Thiết kế hệ thống cô đặc dứa từ nồng độ chất khô 15% đến 60% với năng suất 3 tấn trên 1h 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 CÔ ĐẶC CHO DUNG DỊCH NƯỚC DỨA NĂNG SUẤT TẤN/H Thành phố Hồ Chí Minh 1/11/2016 LỜI MỞ ĐẦU Mục tiêu đồ án “Thiết kế thiết bị cô đặc nước dứa suất t ấ n /h” thiết kế hệ thống cô đặc dứa từ nồng độ chất khô 15% đến 60% với suất tấn/h đạt tiêu chuẩn xuất Đồ án đề cập đến vấn đề liên quan đến kiến thức q trình đặc dung dịch nước dứa, quy trình cơng nghệ, tính tốn cân vật chất, lượng, truyền nhiệt cho thiết bị cô đặc, tính chi tiết cho thiết bị thiết bị phụ cần thiết theo yêu cầu Trong trình thưc đề tài này, em hiểu được: việc thiết kế hệ thống thiết bị phục vụ cho nhiệm vụ kỹ thuật yêu cầu thiếu kỹ sư cơng nghệ thực phẩm Do để trở thành người kỹ sư thực thụ, cần phải nắm vững kiến thức môn học Quá trình thiết bị Cơng nghệ Hóa- Thực phẩm Ngồi ra, việc giải tốn cơng nghệ, hay thực cơng tác thiết kế máy móc, thiết bị dây chuyền công nghệ cần thiết kỹ sư tương lai Đây bước để thực công việc mẻ nên có nhiều sai sót Nhưng xem xét đánh giá khách quan thầy nguồn động viên khích lệ em, để lần thiết kế sau thực tốt đẹp hơn, hoàn thiện Xin chân thành cám ơn! MỤC LỤC CHƯƠNG I: TỔNG QUAN 1 TỔNG QUAN VỀ DỨA 1.1 Nguồn gốc 1.2 Những đặc tính chủ yếu 1.3 Các giống dứa vùng trồng Việt Nam 1.4 GIÁ TRỊ DINH DƯỠNG .2 1.5 Lợi ích dứa 1.6 Quy trình sản xuất dứa đặc TỔNG QUAN VỀ PHƯƠNG PHÁP 2.1 Khái niệm cô đặc 2.2 Các phương pháp cô đặc 2.3 Phân loại ứng dụng 2.3.1 Theo cấu tạo .6 2.3.2 Theo phương pháp thực trình 2.4 Nguyên tắc cô đặc hai nồi xuôi chiều .7 2.5 Vật liệu phương pháp QUY TRÌNH CỦA HỆ THỐNG .9 CHƯƠNG II: CÂN BẰNG VẬT 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 TOÁN THIẾT BỊ PHỤ 40 THIẾT KẾ THIẾT BỊ CÔ ĐẶC CHO DUNG DỊCH NƯỚC DỨA NĂNG SUẤT THIẾT BỊ LÀ TẤN/H CHƯƠNG I: TỔNG QUAN Tổng quan dứa 1.1 Nguồn gốc Dứa có tên khoa học Annas comusmin loại nhiệt đới Chi có nguồn gốc từ khu vực Nam Mỹ đưa tới đảo khu vực Caribe nhờ thổ dân Anh điêng Carib Năm 1493, Christopher Columbus lần nhìn thấy loại chi Guadeloupe Các cánh đồng trồng dứa thương phẩm thành lập Hawaii, Philippines, Đông Nam Á, Florida Cuba Dứa trở thành loại ăn trái phổ biến giới (Morton& Julia F, 2011 ) Ở nước ta dứa 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 gai mọc thành cụm hình hoa thị Các dài có hình dạng giống mũi mác có mép với cưa hay gai Hoa mọc từ phần trung tâm cụm hình hoa thị, hoa có đài hoa riêng Chúng mọc thành cụm hình đầu rắn thân ngắn mập Các đài hoa trở thành mập chứa nhiều nước phát triển thành dạng phức hợp biết đến dứa (quả giả), mọc phía cụm hình hoa thị 1.3 Các giống dứa vùng trồng Việt Nam Dứa Victoria (dứa tây, dứa hoa) có giống: Dứa hoa Phú Thọ: thuộc nhóm Queen, trồng nơi đất chua xấu Lá có nhiều gai cứng, nhỏ, thịt vàng đậm, thơm, nước, giịn Dứa Na hoa: ngắn to, to dứa hoa Phú Thọ, phẩm chất ngon, suất cao Dứa Cayen: có gai đầu mút lá, dài cong lịng máng, to, chưa chín màu xanh đen, chín chuyển màu da đồng Quả nhiều nước, thịt vàng ngà, mắt dứa to nông, vỏ mỏng, thích hợp với đóng hộp Dứa ta thuộc nhóm Red Spanish: chịu bóng rợp, trồng xen vườn quả, vườn lâm nghiệp Dứa Cayen trồng phổ biến Tam Điệp, Ninh Bình Dứa ta (Ananas comosus var spanish hay Ananas comosus sousvar - red spanish) chịu bóng tốt, trồng tán khác Quả to vị Dứa mật (Ananas comosus sousvar - Singapor spanish) có to, thơm, ngon, trồng nhiều Nghệ An Thanh Hóa Dứa tây hay dứa hoa (Ananas comosus queen) du nhập từ 1931, trồng nhiều đồi vùng Trung du Quả bé thơm, Dứa không gai (Ananas comosus cayenne) trồng Nghệ An, Quảng Trị, Lạng Sơn Cây khơng ưa bóng Quả to giống (khoahocchonhanong.com) 1.4 Giá trị dinh dưỡng Trong 100g phần ăn 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: mg Magnesium: 12 mg Kali: 115 mg Kẽm: 0.1 mg (Nutritiondata.com) 1.5 Lợi ích dứa Hỗ trợ hệ miễn dịch: vitamin C dứa có chức chất chống oxi hóa tan nước thể, giúp thể chống lại gốc tự Điều khiến cho dứa trở nên vô hữu dụng việc chống lại bệnh lý bệnh tim, xơ vữa động mạch đau khớp Làm xương khỏe: Dứa chứa gần 75% lượng mangan (một khoáng chất quan trọng) cần thiết cho thể, có vai trị quan trọng việc phát triển xương mô liên kết Do đó, dứa lựa chọn hồn hảo cho người lớn tuổi có xương ngày trở nên giịn Thúc đẩy q trình tiêu hóa: Giống nhiều loại rau khác, dứa chứa nhiều Dứa chất xơ giúp tiêu hóa Thêm vào đó, dứa chứa lượng đáng kể bromelain, loại enzym phân hủy protein, từ đẩy nhanh q Dập, trìnhnát tiêu hóa Phân loạichứng minh có đặc tính chống viêm, có Chống viêm: Bromelain thể giúp làm giảm nguy đau khớp sưng tấy Viêm mức dẫn tới loạt bệnh nguy hiểm, bao gồm mộtmắt số dứa nhà dinh dưỡng học Xửcảlýung thư, theo Vỏ, bromelain giúp phịng ngừa bệnh Tuy nhiên, chưa có nghiên cứu cụ thể việc liệu bromelain dứa có kết tương tự hay không Nước Giảm đông máu: Bromelain có thểRửa ngăn ngừa hình thành máu đơng, khiến cho dứa trở thành ăn cực tốt cho người có nguy bị đơng máu (Morton& Julia F, Ép 2011 ) Lọc thô Gia nhiệt Ly tâm Phụ gia Cơ đặc Chai Rót chai Nắp Ghép nắp Thanh trùng Bảo quản 1.6 Quy trình sản xuất dứa đặc Nước dứa 3cô đặc Bã Tổng quan phương pháp 2.1 Khái niệm cô đặc Cô đặc q trình làm bay phần dung mơi dung dịch chứa chất tan không bay hơi, nhiệt độ sôi áp suất tương ứng Trong công nghệ hố học thực phẩm đặc sử dụng phổ biến với mục đích: Làm tăng nồng độ chất tan Tách chất rắn hoà tan dạng tinh thể (kết tinh) Thu dung môi dạng ngun chất Đặc điểm q trình đặc dung môi tách khỏi dung dịch dạng dung chất hòa tan dung dịch khơng bay Do nồng độ dung chất tăng dần lên, khác với trình chưng cất, cấu tử hỗn hợp bay hơi, khác nồng độ, nhiệt độ Hơi dung mơi tách q trình đặc gọi thứ, thứ nhiệt độ cao đun nóng thiết bị khác Cơ đặc tiến hành nhiệt độ sôi, áp suất như: áp suất chân không, áp suất thường (áp suất khí hay áp suất dư), hệ thống thiết bị cô đặc nồi, hay hệ thống thiết bị đặc nhiều nồi Q trình đặc gián đoạn hay liên tục Khi đặc gián đoạn: dung dịch cho vào thiết bị lần cô đặc đến nồng độ yêu cầu, cho vào liên tục trình bốc để giữ mức dung dịch không đổi đến nồng độ dung dịch thiết bị đạt yêu cầu lấy lần, sau lại cho dung dịch để cô đặc Khi cô đặc liên tục hệ thống nồi nhiều nồi, dung dịch đốt cho vào liên tục, sản phẩm lấy liên tục Q trình đặc thực áp suất khác tùy theo yêu cầu kỹ thuật Khi làm việc áp suất thường dùng thiết bị hở; cịn làm việc áp suất khác dùng thiết bị kín đặc chân khơng có ưu điểm là: áp suất giảm nhiệt độ sơi dung dịch giảm, hiệu số nhiệt độ đốt dung dịch tăng, nghĩa giảm bề mặt truyền nhiệt Cô đặc bao gồm hệ thống cô đặc nồi nhiều nồi Với cô đặc nồi thường ứng dụng suất nhỏ nhiệt khơng có giá trị kinh tế Cịn đặc nhiều nồi q trình sử dụng thứ thay đốt, có ý nghĩa kinh tế cao sử dụng nhiệt (Nguyễn Tấn Dũng, 2015) 2.2 Các phương pháp cô đặc Phương pháp nhiệt (đun nóng): Dung mơi chuyển từ trạng thái lỏng sang trạng thái tác dụng nhiệt áp suất riêng phần áp suất tác dụng lên mặt thoáng chất lỏng Phương pháp lạnh: Khi hạ thấp nhiệt độ đến mức cấu tử tách dạng tinh thể đơn chất tinh khiết, thường kết tinh dung môi để tăng nồng độ chất tan Tùy tính chất cấu tử áp suất bên ngồi tác dụng lên mặt thống mà q trình kết tinh xảy nhiệt độ cao hay thấp phải dùng đến máy lạnh 2.3 Phân loại ứng dụng 2.3.1 Theo cấu tạo Có nhiều cách phân loại khác tổng quát lại cách phân loại theo đặc điểm cấu tạo sau dễ dàng tiêu biểu Thiết bị cô đặc chia làm sáu loại thuộc ba nhóm chủ yếu sau đây: Nhóm 1: Dung dịch đối lưu tự nhiên (hay tuần hoàn tự nhiên) nhóm thường có hai loại sau: Loại 1: Có buồng đốt (đồng trục với buồng bốc hơi); Có thể có ống tuần hồn 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 (tuần hoàn cưỡng bức) nhóm thường có hai loại 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 thường có hai loại: Loại 5: Màng dung dịch chảy ngược lên, có buồng đốt hay buồng đốt Loại 6: Màng dung dịch chảy xi, có buồng đốt hay buồng đốt ngồi Phạm vi ứng dụng a) Nhóm 1: TBCĐ nhóm chủ yếu dùng để cô đặc dung dịch lỗng có độ nhớt thấp, đảm bảo tuần hồn tự nhiên dung dịch dễ dàng qua bề mặt truyền nhiệt Tỷ số chiều fe tổng số diện tích tiết diện lỗ ftt tiết diện thiết bị ngưng tụ chọn tỉ số = 0.5 suy (mm) c Chiều cao thiết bị ngưng tụ: Mức độ đun nóng nước xác định theo cơng thức sau: (cơng thức VI.56 sổ tay q trình thiết bị tập trang 85) (Tra bảng VI.7 sổ tay trình thiết bị tập trang 82) Số bậc= Số ngăn =8 Khoảng cách ngăn: htb=400 (mm) Thời gian rơi qua bậc: t=0.41s Chiều cao thiết bị ngưng tụ tính cơng thức: Htb=n*htb+0.8=8*400+0.8=4000 (mm) d Kích thước ống Baromet Đường kính ống Baromet tính cơng thức VI.57 sổ tay q trình thiết bị tập trang 86: (m) Trong : Gn lượng nước lạnh tưới vào tháp( kg/s) W2 lượng ngưng tụ (kg/s) W: tốc độ hỗn hợp nước lạnh nước ngưng chảy ống baromet (0.5 0.6) chọn w=0.5 (m/s) suy (m) = 84 (m) Chọn đường kính ống baromet dba=100 mm Chiều cao ống baromet xác định theo công thức sau: 39 Hba=h1+h2+h3 (m) Trong đó: h1 chiều cao cột nước ống baromet cân với hiệu số áp suất khí áp suất thiết bị ngưng tụ (công thức VI.59 sổ tay trình thiết bị tập trang 86) Với b độ chân không thiết bị ngưng tụ (mmHg): Suy h2 chiều cao cột nước ống baromet cần để khắc phục toàn trở lực nước chảy ống (m) (công thức VI.60 sổ tay trình thiết bị tập trang 87) Với hệ số trở lực ma sát nước chảy ống tổng trở lực cục Chọn hệ số trở lực cục vào ống hệ số trở lực cục khỏi ống Suy Tính hệ số trở lực ma sát Ta có ttb = 47.7 oC suy (kg/m3) ( từ bảng I.249 sổ tay trình thiết bị tập trang 310) (Ns/m2) Chuẩn số Renoyld: Chọn vật liệu làm ống baromet thép CT3 nên độ nhám =7289.34 (công thức II.60 sổ tay trình thiết bị tập trang 378) (cơng thức II.62 sổ tay q trình thiết bị tập trang 379) 40 Vậy Regh