Thiết kế hệ thống cô đặc gián đoạn 1 nồi dung dịch nước khóm.

Đồ Án Kỹ thuật Thực phẩm Dũng GVHD: Đoàn Anh LỜI NĨI ĐẦU Theo chương trình đào tạo ngành cơng nghệ thực phẩm, sinh viên thực niên luận kỹ thuật sở vào học kỳ gần cuối chương trình học Việc thực niên luận nhằm giúp cho 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 đả học môn sở Được hướng dẩn thầy Đoàn Anh Dũng, em thực niên luận với đề tài : Thiết kế hệ thống cô đặc gián đoạn nồi dung dịch nước khóm Tuy có nhiều cố gắng việc thực đồ án, với kiến thức hạn chế, đồ án nhiều thiếu sót khơng mong muốn Em mong nhận đóng góp thầy bạn ngành công nghệ thực phẩm để rút kinh nghiệm đồ án thành công đồ án Cuối em xin chân thành cảm ơn thầy cô môn công nghệ thực phẩm tạo điều kiện cho em thực đồ án Em xin cám ơn giúp đỡ tận tình Thầy Dũng suốt thời gian thực đồ án Bên cạnh đó, anh chị ngành bạn học lớp giúp đỡ em nhiều, xin cám ơn bạn… !!!! Trang Đồ Án Kỹ thuật Thực phẩm Dũng GVHD: Đoàn Anh MỤC LỤC LỜI CẢM TẠ MỤC LỤC CHƯƠNG I GIỚI THIỆU 1.1 Tổng quan nguyên liệu 1.2 Quá trình cô đặc 1.2.1 Khái niệm .5 1.2.2 Thiết bị cô đặc 1.2.2.1 Các loại thiết bị cô đặc 1.2.2.2 Yêu cầu chung thiết bị cô đặc .6 1.3 Sơ đồ hệ thống cô đặc nồi CHƯƠNG II XÁC ĐỊNH KÍCH THƯỚC THIẾT BỊ CHÍNH 2.1 Cân vật liệu .9 2.1.1 Lượng thứ bốc lên hệ thống 2.1.2 Lượng dung dịch sau cô đặc 2.2 Cân nhiệt lượng cho toàn hệ thống 2.2.1 Chia nồng độ dung dịch .9 2.2.2 Xác định áp suất nhiệt độ 10 2.2.3 Xác định nhiệt tổn thất .11 2.2.3.1 Tổn thất nhiệt nồng độ tăng cao 11 2.2.3.2 Tổn thất nhiệt áp suất thủy tĩnh  ' .12 2.2.3.3 Tổn thất nhiệt độ trở lực thủy học đường ống 14 2.2.3.4 Tổn thất chung cho toàn hệ thống cô đặc 14 2.2.4 Hiệu số nhiệt độ hữu ích nhiệt độ sôi 14 2.2.4.1 Nhiệt độ sôi dung dịch 14 2.2.4.2 Hiệu số nhiệt độ hữu ích 14 2.3 Tính bề mặt truyền nhiệt buồng đốt 14 2.3.1 Tính nhiệt lượng đốt cung cấp 15 2.3.1.1 Tính lượng đốt 15 2.3.1.2 Phương trình cân nhiệt lượng .15 2.3.2 Hệ số truyền nhiệt K 16 2.3.2.1 Tính tổng nhiệt trở 17 2.3.2.2 Tính hệ số cấp nhiệt ngưng tụ 17 2.3.2.3 Tính hệ số cấp nhiệt chất lỏng sôi 18 2.3.2.4 Tính nhiệt tải riêng 19 2.3.3 Bề mặt truyền nhiệt F 21 2.4 Kích thước buồng bốc buồng đốt 22 2.4.1 Kích thước buồng bốc 22 2.4.2 Kích thước buồng đốt 23 2.4.2.1 Đường kính ống dẫn đốt 23 2.4.2.2 Xác định số ống truyền nhiệt 23 2.4.2.3 Đường kính ống tuần hoàn trung tâm 24 2.4.2.4 Diện tích ống tuần hồn trung tâm 25 2.4.2.5 Đường kính buồng đốt 25 Trang Đồ Án Kỹ thuật Thực phẩm Dũng GVHD: Đồn Anh 2.5 Tính đường kính ống dẫn 25 2.5.1 Ống nhập liệu .26 2.5.2 Ống tháo sản phẩm .26 2.5.3 Ống dẫn thứ 27 2.5.4 Ống tháo nước ngưng 27 CHƯƠNG III TÍNH THIẾT BỊ NGƯNG TỤ CHÂN CAO BAROMET 28 3.1 Giới thiệu 28 3.1.1 Sơ lược thiết bị ngưng tụ chân cao baromet 28 3.1.2 Cấu tạo .28 3.1.3 Nguyên tắc 28 3.2 Lượng nước lạnh cần thiết để ngưng tụ 28 3.3 Thể tích khơng khí khí khơng ngưng cần hút khỏi thiết bị ngưng tụ .29 3.4 Các kích thước chủ yếu thiết bị ngưng tụ 30 3.4.1 Đường kính thiết bị ngưng tụ baromet 30 3.4.2 Kích thước ngăn 30 3.4.3 Chiều cao thiết bị ngưng tụ 31 3.4.4 Kích thước ống baromet .32 3.4.4.1 Đường kính ống baromet .32 3.4.4.2 Chiều cao ống baromet 32 3.4.5 Đường kính cửa vào thiết bị baromet 33 CHƯƠNG IV TÍNH CƠ KHÍ 36 4.1 Bề dày buồng đốt .36 4.2 Bề dày buồng bốc .38 4.3 Nắp thiết bị .39 4.4 Đáy thiết bị .39 4.5 Mặt bích 39 4.6 Bề dày vĩ ống 40 4.7 Tính khối lượng cuả phận thiết bị khác 41 4.7.1 Khối lượng thân buồng đốt 41 4.7.2 Khối lượng buồng bốc 41 4.7.3 Khối lượng hình nón 42 4.7.4 Khối lượng dung dich buồng đốt 42 4.7.5 Khối lượng hai vĩ ống buồng đốt 42 4.7.6 Khối lượng nước ngưng tụ 42 4.7.7 Khối lượng buồng bốc 43 4.7.7.1 Khối lượng thân buồng bốc .43 4.7.7.2 Khối lượng nắp buồng bốc 43 4.7.7.3 Khối lượng thứ 43 4.7.7.4 Khối lượng toàn thiết bị 43 4.8 Một số chi tiết khác 44 4.8.1 Chọn cửa vào vệ sinh cửa sữa chữa cửa có đường kính 500mm 44 4.8.2 Kính quan sát .44 4.8.3 Đệm làm kính .44 4.8.4 Nồi cô đặc làm việc nhiệt độ cao 44 TÀI LIỆU THAM KHẢO 45 Trang Đồ Án Kỹ thuật Thực phẩm Dũng GVHD: Đoàn Anh CHƯƠNG I GIỚI THIỆU 1.1.Tổng quan nguyên liệu: Dứa hay thơm hay khóm, tên khoa học Ananas comosus, loại nhiệt đới trồng chủ yếu châu Mỹ La – Tinh, nhiều Brazil Sau tìm châu Mỹ, khóm đem trồng hầu nhiệt đới số nước Á nhiệt đới có mùa đơng ấm HaWai (chiếm 33% sản lượng giới), Thái Lan (16%), Brazil (9%), Đài Loan… Cây khóm phát vào năm 1943 ông Chritophe Colomb đồng đội đổ xuống đảo Guadeloupe Thái Bình Dương Đến kỷ XVI, khóm trồng rộng rãi nhiều nước phát triển khóm gắn liền vớ phát triển ngành hàng hải người Tây Ban Nha Bồ Đào Nha Ở Việt Nam, đến cuối năm 1989 có 35.338 trồng khóm, miền Bắc có 6.482 ha, miền Nam có 28.856 Vùng ĐBSCL có diện tích dứa lớn, chiếm 72,45% diện tích trồng dứa nước Riêng Kiên Giang có 13.000 ha, chiếm 36,8% diện tích (Đường Hồng Dật, 2003) Khóm loại đứng số ba loại chủ lực: khóm, cam, chuối nước ta Khóm khơng trồng sử dụng rộng rãi Việt Nam mà phổ biến giới (Bartholomew et al., 2003) Hơn 70% sản lượng khóm sau thu hoạch nơi giới sử sụng để ăn tươi, phần lại sử dụng chế biến sản phẩm xuất khẩu.Xuát đến 7% tỷ trọng quốc doanh khóm thích hợp với điều kiện nhiệt độ ẩm độ cao, sợ rét sương muối Trong điều kiện thích hợp sinh trưởng quanh năm Khóm loại ăn không đất (Chan et al.,2003).Ở đồng sông cửu long, khóm tiên phong mở đường cho loại hoa màu trồng khác mía, chuối, cam, đậu,…Trên đất phèn Mặt khác, khóm cịn có ưu điểm:  Cây khóm sợi có hợp chất Saponin chống cháy  Khóm có tính giải khát, khóm làm thể chống béo, béo phì  Rễ khóm cịn có tác dụng lợi niệu cao lưu truyền dân gian vị thuốc dùng để chữa bệnh sỏi đường tiết niệu  Khóm cịn thực phẩm dễ chế biến, xào nấu bữa ăn chua  Lá khóm dùng để lấy sợi (lá có – 2,5% cellulose) sử dụng công nghiệp dệt  Thân khóm chứa 12,5% tinh bột, nguyên liệu dùng để lên men, chuyển hóa thành mơi trường ni cấy nấm Vi Khuẩn Trang Đồ Án Kỹ thuật Thực phẩm Dũng GVHD: Đồn Anh  Trong khóm cịn có enzyme bromelin loại enzyme giúp tiêu hóa tốt Người ta biết chiết xuất tinh chế thành chế phẩm bromelin dùng công nghiệp thực phẩm, thuộc da, vật liệu làm phim Sản Phẩm phụ cơng nghiệp chế biến khóm dùng làm ngun lieu lên men để chế biến thành thức ăn gia súc * Khóm chia làm nhóm có nhóm là: nhóm Cayenn, nhóm Queen, nhóm Spanish + Nhóm Cayenn: Quả có dạng hình trụ, mắt nơng Quả bình thường nặng 1,2-2 kg, thích hợp cho chế biến làm đồ hộp, chứa nhiều nước vỏ mỏng + Nhóm Queen: Quả có nhiều mắt, mắt nhỏ, lồi cứng nên dễ vận chuyển Thịt vàng, nước, màu sắc vị thơm hấp dẫn Quả bé, khối lượng trug bình 500-700 g/trái + Nhóm Spanish: Quả ngắn, kích thước to nhóm Queen Khối lượng xấp xỉ kg Hình dạng cân đối hình trụ Thịt vàng trắng không đều, mắt sâu, vị chua (Đường Hồng Dật, 2003) Bảng : Thành phần hóa học khóm Thành phần Tỷ lệ Nước 86 % Đường 9.85 % Protein 0.54% Béo 0.12% Carbohydrate 13.12 % Chất tro 0.14 % Chất xơ 1.4 VitaminC 36.2 mg% Vitamin B1 0.079 mg% Vitamin B2 0.031 mg% Niacin 0.489mg% Axit Pentotenic 0.20g% (Nguồn:http://ndb.nal.usda.gov/ndb/foods/show/2441) 1.2 Q trình đặc Trang Đồ Án Kỹ thuật Thực phẩm Dũng GVHD: Đoàn Anh 1.2.1 Khái niệm Cơ đặc q trình làm tăng nồng độ chất rắn hòa tan dung dịch cách tách bớt phần dung môi qua dạng Q trình đặc thường tiến hành trạng thái sôi, nghĩa áp suất riêng phần dung môi mặt dung dịch áp suất làm việc thiết bị Q trình đặc tiến hành áp suất khác Khi làm việc áp suất thường (áp suất khí quyển) ta dùng thiết bị hở, làm việc áp suất khác ta dùng thiết bị kín Q trình đặc làm việc gián đoạn hay liên tục, tiến hành hệ thống đặc nồi hệ thống đặc nhiều nồi Q trình cô đặc sử dụng phổ biến công nghiệp hóa chất thực phẩm với mục đích: ─ Làm tăng nồng độ dung dịch loãng ─ Tách chất rắn hòa tan dạng tinh thể (kết tinh) ─ Thu dung môi dạng nước nguyên chất (cất nước) 1.2.2 Thiết bị cô đặc 1.2.2.1 Các loại thiết bị cô đặc Người ta thường phân loại thiết bị cô đặc theo cách sau: ─ Theo bố trí bề mặt đun nóng: nằm ngang, thẳng đứng, nghiêng ─ Theo chất tải nhiệt: đun nóng (hơi nước bão hịa, q nhiệt), khói lị, chất tải nhiệt có nhiệt độ cao (dầu, nước có áp suất cao ), dòng điện ─ Theo chế độ tuần hoàn: tuần hoàn tự nhiên, tuần hoàn cưỡng ─ Theo cấu tạo bề mặt đun nóng: vỏ bọc ngồi, ống xoắn, ống chùm Trong cơng nghiệp hóa chất thường dùng thiết bị đặc đun nóng hơi, loại bao gồm phần sau: ─ Phòng đốt – bề mặt truyền nhiệt ─ Phòng phân ly – khoảng trống để tách thứ khỏi dung dịch ─ Bộ phận tách bọt – dùng để tách giọt lỏng thứ mang theo Một số loại thiết bị cô đặc chủ yếu: ─ Thiết bị đặc có ống tuần hồn trung tâm ─ Thiết bị đặc phịng đốt treo ─ Thiết bị đặc loại phịng đốt ngồi ─ Thiết bị đặc loại có tuần hồn cưỡng ─ Thiết bị cô đặc loại màng ─ Thiết bị cô đặc có vành dẫn chất lỏng ─ Thiết bị đặc loại roto 1.2.2.2 Yêu cầu chung thiết bị cô đặc Trang Đồ Án Kỹ thuật Thực phẩm Dũng GVHD: Đồn Anh Thích ứng tính chất đặc biệt dung dịch cần cô đặc độ nhớt cao, khả tạo bọt lớn Có hệ số truyền nhiệt lớn, nồng độ tăng hệ số truyền nhiệt giảm Tách ly thứ cấp tốt, đảm bảo thứ cấp ngưng tụ, lấy nhiệt cho cấp cô đặc Hơi đốt thứ cấp làm đốt đảm bảo phân bố không gian bên ống dàn ống Đảm bảo tách khí khơng ngưng cịn lại sau ngưng tụ đốt Dễ dàng cho việc làm bề mặt bên ống dung dịch bốc bên ống bẩn bề mặt bên ống (tạo cặn) Giá thành rẻ, dễ dàng chế tạo Thiết bị đặc tuần hồn trung tâm buồng đốt có ống tuần hồn trung tâm: Mơ tả thiết bị: Cấu tạo: Có phần gồm buồng đốt buồng bốc dính liền Phần thiết bị buồng đốt gồm có ống truyền nhiệt tâm có ống tuần hồn tương đối lớn Dung dịch bên ống Hơi đốt vào khoảng trống phía ngối ống Phía buồng đốt buồng bốc dùng để tách thư khỏi hổn hợp lỏng Trong buồng bốc cịn có phận tách bọt dùng để tách giọt lỏng thứ mang theo Ưu Nhược điểm: - Cấu tạo đơn giản, dễ sữa chữa làm - Thuận tiện quan sát, lắp ráp thay sửa chửa - Có thể đặc dung dịch có độ nhớt lớn, dung dịch có nhiều váng cặn Tuy nhiên, Tốc độ tuần hồn cịn bé nên hệ số truyền nhiệt “K” thấp Nguyên tắc làm việc: Dung dịch từ thùng (1) bơm lên thùng (3), sau chảy qua lưu lượng kế (4) vào thiết bị đun nóng (5) dung dịch đun nóng đến nhiệt độ sôi, vào thiết bị cô đặc (6) thực q trình bốc Hơi thứ khí khơng ngưng phía thiết bị đặc thiết bị ngưng tụ Trong thiết bị ngưng tụ (7), nước lạnh phun từ xuống, thứ ngưng tụ lại thành lỏng chảy ngồi, cịn khí khơng ngưng qua thiết bị phân ly bọt (8) vào bơm hút chân không Dung dịch sau đặc lấy phía thiết bị vào thùng chứa sản phẩm Trang Đồ Án Kỹ thuật Thực phẩm Dũng GVHD: Đồn Anh 1.3 Sơ đồ hệ thống đặc nồi Khí khô ng ngưn g Hơi Hơi đốt Nước ngưng Nước ngưng Hình: Sơ đồ hệ thống cô đặc nồi Thùng chứa dung dịch Bơm dung dịch đầu Thùng cao vị Lưu lượng kế Thiết bị đung nóng Thiết bị cô đặc Bơm sản phẩm Thùng chứa sản phẩm Thiết bị ngưng tụ chân cao 10 Bộ phận phân ly bọt 11 Ống baromet 12 Thùng chứa nước ngưng 13 Ống chảy tràn Trang 11 Đồ Án Kỹ thuật Thực phẩm Dũng GVHD: Đồn Anh CHƯƠNG II XÁC ĐỊNH KÍCH THƯỚC THIẾT BỊ CHÍNH 2.1 Cân vật liệu 2.1.1 Lượng thứ bốc lên hệ thống W Gd = 1400kg Cô đặc Gc Xc = 50% Xd = 20% � Xd � W  Gd �� 1 � � Xc � Trong đó: W: lượng thứ bốc lên hệ thống cô đặc (kg/mẻ/h) Gd: lượng dung dịch ban đầu (kg/mẻ/h) xd, xc: nồng độ đầu cuối dung dịch (%khối lượng) � 0, � � 840 kg/mẻ/h � 0,5 � 1 Vậy: W  1400 �� 2.1.2 Lượng dung dịch sau cô đặc Gọi Gc lượng dung dịch sau đặc Phương trình cân chất rắn hòa tan Gd �xd  Gc �xc Gc  Gd �xd xc Gc  1400 �0,  560 kg/mẻ/h 0,5 2.2 Cân nhiệt lượng cho toàn hệ thống Chọn áp suất đốt P  0, 071MPa  0, 721at Suy áp suất tuyệt đối đốt P   0,721  1, 721at Nhiệt độ đốt: thd  115o C (tra bảng II-7_trang 39_sổ tay thiết kế_Phan Văn Thơm) 2.2.1 Chia nồng độ dung dịch từ xd = 20% đến xc = 50% thành khoảng nồng độ Do lượng nhập liệu ban đầu lớn nên ta tiến hành nhập liệu theo đợt sau: 40%, 25%, 15%, 10%, 7%, 3% Trong khoảng nồng độ 20% - 25% Trang Đồ Án Kỹ thuật Thực phẩm Dũng GVHD: Đoàn Anh Gd  1400 �40%  560kg Lượng nước � xd � � 0, 20 � W1  Gd ��  � 560 �� 1 � 112kg � 0, 25 � � xc � Lượng dung dịch lại sau cô đặc đến nồng độ 25% Gc1  Gd �xd 560 �0,   448kg xc 0, 25 Sau nhập liệu tiếp 25% Gd, lượng dung dịch nồi Gd  448  (1400 �25%)  798kg Nồng độ dung dịch lúc x2   0, 25 �448    0, �350  798  22,80% Lượng nước cô đặc đến nồng độ 30% � 0, 2280 � � 0, 228 � W2  Gd �� 1  798 �� 1 � � 191,52kg � 0,30 � � 0,3 � Lượng dung dịch cịn lại đặc đến nồng độ 30% 0, 228 Gc  798 �  606, 48kg 0,3 Tính tốn tương tự cho khoảng nồng độ lại ta kết sau: Khoảng nồng độ (%) Lượng thêm vào (kg) Gd (kg) Gc (kg) W (kg) Nồng độ trung bình (%) 20 – 25 560 560 448 112 22,5 22,80 – 30 350 798 606,48 191,52 26,25 28,15 – 35 210 816,48 656,68 159,80 31,56 33,80 – 40 140 796,68 673,19 123,49 36,90 39,21 – 45 98 771,19 671,96 99,23 42,11 44,66 – 50 42 713,96 637,71 76,25 47,33 2.2.2 Xác định áp suất nhiệt độ Chọn áp suất ngưng tụ 650mmHg Vậy áp suất ngưng tụ tuyệt đối Pngt   650  0,11637at 735, (Tra bảng II-7_trang 39_sổ tay thiết kế_Phan Văn Thơm) ta nhiệt độ ngưng tụ tngt  48,32 oC Ta có nhiệt độ thứ nhiệt độ ngưng tụ +(1÷2oC) tht  48,32  1, 68  50 oC (Tra bảng II-7_trang 39_sổ tay thiết kế_Phan Văn Thơm) ta áp suất thứ Trang 10 Đồ Án Kỹ thuật Thực phẩm Dũng GVHD: Đoàn Anh a1 = 220mm, a2 = 260mm, a3 = 320mm, a4 = 360mm, a5 = 390mm  Thực tế Hng tính sau: H ng  a  a1  a2  a3  a4  a5  (n. )  P  h  H Trong đó: (Tra bảng VI-8_trang 82_sổ tay tập 2) ta thông số sau: a: Khoảng cách từ ngăn đến nắp thiết bị: a = 1300mm n: số ngăn: n = δ: chiều dài ngăn: δ = 5mm S: chiều dày thành thiết bị S = 5mm P: khoảng cách từ ngăn cuối đến đáy thiết bị P = 1200mm Với đường kính Dba = 500mm (tra bảng XIII-21_trang 394_sổ tay tập 2) Ta được: H: chiều dày đáy nón H = 453mm h: chiều cao gờ đáy nón h = 40mm Vậy: H ng  1300  220  260  320  360  390  (4 �5)  1200  40  453  4563mm  4,563m Chọn Hng = 4,6m = 4600mm 3.4.4 Kích thước ống baromet Thiết bị ngưng tụ baromet thường làm việc áp suất chân không 0,1 0,2 at Do để đảm bảo thiết bị làm việc bình thường, cần phải tháo hỗn hợp nước lạnh nước ngưng tụ ống baromet 3.4.4.1 Đường kính ống baromet dba  0, 004(Gn  W) (m) 3,14. (Công thức III-40_trang 124_sổ tay thiết kế_Phan Văn Thơm) Với: Gn: lượng nước lạnh tưới vào tháp (kg/s) Gn = 11,213kg/s W: lượng ngưng tụ (kg/s) W = 0,0532kg/s  : tốc độ hỗn hợp nước lạnh nước ngưng chảy ống baromet Chọn  = 0,5m/s dba  0, 004 �(11, 213  0, 0532)  0,169m 3,14 �0,5 Để phù hợp với đường kính thiết bị ngưng tụ, tra bảng VI-8_trang 88_sổ tay tập chọn đường kính ống baromet dba = 125mm 3.4.4.2 Chiều cao ống baromet Chiều cao ống baromet xác định theo công thức sau H ba  h1  h2  0,5 Trang 32 Đồ Án Kỹ thuật Thực phẩm Dũng GVHD: Đồn Anh Trong đó: h1: chiều cao cột nước ống baromet cân với hiệu số áp suất khí áp suất thiết bị ngưng tụ (m) h1  10,33 P P b 760  88, 4412  10,33 kq ngt  10,33 �  9,128m 760 760 760 Với b: độ chân không thiết bị ngưng tụ (mmHg) h2: chiều cao cột nước ống baromet cần để khắc phục toàn trở lực nước chảy ống h2  H � 2 � 1,5   ba � � 2.g � d � Hba: toàn chiều cao ống baromet (m)  : hệ số trở lực ma sát nước chảy ống,   f (Re) Thường lấy   0, 02 �0, 035 Trong trường hợp chọn   0, 03  : tốc độ hỗn hợp nước lạnh nước ngưng chảy ống baromet, chọn:  = 0,6m/s d: đường kính ống baromet g: gia tốc trọng trường, g = 9,81m2/s Vậy: h2  H � 0, � 1,5  0, 02 � ba � � �9,81 � 0, 25 � h2 = 1,467.10-4 Hba + 0,027 Thế h2 vào phương trình: Hba = h1 + h2 + 0,5 Do H ba  9,128  (1, 467.104.H ba  0, 027)  0,5 H ba = 9,66m - Chọn chuẩn chiều cao ống baromet Hba = 11m để ngăn ngừa nước dâng lên ống chảy tràn vào đường ống dẫn áp suất khí tăng, trường hợp mực nước 10,33m 3.4.5 Đường kính cửa vào thiết bị baromet Tra bảng VI-8_trang 88_ sổ tay tập ta được: Chọn chuẩn theo đường kính thiết bị: + Hơi vào: d1 = 300mm + Nước vào: d2 = 100mm + Hỗn hợp khí ra: d3 = 80mm + Nối với ống baromet: d4 = 125mm + Hỗn hợp khí nước vào thiết bị thu hồi: d5 = 80mm + Hỗn hợp khí nước khỏi thiết bị thu hồi: d6 = 50mm + Nối từ thiết bị thu hồi đến ống baromet: d7 = 50mm Trang 33 Đồ Án Kỹ thuật Thực phẩm Dũng GVHD: Đoàn Anh Hng Dba htb b b Thiết bị ngưng tụ chân cao baromet Thiết bị ngưng tụ Tấm ngăn Ống baromet dba hba Gờ chảy tràn Lỗ ngăn BẢNG TỔNG KẾT THIẾT BỊ NGƯNG TỤ BAROMET Những kích thước thiết bị ngưng tụ baromet (Bảng VI.8 – Trang 88 – sổ tay trình thiết bị – Tập 2)  Chiều dày thành thiết bị: S = 5mm  Đường kính thiết bị ngưng tụ: Trang 34 Dba = 500mm Đồ Án Kỹ thuật Thực phẩm Dũng GVHD: Đoàn Anh  Chiều cao thiết bị ngưng tụ: H ng = 4m  Khoảng cách từ ngăn đến nắp thiết bị: a = 1300mm  Khoảng cách từ ngăn cuối đến đáy thiết bị: P = 1200mm  Bề rộng ngăn: b = 300mm  Chiều cao gờ cạnh ngăn: h = 40mm  Chiều dày ngăn:  n = 5mm  Khoảng cách ngăn:  a = 220mm  a = 260mm  a = 320mm  a = 360mm  a = 390mm  Khoảng cách tâm thiết bị ngưng tụ thiết bị thu hồi: K1 = 675mm  Đường kính thiết bị thu hồi: D = 400mm  Chiều rộng toàn hệ thống thiết bị: T = 1300mm  Chiều cao ống baromet: h ba = 11m  Đường kính ống baromet: d ba = 125mm  Đường kính cửa vào  Hơi vào d = 300mm  Nước vào d = 100mm  Hỗn hợp khí d = 80mm  Ống nối với baromet d = 125mm  Hỗn hợp khí vào thiết bị thu hồi d5 = 80mm  Hỗn hợp khí khỏi thiết bị ngưng tụ d6 = 50mm  Nối từ thiết bị thu hồi đến ống baromet d7 = 50mm Trang 35 Đồ Án Kỹ thuật Thực phẩm Dũng GVHD: Đồn Anh CHƯƠNG IV: TÍNH CƠ KHÍ  4.1 Bề dày buồng đốt - Thân hình trụ phận chủ yếu để tạo thành thiết bị Ở ta chọn vật liệu thép CT3 - Chiều dày thân hình trụ hàn: S Dt P  C (m) (2.  )  P (Công thức XIII-8_trang 350_sổ tay tập 2) Trong đó:  Dt: đường kính buồng đốt (m)  φ: hệ số bền thành hình trụ theo phương dọc  C: hệ số bổ sung ăn mòn, bào mòn dung sai chiều dày (m)  P: áp suất thiết bị (N/m2) P = Phđ + Ptt = 168830,1 + 9,4512 = 168839,552N/m2  σ: ứng suất Vật liệu thép CT3 có: σk = 380.106N/m2 σc = 240.106N/m2 (Bảng XII-4_trang 309_sổ tay tập 2) Ứng suất cho phép thép CT3 theo giới hạn bền xác định theo công thức XIII-1 bảng XII-3_trang 356_sổ tay tập Trang 36 Đồ Án Kỹ thuật Thực phẩm Dũng GVHD: Đoàn Anh  k [σk] = n * k Ứng suất cho phép thép CT theo giới hạn chảy xác định theo công thức XIII-2 bảng XII-3_trang 356_sổ tay tập  c [σc]= n * c Với : σk, σc: ứng suất cho phép nk, nc: hệ số an toàn bền nk = 2,6 nc = 1,5 (tra bảng XIII-3_trang 356_sổ tay tập ) - Thiết bị thuộc nhóm 2, loại II: η = (theo bảng XIII-2_trang 356_sổ tay tập 2) - Từ ta tính được: k  380.106 �1  146.106 N / m 2, c  240.106 �1  160.106 N / m 1,5 Trong giá trị ta lấy giá trị bé để tính tốn tiếp: Ta có: φh = 0,95 (tra bảng XIII-8_trang 362_sổ tay tập 2) (hàn dọc, hàn tay hồ quang điện, hàn giáp mối hai mặt) k 146.106   �0,95  821, 49  50 Do đó, ta bỏ qua đại lượng Vì: h P 168839,552 P mẫu số cơng thức chiều dày thân thiết bị tính cơng thức D P 1,3 �168839,552 S t C   C  7,912.104  C 2. h  �0,95 �146.10  Đại lượng bổ sung C phụ thuộc độ ăn mòn, độ bào mòn dung sai âm chiều dày xác định: C = C1 + C2 + C3, m Trong đó: - C1: bổ sung ăn mòn, xuất phát từ điều kiện ăn mòn vật liệu môi trường thời gian làm việc thiết bị (m) Đối với vật liệu bền (0,05 ÷ 0,1mm/năm) ta lấy C = 1mm (tính theo thời gian làm việc từ 15 ÷ 20 năm) - C2: đại lượng bổ sung ăn mòn Đa số trường hợp tính tốn thiết bị hóa chất bỏ qua C2 (C2 = 0) Trang 37 Đồ Án Kỹ thuật Thực phẩm Dũng GVHD: Đoàn Anh - C3: đại lượng bổ sung dung sai âm chiều dày, phụ thuộc vào chiều dày vật liệu C3 = 0,8 (tra bảng XIII-9_trang 364_sổ tay tập 2) Vậy: C = + + 0,8 = 1,8mm = 1,8.10-3m � S  7,912.104  1,8.103  2,591.103 m Chọn S = 4mm (lấy tròn S theo tiêu chuẩn loại thép)  Kiểm tra ứng suất thành theo áp suất thử (dùng nước) - Áp suất thử tính tốn P0 xác định sau: (Công thức XIII-27_trang 365_sổ tay tập 2) Trong đó: + Pth: Áp suất thủy lực (N/m2) P.10-6 = 0,168830N/m2 Є (0,07÷0,5) (bảng XIII-5_trang 358_sổ tay tập 2) Pth = 1,5.P = 1,5 �168830,1  253245,15 N / m + P1: áp suất thủy tĩnh nước (công thức XIII-10_trang 360_sổ tay tập 2) P1 = ρ1.g.H1 (N/m2) + g: gia tốc trọng trường, g = 9,81m/s2 + ρ: khối lượng riêng chất lỏng, ρ = 1192,6kg/m3 + H1: chiều cao cột chất lỏng H1 = 1,6 m P1  1192, �9,81�1,6  18719, 05 N / m2  P0 = 18719,05 + 253245,15 = 271964,2N/m2  Kiểm tra ứng suất thành theo áp suất thử công thức: � Dt   S  C  � Po  c 240.106 � �  �   200.106 N / m 2( S  C ).h 1, 1, ( Công thức XIII-26_trang 367_sổ tay tập2) Với: Dt = 1m S = 4mm = 4.10-3m C = 1,8.10-3m φ = 0,95 P0 = 271964,2 �   4.103  1,8.103  � � ��271964,  65, 21.106  200.106 N / m2  � 4.103  1,8.103  �0,95 Vậy ta chọn chiều dày thân thiết bị 4mm hợp lí 4.2 Bề dày buồng bốc Trang 38 Đồ Án Kỹ thuật Thực phẩm Dũng GVHD: Đoàn Anh - Đối với thiết bị thành mỏng làm việc chịu áp suất ngồi hay chân khơng thành bị nén vào bên Để tránh tượng ta cần gia cơng dạng hình trụ thật xác H �8 Dt - Thiết bị làm việc chịu áp suất ứng điều kiện sau: � 0,4 �P H � Mặt khác: � nt � �0,523 (công thức XIII-31_trang 371_sổ tay tập 2) �E Dt � Trong đó: Pn áp suất ngồi (N/m2) Pn = Pkq = 101325N/m2 Et: môđun đàn hồi nhiệt độ t thành (t = 48,32oC) 0,4 �101325 2,1 � � �  3, 488.103  0,523 � 185.10 1, � � Vậy thỏa mãn hai điều kiện nên ta tính bề dày buồng bốc theo công thức sau: 0,4 �P L � S  1, 25.D � nt �  C   1, 25 �1, �3, 488.10 3   1,8.10 3  8, 776.10 3 m �E D � Vậy chiều dày thân buồng bốc 9mm 4.3 Nắp thiết bị - Chọn nắp elip có gờ, vật liệu thép CT3 - Ta có đường kính buồng bốc Db = 1,6m =1600mm  Tra bảng XIII-11_trang 384_sổ tay tập 2, ta được: + Chiều dày S = 8mm; hb = 400mm + Chiều cao gờ h = 25mm + Khối lượng nắp mn = 137kg 4.4 Đáy thiết bị - Chọn đáy nón có gờ, vật liệu thép CT3, góc đáy 900 - Ta có đường kính thân buồng đốt Dtbd = 1m = 1000mm Tra bảng XIII-22_trang 396_sổ tay tập 2, ta được: + Chiều dày S = 10mm; H = 731mm + Chiều cao gờ h = 40mm Dt + d = 49,5mm + Khối lượng đáy md = 180kg h H R 45o Trang 39 d Đồ Án Kỹ thuật Thực phẩm Dũng GVHD: Đoàn Anh 4.5 Xác định chi tiết mối ghép bích - Mặt bích phận quan trọng dùng để nối phần thiết bị, nối phận khác thiết bị - Chọn bích liền thép CT3 để nối thiết bị - Ta chọn mặt bích kiểu để nối thân thiết bị với nắp đáy Dựa vào áp suất làm việc đường kính thiết bị, ứng với kích thước buồng đốt buồng bốc chọn kích thước mặt bích sau: (bảng XIII-27_trang 417_sổ tay tập 2) Áp Dt (mm) suất làm việc P.106 (N/m2) 0,3 Kích thước (mm) D Db Dt D0 Bích Bulơng db Z (cái) Kiểu H (mm) 1000 1140 1090 1060 1013 M20 28 25 1600 1740 1690 1660 1613 M20 32 25 Trong đó: D: đường kính bích Trang 40 Đồ Án Kỹ thuật Thực phẩm Dũng GVHD: Đoàn Anh Db: đường kính bulơng Dt: đường kính vịng đệm D0: đường phơi db: đường kính bulơng Z: số bulơng 4.6 Bề dày vĩ ống - Buồng đốt có vĩ ống, chọn vật liệu làm vĩ ống thép CT3 - Chọn phương pháp gắn ống truyền nhiệt vào vĩ ống phương pháp nong ống - Để đảm bảo tính chắn mối nong bề dày tối thiểu tính theo cơng thức: Smin = (dn/8) + (mm) (Cơng thức 8-129 tính tốn máy thiết bị hóa chất) Trong đó: Dng = 0,060325m = 60,325mm  Smin = (60,325/8) + = 12,541mm  Để giữ nguyên hình dạng vĩ ống sau nong, cần đảm bảo tiết diện dọc giới hạn hai thành lỗ gần fm phải lớn fmin (tiết diện nhỏ cho phép) Fmin = Sv.(t-dt )≥ fmin fmin: phụ thuộc vào đường kính ngồi ống theo cơng thức fmin = 5.d1 (Trang 228_tính tốn máy thiết bị hóa chất) Với: dt đường kính lỗ vĩ ống, dt = dng + = 60,325 + = 61,325mm t: bước ống (m) t = 1,2.dng = 1,2 x 60,325= 74,39mm  fmin = x 60,325 = 301,625mm f 301, 625 Sv �   23,086mm t  dt 74,39  61,325 Chọn bề dày vĩ ống Sv = 23mm 4.7.khối lượng phận thiết bị 4.7.1.Khối lượng thân buồng đốt 2 � �d ng � �dt �� H  (kg) mtbd =  � � � � �� � �2 � �2 �� � � Trong đó: dt: đường kính thân buồng đốt (m) dt = 1m dng: đường kính ngồi thân buồng đốt (m) d n  dt  2.   �0,005573  1, 011m ρ: khối lượng riêng thép (kg/m3) ρ = 7850kg/m3 Trang 41 Đồ Án Kỹ thuật Thực phẩm Dũng GVHD: Đoàn Anh (Tra bảng II-8_trang 41_sổ tay thiết kế_Phan văn thơm) H: chiều cao thân buồng đốt (m) H = 1m 2 � 1, 011 � �1 �� �  �  mtbd = � � � � ���1 �7850  136,315kg � � �2 �� � 4.7.2.khối lượng ống tuần hoàn ống truyền nhiệt: m0=n*π*[(dn/2)2-(dt/2)2]*H*ρ+π*[(dtht/2)2-(dtht/2)2+)]*H*ρ đó: n: số lượng ống truyền nhiệt :187 H:chiều cao ống truyền nhiệt :1m ρ:khố lượng riêng thép: 7850kg/m3 dn:đường kính ngồi ống truyền nhiệt: 42,164.10-3m dt:đường kính ống truyền nhiệt:35,052.10-3m dthn:đường kính ngồi ống tuần hồn: 289.10-3m dn:đường kính ống tuần hồn: 288.10-3m →m0=187.π.[(42,164.10-3/2)2-(35,052.10-3/2)2].1.7850+π.[(289*10-3/2)2(288.103/2)2)].1.7850=636,377kg 4.7.3Khối lượng đáy hình nón: Dựa vào dường kính buồng đốt D t=1000mm tra bảng XIII-22-trang 369 sổ tay tập 2- đáy có gờ, thép CT3, góc đáy 900C độ dày thiết bị δ=10mm md=97kg.Ta có: chiều cao gờ nón h=0,05m chiều cao đáy nón H=0,562m 4.7.4.Khối lượng dung dich buồng đốt: mdd=1400kg 4.7.5.Khối lượng vĩ ống buồng đốt: 2 � � �d ng � �Dv � �*  mv  * � *  * Sv  *  * n * Sd  ( Dth / 2) *  * Sth � � �2 � � � � � � � � � Trong đó: dn đường kính ngồi ống truyền nhiệt: 0.042164m Dv:đường kính vĩ ống:2m Sv: bề dày vĩ ống:0,023m Sd:bề dày ống truyền nhiệt: 0,005573m Sth:bề dày ống tuần hồn : 0,005573m Dth: đường kính ống tuần hoàn:0,289 n:tổng số ống truyền nhiệt:187 ống Trang 42 Đồ Án Kỹ thuật Thực phẩm Dũng GVHD: Đoàn Anh ρ:khối lượng riêng vật liệu làm vĩ ống:7850kg/m3 2 � � �2 � �0, 042164 � mv  * � � �*  * 0, 023  � �*  *187 * 0,005573  (0, 289 / 2) *  * 0, 005573�* 7850 �2 � � � � � =1105,28kg 4.7.6.khối lượng nước ngưng Chọn h=10cm=0,1m Tngt=thd=1150C Ρnước=947,05kg/m3 Dbuồng đốt=1m r=0.5 ta có Thể tích hình trụ: Vtru=π*r^2*h=3,14*0,52*0,1=0,0785m3 Khối lượng nước ngưng tụ: mngt=Vtru*ρ=0,0785*947,05=74,34(kg) khối lượng buồng đốt: Md=m1+m0+md+mv+mng=136,315+636,377+97+1400+1105,28+97,34=3472,312kg 4.7.7.Khối lượng buồng bốc 4.7.7.1.Khối lượng thân buồng bốc: 2 � �d n � �dt ��   H  mb = � � � � �� 2 � � � � � � Trong đó: dt: đường kính thân buồng bốc (m) dt=1,6m dng: đường kính ngồi thân buồng đốt (m) d n  d t  2.  1,6  �0, 005573  1, 61m ρ: khối lượng riêng thép ρ = 7850kg/m3 (Tra bảng II-8_trang 41_sổ tay thiết kế_Phan Văn Thơm) H: chiều cao thân buồng bốc, H = 2,1m  2 � 1, 61 � � 1, �� � mb =  �� � � � ���2,1 �7850  415,397 kg � � �2 �� � 4.7.7.2.Khối lượng nắp buồng bốc: Dựa vào đường kính buồng bốc D t=1,6m tra bảng XIII-11-trang 384-sổ tay tập 2- chọn nắp elip có gờ độ dày δ=8mm →khối lượng nắp mn=137kg 4.7.7.3.Khối lượng thứ: Ta có: tht=500C →ρ =0,083kg/m3 Trang 43 Đồ Án Kỹ thuật Thực phẩm Dũng GVHD: Đoàn Anh Q=W=0,212kg/s Db=1,6m Mà V=(4*Q)/(3,14* Db2)=(4*0,212)/(3,14*(1,6)^2=0,105m3 →khối lượng thứ : mht=V*ρ=0,105*0,083=0,0087kg Vậy khối lượng buồng bốc: mb=mb+mn+mht=415,397+137+0,0087=552,406kg 4.7.7.4.khối lượng toàn thiết bị: M=md+mb=3472,312+552,406=4024,718kg Trọng lượng cực đại thiết bị Gmax = M.9,81 = 4024,718 x 9,81 = 39482,484kg Tải trọng cho phép tác dụng lên tai treo: G = Gmax/4 = 39482,484 / = 9870,621 kg Chọn bề mặt đỡ bê tông Tra bảng XIII-34_trang 436  Tải trọng riêng trung bình lên bề mặt đở: q = 2.106N/m2 Diện tích đỡ là: F = Gmax/q = 39482,484/2.106 = 0,0197m2 = 197.10-4m2 Tra bảng XIII-36_trang 438_sổ tay tập Chọn loại tai treo thiết bị thẳng đứng có kích thước sau: Tải Bề mặt trọng đở F(m2) cho phép tai treo G, N Tải trọng L cho phép lên bề mặt đỡ q, N/m2 2,5.104 197.10-4 1,4.106 B B1 H S l a d 60 20 30 3,48 Mm 150 120 130 215 4.8 Một số chi tiết khác 4.8.1 Chọn cửa vào vệ sinh cửa sữa chữa cửa có đường kính 500mm - Tại ống dẫn chọn bulông M12 (TCVN) - Bulông ghép nắp vào thân M20, 32 - Bulông ghép đáy vào thân M20, 32 4.8.2 Kính quan sát Trang 44 Khối lượng tai treo (kg) Đồ Án Kỹ thuật Thực phẩm Dũng GVHD: Đoàn Anh Lắp ghép vào thiết bị kính thủy tinh dày 10mm, có đường kính 180mm Đặt kính hai mặt bích, kính dùng vít kiểu M10 để ghép vào thân thiết bị Để đảm bảo kín, hai mặt bích kính có lớp đệm amian dày 3mm 4.8.3 Đệm làm kính - Vật liệu làm đệm phải mềm vật liệu làm bích - Khi siết bulơng đệm bị biến dạng Chọn đệm phụ thuộc nhiệt độ, ánh sáng tính chất mơi trường - Đệm cần đảm bảo đủ độ dẻo, dễ bị biến dạng nén, thời gian làm việc độ dẻo không bị biến dạng, bền mơi trường ăn mịn Theo bảng VII-1_trang 190_sổ tay tập 2, chọn đệm carton amiăng phẳng, có chiều dày S = 3mm 4.8.4 Nồi đặc làm việc nhiệt độ cao Để đảm bảo cho công nhân làm việc không bị mệt, ngột ngạt nóng ta phải dùng chiết cách nhiệt amian vải amian sợi có hệ số dẫn nhiệt thấp Hệ số dẫn nhiệt chúng là: λ = 0,279W/m.độ λ = 0,1115W/m.độ Do đó, ta làm lớp cách nhiệt với chiều dày khoảng 100mm, để giữ nhiệt xung quanh khơng lớn 400C TÀI LIỆU THAM KHẢO Phạm Xuân Toản Các q 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 q 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.com Trang 45 Đồ Án Kỹ thuật Thực phẩm Dũng GVHD: Đoàn Anh Trang 46 ... nguyên lieu lên men để chế biến thành thức ăn gia súc * Khóm chia làm nhóm có nhóm là: nhóm Cayenn, nhóm Queen, nhóm Spanish + Nhóm Cayenn: Quả có dạng hình trụ, mắt nơng Quả bình thường nặng 1,2-2... XII-3_trang 356_sổ tay tập  c [σc]= n * c Với : σk, σc: ứng suất cho phép nk, nc: hệ số an toàn bền nk = 2,6 nc = 1,5 (tra bảng XIII-3_trang 356_sổ tay tập ) - Thiết bị thuộc nhóm 2, loại II: η... Đoàn Anh Thích ứng tính chất đặc biệt dung dịch cần cô đặc độ nhớt cao, khả tạo bọt lớn Có hệ số truyền nhiệt lớn, nồng độ tăng hệ số truyền nhiệt giảm Tách ly thứ cấp tốt, đảm bảo thứ cấp ngưng