Mục tiêu của đồ án “Thiết kế thiết bị cô đặc nước dứa năng suất 3 tấn/h” là thiết kế hệ thống cô đặc dứa từ nồng độ chất khô 15% đến 60% với năng suất 3 tấn/h đạt tiêu chuẩn xuất khẩu. Đồ án này đề cập đến các vấn đề liên quan đến các kiến thức cơ bản về quá trình cô đặc dung dịch nước dứa, quy trình công nghệ, tính toán cân bằng vật chất, năng lượng, sự truyền nhiệt cho thiết bị cô đặc, tính chi tiết cho thiết bị chính và những thiết bị phụ cần thiết theo yêu cầu.
ĐỒ ÁN Q TRÌNH & THIẾT BỊ TRONG CƠNG NGHỆ THỰC PHẨM ĐỀ TÀI: THIẾT KẾ THIẾT BỊ CƠ ĐẶC CHO DUNG DỊCH NƯỚC DỨA NĂNG SUẤT 3 TẤN/H Thành phố Hồ Chí Minh 1/11/2016 LỜI MỞ ĐẦU Mục tiêu của đồ án “Thiết kế thiết bị cô đặc nước dứa năng suất t ấ n /h” là thiết kế hệ thống cô đặc dứa từ nồng độ chất khô 15% đến 60% với năng suất 3 tấn/h đạt tiêu chuẩn xuất khẩu Đồ án này đề cập đến các vấn đề liên quan đến các kiến thức cơ bản về quá trình cơ đặc dung dịch nước dứa, quy trình cơng nghệ, tính tốn cân bằng vật chất, năng lượng, sự truyền nhiệt cho thiết bị cơ đặc, tính chi tiết cho thiết bị chính và những thiết bị phụ cần thiết theo u cầu Trong q trình thưc hiện đề tài này, em hiểu được: việc thiết kế hệ thống thiết bị phục vụ cho nhiệm vụ kỹ thuật là một u cầu khơng thể thiếu đối với một kỹ sư cơng nghệ thực phẩm. Do đó để trở thành một người kỹ sư thực thụ, cần phải nắm vững các kiến thức về mơn học Q trình thiết bị trong Cơng nghệ Hóa Thực phẩm. Ngồi ra, việc giải các bài tốn cơng nghệ, hay thực hiện cơng tác thiết kế máy móc, thiết bị và dây chuyền cơng nghệ cũng rất cần thiết đối với một kỹ sư trong tương lai Đây cũng là bước đầu tiên để thực hiện một cơng việc hết sức mới mẻ nên có thể có rất nhiều sai sót. Nhưng sự xem xét và đánh giá khách quan của thầy sẽ là nguồn động viên và khích lệ đối với em, để những lần thiết kế sau được thực hiện tốt đẹp hơn, hoàn thiện hơn Xin chân thành cám ơn! MỤC LỤC CHƯƠNG I: TỔNG QUAN CHẤT 11 CHƯƠNG III:TÍNH TỐN THIẾT BỊ CƠ ĐẶC 19 CHƯƠNG IV: TÍNH TỐN CƠ KHÍ CHI TIẾT THIẾT BỊ .25 CHƯƠNG V: TÍNH TỐN THIẾT BỊ PHỤ 40 THIẾT KẾ THIẾT BỊ CƠ ĐẶC CHO DUNG DỊCH NƯỚC DỨA NĂNG SUẤT THIẾT BỊ LÀ 3 TẤN/H CHƯƠNG I: TỔNG QUAN 1. Tổng quan về dứa 1.1. Nguồn gốc Dứa có tên khoa học là Annas comusmin là loại quả nhiệt đới Chi này có nguồn gốc từ khu vực Nam Mỹ và được đưa tới các đảo khu vực Caribe nhờ những thổ dân Anh điêng Carib. Năm 1493, Christopher Columbus lần đầu tiên đã nhìn thấy các loại cây của chi này tại Guadeloupe. Các cánh đồng trồng dứa thương phẩm được thành lập tại Hawaii, Philippines, Đơng Nam Á, Florida và Cuba. Dứa đã trở thành một trong những loại cây ăn trái phổ biến nhất trên thế giới (Morton& Julia F, 2011 ) Ở nước ta dứa được trồng nhiều Vĩnh Phúc, Phú Thọ, Bắc Giang, Bắc Ninh, Tuyên Quang, Thanh Hoá, Nghệ An, Tây Ninh, Kiên Giang (khoahocchonhanong.com) 1.2. Những đặc tính chủ yếu Dứa có các lá gai mọc thành cụm hình hoa thị. Các lá dài và có hình dạng giống mũi mác và có mép lá với răng cưa hay gai. Hoa mọc từ phần trung tâm của cụm lá hình hoa thị, mỗi hoa có các đài hoa riêng của nó. Chúng mọc thành cụm hình đầu rắn chắc trên thân cây ngắn và mập. Các đài hoa trở thành mập và chứa nhiều nước và phát triển thành một dạng phức hợp được biết đến như là quả dứa (quả giả), mọc ở phía trên cụm lá hình hoa thị 1.3. Các giống dứa và vùng trồng tại Việt Nam Dứa Victoria (dứa tây, dứa hoa) có các giống: Dứa hoa Phú Thọ: thuộc nhóm Queen, trồng được nơi đất chua xấu. Lá có nhiều gai và cứng, quả nhỏ, thịt quả vàng đậm, thơm, ít nước, giòn Dứa Na hoa: lá ngắn và to, quả to hơn dứa hoa Phú Thọ, phẩm chất ngon, năng suất cao Dứa Cayen: lá chỉ có ít gai ở đầu mút lá, lá dài cong lòng máng, quả to, khi chưa chín quả màu xanh đen, khi chín chuyển màu da đồng. Quả nhiều nước, thịt vàng ngà, mắt dứa to và nơng, vỏ mỏng, thích hợp với đóng hộp Dứa ta thuộc nhóm Red Spanish: chịu bóng rợp, có thể trồng xen trong vườn quả, vườn cây lâm nghiệp. Dứa Cayen trồng phổ biến ở Tam Điệp, Ninh Bình Dứa ta (Ananas comosus var spanish hay Ananas comosus sousvar red spanish) là cây chịu bóng tốt, có thể trồng ở dưới tán cây khác. Quả to nhưng vị ít ngọt Dứa mật (Ananas comosus sousvar Singapor spanish) có quả to, thơm, ngon, trồng nhiều ở Nghệ An và Thanh Hóa Dứa tây hay dứa hoa (Ananas comosus queen) được du nhập từ 1931, trồng nhiều ở các đồi vùng Trung du. Quả bé nhưng thơm, ngọt Dứa không gai (Ananas comosus cayenne) trồng ở Nghệ An, Quảng Trị, Lạng Sơn Cây khơng ưa bóng Quả to giống trên. (khoahocchonhanong.com) 1.4. Giá trị dinh dưỡng Trong 100g phần ăn được của dứa cung cấp: Năng lượng: 202 kJ (48 Kcal) Carbohydrates: 12,63g Chất béo: 0.12 g Protein: 0.54 g Vitamins: Thiamine (B1): 0.079 mg Riboflavin (B2): 0.031 mg Niacin (B3): 0.489 mg Pantothenic acid (B5): 0.205 mg Vitamin B6: 0.110 mg Folate (B9): 15 µg Vitamin C: 36,2 g Chất khống: Calcium: 13 mg Sắt: 0.28 mg Phospho: 8 mg Magnesium: 12 mg Kali: 115 mg Kẽm: 0.1 mg (Nutritiondata.com) 1.5. Lợi ích của dứa Hỗ trợ hệ miễn dịch: vitamin C trong dứa có chức năng chính như một chất chống oxi hóa tan trong nước của cơ thể, giúp cơ thể chống lại các gốc tự do Điều này khiến cho dứa trở nên vơ cùng hữu dụng trong việc chống lại những bệnh lý như bệnh tim, xơ vữa động mạch và đau khớp Làm xương chắc khỏe: Dứa chứa gần 75% lượng mangan (một khống chất quan trọng) cần thiết cho cơ thể, có vai trò quan trọng trong việc phát triển xương và các mơ liên kết. Do đó, dứa là một lựa chọn hồn hảo cho những người lớn tuổi có xương đang ngày trở nên giòn hơn Thúc đẩy q trình tiêu hóa: Giống như nhiều loại rau và quả khác, dứa chứa nhiều chất xơ giúp tiêu hóa. Thêm vào đó, dứa còn chứa một lượng đáng kể bromelain, một loại enzym phân hủy protein, từ đó đẩy nhanh q trình tiêu hóa Chống viêm: Bromelain cũng đã được chứng minh là có đặc tính chống viêm, có thể giúp làm giảm nguy cơ đau khớp và sưng tấy. Viêm q mức có thể dẫn tới một loạt các bệnh nguy hiểm, bao gồm cả ung thư, và theo một số nhà dinh dưỡng học bromelain có thể giúp phòng ngừa bệnh Tuy nhiên, chưa có nghiên cứu cụ thể về việc liệu bromelain trong dứa có kết quả tương tự hay khơng Giảm đơng máu: Bromelain có thể ngăn ngừa hình thành máu đơng, khiến cho dứa trở thành món ăn cực tốt cho người có nguy cơ bị đơng máu. (Morton& Julia F, 2011 ) 1.6. Quy trình sản xuất dứa cơ đặc 2. Tổng quan về phương pháp 2.1. Khái niệm cơ đặc Cơ đặc là q trình làm bay hơi một phần dung mơi của dung dịch chứa chất tan khơng bay hơi, ở nhiệt độ sơi và áp suất tương ứng. Trong cơng nghệ hố học và thực phẩm cơ đặc được sử dụng rất phổ biến với mục đích: Làm tăng nồng độ chất tan Tách chất rắn hồ tan ở dạng tinh thể (kết tinh) Thu dung mơi ở dạng ngun chất Đặc điểm của q trình cơ đặc là dung mơi được tách ra khỏi dung dịch ở dạng hơi còn dung chất hòa tan trong dung dịch khơng bay hơi. Do đó nồng độ của dung chất sẽ tăng dần lên, khác với q trình chưng cất, cấu tử trong hỗn hợp này cùng bay hơi, chỉ khác nhau về nồng độ, ở mỗi nhiệt độ. Hơi của dung mơi tách ra trong q trình cơ đặc gọi là hơi thứ, hơi thứ ở nhiệt độ cao có thể đun nóng một thiết bị khác Cô đặc được tiến hành nhiệt độ sôi, mọi áp suất như: áp suất chân khơng, áp suất thường (áp suất khí quyển hay áp suất dư), trong hệ thống thiết bị cơ đặc một nồi, hay trong hệ thống thiết bị cơ đặc nhiều nồi. Q trình cơ đặc có thể gián đoạn hay liên tục Khi cơ đặc gián đoạn: dung dịch cho vào thiết bị một lần rồi cơ đặc đến nồng độ u cầu, hoặc cho vào liên tục trong q trình bốc hơi để giữ mức dung dịch khơng đổi đến khi nồng độ dung dịch trong thiết bị đã đạt u cầu sẽ lấy ra một lần, sau đó lại cho dung dịch mới để cơ đặc Khi cơ đặc liên tục trong hệ thống một nồi hoặc nhiều nồi, dung dịch và hơi đốt cho vào liên tục, sản phẩm cũng được lấy ra liên tục. Q trình cơ đặc có thể thực hiện áp suất khác nhau tùy theo u cầu kỹ thuật. Khi làm việc áp suất thường thì có thể dùng thiết bị hở; còn làm việc ở áp suất khác thì dùng thiết bị kín cơ đặc trong chân khơng vì có ưu điểm là: khi áp suất giảm thì nhiệt độ sơi của dung dịch cũng giảm, do đó hiệu số nhiệt độ giữa hơi đốt và dung dịch tăng, nghĩa là có thể giảm được bề mặt truyền nhiệt Cơ đặc bao gồm hệ thống cơ đặc một nồi và nhiều nồi. Với cơ đặc một nồi thường được ứng dụng khi năng suất nhỏ và nhiệt năng khơng có giá trị kinh tế Còn cơ đặc nhiều nồi là q trình sử dụng hơi thứ thay hơi đốt, do đó có ý nghĩa kinh tế cao về sử dụng nhiệt. (Nguyễn Tấn Dũng, 2015) 2.2. Các phương pháp cơ đặc Phương pháp nhiệt (đun nóng): Dung mơi chuyển từ trạng thái lỏng sang trạng thái hơi dưới tác dụng của nhiệt khi áp suất riêng phần bằng áp suất tác dụng lên mặt thống chất lỏng Phương pháp lạnh: Khi hạ thấp nhiệt độ đến một mức nào đó thì một cấu tử sẽ tách ra dạng tinh thể đơn chất tinh khiết, thường là kết tinh dung mơi để tăng nồng độ chất tan. Tùy tính chất cấu tử và áp suất bên ngồi tác dụng lên mặt thống mà q trình kết tinh đó xảy ra nhiệt độ cao hay thấp và đơi khi phải dùng đến máy lạnh 2.3. Phân loại và ứng dụng 2.3.1. Theo cấu tạo Có nhiều cách phân loại khác nhau nhưng tổng qt lại cách phân loại theo đặc điểm cấu tạo sau đây là dễ dàng và tiêu biểu nhất Thiết bị cơ đặc được chia làm sáu loại thuộc ba nhóm chủ yếu sau đây: Nhóm 1: Dung dịch được đối lưu tự nhiên (hay tuần hồn tự nhiên) đối với nhóm này thường có hai loại như sau: Loại 1: Có buồng đốt trong (đồng trục với buồng bốc hơi); Có thể có ống tuần hồn trong hay ống tuần hồn ngồi Loại 2: Có buồng đốt ngồi (khơng đồng trục với buồng bốc hơi) Nhóm 2: Dung dịch đối lưu cưỡng bức (tuần hồn cưỡng bức) đối với nhóm này thường có hai loại như sau: Loại 3: Có buồng đốt trong, có ống tuần hồn ngồi. Loại 4: có buồng đốt ngồi, có ống tuần hồn ngồi Nhóm 3: Dung dịch chảy thành màng mỏng, loại này thường cũng có hai loại: Loại 5: Màng dung dịch chảy ngược lên, có thể có buồng đốt trong hay buồng đốt ngồi Loại 6: Màng dung dịch chảy xi, có thể có buồng đốt trong hay buồng đốt ngồi Phạm vi ứng dụng a) Nhóm 1: TBCĐ nhóm 1 chủ yếu dùng để cơ đặc dung dịch khá lỗng có độ nhớt thấp, đảm bảo sự tuần hồn tự nhiên của dung dịch dễ dàng qua bề mặt truyền nhiệt. Tỷ số giữa chiều dài của ống truyền nhiệt với đường kính của nó: H/d dưới 50. Đặc điểm loại ống ngắn H/d