Sơ lược về ngành mía đường. Tính chất nguyên liệu, sản phẩm. Tính chất vật lý. Tính chất hóa học.
Quá trình cô đặc. Các phương pháp cô đặc. Bản chất của sự cô đặc do nhiệt. Ứng dụng quá trình cô đặc.
Thiết bị cô đặc. Phân loại và ứng dụng. Các thiết bị và chi tiết trong hệ thống cô đặc đường mía hai nồi xuôi chiều liên tục. QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ.
Cơ sở lựa chọn quy trình công nghệ. Sơ đồ quy trình công nghệ. Thuyết minh sơ đồ quy trình công nghệ. CÂN BẰNG VẬT CHẤT VÀ NĂNG LƯỢNG.
Dữ kiện đầu bài. Cân bằng vật chất. Cân bằng năng lượng. Xác định nhiệt độ và áp suất.
Các tổn thất nhiệt độ. Cân bằng nhiệt lượng. TÍNH TOÁN TRUYỀN NHIỆT. Nhiệt lượng do hơi đốt cung cấp.
Tính hệ số truyền nhiệt của mỗi nồi. Diện tích bề mặt truyền nhiệt F. TÍNH TOÁN THIẾT BỊ CÔ ĐẶC. Tính thông số buồng bốc.
Tính thông số buồng đốt. Tính kích thước các ống dẫn. TÍNH CƠ KHÍ CHO CÁC CHI TIẾT CỦA THIẾT BỊ CÔ ĐẶC. Bề dày thân buồng đốt.
Bề dày thân buồng bốc. Bề dày cho nắp và đáy thiết bị. Tính vỉ ống. Tính mặt bích.
Khối lượng thiết bị:. Khối lượng dung dịch. Tính toán tai treo. TÍNH TOÁN THIẾT BỊ PHỤ.
Thiết bị ngưng tụ baromet. Lượng nước tưới vào thiết bị ngưng tụ. Thể tích không khí và khí không ngưng được hút ra khỏi thiết bị ngưng tụ. Các kích thước chủ yếu của thiết bị ngưng tụ Baromet.
Thiết bị gia nhiệt dòng nhập liệu. Tính hệ số cấp nhiệt phía hơi ngưng tụ. Nhiệt tải riêng của vách ống truyền nhiệt. Hệ số cấp nhiệt phía chất lỏng sôi.
Hệ số truyền nhiệt tổng quát và diện tích bề mặt truyền nhiệt. Số ống truyền nhiệt và đường kính trong thiết bị. Bồn cao vị. Bơm đưa nước vào thiết bị ngưng tụ.
Bơm đưa dung dịch nhập liệu lên bồn cao vị. 73 TÀI LIỆU THAM KHẢO. Nhiệm vụ đồ án Thiết kế hệ thống cô đặc dung dịch đường mía hai nồi xuôi chiều với yêu cầu công nghệ như sau: Năng suất theo sản phẩm: 2 m3/h Nồng độ đầu: 15% Nồng độ cuối: 60% Áp suất chân không của thiết bị ngưng tụ baromet: 0.75 at Gia nhiệt bằng hơi nước bão hòa với áp suất hơi đốt: 3 at. Sơ lược về ngành mía đường Đường được coi là sản phẩm thiết yếu trong đời sống của con người, là thành phần chính tạo ra các sản phẩm như bánh kẹo, nước giải khát và gia vị.
Ngoài ra, phế phẩm của ngành đường cũng được sử dụng như mùn để sản xuất phân bón và cây mía còn được dùng làm nguyên liệu để sản xuất ethanol. Ngành sản xuất đường mía tại Việt Nam đã có từ lâu đời, từ khi người dân chúng ta biết làm nên mật mía từ cây mía, nhưng ngành công nghiệp mía đường tại Việt Nam chỉ mới bắt đầu phát triển vào đầu những năm 1990, vẫn còn rất non trẻ và khá lạc hậu. Cho đến giai đoạn hiện nay ngành mía đường tại Việt Nam vẫn chưa phát triển mạnh để có thể trở thành ngành công nghiệp chủ lực của nền kinh tế. Tính chất nguyên liệu, sản phẩm Thành phần chủ yếu của dung dịch đường mía là nước chiếm tỷ lệ 70 - 85% và saccharose khoảng 10 - 15%.
Saccharose là thành phần quan trọng nhất - sản phẩm cuối cùng của quá trình sản xuất đường. Saccharose với công thức phân tử là C12H22O11, được cấu tạo từ hai loại đường đơn là glucose và fructose. Khối lượng phân từ của saccharose vào khoảng 342 đvC. Tính chất vật lý Saccharose tồn tại ở dạng tinh thể rắn, trong suốt, không màu, không mùi, vị ngọt.
Điểm nóng chảy: 186 - 188 ℃. Nhiệt dung riêng: 0. Độ hòa tan trong nước: 204g/100g (20℃) Độ nhớt dung dịch tăng theo nồng độ, giảm theo chiều tăng nhiệt độ. Saccharose ít tan trong rượu, tan tốt trong nước.
Nước càng nóng, độ tan của saccharose càng tăng. Tính chất hóa học Dưới tác dụng xúc tác của acid, saccharose bị thủy phân thành glucose và fructose - quá trình chuyển hóa đường. Tốc độ chuyển hóa phụ thuộc vào các yếu tố: Nhiệt độ và pH của dung dịch: nhiệt độ càng cao, pH càng thấp thì tốc độ chuyển hóa đường tăng nhanh chóng. Thời gian: thời gian càng lâu thì tạo thành đường chuyển hóa càng nhiều, vì vậy ảnh hưởng không tốt đến sản xuất đường và làm tổn thất đường, gây khó khăn cho quá trình kết tinh đường.
Dưới tác dụng của kiềm, saccharose có tính chất như acid yếu: Trong môi trường kiềm ở nhiệt độ cao hoặc kiềm đậm đặc saccharose bị thủy phân thành aldehyde, acetone, acid hữu cơ và tạp chất có màu vàng nâu. Môi trường có pH càng lớn thì saccharose bị phân hủy càng nhiều. Dưới tác dụng của kim loại kiềm thổ, dung dịch đường biến thành sacarat gây ảnh hưởng xấu đến quá trình sản xuất, do làm tăng tổn thất đường và độ nhớt dung dịch. 4 Dưới tác dụng của nhiệt độ (nhiệt độ trên 200℃) saccharose mất nước tạo thành các chất caramen có màu từ vàng tới nâu đen.
Phản ứng này làm tăng độ màu của dung dịch đường non, đường thành phẩm, màu này rất khó loại bỏ. Quá trình cô đặc 1. Định nghĩa Cô đặc là phương pháp dùng để nâng cao nồng độ các chất hòa tan trong dung dịch hai 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. 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 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 thiết bị làm lạnh.
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 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.
Ứng dụng quá trình cô đặc 5 Quá trình cô đặc được ứng dụng rộng rãi trong sản xuất hóa chất, thực phẩm, dược phẩm. Mục đích là để đạt được nồng độ dung dịch theo yêu cầu, hoặc đưa dung dịch đến trạng thái quá bão hòa để kết tinh. Sản xuất thực phẩm: đường, mì chính, các dung dịch nước trái cây… Sản xuất hóa chất: NaOH, NaCl, CaCl2, các muối vô cơ… 1. Thiết bị cô đặc 1.
Phân loại và ứng dụng Theo 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. Với ưu điểm là giúp tăng cường hệ số truyền nhiệt, dùng cho dung dịch đặc sệt, độ nhớt cao, giảm bám cặn và 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 quả ép… 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, đạt năng suất cực đại và thời gian cô đặc là ngắn nhất. Tuy nhiên, nồng độ dung dịch sau cô đặc 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 cặn và có sự bay hơi nước liên tục. Cô đặc nhiều nồi: với mục đích chính là tiết kiệm hơi đốt. Số nồi không nên lớn quá vì sẽ làm giảm hiệu quả tiết kiệm hơi so với chi phí bỏ ra. Có thể cô đặc chân không, cô 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. 6 Cô đặc liên tục: cho kết quả tốt hơn so với cô đặc gián đoạn, có thể tự động hóa. Tùy theo điều kiện kỹ thuật, tính chất dung dịch cô đặc để lựa chọn loại thiết bị phù hợp. Các thiết bị và chi tiết trong hệ thống cô đặc đường mía hai nồi xuôi chiều liên tục Thiết bị chính: Ống tuần hoàn, ống truyền nhiệt Buồng đốt, buồng bốc, đáy, nắp… Thiết bị phụ: Bể chứa (nguyên liệu, sản phẩm…) Bơm (bơm dung dịch, bơm nước, bơm chân không) Thiết bị gia nhiệt dòng nhập liệu Thiết bị ngưng tụ baromet Thiết bị đo và điều nhiệt (áp suất…) Thiết bị ống tuần hoàn trung tâm gồm: Phòng đốt Ống truyền nhiệt Ống tuần hoàn Nguyên lý hoạt động: dung dịch ở phòng đốt đi trong ống còn hơi đốt đi vào khoảng trống phía ngoài ống.
Khi làm việc, dung dịch ở trong ống truyền nhiệt sôi tạo thành hỗn hợp hơi - lỏng có khối lượng riêng giảm đi và bị đẩy từ dưới lên trên miệng ống, còn trong ống tuần hoàn thể tích của dung dịch trên một đơn vị bề mặt truyền nhiệt lớn hơn so với ống truyền nhiệt, do đó lượng hơi tạo ra trong ống ít hơn, cũng vì vậy mà khối lượng riêng hỗn hợp hơi - lỏng ở đây lớn hơn trong ống truyền nhiệt, sẽ bị đẩy xuống dưới.