Thiết kế và tính toán phân xưởng cô đặc 2 nồi xuôi chiều thiết bị cô đặc tuần hoàn trung tâm cô đặc dung dịch đường

Với những đóng góp quan trọng đó,công nghiệp mía đường ngày càng quan trọng đối với việc mở rộng sản xuất,đổi mới công nghệ để đáp ứng nhu cầu ngày càng cao về sản lượng.Để một quy

lOMoARcPSD|39269578 TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI KHOA CÔNG NGHỆ HÓA HỌC ======o0o====== ĐỒ ÁN MÔN HỌC CHUYÊN NGÀNH CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM ĐỀ TÀI: THIẾT KẾ VÀ TÍNH TOÁN PHÂN XƯỞNG CÔ ĐẶC 2 NỒI XUÔI CHIỀU THIẾT BỊ CÔ ĐẶC TUẦN HOÀN TRUNG TÂM CÔ ĐẶC DUNG DỊCH ĐƯỜNG Giáo viên hướng dẫn : Nguyễn Thế Hữu Nguyễn Việt Dũng Sinh viên thực hiện : ĐHCNTP1 – K14 Lớp : Hà Nội, năm 2022 1 Downloaded by SAU SAU (saudinh1@gmail.com) lOMoARcPSD|39269578 LỜI MỞ ĐẦU Ngày nay,cùng với sự phát triển của đất nước và khoa học kỹ thuật,các ngành khoa học kỹ thuật,các ngành công nghiệp nói chung và ngành công nghệ thực phẩm nói riêng đang khẳng định vị thế chủ lực của mình trong nền kinh tế nước nhà.Trong đó ngành công nghiệp mía đường có vai trò quan trọng đối với nền kinh tế đất nước cũng như đáp ứng nhu cầu ngày càng cao của người tiêu dùng.Bên cạnh cung cấp nguồn dinh dưỡng cho con người đường có vai trò quan trọng trong nhiều ngành khác như bánh kẹo,dược,hóa học… Với những đóng góp quan trọng đó,công nghiệp mía đường ngày càng quan trọng đối với việc mở rộng sản xuất,đổi mới công nghệ để đáp ứng nhu cầu ngày càng cao về sản lượng Để một quy trình sản xuất đạt hiệu quả tối ưu nhất về mặt chất lượng cũng như năng suất thì việc cải tiến thiết bị sản xuất đóng vai trò quan trọng.Trong một quy trình sản xuất đường,thiết bị cô đặc là một trong những thiết bị chính đóng vai trò quan trọng,việc tính toán các thông số cũng như lựa chọn thiết bị cô đặc cần phải chính xác,phù hợp với yêu cầu của nhà sản xuất Để bước đầu làm quen với công việc của một kỹ sư công nghệ thực phẩm là thiết kế một thiết bị hay một phân xưởng thực hiện một nhiệm vụ trong sản xuất em được nhận đồ án môn học chuyên ngành Công nghệ thực phẩm.Việc thực hiện đồ án là điều rất có ích cho mỗi sinh viên trong việc từng bước tiếp cận với việc thực tiễn Mỗi sinh viên sẽ tự thiết kế một thiết bị , hệ thống thiết bị thực hiện một nhiệm vụ kĩ thuật có giới hạn trong quá trình công nghệ Qua việc làm đồ án môn học này, mỗi sinh viên phải biết cách sử dụng tài liệu trong việc tra cứu ,vận dụng đúng những kiến thức, quy định trong tính toán và thiết kế, tự nâng cao kĩ năng trình bày bản thiết kế theo văn bản khoa học và nhìn nhận vấn đề một cách có hệ thống 2 Downloaded by SAU SAU (saudinh1@gmail.com) lOMoARcPSD|39269578 CHƯƠNG 1 : TỔNG QUAN 1.1 GIỚI THIỆU CHUNG Đường là một hợp chất ở dạng tinh thể, có thể ăn được Các loại đường chính là sucrose, lactose, và fructose Vị giác của con người xem vị của nó là ngọt Đường là một loại thức ăn cơ bản chứa carbonhydrate lấy từ đường mía hoặc củ cải đường, nhưng nó cũng có trong trái cây, mật ong và trong nhiều nguồn mía để lấy chất ngọt Hình 1.1 Các loại đường trong thực phẩm Người Ấn Độ khám phá ra cách tạo tinh thể đường khoảng vào triều đại Gupta năm 350, trong cuộc cách mạng nông nghiệp hồi giáo, các công ty Ả rập đã thực hiện kỹ thuật sản xuất đường của Ấn Độ và sau đó điều chỉnh và biến nó thành một ngành công nghiệp lớn Ả Rập đã thành lập nhà máy đường và đồn điền lớn nhất đầu tiên Việc sử dụng đường và sản xuất đường đã trờ nên phổ biến trên khắp thế giới bắt đầu từ Châu Á sang Châu Phi, Châu Âu và dần đến Châu Mỹ Người ta sử dụng đường như một gia vị tạo mùi cho thức ăn khi chế biến như kẹo, mứt, các món tráng miệng và nhiều ứng dụng khác nữa Ở nước ta việc sản xuất đường đã diễn ra khá lâu, ngành công nghiệp đường đã phát triển không ngừng từ việc tăng diện tích trồng mía đến việc tăng các nhà máy sản xuất đường, nhưng việc sản xuất đường vẫn ở qui mô nhỏ và thiết bị chưa tiên tiến nên việc cải tiến sản xuất và nâng cao, mở rộng nhà máy, đổi mới dây chuyền 3 Downloaded by SAU SAU (saudinh1@gmail.com) lOMoARcPSD|39269578 thiết bị công nghiệp, tăng hiệu quả các quá trình là hết sức cần thiết Trong đó, cải tiến thiết bị cô đặc là khá quan trọng Ngày nay một nhà máy sản xuất đường cỡ lớn khoảng 1500 tấn một ngày cần một nguồn nhân lực thường xuyên khoảng 150 người để sản xuất liên tục 24 giờ 1.2 ĐẶC TÍNH CỦA NGUYÊN LIỆU 1.2.1 Đặc điểm của nguyên liệu Nguyên liệu ở đây ta sử dụng là dung dịch đường mía gồm nước là dung môi và saccarozo hòa tan, các cấu tử này xem như khó bay hơi trong quá trình cô đặc Hình 1.2 Đường saccaozo 1.2.2 Tính chấtấ hóa lý của đường mía - Tính chất lý học Độ hoà tan: tan tốt trong nước, độ hoà tan tăng khi nhiệt độ tăng Trong dung dịch đường không tinh khiết độ hoà tan còn phụ thuộc vào những chất không đường - Độ nhớt: tỷ lệ thuận với nồng độ và tỷ lệ nghịch với nhiệt độ Độ nhớt của dung dịch đường ảnh hưởng lớn đến các quá trình lắng, lọc, kết tinh Độ nhớt tăng thì tốc độ của các quá trình đó đều giảm - Tính chất hóa học: 4 Downloaded by SAU SAU (saudinh1@gmail.com) lOMoARcPSD|39269578 • Tác dụng của axit: Dưới tác dụng xúc tác của axit, đường bị thuỷ phân thành glucoza và fructoza - Độ pH và nhiệt độ của dung dịch: pH càng thấp, nhiệt độ càng cao thì tốc độ chuyển hoá đường càng nhanh chóng - Thời gian tác dụng: thời gian phản ứng càng lâu thì tạo thành đường chuyển hoá càng nhiều • Tác dụng của kiềm: - Môi trường có pH càng lớn thì dung dịch đường bị phân huỷ càng nhiều thành aldehyt, axeton, axit hữu cơ và các tạp chất có màu vàng nâu  Tác dụng của nhiệt độ: - Dưới tác dụng của nhiệt độ >200°C dung dịch đường mất nước tạo thành các chất caramen có màu từ vàng đến nâu đen rất khó loại ra Ở nhiệt độ cao hơn nữa sẽ bị phân huỷ thành Carbon 1.2.3 Biêấn đổi nguyên liệu Biến đổi tính chất vật lý:  Hệ số dẫn nhiệt λ trong quá trình cô đặc giảm λ là đại lượng đặc trưng cho khả năng dẫn nhiệt của các vật liệu  Hệ số cấp nhiệt α trong quá trình cô đặc giảm  Nhiệt dung riêng c cũng giảm trong quá trình cô đặc c là đại lượng đo khả năng hấp thụ nhiệt của một vật  Hệ số truyền nhiệt K cũng giảm trong quá trình cô đặc K là đại lượng đặc trưng cho khả năng truyền nhiệt từ vật này tới vật khác  Khối lượng riêng dung dịch sẽ tăng trong quá trình cô đặc của dung dịch là một đặc tính về mật độ của dung dịch đó  Độ nhớt cũng tăng do quá trình cô đặc làm tăng nồng độ dung dịch đường là hệ số đại diện cho ma sát trong của dung dịch đường  Nhiệt độ sôi cũng tăng trong quá trình cô đặc.là nhiệt độ mà khi đạt tới ngưỡng đó thì chất chuyển thái từ lỏng sang hơi  Tổn thất nhiệt do nồng độ cũng tăng theo quá trình cô đặc 5 Downloaded by SAU SAU (saudinh1@gmail.com) lOMoARcPSD|39269578  Biến đổi tính chất hóa học:  Sự thay đổi pH môi trường là giảm pH do các phản ứng phân hủy amit của các cấu tử tạo thành acid  Ở đây ta sử dụng nước bình thường làm dung môi nên trong nước vẫn còn ion ít hòa tan trong quá trình cô đặc từ nồng độ thấp lên nồng độ cao làm phân hủy muối hữu cơ tạo ra kết tủa làm đóng cặn  Saccarozo nóng chảy và phân hủy ở nhiệt độ 186 °C để tạo ra caramen hóa đường làm biến đổi màu của dung dịch tạo ra tác dụng tương hỗ giữa các sản phẩm phân hủy và các aminoacid  Trong suốt quá trình cũng xảy ra sự phân hủy chất cô đặc và phân hủy một số vitamin trong dung dịch đường  Biến đổi sinh học:  Ở nhiệt độ cao có khả năng tiêu diệt các vi sinh vật 1.2.4 Yêu cấầu chấtấ lượng sản phẩm - Đảm bảo các cấu tử quý trong sản phẩm được giữ nguyên, sản phẩm có mùi,vị đặc trưng - Đạt nồng độ và độ tinh khiết yêu cầu - Thành phần hóa học chủ yếu không thay đổi 1.3 QUÁ TRÌNH CÔ ĐẶC 1.3.1 Định nghĩa - Cô đặc là phương pháp dùng để nâng cao nồng độ các chất hòa tan trong dung dịch hai hay nhiều cấu tử.Quá trình cô đặc của dung dịch lỏng -rắn hay 1ỏng - lỏng có chênh 1 hệ thống nhiệt độ cao thường được tiến hành bằng cách tách một phần dung mộ tôi (cấu tử dễ bay hơi hơn) Đó là các quá trình vật lý- hóa lý 6 Downloaded by SAU SAU (saudinh1@gmail.com) lOMoARcPSD|39269578 1.3.2 Ứng dụng của cô đặc - Người ta ứng dụng cô đặc trong sản xuất hóa chất,mỹ phẩm,dược phẩm.Mục đích để đạt được nồng độ dung dịch theo yêu cầu, hoặc đưa dung dịch đến quá bão hòa để kết tinh - Sản xuất thực phẩm: đường,mì chính,dung dịch muối CaCO3 1.3.3 Các phương pháp cô đặc - Phương pháp nhiệt: dung môi chuyển từ trạng thái lỏng sang trạng thái hơi dưới tác dụng của nhiệt khi áp suất riêng phần của nó bằng áp suất tác dụng lên mặt thoáng chất lỏng [2] - Phương pháp làm lạnh: khi hạ nhiệt độ đến một mức nào đó thì một cấu tử sẽ tách ra dạng tinh thể đơn chất tinh khiết, thường là kết tinh dung môi để tăng nồng độ chất tan Tùy tính chất cấu tử và áp suất bên ngoài tác dụng lên mặt thoáng mà quá trình kết tinh đó xảy ra ở nhiệt độ cao hay thấp và đôi khi phải dùng đến thiết bị làm lạnh - Dựa theo thuyết động học phân tử: Để tạo thành hơi (trạng thái tự do) thì tốc độ chuyển động vì nhiệt của các phân tử chất lỏng gần mặt thoáng lớn hơn tốc độ giới hạn.Phân tử khi bay hơi sẽ thu nhiệt để khắc phục lực liên kết ở trạng thái lỏng và trở lực bên ngoài Do đó, ta cần cung cấp nhiệt để các phần tử đủ năng lượng thực hiện quá trình này - Bên cạnh đó, sự bay hơi chủ yếu do các bọt khí hình thành trong quá trình cấp nhiệt và chuyên động liên tục, do chênh lệch khối lượng riêng các phần tử ở trên bề mặt và dưới đáy tạo nên sự tuần hoàn tự nhiên trong nồi cô đặc 7 Downloaded by SAU SAU (saudinh1@gmail.com) lOMoARcPSD|39269578 1.3.4 Cấấu tạo thiêất bị cô đặc Hình 1.3 Sơ đồ cô đặc 2 nồi xuôi chiều tuần hoàn trung tâm 1 Thùng chứa dung dịch, 10.Nước ngưng ra 2 Bơm, 11 Hơi thứ ra, 3 Thùng cao vị, 12.Thiết bị ngưng tụ, 4 Thiết bị gia nhiệt, 13.Bình tách lỏng, 5 Dung dịch vào, 14.Tấm ngăn, 6 Hơi đốt vào, 15.Ống Baromet, 7 Buồng bốc, 16.Bể chứa nước ngưng tụ, 8 Buồng đốt, 17.Thùng chứa sản phẩm 9 Sản phẩm ra, 8 Downloaded by SAU SAU (saudinh1@gmail.com) lOMoARcPSD|39269578 Nguyên tắc hoạt động: - Nguyên liệu đầu tiên là dung dịch đường được bơm lên thùng cao vị 3 và nhờ sự ổn định dòng chảy theo phương trình liên tục mà nguyên liệu được đưa từ từ vào thiết bị gia nhiệt 4 mà không cần bơm vẫn đảm bảo tốc độ không đổi và nhờ thiết bị này gia nhiệt đưa dung dịch đến nhiệt độ sôi Thiết bị gia nhiệt 4 là thiết bị trao đổi nhiệt dạng ống chùm có thân hình trụ, đặt đứng, bên trong gồm nhiều ống nhỏ; các đầu ống được giữ chặt trên vĩ ống và vĩ ống được hàn dính vào thân Dung dịch được bơm vào thiết bị, đi bên trong ống từ dưới lên còn hơi đốt đi bên ngoài ống Hơi đốt sau khi cấp nhiệt cho dung dịch nâng nhiệt độ của dung dịch lên đến nhiệt độ sôi sẽ ngưng tụ lại Dung dịch sau khi gia nhiệt sơ bộ được đưa vào thiết bị cô đặc thực hiện quá trình bốc hơi - Dung dịch được cô đặc ở nồi 1 tiếp tục chuyển sang nồi 2 Hơi đốt được đưa vào phòng đốt của nồi 1 để đốt nóng dung dịch trong nồi 1 Sau khi cô đặc lượng hơi thứ thoát ra ở nồi 1 sẽ dùng làm hơi đốt cho nồi 2, hơi thứ của nồi 2 sẽ đi vào thiết bị ngưng tụ 12 Dung dịch sau khi cô đặc đến nồng độ yêu cầu sẽ tháo ra ngoài theo ống tháo sản phẩm nhờ lực trọng trường - Hơi thứ và khí không ngưng thoát ra phía trên của thiết bị cô đặc được đưa vào thiết bị ngưng tụ baromet và được bơm chân không hút ra ngoài Khí không ngưng còn lại tiếp tục đi qua thiết bị tách bọt 13 Trong quá trình cô đặc lượng hơi đốt sẽ cấp nhiệt cho dung dịch nên ngưng tụ lại và được thu hồi ở cửa nước ngưng tụ 10 9 Downloaded by SAU SAU (saudinh1@gmail.com) lOMoARcPSD|39269578 CHƯƠNG 2 THUYẾT MINH QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ 2.1 DÂY CHUYỂN CÔNG NGHỆ 10 Downloaded by SAU SAU (saudinh1@gmail.com)