Năng suất hơi: H2 = 200 (kg/h) [mục 6.1.17].
5.2.3 Công đoạn thanh trùng
Quá trình thanh trùng là quá trình trao đổi nhiệt xảy ra giữa bề mặt vật rắn và chất lỏng có nhiệt độ khác nhau tiếp xúc với nhau, nó bao gồm cả quá trình dẫn nhiệt và đối lƣu nhiệt. Ở đây là quá trình trao đổi nhiệt gián tiếp thông qua bề mặt trao đổi nhiệt là vật rắn (vỏ hộp đựng sản phẩm) gồm 3 giai đoạn:
5.2.3.1 Giai đoạn nâng nhiệt:
Quá trình này cần tính nhiệt lƣợng để cung cấp cho vỏ hộp và sản phẩm bên trong: Qnn = Q1 + Q2 +Q3
Nhiệt đun nóng bao bì sắt tây
Nhiệt đun nóng bao bì sắt tây: Q1 = G1 × C1 × (tc – t1) Trong đó:
- G1: khối lƣợng vỏ của bao bì cần đun nóng trong 10 phút với hộp số 8.
- C1: nhiệt dung riêng của bao bì sắt tây, C1 = 0,21 (kJ/kg.độ) [43].
Theo mục [4.5.13], có 3767 hộp/h hộp số 8 có thể tích sản phẩm là 330 ml, hộp số 8 là bao bì sắt tây nên có khối lƣợng riêng là 7,26 kg/m3 [44]. Thể tích của hộp là 353 ml [7; tr 410].
Vậy, khối lƣợng vỏ của bao bì là: G1 =
× 7,26 × × 3767 = 1,61 kg.
- t1: nhiệt độ ban đầu của của hộp sắt tây lấy bằng nhiệt độ sản phẩm sau khi rót trong hộp nhiệt độ 35 °C.
Vậy, nhiệt đun nóng bao bì sắt tây:
Q1 = G1 × C1 × (tc–t1) = 1,61 × 0,21 × (95 - 35) = 20,27 (kJ) Nhiệt đun nóng chất lỏng bên trong
Nhiệt đun nóng chất lỏng bên trong: Q2 = G2 × C2 × (tc – t2) Trong đó:
- G2: khối lƣợng sản phẩm đƣợc nâng nhiệt trong 10 phút với hộp số 8 Theo bảng 4.6, khối lƣợng sản phẩm là M11 = 1212,09 kg/h.
Vậy, khối lƣợng sản phẩm đƣợc nâng nhiệt trong 10 phút là G2 = 1212,09 ×
= 202,02 (kg)
- C2: nhiệt dung riêng của sản phẩm, C2 = 3,98 (kJ/kg.độ) [39].
- tc : nhiệt độ của quá trình nâng nhiệt lấy bằng nhiệt độ thanh trùng, tc = 95 °C.
- t2: nhiệt độ ban đầu của sản phẩm lấy bằng nhiệt độ sản phẩm sau khi rót trong hộp nhiệt độ 35 °C.
Vậy, nhiệt đun nóng chất lỏng bên trong:
Q2 = G2 × C2 × (tc – t2) = 202,02 × 3,98 × (95 - 35) = 48241,18 (kJ) Nhiệt tổn thất ra môi trƣờng
Nhiệt lƣợng tổn thất ra ngoài môi trƣờng: Q3 = F × T × × (tcm – tk) Trong đó:
- F: diện tích buồng gia nhiệt (m2)
Trong thiết bị thanh trùng chia làm 3 khoang: 3 khoang nâng nhiệt, 4 khoang giữ nhiệt và 3 khoang làm nguội. Một khoang có diện tích là:
F1 = 2,2 × 2,8 = 6,16 m2 [mục 6.1.14]
Vậy, 3 khoang nâng nhiệt có nhiệt tích là: F = 6,16 × 3 = 18,48 m2.
- T: thời gian nâng nhiệt: 10 phút
- tcm : nhiệt độ trung bình của thành thiết bị, tcm= 60°C
- : hệ số toả nhiệt ra môi trƣờng xung quanh,
= 9,3 + 0,058 × tcm = 9,3 + 0,058 × 60 = 12,78 (W/m2.°C). Vậy, nhiệt tổn thất ra môi trƣờng:
Q3 = F × T × × (tcm–tk) = 18,48 × × 60 × 12,78 × (60 – 23,5) = 8502278 (J) = 8502,28 (kJ)
Nhiệt cho giai đoạn nâng nhiệt:
Qnn = Q1 + Q2 + Q3 = 20,27 + 48241,18 + 8502,28 = 56763,73 (kJ) Chi phí hơi cho quá trình nâng nhiệt thanh trùng :
H3’ = = 24,97 kg
Với ẩn nhiệt hóa hơi ở 950C: rhh = 2273 (kJ/kg) [5, tr 312]. Lƣợng hơi tiêu tốn trong 1 giờ:
H3’’ = =
× 60 = 149,84 (kg/h)
5.2.3.2 Giai đoạn giữ nhiệt:
Trong quá trình giữ nhiệt, nhiệt độ thay đổi không đáng kể, chi phí nhiệt là lƣợng nhiệt cần bù đắp vào lƣợng nhiệt mất mát do tổn thất ra môi trƣờng xung quanh. Nhiệt tổn thất ra môi trƣờng xung quanh: Qm’ = F × × T × (tbm – tkk)
Trong đó:
- F: diện tích buồng thanh trùng.
- T: thời gian giữ nhiệt 15 phút.
- tbm : nhiệt độ của buồng giữ nhiệt, tbm = 950C.
- tkk: nhiệt độ môi trƣờng, tkk = 23,50C.
- : hệ số toả nhiệt ra môi trƣờng xung quanh
= 9,3 + 0,058 × tbm = 9,3 + 0,058 × 95= 14,81 (W/m2.0C ).
Qm’ = F × × T × (tbm – tkk) = (2,2 × 2,8 × 4) × 14,10 × 15 × 60 × (95 - 23,5) = 23482499 (J) = 23482,50 (kJ)
Chi phí hơi cho quá trình giữ nhiệt thanh trùng: H3* =
Lƣợng hơi tiêu tốn trong 1 giờ: H3’’’ = × 60 =
× 60 = 41,32 kg/h
5.2.3.3 Giai đoạn hạ nhiệt:
Nƣớc từ khu xử lý nƣớc đƣa qua đi hạ nhiệt sản phẩm. Vậy chi phí hơi cho quá trình thanh trùng là:
H3 = H3’’ + H3’’’ = 149,84 + 41,32 = 191,16 (kg/h)
Vậy, lƣợng hơi cần cung cấp cho dây chuyền sản xuất đồ hộp nƣớc cà chua: H = H1 + H2 + H3 = 303,37 + 200 + 191,16 = 694,53 (kg/h)
Vậy tổng lƣợng hơi sử dụng cho cả 2 dây chuyền là: D tổng = D + H = 1200,24 + 694,53 = 1894,77 (kg/h) Chọn nồi hơi ống lửa nằm ngang hiệu WNS2-1.25-Y(Q). Với thông số kỹ thuật [45]:
- Tiêu hao nhiên liệu: 129,6 kg/tấn hơi/h đối với nhiên liệu là dầu DO.
- Năng suất hơi: 2000 kg/h.
- Áp suất làm việc: 1,25 Mpa với nhiệt độ hơi bão hòa: 194 0
C.
- Cân nặng: 7,2 tấn
- Kích thƣớc (L x W x H): 4111 × 1950 × 2199 (mm).
Lƣợng hơi cần cung cấp cho tất cả các thiết bị: D tổng = 1894,77 kg/h.
Số liệu lƣợng hơi đƣợc sử dụng để chọn lò hơi đƣợc lấy từ lƣợng hơi tiêu thụ lý thuyết ở các thiết bị dùng hơi chứ không đƣợc lấy từ tổng lƣợng hơi cần dùng Dsum. Vậy số thiết bị
n =
= 0,95 nên chọn 1 nồi hơi. Bầu phân phối hơi: [9, tr 62]
Hơi từ nồi hơi vào tới phân xƣởng đƣợc đƣa tới bầu phân phối hơi trƣớc khi đi đến cấp hơi cho các thiết bị, nhóm thiết bị. Nếu thiết bị yêu cầu áp suất hơi thấp thì trên đƣờng nhánh này sẽ đặt thêm các van điều chỉnh.
Bầu phân phối hơi là một thép kín chịu áp lực cao, đƣờng kính 0,3 – 0.6 m, đƣợc gắn lên tƣờng hoặc trên giá đỡ có độ cao khoảng 1,5 m.
Chọn bầu phân phối có đƣờng kính 0,6 m, dài 2 m nằm trên giá đỡ cao 1,5 m. Lƣu ý về việc cấp và sử dụng hơi từ lò hơi hoặc từ bầu phân phối:
- Tuyệt đối không lấy hơi tắt ngày trên đƣờng ống chính khi chƣa qua bầu phân phối.
- Không đƣợc đƣa hơi vào thiết bị từ phía bên dƣới đi lên mà chỉ đƣợc đƣa từ trên xuống hoặc 2 bên thiết bị vào.
CHƢƠNG 6: TÍNH VÀ CHỌN THIẾT BỊ