Tài liệu Thiết kế thiết bị cô đặc nước cam một nồi liên tục, năng suất 1400 kgh

Đồ án Quá trình và Thiết bị YÊU CẦU ĐỒ ÁN Tên đồ án: Thiết kế thiết bị cô đặc nƣớc cam một nồi liên tục, năng suất 1400 kg/h. Số liệu ban đầu: - Dung dịch nƣớc cam sau gia nhiệt - Nồng độ nhập liệu Xđ = 13% (khối lƣợng) - Nồng độ sản phẩm Xc = 55% (khối lƣợng) - Năng suất nhập liệu Gđ = 1400 kg/h - Nguồn nhiệt là hơi nƣớc bão hòa - Nhiệt độ đầu của nguyên liệu tđ = 30 C Công việc thiết kế: - Tính toán kích thƣớc thiết bị chính: buồng bốc, buồng đốt, nắp, đáy nồi. - Tính toán thiết bị phụ: thiết bị ngƣng tụ baromet. Kết quả thu nhận: - Bản thuyết minh số liệu tính toán thiết bị chính, thiết bị phụ và tính toán cơ khí một số chi tiết. - Bản vẽ thiết bị chính. i Đồ án Quá trình và Thiết bị MỤC LỤC CHƢƠNG 1 GIỚI THIỆU SƠ LƢỢC VỀ QUÁ TRÌNH CÔ ĐẶC .......................... 1 1.1 TỔNG QUAN VỀ CÔ ĐẶC .............................................................................1 1.1.1 Khái niệm ....................................................................................................1 1.1.2 Các phƣơng pháp cô đặc .............................................................................1 1.1.3 Phân loại thiết bị cô đặc ..............................................................................1 1.1.4 Thiết bị cô đặc một nồi, buồng đốt trong, ống tuần hoàn trung tâm ...........2 1.2 THUYẾT MINH QUY TRÌNH CÔ ĐẶC DUNG DỊCH NƢỚC CAM...........3 1.2.1 Giới thiệu nguyên liệu .................................................................................3 1.2.2 Quy trình công nghệ cô đặc dung dịch nƣớc cam .......................................7 CHƢƠNG 2 CÂN BẰNG VẬT CHẤT VÀ NĂNG LƢỢNG ................................... 9 2.1 DỮ KIỆN BAN ĐẦU ........................................................................................9 2.2 CÂN BẰNG VẬT CHẤT .................................................................................9 2.3.2 Các tổn thất nhiệt .......................................................................................10 2.3.3 Cân bằng nhiệt lƣợng ................................................................................12 2.3.4 Lƣợng hơi đốt dùng cho cô đặc .................................................................14 2.3.5 Lƣợng hơi đốt tiêu tốn riêng......................................................................14 CHƢƠNG 3 TÍNH TOÁN TRUYỀN NHIỆT CHO THIẾT BỊ CÔ ĐẶC .............. 15 3.1 NHIỆT TẢI RIÊNG PHÍA HƠI NGƢNG ......................................................15 3.2 NHIỆT TẢI RIÊNG PHÍA DUNG DỊCH .......................................................15 3.3 NHIỆT TẢI RIÊNG PHÍA TƢỜNG (Qv) ......................................................17 3.4 TÍNH TẢI NHIỆT RIÊNG ..............................................................................17 3.5 HỆ SỐ TRUYỀN NHIỆT K ............................................................................18 3.6 DIỆN TÍCH BỀ MẶT TRUYỀN NHIỆT F ....................................................18 CHƢƠNG 4 TÍNH THIẾT BỊ CÔ ĐẶC .................................................................. 19 4.1 TÍNH BUỒNG ĐỐT .......................................................................................19 4.1.1 Thể tích dung dịch đầu trong thiết bị (Vđ) ................................................19 4.1.2 Thể tích dung dịch cuối (Vc) .....................................................................19 4.1.3 Tính chọn đƣờng kính buồng đốt ..............................................................19 4.1.4 Tính kích thƣớc đáy nón của buồng đốt ....................................................21 4.1.5 Tổng kết .....................................................................................................21 4.2 TÍNH BUỒNG BỐC .......................................................................................22 4.2.1 Tính đƣờng kính buồng bốc Db ................................................................22 4.2.2 Tính chiều cao buồng bốc Hb ...................................................................23 4.2.3 Tính kích thƣớc nắp elip có gờ của buồng bốc .........................................23 4.3 TÍNH KÍCH THƢỚC CÁC ỐNG DẪN LIỆU, THÁO LIỆU ........................24 ii Đồ án Quá trình và Thiết bị 4.3.1 Ống nhập liệu ............................................................................................24 4.3.2 Ống tháo liệu .............................................................................................24 4.3.3 Ống dẫn hơi đốt .........................................................................................24 4.3.4 Ống dẫn hơi thứ .........................................................................................25 4.3.5 Ống dẫn nƣớc ngƣng .................................................................................25 4.3.6 Ống xả khí không ngƣng ...........................................................................25 4.3.7 Tổng kết về đƣờng kính ống .....................................................................25 CHƢƠNG 5 TÍNH CƠ KHÍ ..................................................................................... 26 5.1 TÍNH BUỒNG ĐỐT .......................................................................................26 5.1.1 Sơ lƣợc cấu tạo ..........................................................................................26 5.1.2 Tính bề dày buồng đốt ...............................................................................26 5.2 TÍNH BUỒNG BỐC .......................................................................................28 5.2.1 Sơ lƣợc cấu tạo ..........................................................................................28 5.2.2 Tính thể tích phòng bốc hơi ......................................................................28 5.2.3 Tính bề dày buồng bốc ..............................................................................28 5.2.4 Tính toán nắp thiết bị.................................................................................31 5.3 TÍNH TOÁN ĐÁY THIẾT BỊ ........................................................................32 5.3.1 Sơ lƣợc cấu tạo ..........................................................................................32 5.3.2 Tính toán ....................................................................................................33 5.3.3 Tính bền cho các lỗ ...................................................................................37 5.4 TÍNH MẶT BÍCH VÀ SỐ BU LÔNG CẦN THIẾT ......................................38 5.4.1 Sơ lƣợc cấu tạo ..........................................................................................38 5.4.2 Chọn mặt bích ...........................................................................................38 5.5 TÍNH VÀ CHỌN TAI TREO CÂN ĐỠ .........................................................39 5.5.1 Sơ lƣợc cấu tạo tai treo chân đỡ ................................................................39 5.5.2 Thể tích các bộ phận thiết bị .....................................................................39 5.5.3 Khối lƣợng của các bộ phận thiết bị ..........................................................42 5.5.4 Tổng khối lƣợng ........................................................................................42 5.6 TÍNH VỈ ỐNG .................................................................................................43 5.6.1 Sơ lƣợc cấu tạo ..........................................................................................43 5.6.2 Tính toán ....................................................................................................43 5.7 KÍNH QUAN SÁT ..........................................................................................45 5.8 BỀ DÀY LỚP CÁCH NHIỆT .........................................................................45 CHƢƠNG 6 TÍNH THIẾT BỊ PHỤ ......................................................................... 46 6.1 CHỌN TÍNH THIẾT BỊ NGƢNG TỤ BAROMET .......................................46 6.1.1 Tính lƣợng nƣớc lạnh Gn cần thiết để ngƣng tụ ........................................46 iii Đồ án Quá trình và Thiết bị 6.12 Đƣờng kính trong dnt của thiết bị ngƣng tụ ................................................46 6.1.3 Tính kích thƣớc tấm ngăn..........................................................................47 6.1.4 Tính chiều cao thiết bị ngƣng tụ ................................................................47 6.1.5 Tính kích thƣớc ống Baromet....................................................................48 6.1.6 Tính lƣợng hơi thứ và khí không ngƣng ...................................................50 6.2 TÍNH TOÁN VÀ CHỌN BƠM CHÂN KHÔNG...........................................50 6.2.1 Công suất bơm chân không .......................................................................50 6.2.2 Chọn bơm chân không...............................................................................51 TÀI LIỆU THAM KHẢO......................................................................................... 52 iv Đồ án Quá trình và Thiết bị Danh sách bảng Bảng 1.1 Thành phần hóa học của cam tƣơi ...............................................................5 Bảng 2.1 Bảng số liệu tổng hợp của hơi đốt và hơi thứ ...........................................10 Bảng 2.2 Bảng tổng hợp số liệu tổn thất nhiệt độ ở nồi cô đặc ................................12 Bảng 2.3 Bảng tổng hợp số liệu cân bằng nhiệt ........................................................14 Bảng 3.1 Số liệu theo nồng độ dung dịch .................................................................16 Bảng 4.1 Số liệu đƣờng kính các ống .......................................................................25 Bảng 5.1 Số liệu của bích nối buồng bốc và buồng đốt ............................................38 Bảng 5.2 Số liệu của bích nối buồng đốt và đáy .......................................................39 Bảng 5.3 Số liệu của bích nối buồng bốc và nắp ......................................................39 Bảng 5.4 Bảng số liệu kích thƣớc của tai treo ..........................................................43 Bảng 6.1 Kích thƣớc cơ bản của thiết bị ngƣng tụ Baromet .....................................47 v Đồ án Quá trình và Thiết bị Danh sách hình Hình 1.1 Thiết bị cô đặc một nồi có phòng đốt trong, ống tuần hoàn trung tâm .......2 Hình 1.2 Orange ..........................................................................................................3 Hình 1.3 Sơ đồ quy trình .............................................................................................8 vi Đồ án Quá trình và Thiết bị LỜI MỞ ĐẦU Sau 3 năm học tập tại trƣờng để củng cố những kiến thức đã học tại các giáo trình thì hôm nay em đã đƣợc học môn Quá trình và Thiết bị vận dụng những kiến thức đã học vào thực tế để tính toán và thiết kế máy móc. Thiết bị là một yêu cầu không thể thiếu đối với kyc sƣ công nghệ thực phẩm. Qua việc làm đồ án giúp sinh viên biết sử dụng nguồn tài liệu tham khảo, tra cứu vận dụng đúng những kiến thức và quy định trong thiết kế, tự nâng cao khả năng vận dụng, tính toán và trình bày thiết kế một cách có hệ thống. Trong đồ án này nhiệm vụ cần hoàn thành là thiết kế thiết bị cô đặc nƣớc cam một nồi liên tục, năng suất 1400 kg/h. Đồ án đƣợc thực hiện dƣới sự hƣớng dẫn của cô Đoàn Phƣơng Linh, khoa Công nghệ thực phẩm và Công nghệ sinh học trƣờng Đại học Kỹ thuật Công nghệ Cần Thơ. Em xin chân thành cảm ơn cô Đoàn Phƣơng Linh đã hƣớng dẫn, giúp đỡ nhiệt tình và truyền đạt những kinh nghiệm quý báu của bản thân cho chúng em để chúng em hoàn thành đồ án này. Trong quá trình thực hiện còn có nhiều thiếu sót. Vì vậy sự đánh giá và nhận xét của quý thầy cô sẽ giúp nhóm hoàn thiện hơn. Nội dung đồ án gồm có các nội dung sau: Chƣơng 1: Giới thiệu sơ lƣợc về quá trình cô đặc Chƣơng 2: Cân bằng vật chất và năng lƣợng Chƣơng 3: Tính toán truyền nhiệt cho quá trình cô đặc Chƣơng 4: Tính thiết bị cô đặc Chƣơng 5: Tính cơ khí Chƣơng 6: Tính thiết bị phụ vii Đồ án Quá trình và Thiết bị CHƢƠNG 1 GIỚI THIỆU SƠ LƢỢC VỀ QUÁ TRÌNH CÔ ĐẶC 1.1 TỔNG QUAN VỀ CÔ ĐẶC 1.1.1 Khái niệm Cô đặc là quá trình làm tăng nồng độ của chất rắn hòa tan trong dung dịch bằng cách tách bớt một phần dung môi qua dạng hơi, với mục đích: - Làm tăng nồng độ chất tan - Tách chất rắn hòa tan ở dạng tinh thể (kết tinh) - Thu dung môi ở dạng nguyên chất (cất nƣớc) Cô đặc đƣợc tiến hành ở nhiệt độ sôi, ở mọi áp suất (áp suất chân không, áp suất thƣờng hay áp suất dƣ), trong hệ thống một thiết bị cô đặc (nồi) hay trong hệ thống nhiều thiết bị cô đặc. Quá trình có thể gián đoạn hay liên tục. Hơi bay ra trong quá trình cô đặc thƣờng là hơi nƣớc, gọi là hơi “hơi thứ”, thƣờng có nhiệt độ cao, ẩn nhiệt hóa hơi lớn nên đƣợc sử dụng làm hơi đốt cho các nồi cô đặc. Nếu “hơi thứ” đƣợc lấy ra làm hơi đốt cho thiết bị ngoài hệ thống cô đặc, gọi là “hơi phụ”. Cô đặc chân không dùng cho các dung dịch có nhiệt độ sôi cao và dung dịch dễ bị phân hủy nhiệt, ngoài ra còn làm tăng hiệu số nhiệt độ của hơi đốt và nhiệt độ sôi trung bình của dung dịch (gọi là hiệu số nhiệt độ hữu ích), dẫn đến giảm bề mặt truyền nhiệt. Mặc khác, cô đặc chân không thì nhiệt độ sôi của dung dịch thấp nên có thể tận dụng nhiệt thừa của các quá trình sản xuất khác (hoặc sử dụng hơi thứ) cho quá trình cô đặc. Cô đặc ở áp suất cao hơn áp suất khí quyển thƣờng dùng cho các dung dịch không bị phân hủy ở nhiệt độ cao nhƣ các dung dịch muối vô cơ, để sử dụng hơi thứ cho cô đặc và cho các quá trình đun nóng khác. Cô đặc ở áp suất khí quyển thì hơi thứ không đƣợc sử dụng mà đƣợc thải ra ngoài không khí. Đây là phƣơng pháp tuy đơn giản nhƣng không mang lại hiệu quả kinh tế. [1]. 1.1.2 Các phƣơng pháp cô đặc 1.1.2.1 Phương pháp nhiệt độ (đun nóng) Dung môi chuyển từ trạng thái lỏng sang trạng thái hơi dƣới tác dụng của nhiệt khi áp suất riêng phần của nó bằng áp suất tác dụng lên mặt thoáng chất lỏng. [2]. 1.1.2.2 Phương pháp nhiệt lạnh (kết tinh) Khi hạ thấp nhiệt độ đến một mức nào đó, một cấu tử sẽ tách ra dƣới dạng tinh thể của đơn chất tinh khiết, thƣờng là kết tinh dung môi để tăng nồng độ chất tan. Tùy tính chất cấu tử và áp suất bên ngoài tác dụng lên mặt thoáng mà quá trình kết tinh đó xảy ra ở nhiệt độ cao hay thấp và đôi khi phải dùng máy lạnh. [2]. 1.1.3 Phân loại thiết bị cô đặc Có nhiều cách phân loại khác nhau nhƣng tổng quát lại cách phân loại theo đặc điểm cấu tạo sau đây là dễ dàng và tiêu biểu nhất. Thiết bị cô đặc đƣợc chia làm 6 loại thuộc ba nhóm chủ yếu sau đây: 1 Đồ án Quá trình và Thiết bị 1.1.3.1 Nhóm 1 Dung dịch đƣợc đối lƣu tự nhiên (hay tuần hoàn tự nhiên) đối với nhóm này thƣờng có hai loại nhƣ sau: Loại 1: Có buồng đốt trong (đồng trục với buồng bốc hơi); có thể có ống tuần hoàn trong hay ống tuần hoàn ngoài. Loại 2: Có buồng đốt ngoài (không đồng trục với buồng bốc hơi). 1.1.3.2 Nhóm 2 Dung dịch đối lƣu cƣỡng bức (tức tuần hoàn cƣỡng bức) đối với nhóm này thƣờng có hai loại nhƣ sau: Loại 3: Có buồng đốt trong, có ống tuần hoàn ngoài. Loại 4: Có buồng đốt ngoài, ống tuần hoàn ngoài. 1.1.3.3 Nhóm 3 Dung dịch chảy thành màng mỏng, loại này thƣờng cũng có hai loại: Loại 5: Màng dung dịch chảy ngƣợc lên, có thể có buồng đốt trong hay ngoài. Loại 6: Màng dung dịch chảy xuôi, có thể có buồng đốt trong hay ngoài. [3]. 1.1.4 Thiết bị cô đặc một nồi, buồng đốt trong, ống tuần hoàn trung tâm 1 – phòng đốt, 2 - ống truyền nhiệt, 3 - ống tuần hoàn, 4 – phòng bốc hơi Hình 1.1 Thiết bị cô đặc một nồi có phòng đốt trong, ống tuần hoàn trung tâm 2 Đồ án Quá trình và Thiết bị Phần dƣới của thiết bị là phòng đốt 1, trong đó có các ống truyền nhiệt 2 và ống tuần hoàn tƣơng đối lớn, dung dịch ở trong ống còn hơi đốt đi vào khoảng trống phía ngoài ống. Khi làm việc dung dịch trong ống truyền nhiệt sôi tạo thành hỗn hợp hơi - lỏng có khối lƣợng riêng bị giảm đi và bị đẩy từ dƣới lên trên miệng ống, còn trong ống tuần hoàn thể tích dung dịch theo một đơn vị bề mặt truyền nhiệt lớn hơn so với ống truyền nhiệt do đó lƣợng hơi tạo ra trong ống ít hơn, vì vậy khối lƣợng riêng của hỗn hợp hơi - lỏng ở đây lớn hơn trong ống truyền nhiệt, sẽ bị đẩy xuống dƣới. Kết quả là trong thiết bị có chuyển động tuần hoàn tự nhiên từ dƣới lên trong ống truyền nhiệt và từ trên xuống trong ống tuần hoàn. Vận tốc tuần hoàn càng lớn hệ số cấp nhiệt phía dƣới dung dịch càng tăng và quá trình đóng cặn trên bề mặt truyền nhiệt cũng giảm. Vận tốc tuần hoàn của loại thiết bị này thƣờng không quá 1,5 m/s. Khi năng suất thiết bị lớn có thể thay ống tuần hoàn bằng vài ống có đƣờng kính nhỏ hơn. Phía trên phòng đốt là phòng bốc 4. Thiết bị cô đặc có ống tuần hoàn ở trung tâm có ƣu điểm là cấu tạo đơn giản, dễ sửa chữa và làm sạch, nhƣng có nhƣợc điểm là vận tốc tuần hoàn bị giảm vì ống tuần hoàn cũng bị đun nóng. [1]. 1.2 THUYẾT MINH QUY TRÌNH CÔ ĐẶC DUNG DỊCH NƢỚC CAM 1.2.1 Giới thiệu nguyên liệu 1.2.1.1 Nguồn gốc xuất xứ của cam Cam, và tất cả các loại trái cây họ cam quýt, có nguồn gốc từ chân núi Đông Nam Himalaya, ở một khu vực bao gồm khu vực phía đông Assam (Ấn Độ), phía bắc Myanmar và phía tây Vân Nam (Trung Quốc). Một mẫu hóa thạch từ kỷ Miocen muộn (11,6 - 5,3 triệu năm trƣớc) từ Lincang ở Vân Nam, Trung Quốc có các đặc điểm đặc trƣng của các nhóm cam quýt chính hiện nay, và cung cấp bằng chứng cho sự tồn tại của tổ tiên họ Cam quýt phổ biến ở tỉnh Vân Nam khoảng 8 triệu năm trƣớc. Không có nhiều thông tin về quả cam trong bối cảnh của con ngƣời trƣớc năm 314, khi bằng chứng bằng văn bản đầu tiên về loại quả này xuất hiện ở Trung Quốc [9]. Hình 1.2 Orange (Nguồn: https://vi.pngtree.com/free-png-vectors/qu%E1%BA%A3-cam) 3 Đồ án Quá trình và Thiết bị Cam ngọt đến châu Âu thông qua các tuyến đƣờng thƣơng mại đƣợc thiết lập bằng đƣờng bộ và đƣờng biển. Văn bản đầu tiên đề cập đến cam ngọt ở châu Âu là trong kho lƣu trữ của thành phố Savona của Ý, đƣợc ghi lại vào năm 1471. Sự phân biệt bằng văn bản đầu tiên giữa cam ngọt và cam chua là trong một bản thảo của Bartolomeo Platina từ năm 1475, viết cho Giáo hoàng Sixtus IV [9]. 1.2.1.2 Tình hình sản xuất và tiêu thụ cam Năm 2019 trên thế giới có khoảng 4 triệu ha diện tích thu hoạch cam, giảm 2,43% so với năm 2014 (4,1 triệu ha). Ấn Độ là nƣớc sản xuất cam lớn nhất 656 nghìn ha (16,15%) tiếp theo là Brazil (589,6 nghìn ha), Trung Quốc (566,8 nghìn ha), Mexico (329,5 nghìn ha), Mỹ (206,3 nghìn ha), Tây Ban Nha (146,3 nghìn ha),…Năng suất cam năm 2019 đạt 19,38 tấn/ha, tăng 10,31% so với năm 2014 (17,38 tấn/ha), sản lƣợng đạt năm 2019 đạt 78,6 triệu tấn, tăng 8,36% so với năm 2014 (72,3 triệu tấn). Trong đó năm 2019 Brazil sản xuất 17 triệu tấn ( chiếm 21,62% tổng sản lƣợng cam trên thế giới) đứng sau Brazil là Trung Quốc 10,5 triệu tấn, Ấn Độ 9,5 triệu tấn, Mỹ 4,8 triệu tấn, Mexico 4,7 triệu tấn, Tây Ban Nha 3,2 triệu tấn, Ai Cập 3,1 triệu tấn [10]. Năm 2019, Việt Nam có khoảng 71,4 nghìn ha (tăng 35,2% so với năm 2014 46,2 nghìn ha) diện tích đất trồng cam, năng suất năm 2019 trung bình đạt 14,23 tấn/ha (tăng 10,4% so với năm 2014), tổng sản lƣợng năm 2019 đạt hơn 1 triệu tấn, tăng 42,04% so với năm 2014 [10]. 4 Đồ án Quá trình và Thiết bị 1.2.1.3 Giá trị dinh dưỡng và thương mại của cam Bảng 1.1 Thành phần hóa học của cam tƣơi (tính trên 100 g), [11]. Hàm lƣợng Thành phần Thành phần chính Muối khoáng Vitamin Đơn vị Múi Vỏ Nƣớc 88,06 75,95 % Protein 0,9 - % Tinh dầu Vết 2,4 % Sacharose 3,59 1,22 % Glucose 1,25 3,49 % Frutose 1,45 3,24 % Acid hữu cơ 1,41 0,22 % Cellulose 0,47 3,49 % Pectin 1,41 0,22 % Ca 34 - mg% P 23 - mg% Fe 0,4 - mg% A 0,09 - mg% -Carotene 0,4 0,09 mg% B1 0,04 0,02 mg% B2 0,06 - mg% PP 0,75 1,27 mg% C 65 170 mg% Cam là một loại quả chứa rất nhiều vitamin C. Tuy nhiên, sau khi cắt hoặc ép, vitamin C nhanh chóng bắt đầu tiêu biến và chỉ sau tám giờ ở nhiệt độ phòng hoặc 24 giờ trong tủ lạnh, lƣợng vitamin C bị mất đi 20% [13]. Ở dạng cô đặc đóng hộp, đóng chai hoặc đông lạnh, hàm lƣợng vitamin C giảm đi rất nhiều [13]. Cam là một nguồn cung cấp folate dồi dào, một nguồn cung cấp vitamin A, B1 và chất xơ [12]. Cam đƣợc trồng rộng rãi ở các vùng có khí hậu ấm áp trên toàn thế giới và hƣơng vị của cam rất đa dạng từ ngọt đến chua. Quả thƣờng đƣợc gọt vỏ và ăn tƣơi, hoặc ép lấy nƣớc. Nó có một lớp vỏ dày đắng thƣờng đƣợc loại bỏ, nhƣng có thể đƣợc chế biến thành thức ăn gia súc bằng cách loại bỏ nƣớc, sử dụng áp suất và nhiệt độ. Nó cũng đƣợc sử dụng trong một số công thức nấu ăn nhƣ hƣơng liệu hoặc đồ trang trí. Phần màu trắng của vỏ đƣợc gọi là pericarp hoặc albedo và bao gồm cả phần thịt là một nguồn cung cấp pectin và có lƣợng vitamin C gần bằng với phần thịt. Các sản phẩm làm từ cam bao gồm: Nƣớc cam: Nƣớc cam là một trong những mặt hàng đƣợc giao dịch trên Hội đồng Thƣơng mại New York. Brazil là nƣớc sản xuất nƣớc cam lớn nhất trên thế giới, tiếp theo là Hoa Kỳ [16]. 5 Đồ án Quá trình và Thiết bị Dầu cam: Tinh dầu là một sản phẩm phụ của ngành công nghiệp nƣớc trái cây đƣợc sản xuất bằng cách ép vỏ. Nó đƣợc sử dụng nhƣ một hƣơng liệu của thực phẩm, đồ uống và cho hƣơng thơm của nó trong nƣớc hoa và dầu thơm. Dầu cam bao gồm khoảng 90% d-Limonene, một dung môi đƣợc sử dụng trong các hóa chất gia dụng khác nhau, chẳng hạn nhƣ để làm sạch đồ nội thất bằng gỗ và cùng với các loại dầu cam quýt khác để loại bỏ dầu mỡ. Nó là một chất làm sạch hiệu quả, thân thiện với môi trƣờng và ít độc hại hơn nhiều so với các sản phẩm chƣng cất từ dầu mỏ. Nó cũng có mùi dễ chịu hơn các chất tẩy rửa khác [16]. Trà: Ở Tây Ban Nha, hoa rụng đƣợc sấy khô và sau đó dùng để pha trà. Mứt cam: Mứt cam thƣờng đƣợc làm bằng cam đắng hoặc chua. Tất cả các phần của quả cam đều đƣợc sử dụng để làm mứt cam: phần vỏ và phần ruột đƣợc tách ra và thƣờng đƣợc đặt trong một túi muslin, nơi chúng đƣợc đun sôi trong nƣớc trái cây (và vỏ cắt lát) để chiết xuất pectin của chúng, hỗ trợ quá trình đông kết [16]. Một số lợi ích từ cam mang lại * Hỗ trợ tiêu hóa Cam rất giàu chất xơ, có tác dụng hỗ trợ quá trình tiêu hóa. Loại trái cây này còn giúp ngăn ngừa viêm loét dạ dày và trào ngƣợc acid. Do đó hãy thêm một quả cam vào chế độ ăn hàng ngày, đặc biệt nếu bạn đang có vấn đề về táo bón mãn tính. Bên cạnh đó, các thành phần trong trái cam còn giúp bạn ngăn ngừa vấn đề dạ dày [15]. * Tăng cƣờng thể lực Uống nƣớc cam bỏ thêm chút muối sau khi luyện tập ra nhiều mồ hôi là cách để lấy lại thể lực nhanh chóng. Bởi lƣợng đƣờng fructose và 85% lƣợng nƣớc có trong cam sẽ nhanh chóng đƣợc cơ thể hấp thụ, có tác dụng giải khát và bồi bổ thể lực. Bạn cần lƣu ý, ngay sau khi ép lấy nƣớc hoặc đã gọt vỏ nên uống hoặc ăn ngay, tránh lƣợng vitamin C sẽ bị bay mất khi phản ứng với oxy ngoài môi trƣờng. Thời gian sau chế biến không nên quá 30 phút [15]. * Tăng cƣờng thị lực Trong cam rất giàu thành phần carotenoid và vitamin A. Những chất này giúp tăng cƣờng thị lực, đặc biệt tốt cho phụ nữ gặp những vấn đề về thoái hóa điểm vàng [15]. * Chống ung thƣ Các nhà khoa học mới đây đã công bố kết quả nghiên cứu tác dụng chống ung thƣ của nƣớc cam. Nó chứa các chất thuộc nhóm flavonoid nhƣ hesperitin và naringinin. Những nghiên cứu trong phòng thí nghiệm đã chỉ ra rằng nƣớc cam làm giảm bệnh bạch cầu ở trẻ em, cũng nhƣ chống lại bệnh ung thƣ vú, ung thƣ gan và ruột kết [15]. * Kháng viêm Các nhà khoa học cũng cho biết nƣớc cam có đặc tính chống viêm. Nếu bạn gặp phải nhiều đau đớn liên quan đến bệnh viêm khớp, nƣớc cam thực sự có thể giúp làm giảm tình trạng này [15]. 6 Đồ án Quá trình và Thiết bị * Tránh cảm cúm Uống một ly nƣớc cam mỗi ngày có thể giúp bạn không thƣờng xuyên phải gặp bác sĩ. Trong nƣớc cam có chứa tỷ lệ cao vitamin C, chất rất hữu ích trong việc thúc đẩy hệ thống miễn dịch. Nhờ đó, bạn sẽ ít mắc phải nhiều bệnh phổ biến nhƣ cảm lạnh và cúm [15]. * Giảm nguy cơ mắc bệnh tim mạch Các nghiên cứu đã chỉ ra rằng nƣớc cam có thể giúp giảm nguy cơ bệnh tim, bởi nó có thể giúp cải thiện tuần hoàn máu [15]. * Nhanh lành vết thƣơng Ngoài ra, trong nƣớc cam còn chứa folate, một vitamin nhóm B đóng vai trò quan trọng trong sự hình thành của các tế bào mới và thúc đẩy quá trình chữa lành các vết thƣơng [15]. * Tốt cho da Bạn mong muốn có làn da đẹp? Nên ăn một quả cam mỗi ngày. Cam giàu vitamin C và beta carotene, sẽ giúp ngăn ngừa lão hóa da. Cam cũng giàu chất chống oxy hóa, giúp bảo vệ da khỏi các gốc tự do. Một ly nƣớc cam hàng ngày sẽ giúp da sáng tự nhiên [15]. * Chống lão hóa cho làn da Cam có đầy đủ beta-carotene là một chất chống oxy hóa mạnh bảo vệ các tế bào khỏi bị thiệt hại, đồng thời bảo vệ da khỏi các gốc tự do và ngăn ngừa các dấu hiệu lão hóa [15] 1.2.2 Quy trình công nghệ cô đặc dung dịch nƣớc cam Nguyên liệu ban đầu là dung dịch nƣớc cam có nồng độ 13%, nhiệt độ ban đầu 30 C. Dung dịch từ bể chứa nguyên liệu bơm lên bồn cao vị để ổn áp. Từ bồn cao vị, dung dịch định lƣợng bằng lƣu lƣợng kế đi vào thiết bị gia nhiệt sơ bộ và đƣợc đun nóng đến nhiệt độ sôi. Dung dịch đi bên trong ống, còn hơi đốt (hơi nƣớc bão hòa) đi trong khoảng không gian bên ngoài ống. Hơi đốt ngƣng tụ bên ngoài ống và truyền nhiệt cho dung dịch để nâng nhiệt độ dung dịch lên nhiệt độ sôi. Dung dịch sau khi đƣợc gia nhiệt sẽ chảy vào thiết bị cô đặc để thực hiện quá trình bốc hơi. Hơi nƣớc ngƣng tụ thành nƣớc lỏng theo ống dẫn nƣớc ngƣng qua bẫy hơi chảy ra ngoài. Phía trên thiết bị là buồng bốc để tách hỗn hợp lỏng – hơi thành hai dòng. Hơi thứ đi lên phía trên buồng bốc, đến bộ phận tách giọt để tách những giọt lỏng ra khỏi dòng. Giọt lỏng chảy xuống dƣới còn hơi thứ tiếp tục đi lên. Dung dịch còn lại đƣợc hoàn lƣu. Dung dịch sau cô đặc đƣợc bơm ra ngoài theo ống tháo liệu vào bể chứa sản phẩm nhờ bơm ly tâm. Hơi thứ và khí không ngƣng ra từ phía trên của buồng bốc đi vào thiết bị baromet. Chất làm lạnh là nƣớc đƣợc bơm vào ngăn trên cùng, dòng hơi thứ đƣợc dẫn vào ngăn dƣới cùng của thiết bị. Dòng hơi thứ đi lên gặp nƣớc giải nhiệt để ngƣng tụ thành lỏng và cùng chảy xuống bồn chứa qua ống baromet. Khí không ngƣng tiếp tục đi lên trên, đƣợc dẫn qua bộ phận tách giọt rồi đƣợc bơm chân không hút ra ngoài. 7 Đồ án Quá trình và Thiết bị Hình 1.3 Sơ đồ quy trình 8 Đồ án Quá trình và Thiết bị CHƢƠNG 2 CÂN BẰNG VẬT CHẤT VÀ NĂNG LƢỢNG 2.1 DỮ KIỆN BAN ĐẦU - Dung dịch nƣớc cam sau gia nhiệt - Nồng độ nhập liệu Xđ = 13% (khối lƣợng) - Nồng độ sản phẩm cuối Xc = 55% (khối lƣợng) - Năng suất nhập liệu Gđ = 1400 kg/h - Nhiệt độ đầu của nguyên liệu tđ = 30 C 2.2 CÂN BẰNG VẬT CHẤT - Nguồn nguyên liệu là hơi nƣớc bão hòa Với: Gđ , Gc, W: Lần lƣợt là khối lƣợng dung dịch ban đầu, cuối và tổng lƣợng hơi thứ (kg/h). Xđ, Xc: Là nồng độ chất khô trong dung dịch ban đầu và cuối (% khối lƣợng). * Khối lƣợng dung dịch cuối (Gc) Cân bằng vật chất theo cấu tử khô, ta có: Gđ Xđ = G c Xc Gc = = = 330, 910 (kg/h) * Tổng lƣợng hơi thứ bốc lên (W) Cân bằng vật chất cho hệ thống: Gđ = G c + W W = Gđ – Gc = 1400 – 330,910 = 1069,09 (kg/h) 2.3 CÂN BẰNG NHIỆT LƢỢNG 2.3.1 Xác định nhiệt độ và áp suất - Do nguồn nhiệt là hơi nƣớc bão hòa nên ta chọn áp suất buồng đốt (Pđốt) là 2,75 at. - Tra bảng I.251, trang 314, [4], ta có nhiệt độ hơi đốt (tđốt) là 129,575 C. - Gọi áp suất chân không tại thiết bị ngƣng tụ : Pck = 0,75 at. - Áp suất tuyệt đối thiết bị ngƣng tụ : 9 Đồ án Quá trình và Thiết bị Pc = Pa – Pck = 1 – 0,75 = 0,25 at Tra bảng I.251, trang 314, [4] ta có: Nhiệt độ ( C) Áp suất (at) 0,2 59,7 0,3 68,7 Theo công thức nội suy, tại áp suất 0,25 at ( tnt = ) ( ) = 64,2 C Với tnt là nhiệt độ hơi thứ vào trong thiết bị ngƣng tụ baromet ( C) Chênh lệch áp suất chung của hệ thống: P = Pđốt – Pc = 2,75 – 0,25 = 2,5 at ’’’ Gọi là tổn thất nhiệt độ hơi thứ trên đƣờng ống dẫn từ buồng đốt đến thiết bị ngƣng tụ. Theo trang 67, [5], chọn ’’’ = 1,5 C. Nhiệt độ ra khỏi nồi (tsdm) bằng nhiệt độ trong thiết bị ngƣng tụ + tsdm = tnt + ’’’ ’’’ = 64,2 + 1,5 = 65,7 C Tra bảng I.250, trang 312, [4] ta có: Nhiệt độ ( C) Áp suất (at) 65 0,2550 70 0,3177 Theo công thức nội suy, tại nhiệt độ 65,7 C Pnt = ( ) ( ) = 0,264 at Bảng 2.1 Bảng số liệu tổng hợp của hơi đốt và hơi thứ Hơi đốt Hơi thứ X P t i r P t i r (at) ( C) (J/kg) (J/kg) (at) ( C) (J/kg) (J/kg) 2,75 129,575 544,775.10 3 3 2180,25.10 0,264 65,7 3 274,292.10 2.3.2 Các tổn thất nhiệt * Tổn thất nhiệt do nồng độ ( ’) Tra bảng VI.1, trang 59, [5] ta có: Nhiệt độ ( C) Áp suất (at) 65 0,7899 70 0,8177 10 55% 2343,92.10 3 Đồ án Quá trình và Thiết bị Dùng công thức nội suy tại tsdm = 65,7 C. Ta đƣợc f = 0,794 Với nồng độ cuối của dung dịch là 55% thì o’ = 2,2 (tra theo đồ thị VI.2, trang 60, [5]). Bởi vì khi cô đặc có tuần hoàn thì hiệu số nhiệt độ có tổn thất nên ’ phải tính theo nồng độ cuối của dung dịch. ’ ’ o = f. = 0,794.2,2 = 1,747 C Tổn thất nhiệt độ do nồng độ ( ’) là 1,747 C. * Tổn thất nhiệt do áp suất thủy tĩnh ( ’’ ) Theo công thức VI.13 trang 60, [5] ta có ’’ = tsi – ti Với: tsi là nhiệt độ sôi ứng với áp suất Ptb ti là nhiệt độ sôi ứng với áp suất P0 (Pthứ) Theo công thức VI.12, trang 60, [5], ta có áp suất thủy tĩnh ở giữa lớp khối chất lỏng cần cô đặc: Ptb = P0 + (h1 + ). dds.g (N/m2) Trong đó: P0: là áp suất hơi thứ trên bề mặt thoáng dung dịch (N/m2). h1: chiều cao lớp dung dịch sôi kể từ miệng trên ống truyền nhiệt đến mặt thoáng dung dịch (m). H: chiều cao ống truyền nhiệt (m). dds: khối lƣợng riêng dung dịch khi sôi (kg/m3). g: gia tốc trọng trƣờng (m/s2), g = 9,81 m/s2. Chọn h1 = 0,5m; H = 1,5m nên ta có: dds = Do đây là quá trình cô đặc liên tục nên pdds tra theo nồng độ trung bình của dung dịch: Xtb = = 34% Tra bảng I.86, trang 59, [4] ta đƣợc: dd dds Ptb = P0 + (h1 + ). dds.g = 1148,370 (kg/m3) = = 574,185 (kg/m3) = 0,264.9,81.104 + [(0,5 + = 32939,344 (N/m2) = 0,336 at 11 ).574,185.9,81] Đồ án Quá trình và Thiết bị Tra bảng I.251, trang 314, [4] ta có: Áp suất (at) Nhiệt độ ( C) 0,3 68,7 0,4 75,4 Theo công thức nội suy, tại áp suất 0,336 at, nhiệt độ sôi trung bình ứng với Ptb là: ( ttb = tsi = ) ( ) = 71,112 C Theo công thức ta có: ’’ = ttb – tsdd Với: ttb: nhiệt độ sôi trung bình của dung dịch ( C) tsdd: nhiệt độ sôi của dung dịch ( C) Mà ’ = tsdd – tsdm ’ tsdd = ’’ + tsdm = 1,747 + 65,7 = 67,447 C = 71,112 – 67,447 = 3,665 C Vậy tổn thất nhiệt độ do áp suất thủy tĩnh là 3,665 C. * Chênh lệch nhiệt độ hữu ích ( thi) Tổn thất nhiệt độ: = ’ + ’’ + ’’’ = 1,747 + 3,665 + 1,5 = 6,912 C Hệ số nhiệt độ giữa nhiệt độ hơi đốt của nồi và nhiệt độ hơi thứ khi vào thiết bị ngƣng tụ là: tch = tđốt – tnt = 129,575 – 64,2 = 65,375 C Chênh lệch nhiệt độ hữu ích: thi = tch - ∑ = 65,375 – 6,912 = 58,463 C (Các công thức lấy từ trang 67, 68, [5].) Bảng 2.2 Bảng tổng hợp số liệu tổn thất nhiệt độ ở nồi cô đặc ’ ( C) 1,747 ’’ ’’’ ( C) 3,665 ( C) 1,5 thi( C) tsi( C) 58,463 71,112 2.3.3 Cân bằng nhiệt lƣợng * Nhiệt lƣợng tiêu thụ do cô đặc (Q) Theo công thức VI.3, trang 57, [5] ta có: Q = Qđ + Qbh + Qtt Trong đó: Qđ: nhiệt lƣợng cần đun nóng dung dịch đến nhiệt độ sôi. 12 (2.1) Đồ án Quá trình và Thiết bị Qbh: nhiệt lƣợng làm bốc hơi nƣớc. Qtt: nhiệt lƣợng tổn thất qua môi trƣờng. * Nhiệt lƣợng để đun nóng dung dịch đến nhiệt độ sôi (Qđ) Theo công thức VI.3, trang 57, [5] ta có: Qđ = Gđ.Ctb.(ts – tđ) Trong đó: Gđ = 1400 kg/h Ctb: nhiệt dung riêng của dung dịch (J/kg.độ) ts: nhiệt độ sôi của dung dịch ( C) tđ: nhiệt độ đầu của dung dịch khi vào thiết bị ( C) Theo công thức I.50, trang 153, [4], nhiệt dung riêng của dung dịch đƣờng: Ctb = 4190 – (2514 – 7,542.t).x (J/kg.độ) Với t: nhiệt độ của dung dịch ( C); x: nồng độ của dung dịch, phần khối lƣợng. Do trong quá trình đun nóng dung dịch tới nhiệt độ sôi, khi đó dung dịch chƣa bốc hơi nên nồng độ dung dịch không thay đổi và chính là nồng độ của nguyên liệu và bằng 13%. Ở nồng độ 13%, tra theo đồ thị VI.2, trang 60, [5]: ’ o ’ Mà: ’ = f. ’ o = 0,20 C = 0,794.0,20 = 0,159 C = tsdd – tsdm tsdd = ’ + tsdm = 0,159 + 65,7 = 65,859 C - Ở tđ = 30 C, x = 13% thì: C1 = 4190 – (2514 – 7,542.30).0,13 = 3892,594 (J/kg.độ) - Ở ts = 65,859 C, x = 13% thì: C2 = 4190 – (2514 – 7,542.65,859).0,13 = 3927,752 (J/kg.độ) Ctb = = = 3910,173 (J/kg.độ) Thay tất cả vào, ta đƣợc: Qđ = Gđ.Ctb.(ts – tđ) = 1400.3910,173.(65,859 – 30) = 196300851 (J/h) * Nhiệt lƣợng làm bốc hơi dung dịch (Qbh) Theo công thức VI.3, trang 57, [5] ta có: Qbh = W.r Trong đó: W: lƣợng hơi thứ bốc lên W = 1069,09 (kg/h) r: ẩn nhiệt hóa hơi của hơi thứ ứng với áp suất 0,264 at, (J/kg). 13 (2.2)