Trong những năm gần đây, hoạt động thương mại Việt Nam đang ngày càng phát triển cùng với đó là sự tăng trưởng kinh tế trong nước, đặc biệt các hoạt động, buôn bán, kinh doanh các sản phẩm thuộc về thực phẩm ngày càng phổ biến. Ngày nay đòi hỏi sự phát triển cao của công nghệ, kỹ thuật phục vụ cho quá trình sản xuất nhằm tạo ra sản phẩm đạt chất lượng cao, đáp ứng được nhu cầu của người tiêu dùng. Với sự canh tranh gay gắt giữa các doanh nghiệp trong thị trường, sự đổi mới và cải tiến máy móc, thiết bị là vấn đề cần thiết nhằm nâng cao trình độ kỹ thuật. Có nhiều thiết bị mới được áp dụng trong ngành thực phẩm, điển hình như hệ thống cô đặc nhiều nồi với những ưu điểm vượt trội góp phần thúc đẩy quá trình sản xuất nhanh và giảm chi phí đầu tư, mang lại hiệu quả kinh tế cao.
BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP THỰC PHẨM TP.HỒ CHÍ MINH KHOA CƠNG NGHỆ THỰC PHẨM -o0o TÊN ĐỀ TÀI: TÍNH TỐN HỆ THỐNG CƠ ĐẶC BA NỒI LIÊN TỤC NHĨM: Thành phố Hồ Chí Minh, tháng 12 năm 2022 BỘ CƠNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC CƠNG NGHIỆP THỰC PHẨM TP.HỒ CHÍ MINH KHOA CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM -o0o TÊN ĐỀ TÀI: TÍNH TỐN HỆ THỐNG CƠ ĐẶC BA NỒI LIÊN TỤC Người ta sử dụng hệ thống cô đặc nồi xi chiều tuần hồn tự nhiên để đặc dung dịch đường có suất lượng 15 tấn/h từ nồng độ 16% (KL) lên 46% (KL), nhập liệu nhiệt độ sôi Áp suất đốt nồi đầu 2,2 ati Chiều cao ống truyền nhiệt 2m Áp suất chân không thiết bị ngưng tự baromet 0,82 at Nhiệm vụ: Trình bày khái niệm, vai trò ứng dụng hệ bốc nhiều nồi CNTP So sánh ưu nhược điểm phương án bốc (xuôi chiều & ngược chiều; chân không & áp lực chân không) Vẽ sơ đồ hệ thống – Nêu nguyên lý làm việc Tính cân vật chất Xây dựng phương án bốc Tính cân nhiệt lượng Thành phố Hồ Chí Minh, tháng 12 năm 2022 MỤC LỤC MỤC LỤC PHẦN MỞ ĐẦU PHẦN NỘI DUNG TRÌNH BÀY KHÁI NIỆM, VAI TRÒ VÀ ỨNG DỤNG CỦA HỆ BỐC HƠI CÔ ĐẶC TRONG CNTP 1.1 Khái niệm q trình bốc đặc 1.2 Bản chất trình 1.3 Vai trị ứng dụng hệ bốc đặc SO SÁNH ƯU VÀ NHƯỢC ĐIỂM CỦA PHƯƠNG PHÁP BỐC HƠI VẼ SƠ ĐỒ HỆ THỐNG – NÊU NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC TÍNH CÂN BẰNG VẬT CHẤT 10 XÂY DỰNG PHƯƠNG ÁN BỐC HƠI TÍNH CÂN BẰNG NHIỆT LƯỢNG 12 5.1 Xây dựng phương án bốc 12 5.2 Tính cân lượng 12 5.2.1 Phân bố áp suất làm việc nồi 12 5.2.2 Tính nhiệt dung riêng 13 5.2.3 Lập phương trình cân nhiệt lượng 14 PHẦN KẾT LUẬN 16 TÀI LIỆU THAM KHẢO 17 DANH MỤC BẢNG: Bảng So sánh ưu-nhược điểm phương pháp bốc DANH MỤC HÌNH: Hình Sơ đồ hệ thống đặc nhiều nồi chiều PHẦN MỞ ĐẦU Trong năm gần đây, hoạt động thương mại Việt Nam ngày phát triển với tăng trưởng kinh tế nước, đặc biệt hoạt động, buôn bán, kinh doanh sản phẩm thuộc thực phẩm ngày phổ biến Ngày đòi hỏi phát triển cao cơng nghệ, kỹ thuật phục vụ cho q trình sản xuất nhằm tạo sản phẩm đạt chất lượng cao, đáp ứng nhu cầu người tiêu dùng Với canh tranh gay gắt doanh nghiệp thị trường, đổi cải tiến máy móc, thiết bị vấn đề cần thiết nhằm nâng cao trình độ kỹ thuật Có nhiều thiết bị áp dụng ngành thực phẩm, điển hệ thống cô đặc nhiều nồi với ưu điểm vượt trội góp phần thúc đẩy q trình sản xuất nhanh giảm chi phí đầu tư, mang lại hiệu kinh tế cao Nó ứng dụng rộng rãi ngành cơng nghiệp nói chung ngành cơng nghiệp thực phẩm nói riêng Bài tiểu luận “Tính tốn đặc hệ thống ba nồi liên tục” đưa khái niệm, vai trò, ưu nhược điểm hệ bốc hơi, từ xây dựng phương án bốc tính lượng đốt cần thiết cấp cho hệ cô đặc Mặc dù cố gắng chắn tiểu luận nhiều hạn chế thiếu sót nội dung lẫn hình thức Mong góp ý thầy để tiểu luận nhóm chúng em hồn thiện Chúng em chân thành cảm ơn thầy Thành phố Hồ Chí Minh, tháng 12 năm 2022 PHẦN NỘI DUNG Người ta sử dụng hệ thống cô đặc nồi xi chiều tuần hồn tự nhiên để đặc dung dịch đường có suất lượng 15 tấn/h từ nồng độ 16% (KL) lên 46% (KL), nhập liệu nhiệt độ sôi Áp suất đốt nồi đầu 2,2 ati Chiều cao ống truyền nhiệt 2m Áp suất chân không thiết bị ngưng tự baromet 0,82 at Nhiệm vụ: Trình bày khái niệm, vai trị ứng dụng hệ bốc nhiều nồi CNTP So sánh ưu nhược điểm phương án bốc (xuôi chiều & ngược chiều; chân không & áp lực chân không) Vẽ sơ đồ hệ thống – Nêu nguyên lý làm việc Tính cân vật chất Xây dựng phương án bốc Tính cân nhiệt lượng Các giả thuyết ban đầu: Năng suất đầu ra: Gc = 15 tấn/h = 15000 kg/h Nồng độ đầu: xđ = 16% Nồng độ cuối: xc = 46% Pck = 0.82 at Phđ = 2.2 ati h=2m Các ký hiệu sử dụng: Gđ, Gc: lượng dung dịch lúc đầu cuối, [kg/h] xđ, xc: nồng độ đầu cuối, [%] W: lượng thứ hệ thống, [kg/h] W1, W2, W3: lượng thứ nồi 1, 2, 3, [kg/h] x1, x2, x3: nồng độ sản phẩm nồi 1, 2, 3, [%] P1, P2, P3, Pnt: áp suất đốt nồi 1, 2, thiết bị ngưng tụ, [at] D1, D2, D3 lượng đốt nồi 1, nồi 2, nồi 3, [kg/h] Cđ, Cc nhiệt dung riêng dung dịch đầu cuối, [j/kg.độ] tđ, tc nhiệt độ đầu nhiệt độ cuối dung dịch, [oC] i1, i2, i3 hàm nhiệt đốt nồi 1, nồi 2, nồi 3, [kg/h] i’1, i’2, i’3 hàm nhiệt thứ nồi 1, nồi 2, nồi 3, [J/kg] Cn1, Cn2, Cn3 nhiệt dung riêng nước ngưng nồi 1, 2, 3, [J/kg.độ] θ1 θ2 θ3 nhiệt dung riêng nước ngưng nồi 1,2,3, [oC] 1 TRÌNH BÀY KHÁI NIỆM, VAI TRÒ VÀ ỨNG DỤNG CỦA HỆ BỐC HƠI CƠ ĐẶC TRONG CNTP 1.1 Khái niệm q trình bốc cô đặc Bốc cô đặc trình làm tăng nồng độ dung dịch chất tan khơng bay cách bốc dung môi đun sơi dung dịch Q trình đặc tiến hành trạng thái sơi Mục đích đặc: Làm tăng nồng độ dung dịch loãng Để kết tinh Các loại hơi: Hơi đốt: dùng để đun sôi dung dịch Hơi thứ: bốc lên từ nồi cô đặc Hơi phụ: thứ lấy làm đốt cho thiết bị ngồi hệ thống đặc Nhiệt độ sôi dung dịch: Nhiệt độ sôi dung dịch lớn nhiệt độ sôi dung môi nguyên chất áp suất Q trình đặc tiến hành nhiệt độ sôi 1.2 Bản chất trình Quá trình bốc hơi: Quá trình bay theo thuyết động học phân tử, phân tử dung mơi nằm gần mặt thống có chuyển động nhiệt q tốc độ giới hạn thoát khỏi bề mặt trở thành trạng thái Q trình sơi: Q trình bay xảy mặt thống, lịng chất lỏng 1.3 Vai trò ứng dụng hệ bốc đặc Ứng dụng sản xuất hóa chất, thực phẩm, dược phẩm Mục đích để đạt nồng độ dung dịch theo yêu cầu, đưa dung dịch đến trạng thái bão hòa để kết tinh Sản xuất thực phẩm: đường, mì chính, dung dịch nước trái cây, Ứng dụng cô đặc nước muối, cô đặc dung dịch xút, nước mắm, sữa tươi, cà phê, nước sốt cà chua, tương ớt SO SÁNH ƯU VÀ NHƯỢC ĐIỂM CỦA PHƯƠNG PHÁP BỐC HƠI Xuôi chiều Ít tốn lượng Ngược chiều Chân khơng Cường độ bốc gần Thao tác dễ dàng Nhiệt độ sản phẩm nhau, khai thác hết Giữ chất lượng sản thấp nên chất lượng công suất phẩm tốt Ưu điểm Lượng nước ngưng tụ Tiết kiệm đốt, tăng Hệ thống đơn giản, chi hiệu kinh tế phí thấp Giữ chất lượng dung dịch sôi nhiệt độ thấp Cấu tạo đơn giản, giá thành thấp Cường độ bốc Hệ thống phức tạp, vốn Q trình khơng ổn định giảm, khơng khai thác đầu tư lớn Khó giữ độ chân hết công suất Tốn lượng nhiệt không thiết bị thiết kế thiết bị bơm Hơi thứ sinh mang nhiệt Nhược điểm Sản phẩm có nhiệt độ cao, lượng thấp làm giảm chất lượng Năng suất nhỏ hệ thống cô đặc nhiều nồi xuôi chiều Bảng So sánh ưu - nhược điểm phương pháp bốc VẼ SƠ ĐỒ HỆ THỐNG – NÊU NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC Hình Sơ đồ hệ thống cô đặc ba nồi xuôi chiều Nguyên lý làm việc: Dung dịch loãng sau gia nhiệt đến nhiệt độ sôi, dược đưa vào nồi cô đặc số (1) để cô đặc phần dung dịch Tại nồi cô đặc, dung dịch đun sôi thiết bị đặc có ống tuần hồn trung tâm, buồng đốt Dung dịch ống đốt vào khoảng khơng gian phía ngồi ống Tại nồi (1), đốt ngưng tụ, tỏa nhiệt làm sôi dung dịch, bốc lượng thứ Hơi thứ từ nồi (1) dùng làm đốt cho nồi (2), tiếp tục cô đặc phẩn dung dịch tương tự thứ nồi (2) đốt cho nồi (3) Hơi thứ nồi (3) ngưng tụ nhờ thiết bị baromet Nước ngưng từ phòng đốt nồi cô đặc qua cửa xả nước ngưng Sản phẩm nồi cuối bơm liên tục hút ngồi cho vào thùng chứa sản phẩm 4 TÍNH CÂN BẰNG VẬT CHẤT Lượng dung dịch lúc đầu là: Gđ.xđ = Gc.xc => Gđ = 𝐺𝑐 𝑥𝑐 𝑥đ = 15000.46 16 = 43125 (kg/h) Theo định luật bảo toàn vật chất: Bảo toàn khối lượng: Gđ = Gc + W (1) Bảo tồn chất khơ: Gđ.xđ = Gc.xc Từ (1) (2) ta có: W = Gđ.(1 − 𝑥đ 𝑥𝑐 (2) ) Theo số liệu đề tài ta có lượng thứ bốc tồn hệ thơng là: W = Gđ.(1 − 𝑥đ 𝑥𝑐 ) = 43125.(1 − 16 46 ) = 28125 (kg/h) Giả sử chọn phân bố thứ theo tỷ lệ: W1 : W2 : W3 = : 1,1 : 1,2 Từ cách chọn ta tính lượng thứ bốc nồi: Nồi 1: W1 = ∑𝑊 3,3 = 28125 3,3 Nồi 2: W2 = 1,1 ∑𝑊 Nồi 3: W3 = 1,2 ∑𝑊 3,3 3,3 = 8522,73 (kg/h) = 1,1 = 1,2 28125 3,3 28125 3,3 = 9375 (kg/h) = 10227,27 (kg/h) Nồng độ sản phẩm nồi: Nồi 1: x1 = Nồi 2: x2 = 𝐺đ 𝑥đ 𝐺đ −𝑊1 = 43125 16 43125 −8522,73 𝐺đ 𝑥đ 𝐺đ −𝑊1 −𝑊2 = = 19,94 % 43125 16 43125 − 8522,73−9375 = 27,35 % Nồi 3: x3 = 𝐺đ 𝑥đ 𝐺đ −𝑊1 −𝑊2 −𝑊3 = 43125 16 43125 − 8522,73 − 9375 −10227,27 = 46 % XÂY DỰNG PHƯƠNG ÁN BỐC HƠI TÍNH CÂN BẰNG NHIỆT LƯỢNG 5.1 Xây dựng phương án bốc Q trình đặc tiến hành thiết bị nồi nhiều nồi làm việc gián đoạn liên tục Khi cô đặc nồi tiêu hao đốt lớn, mặc khác, thứ mang nhiệt lượng lớn, tốn nước ngưng tụ, vậy, hệ thống nồi không đáp ứng nhu cầu kinh tế Thay vào đó, q trình đặc nhiều nồi tận dụng thứ làm đốt, hạ thấp tiêu tiêu hao đốt, suất lớn, dễ khống chế thông số kỹ thuật Từ lợi nêu trên, ta chọn loại thiết bị cô đặc ba nồi xuôi chiều Ưu điểm: Để hệ thống làm việc nhiệt độ nồi trước phải lớn nồi sau, áp suất nồi trước phải lớn nồi sau, dung dịch tự chảy từ nồi đầu qua nồi sau mà không cần bơm, giảm tiêu tốn lượng Sản phẩm có nhiệt độ thấp nên đảm bảo chất lượng Hệ thống cấu tạo đơn giản, chi phí giá thành rẻ Nhược điểm: Các nồi sau nồng độ tăng, nhiệt độ giảm làm cho độ nhớt tăng, hệ số K giảm, cường độ bốc nồi sau giảm, không khai thác hết công suất thiết kế thiết bị 5.2 Tính cân lượng 5.2.1 Phân bố áp suất làm việc nồi Chênh lệch áp suất chung hệ thống: Ta có: ∆P = Phđ - Pnt = 2,2 - 0,82 = 1,38 at Chọn tỉ lệ hiệu số áp suất nồi sau: ∆𝑃1 ∆𝑃2 =2 ∆𝑃2 ∆𝑃3 =2 (*) Từ (*) ta có: ∆𝑃1 = 2∆𝑃2 ∆𝑃 { ∆𝑃3 = => 2∆𝑃2 + ∆𝑃2 + ∆𝑃1 + ∆𝑃2 + ∆𝑃3 = 1,38 ∆𝑃2 = 1,38 Vậy chênh lệch áp suất nồi: ∆𝑃2 = 0,394 𝑎𝑡 ∆𝑃 = × 0,394 = 0,788 𝑎𝑡 { 0,394 ∆𝑃3 = = 0,197 𝑎𝑡 Áp suất đốt: Phd1= 2,2 at Phd2= Phd1 - ∆P1= 2,2 - 0,788 = 1,412 at Phd3= Phd2 - ∆P2= 1,412 – 0,394 = 1,018 at 5.2.2 Tính nhiệt dung riêng Nhiệt dung riêng dung dịch trước đặc: Vì xđ = 16% < 20% nên áp dụng CT I.43/152 –[1] => Co = 4186.(1 - x) = 4186.(1 - 0,16) = 3516,24 J/kg.độ Nhiệt dung riêng dung dịch sau khỏi nồi 1: Ta có: x1= 19,94% < 20% => C1 = 4186.(1 - x) = 4186.(1 - 0,1994) = 3351,31 J/kg.độ Nhiệt dung riêng dung dịch sau khỏi nồi 2: Ta có: x2 = 27,35% > 20% => C2 = Cht.x + 4186.(1 - x) Nhiệt dung riêng dung dịch nồi 3: Ta có: x3 = 46% > 20% => C3 = Cht.x + 4186.(1 - x) 5.2.3 Lập phương trình cân nhiệt lượng Theo phương trình cân nhiệt, lượng nhiệt vào lượng nhiệt ra: Nhiệt lượng vào: Nồi 1: Do dung dịch đầu: GđCđtđ Do đốt: D1i1 Nồi 2: Do đốt mang vào: D2t2 Do dung dịch nồi mang vào: (Gđ – W1)C1t1 Nồi 3: Do đốt mang vào : D3i3 Do dung dịch nồi mang vào: (Gđ – W1)C1t1 Nhiệt lượng ra: Nồi 1: Do đốt mang ra: W1i’1 Do dung dịch mang ra: (Gđ – W1)C1t1 Do nước ngưng mang ra: D1Cn1 θ1 Do tổn thất nhiệt chung: Qtt1 = 0.05D1(i1- Cn1θ1) Nồi 2: Do thứ mang ra: W2i’2 Do dung dịch mang ra: (Gđ –W1 –W2)C2t2 Do nước ngưng mang ra: D2Cn2θ2 Do tổn thất nhiệt chung: Qtt2 = 0.05D2(i2 – Cn2θ2) Nồi 3: Do thứ mang ra: W3i’3 Do dung dịch mang ra: (Gđ –W1 –W2 –W3)C3t3 Do nước ngưng mang ra: D3Cn3θ3 Do tổn thất nhiệt chung: Qtt3 = 0.05D3(i3 – Cn3θ3) Phương trình cân nhiệt lượng: ΣQvào = ΣQra Nồi 1: GđCđtđ + D1.ihđ1 = W1.iht1 + (Gđ – W1).C1.ts1+ D1.Cn1 θ1+ 0,05.D1.(ihđ1- Cn1 θ1) Nồi 2: D2.ihđ2 + (Gđ – W1).C1.ts1 = W2.iht2 + (Gđ –W1 –W2).C2.ts2 + D2Cn2 θ2 + 0,05.D2.(ihđ2 – Cn2.θ2) Nồi 3: D3.ihđ3 + (Gđ – W1 –W2).C2.ts2 = W3.iht3 + (Gđ –W1 –W2 –W3).C3.ts3 + D3Cn3θ3+ 0,05.D3.(ihđ3 – Cn3 θ3) PHẦN KẾT LUẬN Qua phần trình bày trên, ta thấy ưu – nhược điểm hệ thống cô đặc nồi liên tục, ưu điểm lớn hệ thống cô đặc nồi xuôi chiều vận hành tiết kiệm đốt tận dụng lượng thứ nồi trước cấp nhiệt cho nồi sau Bên cạnh đó, hệ thống có cấu tạo đơn giản, hoạt động ổn định chi phí đầu tư thấp Hệ thống cô đặc nồi liên tục ứng dụng rộng rãi công nghiệp sản xuất đường, bột Sau thực tiểu luận giúp chúng em có nhìn tổng qt cơng việc người thiết kế Ngồi cịn hỗ trợ chúng em nắm vững phần lý thuyết học, cách tính tốn thiết bị phân tích lựa chọn thiết bị, vật liệu làm thiết bị để phù hợp với yêu cầu thực tế Tuy chúng em cố gắng nhiều kiến thức thân cịn hạn chế nên khơng tránh khỏi thiếu sót Vì vậy, chúng em mong nhận ý kiến đóng góp thầy để tiểu luận chúng em hoàn chỉnh TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Giáo trình Kỹ Thuật Thực Phẩm 2, Trường đại học Công Nghiệp Thực Phẩm TPHCM, 2015-2016 ...BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP THỰC PHẨM TP.HỒ CHÍ MINH KHOA CƠNG NGHỆ THỰC PHẨM -o0o TÊN ĐỀ TÀI: TÍNH TỐN HỆ THỐNG CÔ ĐẶC BA NỒI LIÊN TỤC Người ta sử dụng hệ thống đặc nồi xi... riêng Bài tiểu luận ? ?Tính tốn đặc hệ thống ba nồi liên tục? ?? đưa khái niệm, vai trò, ưu nhược điểm hệ bốc hơi, từ xây dựng phương án bốc tính lượng đốt cần thiết cấp cho hệ cô đặc Mặc dù cố gắng... lượng Năng suất nhỏ hệ thống cô đặc nhiều nồi xuôi chiều Bảng So sánh ưu - nhược điểm phương pháp bốc VẼ SƠ ĐỒ HỆ THỐNG – NÊU NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC Hình Sơ đồ hệ thống cô đặc ba nồi xuôi chiều Nguyên