thiết bị cô đặc nước mía một nồi liên tục

Bộ Công Thương Trường ĐH Công Nghiệp Thực Phẩm TP HCM Khoa Công Nghệ Thực Phẩm  ĐỀ TÀI: THIẾT BỊ CƠ ĐẶC NƯỚC MÍA MỘT NỒI LIÊN TỤC GVHD: CRISTIANO RONALDO SVTT THIEN AN TUYET MAI LỚP: VIET NAM Tp HCM, Tháng 07 Năm 2014 ĐỒ ÁN HỌC PHẦN KỸ THUẬT THỰC PHẨM NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN ……………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………… ……… TP HỒ CHÍ MINH, Ngày…Tháng…Năm 2011 GVHD: PHAN VĨNH HƯNG Trang ĐỒ ÁN HỌC PHẦN KỸ THUẬT THỰC PHẨM MỤC LỤC CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU TỔNG QUAN VỀ QUÁ TRÌNH I Giới thiệu tổng quan II Nguyên liệu sản phẩm trình .6 Đặc điểm nguyên liệu Đặc điểm sản phẩm .6 III Giới thiệu quy trình cơng nghệ Cô đặc q trình đặc 1.1 Định nghĩa 1.2 Các phương pháp cô đặc 1.3 Bản chất cô đặc nhiệt .7 1.4 Ứng dụng cô đặc 1.5 Đánh giá khả phát triển cô đặc Các thiết bị cô đặc nhiệt 2.1 Phân loại ứng dụng .8 Các thiết bị chi tiết cô đặc CHỌN QUY TRÌNH CƠNG NGHỆ .10 4.1 Quy trình cơng nghệ 10 4.2 Nguyên tắc hoạt động hệ thống cô đặc 10 4.3 Ngun lí làm việc nồi đặc 10 4.4 Nguyên tắc hoạt động ống tuần hoàn trung tâm 10 CHƯƠNG 2: CÂN BẰNG VẬT CHẤT VÀ NĂNG LƯỢNG I Dữ liệu ban đầu 11 II Tính cân vật chất11 II.1 Suất lượng nhập liệu (Gđ) .11 II.2 Tổng lượng thứ bốc lên (W) 11 III Tính cân lượng 11 Cân nhiệt lượng 11 Tính toán truyền nhiệt 14 a Nhiệt tải riêng phía ngưng ( q1) 14 b Nhiệt tải riêng phía tường (qv) 15 c Nhiệt tải riêng phía dung dịch (q2) .16 d Tính nhiệt lượng đốt cung cấp 17 e Hệ số truyền nhiệt K cho q trình đặc 17 f Diện tích bề mặt truyền nhiệt 17 CHƯƠNG 3: TÍNH THIẾT BỊ CHÍNH GVHD: PHAN VĨNH HƯNG Trang ĐỒ ÁN HỌC PHẦN KỸ THUẬT THỰC PHẨM I Thiết bị cô đặc 18 Kích thước buồng đốt 18 Tính buồng bốc 20 Tính kích thước ống dẫn liệu, tháo liệu .21 II TÍNH CƠ KHÍ CHO CÁC CHI TIẾT THIẾT BỊ 23 Tính cho buồng đốt 23 Tính cho buồng bốc 24 Tính nắp thiết bị 28 Tính đáy thiết bị 29 Tính mặt bích 30 Tính vỉ ống 31 Tính tai treo chân đỡ 34 III Bản vẽ thiết bị 37 I II CHƯƠNG 4: TÍNH THIẾT BỊ PHỤ Thiết bị ngưng tụ baromet 38 Lượng nước lạnh tưới vào thiết bị ngưng tụ 38 Thể tích khơng khí khí khơng ngưng cần hút khỏi thiết bị .38 Các kích thước chủ yếu thiết bị ngưng tụ 38 Tính thiết bị gia nhiệt nhập liệu 41 Tính bơm nhập liệu 47 Tính bơm tháo liệu .48 Bề dày lớp cách nhiệt 49 Bản vẽ sơ đồ thiết bị 50 CHƯƠNG 5: TÍNH GIÁ THÀNH THIẾT BỊ 5.Tính thiết bị 51 Đơn giá loại thiết bị .52 Tính thiết bị phụ 52 8.Giá thành chế tạo 200% tiền vật tư 52 TÀI LIỆU THAM KHẢO GVHD: PHAN VĨNH HƯNG Trang ĐỒ ÁN HỌC PHẦN KỸ THUẬT THỰC PHẨM GVHD: PHAN VĨNH HƯNG Trang ĐỒ ÁN HỌC PHẦN KỸ THUẬT THỰC PHẨM CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU TỔNG QUAN VỀ QUÁ TRÌNH I Giới thiệu tổng quan Ngành cơng nghiệp mía đường ngành công nghiệp lâu đời nước ta Tuy nhiên, hoạt động sản xuất cách đơn lẻ, xuất thấp, ngành công nghiệp có liên quan khơng gắn kết với gây khó khăn cho việc phát triển cộng nghiệp đường mía.Trong năm qua, số tỉnh thành nước ta, ngành cơng nghiệp mía đường có bước nhảy vọt lớn Mía đường vừa tạo sản phẩm đường làm nguyên liệu cho ngành công nghiệp bánh, kẹo, sữa… đồng thời tạo phế liệu nguyên liệu quý với giá rẻ cho ngành sản xuất rượu… Trong tương lai, khả cịn phát triển có quan tâm đầu tư tốt cho mía với nâng cao khả chế biến tiêu thụ sản phẩm Xuất phát từ tính tự nhiên mía, độ đường giảm nhiều nhanh chóng thu hoạch trễ vàkhơng chế biến kịp thời Vì tính quan trọng việc chế biến, vấn đề quan trọng đặt hiệu sản xuất nhằm đảm bảo thu hồi đường với hiệu suất cao Hiện nay, nước ta có nhiều nhà máy đường Bình Dương, Quãng Ngãi, Biên hồ, … với phát triển ạt diện tích mía, khả đáp ứng khó Bên cạnh đó, việc cung cấp mía khó khăn, cạnh tranh nhà máy đường, cộng với công nghệ lạc hậu, thiết bị cũ kỹ ảnh hưởng mạnh đến trình sản xuất Vì tất lý trên, việc cải tiến sản xuất, nâng cao, mở rộng nhà máy, đổi dây chuyền thiết bị công nghệ, tăng hiệu trình cần thiết cấp bách, đòi hỏi phải chuẩn bị từ Trong đó, cải tiến thiết bị đặc yếu tố quan trọng không hệ thống sản xuất thành phần khơng thể xem thường II Nguyên liệu sản phẩm trình Đặc điểm nguyên liệu GVHD: PHAN VĨNH HƯNG Trang ĐỒ ÁN HỌC PHẦN KỸ THUẬT THỰC PHẨM Nguyên liệu cô đặc dạng dung dịch, gồm: Dung môi: nước Các chất hồ tan: gồm nhiều cấu tử với hàm lượng thấp (xem khơng có) chiếm chủ yếu đường saccaroze Các cấu tử xem khơng bay q trình đặc Tùy theo độ đường mà hàm lượng đường nhiều hay Tuy nhiên, trước cô đặc, nồng độ đường thấp, khoảng 6-10% khối lượng Đặc điểm sản phẩm Sản phẩm dạng dung dịch, gồm: Dung môi: nước Các chất hồ tan: có nồng độ cao a Biến đổi nguyên liệu sản phẩm trình đặc Trong q trình đặc, tính chất nguyên liệu sản phẩm biến đổi không ngừng • Biến đổi tính chất vật lý: Thời gian cô đặc tăng làm cho nồng độ dung dịch tăng dẫn đến tính chất dung dịch thay đổi: Các đại lượng giảm: hệ số dẫn nhiệt, nhiệt dung, hệ số cấp nhiệt, hệ số truyền nhiệt Các đại lượng tăng: khối lượng riêng dung dịch, độ nhớt, tổn thất nhiệt nồng độ, nhiệt độ sơi • Biến đổi tính chất hóa học: Thay đổi pH mơi trường: thường giảm pH phản ứng phân hủy amit (Vd: asparagin) cấu tử tạo thành acid Đóng cặn dơ: dung dịch chứa số muối Ca2+ hồ tan nồng độ cao, phân hủy muối hữu tạo kết tủa Phân hủy chất cô đặc Tăng màu caramen hố đường, phân hủy đường khử, tác dụng tương hỗ sản phẩm phân hủy amino acid GVHD: PHAN VĨNH HƯNG Trang ĐỒ ÁN HỌC PHẦN KỸ THUẬT THỰC PHẨM Phân hủy số vitamin • Biến đổi sinh học: Tiêu diệt vi sinh vật (ở nhiệt độ cao) Hạn chế khả hoạt động vi sinh vật nồng độ cao • Yêu cầu chất lượng sản phẩm giá trị sinh hóa Thực chế độ nghiêm ngặt để: Đảm bảo cấu tử quý sản phẩm có mùi, vị đặc trưng giữ nguyên Đạt nồng độ độ tinh khiết yêu cầu Thành phần hóa học chủ yếu khơng thay đổi III Giới thiệu quy trình cơng nghệ Cơ đặc q trình đặc 1.1 Định nghĩa Cơ đặc phương pháp dùng để nâng cao nồng độ chất hồ tan dung dịch hai hay nhiều cấu tử Q trình đặc dung dịch lỏng - rắn hay lỏng- lỏng có chênh lệch nhiệt sơi cao thường tiến hành cách tách phần dung mơi (cấu tử dể bay hơn) Đó q trình vật lý - hóa lý 1.2 Các phương pháp đặc Phương pháp nhiệt (đun nóng): dung môi chuyển từ trạng thái lỏng sang trạng thái tác dụng nhiệt áp suất riêng phần áp suất tác dụng lên mặt thống chất lỏng.Phương pháp lạnh: hạ thấp nhiệt độ đến mức cấu tử tách dạng tinh thể đơn chất tinh khiết, thường kết tinh dung môi để tăng nồng độ chất tan.Tùy tính chất cấu tử áp suất bên ngồi tác dụng lên mặt thống mà q trình kết tinh xảy nhiệt độ cao hay thấp phải dùng đến máy lạnh 1.3 Bản chất cô đặc nhiệt Dựa theo thuyết động học phân tử: Để tạo thành (trạng thái tự do) tốc độ chuyển động nhiệt phân tử chất lỏng gần mặt thống lớn tốc độ giới hạn Phân tử bay thu nhiệt để khắc phục lực liên kết trạng thái lỏng trở lực bên ngồi Do đó, ta cần cung cấp nhiệt để phần tử đủ lượng thực q trình này.Bên cạnh đó, bay chủ yếu bọt khí hình thành q trình cấp nhiệt chuyển động liên tục, chênh lệch GVHD: PHAN VĨNH HƯNG Trang ĐỒ ÁN HỌC PHẦN KỸ THUẬT THỰC PHẨM khối lượng riêng phần tử bề mặt đáy tạo nên tuần hồn tự nhiên nồi cô đặc Tách khơng khí lắng keo (protit) đun sơ ngăn chặn tạo bọt cô đặc Ứng dụng cô đặc Dùng sản xuất thực phẩm: dung dịch đường, mì chính,các dung dịch nước trái 1.4 cây…Dùng sản xuất hóa chất: NaOH, NaCl, CaCl2, muối vô … 1.5 Đánh giá khả phát triển cô đặc Hiện nay, phần lớn nhà máy sản xuất hố chất, thực phẩm sử dụng thiết bị cô đặc thiết bị hữu hiệu để đạt nồng độ sản phẩm mong muốn Mặc dù hoạt động gián tiếp cần thiết gắn liền với tồn nhà máy Cùng với phát triển nhà máy việc cải thiện hiệu thiết bị đặc tất yếu Nó địi hỏi phải có thiết bị đại, đảm bảo an tồn hiệu suất cao Đưa đến yêu cầu người kỹ sư phải có kiến thức chắn đa dạng hơn, chủ động khám phá nguyên lý thiết bị cô đặc Các thiết bị cô đặc nhiệt 2.1 Phân loại ứng dụng a Theo cấu tạo:  Nhóm 1: dung dịch đối lưu tự nhiên (tuần hồn tự nhiên) dùng cô đặc dung dịch lỗng, độ nhớt thấp, đảm bảo tuần hồn dể dàng qua bề mặt truyền nhiệt Gồm:Có buồng đốt (đồng trục buồng bốc), có ống tuần hồn ngồi.Có buồng đốt ngồi ( khơng đồng trục buồng bốc)  Nhóm 2: dung dịch đối lưu cưỡng bức, dùng bơm để tạo vận tốc dung dịch từ 1,5 3,5 m/s 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 bề mặt truyền nhiệt Gồm:Có buồng đốt trong, ống tuần hồn ngồi.Có buồng đốt ngồi, ống tuần hồn ngồi  Nhóm 3: dung dịch chảy thành màng mỏng,chảy lần tránh tiếp xúc nhiệt lâu làm biến chất sản phẩm Đặc biệt thích hợp cho dung dịch thực phẩm dung dịch nước trái cây,hoa ép…Gồm:Màng dung dịch chảy ngược, có buồng đốt hay ngồi: dung dịch sơi tạo bọt khó vỡ.Màng dung dịch chảy xi, có buồng đốt hay ngồi: dung dịch sơi tạo bọt bọt dễ vỡ GVHD: PHAN VĨNH HƯNG Trang ĐỒ ÁN HỌC PHẦN KỸ THUẬT THỰC PHẨM b Theo phương pháp thực trình: Cơ đặc 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 cố định để đạt suất cực đại thời gian cô đặc ngắn nhất.Tuy nhiên, nồng độ dung dịch đạt không cao.Cô đặc áp suất chân khơng: Dung dịch có nhiệt độ sơi 100oC, áp suất chân khơng Dung dịch tuần hồn tốt, tạo cặn, bay nước liên tục.Cô đặc nhiều nồi: Mục đích tiết kiệm đốt Số nồi khơng nên lớn q làm giảm hiệu tiết kiệm Có thể chân khơng, áp lực hay phối hợp hai phương pháp Đặc biệt sử dụng thứ cho mục đích khác để nâng cao hiệu kinh tế Cô đặc liên tục: Cho kết tốt cô đặc gián đoạn Có thể áp dụng điều khiển tự động, chưa có cảm biến tin cậy Các thiết bị chi tiết đặc  Thiết bị chính: Ống tuần hồn, ống truyền nhiệt Buồng đốt , buồng bốc, đáy, nắp… Ống: đốt, tháo nước ngưng, khí khơng ngưng…  Thiết bị phụ: Bồn cao vị, lưu lượng kế Bể chứa sản phẩm, nguyên liệu Các loại bơm: bơm dung dịch, bơm nước, bơm chân không Thiết bị gia nhiệt Thiết bị ngưng tụ Baromet Các loại van Thiết bị đo CHỌN QUY TRÌNH CƠNG NGHỆ 4.1 Quy trình cơng nghệ 4.2 Ngun tắc hoạt động hệ thống cô đặc Dung dịch từ bể chứa nguyên liệu bơm lên bồn cao vị, từ bồn cao vị dung dịch chảy qua lưu lượng kế xuống thiết bị gia nhiệt gia nhiệt đến nhiệt độ sôi vào thiết bị cô đặc thực q trình bốc Dung dịch sau đặc bơm phía GVHD: PHAN VĨNH HƯNG Trang 10 ĐỒ ÁN HỌC PHẦN KỸ THUẬT THỰC PHẨM Chiểu cao từ mặt thoáng bể chứa nguyên liệu xuống đất là: Z1=2m Chiểu cao từ mặt thoáng bồn cao vị xuống đất là: Z2=10m Chọn dhút=dđẩy: đường kính ống nhập liệu d=30 mm Vận tốc dòng chẩy ống: (m/s) Chuẩn số Re: Chọn ống thép CT.3 nên độ nhám ε=0,2 mm Tính Regh: Vậy : Regh