Hệ Thống Cô đặc Một Nồi Làm Việc Gián đoạn - Tài Liệu Text - 123doc

Có thể bạn quan tâm

Tải bản đầy đủ (.docx) (49 trang)

Trang chủ

Kỹ Thuật - Công Nghệ

Cơ khí - Chế tạo máy

hệ thống cô đặc một nồi làm việc gián đoạn

Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (273.55 KB, 49 trang )

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT - CÔNG NGHỆ CẦN THƠKHOA CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM VÀ CÔNG NGHỆ SINH HỌCĐỒ ÁN QUÁ TRÌNH VÀ THIẾT BỊTHIẾT KẾ THIẾT BỊCÔ ĐẶC DUNG DỊCHNƯỚC CAMĐồ án quá trình thiết bịCẦN THƠ 4/2017MỤC LỤCPhụ lục hình ảnh.................................................................................................vPhụ lục bảng........................................................................................................viLời nói đầu..........................................................................................................viiĐầu đề đồ án môn học.........................................................................................viiiCHƯƠNG 1 : GIỚI THIỆU CHUNG VỀ QUÁ TRÌNH CÔ ĐẶC...............11.1.TỔNG QUAN VỀ CÔ ĐẶC.......................................................................11.1.1. Khái niệm..................................................................................................11.1.2. Các phương pháp cô đặc...........................................................................11.1.3. Phân loại thiết bị cô đặc............................................................................21.2. QUY TRÌNH CÔ ĐẶC DUNG DỊCH NƯỚC CAM...............................31.2.1. Giới thiệu nguyên liệu...............................................................................31.2.2. Quy trình – Thuyết minh quy trình............................................................4CHƯƠNG 2: TÍNH TOÁN THIẾT BỊ CHÍNH..............................................52.1. CÂN BẰNG VẬT LIỆU............................................................................52.1.1. Tính lượng hơi thứ bốc lên trong toàn hệ thống........................................62.1.2. Chia nồng độ từ xđ đến xc thành 6 khoảng nồng độ...................................62.2. CÂN BẰNG NHIỆT LƯỢNG...................................................................62.2.1. Xác định áp suất và nhiệt độ.....................................................................62.2.2. Xác định nhiệt độ tổn thất.........................................................................72.2.2.1. Tổn thất nhiệt độ do nồng độ tăng cao (Δ’)............................................82.2.2.2. Tổn thất nhiệt độ do áp suất thủy tĩnh (Δ”)............................................82.2.2.3. Tổn thất nhiệt độ do trở lực thuỷ học trên đường ống (Δ’’’)...................82.2.2.4. Tổn thất nhiệt độ chung cho toàn hệ thống cô đặc (ΣΔ).........................82.2.3. Hiệu số nhiệt độ hữu ích và nhiệt độ sôi...................................................92.3. TÍNH BỀ MẶT TRUYỀN NHIỆT CỦA BUỒNG ĐỐT.........................102..3.2. Tính hệ số truyền nhiệt K.........................................................................102Đồ án quá trình thiết bị2.3.2.1. Tính tổng nhiệt trở.................................................................................112.3.2.3. Tính hệ số cấp nhiệt khi chất lỏng sôi....................................................112.3.2.4. Tính hệ số truyền nhiệt K.......................................................................122.3.3. Tính F........................................................................................................142.4. TÍNH KÍCH THƯỚC BUỒNG BỐC VÀ BUỒNG ĐỐT........................152.4.1. Kích thước buồng bốc...............................................................................152.4.2. Kích thước buồng đốt................................................................................152.4.2.1. Xác định số ống truyền nhiệt..................................................................152.4.2.2. Đường kính ống tuần hoàn trung tâm....................................................162.4.2.3. Đường kính buồng đốt............................................................................162.4.3. Bố trí các ống truyền nhiệt trên mặt sàng..................................................172.5. TÍNH ĐƯỜNG KÍNH CÁC ỐNG DẪN...................................................172.5.1. Ống dẫn hơi đốt.........................................................................................182.5.2. Ống dẫn hơi thứ........................................................................................182.5.3. Ống nhập liệu ...........................................................................................182.5.4. Ống tháo sản phẩm....................................................................................192.5.5. Ống tháo nước ngưng................................................................................19CHƯƠNG 3: THIẾT BỊ NGƯNG TỤ CHÂN CAO BARÔMET.................203.1. LƯỢNG NƯỚC LẠNH CẦN THIẾT ĐỂ NGƯNG TỤ..........................203.2. THỂ TÍCH KHÔNG KHÍ VÀ KHÍ KHÔNG NGƯNG..........................213.3. CÁC KÍCH THƯỚC CHỦ YẾU CỦA THIẾT BỊNGƯNG TỤ BAROMET.................................................................................213.3.1. Đường kính của thiết bị ngưng tụ..............................................................213.3.2. Kích thước tấm ngăn.................................................................................223.3.3. Chiều cao của thiết bị ngưng tụ.................................................................223.3.4. Kích thước của ống barômet.....................................................................233.3.5. Các kích thước khác..................................................................................24CHƯƠNG 4: TÍNH CƠ KHÍ...........................................................................264.1. CHIỀU DÀY THÂN THIẾT BỊ................................................................264.1.1. Chiều dày thân buồng đốt..........................................................................263Đồ án quá trình thiết bị4.1.2. Chiều dày thân buồng bốc.........................................................................274.2. TÍNH ĐÁY VÀ NẮP THIẾT BỊ................................................................274.2.1. Đáy buồng đốt...........................................................................................274.2.2. Nắp buồng bốc..........................................................................................284.3. TÍNH VỈ ỐNG............................................................................................284.4. MẶT BÍCH.................................................................................................284.4.1. Mặt bích để nối thiết bị.............................................................................284.4.2. Mặt bích nối các bộ phận của thiết bị với các ống dẫn..............................294.5. TAI TREO..................................................................................................294.5.1. Tính tổng khối lượng của thiết bị..............................................................294.5.1.1. Khối lượng thân buồng đốt.....................................................................294.5.1.2. Khối lượng thân buồng bốc....................................................................294.5.1.3. Khối lượng các ống truyền nhiệt............................................................304.5.1.4. Khối lượng ống tuần hoàn......................................................................304.5.1.5. Khối lượng vỉ ống...................................................................................304.5.1.6. Khối lượng đáy và nắp...........................................................................304.5.1.7. Khối lượng dung dịch khi chứa đầy trong thiết bị..................................304.5.1.8. Khối lượng tổng cộng của thiết bị..........................................................304.5.2. Trọng lượng cực đại của thiết bị................................................................304.5.3. Tải trọng tác dụng lên một tai treo............................................................304.6. TÍNH TOÁN VÀ CHỌN BƠM.................................................................314.6.1 Bơm dung dịch...........................................................................................314.6.2.Bơm cung cấp nước cho thiết bị ngưng tụ gián tiếp...................................314.7.CÁC BỘ PHẬN KHÁC..............................................................................35KẾT LUẬN........................................................................................................394Đồ án quá trình thiết bịPHỤ LỤC HÌNH ẢNHHình 1.2 Sơ đồ quy trình cô đặc nước cam.........................................................3Hình 2.1: Biến đổi nhiệt độ trong quá trình cô đặc.........................................................6Hình 2.2 : Kiểu bố trí theo hình 6 cạnh...............................................................17Hình 3.1. Thiết bị ngưng tụ chân cao baromet....................................................205Đồ án quá trình thiết bịPHỤ LỤC BẢNGBảng 1.1 Thành phần hóa học của cam...............................................................2Bàng 2.1. Các giá trị nồng độ theo từng giai đoạn..............................................5Bảng 2.2 Tổn thất nhiệt độ do nồng độ tăng cao................................................7Bảng 2.3 Tổn thất nhiệt độ do áp suất thủy tĩnh..................................................8Bảng 2.4 Tổn thất nhiệt độ chung cho toàn hệ thống cô đặc..............................8Bảng 2.5 Hiệu số nhiệt độ hữu ích và nhiệt độ sôi..............................................8Bảng 2.6. Nhiệt lượng do hơi đốt cung cấp.........................................................10Bảng 2.7. Hệ số cấp nhiệt do chất lỏng sôi.........................................................12Bảng 2.8 Giá trị tT2..............................................................................................13Bảng 2.9 Hệ số truyền nhiệt................................................................................14Bảng 2.10. Diện tích truyền nhiệt.......................................................................14Bảng 3.1 Lượng nước lạnh cần thiết để ngưng tụ...............................................21Bảng 3.2 Thể tích không khí và khí không ngưng..............................................21Bảng 3.3 Kích thước tấm ngăn............................................................................22Bảng 3.4 Chiều cao của thiết bị ngưng tụ...........................................................23Bảng 3.5 Kích thước của ống baromet................................................................24Bảng 4.1 Chiều dày thân buồng đốt....................................................................27Bảng 4.2 Chiều dày thân buồng bốc....................................................................27Bảng 4.3. Thông số đáy buồng đốt......................................................................27Bảng 4.4. Số liệu mặt bích để nối thiết bị..........................................................28Bảng 4.5. Số liệu mặt bích nối các bộ phận của thiết bị với các ống dẫn...........29Bảng 4.6. Khối lượng các bộ phận của thiết bị....................................................30Bảng 4.7. Thông số tai treo.................................................................................31Bảng tóm tắt thông số thiết bị.............................................................................366Đồ án quá trình thiết bịLỜI MỞ ĐẦUNgành công nghiệp thực phẩm giữ vai trò quan trọng trong xã hội hiện nay. Dướisự tác động của công nghiệp hóa hiện đại hóa đất nước, việc chế tạo ra các loại thiết bịhỗ trợ cho quá trình chế biến thực phẩm giữ vai trò thiết yếu. Hiện nay có rất nhiềuloại thiết bị được sử dụng trong công nghiệp sản xuất hoá chất và thực phẩm vớinhững mục đích khác nhau. Trong đó thiết bị cô đặc hỗ trợ rất lớn cho quá trình chếbiến thực phẩm. Cô đặc tạo ra sản phẩm mới làm tăng hương vị, chất lượng của sảnphẩm và giúp bảo quản sản phẩm được lâu hơn.Có nhiều phương pháp cô đặc khác nhau tùy theo mục đích sử dụng. Đồ án nàytrình bày về thiết bị cô đặc dung dịch nước cam một nồi, làm việc gián đoạn có ốngtuần hoàn trung tâm với năng suất nhập liệu 2000kg/hĐồ án quá trình thiết bị giúp sinh viên ôn lại các kiến thức đã học về quá trình vàcông nghệ thực phẩm. Ngoài ra còn giúp sinh viên có thể tiếp cận thực tế thông quaviệc lựa chọn, tính toán và thiết kế các chi tiết của một thiết bị với các số liệu cụ thể vàthực tế.7Đồ án quá trình thiết bịĐỒ ÁN QUÁ TRÌNH THIẾT BỊĐề tài: THIẾT KẾ THIẾT BỊ CÔ ĐẶC DUNG DỊCH NƯỚC CAMCác thông số kỹ thuật:- Nguyên liệu: dung dịch nước cam- Nồng độ đầu: 10%- Nồng độ cuối: 40%- Năng suất: 2000 kg/giờ- Loại thiết bị: 1 nồi, làm việc gián đoạn, tuần hoàn tự nhiên, buồng đốt trong, ốngtuần hoàn trung tâm8CHƯƠNG 1 : GIỚI THIỆU CHUNG1.1 TỔNG QUAN VỀ CÔ ĐẶC1.1.1. Khái niệmCô đặc là quá trình làm tăng nồng độ của chất rắn hòa tan trong dung dịchbằng cách tách bớt một phần dung môi dạng hơi.Quá trình cô đặc thường tiến hành ở trạng thái sôi. Nghĩa là áp suất hơi riêngphần của dung môi trên mặt dung dịch bằng áp suất làm việc của thiết bị.Quá trình cô đặc được dùng phổ biến trong công nghiệp với mục đích làmtăng nồng độ các dung dịch loãng hoặc để tách các chất rắn hòa tan (trường hợp nàyphải kèm theo quá trình kết tinh), ví dụ cô đặc dung dịch đường, dung dịch muối,dung dịch nước trái cây,...1.1.2. Các phương pháp cô đặcQuá trình cô đặc có thể tiến hành trong thiết bị một nồi hay nhiều nồi làm việcgián đoạn hoặc liên tục. Khi cô đặc gián đoạn: dung dịch cho vào thiết bị một lầnrồi cô đặc đến nồng độ yêu cầu, hoặc cho vào liên tục trong quá trình bốc hơi để giữmức dung dịch không đổi đến khi nồng độ dung dịch trong thiết bị đã đạt yêu cầu sẽlấy ra một lần sau đó lại cho dung dịch mới tiếp tục cô đặc.Khi cô đặc liên tục trong hệ thống một nồi hay nhiều nồi dung dịch và hơi đốtcho vào liên tục, sản phẩm cũng được lấy ra liên tục. Quá trình cô đặc có thể thựchiện ở các áp suất khác nhau tùy theo yêu cầu kỹ thuật, khi làm việc ở áp suấtthường (áp suất khí quyển) thì có thể dùng thiết bị hở; còn làm việc ở áp suất khácthì dùng thiết bị kín cô đặc trong chân không (áp suất thấp) vì có ưu điểm là: khi ápsuất giảm thì nhiệt độ sôi của dung dịch cũng giảm, do đó hiệu số nhiệt độ giữa hơiđốt và dung dịch tăng, nghĩa là có thể giảm được bề mặt truyền nhiệt.Cô đặc chân không có thể dùng hơi đốt ở áp suất thấp, điều đó rất có lợi khi tadùng hơi thải của các quá trình sản xuất khác. Quá trình cô đặc chân không ứngdụng để cô đặc những dung dịch ở nhiệt độ sôi cao (ở áp suất thường) có thể sinh ranhững phản ứng phụ không cần thiết (oxy hóa, nhựa hóa, đường hóa…). Mặt khác,do nhiệt độ sôi của dung dịch thấp tổn thất nhiệt ra môi trường xung quanh nhỏ hơnso với cô đặc ở áp suất thường.Cô đặc ở áp suất dư thường dùng cho các dung dịch không bị phân hủy ở nhiệtđộ cao như các dung dịch muối vô cơ, để sử dụng hơi thứ cho cô đặc và cho các quátrình đun nóng khác.Cô đặc ở áp suất khí quyển thì hơi thứ không được sử dụng mà được thải rangoài không khí1.1.3. Phân loại thiết bị cô đặcThiết bị cô đặc được phân loại thiết bị cô đặc theo các cách sau:--Theo sự bố trí bề mặt đun nóng: nằm ngang, thẳng đứng, nghiêngTheo chất tải nhiệt: đun nóng bằng hơi (hơi nước bảo hòa, hơi quá nhiệt),bằng khói lò, chất tải nhiệt có nhiệt độ cao (dầu, nước ở áp suất cao,...), bằngdòng điện.Theo chế độ tuần hoàn: tuần hoàn tự nhiên, tuần hoàn cưỡng bức,...Theo cấu tạo bề mặt đun nóng: vỏ bọc ngoài, ống xoắn, ống chùm,...Trong công nghiệp thực phẩm thường dùng các thiết bị cô đặc hoặc đun nóng bằnghơi, loại này gồm các thiết bị hóa chất sau:- Phòng đốt - bề mặt truyền nhiệt.- Phòng phân ly hơi - khoảng trống phân tách hơi thứ ra khỏi dung dịch.- Bộ phận tách bọt – dùng để tách những giọt lỏng do hơi thứ mang theo.1.2. THUYẾT MINH QUY TRÌNH CÔ ĐẶC DUNG DỊCH NƯỚC CAM1.1.1. Giới thiệu nguyên liệuCam hay Cam chanh có tên khoa học là Citrus sinensis (theo Viện NôngNghiệp Việt Nam), được trồng rộng rãi ở các nước trên thế giới như Mỹ, TrungQuốc, Ấn Độ, Việt Nam,...Tại Việt Nam cam được trồng nhiều ở các tỉnh: Bắc Giang, Hà Giang, Tuyên.Quang, Yên Bái, Vĩnh Long, Cần Thơ, Tiền Giang,...Sản phẩm được chế biến từ quả cam rất đa dạng: siro cam, nước ép cam, tinhdầu cam, mứt cam, nước cam cô đặc,...Thành phần hóa học:Bảng 1.1 Thành phần hóa học của camThành phầnNướcProteinCarbohydrateAcid hữu cơCelluloseCalciumSắtCarotenVitamin CHàm lượng87,5%0,9%8,4%1,3%1,6%34mg%23mg%0,4mg%40mg%1.1.2. Quy trìnhHình 1.2 Sơ đồ quy trình cô đặc nước cam1. Thùng chứa nguyên liệu.8. Thùng chứa sản phẩm.2. Bơm nguyên liệu.9. Thiết bị ngưng tụ.3. Thùng cao vị.10. Ống Baromet4. Lưu lượng kế.5. Buồng đốt.6. Buồng bốc.7. Bơm dung dịch.Thuyết minh quy trình:Dung dịch nước cam từ nồng độ đầu 10% từ thùng chứa được bơm lên thùngcao vị. Từ đây dung dịch được đưa qua thùng lưu lượng kế. Ở lưu lượng kế có thềđiều chỉnh lượng dung dịch đi vào buồng đốt, tại đây dung dịch được đun nóng đếnnhiệt độ sôi. Dung dịch sôi tạo hỗn hợp - lỏng hơi lên buồng bốc. Một phần hơicuốn theo dung dịch gặp tấm chắn ngưng tụ rồi rơi xuống. Hơi thứ và không khíngưng tụ đi ra phía bên ngoài của thiết bị cô đặc vào thiết bị ngưng tụ ngưng tụthành chất lỏng chảy ra ngoài thùng chứaHơi đốt được đưa vào nồi là hơi nước bão hòa có áp suất (theo thang áp suấttuyệt đối với đơn vị áp suất kỹ thuật). Khí không ngưng tụ được tháo ra ngoài quathiết bị ngưng tụ kiểu ống đứng. Tác dụng của thiết bị thu hồi bọt là giữ lại nhữnghạt nước ngưng tụ bị khí không ngưng tụ cuốn theo, những giọt nước này lắng lạitrong thiết bị cô đặc và sản phẩm được tháo ra ngoài qua thùng chứa sản phẩm. Sảnphẩm sau khi ra khỏi buồng bốc có nồng độ đạt yêu cầu 40% và được đưa vào bểchứa sản phẩm.Nguyên lý hoạt động của hệ thống cô đặc một nồi có thể tóm tắt như sau:Hệ thống thiết bị cô đặc dung dịch nước cam có các đặc điểm:- Thiết bị cô đặc một nồi- Làm việc gián đoạn- Tuần hoàng liên tục- Buồng đốt trong, ống tuần hoàng trung tâmPhần dưới của thiết bị là phòng đốt gồm các ống truyền nhiệt và ở tâm có ốngtuần hoàn trung tâm có độ lớn tùy thuộc vào nồng độ của dung dịch cần cô đặc.Dung dịch đi bên trong ống, hơi đốt (hơi nước bão hòa) đi vào khoảng trống phíangoài ống. Phía trên phòng đối gọi là phòng tách hơi thứ khỏi hỗn hợp hơi – lỏngcòn gọi là buồng bốc. Trong buồng bốc có bộ phận tách bọt dùng để tách những giọtlỏng do hơi thứ mang theo. Dung dịch được đưa vào đáy phòng bốc hơi, chảy vàotrong các ống truyền nhiệt và ống tuần hoàn trung tâm, hơi đốt được đưa vào phòngđốt.Dung dịch được đun sôi, tạo thành hỗn hợp lỏng và hơi trong ống truyền nhiệt,khối lượng riêng của dung dịch giảm và chuyển động từ dưới lên miệng ống. Trongống tuần hoàn, thể tích dung dịch theo một đơn vị bề mặt truyền nhiệt lớn hơn sovới ống truyền nhiệt do đó lượng hơi tạo ra ít hơn vì vậy khối lượng riêng của hỗnhợp hơi lỏng ở đây lớn hơn trong ống truyền nhiệt. Do đó chất lỏng sẽ di chuyển từtrên xuống dưới rồi đi vào ống truyền nhiệt lên trên và trở lại ống tuần hoàn tạo nêndòng tuần hoàn tự nhiên.Tại bề mặt thoáng của dung dịch ở phòng bốc hơi, hơi thứ tách ra khỏi dungdịch bay lên qua bộ phận tách giọt. Bộ phận tách giọt có tác dụng giữ lại những giọtchất lỏng do hơi thứ cuốn theo và chảy trở về đáy phòng bốc hơi, còn dung dịch cónồng độ tăng dần.Khi năng suất của thiết bị lớn, có thể thay một ống tuần hoàn trung tâm bằngmột vài ống có dường kính nhỏ hơn.Muốn cho dung dịch tuần hoàn tốt thì nên cho dung dịch vào phòng đốt chiếmtừ 0,4-0,7 chiều cao ống. Tốc độ đi trong ống tuần hoàn chọn khoảng 0,4-0,5 m/s.Diện tích thiết diện của ống tuần hoàn lấy khoảng 15-20% thiết diện của tất các ốngtruyền nhiệt.Thiết bị cô đặc loại này có ưu điểm là: cấu tạo đơn giàn, dễ cọ rửa và sửachữa, nhưng tốc độ tuần hoàn còn bé nên hệ số truyền nhiệt thấp.Thiết bị loại này dùng để cô đặc các dung dịch có độ nhớt lớn, những dung dịch có .váng cặn.CHƯƠNG 2: TÍNH TOÁN THIẾT BỊ CHÍNH2.1. CÂN BẰNG VẬT LIỆU2.1.1. Tính lượng hơi thứ bốc lên trong toàn hệ thốngPhương trình cân bằng vật liệu của hệ thống cô đặc 1 nồi là:Gđ = W + GcHay Gđ*Xđ = Gc*XcTừ 2 phương trình trên, ta rút ra lượng hơi thứ là:W = Gđ*(III.1, 105, STTKĐD)Trong đó:+ W: lượng hơi thứ của hệ thống cô đặc, kg/h+ Gđ: lượng dung dịch ban đầu, kg/h.Theo đề bài, Gđ = 2000 kg/h+ xđ, xc: nồng độ đầu và cuối của dung dịch, % khối lượngTheo đề bài, xđ = 10% và xc = 40%Suy ra, lượng hơi thứ bốc lên trong toàn hệ thống là:W = 2000*(1- ) = 1500 kg/h.2.1.2. Chia nồng độ từ xđ đến xc thành 6 khoảng nồng độVì hệ thống cô đặc một nồi gián đoạn nên quá trình cô đặc được chia thành 6giai đoạn. Sau mỗi giai đoạn đều thêm vào một lượng dung dịch thích hợp, và giảsử rằng trong mỗi giai đoạn đó thì nồng độ dung dịch không đổi bằng nồng độ trungbình xtb.Từ đó, có bảng số liệu sau:Bàng 2.1. Các giá trị nồng độ theo từng giai đoạnxđxcxtb12341013,7820,624,931724293413,518,8924,829,471000,001088,24825,00746,03588,24625,00586,03547,02411,76463,24238,97199,01Lượng dungdịch thêm vào(kg)1000500200160529,113733,06687,02540,52146,51406 29,114034,56546,52505,5340,990GiaiđoạnGđGcW2.2. CÂN BẰNG NHIỆT LƯỢNG2.2.1. Xác định áp suất và nhiệt độChọn áp suất hơi ngưng tụ Pngt (at) =0,1 at(I.251 , 314, STT1)Tngt =45,4(I.251, 314, STT1)Nhiệt độ hơi thứ tht = 46,4(I.251, 314, STT1)Pht (at) = 0,17 at(I.251, 314, STT1)2.2.2. Xác định nhiệt độ tổn thấtHình 2.1: Biến đổi nhiệt độ trong quá trình cô đặcT: nhiệt độ của hơi đốt.t*: nhiệt độ sôi của dung dịch có giá trị lớn nhất.t**: nhiệt độ sôi của dung dịch ở bề mặt thoáng.ttb: nhiệt độ sôi của dung dịch, ký hiệu ttb = ts.tht: nhiệt độ hơi thứ.tng: nhiệt độ hơi thứ đi vào thiết bị ngưng tụ.2.2.2.1. Tổn thất nhiệt độ do nồng độ tăng cao (Δ’)Δ’ = Δo’*f, °Cvới f = 16,2*(VI.11, 59, STT2)Trong đó:+ Δo’: tổn thất nhiệt độ do nhiệt độ sôi của dung dịch lớn hơn nhiệt độ sôi củadung môi ở áp suất thường, °C. Tra đồ thị VI.2 (61, STT2)+ f: hệ số hiệu chỉnh vì thiết bị cô đặc thường làm việc với áp suất khác áp suấtthường.+ Tm: nhiệt độ của dung môi nguyên chất ở áp suất làm việc, về giá trị thì bằngnhiệt độ hơi thứ, K. Tm = 46,4+ r: ẩn nhiệt hoá hơi của dung môi nguyên chất ở áp suất làm việc (áp suất hơithứ trên bề mặt dung dịch), J/kg. Tra bảng I.251 (314, STT1) r = 2490.103 J/kgf=16,2* = 0,66Bảng 2.2 Tổn thất nhiệt độ do nồng độ tăng caoxtb (%)Δo’Δ’13,50,250,16518,890,500,3324,82,001,3229,472,501,6533,063,001,9834,563,252,152.2.2.2. Tổn thất nhiệt độ do áp suất thủy tĩnh (Δ”)Ptb = P’ + ΔP, N/m2(VI.12, 60, STT2)với ΔP = (h1 + h2/2)*ρs*g, N/m2và ρs = ρ/2, kg/m3.Trong đó:+ P’: áp suất trên bề mặt dung dịch, N/m 2.(bằng áp suất hơi thứ trên mặtthoáng dung dịch). P’ = 0,17 at+ ΔP: áp suất thuỷ tĩnh kể từ mặt dung dịch đến giữa ống, N/m2.+ h1: chiều cao của lớp dung dịch kể từ miệng ống truyền nhiệt đến mặtthoáng của dung dịch, h1 = 0,2 m+ h2: chiều cao của ống truyền nhiệt, h2 = 2 m.+ ρs: khối lượng riêng của dung dịch khi sôi, kg/m3. ρs= 0,5 ρ+ ρ: khối lượng riêng của dung dịch, kg/m3. (I.86, 58 , STT1)+ g: gia tốc trọng trường, g = 9,81 m/s2.Δ” = ttb – thtBảng 2.3 Tổn thất nhiệt độ do áp suất thủy tĩnhxtb(%)13,518,8924,829,4733,0634,56ρ(kg/m3)1054,641078,001104,591126,591143,961151,33ΔP(N/m2)Ptb(at)6207,616345,116501,626631,116733,356776,730,790,800,820,830,840,85ttb(°C)Δ”(°C)92,639393,6493,9694,2894,646,2346,6047,2447,5647,8848,202.2.2.3. Tổn thất nhiệt độ do trở lực thuỷ học trên đường ống (Δ’’’)Chọn Δ’” = 1°C2.2.2.4. Tổn thất nhiệt độ chung cho toàn hệ thống cô đặc (ΣΔ)ΣΔ = Δ’ + Δ” + Δ”’Bảng 2.4 Tổn thất nhiệt độ chung cho toàn hệ thống cô đặcxtb (%)Δ’Δ”Δ’”ΣΔ13,50,16518,890,3324,81,3229,471,6533,061,9834,562,1546,231,0046,601,0047,241,0047,561,0047,881,0048,201,0047,4047,9349,5650,2150,8651,352.2.3. Hiệu số nhiệt độ hữu ích và nhiệt độ sôi- Nhiệt độ sôi của dung dịch: ts = tht + Δ’ + Δ”- Hiệu số nhiệt độ hữu ích: Δti = thđ – ts- Chọn nhiệt độ hơi đốt là: t hđ =99,1°C. Áp suất buồng đốt là áp suất hơi bão hòa1atBảng 2.5 Hiệu số nhiệt độ hữu ích và nhiệt độ sôixtb (%)ts (°C)Δti (°C)13,518,8924,829,4733,0634,5692,806,3193,335,7794,964,1495,613,4996,262,8496,752,352.3. TÍNH BỀ MẶT TRUYỀN NHIỆT CỦA BUỒNG ĐỐTBề mặt truyền nhiệt của buồng đốt có thể tính theo công thức tổng quát sau:F = , m2Trong đó:+ Q: nhiệt lượng do hơi đốt cung cấp, W+ K: hệ số truyền nhiệt, W/m2.độ+ Δti: hiệu số nhiệt độ hữu ích, °C.2.3.1. Tính nhiệt lượng do hơi đốt cung cấp QQ=D*r,WTrong đó:+ D: lượng hơi đốt, kg/s+ r: ẩn nhiệt ngưng tụ, r = 2264.103 J/kg. Tra bảng I.251 (314, STT1)Lượng hơi đốt tiêu tốn chung được tính theo công thức:D=Wi ∗ ii + ( Gdi − Wi ) ∗ Ci ∗ ti − Gd ∗ Cd ∗ t d0,95 ∗ ( i − Cng ∗ θ ), kg/hVới:+ Wi: lượng hơi thứ bốc lên trong từng giai đoạn, kg/h+ Gđi: lượng dung dịch ban đầu của từng giai đoạn, kg/h+ ii: hàm nhiệt của hơi thứ, J/kg(Tra bảng I.251, 314, STT1)+ tđ, ti: nhiệt độ sôi ban đầu và sau khi cô đặc của dung dịch ở từng giai đoạn,°C+ Cđ, Ci: nhiệt dung riêng ban đầu và sau khi cô đặc của dung dịch ở từnggiai đoạn, tra theo nhiệt độ sôi của dung dịch, J/kg.độ.Cđ = 4186(1- Xtb) , (J/kg; độ)Ci = 4190 – (2514 – 7,542t)x (J/kg độ)(I.43, 152,STT1)(I.50,153, STT1)Trong đó : t : nhiệt độ của dung dịch.()Xtb : phân khối lượng của chất hòa tan+ Cng: nhiệt dung riêng của nước ngưng tụ, J/kg.độ( I.149, 168, STT1)+ i: hàm nhiệt của hơi đốt, J/kg. Vì hơi đốt là hơi bão hoà nên i = r là ẩnnhiệt ngưng tụ, r = 2264.103 J/kg. Tra bảng I.251 (314, STT1)+ i – Cng * ẩn nhiệt hóa hơi của hơi thứ , r = 2490.10 3 J/kg. Tra bảng I.251(314, STT1)Bảng 2.6. Nhiệt lượng do hơi đốt cung cấpxtb13,518,8924,829,4733,0634,56ts92,8093,3394,9695,6196,2696,75G1000,001088,24825,00746,03687,02546,52W441,76463,24238,97199,01146,5040,99ii*10-32581,002581,002581,002581,002581,002581,00i*10-32264,002264,002264,002264,002264,002264,00Cđ3767,403599,963265,083055,782804,622637,18Ci3945,103848,073744,143661,633598,883573,34Cng4638,0884638,0884638,0884638,0884638,0884638,088D420,61445,76240,69205,96160,6059,66544918,15466283,23363590,89135068,98Q952250,80 1009208,722.3.2. Tính hệ số truyền nhiệt KK =111+ Σr +α1α2, W/m2độTrong đó:+ α1: hệ số cấp nhiệt từ hơi đốt đến ống truyền nhiệt, W/m2độ+ α2: hệ số cấp nhiệt từ thành ống truyền nhiệt đến dung dịch, W/m2độ+ Σr: tổng nhiệt trở, m2độ/W.2.3.2.1. Tính tổng nhiệt trở= + r1 +r2, m2độ/WTrong đó:+ δ: bề dày ống truyền nhiệt, δ = 0,002 m+ λ: hệ số dẫn nhiệt của vật liệu làm ống truyền nhiệt, λ = 16,85W/m.độ.(I.125,127, STT1)+ r1: nhiệt trở lớp cặn bẩn, m2độ/W+ r2: nhiệt trở hơi nước (có lẫn dầu nhờn), m2độ/WChọn hơi đốt là nước sạch. Theo V.1, 4, STT2:Nhiệt trở của cặn mặt ngoài:r1 = 0,464.10-3. (m2.độ/W)Nhiệt trở của cặn mặt trong:r2 = 0,387.10-3. (m2.độ/W)= + 0,464.10-3 + 0,387.10-3 = 9,69.10-4 m2độ/W2.3.2.2. Tính hệ số cấp nhiệt khi hơi ngưng tụ= 2,04.A. (W/m2.độ(V.101,28, STT2)Trong đó:+ H: chiều cao của ống truyền nhiệt, H = 2 m.+ r: ẩn nhiệt hơi ngưng tụ, J/kg. r = 2264.10 3 J/kg. Tra bảng I.251 (314,STT1)+ Δt1: hiệu số nhiệt độ giữa hơi ngưng tụ và thành thiết bị, t1 = thđ - tT1 °C.+ A: hệ số phụ thuộc vào nhiệt độ của màng nước ngưng tm .tm =( 29, STT2),°C2.3.2.3. Tính hệ số cấp nhiệt khi chất lỏng sôiα2 = Ψ * αn, W/m2độ(V.27,71, STT2)Trong đó:+ αn: hệ số cấp nhiệt của nước, W/m2độαn = 0,145*(P)0,5*(Δt)2,33(V.91,26, STT2)Với:••P: áp suất làm việc.P = 1at = 9,81.104 N/m2Δt: hiệu số nhiệt độ giữa nhiệt độ của thành thiết bị phía tiếp xúcvới chất lỏng sôi và nhiệt độ sôi của chất lỏng, °C.+ Ψ: hệ số hiệu chỉnh của dung dịchΨ= 0.565 .(V.27,71, STT2)Với:λdd: độ dẫn điện của dung dịch, W/m.độ(I.32, 123, STT1)λn:độ dẫn điện của nước tương ứng với nhiệt độ sôi của dung dịch ,W/m.độ( I.129,133,STT1)ρdd: khối lượng riêng của dung dịch ,kg/m3(I.86,58,STT1)ρn: khối lượng riêng của nước tương ứng với nhiệt độ sôi của dung dịch,kg/m .(I.5, 11, STT1)3Cdd: nhiệt dung riêng của dung dịch, J/kg.độ( I.50,153, STT1 )Cn: nhiệt dung riêng của nước tương ứng với nhiệt độ sôi của dung dịch,J/kg.độ( I.149, 168, STT1)µdd: độ nhớt của dung dịch, N.s/m2( I.114, 114, STT1)µn: độ nhớt của nước tương ứng với nhiệt độ sôi của dung dịch, N.s/m2( I.102, 94, STT1)Bảng 2.7. Hệ số cấp nhiệt do chất lỏng sôixtbtsλddλnρddρnCdd13,588,350,260,581056,77966,633931,0618,8988,850,260,581078,44966,303839,2824,889,270,260,581105,51966,033729,3229,4789,500,260,581133,78965,873619,3133,0689,900,250,581153,31965,613546,7234,5690,300,250,581173,41965,343474,36Cn4638,094638,094638,094638,094638,094638,09µdd*1031,151,151,141,141,121,11µn*1030,320,320,320,320,320,32Ψ1,091,131,091,131,131,122.3.2.4. Tính hệ số truyền nhiệt K- Giả sử Δt1 (hiệu số nhiệt độ giữa hơi đốt và thành thiết bị phía tiếp xúc với hơiđốt), suy ra nhiệt độ thành thiết bị phía tiếp xúc với hơi đốt tT1tT1 = thđ – Δt1Suy ra nhiệt độ màng nước ngưng tm. Từ đó, xác định được A.( 29, STT2)tm =,°C- Tính hệ số cấp nhiệt khi hơi ngưng tụ α 1, suy ra nhiệt lượng truyền từ hơingưng tụ đến thành thiết bị q1q1 = α1 * Δt1- Tính nhiệt độ thành thiết bị phía tiếp xúc với dung dịch tT2tT2 = tT1 – Δt,với Δt = q1 * ΣrtT2 = tT1 – q1. = tT1 – q1. 9,69.10-4 ()Chọn các giá trị Δt1 có bảng số liệu sau:Bảng 2.8 Giá trị tT2xtbΔt1tT113,5297,1018,891,597,6024,8198,1029,470,7598,3533,060,598,6034,560,2598,85tm98,1098,3598,6098,7398,8598,98Aα1q1ΔttT2177,804276,378552,758,3088,80177,924493,416740,116,5491,06178,054736,414736,414,5993,51178,184834,383625,783,5294,83178,305001,322500,662,4396,17178,435132,361283,091,2497,61Suy ra, hiệu số nhiệt độ giữa thành thiết bị phía tiếp xúc với dung dịch và nhiệtđộ sôi của dung dịch Δt2Δt2 = tT2 – ts- Tính hệ số cấp nhiệt của nước α n, hệ số cấp nhiệt khi chất lỏng sôi α 2.Từ đó suyra nhiệt lượng truyền từ thành thiết bị đến chất lỏng sôi q2q2 = α2 * Δt2- Để đảm bảo quá trình truyền nhiệt là ổn định thì q 1 và q2 phải gần bằng nhau,điều kiện cho phép là:q − qη =  1 2 *100 ≤ 5 q1Bảng 2.9 Hệ số truyền nhiệtxtb13,518,8924,829,4733,0634,56Δt118,212,28,26,24,22,2tT180,986,990,992,994,996,9tm909395969798A174175,5176,5177177,5178α15605,616248,556940,387463,928250,459725,37q1102022,1076232,3156911,1246276,3034651,8921395,81Δt98,9673,9555,2044,8933,6120,75tT292,9194,1395,4596,9597,3797,83Δt20,110,800,491,341,111,08αn1025675,16461688,68 209304,87114956,4050444,0511948,99α21122498,90520046,13 228121,37129636,3356885,7613335,07q2119786,12416165,53 112766,16173822,3463343,9914421,84K870,11883,42894,08899,53901,89871,22-17,41-445,91-98,14-275,61-82,8032,59Vìq − qη =  1 2 *100 ≤ 5 q1nên loại giá trị K ở giá trị xtb = 34,562.3.3. Tính FF =ΣQiK i ∗ ∆t iBảng 2.10. Diện tích truyền nhiệtxtbQKΔtFiF0,1350,18890,2480,29470,3306953867,84870,1198,9611,081008505,70883,4273,9515,44481624,74894,0855,209,76347532,24899,5344,898,61222721,58901,8933,617,3552.24Chọn F theo tiêu chuẩn =65 m2(193, QTTBT5)2.4. TÍNH KÍCH THƯỚC BUỒNG BỐC VÀ BUỒNG ĐỐT2.4.1. Kích thước buồng bốcĐường kính buồng bốcDb=,m(VI.35, 72,STT2)V b = , m3(VI.32, 71, STT2)Trong đó:+ Hb: chiều cao buồng bốc,+ Vb: thể tích buồng bốc, m3Thể tích buồng bốcVới:W: lượng hơi thứ bốc lên trong toàn hệ thống, W = 1500kg/h.ρh: khối lượng riêng của hơi thứ, kg/m3Ut: cường độ bốc hơi thể tích, m3/m3hChọn Utt = 1600( m3/m3.h), áp suất hơi trong buồng bốc 1at.= 0,579 (kg/m3)( bảng I.251.STT 1, 315).Vb = = 1,62 m3Chiều cao của không gian hơi được tính bằng công thức:Hkgh = mChọn Db = 1600 mm(VI.34 STT 2 , 72)(194,QTTBT5)Hkgh = = 0,81 m2.4.2. Kích thước buồng đốt2.4.2.1. Xác định số ống truyền nhiệtn= =Trong đó:+ F: diện tích bề mặt truyền nhiệt, m2.+ l: chiều dài ống truyền nhiệt, l = 1,5m.+ dn: đường kính ống truyền nhiệt, m.Chọn ống có kích thước 38x2 (mm) ,Do 1 > 2 nên d = 34 mm(16,QTTBT 5)n = = 405 ốngChọn nt = 410 ống(V.11,48, STT2)2.4.2.2. Đường kính ống tuần hoàn trung tâmdth =Với: ft: tiết diện ngang của ống tuần hoàn, thường bằng 25 ÷ 30% tổng tiếtdiện ngang của các ống truyền nhiệt FD. Chọn ft= 25% FDFD= nt. m2FD= 410. = 0,37 m2ft= 25% FD = 25%*0,37= 0,09dth = 0,34 mChọn Dth theo tiêu chuẩn bằng 400 mm(190, QTTBT5)Giá trị bước ống:t = .dth = 1,4 . 0,0325 = 0,046 ( m)(= 1,3-1,5). Chọn =1,4Chọn t = 50mmXét (F – Ftn)/F < 5%số ống truyền nhiệt còn lại:n= 410 – 38 = 372 ống2.4.2.3. Đường kính buồng đốtĐối với thiết bị cô đặc ống tuần hoàn trung tâm và bố trí ống truyền nhiệt theohình lục giác đều thì đường kính trong của buồng đốt tính theo công thức:Dt = , m(VI.40, 74, STT2)Trong đó:+ dn: đường kính ngoài của ống truyền nhiệt, m+ β = t/dn : hệ số, với t: bước ống. β =1,4+ Ψ: hệ số sử dụng lưới đỡ ống, thường Ψ= 0,7 ÷ 0,9.+ l: chiều dài của ống truyền nhiệt, l= 1,5m.+ dth: đường kính ngoài của ống tuần hoàn, dth = 400mm+ Sin60°: do xếp ống theo hình lục giác đều, nên 3 ống cạnh nhau ở hai dãysát nhau tạo thành một tam giác đều có góc α = 60°.

Tài liệu liên quan

Thiết kế hệ thống cô đặc hai nồi làm việc liên tục xuôi chiều cô đặc dung dịch xút NaOH
- 33
- 1
- 1
Thiết kế hệ thống cô đặc hai nồi làm việc liên tục xuôi chiều cô đặc dung dịch xút NaOH
- 36
- 904
- 1
Hoàn thành thiết kế hệ thống cô đặc 2 nồi xuôi chiều có phòng đốt ngoài làm việc liên tục với dung dịch NaOH
- 61
- 2
- 14
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 hệ thống cô đặc 3 nồi dung dịch muối ăn
- 58
- 1
- 2
Thiết kế hệ thống cô đặc một nồi liên tục để cô đặc dung dịch cà phê sau khi trích ly
- 58
- 5
- 43
Thiết kế hệ thống cô đặc một nồi có ống tuần hoàn trung tâm
- 65
- 719
- 4
Thiết kế hệ thống cô đặc hai nồi có buồng đốt trong và ống tuần hoàn trung tâm, làm việc liên tục ở áp suất chân không, cô đặc dung dịch NaNO3 từ 15% lên 45%
- 69
- 2
- 3
Thiết kế hệ thống cô đặc hai nồi cô đặc dung dịch KOH xuôi chiều ống tuần hoàn ngoài với năng suất 11000 k trên giờ
- 86
- 815
- 0
Thiết kế hệ thống cô đặc hai nồi xuôi chiều thiết bị cô đặc ống tuần hoàn ngoài dùng cho cô đặc dung dịch KOH
- 54
- 545
- 1