CHƯƠNG I: TỔNG QUAN 1. Tên đề tài Thiết kế hệ thống thiết bị cô đặc ba nồi cho dung dịch đường mía, năng suất thiết bị là 5200 kg/h tính theo nguyên liệu đầu vào. Nồng độ ban đầu 8% tới nồng độ cuối là 40% (theo khối lượng) Sử dụng loại nồi cô đặc liên tục, có ống tuần hoàn trung tâm Sử dụng hơi bão hòa làm nguồn cấp nhiệt 1. Tính chất nguyên liệu Thành phần chủ yếu trong nước mía là saccarozo Nước mía sau khi làm sạch có nồng độ chất khô khoảng 12-15%.
Cần cô đặc đến nồng độ khoảng 65% để đáp ứng nhu cầu nấu đường. Nồng độ không được quá loãng vì sẽ tốn thời gian nấu đường, cũng như không được quá đặc vì sẽ kết tinh đường trong ống Trong quá trình cô đặc cần khống chế nhiệt độ, rút ngắn thời gian lưu để tránh tổn thất đường do chuyển hóa và phân hủy. Nhiệt độ nóng chảy và phân hủy của saccarozo là 186C. Dung dịch ban đầu có độ nhớt khá nhỏ, ở 30C với nồng độ 10% thì độ nhất là 1.
Lựa chọn phương án thiết kế Có thể sử dụng cô đặc dung dịch bằng một nồi hay nhiều nồi, ở đề tài này, chúng ta chỉ xét hệ thống cô đặc nhiều nồi. Cô đặc nhiều nồi là quá trình sử dụng hơi thứ thay cho hơi đốt, do đó nó có ý nghĩa kinh tế cao về sử dụng nhiệt. Nguyên tắc của quá trình cô đặc nhiều nồi có thể tóm tắt như sau: Ở nồi thứ nhất, dung dịch được đun nóng bằng hơi đốt, hơi thứ của nồi này đưa vào nồi thứ hai, hơi thứ nồi thứ hai đưa vào nồi thứ ba… hơi thứ cuối cùng đi vào thiết bị ngưng tụ. Còn dung dịch đi vào lần lượt từ nồi này sang nồi kia, qua mỗi nồi đều bốc hơi một phần, nồng độ tăng dần lên.
Điều kiện 2 cần thiết để truyền nhiệt trong các nồi là phải có chênh lệch nhiệt độ giữa hơi đốt và dung dịch sôi, hay nói cách khác là chênh lệch áp suất giữa hơi đốt và hơi thứ trong các nồi, nghĩa là áp suất làm việc trong mỗi nồi phải giảm dần vì hơi thứ của nồi trước là hơi đốt của nồi sau. Thông thường nồi đầu làm việc ở áp suất dư, còn nồi cuối làm việc ở áp suất thấp hơn áp suất khí quyển. Qúa trình cô đặc 1. Định nghĩa quá trình cô đặc Cô đặc là quá trình làm bay hơi một phần dung môi của dung dịch chứa chất tan không bay hơi với mục đích: Làm tăng nồng độ chất tan.
Tách chất rắn hòa tan ở dạng tinh thể (kết tinh). Thu dung môi ở dạng nguyên chất (cất nước). 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 thì một cấu từ 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 thiết bị làm lạnh. Bản chất của quá trình cô đặc 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 lông và trở lực bên ngoài. Do đó, ta cần cung cấp nhiệt để các phân tử đủ năng lượng thực hiện quá trình này.
3 Bên cạnh đó, sự bay hơi chủ yếu 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 nội có đặc. Ứng dụng của cô đặc Ứng dụng trong sản xuất hóa chất, thực phẩm, dược phẩm. Mục đích để đạt được nồng độ dung dịch theo yêu cầu, hoặc đưa dung tinh. dịch đến trạng thái quá bão hòa để kết Sản xuất thực phẩm: đường, mì chính, các dung dịch nước trái cây.
Sản xuất hóa chất: NaOH, NaCl, Cach, các muối vô cơ. Thiết bị cô đặc 1. Phân loại và ứng dụng 1. Theo cấu tạo và tính chất của đối tượng cô đặc 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 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 chodung dịch đặc sệt, độ nhớt cao, giảm bám cặn, kết tinh trên bề mặt truyền nhiệt. Nhóm 3: dung dịch chảy thành màng mỏng, chảy một lần tránh tiếp xúc nhiệt lâu làm biến chất sản phẩm. Thích hợp cho các dung dịch thực phẩm như nước trái cây, hoa 1. Theo phương pháp thực hiện Cô đặc áp suất thường (thiết bị hở): có nhiệt độ sôi, áp suất không đối.
Thường dùng cô đặc dung dịch liên tục để giữ mức dung dịch cố định, đạt năng suất cực đại và thời gian cô đặc là ngắn nhất. Tuy nhiên, nồng độ dung dịch đạt được là không cao. Cô đặc áp suất chân không: Dung dịch có nhiệt độ sôi thấp hơn do có áp suất chân không. Dung dịch tuần hoàn tốt, ít tạo căn, sự bay hơi nước liên tục.
4 Cô đặc nhiều nồi: Mục đích chính là tiết kiệm hơi dẹt. Sẽ nói không liên lớn quá vì sẽ làm giảm hiệu quả tiết kiệm hơi so với chi phí bỏ ra. Có thể cô đặc chân không, có đặc áp lực hay phối hợp cả 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 tự động hóa. Thiết bị chính và thiết bị phụ 1. Thiết bị chính Ống tuần hoàn, ống truyền nhiệt Buồng đốt, buông bốc, đáy, nắp. Thiết bị phụ Bể chứa sản phẩm, nguyên liệu Các loại bơm: bơm dung dịch, bơm nước, bơm chân không Thiết bị gia nhiệt Thiết bị ngưng tụ Baromet, Thiết bị đo và điều chỉnh 5 CHƯƠNG II: QUY TRÌNH 2.
Thuyết mình quy trình Nguyên liệu đầu tiên là dung dịch đường mía. Dung dịch từ bể chứa nguyên liệu được bơm lên bồn cao vị để ổn định lưu lượng sau đó vào thiết bị gia nhiệt thông qua lưu lượng kế và được gia nhiệt đến nhiệt độ sôi. Thiết bị gia nhiệt có thân hình trụ đặt đứng, bên trong gồm nhiều ống nhỏ, được bố trí theo đỉnh hình tam giác đều. Các đầu ống được giữ chặt trên vỉ ống và vỉ ống được hàn dính vào thân.
Hơi nước bão hòa đi bên ngoài ống (phía vỏ). Dung dịch được đưa vào thiết bị, đi bên trong ống từ dưới lên. Hơi nước bão hòa sẽ ngưng tụ trên các bề mặt ngoài của ống và cấp nhiệt cho dung dịch nâng nhiệt độ của dung dịch đến nhiệt độ sôi. Dung dịch sau khi được gia nhiệt sẽ được đưa vào thiết bị cô đặc thực hiện quá trình bốc hơi.
Hơi ngưng tụ theo ống dẫn nước ngưng qua bẫy hơi chảy ra bên ngoài. Dung dịch sau nồi 1 tiếp tục qua nồi 2, hơi từ nồi 1 dẫn qua nồi 2 để tiếp tục gia nhiệt, tương tự như vậy khi qua nồi 3. Nguyên lý làm việc của nồi cô đặc: buồng đốt là thiết bị trao đổi nhiệt dạng ống chùm đặt thẳng đứng. Dung dịch được nhập vào cửa bên dưới, gần vị trí nối ống tuần hoàn và buồng đốt, sau đó dung dịch đi trong ống truyền nhiệt, hơi đốt được cấp vào phía trên của buồng đốt sẽ đi trong khoảng không phía ngoài ống.
Hơi đốt sẽ ngưng tụ bên ngoài ống và sẽ nhả nhiệt, truyền nhiệt cho dung dịch chuyển động bên trong ống. Dung dịch đi trong ống từ dưới lên và sẽ nhận nhiệt do hơi đốt ngưng tụ cung cấp và sẽ sôi rồi tràn vào buồng bốc hơi. Hơi ngưng tụ theo ống dẫn nước ngưng qua bẫy hơi chảy ra ngoài. Phần phía ngoài là buồng bốc để tách hỗn hợp lỏng hơi thành hai dòng dựa theo sự khác nhau về khối lượng riêng, sản phẩm cần thu nhận có khối lượng riêng lớn hơn sẽ rơi xuống đáy buồng bốc và đi xuống theo ống tuần hoàn.
Khi đó, một phần dung dịch sẽ được đưa ra ngoài theo ống lấy sản phẩm, một phần sẽ được tuần hoàn lại, dòng hơi thứ đi lên phía trên buồng bốc đến bộ phận tách giọt để tách những giọt lỏng ra khỏi hơi thứ. 6 Dung dịch sau khi cô đặc được bơm ra ngoài theo ống tháo sản phẩm nhờ bơm ly tâm, vào bể chứa sản phẩm. Hơi thứ và khí không ngưng đi ra phía trên của thiết bị cô đặc 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 dẫn vào cuối thiết bị. Dòng hơi thứ đi lên gặp nước giải nhiệt, nó sẽ ngưng tụ thành lỏng chảy ra ngoài bồn chứa, khí không ngưng tiếp tục đi lên trên và được dẫn qua bộ phận tách giọt để chỉ còn khí không ngưng được bơm chân không hút ra ngoài. Khí ngưng tụ chuyển thành hơi 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.
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. Bình tách giọt là một vách ngăn, có nhiệm vụ là tách những giọt lỏng bị lôi cuốn theo dòng khí không ngưng để đưa về bồn chứa nước ngưng, còn khí không ngưng sẽ được bơm chân không hút ra ngoài. 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, làm cho áp suất của thiết bị ngưng tụ tăng lên, có thể làm cho nước chảy ngược lại sang nồi cô đặc. 7 CHƯƠNG III: CÂN BẰNG VẬT CHẤT VÀ NĂNG LƯỢNG 3.