(Đồ án hcmute) tính toán thiết kế chế tạo thiết bị cô đặc chân không một nồi làm việc gián đoạn dung tích 5 lít

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGÀNH CƠNG NGHỆ THỰC PHẨM TÍNH TỐN - THIẾT KẾ - CHẾ TẠO THIẾT BỊ CÔ ĐẶC CHÂN KHƠNG MỘT NỒI LÀM VIỆC GIÁN ĐOẠN DUNG TÍCH LÍT GVHD: NGUYỄN TẤN DŨNG SVTT1: NGUYỄN THỊ THỦY MSSV: 13116140 SVTT2: PHẠM DUY KHÁNH MSSV: 13116054 SVTT3: TRẦN THANH HOÀN MSSV: 13116039 SKL 0 6 Tp Hồ Chí Minh, tháng 08/2017 an TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH KHOA CƠNG NGHỆ HĨA HỌC VÀ THỰC PHẨM BỘ MƠN CƠNG NGHỆ THỰC PHẨM KHĨA LUẬN TỐT NGHIỆP MÃ SỐ: 2017- 13116039 TÍNH TỐN - THIẾT KẾ - CHẾ TẠO THIẾT BỊ CÔ ĐẶC CHÂN KHÔNG MỘT NỒI LÀM VIỆC GIÁN ĐOẠN DUNG TÍCH LÍT SVTH: NGUYỄN THỊ THỦY 13116140 PHẠM DUY KHÁNH 13116054 TRẦN THANH HOÀN 13116039 GVHD: TS NGUYỄN TẤN DŨNG THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH – 8/2017 an TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH KHOA CƠNG NGHỆ HĨA HỌC VÀ THỰC PHẨM BỘ MÔN CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM KHĨA LUẬN TỐT NGHIỆP MÃ SỐ: 2017 - 13116039 TÍNH TỐN - THIẾT KẾ - CHẾ TẠO THIẾT BỊ CƠ ĐẶC CHÂN KHÔNG MỘT NỒI LÀM VIỆC GIÁN ĐOẠN DUNG TÍCH LÍT SVTH: NGUYỄN THỊ THỦY 13116140 PHẠM DUY KHÁNH 13116054 TRẦN THANH HOÀN 13116039 GVHD: TS NGUYỄN TẤN DŨNG THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH – 8/2017 an i an LỜI CẢM ƠN Sau tháng nỗ lực thực đồ án tốt nghiệp “Tính tốn - thiết kế - chế tạo hệ thống đặc chân không nồi làm việc gián đoạn dung tích lít” hồn thành Ngồi cố gắng học hỏi, nghiên cứu thân, chúng em nhận nhiều giúp đỡ, động viên từ phía nhà trường, thầy cơ, bạn bè gia đình Đầu tiên, chúng em xin cảm ơn quý thầy cô khoa Cơng nghệ Hóa học Thực phẩm, trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Tp Hồ Chí Minh tận tình dạy bảo, xây dựng kiến thức cần thiết suốt năm học tập trường, tạo tiền đề điều kiện thực thành công đồ án tốt nghiệp Nhóm chúng em xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến thầy Nguyễn Tấn Dũng, giáo viên hướng dẫn tận tình giúp đỡ chúng em suốt q trình triển khai hồn thành đồ án Nhóm chúng em khơng qn gửi lời cảm ơn đến anh chị trước bảo thiếu sót kiến thức kinh nghiệm thực tế để nhóm chúng em hồn thành hệ thống thiết bị cô đặc chân không Và cuối cùng, chúng em xin gửi lời cảm ơn đến gia đình, người thân ni nấng, quan tâm chúng em, nguồn động viên hỗ trợ để hoàn thành chương trình học Một lần nữa, chúng em xin chân thành cảm ơn tất người giúp đỡ chúng em hoàn thành đồ án tốt nghiệp Mặc dù chúng em có nhiều cố gắng để hoàn thành đồ án với thời gian, khả hạn chế lần chúng em bước vào tính tốn, thiết kế, chế tạo hệ thống thiết bị nên tránh khỏi thiếu sót, mong nhận đóng góp quý thầy cô bạn Chân thành cảm ơn! Tp Hồ Chí Minh, 25 tháng 07 năm 2017 ii an iii an iv an v an vi an vii an Lựa chọn thiết bị điện Bơm vận chuyển nước nóng Hình 3.7 Bơm vận chuyển nước nóng Sau q trính tính tốn ta thu công suất tối thiểu bơm ly tâm tăng chịu nhiệt độ Nđc = 45 W Tuy nhiên, thị trường nhóm chúng tơi khơng thể tìm mua bơm thỏa u cầu Vì chúng tơi sử dụng bơm trợ lực cơng suất 100 W để làm thiết bị vận chuyển nước gia nhiệt Bơm hút chân khơng Theo kết tính tốn cơng suất bơm chân khơng tối thiểu sử dụng hệ thống cô đặc Ndc = 113 W Vì chúng tơi sử dụng bơm chân khơng có công suất Ndc = 200 W thị trường không bán loại bơm với công suất nhỏ Hình 3.8 Bơm hút chân khơng vịng dầu 85 an 3.4 THIẾT KẾ LẮP ĐẶT HỆ THỐNG ĐIỆN VÀ ĐIỀU KHIỂN 3.4.1 Thiết kế nguyên lí điều khiển hệ thống đặc Hình 3.4 thể ngun lí điều khiển thiết bị điện hệ thống cô đặc chận khơng Trong hệ thống gồm có thiết bị điện: bơm vận chuyển nước lạnh, bơm chuyển nước nóng, điện trở nồi đun nước bơm hút chân không Các hệ thống vận hành độc lập với điều khiển kết hợp điều khiển tự động Hình 3.9 Mạch ngun lí điều khiển thiết bị điện hệ thống cô đặc 86 an Đối với bơm vân chuyển nước lạnh, công dụng bơm vận chuyển nước lạnh cung cấp cho trình trao đổi nhiệt thiết bị ngưng tụ, không yêu cầu điều khiển tự động việc thay nước lạnh diễn thường xuyên Vì bơm nước lạnh điều khiển thông qua nút ấn bật tắt quan sát hoạt động thông qua đèn báo Bơm nước nóng thiết bị dùng để vận chuyển nước nóng giúp di trì nhiệt độ ổn định cho nồi đặc, q trình vận hành bơm nước nóng điều khiển điều khiển nhiệt độ thơng qua tiếp điểm thường đóng role trung gian Khi nhiệt độ cảm biến nhiệt có giá trị nhỏ nhiệt độ cài đặt, tiếp điểm thường đóng role trung gian đóng, động bơm nước nóng có điện chạy bình thường Đến nhiệt độ cảm biến nhiệt lớn nhiệt độ cài đặt, điều khiển nhiệt độ trả tín hiệu điện làm tiếp điểm role mở dẫn đến hở tiếp điểm contactor làm động bơm điện dẫn đến bơm ngừng hoạt động, giúp trì nhiệt độ ổn định cho nồi cô đặc Đồng thời nhiệt độ cảm biến nhiệt bé nhiệt độ cài đặt tín hiệu điện mất, bơm nước nóng lại quay trạng thái hoạt động Điện trở nồi đun nước nóng điều khiển với hệ thống điều khiển gồm có điều khiển nhiệt độ, role trung gian, contactor Nguyên lí điều khiển trình vận hành tương tự bơm vận chuyển nước nóng Đối với bơm hút chân khơng, q trình vận hành thiết bị điều khiển thơng qua áp suất, với hệ thống điều khiển gồm có thiết bị điều khiển áp suất, role trung gian Khi áp suất chân không thiết bị chưa đạt, bơm hoạt động bình thường Đến áp suất vượt áp suất cài đặt, điều khiển áp suất trả tín hiệu điện làm tiếp điểm role hở làm mạch điện chạy qua động bơm hở, bơm ngừng hoạt động Và ngược lại 3.4.2 Lựa chọn thiết bị điều khiển khí cụ điện Cơng suất thực tế lắp đặt thiết bị điện hệ thống cô đặc tóm tắt bảng 3.12 Bảng 3.12.Thơng số thiết bị điện hệ thống cô đặc Tên thiết bị điện Cơng suất thiết bị Bơm nước nóng 100 W Bơm nước lạnh 150 W Bơm hút chân không 200 W Điện trở nồi đun 3000 W 87 an Bảng 3.12 thể thông số thực tế phận thiết bị phụ hệ thống cô đặc chân khơng Trong đó, thiết bị đun nước sử dụng điện trở nguồn 220VAC – kW có dịng điện chạy qua mạch là: I= P 3000 = = 13,6 A U 220 Đối với động bơm nước nóng 220VAC – 100 W dịng điện cần cung cấp là: I= P 100 = = 0,57 𝐴 U cosφ 220.0,8 Đối với động bơm nước lạnh 220VAC – 150 W dòng điện cần cung cấp là: I= P 150 = = 0,85 A U cosφ 220.0,8 Đối với động bơm hút chân không 220VAC – 200 W dòng điện cần cung cấp là: I= P 200 = = 1,14 A U cosφ 220.0,8 Vậy dòng điện chạy qua toàn mạch 16,16 A Như vậy, mạch điện cần CB (Circuit Breaker) tối thiểu 16,16 A để tự động ngắt mạch điện có cố xảy Theo nguyên lí điều khiển thiết bị thể hìn 3.8, kết hợp với phương pháp tự động điều khiển trình bày 2.6 luận văn sử dụng khí cụ điện thiết bị điều khiển theo bảng 3.13 bảng 3.14 Bảng 3.13 Thông số thiết bị điều khiển hệ thống cô đặc Tên thiết bị điện Hiệu điện Hiệu điện Loại đầu dò Số lượng nguồn điện tín hiệu 24VAC Pt1000 12VAC không vào Điều khiển nhiệt độ 220VAC Delta DTB 4824 Điều khiển áp suất 24VAC SMC Pressure 88 an Bảng 3.14 Các khí cụ điện sử dụng hệ thống đặc Tên khí cụ điện Số lượng Tên khí cụ điện Số lượng Contactor 15A Rơ-le 12V Contactor 5A Nút ấn Rơ-le 24V Đèn báo 3.4.3 Thiết kế xây dựng mạch điện Dựa sơ đồ nguyên lí điều khiển thiết bị trình bày hình 3.8 sử dụng phần mềm Cade simu AutoCad thiết kế mạch điều khiển mạch động lực theo hình 3.9, 3.10, 3.11, 3.12 Hình 3.10 Mạch điều khiển thiết bị hệ thống cô đặc 89 an Hình 3.11 Mạch động lực điện trở nồi đun nước điều khiển nhiệt độ Hình 3.12 Mạch động lực động bơm nước nóng điều khiển nhiệt độ 90 an Hình 3.13 Mạch điều khiển động bơm chân không điều khiển áp suất 3.5 KHẢO SÁT THỰC NGHIỆM VÀ HIỆU CHỈNH THIẾT BỊ 3.5.1 Khảo sát thực nghiệm Sau thiết bị lắp đặt hệ thống điện hồn chỉnh, nhóm tiến hành khảo sát thực nghiệm để đánh giá khả hoạt động hệ thống Để đánh giá khả hoạt động hiệu thiết bị, nhóm tiến hành khảo sát nguyên liệu dứa, nồng độ ban đầu nguyên liệu 15oBrix, tiến hành theo dõi thay đổi nồng độ dung dịch dứa thời gian Đồng thời thông qua thay đổi nhiệt độ đặc thiết bi để tìm nhiệt độ đặc khả đặc sản phẩm có chất lượng tốt Bảng 3.15 Kết khảo sát thực nghiệm hệ thống cô đặc Nhiệt độ cô Áp suất cô đặc Thời gian t (giờ) đặc (oC) (Bar) 0,5 1,5 2,5 3,5 4,5 55 -7,6 ÷ -7,2 15 16 19 22 26 30 35 37 39 40 60 -7,8 ÷ -7,0 15 16 21 26 31 36 40 42 43 44 91 an 65 -7,8 ÷ -7,2 16 20 26 32 38 44 46 48 50 52 70 -8,4 ÷ -7,2 16 20 27 35 40 46 50 52 54 55 65oC 70oC 55oC 60oC Hình 3.14 Màu sắc sản phẩm cô đặc nhiệt độ khác Theo kết thu bảng 3.9 tăng nhiệt độ đặc thời gian để dung dịch nước dứa đạt đến nồng độ cao giảm Tuy nhiên việc cô đặc nhiệt độ cao màu sắc dung dịch nước dứa màu tự nhiên hay nhiệt độ cô đặc cao dung dịch nước dứa dễ hóa nâu Điều thể hình 3.6 92 an Vì dung dịch nước dứa, nhóm nhận thấy đặc 60oC phù hợp thiết bị Khi thời gian đặc dung dịch dứa từ 15 oBrix đến 45 oBrix cho lít dung dịch khoảng giờ, đồng thời sản phẩm thu giữ màu tự nhiên dứa chín 3.5.2 Hiệu chỉnh thiết bị Thơng q q trình khảo sát thực nghiệm chúng tơi đưa ngun lí vận hành hệ thống sau Bảng 3.16 Đặc tính kĩ thuật hệ thống đặc TÊN THƠNG SỐ Tối đa Tối thiểu Khuyên dùng Nhiệt độ cô đặc 80oC 50oC 60 oC Áp suất cô đặc atm −8 Bar -7 Bar Nhiệt độ nồi đun nóng 100 oC 40 oC 90 oC Dung tích đặc lít lít lít Quy trình vận hành hệ thống đặc Bước 1: Bật CB Bước 2: Ấn công tắc số (hay R) để khởi động nồi đun nước nóng Bước 3: Cài đặt giá trị nhiệt độ đun thích hợp nồi đun điều khiển nhiệt độ (Hay Tđ) (nhiệt độ điều khiển lệch 10oC so với nhiệt độ thực tế) Bước 4: Ấn công tắc (hay Bn), để khởi động bơm nước nóng - Nên thực bước sau nhiệt độ nồi đun tăng gần nhiệt độ cài đặt điều khiển Hình 3.15 Nắp điều khiển hệ thống cô đặc Bước 5: Cài đặt nhiệt độ cô đặc điều khiển nhiệt độ (hay Tc) (nhiệt độ điều khiển lệch 5oC so với nhiệt độ thực tế) Bước 6: Ấn công tắc (hay Bl) để khỏi động bơm nước làm lạnh dùng cho thiết bị ngưng tụ Bước 7: Ấn công tắc (hay Bck) để khởi động bơm hút chân không Bước 8: Điều khiển áp suất cô đặc điều khiển áp suất (hay P) Chú ý: 93 an - Sau thời gian 30 ÷ 60 phút tiến hành tắt bơm chân không mở van thiết bị ngưng tụ để tháo nước ngưng - Sau thời gian từ 30 ÷ 60 phút tiến hành tháo nước làm mát bổ sung đá lạnh bồn chứa nước làm mát Quy trình tắt máy - Ấn theo thứ tự công tắt số 7, 8, 6, Sau tắt CB rút dây nguồn - Vệ sinh làm khô tất thiết bị hệ thống sau vận hành Mở tất van để tháo nước 94 an KẾT LUẬN VÀ ĐỀ XUẤT KẾT LUẬN Từ yêu cầu công nghệ đặt chế tạo hệ thống thiết bị cô đặc chân không nồi làm việc gián đoạn dung tích lít Chúng tơi thiết kế, mơ hình hóa chế tạo thành cơng hệ thống đặc chân không, sử dụng cô đặc cho nhiều loại nguyên liệu khác Hệ thống điều khiển tự động kết hợp điều khiển tay, kiểm soát nhiệt độ cô đặc từ 50oC đến 80oC, áp suất cô đặc từ Bar đến -8 Bar, thể tích nguyên liệu vào giao động từ lít đến lít Vì vậy, hệ thống đặc ứng dụng cho nhiều thông số công nghệ khác từ nhiều loại nguyên liệu phù hợp với mục đích nghiên cứu sản xuất Qua trình khảo sát thực nghiệm với ngun liệu đường mía dứa, chúng tơi nhận thấy khả cô đặc hệ thống tốt Với lít ngun liệu có nồng độ 15oBrix sau thời gian khoảng – nồng độ dung dịch tăng lên 50 oBrix Sản phẩm sau cô đặc giữ màu sắc tốt độ tổn thất mùi thấp ĐỀ XUẤT Do thiếu sót mặt kiến thức, thời gian nghiên cứu thực ngắn, phương tiện điều kiện tiến hành có nhiều khó khăn, nên việc tính tốn, thiết kế chế tạo cịn gặp nhiều hạn chế Vì hệ thống nhiều nhược điểm so với thực tế yêu cầu đặt như: - Thời gian cô đặc cịn kéo dài: lít ngun liệu, để tăng 30oBrix khoảng - Khả ứng dụng hệ thống nhiều hạn chế cho số dung dịch có độ đồng kém, đặc biệt khó dùng cho loại nguyên liệu có thịt - Qúa trình vận hành máy nhiều thời gian cho người sử dụng: người sử dụng phải theo giỏi liên tục để tháo nước ngưng cung cấp nước lạnh Để khắc phục nhược điểm này, điều kiện chế tạo tốt chúng tơi có thể: - Giảm thời gian cô đặc thệ thống: cách tăng bề mặt truyền nhiệt thiết bị, đồng thời tăng bề mặt thống thiết bị - Sử dụng hệ thống gia nhiệt kết hợp hệ thống khuấy trộn để tăng khả truyền nhiệt, đồng thời tăng đồng cho dung dịch có độ đồng dung dịch chứa thịt 95 an - Thay thiết bị ngưng tụ sử dụng bơm nước lạnh nghiên cứu chế tạo hệ thống lạnh để làm ngưng tụ Điều giúp người vận hành không cần phải thay nước lạnh thường xuyên - Sử dụng van điện từ điều khiển việc đóng mở van tháo nước ngưng góp phần tiết kiệm thời gian cho người sử dụng Hình 3.16 Hệ thống đặc chân khơng hồn thiện 96 an TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Phạm Văn Bơn – Nguyễn Đình Thọ (2010) Q trình thiết bị cơng nghệ hóa học & thực phẩm tập 5, trình thiết bị truyền nhiệt, 1: truyền nhiệt ổn định Nhà xuất Đại học Quốc Gia TP Hồ Chí Minh [2] Nguyễn Tấn Dũng (2015) Q trình thiết bị cơng nghệ hóa học thực phẩm, tập 2, Các trình thiết bị truyền nhiệt, phần 2, Các trình thiết bị truyền nhiệt thực phẩm Nhà xuất Đại học Quốc Gia TP Hồ Chí Minh [3] Nhiều tác giả (2005) Sổ tay q trình thiết bị cơng nghệ hóa chất tập 1, Cơ sở lý thuyết, phương pháp tính tốn, tra cứu số liệu thiết bị Nhà xuất Khoa học Kỹ thuật Hà Nội [4] Nguyễn Ngộ (2011) Cơng nghệ đường mía Nhà xuất Bách Khoa – Hà Hội [5] Lê Ngọc Tú (2017) Hố sinh cơng nghiệp Nhà xuất Khoa học Kỹ Thuật [6] Quách Đĩnh, Nguyễn Văn Tiếp, Nguyễn Văn Hoa (1996) Công nghệ sau thu hoạch chế biến rau Nhà xuất Khoa học Kỹ thuật Hà Nội [7] Bộ Y Tế, Viện Dinh Dưỡng (2007) Bảng thành phần Thực phẩm Việt Nam Nhà xuất Y học [8] Nguyễn Tấn Dũng (2015) Quá trình thiết bị cơng nghệ hóa học thực phẩm, tập 2, Các trình thiết bị truyền nhiệt, phần 1, sở lý thuyết truyền nhiệt Nhà xuất Đại học Quốc Gia TP Hồ Chí Minh [9] Vũ Quang Hội – Nguyễn Văn Chất – Nguyễn Thị Liên Anh (2006) Trang bị điện -điện tử, máy công nghiệp dùng chung Nhà xuất Giáo Dục [10] Nguyễn Tấn Dũng (2013) Q trình thiết bị cơng nghệ hóa học thực phẩm, tập 1, Các trình thiết bị học, thuỷ lực khí nén Nhà xuất Đại học Quốc Gia TP Hồ Chí Minh [11] Trần Hùng Dũng – Nguyễn Văn Lục – Vũ Bá Minh – Hồng Minh Nam Các q trình thiết bị cơng nghệ hóa học thực phẩm tập 1, Các trình thiết bị học, Phân riêng khí động, lực ly tâm, bơm quạt, máy nén, tính hệ thống đường ống Nhà xuất Đại học Quốc Gia TP Hồ Chí Minh [12] Nguyễn Bin (2007) Quá trình thiết bị cơng nghệ hóa học thực phẩm, tập trình thuỷ lực, bơm, quạt, máy nén Nhà xuất khoa học kỹ thuật [13] http://bomhutchankhong.vn/news/tai-lieu-bom-chan-khong/cau-tao-va-nguyen-ly-hoat- dong-cua-bom-chan-khong-vong-dau.html 97 an [14] GS TS Trần Dịch, PGS Ts Nguyễn Trọng Bình, PCS TS Nguyễn Thế Đạt, PGS TS Nguyễn Viết Tiếp, PGS.TS Trần Xuân Việt, (2008) Công nghệ chế tạo máy Nhà xuất Khoa học Kỹ thuật [15] ThS Nguyễn Văn Thành (2006) Giáo trình cơng nghệ hàn Mig Nhà xuất Lao động Xã hội [16] Đinh Bá Trụ (2007) Giáo trình lý thuyết biến dạng dẻo Học viện Khoa học Kỹ Thuật Quân [17] Th.S Phạm Xuân Hổ, TS Hồ Xuân Thanh (2014) Khí cụ điện Nhà xuất Đại học Quốc gia TP.HCM [18] Nhiều tác giả (2005) Sổ tay q trình thiết bị cơng nghệ hóa chất tập 2, Cơ sở lý thuyết, phương pháp tính tốn, tra cứu số liệu thiết bị Nhà xuất Khoa học Kỹ thuật Hà Nội [19] Tiêu chuẩn ASTM A240M [20] Phạm Văn Bơn, Vũ Bá Minh, Hồng Minh Nam Q trình thiết bị cơng nghệ hóa học tập 10, ví dụ tập Trường Đại Học Bách Khoa Thành Phố Hồ Chí Minh [21] Phạm Văn Bơn (2004) Q trình thiết bị cơng nghệ hóa học & thực phẩm tập 5, q trình thiết bị truyền nhiệt, truyền nhiệt ổn định Nhà xuất Đại học Quốc Gia TP Hồ Chí Minh [12] Hồ Lê Viên (1978) Thiết kế tính tốn chi tiết thiết bị hoá chất Nhà xuất Khoa học Kỹ Thuật [23] Bộ môn máy thiết bị (2004) Q trình thiết bị cơng nghệ hóa học & thực phẩm, Bảng tra cứu q trình học, truyền nhiệt, truyền khối Nhà xuất Đại học Quốc Gia TP Hồ Chí Minh 98 an an ... lí hệ thống đặc chân khơng nồi làm việc gián đoạn Tính tốn, thiết kế chế tạo hệ thống thiết bị cô đặc chân không nồi làm việc gián đoạn, suất lít mẻ với quy mơ phịng thí nghiệm Thiết kế, lắp đặt... bị BỐ CỤC Đồ án ? ?Tính tốn - thiết kế - hệ thống đặc chân khơng nồi làm việc gián đoạn dung tích lít? ?? MỞ ĐẦU CHƯƠNG TỔNG QUAN CHƯƠNG PHƯƠNG PHÁP TÍNH TỐN, THIẾT KẾ, CHẾ TẠO CHƯƠNG TÍNH TOÁN, THIẾT... cứu chúng tơi tính tốn, thiết kế, chế tạo thành công hệ thống thiết bị cô đặc chân không nồi, làm việc gián đoạn dung tích lít Nguyên liệu đầu vào sử dụng cho q trình tính tốn dung dịch nước