Tính toán thiết kế nồi cô đặc cà chua

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT – CÔNG NGHỆ CẦN THƠ KHOA CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM VÀ CÔNG NGHỆ SINH HỌC BÁO CÁO ĐỒ ÁN Q TRÌNH VÀ THIẾT BỊ TÍNH TỐN THIẾT KẾ HỆ THỐNG CÔ ĐẶC NỒI DUNG DỊCH CÀ CHUA TẤN/GIỜ Nhóm sinh viên thực hiện: NGUYỄN THỊ THÚY HOA NGUYỄN KHẮC HÀO BÙI CHÍ HỊA Cần Thơ - năm 2018 TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT – CÔNG NGHỆ CẦN THƠ KHOA CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM VÀ CÔNG NGHỆ SINH HỌC ĐỒ ÁN Q TRÌNH VÀ THIẾT BỊ TÍNH TỐN THIẾT KẾ HỆ THỐNG CÔ ĐẶC NỒI DUNG DỊCH CÀ CHUA TẤN/GIỜ Giảng viên hướng dẫn: Nhóm sinh viên thực hiện: Ths TRẦN THỊ THÙY LINH NGUYỄN THỊ THÚY HOA (1500546) NGUYỄN KHẮC HÀO (1500318) BÙI CHÍ HỊA (1500377) Cần Thơ - năm 2018 YÊU CẦU ĐỒ ÁN Tên đồ án Tính tốn thiết kế hệ thống đặc nồi dung dịch cà chua tấn/giờ Dữ liệu ban đầu - Năng suất nhập liệu Gđ = 2000 kg/giờ - Nồng độ nhập liệu xđ = 10% (khối lượng) - Nồng độ sản phẩm xc = 33% (khối lượng) - Nhiệt độ nhập liệu tđ = 60oC - Áp suất đốt Pđốt = 2,9 at - Áp suất chân không thiết bị ngưng tụ Pck = 0,7 at Tính tốn - Tính tốn thiết kế thiết bị chính: buồng bốc, buồng đốt, nắp, đáy nồi - Tính tốn thiết bị phụ: thiết bị ngưng tụ Baromet - Tính tốn khí vi ĐỒ ÁN Q TRÌNH VÀ THIẾT BỊ GVHD: Trần Thị Thùy Linh MỤC LỤC CHƯƠNG GIỚI THIỆU 1.1 TỔNG QUAN VỀ NGUYÊN LIỆU VÀ SẢN PHẨM 1.1.1 Nguyên liệu (Hà Văn Tuyết & Trần Văn Bình, 2000) 1.1.2 Sản phẩm cà chua cô đặc (Nguyễn Văn Tiếp et al., 2000) 1.2 Q TRÌNH CƠ ĐẶC .2 1.2.1 Định nghĩa 1.2.2 Các phương pháp cô đặc 1.2.3 Bản chất thực cô đặc nhiệt 1.2.4 Phân loại thiết bị cô đặc nhiệt (Nguyễn Tấn Dũng, 2015) .3 1.2.5 Yêu cầu thiết bị CHƯƠNG THUYẾT MINH QUY TRÌNH CƠNG NGHỆ 2.1 NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG CỦA HỆ THỐNG CÔ ĐẶC MỘT NỒI LIÊN TỤC 2.2 NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG CỦA THIẾT BỊ CƠ ĐẶC ỐNG TUẦN HỒN TRUNG TÂM CHƯƠNG CÂN BẰNG VẬT CHẤT VÀ NĂNG LƯỢNG 3.2 CÂN BẰNG VẬT CHẤT 3.3 CÂN BẰNG NHIỆT LƯỢNG 3.3.1 Xác định nhiệt độ áp suất 3.3.2 Các tổn thất nhiệt độ 10 3.3.3 Cân nhiệt lượng .12 3.3.4 Lượng đốt dùng cho cô đặc .14 3.3.5 Lượng đốt tiêu tốn riêng 15 CHƯƠNG TÍNH TỐN TRUYỀN NHIỆT CHO THIẾT BỊ CƠ ĐẶC 16 4.1 NHIỆT TẢI RIÊNG PHÍA HƠI NGƯNG (Q1) 16 4.2 NHIỆT TẢI RIÊNG PHÍA DUNG DỊCH (Q2) 16 4.3 NHIỆT TẢI RIÊNG PHÍA TƯỜNG (QV) 18 4.4 TIẾN TRÌNH TÍNH NHIỆT TẢI RIÊNG 19 vii ĐỒ ÁN QUÁ TRÌNH VÀ THIẾT BỊ GVHD: Trần Thị Thùy Linh 4.5 HỆ SỐ TRUYỀN NHIỆT K CHO Q TRÌNH CƠ ĐẶC 20 4.6 DIỆN TÍCH BỀ MẶT TRUYỀN NHIỆT F 20 CHƯƠNG TÍNH THIẾT BỊ CƠ ĐẶC 21 5.1 TÍNH BUỒNG ĐỐT .21 5.1.1 Thể tích dung dịch đầu thiết bị (Vđ) .21 5.1.2 Thể tích dung dịch cuối (Vc) 21 5.1.3 Tính chọn đường kính buồng đốt .21 5.1.4 Tính kích thước đáy nón buồng đốt 24 5.1.5 Tổng kết 24 5.2 TÍNH BUỒNG BỐC .24 5.2.1 Tính đường kính buồng bốc (Db) .24 5.2.2 Tính chiều cao buồng bốc (Hb) 26 5.2.3 Tính kích thước nắp elip có gờ buồng dốc 27 5.3 TÍNH KÍCH THƯỚC CÁC ỐNG DẪN LIỆU THÁO LIỆU 27 5.3.1 Ống nhập liệu 27 5.3.2 Ống tháo liệu 27 5.3.3 Ống dẫn đốt 28 5.3.4 Ống dẫn thứ 28 5.3.5 Ống dẫn nước ngưng 28 5.3.6 Ống xã khí không ngưng 28 5.3.7 Tổng kết đường kính ống 28 CHƯƠNG TÍNH CƠ KHÍ 30 6.1 TÍNH BUỒNG ĐỐT .30 6.1.1 Sơ lược cấu tạo 30 6.1.2 Tính bề dày buồng đốt .30 6.1.3 Tính bền cho lỗ 32 6.2 TÍNH BUỒNG BỐC .32 6.2.1 Sơ lược cấu tạo 32 6.2.2 Tính thể tích buồng bốc .32 6.2.3 Tính bề dày buồng bốc .33 viii ĐỒ ÁN QUÁ TRÌNH VÀ THIẾT BỊ GVHD: Trần Thị Thùy Linh 6.2.4 Tính tốn nắp thiết bị .36 6.3 TÍNH TỐN ĐÁY THIẾT BỊ 38 6.3.1 Sơ lược cấu tạo 38 6.3.2 Tính tốn 38 6.3.3 Tính bền cho lỗ 44 6.4 TÍNH MẶT BÍCH VÀ SỐ BU LƠNG CẦN THIẾT .44 6.4.1 Sơ lược cấu tạo 44 6.4.2 Chọn mặt bích 45 6.5 TÍNH VÀ CHỌN TAI TREO CHÂN ĐỠ 46 6.5.1 Sơ lược cấu tạo tai treo chân đỡ .46 6.5.2 Thể tích phận thiết bị 46 6.5.3 Khối lượng phận thiết bị .49 6.5.4 Tổng khối lượng .50 6.6 TÍNH VĨ ỐNG 50 6.6.1 Sơ lược cấu tạo 50 6.6.2 Tính tốn 51 6.7 KÍNH QUAN SÁT 52 6.8 BỀ DÀY LỚP CÁCH NHIỆT 52 CHƯƠNG TÍNH THIẾT BỊ PHỤ 54 7.1 CHỌN TÍNH HỆ THIẾT BỊ NGƯNG TỤ BAROMET 54 7.1.1 Tính lượng nước lạnh Gn cần thiết để ngưng tụ 54 7.1.2 Đường kính dnt thiết bị ngưng tụ 54 7.1.3 Tính kích thước ngăn 55 7.1.4 Tính chiều cao thiết bị ngưng tụ 56 7.1.5 Tính kích thước ống Baromet 56 7.1.6 Tính lượng thứ khí khơng ngưng 58 7.2 TÍNH TỐN VÀ CHỌN BƠM CHÂN KHƠNG 59 7.2.1 Cơng suất bơm chân không 59 7.2.2 Chọn bơm chân không .60 ix ĐỒ ÁN QUÁ TRÌNH VÀ THIẾT BỊ GVHD: Trần Thị Thùy Linh DANH MỤC HÌNH Hình 2.1 Sơ đồ thiết bị Hình 2.1 Thay đổi nhiệt độ trình đặc x ĐỒ ÁN QUÁ TRÌNH VÀ THIẾT BỊ GVHD: Trần Thị Thùy Linh DANH MỤC BẢNG Bảng 3.1 Số liệu tổng hợp đốt thứ nồi cô đặc 10 Bảng 3.2 Tổng hợp số liệu tổn thất nhiệt độ nồi cô đặc 12 Bảng 3.3 Bảng tổng hợp số liệu: 15 Bảng 4.1 Số liệu theo nồng độ dung dịch 17 Bảng 6.1 Số liệu bích buồng bốc buồng đốt 45 Bảng 6.2 Số liệu bích nối buồng đốt đáy 45 Bảng 6.3 Số liệu bích nối buồng bốc nắp 46 Bảng 6.4 Bảng số liệu kích thước tay treo 50 xi ĐỒ ÁN QUÁ TRÌNH VÀ THIẾT BỊ GVHD: Trần Thị Thùy Linh LỜI NÓI ĐẦU Trong năm gần ngành công nghệ thực phẩm phát triển mạnh, với đa dạng phong phú nhiều loại sản phẩm Sự phát triển mặt số lượng mà chất lượng Mặc dù kinh tế tồn cầu khủng hoảng, khơng mà ngành cơng nghệ thực phẩm ngưng lại Cũng khơng lẽ mà nhu cầu người thay đổi Hiện nhờ ngành khí, điện lực, chất dẻo, v.v phát triển mạnh, làm cho cơng nghiệp đồ hộp khí, tự động hóa nhiều dây chuyển sản xuất Các ngành khoa học như: hóa học, vi sinh vật học, công nghệ sinh học đà phát triển: ứng dụng nhiều công nghệ thực phẩm nói chung đồ hộp nói riêng, làm cho giá trị dinh dưỡng cửa thực phẩm nâng cao cất giữ lâu Cà chua cô đặc sản phẩm cơng nghiệp đồ hộp rau quả, coi bán chế phẩm dùng để chế biến loại đồ hộp khác đồ hộp xốt loại, nước xốt đồ hộp thịt, cá, rau, để làm nguyên liệu nấu nướng Cà chua cô đặc chế biến cách cô đặc thịt cà chua (theo mức độ khác nhau) sau nghiền nhỏ loại bỏ hạt, vỏ Quả cà chua chế biến thành nhiều loại khác dùng bữa ăn hàng ngày người Việt Nam nhằm mục đích làm tăng thêm giá trị dinh dưỡng tạo nên vẻ đẹp bắt mắt việc trình bày ăn Trong đồ án Em thiết kế hệ thống cô đặc nồi dung dịch cà chua sản phẩm /giờ với nồng độ đầu 10% (khối lượng), nồng độ cuối 33% (khối lượng), nhiệt độ nhập liệu 60oC, áp suất đốt 2,9 at áp suất chân không thiết bị ngưng tụ 0,7 at Là đồ án hướng dẫn ThS Trần Thị Thùy Linh, Khoa công nghệ thực phẩm công nghệ sinh học, Trường Đại học Kỹ thuật Công nghệ Cần thơ Đồ án đề cập đến vấn đề liên quan kiến thức ngành cà chua q trình đặc, qui trình cơng nghệ, tính toán cân vật chất, lượng, truyền nhiệt cho thiết bị đặc, tính chi tiết cho thiết bị thiết bị phụ cần thiết theo yêu cầu xii ĐỒ ÁN QUÁ TRÌNH VÀ THIẾT BỊ GVHD: Trần Thị Thùy Linh CHƯƠNG GIỚI THIỆU 1.1 TỔNG QUAN VỀ NGUYÊN LIỆU VÀ SẢN PHẨM 1.1.1 Nguyên liệu [11] Cà chua loại rau thuộc nhóm sử dụng rộng rãi rau mà nước giải khát bổ dưỡng Cà chua có xuất xứ từ Nam Mỹ, trồng hầu giới Tuy nhiên, cà chua vùng ôn đới cho chất lượng sản lượng tốt Có nhiều giống cà chua Chúng khác hình dạng, độ lớn, màu sắc, chất lượng quả, v.v Mỗi giống có đặc tính cơng nghệ riêng thuận lợi cho nhu cầu sử dụng đa dạng Thời vụ thu hái cà chua Việt Nam khoảng tháng 11 đến tháng năm sau, nước ôn đới thu hoạch vào khoảng tháng đến tháng Thành phần hóa học: Độ khơ 4,5÷8%, đường 3÷4% chủ yếu đường fructoza glucoza, có khoảng 0,5% saccaroza, acid 0,2÷0,5%, vitamin C 20÷40mg%, protein 1,0÷1,6%, khống chất 0,3÷0,6% Chất lượng cà chua đánh giá qua tiêu sau: - Độ chín: màu đỏ đặc trưng cho độ chín cà chua Giống cà chua đánh giá tốt chín đỏ từ ngồi, từ phần thịt đến vỏ, đảm bảo tích lũy tối đa đường, vitamin chất khác - Độ khô: độ khô cao hay thấp phụ thuộc vào giống, thời kì phát triển, kỹ thuật chăm bón cà chua Độ khô cao chứng tỏ chất lượng tốt 1.1.2 Sản phẩm cà chua cô đặc [12] Cà chua cô đặc sản phẩm cơng nghiệp đồ hộp rau quả, coi bán chế phẩm dùng để chế biến loại đồ hộp khác đồ hộp xốt loại, nước xốt đồ hộp thịt, cá, rau, để làm nguyên liệu nấu nướng Cà chua cô đặc chế biến cách cô đặc thịt cà chua (theo mức độ khác nhau) sau nghiền nhỏ loại bỏ hạt, vỏ Ở Liên Xô cà chua cô đặc phân loại sau: - Pure cà chua: có độ khô 12, 15 20% - Cà chua cô đặc loại độ khô 30, 35 40% - Cà chua cô đặc loại độ khô 50 – 70% - Bột cà chua: độ khô 88 – 95% Dạng cà chua đặc có độ khơ 30% chế biến nhiều ĐỒ ÁN QUÁ TRÌNH VÀ THIẾT BỊ GVHD: Trần Thị Thùy Linh Thể tích thép làm đáy nón (Vvlđáy) Thể tích bên đáy: 0,404 m3 Thể tích bên ngồi đáy: .Dđáy .h nón Dđáy + Dtl + Dđáy Dtl 12 .1,012 .0,906 = 0,04 + 1,0122 + 0,0252 + 1,012.0,025 12 = 0,281m3 Vnđáy = hgờ + ( ) ( )  Vvlđáy = Vtrđáy – Vnđáy = 0,306 – 0,281 = 0,025 m3 Trong đó: Dđáy, dđáy: đường kính ngồi, đường kính đáy (đáy nón có đường kính với đường kính buồng đốt, bề dày đáy S = mm) (m) Dtl: đường kính ngồi lỗ tháo sản phẩm (m) Hnón: chiều cao đáy nón (m) hgờ: chiều cao gờ (m) Thể tích làm buồng bốc (Vvlbb) Thể tích bên buồng bốc khơng có nắp: .d 2bb .H c .d 2bđ 2 Vtrbb = h trụ + d bb + d bñ + d bb d bđ + h gờ 12 .1,6 .0,038 .12 2 = 1,682 + 1,6 + + 1,6.1 + 0,04 12 = 3,465m ( ) ( ) Thể tích bên ngồi: .D2bb .H c .D2bđ 2 Vnbb = h trụ + D bb + D bñ + D bb D bđ + h gờ 12 .1,622 .0,038 .1,0122 = 1,682 + 1,622 + 1,0122 + 1,62.1,012 + 0,04 12 = 3,552m ( ) ( ) Thể tích thép cần: Vvlbb = Vnbb – Vtrbb = 3,552 – 3,465 = 0,087 m3 Trong đó: Dbb, dbb: Đường kính bên ngồi bên buồng bốc (m) 47 ĐỒ ÁN QUÁ TRÌNH VÀ THIẾT BỊ GVHD: Trần Thị Thùy Linh Dbđ, dbđ: Đường kính bên ngồi bên buồng đốt (m) htrụ: Chiều cao phần trụ buồng bốc (m) htrụ = Hb – Hc – 2hgờ = 1800 – 38 – 2.40 = 1682 mm = 1,682 m Hc: chiều cao phần hình nón cụt (m) hgờ: chiều cao gờ buồng bốc buồng đốt (m) Thể tích thép nắp elip (Vvlnắp) Nắp elip tiêu chuẩn có: - dnắp = 1600 mm - S = 10 mm - hgờ = 25 mm Khối lượng thép cần là: 237 kg, tra bảng XIII.11, trang 384, [2] Thể tích thép làm vỉ ống bích Thể tích thép vỉ ống bao gồm bích: Tổng diện tích lỗ: d 2b Dn  Floã = n. + Z. 4 0,045 0,022 = 150. + 28. = 0,247m 4 Trong đó: n: ống truyền nhiệt (ống), n = 150 ống Dn: đường kính ống truyền nhiệt (mm), Dn = 45 mm Z: số lượng bu lông (cái), Z = 28 db: đường kính bu lơng (mm), db = 20 mm Diện tích ống tuần hồn trung tâm: Fth =  D2th 0,3332 =  = 0,087 m2 4 Diện tích vỉ: D2 1,142 Fvæ =  =  = 1,021 m2 4 Trong đó: Dth: đường kính ngồi ống tuần hoàn (m), Dth = 333 mm = 0,333 m D: đường kính vành ngồi bích (m), D = 1140 mm 48 ĐỒ ÁN QUÁ TRÌNH VÀ THIẾT BỊ GVHD: Trần Thị Thùy Linh Diện tích lại: Fcl = Fvỉ − Fth −  Flỗ = 1,021 − 0,087 − 0.247 = 0,687 m2 Thể tích thép làm vỉ ống: Vvlvỉ = Fcl.(2.h)= 0,687.(2.0,03) = 0,041 m3 Thể tích thép bích lại: ( ) ( )   Vb = h D2bñ-bb-ñ − D2bñ + h' D2bb−n − D2bb 4   = 0,03 1,142 − 1,0122 + 0,035 1,752 − 1,622 4 = 0,019 m ( ) ( ) Trong đó: h: bề dày bích nối buồng đốt buồng bốc, buồng đốt đáy (m); h = 30 mm = 0,03 m h’: bề dày bích nối buồng bốc nắp (m); h’ = 35 mm = 0,035 m Dbđ-bb-đ: đường kính vành ngồi bích nối buồng đốt buồng bốc, buồng đốt đáy (m); Dbđ-bb-đ = 1140 mm = 1,14 m Dbb-n: đường kính vành ngồi bích nối buồng bốc nắp (m); Dbb-n = 1750 mm = 1,75 m Dbđ: đường kính ngồi buồng đốt (m); Dbđ = 1012 mm = 1,012 m Dbb: đường kính ngồi buồng bốc; Dbb = 1620 mm = 1,62 m 6.5.3 Khối lượng phận thiết bị Chọn vật liệu thép không gỉ, mã hiệu X18H10T,  = 7900 kg/m3 (bảng XII.7, trang 313, [2]) Khối lượng ống: Gô = Vvlo  = 0,096.7900 = 758,4 kg Khối lượng buồng đốt: Gbđ = Vvlbđ  = 0,028.7900 = 221,2 kg Khối lượng buồng bốc: Gbb = Vvlbb  = 0,087.7900 = 687,3 kg Khối lượng nắp: Gnắp = 237 kg Khối lượng đáy: Gđáy = Vvlđáy  = 0,025.7900 = 197,5 kg Khối lượng vỉ ống: Gvỉ = Vvlvỉ  = 0,041.7900 = 323,9 kg Vật liệu làm bích thép mang mã hiệu CT3,  = 7850 kg/m3 (Bảng XII.7, trang 313, [2]) Khối lượng bích: Gb = Vb  = 0,019.7850 = 149,15 kg 49 ĐỒ ÁN QUÁ TRÌNH VÀ THIẾT BỊ GVHD: Trần Thị Thùy Linh 6.5.4 Tổng khối lượng Khối lượng thiết bị GTB = Gô + Gbđ + Gbb + Gnắp + Gđáy + Gvỉ + Gb = 758,4+ 221,2 + 687,3 + 237 + 197,5 + 323,9 + 149,15 = 2483,45 kg Khối lượng dung dịch nặng có nồi đặc là: Gdd =  V. = 0,821.1089,58 = 894,545 kg Tổng khối lượng: G = GTB + Gdd = 2483,45 + 894,545 = 3377,995 kg Tải trọng cho tay đỡ: (P) P = G.9,81 = 3377,995.9,81 = 33138,131 N Chọn chân đỡ tai treo Dự phòng chọn tải trọng 5.104 N Chọn vật liệu thép CT3 Chọn thiết bị gồm tai treo Tải trọng tay treo 2,5.104 N Tra bảng XIII.36, trang 438, [2], ta có kích thước tay treo Bảng 6.4 Bảng số liệu kích thước tay treo Tên gọi Tai treo Tai treo L Bề mặt đỡ F.104 (m2) Tải trọng cho phép lên F q.10-6 (N/m2) 2,5 173 1,45 150 120 130 2,5 173 1,45 150 120 130 Tải trọng cho phép G.104 (N) B B1 H S a d 215 60 20 30 3,48 215 60 20 30 3,48 mm Khối lượng tai treo (kg) 6.6 TÍNH VĨ ỐNG 6.6.1 Sơ lược cấu tạo Chọn vỉ ống loại vỉ tròn, lắp cứng với thân thiết bị, vỉ ống phải giữ chặt ống truyền nhiệt bền tác dụng ứng suất Dạng vỉ ống giữ nguyên trước sau nóng 50 ĐỒ ÁN Q TRÌNH VÀ THIẾT BỊ GVHD: Trần Thị Thùy Linh Vật liệu chế tạo thép khơng gỉ X18H10T - Nhiệt độ tính tốn vỉ ống nhiệt độ đốt ttt = tđốt = 131,57 oC - Ứng suất vốn cho phép tiêu chuẩn vật liệu ttt là: *   = 119,57 N/mm2 (hình – 2, trang 16, [7]) u Chọn hệ số hiệu chỉnh  = 0,95 (trang 17, [7])  Ứng suất uốn cho phép vật liệu ttt là: *  u  =    = 0,95.119,57 = 113,592 N/mm2 u 6.6.2 Tính tốn Tính cho vỉ ống buồng đốt Chiều dài tính tốn tối thiểu phía ngồi vỉ ống h1' xác định theo công thức – 47, trang 181, [7]: h1' = d bñ K Po u  = 1000.0,3 0,1864 = 12,15 mm 113,592 Trong đó: K = 0,3 (chọn từ 0,028 ÷ 0,36, trang 181, [7]) dbđ = 1000 mm: Đường kính buồng đốt Po = 0,1864 N/mm2: Áp suất tính tốn ống (bằng với áp suất tính tốn buồng đốt) Chiều dày tính tốn tối thiểu phía vỉ ống h’ xác định theo công thức – 48, trang 181, [7]: h'' = d bñ K Po 0,1864 = 1000.0,45 = 29,93 mm 113,592.0,371 u  o Trong đó: K = (0,45  0,6), chọn K = 0,45 o : hệ số làm yếu vỉ ống khoan lỗ: o = d væ −  d 1000 − 629 = = 0,371  d vỉ 1000 Với dvỉ: đường kính vỉ ống (mm); dvỉ = dbđ = 1000 mm  d : tổng số đường kính lỗ vỉ (mm) 51 ĐỒ ÁN QUÁ TRÌNH VÀ THIẾT BỊ GVHD: Trần Thị Thùy Linh  d = dth + n.dt-ống = 325 + 8.38 = 629 mm dth: đường kính ống tuần hoàn (mm); dth = 325 mm dn: đường kính ống truyền nhiệt (mm); dn = 38 mm n: số ống bố trí theo đường kính vỉ (ống); n = ống Chọn sơ h’’= 30 mm (bằng với bề dày bích) Kiểm tra bền vỉ ống Ứng suất uốn vỉ xác định theo công thức – 53, trang 183, [7]: u = u = Po  D   h ''  3,6  − 0,7 n    L L  0,1864    45 30 3,6  − 0,7    58,5.cos30o   58,5.cos30o   = 0,39 N/mm2 <   u  = 113,592 N/mm2 (thỏa mãn) Trong đó: L: ống bố trí theo đỉnh tam giác (mm); L = 58,5.cos 30omm, bước ống s = 58,5mm Dn: đường kính ngồi ống truyền nhiệt (mm); Dn = 45 mm Vậy vỉ ống phải dày 30 mm Tính cho vỉ ống buồng đốt Chọn bề dày vỉ ống phía bề dày vỉ ống phía trên; h’’ = 30 mm (cũng bề dày mặt bích) 6.7 KÍNH QUAN SÁT Vật liệu chế tạo thép CT3 thủy tinh Đường kính kính quan sát D = 230 mm Kính bố trí sau cho mực chất lỏng nhìn thấy Do đó, đặt kính giống bên buồng bốc, tạo thành góc 180oC 6.8 BỀ DÀY LỚP CÁCH NHIỆT Vật liệu chế tạo amiante carton Theo công thức VI.66, công thức VI.67, trang 92, [2]: Bề dày lớp cách nhiệt buồng đốt: 52 ĐỒ ÁN QUÁ TRÌNH VÀ THIẾT BỊ GVHD: Trần Thị Thùy Linh c =  c ( t T1 − t T2 )  n ( t T1 − t KK ) Trong đó: -  n : hệ số cách nhiệt từ bề mặt ngồi lớp cách nhiệt đến khơng khí  n = 9,3 + 0,058.tT2 = 9,3 + 0,058.(45+273) = 27,744 (W/m2.K) - tT1: nhiệt độ lớp cách nhiệt tiếp giáp bề mặt thiết bị, trở lực nhiệt tường thiết bị nhỏ so với trở lực nhiệt lớp cách nhiệt, tT1 lấy nhiệt độ đốt, tT1 = tD = 131,57oC - tT2: nhiệt độ bề mặt lớp cách nhiệt phía khơng khí vào khoảng 40 – 50oC, chọn tT2 = 45oC - tKK: nhiệt độ khơng khí (oC), tra bảng VII.1, trang 101, [2]; tKK = 26,6oC -  c = 0,144 (W/m2.K): hệ số dẫn nhiệt vật liệu cách nhiệt 100oC  c = 0,144.(131,57 − 45) = 0,0244 m = 24,4mm 27,744.(45 − 26,6) Vậy để thuận tiện chế tạo, chiều dày lớp cách nhiệt chọn cho buồng bốc buồng đốt 30 mm 53 ĐỒ ÁN QUÁ TRÌNH VÀ THIẾT BỊ GVHD: Trần Thị Thùy Linh CHƯƠNG TÍNH THIẾT BỊ PHỤ 7.1 CHỌN TÍNH HỆ THIẾT BỊ NGƯNG TỤ BAROMET 7.1.1 Tính lượng nước lạnh Gn cần thiết để ngưng tụ Theo công thức VI.51 sổ tay tập 2, trang 84 : Gn = W ( i − Cn t 2c ) Cn ( t 2c − t 2ñ ) Trong : Gn : lượng nước lạnh cần thiết để ngưng tụ, kg/s W : lượng thứ vào thiết bị ngưng tụ, kg/s: W = 1394 = 0,387 kg/s 3600 i: nhiệt lượng riêng ngưng , i = 2612 kJ/kg t 2c ,t 2ñ : nhiệt độ đầu ,cuối nước làm nguội , lấy t 2ñ = 60o C t 2c = t nt − = 68,7 − = 63,7 ºC t nt : nhiệt độ bão hòa ngưng tụ (ºC) Với t nt = 68,7oC Cn : nhiệt dung riêng trung bình nước, tra theo nhiệt độ trung bình, kJ/kg.k Với Cn = 4,182 kJ/kg.k Gn = W ( i − Cn t 2c ) Cn ( t 2c − t 2ñ ) = 0,387 ( 2612 − 4,182.63,7 ) 4,182 ( 63,7 − 60 ) = 58,665 (kg/s) 7.1.2 Đường kính dnt thiết bị ngưng tụ Theo VI.52, trang 84, [2], ta có đường kính thiết bị ngưng tụ: d nt = 1,383 W (mm)  h h Trong : W: lượng thứ ngưng tụ ( kg/s ) ; W = 0,387 (kg/s) 𝜔ℎ : tốc độ thiết bị ngưng tụ, chọn 𝜔ℎ = 20 m/s (tra trang 85, [2]) 𝜌ℎ : khối lượng riêng hơi, tra bảng 41, trang 37, áp suất 0,244 at 𝜌ℎ = 0,1627 kg/m3 Vậy : d nt = 1,383 0,387 = 0,477 mm 0,1627.20 54 ĐỒ ÁN QUÁ TRÌNH VÀ THIẾT BỊ GVHD: Trần Thị Thùy Linh Chọn đường kính thiết bị ngưng tụ dnt = 500 mm Kích thước thiết bị ngưng tụ Baromet Theo bảng VI.8, trang 88, [2], ta có Bảng 7.1 Kích thước thiết bị ngưng tụ Baromet Kích thước Đường kính thiết bị Ký hiệu Giá trị (mm) dnt 500 Chiều dài thành thiết bị Khoảng cách từ ngăn đến nắp thiết bị Khoảng cách từ ngăn đến nắp thiết bị S ao an 1300 1200 Bề rộng ngăn Khoảng cách tâm thiết bị ngưng tụ thiết bị thu hồi Chiều cao hệ thống thiết bị Chiều rộng hệ thống thiết bị Đường kính thiết bị thu hồi Chiều cao thiết bị thu hồi Đường kính thiết bị thu hồi Đường kính cửa vào: Hơi vào Nước vào Hỗn hợp khí Nối với ống baromet Hỗn hợp khí vào thiết bị thu hồi Hỗn hợp khí khỏi thiết bị thu hồi B K1 675 H T D1 h1 (h) D2 4300 1300 400 1440 - d1 d2 d3 d4 d5 d6 300 100 80 125 80 50 d7 d8 50 - Nối từ thiết bị thu hồi đến ống baromet Ống thơng khí 7.1.3 Tính kích thước ngăn Thường có dạng viên phân để làm việc tốt Theo VI.53, trang 85, [2]: - Chiều cao ngăn (b): b= d nt 500 + 50 = + 50 = 300mm 2 ▪ - Bề dày tắm ngăn () : Chọn  = mm - Dùng nước bẩn (sông, ao, hồ, ) để ngưng tụ thứ nên chọn đường kính lỗ d = mm - Chọn chiều cao gờ ngăn 40 mm Chọn tốc độ tia nước 0,62 m/s 55 ĐỒ ÁN QUÁ TRÌNH VÀ THIẾT BỊ GVHD: Trần Thị Thùy Linh 7.1.4 Tính chiều cao thiết bị ngưng tụ Chiều cao thiết bị ngưng tụ phụ thuộc mức độ đun nóng Mức độ đun nóng nước xác định theo cơng thức VI-6, trang 85, [2]: P= t 2c − t 2đ t bh − t 2đ Trong : P: trị số mức độ đun nóng t 2c ,t 2ñ : nhiệt độ đầu cuối nước tưới vào thiết bị (ºC); t 2ñ = 60ºC t 2c = 63,7ºC t bh : nhiệt độ bão hòa ngưng tụ (ºC) ; t bh = 68,7ºC  P= t 2c − t 2ñ 63,7 − 60 = = 0,425 t bh − t 2ñ 68,7 − 60 Tra bảng VI.7, trang 86, [2], với d = mm , P = 0,774 - Số ngăn n = - Số bậc a = - Khoảng cách ngăn h = 400 mm - Thời gian rơi bậc 0,41s Thực tế thiết bị ngưng tụ từ lên thể tích giảm dần, khoảng cách hợp lý ngăn nên giảm dần theo hướng từ lên khoảng chừng 50 mm cho ngăn Khoảng cách từ ngăn đến nắp thiết bị 1300 mm Khoảng cách từ ngăn đến đáy thiết bị 1200 mm Chiều cao phần gờ nắp 50 mm Chiều cao phần nắp ellipse 125 mm Chiều cao phần đáy nón 175 mm Chiều cao thiết bị ngưng tụ là: H = 125 + 50 + 1300 + 400.7 + 1200 +175 = 5650 mm 7.1.5 Tính kích thước ống Baromet Tính kích thước đường kính ống Baromet, theo công thức VI.58, trang 86, [2]: d= 0,004 ( G n + W ) . (m) 56 ĐỒ ÁN QUÁ TRÌNH VÀ THIẾT BỊ GVHD: Trần Thị Thùy Linh Trong : W: lượng thứ ngưng tụ, W = 0,387 kg/s Gn : lượng nước vào thiết bị ngưng tụ, Gn = 58,665 kg/s  : tốc độ hỗn hợp nước chất lỏng ngưng chảy ống Baromet (m/s), thường lấy  = 0,6 m/s d= 0,004 ( 58,665 + 0,387 ) .0,6 = 0,354 m Xác định chiều cao ống Baromet, theo VI.58, trang 86, [2]: H = h1 + h2 + 0,5 m (1) Trong : h1 : chiều cao cột nước ống Baromet cân với hiệu số áp suất khí thiết bị ngưng tụ h2 : chiều cao cột nước ống Baromet cần để khắc phục trở lực nước chảy ống Tính h1: chiều cao cột nước ống Baromet cân với hiệu số áp suất khí thiết bị ngưng tụ, theo VI.59, trang 86, [2]: h1 = 10,33 pck 0,756.760 = 10,33 = 7,81 m 760 760 Trong : Pck : áp suất chân khơng thiết bị (mmHg) Tính h2: chiều cao cột nước ống Baromet cần để khắc phục trở lực nước chảy ống, theo VI.60, trang 87, [2]:  2  H h2 =  +  +    (m) 2g  d br  Ta lấy hệ số trở lực vào ống 1 = 0,5 khỏi ống 2 = cơng thức VI.60 có dạng: 2  H  h2 =  2,5 +   (m) 2g  d br  Trong : 𝑑𝑏𝑟 : đường kính ống Baromet (m) ; d = 0,354 m : hệ số trở lực ma sát nước chảy tromg ống ( W/m.độ) 57 ĐỒ ÁN QUÁ TRÌNH VÀ THIẾT BỊ GVHD: Trần Thị Thùy Linh H: chiều cao tổng cộng ống Baromet (m) g = 9,81 m/s2  : tốc độ nước chảy ống (m/s) ;  = 0,6 m/s Chuẩn số Re: Theo công thức II.58, trang 377, [1]: Re = .d br  0,6.0,354.990,373 = = 347694,587  104 −  0,605.10 Trong đó:  : khối lượng riêng nước lấy nhiệt độ trung bình t trb = t 2d + t 2c 60 + 63,7 = = 61,85 oC 2 dbr : đường kính ống Baromet (m)  : độ nhớt động lực nước Chọn ống thép nên độ nhám  = 0,2 mm (trang 19, [5]) Như vậy, dòng nước ống Baromet chế độ chảy xoáy, hệ số ma sát tính theo cơng thức II.65, trang 380, [1]: Hệ số trở lực ma sát nước chảy ống :  = 0,3164 Re 0,25 = 0,3164 347694,5870,25 = 0,013 (W/m.độ) Chiều cao cần thiết : Từ phương trình (1) thì: H − (h1 + 0,5) = h  H − (7,81 + 0,5) = 0,62  H   2,5 + 0,013  2.9,81  0,354  Giải phương trình ta : H = 8,362 m  h2 = 2  H  0,62  8,362   2,5 +   2,5 + 0,013  =  = 0,052 m 2g  d br  2.9,81  0,354  7.1.6 Tính lượng thứ khí khơng ngưng Lượng khí cần hút khỏi thiết bị ngưng tụ Baromet tính theo cơng thức VI.47, trang 84, [2]: 58 ĐỒ ÁN QUÁ TRÌNH VÀ THIẾT BỊ GVHD: Trần Thị Thùy Linh Gkk = 25.10-6 (Gn + W) + 0,01.W = 25.10-6 (58,665+ 0,387) + 0,01.0,387 = 5,346.10-3 (kg/s) Trong đó: Gn : lượng nước lạnh tưới vào thiết bị (kg/s) W : lượng vào thiết bị ngưng tụ (kg/s) Thể tích khí khơng ngưng cần hút khỏi thiết bị tính theo cơng thức VI.49, trang 84, [2]: Vkk = 288.G kk ( 273 + t kk ) pnt − p h Theo công thức VI.50, trang 84, [2], ta có: tkk = t2đ + + 0,1 (t2c – t2đ ) = 60 + + 0,1.(63,7 - 60) = 64,37 ºC Pnt = 0,244 at = 23928,266 N/m2 : áp suất làm việc thiết bị ngưng tụ Ph : 0,075 at = 7354,988 N/m2 : áp suất riêng phần nước hỗn hợp nhiệt độ tkk (bảng 56, trang 45, [5]) Vkk = 288.5,346.10−3.( 273 + 64,37) 23928,266 − 7354,988 = 0,031 m3/s 7.2 TÍNH TỐN VÀ CHỌN BƠM CHÂN KHÔNG Bơm máy thủy lực dùng để vận chuyển truyền lượng cho chất lỏng Các đại lượng đặc trưng bơm suất, áp suất, hiệu suất, công suất tiêu hao hệ số quay nhanh 7.2.1 Công suất bơm chân không m −1    p2  m  m N= p V −     kk kk   ck 10−3 m −  p1     Trong : 𝜂𝑐𝑘 : hệ số hiệu chỉnh ; 𝜂𝑐𝑘 = 0,7 m : số đa biến ; m = 1,3 P1 = p nt = 0,244 at = 23928,266 N/m2 P2 : áp suất khí áp suất lúc khí đẩy Chọn p2 = 1,033 at = 104668,725 N/m2 Áp suất khơng khí thiết bị ngưng tụ : 59 ĐỒ ÁN QUÁ TRÌNH VÀ THIẾT BỊ GVHD: Trần Thị Thùy Linh pkk = p1 = pnt – ph = 23928,266 - 7354,988 = 16573,278 (N/m2) Trong đó: png: áp suất làm việc thiết bị ngưng tụ Ph: áp suất riêng phần nước hỗn hợp nhiệt độ khơng khí 40ºC Vkk: thể tích khơng khí cần hút khỏi thiết bị: Vkk = 0,031 m3/s - Công suất bơm: m −1    p  m  m N= p V −     kk kk   ck 10−3 m −  p1     1,3−1   1,3  104668,725  1,3  = 16573,278.0,031 −     23928,266  0,7.10 −3 1,3 −    = 1,2904 kW 7.2.2 Chọn bơm chân không Dùng bơm chân khơng khơng cần dầu bơi trơn, hút khơng khí, nước Chọn bơm chân khơng vòng nước hai cấp HWVP Có thơng số khác sau: - Kiểu HWVP – - Độ chân không : 30  150 Torr - Lưu lượng từ 450  28000 lít/phút - Cơng suất động 1,5  75 kW - Truyền động khớp nối cứng, dây đai hộp ssó tùy theo tốc độ quay tiêu chuẩn đầu bơm - Hoạt động êm ái, tuổi thọ vòng bi cao, phải bảo dưỡng - Lượng nước làm kín thấp - Vật liệu cánh, trục bơm làm từ thép không gỉ 304 316 giảm đáng kể ăn mòn chất acid lẫn mơi trường khí nước 60 ĐỒ ÁN Q TRÌNH VÀ THIẾT BỊ GVHD: Trần Thị Thùy Linh TÀI LIỆU THAM KHẢO Trần Xoa, Nguyễn Trọng Khuông, Hồ Lê Viên, Sổ tay q trình thiết bị cơng nghệ hóa chất tập 1, Nhà xuất Khoa học Kỹ thuật, Hà Nội Trần Xoa, Nguyễn Trọng Khuông, Phạm Xuân Toản, 2016, Sổ tay q trình thiết bị cơng nghệ hóa chất tập 2, Nhà xuất Khoa học Kỹ thuật Phạm Văn Bơn, Nguyễn Đình Thọ, 2011, Q trình thiết bị cơng nghệ hóa học thực phẩm tập 5, Nhà xuất Đại học Quốc gia TP HCM Phạm Văn Bơn, 2013, Qúa trình Thiết bị cơng nghệ hóa học thực phẩm Bài tập truyền nhiệt, Nhà xuất Đại học Quốc gia TP HCM Bộ môn máy thiết bị, 2012, Bảng tra cứu trình học truyền nhiệt – truyền khối, Nhà xuất Đại học Quốc gia TP HCM Trần Văn Hùng, Bài giảng kỹ thuật thực phẩm 2, 2013, Trường Đại học Công Nghiệp Thực Phẩm TP HCM Hồ Lê Viên, Tính tốn thiết kế chi tiết thiết bị hóa chất dầu khí, Nhà xuất Khoa học Kỹ thuật Phạm Xn Toản, Các q trình thiết bị cơng nghệ hóa chất thực phẩm tập 3, Nhà xuất Khoa học Kỹ thuật Hà Nội Nguyễn Tấn Dũng, Giáo trình qúa trình thiết bị cơng nghệ hóa học thực phẩm tập 2, q trình vầ thiết bị truyền nhiệt phần 2, 2015, Nhà xuất Đại học quốc gia TP.HCM 10 Bùi Hải, Dương Đức Hồng, Hà Mạnh Thư, Thiết bị trao đổi nhiệt 2001, Nhà xuất khoa học kỹ thuật Hà Nội 11 Hà Văn Tuyết, Trần Văn Bình, Bảo quản tươi bán chế phẩm, 2000, Nhà xuất Nông nghiệp 12 Nguyễn Văn Tiếp, Quách Đĩnh, Ngô Mỹ Văn, Kỹ thuật sản xuất đồ hộp rau Nhà xuất Thanh niên pc- - ... nướng Cà chua cô đặc chế biến cách cô đặc thịt cà chua (theo mức độ khác nhau) sau nghiền nhỏ loại bỏ hạt, vỏ Ở Liên Xô cà chua cô đặc phân loại sau: - Pure cà chua: có độ khơ 12, 15 20% - Cà chua. .. Linh Ở Mỹ, cà chua cô đặc phân loại sau: - Pure cà chua: cà chua chà mịn qua rây để loại bỏ vỏ, hạt - Pure cà chua miếng: cà chua xé tơi, qua sàng để loại bỏ vỏ, hạt - Cà chua cô đặc loại có... độ khơ 25 – 29% - Cà chua đặc có độ khơ 29 – 33% - Cà chua đặc có độ khơ 33% - Cà chua miếng cô đặc: cà chua xé tơi, loại bỏ vỏ hạt, đặc 1.2 Q TRÌNH CƠ ĐẶC 1.2.1 Định nghĩa Cô đặc phương pháp thường