Đồ án thiết kế hệ thống cô đặc nước ép dưa hấu, năng suấu 240 lít giờ

Nồng độ đường ban đầu 7% đến sản phẩm cuối cùng có nồng độ là 73%. Điều kiện hoạt động của thiết bị phải đảm bảo chất lượng của sản phẩm thu được nhằm làm nguyên liệu cho công đoạn chế biến sau Cần phải xác định thiết bị cô đặc phù hợp với đặc tính của nguyên liệu và yêu cầu sản phẩm Giới thiệu tổng quan về đề tài thực hiện bao gồm mục tiêu đề tài, các vấn đề liên quan đến quá trình và thiết bị, chọn loại thiết bị và phương pháp để thực hiện quá trình, nêu ý nghĩa cuả đề tài. Vẽ sơ đồ hệ thống và mô tả nguyên lý hoạt động. Tính toán cân bằng vật chất và năng lượng cho quá trình. Tính toán cho thiết bị chính. Vẽ cấu tạo thiết bị (dạng nguyên lý làm việc).

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP THỰC PHẨM TP HCM

KHOA CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM

ĐỒ ÁN

KỸ THUẬT THỰC PHẨM

TÍNH TOÁN, THIẾT KẾ HỆ THỐN G CÔ ĐẶC NƯỚCÉP DƯA HẤU, NĂNG SUẤT 240 L/H

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP THỰC PHẨM TP HCM

KHOA CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM

ĐỒ ÁN

KỸ THUẬT THỰC PHẨM

TÍNH TOÁN, THIẾT KẾ HỆ THỐNG CÔ ĐẶC NƯỚCÉP DƯA HẤU, NĂNG SUẤT 240 L/H

SVTH1: TRẦN THỊ THANH THIỆNGVHD: PHAN THẾ DUYSVTH2: LÊ THỊ NGỌC GIÀU

LỜI CAM ĐOAN

Chúng tôi cam đoan rằng bài đồ án này là do chính chúng tôi thực hiện dưới sự hướng dẫn của thầy Phan Thế Duy.

Các nội dung trình bày trong bài đồ án này là trung thực, không sao chép Các tài liệu tham khảo sử dụng trong bài được trích dẫn nguồn và chú thích rõ ràng.

TP HCM, tháng 10 năm 2022 SINH VIÊN THỰC HIỆN

Nhóm 09

TÓM TẮT

Mục đích của đồ án này là tìm hiểu quy trình công nghệ sản xuất cô đặc nước ép dưa hấu Qua đó, tính toán, thiết kế hệ thống cô đặc nước ép dưa hấu, năng suất 240 l/h.

Với đề tài này, chúng tôi đã tiến hành tìm hiểu nguyên liệu, quy trình công nghệ được sử dụng cùng với những thành tựu.

LỜI CẢM ƠN

Một môn học nữa lại qua, đối với chúng em với môn học “ĐỒ ÁN KỸ THUẬT THỰC PHẨM” cung cấp cho em nhiều kiến thức về vận hành, thiết kế hệ thống và nhất là hệ thống cô đặc vì đề tài của em làm là cô đặc nước ép dưa hấu.

Sau nhiều tuần làm việc của môn đồ án và sự hướng dẫn nhiệt tình của thầy Phan Thế Duy thuộc bộ môn ĐỒ ÁN KỸ THUẬT THỰC PHẨM trường ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP THỰC PHẨM TP.HCM, chúng em đã đi đến ngày hôm nay đã hoàn thành môn đồ án môn học “KỸ THUẬT THỰC PHẨM” với những gì đã qua em xin chân thành cảm ơn thầy Phan Thế Duy, các thầy cô trong bộ môn “KỸ THUẬT THỰC PHẨM” và bạn chung nhóm đã cùng em hoàn thành môn đồ án này.

Vì đồ án này là một đề tài lớn đầu tiên của em, điều thiếu xót và hạn chế là không thể tránh khỏi Mong được sự đóng góp ý kiến, chỉ dẫn từ các thầy và bạn bè để củng cố thêm kiến thức chuyên môn.

Cuối cùng, xin kính chúc thầy và các bạn sức khỏe, luôn thành công trong công việc và cuộc sống.

Em xin chân thành cảm ơn.

TP Hồ Chí Minh, 09 tháng 10, năm 2022 Nhóm 09

1.4.4 Yêu cầu thiết bị và vấn đề năng lượng 10

1.5 Chọn loại thiết bị và phương pháp để thực hiện quá trình 10

1.6 Lựa chọn thiết bị ngưng tụ baromet 11

1.7 Bơm: 12

1.8 Thiết bị cô đặc: 12

1.9 Thiết bị tách lỏng: 13

1.10 Các thiết bị phụ trợ khác: Error! Bookmark not defined. CHƯƠNG 2 SƠ ĐỒ QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ VÀ MÔ TẢ NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG 14

2.1 Quy trình công nghệ 14

2.2 Thuyết minh quy trình 14

CHƯƠNG 3 TÍNH TOÁN CÂN BẰNG VẬT CHẤT VÀ NĂNG LƯỢNG CHO QUÁ TRÌNH 17

3.1 Dữ kiện ban đầu 17

3.2 Cân bằng vật chất cho các giai đoạn 17

3.2.1 Tổn thất trở lực do đường ống (∆’’’): 18

3.2.2 Tổn thất nhiệt độ ở áp suất khí quyển (∆0’): 18

3.2.3 Nhiệt độ hơi thứ trong thiết bị ngưng tụ Baromet (tnt): 18

3.2.4 Tổn thất nhiệt độ do nồng độ ( ∆’): 18

3.2.5 Tổn thất nhiệt độ do áp suất thủy tĩnh (∆’’): 20

3.2.6 Nhiệt độ cuối của dung dịch trong nồi (tc): 21

3.2.7 Khối lượng riêng của dung dịch ép dưa hấu (�): 21

3.2.8 Năng suất sản phẩm (Gc): Error! Bookmark not defined. 3.2.9 Suất lượng nhập liệu (Gđ): Error! Bookmark not defined. 3.2.10 Tổng lượng hơi thứ bốc lên (W): 23

3.3 Cân bằng năng lượng 23

3.3.1 Tổn thất nhiệt độ tổng cho toàn hệ thống ( ∆) : 23

3.3.2 Hiệu số nhiệt độ giữa nhiệt độ hơi đốt của nồi và nhiệt độ hơi thứ khi đi vào thiết bị ngưng tụ: 23

3.3.3 Chênh lệch nhiệt độ hữu ích (∆thi): 23

3.3.4 Cân bằng nhiệt lượng: 24

CHƯƠNG 4 TÍNH TOÁN TRUYỀN NHIỆT CHO THIẾT BỊ CÔ ĐẶC 28

4.1 Nhiệt tải riêng phía hơi ngưng (q1): 28

4.2 Nhiệt tải riêng phía dung dịch (q2) 28

4.3 Nhiệt tải riêng phía tường (qv): 30

4.4 Tiến trình tính nhiệt tải riêng 31

4.5 Hệ số truyền nhiệt K cho quá trình cô đặc 32

4.6 Diện tích bề mặt truyền nhiệt 32

CHƯƠNG 5 TÍNH THIẾT BỊ CÔ ĐẶC 34

5.2.2 Tính chiều cao buồng bốc Hb 38

5.2.3 Tính kích thước nắp elip có gờ của buồng bốc 39

5.3 Tính kích thước các ống dẫn liệu, tháo liệu 39

5.3.1 Ống nhập liệu 40

6.3 Tính cho đáy thiết bị 47

6.3.1 Sơ lược cấu tạo 47

6.7 Tính tai treo chân đỡ 58

6.7.1 Sơ lược cấu tạo tai treo chân đỡ 58

7.1 Tính thiết bị ngưng tụ Baromet 64

7.1.1 Lượng nước lạnh tưới vào thiết bị ngưng tụ 64

7.1.2 Thể tích không khí và khí không ngưng cần hút ra khỏi thiết 64 7.1.3 Các đường kính chủ yếu của thiết bị ngưng tụ Baromet 65

7.2 Tính toán và chọn bơm 68

7.2.1 Bơm chân không 68

7.2.2 Chọn bơm chân không 68

KẾT LUẬN 70

TÀI LIỆU THAM KHẢO 71

PHỤ LỤC 72

SVTH1: TRẦN THỊ THANH THIỆNGVHD: PHAN THẾ DUYSVTH2: LÊ THỊ NGỌC GIÀU

MỤC LỤC BẢNG BIỂU

Bảng 1 1 Thành phần dinh dưỡng của dưa hấu 2

Bảng 3 1 Thành phần khối lượng riêng và hàm lượng (%) có trong dưa hấu:22 Bảng 3 2 Cân bằng vật chất của hệ 23

Bảng 4 1 Số liệu theo nồng độ dung dịch 29

Bảng 6 1 Số liệu của bích nối buồng bốc và buồng đốt 55

Bảng 6 2 Số liệu bích nối buồng đốt và đáy 56

Bảng 6 3 Số liệu của bích nối buồng bốc và nắp 56

Bảng 6 4 Bảng số liệu kích thước của tai treo 63

SVTH1: TRẦN THỊ THANH THIỆNGVHD: PHAN THẾ DUYSVTH2: LÊ THỊ NGỌC GIÀU

MỞ ĐẦU

Để nâng cao nồng độ của dung dịch theo yêu cầu của sản xuất kỹ thuật người ta cần dùng biện pháp tách bớt dung môi ra khỏi dung dịch Phương pháp phổ biến là dùng nhiệt để làm bay hơi còn chất rắn tan không bay hơi, khi đó nồng độ dung dịch sẽ tăng lên theo yêu cầu mong muốn.

Thiết bị thường sử dụng chủ yếu trong nâng cao nồng độ dung dịch hóa chất là thiết bị cô đặc Thiết bị cô đặc gồm nhiều loại và được phân loại theo nhiều phương pháp khác nhau như: thiết bị cô đặc ống tuần hoàn trung tâm, tuần hoàn cưỡng bức…, trong đó thiết bị cô đặc tuần hoàn có ống tuần hoàn ngoài được dùng phổ biến Vì thiết bị này có nguyên lý đơn giản, dễ vận hành và sữa chữa, hiệu suất sử dụng cao… dây chuyền thiết bị có thể dùng 1 nồi, 2 nồi, 3 nồi… nối tiếp nhau để tạo thành sản phẩm theo yêu cầu Trong thực tế người ta thường thiết kế sử dụng hệ thống cô đặc 2 nồi hoặc 3 nồi để có hiệu suất sử dụng hơi đốt cao nhất, giảm tổn thất trong quá trình sản xuất.

Đồ án ký thuật thực phẩm là một môn học giúp cho sinh viên làm quen với việc thiết kế một thiết bị hay hệ thống thực hiện một nhiệm vụ trong sản xuất, có những kỹ năng tính toán cần thiết sau khi ra làm việc thực tế Làm đồ án giúp cho sinh viên biết hệ thống hóa kiến thức đã được học vào trong thực tế, mỗi sinh viên sẽ tự biết sử dụng trong việc tra cứu các thong số cần thiết, vận dụng đúng các kiến thức đã đượ c học trong tính toán một cách chính xác, tỉ mỉ từng bước tránh những sai sót đáng tiếc về sau, nâng cao kỹ năng trình bày và đọc được bản vẽ thiết bị một cách có hệ thống.

SVTH1: TRẦN THỊ THANH THIỆNGVHD: PHAN THẾ DUYSVTH2: LÊ THỊ NGỌC GIÀU

1.1 Nhiệm vụ đề tài:

Nhiệm vụ của đề tài này là tính toán, thiết kế thiết bị cô đặc nước ép dưa hấu một nồi từ nồng độ 5% đến 68% với năng suất 240 l/h tính theo sản phẩm đầu ra.

Điều kiện hoạt động của thiết bị phải đảm bảo chất lượng của sản phẩm thu được nhằm làm nguyên liệu cho công đoạn chế biến sau Cần phải xác định thiết bị cô đặc phù hợp với đặc tính của nguyên liệu và yêu cầu sản phẩm Các thông số công nghệ khác tự chọn.

1.2 Tính chất nguyên liệu sản phẩm:

 Nguyên liệu:

Dưa hấu là nguyên liệu được sử dụng cho sản phẩm nước ép dưa hấu, có tên khoa

học là Citrullus lanatus, là một loại thực vật trong họ Bầu bí có nguồn gốc từ miền Nam

châu Phi Cây dưa hấu sinh trưởng tốt trên vùng đất cát ven biển và đất phù sa sông Đồng bằng sông Cửu Long và duyên hải miền Trung là những khu vực trồng dưa hấu lớn nhất nước ta.

Quả dưa hấu là một loại trái cây có giá trị dinh dưỡng cao, hàm lượng chất béo và natri thấp, đồng thời là nguồn cung cấp năng lượng, vitamin và các khoáng chất cho cơ thể Dưa hấu có chứa citrulline - một loại acid amin có tác dụng điều hòa huyết áp, đồng thời là nguồn cung cấp lycopene và chất chống oxy hóa dồi dào.

Bảng 1 1 Thành phần dinh dưỡng của dưa hấu

Những nguyên cứu gần đây đã phát hiện rất nhiều lợi ích từ dưa hấu nên chúng được đưa đi sản xuất nước ép dưa hấu nguyên chất tố cho sức khỏe con người như là: giảm đau nhức cơ bắp và mệt mỏi; hỗ trợ xương chắc khỏe; tăng cường canxi hàm

lượng cholesterol, calo và chất béo rất thấp phù hợp cho giảm cân; chất lycopene có trong dưa hấu còn giúp phòng ngừa nhiều loại ung thư, tim mạch, hen suyễn,…; phục hồi sinh lực cho phái mạnh; tăng cường năng lượng; hạt dưa hấu còn công dụng để chữa bệnh như là làm mát phổi, tan đờm, nhuận tràng, và có lợi cho hệ tiêu hóa Rễ và lá cây có thể sử dụng chữa bệnh tiêu chảy và kiết lỵ.

 Những biến đổi xảy ra trong quá trình cô đặc:

Trong quá trình cô đặc thì tính chất cuả nguyên liệu luôn luôn thay đổi, thời gian cô đặc càng lâu làm cho nồng độ dung dịch tăng lên dẫn đến tính chất cũng có sự biến đổi theo Khi nồng độ tăng lên làm cho hệ số dẫn nhiệt, nhiệt dung riêng, hệ số cấp nhiệt, hệ số truyền nhiệt giảm đi Đồng thời các đại lượng như khối lượng riêng, độ nhớt, độ sôi, tổn thất nhiệt lại tăng lên.

1.3 Hệ thống cô đặc:1.3.1 Định nghĩa

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 sang 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 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 kèm theo quá trình kết tinh), ví dụ: cô đặc dung dịch đường, cô đặc xút, cô đặc các dung dịch muối,…khi làm việc ở các áp suất khác ta dùng thiết bị kín Quá trình cô đặc có thể làm việc gián đoạn hay liên tục có thể tiến hành ở hệ thống cô đặc 1 nồi hoặc hệ thống cô đặc nhiều nồi.

1.3.2 Các phương pháp cô đặc

Phương pháp nhiệt (đun nóng): 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 chât lỏng.

Phương pháp lạnh: khi hạ thấp 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 máy lạnh.

1.3.2.1 Phân loại:

Người ta thường tiến hành phân loại thiết bị cô đặc theo các cách sau: - Theo cấu tạo:

+ Nhóm 1: dung dịch đối lưu tự nhiên (tuần hoàn tự nhiên) dùng cô đặc dung dịch khá loãng, độ nhớt thấp, đảm bảo sự tuần hoàn tự nhiên của dung dịch dễ dàng qua bề mặt truyền nhiệt Gồm:

 Có buồng đốt trong (đồng trục buồng bốc), có thể có ống tuần hoàn trong hoặc ngoài.

 Có buồng đốt ngoài (không đồng trục buồng đốt).

+ Nhóm 2: dung dịch đối lưu cưỡng bức, dùng bơm để tạo vận tốc dung dịch từ 1,5 – 3,5 m/s tại bề mặt truyền nhiệt Có ưu điểm: tăng cường hệ số truyền nhiệt, dùng cho dung dịch đặc sệt, độ nhớt cao, giảm bám cặn, kết tinh trên bề mặt truyền nhiệt Gồm:

 Có buồng đốt trong ống tuần hoàn ngoài.

 Có buồng đốt ngoài ống tuần hoàn ngoài.

+ Nhóm 3: dung dịch chảy thành màng mỏng, chảy một lần tránh tiếp xúc lâu làm biến chất sản phẩm Đặt biệt thích hợp cho các dung dịch thực phẩm như dung dịch nước trái cây, nước ép hoa quả,… Gồm:

 Màng dung dịch chảy ngược, có buồng đốt trong hay ngoài: dung dịch sôi tạo bọt khó vỡ.

 Màng dung dịch chảy xuôi, có buồng đốt trong hay ngoài: dung dịch sôi ít tạo bọt và bọt dễ vỡ.

- Theo phương pháp thực hiện quá trình:

+ Cô đặc ở áp suất thường (thiết bị hở): có nhiệt độ sôi, áp suất không đổi Thường dùng cô đặc dung dịch liên tục để giữ mức dung dịch để giữ mức dung dịch cố định để đạt năng suất cực đại và thời gian cô đặc là ngắn nhất Tuy nhiên nồng độ dung dịch đạt được là không cao.

+ Cô đặc ở áp suất chân không: dung dịch có nhiệt độ sôi dưới 100oC, áp suất chân không Dung dịch tuần hoàn tốt, ít tạo cặn.

+ Cô đặc nhiều nồi: mục đích chính là tiết kiệm hơi đốt Số nồi không quá lớn và sẽ làm giảm hiệu quả tiết kiệm hơi Có thể cô đặc chân không, cô đặc áp lực hay phối hợp cả hai phương pháp Đặc biệt có thể sử dụng hơi thứ cho mục đích khác để nâng cao hiệu quả kinh tế.

+ Cô đặc liên tục: cho kết quả sản phẩm tốt hơn và quá trình cô đặc ổn định hơn cô đặc gián đoạn và có thể áp dụng điều khiển tự động nhưng chưa có cảm biến tin cậy.

- Theo sự bố trí bề mặt đun nóng: nằm ngang, thẳng đứng, nghiêng.

- Theo chất tải nhiệt: đun nóng bằng hơi (hơi nước bão hòa, hơi quá nhiệt), bằng khói lò, chất tải nhiệt có nhiệt độ cao (dầu, nước ở áp suất cao…) bằng dòng điện.

- Theo cấu tạo bề mặt đun nóng: vỏ bọc ngoài, ống xoắn, ống chùm.

1.3.2.2 Bản chất của sự cô đặc do nhiệt:

Để tạo thành hơi (trạng thái tự do), 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 phân tử đủ năng lượng thực hiện quá trình này.

Bên cạnh đó, sự bay hơi xảy ra chủ yếu là do các bọt khí hình thành trong quá trình cấp nhiệt và chuyển động liên tục do chênh lệch tuần hoàn tự nhiên trong nồi cô đặc Tách không khí và lắng keo (protit) sẽ ngăn chặn sự tạo bọt khi cô đặc.

1.3.2.3 Ứng dụng cô đặc:

Trong sản xuất thực phẩm, ta cần cô đặc các dung dịch đường, mì chính, nước trái cây,…

Trong sản xuất hoá chất, ta cần cô đặc các dung dịch NaOH, NaCl, CaCl2, các muối vô cơ,…

Hiện nay, phần lớn các nhà máy sản xuất hoá chất, thực phẩm đều sử dụng thiết bị cô đặc như một thiết bị hữu hiệu để đạt nồng độ sản phẩm mong muốn Mặc dù cô đặc chỉ là một hoạt động gián tiếp nhưng nó rất cần thiết và gắn liền với sự tồn tại của nhà máy Cùng với sự phát triển của nhà máy, việc cải thiện hiệu quả của thiết bị cô đặc là một tất yếu Nó đòi hỏi phải có những thiết bị hiện đại, đảm bảo an toàn và hiệu suất cao Do đó, yêu cầu được đặt ra cho người kỹ sư là phải có kiến thức chắc chắn hơn và

đa dạng hơn, chủ động khám phá các nguyên lý mới của thiết bị cô đặc.

1.3.2.4 Cấu tạo của thiết bị cô đặc:

 Thiết bị cô đặc có ống tuần hoàn trung tâm:

Thiết bị cô đặc có ống tuần hoàn trung tâm gồm phần trên là phòng bốc 1 phần dưới của thiết bị là phòng đốt 2 có các ống truyền nhiệt 3 và ống tuần hoàn trung tâm 4 có đường kính lớn hơn từ 7 - 10 lần ống truyền nhiệt, trong phòng bốc có bộ phận tách giọt 5 có tác dụng tách giọt chất lỏng do hơi thứ cuốn theo.

Dung dịch được đưa vào đáy phòng bốc rồi chảy trong các ống truyền nhiệt và ống trung tâm, còn hơi đốt được đưa vào phòng 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 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 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 phòng 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 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 1.5m/s.

 Thiết bị cô đặc có ống tuần hoàn cưỡng bức:

Thiết bị cô đặc tuần hoàn cưỡng bức gồm phòng bốc 1 và trong phòng bốc có bộ phận tách giọt, phía dưới phòng đốt 2, trong phòng đốt có các ống truyền nhiệt 3, bên ngoài thiết bị có ống tuần hoàn ngoài 5 và bơm tuần hoàn 4.

 Nguyên lý làm việc:

Dung dịch được bơm vào phòng đốt liên tục và đi trong các ống trao đổi nhiệt từ dưới lên phòng bốc, còn hơi đốt được đưa vào phòng 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 phòng bốc Tại bề mặt thoáng dung dịch ở phòng 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 nên đậm đặc hơn trở về ống tuần hoàn ngoài trộn lẫn với dung dịch đầu tiếp tục được bơm đưa vào phòng đốt Khi dung dịch đạt nồng độ yêu cầu thì ta luôn lấy một phần dung dịch ra ở đáy phòng 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 - 4 lần và có thể làm việc trong điều kiện nhiệt độ hữu ích nhỏ từ 3 - 5 độ vì cường độ tuần hoàn chỉ phụ thuộc vào năng suất của bơm.

Năng suất cao cô đặc được dung dịch có độ nhớt lớn mà tuần hoàn tự nhiên khó thực hiện.

Tốn nhiều năng lượng cung cấp cho bơm  Thiết bị cô đặc có phòng đốt ngoài:

a) Thiết bị cô đặc có phòng đốt ngoài kiểu đứng:

Thiết bị cô đặc có buồng đốt ngoài kiểu đứng gồm phòng đốt 1 và phòng bốc 2, phòng đốt là thiết bị trao đổi nhiệt ống chum, nhưng các ống truyền nhiệt có thể dài tới 7m, còn trong phòng bốc có bộ phận tách giọt 4 và nối giữa hai phòng đốt và phòng đốt có ống dẫn 3 và ống tuần hoàn 5.

 Nguyên lý làm việc:

Dung dịch được đưa vào phòng đốt 1 liên tục và đi trong các ống truyền nhiệt, còn hơi đốt được đi vào trong phòng 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 phòng 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 phòng đốt Khi nồng độ dung dịch đạt yêu cầu được trích một phần ra ở đáy phòng bốc làm sản phẩm, đồng thời liên tục bổ sung dung dịch mới vào thiết bị Do chiều dài ống truyền nhiệt lớn nên cường độ tuần hoàn lớn và cường độ bốc hơi lớn.

 Ưu điểm: Năng suất cao.

 Nhược điểm: Cồng kềnh, tốn nhiều vật liệu chế tạo.

b) Thiết bị cô đặc có phòng đốt ngoài nằm ngang:

Thiết bị cô đặc có buồng đốt ngoài nằm ngang gồm phòng đốt 1 là thiết bị truyền nhiệt ống chữ U và phòng bốc 2, trong phòng bốc có bộ phận tách giọt.

 Nguyên lý làm việc:

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 phòng bốc ở trạng thái sôi, dung môi tách ra khỏi dung dịch bay lên qua bộ phận tách giọt và ra ngoài, tháo phần 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: Phòng bốc có thể tách ra khỏi phòng đốt dễ dàng để làm sạch và sửa

 Nhược điểm: Cồng kềnh, cấu tạo phức tạp làm việc gián đoạn, năng suất thấp.

 Thiết bị cô đặc loại màng:

Thiết bị cô đặc loại màng có cấu tạo tương tự thiết bị cô đặc cưỡng bức, nhưng với các ống trao đổi nhiệt cao từ 6 - 9m.

Nguyên lý làm việc:

Dung dịch được đưa từ đáy phòng đốt vào trong các ống trao đổi nhiệt với mức chất lỏng chiếm khoảng từ 1/4 - 1/5 chiều cao của ống truyền nhiệt Hơi đốt đi vào phòng 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 20m/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, 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 phòng 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 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.

1.4 Các vấn đề liên quan đến quá trình và thiết bị

Hệ thống ống tuần hoàn trung tâm.

1.4.1 Thiết bị chính:

Trong công nghiệp hóa chất thường dùng các thiết bị cô đặc đun nóng bằng hơi Loại này gồm các phần chính sau:

1 Ống nhập liệu, ống tháo liệu 2 Ống tuần hoàn, ống truyền nhiệt 3 Buồng đốt, buồng bốc, đáy, nắp

4 Các ống dẫn: hơi đốt, hơi thứ, nước ngưng, khí không ngưng.

5 Thiết bị gia nhiệt

6 Thiết bị ngưng tụ baromet

7 Bơm nguyên liệu vào bồn cao vị 8 Bơm tháo liệu

9 Bơm nước vào thiết bị ngưng tụ 10 Bơm chân không

11 Các van

12 Thiết bị đo nhiệt độ, áp suất,

1.4.3 Các loại vật liệu dùng để chế tạo thiết bị có thể dùng để chế tạo thiết bị

Vật liệu dùng để chế tạo thiết bị sử dụng vật liệu làm bằng thép không gỉ Vật liệu này có thể chịu nhiệt và không bị ăn mòn và giá thành cũng rẻ hơn nhiều so với các loại vật liệu khác.

1.4.4 Yêu cầu thiết bị và vấn đề năng lượng

- Sản phẩm có thời gian lưu nhỏ: giảm tổn thất, tránh phân hủy sản phẩm - Cường độ truyền nhiệt cao trong giới hạn chênh lệch nhiệt độ.

- Đơn giản, dễ sữa chữa, tháo lắp, dễ làm sạch bề mặt truyền nhiệt - Phân bố hơi đều.

- Xả liên tục và ổn định nước ngưng tụ và khí không ngưng - Thu hồi bọt do hơi thứ mang theo.

- Tổn thất năng lượng (do thất thoát nhiệt là nhỏ nhất) - Thao tác, khống chế giản đơn, tự động hóa dễ dàng

1.5 Chọn loại thiết bị và phương pháp để thực hiện quá trình

Mục đích cô đặc dung dịch nước ép dưa hấu từ 5% đến 68%, với đặc điểm nguyên liệu dưa hấu tính chất hóa học, vật lý ít bị biến đổi khi cô đặc ở nhiệt độ cao, độ nhớt dung dịch cao có thể tuần hoàn tự nhiên qua bề mặt truyền nhiệt Vì vậy lựa chọn thiết bị hệ thống cô đặc có buồng đốt trong, ống tuần hoàn trung tâm, tuần hoàn tự nhiên, làm việc xuôi chiều.

Ưu điểm của thiết bị cô đặc buồng đốt trong có ống tuần hoàn trung tâm là cấu tạo

đơn giản, dễ vệ sinh và sửa chữa, chiếm ít diện tích, có thể cô đặc dung dịch có nhiều váng cặn.

Do dung dịch có nồng độ và độ nhớt dung dịch tương đối thấp, nếu sử dụng hệ thống cô đặc gián đoạn không cần thiết trong trường hợp này vì cô đặc gián đoạn dùng khi cần tăng nồng độ cao đến mức keo, sệt, paste Nên sử dụng cô đặc liên tục.

11- Bể chứa dung dịch cô đặc; 12- Bể chứa nước ngưng; 13- Bơm chân không;

1.6 Lựa chọn thiết bị ngưng tụ baromet

Thiết bị ngưng tụ có cấu tạo rất đa dạng, tuy nhiên trong trường hợp này chọn thiết bị ngưng tụ là thiết bị ngưng tụ baromet kiểu khô Đây là thiết bị ngưng tụ kiểu trực tiếp, nó thông dụng trong ngành hóa chất và thực phẩm Chất làm lạnh là nước Quá trình tiến hành bằng cách cho hơi nước tiếp xúc trực tiếp với nhau Hơi cấp ẩn nhiệt ngưng tụ cho nước và ngưng tụ lại, nước

lấy nhiệt của hơi và nóng lên, cuối cùng tạo thành một hỗn hợp chất lỏng đã được ngưng tụ Nước làm lạnh được cho đi từ trên xuống, hơi đi từ dưới lên để làm nguội và ngưng tụ chảy dọc xuống tự do còn khí không ngưng được hút ra theo một đường khác.

 Ưu điểm của thiết bị kiểu khô:

– Nước làm mát tiếp xúc trực tiếp với hơi nên hiệu quả ngưng tụ cao – Cấu tạo đơn giản và dễ lắp đặt

– Chống ăn mòn, năng suất cao.

– Nước ngưng tự chảy ra được không cần bơm nên ít tốn năng lượng  Nhược điểm của thiết bị kiểu khô:

– Thiết bị cồng kềnh.

1.7 Bơm:

Bơm được sử dụng trong quy trình công nghệ này là: Bơm ly tâm và bơm chân không.

– Bơm lý tâm: được cấu tạo gồm vỏ bơm, bánh guồng trên đó có các cánh hướng dòng Bánh guồng được gắn trên trục truyền động Ống hút và ống đẩy Được dùng để bơm nước muối từ bể chứa nguyên liệu vào nồi cô đặc – Bơm chân không: được dùng để tạo độ chân không khi hệ thống bắt đầu

làm việc.

1.8 Thiết bị cô đặc:

Thiết bị cô đặc là thiết bị chính được sử dụng trong quá trình cô đặc nước ép dưa hấu này Thiết bị gồm đáy, nắp, buồng bốc và buồng đốt Bên trong buồng đốt gồm nhiều ống truyền nhiệt nhỏ và một ống tuần hoàn trung tâm có đường kín lớn hơn.

Tác dụng của buồng đốt là để gia nhiệt dung dịch, buồng bốc là để tách hỗn hợp lỏng hơi thành những giọt lỏng rơi trở lại, hơi được dẫn qua ống dẫn hơi thứ Ống dẫn tuần hoàn được sử dụng để tạo một dòng chảy tuần hoàn

trong thiết bị.

1.9 Thiết bị tách lỏng:

Thiết bị tách lỏng được đặc sau thiết bị ngưng tụ baromet nhằm để tách các cấu tử bay hơi còn sót lại chưa kịp ngưng tụ, không cho chúng đi vào bơm chân không.

1.10 Các thiết bị phụ trợ khác:

Các thiết bị đo áp suất, đo nhiệt độ, các loại van.

CHƯƠNG 2.SƠ ĐỒ QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ VÀ MÔ TẢ NGUYÊN LÝHOẠT ĐỘNG

2.1 Quy trình công nghệ

Dưa hấu

Hình 2 1 Sơ đồ quy trình công nghệ sản xuất nước ép dưa hấu2.2 Thuyết minh quy trình

Nguyên liệu ban đầu là dung dịch nước ép dưa hấu có nồng độ 5% Dung dịch từ bể chứa nguyên liệu được bơm lên bồn cao vị Từ bồn cao vị, dung dịch chảy qua lưu lượng

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 3 at với nhiệt độ 132,9oC 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 chảy ra ngoài.

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 nước ép dưa hấu 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.

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 2 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 nước ép dưa hấu 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 (thiết bị ngưng tụ kiểu trực tiếp) 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 Vì vậy, thiết bị ngưng tụ baromet là thiết bị ổn định, duy trì áp suất trong hệ thống Thiết bị làm việc ở áp suất khí quyển nên nó phải được lắp đặt ở độ cao cần thiết để nước ngưng có thể tự chảy ra ngoài khí quyển mà không cần bơm Bình tách giọt có một vách ngăn với nhiệm vụ tách những giọt lỏng bị lôi cuốn theo dòng khí không ngưng để đưa về bồn chứa nước ngưng.

CHO QUÁ TRÌNH3.1 Dữ kiện ban đầu

– Dung dịch nước ép dưa hấu.

– Nồng độ nhập liệu xđ= 5% Chọn nhiệt độ đầu của nguyên liệu tđ= 600C – Nồng độ sản phẩm xc= 68%

– Áp suất chân không tại thiết bị ngưng tụ baromet Pck= 0,75at – Áp suất tuyệt đối Pnt= Pa- Pck= 1 - 0,75 = 0,25at.

– Áp suất hơi đốt, hơi nước bão hòa (tự chọn): 3at (Tra bảng I.251, trang 315, [1], ta

tht: Nhiệt độ hơi bão hòa ứng với áp suất Pht(áp suất hơi thứ) của hơi thứ [0C] tnt: Nhiệt độ hơi hòa ứng với áp suất Pnttrong thiết bị ngưng tụ [0C]

3.2 Cân bằng vật chất cho các giai đoạnKý hiệu:

W: Lượng hơi thứ trong nồi [kg/h] Gđ: Lưu lượng của dung dịch đầu [kg/h] Gc: Lưu lượng của dung dịch cuối [kg/h] xđ: Nồng độ chất khô trong nguyên liệu [%] xc: Nồng độ chất khô trong sản phẩm [%] PD: Áp suất của hơi đốt bão hòa [at] tD: Nhiệt độ hơi đốt bão hòa [0C]

�: Nhiệt dung riêng của dung dịch ép dưa hấu [kg/m3]

3.2.1 Tổn thất trở lực do đường ống (∆’’’):

– ∆'''là tổn thất nhiệt hơi thứ trên đường ống dẫn từ buồng bốc đến thiết bị ngưng tụ – Thường chấp nhận tổn thất nhiệt độ trên đoạn ống hơi thứ từ nồi cô đặc đến thiết bị

ngưng tụ từ 0,5 - 1,50C.

– Theo [3], trang 296, chọn ∆'''= 10C.

3.2.2 Tổn thất nhiệt độ ở áp suất khí quyển (∆0’):

– Với nồng độ cuối của dung dịch là xc= 68% thì ∆0’= 4,380C

– Vì khi cô đặc có tuần hoàn dung dịch, thì hiệu số nhiệt độ tổn thất, tức ∆0’, ta phải tính theo nồng độ cuối của dung dịch (sử dụng dung dịch đường để - Tra theo đồ thị

tnt: Nhiệt độ hơi thứ trong thiết bị ngưng tụ Baromet tht( P0): Nhiệt độ hơi thứ trong buồng bốc.

Tra bảng I.251, trang 314, [1], ta có:

Theo công thức nội suy, ta có:

Tại áp suất Pnt= 0,25at, nhiệt độ hơi thứ trong thiết bị ngưng tụ Baromet là:

chất ở áp suất bất kì gọi là tổn thất nồng độ ∆' được xác định theo công thức gần đúng của Tisenco Theo công thức VI.10, trang 59, [2], ta có:

∆' = � ∆�’ [0C] Trong đó:

f: Hệ số hiệu chỉnh

∆0’: Tổn thất nhiệt độ do nhiệt độ sôi của dung dịch lớn hơn nhiệt độ sôi của dung môi ở áp suất thường.

f = 16,14 �2� (�� 11, ������ �2, 59)� Trong đó:

Tm: Nhiệt độ sôi của dung môi nguyên chất ở áp suất đã cho [0K].

r: Ẩn nhiệt hóa hơi của dung môi nguyên chất ở áp suất làm việc [J/Kg] Để tìm rht, tra bảng I.250, STQTTB T1, trang 312, [1], ta có:

3.2.5 Tổn thất nhiệt độ do áp suất thủy tĩnh (∆’’):

Theo công thức VI.12, trang 60, [2], ta có :

��� = �ℎ�+ (ℎ1 +h2 ) �2 ��� � (�/�2) Trong đó:

Pht: Áp suất hơi thứ trên mặt thoáng dung dịch [N/m2]

h1: Chiều cao lớp dung dịch sôi kể từ miệng trên ống truyền nhiệt đến mặt thoáng dung dịch (m).

h2: Chiều cao ống truyền nhiệt (m).

����: Khối lượng riêng của dung dịch khi sôi (kg/m3).

Tra bảng I.251, trang 314, [1], ta có:

3.2.7 Khối lượng riêng của dung dịch ép dưa hấu (�):

Khối lượng riêng của nguyên liệu thực phẩm phụ thuộc vào nhiệt độ và sự phụ thuộc vào nhiệt độ của mật độ các thành phần thực phẩm chính [nước tinh khiết, carbohydrate (CHO), protein, chất béo, tro và đá] đã được Choi và Okos (1986) trình bày

ρchất béo = 925,59 − 0,41757 × 74,6 = 894,397521(kg/m3)

Hàm lượng phầm trăm ���(%) dựa trên tính chất của dưa hấu Bảng 1.1 có đề cập.

Bảng 3 1 Thành phần khối lượng riêng và hàm lượng (%) có trong dưa hấu:

Vậy năng lượng của sản phẩm (Gc): 242,15 kg/h

3.2.9 Suất lượng nhập liệu (Gđ):

Theo định luật bảo toàn chất khô, ta có:

3.2.10 Tổng lượng hơi thứ bốc lên (W):

Theo định luật bảo toàn khối lượng, ta có:

�đ = �� + �

⇒� = �đ − �� = 3293,24 − 242,15 = 3051,1(kg/h) Vậy lượng hơi thứ (W): 3051,1 (kg/h)

Bảng 3 2 Cân bằng vật chất của hệ

Suất lượng dung dịch (kg/h) Vào Gđ= 3293,24

Nồng độ dung dịch (% khối lượng) Vào xđ= 5

3.3 Cân bằng năng lượng

3.3.1 Tổn thất nhiệt độ tổng cho toàn hệ thống ( ∆) :

3.3.4 Cân bằng nhiệt lượng:

Trong đó:

D: Suất lượng hơi đốt cần dùng [kg/h] φ: Độ ẩm của hơi đốt Chọn φ = 0,05 i1, i2: Hàm nhiệt của hơi đốt, hơi thứ [J/kg]

tđ, tc: Nhiệt độ vào và ra khỏi nồi của dung dịch [oC] Cn: Nhiệt dung riêng của nước ngưng [J/kg độ]

θ: Nhiệt độ nước ngưng tụ [oC] - lấy bằng nhiệt độ hơi đốt: θ = 132,90C Qcd: Nhiệt cô đặc [J/kg].

Qtt: Nhiệt tổn thất của dung dịch ra môi trường [J] Gđ: Suất lượng dung dịch ban đầu [kg/h]

Cd, Cc: Nhiệt dung riêng ban đầu, ra khỏi nồi dung dịch vào và ra khỏi nồi của dung dịch [0C] hoặc [J/kg độ]

 Nhiệt lượng tiêu thụ cho cô đặc (QD):

Phương trình cân bằng nhiệt lượng theo công thức VI-3, trang 57, [2], ta có: nhiệt vào = nhiệt ra

QD= Qđ + Qbh + Qkn + Qtt (1) Trong đó:

Qđ: nhiệt lượng dùng để đun nóng dung dịch đến nhiệt độ sôi, [W] Qbh: nhiệt lượng làm bốc hơi nước, [W].

Qkn: nhiệt lượng khử nước, [W].

Qtt: nhiệt lượng tổn thất ra môi trường, [W]  Hàm nhiệt của hơi thứ (i2):

– Tra theo phụ lục 1, ta sử dụng phương pháp nội suy để tìm hàm nhiệt của hơi thứ ở  Nhiệt dung riêng trung bình (Ctb):

– Cđ= Cc= Ctb(tại nhiệt độ sôi trung bình ttb = 67,350C ta nội suy nhiệt dung riêng

 Nhiệt lượng tiêu thụ cho quá trình cô đặc (QD)

Thế (1), (2), (3), (4)

QD = Qđ+ Qbh+ Qkn+ Qtt(*)  Nhiệt lượng dùng để đun nóng dd đến tc(Qđ)

Theo sổ tay ‘Quá trình và thiết bị công nghệ hóa chất tập 2’, trang 57:

Qđ = Gđ Cđ (tc− tđ) = 3293,24 3,453 103 (74,7 − 60) = 167161898,5 (J/h) (1)  Nhiệt lượng làm bốc hơi dung dịch (Qbh)

Qbh = W rht = 3051,1 2344,712 = 7153950,783 (J/h) (2)  Nhiệt lượng dùng để khử nước (Qkn)

Theo công thức VI-4 trang 57, [2], ta có:

��� = �ℎ�đ − �ℎ��

Trong đó:

�ℎ�đ: nhiệt hòa tan tích phân của chất rắn hòa tan trong dung dịch ở nồng độ loãng ban đầu của quá trình cô đặc.

�ℎ��: nhiệt hòa tan tích phân ở nồng độ đặc lúc cuối của quá trình cô đặc Thường thì ��� rất bé so với các phần nhiệt còn lại nên có thể bỏ qua (3)

Theo công thức VI.6a, trang 57, [2], ta có:

��: nhiệt lượng tiêu thụ cho quá trình cô đặc ��= 181579009,7 (J/h)

r: ẩn nhiệt ngưng tụ của hơi đốt ở áp suất 3at, r = 2171.103 J/Kg (tra bảng I.251,

3.3.5 Lượng hơi đốt tiêu tốn riêng

Theo công thức VI.7, trang 58, [2], ta có:

� = � =� 3051,1 = 0,027 (�� ℎ83,64 ơ�đố�/�� ℎơ� �ℎứ) Vậy để tạo ra 1 kg hơi thứ thì cần 0,027 kg hơi đốt.

CHƯƠNG 4.TÍNH TOÁN TRUYỀN NHIỆT CHO THIẾT BỊ CÔ ĐẶC4.1 Nhiệt tải riêng phía hơi ngưng (q1):

Theo công thức V-101, trang 28, [2]:

H: chiều cao ống truyền nhiệt, chọn H = 1,5m A: phụ thuộc nhiệt độ màng nước ngưng tm

�� =��+ �2 �1 Với:

tD, tv1: nhiệt độ hơi đốt và vách phía hơi ngưng [0C] A: tra bảng trang 29,[2].

α1: hệ số cấp nhiệt phía hơi ngưng [W/m2.0C]

4.2 Nhiệt tải riêng phía dung dịch (q2)

Dung dịch nhập liệu sau khi qua thiết bị truyền nhiệt đã đạt đến nhiệt độ sôi: quá trình cô đặc diễn ra mãnh liệt ở điều kiện sôi và tuần hoàn tự nhiên trong thiết bị, hình thành các bọt khí liên tục thoát ra khỏi dung dịch.

Theo công thức VI.27, trang 71, [2]:

∆t:hiệu số nhiệt độ của bề mặt truyền nhiệt và của nước sôi [0C] Cdd, Cn: Nhiệt dung riêng của dung dịch và của nước [J/Kg.0C]

���, ��: Độ nhớt của dung dịch và của nước [N.s/m2]

���, ��:Khối lượng riêng của dung dịch và của nước [kg/m3]

λ��, λ�:Hệ số dẫn nhiệt của dung dịch và của nước [W/m.K]

Bảng 4 1 Số liệu theo nồng độ dung dịch

 Các thông số của dung dịch :

- ���:tra ở các nồng độ khác nhau, tra bảng I.86, trang 58, 60, 61, [1].

- ���:

Ở nồng độ 5%, tđ = 600C.

Ở nồng độ 68%, �� = ���+ ∆' + 2∆'' + ∆''' = 64,2 + 3,5 + 2 3 + 1 = 74,70C  Tra bảng I.112, trang 114, [1]

 Tại nồng độ trung bình 19,5 %, độ nhớt bằng tổng độ nhớt của 2 nồng độ trên chia 2

- Cdd: Nhiệt dung riêng của dung dịch đường:

Các thông số của nước tra bảng I.249 và I.251, trang 310, 314, [1] Thay các thông số vừa tìm được vào (*), ta có: