Đồ án kĩ thuật thực phẩm

Có thể hiểu, Ngành kỹ thuật thực phẩm là ngành chuyên giải quyết các vấn đề liên quan đến quy trình sản xuất thực phẩm ở những cơ sở chế biến, kinh doanh thực phẩm hoặc các trung tâm nghiên cứu về lĩnh vực thực phẩm.

LỜI CẢM ƠN LỜI MỞ ĐẦU Hiện nay, công nghiệp nước ta ngày phát triển ngành cơng nghiệp hóa chất xem ngành quan trọng nhu cầu sản phẩm ngày đa dạng, sản phẩm ưa chuộn nước trái đóng chai Một nguồn thức uống tiện lợi nhanh chống không phần dinh dưỡng nước trái tươi mà bảo quản lâu nhiệt độ thường, người tiêu dùng tin tưởng lựa chọn…Vấn đề đặt sử dụng hiệu lượng cho sản xuất đạt hiệu thu lượng đường tối ưu Phương pháp chủ yếu sản xuất để đạt sản phẩm có nồng độ độ tinh khiết cao phương pháp cô đặc Đây đề tài đồ án trình thiết bị thiết kế hệ cô đặc dung dich nước ép dâu tây nồi, ống tuần hoàn trung tâm, buồng đốt với nồng độ đầu 11.5% nồng độ cuối 56% CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1.1 Tổng quan dâu tây33 1.1.1 Nguồn gốc Dâu tây (danh pháp khoa học Fragaria)là chi thực vật hạt kín loại thực vật có hoa thuộc họ Hoa hồng Dâu tây có nguồn gốc từ Châu Mỹ nhà làm vườn Châu Âu cho lai tạo vào kỷ 18 để tạo nên giống dâu tây trồng rộng rãi nay.Dâu tây trồng nhiều vùng ôn đới như: Trung Quốc, Hoa Kỳ, Mexico,…Ở Việt Nam, khí hậu mát mẻ miền núi Đà Lạt mơi trường thích hợp với việc canh tác dâu Nên loại trái xem đặc sản vùng cao nguyên nơi Hình Quả dâu tây Cây dâu tây lai tạo nhiều có nhiều 20 lồi khác tùy thuộc vào khu vực sinh sống mà lai tạo để hạn chế sâu bệnh cho sản lượng cao có thể, riêng VN có số giống dâu dâu Pháp, dâu Mỹ, dâu New Zealand, dâu Nhật Bản,… trồng Đà Lạt tỉnh có hậu phù hợp 1.1.2 Phân loại Cây dâu tây lai tạo nhiều có nhiều 20 lồi khác tùy thuộc vào khu vực sinh sống 1.1.3 Cấu tạo dâu tây Cấu tạo dâu tây gồm: Quả dâu tây giả đế hoa phình to, thật nằm bên ngồi giả, bế thường gọi hạt Số lượng bế nhiều nhỏ bao phủ bề mặt - Quả dâu tây phát triển sau hoa nở, non có màu xanh lục, chín, có màu đỏ, dâu chin sau 20 - 30 ngày tùy điều kiện Dâu tây thường theo chùm xếp hình xim Quả đầu có kích thước lớn http://camnangcaytrong.com/cay-dau-tay-cd82.html 1.1.5 Thành phần hóa học dâu tây Bảng 1-1: Thành phần dinh dưỡng dâu tây ( tính 100g) Thành phần Hàm lượng Đơn vị Nước 90.6 g Carbohydrate 7.6 g Chất béo 0.5 g Protein 0.8 g Chất xơ 1.7 g Vitamin C 53 mg Ngồi cịn nhiều khống chất, vitamin khác Kali, sắt, canxi, magie, folate, chất xơ, photphat, acid malic, acid citric… Màu đỏ diện pelargonidin 3-galactoside 1.1.6 Sơ đồ quy trình sản xuất nước ép dâu tây Dâu tây Phân loại Nước Rửa Quả hư Nước thải Xử lý Ép Lọc thô Hạt Bã thô Gia nhiệt Ly tâm Phụ gia Cơ đặc Chai Rót chai Nắp Ghép nắp Thanh trùng Bảo quản Nước ép dâu tây đặc Bã tinh 1.2 Tổng quan q trình đặc Cơ đặc q tình làm bay phần dung môi dung dịch chứa chất tan không bay hơi, thường dùng để tăng nồng độ chất tan, để tách chất rắn hòa tan dạng tinh thể hay thu dung môi dạng nguyên chất 1.2.1 Phân loại thiết bị cô đặc 1.2.1.1 Phân loại theo cấu tạo Nhóm 1: dung dịch đối lưu tự nhiên hay tuần hoàn tự nhiên Chủ yếu dùng để đặc dung dịch có độ nhớt thấp Thiết bị chia làm hai loại: + Loại 1: có buồng đốt (đồng trục với buồng bốc), có ống tuần hồn hay ngồi + Loại 2: Có buồng đốt ngồi (khơng đồng trục với buồng bốc) Nhóm 2: Dung dịch đối lưu cưỡng hay tuần hoàn cưỡng Thiết bị áp dụng cho dung dịch có độ nhớt khác cao, giảm bám cặn hay kết tinh bề mặt truyền nhiệt, thiết bị loại giúp tăng cường hệ số truyền nhiệt Có hai loại sau: + Loại 1: Có buồng đốt trong, ống tuần hồn ngồi + Loại 2: Có buồng đốt ngồi, ống tuần hồn ngồi Nhóm 3: Dung dịch chảy thành màng mỏng, cho phép dung dịch chảy thành màng qua bề mặt truyền nhiệt tránh nhiệt độ lâu làm ảnh hưởng đến số chất dung dịch Đối với nhóm chia làm hai loại sau: + Loại 1: Có buồng đốt hay ngồi, có màng dung dịch chảy ngược lên + Loại 2: Có màng dung dịch chảy xuôi, từ xuống [4] 1.2.1.2 Phân loại theo phương pháp thực q trình Cơ đặc thiết bị hở (ở áp suất thường): thực nhiệt độ áp suất khơng đổi, có ba phương pháp để cô đặc thiết bị hở: Phương pháp 1: Cho dung dịch vào lần bốc hơi, mức dung dịch thiết bị giảm xuống đạt đến nồng độ yêu cầu Trong thời gian cô đặc thể tích dung dịch giảm, nhiệt độ sơi tăng lên, khối lượng riêng giảm khả truyền nhiệt giảm nên hệ số truyền nhiệt giảm, nhiệt độ áp suất thứ không thay đổi Phương pháp 2: Dung dịch ban đầu cho vào mức định sau vừa cho bốc vừa cho tiếp dung dịch vào để giữ mức dung dịch nồi khơng đổi Trong thời gian tiến hành đặc nhiệt độ sôi tăng lên nồng độ khối lượng riêng lúc tăng lên Phương pháp 3: Cô đặc dung dịch làm việc liên tục, để giữ mức dung dịch cố định cho suất cực đại thời gian cô đặc ngắn nhất, nhiên nồng độ dung dịch cô đặc không cao Cô đặc áp suất chân không: Không dùng cho dung dịch có nhiệt độ sơi cao dễ bị phân hủy nhiệt, phương pháp giúp tăng hiệu số nhiệt độ hữu làm giảm diện tích bề mặt truyền nhiêt Thiết bị làm việc tuần hoàn tốt, giúp bay nước xảy liên tục đồng thời tạo cặn bề mặt truyền nhiệt Cơ đặc nồi: Có thể tiến hành theo phương pháp liên tục hay gián đoạn Hệ thống cô đặc liên tục thường dùng dung dịch có nồng độ độ nhớt tương đối thấp, hệ thống gián đoạn dùng cần tăng cao nồng độ dung dịch Cô đặc nhiều nồi: tiết kiệm đốt tận dụng thứ cho mục đích khác Trong hệ thống đặc nhiều nồi thường nồi làm việc áp suất lớn áp suất khí quyển, nồi sau làm việc áp suất chân không [4] 1.2.2 Phương pháp cô đặc Có hai phương pháp đặc chủ yếu sau [4]: Phương pháp nhiệt (đun nóng): Dưới tác dụng nhiệt dung môi chuyển từ trạng thái lỏng sang trạng thái áp suất riêng phần áp suất bên ngồi tác dụng lên mặt thống dung dịch (khi dung dịch sôi) Phương pháp làm lạnh (kết tinh): Khi hạ thấp nhiệt độ đến mức cấu tử tách dạng tinh thể, thông thường kết tinh dung môi để tăng nồng độ chất tan 1.2.3 Lựa chọn phương án thiết kế Trong đồ án thiết kế cô đặc dung dịch nước ép dâu tây với hệ thống hai nồi, ta thiết kế hệ thống cô đặc hai nồi xi chiều, có buồng đốt với ống tuần hoàn trung tâm [4]: Đối với dung dịch chất tan dễ biến tính nhiệt độ cao (như dung dịch đường) hệ xi chiều thích hợp nồi đầu thường có nhiệt độ áp suất cao so với nồi sau nên sản phẩm hình thành nồi có nhiệt độ thấp Hệ ngược chiều thích hợp dung dịch khơng biến tính nhiệt độ khoảng nhiệt độ làm việc Nhờ chênh lệch nhiệt độ áp suất nồi, dung dịch tự di chuyển từ nồi sang nồi Cơ đặc nhiều nồi giúp tiết kiệm hơi, đun nóng nồi đốt, đốt nồi sau sử dụng thứ nồi trước Tuy nhiên, phương pháp đặc xi chiều có nhược điểm nhiệt độ nồi sau giảm dần, độ nhớt dung dịch tăng dần nồng độ dung dịch tăng, làm cho hệ số truyền nhiệt giảm dần qua nồi 1.2.4 Quá trình làm việc thiết bị đặc Q trình đặc nước cam với hệ ba nồi tiến hành hệ áp lực – chân khơng quy trình làm việc tiến hành liên tục Dung dịch nước ép cam sau trình làm gia nhiệt đến nhiệt độ sơi sau vào nồi Tại đây, dung dịch tiếp tục đun sôi nhờ buồng đốt với ống truyền nhiệt Dung dịch ống truyền nhiệt đồng thời đốt xả vơ bên ngồi để truyền nhiệt cho dung dịch bên ống Sau dịng thứ lên buồng bốc đến phận phân ly (hơi thứ nồi làm đốt cho nồi hai, thứ nồi hai dùng làm đốt nồi 3, thứ nồi đem qua thiết bị ngưng tụ xả mơi trường ngồi), dung dịch bơm qua nồi 1.2.5 Ứng dụng đặc: Q trình đặc dùng phổ biến công nghiệp với mục đích làm tăng nồng độ dung dịch lỗng, để tách chất hịa tan (trường hợp có kèm theo trình kết tinh) Dùng sản xuất thực phẩm: dung dịch đường, nước ép trái cây… Dùng sản xuất hóa chất: NaOH, NaCl, CaCl2… 2.4 Một số thiết bị cô đặc 2.4.1 Thiết bị cô đặc có ống tuần hồn trung tâm -Cấu tạo + Phần thiết bị phịng đốt, có ống truyền nhiệt ống tuần hoàn tương đối lớn + Dung dịch ống đốt vào khoảng trống phía ngồi ống - Ngun tắc làm việc: Dung dịch ống truyền nhiệt sôi tạo thành hỗn hợp lỏng có khối lượng riêng giảm bị đẩy từ lên miệng ống Trong ống tuần hồn, thể tích dung dịch theo đơn vị bề mặt truyền nhiệt lớn so với ống truyền nhiệt lượng tạo ống hơn, khối lượng riêng hỗn hợp – lỏng lớn ống truyền nhiệt, bị đẩy xuống Kết thiết bị có chuyển động tuần hồn tự nhiên từ lên ống truyền nhiệt từ xuống ống tuần hồn Tốc độ tuần hồn lớn hệ số cấp nhiệt phía dung dịch tăng q trình đóng cặn bề mặt truyền nhiệt giảm Tốc độ tuần hồn thường khơng q 1,5 m/s Khi suất thiết bị lớn thấy ống tuần hồn vài ống có đường kính nhỏ Phần phía phịng đốt phịng bốc để tách hỗn hợp lỏng thành hai dòng Hơi thứ lên phía buồng bốc đến phận tách giọt để tách giọt lỏng khỏi dòng, giọt lỏng chảy xuống thứ tiếp tục lên Dung dịch cịn lại hồn lưu - Ưu điểm: Cấu tạo đơn giản, dễ sữa chữa làm - Nhược điểm: Tốc độ tuần hồn bị giảm ống tuần hồn bị đun nóng 2.4.2 Thiết bị đặc phịng đốt treo - Cấu tạo: + Phịng đốt đặt thiết bị, khoảng trống vành khăn phịng đốt vỏ đóng vai trị tuần hồn, đốt vào phịng theo ống + Phịng đốt lấy ngồi cần sữa chữa làm + Tốc độ tuần hoàn tốt vỏ ngồi khơng bị đốt nóng -Nhược điểm : + Cấu tạo phức tạp + Kích thước lớn có khoảng trống vành khăn 2.4.3.Thiết bị đặc phịng đốt ngồi kiểu đứng - Cấu tạo - Ngun tắc làm việc: + Dung dịch vào phòng đốt đun sôi tạo thành hỗn hợp lỏng qua ống vào phòng bốc + Hơi thứ tách lên phía trên, dung dịch cịn lại phịng đốt theo ống tuần hồn + Đơi ghép vài phòng đốt vào buồng bốc để làm việc thay cần làm sữa chữa để đảm bảo trình làm việc liên tục 2.4.4 Thiết bị đặc phịng đốt ngồi nằm ngang -Cấu tạo - Nguyên tắc làm việc : + Phòng đốt thiết bị truyền nhiệt ống chữ U + Dung dịch nhánh ống truyền nhiệt chuyển động từ trái qua phải, nhánh từ phải qua trái + Phòng đốt đặt xe nhỏ dễ dàng tách khỏi phòng bốc để làm sữa chữa - Ưu điểm: + Cường độ tuần hoàn dung dịch lớn loại ống tuần hồn phịng đốt treo + Dễ dàng tháo phòng đốt để sữa chữa làm 2.4.5 Thiết bị cô đặc tuần hoàn cưỡng - Cấu tạo - Nguyên tắc làm việc: + Dung dịch đưa vào phòng đốt bơm tuần hoàn + Dung dịch đặc phần phịng bốc hơi, cịn phần chảy ống bơm tuần hoàn hút trộn lẫn với dung dịch đầu vào phòng đốt - Ưu điểm + Tránh tượng bám cặn bề mặt truyền nhiệt + Có thể đặc dung dịch có độ nhớt lớn mà tuần hồn tự nhiên khó thực - Nhược điểm + Tốn lượng để bơm + Thường ứng dụng cường độ bay lớn + Tuần hồn cưỡng thực thiết bị khác 2.4.6 Thiết bị cô đặc loại màng - Cấu tạo -Nguyên tắc làm việc: Mặt cắt (2-2) mặt thống nồi đặc Áp dụng phương trình Bernoulli, ta có: 𝒑𝟏 𝒗𝟐𝟏 𝒑𝟐 𝒗𝟐𝟐 𝒛𝟏 + + = 𝒛𝟐 + + + 𝚺𝒉𝟏−𝟐 𝝆 𝒈 𝟐 𝒈 𝝆 𝒈 𝟐 𝒈 Trong đó: 𝒛𝟏 : Khoảng cách từ mặt thoáng dung dịch bồn cao vị đến mặt đất, m 𝒑𝟏 : Áp suất mặt thoáng (1-1), chọn 𝒑𝟏 = 1at 𝒑𝟐 : Áp suất mặt thoáng (2-2), áp suất buồng bốc nồi 1, 𝒑𝟐 = 1.1524at v1: Vận tốc mặt thoáng (1-1), xem v1 = 0m/s v2: Vận tốc vị trí nhập liệu, v2 = 1m/s 𝝆: Khối lượng riêng dung dịch nhập liệu, kg/m3 ttb = 𝒕𝑭 + 𝒕𝑭′ 𝟐 = 67.36150C 𝒛𝟐 : Khoảng cáchh từ mặt thống dung dịch nồi đặc đến mặt đất, m 𝒛𝟐 = 𝒛′ + 𝑯đ + 𝑯𝒃đ + 𝟐 × 𝑯𝒈𝒄 + 𝑯𝒄 + 𝒉 = 6.893m Với z’: Khoảng cách từ phần nối ống tháo liệu đáy nón đến mặt đất, z’ = 4m Hđ: Chiều cao đáy elip, Hđ = 0.453m Hbđ: Chiều cao buồng đốt, Hbđ= 1.8m Hgc: Chiều cao gờ nón cụt, Hgc= 0.04m Hc: Chiều cao phần hình nón cụt, Hc= 0.25m H: Chiều cao dung dịch, H = 0.3m h = 0.3 – 0.25 – 0.04 = 0.01m 𝒉𝟏−𝟐: Tổn thất đường ống dẫn 𝒉𝟏−𝟐 = 𝒗𝟐 𝟐.𝒈 𝒍 × (𝝀 × × 𝚺𝝃) 𝒅 Trong đó: 𝝀: Hệ số ma sát đường ống l: Chiều dài đường ống, chọn l = 16m D: Đường kính ống dẫn, lấy đường kính ống nhập liệu, D = 0.0483m 𝚺𝝃: Tổng hệ số tổn thất cục v: Vận tốc dòng nhập liệu ống dẫn 𝒗= 𝟒.𝑮đ 𝝅.𝒅𝟐 𝝆 = 𝟒×𝟏𝟕𝟓𝟎 𝟑.𝟏𝟒𝟏𝟓𝟗×𝟎.𝟎𝟒𝟖𝟑𝟐 ×𝟏𝟎𝟖𝟐.𝟑𝟖𝟗×𝟑𝟔𝟎𝟎 = 0.2451 m/s Chuẩn số Re dòng nhập liệu ống Re = 𝒗.𝒅.𝝆 𝝁 = 𝟎.𝟐𝟒𝟓𝟏×𝟎.𝟎𝟒𝟖𝟑×𝟏𝟎𝟖𝟐.𝟑𝟖𝟗 𝟎.𝟎𝟎𝟎𝟓𝟖𝟑𝟏𝟎𝟖 = 21974.79398 𝝁: Độ nhớt dung dịch nhiệt độ trung bình (Pa.s), 𝝁 = 0.000583108N.s/m2 Chọn ống thép CT3 nên độ nhám 𝜺 = 0.2 mm Tính Reghcó cơng thức sau: (có thể tra công thức II.60, trang 378)[1] 𝟖 𝑹𝒆𝒈𝒉 𝒅 𝟕 ≈ 𝟔 ( ) 𝜺 𝟖 𝑹𝒆𝒈𝒉 ≈ 𝟔 ( 𝟒𝟖.𝟑 𝟕 𝟎.𝟐 ) ≈ 3173.1099 Tính Ren Có cơng thức sau: (có thể tra cơng thức II.62, trang 379)[1] 𝟗 𝒅 𝟖 Ren≈ 220 ( ) 𝜺 𝟗 Ren≈ 220 ( 𝟒𝟖.𝟑 𝟖 𝟎.𝟐 ) ≈ 105488.3399 Do 𝑹𝒆𝒈𝒉 Ren, 𝜺 = 𝟔𝟎 𝟎.𝟐 = 300; nên hệ số ma sát: (có thể tra bảng II.13, trang 379)[1]  𝝀 = 0.0269 Bảng 14 Các hệ số trở lực cục Yếu tố gây trở lực Ký hiệu Hệ số trở lực cục Số lượng Đầu vào 𝝃vào 0.5 Đầu 𝝃 1 Khuỷa 90o 𝝃khuỷa 90o 1 Hệ số tổn thất van cục 𝝃van 4.1 Van cửa 𝝃van 1.5 Suy ra: 𝚺𝝃= 8.1 Chiều dài ống từ bể nước đến thiết bị ngưng tụ: l = 18m Tổng tổn thất :(có thể tra cơng thức VI.60, trang 87)[2] 𝒉𝟏−𝟐 = 𝒉𝟏−𝟐 = 𝒗𝟐 𝟐.𝒈 𝒍 × (𝝀 × + 𝚺𝝃) 𝟑.𝟕𝟗𝟓 𝟐 𝟐×𝟗.𝟖𝟏 𝒅 × (𝟎 𝟎𝟐𝟔𝟗 × Cột áp bơm: 𝟏𝟖 𝟎.𝟎𝟔 + 𝟖 𝟏) = 11.865m H = (𝒛𝟏 − 𝒛𝟐 ) + H = (13 – 2) + 𝑷𝟐 −𝑷𝟐 𝝆.𝒈 + 𝒉𝟏−𝟐 , m (𝟏.𝟖𝟑𝟕×𝟏𝟎𝟒 − 𝟗.𝟖𝟎𝟔𝟔𝟓×𝟏𝟎𝟒 ) 𝟗𝟗𝟓.𝟕×𝟗.𝟖𝟏 + 𝟏𝟏 𝟖𝟔𝟓 = 14.706m Công suất bơm: N= N= 𝑸.𝒈.𝑯.𝝆 𝟏𝟎𝟎𝟎.𝜼 , kW 𝟎.𝟎𝟏𝟎𝟕𝟑 ×𝟗.𝟖𝟏×𝟏𝟒.𝟕𝟎𝟔×𝟗𝟗𝟓.𝟕 𝟏𝟎𝟎𝟎×𝟎.𝟕𝟓 = 2.055 kW Công suất động cơ: Nđc = 𝑵 𝜼𝒕𝒓 𝜼đ𝒄 = 𝟐.𝟎𝟓𝟓 𝟎.𝟗𝟗×𝟎.𝟗𝟓 = 2.185kW Trong đó: 𝜼𝒕𝒓 : Công suất truyền động, chọn 𝜼𝒕𝒓 = 0.99 𝜼đ𝒄 : Công suất động cơ, chọn 𝜼đ𝒄 = 0.95 Thông thường lấy động có cơng suất lớn để tính tốn tránh tượng q tải, bơm có cơng suất nhỏ 1kW, (có thể tra bảng II.33, trang 440)[1], chọn hệ số dự trữ 1.7 𝑵𝒄đ𝒄 = 𝜷 𝑵đ𝒄 = 1.7 × 𝟐 𝟏𝟖𝟓 = 3.715 kW Ta có: 3.715 Kw = 4HP Chọn bơm đưa nước vào thiết bị ngưng tụ 5HP 3.4.3 Bơm tháo liệu Cơng suất bơm tính theo cơng thức sau: (có thể tra công thức II.189, trang 439)[1] N= 𝑸.𝒈.𝑯.𝝆 𝟏𝟎𝟎𝟎.𝜼 , kW Trong đó: H: Cột áp bơm, m 𝜼: Hiệu suất bơm, chọn 𝜼 = 0.75 𝝆: Khối lượng riêng dung dịch đường 57% nhiệt độ sôi 72.8590C, 𝝆 = 1271.23 kg.m-3 g: Gia tốc trọng trường Q: Lưu lượng thể tích nước lạnh tưới vào Baromet: Q= 𝑮𝒏 = 𝝆 𝟏𝟏.𝟐𝟓𝟐 𝟏𝟐𝟕𝟏.𝟐𝟑 = 8.8513× 𝟏𝟎−𝟑 , m3/s Áp dụng phương trình Bernoulli cho hai mặt cắt 1-1 (mặt thống thiết bị đặc) vào 2-2 (mặt thoáng bể chứa sản phẩm) 𝒛𝟏 + 𝒑𝟏 𝜶𝟏 𝒗𝟐𝟏 𝒑𝟐 𝜶𝟏 𝒗𝟐𝟐 + = 𝒛𝟐 + + + 𝚺𝒉𝟏−𝟐 𝝆 𝒈 𝟐 𝒈 𝝆 𝒈 𝟐 𝒈 Trong đó: 𝒛𝟏 : Khoảng cách phần nối ống tháo liệu đến mặt đất, 𝒛𝟏 = 4m 𝑷𝟏 : Áp suất, chọn 𝑷𝟏 = Png= 1.24462at 𝑷𝟐 : Áp suất khí quyển, 𝑷𝟐 = Pkq = 1at v1, v2: Vận tốc chảy nước ống, v1 = v2 = 0m/s 𝝆: Khối lượng riêng dung dịch nhiệt độ sôi dung dịch, 𝝆 = 1271.23kg/m3 𝒛𝟐 : Khoảng cáchh từ mặt thoáng bồn chứa sản phẩm đến mặt đất, 𝒛𝟐 = 2m H: Cột áp bơm, m 𝒉𝟏−𝟐: Tổng tổn thất đường ống, m 𝒉𝟏−𝟐 = 𝒗𝟐 𝒍 𝟐.𝒈 × (𝝀 × × 𝚺𝝃) 𝒅 Trong đó: 𝝀: Hệ số ma sát đường ống l: Chiều dài đường ống, chọn l = 10m 𝚺𝝃: Tổng hệ số tổn thất cục Chọn dhút = dđẩy = 0.02m v1 = v2 = v Tốc độ dòng chảy ống: V= 𝑸 𝝅.𝒅𝟐 𝟒 = 𝟖.𝟖𝟓𝟏𝟑×𝟏𝟎−𝟑 𝝅.𝟎.𝟎𝟐𝟐 𝟒 = 28.175 m3 Chuẩn số Re: Re = 𝒗.𝒅.𝝆 𝝁 = 𝟐𝟖.𝟏𝟕𝟓×𝟎.𝟎𝟐×𝟏𝟐𝟕𝟏.𝟐𝟑 𝟎.𝟎𝟎𝟒𝟗𝟏𝟓𝟑𝟑 = 145735.5061 𝝁: Độ nhớt động lực dung dịch nhiệt độ sôi dung dịch, 𝝁 = 0.00491533 N.s/m2, (sugartech)[3] Chọn thép CT3 nên có độ nhám 0.2mm Tính Reghcó cơng thức sau: (có thể tra cơng thức II.60, trang 378)[1] 𝟖 𝑹𝒆𝒈𝒉 𝒅 𝟕 ≈ 𝟔 ( ) 𝜺 𝟖 𝟐𝟎 𝟕 𝑹𝒆𝒈𝒉 ≈ 𝟔 ( ) ≈ 1158.42 𝟎.𝟐 Tính Ren Có cơng thức sau: (có thể tra công thức II.62, trang 379)[1] 𝟗 𝒅 𝟖 Ren≈220 ( ) 𝜺 𝟗 𝟐𝟎 𝟖 Ren≈220 ( ) ≈ 39122.5 𝟎.𝟐 Do Re > Ren, 𝒅 𝜺 = 𝟐𝟎 𝟎.𝟐 = 100; nên hệ số ma sát: (có thể tra bảng II.13, trang 379)[1]  𝝀 = 0.0379 Bảng 15 Các hệ số trở lực cục Yếu tố gây trở lực Ký hiệu Hệ số trở lực cục Số lượng Đầu vào 𝝃vào 0.5 Đầu 𝝃 1 Khuỷa 90o 𝝃khuỷa 90o Van cửa 𝝃van 1.5 Suy ra: 𝚺𝝃= 7.5 Chiều dài ống từ bể nước đến thiết bị ngưng tụ: l = 10m Tổng tổn thất :(có thể tra cơng thức VI.60, trang 87)[2] 𝒉𝟏−𝟐 = 𝒉𝟏−𝟐 = 𝒗𝟐 𝟐.𝒈 𝒍 × (𝝀 × × 𝚺𝝃) 𝟐𝟖.𝟏𝟕𝟓𝟐 𝟐×𝟗.𝟖𝟏 𝒅 × (𝟎 𝟎𝟑𝟕𝟗 × Cột áp bơm: 𝟏𝟎 𝟐𝟎 × 𝟕 𝟓) = 5.7504m H = (𝒛𝟏 − 𝒛𝟐 ) + H = (𝟒 − 𝟐) + 𝑷𝟐 −𝑷𝟏 𝝆.𝒈 + 𝒉𝟏−𝟐 , m 𝟗.𝟖𝟎𝟔𝟔𝟓×𝟏𝟎𝟒 −𝟏.𝟐𝟐𝟎𝟓𝟓𝟓×𝟏𝟎𝟓 𝟏𝟐𝟕𝟏.𝟐𝟑×𝟗.𝟖𝟏 + 𝟓 𝟕𝟓𝟎𝟒 = 5.8268 m Công suất bơm: N= N= 𝑸.𝒈.𝑯.𝝆 𝟏𝟎𝟎𝟎.𝜼 , kW 𝟖.𝟖𝟓𝟏𝟑×𝟏𝟎−𝟑 ×𝟗.𝟖𝟏×𝟓.𝟖𝟐𝟔𝟖×𝟏𝟐𝟕𝟏.𝟐𝟑 𝟏𝟎𝟎𝟎×𝟎.𝟕𝟓 = 0.8576, kW Cơng suất động cơ: Nđc = Nđc = 𝑵 𝜼𝒕𝒓 𝜼đ𝒄 , kW 𝟎.𝟖𝟓𝟕𝟔 𝟎.𝟗𝟗×𝟎.𝟗𝟓 = 0.9119, kW Trong đó: 𝜼𝒕𝒓 : Công suất truyền động, chọn 𝜼𝒕𝒓 = 0.99 𝜼đ𝒄 : Công suất động cơ, chọn 𝜼đ𝒄 = 0.95 Thơng thường lấy động có cơng suất lớn để tính tốn tránh tượng q tải, bơm có cơng suất nhỏ 1kW, (có thể tra bảng II.33, trang 440)[1], chọn hệ số dự trữ 𝑵𝒄đ𝒄 = 𝜷 𝑵đ𝒄 = 2×0.9119 = 1.8237, kW Chọn bơm ly tâm HP 3.4.4 Bơm đưa dung dịch lên bồn cao vị Cơng suất bơm tính theo cơng thức sau: (có thể tra cơng thức II.189, trang 439)[1] N= 𝑸.𝒈.𝑯.𝝆 𝟏𝟎𝟎𝟎.𝜼 , Kw Trong đó: H: Cột áp bơm, m 𝜼: Hiệu suất bơm, chọn 𝜼 = 0.75 𝝆: Khối lượng riêng dung dịch đường 12% nhiệt độ tđ = 300C, 𝝆 = 1048.31 kg.m-3 g: Gia tốc trọng trường Q: Lưu lượng thể tích nước lạnh tưới vào Baromet: Q= 𝑮𝒏 𝝆 = 𝟏𝟏.𝟐𝟓𝟐 𝟏𝟎𝟒𝟖.𝟑𝟏 = 0.01073 m3/s Áp dụng phương trình Bernoulli cho hai mặt cắt 1-1 (mặt thoáng bể nước) vào 2-2 (mặt thoáng thiết bị baromet) 𝒑𝟏 𝜶𝟏 𝒗𝟐𝟏 𝒑𝟐 𝜶𝟏 𝒗𝟐𝟐 𝒛𝟏 + + = 𝒛𝟐 + + + 𝚺𝒉𝟏−𝟐 𝝆 𝒈 𝟐 𝒈 𝝆 𝒈 𝟐 𝒈 Trong đó: 𝒛𝟏 : Khoảng cách từ mặt thống bể nước đến mặt đất, 𝒛𝟏 = 2m 𝑷𝟏 : Áp suất khí quyển, chọn 𝑷𝟏 = Pkq = 1at 𝑷𝟐 : Áp suất khí quyển, 𝑷𝟐 = Pkq = 1at v1, v2: Vận tốc chảy nước ống, v1 = v2 = 0m/s 𝝆: Khối lượng riêng dung dịch nhiệt độ đầu 300C nồng độ đầu 12%, 𝝆 = 1048.31 kg/m3 𝒛𝟐 : Khoảng cáchh từ mặt thoáng bồn cao vị đến mặt đất, 𝒛𝟐 = 11 m H: Cột áp bơm, m 𝒉𝟏−𝟐: Tổng tổn thất đường ống, m 𝒉𝟏−𝟐 = 𝒗𝟐 𝟐.𝒈 𝒍 × (𝝀 × × 𝚺𝝃) 𝒅 Trong đó: 𝝀: Hệ số ma sát đường ống l: Chiều dài đường ống, chọn l = 16m 𝚺𝝃: Tổng hệ số tổn thất cục Chọn dhút = dđẩy = 0.02m v1 = v2 = v Tốc độ dòng chảy ống: V= 𝑸 𝝅.𝒅𝟐 𝟒 = 𝟎.𝟎𝟏𝟎𝟕𝟑 𝝅.𝟎.𝟎𝟐𝟐 𝟒 Chuẩn số Re: = 34.166 m3 Re = 𝒗.𝒅.𝝆 𝝁 = 𝟑𝟒.𝟏𝟔𝟔×𝟎.𝟎𝟐×𝟏𝟎𝟒𝟖.𝟑𝟏 𝟎.𝟎𝟎𝟏𝟏𝟏𝟐 = 644182.7241 𝝁: Độ nhớt động lực dung dịch nhiệt độ đầu 300C nồng độ đầu 12%, 𝝁 = 0.001112 N.s/m2(sugartech)[3] Chọn thép CT3 nên có độ nhám 0.2mm Tính Reghcó cơng thức sau: (có thể tra cơng thức II.60, trang 378)[1] 𝟖 𝑹𝒆𝒈𝒉 𝒅 𝟕 ≈ 𝟔 ( ) 𝜺 𝟖 𝟐𝟎 𝟕 𝑹𝒆𝒈𝒉 ≈ 𝟔 ( ) ≈ 1158.419 𝟎.𝟐 Tính Ren Có cơng thức sau: (có thể tra cơng thức II.62, trang 379)[1] 𝟗 𝒅 𝟖 Ren≈220 ( ) 𝜺 𝟗 𝟐𝟎 𝟖 Ren≈220 ( ) ≈ 39122.147 𝟎.𝟐 Do Re > Ren, 𝒅 𝜺 = 𝟐𝟎 𝟎.𝟐 = 100; nên hệ số ma sát: (có thể tra bảng II.13, trang 379)[1]  𝝀 = 0.0379 Bảng 16 Các hệ số trở lực cục Yếu tố gây trở lực Ký hiệu Hệ số trở lực cục Số lượng Đầu vào 𝝃vào 0.5 Đầu 𝝃 1 Khuỷa 90o 𝝃khuỷa 90o Van cửa 𝝃van 1.5 Suy ra: 𝚺𝝃= Chiều dài ống từ bể nước đến thiết bị ngưng tụ: l = 16m Tổng tổn thất :(có thể tra cơng thức VI.60, trang 87)[2] 𝒉𝟏−𝟐 = 𝒉𝟏−𝟐 = 𝒗𝟐 𝟐.𝒈 𝒍 × (𝝀 × × 𝚺𝝃) 𝒅 𝟑𝟒.𝟏𝟔𝟔 𝟐 𝟐×𝟗.𝟖𝟏 × (𝟎 𝟎𝟑𝟕𝟗 × 𝟏𝟔 𝟐𝟎 × 𝟓) = 9.0196m Cột áp bơm: H = (𝒛𝟏 − 𝒛𝟐 ) + H = (𝟏𝟏 − 𝟐) + 𝑷𝟐 −𝑷𝟏 𝝆.𝒈 + 𝒉𝟏−𝟐 , m 𝟏−𝟏 𝟏𝟎𝟒𝟖.𝟑𝟏×𝟗.𝟖𝟏 + 𝟗 𝟎𝟏𝟗𝟔 = 18.0196 m Cơng suất bơm: N= N= 𝑸.𝒈.𝑯.𝝆 𝟏𝟎𝟎𝟎.𝜼 , kW 𝟎.𝟎𝟏𝟎𝟕𝟑×𝟗.𝟖𝟏×𝟏𝟖.𝟎𝟏𝟗𝟔×𝟏𝟎𝟒𝟖.𝟑𝟏 𝟏𝟎𝟎𝟎×𝟎.𝟕𝟓 = 2.6512, kW Cơng suất động cơ: Nđc = 𝑵 𝜼𝒕𝒓 𝜼đ𝒄 = 𝟐.𝟔𝟓𝟏𝟐 𝟎.𝟗𝟗×𝟎.𝟗𝟓 = 2.8189 kW Trong đó: 𝜼𝒕𝒓 : Cơng suất truyền động, chọn 𝜼𝒕𝒓 = 0.99 𝜼đ𝒄 : Công suất động cơ, chọn 𝜼đ𝒄 = 0.95 Thơng thường lấy động có cơng suất lớn để tính tốn tránh tượng q tải, bơm có cơng suất nhỏ 1kW, (có thể tra bảng II.33, trang 440)[1], chọn hệ số dự trữ 𝑵𝒄đ𝒄 = 𝜷 𝑵đ𝒄 = 2×2.8189 = 5.6379 kW Chọn bơm ly tâm: 6HP Tài liệu kham khảo [1]https://123docz.net/document/317554-chuoi.htm [2] T.T.M Hạnh, Giáo trình cơng nghệ sản xuất Đường- Bánh- Kẹo [3] TS Trần Xoa, TS Nguyễn Trọng Khn, KS Hồ Lê Viên, Sổ tay q trình thiết bị cơng nghệ hóa chất tập 2, Nhà xuất khoa học kỹ thuật Hà Nội [4] P.V Bôn, Q trình thiết bị cơng nghệ hóa học thực phẩm Tập 5, NXB Đại học quốc gia TP Hồ Chí Minh, 2004 [5] TS Trần Xoa, TS Nguyễn Trọng Khn, KS Hồ Lê Viên, Sổ tay q trình thiết bị cơng nghệ hóa chất tập 1, Nhà xuất khoa học kỹ thuật Hà Nội [6] Phạm Ngọc Long, giảng Cơ sở thiết kế chế tạo nhà máy hóa chất [7] The Sugar Engineers http://sugartech.co.za truy cập tháng năm 2020 [8] H Lê Viên, Tính tốn, thiết kế chi tiết thiết bị hố chất dầu khí, NXB Khoa học kỹ thuật (2006)