Thiết bị ngưng tụ baromet trong hệ thống cô đặc mía đường 2 nồi liên tục xuôi chiều

THIEÁT Bề NGệNG TUẽ BAROMET

Hơi thứ sẽ được dẫn vào đi từ dưới lên, nước làm lạnh đi từ trên xuống, hới thứ sẽ ngưng tụ thành nước và cùng chảy xuống dưới, ra ngoài. Aùp suất làm việc của thiết bị là áp suất chân không, do đó nó phải được lắp đặt ở một độ cao cần thiết để nước ngưng có thể tự chảy ra ngoài khí quyển mà không cần dùng bơm. Trong thiết bị ngưng tụ baromet, hơi thứ ngưng tụ chuyển từ hơi sang lỏng, làm giảm thể tích, dẫn đến áp suất giảm.

Do đó có chênh lệch áp suất giữa buồng bốc và thiết bị ngưng tụ, nên hơi tự động đi qua mà không cần dùng bơm hay quạt, không tốn chi phí năng lượng. Do tổn thất áp suất trên đường ống dẫn hơi thứ, dòng hơi thứ vào thiết bị ngưng tụ có nhiệt độ và áp suất thấp hơn. Tính trung bình cứ ngưng tụ 1 kg hơi nước thì bị không khí bên ngoài lọt thêm vào hệ thống là 0,01 kg.

(94) với Ph là áp suất riêng phần của hơi nước trong hỗn hợp và được lấy bằng áp suất hơi bão hoà ở nhiệt độ không khí tkk. Đường kính trong của thiết bị tính từ điều kiện vận tốc hơi cho phép sao cho không kéo theo các giọt nước nhỏ. 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]).

THIEÁT Bề GIA NHIEÄT Kí hiệu các đại lượng

Vai trò của thiết bị gia nhiệt là đun nóng dung dịch mía đường từ nhiệt độ đầu đến nhiệt độ sôi của nồi cô đặc.

TÍNH VÀ CHỌN BƠM Ký hiệu các đại lượng

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. Chọn loại bơm chân không trước hết phụ thuộc vào loại và lưu lượng khí cần hút cũng như vùng áp suất làm việc.

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. Quá trình hút và nén khí được thực hiện dựa trên nguyên tắc mở rộng và thu hẹp thể tích làm việc của các khoang bơm. Khi rôto quay lệch tâm với thân bơm hình trụ, do lực ly tâm nước văng ra tạo thành vòng nước bít kín các khoảng bơm giữa các cánh gạt.

Vì cánh gạt quay lệch tâm với thân bơm nên độ ngập sâu của cánh gạt tại các vị trí khác nhau trong vòng nứơc cũng khác nhau. 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. Xác định áp suất tới hạn của bơm ( là áp suất nhỏ nhất do bơm tạo được tại miệng hút của bơm).

CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG LÊN QUÁ TRÌNH CÔ ĐẶC

Trong trường hợp xấu nhất tức là khi lưu lượng quá ít có thể gây cháy ống truyền nhiệt, cháy sản phẩm, kết quả là quá trình cô đặc sẽ không diễn ra như mong muốn. Lớn hơn 3500 kg/h (trong khoảng cho phép) : lúc này lượng nhiệt do hơi đốt cung cấp sẽ không đủ để làm bay hơi dung môi, nồng độ dòng thành phẩm không đạt, vì ở đây dung dịch chỉ chảy qua dàn ống 1 lần không có tuần hoàn trở lại nên nếu lưu lượng nhiều hơn khi ta tính toán thì lượng nhiệt do hơi đốt cung cấp không đủ để đưa dung dịch đến nồng độ mong muốn. Trường hợp xấu nhất là khi lưu lượng quá lớn sẽ gây ngập trong các ống truyền nhiệt, giảm khoảng không gian bốc hơi, ảnh hưởng đến quá trình bốc hơi, quá trình cô đặc không diễn ra được.

Mặc dù đã có gia nhiệt ban đầu cho dòng nhập liệu, nhưng thiết bị gia nhiệt cũng là một đối tượng công nghệ, cũng bị ảnh hưởng các yếu tố bên ngoài, cụ thể ở đây là nhiệt độ dòng nhập liệu tại bồn chứa. Nếu thấp hơn 103oC: 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 hôn).  Đối với hơi đốt vì sử dụng hơi nước bảo hòa để cấp nhiệt cho nên thông số áp suất là có ảnh hưởng nhiều nhất đến hiệu quả truyền nhiệt , lưu lượng hơi đốt cũng có ảnh hưởng nhưng không nhiều.

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 “nóng”. 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.

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). Theo thời gian lớp cáu tăng lên sẽ ảnh hưởng đến hệ số K và sẽ ảnh hưởng đến hiệu suất truyền nhiệt của hơi đốt , ảnh hưởng đến chất lượng dòng thành phẩm.

ĐẠI LƯỢNG CẦN ĐIỀU CHỈNH

Nồng độ nhỏ hơn 8% kl: sự sôi vẫn diễn ra (trong khoảng cho phép), nhưng nếu quá nhỏ thì nồng độ sản phẩm sẽ không đạt yêu cầu. Nồng độ lớn hơn 8%kl: dòng nhập liệu vào nồi không sôi được, phải tốn thêm một lượng nhiệt để nâng nhiệt độ dòng lên khi đó quá trình cô đặc mới diễn ra. Điều này sẽ gây tổn thất nhiệt của hơi đốt, và sẽ làm tăng nồng độ của dòng sản phẩm.

Khi tính toán ta dựa theo công thức thực nghiệm , các thông số rcáu lại là từ thực nghiệm do đó không thể chính xác được. Nếu áp suất quá thấp ( chân không cao ), điểm sôi càng thấp , áp suất hơi càng lớn, dung dịch đường sôi càng mạnh. Nhưng nếu độ chân không cao hơn nữa, độ nhớt lớn ảnh hưởng đến đối lưuvà truyền nhiệt.

Nếu áp suất quá cao ( chân không thấp ) thì khả năng bốc hơi của dung môi sẽ giảm, ảnh hưởng đến nồng độ sản phẩm. Do đó ta phải ổn định thông số này vì nó có ảnh hưởng trực tiếp đến quá trình tách dung moâi. Như đã phân tích ở trên, nhiệt độ các dòng đều có ảnh hưởng trực tiếp đến quá trình cô đặc do đó nhiệt độ dòng nhập liệu phải được kiểm soát.

TÁC ĐỘNG ĐIỀU CHỈNH

Ta chọn dụng cụ do nhiệt độ là cặp nhiệt điện vì ở đây cần độ chính xác cao.

Noài 2 Dung dịch vào

Đại lượng Đơn vị Thiết bị ngưng tụ Thiết bị gia nhiệt Kí hiệu Giá trị Kí hiệu Giá trị Nước làm nguội Dòng lỏng vào.