ĐỒ án CÔNG NGHỆ THIẾT Bị Cô đặc 3 Nồi XUÔI CHIỀU Làm VIỆC ...

Có thể bạn quan tâm

Tải bản đầy đủ (.docx) (58 trang)

Trang chủ

Luận Văn - Báo Cáo

Báo cáo khoa học

ĐỒ án CÔNG NGHỆ THIẾT bị cô đặc 3 nồi XUÔI CHIỀU làm VIỆC LIÊN tục

Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (319.11 KB, 58 trang )

ĐỒ ÁN MÔN HỌC GVHD: Th.S NGUYỄN NGỌC HIỂUPHẦN I : TỔNG QUAN VỀ CÔ ĐẶC MÍA ĐƯỜNGI . GIỚI THIỆU CHUNG.Ngành công nghiệp mía đường là một ngành công nghiệp lâu đời ở nước ta. Donhu cầu thị trường nước ta hiện nay mà các lò đường với quy mô nhỏ ở nhiều địaphương đã được thiết lập nhằm đáp nhu cầu này. Tuy nhiên, đó chỉ là các hoạt động sảnxuất một cách đơn lẻ, năng suất thấp, các ngành công nghiệp có liên quan không gắnkết với nhau đã gây khó khăn cho việc phát triển công nghiệp đường mía.Trong những năm qua, ở một số tỉnh thành của nước ta, ngành công nghiệp míađường đã có bước nhảy vọt rất lớn. Diện tích mía đã tăng lên một cách nhanh chóng,mía đường hiện nay không phải là một ngành đơn lẻ mà đã trở thành một hệ thống liênhiệp các ngành có quan hệ chặt chẽ với nhau. Mía đường vừa tạo ra sản phẩm đườnglàm nguyên liệu cho các ngành công nghiệp như bánh, kẹo, sữa… đồng thời tạo ra phếliệu là nguyên liệu quý với giá rẻ cho các ngành sản xuất như rượu, acid lactic…Trong tương lai, khả năng này còn có thể phát triển hơn nữa nếu có sự quan tâmđầu tư tốt cho cây mía cùng với nâng cao khả năng chế biến và tiêu thụ sản phẩm. Xuấtphát từ tính tự nhiên của cây mía, độ đường sẽ giảm nhiều và nhanh chóng nếu thuhoạch trễ và không chế biến kịp thời.Vì tính quan trọng đó của việc chế biến, vấn đề quan trọng được đặt ra là hiệu quảsản xuất nhằm đảm bảo thu hồi đường với hiệu suất cao. Hiện nay, nước ta đã có rấtnhiều nhà máy đường như ở Bình Dương, Quãng Ngãi, Tây Ninh, Bến Tre … nhưngvới sự phát triển ồ ạt của diện tích mía, khả năng đáp ứng là rất khó. Bên cạnh đó, việccung cấp mía khó khăn, sự cạnh tranh của các nhà máy đường, cộng với công nghệ lạchậu, thiết bị cũ kỹ đã ảnh hưởng mạnh đến quá trình sản xuất.Vì tất cả những lý do trên, việc cải tiến sản xuất, nâng cao, mở rộng nhà máy, đổimới dây chuyền thiết bị công nghệ, tăng hiệu quả các quá trình là hết sức cần thiết vàcấp bách, đòi hỏi phải chuẩn bị từ ngay bây giờ. Trong đó, cải tiến thiết bị cô đặc là mộtyếu tố quan trọng không kém trong hệ thống sản xuất vì đây là một thành phần khôngthể xem thường.1ĐỒ ÁN MÔN HỌC GVHD: Th.S NGUYỄN NGỌC HIỂUII. nguyên liệu và sản phẩm.1 . Đặc điểm nguyên liệu.Nguyên liệu cô đặc ở dạng dung dịch, gồm:- Dung môi: nước.- Các chất hoà tan : gồm nhiều cấu tử với hàm lượng rất thấp (xem như không có)và chiếm chủ yếu là đường saccaroze. Các cấu tử này xem như không bay hơi trong quátrình cô đặc.Tùy theo độ đường mà hàm lượng đường là nhiều hay ít. Tuy nhiên, trước khi côđặc, nồng độ đường thấp, khoảng 6 -10% khối lượng.2 . Đặc điểm sản phẩm.Sản phẩm ở dạng dung dịch, gồm:- Dung môi: nước.- Các chất hoà tan : có nồng độ cao.3. Biến đổi nguyên liệu và sản phẩm.Trong quá trình cô đặc, tính chất cơ bản của nguyên liệu và sản phẩm biến đổikhông ngừng.a. Biến đổi tính chất vật lý:Thời gian cô đặc tăng làm cho nồng độ dung dịch tăng dẫn đến tính chất dung dịchthay đổi:- Các đại lượng giảm: hệ số dẫn nhiệt, nhiệt dung, hệ số cấp nhiệt, hệ số truyềnnhiệt.- Các đại lượng tăng: khối lượng riêng dung dịch, độ nhớt, tổn thất nhiệt do nồngđộ, nhiệt độ sôi.2ĐỒ ÁN MÔN HỌC GVHD: Th.S NGUYỄN NGỌC HIỂUb. Biến đổi tính chất hoá học :Thay đổi pH môi trường : thường là giảm pH do các phản ứng phân hủyacidamine (Vd : asparagin) của các cấu tử tạo thành các acid.Đóng cặn dơ : do trong dung dịch chứa một số muối Ca2+ ít hoà tan ở nồng độcao, phân hủy muối hữu cơ tạo kết tủa.Phân hủy chất cô đặc.Tăng màu do caramen hoá đường, phân hủy đường khử, tác dụng tương hỗ giữacác sản phẩm phân hủy và các amino acid.Phân hủy một số vitamin.c. Biến đổi sinh học :Tiêu diệt vi sinh vật (ở nhiệt độ cao).Hạn chế khả năng hoạt động của các vi sinh vật ở nồng độ đường cao.4. Yêu cầu chất lượng sản phẩm và giá trị sinh hóaThực hiện một chế độ hết sức nghiêm ngặt để:- Đảm bảo các cấu tử quý trong sản phẩm có mùi, vị đặc trưng được giữ nguyên.- Đạt nồng độ và độ tinh khiết yêu cầu.- Thành phần hoá học chủ yếu không thay đổi.III. Cô đặc và quá trình cô đặc1. Định nghĩa cô đặcCô đặc là phương pháp thường được dùng để làm tăng nồng độ của một cấu tửnào đó trong dung dịch hai hay nhiều cấu tử. Quá trình cô đặc của dung dịch lỏng rắnhay dung dịch lỏng lỏng mà có chênh lệch nhiệt độ sôi rất cao thì thường được tiếnhành bằng cách tách một phần dung môi. Tuỳ theo tính chất của cấu tử khó bay hơi haykhông bay hơi trong quá trình đó mà ta có thể tách một phần dung môi bằng phươngpháp nhiệt độ hay phương pháp làm lạnh kết tinh.3ĐỒ ÁN MÔN HỌC GVHD: Th.S NGUYỄN NGỌC HIỂU2. Các phương pháp cô đặca. Phương pháp nhiệt (đun nóng):Dung môi chuyển từ trạng thái lỏng sang trạng thái hơi dưới tác dụng của nhiệtkhi áp suất riêng phần của nó bằng áp suất bên ngoài tác dụng lên mặt thoáng dungdịch. Để cô đặc được dung dịch không chịu được nhiệt độ cao đòi hỏi phải cô đặc ởnhiệt độ đủ thấp ứng với nhiệt độ ở mặt thoáng thấp. Đó là phương pháp cô đặc chânkhông.b. Phương pháp lạnh:Khi hạ thấp nhiệt độ đến một mức nào đó thì một cấu tử sẽ tách ra dạng tinh thểđơn chất tinh khiết, thường là kết tinh dung môi để tăng nồng độ chất tan.Tùy tính chấtcấu tử và áp suất bên ngoài tác dụng lên mặt thoáng mà quá trình kết tinh đó xảy ra ởnhiệt độ cao hay thấp và đôi khi phải dùng đến máy lạnh.3. Bản chất của sự cô đặc bằng phương pháp nhiệtDựa theo thuyết động học phân tử :- Để tạo thành hơi (trạng thái tự do) thì tốc độ chuyển động vì nhiệt của các phântử chất lỏng gần mặt thoáng lớn hơn tốc độ giới hạn. Phân tử khi bay hơi sẽ thu nhiệt đểkhắc phục lực liên kết ở trạng thái lỏng và trở lực bên ngoài. Do đó, ta cần cung cấpnhiệt để các phần tử đủ năng lượng thực hiện quá trình này.- Bên cạnh đó, sự bay hơi chủ yếu là do các bọt khí hình thành trong quá trình cấpnhiệt và chuyển động liên tục, do chênh lệch khối lượng riêng các phần tử ở trên bề mặtvà dưới đáy tạo nên sự tuần hoàn tự nhiên trong nồi cô đặc.4. Ứng dụng của sự cô đặcDùng trong sản xuất thực phẩm: dung dịch đường, mì chính, các dung dịch nướctrái cây…Dùng trong sản xuất hóa chất : NaOH, NaCl, CaCl2, KCl các muối vô cơ …4ĐỒ ÁN MÔN HỌC GVHD: Th.S NGUYỄN NGỌC HIỂU5. Đánh giá khả năng phát triển của sự cô đặcHiện nay, phần lớn các nhà máy sản xuất hoá chất, thực phẩm đều sử dụng thiết bịcô đặc như một thiết bị hữu hiệu để đạt nồng độ sản phẩm mong muốn. Mặc dù chỉ làmột hoạt động gián tiếp nhưng rất cần thiết và gắn liền với sự tồn tại của nhà máy.Cùng với sự phát triển của nhà máy thì việc cải thiện hiệu quả của thiết bị cô đặc là mộttất yếu. Nó đòi hỏi phải có những thiết bị hiện đại, đảm bảo an toàn và hiệu suất cao.Đưa đến yêu cầu người kỹ sư phải có kiến thức chắc chắn hơn và đa dạng hơn, chủđộng khám phá các nguyên lý mới của thiết bị cô đặc.IV. Phân loại và đặc điểm cấu tạo thiết bị cô đặc1. Phân loại và ứng dụnga. Theo cấu tạoNhóm 1: dung dịch đối lưu tự nhiên (tuần hoàn tự nhiên) dùng cô đặc dung dịchkhá loãng, độ nhớt thấp, đảm bảo sự tuần hoàn dễ dàng qua bề mặt truyền nhiệt. Gồm:- Có buồng đốt trong (đồng trục buồng bốc), có thể có ống tuần hoàn trong hoặcngoài.- Có buồng đốt ngoài ( không đồng trục buồng bốc).Nhóm 2: dung dịch đối lưu cưỡng bức, dùng bơm để tạo vận tốc dung dịch từ 1,5 -3,5 m/s tại bề mặt truyền nhiệt. Có ưu điểm: tăng cường hệ số truyền nhiệt, dùng chodung dịch đặc sệt, độ nhớt cao, giảm bám cặn, kết tinh trên bề mặt truyền nhiệt. Gồm:- Có buồng đốt trong, ống tuần hoàn ngoài.- Có buồng đốt ngoài, ống tuần hoàn ngoài.Nhóm 3: dung dịch chảy thành màng mỏng,chảy một lần tránh tiếp xúc nhiệt lâulàm biến chất sản phẩm. Đặc biệt thích hợp cho các dung dịch thực phẩm như dungdịch nước trái cây,hoa quả ép… Gồm:- Màng dung dịch chảy ngược, có buồng đốt trong hay ngoài: dùng cho dung dịchsôi tạo bọt khó vỡ.5ĐỒ ÁN MÔN HỌC GVHD: Th.S NGUYỄN NGỌC HIỂU- Màng dung dịch chảy xuôi, có buồng đốt trong hay ngoài: dùng cho dung dịchsôi ít tạo bọt và bọt dễ vỡ.b. Theo phương pháp thực hiện quá trình- Cô đặc áp suất thường (thiết bị hở) : có nhiệt độ sôi, áp suất không đổi. Thườngdùng cô đặc dung dịch liên tục để giữ mức dung dịch cố định để đạt năng suất cực đạivà thời gian cô đặc là ngắn nhất.Tuy nhiên, nồng độ dung dịch đạt được là không cao.- Cô đặc áp suất chân không : dung dịch có nhiệt độ sôi dưới 100oC, áp suất chânkhông. Dung dịch tuần hoàn tốt, ít tạo cặn, sự bay hơi nước liên tục.- Cô đặc nhiều nồi: Mục đích chính là tiết kiệm năng lượng( tiết kiệm hơi đốt). Sốnồi không nên lớn quá vì sẽ làm giảm hiệu quả tiết kiệm hơi. Có thể cô chân không, côáp lực hay phối hợp cả hai phương pháp. Đặc biệt có thể sử dụng hơi thứ cho mục đíchkhác để nâng cao hiệu quả kinh tế.- Cô đặc liên tục: Cho kết quả tốt hơn cô đặc gián đoạn. Có thể áp dụng điều khiểntự động, nhưng chưa có cảm biến tin cậy.2. Hệ thống cô đặc chân không nhiều nồi xuôi chiều liên tục- Trong thực tế sản xuất khi cần cô đặc một dung dịch từ nồng độ khá loãng lênnồng độ khá đặc thì người ta hay dùng các hệ cô đặc nhiều nồi công nghiệp thông dụng:hệ xuôi chiều và ngược chiều.- Hệ xuôi chiều thích hợp để cô đặc các dung dịch mà chất tan dễ biến tính vìnhiệt độ cao như dung dịch nước đường hay dung dịch nước trái cây, thực phẩm. Vìtrong hệ xuôi chiều các nồi đầu có áp suất và nhiệt độ cao hơn các nồi sau nên sảnphẩm được hình thành ở nồi có nhiệt độ thấp nhất.- Hệ ngược chiều thích hợp cô đặc các dung dịch vô cơ không bị biến tính vìnhiệt độ cao.- Dùng hệ thống cô đặc chân không nhằm hạ thấp nhiệt độ sôi của dung dịch đểgiữ được chất lượng của sản phẩm và thành phần quý (tính chất tự nhiên, màu, mùi, vị,đảm bảo lượng vitamin, …) nhờ nhiệt độ thấp và không tiếp xúc Oxy.6ĐỒ ÁN MÔN HỌC GVHD: Th.S NGUYỄN NGỌC HIỂU3. Các thiết bị và chi tiếta. Thiết bị chính:- Ống tuần hoàn, ống truyền nhiệt.- Buồng đốt , buồng bốc, đáy, nắp…- Ống : hơi đốt, tháo nước ngưng, khí không ngưng…b.Thiết bị phụ:- Bể chứa sản phẩm, nguyên liệu.- Các loại bơm: bơm dung dịch, bơm nước, bơm chân không.- Thiết bị gia nhiệt.- Thiết bị ngưng tụ Baromet.- Các loại van.- Thiết bị đo…4. Yêu cầu thiết bị và vấn đề năng lượng- Sản phẩm có thời gian lưu nhỏ: giảm tổn thất, tránh phân hủy sản phẩm.- Cường độ truyền nhiệt cao trong giới hạn chênh lệch nhiệt độ.- Đơn giản, dễ sữa chữa, tháo lắp, dễ làm sạch bề mặt truyền nhiệt.- Phân bố hơi đều.- Xả liên tục và ổn định nước ngưng tụ và khí không ngưng.- Thu hồi bọt do hơi thứ mang theo.- Tổn thất năng lượng( do thất thoát nhiệt là nhỏ nhất).- Thao tác, khống chế giản đơn, tự động hóa dễ dàng.7ĐỒ ÁN MÔN HỌC GVHD: Th.S NGUYỄN NGỌC HIỂUPHẦN II : THIẾT BỊ CÔ ĐẶC 3 NỒI XUÔI CHIỀU LÀM VIỆC LIÊN TỤCI. Nguyên lý hoạt động thiết bị chính và thiết bị phụ1. Nguyên lý hoạt động thiết bị cô đặc Nguyên liệu được nhập liệu vào nồi cô đặc sẽ trao đổi nhiệt với hơi thông qua cácống truyền nhiệt sẽ sôi và trở nên nhẹ hơn và được tuần hoàn trở lên phía buồng bốc.Tại đây, hơi nước được tách ra khỏi dung dịch, dung dịch đi theo ống tuần hoàn trungtâm xuống đáy thiết bị và theo ống truyền nhiệt trở lên trên. Quá trình trao đổi nhiệtđược thực hiện chủ yếu trong ống truyền nhiệt.Sau nhiều lần như vậy, hơi nước tách khỏi dung dịch càng nhiều nồng độ dungdịch càng tăng, độ nhớt dung dịch tăng. Do đó, tốc độ chuyển động dung dịch càngchậm lại về sau. Quá trình kết thúc khi dung dịch đã đạt được nồng độ theo yêu cầu.Tốc độ chuyển động tuần hoàn càng tăng thì hệ số cấp nhiệt về phía dung dịchcàng tăng, quá trình bốc hơi xảy ra càng mạnh mẽ, nồng độ chất tan càng nhanh chóngđạt yêu cầu và ngược lại. Tuy nhiên sẽ hao phí năng lượng khuấy.2. Nguyên lý hoạt động thiết bị ngưng tụ BarometĐây là thiết bị ngưng tụ kiểu trực tiếp. Nó rất thông dụng trong ngành hoá chất vàthực phẩm, thường đi theo các thiết bị cô đặc các dung dịch trong nước ở áp suất chânkhông( như dung dịch đường, muối, glycêrin, bột ngọt, nước mắm, xút…)Hơi thứ sau khi ra khỏi thiết bị cô đặc sẽ được dẫn vào thiết bị ngưng tụ Baromet,nước sẽ được chảy từ trên xuống dưới theo các ngăn và phun thành tia. Hơi trao đổinhiệt với nước, ở áp suất thấp do bơm chân không tạo ra, sẽ ngưng tụ lại, theo ốngBaromet chảy ra ngoài.Mô tả sơ đồ:1. Nồi cô đặc thứ nhất2. Nồi cô đặc thứ hai3. Nồi cô đặc thứ ba 4. Thiết bị trao đổi nhiệt (Thiết bị gia nhiệt đầu)5. Thiết bị ngưng tụ Baromet8ĐỒ ÁN MÔN HỌC GVHD: Th.S NGUYỄN NGỌC HIỂU6. Thiết bị hút bọt7. Bơm ly tâm – bơm sản phẩm ra8. Bơm ly tâm – bơm dung dịch đầu lên thùng cao vị9. Thùng cao vị10.Thùng chứa sản phẩm11.Thùng chứa nguyên liệu12.Thùng chứa nước ngưng và nước sau khi làm lạnh13.Phần buồng đốt của thùng cao vị14.Phần buồng bốc hơi và tách bọt của nồi cô đặc15.Ống tuần hoàn trung tâm16.Ống truyền nhiệt17.Van tiết lưu I (khống chế lưu lượng dung dịch đầu)18.Van tiết lưu II (khống chế lưu lượng dung dịch chảy sang nồi II)19.Van tiết lưu III (khống chế lưu lượng dung dịch chảy sang nồi III)3. Nguyên tắc hoạt động của hệ thốngDung dịch từ thùng chứa (11) được bơm ly tâm (8) bơm lên bồn cao vị (9), thùngcao vị (9) có cửa chảy tràn để hồi lưu lại lượng dung dịch đầu được bơm lên quánhiều. Dung dịch từ thùng cao vị (9) được dẫn xuống thiết bị gia nhiệt đầu (4), lưulượng được khống chế bằng van (17). Tại thiết bị trao đổi nhiệt hơi đốt ngưng tụ cấpnhiệt cho dung dịch. Dung dịch sau khi ra khỏi thiết bị (4)thì đã được ở nhiệt độ sôi vàđược đưa vào nồi cô đặc (1), tại đây dung dịch bắt đầu bốc hơi và đi vào ống tuầnhoàn trung tâm và ống truyền nhiệt. Vì đường kính ống truyền nhiệt nhỏ hơn đườngkính ống tuần hoàn nhiều nên dung dịch trong ống truyền nhiệt sôi mạnh và có khốilượng riêng nhỏ hơn so với khối lượng riêng của dung dịch trong ống tuần hoàn. Sựchênh lệch về khối lượng riêng đó là động lực làm cho dung dịch trong ống truyềnnhiệt chuyển động lên phía trên còn dung dịch trong ống tuần hoàn chuyển độngxuống phía dưới tạo nên dòng tuần hoàn tự nhiên trong thiết bị. Dung dịch đi lên phíatrên ống truyền nhiệt và bay hơi dung môi, do đó nồng độ dung dịch tăng lên. Hơi bốclên được tách bọt nhờ hệ thống tách bọt trong nồi và được dẫn sang làm hơi đốt chonồi thứ hai. Do nhiệt độ ở nồi (1) cao hơn nồi (2) nên áp suất hơi thứ nồi (1) cao hơnnồi (2) do vậy dung dịch từ nồi (1) tự chảy sang nồi (2) và đi vào buồng đốt nồi (2),lưu lượng này được điều chinnh3 bằng van (18). Khí không ngưng và hơi nước ngưngcủa nồi (1) được tháo ra qua ống tháo nước ngưng và khí không ngưng tương ứng.9ĐỒ ÁN MÔN HỌC GVHD: Th.S NGUYỄN NGỌC HIỂUQuá trình diễn ra tương ứng như nồi (2). Sang nồi (3) hơi bốc lên từ nồi (3) đượcđưa sang thiết bị ngưng tụ baromet (5) và được ngưng tụ tại đó còn dung dịch sảnphẩm được hút ra nhờ bơm (7) và đi vào thùng chứa (10). Nhờ bơm hút chân khôngmà áp suất trong thiết bị ngưng tụ và trong nồi (3) giảm xuống tạo động lực cho quátrình tuần hoàn tự nhiên của hệ thống và cũng chính vì thế mà lượng hơi bốc ra tăng từnồi (1) đến nồi (3). Hơi được đưa sang thiết bị ngưng tụ baromet (5) và được ngưng tụtại đây. Nước ngưng được dẫn về bể chứa (12) còn bọt được tách ra nhờ thiết bị táchbọt (6), nước tách ra cũng được đưa về bể chứa (12). Trong thiết bị ngưng tụ baromethơi đi từ dưới lên và được tưới từ trên xuống, hơi truyền nhiệt cho nước và ngưng tụlại. Nước tiếp tục chuyển động xuống dưói và về bể chứa (12).Quá trình cứ diễn ra liên tục và tuần hoàn. Như vậy ta lien tục nhận được dungdịch mía đường với nồng độ là 67% khối lượng.Phần III : CÂN BẰNG VẬT CHẤT VÀ NĂNG LƯỢNGI. Dữ kiện ban đầu10ĐỒ ÁN MÔN HỌC GVHD: Th.S NGUYỄN NGỌC HIỂU- Dung dịch nước mía.- Nồng độ đầu xđ = 12(%), nhiệt độ đầu của nguyên liệu chọn là tđ = 30(oC.)- Nồng độ cuối xc = 67(%)- Năng suất Gd =3000 (kg/h)- Ápsuất hơi đốt = 12 ( at.)- Áp suất hơi ngưng tụ : P = 0.3 (at.)II. Cân bằng vật chất1. Tổng lượng hơi thứÁp dụng công thức VII.1, trang 55 [2]:)1(cddxxGW −=∑ (kg/h)Trong đó:W : Lượng hơi thứ của toàn hệ thống (kg/h)Gd : Lượng dung dịch ban đầu (kg/h)xd,xc : Nồng độ đầu,cuối của dung dịch % khối lượng2. Giả thiết phân phối hơi thứ trong từng nồi tỉ lệ 1,0 : 1,1 : 1,2Lượng hơi thứ của toàn hệ thống :W=Gd(1 )dcxx−W=3000* = (kg/h)Khi đó ta có hệ phương trình:121WW=11ĐỒ ÁN MÔN HỌC GVHD: Th.S NGUYỄN NGỌC HIỂU1 2 =2380W W+Giải hệ trên có kết quả :W1 =1190( kg/h)W2 = 1190(kg/h)3. Xác định nồng độ dung dịch từng nồi:- Nồng độ cuối của dung dịch ra khỏi nồi 1: ( VI.2a, trang 57, [2])- Nồng độ cuối của dung dịch ra khỏi nồi 2: (VI.2b, trang 57, [2])PHẦN IV : NỘI DUNG TÍNH TOÁN I. TÍNH THIẾT BỊ CHÍNH12ĐỒ ÁN MÔN HỌC GVHD: Th.S NGUYỄN NGỌC HIỂUCác số liệu chính trong bài:Năng suất tính theo dung dịch đầu G=3000kg/h.Nồng độ dung dịch đầu xd=12% khối lượng.Nồng độ dung dịch cuối xc=67% khối lượng.Áp suất hơi đốt P1=12at.Áp suất của hơi ngưng tụ Png=0,2 at. xác định các thông số của thiết bị chính.1. xác định tổng lượng hơi thứ bốc ra khỏi hệ thống.Áp dụng công thức:1dcxW Gx = − ÷  =3000(1- )= 2462,686 kg/h2. tính sơ bộ lượng hơi thứ bốc ra ở mỗi nồi.- Gọi W1, W2, W3 lần lượt là lượng hơi thứ bốc ra từ nồi 1, nồi 2, nồi 3 (kg/h)- Giả sự lượng hơi thứ bốc ra giữ các nồi là W1: W2: W3=1,0: 1,1: 1,2Suy ra: W= W1+ W2+ W3=3,3W111w 2462,686w 746,2683,3 3,3= = =(kg/h)W2=1,1. 746,268= 820,895 (kg/h) W3= 1,2. 746,268= 895,5216 (kg/h)3. tính nồng độ cuối của dungdịch ở mỗi nồi.- Gọi Ci là nồng độ đi ra khỏi nồi 1, nồi 2, nồi 3, (% khối lượng) ta có:13ĐỒ ÁN MÔN HỌC GVHD: Th.S NGUYỄN NGỌC HIỂUáp dụng công thức 1wdiiijxx GG==−∑ta có:1123000 15,973%3000 746,268x = =−2123000 25,124%3000 746,268 820,895x = =− −1123000 66,999%3000 746,268 820,895 895,5216x = =− − −4. chênh lệch áp suất chung của hệ thống.112 0,2 11,8ngp p p at∆ = − = − =5. xác định các thông số của áp suất hơi đốt.- Giả thiết phân bố hiệu áp suất hơi đốt.Δp1: Δp2: Δ3=3 : 1,75 : 1Với giả thiết trên ta có:32,05225,75pp at∆⇒ ∆ = =2 31,75. 1,75.2,0522 3,5914p p at⇒ ∆ = ∆ = =1 33. 3.2,0522 6,1566p p at⇒ ∆ = ∆ = =Gọi Phdi: là áp suất hơi đốt nồi i, atrhdi: ẩn nhiệt hóa hơi của hơi đốt nồi i, j/kg14ĐỒ ÁN MÔN HỌC GVHD: Th.S NGUYỄN NGỌC HIỂUihdi: nhiệt lượng riêng hơi đốt nồi i, j/kgthdi: nhiệt độ hơi đốt nồi i, oC- Áp suất hơi đốt nồi 1 : Phd1=12at- Áp suất hơi đốt nồi 2 là:Phd2=phd1-Δp=12- 6,1566= 5,8434 at- Áp suất hơi đốt nồi 3 là:Phd3=phd2-Δp2=5,8434- 3,5914= 2,2520 atÁp suất thiết bị ngưng tụ:Pnt= 0,2atBằng phương pháp nội suy ta có:thd1=187,1 oC ; rhd1=1995.103j/kg ; ihd1=2,79.106j/kg*đối với nồi 2 ta có:( )3 322095 21172117 5,8434 5 .10 2098,445.10 /6 5hdr j kg− = + − = − ( )3 322768 27542754 5,8434 5 .10 2765,8076.10 /6 5hdi j kg− = + − = − ( )2158,1 151,1151,1 5,8434 5 157,00386 5ohdt C− = + − = − *đối với nồi 3 ta có:( )3132,9 119,6119,6 2,252 2 122,95163 2ohdt C− = + − = − ( )3 332171 22082208 2,252 2 .10 2198,676.10 /3 2hdr j kg− = + − = − 15ĐỒ ÁN MÔN HỌC GVHD: Th.S NGUYỄN NGỌC HIỂU( )3 332730 27102170 2,252 2 .10 2715,04.10 /3 2hdi j kg− = + − = − 6. các thông số của hơi thứ.Gọi thti: nhiệt độ hơi thứ nồi i, oCPhti: áp suất hơi thứ nồi i, atrhti: ẩn nhiệt hóa hơi của nồi i, j/kgta có: Png=0,2 at tng=59,7 oC- Giả thiết tổn thất nhiệt độ do trợ lực đường ống của mỗi nồi là: Δ1’’’= Δ2’’’= Δ3’’’= 1 oC thì ta có:tht3=tng+1= 59,7 + 1=60,7 oCtht2=thd3+1= 122,9516 + 1= 123,9516 oCtht1=thd2+1= 157,0038 + 1= 158,0038 oCBằng phương pháp nội suy ta có:( )16 55 158,0038 151,1 5,9863158,1 151,1htp at− = + − = − ( )3 312095 21172117 158,0038 151,1 .10 2095,3023.10 /158,1 151,1htr j kg− = + − = − ( )3 312768 27542754 158,0038 151,1 .10 2767,8076.10 /158,1 151,1hti j kg− = + − = − Đối với nồi 2:( )23 22 123,9516 119,6 2,3272132,9 119,6htp at− = + − = − 16ĐỒ ÁN MÔN HỌC GVHD: Th.S NGUYỄN NGỌC HIỂU( )3 322171 22082208 123,9516 119,6 .10 2195,894.10 /132,9 119,6htr j kg− = + − = − ( )3 322730 27102710 123,9516 119,6 .10 2716,5438.10 /132,9 119,6hti j kg− = + − = − Đối với nồi 3:( )30,3 0,20,2 60,7 59,7 0,211168,7 59,7htp at−= + − =−( )3 332336 23582358 60,7 59,7 .10 2355,5556.10 /68,7 59,7htr j kg− = + − = − ( )3 332620 26072607 60,7 59,7 .10 2608,444.10 /68,7 59,7hti j kg− = + − = − 7. tính tổn thất nhiệt cho từng nồi.7.1. tổn thất nhiệt độ do nhiệt độ sôi của dung dịch lớn hơn nhiệt độ sôi của dungmôi trong từng nồi Δ1’Ta có công thức Δi’= Δ0i’. fi , oCTrong đó:Δ0i’: tổn thất nhiệt độ do nồng độ của dung dịch ở nồi thứ I và áp suất bình thường, oCfi: hệ số hiệu chỉnhbằng phương pháp tra bảng ta có: [II-63]17ĐỒ ÁN MÔN HỌC GVHD: Th.S NGUYỄN NGỌC HIỂUx1=15,973  Δ01’=0,359 oCx2=25,124 Δ02’=2,483 oCx3=66,999 Δ03’=4,95 oChệ số hiệu chỉnh f1 được tính theo công thức:2116,2.iiTfr=Trong đó:T: nhiệt độ của dung môi nguyên chất ở áp suất giữa ống đốt, oCr: ẩn nhiệt hóa hơi của dung môi ở áp suất giữa buồng đốt, j/kgÁp suất giữa buồng đốt được tính theo công thức:20 1 dd41. . . ,2 9,81.10i i shp p h g atρ = + + ÷ Trong đó:Pi: áp suất ở giữa buồng đốt nồi i, atP0i: áp suất trên mặt thoáng của dung dịch nồi i, ath1: chiều cao của lớp dung dịch sôi kể từ miệng trên của ống truyền nhiệt đến mặtthoáng của dung dịch, mh2: chiều cao ống truyền nhiệt, mρdds: khối lượng riêng của dung dịch khi sôi, kg/m3g: gia tốc trọng trườngkhối lượng riêng của dung dịch khi sôi lấy bằng một nửa khối lượng riêng của dungdịch ở 20oC, do vậy ta có:18ĐỒ ÁN MÔN HỌC GVHD: Th.S NGUYỄN NGỌC HIỂU3dd 13dd 23dd 31065,2239/21106,0804/21330,8939/2ssskg mkg mkg mρρρ===Áp suất trên mặt thoáng của dung dịch chính là áp suất hơi thứ tương ứng:P01=pht1=5,9863 atP02=pht2=2,3272 atP03=pht3=0,2111 atVới thiết bị cô đặc ống tuần hoàn trung tâm ta có:h1=0,5 mh2=4 mthay số ta có:1424344 1065,2239 15,9863 0,5 .9,81. . 6,11952 2 9,81.104 1106,0804 12,3272 0.5 .9,81. . 2,46542 2 9,81.104 1330,8939 10,2111 0,5 .9,81. . 0,37752 2 9,81.10p atp atp at = + + = ÷  = + + = ÷  = + + = ÷ Nội suy ta được nhiệt độ sôi của nước tương ứng như sau:P1=6,1195 at t1=158,8289 oCP2=2,4654 att2=125,7898 oCP3=0,3775 att3=73,8925 oCCũng từ áp suất trên nội suy ta được ẩn nhiệt hóa hơi của nước tương ứng là:P1=6,1195 atr1= 2092,61.103 j/kg19ĐỒ ÁN MÔN HỌC GVHD: Th.S NGUYỄN NGỌC HIỂUP2=2,4654 atr2=2190,7802.103 j/kgP3=0,3775 atr3=2323,6.103 j/kgThay số ta có:( )( )( )2'132'232'33158,8289 2730,359.16,2. 0,51822092,61.10125,7898 2732,483.16,2 2,91992190,7802.1073,8925 2734,95.16,2 5,00172323,6.10oooCCC+∆ = =+∆ = =+∆ = =Tổn thất nhiệt độ do nồng độ của cả hệ thống:' ' ' '1 2 31,3886 18691 4,125 7,38267oC∆ = ∆ + ∆ + ∆ = + + =7.2. tổn thất nhiệt độ do áp suất thủy tĩnh.Δ’1: tổn thất nhiệt độ do áp suất thủy tĩnh nồi i, oCt1: nhiệt độ sôi của dung môi ở buồng đốt nồi i, oCtht1: nhiệt độ hơi thứ nồi i, oCta có:Δ”i= ti- thti , oCTheo kết quả phần trên ta có:Δ”1= 158,8289- 158,0038= 0,8251Δ”2= 125,7898- 123,9516= 1,8382Δ”3= 73,8925- 60,7= 13,1925 tổng tổn thất nhiệt độ, do áp suất thủy tĩnh của cả hệ thống là:20ĐỒ ÁN MÔN HỌC GVHD: Th.S NGUYỄN NGỌC HIỂUΔ”= 0,8251+ 1,8382+13,1925= 15,85587.3. tổn thất nhiệt độ do trợ lực đường ống.Chon Δ’’’=Δ’’’1=Δ’’’2=Δ’’’3= 1 oC Δ’’’=Δ’’’1+ Δ’’’2+ Δ’’’3= 3 oC7.4. tổng tổn thất nhiệt độ của cả hệ thống:Δ =Δ’+ Δ’’+Δ’’’Δ= 8,4398+ 15,8558+ 3= 27,2956 oC8. tính hiệu số nhiệt độ hữu ích của hệ thống và từng nồi.Gọi: Δthii: hiệu số nhiệt độ hữu ích nồi i, oCΔthi: tổng nhiệt độ hữu ích của cả hệ thống, oCTa có:Δthii= thdi- thti- Δ’i-Δ’’iThay số vào ta có:Δthi1= 187,1- 158,0038- 0,5182- 0,8251= 27,7529 , oCΔthi2= 157,0038- 123,9516- 2,9199- 1,8382= 28,2941 , oCΔthi3= 122,9516- 60,7- 5,0017- 13,1925= 44,0574 , oC Δth i3= 27,7529 , oC Δthi2= 28,2941 , oC Δthi 1= 44,0574 , oCTổng nhiệt độ hữu ích của hệ thống:Δthi= Δthi1+ Δthi2+ Δthi3Δthi= 27,7529+ 28,2941+ 44,0574= 100,1044- Nhiệt độ sôi của dung dịch đi ra khỏi nồi:21ĐỒ ÁN MÔN HỌC GVHD: Th.S NGUYỄN NGỌC HIỂUts1= thd1- Δthi1= 187,1- 27,7529= 159,3471 oC ts2= thd2- Δthi2= 157,0038- 28,2941= 128,7097 oCts3= thd3- Δthi3=122,9516- 44,0574= 78,8942 oC9. Thiết lập phương trình cân bằng nhiệt lượng, tính trọng lượng hơi thứ từng nồivà lượng hơi đốt cần dùng.9.1 Thiết lập sơ đồ.Trong đó:D : lượng hơi thứ nồi 1, (Kg/h)W’1 : lượng hơi bôc ra từ nồi I (Kg/h)W : tổng lượng hơi bốc ra khỏi hệ thống (Kg/h)G : lượng dung dịch đầu (Kg/h)X0 : nồng độ dung dịch đầu ( % khối lượng)Xi : nồng độ dung dịch ra khỏi nồi I (% khối lượng)C0: nhiệt dung riêng của dung dịch đầu ( J/kg.độ)Ci : nhiệt dung riêng của dung dịch đi ra từ nồi I ( J/kh.độ) Cni : nhiệt dung riêng của nước ngưng nồi I ( J/kg.độ)22ĐỒ ÁN MÔN HỌC GVHD: Th.S NGUYỄN NGỌC HIỂU : nhiệt độ nước ngưng nồi i ( 0C) Tsi : nhiệt độ của hơi đốt thứ i ( J/kg)ii : nhiệt dung riêng của hơi đốt thứ I (J/kg)Ii : nhiệt dung riêng của hơi đốt thứ nồi I (i/kg)Qm1 = 0,05. D. (I1 – Cn1.)Qm2 = 0,05.W’1.(I2 – Cn2.)Qm3 = 0,05.W2 (I3 – Cn3.)Khi nồng độ X < 0,2 phần khối lượng thì nhiệt dung riêng của dung dịch được tínhnhư sau:C = 4186 (1- X). (j/kg) [ I – 152]Do vậy:C0 = (1- X0).4186 = (1 – 0.12).4186 = 3683,68 (J/kg.độ)C1 = (1- X1).4186 = ( 1 - 0,15973).4186= 3517,37022 ( J/kg.độ) C2 = (1- X2).4186 = (1 – 0,25124).4186 = 3134,30936 (J/kg.độ)Vì C3 = 66,99 phần khối lượng nên :C3 = Cht. X + 4186 (1 – X ) (J/kg.độ) [ I – 152]Trong đó:Cct : nhiệt dung riêng của chất tan khan (J/kg.độ)X : nồng độ khối lượng của dung dịch.Với C22H22O11 ta có: n1, n2, n3 : lần lượt là số nguyên tử Carbon, Hydro, và Oxy trong phân tử C12H22O11.C1, C2, C3 : lần lượt là nhiệt dung nguyên tử Carbon, Hydro và Oxy.23ĐỒ ÁN MÔN HỌC GVHD: Th.S NGUYỄN NGỌC HIỂUM : là khối lượng mol của C12H22O11.n1 = 12 C1 = 7500 (J/kg)n2 = 22 C2 = 9630 (J/kg)n3 = 11 C3 = 168000 (J/kg)M = 342X = 0,6699Thay số ta có:= 1422,982C3 = 1422,982. 0,6699 + 4186( 1 – 0,6699) = 2335,054 (J/kg.độ)Nhiệt độ nước ngưng ở các nồi là nhiệt độ hơi đốt của nồi đó:thđ1 = 187,10C => = 187,1 0C thđ2 = 157,00380C => = 157,0038 0C thđ3 = 122,95160C => = 122,9516 0CTheo nhiệt độ trên bằng phương pháp nội suy ta có :Cn1 = 4446,82 (J/kg.độ)Cn2 = 4331,6106 (J/kg.độ)Cn3 = 4254,7226 (J/kg.độ)Theo kết quả tính toán ta có:I1 = 2790.103 i1 = 2767,8076.103 (J/kg)I2 = 2765,8076.103 => i2 = 2716,5438.103 (J/kg)I3 = 2715,04.103i3 = 2608,444.103 (J/kg)9.2 Lập phương trình cân bằng nhiệt lượng.24ĐỒ ÁN MÔN HỌC GVHD: Th.S NGUYỄN NGỌC HIỂU Phương trình cân bằng nhiệt lượng nồi I:D.I1 + G.C0.Ts0 = W’1.i1 + D.Cn1. + ( G – W1). C1.Ts1 + 0,05.D (I1 – Cn1.) (1) Phương trình cân bằng nhiệt lượng nồi II:W1.I2 + (G – W1).C1.Ts1 = W’2.i2 + (G – W’1 – W’2).C2.Ts2 + W’1.Cn2. + 0,05.W’1(I2 –Cn2.) (2) Phương trình cân bằng nhiệt lượng nồi III:W1.I3 + (G – W1 – W2).C2.Ts2 = W’3.i3 + (G – W).C3.Ts3 + W’2.Cn3. + 0,05. (I3 – Cn3.)(3)Và:W’1 + W’2+ W’3 = W (4)Giải hệ (4) phương trình ta có:W’1= 769,54549 (kg/h)W’2= 822,48288 (kg/h)W’3= 849,8321 (kg/h)D = 701,7644 (kg/h).Kiểm tra sai số kết quả%W1= . 100% = 0,3849%%W2= . 100% = 0,1049%%W3= . 100% = 0,449%Các sai số trên đều nhỏ hơn 10% => giả thiết phân bố lượng hơi là đúng. Lượng nhiệt cấp cho các nồi:Q1 = D.(I1 – Cn1.) = 2,137405468.1010 (J/h)Q2 = W’1 (I2 – Cn2) = 1,605062788.1010 (J/h)Q3 = W’2 (I3 – Cn3) = 1,802812602.1010 (j/h)10. Tính hệ số cấp nhiệt trên toàn nồi.25

Tài liệu liên quan

Đồ án quá trình thiết bị cô đặc
- 55
- 1
- 7
Đề tài THIẾT KẾ HỆ THỐNG THIẾT BỊ CÔ ĐẶC HAI NỒI XUÔI CHIỀU DUNG DỊCH NaOH
- 51
- 1
- 4
Tài liệu Đề tài: THIẾT KẾ HỆ THỐNG THIẾT BỊ CÔ ĐẶC HAI NỒI XUÔI CHIỀU DUNG DỊCH NaOH ppt
- 51
- 1
- 3
Tài liệu Đồ án quá trình thiết bị cô đặc ppt
- 57
- 1
- 4
Đồ án quá trình thiết bị thiết kế hệ thống cô đặc 3 nồi xuôi chiều buồng đốt ngoài.
- 64
- 2
- 7
thiết kế hệ thống cô đặc 3 nồi xuôi chiều làm việc liên tục dung dịch kno3 bằng thiết bị cô đặc loại ống tuần hoàn trung tâm.
- 76
- 7
- 11
Thiết kế thiết bị cô đặc ba nồi xuôi chiều, buồng đốt trong, ống tuần hoàn trung tâm 28 tấn giờ
- 74
- 1
- 5
Đồ án quá trình thiết bị cô đặc NaOH
- 74
- 698
- 0
ĐỒ án CÔNG NGHỆ THIẾT bị cô đặc 3 nồi XUÔI CHIỀU làm VIỆC LIÊN tục
- 58
- 1
- 9
đồ án quá trình thiết bị thiết kế thiết bị cô đặc ba nồi xuôi chiều dung dịch nước mía
- 68
- 977
- 1