Báo cáo thực hành kỹ thuật thực phẩm bài 5 quá trình cô Đặc

Cô đặc áp suất cao hơn áp suất khí quyền thường dùng cho các dung dịch không bị phân hủy ở nhiệt độ cao như các dung dịch muỗi vô cơ, đề sử dụng hơi thứ cho quá trình cô đặc và các quá t

BỘ CÔNG THƯƠNG

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP TP HÒ CHÍ MINH VIỆN CÔNG NGHỆ SINH HỌC VÀ THỰC PHẨM

A

INDUSTRIAL [ a UNIVERSITY

OF HOCHIMINH CITY

BAO CAO THUC HANH KY THUAT THUC

PHAM BAI 5 QUÁ TRÌNH CÔ ĐẶC

Họ và Tên : Nguyễn Thúy Việt

MSSYV: 21047521

GVHD : Pham Van Hung

Lop: DHTP17B

Nhom: 3

Tổ : 3

Ngày thực hành: 07/04/2023

1 Giới thiệu

Cô đặc là quá trình làm tăng nỗng độ của dung địch băng cách tách một phần dung môi

ở nhiệt độ sôi, dung môi tách ra khỏi dung dịch bay lên gọi là hơi thứ

Mục đích của quá trỉnh cô đặc

- _ Làm tăng nồng độ của chất hoà tan trong dung dịch

- Tach chat ran hoa tan 6 dang ran (két tinh)

- _ Tách dung môi ở dạng nguyên chất (cât nước)

Quá trình cô đặc được sử dụng rộng rãi trong thực tiễn công nghiệp sản xuất hóa chất, thực phâm: Cô đặc đường trong nhà máy sản xuât đường, cô đặc xút trong các nhà máy sản xuât phèn nhôm, cô đặc các dịch trích ly từ các nguyên vật liệu trong tự nhiên: cả phê, hôi

Quá trình cô đặc được tiễn hành ở nhiệt độ sôi, tương ứng với mọi áp suất khác nhau (áp suât chân không, áp suât thường — hệ thông thiệt bị đề hở hay ap suat dw)

Cô đặc ở áp suất chân không thì nhiệt độ sôi đung dịch giảm do đó chỉ phí hơi đốt giảm Cô đặc chân không dùng đê cô đặc các dung dịch có nhiệt độ sôi cao ở áp suất thường và dung dịch dé phân hủy vì nhiệt hoặc có thê sinh ra phản ứng phụ không mong muôn (oxy hoá, đường hoá, nhựa hoá)

Cô đặc áp suất cao hơn áp suất khí quyền thường dùng cho các dung dịch không bị phân hủy ở nhiệt độ cao như các dung dịch muỗi vô cơ, đề sử dụng hơi thứ cho quá trình

cô đặc và các quá trình đun nóng khác

Cô đặc ở áp suất khí quyên thì hơi thứ không được sử dụng mà được thải ra ngoài không khí

Trong hệ thống cô đặc nhiều nỏi thì nồi đầu tiên thường làm việc ở áp suất lớn hơn áp suất khi quyền, các nồi sau làm việc ở áp suất chân không

2 Mục đích thí nghiệm

- Vận hành được hệ thông thiết bị cô đặc gián đoạn, đo đạc các thông sô của quá trình

- Tinh toan cân băng vật chât, cân băng năng lượng cho quá trình cô đặc

gián đoạn

- So sánh năng lượng cung cấp cho quá trình theo lý thuyết và thực tế

- - Xác định năng suất và hiệu suất quá trình cô đặc Xác định hệ số truyền nhiệt của thiết bị ngưng tụ

3 Cơ sở lý thuyết

3.1 Nhiệt độ sôi của dung dịch

Nhiệt độ sôi của dung dịch là thông số kỹ thuật rất quan trọng khi tính toán và thiết kế thiệt bị cô đặc

Nhiệt độ sôi của dung dịch phụ thuộc vào tính chất của dung môi và chất tan Nhiệt độ sôi của dung dịch luôn lớn hơn nhiệt độ sôi của dung môi nguyên chât ở củng áp suât Nhiệt độ sôi của dung dịch còn phụ thuộc vào độ sâu của dung dịch trong thiết bị Trên mặt thoáng nhiệt độ sôi thâp, cảng xuông sâu thì nhiệt độ sôi cảng tăng

- _ Cô đặc một nối làm việc gián đoạn

Trong thực tế cô đặc một nồi thường ứng dụng khi năng suất nhỏ và nhiệt năng không có giá trị kinh tê Cô đặc một nồi có thê thực hiện theo 2 phương pháp sau:

- Dung dịch cho vào một lần rồi cho bốc hơi, mức dung dịch trong thiết bị giảm dần cho đên khi nông độ đạt yêu cau

- Dung dịch cho vào ở mức nhất định, cho bốc hơi đồng thời bô sung dung dịch mới liên tục vào đề giữ mức chất lỏng không đôi cho đến khi nồng độ dạt yêu cầu, sau đó tháo dung dịch ra làm sản phâm và thực hiện một mẻ mới

3.3 Cân bằng vật chất và năng lương

3.3.1 Nồng độ

Nồng độ được sử dụng trong quá trình được xác định là khối lượng của chất tan so với khối lượng dung dịch, được biểu diễn đưới đạng:

Ngoài ra, nồng độ còn được xác định là khối lượng chất tan trong thé tích dung dịch, biéu diễn dưới dạng:

Môi liên hệ giữa hai nông độ này như sau:

Với là khối lượng riêng của dung dich (kg/m?)

3.3.2 Cân bằng vật chất

Phương trình cân bằng vật chất tổng quát:

Lượng chất vào + lượng chất phản ứng = lượng chất ra + lượng chất tích tụ

e©- Đối với quá trình cô đặc

- Không có lượng tích tụ

-_ Không có phản ứng hóa học nên không có lượng phản ứng

Do đó phương trình cân bằng vật chất được viết lại:

Lượng chất vào = lượng chất ra

2

® Đôi với chất tan

Khối lượng chất tan vào = Khối lượng chất tan ra

Phương trình này giúp ta tính toán được khối lượng của dung dịch còn lại trong nồi đun sau quá trình cô đặc

© Déi voi hén hop

Khối lượng dung địch ban đầu = Khối lượng dung dịch còn lại + Khối lượng dung hơi thứ

Phương trình này cho phép tính được khối lượng dung môi đã bay hơi trong quá trình

cô đặc

Trong đó : : Khối lượng dung dịch ban đầu trong nồi đun (kg)

: Nồng độ ban đầu của chất tan trong nỗi đun (kg/kg)

: Khối lượng dung địch còn lại trên nồi đun (kg)

: Nồng độ cuối cùng của chất tan trong nồi đun (kg/kg)

: Khối lượng dung môi bay hơi (kg)

3.3.3 Câm bằng năng lượng

Phương trình cân bằng năng lượng tông quát:

Năng lượng mang vào = năng lượng mang ra + năng lượng thất thoát

Đề đơn giản tính toán, chúng ta thường coi như không có mất mát năng lượng

© Đối với giai đoạn đun sôi dung dịch

Năng lượng do nồi đun cung cấp cho quá trình:

Năng lượng dung dịch nhận được:

Phương trình cân bằng năng lượng trong trường hợp (_ đặc trưng cho năng lượng mang vào, đặc trưng cho năng lượng mang ra; bỏ qua tôn thât năng lượng và nhiệt thất thoát thông qua dòng nước giải nhiệt )

® - Đôi với giai đoạn bôc hơi dung môi

Năng lượng do nồi đun cung cấp cho quá trình:

Năng lượng nước nhận được đề bốc hơi:

Năng lượng do nồi đun cung cấp cho quá trình đặc trưng cho năng lượng mang vào, năng lượng nước nhận được đề bôc hơi

Cân bằng năng lượng tại thiết bị ngưng tụ

Trong đó: : nhiệt lượng nộồi đun cung cấp cho quá trình đun nóng (J)

: nhiệt lượng nỗi đun cung cấp cho quá trình hóa hơi dung môi (J) : nhiệt lượng nước giải nhiệt nhận được ở thiết bị ngưng tụ (1)

: công suất điện trở nồi đun sử đụng cho quá trình đun nóng (W) : công suất điện trở nồi đun sử dụng cho quá trình hóa hơi (W)

: thời gian thực hiện quá trình đun sôi dung dịch (s)

: thời gian thực hiện quá trình hóa hơi (s)

: nhiệt lượng dung dịch nhận được (1)

: nhiệt lượng nước nhận được dé hoa hoi (J)

: hàm nhiệt của hơi nước thoát ra trong quá trình ở áp suất thường (J/kg ) : ân nhiệt hóa hơi của nước ở áp suất thường (J/kg)

: chênh lệch giữa nhiệt độ sôi và nhiệt độ đầu của

dung dịch (°C)

: chênh lệch nhiệt độ củ nước ra và vào (°C)

: lưu lượng nước vào thiết bị ngưng tụ (m°⁄3)

: khối lượng riêng của nước (kg/m°)

: nhiệt dung riêng của nước (J/kpg.K)

: nhiệt dung riêng của dung dich (J/kg.K)

4 Mô hình thí nghiệm

4.1 Sơ đồ hệ thống

Mô hình này tỉnh bảy cơ cho của quá trình có độc bởi sự bay hơi cục bộ dung môi

Mô hình khảo sát quá trình làm việc gián đoạn cặp suất khí quyền

Mô ta chung của mô hình:

- _ Dung tích nồi đun 10 lít

- Bộ đầu chính công suất gia nhiệt (2000W) được điều chỉnh bằng tay

- _ Một thiết bị ngưng tụ và làm bằng ông thủy tỉnh và bộ làm lạnh làm ông xoắn bằng thép không rỉ ( bề mặt truyền nhiệt 0.2m” )

- Một bơm định lượng cấp liệu cho quá trình làm việc liên tục

- _ Tất cả các van được điều chỉnh bằng tay

- - Nhiệt độ được đo bằng các đầu dò nhiệt độ kết nối với bộ hiển thị số gan với bộ

điều khiến ở bảng trước

- Công suất gia nhiệt được điều chỉnh tay thì được đọc trực tiếp trên bộ điều khiển phía trước bang hiển thị số nhiệt độ nồi đun

- Lưu lượng dòng chất tải nhiệt của thiết bị trao đổi nhiệt được đo bằng Rotant viên

bị với thiết bị ngưng tụ 40 - 400 lít/h

-_ Lớp bảo vệ cách nhiệt đặt tại mức thoát giữa nồi đun và thiết bị kết tính không cho phép nung trong suốt quá trình di chuyên dung dịch và thất thoát nhiệt ít nhất để tránh việc kết tính huyền phù trong ống

[vr i

" ''5| WATER

Hình I: Sơ đồ nguyên lý hệ thống cô đặc

Các thiết bị phụ trợ trong mô hình

WI_ Nguồn gia nhiệt nồi đun (2000W)

Pl Bơm định lượng lưu lượng tối đa 15 lít/h

ECHL Thiết bị ngưng tụ của nổi đun

ECH2 Bộ trao đổi nhiệt ống xoắn của thiết bị kết tính

Hệ thống van

VI Van cấp cho nồi dun

V2 Van xá nôi đun

V3 Van cấp cho thiết bị kết tỉnh trong quá trình gián đoạn

V4 Van cấp cho thiết bị kết tỉnh trong quá trình liên tục

V5 Van xa nước ngưng trong bình chứa nước ngưng tụ

Võ Van điều chỉnh lưu lượng nước giải nhiệt cho thiết bị ngưng tụ

V7 _ Van điều chỉnh chất tại lạnh cho thiết bị kết tính

V§ _ Van xả nước ngưng trong thiết bị làm nguội nước ngưng

V9 Van ngưng cung cấp nước nước giải nhiệt cho hệ thống thiết bị ngưng

tụ

Các dụng cụ đo

TH Đầu dò nhiệt độ nổi dun

TI2 Đầu dò nhiệt độ thiết bị kết tỉnh

TI3_ Đầu dò nhiệt độ nước giải nhiệt vào thiết bị ngưng tụ

TH4_ Đầu dò nhiệt độ chat tại lạnh ra khỏi thiết bị kết tính

TI5_ Đầu dò nhiệt độ chất tải lạnh ra khỏi thiết bị ngưng tụ

TI6 Dau do nhiét độ bộ điều khiến nhiệt độ bộ điều lạnh

LL Bộ cảm biến mực chất lỏng ( bảo vệ an oản cho nôi dun)

RVI_ Lưu lượng kế thiết bị ngưng tụ 40 — 400 lít h

RV2_ Lưu lượng kế thiết bị kết tính 4 — 40 lit/h

Thành phần hộp điều khiển

@—

Tìm @- O8 H ĩ

Hình 2: Các thành phân trên tủ điều khiến

l Công tắc tong

2 Đèn chỉ báo nguồn

3 Bộ hiển thị nhiệt độ nước giải nhiệt vào thiết bị ngưng tụ

4 Bộ hiển thị nhiệt độ nước giải nhiệt ra thiết bị ngưng tụ

5 Bộ hiển thị nhiệt độ nước lạnh ra thiết bị kết tỉnh

ở Bộ hiền thị nhiệt thiết bị kết tỉnh

7 Nhiệt nối dun

§ Công suất nôi đun theo phần trăm (100% - 2000W)

9 Điều chỉnh công suất nổi đun

10 Công tắc cấp nguồn cho các thiết bị phụ trợ và công tắc khẩn cấp

11 Céng tac ON-OFF bơm

12 Céng tac ON-OFF motor khuay trong thiét bi két tinh

13 Công tắc ON-OFF điện trở nỗi dun

Chống chỉ định

Cam sử dụng thiết bị cô đặc trong các trường hợp sau:

- Các chất gây tắc nghẽn

- Tiến hành ở áp suất chân không

- Đề mô hình làm việc mà không có sự giám sát của người điều hành được huấn luyện về các nguy cơ của máy

- Dùng với các vật cứng như viết chia khóa

- Dung với các chất phản ứng mà không cho phép dung với mô hình thí nghiệm

4.2 trang thiết bị hóa chất

Quá trình làm việc có nhiệt độ đến 100° C và làm việc ở áp suất khí quyền với các

trang thiết bị phụ trợ và các tiện nghi khác phục vụ cho quá trình thí nghiệm Bên cạnh đó, đề phục vụ cho quá trình cần thêm các hóa chắt, máy, dụng cụ sau:

- Dung dịch đồng sulphate

-Cân phân tích ống đong (100ml) đùng đề xác định khối lượng riêng của dung dịch

- Máy đo độ hấp thu A đùng đề xác định nồng độ (g/1) của đung dịch thông qua đường chuẩn

Hình 3: Đường chuẩn xác định nồng dé dung dich CuSO, Nồng độ dung dịch ø/1 được xác định thông qua độ hấp thu A Độ hấp thu A được xác định qua máy đo có bước sóng d=890nm ở nhiệt phong 30 C Cuvet chứa mẫu phải luôn sạch và khô ráo, bên trong ống không được có bại khi và được dat trong may do ding theo yéu cau

5 TIEN HANH THÍ NGHIỆM

5.1 Chuan bi thi nghiém

5.1.1 Kiểm tra các hệ thông phụ trợ

- Bật công tắc nguồn cấp cho tủ điện

8

- Kích hoạt bộ điều khién bang cach chuyén céng tac tong sang vi tri 1, công tắc đèn hiển thi trắng sáng

- Kich hoat mé hinh thí nghiệm bởi công tắc cấp nguồn cho các thiết

bị phụ trợ đề kích hoạt mô hình, lúc nảy đèn xanh sang

- Bộ hiển thị số được cấp điện

- Mở van nguồn cung cấp nước giải nhiệt cho hệ thông

- Kiêm tra ông nhựa mém dan nước giải nhiệt đầu ra được đặt đúng nơi quy định

- Mo van V9

- Kiểm tra áp suất hệ thống đạt được | bar

- Mở van V6 đề lưu thông nước trong thiết bị ngưng tụ

5.1.2 Kiểm tra mô hình thiết bị

Trước khi thí nghiệm

- Nồi đun và thiết bị kết tỉnh được tháo hết và sạch

- Các van thoát được đóng: V2, V5, V§

- Thùng chứa dung dịch cô đặc phải rỗng và sạch

- Cac van V3 va V4 dong

Kết thúc thí nghiệm

- Tắt WI

- Khóa van VPI

- Đợi cho dung dịch trong nồi dun đạt đến nhiệt độ khoảng 30oC

- Khóa van nguồn nước giải nhiệt cấp cho thiết bị ngưng tụ ECHI

- Thao hét dung dich trong néi dun qua van V2

- Tháo dung môi (nước) trong bình chứa hơi thứ

5.1.3 Chuẩn bị dung dich

hướng dẫn)

Xác định nồng độ (g/1)

Xác định khối lượng riêng dung dịch

5.2 Báo cáo kết quả thí nghiệm

Chuân bị 5l dung dịch CuSO4 loãng (có thể pha mới theo yêu cầu giáo viên

5.2.1 Số liệu thu thập

Giai Nguồn Th | Th Van | Ama | Nông độ | Q(h) đoạn | gia nhiệt CC) | CC) (1) (g/l)

noi dun

P(W)

Bắt đầu | 2000 30.8 | 30 0 | 2/121 44.8 180

Kết 2000 93,2 | 30,3 1 | 3,583 50 180

thuc

5.2.2 Sử {ý số liệu

" Ban đầu

995 (kg/m)

(kg/m*)

= Luc sau

Nồng độ chất tan trước và sau cô đặc

(kg/kg)

(kg/kg)

“ Khối lượng dung dịch ban đầu trong nồi đun

- Dung dich CuSO4 nap vao: 5 lit

(kg)

- Taco

(kg)

- Mac khac:

(kg)

= Nang lugng do néi dun cung cap cho quá trình giai đoạn đun sôi

Q0)

" Năng lượng dung dịch nhận được giai đoạn đun sôi

(J/kg.K)

Q0)

" Năng lượng do nồi đun cung cấp cho quá trình giai đoạn bốc hơi:

Q0)

" Năng lượng nước nhận được đề bóc hơi trong giai đoạn bốc hơi:

(kJ)

= C4n bang nang luong tai thiết bị ngưng tụ

- Tính theo lý thuyết

(J)

- Tinh theo thu té

11