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 1945-1
− Các chất hoà tan: có nồng độ cao.
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.
Dùng trong sản xuất thực phẩm: dung dòch đường, mì chính,các dung dòch
nước trái cây…
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.
và không tiếp xúc Oxy.
b. Ưu điểm:
− Nhập liệu đơn giản: nhập liệu liên tục bằng bơm hoặc bằng độ chân
không trong thiết bò, nhập liệu theo từng mẻ một.
− 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.
3. Hoạt động của hệ thống:
a. Nhập liệu:
Nguyên liệu đường nhờ bơm nhập liệu đưa vào thiết bò truyền nhiệt ở
nhiệt độ khoảng 30
0
C được đun nóng đến nhiệt độ cận sôi và đưa vào nồi cô
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
CÂN BẰNG VẬT CHẤT VÀ NĂNG LƯNG
I. Dữ kiện ban đầu:
− Dung dòch đường mía
− Nồng độ đầu x
đ
= 8 %, nhiệt độ đầu của nguyên liệu là t
đ
= 30
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
2. Tổng lượng hơi thứ bốc lên (W):
Theo công thức 5.17, QT và TBTN T5, tr184:
W = G
đ
– G
c
= 9375 - 1000 = 8375 kg/mẻ
Trong đó: 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
o
) = T
c
+1 = 75,4 +1 = 76,4
o
C
p suất hơi thứ trong buồng bốc: Tra bảng 57, VD và BT T10, trang 443: ở
nhiệt độ hơi thứ là 76,4
o
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
+∆ p) - T
sdd
(P
o
)
Trong đó:
T
sdd
(P
o
) - 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
Trong đó:
ρ
hh
= 0,5*ρ
dd
, ρ
dd
- khối lượng riêng của dung dòch ở nồng độ
đang xét, không kể lẫn bọt hơi, kg/m
3
.
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
' ∆' ∆'' Σ∆
H
op
P
o
+∆P T
sdd
(P
o
) 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
Q
bh
- nhiệt lượng làm bốc hơi nước, J.
Q
tt
- nhiệt lượng tổn thất ra môi trường, J.
b. Nhiệt lượng dùng để đun nóng đến nhiệt độ sôi:
Theo Sổ tay tập 2, trang 52:
Q
đ
= G
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
= W*r = 8375*2318,8.10
3
= 19,41.10
9
J
Trong đó:
W - lượng hơi thứ bốc lên khi cô đặc, W = 8375 kg.
r – ẩn nhiệt hóa hơi của hơi thứ ứng với áp suất là 0,42 at
Tra bảng 57, VD và BT T10, trang 443: r = 2318,8.10
3
J/kg
Nhiệt lượng dùng để khử nước (Q
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
=
−
=
−
=
ϕ
Trong đó:
Q
D
- tổng nhiệt tiêu thụ cho cô đặc, Q
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
∆
=
αα
Trong đó:
r - ẩn nhiệt ngưng tụ của nước ở áp suất hơi đốt là 3 at.
Tra bảng 57, VD và BT tập 10, trang 447: r = 2170.10
3
J/kg
H - chiều cao ống truyền nhiệt, H = 2 m.
A - phụ thuộc nhiệt độ màng nước ngưng t
m
= (t
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
- độ nhớt dung dòch khi cô đặc theo nồng độ dung dòch
µ
n
- độ nhớt nước khi cô đặc theo nồng độ dung dòch
ρ
dd
- khối lượng riêng dung dòch khi cô đặc theo nồng độ dung dòch
ρ
n
- khối lượng riêng nước khi cô đặc theo nồng độ dung dòch
λ
dd
- độ dẫn điện dung dòch khi cô đặc theo nồng độ dung dòch
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
∗ λ
dd
: theo công thức ( I.32 ) sổ tay tập 1 trang 123:
mKW
M
dd
dd
dddd
/,**10.58,3
3
8
ρ
ρλ
−
=
• 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
W/m
2
K
SVTH:Trần Thanh Tuấn
Trang -15-
với
r
1
- nhiệt trở màng nước, r
1
= 0,464.10
-3
m
2 o
K / W.
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
α
2
= q
2
/ ∆t
v2
Σr
v
= 0,836.10
-3
W/m
2 o
K.
10.Tiến trình tính các nhiệt tải riêng:
Khi quá trình cô đặc diễn ra ổn đònh:
q
1
= q
2
= q
v
(4)
∆t
v1
= t
D
- t
v1
(5)
∆t
theo (2)
− Bước 5: Tính ∆t
v
theo (3). Tính được t
v2
= ∆t
v
+ t
v1
− Bước 6: Tính ∆ t
2
theo (7) với t
soitb
tra ở bảng 2 theo nồng độ.
− Bước 7: Tính được q
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
11.Kết quả tính toán:
Nồng
độ
Lần
tính
T
sdd
A
Phía dung dòch Vách
Phía hơi
ngưng
q
1
t
D
∆t
1
t
v1
∆t
v
t
v2
∆t
2
q
2
q
tb
α
3
81.88 191.5 27215 132.9 2.79 130.11 22.75 107.36 25.48 26633 26924 9753 1045 528 1.08
30%
1
64.43 191.3 33942 132.9 3.75 129.15 28.38 100.77 36.34 28452 31197 8.80
2
64.43 191.4 31685 132.9 3.42 129.48 26.49 102.99 38.56 28768 30226 4.83
3
64.43 191.4 30535 132.9 3.25 129.65 25.53 104.12 39.69 28852 29693 9381 727 431 2.83
35%
1
64.76 191.4 28729 132.9 3.00 129.90 24.02 105.88 41.13 24963 26846 7.01
2
64.76 191.5 27208 132.9 2.79 130.11 22.75 107.36 42.61 24897 26053 4.44
3
64.76 191.5 26300 132.9 2.67 130.23 21.99 108.25 43.49 24816 25558 9866 571 372 2.90
40%
1
65.10 191.5 24313 132.9 2.40 130.50 20.33 110.17 45.07 21857 23085 5.32
2
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
67.78 191.8 8608 132.9 0.60 132.30 7.20 125.10 57.33 7948 8278 3.99
2
67.78 191.8 8350 132.9 0.58 132.32 6.98 125.34 57.57 7813 8081 3.32
3
67.78 191.8 8141 132.9 0.56 132.34 6.81 125.54 57.76 7701 7921 14617 133 119 2.77
75%
1
68.33 191.8 7508 132.9 0.50 132.40 6.28 126.12 57.79 6919 7214 4.08
2
68.33 191.8 7277 132.9 0.48 132.42 6.08 126.34 58.00 6794 7036 3.43
3
68.33 191.8 7089 132.9 0.46 132.44 5.93 126.51 58.18 6691 6890 15308 115 104 2.89
SVTH:Trần Thanh Tuấn
Trang -17-
II. Tính cách nhiệt cho thiết bò:
1. Chiều dày lớp cách nhiệt buồng đốt:
Theo công thức sau (V.137), trang 41, sổ tay tập 2:
mm
q
td
t
64
422
129.1372,0.1216
.8,2
.
.8,2
5,1
3,135,12,1
5,1
bề mặt
theo bảng V.7 : q
1
= 422 W/ m
2
2. Chiều dày lớp cách nhiệt buồng bốc:
Theo công thức sau (V.137), trang 41, sổ tay tập 2:
mm
q
td
t
58
450
5,82.1372,0.2028
.8,2
.
.8,2
5,1
3,135,12,1
5,1
1
3,135,12,1
1
2
==
=
λ
δ
nhiệt của buồng đốt.
SVTH:Trần Thanh Tuấn
Trang -18-
III.Thời gian cô đặc:
1. Thời gian cô đặc dung dòch đường:
Theo QT và TBTN tập 5:
s
tTFK
dQ
Q
Q
d
,
)(**
∫
−
=
τTrong đó:
Q
đ
– lượngnhiệt do quá trình đun nóng nguyên liệu trước
khi nhập vào nồi cô đặc, J
Q - tổng nhiệt cung cấp cho cô đặc, J
t - nhiệt độ sôi trung bình của dung dòch, t = t
stb
T- nhiệt độ hơi đốt, T = 132,9
o
45%
7708 18.02 67.42 50.89 263 1.1063 478
50%
7875 18.39 67.02 50.89 219 1.3359 463
55%
8011 18.70 66.59 47.50 185 1.7085 467
60%
8125 18.95 66.13 42.48 159 2.2400 499
65%
8221 19.16 65.64 38.36 136 2.9126 542
70%
8304 19.34 65.12 34.76 119 3.7128 587
75%
8375 19.49 64.57 31.71 104 4.6870 632
SVTH:Trần Thanh Tuấn
Trang -19-
Trong đó:
• Tính W:
kg
x
x
GGW
i
d
ddi
,*
−=
W
i
W
- enthanpi hơi thứ ở áp suất hơi thứ P
tb
= P
o
+ ∆ P, at.
Tra bảng 57, VD và BT tập 10, tr447
C
n
- nhiệt dung riêng của nước, C
n
= 4190 J/kgK
t
stb
- nhiệt độ sôi dung dòch trung bình
• Tính thời gian cô đặc: khi dung dòch chuyển từ nồng độ này (x
i
)
sang nồng độ khác (x
i+1
) mất một thời gian được tính theo công
thức:
)(*)
2
(
1
1
ii
ii
i
FK
CG
dc
dDtbd
442
6344,76
639,132
ln
89,50.762
96,4030.52,2579
ln.
.
.
=
−
−
=
−
−
=
τ
Trong đó :
G
đ
- khối lượng dung dòch đường , G
đ
= 2579,52 kg
C
tb
- nhiệt dung riêng của dung dòch.
soitb
= 76,44
o
C .
t
đ
- nhiệt độ nhập liệu sau khi qua thiết bò gia nhiệt
t
đ
=63
o
C
K - hệ số truyền nhiệt, K = 762 W/m
2
K
F - diện tích bề mặt truyền nhiệt , F = 50,89 m
2
.
− Thời gian để cô đặc 9,086 m
3
dung dòch đường xuống còn 2,5 m
3
là:
τ
1
= 6570 giây = 2,066 giờ.
− Thời gian để cô đặc 2,5 m
3
dung dòch đường đến nồng độ 75% là:
τ
= 9375 kg.
ρ
đ
- khối lượng riêng dung dòch nhập liệu, ρ
đ
= 1031,81 kg/m
3
2. Thể tích dung dòch cuối:
G
cuối
= V
cuối
* ρ
c
⇒ V
cuối
= G
cuối
/ ρ
c
= 1000 / 1381,41 = 0,724 m
3
Trong đó:
G
cuối
- khối lượng dung dòch cuối, G
cuối
= 1000 kg.
ρ
c
trong ống truyền nhiệt phải đảm bảo sao cho độ đầy của chất lỏng sau cô đặc
là lớn hơn 0,3*H
d
Chọn:
V
đ
= 0,36 m
3
; V
ô
= 0,64 m
3
; V
t
= 1,5 m
3
Chọn ống có kích thước d57/ 50 mm
Chọn đường kính buồng đốt 1200 mm
Chọn bước ống s =β*d
0
= 74,1mm (β≈1,377)
H
d
= 2 m
Số ống truyền nhiệt cần thiết là:
n = V
ô
/ ( (π * d
t
2
th
từ 1/4 đến 1/8 lần
đường kính vỏ buồng đốt ( theo GT QT và TBTN, tập 5, tr180). Chọn theo dãy
chuẩn: d
th
= 273 mm.
Số ống trên đường chéo ống tuần hoàn:
d
th
= s*( m’-1 )
Trong đó:
d
th
– đường kính ống tuần hoàn, mm
⇒ m' = (d
th
-4*d
o
)/s +1 = (273-4*57)/ 74,1 +1 = 1,6 ống
Chọn m’ = 5
Tổng số ống tuần hoàn bò chiếm chổ:
n’ = 3*(m’
2
-1)/4 + 1 = 3*(5
2
-1)/4 + 1 = 19 ống
Số ống truyền nhiệt: 169 - 19 = 150 ống
Nhằm mục đích tăng diện tích bề mặt truyền nhiệt thêm 12 ống trong 6
viên phân. Như vậy số ống truyền nhiệt là 162 ống.
Thể tích dung dòch chứa trong buồâng đốt là:
/4)
= 0,9665 m > 0,3*H
d
=0,6 m
Bề mặt truyền nhiệt:
F = 162*π*d
t
*H
d
= 162*π*0,05*2
= 50,89 m
2
Tính kích thước đáy nón của buồng đốt:
Chiều cao đáy nón phụ thuộc vào thể tích đáy, đường kính cửa tháo liệu
và đường kính buồng đốt .
Ta có:
SVTH:Trần Thanh Tuấn
Trang -23-
).(
4.3
.h
4
..
22
non
2
dDdD
Dh
V
h
non
- chiều cao phần nón, mm .
Như vậy:
− Số ống truyền nhiệt là 162 ống có kích thước d57/50.
− Một ống tuần hoàn giữa có đường kính d
th
= 273mm.
− Đường kính buồng đốt D
d
=1200 mm.
− Chiều cao buồng đốt H
d
= 2 m.
− Chiều cao mức dung dòch chứa trong ống cuối cô đặc là 0,9665 m.
− Diện tích bề mằt truyền nhiệt là F = 50,89 m
2
.
− Thể tích dung dòch ở đáy: 0,36 m
3
.
− Thể tích dung dòch trong buồng đốt: 0,753 m
3
.
− Thể tích dung dòch trong buồng bốc: 1,387 m
3
.
II. Tính buồng bốc:
1. Đường kính buồng bốc:
a. Lưu lượng hơi thứ trong buồng bốc:
b. Vận tốc hơi:
Vận tốc hơi thứ trong buồng bốc:
SVTH:Trần Thanh Tuấn
Trang -24-
2
22
32,6
4
*
96,4
4
*
b
bb
hoi
hoi
D
DD
V
W
===
ππ
trong đó:
D
b
– đường kính buồng bốc, m
c. Vận tốc lắng:
Theo công thức 5.14, Quá trình và thiết bò truyền nhiệt, trang 182:
6,02,1
12,31
*10.012,0
2462,0*0003,0*32,6
"**
Re
bb
hoi
DD
dW
===
−
µ
ρ
Với µ - độ nhớt động lực học của hơi thứ ở áp suất 0,42 at,
tra theo Hình I.35 trang 117 sổ tay tập 1: µ =
0,012.10
-3
Nm/s
2
Nếu 0,2 < Re < 500 thì ξ = 18,5 / Re
0,6
⇒ ξ = 1,166*D
b
1,2
Theo QT và TBTN tập 5: w
hoi
< 70% - 80% w
o
.
Chọn:
= 2000 mm.
2. Chiều cao buồng bốc:
Theo sổ tay tập 2, trang 72:
U
tt
= f*U
tt
(1 at
), m
3
/m
3
.h
U
tt
= 1600*1,3 = 2080 m
3
/m
3
.h
SVTH:Trần Thanh Tuấn
Trang -25-
Copyright: Tài liệu đại học ©