BÁO CÁO BÀI TẬP THIẾT KẾ THIẾT KẾ HỆ THỐNG CÔ đặc để CÔ đặc DUNG DỊCH MÍA ĐƯỜNG

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CƠNG NGHIỆP TP.HCM KHOA CƠNG NGHỆ HĨA HỌC BỘ MÔN MÁY VÀ THIẾT BỊ BÁO CÁO BÀI TẬP THIẾT KẾ THIẾT KẾ HỆ THỐNG CÔ ĐẶC ĐỂ CƠ ĐẶC DUNG DỊCH MÍA ĐƯỜNG Giảng viên hướng dẫn: Th.S VÕ THANH HƯỞNG Sinh viên thực hiện: NGUYỄN TRƯỜNG THANH VŨ MSSV: 17025761 Lớp: DHHC13A Khoá: 2017 – 20121 Tp Hồ Chí Minh, tháng năm 2020 ii TRƯỜNG ĐH CƠNG NGHIỆP TP HCM KHOA CƠNG NGHỆ HĨA HỌC BỘ MÔN MÁY & THIẾT BỊ - // - CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập – Tự - Hạnh phúc - // - NHIỆM VỤ BÀI TẬP THIẾT KẾ THIẾT BỊ Họ tên sinh viên: NGUYỄN TRƯỜNG THANH VŨ MSSV: 17025761 Chuyên ngành: CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT HÓA HỌC Lớp: DHHC13A Tên đề tài: Thiết kế hệ thống cô đặc để cô đặc dung dịch mía đường Nhiệm vụ: o Số liệu ban đầu -Năng suất nhập liệu: 1800 (kg/h) -Nồng độ nhập liệu (% khối lượng), nồng độ sản phẩm: 15 (% khối lượng) -Các thông số khác tự chọn o Nội dung thực hiện: -Tổng quan dung dịch mía đường; -Thiết kế quy trình đặc dung dịch mía đường; -Tính tốn cân vật chất, cân lựng; -Tính tốn thiết kế thiết bị gia nhiệt; -Bản vẽ quy trình cơng nghệ (giấy A1); -Bản vẽ chi tiết thiết bị gia nhiệt; Ngày giao nhiệm vụ đề tài : 14/01/2020 Ngày hoàn thành nhiệm vụ : 03/05/2020 Họ tên giảng viên hướng dẫn: Th.S Võ Thanh Hưởng Tp Hồ Chí Minh, ngày 14 2020 tháng 01 năm iii Tổ trưởng môn Giảng viên hướng dẫn TRẦN HOÀI ĐỨC VÕ THANH HƯỞNG iv LỜI CẢM ƠN Đối với môn học “ BÀI TẬP THIẾT KẾ “ cung cấp cho em nhiều kiến thức vận hành máy, quy trình , tính tốn, thuyết minh thiết kế hệ thống, hệ thống cô đặc dung dịch mía đường Sau tháng học tập môn tập lớn, đặc biệt hướng dẫn tận tình buỗi thầy Võ Thanh Hưởng thuộc môn MÁY VÀ THIẾT BỊ - trường ĐẠI HỌC CƠNG NGHIỆP TPHCM, thầy khác khoa, bạn khoa nhóm hệ thống đặc giúp em hồn thành đồ án Vì đề tài đồ án đề tài lớn lần em làm, có thiếu xót hạn chế điều khơng thể tránh khỏi Mong nhận nhiều đóng góp, dẫn từ thầy khoa đẻ em có them nhiều kiến thức chuyên môn chuẩn bị cho đồ án tốt nghiệp Em xin chân thành cảm TP Hồ Chí Minh, ngày … tháng … năm 2020 Sinh viên thực v NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN Phần đánh giá: (thang điểm 10)  Thái độ thực hiện:  Nội dung thực hiện:  Kỹ trình bày:  Tổng hợp kết quả: Điểm số: …… … Điểm chữ: TP Hồ Chí Minh, ngày … tháng … năm 20.… Trưởng môn Giảng viên hướng dẫn (Ký ghi họ tên) vi NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN PHẢN BIỆN TP Hồ Chí Minh, ngày … tháng … năm 20… Giảng viên phản biện (Ký ghi họ tên) vii MỤC LỤC LỜI MỞ ĐẦU Chương TỔNG QUAN 1.1 Đôi nét ngành công nghiệp mía đường 1.2 Ngun liệu sản phẩm q trình đặc dung dịch mía đường 1.2.1 Đặc điểm nguyên liệu 1.2.2 Đặc điểm sản phẩm 1.2.3 Yêu cầu chất lượng sản phẩm giá trị sinh hóa 1.3 Cơ đặc q trình đặc 1.3.1 Định nghĩa 1.3.2 Các phương pháp cô đặc 1.3.3 Bản chất cô đặc nhiệt 1.3.4 Ứng dụng cô đặc .4 1.4 Các thiết bị cô đặc nhiệt 1.4.1 Phân loại ứng dụng 1.4.1.1 Theo cấu tạo 1.4.1.2 Theo phương pháp thực trình 1.4.2 Hệ thống cô đặc chân không liên tục 1.4.3 Các thiết bị chi tiết cô đặc 1.4.4 Yêu cầu thiết bị vấn đề lượng 1.5 Các loại thiết bị truyền nhiệt 1.5.1 Định nghĩ phân loại loại thiết bị trao đổi nhiệt 1.5.1.1 Định nghĩa 1.5.1.2 Phân loại .7 1.5.2 Sơ lược q trình đun nóng 10 Chương THUYẾT MINH QUY TRÌNH CƠNG NGHỆ 13 2.1 Sơ đồ quy trình cơng nghệ 13 viii 2.2 Nguyên lý hoạt động hệ thống cô đặc nồi liên tục .13 2.3 Nguyên lý hoạt động ống tuần hoàn trung tâm 14 2.4 Nguyên lý hoạt động thiết bị gia nhiệt ống chùm .15 Chương CÂN BẰNG VẬT CHẤT VÀ NĂNG LƯỢNG 16 3.1 Dữ liệu ban đầu 16 3.2 Cân vật chất .16 3.3 Cân lượng 16 3.3.1 Tổn thất nhiệt .16 3.3.1.1 Chế độ nhiệt độ 16 3.3.1.2 Tổn thất nồng độ 17 3.3.1.3 Tổn thất áp suất thủy tĩnh 18 3.3.1.4 Chênh lệch nhiệt độ hữu ích 19 3.3.1.5 Nhiệt độ cuối dung dịch nồi 20 3.3.2 Cân lượng 20 3.3.2.1 Cân lượng cho thiết bị gia nhiệt 20 3.3.2.2 Cân lượng cho thiết bị cô đặc 22 3.3.2.3 Cân lượng cho thiết bị ngưng tụ 24 Chương TÍNH TOÁN TRUYỀN NHIỆT CHO THIẾT BỊ GIA NHIỆT 26 4.1 Nhiệt tải phía ngưng (q1) 27 4.2 Nhiệt tải phía dung dịch 27 4.3 Diện tích bề mặt trao đổi nhiệt 30 4.4 Xác định vận tốc .30 Chương TÍNH CƠ KHÍ CHO THIẾT BỊ GIA NHIỆT 31 5.1 Tính bề dày thân .31 5.2 Tính đáy nắp thiết bị 32 5.3 Tính vỉ ống .34 5.4 Tính mặt bích 35 ix 5.5 Thể tích chi tiết 38 5.5.1 Thể tích thép làm ống 38 5.5.2 Thể tích thép làm vỉ ống 38 5.6 Khối lượng thiết bị .39 5.6.1 Khối lượng thân thiết bị .39 5.6.2 Khối lượng đáy ( nắp) 39 5.6.3 Khối lượng bích ghép thân 39 5.6.4 Khối lượng vỉ ống 39 5.6.5 Khối lượng chất lỏng 39 5.6.6 Khối lượng ống truyền nhiệt 39 5.7 Tính chân đỡ tai treo 39 TÀI LIỆU THAM KHẢO 41 28 Với: - Pr t: chuẩn số Prandl tính theo nhiệt độ trung bình tường, cịn thơng số khác theo nhiệt độ trung bình dịng - ε : hệ số hiệu chỉnh ảnh hưởng tỷ số chiều dài l đường kính d ống (chọn ε = 1) Tính chuẩn số Pr theo công thức: Pr= Cp μ λ Với: - Cp : Nhiệt dung riêng hỗn hợp t 1tb - μ : độ nhớt dung dịch t 1tb - λ : hệ số dẫn nhiệt t 1tb λ=ε Cp ρ ρ M √ Với: - ρ : KLR hỗn hợp, kg/m3 - M : KLPT hỗn hợp, kg/kmol Đối với chất lỏng liên kết chọn ε =3.58 10−8 ρ đường = 1021 kg/m3 (Trang 57, [1])  λ=3.58 ×10−3 × 4059.74 ×1021 × Độ nhớt: t tb = 30+ 60.955 =45.4775  Pr= μ=1.06045× 10−3 NS /m2 Cp μ 4059.74 ×1.0604 ×10−3 = =9.1169 λ 0.472213742 Tính số Prt: Pr t= Cpt × μ hh λt √ 1021 =0.472213742 342 29 Hiệu số nhiệt độ phía thành ống: Δt 1=t t −t t 2=q t × ∑ r t Tt2 : nhiệt độ thành ống phía hỗn hợp ∑ r t: nhiệt trở bên ống truyền nhiệt (m2.độ/W) δ ∑ r t=r t 1+ λ + r t −3 = 0.233×10 + 0.002 +0.166 ×10−3 17.5 = 0.000463 ( λ : trang 313 ,bảng XII.7,[2]) Δt 1=qt × ∑ r t = 4.95319 t t 2=t t 1− Δt 1=130.9 – 4.95319 = 127.1407℃ Δt 2=t t −t tb =127.1407−46.4=80.74068 t w= t t 1+t t 130.9+127.1407 = =129.6203 2 Cđường = 4097.815796 Pr t= Cp t × μ hh 2254.17 ×0.00001349 = =1.133457 λt 1.34869312 α 2=0.021 ×ε × ℜ0.8 × Pr 0.43 × ¿ ¿ 0.021 ×105000.8 ×9.1169 0.43 × ¿ % qss= q 1−q =0.016623< 5% q1  q tb=10793,64 w 4.3 Diện tích bề mặt trao đổi nhiệt 30 Diện tích bề mặt trao đổi nhiệt: F= Q 62824.48 = =5.82059 m2 qtb 10793.64 Ta có: F = n.d π H  n= F 5.82059 = =29( ống ) π d H π × 0.032× Tra bảng trang 49 [2]:=> n = 37 ống Đường kính thiết bị: D=t × ( b−1 ) +(4 × d n) t=1.4 × d n=1.4 × 0.034=0.076 D=0.076× ( 9−1 )+ × 0.034=0.5168 m Chọn D=0.55m Thể tích bình gia nhiệt: V =π × D2 0.552 ×l=π × × 2=0.475 4 4.4 Xác định vận tốc Xác định vận tốc thực ω t= 4G × 1800 m = =5,972× 10−3 ( ) 2 s π × d × n 3600× π × 0.03 × 29 ×1021 Vận tốc giả thuyết ω ¿= ℜ× μ 10500 ×0.00001349 m = =4.6 ×10−3 ( ) ¿ ¿ d×ρ 0.03 ×1021 s 31 4.5 32 Chương TÍNH CƠ KHÍ CHO THIẾT BỊ GIA NHIỆT 5.1 Tính bề dày thân Chịu áp suất trong: 3at ⇒Nhiệt độ đốt: T=132,9oC Chọn thép không gỉ: X18H10T Tx= 550.106 N/m2 Tc=220.106 N/m2 ℷ=16.3 ρ=78 Ω Áp suất tính tốn: P=3at ⇒ Nhiệt độ tính toán = 1349o Hơi đốt p=3at, chịu áp suất Pm= PD – Pq= 3-1=2at=0,1962 N/mm2 (Theo hình 1.2 trang 16, [3] ứng suất nhiệt độ tính tốn σ ¿*=140 N/nm2 Có lớp cách nhiệt: Hệ số hiệu chỉnh η=1 σ =σ *.η=140.1=140 N/mm2 φ =0.95 → bảng 1.7/24/Hồ lê Viên σ φ 140.0.95 Pt = 0,1962 = 677,88 > 25 ( ρ=0,95, Bảng XIII.8, trang 362, [2]) ⇒ Khi cơng thức 5.3, trang 96, [3]) Bề đáy tối thiểu thân trụ Pt P S’= 2[σ ]φ = h 550.0,1962 =0,4056 mm 2.140.0,95 Bề dày trụ nhỏ Tra bảng 5.1, trang 94, [3] 33 ⇒Smin=3mm ⇒ Theo công thức 1.10, trang 20, [3] Hệ số bổ sung bề dày: C=Ca+Cb+Cc+Co Chọn hệ số ăn mòn hóa học Ca=1mm/10 năm Vật liệu xem bền học: Cb=Cc=0 Cb : Hệ số bổ sung bào mòn học C c : Hệ số bổ sailệch chế tạo { Chọn hệ số bổ sung dung sai chiều dày Co=0,22 (Theo bảng XIII.9, trang 364 STT2 ) C=Ca+Cb+Cc+Co= 1+0+0+0,22=1.22mm Bề dày thực: S=S’+C=3+1,22=4.22mm Chọn S=5mm Kiểm tra chiều dày (Công thức 5.10, trang 97, [3] ) S−C a ≤ 0.1 Dt ⟺ 5−1 =7.27 x 10−3 30 P 0,1962 → Bỏ P mẫu ⇒ S= Dt P Dt +C 3,8 [ σ ] k φh hb 0,55.0,1962 10 0,55 ¿ +C 3,8.140 10 1.0,95 2.0,137 ¿ 4,286 10− +C (3 trang 85.[2]) Đại lượng bổ sung C S-C=4,286.10-4m < 10.10-3m Do ta tăng thêm 2mm so với giá trị C phần thân C=(1,22+2).10-3=3,22.10-3 m S=3,6468.10-3 m=3,6456mm S chọn 4mm Công thức XIII.49 35 ς= ¿ [ Dt +2 hb ( S−C ) ] Po 7,6 k φh hb ( S−C ) ≤ σc 1,2 ( 0,552 +2.0,137 10−3 4,286 10− ) 0,1962 106 −4 7,6.1.0,95 0,137 4,286 10 ≤ ςc 1,2 220 106 ¿ 140,05.10 ≤ =183,33 10 1,2 ⇒ Chọn chiều dày theo thân: S=5mm 5.3 Tính vỉ ống -Chọn vật liệu phẳng, vật liệu X18H10T Nhiệt độ tính tốn : 132.90 C ⇒Ứng suất cho phép tiêu chuẩn σ ¿=140 N /mm2 ( hình 1.2 trang 16,tính tốn thiết kế… Hồ Lê Viên) Hệ số an toàn n B=2.6 (Bảng I-6 ,trang 14, [3]) Giới hạn bền uốn [σ ]u =140× 2.6=364 N /mm2 Chiều dài tính tốn tối thiểu phía ngồi vỉ ống h' xác định công thức √ hl = D t K ' Pn [❑u ] K: hệ số, K=0,28÷0,36 ⇒K=0,3 Dt : đường kính thân buồng đốt ⇒ h l =550.0,3 0,1962 =3,83 mm 364 √ ' ⇒Chiều dày tính tốn tối thiểu phía vỉ ống (8-48,trang 187) √ hl = D t K ' P0 ❑u φ0 K=0,45÷0,6 ⇒K=0,5 φ 0: Hệ số làm yếu vỉ ống khoan lỗ 36 φ n= Dn− Ʃd