TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP THỰC PHẨM TP.HCM KHOA CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM BÁO CÁO ĐỒ ÁN Đề tài: THIẾT KẾ THIẾT BỊ CƠ ĐẶC NƯỚC MÍA MỘT NỒI LIÊN TỤC, NĂNG SUẤT NHẬP LIỆU 8000Kg/h GVHD: NGUYỄN HỮU QUYỀN SVTH: NGUYỄN THỊ NHƯ NGỌC MSSV: 2005140345 MAI THANH PHÚC MSSV: 2005140414 LỚP: 05DHTP1 TP.HCM, tháng 12 năm 2017 GVHD: NGUYỄN HỮU QUYỀN MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN .8 LỜI MỞ ĐẦU CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ CƠ ĐẶC MÍA ĐƯỜNG .10 Giới thiệu chung 10 Nguyên liệu sản phẩm 10 2.1 Đặc điểm nguyên liệu 10 2.2 Đặc điểm sản phẩm .11 2.3 Biến đổi nguyên liệu sản phẩm 11 2.4 Yêu cầu nguyên liệu sản phẩm .12 Cơ đặc q trình đặc 12 3.1 Định nghĩa cô đặc .12 3.2 Bản chất cô đặc .12 3.3 Ứng dụng cô đặc 12 3.4 Các phương pháp cô đặc 13 3.5 Đánh giá khả phát triển cùa cô đặc: .13 Các thiết bị cô đặc 13 4.1 Phân loại ứng dụng ( =>Khảo sát phạm vi cô đặc nhiệt) .13 4.2 Thiết bị đặc nồi có ống tuần hồn trung tâm 15 4.3 Các thiết bị chi tiết 15 4.4 Yêu cầu thiết bị vấn đề lượng 16 CHƯƠNG 2: HỆ THỐNG CƠ ĐẶC NƯỚC MÍA NỒI LIÊN TỤC 17 Hệ thống cô đặc nồi liên tục 17 1.1 Nguyên lý hoạt động thiết bị cô đặc .17 1.2 Nguyên lý hoạt động thiết bị ngưng tụ Baromet 18 GVHD: NGUYỄN HỮU QUYỀN 1.3 Hoạt động hệ thống 19 Thao tác vận hành 20 2.1 Chuẩn bị .20 2.2 Vận hành .20 CHƯƠNG 3: TÍNH TỐN VÀ THIẾT KẾ THIẾT BỊ CHÍNH 21 Cân vật chất lượng .21 1.1 Dữ kiện ban đầu 21 1.2 Cân vật chất .21 1.3 Tổn thất nhiệt độ 21 1.4 Tổn thất nhiệt độ nồng độ tăng (’) 22 1.5 Tổn thất nhiệt độ áp suất thủy tĩnh (∆’’) 23 Cân lượng 26 2.1 Cân nhiệt lượng 26 2.2 Phương trình cân nhiệt 27 Thiết kế thiết bị 30 3.1 Tính tốn truyền nhiệt cho thiết bị cô đặc 30 3.2 Nhiệt tải phía tường (qv) .34 3.3 Tiến trình tính nhiệt tải riêng 35 3.4 Hệ số truyền nhiệt tổng qt K cho q trình đặc 36 3.5 Diện tích bề mặt truyền nhiệt 37 Tính kích thước thiết bị đặc .37 4.1 Tính kích thước buồng đốt 37 4.2 Tính kích thước buồng bốc 40 4.3 Tính kích thước ống dẫn .44 4.4 Tổng kết đường kính .45 Tính bền khí cho thiết bị đặc .46 5.1 Tính cho buồng đốt .46 5.2 Tính cho buồng bốc 48 GVHD: NGUYỄN HỮU QUYỀN 5.3 Tính cho đáy thiết bị 53 5.4 Tính cho nắp thiết bị 58 5.5 Tính mặt bích 60 5.6 Tính vỉ ống 62 5.7 Khối lượng trai treo .64 Tính tốn thiết bị phụ 69 6.1 Thiết bị truyền nhiệt 69 6.2 Tính thiết bị ngưng tụ baromet 75 Bồn cao vị 83 Bơm 85 8.1 Bơm chân không 85 8.2 Bơm đưa nước vào thiết bị ngưng tụ 87 8.3 Bơm đưa dung dịch nhập liệu lên bồn cao vị 89 8.4 Bơm tháo liệu 91 TÍNH TỐN GIÁ THÀNH 95 KẾT LUẬN 96 TÀI LIỆU THAM KHẢO 97 GVHD: NGUYỄN HỮU QUYỀN LỜI CẢM ƠN Em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến thầy cô Trường Đại học Công nghiệp Thực phẩm TP Hồ Chí Minh, thầy khoa Cơng nghệ Hóa học trường tạo điều kiện cho em thực đồ án Trong thời gian học tập trường em tiếp thu nhiều kiến thức báo cáo kết trình học tập rèn luyện dạy bảo quý thầy cô Đặc biệt, em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến Thầy Nguyễn Hữu Quyền, người tận tình hướng dẫn góp ý kỹ lưỡng thời gian qua giúp em hoàn thành báo cáo cách tốt Đồng thời kinh nghiệm thực tế hạn chế kiến thức hạn hẹp nên báo cáo khơng thể tránh khỏi thiếu sót, em mong nhận ý kiến đóng góp quý thầy cô để em học thêm nhiều kinh nghiệm hoàn thành tốt đồ án sau Cuối cùng, em xin kính chúc quý thầy cô dồi sức khỏe thành công nghiệp Kính chúc Thầy Nguyễn Hữu Quyền ln có sức khỏe tốt, đạt nhiều thành cơng công việc sống Em xin chân thành cảm ơn! GVHD: NGUYỄN HỮU QUYỀN NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN Sinh viên thực hiện: Nguyễn Thị Như Ngọc MSSV:2005140345 Lớp:05DHTP1 Sinh viên thực hiện: Mai Thanh Phúc MSSV: 2005140414 Lớp: 05DHTP1 Nhận xét: Điểm số: Điểm chữ: TP Hồ Chí Minh, ngày tháng năm 2017 Giáo viên hướng dẫn (ký ghi họ tên) GVHD: NGUYỄN HỮU QUYỀN NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN Sinh viên thực hiện: Nguyễn Thị Như Ngọc MSSV: 2005140345 Lớp: 05DHTP1 Sinh viên thực hiện: Mai Thanh Phúc MSSV: 2005140414 Lớp: 05DHTP1 Nhận xét: Điểm số: Điểm chữ: TP Hồ Chí Minh, ngày tháng năm 2017 Giáo viên phản biện (ký ghi họ tên) GVHD: NGUYỄN HỮU QUYỀN LỜI MỞ ĐẦU Trong kế hoạch đào tạo sinh viên năm thứ tư, môn học Đồ án Quá trình Thiết bị hội tốt cho việc hệ thống kiến thức trình thiết bị cơng nghệ hố học Bên cạnh đó, mơn cịn dịp để sinh viên tiếp cận thực tế thơng qua việc tính tốn, thiết kế lựa chọn chi tiết thiết bị với số liệu cụ thể, thông dụng Đề án chúng em nhận “Thiết kế thiết bị cô đặc nước mía nồi liên tục, suất nhập liệu 8000 kg/h” Với: + Năng suất nhập liệu 8000kg/h + Nồng độ nhập liệu: 18 % khối lượng + Nồng độ sản phẩm: 40% khối lượng + Áp suất chân không thiết bị ngưng tụ: Pck = 0,74 at + Nguồn nhiệt bão hòa Áp suất bão hòa P = 1.5 ati - Sử dụng thiết bị đặc ống chùm, dạng tuần hồn trung tâm - Nhiệt độ đầu nguyên liệu: 300C (tự chọn) Vì Đồ án Quá trình Thiết bị đề tài lớn mà nhóm hai sinh viên đảm nhận nên thiếu sót hạn chế trình thực khơng tránh khỏi Do đó, chúng em mong nhận thêm góp ý, dẫn từ Thầy Cô bạn bè để củng cố mở rộng kiến thức chuyên môn Chúng em chân thành cảm ơn GVHD: NGUYỄN HỮU QUYỀN CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ CƠ ĐẶC MÍA ĐƯỜNG Giới thiệu chung Đơi nét ngành cơng nghệ mía đường nước ta vị trí đặc cơng nghệ mía đường Như biết, ngành cơng nghiệp mía đường ngành công nghiệp lâu đời ngày phát triển nước ta Trong năm qua, số tỉnh thành nước ta, ngành công nghiệp mía đường có bước nhảy vọt lớn Mía đường vừa tạo sản phẩm đường làm nguyên liệu cho ngành công nghiệp bánh, kẹo, sữa Đồng thời tạo phế liệu quý với giá rẻ cho ngành sản xuất rượu, sản xuất gỗ ép Trong tương lai, khả cịn phát triển có quan tâm đầu tư tốt cho mía với nâng cao khả chế biến tiêu thụ sản phẩm Do nhu cầu thị trường nước ta mà nhà máy đường với quy mô lớn nhỏ mọc lên nhiều địa phương Bình Dương, Quãng Ngãi, Tây Ninh, … Tuy nhiên hoạt động sản xuất cách đơn lẻ, suất thấp, ngành cơng nghiệp có liên quan khơng gắn kết với gây khó khăn cho việc phát triển cơng nghiệp đường mía Ngồi ra, vấn đề cung cấp mía ngun liệu, cạnh tranh nhà máy đường, cộng với công nghệ lạc hậu, thiết bị cũ kỹ ảnh hưởng mạnh đến trình sản xuất Bên cạnh đó, mía lại có đặc tính độ đường giảm nhiều nhanh chóng thu hoạch trễ khơng chế biến kịp thời Vì tất lý trên, việc cải tiến sản xuất, nâng cao đổi dây chuyền thiết bị công nghệ, tăng hiệu trình cần thiết cấp bách, đòi hỏi phải chuẩn bị từ Trong đó, cải tiến thiết bị đặc yếu tố quan trọng không hệ thống sản xuất thành phần xem thường Nguyên liệu sản phẩm 2.1 Đặc điểm nguyên liệu GVHD: NGUYỄN HỮU QUYỀN 10 Trong đó: + H – cột áp bơm; m + η – hiệu suất bơm Chọn η = 0,75 + = 995 kg/m3 – khối lượng riêng nước 30 oC + Q – lưu lượng thể tích nước lạnh tưới vào thiết bị ngưng tụ; m3/s m3/s – Áp dụng phương trình Bernoulli với mặt cắt – (mặt thoáng bể nước) – (mặt thoáng thiết bị ngưng tụ): Trong đó: + v1 = v2 = m/s + p1 = atm + p2 = 0,6 atm + μ = 0,000801 Ns/m2 – độ nhớt động lực nước 30 oC (bảng I.107, trang 100, [1]) + z1 = m – khoảng cách từ mặt thoáng bể nước đến mặt đất + z2 = 12 m – khoảng cách từ mặt thoáng thiết bị ngưng tụ đến mặt đất Chọn dhút = dđẩy = 200 mm = 0,2 m ⇒ v1 = v2 = v Chọn chiều dài đường ống từ bể nước đến thiết bị ngưng tụ 13 m Tốc độ dung dịch ống: m/s Chuẩn số Reynolds: 4000 (chế độ chảy rối) Chọn ống thép CT3 ống hàn điều kiện ăn mịn (bảng II.15, trang 381, [1]) ⇒ Độ nhám tuyệt đối ε = 0,2 mm Regh tính theo cơng thức II.60, trang 378, [1]: GVHD: NGUYỄN HỮU QUYỀN 83 Ren tính theo cơng thức II.62, trang 379, [1]: ⇒Regh < Re< Ren (khu vực độ) ⇒ Hệ số ma sát λ tính theo cơng thức II.64, trang 380, [1]: – Các hệ số trở lực cục bộ: Yếu tố gây trở lực Đầu vào Đầu Khuỷu 900 Van cửa ⇒ Σξ = 0,5 + + 3.1 + 1,5 = Ký hiệu ξvào ξra ξkhuỷu 90 ξvan Hệ số trở lực cục 0,5 1 1,5 Số lượng 1 ⇒ Tổng tổn thất đường ống: m ⇒ Cột áp bơm: m ⇒kW Thường người ta chọn động điện có cơng suất lớn so với cơng suất tính tốn: kW (với = 1,5 hệ số dự trữ công suất theo bảng II.33, trang 440, [1]) – Chọn N = hp – Chọn bơm ly tâm cấp nằm ngang để bơm chất lỏng trung tính, bẩn Ký hiệu bơm K 8.3 Bơm đưa dung dịch nhập liệu lên bồn cao vị – Cơng suất bơm: ; kW Trong đó: + H – cột áp bơm; m + η – hiệu suất bơm Chọn η = 0,75 GVHD: NGUYỄN HỮU QUYỀN 84 + = 1074,4 kg/m3 – khối lượng riêng dung dịch đường mía 18 % 30 oC (bảng I.86, trang 59, [1]) + Q – lưu lượng thể tích dung dịch đường mía 18 % bơm vào bồn cao vị; m /s m3/s – Áp dụng phương trình Bernoulli với mặt cắt – (mặt thoáng bể chứa nguyên liệu) – (mặt thoáng bồn cao vị): Trong đó: + v1 = v2 = m/s + p1 = atm + p2 = atm + μ = 0,00207 Ns/m2 – độ nhớt động lực dung dịch đường mía 18 % (bảng I.112, trang 114, [1]) + z1 = m – khoảng cách từ mặt thoáng bể chứa nguyên liệu đến mặt đất + z2 = 3,5 m – khoảng cách từ mặt thoáng bồn cao vị đến mặt đất Chọn dhút = dđẩy = 40 mm = 0,04 m ⇒ vhút = vđẩy = v Chọn chiều dài đường ống từ bể chứa nguyên liệu đến bồn cao vị m Tốc độ dung dịch ống: m/s Chuẩn số Reynolds: 4000 (chế độ chảy rối) Chọn ống thép CT3 ống hàn điều kiện ăn mịn (bảng II.15, trang 381, [1]) ⇒ Độ nhám tuyệt đối ε = 0,2 mm Regh tính theo cơng thức II.60, trang 378, [1]: Ren tính theo cơng thức II.62, trang 379, [1]: GVHD: NGUYỄN HỮU QUYỀN 85 ⇒Regh < Re< Ren (khu vực độ) ⇒ Hệ số ma sát λ tính theo cơng thức II.64, trang 380, [1]: – Các hệ số trở lực cục bộ: Yếu tố gây trở lực Đầu vào Đầu Khuỷu 900 Van cửa ⇒ Σξ = 0,5 + + + 2.1,5 = 7,5 Ký hiệu ξvào ξra ξkhuỷu 90 ξvan Hệ số trở lực cục 0,5 1 1,5 Số lượng 1 ⇒ Tổng tổn thất đường ống: m ⇒ Cột áp bơm: m ⇒kW kW (với = 1,5 hệ số dự trữ công suất theo bảng II.33, trang 440, [1]) – Chọn N = 0,25 hp – Chọn bơm ly tâm cấp nằm ngang để bơm chất lỏng trung tính, bẩn Ký hiệu bơm K 8.4 Bơm tháo liệu – Công suất bơm: ; kW Trong đó: + H – cột áp bơm; m + η – hiệu suất bơm Chọn η = 0,75 + = 1178,53 kg/m3 – khối lượng riêng dung dịch đường mía 40 % (bảng I.86, trang 60, [1]) GVHD: NGUYỄN HỮU QUYỀN 86 + Q – lưu lượng thể tích dung dịch đường mía 40 % tháo khỏi nồi cô đặc; m /s m3/s – Áp dụng phương trình Bernoulli với mặt cắt – (phần nối ống tháo liệu đáy nón) – (mặt thống bể chứa sản phẩm): Trong đó: + v1 = vhút = v; m/s + v2 = m/s atm + p2 = atm + μ = 0,004382 Ns/m2 – độ nhớt động lực dung dịch đường mía 40 % (bảng I.112, trang 114, [1]) + z1 = m – khoảng cách từ phần nối ống tháo liệu đáy nón đến mặt đất + z2 = m – khoảng cách từ mặt thoáng bể chứa sản phẩm đến mặt đất Chọn dhút = dđẩy = 20 mm = 0,02 m ⇒ vhút = vđẩy = v Chọn chiều dài đường ống từ bể chứa nguyên liệu đến ống tháo liệu m Tốc độ dung dịch ống: m/s Chuẩn số Reynolds: 4000 (chế độ chảy rối) Chọn ống thép CT3 ống hàn điều kiện ăn mịn (bảng II.15, trang 381, [1]) ⇒ Độ nhám tuyệt đối ε = 0,2 mm Regh tính theo cơng thức II.60, trang 378, [1]: Ren tính theo cơng thức II.62, trang 379, [1]: GVHD: NGUYỄN HỮU QUYỀN 87 ⇒Regh < Re< Ren (khu vực độ) ⇒ Hệ số ma sát λ tính theo cơng thức II.64, trang 380, [1]: – Các hệ số trở lực cục bộ: Yếu tố gây trở lực Đầu vào Đầu Khuỷu 900 Van cửa ⇒ Σξ = 0,5 + + 4+ 1.1,5 = Ký hiệu ξvào ξra ξkhuỷu 90 ξvan Hệ số trở lực cục 0,5 1 1,5 Số lượng 1 ⇒ Tổng tổn thất đường ống: m ⇒ Cột áp bơm: m ⇒kW kW (với = 1,5 hệ số dự trữ công suất theo bảng II.33, trang 440, [1]) – Chọn N = 0,25 hp – Chọn bơm ly tâm cấp nằm ngang để bơm chất lỏng trung tính, bẩn Ký hiệu bơm K GVHD: NGUYỄN HỮU QUYỀN 88 TÍNH TỐN GIÁ THÀNH Vật liệu Số lượng Thiết bị Thiết bị Bơm chân không Bơm nước cho thiết bị ngưng tụ Bơm nhập liệu Bơm tháo liệu Thiết bị gia nhiệt Thiết bị ngưng tụ Thiết bị tách lỏng Cửa sửa chữa Kính quan sát Vật liệu cách nhiệt OX18H10T CT3 4947,45 1445,7 Đơn vị kg kg hp hp 500 000 0,25 0,25 1 1 0,098 hp hp cái cái m3 250 000 39 000 12 000 0000 000 0000 000 0000 000 1000 000 24 500 0,337 m3 000 000 011 000 Van Lưu lượng kế Áp kế Nhiệt kế Tai treo 16 CT3 7,35 Các ống dẫn OX18H10T 817 OX18H10T 1,5 OX18H10T 20 OX18H10T 10 CT3 15 CT3 20 CT3 10 CT3 10 CT3 68 cái cái kg 30 000 150 000 50 000 50 000 480 000 000 000 450 000 100 000 367 500 ống m m m m m m m 15 000 100 000 15 000 15 000 30 000 50 000 15 000 15 000 000 Thành phần Truyền nhiệt d25 Tuần hoàn trung tâm d400 Nhập liệu d50 Tháo liệu d32 Hơi đốt d200 Hơi thứ d800 Nước ngưng d70 Khí khơng ngưng d70 Bu lông Tổng GVHD: NGUYỄN HỮU QUYỀN Thủy tinh Amiante carton Đơn giá (đồng/đv) 120 000 70 000 Thành tiền (đồng) 597 294 000 101 199 000 17 000 000 12 255 000 150 000 300 000 150 000 450 000 000 000 150 000 150 000 136 000 828 218 000 89 KẾT LUẬN Tính tốn, 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 chúng em trình bày sơ lược nguyên liệu sản phẩm theo yêu cầu, nồi cô đặc, cách tính tốn thiết kế cho nồi đặc vấn đề liên quan khác Thông qua đồ án, tích góp cho nhiều kiến thức thiết bị, nhà máy, cách tính tốn thiết kế nhà máy… Nếu có điều sai sót, chúng em mong thơng cảm góp ý từ Thầy Xin chân thành cám ơn! GVHD: NGUYỄN HỮU QUYỀN 90 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Nhiều tác giả, Sổ tay Q trình Thiết bị Cơng nghệ Hóa chất, tập 1, NXB Khoa học Kỹ thuật, 2006 [2] Nhiều tác giả, Sổ tay Quá trình Thiết bị Cơng nghệ Hóa chất, tập 2, NXB Khoa học Kỹ thuật, 2006 [3] Phạm Văn Bôn, Quá trình Thiết bị Cơng nghệ Hóa học & Thực phẩm, tập 10, Ví dụ tập, NXB ĐHQG TP.HCM, 2010 [4] Nguyễn Văn May, Thiết bị truyền nhiệt chuyển khối, NXB Khoa học Kỹ thuật, 2006 [5] 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, NXB ĐHQG TP.HCM, 2006 [6] Hồ Lê Viên, Tính tốn, Thiết kế chi tiết thiết bị hóa chất dầu khí, NXB Khoa học Kỹ thuật, 2006 [7] Phan Văn Thơm, Sổ tay thiết kế Thiết bị hóa chất chế biến thực phẩm đa dụng, Bộ Giáo dục Đào tạo, Viện Đào tạo mở rộng [8] Bộ môn máy thiết bị, Bảng tra cứu Quá trình học – Truyền nhiệt – Truyền khối, NXB ĐHQG TP.HCM, 2009 GVHD: NGUYỄN HỮU QUYỀN 91 ... nhận ? ?Thiết kế thiết bị cô đặc nước mía nồi liên tục, suất nhập liệu 8000 kg/h” Với: + Năng suất nhập liệu 8000kg/h + Nồng độ nhập liệu: 18 % khối lượng + Nồng độ sản phẩm: 40% khối lượng + Áp suất. .. pháp cô đặc 13 3.5 Đánh giá khả phát triển cùa cô đặc: .13 Các thiết bị cô đặc 13 4.1 Phân loại ứng dụng ( =>Khảo sát phạm vi cô đặc nhiệt) .13 4.2 Thiết bị đặc nồi có... vào nồi cô đặc qua cửa nhập liệu Ban đầu nhập đủ 2,5 m3 tiến hành cô đặc, nguyên liệu tiếp tục nhập vào đề bù lượng thứ bốc lên đủ thể tích ngun liệu cho mẻ chấm dứt nhập liệu Ngừng nhập liệu