TỔNG QUAN
Tổng quan về cây ba kích
- Ba kích( danh pháp hai phần: Morinda officinalis), hay còn gọi ba kích thiên ( tiếng Trung ), là loài thực vật thuộc chi Nhàu, họ Cà phê
Cây dây leo ba kích là loại cây sống lâu năm với thân mảnh có lông mịn Lá đơn nguyên mọc đối chữ thập, tạo thành các lóng dài từ 5–10 cm, phiến lá hình bầu dục thuôn ngược, đầu lá gấp và đuôi lá hình tim hoặc tròn Màu sắc lá thay đổi từ xanh khi non sang trắng mốc khi già và nâu tím khi khô Hoa của cây có màu trắng và chuyển sang vàng khi nở Quả kép của cây có màu đỏ khi chín và phủ lông Rễ ba kích được sử dụng làm thuốc, thường được cắt thành đoạn ngắn, dài trên 5cm và đường kính khoảng 5mm, với nhiều chỗ đứt lộ lõi nhỏ bên trong.
Vỏ ngoài của rễ có màu nâu nhạt hoặc hồng nhạt, kèm vân dọc, bên trong là thịt màu hồng hoặc tím, vị hơi ngọt
- Cây mọc leo thành bụi ven rừng đồi núi có độ cao tuyệt đối dưới 500m.
Có hai loại ba kích trong tự nhiên: Ba kích tím và ba kích trắng
+ Ba kích tím: Màu củ có màu vàng sậm, phần thịt bên trong có màu hanh tím Khi ngâm rượu làm cho màu rượu chuyển thành màu tím sậm.
+ Ba kích trắng: Củ có màu vàng nhạt, phần thịt bên trong màu trắng trong, không có sắc tím Khi ngâm rượu: rượu chuyển màu tím nhạt.
1.3 Các hoạt chất, thành phần hóa học trong ba kích
- Trong ba kích có Gentianine, Carpaine, Choline, Trigonelline, Gitogenin, Tigogenin, Quercetin, Luteolin, Vitamin B1, Vitamin C, Rubiadin, Rubiadin-1-Methylether, Vitamin C, Phytosterol, Acid hữu
- Các hoạt chất quan trọng bao gồm trong Rễ chứa Antraglycozit, đường,cơ. nhựa, acid hữu cơ, Phytosterol và ít tinh dầu, Morindin Rễ tươi có có sinh tố C
1.4 Tác dụng của ba kích
+ Công dụng làm mát gan, kích thích tiêu hóa, giúp bạn ăn ngon miệng hơn. Bên cạnh đó công dụng ngăn ngừa huyết áp tăng cao.
Ba kích là một giải pháp hữu hiệu cho người già, trẻ nhỏ và những người có sức khỏe yếu, giúp tăng cường sức đề kháng và chống lại bệnh tật Ngoài ra, ba kích còn hỗ trợ cải thiện chức năng xương khớp và giảm đau nhức do thay đổi thời tiết.
Chất chống oxy hóa có tác dụng chống sưng và tiêu viêm hiệu quả, giúp các vết thương nhanh chóng khép miệng Đồng thời, chúng cũng ngăn ngừa vi khuẩn tấn công, hạn chế việc vết thương lan rộng.
Ba kích là một loại thảo dược giàu dinh dưỡng, có tác dụng tăng cường sức khỏe, giúp xua tan mệt mỏi và giảm căng thẳng Sử dụng thường xuyên không chỉ giúp thanh lọc cơ thể mà còn bổ sung vitamin B1, mang lại năng lượng dồi dào cho việc học tập và làm việc.
Cây ba kích nổi bật với tác dụng tăng cường sinh lý nam, nhờ vào hàm lượng anthraglycosid, sắt, kẽm và đồng cùng nhiều khoáng chất khác Những thành phần này giúp nam giới bổ sung sinh lực, cải thiện đời sống tình dục, đồng thời hỗ trợ điều trị xuất tinh sớm, rối loạn cương dương và giảm ham muốn.
+ Điều trị đau lưng, đau mỏi xương khớp: Hàm lượng Choline có trong ba kích chính là liều thuốc hiệu quả cho xương khớp.
Tổng quan về phương pháp trích ly
2.1.Cơ sở lí thuyết quá trình trích ly
Trích ly là quá trình tách chất tan từ chất lỏng hoặc chất rắn bằng dung môi, dựa trên sự chênh lệch nồng độ giữa nguyên liệu và dung môi Quá trình này thuộc lĩnh vực chuyển khối, đóng vai trò quan trọng trong nhiều ứng dụng công nghiệp và nghiên cứu.
Trong quá trình trích ly, dung môi thường ở dạng lỏng, trong khi nguyên liệu có thể tồn tại ở dạng rắn pha lỏng Nếu nguyên liệu ở dạng rắn, quá trình được gọi là trích ly rắn – lỏng; ngược lại, nếu nguyên liệu ở dạng lỏng, đây là trích ly lỏng – lỏng Trong ngành công nghiệp thực phẩm, các nguyên liệu cần trích ly chủ yếu tồn tại ở pha rắn.
2.1.3.Nguyên tắc chọn dung môi
Dung môi có khả năng hoàn chọn lọc là loại dung môi mà cấu tử cần thu nhận trong mẫu nguyên liệu có độ hòa tan cao trong dung môi đó Điều này có nghĩa là dung môi có thể hòa tan tốt cấu tử mục tiêu, trong khi các cấu tử khác có trong mẫu nguyên liệu thì không hòa tan được hoặc có độ hòa tan kém trong dung môi, giúp quá trình trích ly diễn ra hiệu quả hơn.
Dung môi phải trơ với các cấu tử có trong dịch trích.
Dung môi không gây hiện tượng ăn mòn thiết bị, khó cháy và không độc với người sử dụng.
Dung môi phải có giá thành thấp, dễ tìm; các nhà sản xuất có thể thu hồi dung môi sau quá trình trích ky để tái sử dụng.
2.1.4.Sơ đồ nguyên trích ly
Trích ly lỏng – lỏng: Tiến hành qua 3 giai đoạn:
Trong giai đoạn trộn lẫn hai lưu thể, bao gồm dung môi và dung dịch, các cấu tử phân bố sẽ chuyển từ dung dịch vào dung môi Quá trình di chuyển vật chất này diễn ra liên tục cho đến khi đạt được trạng thái cân bằng giữa hai pha.
Trong giai đoạn tách hai pha, quá trình phân lớp diễn ra dễ dàng, tạo ra hai pha riêng biệt Một pha được gọi là dung dịch trích ly, bao gồm dung môi và cấu tử phân bố, trong khi pha còn lại được gọi là raphinat, chứa phần còn lại của dung dịch Thông thường, các cấu tử trong dung dịch và dung môi có khả năng hòa tan lẫn nhau, dẫn đến sự hiện diện của cả ba cấu tử trong hai pha.
Giai đoạn hoàn nguyên dung môi: tách cấu tử phân bố ra dung môi.
Sơ đồ nguyên tắc của quá trình trích ly có thể biểu thị như sau:
Trích ly lỏng – lỏng là phương pháp hiệu quả để tách các chất dễ bị phân hủy ở nhiệt độ cao, nhờ vào việc thực hiện quá trình trích ly ở nhiệt độ thường.
+ Trường hợp dung dịch tạo thành hỗn hợp đẳng phí và dung dịch gồm cấu tử có độ bay hơi gần nhau.
+ Khi dung dịch quá loãng thì dùng trích ly tiết kiệm hơn là chưng luyện.
Quá trình trích ly chắc rắn chịu ảnh hưởng bởi nhiều yếu tố, bao gồm hình dạng, kích thước, thành phần và cấu trúc bên trong của vật thể rắn Ngoài ra, tính chất hóa lý của dung môi, chế độ thủy động, kiểu thiết bị và phương pháp thực hiện cũng đóng vai trò quan trọng Tỉ lệ giữa rắn và lỏng cũng là một yếu tố quyết định trong quá trình này.
Trạng thái cân bằng xảy ra khi thế hóa của chất hòa tan trong chất rắn bằng thế hóa của nó trong dung dịch ở cùng một nhiệt độ Nồng độ này được gọi là độ hòa tan, tương ứng với nồng độ bão hòa.
Phương trình cấp khối có dạng: dM
Định luật Phic mô tả sự phân bố của cấu tử trong hệ thống, với công thức D τ = βF (C bh −C o ) Trong đó, M là lượng cấu tử phân bố, F đại diện cho bề mặt tiếp xúc ở pha tại thời điểm cụ thể, β là hệ số cấp khối, Cbh là nồng độ cấu tử hòa tan ở bề mặt chất rắn, và Co là nồng độ trung bình của chất rắn hòa tan trong dung dịch.
Trong đó: D – hệ số khuếch tán phân tử; δ – chiều dày lớp màng chảy dòng ở sát bề mặt vật thể rắn
Trong quá trình trích ly chất rắn, dung môi thâm nhập vào mao quản của chất rắn, làm tăng khả năng tương tác với các thành phần hòa tan trong dung môi.
2.1.5.Các biến đổi nguyên liệu
Biến đổi hóa lý là một yếu tố quan trọng trong quá trình trích ly, diễn ra qua sự hòa tan của các cấu tử từ nguyên liệu vào dung môi Trong quá trình này, ngoài các cấu tử cần thu nhận, dịch trích còn chứa nhiều cấu tử hòa tan khác Bên cạnh đó, trích ly cũng liên quan đến các biến đổi pha khác như sự bay hơi và sự kết tủa.
Sự khuếch tán là một biến đổi vật lý quan trọng trong quá trình chiết xuất, khi các phân tử chất tan di chuyển từ trung tâm nguyên liệu đến bề mặt và vào dung môi Đồng thời, các phân tử dung môi cũng khuếch tán từ bên ngoài vào trong cấu trúc mao dẫn của nguyên liệu Quá trình khuếch tán này giúp tăng tốc độ và hiệu quả chiết xuất các thành phần cần thiết từ nguyên liệu vào dung môi, với động lực chính là sự chênh lệch nồng độ.
Trong quá trình trích ly, biến đổi hóa học có thể xảy ra giữa các thành phần trong nguyên liệu Tốc độ của các phản ứng này sẽ tăng lên khi thực hiện trích ly ở nhiệt độ cao.
Biến đổi hóa sinh và sinh học xảy ra khi sử dụng nước làm dung môi và trích ly ở nhiệt độ phòng, trong đó các enzyme trong nguyên liệu xúc tác phản ứng chuyển hóa các cơ chất Ngược lại, khi thực hiện quá trình ở nhiệt độ cao, các biến đổi này diễn ra không đáng kể.
2.1.6.Các yếu tố ảnh hưởng
Kích thước nguyên liệu ảnh hưởng lớn đến hiệu quả trích xuất, với kích thước nhỏ giúp tăng diện tích tiếp xúc giữa nguyên liệu và dung môi Tuy nhiên, kích thước quá nhỏ có thể làm tăng chi phí nghiền và gây khó khăn trong việc phân tách pha lỏng và pha rắn sau quá trình trích xuất.
QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ
Cách nấu cao ba kích từ thiết bị nồi hai vỏ có cánh khuấy
- Cho nguyên liệu vào nồi, đổ nước gấp khoảng 1,25 lần khối lượng nguyên liệu.
Gia nhiệt nước trong 1 tiếng và sau đó om trong 5 tiếng để các hoạt chất của rễ ba kích khuếch tán vào nước Việc sử dụng cánh khuấy sẽ tăng tốc độ khuếch tán, giúp cho quá trình chiết xuất hiệu quả hơn.
- Thu hồi dịch trích ly, lọc và đem đi cô đặc thu được cao ba kích.
Sơ đồ nguyên lí làm việc của hệ thống
Sơ đồ công nghệ hệ thống cô đặc chân không nồi hai vỏ có cánh khuấy
1 Thùng chứa nguyên liệu; 2 Bơm nhập liệu; 3 Cửa dẫn hơi đốt; 4. Buồng bốc hơi; 5 Cửa nhập liệu; 6 Ống dẫn hơi thứ; 7 Buồng đốt; 8. Thiết bị tách nước ngưng; 9 Van; 10 Buồng chứa sản phẩm; 11 Bể chứa nước ngưnng; 12 Thiết bị đo áp suất; 13 Thiết bị ngưng tụ; 14. Thiết bị làm lạnh bằng không khí; 15 Thiết bị chứa nước ngưng và hơi không ngưng; 16 Bơm chân không
- Khởi động bơm chân không đến áp suất Pck = 0,2 at.
Bơm dung dịch có nồng độ 6% từ bể chứa nguyên liệu vào nồi cô đặc thông qua bơm ly tâm, qua lưu lượng kế và dẫn vào buồng bốc hơi trong thiết bị cô đặc.
Sau khi nhập liệu, quá trình cấp hơi đốt bắt đầu với hơi nước bão hòa ở áp suất 3 at Tại đây, dung dịch ba kích được đun nóng đến nhiệt độ sôi, tạo ra hỗn hợp lỏng – hơi, trong đó phần hơi sẽ di chuyển lên buồng bốc Dung dịch trong buồng bốc hơi được gia nhiệt bởi hơi đốt, dẫn đến hiện tượng sôi và bốc hơi Hơi thứ và khí không ngưng bốc sẽ được dẫn vào ống dẫn hơi thứ, sau đó chuyển đến thiết bị ngưng tụ dạng ống chùm, nơi nước lạnh bên ngoài ống sẽ giúp ngưng tụ hơi thành lỏng Cuối cùng, dung dịch lỏng được thu thập và chảy ra ngoài bồn chứa.
Khí không ngưng sẽ được bơm hút chân không ra ngoài ống, trong khi hơi đốt khi ngưng tụ sẽ chảy ra ngoài qua cửa tháo nước ngưng và được xả vào thùng chứa nước ngưng.
Quá trình sẽ tiếp tục cho đến khi đạt nồng độ 54%, tại thời điểm đó sẽ ngừng cấp hơi đốt Sau đó, sản phẩm sẽ được tháo ra bằng cách mở van tháo sản phẩm và đưa vào bể chứa.
TÍNH TOÁN THIẾT KẾ
Tính toán giai đoạn thủy phân
Khối lượng nguyên liệu đầu vào: Gnl = 150(kg)
Tỉ lệ khối lượng nước và nguyên liệu: 1: 1,25
Khối lượng nước: Gn = 187,5 (kg)
Nhiệt dung riêng của nguyên liệu: Cnl = 1,88 (kJ/kg 0 C)
Nhiệt dung riêng của nước: Cn = 4,18 (kJ/kg 0 C)
Từ đó t có: Ctổng = ( Cnl + Cn.1,25) / 2,25 = ( 1,88 + 4,18x1,25) / 2,25 = 3,154 (kJ/kg 0 C)
Nhiệt độ ban đầu và cuối: tđ = 30 0 C và tc = 100 0 C
Nhiệt ẩn hóa hơi của nước: L = 2746 ( kJ/kg)
Hàm nhiệt hơi nước bão hòa: ih = 2727,6 ( kJ/kg)
Hàm nhiệt hơi nước ngưng: in = 558,4 ( kJ/kg)
( sử dụng hơi nước bão hòa tại áp suất P:tm)
Nhiệt lượng cần để nâng khối dịch:
Q1 = Gtổng.Ctổng.∆t = 337,5.3,154.(100 – 30) = 74513,25 ( kJ ) Chọn lượng nước bay hơi là 5%
W = Gn.5% = 187,5.5% = 9,375 (kg) Nhiệt lượng để duy trì khối dịch:
Q2 = W.L = 9,375.2746 = 25743,75 (kg) Lượng hơi cần cung cấp:
Tính toán cân bằng vật chất và năng lượng
Khối lượng dịch ban đầu: Gđ = Gn – W
Nồng độ dung dịch ban đầu và lúc sau lần lượt là: xd = 6 Bx; xs 54 Bx.
Nhiệt độ dung dịch trước cô đặc: td = 20 o C
Chọn hơi đốt là hơi nước bão hòa ở áp suất P = 3atm
Áp suất ngưng tụ: Pck = 0,2at
Các thông số cơ bản
Nhiệt dung riêng của dung dịch được tính theo công thức:
(theo 6.6.1 – Trang 269 – Tài Liệu 2) với x [Bx] là nồng độ dung dịch.
Thay giá trị của x ta tính được nhiệt dung riêng của dung dịch ban đầu và sau khi cô đặc lần lượt là:
= 3595,6 (J/kg 0 C) Khối lượng riêng của dịch tại từng nồng độ được tra trong bảng I 86 – tài liệu 3:
Khối lượng riêng tại 6 Bx: = 1023,66(kg.m -3 )
Khối lượng riêng tại 30 Bx: = 1128,98 (kg.m -3 )
Khối lượng riêng tại 54 Bx: 54,08(kg.m -3 )
Nhiệt độ hơi đốt là: 132,9 o C => ihd = 2727,6.10 3 ( J/kg)
Entanpi hơi thứ ở 60,2 0 C => iht = 2632,2.10 3 ( J/kg)
Nhiệt độ nước ngưng: Ө 2,9 o C =>Cn = 4273,87 (J/kg 0 C)
( theo bảng I.249 – trang 311, bảng I.250 – trang 313 – tài liệu 3)
2.2 Tính toán tổn thất nhiệt độ Áp suất thiết bị ngưng tụ Po = 0,2 at
=> Nhiệt độ hơi thứ ở nhiệt độ ngưng tụ tnt= 59,7( o C)
Chọn tổn thât nhiệt độ từ nồi cô đặc về thiết bị ngưng tụ 0,5 o C
=> Nhiệt độ hơi thứ ở buồng đốt tht = 59,7 + 0,5 = 60,2 ( o C). Đây cũng là nhiệt độ sôi của dung môi (là nước) trên mặt thoáng dung dịch tsdm = 60,2 o C
=> Áp suất trên mặt thoáng dung dịch trong buồng bốc P1 = 0,2031 at
Tổn thất nhiệt độ trong hệ thống cô đặc bao gồm ba yếu tố chính: tổn thất do nồng độ, tổn thất do áp suất thủy tinh và tổn thất do trở lực đường ống Những yếu tố này ảnh hưởng đáng kể đến hiệu suất của hệ thống, do đó cần được kiểm soát và tối ưu hóa để nâng cao hiệu quả vận hành.
2.2.1 Tổn thất nhiệt độ do nồng độ ’ :
∆ o ' : Tổn thất nhiệt độ do nhiệt độ sôi của dung dịch lớn hơn nhiệt độ sôi của dung môi ở áp suất thường, (°C)
f : Hệ số hiệu chỉnh vì thiết bị cô đặc thường làm việc với áp suất khác áp suất thường
Tm: nhiệt độ của dung môi nguyên chất ở áp suất làm việc, về giá trị thì bằng nhiệt độ hơi thứ, K Tm= 60,2(°C)
r: ấn nhiệt hóa hơi của dung môi nguyên chất ở áp suất làm việc (áp suất hơi thứ trên bề mặt dung dịch), J/kg r = 2358.10 3 (J/kg)
Bảng tổn thất nhiệt độ do nồng độ cao x (%) 6 30 54
( theo VI.2 – trang 60 – tài liệu 4)
2.2.2 Tổn thất nhiệt do áp suất thủy tĩnh ∆ '' Đây là tổn thât nhiệt do sự chênh lệch độ sôi của lớp chất lỏng trên đáy buồng bốc hơi so với lớp chất lỏng có nhiệt độ sôi trung bình
(thường lấy nhiệt độ sôi của lớp chất lỏng ở giữa buồng bốc)
Mà áp suất thủy tĩnh ở lớp giữa của khối chất lỏng cần cô đặc:
ttb : nhiệt độ sôi của dung dịch ứng với áp suất Ptb
t1 : nhiệt độ sôi của dung dịch ứng với áp suất P1 trên mặt thoáng, t1`,2°C
P1 : áp suất hơi thứ trên bề mặt dung dich (N/m 2 )
h : chiều cao của lớp dung dịch sôi kể từ đáy buồng bốc hơi đến mặt thoáng của dung dịch (m) Thường chọn h
h : chiều cao buồng đốt (m); chọn h=1,5m
ρ dds: khối lượng riêng của dung dịch khi sôi (kg/m3)
g : gia tốc trọng trường (m/s2) Thường chọn g= 9,81 m/s2 Bảng tổn thất nhiệt độ do áp suất thủy tĩnh x (%) 6% 30% 54% ρ (kg/m 3 ) 1023,66 1128,98 1254,08 ρ dds (kg/m 3 ) 511,83 564,49 627,04
2.3 Tính toán cân bằng vật chất và nhiệt lượng
Gd = Gc + W (kg) Vậy lượng nước cần bốc hơi:
( theo công thức 2.15 – trang 107 – tài liệu 5)
Theo Tài Liệu 2 – trang 244 ta có:
Phương trình cân bằng nhiệt lượng được xây dựng dựa trên phương trình:
∑ Qvao = ∑ Qtieuhao (kcal.h -1 ) Trong đó, nhiệt lượng đi vào gồm có:
Nhiệt lượng do hơi đốt: Qhd = D.ihd
Nhiệt lượng do dung dịch đầu: Qdd = Gd.Cd.td
Nhiệt lượng tiêu hao bao gồm:
Nhiệt lượng do sản phẩm mang ra: Qsp = Gc.Cc.tc
Nhiệt lượng do hơi nước bốc lên mang ra: Qht = W i ht
Nhiệt lượng do nước ngưng tụ: Qnt = D.Cn θ
Nhiệt lượng tổn thất do cô đặc: Qcd = 0,01.x c Cc.∆q
Nhiệt lượng mất mát ra môi trường xung quanh:
Qtt = 0,04.Q∑ = 0,04.( D.ihd + Gd.Cd.td )
Từ đây, ta có phương trình cân bằng nhiệt lượng:
D.i hd + Gd.Cd.td = Gc.Cc.tc + W i ht + D.Cn θ + 0,04.( D.ihd + Gd.Cd.td )
Từ phương trình trên, suy ra lượng hơi đốt cần là:
(kg/h) Thay các giá trị vào ta được:
Tính toán hệ số truyền nhiệt
3.1 Hệ số truyền nhiệt trong quá trình sôi
Các ký hiệu và công thức quan trọng trong hệ thống nhiệt bao gồm: α₁ là hệ số cấp nhiệt khi ngưng tụ hơi (W/m²K), α₂ là hệ số cấp nhiệt phía dung dịch sôi (W/m²K), q₁ là nhiệt tải riêng phía hơi ngưng (W/m²), q₂ là nhiệt tải riêng phía dung dịch sôi (W/m²), và qᵥ là nhiệt tải riêng phía vách buồng đốt (W/m²) Nhiệt độ trung bình vách ngoài buồng đốt được ký hiệu là tᵛ₁ (°C), trong khi nhiệt độ trung bình vách trong buồng đốt là tᵛ₂ (°C) Nhiệt độ hơi đốt là tᴅ = 132,9°C và nhiệt độ dung dịch sôi là tₕᵈ (°C) Các biến số Δt₁, Δt₂ và Δtᵛ lần lượt được tính bằng Δt₁ = tᴅ − tᵛ₁, Δt₂ = tᵛ₂ − tₕᵈ và Δtᵛ = tᵛ₁ − tᵛ₂, với tₘ = 1.
2 ( t D +t v 1 ) : nhiệt độ màng nước ngưng, °C
3.1.1 Phía hơi đốt tới thành thiết bị q1 = α 1 Δt 1 (1)
Theo công thức V.101 trang 28 Tài liệu [2] α 1 =2.04 A √ 4 Δt ˙ 1 r × H (2)
Với A = ( ρ 2 μ λ 3 ) 0,25 phụ thuộc vào nhiệt độ màng tm tm, °C 40 60 80 100 120 140 160 180 200
Khối lượng riêng của nước ở nhiệt độ tm là 139 155 169 179 188 194 197 199 199 kg/m³ Hệ số cấp nhiệt của nước tại nhiệt độ tm được xác định là λ, với đơn vị W/mK Độ nhớt của nước ở nhiệt độ tm là μ, tính bằng Pas Ngoài ra, ẩn nhiệt nước ngưng tụ của hơi ở nhiệt độ tD được tính là r = 2171 x 10³ J/kg.
3.1.2 Từ thành thiết bị tới dung dịch q2 = α 2 × Δt 2 (3)
Theo công thức VI.27 tráng 71 Tài liệu [2] α 2 =α n ( λ d ⅆ λ n ) 0,505 [ ( ρ ρ ⅆ n d ) 2 ⋅ c c ⅆ n d ⋅ μ μ ⅆ n d ] 0,435 (4)
- λ n , ρ n ' c n 1 μ n : hệ số dẫn nhiệt (W/mK), khối lượng riêng (kg/m 3 ), nhiệt dung riêng (J/kg.độ), độ nhớt (Pas) của nước
- λ ⅆ d , ρ ⅆ d ' c ⅆ d ,μ ⅆ d : các thông số của dung dịch theo nồng độ
- α n : hệ số cấp nhiệt tượng ứng của nước, W/m 2 K α n =0,56 q 0,7 p 0,15 (5), (công thức V90 trang 26 Tài liệu [2])
Với q : nhiệt tải riêng, W/m 2 p : áp suất tuyệt đối trên mặt thoáng, N/m 2 p = p1 = 0,2031 at = 19924,11 N/m 2
Các thông số của nước (Bảng I.249 - trang 311 - tài liệu 3) tsdm = 60,2°C ρ n = 983,2 kg/m 3 cn = 4183 J/kg.độ μ n = 0,47 10 -3 Ns/m 2 λ n = 65,9 10 -2 W/Mk
3.1.3 Giai đoạn cấp nhiệt từ thành đến dung dịch q v = Δt v Σr v (6) => Δt v = qv Σ r v
4000 (W/mK) -1 δ v = 3mm: bề dày vách buồng đốt λ v = 17,5 W/mK : hệ số dẫn nhiệt qua vách
Do không biết chính xác nhiệt độ vách ống truyền nhiệt nên phải thực hiện tính lặp như sau
4 – Tính Δt v theo công thức (6) với qv = q1 => t v 2 Δt 2
5 – Tính α n theo công thức (5) với q = q1
9 – Xác định sai số ss = q 1 − q q tb
Nếu ss > 5% thì chọn lại t v 1 và lặp lại quá trình tính đến khi đạt sai số nhỏ
3.2 Hệ số truyền nhiệt trong quá trình gia nhiệt dung dịch
Các kí hiệu và công thức
Các kí hiệu α 1, α 2, q1, q2, qv, tv1, tv2, tD, tdd, Δt 1, Δt 2, Δt v , tm như mục 1.1
A = (ρ²μλ³)⁰²⁵ phụ thuộc vào nhiệt độ màng tm, trong đó ρ là khối lượng riêng của nước tại nhiệt độ tm (kg/m³), λ là hệ số cấp nhiệt của nước tại nhiệt độ tm (W/mK), μ là độ nhớt của nước tại nhiệt độ tm (Pas), và r là ẩn nhiệt của nước ngưng tụ từ hơi ở nhiệt độ tD, với giá trị r = 2171 × 10³ J/kg.
Trong đó: Nu = C.(Gr.Pr) n
C và n phụ thuộc vào Pr vs Gr như sau
- Gr.Pr = 10 -3 -> 500 thì Nu = 1.18.(Gr.Pr) 0,125
- Gr.Pr = 500 -> 2.10 7 thì Nu = 0,54.(Gr.Pr) 0,25
- Gr.Pr > 2.10 7 thì Nu = 0,135.(Gr.Pr) 0,33
- l: chiều cao ống truyền nhiệt, l = 1,5m
ρ ⅆ d, β ⅆ d, λ ⅆ d, μ ⅆ d, c ⅆ d lần lượt đại diện cho khối lượng riêng (kg/m³), hệ số dãn nở thể tích (K⁻¹), hệ số dẫn nhiệt (W/mK), độ nhớt (Pa.s) và nhiệt dung riêng (J/kg.độ) của dung dịch, được xác định tại nhiệt độ màng tm = 1/2.(t ⅆ d + t v 2).
Với: t ⅆ d = 1 2 (69,53 + 20) = 44,77°C ρ ⅆ d = 1023,66 kg/m 3 β ⅆ d = 0,5 K -1 λ ⅆ d = 0,541 W/mK μ ⅆ d = 0,436.10 -3 Ns/m 2 c ⅆ d = 4067,76 J/kg.độ
Nếu ss > 5% thì chọn lại 1 t v 1 và lặp lại quá trình tính đến khi đạt sai số
nhỏThực hiện phép tính lặp ta thu được kết quả thỏa mãn
Chênh lệnh nhiệt độ giữa 2 vách buồng đốt Δt v = qv Σ r v = 92002,69 6,714 10 -4 = 61,77°C
Ta thấy Gr.Pr > 2.10 7 => Nu = 0,135 (Pr.Gr) 0,33 = 19000,39 α 2 = Nu λ ⅆ d l = 1900,39,14 0,541
(8) ss = 2,4.10 -3 = 0,24% (thỏa mãn) Vậy hệ số truyền nhiệt giại đoạn này
TÍNH TOÁN VÀ CHỌN THIẾT BỊ
Tính toán và chọn thiết bị chính
Ta thấy Gr.Pr > 2.10 7 => Nu = 0,135 (Pr.Gr) 0,33 = 19000,39 α 2 = Nu λ ⅆ d l = 1900,39,14 0,541
(8) ss = 2,4.10 -3 = 0,24% (thỏa mãn) Vậy hệ số truyền nhiệt giại đoạn này
Tính toán và chọn thiết bị phụ
Nếu ss > 5% thì chọn lại 1 t v 1 và lặp lại quá trình tính đến khi đạt sai số
nhỏThực hiện phép tính lặp ta thu được kết quả thỏa mãn
Chênh lệnh nhiệt độ giữa 2 vách buồng đốt Δt v = qv Σ r v = 92002,69 6,714 10 -4 = 61,77°C
Ta thấy Gr.Pr > 2.10 7 => Nu = 0,135 (Pr.Gr) 0,33 = 19000,39 α 2 = Nu λ ⅆ d l = 1900,39,14 0,541
(8) ss = 2,4.10 -3 = 0,24% (thỏa mãn) Vậy hệ số truyền nhiệt giại đoạn này
CHƯƠNG 4: TÍNH TOÁN VÀ CHỌN THIẾT BỊ
1 TÍNH TOÁN VÀ CHỌN THIẾT BỊ CHÍNH
1.1 Tính kích thước buồng đốt
1.1.1 Tính thể tích vật liệu Đối với thiết bị làm việc gián đoạn, lượng nguyên liệu ban đầu nạp vào thiết bị là Gd Kg, nguyên liệu có khối lượng riêng là kg/m 3 , thì thể tích của nó là
Vnl m 3 , được tính theo công thức:
Nếu trong quá trình gia công cần có nước thì thể tích có ích Vc chính bằng tổng thể tích nguyên liệu đầu và thể tích của nước Vn :
Do trong quá trình cô đặc ta không sử dụng thêm nước nên ta có :
Lại có: Thể tích của thiết bị V phụ thuộc vào thể tích có ích Vc và hệ số chứa đầy αc :
Hệ số chứa đầy m3 αc, có giá trị αc = 0,804, phụ thuộc vào tính chất của nguyên liệu, có tạo bọt hay không, cũng như vị trí của thiết bị, đứng hay nằm ngang.
0,804 =0,233 m 3 1.2.1 Tính đường kính và chiều cao buồng đốt.
Từ thể tích của thiết bị V, ta dễ dàng tính được đường kính D và chiều cao
H của vỏ trong thiết bị (chưa kể chiều dày của vỏ). Đường kính vỏ trong của thiết bị hai vỏ hình trụ đặt đứng được xác định như sau:
= 0,7 lấy theo cấu tạo thiết kế;
K’ = 0,071 là tỉ số phụ thuộc vào hình dạng của đáy.
[ tra bảng I-1,tr 22, tài liệu 4 với hình dạng đáy thiết kế hình cầu.]
Chiều cao của vỏ trong đặt thẳng đứng là H được tính từ công thức:
Ta có kích thước của buồng đốt:
Theo bảng thực nghiệm – trang 379 – tài liệu 2, ta chọn đáy hình bầu dục với chiều cao h= D t
4 = 180mm Chọn chiều cao đáy là: 180mm.
Với yêu cầu về công nghệ tiêu chuẩn, chúng tôi đã chọn bề dày của thiết bị trao đổi nhiệt là 3mm Do đó, độ dày của vách truyền nhiệt cũng được xác định là 3mm.
Trên thành buồng đốt, lớp vỏ thiết bị bên ngoài có đường kính trong lớn hơn đường kính ngoài của vỏ trong khoảng từ 60 đến 120mm, và chúng ta chọn khoảng cách là 60mm Đường kính ngoài của vỏ trong được tính là 720 + 3.2r6 mm, trong khi đó, đường kính trong của vỏ ngoài là 726 + 60.26 mm.
Chọn chiều dày vỏ ngoài là 7mm để ngăn cản quá trình truyền nhiệt ra khỏi môi trường Đường kính ngoài của vỏ ngoài được tính là 846+7.20 mm Đối với đáy buồng đốt, khoảng cách giữa hai đáy của vỏ trong và vỏ ngoài được chọn là 40 mm, nằm trong khoảng từ 30 đến 60 mm.
1.1.3 Tính diện tích bề mặt truyền nhiệt
Khi đó ta tính được bề mặt truyền nhiệt theo công thức: m 2 Trong đó : K – hệ số truyền nhiệt,
= t hd - t ht là hiệu số nhiệt độ có ích [ C]. ihđ = 651,6 kcal/kg tra theo nhiệt độ hơi đốt t 2,9°C
Tính hệ số truyền nhiệt K.
Hệ số truyền nhiệt K được tính theo công thức:
Tính hiệu nhiệt độ có ích
Trong quá trình truyền nhiệt từ buồng đốt vào dung dịch, có nhiều loại tổn thất cần được xem xét, bao gồm tổn thất do nồng độ, tổn thất thủy tĩnh và tổn thất thủy lực Những yếu tố này ảnh hưởng đến hiệu số nhiệt độ có ích, làm giảm hiệu suất của quá trình truyền nhiệt.
Dựa vào số liệu thực nghiệm trang 246 và trang 255 – tài liệu 2, ta có oC và o C.
Thay các giá trị vào ta tính được diện tích truyền nhiệt là:
1.2 Tính kích thước không gian bốc hơi
Kích thước không gian bốc hơi phải đủ lớn để vận tốc hơi thứ trong đó không lớn hơn vận tốc lắng của các hạt lỏng bị cuốn theo.
1.2.1 Tính bán kính buồng bốc hơi (D bh )
Dựa vào mục 5 – trang 289 – tài liệu 2 ta có:
Năng suất tính theo thể tích hơi thứ:
[m 3 h -1 ] Trong đó: W là năng suất hơi thứ; W = 158 [kg.h -1 ] v ht =1,02[m 3 kg -1 ] – thể tích riêng hơi thứ tại 60 o C
(theo bảng 1.5 – trang 11 – tài liệu 3)
Ta tính được năng suất tính theo thể tích là:
Tốc độ hơi đi trong buồng hơi (chọn đường kính buồng hơi bằng đường kính buồng đốt) ω h = V h π D t 2
Theo mục 6.52– trang 263 – tài liệu 1, vận tốc lắng hạt lỏng tính theo công thức:
(m.s -1 ) Trong đó: , - khối lượng riêng của chất lỏng và của hơi thứ [kg.m -3 ]
- đường kính hạt lỏng; dhl = 0,0002 (m)
- hệ số trở lực phụ thuộc vào chế độ làm việc (phụ thuộc vào chuẩn số Re)
- vận tốc hơi thứ trong buồng hơi, vận tốc này phải nhỏ hơn vận tốc lắng [m.s -1 ]
- độ nhớt động của hơi thứ; v = 0,2.10 -6 (m 2 s -1 )
Tra bảng 1.5 – trang 11 – tài liệu 3, ta có khối lượng riêng hơi thứ là
Khối lượng riêng của dịch tại 54 Bx là: 54,08 (kg.m -3 ).
Chuẩn số Re được tính theo công thức:
Thay các giá trị trên, ta tính được chuẩn số Re là:
Vận tốc lắng của hạt là: ω 1 = √ 4 g 3 ( ρ l ξ ρ − ρ h h ) d hl = √ 4.9,81 ( 1254,08−0,98).0,0002
Vậy vận tốc hơi thứ bé hơn vận tốc lắng của hạt nên ta không cần tính lại đường kính buồng bốc hơi
Chọn Dbh = 720 mm để đảm bảo tính cân đối của thiết bị cũng như đảm bảo khả năng bốc hơi.
2.2.2.Tính chiều cao buồng bốc hơi
Chiều cao của buồng bốc hơi được xác định dựa trên thời gian mà hơi lưu lại trong buồng, đủ để các hạt lỏng lắng xuống, đồng thời xem xét tính chất tạo bọt của dung dịch Để đáp ứng các yêu cầu này, chiều cao buồng bốc hơi thường được thiết kế bằng 1,2 lần chiều cao buồng đốt.
2.2.3 Chiều dày thân buồng bốc hơi của thiết bị
Chiều dày thân được tính theo công thức chiều dày của hình trụ ngắn chịu áp suất ngoài:
Trong đó: Dbh = 720 (mm) – đường kính trong buồng bốc hơi.
H = 600(mm) – chiều cao buồng bốc hơi.
E = 2,2.10 4 ( N.mm -2 ) - mô đun đàn hồi thép làm thân.
C = 2 (mm) – hệ số do ăn mòn, bào mòn và dung sai. m = 1 – hệ số ổn định.
P = 760 - 150 = 610 mmHg = 0,08( N.mm -2 ) - áp suất ngoài. Thay các giá trị trên vào công thức ta tính được:
S bh = D bh ( 2,59 m P E H D bh bh ) 0,4 + C= 720 ( 2,59.2,2 1.0,08 10 4 1630 600 ) 0,4 +¿ 5,05 mm
1.3 Tính kích thước nắp thiết bị
Chúng tôi chọn nắp hình bầu dục (elip) do những ưu điểm nổi bật như khả năng phân bố ứng suất đều hơn so với hình vòm và kích thước nhỏ gọn hơn so với hình bán cầu.
Theo công thức 9.14 – trang 378 – tài liệu 1, chiều dày thiết bị được tính theo công thức:
(mm) Trong đó: P=0,0( N.mm -2 ) – áp suất tác động lên thành nắp thiết bị.
Dt r0 (mm) – đường kính trong của buồng hơi.
( N.mm -2 ) - ứng suất bền cho phép của thép (SUS 304).
- hệ số an toàn mối hàn Chọn φ=0,85
Hệ số dư do gia công và ăn mòn được xác định là C = 2 (mm) Hệ số ye phụ thuộc vào tỷ số với h, là chiều cao nắp thiết bị Theo bảng thực nghiệm trong tài liệu 1, trang 379, chúng ta chọn ye = 1,0 với tỷ số tương ứng.
Bằng cách thay đổi các giá trị áp suất tác động vào buồng hơi (Pbh) và đường kính trong của buồng hơi (Dbh), chúng ta có thể tính toán được chiều dày và chiều cao của nắp buồng hơi (snap, hnap).
Chọn Snap = 6 (mm) h nap = D bh
2 TÍNH TOÁN VÀ CHỌN THIẾT BỊ PHỤ
2.1.1 Bích nối nắp với thân thiết bị
- Áp suất trong thiết bị P = 0.18 N/mm 2
- Đường kính trong bích Dt = 720 mm
- Chọn bích liền bằng thép để nối thiết bị
Tra bảng XIII.27 - trang 419 - tài liệu 4, bích kiểu 1, ta được các thông số :
- Ta chọn đệm amiang-carton
Áp suất lớn nhất chịu được 0.6 N/mm 2
Nhiệt độ lớn nhất chịu được 500 o C
2.1.2 Bích nối buồng đốt với thân thiết bị
Chọn theo bảng XIII.27 - trang 419 - Tài liệu 4 Bích liền bằng thép, kiểu 1, ta được bảng dưới:
2.1.3 Bích nối nắp với thân của thiết bị ngưng tụ
Chọn theo bảng XIII.27 - trang 420 - Tài liệu 4 Bích liền bằng thép, kiểu
2.2 Các đường ống dẫn cửa
2.2.1 Ống và cửa nhập liệu
3600.1023 66 =4.8 10 −5 m 3 /s Chọn vận tốc dung dịch đi trong ống m/s (trang 74 Tài liệu [2]) Vậy đường kính ống nhập liệu d nl = √ 4 π ω Vnl = √ 4.4,8 π 1.5 10 −5 =4,8 10 − 3 mm
Chọn ống thép tiêu chuẩn theo bảng XIII.33 trang 435 Tài liệu [2] Đường kính trong 50 mm
2.2.2 Ống và cửa tháo liệu
Chọn vận tốc dung dịch đi trong ống ω =1 m/s (trang 74 Tài liệu [2]) Đường kính ống tháo liệu d tl = √ 4 π ω Vtl = √ 4.4,4 π 1 10 −6 =4,8 10 −3 mm
Chọn ống tháo liệu Đường kính trong 50 mm
Lượng hơi thứ 158,34 kg ( kg/m 3 )
Vậy lưu lượng hơi thứ
Chọn vận tốc hơi đi trong ống vht = 20 m/s đường kính ống dẫn hơi thứ d ht = √ 4 π vht Vht Chọn d = √ 4 0,21 π 20 =0,11 m0 mm ht = 80 mm
Khối lượng riêng hơi đốt ở 3 at kg/m 3 lưu lượng hơi đốt
Chọn vận tốc hơi đốt vhđ = 20 m/s đường kính ống dẫn hơi đốt d hd = √ 4 π vhd Vhd = √ 4.0,03 π 20 = 0,044 mD mm
Lượng nước ngưng mn = 158,34 kg
Khối lượng riêng nước ngưng ở 132,9 o C kg/m 3 lưu lượng nước ngưng
932,277.4500 =3,8 10 −5 Chọn vận tốc nước ngưng chảy trong ống vnn = 1.5 m/s đường kính ống dẫn nước ngưng d nn = √ π vnn 4 Vnn = √ 4.3,8 π 20 10 − 5 =1,5 10 −3 m=1,53 mm
2.3 Thiết bị ngưng tụ dạng ống chùm
Chọn kết cấu của bề mặt truyền nhiệt bình ngưng là chùm ống trơn bằng thép dài 1 m, đường kính ngoài dn% mm và đường kính trong dt mm.
Nhiệt độ nước vào bình ngưng: tv = 20 0 C
Nhiệt độ nước ra bình ngưng: tr = 40 0 C
Tính hệ số truyền nhiệt K
Ta có: Ght = 0,044 (kg/s) r = 251,1.10 3 (J/kg): ẩn nhiệt ngưng tụ
( theo bảng I.249 – trang 310 – tài liệu 3)
Nhiệt lượng cần cấp để ngưng tụ hoàn toàn lượng hơi thứ là:
Hệ số trao đổi nhiệt bên ngoài ống truyền nhiệt được ký hiệu là α1 (W/m² độ), trong khi hệ số trao đổi nhiệt bên trong ống được ký hiệu là α2 (W/m² độ) Hệ số dẫn nhiệt của vách ống được biểu thị bằng λ và có giá trị là 17,5 (W/m² độ).
- Tính nhiệt độ trung bình :
Chọn kiểu truyền nhiệt ngược chiều :
Chênh lệnh nhiệt độ đầu vào :
Chênh lệnh nhiệt độ ra vào :
Nhiệt độ trung bình của nước trong thiết bị : t ntb =t n −∆ t TB Y,7−28,51,2 ℃
- Hệ số cấp nhiệt phía trong ống:
Các thông số của nước tại nhiệt độ 31,2 ℃ ρ = 995,68 kg/m 3 μ = 0,784.10 -3 N.s/m 2 λ = 0,618 W/m.độ
( theo bảng I.5 trang12, bảng I.102 trang 94, bảng I.139 trang 133, bảng I.149 trang 168 – tài liệu 3)
Chuẩn số Prandlt của nước:
Khi tính toán ivi chuyển nhiệt lòng ống hoặc khí, chúng ta luôn phải chọn chế độ chảy xoáy (Re > 10^4) để đảm bảo dòng chảy ổn định, đồng thời chọn chế độ chảy xoáy cũng thuận tiện cho việc truyền nhiệt xảy ra Chọn Re = 11000 là một lựa chọn phù hợp để đảm bảo điều kiện chảy xoáy và tối ưu hóa quá trình truyền nhiệt.
Ch n ọ ε k =1 ( theo b ng V.2 – trang 15 – tài li u 4)ả ệ Thay s li u ta ố ệ được:
Vậy hệ số tỏa nhiệt của nước là : α 2 = Nu λ d = 73,68.0,0,618 10 −2
- Hệ số cấp nhiệt bên ngoài ống truyền nhiệt α 1 =1,28 A ( ∆ t r 1 d ) 0,25
Thực hiện phép tính lặp ta chọn ∆ t 1 =3 ℃ tv1 = 59,7 – 3 = 56,7 °C tm = 1 2 (59,7 + 56,7) = 58,2 °C => A = 153,56
Chênh lệnh nhiệt độ giữa 2 thành ống: Δt v = q1 Σ rv = 25223,5 6,714 10 -4 = 16,9 °C
Nhiệt độ tường phía trước: t v 2= 56,7 – 16,9 = 39,8 °C
Nhiệt độ giữa thành ống và ống nước: Δt 2 = 39,8 – 31,2 = 8,6 °C
Các thông số của nước tại nhiệt độ t v 2 = 39,8 °C μ = 0,656.10 -3 N.s/m 2 λ = 0,634 W/m.độ
( theo bảng I.102 trang 94, bảng I.139 trang 133, bảng I.149 trang 168 – tài liệu 3)
25223,5 ∨¿ = 0,02 = 2% (thỏa mãn) Vậy hệ số truyền nhiêt thực là:
Tính diện tích bề mặt truyền nhiệt
Chọn số ống truyền nhiệt n= F π d n L = 0,44 π 0,025.1,2 =6 ống
Tra bảng V.11 – trang 48 – tài liệu 4 ta chọn n = 7 ống
Chọn cách sắp xếp vỉ ống
Chọn các sắp xếp vỉ ống theo đỉnh lục giác đều có số ống trên đường xuyên tâm của hình 6 cạnh: b = 3
Bước ống t lấy bằng khoảng từ (1,2 ÷ 1,5) d t= 1,5 0,02 = 0,03 (m)
Xác định đường kính trong của vỏ thiết bị ống chùm
Vỏ trong của thiết bị được xác định bởi:
Xác định độ dày của vỏ ngoài thiết bị
Theo cơ sở tính toán thiết bị, thì thiết bị thuộc loại vỏ mỏng chịu áp suất trong, nên chiều dày của vỏ được tính theo công thức:
P – áp suất bên trong vỏ, bằng áp suất khí quyển: 0,1 (N/mm 2 );
Dt – đường kính trong của vỏ: Dt = 140 (mm) [σk] = 101 N/mm 2 - ứng suất kéo cho phép của thép; φ – hệ số bền mối hàn giáp mối bằng máy: φ = 0,8;
C – hệ số bổ sung: C = 2 (mm);
2 [ σ k ] φ + C= 2.101.0,8 140.0,1 +2=2,1( mm) Để đảm bảo độ bền cơ học chọn độ dày vỏ thiết bị là δv = 6 (mm)
Xác định kích thước vỉ ống
Khi chọn vỉ ống làm bích cho thiết bị, cần tham khảo bảng XIII.26 - trang 414 trong tài liệu 4 để xác định kích thước phù hợp Cụ thể, đường kính ngoài của vỉ ống là 260 mm, đường kính tâm lỗ bulong là 225 mm, và đường kính đường tròn đi qua lỗ bulong là 218 mm do sử dụng 2 đệm làm kín Độ dày của vỉ ống được xác định là 16 mm.
Tính bền cho vỉ theo kết cấu cứng được xác định theo công thức:
[σu] - ứng suất uốn của thép: [σu] = 6.10 7 (N/m 2 )
- hệ số do đục lỗ: φ dl = t− d n t = 0,0312−0,025
Với δvỉ = 24 (mm) là thỏa mãn độ bền về kết cấu cứng.
Xác định số lối ống
Vận tốc của nước đi trong ống: ω= 4 G c n ρ π D 2 = 4.0,13
0,784.10 −3 (41 Vậy số lối cần chia là: n= ℜ ℜ tt = 11000
Số lối chia là n = 4 (lối)
Tính lại chuẩn số Reynolds sau khi chia lối
Thỏa mãn chế độ chảy rối
Tính đường kính trong của ống dẫn nước lạnh vào và ra
Vận tốc nước đi vào trong ống thiết bị chọn là v = 2 (m/s) Từ phương trình lưu lượng ta tính được đường kính trong của ống dẫn nước: d n1 = √ π ρ v 4 G n = √ 3,14.995,68 2 4.0,13 =0,009(m )≈ 10 ¿
Ta lấy đường kính trong của ống dẫn nước ra là dn2 = 0,010 (m) = 10 (mm)
Xác định đường kính trong của ống tháo thứ ngưng Đường kính trong của ống dẫn hơi vào thiết bị
Chọn vận tốc hơi vào thiết bị là vh1 = 10 (m/s) với lưu lượng Gh1 = 0,044 (kg/s) thì lưu lượng thể tích hơi thứ tương ứng là:
Chọn ống DN90 theo tiêu chuẩn ASTM
Chọn vận tốc thứ lỏng ra khỏi thiết bị là vh2 = 1,5 (m/s) thì đường kính trong của cửa ra thứ lỏng là: d h 2 = √ π v 4 G h h 2 = √ 4.4,4 10 3,14.1,5 −5 =6.10 − 3 m=6 mm
Chọn đường kính ống cửa hơi ra là ống DN8 theo tiêu chuẩn ASTM
Kích thước nắp thiết bị
Nắp thiết bị chọn hình elip có nhiều lối chia, giúp giảm trở lực thủy lực hiệu quả hơn nắp phẳng Ngoài ra, nắp elip còn dễ chế tạo hơn nắp hình bán cầu.
- Chiều cao của nắp thiết bị: hb = 0,25.D = 0,25.140 = 35 (mm).
- Chọn chiều cao nắp thiết bị là 35 (mm).
2.4 Tính toán chọn tai treo
Chọn vật liệu làm tai treo là thép CT3
Tai treo được hàn vào thiết bị, chọn số gân là 2
Tra bảng XII.7 – 313 – tài lệu 4
Khối lượng riêng của thép CT3; ρx50 kg/m3
Khối lượng riêng của thép không rỉ X18H10T :ρy00kg/m3
Khối lượng tổng cộng: M= MTB+Mdd
- Khối lượng buồng bốc П 4 H ¿- Dt 2 ).ρ = 3,14 4 0,6.(0,76 2 - 0,72 2 ).7900 = 54 kg
Tra bảng X.III.11 – trang 384 – tài liệu 4
- Khối lượng nắp S= 5 mm, Dt= 720mm => M3= 24 kg
- Khối lượng đáy S=7 mm, Dt= 797 mm => M4= 30 kg
- Khối lượng động cơ và cánh khuấy => M5 = 40kg
- Khối lượng các chi tiết phụ khác => M9= 32kg
Vậy tổng khối lượng nồi cô đặc là : M = 432,13kg
Chọn 4 tai treo Tải trọng cho mỗi tai treo:
Chọn G =1.10 4 kg Tra bảng X.III.36 – trang 438 – tài liệu 4
Thông số tai treo cho TB thẳng đứng
2.5 Chọn đệm Đệm để làm kín mối ghép bích, nó được làm bằng các vật liệu mềm dễ biến dạng Chọn đệm paronit có bề dày S = 3 mm
Vật liệu chế tạo là thép X18H10T và thủy tinh. Đường kính quan sát là 150 mm.
Kính được bố trí sao cho mực chất lỏng có thể nhìn thấy Do đó, có 2 kính giống nhau ở 2 bên buồng bốc tạo thành góc 180
2.7 Tính toán cánh khuấy Đối với cao ba kích là dung dịch đặc, có độ nhớt cao nên ta sử dụng cánh khuấy mái chèo, tốc độ chậm.
Trục được chế tạo từ inox 304 với ứng suất uốn cho phép là 600MPa và ứng suất xoắn cho phép được tính bằng công thức d ≥ √(3/5) τ T mm, theo tài liệu tham khảo [3], công thức 10.4, trang 351.
Với 𝑃1- công suất động cơ (P1= 1,5 kW) n- số vòng quay (n= 80 v/ph)
Thay vào ta được: d ≥ √ 3 5.179062,5 14 9,99 mm
Vậy để đảm bảo an toàn ta chọn d = 40 mm
- Chọn cánh khuấy mái chèo Kích thước cánh khuấy
Tốc độ motor điện 1400 (4 cực điện- 4 poles tua chậm)
Đường kính cốt (trục) của motor 25 mm
Cường độ dòng điện lúc chưa có tải là 7.8-8.3 Ampe
Hệ số bảo vệ bụi và nước IP 54,cấp chịu nhiệt F, chế độ làm mát toàn phần
Nguyên liệu: tôn silic xanh cán nguội, dây đồng cách điện (dây ê
may)Khoảng cách giữa 2 tâm lỗ chân đế dọc trục 140 mm
Khoảng cách giữa 2 tâm lỗ chân đế ngang trục 160 mm
Tổng chiều dài thân mô tơ 450 mm
2.8 Tính toán chọn bơm chân không.