ĐỒ ÁN QUÁ TRÌNH VÀ THIẾT BỊ TRONG CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP HCM KHOA CÔNG NGHỆ HÓA HỌC VÀ THỰC PHẨM  ĐỒ ÁN QUÁ TRÌNH VÀ THIẾT BỊ TRONG CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM THIẾT KẾ HỆ THỐNG THIẾT BỊ CÔ ĐẶC BA NỒI CHO DUNG DỊCH NAOH TỪ NỒNG ĐỘ BAN ĐẦU 10% TỚI NỒNG ĐỘ CUỐI 45% NĂNG SUẤT 5000 KGGIỜ (tính theo nguyên liệu vào) GVHD TS Lê Đức Trung Lớp Sinh viên thực hiện MSSV Tp Hồ Chí Minh, Tháng 122019 NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN QUÁ TRÌNH THIẾT BỊ Họ và tên nhóm sinh viên Ngành Công nghệ thực phẩm Tên đồ án Thiết kế thiết bị cô đặc ba nồi cho d.

TỔNG QUAN

Quá trình cô đặc

Cô đặc là quá trình loại bỏ một phần dung môi từ dung dịch chứa chất tan không bay hơi, diễn ra ở nhiệt độ sôi và áp suất tương ứng Mục đích của quá trình này là tăng nồng độ chất tan trong dung dịch.

 Làm tăng nồng độ chất tan 

 Tách chất rắn hòa tan ở dạng tinh thể (kết tinh).

 Thu dung môi ở dạng nguyên chất (cất nước) 

Cô đặc diễn ra ở nhiệt độ sôi và có thể áp dụng ở mọi loại áp suất, bao gồm áp suất chân không, áp suất thường và áp suất dư Quá trình này có thể thực hiện trong hệ thống một thiết bị cô đặc hoặc nhiều thiết bị cô đặc, và có thể là gián đoạn hoặc liên tục Hơi bay ra trong quá trình cô đặc chủ yếu là hơi nước, được gọi là “hơi thứ”, có nhiệt độ cao và ẩn nhiệt hóa hơi lớn, thường được sử dụng làm hơi đốt cho các nồi cô đặc Nếu “hơi thứ” được sử dụng ngoài dây chuyền cô đặc, nó được gọi là “hơi phụ”.

1.2.2 Các phương pháp cô đặc

1.2.2.1 Cô đặc một nồi hoặc nhiều nồi

Cô đặc nhiều nồi là phương pháp tiết kiệm năng lượng hiệu quả, đặc biệt khi sử dụng hơi thứ thay vì hơi đốt Trong hệ thống này, nồi đầu tiên hoạt động ở áp suất lớn hơn áp suất khí quyển, trong khi các nồi tiếp theo làm việc ở áp suất chân không, nhằm tối ưu hóa việc sử dụng nhiệt Mặc dù có thể áp dụng cả cô đặc chân không và cô đặc áp lực, số lượng nồi không nên quá lớn để không làm giảm hiệu quả tiết kiệm hơi Việc sử dụng hơi thứ cho các mục đích khác cũng có thể nâng cao hiệu quả kinh tế của quá trình này.

1.2.2.2 Cô đặc liên tục và gián đoạn

Cô đặc liên tục mang lại hiệu quả cao hơn so với cô đặc gián đoạn và có thể được điều khiển tự động, mặc dù hiện tại vẫn thiếu cảm biến đáng tin cậy Mỗi loại thiết bị có thể được thiết kế với buồng đốt trong hoặc buồng đốt ngoài, có hoặc không có ống tuần hoàn Tùy thuộc vào điều kiện kỹ thuật và tính chất của dung dịch, chế độ cô đặc có thể được thực hiện ở áp suất chân không, áp suất thường hoặc áp suất dư.

1.2.2.3 Cô đặc áp ở suất thường, chân không, áp suất dư

Cô đặc áp suất thường (thiết bị hở) là quá trình mà nhiệt độ sôi và áp suất được giữ không đổi Phương pháp này thường được sử dụng trong việc cô đặc dung dịch liên tục, giúp duy trì mức dung dịch ổn định nhằm tối ưu hóa năng suất và rút ngắn thời gian cô đặc.

Cô đặc áp suất chân không là phương pháp hiệu quả cho các dung dịch có nhiệt độ sôi thấp và dễ bị phân huỷ do nhiệt Phương pháp này không chỉ làm tăng hiệu số nhiệt độ của hơi đốt và nhiệt độ sôi trung bình của dung dịch, mà còn giảm bề mặt truyền nhiệt Bên cạnh đó, nhờ vào nhiệt độ sôi thấp, cô đặc chân không cho phép tận dụng nhiệt thừa từ các quá trình sản xuất khác, hoặc sử dụng hơi thứ, để cải thiện hiệu suất Quá trình này cũng giúp dung dịch tuần hoàn tốt, giảm thiểu cặn bã và đảm bảo sự bay hơi của dung môi diễn ra liên tục.

Cô đặc ở áp suất cao hơn áp suất khí quyển thường được áp dụng cho các dung dịch không bị phân huỷ ở nhiệt độ cao, như dung dịch muối vô cơ, nhằm tận dụng hơi thứ cho quá trình cô đặc và các quá trình đun nóng khác Ngược lại, cô đặc ở áp suất khí quyển không sử dụng hơi thứ mà thải ra ngoài không khí, mặc dù phương pháp này đơn giản nhưng lại không kinh tế.

1.2.3 Bản chất của sự cô đặc

Khi hòa tan một chất rắn vào trong một dung môi có hai quá trình xảy ra [7]:

Quá trình tương tác giữa các phần tử của dung môi và chất tan dẫn đến việc phá hủy mạng lưới tinh thể của chất tan Hệ quả của quá trình này là dung môi hấp thụ nhiệt, khiến nhiệt độ của nó giảm đi.

Quá trình solvat hóa, hay còn gọi là hydrat hóa khi dung môi là nước, là quá trình tạo liên kết giữa các phân tử chất tan và dung môi Quá trình này thường đi kèm với sự tỏa nhiệt.

Nhiệt hòa tan là tổng của hai lượng nhiệt, có thể dương hoặc âm tùy thuộc vào tính chất của chất hòa tan và dung môi Các chất dễ tạo thành quá trình solvat (hay hydrat) hóa sẽ có nhiệt hòa tan dương, trong khi những chất không tạo solvat sẽ có nhiệt hòa tan âm Để tính toán cân bằng nhiệt trong quá trình cô đặc, việc biết nhiệt hòa tan là cần thiết để điều chỉnh lượng nhiệt thêm vào hoặc bớt đi.

 đi Các giá trị về nhiệt hòa thường được cho trong các sổ tay [7]

1.2.3.2 Nhiệt độ sôi của dung dịch

Nhiệt độ sôi của dung dịch là yếu tố kỹ thuật quan trọng trong thiết kế và tính toán truyền nhiệt cô đặc Nó giúp lựa chọn chất tải nhiệt phù hợp với các thông số vật lý cần thiết và xác định chế độ làm việc tối ưu cho thiết bị Nhiệt độ sôi của dung dịch phụ thuộc vào bản chất của dung môi và chất tan, đặc biệt là nồng độ của chất tan Luôn luôn, nhiệt độ sôi của dung dịch cao hơn nhiệt độ sôi của dung môi nguyên chất tại cùng áp suất.

1.2.4 Phân loại thiết bị cô đặc

Có nhiều cách phân loại thiết bị cô đặc khác nhau, nhưng người ta thường phân loại theo đặc điểm cấu tạo của thiết bị: được chia làm 3 nhóm [2]:

Nhóm 1 tập trung vào dung dịch đối lưu tự nhiên, hay còn gọi là tuần hoàn tự nhiên, được sử dụng để cô đặc các dung dịch loãng với độ nhớt thấp Điều này giúp đảm bảo quá trình tuần hoàn diễn ra dễ dàng qua bề mặt truyền nhiệt.

Nhóm 2 sử dụng bơm để tạo ra sự đối lưu cưỡng bức cho dung dịch, với tốc độ chuyển động từ 1.5 đến 3.5 m/s tại khu vực bề mặt truyền nhiệt Ưu điểm nổi bật của phương pháp này là khả năng tăng cường hệ số truyền nhiệt K, phù hợp cho nhiều loại dung dịch khác nhau.

 đặc sệt, có độ nhớt khá cao, giảm được sự bám cặn hay kết tinh từng phần trên bề mặt truyền nhiệt

Nhóm 3 được sử dụng cho dung dịch chảy màng, bao gồm màng mỏng hoặc màng hơi lỏng, nhằm truyền nhiệt một lần Phương pháp này giúp tránh tác động nhiệt độ lâu dài, ngăn ngừa sự biến chất của một số thành phần trong dung dịch.

1.2.5 Ứng dụng của cô đặc Ứng dụng trong sản xuất hóa chất, thực phẩm, dược phẩm Mục đích để đạt được nồng độ dung dịch theo yêu cầu, hoặc đưa dung dịch đến trạng thái quá bão hòa để kết tinh

 Sản xuất thực phẩm: đường, mì chính, các dung dịch nước trái cây 

 Sản xuất hóa chất: NaOH, NaCl, CaCl 2 , các muối vô cơ …

QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ

Cơ sở lựa chọn quy trình công nghệ

Quá trình cô đặc có thể thực hiện trong thiết bị cô đặc một nồi hoặc nhiều nồi, hoạt động liên tục hoặc gián đoạn, tùy thuộc vào yêu cầu kỹ thuật Khi tiến hành ở áp suất thường, có thể sử dụng thiết bị hở, trong khi ở áp suất thấp, thiết bị kín cô đặc chân không được ưu tiên do khả năng giảm diện tích truyền nhiệt Việc giảm áp suất dẫn đến nhiệt độ sôi của dung dịch giảm, từ đó làm tăng hiệu số nhiệt độ giữa hơi đốt và dung dịch.

Cô đặc nhiều nồi là một phương pháp sử dụng hơi thứ thay cho hơi đốt, mang lại hiệu quả kinh tế cao trong việc sử dụng nhiệt Nguyên tắc hoạt động của quá trình này bắt đầu từ nồi đầu tiên, nơi dung dịch được đun nóng bằng hơi đốt; hơi thứ từ nồi này được chuyển sang nồi thứ hai, và tiếp tục như vậy cho đến nồi cuối cùng, nơi hơi thứ được đưa vào thiết bị ngưng Qua mỗi nồi, dung môi được bốc hơi một phần, làm tăng nồng độ dung dịch Để truyền nhiệt hiệu quả, cần có sự chênh lệch nhiệt độ giữa hơi đốt và dung dịch sôi, tức là chênh lệch áp suất giữa hơi đốt và hơi thứ trong các nồi Thông thường, nồi đầu tiên hoạt động ở áp suất dư, trong khi nồi cuối cùng hoạt động ở áp suất chân không.

Hệ thống cô đặc nhiều nồi hoạt động theo các phương thức xuôi chiều, ngược chiều hoặc song song Dung dịch được dẫn vào nồi (1), sau đó tiếp tục chuyển sang nồi (2) và nồi (3) nhờ chênh lệch áp suất giữa các nồi Hơi đốt từ phòng đốt (1) được sử dụng để làm nóng dung dịch trong nồi (1), trong khi hơi thứ từ nồi được tái sử dụng trong quá trình cô đặc.

(1) đi vào phòng đốt của nồi (2), hơi thứ của nồi (2) đi vào phòng đốt của nồi (3) và hơi thứ của nồi (3) đi vào thiết bị ngưng tụ [2]

Dựa vào tính chất nguyên liệu, ưu và nhược điểm của các hệ thống cô đặc nhiều nồi 14

Trong ngành công nghiệp hiện nay, hệ thống cô đặc nhiều nồi ngược chiều được ưa chuộng hơn cả do hệ số truyền nhiệt giữa các nồi không thay đổi đáng kể Ngược lại, hệ thống cô đặc nhiều nồi xuôi chiều có hệ số truyền nhiệt giảm dần từ nồi đầu đến nồi cuối và cần tiêu tốn thêm năng lượng để làm nóng dung dịch trước khi đưa vào nồi đầu Một nhược điểm của cô đặc nhiều nồi là áp suất nồi trước lớn hơn nồi sau, khiến dung dịch không thể tự chảy mà cần bơm để vận chuyển Với những ưu điểm này, cùng với tính chất của dung dịch NaOH có nhiệt độ sôi cao và tăng theo nồng độ, việc chọn hệ thống cô đặc nhiều nồi ngược chiều giúp tiết kiệm chi phí và năng lượng, đồng thời nâng cao hiệu suất truyền nhiệt giữa các nồi.

Hình 2.1 Sơ đồ cô đặc nhiều nồi ngƣợc chiều

Sơ đồ quy trình công nghệ

Trong quy trình công nghiệp, các thiết bị quan trọng bao gồm: thiết bị cô đặc, thiết bị gia nhiệt ban đầu, thiết bị ngưng tụ baromet, thiết bị tách lỏng, bơm chân không, bể chứa nước ngưng, bơm nhập liệu đầu vào, bể chứa nguyên liệu, bơm nhập liệu cho nồi I và II, cùng với bể chứa sản phẩm Những thiết bị này đóng vai trò thiết yếu trong việc tối ưu hóa quy trình sản xuất và nâng cao hiệu quả hoạt động.

Hình 2.2 Sơ đồ quy trình công nghệ

Dung dịch NaOH 10% được bơm từ bể chứa nguyên liệu lên bồn cao vị ở nhiệt độ 30°C Từ bồn cao vị, dung dịch chảy qua lưu lượng kế và vào thiết bị gia nhiệt ban đầu Tại đây, dung dịch NaOH được gia nhiệt bằng hơi bão hòa bên ngoài ống truyền nhiệt.

Thiết bị gia nhiệt là một loại thiết bị trao đổi nhiệt dạng ống chùm, với thân hình trụ đứng và bên trong chứa nhiều ống nhỏ sắp xếp theo hình tam giác đều Các đầu ống được gắn chặt vào vỉ ống, và vỉ ống được hàn vào thân thiết bị Nguồn nhiệt cung cấp cho thiết bị là hơi nước bão hòa có áp suất 0,75 at, đi bên ngoài ống Dung dịch được đưa vào từ dưới lên trong ống, trong khi hơi nước bão hòa ngưng tụ trên bề mặt ngoài của ống, cung cấp nhiệt cho dung dịch để nâng nhiệt độ lên đến điểm sôi Sau khi gia nhiệt, dung dịch sẽ chảy vào thiết bị cô đặc để thực hiện quá trình bốc hơi, trong khi hơi nước ngưng tụ thành nước lỏng và được dẫn ra ngoài qua bẫy hơi.

Sau khi rời khỏi thiết bị gia nhiệt ban đầu, dung dịch được chuyển vào thiết bị cô đặc thứ III, nơi có ống tuần hoàn trung tâm Tại đây, dung dịch chảy bên trong ống tuần hoàn và ống truyền nhiệt, trong khi hơi đốt bão hòa lưu thông bên ngoài ống Quá trình này giúp cô đặc dung dịch đến nồng độ 13,97%.

Sau đó, dung dịch được bơm (9) đẩy sang thiết bị cô đặc thứ II (1), tại đây dung dịch sẽ được cô đặc đến nồng độ 21,87 %

Sau đó dung dịch tiếp tục được bơm (9) qua thiết bị cô đặc thứ I (1), tại đây dung dịch được cô đặc đến nồng độ 45%

Hơi đốt là hơi bão hòa được đưa vào thiết bị cô đặc thứ I, đi qua ống truyền nhiệt, trong khi nước ngưng được tháo ra bên ngoài Để ngăn hơi đốt thoát ra ngoài, ống tháo nước ngưng được trang bị bẫy hơi Khí không ngưng cũng được xả ra bên ngoài qua ống xả.

Hơi thứ của thiết bị cô đặc thứ I sẽ được tận dụng để làm hơi đốt cho thiết bị cô đặc thứ

II, tại đây nước ngưng và khí không ngưng cũng được xả ra ngoài như thiết bị thứ I

Hơi thải từ thiết bị thứ II được sử dụng làm hơi đốt cho thiết bị cô đặc thứ III Tại thiết bị này, khí không ngưng và nước ngưng cũng được xả ra ngoài giống như ở thiết bị I và II.

Hơi thứ của thiết bị cô đặc thứ III được dẫn vào thiết bị ngưng tụ baromet, nơi nước được sử dụng để ngưng tụ Phần hơi không ngưng tụ tiếp tục được chuyển đến thiết bị tách lỏng để thu hồi phần hơi còn lại, trong khi phần khí sẽ được hút ra ngoài bằng bơm chân không.

Bình tách lỏng (4) có vách ngăn giúp tách những giọt lỏng bị cuốn theo dòng khí không ngưng, đưa chúng về bồn chứa nước ngưng (6) Bơm chân không (5) có nhiệm vụ hút khí không ngưng ra ngoài, ngăn ngừa tình trạng khí không ngưng tích tụ quá mức trong thiết bị ngưng tụ, điều này giúp tránh tăng áp suất trong thiết bị và ngăn nước chảy ngược vào nồi cô đặc.

CÂN BẰNG VẬT CHẤ V NĂNG LƯỢNG

Dữ kiện ban đầu

Năng suất đầu vào: G đ = 5000 kg/h

 Chọn: Nhiệt độ đầu của nguyên liệu: t đ = 25 o C

Gia nhiệt bằng hơi nước bão hòa áp suất hơi đốt là 4 at Áp suất thiết bị ngưng tụ: P ck = 0,21 at

Cân bằng vật chất

3.2.1 Tổng lượng hơi thứ bốc lên

• W: lượng hơi thứ khi nồng độ thay đổi từ x đ đến x c (kg/h)

• G đ , G c : lượng dung dịch đầu, dung dịch cuối (kg/h)

• x đ , x c : nồng độ đầu và nồng độ cuối của dung dịch (% khối lượng)

3.2.2 Nồng độ cuối của dung dịch

• x 1 , x 2 , x 3 : nồng độ cuối của dung dịch trong các nồi (% khối lượng)

• W 1 , W 2 , W 3 : lượng hơi thứ bốc lên từ các nồi (kg/h)

• x đ : nồng độ đầu của dung dịch (% khối lượng)

• G đ : lượng dung dịch đầu (kg/h)

3.2.3 Nhiệt độ và áp suất của nồi Áp suất thiết bị ngưng tụ: P ck = 0,2at Nhiệt độ thiết bị ngưng tụ là 60 o C

[4] Nhiệt độ hơi thứ của nồi cuối sẽ bằng nhiệt độ thiết bị ngưng tụ cộng thêm 1 o C t 3 = 61 o C P 3 = 0,21 at [4] Áp suất hơi đốt ở nồi đầu đã chọn là P 1 = 4 at

Hiệu số áp suất của cả hệ thống:

P = P 1 – P nt = 4 – 0,21 = 3,79 at Chọn tỷ lệ hiệu số áp suất cho các nồi như sau:P 1 /P 2 = 2,0 ;P 2 /P 3 = 2,0

• P 1 , P 2 , P 3 : lần lượt là áp suất hơi đốt nồi 1, 2, 3 (at)

• P nt : Áp suất thiết bị ngưng tụ (at)

• P 1 ,P 2 ,P 3 : lần lượt là hiệu số áp suất của nồi 1 so với nồi 2, nồi 2 so với nồi

3, nồi 3 so với thiết bị ngưng tụ (at)

• P: Hiệu số áp suất của cả hệ thống (at)

Nhiệt độ hơi đốt của nồi sau tương đương với nhiệt độ hơi thứ của nồi trước, trừ đi 1 độ C, đây là mức tổn thất nhiệt do trở lực thủy học trong ống dẫn Đối với nồi cuối cùng, nhiệt độ hơi thứ sẽ bằng nhiệt độ tại thiết bị ngưng tụ cộng thêm 1 độ C.

Bảng 3.1 Áp suất, nhiệt độ của hơi đốt và hơi thứ ở mỗi nồi [4]

3.2.4 Nhiệt độ tổn thất do nồng độ

Nhiệt độ sôi của dung dịch luôn cao hơn nhiệt độ sôi của dung môi nguyên chất khi áp suất không đổi, điều này được giải thích theo định luật Raoult.

Theo Tisencô nhiệt độ tổn thất do nồng độ có thể xác định như sau [3]:

• ’: nhiệt độ tổn thất do nồng độ ( o C)

•  o ’: nhiệt độ tổn thất ở áp suất thường ( o C)

• T m : nhiệt độ dung môi nguyên chất, về giá trị bằng nhiệt độ hơi thứ ( o C)

• r: ẩn nhiệt hóa hơi (J/kg)

Trong các thiết bị cô đặc liên tục (tuần hoàn tự nhiên hay cưỡng bức) thì nồng độ dung dịch sôi gần với nồng độ cuối (x c

’ lấy theo nồng độ dung dịch cuối [1]

Bảng 3.2 Tổn thất nhiệt độ do nồng độ x c (%kl)  o ’

3.2.5 Nhiệt độ tổn thất do áp suất thủy tĩnh

Nhiệt độ sôi của dung dịch cô đặc tăng cao vì hiệu ứng thủy tĩnh (tổn thất nhiệt độ do áp suất thủy tĩnh tăng cao):

” = t ssd (P tb ) - t ssd (P o ) = t sdm (P tb ) - t sdm (P o )

Chiều cao thích hợp của dung dịch sôi trong ống truyền nhiệt (tính theo kính quan sát chỉ mức) [1]:

H op = [0,26 + 0,0014( dd – dm )]H (m) Áp suất ở lớp chất lỏng trung bình [1]:j

• ”: nhiệt độ tổn thất do áp suất thủy tĩnh ( o C)

•  dd : Khối lượng riêng dung dịch theo nồng độ cuối (ở nhiệt độ ts, không kể lẫn bọt hơi) (kg/m 3 )

•  dm : Khối lượng riêng dung môi (kg/m 3 )

• H: Chiều cao ống truyền nhiệt ( m) Chọn H = 3m

• P o : Áp suất trên mặt thoáng dung dịch lấy bằng áp suất hơi thứ, at;

• g: Gia tốc trọng trường, lấy g = 9,81 m/s 2

Bảng 3.3 Tổn thất nhiệt độ do áp suất thủy tĩnh

 **  * H op P tb t sdm P o t sdm (P o ) ” dd dm

Để tính khối lượng riêng của dung dịch ( dd) theo nồng độ cuối tại nhiệt độ t sdd (P tb), cần chọn một nhiệt độ thích hợp, thường là t sdd = t sdm o C, vì khối lượng riêng chỉ thay đổi không đáng kể trong một khoảng nhiệt độ nhỏ.

3.2.6 Nhiệt độ tổn thất do đường ống

Nhiệt độ tổn thất do đường ống ở mỗi nồi là

• ∆’’’: nhiệt độ tổn thất do đường ống ( o C)

3.2.7 Nhiệt độ tổn thất của cả hệ thống Σ∆ = ∆’ + ∆’’ + ∆’’’ = 14,6 + 8+ 3 = 25,61 o C

3.2.8 Diện tích trao đổi nhiệt có ích của từng nồi và của cả hệ thống

 Hiệu số nhiệu độ có ích của từng nồi:

• t i1 ,t i2 ,t i3 : Hiệu số nhiệt độ có ích của nồi 1, nồi 2, nồi 3 ( o C)

• T 1 , T 2 , T 3 : nhiệt độ hơi đốt nồi 1, nồi 2, nồi 3 ( o C)

: nhiệt độ hơi thứ nồi 1, nồi 2, nồi 3 ( o C)

• t s1 , t s2 , t s3 : nhiệt độ sôi của dung dịch ở nồi 1, nồi 2, nồi 3 ( o C)

•  1 ’, 2 ’, 3 ’: tổn thất nhiệt độ do nồng độ ở nồi 1, nồi 2, nồi 3 ( o C)

•  1 ’’, 2 ’’, 3 ’’: tổn thất nhiệt độ do áp suất thủy tĩnh ở nồi 1, nồi 2, nồi 3 ( o C)

 Hiệu suất nhiệt độ có ích của cả hệ thống: Σ∆t i = ∆t i1 + ∆t i2 + ∆t i3

Bảng 3.4 Hiệu số nhiệt độ có ích của từng nồi

Cân bằng nhiệt lƣợng

Nhiệt dung riêng của dung dịch có nồng độ nhỏ hơn 20%

• x: nồng độ chất hòa tan (% khối lượng)

Nhiệt dung riêng dung dịch đầu:

• C ht : nhiệt dung riêng của chất hoà tan (J/(kg.K))

• C đ : nhiệt dung riêng của dung dịch ban đầu C Na = 26000 J/(kg.K)

Nhiệt dung riêng của dung dịch ra khỏi nồi 1:

Nhiệt dung riêng của dung dịch ra khỏi nồi 2:

Nhiệt dung riêng của dung dịch ra khỏi nồi 3:

• D: Lượng hơi đốt dùng cho hệ thống, kg/h

• G đ : Lượng dung dịch ban đầu, kg/h

• ϕ : Độ ẩm của hơi đốt

• i, i 1 , i 2 : Hàm nhiệt của hơi đốt, hơi thứ nồi 1 và nồi 2, J/kg

• t đ , t 1 , t 2 , t 3 : Nhiệt độ sôi ban đầu, ra khỏi nồi 1, nồi 2, nồi 3 của dung dịch,

• C đ , C 1 , C 2 , C 3 : Nhiệt dung riêng ban đầu, ra khỏi nồi 1, nồi 2, nồi 3 của dd, J/(kg.K)

•  1 , 2 , 3 : Nhiệt độ nước ngưng tụ của nồi 1, nồi 2, nồi 3

• C ng1 , C ng2 , C ng3 : Nhiệt dung riêng của nước ngưng tụ ở nồi 1, nồi 2, nồi 3 J/(kg.K).-

• Qxq1 , Q xq2, Q xq3: Nhiệt mất mác ra môi trường xung quanh, J

 Phương trình cân bằng nhiệt lượng: 

Nồi 1: Di + (G đ – W 2 – W 3 ) C 2 t 2 = W 1 i 1 + D C ng1 θ 1 + (Gđ – W) C 1 t 1 + Q xq1

Nồi 2: W 1 i 1 + (G đ – W 3 ) C 3 t 3 = W 2 i 2 + (G đ – W 2 – W 3 ) C 2 t 2 + W 1 C ng2 θ 2 + Q xq2 Nồi 3: W 2 i 2 + G đ C đ t đ = W 3 i 3 + (G đ – W 3 ) C 3 t 3 + W 2 C ng3 θ 3

Trong nghiên cứu về hơi đốt và hơi thứ ở trạng thái hơi bão hòa, các thông số nhiệt liên quan đến các nồi 1, nồi 2 và nồi 3 đã được xác định Cụ thể, hàm nhiệt của hơi đốt là 2679 kJ/kg, trong khi hàm nhiệt của hơi thứ ở nồi 1 là 2708,9 kJ/kg, nồi 2 là 2667 kJ/kg và nồi 3 là 2610,3 kJ/kg Những thông số này cung cấp cái nhìn rõ ràng về hiệu suất nhiệt của hệ thống.

Nhiệt độ sôi của dung dịch: t đ = 100 o C t 1 = 118 o C t 2 = 93 o C t 3 a o C

Nhiệt dung riêng của dung dịch:

Nhiệt độ nước ngưng tụ (xem như bằng nhiệt độ hơi đốt):

Nhiệt dung riêng của nước ngưng tụ:

Thay các giá trị tra được bên trên vào các phương trình cân bằng nhiệt lượng và giải hệ

3 phương trình 3 ẩn số W 1 , W 2 , W 3 , ta được:

Bảng 3.5 ộ chênh lệch lƣợng hơi thứ

TÍNH TOÁN THIẾT BỊ CHÍNH

Tính đường kính ống dẫn

4.4.1 Đường kính ống dẫn hơi đốt:

• V : là lưu lượng của hơi đốt đi trong ống, m 3 /s, V = v.D

• D : là lượng hơi đốt đi trong ống, kg/h

• v: là thể tích riêng của hơi đốt, m 3 /kg (tìm v bằng cách tra bảng I.250/312 [4] dựa vào áp suất p)

• w là vận tốc của hơi đi trong ống, m/s

4.4.2 Đường kính ống dẫn hơi thứ: Đường kính ống hơi thứ vào nồi II, III bằng đường kính ống hơi đốt ra nồi I, II

4.4.3 Đường kính ống dẫn dung dịch:

4.4.3.1 Ống dẫn dung dịch vào:

Với: G là lượng dung dịch, kg/h ρ là khối lượng riêng dung dịch, kg/m 3 w là vận tốc dung dịch, m/s

 Đường kính ống dẫn dung dịch vào nồi

 Đường kính ống dẫn dung dịch vào nồi II:

 Đường kính ống dẫn dung dịch vào nồi I: ρ = ρ 2 = 1176,5 kg/m 3

4.4.3.2 Ống dẫn dung dịch ra:

 Đường kính ống dẫn dung dịch ra từ nồi II, III bằng đường kính ống dẫn dung dịch vào nồi I, II.

 Đường kính ống dẫn dung dịch ra khỏi nồi I:

4.4.4 Đường kính ống dẫn nước ngưng:

• V s là lưu lượng nước chãy trong ống, V s = D.v

• D là lượng hơi đốt, kg/h

• v là thể tích riêng của hơi đốt, m 3 /kg

• tìm v bằng cách tra bảng I.52/12 [4] dựa vào nhiệt độ hơi đốt

• w là vận tốc của nước đi trong ống, m/s

ính bề dày lớp cách nhiệt

4.5 Tính bề dày lớp cách nhiệt

Lớp cách nhiệt được làm bằng amian cách nhiệt

Bề dày lớp cách nhiệt được tính theo công thức:

• d n : là đường kính ngoài thiết bị

• λ: là hệ số dẫn nhiệt của lớp cách nhiệt, tìm được bằng cách tra đồ thị I.36/129

• t T2 : là nhiệt độ của thành ngoài ống dẫn, lấy bằng nhiệt độ của chất tiếp xúc

• q 1 : là tổn thất nhiệt tính theo 1m chiều dài thiết bị, q 1 tìm được bằng cách ta bảng V.7/42 [5]

4.5.1 Cách nhiệt cho ống dẫn

Bề dày cách nhiệt của ống dẫn trong môi trường không khí chuyển động tự do là yếu tố quan trọng, với nhiệt độ tỏa ra khoảng 25°C.

4.5.1.1 Cách nhiệt cho ống dẫn hơi đốt:

Bảng 4.8 Số liệu ống dẫn hơi đốt

Nồi I Nồi II Nồi III d n (mm) 150 219 377 t T2 ( o C) 143 118 93 λ (w/m.độ) 0,14 0,12 0,107 q (W/m) 117,16 118,61 156,47

4.5.1.2 Cách nhiệt cho ống dẫn hơi thứ:

Bảng 4.9 Số liệu ống dẫn hơi thứ

Nồi I Nồi II Nồi III d n (mm) 219 377 820 t T2 ( o C) 118 93 61 λ (w/m.độ) 0,11 0,109 0,097 q (W/m) 121,97 144,67 183,46

4.5.1.3 Cách nhiệt cho ống dẫn dung dịch vào:

Bảng 4.10 Số liệu ống dẫn dung dịch vào

Nồi I Nồi II Nồi III d n (mm) 48 48 57 t T2 ( o C) 122,13 99,14 73,34 λ (w/m.độ) 0,115 0,112 0,098 q (W/m) 58,75 39,25 33,35

4.5.1.4 Cách nhiệt cho ống dẫn dung dịch ra

4.5.2 Cách nhiệt cho thân hình trụ

Chọn bề dày lớp cách nhiệt cho thân hình trụ cả 3 nồi là = 0,013 m = 13mm

ính toán mặt bích

Mặt bích là một bộ phận quan trọng dùng để nối các phần của thiết bị cũng như nối các bộ phận khác của thiết bị

Mặt bích cần đảm bảo rằng mối ghép luôn kín dưới áp suất và nhiệt độ làm việc, đồng thời phải bền bỉ, dễ dàng tháo lắp, phù hợp cho sản xuất hàng loạt và có giá thành hợp lý.

4.6.1 Mặt bích nối thân thiết bị với đáy và nắp

Chọn loại bích liền bằng thép loại 1:

Hình 4.1 Hình mặt bích nối thân thiết bị với đáy và nắp

Thông số các bích tra ở bảng XIII.27/417[2] Ta có bảng số liệu sau:

Bảng 4.11 Thông số bích nối thân thiết bị với nắp

Bích nối nắp và bích nối buồng đốt có các thông số kỹ thuật quan trọng như sau: Đường kính trong của thân là 1400 mm cho bích nối nắp và 1300 mm cho bích nối buồng đốt Đường kính vành ngoài bích lần lượt là 1550 mm và 1450 mm Đường kính đến tâm bu lông là 1500 mm cho bích nối nắp và 1400 mm cho bích nối buồng đốt Đường kính đến vành ngoài đệm là 1460 mm và 1360 mm, trong khi đường kính đến vành trong đệm là 1413 mm cho bích nối nắp và 1313 mm cho bích nối buồng đốt.

Bề dày bích h (mm) 35 35 Đường kính bu lông db (mm) M24 M24

Số lượng bu lông Z (cái) 40 32

4.6.2 Mặt bích nối thành thiết bị với ống dẫn

Dựa vào đường kính của các ống trên, ta tra bảng XIII.26/411 [2] ta được các thông số sau:

Chọn loại bích liền bằng kim loại đen loại 1:

Hình 4.2 Hình mặt bích nối thành thiết bị với ống dẫn

Bảng 4.12 Thông số mặt bích ống dẫn Ống Nồi Đường kính Kích thước nối Bulông ống

Tính tai treo

Do kích thước buồng đốt và buồng bốc tương đồng, tổng trọng lượng của buồng bốc nhẹ hơn buồng đốt Vì vậy, để thuận tiện cho việc tính toán và chế tạo, chúng ta lựa chọn kích thước của buồng đốt và buồng bốc là bằng nhau.

 Tai treo của buồng đốt: 

Chọn số tai treo cho buồng đốt của thiết bị cô đặc thẳng đứng là 4, tai treo làm bằng thép CT3

Tải trọng tác dụng lên một tai treo Q: Q = 4 , N Với:

• G là tải trọng toàn bộ của thiết bị

• G th : Trọng lượng thân buồng đốt

• ρ t : khối lượng riêng của thép, t = 7,85.10 3 kg/m 3

• D đ : Đường kính của buồng đốt, D t = 1,3 m

• S: Bề dày của đáy buồng đốt, S = 7.10 -3 m

• H: Chiều cao của buồng đốt, H = 3,1m

 Trọng lượng của ống truyền nhiệt: G tn 

Trọng lượng chất lỏng trong ống: G 1

Với: ρ đ lấy bằng dd tại nồi I, dd = 1407,0 kg /m 3

S: chiều dày ống vỉ: S = 10mm = 0,01 m

 Trọng lượng đáy của buồng đốt: G đ 

• F đ : là bề mặt trong của thiết bị, F đ được tính bằng cách tra bảng XIII.21/394[2] dựa vào đường kính buồng đốt

• S đ là bề dày của đáy buồng đốt, S đ = 0,007 m

 Trọng lượng nắp của buồng đốt: G n 

• F n : là bề mặt trong của nắp buồng đốt, F n được xác định bằng cách tra bảng XIII.10/382[2] dựa vào đường kính buồng bốc

• S n là bề dày của nắp buồng bốc, S n = 0,006 m

 Trọng lượng của thân buồng bốc: G thb 

 Trọng lượng của khối chất lỏng: G lb 

 Vậy trọng lượng thiết bị G:

 Tải trọng lên một tai treo: 

Tra bảng XIII.36/438 [5], ta chọn tai treo chịu tải trọng là 2,5.10 4 N, với các thông số sau:

Kính quan sát

Ta dùng cửa để quan sát kiểm tra chất lỏng bên trong Cửa quan sát hình tròn có đường kính là 200 mm được lắp vào thân buồng bốc

4.9 Tổng kết các thông số kích thước thiết bị chính

Bảng 4.13 Bảng tổng kế các thông số kích thước thiết bị chính

Buồng Ống truyền nhiệt Số ống truyền nhiệt 331 ống đốt Hình Lục giác

Số ống trên đường xuyên tâm 21 ống của hình 6 cạnh Ở dãy thứ nhất 6 ống

Tổng số ống trong tất cả các 36 ống viên phân

Bề dày ống truyền nhiệt 0,002m 2mm Đường kính ngoài ống truyền 0,042m 42mm nhiệt Đường kính trong buồng đốt 1,3m 1300mm

Bề dày thân Bề dày thân buồng đốt nồi I 0,005m 5mm buồng đốt Bề dày thân buồng đốt nồi II 0,005m 5mm

Bề dày thân buồng đốt nồi III 0,005m 5mm

Bề dày của vỉ ống 0,01m 10mm

Bề dày đáy buồng đốt 0,007m 7mm

Chiều cao buồng đốt 3,1m 3100mm

Khoảng trống vành khăn 1,34m 1340mm

Buồng Đường kính buồng bốc 1,4m 1400mm bốc Chiều cao buồng Chiều cao buồng bốc nồi I 2,5m 2500mm bốc Chiều cao buồng bốc nồi II 2,5m 2500mm

Chiều cao buồng bốc nồi III 2,5m 2500mm

Bề dày thân Bề dày thân buồng bốc nồi I 0,005m 5mm buồng bốc Bề dày thân buồng bốc nồi II 0,005m 5mm

Bề dày thân buồng bốc nồi III 0,005m 5mm

Bề dày nắp Bề dày nắp buồng bốc nồi I 0,006m 6mm buồng bốc Bề dày nắp buồng bốc nồi II 0,006m 6mm

Nắp buồng bốc nồi III có bề dày 6mm (0,006m) và đường kính cửa sửa chữa là 500mm (0,5m) Đường kính ống dẫn hơi đốt cho nồi I là 150mm (0,15m), nồi II là 200mm (0,2m), và nồi III là 300mm (0,3m) Đối với ống dẫn hơi thứ, nồi I có đường kính 300mm (0,3m), nồi II là 150mm (0,15m), và nồi III là 200mm (0,2m) Cuối cùng, đường kính ống dẫn dung dịch vào nồi I và nồi II đều là 40mm (0,04m).

Nồi III 0,05m 50mm Ống dẫn dd ra Nồi I 0,06m 60mm

Nồi III 0,04m 40mm Đường kính ống Nồi I 0,025m 25mm dẫn nước ngưng Nồi II 0,025m 25mm

Bề dày Cách nhiệt ống Ống dẫn hơi đốt Nồi I 0,01m 10mm lớp dẫn Nồi II 0,008m 8mm cách Nồi III 0,008m 8mm nhiệt Ống dẫn hơi thứ Nồi I 0,008m 8mm

Nồi III 0,008m 8mm Ống dẫn dd vào Nồi I 0,005m 5mm

Nồi III 0,005m 5mm Ống dẫn dd ra Nồi I 0,005m 5mm

Thân hình trụ Nồi I 0,013m 13mm

Tai 4 Thép CT3 treo Đường kính kính quan sát 0,2m 200mm

ổng kết các thông số kích thước thiết bị chính

5.1 Tính thiết bị gia nhiệt dòng nhập liệu:

5.1.1 Dữ kiện đã chọn ban đầu:

Năng suất nhập liệu: 5000 kg/h

Nhiệt độ dung dịch vào: 25 o C

Nhiệt độ dung dịch ra: 61 o C Áp suất hơi đốt (hơi nước bão hòa): 4 at

Chọn loại thiết bị ống chùm thẳng đứng, dung dịch đi trong ống, hơi đốt đi ngoài ống, để gia nhiệt nguyên liệu từ 25 o C đến 61 o C

5.1.2 Tính lượng hơi đốt cần dùng:

Phương trình cân bằng vật liệu: ΣQ vào = ΣQ ra Lượng hơi đốt cần dùng:

• G đ : Lưu lượng dung dịch cần đun nóng, kg/h

• C dd , C: Nhiệt dung riêng của dung dịch và nước ngưng, j/kg.độ

• Q tt = 0,05D.(i h – Cq): Tổn thất nhiệt ra môi trường xung quanh, W

• i h : Hàm nhiệt của hơi nước, j/kg

• q: Nhiệt độ của nước ngưng, o C

TÍNH TOÁN THIẾT BỊ PHỤ

hiết bị ngƣng tụ

5.2.1 Lượng nước lạnh cần tưới vào thiết bị ngưng tụ

• W: Lượng hơi đi vào thiết bị ngưng tụ, kg/s

• i: Hàm nhiệt của hơi ngưng tụ, J/kg

• t 2đ , t 2c : nhiệt độ đầu và cuối của nước lạnh, o C

• C n : nhiệt dung riêng trung bình của nước, J/kg.độ

5.2.2 Thể tích không khí và khí không ngưng cần hút ra khỏi thiết bị ngưng tụ baromet

Lượng không khí cần hút ra khỏi thiết bị ngưng tụ:

Thể tích không khí cần hút ra khỏi thiết bị ngưng tụ:

Các kích thước chủ yếu của thiết bị ngưng tụ Baromet

5.3.1 Đường kính trong của thiết bị ngưng tụ Baromet

• W: Lượng hơi ngưng tụ, W = 1217.47/3600 = 0,34 Kg/m

• ρ h : Khối lượng riêng của hơi, kg/m3

Tốc độ của hơi trong thiết bị ngưng tụ, m/s

Do thiết bị làm việc với áp suất P n = 0,21at, nên ta có thể chọn w h = 25m/s

Chọn đường kính của thiết bị ngưng tụ Baromet: D tr = 0,6 m

Tấm ngăn có dạng hình viên phân với chiều rộng là: b = 50 mm, VI.53/85 [5]

Chọn nước làm nguội là nươc sạch thì đường kính lỗ là: d = 2 mm [5]

Trong đó: D tr là đường kính trong của thiết bị ngưng tụ, mm

Tốc độ của tia nước là 0,62 m/s

Chọn chiều dày của tấm ngăn (3 5 mm): chọn = 4 mm [5]

 Chọn chiều cao gờ tấm ngăn: h o = 40 mm t85 [5]

5.3.3 Chiều cao thiết bị ngưng tụ

Mức độ đun nóng nước được xác định theo công thức:

• t 2đ , t 2c : nhiệt độ đầu và cuối của nước tưới vào thiết bị, 0 C

• t bh : Nhiệt độ của hơi bão hòa ngưng tụ, o C

Ta có số sau [5]: chọn P theo quy chuẩn P = 0,687

 Khoảng cách giữa các ngăn: h tb = 400 mm

  Thời gian rơi qua 1 bậc: t = 0,41s

Chiều cao hữu ích của thiết bị : [2]

H = ( số ngăn -1)*khoảng cách giữa 2 ngăn Suy ra H = 5.400 = 2000, mm

Tra bảng VI.8/88 ta có:

 Khoảng cách từ ngăn trên cùng đến nắp thiết bị : 1300 mm

 Khoảng cách từ ngăn cuối cùng đến đáy thiết bị là 1200 mm

 Vậy chiều cao tổng cộng của thiết bị ngưng tụ là : H = 2,0+1,3+1,2 = 4,5 m

TBNT Baromet hoạt động ở áp suất chân không 0.21 at Để đảm bảo thiết bị hoạt động hiệu quả, cần tháo hỗn hợp nước lạnh và nước ngưng tụ ra ngoài thông qua ống dẫn.

Baromet Đường kính trong của ống Baromet được tính bằng công thức:

• Gn: Lượng nước lạnh tưới vào tháp, kg/s => G n = 25342,68 (kg/s)

• W: Lượng hơi ngưng tụ, kg/s => W 3 = 0,1217 (kg/s)

• ω: Tốc độ của hỗn hợp nước lạnh và nước ngưng chảy trong ống Baromet

Chọn theo qui chuẩn d ba = 0,2 ,m

Chiều cao của ống Baromet được xác định theo công thức sau [5]: h ba = h 1 + h 2 + 0,5 (m)

Trong đó: h 1 là chiều cao cột nước trong ống Baromet cân bằng với hiệu số giữa áp suất khí quyển và áp suất trong thiết bị ngưng tụ h 1 = 10,33 m, VI.59/86 [5]

Với b là độ chân không trong thiết bị ngưng tụ, mmHg

63 h 2 là chiều cao cột nước trong ống Baromet cần để khắc phục toàn bộ trở lực khi nước chảy trong ống [2]:

 λ: Hệ số trở lực do ma sát khi nước chảy trong ống

 Σξ: Tổng trở lực cục bộ

 H : là toàn bộ chiều cao của ống Baromet, H = H ba = 4,5 m

Chọn hệ số trở lực cục bộ khi vào ống là ξ 1 = 0,5 và hệ số trở lực cục bộ khi ra khỏi ống

 Tính hệ số trở lực do ma sát :

Có khối lượng riêng của nước: ρ = 988,1 kg/m 3 , bảng I.249/311 [4] Độ nhớt của nước ở 50 o C: μ = 0,549.10 -3 N.m/s bảng I.249/311 [4]

Chọn vật liệu làm ống Baromet là thép CT3 – ( tính Hệ số nhám với ống dẫn nước trong điều kiện ít rò nên độ nhám = 2 mm [4]: Δ = 2 0 0025

Theo công thức Cônacốp (Re > 100000): 

Giả sử chiều cao của ống Baromet là: h ba = 9 m

Vậy chiều cao của ống Baromet là: h ba = 9 m

Bảng 5.1 Thông số của thiết bị ngƣng tụ Baromet

Lượng nước lạnh cần tưới vào TBNT G n = 25342,68kg/h

Thể tích không khí cần hút ra khỏi TBNT Vkk = 2,8.10 -3 m 3

Thiết bị Đường kính trong Dba = 0,6 m

Khoảng cách giữa các htb = 0,4 m ngăn

Thời gian rơi qua 1 bậc t = 0,41 s Ống Đường kính trong dba = 0.2 m

Chọn bơm

5.4.1 Bơm ly tâm để bơm nước lên thiết bị

Công suất bơm được tính theo công thức:

H: áp suất toàn phần lên bơm

• p 2 - p 1 : áp suất trên mặt thoáng ở chỗ hút và đẩy

• H 0 : Chiều cao hình học đưa chất lỏng lên tháp

• H 2 : chiều cao đẩy Ở 25 o C, thì chiều cao hút thường H 1 = 5m, Tr.156 [3]

Chiều cao đẩy = chiều cao tháp + chiều cao ống Baromet = 4,5 + 9 = 13,5 m

• h ms : là tổn thất do khắc phục trở lực ma sát trong ống hút và ống đẩy, m h ms = ( + ) , m I.117/72 [1]

• λ d , λ h : hệ số ma sát theo chiều dài ống đẩy và ống hút

• l d , l h : Chiều dài ống đẩy và ống hút

5.4.1.2 Đường kính ống dẫn Đường kính ống dẫn: d = √ 4 , m

• W: lượng nước đo trong ống, W= G n = 25342,68 m 3 /h

• w : vận tốc nước trong ống, coi vận tốc nước trong ống hút và ống đẩy bằng 66

Với ống hút: Re w = 0,6 m/s d = 0,17 m ρ = 988,1 kg/m 3 à = 0,549.10 -3

Vì Re nh < Re < Re n Hệ số ma sát được tính theo công thức: λ = 0,1 (1,46 100 0 25 II.64/380 [4]

5.4.1.4 Chiều dài ống đẩy và hút:

 Hệ số trở lực cục bộ:

Trên ống hút có lắm một van điều chỉnh lưu lượng Với d = 0,17 m, tra bảng II.16/397

Ngoài ra, còn có lắp một khuỷu có góc α = 90 o ,

Tra bảng II.16/394 [4], ta có: ξ = 1,19

 Chọn chiều dài ống hút: l h = 5 m

Có một van điều chỉnh lưu lượng Với d = 0,17 m, tra bảng II.16/397 [4], ta có: ξ 1 4,52

Có một trở lực đột mở, dựa vào bảng II.16/387 [4], chọn ξ 2 = 0,43

Có một trục khuỷu với góc α = 90 o , tra bảng II.16/394 [4], ta có: ξ 3 = 1,1

5.4.1.5 Công suất mô tơ chạy bơm:

• Ψ v : Công suất mô tơ truyền động, chọn Ψ v = 0,9

• Ψ m : Hiệu suất mô tơ, chọn Ψ m = 0,9

Thông thường chọn công suất mô tơ tính toán bằng 1,2 lần công suất mô tơ lý thuyết để tránh quá tải

Vậy ta lấy N mtt = 1,2.N m = 1,2.2.495 = 3 kW

5.4.2 Tính bơm chân không cho thiết bị ngưng tụ:

5.4.2.1 Đường kính ống dẫn khí không ngưng ra khỏi tháp: d = √ 0 785 m

• V k là thể tích không khí, V k = 19,063 m 3 /h,

• w k là vận tốc khí, chọn w k = 20 m/s

Bơm chân không làm việc với năng suất nhỏ, ta chọn bơm chân không kiểu pittông để hút không khí khô ra ngoài

• Q: lượng khí được hút, kg/h

• L: Công suất nén của lý thuyết đoạn nhiệt, J/kg

• k là chỉ số đa biến, với không khí k = 1,4

• P 1 , P 2 : là áp suất khí hút và đẩy; P 1 = 0,21 at, P 2 = 0,75 at

• v k : là thể tích riêng của không khí

Công suất động cơ điện:

• h c : là hiệu suất chung, h c = h ck h đc h tr

5.4.3 Bơm dung dịch đầu vào thùng cao vị:

Dung dịch bơm ban đầu có nhiệt độ thường là t = 25 o C và có nồng độ là 10%

Khi đó: ρ đ NaOH = 1142,5 kg/m 3 à đ NaOH = 19.10 -3 N.s/m 2

Chọn tốc độ đi vào của dung dịch trong ống hút và ống đẩy là w = 0,88 (m/s)

5.4.3.2 Đường kính ống hút và đẩy: d = √ 4 kg/m 3 ,

 G đ : Lượng dung dịch đầu, G đ = 5000 kg/h

Với e là độ nhám tuyệt đối của thép, e = 0,1mm

Do Re nh < Re nên ta tính ở khu vực nhám

Vì Re nh < Re < Re n Hệ số ma sát được tính theo công thức: λ = 0,1 (1,46

5.4.3.4 Hệ số trở lực cục bộ:

Trên ống hút có lắm một van điều chỉnh lưu lượng Với d = 0,011 m, tra bảng II.16/397

Ngoài ra, còn có lắp một khuỷu có góc α = 90 o ,

Tra bảng II.16/394 [4], ta có: ξ = 1,1

 Chọn chiều dài ống hút: l h = 5 m

Có một van điều chỉnh lưu lượng Với d = 0,17 m, tra bảng II.16/397 [4], ta có: ξ 1 4,675

Có một trở lực đột mở, dựa vào bảng II.16/387 [4], chọn ξ 2 = 0,01

Có một trục khuỷu với góc α = 90 o , tra bảng II.16/394 [4], ta có: ξ 3 = 1,1

Mặt thoáng chất lỏng tại thùng chứa và thùng cao vị có áp suất tương đượng nhau nên áp suất toàn phần của bơm là:

• Ψ v : Công suất mô tơ truyền động, chọn Ψ v = 0,9

• Ψ m : Hiệu suất mô tơ, chọn Ψ m = 0,9

Thông thường chọn công suất mô tơ tính toán bằng 1,2 lần công suất mô tơ lý thuyết để tránh quá tải

Vậy ta lấy N mtt = 1,2.N m = 1,2.0,438 = 0,526 kW

5.5 Tổng kết kích thước của các thiết bị phụ

Bảng 5.2 Bảng kích thước các thiết bị phụ

Thiết bị Đường kính trong 0,6m 600mm ngưng tụ Tấm ngăn Hình Viên phân Đường kính lỗ 0,002m 2mm

Chiều cao thiết bị ngưng tụ 4,5m 4500mm

Kích thước ống Đường kính 0,2m 200mm baromet Chiều cao 9m 9000mm

Tổng chiều cao thiết bị ngưng tụ 13,5m 13500mm

Bơm Bơm ly tâm Đường kính ống dẫn 0,17m 170mm

Chiều dài ống hút 5m 5000mm

Chiều dài ống đẩy 26,8m 26800mm Công suất mô tơ 3 kW

Bơm chân Đường kính ống dẫn 0,02m 20mm không khí

Công suất lý thuyết 0,172 kW Công suất động cơ điện 0,27 kW

Bơm dung dịch Chọn Bơm ly tâm vào thùng cao Đường kính ống đẩy 0,011m 11mm vị Đường kính ống hút 0,011m 11mmC

Chiều dài ống hút 5m 5000mm

Chiều dài ống đẩy 12m 12000mm

Sau một thời gian nỗ lực tìm kiếm tài liệu và nhận được sự hỗ trợ tận tình từ thầy cô và thầy hướng dẫn, em đã hoàn thành nhiệm vụ đồ án thiết kế được giao Qua quá trình thực hiện, em đã rút ra một số nhận xét quý báu.

Thiết kế và tính toán hệ thống cô đặc là một quá trình phức tạp, đòi hỏi sự tỉ mỉ và thời gian dài Người thiết kế cần có kiến thức sâu về quá trình cô đặc, đồng thời hiểu biết về cấu tạo thiết bị phụ và các quy chuẩn kỹ thuật liên quan.

Công thức tính toán trong lĩnh vực này không còn bị giới hạn như các môn học khác, mà được mở rộng dựa trên các giả thiết về điều kiện và chế độ làm việc của thiết bị Nhờ vào việc xem xét các yếu tố ảnh hưởng trong thực tế, người thiết kế có thể đảm bảo rằng hệ thống hoạt động ổn định hơn khi đưa vào sử dụng.

Việc thiết kế đồ án môn quá trình thiết bị không chỉ giúp em củng cố kiến thức về quá trình cô đặc mà còn nâng cao kỹ năng tra cứu, tính toán và xử lý số liệu của mình.

Việc thiết kế đồ án học phần mang lại cho sinh viên ngành Công nghệ Thực phẩm, đặc biệt là bản thân em, cơ hội làm quen với công việc của một kỹ sư thực phẩm Chúng em xin chân thành cảm ơn thầy Lê Đức Trung, giáo viên hướng dẫn, đã tận tình hỗ trợ và cung cấp kiến thức cần thiết về các quá trình và thiết bị trong đề tài Dù đã nỗ lực hoàn thành tốt nhiệm vụ, chúng em vẫn không tránh khỏi những thiếu sót trong tính toán thiết kế và mong nhận được sự xem xét và chỉ dẫn thêm từ thầy cô.

Chúng em xin chân thành cảm ơn!