Trong những năm gần đây, một số tỉnh thành ở nước ta, ngành công nghiệp mía đường có những bước nhảy vọt lớn. Mía đường hiện nay không chỉ là môt ngành riêng lẻ mà đã trở thành hệ thống liên hiệp chặt chẽ giữa các ngành với nhau. Mía đường vừa tạo ra sản phẩm đường làm nguyên liệu cho các ngành công nghiệp sản xuất bánh, kẹo, sữa,… Trong tương lai khả này này còn có thể phát triển tốt hơn nếu có sự quan tâm đầu tư tốt vào cây mía cũng như khả năng chế biến và tiêu thụ sản phẩm. Dựa vào đặc tính tự nhiên của cây mía, độ đường của mía sẽ giảm nhanh nếu không thu hoạch kiệp thời và nhanh chóng.
KHOA NÔNG NGHIỆP NGÀNH CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM ĐỒ ÁN KỸ THUẬT THỰC PHẨM ĐỀ TÀI THIẾT KẾ HỆ THỐNG CƠ ĐẶC DUNG DỊCH ĐƯỜNG MÍA MỘT NỒI LÀM VIỆC GIÁN ĐOẠN KIỂU NỒI BUỒNG ĐỐT TRONG KIỂU TREO Giảng viên hướng dẫn Sinh viên thực Đồ án kỹ thuật thực phẩm MỤC LỤC DANH SÁCH BẢNG .5 DANH SÁCH HÌNH LỜI NÓI ĐẦU LỜI CẢM ƠN PHẦN 1: GIỚI THIỆU 1.1 Tổng quan nguyên liệu mía 1.1.2 Các giống mía 1.1.3 Sơ lược saccarozo 10 1.1.4 Ứng dụng đường saccarose 11 1.1.5 Thơng số kỹ thuật q trình đặc mía đường 11 1.1.6 Biến đổi dung dịch mía đường q trình đặc 12 1.2 Khái quát cô đặc 13 1.2.1 Khái niệm cô đặc 13 1.2.2 Thiết bị cô đặc 13 1.2.3 Hệ thống cô đặc nồi cô đặc gián đoạn 14 1.2.4 Hệ thống cô đặc kiểu buồng đốt treo 16 PHẦN 2: XÁC ĐỊNH KÍCH THƯỚC THIẾT BỊ 17 2.1 Thông số yêu cầu .17 2.2 Cân vật chất 17 2.3 Cân nhiệt lượng cho toàn hệ thống 17 2.4 Chia nồng độ dung dịch 17 2.5 Xác định áp suất nhiệt độ 18 2.6 Xác định nhiệt tổn thất 19 2.6.1 Tổn thất nhiệt độ nồng độ tăng cao 19 2.6.2 Tổn thất thất nhiệt độ áp suất thủy tĩnh ∆'' 20 2.6.3 Tổn thất nhiệt độ trở lực thủy học đường ống 22 2.6.4 Tổn thất chung cho tồn hệ thống đặc 22 2.7 Hiệu số nhiệt độ hữu ích nhiệt độ sơi 22 2.7.1 Hiệu số nhiệt độ hữu ích .22 2.7.2 Nhiệt độ sôi dung dịch 22 2.8 Tính tốn bề mặt truyền nhiệt buồng đốt 22 2.8.1 Tính nhiệt lượng đốt cung cấp 23 2.8.2 Hệ số truyền nhiệt K 25 Đồ án kỹ thuật thực phẩm 2.9 Kích thước buồng bốc buồng đốt .30 2.9.1 Kích thước buồng đốt 31 2.10 Tính đường kính ống dẫn 34 2.10.1 Nguyên tắc chung để tính đường kính ống dẫn 34 2.10.2 Ống nhập liệu .34 2.10.3 Ống tháo sản phẩm 35 2.10.4 Ống dẫn thứ 35 2.10.5 Ống tháo nước ngưng 36 2.10.6 Ống tháo không khí ngưng 36 PHẦN 3: CỘT NGƯNG TỤ BAROMET 37 3.1 Giới thiệt thiết bị 37 3.1.1 Giới thiệu sơ lược thiết bị ngưng tụ chân cao baromet 37 3.1.2 Cấu tạo 37 3.1.3 Nguyên lí hoạt động 38 3.2 Tính thiết bị .40 3.2.1 Lượng nước lạnh cần thiết để ngưng tụ 40 3.2.2 Thể tích khơng khí khí khơng ngưng cần hút khỏi thiết bị ngưng tụ 40 3.3 Các kích thước chủ yếu thiết bị ngưng tụ 41 3.3.1 Đường kính thiết bị ngưng tụ Baromet 41 3.3.2 Kích thước ngăn 41 3.3.3 Chiều cao thiết bị ngưng tụ 42 3.3.4 Kích thước ống baromet .43 3.3.5 Đường kính cửa vào thiết bị baromet 45 PHẦN 4: TÍNH TỐN CƠ KHÍ 47 4.1 Bề dày buồng đốt .47 4.2 Bề dày buồng bốc 49 4.3 Nắp thiết bị 50 4.4 Đáy thiết bị 50 4.5 Xác định chi tiết mối ghép bích .51 4.6 Bề dày vĩ ống 52 4.7.1 Khối lượng buồng đốt 53 4.7.2 Khối lượng buồng bốc 55 4.7.3 Khối lượng toàn thiết bị 55 4.7.4 Tai treo thiết bị .55 Đồ án kỹ thuật thực phẩm 4.8 Một số thiết bị chi tiết khác .56 4.8.1 Chọn vào vệ sinh cửa sữa chữa 56 4.8.2 Kính quan sát 56 4.8.3 Đệm làm kín 56 4.8.4 Nồi cô đặc làm việc nhiệt độ cao 56 PHẦN 5: TỔNG KẾT KÍCH THƯỚC CÁC THIẾT BỊ TÍNH TỐN 58 PHẦN 6: TÀI LIỆU THAM KHẢO .60 Đồ án kỹ thuật thực phẩm DANH SÁCH BẢNG Bảng 1: Thành phần hóa học mía nước mía 10 Bảng 1: Tính tốn giá trị chia giai đoạn nhập liệu 18 Bảng 2: Tổn thất nhiệt nồng độ tăng cao nồng độ khác 19 Bảng 3: Xác định giá trị ρ, ρs, ∆P, ∆Ptb 21 Bảng 4: Tổn thất nhiệt áp suất thủy tĩnh ∆’’ 21 Bảng 5: Tổn thất chung cho tồn hệ thống đặc 22 Bảng 6: Hiệu số hữu ích nhiệt độ sơi .22 Bảng 7: Lượng đốt dùng cho hệ thống lần nhập liệu 24 Bảng 8: Nhiệt độ đốt cung cấp lần nhập liệu 25 Bảng 9: Một số thông số kích thước ống truyền nhiệt 26 Bảng 10: Sự phụ thuộc hệ số A vào nhiệt độ màng nước ngưng Tm 26 Bảng 11: Các thông số λn, ρn, Cn , μn nước theo nhiệt độ sôi dung dịch 27 Bảng 12: Các thông số λdd, ρdd, Cdd, μdd theo nhiệt độ sôi dung dịch nước mía 27 Bảng 13: Hệ số hiệu chỉnh (ψ) theo nồng độ trung bình 28 Bảng 14: Tính tốn hệ số truyền nhiệt nồng độ tương ứng 29 Bảng 15: Tính bề mặt truyền nhiệt F 30 Bảng 1: Kích thước thiết bị ngưng tụ Baromet ứng với Dtr = 500mm 43 Bảng 2: Khích thước đường kính cửa vào thiết bị ngưng tụ 45 Bảng 1: Xác định chi tiết mối ghép bích 51 Bảng 2: Chọn loại tai treo buồng đốt thẳng đứng có kích thước 56 Bảng 1: Một số thơng số kích thước thiết bị 58 Bảng 2: Kích thước thiết bị ngưng tụ Baromet 59 Bảng 3: Xác định chi tiết mối ghép bích 59 Đồ án kỹ thuật thực phẩm DANH SÁCH HÌNH Hình 1: Sơ đồ hệ thống cô đặc nồi .15 Hình 2: Thiết bị đặc buồng đốt treo 16 Hình 1: Đồ thị biểu diễn biến đổi nhiệt độ đốt dung dịch 20 Hình 2: Hệ thống sơ đồ nhiệt 23 Hình 3: Truyền nhiệt qua chiều dày ống 25 Hình 4: Tiết diện ngang khoảng vành khăn tuần hồn .33 Hình 1: Mơ hình thiết bị ngưng tụ Baromet 39 Hình 2: Cấu tạo thiết bị ngưng tụ chân cao Baromet 46 Hình 1: Nắp thiết bị 50 Hình 2: Đáy thiết bị 50 Hình 3: Mối ghép bích 51 Đồ án kỹ thuật thực phẩm LỜI NÓI ĐẦU Trong năm gần đây, số tỉnh thành nước ta, ngành cơng nghiệp mía đường có bước nhảy vọt lớn Mía đường khơng môt ngành riêng lẻ mà trở thành hệ thống liên hiệp chặt chẽ ngành với Mía đường vừa tạo sản phẩm đường làm nguyên liệu cho ngành công nghiệp sản xuất bánh, kẹo, sữa,… Trong tương lai khả này cịn phát triển tốt có quan tâm đầu tư tốt vào mía khả chế biến tiêu thụ sản phẩm Dựa vào đặc tính tự nhiên mía, độ đường mía giảm nhanh không thu hoạch kiệp thời nhanh chóng Vì tính quan trọng việc chế biến, vấn đề đặt hàng đầu hiệu sản xuất nhằm thu hồi đường với hiệu suất cao Để nâng cao nồng độ dung dịch đường theo yêu cầu sản xuất, người ta cần tách bớt phần dung môi khỏi dung dịch đường Phương pháp phổ biến sử dụng thiết bị cô đặc giúp dung mơi tách khỏi dung dịch dạng hơi, cịn chất rắn hịa tan dung dịch khơng bay Do đó, nồng độ dung dịch tăng lên theo yêu cầu nhà sản xuất Vì lý trên, việc cải tiến thiết bị sản xuất, nâng cao, đổi dây truyền công nghệ, nâng cao hiệu trình sản xuất điều cần thiết Trong cải tiến thiết bị đặc điều quan trọng hệ thống sản xuất Nhằm nâng cao hiệu sử dụng đốt giảm tổn thất q trình sản xuất Chính vậy, “Đồ án kỹ thuật thực phẩm” thực Học phần giúp sinh viên vận dụng kiến thức học vào việc thiết kế thiết bị thiết bị để thực nhiệm vụ kỹ thuật Đồng thời, môn học giúp sinh viên biết cách tra cứu tài liệu, sử dụng tài liệu tham khảo cách hiệu Giúp sinh viên nghiên cứu, tính tốn q trình sản xuất thực hành thiết kế thiết bị công nghệ chế biến thực phẩm Mở hội giúp hệ thống kiến thức học nâng cao khả tư duy, khả làm việc sinh viên Đồ án kỹ thuật thực phẩm LỜI CẢM ƠN Kính gửi lời cảm ơn sâu sắc đến hướng dẫn giảng dạy tận tình thầy Đồn Anh Dũng suốt q trình thực đề tài Dưới hướng dẫn thầy Đoàn Anh Dũng, em tìm hiểu, học tập hồn thành mục tiêu nhiệm vụ mơn học “ Đồ án kỹ thuật thực phẩm” với đề tài “ Thiết kế hệ thống cô đặc dung dịch đường mía nồi làm việc gián đoạn kiểu buồng đốt kiểu treo” Em xin cảm xin chân thành cảm ơn quý thầy cô Bộ môn Công nghệ thực phẩm tạo điều kiện thuận lợi để em học tập hồn thành mơn học Trong q trình thực đề tài, em gắng tìm hiểu tài liệu, tìm hiểu từ thầy (cơ), bạn bè dựa vào kiến thức học trường Do hạn chế thời gian kiến thức nên khơng tránh khỏi sai sót Rất mong nhận ý kiến đóng góp bảo tận tình q thầy (cơ), để em rút kính nghiệm, khắc phục nhược điểm thiếu sót thân nhằm thực đề tài khả viết báo cáo tốt thời gian tới Em xin chân thành cảm ơn! Sinh viên thực Đồ án kỹ thuật thực phẩm PHẦN 1:GIỚI THIỆU 1.1 Tổng quan ngun liệu mía 1.1.1 Hình thái mía Cây mía gồm phần chủ yếu: rễ, thân, hoa Hiểu rõ đặc điểm thành phần giúp cho việc kiểm soát chất lượng nguồn nguyên liệu hiệu tái tạo đường tốt 1.1.2 Các giống mía Giống mía đóng vai trò quan trọng việc sản xuất nguyên liệu cho cơng nghiệp chế biến đường Các giống mía có thời gian sinh trưởng khác ( chín sớm, chín trung bình, chín muộn ) góp phần hình thành cấu giống mía, nhằm rải vụ trồng kéo dài thời gian chế biến cho nhà máy đường Mía tên gọi chung lồi thuộc chi mía (Saccharum), chúng thuộc tơng Andropogoneae họ Hịa thảo (Poacae) Phân bố chủ yếu khu vực nhiệt đới cận nhiệt đới Cây mía chia thành nhóm chính: - Nhóm Saccharum officinarum: giống thường gặp, trồng nhiều giới Việt Nam - Nhóm saccharum violaceum: màu tím, thân cứng khơng trổ cờ - Nhóm saccharum simense: nhỏ cứng, thân màu nâu nhạt, trồng nhiều Trung Quốc Ngoài ra, cịn có nhóm saccharum barberi, saccharum bengalenes, saccharum edule, nhóm phổ biến Theo thành phần hóa học mía thay đổi theo điều kiện trồng vùng, theo giống mía,… mía có thành phần chủ yếu nước đường saccharose thành phần nhỏ hợp chất không đường chất hữu cơ, chất sáp, acid hữu cơ,… Đồ án kỹ thuật thực phẩm Bảng 1: Thành phần hóa học mía nước mía(1) Ngun liệu Mía Nước mía Thành phần Hàm lượng (%) Nước 70-75 Đường 9-15 Xơ 10-16 Đường Khử 0.01-2 Chất không đường khác 1-3 Chất rắn hòa tan 100 Phần đường 75-92 Sacaroza 70-88 Glucoza 2-4 Fructoza 2-4 Các loại muối 3-7,5 Muối acid vô 1,5-4,5 Muối acid hữu 1-3 Acid hữu tự 0,5-2,5 Anbumin 0,5-0,6 Tinh bột 0,050 Chất keo 0,3-0,6 Chất béo, sáp mía 0,05-0,15 Chất không đường chưa xác định 3-5 1.1.3 Sơ lược saccarozo Loại đường phổ biến nhất, có nhiều loại động vật, thực vật Ví dụ: có nhiều loại thực vật: mía, củ cải đường, nốt… 1.1.3.1 Tính chất vật lý đường saccaroze Saccaroze tinh thể khơng màu, có vị ngọt, dễ tan nước, đặc biệt tan nhiều nước nóng (1) Trang 13, cơng nghệ đường mía, PGS Nguyễn Ngộ 10 Đồ án kỹ thuật thực phẩm PHẦN 4: TÍNH TỐN CƠ KHÍ 4.1 Bề dày buồng đốt - Thân hình trụ phận chủ yếu để tạo thành thiết bị hóa chất Ở ta chọn loại thân hình trụ hàn (thường dùng với thiết bị làm việc áp suất thấp trung bình), vật liệu thép bền, khơng rỉ chịu nhiệt Chiều dày thân hình trụ hàn xác định theo công thức sau: S= Dt P 2.⌈σ⌉.φ−P + C (m)(78) Trong đó: Dt: đường kính buồng đốt (m) Dt = 1,32 m φ: hệ số bền thành hình trụ theo phương dọc C: hệ số bổ sung ăn mòn, bào mòn dung sai chiều dày (m) P: áp suất thiết bị (N/m2).[σ]: Ứng suất vật liệu (N/m2) [σ]: Ứng suất vật liệu (N/m2) o σk = 450.106 N/m2 o σc = 240.106 N/m2 Áp suất thiết bị (P): Nếu môi trường hốn hợp lỏng – áp suất làm việc tổng áp suất Phđ áp suất thủy tĩnh P1 P = Phđ + p1 o o o o Phđ = 2,025 at = 205132,5 N/m2 P1 = g.ρ1.H1 (N/m2)(79) g: gia tốc trọng trường (m/s2), g = 9,81 m/s2 ρ1: khối lượng riêng chất lỏng (kg/m3), ρ1 = 984,1 kg/m3 o H1: Chiều cao cột chất lỏng (m), H1 = 1,5 m P1 = 9,81×984,1×1,5 = 14481,03 (N/m2) P = Phđ + P1 = 205132,5 + 14479,03 = 219613,53 N/m2 Ứng suất cho phép thép theo giới hạn bền kéo: [𝜎𝑘 ] = σk nk × (80) Ứng suất cho phép thép theo giới hạn chảy [𝜎𝑐 ] = σc nc × (81) (78) Cơng thức XIII.8, Trang 360, Sổ tay trình thiết bị cơng nghệ hóa chất tập 2, TS Trần Xoa, PGs TS Nguyễn Trọng Khuông (79) Công thức XIII.10, Trang 360, Sổ tay q trình thiết bị cơng nghệ hóa chất tập 2, TS Trần Xoa, PGs TS Nguyễn Trọng Khuông (80) Công thức XIII.1, Trang 355, Sổ tay trình thiết bị cơng nghệ hóa chất tập 2, TS Trần Xoa, PGs TS Nguyễn Trọng Khuông (81) Công thức XIII.2, Trang 355, Sổ tay trình thiết bị cơng nghệ hóa chất tập 2, TS Trần Xoa, PGs TS Nguyễn Trọng Khuông 47 Đồ án kỹ thuật thực phẩm Với: σk, σc: ứng suất cho phép theo giới hạn bền giới hạn chảy nk, nc: hệ số an toàn bền theo giới hạn kéo giới hạn chảy, nk = 2,6 , nc = 1,5(82) Thiết bị thuộc nhóm 2, loại II, η = 1(83) [𝜎𝑘 ] = [𝜎𝑐 ] = 450×106 2,6 240×106 1,5 ×1 = 173 × 106 N/m2 ×1 = = 160 × 106 N/m2 Trong giá trị ta lấy giá trị bé để tính tốn tiếp (σ = 160.106 N/m2) Hệ số bền mối hàn 𝜑ℎ = 0,95(84) Khi đó: σc P × φh = 160×106 219613,53 × 0,95 = 692,12 > 50 Do ta bỏ qua đại lượng P mẫu cơng thức Khi chiều dài thân thiết bị tính cơng thức: S= Dt p 2.⌈σ⌉.φh +C Đại lượng bổ sung C phụ thuộc độ ăn mòn, độ bào mòn dung sai chiều dày xác định: C = C1 + C2 + C3 (m)(85) Trong đó: o C1: bổ sung ăn mòn, xuất phát từ điều kiện ăn mịn vật liệu mơi trường thời gian làm việc thiết bị (m) Đối với vật liệu bền (0,05 ÷ 0,1 mm/năm) ta lấy C1 = mm (tính theo thời gian làm việc từ 15 ÷ 20 năm) o C2: đại lượng bổ sung hao mịn Đa số trường hợp tính tốn thiết bị hóa chất bỏ qua C2 (C2 = 0) o C3: đại lượng bổ sung dung sai chiều dày, phụ thuộc vào chiều dày vật liệu C3 = 0,8(86) C = + + 0,8 = 1,8 (mm) = 1,8.10-3 (m) Bề dày buồng đốt: S= Dt p 2.⌈σ⌉.φh +C= 1,23×219613,53 2×160×106 ×0,95 + 1,8 × 10−3 = 2,7× 10−3 m Chọn S = (mm) (lấy tròn S theo tiêu chuẩn loại thép) (82) Tra bảng XIII.3, Trang 356, Sổ tay trình thiết bị cơng nghệ hóa chất tập 2, TS Trần Xoa,PGs TS Nguyễn Trọng Khuông (83) Theo bảng XIII.2, Trang 356, Sổ tay q trình thiết bị cơng nghệ hóa chất tập 2, TS Trần Xoa, PGs TS Nguyễn Trọng Khuông (84) Bảng XIII.8, Trang 362, Sổ tay trình thiết bị cơng nghệ hóa chất tập 2, TS Trần Xoa, PGs TS Nguyễn Trọng Khuông (85) Công thức XIII.17, Trang 363, Sổ tay q trình thiết bị cơng nghệ hóa chất tập 2, TS Trần Xoa, PGs TS Nguyễn Trọng Khuông (86) Tra bảng XIII.9, Trang 364, Sổ tay q trình thiết bị cơng nghệ hóa chất tập 2, TS Trần Xoa, PGs TS Nguyễn Trọng Khuông 48 Đồ án kỹ thuật thực phẩm - Kiểm tra ứng suất thành theo áp suất thử (dùng nước) Áp suất thử tính tốn Po xác định sau: Po = Pth + P1 (87) - o Pth: áp suất thủy lực (N/m2) Ta có: P.10-6 = 219613,53 10-6 N/m2 (0,07 0,5)(88) Pth = 1,5.P = 1,5.219613,53 = 329420,3 (N/m2) o P1: áp suất thủy tĩnh nước (N/m2) P1 = Ptt = 14481.03 (N/m2) o P0 = Pth + P1 = 329420.3+ 14481.03 = 343901.33(N/m2) Kiểm tra ứng suất thành theo áp suất thử công thức: σ= [Dt +( S−C)].P0 2.(S−C).φ ≤ σc 1,2 (N/m2) (85) Dt = Gtbđ = 1,3m S = 4mm = 4.10-3m C = 1,8.10-3m φ = 0.95 P0 = 343901.33 N/m2 σ = [1,3 + ( 4×10−3 −1,8×10−3 )]×343901,33 2×(4×10−3 −1,8×10−3 )×0,95 = 107135959 N/m2 ≤ 1,33 × 108 (89) Vậy ta chọn bề dày buồng đốt S = 4mm hợp lý 4.2 Bề dày buồng bốc - Đối với thiết bị thành mỏng làm việc chịu áp suất hay chân khơng thành bị nén vào bên Để tránh tượng ta cần gia cơng dạng hình trụ thật xác Thiết bị làm việc chịu áp suất ứng với điều kiện sau: - ≤ L D ≤ 8(90) Trong đó: L: chiều dài tính tốn (chiều cao) buồng bốc (m), L = H = 2,5 m D: đường kính thiết bị (m), thiết bị mà đường kính sở đường kính D = Dt = 1,7 m ( Pn Et L × ) 0,4 ≤ 0,523(91) D o Pn: áp suất (N/m2), Pn = Pkq = 101325 N/m2 o ET: mô-đun đàn hồi nhiệt độ T thành (T = Tht = 50oC), E50=185×109 (87) Cơng thức XIII.27, Trang 366, Sổ tay q trình thiết bị cơng nghệ hóa chất tập 2, TS Trần Xoa, PGs TS Nguyễn Trọng Khuông (88) Tra bảng XIII.5, Trang 358, Sổ tay q trình thiết bị cơng nghệ hóa chất tập 2, TS Trần Xoa, PGs TS Nguyễn Trọng Khuông (89) Cơng thức XIII.26, Trang 365, Sổ tay q trình thiết bị cơng nghệ hóa chất tập 2, TS Trần Xoa, PGs TS Nguyễn Trọng Khuông (90) Công thức XIII.30, Trang 370, Sổ tay trình thiết bị cơng nghệ hóa chất tập 2, TS Trần Xoa, PGs TS Nguyễn Trọng Khuông (91) Công thức XIII.31, Trang 370, Sổ tay q trình thiết bị cơng nghệ hóa chất tập 2, TS Trần Xoa, PGs TS Nguyễn Trọng Khuông 49 Đồ án kỹ thuật thực phẩm 101325 2,5 (185×109 × 1,7) 0,4 = 3,65× 10−3 ≤ 0,523 Vì thỏa mãn điều kiện nên ta tính chiều dày buồng P L bốc theo cơng thức: S = 1,25D × ( nt × ) 0,4 + C (m)(92) E D −3 S = 1,25×1,7×3,65× 10 + 1,8.10-3 = 10× 10−3 m chọn chiều dày buồng bốc 10mm 4.3 Nắp thiết bị - Chọn nắp elip có gờ, vật liệu thép khơng rỉ, bền chịu nhiệt Đường kính buồng bốc: Dt = Dbb = 1,58 m = 1580 mm Chiều dày: S = mm hb = 0,25.Dt = 0,25.1580 mm = 395 mm Chiều cao gờ: h = 25 mm Khối lượng nắp: mnắp = 179.8 kg(93) Hình 1: Nắp thiết bị 4.4 Đáy thiết bị - Chọn đáy elip có gờ, vật liệu thép khơng rỉ, bền chịu nhiệt Đường kính thân buồng đốt: Dt = Dtbd = 1,3 m = 1300 mm Chiều dày: S = mm hB = 0,25.Dtbd = 0,25×1300 = 325 mm Chiều cao gờ h = 25 mm Khối lượng đáy: mđáy = 123 kg(94) Hình 2: Đáy thiết bị (92) Công thức XIII.32, Trang 370, Sổ tay q trình thiết bị cơng nghệ hóa chất tập 2, TS Trần Xoa, PGs TS Nguyễn Trọng Khuông (93) Tra bảng XIII.11, Trang 384, Sổ tay trình thiết bị cơng nghệ hóa chất tập 2, TS Trần Xoa, PGs TS Nguyễn Trọng Khuông (94) Tra bảng XIII.11, Trang 384, Sổ tay trình thiết bị cơng nghệ hóa chất tập 2, TS Trần Xoa, PGs TS Nguyễn Trọng Khuông 50 Đồ án kỹ thuật thực phẩm 4.5 Xác định chi tiết mối ghép bích - - - Mặt bích phận quan trọng dùng để nối phần thiết bị, nối phận khác thiết bị Chọn bích liền thép không rỉ, bền chịu nhiệt để nối thiết bị Chọn mặt bích kiểu để nối thân thiết bị với nắp đáy Dựa vào áp suất làm việc đường kính thiết bị, ứng với kích thước buồng đốt, buồng bốc, chọn kích thước mặt bích sau: Áp suất đốt: P = 2,025 at = 205132,5 N/m2 Chọn áp suất làm việc thiết bị: P = 0,1×106 N/m2 Bảng 1: Xác định chi tiết mối ghép bích(95) Kích thước (mm) Áp suất làm việc P.106 (N/m2) Dt(mm) 0,1 Bích Bulong D Db Dt D0 db Z (cái) Kiểu H (mm) 1300 1440 1390 1360 1313 M20 28 22 2000 2141 2090 2060 2015 M20 44 32 Hình 3: Mối ghép bích - D: đường kính bích (mm) Db: đường kính bulơng đối xứng (mm) Dt: Đường kính vịng đệm (mm) Do: đường kính phơi (mm) Db: đường kính bulơng Z: số bulơng (cái) (95) Tra bảng XIII.27, Trang 421, Sổ tay trình thiết bị cơng nghệ hóa chất tập 2, TS Trần Xoa, PGs TS Nguyễn Trọng Khuông 51 Đồ án kỹ thuật thực phẩm 4.6 Bề dày vĩ ống - Buồng đốt có vĩ ống, chọn vật liệu làm vĩ ống thép bền không rỉ chịu nhiệt Chọn phương pháp gắn ống truyền nhiệt vào vĩ ống phương pháp nong ống Để đám bảo tính chắn mối nong bề dày tối thiểu tính theo công - thức: Smin = n + (mm) Với dn = 42,164 mm - d Smin = - 42,164 + = 10,27 (mm) Để giữ nguyên hình dạng ống sau nong, cần đảm bảo tiết diện dọc giới hạn hai thành lỗ gần fm phải lớn fmin (tiết diện nhỏ cho phép) fm = Sv.(t − dv) ≥ fmin fmin phụ thuộc vào đường kính ngồi ống theo công thức: fmin = 5dv dv: đường kính lổ vĩ ống (mm), dv = dn + 1= 42.164 + 1= 43.164 mm t: bước ống (m), t = 1.4dn = 1.4 × 42.164 = 59.03 mm fmin = 5×43.164 = 215.82mm Khi đó: Sv ≥ 𝑓𝑚𝑖𝑛 𝑡− dv = Chọn bề dày Sv = 14 mm 215,82 59,03−43,164 = 13,6 m 52 Đồ án kỹ thuật thực phẩm 4.7 Khối lượng phận thiết bị 4.7.1 Khối lượng buồng đốt 4.7.1.1 Khối lượng thân buồng đốt 𝑑𝑛𝑔 ) Công thức: mtbđ = 𝜋.[( 𝑑 − ( 𝑡 )2 ].H.𝜌 (kg) Trong đó: - dt: đường kính thân buồng đốt (m), dt = 1,3 m - dng: đường kính ngồi thân buồng đốt (m) - dng = dt + 2.S = 1,3 +2×4×10-3 = 1,308 m - ρ: khối lượng riêng thép (kg/m3), ρ = 7850 kg/m3(96) - H: chiều cao thân buồng đốt (m), H = m mtbđ = 𝜋 × [( 1,038 ) 1,3 − ( )2 ] × × 7850 = 128,6 kg 4.7.1.2 Khối lượng ống dẫn đốt ống truyền nhiệt mo = m1 + m2 (kg) 𝑑 𝑑 m1 = 𝑛 𝜋.[( 𝑛 )2 − ( 𝑡)2 ].H.𝜌 (kg) m2 = 𝜋.[( 𝑑𝑛𝑔 2 ) − 𝑑ℎđ ( ) ].H.𝜌 (kg) Trong đó: - mo: khối lượng ống dẫn đốt ống truyền nhiệt (kg) - m1: khối lượng ống truyền nhiệt (kg) - m2: khối lượng ống dẫn đốt (kg) - n: số lượng ống truyền nhiệt, n = 324 ống - H: chiều cao ống truyền nhiệt (m), H = m - ρ: khối lượng riêng thép (kg/m3), ρ = 7850 (kg/m3) - dn: đường kính ngồi ống truyền nhiệt (m), dng = 42,164×10-3 m - dt: đường kính ống truyền nhiệt (m), dt = 35,052×10-3 m - dng: đường kính ngồi ống dẫn đốt (m), dng = 168,275×10-3 m - dhđ: đường kính ống dẫn đốt (m), dhd = 154,051×10-3 m - Tính tốn: m1 = 324 × 𝜋 × [( m2 = 𝜋 × [( 42,164×10−3 ) 168,275×10−3 )2 − ( − ( 35,052×10−3 ) ] 154,051×10−3 × × 7850 = 1096,44 (kg) )2 ] × × 7850 = 28,25 (kg) mo = 1096,44 + 28,25 = 1124,7 (kg) (96) Tra bảng XIII.7, Trang 313, Sổ tay trình thiết bị cơng nghệ hóa chất tập 2, TS Trần Xoa, PGs TS Nguyễn Trọng Khuông 53 Đồ án kỹ thuật thực phẩm 4.7.1.3 Khối lượng đáy hình elip có gờ - Đường kính buồng đốt: Dt = 1230 mm - Chiều dày: S = mm - Chiều cao gờ: h = 25mm mđáy = 106 kg(97) 4.7.1.4 Khối lượng dung dịch buồng đốt mdd = 1240 kg, tức lượng nhập liệu lớn giai đoạn 4.7.1.5 Khối lượng hai vĩ ống buồng đốt Công thức: D d 2 mv = 2.[( v )2 𝜋 Sv − ( n) 𝜋 𝑆𝑑 𝑛].𝜌 − [( dng 2 ) 𝜋 Sth ].𝜌 (kg) Trong đó: - Dv: đường kính vĩ ống (m), Dv = 1,23m - Sv: Bề dày vĩ ống (m), Sv = 0,014m - dng: đường kính ngồi ống truyền nhiệt (m), dn = 42,164×10-3 m - Sd: bề dày ống truyền nhiệt (m), Sd = 3,556×10-3 m - n: tổng số ống truyền nhiệt, n = 324 ống - ρ: khối lượng riêng vật liệu làm vĩ ống (kg/m3), ρ = 7850 kg/m3 - dng: đường kính ngồi ống dẫn đốt (m),dng = 168,275×10-3 m - Sth: bề dày ống dẫn đốt (m), Sth = 7,112×10-3 m mv = 2× [( 1,23 ) 42,164×10−3 × 𝜋 × 0,014 − ( 168,275×10−3 10−3 × 324] × 7850 − [( 2 2 ) × 𝜋 × 42,164 × ) × 𝜋 × 7,112 × 10−3 ] × 7850 = 234,6 kg 4.7.1.6 Khối lượng nước ngưng Công thức: mng = Vtrụ.𝜌𝑛 Trong đó: - - Chọn h = 100 mm = 0,1 m Nhiệt độ ngưng tụ: Tngt = Thđ = 120oC Khối lượng riêng nước nhiệt độ ngưng tụ: ρn = 943,1 kg/m3(98) Đường kính buồng đốt: Dt = 1,23 m => r = 0,615 m Thể tích hình trụ: Vtrụ = π.r2.h = π×0,6152×0,1 = 0,12 (m3) Khối lượng nước ngưng tụ: mng = Vtrụ.ρn = 0,12×943,1 = 113 (kg) (97) Tra bảng XIII.11, Trang 384, Sổ tay q trình thiết bị cơng nghệ hóa chất tập 2, TS Trần Xoa, PGs TS Nguyễn Trọng Khuông (98) Tra bảng I.249, Trang 310, Sổ tay trình thiết bị cơng nghệ hóa chất tập 1, TS Trần Xoa, PGs TS Nguyễn Trọng Khuông 54 Đồ án kỹ thuật thực phẩm 4.7.1.7 Khối lượng buồng đốt mbđ = mtbđ + + mo+ mđáy + mdd + mv + mng = 128.6 + 1124,7 + 106 + 1240 + 234,6 + 113 = 2946,84 kg 4.7.2 Khối lượng buồng bốc 4.7.2.1 Khối lượng thân buồng bốc d d Công thức: mtbb = 𝜋.[( n ) − ( t) ].H.𝜌 (kg) 2 Trong đó: - dt: đường kính thân buồng bốc (m), dt = 1,7 m - dn: đường kính ngồi thân buồng bốc (m) dn = dt + 2.S = 1,7 + 2×10×10-3 = 1.72 (m) - ρ: khối lượng riêng thép (kg/m3), ρ = 7850 kg/m3 (99) - H: Chiều cao thân buồng bốc (m), H = 2,5 m 2 1,7 ) − ( ) ] × 2,5 × 7850 = 1053,74 (kg) mtbb = 𝜋 × [(1,72 2 4.7.2.2 Khối lượng nắp buồng bốc - Dựa vào đường kính buồng bốc Dbb = 1,7 m - Chọn nắp elip có độ dày: δ = mm - Khi đó, khối lượng nắp: mnắp = 207 kg(100) 4.7.2.3 Khối lượng thứ - Công thức: mht = V. - Nhiệt độ thứ: Tht = 50oC suy ρ = 0,083 (kg/m3)(101) - Không gian bốc hơi: h = Hkgh = m - Đường kính buồng bốc: Dbb = 1,7 m => r = 0,85 m - Thể tích khơng gian hơi: V = π.r2.h = π×0,852×2 = 4,5 (m2) - Khối lượng thứ: mht = V.ρ = 4,5×0,083 = 0,4 (kg) 4.7.2.4 Khối lượng buồng bốc mbb = mtbb + mnắp + mht = 1053,74 kg + 207 kg + 0,4 kg = 1261,1 kg 4.7.3 Khối lượng toàn thiết bị M = mbđ + mbb = 2946,84 + 1261,1= 4207,97 kg 4.7.4 Tai treo thiết bị - Trọng lực cực đại thiết bị: Gmax = 9,81.M = 9,81×4207,97 = 41280,14 N - Tải trọng cho phép tác dụng lên tai treo: G - 41280,14 G = max = = 10320,03 N 4 Chọn bề mặt đổ bê tông, tải trọng riêng trung bình bề đỡ là: N/m2 (102) (99) Tra bảng XIII.7, Trang 313, Sổ tay trình thiết bị cơng nghệ hóa chất tập 2, TS Trần Xoa, PGs TS Nguyễn Trọng Khuông (100) Tra bảng XIII.11, Trang 384, Sổ tay trình thiết bị cơng nghệ hóa chất tập 2, TS Trần Xoa, PGs TS Nguyễn Trọng Khuông (101) Tra bảng I.250, Trang 312, Sổ tay q trình thiết bị cơng nghệ hóa chất tập 1, TS Trần Xoa, PGs TS Nguyễn Trọng Khuông (102) Tra bảng XIII.34, Trang 436, Sổ tay trình thiết bị cơng nghệ hóa chất tập 2, TS Trần Xoa, PGs TS Nguyễn Trọng Khuông 55 Đồ án kỹ thuật thực phẩm - Diện tích đỡ là: F= Gmax q = 10320,03 2×106 = 206,4× 10−4 m2 Bảng 2: Chọn loại tai treo buồng đốt thẳng đứng có kích thước(103) Thơng số Kích thước (mm) Tải trọng cho phép tai treo (N) 2.5×104 Bề mặt đỡ F (m2) 173×104 Tải trọng cho phép lên bề mặt đỡ q, N.m2 1.45×104 L 150 B 120 B1 130 H 215 S L 60 a 20 d 30 Khối lượng tai treo (kg) 3.48 4.8 Một số thiết bị chi tiết khác 4.8.1 Chọn vào vệ sinh cửa sữa chữa - Cửa có đường kính 600mm - Tại ống dẫn chọn bulơng M20 (TCVN), 20 - Bulong ghép nắp vào thân M20: 40 - Bulong ghép đáy vào thân M20: 32 4.8.2 Kính quan sát Lắp ghép vào thiết bị kính thủy tính dày 10mm, có đường kính 200mm Đặt kính hai mặt bích, kính dùng vít kiểu M10 để ghép vào thân thiết bị Để đảm bảo kín, hai mặt bích kính có lớp đệm amiang dày 3mm 4.8.3 Đệm làm kín - Vật liệu làm đệm phải mềm vật liệu làm bích - Khi siết bulong đệm bị biến dạng Chọn đệm phụ thuộc nhiệt độ, ánh sáng tính chất mơi trường - Đệm cần đảm bảo đủ độ dẻo, dễ bị biến dạng nén, thời gian làm việc độ dẻo không bị biến dạng, bền mơi trường ăn mịn - Chọn đệm carton amiang phẳng, có chiều dày S = 3mm 4.8.4 Nồi cô đặc làm việc nhiệt độ cao - Để đảm bảo cho công nhân làm việc không bị mệt, ngột ngạt nóng ta phải dùng chiết tách nhiệt amiang sợi có hệ số dẫn nhiệt (103) Tra bảng XIII.36, Trang 438, Sổ tay q trình thiết bị cơng nghệ hóa chất tập 2, TS Trần Xoa, PGs TS Nguyễn Trọng Khuông 56 Đồ án kỹ thuật thực phẩm - thấp Hệ số đẫn nhiệt chúng : λ = 0.279 W/m.độ λ = 0.1115 W/m.độ Do đó, ta làm lớp cách nhiệt với chiều dày khoảng 100mm, để giữ nhiệt xung quanh khơng lớn 400C 57 Đồ án kỹ thuật thực phẩm PHẦN 5: TỔNG KẾT KÍCH THƯỚC CÁC THIẾT BỊ TÍNH TỐN Bảng 1: Một số thơng số kích thước thiết bị Thơng số Kích thước (mm) Đường kính buồng bốc 1580 Chiều cao buồng bốc 2500 Đường kính ống dẫn đốt (ngồi/trong) 168,275/146.329 Đường kính buồng đốt 1230 Đường kính thân buồng đốt 1300 Khoảnh vành khăn tuần hồn 35 Đường kính ống nhấp liệu (ngồi/trong) 42,164/32.642 Đường kính ống tháo sản phẩm (ngồi/trong) 26,67/18.846 Đường kính ống dẫn thứ (ngồi/trong) 219,075/193.675 Đường kính ống tháo nước ngưng (ngồi/trong) 33,401/24.307 Đường kính ống tháo khơng khí ngưng (ngồi/trong) 73,025/59.005 Đường kính ống truyền nhiệt (ngồi/trong) 42,164/32.642 THIẾT BỊ NGƯNG TỤ BAROMET Thơng số Kích thước (mm) Đường kính thiết bị 500 Chiều rộng ngăn hình viên phân 300 Chiều cao gờ cạnh ngăn 40 Chiều dày ngăn Chiều cao thiết bị ngưng tụ 3000 Đường kính ống baromet 125 Chiều cao ống baromet 11000 TÍNH TỐN CƠ KHÍ Bề dày buồng đốt Bề dày buồng bốc 10 Bề dày vĩ ống 14 Chiều dày gờ (đáy, nắp) Chiều cao gờ (đáy, nắp) 25 DIỆN TÍCH BỀ MẶT TRUYỀN NHIỆT Diện tích bề mặt truyền nhiệt thực tế F = 29.97 m2 SỐ ỐNG TRUYỀN NHIỆT 58 Đồ án kỹ thuật thực phẩm Số ống truyền nhiệt thực tế 294 ống Số ống truyền nhiệt chuẩn 301 ống Số ống truyền nhiệt lắp đặt 294 ống Bảng 2: Kích thước thiết bị ngưng tụ Baromet Chiều dày thành thiết bị Kích thước S=5 Khoảng cách từ ngăn đến nắp thiết bị a = 1300 Khoảng cách từ ngăn đến đáy thiết bị P = 1200 Bề rộng ngăn b = 300 Khoảng cách ngăn thiết bị ngưng tụ với thiết bị thu hồi K1 = 675 Chiều cao hệ thống thiết bị H = 4300 Chiều rộng hệ thống thiết bị T = 1300 Đường kính thiết bị thu hồi D1 = 400 Chiều cao thiết bị thu hồi h = 1440 Thông số a1 = 220 a2 = 260 a3 = 320 Khoảng cách ngăn Đường kính cửa vào Hơi vào d1 = 300 Nước vào d2 = 100 Hỗn hợp khí d3 = 80 Nối với ống baromet d4 = 125 Hỗn hợp khí vào thiết bị thu hồi d5 = 80 Hỗn hợp khí khỏi thiết bị thu hồi d6 = 50 Nối từ thiết bị thu hồi đến ống baromet d7 = 50 Bảng 3: Xác định chi tiết mối ghép bích Áp suất làm việc P.106 (N/m2) 0.1 Kích thước (mm) Dt(mm) Bích Bulong D Db Dt D0 1300 1440 1390 1360 2000 2141 2090 2060 Kiểu H (mm) 28 22 44 32 db Z (cái) 1313 M20 2015 M20 59 Đồ án kỹ thuật thực phẩm PHẦN 6: TÀI LIỆU THAM KHẢO Cơng nghệ mía đường, PGS Nguyễn Ngộ, NXB Bách Khoa Hà Nội, Hà Nội Sổ tay q trình thiết bị cơng nghệ hóa chất tập 1, TS Trần Xoa, PGs.TS Nguyễn Trọng Khuông, KS Hồ Lê Viên, NXB Khoa học Kỹ thuật Hà Nội Sổ tay trình thiết bị cơng nghệ hóa chất tập 2, TS Trần Xoa, PGs.TS Nguyễn Trọng Khuông, KS Hồ Lê Viên, NXB Khoa học Kỹ thuật Hà Nội Các trình thiết bị cơng nghệ hóa chất thực phẩm, tập 3, Phạm Xuân Toản, NXB Khoa học Kỹ thuật Hà Nội Sổ tay thiết kế thiết bị hóa chất chế biến thực phẩm đa dụng TS.Phan Văn Thơm, Trường Đại học Cần Thơ, năm 1992 Các trang web: http://www.sugartech.co.za/ https://www-engineeringtoolbox-c 60 Đồ án kỹ thuật thực phẩm 61