tính toán thiết kế thiết bị tiệt trùng cá hộp dạng đứng với năng suất 20kgmẻ

Đồ án I - QTTB GVHD: ThS Lê Ngọc Cương MỤC LỤC…………………………………………………………………………….1 LỜI MỞ ĐẦU……………………………………………………………………… Phần I: CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT CÁ HỘP….…………………………… … Giới thiệu……….…………………………………………………………… Quy trình……………………… ………………………………… Thuyết minh quy trình …………………………………………………… Phần II: TỔNG QUAN VỀ TIỆT TRÙNG I Khái niệm tiệt trùng………………… ………………… II Cá hộp phải tiệt trùng ……………………………………………… III Các thông số tiệt trùng phương pháp dùng nhiệt……………………9 IV Công thức tiệt trùng………………………………………………………… 10 V Các loại thiết bị tiệt trùng dung nhiệt……………………………………………10 VI Các phương pháp tạo áp suất đối kháng thiết bị tiệt trùng cao áp…… 12 6.1 Tiệt trùng nước……………………………………………… 13 6.2 Tiệt trùng tạo áp suất đối kháng khơng khí nén……………… …13 6.3 Tiệt trùng dung áp suất đối kháng nước khơng khí giãn nở… 14 Phần III: TÍNH TỐN CHUNG CHO CẢ Q TRÌNH TIỆT TRÙNG…………………………………………………….………… …… 16 Khái quát vấn đề ……………………………………………………… 16 Chọn dạng thiết bị .…………………………….16 Các thao tác ……… 18 Các thơng số…………… ………………………………18 Tính toán thiết kế thiết kế thiết bị tiệt trùng gián đoạn ……… 19 5.1 Tính tốn đường kính, chiều cao thân thiết bị 19 5.2 Tính bề dày thân thiết bị 20 5.3 Tính bề dày nắp đáy thiết bị 20 NGUYỄN THỊ NHÂM – ĐHBKHN Đồ án I - QTTB GVHD: ThS Lê Ngọc Cương 5.4 Tính đường kính bu lơng thiết bị .21 5.5 Tính đường kính ơng dẫn 22 5.6 lề .22 5.7 Tính Tính kích thước kích thước chân thiết bị 22 5.8 Tính kích thước khối lượng ống dẫn nồi 22 5.9 Tính khối lượng thiết bị 23 5.10 Tính kích thước khối lượng giỏ thiết bị 23 Tính tốn lượng …………………………… … 23 Tính lượng nước cần thiết để làm nguội .27 KẾT LUẬN……………………………………………………… 29 TÀI LIỆU THAM KHẢO 30 PHỤC LỤC 31 NGUYỄN THỊ NHÂM – ĐHBKHN Đồ án I - QTTB GVHD: ThS Lê Ngọc Cương LỜI MỞ ĐẦU Như biết, nước ta có đường bờ biển dài đẹp, ngồi có mạng lưới kênh ngòi dày đặc sản lượng thủy hải sản nói lớn phong phú, phải nói đến cá Sản lượng nhiều lượng tiêu thụ cá nước ta khiêm tốn, ngồi số lồi cá có giá trị cao lại có tính thời vụ ( tức đánh bắt thời điểm) hay có tính địa phương ( tức có lồi cá xuất vài địa phương) Vì tốn đặt phải làm để loại cá sử dụng lúc nơi Ngành chế biến thủy hải sản đời ( ngành chế biến cá hộp chiếm tỷ phần lớn) giải tốn khơng tiêu thụ nước mà đem xuất Tuy nhiên vi sinh vật gây hư hỏng chí gây bệnh có nơi tự nhiên, cá chứa nhiều Mặc dù, trình làm sạch, chế biến cá hộp loại bỏ nhiều có số lồi sinh độc tố lại khó tiêu diệt Chính vậy, trước đưa thành phẩm thị trường muốn bảo quản lâu bảo đảm chất lượng an toàn thực phẩm sản phẩm cá hộp phải qua bước tiêt trùng Trải qua thời kì thiết bị công nghệ tiệt trùng dần trở nên đại , tân tiến Với đề tài tính tốn thiết kế thiết bị tiệt trùng cá hộp, em xin giới thiệu với thầy cô thiết bị sử dụng rộng rãi khơng phòng thí nghiệm mà nhà máy chế biến Với giới hạn suất 20kg/ mẻ em xin trình bày thiết bị nồi tiệt trùng áp cao phòng thí nghiệm Đề tài em gồm phần: Phần 1: Công nghệ sản xuất cá hộp Phần 2: Tổng quan tiệt trùng Phần 3: Tính tốn chung cho trình tiệt trùng Khái quát vấn đề Chọn dạng HTTT Các thao tác Các thông số NGUYỄN THỊ NHÂM – ĐHBKHN Đồ án I - QTTB GVHD: ThS Lê Ngọc Cương Tính tốn thiết kế thiết bị tiệt trùng Tính tốn lượng Tính tốn lượng nước làm nguội Phần 4: Bản vẽ Phần 5: Kết luận Phần 6: Tài liệu tham khảo Đây đồ án chúng em nhận, q trình làm có thiếu xót, mong thầy đọc sửa lỗi để chúng em rút kinh nghiệm cho đồ án Em xin chân thành cảm ơn thầy ThS Lê Ngọc Cương thầy cô giáo Viện Công nghệ sinh học & Công nghệ thực phẩm hướng dẫn tận tình để em hồn thành đồ án EM XIN CẢM ƠN ! Sinh viên thực Nguyễn Thị Nhâm NGUYỄN THỊ NHÂM – ĐHBKHN Đồ án I - QTTB GVHD: ThS Lê Ngọc Cương Phần : CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT CÁ HỘP Giới thiệu: Ở đề tài em xin trình bày sản phẩm cá hộp: cá ngừ ngâm dầu vì: Cá ngừ có giá trị dinh dưỡng cao, sản lượng lớn Mục đích ngâm dầu cá ngừ có nhiều vitamin tan dầu như: VTM A, D tốt cho sức khỏe ngâm dầu lúc ăn thể hấp thu vitamin Quy trình: NGUYỄN THỊ NHÂM – ĐHBKHN Đồ án I - QTTB GVHD: ThS Lê Ngọc Cương Hình Quy trình sản xuất cá ngừ ngâm dầu đóng hộp - - Thuyết minh quy trình: Tiếp nhận nguyên liệu:Cá ngừ tiếp nhận trạng thái đông lạnh nên tiếp nhận cần tan giá sau mang rửa Xử lý: Cá đem cắt dầu, mổ moi ruột, mang, tạp chất sau rửa lại nước Hấp: Hấp nước nóng nhiệt độ 950C 30 – 40 phút Mục đích của cơng đoạn giúp cho việc lạng da file sau dễ dàng; protein tác dụng nhiệt tách nước đem ngâm dầu đảm bảo tỷ lệ nước ổn định hệ nhũ tương Làm nguội: Thuận lợi cho việc lạng da, file Lạng da, file: Dưới lớp da cá ngừ phần thịt đỏ ( gia nhiệt thành màu nâu) có chứa nhiều chất histadin trinh bảo quản biến thành hợp chất histamin gây dị ứng, nên cần file loại bỏ phần thịt NGUYỄN THỊ NHÂM – ĐHBKHN Đồ án I - QTTB - - - - GVHD: ThS Lê Ngọc Cương nâu đi; mục đích lạng da giúp việc file trở nên dễ dàng lấy tồn thịt đỏ Rót sốt: Trước rót sốt dung dịch sốt cần gia nhiệt lên 80 0C vào đuổi khơng khí ( O 2) ngồi ( loại bỏ tượng ăn mòn kim loại lon hộp) Bài khí: Sau rót sốt xong nhanh chóng mang khí Mục đích cơng đoạn này: loại bỏ khơng khí sót lại lon hộp ( ngồi ngun nhân gây ăn mòn kim loại khơng khí sót lại lon hộp đem tiệt trùng nhiệt độ cao khơng khí dãn nở lớn gây tượng phồng hộp) Ghép mí: Là công đoạn quan trọng nhằm tạo thực phẩm cách li hồn tồn với mơi trường khơng khí bên ngồi, có tác dụng quan trọng tới thời gian bảo quản chất lượng thực phẩm Nắp hộp phải ghép thật kín đảm bảo tiệt trùng khơng bị bật nắp hay hở mối ghép Tiệt trùng: Đem tiệt trùng với nhiệt độ 1210C vòng 35 phút Mục đích cơng đoạn tiêu diệt vi sinh vật tăng thời gian bảo quản; làm nhừ thực phẩm, tăng hương vị ăn Phần : TỔNG QUAN VỀ TIỆT TRÙNG Khái niệm tiệt trùng Tiệt trùng (sterilization) tiêu diệt vi sinh vật (kể bào tử) bất hoạt virus Yêu cầu phương pháp tiệt trùng tiêu diệt tối đa vi sinh vật có hại, số lại đến mức độ khơng thể phát triển làm hư hỏng sản phẩm không ảnh hưởng tới sức khỏe người sử dụng Các phương pháp tiệt trùng: Sử dụng nhiệt độ cao  - NGUYỄN THỊ NHÂM – ĐHBKHN Đồ án I - QTTB  - - GVHD: ThS Lê Ngọc Cương + Sử dụng không khí nóng khơ: Khơng khí sấy nóng để tiệt trùng, cách dùng tủ sấy (drying oven) trì nhiệt độ 170 – 180 độ C Mọi vi sinh vật kể bào tử bị tiêu diệt + Đun sôi trực tiếp: Cho sản phẩm đun sôi nước 100 độ C + Hơi nước bão hòa áp suất cao: Dựa vào nguyên lý phụ thuộc nhiệt độ vào áp suất: Nếu áp suất tăng nhiệt độ tăng theo Ví dụ áp suất 1,9 kg/cm2 nhiệt độ lên tới 121 độ C Sử dụng tia xạ: Sử dụng tia gamma để xạ tiêu diệt vi sinh vật Sử dụng hóa chất: Sử dụng ethylenoxit formandehit: hóa chất độc, kích thích niêm mạc dễ cháy, gây ung thư Lọc vô trùng: Sử dụng màng lọc không cho vi sinh vật muốn tiêu diệt qua Trong phương pháp sản xuất thực phẩm người ta sử dụng phương pháp nhiệt độ cao bời vì: Nếu sử dụng hóa chất: chất độc khơng dùng thực phẩm Phương pháp lọc vô trùng không sử dụng cho thực phẩm kích thước màng lọc nhỏ Như thực phẩm không qua sử dụng vơ trùng khơng khí Phương pháp dùng tia xạ: sử dụng cho thực phẩm gây biến đổi cho thực phẩm gây ảnh hưởng đến chất lượng mặt an toàn cảm quan Trong phương pháp tiệt trùng sử dụng nhiệt độ cao phương pháp sử dụng nước bão hòa áp suất cao lựa chọn vì: - - Khơng khí có khả dẫn nhiệt kém, xếp sản phẩm đầy tủ sấy khơng có phận luồng khí chuyển động khoảng khơng gian khơng đạt nhiệt độ yêu cầu Vì vậy, cần tiệt trùng nhiệt cao thời gian lâu Sản phẩm dễ bị cháy nhiệt cao Còn sử dụng phương pháp tiệt trùng nước đun sơi nhiệt độ đạt 100 độ C mà nhiệt độ khơng đủ tiêu diệt số vi sinh vật ưa nhiệt tạo bào tử  Phương pháp sử dụng nước bão hòa áp suất cao nâng nhiệt độ lớn 100 độ C nhờ nâng áp suất Vì thế, khả tiêu diệt tồn vi sinh vật có mặt sản phẩm cao Cá hộp phải tiệt trùng? Đầu tiên ta cần phân biệt trùng, tiệt trùng Mục đích thanh/ tiệt trùng tiêu diệt vi sinh trùng nhiệt độ 1000C tiệt trùng lại phải sử dụng nhiệt độ 100 0C Thanh trùng sử dụng NGUYỄN THỊ NHÂM – ĐHBKHN Đồ án I - QTTB GVHD: ThS Lê Ngọc Cương cho sản phẩm có pH < 4,6 ( chua) tiệt trùng sử dụng cho sản phẩm pH > 4,6 ( chua) Lấy pH= 4,6 để làm ranh giới phân chia hai phương pháp người ta cho pH < 4,6 vi sinh vật bị ức chế (và đặc biệt vi khuẩn: Clostridium botulinium – vi sinh vật gây hư hỏng nguy hiểm sức khỏe người) nên cần dùng nhiệt 100 0C tiêu diệt vi sinh vật Cl botulinium loại vi sinh vật kỵ khí sinh nha bào tùy tiện, có khả tạo chất độc Môi trường thực phẩm hộp khí ghép mí kín mơi trường thích hợp cho Cl Botulinium phát triển Người ta phân biệt loại Cl Botulinium A, B, C, D, E F Trong loại A B nguy hiểm chúng bền với nhiệt Bản thân Cl Botulinium khơng thể gây hại cho thể chúng khơng có khả phát triển gây nguy hại thể sống động vật Chúng phát triển mơi trường chết, nghĩa chúng phát triển tất thực phẩm trừ rau, hoa tươi Trong trình sống phát triển Cl Botulinium sản sinh độc tố vô nguy hại sức khỏe sống người Nhiều nhà khoa học nhận xét độc tố Cl Botulinium tao mạnh HCN ngàn lần Khi nói đến tác dụng độc hại Cl Botulium ta khơng nói đến tác dụng nhanh hay chậm mà nói đến nồng độ Chỉ 10-5mg độc tố có tác dụng giết chết lợn biển Thường thường sản phẩm bị nhiễm độc tố Cl Botulinium có biểu hư hỏng dễ nhận thấy: thịt rữa, có mùi khó chịu, có tượng tạo khí nắp hộp phồng lên Tuy nhiên có khơng trường hợp sản phẩm bị nhiễm độc bề ngồi mùi vị thành phẩm khơng có biến đổi, dễ dàng bị trúng độc mà khơng hay biết triệu chứng biểu việc ngộ độc xuất chậm Độc tố Cl Botulinium không bền với nhiệt, cần đun 20-30’ nhiệt độ 800C diệt hồn tồn Nếu trước sử dụng đồ hộp ta đun nóng độc tố trở nên hồn tồn vơ hại Tuy nhiên phần lớn đồ hộp mà Cl Botulinium có khả phát triển lại thường sử dụng dạng nguội (nước giải khát làm từ cà chua, đồ hộp rau thái miếng, cá thái miếng…) phương pháp đun nóng đồ hộp trước dùng thực Trong đồ hộp khơng phải có Cl Botulinium có khả phát triển, nhiều vi sinh vật gây hư hỏng bền nhiệt C sporogenes, C perfringes, C.putrificum Các vi sinh vật kỵ khí thường nguyên nhân gây hư hỏng đồ hộp thịt cá Tuy nhiên biểu hư hỏng đồ hộp vi sinh vật rõ ràng: mùi khó chịu, thực phẩm rữa nát, bọt khí… Ỉ không ăn nhầm, độc tố vi sinh vật không độc Cl Botulinium Vì tồn giới người ta cho phải trùng để diệt hết Cl Botulinium NGUYỄN THỊ NHÂM – ĐHBKHN Đồ án I - QTTB GVHD: ThS Lê Ngọc Cương đồ hộp bảng phân loại thực phẩm dựa phản ứng mơi trường có độ acid Vì vậy, cá hộp có pH>4,6 ( nhóm chua) nên cần phải tiệt trùng có khả loại bỏ vi sinh vật mà đặc biệt Cl Botulinium, cụ thể ta tiệt trùng nhiệt độ 1210C ( 1000C tiêu diệt lồi vsv này, nhiên cần phải sử dụng nhiệt độ cao nha bào vsv khác bền với nhiệt) Các “đồ hộp thực sự”, nghĩa không cần bảo quản điều kiện môi trường quy định trước nhiệt độ, thời gian bảo quản, khơng phải có độ vơ trùng tuyệt đối, thực tế ta không sản xuất loại đồ hộp 100% vô trùng mà đạt đồ hộp có độ vơ trùng cơng nghiệp - Các thông số tiệt trùng phương pháp dùng nhiệt: Nhiệt độ: Trên 1000C Thời gian: Thời gian trùng = thời gian truyền nhiệt vào tâm hộp + thời gian tiêu diệt (thời gian cần thiết để diệt vi sinh vật trung tâm hộp, lúc đạt nhiệt độ định trước) Tuy nhiên cách tính thời gian trùng khơng Vì thực tế vi sinh vật tâm hộp bị tiêu diệt từ lúc tâm hộp đạt nhiệt độ định trước mà từ sớm hơn, lúc tâm hộp chưa đạt nhiệt độ định trước Vì : T trùng ≠ T truyền nhiệt + T tiêu diệt Mà phải nói : T trùng = f (T truyền nhiệt , T tiêu diệt) T trùng phụ thuộc vào yếu tố gì? T truyền nhiệt (thời gian truyền nhiệt vào tâm hộp – phụ thuộc yếu tố nhiệt lý) - Tính chất vật lý thực phẩm - Tính chất vật lý vật liệu làm vỏ hộp độ dày vỏ hộp - Kích thước hình học hộp - Nhiệt độ ban đầu thực phẩm - Nhiệt độ cuối sản phẩm - Nhiệt độ trùng - Trạng thái hộp trùng (đứng yên hay chuyển động quay) T tiêu diệt (thời gian tiêu diệt vi sinh vật)  NGUYỄN THỊ NHÂM – ĐHBKHN Đồ án I - QTTB - - - GVHD: ThS Lê Ngọc Cương Nước đóng vai trò mơi trường truyền nhiệt, sử dụng nước nhiệt độ phân bố đồng không bị tăng cục thời gian truyền nhiệt rút ngắn Như biết trình gia nhiệt tiệt trùng, nhiệt độ thực phẩm hộp tăng dần lên theo nhiệt độ thiết bị ( nhiệt độ tiệt trùng), khơng khí hộp giãn nở, thực phẩm giãn nở, bao bì giãn nở theo Nhưng bao bì khơng gian nhỏ nhiều so vơi thiết bị; kết áp suất hộp hộp thực phẩm thay đổi nhiều so với áp suất thiết bị tiệt trùng Ấp suất chênh lệch hộp thiết bị nguyên nhân làm hộp bị biến dạng, rạn nứt mối ghép hay nắp hộp bung khỏi thân hộp, bao bì thủy tinh vỡ rơi đáy khỏi thân Do tính chất tạo áp suất dư bên đồ hộp cần tạo áp suất đối kháng để tránh tượng đồ hộp bị biến dạng hay bị hở nắp chênh lệch áp suất bên bên ngồi hộp gây ra.Vì vậy, gia nhiệt nước giãn nở làm cho áp suất nước tăng Sự tăng áp suất có tác dụng tạo áp suất đối kháng Như biết ngồi cung cấp nhiệt độ cho vật, bão hòa tạo áp suất tương ứng với nhiệt độ lớn nước đóng vai trò lực ma sát khiến cho áp suất bão hòa giảm q trình vào đồ hộp nên tránh tượng gây méo mó đồ hộp Lý sử dụng nước để tạo áp suất đối kháng mà áp suất tạo khơng cao vì: Trước tiệt trùng đồ hộp trải qua q trình khí nên gia nhiệt áp suất dư tạo khơng q lớn để gây biến dạng bao bì Thứ hai, bao bì ta sử dụng sắt tây có khả chịu chênh lệch áp suất tốt vật liệu khác thủy tinh, nhựa, Ngoài việc tạo áp suất đối kháng không cần sử dụng đến bơm máy nén giảm thiểu diện tích chi phí đầu tư Tuy nhiên, khó khăn việc khống chế chế độ làm việc Với thiết bị này, giai đoạn đầu ta phải có thời gian xả khí ngồi cách mở van xả khí Khi bật cơng tắc gia nhiệt, thấy khỏi van xả khí tức khơng khí đuổi hết ngồi ta đóng van lại ( khoảng -10 phút) Chúng ta cần phải đuổi khí khơng khí giãn nở lớn gấp nghìn lần với nước thiết bị kín tạo áp suất cực lớn tác động lên thiết bị gây nổ thiết bị, an toàn lao động NGUYỄN THỊ NHÂM – ĐHBKHN Đồ án I - QTTB GVHD: ThS Lê Ngọc Cương Trong giai đoạn làm nguội, ta dùng nước lạnh có áp suất chân khơng để làm nguội nhiên gây tượng chênh lệch áp suất lớn ( áp suất thiết bị giảm đột ngột bên hộp áp suất chưa kịp giảm) dẫn đến nguyên nhân gây biến dạng, phồng hộp Vì ta cần sử dụng thêm áp suất đối kháng cách sử dụng nước lạnh có áp lực nhờ động để vừa giảm nhiệt độ nhanh chóng áp suất khơng bị giảm đột ngột * Sử dụng bão hòa để đun nóng mà khơng dùng chất tải nhiệt kim loại, hay dòng điện vì: có hệ số tỏa nhiệt lớn kích thước thiết bị thu gọn; đun nóng đồng ngưng tụ bề mặt truyền nhiệt nhiệt độ không đổi; dễ điều chỉnh nhiệt cách điều chỉnh áp suất, vận chuyển xa dễ dàng theo đường ống * Nước nóng xả nguội chứa thùng hồi lưu dùng để sử dụng làm nước đun nóng cho mẻ Nhiệt độ nước cho mẻ khoảng 850C * Nước sau làm nguội ( 450C) hồi lưu trở lại để cung cấp nước tuần hoàn tiết kiệm lượng nước làm nguội - - Các thao tác Dùng tời điện đưa giỏ hộp vào thiết bị, đậy kín nắp Bật cơng tắc gia nhiệt Mở van xả khí, đuổi khí hết ngồi, đóng van lại Thời gian đun nóng tâm đồ hộp đạt nhiệt độ tiệt trùng Trong thời gian giữ nhiệt độ không đổi cách vặn van nhỏ lại Nếu nhiệt giảm phải mở van Khi đạt thời gian tiệt trùng đóng van lại Cho nước lạnh mở van khơng khí nén để làm nguội nhanh sản phẩm Khi áp suất thiết bị đạt áp suất suất khí mở nắp thiết bị cho giỏ ngồi Các thơng số Năng suất: 20kg/mẻ Nhiệt độ đồ hộp trước tiệt trùng: 700C Nhiệt độ tiệt trùng T = 1210C Nhiệt độ sau làm nguội: 400C NGUYỄN THỊ NHÂM – ĐHBKHN Đồ án I - QTTB - - GVHD: ThS Lê Ngọc Cương Nhiệt độ sử dụng tiệt trùng: 1230C  áp suất: 2,2 bar ( áp suất làm việc = áp suất + áp suất thủy tĩnh ( P tt = dw H) nhiên Ptt nhỏ = 0,98 Pa dw : trọng lượng riêng nước => bỏ qua Ptt) Thời gian tiệt trùng: t = 35 phút = τxả khí + τ1 + τ2 = + 25 + Bao bì sắt tây Kích thước bao bì: h= 40mm, d= 85mm [σ ]=5,2 [N.mm −2 ] Vật liệu làm thiết bị: Thép inox 304 ρ thép= 7,93g/cm ứng suất bền cho phép thép Tính tốn thiết kế thiết bị tiệt trùng gián đoạn 5.1 Tính tốn đường kính, chiều cao thân thiết bị - Chọn kích thước bao bì h= 4cm, d= 8,5cm => V= л.d2.h /4 = 227cm3 - - Vì độ dày bao bì nhỏ nên coi thể tích bao bì thể tích nguyên liệu có V1 lon= 0,227l mà m lon= 0,175kg Vậy: với suất 20kg/mẻ tương đương với số lon = 20/0,175= 114 lon V 114 lon = 114.0,227= 26 l - Theo sách: “Các trình thiết bị trao đổi nhiệt, tâp 2” – Tôn Thất Minh tr356 ta có cơng thức tính số lượng đồ hộp xếp thiết bị thiệt trùng; n = 0,785.(d21/d22).a.Z.k, lon d1 – đường kính giỏ, m; d2 – đường kính ngồi đồ hộp, m; => d2= 0,085m a – số lớp đồ hộp giỏ, a phải số nguyên bằng: a < h1 h2 h1 – chiều cao giỏ, m; h2 - chiều cao hộp, m; => h2= 0,04m Z – số giỏ xếp thiết bị k – hệ số xếp đầy giỏ k= [ 0,65 ; 0,9]  Chọn h1 =0,22m => a=5 Chọn Z =2; k=0,8; N = 114 lon Thay vào cơng thức (5.1) có: d1 =37cm chọn đường kính nồi tiệt trùng Dt = 420mm Lấy K = H/Dt = 1,4=> H=600mm NGUYỄN THỊ NHÂM – ĐHBKHN Đồ án I - QTTB 5.2 GVHD: ThS Lê Ngọc Cương Tính bề dày thân thiết Theo sách: “Các trình thiết bị trao đổi nhiệt, tâp 2” – Tôn Thất Minh tr360 Sthân = P Dt k + C, cm 2,3[σ] φ (5.3) S – bề dày thân thiết bị, cm; P – áp suất làm việc thiết bị, kg/cm2; P= 2,2bar theo tiêu chuẩn an tồn ta lấy P’ = 1,3 ÷1,5P lấy P’ =3bar ≈ 3kg/cm2 Dt - đường kính thân thiết bị, cm k – hệ số dự trữ bền kim loại mối hàn k = 4,25; φ – hệ số bền mối hàn, φ=0,9; [N.mm −2 ] [σ] - ứng suất inox 304; = 5200kg/cm2 C - hệ số an tồn dự trữ cho ăn mòn hóa học kim loại C = 0,1–0,3cm Chọn C=0,3cm Thay vào ( 5.3) ta có Sthân= 0,35cm=3,5mm Chọn Sthân = 5mm  Đường kính ngồi thiết bị Dngồi = 430mm Ngồi thiết kế thêm vỏ ngồi nhằm tác dụng chống thất nhiệt bên ngồi đảm bảo an tồn khơng may cơng nhân va chạm vào thân thiết bị Thiết kế chiều dày 3mm Ước lượng khối lượng khoảng 25kg 5.3 Tính bề dày nắp đáy thiết bị Ta chọn nắp hình bầu dục (elip) có ưu điểm như: phân bố ứng suất điều hòa hình vòm kích thước gọn hình bán cầu Theo công thức 9.14 – trang 378 – tài liệu 1, chiều dày thiết bị tính theo cơng thức: [mm] (5.4) ye – hệ số phụ thuộc tỷ số a= Dt /2h với h chiều cao nắp thiết bị NGUYỄN THỊ NHÂM – ĐHBKHN Đồ án I - QTTB GVHD: ThS Lê Ngọc Cương Theo bảng thực nghiệm – trang 379 – tài liệu ta chọn y e = 1,0 với tỷ số a= Dt/h =2 h = Dt/4 Từ kết phân tích người ta xây dựng công thức chung cho nắp bầu dục chế tạo từ vật liệu dẻo ( Inox 304 dẻo): [mm] Trong đó: [N.mm −2 ] P= – áp suất tác động lên thành nắp thiết bị P=0,3N/mm2 Dt =420 [mm] – đường kính nồi tiệt trùng [N.mm −2 ] - ứng suất bền cho phép thép (SUS 304) ϕ = 0,80 ÷ 0,95 C = ÷3 - hệ số an tồn mối hàn Chọn ϕ = 0,90 [mm] – hệ số dư gia cơng, ăn mòn Chọn C = [mm] Thay giá ta tính chiều dày, chiều cao nắp (snap, h) [mm] Để cho thuận tiện việc chế tạo thiết bị ta chọn chiều dày nắp đáy với chiều dày thân thiết bị 0,5 cm hay 5mm  Chọn snap = 5[mm] Chiều cao nắp: 5.4 h =Dt/4 =420/4=105mm Tính đường kính bulơng thiết bị tiệt trùng Theo công thức sách: “Các trình thiết bị trao đổi nhiệt, tập 2” – Tơn Thất Minh, tr 361 có: d0 = 0,055√P′ + 0,5 , cm Trong : d0 – đường kính ren bulông, mm; P′ - lực tác động lên bulông, kg: Với P′ лD2a.P kg NGUYỄN THỊ NHÂM – ĐHBKHN 2 Đồ án I - QTTB GVHD: ThS Lê Ngọc Cương 4n Da – đường kính thân thiết bị, Da= 43cm; n – số chốt vặn bulông, n = 6; P – áp suất thiết kế, P = atm P’ = 3,14 432.3 /(4.16) = 726kg => d0= 0,055 √726 +0,5 = 1,98cm Lấy theo tiêu chuẩn 20mm 5.5 Tính đường kính ống dẫn vào thiết bị Theo công thức sách: “Các trình thiết bị trao đổi nhiệt, tập 2” – Tơn Thất Minh, tr 361 có: dh = , m Trong v – vận tốc hơi, m/s Lấy v = 10m/s; γ – khối lượng riêng hơi, γ = 5,049 kg/m3; Dh - lưu lượng giờ, dh = 17,52kg/h dh = = 0,01m = 11mm Chọn ống 21mm , chiều dày 1,9mm theo tiêu chuẩn BS1387/85 5.6 Tính kích thước lề Kích thước lề: L.R.H =250.10.30 mm => khối lượng lề mbl = 3.1.25.7,93 = 0,6kg Suy khối lượng nắp + lề: =8kg 5.7 Tính kích thước chân thiết bị Chân khối trụ chọn đường kính 50mm chiều cao 200mm=> khối lượng chân = 3.7.93 pi 2,5* 2,5.20 = 9kg 5.8 Tính kích thước khối lượng ống dẫn nồi Đường kính 2,1cm Chiều dài ống l =110cm, chiều dày ống 1,9mm NGUYỄN THỊ NHÂM – ĐHBKHN Đồ án I - QTTB GVHD: ThS Lê Ngọc Cương suy khối lượng ống mống = ρthép.л.110.(22 – 1,82)/4=0,52k 5.9 Tính khối lượng thiết bị Mtb = mthân + mvỏ ngoài+ mnắp + mđáy + mbl + mchân + mống mthân = ρthép.л.H.(D2ngoài – D2trong)/4=7,93.л.60.(432- 422)/4=33kg mđáy = mnắp=ρthép.4.л.h.(Dngoài2 – Dtrong2)/(3.2.4)=7,4kg Mtb = mthân +mvỏ + mnắp + mđáy + mbl + mchân + mống = 33 + 25 + 7,4 + 7,4 + 0,6 + + 0,52 =83kg Tính thêm khối lượng số chi tiết khác suy Mtb xấp xỉ 85kg 5.10 Tính tốn kích thước, khối lượng giỏ Đường kính giỏ d1 = 350mm =>chọn đường kính ngồi giỏ d1’ =360mm Chiều cao giỏ chọn hgiỏ = 220mm Qua tính tốn ước lượng cho khối lượng giỏ khoảng 2,5kg suy có 2giỏ khối lượng 5kg Tính tốn lượng NGUYỄN THỊ NHÂM – ĐHBKHN Đồ án I - QTTB GVHD: ThS Lê Ngọc Cương Ở giai đoạn đun nóng, nhiệt lượng chi phí theo cơng thức tổng quát bao gồm: Q’ = Q1 + Q2 + Q3 + Q4 + Q5 + Q6 + Qxả khí, kJ Q1 - nhiệt lượng đun nóng thiết bị; Q2 - nhiệt lượng đun nóng giỏ; Q3 - nhiệt lượng đun nóng bao bì; Q4 - nhiệt lượng đun nóng sản phẩm đồ hộp; Q5 - nhiệt lượng đun nóng nước thiết bị; Q6 - nhiệt lượng tổn thất mơi trường xung quanh; Qxả khí – nhiệt lượng giai đoạn đuổi khơng khí ngồi; • Lượng nhiệt đun nóng thiết bị: Q1 = G1 C1 ( tc – t1), kJ; G1 – khối lượng thiết bị, kg; C1 – nhiệt dung thép, kJ/kg.độ; t1 – nhiệt độ ban đầu thiết bị, 0C; tc – nhiệt độ tiệt trùng, 0C; NGUYỄN THỊ NHÂM – ĐHBKHN Đồ án I - QTTB  • GVHD: ThS Lê Ngọc Cương Q1= 85 0,456 ( 121 – 29) =3566kJ Lượng nhiệt đun nóng giỏ: Q2 = G2 C1 ( tc – t1), kJ; G2 – khối lượng giỏ, kg;  • Q2 = 0,456 (121 – 29) = 210kJ Lượng nhiệt đun nóng bao bì: Q3 =G3 C3(tc – t3), kJ G3 – khối lượng bao bì, G3 = 0,03.114= 3,5 kg; (với 30 g/hộp) C3 – nhiệt dung riêng vật liệu bao bì, với sắt tây C3 = 0,502 kJ/kg.0C ; t3 - nhiệt độ ban đầu bao bì, lấy nhiệt độ sản phẩm, t3 = 700C  • Q3 = 3,5.0,502.( 121-70) = 90kJ Lượng nhiệt đun nóng sản phẩm: Q4 =G4 C4(tc – t3), kJ G4 – khối lượng sản phẩm 20kg Vì sản phẩm cá hộp thuộc loại sản phẩm chứa nhiều gluxit, protein lipit nên: C4 = = 4,13 kJ.kg.độ  • Q4 = 20.4,13.(121 – 70) = 4220 kJ Lượng nhiệt đun nóng nước: Q5 =G5 C5(tc – t3), kJ G5 – khối lượng nước đun nóng, kg; G5 = 40l.1 =40kg; C5 – nhiệt dung riêng nước, kJ/kg.0C ;  • Q5 = 40.4,2.(121 – 90) = 5200kJ Lượng nhiệt tổn thất môi trường xung quanh: Q6 = F.α1(tt −tKK).τ1 α1: hệ số tỏa nhiệt, W/ C; α1 = 9,3 + 0,058tt NGUYỄN THỊ NHÂM – ĐHBKHN Đồ án I - QTTB GVHD: ThS Lê Ngọc Cương F - bề mặt thiết bị; tt - nhiệt độ trung bình thành thiết bị, tt = 700C tKK - nhiệt độ khí quyển; tKK = 290C τ1 - thời gian đun nóng (giờ), τ1 = 0,42 h  α1 = 9,3 + 0,058.50= 12,2 W/2.0C; F = .Dtrong.H+ π.h.Dtrong = 1m2  Q6 = 12,2.(70 – 29).0,42 = 220kJ Suy ra, Q’ = Q1 + Q2 + Q3 + Q4 + Q5 + Q6 + Qxả khí = 3566 + 210 + 90 + 4220 + 5200 + 220 + Qxả khí Trong trường hợp xả khí lượng nhiệt tổn thất phải kể đến nhiệt lượng tiêu hao nóng xả làm bốc nước Nhiệt lượng tổn thất xác định theo tính tốn, phần lớn xác định theo kinh nghiệm, tỷ lệ chiếm vào khoảng ÷ 12% chi phí nhiệt chung Lấy Qxả khí = 12% Q’.Ta có Q’ = 3566 + 210 + 90 + 4220 + 5200 + 220 +12%Q’ Suy ra, Q’ = 15350kJ Lượng cung cấp là: M’hơi = r = i – iKK: ẩn nhiệt hóa nước bão hòa, kJ/kg i – nhiệt hàm nước nhiệt độ 1230C, i=2710,6kJ/kg iK – nhiệt hàm nước ngưng nhiệt độ 1230C, iK = 517,63 kJ/kg (phục lục) Suy ra, Mhơi = 15350/(2710,6 – 517,63) = 7kg M’hơi = 7kg Lưu lượng cung cấp 1h D’h = M’hơi/t = 7kg/25 phút =16,kg/h D’h = 16,8kg/h Ở giai đoạn giữ nhiệt độ không đổi, nhiệt lượng cung cấp nhiệt lượng bù đắp cho nhiệt lượng tổn thất môi trường xung quanh giai đoạn Q” = F.α2(t’t −tKK).τ2 α2: hệ số tỏa nhiệt, W/2.℃; NGUYỄN THỊ NHÂM – ĐHBKHN Đồ án I - QTTB GVHD: ThS Lê Ngọc Cương α2 = 9,3 + 0,058t’t t’t - nhiệt độ thành thiết bị, t’t = 1210C τ2 - thời gian giữ nhiệt độ không đổi (giờ), τ2 = 1/12 h  α2 = 9,3 + 0,058.121= 16,5 W/2.0C;  Q” = 1.16,5.(121 -29).1/12 = 130kJ Lượng cung cấp là: M”hơi = M”hơi = 130/2193 =0,06(kg) Lưu lượng cung cấp 1h D”h = M”hơi/t = 0,06kg/5phút =0,72kg/h D’h = 0,72kg/h Chi phí cho mẻ trùng M = M’hơi + M”hơi = 7+ 0,06 = 7,06kg Chi phí h D = D’h + D”h = 16,8 + 0,72 = 17,52 (kg/h) 7) Tính lượng nước cần thiết để làm nguội Lượng nước cần thiết để làm nguội đồ hộp thiết bị trùng Đồ hộp sau trùng xong phải làm nguội nhanh không đồ hộp bị tiếp tục gia nhiệt làm ảnh hưởng đến chất lượng thực phẩm hộp như: màu sắc, mùi vị giảm xuống, kết cấu tổ chức bị phá vỡ, tạo điều kiện cho vi khuẩn ưa nhiệt phát triển…  Lượng nước làm nguội tính sau : Sau kết thúc giai đoạn giữ nhiệt, áp suất cấp giảm dần ngưng hẳn, bắt dầu trình làm nguội thiết bị đồ hộp nước lạnh có áp suất luân lưu Ta tính lượng nước làm nguội sau (bỏ qua lượng nước làm nguội thiết bị giỏ) Theo sách: “Các trình thiết bị trao đổi nhiệt, tâp 2” – Tôn Thất Minh tr360 W = [GspCsp(t1−t2) + GbbCbb (t1−t2)] / [C (t′−t′′)] , kg Gsp,Gbb – khối lượng sản phẩm bao bì, kg; NGUYỄN THỊ NHÂM – ĐHBKHN Đồ án I - QTTB GVHD: ThS Lê Ngọc Cương Gsp = 20 kg ; Gbb= 3,5 kg; Csp,C – nhiệt dung sản phẩm bao bì, kJ/kg 0C; Csp = 4,13 kJ/kg 0C ; Cbb = 0,502 kJ/kg 0C ; t1,t2 – nhiệt độ đầu cuối sản phẩm, 0C; t1 = 1210C ; t2 = 450C t′,t′′ - nhiệt độ cuối đầu nước nguội, 0C; t′ = 450C ; t′′ = 250C C – nhiệt dung riêng nước làm nguội, C = 4,19 kJ/kg 0C; W = [20.4,13.(121 – 45)+ 3,5.0,502.(121 – 45) ] / [4,19.(45 – 25)] = 76,5kg Thời gian làm nguội: τ3= 10 phút Lượng nước làm nguội tiêu thụ 1h là: Wn = W/ τ3 = 76,5/(10:60) = 459kg/h KẾT LUẬN Thông qua đồ án thiết kế thiết bị tiệt trùng gián đoạn, em ôn lại kiến thức lý thuyết học phần Quá trình thiết bị truyền nhiệt môn học liên quan Em học cách tính tốn thiết kế hệ thống tiệt trùng thực tế Đồ án giúp em làm quen với việc tìm tài liệu tra cứu, học cách tính tốn khí giúp em nắm mối quan hệ lý thuyết thực tế Đối với hệ thống tiệt trùng gián đoạn này, việc thiết kế, tính tốn dựa nhiều vào cơng thức thực nghiệm, cho nhiều tài liệu tham khảo khác Do vậy, việc tính tốn khó tránh sai số q trình thiết kế Để thiết kế xác, ta cần lập hệ thống hoạt động thử để kiểm tra chọn chế độ làm việc tối ưu Đồng thời, việc thiết kế hệ thống dựa nhiều tài liệu lý thuyết khơng có thực tế kinh nghiệm, nên có nhiều điều chưa thật hợp lý, em mong nhận hướng dẫn, góp ý, bổ sung thầy để đồ án hồn thiện Em xin trân thành cảm ơn ! NGUYỄN THỊ NHÂM – ĐHBKHN Đồ án I - QTTB GVHD: ThS Lê Ngọc Cương TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] - PGS.TS Tôn Thất Minh, “ Các trình thiết bị trao đổi nhiệt ”, Tập 2, NXB BKHN, 2015 [2] – Nguyễn Trọng Cẩn, Nguyễn Lệ Hà, “ Nguyên lý sản xuất đồ hộp thực phẩm”, NXB KHKT, 5/2009 [3] – Nguồn Interrnet NGUYỄN THỊ NHÂM – ĐHBKHN Đồ án I - QTTB GVHD: ThS Lê Ngọc Cương PHỤC LỤC NGUYỄN THỊ NHÂM – ĐHBKHN Đồ án I - QTTB GVHD: ThS Lê Ngọc Cương NGUYỄN THỊ NHÂM – ĐHBKHN ... so vơi thiết bị; kết áp suất hộp hộp thực phẩm thay đổi nhiều so với áp suất thiết bị tiệt trùng Ấp suất chênh lệch hộp thiết bị nguyên nhân làm hộp bị biến dạng, rạn nứt mối ghép hay nắp hộp bung... tiệt trùng, nhiệt độ thực phẩm hộp tăng dần lên theo nhiệt độ thiết bị ( nhiệt độ tiệt trùng Kết áp suất hộp hộp thực phẩm thay đổi nhiều so với áp suất thiết bị tiệt trùng Ấp suất chênh lệch hộp. .. phẩm cá hộp phải qua bước tiêt trùng Trải qua thời kì thiết bị cơng nghệ tiệt trùng dần trở nên đại , tân tiến Với đề tài tính tốn thiết kế thiết bị tiệt trùng cá hộp, em xin giới thiệu với thầy