I. Tính và chọn thiết bị cho phân xưởng nấu
9. Thiết bị lạnh nhanh và sục khí
Dịch đường làm lạnh nhanh bằng máy lạnh trao đổi nhiệt kiểu tấm bản. Vật liệu chế tạo thường là các tấm thép hợp kim Cr-Ni mỏng. Thiết bị trao đổi nhiệt kiểu này bao gồm các tấm kim loại mỏng xếp lại với nhau và giữa chúng là dịch đường và tác nhân lạnh đi ngược chiều nhau. Để đảm bảo sự trao đổi nhiệt tốt nhất cần :
Độ dày của tấm kim loại phải đủ mỏng 0,8 mm. Các nếp gấp giữa các tấm bản phải nhỏ.
Lượng dịch đường đem đi làm lạnh nhanh là : 18673 lít. Thời gian làm lạnh là 60 phút. Hiệu suất làm lạnh là 85%. Vậy năng suất máy lạnh là:
N = 18673 : 0,85 = 21968 (lít/h)
Ta sử dụng máy lạnh 2 cấp: Cấp 1 với tác nhân là nước thường. Cấp 2 với tác nhân lạnh là glycol.
Cấp 1:
Nhiệt độ nước vào : 250C. Nhiệt độ nước ra :450C. Nhiệt độ dịch vào: 900C. Nhiệt độ dịch ra : 600C.
Ban đầu,dịch có nhiệt độ 900C đi qua tác nhân lạnh là nước có nhiệt độ 250C, sau quá trình trao đổi nhiệt và làm lạnh thì dịch có nhiệt độ 600C và nước có nhiệt độ 450C. Vậy lượng nhiệt cần là:
Trong đó: G : Khối lượng dịch làm lạnh một mẻ nấu : G = 18673 x 1,048 = 19569,3 (kg)
C: Tỷ nhiệt của dịch. Tra sổ tay ta có C = 0,92 kcal/kg 0C. t1 : nhiệt độ trước của dịch : 900C.
t2 : nhiệt độ sau quá trình trao đổi : 600C. Như vậy ta có:
Q = 19569,3 x 0,92 x ( 90 – 60 ) = 540112,8 (kcal)
Thời gian làm nguội bằng nước là 30 phút. Vậy lượng nhiệt cấp cho 1 giờ là : Q1 = 540112,8 x 60 : 30 = 1080225,6 ( kcal/h)
Tính bề mặt truyền nhiệt
Q1
F =
K x ∆t
Tính K: Hệ số dẫn nhiệt qua thành. Chọn K = 450 (kcal/m2h0C)
Tính ∆t
Thực chất hình thức trao đổi nhiệt ở đây là trao đổi nhiệt gián tiếp qua tấm bản. Ta có :
∆t1- ∆t2
∆ttb =
2,3 x lg ∆t1/∆t2
∆t1 : hiệu số lớn nhất giữa nhiệt độ nước và nhiệt độ khối dịch ∆t1 = 90 – 45 = 45 (0C)
∆t2 : Hiệu số nhỏ nhất giữa nhiệt độ nước và nhiệt độ khối dịch ∆t2 = 60 – 25 = 35 ( 0C) Vậy ta có : 45- 35 ∆ttb = = 39,84 0C 2,3 x lg 45/35 Tính F
Q1 1080225,6
F = = = 60,25 (m2) k ∆t 450 x 39,84
Hệ số an toàn 1,2 nên diện tích truyền nhiệt thực là: Ft = 60,25 x 1,2 = 72,3 (m2)
Diện tích truyền nhiệt của mỗi tấm bản là f = 0,2 x 0,55 = 0,11 (m2)
Số tấm bản là :
Nb = Ft : f = 72,3 : 0,11 = 657 ( tấm )
Cấp 2 : Tác nhân là glycol
Nhiệt độ glycol vào là : -80C. Nhiệt độ glycol ra là : 20C. Nhiệt độ dịch vào là : 600C. Nhiệt độ dịch ra là : 140C.
Dịch đường vào trong máy lạnh với tác nhân lạnh là glycol. Nhiệt độ trước khi vào máy lạnh của dịch đường là 600C, nước có nhiệt độ : -80C.Ra khỏi máy lạnh nhiệt độ nước tăng lên 20C.Lượng nhiệt cần là :
Q = G x C x ( t2 – t1)
G : Khối lượng dịch của 1 mẻ nấu : 19569,3 (kg)
C: Tỷ nhiệt của dịch. Tra sổ tay ta có C = 0,92 kcal/kg 0C. t1 : nhiệt độ trước của dịch : 600C.
t2 : nhiệt độ sau quá trình trao đổi : 140C. Như vậy ta có:
Q = 19569,3 x 0,92 x (60 – 14 ) = 828173 (kcal)
Thời gian làm nguội bằng glycol là 45 phút. Vậy lượng nhiệt cấp cho 1 giờ là : Q1 = 828173 x 60 : 45 = 1104230 ( kcal/h)
Tính bề mặt truyền nhiệt Q1
F =
Tính K :Hệ số dẫn nhiệt qua thành. Chọn K =1200 (kcal/m2h0C)
Tính ∆t
Thực chất hình thức trao đổi nhiệt ở đây là trao đổi nhiệt gián tiếp qua tấm bản. ∆t1- ∆t2
Ta có ∆ttb =
2,3 x lg ∆t1/∆t2
∆t1 : hiệu số lớn nhất giữa nhiệt độ nước và nhiệt độ khối dịch ∆t1 = 60 – 2 = 58 (0C)
∆t2 : Hiệu số nhỏ nhất giữa nhiệt độ nước và nhiệt độ khối dịch ∆t2 = 14- (-8) = 22 ( 0C) Vậy ta có : 58- 22 Ta có ∆ttb = = 37,18 0C 2,3 x lg 58/22 Tính F
Diện tích bề mặt truyền nhiệt : Q1 1104230
F = = = 24,75 (m2) k ∆t 1200 x 37,18
Hệ số an toàn 1,2 nên diện tích truyền nhiệt thực là: Ft = 24,75 x 1,2 = 29,7 (m2)
Diện tích truyền nhiệt của mỗi tấm bản là f = 0,2 x 0,55 = 0,11 (m2)
Số tâm bản là :
Nb = Ft : f = 29,7 : 0,11 = 270 ( tấm )
Vậy, ta chọn máy làm lạnh nhanh 2 cấp kiểu tấm bản : Cấp 1 làm lạnh bằng tác nhân nước thường gồm 657 tấm. Cấp 2 làm lạnh bằng tác nhân glycol gồm 270 tấm.