Thiết kế thiết bị thanh trùng nằm ngang để thanh trùng nước yến đóng lon với năng suất 5 tấn mẻ

PHẦN 1
ĐẶT VẤN ĐỀ
Từ lâu yến sào được đông y thừa nhận là một loại thực phẩm - thuốc
có chất lượng cao. nó rất bổ dưỡng, có thể trị một số bệnh. .Để tăng giá trị
thương mại và phổ thông hóa yến sào, người ta đã làm ra các lon nước yến
giải khát và gọi là nước yến giải khát bổ dưỡng. Hiện trên thị trường có
hơn 20 loại lon, chai, lọ nước yến sào với đủ kích cỡ, màu sắc, chất lượng
. Thường là lon loại 250ml. Nội dung nhãn mác là nước yến sào, nước yến
ngân nhĩ, yến vương, yến sâm
Nước yến hay là nước giải khát mang nhiều chất bổ dưỡng, có chứa
nhiều Protein, muối Natri, Phosphor, Vitamin và các nguyên tố vi lượng
cần thiết cho cơ thể con người. Nước Yến Ngân Nhĩ còn có tính hạ hoả,
hoạt nhiệt, bảo vệ làn da tươi mát, duy trì tuổi thanh xuân. Ngoài ra còn có
thể nâng cao sức đề kháng và chức năng miễn dịch, có hiệu quả rất tốt về
phòng bệnh và phục hồi sức khoẻ.
Do nhu cầu sử dụng các loại đồ uống đặc biệt là nước yến đóng lon
ngày càng cao vì vậy việc cung cấp cho con người sản phẩm an toàn, vệ
sinh và chất lượng cao là một trong những mục tiêu hàng đầu của các nhà
sản xuất. Trong công nghệ sản xuất nước yến đóng lon, thanh trùng là một
trong những công đoạn quan trọng có tác dụng quyết định tới khả năng bảo
quản và chất lượng thực phẩm
Thanh trùng là quá trình gia nhiệt thực phẩm đến 80-121°C, nhằm
tiêu diệt những vi sinh vật gây hại như vi khuẩn, virut, nấm men, nấm mốc.
Quá trình thanh trùng giúp làm giảm lượng vi sinh vật trong các sản phẩm
như bia, nước ngọt, các loại đồ uống, và từ đó sẽ làm kéo dài thời gian bảo
quản của thực phẩm. Để đảm bảo các tính chất cảm quan của thực phẩm
như mùi vị, hương thơm, màu sắc, độ trong… thì quá trình thanh trùng phải
được thực hiện một cách chính xác. Do vậy, cần thiết phải xác định được
thời gian và nhiệt độ tối thiểu để quá trình thanh trùng vừa có hiệu quả tiêu
diệt vi sinh vật, vừa không tạo ra các mùi vị không mong muốn cho sản
phẩm, đồng thời tiết kiệm được năng lượng sử dụng.

Để đáp ứng nhu cầu ngày càng cao của con người, trong nhiệm
vụ đồ án thiết bị chúng tôi thực hiện đề tài:" thiết kế thiết bị thanh
trùng nằm ngang để thanh trùng nước yến đóng lon với năng suất
5tấn/mẻ".
1
PHẦN 2
TỔNG QUAN VỀ CÁC PHƯƠNG PHÁP VÀ CÔNG NGHỆ
THỰC HIỆN
1. Mục đích của quá trình thanh trùng
Trong sản xuất đồ hộp thực phẩm, thanh trùng là một quá trình quan
trọng, có tác dụng quyết định tới khả năng bảo quản và chất lượng của thực
phẩm. Đây là biện pháp cất giữ thực phẩm theo nguyên lý tiêu diệt mầm
móng gây hư hỏng thực phẩm (nguyên tắc đình chỉ sự sống) bằng nhiều
phương pháp khác nhau: dùng dòng điện cao tần, tia ion hóa, siêu âm, lọc
thanh trùng và tác dụng của nhiệt độ.
2. Các hệ vi sinh vật trong đồ hộp
Các hệ vi sinh vật tồn tại trong đồ hộp nguy hiểm nhất là các loại vi
khuẩn, sau đó mới đến nấm men và nấm mốc.
*Vi khuẩn
Các loại vi khuẩn phổ biến nhất thường thấy trong đồ hộp.
2.1. Loại hiếu khí
+ Bacillus mesentericus: có nha bào, không độc, ở trong nước và trên
bề mặt rau. Nha bào bị phá hủy ở 110
0
C trong 1 giờ. Loại này có trong tất
cả các loại đồ hộp, phát triển nhanh ở nhiệt độ quanh 37
0
C.
+ Bacillus subtilis: có nha bào không gây bệnh. Nha bào chịu 100
0

C
trong 1 giờ, 115
0
C trong 6 phút. Loại này có trong đồ hộp cá, rau, thịt.
Không gây mùi vị lạ, phát triển rất mạnh ở 25 - 35
0
C.
2.2. Loại kỵ khí
+ Clostridium sporogenes: cố định ở trạng thái tự nhiên của mọi môi
trường. Nó phân hủy protid thành muối của NH
3
, rồi thải NH
3
,, sản sinh ra
H
2
S, H
2
và CO
2
. Nha bào của nó chịu đựng được trong nước sôi trên 1 giờ.
Clostridium sporogenes có độc tố, song bị phá hủy nếu đun sôi lâu. Loại
này có trong mọi đồ hộp, phát triển rất mạnh ở 27 - 58
0
C. Nhiệt độ tối thích
là 37
0
C.
+ Clostridium putrificum: là loại vi khuẩn đường ruột, có nha bào,
không gây bệnh. Các loại nguyên liệu thực vật đề kháng mạnh với

2
Clostridium putrificum vì có phitonxit. Loại này có trong mọi đồ hộp, nhiệt
độ tối thích là 37
0
C.
2.3. Loại vừa hiếu khí vừa kỵ khí
+ Bacillus thermophillus: có trong đất, phân gia súc, không gây
bệnh, có nha bào. Tuy có rất ít trong đồ hộp nhưng khó loại trừ. Nhiệt độ
tối thích là 60 - 70
o
C.
+ Staphylococcus pyrogenes aureus: có trong bụi và nước, không có
nha bào. Thỉnh thoảng gây bệnh vì sinh ra độc tố, dễ bị phá hủy ở 60 -
70
o
C. Phát triển nhanh ở nhiệt độ thường.
2.4. Loại gây bệnh, gây ra ngộ độc do nội độc tố
+ Bacillus botulinus: còn có tên là Clostridium botulinum. Triệu
chứng gây bại liệt rất đặc trưng : làm đục sự điều tiết của mắt, rồi làm liệt
các cơ điều khiển bởi thần kinh sọ, sau đó toàn thân bị liệt. Người bị ngộ
độc sau 4 - 8 ngày thì chết. Loại này chỉ bị nhiễm khi không tuân theo
nguyên tắc vệ sinh và thanh trùng tối thiểu.
Nha bào có khả năng đề kháng mạnh: ở 100
o
C là 330 phút, 115
o
C là
10 phút, 120
o
C là 4 phút. Độc tố bị phá hủy hoàn toàn khi đun nóng 80

o
C
trong 30 phút.
+ Salmonella: thuộc nhóm vi khuẩn gây bệnh, hiếu khí, ưa ẩm,
không có nha bào nhưng có độc tố.
* Nấm men, nấm mốc
+ Nấm men: chủ yếu là Saccharomyces ellipsoides, hiện diện rộng
khắp trong thiên nhiên. Nấm men thường thấy trong đồ hộp có chứa đường.
Bào tử của nấm men không có khả năng chịu đựng được nhiệt độ cao,
chúng có thể chết nhanh ở nhiệt độ 60
o
C.
+ Nấm mốc: ít thấy trong đồ hộp.
Nói chung men, mốc dễ bị tiêu diệt ở nhiệt độ thấp và dễ loại trừ
bằng cách thực hiện vệ sinh công nghiệp tốt.
3.Các phương pháp thanh trùng đồ hộp
Để đạt được mục đích thanh trùng đồng thời bảo đảm phẩm chất của
đồ hộp thực phẩm, người ta sử dụng nhiều phương pháp khác nhau như:
+ Thanh trùng bằng nhiệt
+ Thanh trùng bằng chất kháng sinh
3
+ Thanh trùng bằng tia tử ngoại
+ Thanh trùng bằng sóng siêu âm
+ Thanh trùng bằng dòng điện cao tần
+ Thanh trùng bằng tia bức xạ điện ly
+ Thanh trùng bằng phương pháp lọc tuyệt sinh
Các phương pháp trên có thể sử dụng độc lập hoặc kết hợp phương
pháp này với phương pháp khác nhằm nâng cao hiệu quả thanh trùng, ví dụ
thanh trùng bằng chất kháng sinh kết hợp nhiệt, tia tở ngoại kết hợp nhiệt
Thanh trùng bằng nhiệt độ cao của nước nóng và hơi nước nóng là

phương pháp thanh trùng phổ biến nhất trong sản xuất đồ hộp.
Khi nâng nhiệt độ của môi trường quá nhiệt độ tối thích của vi sinh
vật thì hoạt động của vi sinh vật bị chậm lại. Ở nhiệt độ cao, protid của chất
nguyên sinh của vi sinh vật bị đông tụ làm cho vi sinh vật bị chết. Quá trình
đông tụ protid này không thuận nghịch, nên hoạt động của vi sinh vật
không phục hồi sau khi hạ nhiệt.
4. Giới thiệu thiết bị thanh trùng
4.1. Thiết bị thanh trùng hở nắp
Có cấu tạo đơn giản như nồi nấu, dùng môi trường truyền nhiệt là
nước được đun sôi bằng hơi hoặc đun trực tiếp bằng nhiên liệu.
Dùng để thanh trùng các loại đồ hộp có nhiệt độ thanh trùng không
quá không quá 100
0
C.
4.2. Thiết bị thanh trùng có áp suất cao làm việc gián đoạn
Dùng để thanh trùng các loại đồ hộp có nhiệt độ thanh trùng từ
100
0
C trở lên, có nắp đậy kín, còn gọi là nồi hấp thanh trùng. Có 2 loại nồi
hấp: Loại đặt thẳng đứng và loại đặt nằm ngang.
+ Thiết bị hấp thanh trùng loại thẳng đứng
Có thân hình trụ, đáy và nắp hình chõm cầu, nắp có các chốt ghép
chặt với thân thiết bị, dưới đáy có lắp ống phun hơi nóng để thanh trùng.
Bên trong thiết bị có giá đỡ để đặt giỏ đựng đồ hộp, có loại chỉ có 1 giỏ,
loại 2 giỏ, loại 3 giỏ.
4
+ Thiết bị hấp thanh trùng loại đặt nằm ngang
Thân thiết bị đặt nằm ngang, bên trong không có giá đỡ giỏ mà có
đường rây để cho xe đựng các giỏ đồ hộp đẩy vào.
Loại này có khả năng làm việc cao, nhưng thao tác phức tạp, chu kỳ

làm việc kéo dài, tốn hơi và nước nhiều.
Hình vẽ: Thiết bị tiệt trùng hơi dạng nằm ngang
4.3 Thiết bị thanh trùng làm việc liên tục dùng áp suất thủy tĩnh
Thiết bị gồm có 2 nhánh cột nước cao 12 - 20 m chứa đầy nước
nóng. Giữa 2 cột nước là một phòng chứa đầy hơi nước nóng. Cuối cột
nước thứ II là thùng nước lạnh. Đồ hộp được chuyển bằng băng tải xích.
Áp suất trong phòng hơi được điều chỉnh bằng cách điều chỉnh chiều cao
mực nước ở 2 nhánh cột nước. Thời gian thanh trùng được điều chỉnh bằng
5
vận tốc của băng tải.Thiết bị này làm việc với năng suất cao nhưng có
nhược điểm là cấu tạo hơi cồng kềnh.
4.4. Thiết bị thanh trùng bản mỏng
Đây là loại thiết bị làm việc liên tục ở áp suất hơi nước cao hơn áp
suất khí quyển. Cấu tạo của thiết bị nhờ các khoang chứa nước quả đặt xen
kẻ với các khoang chứa chất tải nhiệt, và nước quả chảy trong khoang kín
chỉ bằng một lớp mỏng, lại được truyền nhiệt từ 2 mặt nên thời gian thanh
trùng rất nhanh. Thiết bị thanh trùng bản mỏng dùng để thanh trùng nước
quả trước khi rót vào hộp và phải rót hộp trong điều kiện vô trùng.
6
PHẦN 3
CÂN BẰNG VẬT LIỆU
1. Tính số hộp thanh trùng trong một mẻ
Chọn lon nước yến có kích thước (50 x 13252 x 132) mm, thể tích
250 ml.
Từ đó ta suy ra được đường kính ngoài của hộp là d=50mm = 0.05m,
chiều cao hộp h= 132mm= 0.132m.
Thể tích thực của thực phẩm: V=240ml,
suy ra khối lượng tịnh của thực phẩm là:
m
tp

= ρ x V = 1200 x 240 x 10
_6
= 0.288 (Kg)
Với khối lượng riêng của nước yến chọn ρ= 1200 Kg/m
3
m
vỏ hộp
= 0.045 (Kg)
Khối lượng của một hộp:
m
hộp
= 0.288 + 0.045 = 0.333 (Kg).
Theo bài ra, năng suất: 5 tấn/mẻ.
Suy ra: Số hộp trong 1 mẻ:
n= (5 x 10
3
)/0.333= 15015( hộp/mẻ.)
2.Tính toán xe goòng
Chọn kích thước xe goòng: Dài 1.3m
Rộng 1.3m
Cao 1.6m
Chọn vật lệu làm xe là thép CT3 có:
ρ= 7850 kg/m3, G= 1.9 Kg/m,
C= 0.5 KJ/Kg.độ = 0.5/0.41868 = 0.1196 Kcal/Kg.độ.
Thép làm khung là thép góc L:
b=0.04 (m)
B=0.04 (m)
D=0.03 (m)
Khung xe được hàn bởi:
6 thanh thép L dài 1.3 m

6 thanh thép L dài 1.3 m
4 thanh thép L dài 1.6 m
7
Chiều cao của khung là 1.6 m
Suy ra:
Khối lượng của khung xe là:
m
khung
=( 6 x1.3 + 6 x1.3 +4 x1.6) x 1.9 = 41.8 (Kg)
Chọn:
Chiều cao của khay là: 0.05m
Hai giàn đỡ khay cách nhau: 0.15 m
Dàn đỡ cách mặt đáy xe: 0.2m
Suy ra:
Số giàn đỡ trong 1 xe là:
15.0
2.06.1 −
= 9(giàn đỡ)
Số khay trong một xe là: 9 khay
3.Tính khối lượng của giàn đỡ:
Giàn đỡ làm bằng thép tròn CT3 có θ= 0.006 m, có 10 thanh bố trí theo
chiều ngang.
Tổng khối lượng của giàn đỡ:
m
giàn đỡ
= (10x π x D
2
x h x ρx 9)/4
= (10x 3.14x 0.006
2

x 1.3x 7850 x9)/4
=25.95 (Kg)
4. Tính khối lượng khay đựng vật liệu
Chọn vật liệu làm khay là nhôm có: ρ= 2700 kg/m3,
C= 0.88 KJ/Kg.độ = 0.88/0.41868 = 2.1 Kcal/Kg.độ
Chiều dài 1.2 m
Chiều rộng 1.2 m
Chiều cao 0.05 m
Chiều dày thành khay 0.002 m
Chiều dày đáy khay 0.003 m
+ Số lon nước yến xếp trong 1 hàng theo chiều dài khay là:
n = 1.2/0.05 = 24 (lon)
+ Số lon nước yến xếp trong 1 hàng theo chiều rộng khay là:
m = 1.2/0.05 = 24 (lon)
+ Số lon trong một khay bằng :
m.n = 24x 24 = 576 (lon)
8
Suy ra số lon trong 1 xe goòng là: 576 x 9 = 5184(lon)
Theo bài ra năng suất thiết bị là 15015 lon/ mẻ
+Số xe goòng là: 15015/576 = 3 (xe).
Suy ra số xe goòng cần cho quá trình thanh trùng là 6 xe.
+Thể tích làm việc của khay đựng vật liệu:
V
1
= (1.2- 0.02x 2)(1.2- 0.02x 2)(0.05-0.03) = 0.04784 (m
3
)
+Thể tích của khay:
V
2

= 1.2 x 1.2 x 0.05 = 0.072 (m
3
)
Suy ra thể tích của vật liệu làm khay:
V
3
= V
2
- V
1
= 0.072- 0.04784 = 0.02416 (m
3
)
Để giảm khối lượng của khay ta đột lỗ có: θ = 0.04 m
+ Tâm lỗ cách thành khay 0.03 m
+ Khoảng cách 2 lỗ là: 0.03 m
Gọi X là tổng số lổ trong 1 hàng ta có:
1.2= ( 0.02x2+ 0.04xX+(x+1)0.03)/(0.04+0.03)
Suy ra X= 17 lổ
+Số lỗ trên 1 khay là: 17x 17= 289 (lổ)
+Thể tích vật liệu làm khay:
V=V
3
-V
lỗ khay
= 0.0246- (289 x 0.04
2
x 3.14 x 0.003)/4 = 0.02306 (m
3
)

Khối lượng của vật liệu làm khay là:
m
khay
= Vx ρ = 0.02306x 2700 = 62.262 (Kg)
Tổng khối lượng của khay đựng vật liệu trong 3 xe:
G2'= 62.262 x 9 x 3 = 1681.074(Kg)
5. Tính khối lượng của 4 bánh xe goòng:
Mỗi xe goòng gồm 4 bánh xe làm bằng thép tròn đặc có:
r = 0.07 m, chiều dày 0.06 m
Suy ra khối lượng của 4 bánh xe :
m
bánh xe
= 4 x 0.06 x 3.14 x 0.07
2
x 7850 = 280987 (Kg)
Bánh xe được lắp gồm:
+Hai thanh thép tròn đặc dài 1.3 m có θ= 0.035 m
+Hai trục bánh dài 0.8m có θ= 0.03 m
+Tám bánh bắt trục , mỗi bánh dài 0.3 m có θ= 0.025 m
Suy ra khối lượng thép để lắp bánh xe:
9
m
thép
= (2 x 1.3) 0.035
2
x 3.14 x 7850+ 2 x 0.8 x 0.03
2
x 3.14 x 7850
+ 8 x 0.3 x 0.025
2

x 3.14 x 7850 = 48.84(Kg)
Tổng khối lượng 1 xe chưa có vật liệu là:
m
xe
= G2= m
giàn đỡ
+ m
khung
+ m
bánh xe
+ m
thép
G2 = 41.8+ 25.95+ 28.987 +48.84 = 145.577(Kg)
6.Chọn thiết bị:
Chọn vật liệu làm nồi là thép CT3 có độ dày δ=7 mm= 0.007 m
Có chiều dài nồi:
L= l. n + (n-1) r + l
0
Với:
+ l:chiều dài xe goòng ( l= 1.3 m)
+ n: Số xe goòng ( n = 3)
+ r: Khoảng cách 2 xe ( r= 0.065 m )
+ l
0
: Khoảng cách của xe với 2 đầu nồi( r= 0.3 x 2= 0.6m)
Suy ra: L= 1.3 x 3+ (3-1)x 0.065+ 0.3x 2 = 4.63 ( m )
Bán kính trong của thiết bị:
R= (1,6 : 2)+ (0.07 x 2)= 0.94 ( m )
Đường kính trong của thiết bị:
D= 2x 0.94 =1.88 (m)

Chiều cao của nồi: H= 1.88+ 0.007 x 2= 1.894 ( m )
Suy ra khối lượng của thân nồi:
m
1
= δ x ρ x π x D x L
m
1
= 0.07 x 7850 x 3.14 x 1.88 x 4.63 = 15019(Kg)
7. Tính khối lượng của vành đai đỡ
Chọn 3 đai đỡ, chọn vật liệu làm đai là thép CT3, có chiều dày δ=0.02 m
Có chiều dài: π x D = 3.14 x 1.88= 5.9032 ( m )
Có chiều rộng: 0.1( m )
Suy ra khối lượng đai đỡ:
m
2
= 3 x [ 5.9032 x 0.02 x 0.1] x 7850 = 278.04(Kg)
8. Tính đường ray cho xe goòng
Chọn vật liệu là thép CT3 có chiều dày δ= 0.05(m), Chiều dài: L= 4.63(m)
Suy ra khối lượng đường ray:
m
3
= 2 x [ 4.63 x 0.05 x 1.9 x 7850]= 6905.65(Kg)
10
9. Tính khối lượng thiết bị
Chọn nắp thiết bị là nửa đường tròn có đường kính bằng đường kính
thiết bị tức 1.88m, vật liệu là thép CT3, có chiều dày δ = 0.01 m
Suy ra khối lượng của nắp thiết bị là:
m
4
= [π x R

2
x δ x ρ] = 3.14 x 0.94
2
x 0.01 x 7850 = 217.798(kg)
Vậy khối lượng của nồi là:
G
1
= m
1
+m
2
+m
3
+m
4
G
1
= 15019+ 278.04+ 6905.65+217.798 = 22420.5(kg) = 22.4205 (tấn)
Bảng tổng kết kết quả:
Thiết bị Kích thước Khối lượng
Xe goòng
Dài 1.3 m
145.577(Kg)
Rộng 1.3 m
Cao 1.6 m
Khung xe
Chiều cao 1.6 m
6 thanh thép L dài 1.3 m
6 thanh thép L dài 1.3 m
4 thanh thép L dài 1.6 m

Dày 0.04 m
Đường kính 0.03 m
Giàn đỡ
Cách đáy 0.2 m
25.95(Kg)
Hai giàn cách nhau 0.15 m
Số giàn trong xe: 9
10 thanh ngang dài 1.3 m
Khay
Chiều dài 1.2 m
62.262 (kg)
Chiều rộng 1.2 m
Chiều cao 0.05 m
Chiều dày thành khay 0.002 m
Khay đột lỗ có đường kính 0.04 m
Tâm lỗ cách thành khay 0.03 m
Khoảng cách 2 lỗ 0.03 m
Bánh xe
Bán kính 0.07 m
28.987 (kg)
Chiều dày 0.06 m
Nồi
Độ dày 0.007 m
Chiều dài 4.63 m
Nồi
Đường kính 0.94 m
22420.5 Kg)
Chiều cao 1.894 m
Vành đai dày 0.02 m, dài 5.9032
m, rộng 0.1 m

11
Đường ray dày 0.05 m, dày 4.63
m
Nắp có đường kính 1.88 m, dày
0.01 m
PHẦN 4
TÍNH CÂN BẰNG NHIỆT LƯỢNG
1. Chọn công thức thanh trùng
Chọn công thức thanh trùng cho nước yến đóng lon là:
=
110
151520 −−
12
Với:
T – Nhiệt độ thanh trùng (
0
C)
A – Thời gian nâng nhiệt cho thiết bị lên đến nhiệt độ thanh trùng T (phút)
B – Thời gian giữ nhiệt ở nhiệt độ thanh trùng T (phút)
C – Thời gian làm nguội thiết bị (phút)
2. Quá trình thanh trùng gồm 2 giai đoạn: nâng nhiệt và giữ nhiệt
2.1 Giai đoạn nâng nhiệt
Nhiệt lượng chi phí cho giai đoạn đun nóng tính theo công thức tổng quát:
Q
T
= Q
1
+ Q
2
+ Q

2
'

+ Q
3
+ Q
4
+ Q
5
+ Q
6
(kcal) (CT4.62, trang 239,[3] )
Trong đó:
Q
1
: Nhiệt lượng đun nóng nồi thanh trùng
Q
2
: Nhiệt lượng đun nóng xe goòng
Q
2
': Nhiệt lượng đun nóng khay đựng vật liệu
Q
3
: Nhiệt lượng đun nóng bao bì
Q
4
: Nhiệt lượng đun nóng thực phẩm trong hộp
Q
5

: Nhiệt lượng đun nóng nước trong thiết bị
Q
6
: Nhiệt lượng tổn thất ra môi trường xung quanh
*Tính Q
1
: Nhiệt lượng đun nóng nồi thanh trùng
Q
1
= G
1
C
1
(t
T
– t
1
) (kcal) (CT4.63, trang 240,[3])
Với:
G
1
: Khối lượng thiết bị
C
1
: Nhiệt dung riêng của thép, C
1
= 0,5 (kJ/kg độ).
Suy ra:
C
1

= 0.5/0.41868= 0.1196( kcal/kg. độ)
+t
T:
Nhiệt độ thanh trùng (
0
C), chọn t
T
= 110
o
C
+t
1:
Nhiệt độ ban đầu của nồi (
0
C), chọn t
1
= 28
o
C
Với C
1
= 0,5 (kJ/kg độ).
C1 = 0.5/0.41868=0.1196( kcal/kg.độ) vì 1kcal= 0.4186 kJ
Suy ra:
Q
1
= 22420.5 x 0.1196 x (110-28)= 219882.33 (kcal)
*Tính Q
2
: Nhiệt lượng đun nóng xe goòng

Q
2
= G
2
x C
2
(t
T
- t
2
)
Trong đó :
13
G
2
– Khối lượng xe goòng (kg)
C
2
– Nhiệt dung riêng của vật liệu làm xe goòng (kcal/kg.độ)
(C
2
= 0,1196 (kcal/kg.độ))
t
2
– Nhiệt độ ban đầu của xe goòng(
0
C), chọn t
2
= 28
o

C
t
T
–
_
Nhiệt độ thanh trùng (
0
C), chọn t
T
= 110
o
C
Suy ra :
Q
2
= (145.577 x 3)x 0.1196 x (110-28)= 4283.108(kg)
*Tính Q
2
': Nhiệt lượng đun nóng khay đựng vật liệu
Q
2
' = G
2
' x C
2
' (t
T
- t
2
')

Trong đó:
G
2
': Khối lượng khay đựng vật liệu
C
2
'

: Nhiệt dung riêng của thép, C
2
= 0.88/0.4186=2.1 (kcal/kg.độ)
t
T
: Nhiệ độ thanh trùng, ( t
T
= 110
o
C)
t
2
'

: Nhiệt độ ban đầu khay, t
2
' = 28
o
C
Suy ra :
Q
2

' = 1681.074x 2.1x (110-28)= 289481 (kcal/kg.độ)
*Tính Q
3
: Nhiệt đun nóng bao bì sắt tây
Q
3
= G
3
x C
3
(t
T
- t
3
)
+G
3
: Khối lượng bao bì
G
3
= 15015 x 0.045 = 675.675 (kg)
+ C
3
: Nhiệt dung riêng của bao bì sắt tây, C
3
= 0,1196 (kcal/kg. độ)
+ t
T
: Nhiệt độ thanh trùng, ( t
T

= 110
o
C)
+ t
3
: Lấy bằng nhiệt độ sản phẩm sau khi rót trong hộp = 35
0
C
Suy ra:
Q
3
= 675.675 x 0.1196 x ( 100 - 35 ) = 6626.480 (kcal/kg.độ)
* Tính Q
4
: nhiệt lượng đun nóng thực phẩm trong hộp
Q
4
= G
4
C
4
( – t
4
) (kcal)
Ở đây:
G
4
– Trọng lượng của thực phẩm trong hộp (kg)
C
4

– Nhiệt dung riêng của thực phẩm trong hộp (kcal/kg.độ)
t
4
– Nhiệt độ ban đầu của thực phẩm (
0
C)
14
- Nhiệt độ của thực phẩm lúc thanh trùng (
0
C) – để đơn giản
trong phần tính toán người ta tính trong giai đoạn đun nóng coi như = t
T
chọn C
4
= 0,9898 (kJ/kg độ) =0.9898/0.41868 = 2.364(kcal/kg.độ).
Suy ra: Q
4
= 0.288 x15015 x 0,9898 x ( 100 - 35 ) = 766702 (kcal)
* Tính. Q
5
: Nhiệt lượng đun nóng nước trong thiết bị
Q
5
= G
5
C
5
(t
T
– t

5
) (kcal)
Trong đó:
G
5
– Trọng lượng nước trong nồi (kg)
C
5
– Nhiệt dung riêng của nước (kcal/kg.độ)
t
5
– Nhiệt độ ban đầu của nước (
0
C),t
5
=25
0
C
t
T
: Nhiệt độ thanh trùng, ( t
T
= 110
o
C)
Ta có: G
5
= 7920.347 (kg)
C
5

= 0.99873 (cal/kg.độ) = 0.99873 10
-3
(kcal/kg.độ)
t
5
= 25
0
C
+Tính G
5
: `
G
5
= (V
2
- V
1
) x ϕ
+ V
2
: Thể tích của nồi
V
2
= =
4
2
xLxD
π
=
4

63.488.188.114.3 xxx
= 12.846 (m
3
)
+ V
1
: Thể tích xe goòng
V
1
= 3x1.3x1.3x1.6=8.112 ( m
3
)
+ ϕ: Khối lượng riêng của nước, ϕ = 1000 (kg/m
3
)
G
5
= (12.846 - 8.112) x 1000 = 4734 (kg)
Suy ra:
Q
5
= G
5
x C
5
(110 - 25) = 4734 x 85 = 402390 (kcal)
*Tính Q
6
: Nhiệt lượng tổn thất ra môi trường xung quanh:
Q

6
= α
1
F τ (t
N
– t
kk
) (kcal) ( CT4.64, trang 241,[3] )
Ở đây:
α
1
: Hệ số tỏa nhiệt ra môi trường xung quanh, thường tính theo công thức:
15
α
1
= 8.4 + 0.06 (t
N
– t
kk
) (kcal/m
2
.giờ.
0
C)
F: Bề mặt toàn phần của nồi thanh trùng (m
2
)
τ: Thời gian nâng nhiệt theo công thức thanh trùng (giờ)
t
N

: Nhiệt độ trung bình ở vỏ ngoài của nồi trong giai đoạn nâng nhiệt (
o
C)
t
KK
: Nhiệt độ của không khí (
0
C)
Với: F = π x D x L = 3,14 x 1,88 x 4.63 = 27.332 (m
2
)
+ τ = =
60
20
=
3
1
(giờ)
+ t
N
= 64
0
C
+ t
kk
= 28
0
C
+ α
1

= 8.4+ 0.06(64-28) = 10.56 (kcal/m
2
.giờ.
0
C)
=> Q
6
= 27.332 x
3
1
x 10.56 x (64-28) = 3463.51 (kcal)
2.2 Giai đoạn giữ nhiệt Q
7
Trong giai đoạn này lượng nhiệt lượng chi phí dùng bù đắp cho nhiệt
lượng tổn thất ra môi trường xung quanh vì nồi, xe goòng, bao bì, thực
phẩm,nước đều đã được đun nóng đến nhiệt độ thanh trùng.
*Tính Q
7 :
Q
7
= α
2
F τ
3
(t
vn
– t
kk
) (kcal)
Ở đây:

α
2
: Hệ số tỏa nhiệt ra môi trường xung quanh
α
2
= 8.4 + 0.06 (t
vn
– t
kk
) (kcal/m
2
.giờ.
0
C)
τ
3
: Thời gian giữ nhiệt không đổi theo công thức thanh trùng (giờ)
t
vn
: Nhiệt độ trung bình ở vỏ ngoài của nồi trong giai đoạn giữ nhiệt (
o
C)
Với:
F = π x D x L = 3.14 x 1.88 x 4.63 = 27.332 (m
2
)
τ
3
=15 phút =
4

1
h
t
vn
= 100
0
C
α
2
= 8.4 + 0.06 (100 – 28) = 12.72 (kcal/m
2
.giờ.
0
C)
Suy ra:
Q
7
= 12.72 27.332 x
4
1
(100 – 28) = 6258 (kcal)
3. Chi phí hơi nước
16
+Lượng hơi cung cấp cho giai đoạn nâng nhiệt:
D
1
= (kg) ( CT4.65, trang 241,[3])
Ở đây:
i
1

– Nhiệt hàm của nước ngưng (kcal/kg)
i
1
= 100 (kcal/kg) (CT I.250 trang 312,[1] )
i
2
– Nhiệt hàm của hơi nước (kcal/kg)
i
2
= 533.1 (kcal/kg) (CT I.250, trang 312, [1] )
Ta có:
Q
T
= Q
1
+ Q
2
+Q
2
'+ Q
3
+ Q
4
+ Q
5
+ Q
6
( CT 4.62, trang 239,[3] )
Q
T

=219882.33 + 4283.108+ 289481+ 6626.480 + 766702+ 402390 + 3463.51
Q
T
= 1692828.43(kcal)
Suy ra:
D
1
=
1001.533
43.1692828
−
= 3908.632 (kg)
+Lượng hơi cung cấp trong 1 giờ của giai đoạn đun nóng:
= (kg/h) (CT4.66, trang 242,[3] )
Suy ra:
' =
60
20
632.3908
= 11725.896 (kg/h)
+ Lượng hơi cung cấp cho giai đoạn giữ nhiệt
D
2
= [kg]
Suy ra:
D
2
=
=
−1001.533

6258
14.45 (kg)
17
+ Và lượng hơi cho 1 giờ của giai đoạn này
= (kg/h)
Suy ra =
60
15
45.14
= 57.8(kg/h)
+ Như vậy Chi phí hơi cho 1 chu kì thanh trùng:
D= D
1
+ D
2
[kg]
D=3908.632+ 14.45 = 3923(kg)
4. Tính lượng nước làm nguội
Gọi G' là tổng trọng lượng của nồi, xe goong, khay đựng, bao bì,
nước thanh trùng, ta có: G'= G
1
+ G
2
+ G
2
' + G
3
+ G
5
G'= 22420.5 + 436.731+ 1681.074+675.675+ 4734 =

G'=29947.98(Kg)
Suy ra:
C'=
'
5533'2'2221.1
G
CGCGCGCGCG ++++
C'= (22420.5 x 0.1196+ 436.731 x 0.1196 + 1681.074 x 2.1 +
675.675 x 0.1196 + 4734 x 1)/29947.98 =0.37 (kcal/kg.độ)
Lượng nước cần thiết để làm nguội đồ hộp:
W= 2.303[G
4
xC
4
lg(t
T
-t
0
/t
k
-t
0
)+ G'xC' lg (t
T
-t
0
/t
k
-t
0

)]
Với:
t
T
: Nhiệt độ thanh trùng
t
k
: Nhiệt độ của thực phẩm khi làm nguội (t
k
=37
0
c)
| t
0
: Nhiệt độ ban đầu của nước làm nguội (t
0
= 25
0
c)
Suy ra:
W= 2.303 x (4324.32 x 2.364 lg (110-25/37-25) + 29947.98 x0.37x
lg (110-25/37-25)
W= 41714.22 (kg)
*Tổng lượng nhiệt cần cung cấp cho quá trình thanh trùng( quá trình
nâng nhiệt và giữ nhiệt):
Q= 1692828.43+ 6258= 1699086.43(Kcal)= 1.7x 10
6
(kcal)
18
Bảng tổng kết kết quả:

Nhiệt đun nóng Kết quả
Nhiệt lượng đun nóng nồi thanh trùng Q
1
= 219882.33 kcal
Nhiệt lượng đun nóng xe goòng Q
2
= 4283.108 kcal
Nhiệt lượng đun nóng Khay Q
2'
= 289481 kcal
Nhiệt lượng đun nóng bao bì đồ hộp Q
3
= 675.675 kcal
Nhiệt lượng đun nóng thực phẩm trong hộp Q
4
= 766702 kcal
Nhiệt lượng đun nóng nước trong thiết bị Q
5
= 402390 kcal
Nhiệt lượng tổn thất ra môi trường xung quanh Q
6
= 3463.51 kcal
Nhiệt lượng trong giai đoạn giữ nhiệt Q
7
= 6258 kcal
Chi phí hơi cho giai đoạn nâng nhiệt D
1
= 3908.632 kg
Chi phí hơi cho giai đoạn giữ nhiệt D
2

= 14.45 kg
Lượng nước làm nguội W= 41714.22 kg
Tổng lượng nhiệt cần cung cấp cho quá trình thanh trùng Q= 1699086.43 kcal
19
PHẦN 5
TÍNH TOÁN CALORIFE
1. Chọn đường kính ống:
- Đường kính trong: 36mm = 0.036 m.
- Đường kính ngoài: 40mm = 0.04 m.
2. Hệ số cấp nhiệt α
1
:
α
1
= 1.28 (W/m
2
.độ) (CT V.111, trang 30 [2] )
- Chọn:
+ Nhiệt độ hơi bão hòa: 125
0
C
+ Nhiệt độ thành ống tiếp xúc với hơi ngưng: 123
0
C
→ ∆t
1
= 125 – 123 = 2
0
C
Khối lượng riêng của nước ở 125

0
C:
ρ
125
= 939.3 (kg/m
3
) (Bảng I.5, trang 12, [1])
Ẩn nhiệt hóa hơi của nước:
r = 2194 10
-3
(J/kg) (Bảng I.250, trang 314,[1])
- Hệ số dẫn nhiệt:
λ = 68.6 10
2
(W/m.độ) (Bảng I.249, trang 310,[1] )
- Độ nhớt:
µ = 0.222 10
3
(N.s/m
2
(Bảng I.104, trang 96,[1])
α
1
= 1.28
α
1
= 2117.48 (W/m
2
.độ)
3. Hệ số cấp nhiệt cho chế độ sôi sủi bọt α

2
:
α
2
= 0.145 ∆ p
0.5
(W/m
2
.độ) (CT9.1, trang 26,[2] )
Với: p – áp suất tuyệt đối trên bề mặt thoáng ở 110
0
C
20
p = 14.32 (N/m
2
) (Bảng I.249, trang 310,[1] )
∆t
2
= 123 – 100 = 23
0
C
→ α
2
= 0.145 23
2.33
14.32
0.5
= 816.894 (W/m
2
.độ)

21
4. Hệ số truyền nhiệt:
K = (W/m
2
.độ) (CT5.5, trang 3,[2] )
λ: hệ số dẫn nhiệt của thép ở 110
0
C = 53.518 (W/m.độ)
(BảngI.25 trang127,[1])
δ: bề dày của ống truyền nhiệt: 0.002m
K =
=
++
894.816
1
518.53
002.0
48.2117
1
1
576.78 (W/m
2
.độ)
5. Bề mặt truyền nhiệt
F = (m
2
) (CT V.5, trang 3, [1] )
∆t
tb
= 125 – 100 = 25

0
C
Q = Q
T
+ Q
7
=1692828.43+ 6258= 1699086.43 (kcal)
Suy ra: Q=197.567 10
3
(W)
F =
2578.576
197576
x
= 13.7 (m
2
)
+ Chiều dài toàn bộ ống:
L
x
= =
04.014.3
7.13
x
= 109.08 (m) (CT trang 235,[4] )
d
x
: đường kính trung bình của ống truyền nhiệt.
+ Chiều dài mỗi ống xoắn:
l

x
= π D
x
= 3.14 0.12 = 0.3768 (m) (CT trang 236,[4] )
D
x
: đường kính vòng xoắn (m)
Chiều dài mỗi khúc xoắn: l = = = 0.1884 (m)
Chọn:
22
Mỗi tầng có 16 ống truyền nhiệt, mỗi ống dài 1.5 m, các ống cách
nhau 0.04 m.
Có 16 khúc xoắn.
chiều dài ống của một tầng là: 16 1.5 + 16 0.1884 = 27.0144 (m)
Vậy có:
0144.27
08.109
= 4.534 (tầng) → chọn 5 tầng.
Chọn khoảng cách giữa các tầng là 0.04m
Chiều cao của 4 tầng ống là: 0.04 4 + 0.04 x 5 = 0.36 (m)
Chọn khoảng cách giữa các ống với đáy nồi thanh trùng và đáy
caloripher là 0.03m.
Vậy: Chiều cao của caloripher là: 0.36+ 2 0.03 = 0.42 (m)
Chiều cao của thiết bị: H= 1.894+ 0.42= 2.314 (m)
Bảng tổng kết:
Đường kính trong của ống calorife 0.036 m
Đường kính ngoài của ống calorife 0.04 m
Hệ số cấp nhiệt α
1
2117.48 W/m

2
.độ
Hệ số cấp nhiệt α
2
816.894 W/m
2
.độ
Hệ số truyền nhiệt k 576.78 W/m
2
.độ
Bề mặt truyền nhiệt F 13.7 m
2
Chiều dài toàn bộ đường ống L
x
109.08 m
Chiều cao calorifer 0.284 m
23
PHẦN 6
KẾT LUẬN
Qua hơn 2 tháng nhận đề tài dưới sự giúp tận tình của "thầy giáo Trần
Ngọc Khiêm" cùng với sự nỗ lực của bản thân, cho đến nay em đã hoàn
thành đồ án quá trình thiết bị. Việc thiết kế thiết bị thanh trùng nằm ngang
để thanh trùng đồ hộp nước yến sẽ đáp ứng được phần nào nhu cầu của thị
trường, góp phần nâng cao năng suất nhà máy, thúc đẩy sự phát triển của
nền kinh tế đất nước. Qua đồ án này đã giúp em nắm bắt được những kiến
thức bổ ích về công nghệ và thiết bị .
Mặc dù tôi đã có nhiều cố gắng trong công việc, nhưng với thời gian
có hạn cùng với những hạn chế về kiến thức chuyên môn và kinh nghiệm
thực tiễn của bản thân nên sai sót là điều không thể tránh khỏi. Em rất
mong nhận được những ý kiến đóng góp chân thành của thầy cô và bạn bè

để nâng cao kiến thức, kinh nghiệm nhằm phục vụ công tác sau này.
Qua đây, em xin gởi lời cảm ơn chân thành đến các thầy cô giáo trong
khoa cơ khí- công nghệ, đặt biệt là "thầy Trần Ngọc Khiêm" đã tạo điều
kiện giúp đỡ em hoàn thành đồ án này.
Huế, ngày 22 tháng 1 năm 2011
Sinh viên thực hiện
.
24
TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1] Sổ tay quá trình và thiết bị công nghệ hóa chất- Tập1
Trần Xoa, Nguyễn Trọng Khuông- NXB Khoa học Kỹ thuật 2005.
[2] Sổ tay quá trình thiết bị và công nghệ hóa chất- Tập 2
Trần Xoa, Nguyễn Trọng Khuông- NXB Khoa học Kỹ thuật 2005.
[3] Nguyên lý sản xuất đồ hộp thực phẩm
Nguyễn Trọng Cẩn- Nguyễn Lệ Hà- NXB Khoa học và Kỹ thuật 2009
[4]. Phan Văn Thơm - “Sổ tay thiết kế thiết bị hóa chất và chế biến thực
phẩm đa dụng” – Bộ Giáo Dục và Đào Tạo, Viện Đào Tạo Mở Rộng – 1992.
[5]. Nguyễn Văn Tiếp, Quách Đĩnh, Ngô Mỹ Văn - “Kỹ thuật sản xuất đồ
hộp rau quả ” – NXB khoa học và kỹ thuật Hà Nội - 1973.
25