Đồ án kỹ thuật thực phẩm cô đặc cà chua với buồng đốt trong kiểu treo

Niên luận Kỹ thuật Thực Phẩm GVHD: Đoàn Anh Dũng MỤC LỤC MỤC LỤC I LỜI NÓI ĐẦU IV LỜI CẢM ƠN .V CHƯƠNG I: GIỚI THIỆU 1.1 Tổng quan nguyên liệu 1.2 Quá trình cô đặc: 1.2.1 Khái niệm 1.2.2 Thiết bị cô đặc .2 1.2.2.1 Các loại thiết bị cô đặc 1.2.2.2 Yêu cầu chung thiết bị cô đặc 1.3 Sơ đồ hệ thống cô đặc nồi Thuyết minh quy trình sản xuất CHƯƠNG II: XÁC ĐỊNH KÍCH THƯỚC THIẾT BỊ CHÍNH 2.1 Cân vật liệu .5 2.1.1 Lượng thứ bốc lên hệ thống 2.1.2 Lượng dung dịch sau cô đặc 2.2 Cân nhiệt lượng cho toàn hệ thống 2.2.1 Chia nồng độ dung dịch từ xd = 20% đến xc = 60% thành khoảng nồng độ 2.2.2 Xác định áp suất nhiệt độ .6 2.2.3 Xác định nhiệt tổn thất 2.2.3.1 Tổn thất nhiệt nồng độ tăng cao .7 2.2.3.2 Tổn thất nhiệt áp suất thủy tĩnh 2.2.3.3 Tổn thất nhiệt độ trở lực thủy học đường ống 10 2.2.3.4 Tổn thất chung cho toàn hệ thống cô đặc 10 2.2.4 Hiệu số nhiệt độ hữu ích nhiệt độ sôi 10 2.2.4.1 Nhiệt độ sôi dung dịch 10 2.2.4.2 Hiệu số nhiệt độ hữu ích 10 2.3 Tính bề mặt truyền nhiệt buồng đốt 11 2.3.1 Tính nhiệt lượng đốt cung cấp 11 2.3.1.1 Tính lượng đốt .12 2.3.1.2 Phương trình cân nhiệt lượng 12 2.3.2 Hệ số truyền nhiệt K 13 2.3.2.1 Tính tổng nhiệt trở .14 2.3.2.2 Tính hệ số cấp nhiệt ngưng tụ .14 2.3.2.3 Tính hệ số cấp nhiệt chất lỏng sôi .15 2.3.2.4 Tính nhiệt tải riêng 17 2.3.3 Bề mặt truyền nhiệt F .19 2.4 Kích thước buồng bốc buồng đốt .20 Phan Kim Phụng Trang I Niên luận Kỹ thuật Thực Phẩm GVHD: Đoàn Anh Dũng 2.4.1 Kích thước buồng bốc 20 2.4.2 Kích thước buồng đốt .21 2.4.2.1 Đường kính ống dẫn đốt 21 2.4.2.2 Xác định số ống truyền nhiệt .21 2.4.2.3 Đường kính buồng đốt: Dt 22 2.4.2.4 Đường kính thân buồng đốt .22 2.4.2.5 Khoảng vành khăn tuần hoàn 23 2.5 Tính đường kính ống dẫn 23 2.5.1 Ống nhập liệu 24 2.5.2 Ống tháo sản phẩm 25 2.5.3 Ống dẫn thứ 25 2.5.4 Ống tháo nước ngưng .26 CHƯƠNG III:THIẾT BỊ PHỤ 27 TÍNH THIẾT BỊ NGƯNG TỤ CHÂN CAO BAROMET 27 3.1 Giới thiệu 27 3.1.1 Sơ lược thiết bị ngưng tụ chân cao baromet 27 3.1.2 Cấu tạo 27 3.1.3 Nguyên tắc 27 3.2 Lượng nước lạnh cần thiết để ngưng tụ 27 3.3 Thể tích không khí khí không ngưng cần hút khỏi thiết bị ngưng tụ 28 3.4 Các kích thước chủ yếu thiết bị ngưng tụ 29 3.4.1 Đường kính thiết bị ngưng tụ baromet .29 3.4.2 Kích thước ngăn 29 3.4.3 Chiều cao thiết bị ngưng tụ 30 3.4.4 Kích thước ống baromet 31 3.4.4.1 Đường kính ống baromet 31 3.4.4.2 Chiều cao ống baromet 32 3.4.5 Đường kính cửa vào thiết bị baromet .33 BẢNG TỔNG KẾT THIẾT BỊ NGƯNG TỤ BAROMET 34 CHƯƠNG VI: TÍNH CƠ KHÍ 35 4.1 Bề dày buồng đốt .35 4.2 Bề dày buồng bốc 37 4.3 Nắp thiết bị .38 4.4 Đáy thiết bị .38 4.5 Mặt bích 38 4.6 Bề dày vĩ ống 39 4.7 Tính tai treo 40 4.7.1 Khối lượng thân buồng đốt .40 4.7.2 Khối lượng buồng bốc 40 4.7.3 Khối lượng ống gia nhiệt 41 4.7.4 Khối lượng đáy nắp thiết bị 41 4.7.5 Khối lượng hai vĩ ống buồng đốt 41 Phan Kim Phụng Trang II Niên luận Kỹ thuật Thực Phẩm GVHD: Đoàn Anh Dũng 4.7.6 Khối lượng thành buồng đốt 42 4.7.7 Khối lượng ống dẫn đốt 42 4.7.8 Khối lượng dung dịch thiết bị 42 4.8 Một số chi tiết khác 43 4.8.1 Chọn cửa vào vệ sinh cửa sữa chữa cửa có đường kính 500mm 43 4.8.2 Kính quan sát 43 4.8.3 Đệm làm kính 43 4.8.4 Nồi cô đặc làm việc nhiệt độ cao 44 TÀI LIỆU THAM KHẢO 45 Phan Kim Phụng Trang III Niên luận Kỹ thuật Thực Phẩm GVHD: Đoàn Anh Dũng LỜI NÓI ĐẦU  Ngày nay, nhu cầu người thực phẩm dinh dưỡng ngày gia tăng, nhà chế biến cung ứng thực phẩm không ngừng nâng cao chất lượng sản phẩm nâng cao suất sản xuất Bên cạnh việc đa dạng hóa sản phẩm mục tiêu hướng tới nhà sản xuất Cùng với phát triển mạnh mẽ khoa học kỹ thuật, việc tạo thiết bị đại nhằm nâng cao suất việc sản xuất không nhiệm vụ kỹ sư công nghệ thực phẩm mà sinh viên theo học ngành Với kiến thức học giúp đỡ Thầy Đoàn Anh Dũng bạn, xin đưa bảng thiết kế hệ thống cô đặc dung dịch cà chua nồi làm viêc gián đoạn có buồg đốt treo Tôi hy vọng đồ án đóng góp phần nhỏ vào hệ thống thiết bị đa dạng ngành chế biến thực phẩm Tôi cố gắng nhiều việc thực đồ án, nhiên với kiến thức hạn chế lần thiết kế hệ thống cô đặc, áp dụng lý thuyết để thiết kế đồ án có thiếu sót không mong muốn Tôi mong nhận đóng góp thầy cô bạn ngành Công Nghệ Thực Phẩm để rút kinh nghiệm đồ án thành công đề tài Xin chân thành cảm ơn! Phan Kim Phụng Trang IV Niên luận Kỹ thuật Thực Phẩm GVHD: Đoàn Anh Dũng LỜI CẢM ƠN  Tôi xin chân thành cảm ơn thầy cô môn Công Nghệ Thực Phẩm, khoa Nông Ngiệp SHƯD trường Đại Học Cần Thơ tạo điều kiện cho thực đồ án Điều giúp có nhiều kinh nghiệm kiến thức việc nghiên cứu khoa học Đồ án môn học hoàn thành nhờ vào giúp đỡ tận tình Thầy Đoàn Anh Dũng Tôi xin cảm ơn bạn lớp Công Nghệ Thực Phẩm nhiệt tình giúp đỡ thời gian thực đồ án Phan Kim Phụng Trang V Niên luận Kỹ thuật Thực Phẩm GVHD: Đoàn Anh Dũng CHƯƠNG I: GIỚI THIỆU  1.1 Tổng quan nguyên liệu Cà chua loại rau làm thực phẩm Quả ban đầu có màu xanh, chín ngả màu từ vàng đến đỏ Cà chua có vị chua loại thực phẩm bổ dưỡng, giàu vitamin C A.Trong cà chua có chứa nhiều chất dinh dưỡng có lợi cho thể carotene, lycopene, vitamin kali Tất chất có lợi cho sức khoẻ người Đặc biệt loại vitamin B, vitamin C beta carotene giúp thể chống lại trình oxy hoá thể, giảm thiểu nguy tử vong bệnh tim mạch ung thư  Thành phần dinh dưỡng cà chua Cà chua đỏ, sống Giá trị dinh dưỡng 100 g (3,5 oz) Năng lượng 75 kJ (18 kcal) Carbohydrate 3.89g Chất xơ thực phẩm 1.2g Chất béo 0.21g Protein 0.88g Tro 0.5g Nước 94.52g 1.2 Quá trình cô đặc: 1.2.1 Khái niệm Cô đặc trình làm tăng nồng độ chất rắn hòa tan dung dịch cách tách bớt phần dung môi qua dạng Quá trình cô đặc thường tiến hành trạng thái sôi, nghĩa áp suất riêng phần dung môi mặt dung dịch áp suất làm việc thiết bị Quá trình cô đặc tiến hành áp suất khác Khi làm việc áp suất thường (áp suất khí quyển) ta dùng thiết bị hở, làm việc áp suất khác ta dùng thiết bị kín Quá trình cô đặc làm việc gián đoạn hay liên tục, tiến hành hệ thống cô đặc nồi hệ thống cô đặc nhiều nồi Quá trình cô đặc sử dụng phổ biến công nghiệp hóa chất thực phẩm với Phan Kim Phụng Trang Niên luận Kỹ thuật Thực Phẩm GVHD: Đoàn Anh Dũng mục đích: ─ Làm tăng nồng độ dung dịch loãng ─ Tách chất rắn hòa tan dạng tinh thể (kết tinh) ─ Thu dung môi dạng nước nguyên chất (cất nước) 1.2.2 Thiết bị cô đặc 1.2.2.1 Các loại thiết bị cô đặc Người ta thường phân loại thiết bị cô đặc theo cách sau: ─ Theo bố trí bề mặt đun nóng: nằm ngang, thẳng đứng, nghiêng ─ Theo chất tải nhiệt: đun nóng (hơi nước bão hòa, nhiệt), khói lò, chất tải nhiệt có nhiệt độ cao (dầu, nước có áp suất cao ), dòng điện ─ Theo chế độ tuần hoàn: tuần hoàn tự nhiên, tuần hoàn cưỡng ─ Theo cấu tạo bề mặt đun nóng: vỏ bọc ngoài, ống xoắn, ống chùm Trong công nghiệp hóa chất thường dùng thiết bị cô đặc đun nóng hơi, loại bao gồm phần sau: ─ Phòng đốt – bề mặt truyền nhiệt ─ Phòng phân ly – khoảng trống để tách thứ khỏi dung dịch ─ Bộ phận tách bọt – dùng để tách giọt lỏng thứ mang theo Một số loại thiết bị cô đặc chủ yếu: ─ Thiết bị cô đặc có ống tuần hoàn trung tâm ─ Thiết bị cô đặc phòng đốt treo ─ Thiết bị cô đặc loại phòng đốt ─ Thiết bị cô đặc loại có tuần hoàn cưỡng ─ Thiết bị cô đặc loại màng ─ Thiết bị cô đặc có vành dẫn chất lỏng ─ Thiết bị cô đặc loại roto 1.2.2.2 Yêu cầu chung thiết bị cô đặc Thích ứng tính chất đặc biệt dung dịch cần cô đặc độ nhớt cao, khả tạo bọt lớn Có hệ số truyền nhiệt lớn, nồng độ tăng hệ số truyền nhiệt giảm Tách ly thứ cấp tốt, đảm bảo thứ cấp ngưng tụ, lấy nhiệt cho cấp cô đặc Hơi đốt thứ cấp làm đốt đảm bảo phân bố không gian bên ống dàn ống Đảm bảo tách khí không ngưng lại sau ngưng tụ đốt Phan Kim Phụng Trang Niên luận Kỹ thuật Thực Phẩm GVHD: Đoàn Anh Dũng Dễ dàng cho việc làm bề mặt bên ống dung dịch bốc bên ống bẩn bề mặt bên ống (tạo cặn) Giá thành rẻ, dễ dàng chế tạo Thiết bị giới thiệu đồ án thiết bị cô đặc buồng đốt kiểu treo Phòng đốt treo bên thiết bị phòng đốt đặt giá đỡ Phòng đốt kiểu treo tháo khỏi thiết bị để cọ rửa sửa chữa Hơi đốt vào theo ống dẫn đốt phun không gian bên ống truyền nhiệt Giữa thân thiết bị thân buồng đốt tạo thành khe hở hình vành khăn lúc thiết bị làm việc khe hở lúc chứa đầy dung dịch (đóng vai trò ống tuần hoàn) Thiết bị cô đặc loại thường dùng cô đặc dung dịch có kết tinh, ứng dụng rộng rãi công nghiệp hóa chất 1.3 Sơ đồ hệ thống cô đặc nồi 10 13 Khí khoâng ngöng Hôi Hôi ñoát 11 Nöôùc ngöng Nöôùc ngöng 12 Hình: Sơ đồ hệ thống cô đặc nồi Thùng chứa dung dịch Thùng chứa sản phẩm Bơm dung dịch đầu Thiết bị ngưng tụ chân cao Thùng cao vị 10 Bộ phận phân ly bọt Lưu lượng kế 11 Ống baromet Thiết bị đung nóng 12 Thùng chứa nước ngưng Thiết bị cô đặc 13 Ống chảy tràn Bơm sản phẩm Phan Kim Phụng Trang Niên luận Kỹ thuật Thực Phẩm GVHD: Đoàn Anh Dũng Thuyết minh quy trình sản xuất Dung dịch đường nồng độ đầu 15% (theo khối lượng) từ thùng (1) bơm lên thùng cao vị (3), sau chảy qua lưu lượng kế (4) vào thiết bị đun nóng (5), dung dịch đun nóng đến nhiệt độ sôi vào thiết bị cô đặc (6) thực trình bốc Hơi thứ khí không ngưng phía thiết bị cô đặc vào thiết bị ngưng tụ Trong thiết bị ngưng tụ nước lạnh phun từ xuống, thứ ngưng tụ lại thành chất lỏng chảy qua ống (11) ngoài, khí không ngưng qua thiết bị thu hồi bọt (10) vào bơm chân không Hơi đốt đưa vào nồi nước bão hòa có áp suất 1,721at (theo thang áp suất tuyệt đối) Dung dịch phòng đốt ống đốt vào khoảng trống phía ống Vì dung dịch hình vành khăn (khoảng trống buồng đốt treo thân thiết bị) tiếp xúc với vỏ thiết bị nên nhiệt độ dung dịch nhỏ nhiệt độ dung dịch ống truyền nhiệt Vì xảy tượng đối lưu tự nhiên Dung dịch xuống theo khoảng trống hình vành khăn lên theo ống truyền nhiệt Dung dịch sau cô đặc đạt yêu cầu lấy thiết bị vào thùng chứa sản phẩm (8) Phan Kim Phụng Trang Niên luận Kỹ thuật Thực Phẩm GVHD: Đoàn Anh Dũng CHƯƠNG II: XÁC ĐỊNH KÍCH THƯỚC THIẾT BỊ CHÍNH 2.1 Cân vật liệu 2.1.1 Lượng thứ bốc lên hệ thống W Gd = 2500kg Gc Cô đặc Xc = 60% Xd = 20% X   W = Gd ×1 − d ÷ Xc   Trong đó: W: lượng thứ bốc lên hệ thống cô đặc (kg/mẻ/h) Gd: lượng dung dịch ban đầu (kg/mẻ/h) xd, xc: nồng độ đầu cuối dung dịch (%khối lượng)  Vậy: W = 2500 × 1 −  0,2   = 1666,67 kg/mẻ/h 0,6  2.1.2 Lượng dung dịch sau cô đặc Gọi Gc lượng dung dịch sau cô đặc Phương trình cân chất rắn hòa tan Gd × xd = Gc × xc Gc = Gd × xd xc Gc = 2500 × 0.2 = 833.33 kg/mẻ/h 0.6 2.2 Cân nhiệt lượng cho toàn hệ thống Chọn áp suất đốt P = 0, 071MPa = 0, 721at Suy áp suất tuyệt đối đốt P = + 0, 721 = 1, 721at Nhiệt độ đốt: thd = 115o C (tra bảng II-7_trang 39_sổ tay thiết kế_Phan Văn Thơm) 2.2.1 Chia nồng độ dung dịch từ xd = 20% đến xc = 60% thành khoảng nồng độ Do lượng nhập liệu ban đầu lớn nên ta tiến hành nhập liệu theo đợt sau: 40%, 20%, 13%, 10%, 7%, 5%, 3%, 2% Phan Kim Phụng Trang Niên luận Kỹ thuật Thực Phẩm GVHD: Đoàn Anh Dũng  Thực tế Hng tính sau: H ng = a + a1 + a2 + a3 + a4 + a5 + (n.δ ) + P + h + H Trong đó: (Tra bảng VI-8_trang 82_sổ tay tập 2) ta thông số sau: a: Khoảng cách từ ngăn đến nắp thiết bị: a = 1300mm n: số ngăn: n = δ: chiều dài ngăn: δ = 5mm S: chiều dày thành thiết bị S = 5mm P: khoảng cách từ ngăn cuối đến đáy thiết bị P = 1200mm Với đường kính Dba = 500mm (tra bảng XIII-21_trang 394_sổ tay tập 2) Ta được: H: chiều dày đáy nón H = 453mm h: chiều cao gờ đáy nón h = 40mm Vậy: H ng = 1300 + 220 + 260 + 320 + 360 + 390 + (4 × 5) + 1200 + 40 + 453 = 4563mm = 4,563m Chọn Hng = 4,6m = 4600mm 3.4.4 Kích thước ống baromet Thiết bị ngưng tụ baromet thường làm việc áp suất chân không 0,1 ÷ 0,2 at Do để đảm bảo thiết bị làm việc bình thường, cần phải tháo hỗn hợp nước lạnh nước ngưng tụ ống baromet 3.4.4.1 Đường kính ống baromet dba = 0, 004(Gn + W) (m) 3,14.ω (Công thức III-40_trang 124_sổ tay thiết kế_Phan Văn Thơm) Với: Gn: lượng nước lạnh tưới vào tháp (kg/s) Gn = 18,655kg/s W: lượng ngưng tụ (kg/s) W = 0,46296kg/s ω : tốc độ hỗn hợp nước lạnh nước ngưng chảy ống baromet Chọn ω = 0,5m/s d ba = 0,004 × ( 24,339 + 0,46296 ) = 0,2295m 3,14 × 0,6 Để phù hợp với đường kính thiết bị ngưng tụ, tra bảng VI-8_trang 88_sổ tay tập chọn đường kính ống baromet dba = 125mm Phan Kim Phụng Trang 31 Niên luận Kỹ thuật Thực Phẩm GVHD: Đoàn Anh Dũng 3.4.4.2 Chiều cao ống baromet Chiều cao ống baromet xác định theo công thức sau H ba = h1 + h2 + 0,5 Trong đó: h1: chiều cao cột nước ống baromet cân với hiệu số áp suất khí áp suất thiết bị ngưng tụ (m) h1 = 10,33 P −P b 760 − 88, 4412 = 10,33 kq ngt = 10,33 × = 9,128m 760 760 760 Với b: độ chân không thiết bị ngưng tụ (mmHg) h2: chiều cao cột nước ống baromet cần để khắc phục toàn trở lực nước chảy ống H ba  ω2  h2 =  2,5 + λ ÷ 2.g  d  Hba: toàn chiều cao ống baromet (m) λ : hệ số trở lực ma sát nước chảy ống, λ = f (Re) Thường lấy λ = 0, 02 ÷ 0, 035 Trong trường hợp chọn λ = 0, 03 ω : tốc độ hỗn hợp nước lạnh nước ngưng chảy ống baromet, chọn: ω = 0,6m/s d: đường kính ống baromet (d = 0,2207mm) g: gia tốc trọng trường, g = 9,81m2/s Vậy: h2 = H ba  0, 62  2,5 + 0, 03 ×  × 9,81  0, 2207 ÷  h2 = 2,397.10-3 Hba + 0,045872 Thế h2 vào phương trình: Hba = h1 + h2 + 0,5 Do H ba = 9,128 + 2,397.10 -3 H ba + 0,045872 + 0,5 H ba = 9,697m - Chọn chuẩn chiều cao ống baromet Hba = 11m để ngăn ngừa nước dâng lên ống chảy tràn vào đường ống dẫn áp suất khí tăng, trường hợp mực nước 10,33m Phan Kim Phụng Trang 32 Niên luận Kỹ thuật Thực Phẩm GVHD: Đoàn Anh Dũng 3.4.5 Đường kính cửa vào thiết bị baromet Tra bảng VI-8_trang 88_ sổ tay tập ta được: Chọn chuẩn theo đường kính thiết bị: + Hơi vào: d1 = 300mm + Nước vào: d2 = 100mm + Hỗn hợp khí ra: d3 = 80mm + Nối với ống baromet: d4 = 125mm + Hỗn hợp khí nước vào thiết bị thu hồi: d5 = 80mm + Hỗn hợp khí nước khỏi thiết bị thu hồi: d6 = 50mm + Nối từ thiết bị thu hồi đến ống baromet: d7 = 50mm Hng Dba htb b b Thiết bị ngưng tụ chân cao baromet Thiết bị ngưng tụ Tấm ngăn Ống baromet hba dba Gờ chảy tràn Lỗ ngăn Phan Kim Phụng Trang 33 Niên luận Kỹ thuật Thực Phẩm GVHD: Đoàn Anh Dũng BẢNG TỔNG KẾT THIẾT BỊ NGƯNG TỤ BAROMET Những kích thước thiết bị ngưng tụ baromet (Bảng VI.8 – Trang 88 – sổ tay trình thiết bị – Tập 2)  Chiều dày thành thiết bị: S = 5mm  Đường kính thiết bị ngưng tụ: D ba = 500mm  Chiều cao thiết bị ngưng tụ: H ng = 4m  Khoảng cách từ ngăn đến nắp thiết bị: a = 1300mm  Khoảng cách từ ngăn cuối đến đáy thiết bị: P = 1200mm  Bề rộng ngăn: b = 300mm  Chiều cao gờ cạnh ngăn: h = 40mm  Chiều dày ngăn:  Khoảng cách ngăn:  a = 220mm  a = 260mm  a = 320mm  a = 360mm  a = 390mm  Khoảng cách tâm thiết bị ngưng tụ thiết bị thu hồi:  Đường kính thiết bị thu hồi:  Chiều rộng toàn hệ thống thiết bị:  Chiều cao ống baromet:  Đường kính ống baromet:  Đường kính cửa vào  Hơi vào  Nước vào  Hỗn hợp khí  Ống nối với baromet  Hỗn hợp khí vào thiết bị thu hồi  Hỗn hợp khí khỏi thiết bị ngưng tụ  Nối từ thiết bị thu hồi đến ống baromet Phan Kim Phụng δ n = 4mm K1 = 675mm D = 400mm T = 1300mm h ba = 11m d ba = 125mm d = 300mm d = 100mm d = 80mm d = 125mm d5 = 80mm d6 = 50mm d7 = 50mm Trang 34 Niên luận Kỹ thuật Thực Phẩm GVHD: Đoàn Anh Dũng CHƯƠNG VI: TÍNH CƠ KHÍ 4.1 Bề dày buồng đốt - Thân hình trụ phận chủ yếu để tạo thành thiết bị Ở ta chọn vật liệu thép CT3 - Chiều dày thân hình trụ hàn: S= Dt P + C (m) (2.δ ϕ ) − P (Công thức XIII-8_trang 360_sổ tay tập 2) Trong đó:  Dt: đường kính buồng đốt (m)  φ: hệ số bền thành hình trụ theo phương dọc  C: hệ số bổ sung ăn mòn, bào mòn dung sai chiều dày (m)  P: áp suất thiết bị (N/m2) P = Phđ + Ptt = 168830,1 + 9,4512 = 168839,552N/m2  σ: ứng suất Vật liệu thép CT3 có: σk = 380.106N/m2 σc = 240.106N/m2 (Bảng XII-4_trang 309_sổ tay tập 2) Ứng suất cho phép thép CT theo giới hạn bền xác định theo công thức XIII-1 bảng XII-3_trang 356_sổ tay tập σ k *η k [σk] = n Ứng suất cho phép thép CT3 theo giới hạn chảy xác định theo công thức XIII-2 bảng XII-3_trang 356_sổ tay tập σ c [σc]= n *η c Với : σk, σc: ứng suất cho phép nk, nc: hệ số an toàn bền nk = 2,6 nc = 1,5 (tra bảng XIII-3_trang 356_sổ tay tập ) - Thiết bị thuộc nhóm 2, loại II: η = (theo bảng XIII-2_trang 356_sổ tay tập 2) - Từ ta tính được: Phan Kim Phụng Trang 35 Niên luận Kỹ thuật Thực Phẩm GVHD: Đoàn Anh Dũng 380.106 σk = ×1 = 146.106 N / m 2, σc = 240.106 × = 160.106 N / m 1,5 Trong giá trị ta lấy giá trị bé để tính toán tiếp: Ta có: φh = 0,95 (tra bảng XIII-8_trang 362_sổ tay tập 2) (hàn dọc, hàn tay hồ quang điện, hàn giáp mối hai mặt) σk 146.106 ϕ h = × 0,95 = 821, 49 > 50 Do đó, ta bỏ qua đại lượng P P 168839,552 mẫu số công thức chiều dày thân thiết bị tính công thức D P 1,5 ×168839,552 S= t +C = + C = 9,13.10 −4 + C 2.ϕ h σ × 0,95 × 146.10 Vì:  Đại lượng bổ sung C phụ thuộc độ ăn mòn, độ bào mòn dung sai âm chiều dày xác định: C = C1 + C2 + C3, m Trong đó: - C1: bổ sung ăn mòn, xuất phát từ điều kiện ăn mòn vật liệu môi trường thời gian làm việc thiết bị (m) Đối với vật liệu bền (0,05 ÷ 0,1mm/năm) ta lấy C = 1mm (tính theo thời gian làm việc từ 15 ÷ 20 năm) - C2: đại lượng bổ sung ăn mòn Đa số trường hợp tính toán thiết bị hóa chất bỏ qua C2 (C2 = 0) - C3: đại lượng bổ sung dung sai âm chiều dày, phụ thuộc vào chiều dày vật liệu C3 = 0,8 (tra bảng XIII-9_trang 364_sổ tay tập 2) Vậy: C = + + 0,8 = 1,8mm = 1,8.10-3m ⇒ S = 9,13.10 −4 + 1,8.10 −3 = 2,713.10 −3 m Chọn S = 4mm (lấy tròn S theo tiêu chuẩn loại thép)  Kiểm tra ứng suất thành theo áp suất thử (dùng nước) - Áp suất thử tính toán P0 xác định sau: (Công thức XIII-27_trang 365_sổ tay tập 2) Trong đó: + Pth: Áp suất thủy lực (N/m2) P.10-6 = 0,168830N/m2 Є (0,07÷0,5) (bảng XIII-5_trang 358_sổ tay tập 2) Pth = 1,5.P = 1,5 ×168830,1 = 253245,15 N / m Phan Kim Phụng Trang 36 Niên luận Kỹ thuật Thực Phẩm GVHD: Đoàn Anh Dũng + P1: áp suất thủy tĩnh nước (công thức XIII-10_trang 360_sổ tay tập 2) P1 = ρ1.g.H1 (N/m2) + g: gia tốc trọng trường, g = 9,81m/s2 + ρ: khối lượng riêng chất lỏng, ρ = 1192,6kg/m3 + H1: chiều cao cột chất lỏng H1 = 1,6 m P1 = 1192, × 9,81×1, = 18719, 05 N / m  P0 = 18719,05 + 253245,15 = 271964,2N/m2  Kiểm tra ứng suất thành theo áp suất thử công thức:  Dt + ( S − C )  Po σ c 240.106 σ= ≤ = = 200.106 N / m2 2( S − C ).ϕ h 1, 1, ( Công thức XIII-26_trang 367_sổ tay tập2) Với: Dt = 1,467m S = 4mm = 4.10-3m C = 1,8.10-3m φ = 0,95 P0 = 271964,2 σ= [1,467 + ( 4.10 × ( 4.10 )] ) −3 − 1,8.10 −3 × 271964,2 = 95,591.10 < 200.10 −3 − 1,8.10 −3 × 0,95 Vậy ta chọn chiều dày thân thiết bị 4mm hợp lí 4.2 Bề dày buồng bốc - Đối với thiết bị thành mỏng làm việc chịu áp suất hay chân không thành bị nén vào bên Để tránh tượng ta cần gia công dạng hình trụ thật xác H - Thiết bị làm việc chịu áp suất ứng điều kiện sau: ≤ D ≤ t 0,4 P H Mặt khác:  nt ÷ ≤ 0,523 (công thức XIII-31_trang 371_sổ tay tập 2)  E Dt  Trong đó: Pn áp suất (N/m2) Pn = Pkq = 101325N/m2 Et: môđun đàn hồi nhiệt độ t thành (t = 48,32oC)  101325 2,05  ×   1,7   185.10 0, = 3,372.10 −3 < 0.523 Vậy thỏa mãn hai điều kiện nên ta tính bề dày buồng bốc theo công thức sau: Phan Kim Phụng Trang 37 Niên luận Kỹ thuật Thực Phẩm P L S = 1,25.D. nt  E D 0, GVHD: Đoàn Anh Dũng ( ) + C = 1,25 ×1,5 × 3,372.10 −3 + 1,8.10 −3 = 8,1225.10 −3 m Vậy chiều dày thân buồng bốc 9mm 4.3 Nắp thiết bị - Chọn nắp elip có gờ, vật liệu thép CT3 - Ta có đường kính buồng bốc Db = 1,7m = 1700mm  Tra bảng XIII-11_trang 384_sổ tay tập 2, ta được: + Chiều dày S = 8mm; hb = 425mm + Chiều cao gờ h = 25mm + Khối lượng nắp mn = 207kg 4.4 Đáy thiết bị - Chọn đáy nón có gờ, vật liệu thép CT3, góc đáy 900 - Ta có đường kính thân buồng đốt Dtbd = 1,5m = 1500mm  Tra bảng XIII-22_trang 396_sổ tay tập 2, ta được: + Chiều dày S = 10mm; H = 843mm + Chiều cao gờ h = 50mm + d = 49,5mm + Khối lượng đáy md = 230kg Dt h H Rδ 45o d 4.5 Mặt bích - Mặt bích phận quan trọng dùng để nối phần thiết bị, nối phận khác thiết bị - Chọn bích liền thép CT3 để nối thiết bị - Ta chọn mặt bích kiểu để nối thân thiết bị với nắp đáy Dựa vào áp suất làm việc đường kính thiết bị, ứng với kích thước buồng đốt buồng bốc chọn kích thước mặt bích sau: (bảng XIII-27_trang 417_sổ tay tập 2) Phan Kim Phụng Trang 38 Niên luận Kỹ thuật Thực Phẩm Áp Dt (mm) suất làm việc P.106 (N/m2) 0,3 GVHD: Đoàn Anh Dũng Kích thước (mm) D Db Dt D0 Bích Bulông db Z (cái) Kiểu H (mm) 1500 1640 1590 1560 1513 M24 32 30 1700 1850 1800 1760 1715 M24 40 35 Trong đó: D: đường kính bích Db: đường kính bulông Dt: đường kính vòng đệm D0: đường phôi db: đường kính bulông Z: số bulông 4.6 Bề dày vĩ ống - Buồng đốt có vĩ ống, chọn vật liệu làm vĩ ống thép CT3 - Chọn phương pháp gắn ống truyền nhiệt vào vĩ ống phương pháp nong ống - Để đảm bảo tính chắn mối nong bề dày tối thiểu tính theo công thức: Smin = (dn/8) + (mm) (Công thức 8-129 tính toán máy thiết bị hóa chất) Trong đó: Dng = 0,04826m = 48,26mm Phan Kim Phụng Trang 39 Niên luận Kỹ thuật Thực Phẩm GVHD: Đoàn Anh Dũng  Smin = (48,26/8) + = 11,033mm  Để giữ nguyên hình dạng vĩ ống sau nong, cần đảm bảo tiết diện dọc giới hạn hai thành lỗ gần fm phải lớn fmin (tiết diện nhỏ cho phép) Fmin = Sv.(t-dt )≥ fmin fmin: phụ thuộc vào đường kính ống theo công thức fmin = 5.d1 (Trang 228_tính toán máy thiết bị hóa chất) Với: dt đường kính lỗ vĩ ống, dt = dng + = 48,26 + = 49,26mm t: bước ống (m) t = 1,2.dng = 1,2 x 48,26 = 59,912mm  fmin = x 48,26 = 241,3mm Sv ≥ f 241,3 = = 22,7 mm t − d t 59,912 − 49,26 Chọn bề dày vĩ ống Sv = 25mm 4.7 Tính tai treo - Chọn vật liệu thép CT3 hàn bền với thân thiết bị - Chọn tai treo 4.7.1 Khối lượng thân buồng đốt  d ng 2  d   t mtbd = π  ÷ −  ÷  H ρ (kg)      Trong đó: dt: đường kính thân buồng đốt (m) dt = 1,54m dng: đường kính thân buồng đốt (m) d n = d t + 2.δ = 1,54 + × 0,009 = 1,558m ρ: khối lượng riêng thép (kg/m3) ρ = 7850kg/m3 (Tra bảng II-8_trang 41_sổ tay thiết kế_Phan văn thơm) H: chiều cao thân buồng đốt (m) H = 1m  1,558   1,54    −   ×1× 7850 = 343,806kg mtbd = π ×       4.7.2 Khối lượng buồng bốc  d n   d t   π mb =  ÷ −  ÷  H ρ      Phan Kim Phụng Trang 40 Niên luận Kỹ thuật Thực Phẩm GVHD: Đoàn Anh Dũng Trong đó: dt: đường kính thân buồng bốc (m) dt=1,7m dng: đường kính thân buồng đốt (m) d n = d t + 2.δ = 1,7 + × 0,009 = 1,718m ρ: khối lượng riêng thép ρ = 7850kg/m3 (Tra bảng II-8_trang 41_sổ tay thiết kế_Phan Văn Thơm) H: chiều cao thân buồng bốc, H = 1,65m   1,718   1,7    −    ×1,65 × 7850 = 625,876kg mb = π ×       4.7.3 Khối lượng ống gia nhiệt  d ng 2  d   t mống = π  ÷ −  ÷  H ρ n      ρ: khối lượng riêng vật liệu làm ống truyền nhiệt (đồng) ρ = 8800kg/m3  0,04826   0,040894    −   × 1× 8800 × 439 = 634,25kg  mống = π ×  2      4.7.4 Khối lượng đáy nắp thiết bị mnd = md.1,01 + mn.1,01 (Theo sổ tay tập 2_trang 396 bảng XIII-8_trang 384) mnd = (254 x 1,01) + (207 x 1,01) = 465,61kg 4.7.5 Khối lượng hai vĩ ống buồng đốt  Dng  mv =  ÷ π     d ng  − π n  ρ δ ÷    Với: Dng: đường kính vĩ ống Dng = [ d tbd − ( 2.d vk ) ] + 2δ = 1,54 − ( × 0,012) + ( × 0,02 ) = 1,556m dng: đường kính ống truyền nhiệt dng = 0,04826m n: số ống n = 439 ống ρ: khối lượng riêng thép ρ = 7850kg/m3 δ: bề dày vĩ ống δ = 20mm = 0,02m  1,556    0,04826   × 3,14 −   × 3,14 × 439 × 0,02 × 7850 = 344,939kg  mv = ×       Phan Kim Phụng Trang 41 Niên luận Kỹ thuật Thực Phẩm GVHD: Đoàn Anh Dũng 4.7.6 Khối lượng thành buồng đốt  Dng 2  d   t mt = π  ÷ −  ÷  H ρ 2       1,556   1,467    −   ×1× 7850 = 1658,776kg mt= π ×       4.7.7 Khối lượng ống dẫn đốt  d n   d t   π mdh =  ÷ −  ÷  H ρ       0,1847   0,181    −   × 1× 7850 = 2,655kg mdh= π ×       4.7.8 Khối lượng dung dịch thiết bị Mdd = 2500kg Vậy khối lượng tổng cộng thiết bị là: M = mtbd + mb + mống + mnd + mv + mt + mdd M = 343,806 + 625,876 +634,25 + 465,61 +344,939 + 1658,776+ 2500 M = 6573,257kg Trọng lượng cực đại thiết bị Gmax = M.9,81 = 6573,257 x 9,81 = 64483,651kg Tải trọng cho phép tác dụng lên tai treo: G = Gmax/4 = 64483,651 / = 16120,913kg Chọn bề mặt đỡ bê tông Tra bảng XIII-34_trang 436  Tải trọng riêng trung bình lên bề mặt đở: q = 2.106N/m2 Diện tích đỡ là: F = Gmax/q = 64483,651/2.106 = 0,0322m2 = 322.10-4m2 Tra bảng XIII-36_trang 438_sổ tay tập Chọn loại tai treo thiết bị thẳng đứng có kích thước sau: Phan Kim Phụng Trang 42 Niên luận Kỹ thuật Thực Phẩm GVHD: Đoàn Anh Dũng Tải Bề mặt trọng đở F(m2) cho phép tai treo G, N Tải trọng L B cho phép lên bề mặt đỡ q, N/m2 mm B1 H 4.104 1,34.106 170 280 10 297.10-4 190 160 B1 l a d Khối lượng tai treo (kg) 80 25 30 7,35 a S H S L S d B 4.8 Một số chi tiết khác 4.8.1 Chọn cửa vào vệ sinh cửa sữa chữa cửa có đường kính 500mm - Tại ống dẫn chọn bulông M12 (TCVN) - Bulông ghép nắp vào thân M20, 32 - Bulông ghép đáy vào thân M20, 32 4.8.2 Kính quan sát Lắp ghép vào thiết bị kính thủy tinh dày 10mm, có đường kính 180mm Đặt kính hai mặt bích, kính dùng vít kiểu M10 để ghép vào thân thiết bị Để đảm bảo kín, hai mặt bích kính có lớp đệm amian dày 3mm 4.8.3 Đệm làm kính - Vật liệu làm đệm phải mềm vật liệu làm bích - Khi siết bulông đệm bị biến dạng Chọn đệm phụ thuộc nhiệt độ, ánh sáng tính chất môi trường - Đệm cần đảm bảo đủ độ dẻo, dễ bị biến dạng nén, thời gian làm việc độ dẻo không bị biến dạng, bền môi trường ăn mòn Theo bảng VII-1_trang 190_sổ tay tập 2, chọn đệm carton amiăng phẳng, có chiều dày S = 3mm Phan Kim Phụng Trang 43 Niên luận Kỹ thuật Thực Phẩm GVHD: Đoàn Anh Dũng 4.8.4 Nồi cô đặc làm việc nhiệt độ cao Để đảm bảo cho công nhân làm việc không bị mệt, ngột ngạt nóng ta phải dùng chiết cách nhiệt amian vải amian sợi có hệ số dẫn nhiệt thấp Hệ số dẫn nhiệt chúng là: λ = 0,279W/m.độ λ = 0,1115W/m.độ Do đó, ta làm lớp cách nhiệt với chiều dày khoảng 100mm, để giữ nhiệt xung quanh không lớn 400C Phan Kim Phụng Trang 44 Niên luận Kỹ thuật Thực Phẩm GVHD: Đoàn Anh Dũng TÀI LIỆU THAM KHẢO Phạm Xuân Toản Các trình thiết bị công nghệ hóa chất thực phẩm Tập – Các trình thiết bị truyền nhịêt Nhà xuất Khoa học kỹ thuật 2007 GS.TSKH Nguyễn Bin, PGS.TS Đỗ Văn Đài…Sổ tay trình thiết bị Công nghệ hóa chất, tập Nhà xuất Khoa học Kỹ thuật Hà Nội 2006 T.S Phan Văn Thơm Sổ tay thiết kế thiết bị hóa chất chế biến thực phẩm đa dụng Trường Đại học Cần Thơ 2004 Các trang web: http://www.engineeringtoolbox.com http://www.nal.usda.gov/fnic/foodcomp http://www.rpaulsingh.com http://www.sugartech.com Phan Kim Phụng Trang 45 [...]... Phan Kim Phụng Trang 10 Niên luận Kỹ thuật Thực Phẩm GVHD: Đoàn Anh Dũng thd = 115oC Nồng độ % ts 22,5 26,54 31,27 36,05 41,06 46,11 51,4 56,57 57,17 57,353 57,561 57,777 58,078 58,395 58,787 59,192 ∆ti 57,83 57,647 57,439 57,223 56,922 56,605 56,213 55,808 2.3 Tính bề mặt truyền nhiệt của buồng đốt Cấu tạo thiết bị cô đặc gồm 2 phần chính là buồng đốt và buồng bốc Trong thiết bị này thì hai bộ phận... 50,835m 2 Từ đó suy ra bề mặt truyền nhiệt thực tế: Phan Kim Phụng Trang 19 Niên luận Kỹ thuật Thực Phẩm GVHD: Đoàn Anh Dũng Ftt = Flt + 10% Flt = 50,835 + 10% × 50,835 = 55,918m 2 Chọn: F = 56m2 2.4 Kích thước buồng bốc và buồng đốt 2.4.1 Kích thước buồng bốc Db = 4.VKGH π H KGH (Công thức VIII-22_ Trang234_ sổ tay thiết kế_ Phan Văn Thơm) Trong đó: Db: đường kính buồng bốc (m) VKGH: thể tích không gian... Kim Phụng Trang 20 Niên luận Kỹ thuật Thực Phẩm GVHD: Đoàn Anh Dũng ⇒ VKGH = 300 = 2,824m 2 0,083 × 1280  Vậy: đường kính buồng bốc: Db = 4 × 2,824 = 1,730m π ×1,2 Chọn Db = 1,7m = 1700mm Chiều cao buồng bốc: H = HKGH + h1 = 1,2 + 0,45 = 1,65m = 1650mm 2.4.2 Kích thước buồng đốt 2.4.2.1 Đường kính ống dẫn hơi đốt d hd = Vs 0, 785.ωhd '' Trong đó: Vs = D.V Với: D: lượng hơi đốt (kg/s) D = 0,718kg/s V”:... 4 × 48,26 × 10 −3 = 1,467 m * Tiết diện ngang của buồng đốt: Ft = 3,14 × 1,467 2 = 1,689m 2 4 2.4.2.4 Đường kính thân buồng đốt a Tiết diện ngang của các ống truyền nhiệt FD = π dt2 n 2 (m ) 4 (Công thức III-27_ Trang 121_ sổ tay thiết kế_ Phan Văn Thơm) Phan Kim Phụng Trang 22 Niên luận Kỹ thuật Thực Phẩm GVHD: Đoàn Anh Dũng Trong đó: dt: đường kính trong của ống truyền nhiệt (m) n: số ống truyền nhiệt... (tra bảng III-16_trang 114_sổ tay thiết kế_Phan Văn Thơm) D: lượng hơi đốt (kg/s) Phan Kim Phụng Trang 11 Niên luận Kỹ thuật Thực Phẩm GVHD: Đoàn Anh Dũng 2.3.1.1 Tính lượng hơi đốt Ta có hệ thống sơ đồ nhiệt W, i Q xq D, Gđ, Cđ, tđ Gc,Cc, tc D, Cn, Trong đó: D: lượng hơi đốt (hơi sống) dùng cho hệ thống (kg/h) r: hàm nhiệt của hơi đốt (J/kg) i: nhiệt lượng riên của hơi thứ (J/kg) td, tc: nhiệt độ sôi... 2 ) Phan Kim Phụng Trang 23 Niên luận Kỹ thuật Thực Phẩm GVHD: Đoàn Anh Dũng Trong đó: Vs: lưu lượng khí (hơi) hoặc dung dịch chảy trong ống (m3/s) Đối với dung dịch và nước ngưng Vs = G ρ G: khối lượng dung dịch, nước ngưng đi trong ống (kg/s) ρ : khối lượng riêng của dung dịch, nước ngưng ở nhiệt độ tương ứng (kg/m 3) Đối với hơi bão hòa: G: khối lượng hơi đi trong ống (kg/s) V’’: thể tích riêng của... khăn tuần hoàn - Do buồng đốt treo, nên chọn đường tuần hoàn là khoảng vành khăn giữa buồng đốt và thân buồng đốt - Để sự tuần hoàn xảy ra thường người ta chọn tiết diện ngang của khoảng vành khăn tuần hoàn ngoài (ft) bằng 25% đến 30% tổng tiết diện ngang của ống gia nhiệt (F D) 2 Chọn: f t = 30%.Fd = 0,3 × 0,576 = 0,173m Dtbđ D Dvk t c Diện tích tiết diện ngang của thân buồng đốt Ftbd = Ft + f t =... thành một khối Bề mặt truyền nhiệt của buồng đốt có thể tính theo công thức tổng quát sau: F= Q K ∆ti (Bảng III-16_trang 114_sổ tay thiết kế_Phan Văn Thơm) Trong đó: F: bề mặt truyền nhiệt của buồng đốt (m2) Q: nhiệt lượng do hơi đốt cung cấp (W) K: hệ số truyền nhiệt (W/m2.độ) ∆ti: hiệu số nhiệt độ hữu ích (oC) 2.3.1 Tính nhiệt lượng do hơi đốt cung cấp Q = D.r Trong đó: r: ẩn nhiệt ngưng tụ (J/kg)... thái: Vkk = 288.Gkk (273 + tkk ) P − Ph (Công thức VI-49_trang 84_sổ tay tập 2) Trong đó: tkk: nhiệt độ không khí (oC) Đối với thiết bị ngưng tụ trực tiếp loại khô (baromet) thì nhiệt độ không khí được xác định bằng công thức thực nghiệm: tkk = t2 d + 4 + 0,1(t2 c − t2 d ) tkk = 29 + 4 + 0,1× (40 − 29) = 34,1o C Phan Kim Phụng Trang 28 Niên luận Kỹ thuật Thực Phẩm GVHD: Đoàn Anh Dũng P: áp suất làm... bão hòa h2 h2 2 ∆’’’ ∆’ tng tht t ∆’’ t** Σ∆ ttb t* T ∆ti ∆tch Hình: Đồ thị biểu diễn sự biến đổi nhiệt độ của hơi đốt và dung dịch Phan Kim Phụng Trang 8 Niên luận Kỹ thuật Thực Phẩm GVHD: Đoàn Anh Dũng Ta có: T: nhiệt độ hơi đốt t*: nhiệt độ sôi của dung dịch có giá trị lớn nhất t**: nhiệt độ sôi của dung dịch ở bề mặt chất thoáng ttb: nhiệt độ sôi của dung dịch, kí hiệu ts tht: nhiệt độ hơi thứ ... Tng quan v nguyờn liu C chua l mt loi rau qu lm thc phm Qu ban u cú mu xanh, chớn ng mu t vng n C chua cú v hi chua v l mt loi thc phm b dng, giu vitamin C v A .Trong c chua cú cha rt nhiu cht... r, d dng ch to Thit b gii thiu ỏn l thit b cụ c bung t kiu treo Phũng t treo bờn thit b ca phũng t c t trờn cỏc giỏ Phũng t kiu treo ny cú th thỏo thit b c v sa cha Hi t i vo theo ng dn hi... v ng Sv = 25mm 4.7 Tớnh tai treo - Chn vt liu l thộp CT3 c hn bn vi thõn thit b - Chn tai treo 4.7.1 Khi lng thõn bung t d ng d t mtbd = ữ ữ H (kg) Trong ú: dt: ng kớnh thõn bung