ĐỒ án QUÁ TRÌNH và THIẾT bị TÍNH TOÁN THIẾT kế hệ THỐNG cô đặc 1 nồi DUNG DỊCH cà CHUA 2 TẤNGIỜ

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT – CÔNG NGHỆ CẦN THƠ KHOA CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM VÀ CÔNG NGHỆ SINH HỌC BÁO CÁO ĐỒ ÁN Q TRÌNH VÀ THIẾT BỊ TÍNH TỐN THIẾT KẾ HỆ THỐNG CÔ ĐẶC NỒI DUNG DỊCH CÀ CHUA TẤN/GIỜ Nhóm sinh viên thực hiện: NGUYỄN THỊ THÚY HOA NGUYỄN KHẮC HÀO BÙI CHÍ HỊA Cần Thơ - năm 2018 TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT – CÔNG NGHỆ CẦN THƠ KHOA CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM VÀ CÔNG NGHỆ SINH HỌC ĐỒ ÁN Q TRÌNH VÀ THIẾT BỊ TÍNH TỐN THIẾT KẾ HỆ THỐNG CÔ ĐẶC NỒI DUNG DỊCH CÀ CHUA TẤN/GIỜ Giảng viên hướng dẫn: Ths TRẦN THỊ THÙY LINH NGUYỄN THỊ THÚY HOA (1500546) Cần Thơ - năm 2018 YÊU CẦU ĐỒ ÁN Tên đồ án Tính tốn thiết kế hệ thống đặc nồi dung dịch cà chua tấn/giờ Dữ liệu ban đầu - Năng suất nhập liệu Gđ = 2000 kg/giờ - Nồng độ nhập liệu xđ = 10% (khối lượng) - Nồng độ sản phẩm xc = 33% (khối lượng) o - Nhiệt độ nhập liệu tđ = 60 C - Áp suất đốt Pđốt = 2,9 at - Áp suất chân không thiết bị ngưng tụ Pck = 0,7 at Tính tốn - Tính tốn thiết kế thiết bị chính: buồng bốc, buồng đốt, nắp, đáy nồi - Tính tốn thiết bị phụ: thiết bị ngưng tụ Baromet - Tính tốn khí vi GVHD: Trần Thị Thùy Linh ĐỒ ÁN QUÁ TRÌNH VÀ THIẾT BỊ MỤC LỤC CHƯƠNG GIỚI THIỆU 1.1 TỔNG QUAN VỀ NGUYÊN LIỆU VÀ SẢN PHẨM 1.1.1 Nguyên liệu (Hà Văn Tuyết & Trần Văn Bình, 2000) 1.1.2 Sản phẩm cà chua cô đặc (Nguyễn Văn Tiếp et al., 2000) 1.2 Q TRÌNH CƠ ĐẶC 1.2.1 Định nghĩa 1.2.2 Các phương pháp cô đặc 1.2.3 Bản chất thực cô đặc nhiệt 1.2.4 Phân loại thiết bị cô đặc nhiệt (Nguyễn Tấn Dũng, 2015) 1.2.5 Yêu cầu thiết bị CHƯƠNG THUYẾT MINH QUY TRÌNH CƠNG NGHỆ .5 2.1 NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG CỦA HỆ THỐNG CÔ ĐẶC MỘT NỒI LIÊN TỤC 2.2 NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG CỦA THIẾT BỊ CƠ ĐẶC ỐNG TUẦN HỒN TRUNG TÂM CHƯƠNG CÂN BẰNG VẬT CHẤT VÀ NĂNG LƯỢNG 3.2 CÂN BẰNG VẬT CHẤT 3.3 CÂN BẰNG NHIỆT LƯỢNG 3.3.1 Xác định nhiệt độ áp suất 3.3.2 Các tổn thất nhiệt độ 10 3.3.3 Cân nhiệt lượng 12 3.3.4 Lượng đốt dùng cho cô đặc 14 3.3.5 Lượng đốt tiêu tốn riêng 15 CHƯƠNG TÍNH TỐN TRUYỀN NHIỆT CHO THIẾT BỊ CƠ ĐẶC 16 4.1 NHIỆT TẢI RIÊNG PHÍA HƠI NGƯNG (Q1) 16 4.2 NHIỆT TẢI RIÊNG PHÍA DUNG DỊCH (Q2) 16 4.3 NHIỆT TẢI RIÊNG PHÍA TƯỜNG (QV) 18 4.4 TIẾN TRÌNH TÍNH NHIỆT TẢI RIÊNG 19 vii GVHD: Trần Thị Thùy Linh ĐỒ ÁN QUÁ TRÌNH VÀ THIẾT BỊ 4.5 HỆ SỐ TRUYỀN NHIỆT K CHO Q TRÌNH CƠ ĐẶC 20 4.6 DIỆN TÍCH BỀ MẶT TRUYỀN NHIỆT F 20 CHƯƠNG TÍNH THIẾT BỊ CƠ ĐẶC 21 5.1 TÍNH BUỒNG ĐỐT 21 5.1.1 Thể tích dung dịch đầu thiết bị (Vđ) 21 5.1.2 Thể tích dung dịch cuối (Vc) 21 5.1.3 Tính chọn đường kính buồng đốt 21 5.1.4 Tính kích thước đáy nón buồng đốt 24 5.1.5 Tổng kết 24 5.2 TÍNH BUỒNG BỐC 24 5.2.1 Tính đường kính buồng bốc (Db) 24 5.2.2 Tính chiều cao buồng bốc (Hb) 26 5.2.3 Tính kích thước nắp elip có gờ buồng dốc 27 5.3 TÍNH KÍCH THƯỚC CÁC ỐNG DẪN LIỆU THÁO LIỆU 27 5.3.1 Ống nhập liệu 27 5.3.2 Ống tháo liệu 27 5.3.3 Ống dẫn đốt 28 5.3.4 Ống dẫn thứ 28 5.3.5 Ống dẫn nước ngưng 28 5.3.6 Ống xã khí khơng ngưng 28 5.3.7 Tổng kết đường kính ống 28 CHƯƠNG TÍNH CƠ KHÍ 30 6.1 TÍNH BUỒNG ĐỐT 30 6.1.1 Sơ lược cấu tạo 30 6.1.2 Tính bề dày buồng đốt 30 6.1.3 Tính bền cho lỗ 32 6.2 TÍNH BUỒNG BỐC 32 6.2.1 Sơ lược cấu tạo 32 6.2.2 Tính thể tích buồng bốc 32 6.2.3 Tính bề dày buồng bốc 33 viii GVHD: Trần Thị Thùy Linh ĐỒ ÁN Q TRÌNH VÀ THIẾT BỊ 6.2.4 Tính tốn nắp thiết bị 36 6.3 TÍNH TỐN ĐÁY THIẾT BỊ 38 6.3.1 Sơ lược cấu tạo 38 6.3.2 Tính tốn 38 6.3.3 Tính bền cho lỗ 44 6.4 TÍNH MẶT BÍCH VÀ SỐ BU LƠNG CẦN THIẾT 44 6.4.1 Sơ lược cấu tạo 44 6.4.2 Chọn mặt bích 45 6.5 TÍNH VÀ CHỌN TAI TREO CHÂN ĐỠ 46 6.5.1 Sơ lược cấu tạo tai treo chân đỡ 46 6.5.2 Thể tích phận thiết bị 46 6.5.3 Khối lượng phận thiết bị 49 6.5.4 Tổng khối lượng 50 6.6 TÍNH VĨ ỐNG 50 6.6.1 Sơ lược cấu tạo 50 6.6.2 Tính tốn 51 6.7 KÍNH QUAN SÁT 52 6.8 BỀ DÀY LỚP CÁCH NHIỆT 52 CHƯƠNG TÍNH THIẾT BỊ PHỤ 54 7.1 CHỌN TÍNH HỆ THIẾT BỊ NGƯNG TỤ BAROMET 54 7.1.1 Tính lượng nước lạnh Gn cần thiết để ngưng tụ 54 7.1.2 Đường kính dnt thiết bị ngưng tụ 54 7.1.3 Tính kích thước ngăn 55 7.1.4 Tính chiều cao thiết bị ngưng tụ 56 7.1.5 Tính kích thước ống Baromet 56 7.1.6 Tính lượng thứ khí khơng ngưng 58 7.2 TÍNH TỐN VÀ CHỌN BƠM CHÂN KHƠNG 59 7.2.1 Công suất bơm chân không 59 7.2.2 Chọn bơm chân không 60 ix GVHD: Trần Thị Thùy Linh ĐỒ ÁN Q TRÌNH VÀ THIẾT BỊ DANH MỤC HÌNH Hình 2.1 Sơ đồ thiết bị Hình 2.1 Thay đổi nhiệt độ q trình đặc x GVHD: Trần Thị Thùy Linh ĐỒ ÁN QUÁ TRÌNH VÀ THIẾT BỊ DANH MỤC BẢNG Bảng 3.1 Số liệu tổng hợp đốt thứ nồi cô đặc 10 Bảng 3.2 Tổng hợp số liệu tổn thất nhiệt độ nồi cô đặc .12 Bảng 3.3 Bảng tổng hợp số liệu: 15 Bảng 4.1 Số liệu theo nồng độ dung dịch 17 Bảng 6.1 Số liệu bích buồng bốc buồng đốt 45 Bảng 6.2 Số liệu bích nối buồng đốt đáy 45 Bảng 6.3 Số liệu bích nối buồng bốc nắp 46 Bảng 6.4 Bảng số liệu kích thước tay treo 50 xi GVHD: Trần Thị Thùy Linh ĐỒ ÁN QUÁ TRÌNH VÀ THIẾT BỊ LỜI NÓI ĐẦU Trong năm gần ngành công nghệ thực phẩm phát triển mạnh, với đa dạng phong phú nhiều loại sản phẩm Sự phát triển mặt số lượng mà chất lượng Mặc dù kinh tế tồn cầu khủng hoảng, khơng mà ngành công nghệ thực phẩm ngưng lại Cũng khơng lẽ mà nhu cầu người thay đổi Hiện nhờ ngành khí, điện lực, chất dẻo, v.v phát triển mạnh, làm cho cơng nghiệp đồ hộp khí, tự động hóa nhiều dây chuyển sản xuất Các ngành khoa học như: hóa học, vi sinh vật học, công nghệ sinh học đà phát triển: ứng dụng nhiều cơng nghệ thực phẩm nói chung đồ hộp nói riêng, làm cho giá trị dinh dưỡng cửa thực phẩm nâng cao cất giữ lâu Cà chua cô đặc sản phẩm cơng nghiệp đồ hộp rau quả, coi bán chế phẩm dùng để chế biến loại đồ hộp khác đồ hộp xốt loại, nước xốt đồ hộp thịt, cá, rau, để làm nguyên liệu nấu nướng Cà chua cô đặc chế biến cách cô đặc thịt cà chua (theo mức độ khác nhau) sau nghiền nhỏ loại bỏ hạt, vỏ Quả cà chua chế biến thành nhiều loại khác dùng bữa ăn hàng ngày người Việt Nam nhằm mục đích làm tăng thêm giá trị dinh dưỡng tạo nên vẻ đẹp bắt mắt việc trình bày ăn Trong đồ án Em thiết kế hệ thống cô đặc nồi dung dịch cà chua sản phẩm /giờ với nồng độ đầu 10% (khối lượng), nồng độ cuối 33% (khối lượng), o nhiệt độ nhập liệu 60 C, áp suất đốt 2,9 at áp suất chân không thiết bị ngưng tụ 0,7 at Là đồ án hướng dẫn ThS Trần Thị Thùy Linh, Khoa công nghệ thực phẩm công nghệ sinh học, Trường Đại học Kỹ thuật Công nghệ Cần thơ Đồ án đề cập đến vấn đề liên quan kiến thức ngành cà chua q trình đặc, qui trình cơng nghệ, tính tốn cân vật chất, lượng, truyền nhiệt cho thiết bị đặc, tính chi tiết cho thiết bị thiết bị phụ cần thiết theo yêu cầu xii GVHD: Trần Thị Thùy Linh ĐỒ ÁN QUÁ TRÌNH VÀ THIẾT BỊ CHƯƠNG GIỚI THIỆU 1.1 TỔNG QUAN VỀ NGUYÊN LIỆU VÀ SẢN PHẨM 1.1.1 Nguyên liệu [11] Cà chua loại rau thuộc nhóm sử dụng rộng rãi rau mà nước giải khát bổ dưỡng Cà chua có xuất xứ từ Nam Mỹ, trồng hầu giới Tuy nhiên, cà chua vùng ôn đới cho chất lượng sản lượng tốt Có nhiều giống cà chua Chúng khác hình dạng, độ lớn, màu sắc, chất lượng quả, v.v Mỗi giống có đặc tính công nghệ riêng thuận lợi cho nhu cầu sử dụng đa dạng Thời vụ thu hái cà chua Việt Nam khoảng tháng 11 đến tháng năm sau, nước ôn đới thu hoạch vào khoảng tháng đến tháng Thành phần hóa học: Độ khơ 4,5÷8%, đường 3÷4% chủ yếu đường fructoza glucoza, có khoảng 0,5% saccaroza, acid 0,2÷0,5%, vitamin C 20÷40mg%, protein 1,0÷1,6%, khống chất 0,3÷0,6% Chất lượng cà chua đánh giá qua tiêu sau: - Độ chín: màu đỏ đặc trưng cho độ chín cà chua Giống cà chua đánh giá tốt chín đỏ từ ngồi, từ phần thịt đến vỏ, đảm bảo tích lũy tối đa đường, vitamin chất khác - Độ khô: độ khô cao hay thấp phụ thuộc vào giống, thời kì phát triển, kỹ thuật chăm bón cà chua Độ khô cao chứng tỏ chất lượng tốt 1.1.2 Sản phẩm cà chua cô đặc [12] Cà chua đặc sản phẩm công nghiệp đồ hộp rau quả, coi bán chế phẩm dùng để chế biến loại đồ hộp khác đồ hộp xốt loại, nước xốt đồ hộp thịt, cá, rau, để làm nguyên liệu nấu nướng Cà chua cô đặc chế biến cách cô đặc thịt cà chua (theo mức độ khác nhau) sau nghiền nhỏ loại bỏ hạt, vỏ Ở Liên Xô cà chua cô đặc phân loại sau: - Pure cà chua: có độ khô 12, 15 20% - Cà chua cô đặc loại độ khô 30, 35 40% - Cà chua cô đặc loại độ khô 50 – 70% - Bột cà chua: độ khô 88 – 95% Dạng cà chua đặc có độ khơ 30% chế biến nhiều Dạng vỉ ống giữ nguyên trước sau nóng 50 GVHD: Trần Thị Thùy Linh ĐỒ ÁN QUÁ TRÌNH VÀ THIẾT BỊ Vật liệu chế tạo thép không gỉ X18H10T o - Nhiệt độ tính tốn vỉ ống nhiệt độ đốt ttt = tđốt = 131,57 C - Ứng suất vốn cho phép tiêu chuẩn vật liệu ttt là: * u = 119,57 N/mm (hình – 2, trang 16, [7]) Chọn hệ số hiệu chỉnh = 0,95 (trang 17, [7])  Ứng suất uốn cho phép vật liệu ttt là: u 6.6.2 Tính tốn Tính cho vỉ ống buồng đốt Chiều dài tính tốn tối thiểu phía ngồi vỉ ống thức – 47, trang 181, [7]: h ' xác định theo công ' h1 = d bđ K Trong đó: K = 0,3 (chọn từ 0,028 ÷ 0,36, trang 181, [7]) dbđ = 1000 mm: Đường kính buồng đốt Po = 0,1864 N/mm : Áp suất tính tốn ống (bằng với áp suất tính tốn buồng đốt) Chiều dày tính tốn tối thiểu phía vỉ ống h’ xác định theo công thức – 48, trang 181, [7]: h '' = d bñ K Trong đó: K = (0,45 0,6), chọn K = 0,45 o : hệ số làm yếu vỉ ống khoan lỗ: o = d væ − d = 1000 − 629 0,371 d vỉ Với dvỉ: đường kính vỉ ống (mm); dvỉ = dbđ = 1000 mm d : tổng số đường kính lỗ vỉ (mm) 51 1000 = GVHD: Trần Thị Thùy Linh ĐỒ ÁN QUÁ TRÌNH VÀ THIẾT BỊ d = dth + n.dt-ống = 325 + 8.38 = 629 mm dth: đường kính ống tuần hoàn (mm); dth = 325 mm dn: đường kính ống truyền nhiệt (mm); dn = 38 mm n: số ống bố trí theo đường kính vỉ (ống); n = ống Chọn sơ h’’= 30 mm (bằng với bề dày bích) Kiểm tra bền vỉ ống Ứng suất uốn vỉ xác định theo công thức – 53, trang 183, [7]: u= 3,6 u= 3,6 = 0,39 N/mm2