HIẾT KẾ HỆ THỐNG CÔ ĐẶC DUNG DỊCH ĐƯỜNG MÍA MỘT NỒI LÀM VIỆC GIÁN ĐOẠN KIỂU NỒI BUỒNG ĐỐT KIỂU TREO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ KHOA NÔNG NGHIỆP NGÀNH CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM  ĐỒ ÁN KỸ THUẬT THỰC PHẨM ĐỀ TÀI “THIẾT KẾ HỆ THỐNG CÔ ĐẶC DUNG DỊCH ĐƯỜNG MÍA MỘT NỒI LÀM VIỆC GIÁN ĐOẠN KIỂU NỒI BUỒNG ĐỐT KIỂU TREO” Giảng viên hướng dẫn Sinh viên thực hiện THS ĐOÀN ANH DŨNG Trần Thị Quế Trân MSSV: B2107462 LỚP: NN2108A3 Cần Thơ, 2023 MỤC LỤC MỤC LỤC i DANH SÁCH HÌNH iii DANH SÁCH BẢNG iv LỜI NÓI ĐẦU v Phần 1 Giới thiệu 1 1.1 Vài nét về nguyên liệu khóm .1 1.2 Quá trình cô đặc 3 1.2.1 Khái quát về quá trình cô đặc 3 1.2.2 Thiết bị cô đặc 3 1.2.3 Hệ thống cô đặc một nồi làm việc gián đoạn .4 1.2.4 Hệ thống cô đặc kiểu buồng đốt treo 6 Phần 2 Xác định kích thước thiết bị .7 2.1 Thông số yêu cầu 7 2.2 Cân bằng vật chất 7 2.3 Cân bằng nhiệt lượng cho toàn hệ thống 7 2.4 Chia nồng độ dung dịch 7 2.5 Xác định áp suất và nhiệt độ .8 2.6 Xác định nhiệt tổn thất 9 2.6.1 Tổn thất nhiệt độ do nồng độ tăng cao 9 2.6.2 Tổn thất nhiệt độ do áp suất thủy tĩnh ∆′′ 10 2.6.3 Tổn thất nhiệt độ do trở lực thủy học trên đường ống 12 2.6.4 Tổn thất chung cho toàn hệ thống cô đặc 12 2.7 Hiệu số nhiệt độ hữu ích và nhiệt độ sôi 12 2.7.1 Hiệu số nhiệt độ hữu ích 12 2.7.2 Nhiệt độ sôi của dung dịch .12 2.8 Tính toán bề mặt truyền nhiệt của buồng đốt 13 2.8.1 Tính nhiệt lượng do hơi đốt cung cấp .13 2.8.2 Hệ số truyền nhiệt K 15 2.9 Kích thước buồng bốc và buồng đốt .20 2.9.1 Kích thước buồng bốc 20 2.9.2 Kích thước buồng đốt .21 2.10 Tính đường kính các ống dẫn 24 2.10.1 Nguyên tắc chung để tính đường kính các ống dẫn 24 2.10.2 Ống nhập liệu 24 2.10.3 Ống tháo sản phẩm 25 2.10.4 Ống dẫn hơi thứ 25 2.10.5 Ống tháo nước ngưng .26 2.10.6 Ống tháo khí không ngưng .26 Phần 3 Cột ngưng tụ Baromet 28 i 3.1 Giới thiệu thiết bị 28 3.1.1 Giới thiệu sơ lược về thiết bị ngưng tụ chân cao Baromet 28 3.1.2 Cấu tạo .28 3.1.3 Nguyên lý hoạt động 28 3.2 Tính toán thiết bị .30 3.2.1 Lượng nước lạnh cần thiết để ngưng tụ 30 3.2.2 Thể tích không khí và khí không ngưng cần hút ra khỏi thiết bị ngưng tụ .30 3.3 Các kích thước chủ yếu của thiết bị ngưng tụ 31 3.3.1 Đường kính trong của thiết bị ngưng tụ baromet 31 3.3.2 Kích thước tấm ngăn 32 3.3.3 Chiều cao thiết bị ngưng tụ .32 3.3.4 Kích thước ống baromet 34 3.3.5 Đường kính các cửa ra vào của thiết bị baromet .35 Phần 4 Tính toán cơ khí .37 4.1 Bề dày buồng đốt 37 4.2 Bề dày buồng bốc 39 4.3 Nắp thiết bị .40 4.4 Đáy thiết bị .41 4.5 Xác định chi tiết mối ghép bích 41 4.6 Bề dày vĩ ống 42 4.7 Khối lượng của các bộ phận thiết bị 43 4.7.1 Khối lượng buồng đốt .43 4.7.2 Khối lượng buồng bốc 45 4.7.3 Khối lượng toàn thiết bị 45 4.7.4 Tai treo thiết bị 46 4.8 Một số chi tiết khác 46 4.8.1 Chọn cửa vào vệ sinh và cửa sửa chữa .46 4.8.2 Kính quan sát 47 4.8.3 Đệm làm kính 47 4.8.4 Nồi cô đặc làm việc ở nhiệt độ cao 47 Phần 5 Tổng kết kích thước các thiết bị tính toán 48 Phần 6 Tài liệu tham khảo 50 ii DANH SÁCH HÌNH Hình 1.1 Sơ đồ hệ thống cô đặc một nồi 5 Hình 1.2 Thiết bị cô đặc buồng đốt treo 6 Hình 2.1 Đồ thị biểu diễn sự biến đổi nhiệt độ của hơi đốt và dung dịch .10 Hình 2.2 Hệ thống sơ đồ nhiệt .13 Hình 2.3 Truyền nhiệt qua chiều dày ống 15 Hình 2.4 Tiết diện ngang của khoảng vành khăn tuần hoàn 23 Hình 3.1 Mô hình thiết bị ngưng tụ Baromet .29 Hình 3.2 Cấu tạo thiết bị ngưng tụ chân cao Baromet 36 Hình 4.1 Nắp thiết bị 40 Hình 4.2 Đáy thiết bị 41 Hình 4.3 Mối ghép bích .42 DANH SÁCH BẢNG Bảng 1.1 Thành phần hóa học của mía và đường mía 2 Bảng 2.1 Tính toán các giá trị khi chia giai đoạn nhập liệu 8 Bảng 2.2 Tổn thất nhiệt độ do nồng độ tăng cao ở các nồng độ khác nhau 9 Bảng 2.3 Xác định các giá trị ρ, ρs, ΔP,P, Ptb .11 Bảng 2.4 Tổn thất nhiệt do áp suất thủy tĩnh ΔP,'' 12 Bảng 2.5 Tổn thất chung cho toàn hệ thống cô đặc 12 Bảng 2.6 Hiệu số nhiệt độ hữu ích và nhiệt độ sôi .13 Bảng 2.7 Lượng hơi đốt dùng cho hệ thống trong các lần nhập liệu 15 Bảng 2.8 Nhiệt do hơi đốt cung cấp trong các lần nhập liệu 15 Bảng 2.9 Một số thông số kích thước ống truyền nhiệt 16 Bảng 2.10 Sự phụ thuộc của hệ số A vào nhiệt độ của màng nước nước ngưng Tm 16 Bảng 2.11 Các thông số λn, ρn, Cn, μn theo nhiệt độ sôi của dung dịch 17 Bảng 2.12 Các thông số λdd, ρdd, Cdd, μdd theo nhiệt độ sôi của đường mía .…17 Bảng 2.13 Hệ số hiệu chỉnh (ψ)ψ)) theo nồng độ trung bình .18 Bảng 2.14 Tính toán hệ số truyền nhiệt cho các nồng độ tương ứng 19 Bảng 2.15 Tính bề mặt truyền nhiệt F 20 Bảng 3.1 Kích thước cơ bản của thiết bị ngưng tụ Baromet ứng với Dtr = 500mm 33 Bảng 3.2 Kích thước đường kính các cửa ra và vào thiết bị ngưng tụ 35 Bảng 4.1 Xác định chi tiết mối ghép bích 41 Bảng 4.2 Chọn loại tai treo buồng đốt thẳng đứng có kích thước 46 Bảng 5.1 Một số thông số và kích thước các thiết bị chính 48 Bảng 5.2 Kích thước thiết bị ngưng tụ Baromet 49 LỜI NÓI ĐẦU “Công nghệ thực phẩm” – một lĩnh vực nghiên cứu và vận dụng quy trình công nghệ, thiết bị kỹ thuật vào quá trình sản xuất, chế biến và bảo quản sản phẩm thực phẩm Đối với ngành công nghệ thực phẩm, sau khi hoàn thành các kiến thức cơ sở về quá trình và thiết bị trong công nghệ chế biến thực phẩm, sinh viên sẽ được tiếp cận học tập và tìm hiểu về “Đồ án kỹ thuật thực phẩm” Đây là học phần giúp sinh viên nghiên cứu, tính toán các quá trình và thực hành thiết kế thiết bị trong công nghệ chế biến thực phẩm Môn học còn mở ra cơ hội ôn tập và hệ thống lại kiến thức đã học cũng như phát huy tinh thần tư duy, khả năng làm việc của sinh viên Dưới sự hướng dẫn của thầy Đoàn Anh Dũng, tôi đã được tìm hiểu, học tập và hoàn thành nhiệm vụ và mục tiêu của môn học “Đồ án kỹ thuật thực phẩm” với đề tài “Thiết kế hệ thống cô đặc dung dịch đường mía một nồi làm việc gián đoạn kiểu buồng đốt treo” trong học kì qua, năm học 2022 – 2023 Do còn hạn chế về kiến thức cũng như thời gian, bài phúc trình sẽ không tránh khỏi những thiếu sót Tôi rất mong nhận được những ý kiến đóng góp quý báu của quý Thầy, Cô cũng như các bạn đã hoàn thành học phần này để tôi có thể rút kinh nghiệm, khắc phục nhược điểm, thiếu sót của bản thân nhằm thực hiện đề tài, cũng như khả năng viết báo cáo, phúc trình được tốt hơn trong thời gian tới Tôi xin chân thành cảm ơn quý Thầy, Cô trong bộ môn Công nghệ thực phẩm đã tạo điều kiện thuận lợi để tôi có thể học tập và hoàn thành môn học Kính gửi lời cảm ơn chân thành đến sự hướng dẫn, giảng dạy tận tình của thầy Đoàn Anh Dũng trong suốt thời gian thực hiện đề tài Cảm ơn sự hợp tác, giúp đỡ lẫn nhau trong quá trình làm việc nhóm của các bạn Tôi xin chân thành cảm ơn! Sinh viên thực hiện Trần Thị Quế Trân Phần 1 Giới thiệu Mía là tên gọi chung của một số loài trong chi Mía (ψ)Saccharum), bên cạnh các loài lau, lách Chúng là các loại cỏ sống lâu năm,thuộc tông Andropogoneae của họ Hòa thảo (ψ)Poaceae), bản địa khu vực nhiệt đới và ôn đới ấm của Cựu thế giới Chúng có thân to mập, chia đốt, chứa nhiều đường, cao từ 2-6 m Tất cả các dạng mía đường được trồng ngày nay đều là các dạng lai ghép nội chi phức tạp Chúng được trồng để thu hoạch nhằm sản xuất đường Loài mía được trồng tại Việt Nam là giống Saccharum officinarum Thông thường trên mía phần ngọn sẽ nhạt hơn phần gốc (ψ) trong chiết nước mía ) Đó là đặc điểm chung của thực vật: chất dinh dưỡng (ψ)ở đây là hàm lượng đường) được tập trung nhiều ở phần gốc (ψ)vừa để nuôi dưỡng cây vừa để dự trữ) Đồng thời, do sự bốc hơi nước của lá mía, nên phần ngọn cây lúc nào cũng phải được cung cấp nước đầy đủ để cung cấp cho lá, gây ra hàm lượng nước trong tỉ lệ đường/nước phần ngọn sẽ nhiều hơn phần gốc, làm cho ngọn cây mía nhạt hơn.(ψ)1) Các chất dinh dưỡng của mía: chứa nhiều calci, crom, đồng, magie, mangan, phốt pho,… Vitamin của mía cũng đã dạng như vitamin A, C, B1, B2, B3, B5 và B6 cùng các dưỡng chất tự nhiên như chlorophyll; chất kháng oxy hóa, protein, chất xơ bão hòa và những hợp chất khác tốt cho sức khỏe Trong 28,35gr mía gồm 111,43 calo, calo từ chất béo 0,03 Không có calo từ chất béo bão hòa, 0,20mg protein, 27,40gr carbohydrate, chất xơ không bão hòa 0,71gr; đường 25,71gr, vitamin B2 0,16mg, 32,57mg calci, 2,49mg manhê, 162,86mg kali Mía là nguồn nguyên liệu liệu chính của ngành công nghiệp chế biến đường Đường mía hiện chiếm trên 60% tổng sản lượng đường thô của toàn thế giới Mía là loại cây có nhiều chất dưỡng chất như đạm; canxi; khoáng; sắt; nhiều nhất là đường Giúp con người thanh nhiệt, giải khát, xóa tan mệt mỏi, trợ giúp tiêu hóa và cung cấp năng lượng cho cơ bắp hoạt động Đường giữ một vai trò rất quan trọng trong khầu phần ăn hàng ngày của con người Là nhu cầu không thể thiếu trong đời sống xã hội Thiết kế hệ thống cô đặc đường mía một nồi làm việc gián đoạn kiểu buồng đốt treo 1 (ψ)1) Nguồn: https://vi.wikipedia.org/wiki/M%C3%ADa Thiết kế hệ thống cô đặc đường mía một nồi làm việc gián đoạn kiểu buồng đốt treo 2 Đồ án Kỹ thuật thực phẩm GVHD: ThS Đoàn Anh Dũng Bảng 1.1 Thành phần hóa học của mía và nước mía Hàm lượng(%) 70 - 75 Nguyên liệu Thành phần 9 - 15 10 - 16 Nước 0,01 - 2 1 - 3 Đường 100 75 - 92 Mía Xơ 70 - 88 2 - 4 Đường khử 2 - 4 3 - 7,5 Chất không đường khác 1,5 - 4,5 1 - 3 Chất rắn hòa tan 0,5 - 2,5 0,5 - 0,6 Phần đường 0,05 0,3 - 0,6 Sacaroza 0,05 - 0,15 3 - 5 Glucoza Fructoza Các loại muối Nước mía Muối axit vô cơ Muối axit hữu cơ Axit hữu cơ tự do Anbumin Tinh bột Chất keo Chất béo, sáp mía Chất không đường chưa xác định Thiết kế hệ thống cô đặc đường mía một nồi làm việc gián đoạn kiểu buồng đốt treo 3 1.1 Quá trình cô đặc 1.1.1 Khái quát về quá trình cô đặc - Cô đặc là quá trình làm tăng nồng độ của chất rắn hòa tan trong dung dịch bằng cách tách bớt một phần dung môi qua dạng hơi - Quá trình cô đặc thường tiến hành ở trạng thái sôi, nghĩa là áp suất hơi riêng phần của dung môi trên mặt dung dịch bằng áp suất làm việc của thiết bị - Quá trình cô đặc có thể tiến hành ở các áp suất khác nhau Khi làm việc ở áp suất thường (ψ)áp suất khí quyển) ta dùng thiết bị hở, còn khi làm việc ở áp suất khác ta dùng thiết bị kín - Quá trình cô đặc có thể làm việc gián đoạn hay liên tục, tiến hành ở hệ thống cô đặc một nồi hay hệ thống cô đặc nhiều nồi - Quá trình cô đặc được sử dụng phổ biến trong công nghiệp hóa chất và thực phẩm với mục đích: + Làm tăng nồng độ chất tan + Tách chất rắn hòa tan ở dạng tinh thể (ψ)kết tinh) + Thu dung môi ở dạng nước nguyên chất 1.1.2 Thiết bị cô đặc 1.1.2.1 Phân loại  Người ta phân loại thiết bị cô đặc theo các cách sau: - Theo sự bố trí bề mặt đun nóng: nằm ngang, thẳng đứng, nghiêng - Theo chất tải nhiệt: đun nóng bằng hơi (ψ)hơi nước bão hòa, hơi quá nhiệt), bằng khói lò, chất tải nhiệt có nhiệt độ cao (ψ)dầu, nước có áp suất cao…), bằng dòng điện - Theo chế độ tuần hoàn: tuần hoàn tự nhiên, tuần hoàn cưỡng bức… - Theo cấu tạo bề mặt đun nóng: vỏ bọc ngoài, ống xoắn, ống chùm  Trong công nghiệp hóa chất thường dùng các thiết bị cô đặc bằng hơi, loại này bao gồm các phần chính sau: - Buồng đốt – bề mặt truyền nhiệt - Buồng bốc (ψ)phân ly hơi) – khoảng trống để cách hơi thứ ra khỏi dung dịch - Buồng phân ly hơi lỏng (ψ)bộ phận tách bọt) – dùng để tách những giọt lỏng do hơi thứ mang theo  Một số loại thiết bị cô đặc chủ yếu: - Thiết bị cô đặc ống tuần hoàn trung tâm - Thiết bị cô đặc loại buồng đốt treo - Thiết bị cô đặc loại buồng đốt ngoài - Thiết bị cô đặc loại có tuần hoàn cưỡng bức - Thiết bị cô đặc loại màng - Thiết bị cô đặc có vành dẫn chất lỏng