án Q trình Thiết bị MỤC LỤC CHƢƠNG GIỚI THIỆU SƠ LƢỢC VỀ Q TRÌNH CƠ ĐẶC 1.1 TỔNG QUAN VỀ CÔ ĐẶC .1 1.1.1 Khái niệm 1.1.2 Các phƣơng pháp cô đặc .1 1.1.3 Phân loại thiết bị cô đặc 1.1.4 Thiết bị cô đặc nồi, buồng đốt trong, ống tuần hoàn trung tâm 1.2 THUYẾT MINH QUY TRÌNH CƠ ĐẶC DUNG DỊCH NƢỚC CAM 1.2.1 Giới thiệu nguyên liệu 1.2.2 Quy trình cơng nghệ đặc dung dịch nƣớc cam .7 CHƢƠNG CÂN BẰNG VẬT CHẤT VÀ NĂNG LƢỢNG 2.1 DỮ KIỆN BAN ĐẦU 2.2 CÂN BẰNG VẬT CHẤT 2.3.2 Các tổn thất nhiệt .10 2.3.3 Cân nhiệt lƣợng 12 2.3.4 Lƣợng đốt dùng cho cô đặc 14 2.3.5 Lƣợng đốt tiêu tốn riêng 14 CHƢƠNG TÍNH TỐN TRUYỀN NHIỆT CHO THIẾT BỊ CƠ ĐẶC 15 3.1 NHIỆT TẢI RIÊNG PHÍA HƠI NGƢNG 15 3.2 NHIỆT TẢI RIÊNG PHÍA DUNG DỊCH .15 3.3 NHIỆT TẢI RIÊNG PHÍA TƢỜNG (Qv) 17 3.4 TÍNH TẢI NHIỆT RIÊNG 17 3.5 HỆ SỐ TRUYỀN NHIỆT K 18 3.6 DIỆN TÍCH BỀ MẶT TRUYỀN NHIỆT F 18 CHƢƠNG TÍNH THIẾT BỊ CƠ ĐẶC 19 4.1 TÍNH BUỒNG ĐỐT .19 4.1.1 Thể tích dung dịch đầu thiết bị (Vđ) 19 4.1.2 Thể tích dung dịch cuối (Vc) .19 4.1.3 Tính chọn đƣờng kính buồng đốt 19 4.1.4 Tính kích thƣớc đáy nón buồng đốt 21 4.1.5 Tổng kết .21 4.2 TÍNH BUỒNG BỐC .22 4.2.1 Tính đƣờng kính buồng bốc Db 22 4.2.2 Tính chiều cao buồng bốc Hb 23 4.2.3 Tính kích thƣớc nắp elip có gờ buồng bốc 23 4.3 TÍNH KÍCH THƢỚC CÁC ỐNG DẪN LIỆU, THÁO LIỆU 24 ii Đồ án Quá trình Thiết bị 4.3.1 Ống nhập liệu 24 4.3.2 Ống tháo liệu .24 4.3.3 Ống dẫn đốt 24 4.3.4 Ống dẫn thứ 25 4.3.5 Ống dẫn nƣớc ngƣng 25 4.3.6 Ống xả khí khơng ngƣng 25 4.3.7 Tổng kết đƣờng kính ống .25 CHƢƠNG TÍNH CƠ KHÍ 26 5.1 TÍNH BUỒNG ĐỐT .26 5.1.1 Sơ lƣợc cấu tạo 26 5.1.2 Tính bề dày buồng đốt .26 5.2 TÍNH BUỒNG BỐC .28 5.2.1 Sơ lƣợc cấu tạo 28 5.2.2 Tính thể tích phịng bốc 28 5.2.3 Tính bề dày buồng bốc 28 5.2.4 Tính tốn nắp thiết bị .31 5.3 TÍNH TỐN ĐÁY THIẾT BỊ 32 5.3.1 Sơ lƣợc cấu tạo 32 5.3.2 Tính tốn 33 5.3.3 Tính bền cho lỗ 37 5.4 TÍNH MẶT BÍCH VÀ SỐ BU LƠNG CẦN THIẾT 38 5.4.1 Sơ lƣợc cấu tạo 38 5.4.2 Chọn mặt bích 38 5.5 TÍNH VÀ CHỌN TAI TREO CÂN ĐỠ 39 5.5.1 Sơ lƣợc cấu tạo tai treo chân đỡ 39 5.5.2 Thể tích phận thiết bị .39 5.5.3 Khối lƣợng phận thiết bị 42 5.5.4 Tổng khối lƣợng 42 5.6 TÍNH VỈ ỐNG 43 5.6.1 Sơ lƣợc cấu tạo 43 5.6.2 Tính toán 43 5.7 KÍNH QUAN SÁT 45 5.8 BỀ DÀY LỚP CÁCH NHIỆT 45 CHƢƠNG TÍNH THIẾT BỊ PHỤ 46 6.1 CHỌN TÍNH THIẾT BỊ NGƢNG TỤ BAROMET .46 6.1.1 Tính lƣợng nƣớc lạnh Gn cần thiết để ngƣng tụ 46 iii Đồ án Quá trình Thiết bị 6.12 Đƣờng kính dnt thiết bị ngƣng tụ 46 6.1.3 Tính kích thƣớc ngăn 47 6.1.4 Tính chiều cao thiết bị ngƣng tụ 47 6.1.5 Tính kích thƣớc ống Baromet 48 6.1.6 Tính lƣợng thứ khí khơng ngƣng 50 6.2 TÍNH TỐN VÀ CHỌN BƠM CHÂN KHƠNG 50 6.2.1 Công suất bơm chân không .50 6.2.2 Chọn bơm chân không .51 TÀI LIỆU THAM KHẢO 52 iv Đồ án Quá trình Thiết bị Danh sách bảng Bảng 1.1 Thành phần hóa học cam tƣơi .5 Bảng 2.1 Bảng số liệu tổng hợp đốt thứ 10 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 Số liệu theo nồng độ dung dịch 16 Bảng 4.1 Số liệu đƣờng kính ống .25 Bảng 5.1 Số liệu bích nối buồng bốc buồng đốt 38 Bảng 5.2 Số liệu bích nối buồng đốt đáy .39 Bảng 5.3 Số liệu bích nối buồng bốc nắp 39 Bảng 5.4 Bảng số liệu kích thƣớc tai treo 43 Bảng 6.1 Kích thƣớc thiết bị ngƣng tụ Baromet .47 v Đồ án Quá trình Thiết bị Danh sách hình Hình 1.1 Thiết bị đặc nồi có phịng đốt trong, ống tuần hồn trung tâm .2 Hình 1.2 Orange Hình 1.3 Sơ đồ quy trình .8 vi Đồ án Quá trình Thiết bị LỜI MỞ ĐẦU Sau năm học tập trƣờng để củng cố kiến thức học giáo trình hơm em đƣợc học mơn Q trình Thiết bị vận dụng kiến thức học vào thực tế để tính tốn thiết kế máy móc Thiết bị yêu cầu thiếu kyc sƣ công nghệ thực phẩm Qua việc làm đồ án giúp sinh viên biết sử dụng nguồn tài liệu tham khảo, tra cứu vận dụng kiến thức quy định thiết kế, tự nâng cao khả vận dụng, tính tốn trình bày thiết kế cách có hệ thống Trong đồ án nhiệm vụ cần hoàn thành thiết kế thiết bị cô đặc nƣớc cam nồi liên tục, suất 1400 kg/h Đồ án đƣợc thực dƣới hƣớng dẫn Đồn Phƣơng Linh, khoa Công nghệ thực phẩm Công nghệ sinh học trƣờng Đại học Kỹ thuật Công nghệ Cần Thơ Em xin chân thành cảm ơn Đồn Phƣơng Linh hƣớng dẫn, giúp đỡ nhiệt tình truyền đạt kinh nghiệm quý báu thân cho chúng em để chúng em hoàn thành đồ án Trong q trình thực cịn có nhiều thiếu sót Vì đánh giá nhận xét quý thầy giúp nhóm hồn thiện Nội dung đồ án gồm có nội dung sau: Chƣơng 1: Giới thiệu sơ lƣợc q trình đặc Chƣơng 2: Cân vật chất lƣợng Chƣơng 3: Tính tốn truyền nhiệt cho q trình đặc Chƣơng 4: Tính thiết bị đặc Chƣơng 5: Tính khí Chƣơng 6: Tính thiết bị phụ vii Đồ án Quá trình Thiết bị CHƢƠNG GIỚI THIỆU SƠ LƢỢC VỀ Q TRÌNH CƠ ĐẶC 1.1 TỔNG QUAN VỀ CƠ ĐẶC 1.1.1 Khái niệm Cơ đặc q trình làm tăng nồng độ chất rắn hòa tan dung dịch cách tách bớt phần dung môi qua dạng hơi, 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 (cất nƣớc) Cô đặc đƣợc tiến hành nhiệt độ sôi, áp suất (áp suất chân không, áp suất thƣờng hay áp suất dƣ), hệ thống thiết bị cô đặc (nồi) hay hệ thống nhiều thiết bị đặc Q trình gián đoạn hay liên tục Hơi bay q trình đặc thƣờng nƣớc, gọi “hơi thứ”, thƣờng có nhiệt độ cao, ẩn nhiệt hóa lớn nên đƣợc sử dụng làm đốt cho nồi cô đặc Nếu “hơi thứ” đƣợc lấy làm đốt cho thiết bị hệ thống cô đặc, gọi “hơi phụ” Cô đặc chân không dùng cho dung dịch có nhiệt độ sơi cao dung dịch dễ bị phân hủy nhiệt, làm tăng hiệu số nhiệt độ đốt nhiệt độ sơi trung bình dung dịch (gọi hiệu số nhiệt độ hữu ích), dẫn đến giảm bề mặt truyền nhiệt Mặc khác, cô đặc chân không nhiệt độ sơi dung dịch thấp nên tận dụng nhiệt thừa trình sản xuất khác (hoặc sử dụng thứ) cho trình cô đặc Cô đặc áp suất cao áp suất khí thƣờng dùng cho dung dịch khơng bị phân hủy nhiệt độ cao nhƣ dung dịch muối vô cơ, để sử dụng thứ cho đặc cho q trình đun nóng khác Cơ đặc áp suất khí thứ khơng đƣợc sử dụng mà đƣợc thải ngồi khơng khí Đây phƣơng pháp đơn giản nhƣng khơng mang lại hiệu kinh tế [1] 1.1.2 Các phƣơng pháp đặc 1.1.2.1 Phương pháp nhiệt độ (đun nóng) Dung môi chuyển từ trạng thái lỏng sang trạng thái dƣới tác dụng nhiệt áp suất riêng phần áp suất tác dụng lên mặt thoáng chất lỏng [2] 1.1.2.2 Phương pháp nhiệt lạnh (kết tinh) Khi hạ thấp nhiệt độ đến mức đó, cấu tử tách dƣới dạng tinh thể đơn chất tinh khiết, thƣờng kết tinh dung mơi 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 máy lạnh [2] 1.1.3 Phân loại thiết bị đặc Có nhiều cách phân loại khác nhƣng tổng quát lại cách phân loại theo đặc điểm cấu tạo sau dễ dàng tiêu biểu Thiết bị cô đặc đƣợc chia làm loại thuộc ba nhóm chủ yếu sau đây: Đồ án Quá trình Thiết bị 1.1.3.1 Nhóm Dung dịch đƣợc đối lƣu tự nhiên (hay tuần hoàn tự nhiên) nhóm thƣờng có hai loại nhƣ sau: Loại 1: Có buồng đốt (đồng trục với buồng bốc hơi); có ống tuần hồn hay ống tuần hồn ngồi Loại 2: Có buồng đốt ngồi (khơng đồng trục với buồng bốc hơi) 1.1.3.2 Nhóm Dung dịch đối lƣu cƣỡng (tức tuần hoàn cƣỡng bức) nhóm thƣờng có hai loại nhƣ sau: Loại 3: Có buồng đốt trong, có ống tuần hồn ngồi Loại 4: Có buồng đốt ngồi, ống tuần hồn ngồi 1.1.3.3 Nhóm Dung dịch chảy thành màng mỏng, loại thƣờng có hai loại: Loại 5: Màng dung dịch chảy ngƣợc lên, có buồng đốt hay ngồi Loại 6: Màng dung dịch chảy xi, có buồng đốt hay ngồi [3] 1.1.4 Thiết bị cô đặc nồi, buồng đốt trong, ống tuần hồn trung tâm – phịng đốt, - ống truyền nhiệt, - ống tuần hoàn, – phịng bốc Hình 1.1 Thiết bị đặc nồi có phịng đốt trong, ống tuần hồn trung tâm Đồ án Quá trình Thiết bị Phần dƣới thiết bị phịng đốt 1, có ống truyền nhiệt ống tuần hoàn tƣơng đối lớn, dung dịch ống đốt vào khoảng trống phía ngồi ống Khi làm việc dung dịch ống truyền nhiệt sôi tạo thành hỗn hợp - lỏng có khối lƣợng riêng bị giảm bị đẩy từ dƣới lên miệng ống, cịn ống tuần hồn thể tích dung dịch theo đơn vị bề mặt truyền nhiệt lớn so với ống truyền nhiệt lƣợng tạo ống hơn, khối lƣợng riêng hỗn hợp - lỏng lớn ống truyền nhiệt, bị đẩy xuống dƣới Kết thiết bị có chuyển động tuần hồn tự nhiên từ dƣới lên ống truyền nhiệt từ xuống ống tuần hoàn Vận tốc tuần hoàn lớn hệ số cấp nhiệt phía dƣới dung dịch tăng q trình đóng cặn bề mặt truyền nhiệt giảm Vận tốc tuần hoàn loại thiết bị thƣờng không 1,5 m/s Khi suất thiết bị lớn thay ống tuần hồn vài ống có đƣờng kính nhỏ Phía phịng đốt phịng bốc Thiết bị đặc có ống tuần hồn trung tâm có ƣu điểm cấu tạo đơn giản, dễ sửa chữa làm sạch, nhƣng có nhƣợc điểm vận tốc tuần hồn bị giảm ống tuần hồn bị đun nóng [1] 1.2 THUYẾT MINH QUY TRÌNH CƠ ĐẶC DUNG DỊCH NƢỚC CAM 1.2.1 Giới thiệu nguyên liệu 1.2.1.1 Nguồn gốc xuất xứ cam Cam, tất loại trái họ cam quýt, có nguồn gốc từ chân núi Đông Nam Himalaya, khu vực bao gồm khu vực phía đơng Assam (Ấn Độ), phía bắc Myanmar phía tây Vân Nam (Trung Quốc) Một mẫu hóa thạch từ kỷ Miocen muộn (11,6 - 5,3 triệu năm trƣớc) từ Lincang Vân Nam, Trung Quốc có đặc điểm đặc trƣng nhóm cam qt nay, cung cấp chứng cho tồn tổ tiên họ Cam quýt phổ biến tỉnh Vân Nam khoảng triệu năm trƣớc Khơng có nhiều thông tin cam bối cảnh ngƣời trƣớc năm 314, chứng văn loại xuất Trung Quốc [9] Hình 1.2 Orange (Nguồn: https://vi.pngtree.com/free-png-vectors/qu%E1%BA%A3-cam) Đồ án Q trình Thiết bị 5.4 TÍNH MẶT BÍCH VÀ SỐ BU LÔNG CẦN THIẾT 5.4.1 Sơ lƣợc cấu tạo - Bu lơng bích đƣợc làm từ thép CT3 - Mặt bích đƣợc dùng để nối nắp thiết bị với buồng bốc, buồng bốc với buồng đốt buồng đốt với đáy thiết bị - Chọn bích liền thép, kiểu (bảng XIII.27, trang 417, [5]) * Các thông số mặt bích: Đƣờng kính gọi (mm) Đƣờng kính ngồi mặt bích (mm) Đƣờng kính vịng bu lơng (mm) Đƣờng kính đến vành ngồi đệm (mm) Đƣờng kính đến vành đệm (mm) Đƣờng kính bu lơng (mm) : Số lƣợng bu lơng (mm) Chiều dày mặt bích (mm) 5.4.2 Chọn mặt bích * Mặt bích nối buồng bốc buồng đốt - Buồng bốc buồng đốt đƣợc nối với theo đƣờng kính buồng đốt có dbđ = 1000 mm - Áp suất tính tốn buồng đốt 0,172 N/mm2 - Áp suất tính tốn buồng bốc 0,172 N/mm2 Chọn dự phòng áp suất thân Py = 0,3 N/mm2 để bích kín thân Các thơng số bích đƣợc tra từ bảng XIII.27, trang 417, [5] Bảng 5.1 Số liệu bích nối buồng bốc buồng đốt BUỒNG ĐỐT – BUỒNG BỐC Kích thƣớc nối Py Kiểu bích Dt Bulong D N/mm2 mm 0,3 1000 Db D1 D0 mm 1140 1090 1060 1013 db Z H mm mm M20 24 22 * Mặt bích nối buồng đốt đáy: - Buồng đốt đáy đƣợc nối với theo đƣờng kính buồng đốt có dbđ = 1000 mm - Áp suất tính tốn buồng đốt 0,172 N/mm2 - Áp suất tính tốn đáy 0,199 N/mm2 38 Đồ án Quá trình Thiết bị Chọn dự phòng áp suất thân Py = 0,3 N/mm2 để bích kín thân Các thơng số bích đƣợc tra từ bảng XIII.27, trang 417, [5] Bảng 5.2 Số liệu bích nối buồng đốt đáy BUỒNG ĐỐT – ĐÁY Kích thƣớc nối Py Kiểu bích Dt Bulong D N/mm2 mm 0,3 1000 Db D1 D0 mm 1140 1090 1060 1013 db Z H mm mm M20 24 22 * Mặt bích nối buồng bốc nắp - Buồng bốc nắp đƣợc nối với theo đƣờng kính buồng bốc dbb = 1400 mm Áp suất tính tốn buồng bốc nắp 0,172 N/mm2 Chọn dự phòng áp suất thân Py = 0,3 N/mm2 để bích kín thân Tra bảng XIII.27, trang 422, [5] Bảng 5.3 Số liệu bích nối buồng bốc nắp BUỒNG BỐC – NẮP Kích thƣớc nối Py Kiểu bích Dt Bulong D N/mm2 mm 0,3 1400 Db D1 D0 mm 1540 1490 1460 1413 db Z H mm mm M20 32 25 5.5 TÍNH VÀ CHỌN TAI TREO CÂN ĐỠ 5.5.1 Sơ lƣợc cấu tạo tai treo chân đỡ Đƣợc làm thép CT3 Chọn số tai đỡ cặp, có gân tai đỡ 5.5.2 Thể tích phận thiết bị * Thể tích thép làm ống truyền nhiệt (Vvlo) Vvlo = = [n.(Dn2 – dn2) + (Dth2 – dth2)] [240.(0,0252 – 0,0212) + (0,2772 – 0,2732)] = 0,055 m3 Trong đó: Đƣờng kính ngồi ống truyền nhiệt (m) Đƣờng kính ngồi ống tuần hoàn (m) H: Chiều cao ống truyền nhiệt (m) n: Số ống truyền nhiệt cần thiết (ống) 39 Đồ án Quá trình Thiết bị * Thể tích thép làm buồng đốt (Vvlbđ) (Dbđ2 – dbđ2) = (1,0102 – 1,02) = 0,024 m3 Trong đó: H: Chiều cao buồng đốt (m) Đƣờng kính ngồi buồng đốt (m) + = 1000 mm = 1,0 m + Dbđ = 1010 mm = 1,010 m * Thể tích thép làm đáy nón ( ) Thể tích bên đáy: Vtrđáy = 0,274 m3 Thể tích bên ngồi: (Dđáy2 + Dtl2 + Dđáy.Dtl) = 0,04 .(1,0162 + 0,032 + 1,016.0,03) = 0,285 m3 + = 0,285 – 0,274 = 0,011 m3 Trong đó: Đƣờng kính ngồi đáy (m) (đáy nón có đƣờng kính với đƣờng kính buồng đốt, bề dày S = mm) = 1000 + 2.8 = 1016 mm = 1,016 m : Đƣờng kính ngồi ống tháo liệu (m) Chiều cao đáy nón(m) Chiều cao gờ (m) Chọn = 40 mm * Thể tích thép làm buồng bốc ( ) Thể tích bên buồng bốc khơng có nắp: ( = 2,221 ) (1,42 + 1,02 + 1,4.1,0) + 0,04 + = 3,563 m3 Thể tích bên ngồi: Vnbb = htrụ = 2,221 + (Dbb2 + Dbđ2 + Dbb.Dbđ) + hgờ .(1,4202 + 1,0102 + 1,420.1,010) + 0,04 Thể tích thép cần: Vvlbb = Vnbb – Vtrbb = 3,665 – 3,563 = 0,102 m3 40 = 3,665 m3 Đồ án Q trình Thiết bị Trong đó: Đƣờng kính bên ngồi bên buồng bốc (m) Đƣờng kính bên bên buồng đốt (m) Chiều cao phần trụ buồng bốc, (m) htrụ = Hbb – Hc – 2.hgờ = 2400 – 99 – 2.40 = 2221 mm = 2,221 m Chiều cao phần hình nón cụt (m) Chiều cao gờ buồng bốc buồng đốt (m) * Thể tích thép làm nắp elip ( ) Nắp elip tiêu chuẩn có: dnắp = 1400 mm S = 10 mm hgờ =25 mm Tra bảng XIII.1.1, trang 384, [5]: Khối lƣợng thép cần là: 183 kg * Thể tích thép làm vỉ ống bích - Thể tích thép làm vỉ ống bao gồm bích: Tổng diện tích lỗ: = 240.π + 24.π = 0,125 m2 Trong đó: n = 240: Ống truyền nhiệt Dn = 25 mm: Đƣờng kính ngồi ống truyền nhiệt Z = 24 cái: Số lƣợng bu lông db = 20 mm: Đƣờng kính bu lơng - Diện tích ống tuần hồn trung tâm: = 0,060 m2 - Diện tích vỉ: = 1,021 m2 Trong đó: Dth: Đƣờng kính ngồi ống tuần hoàn (m); Dth = 277 mm = 0,277 m D: Đƣờng kính vành ngồi bích (m); D = 1140 mm = 1,140 m - Diện tích cịn lại: Fcl = Fvỉ – Fth – = 1,021 – 0,060 – 0,125 = 0,836 m2 41 Đồ án Quá trình Thiết bị - Thể tích thép làm vỉ ống: Vvlvỉ = Fcl.(2.h) = 0,836.(2.0,022) = 0,037 m3 - Thể tích thép bích cịn lại: – Dbđ2) + h’ .( Vb = h .( – Dbb2) = 0,022 .(1,1402 – 1,0102) + 0,025 .(1,5402 – 1,4202) = 0,012 m3 Trong đó: h: Bề dày bích nối buồng đốt buồng bốc, buồng đốt đáy (m); h = 22 mm = 0,022 m h’: Bề dày bích nối buồng bốc nắp (m); h = 25 mm = 0,025 m Dbđ – bb – đ: Đƣờng kính vành ngồi bích nối buồng đốt buồng bốc, buồng đốt đáy (m); Dbđ – bb – đ = 1140 mm = 1,140 m Dbb – n: Đƣờng kính vành ngồi bích nối buồng bốc nắp (m); Dbb – n = 1540 mm = 1,540 m Dbđ: Đƣờng kính ngồi buồng đốt (m); Dbđ = 1010 mm = 1,010 m Dbb: Đƣờng kính ngồi buồng bốc (m); Dbb = 1420 mm = 1,420 m 5.5.3 Khối lƣợng phận thiết bị - Chọn vật liệu thép không gỉ, mã hiệu X18H10T, ρ = 7900 kg/m3 (bảng XII.7, trang 313 [5]) Khối lƣợng ống: Gô = Vvlo.ρ = 0,055.7900 = 434,5 kg Khối lƣợng buồng đốt: Gbđ = Vvlbđ ρ = 0,024.7900 = 189,6 kg Khối lƣợng buồng bốc: Gbb = Vvlbb.ρ = 0,102.7900 =805,8 kg Khối lƣợng nắp: Gnắp = 183 kg Khối lƣợng đáy: Gđáy = Vvlđáy.ρ = 0,011.7900 = 86,9 kg Khối lƣợng vỉ ống: Gvỉ = Vvlvỉ.ρ = 0,037.7900 = 292,3 kg - Vật liệu làm bích thép mang mã hiệu CT5, trang 313, [5]) = 7850 kg/m3 (bảng XII.7, Khối lƣợng bích: Gb = Vb = 0,012.7850 = 94,2 kg 5.5.4 Tổng khối lƣợng Khối lƣợng thiết bị: = 434,5 + 189,6 + 805,8 + 183 + 86,9 + 292,3 + 94,2 = 2086,3 kg Khối lƣợng dung dịch nặng có nồi đặc là: = 0,599.1148,370 = 687,874 kg Tổng khối lƣợng: G = GTB + Gdd = 2086,3 + 687,874 = 2774,174 kg 42 Đồ án Quá trình Thiết bị Tải trọng cho tai đỡ: (P) P = G.9,81 = 2774,174.9,81 = 27214,647 N = 2,7.104 N Chọn chân đỡ tai treo Dự phòng chọn tải trọng 2,46.104 N Chọn vật liệu thép CT3 Chọn thiết bị gồm tai treo Tải trọng tai treo 0,5.10-4 N Tra bảng XIII.36, trang 438, [5], ta có kích thƣớc tai treo Bảng 5.4 Bảng số liệu kích thƣớc tai treo Tên gọi Tai treo Tai treo Bề mặt đỡ F.104 (m2) Tải trọng cho phép lên F q.10-6 (N/m2) L 0,5 72,5 0,69 100 75 85 0,5 72,5 0,69 100 75 85 Tải trọng cho phép G.10-4 (N) B B1 S l a d Khối lƣợng tai treo (kg) 155 40 15 18 1,23 155 40 15 18 1,23 H mm 5.6 TÍNH VỈ ỐNG 5.6.1 Sơ lƣợc cấu tạo Chọn vỉ ống loại phẳng tròn, lắp cứng với thân thiết bị, vỉ ống phải giữ chặt ống truyền nhiệt bền dƣới tác dụng áp suất Dạng vỉ ống đƣợc giữ nguyên trƣớc sau nóng Vật liệu chế tạo thép khơng gỉ X18H10T + Nhiệt độ tính tốn vỉ ống với nhiệt độ đốt ttt = tđốt = 129,575 C + Ứng suất uốn cho phép tiêu chuẩn vật liệu ttt là: [ ]*u = 140 N/mm2 (hình 1-2, trang 16, [7]) Chọn hệ số hiệu chỉnh = (trang 17, [7]) Ứng suất uốn cho phép vật liệu ttt là: [ ] = [ ]*u = 1.140 = 140 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 đƣợc xác định theo công thức 8-47, trang 181, [7]: 43 Đồ án Quá trình Thiết bị h’1 = dbđ.K.√ [ ] = 1000.0,2.√ = 7,010 mm đó: K (0,028 0,36); chọn K = 0,2 dbđ = 1000 mm: Đƣờng kính buồng đốt P0: Áp suất tính tốn ống ( với áp suất tính tốn buồng đốt) Chiều dày tính tính tốn tối thiểu phía vỉ ống h’ đƣợc xác định theo công thức 8-48, trang 181, [7]: √[ ] = 1000.0,5 √ = 24,374 mm Trong đó: K = (0,45 0,6), chọn K = 0,5 : Hệ số làm yếu vỉ ống khoan lỗ = 0,517 < Với: dvỉ: Đƣờng kính vỉ ống (mm); dvỉ = dbđ =1000 mm d: Tổng số đƣờng kính lỗ vỉ (mm) d = dth + n.dn = 273 +10.21 = 483 mm Với: Đƣờng kính ống tuần hồn (mm); = 273 mm Đƣờng kính ống truyền nhiệt (mm); = 21 mm n: Số ống bố trí theo đƣờng kính vỉ (ống); n = 10 ống Chọn sơ h’’ = 22 mm (bằng với bề dày bích) * Kiểm tra bền vỉ ống Ứng suất uốn vỉ đƣợc xác định theo công thức 8-53, trang 183, [7]: ( )( = 0,226 N/mm2 < [ ( ) )( ) ] 140 N/mm2 (thỏa mãn điều kiện) Trong đó: L: Các ống bố trí theo đỉnh tam giác (mm); L = 37,5.cos 30 mm, bƣớc ống s = 37,5 mm Đƣờng kính ngồi ống truyền nhiệt (mm); dn = 25 mm Vậy vỉ ống phía dày 22 mm 44 Đồ án Q trình Thiết bị * Tính cho vỉ ống dƣới buồng đốt Chọn bề dày vỉ ống phía dƣới bề dày vỉ ống phía trên; h’’ = 22 mm (cũng bề dày mặt bích) 5.7 KÍNH QUAN SÁT - Vật liệu chế tạo thép CT3 thủy tinh - Đƣờng kính kính quan sát D = 230 mm - Kính đƣợc bố trí cho mực chất lỏng đƣợc nhìn thấy Do đó, kính giống bên buồng bốc, tạo thành góc 180 5.8 BỀ DÀY LỚP CÁCH NHIỆT - Vật liệu chế tạo amiante carton Theo công thức VI.66, công thức VI.67, trang 92, [5]: - Bề dày lớp cách nhiệt buồng đốt: ( ) ( ) Trong đó: - : Hệ số cấp nhiệt từ bề mặt lớp cách nhiệt đến khơng khí = 9,3 + 0,058.tT2 = 9,3 + 0,058.(45 + 273) = 27,744 W/m2.K Nhiệt độ lớp cách nhiệt tiếp giáp bề mặt thiết bị, trở lực nhiệt tƣờng thiết bị nhỏ so với trở lực nhiệt lớp cách nhiệt, lấy nhiệt độ đốt = 129,575 C chọn - Nhiệt độ bề mặt lớp cách nhiệt phía khơng khí vào khoảng 40-50 , = 45 C Nhiệt độ khơng khí ( C), tra bảng VII.1 trang 101, [5]: = 26,6 C = 0,144 (W/m.K): Hệ số dẫn nhiệt vật liệu cách nhiệt 100 C (tra theo bảng I.126, trang 128, [4]) ( ) ( ) = 0,0043 m = 4,3 mm 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 CHƢƠNG TÍNH THIẾT BỊ PHỤ 6.1 CHỌN TÍNH THIẾT BỊ NGƢNG TỤ BAROMET 6.1.1 Tính lƣợng nƣớc lạnh Gn cần thiết để ngƣng tụ Theo công thức VI.51, trang 84, [5]: Gn = ( ) ( ) Trong đó: Gn: Lƣợng nƣớc lạnh cần thiết để ngƣng tụ (kg/s) W: Lƣợng thứ vào thiết bị ngƣng tụ (kg/s) W= = 0,297 kg/s i: Nhiệt lƣợng riêng ngƣng, (kJ/kg) Tra bảng I.250, trang 312, [4]; i = 2616,028 kJ/kg t2đ, t2c: Nhiệt độ đầu cuối nƣớc lạnh ( C) t2đ = 30 C, t2c = tnt – = 64,2 – = 59,2 C tnt: Nhiệt độ bão hòa ngƣng tụ ( C) Với tnt = 64,2 C Cn: Nhiệt dung riêng trung bình nƣớc, (kJ/kg.độ) Với Cn = 4,178 kJ/kg.độ Gn = ( ) ( ) = ( ) ( ) = 5,767 (kg/s) 6.12 Đƣờng kính dnt thiết bị ngƣng tụ Theo VI.52, trang 84, [5], ta có đƣờng thiết bị ngƣng tụ: dnt = 1,383.√ (mm) Trong đó: dnt: Đƣờng kính thiết bị ngƣng tụ (mm) W: Lƣợng thứ ngƣng tụ (kg/s); W = 0,297 (kg/s) : Tốc độ thiết bị ngƣng tụ (m/s), chọn = 20 m/s (tra trang 85, [5]) : Khối lƣợng riêng (tra bảng I.251, trang 314, [4], áp suất 0,25 at = 0,1580 kg/m3) Vậy: dnt = 1,383.√ = 0,424 mm Chọn đƣờng kính thiết bị ngƣng tụ dnt = 500 mm 46 Đồ án Q trình Thiết bị Kích thƣớc thiết bị ngƣng tụ Baromet Theo bảng VI.8, trang 88, [5], ta có: Bảng 6.1 Kích thƣớc thiết bị ngƣng tụ Baromet Kích thƣớc Đƣờng kính thiết bị Chiều dài thiết bị Khoảng cách từ ngăn đến nắp thiết bị Khoảng cách từ ngăn dƣới đến nắp thiết bị Bề rộng ngăn Khoảng cách tâm tiết bị thiết bị thu hồi Chiều cao hệ thống thiết bị Chiều rộng hệ thống thiết bị Đƣờng kính thiết bị thu hồi Chiều cao thiết bị thu hồi Đƣờng kính thiết bị thu hồi Đƣờng kính cửa vào: Hơi vào Nƣớc vào Hỗn hợp khí Nối với ống Baromet Hỗn hợp khí vào thiết bị thu hồi Hỗn hợp khí thiết bị thu hồi Nối từ thiết bị thu hồi đến ống baromet Ống thơng khí Ký hiệu dnt S a0 an B K1 H T D1 h1(h) D2 Giá trị (mm) 500 1300 1200 d1 d2 d3 d4 d5 d6 d7 d8 300 100 80 125 80 50 50 - 675 4300 1300 400 1440 6.1.3 Tính kích thƣớc ngăn Thƣờng có dạng viên phân để làm việc tốt Theo VI.53, trang 85, [5]: - Chiều cao ngăn (b): b= + 50 = + 50 = 300 mm - Bề dày ngăn ( ): Chọn ( ) = (Trang 85, [5]) - Dùng nƣớc bẩn từ ao, sông, hồ,… để ngƣng tụ thứ nên chọn đƣờng kính lỗ d = mm (Trang 85, [5]) - Chọn chiều cao gờ ngăn 40 mm Chọn tốc độ tia nƣớc 0,62 m/s (Trang 85, [5]) 6.1.4 Tính chiều cao thiết bị ngƣng tụ Chiều cao thiết bị ngƣng tụ phụ thuộc vào mức độ đun nóng Mức độ đun nóng nƣớc đƣợc xác định theo cơng thức VI-56, trang 85, [5] P= Trong đó: - P: Trị số mức độ đun nóng - t2c, t2đ: Nhiệt độ đầu cuối nƣớc tƣới vào thiết bị ( ) t2đ = 30 C, t2c = 59,2 C 47 Đồ án Quá trình Thiết bị - tbh = nhiệt độ bão hòa ngƣng tụ ( C); tbh = 64,2 C P= = = 0,854 Tra bảng VI.7, trang 86, [5], với d = mm, P = 0,774: - Số ngăn n = - Số bậc a = - Khoảng cách ngăn h = 400 mm - Thời gian rơi qua bậc 0,41s Thực tế thiết bị ngƣng tụ từ dƣới lên thể tích giảm dần, khoảng cách hợp lý ngăn củng nên giảm dần theo hƣớng từ dƣới lên khoảng chừng 50mm cho ngăn Khoảng cách từ ngăn đến nắp thiết bị 1300 mm Khoảng cách từ ngăn dƣới đến nắp thiết bị 1200 mm Chiều cao phần gờ nắp 50 mm Chiều cao phần ellipase 125mm Chiều cao phần đáy nón 175mm Chiều cao thiết bị ngƣng tụ là: H = 125 + 50 + 1300 + 400.7 + 1200 + 175 = 5650 mm 6.1.5 Tính kích thƣớc ống Baromet Theo cơng thức VI.57, trang 86, [5]: Tính kích thƣớc đƣờng kính ống Baromet: d=√ ( ) Trong đó: - W: Lƣợng thứ ngƣng tụ, W = 0,297 kg/s - G: Lƣợng nƣớc vào thiết bị ngƣng tụ, Gn = 5,767 kg/s - : Tốc độ hỗn hợp nƣớc chất lỏng ngƣng chảy ống Baromet (m/s), thƣờng lấy = 0,55 m/s d=√ ( ) = 0,118 m Theo công thức VI.58, trang 86, [5]: - Xác định chiều cao ống Baromet: H = h1 + h2 + 0,5 (m) (1) Trong đó: - h1: Chiều cao cột nƣớc ống Baromet cân với hiệu số áp suất khí áp suất thiết bị ngƣng tụ - h2: Chiều cao cột nƣớc ống Baromet cần để khắc phục toàn trở lục nƣớc chảy ống 48 Đồ án Quá trình Thiết bị Theo VI.59, trang 86, [5]: h1 = 10,33 = 10,33 = 7,748 m Trong đó: Pck: Áp suất chân khơng thiết bị (mmHg) Theo VI.60, trang 87, [5], Ta lấy hệ số trở lực vào ống khỏi ống = cơng thức VI.60 có dạng: h2 = ( = 0,5 ) Trong đó: - d: Đƣờng kính ống Baromet (m); d = 0,118 m - : Hệ số trở lực ma sát nƣớc chảy ống (W/m.độ) - H: Chiều cao tổng cộng ống Baromet (m) - g = 9,81 m/s2 - : Tốc độ nƣớc chảy ống (m/s); = 0,55 m/s Chuẩn số Re: Theo công thức II.58, trang 377, [4]: = 106687,240 > 104 Trong đó: - Khối lƣợng riêng nƣớc lấy nhiệt độ trung bình, (kg/m3) = - Tra bảng I.249, trang 310, [5]; = 44,6 C = 990,268 (kg/m3) - d: Đƣờng kính ống Baromet (m) - Độ nhớt động lực nƣớc Chọn ống thép nên độ nhám = 0,2 mm (trang 19, [8]) Nhƣ vậy, dòng nƣớc ống Baromet chế độ chảy xốy, hệ số ma sát đƣợc tính theo cơng thức II.65, trang 380, [4]: Hệ số trở lực ma sát nƣớc chảy ống: = 0,018 (W/m.độ) = * Chiều cao cần thiết: Từ phƣơng trình (1) thì: H – (h1 + 0,5) = h2 H – (7,748 + 0,5) = Giải phƣơng trình ta có: H = 8,306 m 49 (2,5 + 0,018 ) Đồ án Quá trình Thiết bị ( )= (2,5 + 0,018 ) = 0,058 m 6.1.6 Tính lƣợng thứ khí khơng ngƣng Lƣợng khí cần rút khỏi thiết bị ngƣng tụ Baromet đƣợc tính theo cơng thức VI.47, trang 84, [5]: Gkk = 25.10-6.(Gn + W) + 0,01W Gkk = 25.10-6.(5,767 + 0,297) + 0,01.0,297 = 3,122.10-3 kg/s Trong Gn: Lƣợng nƣớc lạnh tƣới vào thiết bị ngƣng tụ (kg/s) W: Lƣợng vào thiết bị ngƣng tụ (kg/s) Thể tích khí khơng ngƣng cần rút khỏi thiết bị đƣợc tính theo cơng thức VI.49, trang 84, [5]: ( ) Theo công thức VI.50, trang 84, [5], ta có: - tkk: Nhiệt độ bão hịa khơng khí tkk = t2đ + + 0,1.(t2c – t2đ) = 30 + + 0,1.(59,2 – 30) = 36,92 C - Rkk: Hằng số khí khơng khí, Rkk = 288 J/kg.độ - Pnt = 0,25 at = 24516,625 N/m2: Áp suất làm việc thiết bị ngƣng tụ - Ph: 0,064 at = 6276,256 N/m2: Áp suất riêng phần nƣớc hỗn hợp nhiệt độ tkk (tra bảng 56, trang 45, [8]) ( ) = 0,015 m3/s 6.2 TÍNH TỐN VÀ CHỌN BƠM CHÂN KHƠNG Bơm chân khơng máy thủy lực dùng để vận chuyển truyền lƣợng cho chất lỏng Các đại lƣợng đặc trƣng bơm suất, áp suất, hiệu suất, công suất tiêu hao hệ số quay nhanh 6.2.1 Công suất bơm chân không *( ) Trong Hệ số hiệu chỉnh; = 0,7 m: Chỉ số đa biến = 1,3 P1 = Pnt = 0,25 at = 24516,625 N/m2 P2: Áp suất khí áp suất lúc khí đẩy Chọn P2 = 1,033 at = 101302,695 N/m2 50 + (N.m/s) Đồ án Quá trình Thiết bị - Áp suất khơng khí thiết bị ngƣng tụ: Pkk = P1 = Pnt – Ph = 24516,625 - 6276,256 = 18240,369 (N/m2) Trong đó: Pnt: Áp suất làm việc thiết bị ngƣng tụ Ph: Áp suất riêng phần nƣớc hỗn hợp nhiệt độ khơng khí tkk Vkk: Thể tích khơng khí cần hút khỏi thiết bị; Vkk = 0,015 m3/s - Công suất bơm: N= 18240,369.0,015.*( ) + = 0,787 kW 6.2.2 Chọn bơm chân không Dùng bơm chân khơng khơng cần dầu bơi trơn, hút khơng khí, nƣớc Chọn bơm chân khơng vịng nƣớc cấp HWVP Có thơng số sau: - Kiểu HWVP – - Lƣu lƣợng 450 ~ 28000 lít/phút - Công 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 vòng bi cao, bão dƣỡng - Lƣợng nƣớc làm kín thấp - Vật liệu cánh, trục bơm phải làm từ thép không gỉ 304 316 giảm đáng kể ăn mịn chất acid lẫn nƣớc khí 51 Đồ án Quá trình Thiết bị TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Phan Xuân Toản, 2003 Các trình thiết bị cơng nghệ hóa chất thực phẩm tập NXB Khoa học Kỹ thuật Hà Nội [2] Phạm Văn Bơn, Nguyễn Đình Thọ, 2004 Q trình thiết bị cơng nghệ hóa học thực phẩm tập NXB Đại học Quốc gia TP HCM [3] Nguyễn Tấn Dũng, 2015 Quá trình thiết bị cơng nghệ hóa học thực phẩm tập NXB Đại học Quốc gia TP HCM [4] Trần Xoa, Nguyễn Trọng Khng, Hồ Lê Viên, 2013 Sổ tay q trình thiết bị cơng nghệ hóa chất tập NXB Khoa học Kỹ thuật, Hà Nội [5] Trần Xoa, Nguyễn Trọng Khng, Pham Xn Toản, 2016 Sổ tay q trình thiết bị cơng nghệ hóa chất tập NXB Khoa học Kỹ thuật, Hà Nội [6] Phạm Văn Bôn, 2013 Q trình thiết bị cơng nghệ hóa học thực phẩm – Bài truyền nhiệt truyền khối NXB Đại học Quốc gia TP HCM [7] Hồ Lê Viên, 2006 Tính tốn thiết kế chi tiết thiết bị hóa chất dầu khí NXB Khoa học Kỹ thuật [8] Bộ môn máy thiết bị, 2012 Bảng tra cứu trình học truyền nhiệt – truyền khối NXB Đại học Quốc gia TP HCM [9] http://arcg.is/1GqTj8 [10] http://www.fao.org/faostat/en/#compare [11] Nguyễn Văn Tiếp, Qch Đình, Ngơ Mỹ Văn, 2000 Kỹ thuật sản xuất đồ hộp, rau NXB Thanh Niên [12] Bender, D A., and A E Bender 2005 A Dictionary of Food and Nutrition New York: Oxford University Press ISBN 0198609612 [13] Herbst, S T 2001 The New Food Lover's Companion: Comprehensive Definitions of Nearly 6,000 Food, Drink, and Culinary Terms Barron's Cooking Guide Hauppauge, NY: Barron's Educational Series ISBN 0764112589 [14].https://www.newworldencyclopedia.org/p/index.php?title=Orange_(fruit)&oldi d=682029 [15] https://khoahoc.tv/11-loi-ich-suc-khoe-tuyet-voi-khi-an-cam-moi-ngay-88936 [16] https://www.newworldencyclopedia.org/entry/Orange_(fruit) 52 ... 1,220 (kg đốt /kg thứ) = Vậy để tạo kg thứ cần 1,220 kg đốt Bảng 2.3 Bảng số liệu tổng hợp cân nhiệt G x C (kg/ h) (%) (J /kg. độ) Cn (J /kg. độ) 3910,173 4183,56 1400 13 55 t i W ( C) (J /kg) (kg/ h)... Gđ = V đ Vđ = đ (kg/ h) = 1,330 m3 = Trong đó: Gđ: Khối lƣợng dung dịch nhập liệu (kg/ h), Gđ = 1400 kg/ h đ: Khối lƣợng riêng dung dịch nhập liệu (kg/ m3) Xđ = 13% đ = 1052,520 kg/ m3 (tra bảng I.86,... phẩm làm từ cam bao gồm: Nƣớc cam: Nƣớc cam mặt hàng đƣợc giao dịch Hội đồng Thƣơng mại New York Brazil nƣớc sản xuất nƣớc cam lớn giới, Hoa Kỳ [16] Đồ án Quá trình Thiết bị Dầu cam: Tinh dầu