Tài liệu Đồ án Kỹ thuật thực phẩm cô đặc cà chua với buồng đốt trong kiểu treo

Niên luận Kỹ thuật Thực Phẩm GVHD: Đoàn Anh Dũng MỤC LỤC MỤC LỤC.................................................................................................................................. I LỜI NÓI ĐẦU......................................................................................................................... IV LỜI CẢM ƠN........................................................................................................................... V CHƯƠNG I: GIỚI THIỆU.........................................................................................................1 1.1 Tổng quan về nguyên liệu................................................................................................1 1.2 Quá trình cô đặc:..............................................................................................................1 1.2.1 Khái niệm.................................................................................................................. 1 1.2.2 Thiết bị cô đặc...........................................................................................................2 1.2.2.1 Các loại thiết bị cô đặc.......................................................................................2 1.2.2.2 Yêu cầu chung đối với thiết bị cô đặc.................................................................2 1.3 Sơ đồ hệ thống cô đặc một nồi.........................................................................................3 Thuyết minh quy trình sản xuất..................................................................................................4 CHƯƠNG II: XÁC ĐỊNH KÍCH THƯỚC THIẾT BỊ CHÍNH.................................................5 2.1 Cân bằng vật liệu..............................................................................................................5 2.1.1 Lượng hơi thứ bốc lên trong hệ thống.......................................................................5 2.1.2 Lượng dung dịch sau khi cô đặc................................................................................5 2.2 Cân bằng nhiệt lượng cho toàn hệ thống..........................................................................5 2.2.1 Chia nồng độ dung dịch từ xd = 20% đến xc = 60% thành 8 khoảng nồng độ............5 2.2.2 Xác định áp suất và nhiệt độ......................................................................................6 2.2.3 Xác định nhiệt tổn thất..............................................................................................7 2.2.3.1 Tổn thất nhiệt do nồng độ tăng cao.....................................................................7 2.2.3.2 Tổn thất nhiệt do áp suất thủy tĩnh.....................................................................8 2.2.3.3 Tổn thất nhiệt độ do trở lực thủy học trên đường ống.......................................10 2.2.3.4 Tổn thất chung cho toàn hệ thống cô đặc..........................................................10 2.2.4 Hiệu số nhiệt độ hữu ích và nhiệt độ sôi..................................................................10 2.2.4.1 Nhiệt độ sôi của dung dịch...............................................................................10 2.2.4.2 Hiệu số nhiệt độ hữu ích...................................................................................11 2.3 Tính bề mặt truyền nhiệt của buồng đốt.............................................................................11 2.3.1 Tính nhiệt lượng do hơi đốt cung cấp......................................................................11 2.3.1.1 Tính lượng hơi đốt............................................................................................12 2.3.1.2 Phương trình cân bằng nhiệt lượng...................................................................12 2.3.2 Hệ số truyền nhiệt K................................................................................................13 2.3.2.1 Tính tổng nhiệt trở............................................................................................14 2.3.2.2 Tính hệ số cấp nhiệt khi hơi ngưng tụ...............................................................14 2.3.2.3 Tính hệ số cấp nhiệt khi chất lỏng sôi...............................................................15 2.3.2.4 Tính nhiệt tải riêng...........................................................................................17 2.3.3 Bề mặt truyền nhiệt F..............................................................................................19 2.4 Kích thước buồng bốc và buồng đốt...............................................................................20 Phan Kim Phụng Trang I Niên luận Kỹ thuật Thực Phẩm GVHD: Đoàn Anh Dũng 2.4.1 Kích thước buồng bốc.............................................................................................20 2.4.2 Kích thước buồng đốt..............................................................................................21 2.4.2.1 Đường kính ống dẫn hơi đốt.............................................................................21 2.4.2.2 Xác định số ống truyền nhiệt............................................................................21 2.4.2.3 Đường kính buồng đốt: Dt................................................................................22 2.4.2.4 Đường kính thân buồng đốt..............................................................................22 2.4.2.5 Khoảng vành khăn tuần hoàn ngoài..................................................................23 2.5 Tính đường kính các ống dẫn.........................................................................................23 2.5.1 Ống nhập liệu..........................................................................................................24 2.5.2 Ống tháo sản phẩm..................................................................................................25 2.5.3 Ống dẫn hơi thứ.......................................................................................................25 2.5.4 Ống tháo nước ngưng..............................................................................................26 CHƯƠNG III:THIẾT BỊ PHỤ.................................................................................................27 TÍNH THIẾT BỊ NGƯNG TỤ CHÂN CAO BAROMET.......................................................27 3.1 Giới thiệu.......................................................................................................................27 3.1.1 Sơ lược về thiết bị ngưng tụ chân cao baromet........................................................27 3.1.2 Cấu tạo....................................................................................................................27 3.1.3 Nguyên tắc...............................................................................................................27 3.2 Lượng nước lạnh cần thiết để ngưng tụ..........................................................................27 3.3 Thể tích không khí và khí không ngưng cần hút ra khỏi thiết bị ngưng tụ.....................28 3.4 Các kích thước chủ yếu của thiết bị ngưng tụ.................................................................29 3.4.1 Đường kính trong của thiết bị ngưng tụ baromet.....................................................29 3.4.2 Kích thước tấm ngăn...............................................................................................29 3.4.3 Chiều cao thiết bị ngưng tụ......................................................................................30 3.4.4 Kích thước ống baromet..........................................................................................31 3.4.4.1 Đường kính ống baromet..................................................................................31 3.4.4.2 Chiều cao ống baromet.....................................................................................32 3.4.5 Đường kính các cửa ra vào của thiết bị baromet......................................................33 BẢNG TỔNG KẾT THIẾT BỊ NGƯNG TỤ BAROMET......................................................34 CHƯƠNG VI: TÍNH CƠ KHÍ.................................................................................................35 4.1 Bề dày buồng đốt............................................................................................................ 35 4.2 Bề dày buồng bốc...........................................................................................................37 4.3 Nắp thiết bị..................................................................................................................... 38 4.4 Đáy thiết bị..................................................................................................................... 38 4.5 Mặt bích......................................................................................................................... 38 4.6 Bề dày vĩ ống.................................................................................................................39 4.7 Tính tai treo.................................................................................................................... 40 4.7.1 Khối lượng thân buồng đốt......................................................................................40 4.7.2 Khối lượng buồng bốc.............................................................................................40 4.7.3 Khối lượng ống gia nhiệt.........................................................................................41 4.7.4 Khối lượng của đáy và nắp thiết bị..........................................................................41 4.7.5 Khối lượng của hai vĩ ống ở buồng đốt...................................................................41 Phan Kim Phụng Trang II Niên luận Kỹ thuật Thực Phẩm GVHD: Đoàn Anh Dũng 4.7.6 Khối lượng của thành buồng đốt.............................................................................42 4.7.7 Khối lượng ống dẫn hơi đốt.....................................................................................42 4.7.8 Khối lượng dung dịch trong thiết bị........................................................................42 4.8 Một số chi tiết khác........................................................................................................43 4.8.1 Chọn cửa vào vệ sinh và cửa sữa chữa là cửa có đường kính 500mm.....................43 4.8.2 Kính quan sát...........................................................................................................43 4.8.3 Đệm làm kính..........................................................................................................43 4.8.4 Nồi cô đặc làm việc ở nhiệt độ cao..........................................................................44 TÀI LIỆU THAM KHẢO........................................................................................................45 Phan Kim Phụng Trang III Niên luận Kỹ thuật Thực Phẩm GVHD: Đoàn Anh Dũng LỜI NÓI ĐẦU  Ngày nay, khi nhu cầu con người về thực phẩm và dinh dưỡng ngày càng gia tăng, những nhà chế biến cung ứng thực phẩm không ngừng nâng cao chất lượng sản phẩm cũng như nâng cao năng suất sản xuất. Bên cạnh đó việc đa dạng hóa sản phẩm cũng là mục tiêu hướng tới của các nhà sản xuất. Cùng với sự phát triển mạnh mẽ của khoa học và kỹ thuật, việc tạo ra những thiết bị hiện đại nhằm nâng cao năng suất trong việc sản xuất không chỉ là nhiệm vụ của những kỹ sư công nghệ thực phẩm hiện tại mà còn của những sinh viên đang theo học ngành này. Với những kiến thức đã học được và sự giúp đỡ của Thầy Đoàn Anh Dũng cùng các bạn, tôi xin đưa ra bảng thiết kế về hệ thống cô đặc dung dịch cà chua một nồi làm viêc gián đoạn có buồg đốt treo. Tôi hy vọng đồ án này có thể đóng góp một phần nhỏ vào hệ thống thiết bị đa dạng trong ngành chế biến thực phẩm. Tôi đã cố gắng rất nhiều trong việc thực hiện đồ án, tuy nhiên với kiến thức còn hạn chế và đây là lần đầu tiên thiết kế một hệ thống cô đặc, chỉ áp dụng lý thuyết để thiết kế cho nên quyển đồ án này có thể có những thiếu sót không mong muốn. Tôi rất mong nhận được sự đóng góp của thầy cô cũng như các bạn trong ngành Công Nghệ Thực Phẩm để rút kinh nghiệm trong đồ án này và thành công hơn trong những đề tài tiếp theo. Xin chân thành cảm ơn! Phan Kim Phụng Trang IV Niên luận Kỹ thuật Thực Phẩm GVHD: Đoàn Anh Dũng LỜI CẢM ƠN  Tôi xin chân thành cảm ơn các thầy cô trong bộ môn Công Nghệ Thực Phẩm, khoa Nông Ngiệp và SHƯD trường Đại Học Cần Thơ đã tạo điều kiện cho tôi thực hiện đồ án này. Điều này đã giúp tôi có nhiều kinh nghiệm cũng như kiến thức hơn trong việc nghiên cứu khoa học. Đồ án môn học này được hoàn thành là nhờ vào sự giúp đỡ tận tình của Thầy Đoàn Anh Dũng. Tôi cũng xin cảm ơn các bạn lớp Công Nghệ Thực Phẩm đã nhiệt tình giúp đỡ tôi trong thời gian thực hiện đồ án. Phan Kim Phụng Trang V Niên luận Kỹ thuật Thực Phẩm GVHD: Đoàn Anh Dũng CHƯƠNG I: GIỚI THIỆU  1.1 Tổng quan về nguyên liệu Cà chua là một loại rau quả làm thực phẩm. Quả ban đầu có màu xanh, chín ngả màu từ vàng đến đỏ. Cà chua có vị hơi chua và là một loại thực phẩm bổ dưỡng, giàu vitamin C và A.Trong cà chua có chứa rất nhiều chất dinh dưỡng có lợi cho cơ thể như carotene, lycopene, vitamin và kali Tất cả những chất này đều rất có lợi cho sức khoẻ con người. Đặc biệt cái loại vitamin B, vitamin C và beta carotene giúp cơ thể chống lại quá trình oxy hoá của cơ thể, giảm thiểu nguy cơ tử vong do bệnh tim mạch và ung thư.  Thành phần dinh dưỡng của cà chua Cà chua đỏ, còn sống Giá trị dinh dưỡng 100 g (3,5 oz) Phan Kim Phụng Năng lượng 75 kJ (18 kcal) Carbohydrate 3.89g Chất xơ thực phẩm 1.2g Chất béo 0.21g Protein 0.88g Tro 0.5g Nước 94.52g Trang 1 Niên luận Kỹ thuật Thực Phẩm Phan Kim Phụng GVHD: Đoàn Anh Dũng Trang 2 Niên luận Kỹ thuật Thực Phẩm GVHD: Đoàn Anh Dũng ─ Phòng đốt – bề mặt truyền nhiệt. ─ Phòng phân ly hơi – khoảng trống để tách hơi thứ ra khỏi dung dịch. ─ Bộ phận tách bọt – dùng để tách những giọt lỏng do hơi thứ mang theo. Một số loại thiết bị cô đặc chủ yếu: ─ Thiết bị cô đặc có ống tuần hoàn trung tâm. ─ Thiết bị cô đặc phòng đốt treo. ─ Thiết bị cô đặc loại phòng đốt ngoài. ─ Thiết bị cô đặc loại có tuần hoàn cưỡng bức. ─ Thiết bị cô đặc loại màng. ─ Thiết bị cô đặc có vành dẫn chất lỏng. ─ Thiết bị cô đặc loại roto. 1.2.2.2 Yêu cầu chung đối với thiết bị cô đặc Thích ứng được đối với tính chất đặc biệt của dung dịch cần cô đặc như độ nhớt cao, khả năng tạo bọt lớn... Có hệ số truyền nhiệt lớn, bởi vì khi nồng độ tăng hệ số truyền nhiệt giảm. Tách ly hơi thứ cấp tốt, đảm bảo hơi thứ cấp sạch để có thể cho ngưng tụ, lấy nhiệt cho cấp cô đặc tiếp theo. Hơi đốt hoặc hơi thứ cấp làm hơi đốt đảm bảo phân bố đều trong không gian bên trong giữa các ống của dàn ống. Đảm bảo tách các khí không ngưng còn lại sau khi ngưng tụ hơi đốt. 10 9 3 bề mặt bên trong các ống vì khi dung dịch bốc hơi bên Dễ dàng cho việc làm sạch trong các ống sẽ bẩn bề mặt bên trong ống (tạo cặn). 6 Giá thành rẻ, dễ dàng chế tạo... 4 là thiết bị cô đặc buồng đốt trong kiểu treo. Thiết bị giới thiệu trong đồ án Phòng đốt treo ở bên trong thiết bị của phòng đốt được đặt trên các giá đỡ. Phòng đốt kiểu treo này có thể tháo ra khỏi thiết bị 5để cọ rửa và sửa chữa. Hơi đốt đi vào theo ống dẫn Khí hơi đốt rồi phun ra không gian bên ngoài các ống truyền nhiệt. Giữa thân thiết bị và thân khoâng 13 buồng đốt tạo thànhHôi khe hở hình vành khăn và lúc thiết bị làm việc thì khe hở lúc đó chứa ngöng đầy dung dịch (đóng vai trò như ống tuần hoàn). Thiết bị cô đặc loại này thường được Hôidùng ñoát cô đặc dung dịch có kết tinh, và 11 được ứng dụng rộng rãi trong công nghiệp hóa chất. 1.3 Sơ đồ hệ thống cô đặc một nồi Nöôùc ngöng Nöôùc ngöng 7 1 2 Phan Kim Phụng 8 12 Trang 3 Niên luận Kỹ thuật Thực Phẩm GVHD: Đoàn Anh Dũng Hình: Sơ đồ hệ thống cô 8. đặc một nồi 1. Thùng chứa dung dịch Thùng chứa sản phẩm 2. Bơm dung dịch đầu 9. Thiết bị ngưng tụ chân cao 3. Thùng cao vị 10. Bộ phận phân ly bọt 4. Lưu lượng kế 11. Ống baromet 5. Thiết bị đung nóng 12. Thùng chứa nước ngưng 6. Thiết minh bị cô đặc 13. Ống chảy tràn Thuyết quy trình sản xuất 7. Bơm sản phẩm Dung dịch đường nồng độ đầu 15% (theo khối lượng) từ thùng (1) được bơm lên thùng cao vị (3), sau đó chảy qua lưu lượng kế (4) vào thiết bị đun nóng (5), ở đây dung dịch được đun nóng đến nhiệt độ sôi rồi đi vào thiết bị cô đặc (6) thực hiện quá trình bốc hơi. Hơi thứ và khí không ngưng đi ra phía trên thiết bị cô đặc vào thiết bị ngưng tụ. Trong thiết bị ngưng tụ nước lạnh được phun từ trên xuống, ở đây hơi thứ sẽ được ngưng tụ lại thành chất lỏng chảy qua ống (11) ra ngoài, còn khí không ngưng đi qua thiết bị thu hồi bọt (10) vào bơm chân không. Hơi đốt được đưa vào nồi là hơi nước bão hòa có áp suất 1,721at (theo thang áp suất tuyệt đối). Dung dịch ở phòng đốt đi trong ống còn hơi đốt đi vào khoảng trống phía ngoài ống. Vì dung dịch đi trong hình vành khăn (khoảng trống trong buồng đốt treo và thân thiết bị) tiếp xúc với vỏ thiết bị nên nhiệt độ dung dịch nhỏ hơn nhiệt độ dung dịch ở trong các ống truyền nhiệt. Vì vậy xảy ra hiện tượng đối lưu tự nhiên. Dung dịch đi xuống theo khoảng trống hình vành khăn ở ngoài và đi lên theo các ống truyền nhiệt ở giữa. Dung dịch sau khi cô đặc đạt yêu cầu được lấy ra ở dưới thiết bị và đi vào thùng chứa sản phẩm (8). Phan Kim Phụng Trang 4 Niên luận Kỹ thuật Thực Phẩm GVHD: Đoàn Anh Dũng CHƯƠNG II: XÁC ĐỊNH KÍCH THƯỚC THIẾT BỊ CHÍNH 2.1 Cân bằng vật liệu 2.1.1 Lượng hơi thứ bốc lên trong hệ thống W Gd = 2500kg Gc Cô đặc Xc = 60% Xd = 20% � Xd � W  Gd �� 1 � � Xc � Trong đó: W: lượng hơi thứ bốc lên trong hệ thống cô đặc (kg/mẻ/h) Gd: lượng dung dịch ban đầu (kg/mẻ/h) xd, xc: nồng độ đầu và cuối của dung dịch (%khối lượng) 0,2   Vậy: W 2500 1  0,6  1666,67 kg/mẻ/h   2.1.2 Lượng dung dịch sau khi cô đặc Gọi Gc là lượng dung dịch sau khi cô đặc Phương trình cân bằng của chất rắn hòa tan Gd �xd  Gc �xc Gc  Gd �xd xc Gc  2500 0.2 833.33 kg/mẻ/h 0.6 2.2 Cân bằng nhiệt lượng cho toàn hệ thống Chọn áp suất hơi đốt P  0, 071MPa  0, 721at Suy ra áp suất tuyệt đối của hơi đốt P  1  0, 721  1,721at Nhiệt độ hơi 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 = 60% thành 8 khoảng nồng độ Do lượng nhập liệu ban đầu khá lớn nên ta tiến hành nhập liệu theo từng đợt lần lượt như sau: 40%, 20%, 13%, 10%, 7%, 5%, 3%, 2%. Phan Kim Phụng Trang 5 Niên luận Kỹ thuật Thực Phẩm GVHD: Đoàn Anh Dũng Trong khoảng nồng độ 20% - 25% Gd 1  2500 �40%  1000kg Lượng nước mất đi  x  0,2   W1 Gd 1 1  d  1000 1   200 kg xc   0,25   Lượng dung dịch còn lại sau khi cô đặc đến nồng độ 20% Gc1  Gd 1 xd 1000 0,2  800 kg xc 0,25 Sau khi nhập liệu tiếp 25% Gd, lượng dung dịch trong nồi là G d 2 800   2500 20%  1300 kg Nồng độ dung dịch lúc này là x2  (0,25 800)   0,2 500 23,08% 1300 Lượng nước mất đi khi cô đặc đến nồng độ 25%  x   0,2308  W2 Gd 2  1  d  1000  1   300 kg xc  0,3    Lượng dung dịch còn lại khi cô đặc đến nồng độ 25% Gc 2  Gd 2 xd 1300 0.25  1000 kg xc 0,3 Tính toán tương tự cho các khoảng nồng độ còn lại ta được kết quả sau: Khoảng nồng độ (%) Lượng thêm vào (kg) 20 – 25 1000 1000 800 200 22,5 23.08 – 30 500 1300 1000 300 26,54 27.55 – 35 325 1325 1042,86 282,14 31,27 32.1 – 40 250 1292,86 1037,5 255,36 36,05 37.11 – 45 1025890,91 134,0951,44 2.22 – 50 53.14 – 6075 47.8 – 55 175 1212,5 1000 212,5 41,06 125 1125 950 175 46,11 50 940,91 833,33 107,58 56,57 Phan Kim Phụng Gd (kg) Gc (kg) W (kg) Nồng độ trung bình (%) Trang 6 Niên luận Kỹ thuật Thực Phẩm GVHD: Đoàn Anh Dũng 2.2.2 Xác định áp suất và nhiệt độ Chọn áp suất hơi ngưng tụ là 650mmHg. Vậy áp suất hơi ngưng tụ tuyệt đối là Pngt  1  650  0,11637at 735, 6 (Tra bảng II-7_trang 39_sổ tay thiết kế_Phan Văn Thơm) ta được nhiệt độ hơi ngưng tụ tngt  48,32 oC Ta có nhiệt độ hơi thứ bằng nhiệt độ hơi 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 được áp suất hơi thứ Pht  0,1258 at 2.2.3 Xác định nhiệt tổn thất 2.2.3.1 Tổn thất nhiệt do nồng độ tăng cao Công thức Tisenco  '   '0 . f Tm2 Với f  16, 2 r Trong đó  '0 : tổn thất nhiệt ở áp suất thường (oC) f: hệ số hiệu chỉnh (vì thiết bị cô đặc thường làm việc ở áp suất khác áp suất thường). Tm: nhiệt độ của dung môi nguyên chất ở áp suất làm việc, về giá trị bằng nhiệt độ hơi thứ. Tm  50o C  323o K r: ẩn nhiệt hóa hơi của dung môi ở áp suất làm việc (J/kg) r  2380.103 J / kg (tra bảng II-7_trang 39_sổ tay thiết kế_Phan Văn Thơm) Thế vào công thức trên ta được f Phan Kim Phụng  323  16, 2 � 2 2380.103  0, 71014 Trang 7 Niên luận Kỹ thuật Thực Phẩm GVHD: Đoàn Anh Dũng Dựa vào 6 khoảng nồng độ, tra trên website http://www.sugartech.com ta được  '0 và xác định  ' xtb (%)  '0 (oC)  ' (oC) 22,50 0,2 0,142 26,54 0,3 0,213 31,27 0,4 0,284 36,05 0,5 0,355 41,06 0,7 0,497 46,11 0,9 0,639 51,40 1,2 0,852 56,57 1,5 1,065 2.2.3.2 Tổn thất nhiệt do áp suất thủy tĩnh ' h Dung dịch h1 Hơi bão hòa h2 h2 2 ∆’’’ ∆’ tng tht t ∆’’ t** Σ∆ ttb t* T ∆ti ∆tch Hình: Đồ thị biểu diễn sự biến đổi nhiệt độ của hơi đốt và dung dịch Phan Kim Phụng Trang 8 Niên luận Kỹ thuật Thực Phẩm GVHD: Đoàn Anh Dũng Ta có: T: nhiệt độ hơi đốt. t*: nhiệt độ sôi của dung dịch có giá trị lớn nhất. t**: nhiệt độ sôi của dung dịch ở bề mặt chất thoáng. ttb: nhiệt độ sôi của dung dịch, kí hiệu ts. tht: nhiệt độ hơi thứ. tng: nhiệt độ hơi thứ đi vào thiết bị ngưng tụ.  ' : tổn thất nhiệt do nồng độ tăng cao. ∆’’: tổn thất nhiệt do áp suất thủy tĩnh. ∆’’’: tổn thất nhiệt do chênh lệch nhiệt độ hơi ngưng tụ và hơi trên bề mặt Áp suất của dung dịch thay đổi theo chiều sâu lớp dung dịch: ở trên mặt dung dịch thì bằng áp suất hơi trong phòng bốc hơi, còn ở đáy ống thì bằng áp suất ở trên mặt cộng với áp suất thủy tĩnh của cột dung dịch kể từ đáy ống. Trong tính toán, ta thường tính theo áp suất trung bình của dung dịch: Ptb  P '  P � � Với P  �h1  h2 � . s .g � 2� 1 2 Và  s  . Trong đó Ptb: áp suất trug bình (N/m2) P’: áp suất trên bề mặt dung dịch (N/m2) P '  Pht  0,1258at  12337, 206 N / m 2 P : áp suất thủy tĩnh kể từ mặt dung dịch đến giữa ống (N/m2) h1: chiều cao của lớp dung dịch kể từ miệng ống đốt đến mặt chất thoáng của dung dịch (m) Chọn: h1 = 0,45m h2: chiều cao của ống đốt (m) Chọn: h2 = 1m  s : khối lượng riêng của dung dịch khi sôi (kg/m3)  : khối lượng riêng của dung dịch (kg/m3) g: gia tốc trọng trường (m/s2) g = 9,81m/s2 Dựa vào 6 khoảng nồng độ trung bình tra bảng trang web http://www.rpaulsingh.com/teaching/Density1.htm ta xác định được các giá trị  tương ứng, từ đó suy ra  s , P , Ptb tương ứng Phan Kim Phụng Trang 9 Niên luận Kỹ thuật Thực Phẩm  (kg/m3) xtb(%) GVHD: Đoàn Anh Dũng P (N/m2) P (at) Ptb (at)  s (kg/m3) 22,5 1094,263 547,132 5098,992 0,052 0,1778 26,54 1114,336 557,168 5192,527 0,053 0,1787 31,27 1138,956 569,478 5307,25 0,054 0,1799 36,05 1164,942 582,471 5428,338 0,055 0,1811 41,06 1193,531 596,766 5561,556 0,057 0,1825 46,11 1224,78 612,39 5707,169 0,058 0,184 51,4 1256,937 628,469 5857,012 0,06 0,1855 56,57 1291,482 645,741 6017,983 0,061 0,1871 Nhiệt độ tổn thất do áp suất thủy tĩnh bằng hiệu số nhiệt độ giữa nhiệt độ trung bình (ttb) và nhiệt độ của dung dịch trên mặt thoáng (tht) ∆’’= ttb – tht = ttb – 50 Có Ptb, tra bảng II-7_trang 39_sổ tay thiết kế_Phan Văn Thơm, ta được các t tb tương ứng, từ đó được các ∆’’ theo công thức trên: ttb (oC) 57,028 57,14 57,277 57,422 57,581 57,756 57,935 58,127 ∆’’ 7,028 7,14 7,277 7,422 7,581 7,756 7,935 8,127 2.2.3.3 Tổn thất nhiệt độ do trở lực thủy học trên đường ống Thường chấp nhận mức tổn thất nhiệt trên các đoạn ống dẫn hơi thứ đến thiết bị ngưng tụ là ∆’’’ = 1oC 2.2.3.4 Tổn thất chung cho toàn hệ thống cô đặc �  �∆’  �∆’’  �∆’’’ Loại tổn thất nhiệt 1 2 3 4 5 6 7 0,355 0,497 0,639 0,852 1,065 8 0,142 0,213 0,284 ∆ ’’ 7,028 7,140 7,277 7,422 7,581 7,756 7,935 8,127 ∆ ’’’ 1 1 1 1 1 1 1 1 8,17 8,353 8,561 8,777 9,078 9,395 9,787 10,192 ∆’ � 2.2.4 Hiệu số nhiệt độ hữu ích và nhiệt độ sôi 2.2.4.1 Nhiệt độ sôi của dung dịch t s  tht  ∆’ + ∆’’ tht = 50oC Phan Kim Phụng Trang 10 Niên luận Kỹ thuật Thực Phẩm GVHD: Đoàn Anh Dũng 2.2.4.2 Hiệu số nhiệt độ hữu ích ti  thd  t s thd = 115oC Nồng độ % ts 22,5 26,54 31,27 36,05 41,06 46,11 51,4 56,57 57,17 57,353 57,561 57,777 58,078 58,395 58,787 59,192 ∆ti 57,83 57,647 57,439 57,223 56,922 56,605 56,213 55,808 2.3 Tính bề mặt truyền nhiệt của buồng đốt Cấu tạo thiết bị cô đặc gồm 2 phần chính là buồng đốt và buồng bốc. Trong thiết bị này thì hai bộ phận này gắn liền nhau thành một khối. Bề mặt truyền nhiệt của buồng đốt có thể tính theo công thức tổng quát sau: F Q K .ti (Bảng III-16_trang 114_sổ tay thiết kế_Phan Văn Thơm) Trong đó: F: bề mặt truyền nhiệt của buồng đốt (m2) Q: nhiệt lượng do hơi đốt cung cấp (W) K: hệ số truyền nhiệt (W/m2.độ) ∆ti: hiệu số nhiệt độ hữu ích (oC) 2.3.1 Tính nhiệt lượng do hơi đốt cung cấp Q  D.r Trong đó: r: ẩn nhiệt ngưng tụ (J/kg) r = 2221.103J/kg (tra bảng III-16_trang 114_sổ tay thiết kế_Phan Văn Thơm) D: lượng hơi đốt (kg/s) Phan Kim Phụng Trang 11 Niên luận Kỹ thuật Thực Phẩm GVHD: Đoàn Anh Dũng 2.3.1.1 Tính lượng hơi đốt Ta có hệ thống sơ đồ nhiệt W, i Q xq D, Gđ, Cđ, tđ Gc,Cc, tc D, Cn, Trong đó: D: lượng hơi đốt (hơi sống) dùng cho hệ thống (kg/h) r: hàm nhiệt của hơi đốt (J/kg) i: nhiệt lượng riên của hơi thứ (J/kg) td, tc: nhiệt độ sôi ban đầu và ra khỏi nồi của dung dịch (oC) Cd, Cc: nhiệt dung riêng ban đầu và ra khỏi nồi của dung dịch (J/kg.độ) Cn: nhiệt dung riêng của nước ngưng tụ (J/kg.độ) Gd, Gc: lượng dung dịch ban đầu và ra khỏi nồi (kg/h) Qxq: nhiệt lượng mất mát ra môi trường xung quanh (J/s)  : nhiệt độ của nước ngưng tụ (oC) W: lượng hơi thứ bốc lên (kg/h) 2.3.1.2 Phương trình cân bằng nhiệt lượng D.r  Gd .Cd .t d  W.i  Gc .Cc .tc  D.Cn .  Qxq Với: Qxq  0, 05.D.  r  Cn .  Gc  Gd  W Thay vào công thức trên ta được D W.i   Gd  W  .Cc .tc  Gd .Cd .td 0,95.(r  Cn . ) Ta có:  = 115oC Cn = 4178J/kg.độ (tra bảng II-6_trang 37_sổ tay thiết kế_Phan Văn Thơm) r = 2221.103J/kg (tra bảng II-7_trang 39_sổ tay thiết kế_Phan Văn Thơm) i = 2589,5.103J/kg (tra bảng II-6_trang 37_sổ tay thiết kế_Phan Văn Thơm) Phan Kim Phụng Trang 12 Niên luận Kỹ thuật Thực Phẩm GVHD: Đoàn Anh Dũng Giả sử nhập liệu ở nhiệt độ sôi, ta có td = tc Thay các số liệu vào ta tính được D Từ đó ta tính được lượng nhiệt do hơi đốt cung cấp ts 57,17 57,353 57,561 57,777 58,078 58,395 58,787 59,192 W 200 300 282,14 255,36 212,5 175 134,09 107,58 Gd 1000 1300 1325 1292,86 1212,5 1125 1025 940,91 Gc 800 1000 1042,86 1037,5 1000 950 890,91 833,33 Cd 3573 3375 3229 3088 2937 2784 2624 2468 Cc 3440 3291 3141 2992 2843 2693 2544 2357 266,413 204,808 163,455 0,074 0,057 0,045 D (kg/h) 343,538 463,746 430,737 388,472 323,264 D (kg/s) 0,095 0,129 0,120 0,108 0,090 Từ đó ta tính được lượng nhiệt do hơi đốt cung cấp xtb (%) 22,5 26,54 31,27 36,05 41,06 46,11 51,4 56,57 Q (W) 211944 286106 265741 239665 199436 164362 126355 100843 2.3.2 Hệ số truyền nhiệt K K 1 1 1  �r  1 2 Trong đó: K: hệ số truyền nhiệt (W/m2.oC) 1 ,  2 : hệ số cấp nhiệt phía hơi ngưng tụ và phía chất lỏng sôi (W/m 2.oC) �r : tổng nhiệt trở (m2.oC/W) r2 tm1 t1 tT2 t2 tT1 r1 q tm2 q1 q2 Truyền nhiệt qua tường q=q1=q2 Δt1=t1-tT1 Δt2=tT2- t2 Phan Kim Phụng Trang 13 Niên luận Kỹ thuật Thực Phẩm GVHD: Đoàn Anh Dũng 2.3.2.1 Tính tổng nhiệt trở �r  r1    r2  (Công thức VIII-10_trang 234_sổ tay thiết kế _Phan Văn Thơm) Trong đó: r1: nhiệt trở hơi nước (có lẫn dầu nhớt) (tra bảng II-36_trang 78_sổ tay thiết kế _Phan Văn Thơm) r1 = 0,232.10-3m2.oC/W r2: nhiệt trở lớp cặn bẩn (tra bảng II-36_trang 78_sổ tay thiết kế _Phan Văn Thơm) r2 = 0,387.10-3m2.oC/W  : bề dày ống truyền nhiệt (m) Chọn ống truyền nhiệt bằng thép có: +Đường kính ngoài dng=48,26mm +Đường kính trong dt=40,894mm +Bề bày  3,683mm 3,683 10  3 m Hệ số dẫn nhiệt  50,2 W/m2.oC   r 0,232 10 3  0,387 10  3  3,683 10  3 0,6744 10  3 m2.oC/W 50,2 2.3.2.2 Tính hệ số cấp nhiệt khi hơi ngưng tụ 0,25 � r � 1  2, 04. A. � � �H .t1 � (Công thức VIII-26_trang 238_sổ tay thiết kế_ Phan Văn Thơm) 1 4 �2 3� Với A  � . � � � A: hệ số phụ thuộc vào nhiệt độ của màng nước ngưng tm oC 0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 A 104 120 139 155 169 179 188 194 197 199 199 Trong đó: r: ẩn nhiệt của hơi ngưng tụ (J/kg) r = 2221.103J/kg (tra bảng II-7 _trang 39_sổ tay thiết kế_Phan Văn Thơm theo áp suất hơi đốt 1,7106at)  : khối lượng riêng của nước ngưng (kg/m3)  : hệ số dẫn nhiệt của nước ngưng (W/m2.oC)  : độ nhớt của nước ngưng (N.s/m2) H: chiều cao thẳng đứng của ống truyền nhiệt (m). H = h2 = 1m Phan Kim Phụng Trang 14 Niên luận Kỹ thuật Thực Phẩm GVHD: Đoàn Anh Dũng ti : hệ số nhiệt độ giữa hơi ngưng tụ và thành thiết bị (oC) Các đại lượng  ,  ,  lấy theo nhiệt độ màng nước ngưng. tm  t1  tT 1 2 (Công thức VIII-27_trang 238_sổ tay thiết kế _ Phan Văn Thơm) Trong đó: t1: nhiệt độ hơi đốt (oC) tT1: nhiệt độ thành thiết bị phía tiếp xúc với hơi đốt (oC) Giả sử các giá trị t1 ứng với từng nồng độ ta sẽ tính được 1 2.3.2.3 Tính hệ số cấp nhiệt khi chất lỏng sôi  2   . n (Công thức VIII-7_trang 234_sổ tay thiết kế_ Phan Văn Thơm) Trong đó  : hệ số hiệu chỉnh của dung dịch  n : hệ số cấp nhiệt khi nước sôi sủi bọt, đối lưu tự nhiên và áp suất làm việc 0,2 – 100at. * Tính hệ số hiệu chỉnh 0,435 0,565 2 � �dd � � �dd � �Cdd ��n � �   � � .� . . � � � �� �  n � �Cn ��dd � � �n � � � � � (Công thức VIII-9_trang 234_sổ tay thiết kế_ Phan Văn Thơm) Trong đó:  ,  , C ,  : lần lượt là độ dẫn nhiệt, khối lượng riêng, nhiệt dung riêng, độ nhớt tương ứng với nhiệt độ sôi của dung dịch (chỉ số “dd” biểu thị dung dịch, còn chỉ số “n” biểu thị nước). Tra bảng II-6_trang 36_sổ tay thiết kế_Phan Văn Thơm tìm được các thông số của nước theo nhiệt độ sôi của dung dịch. Phan Kim Phụng Trang 15