Design and Simulation of Multiple Effect Evaporators to Concentrate Sugarcane Juice

Hamad Elneel Ahmed Elhesain, Mortada

DSpace Home
→
Thesis
→
PHD
→
Faculty of Engineering and Technical Studies
→
Food manufacturing engineering Department
→
View Item

Design and Simulation of Multiple Effect Evaporators to Concentrate Sugarcane Juice

Hamad Elneel Ahmed Elhesain, Mortada

URI: http://localhost:8080/xmlui/handle/123456789/1109

Date: 2018

Abstract:

المبخرات متعددة التأثير هي وحدات تشغيل مهمة في الصناعة. لذلك تعتبر الأساس لعدد من الصناعات، على سبيل المثال إنتاج السكر الخام من قصب السكر. الهدف من هذه الدراسة هو تطوير برنامج MATLAB لتصميم نظام المبخرات متعددة التأثير ذات التغذية الأمامية المستخدمة في صناعة السكر في مصنع سكر عسلاية. في هذا التصميم تم استخدام المبخر الرأسي الأنبوبي القصير، نوع الكلاندريا. تصف هذه الدراسة نموذج حالة ثابتة لمبخرات متعددة التأثير لغرض المحاكاة. يتضمن النموذج معادلات توازن المادة الكلية وموازنات الطاقة ومعادلات معدل انتقال الحرارة لحساب المساحة لكل المبخرات. تم حل المعادلات باستخدام الحسابات اليدوية وبرنامج MATLAB. وقد تم التحقق من صحة نتائج الحسابات اليدوية وبرنامج MATLAB مع البيانات التي تم الحصول عليها من صناعة السكر في مصنع سكر عسلاية. أظهرت النتائج أن تركيز عصير قصب السكر في المبخر الخامس في حالة الحسابات اليدوية والمحاكاة وبيانات المصنع الحقيقية وجد أنه يساوي 60 بركس بدون نسبة خطأ وأن درجة حرارة العصير وجدت في المبخر المبدئي في حالة الحسابات والمحاكاة وبيانات المصنع تساوي (114.94 , 114.9383 و115) درجة مئوية على التوالي بخطأ نسبي مقداره 0.05%، كذلك درجة حرارة البخار في المبخر المبدئي في حالة الحسابات والمحاكاة وبيانات المصنع حوالي (120) درجة مئوية بدون نسبة خطأ، كما اظهرت النتائج أن المساحة وعدد الأنابيب في المبخر (المبدئي، الثاني، الثالث والرابع)، في اتفاق جيد، بخطأ نسبي مقداره 3.26%، يوجد إختلاف في المبخر الأول وذلك عند مقارنة الحسابات اليدوية مع نتائج المحاكاة وبيانات المصنع الفعلية. نجد أن نتيجة الاقتصاد الكلي للبخار حوالي 5.54 وكفاءة المبخرات متعددة التأثيرتساوي81.94% كما اظهرت نتائج ان سمك الكلاندريا 2.114mmوسمك الانبوب 0.203mm. تظهر النتائج السابقة تشابهًا كبيرًا مع السلوك الحقيقي لوحدة المبخرات. يمكن استخدام هذه النتائج كأداة موثوقة لمحاكاة ظروف التشغيل المختلفة.

Description:

Multiple effect evaporators are important in unit operation process for industry. For instance; they are widely used in the production of raw sugar from cane sugar. The main objective of the present work is to develop a code in MATLAB software for the design of multiple effect evaporators system in forward feed used in Asalaya sugar factory. In this design a short tube vertical evaporator, Calandria type has been used. This study describes a steady state model of multiple effect evaporators for simulation purpose. The model includes overall materials balance equations, energy balance equations and heat transfer rate equations for area calculation for all the effects. These equations were solved using manual calculations methods and MATLAB coded program. The results of the present investigations have been compared with the data obtained from the Asalaya sugar factory with five evaporators. The results show that the concentration of sugar cane juice at the final stage is equal to 60 Brix for the manual calculations, simulation and actual plant data with zero error. The temperature of solution in the pre- effect was found to be about (114.94, 114.94, 115) ºC, with a relative error equal to 0.05%and the steam temperature in the pre effect was found about (120) ºC for the manual calculations, simulation and actual plant data, with zero error. The area and number of tubes in the (pre, second, third and fourth) effect, are in a good agreement, with the standard value (Er=3.26%). The discrepancy in the first effect, when comparing the manual calculations with our simulation results and actual plant data. The result of overall steam economy was found to be about 5.54 and the efficiency of multiple effect evaporators equal about 81.94%.Thecalandria sheet thickness was found to be about 2.114 mm, tube sheet thickness was found to be about 0.203 mm. The above results show great similarity with the real behavior of evaporator unit. This can be used as a reliable tool for the simulation of different operating conditions.

Show full item record