TÌM HIỂU các THIẾT bị TRAO đổi NHIỆT (CHẦN) TÍNH TOÁN và THIẾT kế hệ THỐNG THANH TRÙNG nước QUẢ SARI CÔNG SUẤT 1000 KGH

BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP THỰC PHẨM THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH TS Trần Lệ Thu (GVHD) BÁO CÁO ĐỒ ÁN KỸ THUẬT THỰC PHẨM ĐỀ TÀI: TÌM HIỂU CÁC THIẾT BỊ TRAO ĐỔI NHIỆT (CHẦN) TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ HỆ THỐNG THANH TRÙNG NƯỚC QUẢ SARI CƠNG SUẤT 1000 KG/H (Hệ: Đại Học Chính Quy) Tên sinh viên Lê Thị Tú Trinh Lớp 05DHTP5 Tp.Hồ Chí Minh, Tháng 7/2017 Mã sinh viên 2005140673 MỤC LỤ MỤC LỤC BẢNG MỤC LỤC HÌNH ẢNH LỜI MỞ ĐẦU LỜI CẢM ƠN PHẦN TỔNG QUAN 1.1 CƠ SỞ LÝ THUYẾT CỦA THIẾT BỊ TRAO ĐỔI NHIỆT 1.1.1 Các định nghĩa .9 1.1.2 Phân loại thiết bị trao đổi nhiệt .9 1.2 TỔNG QUAN VỀ QUÁ TRÌNH CHẦN .11 1.3 CÁC THIẾT BỊ VÀ MƠ TẢ ĐẶC TÍNH CỦA TỪNG THIẾT BỊ 17 1.4 CÁC HÃNG CÓ THIẾT BỊ TƯƠNG ỨNG 22 1.5 CÁC TÀI LIỆU THAM KHẢO VÀ WEBSITE 23 PHẦN TÍNH TOÁN VÀ BỐ TRÍ THIẾT BI .24 2.1 SƠ ĐỒ CÔNG NGHỆ VÀ GIẢI THÍCH CƠNG NGHỆ .24 2.1.1 Giới thiệu thành phần nguyên liệu sản phẩm nước sơri 24 2.1.2 Quy trình cơng nghệ 33 2.1.3 Giải thích quy trình 33 2.2 CAC ́ THÔNG SỐ BAN ĐÂU ̀ VÀ LƯA ̣ CHON ̣ TIÊU CHUÂN ̉ 43 2.2.1 Thông số cho thiết bị: 43 2.2.2 Thông số dịch sơ ri chất tải nhiệt: 43 2.3 TIN ́ H TOAN ́ CHO THIÊT́ BỊ CHIN ́ H .47 2.3.1 Tính tốn cho trình trùng 47 2.3.2 Tính tốn cho q trình làm lạnh sau trùng .57 2.4 THIẾT KẾ CÁC CHI TIẾT KHÁC 64 2.5 SƠ ĐỒ THIẾT BỊ VÀ GIẢI THÍCH THIẾT BỊ 68 2.6 SƠ ĐỒ BỐ TRÍ MẶT BẰNG NHÀ MÁY 70 2.7 TÀI LIỆU THAM KHẢO .72 PHỤ LỤC BẢN VẼ THIẾT BỊ CHÍNH 74 (BẢN IN A3 - AUTOCAD KÈM THEO ĐÚNG TIÊU CHUẨN VẼ KỸ THUẬT) 74 MỤC LỤC BẢ Bảng 1 Sự biến đổi hàm lượng acid ascorbic (vitamin C) theo điều kiện chần, hấp khác nhau, % 15 Y Bảng Thành phần hóa học trái sơri 100g 27 Bảng 2 Thành phần vitamin khoáng chất 100g sơri .29 Bảng Các tiêu đường trắng 30 Bảng Các tiêu acid citric .31 Bảng Thành phần thành phần 100g dịch sơ ri theo đơn vị % [6] .44 Bảng Khối lượng riêng dịch sơ ri 57oC (kg/m3) 44 Bảng Khối lượng riêng dịch sơ ri 59,320C (kg/m3) 45 Bảng Nhiệt dung riêng dịch sơ ri 59,32 (J/kg.độ) 45 Bảng Nhiệt dung riêng dịch sơ ri 570C (J/kg.độ) 46 Bảng 10 Hệ số dẫn nhiệt dịch sơ ri 59,32 (W/m.độ) 46 Bảng 11 Các thông số ống 51 Bảng 12 Các thơng số ống ngồi 52 Bảng 13 Các thơng số thiết bị 56 Bảng 14 Khối lượng riêng dịch sơ ri 43,90C (kg/m3) 57 Bảng 15 Nhiệt dung riêng dịch sơ ri 500C (J/kg.độ) 58 Bảng 16 Nhiệt dung riêng dịch sơ ri 43,9oC (J/kg.độ) 59 Bảng 17 Hệ số dẫn nhiệt dịch sơ ri 43,90C (W/m.độ) .59 Bảng 18 Thông số vật lý nước -40C 60 Bảng 19 Các thống số q trình làm lạnh 64 MỤC LỤC HÌNH Ả Hình 1 Sơ đồ khối thiết bị trao đổi nhiệt Hình Thiết bị chần dạng đường hầm .19 Y Hình Quả sơri 25 Hình 2 Đường trắng 30 Hình Thiết bị ngâm rửa GP Graders 35 Hình Thiết bị phun rửa GP Graders 35 Hình Thiết bị phân loại GP Graders 36 Hình Hệ thống thiết bị chần nước 36 Hình Thiết bị ép .37 Hình Hệ thống thủy phân emzyme 38 Hình Thiết bị lọc khung 38 Hình 10 Thiết bị phối trộn 40 Hình 11 Thiết bị trùng ống lồng ống 41 Hình 12 Quy trình rót chai điều kiện vô trùng 41 Hình 13 Quy trình dãn nhãn .42 Hình 14 Sản phẩm nước Sơ ri .43 Hình 15 Trao đổi nhiệt dòng lưu chất .44 Hình 2.17 Sơ đồ nguyên lí thiết bị ống lồng ống 68 Hình 2.18 Sơ đồ mặt tổng thể nhà máy sản xuất nước sơ ri 70 LỜI MỞ ĐẦU Công nghệ thực phẩm xem ngành học có tính ứng dụng cao đa dạng, đóng góp vai trị quan trọng sống hiện đại ngày Nếu từ thuở xa xưa, người trọng đến ăn để sống trước mắt, ngày nay, người sống với khơng ăn để no, mà để thoả mãn nhu cầu thân Ngoài ăn no, người ta cịn mong ăn ngon, mặc đẹp Đó lí góp phần cho phát triển khơng ngừng ngành xem xét, trọng quan tâm nhà nước, quốc gia giới hàng triệu người Để hiểu rõ, hiểu sâu kiến thức chuyên môn ngành công nghệ thực phẩm, cá nhân cần phải sức học hỏi, tìm hiểu từ thầy cơ, từ bạn bè, từ sách vở, từ nhiều nguồn tài liệu từ hoạt động thực tiễn Học lí thuyết chuyện, để hiểu vận dụng học thực tế hay nhiều Bởi nhận thức điều đó, học phần “Đồ án kỹ thuật thực phẩm” đưa đề tài thiết kế thiết bị có tính ứng dụng cao thực phẩm nhằm đáp ứng nhu cầu sản xuất người Cũng lí đó, nhóm chúng em tìm hiểu, nghiên cứu, thiết kế thiết bị ống lồng ống để gia nhiệt dịch sơri tác nhân bão hồ Thiết bị gia nhiệt có tính ứng dụng cao nhà máy sản xuất nước sữa, ngồi cịn nhiều doanh nghiệp sử dụng rộng rãi Ngồi ra, mơn học giúp sinh viên giải nhiệm vụ tính tốn cụ thể về: yêu cầu công nghệ, kết cấu, giá thành thiết bị sản xuất hoá chất - thực phẩm Đây bước để sinh viên vận dụng kiến thức học nhiều môn học vào giải vấn đề kỹ thuật thực tế cách tổng hợp LỜI CẢM ƠN Để hoàn thành đồ án kỹ thuật thực phẩm với đề tài tài “Tính tốn thiết kế hệ thống trùng nước sơ ri công suất 1000 kg/h”, bên cạnh nỗ lực thân, nhóm ln nhận hướng dẫn tận tình GVHD giúp đỡ bạn khóa Thay mặt nhóm em xin gửi lời cảm ơn đến Ban chủ nhiệm khoa Công nghệ thực phẩm trường Đại Học Công Nghiệp Thực Phẩm Tp Hồ Chí Minh tạo điều kiện cho nhóm thực hiện đồ án này, xin chân thành cảm ơn Cơ Trần Lệ Thu tận tình hướng dẫn nhóm suốt q trình thực hiện đề tài Khi thực hiện đề tài nhiều vấn đề chưa thể hiểu hết nên khó tránh sai sốt tính tốn nên nhóm mong nhận góp ý tận tình từ Thầy Cơ để hồn thiện tốt Xin chân thành cảm ơn! PHẦN TỔNG QUAN 1.1 Cơ sở lý thuyết của thiết bị trao đổi nhiệt 1.1.1 Các định nghĩa Thiết bị trao đổi nhiệt (TBTĐN) thiết bị thực hiện trao đổi nhiệt chất cần gia công với chất cần mang nhiệt lạnh Chất mang nhiệt lạnh gọi chung mơi chất có nhiệt độ cao thấp chất gia công, dùng để đun làm nguội chất gia công Chất gia công môi trường pha lỏng pha hơi, gọi chung chất lỏng Các chất có nhiệt độ khác Để phân biệt thông số φ chất lỏng nóng hay chất lỏng lạnh, vào hay khỏi thiết bị, người ta quy ước: - Dùng số để chất lỏng nóng: φ1 - Dùng số để chất lỏng nóng: φ2 - Dùng dấu “ ‫ “ ׳‬để thông số vào thiết bị: φ1‫ ;׳‬φ2‫׳‬ - Dùng dấu “ ‫ “ ״‬để thông số vào thiết bị: φ1‫ ;״‬φ2‫״‬ Ví dụ: Hình 1 Sơ đồ khối thiết bị trao đổi nhiệt 1.1.2 Phân loại thiết bị trao đổi nhiệt a Phân loại theo nguyên lý làm việc TBTĐN 1) TBTĐN tiếp xúc (hay hỗn hợp), loại TBTĐN chất gia công môi chất tiếp xúc nhau, thực hiện trình trao đổi nhiệt trao đổi chất, tạo hỗn hợp Ví dụ bình gia nhiệt nước cách sục dòng 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 tỏa nhiệt Q trình TĐN khơng ổn định mặt trao đổi nhiệt có dao động nhiệt Ví dụ: sấy khơng khí quay lị nhà máy nhiệt điện 3) TBTĐN vách ngăn, loại TBTĐN có vách ngăn rắn cách chất lỏng nóng chất lỏng lạnh chất lỏng TĐN theo kiểu truyền nhiệt Loại TBTĐN đảm bảo độ kín tuyệt đối chất, làm cho chất gia công tinh khiết vệ sinh, an tồn, sử dụng rộng rãi công nghệ 4) TBTĐN kiểu ống nhiệt, loại TBTĐN dùng ống nhiệt để truyền tải nhiệt từ chất lỏng nóng đến chất lỏng lạnh Mơi chất ống nhiệt nhận nhiệt từ chất lỏng 1, sơi hóa thành bão hịa khơ, truyền đến vùng tiếp xúc chất lỏng 2, ngưng thành lỏng quay vùng nóng để lặp lại chu trình Trong ống nhiệt, môi chất sôi, ngưng chuyển động tuần hoàn, tải lượng nhiệt lớn từ chất lỏng đến chất lỏng b Phân loại TBTĐN theo sơ đồ chuyển động chất lỏng, với loại TBTĐN có vách ngăn 1) Sơ đồ song song chiều 2) Sơ đồ song song ngược chiều 3) Sơ đồ song song đổi chiều 4) Sơ đồ giao lần 5) Sơ đồ giao nhiều lần c Phân loại TBTĐN theo thời gian Thường phân loại: 1) Thiết bị liên tục (ví dụ bình ngưng, calorife) 2) Thiết bị làm việc theo chu kì (nồi nấu, thiết bị sấy theo mẻ) d Phân loại TBTĐN theo công dụng 10 Nhiệt độ trung bình dịng sơri t’2tb = 43,90C Ta tính (cơng thức lấy từ bảng 1, [15] tr.312 độ nhớt tra hình 11, [12] tr.349) thơng số hố dịch sơri 43,90C ta được:  Giả sử: =0,55m/s (Bảng 1.2, [9] tr.25)  Đường kính ống truyền nhiệt: dt=0,01m Tính chuẩn số Re sơ ri: Re== (cơng thức V.36, [5] trang 13) Đường kính ống truyền nhiệt: dt=0,01m Do 230025 Bề dày tối thiểu thân tính theo cơng thức (5-3 trang 96, [8]) S’ = = = 0,137 mm Chọn hệ số bổ sung dung sai (bảng XIII.9 trang 364, [5]) C = 0,5 mm Bề dày thực thiết bị S = S’ + C = 0,637 mm Bề dày nhỏ không đảm bảo cho thiết bị (Tra bảng 5-1 trang 94, [8]) Chọn bề dày thiết bị 4mm 61 Kiểm tra áp suất tính tốn: (Cơng thức 5-12 trang 97, [8]) = < 0,1 Áp suất tính tốn thiết bị là: p = = = 12,03 (N/mm2) Tức lớn p = 0,222 (N/mm2)  Bề dày thân thiết bị (ống ngồi) 4mm b Mặt bích Mặt bích phần quan trọng để nối phận thiết bị nối phận  khác với thiết bị Có ba loại bích chủ yếu bích liền, bích tự do, bích ren Bích liền phận nối liền với thân thiết bị (hàn, đúc, rèn) Loại bích chủ yếu dùng với áo suất thấp áp suất trung bình Do nhóm chọn loại bích để nối chi tiết nắp – đáy vào thân thiết bị vật liệu dùng thép CT3 Dựa vào bảng XII.26 trang 417 tài liệu [5] Các kiểu bích liền thép để nối thiết bị (nắp, đáy, ) chọn kiểu bích số I ta có thông số Dy D D1 h Bulong db mm 80 c Z 89 195 160 138 18 M16 Mặt vỉ ống Vỉ ống phận dùng để giữ chặt hai đầu ống chùm ống thiết bị Theo hình dáng chia làm loại vỉ ống hình trịn, hình chữ nhật hình vành khăn Phổ biến vỉ ống hình trịn phẳng, hình cầu, hình elip Đối với thiết bị chế tạo nhóm chọn hình dạng vỉ ống hình trịn phẳng Vì chọn vỉ ống hàn với đường kính ống ngồi nên đường kính mặt vỉ ống đường kính ống ngồi  Dv= Dt = 90mm  Chiều dày vỉ ống tính theo cơng thức: h’= (8-47 trang 181, [8]) K : hệ số, K = 0,28 0,36 Chọn K= 0,3 []u =146 N/mm2 Ứng suất uốn vật liệu thép CT3 62 h’ = 0,3.80 = 6,89 (mm) d   Chọn bề dày tối thiểu cần có mm (Công thức I.37 trang 39, [1]) Ống dẫn vào Chọn vận tốc khí vào ω = 10 m/s Tra bảng I.250 trang 312, [3] ta có ρ = 1,715 kg/m3 d = 0,071 m = 71 mm Đường kính ống dẫn khí làm trịn đến 70mm Tra bảng XIII.33 trang 434, [5] ta có chiều dài ống dẫn 85mm (Tra bảng XIII.26, [6] trang 409) Dy D D1 Bulong h db mm 70 Z 76 160 130 110 16 M16 e Chọn cút ống [16] Loại DN80 L1(mm) 180 Đường kính Bán kính uốn ngồi(mm) cong(mm) 85 90 63 Bề dày(mm) 2.0 2.5 Sơ đồ thiết bị giải thích thiết bị Hình 2.15 Sơ đồ ngun lí thiết bị ống lồng ống Chú thích:1-Bồn nhập liệu; 2-Bơm; 3- Lưu lượng kế; 4- Thiết bị ống lồng ống; 5Nồi hơi; 6- Bể chứa sản phẩm  Nguyên lí hoạt động: Hơi nước bơm từ nồi vào thiết bị ống lồng ống khoảng không gian ống theo bơm tuần hoàn lại nồi Dịch sơ ri bơm chuyển qua lưu lượng kế để điều chỉnh vận tốc chảy cảu dịch đưa vào thiết bị ống lồng ống vào ống thừng chứa sản phẩm  Ưu điểm: Hệ số truyền nhiệt lớn, tăng tốc độ chảy chất tải nhiệt Cấu tạo đơn giản, dễ vệ sinh ống  Nhược điểm: 64 Thiết bị cồng kềnh, giá thành cao tốn nhiều vật liệu chế tạo, khó làm khoảng trống ống 65 2.6 Sơ đồ bớ trí mặt nhà máy Hình 2.16 Sơ đồ mặt tổng thể nhà máy sản xuất nước sơ ri 1-Khu vực sản xuất;2-Nhà hành chíhh, hội trường;3-Phịng gửi đồ;4-Xưởng cấp hơi;5Khu vực vệ sinh; 6- Khu vực cấp xử lí nước cấp;7- Xưởng cấp điện; 8- Phịng bảo trì; 66 9- Khu vực xử lí nước thải; 10- Nhà xe tải; 11- Nhà xe gắn máy hay xe đạp; 12- Phòng vệ sinh 67 2.7 Tài liệu tham khảo Nguyễn Văn May, “Thiết bị truyền nhiệt truyền khối” – NXB Khoa học Kỹ thuật, 2006 Lê Văn Việt Mẫn (Chủ biên), “Công nghệ chế biến thực phẩm”, Nhà xuất Đại học Quốc gia TP.Hồ Chí Minh, 2011 Tập thể tác giả, hiệu đính: TS Phạm Xuân Toản, “Sổ tay q trình thiết bị cơng nghệ hóa chất tập 1” – NXB Khoa học Kỹ thuật, 1999 Tập thể tác giả, “Bài giảng Kĩ thuật thực phẩm 2” – Đại học Công nghiệp thực phẩm TP HCM, 2013 Tập thể tác giả, hiệu đính: TS Phạm Xuân Toản, “Sổ tay trình thiết bị cơng nghệ hóa chất tập 2” – NXB Khoa học Kỹ thuật, 1999 Hồng Đình Tín, Cơ sở truyền nhiệt tính tốn thiết bị trao đổi nhiêt NX ĐH Quốc Gia TPHCM, 2013 PGS.TS Hoàng Đình Tính, Truyền Nhiệt Tính Tốn Thiết Bị Trao Đổi Nhiệt, NXB Khoa Học Kỹ Thuật Hà Nội, 2001 Hồ Lê Viên, Tính tốn, thiết kế chi tiết thiết bị hóa chất bà dầu khí NXB khoa học kĩ thuật, 2006 Bùi Hải, Thiết bị trao đổi nhiệt NXB Khoa học kĩ thuật, 2001 10 https://ndb.nal.usda.gov/ndb/foods/show/2121? fgcd=&manu=&lfacet=&format=&count=&max=50&offset=&sort=fd_s&order=a sc&qlookup=&ds=Standard+Reference&qt=&qp=&qa=&qn=&q=&ing= 11 Choi Y., and M R Okos, (1986) Thermal properties of liquid foods: review Physical and Chemical Properties of food Martin R Okos (Ed) ASAE, St Joseph, minnesota pp 35-77 68 12 C I Nindo cộng (2005), "Viscosity of blueberry and raspberry juices for processing applications", Journal of Food Engineering Vol.69, (3), tr 343-350 13 Lê Văn Mẫn (2011), Công nghệ chế biến thực phẩm, NXB Đại học Quốc gia TP.HCM 14 Bùi Đình Quang, Bài tập thiết kế thiết bị trao đổi nhiệt - thiết kế thiết bị trao đổi nhiệt dạng ống lồng ống cần làm nóng nước,lưu lượng nước 6000kg/h , tv = 200C, tr=900C ; nước bảo hòa ts =1350C, Khoa Chế biến - Bộ môn KT Lạnh, ĐH Nha Trang 15 Brian A Fricke Bryan R Becker (2001), "Evaluation of Thermophysical Property Models for Foods", HVAC&R RESEARCH Vol.7,(No.4) 69 PHỤ LỤC BẢN VẼ THIẾT BỊ CHÍNH (Bản in A3 - Autocad kèm theo tiêu chuẩn vẽ kỹ thuật) 70 ... THIẾT BỊ TRAO ĐỔI NHIỆT 1.1.1 Các định nghĩa .9 1.1.2 Phân loại thiết bị trao đổi nhiệt .9 1.2 TỔNG QUAN VỀ QUÁ TRÌNH CHẦN .11 1.3 CÁC THIẾT BỊ VÀ MƠ TẢ ĐẶC TÍNH CỦA... Hình Thiết bị ngâm rửa GP Graders 35 Hình Thiết bị phun rửa GP Graders 35 Hình Thiết bị phân loại GP Graders 36 Hình Hệ thống thiết bị chần nước 36 Hình Thiết bị. .. ;׳‬φ2‫׳‬ - Dùng dấu “ ‫ “ ״‬để thông số vào thiết bị: φ1‫ ;״‬φ2‫״‬ Ví dụ: Hình 1 Sơ đồ khối thiết bị trao đổi nhiệt 1.1.2 Phân loại thiết bị trao đổi nhiệt a Phân loại theo nguyên lý làm việc