Thiết kế hệ thống cô đặc sữa có đường 3 nồi chân không liên tục
MỤC LỤC
Làm lạnh
Trước khi và bồn chứa, sữa cô đặc được làm lạnh xuống khoảng (4÷8)0C nhờ trao đổi gián tiếp với nước lạnh khi đi qua bộ trao đổi nhiệt vỉ.
THIẾT BỊ CÔ ĐẶC
CÂN BẰNG VẬT CHẤT VÀ NĂNG LƯỢNG Kí hiệu các đại lượng
Thường chấp nhận tổn thất nhiệt độ trên các đoạn ống dẫn hơi thứ từ nồi này sang nồi nọ và từ nồi cuối đến thiết bị ngưng tụ là 1 C. Từ các công thức trên ta có bảng kết quả nhiệt lượng riêng hơi đốt, hơi thứ và nhiệt độ sôi của các dung dịch trong nồi. (5.3) Giả thiết nhiệt cung cấp cho quá trình cô đặc chỉ là nhiệt ngưng tụ thì có thể xem nhiệt độ nước ngưng bằng nhiệt độ hơi đốt: = tD.
CÁC THÔNG SỐ KỸ THUẬT CHÍNH
Như vậy, sai số giữa giá trị tính toán và chọn lựa có sai số không quá 5% nên các kết quá tính toán trên được chấp nhận. Tính chênh lệch nhiệt độ giữa hai phía của thành ống và chênh lệch nhiệt độ phía dung dòch. Coi cường độ dòng nhiệt phụ thuộc tuyến tính vào tD ,ta dựng hai đường thẳng qD=f( tD) và qL = g( tD), giao điểm của hai đường thẳng này ứng vớigiá trị tD cần xác định.
Nếu điều kiện chưa thoả thì ta điều chỉnh lại các thông số về kích thước thiết bị đã chọn ở trên. Nếu điều kiện thoả, ta làm tròn diện tích bề mặt truyền nhiệt và số ống truyền nhiệt đến thông số chuẩn. Do trong sữa có chứa một hàm lượng chất béo nhất định – là sản phẩm của phản ứng este hoá giữa glixerin với axit béo nên hệ số dãn nhiệt của nó có thể tương ứng nhau.
Ở đây ta dùng hơi nước bão hoà làm hơi đốt đốt đi ngoài ống, còn dung dịch cô đặc đi trong ống. - Truyền nhiệt từ hơi đốt đến bề mặt ngoài của ống truyền nhiệt với hệ số cấp nhiệt là 1 với nhiệt tải là q1 (W/m2);. - Truyền nhiệt từ ống truyền nhiệt vào dung dịch với hệ số cấp nhiệt 2 và hiệt tải là q2 (W/m2).
Giai đoạn cấp nhiệt từ hơi đốt đến thành thiết bị Theo định luật Niutơn ta có: q1 = 1 t1.
TÍNH CÔ KHÍ Kí hiệu các đại lượng
Đối với buồng đốt ta tính bề dày của nồi 3 rồi chọn chung cho cả 3 nồi vì nồi 3 chịu áp suất ngoài luôn có bề dày lớn hơn buồng đốt chịu áp suất trong. Tương tự với buồng bốc, do nồi 2 và 3 chịu áp suất ngoài nên luôn có bề dày lớn hơn buồng bốc của nồi 1 chịu áp suất trong, do đó ta chỉ cần tính bề dày buồng bốc nồi 2 và nồi 3 rồi chọn bề dày lớn nhất làm bề dày chung cho cả 3 nồi. L là chiều dài tính toán của thân thiết bị, L = H, mm (thân dùng mối ghép bích).
Kiểm tra điều kiện ổn định của thân khi chịu tác dụng đồng thời của lực nén chiều trục và áp suất ngoài: Bỏ qua ứng suất uốn. Chọn nắp, đáy elip và vật liệu là thép không rỉ X18H10T sử dụng cho buồng đốt và cho nắp buồng bốc, có bọc cách nhiệt, chọn đáy nắp tiêu chuẩn, loại có gờ. Mặt bích là một bộ phận quan trọng dùng để nối các phần của thiết bị cũng như nối các thiết bị khác.
Vỉ ống ở thiết bị, hai vỉ ống phải cố định: bề dày của vỉ ống phải đảm bảo giữ chặt ống sau khi nong , giữ nguyên hình dạng của vỉ ống sau khi khoan, khi nong và sau khi nong, bền duới tác dụng của các loại ứng suất chống được ăn mòn. Trong quá trình tính tổng trọng lượng ta bỏ qua trọng lượng hơi, trọng lượng ống dẫn, trọng lượng lớp cách nhiệt và có chi tiết nhỏ khác. Tính trọng lượng của dung dịch đi trong thiết bị gồm 2 phần: dung dịch đi trong ống truyền nhiệt, mực dung dịch tràn lên chọn 0,5m.
Vì đường kính các lổ trên vĩ phân phối nhỏ hơn trên vĩ phân phối ống truyền nhiệt nên ta chỉ tính trọng lượng vĩ phân phối dung dòch roài nhaân 3. Tính bề dày lớp cách nhiệt cho nồi 1, còn lớp cách nhiệt cho nồi sau lấy như nồi 1. Vì trở lực nhiệt tường rất nhỏ so với trở lực nhiệt của lớp cách nhiệt cho nên tT1 có thể lấy bằng nhiệt độ của hơi đốt.
THIEÁT Bề PHUẽ
- TÍNH HEÄ THOÁNG CHAÂN KHOÂNG
Tổng diện tích bề mặt của các lỗ trong toàn bộ mặt cắt ngang của thiết bị ngưng tụ, nghĩa là trên một cặp tấm ngăn: (CT VI.54-[4]). Thực tế khi hơi đi trong thiết bị ngưng tụ từ dưới lên thì thể tích của nó sẽ giảm dần, do đó khoảng cách hợp lý nhất giữa các ngăn cũng nên giảm dần theo hướng từ dưới lên khoảng chừng 50 mm cho mỗi ngăn. Dựa vào đường kính trong của thiết bị ngưng tụ, ta chọn chiều dày của thành thiết bị và khoảng cách từ ngăn trên cùng đến nắp của thiết bị, khoảng cách từ ngăn dưới cùng đến đaý thiết bị, khoảng cách giữa các ngăn (bảng VI.8/88-[4]).
Chọn đường kính ống hút bằng đường kính ốnh đẩy, nên vận tốc trung bình trên đường ống hút và đường ống đẩy bằng nhau ( v1 = v2 = v ). Ta đặt bơm chân không ở mặt đất, do đó ta chọn tổng chiều dài các đoạn ống dẫn từ thiết bị thu hồi đến bơm chân không là 11 m. Bơm vòng nước là loại bơm đẩy, tạo chân không bằng cách lôi cuốn khí ra khỏi thể tích, dựa trên nguyên tắc chuyển động cơ học để hút khí.
Tại vị trí thể tích khoang bơm tăng lên được nối với cửa hút, còn phần cuối của vòng quay hơi thể tích bị thu hẹp được nối với cửa đẩy. Khí không ngưng ra khỏi thiết bị ngưng tụ có nhiệt độ là 50oC, nhưng ta có thể bỏ qua ảnh hưởng của nhiệt độ và trong các công thức ta tính gần đúng ở 20oC. Sự thay đổi trạng thái khí trong thể tích V chính là do 1 lượng khí bị bơm hút đi pdV/dt = Qb = p.St và 1 lượng khí bổ sung vào pdVbs/dt = Qbs.
Vậy thời gian khởi động ban đầu rất lâu (25 ph) Xác định áp suất tới hạn của bơm ( là áp suất nhỏ nhất do bơm tạo được tại miệng hút của bơm).
KIỂM SOÁT VÀ ĐIỀU KHIỂN QUÁ TRÌNH
Nếu thấp hơn 107,94oC: dung dịch sẽ không sôi khi vào nồi, ta lại phải tốn nhiệt của hơi đốt, nhưng do đặc điểm của thiết bị là dung dịch chỉ chảy qua 1 lần từ trên xuống khi đi hết chiều cao của ống truyền nhiệt, ảnh hưởng đến chất lượng dòng thành phẩm (nồng độ thấp hơn). Nếu áp suất thấp tức nhiệt độ hơi đốt thấp sẽ có ảnh hưởng lớn đến 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 hơi đốt lên cũng không thể đáp ứng đủ cho quá trình truyền nhiệt vì động lực của quá trình truyền nhiệt là do chênh lệch nhiệt độ của hai dòng. Nếu áp suất cao: nếu cao ở mức cho phép thì không ảnh hưởng nhiều nhưng nếu quá cao sẽ ảnh hưởng đến thiết bị, do tạo áp lực cao bề dày buồng đốt sẽ không đáp ứng được tính bền từ đó dẫn đến hư hỏng thiết bị, nghiêm trọng có thể gây nổ.
Yếu tố này không ảnh hưởng nhiều.Nếu lưu lượng thấp sẽ không đủ hơi cấp nhiệt cho dung dịch, Nếu lưu lượng cao thì không ảnh hưởng nhiều nhưng như vậy sẽ gây tổn thất nhiệt, cũng có thể làm tăng áp lực cho buồng đốt. Các thông số này ta không thể kiểm soát được, khi tính toán ta chỉ dựa theo kinh nghiệm, các công thức thực nghiệm để tính toán do đó không thể chính xác được, không thể tránh khỏi sai số lớn.Ta có thể xét đến hai thông số có ảnh hưởng nhiều đến quá trình. Khi tính ta cho nhiệt tổn thất ra môi trường là 5 % lượng nhiệt do hơi đốt cung cấp tuy nhiên đây chỉ là con số thực nghiệm không thể tính được do đó để kiểm soát nó là rất khó và chúng ta không thể điều chỉnh được, chỉ có thể giảm đến mức thấp nhất (cách nhiệt).
Có nhiều đại lượng đặc trưng cho mục đích điều khiển, ta không thể nào đáp ứng hết các đại lượng đó cho nên phải tìm các thông số, đại lượng nào của quá trình cô đặc có ý nghĩa quan trọng ảnh hưởng trực tiếp đến mục đích điều khiển, và tìm cách điều chỉnh chúng. Nồng độ sản phẩm chính là nồng độ mà ta muốn dung dịch phải đạt sau quá trình cô đặc, và ta cũng mong muốn nồng độ này ổn định trong suốt quá trình, nếu có sự xáo trộn nồng độ này thì chất lượng sản phẩm sẽ không đạt yêu cầu cho các công đoạn sau. Ngoài ra cũng phải kể đến việc có sự thay đổi áp suất trong phần thân buồng đốt do sự có mặt của khí không ngưng,và ta cũng sẽ có những bộ phận xả khí không ngưng tự động khi có sự tăng áp suất trong thiết bị mà không cần phải kiểm soát.
- Đo áp suất bằng áp kế biến dạng loại hộp xếp kiểu xiphông vì đây là loại áp kế có cấu trúc đơn giản và tin cậy, kích thước nhỏ, dễ đọc, chính xác cao và có khoảng đo cao, được sử dụng nhiều để đo và ghi lại áp suất và chân không.