C t: Nhiệt dung riêng của thép, t= 0,482(KJ/Kgo) T kk= 250 nhiệt độ không khí
CHƯƠNG V:TÍNH HƠI ĐIỆN NƯỚC 5.1.Tính hơ
5.1.Tính hơi
Dây chuyền vải nước đường có các công đoạn cần đến hơi đó là:đun nóng dịch,sấy hộp và thanh trùng.
5.1.1.1.Thiết bị đun nóng dịch rót:
Dịch được đun nóng từ 200c lên 950c.
Q = G×C (tc - tđ) (KJ) Trong đó:
tđ: Nhiệt độ ban đầu của dịch tđ = 200C tc: Nhiệt độ cuối của dịch tc = 950C Cđ: Nhiệt dung riêng của dịch Với nống độ đường là 150Bx thì
C = 4190 – (2514 – 7,542x57,5)x 15% = 3,878 (kJ/KgoC) Q=G×3878×(95-20)=29,085G(kJ)
Với năng suất dây chuyền tiêu thụ 600kg dịch/h Nhiệt đun nóng dịch là Q=29,085×600=17451 kJ/h Chi phí hơi D===8,061 kg/h
Đường kính ống hơi: dh = (m)
v: vận tốc hơi trong ống ( = 30 m/s)
δ: khối lượng riêng của hơi ( = 1,962 kg/m3) dh = = 0,007 (m)
Vậy sử dụng đường ống hơi có Ø =30 (mm)
5.1.1.2.Sấy hộp (tính chung cho cả 3 dây chuyền) :
Nhiệt để làm nóng hộp :Q=G.C.∆t với sắt C=4,6 kJ/kg.0c
Lấy trung bình mỗi hộp nặng 100g,1h cả 3 dây chuyền dùng hết 3647 hộp tức là 364,7 kg Q=364,7.4,6.(60-20)=67104,8 kJ/h
Nhiệt để làm nóng nước Q=G.C.∆t
Coi lượng nước bám trên mỗi hộp là 50g Q=3647.0,05.4,2(60-20)=30634,8 kJ/h Nhiệt để làm bay hơi nước Q=G.r
Ở 600c thì r=2358 kJ/kg Q=3647.0,05.2358=429981,3kJ/h Vậy nhiệt sấy hộp trong 1 h là
67104,8+30634,8+429981,3=527721 kJ/h Chi phí hơi D==527721/2164,8=243,774 kg/h Đường kính ống hơi:
dh = (m)
v: vận tốc hơi trong ống ( = 30 m/s)
δ: khối lượng riêng của hơi ( = 1,962 kg/m3) dh = = 0,038 (m)
Vậy sử dụng đường ống hơi có Ø =38 (mm)
5.1.1.3.Thanh trùng
Việc sử dụng hơi cho thiết bị tranh trùng bao gồm hai giai đoạn: nâng nhiệt và giữ nhiệt. a. Tính hơi cho giai đoạn nâng nhiệt.
Tổng lượng nhiệt cần cung cấp cho giai đoạn nâng nhiệt:
Qn = Q1 + Q2 + Q3 + Q4 + Q5 + Q6
Q1: Lượng nhiệt cần để nâng nhiệt độ của nước trong nồi lên đến nhiệt độ thanh trùng (KJ)
Q2: Lượng nhiệt cần để đun nóng thiết bị (KJ) Q3: Lượng nhiệt cần để đun nóng giỏ đựng hộp (KJ) Q4: Lượng nhiệt cần để đun nóng hộp (KJ)
Q5: Lượng nhiệt cần để đun nóng sản phẩm trong hộp (KJ) Q6: Lượng nhiệt tổn thất ra môi trường xung quanh (KJ) * Tính Q1:
Q1 = G1×C1×( t1 – t0 )
G1: Khối lượng nước trong nồi, G1 = 700 (kg)
C1: Nhiệt dung riêng của nước, C1 = 4228,7 (J/Kg0C) t0: Nhiệt độ ban đầu của nước, t0 = 250C
t1: Nhiệt độ cuối của nước, t1 = 1000C Q1 = 700×4,2287×(100 – 25) =220007 (KJ) * Tính Q2:
Q2 = G2×C2×( t2 – t0 )
G2: Khối lượng thiết bị, G2 = 1032 (kg)
C2: Nhiệt dung riêng của thép, C2 = 0,482 (KJ/Kg0C) t0: Nhiệt độ ban đầu thiết bị, t0 = 250C
* Tính Q3:
Q3 = G3×C3×( t3 – t0 )
G3: Khối lượng giỏ sắt, G3 = 100 (kg)(2 giỏ)
C3: Nhiệt dung riêng của thép, C3 = 0,482 (KJ/Kg0C) t0: Nhiệt độ ban đầu của giỏ , t0 = 250C
t3: Nhiệt độ cuối của giỏ, t3 = 1000C Q3 = 100×0,482×(100 – 25) = 361,5 (KJ) * Tính Q4:
Q4 = G4×C4×( t4 – t0 )
G4: Khối lượng toàn bộ vỏ hộp trong nồi
Số hộp chứa trong nồi thanh trùng: 1284 (hộp)
Kích thước hộp: đường kính ngoài: d1 = 76 (mm), đường kính trong: d2 = 72,8 (mm),cao: h = 119 (mm), thép làm hộp dày: a = 0,38 (mm)
Khối lượng riêng thép làm hộp:ρ = 7800 (kg/m3) Khối lượng mỗi hộp: ρ×a×(2πd2h + π)
=> G4 = 7800×0,38×10-3×(2×3,14×72,8×10-3×119×10-3 + 3,14×(×10-3)2)×1284 => G4 = 180,5 (kg)
C4: Nhiệt dung riêng của thép, C4 = 0,482 (KJ/Kg0C) t0: Nhiệt độ ban đầu của vỏ hộp, t0 = 600C
t4: Nhiệt độ cuối của vỏ hộp, t4 = 1210C Q4 = 180,5×0,482×(100 – 60) = 5307,1 (KJ)
* Tính Q5:
Q5 = G5×C5×( t5 – t0 )
G5: Khối lượng sản phẩm của một mẻ thanh trùng G5 = 0,43×1284 = 444,19 (kg)
C5: Nhiệt dung riêng của sản phẩm
C5 = 0,44 (kcal/kg) = 0,44×4,19 =1,844 (KJ/kg) t0: Nhiệt độ ban đầu của sản phẩm, t0 = 600C t5: Nhiệt độ cuối của sản phẩm, t5 = 1210C Q5 = 444,19×1,844×(121 – 60) = 49964 (KJ) * Tính Q6:
Q6 = F×α×( ttb – tkk )×T1× (KJ)
F: Diện tích về mặt tiếp xúc với không khí (m2) α: hệ số tỏa nhiệt thiết bị.
tkk: Nhiệt độ của không khí, tkk = 250C ttb: Nhiệt độ của thiết bị, ttb = 1210C T1 = 10 (phút) : Thời gian nâng nhiệt.
Áp dụng công thức: α = 9,3 + 0,058×ttb = 9,3 + 0,058×121 = 16,318 (w/m2×độ) Tính F: F = F1 + F2 (m2)
F1: Diện tích xung quanh thân trụ. F2: Diện tích nắp thiết bị.
F1 = π×D×h = 3,14×1,088×1,51 = 5,16 (m2) F2 = π(r2 + h2 n) r: bán kính nắp, r = 0,544 (m) hn: chiều cao nắp, hn = 0,264 (m) F2 = 3,14(0,5442 + 0,2642) = 1,15 (m2) F1 + F2 = 6,31 (m2) Q6 = 6,31×16,318×(121 – 25)×× = 5931 (KJ) Qn = Q1 + Q2 + Q3 + Q4 + Q5 + Q6 = 284169 + 47753 + 4627 + 5307,1 + 49964 + 5931 = 397751,1 (KJ)
Chi phí hơi cho giai đoạn nâng nhiệt: Dn = Trong đó:
Q: Nhiệt lượng tiêu hao cho giai đoạn nâng nhiệt (KJ) i: Nhiệt hàm hơi nước ở 3 at, i = 2733 (KJ/kg)
ik: Nhiệt hàm của nước ngưng, ik = 568,2 (KJ/kg) Dn = = 183,74 (kg)
Cường độ tiêu tốn hơi cho giai đoạn nâng nhiệt.
= = ×60 = 1102,44 (kg hơi/h)
b. Tính hơi cho giai đoạn giữ nhiệt.
Trong giai đoạn giữ nhiệt, nhiệt lượng cần cung cấp nhằm bù đắp lượng nhiệt tổn thất ra môi trường xung quanh.
Qg = F×α×(ttb – tkk)×T2×3,6 (KJ) Trong đó: F: Diện tích bề mặt thiết bị, F = 3,61 (m2) α: Hệ số tỏa nhiệt, α = 14,81 (w/m2×0C) ttb: Nhiệt độ thành thiết bị, ttb = 1210C tkk: Nhiệt độ không khí, tkk = 250C T2: Thời gian giữ nhiệt, T2 = 20 (phút)
Qg = 6,31×14,81×(121 – 25)××3,6 = 10765,6 (KJ) Chi phí hơi cho giai đoạn giữ nhiệt:
Dg = = = 4,973 (kg)
Cường độ chi phí hơi cho giai đoạn giữ nhiệt: = = = 14,92 (kg hơi/h)
Tổng chi phí hơi cho cả thời gian thanh trùng 1 nồi: D = Dn + Dg = 183,74 + 4,973 = 188,713 (kg) Đường kính ống hơi:
dh = = = 0,033 (m)
Vậy chọn ống có Ø = 34 (mm)
Trong đó: v: vận tốc trong ống ( = 30 m/s)
s: khối lượng riêng của hơi ( = 1,962 kg/m3)
Dây chuyền Pure Mơ cô đặc có 3 công đoạn tiêu tốn hơi đó là: đun nóng, cô đặc và thanh trùng.
5.1.2.1.Thiết bị cô đặc:
Tổng lượng nhiệt cung cấp cho cả quá trình cô đặc: Q = Q1 + Q2 + Q3 + Q4 + Q5 (KJ)
Q1: Lượng nhiệt cần để đun nóng dịch từ nhiệt độ ban đầu đến nhiệt độ cô đặc (KJ) Q2: Nhiệt lượng cần để cung cấp làm bay hơi nước của 1 mẻ cô đặc (KJ)
Q3: Nhiệt lượng tiên tốn để đun nóng thiết bị (KJ)
Q4: Nhiệt lượng tiêu tốn để đun nóng dịch trước khi và hộp (KJ) Q5: Nhiệt lượng tổn thất ra môi trường xung quanh (KJ)
Tính Q1:
Q1 = G1×Cđ (tc - tđ) (KJ) Trong đó:
tđ: Nhiệt độ ban đầu của dịch đưa vào cô đặc, tđ = 400C tc: Nhiệt độ cuối của dịch sau cô đặc, tc = 800C
Cđ:Nhiệt dung riêng của dịch đi vào nồi cô đặc Áp dụng công thức: Cđ = (Cđ1+Cđ2)/2 Cđ1=4190-(2514-7,542.40).0,15=3858,15(J/kg0c) Cđ2=4190-(2514-7,542.80).0,15=3903,40(J/kg0c) Cđ =(3858,15+3903,40)/2=3880,52(J/kg0c)=3,88 kJ/kg0c Q1 = 678×3,88×(80-40) =105225 (KJ) - Tính Q2: Q2 = w×r Trong đó:
r: ẩn nhiệt hóa hơi của nước ở 800C, r = 2308 (KJ/Kg) Q2 = 508,5×2308 = 120904 (KJ) - Tính Q3: Q3 = Gtb×Ctb(tt - tkk) (KJ) Trong đó: t: Nhiệt độ thành thiết bị Tính Gtb Gtb = G1 + G2 + G3 + Gk
G1: Khối lượng p trên áo hơi G2: Khối lượng vỏ trong áo hơi G3: Khối lượng vỏ ngoài áo hơi Gk: Khối lượng cánh khuấy • G1 = δ×V1
V1: Thể tích p trên áo hơi
δ: khối lượng riêng vật liệu chế tạo thiết bị (thép), δ = 7800 (kg/m3) V1 = () + ()×h
Trong đó:
d1: Đường kính thân trong của thiết bị (1,5 m) d2: Đường kính ngoài thiết bị
d2 = d1 + 2b = 1,5 + 2×0,005 = 1,51 (m) b: độ dày của thiết bị
h: chiều cao của p hình trụ thiết bị, h = 3,0 (m) V1 = (1,513 – 1,53) + (1,512 – 1,52)×3 = 0,0887 (m3) G1 = 7800×0,0887 = 691,86 (kg)
• G2 = δ×V2
V2: Thể tích vỏ trong áo hơi
V2 = () = (1,513 – 1,53) = 0,0178 (m3) G2 = 0,0178×7800 = 138,84 (kg) • G3 = δ×V3
V3: Thể tích vỏ ngoài áo hơi V3 = (- )
: đường kính trong vỏ ngoài áo hơi : đường kính ngoài vỏ ngoài áo hơi
Mặt khác, thể tích buồng chứa hơi đốt thiết bị Vbđ = (-) = 0,122 (m3)
= = 1,575 (m)
= + 2b = 1,575 + 2×0,005 = 1,585 (m)
V3 = (1,5853 – 1,5753) = 0,0196 (m3) G3 = 7800×0,0196 = 152,88 (kg)
Ta có: Q31 = G1×Ct×( – tkk)
Ct: Nhiệt dung riêng của thép, Ct = 0,482(KJ/KgoC) Tkk= 250C nhiệt độ không khí