Tải bản đầy đủ

Tiểu luận Thiết kế hệ thống cô đặc hai nồi xuôi chiều cho nước mía

LỜI MỞ ĐẦU
Ngày nay sự phát triển của công nghệ thực phẩm ngày càng mạnh. Nhu cầu sử dụng các
loại hợp chất tinh khiết và có nồng độ theo ý muốn là không thể thiếu. Vì vậy truyền
nhiệt ngày càng chứng tỏ là lĩnh vực đóng vai trò quan trọng, không thể thiếu trong hầu
hết các quá trình thực phẩm. Trong đó quá trình cô đặc có vai trò đặc biệt quan trọng. Ví
dụ như quá trình cô đặc đường để tạo độ ngọt thích hợp. Với tốc độ phát triển khoa học
công nghệ nhanh chóng như hiện nay, cô đặc càng tỏ ra là quá trình không thể thiếu trong
ngành công nghệ thực phẩm.
Nắm bắt được những nhu cầu cần thiết trong quá trình chế biến thực phẩm cũng như kiến
thức của một số môn học khác có liên quan: truyền nhiệt, truyền khối. Đề tài tính toán
thiết kế hệ thống cô đặc 2 nồi xuôi chiều sẽ góp một phần nhỏ để giúp các sinh viên
ngành công nghệ thực phẩm hình dung một cách rõ ràng và chi tiết hơn về các thiết bị sử
dụng trong lĩnh vực thực phẩm.
Trong đồ án này, nhóm em có nhiệm vụ thiết kế hệ thống cô đặc nước mía với năng suất
đầu vào của thiết bị là 1000kg/mẻ nước mía.
Đây cũng là những bước đi đầu tiên để thực hiện một công việc hết sức mới mẽ nên có
thể có rất nhiều sai sót. Nhưng sự xem xét và đánh giá khách quan của các thầy cô sẽ là
nguồn động viên và khích lệ đối với chúng em, để những lần thiết kế sau được thực hiện
tốt đẹp hơn, hoàn thiện hơn. Chúng em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến cô Th.s Lê
Nguyễn Tường Vi và các thầy cô khoa Sinh học ứng dụng trường Đại học Tây Đô đã tận
tình giúp đỡ và hướng dẫn chúng em trong suốt quá trình thiết kế.

Chúng em xin chân thành cảm ơn!


DANH SÁCH BẢNG

QUY ƯỚC KÝ HIỆU
Để đơn giản trong việc chú thích tài liệu, quy ước ký hiệu như sau:
- [1 – x] – Sổ tay quá trình và thiết bị Công nghệ hóa chất, tập 1. Nhà xuất bản
Khoa học và Kỹ thuật
- [2 – x] – Sổ tay quá trình và thiết bị Công nghệ hóa chất, tập 2. Nhà xuất bản
Khoa học và Kỹ thuật
- [A – x] – Sổ tay thiết kế thiết bị hóa chất và chế biến thực phẩm đa dụng, T.S Phan
Văn Thơm.
- [5 – x] – Các quá trình và thiết bị trong Công nghệ hóa chất và thực phẩm, tập 5 –
Các quá trình và thiết bị truyền nhiệt, chịu trách nhiệm xuất bản PGS.TS Tô Đăng Hải.
Với:

x: số trang


CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN NGUYÊN LIỆU
I. SƠ LƯỢC CHUNG VỀ NGUYÊN LIỆU
1.1. Giới thiệu
Mía là tên gọi chung của một số loài trong chi Mía (Saccharum), bên cạnh các loài
lau, lách. Chúng là các loại cỏ sống lâu năm, thuộc tông Andropogoneae của họ Hòa
thảo (Poaceae), bản địa khu vực nhiệt đới và ôn đới ấm của Cựu thế giới. Chúng có
thân to mập, chia đốt, chứa nhiều đường, cao từ 2-6 m. Tất cả các dạng mía đường
được trồng ngày nay đều là các dạng lai ghép nội chi phức tạp. Chúng được trồng để
thu hoạch nhằm sản xuất đường.
Một số loài mía






Saccharum barberi: Mía
Saccharum bengalense: Mía Bengal
Saccharum edule : Mía
Saccharum officinarum: Mía (loài này có được trồng tại Việt Nam)

Saccharum sinense: Mía lau
Cây mía bao gồm các bộ phận (hay các tổ chức) chính là: rễ, thân, lá, hoa và hạt. Mỗi
bộ phận của cây mía đều có những chức năng riêng. Đối với sản xuất, chế biến, thân
mía là đối tượng chủ yếu, là sản phẩm thu hoạch.


Hình 5. Hình thái cây mía

Đường là một hợp chất ở dạng tinh thể, có thể ăn được. Các loại đường chính là sucrose,
lactose, và fructose. Vị giác của con người xem vị của nó là ngọt. Đường là một loại thức
ăn cơ bản chứa carbonhydrate lấy từ đường mía hoặc củ cải đường, nhưng nó cũng có
trong trái cây, mật ong và trong nhiều nguồn khác nhau. Con người sử dụng đường đã
khá lâu, ban đầu con người khai thác mía để lấy chất ngọt. Người Ấn Độ khám phá ra
cách tạo tinh thể đường khoảng vào triều đại Gupta năm 350, trong cuộc cách mạng nông
nghiệp hồi giáo, các công ty Ả rập đã thực hiện kỹ thuật sản xuất đường của Ấn Độ và


sau đó điều chỉnh và biến nó thành một ngành công nghiệp lớn. Ả rập đã thành lập nhà
máy đường và đồn điền lớn nhất đầu tiên. Việc sử dụng đường và sản xuất đường đã trờ
nên phổ biến trên khắp thế giới bắt đầu từ Châu Á sang Châu Phi, Châu Âu và dần đến
Châu Mỹ. Người ta sử dụng đường như một gia vị tạo mùi cho thức ăn khi chế biến như
kẹo, mứt, các món tráng miệng và nhiều ứng dụng khác nữa. Ở nước ta việc sản xuất
đường đã diễn ra khá lâu, ngành công nghiệp đường đã phát triển không ngừng từ việc
tăng diện tích trồng mía đến việc tăng các nhà máy sản xuất đường, nhưng việc sản xuất
đường vẫn ở qui mô nhỏ và thiết bị chưa tiên tiến nên việc cải tiến sản xuất và nâng cao,
mở rộng nhà máy, đổi mới dây chuyền thiết bị công nghiệp, tăng hiệu quả các quá trình là
hết sức cần thiết. Trong đó, cải tiến thiết bị cô đặc là khá quan trọng. Ngày nay một nhà
máy sản xuất đường cỡ lớn khoảng 1500 tấn một ngày cần một nguồn nhân lực thường
xuyên khoảng 150 người để sản xuất liên tục 24 giờ.
1.2. Đặc điểm sinh trưởng
1.2.1. Nhiệt độ
Mía là loại cây nhiệt đới nên đòi hỏi điều kiện độ ẩm rất cao. Nhiệt độ bình quân thích
hợp cho sự sinh trưởng của cây mía là 15-26⁰C. Giống mía nhiệt đới sinh trưởng chậm
khi nhiệt độ dưới 21⁰C và ngừng sinh trưởng khi nhiệt độ 13 ⁰C và dưới 5 ⁰C thì cây sẽ
chết. Những giống mía á nhiệt đới tuy chịu rét tốt hơn nhưng nhiệt độ thích hợp cũng
giống như mía nhiệt đới.
Thời kì nảy mầm mía cần nhiệt độ trên 15⁰C tốt nhất là từ 26-33⁰C. Mía nảy mầm kém ở
nhiệt độ dưới 15⁰C và trên 40⁰C. Từ 28-35⁰C là nhiệt độ thích hợp cho mía vươn cao. Sự
dao động biên độ nhiệt giữa ngày và đêm liên quan tới tỉ lệ đường trong mía. Giới hạn
nhiệt độ thích hợp cho thời kì mía chin từ 15-20⁰C. Vì vậy tỉ lệ đường trong mía thường
đạt ở mức cao nhất cho các vùng có khí hậu lục địa và vùng cao.
1.2.2. Ánh sáng
Mía là cây nhạy cảm với ánh sáng và đòi hỏi cao về ánh sáng. Thiếu ánh sáng, mía phát
triển không tốt, hàm lượng đường thấp. Mía cần thời gian tối thiểu là 1200 giờ tốt nhất là
trên 2000 giờ. Quang hợp của cây mía tỉ lệ thuận với cường độ và độ dài chiếu sáng.
Thiếu ánh sáng cây hút phân kém do đó phân đạm, lân, kali chỉ hiệu quả khi ánh sáng đầy
đủ. Vì vậy ở vùng nhiệt đới và á nhiệt đới mía vươn cao mạnh nhất khi bắt đầu vào mùa
hè có độ dài ngày tăng lên. Chính vì vậy, nó là nhân tố quan trọng quyết định năng suất
và sản lượng mía.
1.2.3. Độ ẩm
Mía là cây cần nhiều nước nhưng lại sợ úng nước. Mía có thể phát triển tốt ở những vùng
có lượng mưa từ 1500mm/năm. Giai đoạn sinh trưởng mía yêu cầu lượng mưa từ 100170mm/tháng. Khi chín cần khô ráo, mía thu hoạch sau một thời gian khô ráo khoảng 2
tháng sẽ cho tỉ lệ đường cao. Bởi vậy các nước nằm trong vùng khô hạn nhưng vẫn trồng


mía tốt còn những nơi mưa nhiều và phân bố đều trong năm thì việc trồng mía không
hiệu quả.
Gió bão làm cây đổ dẫn đến làm giảm năng suất, giảm phẩm chất của cây. Chính vì vậy
gió cũng là dấu hiệu quan trọng trong công tác dự báo lên kế hoạch và chế biến làm sao
tốn ít chi phí mà giá trị sản xuất cũng như phẩm chất của mía nguyên liệu vẫn cao.
1.2.4. Độ cao
Độ cao có liên quan đến cường độ chiếu sáng cũng như mức chênh lệch nhiệt độ giữa
ngày và đêm, do đó ảnh hưởng đến khả năng tích tụ đường trong mía, điều đó ảnh hưởng
đến hoạt động của các khâu trong quy trình chế biến. Giới hạn về độ cao cho cây mía
sinh trưởng và phát triển ở vùng xích đạo là 1600m, ở vùng nhiệt đới là 700-800 m...
1.2.5. Đất trồng
Mía là loại cây công nghiệp khoẻ, dễ tính, không kén đất, vậy có thể trồng mía trên nhiều
loại đất khác nhau, từ 70% sét đến 70% cát. Đất thích hợp nhất cho mía là những loại đất
xốp, tầng canh tác sâu, có độ phì cao, giữ ẩm tốt và dễ thoát nước. Có thể trồng mía có
kết quả trên cả những nơi đất sét rất nặng cũng như trên đất than bùn, đất hoàn toàn cát,
đất chua mặn, đất đồi, khô hạn ít màu mỡ. Yêu cầu tối thiểu với đất trồng là có độ sâu, độ
thoáng nhất định, độ pH không vượt quá giới hạn từ 4-9, độ pH thích hợp là 5,5-7,5. Độ
dốc địa hình không vượt quá 15(C, đất không ngập úng thường xuyên. Những vùng đất
đai bằng phẳng cơ giới vận tải tương đối thuận lợi đều có thể bố trí trồng mía. Ngoài ra
người ta có thể canh tác mía ở cả những vùng gò đồi có độ dốc không lớn lắm ở vùng
trung du miền núi. Tuy nhiên ở những vùng địa bàn này cần bố trí các rãnh mía theo các
đường đồng mức để tránh sói mòn đất. Ngành trồng mía chỉ có thể cho hiệu quả kinh tế
cao khi hình thành những vùng chuyên canh có quy mô lớn.
1.3. Phân bố
Đất nước Việt Nam nằm gọn trong khu vực nội chí tuyến, phía Bắc 23°22B (Đồng Văn),
phía Nam 8°30B (Cà Mau), trong vùng phân bố mía đường của thế giới.
Khoảng 250 năm trước Công Nguyên, người Âu Lạc đã biết trồng mía lấy mật, nấu
đường. Nghề trồng mía nấu đường theo chân dân tộc Việt Nam xưa phát triển từ vùng núi
trung du xuống đồng bằng sông Hồng vào đàng trong Nam Ngãi, Bình Phú cho đến đồng
bằng sông Cửu Long. Tùy theo điều kiện địa lợi, nhân hòa mà hình thành những vùng
mía lớn, nhỏ, rải rác như ở Phúc Hòa (Cao Bằng) với đường thẻ, Vĩnh Trụ (Hà Nam) lưu
vực sông Hồng với mật trầm, đường tán; rồi đến đàng trong thời Trịnh - Nguyễn phân
tranh ở Quảng Ngãi, lưu vực sông Trà Khúc với đường phèn, đường phổi nổi tiếng, hay
Bình Định, Phú Yên lưu vực sông Côn, sông Ba với đường muỗn, đường bông, đến Biên
Hòa trên sông Đồng Nai, Bến Tre xuống Đồng bằng sông Cửu Long.
Cho đến thế kỷ 19 nghề mía đường Việt Nam xem như một nghề phụ bên cạnh nghề
trồng lúa. Trồng mía trên đất sỏi, đất bãi không trồng lúa được, ép che thủ công, trâu bò
kéo, công suất ép 1 - 1,5 tấn mía ngày, ép mía nấu đường vào vụ Đông Xuân ở miền Bắc
và Nam bộ; xuân hè ở miền Trung. Mỗi vụ ép khoảng 100 ngày. Mỗi lò che chỉ cần 3 - 4


ha mía (năng suất 35 - 45 tấn/ha), tương đương với diện tích đất trồng mía của mười hộ
nông dân trong thôn, làng. Phổ biến là sản xuất tư liệu có đường ăn vào trung thu, ngày
tết. Ở miền Trung có một phần xuất bán cho thương buôn nước ngoài ở cửa Hội An.
Cuối thế kỷ 19, đầu thế kỷ 20, bắt đầu cơ khí hóa nghề chế biến đường, ngoài che thủ
công cơ khí, đã xây dựng một vài nhà máy đường 350 – 500 TMN. Với công suất 500
TMN, năng suất mía khoảng 50 tấn/ha, cần vùng mía có diện tích rộng 1.500 ha mía thu
hoạch, kể cả 1/3 diện tích đất luân canh là 2.000 ha.
Nhà máy đường lớn dần từ 1.000 - 4.000 TMN thì vùng mía càng lớn:
- Vùng có tiềm năng mía đường tốt: Duyên hải Nam Trung bộ, Gia Lai, Miền Đông Nam
bộ.
- Vùng tiềm năng trung bình: Thanh Hóa, Kon Tum, Đắk Lắk, phía Bắc Đồng bằng sông
Cửu Long.
- Vùng tiềm năng kém: Trung du Bắc bộ, Duyên hải Bắc Trung bộ, phía Nam Đồng bằng
sông Cửu Long.
1.4. Giá trị kinh tế
Mía là nguồn nguyên liệu liệu chính của ngành công nghiệp chế biến đường. Đường mía
hiện chiếm trên 60% tổng sản lượng đường thô của toàn thế giới. Mía là loại cây có nhiều
chất dưỡng chất như đạm, canxi, khoáng, sắt, nhiều nhất là đường, giúp con người thanh
nhiệt, giải khát, xóa tan mệt mỏi, trợ giúp tiêu hóa và cung cấp năng lượng cho cơ bắp
hoạt động. Đường giữ một vai trò rất quan trọng trong khầu phần ăn hàng ngày của con
người, là nhu cầu không thể thiếu trong đời sống xã hộị.
So sánh với một số cây công nghiệp khác, cây mía là cây trồng có nhiều ưu điểm:
- Xét về mặt công nghiệp: Mía là cây đa dụng, ngoài sản phẩm chính là đường, cây mía
còn là nguyên liệu hoặc trực tiếp hoặc gián tiếp của nhiều ngành công nghiệp nghiệp như
rượu, giấy, ván ép, dược phẩm, điện từ bã mía; thức ăn chăn nuôi, phân bón từ lá, ngọn
mía, bùn lọc và tro lò; rỉ đường được dùng làm nguyên liệu trong công nghiệp để sản
xuất nhiên liệu sinh học, rượu, dung môi aceton, butanol, nấm men, axit citric, lactic,
aconitic và glycerin, … Các sản phẩm phụ của mía đường nếu được khai thác triệt để, giá
trị còn có thể gấp 3 - 4 lần chính phẩm (đường).
Bã mía chiếm 25 - 30% trọng lượng mía đem ép. Trong bã mía chứa trung bình 49% là
nước, 48% là xơ (trong đó chứa 45 - 55% cellulose), 2.5% là chất hòa tan (đường). Bã
mía có thể dùng làm nguyên liệu đốt lò, hoặc làm bột giấy, ép thành viên bán dùng trong
kiến trúc, cao hơn là làm ra Furfural là nguyên liệu cho ngành sợi tổng hợp. Trong tương
lai khi mà rừng ngày càng giảm nguồn nguyên liệu làm bột giấy, làm sợi từ cây rừng
giảm đi thì mía là nguyên liệu quan trọng để thay thế.
Mật rỉ chiếm 3 - 5% trọng lượng đem ép. Thành phần mật rỉ trung bình chứa 20% nước,
đường saccharose 35%, đường khử 20%, tro 15%, protein 5%, sáp 1%, bột 4% trọng
lượng riêng. Từ mật rỉ cho lên men chưng cất rượu rum, sản xuất men các loại. Một tấn


mật rỉ cho một tấn men khô hoặc các loại axit axetic, hoặc có thể sản xuất được 300 lít
tinh dầu và 3800 lít rượu.
Bùn lọc chiếm 1.5 - 3% trọng lượng mía đem ép. Đây là sản phẩm cặn bã còn lại sau khi
chế biến đường. Trong bùn lọc chứa 0.5% nitơ, 3% protein thô và một lượng lớn chất hữu
cơ. Từ bùn lọc có thể rút ra sáp mía để sản xuất nhựa xêrin làm sơn, xi đánh giầy, v.v…
Sau khi lấy áp bùn lọc dùng làm phân bón rất tốt.
- Xét về mặt sinh học:
+ Khả năng sinh khối lớn: Nhờ đặc điểm có chỉ số diện tích lá lớn (gấp 5-7 lần so với
diện tích đất) và khả năng lợi dụng cao ánh sáng mặt trời (tối đa tới 6 - 7% trong khi các
cây trồng khác chỉ đạt 1 - 2%), trong vòng 10 - 12 tháng, một hecta mía có thể cho năng
suất hàng trăm tấn mía cây và một khối lượng lớn lá xanh, gốc, rễ để lại trong đất.
+ Khả năng tái sinh mạnh: Mía là cây có khả năng để gốc được nhiều năm, tức là một lần
trồng thu hoạch được nhiều vụ. Sau mỗi lần thu hoạch, ruộng mía được xử lý, chăm sóc,
các mầm gốc lại tiếp tục tái sinh, phát triển. Năng suất mía cây ở vụ gốc đầu nhiều khi
cao hơn cả vụ mía tơ. Ruộng mía để được nhiều vụ gốc, giá trị kinh tế càng cao (giảm
được chi phí sản xuất).
+ Khả năng thích ứng rộng: Cây mía có thể trồng trên nhiều vùng sinh thái khác nhau
(khí hậu, đất đai, khô hạn hoặc úng ngập,...), chống chịu tốt với các điều kiện khắc nghiệt
của tự nhiên và môi trường, dễ thích nghi với các trình độ sản xuất từ thô sơ đến hiện đại.
II THÀNH PHẦN HÓA HỌC CỦA MÍA
Bảng 1. Thành phần hóa học của mía
Nước

70 – 75%

Đường

9 – 15%



10 – 16%

Đường khử

0.01 – 2%

Chất không đường khác

1 – 3%

(Nguồn: Công nghệ đường mía – Nguyễn Ngộ)
Bảng 2. Thành phần nước mía
Chất rắn hòa tan
Saccarose
Glucose
Fructose
Muối acid vô cơ
Muối acid hữu cơ
Acid hữu cơ tự do

100
70 – 88
2–4
2–4
1.5 – 4.5
1.0 – 3.0
0.5 – 2.5


Anbumin
0.5 – 0.6
Tinh bột
0.001 – 0.05
Chất keo
0.3 – 0.6
Chất béo sáp mía
0.05 – 0.15%
Chất không đường chưa xác định
3.0 – 5.0
(Nguồn: Công nghệ đường mía – Nguyễn Ngộ)
III. TÍNH CHẤT VẬT LÝ VÀ HÓA HỌC CỦA ĐƯỜNG MÍA
3.1. Tính chất vật lý của đường mía
Thành phần chủ yếu của dung dịch đường mía là : nước chiếm tỷ lệ nhiều nhất (70 –
85%), saccharose (10 – 15 %).
Saccharose là thành phần quan trọng nhất, là sản phẩm cuối cùng của quá trình sản xuất
đường. Có công thức phân tử C 12H22O11 cấu tạo từ hai loại đường đơn là glucose và
fructose. M = 342 (đvC). Có một số tính chất vật lý :
- Tồn tại dạng tinh thể, trong suốt, không màu.
- Tỷ trọng 1,5879 g/cm3, nhiệt độ nóng chảy 186 – 188oC.
- Độ hòa tan : tan tốt trong nước, độ hòa tan tăng khi nhiệt độ tăng. Tuy nhiên dung dịch
đường không tinh khiết độ hòa tan phụ thuộc vào những chất không đường (Vd: KCl,
NaCl, …có mặt sẽ làm độ hòa tan tăng, vì vậy đường không bao giờ kết tinh hoàn toàn
mà tạo mật rỉ. Ngược lại nếu có glucose, fructose,CaCl 2, MgCl2 … làm giảm độ hòa tan).
- Độ ngọt: do gốc OH- tạo nên, nếu dung dịch chứa nhiều đường khử (glucose, fructose)
thì sẽ ngọt hơn.
3.2. Tính chất hóa học của đường mía
Dưới tác dụng xúc tác của axit, saccharose bị thủy phân thành glucose và fructose – quá
trình chuyển hóa đường. Tốc độ chuyển hóa phụ thuộc vào :
- pH và nhiệt độ của dung dịch: pH càng thấp, nhiệt độ càng cao 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 axit yếu:
- Trong môi trường kiềm ở nhiệt độ cao hoặc kiềm đậm đặc saccharose bị thủy phân
thành aldehyde, axeton, axit 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 iềm thổ, dung dịch đường biến thành sacarat, gây ảnh
hưởng xấu đến sản xuất, do làm tăng tổn thất đường và độ nhớt dung dịch.
+ Dưới tác dụng của nhiệt độ >200oC 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.
IV. BIẾN ĐỔI VẬT LÝ VÀ HÓA HỌC TRONG QUÁ TRÌNH CÔ ĐẶC
4.1. Sự thay đổi pH và chuyển hoá đường Saccharose
4.1.1. Sự thay đổi pH
Nguyên nhân của sự giảm độ kiềm là do
- Sự phân hủy các amit


CH2 - CONH2

CH2 - COOH
+

CHNH2 – COOH
(Asparagin)

HOH
(nước)

+ NH3
CHNH2 – COOH
(axit asparagin)

(amoniac)

- Phân huỷ đường khử tạo ra các axit hữu cơ
- Sự tạo caramen của đường saccharose (tác dụng rất nhỏ)
Hiện tượng tăng pH rất ít thấy trong quá trình cô đặc. Tuy nhiên, nếu thao tác xông SO 2
hoặc thông CO2 không hợp lí, độ kiềm dung dịch tăng lên:
2KHCO3 = 2KCO3 + CO2 + H2O
2KHSO3 = K2SO3 + SO2 + H2O
4.1.2. Chuyển hoá đường saccharose
Dưới tác dụng của nhiệt độ, trong môi trường pH tăng cao hoặc giảm thấp đường
saccharose bị chuyển hoá, làm giảm lượng đường saccharose và làm tăng lượng đường
hoàn nguyên.
4.2. Sự gia tăng màu sắc
Trong điều kiện nhiệt độ cao, đường saccharose bị caramen hoá làm tăng màu sắc dịch
nước mía. Lượng caramen này phụ thuộc vào nhiệt độ, thời gian truyền nhiệt và pH.
Ngoài ra, đường khử cũng bị phân huỷ hay kết hợp với các hợp chất chứa nitơ tạo thành
melanoidin làm tăng màu sắc nước mía.
4.3. Độ tinh khiết tăng
Độ tinh khiết tăng trong quá trình cô đặc phụ thuộc vào phương pháp làm sạch. Đối với
phương pháp vôi độ tinh khiết tăng từ 0,7 – 1,0; đối với phương pháp sunfit hoá độ tinh
khiết tăng từ 0,8 – 1,0; đối với phương pháp cacbonat hoá độ tinh kiết tăng 0,2 – 0,5.
Độ tinh khiết tăng là do các nguyên nhân:
- Chất không đường bị phân hủy
- Sự tạo cặn trong thiết bị cô đặc
- Sự thay đổi góc quay riêng của chất không đường đặc biệt là đường khử
4.4. Sự tạo cặn
Sự tạo cặn xuất phát từ những nguyên nhân:
- Cùng với việc nồng độ đường tăng cao, nồng độ tạp chất cũng không ngừng tăng lên
trong quá trình cô đặc. Khi nồng độ tạp chất vượt quá độ bão hoà chúng sẽ lắng thành
cặn.
- Các oxit kim loại dạng keo như (oxit silic, oxit nhôm, oxit sắt) trong quá trình gia nhiệt
tách dần ra khỏi dung dịch tạo thành cặn
- Muối canxi hoà tan kết hợp với muối hoà tan của kali và natri tạo thành muối cacbonat
kết tủa.


- Các muối sunfit có độ hoà tan thấp, dưới tác dụng của nhiệt độ sẽ tạo thành muối kết
tủa.
Qua các kết quả nghiên cứu thành phần cặn, có thể rút ra một số quy luật chung như sau:
- Thành phần cặn trong nồi cô đặc chủ yếu là các chất không đường vô cơ và hữu cơ tồn
tại ở dạng hợp chất
- Thành phần vô cơ chiếm chủ yếu >50% (so với chất khô)
- Cặn ở các hiệu khác nhau về thành phần và hàm lượng: Hiệu 1 chủ yếu là muối
phosphat, hiệu cuối chủ yếu là muối sunfat...
V. YÊU CẦU CHẤT LƯỢNG SAU QUÁ TRÌNH CÔ ĐẶC
Đảm bảo các cấu tử quý trong sản phẩm có mùi vị đặc trưng được giữ nguyên màu sắc
không bị biến đổi.
Đạt nồng độ và độ tinh khiết theo yêu cầu, tránh xảy ra hiện tượng caramen hóa làm thay
đổi thành phần hóa học.
VI. YÊU CẦU ĐỐI VỚI THIẾT BỊ CÔ ĐẶC
6.1. Yêu cầu về mặt công nghệ
Bảo đảm chất lượng cao nhất của sản phẩm.
Dung dịch không thay đổi tính chất hóa học, biến màu sản phẩm và không bị phân hủy ở
nhiệt độ cao.
Đảm bảo lượng sản phẩm bị tổn thất là ít nhất.
6.2. Yêu cầu về mặt kết cấu
Thiết bị phải có năng suất cao.
Cường độ truyền nhiệt lớn với thể tích thiết bị nhỏ nhất.
Tốn ít kim loại trong việc chế tạo.
Cấu tạo đơn giản giá thành rẻ làm việc ổn định và đáng tin cậy.
Dễ làm sạch bề mặt truyền nhiệt, thuận tiện khi quan sát, lắp ráp thay thế và sữa chữa.
Ngoài ra thiết bị cô đặc cũng phải thỏa mãn yêu cầu như đối với thiết bị trao đổi nhiệt, cụ
thể hệ số truyền nhiệt lớn, tách khí không ngưng khỏi hơi đốt và bọt khỏi hơi thứ tốt, tháo
nước ngưng liên tục và triệt để, bố trí bề mặt truyền nhiệt đảm bảo phân bố hơi đốt đi ra
ngoài ống tốt, bảo đảm bù giãn nở nhiệt.


CHƯƠNG 2. TỔNG QUAN VỀ PHƯƠNG PHÁP CÔ ĐẶC
I. QUÁ TRÌNH CÔ ĐẶC
1.1. Định nghĩa
Cô đặc là phương pháp dùng để nâng cao nồng độ các chất hoà 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 sôi rất cao thường được tiến hành bằng cách tách một phần dung môi (cấu tử
dể bay hơi hơn). Đó là các quá trình vật lý - hóa lý.
1.2. 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.
1.3. 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.
1.4. 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 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 …
II. THIẾT BỊ CÔ ĐẶC
2.1. Phân loại
Có nhiều cách phân loại khác nhau nhưng tổng quát lại cách phân loại theo đặc điểm cấu
tạo có 6 loại được chia làm ba nhóm chủ yếu sau đây:
- Nhóm 1: Dung dịch đối lưu tự nhiên.
+ Loại 1: Có buồng đốt trong; có thể có ống tuần hoàn trong hay ống tuần hoàn ngoài.
+ Loại 2: Có buồng đốt ngoài.
- Nhóm 2: Dung dịch đối lưu cưỡng bức (tuần hoàn cưỡng bức)
+ Loại 3: Có buồng đốt trong, có ống tuần hoàn ngoài.
+ Loại 4: Có buồng đốt ngoài, có ống tuần hoàn ngoài.
- Nhóm 3: Dung dịch chảy thành màng mỏng.
+ Loại 5: Màng dung dịch chảy ngược lên, có thể có buồng đốt trong hay ngoài.
+ Loại 6: Màng dung dịch chảy xuôi, có thể có buồng đốt trong hay ngoài.
2.2. Các thiết bị và chi tiết trong hệ thống cô đặc


- Thiết bị chính:
+ Ống tuần hoàn, ống truyền nhiệt.
+ Buồng đốt, buồng 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.
-Thiết bị ống tuần hoàn trung tâm g ồm:
+ Phòng đốt
+ Ống truyền nhiệt
+ Ống tuần hoàn
+ Nguyên tắc 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,
còntrong 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, vì vậy, khối lượng
riêng của hỗn hợp hơi– lỏng ở đây lớn hơn trong ống truyền nhiệt, sẽ bị đẩy xuống dưới.
Kết quả là trong thiết bị có chuyển động tuần hoàn tự nhiên từ dưới lên trong ống truyền
nhiệt và từ trên xuống trong ống tuần hoàn. Tốc độ tuần hoàn càng lớn thì tốc độ cấp
nhiệt của dung dịch càng tăng và làm giảm sự đóng cặn trên bề mặt truyền nhiệt. Quá
trình tuần hoàn tự nhiên của thiết bị được tiến hành liên tục cho đến khi nồng độ dung
dịch đạt yêu cầu thì mở van đáy để tháo sản phẩm ra.
+ Ưu và nhược điểm :
Ưu điểm: thiết bị cấu tạo đơn giản, dễ sửa chữa và làm sạch, hệ số truyền nhiệt K khá
lớn, khó bị đóng cặn trên bề mặt gia nhiệt nên có thể dùng để cô đặc dung dịch dễ bị bẩn
tắt, dung dịch tuần hòan tự nhiên giúp tiết kiệm được năng lượng.
Nhược điểm: tốc độ tuần hoàn giảm dần theo thời gian vì ống tuần hoàn trung tâm cũng
bị đun nóng.

CHƯƠNG 3. QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ
I. CƠ SỞ LỰA CHỌN QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ
Quá trình cô đặc có thể được tiến hành trong một thiết bị cô đặc một nồi hoặc nhiều nồi,
làm việc liên tục hoặc gián đoạn. Quá trình cô đặc có thể được thực hiện ở áp suất khác
nhau tùy theo yêu cầu kỹ thuật, khi làm việc ở áp suất thường có thể dùng thiết bị hở
nhưng khi làm việc ở áp suất thấp thì dùng thiết bị kín cô đặc chân không vì có ưu điểm
là có thể giảm được bề mặt truyền nhiệt (khi áp suất giảm thì nhiệt độ sôi của dung dịch
giảm dẫn đến hiệu số nhiệt độ giữa hơi đốt và dung dịch tăng).
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
đun nồi thứ hai, hơi thứ của nồi hai đưa vào đun nồi thứ ba… hơi thứ nồi cuối cùng đi
vào thiết bị ngưng tụ. Còn dung dịch đi vào lần lượt nồi nọ sang nồi kia, qua mỗi nồi đều
bốc hơi một phần, nồng độ dần tăng lên. Điều kiện 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.
II. QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ
Thiết bị cô đặc 2 nồi:
11
8
12

3
4

6

7

9

5
1

10

2

Sơ đồ hệ thống cô đặc 2 nồi xuôi chiều
1- thùng dung dịch đầu
5- thiết bị đun nóng
9- nước ngưng
2- bơm
6- dung dịch vào cô đặc 10- sản phẩm cuối
3- thùng cao vị
7- hơi đốt
11- nước làm lạnh
4- lưu lượng kế

8- hơi thứ

12- hệ thống Baromet

III. THUYẾT MINH QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ
Dung dịch nước mía đầu từ thùng chứa được bơm lên thùng cao vị. Từ đây dung
dịch được đưa qua một lưu lượng kế, rồi qua thiết bị đun nóng để đạt được nhiệt độ ban
đầu mong muốn, sau đó đưa vào nồi cô đặc để thực hiện quá trình bốc hơi.


Hơi đốt được đưa vào nồi 1 là hơi nước bão hòa. Dung dịch vào nồi 1, đi bên
trong ống truyền nhiệt còn hơi đốt đi phía ngoài ống truyền nhiệt. Quá trình trao đổi nhiệt
diễn ra, dung dịch được nâng nhiệt độ lên đến nhiệt độ sôi và bắt đầu bốc hơi. Ở đây
dung dịch được cô đặc tuần hoàn tự nhiên rồi mới chuyển sang nồi 2 nhờ sự chênh lệch
áp suất giữa 2 nồi. Hỗn hợp hơi – lỏng bốc lên với tốc độ rất lớn, va đập vào cạnh hình
zigzag của bộ phận tách bọt (bộ phận phân ly lỏng – hơi) các giọt chất lỏng được rơi trở
lại.
Hơi thứ của nồi 1 được dùng làm hơi đốt cho nồi 2. Ở nồi 2 dung dịch cũng được
cô đặc tuần hoàn tự nhiên thì mở van xả vào bồn chứa. Dung dịch chuyển từ nồi 1 sang
nồi 2 rồi vào bồn chứa một cách tự nhiên và liên tục. Hơi thứ của nồi 2 được đưa vào
thiết bị ngưng tụ.


CHƯƠNG 4: TÍNH TOÁN THIẾT BỊ
I.

TÍNH CÂN BẰNG VẬT CHẤT, CÂN BẰNG NĂNG LƯỢNG

1.Dữ kiện ban đầu
Dung dịch nước mía
 Nồng độ đầu: xđ = 10%.
 Nồng độ cuối: xc = 70%.
 Khối lượng đầu vào : Gđ = 1000 (kg/h).
 Hơi đốt là hơi nước bão hòa có P = 3at.
1.1. Cân bằng vật chất
1.1.1.Suất lượng sản phẩm:
Áp dụng phương trình cân bằng vật chất: Gđ.xđ = Gc.xc
⇒ Gc= = =142,86 (kg/h )
1.1.2. Lượng hơi thứ bốc lên trong toàn hệ thống
WΣ = Gđ (1 -)
= 1000 (1 - ) = 857,14 (kg/h)
(Trang 105. Sổ tay thiết kế thiết bị hóa chất và chế biến thực phẩm – Phan Văn
Thơm)
Trong đó:
- WΣ: Lượng hơi thứ của hệ thống cô đặc, kg/mẻ
- Gđ: Lượng dung dịch ban đầu, kg/mẻ
- Xđ, Xc: Nồng độ đầu và cuối của dung dịch, % chất khô
1.1.2. Lượng hơi thứ bốc lên trong các nồi
Để đảm bảo việc dùng toàn bộ hơi thứ của nồi trước cho nồi sau thường người ta dùng
cách lựa chọn áp suất và lưu lượng hơi ở từng nồi thích hợp.


Ở đây ta chọn

Lượng hơi thứ bốc ra từ các nồi:
WΣ = W1+ W2=857,14 (kg/h) (2)
Từ (1) và (2), ta có:


1.1.3. Xác định nồng độ dung dịch từng nồi
Nồng độ cuối ra khỏi nồi thứ nhất:
= Gđ = 1000 = 18,15%
Nồng độ cuối ra khỏi nồi thứ II:
= Gđ = 1000 = 70 %
1.2. Cân bằng nhiệt lượng
1.2.1. Xác định áp suất và nhiệt độ mỗi nồi
Áp suất của hơi đốt vào nồi I: P1 = 3at.
Áp suất ngưng tụ: P = 0,5at.
Hiệu số áp suất của cả hệ thống:
P1 – Png = 3− 0,5= 2,5 at (1)
- P1: Áp suất hơi đốt ở nồi I, at
- Png: Áp suất ở tháp ngưng tụ, at
Tỉ số phân phối áp suất giữa các nồi:
Từ (1) và (2) ta có:

Áp suất hơi thứ trong các nồi:
Nồi I:


Pht1 = P1 − ΔP1 = 3 − 1,54 = 1,46at
Nồi II:
Pht2 = Pht1 − ΔP2 = 1,46 − 0,96 = 0,5at
Áp suất hơi đốt ở nồi thứ II:
ΔP2 = P2 − Png
⇒P2 = ΔP2 + Png = 0,96 + 0,5 = 1,46at
Bảng 1: Áp suất và nhiệt độ của hơi đốt và hơi thứ trong mỗi nồi

Hơi đốt
Hơi thứ

Nồi I
Áp suất
Nhiệt độ
(at)
(oc)
TI =
P1 = 3
132,9
Pht1 = 1,46 t1= 109,9

Nồi II
Áp suất
Nhiệt độ
(at)
(oc)
TII =
P2 = 1,46
109,9
Pht2 = 0,5 t2 = 80,9

Tháp ngưng tụ
Áp suất
Nhiệt độ
(at)
(oc)
Png =
0,5

Tng = 80,9

(Nguồn: Sổ tay quá trình và thiết bị công nghệ hóa chất tập 1 – Nguyễn Bin)
1.2.2. Xác định nhiệt độ tổn thất
- Tổn thất nhiệt độ do nồng độ tăng cao
Áp dụng công thức của Tisenco:
=0.f
0

: Tổn thất nhiệt ở áp suất thường

f: Hệ số hiệu chỉnh vì thiết bị cô đặc làm việc ở áp suất khác với áp suất thường( áp suất
khí quyển)
f = 16,2 =16,2
tht1: nhiệt độ hơi thứ ở nồi I
r: ẩn nhiệt hóa hơi của hơi ở nhiệt độ thti
f1= 16.2 = 1,06
r1= 2234.103 (J/kg)
f2= 16.2= 0,88
r2= 2307.103 (J/kg)


Nồi I: xc= 18,15%
Nồi II: xc= 70% = 50C
(Dựa vào hình VI.2[2]/60)
⇒.f1=0,221,06 = 0,2330C
.f2= 5 0,88 = 4,40C
Tổng tổn thất nhiệt do nồng độ
Σ=+ = 0,233 + 4,4 = 4,633 0C
Tổn thất do áp suất thủy tĩnh ():
Chênh lệch áp suất từ bề mặt dung dịch đến giữa ống là ΔP
ΔP = tbg Hop (N/m2)
(Theo sách quá trình và thiết bị truyền nhiệt, ĐHCN.TP.HCM)
tb

: Khối lượng riêng trung bình dung dịch trong nồi lúc sôi bọt (kg/m3)

dd

: Khối lượng riêng của dung dịch đặc lúc không có bọt (đơn vị)

Hop : Chiều cao thích hợp tính theo kính quan sát mực chất lỏng (m)
Hop = [0,26 + 0,0014(dd – dm)].H0
Ptbi = Phti + ΔPi (i là nồi thứ i)
Xc (%)

Nhiệt độ (0C)

dd

(kg/m3)

Nồi I

18,15

108,7

1074,71

951,96

Nồi II

70

80,9

1349,56

971,56

dm

(kg/m3)

( dd tra bảng 1.86[1 - 58]; dm tra bảng 1.249[1 - 311])
Coi dd trong mỗi nồi không thay đổi đáng kể trong khoảng nhiệt độ đang xét. Chọn chiều
cao ống truyền nhiệt H0= 1,5m
Nồi I: Hop = [0,26 + 0,0014(1074,71 – 951,96)].1,5 = 0,517(m)
Áp suất trung bình: ΔP1=
=0,013626(at)

.Ptb1.g.Hop1=

.0,5.1074,71.9,81.0,516=1362,67N/m2


⇒Ptb1= Pht1+ ΔP1= 1,46+ 0,013626= 1,4736 (at)
Dựa vào bảng 1.251[1]/315
Ptb1=1.47at ⇒ t0tb1=110,10C
⇒= ttb1- tht1= 110,1- 109,9= 0,20C
Nồi II: Hop2= [0,26+ 0,0014(1349,56-974,56)].1,5= 1,177(m)
ΔP2= .Ptb2.g.Hop2 = .0,5.1349,56.9,81.1,17 = 3872,46 (N/m2) = 0,03872(at)
Ptb2= Pht2 + ΔP2=0,5+0,03872= 0,5387 0,54(at)
Dựa vào bảng 1.251[1]/315
Ptb2=0,54at ⇒ t0tb1=82,740C
⇒= ttb2- tht2= 82,7-80,9=1,80C
Vậy tổn thất nhiệt do áp suất thủy tĩnh:
Σ=+ = 0,2+ 1,8= 2,00C
a. Tổn thất do trở lực thủy lực (:
Chấp nhận tổn thất nhiệt độ trên các đoạn ống dẫn hơi thứ từ nồi này sang nồi kia và từ
nồi cuối đến thiết bị ngưng tụ là 10C.
Theo đó, ta có: 11,50 mỗi nồi.
Chọn ==10C ⇒ Σ=+=1+1=20C
Tổng tổn thất nhiệt là Σ= Σ= 4,633+2+2=8,630C
b. Hiệu số hữu ích và nhiệt độ sôi từng nồi:
Hiệu số hữu ích của mỗi nồi:
Nồi I: = T1 (T2+ Σ) = 132,9(109,9+0,233+0,2+1)=21,5670C
Nồi II: = T2 (tng+ Σ) = 109,9(80,9+4,4+1,8+1) = 21,80C
Nhiệt độ sôi thực tế của dung dịch ở mỗi nồi:
Nồi I: = T1ts1⇒ ts1= T1= 132,9 111,3330C
Nồi II: = T2ts2⇒ ts2= T2= 109,9 88,10C
2.3.1. Cân bằng nhiệt lượng:


a. Tính nhiệt dung riêng của dung dịch ở các nồi:
Dựa vào công thức 1.50[I]/153:
C=4190 − (2514−7,542.t).x (J/kgđộ)
-

t: nhiệt độ sôi thực tế của dung dịch 0C

-

x: nồng độ của dung dịch (%)

Nhiệt dung riêng của dung dịch đầu ( tđ=111,3330C, x=10%):
Cđ=4190−(2514−7,542.111,333).0,1=4022,567 (J/kgđộ).
Nhiệt dung riêng của dung dịch ra khỏi nồi I ( ts=111,3330C, x=18,15%):
C1= 4190−(2514−7,542.111,333).0,1815=3886,109(J/kgđộ).
Nhiệt dung riêng của dung dịch ra khỏi nồi thứ II ( ts=88,10C, x=70%):
C2= 4190−(2514−7,542.88,1).0,7=2895,31 (J/kgđộ).
b. Lập phương trình cân bằng nhiệt lượng:
Nồi I: D.i+Gđ.Cđ.tđ=W1.i1+(Gđ−W1).C1.t1+D.Cng1.+Qxq1 (1).
Nồi II: W1.i1+( Gđ−W1).C1.t1= W2.i2+(Gđ−W).C2.t2+W1.Cng2.+Qxq2 (2).
-

D: lượng hơi đốt dùng cho hệ thống (kg/h).

-

i,i1,i2: hàm nhiệt của hơi đốt, hơi thứ nồi I và nồi II (J/kg).

-

tđ,t1,t2: nhiệt độ sôi ban đầu, ra khỏi nồi I và nồi II của dung dịch (J/kgđộ).

-

, : nhiệt độ ngưng tụ của nồi I và nồi II (0C).

-

Cng1, Cng2: nhiệt dung riêng của nước ở nồi I và nồi II (J/kgđộ).

-

Qxq1, Qxq2: nhiệt mất mát ra môi trường xung quanh (J).

-

Gđ: lượng dung dịch lúc ban đầu (kg/h).

Chọn nước ngưng tụ ở trạng thái lỏng sôi ở cùng nhiệt độ.
Ta có:
i−Cng1.= r()
i1−Cng2.= r()


Đầu vào

Đầu ra nồi I

Đầu ra nồi II

tđ=111,3330C

t1=111,3330C

t2= 88,10C

Cđ=4022,567 (J/kgđộ)

C1=3886,109 (J/kgđộ)

C2=2889,51 (J/kgđộ)

Gđ=1000 (kg/h)

Gc=142,86 (kg/h)
W1= (kg/h)

W2= (kg/h)

=132,90C

=109,9 0C

=80,90C

ip=2730.(J/kg)

i1=2695.(J/kg)

i2=2645.(J/kg)

Cng1=4272,09 (J/kgđộ)

Cng2=4232,87 (J/kgđộ)

(i tra bảng I.250[I]/312; C tra bảng I.249[I]/310)
Cho Qxq1=0,05.D(iCng1. Q1)
Qxq2=0,05.W(i1Cng2.Q2)
Từ (2) ⇒ W1.i1+ (Gđ − W1).C1.t1= (W− W1).i2+ (Gđ−W).C2.t2+W1.Cng2.+0,05.W(i1− Cng2.
⇔W1.i1+Gđ.C1.t1−W1.C1.t1=W.i2−W1.i2+Gđ.C2.t2−W.C2.t2+W1.Cng2.+0,05.W.i1− 0,05.W.Cng2
W1.i1−W1.C1.t1+W1.i2−W1.Cng2.W(i2−C2.t2+0,05.i1−0,05.Cng2.2)+Gđ(C2.t2− C1.t1)
⇔W1(i1− C1.t1+ i2 − Cng2.) = W(i2− C2.t2+0,05.i1−0,05.Cng2.2) + Gđ(C2.t2− C1.t1).
Lượng hơi thứ bốc lên ở nồi I:
W1=
W1= 442,65(kg/h).
⇒ Lượng hơi thứ bốc lên ở nồi II:
W= W1+ W2= 857,14 ⇒ W2= 857,14-442,65=414,49(kg/h).
c. Kiểm tra giả thiết phân bố hơi thứ ở các nồi:
Nồi I: C%= 100% = 1,43% < 5% (1).
Nồi II: C%= *100% = 1,52 % <5% (2)..
Ta có (1) và (2) đáp ứng yêu cầu:


⇒ Lượng hơi thứ ở nồi I: W1= 448,98kg/h).
Lượng hơi thứ ở nồi II: W2= 408,16 (kg/h).
d. Lượng hơi đốt dùng cho hệ thống:
(1)

D.iDD.Cng1..

⇒D(iDCng1.
⇒D=
.
e. Lượng hơi đốt tiêu tốn riêng:
d= 0,568 (kg hơi đốt/ kg hơi thứ) ( theo công thức VI.7[2]/58).
-

D: lượng hơi đốt dùng cô đặc (kg/mẻ).

-

W: lượng hơi thứ thoát ra khi cô đặc (kg/mẻ)..

CHƯƠNG III: TÍNH TOÁN TRUYỀN NHIỆT

3.1. Tính toán truyền nhiệt cho thiết bị cô đặc:
3.1.1. Tính nhiệt lượng do hơi đốt cung cấp:
Nồi I:

Nồi II:

3.1.2. Tính hệ số truyền nhiệt k của mỗi nồi:
k

(W/m2.K)

hoặc k
Nhiệt tải trung bình:


Nồi I:

q1: nhiệt tải riêng phía hơi đốt cấp cho thành thiết bị:

Hệ số cấp nhiệt hơi nước bão hòa ngưng tụ trên bề mặt ống thẳng đứng được tính
theo công thức của Nusselt:
(W/m2.độ) (công thức V 101./28).
= 2162239,24(J/kg): ẩn nhiệt ngưng tụ của hơi đốt.
= 1,5m: chiều cao bề mặt truyền nhiệt.
A chỉ số phụ thuộc nhiệt độ ngưng tụ của nước:
(/29)


Tài liệu bạn tìm kiếm đã sẵn sàng tải về

Tải bản đầy đủ ngay

×