Niên luận kỹ thuật thực phẩm: Thiết kế hệ thống cô đặc hai nồi dung dịch đường sucrose

Surose là thành phần quan trọng nhất của mía, là sản phẩm của công nghiệp sản xuất đường, là một disacarit có công thức C12H22O11. Trọng lượng phân tử của sacaroza là 342,30. Sucrose được cấu tạo từ hai đường đơn

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ KHOA NÔNG NGHIỆP & SINH HỌC ỨNG DỤNG BỘ MÔN CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM  Giáo viên hướng dẫn: Sinh viên thực hiện: Th.s Trần Thanh Trúc Trương Thanh Tùng MSSV: LT08210 Lớp: CNTP 34LT Lớp: Công nghệ thực phẩm 34LT Cần Thơ, tháng năm 2009 Niên luận Kỹ thuật thực phẩm GVHD: Th.s Trần Thanh Trúc LỜI NĨI ĐẦU Theo chương trình đào tạo ngành công nghệ thực phẩm, sinh viên thực niên luận kỹ thuật thực phẩm Việc thực niên luận nhằm giúp sinh viên làm quen với việc thiết kế thiết bị chế biến lựa chọn vật liệu thích hợp Đồng thời, niên luận cịn giúp sinh viên tổng hợp kiến thức học môn sở Được hướng dẫn cô Trần Thanh Trúc, em thực niên luận kỹ thuật thực phẩm với đề tài:“Thiết kế hệ thống cô đặc nồi dung dịch đường sucrose” Tuy có nhiều cố gắng việc thực niên luận, với kiến thức hạn chế, niên luận có thiếu sót khơng mong muốn, mong nhận đóng góp q Thầy, Cơ bạn ngành Công nghệ thực phẩm để thân rút kinh nghiệm thành công đề tài Cuối cùng, xin chân thành cám ơn Thầy cô môn Công nghệ thực phẩm tạo điều kiện cho em thực niên luận Em xin cám ơn giúp đỡ tận tình Cơ Trần Thanh Trúc Thầy Nguyễn Văn Mười suốt thời gian thực niên luận anh chị ngành bạn lớp Xin chân thành cảm ơn ! Sinh viên thực Trương Thanh Tùng (Email: thanhtung_cntp34lt@yahoo.com) Trang ii Niên luận Kỹ thuật thực phẩm GVHD: Th.s Trần Thanh Trúc MỤC LỤC LỜI NÓI ĐẦU ii MỤC LỤC iii DANH SÁCH HÌNH v DANH SÁCH BẢNG vi QUY ƯỚC KÝ HIỆU vii PHẦN 1.1 GIỚI THIỆU TỔNG QUAN VỀ ĐƯỜNG SUCROSE 1.2 GIỚI THIỆU SƠ LƯỢC VỀ LÝ THUYẾT CÔ ĐẶC VÀ THIẾT BỊ CÔ ĐẶC 1.2.1 Giới thiệu chung cô đặc 1.2.2 Phân loại 1.2.3 Thiết bị đặc ống tuần hồn trung tâm PHẦN 2.1 THIẾT BỊ CHÍNH CÂN BẰNG VẬT LIỆU 2.1.1 Lượng nước bốc hệ thống (hơi thứ ) 2.1.2 Lượng thứ phân bố nồi 2.1.3 Tính nồng độ dung dịch nồi 2.2 CÂN BẰNG NHIỆT LƯỢNG 2.2.1 Xác định áp suất nhiệt độ nồi 2.2.2 Xác định tổng tổn thất nhiệt độ ΣΔ 2.2.3 Hiệu số nhiệt độ hữu ích Δthi nhiệt độ sôi dung dịch 12 2.2.4 Xác định nhiệt dung riêng dung dịch 12 2.2.5 Lượng đốt lượng thứ nồi 13 2.2.6 Kiểm tra lại giả thiết phân bố thứ nồi 15 2.3 TÍNH BỀ MẶT TRUYỀN NHIỆT 15 2.3.1 Lượng nhiệt đốt cung cấp 15 2.3.2 Hệ số truyền nhiệt K nồi 16 2.4 KÍCH THƯỚC BUỒNG ĐỐT 21 2.4.1 Số ống truyền nhiệt 21 2.4.2 Ống tuần hoàn trung tâm 22 Trang iii Niên luận Kỹ thuật thực phẩm 2.4.3 GVHD: Th.s Trần Thanh Trúc Đường kính buồng đốt 23 2.5 KÍCH THƯỚC BUỒNG BỐC 24 2.6 ĐƯỜNG KÍNH CÁC ỐNG DẪN 25 2.6.1 Đối với dung dịch nước ngưng 25 2.6.2 Đối với bão hòa 25 2.7 TỔNG KẾT THIẾT BỊ CHÍNH .26 PHẦN 3.1 THIẾT BỊ PHỤ - THIẾT BỊ NGƯNG TỤ BAROMET 27 LƯỢNG NƯỚC LẠNH CẦN THIẾT ĐỂ NGƯNG TỤ 27 3.2 THỂ TÍCH KHƠNG KHÍ VÀ KHÍ KHƠNG NGƯNG CẦN HÚT RA KHỎI BAROMET .27 3.3 KÍCH THƯỚC CHỦ YẾU CỦA THIẾT BỊ NGƯNG TỤ 28 3.3.1 Đường kính 29 3.3.2 Kích thước ngăn 29 3.3.3 Chiều cao thiết bị ngưng tụ 30 3.3.4 Kích thước ống Baromet 32 PHẦN 4.1 TÍNH CƠ KHÍ 34 CHIẾU DÀY THIẾT BỊ 34 4.1.1 Nồi 34 4.1.2 Nồi 42 4.2 VỈ ỐNG .48 4.3 HỆ THỐNG TAI ĐỠ 49 4.3.1 Khối lượng vật liệu 49 4.3.2 Khối lượng nước 51 4.4 MẶT BÍCH .53 4.4.1 Để nối ống dẫn 53 4.4.2 Để nối phận thiết bị 54 PHẦN SƠ ĐỒ QUY TRÌNH CƠ ĐẶC 55 5.1 HỆ THỐNG CÔ ĐẶC NỒI XUÔI CHIỀU 55 5.2 THUYẾT MINH QUY TRÌNH 55 TÀI LIỆU THAM KHẢO 57 Trang iv Niên luận Kỹ thuật thực phẩm GVHD: Th.s Trần Thanh Trúc DANH SÁCH HÌNH Hình Cơng thức cấu tạo sacaroza Hình Sự thay đổi nhiệt độ q trình đặc Hình Sơ đồ khối hệ thống cô đặc nồi 13 Hình Sự truyền nhiệt từ đốt qua thành ống đến dung dịch 16 Hình Sơ đồ thiết bị ngưng tụ Baromet 28 Hình Sơ đồ hệ thống cô đặc nồi xuôi chiều 55 Trang v Niên luận Kỹ thuật thực phẩm GVHD: Th.s Trần Thanh Trúc DANH SÁCH BẢNG Bảng Nhiệt độ áp suất nồi .8 Bảng Tổn thất nhiệt độ nồng độ tăng cao Bảng Bảng tóm tắt tổn thất nhiệt độ áp suất thủy tĩnh 11 Bảng Tổn thất chung hệ thống cô đặc 11 Bảng 5: Nhiệt dung riêng dung dịch đường sucrose 13 Bảng Các thông số lượng 14 Bảng Lượng nhiệt cung cấp 16 Bảng Nhiệt tải riêng q1 phía ngưng 18 Bảng Hệ số cấp nhiệt theo nhiệt độ sôi 19 Bảng 10 Nhiệt tải riêng q2 phía dung dịch sơi 20 Bảng 11 Hiệu số nhiệt độ hữu ích 21 Bảng 12 Bề mặt truyền nhiệt 21 Bảng 13 Kích thước buồng bốc 25 Bảng 14 Kích thước ống dẫn 26 Bảng 15 Bảng tóm tắt thiết bị 26 Bảng 16 Kích thước thiết bị ngưng tụ Baromet 31 Bảng 17 Tổng hợp chiều dày buồng đốt, buồng bốc 48 Bảng 18 Thể tích thép .50 Bảng 19 Thể tích đáy nắp thiết bị 51 Bảng 20 Thể tích nước 52 Bảng 21 Chân thép thiết bị thẳng đứng 53 Bảng 22 Mối ghép bích nối phận thiết bị ống dẫn 54 Bảng 23 Mối ghép bích thân với đáy nắp 54 Trang vi Niên luận Kỹ thuật thực phẩm GVHD: Th.s Trần Thanh Trúc QUY ƯỚC KÝ HIỆU Để đơn giản việc thích tài liệu, quy ước ký hiệu sau: - [AI – x] – Sổ tay trình thiết bị Cơng nghệ hóa chất, tập Nhà xuất Khoa học Kỹ thuật - [AII – x] – Sổ tay trình thiết bị Cơng nghệ hóa chất, tập Nhà xuất Khoa học Kỹ thuật - [B – x] – Sổ tay thiết kế thiết bị hóa chất chế biến thực phẩm đa dụng, T.S Phan Văn Thơm - [C – x] – Các trình thiết bị Cơng nghệ hóa chất thực phẩm, tập – Các trình thiết bị truyền nhiệt, tác giả Phạm Xuân Toản Với: x: số trang Số công thức, bảng, hay địa trang web ghi dấu ( ) Trang vii Niên luận Kỹ thuật thực phẩm PHẦN GVHD: Th.s Trần Thanh Trúc GIỚI THIỆU 1.1 TỔNG QUAN VỀ ĐƯỜNG SUCROSE Surose thành phần quan trọng mía, sản phẩm cơng nghiệp sản xuất đường, disacarit có cơng thức C12H22O11 Trọng lượng phân tử sacaroza 342,30 Sucrose cấu tạo từ hai đường đơn , D-glucose , D-fructose Hình Cơng thức cấu tạo sacaroza Tinh thể đường sucrose suốt, không màu, nhiệt độ nóng chảy 186 – 188 C Nếu ta đưa từ từ đến nhiệt độ nóng chảy, đường biến thành dạng sệt suốt Nếu kéo dài thời gian đun đun nhiệt độ cao, đường nước o phân huỷ biến thành caramen Đường dễ hồ tan nước, khơng tan dầu hoả, cloroform, benzen, ancol…Độ nhớt dung dịch đường tăng theo chiều tăng nồng độ giảm theo chiều tăng nhiệt độ Do dung dịch đường sucrose không chịu nhiệt độ cao (chất tan dễ bị biến tính) nên địi hỏi phải đặc nhiệt độ đủ thấp ứng với áp suất cân mặt thoáng thấp hay thường gọi áp suất chân không Như vậy, sử dụng hệ thống cô đặc nồi xuôi chiều để cô đặc dung dịch đường sucrose 1.2 GIỚI THIỆU SƠ LƯỢC VỀ LÝ THUYẾT CÔ ĐẶC VÀ THIẾT BỊ CƠ ĐẶC 1.2.1 Giới thiệu chung đặc Cơ đặc trình làm tăng nồng độ cấu tử dung dịch hay nhiều cấu tử, cách tách phần dung môi khỏi dung dịch dạng hơi, dung chất hòa tan dung dịch khơng bay hơi, nồng độ dung chất tăng dần lên SVTH: Trương Thanh Tùng – LT08210 – Lớp CNTP34LT Trang Niên luận Kỹ thuật thực phẩm GVHD: Th.s Trần Thanh Trúc Quá trình cô đặc thường tiến hành trạng thái sôi nghĩa áp suất riêng phần dung môi bề mặt dung dịch áp suất làm việc thiết bị Q trình đặc thường ứng dụng rộng rãi cơng nghiệp hóa chất thực phẩm cô đặc muối, đường, sữa,… Hơi dung môi tách q trình đặc gọi thứ, thứ nhiệt độ cao dùng để đun nóng cho thiết bị khác, dùng thứ để đun nóng thiết bị ngồi hệ thống đặc gọi phụ Truyền nhiệt q trình đặc thực trực tiếp gián tiếp, truyền nhiệt trực tiếp thường dùng khói lị cho tiếp xúc với dung dịch, truyền nhiệt gián tiếp thường dùng bão hòa để đốt nóng Q trình đặc thực áp suất khác nhau, làm việc áp suất thường dùng thiết bị hở, làm việc áp suất khác (chân không áp suất dư) dùng thiết bị kín Q trình đặc tiến hành liên tục hay gián đoạn thiết bị nồi nhiều nồi Khi cô đặc nồi, muốn sử dụng thứ để đốt nóng lại phải nén thứ đến áp suất đốt (gọi thiết bị có bơm nhiệt) Khi đặc nhiều nồi dung dịch từ nồi sang nồi kia, thứ nồi trước làm đốt cho nồi sau 1.2.2 Phân loại Có nhiều cách phân loại khác tổng quát lại cách phân loại theo đặc điểm cấu tạo có loại chia làm ba nhóm chủ yếu sau đây: - Nhóm 1: Dung dịch đối lưu tự nhiên + Loại 1: Có buồng đốt trong; có ống tuần hồn hay ống tuần hồn ngồi + Loại 2: Có buồng đốt ngồi - Nhóm 2: Dung dịch đối lưu cưỡng (tuần hoàn cưỡng bức) SVTH: Trương Thanh Tùng – LT08210 – Lớp CNTP34LT Trang Niên luận Kỹ thuật thực phẩm GVHD: Th.s Trần Thanh Trúc + 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 5: Màng dung dịch chảy ngược lên, có buồng đốt hay + Loại 6: Màng dung dịch chảy xi, có buồng đốt hay ngồi 1.2.3 Thiết bị đặc ống tuần hồn trung tâm 1.2.3.1 Cấu tạo: gồm - Phòng đốt - Ống truyền nhiệt - Ống tuần hoàn 1.2.3.2 Nguyên tắc hoạt động Dung dịch phòng đốt ống đốt vào khoảng trống phía ngồi ống Khi làm việc, dung dịch ống truyền nhiệt sôi tạo thành hỗn hợp lỏng có khối lượng riêng giảm bị đẩy từ lên miệng ống, ống tuần hồn thể tích dung dịch đơn vị bề mặt truyền nhiệt lớn so với ống truyền nhiệt, lượng tạo ống hơn, vậy, khối lượng riêng hỗn hợp – lỏng lớn ống truyền nhiệt, bị đẩy xuống Kết thiết bị có chuyển động tuần hồn tự nhiên từ lên ống truyền nhiệt từ xuống ống tuần hoàn Tốc độ tuần hoàn lớn tốc độ cấp nhiệt dung dịch tăng làm giảm đóng cặn bề mặt truyền nhiệt Q trình tuần hồn tự nhiên thiết bị tiến hành liên tục nồng độ dung dịch đạt yêu cầu mở van đáy để tháo sản phẩm 1.2.3.3 Ưu nhược điểm - Ưu điểm: + Thiết bị cấu tạo đơn giản, dễ sữa chửa làm SVTH: Trương Thanh Tùng – LT08210 – Lớp CNTP34LT Trang Niên luận Kỹ thuật thực phẩm GVHD: Th.s Trần Thanh Trúc p1: áp suất thủy tĩnh cột chất lỏng, tính theo công thức: p1 = g.1.H1, N/m2 1: khối lượng riêng chất lỏng (ở 54,34 0C), 1 = 966,1 ( kg/m3 ) H1: chiều cao lớn cột nước ngưng, chọn H1 = 1,2 m g: gia tốc trọng trường, g = 9,81 m/s2  p1 = g.1.H1 = 9,81 966,1.1,2 = 11371,87 N/m2  p = pmt + p1 = 74457,9 + 11371,87 = 85829,77 N/m2 Vì:  S    97,71.10 p 85829,77 0,95 = 1081,5 > 50 nên bỏ qua p mẫu Dt p 1,6.85829,77 C   1,6.106  2,34.10-3 m = 2,34 mm 2  2.97,71.106.0,95 Chọn S = mm * Kiểm tra ứng suất theo áp suất thử: σ D  S  Cp 2S  C  t  [AII – 365] – (XIII.26) σc , N/m2 1,2 Áp suất thử tính tốn p0 xác định theo công thức: p0 = pth + p1, N/m2 pth: áp suất thử thủy lực, N/m2 Tra bảng [AII – 365] – (XIII.5)ta có: pth = 1,5.pmt = 1,5.74457,9 = 330645,54 N/m2 p1: áp suất thử thủy tĩnh cột chất lỏng, p1 = 11084,96 N/m2  p0 = pth + p1 = 330645,54 + 11371,87 = 342017,41 N/m2  Dt  S  C  p0 2S  C   1,6  4  1,6.10 .342017,41 3 2.4  1,6 10 0,95 3  120186119,2  c 1,2 Vậy S = mm đạt yêu cầu SVTH: Trương Thanh Tùng – LT08210 – Lớp CNTP34LT Trang 43 Niên luận Kỹ thuật thực phẩm GVHD: Th.s Trần Thanh Trúc b Đáy buồng đốt Đáy hình elip có gờ, làm việc chịu áp suất trong, thép CT3 S hB h Dt Chiều dày đáy tính theo cơng thức: S Khi Dt p D t C, m 3,8 k k  h  p 2hb  k  k  p h [AII – 385] – (XIII.47)  30 bỏ qua đại lượng p mẫu số Dt: đường kính buồng đốt, Dt = 1,6 m p: áp suất buồng đốt, p = 85829,77 N/m2 hb: chiều cao phần lồi đáy, tra bảng [AII – 382] –(XIII.10) ứng với Dt = 1,6 m có hb = 0,4 m (hay hb = 0,25.Dt = 0,4) k: hệ số không thứ nguyên, k   d Dt d: đường kính lỗ lớn đáy, cửa sản phẩm, chọn d = 0,15m  k 1 d 0,15 1  0,906 Dt 1,6 h : hệ số bền, h = 0,95 [k]: ứng suất cho phép, tính tuơng tự trường hợp thành buồng đốt  [k] = 97,71.106 N/m2 C: số bổ sung, tính tương tự, C = 1,6.10-3 m, có tăng thêm sau tính thử S SVTH: Trương Thanh Tùng – LT08210 – Lớp CNTP34LT Trang 44 Niên luận Kỹ thuật thực phẩm GVHD: Th.s Trần Thanh Trúc Thêm mm S – C  10 mm Thêm mm 20 mm > S – C > 10 mm    k  k p S  h  97,71.10 0,906.0,95 = 980,15 > 30 nên bỏ qua p mẫu số 85829,77 Dt p D 1,6.85829,77 1,6 t C  1,6.10 6 3,8σ k k. h 2h b 3,8.97,71.10 0,906.0,95 2.0,4 S =1,737 mm  S – C = 1,737 – 1,6 = 0,137 mm < 10 mm Vậy thêm mm vào C, S = 1,737 + = 3,737 mm Chọn S = mm * Kiểm tra ứng suất theo áp suất thử: σ D  2h b S  C p  c , N/m2  7,6k. h h b S  C  1,2 t [AII – 385] – (XIII.49) Với áp suất thử: p0 = 342017,41 N/m2 1,6     2.0,44  1,6 10 3 342017,41 7,6.0,906.0,95.0,44  1,6 10 3  139494579,  c 1,2  200.10 Vậy S = mm đạt yêu cầu 4.1.2.2 Buồng bốc a Thân hình trụ hàn làm việc chịu áp suất ngồi (nắp) Thân hình trụ hàn làm việc chịu áp suất ngoài, thép CT3 Kiểm tra điều kiện: 1 l 8 D  pn l   t  E D 0,  0,523 l: chiều dài (chiều cao) tính tốn thiết bị, l = Hb = m SVTH: Trương Thanh Tùng – LT08210 – Lớp CNTP34LT Trang 45 Niên luận Kỹ thuật thực phẩm GVHD: Th.s Trần Thanh Trúc D: đường kính buồng bốc, Dbb = 1,8 m  1< l   2,22 < thỏa D 1,8 pn: áp suất tính tốn bên ngồi, hiệu số áp suất khí áp suất thứ bên trong, N/m2 pn= (1- png ).9,81.104  pn = (1 – 0,134).9,81.104 = 83973,6 N/m2 Et: module đàn hồi nhiệt độ thành, Et = 185.109 N/m2  pn l   t E D 0,   37376     185 * 10 1,5  0,  0,003  0,523 thỏa Khi điều kiện thỏa, loại thép có hệ số Poatxơng  = 0,3 nên tính chiều dày theo cơng thức sau: p l  S  1,25D nt  E D 0, C , m [AII – 370] – (XIII.32) C: số bổ sung, tính trường hợp buồng đốt, C = 1,6.10-3 m p l   S  1,25 D nt  E D 0,  83973,6   C  1,25.1,6   185.10 1,6  0,  1,6.10 3  10,59.10 3 m Chọn S = 11 mm b Nắp buồng bốc Nắp hình elip có gờ, làm việc chịu áp suất ngoài, thép CT3 Chiều dày nắp xác định theo công thức: S Khi Dt p n D t C , m 3,8 n k k1  h  p n 2hb  n  k.k  pn h [AII – 387] – (XIII.50)  30 bỏ qua đại lượng p mẫu số Dt: đường kính buồng bốc, Dt = 1,8 m SVTH: Trương Thanh Tùng – LT08210 – Lớp CNTP34LT Trang 46 Niên luận Kỹ thuật thực phẩm GVHD: Th.s Trần Thanh Trúc pn: áp suất tính tốn bên ngồi, pn = 83973,6 N/m2 hb: chiều cao phần lồi nắp, tra bảng XIII.10 ứng với D t = 1,8 m có hb = 0,45 m k: hệ số khơng thứ nguyên, k   d Dt d: đường kính lỗ lớn nắp, lỗ thông hơi, chọn d = 0,6 m  k 1 d 0,6 1  0,667 Dt 1,8 k1: hệ số, lỗ có nắp khơng tăng cứng k1 = 0,64 h = 0,95 [n] = 97,71.106 N/m2 C: số bổ sung, tính tương tự, C = 1,6.10-3 m, có tăng thêm sau tính thử S   k k  n pn h  97,71.106 0,667.0,64.0,95  471,6  30 83973,6  S Dt p n D t C 3,8 n k k1  h 2hb  S 1,8.83973,6 1,8  1,610 3 = 2,01m 3,8.97,71.10 0,667.0,64.0,95 2.0,45  S – C = 2,01- 1,6 = 0,41 mm < 10 mm Thêm mm vào C S = 2,01 + = 4,01 mm Chọn S = mm * Kiểm tra ứng suất thử thủy lực:  D   2hb S  C  p 0n  c , N/m2  7,6k k1  h S  C  1,2 t [AII – 387] – (XIII.51) Áp suất thử P0 = 1,5pn = 1,5.83973,6 = 125960,4 N/m2 SVTH: Trương Thanh Tùng – LT08210 – Lớp CNTP34LT Trang 47 Niên luận Kỹ thuật thực phẩm GVHD: Th.s Trần Thanh Trúc 1,8  2.0,455  1,610 1125960,4  39001758,18     3 7,6.0,667.0,64.0,95.0,455  1,6 10 3 c 1,2 Vậy S = mm đạt yêu cầu Bảng 17 Tổng hợp chiều dày buồng đốt, buồng bốc Buồng đốt (mm) Nồi Buồng bốc (mm) Thân trụ Đáy Thân trụ nắp 4 4 11 4.2 VỈ ỐNG Buồng đốt có vỉ ống cố định hàn vào mặt mặt Chiều dày vỉ ống Sv phải đảm bảo giữ chặt ống truyền nhiệt ống tuần hoàn, bền tác dụng loại ứng suất, chống ăn mòn Chọn phương pháp gắn ống vào vỉ phương pháp nong Chiều dày tối thiểu: Smin = dn  , mm dn: đường kính ngồi ống truyền nhiệt, dn = 101,6 mm  Smin = dn 101,6 5   17,7 mm 8 Để giữ nguyên hình dạng vỉ ống sau nong cần đảm bảo tiết diện dọc giới hạn thành lỗ gần fm phải lớn tiết diện nhỏ cho phép fmin: fm = Sv(t – d1)  fmin = 5.d1  Sv  f 5d  t  d1 t  d1 Với : d1 = dn + = 101,6 + = 102,6 mm t = 1,3.dn = 1,3.101,6 = 132,08 mm SVTH: Trương Thanh Tùng – LT08210 – Lớp CNTP34LT Trang 48 Niên luận Kỹ thuật thực phẩm  Sv  GVHD: Th.s Trần Thanh Trúc 5.102,6  19 mm 132,08  102,6 Tính đến ăn mịn phía: C = mm  Sv = 19 + = 21 mm Chọn Sv = 22 mm 4.3 HỆ THỐNG TAI ĐỠ 4.3.1 Khối lượng vật liệu 4.3.1.1 Khối lượng thép làm ống truyền nhiệt m1 = n..d.l.., kg n: số ống truyền nhiệt, n = 84 ống d: đường kính trung bình, d = 101,6  97,384  0,0995 m l: chiều dài ống, l = 1,2 m : chiều dày thành ống,  = 2,108 mm = 2,108.10-3 m : khối lượng riêng thép,  = 7850 kg/m3  m1 = n..d.l.. = 84..0,0995.1,2.2,108.10-3.7850 = 521,097 kg 4.3.1.2 Khối luợng thép m2 = V., kg V: tổng thể tích thép sử dụng, m3, bao gồm thép làm ống tuần hoàn, vỉ ống, buồng bốc, buồng đốt, nắp đáy : khối lượng riêng thép,  = 7850 kg/m3 - Thể tích thép tính sau: a Đối với ống tuần hoàn, buồng bốc, buồng đốt V = .d.l., m3 d: đường kính trung bình, m l: chiều dài (chiều cao), m SVTH: Trương Thanh Tùng – LT08210 – Lớp CNTP34LT Trang 49 Niên luận Kỹ thuật thực phẩm GVHD: Th.s Trần Thanh Trúc : chiều dày, m, tính khối lượng cực đại nên chọn chiều dày lớn nồi để tính Bảng 18 Thể tích thép d trong, m m d trung bình, m l, m V, m3 Ống tuần hoàn 0,4 0,004 0,404 1,2 0,006 Buồng bốc 1,8 0,011 1,811 0,25 Buồng đốt 1,6 0,004 1,604 1,2 0,024 b Đối với vỉ ống (2 vỉ)  D2   S n  S th  , m3   V =   D: đường kính vỉ, đường kính buồng đốt, D = 1,6 m : chiều dày vỉ,  = 22 mm = 0,022 m Sn: tổng tiết diện ngang ống truyền nhiệt, m2 Sn = 84.* (101,6.10 3 ) = 0,681 m2 Sth: tiết diện ngang ống tuần hoàn, m2 (0,22  2.0,004) Sth =  = 0,131 m2  1,6 2   D2   V =    S n  Sth   2.0,022   0,0,681  0,131  0,0527 m3     c Đối với đáy nắp V = D , m3 D: đường kính phơi, m : chiều dày, m SVTH: Trương Thanh Tùng – LT08210 – Lớp CNTP34LT Trang 50 Niên luận Kỹ thuật thực phẩm GVHD: Th.s Trần Thanh Trúc Bảng 19 Thể tích đáy nắp thiết bị D trong, m δ, m D (phôi), m V, m3 Nắp 1,8 0,005 2,196 0,019 Đáy 1,6 0,004 1,928 0,012 Vậy: - Tổng thể tích thép V = 0,006 + 0,25 + 0,024 + 0,0527 + 0,019 + 0,012 = 0,364 m3 - Tổng khối lượng thép m2 = 0,364.7850 = 2856,91 kg - Tổng khối lượng vật liệu M = m1 + m2 = 521,097 + 2856,91 = 3378,01 kg 4.3.2 Khối lượng nước - Để đảm bảo hệ thống tai đỡ đủ an toàn ta giả sử thiết bị chứa đầy nước m3 = V., kg V: tổng thể tích nước buồng bốc, buồng đốt, nắp đáy, m3 : khối lượng riêng nước, lấy 200C,  = 998,2 kg/m3 - Thể tích nước buồng bốc buồng đốt tính sau: V=  D l , m3 D: đường kính trong, m l: chiều cao, m Thể tích nước nắp đáy: tra bảng XIII.10 theo đường kính SVTH: Trương Thanh Tùng – LT08210 – Lớp CNTP34LT Trang 51 Niên luận Kỹ thuật thực phẩm GVHD: Th.s Trần Thanh Trúc Bảng 20 Thể tích nước D, m l, m V, m3 Buồng bốc 1,8 10,179 Buồng đốt 1,6 1,2 2,413 Nắp 1,8 1,095 Đáy 1,6 0,578 Tổng: 14,265  Khối lượng nước: m3 = V. = 14,26 998,2 = 14238,8 kg  Khối lượng cực đại: m = m1 + m2 + m3 = 521,097 + 2856,91 + 14238,8 = 17616,8 kg  Trọng lượng cực đại: P = m.g = 171058,95 9,81 = 172821,16 N Chọn sử dụng tai đỡ Trọng lượng tai đỡ phải chịu là: 172821,16 /4 = 43205,29 N Tra bảng XIII.36: B1 a S H S L SVTH: Trương Thanh Tùng – LT08210 – Lớp CNTP34LT d B Trang 52 Niên luận Kỹ thuật thực phẩm GVHD: Th.s Trần Thanh Trúc Bảng 21 Chân thép thiết bị thẳng đứng Tải trọng cho phép tai đỡ G.10-4 Bề mặt đỡ F.104 Tải trọng cho phép lên bề mặt đỡ q.10-6 N m2 N/m2 297 1,34 L B B1 H S a d mm 190 160 170 280 Khối lượng tai đỡ kg 10 80 25 7,35 4.4 MẶT BÍCH Mặt bích phận quan trọng dùng để nối phần thiết bị nối phận khác với thiết bị Do hệ thống làm việc với áp suất thấp < 0,1*106 N/m2 nên chọn loại bích liền, phận hàn liền với thiết bị 4.4.1 Để nối ống dẫn Chọn bích liền kim loại đen kiểu D DI db SVTH: Trương Thanh Tùng – LT08210 – Lớp CNTP34LT Trang 53 Niên luận Kỹ thuật thực phẩm GVHD: Th.s Trần Thanh Trúc Tra bảng [AII – 409] – (XIII.26) ta có: Bảng 22 Mối ghép bích nối phận thiết bị ống dẫn Py.10-6 Loại Dy Ống Kích thước nối Kiểu bích N/m2 Dn D Dδ DI Bulơng db mm z h mm Ống nhập liệu 0.25 50 57 140 110 90 M12 12 Ống tháo liệu 0.25 50 57 140 110 90 M12 12 Ống dẫn đốt 0.25 150 159 260 225 202 M16 16 Ống dẫn thứ 0.25 400 426 535 495 465 M20 16 22 Ống dẫn nước ngưng 0.25 40 45 130 100 80 M12 12 4.4.2 Để nối phận thiết bị Chọn bích liền thép kiểu Tra bảng [AII – 417] - (XIII.27) ta có: Bảng 23 Mối ghép bích thân với đáy nắp Kiểu bích Kích thước nối (mm) Loại Py.10 -6 N/m2 Dt mm Bulông D Db DI D0 db mm z h mm Buồng đốt 0.1 1600 1740 1690 1660 1613 M20 32 28 Buồng bốc 0.1 1800 1940 1890 1860 1815 M20 40 28 SVTH: Trương Thanh Tùng – LT08210 – Lớp CNTP34LT Trang 54 Niên luận Kỹ thuật thực phẩm PHẦN GVHD: Th.s Trần Thanh Trúc SƠ ĐỒ QUY TRÌNH CƠ ĐẶC 5.1 HỆ THỐNG CÔ ĐẶC NỒI XUÔI CHIỀU Hình Sơ đồ hệ thống đặc nồi xuôi chiều 1- Thùng dung dịch đầu 5- Thiết bị đun nóng 9- Nước ngưng 2- Bơm 6- Dung dịch vào cô đặc 10- Sản phẩm cuối 3- Thùng cao vị 7- Hơi đốt 11- Nước làm lạnh 4- Lưu lượng kế 8- Hơi thứ 12- Hệ thống Baromet 5.2 THUYẾT MINH QUY TRÌNH Dung dịch nước đường nồng độ đầu 12% (theo khối lượng) từ thùng chứa (1) bơm lên thùng cao vị (3) Từ đây, dung dịch đưa qua lưu lượng kế (4), qua thiết bị đun nóng (5) để đạt nhiệt độ ban đầu mong muốn, sau đưa vào nồi đặc để thực trình bốc Hơi đốt đưa vào nồi nước bão hòa có áp suất 2,134 atm (theo thang áp suất tuyệt đối đơn vị áp suất kỹ thuật) Dung dịch vào nồi 1, bên ống truyền nhiệt đốt phía ngồi ống truyền nhiệt Q trình trao SVTH: Trương Thanh Tùng – LT08210 – Lớp CNTP34LT Trang 55 Niên luận Kỹ thuật thực phẩm GVHD: Th.s Trần Thanh Trúc đổi nhiệt diễn ra, dung dịch nâng nhiệt độ lên đến nhiệt độ sôi bắt đầu bốc Ở dung dịch cô đặc tuần hoàn tự nhiên đến đạt nồng độ chất khô 20 % chuyển sang nồi nhờ chênh lệch áp suất nồi Hỗn hợp – lỏng bốc lên với tốc độ lớn, va đập vào cạnh hình zigzag phận tách bọt (bộ phận phân ly lỏng – hơi) giọt chất lỏng rơi trở lại Hơi thứ nồi dùng làm đốt cho nồi Ở nồi dung dịch đặc tuần hồn tự nhiên đến đạt nồng độ 60% mở van xả vào bồn chứa Dung dịch chuyển từ nồi sang nồi vào bồn chứa cách tự nhiên liên tục Hơi thứ nồi đưa vào thiết bị ngưng tụ tạo chân không áp suất 0,134 atm SVTH: Trương Thanh Tùng – LT08210 – Lớp CNTP34LT Trang 56 Niên luận Kỹ thuật thực phẩm GVHD: Th.s Trần Thanh Trúc TÀI LIỆU THAM KHẢO PHẠM XUÂN TOẢN Các trình thiết bị Cơng nghệ hóa chất thực phẩm.Tập – Các trình thiết bị truyền nhịêt Nhà xuất Khoa học kỹ thuật 2007 GS.TSKH NGUYỄN BIN, PGS.TS ĐỖ VĂN ĐÀI…Sổ tay trình thiết bị Cơng nghệ hóa chất, tập Nhà xuất Khoa học Kỹ thuật Hà Nội 2006 T.S PHAN VĂN THƠM Sổ tay thiết kế thiết bị hóa chất chế biến thực phẩm đa dụng Trường Đại học Cần Thơ 2004 Các trang web: http://www.engineeringtoolbox.com http://www.nal.usda.gov/fnic/foodcomp http://www.rpaulsingh.com http://www.sugartech.co.za SVTH: Trương Thanh Tùng – LT08210 – Lớp CNTP34LT Trang 57 ... Như vậy, sử dụng hệ thống cô đặc nồi xuôi chiều để cô đặc dung dịch đường sucrose 1.2 GIỚI THIỆU SƠ LƯỢC VỀ LÝ THUYẾT CÔ ĐẶC VÀ THIẾT BỊ CÔ ĐẶC 1.2.1 Giới thiệu chung cô đặc Cô đặc trình làm tăng.. .Niên luận Kỹ thuật thực phẩm GVHD: Th.s Trần Thanh Trúc LỜI NĨI ĐẦU Theo chương trình đào tạo ngành công nghệ thực phẩm, sinh viên thực niên luận kỹ thuật thực phẩm Việc thực niên luận nhằm... luận kỹ thuật thực phẩm với đề tài:? ?Thiết kế hệ thống cô đặc nồi dung dịch đường sucrose? ?? Tuy có nhiều cố gắng việc thực niên luận, với kiến thức hạn chế, niên luận có thiếu sót khơng mong muốn,