TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÀ RỊA – VŨNG TÀU KHOA HÓA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM BỘ MÔN QUÁ TRÌNH THIẾT BỊ  ĐỒ ÁN MÔN HỌC QUÁ TRÌNH THIẾT BỊ THIẾT KẾ HỆ THỐNG CÔ ĐẶC DUNG DỊCH MÍA ĐƯỜNG HAI NUỒI, XUÔI CHIỀU GVHD: TS.Phan Văn Mẫn SVTH : Phạm Văn Lưỡng Đoàn Thanh Long Lữ Văn Hồng Hậu Khóa : 2011-2015 Vũng Tàu, tháng 5 năm 2014 TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÀ RỊA - VŨNG TÀU Cộng hòa xã hội chủ nghĩa Việt Nam KHOA HÓA HỌC & CNTP Độc lập – Tự do- Hạnh phúc NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN MÔN HỌC Họ và tên sinh viên: Phạm Văn Lưỡng MSV: 1152010124 Đoàn Thanh Long 1152010118 Lữ Văn Hồng Hậu 1152010 Ngành: Công nghệ kỹ thật hóa học ( chuyên ngành hóa dầu) I. TÊN ĐỀ TÀI: Thiết kế hệ thống cô đặc nước mía đường hai nồi, xuôi chiều, năng suất 3000 kg/h. II. NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG: • Nhiệm vụ: thiết kế hệ thống cô đặc nước mía đường hai nuồi, xuôi chiều, với những thông số sau: - Nồng độ đầu: - Nồng độ cuối: - Năng suất: 3000kg/h. • Nội dung - Tính toán kích thước, lựa chọn các thiết bị chính và thiết bị phụ. - Vẽ sơ đồ công nghệ và thuyết minh qua trình. - Vẽ bản vẽ chi tiết thiết bị chính. III. NGÀY GIAO NHIỆM VỤ VÀ ĐỒ ÁN IV. NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ V. HỌ VÀ TÊN GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN: GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN SINH VIÊN THỰC HIỆN (Ký và ghi rõ họ tên) (Ký và ghi rõ họ tên) TRƯỞNG BỘ MÔN TRƯỞNG KHOA (Ký và ghi rõ họ tên) (Ký và ghi rõ họ tên) Lời cảm ơn Đồ án này được thực hiện dưới sự giúp đỡ và hướng dẫn trực tiếp của thầy Phan Văn Mẫn cùng các thầy cô bộ môn Quá trình và thiết bị - Khoa Hóa học & CNTP- Trường Đại học Bà Rịa- Vũng Tàu Nhóm chúng em xin chân thành cảm ơn thầy và các thầy cô khác đã tận tình giúp đỡ nhóm trong quá trình thực hiện đồ án. Nhận xét và đánh giá của giảng viên hướng dẫn: ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… Xác nhận của GVHD (Chữ ký) MỤC LỤC Chương I TỔNG QUAN 1. Sơ đồ quy trình công nghệ…………………………………………… 2. Quy trình công nghệ…………………………………………………… Chương II THIẾT BỊ CÔ ĐẶC 1. Sơ lược về thiết bị cô đặc…………………………………………… 2. Cân bằng vật chất năng lượng 2.1. Cân bằng vật chất………………………………………………. 2.2. Cân bằng năng lượng………………………………………… 3. Kích thước thiết bị 3.1. Tính bề mặt truyền nhiệt của buồng đốt………………………. 3.2. Tính kích thước của buồng đốt và buồng bốc………………… 3.3. Tính cơ khí Chương III THIẾT BỊ PHỤ…………………………………………39 1. Thiêt bị ngưng tụ Baromet……………………………………………39 1.1. Cân bằng vật chất năng lượng…………………………………41 1.2. Kích thước thiết bị…………………………………………… 44 2. Thiết bị gia nhiệt……………………………………………………….49 3. Tính và chọn bơm…………………………………………………… 51 4. Tính toán và lựa chọn bơm chân không…… ……………………….53 4.1. Chọn bơm chân không………………………………………… 53 Tổng kết………………………………………………………… ……55 Tài liệu tham khảo…………………………………………………… 57 Mở đầu Ngày nay, công nghiệp sản xuất, xử lý hóa chất và thực phẩm là một ngành công nghiệp quan trọng ảnh hưởng đến nhiều ngành khác. Trong đó, cô đạc là một trong những quá trình khá khổ biến. Nhiệm vụ cụ thể của Đồ án môn học này là thiết kế hệ thống cô đặc dung dịch mía đường hai nuồi, xuôi chiều, hoạt động lien tục với năng suất 3000kg/h. Có thể nói thực hiện Đồ án môn học là một cơ hột tốt cho sinh vien ôn lại toàn bộ các kiến thức dã học về các quá trình và công nghệ hóa học. Ngoài ra đây còn là dịp mà sinh viên có thể tiếp cận với thực tế thông qua việc lựa chọn, tính toán và thiết kế các chi tiết của 1 thiết bị với các số liệu rất cụ thể và rất thực tế. Tuy nhiên vì kiến thức thực tế còn hạn hẹp, do đó trong quá trình thực hiện đồ án khó có thể tránh được nhiều thiếu sót. Nhóm chúng em rất mong được sự góp ý và chỉ dẫn của thầy cô và bạn bè để có thêm nhiều kiến thức chuyên ngành. ĐỒ ÁN MÔN HỌC GVHD: 2. Thuyết minh quy trình công nghệ  Nguyên liệu đầu tiên là nước đã qua xử làm sạch có nồng độ 8% ở nhiệt độ 30 o C được nơm từ bồn chứa vào thiết bị gia nhiệt với suất lượng 3000 kg/h để gia nhiệt lên đến nhiệt độ sôi là 103 o C. • Thiết bị gia nhiệt là thiết bị trao đổi nhiệt dạng ống chum. Về mặt cấu tạo thiết vị có dạng thân hình trụ, đặt thẳng đứng, bên trong là dàn ống goomd nhiều ống nhỏ và vỉ ống được hàn dính vào thân. Hơi nước bão hòa sẽ ngưng tụ trên các bề mặt ngoài của ống và cấp nhiệt cho dung dihcj nước mía,nâng nhiệt dộ của dung dịch lên đến nhiệt độ sôi.  Dung dịch sau khi được gia nhiệt sẽ được chảy qua nồi 1 của thiết bị cô đặc. • Về mặt cấu tạo thiết bị cô đặc có dạng thân hình trụ, đặt đứng, gồm 3 bộ phận chính: bộ phận nhiệt (còn gọi là buồng đốt), không gian phân ly, bộ phận phân ly. - Buồng đốt: bộ phận nhận nhiệt là dàn ống gồm nhiều ống nhỏ. Các ống được bố trí theo đỉnh hình tam giác đều, các đầu ống được giữ chặt trên vỉ ống. Trong đó hơi nước( còn gọi là hơi đốt) sẽ ngưng tụ bên ngoài ống và sẽ nhả nhiệt, truyền nhiệt cho dung dịch chuyển động bên trong ống. Dung dịch nước mía sẽ được cho chảy thành màng mỏng bên trong ống từ trên xuống vè sẽ nhận nhiệt do hơi đốt ngưng tụ cung cấp và sẽ sôi, làm hóa hơi một phần dung dịch môi. Phần hơi sẽ được tạo ra ở vùng trung tâm ống, dung dịch sẽ được chảy thành màng mỏng sát thành ống. Điều kiện cần thiết để quá trình truyền nhiệt xảy ra là phải có sự chênh lệch nhiệt độ giữa hơi đốt và dung dịch đường, tức là phải có sự chênh lệch áp suất của hơi đốt và hơi thứ trong nồi. Các đại lượng, thông số ảnh hưởng đến quá trình truyền nhiệt của buồng đốt là: • Nhiệt độ và áp suất trong nồi vì nó liên quan mật thiết đến nhiệt độ sôi trong nồi đó. Nếu áp suất trong nồi càng thấp thì điểm sôi càng thấp, áp suất hơi càng lớn, dung dịch đường sôi càng mạnh. Tuy nhiên nếu áp suất càng thấp thì độ nhớt của dung dịch lớn, ảnh hưởng đến đối lưu và truyền nhiệt. Và nếu áp suất thấp thì nhiệt độ của hơi thứ bốc lên cũng thấp, làm 7 ĐỒ ÁN MÔN HỌC GVHD: giảm khả năng truyền nhiệt cho các nồi sau nếu như lượng hơi thứ này được sử dụng làm hơi đốt cho nồi sau. • Nhiệt độ nhập liệu cũng ảnh hưởng đến quá trình truyền nhiệt. Nếu nhập liệu ở trạng thái chưa sôi thì khi vào buồng đốt phải tốn thêm một lượng nhiệt để đưa nó đến trạng thái sôi. Nhưng do dung dịch được nhập liệu vào nồi với tốc độ không đổi, và nó chảy từ đầu ống đến cuối ống không có tuần hoàn trở lại nên nếu nhập liệu ở trạng thái chưa sôi thì khi đi hết ống nó chưa nhận đủ lượng nhiệt cần thiết để đạt đến nồng độ yêu cầu. • Hỗn hợp hơi-lỏng đi qua khỏi dàn ống, đến không gian phân ly và bộ phận phân ly, gọi chung là buồng bốc. - Không gian phân ly: là phần không gian rộng lớn để tách hỗn hợp lỏng hơi thành hai dòng, dòng hơi thứ cấp đi lên phía trên của buồng bốc đến bộ phận phân ly, dung dịch còn lại được bơm qua nồi 2. Quá trình phân ly ở đây sử dụng chủ yếu là lực trọng trường, nhờ lực trọng trường các hạt chất lỏng to, nặng sẽ rơi xuống và tách khỏi dỏng hơi thứ và chảy xuống dưới, còn dòng hơi sẽ tiếp tục đi lên trên. - Bộ phận phân ly: trong quá trình bốc hơi dung dịch, dòng hơi thứ được tạo thành khi tách khỏi bề mặt dung dịch luôn kéo theo một lượng nhất định các hạt chất lỏng dung dịch. Nếu dùng hơi thứ này để làm hơi đốt cho nồi sau bằng cách ngưng tụ thì dung dịch sẽ lắng đọng làm bẩn bề mặt ống, làm giảm khả năng truyền nhiệt. Mặt khác nếu kéo theo nhiều dung dịch sẽ gây tổn thất dung dịch. Do vậy nhiệm vụ của bộ phận phân ly ở đây là phải tách các hạt chất lỏng dung dịch còn lại ra khỏi hơi thứ cấp. Ta sử dụng 3 phương pháp vật lý sau để phân ly hơi thứ cấp: + Sử dụng lực trọng trường: + Dùng lực dính ướt của chất lỏng: khi các hạt chất lỏng chạm vào bề mặt vách rắn, lực dính ướt sẽ dính các hạt lỏng trên bề mặt và sau đó chảy xuống dưới. + Dùng lực ly tâm: khi cho dòng hơi thứ cấp quay tròn, nhờ lực ly tâm các hạt chất lỏng bị văng ra, chạm vách rắn chảy xuống. 8 ĐỒ ÁN MÔN HỌC GVHD: Để quá trình phân ly đạt hiệu quả cao thì chiều cao của không gian phân ly phải đủ lớn.  Sau khi ra khỏi buồng bốc hơi thứ của nồi 1 theo ống dẫn hơi thứ và được dẫn vào phía vỏ của buồng đốt 2 để làm hơi đốt cho nồi 2, còn dung dịch thì được bơm qua nồi 2 và cho chảy từ trên xuống.  Các quá trình ở nồi 2 xảy ra tương tự như ở nồi 1. Dung dịch sau khi ra khỏi nồi 2 đạt đến nồng độ mong muốn 20% và được bơm vào bồn chứa để chuẩn bị cho công đoạn tiếp theo. Hơi thứ của nồi 2 có áp suất 0,4 at được tách lỏng rồi đi vào thiết bị ngưng tụ baromet. • Thiết bị ngưng tụ baromet là thiết bị ngưng tụ kiểu trực tiếp. Chất làm lạnh là nước được đưa vào ngăn trên cùng của thiết bị, dòng hơi thứ được dẫn vào mâm cuối của thiết bị. Hai dòng lỏng và hơi đi ngược chiều với nhau để nâng cao hiệu quả truyền nhiệt. Dòng hơi thứ đi lên gặp nước giải nhiệt nên nó sẽ ngưng tụ thành lỏng rơi trở xuống. Khi ngưng tụ chuyển từ hơi thành lỏng thì thể tích của hơi sẽ giảm làm áp suất giảm, do đó tự bản thân thiết bị áp suất sẽ giảm. Vì vậy thiết bị ngưng tụ baromet là thiết bị ổn định chân không, nó duy trì áp suất chân không trong hệ thống. Dòng hơi thứ đi từ dưới lên, ngưng tụ, chảy xuống, khí không ngưng tiếp tục đi lên trên và được dẫn qua bình tách. Bình tách là một vách ngăn, nó có nhiệm vụ là tách những giọt lỏng bị lôi cuốn theo dòng khí không ngưng để đưa trở về bồn chứa nước ngưng, còn khí không ngưng sẽ được bơm chân không hút ra ngoài. Quá trình tách nước ra khỏi khí không ngưng để tránh trường hợp nước bị hút vào bơm chân không gây va đập thủy lực, nó được thực hiện bằng cách sử dụng lực dính ướt của chất lỏng và lực trọng trường. Áp suất làm việc của thiết bị baromet là áp suất chân không do đó nó phải được lắp đặt ở một độ cao cần thiết để nước ngưng có thể tự chảy ra ngoài khí quyển mà không cần dùng máy bơm. Bơm chân không có nhiệm vụ là hút khí không ngưng ra ngoài để tránh trường hợp khí không ngưng tồn tại trong thiết bị ngưng tụ quá nhiều (vì hệ thống làm việc liên tục), làm cho áp suất của thiết bị ngưng tụ tăng lên, có thể làm cho nước chảy ngược lại sang nồi 2. 9 ĐỒ ÁN MÔN HỌC GVHD:  Nước ngưng sau khi ra khỏi thiết bị ngưng tụ sẽ được thải vào hệ thống nước thải 10 [...]...ĐỒ ÁN MÔN HỌC GVHD: CHƯƠNG 2 THIẾT BỊ CÔ ĐẶC  SƠ LƯỢC THIẾT BỊ CÔ ĐẶC - Những yêu cầu đối với thiết bị cô đặc: Khoảng không gian nước mía cần nhỏ nhất, không có khoảng không chết Nước mía lưu lại trong nồi với thời gian ngắn nhất Hệ số truyền nhiệt phải lớn Hơi đốt phải đảm bảo phân bố dều trong không gian bên ngoài giữa các ống... Suất lượng hơi thứ Suất lượng hơi đốt Nồng độ dung dịch đường Nồng độ trung bình của dung dịch đường Nhiệt lượng có ích Entanpi của hơi ẩn nhiệt ngưng tụ Nhiệt dung riêng Nhiệt tổn thất Nhiệt cô đặc Áp suất Chênh lệch áp suất Nhiệt độ Chênh lệch nhiệt độ Nhiệt độ sôi trung bình của dung dịch Nhiệt độ sôi của dung dịch Nhiệt độ nước ngưng Độ ẩm hơi bão hòa 11 ĐỒ ÁN MÔN HỌC GVHD: “1” “2” “đ” “w” “D”... sôi của dung dịch với áp suất măt thoáng t (p+∆P) là nhiệt độ sôi của dung dịch với áp suất thủy tĩnh • ∆P là áp suất thủy tĩnh với giá trị trung bình ∆P = ρgh o Trong đó g: là gia tốc trọng trường 9.8 m/s2 h: là chiều cao tính từ miệng ống truyền nhiệt đến mực thoáng của dung dịch h = ρ: là khối lượng riêng của dung dịch • Mà hệ thống của ta làm việc với chế độ là màng chảy rối nên ∆ i’’ sẽ nằm trong... dung dịch đầu : Do hơi đốt : Gđcđtđ W Di’’ W Lượng nhiệt mang ra : • • • • • Do sản phẩm mang ra : Do hơi thứ : Do nước ngưng : Do nhiệt cô đặc : Do tổn thất nhiệt do môi trường Gccctc Wi’’ Dcnθ Qcô đặc Qtt W W W W W Ta có tổng nhiệt lượng vào bằng tổng nhiệt lượng ra : Di’’ + Gđcđtđ = Gccctc + Wi’’ + Dcnθ + Qcô đặc + Qtt (5) Ta xem : nước ngưng tụ ở trạng thái lỏng sôi thì r D = i’’ - cθ , nhiệt cô. .. GVHD: tw2 = 75,4oC Khi cô đặc 2 nồi xuôi chiều thì hơi thứ nồi thứ nhất làm hơi đốt của nồi thứ 2 nên ta nhiệt độ của hơi đốt nồi thứ hai là : tD2 = tw1 - ∆’’’ ∆’’’ là tổn thất nhiệt trên đường ống dẫn Xác định tổn thất nhiệt độ : ∆∑ = ∆1 + ∆2 ∆i = ∆i’ + ∆i’’ + ∆i’’’ Với : ∆’ là tổn thất nhiệt độ do nồng độ thay đổi ∆’’ là tổn thất nhiệt độ tổn thất nhiệt độ do cột thủy tĩnh của dung dịch sôi ∆ ’’’ tổn... nhiệt đọ sôi của các nồi ta xác định được các thông số vật lý của dung dịch ( khối lượng riêng , độ nhớt , hệ số dẫn nhiệt , nhiệt dung riêng ) 19 ĐỒ ÁN MÔN HỌC GVHD: Hệ số truyền nhiệt tổng quát : Vì > 0.5 nên hệ số truyền nhiệt tổng quát có thể tính theo công thức tường phẳng : Ki = ( W/m2.độ ) K1 = 948.852( W/m2.độ ) K2 = 836.56( W/m2.độ ) Hệ số cấp nhiệt của hơi bão hòa ngưng tụ : αD = 1.15()0.25 (... 1082.87 Đường kính Nồi (mm) 1 Nồi 2 Đường kính quy tròn theo chuẩn (mm) Chiều dài(mm) 50 94.05 5 140.4 7 200 100 130 45.003 37.034 40 25 50 114 69 207 69 300 100 90 100 140 28.475 37.64 25.872 28.005 2.3 Tính cơ khí Kí hiệu mm mm mm mm mm mm mm mm mm mm N/mm2 N/mm2 cái mm Đơn vị Ý nghĩa Bề dày tối thiểu Bề dày Đường kính trong Đường kính ngoài Chiều dài tính toán Hệ số bổ sung do ăn mòn hóa học Hệ số... giảm hệ số truyền nhiệt từ đó làm giảm hiệu suất bốc hơi Thiết bị đơn giản, dễ thao tác và dễ tự động hóa 1 Cân bằng vật chất và năng lượng : Kí hiệu G W D x Q i’ r c Qtt Qcđ P ∆P t ∆t ts θ Φ Đơn vị Kg/h, kg/s Kg/h, kg/s Kg/h, kg/s %KL %KL kJ/kg, W kJ/kg kJ/kg kJ/kg.độ kJ/kg kJ/kg At At o C o C o C o C o C % Ý nghĩa Suất lượng dung dịch Suất lượng hơi thứ Suất lượng hơi đốt Nồng độ dung dịch đường. .. HỌC GVHD: = Hệ số cấp số cấp nhiệt của nước mía : = với Nu = 0.01(Re.Pr)1/3 Nu1 = 0.183 Nu2 = 0.161 Vậy αs1 = 5065.62( W/m2.độ ) αs2 = 2975.91( W/m2.độ ) Hệ số dẫn nhiệt của mía đường : = 3.58*10-8cpρL = 0.5613 W/m.độ = 0.5415 W/m.độ trong đó = Nồi 1 Nồi 2 ρL 1048.31 1082.87 cp 4000.34 3808.53 20.058 21.951 0.299*10-3 0.54*10-3 μL Nhiệt độ trung bình của nước mía : = Kích thước hình học đặc trưng :... 2210 Hệ số hiệu chỉnh f xác định theo đồ thị hìnhVI.3 : Nồi 1 : f = 0.96 Nồi 2 : f = 1.3 Utt(1 at)=1700 m3/m3.h Kích thước của nhập liệu ,tháo liệu,hơi đốt,hơi thứ,tháo nước ngưng,nối buồng đốt và buồng bốc: Đường kính ống dẫn và cửa ra vào của thiết bị được xác định từ phương trình lưu lượng Chọn tốc độ của khí (hơi) hoặc dung dịch đi trong ống dẫn theo trang 74-[4],sau đó tính đường kính ống theo công . VŨNG TÀU KHOA HÓA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM BỘ MÔN QUÁ TRÌNH THIẾT BỊ  ĐỒ ÁN MÔN HỌC QUÁ TRÌNH THIẾT BỊ THIẾT KẾ HỆ THỐNG CÔ ĐẶC DUNG DỊCH MÍA ĐƯỜNG HAI NUỒI, XUÔI CHIỀU GVHD: TS.Phan Văn. 1152010 Ngành: Công nghệ kỹ thật hóa học ( chuyên ngành hóa dầu) I. TÊN ĐỀ TÀI: Thiết kế hệ thống cô đặc nước mía đường hai nồi, xuôi chiều, năng suất 3000 kg/h. II. NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG: • Nhiệm vụ: thiết. ngành khác. Trong đó, cô đạc là một trong những quá trình khá khổ biến. Nhiệm vụ cụ thể của Đồ án môn học này là thiết kế hệ thống cô đặc dung dịch mía đường hai nuồi, xuôi chiều, hoạt động lien