ĐỒ án kỹ THUẬT THỰC PHẨM TÍNH TOÁN THIẾT kế hệ THỐNG cô đặc 2 nồi DUNG DỊCH ĐƯỜNG SUCROSE

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ
NÔNG NGHIỆP & SINH HỌC ỨNG DỤNG
CƠNG NGHỆ THỰC PHẨM

KHOA
BỘ MƠN

ĐỒ ÁN KỸ THUẬT THỰC PHẨM

TÍNH TỐN THIẾT KẾ HỆ THỐNG CƠ ĐẶC 2
NỒI DUNG DỊCH ĐƯỜNG SUCROSE

Giáo viên hướng dẫn:
PGs.Ts Nguyễn Văn Mười

Sinh viên thực hiện:

1. Phan Trí Nguyên

B1800339

2. Trần Thị Huyền Trân B1800403
LỚP: NN1808A3

2020


Đồ án kỹ thuật thực phẩm

GVHD: PGs.Ts. Nguyễn Văn Mười

LỜI NÓI ĐẦU
Niên luận kỹ thuật thực phẩm là học phần giúp sinh viên biết vận dụng kiến
thức cơ sở về các q trình thiết bị trong cơng nghệ thực phẩm, tự tính tốn và thiết
kế thiết bị hay một phần của q trình chế biến thực phẩm ở quy mơ công nghiệp.
Được bộ môn công nghệ thực phẩm tạo điều kiện và sự hướng dẫn của thầy
Nguyễn Văn Mười em đã thực hiện niên luận kỹ thuật thực phẩm với đề tài: “Tính
tốn thiết kế hệ thống cơ đặc 2 nồi dung dịch đường sucrose”.
Trong quá trình thực hiện chắc chắn khơng tránh khỏi những thiếu sót, rất
mong nhận được những ý kiến đóng góp của q Thầy, Cơ cũng như các bạn trong
ngành Công nghệ thực phẩm để bản thân rút ra kinh nghiệm và thành công hơn
trong những đề tài tiếp theo.
Em xin gửi lời cám ơn sâu sắc và chân thành đến thầy Nguyễn Văn Mười. Dù
rất bận rộn với công việc giảng dạy và nghiên cứu nhưng thầy đã tận tình hướng
dẫn và giúp đỡ em hoàn thành bài Niên luận Kỹ thuật thực phẩm một cách tốt nhất.
Bên cạnh đó, các bạn học cùng lớp cũng đã giúp đỡ rất nhiều, xin cám ơn các bạn.
Xin chân thành cảm ơn !
Sinh viên thực hiện
Phan Trí Nguyên
Trần Thị Huyền Trân

SVTH: Phan Trí Nguyên B1800339
Trần Thị Huyền Trân B1800403

Trang

i


Đồ án kỹ thuật thực phẩm

GVHD: PGs.Ts. Nguyễn Văn Mười

KHOA NƠNG NGHIỆP
Bộ mơn Cơng nghệ thực phẩm

Họ tên sinh viên: 1. Phan Trí Ngun
2. Trần Thị Huyền Trân
Lớp: Cơng nghệ thực phẩm khóa 44
Thời gian thực hiện: từ 22/10/2020 đến 20/12/2020
TÊN NHIỆN VỤ:

Tính tốn thiết kế hệ thống cơ đặc 2 nồi dung dịch đường sucrose
Số liệu ban đầu:
- Năng suất nhập liệu:
-

Nồng độ đầu:

-

Nồng độ cuối:

-

Nhiệt độ nhập liệu ở nhiệt độ sôi

-

Loại thiết bị tự chọn

KẾT QUẢ THU NHẬN:
Bản thuyết minh số liệu tính tốn thiết bị chính, thiết bị phụ và tính cơ
khí một số chi tiết
- Bản vẽ thiết bị chính khổ A1
- File tổng hợp
-

Cán bộ hướng dẫn

PGs.Ts. Nguyễn Văn Mười

SVTH: Phan Trí Nguyên B1800339
Trần Thị Huyền Trân B1800403

Trang

ii


Đồ án kỹ thuật thực phẩm

GVHD: PGs.Ts. Nguyễn Văn Mười

MỤC LỤC
LỜI NÓI ĐẦU ……………………………………………………………………………. i

NHIỆM VỤ NIÊN LUẬN KỸ THUẬT THỰC PHẨM ………………………………. ii
MỤC LỤC ………………………………………………………………………………. iii
PHẦN 1. GIỚI THIỆU............................................................................................................................... 1
1.1. TỔNG QUAN VỀ ĐƯỜNG SUCROSE............................................................................................ 1

1.2. SƠ LƯỢC VỀ LÝ THUYẾT CÔ ĐẶC VÀ THIẾT BỊ CÔ ĐẶC.......................................................2
1.2.1. Giới thiệu chung về cô đặc........................................................................................................ 2
1.2.2. Phân loại........................................................................................................................................3
1.2.3. Thiết bị cơ đặc ống tuần hồn trung tâm.......................................................................................3
PHẦN 2. THIẾT BỊ CHÍNH................................................................................................................................5
2.1. CÂN BẰNG VẬT LIỆU................................................................................................................... 5
2.1.1. Lượng nước bốc hơi của cả hệ thống (hơi thứ).............................................................................5
2.1.2. Lượng hơi thứ phân bố trong từng nồi...........................................................................................6
2.1.3. Tính nồng độ của dung dịch trong từng nồi...................................................................................6
2.2. CÂN BẰNG NHIỆT LƯỢNG.......................................................................................................... 7
2.2.1 Xác định áp suất và nhiệt độ mỗi nồi..............................................................................................7
2.2.2. Xác định tổng tổn thất nhiệt độ ΣΔ................................................................................................8
2.2.3. Hiệu số nhiệt độ hữu ích Δthi và nhiệt độ sôi dung dịch...............................................................12
2.2.4. Xác định nhiệt dung riêng dung dịch...........................................................................................13
2.2.5. Lượng hơi đốt và lượng hơi thứ mỗi nồi......................................................................................13
2.2.6. Kiểm tra lại giả thiết phân bố hơi thứ ở các nồi..........................................................................15
2.3. TÍNH BỀ MẶT TRUYỀN NHIỆT.................................................................................................. 16
2.3.1. Lượng nhiệt do hơi đốt cung cấp.................................................................................................16
2.3.2. Hệ số truyền nhiệt K của mỗi nồi.................................................................................................16
2.4. KÍCH THƯỚC BUỒNG ĐỐT........................................................................................................ 21
2.4.1. Số ống truyền nhiệt......................................................................................................................21
2.4.2. Ống tuần hoàn trung tâm.............................................................................................................22
2.4.3. Đường kính trong buồng đốt........................................................................................................24
2.5. KÍCH THƯỚC BUỒNG BỐC........................................................................................................ 24
2.6. ĐƯỜNG KÍNH CÁC ỐNG DẪN................................................................................................... 25
2.6.1. Đối với dung dịch và nước ngưng................................................................................................25
2.6.2 Đối với hơi bão hòa......................................................................................................................26
2.7. TỔNG KẾT THIẾT BỊ CHÍNH....................................................................................................... 26
PHẦN 3. TÍNH TỐN THIẾT BỊ PHỤ - THIẾT BỊ NGƯNG TỤ BAROMET.......................................28
3.1. LƯỢNG NƯỚC LẠNH CẦN THIẾT ĐỂ NGƯNG TỤ.................................................................. 28

3.2. THỂ TÍCH KHƠNG KHÍ VÀ KHÍ KHƠNG NGƯNG CẦN HÚT RA KHỎI BAROMET............. 28
3.3. KÍCH THƯỚC CHỦ YẾU CỦA THIẾT BỊ NGƯNG TỤ............................................................... 29
3.3.1 Đường kính trong..........................................................................................................................30
3.3.2 Kích thước tấm ngăn.....................................................................................................................30
3.3.3 Chiều cao thiết bị ngưng tụ...........................................................................................................32

SVTH: Phan Trí Nguyên B1800339
Trần Thị Huyền Trân B1800403

Trang iii


Đồ án kỹ thuật thực phẩm

GVHD: PGs.Ts. Nguyễn Văn Mười

3.3.4. Kích thước ống Baromet..............................................................................................................33
PHẦN 4. TÍNH CƠ KHÍ.....................................................................................................................................35
4.1. CHIẾU DÀY THIẾT BỊ.................................................................................................................. 35
4.1.1. Nồi 1.............................................................................................................................................35
4.1.2. Nồi 2.............................................................................................................................................42
4.2. VỈ ỐNG.......................................................................................................................................... 47
4.3. HỆ THỐNG TAI ĐỠ....................................................................................................................... 48
4.3.1. Khối lượng vật liệu...................................................................................................................... 48
4.3.2. Khối lượng nước..........................................................................................................................50
4.4. MẶT BÍCH..................................................................................................................................... 52
4.4.1. Để nối các ống dẫn......................................................................................................................52
4.4.2. Để nối các bộ phận của thiết bị...................................................................................................53
PHẦN 5 . SƠ ĐỒ QUY TRÌNH CƠ ĐẶC........................................................................................................55
5.1. HỆ THỐNG CƠ ĐẶC 2 NỒI XI CHIỀU................................................................................... 55

5.2. THUYẾT MINH QUY TRÌNH....................................................................................................... 55
TÀI LIỆU THAM KHẢO...................................................................................................................................57

SVTH: Phan Trí Nguyên B1800339
Trần Thị Huyền Trân B1800403

Trang

iv


Đồ án kỹ thuật thực phẩm

GVHD: PGs.Ts. Nguyễn Văn Mười

DANH SÁCH BẢNG
Bảng 1. Nhiệt độ và áp suất hơi của mỗi nồi.................................................................................... 8
Bảng 2. Tổn thất nhiệt độ do nồng độ tăng cao............................................................................... 9
Bảng 3. Bảng tóm tắt tổn thất nhiệt độ do áp suất thủy tĩnh...................................................... 11
Bảng 4. Tổn thất chung trong hệ thống cô đặc.............................................................................. 12
Bảng 5. Nhiệt dung riêng của dung dịch đường sucrose............................................................. 13
Bảng 6. Các thông số về năng lượng............................................................................................... 15
Bảng 7 Lượng nhiệt do hơi cung cấp............................................................................................... 16
Bảng 8. Nhiệt tải riêng q1 phía hơi ngưng...................................................................................... 19
Bảng 9. Hệ số cấp nhiệt theo nhiệt độ sơi....................................................................................... 20
Bảng 10. Nhiệt tải riêng q2 phía dung dịch sơi............................................................................. 20
Bảng 11. Hiệu số nhiệt độ hữu ích.................................................................................................... 21
Bảng 12. Bề mặt truyền nhiệt............................................................................................................ 21
Bảng 13. Kích thước buồng bốc........................................................................................................ 25
Bảng 14. Kích thước các ống dẫn..................................................................................................... 26

Bảng 15. Bảng tóm tắt thiết bị chính............................................................................................... 26
Bảng 16. Kích thước cơ bản của thiết bị ngưng tụ Baromet...................................................... 32
Bảng 17. Tổng hợp chiều dày buồng đốt, buồng bốc................................................................... 47
Bảng 18. Thể tích thép......................................................................................................................... 49
Bảng 19. Thể tích đáy và nắp thiết bị.............................................................................................. 50
Bảng 20. Thể tích nước....................................................................................................................... 51
Bảng 21. Chân thép đối với thiết bị thẳng đứng............................................................................ 52
Bảng 22 . Mối ghép bích nối các bộ phận của thiết bị và ống dẫn........................................... 53
Bảng 23. Mối ghép bích giữa thân với đáy và nắp....................................................................... 54

SVTH: Phan Trí Nguyên B1800339
Trần Thị Huyền Trân B1800403

Trang

v


Đồ án kỹ thuật thực phẩm

GVHD: PGs.Ts. Nguyễn Văn Mười

QUY ƯỚC KÝ HIỆU
Để đơn giản trong việc chú thích tài liệu, quy ước ký hiệu như sau:
- [AI – x] – Sổ tay q trình và thiết bị Cơng nghệ hóa chất, tập 1. Nhà xuất

bản Khoa học và Kỹ thuật
- [AII – x] – Sổ tay quá trình và thiết bị Cơng nghệ hóa chất, tập 2. Nhà xuất

bản Khoa học và Kỹ thuật

- [B – x] – Sổ tay thiết kế thiết bị hóa chất và chế biến thực phẩm đa dụng, T.S

Phan Văn Thơm.
Với: x: số trang
Số chỉ công thức, bảng, hay địa chỉ trang web được ghi trong dấu ( ).

SVTH: Phan Trí Nguyên B1800339
Trần Thị Huyền Trân B1800403

Trang

vi


Đồ án kỹ thuật thực phẩm

GVHD: PGs.Ts. Nguyễn Văn Mười

PHẦN 1: GIỚI THIỆU
1.1. TỔNG QUAN VỀ ĐƯỜNG SUCROSE

Surose là thành phần quan trọng nhất của mía, là sản phẩm của cơng nghiệp
sản xuất đường, là một disacarit có cơng thức C 12H22O11. Trọng lượng phân tử của
sucrose là 342,30. Sucrose được cấu tạo từ hai đường đơn là α, D-glucose và β, Dfructose.

Hình 1. Cơng thức cấu tạo của sacaroza
Tinh thể đường sucrose trong suốt, khơng màu, nhiệt độ nóng chảy là 186 –
o

188 C. Nếu ta đưa từ từ đến nhiệt độ nóng chảy, đường biến thành 1 dạng sệt trong

suốt. Nếu kéo dài thời gian đun hoặc đun ở nhiệt độ cao, đường sẽ mất nước rồi
phân huỷ và biến thành caramen. Đường dễ hoà tan trong nước, không tan trong
dầu hoả, cloroform, benzen, ancol…Độ nhớt của dung dịch đường tăng theo chiều
tăng nồng độ và giảm theo chiều tăng nhiệt độ.
Do dung dịch đường sucrose không chịu được nhiệt độ cao (chất tan dễ bị
biến tính) nên địi hỏi phải cơ đặc ở nhiệt độ đủ thấp ứng với áp suất cân bằng ở
mặt thoáng thấp hay thường gọi là áp suất chân không.
Như vậy, sử dụng hệ thống cô đặc 2 nồi xuôi chiều để cô đặc dung dịch đường
sucrose.
1.2. GIỚI THIỆU SƠ LƯỢC VỀ LÝ THUYẾT CÔ ĐẶC VÀ THIẾT BỊ

CÔ ĐẶC
1.2.1. Giới thiệu chung về cơ đặc

Cơ đặc là q trình làm tăng nồng độ một cấu tử nào đó trong dung dịch hay
nhiều cấu tử, bằng cách tách một phần dung môi ra khỏi dung dịch ở dạng hơi, còn
dung chất hòa tan trong dung dịch khơng bay hơi, do đó nồng độ của dung chất sẽ
tăng dần lên.

SVTH: Phan Trí Nguyên B1800339
Trần Thị Huyền Trân B1800403

Trang vii


Đồ án kỹ thuật thực phẩm

GVHD: PGs.Ts. Nguyễn Văn Mười

Quá trình cơ đặc thường được tiến hành ở trạng thái sôi, nghĩa là áp suất hơi riêng

phần của dung môi trên bề mặt dung dịch bằng áp suất làm việc của thiết bị.
Q trình cơ đặc thường được ứng dụng rộng rãi trong cơng nghiệp hóa chất thực
phẩm như cơ đặc muối, đường, sữa,…
Hơi của dung môi được tách ra trong q trình cơ đặc được gọi là hơi thứ, hơi thứ ở
nhiệt độ cao có thể dùng để đun nóng cho một thiết bị khác, nếu dùng hơi thứ để
đun nóng một thiết bị ngồi hệ thống cơ đặc gọi là hơi phụ.
Truyền nhiệt trong q trình cơ đặc có thể thực hiện trực tiếp hoặc gián tiếp, khi
truyền nhiệt trực tiếp thường dùng khói lị cho tiếp xúc với dung dịch, còn truyền
nhiệt gián tiếp thường dùng hơi bão hịa để đốt nóng.
Q trình cơ đặc có thể thực hiện ở các áp suất khác nhau, khi làm việc ở áp suất
thường thì có thể dùng thiết bị hở, khi làm việc ở áp suất khác (chân không hoặc áp
suất dư) thì dùng thiết bị kín.
Q trình cơ đặc có thể tiến hành liên tục hay gián đoạn trong thiết bị một nồi hoặc
nhiều nồi.
Khi cô đặc một nồi, nếu muốn sử dụng hơi thứ để đốt nóng lại thì phải nén hơi thứ
đến áp suất của hơi đốt (gọi là thiết bị có bơm nhiệt). Khi cơ đặc nhiều nồi thì dung
dịch đi từ nồi nọ sang nồi kia, hơi thứ của nồi trước làm hơi đốt cho nồi sau.
1.2.2. Phân loại
Có nhiều cách phân loại khác nhau nhưng tổng quát lại cách phân loại theo
đặc điểm cấu tạo có 6 loại được chia làm ba nhóm chủ yếu sau đây:
- Nhóm 1: Dung dịch đối lưu tự nhiên.
+ Loại 1: Có buồng đốt trong; có thể có ống tuần hồn trong hay ống tuần hồn

ngồi.
+ Loại 2: Có buồng đốt ngồi.
- Nhóm 2: Dung dịch đối lưu cưỡng bức (tuần hồn cưỡng bức)
+ Loại 3: Có buồng đốt trong, có ống tuần hồn ngồi.
SVTH: Phan Trí Nguyên B1800339
Trần Thị Huyền Trân B1800403

Trang viii


Đồ án kỹ thuật thực phẩm

GVHD: PGs.Ts. Nguyễn Văn Mười

+ Loại 4: Có buồng đốt ngồi, có ống tuần hồn ngồi.
- Nhóm 3: Dung dịch chảy thành màng mỏng.
+ Loại 5: Màng dung dịch chảy ngược lên, có thể có buồng đốt trong hay ngoài.
+ Loại 6: Màng dung dịch chảy xi, có thể có buồng đốt trong hay ngồi.

1.2.3. Thiết bị cơ đặc ống tuần hồn trung tâm
1.2.3.1 Cấu tạo
- Phịng đốt.
- Ống truyền nhiệt
- Ống tuần hồn.

1.2.3.2 Ngun tắc hoạt động
Dung dịch ở phòng đốt đi trong ống cịn hơi đốt đi vào khoảng trống phía ngồi
ống. Khi làm việc, dung dịch ở trong ống truyền nhiệt sôi tạo thành hỗn hợp hơi lỏng có khối lượng riêng giảm đi và bị đẩy từ dưới lên trên miệng ống, cịn trong
ống tuần hồn thể tích của dung dịch trên một đơn vị bề mặt truyền nhiệt lớn hơn
so với ống truyền nhiệt, do đó lượng hơi tạo ra trong ống ít hơn, vì vậy, khối lượng
riêng của hỗn hợp hơi – lỏng ở đây lớn hơn trong ống truyền nhiệt, sẽ bị đẩy xuống
dưới. Kết quả là trong thiết bị có chuyển động tuần hồn tự nhiên từ dưới lên trong
ống truyền nhiệt và từ trên xuống trong ống tuần hồn.
Tốc độ tuần hồn càng lớn thì tốc độ cấp nhiệt của dung dịch càng tăng và làm
giảm sự đóng cặn trên bề mặt truyền nhiệt. Q trình tuần hoàn tự nhiên của thiết bị
được tiến hành liên tục cho đến khi nồng độ dung dịch đạt yêu cầu thì mở van đáy
để tháo sản phẩm ra.

1.2.3.2. Ưu và nhược điểm
- Ưu điểm:
+ Thiết bị cấu tạo đơn giản, dễ sữa chửa và làm sạch.
+ Hệ số truyền nhiệt K khá lớn.

SVTH: Phan Trí Nguyên B1800339
Trần Thị Huyền Trân B1800403

Trang

ix


Đồ án kỹ thuật thực phẩm

GVHD: PGs.Ts. Nguyễn Văn Mười

+ Khó bị đóng cặn trên bề mặt gia nhiệt nên có thể dùng để cơ đặc dung

dịch dễ bị bẩn tắt.
+ Dung dịch tuần hòan tự nhiên giúp tiết kiệm được năng lượng.
- Nhược điểm: Tốc độ tuần hoàn giảm dần theo thời gian vì ống tuần hồn trung

tâm cũng bị đun nóng

SVTH: Phan Trí Ngun B1800339
Trần Thị Huyền Trân B1800403

Trang

x


Đồ án kỹ thuật thực phẩm

GVHD: PGs.Ts. Nguyễn Văn Mười

PHẦN 2. THIẾT BỊ CHÍNH
2.1. CÂN BẰNG VẬT LIỆU
2.1.1. Lượng nước bốc hơi của cả hệ thống (hơi thứ)
W=? kg/h
G=1000 kg/h
Xđ = 0,15

Cơ đặc

P
Xc= 0,65

Chọn căn bản tính là 1 giờ cho cả hệ thống.


Cân bằng vật chất tổng quát:
G=P+W

kg/h

Với: F, P, W: khối lượng dung dịch ban đầu, sản phẩm cuối, tổng lượng hơi thứ,
kg/h
Theo đầu đề: G= 1000 kg/h

1000=P +W


Cân bằng vật chất đối với cấu tử chất khô:
G.xđ = P.xc
Với: xF, xP: nồng độ chất khô trong dung dịch ban đầu, sản phẩm cuối

(% khối lượng)
Ta có: xđ = 15% = 0,15
xP = 65% = 0,65
0,15.1000= 0,65.P

(2)

Từ (1) và (2), ta được:
P = 230,8 kg/h
W = 769,2 kg/h

SVTH: Phan Trí Nguyên B1800339
Trần Thị Huyền Trân B1800403

Trang

xi


Đồ án kỹ thuật thực phẩm

GVHD: PGs.Ts. Nguyễn Văn Mười

2.1.2. Lượng hơi thứ phân bố trong từng nồi
Gọi W1, W2 lần lượt là lượng hơi thứ bốc lên ở nồi 1 và nồi 2, kg/h
Ta có: W1 + W2 = 769,2 kg/h

Giả sử lượng hơi thứ của từng nồi:
sau khi tính tốn thực tế ta sẽ tìm được W 1 và W2 và so sánh với W1, W2 theo giả
thuyết ban đầu. Nếu sai số giữa lượng hơi thứ thực tế và lượng hơi thứ lý thuyết
<5% là được.
Từ (1) và (2) ta giải hệ phương trình
W1 = W2 = 384,6 kg/h
2.1.3. Tính nồng độ của dung dịch trong từng nồi

P

G

Xc

Xđ

P1: khối lượng dung dịch ra khỏi nồi 1 trong 1 giờ (kg/h)
x1: nồng độ của dung dịch khi ra khỏi nồi 1 (% khối lượng)


Nồng độ dung dịch ra khỏi nồi 1:

Cân bằng vật chất tổng quát:
G = P1 + W 1

⇒

P1 = G - W1 = 1000 – 384,6 = 615,4 kg/h

Cân bằng vật chất đối với cấu tử chất khô:
G

G.xđ = P1.x1


1000

x1 = P1 xđ = 615,4 .0,15 = 0,2437 = 24,37%

Nồng độ dung dịch ra khỏi nồi 2 (x2):

Nồng độ của dung dịch khi ra khỏi nồi 2 chính là nồng độ sản phẩm
cuối x2 = xP = 65% = 0,65
SVTH: Phan Trí Nguyên B1800339
Trần Thị Huyền Trân B1800403

Trang xii


Đồ án kỹ thuật thực phẩm



GVHD: PGs.Ts. Nguyễn Văn Mười

Nồng độ trung bình nồi 1:

xđ +x1
0,15+0,2437

⇒ xtb1=

.100=

.100=19,685%

22


Nồng độ trung bình nồi 2:
x1 +x2
0,2437+0,65

⇒ xtb2=

.100=

.100=44,685 %

22

2.2. CÂN BẰNG NHIỆT LƯỢNG
2.2.1 Xác định áp suất và nhiệt độ mỗi nồi
-

Chọn áp suất hơi đốt Phđ1 = 1,232 at ứng với nhiệt độ hơi đốt Thđ1 = 105oC

-

Nhiệt độ trong thiết bị ngưng tụ Tng = 55oC, áp suất là Png=0,1605

at Hiệu số áp suất của cả hệ thống:
ΔP=Phd 1−Png=Δ P1+ Δ P2=1,232−0,1605=1,0715

Hiệu số áp suất giữa hơi đốt đi vào nồi 1 và nồi 2

: Hiệu số áp suất giữa hơi đốt đi vào nồi 2 và tháp ngưng tụ:

Giả thiết tỉ số giữa hiệu số áp suât nồi 1 và nồi 2 là:

ΔP1

=1,7575

ΔP2

Từ (1) và (2) ta có hệ phương trình:

{

¿ Δ P1 +Δ P2=1,0715
¿ Δ P1=1,7575. Δ P2
⇒

ΔP =
1

0,683 at;

ΔP

2

=0,389 at

⇒ Phd 2=1,232−0,683=0,549

SVTH: Phan Trí Nguyên B1800339
Trần Thị Huyền Trân B1800403

Trang xiii


Đồ án kỹ thuật thực phẩm

GVHD: PGs.Ts. Nguyễn Văn Mười

Dựa vào các dữ kiện trên và [B – 39] – (II – 7) ta xác định được áp suất của hơi
đốt và nhiệt độ của hơi thứ.
Bảng 1. Nhiệt độ và áp suất hơi của mỗi nồi
Loại
P (at)
Hơi
đốt

1,232

Hơi
thứ

0,549

Nhiệt độ hơi đốt nồi sau bằng nhiệt độ hơi thứ nồi trước trừ đi 1 oC (do tổn thất
nhiệt trên đường ống), còn nhiệt độ hơi thứ của nồi cuối cùng bằng nhiệt độ ở thiết
bị ngưng tụ cộng thêm 1oC.
2.2.2. Xác định tổng tổn thất nhiệt độ ΣΔ
2.2.2.1. Tổn thất nhiệt do nồng độ nâng cao (Δ’)
Δ’ được xác định theo công thức gần đúng của Tisencô:
T m2

Δ’ = Δ0’.f , oC - Với: f =16,2.

r

[AII – 59] – (VI.10)

Trong đó:
Δ0’: tổn thất nhiệt độ ở áp suất thường (Δ 0’ có thể được tra từ [AII – 60], do
cơ đặc có tuần hồn dung dịch nên tra theo nồng độ cuối và ứng với nhiệt độ hơi
thứ).
f: hệ số hiệu chỉnh vì thiết bị cơ đặc thường làm việc ở áp suất khác với áp

suất thường.
r: ẩn nhiệt hóa hơi của dung môi ở áp suất làm việc, ( J/kg )[B – 39] – (II – 7)
Tm: nhiệt độ của dung môi nguyên chất ở áp suất làm việc (= nhiệt độ hơi
thứ), K

SVTH: Phan Trí Nguyên B1800339

Trang xiv


Trần Thị Huyền Trân B1800403


Đồ án kỹ thuật thực phẩm

GVHD: PGs.Ts. Nguyễn Văn Mười

Dựa vào các dữ kiện trên và sổ tay quá trình và thiết bị Cơng nghệ hóa chất, tập 2
ta xác định được tổn thất do nhiệt độ nâng cao.
Bảng 2. Tổn thất nhiệt độ do nồng độ tăng cao
Đại

x (%)

lượng
Nồi 1

25

Nồi 2

65

Với: Tm = Tht + 273; ’o tra từ ( />2.2.2.2. Tổn thất nhiệt độ do áp suất thủy tĩnh tăng cao, Δ’’

h1

2

2

Hình 2. Sự thay đổi nhiệt độ trong q trình cơ đặc

SVTH: Phan Trí Ngun B1800339

Trang xv


Trần Thị Huyền Trân B1800403


Đồ án kỹ thuật thực phẩm

GVHD: PGs.Ts. Nguyễn Văn Mười

1 – 2: Nhiệt độ hơi đốt.
3: Nhiệt độ sôi của dung dịch ở đáy ống truyền nhiệt.
4: Nhiệt độ sôi trung bình của dung dịch.

5 – 6: Nhiệt độ sơi của dung dịch và của hơi thứ ngay trên mặt thoáng.
7: Nhiệt độ hơi thứ ở thiết bị ngưng tụ.
Áp suất hơi thứ dung dịch thay đổi theo chiều sâu của dung dịch: Ở trên bề mặt
dung dịch thì bằng áp suất hơi trong buồng bốc, cịn ở đáy thì bằng áp suất trên bề
mặt cộng với áp suất thủy tĩnh của cột dung dịch kể từ đáy ống. Trong tính tốn ta
thường tính theo áp suất trung bình của dung dịch.

Ta có cơng thức tính áp suất trung bình của dung dịch như sau:
Ptb = P’ + ΔP, N/m2
ΔP = (h1 +

kg

ρs =

P’: áp

Với:
ΔP: áp suất thủy tĩnh kể từ mặt dung dịch đến giữa ống, N/m2.
h1: chiều cao của lớp dung dịch sôi kể từ miệng trên ống truyền nhiệt đến
mặt thoáng của dung dịch, m.
h2: chiều cao của dung dịch chứa trong ống truyền nhiệt, m.
ρs: khối lượng riêng của dung dịch khi sôi, kg/m3.
g: gia tốc trọng trường, g = 9,81 m/s2.
Nếu biết được áp suất thủy tĩnh ta sẽ tính được áp suất trung bình (P tb) ở từng nồi
- Nồi 1: Ptb1 = Pht1 + ΔP1 , N/m

2

- Nồi 2: Ptb2 = Phtt2 + ΔP2 , N/m

SVTH: Phan Trí Nguyên B1800339
Trần Thị Huyền Trân B1800403

2

Trang xvi

Đồ án kỹ thuật thực phẩm

GVHD: PGs.Ts. Nguyễn Văn Mười

Nhiệt độ tổn thất do áp suất thủy tĩnh ở các nồi bằng hiệu số giữa nhiệt độ trung
bình (Ttb) và nhiệt độ của dung dịch trên mặt thoáng (Tmt).
- Nồi 1: Δ1’’ = Ttb1 – Tmt
- Nồi 1: Δ2’’ = Ttb2 – Tmt

- Cả 2 nồi:

Σ ’’=

’’

1+

’’

2

Chọn chiều cao của lớp dung dịch sôi kể từ miệng trên ống truyền nhiệt đến mặt
thoáng của dung dịch ở nồi 1 và nồi 2 bằng nhau: h 1= 0,5 m. Chiều cao của dung
dịch chứa trong ống truyền nhiệt: h2= 1 m.
Khối lượng riêng được tra dựa vào nồng độ trung bình và ứng với nhiệt độ hơi thứ
từ ( />Bảng 3. Bảng tóm tắt tổn thất nhiệt độ do áp suất thủy tĩnh
Đại

xtb

lượng

(%)

Nồi 1

19,685

Nồi 2

44,685

Nhiệt độ trung bình Ttb tra [B – 39] – (II – 7) dựa vào áp suất trung bình
Ptb. 2.2.2.3 Tổn thất nhiệt độ do sức cản thủy lực trong các ống dẫn, Δ’’’
Thường chấp nhận tổn thất nhiệt trên các đoạn ống dẫn hơi thứ từ nồi này sang nồi
kia, từ nồi cuối đến thiết bị ngưng tụ là: Δ’’’ = 1 ÷ 1,5oC

[AII – 67]

Chọn Δ1’’’ = Δ2’’’ = 1oC
2.2.2.4. Tổn thất chung trong hệ thống cơ đặc, ΣΔ

SVTH: Phan Trí Ngun B1800339

Trang xvii


Trần Thị Huyền Trân B1800403

Đồ án kỹ thuật thực phẩm

GVHD: PGs.Ts. Nguyễn Văn Mười

Bảng 4. Tổn thất chung trong hệ thống cô đặc
Nồi
1
2

Vậy tổng tổn thất chung là:
ΣΔ = (Δ1’ + Δ2’) + (Δ1’’ + Δ2’’) + (Δ1’’’ + Δ2’’’) = 12,981oC.
2.2.3. Hiệu số nhiệt độ hữu ích Δthi và nhiệt độ sơi dung dịch
Hiệu số nhiệt độ hữu ích là hiệu số giữa nhiệt độ của hơi đốt và nhiệt độ sơi trung
bình của dung dịch.
2.2.3.1 Nhiệt độ sôi
-

Nhiệt độ sôi của dung dịch ở nồi
1: Ts1 = Tht1 + Δ’1 + Δ’’1 = 86 oC

-

Nhiệt độ sôi của dung dịch ở nồi 2:
Ts2 = Tht2 + Δ’2 + Δ’’2 = 64,1 oC

2.2.3.2 Hiệu số nhiệt độ hữu ích của mỗi nồi
Δthi = Thđ – Ts, (oC)

[AII – 67] – (VI.17)

Thđ: nhiệt độ hơi đốt mỗi nồi.
Ts: nhiệt độ sôi của dung dịch trong từng nồi.
-

Đối với nồi 1:
Δthi1 = Thđ1 – Ts1 = 105 – 86 = 19oC

-

Đối với nồi 2:
Δthi2 = Thđ2 – Ts2 = 82,08 – 64,1 = 18oC

Vậy tổng số nhiệt độ hữu ích:

SVTH: Phan Trí Nguyên B1800339
Trần Thị Huyền Trân B1800403

= 19 + 18 = 37oC

Trangxviii


Đồ án kỹ thuật thực phẩm

GVHD: PGs.Ts. Nguyễn Văn Mười

2.2.4. Xác định nhiệt dung riêng dung dịch
Giá trị nhiệt dung riêng của dung dịch nước táo được tra dựa vào nồng độ dung

dịch ứng với nhiệt độ của dung dịch ở từng thời điểm từ
( />Ta có :
Tđ , Ts1 ,Ts2: nhiệt độ dung dịch ban đầu, ra khỏi nồi 1, ra khỏi nồi 2, (oC )
xđ, xtb1 , xtb2: nồng độ dung dịch ban đầu, nồng độ của dung dịch ra khỏi nồi
1 và nồi 2, (%)
Bảng 5. Nhiệt dung riêng của dung dịch nước khóm
Dung dịch
Vào nồi 1
Ra khỏi nồi 1
Ra khỏi nồi 2

2.2.5. Lượng hơi đốt và lượng hơi thứ mỗi nồi
Giả thiết:
+ Khơng lấy hơi phụ (tồn bộ hơi thứ nồi 1 làm hơi đốt cho nồi 2)
+ Khơng có tổn thất nhiệt ra mơi trường
+ Bỏ qua nhiệt cô đặc (hay nhiệt khử nước)

Chọn nhiệt độ tham chiếu là 0oC

SVTH: Phan Trí Nguyên B1800339
Trần Thị Huyền Trân B1800403

Trang xix


Đồ án kỹ thuật thực phẩm

GVHD: PGs.Ts. Nguyễn Văn Mười

W1, i1

W2, i2

Gđ, Tđ, Cđ
D, iđ

G2, C2, Ts2

G1, C1,
Ts1
D, Cn1, 1

W1, Cn2, 2

Hình 3. Sơ đồ khối hệ thống cơ đặc 2 nồi

Phương trình cân bằng năng lượng:
- Nồi 1: D(iđ – Cn1θ1) = G1C1Ts1 – GđCđTđ + W1i1

(a)

- Nồi 2: W1(i1 – Cn2θ2) = G2C2Ts2 – G1C1Ts1 + W2i2

(b)

Trong đó:
D: khối lượng hơi đốt cho hệ thống trong 1 giờ, kg/h
W1, W2: khối lượng hơi thứ nồi 1, nồi 2 trong 1 giờ, kg/h
Gđ, G1, G2: khối lượng dung dịch ban đầu, ra khỏi nồi 1, ra khỏi nồi 2 trong 1
giờ, kg/h

Cđ, C1, C2: nhiệt dung riêng dung dịch ban đầu, ra khỏi nồi 1, ra khỏi nồi 2,
J/kg.độ
Tđ, Ts1, Ts2: nhiệt độ dung dịch ban đầu, ra khỏi nồi 1, ra khỏi nồi 2, oC
iđ, i1, i2: enthalpy hơi đốt vào nồi 1, hơi thứ nồi 1, hơi thứ nồi 2, J/kg
Cn1, Cn2: nhiệt dung riêng nước ngưng nồi 1, nước ngưng nồi 2, J/kg.độ
θ1, θ2: nhiệt độ nước ngưng nồi 1, nồi 2 (= nhiệt độ hơi đốt của nồi 1 và 2,
nhiệt độ hơi đốt nồi 2 là nhiệt độ hơi thứ nồi 1 trừ 1), oC

SVTH: Phan Trí Nguyên B1800339
Trần Thị Huyền Trân B1800403

Trang xx


Đồ án kỹ thuật thực phẩm

GVHD: PGs.Ts. Nguyễn Văn Mười

Ta có: W1 + W2 = 3024 kg/h
Bảng 6. Các thơng số về năng lượng

Nhập liệu (đ)
Ra khỏi nồi 1
Ra khỏi nồi 2

Ghi chú:
-

Cn được tra từ ( dựa vào nhiệt
độ hơi đốt.

[B−39]

-

i được tra từ

-(II-7) theo nhiệt độ dung dịch tương ứng.

-

Tdd là nhiệt độ của dung dịch tương ứng, oC.
Thay các số liệu trong bảng 6 vào 2 phương trình cân bằng năng lượng (a) và

(b) trên. Giải hệ phương trình (a), (b) và (c) ta được các thơng số sau:
Lượng hơi thứ tiêu tốn chung là: D = 601,9 kg/h
Lượng hơi thứ bốc lên ở nồi 1 là: W1 = 393,7 kg/h
Lượng hơi thứ bốc lên ở nồi 2 là: W2 = 375,5 kg/h
2.2.6. Kiểm tra lại giả thiết phân bố hơi thứ ở các nồi

Công thức so sánh:
Trong đó:

W

L

WL: lượng hơi thứ giả thiết hay tính tốn có giá trị lớn
Wn: lượng hơi thứ giả thiết hay tính tốn có giá trị nhỏ
393,7−384,6

Nồi 1:
.100 %=2,311 % < 5%
393,7

SVTH: Phan Trí Nguyên B1800339
Trần Thị Huyền Trân B1800403

Trang xxi