Báo cáo Đồ án Thiết kế thiết bị cô đặc nước mía một nồi liên tục, năng suất nhập liệu 8000Kg/h

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP THỰC PHẨM TP.HCM

KHOA CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM

BÁO CÁO ĐỒ ÁN

Đề tài:

THIẾT KẾ THIẾT BỊ CÔ ĐẶC NƯỚC MÍA

MỘT NỒI LIÊN TỤC, NĂNG SUẤT NHẬP

LIỆU 8000Kg/h

GVHD: NGUYỄN HỮU QUYỀN

SVTH: NGUYỄN THỊ NHƯ NGỌC

MSSV: 2005140345

MAI THANH PHÚC

MSSV: 2005140414

LỚP: 05DHTP1

TP.HCM, tháng 12 năm 2017

GVHD: NGUYỄN HỮU QUYỀN

2

MỤC LỤC

LỜI CẢM ƠN ........................................................................................................................6

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN .....................................................................7

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN ........................................................................8

LỜI MỞ ĐẦU .......................................................................................................................9

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ CÔ ĐẶC MÍA ĐƯỜNG ..................................................10

1. Giới thiệu chun g .....................................................................................................10

2. Nguyên liệu và sản phẩm ........................................................................................10

2.1. Đặc điểm nguyên liệ u .....................................................................................10

2.2. Đặc điểm sản phẩm ........................................................................................11

2.3. Biến đổi của nguyên liệu và sản phẩ m ...........................................................11

2.4. Yêu cầu nguyên liệu và sản phẩm ..................................................................12

3. Cô đặc và quá trình cô đặc ....................................................................................12

3.1. Định nghĩa cô đặc ..........................................................................................12

3.2. Bản chất của sự cô đặc ...................................................................................12

3.3. Ứng dụng của cô đặc ......................................................................................12

3.4. Các phương pháp cô đặc ................................................................................13

3.5. Đánh giá khả năng phát triển cùa sự cô đặc: ................................................13

4. Các thiết bị cô đặc ..................................................................................................13

4.1. Phân loại và ứng dụng ( =>Khảo sát trong phạm vi cô đặc nhiệt )...............13

4.2. Thiết bị cô đặc một nồi có ống tuần hoàn trung tâm .....................................15

4.3. Các thiết bị và chi tiết .....................................................................................15

4.4. Yêu cầu thiết bị và vấn đề năng lượng ...........................................................16

CHƯƠNG 2: HỆ THỐNG CÔ ĐẶC NƯỚC MÍA 1 NỒI LIÊN TỤC .................................17

1. H ệ thống cô đặc 1 nồi liên tục ................................................................................17

1.1. Nguyên lý hoạt động của thiết bị cô đặc ........................................................17

1.2. Nguyên lý hoạt động của thiết bị ngưng tụ Baromet......................................18

GVHD: NGUYỄN HỮU QUYỀN

3

1.3. Hoạt động của hệ thống .................................................................................19

2. Thao tác vận hành ..................................................................................................20

2.1. Chuẩn bị .........................................................................................................20

2.2. Vận hành.........................................................................................................20

CHƯƠNG 3: TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ THIẾT BỊ CHÍN H ...........................................21

1. Cân bằng vật chất và năng lượng ..........................................................................21

1.1. Dữ kiện ban đầu .............................................................................................21

1.2. Cân bằng vật chất ...........................................................................................21

1.3. Tổn thất nhiệt độ .............................................................................................21

1.4. Tổn thất nhiệt độ do nồng độ tăng ( ’)..........................................................22

∆

1.5. Tổn thất nhiệt độ do áp suất thủy tĩnh (∆’’)...................................................23

2. Cân bằng năng lượn g .............................................................................................26

2.1. Cân bằng nhiệt lượn g .....................................................................................26

2.2. Phương trình cân bằng nhiệt ..........................................................................27

3. Thiết kế thiết bị chính .............................................................................................30

3.1. Tính toán truyền nhiệt cho thiết bị cô đặc ......................................................30

3.2. Nhiệt tải phía tường (qv) ................................................................................34

3.3. Tiến trình tính các nhiệt tải riêng...................................................................35

3.4. Hệ số truyền nhiệt tổng quát K cho quá trình cô đặc .....................................36

3.5. Diện tích bề mặt truyền nhiệt .........................................................................37

4. Tính kích thước của thiết bị cô đặc ........................................................................37

4.1. Tính kích thước buồng đốt ..............................................................................37

4.2. Tính kích thước buồng bố c .............................................................................40

4.3. Tính kích thước các ống dẫn ..........................................................................44

4.4. Tổng kết về đường kính ..................................................................................45

5. Tính bền cơ khí cho thiết bị cô đặc .........................................................................46

5.1. Tính cho buồng đốt .........................................................................................46

5.2. Tính cho buồng bốc ........................................................................................48

GVHD: NGUYỄN HỮU QUYỀN

4

5.3. Tính cho đáy thiết b ị .......................................................................................53

5.4. Tính cho nắp thiết bị .......................................................................................58

5.5. Tính mặt bích..................................................................................................60

5.6. Tính vỉ ống ......................................................................................................62

5.7. Khối lượng và trai treo...................................................................................64

6. Tính toán thiết bị phụ .............................................................................................69

6.1. Thiết bị truyền nhiệt .......................................................................................69

6.2. Tính thiết bị ngưng tụ baromet.......................................................................75

7. Bồn cao v ị ...............................................................................................................83

8. Bơm .........................................................................................................................85

8.1. Bơm chân khôn g .............................................................................................85

8.2. Bơm đưa nước vào thiết bị ngưng t ụ ..............................................................87

8.3. Bơm đưa dung dịch nhập liệu lên bồn cao v ị .................................................89

8.4. Bơm tháo liệu .................................................................................................91

TÍNH TOÁN GIÁ THÀN H ..................................................................................................95

KẾT LUẬN .........................................................................................................................96

TÀI LIỆU THAM KHẢO ....................................................................................................97

GVHD: NGUYỄN HỮU QUYỀN

5

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 Hóa học 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 Nguyễn Hữu Quyền, 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 Nguyễn Hữu Quyền luôn có sức khỏe tốt, đạt được nhiều

thành công trong công việc và cuộc sống.

Em xin chân thành cảm ơn!

GVHD: NGUYỄN HỮU QUYỀN

6

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN

Sinh viên thực hiện: Nguyễn Thị Như Ngọc MSSV:2005140345 Lớp:05DHTP1

Sinh viên thực hiện: Mai Thanh Phúc

Nhận xét:

MSSV: 2005140414 Lớp: 05DHTP1

..........................................................................................................................................

Điểm bằng số:

Điểm bằng chữ:

TP. Hồ Chí Minh, ngày tháng

năm 2017

Giáo viên hướng dẫn

(ký và ghi họ tên)

GVHD: NGUYỄN HỮU QUYỀN

7

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN

Sinh viên thực hiện: Nguyễn Thị Như Ngọc MSSV: 2005140345 Lớp: 05DHTP1

Sinh viên thực hiện: Mai Thanh Phúc

Nhận xét:

MSSV: 2005140414

Lớp: 05DHTP1

..........................................................................................................................................

Điểm bằng số:

Điểm bằng chữ:

TP. Hồ Chí Minh, ngày tháng

năm 2017

Giáo viên phản biện

(ký và ghi họ tên)

GVHD: NGUYỄN HỮU QUYỀN

8

LỜI MỞ ĐẦU

Trong kế hoạch đào tạo đối với sinh viên năm thứ tư, môn học Đồ án Quá trình và

Thiết bị là cơ hội tốt cho việc hệ thống kiến thức về các quá trình và thiết bị của công

nghệ hoá học. Bên cạnh đó, môn này còn là dịp để sinh viên tiếp cận thực tế thông qua

việc tính toán, thiết kế và lựa chọn các chi tiết của một thiết bị với các số liệu cụ thể,

thông dụng.

Đề án chúng em nhận được là “Thiết kế thiết bị cô đặc nước mía một nồi liên tục,

năng suất nhập liệu 8000 kg/h”. Với:

+ Năng suất nhập liệu 8000kg/h

+ Nồng độ nhập liệu: 18 % khối lượng

+ Nồng độ sản phẩm: 40% khối lượng

+ Áp suất chân không tại thiết bị ngưng tụ: P_ck= 0,74 at

+ Nguồn nhiệt là hơi bão hòa. Áp suất hơi bão hòa P = 1.5 ati

- Sử dụng thiết bị cô đặc ống chùm, dạng tuần hoàn trung tâm.

- Nhiệt độ đầu của nguyên liệu: 30⁰C (tự chọn).

Vì Đồ án Quá trình và Thiết bị là đề tài lớn đầu tiên mà một nhóm hai sinh viên

đảm nhận nên thiếu sót và hạn chế trong quá trình thực hiện là không tránh khỏi. Do đó,

chúng em rất mong nhận được thêm góp ý, chỉ dẫn từ Thầy Cô và bạn bè để củng cố và

mở rộng kiến thức chuyên môn.

Chúng em chân thành cảm ơn.

GVHD: NGUYỄN HỮU QUYỀN

9

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ CÔ ĐẶC MÍA ĐƯỜNG

1. Giới thiệu chung

Đôi nét về ngành công nghệ mía đường ở nước ta và vị trí của cô đặc trong công nghệ

mía đường.

Như đã biết, ngành công nghiệp mía đường là một ngành công nghiệp lâu đời và

ngày càng phát triển ở nước ta. Trong những năm qua, ở một số tỉnh thành ở nước ta,

ngành công nghiệp mía đường đã có bước nhảy vọt rất lớn. 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 quý với giá rẻ cho các ngành sản xuất như rượu, sản xuất gỗ ép.... Trong

tương lai, khả năng này còn có thể phát triển hơn nữa nếu có sự quan tâm đầu tư tốt cho

cây mía cùng với nâng cao khả năng chế biến và tiêu thụ sản phẩm.

Do nhu cầu thị trường nước ta hiện nay mà các nhà máy đường với quy mô lớn nhỏ

mọc lên ở nhiều địa phương như Bình Dương, Quãng Ngãi, Tây Ninh, …. Tuy nhiên nó

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 đã gây khó khăn cho việc phát triển công nghiệp đường

mía. Ngoài ra, vấn đề cung cấp mía nguyên liệu, sự cạnh tranh của các nhà máy đường,

cộng với công nghệ lạc hậu, thiết bị cũ kỹ đã ảnh hưởng mạnh đến quá trình sản xuất.

Bên cạnh đó, cây mía lại có đặc tính là độ đường sẽ giảm nhiều và nhanh chóng nếu thu

hoạch trễ và không chế biến kịp thời...

Vì tất cả những lý do trên, việc cải tiến sản xuất, nâng cao và 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

2. Nguyên liệu và sản phẩm

2.1. Đặc điểm nguyên liệu

Nguyên liệu cô đặc ở dạng dung dịch, gồm:

Dung môi: nước.

GVHD: NGUYỄN HỮU QUYỀN

10

Các chất hoà tan: gồm nhiều cấu tử với hàm lượng rất thấp (xem như không

có) và chiếm chủ yếu là đường saccaroze. 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.

2.2. Đặc điểm sản phẩm

Sản phẩm ở dạng dung dịch, gồm:

 Dung môi: nước.

 Các chất hoà tan: có nồng độ cao.

2.3. Biến đổi của nguyên liệu và sản phẩm

Trong quá trình cô đặc, tính chất cơ bản của nguyên liệu và sản phẩm biến đổi

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:

 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 hoá học:

Thay đổi pH môi trường: thường là giảm pH do các phản ứng phân hủy amit (Vd:

asparagin) của các cấu tử tạo thành các acid.

Đóng cặn dơ: do trong dung dịch chứa một số muối Ca2+ ít hoà tan ở nồng độ

cao, phân hủy muối hữu cơ tạo kết tủa.

Phân hủy chất cô đặc.

Tăng màu do caramen hoá đường, phân hủy đường khử, tác dụng tương hỗ giữa

các sản phẩm phân hủy và các amino acid.

Phân hủy một số vitamin.

GVHD: NGUYỄN HỮU QUYỀN

11

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.

2.4. Yêu cầu nguyên liệu và sản phẩm

 Đảm bảo các cấu tử quý trong sản phẩm có mùi, vị đặc trưng được giữ nguyên.

 Đạt nồng độ và độ tinh khiết yêu cầu.

 Thành phần hoá học chủ yếu không thay đổi.

3. Cô đặc và quá trình cô đặc

3.1. Định nghĩa cô đặc

Cô đặc là phương pháp dùng để nâng cao các nồng độ các chất hòa tan trong dung

dịch gồm 2 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. Tùy theo

tính chất của cấu tử khó bay hơi (hay không bay hơi trong quá trình đó), ta có thể tách

một phần dung môi (cấu tử dễ bay hơi hơn) bằng phương pháp nhiệt độ (đun nóng)

hoặc phương pháp làm lạnh kết tinh.

3.2. Bản chất của sự cô đặc

Để tạo thành hơi (trạng thái tự do), 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 phân tử đủ năng lượng thực hiện quá trình này.

Bên cạnh đó, sự bay hơi xảy ra 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 (protit) sẽ ngăn chặn sự tạo bọt khi cô đặc.

3.3. Ứng dụng của cô đặc

 Trong sản xuất thực phẩm: cô đặc dung dịch đường, mì chính, nước trái cây...

 Trong sản xuất hóa chất: cô đặc dung dịch NaOH, NaCl, CaCl₂, các muối vô cơ....

Hiện nay, phần lớn các nhà máy sản xuất hóa chất, thực phẩm đều sử dụng thiết bị cô

đặc như một thiết bị hữu hiệu để đạt nồng độ sản phẩm mong muốn.

GVHD: NGUYỄN HỮU QUYỀN

12

Mặc dù cô đặc chỉ là một hoạt động gián tiếp nhưng nó rất cần thiết và gắn liền

với sự tồn tại của nhà máy. Cùng với sự phát triển của nhà máy, việc cải thiện hiệu

quả của thiết bị cô đặc là một tất yếu. Nó đòi hỏi phải có những thiết bị hiện đại, đảm

bảo an toàn và hiệu suất cao. Do đó, yêu cầu được đặt ra cho người kỹ sư là phải có

kiến thức chắc chắn hơn và đa dạng hơn, chủ động khám phá các nguyên lý mới của

thiết bị cô đặc.

3.4. 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, một cấu tử sẽ tách ra

dưới dạng tinh thể của 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 ta phải dùng máy lạnh.

3.5. Đánh giá khả năng phát triển cùa sự cô đặc:

Hiện nay phần lớn các nhà máy sản xuất hóa chất, thực phẩm đều sử dụng thiết bị

cô đặc như một thiết bị hữu hiệu để đạt nồng độ sản phẩm mong muốn mặc dù chỉ là

một hoạt động gián tiếp nhưng rất cần thiết và gắn liền với sự tồn tại của nhà máy.

Cùng với sự phát triển của thiết bị cô đặc là một tất yếu. Nó đòi hỏi phải có những

thiết bị hiện đại, đảm bảo an toàn và hiệu suất cao. Đưa đến yêu cầu người kỹ sư phải

có kiến thức chắc chắn hơn và đa dạng hơn, chủ động khám phá các nguyên lý mới

của thiết bị cô đặc.

4. Các thiết bị cô đặc

4.1. Phân loại và ứng dụng ( =>Khảo sát trong phạm vi cô đặc nhiệt)

4.1.1. Theo cấu tạo

Nhóm 1: dung dịch đối lưu tự nhiên (tuần hoàn tự nhiên). Thiết bị cô đặc nhóm

này có thể cô đặc dung dịch khá loãng, độ nhớt thấp, đảm bảo sự tuần hoàn dễ dàng

qua bề mặt truyền nhiệt. Bao gồm:

+ Có buồng đốt trong (đồng trục buồng bốc), ống tuần hoàn trong hoặc ngoài.

GVHD: NGUYỄN HỮU QUYỀN

13

+ Có buồng đốt ngoài (không đồng trục buồng bốc)

Nhóm 2: dung dịch đối lưu cưỡng bức (tuần hoàn cưỡng bức). Thiết bị cô đặc nhóm

này dùng bơm để tạo vận tốc dung dịch từ 1,5 m/s đến 3,5 m/s tại bề mặt truyền nhiệt.

Ưu điểm chính là tăng cường hệ số truyền nhiệt k, dùng được cho các dung dịch khá

đặc sệt, độ nhớt cao, giảm bám cặn, kết tinh trên bề mặt truyền nhiệt. Bao 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. Thiết bị cô đặc nhóm này chỉ cho

phép dung dịch chảy dạng màng qua bề mặt truyền nhiệt một lần (xuôi hay ngược) để

tránh sự tác dụng nhiệt độ lâu làm biến chất một số thành phần của dung dịch. Đặc

biệt thích hợp cho các dung dịch thực phẩm như nước trái cây, hoa quả ép. Bao 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.

4.1.2. Theo phương thức thực hiện quá trình

 Cô đặc áp suất thường (thiết bị hở): nhiệt độ sôi và áp suất không đổi, thường

được dùng trong cô đặc dung dịch liên tục để giữ mức dung dịch cố định, nhằm đạt

năng suất cực đại và thời gian cô đặc ngắn nhất.

 Cô đặc áp suất chân không: dung dịch có nhiệt độ sôi thấp ở áp suất chân không.

Dung dịch tuần hoàn tốt, ít tạo cặn và sự bay hơi dung môi diễn ra liên tục.

 Cô đặc nhiều nồi: mục đích chính là tiết kiệm hơi đốt. Số nồi không nên quá lớn vì

nó làm giảm hiệu quả tiết kiệm hơi. Người ta có thể cô đặc chân không, cô đặc áp lực

hay phối hợp hai phương pháp này với nhau đặc biệt có thể sử dụng hơi thứ cho mục

đích khác để nâng cao hiểu quả kinh tế.

 Cô đặc liên tục: cho kết quả tốt hơn cô đặc gián đoạn. Có thể được điều khiển tự

động nhưng hiện nay chưa có cảm biến đủ tin cậy.

GVHD: NGUYỄN HỮU QUYỀN

14

Đối với mỗi nhóm thiết bị, ta đều có thể thiết kế buồng đốt trong, buồng đốt ngoài,

có hoặc không có ống tuần hoàn. Tùy theo điều kiện kỹ thuật và tính chất của dung dịch,

ta có thể áp dụng chế độ cô đặc ở áp suất chân không, áp suất thường hoặc áp suất dư.

4.2. Thiết bị cô đặc một nồi có ống tuần hoàn trung tâm

Theo tính chất của nguyên liệu và sản phẩm, cũng như điều kiện kỹ thuật chúng ta

lựa chọn thiết bị cô đặc chân không 1 nồi liên tục có buồng đốt trong và ống tuần hoàn

trung tâm.

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 oxy.

Ưu điểm:

- Nhập liệu đơn giản: nhập liệu liên tục bằng bơm hoặc bằng độ chân không

trong thiết bị.

- Tránh phân hủy sản phẩm, thao tác, khống chế dễ dàng.

- Cấu tạo đơn giản, dễ sửa chữa, làm sạch.

Nhược điểm:

- Năng suất thấp và tốc độ tuần hoàn nhỏ vì ống tuần hoàn cũng bị đốt nóng.

- Nhiệt độ hơi thứ thấp, không dung được cho mục đích khác.

- Hệ thống phức tạp, có thiết bị ngưng tụ chân không.

4.3. Các thiết bị và chi tiết

Thiết bị chính - thiết bị cô đặc một nồi có ống tuần hoàn trung tâm:

+ Ống nhập liệu, ống tháo liệu.

+ Ống tuần hoàn, ống truyền nhiệt.

+ Buồng đốt, buồng bốc, đáy nắp.

+ Các ống dẫn: hơi đốt, hơi thứ, nước ngưng, khí không ngưng.

Thiết bị phụ:

GVHD: NGUYỄN HỮU QUYỀN

15

+ Bể chứa nguyên liệu

+ Bể chứa sản phẩm

+ Bồn cao vị

+Lưu lượng kế

+ Thiết bị gia nhiệt

+ Thiết bị ngưng tụ baromet.

+ Bơm nguyên liệu và bồn cao vị.

+ Bơm tháo liệu.

+ Bơm nước vào thiết bị ngưng tụ.

+ Bơm chân không.

+ Các van.

+ Thiết bị đo nhiệt độ, áp suất...

4.4. 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, tự động hóa dễ dàng.

GVHD: NGUYỄN HỮU QUYỀN

16

CHƯƠNG 2: HỆ THỐNG CÔ ĐẶC NƯỚC MÍA 1 NỒI LIÊN TỤC

1. Hệ thống cô đặc 1 nồi liên tục

1.1. Nguyên lý hoạt động của thiết bị cô đặc

Dung dịch từ bể chứa nguyên liệu được bơm lên bồn cao vị để ổn áp. Từ bồn

cao vị, dung dịch định lượng bằng lưu lượng kế đi vào thiết bị gia nhiệt sơ bộ và

được đun nóng đến nhiệt độ sôi.

Thiết bị gia nhiệt sơ bộ là thiết bị trao đổi nhiệt dạng ống chùm: 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. Nguồn nhiệt là

hơi nước bão hòa có áp suất là 3 at đi bên ngoài ống (phía vỏ). Dung dịch đi từ dưới

lên ở bên trong ống. Hơi nước bão hòa ngưng tụ trên bề mặt ngoài của ống và cấp

nhiệt cho dung dịch để nâng nhiệt độ của dung dịch lên nhiệt độ sôi. Dung dịch sau

khi được gia nhiệt sẽ chảy vào thiết bị cô đặc để thực hiện quá trình bốc hơi. Hơi

nước ngưng tụ thành nước lỏng và theo ống dẫn nước ngưng qua bẫy hơi chảy ra

ngoài.

Nguyên lý hoạt động của nồi cô đặc

Phần dưới của thiết bị là buồng đốt, gồm có các ống truyền nhiệt và một ống

tuần hoàn trung tâm. Dung dịch đi trong ống còn hơi đốt (hơi nước bão hòa) đi trong

khoảng không gian ngoài ống. Hơi đốt ngưng tụ bên ngoài ống và truyền nhiệt cho

dung dịch đang chuyển dộng trong ống. Dung dịch đi trong ống theo chiều từ trên

xuống và nhận nhiệt do hơi đốt ngưng tụ cung cấp để sôi, làm hóa hơi một phần dung

môi. Hơi ngưng tụ theo ống dẫn nước ngưng qua bẫy hơi để chảy ra ngoài.

Nguyên lý hoạt động của ống tuần hoàn trung tâm

Khi thiết bị làm việc, dung dịch trong ống truyền nhiệt sôi tạo thành hỗn hợp

lỏng – hơi có khối lượng riêng giảm đi và bị đẩy từ dưới lên trên miệng ống. Đối với

ống tuần hoàn, thể tích dung dịch theo một đơn vị bề mặt truyền nhiệt lớn hơn so với

trong ống truyền nhiệt nên lượng hơi tạo ra trong ống truyền nhiệt lớn hơn. Vì lý do

GVHD: NGUYỄN HỮU QUYỀN

17

trên khối lượng riêng của hỗn hợp lỏng – hơi ở ống tuần hoàn lớn hơn so với ở ống

truyền nhiệt và hỗn hợp này được đẩy xuống dưới. Kết quả là có dòng chuyển động

tuần hoàn tự nhiên trong thiết bị; từ dưới lên trong ống truyền nhiệt và từ trên xuống

trong ống tuần hoàn.

Phần phía trên thiết bị là buồng bốc để tách hỗn hợp lỏng – hơi thành 2 dòng.

Hơi thứ đi lên phía trên buồng bốc, đến bộ phận tách giọt để tách những giọt lỏng ra

khỏi dòng. Giọt lỏng chảy xuống dưới còn hơi thứ tiếp tục đi lên. Dung dịch còn lại

được hoàn lưu.

Dung dịch sau cô đặc được bơm ra ngoài theo ống tháo sản phẩm vào bể chứa

sản phẩm nhờ bơm ly tâm. Hơi thứ và khí không ngưng thoát ra từ phía trên của

buồng bốc đi vào thiết bị ngưng tụ baromet (thiết bị ngưng tụ kiểu trực tiếp). Chất

làm lạnh là nước được bơm vào ngăn trên cùng còn dòng hơi thứ được dẫn vào ngăn

dưới cùng của thiết bị. Dòng hơi thứ đi lên gặp nước giải nhiệt để ngưng tụ thành

lỏng và cùng chảy xuống bồn chứa qua ống baromet. Khí không ngưng tiếp tục đi lên

trên, được dẫn qua bộ phận tách giọt rồi được bơm chân không hút ra ngoài. Khi hơi

thứ ngưng tụ thành lỏng thì thể tích của hơi giảm làm áp suất trong thiết bị ngưng tụ

giảm. Vì vậy, thiết bị ngưng tụ baromet là thiết bị ổn định chân không duy trì áp suất

chân không trong hệ thống. Thiết bị làm việc ở áp suất chân không nên nó phải được

lắp đặt ở độ cao cần thiết để nước ngưng có thể tự chảy ra ngoài khí quyển mà không

cần bơm.

Bình tách giọt có một vách ngăn với nhiệm vụ tách những giọt lỏng bị lôi cuốn

theo dòng khí không ngưng để đưa về bồn chứa nước ngưng.

Bơm chân không có nhiệm vụ hút không ngưng ra ngoài đế tránh trường hợp

khí không ngưng tích tụ trong thiết bị ngưng tụ quá nhiều, làm tăng áp suất trong

thiết bị và nước có thể chảy ngược vào nồi cô đặc.

1.2. Nguyên lý hoạt động của thiết bị ngưng tụ Baromet

 Lượng khí bổ sung sinh ra trong thiết bị cô đặc bao gồm:

+ Hơi nước (chủ yếu)

+ Dung môi dễ bay hơi

GVHD: NGUYỄN HỮU QUYỀN

18

+ Khí không ngưng

Khí bổ sung cần được giải phóng để tạo chân không. Thiết bị ngưng tụ được kết hợp

với bơm chân không để hệ thống chân không hoạt động hiệu quả nhất.

Thiết bị ngưng tụ làm ngưng tụ hầu hết hơi nước, giải phóng một lượng hơi nước lớn

cho bơm chân không, do đó giảm tiêu hao năng lượng cơ học và tránh hỏng hóc cho

bơm (chỉ hút khí không ngưng).

Chọn thiết bị ngưng tụ trực tiếp loại khô, ngược chiều, chân cao (baromet). Trong đó,

nước làm lạnh và nước ngưng tụ chảy xuống còn khí không ngưng được bơm chân

không hút ra từ phần trên của thiết bị qua bộ phấn tách lỏng.

Chiều cao của ống baromet được chọn sao cho tổng của áp suất trong thiết bị và cột

áp thủy tĩnh bằng với áp suất khí quyển.

1.3. Hoạt động của hệ thống

1.3.1. Nhập liệu:

Nguyên liệu đường nhờ bơm nhập liệu đưa vào thiết bị truyền nhiệt ở nhiệt độ

khoảng 300^oC được đun nóng đến nhiệt độ cận sôi và đưa vào nồi cô đặc qua cửa nhập

liệu.

Ban đầu nhập đủ 2,5 m³thì tiến hành cô đặc, nguyên liệu vẫn tiếp tục nhập vào đề

bù lượng hơi thứ bốc lên cho đến khi đủ thể tích nguyên liệu cho 1 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 2,5 m³nguyên liệu của mẻ sau.

1.3.2. Quá trình cô đặc:

Sau khi đã nhập liệu đủ 2,5 m³, 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 ở áp suất 3 at. Hơi thứ ngưng tụ theo

ống dẫn nước ngưng qua bẫy hơi chảy ra ngoài và phần khí không ngưng được xả ra

ngoài theo cửa xả khí không ngưng.

GVHD: NGUYỄN HỮU QUYỀN

19

Hơi thứ bốc lên theo ống dẫn vào thiết bị ngưng tụ Baromet, ngưng tụ thành lỏng

chảy ra ngoài bồn chứa, phần không ngưng qua bộ phận tách giọt để chỉ còn khí theo

bơm chân không ra ngoài.

Toàn bộ hệ thống (thiết bị ngưng tụ Baromet, thiết bị cô đặc) làm việc ở điều

kiện chân không do bơm chân không tạo ra.

Sau thời gian cô đặc đã tính, dung dịch đường được bơm ra ngoài theo ống tháo

sản phẩm nhờ bơm ly tâm, vào thùng chứa sản phẩm

2. Thao tác vận hành

2.1. 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

2.2. Vận hành



Khởi động bơm chân không cho hệ thống đạt điều kiện chân không( khi lần

đầu hoạt động). Nước trong ống Baromet từ từ dâng lên. Đợi cho đến khi quá trình

ổn định.



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 các thao tác cho một mẻ mới.



GVHD: NGUYỄN HỮU QUYỀN

20