tính toán hệ thống cô đặc liên tục dung dịch NaCl từ nồng độ 10% đến nồng độ 20% theo khối lượng với nguồn nhập liệu 4000kgh sử dụng ống chùm Nhiệt độ đầu của nguyên liệu 25oC Áp suất hơi đốt là 3at, áp suất của thiết bị ngưng tụ là

GVHD: TRẦN THANH GIANG BÀI TẬP LỚP KỸ THUẬT THỰC PHẨM
NHÓM SVTH: NHÓM 5 LỚP:53TP1
Page | 1

MỤC LỤC
A. LỜI NÓI ĐẦU 3
B. NỘI DUNG. 4
CHƯƠNG I: GIỚI THIỆU TỔNG QUAN 4
I. NHIỆM VỤ CỦA BÀI TẬP LỚN 4
I. TÍNH CHẤT NGUYÊN LIỆU VÀ SẢN PHẨM. 4
1. Nguyên liệu: 4
2. Sản Phẩm: 4
3. Những biến đổi của nguyên liệu và sản phẩm trong quá trình cô đặc: 4
II. CÔ ĐẶC 5
1. Định nghĩa 5
2. Các phương pháp cô đặc: 5
3. Bản chất của sự cô đặc do nhiệt 5
4. Phân loại 6
5. Ứng dụng của sự cô đặc 7
III.QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ. 8
1. Quy trình công nghệ 8
2. Thuyết minh quy trình công nghệ 8
3. Các thiết bị được lựa chọn trong quy trình công nghệ 10
CHƯƠNG 2. 12
CÂN BẰNG VẬT CHẤT VÀ NĂNG LƯỢNG 12
I. CÂN BẰNG VẬT CHẤT 12

1. Khối lượng riêng của dung dịch theo nồng độ 12
2.2 Tổng lượng hơi thứ bốc lên (W). 13
II. CÂN BẰNG NĂNG LƯỢNG 13
1. Các tổn thất nhiệt độ – Nhiệt độ sôi dung dịch 13

2. Tính cân bằng năng lượng 16
CHƯƠNG III 19
GVHD: TRẦN THANH GIANG BÀI TẬP LỚP KỸ THUẬT THỰC PHẨM
NHÓM SVTH: NHÓM 5 LỚP:53TP1
Page | 2

TÍNH KÍCH THƯỚC THIẾT BỊ CHÍNH 19
I. TÍNH TOÁN TRUYỀN NHIỆT CHO THIẾT BỊ CÔ ĐẶC 19
1. Hệ số cấp nhiệt khi ngưng tụ hơi 19
2. Hệ số cấp nhiệt từ bề mặt đốt đến dòng chất lỏng sôi 20
3. Nhiệt tải riêng phía vách tường 21
4. Tiến trình tính các nhiệt tải riêng. 22
5. Hệ số truyền nhiệt tổng quát K cho quá trình cô đặc 22
6. Diện tích bề mặt truyền nhiệt
23
II.TÍNH KÍCH THƯỚC THIẾT BỊ CÔ ĐẶC 24
1. Tính kích thước buồng bốc 24
1.1 Đường kính buồng bốc (D
b
) 24
1.2 Chiều cao buồng bốc (H
b
) 25
2. Tính kích thước buồng đốt. 26
1.1 Số ống truyền nhiệt 26
1.2 Đường kính ống tuần hoàn trung tâm (D
th
) 26
1.3 Đường kính buồng đốt (D
t

). 26
1.4 Kiểm tra diện tích truyền nhiệt 28
3. Tính kích thước các ống dẫn 29
3.1. Ống nhập liệu 29
3.2. Ống tháo liệu: 29
3.3. Ống dẫn hơi đốt: 29
3.4. Ống dẫn hơi thứ: 30
3.5. Ống dẫn nước ngưng: 30
3.6. Ống dẫn khí không ngưng 30
C. KẾT LUẬN 31
D. TÀI LIỆU THAM KHẢO 32

GVHD: TRẦN THANH GIANG BÀI TẬP LỚP KỸ THUẬT THỰC PHẨM
NHÓM SVTH: NHÓM 5 LỚP:53TP1
Page | 3

A. LỜI NÓI ĐẦU

Trong kế hoạch đào tạo và học tập, môn học kỹ thuật thực phẩm là cơ hội
tốt cho việc hệ thống kiến thức về các quá trình và thiết bị của công nghệ
thực phẩm. Bên cạnh đó, việc hoàn thành bài tập lớn này là dịp để sinh viên
tiếp cận thực tế thông qua việc tính toán và lựa chọn các chi tiết của một thiết
bị nhắm ứng dụng cho công việc sau này.
Cuộc sống càng phát triển thì nhu cầu thực phẩm với con người ngày
càng gia tăng, mà trong đó một thứ gia vị thực phẩm không thể thiếu, cũng
như tác dụng với sức khỏe thì NaCl được xem rất quan trọng. Để gia tăng
năng suất NaCl thì một trong những phương pháp công nghệ hiện nay là cô
đặc NaCl.Việc thiết kế hệ thống thiết bị là một yêu cầu không thể thiếu đối
với một kĩ sư thực phẩm dựa trên cơ sở nắm vững các kiến thức về môn học,
quá trình thiết bị công nghệ, hay việc thực hiện công tác thiết kế máy móc,

thiết bị và dây chuyền công nghệ cũng rất cần đối với một kĩ sư tương lai.
Một trong những sản phẩm được quan tâm sản xuất khá nhiều là NaCl do
khả năng sử dụng rộng rãi của nó. NaCl tinh khiết được sử dụng nhiều trong
thực phẩm dưới dạng muối ăn, hay sử dụng nhiều trong ngành y tế dưới dạng
dịch truyền. Nhiệm vụ cụ thể của bài tập lớn của môn học lần này là là tính
toán cho một hệ thống cô đặc NaCl một nồi liên tục, nhập liệu 4000 kg/h,
nồng độ 10% khối lượng, nồng độ sản phẩm 20% khối lượng, áp suất hơi đốt
là 3at, áp suất ở thiết bị ngưng tụ là 0,3at.
Bài tập lớn gồm 3 chương :
• Chương I: Giới thiệu tổng quan.
• Chương II : Tính toán cân bằng vật chất và năng lượng.
• Chương III :Tính kích thước thiết bị chính.

GVHD: TRẦN THANH GIANG BÀI TẬP LỚP KỸ THUẬT THỰC PHẨM
NHÓM SVTH: NHÓM 5 LỚP:53TP1
Page | 4


B. NỘI DUNG.

CHƯƠNG I: GIỚI THIỆU TỔNG QUAN

I. NHIỆM VỤ CỦA BÀI TẬP LỚN.
Nhiệm vụ cụ thể của bài tập lớn môn học này là tính toán hệ thống cô đặc
liên tục dung dịch NaCl từ nồng độ 10% đến nồng độ 20% theo khối lượng
với nguồn nhập liệu 4000kg/h, sử dụng ống chùm. Nhiệt độ đầu của nguyên
liệu: 25
o
C. Áp suất hơi đốt là 3at, áp suất của thiết bị ngưng tụ là 0,3at.
I. TÍNH CHẤT NGUYÊN LIỆU VÀ SẢN PHẨM.

1. Nguyên liệu:
- NaCl là một khối tinh thể màu trắng, tan trong nước phân ly thành ion,
độ tan ít thay đổi theo nhiệt độ.
- NaCl không mùi, vị mặn.
- Ở 100
0
C dung dịch bão hòa là 28.15%, ở 20
0
C dung dịch bão hòa là
26.4%.
- Nhiệt độ sôi của dung dịch muối ăn là 109
0
C.
- Khối lượng riêng dung dịch 10% là 1073 (kg/m
3
).
- Độ nhớt là 1,07 *10
-3
(N.s/m
2
) ở 20
0
C (dung dịch 10%).
- Độ hòa tan ở 60
o
C là 27,1%, ở 20
o
C độ hòa tan là 26,3%.
- Nguyên liệu đem đi cô đặc là dung dịch NaCl 10% với dung môi là nước
.

2. Sản Phẩm:
Khi kết thúc quá trình cô đặc, dung dịch ở nhiệt độ từ 80-85
o
C, khi đó độ
hòa tan của dung dịch khoảng 20,5% .Nhưng độ hòa tan cuả dung dịch ở
nhiệt độ thường chừng 26,3%.Vì vậy, quá trình cô đặc NaCl này là để tạo
dung dịch bão hòa, và khi làm nguội thì sẽ có NaCl tinh thể kết tinh. Trong
khi các muối tạp chất khác như MgCl
2
hay CaCl
2
lại tan ở nhiệt độ thường, vì
vậy quá trình này có thể được sử dụng vừa thu dung dịch muối bão hòa vừa
tách tạp chất để sản xuất muối tinh khiết khi hạ nhiệt độ.
3. Những biến đổi của nguyên liệu và sản phẩm trong quá trình cô đặc:
Trong quá trình cô đặc, tính chất cơ bản của nguyên liệu và sản phẩm
biến đổi không ngừng. Thời gian cô đặc tăng làm cho nồng độ dung dịch tăng
dẫn đến tính chất dung dịch thay đổi:
GVHD: TRẦN THANH GIANG BÀI TẬP LỚP KỸ THUẬT THỰC PHẨM
NHÓM SVTH: NHÓM 5 LỚP:53TP1
Page | 5

Các đại lượng giảm: hệ số dẫn nhiệt, nhiệt dung, hệ số cấp nhiệt, hệ số
truyền nhiệt.
Các đại lượng tăng: khối lượng riêng dung dịch, độ nhớt, tổn thất nhiệt do
nồng độ, nhiệt độ sôi.
 Yêu cầu chất lượng sản phẩm :
+ Đạt nồng độ và độ tinh khiết yêu cầu.
+ Thành phần hố học chủ yếu không thay đổi.
II. CÔ ĐẶC

1. Định nghĩa
Cô đặc là quá trình làm bay hơi một phần dung môi của dung dịch chứa
chất tan không bay hơi, ở nhiệt độ sôi và áp suất tương ứng. Trong Công
nghệ hóa học và thực phẩm cô đặc được sử dụng phổ biến nhằm mục đích:
+ Làm tăng nồng độ chất tan.
+ Tách chất rắn hòa tan ở dạng tinh thể (kết tinh).
+ Thu dung môi dạng nguyên chất.
Cô đặc được tiến hành ở nhiệt độ sôi, ở mọi áp suất chân không, áp suất
thường (áp suất khí quyển hay áp suất dư), trong hệ thống thiết bị cô đặc một
nồi, hay trong thiết bị cô đặc nhiều nồi. Quá trình cô đặc có thể gián đoạn hay
liên tục. Hơi bay ra trong quá trình cô đặc thường là hơi nước, gọi là hơi thứ
thường có nhiệt dộ cao, ẩn nhiệt hóa hơi lớn nên được sử dungjlafm hơi đốt
cho các nồi cô đặc. Nếu hơi thứ được sử dụng ngoài dây truyền cô đặc gọi là
hơi phụ.
2. Các phương pháp cô đặc:
a. Phương pháp nhiệt (đun nóng): dung môi chuyển từ trạng thái lỏng sang
trạng thái hơi dưới tác dụng của nhiệt khi áp suất riêng phần của nó bằng áp
suất tác dụng lên mặt thống chất lỏng.
b. Phương pháp lạnh: khi hạ thấp nhiệt độ đến một mức nào đó thì một cấu
tử sẽ tách ra dạng tinh thể đơn chất tinh khiết, thường 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 đến máy lạnh.
3. Bản chất của sự cô đặc do nhiệt
Để tạo thành hơi (trạng thái tự do), tốc độ chuyển động vì nhiệt của các
phân tử chất lỏng gần mặt thoáng lớn hơn tốc độ giới hạn. Phân tử khi bay
hơi sẽ thu nhiệt để khắc phục lực liên kết ở trạng thái lỏng và trở lực bên
GVHD: TRẦN THANH GIANG BÀI TẬP LỚP KỸ THUẬT THỰC PHẨM
NHÓM SVTH: NHÓM 5 LỚP:53TP1
Page | 6

ngoài. Do đó, ta cần cung cấp nhiệt để các phân tử đủ năng lượng thực hiện
quá trình này.
Bên cạnh đó, sự bay hơi xảy ra chủ yếu là do các bọt khí hình thành trong
quá trình cấp nhiệt và chuyển động liên tục, do chênh lệch khối lượng riêng
các phần tử ở trên bề mặt và dưới đáy tạo nên sự tuần hoàn tự nhiên trong nồi
cô đặc. Tách không khí và lắng keo (protit) sẽ ngăn chặn sự tạo bọt khi cô
đặc.
4. Phân loại
a. Theo cấu tạo
 Nhóm 1: dung dịch đối lưu tự nhiên (tuần hoàn tự nhiên) dùng cô đặc
dung dịch khá lỏng, độ nhớt thấp, đảm bảo sự tuần hoàn tự nhiên của dung
dịch dễ dàng qua bề mặt truyền nhiệt. Gồm:
- Có buồng đốt trong (đồng trục buồng bốc), có thể có ống tuần hoàn trong
hoặc ngoài.
- Có buồng đốt ngoài ( không đồng trục buồng bốc).
 Nhóm 2: dung dịch đối lưu cưỡng bức, dùng bơm để tạo vận tốc dung
dịch từ 1,5 - 3,5 m/s tại bề mặt truyền nhiệt. Có ưu điểm: tăng cường hệ số
truyền nhiệt, dùng cho dung dịch đặc sệt, độ nhớt cao, giảm bám cặn, kết tinh
trên bề mặt truyền nhiệt. Gồm:
- Có buồng đốt trong, ống tuần hoàn ngoài.
- Có buồng đốt ngoài, ống tuần hoàn ngoài.
 Nhóm 3: dung dịch chảy thành màng mỏng, chảy một lần tránh tiếp xúc
nhiệt lâu làm biến chất sản phẩm. Đặc biệt thích hợp cho các dung dịch thực
phẩm như dung dịch nước trái cây,hoa quả ép…
• Gồm:
- Màng dung dịch chảy ngược, có buồng đốt trong hay ngoài: dung dịch sôi
tạo bọt khó vỡ.
- Màng dung dịch chảy xuôi, có buồng đốt trong hay ngoài: dung dịch sôi ít
tạo bọt và bọt dễ vỡ.

b. Theo phương pháp thực hiện quá trình
 Cô đặc áp suất thường (thiết bị hở): có nhiệt độ sôi, áp suất không đổi.
Thường dùng cô đặc dung dịch liên tục để giữ mức dung dịch cố định để đạt
năng suất cực đại và thời gian cô đặc là ngắn nhất.Tuy nhiên, nồng độ dung
dịch đạt được là không cao.
 Cô đặc áp suất chân không: Dung dịch có nhiệt độ sôi dưới 100
o
C, áp
suất chân không. Dung dịch tuần hoàn tốt, ít tạo cặn, sự bay hơi nước liên
tục.
GVHD: TRẦN THANH GIANG BÀI TẬP LỚP KỸ THUẬT THỰC PHẨM
NHÓM SVTH: NHÓM 5 LỚP:53TP1
Page | 7

 Cô đặc nhiều nồi: Mục đích chính là tiết kiệm hơi đốt. Số nồi không nên
lớn quá vì sẽ làm giảm hiệu quả tiết kiệm hơi. Có thể cô chân không, cô áp
lực hay phối hợp cả hai phương pháp. Đặc biệt có thể sử dụng hơi thứ cho
mục đích khác để nâng cao hiệu quả kinh tế.
 Cô đặc liên tục: Cho kết quả tốt hơn cô đặc gián đoạn. Có thể áp dụng
điều khiển tự động, nhưng chưa có cảm biến tin cậy.
 Ưu điểm và nhược điểm của cô đặc liên tục.
• Ưu điểm
- Giữ được chất lượng, tính chất sản phẩm, hay các cấu tử dễ bay hơi.
- Nhập liệu và tháo sản phẩm đơn giản, không cần ổn định lưu lượng.
- Thao tác dễ dàng.
- Có thể cô đặc đến các nồng độ khác nhau.
- Không cần phải gia nhiệt ban đầu cho dung dịch.
- Cấu tạo đơn giản, giá thành thấp.
• Nhược điểm
- Quá trình không ổn định, tính chất hóa lý của dung dịch thay đổi liên tục

theo nồng độ, thời gian.
- Nhiệt độ hơi thứ thấp, không dùng được cho mục đích khác.
- Khó giữ được độ chân không trong thiết bị.
5. Ứng dụng của sự cô đặc
Trong sản xuất thực phẩm, ta cần cô đặc các dung dịch đường, mì chính,
nước trái cây…
Trong sản xuất hoá chất, ta cần cô đặc các dung dịch NaOH, NaCl,
CaCl2, các muối vô cơ…
Hiện nay, phần lớn các nhà máy sản xuất hoá chất, thực phẩm đều sử
dụng thiết bị cô đặc như một thiết bị hữu hiệu để đạt nồng độ sản phẩm mong
muốn. Mặc dù cô đặc chỉ là một hoạt động gián tiếp nhưng nó rất cần thiết và
gắn liền với sự tồn tại của nhà máy. Cùng với sự phát triển của nhà máy, việc
cải thiện hiệu quả của thiết bị cô đặc là một tất yếu. Nó đòi hỏi phải có những
thiết bị hiện đại, đảm bảo an toàn và hiệu suất cao. Do đó, yêu cầu được đặt
ra cho người kỹ sư là phải có kiến thức chắc chắn hơn và đa dạng hơn, chủ
động khám phá các nguyên lý mới của thiết bị cô đặc.
6. Các thiết bị và chi tiết trong hệ thống cô đặc:
 Thiết bị chính:
 Ống tuần hoàn, ống truyền nhiệt.
 Ống nhập liệu, ống tháo liệu.
 Buồng đốt, buồng bốc, đáy nắp…
GVHD: TRẦN THANH GIANG BÀI TẬP LỚP KỸ THUẬT THỰC PHẨM
NHÓM SVTH: NHÓM 5 LỚP:53TP1
Page | 8

 Các ông dẫn: hơi đốt, hơi thứ, ngước ngưng, khí không ngưng,…
 Thiết bị phụ:
 Bể chứa sản phẩm, nguyên liệu.
 Các loại bơm: bơm dung dịch, bơm nước, bơm chân không.
 Thiết bị gia nhiệt.

 Thiết bị ngưng tụ Baromet.
 Thiết bị đo và điều chỉnh.
 Thiết bị đo và điều chỉnh.
 Các loại bơm: bơm tháo liệu, bơm chân không, bơm nước vào thiết bị
ngưng tụ,…
 Các van.
 Thiết bị đo nhiệt độ, áp suất,
7. Lựa chọn thiết bị cô đặc.

Theo tính chất nguyên liệu, ta chọn thiết bị cô đặc 1 nồi, làm việc liên
tục, áp suất chân không, có buồng đốt trong và ống tuần hoàn trung tâm.

Thiết bị cô đặc dạng này có cấu tạo đơn giản, dễ cọ rửa và sửa chữa.

Cô đặc ở áp suất chân không làm giảm nhiệt độ sôi của dung dịch, giảm
được chi phí năng lượng, hạn chế không cho NaCl bị lôi cuốn theo và bám lại
trên thành thiết bị, làm hư thiết bị.

Tuy nhiên tốc độ tuần hoàn nhỏ, hệ số truyền nhiệt còn thấp. Chỉ dùng
khi năng suất thấp và khi không dùng hơi thứ làm chất tải nhiệt để đun nóng.

III.QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ.
1. Quy trình công nghệ
2. Thuyết minh quy trình công nghệ
- Nguyên liệu đầu tiên là NaCl có nồng độ 10%, nhiệt độ 25
0
C được bơm từ
bồn chứa vào thiết bị gia nhiệt với suất lượng 4000 kg/h để gia nhiệt lên đến
nhiệt độ sôi là 85
0

C.
- Sơ đồ hệ thông cô đặc một nồi liên tục được thể hiện ở hình trên. Dung
môi đầu vào từ thùng chứa (1) được bơm vào thùng (3), sau đó chảy qua lưu
lượng kế (4) vào thiết bị đun nóng (5). Ở đây dung dịch được đốt nóng đến
nhiệt độ sôi rồi đi vào thiết bị cô đặc (6) thực hiện quá trình bốc hơi. Hơi thứ
cấp và khí không ngưng đi qua thiết bị phía trên của thiết bị cô đặc vào thiết
bị ngưng tụ (9).
- Trong thiết bị ngưng tụ nước lạnh từ trên đi xuống, ở đây hơi thứ cấp sẽ
được sẽ được ngưng tụ lại thành lỏng chảy qua ông (11) ra ngoài, cong khí
không ngưng đi qua thiết bị thu hồi bọt số (10) rồ vào bơm hút chân không.
GVHD: TRẦN THANH GIANG BÀI TẬP LỚP KỸ THUẬT THỰC PHẨM
NHÓM SVTH: NHÓM 5 LỚP:53TP1
Page | 9

Dung dịch sau cô đặc được bơm (7) lấy ra ở phía dưới thiết bị cô đặc đi vào
thùng (8).
 Quá trình xảy ra cụ thể như sau:
- Khởi động bơm chân không đến áp suất P
ck
= 0,8 at.
- Khi đã nhập liệu đủ 4000 kg thì bắt đầu cấp hơi đốt (là hơi nước bão hòa
ở áp suất 3at) vào buồng đốt để gia nhiệt dung dịch. Buồng đốt gồm nhiều
ống nhỏ truyền nhiệt (ống chùm) và một ống tuần hoàn trung tâm có đường
kính lớn hơn. Dung dịch chảy trong ống được gia nhiệt bởi hơi đốt đi ngồi
ống. Dung dịch trong ống sẽ sôi và tuần hoàn qua ống tuần hoàn (do ống tuần
hoàn có đường kính lớn hơn các ống truyền nhiệt nên dung dịch trong ống
tuần hoàn sẽ sôi ít hơn trong ống truyền nhiệt, khi đó khối lượng riêng dung
dịch trong ống tuần hoàn sẽ lớn hơn khối lượng riêng dung dịch trong ống
truyền nhiệt vì vậy tạo áp lực đẩy dung dịch từ ống tuần hoàn sang các ống
truyền nhiệt). Dung môi là nước bốc hơi và thoát ra ngoài qua ống dẫn hơi

thứ sau khi qua buồng bốc và thiết bị tách giọt. Hơi thứ được dẫn qua thiết bị
ngưng tụ baromet và được ngưng tụ bằng nước lạnh, sau khi ngưng tụ thành
lỏng sẽ chảy ra ngoài bồn chứa. Phần không ngưng sẽ được dẫn qua thiết bị
tách giọt để chỉ còn khí không ngưng được bơm chân không hút ra ngoài. Hơi
đốt khi ngưng tụ chảy ra ngoài qua cửa tháo nước ngưng, qua bẫy hơi rồi
được xả ra ngoài.
- Quá trình cứ tiếp tục đến khi đạt nồng độ 20% thì ngưng cấp hơi. Mở van
thông áp, sau đó tháo sản phẩm ra bằng cách mở van tháo liệu.
 Nguyên lý làm việc của nồi cô đặc:
Phần dưới của thiết bị là buồng đốt, gồm có các ống truyền nhiệt và một
ống tuần hoàn trung tâm. Dung dịch đi trong ống còn hơi đốt (hơi nước bão
hoà) đi trong khoảng không gian ngoài ống. Hơi đốt ngưng tụ bên ngoài ống
và truyền nhiệt cho dung dịch đang chuyển động trong ống. Dung dịch đi
trong ống theo chiều từ trên xuống và nhận nhiệt do hơi đốt ngưng tụ cung
cấp để sôi, làm hoá hơi một phần dung môi. Hơi ngưng tụ theo ống dẫn nước
ngưng qua bẫy hơi để chảy ra ngoài.
 Nguyên tắc hoạt động của ống tuần hoàn trung tâm:
Khi thiết bị làm việc, dung dịch trong ống truyền nhiệt sôi tạo thành hỗn
hợp lỏng – hơi có khối lượng riêng giảm đi và bị đẩy từ dưới lên trên miệng
ống. Đối với ống tuần hoàn, thể tích dung dịch theo một đơn vị bề mặt truyền
nhiệt lớn hơn so với trong ống truyền nhiệt nên lượng hơi tạo ra trong ống
truyền nhiệt lớn hơn. Vì lý do trên, khối lượng riêng của hỗn hợp lỏng – hơi ở
ống tuần hoàn lớn hơn so với ở ống truyền nhiệt và hỗn hợp này được đẩy
GVHD: TRẦN THANH GIANG BÀI TẬP LỚP KỸ THUẬT THỰC PHẨM
NHÓM SVTH: NHÓM 5 LỚP:53TP1
Page | 10

xuống dưới. Kết quả là có dòng chuyển động tuần hoàn tự nhiên trong thiết
bị: từ dưới lên trong ống truyền nhiệt và từ trên xuống trong ống tuần hoàn.
Phần phía trên thiết bị là buồng bốc để tách hỗn hợp lỏng – hơi thành 2

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 dưới còn hơi thứ tiếp tục
đi lên. Dung dịch còn lại được hoàn lưu.
Dung dịch sau cô đặc được bơm ra ngoài theo ống tháo sản phẩm vào bể
chứa sản phẩm nhờ bơm ly tâm. Hơi thứ và khí không ngưng thoát ra từ phía
trên của buồng bốc đi vào thiết bị ngưng tụ baromet (thiết bị ngưng tụ kiểu
trực tiếp). Chất làm lạnh là nước được bơm vào ngăn trên cùng còn dòng hơi
thứ được dẫn vào ngăn dưới cùng của thiết bị. Dòng hơi thứ đi lên gặp nước
giải nhiệt để ngưng tụ thành lỏng và cùng chảy xuống bồn chứa qua ống
baromet. Khí không ngưng tiếp tục đi lên trên, được dẫn qua bộ phận tách
giọt rồi được bơm chân không hút ra ngoài. Khi hơi thứ ngưng tụ thành lỏng
thì thể tích của hơi giảm làm áp suất trong thiết bị ngưng tụ giảm. Vì vậy,
thiết bị ngưng tụ baromet là thiết bị ổn định chân không, duy trì áp suất chân
không trong hệ thống. Thiết bị làm việc ở áp suất chân không nên nó phải
được lắp đặt ở độ cao cần thiết để nước ngưng có thể tự chảy ra ngoài khí
quyển mà không cần bơm.
Bình tách giọt có một vách ngăn với nhiệm vụ tách những giọt lỏng bị lôi
cuốn theo dòng khí không ngưng để đưa về bồn chứa nước ngưng.
Bơm chân không có nhiệm vụ hút khí không ngưng ra ngoài để tránh
trường hợp khí không ngưng tích tụ trong thiết bị ngưng tụ quá nhiều, làm
tăng áp suất trong thiết bị và nước có thể chảy ngược vào nồi cô đặc.
3. Các thiết bị được lựa chọn trong quy trình công nghệ
a. Bơm
 Bơm được sử dụng trong quy trình công nghệ gồm: bơm ly tâm và bơm
chân không.
- Bơm ly tâm được cấu tạo gồm vỏ bơm, bánh guồng trên đó có các cánh
hướng dòng. Bánh guồng được gắn trên trục truyền động. Ống hút và ống
đẩy.
- Bơm ly tâm được dùng để bơm dung dịch NaCl từ bể chứa nguyên liệu
vào nồi cô đặc.

- Bơm chân không được dùng để tạo độ chân không khi hệ thống bắt đầu
làm việc.
GVHD: TRẦN THANH GIANG BÀI TẬP LỚP KỸ THUẬT THỰC PHẨM
NHÓM SVTH: NHÓM 5 LỚP:53TP1
Page | 11

b. Thiết bị cô đặc
Đây là thiết bị chính trong quy trình công nghệ. Thiết bị gồm đáy, nắp,
buồng bốc và buồng đốt. Bên trong buồng đốt gồm nhiều ống truyền nhiệt
nhỏ và một ống tuần hoàn trung tâm có đường kính lớn hơn.
Tác dụng của buồng đốt là để gia nhiệt dung dịch, buồng bốc là để tách
hỗn hợp lỏng hơi thành những giọt lỏng rơi trở lại, hơi được dẫn qua ống dẫn
hơi thứ. Ống tuần hoàn được sử dụng để tạo một dòng chảy tuần hoàn trong
thiết bị.
c. Thiết bị ngưng tụ
Thiết bị ngưng tụ được sử dụng trong quy trình công nghệ là loại thiết bị
ngưng tụ trực tiếp (thiết bị ngưng tụ baromet). Chất làm lạnh là nước được
đưa vào ngăn trên cùng thiết bị. Thiết bị thường làm việc ở áp suất chân
không nên nó phải được đặt ở một độ cao cần thiết để nước ngưng có thể tự
chảy ra ngồi khí quyển mà không cần máy bơm.
d. Thiết bị tách lỏng
Thiết bị tách lỏng được đặt sau thiết bị ngưng tụ baromet nhằm để tách
các cấu tử bay hơi còn sót lại, chưa kịp ngưng tụ, không cho chúng đi vào
bơm chân không.
e. Các thiết bị phụ trợ khác
- Bẫy hơi
- Các thiết bị đo áp suất, đo nhiệt độ, các loại van.
GVHD: TRẦN THANH GIANG BÀI TẬP LỚP KỸ THUẬT THỰC PHẨM
NHÓM SVTH: NHÓM 5 LỚP:53TP1
Page | 12

CHƯƠNG 2.
CÂN BẰNG VẬT CHẤT VÀ NĂNG LƯỢNG
I. CÂN BẰNG VẬT CHẤT
Theo định luật bảo toàn khối lượng trong suốt quá trình cô đặc thì nồng
độ chất tan không thay đổi.
 Các số liệu ban đầu:
• Dung dịch NaCl có:
 Nhập liệu vào là 4000 kg/h
 Nhiệt độ đầu 25
o
C, nồng độ đầu 10%.
 Nồng độ cuối 20%.
• Áp suất hơi đốt 3at.
• Áp suất ngưng tụ: P
ck
= 0,3 at.
1. Khối lượng riêng của dung dịch theo nồng độ
Nồng độ, %
10 20
Khối lượng riêng, kg/m
3

1073 1150
2. Cân bằng vật chất
2.1 Suất tháo liệu (G
c
).
a. Phần lý thuyết
G

đ
= G
c
+ W
G
đ
.x
đ
= G
c
.x
c
 Trong đó:
• G
đ
, G
c
: lượng dung dịch đầu và cuối mỗi giai đoạn, (kg)
• W: lượng hơi thứ bốc lên trong mỗi giai đoạn, (kg)
• x
đ
, x
c
: nồng độ đầu và cuối của mỗi giai đoạn, (%)
• G
đ
.x
đ
, G
c

.x
c
: khối lượng NaCl trong dung dịch, (kg)
b. Áp dụng cho bài tập lớn.
G
đ
= 4000 (kg)
x
đ
= 0,1 ; x
c
= 0,2
 Lượng sản phẩm sau cô đặc (là dung dịch NaCl 20%):
G
c
= G
đ
.
2000
2,0
1,0
*4000 ==
c
đ
x
x
(kg)
GVHD: TRẦN THANH GIANG BÀI TẬP LỚP KỸ THUẬT THỰC PHẨM
NHÓM SVTH: NHÓM 5 LỚP:53TP1
Page | 13

2.2 Tổng lượng hơi thứ bốc lên (W).
Theo công thức: G
đ
= G
c
+ W
 Lượng hơi thứ:
W = G
đ
- G
c
= 4000- 2000 = 2000 (kg)
II. CÂN BẰNG NĂNG LƯỢNG
Áp suất làm việc trong buồng bốc thiết bị cô đặc P
1
= 0,3 at.
⇒
Nhiệt độ hơi thứ ở buồng bốc t
1
= 68,7
o
C ( Bảng I.251 trang 314 Tài liệu
[1]).Đây cũng là nhiệt độ sôi của dung môi (là nước) trên mặt thống dung
dịch
)P(sdm
1
t
= 68,7
o

C
Chọn tổn thất nhiệt độ từ nồi cô đặc về thiết bị ngưng tụ
=∆
'''
1
o
C
⇒
Nhiệt độ hơi thứ ở thiết bị ngưng tụ : t
0
= 68,7 - 1 = 67,7
o
C.
1. Các tổn thất nhiệt độ – Nhiệt độ sôi dung dịch
Trong thiết bị cô đặc xuất hiện sự tổn thất nhiệt độ. Tổn thất này bằng tổn
thất nhiệt độ do nhiệt độ sôi của dung môi nhỏ hơn nhiệt đô sôi của dung dịch
(
'
∆
), và do cột áp suất thủy lực (
''∆
) trong nồi và do trở lưc thủy lực (
'''∆
).
Ta có áp suất tại thiết bị ngưng tụ là p
c
= 0,3 at ⇒ nhiệt độ của hơi thứ
trong thiết bị ngưng tụ là t
c
= 68,7

o
C (trang 314, [1]).
• Δ’’’ là tổn thất nhiệt độ của hơi thứ trên đường ống dẫn từ buồng bốc đến
thiết bị ngưng tụ. Chọn Δ’’’ = 1
o
C (trang 296, [5]).
• Nhiệt độ sôi của dung môi tại áp suất buồng bốc:
t
sdm
(p
o
) – t
c
= Δ’’’ ⇒ t
sdm
(p
o
) = t
c
+ Δ’’’ = 68,7 + 1 = 69,7
o
C
• Áp suất buồng bốc: tra [1], trang 312 ở nhiệt độ 69,7
o
C ⇒ p
o
= 0,315 at

a. Xác định tổn thất nhiệt độ do nồng độ và nhiệt độ sôi dung dịch NaCl
theo nồng độ ở áp suất P

1
= 0,3 at (
'
∆
) :
Theo tài liệu [3] trang 149:

'
∆
=
o
'
∆
*f
Trong đó:

o
'
∆
: tổn thất nhiệt độ do nhiệt độ sôi của dung dịch lớn hơn nhiệt độ sôi
của dung môi ở áp suất khí quyển.

+ Dung dịch cô đặc tuần hoàn nên a=x
c
=20%

Tra bảng VI.2, trang 67, [2]:
o
'
∆

=
4,85
o
C
GVHD: TRẦN THANH GIANG BÀI TẬP LỚP KỸ THUẬT THỰC PHẨM
NHÓM SVTH: NHÓM 5 LỚP:53TP1
Page | 14

- f: hệ số hiệu chỉnh do khác áp suất khí quyển, tính theo công thức VI.11,
trang 59, [2]:

( )
r
t
f
2
273
.14,16
+
=

Trong đó:
+ t: nhiệt độ sôi của dung môi ở áp suất đã cho (t
sdm
(p
o
)= 68,7
o
C)
+ r: ẩn nhiệt hóa hơi của dung môi nguyên chất ở áp suất làm việc. Tra bảng

I.251, trang 314, r=2336 kJ/kg.

( )
807,0
1000.2336
2737,68
.14,16
2
=
+
=f


9,3807,0*85,4
'
==∆

0
C


6,739,37,69
'
)()(
=+=∆+=
tbtb
PsdmPsdd
tt
o
C

b. Tổn thất nhiệt độ do hiệu ứng thủy tĩnh
''
∆
. Nhiệt độ sôi dung dịch ở áp
suất trung bình.
Tính theo ví dụ 4.8 trang 207 Tài liệu [4]

)()()()(
''
11
PsdmPsdmPsddPsdd
tttt
tbtb
−=−=∆

Với:P
tb
= P
1
+ 0,5
hh
ρ
.g.H
op
= P
1
+
∆
P
•

∆
P = 0,5
hh
ρ
.g.H
op


ddhh
2
1
ρρ
=

 Trong đó

dd
ρ
: Khối lượng riêng dung dịch tính theo nồng độ cuối ở nhiệt độ
)PP(sdd
1
t
∆+
, kg/m
3

 P
1
: áp suất hơi thứ trên mặt thoáng của dung dịch.
 H

op
: Chiều cao lớp dung dịch từ miệng ống truyền nhiệt đến mặt thoáng
(m).
 g: gia tốc trọng trường (m/s
2
).
• Trong thiết bị tuần hoàn tự nhiên
H
op
=
( )
[ ]
odmdd
H.0014,026,
0
ρρ
−+

Với H
o :
Chiều cao ống truyền nhiệt (m).

dm
ρ
: Khối lượng riêng dung môi ở t
sdm
(kg/m
3
).
Chọn chiều cao ống truyền nhiệt H

o
= 1,5 m.
GVHD: TRẦN THANH GIANG BÀI TẬP LỚP KỸ THUẬT THỰC PHẨM
NHÓM SVTH: NHÓM 5 LỚP:53TP1
Page | 15

Do trong khoảng nhiệt độ nhỏ, hiệu số
dmdd
ρρ
−
thay đổi không đáng kể nên
:

)/(1000
3
mkg
dm
=
ρ


)/(1150
3
%)20(
mkg
dd
=
ρ

[ ]

705,05.1*)10001150(*0014.026.0 =−+=⇒
op
H
(m)
⇒
atmNHgP
ophh
02,0/36,1988705,0*81,9*1150*
2
1
*5,0***5,0
2
====∆
ρ

atPPP
tb
32,002,03,0
1
=+=∆+=⇒

Nhiệt độ sôi của H
2
O ở 0,32 at là 70,04
o
C ( Bảng I.251 trang 314 Tài liệu
[1] )
Độ tăng nhiệt độ sôi do cột thủy tĩnh

34,17,6804,70

)()(
''
1
=−=−=∆
PsdmPsdm
tt
tb
o
C
⇒
nhiệt độ sôi dung dịch NaCl 20 % ở áp suất P
1
+
P∆


38,7134,104,70
)(
1
=+=
∆+ PPsdd
t
o
C
Sai số 0,05% được chấp nhận. Vậy
)(
1
PPsdd
t
∆+

= 71
o
C
Sản phẩm được lấy ra tại đáy
⇒
28,7634,1*26,73
)2(
1
=+=
∆+ PPsdd
t
o
C
 Tổng tổn thất nhiệt độ:

C
o''''''
24,6134,19,3 =++=∆+∆+∆
=∆∑

- Gia nhiệt bằng hơi nước bão hòa, áp suất hơi đốt là 3at, t
Đ
=132,9
o
C (bảng
I.251, trang 315, [1]).

- Chênh lệch nhiệt độ hữu ích:

Cttt

cĐhi
0
96,57)24,67
,68(9,132)( =+−=Σ∆+−=∆

Thông số
Ký hiệu
Đơn vị
Giá trị
Nồng độ đầu
X
đ
% khối
lượng
10
Nồng độ cuối
X
c
% khối
lượng
20
Năng suất nhập liệu
G
đ
kg/h
4000
GVHD: TRẦN THANH GIANG BÀI TẬP LỚP KỸ THUẬT THỰC PHẨM
NHÓM SVTH: NHÓM 5 LỚP:53TP1
Page | 16

Năng suất tháo liệu
G
c
kg/h
2000
HƠI THỨ
Suất lượng
W
kg/h
2000
Áp suất
P
0
at
0,3
Nhiệt độ
T
sdm
(P
0
)
0
C
69,7
Enthalpy
i

kJ/kg
2620
Ẩn nhiệt ngưng tụ

r
W
kJ/kg
2336
HƠI ĐỐT
Áp suất
P
d
at
3
Nhiệt độ
T
d
0
C
132,9
Enthalpy
I

kJ/kg
2730
TỔN THẤT NHIỆT ĐỘ
Nhiệt độ sôi của dung
dịch ở P
o
T
sdd
(P
0
)

0
C
69,8
Tổn thất nhiệt do nồng độ
'∆

0
C
3,9
Áp suất trung bình
P
tb
at
0,32
Nhiệt độ sôi của dung môi
ở P
tb
T
sdm
(P
tb
)
0
C
70,04
Tổn thất nhiệt do cột thủy
tĩnh
"∆

0

C
1,34
Nhiệt độ sôi của dung
dịch ở P
tb
T
sdd
(P
tb
)
0
C
73,6
Tổn thất nhiệt độ trên
đường ống
'''∆

0
C
1
Tổng tổn thất nhiệt độ
∑
∆

0
C
6,24
Chênh lệch nhiệt độ hữu
ích
hi

t∆

0
C
57,96

2. Tính cân bằng năng lượng
a. Nhiệt độ của dung dịch NaCl 10% trước và sau khi đi qua thiết bị gia
nhiệt:
t
vào
=25
o
C
t
ra
= t
sdd
(p
tb
) = 73,6
o
C
 Nhiệt độ của dung dịch NaCl 10% đi vào thiết bị cô đặc là t
đ
= 73,6
o
C
 Nhiệt độ của dung dịch NaCl 20% đi ra ở đáy thiết bị cô đặc là t
c

=
t
sdd
(p
o
)+2
''∆
= 73,6+2.1,94=77,48
o
C
b. Nhiệt dung riêng của dung dịch:
GVHD: TRẦN THANH GIANG BÀI TẬP LỚP KỸ THUẬT THỰC PHẨM
NHÓM SVTH: NHÓM 5 LỚP:53TP1
Page | 17

 Nhiệt dung riêng của dung dịch NaCl ở các nồng độ khác nhau được tính
theo công thức (I.43) và (I.44), trang 152,[1]:
+ x
đ
=10%  c
đ
=4186.(1-x
đ
)= 4186.(1-0,1)=3767,4 J/kg.K
+ Theo công thức 2.12 trang 183 Tài liệu [4]
c
ct
=
89,88
5,58

10*2610*26
33
=
+
(J/kg độ)
- Với c
ct
là nhiệt dung riêng của NaCl khan
+ x
c
= 20% c= 4186-(4186-c
ct
).x
c
= 4186-(4186-88,89).0,2= 3366,57
(J/kg.K)
c. Phương trình cân bằng nhiệt
G
đ
c
đ
t
đ
+ D
''
D
i
+
ϕ
Dct

D
= G
c
c
c
t
c
+W
''
w
i
Dcθ ± Q
cđ
+ Q
tt

cđtwcccđđđD
QQcDiWtcGtcGiDcD ±+++=+−+
θϕθϕ
).1.(
''
.
''

(+Q
cđ
ứng với quá trình thu nhiệt, - Q
c
đ ứng với quá trình toả nhiệt)
• Trong đó:

 D: lượng hơi đốt sử dụng (kg)

%5=
ϕ
: tỉ lệ nước ngưng bị cuốn theo.

θ
: nhiệt độ nước ngưng (
o
C), coi nhiệt độ của nước ngưng bằng nhiệt độ
của hơi đốt.
 c: nhiệt dung riêng nước ngưng ở
C
o
θ
(J/kg độ).
 c
đ
, c
c
: nhiệt dung riêng dung dịch đầu và cuối quá trình(J/kg độ).
 t
đ
, t
c
: nhiệt độ dung dịch đầu và cuối mỗi giai đoạn (
o
C).

''

D
i
: entanpi của hơi đốt (J/kg).

''
w
i
: entanpi của hơi thứ (J/kg).
 Q
t
: nhiệt lượng tổn thất (J).
 Q
cđ
: nhiệt lượng cô đặc (J).
 W: lượng hơi thứ bốc ra(kg)
 Có thể bỏ qua:
• Nhiệt lượng do hơi nước bão hoà ngưng tụ trong đường ống dẫn hơi đốt
vào buồng đốt: φDct
D
= 0
• Nhiệt cô đặc: Q
cđ
= 0
• Trong hơi nước bão hoà, bao giờ cũng có một lượng nước đã ngưng bị
cuốn theo khoảng φ = 0,05 (độ ẩm của hơi).
⇒ Nhiệt lượng do hơi nước bão hoà cung cấp là D(1 - φ)(

''
D
i

- cθ), (W).
Nước ngưng chảy ra có nhiệt độ của hơi đốt vào (không có quá lạnh sai khi
ngưng) thì (
θ
.
''
ci
D
−
)= r
Đ
= 2171kJ/kg (ẩn nhiệt ngưng tụ cảu hơi đốt).
GVHD: TRẦN THANH GIANG BÀI TẬP LỚP KỸ THUẬT THỰC PHẨM
NHÓM SVTH: NHÓM 5 LỚP:53TP1
Page | 18

* Entanpi của hơi thứ

''
w
i
=2620*10
3
J/kg ( Bảng I.250 trang 312 Tài liệu [1] )
 D.(1-
ϕ
).(
θ
.ci
''

D
−
)+ G
đ
c
đ
t
đ
= G
c
c
c
t
c
+ W
tt
W
Qi +
''

Thay Q
tt
=
ĐĐ
QQ 05,0=
ε

 Q
D
= D.(1-

ε
).(
θϕ
.)(1
''
ci
D
−−
) =G
đ
(c
c
t
c
- c
đ
t
đ
) +W (iw
’’
- c
c
t
c
)

* Lượng hơi đốt biểu kiến:
D=
D
cc

W
đđccđ
r
tci
W
tctcG
)1)(1(
)()(
''
ϕε
−−
−+−
=
skg /658,0
2171000).05
,01).(05,01.(3600
)48,77.57,33662620000.(2000)6,73.4,379748,77.57,3366(4000
=
−−
−+−

* Nhiệt lượng do hơi đốt cung cấp:
Q
D
= D(1 - ε)(1 – φ).r
D
= 0,658.(1 – 0,05).(1-0,05).2171000 = 1289237
W
* Lượng hơi đốt tiêu tốn riêng:

184,1
3600
2000
658,0
===
W
D
d
( kg hơi đốt/ kg hơi thứ)
GVHD: TRẦN THANH GIANG BÀI TẬP LỚP KỸ THUẬT THỰC PHẨM
NHÓM SVTH: NHÓM 5 LỚP:53TP1
Page | 19


CHƯƠNG III
TÍNH KÍCH THƯỚC THIẾT BỊ CHÍNH
I. TÍNH TOÁN TRUYỀN NHIỆT CHO THIẾT BỊ CÔ ĐẶC
1. Hệ số cấp nhiệt khi ngưng tụ hơi
Giảm tốc độ hơi đốt nhằm bảo vệ các ống truyền nhiệt tại khu vực hơi đốt
vào bằng cách chia làm nhiều miệng vào. Chọn tốc độ hơi đốt nhỏ (ω = 10
m/s), nước ngưng chảy màng (do ống truyền nhiệt ngắn có h
0
= 1,5 m),
ngưng hơi bão hoà tinh khiết trên bề mặt đứng. Công thức (V.101), trang 28,
[4] được áp dụng:

25,0
1
1
)

.
.(.04,2
tH
r
A
∆
=
α

 Trong đó:
+ α
1
– hệ số cấp nhiệt phía hơi ngưng; W/(m2.K)
+ r - ẩn nhiệt ngưng tụ của hơi nước bão hoà ở áp suất 3 at (2208 kJ/kg)
+ H - chiều cao ống truyền nhiệt (H = h
0
= 1,5 m)
A - hệ số, đối với nước thì phụ thuộc vào nhiệt độ màng nước ngưng t
m


2
1vD
m
tt
t
+
=

Sau nhiều lần tính lặp, ta chọn nhiệt độ vách ngoài t

v1
= 128 .


Tra A ở bảng
, trang 28:
t
m
,
o
C

40
60
80
100
A
139
155
19
179

t
m
,
o
C

120
140

160
180
200
A
188
194
197
199
199



GVHD: TRẦN THANH GIANG BÀI TẬP LỚP KỸ THUẬT THỰC PHẨM
NHÓM SVTH: NHÓM 5 LỚP:53TP1
Page | 20


 Nhiệt tải riêng phía hơi ngưng:
W/m
2

2. Hệ số cấp nhiệt từ bề mặt đốt đến dòng chất lỏng sôi
 Áp dụng công thức (VI.27), trang 71, [2]:

 Trong đó:
– hệ số cấp nhiệt của nước khi cô đặc theo nồng độ dung dịch. Do
nước sôi sủi bọt nên tính theo công thức (V.91), trang 26, [
:
với
 Sau nhiều lần tính lặp, chọn nhiệt độ trung bình vách trong ống





•
- nhiệt dung riêng của dung dịch ở t
sdd
(p
tb
)
•
Ј/Kg.K - nhiệt dung riêng của nước ở t
sdm
(p
tb
)
•
- độ nhớt của dung dịch ở t
sdd
(p
tb
)
•
– độ nhớt của nước ở t
sdm
(p
tb
)

•
kg/m
3
- khối lượng riêng của dung dịch ở t
sdd
(p
tb
)
•
– khối lượng riêng của nước ở t
sdm
(p
tb
)
•
– hệ số dẫn nhiệt của dung dịch ở t
sdd
(p
tb
)
•
– hệ số dẫn nhiệt của dung dịch ở
t
sdm
(p
tb
)
c
dm
, λ

dm
, ρ
dm
, λ
dm
: tra bảng I.249, trang 311, [1]
λ
dd
: tra bảng 9, trang 16, [8]
ρ
dd
: tra bảng 4, trang 11, [8]
λ
dd
được tính theo công thức (I.32), trang 123, [1]:
GVHD: TRẦN THANH GIANG BÀI TẬP LỚP KỸ THUẬT THỰC PHẨM
NHÓM SVTH: NHÓM 5 LỚP:53TP1
Page | 21



Trong đó:

+ A: hệ số phụ thuộc vào mức độ liên kết của chất lỏng. Đối với chất lỏng
liên kết, A = 3,58.10
-8

+ M: Khối lượng mol của hỗn hợp lỏng, ở đây là hỗn hợp NaCl và H
2
O.

M = a.M
NaCl
+ (1 – a).M
H2O
= a.58.5 + (1 – a).18; kg/kmol
+ a: Phần mol của NaCl.
 Nồng độ NaCl trong dung dịch cuối là 20%



M = 0,07143.58,8 + (1 – 0,07143).18 = 20,8929 kg/kmol


0,53W/(m.K)



3. Nhiệt tải riêng phía vách tường
 Công thức:
 Trong đó:
+
– Tổng trở vách;

 Với:
– Nhiệt trở phía hơi nước do vách ngoài của
ống có màng mỏng nước ngưng (bảng 31, trang 29, [8]).
GVHD: TRẦN THANH GIANG BÀI TẬP LỚP KỸ THUẬT THỰC PHẨM
NHÓM SVTH: NHÓM 5 LỚP:53TP1
Page | 22

+ r
2
= 0,389.10
-3
m
2
.K/W – nhiệt trở phía dung dịch do vách trong của ống
có lớp cặn bẩn dày 0,5 mm (bảng V.1, trang 4, [2]).
+ δ = 2 mm = 0,002 m – bề dày ống truyền nhiệt
+ λ = 17,5W/(m.K) – hệ số dẫn nhiệt của ống (tra bảng XII.7, trang 313,
[2] với ống được làm bằng thép không gỉ OX18H10T)
 Δt
v
= t
v1
- t
v2
;
 K: chênh lệch nhiệt độ giữa 2 vách tường
 Với quá trình cô đặc chân không liên tục, sự truyền nhiệt ổn định nên q
v
=
q
1
= q
2
.
 Δt
v

= q
v
.Σr
v
= 32025,08.0,8545.10
-3
= 27,3663
o
C
 Nhiệt tải riêng phía dung dịch:
q
2
= α
2
.Δt
2
= 5028,22.9,28 = 46661,88 W/m2
4. Tiến trình tính các nhiệt tải riêng.
Dùng phương pháp số, ta lần lượt tính lặp qua các bước sau:
- Chọn nhiệt độ tường phía hơi ngưng t
v1
, từ đó tính t
m
theo (18) và Δt
1
= t
D
-
t
v1

- Tính hệ số cấp nhiệt phía hơi ngưng α
1
theo (17), từ đó tính q
1
.
- Đặt q
v
= q
1
, từ đó tính Δt
v

- Tính t
v2
= t
v1
– Δt
v,
từ đó tính Δt
2
= t
v2
– t
sdd
(p
tb
)

và hệ số cấp nhiệt phía

dung dịch sôi α
2
.
- Tính q
2
.
- Tính sai số tương đối của q
2
so với q
1
. Vòng lặp kết thúc khi sai số này nhỏ
hơn 5 %.
- Sai số tương đối của q
2
so với q
1
:

nên sai số được chấp nhận (các thông số đã được chọn phù hợp).
 Nhiệt tải riêng trung bình:

5. Hệ số truyền nhiệt tổng quát K cho quá trình cô đặc
 K được tính thông qua các hệ số cấp nhiệt:
GVHD: TRẦN THANH GIANG BÀI TẬP LỚP KỸ THUẬT THỰC PHẨM
NHÓM SVTH: NHÓM 5 LỚP:53TP1
Page | 23


6. Diện tích bề mặt truyền nhiệt

Chọn: F = 26,15 m
2

Thông số
Ký
hiệu
Đơn vị
Giá trị
Nhiệt độ tường phía
hơi ngưng


128
Nhiệt độ tường phía
dung dịch sôi


77,38
Hệ số cấp nhiệt phía
hơi ngưng

W/(m
2
.K)
9090,23
Hệ số cấp nhiệt phía
dung dịch sôi

W/(m

2
.K)
5028,22
Bề dày ống truyền
nhiệt

m
0,002
Hệ số dẫn nhiệt của
vật liệu làm ống
λ
W/(m.K)
16,3
Nhiệt trở phía hơi
nước

m
2
.K/W

Nhiệt trở phía dung
dịch

m
2
.K/W
0,387.10
-3

Hệ số truyền nhiệt

tổng quát
K
W/(m
2
.K)
859,56
Nhiệt tải riêng trung
bình

W/m
2

45602
Diện tích bề mặt
truyền nhiệt
F
m
2


26,15

GVHD: TRẦN THANH GIANG BÀI TẬP LỚP KỸ THUẬT THỰC PHẨM
NHÓM SVTH: NHÓM 5 LỚP:53TP1
Page | 24

II.TÍNH KÍCH THƯỚC THIẾT BỊ CÔ ĐẶC
1. Tính kích thước buồng bốc
1.1 Đường kính buồng bốc (D
b

)
 Lưu lượng hơi thứ trong buồng bốc:

- Trong đó:
+ W: suất lượng hơi thứ; kg/h
+ ρ
h
= 0,1963 kg/m
3
– khối lượng riêng của hơi thứ ở áp suất buồng bốc
+ p
o
=0,315 at (tra bảng I.251, trang 314, [1])
 Tốc độ hơi thứ trong buồng đốt:

+ Trong đó: D
b
: đường kính buồng bốc; m
 Tốc độ lắng:
Được tính theo công thức (5.14), trang 276, [5]:

- Trong đó:
+ ρ' = 977,91 kg/m
3
– khối lượng riêng của giọt lỏng ở t
sdm
(p
o
), (tra bảng
I.249, trang 311, [1])

+
ρ
h
= 0,1963 kg/m
3
– khối lượng riêng của hơi thứ ở áp suất buồng
bốc p
o
= 0,315 at
+ d – đường kính giọt lỏng; m. Chọn d = 0,0003 m (trang 292, [5]).
+ ξ – hệ số trở lực, tính theo Re:

* Với:
GVHD: TRẦN THANH GIANG BÀI TẬP LỚP KỸ THUẬT THỰC PHẨM
NHÓM SVTH: NHÓM 5 LỚP:53TP1
Page | 25

• – độ nhớt động lực học của hơi thứ ở áp suất
0,315 at (tra hình VI, trang 57, [8]).
Nếu 0,2 < Re < 500 thì



- Áp dụng điều kiện W
h
< (0,7 ÷ 0,8)Wo theo [5]
Chọn W
h
< 0,7Wo ⇒ ⇒
⇒ chọn D

b
= 2 m = 2000 mm theo tiêu chuẩn trang 293, [5].
- Kiểm tra lại Re:
(thoả 0,2 < Re < 500)
 Như vậy, đường kính buồng bốc là D
b
= 2000 mm.
1.2 Chiều cao buồng bốc (H
b
)
- Áp dụng công thức VI.33, trang 72, [2]:
U
tt
= f.U
tt
(1 at); m
3
/(m
3
.h)
- Trong đó:
+ f: hệ số hiệu chỉnh do khác biệt áp suất khí quyển
+ U
tt
(1 at): cường độ bốc hơi thể tích cho phép khi p = 1 at.
- Chọn U
tt
(1 at) = 1650m
3
/(m

3
.h), f = 1,1 (tra hình VI.3, trang 72, [2]).
 U
tt
= 1,1.1650 = 1815 m
3
/(m
3
.h)
- Thể tích buồng bốc:

 Chiều cao buồng đốt: