hệ thống cô đặc một nồi làm việc gián đoạn

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT - CÔNG NGHỆ CẦN THƠ KHOA CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM VÀ CÔNG NGHỆ SINH HỌC ĐỒ ÁN QUÁ TRÌNH VÀ THIẾT BỊ THIẾT KẾ THIẾT BỊ CÔ ĐẶC DUNG DỊCH NƯỚC CAM Đồ án trình thiết bị CẦN THƠ 4/2017 MỤC LỤC Phụ lục hình ảnh .v Phụ lục bảng vi Lời nói đầu vii Đầu đề đồ án môn học .viii CHƯƠNG : GIỚI THIỆU CHUNG VỀ QUÁ TRÌNH CÔ ĐẶC .1 1.1.TỔNG QUAN VỀ CÔ ĐẶC .1 1.1.1 Khái niệm 1.1.2 Các phương pháp cô đặc 1.1.3 Phân loại thiết bị cô đặc 1.2 QUY TRÌNH CÔ ĐẶC DUNG DỊCH NƯỚC CAM .3 1.2.1 Giới thiệu nguyên liệu .3 1.2.2 Quy trình – Thuyết minh quy trình CHƯƠNG 2: TÍNH TOÁN THIẾT BỊ CHÍNH 2.1 CÂN BẰNG VẬT LIỆU 2.1.1 Tính lượng thứ bốc lên toàn hệ thống 2.1.2 Chia nồng độ từ xđ đến xc thành khoảng nồng độ 2.2 CÂN BẰNG NHIỆT LƯỢNG 2.2.1 Xác định áp suất nhiệt độ 2.2.2 Xác định nhiệt độ tổn thất .7 2.2.2.1 Tổn thất nhiệt độ nồng độ tăng cao (Δ’) 2.2.2.2 Tổn thất nhiệt độ áp suất thủy tĩnh (Δ”) 2.2.2.3 Tổn thất nhiệt độ trở lực thuỷ học đường ống (Δ’’’) 2.2.2.4 Tổn thất nhiệt độ chung cho toàn hệ thống cô đặc (ΣΔ) .8 2.2.3 Hiệu số nhiệt độ hữu ích nhiệt độ sôi 2.3 TÍNH BỀ MẶT TRUYỀN NHIỆT CỦA BUỒNG ĐỐT .10 3.2 Tính hệ số truyền nhiệt K .10 Đồ án trình thiết bị 2.3.2.1 Tính tổng nhiệt trở .11 2.3.2.3 Tính hệ số cấp nhiệt chất lỏng sôi 11 2.3.2.4 Tính hệ số truyền nhiệt K .12 2.3.3 Tính F 14 2.4 TÍNH KÍCH THƯỚC BUỒNG BỐC VÀ BUỒNG ĐỐT 15 2.4.1 Kích thước buồng bốc .15 2.4.2 Kích thước buồng đốt 15 2.4.2.1 Xác định số ống truyền nhiệt 15 2.4.2.2 Đường kính ống tuần hoàn trung tâm 16 2.4.2.3 Đường kính buồng đốt 16 2.4.3 Bố trí ống truyền nhiệt mặt sàng 17 2.5 TÍNH ĐƯỜNG KÍNH CÁC ỐNG DẪN 17 2.5.1 Ống dẫn đốt .18 2.5.2 Ống dẫn thứ 18 2.5.3 Ống nhập liệu 18 2.5.4 Ống tháo sản phẩm 19 2.5.5 Ống tháo nước ngưng 19 CHƯƠNG 3: THIẾT BỊ NGƯNG TỤ CHÂN CAO BARÔMET .20 3.1 LƯỢNG NƯỚC LẠNH CẦN THIẾT ĐỂ NGƯNG TỤ 20 3.2 THỂ TÍCH KHÔNG KHÍ VÀ KHÍ KHÔNG NGƯNG 21 3.3 CÁC KÍCH THƯỚC CHỦ YẾU CỦA THIẾT BỊ NGƯNG TỤ BAROMET .21 3.3.1 Đường kính thiết bị ngưng tụ 21 3.3.2 Kích thước ngăn .22 3.3.3 Chiều cao thiết bị ngưng tụ .22 3.3.4 Kích thước ống barômet 23 3.3.5 Các kích thước khác 24 CHƯƠNG 4: TÍNH CƠ KHÍ 26 4.1 CHIỀU DÀY THÂN THIẾT BỊ 26 4.1.1 Chiều dày thân buồng đốt 26 Đồ án trình thiết bị 4.1.2 Chiều dày thân buồng bốc .27 4.2 TÍNH ĐÁY VÀ NẮP THIẾT BỊ 27 4.2.1 Đáy buồng đốt 27 4.2.2 Nắp buồng bốc 28 4.3 TÍNH VỈ ỐNG 28 4.4 MẶT BÍCH .28 4.4.1 Mặt bích để nối thiết bị 28 4.4.2 Mặt bích nối phận thiết bị với ống dẫn 29 4.5 TAI TREO 29 4.5.1 Tính tổng khối lượng thiết bị 29 4.5.1.1 Khối lượng thân buồng đốt 29 4.5.1.2 Khối lượng thân buồng bốc 29 4.5.1.3 Khối lượng ống truyền nhiệt 30 4.5.1.4 Khối lượng ống tuần hoàn 30 4.5.1.5 Khối lượng vỉ ống 30 4.5.1.6 Khối lượng đáy nắp 30 4.5.1.7 Khối lượng dung dịch chứa đầy thiết bị 30 4.5.1.8 Khối lượng tổng cộng thiết bị 30 4.5.2 Trọng lượng cực đại thiết bị 30 4.5.3 Tải trọng tác dụng lên tai treo 30 4.6 TÍNH TOÁN VÀ CHỌN BƠM .31 4.6.1 Bơm dung dịch 31 4.6.2.Bơm cung cấp nước cho thiết bị ngưng tụ gián tiếp 31 4.7.CÁC BỘ PHẬN KHÁC 35 KẾT LUẬN 39 Đồ án trình thiết bị PHỤ LỤC HÌNH ẢNH Hình 1.2 Sơ đồ quy trình cô đặc nước cam .3 Hình 2.1: Biến đổi nhiệt độ trình cô đặc .6 Hình 2.2 : Kiểu bố trí theo hình cạnh .17 Hình 3.1 Thiết bị ngưng tụ chân cao baromet 20 Đồ án trình thiết bị PHỤ LỤC BẢNG Bảng 1.1 Thành phần hóa học cam .2 Bàng 2.1 Các giá trị nồng độ theo giai đoạn Bảng 2.2 Tổn thất nhiệt độ nồng độ tăng cao Bảng 2.3 Tổn thất nhiệt độ áp suất thủy tĩnh Bảng 2.4 Tổn thất nhiệt độ chung cho toàn hệ thống cô đặc Bảng 2.5 Hiệu số nhiệt độ hữu ích nhiệt độ sôi Bảng 2.6 Nhiệt lượng đốt cung cấp .10 Bảng 2.7 Hệ số cấp nhiệt chất lỏng sôi .12 Bảng 2.8 Giá trị tT2 13 Bảng 2.9 Hệ số truyền nhiệt 14 Bảng 2.10 Diện tích truyền nhiệt .14 Bảng 3.1 Lượng nước lạnh cần thiết để ngưng tụ .21 Bảng 3.2 Thể tích không khí khí không ngưng 21 Bảng 3.3 Kích thước ngăn 22 Bảng 3.4 Chiều cao thiết bị ngưng tụ 23 Bảng 3.5 Kích thước ống baromet 24 Bảng 4.1 Chiều dày thân buồng đốt 27 Bảng 4.2 Chiều dày thân buồng bốc 27 Bảng 4.3 Thông số đáy buồng đốt 27 Bảng 4.4 Số liệu mặt bích để nối thiết bị 28 Bảng 4.5 Số liệu mặt bích nối phận thiết bị với ống dẫn 29 Bảng 4.6 Khối lượng phận thiết bị 30 Bảng 4.7 Thông số tai treo .31 Bảng tóm tắt thông số thiết bị 36 Đồ án trình thiết bị LỜI MỞ ĐẦU Ngành công nghiệp thực phẩm giữ vai trò quan trọng xã hội Dưới tác động công nghiệp hóa đại hóa đất nước, việc chế tạo loại thiết bị hỗ trợ cho trình chế biến thực phẩm giữ vai trò thiết yếu Hiện có nhiều loại thiết bị sử dụng công nghiệp sản xuất hoá chất thực phẩm với mục đích khác Trong thiết bị cô đặc hỗ trợ lớn cho trình chế biến thực phẩm Cô đặc tạo sản phẩm làm tăng hương vị, chất lượng sản phẩm giúp bảo quản sản phẩm lâu Có nhiều phương pháp cô đặc khác tùy theo mục đích sử dụng Đồ án trình bày thiết bị cô đặc dung dịch nước cam nồi, làm việc gián đoạn có ống tuần hoàn trung tâm với suất nhập liệu 2000kg/h Đồ án trình thiết bị giúp sinh viên ôn lại kiến thức học trình công nghệ thực phẩm Ngoài giúp sinh viên tiếp cận thực tế thông qua việc lựa chọn, tính toán thiết kế chi tiết thiết bị với số liệu cụ thể thực tế Đồ án trình thiết bị ĐỒ ÁN QUÁ TRÌNH THIẾT BỊ Đề tài: THIẾT KẾ THIẾT BỊ CÔ ĐẶC DUNG DỊCH NƯỚC CAM Các thông số kỹ thuật: - Nguyên liệu: dung dịch nước cam - Nồng độ đầu: 10% - Nồng độ cuối: 40% - Năng suất: 2000 kg/giờ - Loại thiết bị: nồi, làm việc gián đoạn, tuần hoàn tự nhiên, buồng đốt trong, ống tuần hoàn trung tâm CHƯƠNG : GIỚI THIỆU CHUNG 1.1 TỔNG QUAN VỀ CÔ ĐẶC 1.1.1 Khái niệm Cô đặc trình làm tăng nồng độ chất rắn hòa tan dung dịch cách tách bớt phần dung môi 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 dùng phổ biến công nghiệp với mục đích làm tăng nồng độ dung dịch loãng để tách chất rắn hòa tan (trường hợp phải kèm theo trình kết tinh), ví dụ cô đặc dung dịch đường, dung dịch muối, dung dịch nước trái cây, 1.1.2 Các phương pháp cô đặc Quá trình cô đặc tiến hành thiết bị nồi hay nhiều nồi làm việc gián đoạn liên tục Khi cô đặc gián đoạn: dung dịch cho vào thiết bị lần cô đặc đến nồng độ yêu cầu, cho vào liên tục trình bốc để giữ mức dung dịch không đổi đến nồng độ dung dịch thiết bị đạt yêu cầu lấy lần sau lại cho dung dịch tiếp tục cô đặc Khi cô đặc liên tục hệ thống nồi hay nhiều nồi dung dịch đốt cho vào liên tục, sản phẩm lấy liên tục Quá trình cô đặc thực áp suất khác tùy theo yêu cầu kỹ thuật, làm việc áp suất thường (áp suất khí quyển) dùng thiết bị hở; làm việc áp suất khác dùng thiết bị kín cô đặc chân không (áp suất thấp) có ưu điểm là: áp suất giảm nhiệt độ sôi dung dịch giảm, hiệu số nhiệt độ đốt dung dịch tăng, nghĩa giảm bề mặt truyền nhiệt Cô đặc chân không dùng đốt áp suất thấp, điều có lợi ta dùng thải trình sản xuất khác Quá trình cô đặc chân không ứng dụng để cô đặc dung dịch nhiệt độ sôi cao (ở áp suất thường) sinh phản ứng phụ không cần thiết (oxy hóa, nhựa hóa, đường hóa…) Mặt khác, nhiệt độ sôi dung dịch thấp tổn thất nhiệt môi trường xung quanh nhỏ so với cô đặc áp suất thường Cô đặc áp suất dư thường dùng cho dung dịch không bị phân hủy nhiệt độ cao dung dịch muối vô cơ, để sử dụng thứ cho cô đặc cho trình đun nóng khác Cô đặc áp suất khí thứ không sử dụng mà thải không khí 1.1.3 Phân loại thiết bị cô đặc Thiết bị cô đặc 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 bảo hòa, nhiệt), khói lò, chất tải nhiệt có nhiệt độ cao (dầu, nước áp suất cao, ), dòng điện Theo chế độ tuần hoàn: tuần hoàn tự nhiên, tuần hoàn cưỡng bức, Theo cấu tạo bề mặt đun nóng: vỏ bọc ngoài, ống xoắn, ống chùm, Trong công nghiệp thực phẩm thường dùng thiết bị cô đặc đun nóng hơi, loại gồm thiết bị hóa chất sau: - Phòng đốt - bề mặt truyền nhiệt - Phòng phân ly - khoảng trống phân tách thứ khỏi dung dịch - Bộ phận tách bọt – dùng để tách giọt lỏng thứ mang theo 1.2 THUYẾT MINH QUY TRÌNH CÔ ĐẶC DUNG DỊCH NƯỚC CAM 1.1.1 Giới thiệu nguyên liệu Cam hay Cam chanh có tên khoa học Citrus sinensis (theo Viện Nông Nghiệp Việt Nam), trồng rộng rãi nước giới Mỹ, Trung Quốc, Ấn Độ, Việt Nam, Tại Việt Nam cam trồng nhiều tỉnh: Bắc Giang, Hà Giang, Tuyên Quang, Yên Bái, Vĩnh Long, Cần Thơ, Tiền Giang, Sản phẩm chế biến từ cam đa dạng: siro cam, nước ép cam, tinh dầu cam, mứt cam, nước cam cô đặc, Thành phần hóa học: Bảng 1.1 Thành phần hóa học cam Thành phần Nước Protein Carbohydrate Acid hữu Cellulose Calcium Sắt Caroten Vitamin C Hàm lượng 87,5% 0,9% 8,4% 1,3% 1,6% 34mg% 23mg% 0,4mg% 40mg% Trong đó: + h1: chiều cao cột nuớc ống barômet cân với hiệu số áp suất áp suất khí áp suất thiết bị ngưng tụ, m h1 = 10,33 ∗ P0 760 ,m (VI.59, 86, STT2) Với: P0: độ chân không thiết bị ngưng tụ, mmHg P0 = Pa – Png = 760 – 0,4*735 = 466 mmHg + h2: chiều cao cột nước ống barômet cần để khắc phục toàn trở lực nước chảy ống, m  h  ω2 h2 =  λ ∗ ba + Σξ  ∗  d ba  2g ,m (VI.60, 87, STT2) Với: λ: hệ số trở lực ma sát nước chảy ống, λ = f(Re), thường λ = 0,02 ÷ 0,035 Σξ: tổng trở lực cục Thường lấy hệ số trở lực cục vào ống ξ1 = 0,5 khỏi ống ξ2 = Bảng 3.5 Kích thước ống baromet dba (m) λ Σξ h1 (m) h2 (m) hba (m) 0,18 0,025 1,5 6,33 0,09 6,92 3.3.5 Các kích thước khác Dựa vào đường kính thiết bị tra bảng VI.8, 88 STT2 ta có số liệu sau: D= 2000mm Chiều dày thành thiết bị S = 10 mm Khoảng cách từ ngăn đến nắp thiết bị a = 1300mm Khoảng cách từ ngăn cuối đến đáy thiết bị p = 1200mm Chiều cao hệ thống thiết bị H= 8500mm Chiều cao hệ thống thiết bị T = 3450mm Khoảng cách ngăn: + a1= 500 mm + a2= 650 mm + a3= 800 mm + a4= 950 mm + a5= 1070 mm Đường kính ống dẫn nước thiết bị ngưng tụ Nước dẫn từ bơm đến cửa vào thiết bị ngưng tụ  d = = = = 0.08(m) = 80 (mm) Đường kính ống tháo nước khỏi thiết bị ngưng tụ Nhiệt độ tháo nước ngưng : t= 70.4 vH2O = 0.2166 (m3/kg) Lưu lượng khối lượng D = W = 1500 kg/h = 0.42 kg/s Chọn = 20m/s d= = 0,07m Đường kính ống dẫn thứ vào thiết bị ngưng tụ t= 99,1 , P=1at v=1,272(m3/kg) Gc= 500 kg/h = 0.14 Kg/s Chọn = 20m/s d= = 0,1m CHƯƠNG 4: TÍNH CƠ KHÍ 4.1 CHIỀU DÀY THÂN THIẾT BỊ 4.1.1 Chiều dày thân buồng đốt S= Dt ∗ p +C ∗ [σ ] ∗ ϕ − p ,m (XIII.8, 360,STT2) Trong đó: + Dt: đường kính buồng đốt, m + p: áp suất thiết bị, N/m2 + φ: hệ số bền thành hình trụ theo phương dọc +C: số bổ sung ăn mòn, bào mòn dung sai chiều dày, xác định theo công thức C = C + C2 + C3 ,m (XIII.17, 363, STT2) Với: C1: số bổ sung ăn mòn, xuất phát từ điều kiện ăn mòn vật liệu môi trường thời gian làm việc thiết bị, m C2: đại lượng bổ sung hao mòn, cần tính đến trường hợp nguyên liệu có chứa hạt rắn chuyển động với tốc độ lớn thiết bị, thường chọn theo thực nghiệm C3: đại lượng bổ sung dung sai chiều dày, phụ thuộc chiều dày vật liệu + [σ]:ứng suất cho phép vật liệu thép 12 MX, tính theo công thức: [σ ] = σ k η nb (XIII.1, 355, STT2) [σ ] = σ c η nc Với: η: hệ số điều chỉnh nb, nc: hệ số an toàn theo giới hạn bền chảy σk,σc: giới hạn bền kéo chảy, N/m2 (XII.4, 309, STT2) Bảng 4.1 Chiều dày thân buồng đốt P (N/m2) Dt (m) φ 1,2 394,32*103 C(m) σk σc S(m) 0,9 0,0014 155,76*106 144*106 144*106 1,83*10-3 4.1.2 Chiều dày thân buồng bốc Bề dày buồng bốc tính theo công thức S = + C (m) Trong đó: + Dt: đường kính buồng đốt, m + p: áp suất thiết bị, N/m2 + φ: hệ số bền thành hình trụ theo phương dọc +C: số bổ sung ăn mòn, bào mòn dung sai chiều dày Bảng 4.2 Chiều dày thân buồng bốc Dbb (m) 1,4 P (N/m2) 981*104 φ C(m) 0.9 σk σc S(m) 0.0014 155.76*106 144*106 144*106 0,05 4.2 TÍNH ĐÁY VÀ NẮP THIẾT BỊ 4.2.1 Đáy buồng đốt Chọn đáy thiết bị hình nón, đáy nón có gờ, làm thép crom- niken- titan (1X18H9T) góc đáy 60 Đường kính thiết bị 1,6m Dựa vào Dt tra thông số thiết bị theo bảng (XIII.21,394, STT 2) ta được: Bảng 4.3 Thông số đáy buồng đốt Dt (mm) H (mm): Chiều d(mm): đường kính cao hình nón lỗ đáy tâm ứng với S = mm 1,2 1039 51,5 R (mm) 1230 h(mm): chiều cao gờ 50 4.2.2 Nắp buồng bốc Chọn vật liệu chế tạo thép crom – niken – titan (1X18H9T) nắp dạng hình elip có gờ Đường kính thiết bị 1,8m Dựa vào Dt tra thông số thiết bị theo bảng (XIII.10,382, STT 2) ta được: Dt (mm): 1400 mm Ht (mm):350 h(mm): chiều cao gờ: 50 4.3 TÍNH VỈ ỐNG - Chọn cách bố trí ống vỉ ống theo hình lục giác đều, chọn vỉ có dạng hình tròn Chọn cách bố trí ống vỉ ống theo phương pháp hàn Bề dày vỉ ống thép không gỉ (thép crom – niken – titan Mã hiệu (1X18H9T) - Bề dày tối thiểu vỉ ống tính theo công thức: Sm = dn +5 , mm Với: dn đường kính ống truyền nhiệt, mm Sm = + = 9.75 mm 4.4 MẶT BÍCH 4.4.1 Mặt bích để nối thiết bị Chọn kiểu bích liền, kiểu (bảng XIII.27,417, STT2) Bảng 4.4 Số liệu mặt bích để nối thiết bị P(N/m2) Dt (mm) Kích thước nối Bulong 1200 D 1340 Db 1290 DI 1260 D0 1213 db M20 1600 1740 1690 1660 1613 M20 Bích Z Kiểu 28 h 28 0.1 Trong đó: + D: đường kính bích, mm + Db: đường kính vòng bulong, mm + DI: đường kính vòng đệm, mm 32 28 + D0: đường kính phôi, mm + db: đường kính bulong, mm + Z: số bulong, + h: chiều cao mặt bích, mm 4.4.2 Mặt bích nối phận thiết bị với ống dẫn Chọn bích liền kiểu để nối phận với thiết bị ống dẫn theo bảng (XIII.26, 409, STT2) Bảng 4.5 Số liệu mặt bích nối phận thiết bị với ống dẫn Ống dẫn Dy (mm) Kích thước nối Bulong Dn D Dδ D1 db Bích Z Kiểu h Hơi đốt 140 159 260 225 202 M20 16 Hơi thứ 90 108 205 170 148 M16 14 Nhập liệu 25 32 100 75 60 M10 12 Tháo liệu 17 25 90 65 50 M10 12 Tháo nước ngưng 150 159 260 225 202 M20 16 4.5 TAI TREO 4.5.1 Tính tổng khối lượng thiết bị 4.5.1.1 Khối lượng thân buồng đốt m1 = ( Π 2 ∗ ρ ∗ H ∗ Dn − Dt ) Trong đó: + H: chiều cao buồng đốt, m + ρ: khối lượng riêng vật liệu, kg/m3 + dt: đường kính buồng đốt, m + dn: đường kính buồng đốt, m 4.5.1.2 Khối lượng thân buồng bốc m2 = ( Π 2 ∗ ρ ∗ H ∗ dn − dt ) 4.5.1.3 Khối lượng ống truyền nhiệt m3 = n ∗ ( Π 2 ∗ H ∗ ρ ∗ d n − dt ) 4.5.1.4 Khối lượng ống tuần hoàn m4 = ( Π 2 ∗ H ∗ ρ ∗ dn − dt ) 4.5.1.5 Khối lượng vỉ ống m5 = ( Π 2 ∗ δ ∗ ρ ∗ D − n ∗ d n − d th ) Trong đó: + δ: bề dày vỉ ống, m + D: đường kính vỉ ống, m + dn: đường kính ống truyền nhiệt, m + dth: đường kính ống tuần hoàn, m Ta có: ρthép không gỉ = 7850 kg/m3 theo bảng XII.7 313, STT2 Bảng 4.6 Khối lượng phận thiết bị m1 m2 m3 m4 m5 54,20 1001,87 1456,01 39,66 111 4.5.1.6 Khối lượng đáy nắp Dựa vào đường kính buồng đốt buồng bốc: - Khối lượng đáy: m6 = 433 * 1.01 = 437,33 Kg - Khối lượng nắp: m7 = 740 * 1.01 = 747,4 Kg (XIII.10, 384 STT 2) (XIII.10, 384 STT 2) 4.5.1.7 Khối lượng dung dịch chứa đầy thiết bị m8 = Gđ = 2000 kg 4.5.1.8 Khối lượng tổng cộng thiết bị M = Σm =5856,47 kg 4.5.2 Trọng lượng cực đại thiết bị Gmax = M * g = 57,45 103 Kg 4.5.3 Tải trọng tác dụng lên tai treo - Thiết bị lắp tai treo, tải trọng tác dụng lên tai treo: G = Gmax/4, N Bảng 4.7 Thông số tai treo Tải trọng cho phép tai treo, G*10-4 N Bề mặt đỡ, F*104 m2 639 Tải trọng cho phép lên bề mặt đỡ, q*10-6 N/m2 125 L B B1 H S l a d 270 240 240 420 14 120 25 34 Khối lượng tai treo, kg 21.5 4.6 TÍNH TOÁN VÀ CHỌN BƠM 4.6.1 Bơm dung dịch Chọn bơm ly tâm với chiều cao hút bơm 0,6 (m) chiều cao đẩy bơm đến bồn cao vị 6,8 (m) Vậy công suất bơm là: N = (KW) (II.189, 439, STT 1) Trong đó: Q – suất bơm (m3/s) – khối lượng riêng chất lỏng, kg/m3 g – gia tốc trọng trường m/s2 ŋ – hiệu suất chung bơm, (ŋ = 0,72 ÷ 0,93) Chọn hiệu suất bơm ŋ = 0,8 Áp suất toàn phần H = Hm + H0 + Hc (m) Với: Hm – áp suất tiêu tốn để thắng trở lực đường hút đẩy Hc = – chênh lệch áp suất mặt thoáng H0 = Z2 – Z1 – chiều cao hình học, m Chọn ŋ = 0,8 , khối lượng riêng nước nhiệt độ 25 0C, ρ = 997,08 (kg/m3) theo bảng (I.5, 11, STT2), độ nhớt nhớt = 0,8937.10-3 (I.102, 94, STT 1) Xem vận tốc ống hút vận tốc ống đẩy ( = = 0,1 (m/s))  bỏ qua chênh lệch vận tốc ống hút ống đẩy Lưu lượng bơm; Q = = 0,1 = 4,9.10-5 (m3/s) Chọn P2 = 1,5 at P1 = at chọn Z2 = 6,5 (m) Z1 = 0,6 (m) Hc = = = 5,01 (m) Hm = (m) Với: λ - hệ số trở lực ma sát dung dịch chảy ống l – chiều dài mạng ống mà dung dịch qua, m d – đường kính ống dẫn dung dịch, m – trở lực cục ống dẫn – vận tốc dung dịch, m/s Chọn dhút = dđẩy = 25mm Chuẩn số Reynolds : Re = = = 2789,19 2320Re  lưu chất chảy độ Hệ số ma sát xác định theo thực nghiệm Baraziut (II.5, STT 1, 378) λ = 0,3164/Re0,25 = 0,3164/2798,190,25 = 0,0435 Tổng hệ số tổn thất cục bộ: = ξvào + ξkhuỷu 90 + ξvan + ξra Dựa theo bảng II.16, STT 1, 382 ta có: Hệ số trở lực gặp đoạn cong 900 (có đoạn)  ξkhuỷu 90 = 1.2 = Hệ số trở lực gặp van côn ống tròn (ống dạng hình tròn, = 30 0) (II.16, 397,STT1)  ξvan = 5,47 Hệ số trở lực lưu chất vào khỏi ống có đặc lưới kim loại để ngăn cặn bẩn: ξvào = ξra = ξ0.a (theo bảng II.16,383, STT1) ξ0 – giá trị phụ thuộc vào tổng bề mặt lỗ lưới F bề mặt cắt ngang ống F T chọn tỷ lệ = 0,6  ξ0 = 0,97, Re = 139,45  a = 1,153  ξvào = ξra = ξ0.a = 0,97.1,153 = 1,118 Tổng hệ số tổn thất cục bộ: = ξvào + ξkhuỷu 90 + ξvan + ξra = 1,118.2 + + 5,47 = 9,706  Hm = = = 0,01 (m) Áp suất toàn phần bơm: H = Z2 – Z1 + Hm + Hc = 6,5 – 0,6 + 5,01 + 0,01 = 10,92 (m) công suất bơm là: N = = = 6,411 (KW) Công suất động điện: Ndc = (KW) Với: – hiệu suất truyền động, chọn = 0,9 – hiệu suất động diện dựa theo bảng II.32, 439, STT 1chọn hiệu suất động điện nối với bơm ly tâm = 0,9  Ndc = = = (KW) Thường người ta chọn động điện có công suất lớn so với công suất tính toán  Nlt = Ndc (với = 1,5 hệ số dự trữ công thức theo II.33, 440, STT 1) Vậy: Nlt = Ndc = 1,5.8 = 0,012 (KW) 4.6.2 Bơm cung cấp nước cho thiết bị ngưng tụ gián tiếp Chọn bơm ly tâm Vậy công suất bơm là: N = (KW) ( II.189, 439, STT 1) Trong đó: Q – suất bơm (m3/s) – khối lượng riêng chất lỏng, kg/m3 g – gia tốc trọng trường m/s2 ŋ – hiệu suất chung bơm, (ŋ = 0,72 ÷ 0,93) Chọn ŋ = 0,8 , khối lượng riêng nước nhiệt độ 25 0C, ρ = 997,08 (kg/m3) theo bảng (I.5, STT 2,11), độ nhớt nhớt = 0,8937.10-3 (I.102,94, STT 1) Lượng nước lạnh cấp cho thiết bị G = 354,6 (kg/h) = 0,985 (kg/s) Năng suất bơm là: Q = = = 9,88.10-5 (m3/s) Phương trình bernuli cho mặt cắt – (mặt thoáng bể nước bơm dung dịch) – (mặt thoáng thiết bị ngưng tụ đầu vào) Z1 + + + H = Z2 + + + h1-2 Chọn p1 = at, p2 = 0,96 at, = Chọn chiều cao từ mặt thoáng bể nước xuống đất là: Z1 = 0,6 (m) Chọn chiều cao từ mặt thoáng thiết bị, đầu vào ngưng tụ gián tiếp xuống đất Z = 1m Chọn dhút = dđẩy = đường kính cửa vào thiết bị nước 25 mm Vận tốc dòng chảy ống: = = = 0,2 (m/s) Chuẩn số Reynolds: Re = = = 5578,38 4000  lưu chất chảy xoáy Ở chế độ chảy xoáy ta dùng công thức sau để tính hệ số ma sát = - 21g (II.65, 380, STT 1) Với Δ – độ nhám tương đối xác định theo công thức  Δ = = = 8.10-3 ε - độ nhám tuyệt đối theo bảng II.16, STT 1, 381 ε = 0,2 (mm)  = - 21g = - 21g =4,684  λ = 0,046 Tổng hệ số tổn thất cục bộ: = ξvào + ξkhuỷu 90 + ξvan + ξra Dựa theo bảng II.16, STT 1, 382, ta có: Hệ số trở lực gặp đoạn cong 900 (có đoạn)  ξkhuỷu 90 = 1.2 = Hệ số trở lực gặp van côn ống tròn (ống dạng hình tròn, = 30 0) (II.16, ST T1, 397)  ξvan = 5,47 Hệ số trở lực lưu chất vào khỏi ống có đặc lưới kim loại để ngăn cặn bẩn: ξvào = ξra = ξ0.a (theo bảng II.16, STT 1, 383) ξ0 – giá trị phụ thuộc vào tổng bề mặt lỗ lưới F bề mặt cắt ngang ống F T chọn tỷ lệ = 0,6  ξ0 = 0,97, Re = 139,45  a = 1,153  ξvào = ξra = ξ0.a = 0,97.1,153 = 1,118 Tổng hệ số tổn thất cục bộ: = ξvào + ξkhuỷu 90 + ξvan + ξra = 1,118.2 + + 5,47 = 9,706 Chiều dài từ bể nước đến cửa vào thiết bị ngưng tụ gián tiếp: l = 1,5m Tổng tổn thất: h1-2 = = (0,046 + 9,756) = 0,025 (m) cột áp bơm: H = (Z2 – Z1) + (p2 – p1) + h1-2 = (1 – 0,6) + + 0,025 = 0.024 (m) công suất bơm là: N = = = 2,9 (KW) Công suất động điện: Ndc = (KW) Với: – hiệu suất truyền động, chọn = 0,9 – hiệu suất động diện dựa theo bảng II.32, STT 1, 439 chọn hiệu suất động điện nối với bơm ly tâm = 0,9  Ndc = = = (KW) Thường người ta chọn động điện có công suất lớn so với công suất tính toán  Nlt = Ndc (với = 1,5 hệ số dự trữ công thức theo II.33, STT 1, 440) Vậy: Nlt = Ndc = 1,5.35.8 = 4,296.10-5 (KW) = 0,0429 (W) 4.7 CÁC BỘ PHẬN KHÁC - Hệ thống tách bọt -Cửa vào buồng bốc - Ống dẫn nước lạnh nước nóng để rửa xông nồi - Kính quan sát - Các phận khác như: ống lấy mẫu, đồng hồ đo nhiệt độ, đồng hồ đo áp suất… - Lớp cách nhiệt - Đệm làm kín KẾT LUẬN Sau thời gian nghiên cứu tìm hiểu đề tài, nhóm tính toán lựa chọn thiết bị cô đặc phù hợp với hệ thống cô đặc nước cam nồi làm việc với suất 2000kg/h, xác định thông số kỹ thuật thiết bị theo bảng sau: Bảng tóm tắt thông số thiết bị Kích thước Tên chi tiết dt (mm) S (mm) H (mm) Buồng bốc 1600 1,83 2000 Buồng đốt 1200 50 2000 Nắp buồng bốc 1600 - 350 Đáy buồng đốt 1200 - 1039 Ống dẫn thứ 90 - Ống dẫn đốt 140 - Ống nhập liệu 25 - Ống tháo sản phẩm 17 - 150 - 34 2 400 2000 10 3700 100 - Ống dẫn nước vào thiết bị ngưng tụ 80 - Ống dẫn nước thiết bị ngưng tụ 70 - Ống tháo nước ngưng Ống truyền nhiệt Ống tuần hoàn trung tâm Thiết bị ngưng tụ Ống dẫn thứ vào thiết bị ngưng tụ Chú thích : (-) : Không có số liệu TÀI LIỆU THAM KHẢO 1/ Sổ tay trình thiết bị công nghệ hoá chất - Tập – NXB khoa học kỹ thuật - Trần Xoa, Nguyễn Trọng Khuông (STT1) 2/ Sổ tay trình thiết bị công nghệ hoá chất - Tập – NXB khoa học kỹ thuật - Trần Xoa, Nguyễn Trọng Khuông (STT2) 3/ Sổ tay thiết kế thiết bị hoá chất chế biến thực phẩm đa dụng – Phan Văn Thơm – 2004 (STTKĐD) 4/ Tính toán máy thiết bị hoá chất – NXB Khoa học kỹ thuật 1984 - Nguyễn Minh Tuyển 5/ Quá trình thiết bị công nghệ hoá học - Tập – Quá trình thiết bị truyền nhiệt – NXB Đại học quốc gia TPHCM - Phạm Văn Bôn, Nguyễn Đình Thọ (QTTBT5) 6/ Các trình, thiết bị công nghệ hoá chất thực phẩm – NXB Khoa học kỹ thuật - Phạm Văn Toản 7/ Truyền nhiệt tính toán thiết bị trao đổi nhiệt – NXB Khoa học kỹ thuật – Hoàng Đình Tín 8/ Công nghệ vật liệu cách nhiệt – NXB Xây dựng Hà Nội 2002 - Nguyễn Như Quý Một số website • www.rpaulsingh.com • www.engineeringtoolbox.com • www.sugartech.com ... TRÌNH CÔ ĐẶC .1 1.1.TỔNG QUAN VỀ CÔ ĐẶC .1 1.1.1 Khái niệm 1.1.2 Các phương pháp cô đặc 1.1.3 Phân loại thiết bị cô đặc 1.2 QUY TRÌNH CÔ ĐẶC DUNG DỊCH NƯỚC CAM. .. phương pháp cô đặc khác tùy theo mục đích sử dụng Đồ án trình bày thiết bị cô đặc dung dịch nước cam nồi, làm việc gián đoạn có ống tuần hoàn trung tâm với suất nhập liệu 2000kg/h Đồ án trình thiết... dịch nước trái cây, 1.1.2 Các phương pháp cô đặc Quá trình cô đặc tiến hành thiết bị nồi hay nhiều nồi làm việc gián đoạn liên tục Khi cô đặc gián đoạn: dung dịch cho vào thiết bị lần cô đặc