Đang tải... (xem toàn văn)
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP HỒ CHÍ MINH KHOA CÔNG NGHỆ HÓA HỌC VÀ THỰC PHẨM BỘ MÔN CÔNG NGHỆ HÓA HỌC
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP HỒ CHÍ MINH KHOA CƠNG NGHỆ HĨA HỌC VÀ THỰC PHẨM BỘ MƠN CƠNG NGHỆ HĨA HỌC - ĐỒ ÁN MƠN HỌC Q TRÌNH THIẾT BỊ THIẾT KẾ THIẾT BỊ CƠ ĐẶC DUNG DỊCH ĐƯỜNG MÍA MỘT NỒI LIÊN TỤC ÁP SUẤT CHÂN KHÔNG VỚI NĂNG SUẤT SẢN PHẨM 1000 (KG/H) SVTH: GVHD: Nguyễn Trọng Tính MSSV: Nguyễn Thái Thành MSSV: TS Phạm Hồng Huy Phước Lợi Tp Hồ Chí Minh, tháng năm 2021 18128064 18128056 TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP HCM KHOA CƠNG NGHỆ HĨA HỌC VÀ THỰC PHẨM BỘ MƠN CƠNG NGHỆ HĨA HỌC -oOo - NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN MÔN HỌC MÁY VÀ THIẾT BỊ Giáo viên hướng dẫn: TS Phạm Hoàng Huy Phước Lợi Họ tên sinh viên thực hiện: MSSV Nguyễn Trọng Tính 18128064 Nguyễn Thái Thành 18128056 Tên đồ án: THIẾT KẾ THIẾT BỊ CƠ ĐẶC DUNG DỊCH ĐƯỜNG MÍA MỘT NỒI LIÊN TỤC ÁP SUẤT CHÂN KHÔNG Nhiệm vụ đồ án: Nhiệm vụ cụ thể đồ án môn học Thiết kế thiết bị cô đặc dung dịch đường mía liên tục áp suất chân không nồng độ 12% đến nồng độ 20% Các số liệu ban đầu: - Dung dịch đường mía - Nồng độ nhập liệu xd = 12% (khối lượng) - Nồng độ sản phẩm xc = 20% (khối lượng) - Năng suất sản phẩm Gc = 1000 (kg/h) - Áp suất chân không thiết bị ngưng tụ Pck = 0,7 (at) Yêu cầu phần thuyết minh tính tốn: - Tìm hiểu đặc, phân loại ứng dụng loại thiết bị cô đặc - Tính tốn cơng nghệ xác định bề mặt trao đổi nhiệt, phân bố ống kích thước thiết bị - Tính bền chi tiết thiết bị Yêu cầu trình bày vẽ - Thể vẽ lắp thiết bị 02 vẽ khổ A 1, A3 (Vẽ trích kết cấu điển hình) - 02 vẽ quy trình cơng nghệ khổ A1, A3 u cầu khác: - Thực thông qua đồ án đồ án tiến độ Ngày giao nhiệm vụ đồ án: 8/3/2021 Ngày hoàn thành đồ án: 10/8/2021 TRƯỞNG BỘ MƠN Tp Hồ Chí Minh, ngày 15 tháng năm 2021 Giảng viên hướng dẫn Phạm Hoàng Huy Phước Lợi TRƯỜNG ĐH SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP HỒ CHÍ MINH KHOA CƠNG NGHỆ HĨA HỌC – THỰC PHẨM PHIẾU ĐÁNH GIÁ CỦA BỘ MƠN CƠNG NGHỆ HĨA HỌC GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN - MÔN HỌC: ĐỒ THIẾT KẾ MÁY THIẾT BỊ - HỌC KỲ – NĂM HỌC 2020 – 2021 MÃ MÔN HỌC: PWPD322703 GVHD: TS Phạm Hoàng Huy Phước Lợi Sinh viên: Nguyễn Trọng Tính MSSV: 18128064 Tên đề tài: THIẾT KẾ THIẾT BỊ CÔ ĐẶC DUNG DỊCH ĐƯỜNG MÍA MỘT NỒI LIÊN TỤC ÁP SUẤT CHÂN KHÔNG VỚI NĂNG SUẤT SẢN PHẨM 1000 (KG/H) Kết đánh giá: STT Nội dung Thang Điểm điểm số Xác định đối tượng yêu cầu thiết kế – 1,0 1,0 Lập qui trình cơng nghệ tính tốn chi tiết thiết bị – 2,5 2,5 Đánh giá phù hợp, điểm mạnh, yếu thiết kế – 0,75 0,5 Lập kế hoạch triển khai thực thiết kế – 0,75 0,5 Lập vẽ với phần mềm chuyên dụng – 2,5 2,5 Hồn thành thuyết minh thiết kế đầy đủ, xác logic – 1,0 1,0 Hoàn thành trách nhiệm cá nhân nhóm – 0,75 0,75 Thực kế hoạch công việc GV giao – 0,75 0,75 10 9,5 TỔNG ĐIỂM (Bằng chữ: Chín phẩy năm) Ghi chú: GV HƯỚNG DẪN cho điểm lẻ tới 0,25 điểm Các nhận xét khác (nếu có) Có tinh thần ham học hỏi, chịu khó, hoàn thành tốt đồ án Kết luận Được phép bảo vệ : ◻ Không phép bảo vệ : ◻ Ngày 15 tháng năm 2021 Người nhận xét (Ký & ghi rõ họ tên) Phạm Hoàng Huy Phước Lợi TRƯỜNG ĐH SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP HỒ CHÍ MINH KHOA CƠNG NGHỆ HĨA HỌC – THỰC PHẨM BỘ MƠN CƠNG NGHỆ HĨA HỌC - PHIẾU ĐÁNH GIÁ CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN MÔN HỌC: ĐỒ THIẾT KẾ MÁY THIẾT BỊ - HỌC KỲ – NĂM HỌC 2020 – 2021 MÃ MÔN HỌC: PWPD322703 GVHD: TS Phạm Hoàng Huy Phước Lợi Sinh viên: Nguyễn Thái Thành MSSV: 18128056 Tên đề tài: THIẾT KẾ THIẾT BỊ CÔ ĐẶC DUNG DỊCH ĐƯỜNG MÍA MỘT NỒI LIÊN TỤC ÁP SUẤT CHÂN KHÔNG VỚI NĂNG SUẤT SẢN PHẨM 1000 (KG/H) Kết đánh giá: STT Nội dung Thang Điểm điểm số Xác định đối tượng yêu cầu thiết kế – 1,0 1,0 Lập qui trình cơng nghệ tính tốn chi tiết thiết bị – 2,5 2,5 Đánh giá phù hợp, điểm mạnh, yếu thiết kế – 0,75 0,5 Lập kế hoạch triển khai thực thiết kế – 0,75 0,5 Lập vẽ với phần mềm chuyên dụng – 2,5 2,5 Hồn thành thuyết minh thiết kế đầy đủ, xác logic – 1,0 1,0 Hoàn thành trách nhiệm cá nhân nhóm – 0,75 0,75 Thực kế hoạch công việc GV giao – 0,75 0,75 10 9,5 TỔNG ĐIỂM (Bằng chữ: Chín phẩy năm) Ghi chú: GV HƯỚNG DẪN cho điểm lẻ tới 0,25 điểm Các nhận xét khác (nếu có) Có tinh thần ham học hỏi, chịu khó, hoàn thành tốt đồ án Kết luận Được phép bảo vệ : ◻ Không phép bảo vệ : ◻ Ngày 15 tháng năm 2021 Người nhận xét (Ký & ghi rõ họ tên) Phạm Hoàng Huy Phước Lợi TRƯỜNG ĐH SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP HỒ CHÍ MINH KHOA CƠNG NGHỆ HĨA HỌC – THỰC PHẨM BỘ MƠN CƠNG NGHỆ HĨA HỌC - PHIẾU ĐÁNH GIÁ CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN MÔN HỌC: ĐỒ THIẾT KẾ MÁY THIẾT BỊ - HỌC KỲ – NĂM HỌC 2020 – 2021 MÃ MÔN HỌC: PWPD322703 GVPB: Sinh viên: Nguyễn Trọng Tính MSSV: 18128064 Tên đề tài: THIẾT KẾ THIẾT BỊ CƠ ĐẶC DUNG DỊCH ĐƯỜNG MÍA MỘT NỒI LIÊN TỤC ÁP SUẤT CHÂN KHÔNG VỚI NĂNG SUẤT SẢN PHẨM 1000 (KG/H) Kết đánh giá: STT Nội dung Thang Điểm điểm số Lập qui trình cơng nghệ tính tốn chi tiết thiết bị – 2,5 Lập vẽ với phần mềm chuyên dụng – 2,5 Hoàn thành thuyết minh thiết kế đầy đủ, xác logic – 1,0 Trình bày nội dung cốt lõi đồ án – 1,0 Trả lời câu hỏi phản biện – 3,0 TỔNG ĐIỂM (Bằng chữ: 10 ……………………………………….) Ghi chú: GV HƯỚNG DẪN cho điểm lẻ tới 0,25 điểm Các nhận xét khác (nếu có) Ngày …… tháng 08 năm 2021 Người phản biện (Ký & ghi rõ họ tên) TRƯỜNG ĐH SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP HỒ CHÍ MINH KHOA CƠNG NGHỆ HĨA HỌC – THỰC PHẨM BỘ MƠN CƠNG NGHỆ HĨA HỌC - PHIẾU ĐÁNH GIÁ CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN MÔN HỌC: ĐỒ THIẾT KẾ MÁY THIẾT BỊ - HỌC KỲ – NĂM HỌC 2020 – 2021 MÃ MÔN HỌC: PWPD322703 GVPB: Sinh viên: Nguyễn Thái Thành MSSV: 18128056 Tên đề tài: THIẾT KẾ THIẾT BỊ CÔ ĐẶC DUNG DỊCH ĐƯỜNG MÍA MỘT NỒI LIÊN TỤC ÁP SUẤT CHÂN KHÔNG VỚI NĂNG SUẤT SẢN PHẨM 1000 (KG/H) Kết đánh giá: STT Nội dung Thang Điểm điểm số Lập qui trình cơng nghệ tính tốn chi tiết thiết bị – 2,5 Lập vẽ với phần mềm chuyên dụng – 2,5 Hoàn thành thuyết minh thiết kế đầy đủ, xác logic – 1,0 Trình bày nội dung cốt lõi đồ án – 1,0 Trả lời câu hỏi phản biện – 3,0 TỔNG ĐIỂM (Bằng chữ: 10 ……………………………………….) Ghi chú: GV HƯỚNG DẪN cho điểm lẻ tới 0,25 điểm Các nhận xét khác (nếu có) Ngày …… tháng 08 năm 2021 Người phản biện (Ký & ghi rõ họ tên) LỜI CẢM ƠN Để đồ án Quá trình Thiết bị đạt kết tốt đẹp, nhóm chúng em nhận nhiều hỗ trợ, giúp đỡ từ nhiều tổ chức, cá nhân Với tình cảm sâu sắc, chân thành, cho phép chúng em bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến cá nhân, tổ chức tạo điều kiện giúp đỡ trình học tập nghiên cứu đề tài Trước hết, chúng em xin cảm ơn đến thầy cô Khoa Cơng nghệ Hóa học & Thực phẩm Trường Đại học Sư phạm Kỹ Thuật TP Hồ Chí Minh truyền đạt kiến thức trình thiết bị cơng nghệ hóa học kiến thức liên quan, giúp chúng em có sở lý thuyết vững vàng, tạo điều kiện thuận lợi suốt trình làm nghiên cứu đồ án Đặc biệt, xin gửi lời cảm ơn chân thành đến TS Phạm Hoàng Huy Phước Lợi, giảng viên Khoa Kỹ thuật hóa học Trường Đại học Bách khoa TP Hồ Chí Minh tận tình hướng dẫn, bảo chúng em trình thực đồ án mơn học Với điều kiện thời gian kinh nghiệm hạn chế sinh viên, đồ án không tránh khỏi thiếu sót Rất mong nhận bảo, đóng góp ý kiến thầy để chúng em có điều kiện bổ sung, nâng cao ý thức mình, phục vụ tốt cơng tác thực tế sau Xin chân thành cảm ơn! Sinh viên thực Nguyễn Thái Thành Nguyễn Trọng Tính MỤC LỤC DANH MỤC BẢNG DANH MỤC HÌNH ẢNH MỞ ĐẦU CHƯƠNG TỔNG QUAN 1.1 Đơi nét ngành cơng nghiệp mía đường 1.2 Đặc điểm nguyên liệu sản phẩm q trình đặc v vi 2 1.2.1 Đặc điểm nguyên liệu 1.2.2 Đặc điểm sản phẩm 1.2.3 Biến đổi nguyên liệu sản phẩm 1.2.4 Yêu cầu chất lượng sản phẩm giá trị sinh hóa CHƯƠNG GIỚI THIỆU QUY TRÌNH CƠNG NGHỆ 2.1 Cơ đặc q trình đặc 4 2.1.1 Định nghĩa 2.1.2 Các phương pháp cô đặc 2.1.3 Bản chất cô đặc nhiệt 2.1.4 Ứng dụng cô đặc 2.1.5 Đánh giá khả phát triển cô đặc 2.2 Các thiết bị cô đặc nhiệt 2.2.1 Phân loại ứng dụng 2.2.2 Hệ thống cô đặc chân không liên tục 2.2.3 Các thiết bị chi tiết hệ thống cô đặc 2.2.4 Chọn quy trình cơng nghệ CHƯƠNG TÍNH CÂN BẰNG VẬT CHẤT VÀ NĂNG LƯỢNG 3.1 Dữ kiện ban đầu 3.2 Cân vật chất 10 10 10 3.2.1 Suất lượng nhập liệu (Gd) 10 3.2.2 Tổng lượng thứ bốc lên (W) 10 3.3 Cân lượng 11 3.3.1 Chế độ nhiệt độ 11 3.3.2 Các tổn thất nhiệt độ 12 3.3.3 Cân nhiệt lượng 14 CHƯƠNG TÍNH TỐN TRUYỀN NHIỆT CHO THIẾT BỊ CÔ ĐẶC 17 4.1 Nhiệt tải riêng phía ngưng (q1) 17 4.2 Nhiệt tải riêng phía dung dịch (q2) 17 4.3 Nhiệt tải riêng phía tường (qv) 19 4.4 Tiến trình tính nhiệt tải riêng 20 4.5 Hệ số truyền nhiệt K cho q trình đặc 21 4.6 Diện tích bề mặt truyền nhiệt 21 CHƯƠNG TÍNH THIẾT BỊ CƠ ĐẶC 5.1 Tính buồng đốt 22 22 5.1.1 Thể tích dung dịch đầu thiết bị 22 5.1.2 Thể tích dung dịch cuối 22 5.1.3 Tính chọn đường kính buồng đốt 22 5.2 Tính kích thước đáy nón buồng đốt 24 5.3 Tính buồng bốc 25 5.3.1 Đường kính buồng bốc 25 5.3.2 Chiều cao buồng bốc 26 5.3.3 Tính kích thước nắp elip có gờ buồng bốc 27 5.4 Tính kích thước ống dẫn liệu, tháo liệu 27 5.4.1 Ống nhập liệu 27 5.4.2 Ống tháo liệu 28 5.4.3 Ống dẫn đốt 28 5.4.4 Ống dẫn thứ 28 5.4.5 Ống dẫn nước ngưng 28 5.4.6 Ống xả khí khơng ngưng 28 5.4.7 Tổng kết đường kính ống 28 CHƯƠNG TÍNH CƠ KHÍ CHO CÁC CHI TIẾT THIẾT BỊ 6.1 Tính cho buồng đốt 30 30 6.1.1 Sơ lược cấu tạo 30 6.1.2 Tính tốn 30 6.2 Tính cho buồng bốc 32 6.2.1 Sơ lược cấu tạo 32 6.2.2 Tính tốn 32 6.3 Tính cho đáy thiết bị 6.3.1 35 Sơ lược cấu tạo 35 6.3.2 6.4 Tính tốn 35 Tính nắp thiết bị 40 6.4.1 Sơ lược cấu tạo 40 6.4.2 Tính tốn 40 Tính mặt bích 42 6.5 6.5.1 Sơ lược cấu tạo 42 6.5.2 Chọn mặt bích 42 6.6 Tính vỉ ống 43 6.6.1 Sơ lược cấu tạo 43 6.6.2 Tính tốn 44 6.7 Tính tai treo chân đỡ 45 6.7.1 Thể tích phận thiết bị 45 6.7.2 Chọn chân đỡ tai treo: 49 CHƯƠNG TÍNH THIẾT BỊ PHỤ 7.1 Thiết bị ngưng tụ Baromet 50 50 7.1.1 Chọn thiết bị ngưng tụ 50 7.1.2 Tính tốn 51 7.2 Bồn cao vị 56 7.3 Tính tốn thiết bị gia nhiệt sơ 57 7.3.1 Thiết bị gia nhiệt hỗn hợp đầu 58 7.3.2 Tính tốn thiết bị 58 7.4 Bơm 63 7.4.1 Bơm chân không 63 7.4.2 Chọn bơm chân không 64 7.5 Cửa sửa chữa (cửa người) 64 7.6 Kính quan sát 65 KẾT LUẬN DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO 66 67 DANH MỤC BẢNG Với P = 0,742; d = (mm); tra bảng VI.7, trang 86, [4] Ta có bảng số liệu sau: Bảng 7.2 Số liệu thiết bị ngưng tụ Số bậc Số ngăn Khoảng cách ngăn (mm) Thời gian rơi qua bậc (s) Mức độ đun nóng Đường kính tia nước (mm) 400 0,41 0,774 Chiều cao thiết bị ngưng tụ: H = 8.400 = 3200 (mm) Trên thực tế thiết bị ngưng tụ từ lên thể tích giảm dần khoảng cách hợp lý ngăn nên giảm dần từ lên khoảng 50 (mm) cho ngăn Chọn lại kích thước cho thiết bị ngưng tụ - Khoảng cách ngăn: 400 (mm) - Khoảng cách từ ngăn đến nắp thiết bị: 1300 (mm) - Khoảng cách từ ngăn đến đáy thiết bị: 1200 (mm) - Chiều cao phần gờ nắp: 50 (mm) - Chiều cao nắp elip: 125 (mm) - Chiều cao phần đáy nón: 175 (mm) Chiều cao thiết bị ngưng tụ H = 125 + 50 + 1300 + 400.8 +1200 + 175 = 6050 mm 7.1.2.8 Kích thước ống baromet Đường kính ống baromet xác định theo công thức VI.57, trang 86, [4]: d= 0,004 G n + Wn = 3600.3,14.ω 0,004 13203,186 + 666,67 0,1 (m) 3600.3,14.0,5 Trong đó: - ω: Tốc độ hỗn hợp nước lỏng ngưng tụ ống baromet Thường lấy ω = 0,5÷ 0,6 Chọn ω = 0,5 (m/s) - Wn, Gn: Lượng nước ngưng lượng nước lạnh vào thiết bị ngưng tụ 7.1.2.9 Xác định chiều cao ống baromet ● Chiều cao ống bazomet xác định theo công thức VI.58, trang 86, [4] H = h1 + h + h + h ● Chiều cao cột nước ống baromet cân với hệu số áp suất khí áp suất thiết bị ngưng tụ, h1 xác định theo công thức VI.59, trang 86, [4]: 60 h1 = 10,33 b 760 , m Với b độ chân không thiết bị ngưng tụ b = 0,7.760 = 532 (mmHg) 532 h1 = 10,33 = 7,231 m 760 ● Chiều cao cột nước ống baromet cần khắc phục toàn trở lực nước chảy ống h2 xác định công thức VI.61, trang 87, [4]: ω2 H 1 + λ + ξ 2.g d Chọn hệ số trở lực vào ống ξ1 = 0,5 khỏi ống ξ2 = Suy Σξ = 1,5 ● Hệ số ma sát λ xác định theo công thức II.64, trang 380, [3]: h2 = 0,25 ε 100 λ = 0,1 1,46 + d Re Tra bảng I.249, Trang 310, [3] Ta có thơng số tra từ nhiệt độ nước lạnh ngưng tụ - ttb = 44,35 (oC) - ρ = 990,373 (kg/m3) - µ = 0,60941.10-3(N.m/s) ω.d.ρ 0,5.0,1.990,373 Re = = = 81256 > 10000 -3 μ 0,60941.10 Đây chế độ chảy rối theo trang VI.58, trang 377, [3] Chọn vật liệu làm ống thép CT3, ống hàn điều kiện ăn mịn ít, có độ nhám tuyệt đối ε = 0,2 (mm) ● Regh tính theo cơng thức II.60, trang 378, [3]: 8 0,1 d 7 Regh = = = 7289,343 ε 0,0002 ● Ren tính theo cơng thức II.62, trang 379, [3]: 9 0,1 d 8 Re n = 220 =220 =239201,520 ε 0,0002 ● Regh < Re < Ren 0,25 0,0002 100 λ = 0,1 1,46 + 0,1 81256 ● ● h2 = = 0,0254 0,05 H + 0,0254 + 1,5 = 6,371.10 -3 + 6,473.10-4 H (m) 2.9,81 0,1 61 ● Chọn chiều cao dự trữ h = 0,5 (m) để ngăn ngừa nước dâng lên ống tràn vào ống dẫn áp suất khí tăng ● Chọn chiều cao đoạn ốn baromet ngặp bể nước h4 = 0,5 (m) H = h1 + h + h + h = 7,231 + 6,371.10-3 + 6,473.10-4 H + 0,5 + 0,5 (m) H = 8,24 (m) Vậy chiều cao ống baromet H = 8,24 (m) 7.1.2.10 Tính lượng khí khơng ngưng ● Lượng khơng khí cần hút tính theo cơng thức VI.47, trang 84, [4]: G kk = 0,000025.ω n + 0,000025.G n + 0,01.Wn = 0,000025.666,67 + 0,000025.13203,186 + 0,01.666,67 = 10,134 kg/h ● Thể tích khơng khí cần hút khỏi thiết bị ngưng tụ xác định theo công thức VI.49, trang 84, [4]: Vkk = - 288.G kk 273 + t kk 3600 p ng - p h Đối với thiết bị ngưng tụ trực tiếp loại khơ thì: t kkđ= t + + 0,1 t cđ – t = 30 + + 0,1.(58,7 - 30) = 36,87( oC) - Ph áp suất riêng phần nước hỗn hợp lấy theo t kk Ph = 0,057 (tra giản đồ h - x không khí ẩm) Vkk = 288.10,134 273 + 36,87 = 0,0105 m /s 3600 0,3 - 0,057 10 9,81 7.2 Bồn cao vị Bồn cao vị dùng để ổn định lưu lượng dung dịch nhập liệu Bồn đặt độ cao phù hợp nhằm thắng trở lực đường ống cao so với mặt thoáng dung dịch nồi đặc Áp dụng phương trình Bernoulli với mặt cắt – (mặt thoáng bồn cao vị) – (mặt thống nồi đặc): pα1 ω 12 p α2 ω 2 z1 + + = z2 + + + h 1-2 γ 2g γ 2g Trong đó: - ω1 = ω2 = - p1 = (at) - p2 = p0 = 0,314 (at) - ρ = ρđ = 1048,31 (kg/m3): Khối lượng riêng dung dịch đường 12% 30 (oC) - µ = 1,112.10-3 (N.s/m2): Độ nhớt động lực dung dịch đường 12% 30 (oC) - z2: Khoảng cách từ mặt thống dung dịch nồi đặc đến mặt đất, m 62 z 2đ= z’ bđ+ H +gc H +c H + H = 1,5 + 0,594 + 1,5 + 0,04 + 0,15 = 3,784 m Trong đó: - z’ = 1,5 (m): Khoảng cách từ phần nối ống tháo liệu elip đến mặt đất - H d = 0,544 + 0,05 = 0,594(m) : Chiều cao đáy elip ● Hbd = 1,5 (m): Chiều cao buồng đốt Hgc = 0,04(m): Chiều cao gờ nón cụt Hc = 0,15 (m): Chiều cao phần nón cụt Đường kính ống nhập liệu d = 20 (mm) = 0,02 (m) Chiều dài ống từ bồn cao vị đến buồng bốc l = 20 (m) Tốc độ chảy dung dịch ống: 1666,67 Gd 3600 V= = = 1,406 m/s 2 d π.0,02 1048,31 π ● Chuẩn số Reynolds Re = ω.d.ρ 2.0,02.1048,31 = = 37709 > 4000 μ 1,112.10-3 (Chế độ chảy xoáy) Chọn ống thép CT3 ống hàn điều kiện ăn mòn ít, độ nhám tuyệt đối ε = 0,2 (mm) ● Regh tính theo cơng thức II.60, trang 378, [3]: 8 0,02 d 7 Regh = 6. = 6. = 1158,42 ε 0,0002 ● Regh tính theo cơng thức II.62, trang 379, [3]: 9 0,02 d 8 Regh = 220 = 220 = 39122,15 ε 0,0002 ● Có Regh < Re < Regh hệ số ma sát λ tính theo cơng thức sau: 0,25 ε 100 λ = 0,11,46 + d Re ● Các hệ số trở lực cục 0,25 0,0002 100 = 0,11,46 + 0,02 37709 = 0,0362 Bảng 7.3 Các yếu tố gây trở lực Yếu tố gây trở lực Kí hiệu Hệ số trở lực cục Số lượng Đầu vào ξ vào 0,5 Đầu ξ 1 63 Khuỷu 90o ξ khuỷu 90 Van cửa ξ van 1,5 Σξ = 0,5 + + 4.1 + 2.1,5 = 8,5 ● Tổng tổn thất đường ống: 20 1,406 ξ = + 8,5 2.9,81 0,0362 0,02 ● Khoảng cách từ mặt thoáng thùng cao vị tới mặt đất: h1-2 = v2 l λ + 2.g d = 4,504 m p - p1 0,314 - 1 9,81.10 + 4,504 = 1,744 m + h1-2 = 3,784 + γ 1048,31.9,81 Dung dịch mía đường 12% ln tự chảy từ thùng cao vị vào buồng bốc nồi cô đặc thùng có độ cao 1,74 (m) Vậy chọn chiều cao từ mặt thoáng thùng cao vị tới mặt đất 2,5 (m) z1 = z + 7.3 Tính tốn thiết bị gia nhiệt sơ 7.3.1 Thiết bị gia nhiệt hỗn hợp đầu Hình 7.2 Thiết bị gia nhiệt 64 7.3.1.1 Lựa chọn thiết bị thông số đầu vào Lựa chọn thiết bị gia nhiệt thiết bị ống chùm đặt thẳng đứng Hai lưu thể chảy ngược chiều Dung dịch cần gia nhiệt ống từ lên, bão hòa ống từ xuống ● Vật liệu: chế tạo thép không gỉ 0X18H10T ● Chiều cao ống truyền nhiệt H = 1,5 (m) ● Đường kính ống truyền nhiệt d = 25 (mm) ● Hệ số dẫn nhiệt λ = 16,3 (W/m K) ● Hơi nước bão hòa: - p = (at) - t = 132,9 (oC) - r = 2171.103 (J/kg) ● Dung dịch mía đường 12%: - tđ = 30 (oC) - tc = 70,04 (oC) - G = 1666,67 (kg/h) = 0,463 (kg/s) 7.3.2 Tính tốn thiết bị Hiệu số nhiệt độ trung bình hai lưu thể tính theo cơng thức V.25, trang 10, [4]: ● Hiệu số nhiệt độ bé: Δt = 132,9 – 70,04 = 62,86 C ● Hiệu số nhiệt độ lớn: Δt1 = 132,9 – 30 = 102,9 C o ● Nhiệt độ trung bình hai lưu thể xác định theo công thức: Δt - Δt 102,9 - 62,86 Δ tb = = = 81,24 C Δt 102,9 ln ln 62,86 Δt ● Nhiệt độ trung bình lưu thể là: - Hơi đốt: t1tb = 132,9 (oC) Phía hỗn hợp: t2tb = 132,9 – 81,24 = 51,66 (oC) 7.3.2.1 Tính nhiệt lượng trao đổi Q Q = G.C p t cđ– t Trong đó: - G: Lưu lượng hỗn hợp ban đầu, G = 0,463 (kg/s) - Cp: Nhiệt dung riêng hỗn hợp t2tb = 51,66 (oC) suy C = 3935,07 (J/kg độ) - tc, tđ: Nhiệt độ đầu cuối dung dịch 65 Vậy Q = 0,463.3935,07.(70,04 - 30) = 72950,37 (W) 7.3.2.2 Tính hệ số cấp nhiệt cho lưu thể ● Theo công thức V.101, trang 28, [4]: 0,25 r α1 = 2,04.A H.Δt1 q1 = α1.Δt1 Trong đó: - r: Ẩn nhiệt ngưng tụ nước áp suất đốt (at), r = 2171.10 (J/kg), (tra bảng I.251, trang 315,[3]) - H: Chiều cao ống truyền nhiệt, chọn H = 1,5 (m) - α1: Hệ số cấp nhiệt phía ngưng, W/m2 độ - A: Thơng số tra trang 29,[4] Phụ thuộc nhiệt độ màng nước ngưng tm tm = t1tb + t t1 (Với t1tb, tt1: Nhiệt độ đốt vách phía ngưng) ● Tính hệ số cấp nhiệt phía hỗn hợp chảy xốy α Theo cơng thức V.40, trang 14, [4]: Hệ số cấp nhiệt α tính theo công thức: 0,25 0,8 Nu = 0,021.ε k.Re Pr 0,43 Pr Prt α2 = N u λ t d Trong đó: - Prt: Chuẩn số Prandtl tính theo nhiệt độ trung bình tường, cịn thơng số khác tính theo nhiệt độ trung bình dịng - εk: Hệ số hiệu chỉnh tính đến ảnh hưởng tỷ số chiều dài l đường kính d ống L 1,5 = = 60 > 50 d 0,025 Tra bảng V.2, trang 15, [4] ta εk = ● Tính chuẩn số Pr theo công thức V.35, trang 12, [4]: Pr = Cp μ λ Trong đó: - Cp: Nhiệt độ riêng hỗn hợp t2tb Ta có Cp = 3935,07 (J/kg độ) μ: Độ nhớt dung dịch t2tb Với µ = 0,728.10-3 (N.s/m2) λ: Hệ số dẫn nhiệt độ t2tb, λ = 0,215 (W/m2 K) C μ 3935,07.0,728.10-3 Pr = p = = 13,32 λ 0,215 66 ● Chuẩn số Reynolds tính theo cơng thức V.36, trang 13, [4]: Chọn tốc độ dung dịch mía đường 12% ống truyền nhiệt v = (m/s) Đường kính ống truyền nhiệt d = 25 (mm) v.d.ρ 1.0,025.1048,31 Re = = = 35999,31 > 10000 μ 0,728.10-3 ● Tính chuẩn số Prt : Prt = Cpt μ hh λt ● Tính q: qv = Δt r v v Δt t = t t1 - t t = rt q t ⇒ Trong đó: - ∑rt: Tổng trở vách, m2 K/W, tính sau: δ rt = r1 + λ + r2 Với: r1 = = 0,3488.10-3 (m K/W) 2900 : Nhiệt trở phía nước vách ngồi ống có màng mỏng nước ngưng (bảng 31, trang 29, [5]) ⇒ r2 = 0,387.10-3 (m K/W) : Nhiệt trở phía dung dịch vách ống có lớp cặn bẩn dày 0,5 (mm), (bảng V.1, trang 4, [4]) Bề dày ống truyền nhiệt A: Hệ số dẫn nhiệt ống λ = 17,5 (W/m K) Chọn ống thép không ghỉ △tt: Chênh lệch nhiệt độ tường, 0C -3 0,002 rt = 0,3488.10 + 16,3 + 0,387.10-3 = 8,585.10-4 (m K/W) Δt t = t t1 - t t = 8,585.10-4 q t ⇒ ❖ Qua nhiều lần tính lặp cơng cụ hỗ trợ Excel ta tìm giá trị phù hợp cho vịng lặp sau: ● Tính hệ số cấp nhiệt cho phía nước ngưng tụ: t t1 = t1tb - Δt = 132,9 - = 127,9 C o ● Khi ta có nhiệt độ màng nước ngưng là: t tb + t t 132,9 + 127,9 tm = = = 130,4 ( o C) 2 Từ tm = 130,4 (oC) Tra bảng kết hợp nội suy ta được: A = 191,12 67 Bảng 7.4 Bảng giá trị A theo tm tm; 0C 20 40 60 80 100 120 140 160 A 104 120 139 155 169 179 188 194 197 Vậy: α1 = 2,04.191,12 2171.103 11371,583 2.1,5 (W/m2 độ) Suy q1 = α1.Δt =11371,583.5 = 56855,93 (W/m ) ● Nhiệt tải riêng phía ngưng tụ: ● Δt t = t t1 - t t = 56855,93.8,585.10- = 48,81 o C ● t t = t t1 - Δt t = 127,9 - 48,81 = 79,09 ● ● - C o Δt = t t - t tb = 79,09 - 51,66 = 27,43 (o C) Tại ∆tt2 = 27,43 (oC) nội suy ta có: Ct = 3913,145 (J/kg độ) λt = 0,215 (W/m K) µt = 1,188.10-3 (N.s/m2) C μ 3913,145.1,188.10 Prt = t hh = λt 0,215 ● -3 = 21,622 0,25 0,8 Nu = 0,021.ε k Re Pr ● 0,43 Pr Prt 0,25 0,8 Nu = 0,021.(35999,31) (13,32) Suy ● α2 = 0,43 13,32 21,622 = 249,335 Nu.λ t 249,335.0,215 = = 2144,28 d 0,025 (W/m2 độ) Vậy q = α 2.Δt = 2144,28.27,43 = 58817,6 (W/m2) ● Kiểm tra q1 với q2 ta thấy: q -q 58817,6 - 56855,93 ε = 100% = 100% = 3,33% < 5% q2 58817,6 ● Chấp nhận sai số q1 q2, ta được: q + q2 58817,6 + 56855,93 q tb = = = 57836,77 2 (W/m2) 68 7.3.2.3 Tính bề mặt truyền nhiệt F= Q 72950,37 = = 1,26 m q tb 57836,77 7.3.2.4 Số ống truyền nhiệt d tb = dt + dn 0,027 + 0,025 = = 0,026 m 2 Vậy số ống truyền nhiệt: n= F 1,26 = = 10,29 π.d.H π.0,026.1,5 (ống) Dựa theo bảng quy chuẩn V.II, trang 48, [4] chọn tổng số ống với cách xếp theo hình lục giác là: n = 19 (ống) Bảng 7.5 Bố trí ống truyền nhiệt cho thiết bị gia nhiệt Số ống đường xuyên tâm: ống Tổng số ống không kể ống hình viên phân: 19 ống Số ống hình viên phân: Dãy ống Dãy ống Tổng số ống tất hình viên phân: ống Số hình lục giác: hình Tổng số ống truyền nhiệt: 19 ống 7.3.2.5 Đường kính thiết bị đun nóng Theo cơng thức V140, trang 49, [4]: D = t b – 1 + 4.d n , m Trong đó: 69 - t: Bước ống, thường lấy t = 1,2 – 1,5 dn dn: Đường kính ngồi ống truyền nhiệt, m b: Số ống đường xuyên tâm sáu cạnh D = 1,5.0,027 – 1 + 4.0,027 = 0,27 (m) Suy Quy chuẩn theo bảng XIII.6, trang 359, [8] Ta chọn D = 0,4 (m) = 400 (mm) 7.3.2.6 Tính chiều cao thiết bị Với D = 400 (mm) chọn nắp thiết bị hình elip có gờ, tra bảng số liệu ta chọn: Chiều cao nắp thiết bị: h1 = h t + h Trong đó: - ht = 100 (mm) - h = 25 (mm) Vậy chiều cao thiết bị gia nhiệt sơ là: L = H + 2h1 = 1500 + 2.(100 + 25) = 1750 (mm) = 1,75 (m) 7.4 Bơm 7.4.1 Bơm chân không Bơm máy thủy lực dùng để vận chuyển truyền lượng cho chất lỏng Các đại lượng đặc trưng bơm suất, áp suất, hiệu suất, công suất tiêu hao hệ số quay nhanh Công suất bơm chân không là: m -1 p2 m Vkk m N= p1 - 1 ηCk m-1 p1 , W Trong đó: - CK: Hệ số hiệu chỉnh, CK = 0,8 - m: Chỉ số đa biến, m = 1,3 - P1: Áp suất khí lúc hút - P2: Áp suất khí áp suất khí lúc đẩy, chọn p2 = 1,0 (at) Áp suất khơng khí thiết bị ngưng tụ: p kk = p1 = p ng – p h = 0,3 – 0,057 = 0,243 (at) = 24621,975 (N/m ) Trong đó: - png: Áp suất làm việc thiết bị ngưng tụ - Ph: Áp suất riêng phần nước hỗn hợp nhiệt độ khơng khí 30 - Vkk: Thể tích khơng khí cần hút khỏi thiết bị: Vkk = 0,0105 (m3/s) Công suất bơm: 70 1,3 - 1,3 0,0105 1,3 N= 0,243.9,81.10 - 1 = 523,43 (W) = 0,52 (kW) 0,243 0,8 1,3-1 7.4.2 Chọn bơm chân không Dùng bơm chân không không cần dầu bơi trơn, hút khơng khí, nước Chọn bơm chân khơng vịng nước hai cấp HWVP Có thông số khác sau: - Kiểu HWVP – - Độ chân không: 30 ~ 150 (Torr) - Lưu lượng từ 450 ~ 28000 (lít /phút) - Cơng suất động 0,5 ~ 75 (kW) - Truyền động khớp nối cứng, dây đai hộp số tùy theo tốc độ quay tiêu chuẩn đầu bơm - Hoạt động êm ái, tuổi thọ vịng bi cao, phải bảo dưỡng - Lượng nước làm kín thấp - Vật liệu cánh, trục bơm làm từ thép không gỉ 304 316 giảm đáng kể ăn mòn chất acid lẫn mơi trường khơng khí nước 7.5 Cửa sửa chữa (cửa người) - Vật liệu chế tạo thép CT3 Đường kính cửa sửa chữa D = 600 (mm) Cửa bố trí cho mép cao mặt thống dung dịch buồng bốc để chất lỏng không chảy ngồi Thơng thường chọn cửa quan sát cao chiều cao mực chất lỏng từ 0,1 - 0,2 (m) Ta chọn Hqs = 200 (mm) Vậy chiều cao thiết kế cửa tính từ đáy nón lên là: H = H qs + H chatlong = 0,2 + 2,274 = 2,474(m) 7.6 Kính quan sát - Vật liệu chế tạo thép CT3 thuỷ tinh silicat dày 10 (mm) Đường kính kính quan sát D =100 (mm) Kính bố trí cho mực chất lỏng nhìn thấy Do đó, có kính giống bên buồng bốc, đối xứng Chọn mặt bích lắp kính theo tiêu chuẩn bảng XIII.26, trang 413, [8]: Bảng 7.6 Mặt bích kính quan sát KÍNH QUAN SÁT – NỒI CÔ ĐẶC Py Dt D N/mm2 0.25 Db D1 D0 mm 10 205 170 148 - 71 Bu lơng Chiều dày bích Chiều dày đệm Loại Z mm mm M16 20 KẾT LUẬN Tính toán, thiết kế cho thiết bị hoạt động vận hành theo công suất hiệu suất cho mẻ đường sản xuất việc quan trọng Với kiến thức hiểu biết ỏi mình, chúng em trình bày sơ lược nguyên liệu sản phẩm theo yêu cầu, nồi đặc, cách tính tốn thiết kế cho nồi cô đặc vấn đề khác liên quan Trong trình thưc đề tài này, chúng em hiểu được: Việc thiết kế hệ thống thiết bị phục vụ cho nhiệm vụ kỹ thuật yêu cầu thiếu kỹ sư cơng nghệ hóa học Do để trở thành người kỹ sư thực thụ, cần phải nắm vững kiến thức chun mơn Ngồi ra, việc giải tốn cơng nghệ, hay thực cơng tác thiết kế máy móc, thiết bị dây chuyền cơng nghệ cần thiết kỹ sư tương lai Tuy nhiên, chúng em không tránh khỏi sai sót Rất mong thơng cảm góp ý từ thầy cô Xin chân thành cám ơn! 72 DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Chuyên viên phân tích Dương Bích Ngọc, “Báo cáo ngành đường,” no 8424 [2] Phạm Văn Bơn Nguyễn Đình Thọ, Q trình thiết bị cơng nghệ hóa học & thực phẩm Tập 5, Quá trình thiết bị truyền nhiệt, Quyển 1: Truyền nhiệt ổn định Nhà xuất Đại học quốc gia Tp Hồ Chí Minh, 2004 [3] Trần Xoa Nguyễn Trọng Khng, Sổ tay q trình thiết bị cơng nghệ hố chất, Tập Nhà xuất Khoa Học Kỹ Thuật, 2005 [4] Trần Xoa, Sổ tay q trình thiết bị cơng nghê hố chất tập (sửa chữa tái lần hai) Nhà xuất Khoa Học Kỹ Thuật, 2006 [5] Bộ Môn Máy Thiết Bị, Bảng tra cứu trình học truyền nhiệt - truyền khối Nhà xuất Đại học quốc gia Tp Hồ Chí Minh, 2004 [6] Phạm Văn Thơm, Sổ tay thiết kế thiết bị hóa chất chế biến thực phẩm đa dụng Bộ Giáo dục Đào tạo Trường Đại Học Cần Thơ, 2000 [7] Nguyễn Văn May, Thiết bị truyền nhiệt chuyển khối Nhà xuất Khoa Học Kỹ Thuật, 2006 [8] Trần Xoa, Sổ tay q trình thiết bị cơng nghệ hóa chất Tập 2, Phần Nhà xuất Khoa Học Kỹ Thuật, 2006 [9] Hồ Lê Viên, Tính tốn, thiết kế chi tiết thiết bị hóa chất dầu khí Nhà xuất Khoa Học Kỹ Thuật, 2006 73 74 ... BỊ CƠ ĐẶC DUNG DỊCH ĐƯỜNG MÍA MỘT NỒI LIÊN TỤC ÁP SUẤT CHÂN KHÔNG Nhiệm vụ đồ án: Nhiệm vụ cụ thể đồ án môn học Thiết kế thiết bị cô đặc dung dịch đường mía liên tục áp suất chân khơng nồng độ... đặc áp suất thường (thiết bị hở): Nhiệt độ sôi áp suất không đổi; thường dùng cô đặc dung dịch liên tục để giữ mức dung dịch cố định, nhằm đạt suất cực đại thời gian cô đặc ngắn ● Cơ đặc áp suất. .. ngành đường mía điển hình quy trình đặc, nhóm chúng em thực đồ án mang tên ? ?Thiết kế thiết bị cô đặc dung dịch đường mía nồi liên tục áp suất chân khơng với suất sản phẩm 1000 (kg/h)” Trong kế hoạch