TÌM HIỂU các THIẾT bị cô đặc BẰNG NHIỆT TÍNH TOÁN THIẾT kế hệ THỐNG cô đặc XOÀI NĂNG SUẤT 1000KGH (full file đính kèm)

Thiết bị cô đặc phòng đốt ngoài kiểu đứng Nguyên tắc làm việc: Dung dịch được đưa vào phòng đốt 1 liên tục và đi trong các ốngtruyền nhiệt, còn hơi đốt được đi vào trong phòng đốt và đ

BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP THỰC PHẨM

Đề tài: TÌM HIỂU CÁC THIẾT BỊ CÔ ĐẶC BẰNG NHIỆT

TÍNH TOÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG CÔ ĐẶC XOÀI NĂNG SUẤT

1000KG/H

THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH - NĂM 2017

ĐỒ ÁN MÔN HỌC KỸ THUẬT THỰC PHẨM

Họ và tên sinh viên : Trần Thị Thúy Hằng

Lớp: 05DHTP2

MSSV: 2005140135

Ngành: Công Nghệ Thực Phẩm

I Đầu đề đồ án ( Tên đồ án )

Tìm hiểu các thiết bị cô đặc bằng nhiệt

Tính toán và thiết kế hệ thống cô đặc xoài công suất 1000 kg/h

II Nhiệm vụ đồ án ( nội dung yêu cầu và số liệu ban đầu ):

thiết kế hệ thống cô đặc xoài công suất 1000 kg/h

1.1 Cơ sở lý thuyết của thiết bị chính

1.2 Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình chính

1.3 Các thiết bị và mô tả đặc tính của từng thiết bị

1.4 Các tài liệu tham khảo và website

PHẦN 2 TÍNH TOÁN VÀ BỐ TRÍ THIẾT BỊ

2.1 Các thông số ban đầu và lựa chọn tiêu chuẩn

2.2 Sơ đồ công nghệ và giải thích công nghệ

2.3 Tính toán cho thiết bị chính

2.4 Sơ đồ thiết bị và giải thích thiết bị

2.5 Sơ đồ bố trí mặt bằng và diễn giải

2.6 Bảng dự trù các thiết bị trong nhà máy

2.7 Tài liệu tham khảo (dùng Endnote)

PHỤ LỤC 1 CÁC TÀI LIỆU THAM KHẢO (Dạng các bài báo khoa học)

PHỤ LỤC 2 BẢN VẼ THIẾT BỊ CHÍNH (Bản in A3 - Autocad kèm theo đúng tiêuchuẩn vẽ kỹ thuật)

IV Các bản vẽ và đồ thị ( loại và kích thước bản vẽ ):

1 bản vẽ A1 sơ đồ thiết bị của quy

………

………

………

………

……

………

……

………

……

Điểm:……… Chữ ký : ………

Điểm tổng kết: ………

PHIẾU THEO DÕI TIẾN ĐỘ THỰC HIỆN ĐỒ ÁN MÔN HỌC: KỸ THUẬT THỰC PHẨM

Sinh viên thực hiện đồ án: Trần Thị Thúy Hằng Ký tên:……….

Cán Bộ hướng dẫn : TS.Trần Lệ Thu Tên đồ án: Tìm hiểu các thiết bị cô đặc bằng nhiệt Tính toán và thiết kế hệ thống cô đặc xoài công suất 1000 kg/h STT Ngày Nội dung hướng dẫn CBHD ký tên 01 02 03 04 04 06 07 08 09 10 11 12 MỤC LỤC LỜI NÓI ĐẦU 2

PHẦN 1 TỔNG QUAN 3

1.1 Cơ sở lý thuyết của thiết bị chính 3

1.2 Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình chính 10

1.3 Các thiết bị và mô tả đặc tính của từng thiết bị 13

1.4 Các tài liệu tham khảo và website 14

PHẦN 2 TÍNH TOÁN VÀ BỐ TRÍ THIẾT BỊ 15

2.1 Các thông số ban đầu và lựa chọn tiêu chuẩn 15

2.2 Sơ đồ công nghệ và giải thích công nghệ 15

2.2.1 Sơ đô công nghệ 15

2.2.2 Giải thích công nghệ: 16

2.3 Tính toán cho thiết bị chính 18

2.3.1 Cân bằng vật chất và năng lượng: 18

2.3.2 Các thông số kỹ thuật : 27

2.3.3.Kích thước thiết bị 32

2.3.3 Tính cơ khí 35

2.4 Thiết bị phụ 50

2.5 Sơ đồ thiết bị và giải thích thiết bị 64

2.6 Sơ đồ bố trí mặt bằng và diễn giải 67

2.7 Bảng dự trù các thiết bị 68

2.7 Tài liệu tham khảo 70

LỜI NÓI ĐẦU

Trong kế hoạch đào tạo đối với sinh viên năm thứ tư, môn học Đồ án kỹ thuật thực phẩm

là cơ hội tốt cho việc hệ thống kiến thức về các quá trình và thiết bị của công nghệ thựcphẩm Bên cạnh đó, môn này còn là dịp để sinh viên tiếp cận thực tế thông qua việc tínhtoán, thiết kế và lựa chọn các chi tiết của một thiết bị với các số liệu cụ thể, thông dụng Côđặc chân không hệ thống 3 nồi xuôi chiều dung dịch xoài là đồ án được thực hiện dưới sựhướng dẫn trực tiếp của TS Trần Lệ Thu giảng viên khoa công nghệ thực phẩm trườngCNTP Thành phố Hồ Chí Minh Người viết xin chân thành cảm cô Trần Lệ Thu cũng nhưcác thầy cô trong khoa thực phẩm nói chung và bộ môn kỹ thuật thực phẩm nói riêngvànhững người bạn đã nhiệt tình giúp đỡ trong quá trình thực hiện Vì Đồ án kỹ thuật thựcphẩm là đề tài lớn đầu tiên mà một sinh viên đảm nhận nên thiếu sót và hạn chế trong quátrình thực hiện là không tránh khỏi Do đó, người viết rất mong nhận được thêm góp ý, chỉdẫn từ thầy cô giáo và bạn bè để củng cố và mở rộng kiến thức chuyên môn

PHẦN 1 TỔNG QUAN

1.1 Cơ sở lý thuyết của thiết bị chính

1.1.1 Khái quát về cô đặc

Cô đặc là phương pháp dùng để nâng cao nồng độ các chất hoà tan tổng dung dịch haihay nhiều cấu tử Quá trình cô đặc của dung dịch lỏng- rắn hay lỏng-lỏng có chênhlệch nhiệt độ sôi rất cao thường được tién hành bằng cách tách một phần dung môi(cấu tử dễ bay hơi hơn) Đó là các quá trình vật lý- hoá lý Tuỳ theo tính chất của cấu

tử khó bay hơi (hay không bay hơi trong quá trình đó), ta có thể tách một phần dungmôi (cấu tử dễ bay hơi hơn) bằng phương pháp nhiệt độ (đun nóng) hay làm lạnh bằngphương pháp kết tinh

Các phương pháp cô đặc

Phương pháp nhiệt (đun nóng): Dung môi chuyển từ trạng thái lỏng sang trạng thái hơidưới tác dụng của nhiệt khi áp suất riêng phần của nó bằng áp suất tác dụng lên mặtthoáng chất lỏng

Phương pháp lạnh: Khi hạ thấp nhiệt độ đến một mức nào đó thì một cấu tử sẽ tách radạng tinh thể đơn chất tinh khiết, thường là kết tinh dung môi để tăng nồng độ chất tan.Tùy tính chất cấu tử và áp suất bên ngoài tác dụng lên mặt thoáng mà quá trình kết tinh

đó xảy ra ở nhiệt cao hay thấp và đôi khi phải dùng đến máy lạnh

1.1.2 Bản chất của sự cô đặc do nhiệt

Để tạo thành hơi( trạng thái tự do) thì tốc độ chuyện động vì nhiệt của các phân tử chấtlỏng gần mặt thoáng lớn hơn tốc độ giới hạn Phân tử khi bay hơi sẽ thu nhiệt để khắcphục lực liên kết ở trạng thái lỏng và trở lực bên ngoài Do đó, ta cần cung cấp nhiệt đểcác phần tử đủ năng lượng thực hiện quá trình này

Bên cạnh đó sự bay hơi chủ yếu do các bọt khí hình thành trong quá trình cấp nhiệt vàchuyển động liên tục, do chênh lệch khối lượng riêng các phần tử ở trên bề mặt vàdưới đáy tạo nên sự tuần hoàn tự nhiên trong nồi cô đặc Tách khong khí và lắng keo(protit) sẽ ngăn được sự tạo bọt khi cô đặc

1.1.3 Các thiết bị cô đặc nhiệt

 Cấu tạo về thiết bị cô đặc nhiệt

Các loại thiết bị cô đặc đun nóng bằng hơi được dùng phổ biến, gồm hai phầnchính:

a) Bộ phận đun sôi dung dịch ( phòng đốt)trong đó bố trí bề mặt truyền nhiệt để đunsôi dung dịch

b) Bộ phận bốc hơi (phòng bốc hơi ) là một phòng trống, ở đây hơi thứđược tách khỏihỗn hợp lỏng-hơi của dung dịch sôi (khác với thiết bị chỉ cóphòng đốt)

Có thể cấu tạo thêm bộ phận phân ly hơi-lỏng ở trong phòng bốc hơi hoặc ở trên ốngdẫn hơi thứ, để thu hồi các hạt dung dịch bị hơi thứ mang theo với yêu cầu đơn giản,gọn, chắc, dễ chế tạo, sửa chữa, lắp ráp, các chi tiết phải quychuẩn hoá, giá thành rẻ Yêu cầu kỹ thuật của thiết bị:

Chế độ làm việc ổn định, ít bám cặn, dễ làm sạch, dễ điều chỉnh và kiểmtra

Cường độ truyền nhiệt lớn( hệ số truyền nhiệt K lớn)

Phân loại thiết bị:

-Theo sự bố trí bề mặt truyền nhiệt: nằm ngang, thẳng đứng,loại nghiêng;

-Theo cấu tạo bề mặt truyền nhiệt: vỏ bọc ngoài, ống xoắn, ống chùm;

-Theo chất tải nhiệt: đun nóng bằng dòng điện, bằng khói lò, bằng hơinước, bằng chấttải nhiệt đặc biệt;

Ttheo tính chất tuần hoàn của dung dịch: tuần hoàn tự nhiên, tuần hoàn cưỡng bức

Phía trên phòng đốt là phòng bốc hơi trong đó có bộ phận tách bọt dùng để tách cácgiọt lỏng do hơi thứ mang theo.

- Ưu điểm: cấu tạo đơn giản, dễ sửa chữa và làm sạch.

- Nhược điểm: tốc độ tuần hoàn bị giảm vì ống tuần hoàn cũng bị đun nóng.

Thiết bị cô đặc phòng đốt ngoài kiểu đứng

Nguyên tắc làm việc: Dung dịch được đưa vào phòng đốt 1 liên tục và đi trong các ốngtruyền nhiệt, còn hơi đốt được đi vào trong phòng đốt và đi ở khoảng giữa ống truyềnnhiệt với vỏ thiết bị để đun sôi dung dịch Dung dịch tạo thành hỗn hợp hơi lỏng đi quaống 3 vào phòng bốc hơi 2, ở đây hơi thứ tách ra đi lên phía trên, còn dung dịch đi theoống tuần hoàn 5 trộn lẫn với dung dịch mới đi vào phòng đốt Khi nồng độ dung dịch

đạt yêu cầu được trích một phần ra ở đáy phòng bốc làm sản phẩm, đồng thời liên tục

bổ xung dung dịch mới vào thiết bị Do chiều dài ống truyền nhiệt lớn nên cường độtuần hoàn lớn và cường độ bốc hơi lớn

- Ưu điểm: năng suất cao,

- Nhược điểm: Cồng kềnh, tốn nhiều vật liệu chế tạo.

Thiết bị cô đặc phòng đốt ngoài kiểu nằm ngang

Nguyên lý làm việc: Dung dịch được đưa vào thiết bị và đi vào ống truyền nhiệt chữ u

từ trái sang phải ở nhánh dưới lên nhánh trên rồi lại chảy về phòng bốc ở trạng thái sôi,dung môi tách ra khỏi dung dịch bay lên qua bộ phận tách giọt và ra ngoài, còn nồng

độ dung dịch tăng dần tới nồng độ yêu cầu.sau đó tháophần dung dịch ra làm sản phẩm

và tiếp tục cho dung dịch mới vào thực hiện một mẻ mới

- Ưu điểm: Phòng bốc có thể tách ra khỏ phòng đốt dễ dàng để làm sạch và sửa

chữa

- Nhược điểm: Cồng kềnh, cấu tạo phức tạp làm việc gián đoạn, năng suất thấp.

Thiết bị cô đặc tuần hoàn cưỡng bức

Nguyên tắc làm việc:

Dung dịch được bơm đưa vào phòng đốt liên tục và đi trong các ống trao đổi nhiệt từdưới lên phòng bốc, còn hơi đốt được đưa vào phòng đốt ở khoảng giữa các ống truyềnnhiệt với vỏ thiết bị Dung dịch được đun sôi trong ống truyền nhiệt với cường độ sôicao và lên phòng bốc Tại bề mặt thoáng dung dịch ở phòng bốc, dung môi tách ra baylên và đi qua bộ phận tách giọt rồi sang thiết bị ngưng tụ baromét, còn dung dịch trởlên đậm đặc hơn trở về ống tuần hoàn ngoài trộn lẫn với dung dịch đầu tiếp tục đượcbơm đƣa vào phòng đốt Khi dung dịch đạt nồng độ yêu cầu thì ta luôn luôn lấy mộtphần dung dịch ra ở đáy phòng bốc ra làm sản phẩm Tốc độ dung dịch trong ốngtruyền nhiệt khoảng từ 1,5 đến 3,5 m/s do đó hệ số cấp nhiệt lớn hơn tuần hoàn tựnhiên từ 3 đến 4 lần và có thể làm việc trong điều kiện nhiệt độ hữu ích nhỏ từ 3 đến 5

độ vì cường độ tuần hoàn chỉ phụ thuộc vào năng suất của bơm

- Ưu điểm: Năng suất cao cô đặc được những dung dịch có độ nhớt lớn mà tuần

hoàn tự nhiên khó thực hiện

- Nhược điểm: Tốn nhiều năng lượng cung cấp cho bơm.

1.1.4 Lựa chọn thiết bị cô đặc

Chọn thiết bị cô đặc chảy màng- màng chảy xuôi, ống dài, buồng đốt trong, hệ thống 3nồi, xuôi chiều, liên tục

Nguyên lí làm việc:

Dung dịch được đưa từ đáy phòng đốt vào trong các ống trao đổi nhiệt với mức chấtlỏng chiếm khoảng từ 1/4 đến 1/5 chiều cao của ống truyền nhiệt Hơi đốt đi vàophòng đốt ở khoảng giữa các ống truyền nhiệt với vỏ thiết bị, dung dịch được đun sôivới cường độ lớn và hơi thứ tách ra ngay trên bề mặt thoáng của dung dịch ở trong ốngtruyền nhiệt và hơi chiếm hầu hết tiết diện của ống và chuyển động từ dưới lên với vậntốc rất lớn khoảng 20 m/s kéo theo màng chất lỏng ở bề mặt ống cùng đi lên, và màngchất lỏng đi từ dưới lên tiếp tục bay hơi làm nồng độ dung dịch tăng lên dần đến miệngống là đạt nồng độ cần thiết, hơi thứ đi lên đỉnh tháp qua bộ phận tách giọt sang thiết

bị ngƣng tụ barômét, còn dung dịch chảy xuống ống tuần hoàn ngoài và một phầnđược lấy ra làm sản phẩm, một phần về trộn lẫn với dung dịch đầu tiếp tục đi vàophòng đốt Hoặc có thể tháo hoàn toàn dung dịch đậm đặc làm sản phẩm khi chênhlệch giữa nồng độ đầu và cuối yêu cầu không lớn Thiết bị này có hệ số truyền nhiệtlớn khi mức chất lỏng thích hợp, nếu mức chất lỏng quá cao thì hệ số truyền nhiệtgiảm vì tốc độ chất lỏng giảm, ngƣợc lại nếu mức chất lỏng quá thấp thì phía trên sẽ bịkhô, khi đó quá trình cấp nhiệt ở phía trong ống nghĩa là quá trình cấp nhiệt từ thànhống tới hơi chứ không phải lỏng do đó hiệu quả truyền nhiệt giảm đi nhanh chóng

Ưu điểm:

Hệ thống cô đặc ở áp suất không cao, nhiệt độ sôi không cao thich hợp để cô đặc dungdịch dễ biến tính, tránh hư hỏng sản phẩm phù hợp với dung dịch thực phẩm, chứađường và một số vitamin

Dùng hệ cô đặc 3 nồi nên tiết kiệm được chi phí hơi đốt do tận dụng hơi thứ của nồitrước làm hơi đốt nồi sau

Cô đặc dạng màng lưu chất chỉ dàn đều trong ống và bốc hơi nhẹ nhàng Sử dụng ốngdài giúp tăng thời gian lưu để bốc hơi được tốt hơn, dung dịch chảy màng qua bề mặt 2truyền nhiệt 1 lần nên tránh được tác dụng nhiệt độ lâu làm biến tính dung dịch

Nồng độ xoài ở đây thực chất là nồng độ đường vì sau khi ép nước xoài nồng độđường là lớn nhất, nồng độ các chất khác rất nhỏ coi như mức ảnh hưởng không đáng

kể Tuy nhiên việc muốn giữ lại các chất đó sau cô đặc xong ta phải quan tâm đếnnhiệt độ quá trình Đồng thời việc chảy xuôi chiều giúp nhiệt độ không cao quá ở phầncuối để làm biến tính dung dịch do sự quá nhiệt cục bộ

Hệ số truyền nhiệt lớn

Áp suất thuỷ tĩnh nhỏ, do đó tổn thât thuỷ tĩnh bé

1.2 Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình chính

Được chia làm 3 nhóm sau:

 Tác động nhiễu cho phép ổn định:

 Lưu lượng, nhiệt độ dòng nhập liệu: Gđ, tđ

 Áp suất của hơi đốt: Pđ

Đây là các yếu tố ta có thể kiểm soát được chúng, có thể định được chúng

Đối với dòng nhập liệu các thông số cơ bản lưu lượng, nồng độ, nhiệt độ, sẽ có ảnhhưởng đến chất lượng dòng sản phẩm, cũng như ảnh hưởng đến diễn bién của quátrình cô đặc

Ảnh hưởng của dòng lưu lượng nhập liệu:

Nếu lưu lượng như ta đã tính là 1000kg/h và các yếu tố khác đều ổn định thì quá trình

cô đặc xảy ra đúng như ta dự đoán, chất lượng dòng thành phẩm được bảo đảm

Nhưng nếu:

Nhỏ hơn 1000kg/h ( trong khoảng cho phép): quá trình cô đặc xảy ra nhanh, có thểkhông đủ dung dịch cho quá trình cấp nhiệt của hơi đốt, điều này có thể ảnh hưởng sựsôi trong nồi, hơi bốc lên nhiều, ảnh hưởng đến độ chân không, ành hưởng đến chấtlượng sản phẩm trong trường hợp xấu nhất tức là khi lưu lượng quá ít có thể gây cháyống truyền nhiệt, cháy sản phẩm, kết quả là quá trình cô đặc sẽ không diễn ra nhưmong muốn

Lớn hơn 1000kg/h ( trong khoảng cho phép): lúc này lượng nhiệt do bốc hơi đốt cầncấp sẽ ko đủ để làm bay hơi dung môi, nồng độ dòng thành phẩm không đạt, vì ở đâydung dịch chỉ chảy qua dàn ống 1 lần không có tuần hoàn trở lại nên nếu lưu lượngnhiều hơn khi ta tính toán thì lượng nhiệt không đủ đua dung dịch đến nồng độ đếnnồng độ mong muốn trường hợp xấu nhất là khi lưu lượng quá lơn sẽ ngập trong cácống truyền nhiệt, giảm khoảng không gian bốc hơi, ảnh hưởng đến quá trình bốc hơi,quá trình cô đặc không diễn ra được

1.2.1 Ảnh hưởng của nhiệt độ nhập liệu:

Quá trình cô đặc chủ yếu là dựa vào đặc tính sôi của dung dịch hay dựa vào đặc tínhnhiệt độ Do đó yếu tố nhiệt độ là có ảnh hưởng nhiều đến quá trình cô đặc theo tínhtoán nhiệt độ dòng nhập liệu khi vào tháp là 114,72 oC thì sự sôi xảy ra Mặc dù đã cógia nhiệt ban đầu cho dòng nhập nhiệu, nhưng thiết bị gia nhiệt cũng là đối tượngcông nghệ, cũng ảnh hưởng các yếu tố bên ngoài, cụ thểở đây là nhiệt độ dòng nhậpliệu tại bồn chứa Do khong xét đến thiết bị gia nhiệt cho nên ta xem như chỉ xét nhiệt

độ dòng nhập liệu sau khi ra khỏi thiết bị gia nhiệt.:

Nếu thấp hơn 114,72 oC: dung dịch sẽ ko sôi khi vào nồi, ta lại phải tốn nhiệt của hơiđốt, nhưng do đặc điểm của thiết bị là dung dịch chỉ chảy qua một lần từ trên xuốngkhi đi hết chiều cao của ống truyền nhiệt, ảnh hưởng đến chất lượng dòng thành phẩm(nồng độ thấp hơn)

Nếu nhiệt độ cao hơn trong khoảng cho phép thì không ảnh hưởng nhiều đến quá trình

cô đặc

Đối với hơi đốt vì sử dụng hơi nước bảo hoà để cấp nhiệt cho nên thông số áp suất là

có ảnh hưởng nhiều nhất đến hiệu quả truyền nhiệt, lưu lượng đốt cũng ảnh hưởngnhưng không nhiều

1.2.2 Ảnh hưởng của áp suất:

Nếu áp suất thấp tức nhiệt độ hơi đốt thấp sẽ có ảnh hưởng lớn hiệu suất truyền nhiệt,không đủ nhiệt lượng để cung cấp cho dung dịch sôi, nồng độ dung dịch không đạt,cho dù ta có tăng lưu lượng hơi đốt lên cũng không thể đáp ứng đủ cho quá trìnhtruyền nhiệt vì động lực của quá trình truyền nhiêtk là do chênh lệch nhiệt độ của haidòng “nống” và “ lạnh”

Nếu áp suất cao: nếu cao ở mức cho phép thì không ảnh hưởng nhiều nhưng nếu quácao sẽ ảnh hưởng đến thiết bị, do tạo áp lực cao bề dày buồng đốt sẽ không đáp ứngđược tính bền từ đó dẫn đến hư hỏng thiết bị, nghiêm trọng có thể gây cháy nổ do đókhi sử dụng hơi đốt người ta thường phải kiểm tra áp lực để tránh gây tai nạn chếtngười

1.2.3 Ảnh hưởng của lượng hơi đốt:

Yếu tố nay không ảnh hưởng nhiều nếu lưu lượng thấp sẽ không đủ hơi cấp nhiệt chodung dịch Nếu lưu lượng cao thì không ảnh hưởng nhiều nhưng như vậy sxe gây tổnthất nhiệt, cũng có thể làm tăng áp lực cho buồng đốt

Tác động nhiều kiểm soát được nhưng không thể ổn định

Ảnh hưởng của nồng độ dòng nhập liệu:

Nồng độ dòng nhập liệu ban đầu là 10 brix khi tính toán ta đã cho ra nồng độ này ổnđịnh do đó khi vào trong nồi sự sôi sẽ xảy ra nhưng nếu:

Nồng độ nhỏ hơn 10birx: sự sôi vẫn diễn ra (trong khoảng cho phép), nhưng nếu quánhỏ thì nồng độ sản phẩm sẽ không đạt yêu cầu

Nồng độ lớn hơn 10 brix: dòng nhập liệu vào nồi không sôi được, phải tốn thêm mộtlượng nhiêtk để nâng nhiệt độ dòng lên khi đó quá trình cô đặc mới diễn ra Điều này

sẽ gây tổn thất nhiệt của hơi đốt, và làm tăng nồng độ của dòng sản phẩm

Tác động không kiểm soát được:

Các thông số này ta không thể kiểm soát được, khi tính toán ta chỉ dựa theo kinhnghiệm, các thông thức thực nghiệm để tính toán do đó không thể chính xác được,

khong thể tránh khỏi sai số lớn.Ta có thể xét đến hai thông số có ảnh hưởng nhiều đếnquá trình cô đặc:

Xét hệ số truyền nhiệt K:

Khi tính toán ta dựa theo công thức, các thông số từ thực nghiệm do đó không thểchính xác được Theo thời gian lớp cáu tăng lên sẽ ảnh hưởng đến hệ số K và sẽ ảnhhưởng đến hiệu suất truyền nhiệt của hơi đốt, ảnh hưởng đến chất lượng dòng thànhphẩm thông số này ta không thể kiểm soát, điều chỉnh được

1.3 Các thiết bị và mô tả đặc tính của từng thiết bị

 Thiết bị chính:

Nồi cô đặc dạng màng (đặc tính mô tả ở trên)

Các hãng có thiết bị tương ứng: Công ty TNHH JCEM Việt Nam , JIMEN Việt Nam,công ty cổ phần công nghệ Minh Đức,…

 Thiết bị phụ:

Thiết bị ngưng tụ baromet (được trình bày ở phần thiết bị phụ)

Các hãng có thiết bị tương ứng: Công ty cổ phần tập đoàn Hải Âu Việt Nam, Công tytrách nhiệm hữu hạn thiết bị điện lạnh Shanghai Wanxiang, …

Thùng cao vị

Bơm nhập/ tháo liệu

Bơm chân không

Thiết bị gia nhiệt dạng ống chùm

Cấu tạo – nguyên lí hoạt động

Thiết bị gồm có vỏ hình trụ, hai đầu lắp lưới ống, các ống truyền nhiệt được lắp chặtvào lưới ống Một chất tải nhiệt đi trong các ống truyền nhiệt, còn chất tải nhiệt kia đivào khoảng trống giữa ống và vỏ Hơi bão hoà truyền nhiệt ngưng tụ chảy thànhmàng ra ngoài

- Ưu điểm: chắc chắn, gọn, tốn ít kim loại, dễ làm sạch ở phía trong ống

- Nhược điểm: khó làm sạch khoảng không gian trống giữa vỏ và ống truyền nhiệt,khó chế tạo bằng những vật liệu không nông và hàn được (như thép, gang, silic,…)

1.4 Các tài liệu tham khảo và website

[1].https://www.slideshare.net/thietbivpm/t-hiet-b-che-bien-dua

[2] Giáo trình công nghệ chế biến rau quả- Đặng Thị Yến

[3].Giáo trình công nghệ chế biến rau quả- Lê Văn Việt Mẫn

[4].Tài liệu.vn.org

Áp suất hơi đốt đi vào nồi I: P1= 1atm

Áp suất hơi thứ đi vào thiết bị ngưng tụ Pnt=0,1 atm2.2 Sơ đồ công nghệ và giải thích công nghệ

2.2.1 Sơ đồ công nghệ

2.2.2 Giải thích công nghệ:

vì mô và thành tế bào chứa nhiều prôtpectin Quả quá chín thì mô quá mềm,protopectin chuyển thành pectin có thể có mùi úng.

Có thể sử dụng quả có khuyết tật vòng ngoài võ nhưng bên trong lành lặn và khôngảnh hưởng tới chất lượng dịch quả Kích thướt và hình dáng quả cũng ít ảnh hưởngđến chất lượng nước quả, nên trong sản xuất không quy định về kích thướt và hìnhdáng quả

 Phân loại:

Mục đích: chuẩn cho quá trình bổ quả tách hạt

Phân loại, loại trừ những quả không đủ quy cách, sâu bệnh, men mốc, thối hỏng.Phân chia nguyên liệu đồng đều về kích thướt, hình dạng, màu sắc, độ chín

Mục đích công nghệ: chuẩn bị cho quá trình bổ quả và tách hạt

Nhằm loại trừ các tạp chất cơ học như đất, cát, bụi và làm giảm lượng vi sinh vật ởngoài vỏ nguyên liệu

Tẩy sạch một số chất hoá học gây độc hại được dùng trong kỹ thuật nông nghiệpnhư phân trừ sâu, thuốc bảo vệ thực vật,…

Rửa lần 1: Rửa bằng nước giếng khoang đã qua xử lí

Dùng máy rửa có sụt khí

Mục đích: loại bỏ đất, vi sinh vật bám trên trái

Rửa 2: rửa bằng nước clorin 5ppm

Thời gian ngâm : 8-10 phút

 Bổ quả, tách hạt:

Mục đích công nghệ: chuẩn bị

Nhằm loại bỏ phần không sử dụng đuợc, giá trọ dinh dưỡng thấp, có thể ảnh hưởngxấu đến chất lượng sản phẩm

Yêu cầu:

Đảm bảo vệ sinh, tránh thất thoát và bị dập nguyên liệu, làm giảm giá trị sản phẩm.Vết cắt ngọt, không bị dập, ít phần bỏ Vì vậy yêu cầu dao phải bén, công nhân lànhnghề

Lần 2: lọc ly tâm: loại bỏ thịt quả nhỏ, chấm đen, loiạ bỏ tối đa pectin tránh làmdung dịch đục trong quá trình cô đặc.

 Gia nhiệt

Nâng nhiệt độ của dung dịch xoài đến nhiệt độ sôi

Thiết bị gia nhiệt

 Cô đặc

Mục đích:

Khai thác: nhằm tăng brix dịch qua rtheo mong muốn

Bảo quản: tăng nồng độ dung dịch nên hạn chế sự phát triển của vi sinh vật và kéodài thời gian bảo quả

Nồi 1: 65-70oC

Nồi 2: 60-63oC

Nồi 3: 55 ÷ 62 oC

Đóng túi tiệt trùng Aseptic

Máy đóng túi 2 đầu đóng, tui bằng bạc Aseptic tiệt trùng

Lưu kho bảo quản

Nhiệt độ bảo quản: 4-8 oC

2.3 Tính toán cho thiết bị chính

2.3.1 Cân bằng vật chất và năng lượng:

Kí hiệu đơn vị ý nghĩa

%KL

%KLkJ/kg.WkJ/kgkJ/kgkJ/kg.độkJ/kgkJ/kgatat

entaphi của hơi

ẩn nhiệt ngưng tụnhiệt dung riêngnhiệt lượng tổn thấtnhiệt cô đặc

áp suấtchênh lệch áp suấtnhiệt độ

chenh lệch nhiệt độnhiệt độ trung bình của dung dịchnhiệt độ của dung dịch

nhiệt độ nước ngưng

độ ẩm của hơi bão hoàkí hiệu ứng với đầu ra của nồi 1kí hiệu ứng với đầu ra của nồi 2kí hiệu ứng với đầu ra của nồi 3kí hiệu ứng với nhập liệu

kí hiệu ứng với hơi thứkí hiệu ứng với hơi đốt

 Sơ đồ

1 Chọn tỷ lệ ơi thứ W1 :W2 =m

2 Tính W1,W2,G,x

B1: Chọn tỷ lệ hiệu áp suất: ΔPp1: ΔPp2 =a, ΔPp2= ΔPP;

B2: Tính ra áp suất tại mỗi nồi p1,p2, p3, pw1, pw2, pw3;

B3: Xác định nhiệt độ tại mỗi nồi t1, t2, t3, tw1, tw2, tw3;

B4: Xác định nhiệt độ tổn thất cho mỗi nồi;

B5: Xác định nhiệt độ sôi của mỗi nồi;

B6: Xác định nhiệt độ chênh lệch hữu ích mỗi nồi;

B7: Kiểm tra điều kiện:

|∆ t hi−∆ t hi+1|

max(∆ t hi , ∆ t hi+1)≤5 %

3 Nếu điều kiện thỏa thì ngừng, nếu điều kiện không thỏa thì lặp lại từ B1

4 Tính lại W1, W2, W3,D theo phương trình cân bằng của nồi 1, nồi 2, nồi 3

5 Kiểm tra điều kiện:

W=max W CBVC−W CBNL

(W CBVC , W CBNL) ≤ 5%

Nếu điều kiện đạt được thì ta tính tiếp, nếu không đạt được thì ta lặp lại từ B1

2.3.1.1 Cân bằng vật chất

 Đối với cả hệ thống:

Năng xuất nhập liệu: Gđ= 1000kg/h

 Đối với từng nồi:

Để đảm bảo việc dùng toàn bộ hơi thứ các nồi trứơc cho các nồi sau Chọn tỷ lệ hơi

2.3.1.2 Xác định áp suất và nhiệt độ mỗi nồi:

 Gọi P1,P2,P3,Pnt là áp suất hơi đốt trong các nồi I,II,III, và thiết bị ngưng tụ

Áp suất hơi đốt đi vào nồi I: P1= 0,65at

Áp suất hơi thứ đi vào thiết bị ngưng tụ Pnt=0,1 at

 ΔPP : Hệ số áp suất cho cả hệ thống cô đặc:

ΔPP= P1- P3 =0,65 – 0,111 = 0,54at

Gỉa sử sự giảm áp xảy ra giữa các nồi là không bằng nhau và giảm theo tỷ lệ sau:

Trong nồi 3: Pw3 = Pw2- ΔPP2= 0,35 – 0,23 =0,11 atm

 Gọi tD1, tD2, tD3, tDnt là nhiệt độ hơi đốt đi vào nồi 1, nồi 2, nồi 3 và thiết bị ngưng tụGọi tw1, tw2, tw3 là nhiệt độ hơi thứ ra khỏi nồi 1, nồi 2, nồi 3

Chọn tổn thất nhiệt trên đường ống dẫn hơi thứ ΔP‴=1oC Do đó : tDi+1=tWi- 1

Tra bảng I.251_Sổ tay QTTB_Tập 1/315-[1] Ta được:

Bảng 1:

P1 (atm) t1 (oC) P2 (atm) t2(oC) P3 (atm) t3 (oC) Pnt (atm) tnt

Ta sử dụng công thức Tisenco: ΔP’=ΔP’f=ΔPo’*16,2*¿ ¿

Trong đó: ΔP’ là tổn thất nhiệt độ theo nồng độ %kl

ts là nhiệt độ sôi của dung môi ở áp suất đã cho, oC

r là ẩn nhiệt hóa hơi của dung môi ở áp suất làm việc ,J/kg

c Tổn thất nhiệt độ do trở lực thủy học trên đường ống(ΔP‴)

Thường chấp nhận tổn thất nhiệt ddj trên các đoạn ống dẫn hơi thứ từ nồi này sangnồi nọ và từ nồi cối đến thiết bị ngưng tụ là 1oC Nên: ΔP‴1= ΔP‴2= ΔP‴3=1oC suy raΔP‴=3oC

d Tổn thất chung cho toàn hệ thống:

Bảng 5:

2.3.1.4 Tính nhiệt lượng riêng, nhiệt dung riêng:

a Nhiệt lượng riêng:

- I là nhiệt lượng riêng của hơi đốt, J/kg

- i là nhiệt lượng rieng của hơi thứ ,J/kg

Tra bảng I-250/T313-[1]

Bảng 7:

I(J/kg) 2677,56 103 2655,52.103 2628,34.103i(J/kg) 2657,32.103 2630,29.103 2587,56.103

b Nhiệt dung riêng:

Thành phần chủ yếu trong xoài là đường saccarzo ( C12H22O11)

Cht =12.11700+22.1800+11.25100342 =1251

- Nhiệt dung riêng của dung dịch xoài trước khi cô đặc:

Sơ đồ tính toán cân bằng nhiệt lượng trong dây chuyền

-D1, D2, D3 là lượng hơi đốt vào nồi 1,2,3 (kg/h)

-Gđ,Gc là lượng dung dịch cuối và đầu hệ thống(kg/h )

-W1, W2,W3 là lượng hơi thứ bốc ra ở nồi 1,2,3 (kg/h)

-C1, C2, C3 là nhiệt dung riêng của dung dịch trong nồi 1,2,3( J/kg.độ)

-Cđ, Cc là nhiệt dung riêng cả dung dịch vào và ra (J/kg.độ)

-I1, I2, I3 là hàm nhiệt của hơi đốt nồi 1,2,3 (J/kg)

-i1,i2, i3 là hàm nhiệt của hơi thứ nồi 1,2,3 (J/kg)

-t1, t2, t3 là nhiệt độ sôi của dung dịch nồi 1,2,3 ở Ptb (oC)

-tđ, tc là nhiệt độ đầu cuối cua dung dịch(oC)

-θ1 ,θ2 ,θ3 là nhiệt độ nước ngưng nồi 1,2,3 ( oC)

-Qu1, Qu2, Qu3 là nhiệt tỏn thất ra môi trường nồi 1,2,3 (J)

Phương trình cân bằng nhiệt lượng ∑Qvào= ∑Qra

Bảng 9:

Nồi 1 Vào Dung dịch đầu mang vào Gđ.Cđ.tđ

Hơi đốt mang vào D1.I1

Dung dịch mang ra (Gđ-W1).C1.t1Nước ngưng mang ra D1Cn1θ1Tổn thất nhiệt chung 1 Qtt1=0,05D1I1Nồi 2 Vào Dung dịch ( ở nồi 1) mang vào (Gđ-W1).C1.t1

Hơi đốt mang vào D2.I2

Dung dịch mang ra (Gđ-W1-W2).C2.t2Nước ngưng mang ra D2Cn2θ2

Tổn thất nhiệt chung 2 Qtt1=0,05D2I2Nồi 3 Vào Dung dịch ( ở nồi 2) mang vào (Gđ-W1-W2).C2.t2

Hơi đốt mang vào D3.I3

Dung dịch mang ra (Gđ-W1-W2-W3).C3.t3Nước ngưng mang ra D3Cn3θ3

Gỉa thiết nhiệt cng cấp co quá trình cô đặc chỉ là nhiêt ngưng tụ thì có thể xem nhiệt

độ nước ngưng bằng nhiệt độ hơi đốt: θ = tD

Từ phương trình (5.2) và (5.3), với số liệu ở các bảng trên, ta tính được:

Đơn vị Ý nghĩa

q K

rD rgHDFd

´d

nmVv

Uttf

W/m2W/m2.độkJ/kg

m2.độ/Wm/s2mm

m2mmốngống

m3m/s

m3/m3.h

cường độ dòng nhiệthệ số truyền nhiệt tổng quát

ẩn nhiệt ngưng tụnhiệt trở

gia tốc trọng trườngchiều cao thiết bịđường kính thân thiết bịdiện tích bề mặt truyền nhiệtđường kính ống truyền nhiệtđường kính trung bình ống truyền nhiệttổng số ống truyên nhiệt

số ống truyền nhiệt trên đường chéo chinhthể tích thiết bị

vàn tốc lưu chấtcường độ bốc hơi thể tíchhệ số điều chỉnh cho cường độ bốc hơi thể

tíchhệ số cấp nhiệtbước ống truyền nhiệtchiều dày ống truyền nhiethệ só dẫn nhiêt

độ nhớt tuyệt đốikhối lượng riêngkích thước hình học đặc trưngkí hiệu ứng với hơi đốt

kí hiệu ứng với hơi thứkí hiệu bên ngoài ống tryền nhiệtkí hiệu bên trong ống tryền nhiệtkí hiệu ứng với buồng đốt

kí hiệu ứng với buồng bốckí hiệu ứng với ống truyền nhiệt

 Sơ đồ các bước tính toán:

1 Chọn vật liệu ống truyền nhiệt và các thông số về kích thước thiết bị: Hô, dt, dn, n

2 Chọn 2 giá trị chênh lệch nhiệt độ phía hơi đốt ΔPt rồi suy ra nhiệt độ váchngoài tương ứng

3 Tính hệ số cấp nhiệt và cường độ dòng nhiệt phía hơi đốt(αD và qD)

4 Tính chênh lệch nhiệt độ 2 phía của thành ống và chênh lệch nhiệt độ phíadung dịch

5 Chọn số ống truyền nhiệt nchọn

6 Tính hệ số cấp nhiệt và cường độ dòng nhiệt phía dung dịch(αt và αD)

7 Coi cường độ dòng nhiệt phụ thuộc tuyến tính vào ΔPtD ta dựng 2 đường thẳng

qD=f(ΔPtD) và qL=g(ΔPtD), giao ddiemr của 2 đường thẳng này ứng với giá trị ΔPtD cầnxác định lặp lại các bước 2-4 với giá trị này

8 Kiểm tra điều kiện:

ΔPq = |q L−q D|

max ⁡(q L , q D) ≤ 5%

Nếu điều kiện không thỏa, ta thực hiện lại bước 2-6 Nếu điều kiện thỏa, ta tiếp tụcbước tiếp theo

9 Tính hệ số truyền nhiêt K

10 Tính hệ số nhiệt độ hữu ích thực của mỗi nồi

11 Tính diện tích bề mặt truyền nhiệt F

12 Tính lại số ống truyền nhiệt n

13 Kiêm tra điều kiện:

ΔPn-|n chọn−n tinh|

n chọn ≤5%

Nếu điều kiện chưa thỏa thì ta điều chỉnh lại các thông số vè kích thước thiết bị đãchọn trên Nếu điều kiện thỏa , ta làm tròn diện tích bề mặt truyền nhiêt và số ốngtruyền nhiệt đến thông số chuẩn

2.3.2.1 Độ nhớt

Bảng 11:

Nồi 1 Nồi 2 Nồi 3

Độ nhot μ ,N.s.m-2 1055,149 1093,96 1288.83

2.3.2.2 Hệ số dẫn nhiệt của dung dịch

Tính theo công thức 7.172/T323-[3]: λ=λn(1-x)+λckx

Trong đó:

λ là hệ số dân nhiệt của xoài,W/(m.K);

λn là hệ số dân nhiệt của nước,W/(m.K);

λck là hệ số dân nhiệt của chất khô trong xoài,W/(m.K);

Tuy nhiên ở đây không số liệu về hệ số dẫn nhiệt của chất khô trong xoài

Mô tả sự truyền nhiệt qua thành ống :

Ở đây ta dùng ơi nước bão hòa làm hơi đốt đi ngoài ống, còn dung dịch cô đặc

đi trong ống Do đó khu vực sôi bố trí bên trong ống còn phía ngoài ốn là lớpmàng nước ngưng tụ Màng nước ngưng này ảnh hưởng trực tiếp đến quá trìnhtruyền nhiệt

Như vậy quá trình truyền nhiệt từ hơi đốt đến dung dịch trong ống dẫn gồm 3 giaiđoạn:

- Truyền nhiệt từ hơi đốt đến bề mặt ngoài của ống truyền nhiệt với hệ số cấpnhiệt là α1 với hiệt tải là q1(W/m2)

- Dẫn nhiệt qua ống truyề nhiệt có bề dày δ,m

- Truyền nhiệt từ ống truyền nhiệt vào dung dịch với hệ số cấp nhiệt là α2 với hiệttải là q2(W/m2)

a Giai đoạn cấp nhiệt từ hơi đốt đén thành thiết bị:

Theo định luật Newton ta có: q1= α1ΔPt1

Trong đó ΔPt1 là hiệu số nhiệt độ giữa nhiệt độ hơi ngưng tụ (bừng nhiệt độ hơi bãohòa) và nhiệt độ thành ΔPt1=tbh-tT, chọn ΔPt1(n1)=0,65oC, ΔPt1(n2)=0,5oC, ΔPt1(n3)=0,5oC;Chọn tốc độ của hơi nhỏ ( ω’≤10m/s, chính xác hơn khi ρ’ω’2≤ 30) và màng nướcngưng chuyển động dòng( Rem<100) thì hệ số câp nhiệt α1 đối với ống thẳngđứng được tính theo công thức sau:

α1=2,04.A√4 ∆ t r1H, W/(m2.K) (V.101/T28-[2])

Trong đó H là chiều cao ông truyền nhiệt , chọn H=5mtheo VI.6/T80-[2]

A=(ρ2μ λ3)0,25, đối vơi nuocs giá trị A phụ thuộc vào nhiệt độ màng tm, tra A theoT29-[2]

tm là nhiệt độ màng tính theo công thức tm=tD -0,5 ΔPt1;

r ẩn nhiệt hóa hơi của hơi đốt tra ở bảng I-250/T375-[1];

b Giai đoạn cấp nhiệt từ thành đến dung dịch

Theo đinh luật Newton ta có: q2= α1 ΔPt2

ΔPt2 là hệ số hiệu nhiêt độ giữa thành ống và dung dịch sôi : ΔPt2=tt-ts

tt là nhiệt độ thành ống phía dung dịch;

ts là nhiệt độ sôi dung dịch

n=61 ống (sắp xếp theo hình 6 cạnh theo bảng V.11/T48-[2]

Đường kính ngòai ống: dn= 38mm

Bề dày ống truyền nhiệt: δ= 2mm

Suy ra đường kính của ống, dt=34mm

( Đường kính, bề dày ống chọn theo chuẩn VI.6/T80-[2]

ρ là khối lượng riêng của dug dịch được tính theo công thức 7.169/T319-[3]:

F , SNF ,W lần lượt là hàm lượng chất béo , chất khô, và nước, %

Ta có bảng gí trị khối lượng riêng của dug dịch xoài:

Bảng 14:

Nồi 1 Nồi 2 Nồi 3Nhiệt độ sôi, oC 85,629 74,041 51,982

Kiểm tra điều kiện

Nhiệt tải trung bình q´

c Hệ số phân bố nhiệt hữu ích cho các nồi

Ở đây phân bố theo điều kiện bầ mặt truyền nhiệt các nồi bằng nhau:

F1=F2=F3=const

Trong trường hợp này hiệu số nhiệt độ hữu ích trong mỗi nồi tỉ lệ bậc nhất với tỉ

số Q/K của các nồi tương ứng :

∑ΔPthi –tổng hiệu số nhiệt độ có ích của các nồi

Qi- nhiệt lượng cung cấp,J

Ki –hệ số truyền nhiệt, W/m2.K

Qi=D i r i

3600

Di - lượng hơi đốt của mỗi nồi, kg/h

ri - ẩn nhiệt ngưng tụ của hơi,J/kg;

Bảng 16:

Nhiệt lượng cung cấp

max *100=0,38 <5%

Theo bảng quy chuẩn số ống truyền nhiệt V.11/T48-[2] ta chọn n=91 ống

Và với ống được quy chuẩn trên, mạng ống được sắp xếp theo hình lục giác đều sốống trên đường chéo của lục giác, b=11, số hình lục giác là 5, chọn bước ống t=1,5dn=57(mm)

Đường kính ống truyền nhiệt :dn=38 mm, dt=34mm;

Bề dày ống truyền nhiệt: δ =2m

Chiều cao ống truyền nhiệt: H=5m( bằng chiều cao buồng đốt)

b Đường kính buồng đốt

Đường kính trog của buồng đốt được tính theo công thức V.141/T49-[2]

Dt=t(b-1) +4d= 0,722 m

Lấy đường kính của buồng đốt theo bảng quy chuẩn XIII.6/T359-[2]: Di=0,6 m

Ngoài ra ta còn có thêm thân phụ ở buồng đốt lấy Htp=(70÷100%) Dt

Chọn Htp=Dt=0,8 m

2.3.2.2. Kích thước buồng bốc

Gọi chiều cao buồng bốc là : Hb(m)

Đường kính buồng bốc : Db=√ 4 V b

π H b , m (VI.35/T72-[2])Trong đó:

Db là đường kính trong buồng bốc chọn theo bảng quy chuẩn XII.6/T359-[2] chovật liệu sắt CT3, Dh=1,1 m;

Hb là chiều cao không gian hơi, m;

Vb là thể tích không gin hơi buồng bốc được tính theo công thức sau: