Bài giảng Kỹ thuật thực phẩm 2: Chương 3

9/18/2014

BỐC HƠI (evaporation)

Trần Văn Hùng

ÁP SUẤT HƠI BÃO HOÀ

Áp suất p, ở đó chất lỏng hoặc chất rắn cân bằng với hơi của nó ở nhiệt độ xác định. Khi ASHBH bằng áp suất khí quyển thì chất lỏng sôi. Nhiệt độ lúc đó là nhiệt độ sôi của chất lỏng. Trong sự thăng hoa, ASHBH là áp suất ở đó chất rắn cân bằng với hơi của nó. Nếu áp suất của hơi chưa tới giá trị ASHBH thì hơi gọi là hơi khô, các phân tử chất lỏng tiếp tục bay hơi. ASHBH là hàm đồng biến của nhiệt độ. Vd. nước có p = 17,5 mmHg ở 20 oC; p = 760 mmHg (1 atm) ở 100 oC; p = 2 atm ở 120 oC; p = 4 atm ở 143 oC.

9/18/2014

ĐIỂM SÔI

Nhiệt độ bay hơi hay điểm bay hơi hay điểm sôi của một chất lỏng là nhiệt độ mà khi đạt tới ngưỡng đó thì chất chuyển trạng thái từ lỏng sang khí. Khi nói tới như nhiệt độ của thay đổi ngược lại (tức là từ trạng thái khí sang trạng thái lỏng), nó được coi là nhiệt độ ngưng tụ hay điểm ngưng tụ.

NHIỆT LƯỢNG BAY HƠI

Nhiệt lượng bay hơi hay nhiệt bay hơi của một hợp chất hóa học được định nghĩa là nhiệt lượng cần thiết để cung cấp cho một đơn vị đo về lượng chất đó (như đơn vị đo khối lượng hay số phân tử như mol) để nó chuyển từ trạng thái lỏng sang trạng thái khí, tại nhiệt độ bay hơi. Nhiệt lượng bay hơi cũng đúng bằng nhiệt lượng tỏa ra bởi một đơn vị đo lượng vật chất khi nó chuyển từ trạng thái khí sang lỏng, tại nhiệt độ ngưng tụ. Trong hệ thống đo lường quốc tế, đơn vị đo của nhiệt lượng bay hơi là Joule trên kilôgam, J·kg-1 hay J/kg, hoặc Joule trên mol.

9/18/2014

Evaporator

 Equipment used in evaporation, the process of boiling a liquid in order to reduce its volume  Need

•Reduces transportation cost •Storage costs • Prepare for the next Unit operation – drying,

crystallisation etc.

• Reduces deteriorative chemical reactions • Better microbiological stability • Recovery of solvent

Evaporator

 Driving force:

Temperature difference in between steam chest temperature and product temperature.

 Result : Volatile solvent is removed from the feed.

Solution (volatile solvent + non volatile solute)

Concentrate (Higher solute Conc.)

9/18/2014

Examples

 Concentration of milk to produce condensed milk  Concentration of juices  Concentration of NaOH, NaCl from aqueous solutions to

produce salt.

 Ether recovery from fat extraction

Basic Parts of an Evaporator

 Heat-exchanger  Vacuum  Vapour separator  Condenser

9/18/2014

Vaccum for non condensable

Evaporator

Coolant In

Vapor out

Coolant out

Condensor unit

Vapor Separator

Feed in

Steam in (Saturated vapor)

Heat Exchanger

Condensate out (Saturated Liquid)

Product out

MỤC ĐÍCH & PHẠM VI ÁP DỤNG

9/18/2014

I. MỤC ĐÍCH

- Làm tăng nồng độ chất tan - Tách chất rắn hoà tan ở dạng tinh thể (kết tinh) - Thu dung môi ở dạng nguyên chất - Tiết kiệm năng lượng

QUÁ TRÌNH BỐC HƠI (CÔ ĐẶC) TIẾN HÀNH Ở ÁP SUẤT?

- Cô đặc ở áp suất chân không (âm) - Cô đặc ở áp suất dư (dương) - Cô đặc ở áp suất thường (áp suất khí quyển)

1 atmosphere = 760 mmHg = 29.92 inHg = 14.7 lb/in2 = 101.3 KPa

II. PHẠM VI ÁP DỤNG

 Sản xuất đường  Sản xuất kẹo  Sản xuất sữa  Sản xuất chè

Sö õa tö ôi

40-45oC

Léïc

Caën

Câïakn âéaù

Gia nâieät

9/18/2014

Qui trình sữa cô đặc

Ñéàná âéaù

To=55-80oC P= 10-25MPa

Thanh tìïøná

To = 1370C t = 4s

Coâ ñaëc

Siìé ñö ôøná

To = 65-70oC P = 20-30KPa

0 = 300C 0 = 15-18oC

Laøm náïéäi Keát tinâ

T1 T2

Maàm tinâ tâek

Câieát ìéùt

To = 10oC

Baé bì véâ tìïøná

Naép

Gâeùp naép

Daùn nâaõn

Saûn pâakm

Baûé ëïaûn

Sö õa náïóeân æieäï

Câïakn âéùa

Tâanâ tìïøná

Coâ ñaëc

Qui trình sản xuất sữa bột

Ñéàná âéùa

Saáó

Xö û æóù

Baé bì

Baé áéùi

Sö õa béät náïóeân kem

Dö ùa ñéùná âéäp

Nö ôùc tâaûi

Pâaân loaïi

Rö ûa

Caét goït

Ñéùná hoäp

Héäp

Dö ùa

Nước

Lỏi, vụn

Dòcâ ìæ

Baõ

EÙp

Tìaùi nhoû

Phối trộn

Xö û æóù

Caën

Léïc

EÙp

Baøi kâs

Caën

Baõ

Ló taâm

Tâanâ trùng

Bao bì

9/18/2014

Coâ ñaëc

Tâï âéài câaát tâôm

Réùt baé bì

Pâéái tìéän

Laøm æaïnâ

Nö ôùc dö ùa céâ ñaëc

Baûé éân

Sản xuất bột cam

Nö ôùc

Ñö ôøná

Maïcâ nâa

Câïakn bò sóìïp

Naáï

Laøm náïéäi nâanâ

Câaát maøï

Pâéái tìéän

Tinâ daàï baïc âaø

Ñònâ âìnâ

Pâeá pâakm

Laøm náïéäi

Giaáó áéùi

Baé áéùi

Baé nâö ïa

Ñéùná tïùi

9/18/2014

Sản xuất kẹo bạc hà

Tâïøná

Ñéùná tâïøná

Keïé baïc âaø

Trà

Trà hòa tan

Nghiền

Đóng gói

Nước

Bã

Trích ly

Phối trộn

Bã

Lọc

Sấy tầng sôi

Cô đặc

Phối chế

Sấy phun

Làm ẩm

Msa

Xö û æóù sô béä

Naáï ñö ôøná R2

Tìôï tinâ câaân kâéâná

Ló taâm R2

Naáï ñö ôøná R3

Baõ

Nö ôùc tâakm tâaáï

EÙp,taùcâ baõ

Saáó

Ló taâm R1

Tìôï tinâ câaân kâéâná

Sö õa véâi

Gia véâi sô béä

Tìôï tinâ câaân kâéâná

Câö ùa vaøé cócæén

Ló taâm R3

Gia nâieät æaàn I

Ñéùná baé

Naáï ñö ôøná R1

Kâs CO2

Xéâná CO2 æaàn 1

9/18/2014

Sản xuất đường mía

Béác âôi

Saûn pâakm

Sö õa véâi

Léïc æaàn 1

Tìaé ñéki ién

Gia nâieät æaàn II

Ñö ôøná B

Léïc

Kâs CO2

Xéâná CO2 æaàn 2

Saáó

Cacbénat âéùa

Maät B

tâan âéaït tsnâ

Léïc æaàn 2

Ló taâm

Céâ ñaëc

Gia véâi

Béài tinâ

Héài dïná

Béài tinâ

Xéâná SO2 æaàn 1

Maät A

Céâ ñaëc

Ló taâm

Naáï ñö ôøná B

Nö ôùc

Béài tinâ

Kâs SO2

Xéâná SO2 æaàn 2

Maät ìó

Ñö ôøná C câö a saáó

Léïc kiekm tìa

Naáï ñö ôøná A

Céâ ñaëc

NƯỚC MÍA HỖN HỢP

Bèc h¬i

Läc

MËt chÌ kh« (55 - 600 Bx)

C©n

Gia nhiÖt lÇn thø I (55 - 600C)

X«ng SO2 mËt chÌ (pH = 5,8 - 6,2)

SO2

X«ng SO2 (pH = 3,0  4,00C)

MËt chÌ tinh

Trung hòa (pH = 3,0  4,00C)

Ca(OH)2

NÊu ®êng

Gia nhiÖt II (t = 100 - 1040C)

L¾ng  Níc bïn  Läc ch©n kh«ng  Bïn läc

Níc mÝa trong Níc läc trong

Sản xuất đường mía

Gia nhiÖt III (115 - 1200C)

9/18/2014

III. ĐẶC TÍNH CỦA CHẤT LỎNG

- Sự cô đặc (Concentration) - Sự tạo bọt (Foaming) - Tính nhạy cảm với nhiệt độ (Temperature Sensitivity) - Sự hình thành muối(Salting) - Sự hình thành cặn (Scaling) - Sự bám bẩn (Fouling) - Sự ăn mòn (Corrosion) - Chất lượng sản phẩm (Product Quality) - Và một vài thuộc tính khác: mối nguy về phóng xạ, đặc tính

làm sạch, nhiệt độ dung dịch…

9/18/2014

ĐỐI LƯU CỦA DUNG DICH

Dung dịch

Gia nhiệt

Dung dịch đạt trạng thái sôi

Nước từ thể lỏng chuyển sang thể khí → tạo bọt

Thể tích dung dịch nở ra do bị gia nhiệt

Tỷ trọng dung dịch trong ống gia nhiệt thấp hơn dung dịch trên ống gia nhiệt chưa bị gia nhiệt

ĐỐI LƯU

9/18/2014

IV. TRUYỀN NHIỆT TRONG HỆ THỐNG BỐC HƠI

IV.1 Dẫn nhiệt (Heat Conduction).

Dẫn nhiệt là quá trình truyền nhiệt từ phần tử này đến phần tử khác của vật chất khi chúng tiếp xúc trực tiếp với nhau.

a. Định luật Fourier :

dQ 

dF .

dT .

J )(,

Q 

. WF (,

)



  

. mJ 2 0

dt dn dt dn . dQ dn dTdt . .

.. Csm

W 0 . Cm

  

  

b. Dẫn nhiệt ổn định qua tường phẳng một lớp và nhiều lớp



t 1(



WFt ).2

)

 





)

   t 1 ni 

 1

 Ft .2  i  i

9/18/2014

c. Dẫn nhiệt ổn định qua tường ống với một lớp và nhiệt lớp



tL (.



)

(. tL 1



log.3,2.

 ni 

 .2 1 

1 

 .2 1  i

) r 1  i r i

t 2 r 2 r 1

IV.2 Đối lưu (Heat Convection).

Quá trình vận chuyển nhiệt lượng do các phần tử chất lỏng, khí có nhiệt độ khác nhau(khối lượng riêng khác nhau) đổi chỗ cho nhau.

a. Định luật Newton

 ( t

dFt ).

dT .

J )(,

T 



). Ft

(  t T



  

Q 

t (

Ft ).

W . mC

 

 

  

  

9/18/2014

IV.3 Trao đổi nhiệt phức tạp

a. Truyền nhiệt đẳng nhiệt

Xảy ra trong trường hợp nhiệt độ của hai lưu thể đều không thay đổi theo cả vị trí và thời gian. Ví dụ trong trường hợp cô đặc

b. Truyền nhiệt biến nhiệt

- Truyền nhiệt biến nhiệt ổn định:

Là trường hợp hiệu số nhiệt độ giữa hai lưu thể biến đổi theo vị trí nhưng không biến đổi theo thời gian. Xảy ra trong trường hợp trao đổi nhiệt liên tục

- Truyền nhiệt biến nhiệt không ổn định:

Là trường hợp hiệu nhiệt độ giữa hai lưu thể có biến đổi theo thời gian và không gian. Xảy ra trong trường hợp trao đổi nhiệt gián đoạn

9/18/2014

a1.Truyền nhiệt đẳng nhiệt qua tường phẳng - Nhiệt truyền từ lưu thể nóng đến bề mặt tường (cấp nhiệt). - Nhiệt dẫn qua tường (dẫn nhiệt) - Nhiệt truyền từ mặt tường đến lưu thể nguội (cấp nhiệt).

Q



)

- (t1 1 (  1

K

)



t2).F  1   2 1  1   2

1 (  1



(W/m

02 .

)





1  1 i   2

1 (  1

 1



 K



Q . Ft



W 02. Cm

 

 

 

 

9/18/2014

a.2 Truyền nhiệt đẳng nhiệt qua tường ống

tL 1(.2.









lg3,2(

1  r 1.1

1 r 2.2



r 2 r 1

1 





lg3,2(

1 r 1.1 

1 r 2.2



r 2 r 1

1 





 Kt

Q .  tL

W 0. Cm

.2

  

  

  

  

V. THIẾT BỊ TRUYỀN NHIỆT

- Thiết bị gia nhiệt - Thiết bị ngưng tụ

9/18/2014

V.1 Thiết bị gia nhiệt - Thiết bị trao đổi nhiệt ống chùm - Thiết bị trao đổi nhiệt kiểu tấm

HỆ THỐNG BỐC HƠI

9/18/2014

I.PHƯƠNG ÁN BỐC HƠI

 Bốc hơi một nồi  Bốc hơi nhiều nồi (hiệu)

9/18/2014

Ph¬ng ¸n bèc h¬i ¸p suÊt cao 3 nåi

III

2,2  2,5 kg/cm2

1,6  1,8 kg/cm2

1,2  1,3 kg/cm2

P=33,5kg/cm2

(ata)

 H¬i thø nåi cuèi lín  NhiÖt ®é trong c¸c nåi cao

Ph¬ng ¸n bèc h¬i 3 nåi cã nåi c«

III

850C

2,4 kg/cm2

1,78 kg/cm2

1  1,1 kg/cm2

P=2,9kg/cm2

(ata)

MËt vµo

MËt ra

9/18/2014

III

1,15 kg/cm2

0,777 kg/cm2

0,405 kg/cm2

0,14 kg/cm2

P=1,5kg/cm2

(ata)

9/18/2014

Đặc điểm: - Tận dụng được hơi thải, nếu không đủ có thể dùng hơi sống giảm áp để bổ sung - Nhiệt độ thấp, chân không cao giảm chuyển hóa, chất lượng dung dịch ổn định. - Vì áp lực thấp nên lượng hơi tiêu thụ lên đến 60%  70% ,lượng hơi thứ đi vào tháo ngưng tụ lớn. - Phương án này gây lãng phí nhiều, nhưng quản lý và thao tác dễ dàng - Các nhà máy vừa và nhỏ thường sử dụng phương án này.

Ph¬ng ¸n bèc h¬i 4 hiÖu ch©n kh«ng

Phương án bốc hơi chân không có nồi số ‘0’ - Phương án 1: sử dụng nồi số ‘0 ’ bốc hơi nước mía, tạo hơi áp lực thấp. Tuy nhiên do nhiệt độ cao (áp suất cao: 3 -4 kg/cm2) nên không thích hợp cho sản phẩm nhạy nhiệt

HiÖu II

1,78 kg/cm2

1,36 kg/cm2

P=3,9kg/cm2 (ata)

H¬i gi¶m ¸p

Níc mÝa

H¬i th¶i

- Phương án 2: nồi số ‘0’ chỉ dùng để nấu nước và cấp hơi

HiÖu II

P=3,9kg/cm2 (ata)

H¬i gi¶m ¸p

H¬i th¶i

Níc mÝa

9/18/2014

Phương án bốc hơi 5 hiệu chân không

Ngng tô

III

1190C

107,50C

95,30C

790C

128,90

1180

106,50

94,30

780

9/18/2014

Ph¬ng ¸n bèc h¬i ch©n kh«ng 5 hiÖu 1. Lß h¬i; 2. Tuèt bin; 3. Van gi¶m ¸p; 4. Nåi bèc h¬i; 5. ThiÕt bÞ ngng tô

Sè hiÖu

H¹ng môc

III

¸p suÊt h¬i gia nhiÖt (ata)

2,7

1,905

1,301

0,841

0,447

NhiÖt ®é h¬i gia nhiÖt (0C)

128,9

118

106,5

94,3

¸p suÊt h¬i thø (ata)

1,965

1,365

0,872

0,465

0,135

NhiÖt ®é h¬i thø (0C)

119

107,5

95,3

ĐiÓm s«i níc mÝa (0C)

120,1

109,1

97,4

83,4

61,4

ĐiÓm s«i tăng cao (0C)

1,1

1,6

2,1

4,4

10,4

NhiÖt ®é giảm trong ®êng èng h¬i (0C)

HiÖu sè nhiÖt ®é cã Ých (0C)

8,8

8,9

9,1

10,9

16,6

NhiÖt ®é níc ngng tô (0C)

127

116

105

Điều kiện nhiệt của bốc hơi chân không 5 hiệu

9/18/2014

ĐÁNH GIÁ HƠI TIÊU HAO CÁC PHƯƠNG ÁN NHIỆT

 Phương án bốc hơi CK 4 hiệu tiêu hao hơi nhiều nhất vì phải bổ sung hơi giảm áp. Nhiệt độ hơi thứ thấp, do đó lợi dụng nhiệt thấp, không kinh tế.  Bốc hơi chân không 4 hiệu có nồi số "0" coi như một van giảm áp và hơi thứ của nồi số 0 dùng làm hơi gia nhiệt cho nồi bốc hơi do đó tiết kiệm được hơi dùng.  Bốc hơi chân không 5 hiệu có thể rút hơi thứ dùng cho gia nhiệt khác. Do đó, phương án này so với phương án bốc hơi chân không 4 hiệu và bốc hơi chân không 4 hiệu có nồi số 0 dùng hơi ít hơn.  Phương án bốc hơi áp lực 3 hiệu có nồi cô do sử dụng hơi gia nhiệt có áp lực tương đối cao nên có thể rút nhiều hơi thứ cung cấp cho gia nhiệt, lượng hơi thứ vào thiết bị ngưng tụ ít do đó, lượng hơi dùng giảm nhiều, lợi dụng nhiệt tương đối tốt.

II. THIẾT BỊ

 Thiết bị cô đặc ống chùm thẳng đứng  Thiết bị bốc hơi tuần hoàn ngoài  Thiết bị bốc hơi kiểu màng lên (Rising Film )  Thiết bị bốc hơi kiểu màng xuống (Falling Film )

9/18/2014

- Bốc hơi kiểu màng lên

1. Níc mÝa vµo; 2. Níc ngng tô; 3. Phßng gia nhiÖt; 4. Th©n thiÕt bÞ (phÇn díi); 5. èng khÝ kh«ng ngng 6. ChÌ ®Æc; 7. Bé phËn phÇn phèi; 8. Phßng bèc h¬i 9. H¬i thø 10. H¬i ®èt 11. MÆt bÝch

Ưu điểm: - Thời gian lưu dung dịch ngắn - Dung dịch biến chất ít - Tốc độ dung dịch nhanh - Màng dung dịch mỏng, hệ số truyền nhiệt cao có thể 3000 -

3600 Kcal/m2.giờ0C

- Chất lượng sản phẩm tốt. Khuyết điểm: - Thông rửa cặn và thay đổi ống gia nhiệt không thuận lợi - Thao tác quản lý khó khăn - Yêu cầu dung dịch vào thiết bị ở trạng thái sôi - Phải duy trì hiệu số nhiệt độ tương đối lớn mới tạo được

màng.

9/18/2014

- Bốc hơi kiểu màng xuống

1. Phßng h¬i thø vµ ®¸y thiÕt bÞ 2. èng gia nhiÖt 3. Phßng gia nhiÖt 4. N¾p ®Ønh 5. Phßng níc mÝa vµo 6. Bé phËn ph©n phèi níc mÝa vµo 7. èng níc mÝa vµo 8. èng mËt chÌ ra 9. Bé phËn thu håi ®êng

9/18/2014

Nåi nÊu ®êng ch©n kh«ng cã c¸nh khuÊy 1. Bé phËn truyÒn ®éng; 2. èng níc röa; 3. Buång bèc h¬i; 4. KÝnh quan s¸t; 5. Trôc khuÊy; 6. èng h¬i ®èt; 7. èng níc ngng tô; 8. Tho¸t níc ngng tô; 9. VÖ sinh; 10. X· ®êng; 11. èng gia nhiÖt; 12. èng khÝ kh«ng ngng; 13. èng nugyªn liÖu vµo; 14. Van ph¸ ch©n kh«ng; 15. H¬i thø ra.

Thiết bị cô đặc màng bản mỏng

9/18/2014

Một số kết cấu thiết bị

9/18/2014

III. TỔN THẤT VÀ CHÊNH LỆCH NHIỆT ĐỘ

 Nhiệt độ sôi dung dịch tăng cao

’ = t - ts  Tổn thất áp suất thủy tĩnh

t0(P +  ) - t0(P) = ’’  Tổn thất trở lực đường ống

9/18/2014

’’’ Hiệu nhiệt độ hữu ích:

t = thđ – ts = thđ – tht – (’ + ’’ + ’’’ )

IV. PHƯƠNG ÁN PHÂN PHỐI t





 

t t 1

. KW i KW . 1

Q i Ki Q 1 K

1. Theo điều kiện bề mặt các nồi bằng nhau



 t t  1

Q i K Q 1 K



 t k  t 1

2. Tổng diện tích bề mặt đốt nóng các nồi là nhỏ nhất

Q K k Q 1 K

3. Kết hợp cả hai điều kiện trên Q K Q 1 K

9/18/2014

Theo điều kiện bề mặt các nồi bằng nhau



F 1

Q 1  tK . 1



Q . tK 



F n

Q n .  t



.....



F 1

F 2



.....



Q n .  t

Q 1 tK .  1

1.(



..........



)

t  1



 t t 1 1

KQ . 2 KQ . 1

KQ . n . KQ 1

 2

t 1



KQ . 2 KQ . 1

Q i K

)

t  1



1  Q 1 K

1 t

. KQ n KQ . 1

Q 1 K

t 

)

t  1



1 

)

t 

t  n

1 Q i K Q K n



n Q i K

1 

9/18/2014

Tổng diện tích bề mặt đốt nóng các nồi là nhỏ nhất



F 2

F 1

Q 2  .

Q 1  tK . 1 1

t  t 1







(



)

FF  1

F 2



)

(

Q 1  tK . 1 1

Q 2   t t







dF ( t 

)

Q 2  t t

)

(

Q 1 tK .  1









Q 1 tK .  1 1

2 tK  2



m 1

 t  t

 t  t 1

 t t 

Q 3 K Q 1 K

Q K Q 1 K

 t

t 1





 t t 2 t  1

  t 1

Q K

t 

Q 1 K

t 



t 

t  k

 t 1

ni 



 



Q K

1 

9/18/2014

Kết hợp cả hai điều kiện trên



 t  t

Q K k Q 1 K



 t t 



Q K Q 1 K

t  2   t 1

t n   t

t  3   t 1

....

 t 2

 t n

  t n

   m i  t t  1 . KW 1 i KW . 1 Q i Ki Q 1 K

V. LỰA CHỌN SỐ NỒI

0

 t

T

Chi phí

Số nồi

9/18/2014

VI. TÍNH TOÁN CÔNG NGHỆ



BxM . 1

BxM . 2

M  2

BxM . 1 1 Bx

MMW







BxM . 1 Bx

Tổng lượng hơi nước bốc hơi.

Tính lượng nước bốc hơi cho từng nồi

W4=X

III

M0.Bx0

M1.Bx1

M2.Bx2

M3.Bx3

M4.Bx4

= X = X + E3 = X + E2 + E3 = X + E1 + E2 + E3

W4 W3 = W4 + E3 W2 = W3 + E2 W1 = W2 + E1 W = Wi = 4X + 3E3 + 2E2 + E1 X = (W – (3E3 + 2E2 + E1 ))/4

9/18/2014

Lượng hơi nước cho hệ thống bốc hơi

D = W1 = X + E1 + E2 + E3

Lượng dịch cho từng nồi

 Xác định diện tích truyền nhiệt



.100

. rW tK . 

.22

W: lượng hơi bốc (T/ng) r: ẩn nhiệt hóa hơi (Kcal/kg) K: hệ số truyền nhiệt (Kcal/m2.h.0C) ∆t: hiệu số nhiệt độ có ích

M1 = M0 – W1 M2 = M1 – W2 M3 = M2 – W3 M4 = M3 – W4 = M0 – W1 – W2 = M0 – W1 – W2 – W3 = M0 – W1 – W2 – W3 – W4

9/18/2014

VI. TÍNH TOÁN THIẾT BỊ

1. Tính buồng đốt

- Tính số ống truyền nhiệt



F . . ld

F- là diện tích bề mặt truyền nhiệt, m2; d- đường kính ống truyền nhiệt,, m l – chiều dài của một ống truyền nhiệt, m

- Đường kính ống đối lưu

n .



d .  4

2 d .  dl  .4

n - số ống truyền nhiệt dt - đường kính trong của ống truyền nhiệt, m dđl - đường kính trong của ống đối lưu, m - 0,25 đến 0,35

- Tính đường kính buồng đốt

tn .







(



t )2

D t

4 

sin. 

t- là bước ống n- số ống truyền nhiệt -600 là góc tam giác đều   -0,7  0,9 là hệ sử dụng vỉ ống dld - đường kính ống đối lưu

9/18/2014

2. Tính kích thước không gian bốc hơi

- Vận tốc lắng của các hạt lỏng

(.4 g

)

hld



 1

  1 2  ..3 h

là khối lượng riêng của chất lỏng và hơi thứ, kg/m3;

1, 2 hld đường kính hạt lỏng, m; h vận tốc hơi thứ trong buồng hơi, m/s  hệ số trở lực, (phụ thuộc và Re);



 d. h v

h

- vận tốc hơi thứ trong buồng hơi,

1

- độ nhớt động học của hơi thứ, m2/s

h hv

Khi Re < 500:



5,18 6,0Re

Re = 500 – 150.000:

44,0

). hld



45,5

 1

 (  2  h

2 . ht

.  .

3600 .  . D 1000 4.

- là đường kính trong của buồng hơi, m

- vận tốc hơi thứ trong buồng hơi, m/s

- khối lượng riêng của hơi thứ, kg/m3

htD . h h W- khối lượng hơi thứ, T/h

9/18/2014

- Chiều cao khoang bốc hơi

H 

 1.

W W

W - lượng hơi thứ, t/h W’ - tải trọng hơi thứ lên một mét chiều cao buồng hơi, T/m.h 1 - hệ số tạo bọt

9/18/2014

VII. KIỂM ĐỊNH NỒI BỐC HƠI

Số liệu của hệ bốc hơi đa hiệu trong nhà máy được

ghi lại như sau:

- Công suất: 98 tấn mía/giờ - Trọng lượng mật chè trong: 960 kg/tấn mía - Nhiệt độ chè đi vào nồi 1: 960C - Brix chè trong: 14 - Brix xi-rô: 56 - Lượng hơi trích từ nồi 1: 10.000 kg/giờ - Lượng hơi trích từ nồi 2: 5.000 kg/h

Nåi sè

Sù hîp thµnh cña hÖ biÓu kiÕn (diÖn tÝch nåi bèc h¬i, m2 )

C¸c nhiÖt ®é ®· ghi ®îc (0C)

H¬i ®èt: 115

Nåi sè 1

1000

105

Nåi sè 2

700

Nåi sè 3

600

Nåi sè 4

550

9/18/2014

TÝnh to¸n lîng h¬i bèc Träng lîng mËt chÌ trong = 98x960 = 94.080 kg/h

E

94080



)



.70

560

kg/h

14 56

DiÖn tÝch truyÒn nhiÖt ®Ó gia nhiÖt tõ 96-106oC

S1 = 0,1Q(t1-t0)

= 0,1x94.080(106-96) = 94 m2

VËy diÖn tÝch dµnh cho bèc h¬i nåi 1 lµ : 1000 – 94 = 906 m2

9/18/2014

TÝnh to¸n lîng h¬i bèc cho tõng nåi

4x + 2(5.000) + 10.000 = 70.560 x = 12.640 = e4 Do ®ã ta cã lîng h¬i bèc ë c¸c nåi w4 = e4 = x = 12.640 kg/h w3 = e3 = w4 = x = 12.640 kg/h w2 = w3 + e2 = 12.640 + 5.000 = 17.640 kg/h w1 = w2 + e1 = 17.640 + 10.000 = 27.640 kg/h

kg/h

.70

560

  iw

TÝnh ®é Brix cho c¸c nåi

Nåi thø i

Nång ®é chÊt kh« (0Bx)

®Çu vµo nåi 1

b1 = 16,9

B1=

19,8

®Çu ra nåi 1

.98

640

b2 = 23,4

B2=

17640

.66

®Çu ra nåi 2

b3 = 31,7

B3=

B0= 14 080 .98  .27 080 .98 080  440 080 .98  800 .12

640

.44

36,4

®Çu ra nåi 3

b4 = 46,2

B4=

®Çu ra nåi 4

080 .98  160 .12

640

.36

9/18/2014

TÝnh ®é sôt nhiÖt ®é thùc

Thang nhiÖt ®é (0C)

H¬i níc

Níc mÝa

®é sôt thùc

Nåi

105

115-105-1=9

Nåi 1

115

Nåi 2

105

1,5

105-94-1,5=9,5

Nåi 3

2,5

94-81-2,5=10,5

Nåi 4

5,7

81-54-5,7 = 21,3

KiÓm tra l¹i hiÖu qu¶ lµm viÖc cña c¸c nåi



w = c.S.

= f(100 - b)(T - 54).S.



w Tb )(

100(



).54

. 

f : lµ hÖ sè cña c«ng thøc Dessin, ®¸nh gi¸ kh¶ n¨ng hoÆt ®éng cña nåi bèc h¬i (0,001)

9/18/2014

VIII. GIẢI PHÁP KỶ THUẬT NÂNG CAO HIỆU QUẢ BỐC HƠI

 Sử dụng thiết bị trao đổi nhiệt có hiệu suất truyền nhiệt cao.

Q = K.F.t

Các yếu tố TT Ảnh hưởng

1 Phía hơi

- Tăng tốc độ hơi Tăng K

- Ảnh hưởng của lượng khí không ngưng Giảm K

- Tăng nhiệt độ hơi Tăng K

- Tăng mức độ quá nhiệt của hơi Giảm K

- Ảnh hưởng của lượng nước ngưng tụ Giảm K

- Tăng mức độ đóng cặn Giảm K

2 Phía tường

Các yếu tố

Ảnh hưởng

- Tăng hệ số dẫn nhiệt của tường ống. Tăng K

Phía dung dịch

- Tăng mức độ đóng cặn

Giảm K

- Tăng tốc độ dòng chảy

Tăng K

- Tăng chiều cao dung dịch

Giảm K

- Tăng độ nhớt dung dịch

Giảm K

- Tăng nhiệt độ sôi

Tăng K

- Tăng hiệu số nhiệt độ (lỏng – hơi)

Tăng K

- Tăng sức căng bề mặt

Giảm K

9/18/2014

 Tăng cường sử dụng hơi phụ thay thế cho

hơi sống.

D = [(1) . E1 / n] + [(2) . E2 / n] +... + [(n-1) En-1/ n]  Hạn chế việc thêm nước vào dây chuyền sản

xuất.

 Tận dụng nhiệt từ nước ngưng tụ.  Giảm tổn thất nhiệt

ra môi

trường xung

quanh.

 Hạn chế sự đóng cặn bề mặt truyền nhiệt.

9/18/2014

IX. VẬN HÀNH NỒI BỐC HƠI

 Ổn định áp suất hơi  Ổn định chân không  Ổn định mức dung dịch  Ổn định các van  Ổn định hút hơi thứ

X. SỰ CỐ VÀ PHƯƠNG ÁN XỬ LÝ

 Áp suất hơi nước thấp Nguyên nhân:

- Hơi nước cung cấp không đủ - Hút hơi đường quá nhiều

Phương pháp xử lý:

- Tăng áp suất hơi nước - Giảm hút hơi thứ

 Nồng độ dịch thấp hơn chỉ tiêu. Nguyên nhân

- Hơi nước cung cấp không đủ, áp suất hơi thấp - Hút hơi thứ quá ít hay quá nhiều, chênh lệch áp suất giữa các hiệu không bình thường - Cáu cặn quá nhiều - Độ chân không hiệu cuối quá thấp - Nồng độ dung dịch sạch vào nồi quá thấp - Thải nước ngưng và khí không ngưng không tốt - Ống gia nhiệt bị thủng.

Phương pháp xử lý:

- Tăng lượng hơi gia nhiệt - Điều chỉnh lượng hút hơi thứ - Ngưng nồi thông rửa, chuyển sang dùng nồi dự phòng - Điều chỉnh độ chân không để đạt chỉ tiêu chân không - Điều chỉnh nồng độ nước mía vào hệ bốc hơi ở công đoạn làm sạch

9/18/2014

 Nồng độ dịch ra cao hơn chỉ tiêu. Nguyên nhân:

- Dịch vào nồi ít - Áp suất hơi gia nhiệt hiệu 1 quá cao

Phương pháp xử lý:

- Tăng lượng dung dịch vào hệ bốc hơi, đảm bảo mức dịch của các hiệu bốc hơi. - Giảm lượng hơi gia nhiệt, giảm áp suất hơi gia nhiệt.

 Thoát dịch. Nguyên nhân:

- Mức dịch không ổn định, lúc cao lúc thấp - Hút hơi thứ dao động quá lớn - Độ chân không không không ổn định - Ống gia nhiệt thủng - Ống hồi lưu bộ khử dung dịch bị tắc - Độ axit dung dịch quá lớn.

9/18/2014

Phương pháp xử lý:

- Điều chỉnh kịp thời áp suất hơi nước, và điều chỉnh lượng nước đường vào nồi; khôi phục mức dịch trong nồi ổn định. - Hút hơi thư cho công đoạn gia nhiệt, nấu đường,... một cách ổn định - Điều chỉnh thích đáng van chân không và ống NH3, khôi phục chân không ổn định - Trong trường hợp nghiêm trọng, khi ống gia nhiệt bị thủng phải ngừng bốc hơi để thay đổi ống gia nhiệt. - Thông ống hồi lưu bộ khử dịch - Công đoạn lắng lọc phải ổn định trị số pH

 Nước ngưng thải không tốt, trong ống hơi có tiếng

9/18/2014