thiết kế thiết bị cô đặc nước cam bằng phương pháp lạnh

thiết kế thiết bị cô đặc nước cam bằng phương pháp lạnh

LỜI MỞ ĐẦU



Ngày nay, cùng với sự phát triển không ngừng của khoa học và công nghệ, ngành công nghiệp nước ta đang phải đối đầu với những thách thức to lớn Việc đào tạo nguồn nhân lực trẻ có đức có tài ngày càng trở thành một vấn đề hết sức quan trọng và không thể thiếu Để trở thành một người kỹ sư, việc giải các bài toán công nghệ hay việc thực hiện công tác thiết kế máy móc, thiết bị và dây chuyền công nghệ là một việc rất cần thiết và tất yếu Ý thức được tầm quan trọng và vai trò của mình trong tương lai, em đã vận dụng những kiến thức mà mình đã được học trong suốt 3 học kỳ vừa qua vào việc hoàn thành đồ án thiết kế này

Nhiệm vụ cơ bản của đồ án này là thiết kế hệ thống thiết bị cô đặc nước cam bằng phương pháp lạnh hay phương pháp kết tinh dung môi với năng suất đã cho (5000 tấn/năm) Đồ án này bao gồm các phần chính như sau :

 Giới thiệu tổng quan về nguyên liệu và quy trình công nghệ sản xuất sản phẩm nước cam cô đặc

 Tính toán cân bằng vật chất cho quy trình cô đặc

 Tính toán cân bằng năng lượng cho quy trình cô đặc

 Tính toán thiết kế thiết bị chính

 Tính chọn thiết bị phụ

 Tính giá thành sản phẩm

 Đánh giá hiệu quả hoạt động, ưu - nhược điểm của thiết bị và phương pháp công nghệ từ đó đề xuất những giải pháp nhằm khắc phục và cải tiến phương pháp

Đây cũng là những bước đi đầu tiên để thực hiện một công việc hết sức mới mẻ nên có thể có rất nhiều sai sót Nhưng sự xem xét và đánh giá khách quan của các thầy cô sẽ là nguồn động viên và khích lệ đối với em để những lần thiết kế sau được thực hiện tốt đẹp hơn, hoàn thiện hơn

Em xin gửi lời cảm ơn đến tập thể các thầy cô bộ môn Máy & Thiết bị đã trang bị cho em những kiến thức nền tảng làm cơ sở cho em thực hiện đồ án này Em cũng xin rất cảm ơn thầy Phạm Văn Bôn đã tận tình giúp đỡ và hướng dẫn em trong suốt quá trình thiết kế

Phần sau đây là nội dung chi tiết của bản đồ án, kính mong được sự xem xét, chỉ dạy và hướng dẫn của các thầy cô

PHẦN 1 TỔNG QUAN VỀ CAM VÀ CÔNG NGHỆ

SẢN XUẤT NƯỚC CAM CÔ ĐẶC

I TỔNG QUAN VỀ CAM

I.1 Nguồn gốc

Cây cam đã được biết đến từ rất lâu khoảng 2200 năm trước công nguyên ở Trung Quốc nhưng một số người lại cho rằng cây cam có nguồn gốc từ dãy Himalayas (Ấn Độ) Cam được trồng rất phổ biến ở Ấn Độ, sau đó lan rộng về phía đông, và đến cả vùng Đông Nam Á Vào khoảng thế kỉ thứ 3 trước công nguyên, cây cam được đưa đến Châu Âu và nó lan ra tới cả vùng Địa Trung Hải Sau đó, cây cam được Columbus mang đến Châu Mỹ Những năm sau đó, những người làm vườn ở Châu Mỹ và Châu Âu đã đem cây cam đến Châu Úc và Châu Phi Ngày nay cây cam được trồng rất phổ biến ở nhiều nơi trên thế giới

I.2 Phân loại

Có nhiều cách phân loại cam khác nhau, tùy thuộc vào từng quốc gia và địa phương Trong

thương mại, cam được chia thành 2 loại: Cam ngọt (sweet orange) và cam chua (sour orange)

Trong đó, cam chua thường dùng trong sản xuất mứt cam Một số loại cam ngọt thường gặp:

Cam tròn phổ biền nhất là loại Valencia, có nguồn gốc từ đảo Azores và Bồ Đào Nha Giống cam này có khả năng thích ứng trong những vùng nội địa, nơi có sự chênh lệch sâu sắc giữa ngày và đêm và làm hoạt hóa hệ sắc tố của vỏ tạo cho nó màu sắc hấp dẫn Quả có cỡ nhỏ tới trung bình thích hợp cho sản xuất công nghiệp Vỏ mỏng, da cam nhẵn, màu cam sáng Quả có mùi vị đặc sắc ngay khi còn tươi hay sau khi đã được chế biến nước ép Khi quả chín trên cây, nó chuyển sang màu cam sáng nhưng khi nhiệt độ nóng lên làm cho da hấp thụ lại chlorophyl từ lá nên cam chín có màu xanh nhạt Loại cam này chủ yếu dùng làm nước quả với chất lượng nước ép tốt nhất do chứa nhiều dịch quả có màu sậm và bền, ít hạt nên không tạo vị đắng Valencia cũng có thể dùng ăn tươi

Trước năm1835, Cam navel được trồng nhiều ở Florida nhưng bị phá huỷ trong chiến tranh thế giới thứ nhất Giống cam này cũng được trồng nhiều ở Brazil, Trung Quốc Cam navel có quả to hơn giống Valencia và các loại cam ngọt khác Quả có màu vàng đậm sáng cho tới cam,

da hồ đào dày và dễ lột vỏ, không hạt Quả cho chất lượng tốt khi đạt độ chắc và khối lượng nhất định, cho nhiều nước quả Thời tiết lạnh làm màu quả càng vàng sáng vì thế quả có thể chín và vẫn còn màu xanh nhạt trên da Giống cam này ít được dùng trong chế biến nước quả vì trong quá trình chế biến dễ phát sinh vị đắng.

Đây là loại quả được xem là ngon và hấp dẫn nhất trong các loại quả có múi được tìm thấy đầu tiên ở Địa Trung Hải Quả cỡ trung bình với vỏ mỏng có ít hoặc không hạt Có màu đỏ sậm sáng đẹp Nhược điểm lớn nhất là hàm lượng anthocyanin tạo màu đỏ đậm có khuynh hướng bị nhạt trong quá trình chế biến và bảo quản Anthocyanin còn là chất chống oxy hóa mạnh tạo nhiều gốc tự do gây ung thư, lão hóa, bệnh nhẹ… Loại cam này thường được dùng để ăn tươi, ăn kèm salad, dùng rôti hoặc nướng thịt

Loại này được trồng chủ yếu ở Địa Trung Hải Do nước quả có độ ngọt quá cao và hàm lượng acid thấp không đủ khả năng ức chế vi sinh vật nên loại cam này không thích hợp cho sản xuất nước ép

Hình 1 – Các loại cam phổ biến trong thương mại

Ở Việt Nam, cam được chia làm 3 loại : cam chanh, cam sành và cam đắng Một số giống cam phổ biến ở nước ta như cam Xã Đoài ( Nghệ An ), cam Động Đình, cam đường,…

 Cam Xã Đoài ( Nghệ An ) : Cây tương đối cao, ít cành lá (cành quả), trồng ở Xã Đoài,

xã Nghi Diên, huyện Nghi Lộc, tỉnh Nghệ An Quả ngon, thơm có vỏ mỏng và bóng, vị ngọt đậm, ít xơ Dùng chủ yếu trong sản xuất nước cam và mứt cam

 Cam đường : Quả trung bình 100g, vỏ mỏng, màu vàng đỏ hay đỏ sẫm, dễ bóc, múi dễ

chia Có ba loại chính là Cam giấy với các giống Cam Canh (Hà Nội), Cam Đồng dụ (Hải Phòng), Cam Ngọc cục và Cam Hành Thiện (Nam Hà); Cam Bù, Cam Chua ở Hương Sơn (Hà Tĩnh); Cam voi ở Tuyên Hoá (Quảng Bình).

 Cam sành : quả có vỏ sần sùi và mịn; vỏ dày, khi chín có màu vàng hay đỏ sẫm, tuy dày

nhưng dễ bóc, ruột đỏ, hạt có màu nâu lục, vị ngọt, hơi chua, hương vị ngon như quýt Ôn

Chân (Nhật Bản) Thích hợp làm đồ hộp quả nước đường Giống phổ biến là cam Bố Hạ,

trồng ở bãi phù sa Hà Bắc trên đất thoát nước; quả dẹt, nặng trung bình 200-250g, màu vàng đỏ đẹp chín vào tháng 11-12-1 năm sau, dịp Tết Nguyên đán Cam sành còn có tên

là Citrus nobilis Lour Quýt trước đây cũng được xem là một thứ trong Cam sành.

I.3 Cấu tạo của quả cam

Acidless orange Valencia Orange

Navel orange Blood orange

Cấu tạo của quả cam gồm có những phần sau :

 Lớp vỏ ngoài (flavedo) : có màu cam hoặc màu xanh tùy theo giống Lớp vỏ ngoài có chứa rất nhiều các túi tinh dầu

 Lớp cùi trắng (albedo) : có chứa pectin và cellulose

 Múi cam : bên trong có chứa những tép cam, trong có chứa dịch bào

 Hạt cam : chứa mầm cây

 Lõi : là phần nằm ở trung tâm của quả cam, thành phần tương tự lớp cùi trắng

I.4 Thành phần hóa học của cam

Thành phần hóa học của cam được trình bày trong bảng 2

Bảng 1 – Thành phần dinh dưỡng của cam tươi (tính trên 100g), ([13],tr245)

3.591.251.45

1,223,493,24

Bảng 2 – Đặc điểm kỹ thuật của cam, quýt, chanh Việt Nam ([13],244)

(Bố Hạ)

Cam chanh (Xã Đoài)

Quýt (Lí Nhân)

Chanh (Hoà Bình)

Ở nước ta, cam được trồng rộng rãi trên khắp cả nước Cây ra hoa quanh năm, thường có hoa vào tháng 1-2, có quả vào tháng 11-12 Cam cũng như các loại quả có múi khác thường được thu hái khi mới bắt đầu chín Có thể dùng kéo cắt cuống sát mặt quả Sau khi thu hái nên để quả ở điều kiện bình thường trong 12-14 giờ để ổn định hô hấp Trong thời gian đó, tiến hành lựa chọn theo độ chín, kích thước, loại bỏ những quả bầm giập, sây sát Trong trường hợp quả nhiễm bẩn nhiều thì phải rửa rồi để khô ráo Để chống nhiễm trùng có thể bôi vôi vào cuống Để bảo quản cam trong thời gian dài, người ta thường sử dụng một số phương pháp như: bảo quản trong cát, bằng hóa chất, nhiệt độ thấp,…

II GIỚI THIỆU QUY TRÌNH SẢN XUẤT NƯỚC CAM CÔ ĐẶC

II.1 Giới thiệu công nghệ cô đặc nước ép trái cây nói chung

Như đã biết, kỹ thuật cô đặc đã ra đờiù từ rất lâu và được ứng dụng rất phổ biến trong công nghệ hoá chất đặc biệt là trong công nghiệp sản xuất thực phẩm Nhất là trong thời buổi hiện nay, thời kỳ phát triển của nền công nghiệp hiện đại, cuộc sống con người luôn bận rộn và tất bật, việc đảm bảo nhu cầu về bữa ăn hằng ngày luôn là gặp phải những vấn đề khó khăn do tốn khá nhiều thời gian và công sức Sự có mặt của ngành công nghiệp thực phẩm đang đóng một vai trò rất lớn trong việc sản xuất các mặt hàng chế biến sẵn vừa đảm bảo rút ngắn thời gian nấu nấu nướng vừa kéo dài thời gian bảo quản mà vẫn đảm bảo các giá trị dinh dưỡng và an toàn thực phẩm

Sự cô đặc các thực phẩm dạng lỏng như trà, cà phê, nước trái cây, rượu … là một trong những phương pháp bảo vệ tốt nhất những đặc tính vốn có của chúng, bảo quả lâu, giảm chi phí bảo quản và vận chuyển Sau khi phục hồi lượng nước mất đi sau quá trình cô đặc, sản phẩm thực tế gần như ở dạng ban đầu

Việc cô đặc có thể được thực hiện với nhiều phương pháp khác nhau như : phương pháp nhiệt (bốc hơi dung môi) có hay không thu hồi dung môi bay hơi hoặc phương pháp lạnh (kết tinh dung môi dạng rắn) và thẩm thấu nghịch

Mỗi phương pháp đều có những đặc trưng riêng trong việc giải quyết các bài toán công nghệ Tuy vậy có thể nói, phương pháp cô đặc lạnh là một giải pháp rất thích hợp cho việc cô đặc những dung dịch mà thành phần của chúng dễ bị biến đổi bởi tác dụng của nhiệt độ Đó là những dung dịch nước ép trái cây giàu sinh tố, trà, rượu …

Bảng 3 - So sánh hàm lượng còn lại của một số chất thơm trong sản phẩm cô đặc bằng hai

phương pháp theo Grenco ([7],bảng 11-1,trang 222)

Chất thơm Nước ép ban

II.2 Sơ đồ quy trình công nghệ

Hình 2 – Sơ đồ quy trình công nghệ sản xuất nước cam cô đặc

II.2 Thuyết minh

Nguyên liệu cam được lựa chọn nhằm loại trừ những quả không đạt tiêu chuẩn như sâu bệnh, men mốc, thối hỏng… cho chế biến nước cam cô đặc Sau khi chọn lựa chọn, ta tiến hành phân loại nhằm phân chia thành nguyên liệu đồng đều về kích thước, hình dáng, màu sắc và độ chín…

 Rửa

Rửa có thể tiến hành trước hoặc sau khi phân loại nhằm loại trừ tạp chất cơ học như đất, cát bụi và làm giảm lượng vi sinh vật ở ngoài vỏ nguyên liệu Yêu cầu cơ bản của quá trình rửa là sau khi rửa sạch không bị dập nát, các chất dinh dưỡng không bị tổn thất, thời gian rửa ngắn và ít tốn nước

Nước rửa cũng như nước dùng trong công nghệ chế biến (chần, nấu, pha chế…) phải là nước ăn, đảm bảo chỉ tiêu Vệ sinh dịch tễ (Bộ Y tế) quy định Nước rửa được sử dụng ở đây có thể tận dụng từ lượng nước sau khi rửa tinh thể nước đá cuối quá trình cô đặc.

 Ép

Nguyên lý : ép là phương pháp chủ yếu để 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 bới chất nguyên sinh Chất nguyên sinh của quả có tính bán thấm, ngăn cản sự tiết dịch bào Vì vậy, muốn năng cao hiệu suất ép phải làm giảm tính bán thấm của chất nguyên sinh bằng cách làm biến tính chất nguyên sinh hay làm chết tế bào Thông thường người ta sử dụng các phương pháp như sau : đun nóng, sử dụng nấm men chứa hỗn hợp pectinase, protease hoặc dùng dòng điện…

Thiết bị ép : sử dụng thiết bị ép liên tục của hãng FMC Food Technology

Hình 3 – Máy ép cam của hãng FMC Food Tech Cấu tạo của máy

Máy có từ 3 đến 8 cặp chén ép (tùy năng suất của máy) Vd: máy có 5 cặp chén ép có thể ép

350 – 500 trái/ phút) Chén dưới cố định, chén trên có thể chuyển động lên xuống Ở giữa chén trên và dưới có lỗ tròn, cạnh sắc để tạo nên lỗ cắt đường kính 1 inch ở phần giữa trái cam Dịch quả ở bên trong sẽ thoát ra ngoài qua lỗ này trong quá trình ép

 Ống lọc thô (Prefinisher tube): tách các phần thịt quả có kích thước lớn ra khỏi dịch quả

 Ống góp (Juice manifold): thu nhận dịch quả.

 Piston (Orifice tube): tạo áp suất bên trong ống lọc để đẩy dịch quả ra ngoài, đầu ống có

thể đóng mở được có tác dụng thu nhận và thải bỏ các phần tử lớn còn ở bên trong ống lọc

Nguyên lý hoạt động

 Giai đoạn cắt : chén phía trên di chuyển xuống, tạo một lực nén cắt hai đầu của quả cam

 Giai đoạn ép : phần trục của chén trên tiếp tục di chuyển xuống phía dưới, áp lực tăng, đẩy phần dịch quả ở bên trong quả ra, đi vào ống lọc thô Phần vỏ thoát ra khỏi chén thông qua khe hở giữa dao cắt và khung của chén trên

 Giai đoạn kết thúc : orifice tube chuyển động lên phía trên tạo một áp lực bên trong ống lọc thô, dịch quả và phần thịt quả sẽ được ép ra ngoài

Sau khi ép, phần dịch quả và thịt quả có kích thước nhỏ hơn các lỗ lọc trên ống lọc thô sẽ được đẩy ra và chảy vào ống góp ở phía dưới Nước quả sẽ được dẫn qua thiết bị kế tiếp Phần bã còn nằm ở bên trong ống lọc sẽ được hút ra ngoài thông qua một lỗ (đóng mở được) ở orifice tube Phần lõi và vỏ quả có chứa nhiều tinh dầu cam Trong quá trình ép và thoát ra ngoài chén ép, phần vỏ quả bị tổn thương, các tinh dầu sẽ tập trung trên bề mặt vỏ Ở gần cuối máy có một bộ phận phun nước có tác dụng rửa trôi các tinh dầu, tạo thành hệ nhũ tương và chảy ra ngoài Phần nhũ tương này sẽ đi qua thiết bị lọc để tách cặn, sau đó sẽ được li tâm để tách dầu ra khỏi nước Phần dầu sẽ tiếp tục được tinh chế còn phần nước sẽ được tiếp tục sử dụng làm nước rửa tinh dầu

Tiến hành gia nhiệt dịch ép bằng thiết bị gia nhiệt dạng ống chùm hay ống lồng ống Mục đích của quá trình gia nhiệt 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 Có thể bổ sung chất trợ lắng để tăng hiệu quả của quá trình Lưu ý cần gia nhiệt thật nhanh

ớ nhiệt độ 70-75oC từ 5-10 phút để tránh tổn thất chất khô

Quá trình ly tâm nhằm mục đích tách bã và các chất chất keo đã kết tủa sau quá trình gia nhiệt làm cho dịch quả đem cô đặc có độ đồng nhất cao và loại bỏ những ảnh hưởng xấu của sản phẩm cô đặc sau này

Nguyên tắc : khi giảm nhiệt độ của dung dịch nước cam chưa bão hoà xuống dưới nhiệt độ đóng

băng của nó thì dung môi (nước) sẽ đóng băng trước, còn chất hoà tan (đường, acid, cấu tử hương…) vẫn còn ở dạng dung dịch Tách pha rắn khỏi pha lỏng bằng cách ly tâm kết hợp với dao cạo nước đá, dịch quả thu được chính là nước cam cô đặc Nhiệt độ cô đặc được đưa xuống khoảng -10oC ÷ -15oC Để đảm bảo hiệu suất cô đặc cao ta có thể tiến hành cô đặc nhiều cấp

So với phương pháp bốc hơi thì phương pháp lạnh đông tuy có tổn thất chất hoà tan nhiều hơn nhưng sản phẩm có chất lượng cao, giữ được nhiều chất dinh dưỡng hơn và đặc biệt là những tính chất cảm quan đặc trưng của nước quả mà phương pháp bốc hơi không có được

Mặt khác để sản phẩm đạt nồng độ cao có thể cô đặc bằng cách kết hợp hai phương pháp : lúc đầu cô đặc bằng chân không, sau đó làm lạnh đông tiếp tục đến nồng độ chất khô cần thiết

Nước cam trong quá trình bảo quản và tồn trữ thì hương vị giảm sút rõ rệt Để hạn chế tình trạng này, người ta dùng chai thủy tinh màu và bảo quản ở nhiệt độ 0-5oC Sau khi rót xong cần phải ghép nắp, quá trình ghép kín nhằm cách li hoàn toàn với môi trường không khí và vi sinh vật gây

hư hỏng, làm giảm phẩm chất của sản phẩm Mặt khác nắp chai phải được ghép thật kín và thật chắc còn nhằm mục đích đảm bảo quá trình thanh trùng không bị bật nắp hay hở mối ghép.

Thanh trùng là một quá trình quan trọng có tính chất quyết định tới khả năng bảo quản chất lượng của sản phẩm Quá trình thanh trùng nhằm tiêu diệt hoàn toàn hay ức chế các vi sinh vật gây hư hỏng và các nha bào của chúng Yêu cầu của kỹ thuật thanh trùng là vừa đảm bảo tiêu diệt vi sinh vật có hại còn lại ít đến mức độ không thể phát triển để làm hỏng đồ hộp và làm hại sức khoẻ người tiêu dùng, lại vừa đảm bảo cho đồ hộp có chất lượng tốt nhất về giá trị cảm quan và dinh dưỡng

Mục đích của quá trình bảo quản là nhằm theo dõi sự ổn định của sản phẩm, sớm phát hiện các đồ hộp bị hư hỏng Thời gian ổn định của nước quả ít nhất là 15 ngày Tiến hành bảo quản bằng cách lấy riêng 1% số lượng đóng chai, bảo quản tại phong kiểm tra ở nhiệt độ 37oC để phát hiện sự hoạt độïng của một số vi sinh vật có hại (phương pháp bảo ôn sản phẩm)

Đây là khâu cuối cùng của quy trình sản xuất Các chai được đóng gói, dán nhãn và xuất xưởng Sản phẩm được phân phối ra thị trường và đến tay người tiêu dùng

PHẦN 2 TÍNH CÂN BẰNG VẬT CHẤT CHO THIẾT BỊ KẾT TINH

I TÍNH CÂN BẰNG VẬT CHẤT CHO QUY TRÌNH

I.1 Sơ đồ quy trình cô đặc

Hình 4 - Sơ đồ quy trình công nghệ cô đặc kết tinh 2 cấp

I.2 Đặt vấn đề

 Tính toán cân bằng vật chất cho 1kg nhập liệu (vào nồi cô đặc) với nồng độ chất khô ban đầu là x = 10% Sản phẩm có nồng độ chất khô là 30% Năng suất 5000T/năm

 Vì không có giản đồ kết tinh của nước cam nên ta có thể chọn giản đồ kết tinh của nước táo làm cơ sở để xác định nhiệt độ kết tinh của nước cam theo nồng độ (vì thành phần hoá học nước táo gần với thành phần hoá học của nước cam)

 Trong thực tế, lượng chất khô trong dịch nước cam là hỗn hợp phức tạp nhiều cấu tử nhưng để đơn giản ta xem dịch nước cam ép là hỗn hợp hai cấu tử tan lẫn gồm nước và chất khô tan trong nước

Bảng 4 – Thành phần chất khô của một số dịch ép trái cây tính trên 100g

 Trên giản đồ ta xác định được nhiệt độ kết tinh của nước cam theo đường kết tinh của táo

 Nhiệt độ bắt đầu kết tinh : t1 (x = 0,12) = -1oC ; ρ = 1037 kg/m3

 Nhiệt độ của kết thúc quá trình cô đặc (x=0.3) : t2 = -5oC ; ρ = 1142 kg/m3

 Khối lượng riêng có thể tính theo công thức : (xem bảng 4)

ρ = 1766 – 6.8W – 0.97T + 0.006WT ([4],2.32,tr.83)

Bảng 5 – Nhiệt độ kết tinh và khối lượng riêng của dịch cam ép theo nồng độ

 Chọn mô hình kết tinh 2 cấp

• Cấp 1 : từ -1oC (x=0.1) đến -2oC (x=0.2)

• Cấp 2 : từ –2oC (x=0.2) đến -5oC (x=0.3)

I.3 Tính cân bằng vật chất cho quá trình cô đặc

Chọn mô hình cô đặc kết tinh gián đoạn 2 cấp Gọi :

Gđ, xđ : Khối lượng và nồng độ chất khô trong hỗn hợp nhập liệu

Gc, xc : Khối lượng dịch cái và nồng độ chkhô tương ứng thu được (sản phẩm)

M1, x1 :Khối lượng dịch cái và nồng độ chất khô trong dịch cái thu được sau kết tinh 1

M2, x2 : Khối lượng dịch cái và nồng độ chất khô trong dịch cái sau KT2

∆M1, ∆M2 = Tổn thất sau lọc do dich ép bám lên tinh thể K1, K2 sau KT1 và KT2

K1, xk1 : Khối lượng tinh thể thô và nồng độ chất khô bám lên tinh thể thô sau KT1

K2, xk2 : Khối lượng tinh thể thô và nồng độ chất khô bám lên tinh thể thô sau KT2

K3 : khối lượng tinh thể nước đá còn sau thiết bị rửa

M3 : Lượng nước rửa tại thiết bị rửa

I.3.1 Tại thiết bị kết tinh 1 :

Cân bằng vật chất tính cho 1 kg dịch nhập liệu:

1 1

x M x K x G

M K G d d

d

<=>

1 1

1 1

0, 2 0,1

0, 2 0,020,1 0,02

0, 2 0,02

d d

k

d k d

I.3.2 Tại thiết bị lọc 1

 Mục đích : Lọc dịch cái 1 và tinh thể nước thô Sau đó đưa tinh thể nước đá thô đi qua máy rửa

 Chọn thiết bị lọc ly tâm để lọc tinh thể

 Chọn các thông số cho quá trình lọc

• ρd1 : khối lượng riêng của dịch cái sau kết tinh 1

• ρ1 : khối lượng riêng

• f1 : tỷ lệ diện tích bề mặt xung quanh tự do của tinh thể có dịch bám vào

• δ1 : bề dày lớp dịch bám

• d1 : đường kính trung bình (cạnh tinh thể lập phương)

 Cần tính được :

 Lượng dịch còn sót lại trong bã lọc tinh thể

h kg G

x x

x x d

f G

k

d d

02 0 2 0

1 0 2 0 10 3 1037

1089 10 7 , 0 6

.

3 5

1 1

1 1 1

1 1 1 1

kg dịch lọc/kg dịch ép đầuI.3.3 Tại thiết bị kết tinh 2

Ở đây, dịch M1 sau khi lọc (khối lượng còn M1 - ∆M1) sẽ được đem kết tinh lần 2 thu được dịch M2 và khối tinh thể thô K2 với nồng độ chất khô tương ứng là x2, xk2 Ta có

2 2 1 1

)(M M x K x M x

M K M M

x

x x M M M

kg x

x

x x M M K

k k

k

286 0 ).

(

1558 0 ).

(

2 2

2 1 1 1

2

2 2

1 2 1 1

2

I.3.4 Tại thiết bị lọc 2 – Lọc ly tâm

Lượng dịch cái ∆M2 còn sót trong khối tinh thể là

kg M

M x x

x x d

f M

k

3

5 1

1 2 2

1 2 2

2

2 2 2

10 3 1037

1142 10 7 , 0 6 ) (

.

I.3.5 Tại thiết bị rửa

 Cho tinh thể K1 và K2 có chứa dịch sót ∆M1, ∆M2 vào thiết bị rửa R3 với lượng nước rửa là M3 Lượng tinh thể sau rửa có khối lượng là K3, trong đó có tích một lượng nước rửa là ∆M3 , nước rửa này có thể xem như không có chất khô hoà tan trong đó Còn lượng nước nước thu hồi M’3 có nồng độ x3 có thể được đưa và hỗn hợp dịch ép lúc ban đầu để giảm mất mát chất khô

 Trong thiết bị rửa các tinh thể K1 và K2 chỉ bị mài mòn về kích thước chứ không bị giảm về số lượng tinh thể, do đó nó thay đổi kích thước (d1’, d2’), độ bám dính bề mặt (f1’, f2’) theo tỷ lệ tổn hao khối lượng tinh thể (∆) Thông thường ∆ = 0.01−0.15 nên ta chọn ∆ = 0,1

 Tính cân bằng vật chất

• Theo khối lượng :

K1 + K2 + M3 + ∆M1+ ∆M2 = K3 + M’3 + ∆M3 = (1 - ∆)(K1 + K2) + M’3Với K3 = (1 - ∆)(K1 + K2)

• Theo chất khô

K1xk1 + K2xk2 + 0 + ∆M1x1 + ∆M2x2 = (1 - ∆)K1xk1 + (1 - ∆)K2xk2 + M’3x3 + 0

 Lượng tinh thể sau rửa là

% 74 , 0 5081

, 0

3 , 0 0024 , 0 2 , 0 0082 , 0 ) 02 , 0 1558 0 02 , 0 5556 , 0 (

1 , 0

'

) (

3

2 2 1

1 2

2 1 1

= +

+ +

=

∆ +

∆ + +

∆

=

M

x M x M x

K x

d k

d k

d

f x

x x

x

x x f

b x x f

b x x

G

1 1 1

1 1

1 1 2

2

1 2 2

2 1

1 1 1 1

3/

.

) (

' ) ('

0 10 3 1037

1089 10 7 ,0 6 02 ,0 1, 0

02

,0 3, 0

)2 ,0 3, 0 (

7.

0.

10 18 ,7

)1 0 2.

0 (

7, 0.

10 18

,7 02 ,0 2, 0

1.

21544 ,0.

6

3

5 3

3

= 0.000464 kg/h

 Lượng nước ra khỏi thiết bị rửa M’ 3

Từ phương trình cân bằng vật chất

M3 + K1 + K2 + ∆M1 + ∆M2 = K3 + M’3 + ∆M3

K1xk1 + K2xk2 + 0 + ∆M1x1 + ∆M2x2 = (1 - ∆)K1xk1 + (1 - ∆)K2xk2 + M’3x3

Suy ra : M’3 = M3 + K1 + K2 + ∆M1 + ∆M2 - ∆M3 - K3 = 0.5081 kg/h

Suy ra lượng chất khô thất thoát theo nước rửa là 0,74%.0,5081 = 3,76.10-3 kg/h

So với lượng chất khô hỗn hợp đầu (0,1 kg/h) thì tỷ lệ thất thoát là : 3,76%

Vì tỷ lệ thất thoát này là không đáng kể nên ta không cần hồi lưu nước rửa này vào hỗn hợp đầu Lượng nước rửa này có thể được tái sử dụng để rửa nguyên liệu đầu vào

II TÍNH CÂN BẰNG VẬT CHẤT CHO CẢ QUY TRÌNH

II.1 Năng suất thành phẩm

5000T/năm = 5000.103kg/(300ngày*16giờ/ngày) = 1041,7 kg/h

II.2 Năng suất thiết bị cô đặc:

 Nếu tổn thất sau quá trình thanh trùng và rót chai là 1%

 Gc = 1041,7/0,99 = 1052,2 kg/h

II.3 Năng suất nhập liệu vào thiết bị cô đặc

 Tỷ lệ dịch cô thu được so với dịch đầu là 0,286

 Gđ = 1052,2/0,286 = 3679,1 kg/h

II.4 Khối lượng nước ép vào máy ly tâm (lọc tinh),

 Chọn tổn thất là 0,5%

 Gv(lọc tinh) = 3679,1/0,995 = 3697,6 kg/h

II.5 Khối lượng nước ép vào thiết bị gia nhiệt

 Chọn tổn thất trong quá trình gia nhiệt là 0,5%

 Gv(gia nhiệt) = 3697,6/0.995 = 3716,2 kg/h

II.6 Khối lượng nước ép vào thiết bị lọc thô,

 Chọn tổn thất là 1,0%

 Gv(lọc thô) = 3753,7 kg/h

II.7 Khối lượng nguyên liệu vào máy ép,

 Biết hiệu suất ép là 85%

 Cho tỷ lệ bã (bao gồm vỏ, hạt, …) và dịch tách ra trong quả là 5/3 = 1.667

 Khối lượng dịch ép ra = 3753,7 kg/h

 Khối lượng dịch ép có trong quả = 3753,7/0,85 = 4416,1 kg/h

 Khối lượng bã (bao gồm vỏ, hạt, tạp chất…) vào = 1,667.4416,1 = 7360,2 kg/h

→ Khối lượng nguyên liệu vào máy ép = 4416,1 + 7360,1 = 11776,3 kg/h

II.8 Khối lượng nguyên liệu (G) vào

 Quá trình rửa (tổn thất 0,5%) = 11776,3/0,995 = 11835,5 kg/h

 Quá trình chọn lọc, phân loại (tổn thất 3%) = 11835,5/0,97 = 12201,6 kg/h

Bảng 6 - Tổng kết cân bằng vật chất cho quá trình cô đặc (theo 1kg hỗn hợp đầu)

3 Thiết bị lọc 1 Dịch sót 1 ∆M1 0.0082 0.2

Bảng 7 – Tổng kết cân bằng vật chất cho cả quy trình sản xuất

PHẦN 3 TÍNH CÂN BẰNG NĂNG LƯỢNG CHO

THIẾT BỊ KẾT TINH

I CÁC THÔNG SỐ CẦN TÍNH

I.1 Nhiệt dung riêng của dịch ép

Nhiệt dung riêng của nước cam ép theo nhiệt độ được tính gần đúng theo công thức : ([3], I.50, 153)

c = 4190 – (2514 – 7,542t)x , J/kg.độTrong đó : c : nhiệt dung riêng của dung dịch nước đường, J/kg.độ

t : nhiệt độ dung dịch, oC

x : nồng độ của dung dịch, phần khối lượng

Sự thay đổi của nhiệt dung riêng trong quá trình cô đặc :

Nhập liệu Làm lạnh Bắt đầu kết tinh Kết thúc KT 1 Kết thúc KT2

I.2 Độ nhớt động lực của dịch ép

Độ nhớt của dung dịch nước ép lấy gần đúng theo dung dịch đường mía theo [3,I.112,114)

I.3 Hệ số dẫn nhiệt của dung dịch và tinh thể nước đá

 Hệ số dẫn nhiệt của dung dịch được tính theo công thức : [3,I.32,123]

dịch dung

Với dung dịch đang ép thuộc loại chất lỏng liên kết nên A = 3,58.10-8

 Hệ số dẫn nhiệt của tinh thể nước đá : [3, I.128, 132]

λđá1 (-2 oC) = 2,532 W/mK

λđá2 (-5 oC) = 2,566 W/mK

I.4 Nhiệt kết tinh của nước đá

Nhiệt kết tinh trung bình của nước (ở 0oC) là 1434,6 cal/mol = 333608,3 J/kg ([10],23)

Bảng 8 - Tổng kết các thông số nhiệt lý của dịch ép và nước đá

(1) Nhập liệu

0.1

-(3) Bắt đầu kết tinh 0.10 -1 1037 3937.85 - 1.792E-03 0.3395 (4) Kết thúc KT1 0.20 -2 1089 3684.18 2090.3 3.804E-03 0.3390 2.532(5) Kết thúc KT2

-0.3

II TÍNH CÂN BẰNG NĂNG LƯỢNG

Nhiệt lượng Q (tính trên 1 kg dịch ép ban đầu) cần cung cấp cho toàn quá trình cô đặc kết tinh bao gồm (lượng nhiệt này được cung cấp cho tác nhân lạnh)

Qo : nhiệt lượng cần thiết để làm lạnh sơ bộ dịch ép ban đầu từ 30oC → 3oC;

Q1 : nhiệt lượng cần thiết để làm lạnh (trong TBKT) dịch ép từ 3oC → -1oC;

Qkt : nhiệt lượng cần thiết để kết tinh nước;

Qdd : nhiệt lượng cần thiết để làm lạnh dịch ép từ -1oC → -5oC;

Qđá : nhiệt lượng cần thiết để làm lạnh nước đá từ -1oC → -5oC

II.1 Nhiệt lượng cần cho quá trình làm lạnh sơ bộ dịch ép ban đầu

 Nhiệt độ đầu và cuối quá trình : tđ = 30oC → t’đ = 3oC

 Khối lượng dịch ép : Gđ = 1kg/h

 Nhiệt dung trung bình : cđ = (3961.23 + 3940.86)/2 = 3951,05 J/kg.độ

 Lượng nhiệt cung cấp : Q o = Gđcđ(tđ – t’đ) = 1.3951,05.(30 - 3) = 106678.2 J/kg dịch đầu.h

II.2 Nhiệt lượng cần thiết để làm lạnh (trong TBKT) dịch ép từ 3 o C → -1 o C

 Nhiệt dung trung bình của dịch ép : c1 = (3940.86 + 3939.36)/2 = 3939.36 J/kg/độ

 Lượng nhiệt cần cung cấp là : Q 1 = Gđc1(t’đ – t1) = 15757.4 J/kg dịch đầu.h

II.3 Nhiệt lượng cung cấp cho quá trình kết tinh nước

 Nhiệt kết tinh trung bình của nước là λkt = 333608,3 J/kg

 Khối lượng tinh thể tạo thành K = K1 + K2 = 0,5556 + 0,1558 = 0,7114 kg/kg dịch đầu.h

 Nhiệt lượng cung cấp

 Kết tinh 1 : Qkt1 = K1 λkt = 0,5556 333608,3 = 185352.8 J/kg dịch đầu.h

 Kết tinh 2 : Qkt2 = K2 λkt = 0,1558 333608,3 = 51976.2 J/kg dịch đầu.h

=> Q kt = Q kt1 + Q kt2 = 185352,8 + 51976,2 = 237329 J/kg dịch đầu.h

II.4 Nhiệt lượng cần thiết để làm lạnh dịch ép từ -1 o C → -5 o C

 Ta có : Qdd = Qdd1 + Qdd2

 Trong đó : Qdd1 : nhiệt lượng cung cấp cho dịch cái M1 (từ -1oC → -2oC)

Qdd2 : nhiệt lượng cung cấp cho dịch cái M2 (từ -2oC → -5oC)

 Khối lượng và nhiệt dung riêng của dịch cái

II.5 Nhiệt lượng cần cho quá trình làm lạnh tinh thể đá từ -1 o C → -5 o C

Qđá = Qđá 1 + Qđá 2 = K1cđá1.(t1 - t2) + K2cđá 2.(t2 – t3)

 Nhiệt dung riêng của nước đá lấy gần đúng là 2090,3 J/kg

 Nhiệt lượng cần là :

 Tại kết tinh 1 (từ -1oC → -2oC) : Qđá1 = 0,5556.2090,3.1 = 1161,4 kJ/kg dịch đầu.h

 Tại kết tinh 2 (từ -2oC → -5oC) : Qđá2 = 0.1558.2090,3.3 = 977 J/kg dịch đầu.h

=> Q đá = 2138,4 J/kg dịch đầu.h

II.6 Tổng nhiệt lượng thực tế

Chọn tổn thất nhiệt lấy bằng 15% lượng nhiệt thực tế

 Tổng nhiệt lượng cần thiết cho quá trình kết tinh 1 :

Bảng 9 – Tổng kết cân bằng nhiệt lượng cho quá trình cô đặc

1 Làm lạnh sơ bộ 111527,2 410319,8 113,98

PHẦN 4 TÍNH TOÁN THIẾT KẾ THIẾT BỊ KẾT TINH

VÀ CHỌN THIẾT BỊ LỌC, RỬA

I THIẾT BỊ KẾT TINH

I.1 Giới thiệu

Thiết bị cô đặc kết tinh là thiết bị thân hình trụ đứng, dạng vỏ áo, đáy và nắp ellipse tiêu chuẩn.Tác nhân giải nhiệt để kết tinh dung môi được dùng là NH3

Vật liệu chế tạo thiết bị

 Thân làm bằng thép không gỉ để không làm ảnh hưởng đến độ tinh khiết của sản phẩm, mã hiệu X18H10T

 Vỏ làm bằng thép thường CT3

Phương pháp gia công : dùng phương pháp hàn hồ quang điện, kiểu hàn giáp mối hai phía

I.1.1 Thùng kết tinh 1

 Các thông số kích thước, chọn :

 Đường kính trong : DT = 1200 mm

 Chiều cao thân : HT = 1800 mm

 Hệ số chứa đầy : β = 0.8

 Đáy, nắp ellipse tiêu chuẩn : hgờ = 50 mm ; ht = 300 mm

F = 1,75 m2 ; Vnắp, đáy = 0,283 m3

 Vỏ bọc cách nhiệt, vật liệu : bông thuỷ tinh

 Vỏ cách thân 50 mm

 Thời gian lưu : τ = 4h

 Năng suất thể tích nhập liệu : Vđ = 3 , 548

1037

1 ,

2

4

2 2

=+

 Thể tích dung dịch chứa : Vdd1 = 0,8.Vthùng = 2,08 m3

 Chiều cao dung dịch chứa tính từ đáy :

4/2,1

283,008,24

h D

V V

m

 Tính bề mặt truyền nhiệt

 Để đảm bảo truyền nhiệt tốt thì lớp vỏ áo của thiết bị được bao cao hơn chiều cao mực chất lỏng ở bên trong 150mm

 Bề mặt truyền nhiệt : F = Fdd(thân) = πD(Hdd(thân) + 0,15) = 6,56 m2

 Tính số thùng kết tinh 1

08,2

4.548,3.1

=> Chọn số thùng N2 = 7 thùng

I.2.2 Thùng kết tinh 2

 Kích thước thùng kết tinh 2

 Để đơn giản trong việc chế tạo và lắp đặt ta chọn các thông số kích thước của thùng 2 giống kích thước thùng 1 như sau :

 Thùng : DT = 1,2 m; Vthùng = 2,6 m3; Hthùng = 2,5 m;

 Thân : HT = 1,8 m

 Đáy, nắp : Vđáy = Vnắp = 0,283 m3; Fđáy = Fnắp = 1,75 m2

 Thể tích và chiều cao dung dịch : Vdd2 = 2,6.0,8 = 2,08 m3; Hdd2 = Hdd1 = 1,939 m

 Bề mặt truyền nhiệt : F2 = πD(Hdd(thân) + 0,1) = 6,367 m2

 Số thùng kết tinh 2 : N2 = τ

2

2

dd

d V

00817,0444,0().(

2

1 1

=> Chọn số thùng kết tinh là 3 thùng

I.2 Tính toán điều kiện bền

I.2.1 Các thông số cần tra và chọn

 Aùp suất tính toán :

Nếu xem áp suất thủy tĩnh là không đáng kể, bên trong thiết bị làm việc ở áp suất khí quyển:

=> Thiết bị chịu áp suất ngoài

Vậy áp suất tính toán cho thân thiết bị được chọn trên cơ sở điều kiện làm việc nguy hiểm nhất, đó là trường hợp khi ta tháo liệu mà chưa xả tác nhân ra hết lúc đó áp suất tác động lên

thân thiết bị sẽ lớn nhất và bằng áp suất của tác nhân lạnh, nên P TT = P N = 0,29075 N/mm 2

 Nhiệt độ tính toán được lấy là nhiệt độ môi trường làm việc cộng với 20oC (thiết bị có bọc cách nhiệt) Nhưng trong điều kiện thiết bị làm việc ở nhiệt độ thấp như vậy nên ta chọn luôn nhiệt độ tính toán là 20oC

 Vật liệu chế tạo

Thân bằng thép không gỉ X18H10T

Vỏ làm bằng thép thường CT3

 Ứng suất cho phép ([11],hình1.2,18)

 Ứng suất cho phép tiêu chuẩn : [ ]* 2

N/mm 147

σ =

 Hệ số hiệu chỉnh : η = 0,95 (thiết bị có bọc cách nhiệt)

N/mm 139,65 147.0.95

η σ

 Hệ số bền mối hàn : ϕh = 0,95

t 20,5 10 N/mm

 Giới hạn chảy ở nhiệt độ tính toán (20oC)

Hệ số an toàn chảy : nc = 1.65

2

c 147 1,65 2 42 55 N/mm

⇒

I.2.2 Tính bền cho thân thiết bị khi chịu áp suất ngoài

 Bề dày tối thiểu

0.4

t t

n

l' E

P D 1.18 S'

Trong đó : DT = 1200 mm - Đường kính trong của thiết bị;

Pn = 0,29075 N/mm2 - Aùp suất ngoài tác dộng lên thân thiết bị;

Et = 20,5.104 N/mm2 - Môđun đàn hồi;

l’ = lthân + hđáy/3 = 1800 + 350/3 = 1916,7 mm – chiều dài tính toán cho thân

1200

1916,7

20,5.10

0,29075 1,18.1200.

S'

0.4 4

 Chọn hệ số bổ sung bề dày C

 Hệ số ăn mòn của tác nhân NH3 là Ca = 1 mm;

 Hệ số ăn mòn của dung dịch nước trái cây là Cb = 0,5 mm;

 Hệ số quy tròn Co = 0,682 mm;

=> C = 2,182 mm

 Bề dày thiết bị : S = 10 mm

 Kiểm tra bền

(1) Kiểm tra điều kiện :

165 , 8 1,75 0,1837

9 2

1200 1,75

1200

9 2 1,5

) C 2(S

D D

l' D

) C 2(S 1,5

a t t

t a

c

t

D

)C2(Sσ

c

t

D

)C2(Sσ

10 5 , 20 0.3

2 4

t a 2

t

a t

t

N/mm 0.2907 P

N/mm 4057

, 0

1200

9 1200

9 1917

1200 10

20,5 0,649

D

C S D

C S l'

D 0.649.E P

=> Thân đủ bền

I.2.3 Tính ổn định cho đáy nắp

 Đáy chịu áp suất ngoài : Pn = PNH3 = 0,2907 N/mm2

 Nắp chịu áp suất ngoài xấp xỉ với áp suất khí quyển vì vậy khi tính bền cho đáy, nếu đáy đủ bề thì nắp cũng đủ bền

 Chọn bề dày tính toán cho nắp bằng với bề dày của thân thiết bị : S = 10 mm

 Tính bền cho đáy

(1) So sánh : RSt và t

c

txσ0.15E

Trong đó : Rt = Dt = 1200 mm (đáy-nắp ellipse tiêu chuẩn);

Et = 20,5.104 N/mm2; σc = 2 42 55 N/mm2;

x = 0,7 (vật liệu chế tạo làm bằng thép không gỉ);

Khi đó : RSt =120010 =12

t c

txσ

0,15E

và 0,25 0.3

D

h2.0

(2) Aùp suất cho phép : [ ] [ ]( )

t

a n

CS2P

c

CSE

1200)

(

T C S

D

1020.5

242,55875

kE

σ875

t

t c

CSE

t

a t

SE

t

t c a

t

t

t c a

1200 55 , 242 7 , 0 5 9 10 5 , 20

4

4

− +

=> β = 1,995

t

a n

CS2P

β

,995.1200 1

>

=

=> Đáy đủ bền

 Tính tương tự cho nắp ta cũng được [Pn] = 0,7779 N/mm2 > 0,1 N/mm2

=> Nắp cũng đủ bền

I.2.4 Tính bề dày vỏ thiết bị

Áp suất bên trong vỏ thiết bị P = P tác nhân = 0,29075 N/mm2 ⇒Vỏ thiết bị chịu áp suất trong (Xem như bề mặt cách nhiệt không tác dụng lên vỏ, phía ngoài vỏ chỉ chịu áp suất khí quyển)

 Aùp suất tính toán cho vỏ thiết bị :

PTT = Pdư = Ptuyệt đối – Pa = 0.29075 – 0.1 = 0.19075 N/mm2

 Nhiệt độ tính toán lấy bằng nhiệt độ tác nhân cộng thêm 20oC (có bọc cách nhiệt)

=> Ttt = 10oC

 Vỏ làm bằng thép thường CT3

 Ứng suất cho phép ([11],hình1.2,18)

 Ứng suất cho phép tiêu chuẩn :[ ]* 2

N/mm 142

 Hệ số hiệu chỉnh : η = 0,95 (thiết bị có bọc cách nhiệt);

 Ứng suất cho phép : [ ]σ =[ ]σ * × = 142.0,95 = 134,9 N/mm 2;

 Hệ số bền mối hàn : ϕh = 0,95

 Tính bề dày vỏ:

0,19075

0,95 134,9 p

σ

ϕ

- Bề dày tối thiểu : [ ] 2( 134.9 0.95) 0.19075 0,967mm

0.19075100

1200P

σ2

PDS'

=+

=

ϕ

- Khi 1000 ≤ Dt ≤ 2000 mm thì S’ = 4 mm

- Bề dày thực : S = S’ + Ca + Cb + Co

Trong đó : Ca : hệ số ăn mòn của NH3 Chọn Ca = 0.5 mm

Co : hệ số quy tròn kích thước Chọn Co = 0.5 mm

mm 0.50.54

CSt

a

4,51300

4,50,959,1342C

SD

CSσ2

−

= ϕ

⇒thỏa điều kiện bền => chọn bề dày vỏ là 5 mm

Để đơn giản trong việc thiết kế và gia công, ta chọn các thông số kích thước của 2 thùng kết tinh là như nhau :

Bảng10 – Tóm tắt các thông số tính toán cho các thùng kết tinh

1 Kích thước

3 Điều kiện làm việc

I.3 Kiểm tra bề mặt truyền nhiệt

Bề mặt truyền nhiệt là phần bề mặt của thành thiết mà tác nhân lạnh và dung dịch tiếp xúc Bề mặt truyền nhiệt của thiết bị kết tinh là : F = 7,737 m2

Hệ số truyền nhiệt tổng quát : đá bám

λ

δα

1λ

δα1

1K

+++

=

Với : α1: Hệ số toả nhiệt phía thân, W/m2.oC;

α2 : Hệ số toả nhiệt phía vỏ, W/m2.oC;

λthép :Hệ số dẫn nhiệt của thành thiết bị làm bằng thép không gỉ; W/m 2.K;

λđá : Hệ số dẫn nhiệt của lớp đábám, W/m 2.K;

δthép, δđá : Bề dày của thành thiết bị; δthép = 10 mm, δđá = 0,5 mm.

I.3.1 Sơ đồ tính toán

Hình 5 – Sơ đồ khối tính toán bề mặt truyền nhiệt

I.3.2 Tính toán bề mặt truyền nhiệt cho thiết bị kết tinh 1

I.3.2.1 Tính hệ số toả nhiệt phía dung dịch α 1

Đây là trường hợp cấp nhiệt khi khuấy chất lỏng bằng cánh khuấy, nên chuẩn số Nu có thể xác định theo công thức :

D

d)μ

μ(Pr0.36.Re

w

0.33 0.67

Re= k2 ; ≈ 1

w

µµ ; d D k ≈1

Với : α1 : Hệ số toả nhiệt của dung dịch, W/m 2.oC;

DT : đường kính trong của thiết bị, m; DT = 1,2 m

λ : Hệ số dẫn nhiệt của dung dịch; λ = 0,339 Ns/m2;