Thiết kế hệ thống cô đặc dung dịch đường một nồi làm việc gián đoạn ống tuần hoàn trung tâm.

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ
KHOA NÔNG NGHIỆP VÀ SINH HỌC ỨNG DỤNG
LỚP CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM
KHÓA 2012 (CÀ MAU)


ĐỒ ÁN KỸ THUẬT

THỰC PHẨM

ĐỀ TÀI
THIẾT KẾ HỆ THỐNG CÔ ĐẶC DUNG DỊCH
ĐƯỜNG SUCROSE MỘT NỒI LÀM VIỆC GIÁN
ĐOẠN ỐNG TUẦN HOÀN TRUNG TÂM

Giảng viên hướng dẫn

Sinh viên thực hiện

Cần Thơ, 2015


TRƯỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ
KHOA NÔNG NGHIỆP VÀ SINH HỌC ỨNG DỤNG
LỚP CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM
KHÓA 2012 (CÀ MAU)


ĐỒ ÁN KỸ THUẬT

THỰC PHẨM

ĐỀ TÀI
THIẾT KẾ HỆ THỐNG CÔ ĐẶC DUNG DỊCH
ĐƯỜNG SUCROSE MỘT NỒI LÀM VIỆC GIÁN
ĐOẠN ỐNG TUẦN HOÀN TRUNG TÂM

Giảng viên hướng dẫn

Sinh viên thực hiện


Đồ án Kỹ thuật Thực phẩm

GVHD: Đoàn Anh Dũng

MỤC LỤC

Bộ môn Công nghệ Thực phẩm


Đồ án Kỹ thuật Thực phẩm

GVHD: Đoàn Anh Dũng

DANH SÁCH HÌNH

Bộ môn Công nghệ Thực phẩm


Đồ án Kỹ thuật Thực phẩm

GVHD: Đoàn Anh Dũng

DANH SÁCH BẢNG

Bộ môn Công nghệ Thực phẩm


Đồ án Kỹ thuật Thực phẩm

GVHD: Đoàn Anh Dũng

LỜI NÓI ĐẦU

Theo Chương trình đào tạo ngành Công nghệ Thực phẩm, sau khi hoàn thành
các học phần cơ sở về các quá trình, thiết bị trong chế biến công nghệ thực phẩm,
mỗi sinh viên sẽ trực tiếp thiết kế một thiết bị phục vụ cho ngành thông qua đồ án
kỹ thuật. Đây là dịp để sinh viên củng cố và vận dụng những kiến thức đã học được
trước đó một cách cụ thể. Đồng thời, việc thực hiện đồ án cũng là điều kiện để sinh
viên phát huy tính sáng tạo và tư duy của mình.
Được sự hướng dẫn của thầy Đoàn Anh Dũng trong thời gian qua, em đã
hoàn thành đồ án kỹ thuật thực phẩm với đề tài: “Thiết kế hệ thống cô đặc dung
dịch đường sucrose một nồi làm việc gián đoạn ống tuần hoàn trung tâm”.
Tuy đã cố gắng rất nhiều trong việc thực hiện đồ án, nhưng vì đây là lần đầu
làm đồ án, cùng với những hạn chế nhất định về kiến thức nên đồ án khó tránh khỏi
những thiếu sót không mong muốn. Vì vậy, em rất mong nhận được sự đóng góp ý
kiến của quý thầy cô, các anh chị và các bạn trong ngành để bản thân có thể rút ra
kinh nghiệm và thành công hơn với những đề tài trong thời gian tới.
Em xin chân thành cảm ơn quý thầy cô trong bộ môn Công nghệ Thực phẩm
đã tạo điều kiện cho em thực hiện đồ án. Một lần nữa, em xin gửi lời cám ơn sâu sắc

sự giúp đỡ tận tình của thầy Đoàn Anh Dũng trong suốt thời gian qua. Cuối cùng,
em cũng xin cảm ơn sự giúp đỡ nhiệt tình của các anh chị và các bạn trong ngành để
em hoàn thành đồ án này.
Xin chân thành cám ơn!
Sinh viên thực hiện

Bộ môn Công nghệ Thực phẩm


Đồ án Kỹ thuật Thực phẩm

GVHD: Đoàn Anh Dũng

CHƯƠNG I: GIỚI THIỆU

1.1.

TỔNG QUAN VỀ NGUYÊN LIỆU
Sucroza hay saccarôzơ, saccharose là một disacarit (glucose + fructose)
với công thức phân tử C12H22O11. Tên gọi hệ thống của nó là α-D-glucopyranozyl(1→2)-β-D-fructofuranozit (kết thúc bằng "ozit" vì nó không phải là đường khử).
Nó được biết đến nhiều vì vai trò của nó trong khẩu phần dinh dưỡng của con người
và vì nó được hình thành trong thực vật chứ không phải từ các sinh vậtkhác, ví dụ
như động vật. Sucroza còn được gọi với nhiều tên như đường kính (đường có độ
tinh khiết cao), đường ăn, đường cát,đường trắng, đường nâu (đường có lẫn tạp chất
màu), đường mía (đường trong thân cây mía), đường phèn (đường ở dạng kết
tinh), đường củ cải (đường trong củ cải đường), đường thốt nốt (đường trong cây
thốt nốt) hay một cách đơn giản là đường.
Sucroza là chất dinh dưỡng vĩ mô dễ dàng tiêu hóa, là nguồn cung cấp năng lượng
nhanh chóng cho cơ thể, tạo ra sự gia tăng của glucoza huyết trong quá trình tiêu
hóa. Tuy nhiên, sucroza tinh khiết thông thường không là thành phần trong khẩu

phần ăn của con người để có thành phần dinh dưỡng cân đối, mặc dù nó có thể thêm
vào để làm cho một số loại thực phẩm trở nên ngon hơn.
Việc sử dụng quá nhiều sucroza có liên quan tới một số các bệnh tật. Phổ biến nhất
là sâu răng, trong đó các vi khuẩn chuyển hóa đường (bao gồm cả sucroza) từ thức
ăn thành các axít dễ dàng phá hủy men răng.
Sucroza, như một cacbohydrat tinh khiết, cung cấp năng lượng 3,94 kilocalo trên
một gam (hay 17 kilojoule trên gam). Khi một lượng lớn thực phẩm chứa nhiều
sucroza được tiêu thụ thì các thành phần dinh dưỡng có ích có thể bị loại ra khỏi
thức ăn, và điều này làm gia tăng nguy cơ mắc các bệnh kinh niên. Người ta khuyến
cáo rằng các đồ uống chứa sucroza có thể liên quan với sự phát triển của bệnh béo
phì và đề kháng insulin
Sự tiêu hóa nhanh sucroza gây ra sự gia tăng glucoza huyết và có thể gây ra một số
vấn đề đối với những người có khuyết tật trong trao đổi chất glucoza, chẳng hạn
những người với các chứng bệnh giảm glucoza huyết hay đái tháo đường. Sucroza
có thể góp phần vào sự gia tăng của các hội chứng trao đổi chất.[2] Trong thực
nghiệm với chuột được nuôi bằng khẩu phần ăn với 1/3 là sucroza, kết quả là

Trang 7


Đồ án Kỹ thuật Thực phẩm

GVHD: Đoàn Anh Dũng

sucroza đầu tiên làm tăng nồng độ của triglycerit trong máu, nó gây ra tích lũy
mỡ nội tạng và cuối cùng là đề kháng insulin. Nghiên cứu khác phát hiện thấy chuột
nuôi bằng các khẩu phần ăn giàu sucroza sẽ phát triển tăng triglycerit huyết, tăng
glucoza huyết và đề kháng insulin.
1.2.

QUÁ TRÌNH CÔ ĐẶC

1.2.1. Khái niệm

-

Cô đặc là quá trình làm tăng nồng độ của chất rắn hòa tan trong dung dịch
bằng cách tách bớt 1 phần dung môi qua dạng hơi.
Quá trình cô đặc thường tiến hành ở trạng thái sôi, nghĩa là áp suất hơi riêng
phần của dung môi trên mặt dung dịch bằng áp suất làm việc của thiết bị.
Quá trính cô đặc có thể tiến hành ở các áp suất khác nhau. Khi làm việc ở áp
suất thường (áp suất khí quyển) ta dùng thiết bị hở, còn khi làm việc ở áp suất khác
ta dùng thiết bị kín.
Quá trình cô đặc có thể làm việc gián đoạn hay liên tục, có thể tiến hành ở hệ
thống cô đặc một nồi hay hệ thống cô đặc nhiều nồi.
Quá trình cô đặc được sử dụng phổ biến trong công nghiệp hóa chất và thực
phẩm 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 nước nguyên chất (cất nước).

1.2.2. Thiết bị cô đặc
1.2.2.1.

-

Các loại thiết bị cô đặc
Người ta phân loại thiết bị cô đặc theo các cách sau:
Theo sự bố trí bề mặt đun nóng: nằm ngang, thẳng đứng, nghiêng.
Theo chất tải nhiệt: đun nóng bằng hơi (hơi nước bão hòa, hơi quá nhiệt), bằng khói

lò, chất tải nhiệt có nhiệt độ cao (dầu, nước có áp suất cao…), dòng điện.
Theo chế độ tuần hoàn: tuần hoàn tự nhiên, tuần hoàn cưỡng bức…
Theo cấu tạo bề mặt đun nóng: vỏ bọc ngoài, ống xoắn, ống chùm.
Trong công nghiệp hóa chất thường dùng các thiết bị cô đặc bằng hơi, loại
này bao gồm các phần chính sau:
Buồng đốt_bề mặt truyền nhiệt.
Buồng bốc_khoảng trống để cách hơi thứ ra khỏi dung dịch.
Buồng phân ly hơi lỏng_dùng để tách những giọt lỏng do hơi thứ mang theo.
Một số loại thiết bị cô đặc chủ yếu:
Thiết bị cô đặc ống tuần hoàn trung tâm.
Thiết bị cô đặc loại buồng đốt treo.

Trang 8


Đồ án Kỹ thuật Thực phẩm

1.2.2.2.

GVHD: Đoàn Anh Dũng

Thiết bị cô đặc loại buồng đốt ngoài.
Thiết bị cô đặc loại có tuần hoàn cưỡng bức.
Thiết bị cô đặc loại màng.
Thiết bị cô đặc có vành dẫn chất lỏng.
Thiết bị cô đặc loại roto.
Yêu cầu chung đối với thiết bị cô đặc

- Thích ứng được đối với tính chất đặc biệt của dung dịch cần cô đặc như độ nhớt cao,
1.2.2.3.

-

khả năng tạo bọt lớn…
Hệ số truyền nhiệt lớn, bởi vì khi nồng độ tăng hệ số truyền nhiệt giảm.
Tách li hơi thứ cấp tốt, đảm bảo hơi thứ cấp sạch để có thể cho ngưng tụ, lấy nhiệt
cho cấp cô đặc tiếp theo.
Hơi đốt hoặc hơi thứ cấp làm hơi đốt đảm bảo phân bố đều trong không gian bên
trong giữa các ống của dàn ống.
Đảm bảo tách các khí không ngưng còn lại sau khi ngưng tụ hơi đốt.
Dễ dàng cho việc làm sạch bề mặt bên trong các ống vì khi dung dịch bốc hơi bên
trong các ống sẽ làm bẩn bề mặt bên trong ống (tạo cặn).
Giá thành rẻ, dễ chế tạo…
Thiết bị giới thiệu trong đồ án là thiết bị cô đặc buồng đốt trong kiểu treo
Thiết bị cô đặc buồng đốt kiểu treo là thiết bị có buồng đốt treo ở bên trong
thiết bị và đặt giữa thiết bị, khoảng trống vành khăn ở giữa buồng đốt và vỏ đóng
vai trò ống tuần hoàn, hơi đốt đi vào buồng đốt theo ống dẫn hơi đốt. Phần dưới của
buồng đốt được đặt trên giá đỡ. Hơi đốt đi theo ống dẫn hơi nằm giữa thiết bị rồi
được phun ra không gian bên ngoài các ống truyền nhiệt. Giữa thân thiết bị và
buồng đốt tạo ra khe hở hình vành khăn (đóng vai trò như ống tuần hoàn) và khi
thiết bị làm việc thì khe hở đó chứa đầy dung dịch.
 Ưu điểm
Buồng đốt kiểu treo có thể tháo ra ngoài khi cần sữa chữa hoặc làm sạch.
Tốc độ tuần hoàn tốt hơn vì vỏ ngoài không bị đốt nóng.
 Nhược điểm
Có cấu tạo phức tạp.
Kích thước lớn do có khoảng trống hình vành khăn.

Trang 9

Đồ án Kỹ thuật Thực phẩm

1.2.2.4.

GVHD: Đoàn Anh Dũng

Ưu điểm và nhược điểm của cô đặc một nồi làm việc gián đoạn.

 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 thấp, không dùng được cho mục đích khác.
Khó giữ được độ chân không trong thiết bị.

Trang 10


Không khí ngưng

Đồ án Kỹ thuật Thực phẩm

1.2.2.5.

GVHD: Đoàn Anh Dũng

Sơ đồ hệ thống cô đặc một nồi

Hơi nước

c
ướ
in
Hơ

Nước ngưng

Nước ngưng

13

Trang 11


Đồ án Kỹ thuật Thực phẩm

GVHD: Đoàn Anh Dũng
12
11

CHƯƠNG II: XÁC ĐỊNH KÍCH THƯỚC THIẾT BỊ
2.1.

CÂN BẰNG VẬT LIỆU

2.1.1. Lượng hơi thứ bốc lên trong hệ thống
W
Gd = 2000 kg

Gc
Cô đặc

xd = 15%

xc = 45%

 Gọi Gd = 2000 (kg/mẻ/h) là lượng dung dịch

ban đầu.

Gc (kg/mẻ/h) là lượng dung dịch sau khi

cô đặc.

W (kg/mẻ/h) là lượng hơi thứ thoát ra từ

hệ thống.

xd, xc lần lượt là nồng độ đầu và nồng độ

cuối của dung dịch.

 Phương trình cân bằng khối lượng chất rắn hòa tan trong hệ thống:
7
xd

Gd = x c

9

Gc  G8c =

 Phương trình cân bằng khối lượng nước trong hệ thống:
(1 – xd)


W = (1 – xd)


Gd = (1 – xc)

Gc + W

Gd – (1 – xc)

W = 2000

(1-

= Gd

(1 -

) = 1333,3 (kg/mẻ/h)

2.1.2. Lượng dung dịch sau khi cô đặc
 Phương trình cân bằng khối lượng chất rắn hòa tan trong hệ thống
xd

Gd = xc
6

Trang 12

Gc

)


Đồ án Kỹ thuật Thực phẩm



2.2.

Gc =

GVHD: Đoàn Anh Dũng

=

= 666,7 (kg/mẻ/h)

CÂN BẰNG NHIỆT LƯỢNG CHO TOÀN HỆ THỐNG

- Chọn áp suất hơi đốt:
-

P = 0.0735 MPa = 0.725 at
Suy ra áp suất tuyệt đối của hơi đốt:
Phd = 1 + 0.725 = 1.725 at

- Suy ra nhiệt hơi đốt: thd = 115oC
(Tra bảng I.250_Trang 312_Sổ tay quá trình và thiết bị công nghệ hóa chất tập 1_ TS Trần
Xoa, PGs_TS Nguyễn Trọng Khuông).

2.2.1. Chia nồng độ dung dịch

-

Từ xd = 15% đến xc = 45% chia thành 4 khoảng nồng độ.
Do lượng nhập liệu ban đầu khá lớn nên ta tiến hành nhập liệu theo từng đợt,
lần lượt như sau 55%, 20%, 15%, 10%.
 Đợt 1: Nhập liệu 55% Gd, trong khoảng nồng độ 15% - 25%
Lượng dung dịch thêm vào:
Gd1 = 0.55Gd = 0.55
2000 = 1100 kg
5

- Lượng nước mất đi khi cô đặc đến nồng độ 25%:
W1 = Gd1(1-

-

) = 1100

kg
Lượng dung dịch còn lại sau khi cô đặc đến nồng độ 25%:
Gc1
=

(1-

=

= 660 kg

-

 Đợt 2: Nhập liệu tiếp 20% Gd, cô đặc đến nồng độ 35%
Lượng dung dịch thêm vào:
0.2Gd = 0.2
2000 = 400 kg

- Lượng dung dịch trong nồi sau khi nhập liệu:
Gd2 = Gc1 + 0.2Gd = 660 + 0.2

Trang 13

2000 = 1060 kg

) = 440

Đồ án Kỹ thuật Thực phẩm

GVHD: Đoàn Anh Dũng

- Nồng độ dung dịch khi đó là:
xd2

=

=
= 0.2123 = 21.23%

- Lượng nước mất đi khi cô đặc đến nồng độ 35%:
W2 = Gd2(1 -

) = 1060

(1 -

) =

417,14 kg

- Lượng dung dịch còn lại sau khi cô đặc đến nồng độ 35%:
Gc2 =

=

= 642,86 kg

 Tính toán tương tự cho các đợt nhập liệu còn lại với các khoảng nồng độ,
ta được kết quả sau:
Bảng 2.1. Tính lượng nguyên liệu thêm vào, Gd, Gc, W, xtb cho các lần nhâp liệu

Khoảng nồng
độ (%)

Lượng thêm
vào (kg)

Gd (kg)

Gc (kg)

W (kg)

Nồng độ
trung bình
(%)

15-25

1100.00

1100.00

660.00

440.00

20.00

21.23-35

400.00

1060.00

642.86

417.14

28.11

28.64-40

300.00

942.86

675.00

267.86

34.32

34.29-45

200.00

875.00

666.67

208.33

39.64

2.2.2. Xác định áp suất và nhiệt độ

- Chọn áp suất hơi ngưng tụ là 645 mmHg.
- Suy ra áp suất hơi ngưng tụ tuyệt đối là: Pngt = 1- Ta được: tngt = 49.5oC

= 0.12316 at

3
(Tra bảng I.250_Trang312__Sổ tay quá trình và thiết bị công nghệ hóa chất tập 1_ TS
Trần Xoa, PGs_TS Nguyễn Trọng Khuông).

Trang 14


Đồ án Kỹ thuật Thực phẩm

GVHD: Đoàn Anh Dũng

- Ta có: Nhiệt độ hơi thứ = Nhiệt độ hơi ngưng tụ + (0.5-1.5oC).
- Suy ra, nhiệt độ hơi thứ: tht = 49.5 + 0.5 = 50oC

- Ta được áp suất hơi thứ: Pht = 0.1258 at
(Tra bảng I.250_Trang312__Sổ tay quá trình và thiết bị công nghệ hóa chất tập 1_ TS
Trần Xoa, PGs_TS Nguyễn Trọng Khuông).

2.2.3. Xác định nhiệt tổn thất
2.2.3.1.

Tổn thất nhiệt độ do nồng độ tăng cao
Công
21 thức Tisenco:

.

(Công thức VI.10_Trang 59_Sổ tay quá trình và thiết bị công nghệ hóa chất tập 2_TS Trần
Xoa, PGs_TS Nguyễn Trọng Khuông).

Với

= 16,2

(Công thức VI.11_Trang 59_Sổ tay quá trình và thiết bị công nghệ hóa chất tập 2_TS Trần
Xoa, PGs_TS Nguyễn Trọng Khuông).

Trong đó:

-

: tổn thất nhiệt ở áp suất thường (oC).
: hệ số hiệu chỉnh (vì thiết bị cô đặc thường làm việc ở áp suất khác với áp suất
thường).

Tm: nhiệt độ của dung môi nguyên chất làm việc ở áp suất làm việc, có giá trị bằng
nhiệt độ hơi thứ => Tm = tht = 50oC = 323 K.
r: ẩn nhiệt hóa hơi của dung môi ở áp suất làm việc (J/kg).
Ta có: r = 2380.103 J/kg
(Tra bảng I.250_trang312__Sổ tay quá trình và thiết bị công nghệ hóa chất tập 1_ TS
Trần Xoa, PGs_TS Nguyễn Trọng Khuông)..

Thế vào công thức trên, ta được:
= 0.7101

Dựa vào 4 khoảng nồng độ , tìm được

Trang 15

và xác định


Đồ án Kỹ thuật Thực phẩm

GVHD: Đoàn Anh Dũng

Bảng 2.2. Tổn thất nhiệt độ do nồng độ tăng cao

Nồng độ trung bình (%)

(

(

20.00

0.24

0.17

28.11

0.43

0.31

34.32

0.60

0.43

39.64

0.79

0.56

(Tra tại website )

Trang 16


Đồ án Kỹ thuật Thực phẩm

GVHD: Đoàn Anh Dũng

h
7

6

Dung dịch

5

h1
Hơi bão hòa
h2

1

h2
2

4
2

3
∆’’’ ∆’

∆’’
T

tngg tht

t**

ttb

t*
∆t

∑∆
∆T

2.2.3.2.

Tổn thất nhiệt độ do áp suất thủy tĩnh

Hình 2.1. Đồ thị biểu diễn sự biến đổi nhiệt độ của hơi đốt và dung dịch

Ta có:
T: nhiệt độ hơi đốt.
t*: nhiệt độ sôi của dung dịch có giá trị lớn nhất.
t**: nhiệt độ sôi của dung dịch ở bề mặt chất thoáng.

Trang 17


Đồ án Kỹ thuật Thực phẩm

GVHD: Đoàn Anh Dũng

ttb: nhiệt độ sôi của dung dịch. Kí hiệu ts.

tht: nhiệt độ hơi thứ.
tng: nhiệt độ hơi thứ đi vào thiết bị ngưng tụ.
: tổn thất nhiệt do nồng độ tăng cao.
: tổn thất nhiệt do áp suất thủy tĩnh.
: tổn thất nhiệt do chênh lệch nhiệt độ hơi ngưng tụ và hơi trên bề mặt.
Áp suất của dung dịch thay đổi theo chiều sâu lớp dung dịch: ở trên mặt dung
dịch thì bằng áp suất hơi trong phòng bốc hơi, còn ở đáy ống thì bằng áp suất ở trên
mặt cộng với áp suất thủy tĩnh của cột dung dịch kể từ đáy ống. Trong tính toán, ta
thường tính theo áp suất trung bình của dung dịch.
+
Với

(Công thức VI.12_Trang 60_Sổ tay quá trình và thiết bị công nghệ hóa chất tập 2_TS Trần
Xoa, PGs_TS Nguyễn Trọng Khuông).

Và
Trong đó:

-

Ptb: áp suất trung bình (N/m2).
P’: áp suất trên bề mặt dung dịch (N/m2).
P’ = Pht = 0.1258 at = 12746.685 N/m2

-

:áp suất thủy tính kể từ mặt dung dịch đến giữa ống (N/m2).
h1: chiều cao của lớp dung dịch kể từ miệng ống đốt đến mặt chất thoáng của dung
dịch (m).
Chọn h1 = 0.5 m

h2: chiều cao của ống đốt (m).
Chọn h2 = 1m.
: khối lượng riêng của dung dịch khi sôi (kg/m3).

Trang 18


Đồ án Kỹ thuật Thực phẩm

-

: khối lượng riêng của dung dịch (kg/m3).

-

: gia tốc trọng trường (m/s2).

GVHD: Đoàn Anh Dũng

= 9.81 m/s2

Dựa vào 4 khoảng nồng độ, xác định các giá trị ρ, từ đó suy ra ρ s, ΔP, Ptb
tương ứng:
Bảng 2.3. Xác định các giá trị ρ, ρs,ΔP,Ptb

xtb (%)

ρ (kg/m3)

ΔP (N/m2)

ΔP (at)

Ptb (at)

20.00

1028.860

514.430

5064.558

0.050

0.176

28.11

1065.800

532.900

5227.749

0.052

0.177

34.32

1095.940

547.970

5375.586

0.053

0.179

39.64

1123.140

561.570

55509.002

0.054

0.180

(kg/m3)

(Tra từ website: )

Nhiệt độ tổn thất do áp suất thủy tĩnh bằng hiệu số giữa nhiệt độ trung bình
(ttb) và nhiệt độ của dung dịch trên mặt thoáng (tht).
= ttb – tht = ttb – 50

(Công thức VI.13_Trang 60_Sổ tay quá trình và thiết bị công nghệ hóa chất tập 2_TS Trần
Xoa, PGs_TS Nguyễn Trọng Khuông).

Từ Ptb, suy ra các giá trị ttb và các

tương ứng.

(Tra bảng I.250_Trang 312_Sổ tay quá trình và thiết bị công nghệ hóa chất tập 1_ TS Trần
Xoa, PGs_TS Nguyễn Trọng Khuông).
Bảng 2.4 Tổn thất nhiệt do áp suất thủy tĩnh Δ''

Ptb (at)
ttb (oC)
Δ''

2.2.3.3.

0.176
56.75
6.75

0.177
56.96
6.96

Tổn thất nhiệt độ do trở lực thủy học trên đường ống

Trang 19

0.179

57.13
7.13

0.180
57.29
7.29


Đồ án Kỹ thuật Thực phẩm

GVHD: Đoàn Anh Dũng

Thường với mỗi nồi,

, do đó, trong tính toán để

đơn giản ta có thể tự chọn khoảng nhiệt độ này, ở đây, ta chọn:
.
2.2.3.4.

Tổn thất chung cho toàn hệ thống cô đặc
=

+

+

(Công thức VI.19_Trang 68_Sổ tay quá trình và thiết bị công nghệ hóa chất tập 2_TS Trần
Xoa, PGs_TS Nguyễn Trọng Khuông).

Bảng 2.5. Tổn thất chung cho toàn hệ thống cô đặc

Loại nhiệt độ

Nồng độ trung bình (%)
20.00

28.11

34.32

39.64

Δ'

0.17

0.31

0.43

0.56

Δ''

6.75

6.96

7.13

7.29

Δ'''

1.00

1.00

1.00

1.00

ΣΔ

7.92

8.27

8.56

8.85

2.2.4. Hiệu số nhiệt độ hữu ích và nhiệt độ sôi
2.2.4.1.

Hiệu số nhiệt độ hữu ích
Hiệu số nhiệt độ hữu ích (thi) trong hệ thống cô đặc được xác định như sau:
Δthi = Δtch – ΣΔ
(Công thức VI.17_Trang 67_ Sổ tay quá trình và thiết bị công nghệ hóa chất tập 2_TS Trần

Xoa, PGs_TS Nguyễn Trọng Khuông).

Trong đó:

- Δtch = thd – tngt: hiệu số nhiệt độ chung (oC)
- ΣΔ: tổng tổn thất nhiệt độ (oC)
2.2.4.2.

Nhiệt độ sôi của dung dịch

Trang 20


Đồ án Kỹ thuật Thực phẩm

GVHD: Đoàn Anh Dũng

Nhiệt độ sôi của dung dịch (ts) trong thiết bị cô đặc được xác định bằng công
thức sau:
ts = tngt + ΣΔ
Suy ra: Δthi = thd - ts

- Ta có: tht =50oC
- Chọn áp suất tuyệt đối của hơi đốt: Phd = 1.725 at (Mục 2.2).
- Suy ra, nhiệt độ hơi đốt: thd = 115oC.
(Tra bảng I.250_Trang 312_Sổ tay quá trình và thiết bị công nghệ hóa chất tập 1_ TS Trần
Xoa, TS Nguyễn Trọng Khuông).
Bảng 2.6. Hiệu số nhiệt độ hữu ích và nhiệt độ sôi

2.3.

Nồng độ (%)

20.00

28.11

34.32

39.64

ts

57.92

58.27

58.56

58.85

Δti

57.08

56.73

56.44

56.15

TÍNH BỀ MẶT TRUYỀN NHIỆT CỦA BUỒNG ĐỐT
Cấu tạo thiết bị cô đặc gồm 2 phần chính là buồng đốt và buồng bốc. Trong
thiết bị này, hai bộ phận trên gắn liền nhau thành một khối.
Bề mặt truyền nhiệt của buồng đốt có thể tính theo công thức tổng quát sau:
F=

(Công thức 3.16_Trang 144_Các quá trình thiết bị trong công nghệ hóa chất và thực
phẩm_Tập 3_Phạm Xuân Toản).

Trong đó:

-

F: bề mặt truyền nhiệt của buồng đốt (m2).
Q: nhiệt lượng do hơi đốt cung cấp (W).
K: hệ số truyền nhiệt (W/m2.độ).
Δthi: hiệu số nhiệt độ hữu ích (oC).

2.3.1. Tính nhiệt lượng do hơi đốt cung cấp
Nhiệt lượng do hơi đốt cung cấp được xác định theo công thức sau:
Q=D r

Trang 21


Đồ án Kỹ thuật Thực phẩm

GVHD: Đoàn Anh Dũng

(Công thức VI.6a_Trang 57_Sổ tay quá trình và thiết bị công nghệ hóa chất tập 2_TS Trần
Xoa, TS Nguyễn Trọng Khuông).

Trong đó:

- D: lượng hơi đốt (kg).
- r: ẩn nhiệt ngưng tụ (J/kg).
Với r = 2207

103 J/kg

(Tra bảng I.250_trang 312_Sổ tay quá trình và thiết bị công nghệ hóa chất tập 1_ TS Trần
Xoa, TS Nguyễn Trọng Khuông).

2.3.1.1.

Tính lượng hơi đốt

Trong đó:

- D: lượng hơi đốt (hơi sống) dùng cho hệ thống (kg/h)
- I = (i + Cn.
): hàm nhiệt của hơi đốt (J/kg), nếu hơi đốt là hơi nước bão hòa thì I
-

= r (ẩn nhiệt ngưng tụ).
i: nhiệt lượng riêng của hơi thứ (J/kg)
td, tc: nhiệt độ sôi ban đầu và ra khỏi nồi dung dịch (0C)
Cd, Cc: nhiệt dung riêng ban đầu và ra khỏi nồi của dung dịch (J/kg.độ)
Cn: nhiệt dung riêng của nước ngưng tụ (J/kg.độ)

Gd, Gc: lượng dung dịch ban đầu và ra khỏi nồi (kg/h)
Hình 2.2. Hệ thống sơ đồ nhiệt

2.3.1.2.

: nhiệt độ của nước ngưng tụ (0C)
W: lượng hơi thứ bốc lên (kg/h)
Phương trình cân bằng nhiệt lượng:

- Lượng nhiệt vào:
• Do dung dịch đầu: Gd.Cd.td
• Do hơi đốt: D.r
- Lượng nhiệt mang ra:
• Do sản phẩm: Gc.Cc.tc
• Do hơi thứ: W.i

Trang 22


Đồ án Kỹ thuật Thực phẩm

GVHD: Đoàn Anh Dũng

• Do nước ngưng: D.Cn
• Do nhiệt tổn thất ra môi trường: Qtt

- Phương trình cân bằng nhiệt lượng:

D.r + Gd.Cd.td = Gc.Cc.tc + W.I + D.Cn
Suy ra: Q = D.(r - Cn

+ Qtt

) = Gc.Cc.tc - Gd.Cd.td + W.I + Qtt

Trong đó: Qtt thường tính bằng (0.03 – 0.05)Q => Qtt = 0,05D.(r - Cn

)

Mà Gc = Gd - W
Thay vào công thức trên ta được
D=

W.i + ( Gd − W ) .Cc .tc − Gd .Cd .td
0,95.( r − Cn .θ )

Ta có:
θ = thd = 115 oC
Cn = 4241.5J/kg.độ (Tra bảng I.249_Trang 311_ Sổ tay quá trình và thiết bị công nghệ
hóa chất tập 1_ TS Trần Xoa, TS Nguyễn Trọng Khuông).
103 J/kg (Tra bảng I.250_Trang 312_ Sổ tay quá trình và thiết bị công

i = 2589

nghệ hóa chất tập 1_ TS Trần Xoa, TS Nguyễn Trọng Khuông).

r = 2221

103 J/kg (Tra bảng I.250_trang 312_Sổ tay quá trình và thiết bị công nghệ

hóa chất tập 1_ TS Trần Xoa, TS Nguyễn Trọng Khuông).

Giả sử nhập liệu ở nhiệt độ sôi, khi đó: td = tc = ts
Thay các số liệu vào ta tính được D:
Bảng 2.7. Lượng hơi đốt dùng cho hệ thống trong các lần nhập liệu

Nồng độ %

20.00

28.11

34.32

39.64

ts

57.92

58.27

58.56

58.85

W

440.00

417.14

267.86

208.33

Gd

1100.00

1060.00

942.86

875.00

Cd

3680

3474

3316

3181

Cc

3575

3335

3215

3094

Trang 23


Đồ án Kỹ thuật Thực phẩm

GVHD: Đoàn Anh Dũng

D (kg/h)

637.73

606.48

390.39

304.34

D (kg/s)

0.18

0.17

0.11

0.08

(Tra tại trang web www.rpaulsing.com) .

Từ đó ta tính được nhiệt lượng nhiệt do hơi đốt cung cấp (Q):
Bảng 2.8. Nhiệt do hơi đốt cung cấp trong các lần nhập liệu

Nồng độ TB (%)
Q (W)

20.00
390963.42

28.11
371807.54

34.32
239330.50

39.64
186575.20

2.3.2. Hệ số truyền nhiệt K
Hệ số truyền nhiệt K được xác định bằng công thức:
K=

tm1

r2

thd

tt2
ts

tt1

q
tm2

r1

(W/m2.oC)
(Công thức V.5_Trang 3_ Sổ tay quá
trình và thiết bị công nghệ hóa chất tập 2_ TS
Trần Xoa, TS Nguyễn Trọng Khuông).

q1

q2

Hình 2.3. Truyền nhiệt qua tường
q = q1 = q2
Δt1 = thd- tt1
Δt2 = tt2- ts

Với n là số lớp tường truyền nhiệt,
trong trường hợp này n = 1, suy ra:

-

2.3.2.1.

Trong đó:
K: Hệ số truyền nhiệt (W/m2.oC)
: Hệ số cấp nhiệt phía hơi ngưng tụ và phía chất lỏng sôi (W/m2.oC)
=

: Tổng trở nhiệt (m2.oC/W)

Tính tổng trở nhiệt

Trang 24


Đồ án Kỹ thuật Thực phẩm

GVHD: Đoàn Anh Dũng

Trong đó:

- r1: nhiệt trở hơi nước (có lẫn dầu nhớt)
r1 = 0.232

10-3 (m2.oC/W)

(Tra bảng V.1_Trang 4_ Sổ tay quá trình và thiết bị công nghệ hóa chất tập 2_ TS Trần
Xoa, TS Nguyễn Trọng Khuông).

- r2: nhiệt trở lớp cặn bẩn
r2 = 0.387

10-3 (m2.oC/W)

(Tra bảng V.1_Trang 4_ Sổ tay quá trình và thiết bị công nghệ hóa chất tập 2_ TS Trần
Xoa, TS Nguyễn Trọng Khuông).

-

:

bề dày ống truyền nhiệt (m)
Bề dày δ = 2.769 (mm) = 2.769.10-3 (m).
Hệ số dẫn nhiệt λ = 50.2 (W/m2.0C)

(Tra bảng XII.7_Trang 313_ Sổ tay quá trình và thiết bị công nghệ hóa chất tập 2_ TS
Trần Xoa, TS Nguyễn Trọng Khuông).

Suy ra, tổng trở nhiệt là:

= 6.642

2.3.2.2.

10-4 (m2.oC/W)

Tính hệ số cấp nhiệt khi hơi ngưng tụ
(W/m2.oC)

(Công thức V.101_Trang 28_ Sổ tay quá trình và thiết bị công nghệ hóa chất tập 2_ TS
Trần Xoa, TS Nguyễn Trọng Khuông).

Với

, đối với nước, giá trị A phục thuộc

vào nhiệt độ màng nước ngưng tm như sau:
Bảng 2.9. Sự phụ thuộc của hệ số A vào nhiệt độ của màng nước nước ngưng tm

tm (oC)

0

20

40

60

80

100

Trang 25

120

140

160

180

200