ĐỀ TÀI TÍNH TOÁN THIẾT BỊ TRÍCH LY DƯỢC LIỆU – BA KÍCH DÙNG ĐỂ LÀM CAO BA KÍCH, NĂNG SUẤT 150 KG NGUYÊN LIỆU MẺ

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI  VIỆN CÔNG NGHỆ SINH HỌC & CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM ĐỒ ÁN I QUÁ TRÌNH VÀ THIẾT BỊ CƠNG NGHỆ THỰC PHẨM ĐỀ TÀI: TÍNH TỐN THIẾT BỊ TRÍCH LY DƯỢC LIỆU – BA KÍCH DÙNG ĐỂ LÀM CAO BA KÍCH, NĂNG SUẤT 150 KG NGUYÊN LIỆU/MẺ Giảng viên hướng dẫn: ThS Lê Ngọc Cương Sinh viên thực hiện: Hoàng Thị Thảo MSSV: 20180540 Hà Nội - 2021 MỤC LỤC MỤC LỤC LỜI MỞ ĐẦU CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN Tổng quan ba kích 1.1 Đặc điểm 1.2 Phân loại 1.3 Các hoạt chất thành phần hóa học ba kích 1.4 Tác dụng ba kích Tổng quan phương pháp trích ly .5 2.1 Cơ sở lí thuyết q trình trích ly .5 2.1.1 Khái niệm 2.1.2 Phân loại 2.1.3 Nguyên tắc chọn dung môi 2.1.4 Sơ đồ nguyên lí trích ly .5 2.1.5 Các biến đổi nguyên liệu .7 2.1.6 Các yếu tố ảnh hưởng 2.2 Thiết bị đặc dùng nấu cao CHƯƠNG 2: QUY TRÌNH CƠNG NGHỆ 10 Cách nấu cao ba kích từ thiết bị nồi hai vỏ có cánh khuấy 10 Sơ đồ nguyên lí làm việc hệ thống 10 CHƯƠNG 3: TÍNH TỐN THIẾT KẾ 12 Tính toán giai đoạn thủy phân 12 Tính tốn cân vật chất lượng 12 2.1 Dữ kiện ban đầu .12 2.2 Tính tốn tổn thất nhiệt độ 13 2.3 Tính tốn cân vật chất lượng 15 Tính tốn hệ số truyền nhiệt 16 3.1 Hệ số truyền nhiệt trình sôi .16 3.2 Hệ số truyền nhiệt cho trình gia nhiệt dung dịch 18 CHƯƠNG 4: TÍNH TỐN VÀ CHỌN THIẾT BỊ .21 Tính tốn chọn thiết bị 21 1.1 Tính kích thước buồng đốt .21 1.1.1 Tính thể tích vật liệu 21 1.2.2 Tính đường kính chiều cao buồng đốt 21 1.2.3 Tính diện tích bề mặt truyền nhiệt .22 1.3 Tính kích thước khơng gian bốc .23 1.3.1 Tính bán kính buồng bốc 23 1.3.2 Tính chiều cao buồng bốc 25 1.3.3 Chiều dày thân buồng bốc 25 1.4 Tính kích thước nắp thiết bị 25 Tính tốn chọn thiết bị phụ 26 2.1 Mối ghép bích 26 2.1.1 Bích nối nắp với thân thiết bị 26 2.1.2 Bích nối buồng đốt với thân thiết bị 27 2.1.3 Bích nối nắp với thân thiết bị ngưng tụ .27 2.2 Các đường ống dẫn cửa 27 2.2.1 Ống cửa nhập liệu .27 2.2.2 Ống cửa tháo liệu .28 2.2.3 Ống dẫn thứ .28 2.2.4 Ống dẫn đốt .28 2.2.5 Ống dẫn nước ngưng .29 2.3 Thiết bị ngưng tụ dang ống trùm 29 2.4 Tính tốn tai treo 35 2.5 Chọn đệm 35 2.6 Chọn kính quan sát 35 2.7 Tính tốn cánh khuấy 36 2.8 Tính tốn chọn bơm chân khơng 37 KẾT LUẬN .39 TÀI LIỆU THAM KHẢO .40 LỜI NÓI ĐẦU Tình hình sản xuất nhu cầu dược liệu ngày có xu hướng phát triển mạnh Trong việc sản xuất cao dược liệu phương pháp áp dụng phổ biến hiệu Phương pháp trích ly hết tinh chất hoạt chất quý giá dược liệu Nhằm trang bị cho kỹ sư ngành Công Nghệ Thực Phẩm trước trường kiến thức kỹ thuật trích ly, sinh viên Viện CNSH & TP, chương trình đào tạo,đã làm đồ án mơn học Để có nhìn trực quan thực tế hơn, trình làm đồ án, em chọn đề tài cụ thể “Tìm hiểu cơng nghệ tính tốn thiết bị trích ly dược liệu – ba kích dùng để làm cao ba kích, suất 150kg nguyên liệu/mẻ” sử dụng thiết bị nồi hai vỏ có cánh khuấy Em xin chân thành cảm ơn thầy cô giáo môn QT & TB, thầy Lê Ngọc Cương giúp em hoàn thành đồ án Tuy nhiên, hạn chế mặt kiến thức lý thuyết thực tế nên đồ án khơng tránh khỏi sai sót,em mong nhận dẫn góp ý thầy cô bạn Em xin chân thành cảm ơn ! CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN Tổng quan ba kích 1.1 - - Đặc điểm Ba kích ( danh pháp hai phần: Morinda officinalis), hay cịn gọi ba kích thiên ( tiếng Trung ), lồi thực vật thuộc chi Nhàu, họ Cà phê Cây dây leo sống nhiều năm, thân mảnh có lơng mịn Lá đơn ngun mọc đối chữ thập, tạo thành lóng thân dài từ 5–10 cm Phiến hình bầu dục thn ngược, đầu gấp, hình tim trịn, phiến lúc non màu xanh, già màu trắng mốc khô có màu nâu tím Hoa trắng sau chuyển vàng. Quả kép phủ lơng, có màu đỏ chín Rễ ba kích dùng làm thuốc, cắt thành đoạn ngắn, dài 5cm, đường kính khoảng 5mm, có nhiều chỗ đứt để lộ lõi nhỏ bên Vỏ rễ có màu nâu nhạt hồng nhạt, kèm vân dọc, bên thịt màu hồng tím, vị ngọt.  Cây mọc leo thành bụi ven rừng đồi núi có độ cao tuyệt đối 500m 1.2 Phân loại Có hai loại ba kích tự nhiên: Ba kích tím ba kích trắng + Ba kích tím: Màu củ có màu vàng sậm, phần thịt bên có màu hanh tím Khi ngâm rượu làm cho màu rượu chuyển thành màu tím sậm + Ba kích trắng: Củ có màu vàng nhạt, phần thịt bên màu trắng trong, khơng có sắc tím Khi ngâm rượu: rượu chuyển màu tím nhạt 1.3 - - Các hoạt chất, thành phần hóa học ba kích Trong ba kích có Gentianine, Carpaine, Choline, Trigonelline, Gitogenin, Tigogenin, Quercetin, Luteolin, Vitamin B1, Vitamin C, Rubiadin, Rubiadin-1-Methylether, Vitamin C, Phytosterol, Acid hữu Các hoạt chất quan trọng bao gồm Rễ chứa Antraglycozit, đường, nhựa, acid hữu cơ, Phytosterol tinh dầu, Morindin Rễ tươi có có sinh tố C 1.4 Tác dụng ba kích  Theo y học cổ truyền: + Cơng dụng làm mát gan, kích thích tiêu hóa, giúp bạn ăn ngon miệng Bên cạnh công dụng ngăn ngừa huyết áp tăng cao + Với người già, người yếu ớt, trẻ nhỏ sử dụng ba kích giúp tăng cường sức đề kháng để chống chọi với bệnh tật Cùng với việc giúp tăng cường chức xương khớp, giảm đau nhức xương khớp thời tiết thay đổi  Theo y học đại: + Chống sưng,tiêu viêm hiệu quả, chất chống oxy hóa giúp vết thương nhanh khép miệng Đồng thời ngăn ngừa vi khuẩn công khiến vết thương lan rộng + Tăng cường sức khỏe: Ba kích có hàm lượng chất dinh dưỡng cao, tính ổn, sử dụng thường xuyên giúp bạn xua tan mệt mỏi, giảm căng thẳng Đồng thời giúp lọc thể, bổ sung vitamin B1 giúp bạn khỏe mạnh, tràn đầy lượng để học tập làm việc + Tăng cường sinh lí nam: Đây tác dụng tuyệt vời ba kích Trong ba kích có hàm lượng chất anthraglycosid, sắt, kẽm, đồng nhiều khoáng chất khác giúp nam giới bổ sung sinh lực, cải thiện chuyện phòng the Đồng thời hỗ trợ điều trị chứng bệnh xuất tinh sớm, rối loạn cương dương giảm ham muốn nam giới + Điều trị đau lưng, đau mỏi xương khớp: Hàm lượng Choline có ba kích liều thuốc hiệu cho xương khớp Tổng quan phương pháp trích ly 2.1.Cơ sở lí thuyết q trình trích ly 2.1.1.Khái niệm Trích ly trình tách chất tan chất lỏng chất rắn chất lỏng khác – dung mơi Động lực học q trình trích ly chênh lệch nồng độ cấu tử nguyên liệu dung môi Đây trình chuyển khối 2.1.2.Phân loại Trong q trình trích ly, dung mơi thường dạng lỏng, cịn ngun liệu dạng rắn pha lỏng Nếu mẫu nguyên liệu dạng pha rắn, trình gọi trích ly rắn – lỏng Cịn mẫu nguyên liệu dạng lỏng trình trích ly lỏng – lỏng Trong cơng nghiệp thực phẩm, nguyên liệu cần trích ly thường tồn pha rắn 2.1.3.Nguyên tắc chọn dung môi Dung mơi có khả hồn chọn lọc, tức cấu tử cần thu nhận mẫu nguyên liệu có độ hịa tan cao dung mơi Ngược lại, cấu tử khác có mẫu ngun liệu cần trích ly khơng hịa tan dung mơi có độ hịa tan Dung mơi phải trơ với cấu tử có dịch trích Dung mơi khơng gây tượng ăn mịn thiết bị, khó cháy khơng độc với người sử dụng Dung mơi phải có giá thành thấp, dễ tìm; nhà sản xuất thu hồi dung mơi sau q trình trích ky để tái sử dụng 2.1.4.Sơ đồ nguyên trích ly  Trích ly lỏng – lỏng: Tiến hành qua giai đoạn: Giai đoạn trộn lẫn hai lưu thể: dung môi dung dịch, cấu tử phân bố chuyển từ dung dịch vào dung mơi Q trình di chuyển vật chất tiến hành cân hai pha Giai đoạn tách hai pha ra: hai pha phân lớp tách dễ dàng, pha gọi dung dịch trích ly gồm có dung mơi cấu tử phân bố, pha gọi raphinat gồm phần cịn lại dung dịch, thường cấu tử dung dịch dung mơi nhiều tan lẫn vào nhau, hai pha thường có ba cấu tử Giai đoạn hồn ngun dung môi: tách cấu tử phân bố dung môi Sơ đồ ngun tắc q trình trích ly biểu thị sau: Trích ly lỏng – lỏng thường ứng dụng tốt cho trường hợp sau: + Quá trình trích ly thực nhiệt độ thường tách chất dễ bị phân hủy nhiệt độ cao + Trường hợp dung dịch tạo thành hỗn hợp đẳng phí dung dịch gồm cấu tử có độ bay gần + Khi dung dịch q lỗng dùng trích ly tiết kiệm chưng luyện  Trích ly rắn- lỏng: Q trình trích ly rắn phụ thuộc vào nhiều yếu tố như: hình dạng, kích thước, thành phần, cấu trúc bên vật thể rắn, tính chất hóa lý chế độ thủy động dung môi, kiểu thiết bị, phương pháp tiến hành trích ly, ngồi cịn phụ thuộc tỉ lệ rắn lỏng,… Trạng thái cân đạt hóa cấu tử hịa tan chất rắn hóa dung dịch nhiệt độ Khi nồng độ tương ứng với nồng độ bão hòa gọi độ hịa tan Phương trình cấp khối có dạng: dM =βF (C bh−C o) Dτ Trong đó: M – lượng cấu tử phân bố; F – bề mặt tiếp xúc pha thời điểm; β – hệ số cấp khối; Cbh– nồng độ cấu tử hòa tan bề mặt chất rắn; Co – nồng độ trung bình chất rắn hòa tan dung dịch Định luật Phic: C −Co dM =DF bh Dτ δ Trong đó: D – hệ số khuếch tán phân tử; δ – chiều dày lớp màng chảy dòng sát bề mặt vật thể rắn Trong q trình trích ly chất rắn, dung mơi xâm nhập vào mao quản chất rắn để tác dụng với cấu tử phân bố dung môi tăng 2.1.5.Các biến đổi nguyên liệu  Biến đổi hóa lí: Là nhóm biến đổi quan trọng q trình trích ly Đó hịa tan cấu tử từ nguyên liệu dung môi Thông thường ngồi cấu tử cần thu nhận, dịch trích cịn chứa số cấu tử hịa tan khác Ngồi trích ly cịn có biến đổi pha khác bay hơi, kết tủa,…  Biến đổi vật lí: Sự khuếch tán biến đổi vật lí quan trọng q trình trích Các phân tử chất tan dịch chuyển từ tâm nguyên liệu đến vùng bề mặt dịch chuyển từ vùng bề mặt nguyên liệu vào dung môi Các phân tử dung môi khuếch tán từ vùng bên nguyên liệu vào cấu trúc mao dẫn nguyên liệu Sự khuếch tán giúp cho trình chiết rút cấu tử cần trích ly từ nguyên liệu vào dung môi xảy nhanh triệt để Động lực học khuếch tán chênh lệch nồng độ  Biến đổi hóa học: Trong q trình trích ly, xảy phản ứng hóa học cấu tử nguyên liệu Tốc độ phản ứng hóa học gia tăng thực trích ly nhiệt cao  Biến đổi hóa sinh sinh học: Khi sử dụng dung mơi nước trích ly nhiệt độ phịng số biến đổi hóa sinh sinh học xảy Các enzyme nguyên liệu xúc tác phản ứng chuyển hóa chất có nguồn gốc nguyên liệu Tuy nhiên, thực trình nhiệt độ cao biến đổi hóa sinh sinh học xảy không đáng kể 2.1.6.Các yếu tố ảnh hưởng  Kích thước nguyên liệu: Kích thước ngun liệu nhỏ diện tích tiếp xúc bề mặt nguyên liệu dung môi lớn Tuy nhiên, kích thước nguyên liệu nhỏ chi phí cho q trình nghiền xé ngun liệu lại gia tăng Ngoài ra, việc phân riêng pha lỏng pha rắn kết thúc q trình trích ly gia tăng  Tỉ khối nguyên liệu dung môi: Với lượng nguyên liệu, ta tăng lượng dung mơi sử dụng hiệu suất trích ly tăng theo Đó chênh lệch nồng độ cấu tử cần trích ly nguyên liệu dung môi lớn Tuy nhiên, lượng dung mơi sử dụng q lớn làm lỗng dịch trích ly Khi đó, phải thực q trình đặc xử lý dịch trích phương pháp khác để tách bớt dung môi Như vậy, cần xác định tỷ lệ phù hợp khối lượng ngun liệu dung mơi  Nhiệt độ trích ly: Khi tăng nhiệt độ, cấu tử chuyển động nhanh hơn, hịa tan khuếch tán cấu tử từ nguyên liệu vào dung môi tăng cường Ngoài ra, nhiệt độ tăng, độ nhớt dung dịch giảm, dung môi dễ dàng xuyên qua lớp nguyên liệu làm cho diện tích tiếp xúc bề mặt nguyên liệu dung môi lớn Tuy nhiên, việc tăng nhiệt độ trích ly làm tăng chi phí lượng cho q trình, đồng thời xảy số phản ứng hóa học khơng mong muốn dịch trích ly tổn thất cấu tử hương tăng  Thời gian trích ly: Khi tăng thịi gian trích ly hiệu suất thu hồi chất chiết tăng Tuy nhiên, thời gian trích ly q dài hiệu suất thu hồi chất chiết không tăng lên đáng kể  Tốc độ cuả dịng dung mơi chảy qua lớp ngun liệu thiết bị trích ly: Nếu dịng dung môi bơm với tốc độ cao vào thiết bị chứa ngun liệu cần trích ly làm giảm kích thước lớp biên bao bọc xung quanh nguyên liệu, nơi tập trung cấu tử hòa tan Do đó, tốc độ trích ly cấu tử nguyên liệu tăng Tùy thuộc vào hình dạng thiết bị, kích thước lớp nguyên liệu thiết bị mà tốc độ dịng dung mơi bơm vào thiết bị lựa chọn cho thời gian trích ly ngắn hồi suất hồi chất chiết cao  Áp suất:Thông thường, tăng áp suất nhiệt độ q trình trích ly diễn ngày nhanh hiệu suất trích ly ngày nhanh hiệu suất trích ly tăng theo Tuy nhiên, việc tăng áp suất tăng chi phí vận hành giá thành thiết bị tăng cao 2.2.Thiết bị đặc dùng nấu cao 2.2.1 Phân loại ứng dụng  Theo cấu tạo tính chất đối tượng đặc - Nhóm 1: dung dịch đối lưu tự nhiên dung cô đặc dung dịch loãng, độ nhớt thấp, đảm bảo tuần hồn dẫ dàng qua bề mặt truyền nhiệt - Nhóm 2: dung dịch đối lưu cưỡng dung bơm để tạo vận tốc dung dịch 1,5-3,5 m/s bề mặt truyền nhiệt Có ưu điểm tăng cường hệ số truyền nhiệt, độ nhớt cao, kết tinh bề mặt truyền nhiệt - Nhóm 3: dung dịch chảy hành màng mỏng, chảy lần tránh tiếp xúc nhiệt lâu làm biến chất sản phẩm Theo phương pháp thực trình - Cơ đặc áp suất thường có nhiệt độ sôi áp suất không đổi Thường dung cô đặc dung dịch liên tục để giữ mức dung dịch cố định, thời gian cô đặc ngắn - Cô đặc áp suất chân khơng: dung dịch có nhiệt độ sơi thấp có áp suất chân khơng - Cơ đặc nhiều nồi: Mục đích tiết kiệm đốt Số nồi khơng nên lớn q làm giảm hiệu tiết kiệm so với chi phí đề Đặc biệt sử dụng nồi thứ vào mục đích nâng cao kinh tế - Cơ đặc liên tục cho kết tốt cô đặc gián đoạn => Từ tính chất vật liệu ( ba kích) ta chọn thiết bị đặc chân khơng có cánh khuấy thích hợp 2.2.2.Các thiết bị chi tiết hệ thống thiết bị -  Thiết bị chính: Ống tuần hoàn Ống truyền nhiệt Buồng đốt, buồng bốc Đáy nắp  Thiết bị phụ: Bể chứa sản phẩm, nguyên liệu Các loại bơm: bơm dung dịch, bơm nước, bơm chân không Thiết bị gia nhiệt Thiết bị ngưng tụ Baromet Thiết bị đo điều chỉnh  Chọn Snap = (mm) h nap= Dbh 720 = =180 mm 4  Chọn hnap = 180 mm TÍNH TỐN VÀ CHỌN THIẾT BỊ PHỤ 2.1 Mối ghép bích 2.1.1 Bích nối nắp với thân thiết bị - Áp suất thiết bị P = 0.18 N/mm2 - Đường kính bích Dt = 720 mm - Chọn bích liền thép để nối thiết bị Db D1 Dt db h Dn D Tra bảng XIII.27 - trang 419 - tài liệu 4, bích kiểu 1, ta thông số : Dt D Db D1 Dn 720 830 780 750 711 - Bulong Chiều cao db z h M20 24 22 Ta chọn đệm amiang-carton  Bề dày mm  Áp suất lớn chịu 0.6 N/mm2  Nhiệt độ lớn chịu 500oC 2.1.2 Bích nối buồng đốt với thân thiết bị Chọn theo bảng XIII.27 - trang 419 - Tài liệu Bích liền thép, kiểu 1, ta bảng dưới: Dt D 860 1000 Db D1 Dn 925 870 819 Bulong Chiều cao db z h M20 24 20 27 2.1.3 Bích nối nắp với thân thiết bị ngưng tụ Chọn theo bảng XIII.27 - trang 420 - Tài liệu Bích liền thép, kiểu 1, ta bảng dưới: Dt D Db D1 Dn 200 219 290 255 232 Bulong Chiều cao db z h M12 14 2.2 Các đường ống dẫn cửa 2.2.1 Ống cửa nhập liệu Lưu lượng nhập liệu: V nl = 178,13 −5 =4.8 10 m /s 3600.1023 66 Chọn vận tốc dung dịch ống m/s (trang 74 Tài liệu [2]) Vậy đường kính ống nhập liệu d nl = √ √ Vnl 4.4,8 10−5 = =4,8 10−3 mm π ω π 1.5 Chọn ống thép tiêu chuẩn theo bảng XIII.33 trang 435 Tài liệu [2] Đường kính 50 mm Bề dày mm Chiều dài ống 80 mm 2.2.2 Ống cửa tháo liệu Lưu lượng tháo liệu: V tl = 19,79 −6 =4,4 10 m /s 3600.1254,08 Chọn vận tốc dung dịch ống ω=1 m/s (trang 74 Tài liệu [2]) Đường kính ống tháo liệu d tl = Chọn ống tháo liệu √ √ −6 Vtl 4.4,4 10 = =4,8 10−3 mm π ω π 28 Đường kính 50 mm Bề dày mm Chiều dài 70 mm 2.2.3 Ống dẫn thứ Lượng thứ 158,34 kg ( kg/m3) Vậy lưu lượng thứ V ht = 158,34 =0,21m / s 0,2224.3600 Chọn vận tốc ống vht = 20 m/s đường kính ống dẫn thứ d ht = √ √ Vht 0,21 = =0,11 m=110 mm π vht π 20 Chọn dht = 80 mm Bề dày S = mm Chiều dài 95 mm 2.3.4 Ống dẫn đốt Lượng đốt D = 197,38 kg Khối lượng riêng đốt at kg/m3 lưu lượng đốt D 197,38 V hd = = =0,03 m3 /s ρhd 1,628.4500 Chọn vận tốc đốt vhđ = 20 m/s đường kính ống dẫn đốt d hd = Chọn dhd = 70 mm √ √ Vhd 4.0,03 = =0,044 m=44 mm π vhd π 20 Bề dày S = mm Chiều dài 100 mm 2.3.5 Ống dẫn nước ngưng Lượng nước ngưng mn = 158,34 kg Khối lượng riêng nước ngưng 132,9oC kg/m3 29 lưu lượng nước ngưng V nn= 158,34 −5 =3,8 10 932,277.4500 Chọn vận tốc nước ngưng chảy ống vnn = 1.5 m/s đường kính ống dẫn nước ngưng d nn= Chọn dnn = 20 mm √ √ −5 4.Vnn 4.3,8 10 = =1,5 10−3 m=1,53 mm π vnn π 20 Bề dày S = 2,5 mm Chiều dài 70 mm 2.3 Thiết bị ngưng tụ dạng ống chùm  Chọn kết cấu bề mặt truyền nhiệt bình ngưng chùm ống trơn thép dài m, đường kính ngồi dn=25 mm đường kính dt=20 mm  Chọn nhiệt độ: Nhiệt độ nước vào bình ngưng: tv = 20 0C Nhiệt độ nước bình ngưng: tr = 40 0C Tính hệ số truyền nhiệt K Ta có: Ght = 0,044 (kg/s) r = 251,1.103 (J/kg): ẩn nhiệt ngưng tụ ( theo bảng I.249 – trang 310 – tài liệu 3) Nhiệt lượng cần cấp để ngưng tụ hoàn toàn lượng thứ là: Qk = r.Ght = 251,1.103 0,044 =11048 (W) Hệ số truyền nhiệt K= 1 + Σr v + α1 a2 (W /m độ) Trong đó : α 1: hệ số trao đổi nhiệt bên ngồi ống truyền nhiệt (W /m2 độ) α 2: hệ số trao đổi nhiệt bên ống truyền nhiệt (W /m độ)  λ: hệ số dẫn nhiệt vách (W/m K ), λ = 17,5(W /m2 độ) - Tính nhiệt độ trung bình : Chọn kiểu truyền nhiệt ngược chiều : Chênh lệnh nhiệt độ đầu vào : 30 ∆ t 1=59,7−20=39,7 ℃ Chênh lệnh nhiệt độ vào : ∆ t 2=59,7−40=19,7 ℃ ∆ t 1−∆ t 39,7−19,7 ∆ t TB = = =28,5 ℃ ∆ t1 39,7 ln ln 19,7 ∆ t2 Nhiệt độ trung bình nước thiết bị : t ntb =t n −∆ t TB=59,7−28,5=31,2℃ - Hệ số cấp nhiệt phía ống: Các thơng số nước nhiệt độ 31,2 ℃ ρ = 995,68 kg/m3 μ= 0,784.10-3 N.s/m2 λ = 0,618 W/m.độ Cp = 4177,63 J/kg.độ ( theo bảng I.5 trang12, bảng I.102 trang 94, bảng I.139 trang 133, bảng I.149 trang 168 – tài liệu 3) Chuẩn số Prandlt nước: Pr= C p μ 4177,63.0,784 10−3 = =5,3 λ 0,618 Gn ω l ω= Ta có : ℜ= đó  (m/s) π v d n ρ Chuẩn số Nusselt : 0,8 N u=0,021.ε k ℜ Pr 0,43 ( ) Pr Pr T 0,25 Khi tính α chất tải nhiệt lỏng khí ta ln phải chọn chế độ chảy xoáy (Re > 104) để đảm bảo α lớn, ngồi chọn chế độ dịng chảy xoáy xoáy (Re >104) thuận tiện cho việc truyền nhiệt xảy Chọn Re = 11000 Vì L = =50 ≥ 50 d 0,02 Chọn ε k =1 ( theo bảng V.2 – trang 15 – tài liệu 4) Thay số liệu ta được: 0,8 N u=0,021.1 11000 5,3 0,43 ( ) 5,3 Pr T 0,25 =73,58 ( ) 5,3 Pr T 0,25 31 Vậy hệ số tỏa nhiệt nước : −2 ( ) Nu λ 73,68.0,0,618 10 5,3 α 2= = d 0,02 Pr T 0,25 =2673,62 (W/m độ) - Hệ số cấp nhiệt bên ống truyền nhiệt ( r ∆ t1 d Thực phép tính lặp ta chọn ∆ t 1=3 ℃ α 1=1,28 A ( ) 0,25 5,3 Pr T ) 0,25 tv1 = 59,7 – = 56,7 °C (59,7 + 56,7) = 58,2 °C => A = 153,56 0,25 251,1.103 =8407,8(W /m2 độ) => α 1=1,28.153,56 3.0,02 tm = ( ) q1 = α × Δ t = 8407,8 × = 25223,5 W/m2 Chênh lệnh nhiệt độ thành ống: Δ t v = q1 Σ rv = 25223,5 6,714 10-4 = 16,9 °C Nhiệt độ tường phía trước: t v = 56,7 – 16,9 = 39,8 °C Nhiệt độ thành ống ống nước: Δ t = 39,8 – 31,2 = 8,6 °C Các thông số nước nhiệt độ t v = 39,8 °C 2 μ= 0,656.10 N.s/m -3 λ = 0,634 W/m.độ Cp = 4176,9 J/kg.độ ( theo bảng I.102 trang 94, bảng I.139 trang 133, bảng I.149 trang 168 – tài liệu 3) Pr= C p μ 4176,9.0,656 10−3 = =4,32 λ 0,634 α 2=2673,62 ( ) 5,3 4,32 0,25 =2813,83(W /m độ) q2 = α × Δ t = 2813,83 8,6 = 24198,93 W/m2 1 (q1 + q2) = (25223,5+24198,93) = 24711,22 W/m2 2 q1−qtb 25223,5−24711,22 ∨¿ = 0,02 = 2% (thỏa mãn) ∨¿ = ¿ ss =¿ 25223,5 q1 qtb = Vậy hệ số truyền nhiêt thực là: K= 1 + Σr v + α1 a2 = 1 +6,714 10−4 + 8407,8 2813,83 =872,81(W /m độ)  Tính diện tích bề mặt truyền nhiệt 32 F= Q 11048 = =0,44 m2 K ∆ t TB 872,81.28,5  Chọn số ống truyền nhiệt n= F 0,44 = =6 ống π d n L π 0,025.1,2 Tra bảng V.11 – trang 48 – tài liệu ta chọn n = ống  Chọn cách xếp vỉ ống Chọn xếp vỉ ống theo đỉnh lục giác có số ống đường xun tâm hình cạnh: b = Bước ống t lấy khoảng từ (1,2 ÷ 1,5) d t= 1,5 0,02 = 0,03 (m)  Xác định đường kính vỏ thiết bị ống chùm Vỏ thiết bị xác định bởi: Dt = t.(b – 1) + 4.d = 0,03.(3– 1) + 0,02 = 0,14 (m) Chọn Dt = 0,14 (m)  Xác định độ dày vỏ ngồi thiết bị Theo sở tính tốn thiết bị, thiết bị thuộc loại vỏ mỏng chịu áp suất trong, nên chiều dày vỏ tính theo cơng thức: Trong đó: P – áp suất bên vỏ, áp suất khí quyển: 0,1 (N/mm2); Dt – đường kính vỏ: Dt = 140 (mm) [σk] = 101 N/mm2 - ứng suất kéo cho phép thép; φ – hệ số bền mối hàn giáp mối máy: φ = 0,8; C – hệ số bổ sung: C = (mm); ⇒ δv= P Dt [σk ]φ +C= 140.0,1 +2=2,1( mm) 2.101.0,8 Để đảm bảo độ bền học chọn độ dày vỏ thiết bị δv = (mm)  Xác định kích thước vỉ ống Chọn vỉ ống làm bích ln cho thiết bị nên kích thước vỉ ống tra theo bảng XIII.26 - trang 414 –tài liệu ta có kích thước là: Đường kính ngồi: Dvỉ = 260 (mm) 33 Đường kính tâm lỗ bulong: 225 (mm) lấy đệm làm kín nên chọn đường trịn qua lỗ bulong có đường kính 218 (mm) Độ dày vỉ δvỉ = 16(mm) Tính bền cho vỉ theo kết cấu cứng xác định theo cơng thức: Trong đó: [σu] - ứng suất uốn thép: [σu] = 6.107 (N/m2) K – hệ số: K=1,162 P – áp suất: P = 0,1 (MN/m2) - hệ số đục lỗ: t−d n 0,0312−0,025 = =0,23 t 0,0312 2 K P( Dt −m D ) 1,162.1 05 (0,14 2−37.0,0 22) ⇒ δ vi = = =24 (mm) 100[σ u ] φ dl 100.6.1 0,23 φ dl = √ √ Với δvỉ = 24 (mm) thỏa mãn độ bền kết cấu cứng  Xác định số lối ống Lưu lượng nước cần: G n= Q 11048 = =0,13(kg /s) c (t r−t v ) 4177,63.(40−20) Vận tốc nước ống: Gc ω= n ρ π D = 4.0,13 =0,06 ¿ 7.995,68 π 0,0 22 Chuẩn số Reynolds: ρ ω D 995,68.0,06 0,02 Re = = =2841 μ 0,784.10−3 tt Vậy số lối cần chia là: n= ℜ 11000 = =4 ℜtt 2841 Số lối chia n = (lối) Tính lại chuẩn số Reynolds sau chia lối ℜtt ¿ Gn m π D.μ n = 4.0,13 π 0,02 0,784 −3 =11605,58 ≥11000 Thỏa mãn chế độ chảy rối 34  Tính đường kính ống dẫn nước lạnh vào Vận tốc nước vào ống thiết bị chọn v = (m/s) Từ phương trình lưu lượng ta tính đường kính ống dẫn nước: d n 1= √ √ Gn 4.0,13 = =0,009(m)≈ 10 ¿ π ρ.v 3,14.995,68 Ta lấy đường kính ống dẫn nước dn2 = 0,010 (m) = 10 (mm)  Xác định đường kính ống tháo thứ ngưng Đường kính ống dẫn vào thiết bị Chọn vận tốc vào thiết bị vh1 = 10 (m/s) với lưu lượng Gh1 = 0,044 (kg/s) lưu lượng thể tích thứ tương ứng là: Gh2 = 4,4.10-5 (m3/s) Chọn ống DN90 theo tiêu chuẩn ASTM Chọn vận tốc thứ lỏng khỏi thiết bị vh2 = 1,5 (m/s) đường kính cửa thứ lỏng là: d h 2= √ √ Gh 4.4,4 0−5 = =6 10−3 m=6 mm π vh 3,14.1,5 Chọn đường kính ống cửa ống DN8 theo tiêu chuẩn ASTM  Kích thước nắp thiết bị - Nắp thiết bị chọn hình elip cho phải chia thành nhiều lối, chọn nắp elip để giảm trở lực thủy lực nắp phẳng Nắp elip dễ chế tạo nắp hình bán cầu Chiều cao nắp thiết bị: hb = 0,25.D = 0,25.140 = 35 (mm) Chọn chiều cao nắp thiết bị 35 (mm) 2.4 Tính tốn chọn tai treo Chọn vật liệu làm tai treo thép CT3 Tai treo hàn vào thiết bị, chọn số gân Tra bảng XII.7 – 313 – tài lệu Khối lượng riêng thép CT3; ρ=7850 kg/m3 Khối lượng riêng thép không rỉ X18H10T :ρ=7900kg/m3 Khối lượng tổng cộng: M= MTB+Mdd - 2.4.1 Tính khối lượng MTB Khối lượng buồng đốt: - Khối lượng buồng bốc П 3,14 H ¿- Dt 2).ρ = 0,5 (0,862 - 0,846 2).7900 = 74 kg 4 П 3,14 H ¿- Dt 2).ρ = 0,6.(0,762 - 0,722).7900 = 54 kg 4 Tra bảng X.III.11 – trang 384 – tài liệu 35 - Khối lượng nắp S= mm, Dt= 720mm => M3= 24 kg Khối lượng đáy S=7 mm, Dt= 797 mm => M4= 30 kg Khối lượng động cánh khuấy => M5 = 40kg Khối lượng chi tiết phụ khác => M9= 32kg Mtb= 74 + 54 + 24 + 30 + 40 + 32 = 254 kg 2.4.2 Tính Mdd Mdd = 178,13kg Vậy tổng khối lượng nồi cô đặc : M = 432,13kg Chọn tai treo Tải trọng cho tai treo: G= 9,81.432,1 =1059,8 N Chọn G =1.104kg Tra bảng X.III.36 – trang 438 – tài liệu Thông số tai treo cho TB thẳng đứng L= 110mm, B= 85mm, B1= 90mm, H= 170mm, S= 8mm, l= 40mm, a= 15mm, d= 18mm 2.5 Chọn đệm Đệm để làm kín mối ghép bích, làm vật liệu mềm dễ biến dạng Chọn đệm paronit có bề dày S = mm 2.6 Chọn kính quan sát Vật liệu chế tạo thép X18H10T thủy tinh Đường kính quan sát 150 mm Kính bố trí cho mực chất lỏng nhìn thấy Do đó, có kính giống bên buồng bốc tạo thành góc 180 2.7 Tính tốn cánh khuấy Đối với cao ba kích dung dịch đặc, có độ nhớt cao nên ta sử dụng cánh khuấy mái chèo, tốc độ chậm Vật liệu: Trục chọn inox 304 để chế tạo [σ]= 600MPa ứng suất uốn cho phép, [τ]=14 N/mm ứng suất xoắn cho phép 351]: Đường kính sơ trục xác định theo [3], công thức 10.4, trang d≥ √ 5T mm τ Với 𝑃1- công suất động (P1= 1,5 kW) n- số vòng quay (n= 80 v/ph) => T = 9,55 106 P1 n 36 Thay vào ta được: d≥ √ 5.179062,5 =39,99 mm 14 Vậy để đảm bảo an toàn ta chọn d = 40 mm - - Kích thước trục 1:  Đường kính trục: d = 35 mm  Độ dài trục: 1180 mm Kích thước trục 2:  Đường kính trục: d = 45 mm  Độ dài trục: 300 mm Chọn cánh khuấy mái chèo Kích thước cánh khuấy  Chiều cao cánh h = 400 mm  Đường kính cánh d = 670 mm  Chiều rộng cánh: b = 30 mm Chọn động khuấy:  Tốc độ motor điện 1400 (4 cực điện- poles tua chậm)  Đường kính cốt (trục) motor 25 mm  Cường độ dòng điện lúc chưa có tải 7.8-8.3 Ampe  Hệ số bảo vệ bụi nước IP 54,cấp chịu nhiệt F, chế độ làm mát toàn phần  Trọng lượng motor 22 kg  Nguyên liệu: tôn silic xanh cán nguội, dây đồng cách điện (dây ê may)  Khoảng cách tâm lỗ chân đế dọc trục 140 mm  Khoảng cách tâm lỗ chân đế ngang trục 160 mm  Tổng chiều dài thân mô tơ 450 mm 37 2.8 Tính tốn chọn bơm chân khơng Ta chọn bơm cho hệ thống bơm pít-tơng tác dụng đơn (một chu kì hút đẩy) Theo 1.1 – trang – tài liệu 3, lượng cần thiết để dịch chuyển lượng khí cần thiết khỏi thiết bị tính theo cơng thức: [J.m-3] Trong đó: P1 = 20000 [N.m-2], P2 = 100000 [N.m-2] – Áp suất khơng khí đầu vào bơm [kg.m-3] – khối lượng riêng khơng khí g = 10 [m.s-2] – gia tốc trọng trường H1 = H2 = 13.6 [m] – chiều cao đầu vào bơm so với điểm hút C = [m.s-1], C2 = 10 [m.s-1] – Vận tốc khí đầu vào bơm Thay số vào công thức ta có: ] [J.m-  E = 80065 [J.m-3] Lượng khí cần hút Wkh = [m3.h-1] = 2,3.10-3 [m3.s-1] Suy công suất theo lý thuyết bơm là: Pbơm = E Wkh = 80065 2,3.10-3 = 185 [W] Công suất thực tế cần: Với [W] hệ số hiệu dụng tổng Hệ số hiệu dụng tổng: Trong đó: - hệ số hiệu dụng thể tích, chọn - hệ số hiệu dụng áp suất, chọn - hệ số hiệu dụng học, chọn 38 (theo 3.21 – trang 24 – tài liệu 3) Thay số vào ta có: Cơng suất thực tế cần: [W] Vậy ta chọn bơm chân khơng pít-tơng tác dụng đơn, công suất 0,3 [kW] 39 KẾT LUẬN Về phương pháp tính tốn, phần tính tốn sử dụng dựa tài liệu đáng tin cậy tác giả có nhiều năm kinh nhiệm giảng dạy thực tế Các thơng số kích thước tính cách rõ ràng logic Các số liệu sau tính tốn góp ý giảng viên hướng dẫn để phù hợp với thực tế Về phương diện thiết kế, vẽ trình bày rõ hình dạng kích thước thiết bị; phóng to số kết cấu quan trọng như: kết cấu ghép mặt bích Tuy nhiên, phần tính tốn thiết kế cịn nhiều hạn chế thiếu sót Ngồi ra, kinh nghiệm thiết kế thực tế cịn thiếu nên khơng thể tránh khỏi thiếu sót khơng đáng có Vì vậy, thời gian tới, em tiếp tục học hỏi kiến thức kĩ cần thiết để phần tính tốn thiết kế thêm đầy đủ, hoàn thiện sát với thực tế Em xin gửi lời cảm ơn sâu sắc tới thầy Lê Ngọc Cương cho em gợi ý, lời khuyên kiến thức thực tế hữu ích để em hồn thành tốt đồ án chuyên ngành Em xin chân thành cảm ơn! 40 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] NXB Đại học Quốc gia TP HCM ,(2004), Bảng tra cứu trình học, truyền nhiệt truyền khối [2] Tôn Thất Minh, Phạm Anh Tuấn, Nguyễn Tân Thành, (2016), Giáo trình q trình thiết bị cơng nghệ thực phẩm & công nghệ sinh học - TậpI, II – NXB Bách Khoa Hà Nội [3] Nguyễn Bin, (2006), Sổ tay q trình thiết bị cơng nghệ hóa chất – Tập 1, NXB Khoa Học Và Kỹ Thuật Hà Nội [4] Nguyễn Bin, (2006), Sổ tay trình thiết bị cơng nghệ hóa chất – Tập 2, NXB Khoa Học Và Kỹ Thuật Hà Nội [5]  Phạm Văn Bôn, Q trình thiết bị cơng nghệ hóa học thực phẩm,tập 10 [6] (2020), “Ba kích – Wikipedia Tiếng việt” [7].N.Ha, “ Cây ba kích”, Cẩm nang trồng.com [8] “ Tìm hiểu thành phần hóa học củ ba kích”, Vua rượu thương hiệu từ 1987 đến [9] Maylocruou.kag, (2020), “ Cao thuốc quy trình chế biến cao dược liệu”, Nối nấu rượu Kag [10] Dương Ngọc Tuệ, (2016), Thiết kế nhà máy ản xuất bia chai bia suất 25 triệu lít/năm 41