TỔNG QUAN VỀ CÔ ĐẶC MÍA ĐƯỜNG
I. Giới thiệu chung:
Ngành công nghiệp mía đường là một ngành công nghiệp lâu đời ở nước ta. Do
nhu cầu thò trường nước ta hiện nay mà các lò đường với quy mô nhỏ ở nhiều đòa
phương đã được thiết lập nhằm đáp nhu cầu này. Tuy nhiên, đó chỉ là các hoạt động
sản xuất một cách đơn lẻ, năng suất thấp, các ngành công nghiệp có liên quan
không gắn kết với nhau đã gây khó khăn cho việc phát triển cộng nghiệp đường
mía.
Trong những năm qua, ở một số tỉnh thành của nước ta, ngành công nghiệp mía
đường đã có bước nhảy vọt rất lớn. Diện tích mía đã tăng lên một cách nhanh chóng,
mía đường hiện nay không phải là một ngành đơn lẻ mà đã trở thành một hệ thống
liên hiệp các ngành có quan hệ chặt chẽ với nhau. Mía đường vừa tạo ra sản phẩm
đường làm nguyên liệu cho các ngành công nghiệp như bánh, kẹo, sữa… đồng thời
tạo ra phế liệu là nguyên liệu quý với giá rẻ cho các ngành sản xuất như rượu…
Trong tương lai, khả năng này còn có thể phát triển hơn nữa nếu có sự quan tâm
đầu tư tốt cho cây mía cùng với nâng cao khả năng chế biến và tiêu thụ sản phẩm.
Xuất phát từ tính tự nhiên của cây mía, độ đường sẽ giảm nhiều và nhanh chóng nếu
thu hoạch trễ vàkhông chế biến kòp thời.
Vì tính quan trọng đó của việc chế biến, vấn đề quan trọng được đặt ra là hiệu
quả sản xuất nhằm đảm bảo thu hồi đường với hiệu suất cao. Hiện nay, nước ta đã
có rất nhiều nhà máy đường như Bình Dương, Quãng Ngãi, Tây Ninh, … nhưng với
sự phát triển ồ ạt của diện tích mía, khả năng đáp ứng là rất khó. Bên cạnh đó, việc
cung cấp mía khó khăn, sự cạnh tranh của các nhà máy đường, cộng với công nghệ
lạc hậu, thiết bò cũ kỹ đã ảnh hưởng mạnh đến quá trình sản xuất.
Vì tất cả những lý do trên, việc cải tiến sản xuất, nâng cao, mở rộng nhà máy,
đổi mới dây chuyền thiết bò công nghệ, tăng hiệu quả các quá trình là hết sức cần
thiết và cấp bách, đòi hỏi phải chuẩn bò từ ngay bây giờ. Trong đó, cải tiến thiết bò
cô đặc là một yếu tố quan trọng không kém trong hệ thống sản xuất vì đây là một
thành phần không thể xem thường.
Một vài số liệu về sản lượng đường trên thế giới (đơn vò tính: 1000 tấn):
Năm 1945-
3. Biến đổi của nguyên liệu và sản phẩm trong quá trình cô đặc:
Trong quá trình cô đặc, tính chất cơ bản của nguyên liệu và sản phẩm biến
đổi không ngừng.
a. Biến đổi tính chất vật lý:
Thời gian cô đặc tăng làm cho nồng độ dung dòch tăng dẫn đến tính chất
dung dòch thay đổi:
− Các đại lượng giảm: hệ số dẫn nhiệt, nhiệt dung, hệ số cấp nhiệt,
hệ số truyền nhiệt.
− Các đại lượng tăng: khối lượng riêng dung dòch, độ nhớt, tổn thất
nhiệt do nồng độ, nhiệt độ sôi.
b. Biến đổi tính chất hoá học:
Thay đổi pH môi trường: thường là giảm pH do các phản ứng phân hủy
amit (Vd: asparagin) của các cấu tử tạo thành các acid.
Đóng cặn dơ: do trong dung dòch chứa một số muối Ca2+ ít hoà tan ở nồng
độ cao, phân hủy muối hữu cơ tạo kết tủa.
Phân hủy chất cô đặc.
Tăng màu do caramen hoá đường, phân hủy đường khử, tác dụng tương hỗ
giữa các sản phẩm phân hủy và các amino acid.
Phân hủy một số vitamin.
c. Biến đổi sinh học:
Tiêu diệt vi sinh vật (ở nhiệt độ cao).
Hạn chế khả năng hoạt động của các vi sinh vật ở nồng độ cao.
4. Yêu cầu chất lượng sản phẩm và giá trò sinh hóa:
Thực hiện một chế độ hết sức nghiêm ngặt để:
SVTH:Trần Thanh Tuấn Trang -2-
− Đảm bảo các cấu tử quý trong sản phẩm có mùi, vò đặc trưng được
giữ nguyên.
− Đạt nồng độ và độ tinh khiết yêu cầu.
− Thành phần hoá học chủ yếu không thay đổi.
III. Cô đặc và quá trình cô đặc:
Dùng trong sản xuất hóa chất: NaOH, NaCl, CaCl
2
, các muối vô cơ …
SVTH:Trần Thanh Tuấn Trang -3-
5. Đánh giá khả năng phát triển của sự cô đặc:
Hiện nay, phần lớn các nhà máy sản xuất hoá chất, thực phẩm đều sử dụng
thiết bò cô đặc như một thiết bò hữu hiệu để đạt nồng độ sản phẩm mong
muốn. Mặc dù chỉ là một hoạt động gián tiếp nhưng rất cần thiết và gắn
liền với sự tồn tại của nhà máy. Cùng với sự phát triển của nhà máy thì
việc cải thiện hiệu quả của thiết bò cô đặc là một tất yếu. Nó đòi hỏi phải
có những thiết bò hiện đại, đảm bảo an toàn và hiệu suất cao. Đưa đến
yêu cầu người kỹ sư phải có kiến thức chắc chắn hơn và đa dạng hơn, chủ
động khám phá các nguyên lý mới của thiết bò cô đặc.
IV. Các thiết bò cô đặc nhiệt:
1. Phân loại và ứng dụng:
a. Theo cấu tạo:
Nhóm 1: dung dòch đối lưu tự nhiên (tuần hoàn tự nhiên) dùng cô đặc dung
dòch khá loãng, độ nhớt thấp, đảm bảo sự tuần hoàn dể dàng qua bề mặt
truyền nhiệt. Gồm:
− Có buồng đốt trong (đồng trục buồng bốc), có thể có ống tuần hoàn
trong hoặc ngoài.
− Có buồng đốt ngoài ( không đồng trục buồng bốc).
Nhóm 2: dung dòch đối lưu cưỡng bức, dùng bơm để tạo vận tốc dung dòch
từ 1,5 - 3,5 m/s tại bề mặt truyền nhiệt. Có ưu điểm: tăng cường hệ số
truyền nhiệt, dùng cho dung dòch đặc sệt, độ nhớt cao, giảm bám cặn, kết
tinh trên bề mặt truyền nhiệt. Gồm:
− Có buồng đốt trong, ống tuần hoàn ngoài.
− Có buồng đốt ngoài, ống tuần hoàn ngoài.
Nhóm 3: dung dòch chảy thành màng mỏng,chảy một lần tránh tiếp xúc
nhiệt lâu làm biến chất sản phẩm. Đặc biệt thích hợp cho các dung dòch
− Tránh phân hủy sản phẩm, thao tác, khống chế dể dàng.
− Có thể cô đặc dung dòch đến các nồng độ khác nhau theo phương
pháp gián đoạn từng mẻ hoặc liên tục.
c. Nhược điểm:
− Làm việc ở trạng thái không ổn đònh, tính chất hóa lý của dung
dòch thay đổi liên tục theo nồng độ, thời gian cô đặc.
− Thiết bò phức tạp, có thiết bò ngưng tụ chân không.
− Nhiệt độ hơi thứ thấp, không dùng được cho mục đích khác.
3. Các thiết bò và chi tiết trong cô đặc:
Thiết bò chính:
− Ống tuần hoàn, ống truyền nhiệt.
− Buồng đốt , buồng bốc, đáy, nắp…
− Ống: hơi đốt, tháo nước ngưng, khí không ngưng…
Thiết bò phụ:
− Bể chứa sản phẩm, nguyên liệu.
− Các loại bơm: bơm dung dòch, bơm nước, bơm chân không.
− Thiết bò gia nhiệt.
− Thiết bò ngưng tụ Baromet.
− Các loại van.
− Thiết bò đo
SVTH:Trần Thanh Tuấn Trang -5-
4. Yêu cầu thiết bò và vấn đề năng lượng:
− Sản phẩm có thời gian lưu nhỏ: giảm tổn thất, tránh phân hủy sản phẩm.
− Cường độ truyền nhiệt cao trong giới hạn chênh lệch nhiệt độ.
− Đơn giản, dể sữa chữa, tháo lắp, dể làm sạch bề mặt truyền nhiệt.
− Phân bố hơi đều.
− Xả liên tục và ổn đònh nước ngưng tụ và khí không ngưng.
− Thu hồi bọt do hơi thứ mang theo.
− Tổn thất năng lượng là nhỏ nhất.
− Thao tác, khống chế giản đơn, tự động hóa dể dàng.
đặc qua cửa nhập liệu.
Ban đầu nhập đủ 2,5 m
3
thì tiến hành cô đặc, nguyên liệu vẫn tiếp tục
nhập vào đề bù lượng hơi thứ bốc lên cho đến khi đủ thể tích nguyên liệu cho
1 mẻ thì chấm dứt nhập liệu.
Ngừng nhập liệu nhưng bơm nhập liệu vẫn tiếp tục bơm tuần hoàn cho quá
trình gia nhiệt cho 2,5 m
3
nguyên liệu của mẻ sau.
b. Quá trình cô đặc:
Sau khi đã nhập liệu đủ 2,5 m
3
, quá trình cô đặc sẽ bắt đầu xảy ra dưới áp
suất chân không do bơm chân không tạo ra.
SVTH:Trần Thanh Tuấn Trang -7-
Hơi đốt theo ống dẫn đưa vào buồng đốt ở áp suất 3 at. Hơi thứ ngưng tụ
theo ống dẫn nước ngưng qua bẫy hơi chảy ra ngoài và phần khí không ngưng
được xả ra ngoài theo cửa xả khí không ngưng.
Hơi thứ bốc lên theo ống dẫn vào thiết bò ngưng tụ Baromet, ngưng tụ
thành lỏng chảy ra ngoài bồn chứa, phần không ngưng qua bộ phận tách giọt
để chỉ còn khí theo bơm chân không ra ngoài.
Toàn bộ hệ thống (thiết bò ngưng tụ Baromet, thiết bò cô đặc ) làm việc ở
điều kiện chân không do bơm chân không tạo ra.
Sau thời gian cô đặc đã tính, dung dòch đường được bơm ra ngoài theo ống
tháo sản phẩm nhờ bơm ly tâm, vào thùng chứa sản phẩm.
II. Thao tác vận hành:
1. Chuẩn bò:
− Kiểm tra điều kiện vận hành của thiết bò cung cấp hơi đốt, bơm chân
không, bơm nước ở thiết bò ngưng tụ, bơm tháo liệu.
o
C.
− Nồng độ cuối x
c
= 75%.
− Năng suất G
c
= 1000 kg/mẻ.
− Gia nhiệt bằng hơi nước bão hoà áp suất hơi đốt là 3 at.
− p suất ở thiết bò ngưng tụ: nhằm giảm nhiệt độ sôi của dung dòch,
đảm bảo yêu cầu sản phẩm. Giai đoạn đầu nồng độ dung dòch thấp áp
suất ở thiết bò ngưng tụ là P = 0,4 at, khi nồng độ dung dòch tăng áp
suất ở thiết bò ngưng tụ là P = 0,2 at.
II. Cân bằng vật chất:
1. Suất lượng nhập liệu (G
đ
):
Theo công thức 5.16, QT và TBTN T5, tr184:
G
đ
*x
đ
= G
c
*x
c
G
đ
= G
c
– suất lượng tháo liệu (năng suất), kg /mẻ.
3. Quá trình biến đổi vật chất trong quá trình cô đặc:
Theo quy trình công nghệ, quá trình biến đổi vật chất trong nồi cô đặc
được chia ra làm 3 giai đoạn sau:
− Giai đoạn 1: từ lúc bắt đầu nhập liệu, tiến hành cô đặc cho đến khi
chấm dứt nhập liệu, lượng nguyên liệu trong nồi cô đặc là 2,5 m
3
, giai
đoạn này tiến hành cô đặc ở áp suất là 0,4 at.
− Giai đoạn 2: từ lúc kết thúc giai đoạn 1 cho đến khi mức dung dòch
trong nồi cô đặc chạm miệng trên của ống truyền nhiệt, giai đoạn này
tiến hành cô đặc ở áp suất là 0,4 at.
− Giai đoạn 3: từ lúc kết thúc giai đoạn 2 cho đến khi đạt nồng độ yêu
cầu, giai đoạn này tiến hành cô đặc ở áp suất là 0,4 at.
SVTH:Trần Thanh Tuấn Trang -9-
Các quá trình biến đổi vật chất trong quá trình cô đặc được tóm tắt như sau:
Thể tích nguyên liệu, m
3
9,086 2,5 1,113 0,724
Khối lượng nguyên liệu, kg 9375 2787 1444 1000
Lượng hơi thứ bốc hơi, kg 0 6588 7986 8375
Nồng độ 8% 27% 54% 75%
Khối lượng riêng, kg/m
3
1031,8 1114,8 1254,04 1381,4
III. Cân bằng năng lượng:
1. Chế độ nhiệt độ :
p suất buồng đốt là áp suất hơi bão hoà 3 at.Tra bảng 57, VD và BT T10,
trang 443: nhiệt độ hơi đốt là 132,9
C là 0,42 at.
b. Giai đoạn 2 và 3:
Nhiệt độ hơi thứ trong buồng bốc t
sdm
(P
o
):
T
sdm
(P
o
) - T
c
=∆ ’’’ = 1K ⇒ T
sdm
(P
o
) = T
c
+1 = 59,7 +1 = 60,7
o
C
p suất hơi thứ trong buồng bốc: Tra bảng 57, VD và BT T10, trang 443: ở
nhiệt độ hơi thứ là 60,7
o
C là 0, 21 at.
2. Các tổn thất nhiệt độ :
a. Tổn thất nhiệt độ do nồng độ ( ∆ ’ ):
Theo công thức 5.3, QT và TBTN T5, tr174:
∆’ =∆
) - nhiệt độ sôi dung dòch ở mặt thoáng.
T
sdd
(P
o
+∆ p) - nhiệt độ sôi ứng với áp suất ở độ sâu trung bình của cột
chất lỏng, đặt là t
stb
.
− Tính T
sdd
(P
o
):
Theo VD và BT T10, trang 184:
∆ ’= T
sdd
(P
o
) - T
sdm
(P
o
)
⇒ T
sdd
(P
o
) = T
sdm
.
g= 9,81 m/s
2
.
P
o
= 0,42 at.
H
op
-chiều cao lớp lỏng sôi(theo kính quan sát chỉ mức ), m
Với H
op
= [0,26 + 0,0014*( ρ
dd
–ρ
dm
)]*H
o,
m.
H
o
- chiều cao ống truyền nhiệt, chọn H
o
= 2 m.
ρ
dd
- khối lượng riêng dung dòch theo nồng độ, kg/m
3
.
ρ
) T
sdd
(P
o
+∆P)
8% 0.05 0.04 4.35 5.39 0.68 0.434 76.44 80.79
15% 0.25 0.19 4.62 5.81 0.76 0.437 76.59 81.21
20% 0.38 0.29 4.85 6.13 0.82 0.439 76.69 81.53
25% 0.50 0.38 5.10 6.48 0.88 0.441 76.78 81.88
30% 1.00 0.76 2.97 4.73 0.95 0.237 61.46 64.43
35% 1.50 1.14 2.91 5.06 1.02 0.239 61.84 64.76
40% 1.75 1.34 3.07 5.40 1.09 0.242 62.04 65.10
45% 2.00 1.53 3.25 5.78 1.16 0.245 62.23 65.48
50% 2.50 1.91 3.27 6.18 1.24 0.248 62.61 65.88
55% 3.00 2.29 3.32 6.61 1.32 0.251 62.99 66.31
60% 4.00 3.05 3.01 7.07 1.40 0.255 63.75 66.77
65% 5.00 3.82 2.74 7.56 1.48 0.259 64.52 67.26
70% 6.00 4.58 2.50 8.08 1.57 0.263 65.28 67.78
75% 7.00 5.34 2.29 8.63 1.66 0.267 66.04 68.33
3. Cân bằng nhiệt lượng :
a. Nhiệt lượng tiêu thụ cho cô đặc ( Q
D
):
Theo công thức VI.3, Sổ tay tập 2, trang 52:
Q
D
= Q
đ
+ Q
bh
đ
*C
tb
*(t
soi
- t
đ
) = 9375*4020,99*(76,44 - 30) = 1,751.10
9
J
Với: G
đ
= 9375 kg/mẻ.
C
tb
- nhiệt dung riêng của dung dòch.
Theo Sổ tay tập 1, tr153:
C = 4190 - ( 2514 - 7,542*t )*x, J/kg
o
K
Ở t = 30
o
C, x = 8% thì
C
1
= 4190 - ( 2514 - 7,542* 30 )*0,08 =4006,98 J/kg
o
K
Ở t = 76,44
o
kn
):
Theo Sổ tay tập 2, trang 53: Q
kn
=Q
htđ
- Q
htc
Trong đó:
Q
htđ
, Q
htc
lần lượt là nhiệt hoà tan tích phân của dung dòch đường ở
nồng độ đầu và cuối của quá trình cô đặc. Thường Q
kn
rất bé có
thể bỏ qua.
d. Nhiệt lượng tổn thất (Q
tt
): theo QT và TBTN T5, tr186: chọn Q
tt
= 4%*Q
D
4. Lượng hơi đốt dùng cho cô đặc (D):
Theo công thức 4.5a, VD và BT T10, tr182:
Q
D
= D*(1-ϕ)* ( i''
D
= 20,97.10
9
J
ϕ - độ ẩm của hơi, ϕ = 0,05 ( VD và BT T10, trang 182)
r - ẩn nhiệt ngưng tụ của hơi đốt ở áp suất là 3 at.
Tra bảng 57, VD và BT T10, trang 443: r = 2171.10
3
J/kg
5. Lượng hơi đốt tiêu tốn riêng:
Theo công thức 4.5a, VD và BT T10, trang 182:
159,1
8375
68,9707
===
W
D
m
( kg hơi đốt / kg hơi thứ ).
Trong đó:
D - lượng hơi đốt dùng cô đặc, D = 9707,68 kg/mẻ.
W - lượng hơi thứ thoát ra khi cô đặc, W = 8375 kg/mẻ.
SVTH:Trần Thanh Tuấn Trang -13-
TÍNH TOÁN TRUYỀN NHIỆT VÀ THỜI GIAN CÔ ĐẶC
I. Tính toán truyền nhiệt cho thiết bò cô đặc:
1. Nhiệt tải riêng phía hơi ngưng (q
1
):
Theo công thức (V.101), sổ tay tập 2, trang 28:
)1(*
D
+ tv
1
)/2
A tra ở sổ tay tập 2, trang 28.
với t
D
, tv
1
: nhiệt độ hơi đốt và vách phía hơi ngưng.
α
1
- hệ số cấp nhiệt phía hơi ngưng, W/m
2
K.
7. Nhiệt tải riêng phía dung dòch (q
2
):
Dung dòch nhập liệu sau khi qua thiết bò truyền nhiệt đã đạt đến nhiệt độ
sôi. Quá trình cô đặc diễn ra mãnh liệt ở điều kiện sôi và tuần hoàn tự nhiên
trong thiết bò, hình thành các bọt khí liên tục thoát ra khỏi dung dòch.
Theo công thức VI.27, sổ tay tập 2, trang 71:
)2(/****
2
435,0
2
565,0
2
KmW
C
=
µ
µ
ρ
ρ
λ
λ
αα
Trong đó:
α
λ
n
- độ dẫn điện nước khi cô đặc theo nồng độ dung dòch
SVTH:Trần Thanh Tuấn Trang -14-
Lập thành bảng số liệu theo nồng độ của dung dòch:
Nồng độ ρ
n
ρ
dd
µ
dd
µ
n
C
dd
C
n
λ
dd
λ
n
8% 975.2 1031.7 0.343 0.438 4028.1 4190 0.426 0.664
15% 975.2 1061.0 0.687 0.438 3886.4 4190 0.371 0.664
20% 975.2 1082.9 0.745 0.438 3785.2 4190 0.346 0.664
25% 975.2 1105.5 1.450 0.438 3684.1 4190 0.326 0.664
30% 975.2 1129.0 2.156 0.438 3582.9 4190 0.310 0.664
35% 975.2 1153.3 2.861 0.438 3481.7 4190 0.296 0.664
40% 975.2 1178.5 3.567 0.438 3380.5 4190 0.285 0.664
45% 975.2 1204.7 4.785 0.438 3279.3 4190 0.275 0.664
50% 975.2 1231.7 6.003 0.438 3178.1 4190 0.266 0.664
=
• Các thông số của nước tra bảng 39 trang 427 và bảng 57 trang
447 sổ tay tập 2.
8. Nhiệt tải riêng phía tường (q
v
):
Theo BT và VD tập 10:
qv =
v
vv
r
tt
∑
−
21
⇒ ∆t
v
= t
v1
-t
v2
= Σr
v
*q
v
= 0,836.10
-3
* q
v
r
2
- nhiệt trở lớp cặn, r
2
= 0,172.10
-3
m
2 o
K / W.
δ - bề dày ống, δ =( d
o
- d
t
) / 2 = ( 57 – 50 )/ 2 = 3,5 mm
λ - hệ số dẫn nhiệt của ống, λ = 17,5 m
2 o
K / W (với ống là
thép không gỉ )
∆t
v
: chênh lệch nhiệt độ của tường, ∆t
v
= t
v1
- t
v2,
o
K
9. Hệ số truyền nhiệt K cho quá trình cô đặc:
Trong đó giá trò K được tính thông qua hệ số cấp nhiệt:
q
1
= q
2
= q
v
(4)
∆t
v1
= t
D
- t
v1
(5)
∆t
v
=t
v1
- t
v2
(6)
∆t
2
= t
v2
- t
soitb
(7)
Dùng phương pháp số ta lần lượt tính theo các bước sau:
− Bước 1: Chọn nồng độ dung dòch, từ đó tra được các thông số bảng 2
2
theo công thức: q
2
= α
2
* ∆ t
2
− Bước 8: So sánh sai số giữa q
1
và q
tb
, với q
tb
= (q
1
+ q
2
) / 2. Đặt giá trò
đó là ss:
• Nếu ss lớn thì quay về bước 2 và có sự hiệu chỉnh nhiệt độ ∆t
1
:
∆t
1(mới]
= (1 - ss)* ∆t
1
, từ đó tính lại được t
v1
= t
2
K ss%
q
1
t
D
∆t
1
t
v1
∆t
v
t
v2
∆t
2
q
2
8% 1
80.79 191.1 41445 132.9 4.90 128.00 34.65 93.35 12.56 36018 38732 7.01
2
80.79 191.2 39258 132.9 4.56 128.34 32.82 95.52 14.73 40672 39965 1.77
3
80.79 191.2 39776 132.9 4.64 128.26 33.25 95.01 14.22 39617 39696 8577 2786 762 0.20
15% 1
81.21 191.1 41445 132.9 4.90 128.00 34.65 93.35 12.14 24987 33216 24.77
2
81.21 191.3 33509 132.9 3.69 129.21 28.01 101.20 19.99 35450 34480 2.82
3
81.21 191.3 34211 132.9 3.79 129.11 28.60 100.51 19.30 34726 34468 9027 1799 666 0.75
65.10 191.5 23339 132.9 2.27 130.63 19.51 111.12 46.01 21684 22511 3.68
3
65.10 191.5 22694 132.9 2.19 130.71 18.97 111.74 46.63 21550 22122 10368 462 323 2.58
45% 1
65.48 191.6 19604 132.9 1.80 131.10 16.39 114.71 49.23 17898 18751 4.55
2
65.48 191.6 18932 132.9 1.72 131.18 15.83 115.35 49.87 17695 18314 3.38
3
65.48 191.6 18451 132.9 1.66 131.24 15.43 115.81 50.33 17539 17995 11115 348 263 2.53
50%
1
65.88 191.7 16241 132.9 1.40 131.50 13.58 117.92 52.04 14907 15574 4.28
2
65.88 191.7 15717 132.9 1.34 131.56 13.14 118.42 52.54 14709 15213 3.32
3
65.88 191.7 15325 132.9 1.30 131.60 12.81 118.79 52.91 14553 14939 11829 275 219 2.58
55% 1
66.31 191.7 13557 132.9 1.10 131.80 11.33 120.47 54.16 12530 13044 3.94
2
66.31 191.7 13155 132.9 1.06 131.84 11.00 120.85 54.54 12355 12755 3.14
3
66.31 191.7 12845 132.9 1.02 131.88 10.74 121.14 54.83 12215 12530 12549 223 185 2.51
60%
1
66.77 191.7 11665 132.9 0.90 132.00 9.75 122.25 55.48 10734 11199 4.16
2
66.77 191.7 11299 132.9 0.86 132.04 9.45 122.59 55.82 10562 10931 3.37
3
66.77 191.7 11013 132.9 0.83 132.07 9.21 122.86 56.09 10424 10718 13212 186 159 2.75
65% 1
.
.8,2
5,1
3,135,12,1
5,1
1
3,135,12,1
1
2
==
=
λ
δ
trong đó:
d
2
– đường kính ngoài buồng đốt, d
2
= 1216 mm
λ - hệ số cách nhiệt của vật liệu cách nhiệt, chọn vật liệu cách nhiệt
là amiang : λ = 0,1372 W/ m
0
K
t
t2
– nhiệt độ mặt ngoài của buồng đốt, t
t2
= 129
0
==
=
λ
δ
trong đó:
d
2
– đường kính ngoài buồng bốc, d
2
= 2028 mm
λ - hệ số cách nhiệt của vật liệu cách nhiệt, chọn vật liệu cách nhiệt
là amiang : λ = 0,1372 W/ m
0
K
t
t2
– nhiệt độ mặt ngoài của buồng đốt, t
t2
= 82,5
0
C
q
1
– nhiệt độ tổn thất trên 1 m
2
bề mặt
theo bảng V.7 : q
1
= 450 W/ m
t - nhiệt độ sôi trung bình của dung dòch, t = t
stb
T- nhiệt độ hơi đốt, T = 132,9
o
C
F - diện tích bề mặt truyền nhiệt, F = 39,74 m
2
K - hệ số truyền nhiệt, K thay đổi theo nồng độ
8. Tính toán tại các nồng độ khác nhau và lập thành bảng số liệu:
Nồng độ W, kg Q*10
- 9
, J T-t,
o
K F, m
2
K,W/m
2 o
K 1/(KF(T-t)).10
6
, 1/W Thời gian, s
8%
0 2.88 52.11 50.89 762 0.4946 0
15%
4375 10.04 51.69 50.89 666 0.5712 3817
20%
5625 12.91 51.37 50.89 641 0.5964 1671
25%
6375 14.62 51.02 50.89 528 0.7299 1136
30%
6875 16.09 68.47 50.89 431 0.6653 1028
W
i
- lượng hơi thứ bốc hơi tại nồng độ i.
x
i
- nồng độ dung dòch.
• Tính Q:
∗ Tại x=8% là Q
đ
do nguyên liệu mang vào:
Q
đ
= G
đ
*C
tb
*t
soi
= 9375*4014,74*76,44 = 2,88.10
9
J
Trong đó: Q
đ
- nhiệt lượng dùng để cô đặc dung dòch
∗ Tại các nồng độ khác Q
cđ
= W*(i''
W
- C
ii
ii
i
QQ
kqkq
−
+
=
+
+
τ
với:
i
i
tTFK
kq
ii
)(
1
**
−
=
SVTH:Trần Thanh Tuấn Trang -20-
9. Tổng kết thời gian:
− Thời gian dùng để tiếp tục đun nóng nguyên liệu đến nhiệt độ sôi T=
76,44
0
C , theo công thức 3.3 , Quá trình và thiết bò truyền nhiệt,
trang90 :
giay
tb
- nhiệt dung riêng của dung dòch.
Theo sổ tay tập 1, tr153:
C = 4190 - ( 2514 - 7,542*t )*x, J/kg
o
K
Ở t = 30
o
C, x = 8% thì
C
1
= 4190 - ( 2514 - 7,542* 63 )*0,08 =4026,89 J/kg
o
K
Ở t = 76,44
o
C, x = 8% thì
C
2
= 4190 - ( 2514 - 7,542*76,44 )*0,08 = 4035,0 J/kg
o
K
Nên: C
tb
= (4026,89+ 4035,0 ) / 2 = 4030,96 J/kg
o
K
t
c
- nhiệt độ cuối quá trình đun nóng , t
dung dòch đường đến nồng độ 75% là:
τ
2
= 5864 giây = 1,388 giờ.
− Thời gian nhập liệu 10 phút.
− Thời gian tháo sản phẩm 10 phút.
Tổng thời gian cô đặc cho 1 mẻ là:
τ = 442+6570+ 5864 + 600 + 600 = 14076 giây = 3,91 giờ.
SVTH:Trần Thanh Tuấn Trang -21-
TÍNH THIẾT BỊ CÔ ĐẶC
I. Tính buồng đốt:
1. Thể tích dung dòch đầu trong thiết bò:
G
đầu
= V
đầu
* ρ
đ
⇒ V
đầu
= G
đầu
/ρ
đ
= 9375/ 1031,81 = 9,086 m
3
Trong đó:
G
đầu
- khối lượng dung dòch nhập liệu, G
c
- khối lượng riêng dung dòch cuối, ρ
c
= 1381,41 kg/m
3
3. Tính chọn đường kính buồng đốt - số ống:
Gọi:
V
t:
thể tích dung dòch ở phần trên buồng đốt.
V
ô
: thể tích dung dòch ở trong ống truyền nhiệt và ống tuần hoàn.
V
đ
: thể tích dung dòch ở đáy thiết bò.
Chọn thể tích dung dòch trong nồi cô đặc là 2,5 m
3
, như vậy:
V
đầu
= V
t
+ V
ô
+ V
đ
= 2,5 m
3
2
/4)* H )
n = 0,64 / ((π*0,05
2
/4)*2) = 162,97
Chọn 163 ống.
Bố trí ống ở đỉnh tam giác tạo thành hình lục giác đều có ống tuần hoàn
giữa. Theo công thức V140, trang 66, tập 5:
D
d
= s*( b – 1 ) + 4*d
o
Trong đó:
SVTH:Trần Thanh Tuấn Trang -22-
d
o
– đường kính ngoài ống truyền nhiệt, m
⇒ b = ( D
d
– 4*d
o
)/s + 1 = (1200 - 4*57) / 74,1 + 1 = 14,11
Chọn b = 13
Tổng số ống trong thiết bò là: n = 3*(b
2
-1)/4 + 1 = 3*(13
2
-1)/4 + 1 = 169
ống
Đường kính ống tuần hoàn: chọn theo kinh nghiệm d
V
ô
= V
ống truyền nhiệt
+ V
ống tuần hoàn
= H
d
*162*π*d
t
2
/4 + H
d
*π*d
th
2
/4
= 2*162*π*0,05
2
/4 + 2*π*0,273
2
/4
= 0,753 m
3
Ta thấy chiều cao của mức dung dòch trong ống truyền nhiệt cuối
cùng:
H’ = ( 0,724-0,36)/ ( 162*π*0,05
2
/4 +π*0,273
2
d
+++=
π
π
SVTH:Trần Thanh Tuấn Trang -23-
0,36 = h
gơ
. 1,131 + h
non
. 0,39
H = 778 mm
Trong đó:
V
đ
= 0,36 m
3
: thể tích đáy.
D
d
- đường kính buồng đốt, D
d
= 1200 mm.
d - đường kính lổ tháo sản phẩm, d = 40 mm.
h
gờ
– chiều cao gờ, mm . Chọn h
gơ
= 50 mm
h
trong buồng bốc được tính:
sm
W
V
ii
i
hoi
/96,4
3517*2462,0
4375
*
3
===
τρ
Trong đó:
W
i
– lượng hơi thứ bốc hơi trong thời gian τ
i,
W
i
= 4375 kg
ρ
i
– khối lượng riêng của hơi thứ ở áp suất buồng bốc P = 0,42 at, tra
bảng 57, VD và BT tập 10, trang 447: ρ
i
=0,2462 kg/m
3
b. Vận tốc hơi:
0003,0*)2462,0927(*81,9*4
''**3
*)'''(**4
bb
o
DD
dg
W
=
−
=
−
=
ρξ
ρρ
Trong đó:
ρ' - khối lượng riêng của giọt lỏng, tra bảng 57, VD và BT tập 10,
trang 427:ρ' = 927 kg/m
3
ρ'' - khối lượng riêng của hơi tra bảng 57, Ví dụ và bài tập - tập 10,
trang 447: ρ'' = 0,2462 kg/m
3
d - đường kính giọt lỏng, từ diều kiện ta chọn d =0,0003 m.
g = 9,81 m/s
2
.
ξ- hệ số trở lực, tính theo Re:
223
12,31
*10.012,0
< 70% W
o
⇒
6,02
56,3
*7,0
32,6
bb
DD
<
D
b
> 1,94 m.
Chọn D
b
= 2 m ( theo dãy chuẩn ).
Kiểm tra lại Re:
78,7
2
12,31
Re
2
==
(
thỏa 0,2 < Re < 500 )
Vậy đường kính buồng bốc D
b
= 2000 mm.
2. Chiều cao buồng bốc:
3
.h (theo Ví dụ và
bài tập - tập 10 ).
Cường độ bốc hơi riêng ( w
F
):
SVTH:Trần Thanh Tuấn Trang -25-
Copyright: Tài liệu đại học ©