Đồ án Thiết kế phân xưởng sản xuất bia với năng suất 5000 lít/ ngày

được : S = + C, m. S = 1,3.10-3 + C. Giả sử chiều dày là 4 mm. Suy ra : C3 = 0,4. 10-3 [2-364]. Chiều dày nồi hồ hoỏ là: S = 1,3.10-3 + 0,4.10-3 = 1,7.10-3 m. Chọn chiều dày là: S = 4.10-3m = 4 mm. Kiểm tra ứng suất thành ở ỏp suất thử bằng cụng thức: [2-365]. . Trong đú: P0 = 1,5.P = 1,5. 0,25.106 N/m2. Thay vào cụng thức thử: s = N/m2. . Vậy S = 4 mm đỏp ứng được độ bền và an toàn cho thõn. Tớnh chiều dày đỏy ngoài chịu ỏp lực trong: Chiều dày đỏy thiết bị được tớnh theo cụng thức: [2-385]. Trong đú: Dt = 1,2 m. P = 0,25.106 N/m2. [s]= 132.106 N/m2. hb: Chiều cao phần lồi của đỏy, m. hb: 0,35 m. jh = 0,95. k: hệ số khụng thứ nguyờn. Khi ở đỏy cú lỗ thỏo nước ngưng đường kớnh d = 0,032 mm, k được tớnh theo cụng thức: k = 1 – d/Dt = 1 – 0,032/1,2 = 0,975. Do: > . Nờn cú thể bỏ qua đại lượng P ở mẫu trong thức tớnh S. Thay số ta cú: S = S – C = 1,3 mm < 10 mm. C = C3 = 2 + 0,18 = 2,18 mm. Vậy: S = 1,3 + 2,18 = 3,48 mm. Quy chuẩn: S = 4 mm. Kiểm tra ứng suất thành của đỏy thiết bị ở ỏp suất thử theo cụng thức: [2- 386]. N/m2. Vậy chiều dày đỏy trong S = 4 mm thoả món yờu cầu. Tớnh chiều dày nắp chịu ỏp lực trong: Chiều dày đỏy thiết bị được tớnh theo cụng thức: [2- 385]. Trong đú: Dt = 1,2 m. P: ỏp suất trờn bề mặt dịch, N/m2. P = 1at = 0,1.106 N/m2. [s]= 132.106 N/m2. hb= 0,3 m. jh = 0,95. k: hệ số khụng thứ nguyờn. Trờn đỉnh nắp cú gắn một ống thoỏt hơi đường kớnh 200 mm. k = 1- d/Dt = 1- 0,2/1,2 = 0,85. Vỡ: > Nờn cú thể bỏ qua đại lượng P ở mẫu số trong cụng thức tớnh S. Thay số ta cú: S = . S = 0,84.10-3 + C , m. S – C = 0,84 mm < 10 mm. C = C3 = 2 + 0,12 = 2,12. Vậy: S = 0,84 + 2,12 = 2,96 mm. Quy chuẩn S = 4 mm. Kiểm tra ứng suất thành của nắp ỏp suất thử bằng cụng thức: [2-836]. N/m2. Do đú S = 4 mm thoả món yờu cầu. Tớnh chiều dày thõn trong chịu ỏp lực ngoài: Chiều dày thõn trong thiết bị được tớnh theo cụng thức: [2-370]. S = C, m. Với điều kiện: Trong đú: Pn: ỏp suất bờn ngoài tớnh ở trờn. Et: mụđun đàn hồi với Et=200.109N/m2. l: chiều dài tớnh toỏn( chiều cao). Thay số ta cú: S = 1,25.1,2C, m. = 7,47.10-3 + C, m. Mà: C = C1 + C2 + C3 = (1,0 + 0 + 0,8).10-3 = 1,8.10-3m. Với C3 = 0,8 mm. Tra ở bảng XIII.9. Do đú: S = (7,47 + 1,8).10-3 = 9,27.10-3m. Ta lấy S = 10 mm. Thoả món điều kiện trờn. Kiểm tra ứng suất thành ở ỏp suất thử bằng cụng thức: [2-365]. <= N/m2. Trong đú: P0 = 1,5.P = 1,5.0,35.106 = 0,53.106 N/m2. Thay vào cụng thức trờn ta cú: s = <. Vậy S = 10 mm thoả món yờu cầu độ bền và an toàn cho thiết bị. I.7.2. Tớnh cõn bằng nhiệt lượng và bề mặt truyền nhiệt: Dựng thiết bị hai vỏ để đun núng dung dịch (dựng hơi nước bóo hoà), phương trỡnh cõn bằng nhiệt lượng được xỏc định như sau: . Trong đú:. . G: khối lượng dung dịch, kg. C: Nhiệt dung riờng của dung dịch kcal/kg.độ. Cng: nhiệt dung riờng của nước ngưng. C = 4,258 J/kg.độ = 1,017 kcal/kg.độ. tđ, tc: nhiệt độ đầu và cuối của dung dịch, 0C. : nhiệt độ của nước ngưng,0C. : nhiệt lượng riờng của hơi nước bóo hoà, kcal/kg. D: lượng hơi nước bóo hoà, kg/h. Hơi nước bóo hoà ở P = 2,5 at. [1-378]. 0C. kcal/kg. Tớnh nhiệt dung riờng của dịch trong nồi hồ hoỏ: Nhiệt dung riờng được xỏc định theo cụng thức: C =.C1 + .C2 Trong đú: C1: nhiệt dung riờng của chất hoà tan, C1 = 0,34 kcal/kg.0C. C2: nhiệt dung riờng của nước C2 = 1 kcal/kg.0C. w: hàm ẩm của dịch chỏo, %. Lượng chất khụ cú trong nồi hồ hoỏ là: 158,155 x 0,87 + 7,9475 x 0,93 = 144,99 kg. Vậy: w = . Do đú: C = kcal/kg.0C. Quỏ trỡnh hồ hoỏ nhiệt lượng được xỏc định ở chu kỳ tải nhiệt lớn nhất, tức là thời gian đun từ 520C ữ 850C trong khoảng 23 phỳt: Q = G.C.(tc – tđ). Thay số ta cú: Q = 996,615 x 0,9 x (85 – 52) = 29599,47 kcal. Q = kcal/h. Áp dụng phương trỡnh cõn bằng nhiệt ta tớnh được lượng hơi nước bóo hoà cần dựng là: D =. D = kg/h. Quỏ trỡnh làm nguội dịch từ 850C xuống 720C trong 10 phỳt. Như vậy với lượng hơi đốt cấp vào trong 23 phỳt là 149,179 kg/h nờn ta cú: Q = kg/phỳt. Do đú để hạ nhiệt độ xuống 720C thỡ cứ mỗi phỳt hạ 57,19 kg hơi trong vũng 10 phỳt. Quỏ trỡnh nõng nhiệt độ dịch từ 720C lờn 1000C trong 20 phỳt. Ta tớnh được: Q = G.C.(tc – tđ). Q = 996,615 x 0,9 x (100 – 72) = 25114,698 kcal. Áp dụng phương trỡnh cõn bằng nhiệt ta tớnh lượng hơi nước bóo hoà cần dựng: D =. D = kg/h. Tớnh bề mặt truyền nhiệt: Lượng nhiệt xỏc định được ở nhiệt độ lớn nhất từ 720C ữ 1000C. Q = 25114,698 kcal. Hệ số truyền nhiệt của nồi hai vỏ lấy giỏ trị trung bỡnh từ 400 ữ 1200 kcal/m2.h.độ. [3-188]. Ở đõy ta chọn K = 1000 kcal/m2.h.độ. Vậy: Q = K.F... Trong đú: F: bề mặt truyền nhiệt, m2. : hiệu số nhiệt độ trung bỡnh, 0C. . 0C. 0C. Vậy: 0C. Bề mặt truyền nhiệt được xỏc định: F = m2. I.8. Nồi đường hoỏ: Tỷ lệ nước: malt là 5:1. Tổng khối lượng của hỗn hợp trong nồi là: (369,095 – 7,9475) x 6 = 2166,887 kg. Khối lượng riờng của hỗn hợp d = 1,08 kg/lớt. Vậy thể tớch của hỗn hợp dịch malt là: Vm = lớt. Khi đường hoỏ ta cho cả lượng dịch ở nồi hồ hoỏ sang: Thể tớch dịch chỏo ở nồi hồ hoỏ là: 922,792 lớt. Khi kết thỳc quỏ trỡnh hồ hoỏ, bay hơi 5% lượng nước. Vậy thể tớch dịch thực tế đưa từ nồi hồ hoỏ sang nồi đường hoỏ là: Vg = 922,792 x 0,95 = 876,65 lớt. Tổng thể tớch dịch trong nồi đường hoỏ là: 2006,375 + 876,65 = 2883,025 lớt = 2,883 m3. Thể tớch nồi đường hoỏ cần là: V = m3. Chọn nồi đường hoỏ là nồi hai vỏ, được chế tạo bằng thộp khụng rỉ, đỏy cầu, đường kớnh là: Dt = 1800 mm. Đỏy và nắp thiết bị: Chọn nắp elớp cú gờ. Với Dt = 1,8 m ta tra được: [2-383]. ht = 40 mm. h = 350 mm. S = 2,31 m2. Chiều cao thiết bị H = 1,95 m. I.8.1. Tớnh độ bền cho thiết bị: Đường kớnh thõn trong: 1800 mm. Đường kớnh trong thõn ngoài: 1880 mm. Chiều cao đỏy trong: 350 mm. Chiều cao đỏy ngoài: 400 mm. Áp suất hơi đốt: 2,5 at. Vật liệu chế tạo: Thộp SUS.304. Hơi nước bóo hoà ở ỏp suất 2,5 at, t0 = 126,250C. Tra ở [1-312]. Tớnh chất vật lý.Tra ở [1-310]. Hệ số dẫn nhiệt: l = 16,3 W/m.độ. Giới hạn bền kộo: sk = 550.106 N/m2. Giới hạn bền chảy: sch = 220.106 N/m2. Hệ số an toàn theo giới hạn bền kộo: nk= 2,6. Hệ số an toàn theo giới hạn bền chảy: nch= 1,5. Thiết bị nấu hồ hoỏ thuộc loại I và nhúm 2 nờn hệ số hiệu chỉnh ta chọn là: h= 0,9. Tớnh ứng suất cho phộp: Ứng suất cho phộp khi kộo: [sk] = = N/m2. Ứng suất cho phộp khi tớnh toỏn theo giới hạn bền chảy: [sCh] = = N/m2. Ứng suất cho phộp khi tớnh toỏn là giỏ trị bộ hơn trong hai kết quả vừa tớnh được: [s]=132.106 N/m2. Tớnh chiều dày thõn ngoài chịu ỏp lực trong: Chiều dày thõn thiết bị được tớnh theo cụng thức: Tra ở [2-360]. , m. Trong đú:Dt = 1,480 m. P: ỏp suất trong ỏo hơi, N/m2. [s]=132.106 N/m2. jh = 0,95 ( hệ số bền theo phương dọc của thõn). C: hệ số bổ sung, m. C= C1+ C2 + C3. Trong đú: C1: hệ số bổ sung do ăn mũn, m. C2: hệ số bổ sung do bào mũn, m. C3: hệ số bổ sung do dung sai của chiều dày, m. Vỡ thộp SUS.304 là vật liệu bền và làm việc trong mụi trường khụng bị bào mũn nờn C1 = C2 = 0. Vỡ: Ê >. Nờn cú thể bỏ qua P ở mẫu số trong cụng thức tớnh S. Thay số vào cụng thức tớnh S ở trờn ta được : S = + C, m. S = 1,5.10-3 + C. Giả sử chiều dày chiều dày là 3 mm. Suy ra : C3 = 0,4. 10-3 [2-364]. Chiều dày nồi hồ hoỏ là: S = 1,5.10-3 + 0,3.10-3 = 1,8.10-3 m. Chọn chiều dày là: S = 3.10-3m = 3 mm. Kiểm tra ứng suất thành ở ỏp suất thử bằng cụng thức: [2-365]. . Trong đú: P0 = 1,5.P = 1,5. 0,25.106 N/m2. Thay vào cụng thức thử: s = N/m2. . Vậy S = 3 mm đỏp ứng được độ bền và an toàn cho thõn. Tớnh chiều dày đỏy ngoài chịu ỏp lực trong: Chiều dày đỏy thiết bị được tớnh theo cụng thức: [2-385]. Trong đú: Dt = 1,8 m. P = 0,25.106 N/m2. [s]= 132.106 N/m2. hb: Chiều cao gờ của đỏy, m. hb: 0,4 m. jh = 0,95. k: hệ số khụng thứ nguyờn. Khi ở đỏy cú lỗ thỏo nước ngưng đường kớnh d = 0,032 mm k được tớnh theo cụng thức: k = 1 – d/Dt = 1 – 0,032/1,8 = 0,975. Do: > . Nờn cú thể bỏ qua đại lượng P ở mẫu trong thức tớnh S. Thay số ta cú: S = S – C = 1,5 mm < 10 mm. C = C3 = 2 + 0,18 = 2,18 mm. Vậy: S = 1,5 + 2,18 = 3,68 mm. Quy chuẩn: S = 4 mm. Kiểm tra ứng suất thành của đỏy thiết bị ở ỏp suất thử theo cụng thức: [2- 386]. N/m2. Vậy chiều dày đỏy trong S = 4 mm thoả món yờu cầu. Tớnh chiều dày nắp chịu ỏp lực trong: Chiều dày đỏy thiết bị được tớnh theo cụng thức: [2- 385]. Trong đú: Dt = 1,8 m. P: ỏp suất trờn bề mặt dịch, N/m2. P = 1at = 0,1.106 N/m2. [s]= 132.106 N/m2. hb= 0,4 m. jh = 0,95. k: hệ số khụng thứ nguyờn. Trờn đỉnh nắp cú gắn một ống thoỏt hơi đường kớnh 200 mm. k = 1- d/Dt = 1- 0,2/1,8 = 0,85. Vỡ: > Nờn cú thể bỏ qua đại lượng P ở mẫu số trong cụng thức tớnh S. Thay số ta cú: S = . S = 0,8.10-3 + C , m. S – C = 0,8 mm < 10 mm. C = C3 = 2 + 0,12 = 2,12. Vậy S = 0,8 + 2,12 = 2,92 mm. Quy chuẩn S = 4 mm. Kiểm tra ứng suất thành của nắp ỏp suất thử bằng cụng thức: [2-836]. N/m2. Do đú S = 4 mm thoả món yờu cầu. Tớnh chiều dày thõn trong chịu ỏp lực ngoài: Chiều dày thõn trong thiết bị được tớnh theo cụng thức: [2-370]. S = C, m. Với điều kiện: Pn: ỏp suất bờn ngoài thiết bị. Áp suất tớnh toỏn bờn ngoài gồm cả độ chõn khụng trong thiết bị. Pn = Plv + Pmt = 0,25.106 + 0,1.106 = 0,35.106. Et: mụđun đàn hồi với Et = 200.109 N/m2. l: chiều dài tớnh toỏn( chiều cao). Thay số ta cú: S = 1,25.1,4C, m. = 9,95.10-3 + C, m. Mà: C = C1 + C2 + C3 = (1,0 + 0 + 0,8).10-3 = 1,8.10-3m. Với C3 = 0,8 mm tra ở [2-364]. Do đú: S = (9,95 + 1,8).10-3 = 11,75.10-3m. Ta lấy S = 12 mm. Thoả món điều kiện trờn. Kiểm tra ứng suất thành ở ỏp suất thử bằng cụng thức: [2-365]. <= N/m2. Trong đú: P0 = 1,5.P = 1,5.0,35.106 = 0,53.106 N/m2. Thay vào cụng thức trờn ta cú: s = <. Vậy S = 12 mm thoả món yờu cầu độ bền và an toàn cho thiết bị. I.8.2. Tớnh bề mặt truyền nhiệt: Quỏ trỡnh nhiệt trao đổi ở nồi đường hoỏ được chia thành cỏc giai đoạn sau: Trộn gạo với nước ở nhiệt độ thớch hợp được hỗn hợp ban đầu cú nhiệt độ khoảng 370C, giữ khoảng 30 phỳt. Nõng dịch từ 370C lờn 520C trong 20 phỳt, duy trỡ tại nhiệt độ 520C trong 30 phỳt. Nõng nhiệt độ từ 520C lờn 650C trong 10 phỳt, giữ ở 650C trong 30 phỳt. Nõng nhiệt độ từ 650C lờn 760C trong 10 phỳt, giữ ở 760C trong khoảng 30 phỳt đến khi đường hoỏ kết thỳc. Tớnh nhiệt dung riờng của dịch trong nồi đường hoỏ: Nhiệt dung riờng được xỏc định theo cụng thức: C.M = Cm.Mm + Cc.Mc + Cn.Mn. Trong đú: C, Cm, Cc, Cn: Nhiệt dung riờng của dịch, malt, gạo, nước, kcal/kg.độ. M, Mm, Mc, Mc: khối lượng của dịch, chất khụ của malt, chỏo, gạo, nước, kg. Trong malt cú 84% chất khụ, 6% nước. Với: Cm = 0,34 kcal/kg.độ. Cc = 0,9 kcal/kg.độ. Cn = 1 kcal/kg.độ. Ta cú: C = . C= kcal/kg.độ. Quỏ trỡnh nõng nhiệt độ từ 370C lờn 520C trong 20 phỳt. Q = G.C.(tc- tđ). Trong đú: G = 508,66 x 2 = 1017,32 kg. C = 0,91 kcal/kg.độ. Vậy: Q = 1017,32 x 0,91 x (52-37) = 13886,42 kcal. Q = kcal/h. Áp dụng phương trỡnh cõn bằng nhiệt tớnh lượng hơi nước bóo hoà: D =. D = kg/h. Quỏ trỡnh nõng nhiệt độ dịch từ 520C lờn 650C trong 10 phỳt. Ta tớnh được: Q = G.C.(tc- tđ). Q = 1017,32 x 0,91 x ( 65- 52) = 12034,896 kcal. Q = kcal/h. Áp dụng phương trỡnh cõn bằng nhiệt tớnh lượng hơi nước bóo hoà cần dựng: D =. D = kg/h. Quỏ trỡnh nõng nhiệt độ từ 650C lờn 760C trong 10 phỳt. Q = G.C.(tc – tđ). Q = 1017,32 x 0,91 x (76 – 65) = 10183,37 kcal. Q = kcal/h. Áp dụng phương trỡnh tớnh cõn bằng nhiệt lượng hơi nước bóo hoà: D =. D = kg/h. Tớnh bề mặt truyền nhiệt: Lượng nhiệt được xỏc định ở giai đoạn tải nhiệt lớn nhất từ 650C ữ 760C. Q = 61100,24 kcal/h. Ta cú cụng thức truyền nhiệt được tớnh như sau: Q = K.F... K được chọn là: 1000 kcal/m2.h.độ. : hiệu số nhiệt độ trung bỡnh. 1= 126,25 – 65 = 61,250C. 2= 126,25 – 75 = 50,250C. Vỡ: 0C<0C. Do đú hiệu số nhiệt độ trung bỡnh được tớnh theo cụng thức: = 0C. Suy ra: F = m2. I.9. Nồi nấu hoa: Lượng dịch sau khi đun hoa trong một mẻ nấu là: 2957,28 lớt. Nước bay hơi trong quỏ trỡnh nấu hoa là 10%. Vỡ vậy lượng dịch trong thựng nấu hoa trước khi đun là: lớt. Lấy hệ số đổ đầy nồi là 75%, vậy thể tớch của nồi là: V = lớt. Chọn nồi nấu hoa là nồi hỡnh trụ, hai vỏ, được chế tạo bằng thộp khụng gỉ, đỏy cầu đỉnh elip với đường kớnh: Dt = 1900 mm. Nắp elớp cú gờ: Với Dt = 1,9 tra được: [2-383]. ht= 40 mm. h = 450 mm. S = 3,76 m2. I.9.1. Tớnh độ bền cho thiết bị: Đường kớnh thõn trong: 1900 mm. Đường kớnh trong thõn ngoài: 1980 mm. Chiều cao đỏy trong: 450 mm. Chiều cao đỏy ngoài: 500 mm. Áp suất hơi đốt: 2,5 at. Vật liệu chế tạo: Thộp SUS.304. Hơi nước bóo hoà ở ỏp suất 2,5 at cú: t0 = 126,250C tra ở [1-312]. Tớnh chất vật lý của thộp SUS.304 .Tra ở [1-310]. Hệ số dẫn nhiệt: l = 16,3 W/m.độ. Giới hạn bền kộo: sk = 550.106 N/m2. Giới hạn bền chảy: sch = 220.106 N/m2. Hệ số an toàn theo giới hạn bền kộo: nk= 2,6. Hệ số an toàn theo giới hạn bền chảy: nch= 1,5. Thiết bị nấu hồ hoỏ thuộc loại I và nhúm 2 nờn hệ số hiệu chỉnh ta chọn là: h= 0,9. Tớnh ứng suất cho phộp: Ứng suất cho phộp khi kộo: [sk] = = N/m2. Ứng suất cho phộp khi tớnh toỏn theo giới hạn bền chảy: [sCh] = = N/m2. Ứng suất cho phộp khi tớnh toỏn là giỏ trị bộ hơn trong hai kết quả vừa tớnh được: [s]=132.106 N/m2. Tớnh chiều dày thõn ngoài chịu ỏp lực trong: Chiều dày thõn thiết bị được tớnh theo cụng thức: Tra ở [2-360]. , m. Trong đú: Dt = 1,980 m. P: ỏp suất trong ỏo hơi, N/m2. [s]=132.106 N/m2. jh = 0,95 ( hệ số bền theo phương dọc của thõn). C: hệ số bổ sung, m. C= C1+ C2 + C3. Trong đú: C1: hệ số bổ sung do ăn mũn, m. C2: hệ số bổ sung do bào mũn, m. C3: hệ số bổ sung do dung sai của chiều dày, m. Vỡ thộp SUS.304 là vật liệu bền và làm việc trong mụi trường khụng bị bào mũn nờn C1 = C2 = 0. Vỡ: Ê >. Nờn cú thể bỏ qua P ở mẫu số trong cụng thức tớnh S. Thay số vào cụng thức tớnh S ở trờn ta được : S = + C, m. S = 1,87.10-3 + C. Giả sử chiều dày là 3 mm. Suy ra : C3 = 0,4. 10-3 [2-364]. Chiều dày nồi hồ hoỏ là: S = 1,87.10-3 + 0,3.10-3 = 2,17.10-3 m. Chọn chiều dày là: S = 3.10-3m = 3 mm. Kiểm tra ứng suất thành ở ỏp suất thử bằng cụng thức: [2-365]. . Trong đú: P0 = 1,5.P = 1,5. 0,25.106 N/m2. Thay vào cụng thức thử: s = N/m2. . Vậy S = 3 mm đỏp ứng được độ bền và an toàn cho thõn. Tớnh chiều dày đỏy ngoài chịu ỏp lực trong: Chiều dày đỏy thiết bị được tớnh theo cụng thức: [2-385]. Trong đú: Dt = 1,98 m. P = 0,25.106 N/m2. [s]= 132.106 N/m2. hb: Chiều cao phần lồi của đỏy, m. hb: 0,5 m. jh = 0,95. k: hệ số khụng thứ nguyờn. Khi ở đỏy cú lỗ thỏo nước ngưng đường kớnh d = 0,032 mm k được tớnh theo cụng thức: k = 1 – d/Dt = 1 – 0,032/1,98 = 0,975. Do: > . Nờn cú thể bỏ qua đại lượng P ở mẫu trong thức tớnh S. Thay số ta cú: S = S – C = 1,89 mm < 10 mm. C = C3 = 2 + 0,18 = 2,18 mm. Vậy: S = 1,89 + 2,18 = 4,07 mm. Quy chuẩn: S = 5 mm. Kiểm tra ứng suất thành của đỏy thiết bị ở ỏp suất thử theo cụng thức: [2- 386]. N/m2. Vậy chiều dày đỏy trong S = 5 mm thoả món yờu cầu. Tớnh chiều dày nắp chịu ỏp lực trong: Chiều dày đỏy thiết bị được tớnh theo cụng thức: [2- 385]. Trong đú: Dt = 1,9 m. P: ỏp suất trờn bề mặt dịch, N/m2. P = 1at = 0,1.106 N/m2. [s]= 132.106 N/m2. hb= 0,3 m. jh = 0,95. k: hệ số khụng thứ nguyờn. Trờn đỉnh nắp cú gắn một ống thoỏt hơi đường kớnh 200 mm. k = 1- d/Dt = 1- 0,2/1,9 = 0,85. Vỡ: > Nờn cú thể bỏ qua đại lượng P ở mẫu số trong cụng thức tớnh S. Thay số ta cú: S = . S = 0,89.10-3 + C , m. S – C = 0,89 mm < 10 mm. C = C3 = 2 + 0,12 = 2,12. Vậy S = 0,89 + 2,12 = 3,01 mm. Quy chuẩn S = 4 mm. Kiểm tra ứng suất thành của nắp ỏp suất thử bằng cụng thức: [2-836]. N/m2. Do đú S = 4 mm thoả món yờu cầu. Tớnh chiều dày thõn trong chịu ỏp lực ngoài: Chiều dày thõn trong thiết bị được tớnh theo cụng thức: [2-370]. S = C, m. Với điều kiện: Pn: ỏp suất bờn ngoài thiết bị. Áp suất tớnh toỏn bờn ngoài gồm cả độ chõn khụng trong thiết bị. Pn = Plv + Pmt = 0,25.106 + 0,1.106 = 0,35.106. Et: mụđun đàn hồi với Et = 200.109 N/m2. l: chiều dài tớnh toỏn( chiều cao). Thay số ta cú: S = 1,25.1,6C, m. = 11,01.10-3 + C, m. Mà: C = C1 + C2 + C3 = (1,0 + 0 + 0,8).10-3 = 1,8.10-3m. Với C3 = 0,8 mm tra ở [2-364]. Do đú: S = (11,01 + 1,8).10-3 = 11,81.10-3m. Ta lấy S = 12 mm. Thoả món điều kiện trờn. Kiểm tra ứng suất thành ở ỏp suất thử bằng cụng thức: [2-365]. <= N/m2. Trong đú: P0 = 1,5.P = 1,5.0,35.106 = 0,53.106 N/m2. Thay vào cụng thức trờn ta cú: s = <. Vậy S = 12 mm thoả món yờu cầu độ bền và an toàn cho thiết bị. I.9.2. Tớnh bề mặt truyền nhiệt: Quỏ trỡnh nõng nhiệt độ dịch từ 650C lờn 760C trong 30 phỳt. Q = G.C.(tc- tđ). Trong đú: G = 4381,16 x 2 = 8762,32 kg. C = 0,91 kcal/kg.độ. Vậy: Q = 8762,32 x 0,91 x (76-65) = 87710,82 kcal. Q = kcal/h. Áp dụng phương trỡnh cõn bằng nhiệt tớnh lượng hơi nước bóo hoà: D =. D = kg/h. Quỏ trỡnh nõng nhiệt độ dịch từ 760C lờn 1000C trong 30 phỳt. Ta tớnh được: Q = G.C.(tc- tđ). Q = 8762,32 x 0,91 x ( 100- 76) = 271106,18 kcal. Q = kcal/h. Áp dụng phương trỡnh cõn bằng nhiệt tớnh lượng hơi nước bóo hoà cần dựng: D =. D = kg/h. Quỏ trỡnh đun sụi dịch ở 1000C trong 70 phỳt. Vỡ thực hiện quỏ trỡnh đun sụi nờn Q được tớnh theo cụng thức: Q = 540.W, kcal. Trong đú: 540 kcal/kg: Nhiệt hàm của hơi nước bóo hoà ở 2,5 at. W: khối lượng nước bay hơi. W = 0,1 x 8762,32 = 876,23 kg. Thay số tớnh được: Q = 540 x 876,23 = 473164,2 kcal. Q = kcal/h. Tớnh bề mặt truyền nhiệt: Lượng nhiệt được xỏc định ở giai đoạn tải nhiệt lớn nhất từ 760C ữ 1000C. Q = 405569,3 kcal/h. Ta cú cụng thức truyền nhiệt được tớnh như sau: Q = K.F... K được chọn là: 1000 kcal/m2.h.độ. : hiệu số nhiệt độ trung bỡnh. 1= 126,25 – 76 = 50,250C. 2= 126,25 – 100 = 26,250C. Vỡ: 0C<0C. Do đú hiệu số nhiệt độ trung bỡnh được tớnh theo cụng thức: = 0C. Suy ra: F = m2. II. THIẾT BỊ TRONG CễNG ĐOẠN LấN MEN: II.1. Thiết bị lờn men: Dịch đường được tiến hành lờn men chớnh và phụ trong cựng một thiết bị. Do vậy ta chọn thựng lờn men cú thể tớch chứa đủ lượng dịch đường của một ngày sản xuất 2 mẻ. Chọn thựng lờn men hỡnh trụ, đỏy cụn, bờn ngoài cú khoang lạnh để điều chỉnh nhiệt độ, thiết bị làm bằng thộp khụng rỉ, cú trang bị hệ thống sục khớ, van, nhiệt kế, kớnh quan sỏt. Thiết bị lờn men chớnh được thiết kế theo kiểu thõn trụ đỏy cụn, nắp hỡnh cụn. Để đỏp ứng được yờu cầu cụng nghệ, thiết bị phải thoả món một số yờu cầu kĩ thuật sau. Áp lực lớn nhất trờn bề mặt dịch: P = 1,7kp/cm2. Áp lực được gõy ra do thiết bị kớn cú lượng khớ CO2 thoỏt ra trong quỏ trỡnh lờn men. Nhiệt độ cao nhất trong quỏ trỡnh lờn men chớnh là: t1 = 14o C. Nhiệt độ làm việc thớch hợp của men là: t1 = 0o C. Gúc đỏy thớch hợp để cặn bó tự lắng xuống đỏy là:2a = 120o. Bề mặt bờn trong phải được đỏnh búng đạt độ búng 2B. Để đảm bảo nhiệt độ lờn men ổn định, xung quanh thiết bị cú bố trớ 1 cửa vệ sinh kớch thước 400´500 mm, ống xả đỏy, ống lấy mẫu, ống thoỏt khớ. Mỗi ngày lờn men 2 mẻ cú thể được đưa vào một thựng lờn men. Dung tớch dịch đường của 2 mẻ là: V = 2753,83 x 2 = 5507,66 lớt = 5,508 m3. Hệ số sử dụng của thiết bị là 85%. Như vậy tổng thể tớch của thiết bị là: V = m3. Với thể tớch đú ta chọn đường kớnh trong của thiết bị là: Dt = 1800 mm. Tớnh số thựng lờn men: - Số ngày lờn men chớnh là: chọn 6 ngày. - Số ngày lờn men phụ là : chọn 12 ngày. - Một ngày nghỉ để sửa chữa và vệ sinh . Vậy tổng thời gian lờn men và vệ sinh thựng là: T= Tc+Tp+1 = 19 ngày Số lượng thựng lờn men là: Mỗi ngày cần một thựng lờn men, và mỗi chu kỳ cần cú một thựng dự trữ. Vậy số thựng lờn men là: 19 + 1 = 20 thựng. II.1.1. Tớnh cỏc kớch thước cơ bản của thiết bị: Đỏy thiết bị. Đỏy thiết bị được thiết kế theo kiểu đỏy nún cú gờ, chiều cao gờ h = 40 mm và gúc ở đỏy 2a = 120o ở dưới cựng giữa đỏy cú đặt một ống xả đỏy đường kớnh d = 150 mm, bỏn kớnh gờ đỏy Rg = 0,27 m. H h Hd Dt 2a Hỡnh 1 Tớnh một số kớch thước chớnh như sau: Ht = = = 0,52 m. Hd = Ht + h = 0,52 + 0,04 = 0,56 m. Diện tớch xung quanh đỏy: Sd = p. Sd = 3,14. = 2,66 m2. Thể tớch đỏy Vd = p. Vd = 3,14. = 0,54 m3. Nắp thiết bị. Nắp thiết bị được thiết kế theo kiểu nún cú gờ, chiều cao gờ h = 40 mm.trờn nắp cú đặt ống thoỏt khớ, cửa đỉnh tank kớch thước D = 500 mm. Nắp thiết bị được thiết kế theo kiểu nắp nún cú gờ, chiều cao gờ h = 40 mm và gúc ở đỉnh 2a = 140o, bỏn kớnh gờ nắp Rg = 0,225 m. Hỡnh 2 Hn Dt h H Tớnh một số kớch thước chớnh như sau: Ht = = = 0,328 m. Hn = H + h = 0,04 + 0,328 = 0,368 m. Diện tớch xung quanh nắp: Sd = p. Sd = 3,14. = 3,83 m2 Thể tớch nắp Vd = p. Vd = 3,14. = 0,379 m3. Tớnh thõn thiết bị. Thõn thiết bị được thiết kế theo kiểu thõn hỡnh trụ hàn. Trờn thõn cú cửa vệ sinh, kớch thước 350 x 450 mm. Thể tớch của thõn thiết bị là: Vt = V - Vđ - Vn = 6,48 – 0,379 – 0,866 = 5,235 m3. Chiều cao thõn thiết bị là: H = = = 2,53 m. II.1.2. Tớnh độ bền cho thiết bị: Chọn vật liệu chế tạo cho thiết bị là thộp khụng gỉ SUS.304. Tớnh chất võt lớ của thộp khụng gỉ SUS.304. Tra bảng [2-356] l = 16,3 W/m.độ. sk = 550.106N/m2. sch = 220.106N/m2. Hệ số an toàn theo giới hạn bền kộo nk = 2,6. Hệ số an toàn theo giới hạn bền chảy nch = 1,5. h : Hệ số hiệu chỉnh. Thiết bị ta chọn là thiết bị loại II, nhúm 2 nờn h = 1,0. Ứng suất cho phộp. [s] : ứng suất cho phộp (N/m2). Tớnh theo cụng thức: [s] = (N/m2) [2-355] . Do đú: [sk] = . [sCh] = . Ứng suất cho phộp khi tớnh toỏn là giỏ trị bộ hơn trong h từ kết quả tớnh được. Lấy giỏ trị [sk] = để tớnh tiếp. Tớnh chiều dày thõn hỡnh trụ. Kiểu hàn: hàn giỏp mối hai bờn. Phương phỏp hàn : hồ quang điện. Chiều dày thõn hỡnh trụ được tớnh theo cụng thức: [2-360]. Trong đú: jh: Hệ số bền theo phương dọc thõn thiết bị. jh = 0,95 [2-352]. Hệ số bền dọc thõn thiết bị là: jh = <. Khi tớnh toỏn phải lấy hệ số jh = 0,9. P: ỏp suất trong thiết bị, N/m2. Được tớnh theo cụng thức: [ 2-360]. P = Pk + Ptt, N/m2. Trong đú: Pk: ỏp suất khớ trờn bề mặt dịch trong thiết bị, N/m2. Ptt: ỏp suất thuỷ tĩnh của dịch đường tỏc dụng lờn thành thiết bị, N/m2. Pk = 1,7 kp/m2 = 16,677.104 N/m2. Ptt = Trong đú: r: khối lượng riờng của dịch. Lấy r = 1044,13 kg/m3. g: gia tốc trọng trường, g = 9,81 m/s2. h: chiều cao lớn nhất của mức dịch trong thiết bị. h = Ht + Hn = 2,53 + 0,368 = 2,898 m. Suy ra: Ptt = 1044,13.9,81.2,898 = 2,76.104. N/m2. P = Pk + Ptt = (16,677 + 2,67) . 104 = 19,44.104 N/m2. C: hệ số bổ sung, m. C = C1 + C2 + C3. C1: hệ số bổ sung do ăn mũn, m. C2: hệ số bổ sung do bào mũn, m. C3: hệ số bổ sung do dung sai chiều dày của thộp tấm, m. Thộp SUS.304 là vật liệu bền và làm việc trong mụi trường khụng bị bào mũn nờn C1 = C2 = 0. Vỡ: Ê >. Nờn ta cú thể bỏ qua đại lượng P ở mẫu số trong cụng thức S. Thay số ta được: S = S = 1,8.10-3 + C , m. S – C = 1,8.10-3, m. C = C3 = 0,22.10-3, m. S = 1,8.10-3 + 0,22.10-3 = 2,02 mm. Quy chuẩn S = 4 mm. Kiểm tra ứng suất thành ở ỏp suất thử bằng cụng thức:[2- 365]. <= N/m2. Trong đú: P0: Ptt + Ptl , N/m2. Ptl: là ỏp suất thuỷ lực. Ptl = 1,5.19,44.104 = 29,16.104 N/m2. Suy ra: P0 = 29,16.104 + 2,76.104 = 31,92.104 N/m2. Thay vào cụng thức trờn ta cú: s = N/m2. Thoả món điều kiện nờn ta chọn S = 4 mm. Tớnh chiều dày nắp thiết bị. Chiều dày nắp thiết bị được tớnh theo 2 cụng thức: Lấy giỏ trị lớn hơn trong 2 cụng thức. S1 = (m). S2 = (m). Dt: Đường kớnh thiết bị, Dt = 1,8 m. D’: Đường kớnh được xỏc định theo cụng thức. D’ = Dt - 2.[Rg(1-cosa)+10.S1.sina] m. Nhưng D’ khụng nhỏ hơn 0,5. ( Dt - 2.Rg(1 - cosa) + d). Rg: bỏn kớnh uốn gờ. Rg = 0,225 m. Đường kớnh cửa quan sỏt d = 500 mm [s] = 146,67.106 N/m2. jh :Hệ số của mối hàn hướng tõm. jh = 0,95 a: gúc ở đỏy a = 70o y: yếu tố hỡnh dạng . Ta cú với tỉ số = 0,15 thỡ y = 1,1. P: ỏp suất tớnh cho nắp thiết bị. Để đảm bảo an toàn thỡ ỏp suất tớnh bằng tổng ỏp suất khớ và tổng ỏp suất thuỷ tĩnh trong thiết bị. P =Pk N/m2 Trong đú Pk ỏp suất trờn bề mặt dịch trong thiết bị. Pk = 1,7 kp/cm2 = 16,677.104 N/m2. Vậy P = 16,677.104 N/m2. S1 = m. S1 = 0,987.10-3 + C m S1 – C < 10 mm Nờn chọn C = C3 = (2+ 0,22).10-3 m. S1 = 0,987.10-3 + 2,22.10-3 = 3,2.10-3 m =3,2 mm. Chọn đỏy thiết bị cú chiều đày S1 = 4 mm. Tớnh S2 Ta cú: 0,5.[1,8 – 2. 0,225(1-cos70o) + 10.4.10-3.sin70o] = 0,5732 m. D’ = 1,8 –2.[0,225.(1-cos70o) + 10.4.10-3.sin70o] = 1,11 m. Vỡ Ê = 835,5 > 50 Cú thể bỏ qua P ở mẫu. Cụng thức tớnh S2 trở thành: S2 = S2 = = 1,94.10-3 + C m S2 – C = 1,94.10-3 < 10.10-3 m Nờn chọn C = C3 = (2+ 0,22).10-3 m Do vậy S2 = 1,94.10-3 + 2,22.10-3 = 4,16.10-3 m Chọn S2 = 5.10-3 m = 5 mm. Như vậy S1 < S2 Vậy S =S2 = 5 mm. Kiểm tra ứng suất thành theo ỏp suất thử thuỷ lực. < N/