Chương 3 Bốc hơi (evaporation)

9/18/2014 1 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 2 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 3 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 4 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 5 Evaporator Vapor out Feed in Steam in (Saturated vapor) Product out Condensate out (Saturated Liquid) Vapor Separator Heat Exchanger Vaccum for non condensable Condensor unit Coolant In Coolant out MỤC ĐÍCH & PHẠM VI ÁP DỤNG 9/18/2014 6 - 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 I. MỤC ĐÍCH II. PHẠM VI ÁP DỤNG  Sản xuất đường  Sản xuất kẹo  Sản xuất sữa  Sản xuất chè 9/18/2014 7 Baûé ëïaûnDaùn nâaõn Saûn pâakm To = 10oC Maàm tinâ tâek Laøm náïéäi Keát tinâ Câieát ìéùt Coâ ñaëc Sö õa tö ôi Léïc Ñéàná âéaù Câïakn âéaù Thanh tìïøná Gia nâieät Gâeùp naép Caën 40-45oC To=55-80oC P= 10-25MPa To = 1370C t = 4s To = 65-70oC P = 20-30KPa T1 0 = 300C T2 0 = 15-18oC Siìé ñö ôøná Baé bì véâ tìïøná Naép Qui trình sữa cô đặc Sö õa náïóeân æieäï Câïakn âéùa Ñéàná âéùa Saáó Xö û æóù Baé áéùi Tâanâ tìïøná Coâ ñaëc Sö õa béät náïóeân kem Baé bì Qui trình sản xuất sữa bột 9/18/2014 8 Dö ùa Pâaân loaïi Rö ûa Caét goït Ñéùná hoäp Lỏi, vụnDòcâ ìæ Nước Héäp Nö ôùc tâaûi EÙp Phối trộn Léïc Baøi kâs Ló taâm Tâanâ trùng Coâ ñaëc Laøm æaïnâPâéái tìéänRéùt baé bì Xö û æóù Nö ôùc dö ùa céâ ñaëc Tâï âéài câaát tâôm Tìaùi nhoû EÙp Baõ Baõ Baûé éân Bao bì Caën Caën Dö ùa ñéùná âéäp Sản xuất bột cam 9/18/2014 9 Nö ôùc Ñö ôøná Maïcâ nâa Câïakn bò sóìïp Naáï Laøm náïéäi nâanâ Pâéái tìéän Ñònâ âìnâ Laøm náïéäi Baé áéùi Ñéùná tâïøná Ñéùná tïùi Câaát maøï Tinâ daàï baïc âaø Keïé baïc âaø Giaáó áéùi Baé nâö ïa Tâïøná Pâeá pâakm Sản xuất kẹo bạc hà Trà Nghiền Trích ly Lọc Cô đặc Nước Bã Bã Phối chế Sấy phun Làm ẩm Sấy tầng sôi Phối trộn Đóng gói Trà hòa tan 9/18/2014 10 Xö û æóù sô béä EÙp,taùcâ baõ Gia véâi sô béä Gia nâieät æaàn I Xéâná CO2 æaàn 1 Léïc æaàn 1 Gia nâieät æaàn II Xéâná CO2 æaàn 2 Léïc æaàn 2 Xéâná SO2 æaàn 1 Céâ ñaëc Xéâná SO2 æaàn 2 Léïc kiekm tìa Céâ ñaëc Ló taâm Héài dïná Béài tinâ Naáï ñö ôøná B Ló taâm Béài tinâ Saáó Nö ôùc tâakm tâaáï Sö õa véâi tâan âéaït tsnâ Msa Céâ ñaëc Ló taâm Béài tinâ Maät A Kâs SO2 Nö ôùc Kâs CO2 Sö õa véâi Kâs CO2 Gia véâi Cacbénat âéùa Léïc Tìaé ñéki ién Béác âôi Naáï ñö ôøná R1 Tìôï tinâ câaân kâéâná Ló taâm R1 Naáï ñö ôøná R2 Tìôï tinâ câaân kâéâná Ló taâm R2 Naáï ñö ôøná R3 Tìôï tinâ câaân kâéâná Ló taâm R3 Saáó Câö ùa vaøé cócæén Ñéùná baé Saûn pâakm Ñö ôøná B Ñö ôøná C câö a saáó Maät ìó Naáï ñö ôøná A Maät B Baõ Sản xuất đường mía NƯỚC MÍA HỖN HỢP Läc Gia nhiÖt lÇn thø I (55 - 600C) SO2 X«ng SO2 (pH = 3,0  4,0 0C) Ca(OH)2 Trung hòa (pH = 3,0  4,0 0C) Gia nhiÖt II (t = 100 - 1040C) L¾ng  N­íc bïn  Läc ch©n kh«ng  Bïn läc N­íc mÝa trong N­íc läc trong Gia nhiÖt III (115 - 1200C) Bèc h¬i MËt chÌ kh« (55 - 600 Bx) X«ng SO2 mËt chÌ (pH = 5,8 - 6,2) MËt chÌ tinh NÊu ®­êng C©n Sản xuất đường mía 9/18/2014 11 9/18/2014 12 9/18/2014 13 9/18/2014 14 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 15 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 16 IV. TRUYỀN NHIỆT TRONG HỆ THỐNG BỐC HƠI 9/18/2014 17 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 : )(,.. JdTdF dn dt dQ  )(,. WF dn dt Q    Cm W Csm mJ dTdtdF dndQ 002 ... . .. .        b. Dẫn nhiệt ổn định qua tường phẳng một lớp và nhiều lớp )(,).21( WFttQ       )(, .21 1 W Ftt Q ni i i i       9/18/2014 18 c. Dẫn nhiệt ổn định qua tường ống với một lớp và nhiệt lớp 1 2 21 log.3,2. 1 )(..2 r r ttL Q           ni i i i i r r ttL Q 1 1 21 log.3,2. 1 )(..2   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 )(,.).( JdTdFttdQ T  FttQ T ).(                20 .).( mC W Ftt Q T  9/18/2014 19 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 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). ) 2 1 1 1 ( t2).F- (t1     Q ) 2 1 1 1 ( 1     K             Cm W Ft Q K 02 .. C).(W/m, ) 2 1 1 1 ( 1 02 1        n i i i K 9/18/2014 20 a.2 Truyền nhiệt đẳng nhiệt qua tường ống )21(.2. 1 .) 1 2 lg3,2( 2.2 1 1.1 1 1 ttL r r rr Q       1 .) 1 2 lg3,2( 2.2 1 1.1 1 1 r r rr K                   Cm W tL Q Kt 0...2 V. THIẾT BỊ TRUYỀN NHIỆT - Thiết bị gia nhiệt - Thiết bị ngưng tụ 9/18/2014 21 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 22 I.PHƯƠNG ÁN BỐC HƠI  Bốc hơi một nồi  Bốc hơi nhiều nồi (hiệu) 9/18/2014 23 9/18/2014 24 9/18/2014 25 I 2,2  2,5 kg/cm2 E1 II 1,6  1,8 kg/cm2 E2 III 1,2  1,3 kg/cm2 E3 P=33,5kg/cm2 (ata) Ph­¬ng ¸n bèc h¬i ¸p suÊt cao 3 nåi  H¬i thø nåi cuèi lín  NhiÖt ®é trong c¸c nåi cao I 2,4 kg/cm2 E1 II 1,78 kg/cm2 E2 CK 850C E4 P=2,9kg/cm2 (ata) III 1  1,1 kg/cm2 E3 MËt vµo MËt ra Ph­¬ng ¸n bèc h¬i 3 nåi cã nåi c« 9/18/2014 26 I 1,15 kg/cm2 E1 II 0,777 kg/cm2 E2 IV 0,14 kg/cm2 E4 P=1,5kg/cm2 (ata) III 0,405 kg/cm2 E3 Ph­¬ng ¸n bèc h¬i 4 hiÖu ch©n kh«ng 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. 9/18/2014 27 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 H¬i gi¶m ¸p 0 1,78 kg/cm2 E1 I 1,36 kg/cm2 E2 P=3,9kg/cm2 (ata) H¬i th¶iN­íc mÝa HiÖu II - Phương án 2: nồi số ‘0’ chỉ dùng để nấu nước và cấp hơi H¬i gi¶m ¸p 0 E1 I E2 P=3,9kg/cm2 (ata) H¬i th¶i N­íc mÝa HiÖu II 9/18/2014 28 Phương án bốc hơi 5 hiệu chân không 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 I 1190C E1 II 107,50C E2 V 790C Ng­ng tô 5 III 95,30C E3 IV 790C E4 4 128,90 1180 106,50 94,30 780 3 2 1 H¹ng môc Sè hiÖu I II III IV V ¸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 78 ¸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 79 51 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) 0 1 1 1 1 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 92 77 Điều kiện nhiệt của bốc hơi chân không 5 hiệu 9/18/2014 29 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 30 9/18/2014 31 9/18/2014 32 - 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 33 - 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 34 9/18/2014 35 1 15 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 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 36 Một số kết cấu thiết bị 9/18/2014 37 9/18/2014 38 III. TỔN THẤT VÀ CHÊNH LỆCH NHIỆT ĐỘ 9/18/2014 39  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 ’’’ Hiệu nhiệt độ hữu ích: t = thđ – ts = thđ – tht – (’ + ’’ + ’’’ ) IV. PHƯƠNG ÁN PHÂN PHỐI t 1. Theo điều kiện bề mặt các nồi bằng nhau 2. Tổng diện tích bề mặt đốt nóng các nồi là nhỏ nhất 3. Kết hợp cả hai điều kiện trên i i i i i KW KW K Q Ki Q t t m . . 1 1 1 11     1 11 K Q K Q t t m i i i i     1 1 1 11 K Q K Q K Q K Q t t k k k k k    9/18/2014 40 Theo điều kiện bề mặt các nồi bằng nhau tK Q F   . 11 1 1 . tK Q F   nn n n tK Q F   . nFFF  .....21 nn n tK Q tK Q    . ..... . 11 1 11 tt  21 12 12 . . . KQ KQ tt  n n n KQ KQ tt . . . 1 1 1   ) . . .......... . . 1.( 1 1 21 12 1 n n KQ KQ KQ KQ tt    ).( 1 1 1 1 K Q K Q tt n i i i     ).( 1 1 1 1 n i i i K Q K Q tt     ).( 1 n i i i n n n K Q K Q tt 9/18/2014 41 Tổng diện tích bề mặt đốt nóng các nồi là nhỏ nhất 11 1 1 . tK Q F   22 2 2 . tK Q F     21 ttt       ) )(. ( 12 2 11 1 21 ttK Q tK Q FFF 0 )(.)( 2 12 2 2 11 1 1        ttK Q tK Q td dF 0 . 2 22 2 2 11 1      tK Q tK Q 1 1 2 2 1 2 2 K Q K Q t t m     1 1 3 3 1 3 3 K Q K Q t t m     1 1 1 t t m    11 321 t t t ttt mi                 ni i i ii K Q K Q t m t t 1 1 1 1 .      ni i i i k k k K Q K Q tt 1 . 9/18/2014 42 Kết hợp cả hai điều kiện trên 1 1 1 11 K Q K Q K Q K Q t t k k k k k   i i i i i KW KW K Q Ki Q t t m . . 1 1 1 11     1 11 K Q K Q t t m i i i i     1 1 2    t t 1 1 3    t t 1 1    t tn n t tttt n   ....321 V. LỰA CHỌN SỐ NỒI 0 Tt Số nồi A B C D M N Chi phí 9/18/2014 43 VI. TÍNH TOÁN CÔNG NGHỆ 2 11 2 . Bx BxM M  2 11 121 . Bx BxM MMMW  2211 .. BxMBxM  Tổng lượng hơi nước bốc hơi. W4 = X W3 = W4 + E3 = X + E3 W2 = W3 + E2 = X + E2 + E3 W1 = W2 + E1 = X + E1 + E2 + E3 W = Wi = 4X + 3E3 + 2E2 + E1 X = (W – (3E3 + 2E2 + E1 ))/4 W2W1 W3 I II III IV E1 E2 E3 W4=X D M1.Bx1 M2.Bx2 M3.Bx3 M4.Bx4M0.Bx0 Tính lượng nước bốc hơi cho từng nồi 9/18/2014 44 Lượng hơi nước cho hệ thống bốc hơi D = W1 = X + E1 + E2 + E3 Lượng dịch cho từng nồi M1 = M0 – W1 M2 = M1 – W2 = M0 – W1 – W2 M3 = M2 – W3 = M0 – W1 – W2 – W3 M4 = M3 – W4 = M0 – W1 – W2 – W3 – W4  Xác định diện tích truyền nhiệt 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 tK rW F   ..22 . .100 9/18/2014 45 VI. TÍNH TOÁN THIẾT BỊ 1. Tính buồng đốt - Tính số ống truyền nhiệt ld F n ..  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   .4 . 4 . . 22 dlt ddn  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 9/18/2014 46 - Tính đường kính buồng đốt 2 2 )2( sin.. . 4 td tn D dlt     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 2. Tính kích thước không gian bốc hơi - Vận tốc lắng của các hạt lỏng h hldg    ..3 )(.4 21 1   21 , là khối lượng riêng của chất lỏng và hơi thứ, kg/m3; hld đường kính hạt lỏng, m; h vận tốc hơi thứ trong buồng hơi, m/s  hệ số trở lực, (phụ thuộc và Re); 9/18/2014 47 h hlh v d. Re   h 1 hv - vận tốc hơi thứ trong buồng hơi, - độ nhớt động học của hơi thứ, m2/s h Khi Re < 500: 6,0Re 5,18  Re = 500 – 150.000: 44,0 h hld    ).( 45,5 211   W D hh ht   .. 4.1000 ..3600 2. htD . h h - 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 W- khối lượng hơi thứ, T/h 9/18/2014 48 - Chiều cao khoang bốc hơi 1. '  W W H  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 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 9/18/2014 49 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 94 Nåi sè 3 600 81 Nåi sè 4 550 54 TÝnh to¸n l­îng h¬i bèc Träng l­îng mËt chÌ trong = 98x960 = 94.080 kg/h kg/h 560.70) 56 14 1(94080 E 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 50 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   560.70iw kg/h TÝnh to¸n l­îng h¬i bèc cho tõng nåi TÝnh ®é Brix cho c¸c nåi 640.27080.98 080.98 14  x 17640440.66 080.98 14  x 640.12800.44 080.98 14  x 640.12160.36 080.98 14  x B1= B2= B3= B4= Nåi thø i Nång ®é chÊt kh« (0Bx) TB ®Çu vµo nåi 1 B0= 14 b1 = 16,9 b2 = 23,4 b3 = 31,7 b4 = 46,2 ®Çu ra nåi 1 = 19,8 ®Çu ra nåi 2 = 27 ®Çu ra nåi 3 = 36,4 ®Çu ra nåi 4 = 56 9/18/2014 51 TÝnh ®é sôt nhiÖt ®é thùc Thang nhiÖt ®é (0C) Nåi H¬i n­íc d N­íc mÝa ®é sôt thùc Nåi 1 115 1 105 115-105-1=9 Nåi 2 105 1,5 94 105-94-1,5=9,5 Nåi 3 94 2,5 81 94-81-2,5=10,5 Nåi 4 81 5,7 54 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.   .).54)(100( STb w f 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 52 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 TT Các yếu tố 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 - Tăng hệ số dẫn nhiệt của tường ống. Tăng K TT Các yếu tố Ảnh hưởng 3 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 53 9/18/2014 54  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 55 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 9/18/2014 56  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 57  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 58 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 va đập. Nguyên nhân: - Bơm nước ngưng không hút hoặc có sự cố - Bộ phận van thoát nước ngưng không hoạt động - Ống thải nước ngưng bị gỉ sắt làm tắc Phương pháp xử lý: - Dùng bơm dự phòng, hoặc ngừng bơm để sửa chữa - Sửa van nước ngưng hoặc có thể giảm độ chân không tới khi thích hợp.