quy trình công nghệ sản xuất cô đặc dứa

ĐỒ ÁN QT&TB THỰC PHẨM GVHD: HUỲNH THỊ DIỄM UYÊN MỤC LỤC CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ CÔ ĐẶC NƯỚC DỨA .4 1.1 GIỚI THIỆU TỔNG QUAN [5] 1.2 NGUYÊN LIỆU VÀ SẢN PHẨM 1.2.1 Đặc điểm nguyên liệu 1.2.2 Đặc điểm sản phẩm 1.2.3 Biến đổi nguyên liệu sản phẩm 1.2.4 Yêu cầu chất lượng sản phẩm 1.3 CƠ ĐẶC VÀ Q TRÌNH CƠ ĐẶC [6] .9 1.3.1 Định nghĩa .9 1.3.2 Các phương án cô đặc 1.3.3 Bản chất cô đặc phương pháp nhiệt 10 1.3.4 Ứng dụng cô đặc .10 1.4 PHÂN LOẠI VÀ ĐẶC ĐIỂM CẤU TẠO THIẾT BỊ CÔ ĐẶC 10 1.4.1 Phân loại ứng dụng 10 1.4.2 Cấu tạo thiết bị cô đặc loại màng 11 1.4.3 Yêu cầu thiết bị vấn đề lượng 12 1.5 QUY TRÌNH CƠNG NGHỆ 12 1.5.1 Nguyên lý hoạt động hệ thống 12 1.5.2 Nguyên lý hoạt động thiết bị cô đặc loại màng .13 1.5.3 Nguyên lý hoạt động thiết bị Baromet 14 CHƯƠNG CÂN BẰNG VẬT CHẤT VÀ NĂNG LƯỢNG 15 2.1 DỮ LIỆU BAN ĐẦU .15 2.2 CÂN BẰNG VẬT CHẤT:[2] 15 2.3 CÂN BẰNG NHIỆT LƯỢNG .15 2.2.1 Các thông số cần xác định 15 2.2.2 Xác định tổn thất nhiệt độ 16 2.2.3 Hiệu số nhiệt độ hữu ích : [2] 17 SVTH: NGUYỄN THỊ BẢO TRÂN ĐỒ ÁN QT&TB THỰC PHẨM 2.2.4 GVHD: HUỲNH THỊ DIỄM UYÊN Cân nhiệt lượng 17 CHƯƠNG TÍNH TỐN THIẾT BỊ CHÍNH .21 3.1 TÍNH BỀ MẶT TRUYỀN NHIỆT CỦA BUỒNG ĐỐT 21 3.1.1 Tính hệ số truyền nhiệt K 21 3.1.1.1 Tính nhiệt tải riêng trung bình[2] 21 3.1.1.2 Tính hệ số truyền nhiệt 26 3.1.2 Tính diện tích bề mặt truyền nhiệt 27 3.2.TÍNH KÍCH THƯỚC CỦA BUỒNG ĐỐT VÀ BUỒNG BỐC 27 3.2.1 Kích thước buồng đốt 27 3.2.1.1 Số ống truyền nhiệt 27 3.2.1.2 Đường kính buồng đốt[4] 29 3.2.2 Kích thước buồng bốc [1] 29 CHƯƠNG TÍNH TỐN THIẾT BỊ PHỤ 33 4.1 THIẾT BỊ NGƯNG TỤ BAROMET 33 4.1.1 Lượng nước lạnh cần tưới vào thiết bị ngưng tụ [4] 33 4.1.2 Thể tích khơng khí cần hút khỏi thiết bị ngưng tụ [4] 33 4.1.3 Các kích thước thiết bị ngưng tụ Baromet [4] 34 4.1.3.1 Đường kính thiết bị ngưng tụ Baromet .34 4.1.3.2.Kích thước ngăn [4] 35 4.1.3.3 Chiều cao thiết bị ngưng tụ [5] 35 4.1.3.4.Kích thước ống Baromet[4] .35 4.2 THIẾT BỊ GIA NHIỆT NHẬP LIỆU 38 4.2.1 Tính hệ số truyền nhiệt .38 4.2.1.1 Tính nhiệt tải riêng trung bình 39 4.2.1 Tính hệ số truyền nhiệt 42 4.2.2 Tính lượng nhiệt đốt cung cấp .42 4.2.3 Tính bề mặt truyền nhiệt 42 4.2.4 Số ống truyền nhiệt 43 4.2.5 Đường kính thiết bị gia nhiệt [4] .43 4.3 ĐƯỜNG KÍNH ỐNG DẪN [3] 43 SVTH: NGUYỄN THỊ BẢO TRÂN ĐỒ ÁN QT&TB THỰC PHẨM GVHD: HUỲNH THỊ DIỄM UYÊN 4.4 BƠM CHÂN KHÔNG [3] 44 4.5 BỒN CAO VỊ 44 KẾT LUẬN 47 SVTH: NGUYỄN THỊ BẢO TRÂN ĐỒ ÁN QT&TB THỰC PHẨM GVHD: HUỲNH THỊ DIỄM UYÊN CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ CÔ ĐẶC NƯỚC DỨA 1.1 GIỚI THIỆU TỔNG QUAN [5] Sản phẩm nước trái với chất lượng cao mục tiêu ngành cơng nghiệp thực phẩm nước giải khát để đáp ứng nhu cầu thị trường Hương vị, chất dinh dưỡng độ đục sản phẩm cuối thơng số cần phải xem xét chế biến nước Ngoài ra, ngày có nhiều yêu cầu nước với đặc điểm tự nhiên không chất bảo quản Điều dẫn tới nghiên cứu kĩ thuật cải thiện chất lượng cảm quan, dinh dưỡng nước Trong loại nước trái đóng hộp giới, nước dứa đứng vị trí thứ tính theo sản lượng, sau nước cam nước cà chua Đây loại nước trái thích hợp cho việc đóng hộp giữ vị tươi tự nhiên, mùi thơm đặc trưng có hài hồ hồn chỉnh độ chua Ngành công nghiệp sản xuất nước trái Việt Nam sử dụng phương pháp cô đặc nhiệt để thu sản phẩm có hàm lượng chất khơ theo u cầu Q trình đặc trình quan trọng trình chế biến thực phẩm Nó ứng dụng rộng rãi cơng nghiệp hố học, thực phẩm Trong thiết bị đặc thiết bị đặc loại màng coi thiết bị đại nhất, có ưu điểm vượt trội so với thiết bị cô đặc khác Sau em xin trình bày thiết bị cô đặc loại màng dùng để cô đặc dung dịch dứa 1.2 NGUYÊN LIỆU VÀ SẢN PHẨM 1.2.1 Đặc điểm nguyên liệu Dứa loại ăn trái nhiệt đới có tên khoa học Ananas comosus, thuộc họ tầm gửi Bromeliaceae, ưa chuộng giới Dứa có mùi mạnh, hấp dẫn, độ cao độ chua hài hoà SVTH: NGUYỄN THỊ BẢO TRÂN ĐỒ ÁN QT&TB THỰC PHẨM GVHD: HUỲNH THỊ DIỄM UYÊN Cây dứa có nguồn gốc châu Mỹ, nơi người da đỏ xứ tuyển chọn trồng trọt dứa lâu đời Ngày 04/11/1493, Christophe Colomb đổ xuống đảo Guadalape, họ tìm thấy dứa ăn thử dứa Ngày dứa trồng phổ biến tất nước nhiệt đới số nước nhiệt đới có mùa đơng ấm, tập trung Hawai (33% sản lượng giới), Thái Lan (16%), Brazil (10%) Mexico (9%) Các giống dứa du nhập vào Đông Dương từ chuyến du hành người Bồ Đào Nha Ấn Độ đầu kỉ 16 Ngành trồng dứa chế biến miền nam thực phát triển kể từ năm 1936 thành lập nhà máy chế biến dứa đóng hộp Sài Gòn-Chợ Lớn Cây dứa loại ăn trái có giá trị kinh tế cao, ngồi có giá tri dinh dưỡng cao, có vị ngọt, hương thơm, màu sắc đẹp Hiện nay, dứa loại trái có giá trị xuất cao Từ trái dứa tươi, qua công nghệ chế biến sản xuất nhiều sản phẩm có giá trị thị trường a Thành phần hóa học dứa Trái dứa có 72-82% nước, 8-18,5% đường, 0,3-0,8% acid, 0,25-0,5% protein, khoảng 0,25% muối khoáng, 60-70% đường dứa đường saccharose, lại glucose fructose Acid nhiều thành phần acid hữu dứa acid citric (65%), acid malic (20%), acid tatric (10%) acid succinic (3%) Dứa chứa enzym thuỷ phân protein Bromelin Hàm lượng Bromelin tăng dần từ vào từ gốc lên Hàm lượng vitamin C khoảng 15-55mg%, vitamin A 0,06mg%, vitamin B 0,09mg%, vitamin B2 0,04mg% Thành phần hoá học dứa loại rau trái khác thay đổi theo giống, độ chín, thời vụ, địa điểm điều kiện trồng trọt b Phân loại giống dứa SVTH: NGUYỄN THỊ BẢO TRÂN ĐỒ ÁN QT&TB THỰC PHẨM GVHD: HUỲNH THỊ DIỄM UYÊN Dứa có tất khoảng 60-70 giống, gộp chung thành ba nhóm chính: nhóm dứa Hồng hậu (Queen), nhóm dứa Cayenne nhóm dứa Tây Ban Nha (Spanish) - Nhóm dứa Hồng hậu (Queen): + Trái dứa Queen tương đối nhỏ, khối lượng trung bình trái 0,8-1,6kg, mắt lồi, dạng trụ tròn Thịt trái vàng đậm, vị chua đậm đà Nhóm có chất lượng cao + Nhóm dứa Queen trồng nhiều ba nhóm dứa Việt Nam, bao gồm loại dứa hoa, dứa tây, dứa Victoria, khóm Hình 1.1 Một số loại dứa nhóm Queen A - Dứa Victoria B - Khóm Long An - Nhóm dứa Cayenne: + Dứa Cayenne cho trái lớn nhất, khối lượng trung bình 1,5-2,5kg/trái, mắt phẳng nơng Trái có dạng trụ cơn, lớn gốc, nhỏ dần đầu Thịt trái vàng, nhiều nước, thơm dứa Queen SVTH: NGUYỄN THỊ BẢO TRÂN ĐỒ ÁN QT&TB THỰC PHẨM GVHD: HUỲNH THỊ DIỄM UYÊN Hình 1.2 Dứa Cayenne - Nhóm dứa Tây Ban Nha (Spanish) + Trái dứa Spanish lớn trái dứa Queen, mắt to sâu Thịt trái vàng nhạt, có chỗ trắng, vị chua, mùi thơm nhiều nước Nhóm có chất lượng cao Hình 1.3 Dứa Spanish c Thu hoạch dứa SVTH: NGUYỄN THỊ BẢO TRÂN ĐỒ ÁN QT&TB THỰC PHẨM GVHD: HUỲNH THỊ DIỄM UYÊN Dứa nhạy cảm với nhiệt độ Nếu nhiệt độ cao, dứa bị héo, mềm màu khơng tươi Nếu nhiệt độ thấp, dứa bị nâu đen lõi lan dần phía ngồi Tuỳ theo nơi trồng, dứa hoa thường thu hoạch tự nhiên vào tháng 3, 4, 6; dứa Cayenne thu hoạch vào tháng 6, 7, 8; dứa ta thu hoạch vào tháng 6, Trong năm gần đây, có tiến hành xử lí dứa hoa đất đèn, người ta điều chỉnh để dứa hoa kết trái vào lúc nào, nghĩa thu hoạch quanh năm d Bảo quản dứa Khi bảo quản dứa chờ chế biến, bảo quản kho mát, độ ẩm 85-90%, thời gian 1-2 tuần Ngồi tiêm hormon thực vật ức chế q trình chín 1.2.2 Đặc điểm sản phẩm Thành phần dinh dưỡng 100g dứa - Dung môi: nước (86%) - Các chất hoà tan: đường (9,9g), chất xơ (1,4g)… 1.2.3 Biến đổi ngun liệu sản phẩm Trong q trình đặc, tính chất nguyên liệu sản phẩm biến đổi khơng 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 - Biến đổi tính chất hố học: + Khi nồng độ tăng lên làm cho hệ số dẫn nhiệt, nhiệt dung riêng, hệ số cấp nhiệt, hệ số truyền nhiệt giảm Đồng thời đại lượng khối lượng riêng, độ nhớt, độ sôi, tổn thất nhiệt lại tăng lên SVTH: NGUYỄN THỊ BẢO TRÂN ĐỒ ÁN QT&TB THỰC PHẨM GVHD: HUỲNH THỊ DIỄM UYÊN + Thay đổi pH môi trường: thường giảm pH phản ứng phân huỷ amit cấu tử tạo thành acid + Đóng cặn + Phân hủy số vitamin - Biến đổi sinh học: Tiêu diệt vi sinh vật khơng có lợi nhiệt độ cao 1.2.4 Yêu cầu chất lượng sản phẩm 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 theo yêu cầu - Thành phần hoá học chủ yếu khơng thay đổi 1.3 CƠ ĐẶC VÀ Q TRÌNH CƠ ĐẶC [6] 1.3.1 Định nghĩa - Cơ đặc phương pháp thường dùng để làm tăng nồng độ cấu tử dung dịch hai hay nhiều cấu tử Tùy theo tính chất cấu tử khó bay (hay khơng bay q trình đó) ta tách phần dung mơi (cấu tử dễ bay hơn) phương pháp nhiệt hay phương pháp làm lạnh kết tinh - Cô đặc trình làm tăng nồng độ chất rắn hòa tan dung dịch cách tách bớt phần dung mơi qua dạng - Qúa 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 1.3.2 Các phương án cô đặc - Phương pháp nhiệt (đun nóng): dung mơi chuyển từ trạng thái lỏng sang trạng thái tác dụng nhiệt áp suất riêng phần áp suất tác dụng lên mặt thoáng chất lỏng SVTH: NGUYỄN THỊ BẢO TRÂN ĐỒ ÁN QT&TB THỰC PHẨM GVHD: HUỲNH THỊ DIỄM UYÊN - 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 1.3.3 Bản chất cô đặc phương pháp 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 thoáng 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 trình - Bên cạnh đó, bay chủ yếu bọt khí hình thành q trình cấp nhiệt chuyển động liên tục, chênh lệch khối lượng riêng phần tử bề mặt đáy tạo nên tuần hoàn tự nhiên nồi đặc tách khơng khí lắng keo (protit) đun sơ ngăn chặn tạo bọt cô đặc 1.3.4 Ứng dụng cô đặc - Dùng sản xuất thực phẩm: dung dịch đường, mì chính, dung dịch nước trái - Dùng sản xuất hóa chất: NaOH, NaCl, CaCl2, muối vô 1.4 PHÂN LOẠI VÀ ĐẶC ĐIỂM CẤU TẠO THIẾT BỊ CÔ ĐẶC 1.4.1 Phân loại ứng dụng a Theo cấu tạo - Dung dịch đối lưu tự nhiên (tuần hồn tự nhiên) dùng đặc dung dịch loãng, độ nhớt thấp, đảm bảo tuần hoàn dễ 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) 10 SVTH: NGUYỄN THỊ BẢO TRÂN ĐỒ ÁN QT&TB THỰC PHẨM GVHD: HUỲNH THỊ DIỄM UYÊN 4.1.3.2.Kích thước ngăn [4] Tấm ngăn có dạng hình viên phân với chiều rộng (34): Dba b = + 50 = 150 (mm) Trên ngăn có đục nhiều lỗ nhỏ Chọn đường kính lỗ d = 2mm (do nước làm nguội nước sạch) (Trang 85 – Sổ tay QT&TB CN Hóa chất – Tập 2) Chọn chiều dày ngăn:  = 4mm (Trang 85 – Sổ tay QT&TB CN Hóa chất – Tập 2) Chọn chiều cao gờ cạnh ngăn: h0 = 40mm (Trang 85 – Sổ tay QT&TB CN Hóa chất – Tập 2) 4.1.3.3 Chiều cao thiết bị ngưng tụ [5] Mức độ đun nóng nước xác định theo cơng thức sau: P = = 0,87 (VI.56 STQT&TB,Tập 2,trang 85) Tra bảng VI.7 trang 86 Sổ tay QTTB Tập 2, ta có thông số sau:  Số bậc:  Số ngăn: n =  Khoảng cách ngăn: htb = 400mm  Thời gian rơi qua bậc: t = 0,41s Chiều cao thiết bị ngưng tụ tính theo cơng thức sau: Hba = n.htb + 0,8 = 0,2 + 0,8 = (m) 4.1.3.4.Kích thước ống Baromet[4] * Đường kính ống Baromet tính cơng thức: dba = (m) Trong đó: Gn: Lượng nước lạnh tưới vào tháp (kg/s) W : Lượng ngưng tụ (kg/s) : Tốc độ hỗn hợp nước lạnh nước ngưng chảy ống Baromet 33 SVTH: NGUYỄN THỊ BẢO TRÂN ĐỒ ÁN QT&TB THỰC PHẨM GVHD: HUỲNH THỊ DIỄM UYÊN => Chọn m/s (Trang 86 – Sổ tay QT&TB CN Hóa chất – Tập 2) Suy ra: dba = = 0,06 m = 60 mm Chọn đường kính ống Baromet: dba = 60mm * Chiều cao ống Baromet xác định theo công thức sau (36): hba = h1 + h2 + h3 (m) Trong đó: h1: Chiều cao cột nước ống Baromet cân với hiệu số áp suất khí áp suất thiết bị ngưng tụ (37) : b h1 = 10,33 760 (m)(VI.59 STQT&TB,Tập 2,trang 86) Với b độ chân không thiết bị ngưng tụ (mmHg) b = Pa – P = 760 – 0,3.735 = 539,5 (mmHg) Vậy: h1 = 7,33 m h2: Chiều cao cột nước ống Baromet cần để khắc phục toàn trở lực nước chảy ống (38): h2 = (m) Với: : Hệ số trở lực ma sát nước chảy ống   : Tổng trở lực cục Chọn hệ số trở lực cục vào ống 1 = 0,5 hệ số trở lực cục khỏi ống  = (Trang 87 – Sổ tay QT&TB CN Hóa chất – Tập 2) =>   = 1,5 *** Tính hệ số trở lực ma sát : Ta có: ttb = 45,850C  = 989,76 kg/m3  = 0,59.10-3 N.s/m2 Chuẩn số Re: Re = = 50355 Chọn vật liệu làm ống Baromet thép CT3 nên độ nhám  = 0,2mm Suy ra: 34 SVTH: NGUYỄN THỊ BẢO TRÂN ĐỒ ÁN QT&TB THỰC PHẨM GVHD: HUỲNH THỊ DIỄM UYÊN Ren = 220 Regh = Vì Regh < Re < Ren nên hệ số trở lực ma sát xác định theo công thức sau :   100    1.46  dba Re    = 0,1 0.25 = 0,028 (39) Giả sử chiều cao ống Baromet là: hba =8m Vậy: h2 = = 0,08 (m) h3: Chiều cao dự phòng (m) Chọn h3 = 0,5m Suy ra: hba = 7,91 m (nhận) Vậy chọn chiều cao ống Baromet là: hba = m Bảng 4.1:Thiết bị ngưng tụ Baromet Lượng nước lạnh cần tưới vào TBNT Thể tích khơng khí cần hút khỏi TBNT Đường kính Thiết bị ngưng tụ Chiều cao Baromet Số ngăn Khoảng cách ngăn Số bậc Thời gian rơi qua bậc Ống Baromet Đường kính Chiều cao Gn = 1,235 (kg/s) Vkk= 3.10-3(m3/s) Dba = 0,2 (m) Hba = (m) N=8 htb = 0,4 (m) K =4 t = 0,41 (s) dba = 0,06 (m) hba = (m) 35 SVTH: NGUYỄN THỊ BẢO TRÂN ĐỒ ÁN QT&TB THỰC PHẨM GVHD: HUỲNH THỊ DIỄM UYÊN 4.2 THIẾT BỊ GIA NHIỆT NHẬP LIỆU * Yêu cầu: Năng suất nhập liệu: 0,7 m3/h Nhiệt độ dung dịch vào: 300C Nhiệt độ dung dịch ra: 700C Áp suất đốt: at Chọn loại thiết bị ống chùm thẳng đứng, dung dịch ống, đốt ngồi ống 4.2.1 Tính hệ số truyền nhiệt Dung dịch nhập liệu : t1 = 300C t2 = 700C => Nhiệt độ trung bình: Hơi đốt : ttb = = 500C t = 119,60C Hiệu số nhiệt độ đầu vào đầu ra: tI = t – t1 = 119,6 – 30 = 89,60C tII = t – t2 = 119,6 – 70 = 49,60C  Hiệu số nhiệt độ trung bình: o C 4.2.1.1 Tính nhiệt tải riêng trung bình Giả thiết q trình liên tục ổn định  Tính hệ số cấp nhiệt phía ngưng tụ 1: [4] 1 = 2,04.A r t1.H (W/m2.độ) (V.101 STQT&TB,Tập 2,trang 28) Trong đó: H: Chiều cao ống truyền nhiệt (m) => Chọn H = 2m t1: Hiệu số nhiệt độ ngưng tụ thành thiết bị (0C) 36 SVTH: NGUYỄN THỊ BẢO TRÂN ĐỒ ÁN QT&TB THỰC PHẨM GVHD: HUỲNH THỊ DIỄM UYÊN Chọn t1 = 0,650C => tw1 = t - t1 = 119,6 – 0,65 = 118,950C => tm = 0,5.(tw1 + t)= 0,5.(118,95 + 119,6) = 119,2750C Tra bảng ta được: A = 178,5 r: Ẩn nhiệt ngưng tụ tính theo bão hòa (j/kg) => r = 2208.103 j/kg Vậy: 1 = 13145,65 (W/m2.độ) Nhiệt tải riêng đốt cấp cho thành thiết bị: q1 = 1.t1 = 8544,67 (W/m2) Nhiệt tải riêng thành thiết bị: q =  r (tw1 – tw2) = Với: rcau1: Nhiệt trở cặn bẩn phía đốt (5) => rcau1 = 0,348.10-3 m2.độ/W rcau2: Nhiệt trở cặn bẩn phía dung dịch (5) => rcau2 = 0,387.10-3 m2.độ/W   : Nhiệt trở thành thiết bị (m2.độ/W)  Chọn vật liệu làm ống truyền nhiệt thép không rỉ X18H10T có hệ số dẫn nhiệt là:  = 16,3 W/m.độ  Chọn bề dày thành ống là:  = 2mm r = (rcau1    rcau )  = 8,577.10-4 (m2.độ/W) Xem mát nhiệt không đáng kể: q = q = q2 => tw2 = tw1 – q1  r = 111,6 0C t2 = tw2 – ttb =111,6 – 50 = 61,6 0C  Tính hệ số cấp nhiệt phía dung dịch 2: [4] Cấp nhiệt dòng chảy cưỡng theo chế độ chảy dòng: 37 SVTH: NGUYỄN THỊ BẢO TRÂN ĐỒ ÁN QT&TB THỰC PHẨM GVHD: HUỲNH THỊ DIỄM UYÊN ( Nu = 0,15.l Re0,33.Pr0,43.Gr0,1 Pr 0,25 ) Prt (40) Mặt khác: d: Đường kính ống truyền nhiệt (m) Chọn d = 0,034 m l: Hệ số dẫn nhiệt chất lỏng (W/m.độ) l tính theo công thức sau: l = 3,58 10-8 Cdd dd  dd M dd (W/m.độ) (8) Trong : dd = 1061,04 kg/m3 Cdd = 3869,465 (J/kg.độ) Mdd = 21 (kg) l = 0,543 (W/m.K) Vận tốc dòng chảy ống tính: v = == 0,0112 (m/s) Trong đó: Q- lưu lượng chất lỏng chảy qua ống (m3/s) d- đường kính ống dẫn (m) Chuẩn số Renolds xác định theo công thức : Chuẩn số Prandl dung dịch nhiệt độ trung bình dung dịch xác định theo công thức : Chuẩn số Prandl dung dịch nhiệt độ vách ống xác định theo công thức : Chuẩn số Gr xác định theo công thức : Gr  g d   t 2 38 SVTH: NGUYỄN THỊ BẢO TRÂN ĐỒ ÁN QT&TB THỰC PHẨM GVHD: HUỲNH THỊ DIỄM UYÊN Với: : Hệ số dãn nở thể tích (1/độ) => = 4,6.10-40C-1 l: Hệ số hiệu chỉnh =>l = Các thông số vật lý tính theo nhiệt độ mặt tường tiếp xúc với dòng t w2 cho PrW nhiệt độ trung bình ttb dòng cho chuẩn số khác ttb=500C tw2=111,60C Suy ra:  C (kg/m3) 1061,04 1061,04 (j/kg.độ) 3869,465 3934 Mdd l  Pr 21 21 (W/m2.độ) 0,543 0,55 ( N.s/m2) 0,865.10-3 0,38.10-3 6,16 2,7 Re = 461.10 Gr = 16439007 Pr = 6,16 Prw2 = 2,7 Vậy: Nu = 2 = = 257,12 (W/m2.độ) Nhiệt tải riêng phía dung dịch sơi: q2 = 2.t2 = 228,83.57,1 = 13068,25 (W/m2) * Kiểm tra sai số: q1  q2 100% q q = = 1,6% < 5% * Nhiệt tải trung bình: q1  q2 qtb = = 12191,63 (W/m2) 4.2.1 Tính hệ số truyền nhiệt Hệ số truyền nhiệt tính theo cơng thức sau: 39 SVTH: NGUYỄN THỊ BẢO TRÂN ĐỒ ÁN QT&TB THỰC PHẨM GVHD: HUỲNH THỊ DIỄM UYÊN = 180,24 (W/m2.độ) 4.2.2 Tính lượng nhiệt đốt cung cấp QD = Gđ.C.t = (W) 4.2.3 Tính bề mặt truyền nhiệt F = = 2,42 (m2) Chọn bề mặt truyền nhiệt chuẩn là: F = m2 4.2.4 Số ống truyền nhiệt F n  d H = = (ống) Chọn loại ống chùm bố trí ống theo hình cạnh nên số ống truyền nhiệt chuẩn là: n = 19 ống (15) 4.2.5 Đường kính thiết bị gia nhiệt [4] Đường kính thiết bị gia nhiệt tính theo cơng thức sau: Dt = t.(b – 1) + 4.dn (m) Trong đó: dn : Đường kính ngồi ống truyền nhiệt (m) t: Bước ống (m) => Chọn t = 1,5d b: Số ống đường chéo hình lục giác , b tính theo cơng thức sau: b = 2.a – Ta có: n = 3.a.(a – 1) +1 => a =  b = Vậy: Dt = 1,5.0,038.(5 – 1) + 4.0,038 = 0,38 (m) Chọn đường kính chuẩn cho thiết bị gia nhiệt là: Dt = 0,6m *** Kích thước thiết bị gia nhiệt nguyên liệu : H = 2m Dt = 0,4m n = 19 ống 40 SVTH: NGUYỄN THỊ BẢO TRÂN ĐỒ ÁN QT&TB THỰC PHẨM GVHD: HUỲNH THỊ DIỄM UYÊN dn = 0,038m 4.3 ĐƯỜNG KÍNH ỐNG DẪN [3] Chọn vật liệu làm ống dẫn dung dịch thép khơng rỉ X18H10T, ống dẫn đốt nước ngưng thép CT3 Công thức chung để tính đường kính ống dẫn: dt = (m) Trong : G: Lưu lượng dung dịch nước dứa (kg/s) v: Vận tốc dung dịch (m/s) : Khối lượng riêng dung dịch (kg/m3) 4.4 BƠM CHÂN KHÔNG [3] Công suất bơm chân không: N = (43) Trong đó: ck : hệ số hiệu chỉnh Chọn ck = 0,8 m : Chỉ số đa biến Chọn m = 1,3 p2 : Áp suất khí => p2 = 1,033 at Vkk : Thể tích khơng khí cần hút khỏi thiết bị ngưng tụ (m3/s) => Vkk = 4,16.10-3 m3/s pkk : Áp suất khơng khí thiết bị ngưng tụ => pkk = png = 0,3 (at) Suy ra: N = = 0,218 (KW) 4.5 BỒN CAO VỊ Bồn cao vị đặt độ cao cho thắng trở lực đường ống Phương trình Bernoulli cho mặt cắt – (mặt thoáng bồn cao vị) mặt cắt – (cửa nhập liệu nồi cô đặc): 41 SVTH: NGUYỄN THỊ BẢO TRÂN ĐỒ ÁN QT&TB THỰC PHẨM GVHD: HUỲNH THỊ DIỄM UYÊN Trong đó: v1 = m/s v2 = v m/s 1 = 2 = p1 = 1,033 at p2 = 0,314 at  = 1061,04 kg/m3  = 1,33.10-3 N.s/m2 Z1: Chiều cao từ bồn cao vị xuống đất (m) Z2: Chiều cao từ cửa nhập liệu nồi cô đặc xuống đất (m) h1-2: Tổng tổn thất áp suất (m)  Xác định hệ số ma sát ống: Chọn đường kính ống dẫn: d = 25 mm Vận tốc dòng chảy ống: v = = 0,4 (m/s) Chuẩn số Re: Re = =7977 Chọn vật liệu làm ống thép không rỉ X18H10T => Độ nhám ống:  = 0,2mm Suy ra: Ren = 220 Regh = Vì Regh < Re < Ren nên hệ số trở lực ma sát xác định theo công thức sau:  100    1, 46   d Re   = 0,1  0.25 = 0,18(39) Tổng trở lực cục bộ:  = vào + 5.co 90 + 2.van + ra = 0,5 + 5.0,9 + 2.0,2 +1 = 6,4 42 SVTH: NGUYỄN THỊ BẢO TRÂN ĐỒ ÁN QT&TB THỰC PHẨM GVHD: HUỲNH THỊ DIỄM UYÊN Chiều dài ống từ bồn cao vị đến cửa nhập liệu nồi cô đặc : l = 15m Tổn thất áp suất đường ống: h’ = = 0,93 (m) Chọn tổn thất áp suất thiết bị gia nhiệt: h’’= 0,1m Tổng tổn thất áp suất: h1-2 = h’ + h’’= 0,93 + 0,1 = 1,03 (m) Chiều cao từ mặt thoáng bồn cao vị đến cửa nhập liệu nồi cô đặc :  H = = -5,73 (m) Vậy cần đặt bồn cao vị thấp cửa nhập liệu nồi cô đặc khoảng H = m Chọn đặt bồn cao vị cách mặt đất 4,2 m KẾT LUẬN - Nhiệm vụ đồ án thiết kế thiết bị cô đặc dạng màng dùng đốt - nước bão hòa để đặc dung dịch nước dứa, suất 0,7 m3/h Ưu điểm: + Hệ thống cô đặc dạng màng thích hợp để đặc dung dịch dễ bị biến tính nhiệt độ cao dung dịch nước trái + Thiết bị cô đặc chân không làm giảm tiêu hao làm việc hệ thống làm giảm nhiệt độ sôi nên tránh hư hỏng + Có thể đặc dung dịch có độ nhớt cao 43 SVTH: NGUYỄN THỊ BẢO TRÂN ĐỒ ÁN QT&TB THỰC PHẨM - GVHD: HUỲNH THỊ DIỄM UYÊN Nhược điểm: + Chi phí thiết bị cao so với thiết bị cô đặc khác + Hệ thống phức tạp 44 SVTH: NGUYỄN THỊ BẢO TRÂN ĐỒ ÁN QT&TB THỰC PHẨM GVHD: HUỲNH THỊ DIỄM UYÊN CHÚ THÍCH 1) Công thức (I.50) - trang 153 – TL [3] (2) Công thức (4.4) - trang 181 – TL [2] (3) Bảng 31 – trang 419 – TL [2] (4) Công thức (V.101) - trang 28 – TL [4] (5) Công thức (5.62) - trang 183 – TL [1] (6) Công thức (5.62) - trang 183 – TL [1] (7) Công thức (5.62) - trang 183 – TL [1] (8) Công thức (I.32) - trang 123 – TL [3] (9) Công thức (V.140) - trang 49 – TL [4] (10) Công thức (V.139) - trang 48 – TL [4] (11) Công thức (VI.31) – trang 71 – TL [4] (12) Công thức (5.14) - trang 157 – TL [1] (30) Bảng XIII.27 – trang 417 – TL [4] (31) Bảng XIII.31 – trang 433 – TL [4] (33) Bảng XIII.36 - trang 438 – TL [4] 45 SVTH: NGUYỄN THỊ BẢO TRÂN ĐỒ ÁN QT&TB THỰC PHẨM GVHD: HUỲNH THỊ DIỄM UYÊN (34) Công thức (VI.53) - trang 85 – TL [4] (35) Công thức (VI.55) - trang 85 – TL [4] (36) Công thức (VI.58) – trang 86 - TL [4] (37) Công thức (VI.59) – trang 86 – TL [4] (38) Công thức (VI.60) – trang 86 – TL [4] (39) Công thức (II.64) – trang 379 – TL [3] (40) Công thức (V.45) – trang 17 – TL [4] (41) Bảng II.2 – trang 396 – TL [3] (42) Bảng XIII.33 – trang 435 – TL [4] (43) Công thức (II.243a) – trang 465 – TL [3] 46 SVTH: NGUYỄN THỊ BẢO TRÂN ĐỒ ÁN QT&TB THỰC PHẨM GVHD: HUỲNH THỊ DIỄM UYÊN TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Phạm Văn Bơn (chủ biên) , Nguyễn Đình Thọ – Q trình thiết bị Cơng nghệ hố học – Tập – Giáo trình Quá trình thiết bị truyền nhiệt – ĐHBK TpHCM [2] Phạm Văn Bôn , Vũ Bá Minh , Hoàng Minh Nam – Quá trình thiết bị Cơng nghệ hố học – Tập 10 – Ví dụ tập – ĐHBK TpHCM [3] Sổ tay q trình thiết bị Cơng nghệ hoá chất – Tập – NXB KHKT [4] Sổ tay q trình thiết bị Cơng nghệ hố chất – Tập – NXB KHKT [5] TỔNG QUAN VỀ NGUYÊN LIỆU DỨA http://123doc.org/document/195439-tong-quan-ve-nguyen-lieu-dua.htm [6] Phạm Xuân Toản – Các q trình, thiết bị cơng nghệ hóa chất thực phẩm - Tập – Các trình thiết bị truyền nhiệt – NXB KHKT 47 SVTH: NGUYỄN THỊ BẢO TRÂN ... độ chua Ngành công nghiệp sản xuất nước trái Việt Nam sử dụng phương pháp cô đặc nhiệt để thu sản phẩm có hàm lượng chất khơ theo u cầu Q trình đặc trình quan trọng trình chế biến thực phẩm Nó... Trong thiết bị đặc thiết bị đặc loại màng coi thiết bị đại nhất, có ưu điểm vượt trội so với thiết bị cô đặc khác Sau em xin trình bày thiết bị đặc loại màng dùng để cô đặc dung dịch dứa 1.2 NGUYÊN... dứa loại trái có giá trị xuất cao Từ trái dứa tươi, qua công nghệ chế biến sản xuất nhiều sản phẩm có giá trị thị trường a Thành phần hóa học dứa Trái dứa có 72-82% nước, 8-18,5% đường, 0,3-0,8%