Dưa hấu có tên khoa học là Citrullus lanatus, một thành viên của họ bầu bí (Cucurbitaceae), có nguồn gốc từ các khu vực nhiệt đới của Châu Phi gần sa mạc Kalahari. Các nhà thực vật học gọi nó là pepo là một loại trái cây có vỏ dày và trung tâm nhiều thịt 1. Dưa hấu được trồng đại trà ở những nơi có thời kỳ ấm áp dài không có sương giá. Các cây phải được trồng với khoảng cách rộng rãi vì cây thân leo dài và có rãnh. Ngoại lệ là đối với các giống cây trồng lùn, nơi các cây có thể được trồng với khoảng cách chặt chẽ hơn. Cây trồng có thể được tạo ra trên đồng ruộng bằng cách gieo hạt hoặc sử dụng phương pháp cấy ghép trong thùng chứa 2.
TỔNG QUAN
Tổng quan về dưa hấu
Dưa hấu có tên khoa học là Citrullus lanatus, một thành viên của họ bầu bí (Cucurbitaceae), có nguồn gốc từ các khu vực nhiệt đới của Châu Phi gần sa mạc Kalahari Các nhà thực vật học gọi nó là "pepo" là một loại trái cây có vỏ dày và trung tâm nhiều thịt [ CITATION Dan19 \l 1066 ].
Dưa hấu được trồng đại trà ở những nơi có thời kỳ ấm áp dài không có sương giá Các cây phải được trồng với khoảng cách rộng rãi vì cây thân leo dài và có rãnh. Ngoại lệ là đối với các giống cây trồng lùn, nơi các cây có thể được trồng với khoảng cách chặt chẽ hơn Cây trồng có thể được tạo ra trên đồng ruộng bằng cách gieo hạt hoặc sử dụng phương pháp cấy ghép trong thùng chứa[ CITATION Tod08 \l 1033 ].
Hiện nay, có rất nhiều loại dưa hấu đa dạng khác nhau, tùy thuộc vào từng quốc gia và địa phương Phổ biến là các loại dưa hấu: a) Dưa hấu ruột đỏ
Hình 1.1.2.1.1 Hình ảnh về dưa hấu ruột đỏ
Dưa hấu đỏ có hình dạng tròn hoặc thuôn dài tùy loại giống, có vỏ dày nhẵn bóng, màu xanh (có thể pha xanh đen), có hoặc không có vân sẫm Thịt quả màu trắng khi còn non, trắng hồng khi già và đỏ rực bắt mắt khi chín Dưa hấu đỏ quả có nhiều nước và càng chín thì sẽ càng ngọt Trọng lượng trung bình mỗi quả từ 1,5-3kg/ trái. Dưa hấu đỏ quả có nhiều nước và càng chín thì sẽ càng ngọt[ CITATION Ngu15 \l
Hình 1.1.2.1.2 Hình ảnh dưa hấu ruột vàng
Dưa hấu ruột vàng là loại cây chịu nhiệt cực kì tốt, khả năng kháng sâu bệnh cao, dễ trồng dễ chăm nên có thể trồng quanh năm và cho hiệu suất cao Đây là giống cây trồng có hiệu quả kinh tế cao, chỉ sau 60-80 ngày gieo trồng bạn đã có thể thu hoạch được những trái dưa chín ngọt mát[ CITATION Ngu15 \l 1066 ]. c) Dưa hấu không hạt
Hình 1.1.2.1.3 Hình ảnh dưa hấu không hạt
Dưa hấu không hạt là một giống dưa hấu mới Với đặc điểm không có hạt, loại dưa này mang đến sự tiện lợi thoải mái khi ăn và đặc biệt an toàn với người già, trẻ nhỏ, do đó ngày càng được ưa chuộng trên thị trường[ CITATION Ngu15 \l 1066 ]. Ngoài ra, còn các dạng dưa hấu như:
Dạng sugar baby: Dạng quả từ hình tròn đến dạng hình oval dài, oval ngắn Trong nhiều năm qua giống Sugar baby được trồng rất phổ biến, nhất là vào dịp Tết
Dạng Crimson sweet: Dạng quả hình cầu, tròn, oval dài, oval ngắn, khối lượng trung bình từ 2-8kg Vỏ quả nền xanh nhạt, mờ, sọc xanh đậm chạy dọc thân quả đường nét không rõ, ruột đỏ, thời gian sinh trưởng 55-75 ngày[ CITATION Ngu15 \l
Dạng Châu Á: Dạng quả hình tròn, oval ngắn, hình cầu, khối lượng trung bình từ 3- 8kg Vỏ quả có có nền xanh nhạt, bóng có sọc xanh đậm, đường nét rõ chạy dọc thân quả, ruột đỏ, thời gian sinh trưởng 55-75 ngày
Dạng Charleston graỵ: Dạng quả hình cầu, tròn, oval dài, khối lượng trung bình từ 2-9kg Vỏ quả màu xanh nhạt, không có sọc, ruột đỏ, thời gian sinh trưởng 70-85 ngày[ CITATION Ngu15 \l 1066 ].
1.1.3 Cấu tạo của quả dưa hấu
Dưa hấu rất đa dạng về hình dạng và màu sắc, thường có màu xanh nhạt và có những đường kẻ từ trên xuống dưới Có nhiều hình dạng từ hình cầu, hình trứng đến hình bầu dục, dạng trái oval, dạng trái tròn
Lúc còn nhỏ dưa hấu có nhiều lông tơ, sau lớn lên lông tơ mất dần đến khi quả chín thì hết Khi quả chín, vỏ quả cứng, trên vỏ quả có đóng phấn trắng, các đường gân trên vỏ nổi rõ, vỏ láng Hạt dưa cũng rất đa dạng về kích cỡ (lớn, trung bình, nhỏ). Màu hạt có màu đen hoặc trắng[ CITATION Ngu15 \l 1066 ].
1.1.4 Giá trị dinh dưỡng của quả dưa hấu
Quả dưa hấu có 93% là nước, với một lượng nhỏ protein, chất béo, khoáng chất và vitamin Ở một số vùng khô hạn, dưa hấu được sử dụng như một nguồn nước quý giá. Các thành phần dinh dưỡng chính của trái cây là carbohydrate (6,4g/100g), vitamin A
(590 IU) và lycopene (4,100 àg/100g, khoảng 2,300-7,200), một hợp chất chống ung thư được tìm thấy trong dưa hấu ruột đỏ Lycopene có thể giúp giảm nguy cơ mắc một số bệnh ung thư, chẳng hạn như tuyến tiền liệt, tuyến tụy và dạ dày Hàm lượng lycopene của giống dưa hấu đỏ sẫm mới cao hơn so với cà chua, bưởi hồng, hoặc ổi. Các loại thịt cam chỉ có một lượng nhỏ lycopene và hàm lượng beta carotene tương tự như các loại thịt đỏ Loại màu vàng hoàng yến không chứa lycopene, nhưng có một lượng nhỏ beta carotene Hạt dưa hấu rất giàu chất béo và protein[ CITATION Tod08 \l
Là trái cây, nó có mật độ năng lượng thấp và do đó được khuyến khích để quản lý cân nặng Adedeji và Oluwalana chỉ ra rằng dưa hấu là một nguồn cung cấp khoáng chất và vitamin tốt vì nó chứa 11 khoáng chất và 19 loại vitamin Nó có các vitamin như thiamine, riboflavin, niacin và folate Ngoài ra, nó có các khoáng chất như kali,magiê, canxi, phốt pho và sắt[ CITATION Nhi07 \l 1033 ] Do những đặc tính này, tiêu thụ dưa hấu có thể hữu ích trong việc duy trì sự cân bằng axit, base trong cơ thể, có vai trò chính trong sinh lý bình thường, duy trì sự thèm ăn và tiêu hóa bình thường.
1.1.5 Thu hoạch và bảo quản
Cô đặc và quá trình cô đặc
Cô đặc là quá trình làm bay hơi một phần dung môi của dung dịch chứa chất tan không bay hơi, ở nhiệt độ sôi, với mục đích:
Làm tăng nồng độ chất tan.
Tách chất rắn hòa tan ở dạng tinh thể (tinh khiết).
Thu dung môi ở dạng nguyên chất (cất nước)[ CITATION Ngu06 \l 1066 ].
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 được dùng phổ biến trong công nghiệp với mục đích làm tăng nồng độ các dung dịch loãng, hoặc để tách các chất rắn hòa tan (trường hợp này có kết hợp quá trình kết tinh) ví dụ: cô đặc dung dịch đường, cô đặc xút, cô đặc các dung dịch muối,
Trong quá trình cô đặc, sẽ tiêu hao một lượng hơi nhiều nhưng đồng thời cũng sinh ra một lượng lớn hơi thứ Hơi thứ ở nhiệt độ cao làm nguồn nhiệt cho các công đoạn khác như nấu đường, làm sạch.
Truyền nhiệt trong quá trình cô đặc có thể thực hiện trực tiếp hoặc gián tiếp:
Khi truyền nhiệt trực tiếp thường dùng khói lò cho tiếp xúc với dung dịch.
Khi truyền nhiệt gián tiếp thường dùng hơi bão hòa để đốt nóng.
Quá trình cô đặc có thể tiến hành ở các áp suất khác nhau Khi làm việc ở ấp suất thường (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 tiến hành ở hệ thống cô đặc một nồi hoặc cô đặc nhiều nồi:
Khi cô đặc một nồi, nếu muốn sử dụng hơi thứ để đốt nóng lại thì phải nén hơi thứ đến áp suất của hơi đốt (gọi là thiết bị có bơm nhiệt).
Khi cô đặc nhiều nồi thì dung dịch đi từ nồi này sang nồi kia, hơi thứ của nồi trước làm hơi đốt cho nồi sau[ CITATION Nhi \l 1066 ].
1.2.3 Phân loại thiết bị cô đặc a) Theo cấu tạo
Có nhiều cách phân loại khác nhau nhưng tổng quát lại cách phân loại theo đặc điểm cấu tạo dưới đây là dễ dàng và tiêu biểu nhất Thiết bị cô đặc được chia làm sáu loại thuộc ba nhóm chủ yếu sau đây:
Nhóm 1: dung dịch đối lưu tự nhiên (tuần hoàn tự nhiên) Thiết bị cô đặc nhóm này có thể cô đặc dung dịch khá loãng, độ nhớt thấp, đảm bảo sự tuần hoàn dễ dàng qua bề mặt truyền nhiệt Bao gồm:
+ Loại 1: Có buồng đốt trong (đồng trục với buồng bốc hơi), có thể có ống tuần hoàn trong hoặc ngoài.
+ Loại 2: Có buồng đốt ngoài (không đồng trục buồng bốc hơi).
Nhóm 2: dung dịch đối lưu cưỡng bức (tuần hoàn cưỡng bức) Thiết bị cô đặc nhóm này dùng bơm để tạo vận tốc dung dịch từ 1,5 m/s đến 3,5 m/s tại bề mặt truyền nhiệt. Ưu điểm chính là tăng cường hệ số truyền nhiệt k, dùng được cho các dung dịch khá đặc sệt, độ nhớt cao, giảm bám cặn, kết tinh trên bề mặt truyền nhiệt Bao gồm:
+ Loại 3: Có buồng đốt trong, có ống tuần hoàn ngoài.
+ Loại 4: Có buồng đốt ngoài, có ống tuần hoàn ngoài.
Nhóm 3: dung dịch chảy thành màng mỏng Thiết bị cô đặc nhóm này chỉ cho phép dung dịch chảy dạng màng qua bề mặt truyền nhiệt một lần (xuôi hay ngược) để tránh sự tác dụng nhiệt độ lâu làm biến chất một số thành phần của dung dịch Đặc biệt thích hợp cho các dung dịch thực phẩm như nước trái cây, hoa quả ép Bao gồm:
+ Loại 5: Màng dung dịch chảy ngược lên, có thể có buồng đốt trong hay ngoài: dung dịch sôi tạo bọt khó vỡ.
+ Loại 6: Màng dung dịch chảy xuôi, có thể có buồng đốt trong hay buồng đốt ngoài: dung dịch sôi ít tạo bọt và bọt dễ vỡ[ CITATION Ngu151 \l 1066 ]. b) Phương thức thực hiện quá trình
Cô đặc áp suất thường (thiết bị hở): nhiệt độ sôi và áp suất không đổi, thường được dùng trong cô đặc dung dịch liên tục để giữ mức dung dịch cố định, nhằm đạt năng suất cực đại và thời gian cô đặc ngắn nhất.
Cô đặc áp suất chân không: dung dịch có nhiệt độ sôi thấp ở áp suất chân không. Dung dịch tuần hoàn tốt, ít tạo cặn và sự bay hơi dung môi diễn ra liên tục.
Cô đặc nhiều nồi: mục đích chính là tiết kiệm hơi đốt Số nồi không nên quá lớn vì nó làm giảm hiệu quả tiết kiệm hơi Người ta có thể cô đặc chân không, cô đặc áp lực hay phối hợp hai phương pháp này với nhau đặc biệt có thể sử dụng hơi thứ cho mục đích khác để nâng cao hiểu quả kinh tế.
Cô đặc liên tục: cho kết quả tốt hơn cô đặc gián đoạn Có thể được điều khiển tự động nhưng hiện nay chưa có cảm biến đủ tin cậy Đối với mỗi nhóm thiết bị, ta đều có thể thiết kế buồng đốt trong, buồng đốt ngoài, có hoặc không có ống tuần hoàn Tùy theo điều kiện kỹ thuật và tính chất của dung dịch, ta có thể áp dụng chế độ cô đặc ở áp suất chân không, áp suất thường hoặc áp suất dư[ CITATION Ngu151 \l 1066 ].
1.3 Thiết bị cô đặc dùng trong công nghệ thực phẩm [ CITATION Nhi1 \l 1033 ]
Gồm các loại thiết bị cô đặc chính sau:
Thiết bị cô đặc có ống tuần hoàn ở tâm.
Thiết bị cô đặc phòng đốt treo.
Thiết bị cô đặc phòng đốt ngoài (thẳng đứng, nằm ngang).
Thiết bị cô đặc tuần hoàn cưỡng bức.
Thiết bị cô đặc dùng trong công nghệ thực phẩm [8]
1.3.1 Thiết bị cô đặc có ống tuần hoàn trung tâm
Hình 1.3.1.1.1 Thiết bị cô đặc ống tuần hoàn trung tâm
1 Phòng đốt 3 Ống tuần hoàn 5 Bộ phận tách bọt
2 Ống truyền nhiệt 4 Phòng bốc hơi
Dung dịch được đưa vào đáy buồng bốc rồi chảy trong các ống truyền nhiệt và ống trung tâm, còn hơi đốt được đưa vào buồng đốt đi ở khoảng giữa các ống và vỏ, do đó dung dịch được đun sôi tạo thành hỗn hợp lỏng hơi trong ống truyền nhiệt và làm khối lượng riêng của dung dịch sẽ giảm đi và chuyển động từ dưới lên miệng ống, còn trong ống tuần hoàn thể tích dung dịch theo một đơn vị bề mặt truyền nhiệt lớn hơn so với ống truyền nhiệt do đó nhiệt độ dung dịch nhỏ hơn so với dung dịch trong ống truyền nhiệt và lượng hơi tạo ra ít hơn vì vậy khối lượng riêng của hỗn hợp hơi lỏng ở đây lớn hơn trong ống truyền nhiệt do đó chất lỏng sẽ di chuyển từ trên xuống dưới rồi đi vào ống truyền nhiệt lên trên và trở lại ống tuần hoàn tạo lên dòng tuần hoàn tự nhiên Tại bề mặt thoáng của dung dịch ở buồng bốc hơi thứ tách ra khỏi dung dịch bay lên qua bộ phận tách giọt sang thiết bị ngưng tụ baromet Bộ phận tách giọt có tác dụng giữ lại những giọt chất lỏng do hơi thứ cuốn theo và chảy trở về đáy buồng bốc, còn dung dịch có nồng độ tăng dần tới nồng độ yêu cầu được lấy ra một phần ở đáy thiết bị làm sản phẩm, đồng thời liên tục bổ sung thêm một lượng dung dịch mới vào thiết bị (trong trường hợp thiết bị làm việc liên tục) Còn với quá trình làm việc gián đoạn thì dung dịch được đưa vào thiết bị gián đoạn, và sản phẩm cũng được lấy ra gián đoạn Tốc độ tuần hoàn càng lớn thì hệ số cấp nhiệt phía dung dịch càng tăng và quá trình đóng cặn trên bề mặt cũng giảm Tốc độ tuần hoàn loại này thường không quá 1,5 m/s.
Ưu điểm: Cấu tạo đơn giản dễ sửa chữa và làm sạch.
Nhược điểm: Năng suất thấp và tốc độ tuần hoàn nhỏ vì ống tuần hoàn cũng bị đốt nóng.
1.3.2 Thiết bị cô đặc phòng đốt treo
Hình 1.3.2.1.1 Thiết bị cô đặc phòng đốt treo
1 Vỏ thiết bị 3.Ống truyền nhiệt 5 Tai đỡ
2 Phòng đốt 4 Ống dẫn hơi đốt
Nguyên lý hoạt động Đun dịch sẽ được cho vào ống truyền nhiệt (3), cho hơi đốt vào phòng đốt (2) qua ống dẫn hơi đốt (4) Tại phòng đốt (2), dung dịch trong các ống truyền nhiệt (3) được truyền nhiệt, dung dịch sẽ sôi lên và trở thành hỗn hợp hơi – lỏng Hỗn hợp nóng lên khối lượng riêng giảm đi và bị đẩy từ dưới lên miệng ống.
Ưu điểm: phòng đốt có thể lấy ra ngoài khi cần sửa chữa hoặc làm sạch Vận tốc tuần hoàn lớn hơn vì vỏ ngoài không bị đố nóng.
Nhược điểm: thiết bị có cấu tạo phức tạp và kích thước lớn do có khoảng trống hình vành khăn.
1.3.3 Thiết bị cô đặc phòng đốt ngoài (kiểu đứng, nằm ngang)
Hình 1.3.3.1.1 Thiết bị cô đặc buồng đốt ngoài kiểu đứng
1 Buồng đốt 3 Ống dẫn 5 Ống tuần hoàn ngoài
2 Buồng bốc 4 Bộ phận tách bọt
Dung dịch được đưa vào buồng đốt (1) liên tục và đi trong các ống truyền nhiệt, còn hơi đốt được đi vào trong buồng đốt và đi ở khoảng giữa ống truyền nhiệt với vỏ thiết bị để đun sôi dung dịch Dung dịch tạo thành hỗn hợp hơi - lỏng đi qua ống 3 vào buồng bốc hơi (2), ở đây hơi thứ tách ra đi lên phía trên, còn dung dịch đi theo ống tuần hoàn (5) trộn lẫn với dung dịch mới đi vào buồng đốt Khi nồng độ dung dịch đạt yêu cầu được trích một phần ra ở đáy buồng bốc làm sản phẩm, đồng thời liên tục bổ sung dung dịch mới vào thiết bị
Ưu điểm: năng suất cao, do chiều dài ống truyền nhiệt lớn và ống tuần hoàn không bị đốt nóng nên cường độ tuần hoàn lớn và cường độ bốc hơi cao.
Nhược điểm: Cồng kềnh, tốn nhiều vật liệu chế tạo.
Hình 1.3.3.1.2 Thiết bị cô đặc buồng đốt ngoài nằm ngang
1 Buồng đốt 3 Bộ phận tách giọt 5 Ống ra hơi thứ
2 Buồng bốc 4 Ống nhập liệu 6 Ống tháo sản phẩm
Dung dịch được đưa vào thiết bị và đi vào ống truyền nhiệt chữ U từ trái sang phải ở nhánh dưới lên nhánh trên rồi lại chảy về buồng bốc ở trạng thái sôi, dung môi tách ra khỏi dung dịch bay lên qua bộ phận tách giọt và ra ngoài, còn nồng độ dung dịch tăng dần tới nồng độ yêu cầu Sau đó tháo phần dung dịch ra làm sản phẩm và tiếp tục cho dung dịch mới vào thực hiện một mẻ mới.
Ưu điểm: Buồng bốc có thể tách ra khỏ buồng đốt dễ dàng để làm sạch và sửa chữa.
Nhược điểm: Cồng kềnh, cấu tạo phức tạp làm việc gián đoạn, năng suất thấp.
1.3.4 Thiết bị cô đặc ống tuần hoàn cưỡng bức
Hình 1.3.4.1.1 Thiết bị cô đặc ống tuần hoàn cưỡng bức
1 Buồng bốc 3 Ống truyền nhiệt 5 Ống tuần hoàn ngoài
2 Buồng đốt 4 Bơm 6 Bộ phận tách giọt
Dung dịch được bơm đưa vào buồng đốt liên tục và đi trong các ống trao đổi nhiệt từ dưới lên buồng bốc, còn hơi đốt được đưa vào buồng đốt ở khoảng giữa các ống truyền nhiệt với vỏ thiết bị Dung dịch được đun sôi trong ống truyền nhiệt với cường độ sôi cao và lên buồng bốc Tại bề mặt thoáng dung dịch ở buồng bốc, dung môi tách ra bay lên và đi qua bộ phận tách giọt rồi sang thiết bị ngưng tụ baromet, còn dung dịch trở lên đậm đặc hơn trở về ống tuần hoàn ngoài trộn lẫn với dung dịch đầu tiếp tục được bơm đưa vào buồng đốt Khi dung dịch đạt nồng độ yêu cầu thì ta luôn luôn lấy một phần dung dịch ra ở đáy buồng bốc ra làm sản phẩm Tốc độ dung dịch trong ống truyền nhiệt khoảng từ 1,5÷3,5m/s do đó hệ số cấp nhiệt lớn hơn tuần hoàn tự nhiên từ 3 đến 4 lần và có thể làm việc trong điều kiện nhiệt độ hữu ích nhỏ từ 3 đến
5 độ vì cường độ tuần hoàn chỉ phụ thuộc vào năng suất của bơm.
Ưu điểm: Năng suất cao cô đặc được dung dịch có độ nhớt lớn mà tuần hoàn tự nhiên khó thực hiện.
Nhược điểm: Tốn nhiều năng lượng cung cấp cho bơm.
1.3.5 Thiết bị cô đặc loại màng
Hình 1.3.5.1.1 Thiết bị cô đặc loại màng
1 Buồng đốt 3 Ống truyền nhiệt 5 Ống tuần hoàn ngoài
2 Buồng bốc 4 Van xả khí
Dung dịch được đưa từ đáy buồng đốt vào trong các ống trao đổi nhiệt với mức chất lỏng chiếm khoảng từ 1/4 đến 1/5 chiều cao của ống truyền nhiệt Hơi đốt đi vào buồng đốt ở khoảng giữa các ống truyền nhiệt với vỏ thiết bị, dung dịch được đun sôi với cường độ lớn và hơi thứ tách ra ngay trên bề mặt thoáng của dung dịch ở trong ống truyền nhiệt và hơi chiếm hầu hết tiết diện của ống và chuyển động từ dưới lên với vận tốc rất lớn khoảng 20 m/s kéo theo màng chất lỏng ở bề mặt ống cùng đi lên, và màng chất lỏng đi từ dưới lên tiếp tục bay hơi làm nồng độ dung dịch tăng lên dần đến miệng ống là đạt nồng độ cần thiết, hơi thứ đi lên đỉnh tháp qua bộ phận tách giọt sang thiết bị ngưng tụ baromet, còn dung dịch chảy xuống ống tuần hoàn ngoài và một phần được lấy ra làm sản phẩm, một phần về trộn lẫn với dung dịch đầu tiếp tục đi vào buồng đốt, hoặc có thể tháo hoàn toàn dung dịch đậm đặc làm sản phẩm khi chênh lệch giữa nồng độ đầu và cuối yêu cầu không lớn Thiết bị này có hệ số truyền nhiệt lớn khi mức chất lỏng thích hợp, nếu mức chất lỏng quá cao thì hệ số truyền nhiệt giảm vì tốc độ chất lỏng giảm, ngược lại nếu mức chất lỏng quá thấp thì phía trên sẽ bị khô, khi đó quá trình cấp nhiệt ở phía trong ống nghĩa là quá trình cấp nhiệt từ thành ống tới hơi chứ không phải lỏng Do đó, hiệu quả truyền nhiệt giảm đi nhanh chóng.
Ưu điểm: Áp suất thủy tĩnh nhỏ do đó tổn thất thủy tĩnh ít.
Nhược điểm: Khó làm sạch vì ống dài, khó điều chỉnh khi áp suất hơi đốt và mực chất lỏng thay đổi, không cô đặc được dung dịch có độ nhớt lớn và dung dịch kết tinh.
QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ
Dữ kiện ban đầu
Năng suất sản phẩm là 180 l/h.
Nồng độ ban đầu 4% tới nồng độ cuối là 65% (theo khối lượng).
Lựa chọn quy trình công nghệ
Thiết bị được chọn: thiết bị cô đặc chân không 1 nồi liên tục, buồng đốt trong, tuần hoàn trung tâm.
Thiết bị chính - thiết bị cô đặc 1 nồi có ống tuần hoàn trung tâm: Ống nhập liệu, ống tháo liệu, ống tuần hoàn, ống truyền nhiệt, buồng đốt, buồng bốc, đáy nắp, các ống dẫn: hơi đốt, hơi thứ, nước ngưng, khí không ngưng.
Bể chứa nguyên liệu, bể chứa sản phẩm, bồn cao vị, lưu lượng kế, thiết bị gia nhiệt, thiết bị ngưng tụ baromet, bơm nguyên liệu và bồn cao vị, bơm tháo liệu, bơm nước vào thiết bị ngưng tụ, bơm chân không, các van, thiết bị đo nhiệt độ, áp suất…
Để giữ được chất lượng của sản phẩm và thành phần quý (tính chất tự nhiên, màu, mùi, vị, vitamin,…) nhờ nhiệt độ thấp và không tiếp xúc oxy.
Thiết bị cô đặc này có cấu tạo đơn giản, dễ cọ rửa, làm sạch và sửa chữa.
Cô đặc ở áp suất chân không làm giảm nhiệt độ sôi của dung dịch, giảm được chi phí năng lượng, hạn chế không cho chất tan bị cuốn theo và bám lại trên thành thiết bị, làm hư thiết bị Tuy nhiên tốc độ tuần hoàn nhỏ, hệ số truyền nhiệt còn thấp, vận tốc tuần hoàn bị giảm vì ống tuần hoàn cũng bị đun nóng.
Độ nhớt của dung dịch nước ép dưa hấu không cao nên có thể dùng tuần hoàn trung tâm.
Nhập liệu đơn giản: nhập liệu liên tục bằng bơm hoặc bằng độ chân không trong thiết bị.
Tránh phân hủy sản phẩm, thao tác, khống chế dễ dàng
Cấu tạo đơn giản dễ thiết kế, lắp đặt, sửa chữa, làm sạch.
Năng suất thấp và tốc độ tuần hoàn nhỏ vì ống tuần hoàn cũng bị đốt nóng
Nhiệt độ hơi thứ thấp, không dùng được cho mục đích khác.
Hệ thống phức tạp, cần có thiết bị ngưng tụ chân không để tạo chân không.
Quy trình sản xuất nước ép dưa hấu cô đặc
Nguyên liệu cô đặc ở dạng cô đặc gồm:
Các chất hòa tan: gồm nhiều cấu tử với hàm lượng rất thấp (xem như không có 0 và chiếm chủ yếu là đường glucozo Các cấu tử này xem như không bay hơi trong quá trình cô đặc.
Tùy theo độ đường mà hàm lượng đường là nhiều hay ít Tuy nhiên, trước khi cô đặc, nồng độ đường thấp, khoảng 5-8% khối lượng.
Sản phẩm sau cô đặc ở dạng dung dịch:
Các chất hòa tan: glucozo có nồng độ cao (65%).
Hình 2.3.1.1.1 Sơ đồ quy trình sản xuất nước ép dưa hấu cô đặc
Nhằm loại trừ tạp chất cơ học như đất, cát, bụi và làm giảm lượng vi sinh vật ngoài vỏ nguyên liệu Yêu cầu cơ bản sau khi rửa là táo không bị dập nát, tổn thất dinh dưỡng…
Nước để rửa cũng như trong công nghiệp chế biến (chần, nấu, pha chế, ) phải là nước ăn đảm bảo theo tiêu chuẩn bộ y tế.
Nguyên lý ép là phương pháp chủ yếu tách dịch bào ra khỏi nguyên liệu Trong quá trình ép thì hiệu suất ép là chỉ tiêu quan trọng nhất, hiệu suất ép phụ thuộc vào nhiều yếu tố: phẩm chất nguyên liệu, phương pháp sơ chế, cấu tạo, chiều dày, độ chắc của lớp nguyên liệu ép và áp suất ép Dịch bào chứa trong không bào bị bao bọc bởi chất nguyên sinh Chất nguyên sinh của quả có tính bán thấm, ngăn cản sự tiết dịch bào
Vì vậy, muốn nâng cao hiệu suất ép phải làm giảm tính bán thấm của chất nguyên sinh bằng cách biến tính chất nguyên sinh hay làm chết tế bào Thông thường, người ta sử dụng các phương pháp như đun nóng, sử dụng nấm men chứa hỗn hợp pectinase, protease hoặc dùng dòng điện…
Tiến hành thanh trùng dịch ép bằng thiết bị dạng ống chùm hay ống lồng ống. Mục đích của quá trình thanh trùng là làm kết tủa các thành phần không tan trong dịch quả làm ảnh hưởng đến tính chất cảm quan của sản phẩm Các thành phần này bao gồm protid, chất đắng… Nhiệt độ có thể làm protid bị biến tính và tạo tủa Kết tủa sẽ được lắng xuống đáy bồn và kéo theo các hợp chất gây vị đắng Quá trình này góp phần làm cho dung dịch có độ đồng nhất cao và trong hơn Nhiệt độ 70-80°C từ 5-10 phút để tránh tổn thất chất khô
Mục đích: tăng nồng độ chất khô của dịch trích cà phê để quá trình sấy đƣợc thực hiện dễ dàng.
Các biến đổi trong quá trình cô đặc nước ép dưa hấu:
Sự tăng độ nhớt của dịch trích: trong quá trình cô đặc, nồng độ chất khô của dịch trích tăng lên, do đó, độ nhớt của dịch trích cũng tăng theo.
Hiện tượng bay hơi của các cấu tử dễ bay hơi: trong quá trình cô đặc, dưới tác dụng của nhiệt độ, cùng với sự bay hơi nước, các chất dễ bay hơi (đặc biệt là các cấu tử tạo hương) cũng sẽ bị bay hơi, gây hiện tượng tổn thất hương, làm giảm cường độ hương của sản phẩm Để hạn chế hiện tượng tổn thất hương, người ta thực hiện quá trình tách hương trước khi cô đặc.
Sự thay đổi nồng độ chất khô: nồng độ chất khô trong nước ép dưa hấu sẽ tăng lên sau khi dịch trích được cô đặc Phương pháp cô đặc bốc hơi: phương pháp này dùng nhiệt để thực hiện quá trình cô đặc Quá trình cô đặc này thường được thực hiện ở áp suất chân không để tăng hiệu quả quá trình cô đặc Đồng thời, còn hạn chế các biến đổi của những cấu tử trong nước ép dưa hấu do tác động của nhiệt
Sau đó dung dịch nước ép cô đặc được đem làm lạnh để hạ nhiệt độ xuống, tiến hành chiết rót vô trùng, đóng gói để sử dụng cho các mục đích khác hoặc đem phân phối sản phẩm.
2.3.2 Hệ thống cô đặc chân không 1 nồi liên tục
Hình 2.3.2.1.1 Sơ đồ hệ thống cô đặc chân không 1 nồi liên tục
1 Bồn cao vị 2 Thiết bị gia nhiệt 3 Lưu lượng kế 4 Nồi cô đặc
5 Nhiệt kế 6 Áp kế 7 Thiết bị ngưng tụ baromet
9 Bơm chân không 10 Bồn chứa nước ngưng
11 Bơm sản phẩm 12 Bồn chứa sản phẩm
13 Bồn chứa 14 Bơm nhập liệu nguyên liệu
2.3.3 Nguyên lý làm việc hệ thống cô đặc chân không 1 nồi liên tục
Nguyên liệu ban đầu là dung dịch nước ép dưa hấu có nồng độ 4% Dung dịch từ bể chứa nguyên liệu được bơm lên bồn cao vị Từ bồn cao vị, dung dịch chảy qua lưu lượng kế rồi đi vào thiết bị gia nhiệt và được đun nóng đến nhiệt độ sôi.
Thiết bị gia nhiệt là thiết bị trao đổi nhiệt dạng ống chùm: thân hình trụ, đặt đứng, bên trong gồm nhiều ống nhỏ được bố trí theo đỉnh hình tam giác đều Các đầu ống được giữ chặt trên vỉ ống và vỉ ống được hàn dính vào thân Nguồn nhiệt là hơi nước bão hoà có áp suất 2,5at đi bên ngoài ống (phía vỏ) Dung dịch đi từ dưới lên ở bên trong ống Hơi nước bão hoà ngưng tụ trên bề mặt ngoài của ống và cấp nhiệt cho dung dịch để nâng nhiệt độ của dung dịch lên nhiệt độ sôi Dung dịch sau khi được gia nhiệt sẽ chảy vào thiết bị cô đặc để thực hiện quá trình bốc hơi Hơi nước ngưng tụ thành nước lỏng và theo ống dẫn nước ngưng qua bẫy hơi được dẫn về nồi hơi Khí không ngưng được xả theo định kỳ.
Nguyên lý làm việc của nồi cô đặc: phần dưới của thiết bị là buồng đốt, gồm có các ống truyền nhiệt và một ống tuần hoàn trung tâm Dung dịch đi trong ống còn hơi đốt (hơi nước bão hoà) đi trong khoảng không gian ngoài ống Hơi đốt ngưng tụ bên ngoài ống và truyền nhiệt cho dung dịch đang chuyển động trong ống Dung dịch đi trong ống theo chiều từ trên xuống và nhận nhiệt do hơi đốt ngưng tụ cung cấp để sôi, làm hoá hơi một phần dung môi Hơi ngưng tụ theo ống dẫn nước ngưng qua bẫy hơi được dẫn về nồi hơi.
Nguyên tắc hoạt động của ống tuần hoàn trung tâm: khi thiết bị làm việc, dung dịch trong ống truyền nhiệt sôi tạo thành hỗn hợp lỏng - hơi có khối lượng riêng giảm đi và bị đẩy từ dưới lên trên miệng ống Đối với ống tuần hoàn, thể tích dung dịch theo một đơn vị bề mặt truyền nhiệt lớn hơn so với trong ống truyền nhiệt nên lượng hơi tạo ra trong ống truyền nhiệt lớn hơn Vì lý do trên, khối lượng riêng của hỗn hợp lỏng - hơi ở ống tuần hoàn lớn hơn so với ở ống truyền nhiệt và hỗn hợp này được đẩy xuống dưới Kết quả là có dòng chuyển động tuần hoàn tự nhiên trong thiết bị: từ dưới lên trong ống truyền nhiệt và từ trên xuống trong ống tuần hoàn.
Phần phía trên thiết bị là buồng bốc để tách hỗn hợp lỏng - hơi thành hai dòng.Hơi thứ đi lên phía trên buồng bốc, đến bộ phận tách giọt để tách những giọt lỏng ra khỏi dòng Giọt lỏng chảy xuống dưới còn hơi thứ tiếp tục đi lên Dung dịch còn lại được hoàn lưu Dung dịch sau cô đặc được bơm ra ngoài theo ống tháo sản phẩm vào bể chứa sản phẩm nhờ bơm ly tâm Hơi thứ và khí không ngưng thoát ra từ phía trên của buồng bốc đi vào thiết bị ngưng tụ baromet
Chất làm lạnh là nước được bơm vào ngăn trên cùng, còn dòng hơi thứ được dẫn vào ngăn dưới cùng của thiết bị Dòng hơi thứ đi lên gặp nước giải nhiệt để ngưng tụ thành lỏng và cùng chảy xuống bồn chứa qua ống baromet Khí không ngưng tiếp tục đi lên trên, được dẫn qua bộ phận tách giọt rồi được bơm chân không hút ra ngoài Khi hơi thứ ngưng tụ thành lỏng thì thể tích của hơi giảm làm áp suất trong thiết bị ngưng tụ giảm
TÍNH CÂN BẰNG VẬT CHẤT – NĂNG LƯỢNG
Thông số ban đầu
- Nồng độ của dung dịch: xđ = 4%
- Nồng độ cuối của dung dịch: xc = 65%
- Năng suất sản phẩm : V= 180 lít/h = 0,18 m 3 /h
- Áp suất ngưng tụ: pn = 1 - 0,7 = 0,3 at (chọn)
- Trong dưa hấu glucid chiếm thành phần chủ yếu từ khoảng 2,3 %[ CITATIONNhi07 \l 1033 ] Do có sự chuyển đổi fructose thành glucose nên các trong quá trình cô đặc nên các thông số được tính thông qua glucose.
Cân bằng vật chất
3.2.1 Suất lượng nhập liệu G đ , tháo liệu G c
Khối lượng riêng của dung dịch nước ép dưa hấu nồng độ 65% o C: ρ18,66 ¿m 3 ) [ CITATION Nhi \l 1033 ] trang 61
Suất lượng tháo liệu (tính theo kg/h): Gc = ρ × V 18,66 × 0,18 = 237,3588 (kg/h)
Áp dụng phương trình cân bằng vật chất nồi cô đặc: Gđ × xđ = Gc × xc [Theo công thức 5.16 [ CITATION Phạ06 \l 1033 ], trang 277]
Trong đó: Gđ, Gc : lượng dung dịch đầu, dung dịch cuối, (kg/h) xđ, xc : nồng độ đầu và nồng độ cuối của dung dịch, (% khối lượng)
3.2.2 Tổng lượng hơi thứ bốc lên
Tổng lượng hơi thứ bốc lên: [Theo công thức 5.17 [ CITATION Phạ06 \l 1033 ], trang 277]
Tổn thất nhiệt độ
3.3.1 Tổn thất nhiệt độ của hơi thứ trên ống dẫn từ buồng bốc đến thiết bị ngưng tụ
Chọn áp suất tại thiết bị ngưng tụ: P = 0,3 at, Tra bảng I.251, trang 314,[ CITATION Nhi06 \l 1033 ] ta có: Áp suất tuyệt đối (at) Nhiệt độ sôi ( 0 C)
Nhiệt độ trong thiết bị ngưng tụ Baromet là tn= 68,7 o C.
- ∆’’’ là tổn thất nhiệt độ của hơi thứ trên đường ống dẫn từ buồng bốc đến thiết bị ngưng tụ Chọn ∆’’’= 1 o C [giáo trình kttp2]
- 1 o C chính là tổn thất nhiệt độ do trở lực thủy học trên ống dẫn.
Nhiệt độ sôi của dung môi tại áp suất buồng bốc: tsdm (po) – tn = ∆ ’’’
Trong đó tsdm (po): nhiệt độ sôi của dung môi ở áp suất po (mặt thoáng).
Mà tsdm po) =∆’’’+ tn = 1+tn (theo chứng minh trên)
Tra bảng I.250, trang 312, [ CITATION Nhi06 \l 1033 ], ta có:
Nhiệt độ ( o C) Áp suất (at)
Dùng công thức nội suy, ta tính được áp suất hơi thứ tại nhiệt độ 69,7 o C
3.3.2 Tổn thất nhiệt do nồng độ tăng ( ∆ ’)
Công thức Tisenco [CITATION Nhi2 \l 1033 ] ,trang 140 Δ’ = ∆ 0 ' ׃
: tổn thất nhiệt độ do nhiệt độ sôi của dung dịch lớn hơn nhiệt độ sôi của dung môi ở áp suất khí quyển ( o C) ƒ: hệ số hiệu chỉnh do khác áp suất khí quyển
Tm: nhiệt độ của dung môi nguyên chất ở áp suất làm việc, về giá trị bằng nhiệt độ hơi thứ ( o K) r: ẩn nhiệt hóa hơi của dung môi nguyên chất ở áp suất làm việc (J/kg)
Tra bảng VI.251, trang 314, [ CITATION Nhi06 \l 1033 ], ta có:
Tại po = 0,3139 at Ta nội suy được: r = 2333,78 (kJ/Kg)
Thế vào công thức trên ta được: f,2× (342,7) 2
Với nồng độ cuối của dung dịch là 65% thì ∆ 0’= 3,85 (vì khi cô đặc có tuần hoàn dung dịch, thì hiệu số nhiệt độ tổn thất, tức ∆ ’ , ta phải tính theo nồng độ cuối của dung dịch - Tra theo đồ thị VI.2, trang 60, [ CITATION Nhi \l 1033 ]
Vậy tổn thất nhiệt do nồng độ ( ∆ ’ ) là 2,8532 o C
3.3.3 Tổn thất nhiệt độ do áp suất thủy tĩnh ∆’’
- ρ s : khối lượng riêng của dung dịch ở trạng thái sôi bọt (kg/m 3 ), ρ s =0,5 × ρ dd
- Hop: chiều cao chất lỏng theo ống báo mức (m):
- ρ dd : khối lượng riêng của dung dịch ở nhiệt độ sôi nhưng ở trạng thái tĩnh lúc không có bọt (kg/m 3 )
- h: chiều cao của ống truyền nhiệt (m) Áp suất (at) R
- ρ dm: khối lượng riêng của dung môi ở nhiệt độ sôi của dung dịch 75 o C – Tra bảng I.249 trang 310- sổ tay quá trình thiết bị công nghệ hóa chất 1.
Chọn tsdd (po+∆p) = 75 o C, C% = xc = 65%, ta có ρ dd = 1318,66 kg/m 3 [ CITATION Nhi06 \l 1033 ] trang 60]
Chọn chiều cao ống truyền nhiệt là ho= 1,5m bảng VI.6, trang 80 [ CITATION Nhi \l 1033 ] ρ dm - khối lượng riêng của dung môi tại nhiệt độ sôi của dung dịch 72 o C
Tra bảng I.249 trang 311, [ CITATION Nhi06 \l 1033 ], ρ dm = 976,6 (kg/m 3 )
Tra bảng I.251, trang 314, [ CITATION Nhi06 \l 1033 ], ta có:
Tại ptb=0,3504 at Dùng công thức nội suy ta có tsdm(ptb) 72,08 o C
∆’’ = tsdm (po+∆p) tsdm(po) = 72,08 69,7 = 2,3768 o C ;(trang 108, [ CITATION Phạ10
tsdd (ptb) = tsdd (po+∆p) = tsdd (po) +∆’’ = 72,5532 + 2,3768 = 74,93 o C
Sai số chấp nhận Vậy tsdd(ppt) = 72 o C
Sản phẩm lấy ra ở tại đáy tsdd (po+2×∆p) = 72,5532 + 2× 2,3768 = 77,31 o C
Tổng tổn thất nhiệt độ: ΣΔ = Δ’ + Δ’’ + Δ’’’ Áp suất (at) T sdm
Gia nhiệt bằng hơi nước bão hoà, áp suất hơi đốt là 2,5 at; tD = 126,25 o C (bảng I.251, trang 315, [ CITATION Nhi06 \l 1033 ]
Chênh lệch nhiệt độ hữu ích: Δthi = tD – (tn + ΣΔ)
Bảng 3.3.3.1.1.1 Tóm tắt cân bằng vật chất
Thông số Ký hiệu Đơn vị Giá trị
Nồng độ đầu xđ %wt 4
Nồng độ cuối xc %wt 65
Năng suất nhập liệu Gđ kg/h 3857,0805
Năng suất tháo liệu Gc kg/h 237,3588
Suất lượng W kg/h 3619,7217 Áp suất po at 0,3139
Nhiệt độ tsdm(po) o C 69,7 Ẩn nhiệt ngưng tụ rw kJ/kg 2333,78
HƠI ĐỐT Áp suất pD at 2,5
Nhiệt độ sôi của dung dịch ở po tsdd(po) o C 72,5532
Tổn thất nhiệt độ do nồng độ Δ’ o C 2,8532 Áp suất trung bình ptb at 0,3504
Nhiệt độ sôi của dung môi ở ptb tsdm(ptb) oC 72,08
Tổn thất nhiệt độ do cột thuỷ tĩnh Δ’’ o C 2,3768
Nhiệt độ sôi của dung dịch ở ptb tsdd(ptb) oC 74,93
Tổn thất nhiệt độ trên đường ống Δ’’’ o C 1
Tổng tổn thất nhiệt độ ΣΔ o C 6,23
Chênh lệch nhiệt độ hữu ích Δthi oC 51,32
Cân bằng năng lượng
Do dung dịch đầu Gđcđtđ
Do hơi ngưng trong đường ống dẫn hơi đốt φDDctD
Do sản phẩm mang ra Gccctc
Do hơi thứ mang ra WiW ’’
Nhiệt độ của dung dịch nước ép dưa hấu 4% trước và sau khi qua thiết bị gia nhiệt:
Nhiệt độ của dung dịch nước ép dưa hấu 4% đi vào thiết bị cô đặc là tđ = 72,5532 o C
Nhiệt độ của dung dịch nước ép dưa hấu 65% đi ra đáy thiết bị cô đặc là: tc = tsdd(po) + 2× ∆’’ = 72,5532 + 2 × 2,3768 = 77,31 o C (công thức 2.15, trang 107,
Nhiệt dung riêng của dung dịch nước ép dưa hấu:
Nhiệt dung riêng của dung dịch có nồng độ < 20% tính theo công thức I.43,
Cđ = 4186 × (1 − x) ; (J/kg×độ) Nhiệt dung riêng đầu: Cđ = 4186 × (1 – 0,04) = 4018,56 (J/kg × độ)
Nhiệt dung riêng của dung dịch có nồng độ > 20% tính theo công thức I.44,
Cc = Cht × xc + 4186 (1 − xc ); (J/kg × độ) Với Cht nhiệt dung riêng của chất hòa tan không nước (J/kg.độ) Áp dụng công thức I.41, sổ tay QTTB tập 1, trang 152
Cht: nhiệt dung riêng của hợp chất hóa học (J/kg × độ) n i : số nguyên tử của các nguyên tố trong hợp chất (J/kg nguyên tử × độ) bảng I.141 [ CITATION Nhi06 \l 1033 ] trang 152
CCacbon= 7500 (J/kg nguyên tử.độ); CHiđro= 9630 (J/kg nguyên tử.độ); COxi = 16800 (J/kg nguyên tử.độ)
Phương trình cân bằng nhiệt
GđCđtđ + D × i D " = GcCctc + W × i W " + Dcθ ± Qcđ + Qtt [công thức 5.17, trang 277, [ CITATION Phạ06 \l 1033 ]]
(Qcđ ứng với quá trình thu nhiệt, Qcđ ứng với quá trình toả nhiệt)
Trong đó: D: lượng hơi đốt mang vào
: nhiệt độ của nước ngưng tđ, tc: nhiệt độ đầu và nhiệt độ cuối của dung dịch
Cđ, Cc, C: nhiệt dung riêng của dung dịch đầu, cuối và nước ngưng, (J/kg.độ ) i, i': hàm nhiệt của hơi đốt và hơi thứ, (J/kg)
Nhiệt cô đặc là rất nhỏ, có thể bỏ qua: Qcđ = 0
Đây là quá trình cô đặc liên tục nên tđ = tc Chọn tổn thất nhiệt là 5% lượng hơi đốt.
Từ phương trình trên rút ra:
Lượng hơi đốt tiêu tốn riêng: d¿ W D =4537,561965
Bảng 3.4.1.1.1.1 Tóm tắt cân bằng năng lượng
Thông số Ký hiệu Đơn vị Giá trị
Nhiệt độ vào buồng bốc t đ o C 72,55
Nhiệt độ ra ở đáy buồng đốt t c o C 74,93
Nhiệt dung riêng dung dịch 4% c đ J/(kg.K) 4018,56
Nhiệt dung riêng dung dịch 65% c c J/(kg × K) 2408,9
Lượng hơi đốt biểu kiến D kg/h 4537,561965
Lượng hơi đốt tiêu tốn riêng d kg/kg 1,25
TÍNH TOÁN THIẾT KẾ THIẾT BỊ CHÍNH
Tính toán truyền nhiệt cho thiết bị cô đặc
4.1.1 Hệ số cấp nhiệt khi ngưng tụ hơi
Giảm tốc độ hơi đốt nhằm bảo vệ các ống truyền nhiệt tại khu vực hơi đốt vào bằng cách chia làm nhiều miệng vào Chọn tốc độ hơi đốt nhỏ (ω = 10 m/s), nước chảy ngưng chảy màng (do ống truyền nhiệt ngắn có h0 = 1,5 m), ngưng hơi bão hòa tinh khiết trên bề mặt đứng.
Theo công thức V-101, [ CITATION Nhi \l 1033 ], trang 28: α 1 =2,04× A × ( H ×∆ t r 1 ) 0,25 , W/(m 2 × K)
Trong đó: α1: hệ số cấp nhiệt phía hơi ngưng W/(m 2 × K). r: ẩn nhiệt ngưng tụ của hơi nước bão hòa ở áp suất 2,5 at, r = 2189,5 ×10 3 J/kg (tra bảng I.251 [ CITATION Nhi \l 1033 ], trang 315).
H: chiều cao ống truyền nhiệt (H = h0 = 1,5m).
A: hệ số, đối với nước thì phụ thuộc nhiệt độ màng nước ngưng tm t m =t D +t V 1
Với tD, tV1: nhiệt độ hơi đốt và vách phía hơi ngưng
TÍNH LẶP LẦN 1 Giả sử Δtt 1 = 3,4 o C
Với tm = 124,55 tra bảng [[ CITATION Nhi \l 1033 ]-29] ta được A = 189,365 α 1 =2,04× A × ( Δt 1 r × H ) 0,25 =2,04 × 189,365 × ( 2189,51,5× ×103,4 3 ) 0,25 88,344 W/(m 2 × K)
Nhiệt tải phía hơi ngưng q1 = α1 × Δt1 = 9888,344 × 3,4 = 33620,37011 (W/m 2 )
Nhiệt tải riêng từ bề mặt đốt đến lòng chất lỏng sôi Áp dụng công thức VI.27[[ CITATION Nhi \l 1033 ]-71] α 2 =α n × ( ❑ ❑ dd n ) 0,565 × [ ( P P dd n ) 2 × ( C C dd n ) × ( μ μ dd n ) ] 0,435 ;W/(m 2 K)
αn: Hệ số cấp nhiệt của nước khi cô đặc theo nồng độ dung dịch Do nước sôi sủi bọt nên αn được tính theo công thức V.90[[ CITATION Nhi \l
1033 ]-26] α n =0,145× p 0,5 × Δt 2,33 với p = 0,3139 at = 30783,07 N/m 2 Δt = Δt2 = tt2 – tsdd(ptb) tt2 = tt1 - Δtt
Δt2: Hiệu số nhiệt độ giữa thành ống và dung dịch sôi
Δt1: Chênh lệch nhiệt độ giữa hơi đốt và thành ống
Δtt: hiệu số truyền nhiệt giữa 2 mặt ống truyền nhiệt
Σr: Tổng nhiệt trở của thành ống truyền nhiệt Σrr=r 1 +δ λ+r 2 r1, r2 nhiệt trở cặn bẩn 2 phía tường Tra bảng VI [[ CITATION Nhi \l 1033 ]-4]
Dung dịch cần cô đặc dưa hấu r2 = 0,387 × 10 −3 (𝑚 2 × độ/ 𝑊)
Nhiệt trở của cặn mặt ngoài r1 = 0,464 × 10 −3 (𝑚 2 × độ¿𝑊)
Tra bảng VI.6 [[ CITATION Nhi \l 1033 ]-80]
Chọn ống truyền nhiệt có bề dày δ = 0,002 m
Vật liệu thép OX18H10T có λ = 16,3 W/m × K
Δtt = 33620,37011 × 9,74×10 −4 = 32,746 ( o C) tt2 = tt1 – Δtt = 122,85 – 32,746 = 90,10 ( o C) Δt2 = tt2 – tsdd(ptb) = 90,1 – 74,93 = 15,17 ( o C) αn = 0,145 30783,07 0,5 15,17 2,33 = 14362,180 (W/m 2 K)
Tại tsdd(ptb) = 74,93 ( o C) và tsdm(ptb) = 72,08 ( o C) ta có
- Cdm, àdm, λdm, ρdm: Tra bảng I.249[[ CITATION Nhi06 \l 1033 ]-311]
- ρdd: tra ở các nồng độ khác nhau, tra bảng I.86, [ CITATION Nhi06 \l 1033 ], trang 59-62.
- àdd: tra bảng I.112, trang 114 [ CITATION Nhi06 \l 1033 ]
- λdd: Theo công thức I.32[ CITATION Nhi06 \l 1033 ], trang 123 λ dd =A ×C dd × ρ dd × √ 3 M ρ dd dd (W ¿¿ m× K )¿
+ A: hệ số phụ thuộc vào mức độ liên kết của chất lỏng Đối với chất lỏng liên kết, A = 3,58 × 10 -8
+ M: khối lượng mol của hỗn hợp lỏng, ở đây là hỗn hợp đường glucose (C6H12O6) và H2O.
M = a.M(C6H12O6) + (1 – a).MH2O = a.180 + (1 – a).18; kg/kmol a – phần mol của đường glucose (C6H12O6). a x
( λ λ dm dd ) 0,565 × [ ( ρ ρ dm dd ) 2 × ( C C dm dd ) × ( μ μ dm dd ) ] 0,455 = ( 0,6 692 0,3549 ) 0,505 × [ ( 1318,66 976,552 ) 2 × 4188,664 2408,9 × 1,464044 0,3 9× 10 × −3 10 −3 ] 0,435 =¿
Nhận xét: q1 = 33620,37011 (W/m 2 ) khác với q2 = 90809,995 (W/m 2 ) nên cần tính lặp để chọn Δt1 thích hợp để q1 = q2
TÍNH LẶP LẦN 2 Giả sử Δtt 1 = 3,85 o C
Nhiệt tải phía hơi nước bão hòa
Với tm = 124,325 tra bảng [2-29] ta được A = 189,2975 α 1=2,04× A × ( Δt 1 r × H ) 0,25 =2,04 × 189,2975 × ( 2189,51,5×3,85 ×10 3 ) 0,25 82,377 W/(m 2 × K)
Nhiệt tải phía hơi ngưng q1 = α1 × Δt1 = 9582,377 × 3,85 = 36892,15145 (W/m 2 )
Nhiệt tải riêng từ bề mặt đốt đến lòng chất lỏng sôi
Sai số tương đối của q1 và q2 sau 2 lần tính lặp
Nhiệt tải trung bình là: q tb =q 1 +q 2
4.1.2 Hệ số truyền nhiệt tổng quát K cho quá trình cô đặc
Giá trị K được tính thông qua hệ số cấp nhiệt:
Tính nhiệt lượng do hơi đốt cung cấp
4.1.3 Diện tích bề mặt truyền nhiệt
Vậy ta chọn F chuẩn là F +10%F = 80 m 2 theo dãy chuẩn [ CITATIONPhạ06 \l 1033 ] trang 276.
Tính kích thước của thiết bị cô đặc
4.2.1 Tính kích thước buồng đốt
4.2.1.1 Tính số ống truyền nhiệt
Số ống truyền nhiệt được tính theo công thức (III – 49), trang 134 [ CITATION Ngu06 \l 1033 ] n= F π ×d ×l= 80 π ×0,025×1,5g9,06ống
Với : d = 25 mm: đường kính ống truyền nhiệt (vì α1> α2 nên lấy d = dt
= 25mm) l = 1,5 m: chiều dài ống truyền nhiệt F= 80 m 2 : diện tích bề mặt truyền nhiệt
chọn n = 721 ống Theo bảng V.11, trang 48 [ CITATION Nhi \l 1033 ] bố trí theo hình lục giác đều
4.2.1.2 Đường kính ống tuần hoàn trung tâm (D th )
Áp dụng công thức (III.26) trang 121, Diện tích tiết diện ngang của ống tuần hoàn Fth: [Phan Văn Thơm, Sổ tay thiết kế Thiết bị hóa chất và chế biến thực phẩm đa dụng, Bộ Giáo dục và Đào tạo, Viện Đào tạo mở rộng]:
Vì đây là thiết bị cô đặc có ống tuần hoàn trung tâm Nên tiết diện tuần hoàn trung tâm Fth = (0,25 0,35) × Fo , với Fo là diện tích tiết diện ngang cả tất cả các ống truyền nhiệt, chọn Fth= 0,3×Fo
Theo tiêu chuẩn trang 274, [ CITATION Phạ06 \l 1033 ] chọn Dth 400 mm
4.2.1.3 Đường kính buồng đốt (D t ) Đối với thiết bị cô đặc có ống tuần hoàn trung tâm và ống đốt được bố trí theo hình lục giác đều, đường kính trong của buồng đốt được tính công thức VI.40 trang74 [ CITATION Nhi \l 1033 ]
Chọn β = 1,4 theo Quá trình và thiết bị truyền nhiệt tập 5, quyển 1, trang
202 dn = 0,029 m: đường kính ngoài của ống truyền nhiệt Ѱ:Hệ số sử dụng vỉ ống thường có giá trị từ 0,7 đến 0,9, chọn ѱ = 0,8
L = 1,5 m: chiều dài của ống truyền nhiệt
Dnth = 0,4+ 0,003 × 2=0,406 m : đường kính trong của ống tuần hoàn trung tâm α = 60 o : góc ở đỉnh của tam giác đều
F = 80 m 2 : diện tích bề mặt truyền nhiệt
Theo tiêu chuẩn trang 274 [ CITATION Phạ06 \l 1033 ] chọn đường kính trong buồng đốt Dt = 1400 mm = 1,4 m
4.2.1.4 Kiểm tra diện tích truyền nhiệt
Ta cần thay thế những ống truyền nhiệt ở giữa hình lục giác đều bằng ống tuần hoàn trung tâm Theo công thức 3.86, trang 202, [ CITATION Phạ06
S: bước ống, m; s = β × dn= 1,4 × 29 = 40,6 mm d0: đường kính ngoài của ống truyền nhiệt m: số ống trên đường chéo
Chọn m = 33 ống theo bảng V.11 trang 48 [ CITATION Nhi \l 1033 ]
Tổng số ống trong thiết bị n=3
Số ống trên đường chéo của lục giác đều bọc chùm ống lắp trong ruột rỗng, theo công thức trang 218, [ CITATION Phạ06 \l 1033 ]
Số ống truyền nhiệt đã bị thay thế bởi ống tuần hoàn trung tâm Chọn m’ = 11 theo trang 48, [ CITATION Nhi \l 1033 ] n ' =3
Tổng số ống lắp đầy toàn bộ vỏ thiết bị
n=∑ n−n ' 7−91r6ống: số ống truyền nhiệt còn lại
Kiểm tra bề mặt truyền nhiệt
4.2.1.5 Tính kích thước đáy nón của buồng đốt
Chọn chiều cao phần gờ giữa buồng đốt và đáy nón hgo = 50 mm
Ta thấy đường kính trong của đáy nón chính là đường kính trong của buồng đốt:
→ Với 2 thông số trên, tra bảng XIII.22, [ CITATION Nhi \l 1033 ], trang
Số ống truyền nhiệt là 726 ống có kích thước d25/29 mm
Một ống tuần hoàn giữa có đường kính dth= 400 mm
Đường kính vỏ buồng đốt Dt = 1400mm
Chiều cao buồng đốt Hd= 1,5 m
Diện tích bề mặt truyền nhiệt F= 80 m 2
Chiều cao đáy nón Hnon = 1269 mm
Thể tích dung dịch ở đáy Vđáy = 0,832 m 3
Tính kích thước buồng bốc
Lưu lượng hơi thứ trong buồng bốc
W: lượng hơi thứ bốc hơi (kg/h) ρh: khối lượng riêng của hơi ở áp suất po = 0,3139 at
Tra bảng I.251, [ CITATION Nhi06 \l 1033 ], trang 314:
Nội suy ta được ρh = 0,1957 kg/m 3
Vận tốc hơi thứ trong buồng bốc: ω h = V hơi π × D b 2
Db là đường kính buồng bốc (m)
Theo công thức 5.14, trang 292, [ CITATION Phạ06 \l 1033 ] ω 0 =√ 4 × g × 3 ×ξ × ρ ( ρ ' − ρ ' ' ' ' ) × d = √ 4 × 9,81 × (974,842−0,1957)×0,0003
D b 0,6 (m s ) Trong đó: ρ’= 974,842 kg/m 3 : khối lượng riêng của giọt lỏng, kg/m 3 (tra bảng I.249, trang 311[ CITATION Nhi06 \l 1033 ]): tra ở nhiệt độ sôi của dung môi trong buồng bốc tsdd = 74,93 o C) ρ”= ρh = 0,1957 kg/m 3 : khối lượng riêng của hơi d: đường kính giọt lỏng, chọn d = 0,0003 m tra trang 276 [ CITATION Phạ06 \l 1033 ] g = 9,81m/s 2 : gia tốc trọng trường ξ: hệ số trở lực, tính theo Re
Với μ là độ nhớt của hơi thứ ở áp suất 0,3139 at, tra theo hình I.35, [ CITATION Nhi06 \l 1033 ], trang 117 à = 0,012 ì 10 -3 N.s/m 2
=2,3× D b 1,2 ωhơi không quá 70-80% ωo, chọn: ωhơi ≤ 80% ωo
Chọn theo dãy chuẩn, lấy Db = 2 m [ CITATION Phạ06 \l 1033 ], trang 277
Theo công thức VI.34, [ CITATION Nhi \l 1033 ], trang 72: chiều cao của không gian hơi còn gọi là chiều cao buồng bốc:
Db: đường kính buồng bốc, m
VKGH: thể tích không gian hơi, m 3
Công thức VI.32, [ CITATION Phạ06 \l 1033 ], trang 71:
W: lượng hơi thứ bốc lên khỏi thiết bị, = 3619,7217 kg/h
ρh: khối lượng riêng của hơi thứ ở po = 0,3139 at, kg/m 3 ρh = 0,1957 kg/m 3
Utt: cường độ bốc hơi thể tích cho phép của khoảng không gian hơi (thể tích nước bay hơi trên 1 đơn vị thể tích của không gian hơi trong 1 đơn vị thời gian).
Với: f = 1,3: hệ số hiệu chỉnh do khác biệt áp suất khí quyển (xác định theo đồ thị hình VI.3, [ CITATION Nhi \l 1033 ], trang 72).
Utt_(1at): cường độ bốc hơi thể tích cho phép khi P = 1at, m 3 /m 3 h.
Theo [ CITATION Nhi \l 1033 ], trang 72, chọn Utt_(1 at) = 1600 m 3 /m 3 h.
Do trong thiết bị có hiện tượng dung dịch sôi tràn lên phần buồng bốc nên đòi hỏi thiết bị phải cao hơn so với tính toán.
Vậy chiều cao buồng bốc là 3000 (mm) Hb = 3,0 m
4.3.3 Tính kích thước nắp elip có gờ của buồng bốc
Chọn chiều cao phần gờ giữa buồng bốc và nắp elip hgo = 50 mm.
Ta thấy đường kính trong của nắp elip chính là đường kính trong của buồng bốc: Dt = 2000 mm.
Với 2 thông số trên, tra bảng XIII.21, trang 394, [ CITATION Nhi \l 1033 ]
Đường kính vỏ buồng bốc Db = 2000 mm
Chiều cao buồng bốc Hb= 3,0 m
Chiều cao đáy nón Hnón = 1812 mm
Tính kích thước các ống dẫn
Theo[ CITATION Nhi \l 1033 ], trang 74, đường kính các ống được tính theo công thức sau d=√ π × ω× ρ 4 × G , m
G: lưu lượng lưu chất, kg/s ω: vận tốc lưu chất, m/s ρ: khối lượng riêng của lưu chất, kg/m 3
4.4.1 Đường kính ống nhập liệu và tháo liệu Đường kính ống nhập liệu
Chọn ω = 2 m/s: chất lỏng ít nhớt (Sổ tay Quá trình và Thiết bị công nghệ hóa chất tập 2, trang 74)
ρ đ 13,8¿m 3 ) (tra xđ = 4%, bảng I.88, Sổ tay Quá trình và Thiết bị công nghệ hóa chất tập 1, trang 64) d nl =√ π × 4 2× × 1,07 1013,8 =0,0 25 m
dnl = 25 mm Ống tháo liệu d tl =√ π × ω × ρ 4 ×G c c = √ π × 4 1 × ×1318,66 0,0659 =0,0079 m
Gc= 237,3588 kg/h =0,0659 kg/s ω = 1 m/s: (dung dịch sau cô đặc có độ nhớt tương đối) (trang 74, [ CITATION Nhi \l 1033 ]) ρc = 1318,66 kg/m 3 (tra theo xce% bảng I.86, Sổ tay tập 1, trang 61). Ống dẫn hơi đốt
D = 1,26 kg/s: lượng hơi đốt biểu kiến
ω = 40 m/s (Hơi bão hòa, Sổ tay Quá trình và Thiết bị công nghệ hóa chất tập 2, trang 74)
pD = 2,5at ρD = 1,3625 kg/m 3 (tra theo bảng I.251 sổ tay tập 1, trang314). d D =√ π × 4 40 ×1,26 ×1,3625 =0,171 m
d D = 171 mm. Ống dẫn hơi thứ
ω = 50 m/s (hơi quá nhiệt, [ CITATION Nhi \l 1033 ], trang 74) p0 0,3139 at ρhoi thu = 0,1957 kg/m 3 ( tra theo bảng I.250, trang 312, [ CITATION Nhi06 \l 1033 ]). d hoi thu =√ π × 4 50× ×1,005 0,1957 =0,36 m
d hoi thu = 360 mm Ống dẫn nước ngưng
ω = 2 m/s (hơi quá nhiệt, sổ tay QTTB tập 2, trang 74)
tD= 126,25 o C ρ nuoc ngung = 937,9125 kg/m 3 (bảng I.249, trang 311, [1]). d nuoc ngung =√ π × 4 2 × × 937,9125 1,005 =0,026 m
d nuoc ngung = 26 mm. Ống xả khí không ngưng
Chọn đường kính ống xả khí không ngưng bằng đường kính ống dẫn nước ngưng.
4.4.2 Tổng kết về đường kính
Căn cứ vào bảng XIII.26, trang 409, [ CITATION Nhi \l 1033 ] ta có bảng sau:
Bảng 4.4.2.1.1.1 Số liệu đường kính các ống
Loại ống Đường kính tính toán (mm)
Chọn đường kính trong (mm)
Chọn đường kính ngoài (mm)
Tính bền cơ khí cho chi tiết thiết bị cô đặc
4.5.1.1 Sơ lược về cấu tạo
Buồng đốt có đường kính trong Dt = 1400 mm, chiều cao Ht = 1500 mm.
Thân có 3 lỗ, ứng với 3 ống: dẫn hơi đốt, xả nước ngưng, xả khí không ngưng.
Vật liệu chế tạo là thép không gỉ OX18H10T, có bọc lớp cách nhiệt.
Hơi đốt là hơi nước bão hoà có áp suất 2,5 at nên buồng đốt chịu áp suất trong là: pm = pD – pa = 2,5 – 1 = 1,5 at = 0,14709975 (N/mm 2 ) ρ=0,78555kg/m 3 , tại áp suất 1,5 at, theo bảng I.251, trang 314, [ CITATION Nhi06 \l
1033 ] Áp suất tính toán là: Pt = pm + ρ × g × H = 0,14709975 + 1318,66 × 9,81 × 10 -
Nhiệt độ của hơi đốt vào là tD = 126,25 o C, vậy nhiệt độ tính toán của buồng đốt là: ttt = tD + 20 = 126,25 + 20 = 146,25 o C (trường hợp thân có bọc lớp cách nhiệt).
Theo hình 1.2, trang 16, [Hồ Lê Viên, Tính toán, Thiết kế các chi tiết thiết bị hóa chất và dầu khí, NXB Khoa học và Kỹ thuật, 2006], ứng suất cho phép tiêu chuẩn của vật liệu ở ttt là:
Chọn hệ số hiệu chỉnh η = 0,95 (có bọc lớp cách nhiệt) trang 17, [ CITATION HồL06 \l 1033 ] Ứng suất cho phép của vật liệu là:
Tra bảng 2.12, trang 34, [ CITATION HồL06 \l 1033 ]: module đàn hồi của vật liệu ở ttt là E = 2,05 × 10 5 (N/mm 2 )
Theo công thức 5-3, trang 96[ CITATION HồL06 \l 1033 ]
2×[σ]× φ = 2× 1400 113,05 × 0,1665 × 0,95 = 1,085 (mm) Trong đó: φD = 0,95 – hệ số bền mối hàn (bảng 1-8, trang 19, [ CITATION HồL06 \l
Dt = 1400 mm – đường kính trong của buồng đốt
Pt = 0,1665 N/mm 2 – áp suất tính toán của buồng đốt
Dt = 1400mm ⇒ Smin = 4 mm > 1,085 mm ⇒ chọn S’ = Smin = 4mm (theo bảng 5.1, trang 94, [ CITATION HồL06 \l 1033 ]
Chọn hệ số ăn mòn hoá học là Ca = 1mm (thời gian làm việc 10 năm). Vật liệu được xem là bền cơ học nên Cb = Cc = 0.
Chọn hệ số bổ sung do dùng sai của chiều dày Co = 0,4 mm (theo bảng
Hệ số bổ sung bề dày là:
C = Ca + Cb + Cc + Co = 1 + 0 + 0 + 0,4 = 1,4mm
Kiểm tra bề dày buồng đốt: Áp dụng công thức 5-10, trang 97, [ CITATION HồL06 \l 1033 ]
D t = 1400 6−1 = 0,00357 < 0,1 (thỏa) Áp suất tính toán cho phép trong buồng đốt:
Vậy bề dày buồng đốt là 6mm
Đường kính ngoài của buồng đốt: Dn = Dt + 2 × S = 1400 + 2 × 6 = 1412 mm
Tính bền cho các lỗ: Đường kính lỗ cho phép không cần tăng cứng (công thức 8-2, trang 162,
Dt = 1400 mm – đường kính trong của buồng đốt
S = 6 mm – bề dày của buồng đốt k – hệ số bền của lỗ k = P t × D t
So sánh: Ống dẫn hơi đốt dt = 200 mm > d max Ống xả nước ngưng dt = 32 mm ρ18,66 kg/m 3
Thể tích dung dịch trong phần hình nón cụt:
Thể tích dung dịch trong thiết bị:
Db: đường kính trong buồng bốc (m)
Dđ: đường kính trong buồng đốt (m)
Hc: chiều cao hình nón cụt không tính gờ (m)
Hgc: chiều cao gờ hình nón cụt (m)
V ống TN : thể tích dung dịch trong ống truyền nhiệt (m 3 )
V ống TH : thể tích dung dịch trong ống tuần hoàn trung tâm (m 3 )
Vđ: thể tích dung dịch trong đáy (m 3 )
Khối lượng lớn nhất có thể: m ddmax =ρ× V dd 18,66×2,215)20,83kg
Tổng trọng tải trong thiết bị:
Chọn tai treo thẳng đứng, được làm bằng thép CT3 Trọng lượng trên mỗi tai treo:
Các thông số tai treo được chọn từ bảng XIII.36, trang 438,[ CITATION Nhi \l
G: tải trọng cho phép trên một tai treo; N
F: bề mặt đỡ; m 2 q: tải trọng cho phép trên bề mặt đỡ; N/m 2 mt: khối lượng một tai treo; kg
THIẾT BỊ PHỤ
Thiết bị truyền nhiệt
Chọn thiết bị ống chùm thẳng đứng, dung dịch đi trong ống, hơi đốt đi ngoài ống.
Dòng nhập liệu (dòng lạnh): t’1= 30 o C t”2= 72,55 o C ´t=t 1 ' +t }} over {2} = {30 +72,55} over {2} Q,28 2 ¿ ¿ o C Dòng hơi đốt (dòng nóng): t’2= t”2 = 126,25 o C
5.1.1 Hệ số cấp nhiệt khi ngưng tụ hơi
Giảm tốc độ hơi đốt nhằm bảo vệ các ống truyền nhiệt tại khu vực hơi đốt vào bằng cách chia làm nhiều miệng vào Chọn tốc độ hơi đốt nhỏ ((ω = 10 m/s), nước ngưng chảy màng (do ống truyền nhiệt ngắn có h0 = 1,5 m), ngưng hơi bão hoà tinh khiết trên bề mặt đứng.
Theo công thức (V.101), trang 28, [ CITATION Nhi \l 1033 ]: α 1 =2,04× A × ( H Δt r 1) 0,25 ⇒ q 1 =α 1 × Δt 1
+α 1 – hệ số cấp nhiệt phía hơi ngưng; W/(m 2 K)
+ r: ẩn nhiệt ngưng tụ của hơi nước bão hòa ở áp suất 2,5 at, r = 2189,5×10 3 J/kg
(tra bảng I.251 [ CITATION Nhi \l 1033 ], trang 315).
+ H – chiều cao ống truyền nhiệt (H = ho = 1,5 m).
+ A – hệ số, đối với nước thì phụ thuộc vào nhiệt độ màng nước ngưng tm t m =t D +t v 1 2 – Sau nhiều dần tính lặp lại, ta chọn nhiệt độ vách ngoài tv1 = 122,4 o C. t m 6,25+122,4
2 4,325 o CTra A ở trang 28, [ CITATION Nhi \l 1033 ]: tm = 124,325 o C → A = 189,35
Nhiệt tải riêng phía hơi ngưng: q 1 =¿ 9585,035 × 3,85 = 36902,4 W/m 2
5.1.2 Hệ số cấp nhiệt từ bề mặt đốt đến dòng chất lỏng sôi
Chất lỏng sôi nhẹ và chuyển động cưỡng bức nên hệ số cấp nhiệt này được tính theo các công thức của đối lưu cưỡng bức.
Sau khi tính lặp, chọn tv2 = 86,47 0 C
Các thông số hóa lý của dung dịch nước ép dưa hấu 65 % ở tw và ¯ t ( Tra bảng thông số hóa lý [ CITATION Nhi06 \l 1033 ] trang 310 )
Thông số tw = 104,435 0 C ¯t = 51,28 0 C λ; W/(m.K) 0,68 0,64 ρ; kg/m 3 ) 957,6 987,1 c; J/(kg.K) 4226,028 4178 μ; N.s/m 2 0,000268 0,000551
+ μ – độ nhớt động lực học; Ns/m2
Chọn tốc độ của dung dịch nước ép dưa hấu 65% trong ống truyền nhiệt là v = 1 m/s Đường kính trong của ống truyền nhiệt là d = 25 mm.
⇒ Áp dụng công thức tính hệ số cấp nhiệt khi dòng chảy rối trong ống (Re > 10000):
5.1.3 Nhiệt tải riêng phía tường
Với: Tra bảng VI [ CITATION Nhi \l 1033 ]-4
+ r1 = 0,387.10 –3 m 2 K/W – nhiệt trở phía hơi nước do vách ngoài của ống có màng mỏng nước ngưng
+ r2 = 0,464.10 –3 m 2 K/W – nhiệt trở phía dung dịch do vách trong của ống có lớp cặn bẩn dày 0,5 mm
+ δ =2 mm = 0,002 m – bề dày ống truyền nhiệt.
+λ = 16,3 W/m.K – hệ số dẫn nhiệt của ống (bảng XII.7, trang 313,[ CITATION Nhi \l 1033 ]) và ống làm bằng thép không gỉ OX18H10T.
+ ∆ tv = tv1 + tv2; K – chênh lệch nhiệt độ giữa 2 vách tường.
Với quá trình cô đặc chân không liên tục, sự truyền nhiệt ổn định nên qv = q1 =q2. Δt v =q v ×∑r v 6902,4 × 9,74 × 10 –4 = 35,95 o C.
– Sai số tương đối của q2 so với q1: δq = | q 2 q −q 1 1 | = | 81656,20 36902,4 −36902,4 | =1,22 % δq ¿ 5% nên sai số được chấp nhận (các thông số đã chọn phù hợp)
– Nhiệt tải riêng trung bình: q tb =q 1 +q 2
5.1.4 Diện tích bề mặt truyền nhiệt
Do dung dịch đầu Gđcđtđ
Do hơi ngưng trong đường ống dẫn hơi đốt φDDctD
Do sản phẩm mang ra Gccctc
Do hơi thứ mang ra WiW ’’
Nhiệt độ của dung dịch nước ép dưa hấu 4% trước và sau khi qua thiết bị gia nhiệt:
Có thể bỏ qua nhiệt lượng do hơi nước bão hoà ngưng tụ trong đường ống dẫn hơi đốt vào buồng đốt: φDDctD = 0
Trong hơi nước bão hoà, bao giờ cũng có một lượng nước đã ngưng bị cuốn theo khoảng φD = 0,05 (độ ẩm của hơi).
Nhiệt lượng do hơi nước bão hòa cung cấp là D × (1 − φ ) × ( i ’’ D − c); W
Nước ngưng chảy ra có nhiệt độ bằng nhiệt độ của hơi đốt vào (không có quá lạnh sau khi ngưng) thì i ’’ D −¿c = rD = 2189,5 J/kg (ẩn nhiệt của hơi nước ngưng tụ của hơi đốt) (bảng I.251, trang 315, [ CITATION Nhi06 \l 1066 ]).
Lượng hơi đốt biểu kiến:
(1−0,05)×2189,42×10 3 =1,123 (kg/s) – Nhiệt lượng do hơi đốt cung cấp:
– Diện tích bề mặt truyền nhiệt:
Chọn F = 65 m 2 theo dãy chuẩn Quá trình và thiết bị truyền nhiệt tập 5, quyển 1, trang 276 [ CITATION Phạ06 \l 1033 ]
Số ống truyền nhiệt được tính theo công thức (III –49, trang 134, [ CITATION Ngu06 \l 1033 ]): n= F π ×d ×l
+ F = 65 m 2 – diện tích bề mặt truyền nhiệt
+ l = 1,5 m – chiều dài của ống truyền nhiệt
+ d – đường kính của ống truyền nhiệt
Vì α 1¿α 2 nên ta chọn d = dt = 25 mm.
– Số ống truyền nhiệt là: n= 65 π ×0,025×1,5R2ố ng
– Theo bảng V.11, trang 48, [ CITATION Nhi \l 1066 ] , chọn số ống na3 và bố trí theo hình lục giác đều.
Chọn cách xếp ống theo hình 6 cạnh
Số ống trên đường xuyên tâm của lục giác b = 27 ống.
– Đường kính trong của thiết bị trao đổi nhiệt được tính theo công thức V.140, trang
+ dn = dt + 2 × S × m – đường kính ngoài của ống truyền nhiệt.
+ t = β × dn = 1,4 × 0,029 = 0,0406 m – bước ống b=√ 4 3 × (n−1)+ 1= √ 4 3 ×(721−1)+11– số ống trên đường xuyên tâm của lục giác.
⇒ D = 0,0406 × (31 – 1) + 4 × 0,029 = 1,334 m – Thể tích bình gia nhiệt :
Chọn thiết bị ngưng tụ
Lượng khí bổ sung sinh ra trong thiết bị cô đặc bao gồm:
+ Dung môi dễ bay hơi
Khí bổ sung cần được giải phóng để tạo chân không Thiết bị ngưng tụ được kết hợp với bơm chân không để hệ thống chân không hoạt động hiệu quả nhất.
Thiết bị ngưng tụ làm ngưng tụ hầu hết hơi nước, giải phóng một lượng hơi nước lớn cho bơm chân không, do đó giảm tiêu hao năng lượng cơ học và tránh hỏng hóc cho bơm (chỉ hút khí không ngưng).
Chọn thiết bị ngưng tụ trực tiếp loại khô, ngược chiều, chân cao (baromet) Trong đó, nước làm lạnh và nước ngưng tụ chảy xuống còn khí không ngưng được bơm chân không hút ra từ phần trên của thiết bị qua bộ phấn tách lỏng.
Chiều cao của ống baromet được chọn sao cho tổng của áp suất trong thiết bị và cột áp thủy tĩnh bằng với áp suất khí quyển.
Thiết bị ngưng tụ baromet
5.3.1 Lượng nước lạnh tưới vào thiết bị ngưng tụ
Theo công thức VI.51 [ CITATION Nhi \l 1033 ], Trang 84:
Gn: lượng nước lạnh tưới vào thiết bị, kg/s.
W: lượng hơi thứ đi vào thiết bị ngưng tụ, kg/s.
3600 =1,005kg/s i: nhiệt dung riêng của hơi nước (bảng I.251, trang 314, [ CITATION Nhi06 \l
1033 ]) i 2639,35 KJ/kg. t 2c , t 2d : nhiệt độ đầu, cuối của nước làm nguội, lấy t 2 d = 30 o C. t 2 c = t ng −10w,31−10g,31 o C. t ng : nhiệt độ hơi bão hòa ngưng tụ, o C.
C n : nhiệt dung riêng trung bình của nước, tra theo nhiệt độ trung bình, kJ/kg.k. (trang 311/ Nhiều tác giả, [ CITATION Nhi \l 1033 ]).
5.3.2 Thể tích không khí và khí không ngưng cần hút ra khỏi thiết bị
Lượng khí cần hút ra khỏi thiết bị ngưng tụ baromet được tính theo công thức VI.47 [ CITATION Nhi \l 1033 ], trang 84:
Gn: lượng nước lạnh tưới vào thiết bị, kg/s.
W : lượng hơi đi vào thiết bị ngưng tụ, kg/s. Đổi với thiết bị ngưng tụ trực tiếp loại khô, nhiệt độ không khí được tính theo công thức VI.50 [ CITATION Nhi \l 1033 ], trang 84: tkk= t2d + 4 + 0,1× (t2c – t2d) = 30 + 4 + 0,1× (67,31 – 30) = 37,731 o C
Tra giản đồ không khí ẩm : png = 0,3at = 29419,95 N/m 2 : áp suất làm việc của thiết bị ngưng tụ. ph = 0,0677 at= 6639,10205 N/m² : áp suất riêng phần của hơi nước trong hỗn hợp ở nhiệt độ tkk (tra ở Bảng tra cứu quá trình cơ học truyền nhiệt – truyền khối,
Thể tích khí không ngưng cần hút ra khỏi thiết bị tính theo VI.49 [ CITATION Nhi \l 1033 ],trang 84:
5.3.3 Các đường kính chủ yếu của thiết bị ngưng tụ Baromet Đường kính trong của thiết bị ngưng tụ
Theo VI.52 Sổ tay tập 2, trang 84, ta có đường kính trong thiết bị ngưng tụ:
W: lượng hơi thứ ngưng tụ, W = 1,005 kg/s.
h: tốc độ hơi trong thiết bị ngưng tụ, chọn h = 30 m/s (trang 85, Nhiều tác giả, Sổ tay Quá trình và Thiết bị Công nghệ Hóa chất, tập 2, NXB Khoa học và Kỹ thuật, 2006).[ CITATION Nhi \l 1066 ]
h: khối lượng riêng của hơi, tra bảng I.251 trang 314 theo sổ tay tập 1[ CITATION Nhi06 \l 1066 ] và nội suy : ở 0,3 at được h = 0,1876 kg/m 3
Chọn đường kính trong của thiết bị ngưng tụ là 600 mm (theo bảng VI.8 sổ tay QTTB tập 2, trang 88)[ CITATION Nhi \l 1066 ]
Thường có dạng viên phân để đảm bảo làm việc tốt
Chiều rộng của tấm ngăn được xác định theo công thức VI.53 trang 85 [ CITATIONNhi \l 1066 ]. b = D tr
Có nhiều lỗ nhỏ được đúc trên tấm ngăn, nước làm nguội là nước sạch nên đường kính lỗ chọn là 2mm.
Lưu lượng thể tích của nước lạnh dùng để ngưng tụ hơi thứ:
Theo Sổ tay tập 2, trang 85, bề dày tấm ngăn (): chọn = 4 mm.[ CITATION Nhi \l 1066 ]
Theo Sổ tay tập 2, trang 85: chọn nước sông (ao, hồ) để ngưng tụ hơi thứ thì đường kính lổ d = 5 mm.
Theo Sổ tay tập 2, trang 85, chọn chiều cao gờ tấm ngăn là: 40 mm Chọn tốc độ tia nước là 0,62 m/s.
Mức độ đun nước nóng:
Tra bảng VI.7 trang 86, Sổ tay quá trình và thiết bị tập 2[ CITATION Nhi \l 1066 ] với d=2mm và P=0,774, suy ra:
- Khoảng cách giữa các ngăn h= 400mm
- Thời gian rơi qua một bậc t= 0,41s
Trong thực tế, khi hơi đi trong thiết bị ngưng tụ từ dưới lên thì thể tích của nó giảm dần.
Vậy khoảng cách hợp lý nhất giữa các ngăn cũng nên giảm dần theo hướng từ dưới lên khoảng 50mm cho mỗi ngăn:
Chọn khoảng cách giữa các ngăn là 400mm (có 8 ngăn)
Khoảng cách từ ngăn trên cùng đến nắp thiết bị là 1300 mm
Khoảng cách từ ngăn dưới cùng đến đấy thiết bị là 1200 mm
Chiều cao phần gờ của nắp là 50 mm
Chiều cao phần nắp đấy nón là 175mm
Chiều cao phần nắp ellipse là 125 mm
Vậy chiều cao cao của thiết bị ngưng tụ là :
Lưu lượng thể tích nước lạnh dùng để ngưng tụ hơi thứ
- Nhiệt độ trung bình t tb =t 2 đ +t 2c
: khối lượng riêng nước lấy ở nhiệt độ trung bình 48,66 0 C (tra bảng I.249 trang
311, Nhiều tác giả, Sổ tay Quá trình và Thiết bị Công nghệ Hóa chất, tập 1, NXB Khoa học và Kỹ thuật, 2006).[ CITATION Nhi06 \l 1066 ]
Kích thước cơ bản của thiết bị ngưng tụ baromet.
Theo bảng VI.8 trang 88, Nhiều tác giả, Sổ tay Quá trình và Thiết bị Công nghệ Hóa chất, tập 2 , NXB Khoa học và Kỹ thuật, 2006[ CITATION Nhi \l
Ký hiệu các kích thước Ký hiệu Kích thước Đường kính trong của thiết bị D tr 600
Chiều dày của thành thiết bị S 5
Khoảng cách từ ngăn trên cùng đến nắp thiết bị A 1300 Khoảng cách từ ngăn cuối cùng đến nắp thiết bị P 1200
Bề rộng của tấm ngăn B -
Khoảng cách giữa tâm của thiết bị ngưng tụ và thiết bị thu hồi
Chiều cao của hệ thống thiết bị H 4550
Chiều rộng của hệ thống thiết bị T 1400 Đường kính của thiết bị thu hồi D 1 400
Chiều cao của thiết bị thu hồi h 1 (h) 1400 Đường kính của thiết bị thu hồi D 2 -
Chiều cao của thiết bị thu hồi h 2 -
Khoảng cách giữa các ngăn a 1 260 a 2 300 a 3 360 a 4 400 a 5 430 Đường kính cửa ra và vào
Hổn hợp khí và hơi ra d 3 100
Hỗn hợp khí và hơi vào thiết bị thu hồi d 5 100
Hỗn hợp khí và hơi ra thiết bị thu hồi d 6 70
Nối từ thiết bị thu hồi đến ống Baromet d 7 50 Ống thông khí d 8 - Đường kính trong ống Baromet (d)
Tốc độ của nước lạnh và nước ngưng tụ chảy trong ống baromet thường lấy là ω = 0,5:0,6
Theo công thức VI.58 Sổ tay tập 2[ CITATION Nhi \l 1066 ], trang 86: d=√ 0,04 × π × ω (G n +W )
W: lượng hơi thứ ngưng tụ, W= 1,005 kg/s
Gn: lượng nước vào thiết bị ngưng tụ Gn = 15,203 kg/s ω:tốc độ của hỗn hợp nước và chất lỏng đã ngưng chảy trong ống baromet, m/s, thường lấy ω=0,5m/s
Theo công thức VI.58 Sổ tay tập 2, trang 86,[ CITATION Nhi \l 1066 ] ta có:
H = h1 + h2 + 0,5 m (1)Trong đó: h1: chiều cao cột nước trong ống baromet cân bằng với hiệu số trong áp suất khí quyển và trong thiết bị ngưng tụ. h2: chiều cao cột nước trong ống baromet cần để khắc phục trở lực khi nước chảy trong ống.
Theo công thức VI.60 Sổ tay tập 2[ CITATION Nhi \l 1066 ], trang 87: h 1 ,33× b
Trong đó: b: áp suất chân không trong thiết bị, mmHg (b = 0,3139 at).
Theo công thức VI.60 Sổ tay tập 2, trang 87: h 2=ω 2
Ta lấy hệ số trở lực khi vào ống ξ 1=0,5 và khi ra khỏi ống ξ 2 = 1 thì công thức VI.60 sẽ có dạng: h 2 =ω 2
2g×(2,5+×H d ), m Trong đó: d: đường kính ống baromet, d= 200 mm
: hệ số trở lực do ma sát khi nước chảy trong ống, (W/m.độ)
H: chiều cao tổng cộng trong ống baromet, m g = 9,81 m/s 2 ω: tốc độ nước chảy trong ống
Theo CT II.58 Sổ tay tập 1[ CITATION Nhi06 \l 1066 ], trang 377:
Dòng nước trong ống baromet ở chế độ chảy xoáy Trong đó:
: khối lượng riêng nước lấy ở nhiệt độ trung bình 48,66 0 C.
n = 989,67 kg/m 3 à: độ nhớt động lực nước lấy ở nhiệt độ trung bỡnh 48,66 0 C
Chọn ống thép CT3 là ống hàn trong điều kiện ăn mòn ít nên độ nhám 0,2mm.
Regh được tính theo công thức II.60 trang 378, Sổ tay quá trình và thiết bị tập
Ren được tính theo công thức II.62 trang 379, Sổ tay quá trình và thiết bị tập
Regh < Re < Ren (khu vực quá độ).
Hệ số ma sát λ theo công thức II.61 trang 378 [ CITATION Nhi06 \l 1066 ]
Mà ta có chiều cao ống baromet
Giải phương trình ta được : H = 3,78 m
Chiều cao của thiết bị :
H thiết bị = H TB ngưng tụ + H ống baromet = 5,65 + 3,78 = 9,43 m
Bồn cao vị
Bồn cao vị dùng để ổn định lưu lượng của dung dịch nhập liệu bồn được đặt ở độ cao phù hợp nhằm thắng được các trở lực của đường ống và cao hơn so với mặt thoáng của dung dịch trong nồi cô đặc.
Áp dụng phương trình Bernoulli với hai mặt cắt là1-1 (mặt thoáng của bồn cao vị), 2-2 ( mặt thoáng của nồi cô đặc).
Trong đó: v1 =v2=0 m/s p1=1 at p2= p0 = 0,3139 at ρ= 1318,66¿m 3 ): Khối lượng riêng của dung dịch nước ép dưa hấu nồng độ 65% ở ttb= 48,66 o C μ = 15,72 × 10 -3 N.s/m 2 độ nhớt động lực học của dung dịch nước ép dưa hấu nồng độ 65% ở ttb= 48,66 o C z2: khoảng cách từ mặt thoáng của dung dịch trong nồi cô đặc đến mặt đất;m z2 =z’ + Hđ + Hbđ + Hgc + Hc= 1 + 1,319 + 1,5 + 0,05 + 0,229 = 4,098 m Với :
Z’= 1m : khoảng cách từ phần nối giữa ống tháo liệu và đáy nón đến mặt đất.
Hđ= 1,269 + 0,05 = 1,319 m: chiều cao của đáy nón.
Hbđ= 1,5m: chiều cao của buồng đốt
Hgc= 50mm = 0,05 m: chiều cao của gờ nón cụt
Hc= 0,229 m: chiều cao của phần hình nón cụt Đường kính ống nhập liệu là d= 25 mm = 0,025m
Chọn chiều dài đường ống từ bồn cao vị đến buống bốc là 6 m
Tốc độ của dung dịch ở trong ống:
15,72×10 −3 = 3481,1953 ¿ 4000( chế độ chảy quá độ )
→ 2320 < Re < 4000( chế độ chảy quá độ)
Hệ số ma sát λ được tính theo công thức II.59, trang 378 [ CITATION Nhi06 \l
Chọn ống thép CT3 là ống hàn trong điều kiện ăn mòn ít( bảng II.15, trang 381, [ CITATION Nhi06 \l 1066 ]) Ta có độ nhám tuyêt đối là ε=0,2mm
Các hệ số trở lực cục bộ:
Yếu tố gây trở lực cục bộ Ký hiệu Hệ số trở lực cục bộ Số lượng Đầu vào ξ vào 0,5 1 Đầu ra ξ ra 1 1
Tổng tổn thất trên đường ống h1-2= v 2
Khoảng cách từ mặt thoáng của bồn cao vị đến mặt đất: z1= z2+ p 2 − p 1 ρ +h 1−2 =4,098+0,3139−1
Dung dịch nước ép dưa hấu 65% luôn tự chảy từ bồn cao vị vào buồng bốc của nồi cô đặc khi có độ cao từ 7,03 m trở lên
Chọn khoảng cách từ mặt thoáng của bồn cao vị đến mặt đất là 8 m
Bơm
Bơm là máy thủy lực dùng để vận chuyển và truyền năng lượng cho chất lỏng.
Các đại lượng đặc trưng của bơm là năng suất, áp suất, hiệu suất, công suất tiêu hao và hệ số quay nhanh.
Công suất của bơm chân không là:
Trong đó: n CK : hệ số hiệu chỉnh n CK =0,8 m : chỉ số đa biến, m=1,62 p 1 : áp suất khí lúc hút p 2 : áp suất khí quyển bằng áp suất khí lúc đẩy, chọn p 2 = 1at = 9,81×10 4 N/ m 2 p kk : áp suất không khí trong thiếtbiị ngưng tụ p h: áp suất của hơi nước trong hỗn hợp ở tkk p kk =p 1 =p c −p h =0,3−0,0677=0,2323at"780,85N/m 2
Suy ra công suất của bơm chân không là :
Dùng bơm chân không không cần dầu bôi trơn, có thể hút không khí, hơi nước Chọn bơm chân không vòng nước hai cấp HWVP Có các thông số khác như sau:
Lưu lượng từ 450 ~ 28000 lít / phút
Công suất động cơ 1,5 ~ 75 kW.
Truyền động bằng khớp nối cứng, dây đai hoặc hộp số tùy theo tốc độ quay tiêu chuẩn của đầu bơm.
Hoạt động êm ái, tuổi thọ vòng bi cao, ít phải bảo dưỡng.
Lượng nước làm kín thấp.
Vật liệu cánh, trục bơm được làm từ thép không gỉ 304 hoặc 316 giảm đáng kể sự ăn mòn các chất acid lẫn không môi trường khí và nước.
5.5.2 Bơm đưa nước vào thiết bị ngưng tụ
+ η – hiệu suất của bơm Chọn η = 0,75
+ ρ = 995 kg/m 3 – khối lượng riêng của nước ở 30 o C
+ Q – lưu lượng thể tích của nước lạnh được tưới vào thiết bị ngưng tụ; m 3 /s
– Áp dụng phương trình Bernoulli với 2 mặt cắt là 1 – 1 (mặt thoáng của bể nước) và
2 – 2 (mặt thoáng của thiết bị ngưng tụ): z 1 +p 1 γ +α 1 × v 1 2
+ μ = 0,000801 Ns/m 2 – độ nhớt động lực của nước ở 30 o C (bảng I.107, trang 100, [ CITATION Nhi06 \l 1033 ])
+ z1 = 2 m – khoảng cách từ mặt thoáng của bể nước đến mặt đất
+ z2 = 12 m – khoảng cách từ mặt thoáng của thiết bị ngưng tụ đến mặt đấtChọn dhút = dđẩy = 200 mm = 0,2 m ⇒ v1 = v2 = v
Chọn chiều dài đường ống từ bể nước đến thiết bị ngưng tụ là 13 m.
Tốc độ của dung dịch ở trong ống: v= Q π ×d 2
Chọn ống thép CT3 là ống hàn trong điều kiện ăn mòn ít (bảng II.15, trang 381, [ CITATION Nhi06 \l 1033 ]) ⇒ Độ nhám tuyệt đối là ε = 0,2 mm.
Re gh được tính theo công thức II.60, trang 378, [ CITATION Nhi06 \l 1033 ]:
Re n được tính theo công thức II.62, trang 379, [ CITATION Nhi06 \l 1033 ]:
⇒Re gh < Re < Re n (khu vực quá độ)
⇒ Hệ số ma sát λ được tính theo công thức II.64, trang 380, [ CITATION Nhi06 \l
1033 ]: λ = 0,1× (1,46 × d ε + 100 ℜ ¿ 0,25 = 0,1× (1,46 × 0,0002 0,2 + 121735,331 100 ¿ 0,25 = 0,0219 – Các hệ số trở lực cục bộ:
Yếu tố gây trở lực Ký hiệu Hệ số trở lực cục bộ Số lượng Đầu vào ξvào 0,5 1 Đầu ra ξra 1 1
⇒ Tổng tổn thất trên đường ống: h1-2 = v 2 2× g ( λ × d l +∑ ξ ) =20,49 ×9,81 2 ( 0,0219 × 0,213+6) =¿ 0,091 m
Thường người ta chọn động cơ điện có công suất lớn hơn so với công suất tính toán:
N = 1,5 ×1,211= 1,82 kW (với β = 1,5 hệ số dự trữ công suất theo bảng II.33, trang
– Chọn bơm ly tâm 1 cấp nằm ngang để bơm chất lỏng trung tính, sạch hoặc hơi bẩn.
5.5.3 Bơm đưa dung dịch nhập liệu lên bồn cao vị
+ η – hiệu suất của bơm Chọn η = 0,75
+ ρ= 1015,67¿m 3 ): Khối lượng riêng của dung dịch nước ép dưa hấu nồng độ
+ Q – lưu lượng thể tích của dung dịch nước ép dưa hấu nồng độ 4% được bơm vào bồn cao vị; m 3 /s
– Áp dụng phương trình Bernoulli với 2 mặt cắt là 1 – 1 (mặt thoáng của bể chứa nguyên liệu) và 2 – 2 (mặt thoáng của bồn cao vị): z 1 +p 1 γ +α 1 × v 1 2
+ μ = 0,001145 N.s/m 2 độ nhớt động lực học của dung dịch nước ép dưa hấu nồng độ 4% (bảng I.112, trang 114, [ CITATION Nhi06 \l 1033 ])
+ z1 = 2 m – khoảng cách từ mặt thoáng của bể chứa nguyên liệu đến mặt đất + z2 = 3,5 m – khoảng cách từ mặt thoáng của bồn cao vị đến mặt đất
Chọn dhút = dđẩy = 40 mm = 0,04 m ⇒ vhút = vđẩy ẩy = v
Chọn chiều dài đường ống từ bể chứa nguyên liệu đến bồn cao vị là 7 m.
Tốc độ của dung dịch ở trong ống: v= Q π ×d 2
Chọn ống thép CT3 là ống hàn trong điều kiện ăn mòn ít (bảng II.15, trang 381, [ CITATION Nhi06 \l 1033 ]) ⇒ Độ nhám tuyệt đối là ε = 0,2 mm.
Re gh được tính theo công thức II.60, trang 378, [ CITATION Nhi06 \l 1033 ]:
Re n được tính theo công thức II.62, trang 379, [ CITATION Nhi06 \l 1033 ]:
⇒Re gh < Re< Re n (khu vực quá độ)
⇒ Hệ số ma sát λ được tính theo công thức II.64, trang 380, [ CITATION Nhi06 \l
– Các hệ số trở lực cục bộ:
Yếu tố gây trở lực Ký hiệu Hệ số trở lực cục bộ Số lượng Đầu vào ξvào 0,5 1 Đầu ra ξra 1 1
⇒ Tổng tổn thất trên đường ống: h 1−2 = v 2
⇒N=1,5×0,029=0,0435kW (với β = 1,5 hệ số dự trữ công suất (theo bảng II.33, trang 440, [ CITATION Nhi06 \l 1033 ]).
– Chọn bơm ly tâm 1 cấp nằm ngang để bơm chất lỏng trung tính, sạch hoặc hơi bẩn.
+ η – hiệu suất của bơm Chọn η = 0,75
+ ρ = 1318,66 kg/m 3 – khối lượng riêng của dung dịch nước ép dưa hấu 65%
+ Q – lưu lượng thể tích của dung dịch nước ép dưa hấu 65% được tháo ra khỏi nồi cô đặc; m 3 /s
– Áp dụng phương trình Bernoulli với 2 mặt cắt là 1 – 1 (phần nối giữa ống tháo liệu và đáy nón) và 2 – 2 (mặt thoáng của bể chứa sản phẩm): z 1 +p 1 γ +α 1 × v 1 2
+ μ = 0,003378 Ns/m 2 – độ nhớt động lực của dung dịch nước ép dưa hấu 65% (bảng I.112, trang 114, [ CITATION Nhi06 \l 1033 ])
+ z1 = 1 m – khoảng cách từ phần nối giữa ống tháo liệu và đáy nón đến mặt đất
+ z2 = 2 m – khoảng cách từ mặt thoáng của bể chứa sản phẩm đến mặt đất Chọn dhút = dđẩy = 20 mm = 0,02 m ⇒ v hút = vđẩy ẩy = v
Chọn chiều dài đường ống từ bể chứa nguyên liệu đến ống tháo liệu là 5 m.
Tốc độ của dung dịch ở trong ống: v= Q π ×d 2
Chọn ống thép CT3 là ống hàn trong điều kiện ăn mòn ít (bảng II.15, trang 381,
[ CITATION Nhi06 \l 1033 ]) ⇒ Độ nhám tuyệt đối là ε = 0,2 mm.
Re gh được tính theo công thức II.60, trang 378, [ CITATION Nhi06 \l 1033 ]:
Re n được tính theo công thức II.62, trang 379, [ CITATION Nhi06 \l 1033 ]:
⇒Re gh < Re < Re n (khu vực quá độ)
⇒ Hệ số ma sát λ được tính theo công thức II.64, trang 380, [ CITATION Nhi06 \l
– Các hệ số trở lực cục bộ:
Yếu tố gây trở lực Ký hiệu Hệ số trở lực cục bộ Số lượng Đầu vào ξvào 0,5 1 Đầu ra ξra 1 1
⇒ Tổng tổn thất trên đường ống: h 1−2= v 2
⇒N=1,5×0,02622=0,038933kW (với β = 1,5 hệ số dự trữ công suất theo bảng II.33, trang 440, [ CITATION Nhi06 \l 1033 ])
– Chọn bơm ly tâm 1 cấp nằm ngang để bơm chất lỏng trung tính, sạch hoặc hơi bẩn.