Đang tải... (xem toàn văn)
Vì không có giản đồ kết tinh của nước cam nên ta có thể chọn giản đồ kết tinh của nước táo làm cơ sở để xác định nhiệt độ kết tinh của nước cam theo nồng độ vì thành phần hoá học nước [r]
(1)Đồ án môn học Quá trình và Thiết bị Đề tài : Thiết kế thiết bị cô đặc nước cam PHAÀN TOÅNG QUAN VEÀ CAM VAØ COÂNG NGHEÄ SẢN XUẤT NƯỚC CAM CÔ ĐẶC I TOÅNG QUAN VEÀ CAM I.1 Nguoàn goác Cây cam đã biết đến từ lâu khoảng 2200 năm trước công nguyên Trung Quốc số người lại cho cây cam có nguồn gốc từ dãy Himalayas (Ấn Độ) Cam trồng phổ biến Ấn Độ, sau đó lan rộng phía đông, và đến vùng Đông Nam Á Vào khoảng kỉ thứ trước công nguyên, cây cam đưa đến Châu Âu và nó lan tới vùng Địa Trung Hải Sau đó, cây cam Columbus mang đến Châu Mỹ Những năm sau đó, người làm vườn Châu Mỹ và Châu Âu đã đem cây cam đến Châu Úc và Châu Phi Ngày cây cam trồng phổ biến nhiều nơi trên giới I.2 Phân loại Có nhiều cách phân loại cam khác nhau, tùy thuộc vào quốc gia và địa phương Trong thương mại, cam chia thành loại: Cam (sweet orange) và cam chua (sour orange) Trong đó, cam chua thường dùng sản xuất mứt cam Một số loại cam thường gặp: Cam troøn Cam tròn phổ biền là loại Valencia, có nguồn gốc từ đảo Azores và Bồ Đào Nha Giống cam này có khả thích ứng vùng nội địa, nơi có chênh lệch sâu sắc ngày và đêm và làm hoạt hóa hệ sắc tố vỏ tạo cho nó màu sắc hấp dẫn Quả có cỡ nhỏ tới trung bình thích hợp cho sản xuất công nghiệp Vỏ mỏng, da cam nhẵn, màu cam sáng Quả có mùi vị đặc sắc còn tươi hay sau đã chế biến nước ép Khi chín trên cây, nó chuyển sang màu cam sáng nhiệt độ nóng lên làm cho da hấp thụ lại chlorophyl từ lá nên cam chín có màu xanh nhạt Loại cam này chủ yếu dùng làm nước với chất lượng nước ép tốt chứa nhiều dịch có màu sậm và bền , ít hạt nên không tạo vò ñaéng Valencia cuõng coù theå duøng aên töôi Cam navel Trước năm1835, Cam navel trồng nhiều Florida bị phá huỷ chiến tranh giới thứ Giống cam này trồng nhiều Brazil, Trung Quốc Cam navel có to giống Valencia và các loại cam khác Quả có màu vàng đậm sáng cam, SVTH : Ngoâ Laâm Tuaán Anh Trang (2) Đồ án môn học Quá trình và Thiết bị Đề tài : Thiết kế thiết bị cô đặc nước cam da hồ đào dày và dễ lột vỏ, không hạt Quả cho chất lượng tốt đạt độ và khối lượng định, cho nhiều nước Thời tiết lạnh làm màu càng vàng sáng vì có thể chín và còn màu xanh nhạt trên da Giống cam này ít dùng chế biến nước vì quaù trình cheá bieán deã phaùt sinh vò ñaéng Cam Blood ( Cam đỏ ) Đây là loại xem là ngon và hấp dẫn các loại có múi tìm thấy đầu tiên Địa Trung Hải Quả cỡ trung bình với vỏ mỏng có ít không hạt Có màu đỏ sậm sáng đẹp Nhược điểm lớn là hàm lượng anthocyanin tạo màu đỏ đậm có khuynh hướng bị nhạt quá trình chế biến và bảo quản Anthocyanin còn là chất chống oxy hóa mạnh tạo nhiều gốc tự gây ung thư, lão hóa, bệnh nhẹ … Loại cam này thường dùng để ăn tươi, ăn kèm salad, dùng rôti nướng thịt Cam ngoït (acidless orange) Loại này trồng chủ yếu Địa Trung Hải Do nước có độ quá cao và hàm lượng acid thấp không đủ khả ức chế vi sinh vật nên loại cam này không thích hợp cho sản xuất nước ép Valencia Orange Navel orange Blood orange Acidless orange Hình – Các loại cam phổ biến thương mại Ở Việt Nam, cam chia làm loại : cam chanh, cam sành và cam đắng Một số giống cam phổ biến nước ta cam Xã Đoài ( Nghệ An ), cam Động Đình, cam đường,… Cam Xã Đoài ( Nghệ An ) : Cây tương đối cao, ít cành lá (cành quả), trồng Xã Đoài, xaõ Nghi Dieân, huyeän Nghi Loäc, tænh Ngheä An Quaû ngon, thôm coù voû moûng vaø boùng, vò đậm, ít xơ Dùng chủ yếu sản xuất nước cam và mứt cam Cam đường : Quả trung bình 100g, vỏ mỏng, màu vàng đỏ hay đỏ sẫm, dễ bóc, múi dễ chia Có ba loại chính là Cam giấy với các giống Cam Canh (Hà Nội), Cam Đồng dụ (Hải Phòng), Cam Ngọc cục và Cam Hành Thiện (Nam Hà); Cam Bù, Cam Chua Hương Sơn (Hà Tĩnh); Cam voi Tuyên Hoá (Quảng Bình) Cam sành : có vỏ sần sùi và mịn; vỏ dày, chín có màu vàng hay đỏ sẫm, dày dễ bóc, ruột đỏ, hạt có màu nâu lục, vị ngọt, chua, hương vị ngon quýt Ôn Chân (Nhật Bản) Thích hợp làm đồ hộp nước đường Giống phổ biến là cam Bố Hạ, trồng bãi phù sa Hà Bắc trên đất thoát nước; dẹt, nặng trung bình 200-250g, màu vàng đỏ đẹp chín vào tháng 11-12-1 năm sau, dịp Tết Nguyên đán Cam sành còn có tên là Citrus nobilis Lour Quýt trước đây xem là thứ Cam saønh I.3 Caáu taïo cuûa quaû cam SVTH : Ngoâ Laâm Tuaán Anh Trang (3) Đồ án môn học Quá trình và Thiết bị Đề tài : Thiết kế thiết bị cô đặc nước cam Cấu tạo cam gồm có phần sau : Lớp vỏ ngoài (flavedo) : có màu cam màu xanh tùy theo giống Lớp vỏ ngoài có chứa nhiều các túi tinh dầu Lớp cùi trắng (albedo) : có chứa pectin và cellulose Múi cam : bên có chứa tép cam, có chứa dịch bào Hạt cam : chứa mầm cây Lõi : là phần nằm trung tâm cam, thành phần tương tự lớp cùi trắng I.4 Thaønh phaàn hoùa hoïc cuûa cam Thành phần hóa học cam trình bày bảng Bảng – Thành phần dinh dưỡng cam tươi (tính trên 100g) Thaønh phaàn Nước Protein Hàm lượng Muùi Voû 75,95 88,06 0.9 Thaønh phaàn chính veát 3.59 1,22 Glucose 1.25 3,49 Frutose Acid hữu 1.45 1,41 Cellulose Pectin 0,47 1,41 3,24 0,22 3,49 Muoái khoáng Vitamine 34 23 Fe A 0.4 0.09 β-Carotene B1 0.4 0.04 B2 PP 0.06 0.75 C 65 % % 2,4 Tinh daàu Sacharose Ca P Ñôn vò % % % % % 0,22 - mg% mg% - mg% mg% 0,09 mg% mg% 0,02 - mg% mg% 1,27 170 mg% Baûng – Ñaëc ñieåm kyõ thuaät cuûa cam, quyùt, chanh Vieät Nam ([13],244) Chæ tieâu SVTH : Ngoâ Laâm Tuaán Anh Cam saønh Cam chanh Quyùt Chanh Trang (4) Đồ án môn học Quá trình và Thiết bị Đề tài : Thiết kế thiết bị cô đặc nước cam (Boá Haï) (Xã Đoài) (Lí Nhaân) (Hoà Bình) Khối lượng quả, g 260 240 40 64 Đường kính quả, mm 88 80 45 5,1 11,5 11,5 10 7,0 - - 0,75 - 3,2 3,2 - 3,8 - 2,5 - 2,6 Hàm lượng chất khô, % Độ acid pH I.5 Thu hoạch và bảo quản Ở nước ta, cam trồng rộng rãi trên khắp nước Cây hoa quanh năm, thường có hoa vào tháng 1-2, có vào tháng 11-12 Cam các loại có múi khác thường thu hái bắt đầu chín Có thể dùng kéo cắt cuống sát mặt Sau thu hái nên để điều kiện bình thường 12-14 để ổn định hô hấp Trong thời gian đó, tiến hành lựa chọn theo độ chín, kích thước, loại bỏ bầm giập, sây sát Trong trường hợp nhiễm bẩn nhiều thì phải rửa để khô ráo Để chống nhiễm trùng có thể bôi vôi vào cuống Để bảo quản cam thời gian dài, người ta thường sử dụng số phương pháp như: bảo quản cát, hóa chất, nhiệt độ thấp,… II GIỚI THIỆU QUY TRÌNH SẢN XUẤT NƯỚC CAM CÔ ĐẶC II.1 Sơ đồ quy trình công nghệ SVTH : Ngoâ Laâm Tuaán Anh Trang (5) Đồ án môn học Quá trình và Thiết bị Đề tài : Thiết kế thiết bị cô đặc nước cam Hình – Sơ đồ quy trình công nghệ sản xuất nước cam cô đặc SVTH : Ngoâ Laâm Tuaán Anh Trang (6) Đồ án môn học Quá trình và Thiết bị Đề tài : Thiết kế thiết bị cô đặc nước cam II.2 Thuyeát minh Chọn lựa phân loại Nguyên liệu cam lựa chọn nhằm loại trừ không đạt tiêu chuẩn sâu bệnh, men mốc, thối hỏng… cho chế biến nước cam cô đặc Sau chọn lựa chọn, ta tiến hành phân loại nhằm phân chia thành nguyên liệu đồng kích thước, hình dáng, màu sắc và độ chín… Rửa Rửa có thể tiến hành trước sau phân loại nhằm loại trừ tạp chất học đất, cát bụi và làm giảm lượng vi sinh vật ngoài vỏ nguyên liệu Yêu cầu quá trình rửa là sau rửa không bị dập nát, các chất dinh dưỡng không bị tổn thất, thời gian rửa ngắn và ít tốn nước Nước rửa nước dùng công nghệ chế biến (chần, nấu, pha chế…) phải là nước ăn, đảm bảo tiêu Vệ sinh dịch tễ (Bộ Y tế) quy định Nước rửa sử dụng đây có thể tận dụng từ lượng nước sau rửa tinh thể nước đá cuối quá trình cô đặc EÙp Nguyên lý : ép là phương pháp chủ yếu để tách dịch bào khỏi nguyên liệu Trong quá trình eùp thì hieäu suaát eùp laø chæ tieâu quan troïng nhaát Hieäu suaát eùp phuï thuoäc vaøo nhieàu yeáu toá : phaåm chất nguyên liệu, phương pháp sơ chế, cấu tạo, chiều dày, độ lớp nguyên liệu ép và áp suất ép Dịch bào chứa không bào bị bao bọc bới chất nguyên sinh Chất nguyên sinh có tính bán thấm, ngăn cản tiết dịch bào Vì vậy, muốn cao hiệu suất ép phải laøm giaûm tính baùn thaám cuûa chaát nguyeân sinh baèng caùch laøm bieán tính chaát nguyeân sinh hay làm chết tế bào Thông thường người ta sử dụng các phương pháp sau : đun nóng, sử dụng nấm men chứa hỗn hợp pectinase, protease dùng dòng điện… Thiết bị ép : sử dụng thiết bị ép liên tục hãng FMC Hình – Maùy eùp cam cuûa haõng FMC Food Tech SVTH : Ngoâ Laâm Tuaán Anh Trang (7) Đồ án môn học Quá trình và Thiết bị Đề tài : Thiết kế thiết bị cô đặc nước cam Caáu taïo cuûa maùy Máy có từ đến cặp chén ép (tùy suất máy) Vd: máy có cặp chén ép có thể ép 350 – 500 trái/ phút) Chén cố định, chén trên có thể chuyển động lên xuống Ở chén trên và có lỗ tròn, cạnh sắc để tạo nên lỗ cắt đường kính inch phần trái cam Dịch bên thoát ngoài qua lỗ này quá trình ép Ống lọc thô (Prefinisher tube): tách các phần thịt có kích thước lớn khỏi dịch OÁng goùp (Juice manifold): thu nhaän dòch quaû Piston (Orifice tube): tạo áp suất bên ống lọc để đẩy dịch ngoài, đầu ống có thể đóng mở có tác dụng thu nhận và thải bỏ các phần tử lớn còn bên ống loïc Nguyên lý hoạt động Giai đoạn cắt : chén phía trên di chuyển xuống, tạo lực nén cắt hai đầu cam Giai đoạn ép : phần trục chén trên tiếp tục di chuyển xuống phía dưới, áp lực tăng, đẩy phần dịch bên ra, vào ống lọc thô Phần vỏ thoát khỏi chén thông qua khe hở dao cắt và khung chén trên Giai đoạn kết thúc : orifice tube chuyển động lên phía trên tạo áp lực bên ống lọc thô, dịch và phần thịt ép ngoài LoÏc thoâ Sau ép, phần dịch và thịt có kích thước nhỏ các lỗ lọc trên ống lọc thô đẩy và chảy vào ống góp phía Nước dẫn qua thiết bị Phần bã còn nằm bên ống lọc hút ngoài thông qua lỗ (đóng mở được) orifice tube Phần lõi và vỏ có chứa nhiều tinh dầu cam Trong quá trình ép và thoát ngoài chén ép, phần vỏ bị tổn thương, các tinh dầu tập trung trên bề mặt vỏ Ở gần cuối máy có phận phun nước có tác dụng rửa trôi các tinh dầu, tạo thành hệ nhũ tương và chảy ngoài Phần nhũ tương này qua thiết bị lọc để tách cặn, sau đó li tâm để tách dầu khỏi nước Phần dầu tiếp tục tinh chế còn phần nước tiếp tục sử dụng làm nước rửa tinh dầu Gia nhieät Tieán haønh gia nhieät dòch eùp baèng thieát bò gia nhieät daïng oáng chuøm hay oáng loàng oáng Muïc ñích quá trình gia nhiệt là làm kết tủa các thành phần không tan dịch làm ảnh hưởng đến tính chất cảm quan sản phẩm Các thành phần này bao gồm protid, chất đắng… Nhiệt độ có thể làm protid bị biến tính và tạo tủa Kết tủa lắng xuống đáy bồn và kéo theo các hợp chất gây vị đắng Quá trình này góp phần làm cho dung dịch có độ đồng cao và Có thể bổ sung chất trợ lắng để tăng hiệu quá trình Lưu ý cần gia nhiệt thật nhanh nhiệt độ 70-75oC từ 5-10 phút để tránh tổn thất chất khô Ly taâm Quá trình ly tâm nhằm mục đích tách bã và các chất chất keo đã kết tủa sau quá trình gia nhiệt làm cho dịch đem cô đặc có độ đồng cao và loại bỏ ảnh hưởng xấu sản phaåm coâ ñaëc sau naøy Coâ ñaëc SVTH : Ngoâ Laâm Tuaán Anh Trang (8) Đồ án môn học Quá trình và Thiết bị Đề tài : Thiết kế thiết bị cô đặc nước cam Nguyên tắc : giảm nhiệt độ dung dịch nước cam chưa bão hoà xuống nhiệt độ đóng băng nó thì dung môi (nước) đóng băng trước, còn chất hoà tan (đường, acid, cấu tử hương…) còn dạng dung dịch Tách pha rắn khỏi pha lỏng cách ly tâm kết hợp với dao cạo nước đá, dịch thu chính là nước cam cô đặc Nhiệt độ cô đặc đưa xuống khoảng -10oC -15oC Để đảm bảo hiệu suất cô đặc cao ta có thể tiến hành cô đặc nhieàu caáp So với phương pháp bốc thì phương pháp lạnh đông có tổn thất chất hoà tan nhiều sản phẩm có chất lượng cao, giữ nhiều chất dinh dưỡng và đặc biệt là tính chất cảm quan đặc trưng nước mà phương pháp bốc không có Mặt khác để sản phẩm đạt nồng độ cao cách kết hợp hai phương pháp : lúc đầu cô đặc chân không, sau đó làm lạnh đông tiếp tục đến nồng độ chất khô cần thiết Roùt chai, gheùp naép Nước cam quá trình bảo quản và tồn trữ thì hương vị giảm sút rõ rệt Để hạn chế tình trạng này, người ta dùng chai thủy tinh màu và bảo quản nhiệt độ 0-5 oC Sau rót xong cần phải ghép nắp, quá trình ghép kín nhằm cách li hoàn toàn với môi trường không khí và vi sinh vật gây hư hỏng, làm giảm phẩm chất sản phẩm Mặt khác nắp chai phải ghép thật kín và thật còn nhằm mục đích đảm bảo quá trình trùng không bị bật nắp hay hở moái gheùp Thanh truøng Thanh trùng là quá trình quan trọng có tính chất định tới khả bảo quản chất lượng sản phẩm Quá trình trùng nhằm tiêu diệt hoàn toàn hay ức chế các vi sinh vật gây hư hỏng và các nha bào chúng Yêu cầu kỹ thuật trùng là vừa đảm bảo tiêu diệt vi sinh vật có hại còn lại ít đến mức độ không thể phát triển để làm hỏng đồ hộp và làm hại sức khoẻ người tiêu dùng, lại vừa đảm bảo cho đồ hộp có chất lượng tốt giá trị cảm quan và dinh dưỡng Baûo quaûn Mục đích quá trình bảo quản là nhằm theo dõi ổn định sản phẩm, sớm phát các đồ hộp bị hư hỏng Thời gian ổn định nước ít là 15 ngày Tiến hành bảo quản cách lấy riêng 1% số lượng đóng chai, bảo quản phong kiểm tra nhiệt độ 37 oC để phát hoạt độïng số vi sinh vật có hại (phương pháp bảo ôn sản phẩm) Hoàn thiện sản phẩm Đây là khâu cuối cùng quy trình sản xuất Các chai đóng gói, dán nhãn và xuất xưởng Sản phẩm phân phối thị trường và đến tay người tiêu dùng SVTH : Ngoâ Laâm Tuaán Anh Trang (9) Đồ án môn học Quá trình và Thiết bị Đề tài : Thiết kế thiết bị cô đặc nước cam PHAÀN TÍNH CAÂN BAÈNG VAÄT CHAÁT CHO THIEÁT BÒ KEÁT TINH I TÍNH CAÂN BAÈNG VAÄT CHAÁT CHO QUY TRÌNH I.1 Sơ đồ quy trình cô đặc Hình - Sơ đồ quy trình công nghệ cô đặc kết tinh cấp I.2 Đặt vấn đề Tính toán cân vật chất cho 1kg nhập liệu (vào nồi cô đặc) với nồng độ chất khô ban đầu là x = 10% Sản phẩm có nồng độ chất khô là 30% Năng suất 5000T/năm Vì không có giản đồ kết tinh nước cam nên ta có thể chọn giản đồ kết tinh nước táo làm sở để xác định nhiệt độ kết tinh nước cam theo nồng độ (vì thành phần hoá học nước táo gần với thành phần hoá học nước cam) Trong thực tế, lượng chất khô dịch nước cam là hỗn hợp phức tạp nhiều cấu tử để đơn giản ta xem dịch nước cam ép là hỗn hợp hai cấu tử tan lẫn gồm nước và chất khô tan nước Baûng – Thaønh phaàn chaát khoâ cuûa moät soá dòch eùp traùi caây Thaønh phaàn Ñôn vò SVTH : Ngoâ Laâm Tuaán Anh Cam Taùo Nước g 88.8 87.5 Protein g 0.9 0.5 Daâu taây Trang 84 1.8 (10) Đồ án môn học Quá trình và Thiết bị Đề tài : Thiết kế thiết bị cô đặc nước cam Bảng – Nhiệt độ kết tinh và khối lượng riêng dịch cam ép theo nồng độ Nồng độ phần khối lượng, x% Nhiệt độ kết tinh, oC Khối lượng riêng kg/m3 994 10 -1 1037 20 -2 1089 30 -5 1142 Trên giản đồ ta xác định nhiệt độ kết tinh nước cam theo đường kết tinh táo Nhiệt độ bắt đầu kết tinh : t1 (x = 0,12) = -1oC ; kg/m3 Nhiệt độ kết thúc quá trình cô đặc (x=0.3) : t2 = -5oC ; 1142 kg/m3 Khối lượng riêng có thể tính theo công thức : (xem bảng 4) = 1766 – 6.8W – 0.97T + 0.006WT ([4],2.32,tr.83) Choïn moâ hình keát tinh caáp Cấp : từ -1oC (x=0.1) đến -2oC (x=0.2) Cấp : từ –2oC (x=0.2) đến -5oC (x=0.3) I.3 Tính caân baèng vaät chaát cho quaù trình coâ ñaëc Chọn mô hình cô đặc kết tinh gián đoạn cấp Gọi : Gđ, xđ : Khối lượng và nồng độ chất khô hỗn hợp nhập liệu SVTH : Ngoâ Laâm Tuaán Anh Trang 10 (11) Đồ án môn học Quá trình và Thiết bị Đề tài : Thiết kế thiết bị cô đặc nước cam Gc, xc : Khối lượng dịch cái và nồng độ chkhô tương ứng thu (sản phẩm) M1, x1 :Khối lượng dịch cái và nồng độ chất khô dịch cái thu sau kết tinh M2, x2 : Khối lượng dịch cái và nồng độ chất khô dịch cái sau KT M1, M2 = Toån thaát sau loïc dich eùp baùm leân tinh theå K1, K2 sau KT1 vaø KT2 K1, xk1 : Khối lượng tinh thể thô và nồng độ chất khô bám lên tinh thể thô sau KT1 K2, xk2 : Khối lượng tinh thể thô và nồng độ chất khô bám lên tinh thể thô sau KT2 K3 : khối lượng tinh thể nước đá còn sau thiết bị rửa M3 : Lượng nước rửa thiết bị rửa I.3.1 Taïi thieát bò keát tinh : CBVC tính cho kg dòch nhaäp lieäu G d=K + M G d x d =K x1 + M x { => Trong đó K1 Gd x1 xd 0, 0,1 1 0,556 kg x1 xk1 0, 0, 02 M Gd xd xk1 0,1 0, 02 1 0, 444 kg x1 xk1 0, 0, 02 xñ = 0,1, x1 = 0,2, xk1 = 0,02 ; Gñ = kg/h I.3.2 Taïi thieát bò loïc Mục đích : Lọc dịch cái và tinh thể nước thô Sau đó đưa tinh thể nước đá thô qua máy rửa Chọn thiết bị lọc ly tâm để lọc tinh thể Choïn caùc thoâng soá cho quaù trình loïc d1 : khối lượng riêng dịch cái sau kết tinh 1 : khối lượng riêng f1 : tỷ lệ diện tích bề mặt xung quanh tự tinh thể có dịch bám vào 1 : bề dày lớp dịch bám d1 : đường kính trung bình (cạnh tinh thể lập phương) Cần tính : Lượng dịch còn sót lại bã lọc tinh thể −5 f δ ρd x − x d 0,7 10 1089 2− −3 ΔM 1= Δ1 Gd= Gd = 1=8 ,17 10 kg / h −3 ρ1 d x − x k1 2− 02 1037 10 Trong đó d1 = 1089 kg/m3; d1 = 1037 kg/m3; f1 = 0.7; 1 = 10-5 m; d1 = 3.10-3m Tỷ lệ dịch cái thu sau thiết bị lọc m1 = M − ΔM 444 − ,17 10−3 = =0 4363 kg dịch lọc/kg dịch ép đầu Gd I.3.3 Taïi thieát bò keát tinh SVTH : Ngoâ Laâm Tuaán Anh Trang 11 (12) Đồ án môn học Quá trình và Thiết bị Đề tài : Thiết kế thiết bị cô đặc nước cam Ở đây, dịch M1 sau lọc (khối lượng còn M - M1) đem kết tinh lần thu dịch M2 và khối tinh thể thô K2 với nồng độ chất khô tương ứng là x2, xk2 Ta có M − ΔM 1=K + M ( M − ΔM ) x 1=K x k2 + M x { { x2 − x =0 1558 kg x2 − x k x −x M =(M + ΔM ) k =0 286 kg x2 − xk K 2=( M − ΔM 1) => I.3.4 Taïi thieát bò loïc – Loïc ly taâm Lượng dịch cái M2 còn sót khối tinh thể là ΔM = −5 f δ ρd x2 − x 0,7 10 1142 −3 ( M − ΔM )= ,1558=2 , 402 10 kg −3 ρ2 d x2 − xk 1037 10 I.3.5 Tại thiết bị rửa Cho tinh thể K1 và K2 có chứa dịch sót M1, M2 vào thiết bị rửa R3 với lượng nước rửa là M3 Lượng tinh thể sau rửa có khối lượng là K 3, đó có tích lượng nước rửa là M3 , nước rửa này có thể xem không có chất khô hoà tan đó Còn lượng nước nước thu hồi M’ có nồng độ x3 có thể đưa và hỗn hợp dịch ép lúc ban đầu để giảm mát chất khô Trong thiết bị rửa các tinh thể K và K2 bị mài mòn kích thước không bị giảm số lượng tinh thể, đó nó thay đổi kích thước (d 1’, d2’), độ bám dính bề mặt (f1’, f2’) theo tỷ lệ tổn hao khối lượng tinh thể ( Thông thường neân ta choïn Tính caân baèng vaät chaát Theo khối lượng : K1 + K2 + M3 + M1+ M2 = K3 + M’3 + M3 = (1 - (K1 + K2) + M’3 Với K3 = (1 - (K1 + K2) Theo chaát khoâ K1xk1 + K2xk2 + + M1x1 + M2x2 = (1 - K1xk1 + (1 - K2xk2 + M’3x3 + Lượng tinh thể sau rửa là K3 = (1 – 0.1).(0,5556 + 0,1558) = 0.64 kg Lượng nước rửa lấy theo tỷ lệ lượng tinh thể cần rửa với hệ số tỷ lệ 0 (thường 0 = 0.2– 1) Choïn 0 = 0,6 M3 = 0 (K1 + K2) = 0,6.(0.5556 + 0.1558) = 0,42684 kg Lượng nước tích lại khối tinh thể M3 ¿❑ Δ2 /3 Gd b2 f ' ( x2− x1 ) f 1δ ρ d1 ¿ balignl ¿ {|f ' ( x − x d )+ xd − x k − ( x1 − xd ) } x1 − x k x2 − xk ρ1 d [ Với ] b1 = ’1/d1 ; b2 = ’2/d2 SVTH : Ngoâ Laâm Tuaán Anh Trang 12 = (13) Đồ án môn học Quá trình và Thiết bị Đề tài : Thiết kế thiết bị cô đặc nước cam d’1/d1 = d’2/d2 = 2/3 = (0,1)2/3 = 0,21544 => d’1 = d’2 = 6,4632.10-4 m Giả sử : d1 δ = d'1 δ '1 vaø d2 δ = d '2 δ '2 => ’1 = ’2 = 2,1544.10-6 m => b1 = b2 = 7,1813.10-3 Vậy lượng nước rửa tích lại khối tinh thể sau cùng là M3 = , 21544 0,2 −0 , 02 ,18 10−3 (0,3 −0,2) 0,7 10−5 1089 −3 , 18 10 0,7 (0 2− 1)+ ¿+ 0,1 −0 , 02 − ( 0,2 −0 ) 0,3 − ,02 1037 10−3 {}{} [ = 0.000464 kg/h Lượng nước khỏi thiết bị rửa M’3 Từ phương trình cân vật chất M3 + K1 + K2 + M1 + M2 = K3 + M’3 + M3 K1xk1 + K2xk2 + + M1x1 + M2x2 = (1 - K1xk1 + (1 - K2xk2 + M’3x3 Suy : M’3 = M3 + K1 + K2 + M1 + M2 - M3 - K3 = 0.5081 kg/h ¿ Δ (K x k + K x k )+ ΔM x + ΔM x ¿ M '3 Vaø 0,1.(0 , 5556 , 02+ 1558 ,02)+0 , 0082 0,2+0 , 0024 0,3 =0 , 74 % , 5081 ¿ x3 Suy lượng chất khô thất thoát theo nước rửa là 0,74%.0,5081 = 3,76.10 -3 kg/h So với lượng chất khô hỗn hợp đầu (0,1 kg/h) thì tỷ lệ thất thoát là : 3,76% Vì tỷ lệ thất thoát này là không đáng kể nên ta không cần hồi lưu nước rửa này vào hỗn hợp đầu Lượng nước rửa này có thể tái sử dụng để rửa nguyên liệu đầu vào II TÍNH CAÂN BAÈNG VAÄT CHAÁT CHO CAÛ QUY TRÌNH II.1 Naêng suaát thaønh phaåm 5000T/năm = 5000.103kg/(300ngày*16giờ/ngày) = 1041,7 kg/h II.2 Naêng suaát thieát bò coâ ñaëc: Neáu toån thaát sau quaù trình truøng vaø roùt chai laø 1% Gc = 1041,7/0,99 = 1052,2 kg/h SVTH : Ngoâ Laâm Tuaán Anh Trang 13 ] (14) Đồ án môn học Quá trình và Thiết bị Đề tài : Thiết kế thiết bị cô đặc nước cam II.3 Naêng suaát nhaäp lieäu vaøo thieát bò coâ ñaëc Tỷ lệ dịch cô thu so với dịch đầu là 0,286 Gñ = 1052,2/0,286 = 3679,1 kg/h II.4 Khối lượng nước ép vào máy ly tâm (lọc tinh), Choïn toån thaát laø 0,5% Gv(loïc tinh) = 3679,1/0,995 = 3697,6 kg/h II.5 Khối lượng nước ép vào thiết bị gia nhiệt Choïn toån thaát quaù trình gia nhieät laø 0,5% Gv(gia nhieät) = 3697,6/0.995 = 3716,2 kg/h II.6 Khối lượng nước ép vào thiết bị lọc thô, Choïn toån thaát laø 1,0% Gv(loïc thoâ) = 3753,7 kg/h II.7 Khối lượng nguyên liệu vào máy ép, Bieát hieäu suaát eùp laø 85% Cho tyû leä baõ (bao goàm voû, haït, …) vaø dòch taùch quaû laø 5/3 = 1.667 Khối lượng dịch ép = 3753,7 kg/h Khối lượng dịch ép có = 3753,7/0,85 = 4416,1 kg/h Khối lượng bã (bao gồm vỏ, hạt, tạp chất…) vào = 1,667.4416,1 = 7360,2 kg/h → Khối lượng nguyên liệu vào máy ép = 4416,1 + 7360,1 = 11776,3 kg/h II.8 Khối lượng nguyên liệu (G) vào Quá trình rửa (tổn thất 0,5%) = 11776,3/0,995 = 11835,5 kg/h Quá trình chọn lọc, phân loại (tổn thất 3%) = 11835,5/0,97 = 12201,6 kg/h Bảng - Tổng kết cân vật chất cho quá trình cô đặc (theo 1kg hỗn hợp đầu) Thaønh phaàn Khối lượng, kg Nồng độ, %kl Nhaäp lieäu Dòch eùp Gñ 0.1 Thieát bò KT1 Tinh theå thoâ K1 0.5556 0.02 Dòch caùi M1 0.4444 0.2 Thieát bò loïc Dòch soùt M1 0.0082 0.2 Thieát bò KT2 Tinh theå thoâ K2 0.1558 0.02 Dòch caùi M2 0.2910 0.3 Thieát bò loïc Dòch soùt M2 0.0024 0.3 Thiết bị rửa Tinh thể đá K3 0.6402 Nước rửa M3 0.4268 SVTH : Ngoâ Laâm Tuaán Anh Trang 14 (15) Đồ án môn học Quá trình và Thiết bị Saûn phaåm Đề tài : Thiết kế thiết bị cô đặc nước cam Nước tích lại M3 0.000464 Nöôc thu hoài M'3 0.5081 0.0074 Dòch coâ ñaëc Gc 0.2860 0.3 Bảng – Toång keát caân baèng vaät chaát cho caû quy trình saûn xuaát Quaù trình Toån hao (%) Đầu vào (kg/h) Đầu (kg/h) 12201.6 Nhaäp nguyeân lieäu 5.0% Chọn lọc, phân loại 3.0% 12201.6 11835.5 Rửa 0.5% 11835.5 11776.3 11776.3 11113.9 7360.2 7360.2 4416.1 3753.7 Nguyeân lieäu EÙp Baõ 15.0% Dòch eùp Loïc thoâ 1.0% 3753.7 3716.2 Gia nhieät 0.5% 3716.2 3697.6 Ly taâm - loïc tinh 0.5% 3697.6 3679.1 Coâ ñaëc 71.4% 3679.1 1052.2 Rót chai, đóng nắp, trùng, bảo quản 1.0% 1052.2 1041.7 0.0% 1041.7 1041.7 12 Baûo quaûn 13 Thaønh phaåm SVTH : Ngoâ Laâm Tuaán Anh 1041.7 Trang 15 (16) Đồ án môn học Quá trình và Thiết bị Đề tài : Thiết kế thiết bị cô đặc nước cam PHAÀN TÍNH CÂN BẰNG NĂNG LƯỢNG CHO THIEÁT BÒ KEÁT TINH I CAÙC THOÂNG SOÁ CAÀN TÍNH I.1 Nhieät dung rieâng cuûa dòch eùp Nhiệt dung riêng nước cam ép theo nhiệt độ tính gần đúng theo công thức : ([3], I.50, 153) c = 4190 – (2514 – 7,542t)x , J/kg.độ Trong đó : c : nhiệt dung riêng dung dịch nước đường, J/kg.độ t : nhiệt độ dung dịch, oC x : nồng độ dung dịch, phần khối lượng Sự thay đổi nhiệt dung riêng quá trình cô đặc : Nhaäp lieäu (1) Laøm laïnh (2) Bắt đầu kết tinh Keát thuùc KT2 Keát thuùc KT (3) (4) (5) I.2 Độ nhớt động lực dịch ép Độ nhớt dung dịch nước ép lấy gần đúng theo dung dịch đường mía theo [3,I.112,114) I.3 Hệ số dẫn nhiệt dung dịch và tinh thể nước đá Hệ số dẫn nhiệt dung dịch tính theo công thức : [3,I.32,123] λdung dòch = √ A Cp ρ ρ M hh ( W mK ) Trong đó : Cp – nhiệt dung riêng đẳng áp dịch ép, J/kg.độ; r – khối lượng riêng dịch ép, kg/m3; M – khối lượng mol hỗn hợp Với dung dịch ép thuộc loại chất lỏng liên kết nên A = 3,58.10 -8 Hệ số dẫn nhiệt tinh thể nước đá : [3, I.128, 132] đá1 (-2oC) = 2,532 W/mK đá2 (-5oC) = 2,566 W/mK I.4 Nhiệt kết tinh nước đá Nhiệt kết tinh trung bình nước (ở 0oC) là 1434,6 cal/mol = 333608,3 J/kg ([10],23) Bảng - Tổng kết các thông số nhiệt lý dịch ép và nước đá SVTH : Ngoâ Laâm Tuaán Anh Trang 16 (17) Đồ án môn học Quá trình và Thiết bị Đề tài : Thiết kế thiết bị cô đặc nước cam Quaù trình x t kg/m3 cdd J/kg.độ cđá J/kg.độ Pa.s (1) Nhaäp lieäu (2) Laøm laïnh (3) Bắt đầu kết tinh (4) Keát thuùc KT1 (5) Keát thuùc KT2 0.10 0.10 0.10 0.20 0.30 30 -1 -2 -5 1037 1037 1037 1089 1142 3961.23 3940.86 3937.85 3684.18 3424.49 2090.3 2090.3 1.792E-03 1.792E-03 1.792E-03 3.804E-03 9.287E-03 dd, đá, W/mK W/mK 0.3415 0.3398 0.3395 0.3390 0.3358 2.532 2.566 II TÍNH CÂN BẰNG NĂNG LƯỢNG Nhiệt lượng Q (tính trên kg dịch ép ban đầu) cần cung cấp cho toàn quá trình cô đặc kết tinh bao gồm (lượng nhiệt này cung cấp cho tác nhân lạnh) Qo : nhiệt lượng cần thiết để làm lạnh sơ dịch ép ban đầu từ 30 oC → 3oC; Q1 : nhiệt lượng cần thiết để làm lạnh (trong TBKT) dịch ép từ oC → -1oC; Qkt : nhiệt lượng cần thiết để kết tinh nước; Qdd : nhiệt lượng cần thiết để làm lạnh dịch ép từ -1oC → -5oC; Qđá : nhiệt lượng cần thiết để làm lạnh nước đá từ -1oC → -5oC II.1 Nhiệt lượng cần cho quá trình làm lạnh sơ dịch ép ban đầu Nhiệt độ đầu và cuối quá trình : tđ = 30oC → t’đ = 3oC Khối lượng dịch ép : Gđ = 1kg/h Nhiệt dung trung bình L : cđ = (3961.23 + 3940.86)/2 = 3951,05 J/kg.độ Lượng nhiệt cung cấp : Qo = Gđcđ(tđ – t’đ) = 1.3951,05.(30 - 3) = 106678.2 J/kg dịch đầu.h II.2 Nhiệt lượng cần thiết để làm lạnh (trong TBKT) dịch ép từ 3oC → -1oC Nhiệt dung trung bình dịch ép : c1 = (3940.86 + 3939.36)/2 = 3939.36 J/kg/độ Lượng nhiệt cần cung cấp là : Q1 = Gđc1(t’đ – t1) = 15757.4 J/kg dịch đầu.h II.3 Nhiệt lượng cung cấp cho quá trình kết tinh nước Nhiệt kết tinh trung bình nước là kt = 333608,3 J/kg Khối lượng tinh thể tạo thành K = K1 + K2 = 0,5556 + 0,1558 = 0,7114 kg/kg dịch đầu.h Nhiệt lượng cung cấp Kết tinh : Qkt1 = K1.kt = 0,5556 333608,3 = 185352.8 J/kg dịch đầu.h Kết tinh : Qkt2 = K2.kt = 0,1558 333608,3 = 51976.2 J/kg dịch đầu.h => Qkt = Qkt1 + Qkt2 = 185352,8 + 51976,2 = 237329 J/kg dịch đầu.h II.4 Nhiệt lượng cần thiết để làm lạnh dịch ép từ -1oC → -5oC Ta coù : Qdd = Qdd1 + Qdd2 Trong đó : Qdd1 : nhiệt lượng cung cấp cho dịch cái M1 (từ -1oC → -2oC) Qdd2 : nhiệt lượng cung cấp cho dịch cái M2 (từ -2oC → -5oC) SVTH : Ngoâ Laâm Tuaán Anh Trang 17 (18) Đồ án môn học Quá trình và Thiết bị Đề tài : Thiết kế thiết bị cô đặc nước cam Khối lượng và nhiệt dung riêng dịch cái M1 = 0,4444 kg/kg dịch đầu; cM1 = 3864,18 J/kg.độ M2 = 0,29 kg/kg dịch đầu; cM2 = 3424,49 J/kg.độ Nhiệt lượng cung cấp Qdd1 = M1cM1.(t1 – t2) = 0,4444.3864,18 = 1717,24 J/kg dịch đầu.h Qdd2 = M2c M2.(t3 – t2) = 0,29 3424,49.3 = 2979.3 J/kg dịch đầu.h => Qdd = 1717,24 + 2979,3 = 4696,54 J/kg dịch đầu.h II.5 Nhiệt lượng cần cho quá trình làm lạnh tinh thể đá từ -1oC → -5oC Qđá = Qđá + Qđá = K1cđá1.(t1 - t2) + K2cđá 2.(t2 – t3) Nhiệt dung riêng nước đá lấy gần đúng là 2090,3 J/kg Nhiệt lượng cần là : Tại kết tinh (từ -1oC → -2oC) : Qđá1 = 0,5556.2090,3.1 = 1161,4 kJ/kg dịch đầu.h Tại kết tinh (từ -2oC → -5oC) : Qđá2 = 0.1558.2090,3.3 = 977 J/kg dịch đầu.h => Qđá = 2138,4 J/kg dịch đầu.h II.6 Tổng nhiệt lượng thực tế Chọn tổn thất nhiệt lấy 15% lượng nhiệt thực tế Tổng nhiệt lượng cần thiết cho quá trình kết tinh : Qkt1 = 1,15 (Q1 + Qdd1 + Qkt1 + Qđá1) = 1,15 (15757,4 + 1717,24 + 185352,8 + 1161,4) = 234587,1 J/kg dịch đầu.h Tổng nhiệt lượng cần thiết cho quá trình kết tinh : Qkt2 = 1,15 ( Qdd2 + Qkt2 + Qđá2) = 1,15 (2979,3 + 51976,2 + 977) = 64322,4 J/kg dịch đầu.h Vậy nhiệt cần cung cấp cho toàn quá trình là Q = 1,15 Q = 1,15 (Qo + Q1 + Qdd + Qđá + Qkt) = 1,15.(106678,2 + 15757,4 + 4696,54 + 2138,4 +237329) = 421589,5 J/kg dịch đầu Bảng – Tổng kết cân nhiệt lượng cho quá trình cô đặc Nhiệt lượng riêng J/kg dịch đầu.h Nhiệt lượng tổng kJ/h Nhiệt lượng tổng kW Laøm laïnh sô boä 111527,2 410319,8 113,98 Keát tinh 234587,1 863069,5 239,74 Keát tinh 64322,4 236648,6 65,74 Tổng nhiệt lượng cần 421589,5 1.551.069,9 430,85 Quaù trình SVTH : Ngoâ Laâm Tuaán Anh Trang 18 (19) Đồ án môn học Quá trình và Thiết bị Đề tài : Thiết kế thiết bị cô đặc nước cam PHAÀN TÍNH TOÁN THIẾT KẾ THIẾT BỊ KẾT TINH VAØ CHỌN THIẾT BỊ LỌC, RỬA I THIEÁT BÒ KEÁT TINH I.1 Giới thiệu Thiết bị cô đặc kết tinh là thiết bị thân hình trụ đứng, dạng vỏ áo, đáy và nắp ellipse tiêu chuaån Tác nhân giải nhiệt để kết tinh dung môi dùng là NH Vaät lieäu cheá taïo thieát bò Thân làm thép không gỉ để không làm ảnh hưởng đến độ tinh khiết sản phẩm, maõ hieäu X18H10T Vỏ làm thép thường CT3 Phöông phaùp gia coâng : duøng phöông phaùp haøn hoà quang ñieän, kieåu haøn giaùp moái hai phía I.1.1 Thuøng keát tinh Các thông số kích thước, chọn : Đường kính : DT = 1200 mm Chieàu cao thaân : HT = 1800 mm Hệ số chứa đầy : = 0.8 Đáy, nắp ellipse tiêu chuẩn : hgờ = 50 mm ; ht = 300 mm F = 1,75 m2 ; Vnắp, đáy = 0,283 m3 Voû boïc caùch nhieät, vaät lieäu : boâng thuyû tinh Voû caùch thaân 50 mm Thời gian lưu : = 4h Naêng suaát theå tích nhaäp lieäu : Vñ = 3679 ,1 =3 , 548 m3/h 1037 Tính kích thước thùng Theå tích thuøng : Vthuøng D 2T 1,22 = Vthân + Vđáy + Vnắp = π H T +2 V day=π 1,8+ , 283=2,6 4 m3 Chiều cao toàn thùng : Hthùng = HT + Hđáy + Hnắp = 1,8 + 0,35.2 = 2,5 m SVTH : Ngoâ Laâm Tuaán Anh Trang 19 (20) Đồ án môn học Quá trình và Thiết bị Đề tài : Thiết kế thiết bị cô đặc nước cam Thể tích dung dịch chứa : Vdd1 = 0,8.Vthùng = 2,08 m3 Chiều cao dung dịch chứa tính từ đáy : V dd −V day Hdd1 = Hdd(thân) + Hdd(đáy) = T πD /4 + hday = , 08 −0 , 283 + , 35=1 , 939 m π 1,2 /4 Tính beà maët truyeàn nhieät Để đảm bảo truyền nhiệt tốt thì lớp vỏ áo thiết bị bao cao chiều cao mực chất lỏng bên 150mm Beà maët truyeàn nhieät : F = Fdd(thaân) = D(Hdd(thaân) + 0,15) = 6,56 m2 Tính soá thuøng keát tinh N1 = V d1 ,548 τ= =6 , 82 => Choïn soá thuøng N2 = thuøng V dd1 2, 08 I.2.2 Thuøng keát tinh Kích thước thùng kết tinh Để đơn giản việc chế tạo và lắp đặt ta chọn các thông số kích thước thùng giống kích thước thùng sau : Thuøng : DT = 1,2 m; Vthuøng = 2,6 m3; Hthuøng = 2,5 m; Thaân : HT = 1,8 m Đáy, nắp :Vđáy = Vnắp = 0,283 m3; Fđáy = Fnắp = 1,75 m2 Theå tích vaø chieàu cao dung dòch : Vdd2 = 2,6.0,8 = 2,08 m3; Hdd2 = Hdd1 = 1,939 m Beà maët truyeàn nhieät : F2 = D(Hdd(thaân) + 0,1) = 6,367 m2 Soá thuøng keát tinh : N2 = Trong đó : Vñ2 = V d2 τ V dd2 = 2,83 thuøng G d (M − ΔM ) (0 , 444 − , 00817) 3679 ,1 = =1 , 4724 ρd 1089 m3/h = 4h; Vdd2 = 2,08 m3 => Choïn soá thuøng keát tinh laø thuøng I.2 Tính toán điều kiện bền I.2.1 Caùc thoâng soá caàn tra vaø choïn Aùp suất tính toán : Nếu xem áp suất thủy tĩnh là không đáng kể, bên thiết bị làm việc áp suất khí quyeån: PT = Pa = at = 0,1 N/mm2 Aùp suất ngoài tác nhân lạnh (ở nhiệt độ sôi là -10 oC) tác động lên thân thiết bị là PN = PsoâiNH3 = 2,9075 at = 0,29075 N/mm2 Aùp suất tác động lên thân thiết bị là P = PN – PT = 0,19075 N/mm2 SVTH : Ngoâ Laâm Tuaán Anh Trang 20 (21) Đồ án môn học Quá trình và Thiết bị Đề tài : Thiết kế thiết bị cô đặc nước cam => Thiết bị chịu áp suất ngoài Vậy áp suất tính toán cho thân thiết bị chọn trên sở điều kiện làm việc nguy hiểm nhất, đó là trường hợp ta tháo liệu mà chưa xả tác nhân hết lúc đó áp suất tác động lên thân thiết bị lớn và áp suất tác nhân lạnh, nên PTT = PN = 0,29075 N/mm2 Nhiệt độ tính toán lấy là nhiệt độ môi trường làm việc cộng với 20 oC (thiết bị có bọc cách nhiệt) Nhưng điều kiện thiết bị làm việc nhiệt độ thấp nên ta chọn luôn nhiệt độ tính toán là 20oC Vaät lieäu cheá taïo Thaân baèng theùp khoâng gæ X18H10T Vỏ làm thép thường CT3 Ứng suất cho phép ([11],hình1.2,18) Ứng suất cho phép tiêu chuẩn : [ σ ] =147 N/mm ❑ Heä soá hieäu chænh : = 0,95 (thieát bò coù boïc caùch nhieät) Ứng suất cho phép : [ σ ] = [ σ ] × η = 147 95=139,65 N/mm ❑ Heä soá beàn moái haøn : h = 0,95 Mô đun đàn hồi : Et =20,5 ×10 N/mm Giới hạn chảy nhiệt độ tính toán (20oC) Hệ số an toàn chảy : nc = 1.65 ⇒ σ c =147 ×1,65=2 42 55 N/mm I.2.2 Tính bền cho thân thiết bị chịu áp suất ngoài Beà daøy toái thieåu Pn l' S'=1 18 D t Et D t ( ) Trong đó : DT = 1200 mm - Đường kính thiết bị; Pn = 0,29075 N/mm2 - Aùp suất ngoài tác dộng lên thân thiết bị; Et = 20,5.104 N/mm2 - Môđun đàn hồi; l’ = lthân + hđáy/3 = 1800 + 350/3 = 1916,7 mm – chieu dài tính toám cho thân 0,29075 1916,7 => S'=1,18 1200 20,5 10-4 1200 ( ) =7 , 818 mm Choïn heä soá boå sung beà daøy C Heä soá aên moøn cuûa taùc nhaân NH3 laø Ca = mm; Hệ số ăn mòn dung dịch nước trái cây là Cb = 0,5 mm; Heä soá quy troøn Co = 0,682 mm; => C = 2,182 mm Beà daøy thieát bò : S = 10 mm Kieåm tra beàn SVTH : Ngoâ Laâm Tuaán Anh Trang 21 (22) Đồ án môn học Quá trình và Thiết bị Đề tài : Thiết kế thiết bị cô đặc nước cam (1) Kieåm tra ñieàu kieän : 2( S −C a) l' Dt ≤ ≤ Dt Dt (S − Ca ) 2× 1200 ⇔ 1,5 ≤ 1,75≤ 1200 ×9 ⇔ 0,1837<1,75<8 , 165 (Thoả điều kiện) 1,5 √ √ √ l' Et DT vaø σ t (2) So saùnh : √[ c => Et t σc √[ 2( S − Ca ) Dt ] √ 2( S − Ca ) Dt ] = 20 , 10 242,55 √[ 1200 ] = 0,4658 < l' =1,5975 DT => Thoả điều kiện (2) (3) Kieåm tra D S −C a [ P ] =0 649 E t t l' Dt ( )√ S −C a Dt 1200 9 1917 1200 1200 2 , 4057 N/mm > P =0 2907 N/mm ( 0,649 ×20,5 ×10 × )√ => Thân đủ bền I.2.3 Tính ổn định cho đáy nắp Đáy chịu áp suất ngoài : Pn = PNH3 = 0,2907 N/mm2 Nắp chịu áp suất ngoài xấp xỉ với áp suất khí vì tính bền cho đáy, đáy đủ bề thì nắp đủ bền Chọn bề dày tính toán cho nắp với bề dày thân thiết bị : S = 10 mm Tính bền cho đáy (1) So saùnh : Trong đó : Rt S 15Et vaø t xσ c Rt = Dt = 1200 mm (đáy-nắp ellipse tiêu chuẩn); Et = 20,5.104 N/mm2; σ c =2 42 55 N/mm2; x = 0,7 (vaät lieäu cheá taïo laøm baèng theùp khoâng gæ); Khi đó : Rt 1200 = =12 10 S 0,15E t xσ => t c = 0,15 20,5 10 =181 ,11 0,7 242 55 0,15Et Rt < t xσ c S (2) Aùp suaát cho pheùp : vaø [ Pn ] = SVTH : Ngoâ Laâm Tuaán Anh 2< ht =0 ,25< DT [ σn] (S − Ca) βR t Trang 22 (23) Đồ án môn học Quá trình và Thiết bị Trong đó : [ σn ] Đề tài : Thiết kế thiết bị cô đặc nước cam là ứng suất nén xác định công thức : [ σ n ]=K c E t S −C a Dt DT 1200 = =66 ,7 ∈[25 , 250] 2( S − Ca ) Vì t Neân => σc 242,55 K c =875 k c =875 065=0 ,0673 ; kc = 0.065 (theo [11],140) Et 20 5× 10 [ σ n ]=K c E t S −C a =0 , 0673 20 , 10 =103 , 46 N/mm2 Dt 1200 t Et ( S −C a ) +5x σ c R t 20 ,5 10 9+5 0,7 242 , 55 1200 = = t E t ( S −C a ) − 7x σ c R t ( 1− x ) 20 ,5 104 −6,7 0,7 242 , 55 1200 0,3 => = 1,995 Vaäy [ Pn ] = [ σn] (S − Ca) 103,46 =0 ,7779 N /mm >0 , 29075 N /mm2 = ,995 1200 βR t => Đáy đủ bền Tính tương tự cho nắp ta [Pn] = 0,7779 N/mm2 > 0,1 N/mm2 => Nắp đủ bền I.2.4 Tính beà daøy voû thieát bò AÙp suaát beân voû thieát bò P = P taùc nhaân = 0,29075 N/mm2 ⇒ Voû thieát bò chòu aùp suaát (Xem bề mặt cách nhiệt không tác dụng lên vỏ, phía ngoài vỏ chịu áp suất khí quyển) Aùp suất tính toán cho vỏ thiết bị : PTT = Pdư = Ptuyệt đối – Pa = 0.29075 – 0.1 = 0.19075 N/mm2 Nhiệt độ tính toán lấy nhiệt độ tác nhân cộng thêm 20 oC (có bọc cách nhiệt) => Ttt = 10oC Vỏ làm thép thường CT3 Ứng suất cho phép ([11],hình1.2,18) Ứng suất cho phép tiêu chuẩn : [ σ ] =142 N/mm ; ❑ Heä soá hieäu chænh : = 0,95 (thieát bò coù boïc caùch nhieät); Ứng suất cho phép : [ σ ] = [ σ ] × η = 142 0,95=134,9 N/mm ; ❑ Heä soá beàn moái haøn : h = 0,95 Tính beà daøy voû: σ 134,9× 0,95 ϕ h= =671 ,8> 25 Xeùt: p 0,19075 Dt P (1200+100 ) × 19075 = =0 , 967 mm - Beà daøy toái thieåu : S'= [ σ ] ϕ h + P ×134 × 95+ 19075 - Khi 1000 Dt 2000 mm thì S’ = mm SVTH : Ngoâ Laâm Tuaán Anh Trang 23 (24) Đồ án môn học Quá trình và Thiết bị - Đề tài : Thiết kế thiết bị cô đặc nước cam Bề dày thực : S = S’ + Ca + Cb + Co Trong đó : Ca : heä soá aên moøn cuûa NH3 Choïn Ca = 0.5 mm Co : hệ số quy tròn kích thước Chọn Co = 0.5 mm ⇒ S=4+ 5+0 5=5 mm S −C a 4,5 = = 0,0035 < Dt 1300 - Kieåm tra : - AÙp suaát cho pheùp: [ σ ] ϕ h ( S −C a ) ×134 , ×0,95 × 4,5 [ P ]= = =0,884 N/mm 2>0 19075 N/mm2 Dt + ( S −C a ) 1300+ 4,5 ⇒ thoûa ñieàu kieän beàn => choïn beà daøy voû laø mm Để đơn giản việc thiết kế và gia công, ta chọn các thông số kích thước thùng kết tinh laø nhö : Bảng – Tóm tắt các thông số tính toán cho các thùng kết tinh Thoâng soá Kích thước Thaân Voû Ñôn vò tính Chieàu cao thieát bò Đường kính Theå tích thuøng Beà daøy thaân Beà maët truyeàn nhieät Bề dày đáy, nắp Chieàu cao voû Đường kính Beà daøy voû Beà maët truyeàn nhieät m m m3 mm m2 Mm m mm mm m2 Thuøng Soá thuøng Ñieàu kieän laøm vieäc o Nhiệt độ Taùc nhaân C o Dung dòch (trung bình) C Phía thân (áp suất ngoài) N/mm2 Aùp suaát Phía voû (aùp suaát trong) N/mm2 Nhiệt lượng toả thùng kJ/h Thuøng keát tinh Thuøng keát tinh 2,5 1,2 2,6 10 6,56 10 2,089 1300 6,56 2,5 1,2 2,6 10 6,367 10 2,089 1300 6,367 -10oC -2 0,29075 0,19078 123295,6 -15oC -2 -5 0,2362 0,1362 78882 I.3 Kieåm tra beà maët truyeàn nhieät Beà maët truyeàn nhieät laø phaàn beà maët cuûa thaønh thieát maø taùc nhaân laïnh vaø dung dòch tieáp xuùc Beà maët truyeàn nhieät cuûa thieát bò keát tinh laø : F = 7,737 m Heä soá truyeàn nhieät toång quaùt : Với : K= 1 δ δ đá bám + + + α1 λ α2 λ đá α : Hệ số toả nhiệt phía thân, W/m2.oC; α : Hệ số toả nhiệt phía vỏ, W/m2.oC; λ theùp :Heä soá daãn nhieät cuûa thaønh thieát bò laøm baèng theùp khoâng gæ; W/m 2.K; λ đá : Hệ số dẫn nhiệt lớp đábám, W/m2.K; SVTH : Ngoâ Laâm Tuaán Anh Trang 24 (25) Đồ án môn học Quá trình và Thiết bị δ , δ theùp đá Đề tài : Thiết kế thiết bị cô đặc nước cam : Beà daøy cuûa thaønh thieát bò; δ theùp = 10 mm, δ đá = 0,5 mm I.3.1 Sơ đồ tính toán Hình – Sơ đồ khối tính toán bề mặt truyền nhiệt I.3.2 Tính toán bề mặt truyền nhiệt cho thiết bị kết tinh I.3.2.1 Tính hệ số toả nhiệt phía thân 1 Đây là trường hợp cấp nhiệt khuấy chất lỏng cánh khuấy, nên chuẩn số Nu có thể xác định theo công thức : μ dk ¿ μw D 67 Nu =0 36 Re Pr 33 ¿ Ở đây : Nu = Với : ([6],1.99,35) d k ρN α1 D ; Re= ; λ μ μ ≈1 ; μw dk ≈1 D 1 : Hệ số toả nhiệt dung dịch, W/m2.oC; DT : đường kính thiết bị, m; DT = 1,2 m : Heä soá daãn nhieät cuûa dung dòch; 0,339 Ns/m2; dk : Đường kính cánh khuấy kết hợp với dao cạo đá, m; chọn d k = 1,198 m; N : soá voøng quay cuûa caùnh khuaáy, vg/s; choïn N = 0,8 vg/s; , w : độ nhớt dung dịch nhiệt độ trung bình và nhiệt độ thành; SVTH : Ngoâ Laâm Tuaán Anh Trang 25 (26) Đồ án môn học Quá trình và Thiết bị Đề tài : Thiết kế thiết bị cô đặc nước cam Khi đó : Re ¿ 1,198 × 1089× =328693 , −3 , 804 10 Cpμ λ dd 3684,18 3,804 10−3 =41 , 34 339 Pr= 328693,4 ¿0 67 41 , 34 33 = 6108,78 Nu =0,36 ¿ ¿ Hệ số toả nhiệt 1 : α 1= Nu λ 6138 ,78 ×0 339 W = =1725, 73( ) D m K I.3.2.2 Hệ số toả nhiệt phía vỏ Nhiệt dung dịch tải thông qua tác nhân lạnh NH Hệ số tỏa nhiệt NH3 xaùc ñònh nhö sau : ([15],7.16,302) , 24 α 2=(17 ,3+ ,04 t 0) q0tr, 45 d −0 tr Trong đó : to : nhiệt độ sôi tác nhân NH3, oC; Chọn to = -10 oC; qtr : mật độ dòng nhiệt phía trong, W/m2; dtr : đường kính tương đương ứng với bề mặt truyền nhiệt phía tác nhân, m; Choïn : dtr = Dng - Dtr = 1,3 – 1,2 = 0,1 m Xác định mật độ dòng nhiệt : qtr = kt Mật độ dòng nhiệt từ dung dịch đến thành q dd= δ +∑ i α1 λi (t dd − t w1 ) Với : tdd : nhiệt độ trung bình dung dich; tdd = (3+(-2))/2 = 0,5oC; tw1: nhiệt độ thành thiết bị phía dung dịch; oC; 1 : Hệ số toả nhiệt dung dịch, W/m2.oC; 1 = 1259,5 W/m2.oC; Khi đó : đá = 2,532 W/m.độ; δ đá thép = 17,4 W/m.độ ; δ theùp q dd = = 0,5 mm; = 10 mm; (0,5 −t w 1) ,01 , 0005 = 739,84 (0,5 – tw1 ) W/m2 + + 1259 , 17 , , 532 Mật độ dòng nhiệt từ tác nhân NH3 tới thành qNH3 = 580.(tw2 – ttn)5/3.da/di Trong đó ttn = -10oC – nhiệt độ tác nhân lạnh; tw2 : nhiệt độ thành tiếp xúc với tác nhân lạnh, oC Chọn chênh lệch nhiệt độ thành và ngoài là 2oC => tw2 = tw1 – da = 1,3m đường kính phía vỏ; di = 1,2m – đường kính phía thân dung dịch; SVTH : Ngoâ Laâm Tuaán Anh Trang 26 (27) Đồ án môn học Quá trình và Thiết bị Đề tài : Thiết kế thiết bị cô đặc nước cam => qNH3 = 580.(tw2 - (-10))5/3.1,3/1,2 = 628,33.(tw1 -2 - (-10))5/3 W/m2 Ta coù : qNH3 = qdd => 739,84(0,5 – tw1 ) = 628,33.(tw1 -2 - (-10))5/3 => tw1 = - oC => qtr =739,84.(0,5-(-5,15)) = 4069,12 W/m2 Hệ số toả nhiệt phía tác nhân NH3 là , 45 −0 , 24 α 2=(17 ,3+ ,04 t 0) q tr d tr = (17,3 + 0,04.(-10)).3607,5 0,45.0,1-0,24 = 1236,4 W/m2.độ I.3.2.3 Heä soá truyeàn nhieät tính K= 1 δ δ đá bám = + + + α1 λ α2 λ đá 1 0,01 0005 = 462,87 W/m2.oC + + + 1725,73 17,4 1236,4 2,532 I 3.2.3 Beà maët truyeàn nhieät tính Nhiệt lượng toả thùng là : Q = Chênh lệch nhiệt độ trung bình 863069,5 =34 , 25 kW 3600 Tdd : 3oC Ttn : -10oC → → -2oC -10oC [ −(− 10) ] − [ − 2−(− 10) ] =¿ [ −(−10) ] 10,298 ln [ −2 − ( − 10 ) ] Δt log = Bề mặt truyền nhiệt tính toán là : Ftính = Q 34 , 25 103 = = 7,18 m2 K Δt log 462 , 87 10 , 298 Tính sai soá Sai soá = | F tinh − F thuc , 18 −6 , 56 100 %= 100 %=9 , 45 % F thuc , 56 | | | I.3.3 Tính toán bề mặt truyền nhiệt cho thiết bị kết tinh I.3.3.1 Tính hệ số toả nhiệt phía thân 1 Tương tự thiết bị kết tinh 1, chuẩn số Nu xác định theo công thức : μ dk ¿ μw D 67 Nu =0 36 Re Pr 33 ¿ Với : 0.3358 Ns/m2; vg/s Khi đó : Re ¿ Pr= Cpμ λ dd ([6],1.99,35) w = 9.287.10-3 Ns/m2; dd = 1142 kh/m3; dk = 1,198 m; N = 0,3 1,1982 × 1142 ×0,3 =52945 , 287 10− 3424,49 9,287 10−3 ¿ =¿ 93,8 3358 SVTH : Ngoâ Laâm Tuaán Anh Trang 27 (28) Đồ án môn học Quá trình và Thiết bị Đề tài : Thiết kế thiết bị cô đặc nước cam 52945 ¿0 67 93 , 80 33 = 2355,6 Nu =0,36 ¿ Hệ số toả nhiệt 1 : α 1= Nu λ 2355, × 3358 W = =659 ,16 ( ) D 1.2 m K I.3.3.2 Hệ số toả nhiệt phía vỏ , 45 −0 , 24 Heä soá toûa nhieät cuûa NH3 : α 2=(17 ,3+ ,04 t 0) q tr d tr Trong đó : to : nhiệt độ sôi tác nhân NH3, oC; Chọn to = -15 oC; Xác định mật độ dòng nhiệt : qtr = kt Mật độ dòng nhiệt từ dung dịch đến thành : q dd = δ +∑ i α1 λi (t dd − t w1 ) Với : tdd : nhiệt độ trung bình dung dịch; tdd = (-5+(-2))/2 = -3,5oC; tw1: nhiệt độ thành thiết bị phía dung dịch; oC; 1 : Hệ số toả nhiệt dung dịch, W/m2.oC; 1 = 659,16 W/m2.oC; đá = 2,566 W/m.độ; δ Khi đó : q dd= đá = 0,5 mm; thép = 17,4 W/m.độ ; δ theùp = 10 mm; (− 3,5− t w1 ) , 01 , 0005 =437,3.(–3,5 – tw1 ) W/m2 + + 659 ,16 17 , , 566 Mật độ dòng nhiệt từ tác nhân NH3 tới thành : qNH3 = 580.(tw2 – ttn)5/3.da/di Trong đó ttn = -15oC – nhiệt độ tác nhân lạnh; tw2 : nhiệt độ thành tiếp xúc với tác nhân lạnh, oC; Chọn chênh lệch nhiệt độ thành và ngoài là 2oC => tw2 = tw1 – => qNH3 = 580.(tw2 - (-15))5/3.1,3/1,2 = 628,33.(tw1 -2 - (-15))5/3 W/m2 Ta coù : qNH3 = qdd => 437,32 (–3,5 – tw1 ) = 628,33.(tw1 -3 - (-15))5/3 => tw1 = -9,6oC => qtr =437,32.(-3,5-(-9,6)) = 2667,7 W/m2 Hệ số toả nhiệt phía tác nhân NH3 , 45 −0 , 24 α 2=(17 ,3+ ,04 t 0) q tr d tr = (17,3 + 0,04.(-15)) 3017,50,45.0,1-0,24 = 1068 W/m2.độ I.3.3.3 Heä soá truyeàn nhieät tính SVTH : Ngoâ Laâm Tuaán Anh Trang 28 (29) Đồ án môn học Quá trình và Thiết bị K= 1 δ δ đá bám = + + + α1 λ α2 λ đá Đề tài : Thiết kế thiết bị cô đặc nước cam 1 0,01 0005 = 310,2 W/m2.oC + + + 659,16 17,4 1068 2,566 I 3.3.4 Bề mặt truyền nhiệt tính toán 236648,6 =21, 91 kW 3600 Nhiệt lượng toả thùng là : Q = Chênh lệch nhiệt độ trung bình Δt log = tdd : -2oC ttn : -15oC → → -5oC -15oC [ −2 −(−15)] − [ −5 −(−15)] =¿ [ −2 −(−15)] 11,4 ln [ − 5− ( −15 ) ] Bề mặt truyền nhiệt tính toán là : Ftính = Tính sai soá : k = | Q 21 ,91 103 = = 6,2 m2 K Δt log 310 11 , 43 F tinh − F thuc 6,2 −6 , 367 100 %= 100 %=2 , 62 % F thuc , 367 | | | I.3.4 Tính toán bề dày lớp cách nhiệt và tổn thất nhiệt môi trường K= Heä soá truyeàn nhieät toång quaùt : Trong đó : 1 δ thep δ cach nhiet + + + α λthep α λ cach nhiet 2, 3 hệ số cấp nhiệt phía tác nhân và môi trường bên ngoài, W/m 2.K thép, cách nhiệt : hệ số dẫn nhiệt vỏ thiết bị và lớp cách nhiệt, W/m.K; thép, cách nhiệt : bề dày vỏ thiết bị và lớp cách nhiệt, m Chọn các thông số (các thông số này là hai thùng kết tinh) : Lớp cách nhiệt làm bông thuỷ tinh : Beà daøy : caùch nhieät = 0,09 m Heä soá daãn nhieät : caùch nhieät = 0,035 W/mK ([16], Baûng 28, tr28) Lớp vỏ làm thép thường : Beà daøy : theùp = S = mm = 0,005 m Heä soá daãn nhieät : theùp = 46,5 W/mK ([16], Baûng 28, tr28) Hệ số cấp nhiệt phía môi trường (không khí) vào bề mặt : α 3=1,98 4√Δt ( W ) m2 K ([3],V.75,24) Với t : hiệu số nhiệt độ bề mặt thiết bị và không khí xung quanh, chọn t= 10oC => α 3=1,98 √10=3 ,52 W /m K Khi đó : K= 1 0,005 0,09 + + + 3,52 46,5 1098,5 0,035 SVTH : Ngoâ Laâm Tuaán Anh =¿ 0,35 W/m2K Trang 29 (30) Đồ án môn học Quá trình và Thiết bị Đề tài : Thiết kế thiết bị cô đặc nước cam Nhiệt độ môi trường trung bình : 27,9oC ([15], 443) Chênh lệch nhiệt độ trung bình không khí và môi chất lạnh là : t1 = 27,9 - ( -10) = 37,9 oC (ở thùng kết tinh 1) t2 = 27,9 - ( -15) = 42,9 oC (ở thùng kết tinh 2) Beà maët truyeàn nhieät (dieän tích voû) : Fvỏ = Hdịch.Dngoài + Fđáy = 3,1416.(1,939+0,05).1,3 + 2,04 = 10,16 mm2 Nhiệt tổn thất môi trường bên ngoài : Qtt1 = KFt = 0,35.10,16.37,9 = 134,77 W Qtt1 = KFt = 0,35.10,16.42,9 = 152,55 W Nhieät caàn thieát cho keát tinh : Q’1 = Qtt1 + Qkt1 = 134,7 + 34250 = 34384,7 W Nhieät caàn thieát cho keát tinh : Q’2 = Qtt + Qkt2 = 152,55 + 21910 = 22062,7 W II CHỌN THIẾT BỊ LỌC, RỬA II.1 Thieát bò loïc Mục đích : Thiết bị lọc giúp cho việc phân riêng hệ huyền phù dịch ép đã cô đặc với tinh thể nước đá thô kết tinh Chọn thiết bị lọc : Để đảm bảo hiệu suất cô đặc, độ thu hồi chất khô cao, giảm tổn thất dịch eùp, chuùng ta choïn thieát bò loïc ly taâm caïo baõ naèm ngang Nguyên lý hoạt động : làm việc : huyền phù đưa vào rôto qua van tự động, sau đạt yêu cầu van đóng lại Quá trình ly tâm xảy sau đó Khi lớp bã rôto đạt đến chiều dày quy định thì dao cạo bã nâng lên nhờ hệ thống xylanh-pittông thủy lực, bã cạo rơi xuống máng hứng phía Khi quá trình cạo bã kết thúc, dao cạo bã hạ xuống vị trí thấp và van tự động mở để huyền phù chảy vào rôto, quá trình ly tâm lặp laïi Thời gian thao tác sau : Nạp liệu 0,5 – 2,5 phút; ly tâm ; 0,4 phuùt 0,5 phuùt; thaùo baõ 0,7 Ưu điểm loại máy này là tiết kiệm lượng không phải ngừng máy tháo bã; suất cao thời gian thao tác ngắn Tuy nhiên máy có số nhược điểm là bị hạn chế veà chieàu daøi roâto, baõ bò nghieàn naùt vaø khoù thay vaûi loïc II.2 Thiết bị rửa tinh thể Mục đích sử dụng : thiết bị rửa sử dụng với mục đích chính là thu hồi lượng chất khô và làm nước đá tinh khiết để sử dụng việc làm lạnh sơ dịch ép đầu Tuy nhiên, qua cân vật chất ta nhận thấy nồng độ chất khô hoà tan nước rửa khá thấp và đem hồi lưu có thể làm giảm nồng độ dịch đầu dẫn đến làm tăng chi phí lượng Do đó, nước sau rửa không hồi lưu có thể tái sử dụng các khâu khác quy trình sản xuất rửa nguyên liệu … SVTH : Ngoâ Laâm Tuaán Anh Trang 30 (31) Đồ án môn học Quá trình và Thiết bị Đề tài : Thiết kế thiết bị cô đặc nước cam PHAÀN TÍNH TOÁN HỆ THỐNG LẠNH CHOÏN THIEÁT BÒ LAÏNH I TÍNH TOÁN HỆ THỐNG LẠNH I.1 Các thông số ban đầu Ñieàu kieän khí haäu nôi laép ñaët heä thoáng laø Myõ Tho Nhiệt độ lấy điều kiện nóng năm là 37 oC Độ ẩm trung bình là 76% => nhiệt độ tư = 33oC Choïn : Nhiệt độ vào nước : tw1 = tư + 3oC = 36oC Nhiệt độ nước : tw2 = tw1 + 6oC = 42oC Nhiệt độ ngưng tụ tc = t w + (5 7) oC = tw + 7oC = 46oC I.2 Chu trình lạnh thiết bị kết tinh : Ở đây ta xét chu trình quá nhiệt và quá lạnh tql 3' 2' S=const tqn Hình - Chu trình quá lạnh và quá nhiệt tiêu chuẩn NH3 trên đồ thị lgp-h Tra đồ thị : Nếu vẽ lên đồ thị lgp-h NH ta các thông số trạnh thái các điểm nuùt chu trình nhö sau : SVTH : Ngoâ Laâm Tuaán Anh Trang 31 (32) Đồ án môn học Quá trình và Thiết bị Đề tài : Thiết kế thiết bị cô đặc nước cam Bảng 10a – Thông số trạng thái NH3 chu trình lạnh thiết bị kết tinh Thoâng soá Ñôn vò 1’ 3’ Aùp suaát p Bar 2,9075 2,9075 18,302 18,302 15,548 2,9075 C -10 -5 133 46 40 -10 kJ/kg 1449,4 1461,9 1744,78 415,37 386,32 386,32 Theå tích rieâng v dm3/kg - 427,73 - - - - Entropi kJ/kg.K 5,7519 5,7992 5,7992 1,7204 1,63 - Nhiệt độ t o Entanpi h Bảng 10b – Thông số trạng thái NH3 chu trình lạnh thiết bị kết tinh Thoâng soá Ñôn vò 1’ 3’ Aùp suaát p Bar 2,3620 2,3620 18,302 18,302 15,548 2,3620 C -15 -10 133 46 40 -15 Entanpi h kJ/kg 1443,2 1455,4 1744,78 415,37 386,32 386,32 Theå tích rieâng v m /kg - 0,5206 - - - - 5,7992 1,7204 1,63 - Nhiệt độ t o Entropi s kJ/kg.K 5,8243 5,8715 Tính toán chu trình lạnh theo số liệu tra Năng suất lạnh riêng khối lượng : q01 = h1 – h4 = 1075,58 kJ/kg q02 = h1 – h4 = 1069,08 kJ/kg Năng suất nhiệt riêng khối lượng : qk1 = h2 – h3 = 1358,46 kJ/kg qk2 = h2 – h3 = 2053,55 kJ/kg Naêng suaát laïnh rieâng theå tích : qo1 = 2514,62 kJ/m3 q v1 = v1 q q v2 = o2 = 2053,55 kJ/m3 v1 Coâng neùn rieâng : l1 = qo1 – qk1 = h2 – h1 = 282,88 kJ/kg l2 = qo2 – qk2 = h2 – h1 = 289,38 kJ/kg Heä soá laïnh : 1 = 3,8; 2 = 3,694 Heä soá caáp maùy neùn hôi : Từ tỷ số p/po = 7,75 dựa vào đồ thị hình 9,5 ([8], tập 1, tr.218) => = 0,58 Naêng suaát laïnh caàn thieát : Qo1 = Qkt1 = 863100 kJ/h = 239,75 kW Qo2 = Qkt2 = 236628kJ/h = 65,73 kW Lượng Amoniac (thực tế) hệ thống : Q 01 =¿ 800,22 kg/h = 0,2223 kg/s m1 = qo SVTH : Ngoâ Laâm Tuaán Anh Trang 32 (33) Đồ án môn học Quá trình và Thiết bị m2 = Đề tài : Thiết kế thiết bị cô đặc nước cam Q 02 =¿ 221,34 kg/h = 0,0615 kg/s qo Năng suất thể tích thực tế máy nén : Vtt1 = m1.v1 =800,22.0,42773 = 342,28 m3/h = 0,09508 m3/s Vtt2 = m2.v1 =221,34.0,5206 = 115,23 m3/h = 0,032 m3/s 10 Thể tích chạy pittông (thể tích hút lý thuyết) V tt Vlt1 = = 534,8 m3/h = 0,14856 m3/s λ V tt Vlt2 = = 198,67 m3/h = 0,05519 m3/s λ 11 Coâng neùn lyù thuyeát : Ns1 = m1.l1 = 226366,23 kJ/h = 62,88 kW Ns2 = m2.l2 = 64051,37 kJ/h = 17,792 kW 12 Coâng neùn chæ thò : Ns Ni1 = = 73,12 kW; với i = 0,86 ([8], tập 1, H.9.5, tr 218) ηi Ns Ni2 = = 21,83 kW; với i = 0,815 ([8], tập 1, H.9.5, tr 218) ηi 13 Công suất hữu ích (công suất trên trục) : Ne1 = Ni1 + Nms1 = 73,12 + 5,61 = 78,73 kW Ne2 = Ni2 + Nms2 = 21,83 + 3,256 = 25,09 kW Trong đó Nms1 = pms1.Vtt1 = 59.0,09508 = 5,61 kW Nms2 = pms2.Vtt2 = 59.0,05519 = 3,256 kW 14 Coâng suaát ñieän tieâu thuï : Ne 78 ,73 Nel(1) = = = 97,5 kW ,85 , 95 ηe ηtd Ne 25 , 09 Nel(2) = = = 31,07 kW ,85 , 95 ηe ηtd Trong đó : tđ = 0,85 – Hiệu suất khớp truyền động el = 0,95 – Hiệu suất động Ns 15 Hieäu suaát chung : 1 = = 0,5625; 2 = 0,5726 N el I.3 Tính toán quá trình ngưng tụ I.3.1 Các thông số ban đầu Chọn loại thiết bị ngưng tụ dạng ống chùm nằm ngang Đây là thiết bị có thân hình trụ nằm ngang làm từ vật liệu thép CT 3, bên là các ống trao đổ nhiệt làm thép áp lực C20 Các ống trao đổi nhiệt hàn kín núc lên hai mặt sàng hai đầu Để có thể hàn núc các ống trao đổi nhiệt vào mặt sàng, nó phải có độ dày khá lớn, từ 20 đến 30mm Hai đầu thân bình là nắp bình Các nắp bình tạo thành vách phân dòng nước để nước có thể tuần hoàn nhiều lần bình ngưng I.3.2 Tính toán cho thiết bị kết tinh SVTH : Ngoâ Laâm Tuaán Anh Trang 33 (34) Đồ án môn học Quá trình và Thiết bị Đề tài : Thiết kế thiết bị cô đặc nước cam Diện tích trao đổi nhiệt cần cho thiết bị ngưng tụ Phuï taûi nhieät yeâu caàu cuûa thieát bò ngöng tuï Q k1 = QQL + QLL + QNT = m1.(h2 – h3) Qk1 = m1.(h2(1) – h3(1)) = 800,22.(1744,78–386,32) = 1087066,8 kJ/h = 301,96 kW Qk2 = m2.(h2(2) – h3(2)) = 221,34.(1744,78–386,32) = 300681,5 kJ/h = 83,52 kW Lượng nhiệt cấp làm lạnh và ngưng tụ quá nhiệt : Q’1 = QLL + QNT = m1.(h2(1)–h3’(1)) =800,22.(1744,78–415,37) = 1063836,5 kJ/h = 295,5kW Q’2 = QLL + QNT = m2.(h2(1)–h3’(1)) =221,34.(1744,78–415,37) = 294244,97 kJ/h = 81,7 kW Lượng nhiệt cấp làm quá lạnh NH3 lỏng : Q’’1 = Qk1 – Q’1 = 23230,3 kJ = 6,453 kW Q’’2 = Qk2 – Q’2 = 6436,53 kJ = 1,788 kW Lượng nước lạnh đưa vào thiết bị ngưng tụ (cho thùng kết tinh 1) Qk 1087066 , 103 = Gw1 = = = 43240 kg/h = 12,01 kg/s c n( t w −t w 1) 4190 (42− 36) Qk 300681 ,5 10 = Gw2 = = = 11960,3 kg/h = 3,32 kg/s c n( t w −t w 1) 4190 (42− 36) t, oC 46 42 Amoniac Nước 40 36 Q, 103 KJ Hình – Quaù trình ngöng tuï vaø laøm laïnh hôi taùc nhaân laïnh Nhiệt độ nước trước amoniac lỏng làm quá lạnh 23230 ,3 1000 t1 = 36 + = 36,13 oC 4190 43237 , 6436 , 53 1000 =¿ 36,13 oC t2 = 36 + 4190 11960 , Chênh lệch nhiệt độ trung bình logarit giai đoạn làm lạnh và ngưng tụ (t k − t w )−(t k − t w2 ) (46 − 36 ,13)−(46 − 42) (t − t ) 46 − 36 ,13 t’log = = = 6,5 oC ln ln k w1 46 − 42 (t k − t w2 ) Chênh lệch nhiệt độ trung bình giai đoạn làm quá lạnh tác nhân lạnh (46 − 36 ,13) −(40 −36) t’’ = = 2,935 oC Giả sử ta chọn loại thiết bị ngưng tụ chung cho hệ thống gồm thùng kết tinh SVTH : Ngoâ Laâm Tuaán Anh Trang 34 (35) Đồ án môn học Quá trình và Thiết bị Đề tài : Thiết kế thiết bị cô đặc nước cam => Bề mặt truyền nhiệt F bao gồm giai đoạn ngưng tụ (F’) và giai đoạn quá lạnh (F’’) Hệ số truyeàn nhieät K coù theå xaùc ñònh theo kinh nghieäm vaø muoán chính xaùc hôn thì xaùc ñònh theo lyù thuyết Tuy nhiên các bài toán thực tế luôn phức tạp nên thường ta tính theo kinh nghiệm Có thể tham khảo bảng 6.1 ([15],tr276) Từ đó với t oC, ta choïn K 700 W/m2.K vaø qf 4200 W/m2 Từ đó xác định F = F’ + F’’ Q k1 301 ,96 103 F1 = = = 71,89 m2 q kf 4200 Q k2 83 , 52 103 F2 = = = 19,89 m2 q kf 4200 Chọn ống trao đổi nhiệt cho bình ngưng là chùm ống thép bố trí so le trên mặt sàng có các thoâng soá : da = 25 mm; di = 20 mm; = 2,5 mm Dieän tích cho 1m chieàu daøi oáng : fa=0,0785 m2/m oáng; fi=0,0628 m2/m oáng Chọn tốc độ nước bình ngưng là : w= 1,5 (m/s) Soá oáng moät loái cuûa bình ngöng : , 02¿ 990 , 1,5 π ¿ n’1= G w1 12, 01 = 25,74 = ¿ π d 2i ρw w w n’2 = , 02¿ 990 , 1,5 π ¿ G w2 ,32 = 7,11 = ¿ π d 2i ρw w w Choïn n1= 26 oáng ; n2 = oáng Các ống bố trí trên mặt sàng theo đỉnh tam giác đều,chùm ống có dạng hình lục giác ,với số ống đặt theo đường chéo lục giác lớn (m) là : ([2], 58) m1 = 0,75 oáng m2 = 0,75 √ √ 3 Qke q ie S d i ( Dl ) Qke q ie S d i l D ( ) = 0,75 √ 301, 96 103 =¿ 19,8 => Choïn m1 = 20 4200 ,0325 , 02 = 12,6 => choïn m2 = 13 oáng Với s - bước ống ngang Chọn s = 1,4da =1,4.0,025=0,035 (m) l l : tỉ số chiếu dài ống và đường kính mặt sàng; =¿ 48 Choïn D D l =¿ D Đường kính D mặt sàng tính là : D1 = s(m1 – 1) + 4da = 0,765 m ([2],2.85,tr58) D2 = 0,52 m Tổng số ống n xác định theo công thức : m = => n1 = 300,25; n2 = 127 SVTH : Ngoâ Laâm Tuaán Anh √ 1+ ( n− 1) Trang 35 (36) Đồ án môn học Quá trình và Thiết bị Số đường nước : z1 = n1 n' Đề tài : Thiết kế thiết bị cô đặc nước cam 300 26 = = 11,54 ; z2 = 127 = 18,1 => choïn z1 = 12 ; z2 = 18 => n1 = z1.n’1 = 312 => choïn soá oáng laø 312 => n2 = z2.n’2 = 126 oáng => choïn soá oáng laø 126 oáng Tổng chiều dài ống trao đổi nhiệt : F 71 ,89 L1 = f = , 0628 =¿ 1144,75 m i L2 = 316,72 Chiều dài ống trao đổi nhiệt bình ngưng tụ : L 1144 , 75 = l1 = = 3,669 m n 312 l2 = 2,5 m Kieåm tra laïi l/D = 3,669/0,765 = 4,8 (4,8) => Thoả điều kiện đã chọn II CHOÏN THIEÁT BÒ LAÏNH II.1 Choïn maùy neùn ([15],baûng 3.9, tr.133) Máy nén phải đảm bảo các yêu cầu kỹ thuật sau : Thoâng soá Ñôn vò Keát tinh Keát tinh Công suất hữu ích Ne kW 78,73 25,09 Naêng suaát theå tích m3/h 534,8 198,67 Naêng suaát nhieät Qo kW 239,75 65,73 Máy lạnh MYCOM sử dụng nhiều kỹ thuật lạnh Việt Nam Dưới đây là thông số máy nén chọn trên sở bảng yêu cầu trên : Đối với thiết bị kết tinh : chọn máy nén mã hiệu : N6WB cấp MYCOM ❑ Naêng suaát neùn theå tích : V lt =¿ 572,6 m3/h Naêng suaát nhieät : Coâng suaát neùn : QoTC = 317,1 kW N ❑ e = 86,4 kW Đối với thiết bị kết tinh 2, chọn máy nén mã hiệu : N4WA cấp MYCOM ❑ Naêng suaát neùn theå tích : V lt =¿ 187,2 m3/h Naêng suaát nhieät : Coâng suaát neùn : QoTC = 80,8 kW N ❑ e = 26,2 kW II.2 Choïn thieát bò ngöng tuï ([21],baûng 8.1,tr.249) Chọn loại bình ngưng vỏ ống chùm nằm ngang cho môi chất NH theo yêu cầu kỹ thuật : Đối với hệ thống kết tinh : chọn bình ngưng mã hiệu KT - 90 Đối với hệ thống kết tinh : chọn bình ngưng mã hiệu KT - 20 Các thông số và đặc tính kỹ thuật giới thiệu bảng sau : Baûng 11 - Bình ngöng oáng voû naèm ngang Amoniac Kí hieäu F Kích thước phủ bì, mm SVTH : Ngoâ Laâm Tuaán Anh Soá Kích thước ống Theå tích Trang 36 Khoái (37) Đồ án môn học Quá trình và Thiết bị bình ngöng Đề tài : Thiết kế thiết bị cô đặc nước cam mm2 oáng D L B H noái, mm d d1 d2 các oáng, m3 lượng, kg KT 90 800 4640 1110 1230 386 80 32 125 1,26 3300 KT 20 500 2930 810 910 144 50 20 70 0,32 995 Ghi chú : Ống thép bình ngưng 25 x 2,5 mm từ thép 10 II.3 Choïn thaùp giaûi nhieät Nhiệm vụ tháp giải nhiệt là thải toàn nhiệt môi chất lạnh toả thiết bị ngưng tụ toả Sau khỏi bình ngưng tụ, nước nóng có nhiệt độ t w2 = 42oC đưa vào tháp giải nhiệt và phun thành các giọt nhỏ Nước nóng chảy theo khối đệm xuống, trao đổi nhiệt và chất với không khí ngược từ lên nhờ quạt gió cưỡng Quá trình này làm phần nước bốc vào không khí Nhiệt độ nước giảm và nguội xuống nhiệt độ ban đầu là tw1 = 36oC Tính thaùp giaûi nhieät Quy naêng suaát nhieät toân Naêng suaát nhieät ngöng tuï : Qk = Qk1 + Qk2 = 301,96 + 83,52 = 385,48 kW = 331512,8 kcal/h Theo tieâu chuaån CTI toân nhieät töông ñöông 3900 kcal/h, vaäy : Qk = 331512,8/3900 = 85 toân Choïn thaùp giaûi nhieät hieäu RINKI kieåu FRK90 ([21],baûng 8-22,tr.318) II.4 Choïn bôm Chọn bơm amoniac kiểu kín chạy điện mã hiệu ЦНГ-70М-1 với các thông số kỹ thuật sau : Naêng suaát : 5,5 12 m3/h Coät aùp : 15 19 mNH3 loûng Soá caáp : Tốc độ vòng : Coâng suaát : 49,5 1/s 2,8 kW SVTH : Ngoâ Laâm Tuaán Anh Trang 37 (38) Đồ án môn học Quá trình và Thiết bị Đề tài : Thiết kế thiết bị cô đặc nước cam PHAÀN TÍNH TOÁN CƠ KHÍ CÁNH KHUẤY – CHÂN ĐỠ – MẶT BÍCH I TÍNH THIEÁT BÒ KHUAÁY I.1 Coâng suaát khuaáy Chuaån soá Rek : Rek1 = 205433,4 Rek2 = 52945 Coâng suaát khuaáy tính cho moät caùnh khuaáy : ([22],3.47b,tr.138) Nk = KN..n3.dk5 Trong đó : KN : chuaån soá coâng suaát suaát khuaáy - KN1 = 0,3; KN2 = 0,5 : khối lượng riêng dung dịch – 1 = 1041,5 kg/m3; 2 = 1115,5 kg/m3 n : số voøng quay 1/s; n1 = 0,8 vg/s; n2 = 0,3 vg/s dk : đường kính cánh khuấy kết hợp với dao cạo đá; dk1 = dk2 = 1198 mm Ở thiết bị kết tinh : Nk1 = 0,3.1041,5.0,83.1,1985 = 394,8W Ở thiết bị kết tinh : Nk2 = 0,5.1115,5.0,33.1,1985 = 37,16 W Công suất khuấy và gạt đá động : lấy Nđc = 10.Nk Ở thiết bị kết tinh : Nđc = 3,948 kW Ở thiết bị kết tinh : Nđc = 0,372 kW I.2 Kích thước trục khuấy Tính momen xoaén : ,55 10 N dc n Mx = Trong đó : Nđc : công suất động cơ, kW; n : số vòng quay cánh khuấy, vg/ph Thieát bò keát tinh 1: Mx1 = ,55 10 , 948 0,8 60 = 78548,8 Nm Thieát bò keát tinh : Mx2 = 19736,7 Nm Momen uoán : Mu = Mx N c.N f Trong đó : Mx là momen xoắn, Nm; Nc : toång soá caùnh; choïn Nc = caùnh SVTH : Ngoâ Laâm Tuaán Anh Trang 38 (39) Đồ án môn học Quá trình và Thiết bị Đề tài : Thiết kế thiết bị cô đặc nước cam Nf = 0,8 rk = 0,4dk Khi đó : Ở thiết bị kết tinh : Mu1 = 81958,3 Nm Ở thiết bị kết tinh : Mu2 = 20593,4 Nm Momen töông ñöông : Mtñ = Suy : Mtñ1 = Mtñ2 = u √ M +0 ,75 M x √ 81958 ,3 2+0 ,75 78548 , 82 √ 20593 , 42 +0 , 75 19736 , 72 = 106511 Nm = 26762,7 Nm Đường kính trục khuấy : Choïn vaät lieäu cheá taïo truïc khuaáy laø theùp khoâng gæ Điều kiện bền cho trục khuấy chịu uốn và xoắn đồng thời : [] M td 0,1 d (1 − η ) √ M td => d 0,1 (1 −η ) [σ ] Trong đó : = dtr/dng : tỷ số đường kính và ngoài trục khuấy, mm Chọn = [] = 140.10 N/m2 Khi đó : Taïi thieát bò keát tinh : d1 √ 106511 = 0,21 m 0,1 (1 −0 6674 ) 140 10 √ 26762, = 0,134 m 0,1 (1 −0 6674 ) 140 10 Chọn đường kính ngoài là 0,21 m và đường kính là 0,14 m Taïi thieát bò keát tinh : d2 Chọn đường kính ngoài là 0,15 m và đường kính là 0,1 m Chiều dài trục khuấy chính là chiều cao tính từ phần phía bề mặt truyền nhiệt đến nắp thiết bị Chọn L = 2,5 – 0,35 = 2,15 m Beà daøy caùnh khuaáy coù theå choïn laø mm II TÍNH CHÂN ĐỠ VAØ BÍCH NỐI CHO THIẾT BỊ II.1 Tính taûi troïng thieát bò Tải trọng thiết bị tính dựa trên điều kiện vận hành thiết bị Bao gồm : Khối lượng thiết bị : Mtb = Mthân + Mđáy + M nắp + Mvỏ Mthaân = .DT.H.S.theùp = 3,14.1,2.1,8.0,01.7900 = 535,81 kg Mđáy = Mnắp = 1,01.137 = 138,4 kg Mvoû = .Dng.Hv.S.theùp = 3,14.1300.1,739.0,005.7900 = 280,4 kg => Mtb = 535,81 + 138,4.2 + 280,4 = 1093,01 kg Khối lượng dung dịch tính theo thùng (vì để đảm bảo an toàn ta chọn dung dịch có khối lượng riêng lớn hơn) Mdd = Vdd.dd = 2,08.1089 = 2265,12 kg SVTH : Ngoâ Laâm Tuaán Anh Trang 39 (40) Đồ án môn học Quá trình và Thiết bị Đề tài : Thiết kế thiết bị cô đặc nước cam Khối lượng trục khuấy, động và các phần khác thiết bị lấy 5% khối lượng thieát bò Tải trọng toàn thiết bị là M = 1,1.(Mtb + Mdd) = 1,1.(1093,01 + 2265,12) = 3693,95 kg II.2 Tính chọn chân đỡ thiết bị Chọn số chân đỡ là => Tải trọng tác dụng lên chân là 923,5 kg 0,91.104 N Chọn chân đỡ loại IV kiểu chân II – 1,0 (theo [3],tr436) Vaät lieäu cheá taïo chaân laø theùp CT3 Caùc thoâng soá kyõ thuaät : ([3],baûng XIII.35,tr.437) Bề mặt đỡ : 0,32 m2 Taûi troïng cho pheùp treân chaân : G = 1.104 N L = 210 mm B1 = 180 mm H = 300 B = 150 mm B2 = 245 mm h = 160 mm s = 14 mm l = 75 mm d = 23 mm DT/A = 1200/420 mm II.3 Tính choïn maët bích Chọn bích liền thép kiểu {[3],tập 2,bảng XIII.27,tr417) để nối đáy và nắp thiết bị với thaân Các thông số kích thước Kích thước nối : D = 1340 mm; Db = 1290 mm; DT = 1260 mm; Do = 1213 mm Buloâng : db = M20 mm; Z = 32 mm Kieåu bích (1) : h = 25 mm SVTH : Ngoâ Laâm Tuaán Anh Trang 40 (41) Đồ án môn học Quá trình và Thiết bị Đề tài : Thiết kế thiết bị cô đặc nước cam PHAÀN TÍNH TOÁN ĐƯỜNG ỐNG CHOÏN THIEÁT BÒ PHUÏ I TÍNH TOÁN ĐƯỜNG ỐNG DẪN DỊCH I.1 Tính choïn oáng nhaäp lieäu vaø thaùo lieäu OÁng nhaäp lieäu Vì đây là quy trình sản xuất theo phương pháp gián đoạn nên chúng ta không quan tâm đến việc cấp nguyên liệu liên tục vào bồn kết tinh mà tính toán để chọn đường ống dựa trên sở tính kinh tế và đảm bảo cho thời gian nhập liệu phù hợp không làm ảnh hưởng tới chu trình saûn xuaát cuûa nhaø maùy Thời gian nhập liệu cần thiết là 30 phút Thể tích chứa thùng kết tinh : Vdd = 2,08 m3 Lưu lượng nhập liệu : G1 = , 08 1037 30 60 = 1,2 kg/s G2 = , 08 1089 30 60 = 1,26 kg/s Choïn vaän toác doøng chaûy laø : m/s Đường kính ống dẫn cần thiết là : Thieát bò keát tinh : d1 = √ G1 ρdd π ϖ = 0,03839 m => chọn đường kính là di = 40 mm; đường kính ngoài = 45 mm (theo tiêu chuẩn ống thép sử dụng cho ống nước) => Tính laïi vaän toác doøng chaûy laø 1 = 0,875 m/s Thieát bò keát tinh : d2 = √ G1 ρdd π ϖ = 0,03839 m => chọn đường kính là di = 40 mm; đường kính ngoài = 45 mm => Vaän toác doøng chaûy laø : 2 = 0,877 m/s OÁng thaùo lieäu Ống tháo liệu cần đủ lớn để tháo toàn sản phẩm khỏi thùng kết tinh và quá trình tháo liệu phải nhanh để tinh thể kết tinh không bị kết thành khối gây cản trở cho quá trình tháo liệu SVTH : Ngoâ Laâm Tuaán Anh Trang 41 (42) Đồ án môn học Quá trình và Thiết bị Đề tài : Thiết kế thiết bị cô đặc nước cam Chọn ống tháo liệu có kích thước : Di = 100 mm ; Do = 108 mm I.2 Choïn bôm I.2.1 Bơm dịch ép từ bồn cao vị lên các thùng kết tinh Dung dịch sau làm lạnh sơ chứa bồn cao vị, sau đó bơm vào thùng kết tinh 1, sau đó chất lỏng tiếp tục bơm vào thùng kết tinh Vị trí bồn cao vị đặt vị trí cho mực chất lỏng bồn cách mực chất lỏng thùng là 2,5 m Chọn loại bơm ly tâm để bơm dịch ép ban đầu Vì nồng độ dịch ép ban đầu là 10% nên ta có thể chọn bơm loại bơm nước Tổng số bơm là bơm cho thùng kết tinh 1, và bơm cho thuøng keát tinh Lưu lượng bơm vào thùng : G 1=1,2.3600/1037 = 4,17m3/h; G2=1,26.3600/1089 = 4,165 m3/h Tính coät aùp cho bôm Chuaån soá Re : Re1 = Trong đó : ρ ω d μ = 20800; Re2 = 10293 : vaän toác doøng chaûy, m/s; 1 2 = 0,876 m/s; D : Đường kính ống dẫn liệu, m; d1 = d2 = 0,041 m; , : khối lượng riêng và độ nhớt dịch nhập liệu; tra bảng Hệ số tổn thất theo chiều dài ống chế độ chảy rối ,82 lgRe − 1, 64 ¿ ¿ 1 = = 0,0259; ¿ ,82 lgRe − 1, 64 ¿ ¿ 2 = ¿ = 0,0312; Heä soá toån thaát cuïc boä (oáng daãn goàm cuùt 90o, van) = 4.0,5 + 4,9 = 6,9 Coät aùp cuûa bôm : H = Z + Trong đó : ΔP ρ g + v 22 − v 21 ρg + ( L v2 λ +∑ ξ d 2g ) Z1 = 2,5 m; L = 6,5 m; v1 = v2; Z2 = m; L = m; v1 = v2; H1 = 2,5 + + + (0,0259 H2 = + + + (0,0312 6,5 ,041 ,041 + 6,9) + 6,9) ,875 2 , 81 ,877 2 , 81 = 2,93 mH2O = 3,45 mH2O Choïn bôm li taâm (cheá taïo taïi Nga) maõ hieäu 1,5K-6b ([21,baûng 10-6,tr.349) Naêng suaát : 9,4 m3/s; SVTH : Ngoâ Laâm Tuaán Anh Trang 42 (43) Đồ án môn học Quá trình và Thiết bị Coät aùp : 1,16 bar Đề tài : Thiết kế thiết bị cô đặc nước cam 11,8 mH2O; Hieäu suaát = 49%; Coâng suaát treân truïc N = 0,6 kW) Toång soá bôm caàn laø 10 bôm I.2.2 Bôm dòch eùp leân boàn cao vò Soá thuøng cao vò choïn laø : thuøng Theå tích thuøng laø : V = , 08 =4 ,85 m3 Kích thước bồn cao vị : Bồn hình trụ, đáy nón : Chọn H = 1800 m; h = 300 mm V= ΠD2 ΠD2 1800 ×10 −3 + × 300 × 10−3 = 4,85 m3 => D = 1,8 m 4 300 1800 100 1800 Hình – Bồn chứa cao vị Thời gian cần thiết để bơm là 30 phút => Năng suất bơm là : Q = , 85 0,5 = 9,7 m3/h Chọn đường kính củaống dẫn là di = 80,5mm; = 88,5 mm; Fi = 50,8.10-2 mm2 Vaän toác : = 0,53 m/s Chuaån soá Re = ,53 , 0805 1037 , 792 10−3 ,82 lgRe − ,64 ¿ ¿ = 24689,5 => = ¿ = 0,0248 Heä soá toån thaát cuïc boä : = Coät aùp cuûa bôm : Giả sử chiều cao từ thiết bị trao đổi nhiệt làm lạnh sơ đến bồn chứa là 4m, chiều dài ống laø m H = + + + (0,0248 SVTH : Ngoâ Laâm Tuaán Anh ,0805 + 6) ,53 2 , 81 = 4,11 mH2O Trang 43 (44) Đồ án môn học Quá trình và Thiết bị Đề tài : Thiết kế thiết bị cô đặc nước cam Choïn bôm kieåu 1,5K-6a Soá bôm laø bôm SVTH : Ngoâ Laâm Tuaán Anh Trang 44 (45) Đồ án môn học Quá trình và Thiết bị Đề tài : Thiết kế thiết bị cô đặc nước cam II TÍNH TOÁN ĐƯỜNG ỐNG CHO HỆ THỐNG LẠNH II.1 Tính toán đường ống dẫn Đường kính ống dẫn : di = di – đường kính ống dẫn, m; √ V tt π ϖ Vtt – Lưu lượng tác nhân lạnh NH3, m3/s - tốc độ dòng chảy ống, m/s; chọn =20m/s dựa vào bảng 10-1 ([17],tr345) Với hệ thống lạnh cho kết tinh : di1 = Với hệ thống lạnh cho kết tinh : di2 = ,09508 π 20 √ √ = 0,07782 m ,032 = 0,045 m π 20 Choïn oáng theùp tieâu chuaån cho maùy laïnh amoniac theo baûng 10-2 ([17],346) Di1 = 82mm; Da = 89 mm, Fi = 52,8.10-2 mm2; khối lượng m ống : 7,38 kg Di1 = 50mm; Da = 57 mm, Fi = 19,6.10-2 mm2; khối lượng m ống : 4,62 kg II.2 Tính toán ống dẫn lỏng Tính oáng daãn loûng khoûi thieát bò ngöng tuï Khối lượng NH3 tổng : m1 = 0,2223 kg/s Khối lượng riêng NH3 lỏng dẫn từ thiết bị ngưng tụ : = 579,5 kg/m3 mtt ,2223 =3 , 84 10− Lưu lượng thể tích lỏng qua thiết bị ngưng tụ : Vl = = 579 ,5 ρ m /s Choïn vaän toác loûng : l = 1,5 m/s Đường kính ống dẫn lỏng : d = Choïn oáng theùp coù : Di = 18 mm; Da = 22 mm; Fi = 2,53.10-2 mm2; Khối lượng m ống là 0,986 kg V l ∗ , 84 10 −4 = 0,018 m = π ω π ∗1,5 √ √ Tính oáng daãn loûng khoûi thieát bò ngöng tuï Khối lượng NH3 tổng : m1 = 0,0615 kg/s Khối lượng riêng NH3 lỏng dẫn từ thiết bị ngưng tụ : = 579,5 kg/m3 mtt ,0615 =1 , 06 10−4 Lưu lượng thể tích lỏng qua thiết bị ngưng tụ :V2 = = 579 ,5 ρ m /s Choïn vaän toác loûng : 2 = 1,5 m/s V l ∗ ,06 10− = π ω π ∗1,5 √ √ Đường kính ống dẫn lỏng : d = 0,01 m Choïn oáng theùp coù : Di = 10 mm; Da = 14 mm; Fi = 1,54.10-2 mm2; Khối lượng m ống là 0,789 kg Đường ống dẫn lỏng vào thiết bị kết tinh : SVTH : Ngoâ Laâm Tuaán Anh Trang 45 (46) Đồ án môn học Quá trình và Thiết bị Đề tài : Thiết kế thiết bị cô đặc nước cam Lưu lượng thể tích NH3 cho thùng kết tinh : V = 3,84.10-4 / = 5,48.10-5 m3/s Choïn vaän toác loûng : = m/s 4.5,5.10 Đường kính ống dẫn lỏng : d= = 0,008 m Choïn oáng theùp coù : Di = 10 mm; Da = 14 mm; Fi =1,54.10-2 mm2; Khối lượng m ống là 0,789 kg Đường ống dẫn lỏng vào thiết bị kết tinh : Lưu lượng thể tích NH3 cho thùng kết tinh : V = 1,06.10-4 / = 3,533.10-5 m3/s Choïn vaän toác loûng : = m/s 4.3,533.10 Đường kính ống dẫn lỏng : d= = 0,0067 m Choïn oáng theùp coù : Di = 10 mm; Da = 14 mm; Fi =1,54.10-2 mm2; Khối lượng m ống là 0,789 kg Tính laïi vaän toác = 0,7 m/s SVTH : Ngoâ Laâm Tuaán Anh Trang 46 (47) Đồ án môn học Quá trình và Thiết bị Đề tài : Thiết kế thiết bị cô đặc nước cam PHAÀN TÍNH TOÁN GIÁ THAØNH THIẾT BỊ CHÍNH I GIAÙ THAØNH VAÄT TÖ CHO MOÄT THUØNG KEÁT TINH Vì các thùng kết tinh thiết kế nên ta cần tính cho thùng I.1 Khối lượng thiết bị (xem phần tính tải trọng thiết bị, phần 6, II.1) Khối lượng thùng Mthùng = Mthân + Mđáy + Mnắp + Mvỏ = 1093,01 kg Khối lượng các chi tiết phụ (cánh khuấy, trục khuấy, chân đỡ…) Π ( d 2ngoai − d2trong ) L.theùp = Truïc : Mtruïc = 2 π (0 , 21 − ,14 ) 2,5 7900 = 379,84 kg Cánh khuấy : Mkhung = Mdao cạo + Mcánh + Mgân trợ lực Mdao caïo = 2.S.L.B.theùp = 0,005.1,6.0,1.7900.2 = 12,6 kg Mcaùnh = 6.0,488.0,1.0,005.7900 = 11,6 kg (0 , 05+0 , 02) , 405 , 005 7900 = 3,4 kg Mgân trợ lực = => Mkhung = 12,6 + 11,6 + 3,4 = 27,6 kg Khối lượng chân đỡ Mchân đỡ 4.(S.L.B + 2.S.H.B + F.S’). = 4.(0,014.0,21.0,15 +2 0,014.0,3.0,15 + 0,0211.0,01).7900 = 60,4 kg I.2 Chi phí mua vaät tö Baûng 12 – Tính giaù vaät lieäu cheá taïo thuøng keát tinh Chi tieát Vaät lieäu cheá taïo Giaù vaät lieäu, 103 VNÑ/kg Khối lượng, Kg Thaønh tieàn, 103 VNÑ Thaân X18H10T 50 535,8 26790 Đáy X18H10T 50 138,4 6920 Naép X18H10T 50 138,4 6920 Voû CT3 10 280,4 2804 X18H10T 50 379,8 18990 CT3 50 60,4 3020 Truïc khuaáy, caùnh khuaáy Chân đỡ SVTH : Ngoâ Laâm Tuaán Anh Trang 47 (48) Đồ án môn học Quá trình và Thiết bị Đề tài : Thiết kế thiết bị cô đặc nước cam Toång chi phí mua II GIAÙ THAØNH THIEÁT BÒ PHUÏ II.1 Heä thoáng laïnh Thieát bò ngöng tuï Bình ngöng KT-90 : Khối lượng bình ngưng : 3300 kg Giaù thaønh = 3300 = Bình ngöng KT-20 : Khối lượng bình ngưng : 995 kg Giaù thaønh = 995 = Maùy neùn laïnh Maùy neùn maõ hieäu : N6WB caáp cuûa MYCOM N❑ Coâng suaát neùn : = 86,4 kW e Ñôn giaù : 1,5 trieäu/kW Giaù thaønh : 1,5.86,4 = 129,6 trieäu Maùy neùn maõ hieäu : N4WA caáp cuûa MYCOM ❑ Coâng suaát neùn : N e = 26,2 kW Ñôn giaù : 1,5 trieäu/kW Giaù thaønh : 1,5.26,2 = 39,3 trieäu Thaùp giaûi nhieät FRK-90 Coâng suaát : 385kW Đơn giá : 500000 đồng/kW Giaù thaønh : 385.500000 = 192 trieäu Van tieát löu : Số lượng : 10 Đơn giá : 50000 đồng/cái Giá thành : 10.50000 = 500000 đồng Đường ống dẫn vào thiết bị ngưng tụ Di1 = 82mm; Da = 89 mm, Fi = 52,8.10-2 mm2; khối lượng m ống : 7,38 kg Di2 = 50mm; Da = 57 mm, Fi = 19,6.10-2 mm2; khối lượng m ống : 4,62 kg Vaät lieäu : oáng theùp; chieàu daøi moãi oáng L = 10 m Đơn giá : 30000đồng/m Giaù thaønh : 0,6 trieäu Đường ống dẫn lỏng thiết bị ngưng tụ SVTH : Ngoâ Laâm Tuaán Anh Trang 48 (49) Đồ án môn học Quá trình và Thiết bị Đề tài : Thiết kế thiết bị cô đặc nước cam ống thép Di1= 18 mm; Da1= 22 mm; Fi1= 2,53.10-2 mm2; Khối lượng m là 0,986 kg ống thép Di2= 10 mm; Da2= 14 mm; Fi2= 1,54.10-2 mm2; Khối lượng m là 0,789 kg Chieàu daøi moãi oáng : 10m Ñôn giaù : 20000 ñ/m Giaù thaønh : 0,4 trieäu Đường ống dẫn lỏng vào các thiết bị kết tinh Choïn oáng theùp coù : Di = 10 mm; Da = 14 mm; Fi =1,54.10-2 mm2; Choïn oáng theùp coù : Di = 10 mm; Da = 14 mm; Fi =1,54.10-2 mm2; Chiều dài đường ống : L = m; Ñôn giaù : 15000 ñ/m; Giaù thaønh : 0,24 trieäu II.2 Bơm và đường ống dẫn dịch Bôm li taâm (cheá taïo taïi Nga) Bôm 1,5K-6b ([21,baûng 10-6,tr.349) Coâng suaát treân truïc N = 0,6 kW = 0,8 Hp Ñôn giaù : trieäu/Hp Giaù thaønh : 5,6 trieäu Bôm 1,5K-6a Coâng suaát : 0,9 kW = 1,2 Hp Giaù thaønh : 8,4 trieäu Đường ống dẫn dịch OÁng nhaäp lieäu (theùp khoâng gæ) : D/Do = 45/40, chieàu daøi moãi oáng 6m OÁng thaùo lieäu (theùp khoâng gæ) : D/Do = 108/100 mm, chieàu daøi moãi oáng 1,5m Giá thành : 50000.6 + 100000.1,5 = 450000 đồng/ống SVTH : Ngoâ Laâm Tuaán Anh Trang 49 (50) Đồ án môn học Quá trình và Thiết bị Đề tài : Thiết kế thiết bị cô đặc nước cam TAØI LIEÄU THAM KHAÛO [1] Tập thể Tác giả Bộ môn Máy và Thiết bị – Khoa Công nghệ Hoá học và Dầu khí – Trường Đại học Bách Khoa – Đại học Quốc gia Tp Hồ Chí Minh, “Tài liệu hướng dẫn Thiết kế Đồ Aùn Môn học Quá trình & Thiết bị” [2] Phaïm Vaên Boân – Nguyeãn Ñình Thoï, “Quaù trình vaø Thieát bò CNHH & TP – Taäp : Quaù trình và Thiết bị Truyền nhiệt” Nhà xuất Đại học Quốc gia Tp Hồ Chí Minh [3] Tập thể Tác giả “Sổ tay Quá trình và Thiết bị Công Nghệ Hoá Chất – Tập 1&2”, Nhà xuất baûn Khoa hoïc vaø Kyõ thuaät Haø Noäi, 2004 [4] Phaïm Vaên Boân (Söu taàm vaø bieân taäp) “Soå tay daãn nhieät khoâng oån ñònh – Thoâng soá nhieät lyù Thực phẩm và Nguyên liệu” [5] Phạm Văn Bôn, “Quá trình và Thiết bị Công nghệ Hoá học và Thực phẩm – Tập 5, – Truyền Nhiệt không ổn định”, Nhà xuất Đại học Quốc gia Tp Hồ Chí Minh, 2004 [6] Phạm Văn Bôn, “Quá trình và Thiết bị Công nghệ Hoá học và Thực phẩm – Bài tập Truyền Nhiệt”, Nhà xuất Đại học Quốc gia Tp Hồ Chí Minh, 2004 [7] Trần Đức Ba, Phạm Văn Bôn, Trần Thu Hà, Hồ Đắc Lộc, Choumak I.G, Chepurhenco V.P., Parkhaladze E.G., “Công nghệ lạnh Nhiệt đới”, Nhà xuất Nông nghiệp, 1996 [8] Nguyễn Bin “Tính toán Quá trình & Thiết bị Công nghệ Hoá chất và Thực phẩm – Taäp 1&2” Nhaø xuaát baûn Khoa hoïc vaø Kyõ thuaät, Haø Noäi, 2004 [9] Nguyễn Bin “Các Quá trình & Thiết bị Công nghệ Hoá chất và Thực phẩm – Tập 1,2,3&4” Nhaø xuaát baûn Khoa hoïc vaø Kyõ Thuaät, Haø Noäi [10] Đào Văn Lượng, “Nhiệt Động Hóa Học”, Nhà xuất Khoa học và Kỹ thuật, Hà Nội, 2002 [11] Hồ Lê Viên, “Thiết kế và tính toán các chi tiết thiết bị hoá chất ”, Nhà xuất khoa học vaø Kyõ thuaät, 1978 [12] Trần Minh Tâm, “Các Quá trình Công nghệ Chế biến Nông sản Thực phẩm ”, Nhà xuaát baûn noâng nghieäp, 1998 [13] Nguyễn Văn Tiếp, Quách Đình, Ngô Mỹ Văn, “Kỹ thuật sản xuất đồ hộp, rau ”, Nhà xuaát baûn Thanh Nieân, 2000 [14] Nguyễn Đức Lợi, Phạm Văn Tùy, “Môi chất lạnh – Tính chất vật lý, an toàn, nhiệt động, bảng và đồ thị môi chất lạnh và chất tải lạnh”, Nhà xuất Giáo Dục, 1998 [15] Ñinh Vaên Thuaän, Voõ Chí Chính, “Heä Thoáng Maùy vaø Thieát Bò Laïnh”, Nhaø xuaát baûn Khoa hoïc vaø Kyõ thuaät”, 2006 [16] Tập thể tác giả, Bộ môn Máy và Thiết bị Trường Đại học Bách Khoa – Đại học Quốc gia Tp.HCM, “Bảng tra cứu – Quá trình Cơ học – Truyền nhiệt – Truyền khối ”, Nhà xuất Đại hoïc Quoác gia Tp Hoà Chí Minh, 2004 [17] Nguyễn Đức Lợi, “Hướng dẫn tính toán hệ thống lạnh”, Nhà xuất Khoa học và Kỹ thuaät”, 2005 SVTH : Ngoâ Laâm Tuaán Anh Trang 50 (51) Đồ án môn học Quá trình và Thiết bị Đề tài : Thiết kế thiết bị cô đặc nước cam [18] Hồ Lê Viên, “Cơ sở tính toán các máy hoá chất và thực phẩm”, Đại học Bách khoa Hà Noäi, 1997 [19] Trần Hùng Dũng, Nguyễn Văn Lục, Vũ Bá Minh, Hoàng Minh Nam, “Các quá trình và thiết bị Công nghệ Hoá chất và Thực phẩm – Tập : Các quá trình Cơ học – Quyển : Phân riêng khí động, lực ly tâm, bơm quạt, máy nén, tính hệ thống đường ống”, Nhà xuất Đại học Quốc gia Tp Hồ Chí Minh, 2005 [20] Bộ Y tế – Viện Dinh dưỡng, “Bảng nhu cầu Dinh dưỡng khuyến nghị cho người Việt Nam”, Nhaø xuaát baûn Y hoïc, 2005 [21] Nguyễn Văn Lụa, “Các quá trình và thiết bị công nghệ hoá học và thực phẩm, Tập - Các quá trình và thiết bị học, Quyển : Khuấy - Lắng Lọc ”, Nhà xuất Đại học Quốc gia Tp Hoà Chí Minh, 2005 Taøi lieäu tham khaûo Internet SVTH : Ngoâ Laâm Tuaán Anh Trang 51 (52)