Hiệu suất ép:
Eép = Tl đường trong nước mía hỗn hợp
TL đường trong mía ×100 =
230,29
240 ×100 = 96%.
Ehc = 100 -(100-Eép)×(100-F)
7×F =100-
(100-96)×(100-13,5)
7×13,5 = 96,33%. Với F là thành phần xơ cĩ trong mía: 13,5%.
Hiệu suất ép chế luyện:
ECL = TL đường thành phẩm
TL đường trong nước mía hỗn hợp×100 =
202,838
230,29 ×100 = 88,08%.
Hiệu suất thu hồi chế luyện hiệu chỉnh: ECLHC = 100 – J×(100 - ECL)
5,667×(100 - J) = 100 –
72,5×(100 – 80,08)
5,667×(100 – 72,5) = 94,45%. Với J là AP của nước mía hỗn hợp: 72,5%.
5,667 là hệ số tính dựa vào AP nước mía hỗn hợp tiêu chuẩn theo cơng thức thực nghiệm.
Hiệu suất tổng thu hồi hiệu chỉnh: ETTH = E ép×Ecl
100 =
96×88,08
100 = 84,55%.
Hiệu suất tổng thu hồi hiệu chình: ETTHHC = Ehc×Eclhc
100 =
96,33×94,45
100 = 90,98%
Hiệu suất sản xuất đường: Eđ = TL đường thành phẩm
TL đường trong mía ×100 =
202,838
240 ×100 = 84,52%.
TL đường thành phẩm so với mía: TLđtp = TL đường thành phẩm
M ×100 =
202,838
CHƯƠNG 4. TÍNH CÂN BẰNG NHIỆT 4.1. Hiệu số áp suất bốc hơi
Tổng hiệu số áp suất bốc hơi.
Áp lực vào hiệu I lấy từ nguồn hơi thứ tuabin (đo theo ata) P0 = 2,2 tương ứng với nhiệt độ là 1220C.
Độ chân khơng hiệu cuối là 600mmHg tương ứng với áp suất (đo theo ata) P4 = 0,17kg/cm2 ứng với nhiệt độ là 55,674.
Tổng hiệu áp suất: ∆Ptổng = P0 – P4 = 2,2 – 0,17 = 2,03 kg/m3.
Hệ số phân phối áp suất – Hiệu số áp suất.
Do sử dụng hệ bốc hơi 4 hiệu, nên theo E.Hugot hệ số phân phối áp suất được phân bố như sau:
Bảng 4.1. Sự phân bố sụt áp giữa các nồi bốc hơi
Hiệu Hiệu I Hiệu II Hiệu III Hiệu IV
Hệ số K1 =11/40 K2 = 10,33/40 K3 = 9,67/40 K4 = 9/40 Vậy hiệu số áp suất các hiệu là:
- ∆P1 = ∆Ptổng × K1 = 2,0 3× 11/ 40 = 0,558 kg/m3. - ∆P2 = ∆Ptổng × K2 = 2,03 × 10,33/ 40 = 0,524 kg/m3. - ∆P3 = ∆Ptổng × K3 = 2,03 × 9,76/ 40 = 0,495 kg/m3. - ∆P4 = ∆Ptổng × K4 = 2,03 × 9/ 40 = 0,456kg/m3.
4.2. Phân bố áp suất các hiệu
Từ kết quả trên ta cĩ áp suất ở các hiệu là:
- Hiệu I: P1 = P0 – ∆P1 = 2,2 – 0,558 = 1,642 kg/m3. - Hiệu II: P2 = P1 –∆P2 = 1,642 – 0,524 = 1,118 kg/m3. - Hiệu III: P3 = P2 – ∆P3 = 1,118 – 0,495 = 0,623 kg/m3. - Hiệu IV: P4 = P3 – ∆P4 = 0,623 – 0,456 = 0,167 kg/m3.
Tra bảng tìm ẩn nhiệt và nhiệt độ, độ tăng điểm sơi, độ sụt nhiệt độ do Brix trung bình.
Bảng 4.2. Thang áp suất tuyệt đối và nhiệt độ
Với T0 = 1220C, Tv = 55,6740C Thơng số Áp suất tuyệt
đối (kg/m2) Nhiệt độ (0C) Ẩn nhiệt (kcal/kg) d( 0C) Nước mía Độ sụt thực Hơi thứ 2,2 112 525,6 Hiệu I 1,642 113,456 531,4 0,8 114,256 8,2 Hiệu II 1,118 102,109 538,73 1,3 103,409 9,7 Hiệu III 0,623 86,374 547,84 2,1 88,474 12,9 Hiệu IV 0,167 55,674 565,4 6,1 61,774 23,9 Tổng ∆ =54,7
Các tổn thất do sụt nhiệt độ ở các dàn bốc hơi (b = do Brix; h = do áp suất thủy tĩnh; d = b+h) được thể hiện ở bảng sau:
Bảng 4.3. Các tổn thất của độ sụt nhiệt độ trong các dàn bốc hơi đa hiệu
b (0C) h (0C) D = b+h (0C)
Hiệu I 0,2 0,6 0,8
Hiệu II 0,4 0,9 1,3
Hiệu III 0,7 1,4 2,1
4.3. Lượng hơi tiêu hao cơng đoạn bốc hơi 4.3.1. Lượng nước bốc hơi ở các hiệu 4.3.1. Lượng nước bốc hơi ở các hiệu
Theo tính tốn cân bằng ta cĩ tổng lượng nước bốc hơi trong cơng đoạn cơ đặc:
W = TL nước mía trong – TL mật chè
KL mía =
2062,46 – 521,83
2000 = 73,03% so với mía. Gọi W1, W2, W3,W4 lần lượt là hơi nước bốc hơi ở các hiệu I, II, III, IV. Gọi E1, E2, E3 lần lượt là lượng hơi nước rút ra từ hiệu một cho gia nhiệt I, gia nhiệt II, nấu đường. Giả thiết hiện tượng bốc hơi và nhiệt độ tổn thất khơng đáng kể khi cho nước mía vào thiết bị thực hiện quá trình bố hơi, ta cĩ:
Lượng nước bốc hơi hiệu IV, hiệu III, hiệu II là: W4 = W3= W2.
Lượng nước bốc hơi hiệu III là: W3.
Lượng nước bốc hơi hiệu II là: W2.
Lượng nước bốc hơi hiệu I là: W1 = W4+ E1+ E2+ E3.
Tổng lượng lước bốc hơi W = W4+ W3+ W2+ W1 = 4W4+ E1+E2+ E3
Theo thống kê lượng hơi lấy từ hiệu I được cấp cho gia nhiệt là:
Gia nhiệt 1: E1 = 8,5% so với mía.
Gia nhiệt 2: E2 = 7,5% so với mía.
Nấu đường: E3 = 11,15% so với mía.
Tổng lượng hơi cần cung cấp cho nấu đường là 21,5% so với mía trong đĩ 10% Từ tua bin và 11,5% lấy từ hiệu I.
W4 = W – (E1+ E2+E3) 4 = 77,03 – (8,5+7,5+111,5) 4 =12,38%. W2 = W3 = W4= 12,38% so với mía. W1 = W4 + E1+ E2 + E3 = 12,38 + 8,5 + 7,5 + 11,15 = 39,53% so với mía. 4.3.2. Tính nồng độ chất khơ các hiệu
Nước mía trong hỗn hợp : + G = TL nước mía trong
TL mía ×100 =
2062,46 – 521,83
B0 = 160Bx. + Bx1 = G ×Bx0 G – W1 = 103,12×16 103,12 – 39,53 = 26% so với mía. + Bx2 = G ×Bx0 G – (W1+W2) = 103,12×16 103,12 – (39,53+12,38) = 32,22% so với mía. + Bx3 = G ×Bx0 G – (W1+W2+W3) = 103,12×16 103,12 – (39,53+12,38+12,38) = 42,5% so với mía. + Bx4 = G×Bx0 G – (W1+W2+W3+W4_) = 103,12×16 103,12 – (39,53+12,38+12,38+12,38) = 62,4% so với mía.
4.3.3. Lượng hơi tiêu hao cho cơng đoạn bốc hơi
Lượng hơi tiêu hao cho cơng đoạn bốc hơi là lượng hơi thứ (tuabin) cấp cho hiệu I của hệ bốc hơi, chọn hệ số bốc hơi của hiệu I là K = 1,15. Do đĩ lượng hơi tiêu hao cho bốc hơi được tính:
Dhh = K × W1 = 1,15 × 39,53 = 45,46% so với mía.
Bảng 4.4. Tổng kết hơi tiêu hao cho phân xưởng cơ đặc
Tên thiết bị Nguồn hơi % so với mía
Tính theo năng suất 2000 tấn mía/ngày
Tấn hơi/h Tấn hơi/ngày
1 2 3 (4) = (3)×2000/24 (5) = (3)×2000
Bốc hơi Tua bin 45,46 37,88 990,20
CHƯƠNG 5. TÍNH TỐN VÀ CHỌN THIẾT BỊ 5.1. Tính tốn và chọn thiết bị
5.1.1. Cơng đoạn cơ đặc
Theo E.Hugot, diện tích các thiết bị gia nhiệt được tính theo cơng thức: Sp = ep
Cp×∆P Trong đĩ:
- Sp: Diện tích truyền nhiệt tương ứng với mỗi nồi (m2). - ∆p: Độ sụt nhiệt độ biểu kiến.
- d: Độ tăng điểm sơi.
- c: Các hệ T.E.S.R (kg/m2.h.0C). - ep: Lượng nước bốc hơi trong nồi.
- B: Brix trung bình của nước mía trong nồi.
Theo Dessin, cơng thức tính tỷ suất bốc hơi: c = 0,0008 × (100 – B)(T – 54) Với:
- c: Tỷ suất bốc hơi.
- B: Brix trung bình của nước mía ra khỏi nồi. - T: Nhiệt độ hơi đun nĩng trong chùm ống.
5.1.1.1. Nồi 1
Theo giả thiết ta cĩ:
∆p1 = 8,20C. + Bx1tb = Bx0+Bx1 2 = 16+26 2 = 210Bx. T1 =1220C. Áp dụng cơng thức: C1 = 0,0008 × (100 – Bx1tb )(T1 – 54) = 0,0008 × (100 – 21)(122 – 54) = 4,3(kg/m2.h.0C). ep1 = 39,53% so với mía.
ep1 = 39,53×200 100 = 790,6 tấn/ngày = 32941,67 kg/h. Vậy: S1 = ep1 Cp1 ×∆p1 = 32941,67 4,3×8,2 = 934,25m2. 5.1.1.2. Nồi 2
Theo giả thiết ta cĩ:
∆p2 = 9,70C. + B2 = Bx1 + Bx2 2 = 26 + 32,22 2 = 29,11 0Bx. T2 = 113,4560C. Áp dụng cơng thức: C2 = 0,0008 × (100 – Bx2tb)(T2 – 54) =0,0008 × (100 – 29,11)(113,456 – 54) = 3,37kg. ep2 = 12,38% so với mía. ep2 = 12,38×200 100 = 247,6 tấn/ngày =10316,67 kg/h. Vậy: S2 = ep2 Cp2×∆P2 = 10316,67 3,37×9,7 = 315,6m2. 5.1.1.3. Nồi 3
Theo giả thiết ta cĩ:
∆p3 = 12,90C. + Bx3tb = Bx2 + Bx3 2 = 32,2 + 42,5 2 = 37,6Bx. T3 = 102,1090C. Áp dụng cơng thức: C3 = 0,0008 × (100 – Bx3tb )(T3 – 54) = 0,0008 × (100 – 37,36)(102,109 – 54) = 2,41(kg/m2.h.0C). + ep3 = 12,38% so với mía. ep3 = 12,38×200 100 = 247,6 tấn/ngày = 10316,67 kg/h. Vậy: S3 = ep3 Cp3×∆P3 = 10316,67 2,41×12,9= 331,85m2.
5.1.1.4. Nồi 4
Theo giả thiết ta cĩ:
∆p4 = 23,90C. + Bx4tb =Bx3 + Bx4 2 = 42,5 + 62,4 2 = 52,45 0Bx. T4 = 86,3740C. Áp dụng cơng thức: C4 = 0,0008 × (100 – Bx4tb )(T4 – 54) = 0,0008 × (100 – 52,45)(86,374 – 54) = 1,23(kg/m2.h.0C). ep4 = 12,38% so với mía ep4 =12,38×200 100 =247,6 tấn/ngày =10316,67 (kg/h). Vậy: S4 = ep4 Cp4×∆P4 = 10316,67 1,23×23,9 = 350,95m2.
5.1.2. Tổng diện tích truyền nhiệt tối thiểu
Thang áp suất ở bảng 2 khơng phải là điều kiện cốt yếu trong vận hành của hệ, thay vì khởi đầu điều kiện này, ta cĩ thể thực hiện theo các điều kiện tìm được, theo cách nhìn nhận phải đạt một tổng diện tích tối thiểu. Thang áp suất sẽ được xác định bởi các điều kiện ban đầu đĩ, và theo E.Hugot chỉ cần sửa lại một lần các nhiệt độ đã dùng như vậy là hầu như luơn đủ.
Cách tiến hành giữ nguyên các phần đã tính, giữ nguyên các giả định ở quá trình trước, ta sẽ tiếp tục tính cho hệ 4 hiệu để tìm tổng diện tích tối thiểu.
5.1.2.1. Tính tốn khả năng bốc hơi
Gọi t =e
clà khản năng bốc hơi trong một nồi.
Trong một nồi đa hiệu, cái thực sự cĩ giá trị chính là diện tích và độ sụt nhiệt độ, cịn t của một nồi là số đo sử dụng m2 và độ sụt nhiệt độ mà ta phải tính căn cứ vào vị trí đứng của nồi đĩ trong một dãy các nồi bốc hơi.
t = e
Ta cĩ: +t1 = e1 c1 = 32941,67 4,3 = 7660,85. +t2 = e2 c2 = 10316,67 3,37 = 3061,33. +t3 = e3 c3 = 10316,76 2,41 = 4280,78. +t4 = e4 c4 = 10316,76 1,23 = 8387,537. 5.1.2.2. Tính tốn chỉ số lặp + r4 = ∆3 ∆4 =√ t3 2 × t4 =√ 4280,78 2 × 8387,537 = 0,5. + r3 = ∆2 ∆3 =√ (1 + 1 r4) 2 × (t3 + t4 ×r4) =√ (1+ 0,51) × 3061,33 2 × (4280,78 + 8387,537 × 0,5) = 0,74. + r2= ∆1 ∆2 = √ (1 + r1 3 + r 1 3 × r4) ×3061,33 2 × (t2+ t3× r3+ t4× r3× r4) = √ (1+ 1 0,74 + 0,74 × 0,51 )× 7660,85 2×(3061,33+ 4280,78× 0,74+ 8387,537× 0,74× 0,5) = 1,44. + r1 = 1 + 1 r2 + 1 r2 × r3 + 1 r2 × r3 × r4 =1 + 1 1,44 + 1 1,44 × 0,74 + 1 1,44 × 0,74 × 0,5 = 4,51. 5.1.2.3. Tính các độ sụt nước lý thuyết + ∆1 = ∆ r1 = 54,7 4,51 = 12,130C. + ∆2 = ∆1 r2 = 12,13 1,44 = 8,420C. + ∆3 = ∆2 r3 = 8,42 0,74 = 11,380C.
+ ∆4 = ∆3
r4 = 11,38
0,5 = 22,760C.
5.1.2.4. Cải chính các độ sụt đã tìm được
Sự cải chính chủ yếu ở các trường hợp là thêm vào độ sụt đã cĩ được ở cơng đoạn bốc hơi.
Với một hệ bốc hơi 4 hiệu: (theo E.Hugot). - Cho nồi 1: 0,8%.
- Cho nồi 2: 0,6%. - Cho nồi 3: 0,3%. - Cho nồi 4: -1,7%.
Các độ sụt nhiệt độ được cải chính như sau: - ∆1 = 12,13 + 54,7 × 0,008 = 12,570C. - ∆2 = 8,42 + 54,7 × 0,006 = 8,750C. - ∆1 = 11,38+54,7 × 0,003 = 11,550C. - ∆1 = 22,76+54,7 × (-0,017) = 21,80C.
5.1.2.5. Thang cải chính nhiệt độ
Bảng 5.1. Kết quả cải chính nhiệt độ
Hơi nước d0C Nước mía 0C Độ sụt thực
0C Hơi thứ 122 Hiệu 1 108,6 0,8 109,4 12,6 Hiệu 2 98,5 1,3 99,8 8,8 Hiệu 3 84,8 2,1 86,9 11,6 Hiệu4 56,9 6,1 63 21,8
5.1.2.6. Tính tốn các diện tích gia nhiệt
S1 = e1 c1 = 32941,67 0,0008×(100 – 21)(122 – 54)×12,6 = 608,35m2 chọn s1 =615m2. S2 = e2 c2 = 10316,67 0,0008×(100 – 29,11)(108,6 – 54)×8,8 = 378,6m2 chọn s2 = 385 m2.
S3 = e3 c3 = 10316,67 0,0008×(100 – 37,36)(98,5 – 54)×11,6 = 399m2 chọn s3 = 410m2. S4 = e4 c4 = 10316,67 0,0008×(100 – 52,45)(84,8 – 54)×21,8 = 404m2 chọn s4 = 410m2. Chọn thiết bị cơ đặc:
Chọn thiết bị cơ đặc ống chum cĩ ống tuần hồn trung tâm.
Dựa vào thực tế chọn kích thước ta cĩ các ống truyền nhiệt như sau:
a. Nồi 1
Diện tích trao đổi nhiệt: S1 = 615m2.
Kích thước: d t× dn × L: 0,038 × 0,041 × 3 (m).
Được chế tạo bằng thép khơng rỉ SUS 304.
Số ống truyền nhiệt được tính: n = S1
π×L×dt = 615
π×3×0,038 = 1718,069 chọn n = 1719 ống.
Đường kính ống tuần hồn trung tâm được tính theo cơng thức thực nghiệm: D = n×d
2n
E Với d2
n: Đường kính ngồi của ống truyền nhiệt.
E: Hệ số tuần hồn. Với sự tuần hồn tự nhiên theo thực tế, chọn E = 3,8. D = 1719×0,41
2
3,8 = 0,724 chọn D = 0,73(m).
Chiều cao buồng bốc hơi: thường h = (1-1,2) × L. Chọn h =1,2 × 3 = 3,3m.
Chiều cao của phần đáy: 0,8m.
Chiều cao của phần thốt hơi nước: 0,8m.
Chiều cao bộ phận thu hồi đường: 1,2m.
Tổng chiều cao tồn bộ thiết bị là: H = 3 + 3,3 + 0,8 + 0,8 + 1,2 = 9,1m.
b. Nồi 2
Kích thước: dt × dn × L: 0,038 × 0,041 × 3 (m).
Được chế tạo bằng thép khơng rỉ SUS 304.
Số ống truyền nhiệt được tính: n = S2
π×L×dt = 385
π×3×0,038 = 1075,54 chọn n = 1076 ống.
Đường kính ống tuần hồn trung tâm được tính theo cơng thức thực nghiệm: D = n×d
2 n
E Với d2
n: Đường kính ngồi của ống truyền nhiệt.
E: Hệ số tuần hồn. Với sự tuần hồn tự nhiên theo thực tế, chọn E =3,8. D = 1076×0,41
2
3,8 = 0,460 chon D = 0,46(m).
Chiều cao buồng bốc hơi: thường h = (1-1,2) × L Chọn h = 1,2 × 3 = 3,3m.
Chiều cao của phần đáy: 0,8m.
Chiều cao của phần thốt hơi nước: 0,8m.
Chiều cao bộ phận thu hồi đường: 1,2m.
Tổng chiều cao tồn bộ thiết bị là: H = 3 + 3,3 + 0,8 + 0,8 + 1,2 = 9,1m.
c. Nồi 3
Diện thích trao đổi nhiệt: S2 = 410m2.
Kích thước: dt × dn × L: 0,038 × 0,041 × 2,8 (m).
Được chế tạo bằng thép khơng rỉ SUS 304.
Số ống truyền nhiệt được tính: n = S3
π×L×dt = 410
π×2,8×0,038 = 1227,192 chọn n = 1228 ống.
Đường kính ống tuần hồn trung tâm được tính theo cơng thức thực nghiệm: D = n×d
2n
E Với d2
n: Đường kính ngồi của ống truyền nhiệt.
D = 1228×0,41
2
3,8 = 0,543 chọn D = 0,55(m).
Chiều cao buồng bốc hơi: thường h = (1-1,2) × L. Chọn h =1,2 × 2,8 = 3,36m.
Chiều cao của phần đáy: 0,8m.
Chiều cao của phần thốt hơi nước: 0,8m.
Chiều cao bộ phận thu hồi đường: 1,2m.
Tổng chiều cao tồn bộ thiết bị là: H = 2,8 + 3,36 + 0,8 + 0,8 + 1,2 = 8,96m.
d. Nồi 4
Diện thích trao đổi nhiệt: S2 = 410m2.
Kích thước: dt × dn × L: 0,038 × 0,041 × 2,5 (m).
Được chế tạo bằng thép khơng rỉ SUS 304.
Số ống truyền nhiệt được tính: n = S4
π×L×dt = 410
π×2,5×0,038 = 1374,45 chọn n = 1375 ống.
Đường kính ống tuần hồn trung tâm được tính theo cơng thức thực nghiệm: D = n×d
2 n
E Với d2
n: Đường kính ngồi của ống truyền nhiệt.
E: Hệ số tuần hồn. Với sự tuần hồn tự nhiên theo thực tế, chọn E = 3,8. D = 1375×0,412
3,8 = 0,6 chọn D = 0,6(m).
Chiều cao buồng bốc hơi: thường h = (1-1,2) × L. Chọn h = 1,2 × 2,5 = 3m.
Chiều cao của phần đáy: 0,8m.
Chiều cao của phần thốt hơi nước: 0,8m.
Chiều cao bộ phận thu hồi đường: 1,2m.