KĨ THUẬT THỰC PHẨM 2 đề TÀI CÔ đặc

BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP THỰC PHẨM TPHCM KHOA CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM MÔN: KĨ THUẬT THỰC PHẨM ĐỀ TÀI: CÔ ĐẶC GVHD: NGUYỄN HỮU QUYỀN Nhóm thực hiện: nhóm Thành viên nhóm: Vũ tiên Hoàng 2005180425 Diệp Phụng Nghi 2005181176 Võ Thị Hồng Nhung 2005180203 Nguyễn Chí Bảo 2005181017 Nguyễn Thị Loan 2005180384 Mục lục Khái niệm q trình đặc: Bản chất mục đích q trình đặc .6  Mục đích: .6  Bản chất Các yếu tố ảnh hưởng đến trình cô đặc Các phương pháp cô đặc 4.1.Cô đặc nồi .8 4.2.Cô đặc nhiều nồi 15 4.1.1 Sơ đồ hệ thống 15 4.1.2 Sơ đồ hệ thống cô đặc nhiều nồi chiều 15 4.1.3 Sơ đồ cô đặc nhiều nồi ngược chiều 17 4.1.4 Số nồi hệ thống 18 4.1.5 Tính tốn đặc nhiều nồi 18 Các thiết bị cô đặc dùng công nghệ thực phẩm .21 5.1.Thiết bị đặc có ống tuần hoàn trung tâm 21 5.2.Thiết bị đặc phịng đốt ngồi kiểu đứng 22 5.3.Thiết bị đặc phịng đốt ngồi kiểu nằm ngang .23 5.4.Thiết bị đặc tuần hồn cưỡng 24 PHẦN 1: TỔNG QUAN .25 Tên đề tài: .25 Tổng quan cô đặc 25 2.1 Định nghĩa .25 2.2 Các phương pháp cô đặc: .26 2.3 Bản chất cô đặc nhiệt .26 2.4 Ứng dụng cô đặc .26 Thiết bị cô đặc 26 3.1 Phân loại ứng dụng 26 Các thiết bị chi tiết hệ thống cô đặc .27 Các yếu tố ảnh hưởng đến q trình 28 5.1 Ảnh hưởng nhiệt độ nhập liệu: 29 5.2 Ảnh hưởng áp suất: 29 5.3 Ảnh hưởng lượng đốt: .29 PHẦN 2: TÍNH TOÁN THIẾT BỊ: .31 Cân vật chất 31 Cân nhiệt lượng 32 2.1 Xác định áp suất nhiệt độ nồi: 32 2.2 Xác định tổn thất nhiệt hệ 33 2.2.1 Tổn thất nồng độ 33 2.2.2 Tổn thất nhiệt độ áp suất thủy tĩnh (∆’’) 34 2.2.3 Tổn thất rở lực đường ống,(Δ”’): 36 2.2.4 Tổn thất toàn hệ thống: 36 2.3 Tính hiệu số nhiệt độ hữu ích tồn hệ thống 36 2.4 Tính nhiệt dung riêng nồi 37 Lập phương trình cân nhiệt lượng lượng đốt cần thiết .38 Sơ đồ nguyên lý 40 Khái niệm q trình đặc:  Cơ đặc trình làm bốc nước sản phẩm đun sôi  Bốc cô đặc trình làm tăng nồng độ dung dịch chất tanvkhoong bay cách bốc dung môi đun sôi dung dịch  Q trình đặc sử dụng nhiều công nghiệp đồ hộp để sản xuất cà chua đặc, mứt, nước cô đặc, loại súp khơ, sữa đặc, Bản chất mục đích q trình đặc  Mục đích:  Làm tăng nồng độ dung dịch loãng  Để kết tinh  Chuẩn bị: q trình đặc nhiệt có mục đích cơng nghệ chuẩn bị, giúp cho trình quy trình sản xuất thực dễ dàng đạt hiệu kinh tế cao  Khai thác: q trình đặc nhiệt tách bớt nước khỏi thực phẩm, sản phẩm trở nên “nhẹ hơn” nồng độ chất dinh dưỡng sản phẩm gia tăng  Bảo quản: q trình đặc nhiệt làm giảm lượng nước tăng hàm lượng chất khô sản phẩm Do đó, hoạt độ nước sản phẩm sau cô đặc giảm Đây yếu tố quan trọng gây ức chế hệ vi sinh vật sản phẩm góp phần kéo dài thời gian bảo quản sản phẩm  Bản chất  Cô đặc nhiệt (hay cô đặc bốc hơi) trình làm bay nước thực phẩm tác dụng nhiệt nhằm mục đích làm tang nồng độ chất khô thực phẩm thực phẩm Cần phân biệt khác hai q trình đặc sấy Trong q trình đặc nhiệt, ngun liệu đầu vào ln có dạng lỏng, syrup, nước trái cây, sữa… Nồng độ chất khô nguyên liệu thường dao động khoảng 10-35% Sau trình đặc, sản phẩm thu có dạng lỏng nồng độ chất khơ lên đến 80%  Hiện có nhiều phương pháp khác để tách nước khỏi thực phẩm lỏng thẩm thấu ngược - sử dụng membrane (reverse osmosis), cô đặc lạnh đơng (freeze concentration), đặc nhiệt… Trong đó, phương pháp đặc nhiệt tốn nhiều chi phí lượng Tuy nhiên, ưu điểm vượt trội phương pháp đặc tang lên cao so với phương pháp tách nước khác  Trong trình đặc nhiệt, người ta thường sử dụng nước bão hòa để nâng nhiệt độ nguyên liệu cần đặc đến điểm sơi Khi đó, nước từ trạng thái lỏng chuyển qua trạng thái thoát vào môi trường xung quanh Tốc độ bốc nước phụ thuộc vào tốc độ truyền khối bọt Các yếu tố ảnh hưởng đến q trình đặc  Sự chênh lệch nhiệt độ bão hịa (tác nhân gia nhiệt) nhiệt độ sơi nguyên liệu Nếu chênh lệch nhiệt độ bão hịa nhiệt độ sơi ngun liệu lớn tốc độ truyền nhiệt lớn Để tăng chênh lệch nhiệt độ nói trên, nhà sản xuất sử dụng hai phương pháp sau đây:  Tăng nhiệt độ áp suất bão hịa: phương pháp có nhược điểm nhiệt độ bão hòa cao cấu tử mẫn cảm nhiệt có ngun liệu cần cô đặc bị biến đổi ảnh hưởng xấu đến chất lượng sản phẩm  Giảm nhiệt độ sôi nguyên liệu cách cô đặc mơi trường chân khơng: đó, nhiệt độ sơi nguyên liệu cần cô đặc phụ thuộc vào áp lực bề mặt dung dịch, nồng độ chất khô nguyên liệu chiều cao cột thủy tinh tong thiết bị cô đặc  Tổn thất nhiệt nồng độ:  Ở áp suất chênh lệch nhiệt độ sôi dung dịch dung môi nguyên chất gọi tổn thất nhiệt nồng độ  Tổn thất nhiệt độ nồng độ phụ thuộc vào chất chất tan nồng độ dung dịch Được xác định thưc nghiệm tính theo cơng thức Lisenco 0’= Ks.x 0’=tsdd – tsdm Trong đó: 0’ – độ tăng phí điểm áp suất khí quyển,[độ], tra theo nồng độ áp suất khí số chat hịa tan Ks – số nghiệm sơi dung mơi x – nồng độ chất tan, [mol/lít] Trường hợp áp suất đặc khác áp suất khí ’ = f 0’ Trong ’ – độ tăng phí điểm áp suất đặc, [độ C] f – hệ số hiệu chỉnh phụ thuộc nhiệt độ sôi dung môi áp suất khác f =16,14.Tm2/r Tm - nhiệt độ sôi dung môi nguyên chất [độ K] nhiệt độ thứ r - ẩn nhiệt hóa dung mơi, [J/Kg] (Chú ý: Tm tính °K ∆ ' tính °C)  Tổn thất nhiệt lượng cô đặc Trong trình đặc , nồng độ tăng nên nhiệt tiêu hao để bốc thay đổi lượng ∆ q gọi tổn thất nhiệt lượng cô đặc (Tổn thất nhiệt cô đặc hiệu nhiệt hòa tan nồng độ đặc nồng độ lỗng Nhiệt hịa tan tổng nhiệt nóng chảy nhiệt solvat) ∆ q = q2 - q1 (J/kg) q1, q2 nhiệt hịa tan tích phân nồng độ đầu cuối (J/kg)  Tổn thất nhiệt áp suất thủy tĩnh Do chênh lệch cột áp nên có phần nhiệt lượng tiêu hao để vượt qua chiều cao lớp chất lỏng  Tổn thất nhiệt sức cản thủy lực Một phần tiêu hao nhiệt lượng lực cản trở thủy lực thoát qua lớp chất lỏng Nó phụ thuộc vào loại lưu chất độ nhớt chất lỏng Các phương pháp cô đặc - Cô đặc nồi nhiều nồi - Cô đặc liên tục hay gián đoạn - Cô đặc áp suất chân không, áp suất dư áp suất thường 4.1 Cô đặc nồi Hệ nồi hoạt động theo phương thức gián đoạn hay liên tục Phương pháp gián đoạn dùng cần nâng cao nồng độ sản phẩm, phương pháp liên tục dùng dung dịch có nồng độ nhớt tương đối thấp Nguyên lý làm việc: Dung dịch loãng từ bể (1) bơm (2) bơm lên thùng cao vị (3) để ổn áp Từ thùng cao vị số (3), dung dịch định lượng lưu kuongwj kế (4) đưa vào thiết bị đun nóng (5) để đun nóng dung dịch tới nhiệt độ sơi nồi cô đặc đưa vào nồi cô đặc (6) Trong nồi cô đặc, dung dịch đun sôi, bốc cô đặc chân không Hơi thứ đưa qua ngưng tụ baromet số (8) để tạo chân không cho nồi cô đặc Sản phẩm đặc bơm đưa đến bồn (7) Cân vật liệu: Xét hệ thống nồi: Trong Gđ: khối lượng nguyên liệu, [kg, kg/s] Gc: khối lượng sản phẩm, [kg, kg/s] W: lượng thứ, [kg, kg/s] xđ: nồng độ chất khô nguyên liệu, [% khối lượng] xc: nồng độ chất khô sản phẩm, [% khối lượng] Theo định luật bảo toàn vật chất Bảo toàn khối lượng: Gđ = Gc + W Bảo tồn chất khơ: Gđ.xđ = Gc.xc Giải ta có: Lượng thứ Xđ W = Gđ (1 - X ¿ c Nồng độ sản phẩm cuối x c= Gđ x đ Gđ x đ = Gc G đ −W Cân nhiệt lượng: Ký hiệu tđ: nhiệt độ nguyên liệu, [độ] tc: nhiệt độ sản phẩm, [độ] tn: nhiệt độ nước ngưng, [độ] cđ: nhiệt dung riêng nguyên liệu, [J/kg.độ] cc: nhiệt dung riêng sản phẩm, [J/kg.độ] cn: nhiệt dung riêng nước ngưng, [J/kg.độ] i1: hàm nhiệt đốt, [J/kg] i2: hàm nhiệt thứ, [J/kg] Qcđ: tổn thất nhiệt cô đặc, [J] q; tổn thất nhiệt cô đặc riêng, [J/kg] Qmt: tổn thất nhiệt môi trường, [J] Theo định luật bảo toàn nhiệt ∑ Q v =∑ Q r G đ c đ t đ + D i 1=G c c c t c +W i + D cn t n +Q cđ +Q mt Rút ra: Lượng đốt tiêu tốn D= W i2 +G c c c t c −G đ c đ t đ +Q cđ +Q mt i 1−c n t n Trong trình tính tốn nhiệt xem c c ≈ c đ - Tính bề mặt truyền nhiệt 10 - đặc dung dịch dễ bị bẫn tắt, dung dịch tuần hoàn tự nhiên giúp tiết kiệm lượng Nhược điểm: Tốc độ tuần hoàn giảm dần theo thời gian ống tuần hồn trung tâm bị đun nóng Các yếu tố ảnh hưởng đến q trình Được chia làm nhóm sau: • Tác động nhiễu cho phép ổn định: • Lưu lượng, nhiệt độ dịng nhập liệu: Gđ, tđ • Áp suất đốt: Pđ Đây yếu tố ta kiểm sốt chúng, định chúng Đối với dịng nhập liệu thơng số lưu lượng, nồng độ, nhiệt độ, có ảnh hưởng đến chất lượng dòng sản phẩm, ảnh hưởng đến diễn bién q trình đặc Ảnh hưởng dịng lưu lượng nhập liệu: Nếu lưu lượng ta tính 1000kg/h yếu tố khác ổn định q trình đặc xảy ta dự đốn, chất lượng dịng thành phẩm bảo đảm Nhưng nếu: Nhỏ 1000kg/h (trong khoảng cho phép): q trình đặc xảy nhanh, khơng đủ dung dịch cho trình cấp nhiệt đốt, điều ảnh hưởng sơi nồi, bốc lên nhiều, ảnh hưởng đến độ chân không, ành hưởng đến chất lượng sản phẩm trường hợp xấu tức lưu lượng gây cháy ống truyền nhiệt, cháy sản phẩm, kết q trình đặc khơng diễn mong muốn Lớn 1000kg/h (trong khoảng cho phép): lúc lượng nhiệt bốc đốt cần cấp ko đủ để làm bay dung môi, nồng độ dịng thành phẩm khơng đạt, dung dịch chảy qua dàn ống lần tuần hồn trở lại nên lưu lượng nhiều ta tính tốn lượng nhiệt khơng đủ đua dung dịch đến nồng độ đến nồng độ mong muốn trường hợp xấu lưu lượng lơn ngập ống truyền nhiệt, giảm khoảng khơng 27 gian bốc hơi, ảnh hưởng đến q trình bốc hơi, q trình đặc khơng diễn 5.1 Ảnh hưởng nhiệt độ nhập liệu: Quá trình đặc chủ yếu dựa vào đặc tính sơi dung dịch hay dựa vào đặc tính nhiệt độ Do yếu tố nhiệt độ có ảnh hưởng nhiều đến q trình đặc theo tính tốn nhiệt độ dòng nhập liệu vào tháp 114,72 oC sơi xảy Mặc dù có gia nhiệt ban đầu cho dòng nhập nhiệu, thiết bị gia nhiệt đối tượng công nghệ, ảnh hưởng yếu tố bên ngoài, cụ thể nhiệt độ dòng nhập liệu bồn chứa Do không xét đến thiết bị gia nhiệt ta xem xét nhiệt độ dòng nhập liệu sau khỏi thiết bị gia nhiệt Nếu thấp 114,72 oC: dung dịch ko sôi vào nồi, ta lại phải tốn nhiệt đốt, đặc điểm thiết bị dung dịch chảy qua lần từ xuống hết chiều cao ống truyền nhiệt, ảnh hưởng đến chất lượng dòng thành phẩm (nồng độ thấp hơn) Nếu nhiệt độ cao khoảng cho phép khơng ảnh hưởng nhiều đến q trình đặc Đối với đốt sử dụng nước bảo hồ để cấp nhiệt thơng số áp suất có ảnh hưởng nhiều đến hiệu truyền nhiệt, lưu lượng đốt ảnh hưởng không nhiều 5.2 Ảnh hưởng áp suất: Nếu áp suất thấp tức nhiệt độ đốt thấp có ảnh hưởng lớn hiệu suất truyền nhiệt, không đủ nhiệt lượng để cung cấp cho dung dịch sôi, nồng độ dung dịch không đạt, cho dù ta có tăng lưu lượng đốt lên khơng thể đáp ứng đủ cho trình truyền nhiệt động lực trình truyền nhiêtk chênh lệch nhiệt độ hai dịng “nóng” “ lạnh” Nếu áp suất cao: Nếu cao mức cho phép khơng ảnh hưởng nhiều q cao ảnh hưởng đến thiết bị, tạo áp lực cao bề dày buồng đốt khơng đáp ứng tính bền từ dẫn đến hư hỏng thiết bị, nghiêm trọng gây cháy nổ sử dụng đốt người ta thường phải kiểm tra áp lực để tránh gây tai nạn chết người 28 5.3 Ảnh hưởng lượng đốt: Yếu tố không ảnh hưởng nhiều lưu lượng thấp không đủ cấp nhiệt cho dung dịch Nếu lưu lượng cao khơng ảnh hưởng nhiều gây tổn thất nhiệt, làm tăng áp lực cho buồng đốt Tác động nhiều kiểm soát khơng thể ổn định Ảnh hưởng nồng độ dịng nhập liệu: Nồng độ dòng nhập liệu ban đầu 10 brix tính tốn ta cho nồng độ ổn định vào nồi sôi xảy nếu: Nồng độ nhỏ 10birx: sôi diễn (trong khoảng cho phép), nhỏ nồng độ sản phẩm không đạt yêu cầu Nồng độ lớn 10 brix: dịng nhập liệu vào nồi khơng sơi được, phải tốn thêm lượng nhiêtk để nâng nhiệt độ dòng lên q trình đặc diễn Điều gây tổn thất nhiệt đốt, làm tăng nồng độ dòng sản phẩm Tác động khơng kiểm sốt được: Các thơng số ta khơng thể kiểm sốt được, tính tốn ta dựa theo kinh nghiệm, thông thức thực nghiệm để tính tốn khơng thể xác được, khơng thể tránh khỏi sai số lớn.Ta xét đến hai thơng số có ảnh hưởng nhiều đến q trình cô đặc: Nhiệt tổn thất: Qtt Hệ số truyền nhiệt: K Xét thơng số nhiệt tổn thất Qtt: Khi tính ta cho nhiệt tổn thất môi trường 5% lượng nhiệt đốt cung cấp nhiên số thực nghiệm khơng thể tính để kiểm sốt khó khơng thể điều chỉnh được, giảm đến mức thấp nhất(cách nhiệt) Xét hệ số truyền nhiệt K: 29 Khi tính tốn ta dựa theo cơng thức, thơng số từ thực nghiệm khơng thể xác Theo thời gian lớp cáu tăng lên ảnh hưởng đến hệ số K ảnh hưởng đến hiệu suất truyền nhiệt đốt, ảnh hưởng đến chất lượng dịng thành phẩm thơng số ta khơng thể kiểm sốt, điều chỉnh PHẦN 2: TÍNH TỐN THIẾT BỊ: Cân vật chất Áp dụng phương trình cân vật chất: GD.xD = GC.xC  GC = GD x D 5∗12 = 40 = 1,5 tấn/h xC  Lượng thứ bốc lên tồn hệ thống: Xd Áp dụng cơng thức: W=∑Wi = Gd (1- X ) c 12  W = 5(1- 40 ) = 3,5 tấn/h  Sự phân bố thứ nồi: Gọi W1, W2,W3 thứ nồi 1,2,3 Giả sử phân bố thứ theo tỷ lệ W1:W 2:W3 = 1:1,1:1,2 (1) Mà W= W1+W2+W3 = 3,5 tấn/h (2) Từ (1) (2) ta suy ra: ∑W 3,5 W1= 3,3 = 3,3 = 1,06 tấn/h ∑W 3,5 ∑W 3,5 W2 = 3,3 *1,1 = 3,3 * 1,1 = 1,17 tấn/h W3 = 3,3 *1,2 = 3,3 * 1,2 = 1,27 tấn/h 30  Xác định nồng độ dung dịch nồi: Nồng độ cuối dung dịch khỏi nồi 1: X’1= Gd∗X d Gd∗X d 5∗12 = = = 15,23% G1 Gd−W 5−1.06 Nồng độ cuối dung dịch khỏi nồi 2: X’2= G d∗X d G d∗X d 5∗12 = = = 21,66% G2 G d−W 1−W 5−1,06−1,17 Nồng độ cuối dung dịch khỏi nồi 3: X’3= Gd∗X d Gd∗X d 5∗12 = = = 40% 5−1,06−1,17−1,27 G2 Gd−W 1−W 2−W Cân nhiệt lượng 2.1 Xác định áp suất nhiệt độ nồi:  Gọi P1,P2,P3,Pnt áp suất đốt nồi I,II,III, thiết bị ngưng tụ Áp suất đốt vào nồi I: P1= 3at Áp suất thứ vào thiết bị ngưng tụ Pnt=0,8at  ΔP : Hệ số áp suất cho hệ thống cô đặc: ΔP= P1- Png =3– 0,8 = 2,2at Gỉả sử giảm áp xảy nồi không giảm theo tỷ lệ sau: ∆ P1 ∆ P2 =1,35và ∆ P1 +¿ ∆ P2 + ∆ P3 =2,2 at = ∆ P2 ∆ P3 → ∆ P1 =0,96at 31 ∆ P2 =0,71at ∆ P3 = 0,53at  Gọi Pw1, Pw2, Pw3 ,Pnt áp suất thứ nồi 1,2,3 thiết bị ngưng tụ : Trong nồi 1: Pw1 = P1 = Trong nồi 2: Pw2 = Pw1 - ΔP1= 3– 0,96 = 2,04at Trong nồi 3: Pw3 = Pw2 - ΔP2=2,04– 0,71 = 1,33atm Trong nồi ngưng tụ: Pnt = Pw3 - ∆ P = 1,33 – 0,53= 0.8atm Gọi thti nhiệt độ thứ nồi thứ i, 0C Áp dụng công thức: thti = hhđi + hsdd Nhiệt độ thứ nồi trước = nhiệt độ đốt nồi sau + 10C Vậy từ liệu ta có: tht1 =thđ2+1 = 120,23+1 = 121,230C tht2 =thđ3+1 = 111,38+1 = 112,380C tht3 = tnt +1 = 93,52+1 = 94,52 0C Nồi Hơi Nồi Nồi Nồi ngưng tụ P(at) T(0C) P(at) T(0C) P(at) T(0C) P(at) T(0C) 133,5 2,04 120,2 1,33 111,3 đốt Hơi 1,985 121,2 1,5615 112,3 thứ 0,8 93,52 0,845 94,52 Thiết bị ngưng tụ baromet Png = 0,8at →t = 93,520C 32 2.2 Xác định tổn thất nhiệt hệ 2.2.1 Tổn thất nồng độ - Hiệu suất nhiệt độ nhiệt độ sôi dung dịch nhiệt độ sôi dung mơi ngun chất áp suất gọi tổn thất nồng độ ∆’ xác định theo công thức: ∆’= ∆0’ f Trong đó: ∆0’: tổn thất nhiệt độ nhiệt độ sôi dung dịch lớn nhiệt độ sôi dung môi áp suất thường f: hệ số hiệu chỉnh Với T2 f = 16,2 r với T: nhiệt độ sôi dung môi nguyên chất áp suất cho ,0K r: ẩn nhiệt hóa dung mơi ngun chất áp suất làm việc, J/kg Dựa vào bảng (VI.2/63 –[II] ta biết tổn thất nhiệt độ ∆’0 theo nồng độ a (% khối lượng) Bảng:Tổn thất nhiệt nồng độ Nồng độ dung dịch (% kl) ∆’0 (0C) Nồi 15,23 Nồi 21,66 Nồi 40 0,061 0,206 2,309 Bảng: Nhiệt hóa nồi Áp suất thứ Nhiệt hóa Nồi 1,9854 2203 Nồi 1,5615 2223 Nồi 0,8451 2268 (t ¿¿ ht 1+273)2 ¿ Vậy : ∆’1 = ∆’0.16,2 r ht ( 121,23+ 273 )2 = 0,061 16,2 2203.103 33 = 0,070 0C Tương tự ta có: ∆’2 = 0,223 0C ∆’3 = 2,228 0C  ∑∆’=∆’1 +∆’2+∆’3 = 2,5120C 2.2.2 Tổn thất nhiệt độ áp suất thủy tĩnh (∆’’) Theo CT VI.12/60 – [II] ta có: h Ptb = P0+(h1+ ) ρ dd g (N/m2) Có 1at = 9,81 104 N/m2 Đổi công thức theo đơn vị at h ρdd 10-4 at 2 Ptb = P0+(h1+ ) Với – Po áp suất thứ bề mặt dung dịch – h1 chiều cao lớp dung dịch sôi kể từ miệng ống truyền nhiệt đến mặt thoáng dung dịch, chọn  h=0,5 cho nồi – h2 chiều cao ống truyền nhiệt, chọn h = 4m cho nồi – g gia tốc trọng trường, =9,81 m/s2 –  dds khối lượng riêng dung dịch sôi, kg/m3  dd  dds = Do chưa xác định nhiệt độ sôi dung dịch nên giả thiết lấy khối lượng riêng nhiệt độ 200C xdd1 = 15,23% => ρdd1 = 1061,90kg/m3 xdd2 = 21,66% => ρdd2 = 1090,48 kg/m3 34 xdd3 = 40% => ρdd3 = 1178,53 kg/m3 Từ đó, ta có h   Ptb1  P ht1  h1   dd1 10  2  1061,90 10−4 Ptb1=1,9854+(0,5+ ¿ Ptb1 = 2,118 at Tương tự, ta có Ptb2 = 1,698at Ptb3 = 0,992 at Với Ptbi ta có ttbi nhiệt độ sơi ứng với Ptbi Ptb1 = 2,118 at => ttb1 = 121,780C Ptb2 = 1,698 at => ttb2 = 114,2450C Ptb3 = 0,992 at => ttb3 = 99,640C Tổn thất nhiệt áp suất thủy tĩnh tăng cao: ∆ ''i = ttbi - thti ∆ '1' = ttb1 - tht1 = 121,78 - 121,23= 0,550C ∆ '2' = ttb2 - tht2 = 114,245 – 112,38 = 1,8650C ∆ '3' = ttb3 - tht3 = 99,54 – 94,52= 5,120C  Σ = ∆ ''1 + ∆ '2' + ∆ ''3 = 0.55 + 1.865 + 5.12 = 7.5350C 2.2.3 Tổn thất trở lực đường ống,(Δ”’): Chọn tổn thất áp suất trở lực đường ống nồi ' ' ' = 1÷ 1,50C => ’’’1 =1.5 0C 35 ’’’2 =10C ’’’3 =1.5 0C  Σ ' ' ' = ’’’1 + ’’’2 + ’’’3 = 0C 2.2.4 Tổn thất toàn hệ thống: n n n n i=1 i=1 i=1 i=1 ∑ ∆=∑ ∆' +∑ ∆' ' +∑ ∆'' ' ∑ ∆=2.521+ 8.535+ 4=15.0560 C i=1 2.3 Tính hiệu số nhiệt độ hữu ích nhiệt độ sôi cho nồi Nồi 1: thi1= thd1 – t hd2 - 1= 133.54 – 120.23 – (0.07 + 0.55 + 1.5) = 11.190C thi1= thd1 – ts1 => ts1 = thd1 - thi1 = 133.54 – 11.19 = 122.350C Tương tự Nồi thi2 = 5.672 0C ts2 = 114.468 0C Nồi thi3 = 8.72 0C ts3 = 102.66 0C Hệ số nhiệt hữu ích cho toàn hệ thống: thi = tchung - Σ = tht1 - tnt - Σ = 133.54 – 93.52 – 15.056 = 24.964 0C 2.4 Tính nhiệt dung riêng nồi Cơng thức tính C với dung dịch lỗng có x < 20% nên áp dụng CT I.43/152 –[I]  Co  4186(1  x ) 100 J/kg.độ 36 Dung dịch đặc có x > 20% nên áp dụng CT I.44/152 – [I]  Co  C ht x x  4186(1  ) 100 100 J/kg.độ Với Cht tính theo cơng thức I.41/152- [I] Mct.Cht = nC.CC + nH.CH + nO.CO Trong đó: Chất hịa tan C12H22O11 có: M = 342 kg/kmol nC, nH, nO: số nguyên tử C, H, O hợp chất CC, CH, CO: nhiệt dung riêng nguyên tố C, H, O CC = 7500J/kg.độ CH = 9630J/kg.độ CO =16800J/kg.độ → Cht = 1/M (nC.CC + nH.CH + nO.CO) →Cht = 1/342 (2*7500 + 22*9630 +1116800) = 1422.98J/kg.độ Vậy, với dung dịch đầu, xđ = 12% < 20%, ta có: 12 → Cđ = 4186(1 - 100 ) = 3683,68 J/kg.độ Với dung dịch 1, có xdd1 = 15,23 % < 20% 15.23 → C1 = 4186(1 - 100 ) = 3548,47 J/kg.độ Với dung dịch 2, có xdd2 = 21,66% >20% 37 21,66 21,66 → C2 = 1422.98 100 + 4186(1 - 100 ) = 3587.530 J/kg.độ Với dung dịch 3, có xdd3 = 40% > 20% 40 40 → C3 = 1422.98 100 + 4186(1 - 100 ) = 3080.792 J/kg.độ Tính nhiệt lượng riêng: Nồi Hơi đốt Hơi thứ Dung dịch T I Cn T i C ts 133.54 2725 4270 121.23 2708.5 3548.47 123.44 2 120.23 2707 4250 112.38 2694 3587.53 114.648 111.38 2693 4230 94.52 2667 3080.79 102.661 Lập phương trình cân nhiệt lượng lượng đốt cần thiết Nồi Vào Dung dịch đầu mang vào Ra Gđ.Cđ.tđ Hơi đốt mang vào D1.I1 Hơi thứ mang W1.i1 Dung dịch mang (Gđ-W1).C1.t1 Nước ngưng mang D1Cn1θ1 Tổn thất nhiệt chung Qtt1=0,05D1I1 Nồi Vào Dung dịch ( nồi 1) mang vào (Gđ-W1).C1.t1 Hơi đốt mang vào D2.I2 38 Ra Hơi thứ mang W2.i2 Dung dịch mang (Gđ-W1-W2).C2.t2 Nước ngưng mang D2Cn2θ2 Tổn thất nhiệt chung Qtt1=0,05D2I2 Nồi Vào Dung dịch ( nồi 2) mang vào (Gđ-W1-W2).C2.t2 Ra Hơi đốt mang vào D3.I3 Hơi thứ mang W3.i3 Dung dịch mang (Gđ-W1-W2-W3).C3.t3 Nước ngưng mang D3Cn3θ3 Tổn thất nhiệt chung Qtt1=0,05D3I3 Phương trình cân nhiệt lượng: ΣQvào = ΣQra - Nồi 1: GđCđtđ + D1I1= W1i1+(Gđ –W1)C1t1+D1Cn1θ1+0,05D1I1 → D1(0,95I1- Cn1θ1)+ W1(C1t1-i1)= Gđ(C1t1- Cđtđ) (3.1) - Nồi 2: Ở nồi ý D2=W1 (Gđ –W1)C1t1+ D2I2= W2i2+(Gđ –W2)C2t2+D2Cn2θ2+0,05D2I2 Biến đổi ta được: W1(0,95I2- C1t1+ C2t2- Cn2θ2)+ W2(C2t2-i2)= Gđ(C2t2- C1t1) (3.2) - Nồi 3: Ở nồi ý D3=W2 W= W1+ W2+ W3 (Gđ –W1-W2)C2t2+ D3I3= W3i3+(Gđ –W)C3t3+D3Cn3θ3+0,05D3I3 Biến đổi ta được: W2(0,95I3- C2t2- Cn3θ3+i3)- W1(C2t2-i3)= Gđ(C3t3- C2t2) + W(i3-C3t3) (3.3) 2,54.106 W 1−2,28.106 W 2=−89,12.106 2,25 106 W 1+ 5,17.106 W 2=7,74 109 W +W 2+W 3=3500 { 39 W 1=941,115 → W 2=1087,523 W 3=1471,362 { Bảng Nồi W theo CBVC,kg/h W theo CBNL,kg/h 1060 941,115 1170 1087,523 1270 1471,362 Sơ đồ nguyên lý Trong đó: - D1,D2,D3 lượng đốt vào nồi 1,2,3 (kg/h) - Gđ,Gc lượng dung dịch đầu cuối hệ thống (kg/h) - W1,W2,W3 lượng thứ bốc nồi 1,2,3 (kg/h) - C1,C2,C3 nhiệt dung riêng dung dịch nồi 1,2,3 (J/kg.độ) 40 - Cđ, Cc nhiệt dung riêng dung dịch vào (J/kg.độ) - Cn1,Cn2,Cn3 nhiệt dung riêng nước ngưng tụ 1,2,3 (J/kg.độ) - i’1,i’2,i’3 hàm nhiệt đốt nồi 1,2,3 (J/kg) - i1,i2,i3 hàm nhiệt thứ nồi 1,2,3 (J/kg) - tđ, tc nhiệt độ đầu cuối dung dịch (0C) - t1,t2,t3 nhiệt độ sôi dung dịch nồi 1,2,3 Ptb (0C) - Qtt1,Qtt2,Qtt3 nhiệt tổn thất môi trường nồi 1,2,3 (J) - Ɵ1,Ɵ2,Ɵ3 nhiệt độ nước ngưng nồi 1,2,3 (0C) TÀI LIỆU THAM KHẢO [I] GS, TSKH Nguyễn Bin tập thể tác giả Sổ tay q trình thiết bị cơng nghệ hóa chất – Tập – NXB Khoa học kỹ thuật, 2006 [II] GS, TSKH Nguyễn Bin tập thể tác giả Sổ tay trình thiết bị cơng nghệ hóa chất – Tập – NXB Khoa học kỹ thuật, 2006 41 ... Nồi 2: Ở nồi ý D2=W1 (Gđ –W1)C1t1+ D2I2= W2i2+(Gđ –W2)C2t2+D2Cn2? ?2+ 0,05D2I2 Biến đổi ta được: W1(0,95I2- C1t1+ C2t2- Cn2? ?2) + W2(C2t2-i2)= Gđ(C2t2- C1t1) (3 .2) - Nồi 3: Ở nồi ý D3=W2 W= W1+ W2+... Dung dịch T I Cn T i C ts 133.54 27 25 427 0 121 .23 27 08.5 3548.47 123 .44 2 120 .23 27 07 425 0 1 12. 38 26 94 3587.53 114.648 111.38 26 93 423 0 94. 52 2667 3080.79 1 02. 661 Lập phương trình cân nhiệt lượng... 15 ,23 Nồi 21 ,66 Nồi 40 0,061 0 ,20 6 2, 309 Bảng: Nhiệt hóa nồi Áp suất thứ Nhiệt hóa Nồi 1,9854 22 03 Nồi 1,5615 22 23 Nồi 0,8451 22 68 (t ¿¿ ht 1 +27 3 )2 ¿ Vậy : ∆’1 = ∆’0.16 ,2 r ht ( 121 ,23 + 27 3 )2