Đồ án Thiết kế hệ thống làm lạnh dịch Houblon ống lòng ống

Mục Lục LỜI CẢM ƠN LỜI NÓI ĐẦU CHƯƠNG I TỔNG QUAN ĐỀ TÀI .6 Ý nghĩa mục đích đề tài a.Ý nghĩa đề tài b Mục tiêu đề tài Các phương pháp làm lạnh 2.1 Làm lạnh tĩnh 2.2.Làm lạnh tăng cường 2.3.Làm lạnh phun 2.4 Làm lạnh cách nhúng sản phẩm nước muối lạnh 2.5 Ướp đá, vùi tuyết 2.6 Làm lạnh chân không Thiết bị trao đổi nhiệt 3.1 Phân loại thiết bị trao đổi nhiệt Giới thiệu thiết bị ống lồng ống 10 CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN VỀ NGUYÊN LIỆU 11 Nguyên liệu sản xuất bia 11 1.1 Malt đại mạch 11 1.2 Hoa Houblon 13 1.3 Nước 15 1.4 Men bia 17 1.5 Các nguyên liệu khác thay 18 Các trình biến đổi nguyên liệu 19 2.1 Các trình xảy nấu 19 2.2 Các q trình xảy houblon hóa 20 2.3 Các trình xảy lên men 20 CHƯƠNG 3: QUY TRÌNH CƠNG NGHỆ SẢN XUẤT BIA 20 Thuyết minh dây chuyền công nghệ 22 Làm sạch: 22 1.1 Mục đích: 22 1.2 Tiến hành làm sạch: 22 Nghiền nguyên liệu : 22 2.1 Mục đích : 22 2.2 Yêu cầu nghiền 22 2.3 Phương pháp thực : 23 Nấu nguyên liệu: 23 3.1 Mục đích: 23 3.2 Tiến hành nấu: 23 Lọc dịch đường: 25 4.1 Mục đích : 25 4.2 Tiến hành lọc dịch đường : 25 Houblon hóa : 26 5.1 Mục đích : 26 5.2 Tiến hành Houblon hóa : 26 Lắng làm lạnh: 27 6.1 Mục đích : 27 6.2 Tiến hành: 27 Lên men chính: 28 7.1 Mục đích: 28 7.2 Phương pháp nuôi cấy men giống: 28 7.3 Tiến hành lên men : 28 Lên men phụ: 29 8.1 Mục đích: 29 8.2 Tiến hành : 29 Lọc bia: 29 9.1 Mục đích : 30 9.2 Tiến hành : 30 10 Ổn định bia: 30 11 Chiết chai : 30 12 Thanh trùng bia: 31 12.1 Mục đích: 31 12.2 Tiến hành: 31 13 Dán nhãn : 31 13.1 Mục đích: 31 13.2 Tiến hành: 31 CHƯƠNG 4: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ 32 4.1 Thống số ban đầu 32 4.2 Thiết kế thiết bị làm lạnh ống lồng ống 33 4.2.1 Tính tốn cho ớng lồng ớng giai đoạn làm lạnh cấp 1: 33 4.2.2 Tính tốn cho ớng lồng ớng giai đoạn làm lạnh cấp 39 4.2.3 Tính ứng suất cho phép thiết bị 44 4.2.4 Chọn bích nới miệng cho ớng dẫn co ống nối: 44 4.2.5 Tính chọn chân đỡ khung đỡ 46 4.2.6 Tính chọn lớp bảo ơn 48 4.2.7 Tính tốn cân lượng 48 4.3 Tính chọn thiết bị phụ 49 4.3.1 Chọn bơm cho dung dịch đường houblon 49 4.3.2 Chọn bơm cho nước làm mát: 50 4.3.3 Chọn bơm cho dịch glycol: 51 TÀI LIỆU THAM KHẢO .53 LỜI CẢM ƠN Để hoàn thành tốt Đồ án kỹ thuật thực phẩm này, trước hết chúng em xin gửi lời cám ơn chân thành sâu sắc tới thầy cô giáo khoa Thực Phẩm, trường Đại học Công Nghiệp Thực Phẩm TP.HCM, đặc biệt thầy cô môn Công Nghiệp Thực Phẩm tận tình giảng dạy, truyền đạt cho chúng em kiến thức, kinh nghiệm quý báu suốt thời gian qua Đặc biệt, chúng em xin chân thành cám ơn thầy Phan Vĩnh Hưng – người tận tình giúp đỡ, trực tiếp bảo, góp ý nội dung cho chúng em suốt trình làm đồ án Trong thời gian làm việc với thầy, chúng em tiếp thu thêm nhiều kiến thức bổ ích, học tập tinh thần, thái độ làm việc nghiêm túc, hiệu thầy Đây điều cần thiết cho chúng em trình học tập cơng tác sau LỜI NĨI ĐẦU Kỹ thuật lạnh trở nên quan trọng thiếu hầu hết lĩnh vực sống Hỗ trợ tích cực cho ngành cơng nghệ thực phẩm chiếm vai trò trình sản xuất bia Bài báo cáo nhóm em nghiêm cứu việc sử dụng kỹ thuật lạnh việc làm lạnh nhanh dịch đường houblon thiết bị truyền nhiệt ống lồng ống Giai đoạn dễ nhiễm tạp vi sinh vật gây hư hại cho sản phẩm trình làm giảm chất lượng bia Vì việc sử dụng kỹ thuật lạnh vô cần thiết hữu ích Đề tài thiết kế hệ thống làm lạnh dịch houblon nhằm tìm hiểu tổng quan thiết bị sử dụng trao đổi nhiệt sử dụng thực tế Thơng qua tính toán chọn thiết bị trao đổi nhiệt cho phù hợp với trình nhằm nâng cao hiệu suất trình hiệu suất lạnh trình Qua trình nghiên cứu chúng em bổ sung nhiều kiến thức kỹ thuật lạnh Tuy nhiên việc hạn chế kiến thức thời gian khó tránh khỏi thiếu sót Rất mong nhận đóng góp q Thầy/Cơ để báo cáo hồn thiện Nhóm sinh viên thực CHƯƠNG I TỔNG QUAN ĐỀ TÀI Ý nghĩa mục đích đề tài a.Ý nghĩa đề tài Con người biết làm lạnh sử dụng lạnh từ lâu, cách cho vật cần làm lạnh tiếp xúc với vật lạnh Hiện kĩ thuật lạnh góp phần quan trọng nhiều lĩnh vực nghành công nghiệp chế biến bảo quản thực phẩm, ngành công nghệ háo chất, lĩnh vực điều hòa khơng khí, ngành y tế cơng nghiệp nặng …đóng góp to lớn quan trọng nghành cơng nghiệp chế biến bảo quản thực phẩm Ở đề tài trình làm lạnh sử dụng trình làm lạnh nhanh dịch đường houblon nhằm mục đích hạ nhiệt dộ dịch đường tới nhiệt độ bảo quản thích hợp cho trình lên men Nếu làm chậm số vi sinh vật gây hại xâm nhập làm ảnh hưởng tới chất lượng bia thời gian hạ nhiệt phải tối ưu có nghĩa q trình làm lạnh phải cần sử dụng lượng nhiệt đủ lớn để thời gian làm lạnh ngắn b Mục tiêu đề tài Thơng qua q trình nghiên cứu đề tài hiểu rõ trình sản xuất bia, nắm vững trình biến đổi nguyên liệu trình Nắm cững nguyên lí hoạt động thiết bị trao đổi nhiệt ống lồng ống, hiểu rõ phương pháp làm lạnh phân loại thiết bị trao đổi nhiệt theo loại Dựa vào thơng số đầu vào ta tính tốn chi tiết thiết kế thiết bị trao đổi nhiệt làm lạnh nhanh dịch đường dạng ống lồng ống cho phù hợp với lý thuyết thực tế Các phương pháp làm lạnh Làm lạnh thực phẩm hạ nhiệt độ thực phẩm xuống đến gần nhiệt độ đơng cứng nó, có nghĩa khơng xuống đến nhiệt độ đóng băng sản phẩm Nhiệt độ đóng băng thịt động vật sản phẩm từ thực vật thấp nhiệt độ đóng băng nước Nó làm số mà thay đổi theo điều kiện cụ thể Thường nhiệt độ đông cứng tế bào thấp nhiệt độ đóng băng nước vài độ 2.1 Làm lạnh tĩnh Các phòng lạnh trang bị dàn lạnh tĩnh bay trực tiếp làm lạnh gián tiếp qua nước muối Không khí lạnh phòng đối lưu tự nhiên Sản phẩm cần làm lạnh xếp lên giá (rau quả, ngũ hoa hạt) treo giá xe đẩy ( thịt lợn nửa thịt bò nửa phần tư con) Giai đoạn đầu nhiệt độ sản phẩm cao điều chỉnh để nhiệt độ phòng xuống đến -2ᵒC -3ᵒC Giai đoạn cuối nhiệt độ sản phẩm xuống thấp, nâng nhiệt độ phòng lên -1ᵒC đến 0ᵒC Phương pháp làm lạnh tĩnh có tốc độ làm lạnh chậm, tốn diện tích làm lạnh độ khô hao thực phẩm nhỏ, độ ẩm không khí cao 2.2.Làm lạnh tăng cường Các phòng lạnh trang bị loại dàn quạt Dàn lạnh giàn bay trực tiếp qua nước muối Tốc độ lưu thơng khơng khí phòng lên tới 3-4 m/s Ở giai đoạn đầu nhiệt độ hạ xuống đến -5ᵒC cho thịt lợn – 1ᵒC cho thịt bò, giai đoạn sau nâng nhiệt độ lên -1 – 0ᵒC tốc độ khơng khí giảm xuống nửa Độ ẩm khơng khí trì từ 85 – 95ᵒC Do có tuần hồn khơng khí nên trình làm lạnh tăng, thời gian làm lạnh rút ngắn Cần ý để sản phẩm không bị đóng băng Tổn hao khối lượng khơ hao lớn phương pháp làm lạnh tĩnh Phương pháp áp dụng cho tất loại sản phẩm thịt cá, rau quả… phòng lạnh xây dựng theo kiểu tunel có xe đẩy chất sản phẩm đường ray đẩy vào 2.3.Làm lạnh phun Các phòng lạnh trang bị buồng phun nước muối Khơng khí trao đổi nhiệt ẩm trực tiếp với nước muối, sau vào làm lạnh sản phẩm Phương pháp giảm tổn hao khối lượng độ ẩm cáo, tránh xi hóa mỡ, giữ vitamin Nhược điểm phương pháp không dùng cho sản phẩm kị ẩm kị thấm muối Phương pháp sử dụng hiệu gà, vịt, gia cầm đóng bao nilong hút chân khơng Có thể phun trực tiếp nước muối lạnh lên sản phẩm Đối với rau dùng nước lạnh gần 0ᵒC xối trực tiếp vừa tác dụng làm lạnh vừa tác dụng tẩy rửa rau 2.4 Làm lạnh cách nhúng sản phẩm nước muối lạnh Để làm lạnh, nhúng sản phẩm trực tiếp nước muối lạnh, nước lạnh, nước biển làm lạnh Do hệ số trao đổi nhiệt độ lớn nước muối sản phẩm nên thời gian làm lạnh rút xuống đáng kể Phương pháp sử dụng hiệu cho sản phẩm đóng gói bao bì nilong kín gà, vịt, gia cầm Người ta sử dụng phương pháp để làm lạnh cá không cần bao nilong Tuy nhiên ngâm cá khơng có bao nilong nước biển lạnh cá bị trương khối lượng tăng tới 10% nên phải cho thêm phụ gia vào nước biển lạnh để cân áp suất thẩm thấu 2.5 Ướp đá, vùi tuyết Làm lạnh cá thông dụng phương pháp ướp đá Đá đạp vụn xay vụn, sau trộn thêm với muối chất kháng sinh mang bảo quản cá Đá cá xếp thành lớp sau thời gian định làm chặt thêm số đã tan Nếu cá làm lạnh nước muối đỡ tốn đá ướp thời gian giữ đá hòm cá lâu nhiều Ướp sử dụng cho loại sản phẩm khác biệt rau Chỉ cần xếp đá vào ngăn bảo ơn sau đặt thực phẩm rau Nhiệt độ thực phẩm rau giảm xuống gần đến nhiệt độ đá tan 0ᵒC nước xứ lạnh, người ta sử dụng phương pháp vùi tuyết để bảo quản thực phẩm rau 2.6 Làm lạnh chân không Đây phương pháp làm lạnh dùng cho rau Rau xếp vào phòng kín kim loại, sau đóng kín phòng hút chân khơng nhờ máy nén kiểu ejecto Dưới áp lực chân không, nước từ rau bốc để làm lạnh rau Phương pháp có ưu điểm q trình làm lạnh nhanh, đảm bảo chất lượng mỹ quan sản phẩm Thiết bị trao đổi nhiệt Thiết bị trao đổi nhiệt (TBTĐN) thiết bị thực trao đổi nhiệt chất cần gia công với chất mang nhiệt lạnh Chất mang nhiệt lạnh gọi chung mơi chất có nhiệt độ cao thấp chất gia công, dùng để nung nóng làm lạnh chất gia cơng 3.1 Phân loại thiết bị trao đổi nhiệt 3.1.1 Phân loại theo nguyên lý làm việc TBTĐN 3.1.1.1 TBTĐN tiếp xúc (hay hỗn hợp): loại TBTĐN chất gia công môi chất tiếp xúc nhau, thực trình trao đổi nhiệt trao đổi chất, tạo hỗn hợp Ví dụ bình gia nhiệt nước cách sục dòng 3.1.1.2 TBTĐN hồi nhiệt: loại thiết bị TĐN có mặt trao đổi nhiệt quay, tiếp xúc chất lỏng mặt nhận nhiệt, tiếp xúc chất lỏng mặt toả nhiệt Q trình TĐN khơng ổn định mặt trao đổi nhiệt có dao động nhiệt Ví dụ: sấy khơng khí quay lò nhà máy nhiệt điện 3.1.1.3 TBTĐN vách ngăn: loại TBTĐN có vách rắn ngăn cách chất lỏng nóng chất lỏng lạnh chất lỏng TĐN theo kiểu truyền nhiệt Loại TBTĐN vách ngăn bảo đảm độ kín tuyệt đối hai chất, làm cho chất gia công tinh khiết vệ sinh, an tồn, sử dụng rộng rãi công nghệ 3.1.1.4 TBTĐN kiểu ống nhiệt: loại TBTĐN dùng ống nhiệt để truyền tải nhiệt từ chất lỏng nóng đến chất lỏng lạnh Môi chất ống nhiệt nhân nhiệt từ chất lỏng sơi hố thành bão hồ khơ truyền đến vùng tiếp xúc chất lỏng 2, ngưng thành lỏng quay vùng nóng để lặp lại chu trình Trong ống nhiệt, mơi chất sơi, ngưng chuyển động tuần hoàn, tải lượng nhiệt lớn từ chất lỏng đến chất lỏng 3.1.2 Phân loại TBTĐN theo chuyển động chất lỏng + Song song chiều + Song song ngược chiều + Song song đổi chiều + Giao lần giao nhiều lần 3.1.3 Phân loại TBTĐN theo thời gian Thường phân loại: + Thiêt bị liên tục VD: Bình ngưng, calorife + Thiết bị làm việc theo chu kỳ VD: Nồi nấu, thiết bị sấy theo mẻ 3.1.4 Phân loại TBTĐN theo công dụng + Thiết bị gia nhiệt dùng để gia nhiệt cho sản phẩm VD: nồi nấu, lò + Thiết bị làm mát để làm nguội sản phẩm đến nhiệt độ môi trường VD: tháp giải nhiệt nước, bình làm mát dầu + Thiết bị lạnh để hạ nhiệt độ sản phẩm đến nhiệt độ nhỏ môi trường VD: tủ cấp đông, tủ lạnh Giới thiệu thiết bị ống lồng ống Thực tế cho thấy thiết bị trao đổi nhiệt kiểu ống lồng ống có cấu tạo gọn gàng hiệu trao đổi nhiệt cao, chúng có ưu điểm trội sau: + Thường sử dụng để trao đổi nhiệt chất lỏng với chất lỏng với môi chất sôi hay ngưng với khả trao đổi nhiệt lớn + Cả hai môi chất chuyển động qua thiết bị chuyển động đối lưu cưỡng với tốc độ lớn nên thời gian đạt yêu cầu trao đổi nhiệt giảm xuống + Kết cấu gọn gàng, an toàn dễ chế tạo Tuy nhiên, thi t bị trao đổi nhiệt kiểu ống lồng ống ống ế trơn có hiệu thấp, nhiều bị hạn chế, đặc biệt trường hợp ngưng tụ môi chất, ống trơn hạn chế khả ngưng tụ môi chất Mặc khác, màng ngưng hình thành hạn chế q trình trao đổi nhiệt dòng bề mặt vật rắn Trong hệ thống Freon, hệ số tỏa nhiệt ngưng thấp, cần thiết phải có biện pháp để nâng cao hiệu trao đổi nhiệt, đặc biệt người ta làm cánh bên ngòai ống để tăng cường khả tỏa nhiệt phía mơi chất Đối với thiết bị nhược điểm chế tao phức tạp khó vệ sinh Hiện thi trường loại thiết bị trao đổi nhiệt ống lồng ống có dạng sau: + Thiết bị ngưng tụ ống lồng ống trơn + Thiết bị ngưng tụ ống lồng ống dạng hình vng + Thiết bị ngưng tụ ống lồng ống dạng hình elip + Thiết bị ngưng tụ dạng ống xoắn tròn 10 Trong đó: F-(m2), diện tích trao đổi nhiệt K- Hệ số truyền nhiệt ∆ttb-Độ chênh lệch nhiệt độ trung bình Tính sơ ́ Modun N: N= = =23,22–[III 1.98-62] Như chọn N = 24 (ống) 4.2.2 Tính tốn cho ớng lồng ống giai đoạn làm lạnh cấp Các thông số Dịch đường: t1v’= 400C, t1r’ = 100C Dung dịch glycol: t3v = -70C, t3r = 160C * Tính Q’, G3 theo phương trình cân nhiệt Phương trình cân nhiệt [II.V27-11] Q’ = G1’.CP1’.(t1v’ – t1r’) = G3.Cp3.(t3r – t3v) Nhiệt độ lưu chất trung bình dòng nóng – [ II.V19-9] = = = 250C Nhiệt độ lưu chất trung bình dòng lạnh – [ II.V19-9] = = = 4,50C Từ nhiệt độ trung bình ta tra gần được: 38 Thông số vật lý dịch đường -[Sổ tay QT TBCNHC – 1978] ρ1’ = 1048,31(Kg/m3), khối lượng riêng dịch đường houblon[1.86-65] Cp1’ = 4190 – (2514 – 7,542.tf1’).x– [I.50-153] = 4190 – (2514 – 7,542 x25)x0,12 = 3910,95 (J/kg.độ) λ1’ = 3,58x10-8xCp1’ x ρ1’ x [I.32 – 123] Với Ṁ = Ṁ = = 20,1794 λ1’ = 3,58x10-8 x 3910,95 x 1048,31 x = 0,548 (W/m độ), hệ số dẫn nhiệt dịch đường houblon Độ nhớt động học nước t = 250C, µ = 893,7 x10-6 (N.s/m2) Độ nhớt động học dịch đường có nồng độ chất tan x = 20% t = 25 0C, µ = 1704 x10-6 (N.s/m2) Độ nhớt động học dịch đường có nồng độ chất tan x = 12% t = 25 0C, = 1217,82x10-6 (N.s/m2) Pr1’ = = = 8,69 chuẩn số Prant – [II.V35-12] Thông số vật lý dung dịch glycol tính gần đúng–[C 52-173] ρ3 = 1015 (Kg/m3) λ3 = 0,49 (W/m.độ) µ3 = 2,25x10-3(N.s/m2) Cp3 = 3980 (J/kg.độ) ��3 = 18,1 Như Q’ = G1’.CP1’.(t1v’– t1r’) , G1’ = 6x1048,31 = 6289,86 (Kg/h) = 1,747 (kg/s) 39 Q’ = 1,747�3910,95�(40 – 10) = 204972,89 (W) = 204,98 (kW) Lưu lượng khối lượng nước giải nhiệt cần sử dụng G3 = =2,23(Kg/s) = 8060,98 (Kg/h) ∆ttb-Độ chênh lệch nhiệt độ trung bình – [II.V8-5] ∆ttb = = 20,30C * Tính α1’, α3-hê ̣ sô ́ cấp nhiệt hai dòng lưu chất dịch đường va ̀ nước theo công thức thực nghiệm Xác định ω1’, ω3 – vận tốc dòng nóng dòng lạnh – [A 2.40-59] �1’ = = = 2,0724 (m/s) �3 = = = 2,185 (m/s) Tính α1’ : ��f1’ = = [II V.36-13] = 57086,07> 104, chế độ chảy xoáy (rối) Vậy ���1’ = 0,021� �1’����1’0,8���’10,43� ( )0,25 - [II.V40-14] ���1’=- [II V.33-11] Trong Pr’v1-chuẩn số Prant dòng nóng tính theo nhiệt độ trung bình tường, = > 50, tra bảng –[II V.2-15] ta ε1 = �v1’ = (��1’ + ��3) = (25 + 4,5) = 14,75 (0C) –[E 6.7.2-188] Prv1’ = chuẩn số Prant – [II.V35-12] Tại 14,750C ta có thơng số vách phía dịch đường: Cpv1 = 4190 – (2514 – 7,542.tv1).x– [I.50-153] 40 = 4190 – (2514 – 7,542 x 14,75)x0,12 = 3901,67 (J/kg.độ) Độ nhớt động học nước t = 14,750C, µ = 1147,75 x10-6 (N.s/m2) Độ nhớt động học dịch đường có nồng độ chất tan x = 20% t = 14,750C, µ = 2286,25 x10-6 (N.s/m2) Độ nhớt động học vách phía dịch đường t = 14,75 0C, = 1830,85x10-6 (N.s/m2) λv1’ = 3,58x10-8xCpv1’x ρ1’ x [I.32 – 123] = 3,58x10-8 x 3901,67 x 1048,31 x = 0,546 (W/m độ) Prv1’ = = = 13,03 ���1’ = 0,021� �1’����1’0,8���’10,43� ( )0,25 = 0,021�1�57086,070,8�8,690,43� ( ) 0,25 = 307,07 �1 = = = 5258,27(W/m2.K) Tính α3:Vì ống mỏng/vách mỏng, λ lớn coi t w1’ ≈ tw3 = 14,750C nên ta có Pr vách phía nước Prv3 = 13,01 Đường kính tương đương hình xuyến D 1/d2 với f-(m2) diện tích tiết diện ống, U-(m) chu vi thấm ướt: dtd = =(D1 – d2) –[A 256-67] = 48 – 35 = 13 (mm) Cơng thức thực nghiệm tính α2 chảy rối ống lồng D1/d2 là: ��f3 = = [II V.36-13] = 12813,81 > 104, chế độ chảy xoáy (rối) Vậy ���3 = 0,021� �3����30,8.���30,43� ( )0,25 - [II.V40-14] = 0,021�1�12813,810,8�18,10,43� ( )0,25 = 153,05 41 �3 = = = 5768,80 (W/m2.K) Kiểm tra sai sô ́ dòng nhiệt –[B 2.2.3-27] �’� = || = || = 0,97 = 9,7% < 10% Đạt yêu cầu, chấp nhận α1’ α3 * Tính sớ truyền nhiệt K’ (W/m2.K) Vì ống mỏng có= = 1,1 < 2, - [III Trang 62] Coi vách phẳng có chiều dày δ = (�2 − �1) = (35 − 32) = 1,5 (��)– [D I.26-30] = = 2195,21 (W/m2.K)–[III 1.97-60] Tính diện tích bề mặt trao đổi nhiệt F (m2) thiết bị Ta có: Q’ = K’.F’∆t’tb – [I.V1-3] Trong đó: F’-(m2), diện tích trao đổi nhiệt K’- Hệ số truyền nhiệt ∆t’tb-Độ chênh lệch nhiệt độ trung bình Tính sơ ́ Modun N’: N’= = =11,41–[III 1.98-62] Như chọn N’ = 12 (ống) 4.2.3 Tính ứng suất cho phép thiết bị Chọn vật liệu chế tạo thiết bị thép X18H10T có thơng số kỹ thuật sau – [ II XII.4- 309] Giới hạn bền ϭk = 540.106 (N/m2) 42 Giới hạn chảy ϭc = 220.106 (N/m2) Khối lượng riêng ρX18H10T = 7900 (Kg/m3) –[II XII.7-313] Hệ số dẫn nhiệt λX18H10T = 16,3 (W/m.độ) –[II XII.7-313] Ứng suất cho phép thiết bị: [ϭ]= (N/m2) –[II XIII.1-355] = = 207,69.106 (N/m2) Trong nk = 2,6 –[II XIII.3-] ᶯ = 1, số phụ thuộc vào hình thức chế tạo thiết bị -[II XIII.2-] 4.2.4 Chọn bích nới miệng cho ớng dẫn co ớng nới: Tra bảng [XIII.26 – 410]: chọn kiểu bích nối số Hình 4.1: kiểu bích số Trong đó: - : đường kính miệng ống (mm) - : đường kính ngồi miệng ống (mm) - : đường kính bích (mm) - : đường kính tâm bulong (mm) - : đường kính bulong (mm) - h : chiều cao bích (mm) - z: số bulong 43 Bảng 4.1: Bích miệng vào ống dịch đường :[3] Bu lông 32 35 100 60 75 M10 z Kiểu số h 12 Áp suất thân chọn = 0.25x106 (N/m2) Bảng 4.2: Bích miệng vào ống dẫn nước giải nhiệt :[3] Bu lông 25 27 100 60 75 M10 z Kiểu số h 12 Áp suất thân chọn = 0.25x106 (N/m2) Để tiếp nối trình trao đổi nhiệt ống, ta sử dụng co ống với thơng số kỹ thuật sau –[D I.3-31] Đường kính co ống với đường kính ống d 1/d2 = 35/32 Bán kính uốn cong R = 150 (mm) Khoảng cách tối thiểu từ chổ bắt đầu uốn cong đến mối hàn A = 80 (mm) Đường kính co ống nước dẫn nhiệt có d= 25/27 Bán kính uốn cong R = 150 (mm) 44 Khoảng cách tối thiểu từ chổ bắt đầu uốn cong đến mối hàn A = 50 (mm)( vẽ hình giống đổi số liệu lại) 4.2.5 Tính chọn chân đỡ khung đỡ Thể tích ống với đường kính d1/d2 = 32/35 (mm), L = (m) Vống trong= Vd2 – Vd1 = = - = 0,023 (�3) Thể tích ống ngồi với đường kính D1/D2 = 48/52 (mm), L = (m) Vống ngoài= VD2 – VD1 = = - = 0,045 (�3) Thể tích thép X18H10T VX18H10T = Vống + Vống = 0,023 + 0,045 = 0,068 (�3) mX18H10T = VX18H10T × �X18H10T = 0,068 × 7900 = 537,2 (��) Thể tích nước làm mát dịch chuyển ớng hình xuyến D1/d2: Vnước= = = 0,081(�3) mnước = �nước × �nước = 0,081 × 988,07 = 80,03(��) Thể tích dung dịch glycol làm lạnh dịch chuyển ớng hình xuyến D1/d2: Vglycol= = =0,041(�3) Mglycol = �glycol × �glycol = 0,041 × 1015 = 41,62(��) Thể tích dung dịch đường houblon dịch chuyển ống d1/d2: Vdịch đường= = =0,116 (m3) Mdịch đường = �dịch đường × �dịch đường = 0,116 × 1048,31 = 121,60(��) 45 Khối lượng lưu thể tổng cộng dịch chuyển thiết bị mlưu thể = mnước + mglycol + mdịch đường = 80,03 + 41,62 + 121,60 = 243,25 (Kg) Khối lượng thiết bị lưu thể là: m tổng = mX18H10T + mlưu thể = 537,2 + 243,25 = 780,45 (Kg) Tải trọng tác động lên 01 chân đỡ (chọn z = 10) G= = = 765,62(N) Tra bảng –[II XIII.35-437] Ta có thơng số cấu tạo chân đỡ Ta có thơng số cấu tạo chân đỡ gần đúng: Chiều cao chân H = 276 (mm) Bê ̀ rộng chân B = 134 (mm) Đô ự̣ dày ống chân a = 23 (mm) Đô ự̣ rộng đáy chân L = 190 (mm) Đô ự̣ dày đê ́ chân S = 12,4 (mm) 4.2.6 Tính chọn lớp bảo ơn Để giảm tổn thất nhiệt lượng truyền môi trường giai đoạn làm lạnh ta sử dụng lớp cách nhiệt làm thủy tinh với thông số kỹ thuật Độ dày 20 mm, lớp cách nhiệt bao quanh ống ngồi, bơng thủy tinh loại T32 λbơng = 0,04 (W/m.độ) –[F 2.8-81] 4.2.7 Tính tốn cân lượng Tổng nhiệt lượng có ích để hạ nhiệt độ dịch đường từ 850C xuống 100C: Qcó ích = Q + Q’ = 310,13 + 204,98= 515,11 (kW) = 515,11 (kJ/s) ≈ 123,032 (kCal/s) (1 kcal/s = 4.186798 kJ/s; kJ/s = 0.238846 kcal/s) 46 Nhiệt tổn thất môi trường Nhiệt độ trung bình dòng dung dịch glycol có tf3 = 4,50C, α3 = 5460,19 (W/m2.K) Nhiệt độ môi trường xung quanh thiết bị chọn tkk = 300C, αkk = 23,3 (W/m2.K) – [F 2.13-84] Thiết bị có hệ sô dẫn nhiệt thép: λ X18H10T = 16,3 (W/m.độ), độ dày ống D1/D2 δống = (�2 − �1) = (52 − 48) = (��) = 0,2�10−2(�) – [D I.26-30] Lớp bảo ôn làm thủy tinh có Bề dày δbơng = 2x10-2 (m) Hệ số dẫn nhiệt λbơng = 0,04 (W/m.K) –[F 2.8-81] Đường kính lớp cách nhiệt Dbông= D2 + δbông = 0.052 + 0,02 = 0,072 (m) ql = [E 3.29-48] = = -17,15 (w/m) Nhiệt độ bề mặt ngồi lớp bơng cách nhiệt t6 �6 = ��� + q� × = 30 + (-17,15)= 26,750C – [E 3.29(4)-48] Tổn thất nhiệt giai đoạn làm lạnh cấp với chiều dài ống L = (m), N’ = 12 (ống) ��� = q� × N’ × � = −17,15 × 12 × = −823,2(W) ≈ - 0,197(kCal/s) Tổng nhiệt lượng cung cấp cho tồn q trình hạ nhiệt độ dịch đường từ 850C xuống 100C: �tổng = �có ích + ��� = 123,032+ 0,197 = 123,229 (kCal/s) 4.3 Tính chọn thiết bị phụ 47 4.3.1 Chọn bơm cho dung dịch đường houblon Lưu lượng dung dịch đường houblon cần bơm 30 phút có G = 5337,55 (Kg/h) Lưu lượng nước làm mát cần bơm: Q bơm2 = �2/�2=5337,55/ =6 (m3/h) ≈ 0,00167 (m3/s) Chọn chiều cao đường ống từ vị trí đặt bơm đến thiết bị có Hbơm1 = (m) Công suất yêu cầu bơm: �bơm1= I II.189– 439] = = 0,150 (kW) Trong đó: ρ1 = 1048,31 (kg/m3) khối lượng riêng dịch đường houblon g = 9,81 (m/s2) gia tốc trọng trường η = 0,8 hiệu suất bơm Công suất động điện �đc1=– [I II.190- 439] = = 0,185 (kW) Trong đó: - [I II.32- 439] ηtđ = 0,9 hiệu suất truyền động ηđc = 0,9 hiệu suất động Thường chọn cơng suất động lớn cơng suất tính tốn thừa số β = –[I II.33- 440] Vậy công suất động điện sử dụng là: �đc1c= β�đc1 = 0,185 = 0,37 (kW) Chọn bơm ly tâm có công suất động điện 0,4 – 0,5 (kW) 48 4.3.2 Chọn bơm cho nước làm mát: Lưu lượng nước làm mát cần bơm 30 phút có G2 = 5337,55 (Kg/h) Lưu lượng nước làm mát cần bơm: Q bơm1 = �1/�1=5337,55/ 988,07 = 5,40 (m3/h) = 0,0015 (m3/s) Chọn chiều cao đường ống từ vị trí đặt bơm đến thiết bị có Hbơm2 = (m) Cơng suất yêu cầu bơm: �bơm2= I II.189– 439] = = 0,127 (kW) Trong đó: ρ2 = 988,07 (kg/m3) khối lượng riêng nước g = 9,81 (m/s2) gia tốc trọng trường η = 0,8 hiệu suất bơm Công suất động điện �đc2=– [I II.190- 439] = = 0,157 (kW) Trong đó: - [I II.32- 439] ηtđ = 0,9 hiệu suất truyền động ηđc = 0,9 hiệu suất động Thường chọn công suất động lớn công suất tính tốn thừa số β = –[I II.33- 440] Vậy công suất động điện sử dụng là: �đc2c= β�đc2 = 0,157 = 0,314 (kW) Chọn bơm ly tâm có cơng suất động điện 0,35 – 0,4 (kW) 4.3.3 Chọn bơm cho dịch glycol: Lưu lượng dịch glycol cần bơm 30 phút có G3 = 8060,98 (Kg/h) 49 Lưu lượng dịch glycol cần bơm: Qbơm3 = �3/�3=8060,98/ 1015 = 7,94 (m3/h) = 0,0022 (m3/s) Chọn chiều cao đường ống từ vị trí đặt bơm đến thiết bị có Hbơm3 = (m) Cơng suất yêu cầu bơm: �bơm3= I II.189– 439] = = 0,1095 (kW) Trong đó: ρ3 = 1015 (kg/m3) khối lượng riêng dịch glycol g = 9,81 (m/s2) gia tốc trọng trường η = 0,8 hiệu suất bơm Công suất động điện �đc3=– [I II.190- 439] = = 0,135 (kW) Trong đó: - [I II.32- 439] ηtđ = 0,9 hiệu suất truyền động ηđc = 0,9 hiệu suất động Thường chọn công suất động lớn công suất tính tốn thừa số β = –[I II.33- 440] Vậy công suất động điện sử dụng là: �đc3c= β�đc3 = 0,135 = 0,270 (kW) Chọn bơm ly tâm có cơng suất động điện 0,30 – 0,4 (kW) 50 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1]-Sổ tay q trình thiết bị cơng nghệ hóa chất 1-Trần Xoa, Nguyễn Trọng Khuôn, Hồ Lê Viên, NXB Khoa Học Kỹ Thuật 1978 (I) [2]-Sổ tay trình thiết bị cơng nghệ hóa chất 2-TS Trần Xoa, TS Nguyễn Trọng Khuôn, TS Phạm Xuân Toản, NXB Khoa Học Kỹ Thuật 2006 (II) [3]-Các trình thiết bị cơng nghệ hóa chất thực phẩm – Phạm Xuân Toản, NXB Khoa Học Kỹ Thuật 2003 (III) [4]-Các q trình thiết bị cơng nghệ hóa chất thực phẩm 1Nguyễn Bin, NXB Khoa Học Kỹ Thuật 2004 (A) [5]-Thiết bị trao đổi nhiệt – Hồ Thị Ngân Hà (B) [6]-Gas, Dầu chất tải lạnh – PGS.TS Nguyễn Đức Lợi NXB GDVN, NXB Giáo Dục Việt Nam 2009 (C) [7]-Thiết bị truyền nhiệt truyền khối – Nguyễn Văn May, NXB Khoa Học Kỹ Thuật 2006 (D) [8]-Truyền nhiệt tính tốn thiết bị trao đổi nhiệt – PGS Hồng Đình Tín, NXB Khoa Học Kỹ Thuật 2001 (E) [9]-Kỹ thuật lạnh thực phẩm – TS Nguyễn Xuân Phương, NXB Khoa Học Kỹ Thuật 2006 (F) [10] – Tính tốn q trình thiết bị cơng nghệ hóa chất thực phẩm – Nguyễn Bin, NXB Khoa Học Kỹ Thuật 2004 [11] –Công nghệ sản xuất malt bia – PGS.TS Hồng Đình Hòa, NXB Khoa Học Kỹ Thuật 2002 [12] – Tính tốn thiết kế chi tiết thiết bị hóa chất dầu khí – Hồ 51 Lê Viên, NXB Khoa Học Kỹ Thuật 2006 [13] –Hướng dẫn thiết kế hệ thống lạnh – Nguyễn Đức Lợi, NXB Khoa Học Kỹ Thuật 2005 52 ... thuật lạnh vô cần thiết hữu ích Đề tài thiết kế hệ thống làm lạnh dịch houblon nhằm tìm hiểu tổng quan thiết bị sử dụng trao đổi nhiệt sử dụng thực tế Thơng qua tính toán chọn thiết bị trao đổi... hình vng + Thiết bị ngưng tụ ống lồng ống dạng hình elip + Thiết bị ngưng tụ dạng ống xoắn tròn 10 CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN VỀ NGUYÊN LIỆU Đồ án hướng tới làm lạnh dịch houblon mà dịch houblon chiếm... phút Để yên 20 phút dịch đường bơm sang thiết bị lạnh nhanh, dịch làm lạnh đến nhiệt độ lên men 100C, thời gian làm lạnh không vượt Sau làm lạnh xong dịch đường chuyển vào thiết bị lên men, cặn