Link tải luận văn miễn phí cho ae Kết Nối
LỜI CẢM ƠN 6
NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN 7
NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN 8
LỜI MỞ ĐẦU 9
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ CÔ ĐẶC MÍA ĐƯỜNG 10
1. Giới thiệu chung 10
2. Nguyên liệu và sản phẩm 10
2.1. Đặc điểm nguyên liệu 10
2.2. Đặc điểm sản phẩm 11
2.3. Biến đổi của nguyên liệu và sản phẩm 11
2.4. Yêu cầu nguyên liệu và sản phẩm 12
3. Cô đặc và quá trình cô đặc 12
3.1. Định nghĩa cô đặc 12
3.2. Bản chất của sự cô đặc 12
3.3. Ứng dụng của cô đặc 12
3.4. Các phương pháp cô đặc 13
3.5. Đánh giá khả năng phát triển cùa sự cô đặc: 13
4. Các thiết bị cô đặc 13
4.1. Phân loại và ứng dụng ( =>Khảo sát trong phạm vi cô đặc nhiệt) 13
4.2. Thiết bị cô đặc một nồi có ống tuần hoàn trung tâm 15
4.3. Các thiết bị và chi tiết 15
4.4. Yêu cầu thiết bị và vấn đề năng lượng 16
CHƯƠNG 2: HỆ THỐNG CÔ ĐẶC NƯỚC MÍA 1 NỒI LIÊN TỤC 17
1. Hệ thống cô đặc 1 nồi liên tục 17
1.1. Nguyên lý hoạt động của thiết bị cô đặc 17
1.2. Nguyên lý hoạt động của thiết bị ngưng tụ Baromet 18
1.3. Hoạt động của hệ thống 19
2. Thao tác vận hành 20
2.1. Chuẩn bị 20
2.2. Vận hành 20
CHƯƠNG 3: TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ THIẾT BỊ CHÍNH 21
1. Cân bằng vật chất và năng lượng 21
1.1. Dữ kiện ban đầu 21
1.2. Cân bằng vật chất 21
1.3. Tổn thất nhiệt độ 21
1.4. Tổn thất nhiệt độ do nồng độ tăng (∆’) 22
1.5. Tổn thất nhiệt độ do áp suất thủy tĩnh (∆’’) 23
2. Cân bằng năng lượng 26
2.1. Cân bằng nhiệt lượng 26
2.2. Phương trình cân bằng nhiệt 27
3. Thiết kế thiết bị chính 30
3.1. Tính toán truyền nhiệt cho thiết bị cô đặc 30
3.2. Nhiệt tải phía tường (qv) 34
3.3. Tiến trình tính các nhiệt tải riêng 35
3.4. Hệ số truyền nhiệt tổng quát K cho quá trình cô đặc 36
3.5. Diện tích bề mặt truyền nhiệt 37
4. Tính kích thước của thiết bị cô đặc 37
4.1. Tính kích thước buồng đốt 37
4.2. Tính kích thước buồng bốc 40
4.3. Tính kích thước các ống dẫn 44
4.4. Tổng kết về đường kính 45
5. Tính bền cơ khí cho thiết bị cô đặc 46
5.1. Tính cho buồng đốt 46
5.2. Tính cho buồng bốc 48
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 và trai treo 64
6. Tính toán thiết bị phụ 69
6.1. Thiết bị truyền nhiệt 69
6.2. Tính thiết bị ngưng tụ baromet 75
7. Bồn cao vị 83
8. 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 TOÁN GIÁ THÀNH 95
KẾT LUẬN 96
TÀI LIỆU THAM KHẢO 97
LỜI CẢM ƠN
Em xin gửi lời Thank chân thành đến các thầy cô Trường Đại học Công nghiệp Thực phẩm TP. Hồ Chí Minh, các thầy cô khoa Công nghệ Hóa học của trường đã tạo điều kiện cho em được thực hiện đồ án.
Trong thời gian học tập tại trường em đã tiếp thu rất nhiều kiến thức và bài báo cáo này là kết quả của quá trình học tập và rèn luyện dưới sự dạy bảo của quý thầy cô. Đặc biệt, em xin gửi lời Thank chân thành đến Thầy Nguyễn Hữu Quyền, người đã tận tình hướng dẫn và góp ý kỹ lưỡng trong thời gian qua giúp em hoàn thành bài báo cáo một cách tốt nhất. Đồng thời do kinh nghiệm thực tế còn hạn chế cũng như kiến thức còn hạn hẹp nên bài báo cáo không thể tránh khỏi thiếu sót, em rất mong nhận được ý kiến đóng góp của quý thầy cô để em học thêm được nhiều kinh nghiệm và sẽ hoàn thành tốt hơn những đồ án sau này ạ.
Cuối cùng, em xin kính chúc quý thầy cô dồi dào sức khỏe và thành công trong sự nghiệp của mình. Kính chúc Thầy Nguyễn Hữu Quyền luôn có sức khỏe tốt, đạt được nhiều thành công trong công việc và cuộc sống.
Em xin chân thành cảm ơn!
LỜI MỞ ĐẦU
Trong kế hoạch đào tạo đối với sinh viên năm thứ tư, môn học Đồ án Quá trình và Thiết bị là cơ hội tốt cho việc hệ thống kiến thức về các quá trình và thiết bị của công nghệ hoá học. Bên cạnh đó, môn này còn là dịp để sinh viên tiếp cận thực tế thông qua việc tính toán, thiết kế và lựa chọn các chi tiết của một thiết bị với các số liệu cụ thể, thông dụng.
Đề án chúng em nhận được là “Thiết kế thiết bị cô đặc nước mía một nồi liên tục, năng 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 tại thiết bị ngưng tụ: Pck = 0,74 at
+ Nguồn nhiệt là hơi bão hòa. Áp suất hơi bão hòa P = 1.5 ati
- Sử dụng thiết bị cô đặc ống chùm, dạng tuần hoàn trung tâm.
- Nhiệt độ đầu của nguyên liệu: 300C (tự chọn).
Vì Đồ án Quá trình và Thiết bị là đề tài lớn đầu tiên mà một nhóm hai sinh viên đảm nhận nên thiếu sót và hạn chế trong quá trình thực hiện là không tránh khỏi. Do đó, chúng em rất mong nhận được thêm góp ý, chỉ dẫn từ Thầy Cô và bạn bè để củng cố và mở rộng kiến thức chuyên môn.
Chúng em chân thành cảm ơn.
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ CÔ ĐẶC MÍA ĐƯỜNG
1. Giới thiệu chung
Đôi nét về ngành công nghệ mía đường ở nước ta và vị trí của cô đặc trong công nghệ mía đường.
Như đã biết, ngành công nghiệp mía đường là một ngành công nghiệp lâu đời và ngày càng phát triển ở nước ta. Trong những năm qua, ở một số tỉnh thành ở nước ta, ngành công nghiệp mía đường đã có bước nhảy vọt rất lớn. 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 quý với giá rẻ cho các ngành sản xuất như rượu, sản xuất gỗ ép.... 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.
Do nhu cầu thị trường nước ta hiện nay mà các nhà máy đường với quy mô lớn nhỏ mọc lên ở nhiều địa phương như Bình Dương, Quãng Ngãi, Tây Ninh, …. Tuy nhiên nó 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 công nghiệp đường mía. Ngoài ra, vấn đề cung cấp mía nguyên liệu, sự cạnh tranh của các nhà máy đường, cộng với công nghệ lạc hậu, thiết bị cũ kỹ đã ảnh hưởng mạnh đến quá trình sản xuất. Bên cạnh đó, cây mía lại có đặc tính là độ đường sẽ giảm nhiều và nhanh chóng nếu thu hoạch trễ và không chế biến kịp thời...
Vì tất cả những lý do trên, việc cải tiến sản xuất, nâng cao và đổi mới dây chuyền thiết bị công nghệ, tăng hiệu quả các quá trình là hết sức cần thiết và cấp bách, đòi hỏi phải chuẩn bị từ ngay bây giờ. Trong đó, cải tiến thiết bị 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
2. Nguyên liệu và sản phẩm
2.1. Đặc điểm nguyên liệu
Nguyên liệu cô đặc ở dạng dung dịch, gồm:
Dung môi: nước.
Các chất hoà tan: gồm nhiều cấu tử với hàm lượng rất thấp (xem như không có) và chiếm chủ yếu là đường saccaroze. Các cấu tử này xem như không bay hơi trong quá trình cô đặc.
Tùy theo độ đường mà hàm lượng đường là nhiều hay ít. Tuy nhiên, trước khi cô đặc, nồng độ đường thấp, khoảng 6-10% khối lượng.
2.2. Đặc điểm sản phẩm
Sản phẩm ở dạng dung dịch, gồm:
Dung môi: nước.
Các chất hoà tan: có nồng độ cao.
2.3. Biến đổi của nguyên liệu và sản phẩm
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 dịch tăng dẫn đến tính chất dung dịch 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 dịch, 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 dịch 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.
2.4. Yêu cầu nguyên liệu và sản phẩm
Đảm bảo các cấu tử quý trong sản phẩm có mùi, vị đặc trưng được giữ nguyên.
Đạt nồng độ và độ tinh khiết yêu cầu.
Thành phần hoá học chủ yếu không thay đổi.
3. Cô đặc và quá trình cô đặc
3.1. Định nghĩa cô đặc
Cô đặc là phương pháp dùng để nâng cao các nồng độ các chất hòa tan trong dung dịch gồm 2 hay nhiều cấu tử. Quá trình cô đặc của dung dịch lỏng – rắn hay lỏng – lỏng có chênh lệch nhiệt độ sôi rất cao thường được tiến hành bằng cách tách một phần dung môi (cấu tử dễ bay hơi hơn), đó là các quá trình vật lý – hóa lý. Tùy theo tính chất của cấu tử khó bay hơi (hay không bay hơi trong quá trình đó), ta có thể tách một phần dung môi (cấu tử dễ bay hơi hơn) bằng phương pháp nhiệt độ (đun nóng) hay phương pháp làm lạnh kết tinh.
3.2. Bản chất của sự cô đặc
Để tạo thành hơi (trạng thái tự do), tốc độ chuyển động vì nhiệt của các phân tử chất lỏng gần mặt thoáng lớn hơn tốc độ giới hạn. Phân tử khi bay hơi sẽ thu nhiệt để khắc phục lực liên kết ở trạng thái lỏng và trở lực bên ngoài. Do đó, ta cần cung cấp nhiệt để các phân tử đủ năng lượng thực hiện quá trình này.
Bên cạnh đó, sự bay hơi xảy ra chủ yếu là do các bọt khí hình thành trong quá trình cấp nhiệt và chuyển động liên tục, do chênh lệch khối lượng riêng các phần tử ở trên bề mặt và dưới đáy tạo nên sự tuần hoàn tự nhiên trong nồi cô đặc. Tách không khí và lắng keo (protit) sẽ ngăn chặn sự tạo bọt khi cô đặc.
3.3. Ứng dụng của cô đặc
Trong sản xuất thực phẩm: cô đặc dung dịch đường, mì chính, nước trái cây...
Trong sản xuất hóa chất: cô đặc dung dịch NaOH, NaCl, CaCl2, các muối vô cơ.... Hiện nay, phần lớn các nhà máy sản xuất hóa chất, thực phẩm đều sử dụng thiết bị cô đặc như một thiết bị hữu hiệu để đạt nồng độ sản phẩm mong muốn.
Mặc dù cô đặc chỉ là một hoạt động gián tiếp nhưng nó rất cần thiết và gắn liền với sự tồn tại của nhà máy. Cùng với sự phát triển của nhà máy, việc cải thiện hiệu quả của thiết bị cô đặc là một tất yếu. Nó đòi hỏi phải có những thiết bị hiện đại, đảm bảo an toàn và hiệu suất cao. Do đó, yêu cầu được đặt ra cho người kỹ sư là phải có kiến thức chắc chắn hơn và đa dạng hơn, chủ động khám phá các nguyên lý mới của thiết bị cô đặc.
3.4. Các phương pháp cô đặc
Phương pháp nhiệt: dung môi chuyển từ trạng thái lỏng sang trạng thái hơi dưới tác dụng của nhiệt khi áp suất riêng phần của nó bằng áp suất tác dụng lên mặt thoáng chất lỏng.
Phương pháp lạnh: khi hạ thấp nhiệt độ đến một mức nào đó, một cấu tử sẽ tách ra dưới dạng tinh thể của đơn chất tinh khiết, thường là kết tinh dung môi để tăng nồng độ chất tan. Tùy tính chất cấu tử và áp suất bên ngoài tác dụng lên mặt thoáng mà quá trình kết tinh đó xảy ra ở nhiệt độ cao hay thấp và đôi khi ta phải dùng máy lạnh.
3.5. Đánh giá khả năng phát triển cùa sự cô đặc:
Hiện nay phần lớn các nhà máy sản xuất hóa chất, thực phẩm đều sử dụng thiết bị cô đặc như một thiết bị 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 thiết bị cô đặc là một tất yếu. Nó đòi hỏi phải có những thiết bị 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 bị cô đặc.
4. Các thiết bị cô đặc
4.1. Phân loại và ứng dụng ( =>Khảo sát trong phạm vi cô đặc nhiệt)
4.1.1. Theo cấu tạo
Nhóm 1: dung dịch đối lưu tự nhiên (tuần hoàn tự nhiên). Thiết bị cô đặc nhóm này có thể cô đặc dung dịch khá loãng, độ nhớt thấp, đảm bảo sự tuần hoàn dễ dàng qua bề mặt truyền nhiệt. Bao gồm:
+ Có buồng đốt trong (đồng trục buồng bốc), ống tuần hoàn trong hay ngoài.
+ Có buồng đốt ngoài (không đồng trục buồng bốc)
Nhóm 2: dung dịch đối lưu cưỡng bức (tuần hoàn cưỡng bức). Thiết bị cô đặc nhóm này dùng bơm để tạo vận tốc dung dịch từ 1,5 m/s đến 3,5 m/s tại bề mặt truyền nhiệt. Ưu điểm chính là tăng cường hệ số truyền nhiệt k, dùng được cho các dung dịch khá đặc sệt, độ nhớt cao, giảm bám cặn, kết tinh trên bề mặt truyền nhiệt. Bao gồm:
+ Có buồng đốt trong, ống tuần hoàn ngoài.
+ Có buồng đốt ngoài, ống tuần hoàn ngoài.
Nhóm 3: dung dịch chảy thành màng mỏng. Thiết bị cô đặc nhóm này chỉ cho phép dung dịch chảy dạng màng qua bề mặt truyền nhiệt một lần (xuôi hay ngược) để tránh sự tác dụng nhiệt độ lâu làm biến chất một số thành phần của dung dịch. Đặc biệt thích hợp cho các dung dịch thực phẩm như nước trái cây, hoa quả ép. Bao gồm:
+ Màng dung dịch chảy ngược, có buồng đốt trong hay ngoài: dung dịch sôi tạo bọt khó vỡ.
+ Màng dung dịch chảy xuôi, có buồng đốt trong hay ngoài: dung dịch sôi ít tạo bọt và bọt dễ vỡ.
4.1.2. Theo cách thực hiện quá trình
Cô đặc áp suất thường (thiết bị hở): nhiệt độ sôi và áp suất không đổi, thường được dùng trong cô đặc dung dịch liên tục để giữ mức dung dịch cố định, nhằm đạt năng suất cực đại và thời gian cô đặc ngắn nhất.
Cô đặc áp suất chân không: dung dịch có nhiệt độ sôi thấp ở áp suất chân không. Dung dịch tuần hoàn tốt, ít tạo cặn và sự bay hơi dung môi diễn ra liên tục.
Cô đặc nhiều nồi: mục đích chính là tiết kiệm hơi đốt. Số nồi không nên quá lớn vì nó làm giảm hiệu quả tiết kiệm hơi. Người ta có thể cô đặc chân không, cô đặc áp lực hay phối hợp hai phương pháp này với nhau đặc biệt có thể sử dụng hơi thứ cho mục đích khác để nâng cao hiểu quả kinh tế.
Cô đặc liên tục: cho kết quả tốt hơn cô đặc gián đoạn. Có thể được điều khiển tự động nhưng hiện nay chưa có cảm biến đủ tin cậy.
Đối với mỗi nhóm thiết bị, ta đều có thể thiết kế buồng đốt trong, buồng đốt ngoài, có hay không có ống tuần hoàn. Tùy theo điều kiện kỹ thuật và tính chất của dung dịch, ta có thể áp dụng chế độ cô đặc ở áp suất chân không, áp suất thường hay áp suất dư.
4.2. Thiết bị cô đặc một nồi có ống tuần hoàn trung tâm
Theo tính chất của nguyên liệu và sản phẩm, cũng như điều kiện kỹ thuật chúng ta lựa chọn thiết bị cô đặc chân không 1 nồi liên tục có buồng đốt trong và ống tuần hoàn trung tâm.
Mục đích:
- Để giữ được chất lượng của sản phẩm và thành phần quý (tính chất tự nhiên, màu, mùi, vị, đảm bảo lượng vitamin,…) nhờ nhiệt độ thấp và không tiếp xúc oxy.
Ưu điểm:
- Nhập liệu đơn giản: nhập liệu liên tục bằng bơm hay bằng độ chân không trong thiết bị.
- Tránh phân hủy sản phẩm, thao tác, khống chế dễ dàng.
- Cấu tạo đơn giản, dễ sửa chữa, làm sạch.
Nhược điểm:
- Năng suất thấp và tốc độ tuần hoàn nhỏ vì ống tuần hoàn cũng bị đốt nóng.
- Nhiệt độ hơi thứ thấp, không dung được cho mục đích khác.
- Hệ thống phức tạp, có thiết bị ngưng tụ chân không.
4.3. Các thiết bị và chi tiết
Thiết bị chính - thiết bị cô đặc một nồi có ống tuần hoàn trung tâm:
+ Ống nhập liệu, ống tháo liệu.
+ Ống tuần hoàn, ống truyền nhiệt.
+ Buồng đốt, buồng bốc, đáy nắp.
+ Các ống dẫn: hơi đốt, hơi thứ, nước ngưng, khí không ngưng.
Thiết bị phụ:
+ Bể chứa nguyên liệu
+ Bể chứa sản phẩm
+ Bồn cao vị
+Lưu lượng kế
+ Thiết bị gia nhiệt
+ Thiết bị ngưng tụ baromet.
+ Bơm nguyên liệu và bồn cao vị.
+ Bơm tháo liệu.
+ Bơm nước vào thiết bị ngưng tụ.
+ Bơm chân không.
+ Các van.
+ Thiết bị đo nhiệt độ, áp suất...
4.4. Yêu cầu thiết bị 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, dễ sửa chữa, tháo lắp, dễ làm sạch bề mặt truyền nhiệt
Phân bố hơi đều.
Xả liên tục và ổn định 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, tự động hóa dễ dàng.
Do Drive thay đổi chính sách, nên một số link cũ yêu cầu duyệt download. các bạn chỉ cần làm theo hướng dẫn.
Password giải nén nếu cần: ket-noi.com | Bấm trực tiếp vào Link để tải:
xem thêm
Báo cáo đồ án Công nghệ thực phẩm: Thiết kế thiết bị cô đặc nước mía một nồi liên tục, năng suất nhập liệu 8000kg/h
MỤC LỤCLỜI CẢM ƠN 6
NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN 7
NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN 8
LỜI MỞ ĐẦU 9
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ CÔ ĐẶC MÍA ĐƯỜNG 10
1. Giới thiệu chung 10
2. Nguyên liệu và sản phẩm 10
2.1. Đặc điểm nguyên liệu 10
2.2. Đặc điểm sản phẩm 11
2.3. Biến đổi của nguyên liệu và sản phẩm 11
2.4. Yêu cầu nguyên liệu và sản phẩm 12
3. Cô đặc và quá trình cô đặc 12
3.1. Định nghĩa cô đặc 12
3.2. Bản chất của sự cô đặc 12
3.3. Ứng dụng của cô đặc 12
3.4. Các phương pháp cô đặc 13
3.5. Đánh giá khả năng phát triển cùa sự cô đặc: 13
4. Các thiết bị cô đặc 13
4.1. Phân loại và ứng dụng ( =>Khảo sát trong phạm vi cô đặc nhiệt) 13
4.2. Thiết bị cô đặc một nồi có ống tuần hoàn trung tâm 15
4.3. Các thiết bị và chi tiết 15
4.4. Yêu cầu thiết bị và vấn đề năng lượng 16
CHƯƠNG 2: HỆ THỐNG CÔ ĐẶC NƯỚC MÍA 1 NỒI LIÊN TỤC 17
1. Hệ thống cô đặc 1 nồi liên tục 17
1.1. Nguyên lý hoạt động của thiết bị cô đặc 17
1.2. Nguyên lý hoạt động của thiết bị ngưng tụ Baromet 18
1.3. Hoạt động của hệ thống 19
2. Thao tác vận hành 20
2.1. Chuẩn bị 20
2.2. Vận hành 20
CHƯƠNG 3: TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ THIẾT BỊ CHÍNH 21
1. Cân bằng vật chất và năng lượng 21
1.1. Dữ kiện ban đầu 21
1.2. Cân bằng vật chất 21
1.3. Tổn thất nhiệt độ 21
1.4. Tổn thất nhiệt độ do nồng độ tăng (∆’) 22
1.5. Tổn thất nhiệt độ do áp suất thủy tĩnh (∆’’) 23
2. Cân bằng năng lượng 26
2.1. Cân bằng nhiệt lượng 26
2.2. Phương trình cân bằng nhiệt 27
3. Thiết kế thiết bị chính 30
3.1. Tính toán truyền nhiệt cho thiết bị cô đặc 30
3.2. Nhiệt tải phía tường (qv) 34
3.3. Tiến trình tính các nhiệt tải riêng 35
3.4. Hệ số truyền nhiệt tổng quát K cho quá trình cô đặc 36
3.5. Diện tích bề mặt truyền nhiệt 37
4. Tính kích thước của thiết bị cô đặc 37
4.1. Tính kích thước buồng đốt 37
4.2. Tính kích thước buồng bốc 40
4.3. Tính kích thước các ống dẫn 44
4.4. Tổng kết về đường kính 45
5. Tính bền cơ khí cho thiết bị cô đặc 46
5.1. Tính cho buồng đốt 46
5.2. Tính cho buồng bốc 48
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 và trai treo 64
6. Tính toán thiết bị phụ 69
6.1. Thiết bị truyền nhiệt 69
6.2. Tính thiết bị ngưng tụ baromet 75
7. Bồn cao vị 83
8. 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 TOÁN GIÁ THÀNH 95
KẾT LUẬN 96
TÀI LIỆU THAM KHẢO 97
LỜI CẢM ƠN
Em xin gửi lời Thank chân thành đến các thầy cô Trường Đại học Công nghiệp Thực phẩm TP. Hồ Chí Minh, các thầy cô khoa Công nghệ Hóa học của trường đã tạo điều kiện cho em được thực hiện đồ án.
Trong thời gian học tập tại trường em đã tiếp thu rất nhiều kiến thức và bài báo cáo này là kết quả của quá trình học tập và rèn luyện dưới sự dạy bảo của quý thầy cô. Đặc biệt, em xin gửi lời Thank chân thành đến Thầy Nguyễn Hữu Quyền, người đã tận tình hướng dẫn và góp ý kỹ lưỡng trong thời gian qua giúp em hoàn thành bài báo cáo một cách tốt nhất. Đồng thời do kinh nghiệm thực tế còn hạn chế cũng như kiến thức còn hạn hẹp nên bài báo cáo không thể tránh khỏi thiếu sót, em rất mong nhận được ý kiến đóng góp của quý thầy cô để em học thêm được nhiều kinh nghiệm và sẽ hoàn thành tốt hơn những đồ án sau này ạ.
Cuối cùng, em xin kính chúc quý thầy cô dồi dào sức khỏe và thành công trong sự nghiệp của mình. Kính chúc Thầy Nguyễn Hữu Quyền luôn có sức khỏe tốt, đạt được nhiều thành công trong công việc và cuộc sống.
Em xin chân thành cảm ơn!
LỜI MỞ ĐẦU
Trong kế hoạch đào tạo đối với sinh viên năm thứ tư, môn học Đồ án Quá trình và Thiết bị là cơ hội tốt cho việc hệ thống kiến thức về các quá trình và thiết bị của công nghệ hoá học. Bên cạnh đó, môn này còn là dịp để sinh viên tiếp cận thực tế thông qua việc tính toán, thiết kế và lựa chọn các chi tiết của một thiết bị với các số liệu cụ thể, thông dụng.
Đề án chúng em nhận được là “Thiết kế thiết bị cô đặc nước mía một nồi liên tục, năng 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 tại thiết bị ngưng tụ: Pck = 0,74 at
+ Nguồn nhiệt là hơi bão hòa. Áp suất hơi bão hòa P = 1.5 ati
- Sử dụng thiết bị cô đặc ống chùm, dạng tuần hoàn trung tâm.
- Nhiệt độ đầu của nguyên liệu: 300C (tự chọn).
Vì Đồ án Quá trình và Thiết bị là đề tài lớn đầu tiên mà một nhóm hai sinh viên đảm nhận nên thiếu sót và hạn chế trong quá trình thực hiện là không tránh khỏi. Do đó, chúng em rất mong nhận được thêm góp ý, chỉ dẫn từ Thầy Cô và bạn bè để củng cố và mở rộng kiến thức chuyên môn.
Chúng em chân thành cảm ơn.
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ CÔ ĐẶC MÍA ĐƯỜNG
1. Giới thiệu chung
Đôi nét về ngành công nghệ mía đường ở nước ta và vị trí của cô đặc trong công nghệ mía đường.
Như đã biết, ngành công nghiệp mía đường là một ngành công nghiệp lâu đời và ngày càng phát triển ở nước ta. Trong những năm qua, ở một số tỉnh thành ở nước ta, ngành công nghiệp mía đường đã có bước nhảy vọt rất lớn. 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 quý với giá rẻ cho các ngành sản xuất như rượu, sản xuất gỗ ép.... 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.
Do nhu cầu thị trường nước ta hiện nay mà các nhà máy đường với quy mô lớn nhỏ mọc lên ở nhiều địa phương như Bình Dương, Quãng Ngãi, Tây Ninh, …. Tuy nhiên nó 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 công nghiệp đường mía. Ngoài ra, vấn đề cung cấp mía nguyên liệu, sự cạnh tranh của các nhà máy đường, cộng với công nghệ lạc hậu, thiết bị cũ kỹ đã ảnh hưởng mạnh đến quá trình sản xuất. Bên cạnh đó, cây mía lại có đặc tính là độ đường sẽ giảm nhiều và nhanh chóng nếu thu hoạch trễ và không chế biến kịp thời...
Vì tất cả những lý do trên, việc cải tiến sản xuất, nâng cao và đổi mới dây chuyền thiết bị công nghệ, tăng hiệu quả các quá trình là hết sức cần thiết và cấp bách, đòi hỏi phải chuẩn bị từ ngay bây giờ. Trong đó, cải tiến thiết bị 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
2. Nguyên liệu và sản phẩm
2.1. Đặc điểm nguyên liệu
Nguyên liệu cô đặc ở dạng dung dịch, gồm:
Dung môi: nước.
Các chất hoà tan: gồm nhiều cấu tử với hàm lượng rất thấp (xem như không có) và chiếm chủ yếu là đường saccaroze. Các cấu tử này xem như không bay hơi trong quá trình cô đặc.
Tùy theo độ đường mà hàm lượng đường là nhiều hay ít. Tuy nhiên, trước khi cô đặc, nồng độ đường thấp, khoảng 6-10% khối lượng.
2.2. Đặc điểm sản phẩm
Sản phẩm ở dạng dung dịch, gồm:
Dung môi: nước.
Các chất hoà tan: có nồng độ cao.
2.3. Biến đổi của nguyên liệu và sản phẩm
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 dịch tăng dẫn đến tính chất dung dịch 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 dịch, 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 dịch 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.
2.4. Yêu cầu nguyên liệu và sản phẩm
Đảm bảo các cấu tử quý trong sản phẩm có mùi, vị đặc trưng được giữ nguyên.
Đạt nồng độ và độ tinh khiết yêu cầu.
Thành phần hoá học chủ yếu không thay đổi.
3. Cô đặc và quá trình cô đặc
3.1. Định nghĩa cô đặc
Cô đặc là phương pháp dùng để nâng cao các nồng độ các chất hòa tan trong dung dịch gồm 2 hay nhiều cấu tử. Quá trình cô đặc của dung dịch lỏng – rắn hay lỏng – lỏng có chênh lệch nhiệt độ sôi rất cao thường được tiến hành bằng cách tách một phần dung môi (cấu tử dễ bay hơi hơn), đó là các quá trình vật lý – hóa lý. Tùy theo tính chất của cấu tử khó bay hơi (hay không bay hơi trong quá trình đó), ta có thể tách một phần dung môi (cấu tử dễ bay hơi hơn) bằng phương pháp nhiệt độ (đun nóng) hay phương pháp làm lạnh kết tinh.
3.2. Bản chất của sự cô đặc
Để tạo thành hơi (trạng thái tự do), tốc độ chuyển động vì nhiệt của các phân tử chất lỏng gần mặt thoáng lớn hơn tốc độ giới hạn. Phân tử khi bay hơi sẽ thu nhiệt để khắc phục lực liên kết ở trạng thái lỏng và trở lực bên ngoài. Do đó, ta cần cung cấp nhiệt để các phân tử đủ năng lượng thực hiện quá trình này.
Bên cạnh đó, sự bay hơi xảy ra chủ yếu là do các bọt khí hình thành trong quá trình cấp nhiệt và chuyển động liên tục, do chênh lệch khối lượng riêng các phần tử ở trên bề mặt và dưới đáy tạo nên sự tuần hoàn tự nhiên trong nồi cô đặc. Tách không khí và lắng keo (protit) sẽ ngăn chặn sự tạo bọt khi cô đặc.
3.3. Ứng dụng của cô đặc
Trong sản xuất thực phẩm: cô đặc dung dịch đường, mì chính, nước trái cây...
Trong sản xuất hóa chất: cô đặc dung dịch NaOH, NaCl, CaCl2, các muối vô cơ.... Hiện nay, phần lớn các nhà máy sản xuất hóa chất, thực phẩm đều sử dụng thiết bị cô đặc như một thiết bị hữu hiệu để đạt nồng độ sản phẩm mong muốn.
Mặc dù cô đặc chỉ là một hoạt động gián tiếp nhưng nó rất cần thiết và gắn liền với sự tồn tại của nhà máy. Cùng với sự phát triển của nhà máy, việc cải thiện hiệu quả của thiết bị cô đặc là một tất yếu. Nó đòi hỏi phải có những thiết bị hiện đại, đảm bảo an toàn và hiệu suất cao. Do đó, yêu cầu được đặt ra cho người kỹ sư là phải có kiến thức chắc chắn hơn và đa dạng hơn, chủ động khám phá các nguyên lý mới của thiết bị cô đặc.
3.4. Các phương pháp cô đặc
Phương pháp nhiệt: dung môi chuyển từ trạng thái lỏng sang trạng thái hơi dưới tác dụng của nhiệt khi áp suất riêng phần của nó bằng áp suất tác dụng lên mặt thoáng chất lỏng.
Phương pháp lạnh: khi hạ thấp nhiệt độ đến một mức nào đó, một cấu tử sẽ tách ra dưới dạng tinh thể của đơn chất tinh khiết, thường là kết tinh dung môi để tăng nồng độ chất tan. Tùy tính chất cấu tử và áp suất bên ngoài tác dụng lên mặt thoáng mà quá trình kết tinh đó xảy ra ở nhiệt độ cao hay thấp và đôi khi ta phải dùng máy lạnh.
3.5. Đánh giá khả năng phát triển cùa sự cô đặc:
Hiện nay phần lớn các nhà máy sản xuất hóa chất, thực phẩm đều sử dụng thiết bị cô đặc như một thiết bị 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 thiết bị cô đặc là một tất yếu. Nó đòi hỏi phải có những thiết bị 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 bị cô đặc.
4. Các thiết bị cô đặc
4.1. Phân loại và ứng dụng ( =>Khảo sát trong phạm vi cô đặc nhiệt)
4.1.1. Theo cấu tạo
Nhóm 1: dung dịch đối lưu tự nhiên (tuần hoàn tự nhiên). Thiết bị cô đặc nhóm này có thể cô đặc dung dịch khá loãng, độ nhớt thấp, đảm bảo sự tuần hoàn dễ dàng qua bề mặt truyền nhiệt. Bao gồm:
+ Có buồng đốt trong (đồng trục buồng bốc), ống tuần hoàn trong hay ngoài.
+ Có buồng đốt ngoài (không đồng trục buồng bốc)
Nhóm 2: dung dịch đối lưu cưỡng bức (tuần hoàn cưỡng bức). Thiết bị cô đặc nhóm này dùng bơm để tạo vận tốc dung dịch từ 1,5 m/s đến 3,5 m/s tại bề mặt truyền nhiệt. Ưu điểm chính là tăng cường hệ số truyền nhiệt k, dùng được cho các dung dịch khá đặc sệt, độ nhớt cao, giảm bám cặn, kết tinh trên bề mặt truyền nhiệt. Bao gồm:
+ Có buồng đốt trong, ống tuần hoàn ngoài.
+ Có buồng đốt ngoài, ống tuần hoàn ngoài.
Nhóm 3: dung dịch chảy thành màng mỏng. Thiết bị cô đặc nhóm này chỉ cho phép dung dịch chảy dạng màng qua bề mặt truyền nhiệt một lần (xuôi hay ngược) để tránh sự tác dụng nhiệt độ lâu làm biến chất một số thành phần của dung dịch. Đặc biệt thích hợp cho các dung dịch thực phẩm như nước trái cây, hoa quả ép. Bao gồm:
+ Màng dung dịch chảy ngược, có buồng đốt trong hay ngoài: dung dịch sôi tạo bọt khó vỡ.
+ Màng dung dịch chảy xuôi, có buồng đốt trong hay ngoài: dung dịch sôi ít tạo bọt và bọt dễ vỡ.
4.1.2. Theo cách thực hiện quá trình
Cô đặc áp suất thường (thiết bị hở): nhiệt độ sôi và áp suất không đổi, thường được dùng trong cô đặc dung dịch liên tục để giữ mức dung dịch cố định, nhằm đạt năng suất cực đại và thời gian cô đặc ngắn nhất.
Cô đặc áp suất chân không: dung dịch có nhiệt độ sôi thấp ở áp suất chân không. Dung dịch tuần hoàn tốt, ít tạo cặn và sự bay hơi dung môi diễn ra liên tục.
Cô đặc nhiều nồi: mục đích chính là tiết kiệm hơi đốt. Số nồi không nên quá lớn vì nó làm giảm hiệu quả tiết kiệm hơi. Người ta có thể cô đặc chân không, cô đặc áp lực hay phối hợp hai phương pháp này với nhau đặc biệt có thể sử dụng hơi thứ cho mục đích khác để nâng cao hiểu quả kinh tế.
Cô đặc liên tục: cho kết quả tốt hơn cô đặc gián đoạn. Có thể được điều khiển tự động nhưng hiện nay chưa có cảm biến đủ tin cậy.
Đối với mỗi nhóm thiết bị, ta đều có thể thiết kế buồng đốt trong, buồng đốt ngoài, có hay không có ống tuần hoàn. Tùy theo điều kiện kỹ thuật và tính chất của dung dịch, ta có thể áp dụng chế độ cô đặc ở áp suất chân không, áp suất thường hay áp suất dư.
4.2. Thiết bị cô đặc một nồi có ống tuần hoàn trung tâm
Theo tính chất của nguyên liệu và sản phẩm, cũng như điều kiện kỹ thuật chúng ta lựa chọn thiết bị cô đặc chân không 1 nồi liên tục có buồng đốt trong và ống tuần hoàn trung tâm.
Mục đích:
- Để giữ được chất lượng của sản phẩm và thành phần quý (tính chất tự nhiên, màu, mùi, vị, đảm bảo lượng vitamin,…) nhờ nhiệt độ thấp và không tiếp xúc oxy.
Ưu điểm:
- Nhập liệu đơn giản: nhập liệu liên tục bằng bơm hay bằng độ chân không trong thiết bị.
- Tránh phân hủy sản phẩm, thao tác, khống chế dễ dàng.
- Cấu tạo đơn giản, dễ sửa chữa, làm sạch.
Nhược điểm:
- Năng suất thấp và tốc độ tuần hoàn nhỏ vì ống tuần hoàn cũng bị đốt nóng.
- Nhiệt độ hơi thứ thấp, không dung được cho mục đích khác.
- Hệ thống phức tạp, có thiết bị ngưng tụ chân không.
4.3. Các thiết bị và chi tiết
Thiết bị chính - thiết bị cô đặc một nồi có ống tuần hoàn trung tâm:
+ Ống nhập liệu, ống tháo liệu.
+ Ống tuần hoàn, ống truyền nhiệt.
+ Buồng đốt, buồng bốc, đáy nắp.
+ Các ống dẫn: hơi đốt, hơi thứ, nước ngưng, khí không ngưng.
Thiết bị phụ:
+ Bể chứa nguyên liệu
+ Bể chứa sản phẩm
+ Bồn cao vị
+Lưu lượng kế
+ Thiết bị gia nhiệt
+ Thiết bị ngưng tụ baromet.
+ Bơm nguyên liệu và bồn cao vị.
+ Bơm tháo liệu.
+ Bơm nước vào thiết bị ngưng tụ.
+ Bơm chân không.
+ Các van.
+ Thiết bị đo nhiệt độ, áp suất...
4.4. Yêu cầu thiết bị 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, dễ sửa chữa, tháo lắp, dễ làm sạch bề mặt truyền nhiệt
Phân bố hơi đều.
Xả liên tục và ổn định 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, tự động hóa dễ dàng.
Do Drive thay đổi chính sách, nên một số link cũ yêu cầu duyệt download. các bạn chỉ cần làm theo hướng dẫn.
Password giải nén nếu cần: ket-noi.com | Bấm trực tiếp vào Link để tải:
You must be registered for see links
xem thêm
thuyết trình đề tài thiết kế thiết bị cô đặc nước mía một nồi liên tục
Sửa lần cuối: