Thiết Kế Thiết Bị Cô Đặc 1 Nồi Gián Đoạn (Từ 15% Lên 50%), Không Buồng Đốt Ngoài, Năng Suất Nhập Liệu 1500Kg.pdf

BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP THỰC PHẨM TP.HCM KHOA CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM BÁO CÁO ĐỒ ÁN Đề tài: THIẾT KẾ THIẾT BỊ CÔ ĐẶC NỒI GIÁN ĐOẠN (TỪ 15% LÊN 50%), KHƠNG BUỒNG ĐỐT NGỒI, NĂNG SUẤT NHẬP LIỆU 1500kg/mẻ GVHD: Mạc Xuân Hòa SVTH: Cái Thị Mỹ Ngân 2005170102 Bùi Thị Thanh Nhàn 2005170483 LỚP: 08DHTP6 Tp.HCM, tháng 11 năm 2019 Đồ án kỹ thuật thực phẩm GVHD: Mạc Xuân Hòa MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN LỜI MỞ ĐẦU CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU TỔNG QUÁT 1.1 Nhiệm vụ đồ án 1.2 Tính chất nguyên liệu sản phẩm: 1.2.1 Đặc tính đường saccharose: 1.2.2 Đặc tính syrup: 10 1.3 Khái qt đặc q trình cô đặc 10 1.3.1 Định nghĩa 10 1.3.2 Bản chất cô đặc 10 1.3.3 Ứng dụng cô đặc 11 1.3.4 Các phương pháp cô đặc 11 1.3.5 Các thiết bị cô đặc 11 1.4 Ý nghĩa đề tài 15 CHƯƠNG 2: QUY TRÌNH CƠNG NGHỆ 17 2.1 Sơ đồ khối: 17 2.2 Thuyết minh quy trình 17 2.2.1 Phối trộn: 17 2.2.2 Cô đặc: 18 CHƯƠNG 3: HỆ THỐNG THIẾT BỊ CÔ ĐẶC MỘT NỒI GIÁN ĐOẠN 20 3.1 Sơ đồ hệ thống cô đặc nồi gián đoạn 20 3.2 Nguyên lý hoạt động 20 3.2.1 Nguyên lý hoạt động thiết bị cô đặc 20 3.2.2 Nguyên lý hoạt động thiết bị ngưng tụ Baromet 22 3.2.3 Hoạt động hệ thống 22 Trang Đồ án kỹ thuật thực phẩm GVHD: Mạc Xuân Hòa 3.2.4 Thao tác vận hành 23 CHƯƠNG 4: TÍNH CÂN BẰNG VẬT CHẤT VÀ NĂNG LƯỢNG 25 4.1 Cân vật chất 25 4.1.1 Dữ kiện ban đầu 25 4.1.2 Cân vật chất cho giai đoạn 25 4.2 Cân lượng 27 4.2.1 Các tổn thất nhiệt độ 27 4.2.2 Tổn thất nhiệt độ nồng độ tăng (∆’) 28 4.2.3 Tổn thất nhiệt độ áp suất thủy tĩnh (∆’’) 29 4.2.4 Cân lượng 31 CHƯƠNG 5: TÍNH TỐN THIẾT BỊ 37 5.1 Thiết kế thiết bị 37 5.1.1 Hệ số truyền nhiệt q trình sơi 37 5.1.2 Hệ số truyền nhiệt trình gia nhiệt dung dịch ban đầu từ 30oC đến 69,2092oC 43 5.1.3 Bề mặt truyền nhiệt thời gian cô đặc 46 5.1.4 Tính kích thước buồng đốt 48 5.1.5 Tính kích thước buồng bốc 52 5.2 Tính khí cho thiết bị cô đặc 56 5.2.1 Tính cho buồng đốt 56 5.2.2 Tính cho buồng bốc 59 5.2.3 Tính cho đáy thiết bị 64 5.2.4 Tính cho nắp thiết bị 68 5.2.5 Tính cách nhiệt cho thân 70 5.2.6 Tính mặt bích 71 5.2.7 Tính vỉ ống 73 5.2.8 Khối lượng tai treo 75 5.2.9 Các ống dẫn cửa 82 5.3 Tính chi tiết thiết bị phụ 85 Trang Đồ án kỹ thuật thực phẩm GVHD: Mạc Xuân Hòa 5.3.1 Thiết bị ngưng tụ Baromet 85 5.3.2 Bơm 92 KẾT LUẬN 99 TÀI LIỆU THAM KHẢO 100 Trang Đồ án kỹ thuật thực phẩm GVHD: Mạc Xuân Hòa LỜI CẢM ƠN Chúng em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến thầy cô Trường Đại học Cơng nghiệp Thực phẩm TP Hồ Chí Minh nói chung thầy cô môn Kỹ thuật Thực phẩm nói riêng tạo điều kiện cho chúng em thực đồ án Đặc biệt, chúng em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến Thầy Mạc Xuân Hòa, người tận tình hướng dẫn góp ý kỹ lưỡng thời gian qua giúp chúng em hoàn thành báo cáo cách tốt Trong thời gian học tập trường chúng em tiếp thu nhiều kiến thức báo cáo kết trình học tập rèn luyện dạy bảo quý thầy cô Đồng thời kinh nghiệm thực tế hạn chế kiến thức cịn hạn hẹp nên báo cáo khơng thể tránh khỏi thiếu sót, chúng em mong nhận ý kiến đóng góp q thầy để chúng em học thêm nhiều kinh nghiệm hoàn thành tốt đồ án sau Cuối cùng, chúng em xin kính chúc q thầy dồi sức khỏe thành công nghiệp Kính chúc Thầy Mạc Xn Hịa ln có sức khỏe tốt, đạt nhiều thành công công việc sống Chúng em xin chân thành cảm ơn! Trang Đồ án kỹ thuật thực phẩm GVHD: Mạc Xuân Hòa NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN Sinh viên thực hiện: Cái Thị Mỹ Ngân MSSV:2005170102 Lớp:08DHTP6 Sinh viên thực hiện: Bùi Thị Thanh Nhàn MSSV: 2005170483 Lớp: 08DHTP6 Nhận xét: Điểm số: Điểm chữ: TP Hồ Chí Minh, ngày tháng Gíao viên hướng dẫn (Ký ghi họ tên) Trang năm Đồ án kỹ thuật thực phẩm GVHD: Mạc Xuân Hòa GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN Sinh viên thực hiện: Cái Thị Mỹ Ngân MSSV:2005170102 Lớp:08DHTP6 Sinh viên thực hiện: Bùi Thị Thanh Nhàn MSSV: 2005170483 Lớp: 08DHTP6 Nhận xét: Điểm số: Điểm chữ: TP Hồ Chí Minh, ngày tháng Gíao viên hướng dẫn (Ký ghi họ tên) Trang năm Đồ án kỹ thuật thực phẩm GVHD: Mạc Xuân Hòa LỜI MỞ ĐẦU Trong kế hoạch đào tạo sinh viên đại học, môn học Đồ án Kỹ thuật Thực phẩm hội tốt cho việc hệ thống kiến thức trình thiết bị Bên cạnh đó, mơn cịn dịp để sinh viên tiếp cận thực tế thơng qua việc tính tốn, thiết kế lựa chọn chi tiết thiết bị với số liệu cụ thể, thông dụng Đồ án chúng em nhận “Thiết kế thiết bị cô đặc nồi đoạn (từ 15% lên 50%) không buồng đốt , suất nhập liệu 1500kg/mẻ” Với: + Năng suất nhập liệu 1500kg/mẻ + Nồng độ nhập liệu: 15% khối lượng + Nồng độ sản phẩm: 50% khối lượng + Áp suất chân không thiết bị ngưng tụ: Pck = 0,75 at + Nguồn nhiệt bão hòa Áp suất bão hòa 𝑃ℎ𝑏ℎ = 2,1 ati - Sử dụng thiết bị cô đặc ống chùm, dạng tuần hoàn trung tâm - Nhiệt độ đầu nguyên liệu: 300C (tự chọn) Vì Đồ án Kỹ thuật Thực phẩm đề tài lớn mà nhóm hai sinh viên đảm nhận nên thiếu sót hạn chế q trình thực khơng tránh khỏi Do đó, chúng em mong nhận thêm góp ý, dẫn từ Thầy Cơ bạn bè để củng cố mở rộng kiến thức chuyên môn Chúng em chân thành cảm ơn! Trang Đồ án kỹ thuật thực phẩm GVHD: Mạc Xuân Hòa CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU TỔNG QUÁT 1.1 Nhiệm vụ đồ án Thiết kế thiết bị cô đặc nồi gián đoạn (từ 15% lên 50%) khơng buồng đốt ngồi, suất nhập liệu 1500kg/mẻ 1.2 Tính chất nguyên liệu sản phẩm: 1.2.1 Đặc tính đường saccharose: 1.2.1.1 Cấu tạo hóa học: Saccharose, đường mía, đường củ cải, đường kính C12H22O11 Cơng thức cấu tạo sau: Hình 1.1 Cấu tạo hóa học đường saccharose 1.2.1.2 Tính chất: Saccharose phổ biến giới thực vật, đặc biệt chiếm tỷ lệ cao mía (14-20%), củ cải đường (16-20%) Saccharose dễ tan nước, kết tinh từ dung dịch nước cho tinh thể lớn, dạng A có nhiệt độ nóng chảy 185oC, kết tinh từ dung dịch methanol thu dạng tinh thể B có nhiệt độ nóng chảy 170oC Saccharose khó tan rượu ethylic Trong dung dịch nước, saccharose làm quay cực sang phải Nồng độ saccharose dung dịch nước xác định phân cực kế hay đường kế Saccharose khơng có tính khử, cấu tạo khơng có nhóm -OH hemiacetal tự Do khơng cho phản ứng tráng gương, khơng khử dung dịch Fehling, không phản ứng với phenylhidrazin Trang Đồ án kỹ thuật thực phẩm GVHD: Mạc Xuân Hịa Saccharose dễ thủy phân mơi trường acid hay với acid yếu H2O + CO2 tạo thành D - fructose Do D - fructose cho quay trái mạnh, saccharose D - glucose cho gốc quay phải yếu, nên sau thủy phân dung dịch trở nên quay trái ([  ] = -20o) Hiện tượng gọi nghịch đảo đường Saccharose bị thủy phân tác dụng men men saccharose Saccharose tạo thành saccharide kim loại kiềm thổ với calxi Saccharat calxi C12H22O11.CaO.2H2O tan nước Nhờ đặc tính người ta tinh chế saccharose nước vôi (Ca(OH)2) Sau lọc bỏ tạp chất, người ta cho luồng khí CO2 lội qua dung dịch saccharose tan nước làm CaCO3 kết tủa Lọc, cô đặc kết tủa thu saccharose tinh khiết C12H22O11.CaO.2H2O + CO2 → C12H22O11 + CaCO3↓ + 2H2O 1.2.2 Đặc tính syrup: Nồng độ đường (Brix): 50% Nhiệt độ dung dịch đạt 50%: 66,833oC 1.3 Khái qt đặc q trình đặc 1.3.1 Định nghĩa Cô đặc phương pháp thường dùng để làm tăng nồng độ cấu tử dung dịch hai hay nhiều cấu tử Tùy theo tính chất cấu tử khó bay (hay khơng bay q trình đó) ta tách phần dung môi (cấu tử dễ bay hơn) phương pháp nhiệt hay phương pháp làm lạnh kết tinh Cơ đặc q trình làm tăng nồng độ chất rắn hòa tan dung dịch cách tách bớt phần dung dịch qua dạng 1.3.2 Bản chất cô đặc Để tạo thành (trạng thái tự do), tốc độ chuyển động nhiệt phân tử chất lỏng gần mặt thoáng lớn tốc độ giới hạn Phân tử bay thu nhiệt để khắc phục lực liên kết trạng thái lỏng trở lực bên ngồi Do đó, ta cần cung cấp nhiệt để phân tử đủ lượng thực trình Trang 10 Đồ án kỹ thuật thực phẩm → 𝐺𝑛 = GVHD: Mạc Xuân Hòa 𝑊.(𝑖−𝐶𝑛 𝑡𝑛2 ) 1050.(2613,5.103 −4178.58,693) 𝐶𝑛 (𝑡𝑛2 −𝑡𝑛1 4178.(58,693−30) = ) = 20743,311 kg 5.3.1.1 Lượng khơng khí bơm hút từ thiết bị ngưng tụ Lượng khí cần hút khỏi thiết bị ngưng tụ baromet tính Theo cơng thức 4.40 trang 188,[3] 𝐺𝑘𝑘 = 25 10−6 (𝐺𝑛 + 𝑊 ) + 0,01 𝑊 Trong W : lượng thứ cần ngưng, kg Gn : lượng nước cần cho ngưng tụ, kg Gkk : lượng khơng khí cần hút, kg → 𝐺𝑘𝑘 = 25 10−6 (20743,311 + 1050) + 0,01.1050 = 11,045 kg Thể tích khí khơng ngưng cần hút khỏi thiết bị tính theo VI.49 Sổ tay tập 2,trang 84: 𝑉𝑘𝑘 = 288 𝐺𝑘𝑘 (273 + 𝑡𝑘𝑘 ) 288.11,045 (273 + 36,869) = = 54,02 𝑚3 (24525 − 6278,4) 𝑃 − 𝑃ℎ Với tkk : nhiệt độ khơng khí oC Thiết bị ngưng tụ trực tiếp loại khô (công thức VI.50 trang 84 Tài liệu [2]) tkk = tn1 + + 0,1.(tn2 – tn1) = 30 + + 0,1.(58,693 – 30) = 36,869oC P : áp suất hỗn hợp thiết bị ngưng tụ, N/m2; P = 0.25 at = 24525 N/m2 Ph : áp suất riêng phần nước hỗn hợp, lấy áp suất bão hoà tkk (tra Bảng tra cứu trình học truyền nhiệt – truyền khối, Bảng 56 trang 45 ) Ph = 0.064 at = 6278,4 N/m2 Thể tích khơng khí cần hút 0oC 760 mmHg Vkk1 = 0,001.(0,02.(W+Gn)+8W) =0,001.(0,02.(1050+20743,311 )+8.1050) = 8,84 m3 Trang 86 Đồ án kỹ thuật thực phẩm GVHD: Mạc Xn Hịa 5.3.1.2 Đường kính thiết bị ngưng tụ Theo VI.52 Sổ tay tập 2, trang 84, ta có đường kính thiết bị ngưng tụ: 𝐷𝑡𝑟 = 1,383 √ 𝑊 𝜌ℎ 𝜔ℎ Trong đó: W: lượng thứ ngưng tụ, W = 1050 2400 = 0,4375 kg/s h: tốc độ thiết bị ngưng tụ, chọn h = 20 m/s (trang 85, [2]) h: khối lượng riêng hơi, tra bảng I.251 trang 314 theo sổ tay tập [1] nội suy: 0,25 at h = 0,158 kg/m3 Vậy: 𝐷𝑡𝑟 = 1,383 √ 𝑊 0,4375 = 1,383 √ = 0,51 (𝑚) 𝜌ℎ 𝜔ℎ 0,158.20  Chọn đường kính thiết bị ngưng tụ 600 mm Tra bảng VI.8 trang 88 Tài liệu [2] 5.3.1.3 Kích thước ngăn Thường có dạng viên phân để đảm bảo làm việc tốt Chiều rộng ngăn xác định theo công thức VI.53 trang 85 [2] b= 𝐷𝑡𝑟 + 50 = 600 + 50 = 350 mm Có nhiều lỗ nhỏ đúc ngăn, nước làm nguội nước nên đường kính lỗ chọn 2mm Tổng diện tích lỗ cặp ngăn f= Gn c , công thức VI.54 trang 85 Tài liệu [2] Gn : lưu lượng nước, m/s Gn = 20743,311 2400 =8,643 kg/s Trang 87 Đồ án kỹ thuật thực phẩm GVHD: Mạc Xuân Hòa  c : tốc độ tia nước, m/s Chọn chiều cao gờ ngăn 40 mm nên  c =0.62 m/s Theo Sổ tay tập 2, trang 85, f= 8,643 0,62.980,932 106 = 14211,304 mm2 Với n = 980,932 kg/m3 64,2 oC Số lỗ n 𝑛= 4.𝑓 𝜋.𝑑𝑙ỗ = 4.14211,304 𝜋.22 = 4523,599 lỗ Theo Sổ tay tập 2, trang 85, bề dày ngăn (): chọn  = mm Các lỗ xếp theo hinh lục giác Bước lỗ t = 0,866.𝑑𝑙ỗ ( • 𝑓𝑐 0,5 𝑓𝑡𝑏 ) , mm fc tỉ số tổng diện tích tiết diện lỗ với diện tích tiết diện thiết bị ngưng tụ f tb 𝑓𝑐 14211,304 = = 0,05 6002 𝑓𝑡𝑏 𝜋 Vậy bước lỗ t = 0,866.2.0,050,5 = 0,39 mm 5.3.1.4 Chiều cao thiết bị ngưng tụ Mức độ đun nước nóng: ( cơng thức VI.56 trang 85 Tài liệu [2]) 𝑃= 𝑡𝑛2 − 𝑡𝑛1 58,693 − 30 = = 0,839 𝑡𝑏ℎ − 𝑡𝑛1 64,2 − 30 Tra bảng VI.7 trang 86, Sổ tay trình thiết bị tập với đường kính tia nước mm thì: Số ngăn n= 8, số bậc n= Khoảng cách ngăn h = 400 mm Thời gian rơi qua bậc t = 0,41s Trong thực tế, thiết bị ngưng tụ từ lên thể tích giảm dần Trang 88 Đồ án kỹ thuật thực phẩm GVHD: Mạc Xuân Hòa Vậy khoảng cách hợp lý ngăn nên giảm dần theo hướng từ lên khoảng 50mm cho ngăn: Chọn khoảng cách ngăn 400mm (có ngăn) Theo bảng VI.8 trang 88 Tài liệu [2] Khoảng cách từ ngăn đến nắp thiết bị 1300mm Khoảng cách từ ngăn đến thiết bị 1200mm Nắp elip tiêu chuẩn có gờ, đuờng kính 600 mm Chiều cao phần gờ nắp 40mm Chiều cao phần nắp ellipse 125mm Đáy nón tiêu chuẩn có gờ, góc đáy 60oC, đuờng kính 600 mm Chiều cao gờ 40 mm Chiều cao phần nắp đáy nón 175mm Vậy chiều cao thiết bị ngưng tụ : HTB ngưng tụ = 400.7 + 1300 + 1200 + 40 + 125 + 175 = 5640mm = 5,64m 5.3.1.5 Đường kính ống baromet Theo công thức VI.57 trang 86 Tài liệu [2] 0,004.(𝐺𝑛 +𝑊) 𝑑=√ 𝜋.𝜔 ,m Với W : lưu lượng ngưng, kg/s Gn : lưu lượng nước lạnh tưới vào tháp, kg/s  : tốc độ hỗn hợp nước ngưng chảy ống, thường lấy  =0.5 → 0.6 m/s Vậy chọn  = 0.55 m/s d : đường kính ống baramet, m Trang 89 Đồ án kỹ thuật thực phẩm 0,004.(8,669+0,4375) 𝑑=√ 𝜋.0,55 GVHD: Mạc Xn Hịa = 0,145 m Chọn đường kính ống baromet db = 150 mm 5.3.1.6 Chiều cao ống baromet H = h1 + h2 + 0.5 , m (công thức VI.58 trang 86 Tài liệu [2]) ▪ h1 : chiều cao cột nước ống baromet cân với hiệu số áp suất khí áp suất thiết bị ngưng tụ ▪ h2 : chiều cao cột nước ống dẫn cần để khác phục tồn trở lực nước chảy ống Tính h1, (công thức VI.59 trang 86 Tài liệu [2]) ℎ1 = 10,33 P’ 760 = 10,33 551,859 760 = 7,5 𝑚 P’ độ chân không thiết bị ngưng tụ P’ = 0.75 at = 551,859 mmHg Tính h2 Theo công thức VI.60 Sổ tay tập 2, trang 87: ℎ2 = 𝜔2 2𝑔 (1 +  𝐻 𝑑𝑏𝑟 + ∑ 𝝃) , m Ta lấy hệ số trở lực vào ống 𝝃1=0,5 khỏi ống 𝜉2 = cơng thức VI.60 có dạng: ℎ2 = 𝜔2 2𝑔 (2,5 +  𝐻 𝑑𝑏𝑟 ) , m (công thức VI.60 trang 87 Tài liệu [2]) H : chiều cao ống baromet, m d : đường kính ống baromet, d = 0.15 m  : hệ số trở lực ma sát nước chảy ống Re =   d  Với:  = 0.55 m/s vận tốc nước chảy ống Trang 90 Đồ án kỹ thuật thực phẩm GVHD: Mạc Xuân Hịa d = 0.15 m đường kính ống baromet n = 990,375 kg/m3 khối lượng riêng nước nhiệt độ trung bình 44,346oC µ = 0,605.10-3 Ns/m2 độ nhớt động lực nước nhiệt độ trung bình 44,346oC 𝑅𝑒 = 𝜔.𝑑.𝜌 𝜇 = 0,55.990,375.0,15 0,605.10−3 = 135051,14 > 105 → chế độ chảy rối  100 0,25 0,2 10−3 100 𝑊 𝜆 = 0,1 (1,46 + ) = 0,1 (1,46 + )0,25 = 0,023 ( ) 𝑑 𝑅𝑒 0,15 135051,14 𝑚 độ  ℎ2 = 0,552 2.9,8 (2,5 + 0,023 𝐻 0,15 ) = 0,039 + 2,366 10−3 𝐻 Tính H H = h1 + h2 + 0,5 H= 7.5 + 0.039 + 2,366.10-3H + 0,5=8,04 Chọn H= m 5.3.1.7 Các kích thước khác Theo bảng VI.8 trang 88 [2] Chiều dày thành thiết bị mm Lỗ vào 350 mm Lỗ nước vào 125 mm Hỗn hợp khí nối với thiết bị thu hồi 70 mm Đường kính ống nối từ thiết bị thu hồi đến ống baromet 50 mm Khoảng cách từ tâm thiết bị ngưng tụ đến tâm thiết bị thu hồi 625 mm Đường kính thiết bị thu hồi 400 mm Chiều cao thiết bị thu hồi 1440 mm Hỗn hợp khí khỏi thiết bị thu hồi 70 mm Ống thơng khí 50 mm Trang 91 Đồ án kỹ thuật thực phẩm GVHD: Mạc Xn Hịa 5.3.2 Bơm 5.3.2.1 Bơm chân khơng Tốc độ hút bơm chân không 0oc 760 mmHg SB = 8,84/40 = 0.221 m3/ph = 13,26 m3/h Công suất bơm chân không (II.243a, trang 465, [1]) m −1     Vkk m p2 m  N= p1   − 1    ck t m − p    m : số đa biến, thường m = 1,2 → 1,62 Lấy m = 1,3 p1 : áp suất trước nén p1 = P – Ph = 0,25 – 0,064 = 0.186 at = 18246,6 N/m2 Ph = 0,064 áp suất nước hỗn hợp p2 : áp suất sau nén P2 = Pa = at = 9,81.104 N/m2 Vkk : thể tích khơng khí cần hút, m3 t : thời gian cô đặc, s  ck : hệ số hiệu chỉnh,  ck = 0.8 N= 54,02 1,3 0,8.2400 1,3−1 18246,6 [( 9,81.104 18246,6 ) 1,3−1 1,3 − 1] = 1055,051 W Chọn bơm chân không Hiệu bơm KBH-4 Tốc độ hút 0oC 760 mmHg: 0,4 m3/ph Ap suất giới hạn: 110 mmHg Công suất động 1.5 kW Khối lượng bơm 38 kg 5.3.2.2 Bơm nhập liệu Công suất bơm (Theo công thức II.189, trang 439, [1]) Trang 92 Đồ án kỹ thuật thực phẩm N= GVHD: Mạc Xuân Hòa Q.H. g 1000. Q : lưu lượng nhập liệu, m3/s Q= 1,414 600 = 2,36 10−3 m3/s η – Hiệu suất bơm Chọn η = 0,8 H : cơt áp bơm, m Phương trình Bernoulli cho mặt cắt 1-1 (mặt thoáng bể chứa nguyên liệu) 2-2 (miệng ống nhập liệu) Z1 + p1  +  v1 2g + H = Z2 + p2  +  v 2 2g + h1-2 Trong • Z1, Z2 : chiều cao hình học mặt cắt so với đất Chọn Z1 = m, Z2 = 6,5 m • p1,p2 : áp suất mặt cắt p1 = p2 = at • v1,v2 : vận tốc dung dịch mặt cắt, m/s v1 = v2 = v : vận tốc dung dịch ống, m/s • h1-2 : tổng tổn thất ống, m Ta có h1−2 = v2  l   +   2g  d   : tổng hệ số tổn thất cục ξ = ξ𝑣à𝑜 + ξ𝑘ℎ𝑢ỷ𝑢 90 + ξ𝑣𝑎𝑛 + ξ𝑟𝑎 = 0,5 + 2.1,19 + 2.0,5 + = 4,88 l, d : chiều dài, đường kính ống nối bơm, m  : hệ số ma sát Chọn đường kính d = dhút = dđẩy = dnl = 60 mm Vận tốc chảy ống Trang 93 Đồ án kỹ thuật thực phẩm 𝑣= 4.𝑄 𝜋.𝑑2 4.2,36.10−3 = 𝜋.0,062 𝑣.𝑑.𝜌 Chuẩn số Re = 𝜇 GVHD: Mạc Xuân Hòa = 0,835 m/s 0,835.0,06.1061,04 = 0,458.10−3 = 116065,729 Với  : khối luợng riêng dung dịch đường 15%, kg/m3;  =1061,04 kg/m3  : độ nhớt động lực dung dịch đường 15%, Pa.s;  =0,458.10-3 Pa.s Chọn ống thép CT3 ống hàn điều kiện ăn mịn (bảng II.15, trang 381, [1]) ⇒ Độ nhám tuyệt đối ε = 0,2 mm Regh tính theo cơng thức II.60, trang 378, [1]: 8 𝑑 60 𝜀 0,2 𝑅𝑒𝑔ℎ = ( ) = ( ) = 4065,809 Ren tính theo cơng thức II.62, trang 379, [1]: 9 𝑑 60 𝜀 0,2 𝑅𝑒𝑛 = 220 ( ) = 220 ( ) = 134643,097 Vậy Regh < Re < Ren (khu vực độ) → Hệ số ma sát λ tính theo cơng thức II.64, trang 380, [1]: 𝜀 100 0,25 𝑑 𝑅𝑒 𝜆 = 0,1 (1,46 + ) = 0,1 (1,46 0,0002 0,06 + 100 116065,729 ) 0,25 = 0,028 Chiều dài đường ống từ bể lên cửa nhập liệu l = m  Tổng tổn thất áp suất ℎ1−2 = 𝑣2 2.𝑔 𝑙 0,835 𝑑 2.9,8 (𝜆 + Σ ξ ) = (0,028 0.06 + 4,88) = 0,2898 𝑚 Chọn 1 =  =  Cột áp bơm H = (Z2 – Z1) + 𝑃2 −𝑃1 𝛾 + 𝑣2 2.𝑔 + ℎ1−2 = 6,5 − + 0,835 Công suất bơm 𝑁= 2,36.10−3 1061,04.9,8.4,825 1000.0,8 = 0,148 𝑘𝑊 Trang 94 2.9,8 + 0,2898 = 4,825 m Đồ án kỹ thuật thực phẩm GVHD: Mạc Xuân Hòa Chọn bơm theo bảng 1.7 trang 35 Tài liệu [3] Hiệu bơm : X8/18 Lưu lượng Q = 2,4.10-3 m3/s Cột áp H = 11,3 m Số vòng n = 48.3 v/ph Động điện: Loại A02-31-2 Công suất N = kW Hiệu suất ηđ = 0,82 5.3.2.3 Bơm vào thiết bị ngưng tụ Công suất bơm (Theo công thức II.189, trang 439,[1]) N= Q.H. n g 1000.  n : khối lượng riêng nước 30oC,  n =995,7 kg/m3  : hiệu suất bơm, η = 0,72 ÷ 0,93 Chọn  = 0.8 Q : lưu lượng thể tích nước lạnh tưới vào thiết bị ngưng tụ, m3/s 𝑄= 𝐺𝑛 𝜌.𝑡 = 20743,311 995,7.2400 = 8,68 10−3 𝑚3 /𝑠 t : thời gian cô đặc, s H : côt áp bơm, m Phương trình Bernoulli cho mặt cắt 1-1 (mặt thoáng bồn chứa nước vào thiết bị ngưng tụ) 2-2 (mặt thoáng cửa vào ống dẫn nước) Z1 + p1  +  v1 2g + H = Z2 + p2  +  v 2 2g + h1-2 Trong • Z1, Z2 : chiều cao hình học mặt cắt so với đất Chọn Z1 = m, Z2 = 12 m Trang 95 Đồ án kỹ thuật thực phẩm GVHD: Mạc Xuân Hịa p1 • p1 : áp suất mặt cắt 1-1, p1 = at → • p2 : áp suất mặt cắt 2-2, p2 = 0.25 at → • v1,v2 : vận tốc nước mặt cắt, m/s  = 10 mH2O 𝑃2 𝛾 = 2,5 mH2O v1 = v2 = v : vận tốc nước chảy ống, m/s • h1-2 : tổng tổn thất ống, m Ta có h1−2 = v2  l   +   2g  d   : tổng hệ số tổn thất cục ξ = ξ𝑣à𝑜 + ξ𝑘ℎ𝑢ỷ𝑢 90 + ξ𝑣𝑎𝑛 + ξ𝑟𝑎 = 0,5 + 2.1,19 + 2.0,5 + = 4,88 l, d : chiều dài, đường kính ống nối từ bể chứa đến thiết bị ngưng tụ, m  : hệ số ma sát Chọn đường kính d = dhút = dđẩy = dnl =100 mm Vận tốc chảy ống 𝑣= 4.𝑄 𝜋.𝑑2 = Chuẩn số Re = 4.8,68.10−3 𝜋.0,12 𝑣.𝑑.𝜌 𝜇 = = 1,105 m/s 1,105.0,1.995,7 0,801.10−3 = 137359,363 Với  : khối luợng riêng nước 30oC, kg/m3;  n =995,7 kg/m3  : độ nhớt động lực nước 30oC,  =0,801.10-3 Chọn độ nhám ống thép  = 0.2 mm Regh tính theo cơng thức II.60, trang 378, [1]: 𝑑 𝑅𝑒𝑔ℎ = ( ) = ( 𝜀 0,1 0,0002 ) = 7289,343 Ren tính theo công thức II.62, trang 379, [1]: Trang 96 Đồ án kỹ thuật thực phẩm GVHD: Mạc Xuân Hòa 𝑑 𝑅𝑒𝑔ℎ = 220 ( ) = 220 ( 𝜀 0,1 0,0002 ) = 239201,52 Vậy Regh < Re < Ren (khu vực độ) ⇒ Hệ số ma sát λ tính theo cơng thức II.64, trang 380, [1]: 𝜀 100 0,25 𝑑 𝑅𝑒 𝜆 = 0,1 (1,46 + ) = 0,1 (1,46 0,0002 0,1 + 100 137359,363 ) 0,25 = 0,025 Chọn chiều dài đường ống từ bể lên cửa nhập liệu l = 15 m  Tổng tổn thất áp suất ℎ1−2 = 𝑣2 2.𝑔 𝑙 1,1052 𝑑 2.9,8 (𝜆 + Σ ξ ) = (0,025 15 0,1 + 4,88) = 0,538 𝑚 Chọn 1 =  =  Cột áp bơm 𝐻 = (𝑧2 − 𝑧1 ) + 𝑝2 − 𝑝1 𝑣 1,1052 ( ) ( ) + + ℎ1−2 = 12 − + 2,5 − 10 + + 0,538 𝛾 2𝑔 2.9,8 = 3,1 𝑚 Công suất bơm 𝑁= 8,68.10−3 995,7.9,8.3,1 1000.0,8 = 0,328 𝑘𝑊 Chọn bơm theo bảng 1.7 trang 35 Tài liệu [3] Hiệu bơm : X45/21 Lưu lượng Q = 12,5.10-3 m3/s Cột áp H = 13,5 m Số vòng n = 48,3 v/ph Động điện: Loại A02-51-2 Công suất N = 10 kW Hiệu suất ñ = 0.88 Trang 97 Đồ án kỹ thuật thực phẩm GVHD: Mạc Xuân Hòa 5.3.2.5 Chi tiết phụ ➢ Kính quan sát: − Vật liệu chế tạo thép CT3 thủy tinh − Đường kính kính quan sát: D = 100 mm − Kính bố trí cho mực chất lỏng nhìn thấy Do đó, có kính giống bên buồng bốc, tạo thành góc 180o ➢ Cửa sửa chữa: − Vật liệu chế tạo thép CT3 Đường kính cửa sửa chữa: D = 400mm Trang 98 Đồ án kỹ thuật thực phẩm GVHD: Mạc Xn Hịa KẾT LUẬN Hệ thống đặc thiết kế gồm nồi cô đặc thiết bị ngưng tụ baromet đơn giản, không phức tạp, không cần thiết bị gia nhiệt ban đầu bồn cao vị để ổn định lưu lượng Thời gian cô đặc tương đối ngắn (1,2 giờ), hệ số truyền nhiệt đạt q trình đặc cao Thiết bị tương đối nhỏ gọn, giá thành không cao chấp nhận Tuy nhiên ta khó điều khiển q trình đặc thời gian đặc thay đổi khơng ổn định, nồng độ đạt khơng cao Q trình đặc q trình cần thiết cơng nghệ hóa chất thực phẩm nên cần nghiên cứu phát triển để có hiệu đặc cao, chi phí thấp Trang 99 Đồ án kỹ thuật thực phẩm GVHD: Mạc Xuân Hòa TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Nhiều tác giả, Sổ tay Q trình Thiết bị Cơng nghệ Hóa chất, tập 1, NXB Khoa học Kỹ thuật, 2006 [2] Nhiều tác giả, Sổ tay Quá trình Thiết bị Cơng nghệ Hóa chất, tập 2, NXB Khoa học Kỹ thuật, 2006 [3] Phạm Văn Bôn, Q trình Thiết bị Cơng nghệ Hóa học & Thực phẩm, tập 10, Ví dụ tập, NXB ĐHQG TP.HCM, 2010 [4] Nguyễn Văn May, Thiết bị truyền nhiệt chuyển khối, NXB Khoa học Kỹ thuật, 2006 [5] Phạm Văn Bơn, Nguyễn Đình Thọ, Q trình Thiết bị Cơng nghệ Hóa học & Thực phẩm, tập 5, Quá trình thiết bị truyền nhiệt, Quyển 1: Truyền nhiệt ổn định, NXB ĐHQG TP.HCM, 2006 [6] Hồ Lê Viên, Tính tốn, Thiết kế chi tiết thiết bị hóa chất dầu khí, NXB Khoa học Kỹ thuật, 2006 [7] Phan Văn Thơm, Sổ tay thiết kế Thiết bị hóa chất chế biến thực phẩm đa dụng, Bộ Giáo dục Đào tạo, Viện Đào tạo mở rộng [8] Bộ môn máy thiết bị, Bảng tra cứu Quá trình học – Truyền nhiệt – Truyền khối, NXB ĐHQG TP.HCM, 2009 Trang 100 ... CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU TỔNG QUÁT 1. 1 Nhiệm vụ đồ án Thiết kế thiết bị cô đặc nồi gián đoạn (từ 15 % lên 50%) khơng buồng đốt ngồi, suất nhập liệu 15 00kg/mẻ 1. 2 Tính chất nguyên liệu sản phẩm: 1. 2 .1 Đặc. .. tính tốn, thiết kế lựa chọn chi tiết thiết bị với số liệu cụ thể, thông dụng Đồ án chúng em nhận ? ?Thiết kế thiết bị cô đặc nồi đoạn (từ 15 % lên 50%) khơng buồng đốt ngồi , suất nhập liệu 15 00kg/mẻ”... quát cô đặc trình đặc 10 1. 3 .1 Định nghĩa 10 1. 3.2 Bản chất cô đặc 10 1. 3.3 Ứng dụng cô đặc 11 1. 3.4 Các phương pháp cô đặc 11 1. 3.5 Các thiết