Tài liệu Thiết kế thiết bị cô đặc nước mía một nồi gián đoạn (20% 60%) năng suất nhập liệu 1000 kgh

BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP THỰC PHẨM TP. HCM KHOA CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM BÁO CÁO ĐỒ ÁN KỸ THUẬT THỰC PHẨM ĐỀ TÀI THIẾT KẾ THIẾT BỊ CÔ ĐẶC NƯỚC MÍA MỘT NỒI GIÁN ĐOẠN (20% - 60%) NĂNG SUẤT NHẬP LIỆU 1000 Kg/h GVHD: MẠC XUÂN HÒA SVTH: NGUYỄN THỊ VÂN ANH MSSV: 2005160007 ĐẶNG THỊ CẨM GIANG MSSV: 2005160039 LỚP: 07DHTP2 Thành phố Hồ Chí Minh, tháng 12 năm 2019 MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN ...................................................................................................................... i NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN...............................................................ii NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN................................................................ iii DANH MỤC BẢNG BIỂU ............................................................................................... iv CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN .............................................................................................. 5 1.1. Nhiệm vụ đồ án ....................................................................................................... 5 1.2. Giới thiệu chung ...................................................................................................... 5 1.3. Nguyên liệu và sản phẩm của quá trình cô đặc mía đường .................................... 6 1.3.1. Nguyên liệu ...................................................................................................... 6 1.3.2. Sản phẩm .......................................................................................................... 6 1.3.3. Biến đổi của nguyên liệu và sản phẩm trong quá trình cô đặc ........................ 6 1.3.4. Yêu cầu chất lượng sản phẩm .......................................................................... 7 1.4. Cô đặc và quá trình cô đặc ...................................................................................... 7 1.4.1. Định nghĩa ........................................................................................................ 7 1.4.2. Mục đích của quá trình cô đặc ......................................................................... 8 1.4.3. Các phương pháp cô đặc. ................................................................................. 9 1.4.4. Bản chất của sự cô đặc do nhiệt: ...................................................................... 9 1.4.5. Các thiết bị cô đặc nhiệt ................................................................................... 9 CHƯƠNG 2: QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ .................................................................... 12 2.1. Nguyên lý hoạt động thiết bị cô đặc ..................................................................... 12 2.2. Nguyên lý hoạt động thiết bị truyền nhiệt và thiết bị ngưng tụ Baromet ............. 14 2.3. Hoạt động của hệ thống ........................................................................................ 14 CHƯƠNG 3: TÍNH TOÁN CÂN BẰNG VẬT CHẤT VÀ NĂNG LƯỢNG .............. 16 3.1. Dữ liệu ban đầu ..................................................................................................... 16 3.2. Cân bằng vật chất cho các giai đoạn ..................................................................... 17 3.3. Cân bằng năng lượng. ........................................................................................... 18 3.4. Cân bằng nhiệt lượng cho các giai đoạn ............................................................... 22 CHƯƠNG 4: TÍNH TOÁN TRUYỀN NHIỆT VÀ THỜI GIAN CÔ ĐẶC. .............. 27 4.1. Nhiệt tải riêng phía hơi ngưng (q1): ...................................................................... 27 4.2. Nhiệt tải riêng phía dung dịch (q2):....................................................................... 27 4.3. Nhiệt tải riêng phía tường (qv): ............................................................................. 28 4.4. Tiến trình tính các nhiệt tải riêng: ......................................................................... 29 4.5. Hệ số truyền nhiệt K cho quá trình cô đặc:........................................................... 31 4.6. Diện tích bề mặt truyền nhiệt: ............................................................................... 32 CHƯƠNG 5. THIẾT KẾ THIẾT BỊ CHÍNH ................................................................ 33 5.1. Tính toán kích thước buồng đốt: ........................................................................... 33 5.1.1. Số ống truyền nhiệt: ....................................................................................... 33 5.1.2. Đường kính buồng đốt: .................................................................................. 34 5.1.3. Tính kích thước đáy của buồng đốt:............................................................... 36 5.1.4. Tổng kết: ........................................................................................................ 36 5.2. Kích thước buồng bốc ........................................................................................... 36 5.2.1. Đường kính buồng bốc (Db): .......................................................................... 36 5.2.2. Chiều cao buồng bốc: ..................................................................................... 38 5.2.3. Tính kích thước nắp elip có gờ của buồng bốc .............................................. 39 5.3. Tính kích thước các ống dẫn ................................................................................. 39 5.3.1. Ống nhập liệu: ................................................................................................ 39 5.3.2. Ống tháo liệu: ................................................................................................. 40 5.3.3. Ống dẫn hơi đốt: ............................................................................................. 40 5.3.4. Ống dẫn hơi thứ:............................................................................................. 41 5.3.5. Ống dẫn nước ngưng: ..................................................................................... 41 5.3.6. Ống xả khí ngưng: .......................................................................................... 41 5.3.7. Tổng kết về đường kính các ống dẫn: ............................................................ 41 CHƯƠNG 6. TÍNH BỀN CƠ KHÍ CHO THIẾT BỊ CÔ ĐẶC ................................... 42 6.1. Tính cho buồng đốt trong ...................................................................................... 42 6.1.1. Sơ lược về cấu tạo: ......................................................................................... 42 6.1.2. Tính toán: ....................................................................................................... 42 6.2. Tính cho buồng bốc .............................................................................................. 45 6.2.1. Sơ lược cấu tạo ............................................................................................... 45 6.2.2. Tính toán ........................................................................................................ 45 6.3. Tính cho đáy thiết bị ............................................................................................. 49 6.3.1. Sơ lược cấu tạo ............................................................................................... 49 6.3.2. Tính toán ........................................................................................................ 49 6.4. Tính cho nắp thiết bị ............................................................................................. 54 6.4.1. Sơ lược cấu tạo ............................................................................................... 54 6.4.2. Tính toán ........................................................................................................ 54 6.5. Tính mặt bích ........................................................................................................ 56 6.5.1. 6.6. Chọn mặt bích ................................................................................................ 56 Tính vỉ ống ............................................................................................................ 58 6.6.1. Sơ lược về cấu tạo .......................................................................................... 58 6.6.2. Tính toán ........................................................................................................ 58 6.7. Khối lượng và tay treo .......................................................................................... 60 6.7.1. Sơ lược cấu tạo tay treo chân đỡ .................................................................... 60 6.7.2. Thể tích và khối lượng các bộ phận thiết bị ................................................... 60 CHƯƠNG 7. TÍNH TOÁN CHO THIẾT BỊ PHỤ .................................................... 65 7.1. Thiết bị ngưng tụ ................................................................................................... 65 7.1.1. Chọn thiết bị ngưng tụ.................................................................................... 65 7.1.2. Tính thiết bị ngưng tụ ..................................................................................... 66 7.2. Tính toán và chọn bơm ......................................................................................... 76 7.2.1. Bơm chân không: ........................................................................................... 76 7.2.2. Bơm nhập liệu: ............................................................................................... 77 7.2.3. Bơm vào thiết bị ngưng tụ: ............................................................................ 79 7.2.4. Bơm tháo sản phẩm: ....................................................................................... 82 TÀI LIỆU THAM KHẢO................................................................................................ 86 LỜI CẢM ƠN Em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến các thầy cô Trường Đại học Công nghiệp Thực phẩm TP. Hồ Chí Minh, các thầy cô khoa Công nghệ Thực phẩm 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 cảm ơn chân thành đến thầy Mạc Xuân Hòa, 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 Mạc Xuân Hòa luôn có sức khỏe tốt, đạt được nhiều thành công trong công việc và cuộc sống. Em xin chân thành cảm ơn! i NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN SVTH: Nguyễn Thị Vân Anh MSSV: 2005160007 Lớp: 07DHTP2 SVTH: Đặng Thị Cẩm Giang MSSV: 2005160039 Lớp: 07DHTP2 Nhận xét: ......................................................................................................................................... ......................................................................................................................................... ......................................................................................................................................... ......................................................................................................................................... ......................................................................................................................................... ......................................................................................................................................... ......................................................................................................................................... ......................................................................................................................................... Điểm bằng số: Điểm bằng chữ: TP. Hồ Chí Minh, ngày tháng năm 2019 Giáo viên hướng dẫn (ký và ghi họ tên) ii NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN SVTH: Nguyễn Thị Vân Anh MSSV: 2005160007 Lớp: 07DHTP2 SVTH: Đặng Thị Cẩm Giang MSSV: 2005160039 Lớp: 07DHTP2 Nhận xét: ......................................................................................................................................... ......................................................................................................................................... ......................................................................................................................................... ......................................................................................................................................... ......................................................................................................................................... ......................................................................................................................................... ......................................................................................................................................... Điểm bằng số: Điểm bằng chữ: TP. Hồ Chí Minh, ngày tháng năm 2019 Giáo viên phản biện (ký và ghi họ tên) iii DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng Bảng Bảng Bảng Bảng Bảng Bảng Bảng Bảng Bảng Bảng 1. Tóm tắt kết quả cân bằng vật chất ....................................................................... 18 2. Tóm tắt kết quả cân bằng năng lượng ................................................................. 22 3. Các thông số của dung dịch ở các nồng độ ......................................................... 28 4. Kết quả tính toán truyền nhiệt.............................................................................. 31 5. Kết quả hệ số truyền nhiệt K ............................................................................... 31 6. Tổng kết các đường kính ống dẫn ........................................................................ 42 7. Số liệu của bích nối buồng bốc với buồng đốt ..................................................... 57 8. Số liệu của bích nối buồng đốt với đáy ................................................................ 57 9. Số liệu của bích nối buồng bốc với nắp ............................................................... 58 10. . Kích thước cơ bản của thiết bị ngưng tụ Baromet ........................................... 69 11. Tóm tắt số liệu của thiết bị ngưng tụ Baromet................................................... 73 iv CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN 1.1. Nhiệm vụ đồ án Thiết kế thiết bị cô đặc một nồi gián đoạn để cô đặc dung dịch nước mía. ­ Năng suất nhập liệu 1000kg/h ­ Nồng độ đầu: 20% khối lượng ­ Nồng độ cuối: 60% khối lượng ­ Áp suất chân không tại thiết bị ngưng tụ: Pck = 0,75 at ­ Áp suất hơi bão hòa P = 2,1 at Sử dụng thiết bị cô đặc ống chùm, dạng tuần hoàn trung tâm (chọn) Nhiệt độ đầu của nguyên liệu: 25oC (chọn) 1.2. Giới thiệu chung Ngành công nghiệp mía đường là một ngành công nghiệp lâu đời ở nước ta. Do nhu cầu thị trường nước ta hiện nay mà các lò đường với quy mô nhỏ ở nhiều địa phương đã được thiết lập nhằm đáp ứng 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 gây khó khăn cho việc phát triển công nghiệp đường mía. Trong những năm qua, ơt 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 với các ngành có quan hệ chặt chẽ. 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 công nghiệp khác như sản xuất rượu, … Vì tính quan trọng của việc chế biến, vấn đề quan trọng được đặt ra là hiệu quả sản xuất nhằm đảm bảo thu hồi hiệu suất cao. Hiện nay, nước ta có nhiều nhà máy đường như Bình Dương, Quãng Ngãi, Tây Ninh, …nhưng với sự phát triển ồ ạt của diện tích mía khả 5 GVHD: MẠC XUÂN HÒA 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 bị cũ 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 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. 1.3. Nguyên liệu và sản phẩm của quá trình cô đặc mía đường 1.3.1. Nguyên liệu Nguyên liệu cô đặc ở dạng dung dịch gồm: ­ Dung môi: nước ­ Các chất hòa tan: gồm nhiều cấu tử với hàm lượng rất thấp và chiếm chủ yếu là đường saccharose. 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 1.3.2. Sản phẩm Sản phẩm ở dạng dung dịch, gồm: ­ Dung môi: nước. ­ Các chất hòa tan có nồng độ cao. 1.3.3. 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 đồi 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 6 GVHD: MẠC XUÂN HÒA ­ 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 hóa học ­ Thay đổi pH môi trường: thường là giảm pH do các phản ứng phân hủy amit của các cấu tử tạo thành các acid. ­ Đóng cặn bẩn: do trong dung dịch chứa một số muối Ca2+ ít hòa tan ở nồng độ cao, phân hủy muối hữu cơ tạo kết tủa. ­ Phân hủy chất cô đặc. ­ Tăng màu do caramel hóa 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. 1.3.4. Yêu cầu chất lượng sản phẩm ­ Thực hiện một chế độ hết sức nghiêm ngặt để: ­ Đạt nồng độ và độ tinh khiết yêu cầu ­ Thành phần hóa học chủ yếu không thay đổi. 1.4. Cô đặc và quá trình cô đặc 1.4.1. Định nghĩa Cô đặc là phương pháp dùng để nâng cao nồng độ các chất hòa tan trong dung dịch hau hay nhiều cấu tử. Quá trình cô đặc của dung dịch lỏng – rắn hay lỏng – lỏng có chênh 7 GVHD: MẠC XUÂN HÒA 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. 1.4.2. Mục đích của quá trình cô đặc ­ Làm tăng nồng độ của chất hòa tan trong dung dịch. ­ Tách chất rắn hòa tan ở dạng rắn (kết tinh). ­ Tách dung môi ở dạng nguyên chất (nước). Quá trình cô đặc được sử dụng rộng rãi trong thực tiễn công nghiệp sản xuất hóa chất, thực phẩm: Cô đặc đường trong nhà máy sản xuất đường, cô đặc xút trong các nhà máy sản xuất phèn nhôm, cô đặc các dịch trích ly từ các nguyên vật liệu trong tự nhiên: cà phê, hồi, … Quá trình cô đặc được tiến hành ở nhiệt độ sôi, tương ứng với mọi áp suất khác nhau (áp suất chân không, áp suất thường – hệ thống thiết bị để hở hay áp suất dư) Cô đặc ở áp suất chân không thì nhiệt sôi dung dich giảm do đó chi phí hơi đốt giảm. Cô đặc chân không dung để cô đặc các dung dịch có nhiệt độ sôi cao ở áp suất thường và dung dịch dễ bị phân hủy vì nhiệt hoặc có thể sinh ra phản ứng phụ không mong muốn (oxy hóa, đường hóa, nhựa hóa). Cô đặc áp suất cao hơn áp suất khí quyển thường dung cho các dung dịch không bị phân hủy ở nhiệt cao như các dung dịch muối vô cơ, để sử dụng hơi thứ cho quá trình cô đặc và các quá trình đun nóng khác. Cô đặc ở áp suất khí quyển thì hơi thứ không được sử dụng mà được thải ra ngoài không khí Trong hệ thống cô đặc nhiều nồi thì nồi đầu tiên thường được làm việc ở áp suất lớn hơn áp suất khí quyển, các nồi sau làm việc ở áp suất chân không. 8 GVHD: MẠC XUÂN HÒA 1.4.3. Các phương pháp cô đặc. Phương pháp nhiệt (đun nóng): 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 bề mặt thoáng chất lỏng. Phương pháp lạnh: khi hạ thấp nhiệt độ đến một mức nào đó thì một cấu tử sẽ tách ra dạng tinh thể 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 phải dùng đến máy lạnh. 1.4.4. Bản chất của sự cô đặc do nhiệt: Dựa theo thuyết động học phân tử: Để tạo thành hơi (trạng thái tự do) thì 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 phần tử đủ năng lượng thực hiện quá trình này. Bên cạnh đó, sự bay hơi 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 khi đun sơ bộ sẽ ngăn chặn được sự tạo bọt khi cô đặc. 1.4.5. Các thiết bị cô đặc nhiệt a) Phân loại và ứng dụng  Theo cấu tạo Nhóm 1: dung dịch đối lưu tự nhiên (tuần hoàn tự nhiên) dùng cô đặc dung dịch khá loãng, độ nhớt thấp, đảm bảo sự tuần hoàn dễ dàng qua bề mặt truyền nhiệt. Gồm: ­ Có buồng đốt trong (đồng trục buồng đốt), có thể có ống tuần hoàn trong mặt ngoài. ­ Có buồng đốt ngoài (không đồng trục buồng bốc) 9 GVHD: MẠC XUÂN HÒA Nhóm 2: dung dịch đối lưu cưỡng bức, dùng bơm để tạo vận tốc dung dịch từ 1,5 – 3,5 m/s tại bề mặt truyền nhiệt. Có ưu điểm: ­ Tăng cường hệ số truyền nhiệt ­ Dùng cho dung dịch đặc sệt, độ nhớt cao ­ Giảm bám cặn, kết tinh trên bề mặt truyền nhiệt 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, chảy một lần tránh tiếp xúc nhiệt lâu làm biến chất sản phẩm. Đặc biệt thích hợp cho các dung dịch thực phẩm như dung dịch nước trái cây, hoa quả ép, … 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.  Theo phương pháp thực hiện quá trình: ­ Cô đặc áp suất thường (thiết bị hở): có nhiệt độ sôi, áp suất không đổi. Thường dùng cô đặc dung dịch liên tục để giữ mức dung dịch cố định để đạt năng suất cực đại và thời gian cô đặc là ngắn nhất. Tuy nhiên, nồng độ dung dịch đạt được không cao. ­ Cô đặc áp suất chân không: dung dịch có nhiệt độ sôi dưới 100oC, áp suất chân không. Dung dịch tuần hoàn tốt, ít tạo cặn, sự bay hơi nước liên tục. ­ Cô đặc nhiều nồi: mục đích chính tiết kiệm hơi đốt. Số nồi không nên lớn quá vì sẽ giảm hiệu quả tiết kiệm hơi. Có thể cô chân không, cô áp lực hay phối hợp cả 10 GVHD: MẠC XUÂN HÒA hai phương pháp. Đặc biệt có thể sử dụng hơi thứ cho mục đích khác để nâng cao hiệu quả kinh tế. ­ Cô đặc liên tục: cho kết quả tốt hơn cô đặc gián đoạn. Có thể áp dụng điều khiển tự động, nhưng chưa có cảm biến tin cậy.  Hệ thống cô đặc gián đoạn 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 với oxy Ưu điểm: ­ Nhập liệu đơn giản: nhập liệu liên tục bằng bơm hoặc bằng độ chân không trong thiết bị, nhập liệu theo từng mẻ một. ­ Tránh phân hủy sản phẩm, thao tác, khống chế dễ dàng. ­ Có thể cô đặc dung dịch đến các nồng độ khác nhau theo phương pháp gián đoạn từng mẻ hoặc liên tục. Nhược điểm: ­ Làm việc ở trạng thái không ổn định, tính chất hóa lý của dung dịch thay đổi liên tục theo nồng độ, thời gian cô đặc. ­ Thiết bị phức tạp, có thiết bị ngưng tụ chân không. ­ Nhiệt độ hơi thứ thấp, không dùng được cho mục đích khác.  Các thiết bị và chi tiết trong cô đặc:  Thiết bị chính: ­ Ống tuần hoàn, ống truyền nhiệt. ­ Buồng đốt, buồng bốc, đáy, nắp, … ­ Ống: hơi đốt, tháo nước ngưng, khí không ngưng …  Thiết bị phụ: ­ Bể chứa sản phẩm, nguyên liệu. 11 GVHD: MẠC XUÂN HÒA ­ Các loại bơm: bơm dung dịch, bơm nước, bơm chân không. ­ Thiết bị ngưng tụ Baromet ­ Các loại van ­ Thiết bị đo  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 đơn giản, tự động hóa dễ dàng. CHƯƠNG 2: QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ 2.1. Sơ đồ quy trình 12 GVHD: MẠC XUÂN HÒA 1. Bể chứa nguyên liệu 6. Bể chứa nguyên liệu 2. Bơm nguyên liệu 7. Bể chứa nước ngưng 3. Nhiệt lượng kế 8. Thiết bị ngưng tụ baromet 4.Áp suất kế 9. Thiết bị phân ly 5. Nồi cô đặc 10. Bơm chân không 2.2. Nguyên lý hoạt động thiết bị cô đặc Nguyên liệu được nhập liệu vào nồi cô đặc sẽ trao đổi nhiệt với hơi thông qua buồng bốc. Tại đây, hơi nước được tách ra khỏi dung dịch, dung dịch đi theo ống tuần hoàn trung 13 GVHD: MẠC XUÂN HÒA tâm xuống đáy thiết bị và theo ống nhiệt trở lên trên. Quá trình trao đổi nhiệt được thực hiện chủ yếu trong ống truyền nhiệt. Sau nhiều lần như vậy, hơi nước tách khỏi dung dịch càng nhiều, nồng độ dung dịch càng tăng, độ nhớt dung dịch tăng. Do đó, tốc độ chuyển động dung dịch càng chậm lại về sau. Quá trình kết thúc khi dung dịch đã đạt được nồng độ theo yêu cầu. Tốc độ chuyển động tuần hoàn càng tăng thì hệ số cấp nhiệt về phía dung dịch càng tăng, quá trình bốc hơi xảy ra càng mạnh mẽ, nồng độ chất tan càng nhanh chóng đạt yêu cầu và ngược lại. Tuy nhiên sẽ hao phí năng lượng khuấy. Do đó, ta dùng biện pháp khác là tăng đường kính ống truyền nhiệt. 2.3. Nguyên lý hoạt động thiết bị truyền nhiệt và thiết bị ngưng tụ Baromet Hơi thứ ra khỏi thiết bị cô đặc sẽ được dẫn vào thiết bị truyền nhiệt đun nóng cho nguyên liệu đạt đến nhiệt độ sôi. Sau đó được dẫn vào ống vào phía dưới thiết bị ngưng tụ Baromet, nước sẽ được chảy từ trên xuống dưới theo các ngăn và phun thành tia. Hơi trao đổi nhiệt với nước sẽ ngưng tụ lại, theo ống Baromet chảy ra ngoài. 2.4. Hoạt động của hệ thống  Nhập liệu Nguyên liệu đường nhờ bơm nhập liệu đưa vào thiết bị truyền nhiệt ở nhiệt độ khoảng 25oC được đun nóng đến nhiệt độ cận sôi và đưa vào nồi cô đặc qua cửa nhập liệu. Ban đầu nhập đủ 1m3 thì tiến hành cô đặc, nguyên liệu vẫn tiếp tục nhập vào để bù lượng hơi thứ bốc lên cho đến khi đủ thể tích nguyên liệu cho một 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 nguyên liệu của mẻ sau.  Quá trình cô đặc gián đoạn 14 GVHD: MẠC XUÂN HÒA Sau khi đã nhập liệu đủ 1m3, quá trình cô đặc sẽ bắt đầu xảy ra dưới áp suất chân không do bơm chân không tạo ra. Hơi đốt theo ống dẫn đưa vào buồng đốt để gia nhiệt dung dịch với áp suất 2,1 at. Buồng đốt gồm nhiều ống nhỏ truyền nhiệt và một ống tuần hoàn trung tâm có đường kính lớn hơn. Dung dịch trong ống sẽ sôi và tuần hoàn theo ống tuần hoàn (do ống tuần hoàn có đường kính lớn hơn các ống truyền nhiệt nên dung dịch trong ống tuần hoàn sẽ sôi ít hơn trong ống truyền nhiệt, khi đó khối lượng riêng dung dịch trong ống tuần hoàn sẽ lớn hơn khối lượng riêng dung dịch trong ống truyền nhiệt vì vậy tạo áp lực đẩy dung dịch từ ống tuần hoàn sang các ống truyền nhiệt). Dung môi là nước bốc hơi và thoát ra ngoài qua ống dẫn hơi thứ sau khi qua buồng bốc và thiết bị tách giọt. Hơi thứ được dẫn qua thiết bị ngưng tụ baromet và được ngưng tụ bằng nước lạnh, sau khi ngưng tụ thành lỏng sẽ chảy ra ngoài bồn chứa. Phần không ngưng sẽ được dẫn qua thiết bị tách giọt để chỉ còn khí không ngưng được bơm chân không hút ra ngoài. Hơi đốt khi ngưng tụ chảy ra ngoài qua cửa tháo nước ngưng, qua bẫy hơi rồi được xả ra ngoài. Quá trình cứ tiếp tục đến khi đạt nồng độ 60% thì ngưng cấp hơi. Mở van thông áp, sau đó tháo sản phẩm ra bằng cách mở van tháo liệu.  Thao tác vận hành  Chuẩn bị ­ Kiểm tra điều kiện vận hành của thiết bị cung cấp hơi đốt, bơm chân không, bơm nước ở thiết bị ngưng tụ, bơm tháo liệu. ­ Kiểm tra độ kín của hệ thống. ­ Đóng các van. ­ Tắt bơm. ­ Vận hành ­ Kiểm tra điều kiện vận hành của thiết bị cung cấp hơi đốt, bơm chân không (khi lần đầu hoạt động). Nước trong ống Baromet từ từ dâng lên. Đợi cho tới khi quá trình ổn định. 15 GVHD: MẠC XUÂN HÒA ­ Khởi động bơm nhập liệu, mở van nhập liệu cho dung dịch chảy vào thiết bị cô đặc. Khi khối lượng dung dịch đạt yêu cầu thì điều chỉnh lưu lượng nhập liệu cho phù hợp. ­ Mở từ từ van hơi đốt. ­ Bơm nước vào thiết bị ngưng tụ ­ Theo dõi hoạt động của thiết bị và các dụng cụ đo nhiệt độ, áp suất, sẵn sàng ngưng hoạt động của hệ thống nếu có sự cố xảy ra. ­ Gần đến thời điểm tháo liệu, ta thử nồng độ mẫu để chuẩn bị dừng hơi đốt. ­ Ngưng cấp hơi đốt. ­ Dùng bơm để tháo sản phẩm qua ống tháo sản phẩm đến khi hết thì đóng van. ­ Chấm dứt một mẻ cô đặc. ­ Ta bắt đầu thao tác cho một mẻ mới. CHƯƠNG 3: TÍNH TOÁN CÂN BẰNG VẬT CHẤT VÀ NĂNG LƯỢNG 3.1. Dữ liệu ban đầu ­ Dung dịch đường mía ­ Nồng độ ban đầu xđ = 20%, nhiệt độ ban đầu của nguyên liệu là tđ = 25oC. ­ Nồng độ cuối xc = 60% ­ Năng suất nhập liệu Gđ = 1000 kg/h ­ Gia nhiệt bằng hơi nước bão hòa áp suất 2,1 at ­ Áp suất ngưng tụ: Pck = 0,75 at. Khối lượng riêng của dung dịch theo nồng độ Nồng độ, % Khối lượng riêng, kg/m3 20 35 45 60 1082,87 1153,31 1204,67 1288,73 16 GVHD: MẠC XUÂN HÒA