Do an co dac nuoc Cam

Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (839.52 KB, 57 trang )

(1)Đồ án môn học Quá trình & Thiết bị - Thiết kế thiết bị cô đặc nước cam bằng phương pháp laïnh. LỜI MỞ ĐẦU . Ngày nay, cùng với sự phát triển không ngừng của khoa học và công nghệ, ngành công nghiệp nước ta đang phải đối đầu với những thách thức to lớn. Việc đào tạo nguồn nhân lực trẻ có đức có tài ngày càng trở thành một vấn đề hết sức quan trọng và không thể thiếu. Để trở thành một người kỹ sư, việc giải các bài toán công nghệ hay việc thực hiện công tác thiết kế máy móc, thiết bị và dây chuyền công nghệ là một việc rất cần thiết và tất yếu. Ý thức được tầm quan trọng và vai trò của mình trong tương lai, em đã vận dụng những kiến thức mà mình đã được học trong suốt 3 học kỳ vừa qua vào việc hoàn thành đồ án thiết kế này. Nhiệm vụ cơ bản của đồ án này là thiết kế hệ thống thiết bị cô đặc nước cam bằng phương pháp lạnh hay phương pháp kết tinh dung môi với năng suất đã cho (5000 tấn/năm). Đồ án này bao goàm caùc phaàn chính nhö sau :  Giới thiệu tổng quan về nguyên liệu và quy trình công nghệ sản xuất sản phẩm nước cam coâ ñaëc.  Tính toán cân bằng vật chất cho quy trình cô đặc.  Tính toán cân bằng năng lượng cho quy trình cô đặc.  Tính toán thiết kế thiết bị chính.  Tính choïn thieát bò phuï.  Tính giaù thaønh saûn phaåm.  Đánh giá hiệu quả hoạt động, ưu - nhược điểm của thiết bị và phương pháp công nghệ từ đó đề xuất những giải pháp nhằm khắc phục và cải tiến phương pháp. Đây cũng là những bước đi đầu tiên để thực hiện một công việc hết sức mới mẻ nên có thể có rất nhiều sai sót. Nhưng sự xem xét và đánh giá khách quan của các thầy cô sẽ là nguồn động viên và khích lệ đối với em để những lần thiết kế sau được thực hiện tốt đẹp hơn, hoàn thieän hôn. Em xin gửi lời cảm ơn đến tập thể các thầy cô bộ môn Máy & Thiết bị đã trang bị cho em những kiến thức nền tảng làm cơ sở cho em thực hiện đồ án này. Em cũng xin rất cảm ơn thầy Phạm Văn Bôn đã tận tình giúp đỡ và hướng dẫn em trong suốt quá trình thiết kế. Phần sau đây là nội dung chi tiết của bản đồ án, kính mong được sự xem xét, chỉ dạy và hướng dẫn của các thầy cô.. SVTH : Ngoâ Laâm Tuaán Anh. Trang 1.

(2) Đồ án môn học Quá trình & Thiết bị - Thiết kế thiết bị cô đặc nước cam bằng phương pháp laïnh. PHAÀN 1. TOÅNG QUAN VEÀ CAM VAØ COÂNG NGHEÄ SẢN XUẤT NƯỚC CAM CÔ ĐẶC. I. TOÅNG QUAN VEÀ CAM I.1. Nguoàn goác Cây cam đã được biết đến từ rất lâu khoảng 2200 năm trước công nguyên ở Trung Quốc nhưng một số người lại cho rằng cây cam có nguồn gốc từ dãy Himalayas (Ấn Độ). Cam được trồng rất phổ biến ở Ấn Độ, sau đó lan rộng về phía đông, và đến cả vùng Đông Nam Á. Vào khoảng thế kỉ thứ 3 trước công nguyên, cây cam được đưa đến Châu Âu và nó lan ra tới cả vùng Địa Trung Hải. Sau đó, cây cam được Columbus mang đến Châu Mỹ. Những năm sau đó, những người làm vườn ở Châu Mỹ và Châu Âu đã đem cây cam đến Châu Úc và Châu Phi. Ngày nay cây cam được trồng rất phổ biến ở nhiều nơi trên thế giới. I.2. Phân loại Có nhiều cách phân loại cam khác nhau, tùy thuộc vào từng quốc gia và địa phương. Trong thương mại, cam được chia thành 2 loại: Cam ngọt (sweet orange) và cam chua (sour orange). Trong đó, cam chua thường dùng trong sản xuất mứt cam. Một số loại cam ngọt thường gặp:.  Cam troøn Cam tròn phổ biền nhất là loại Valencia, có nguồn gốc từ đảo Azores và Bồ Đào Nha. Giống cam này có khả năng thích ứng trong những vùng nội địa, nơi có sự chênh lệch sâu sắc giữa ngày và đêm và làm hoạt hóa hệ sắc tố của vỏ tạo cho nó màu sắc hấp dẫn. Quả có cỡ nhỏ tới trung bình thích hợp cho sản xuất công nghiệp. Vỏ mỏng, da cam nhẵn, màu cam sáng. Quả có mùi vị đặc sắc ngay khi còn tươi hay sau khi đã được chế biến nước ép. Khi quả chín trên cây, nó chuyển sang màu cam sáng nhưng khi nhiệt độ nóng lên làm cho da hấp thụ lại chlorophyl từ lá nên cam chín có màu xanh nhạt. Loại cam này chủ yếu dùng làm nước quả với chất lượng nước ép tốt nhất do chứa nhiều dịch quả có màu sậm và bền, ít hạt nên không tạo vò ñaéng. Valencia cuõng coù theå duøng aên töôi..  Cam navel Trước năm1835, Cam navel được trồng nhiều ở Florida nhưng bị phá huỷ trong chiến tranh thế giới thứ nhất. Giống cam này cũng được trồng nhiều ở Brazil, Trung Quốc ... Cam navel có quả to hơn giống Valencia và các loại cam ngọt khác. Quả có màu vàng đậm sáng cho tới cam, SVTH : Ngoâ Laâm Tuaán Anh. Trang 2.

(3) Đồ án môn học Quá trình & Thiết bị - Thiết kế thiết bị cô đặc nước cam bằng phương pháp laïnh da hồ đào dày và dễ lột vỏ, không hạt. Quả cho chất lượng tốt khi đạt độ chắc và khối lượng nhất định, cho nhiều nước quả. Thời tiết lạnh làm màu quả càng vàng sáng vì thế quả có thể chín và vẫn còn màu xanh nhạt trên da. Giống cam này ít được dùng trong chế biến nước quả vì trong quaù trình cheá bieán deã phaùt sinh vò ñaéng..  Cam Blood ( Cam đỏ ) Đây là loại quả được xem là ngon và hấp dẫn nhất trong các loại quả có múi được tìm thấy đầu tiên ở Địa Trung Hải. Quả cỡ trung bình với vỏ mỏng có ít hoặc không hạt. Có màu đỏ sậm sáng đẹp. Nhược điểm lớn nhất là hàm lượng anthocyanin tạo màu đỏ đậm có khuynh hướng bị nhạt trong quá trình chế biến và bảo quản. Anthocyanin còn là chất chống oxy hóa mạnh tạo nhiều gốc tự do gây ung thư, lão hóa, bệnh nhẹ… Loại cam này thường được dùng để ăn tươi, ăn kèm salad, dùng rôti hoặc nướng thịt..  Cam ngoït (acidless orange) Loại này được trồng chủ yếu ở Địa Trung Hải. Do nước quả có độ ngọt quá cao và hàm lượng acid thấp không đủ khả năng ức chế vi sinh vật nên loại cam này không thích hợp cho sản xuất nước ép.. Valencia Orange. Navel orange. Blood orange. Acidless orange. Hình 1 – Các loại cam phổ biến trong thương mại Ở Việt Nam, cam được chia làm 3 loại : cam chanh, cam sành và cam đắng. Một số giống cam phổ biến ở nước ta như cam Xã Đoài ( Nghệ An ), cam Động Đình, cam đường,…  Cam Xã Đoài ( Nghệ An ) : Cây tương đối cao, ít cành lá (cành quả), trồng ở Xã Đoài, xaõ Nghi Dieân, huyeän Nghi Loäc, tænh Ngheä An. Quaû ngon, thôm coù voû moûng vaø boùng, vò ngọt đậm, ít xơ . Dùng chủ yếu trong sản xuất nước cam và mứt cam.  Cam đường : Quả trung bình 100g, vỏ mỏng, màu vàng đỏ hay đỏ sẫm, dễ bóc, múi dễ chia. Có ba loại chính là Cam giấy với các giống Cam Canh (Hà Nội), Cam Đồng dụ (Hải Phòng), Cam Ngọc cục và Cam Hành Thiện (Nam Hà); Cam Bù, Cam Chua ở Hương Sơn (Hà Tĩnh); Cam voi ở Tuyên Hoá (Quảng Bình).  Cam sành : quả có vỏ sần sùi và mịn; vỏ dày, khi chín có màu vàng hay đỏ sẫm, tuy dày nhưng dễ bóc, ruột đỏ, hạt có màu nâu lục, vị ngọt, hơi chua, hương vị ngon như quýt Ôn Chân (Nhật Bản). Thích hợp làm đồ hộp quả nước đường. Giống phổ biến là cam Bố Hạ, trồng ở bãi phù sa Hà Bắc trên đất thoát nước; quả dẹt, nặng trung bình 200-250g, màu vàng đỏ đẹp chín vào tháng 11-12-1 năm sau, dịp Tết Nguyên đán. Cam sành còn có tên là Citrus nobilis Lour. Quýt trước đây cũng được xem là một thứ trong Cam saønh. SVTH : Ngoâ Laâm Tuaán Anh. Trang 3.

(4) Đồ án môn học Quá trình & Thiết bị - Thiết kế thiết bị cô đặc nước cam bằng phương pháp laïnh I.3. Caáu taïo cuûa quaû cam Cấu tạo của quả cam gồm có những phần sau :.  Lớp vỏ ngoài (flavedo) : có màu cam hoặc màu xanh tùy theo giống. Lớp vỏ ngoài có chứa rất nhiều các túi tinh dầu..  Lớp cùi trắng (albedo) : có chứa pectin và cellulose.  Múi cam : bên trong có chứa những tép cam, trong có chứa dịch bào.  Hạt cam : chứa mầm cây.  Lõi : là phần nằm ở trung tâm của quả cam, thành phần tương tự lớp cùi trắng. I.4. Thaønh phaàn hoùa hoïc cuûa cam Thành phần hóa học của cam được trình bày trong bảng 2. Bảng 1 – Thành phần dinh dưỡng của cam tươi (tính trên 100g), ([13],tr245) Hàm lượng Muùi Voû 75,95 88,06 0.9. Thaønh phaàn. Thaønh phaàn chính. Nước Protein Tinh daàu Sacharose. Muoái. khoáng. Vitamine. veát 3.59. 2,4 1,22. Glucose. 1.25. 3,49. Frutose Acid hữu cơ Cellulose. 1.45 1,41. 3,24 0,22. 0,47. Pectin Ca. 1,41 34. 3,49 0,22. P Fe. 23 0.4. A β-Carotene. 0.09 0.4. B1 B2. 0.04 0.06. PP C. 0.75 65. Ñôn vò % % % %. % % % mg%. -. mg% mg%. -. mg% mg%. 0,09 0,02. mg% mg%. 1,27. mg% mg%. 170. Baûng 2 – Ñaëc ñieåm kyõ thuaät cuûa cam, quyùt, chanh Vieät Nam ([13],244) Quyùt. Cam saønh. Cam chanh. (Boá Haï). (Xã Đoài). (Lí Nhaân). (Hoà Bình). Khối lượng quả, g. 260. 240. 40. 64. Đường kính quả, mm. 88. 80. 45. 5,1. 11,5. 11,5. 10. 7,0. -. -. 0,75. -. 3,2. 3,2 - 3,8. -. 2,5 - 2,6. Chæ tieâu. Hàm lượng chất khô, % Độ acid pH. SVTH : Ngoâ Laâm Tuaán Anh. Chanh. Trang 4.

(5) Đồ án môn học Quá trình & Thiết bị - Thiết kế thiết bị cô đặc nước cam bằng phương pháp laïnh. I.5. Thu hoạch và bảo quản Ở nước ta, cam được trồng rộng rãi trên khắp cả nước. Cây ra hoa quanh năm, thường có hoa vào tháng 1-2, có quả vào tháng 11-12. Cam cũng như các loại quả có múi khác thường được thu hái khi mới bắt đầu chín. Có thể dùng kéo cắt cuống sát mặt quả. Sau khi thu hái nên để quả ở điều kiện bình thường trong 12-14 giờ để ổn định hô hấp. Trong thời gian đó, tiến hành lựa chọn theo độ chín, kích thước, loại bỏ những quả bầm giập, sây sát. Trong trường hợp quả nhiễm bẩn nhiều thì phải rửa rồi để khô ráo. Để chống nhiễm trùng có thể bôi vôi vào cuống. Để bảo quản cam trong thời gian dài, người ta thường sử dụng một số phương pháp như: bảo quản trong cát, bằng hóa chất, nhiệt độ thấp,… II. GIỚI THIỆU QUY TRÌNH SẢN XUẤT NƯỚC CAM CÔ ĐẶC II.1. Giới thiệu công nghệ cô đặc nước ép trái cây nói chung Như đã biết, kỹ thuật cô đặc đã ra đờiù từ rất lâu và được ứng dụng rất phổ biến trong công nghệ hoá chất đặc biệt là trong công nghiệp sản xuất thực phẩm. Nhất là trong thời buổi hiện nay, thời kỳ phát triển của nền công nghiệp hiện đại, cuộc sống con người luôn bận rộn và tất bật, việc đảm bảo nhu cầu về bữa ăn hằng ngày luôn là gặp phải những vấn đề khó khăn do tốn khá nhiều thời gian và công sức. Sự có mặt của ngành công nghiệp thực phẩm đang đóng một vai trò rất lớn trong việc sản xuất các mặt hàng chế biến sẵn vừa đảm bảo rút ngắn thời gian nấu nấu nướng vừa kéo dài thời gian bảo quản mà vẫn đảm bảo các giá trị dinh dưỡng và an toàn thực phẩm. Sự cô đặc các thực phẩm dạng lỏng như trà, cà phê, nước trái cây, rượu … là một trong những phương pháp bảo vệ tốt nhất những đặc tính vốn có của chúng, bảo quả lâu, giảm chi phí bảo quản và vận chuyển. Sau khi phục hồi lượng nước mất đi sau quá trình cô đặc, sản phẩm thực tế gần như ở dạng ban đầu. Việc cô đặc có thể được thực hiện với nhiều phương pháp khác nhau như : phương pháp nhiệt (bốc hơi dung môi) có hay không thu hồi dung môi bay hơi hoặc phương pháp lạnh (kết tinh dung moâi daïng raén) vaø thaåm thaáu nghòch. Mỗi phương pháp đều có những đặc trưng riêng trong việc giải quyết các bài toán công nghệ. Tuy vậy có thể nói, phương pháp cô đặc lạnh là một giải pháp rất thích hợp cho việc cô đặc những dung dịch mà thành phần của chúng dễ bị biến đổi bởi tác dụng của nhiệt độ. Đó là những dung dịch nước ép trái cây giàu sinh tố, trà, rượu … Bảng 3 - So sánh hàm lượng còn lại của một số chất thơm trong sản phẩm cô đặc bằng hai phöông phaùp theo Grenco ([7],baûng 11-1,trang 222) Chaát thôm. Nước ép ban đầu (130Bx). Tổng hàm lượng Axetaldehyt Axetat etyl. SVTH : Ngoâ Laâm Tuaán Anh. 100 100 100. Tỉ lệ hàm lượng còn lại sau khi cô đặc (%) Baèng keát tinh Baèng boác hôi coù gia 0 (đến 45-50 Bx) nhiệt (đến 600Bx) 91.4 0.05 37.5 0.05 30 0.05. Trang 5.

(6) Đồ án môn học Quá trình & Thiết bị - Thiết kế thiết bị cô đặc nước cam bằng phương pháp laïnh Ethanol Butylat etyl limonen. SVTH : Ngoâ Laâm Tuaán Anh. 100 100 100. 64 94 100. 0.05 0.05 0.05. Trang 6.

(7) Đồ án môn học Quá trình & Thiết bị - Thiết kế thiết bị cô đặc nước cam bằng phương pháp laïnh II.2. Sơ đồ quy trình công nghệ. Hình 2 – Sơ đồ quy trình công nghệ sản xuất nước cam cô đặc II.2. Thuyeát minh  Chọn lựa phân loại Nguyên liệu cam được lựa chọn nhằm loại trừ những quả không đạt tiêu chuẩn như sâu bệnh, men mốc, thối hỏng… cho chế biến nước cam cô đặc. Sau khi chọn lựa chọn, ta tiến hành phân loại nhằm phân chia thành nguyên liệu đồng đều về kích thước, hình dáng, màu sắc và độ chín…  Rửa Rửa có thể tiến hành trước hoặc sau khi phân loại nhằm loại trừ tạp chất cơ học như đất, cát bụi và làm giảm lượng vi sinh vật ở ngoài vỏ nguyên liệu. Yêu cầu cơ bản của quá trình rửa là. SVTH : Ngoâ Laâm Tuaán Anh. Trang 7.

(8) Đồ án môn học Quá trình & Thiết bị - Thiết kế thiết bị cô đặc nước cam bằng phương pháp laïnh sau khi rửa sạch không bị dập nát, các chất dinh dưỡng không bị tổn thất, thời gian rửa ngắn và ít tốn nước. Nước rửa cũng như nước dùng trong công nghệ chế biến (chần, nấu, pha chế…) phải là nước ăn, đảm bảo chỉ tiêu Vệ sinh dịch tễ (Bộ Y tế) quy định. Nước rửa được sử dụng ở đây có thể tận dụng từ lượng nước sau khi rửa tinh thể nước đá cuối quá trình cô đặc.  EÙp Nguyên lý : ép là phương pháp chủ yếu để tách dịch bào ra khỏi nguyên liệu. Trong quá trình eùp thì hieäu suaát eùp laø chæ tieâu quan troïng nhaát. Hieäu suaát eùp phuï thuoäc vaøo nhieàu yeáu toá : phaåm chất nguyên liệu, phương pháp sơ chế, cấu tạo, chiều dày, độ chắc của lớp nguyên liệu ép và áp suất ép. Dịch bào chứa trong không bào bị bao bọc bới chất nguyên sinh. Chất nguyên sinh của quả có tính bán thấm, ngăn cản sự tiết dịch bào. Vì vậy, muốn năng cao hiệu suất ép phải laøm giaûm tính baùn thaám cuûa chaát nguyeân sinh baèng caùch laøm bieán tính chaát nguyeân sinh hay làm chết tế bào. Thông thường người ta sử dụng các phương pháp như sau : đun nóng, sử dụng nấm men chứa hỗn hợp pectinase, protease hoặc dùng dòng điện… Thiết bị ép : sử dụng thiết bị ép liên tục của hãng FMC Food Technology. Hình 3 – Maùy eùp cam cuûa haõng FMC Food Tech Caáu taïo cuûa maùy Máy có từ 3 đến 8 cặp chén ép (tùy năng suất của máy). Vd: máy có 5 cặp chén ép có thể ép 350 – 500 trái/ phút). Chén dưới cố định, chén trên có thể chuyển động lên xuống. Ở giữa chén trên và dưới có lỗ tròn, cạnh sắc để tạo nên lỗ cắt đường kính 1 inch ở phần giữa trái cam. Dịch quả ở bên trong sẽ thoát ra ngoài qua lỗ này trong quá trình ép. . Ống lọc thô (Prefinisher tube): tách các phần thịt quả có kích thước lớn ra khỏi dịch quả.. . OÁng goùp (Juice manifold): thu nhaän dòch quaû.. SVTH : Ngoâ Laâm Tuaán Anh. Trang 8.

(9) Đồ án môn học Quá trình & Thiết bị - Thiết kế thiết bị cô đặc nước cam bằng phương pháp laïnh . Piston (Orifice tube): tạo áp suất bên trong ống lọc để đẩy dịch quả ra ngoài, đầu ống có thể đóng mở được có tác dụng thu nhận và thải bỏ các phần tử lớn còn ở bên trong ống loïc.. Nguyên lý hoạt động . Giai đoạn cắt : chén phía trên di chuyển xuống, tạo một lực nén cắt hai đầu của quả cam.. . Giai đoạn ép : phần trục của chén trên tiếp tục di chuyển xuống phía dưới, áp lực tăng, đẩy phần dịch quả ở bên trong quả ra, đi vào ống lọc thô. Phần vỏ thoát ra khỏi chén thông qua khe hở giữa dao cắt và khung của chén trên.. . Giai đoạn kết thúc : orifice tube chuyển động lên phía trên tạo một áp lực bên trong ống lọc thô, dịch quả và phần thịt quả sẽ được ép ra ngoài..  LoÏc thoâ Sau khi ép, phần dịch quả và thịt quả có kích thước nhỏ hơn các lỗ lọc trên ống lọc thô sẽ được đẩy ra và chảy vào ống góp ở phía dưới. Nước quả sẽ được dẫn qua thiết bị kế tiếp. Phần bã còn nằm ở bên trong ống lọc sẽ được hút ra ngoài thông qua một lỗ (đóng mở được) ở orifice tube. Phần lõi và vỏ quả có chứa nhiều tinh dầu cam. Trong quá trình ép và thoát ra ngoài chén ép, phần vỏ quả bị tổn thương, các tinh dầu sẽ tập trung trên bề mặt vỏ. Ở gần cuối máy có một bộ phận phun nước có tác dụng rửa trôi các tinh dầu, tạo thành hệ nhũ tương và chảy ra ngoài. Phần nhũ tương này sẽ đi qua thiết bị lọc để tách cặn, sau đó sẽ được li tâm để tách dầu ra khỏi nước. Phần dầu sẽ tiếp tục được tinh chế còn phần nước sẽ được tiếp tục sử dụng làm nước rửa tinh dầu.  Gia nhieät Tieán haønh gia nhieät dòch eùp baèng thieát bò gia nhieät daïng oáng chuøm hay oáng loàng oáng. Muïc ñích của quá trình gia nhiệt là làm kết tủa các thành phần không tan trong dịch quả làm ảnh hưởng đến tính chất cảm quan của sản phẩm. Các thành phần này bao gồm protid, chất đắng… Nhiệt độ có thể làm protid bị biến tính và tạo tủa. Kết tủa sẽ được lắng xuống đáy bồn và kéo theo các hợp chất gây vị đắng. Quá trình này góp phần làm cho dung dịch có độ đồng nhất cao và trong hơn. Có thể bổ sung chất trợ lắng để tăng hiệu quả của quá trình. Lưu ý cần gia nhiệt thật nhanh ớ nhiệt độ 70-75oC từ 5-10 phút để tránh tổn thất chất khô.  Ly taâm Quá trình ly tâm nhằm mục đích tách bã và các chất chất keo đã kết tủa sau quá trình gia nhiệt làm cho dịch quả đem cô đặc có độ đồng nhất cao và loại bỏ những ảnh hưởng xấu của sản phaåm coâ ñaëc sau naøy.  Coâ ñaëc Nguyên tắc : khi giảm nhiệt độ của dung dịch nước cam chưa bão hoà xuống dưới nhiệt độ đóng băng của nó thì dung môi (nước) sẽ đóng băng trước, còn chất hoà tan (đường, acid, cấu tử hương…) vẫn còn ở dạng dung dịch. Tách pha rắn khỏi pha lỏng bằng cách ly tâm kết hợp với dao cạo nước đá, dịch quả thu được chính là nước cam cô đặc. Nhiệt độ cô đặc được đưa xuống khoảng -10oC -15oC. Để đảm bảo hiệu suất cô đặc cao ta có thể tiến hành cô đặc nhieàu caáp.. SVTH : Ngoâ Laâm Tuaán Anh. Trang 9.

(10) Đồ án môn học Quá trình & Thiết bị - Thiết kế thiết bị cô đặc nước cam bằng phương pháp laïnh So với phương pháp bốc hơi thì phương pháp lạnh đông tuy có tổn thất chất hoà tan nhiều hơn nhưng sản phẩm có chất lượng cao, giữ được nhiều chất dinh dưỡng hơn và đặc biệt là những tính chất cảm quan đặc trưng của nước quả mà phương pháp bốc hơi không có được. Mặt khác để sản phẩm đạt nồng độ cao có thể cô đặc bằng cách kết hợp hai phương pháp : lúc đầu cô đặc bằng chân không, sau đó làm lạnh đông tiếp tục đến nồng độ chất khô cần thiết.  Roùt chai, gheùp naép Nước cam trong quá trình bảo quản và tồn trữ thì hương vị giảm sút rõ rệt. Để hạn chế tình trạng này, người ta dùng chai thủy tinh màu và bảo quản ở nhiệt độ 0-5 oC. Sau khi rót xong cần phải ghép nắp, quá trình ghép kín nhằm cách li hoàn toàn với môi trường không khí và vi sinh vật gây hư hỏng, làm giảm phẩm chất của sản phẩm. Mặt khác nắp chai phải được ghép thật kín và thật chắc còn nhằm mục đích đảm bảo quá trình thanh trùng không bị bật nắp hay hở moái gheùp.  Thanh truøng Thanh trùng là một quá trình quan trọng có tính chất quyết định tới khả năng bảo quản chất lượng của sản phẩm. Quá trình thanh trùng nhằm tiêu diệt hoàn toàn hay ức chế các vi sinh vật gây hư hỏng và các nha bào của chúng. Yêu cầu của kỹ thuật thanh trùng là vừa đảm bảo tiêu diệt vi sinh vật có hại còn lại ít đến mức độ không thể phát triển để làm hỏng đồ hộp và làm hại sức khoẻ người tiêu dùng, lại vừa đảm bảo cho đồ hộp có chất lượng tốt nhất về giá trị cảm quan và dinh dưỡng.  Baûo quaûn Mục đích của quá trình bảo quản là nhằm theo dõi sự ổn định của sản phẩm, sớm phát hiện các đồ hộp bị hư hỏng. Thời gian ổn định của nước quả ít nhất là 15 ngày. Tiến hành bảo quản bằng cách lấy riêng 1% số lượng đóng chai, bảo quản tại phong kiểm tra ở nhiệt độ 37 oC để phát hiện sự hoạt độïng của một số vi sinh vật có hại (phương pháp bảo ôn sản phẩm).  Hoàn thiện sản phẩm Đây là khâu cuối cùng của quy trình sản xuất. Các chai được đóng gói, dán nhãn và xuất xưởng. Sản phẩm được phân phối ra thị trường và đến tay người tiêu dùng.. SVTH : Ngoâ Laâm Tuaán Anh. Trang 10.

(11) Đồ án môn học Quá trình & Thiết bị - Thiết kế thiết bị cô đặc nước cam bằng phương pháp laïnh. PHAÀN 2. TÍNH CAÂN BAÈNG VAÄT CHAÁT CHO THIEÁT BÒ KEÁT TINH. I. TÍNH CAÂN BAÈNG VAÄT CHAÁT CHO QUY TRÌNH I.1. Sơ đồ quy trình cô đặc. Hình 4 - Sơ đồ quy trình công nghệ cô đặc kết tinh 2 cấp I.2. Đặt vấn đề  Tính toán cân bằng vật chất cho 1kg nhập liệu (vào nồi cô đặc) với nồng độ chất khô ban đầu là x = 10%. Sản phẩm có nồng độ chất khô là 30%. Năng suất 5000T/năm.  Vì không có giản đồ kết tinh của nước cam nên ta có thể chọn giản đồ kết tinh của nước táo làm cơ sở để xác định nhiệt độ kết tinh của nước cam theo nồng độ (vì thành phần hoá học nước táo gần với thành phần hoá học của nước cam)  Trong thực tế, lượng chất khô trong dịch nước cam là hỗn hợp phức tạp nhiều cấu tử nhưng để đơn giản ta xem dịch nước cam ép là hỗn hợp hai cấu tử tan lẫn gồm nước và chất khô tan trong nước. SVTH : Ngoâ Laâm Tuaán Anh. Trang 11.

(12) Đồ án môn học Quá trình & Thiết bị - Thiết kế thiết bị cô đặc nước cam bằng phương pháp laïnh Baûng 4 – Thaønh phaàn chaát khoâ cuûa moät soá dòch eùp traùi caây tính treân 100g Thaønh phaàn. Ñôn vò. Cam. Taùo. Daâu taây. Nước. g. 88.8. 87.5. 84. Protein. g. 0.9. 0.5. 1.8. Lipid. g. -. -. -. Glucid. g. 8.4. 11.3. 9.4. Cellulose. g. 1.4. 0.6. 4.0.  Trên giản đồ ta xác định được nhiệt độ kết tinh của nước cam theo đường kết tinh của táo . Nhiệt độ bắt đầu kết tinh : t1 (x = 0,12) = -1oC ; kg/m3. . Nhiệt độ của kết thúc quá trình cô đặc (x=0.3) : t2 = -5oC ; 1142 kg/m3.. . Khối lượng riêng có thể tính theo công thức : (xem bảng 4) = 1766 – 6.8W – 0.97T + 0.006WT ([4],2.32,tr.83) Bảng 5 – Nhiệt độ kết tinh và khối lượng riêng của dịch cam ép theo nồng độ Nồng độ phần khối lượng, x%. Nhiệt độ kết tinh, oC. Khối lượng riêng kg/m3. 2. 0. 994. 10. -1. 1037. 20. -2. 1089. 30. -5. 1142. SVTH : Ngoâ Laâm Tuaán Anh. Trang 12.

(13) Đồ án môn học Quá trình & Thiết bị - Thiết kế thiết bị cô đặc nước cam bằng phương pháp laïnh . Choïn moâ hình keát tinh 2 caáp . Cấp 1 : từ -1oC (x=0.1) đến -2oC (x=0.2). . Cấp 2 : từ –2oC (x=0.2) đến -5oC (x=0.3). I.3. Tính caân baèng vaät chaát cho quaù trình coâ ñaëc Chọn mô hình cô đặc kết tinh gián đoạn 2 cấp. Gọi : Gđ, xđ : Khối lượng và nồng độ chất khô trong hỗn hợp nhập liệu Gc, xc : Khối lượng dịch cái và nồng độ chkhô tương ứng thu được (sản phẩm) M1, x1 :Khối lượng dịch cái và nồng độ chất khô trong dịch cái thu được sau kết tinh 1 M2, x2 : Khối lượng dịch cái và nồng độ chất khô trong dịch cái sau KT 2 M1, M2 = Toån thaát sau loïc do dich eùp baùm leân tinh theå K1, K2 sau KT1 vaø KT2 K1, xk1 : Khối lượng tinh thể thô và nồng độ chất khô bám lên tinh thể thô sau KT1 K2, xk2 : Khối lượng tinh thể thô và nồng độ chất khô bám lên tinh thể thô sau KT2 K3 : khối lượng tinh thể nước đá còn sau thiết bị rửa M3 : Lượng nước rửa tại thiết bị rửa I.3.1. Taïi thieát bò keát tinh 1 : Caân baèng vaät chaát tính cho 1 kg dòch nhaäp lieäu:. G d=K 1 + M 1 G d x d =K 1 x1 + M 1 x 1. {. <=> Trong đó. K1 Gd. x1  xd 0, 2  0,1 1. 0,556 kg x1  xk 1 0, 2  0, 02. M 1 Gd. xd  xk1 0,1  0, 02 1. 0, 444 kg x1  xk 1 0, 2  0, 02. xñ = 0,1, x1 = 0,2, xk1 = 0,02 ; Gñ = 1 kg/h. I.3.2. Taïi thieát bò loïc 1  Mục đích : Lọc dịch cái 1 và tinh thể nước thô. Sau đó đưa tinh thể nước đá thô đi qua máy rửa  Chọn thiết bị lọc ly tâm để lọc tinh thể  Choïn caùc thoâng soá cho quaù trình loïc . d1 : khối lượng riêng của dịch cái sau kết tinh 1. . 1 : khối lượng riêng. . f1 : tỷ lệ diện tích bề mặt xung quanh tự do của tinh thể có dịch bám vào. . 1 : bề dày lớp dịch bám. . d1 : đường kính trung bình (cạnh tinh thể lập phương).  Cần tính được : . Lượng dịch còn sót lại trong bã lọc tinh thể. SVTH : Ngoâ Laâm Tuaán Anh. Trang 13.

(14) Đồ án môn học Quá trình & Thiết bị - Thiết kế thiết bị cô đặc nước cam bằng phương pháp laïnh ΔM 1= Δ1 Gd= 3. −5 6 f 1 δ 1 ρd 1 x 1 − x d 6. 0,7 . 10 .1089 0 . 2− 0 .1 . . Gd = . . 1=8 ,17 . 10−3 kg / h −3 ρ1 d 1 x 1 − x k1 0 . 2− 0. 02 1037 .3 . 10. Trong đó d1 = 1089 kg/m3; d1 = 1037 kg/m3;. m.. f1 = 0.7; 1 = 10-5 m; d1 = 3.10-. Tỷ lệ dịch cái thu được sau thiết bị lọc 1. . m1 =. M 1 − ΔM 1 0 . 444 − 8 ,17 . 10−3 = =0 . 4363 Gd 1. kg dịch lọc/kg dịch ép đầu. I.3.3. Taïi thieát bò keát tinh 2 Ở đây, dịch M1 sau khi lọc (khối lượng còn M 1 - M1) sẽ được đem kết tinh lần 2 thu được dịch M2 và khối tinh thể thô K2 với nồng độ chất khô tương ứng là x2, xk2. Ta có M 1 − ΔM 1=K 2 + M 2 ( M 1 − ΔM 1 ) x 1=K 2 x k2 + M 2 x 2. {. {. x2 − x 1 =0 .1558 kg x2 − x k 2 x1 − xk 2 M 2 =(M 1 + ΔM 1 ). =0. 286 kg x2 − xk 2. K 2=( M 1 − ΔM 1).. =>. I.3.4. Taïi thieát bò loïc 2 – Loïc ly taâm Lượng dịch cái M2 còn sót trong khối tinh thể là ΔM 2 =. −5 6 f 2 . δ 2 . ρd 2 x2 − x 1 6. 0,7 . 10 .1142 . .( M 1 − ΔM 1 )= . 0 ,1558=2 , 402. 10− 3 kg −3 ρ2 d 2 x2 − xk 2 1037 .3 . 10. I.3.5. Tại thiết bị rửa . Cho tinh thể K1 và K2 có chứa dịch sót M1, M2 vào thiết bị rửa R3 với lượng nước rửa là M3. Lượng tinh thể sau rửa có khối lượng là K 3, trong đó có tích một lượng nước rửa là M3 , nước rửa này có thể xem như không có chất khô hoà tan trong đó. Còn lượng nước nước thu hồi M’ 3 có nồng độ x3 có thể được đưa và hỗn hợp dịch ép lúc ban đầu để giảm mất mát chất khô.. . Trong thiết bị rửa các tinh thể K 1 và K2 chỉ bị mài mòn về kích thước chứ không bị giảm về số lượng tinh thể, do đó nó thay đổi kích thước (d 1’, d2’), độ bám dính bề mặt (f1’, f2’) theo tỷ lệ tổn hao khối lượng tinh thể (. Thông thường neân ta choïn . . Tính caân baèng vaät chaát . Theo khối lượng : K1 + K2 + M3 + M1+ M2 = K3 + M’3 + M3 = (1 - (K1 + K2) + M’3. Với K3 = (1 - (K1 + K2) . Theo chaát khoâ K1xk1 + K2xk2 + 0 + M1x1 + M2x2 = (1 - K1xk1 + (1 - K2xk2 + M’3x3 + 0. . Lượng tinh thể sau rửa là K3 = (1 – 0.1).(0,5556 + 0,1558) = 0.64 kg. SVTH : Ngoâ Laâm Tuaán Anh. Trang 14.

(15) Đồ án môn học Quá trình & Thiết bị - Thiết kế thiết bị cô đặc nước cam bằng phương pháp laïnh Lượng nước rửa lấy theo tỷ lệ lượng tinh thể cần rửa với hệ số tỷ lệ 0 (thường 0 = 0.2– 1). Choïn 0 = 0,6. . M3 = 0 (K1 + K2) = 0,6.(0.5556 + 0.1558) = 0,42684 kg Lượng nước tích lại trong khối tinh thể. . M3. 1 ¿❑ 6 . Δ2 /3 .Gd b f ' (x − x ) 6f δ ρ ¿ balignl ¿ . {|f ' 1 ( x 1 − x d )+ 2 2 2 1 . xd − x k 1 − 1 1 d 1 ( x 1 − x d ) } x1 − x k 1 x2 − xk 2 ρ1 d 1. [. Với. =. ]. b1 = ’1/d1 ; b2 = ’2/d2 d’1/d1 = d’2/d2 = 2/3 = (0,1)2/3 = 0,21544. => d’1 = d’2 = 6,4632.10-4 m Giả sử :. d1 δ 1 = d'1 δ '1. vaø. d2 δ 2 = d '2 δ '2. => ’1 = ’2 = 2,1544.10-6 m => b1 = b2 = 7,1813.10-3 Vậy lượng nước rửa tích lại trong khối tinh thể sau cùng là M3 =. 6 . 0 , 21544 . 1 . 0,2 −0 , 02 7 ,18 . 10−3 .0 . 7 .(0,3 −0,2) 6 .0,7 . 10−5 . 1089 7 , 18. 10− 3 . 0,7 .(0 . 2− 0. 1)+ ¿+ . 0,1 −0 , 02 − ( 0,2 −0 .1 ) 0,3 − 0 ,02 1037 .3 . 10−3 {}{}. [. = 0.000464 kg/h. . Lượng nước ra khỏi thiết bị rửa M’3. Từ phương trình cân bằng vật chất M3 + K1 + K2 + M1 + M2 = K3 + M’3 + M3 K1xk1 + K2xk2 + 0 + M1x1 + M2x2 = (1 - K1xk1 + (1 - K2xk2 + M’3x3 Suy ra :. M’3 = M3 + K1 + K2 + M1 + M2 - M3 - K3 = 0.5081 kg/h ¿ Δ . (K 1 x k 1 + K 2 x k 2 )+ ΔM 1 x 1 + ΔM 2 x 2 ¿ M '3 Vaø 0,1.(0 , 5556 . 0 , 02+ 0. 1558 . 0 ,02)+0 , 0082. 0,2+0 , 0024 . 0,3 =0 , 74 % 0 , 5081 ¿. x3. Suy ra lượng chất khô thất thoát theo nước rửa là 0,74%.0,5081 = 3,76.10 -3 kg/h. SVTH : Ngoâ Laâm Tuaán Anh. Trang 15. ].

(16) Đồ án môn học Quá trình & Thiết bị - Thiết kế thiết bị cô đặc nước cam bằng phương pháp laïnh So với lượng chất khô hỗn hợp đầu (0,1 kg/h) thì tỷ lệ thất thoát là : 3,76%. Vì tỷ lệ thất thoát này là không đáng kể nên ta không cần hồi lưu nước rửa này vào hỗn hợp đầu. Lượng nước rửa này có thể được tái sử dụng để rửa nguyên liệu đầu vào. II. TÍNH CAÂN BAÈNG VAÄT CHAÁT CHO CAÛ QUY TRÌNH II.1. Naêng suaát thaønh phaåm 5000T/năm = 5000.103kg/(300ngày*16giờ/ngày) = 1041,7 kg/h II.2. Naêng suaát thieát bò coâ ñaëc: . Neáu toån thaát sau quaù trình thanh truøng vaø roùt chai laø 1%. . Gc = 1041,7/0,99 = 1052,2 kg/h. II.3. Naêng suaát nhaäp lieäu vaøo thieát bò coâ ñaëc . Tỷ lệ dịch cô thu được so với dịch đầu là 0,286. . Gñ = 1052,2/0,286 = 3679,1 kg/h. II.4. Khối lượng nước ép vào máy ly tâm (lọc tinh), . Choïn toån thaát laø 0,5%. . Gv(loïc tinh) = 3679,1/0,995 = 3697,6 kg/h. II.5. Khối lượng nước ép vào thiết bị gia nhiệt . Choïn toån thaát trong quaù trình gia nhieät laø 0,5%. . Gv(gia nhieät) = 3697,6/0.995 = 3716,2 kg/h. II.6. Khối lượng nước ép vào thiết bị lọc thô, . Choïn toån thaát laø 1,0%. . Gv(loïc thoâ) = 3753,7 kg/h. II.7. Khối lượng nguyên liệu vào máy ép, . Bieát hieäu suaát eùp laø 85%. . Cho tyû leä baõ (bao goàm voû, haït, …) vaø dòch taùch ra trong quaû laø 5/3 = 1.667. . Khối lượng dịch ép ra = 3753,7 kg/h. . Khối lượng dịch ép có trong quả = 3753,7/0,85 = 4416,1 kg/h. . Khối lượng bã (bao gồm vỏ, hạt, tạp chất…) vào = 1,667.4416,1 = 7360,2 kg/h. → Khối lượng nguyên liệu vào máy ép = 4416,1 + 7360,1 = 11776,3 kg/h II.8. Khối lượng nguyên liệu (G) vào . Quá trình rửa (tổn thất 0,5%) = 11776,3/0,995 = 11835,5 kg/h. . Quá trình chọn lọc, phân loại (tổn thất 3%) = 11835,5/0,97 = 12201,6 kg/h. Bảng 6 - Tổng kết cân bằng vật chất cho quá trình cô đặc (theo 1kg hỗn hợp đầu) Thaønh phaàn. SVTH : Ngoâ Laâm Tuaán Anh. Khối lượng, kg. Nồng độ, %kl. Trang 16.

(17) Đồ án môn học Quá trình & Thiết bị - Thiết kế thiết bị cô đặc nước cam bằng phương pháp laïnh 1. Nhaäp lieäu. Dòch eùp. Gñ. 1. 0.1. 2. Thieát bò KT1. Tinh theå thoâ. K1. 0.5556. 0.02. Dòch caùi 1. M1. 0.4444. 0.2. 3. Thieát bò loïc 1. Dòch soùt 1. M1. 0.0082. 0.2. 4. Thieát bò KT2. Tinh theå thoâ. K2. 0.1558. 0.02. Dòch caùi 2. M2. 0.2910. 0.3. 5. Thieát bò loïc 2. Dòch soùt 2. M2. 0.0024. 0.3. 6. Thiết bị rửa. Tinh thể đá. K3. 0.6402. 0. Nước rửa. M3. 0.4268. 0. Nước tích lại. M3. 0.000464. 0. Nöôc thu hoài. M'3. 0.5081. 0.0074. Dòch coâ ñaëc. Gc. 0.2860. 0.3. 7. Saûn phaåm. Bảng 7 – Toång keát caân baèng vaät chaát cho caû quy trình saûn xuaát Quaù trình. Toån hao (%). Đầu vào (kg/h). Đầu ra (kg/h). 12201.6. 1. Nhaäp nguyeân lieäu. 5.0%. 2. Chọn lọc, phân loại. 3.0%. 12201.6. 11835.5. 3. Rửa. 0.5%. 11835.5. 11776.3. 11776.3. 11113.9. 7360.2. 7360.2. 4416.1. 3753.7. Nguyeân lieäu 4. EÙp. Baõ. 15.0%. Dòch eùp 5. Loïc thoâ. 1.0%. 3753.7. 3716.2. 6. Gia nhieät. 0.5%. 3716.2. 3697.6. 7. Ly taâm - loïc tinh. 0.5%. 3697.6. 3679.1. 8. Coâ ñaëc. 71.4%. 3679.1. 1052.2. 9. Rót chai, đóng nắp, thanh trùng, bảo quản. 1.0%. 1052.2. 1041.7. 0.0%. 1041.7. 1041.7. 12 Baûo quaûn 13 Thaønh phaåm. SVTH : Ngoâ Laâm Tuaán Anh. 1041.7. Trang 17.

(18) Đồ án môn học Quá trình & Thiết bị - Thiết kế thiết bị cô đặc nước cam bằng phương pháp laïnh. PHAÀN 3. TÍNH CÂN BẰNG NĂNG LƯỢNG CHO THIEÁT BÒ KEÁT TINH. I. CAÙC THOÂNG SOÁ CAÀN TÍNH I.1. Nhieät dung rieâng cuûa dòch eùp Nhiệt dung riêng của nước cam ép theo nhiệt độ được tính gần đúng theo công thức : ([3], I.50, 153) c = 4190 – (2514 – 7,542t)x , J/kg.độ Trong đó :. c : nhiệt dung riêng của dung dịch nước đường, J/kg.độ t : nhiệt độ dung dịch, oC. x : nồng độ của dung dịch, phần khối lượng.. Sự thay đổi của nhiệt dung riêng trong quá trình cô đặc : Nhaäp lieäu. (1). Laøm laïnh. (2). Bắt đầu kết tinh. Keát thuùc KT2. Keát thuùc KT 1. (3). (4). (5). I.2. Độ nhớt động lực của dịch ép Độ nhớt của dung dịch nước ép lấy gần đúng theo dung dịch đường mía theo [3,I.112,114) I.3. Hệ số dẫn nhiệt của dung dịch và tinh thể nước đá  Hệ số dẫn nhiệt của dung dịch được tính theo công thức : [3,I.32,123] λdung dòch =. √. A .Cp . ρ. 3. ρ M hh. (. W mK. ). Trong đó : Cp – nhiệt dung riêng đẳng áp của dịch ép, J/kg.độ; r – khối lượng riêng của dịch ép, kg/m3; M – khối lượng mol hỗn hợp. Với dung dịch đang ép thuộc loại chất lỏng liên kết nên A = 3,58.10 -8.  Hệ số dẫn nhiệt của tinh thể nước đá : [3, I.128, 132] đá1 (-2oC) = 2,532 W/mK đá2 (-5oC) = 2,566 W/mK I.4. Nhiệt kết tinh của nước đá Nhiệt kết tinh trung bình của nước (ở 0oC) là 1434,6 cal/mol = 333608,3 J/kg ([10],23). SVTH : Ngoâ Laâm Tuaán Anh. Trang 18.

(19) Đồ án môn học Quá trình & Thiết bị - Thiết kế thiết bị cô đặc nước cam bằng phương pháp laïnh Bảng 8 - Tổng kết các thông số nhiệt lý của dịch ép và nước đá Quaù trình. x.  kg/m3. t. (1) Nhaäp lieäu. 0.10. 30. (2) Laøm laïnh. 0.10. 3. (3) Bắt đầu kết tinh. 0.10. -1. (4) Keát thuùc KT1. 0.20. -2. (5) Keát thuùc KT2. 0.30. -5. 1037 1037 1037 1089 1142. cdd J/kg.độ 3961.2 3 3940.8 6 3937.8 5 3684.1 8 3424.4 9. cđá J/kg.độ.  Pa.s. dd, đá, W/mK W/mK. -. 1.792E-03. 0.3415. -. -. 1.792E-03. 0.3398. -. -. 1.792E-03. 0.3395. -. 2090.3. 3.804E-03. 0.3390. 2.532. 2090.3. 9.287E-03. 0.3358. 2.566. II. TÍNH CÂN BẰNG NĂNG LƯỢNG Nhiệt lượng Q (tính trên 1 kg dịch ép ban đầu) cần cung cấp cho toàn quá trình cô đặc kết tinh bao gồm (lượng nhiệt này được cung cấp cho tác nhân lạnh) Qo : nhiệt lượng cần thiết để làm lạnh sơ bộ dịch ép ban đầu từ 30 oC → 3oC; Q1 : nhiệt lượng cần thiết để làm lạnh (trong TBKT) dịch ép từ 3 oC → -1oC; Qkt : nhiệt lượng cần thiết để kết tinh nước; Qdd : nhiệt lượng cần thiết để làm lạnh dịch ép từ -1oC → -5oC; Qđá : nhiệt lượng cần thiết để làm lạnh nước đá từ -1oC → -5oC. II.1. Nhiệt lượng cần cho quá trình làm lạnh sơ bộ dịch ép ban đầu  Nhiệt độ đầu và cuối quá trình : tđ = 30oC → t’đ = 3oC  Khối lượng dịch ép : Gđ = 1kg/h  Nhiệt dung trung bình : cđ = (3961.23 + 3940.86)/2 = 3951,05 J/kg.độ  Lượng nhiệt cung cấp : Qo = Gđcđ(tđ – t’đ) = 1.3951,05.(30 - 3) = 106678.2 J/kg dịch đầu.h II.2. Nhiệt lượng cần thiết để làm lạnh (trong TBKT) dịch ép từ 3oC → -1oC  Nhiệt dung trung bình của dịch ép : c1 = (3940.86 + 3939.36)/2 = 3939.36 J/kg/độ  Lượng nhiệt cần cung cấp là : Q1 = Gđc1(t’đ – t1) = 15757.4 J/kg dịch đầu.h II.3. Nhiệt lượng cung cấp cho quá trình kết tinh nước  Nhiệt kết tinh trung bình của nước là kt = 333608,3 J/kg  Khối lượng tinh thể tạo thành K = K1 + K2 = 0,5556 + 0,1558 = 0,7114 kg/kg dịch đầu.h  Nhiệt lượng cung cấp . Kết tinh 1 : Qkt1 = K1.kt = 0,5556. 333608,3 = 185352.8 J/kg dịch đầu.h. . Kết tinh 2 : Qkt2 = K2.kt = 0,1558. 333608,3 = 51976.2 J/kg dịch đầu.h. SVTH : Ngoâ Laâm Tuaán Anh. Trang 19.

(20) Đồ án môn học Quá trình & Thiết bị - Thiết kế thiết bị cô đặc nước cam bằng phương pháp laïnh => Qkt = Qkt1 + Qkt2 = 185352,8 + 51976,2 = 237329 J/kg dịch đầu.h II.4. Nhiệt lượng cần thiết để làm lạnh dịch ép từ -1oC → -5oC  Ta coù :. Qdd = Qdd1 + Qdd2.  Trong đó :. Qdd1 : nhiệt lượng cung cấp cho dịch cái M1 (từ -1oC → -2oC) Qdd2 : nhiệt lượng cung cấp cho dịch cái M2 (từ -2oC → -5oC).  Khối lượng và nhiệt dung riêng của dịch cái . M1 = 0,4444 kg/kg dịch đầu; cM1 = 3864,18 J/kg.độ. . M2 = 0,29 kg/kg dịch đầu; cM2 = 3424,49 J/kg.độ.  Nhiệt lượng cung cấp . Qdd1 = M1cM1.(t1 – t2) = 0,4444.3864,18 = 1717,24 J/kg dịch đầu.h. . Qdd2 = M2c M2.(t3 – t2) = 0,29. 3424,49.3 = 2979.3 J/kg dịch đầu.h. => Qdd = 1717,24 + 2979,3 = 4696,54 J/kg dịch đầu.h II.5. Nhiệt lượng cần cho quá trình làm lạnh tinh thể đá từ -1oC → -5oC Qđá = Qđá 1 + Qđá 2 = K1cđá1.(t1 - t2) + K2cđá 2.(t2 – t3)  Nhiệt dung riêng của nước đá lấy gần đúng là 2090,3 J/kg  Nhiệt lượng cần là : . Tại kết tinh 1 (từ -1oC → -2oC) : Qđá1 = 0,5556.2090,3.1 = 1161,4 kJ/kg dịch đầu.h. . Tại kết tinh 2 (từ -2oC → -5oC) : Qđá2 = 0.1558.2090,3.3 = 977 J/kg dịch đầu.h. => Qđá = 2138,4 J/kg dịch đầu.h II.6. Tổng nhiệt lượng thực tế Chọn tổn thất nhiệt lấy bằng 15% lượng nhiệt thực tế  Tổng nhiệt lượng cần thiết cho quá trình kết tinh 1 : Qkt1 = 1,15 (Q1 + Qdd1 + Qkt1 + Qđá1) = 1,15 (15757,4 + 1717,24 + 185352,8 + 1161,4) = 234587,1 J/kg dịch đầu.h  Tổng nhiệt lượng cần thiết cho quá trình kết tinh 2 : Qkt2 = 1,15 ( Qdd2 + Qkt2 + Qđá2) = 1,15 (2979,3 + 51976,2 + 977) = 64322,4 J/kg dịch đầu.h  Vậy nhiệt cần cung cấp cho toàn quá trình là Q. = 1,15 Q = 1,15 (Qo + Q1 + Qdd + Qđá + Qkt) = 1,15.(106678,2 + 15757,4 + 4696,54 + 2138,4 +237329) = 421589,5 J/kg dịch đầu.h Bảng 9 – Tổng kết cân bằng nhiệt lượng cho quá trình cô đặc Quaù trình. Nhiệt lượng riêng. SVTH : Ngoâ Laâm Tuaán Anh. Nhiệt lượng tổng. Nhiệt lượng tổng. Trang 20.

(21) Đồ án môn học Quá trình & Thiết bị - Thiết kế thiết bị cô đặc nước cam bằng phương pháp laïnh J/kg dịch đầu.h. kJ/h. kW. 1. Laøm laïnh sô boä. 111527,2. 410319,8. 113,98. 2. Keát tinh 1. 234587,1. 863069,5. 239,74. 3. Keát tinh 2. 64322,4. 236648,6. 65,74. Tổng nhiệt lượng cần. 421589,5. 1.551.069,9. 430,85. SVTH : Ngoâ Laâm Tuaán Anh. Trang 21.

(22) Đồ án môn học Quá trình & Thiết bị - Thiết kế thiết bị cô đặc nước cam bằng phương pháp laïnh. PHAÀN 4. TÍNH TOÁN THIẾT KẾ THIẾT BỊ KẾT TINH VAØ CHỌN THIẾT BỊ LỌC, RỬA. I. THIEÁT BÒ KEÁT TINH I.1. Giới thiệu Thiết bị cô đặc kết tinh là thiết bị thân hình trụ đứng, dạng vỏ áo, đáy và nắp ellipse tiêu chuaån. Tác nhân giải nhiệt để kết tinh dung môi được dùng là NH 3. Vaät lieäu cheá taïo thieát bò  Thân làm bằng thép không gỉ để không làm ảnh hưởng đến độ tinh khiết của sản phẩm, maõ hieäu X18H10T.  Vỏ làm bằng thép thường CT3 Phöông phaùp gia coâng : duøng phöông phaùp haøn hoà quang ñieän, kieåu haøn giaùp moái hai phía. I.1.1. Thuøng keát tinh 1  Các thông số kích thước, chọn :  Đường kính trong : DT = 1200 mm  Chieàu cao thaân : HT = 1800 mm  Hệ số chứa đầy :  = 0.8  Đáy, nắp ellipse tiêu chuẩn :. hgờ = 50 mm ; ht = 300 mm F = 1,75 m2. ; Vnắp, đáy = 0,283 m3.  Voû boïc caùch nhieät, vaät lieäu : boâng thuyû tinh  Voû caùch thaân 50 mm  Thời gian lưu :  = 4h  Naêng suaát theå tích nhaäp lieäu : Vñ =. 3679 ,1 =3 , 548 m3/h 1037.  Tính kích thước thùng  Theå tích thuøng : Vthuøng. D 2T 1,22 = Vthân + Vđáy + Vnắp = π . . H T +2 .V day=π . .1,8+ 2. 0 , 283=2,6 4 4. SVTH : Ngoâ Laâm Tuaán Anh. m3. Trang 22.

(23) Đồ án môn học Quá trình & Thiết bị - Thiết kế thiết bị cô đặc nước cam bằng phương pháp laïnh  Chiều cao toàn bộ thùng : Hthùng = HT + Hđáy + Hnắp = 1,8 + 0,35.2 = 2,5 m  Thể tích dung dịch chứa : Vdd1 = 0,8.Vthùng = 2,08 m3  Chiều cao dung dịch chứa tính từ đáy : V dd −V day. Hdd1 = Hdd(thân) + Hdd(đáy) =. 2 T. πD /4. + hday =. 2 , 08 −0 , 283 + 0 , 35=1 , 939 m 2 π .1,2 /4.  Tính beà maët truyeàn nhieät  Để đảm bảo truyền nhiệt tốt thì lớp vỏ áo của thiết bị được bao cao hơn chiều cao mực chất lỏng ở bên trong 150mm.  Beà maët truyeàn nhieät : F = Fdd(thaân) = D(Hdd(thaân) + 0,15) = 6,56 m2  Tính soá thuøng keát tinh 1 N1 =. V d1 3 ,548 . 4 .τ= =6 , 82 => Choïn soá thuøng N2 = 7 thuøng V dd1 2, 08. I.2.2. Thuøng keát tinh 2  Kích thước thùng kết tinh 2  Để đơn giản trong việc chế tạo và lắp đặt ta chọn các thông số kích thước của thùng 2 giống kích thước thùng 1 như sau : . Thuøng :. DT = 1,2 m; Vthuøng = 2,6 m3; Hthuøng = 2,5 m;. . Thaân :. HT = 1,8 m. . Đáy, nắp :Vđáy = Vnắp = 0,283 m3; Fđáy = Fnắp = 1,75 m2. . Theå tích vaø chieàu cao dung dòch : Vdd2 = 2,6.0,8 = 2,08 m3; Hdd2 = Hdd1 = 1,939 m.  Beà maët truyeàn nhieät : F2 = D(Hdd(thaân) + 0,1) = 6,367 m2  Soá thuøng keát tinh 2 : N2 = Trong đó :. Vñ2 =. V d2 .τ V dd2. = 2,83. 3 thuøng. G d 1 .(M 1 − ΔM 1 ) (0 , 444 − 0 , 00817). 3679 ,1 = =1 , 4724 ρd 2 1089. m3/h.  = 4h; Vdd2 = 2,08 m3 => Choïn soá thuøng keát tinh laø 3 thuøng I.2. Tính toán điều kiện bền I.2.1. Caùc thoâng soá caàn tra vaø choïn  Aùp suất tính toán : Nếu xem áp suất thủy tĩnh là không đáng kể, bên trong thiết bị làm việc ở áp suất khí quyeån: PT = Pa = 1 at = 0,1 N/mm2 Aùp suất ngoài do tác nhân lạnh (ở nhiệt độ sôi là -10 oC) tác động lên thân thiết bị là PN = PsoâiNH3 = 2,9075 at = 0,29075 N/mm2 Aùp suất tác động lên thân thiết bị là. SVTH : Ngoâ Laâm Tuaán Anh. Trang 23.

(24) Đồ án môn học Quá trình & Thiết bị - Thiết kế thiết bị cô đặc nước cam bằng phương pháp laïnh P = PN – PT = 0,19075 N/mm2 => Thiết bị chịu áp suất ngoài Vậy áp suất tính toán cho thân thiết bị được chọn trên cơ sở điều kiện làm việc nguy hiểm nhất, đó là trường hợp khi ta tháo liệu mà chưa xả tác nhân ra hết lúc đó áp suất tác động lên thân thiết bị sẽ lớn nhất và bằng áp suất của tác nhân lạnh, nên PTT = PN = 0,29075 N/mm2.  Nhiệt độ tính toán được lấy là nhiệt độ môi trường làm việc cộng với 20 oC (thiết bị có bọc cách nhiệt). Nhưng trong điều kiện thiết bị làm việc ở nhiệt độ thấp như vậy nên ta chọn luôn nhiệt độ tính toán là 20oC.  Vaät lieäu cheá taïo Thaân baèng theùp khoâng gæ X18H10T Vỏ làm bằng thép thường CT3  Ứng suất cho phép ([11],hình1.2,18) 2  Ứng suất cho phép tiêu chuẩn : [ σ ] =147 N/mm ❑.  Heä soá hieäu chænh :  = 0,95 (thieát bò coù boïc caùch nhieät) 2  Ứng suất cho phép : [ σ ] = [ σ ] × η = 147. 0 . 95=139,65 N/mm ❑.  Heä soá beàn moái haøn : h = 0,95 4 2  Mô đun đàn hồi : Et =20,5 ×10 N/mm.  Giới hạn chảy ở nhiệt độ tính toán (20oC) Hệ số an toàn chảy : nc = 1.65 ⇒ σ c =147 ×1,65=2 42. 55 N/mm. 2. I.2.2. Tính bền cho thân thiết bị khi chịu áp suất ngoài  Beà daøy toái thieåu. Pn l' S'=1 .18 D t . Et D t. (. 0. 4. ). Trong đó : DT = 1200 mm - Đường kính trong của thiết bị; Pn = 0,29075 N/mm2 - Aùp suất ngoài tác dộng lên thân thiết bị; Et = 20,5.104 N/mm2 - Môđun đàn hồi; l’ = lthân + hđáy/3 = 1800 + 350/3 = 1916,7 mm – chiều dài tính toán cho thân. => S'=1,18 .1200 .. (. 0,29075 1916,7 . 20,5 . 10-4 1200. 0 .4. ). =7 , 818 mm.  Choïn heä soá boå sung beà daøy C  Heä soá aên moøn cuûa taùc nhaân NH3 laø Ca = 1 mm;  Hệ số ăn mòn của dung dịch nước trái cây là Cb = 0,5 mm;  Heä soá quy troøn Co = 0,682 mm; => C = 2,182 mm. SVTH : Ngoâ Laâm Tuaán Anh. Trang 24.

(25) Đồ án môn học Quá trình & Thiết bị - Thiết kế thiết bị cô đặc nước cam bằng phương pháp laïnh  Beà daøy thieát bò : S = 10 mm  Kieåm tra beàn (1) Kieåm tra ñieàu kieän : 2( S −C a) l' Dt ≤ ≤ Dt Dt 2 (S − Ca ) 2× 9 1200 ⇔ 1,5 ≤ 1,75≤ 1200 2 ×9 ⇔ 0,1837<1,75<8 , 165 (Thoả điều kiện). 1,5. √. √. √. l' Et DT vaø 0 .3 σ t. (2) So saùnh :. c. => 0 .3. Et t. σc. √[. 2( S − Ca ) Dt. ]. 3. √[. √. 2( S − Ca ) Dt. ]. 3. = 0 .3 20 , 5 .10 242,55. 4. √[. 2. 9 1200. 3. ]. = 0,4658 <. l' =1,5975 DT. => Thoả điều kiện (2) (3) Kieåm tra D S −C a [ P ] =0 . 649 . E t t l' Dt. (. 2. )√. S −C a Dt 2. 1200 9 9 1917 1200 1200 2 2 0 , 4057 N/mm > P =0 . 2907 N/mm. 0,649 ×20,5 ×10 4 ×. (. )√. => Thân đủ bền I.2.3. Tính ổn định cho đáy nắp  Đáy chịu áp suất ngoài : Pn = PNH3 = 0,2907 N/mm2  Nắp chịu áp suất ngoài xấp xỉ với áp suất khí quyển vì vậy khi tính bền cho đáy, nếu đáy đủ bề thì nắp cũng đủ bền.  Chọn bề dày tính toán cho nắp bằng với bề dày của thân thiết bị : S = 10 mm  Tính bền cho đáy (1) So saùnh : Trong đó :. Rt S. vaø. 0. 15Et xσ tc. Rt = Dt = 1200 mm (đáy-nắp ellipse tiêu chuẩn); Et = 20,5.104 N/mm2; σ c =2 42. 55 N/mm2; x = 0,7 (vaät lieäu cheá taïo laøm baèng theùp khoâng gæ);. Khi đó :. Rt 1200 = =12 10 S 0,15Et xσ tc. =. 4. 0,15 .20,5 . 10 =181 ,11 0,7 . 242. 55. SVTH : Ngoâ Laâm Tuaán Anh. Trang 25.

(26) Đồ án môn học Quá trình & Thiết bị - Thiết kế thiết bị cô đặc nước cam bằng phương pháp laïnh 0,15Et Rt < t xσ c S. =>. (2) Aùp suaát cho pheùp : Trong đó :. [ σn ]. vaø. [ Pn ] =. 0 .2<. ht =0 ,25< 0. 3 DT. 2 [ σn] (S − Ca) βR t. là ứng suất nén được xác định bởi công thức :. [ σ n ]=K c E t. S −C a Dt. DT 1200 = =66 ,7 ∈[25 , 250] 2( S − Ca ) 2. 9. Vì. t. Neân =>. σc 242,55 K c =875 k c =875 0 . 065=0 ,0673 ; kc = 0.065 (theo [11],140) 4 Et 20 . 5× 10. [ σ n ]=K c E t. S −C a 9 =0 , 0673 .20 , 5 .10 4 . =103 , 46 N/mm2 Dt 1200 t. Et ( S −C a ) +5x σ c R t. 4. 20 ,5 . 10 . 9+5 . 0,7 .242 , 55. 1200 = = t 4 E t ( S −C a ) − 6 .7x σ c R t ( 1− x ) 20 ,5 . 10 . 9 −6,7 . 0,7 .242 , 55 .1200 . 0,3 => = 1,995 Vaäy. [ Pn ] =. 2 [ σn] (S − Ca) 2. 103,46. 9 =0 ,7779 N /mm 2 >0 , 29075 N /mm2 = 1 ,995 .1200 βR t. => Đáy đủ bền  Tính tương tự cho nắp ta cũng được [Pn] = 0,7779 N/mm2 > 0,1 N/mm2 => Nắp cũng đủ bền I.2.4. Tính beà daøy voû thieát bò AÙp suaát beân trong voû thieát bò P = P taùc nhaân = 0,29075 N/mm2 ⇒ Voû thieát bò chòu aùp suaát trong (Xem như bề mặt cách nhiệt không tác dụng lên vỏ, phía ngoài vỏ chỉ chịu áp suất khí quyển).  Aùp suất tính toán cho vỏ thiết bị : PTT = Pdư = Ptuyệt đối – Pa = 0.29075 – 0.1 = 0.19075 N/mm2  Nhiệt độ tính toán lấy bằng nhiệt độ tác nhân cộng thêm 20 oC (có bọc cách nhiệt) => Ttt = 10oC  Vỏ làm bằng thép thường CT3  Ứng suất cho phép ([11],hình1.2,18) 2  Ứng suất cho phép tiêu chuẩn : [ σ ] =142 N/mm ; ❑.  Heä soá hieäu chænh :  = 0,95 (thieát bò coù boïc caùch nhieät); 2  Ứng suất cho phép : [ σ ] = [ σ ] × η = 142. 0,95=134,9 N/mm ; ❑.  Heä soá beàn moái haøn : h = 0,95  Tính beà daøy voû: SVTH : Ngoâ Laâm Tuaán Anh. Trang 26.

(27) Đồ án môn học Quá trình & Thiết bị - Thiết kế thiết bị cô đặc nước cam bằng phương pháp laïnh σ 134,9× 0,95 ϕ= =671 ,8> 25 p h 0,19075 Dt P (1200+100 ) × 0 .19075 = =0 , 967 mm Beà daøy toái thieåu : S'= 2 [ σ ] ϕ h + P 2 ×134 .9 × 0. 95+ 0. 19075 Xeùt: -. Khi 1000. -. Bề dày thực : S = S’ + Ca + Cb + Co. Trong đó :. -. Dt. 2000 mm thì S’ = 4 mm.. Ca : heä soá aên moøn cuûa NH3. Choïn Ca = 0.5 mm. Co : hệ số quy tròn kích thước. Chọn Co = 0.5 mm ⇒ S=4+ 0 .5+0 . 5=5 mm S −C a 4,5 = = 0,0035 < 1 Kieåm tra : Dt 1300 AÙp suaát cho pheùp: 2 [ σ ] ϕ h ( S −C a ) 2 ×134 , 9 ×0,95 × 4,5 [ P ]= = =0,884 N/mm 2>0 . 19075 N/mm2 Dt + ( S −C a ) 1300+ 4,5 ⇒ thoûa ñieàu kieän beàn => choïn beà daøy voû laø 5 mm.. Để đơn giản trong việc thiết kế và gia công, ta chọn các thông số kích thước của 2 thùng kết tinh laø nhö nhau : Bảng10 – Tóm tắt các thông số tính toán cho các thùng kết tinh Thoâng soá 1. Kích thước Thaân. Voû. Ñôn vò tính Chieàu cao thieát bò Đường kính trong Theå tích thuøng Beà daøy thaân Beà maët truyeàn nhieät Bề dày đáy, nắp Chieàu cao voû Đường kính Beà daøy voû Beà maët truyeàn nhieät. m m m3 mm m2 Mm m mm mm m2 Thuøng. 2. Soá thuøng 3. Ñieàu kieän laøm vieäc o Nhiệt độ Taùc nhaân C o Dung dòch (trung bình) C Phía thân (áp suất ngoài) N/mm2 Aùp suaát Phía voû (aùp suaát trong) N/mm2 Nhiệt lượng toả ra mỗi thùng kJ/h. Thuøng keát tinh 1. Thuøng keát tinh 2. 2,5 1,2 2,6 10 6,56 10 2,089 1300 5 6,56 7. 2,5 1,2 2,6 10 6,367 10 2,089 1300 5 6,367 3. -10oC 3 -2 0,29075 0,19078 123295,6. -15oC -2 -5 0,2362 0,1362 78882. I.3. Kieåm tra beà maët truyeàn nhieät Beà maët truyeàn nhieät laø phaàn beà maët cuûa thaønh thieát maø taùc nhaân laïnh vaø dung dòch tieáp xuùc. Beà maët truyeàn nhieät cuûa thieát bò keát tinh laø : F = 7,737 m 2. SVTH : Ngoâ Laâm Tuaán Anh. Trang 27.

(28) Đồ án môn học Quá trình & Thiết bị - Thiết kế thiết bị cô đặc nước cam bằng phương pháp laïnh K=. Heä soá truyeàn nhieät toång quaùt : Với :. 1 1 δ 1 δ đá bám + + + α1 λ α2 λ đá. α 1 : Hệ số toả nhiệt phía thân, W/m2.oC; α 2 : Hệ số toả nhiệt phía vỏ, W/m2.oC; λ theùp :Heä soá daãn nhieät cuûa thaønh thieát bò laøm baèng theùp khoâng gæ; W/m 2.K; λ đá : Hệ số dẫn nhiệt của lớp đábám, W/m2.K; δ thép, δ đá : Bề dày của thành thiết bị; δ thép = 10 mm, δ đá = 0,5 mm.. I.3.1. Sơ đồ tính toán. Hình 5 – Sơ đồ khối tính toán bề mặt truyền nhiệt I.3.2. Tính toán bề mặt truyền nhiệt cho thiết bị kết tinh 1 I.3.2.1. Tính hệ số toả nhiệt phía dung dịch 1 Đây là trường hợp cấp nhiệt khi khuấy chất lỏng bằng cánh khuấy, nên chuẩn số Nu có thể xác định theo công thức : μ 1. 4 dk ¿ μw D 0. 67 Nu =0 . 36. Re Pr 0 . 33 ¿ Ở đây : Nu =. ([6],1.99,35). d k ρN α1 D ; Re= ; λ μ. SVTH : Ngoâ Laâm Tuaán Anh. 2. μ ≈1 ; μw. dk ≈1 D. Trang 28.

(29) Đồ án môn học Quá trình & Thiết bị - Thiết kế thiết bị cô đặc nước cam bằng phương pháp laïnh Với. :. 1 : Hệ số toả nhiệt của dung dịch, W/m2.oC; DT : đường kính trong của thiết bị, m; DT = 1,2 m  : Heä soá daãn nhieät cuûa dung dòch; 0,339 Ns/m2; dk : Đường kính cánh khuấy kết hợp với dao cạo đá, m; chọn d k = 1,198 m; N : soá voøng quay cuûa caùnh khuaáy, vg/s; choïn N = 0,8 vg/s; , w : độ nhớt của dung dịch nhiệt độ trung bình và ở nhiệt độ thành;. Khi đó :  Re ¿. 1,1982 × 1089× 0 .5 =328693 , 4 3 , 804 .10− 3. Cpμ λ dd. 3684,18. 3,804 . 10−3 =41 , 34 0 . 339. . Pr=. . 328693,4 ¿0 . 67 41 , 34 0. 33 = 6108,78 Nu =0,36 . ¿. ¿.  Hệ số toả nhiệt 1 : α 1=. Nu . λ 6138 ,78 ×0 . 339 W = =1725, 73( 2 ) D 1 .2 m K. I.3.2.2. Hệ số toả nhiệt phía tác nhân lạnh NH3 Nhiệt của dung dịch sẽ được tải thông qua tác nhân lạnh NH 3. Hệ số tỏa nhiệt của NH3 được xaùc ñònh nhö sau : ([15],7.16,302) 0 , 45. −0 , 24. α 2=(17 ,3+ 0 ,04 .t 0) . q tr . d tr. Trong đó :. to : nhiệt độ sôi của tác nhân NH3, oC; Chọn to = -10 oC; qtr : mật độ dòng nhiệt phía trong, W/m2; dtr : đường kính tương đương ứng với bề mặt truyền nhiệt phía tác nhân, m;. Choïn : dtr = Dng - Dtr = 1,3 – 1,2 = 0,1 m  Xác định mật độ dòng nhiệt : qtr = kt  Mật độ dòng nhiệt từ dung dịch đến thành. q dd=. 1 δ 1 +∑ i α1 λi. (t dd − t w1 ). Với : tdd : nhiệt độ trung bình của dung dich; tdd = (3+(-2))/2 = 0,5oC; tw1: nhiệt độ thành thiết bị phía dung dịch; oC; 1 : Hệ số toả nhiệt của dung dịch, W/m2.oC; 1 = 1259,5 W/m2.oC;. Khi đó :.  đá = 2,532 W/m.độ; δ. đá.  thép = 17,4 W/m.độ ; δ. theùp. q dd =. = 0,5 mm; = 10 mm;. 1 .(0,5 −t w 1) 1 0 ,01 0 , 0005 = 739,84 (0,5 – tw1 ) W/m2 + + 1259 , 5 17 , 4 2 , 532. SVTH : Ngoâ Laâm Tuaán Anh. Trang 29.

(30) Đồ án môn học Quá trình & Thiết bị - Thiết kế thiết bị cô đặc nước cam bằng phương pháp laïnh  Mật độ dòng nhiệt từ tác nhân NH3 tới thành qNH3 = 580.(tw2 – ttn)5/3.da/di Trong đó ttn = -10oC – nhiệt độ tác nhân lạnh; tw2 : nhiệt độ thành tiếp xúc với tác nhân lạnh, oC Chọn chênh lệch nhiệt độ thành trong và ngoài là 2oC => tw2 = tw1 – 2 da = 1,3m đường kính phía vỏ; di = 1,2m – đường kính phía thân dung dịch; => qNH3 = 580.(tw2 - (-10))5/3.1,3/1,2 = 628,33.(tw1 -2 - (-10))5/3 W/m2 Ta coù :. qNH3 = qdd. => 739,84(0,5 – tw1 ) = 628,33.(tw1 -2 - (-10))5/3 => tw1 = - 5 oC => qtr =739,84.(0,5-(-5,15)) = 4069,12 W/m2  Hệ số toả nhiệt phía tác nhân NH3 là 0 , 45. −0 , 24. α 2=(17 ,3+ 0 ,04 .t 0). q tr . d tr. = (17,3 + 0,04.(-10)).3607,5 0,45.0,1-0,24 = 1236,4. W/m2.độ I.3.2.3. Heä soá truyeàn nhieät tính K=. 1 1 δ 1 δ đá bám = + + + α1 λ α2 λ đá. 1 1 0,01 1 0. 0005 = 462,87 W/m2.oC + + + 1725,73 17,4 1236,4 2,532. I. 3.2.3. Beà maët truyeàn nhieät tính  Nhiệt lượng toả ra của 1 thùng là : Q =  Chênh lệch nhiệt độ trung bình. Δt log =. 863069,5 =34 , 25 kW 3600 .7. Tdd :. 3oC. Ttn :. -10oC →. →. -2oC -10oC. [ 3 −(− 10) ] − [ − 2−(− 10) ] =¿ [ 3 −(−10) ] 10,298 ln [ −2 − ( − 10 ) ].  Bề mặt truyền nhiệt tính toán là : Ftính =. 3. Q 34 , 25 .10 = = 7,18 m2 K . Δt log 462 , 87 .10 , 298.  Tính sai soá 2|F t − F th| 7 , 18− 6 , 56 . 100 %=2. . 100 %=9 , 03 % Sai soá = ( Ft + F th ) 7 ,18+6 ,56. |. |. I.3.3. Tính toán bề mặt truyền nhiệt cho thiết bị kết tinh 2 I.3.3.1. Tính hệ số toả nhiệt phía dung dịch 1 Tương tự như ở thiết bị kết tinh 1, chuẩn số Nu cũng được xác định theo công thức :. SVTH : Ngoâ Laâm Tuaán Anh. Trang 30.

(31) Đồ án môn học Quá trình & Thiết bị - Thiết kế thiết bị cô đặc nước cam bằng phương pháp laïnh μ 1. 4 dk ¿ μw D 0. 67 Nu =0 . 36. Re Pr 0 . 33 ¿ Với : 0.3358 Ns/m2;  vg/s.. ([6],1.99,35). w = 9.287.10-3 Ns/m2; dd = 1142 kh/m3; dk = 1,198 m; N = 0,3. 1,1982 × 1142 ×0,3 =52945 Khi đó : Re ¿ 9 , 287 .10− 3 Pr=. Cpμ λ dd. −3. ¿. 3424,49. 9,287 . 10 0 . 3358. =¿ 93,8. 52945 ¿0 .67 93 , 80 .33 = 2355,6 Nu =0,36 . ¿ Hệ số toả nhiệt 1 : α 1=. Nu . λ 2355, 6 × 0. 3358 W = =659 ,16 ( 2 ) D 1.2 m K. I.3.3.2. Hệ số toả nhiệt phía tác nhân lạnh NH3 0 , 45. −0 , 24.  Heä soá toûa nhieät cuûa NH3 : α 2=(17 ,3+ 0 ,04 .t 0) . q tr . d tr Trong đó :. to : nhiệt độ sôi của tác nhân NH3, oC; Chọn to = -15 oC;.  Xác định mật độ dòng nhiệt : qtr = kt  Mật độ dòng nhiệt từ dung dịch đến thành :. q dd =. 1 δ 1 +∑ i α1 λi. (t dd − t w1 ). Với : tdd : nhiệt độ trung bình của dung dịch; tdd = (-5+(-2))/2 = -3,5oC; tw1: nhiệt độ thành thiết bị phía dung dịch; oC; 1 : Hệ số toả nhiệt của dung dịch, W/m2.oC; 1 = 659,16 W/m2.oC;  đá = 2,566 W/m.độ; δ Khi đó :. q dd=. đá. = 0,5 mm;  thép = 17,4 W/m.độ ; δ. theùp. = 10 mm;. 1 .(− 3,5− t w1 ) 1 0 , 01 0 , 0005 =437,3.(–3,5 – tw1 ) W/m2 + + 659 ,16 17 , 4 2 , 566.  Mật độ dòng nhiệt từ tác nhân NH3 tới thành : qNH3 = 580.(tw2 – ttn)5/3.da/di Trong đó ttn = -15oC – nhiệt độ tác nhân lạnh; tw2 : nhiệt độ thành tiếp xúc với tác nhân lạnh, oC; Chọn chênh lệch nhiệt độ thành trong và ngoài là 2oC => tw2 = tw1 – 2 => qNH3 = 580.(tw2 - (-15))5/3.1,3/1,2 = 628,33.(tw1 -2 - (-15))5/3 W/m2 Ta coù :. qNH3 = qdd. => 437,32 (–3,5 – tw1 ) = 628,33.(tw1 -3 - (-15))5/3 => tw1 = -9,6oC => qtr =437,32.(-3,5-(-9,6)) = 2667,7 W/m2 SVTH : Ngoâ Laâm Tuaán Anh. Trang 31.

(32) Đồ án môn học Quá trình & Thiết bị - Thiết kế thiết bị cô đặc nước cam bằng phương pháp laïnh  Hệ số toả nhiệt phía tác nhân NH3 , 24 α 2=(17 ,3+ 0 ,04 .t 0). q0tr, 45 . d −0 = (17,3 + 0,04.(-15)). 3017,50,45.0,1-0,24 = 1068 tr. W/m2.độ. I.3.3.3. Heä soá truyeàn nhieät tính K=. 1 1 δ 1 δ đá bám = + + + α1 λ α2 λ đá. 1 1 0,01 1 0. 0005 = 310,2 W/m2.oC + + + 659,16 17,4 1068 2,566. I. 3.3.4. Bề mặt truyền nhiệt tính toán 236648,6 =21, 91 kW 3600 .3.  Nhiệt lượng toả ra của 2 thùng là : Q =  Chênh lệch nhiệt độ trung bình. Δt log =. tdd :. -2oC. ttn :. -15oC →. →. -5oC -15oC. [ −2 −(−15)] − [ −5 −(−15)] =¿ [ −2 −(−15)] 11,4 ln [ − 5− ( −15 ) ].  Bề mặt truyền nhiệt tính toán là : Ftính =  Tính sai soá : k =. Q 21 ,91 . 103 = = 6,2 m2 K . Δt log 310 .11 , 43. 2|F t − F th| 6,2 −6 , 367 . 100 %=2. . 100 %=2 , 66 % ( Ft + F th ) 6 ,367+ 6,2. |. |. I.3.4. Tính toán bề dày lớp cách nhiệt và tổn thất nhiệt ra môi trường Heä soá truyeàn nhieät toång quaùt : Trong đó :. K=. 1 1 δ thep 1 δ cach nhiet + + + α 3 λthep α 2 λ cach nhiet. 2, 3 hệ số cấp nhiệt phía tác nhân và môi trường bên ngoài, W/m 2.K thép, cách nhiệt : hệ số dẫn nhiệt của vỏ thiết bị và lớp cách nhiệt, W/m.K; thép,  cách nhiệt : bề dày vỏ thiết bị và lớp cách nhiệt, m.. Chọn các thông số (các thông số này là như nhau ở cả hai thùng kết tinh) :  Lớp cách nhiệt làm bằng bông thuỷ tinh : . Beà daøy :  caùch nhieät = 0,09 m. . Heä soá daãn nhieät : caùch nhieät = 0,035 W/mK. ([16], Baûng 28, tr28).  Lớp vỏ làm bằng thép thường : . Beà daøy : theùp = S = 5 mm = 0,005 m.. . Heä soá daãn nhieät : theùp = 46,5 W/mK. ([16], Baûng 28, tr28).  Hệ số cấp nhiệt phía môi trường (không khí) vào bề mặt :. SVTH : Ngoâ Laâm Tuaán Anh. Trang 32.

(33) Đồ án môn học Quá trình & Thiết bị - Thiết kế thiết bị cô đặc nước cam bằng phương pháp laïnh α 3=1,98 . 4√Δt. (. W ) m2 K. ([3],V.75,24). Với t : hiệu số nhiệt độ giữa bề mặt thiết bị và không khí xung quanh, chọn t= 10oC. 4 2 => α 3=1,98 . √10=3 ,52 W /m K. Khi đó :. K=. 1 1 0,005 1 0,09 + + + 3,52 46,5 1098,5 0,035. =¿. 0,35 W/m2K.  Nhiệt độ môi trường trung bình : 27,9oC ([15], 443)  Chênh lệch nhiệt độ trung bình giữa không khí và môi chất lạnh là : . t1 = 27,9 - ( -10) = 37,9 oC (ở thùng kết tinh 1). . t2 = 27,9 - ( -15) = 42,9 oC (ở thùng kết tinh 2).  Beà maët truyeàn nhieät (dieän tích voû) : Fvỏ = Hdịch.Dngoài + Fđáy = 3,1416.(1,939+0,05).1,3 + 2,04 = 10,16 mm2  Nhiệt tổn thất do môi trường bên ngoài : . Qtt1 = KFt = 0,35.10,16.37,9 = 134,77 W. . Qtt1 = KFt = 0,35.10,16.42,9 = 152,55 W.  Nhieät caàn thieát cho keát tinh 1 : Q’1 = Qtt1 + Qkt1 = 134,7 + 34250 = 34384,7 W  Nhieät caàn thieát cho keát tinh 2 : Q’2 = Qtt + Qkt2 = 152,55 + 21910 = 22062,7 W II. CHỌN THIẾT BỊ LỌC, RỬA II.1. Thieát bò loïc Mục đích : Thiết bị lọc giúp cho việc phân riêng hệ huyền phù dịch ép đã cô đặc với tinh thể nước đá thô kết tinh ra. Chọn thiết bị lọc : Để đảm bảo hiệu suất cô đặc, độ thu hồi chất khô cao, giảm tổn thất dịch eùp, chuùng ta choïn thieát bò loïc ly taâm caïo baõ naèm ngang. Nguyên lý hoạt động : khi làm việc, huyền phù được đưa vào rôto qua một van tự động, sau khi đạt yêu cầu van sẽ đóng lại. Quá trình ly tâm sẽ xảy ra sau đó. Khi lớp bã trong rôto đạt đến chiều dày quy định thì dao cạo bã sẽ được nâng lên nhờ hệ thống xylanh-pittông thủy lực, bã sẽ được cạo rơi xuống máng hứng phía dưới. Khi quá trình cạo bã kết thúc, dao cạo bã sẽ hạ xuống vị trí thấp nhất và van tự động mở ra để huyền phù chảy vào rôto, quá trình ly tâm lặp laïi. Thời gian thao tác như sau : Nạp liệu 0,5 – 2,5 phút; ly tâm ; 0,4 phuùt.. 0,5 phuùt; thaùo baõ 0,7. 5. Ưu điểm của loại máy này là tiết kiệm năng lượng do không phải ngừng máy khi tháo bã; năng suất cao do thời gian thao tác ngắn. Tuy nhiên máy cũng có một số nhược điểm là bị hạn chế veà chieàu daøi roâto, baõ bò nghieàn naùt vaø khoù thay vaûi loïc. II.2. Thiết bị rửa tinh thể. SVTH : Ngoâ Laâm Tuaán Anh. Trang 33.

(34) Đồ án môn học Quá trình & Thiết bị - Thiết kế thiết bị cô đặc nước cam bằng phương pháp laïnh Mục đích sử dụng : thiết bị rửa được sử dụng với mục đích chính là thu hồi lượng chất khô và làm sạch nước đá tinh khiết để sử dụng trong việc làm lạnh sơ bộ dịch ép đầu. Tuy nhiên, qua cân bằng vật chất ta nhận thấy nồng độ chất khô hoà tan trong nước rửa khá thấp và nếu đem hồi lưu có thể làm giảm nồng độ của dịch đầu dẫn đến làm tăng chi phí năng lượng. Do đó, nước sau rửa sẽ không được hồi lưu nhưng có thể tái sử dụng ở các khâu khác của quy trình sản xuất như rửa nguyên liệu …. SVTH : Ngoâ Laâm Tuaán Anh. Trang 34.

(35) Đồ án môn học Quá trình & Thiết bị - Thiết kế thiết bị cô đặc nước cam bằng phương pháp laïnh. PHAÀN 5. TÍNH TOÁN HỆ THỐNG LẠNH CHOÏN THIEÁT BÒ LAÏNH. I. TÍNH TOÁN HỆ THỐNG LẠNH I.1. Các thông số ban đầu  Ñieàu kieän khí haäu nôi laép ñaët heä thoáng laø Myõ Tho  Nhiệt độ lấy ở điều kiện nóng nhất của năm là 37 oC.  Độ ẩm trung bình là 76% => nhiệt độ tư = 33oC  Choïn :  Nhiệt độ vào của nước : tw1 = tư + 3oC = 36oC  Nhiệt độ ra của nước : tw2 = tw1 + 6oC = 42oC  Nhiệt độ ngưng tụ tc = t w + (5. 7) oC = tw + 7oC = 46oC. I.2. Chu trình lạnh đối với thiết bị kết tinh : Ở đây ta xét chu trình quá nhiệt và quá lạnh. tql. 3. 3'. 2'. 2. S=const. 4. 1 tqn. Hình 6 - Chu trình quá lạnh và quá nhiệt tiêu chuẩn NH3 trên đồ thị lgp-h Tra đồ thị : Nếu vẽ lên đồ thị lgp-h của NH 3 ta sẽ được các thông số trạnh thái của các điểm nuùt chu trình nhö sau :. SVTH : Ngoâ Laâm Tuaán Anh. Trang 35.

(36) Đồ án môn học Quá trình & Thiết bị - Thiết kế thiết bị cô đặc nước cam bằng phương pháp laïnh Bảng 11a – Thông số trạng thái của NH3 trong chu trình lạnh ở thiết bị kết tinh 1 Thoâng soá. Ñôn vò. 1’. 1. 2. 3’. 3. 4. Aùp suaát p. Bar. 2,9075. 2,9075. 18,302. 18,302. 15,548. 2,9075. C. -10. -5. 133. 46. 40. -10. kJ/kg. 1449,4. 1461,9. 1744,78. 415,37. 386,32. 386,32. Theå tích rieâng v. dm3/kg. -. 427,73. -. -. -. -. Entropi. kJ/kg. K. 5,7519. 5,7992. 5,7992. 1,7204. 1,63. -. Nhiệt độ t. o. Entanpi h. Bảng 11b – Thông số trạng thái của NH3 trong chu trình lạnh ở thiết bị kết tinh 2 Thoâng soá. Ñôn vò. 1’. 1. 2. 3’. 3. 4. Aùp suaát p. Bar. 2,3620. 2,3620. 18,302. 18,302. 15,548. 2,3620. C. -15. -10. 133. 46. 40. -15. Entanpi h. kJ/kg. 1443,2. 1455,4. 1744,78. 415,37. 386,32. 386,32. Theå tích rieâng v. m /kg. -. 0,5206. -. -. -. -. 5,7992. 1,7204. 1,63. -. Nhiệt độ t. o. 3. Entropi s. kJ/kg. 5,8243 5,8715 K Tính toán chu trình lạnh theo số liệu tra 1. Năng suất lạnh riêng khối lượng : . q01 = h1 – h4 = 1075,58 kJ/kg. . q02 = h1 – h4 = 1069,08 kJ/kg. 2. Năng suất nhiệt riêng khối lượng : . qk1 = h2 – h3 = 1358,46 kJ/kg. . qk2 = h2 – h3 = 2053,55 kJ/kg. 3. Naêng suaát laïnh rieâng theå tích : q  q v1 = o1 = 2514,62 kJ/m3 v1 qo2  = 2053,55 kJ/m3 q v2 = v1 4. Coâng neùn rieâng : . l1 = qo1 – qk1 = h2 – h1 = 282,88 kJ/kg. . l2 = qo2 – qk2 = h2 – h1 = 289,38 kJ/kg. 5. Heä soá laïnh : 1 = 3,8; 2 = 3,694 6. Heä soá caáp maùy neùn hôi : Từ tỷ số p/po = 7,75 dựa vào đồ thị hình 9,5 ([8], tập 1, tr.218) => = 0,58 7. Naêng suaát laïnh caàn thieát : . Qo1 = Qkt1 = 863100 kJ/h = 239,75 kW. SVTH : Ngoâ Laâm Tuaán Anh. Trang 36.

(37) Đồ án môn học Quá trình & Thiết bị - Thiết kế thiết bị cô đặc nước cam bằng phương pháp laïnh . Qo2 =  Qkt2 = 236628kJ/h = 65,73 kW. 8. Lượng Amoniac (thực tế) trong hệ thống : Q 01 =¿ 800,22 kg/h = 0,2223 kg/s  m1 = qo 1 Q 02 =¿ 221,34 kg/h = 0,0615 kg/s  m2 = qo 2 9. Năng suất thể tích thực tế của máy nén : . Vtt1 = m1.v1 =800,22.0,42773 = 342,28 m3/h = 0,09508 m3/s. . Vtt2 = m2.v1 =221,34.0,5206 = 115,23 m3/h = 0,032 m3/s. 10. Thể tích chạy pittông trong 1 giờ (thể tích hút lý thuyết) V tt 1  Vlt1 = = 534,8 m3/h = 0,14856 m3/s λ V tt 2  Vlt2 = = 198,67 m3/h = 0,05519 m3/s λ 11. Coâng neùn lyù thuyeát : . Ns1 = m1.l1 = 226366,23 kJ/h = 62,88 kW. . Ns2 = m2.l2 = 64051,37 kJ/h = 17,792 kW. 12. Coâng neùn chæ thò : Ns  Ni1 = = 73,12 kW; với i = 0,86 ([8], tập 1, H.9.5, tr 218) ηi Ns  Ni2 = = 21,83 kW; với i = 0,815 ([8], tập 1, H.9.5, tr 218) ηi 13. Công suất hữu ích (công suất trên trục) : . Ne1 = Ni1 + Nms1 = 73,12 + 5,61 = 78,73 kW. . Ne2 = Ni2 + Nms2 = 21,83 + 3,256 = 25,09 kW. Trong đó Nms1 = pms1.Vtt1 = 59.0,09508 = 5,61 kW Nms2 = pms2.Vtt2 = 59.0,05519 = 3,256 kW 14. Coâng suaát ñieän tieâu thuï : Ne 78 ,73  Nel(1) = = 0 ,85 . 0 , 95 ηe . ηtd . Nel(2) =. Trong đó :. Ne 25 , 09 = 0 ,85 . 0 , 95 ηe . ηtd. = 97,5 kW = 31,07 kW. tđ = 0,85 – Hiệu suất khớp truyền động. el = 0,95 – Hiệu suất động cơ Ns 15. Hieäu suaát chung : 1 = = 0,5625; 2 = 0,5726 N el I.3. Tính toán quá trình ngưng tụ I.3.1. Các thông số ban đầu Chọn loại thiết bị ngưng tụ dạng ống chùm nằm ngang. Đây là thiết bị có thân hình trụ nằm ngang làm từ vật liệu thép CT 3, bên trong là các ống trao đổ nhiệt làm bằng thép áp lực SVTH : Ngoâ Laâm Tuaán Anh. Trang 37.

(38) Đồ án môn học Quá trình & Thiết bị - Thiết kế thiết bị cô đặc nước cam bằng phương pháp laïnh C20. Các ống trao đổi nhiệt được hàn kín hoặc núc lên hai mặt sàng hai đầu. Để có thể hàn hoặc núc các ống trao đổi nhiệt vào mặt sàng, nó phải có độ dày khá lớn, từ 20 đến 30mm. Hai đầu thân bình là nắp bình. Các nắp bình tạo thành vách phân dòng nước để nước có thể tuần hoàn nhiều lần trong bình ngưng. I.3.2. Tính toán cho thiết bị ngưng tụ 1. Diện tích trao đổi nhiệt cần cho thiết bị ngưng tụ  Phuï taûi nhieät yeâu caàu cuûa thieát bò ngöng tuï Q k1 = QQL + QLL + QNT = m1.(h2 – h3) . Qk1 = m1.(h2(1) – h3(1)) = 800,22.(1744,78–386,32) = 1087066,8 kJ/h = 301,96 kW. . Qk2 = m2.(h2(2) – h3(2)) = 221,34.(1744,78–386,32) = 300681,5 kJ/h = 83,52 kW.  Lượng nhiệt cấp khi làm lạnh và ngưng tụ hơi quá nhiệt : . Q’1 = QLL + QNT = m1.(h2(1)–h3’(1)) =800,22.(1744,78–415,37) = 1063836,5 kJ/h = 295,5kW. . Q’2 = QLL + QNT = m2.(h2(1)–h3’(1)) =221,34.(1744,78–415,37) = 294244,97 kJ/h = 81,7 kW.  Lượng nhiệt cấp khi làm quá lạnh NH3 lỏng : . Q’’1 = Qk1 – Q’1 = 23230,3 kJ = 6,453 kW. . Q’’2 = Qk2 – Q’2 = 6436,53 kJ = 1,788 kW.  Lượng nước lạnh đưa vào thiết bị ngưng tụ (cho 7 thùng kết tinh 1) 3 Qk 1 1087066 , 8 .10 =  Gw1 = = = 43240 .5 kg/h = 12,01 kg/s c n( t w 2 −t w 1) 4190 .(42− 36) Qk 2 300681 ,5 . 103 =  Gw2 = = = 11960,3 kg/h = 3,32 kg/s c n( t w 2 −t w 1) 4190 .(42− 36) t, oC 46 42. Amoniac Nước. 40 36. Q, 103 KJ Hình 7 – Quaù trình ngöng tuï vaø laøm laïnh hôi taùc nhaân laïnh  Nhiệt độ nước trước khi amoniac lỏng được làm quá lạnh 23230 ,3 . 1000  t1 = 36 + = 36,13 oC 4190 . 43237 , 5 6436 , 53. 1000 =¿ 36,13 oC  t2 = 36 + 4190 . 11960 , 3  Chênh lệch nhiệt độ trung bình logarit ở giai đoạn làm lạnh và ngưng tụ. SVTH : Ngoâ Laâm Tuaán Anh. Trang 38.

(39) Đồ án môn học Quá trình & Thiết bị - Thiết kế thiết bị cô đặc nước cam bằng phương pháp laïnh t’log. (t k − t w 1 )−(t k − t w2 ) (t − t ) = ln k w1 (t k − t w2 ). (46 − 36 ,13)−(46 − 42) 46 − 36 ,13 = ln 46 − 42. = 6,5 oC.  Chênh lệch nhiệt độ trung bình ở giai đoạn làm quá lạnh tác nhân lạnh (46 − 36 ,13) −(40 −36) t’’ = = 2,935 oC 2 Giả sử ta chọn một loại thiết bị ngưng tụ chung cho hệ thống gồm 7 thùng kết tinh. => Bề mặt truyền nhiệt F bao gồm ở giai đoạn ngưng tụ (F’) và giai đoạn quá lạnh (F’’). Hệ số truyeàn nhieät K coù theå xaùc ñònh theo kinh nghieäm vaø muoán chính xaùc hôn thì xaùc ñònh theo lyù thuyết. Tuy nhiên các bài toán thực tế luôn phức tạp nên thường ta tính theo kinh nghiệm. Có thể tham khảo ở bảng 6.1 ([15],tr276). Từ đó với t 6 oC, ta choïn K 700 W/m2.K vaø qf 4200 W/m2. Từ đó xác định được F = F’ + F’’ Q k1 301 ,96 . 103 F1 = = = 71,89 m2 q kf 4200 3 Q k2 83 , 52. 10 F2 = = = 19,89 m2 q kf 4200 Chọn ống trao đổi nhiệt cho bình ngưng là chùm ống thép bố trí so le trên mặt sàng có các thoâng soá : da = 25 mm; di = 20 mm;  = 2,5 mm  Dieän tích cho 1m chieàu daøi oáng : fa=0,0785 m2/m oáng; fi=0,0628 m2/m oáng. Chọn tốc độ nước trong bình ngưng là : w= 1,5 (m/s).  Soá oáng trong moät loái cuûa bình ngöng : 0 , 02¿ 2 . 990 , 1. 1,5 π .¿ n’1= 4 .G w1 4 . 12, 01 = 25,74 = ¿ π . d 2i . ρw . w w n’2 =. 0 , 02¿ 2 . 990 , 1. 1,5 π .¿ 4 .G w2 4 . 3 ,32 = 7,11 = ¿ π . d 2i . ρw . w w. Choïn n1= 26 oáng ; n2 = 7 oáng  Các ống được bố trí trên mặt sàng theo đỉnh của tam giác đều,chùm ống có dạng hình lục giác ,với số ống đặt theo đường chéo lục giác lớn (m) là : ([2], 58). m1 = 0,75. oáng m2 = 0,75. Với. √ √ 3. 3. Qke q ie . S . d i. ( Dl ). Qke. q ie . S . d i. l D. ( ). = 0,75.. √ 3. 301, 96 . 103 =¿ 19,8 => Choïn m1 = 21 4200 . 0 ,0325 . 0 , 02. 6. = 12,6 => choïn m2 = 13 oáng. s - bước ống ngang . Chọn s = 1,4da =1,4.0,025=0,035 (m).. SVTH : Ngoâ Laâm Tuaán Anh. Trang 39.

(40) Đồ án môn học Quá trình & Thiết bị - Thiết kế thiết bị cô đặc nước cam bằng phương pháp laïnh l l : tỉ số giữa chiếu dài ống và đường kính mặt sàng; =¿ 48 .Choïn D D. l =¿ 6. D.  Đường kính D của mặt sàng tính là : D1 = s(m1 – 1) + 4da = 0,765 m ([2],2.85,tr58) D2 = 0,52 m  Tổng số ống n được xác định theo công thức : m = => n1 = 300,25; n2 = 127 n1  Số đường nước : z1 = n' 1. 300 26. =. √. 4 1+ .( n− 1) 3. = 11,54 ; z2 =. 127 = 18,1 7. => choïn z1 = 12 ; z2 = 18 => n1 = z1.n’1 = 312 => choïn soá oáng laø 312 => n2 = z2.n’2 = 126 oáng => choïn soá oáng laø 126 oáng  Tổng chiều dài ống trao đổi nhiệt : F 71 ,89 L1 = f = 0 , 0628 =¿ 1144,75 m i L2 = 316,72  Chiều dài một ống trao đổi nhiệt trong bình ngưng tụ : L 1144 , 75 = l1 = = 3,669 m n 312 l2 = 2,5 m Kieåm tra laïi l/D = 3,669/0,765 = 4,8. (4,8) => Thoả điều kiện đã chọn.. II. CHOÏN THIEÁT BÒ LAÏNH II.1. Choïn maùy neùn ([15],baûng 3.9, tr.133) Máy nén phải đảm bảo các yêu cầu kỹ thuật sau : Thoâng soá. Ñôn vò. Keát tinh 1. Keát tinh 2. 1. Công suất hữu ích Ne. kW. 78,73. 25,09. 2. Naêng suaát theå tích. m3/h. 534,8. 198,67. 3. Naêng suaát nhieät Qo. kW. 239,75. 65,73. Máy lạnh MYCOM được sử dụng nhiều trong kỹ thuật lạnh Việt Nam. Dưới đây là thông số máy nén được chọn trên cơ sở của bảng yêu cầu trên :  Đối với thiết bị kết tinh 1 : chọn máy nén mã hiệu : N6WB 1 cấp của MYCOM ❑  Naêng suaát neùn theå tích : V lt =¿ 572,6 m3/h . Naêng suaát nhieät :. . Coâng suaát neùn :. QoTC = 317,1 kW N. ❑ e. = 86,4 kW.  Đối với thiết bị kết tinh 2, chọn máy nén mã hiệu : N4WA 1 cấp của MYCOM ❑  Naêng suaát neùn theå tích : V lt =¿ 187,2 m3/h . Naêng suaát nhieät :. SVTH : Ngoâ Laâm Tuaán Anh. QoTC = 80,8 kW. Trang 40.

(41) Đồ án môn học Quá trình & Thiết bị - Thiết kế thiết bị cô đặc nước cam bằng phương pháp laïnh . Coâng suaát neùn :. N❑ e. = 26,2 kW. II.2. Choïn thieát bò ngöng tuï ([21],baûng 8.1,tr.249)  Chọn loại bình ngưng vỏ ống chùm nằm ngang cho môi chất NH 3 theo yêu cầu kỹ thuật :  Đối với hệ thống kết tinh 1 : chọn bình ngưng mã hiệu KT - 90  Đối với hệ thống kết tinh 2 : chọn bình ngưng mã hiệu KT - 20  Các thông số và đặc tính kỹ thuật được giới thiệu trong bảng sau : Baûng 12 - Bình ngöng oáng voû naèm ngang Amoniac Kí hieäu bình ngöng. F mm2. Kích thước phủ bì, mm. D. L. B. H. Soá oáng. Kích thước ống noái, mm d. d1. d2. Theå tích giữa các oáng, m3. Khoái lượng, kg. KT. 90. 800. 4640. 1110. 1230. 386. 80. 32. 125. 1,26. 3300. KT. 20. 500. 2930. 810. 910. 144. 50. 20. 70. 0,32. 995. Ghi chú : Ống thép trong bình ngưng  25 x 2,5 mm từ thép 10. II.3. Choïn thaùp giaûi nhieät  Nhiệm vụ của tháp giải nhiệt là thải toàn bộ nhiệt do môi chất lạnh toả ra trong thiết bị ngưng tụ toả ra. Sau khi ra khỏi bình ngưng tụ, nước nóng có nhiệt độ t w2 = 42oC được đưa vào tháp giải nhiệt và phun thành các giọt nhỏ. Nước nóng chảy theo khối đệm xuống, trao đổi nhiệt và chất với không khí đi ngược từ dưới lên nhờ quạt gió cưỡng bức. Quá trình này làm một phần nước bốc hơi ra đi vào không khí. Nhiệt độ nước giảm đi và nguội xuống nhiệt độ ban đầu là tw1 = 36oC.  Tính thaùp giaûi nhieät  Quy naêng suaát nhieät ra toân . Naêng suaát nhieät ngöng tuï : Qk = Qk1 + Qk2 = 301,96 + 83,52 = 385,48 kW = 331512,8 kcal/h. . Theo tieâu chuaån CTI 1 toân nhieät töông ñöông 3900 kcal/h, vaäy : Qk = 331512,8/3900 = 85 toân.  Choïn thaùp giaûi nhieät hieäu RINKI kieåu FRK90 ([21],baûng 8-22,tr.318) II.4. Choïn bôm Chọn bơm amoniac kiểu kín chạy điện mã hiệu ЦНГ-70М-1 với các thông số kỹ thuật sau : . Naêng suaát :. 5,5. 12 m3/h. . Coät aùp :. 15. 19 mNH3 loûng. . Soá caáp :. 1. . Tốc độ vòng :. . Coâng suaát :. 49,5 1/s. 2,8 kW. SVTH : Ngoâ Laâm Tuaán Anh. Trang 41.

(42) Đồ án môn học Quá trình & Thiết bị - Thiết kế thiết bị cô đặc nước cam bằng phương pháp laïnh. PHAÀN 6. TÍNH TOÁN CƠ KHÍ CÁNH KHUẤY – CHÂN ĐỠ – MẶT BÍCH. I. TÍNH THIEÁT BÒ KHUAÁY I.1. Coâng suaát khuaáy  Chuaån soá Rek :  Rek1 = 205433,4  Rek2 = 52945  Coâng suaát khuaáy tính cho moät caùnh khuaáy : ([22],3.47b,tr.138) Nk = KN..n3.dk5 Trong đó :. KN : chuaån soá coâng suaát suaát khuaáy - KN1 = 0,3; KN2 = 0,5  : khối lượng riêng của dung dịch – 1 = 1041,5 kg/m3; 2 = 1115,5 kg/m3 n : số voøng quay 1/s; n1 = 0,8 vg/s; n2 = 0,3 vg/s dk : đường kính cánh khuấy kết hợp với dao cạo đá; dk1 = dk2 = 1198 mm.  Ở thiết bị kết tinh 1 : Nk1 = 0,3.1041,5.0,83.1,1985 = 394,8W  Ở thiết bị kết tinh 2 : Nk2 = 0,5.1115,5.0,33.1,1985 = 37,16 W  Công suất khuấy và gạt đá của động cơ : lấy Nđc = 10.Nk  Ở thiết bị kết tinh 1 : Nđc = 3,948 kW  Ở thiết bị kết tinh 2 : Nđc = 0,372 kW I.2. Kích thước trục khuấy  Tính momen xoaén :. 9 ,55 . 105 . N dc n. Mx =. Trong đó : Nđc : công suất động cơ, kW; n : số vòng quay cánh khuấy, vg/ph.  Thieát bò keát tinh 1: Mx1 =. 5. 9 ,55 . 10 . 3 , 948 0,8 . 60. = 78548,8 Nm.  Thieát bò keát tinh 2 : Mx2 = 19736,7 Nm  Momen uoán :. Mu =. SVTH : Ngoâ Laâm Tuaán Anh. Mx N c.N f. Trang 42.

(43) Đồ án môn học Quá trình & Thiết bị - Thiết kế thiết bị cô đặc nước cam bằng phương pháp laïnh Trong đó : Mx là momen xoắn, Nm; Nc : toång soá caùnh; choïn Nc = 2 caùnh Nf = 0,8 rk = 0,4dk Khi đó :. Ở thiết bị kết tinh 1 :. Mu1 = 81958,3 Nm. Ở thiết bị kết tinh 2 : Mu2 = 20593,4 Nm  Momen töông ñöông : Mtñ = Suy ra :. Mtñ1 = Mtñ2 =. 2 u. √ M +0 ,75 M. 2 x. √ 81958 ,3 2+0 ,75 .78548 , 82 √ 20593 , 42 +0 , 75 .19736 , 72. = 106511 Nm = 26762,7 Nm.  Đường kính trục khuấy : Choïn vaät lieäu cheá taïo truïc khuaáy laø theùp khoâng gæ Điều kiện bền cho trục khuấy chịu uốn và xoắn đồng thời : []. M td 3. 4. 0,1. d .(1 − η ). √ 3. => d. M td 4. 0,1 .(1 −η ) .[σ ]. Trong đó :  = dtr/dng : tỷ số đường kính trong và ngoài trục khuấy, mm. Chọn  =. 2 3. [] = 140.10 6 N/m2 Khi đó :  Taïi thieát bò keát tinh 1 : d1. √. 106511 = 0,21 m 0,1 .(1 −0 . 6674 ). 140 .10 6. √. 26762, 7 = 0,134 m 0,1 .(1 −0 . 6674 ). 140 .10 6. 3. Chọn đường kính ngoài là 0,21 m và đường kính trong là 0,14 m  Taïi thieát bò keát tinh 2 : d2. 3. Chọn đường kính ngoài là 0,15 m và đường kính trong là 0,1 m  Chiều dài trục khuấy cũng chính là chiều cao tính từ phần phía dưới của bề mặt truyền nhiệt đến nắp thiết bị. Chọn L = 2,5 – 0,35 = 2,15 m  Beà daøy caùnh khuaáy coù theå choïn laø 5 mm. II. TÍNH CHÂN ĐỠ VAØ BÍCH NỐI CHO THIẾT BỊ II.1. Tính taûi troïng thieát bò Tải trọng thiết bị được tính dựa trên điều kiện đang vận hành của thiết bị. Bao gồm :  Khối lượng thiết bị : Mtb = Mthân + Mđáy + M nắp + Mvỏ . Mthaân = .DT.H.S.theùp = 3,14.1,2.1,8.0,01.7900 = 535,81 kg. . Mđáy = Mnắp = 1,01.137 = 138,4 kg. . Mvoû = .Dng.Hv.S.theùp = 3,14.1300.1,739.0,005.7900 = 280,4 kg. SVTH : Ngoâ Laâm Tuaán Anh. Trang 43.

(44) Đồ án môn học Quá trình & Thiết bị - Thiết kế thiết bị cô đặc nước cam bằng phương pháp laïnh => Mtb = 535,81 + 138,4.2 + 280,4 = 1093,01 kg  Khối lượng dung dịch tính theo thùng 2 (vì để đảm bảo an toàn ta chọn dung dịch có khối lượng riêng lớn hơn) Mdd = Vdd.dd = 2,08.1089 = 2265,12 kg  Khối lượng trục khuấy, động cơ và các phần khác của thiết bị lấy bằng 5% khối lượng thieát bò Tải trọng của toàn thiết bị là M = 1,1.(Mtb + Mdd) = 1,1.(1093,01 + 2265,12) = 3693,95 kg II.2. Tính chọn chân đỡ thiết bị Chọn số chân đỡ là 4 => Tải trọng tác dụng lên 1 chân là 923,5 kg. 0,91.104 N. Chọn chân đỡ loại IV kiểu chân II – 1,0 (theo [3],tr436) Vaät lieäu cheá taïo chaân laø theùp CT3 Caùc thoâng soá kyõ thuaät : ([3],baûng XIII.35,tr.437) Bề mặt đỡ : 0,32 m2. Taûi troïng cho pheùp treân 1 chaân : G = 1.104 N. L = 210 mm. B1 = 180 mm. H = 300. B = 150 mm. B2 = 245 mm. h = 160 mm. s = 14 mm. l = 75 mm. d = 23 mm. DT/A = 1200/420 mm. II.3. Tính choïn maët bích Chọn bích liền bằng thép kiểu 1 {[3],tập 2,bảng XIII.27,tr417) để nối đáy và nắp thiết bị với thaân. Các thông số kích thước  Kích thước nối : D = 1340 mm; Db = 1290 mm; DT = 1260 mm; Do = 1213 mm  Buloâng : db = M20 mm; Z = 32 mm  Kieåu bích (1) : h = 25 mm. SVTH : Ngoâ Laâm Tuaán Anh. Trang 44.

(45) Đồ án môn học Quá trình & Thiết bị - Thiết kế thiết bị cô đặc nước cam bằng phương pháp laïnh. PHAÀN 7. TÍNH TOÁN ĐƯỜNG ỐNG CHOÏN THIEÁT BÒ PHUÏ. I. TÍNH TOÁN ĐƯỜNG ỐNG DẪN DỊCH I.1. Tính choïn oáng nhaäp lieäu vaø thaùo lieäu OÁng nhaäp lieäu Vì đây là quy trình sản xuất theo phương pháp gián đoạn nên chúng ta không quan tâm đến việc cấp nguyên liệu liên tục vào bồn kết tinh mà chỉ tính toán để chọn đường ống dựa trên cơ sở tính kinh tế và đảm bảo cho thời gian nhập liệu phù hợp không làm ảnh hưởng tới chu trình saûn xuaát cuûa nhaø maùy.  Thời gian nhập liệu cần thiết là 30 phút  Thể tích chứa của thùng kết tinh : Vdd = 2,08 m3  Lưu lượng nhập liệu : G1 =. 2 , 08 .1037 30 .60. = 1,2 kg/s. G2 =. 2 , 08 .1089 30 .60. = 1,26 kg/s.  Choïn vaän toác doøng chaûy laø : 1 m/s  Đường kính ống dẫn cần thiết là :  Thieát bò keát tinh 1 : d1 =. √. 4 . G1 ρdd 1 . π . ϖ. = 0,03839 m. => chọn đường kính trong là di = 40 mm; đường kính ngoài do = 45 mm (theo tiêu chuẩn ống thép sử dụng cho ống nước) => Tính laïi vaän toác doøng chaûy laø 1 = 0,875 m/s  Thieát bò keát tinh 2 : d2 =. √. 4 . G1 ρdd 1 . π . ϖ. = 0,03839 m. => chọn đường kính trong là di = 40 mm; đường kính ngoài do = 45 mm => Vaän toác doøng chaûy laø : 2 = 0,877 m/s OÁng thaùo lieäu. SVTH : Ngoâ Laâm Tuaán Anh. Trang 45.

(46) Đồ án môn học Quá trình & Thiết bị - Thiết kế thiết bị cô đặc nước cam bằng phương pháp laïnh Ống tháo liệu cần đủ lớn để tháo toàn bộ sản phẩm ra khỏi thùng kết tinh và quá trình tháo liệu phải nhanh để tinh thể kết tinh không bị kết thành khối gây cản trở cho quá trình tháo liệu. Chọn ống tháo liệu có kích thước : Di = 100 mm ; Do = 108 mm. I.2. Choïn bôm I.2.1. Bơm dịch ép từ bồn cao vị lên các thùng kết tinh Dung dịch sau khi làm lạnh sơ bộ sẽ được chứa trong bồn cao vị, sau đó sẽ được bơm vào 7 thùng kết tinh 1, sau đó chất lỏng sẽ được tiếp tục bơm vào 3 thùng kết tinh 2. Vị trí bồn cao vị được đặt tại vị trí sao cho mực chất lỏng trong bồn cách mực chất lỏng trong thùng là 2,5 m. Chọn loại bơm ly tâm để bơm dịch ép ban đầu. Vì nồng độ của dịch ép ban đầu là 10% nên ta có thể chọn bơm loại bơm nước. Tổng số bơm là 7 bơm cho 7 thùng kết tinh 1, và 3 bơm cho 3 thuøng keát tinh 2.  Lưu lượng bơm vào 1 thùng : G 1=1,2.3600/1037 = 4,17m3/h; G2=1,26.3600/1089 = 4,165 m3/h  Tính coät aùp cho bôm  Chuaån soá Re : Re1 = Trong đó :. ρ. ω . d μ. = 20800; Re2 = 10293.  : vaän toác doøng chaûy, m/s; 1. 2 = 0,876 m/s;. D : Đường kính ống dẫn liệu, m; d1 = d2 = 0,041 m; ,  : khối lượng riêng và độ nhớt dịch nhập liệu; tra ở bảng 7  Hệ số tổn thất theo chiều dài của ống ở chế độ chảy rối 1 ,82 lgRe 1 − 1, 64 ¿ 2 ¿ 1 = = 0,0259; 1 ¿ 1 ,82 lgRe 2 − 1, 64 ¿ ¿ 2 = 1 ¿. 2. = 0,0312;.  Heä soá toån thaát cuïc boä (oáng daãn goàm 4 cuùt 90o, 1 van)  = 4.0,5 + 4,9 = 6,9  Coät aùp cuûa bôm : H = Z + Trong đó :. ΔP ρ. g. +. 2. 2. v2 − v1 ρg. +. (. λ. L v2 +∑ ξ d 2g. ). Z1 = 2,5 m; L = 6,5 m; v1 = v2; Z2 = 3 m; L = 6 m; v1 = v2;. H1 = 2,5 + 0 + 0 + (0,0259. H2 = 3 + 0 + 0 + (0,0312.. SVTH : Ngoâ Laâm Tuaán Anh. 6,5 0 ,041 6 0 ,041. + 6,9). + 6,9).. 2. 0 ,875 2 . 9 , 81 2. 0 ,877 2 . 9 , 81. = 2,93 mH2O = 3,45 mH2O. Trang 46.

(47) Đồ án môn học Quá trình & Thiết bị - Thiết kế thiết bị cô đặc nước cam bằng phương pháp laïnh  Choïn bôm li taâm (cheá taïo taïi Nga) maõ hieäu 1,5K-6b ([21,baûng 10-6,tr.349)  Naêng suaát : 9,4 m3/s;  Coät aùp : 1,16 bar. 11,8 mH2O;.  Hieäu suaát  = 49%;  Coâng suaát treân truïc N = 0,6 kW).  Toång soá bôm caàn laø 10 bôm. I.2.2. Bôm dòch eùp leân boàn cao vò  Soá thuøng cao vò choïn laø : 3 thuøng  Theå tích thuøng laø : V =. 7 . 2 , 08 =4 ,85 3. m3.  Kích thước bồn cao vị : Bồn hình trụ, đáy nón : Chọn H = 1800 m; h = 300 mm 2. V=. 2. ΠD 1 ΠD 1800 ×10 −3 + × 300 × 10−3 = 4,85 m3 => D = 1,8 m 4 3 4. 300. 1800. 100. 1800. Hình 8 – Bồn chứa cao vị  Thời gian cần thiết để bơm là 30 phút => Năng suất bơm là : Q =. 4 , 85 0,5. = 9,7 m3/h.  Chọn đường kính củaống dẫn là di = 80,5mm; do = 88,5 mm; Fi = 50,8.10-2 mm2  Vaän toác :  = 0,53 m/s  Chuaån soá Re =. 0 ,53 . 0 , 0805. 1037 1 , 792. 10−3. 1 ,82 lgRe − 1 ,64 ¿2 ¿ = 24689,5 =>  = = 0,0248 1 ¿.  Heä soá toån thaát cuïc boä :  = 6  Coät aùp cuûa bôm :. SVTH : Ngoâ Laâm Tuaán Anh. Trang 47.

(48) Đồ án môn học Quá trình & Thiết bị - Thiết kế thiết bị cô đặc nước cam bằng phương pháp laïnh Giả sử chiều cao từ thiết bị trao đổi nhiệt làm lạnh sơ bộ đến bồn chứa là 4m, chiều dài ống laø 6 m H = 4 + 0 + 0 + (0,0248.. 6 0 ,0805. + 6) .. 0 ,53 2 2 . 9 , 81. = 4,11 mH2O.  Choïn bôm kieåu 1,5K-6a. Soá bôm laø 3 bôm.. SVTH : Ngoâ Laâm Tuaán Anh. Trang 48.

(49) Đồ án môn học Quá trình & Thiết bị - Thiết kế thiết bị cô đặc nước cam bằng phương pháp laïnh II. TÍNH TOÁN ĐƯỜNG ỐNG CHO HỆ THỐNG LẠNH II.1. Tính toán đường ống dẫn hơi  Đường kính trong của ống dẫn : di = di – đường kính trong ống dẫn, m;. √. 4 . V tt .π .ϖ. Vtt – Lưu lượng hơi tác nhân lạnh NH3, m3/s  - tốc độ dòng chảy trong ống, m/s; chọn  =20m/s dựa vào bảng 10-1 ([17],tr345)  Với hệ thống lạnh cho kết tinh 1 : di1 =  Với hệ thống lạnh cho kết tinh 2 : di2 =. 4 . 0 ,09508 π . 20. √ √. = 0,07782 m. 4 . 0 ,032 = 0,045 m π . 20.  Choïn oáng theùp tieâu chuaån cho maùy laïnh amoniac theo baûng 10-2 ([17],346)  Di1 = 82mm; Da = 89 mm, Fi = 52,8.10-2 mm2; khối lượng 1 m ống : 7,38 kg  Di1 = 50mm; Da = 57 mm, Fi = 19,6.10-2 mm2; khối lượng 1 m ống : 4,62 kg II.2. Tính toán ống dẫn lỏng  Tính oáng daãn loûng ra khoûi thieát bò ngöng tuï 1 . Khối lượng NH3 tổng : m1 = 0,2223 kg/s.  . Khối lượng riêng NH3 lỏng dẫn ra từ thiết bị ngưng tụ : = 579,5 kg/m3 mtt 0 ,2223 =3 , 84 . 10− 4 Lưu lượng thể tích lỏng qua thiết bị ngưng tụ : Vl = = 579 ,5 ρ m3/s. . Choïn vaän toác loûng : l = 1,5 m/s. . Đường kính ống dẫn lỏng : d =. . Choïn oáng theùp coù : Di = 18 mm; Da = 22 mm; Fi = 2,53.10-2 mm2;. . Khối lượng 1 m ống là 0,986 kg. 4 .V l 4 ∗ 3 , 84 .10 −4 = 0,018 m = π .ω π ∗1,5. √ √.  Tính oáng daãn loûng ra khoûi thieát bò ngöng tuï 1 . Khối lượng NH3 tổng : m1 = 0,0615 kg/s.  . Khối lượng riêng NH3 lỏng dẫn ra từ thiết bị ngưng tụ :  = 579,5 kg/m3 mtt 0 ,0615 =1 , 06 . 10−4 Lưu lượng thể tích lỏng qua thiết bị ngưng tụ :V2 = = 579 ,5 ρ m3/s. . Choïn vaän toác loûng : 2 = 1,5 m/s. . Đường kính ống dẫn lỏng : d =. . Choïn oáng theùp coù : Di = 10 mm; Da = 14 mm; Fi = 1,54.10-2 mm2;. . Khối lượng 1 m ống là 0,789 kg. 4 .V l 4 ∗ 1 ,06 . 10− 4 = π .ω π ∗1,5. √ √. 0,01 m.  Đường ống dẫn lỏng vào thiết bị kết tinh 1 : SVTH : Ngoâ Laâm Tuaán Anh. Trang 49.

(50) Đồ án môn học Quá trình & Thiết bị - Thiết kế thiết bị cô đặc nước cam bằng phương pháp laïnh . Lưu lượng thể tích NH3 cho 1 thùng kết tinh : V = 3,84.10-4 / 7 = 5,48.10-5 m3/s. . Choïn vaän toác loûng :  = 1 m/s.. . 4.5,5.10  5  .1 Đường kính ống dẫn lỏng : d= = 0,008 m. . Choïn oáng theùp coù : Di = 10 mm; Da = 14 mm; Fi =1,54.10-2 mm2;. . Khối lượng 1 m ống là 0,789 kg.  Đường ống dẫn lỏng vào thiết bị kết tinh 2 : . Lưu lượng thể tích NH3 cho 1 thùng kết tinh : V = 1,06.10-4 / 3 = 3,533.10-5 m3/s. . Choïn vaän toác loûng :  = 1 m/s.. . 4.3,533.10  5  .1 Đường kính ống dẫn lỏng : d= = 0,0067 m. . Choïn oáng theùp coù : Di = 10 mm; Da = 14 mm; Fi =1,54.10-2 mm2;. . Khối lượng 1 m ống là 0,789 kg. . Tính laïi vaän toác  = 0,7 m/s. SVTH : Ngoâ Laâm Tuaán Anh. Trang 50.

(51) Đồ án môn học Quá trình & Thiết bị - Thiết kế thiết bị cô đặc nước cam bằng phương pháp laïnh. PHAÀN 8. TÍNH TOÁN GIÁ THAØNH THIẾT BỊ CHÍNH. I. GIAÙ THAØNH VAÄT TÖ CHO MOÄT THUØNG KEÁT TINH I.1. Khối lượng thiết bị (xem phần tính tải trọng thiết bị, phần 6, II.1)  Khối lượng thùng Mthùng = Mthân + Mđáy + Mnắp + Mvỏ = 1093,01 kg  Khối lượng các chi tiết phụ (cánh khuấy, trục khuấy, chân đỡ…) Truïc : Mtruïc =. Π ( d 2ngoai − d2trong ) .L.theùp = 4. 2. 2. π .(0 , 21 − 0 ,14 ) .2,5 . 7900 = 379,84 kg 4. Cánh khuấy : Mkhung = Mdao cạo + Mcánh + Mgân trợ lực Mdao caïo = 2.S.L.B.theùp = 0,005.1,6.0,1.7900.2 = 12,6 kg Mcaùnh = 6.0,488.0,1.0,005.7900 = 11,6 kg (0 , 05+0 , 02). 0 , 405 . 0 , 005 .7900 = 3,4 kg Mgân trợ lực = 6. 2 => Mkhung = 12,6 + 11,6 + 3,4 = 27,6 kg  Khối lượng chân đỡ Mchân đỡ. 4.(S.L.B + 2.S.H.B + F.S’).. = 4.(0,014.0,21.0,15 +2. 0,014.0,3.0,15 + 0,0211.0,01).7900 = 60,4 kg π 2 2 3 . ( 1 , 49 −1 ,31 ) ∗1 , 712=0 , 678 ( m )  Theå tích vaät lieäu caùch nhieät : Vcaùch nhieät = 4 I.2. Chi phí mua vaät tö Baûng 13 – Tính chi phí mua vaät lieäu cheá taïo thuøng keát tinh Chi tieát. Vaät lieäu cheá taïo. Ñôn vò tính. 10 VNÑ. Thaân. X18H10T. kg. 50. 535,8. 26790. Đáy. X18H10T. kg. 50. 138,4. 6920. Naép. X18H10T. kg. 50. 138,4. 6920. Voû. CT3. kg. 10. 280,4. 2804. X18H10T. kg. 50. 379,8. 18990. CT3. kg. 50. 60,4. 3020. 3000. 0,678. 2034. Truïc khuaáy, caùnh khuaáy Chân đỡ Lớp cách nhiệt. Boâng thuûy tinh. SVTH : Ngoâ Laâm Tuaán Anh. m. 3. Ñôn giaù. Khối lượng. 3. Thaønh tieàn, 103 VNÑ. Trang 51.

(52) Đồ án môn học Quá trình & Thiết bị - Thiết kế thiết bị cô đặc nước cam bằng phương pháp laïnh Toång chi phí. 67478. I.3. Giaù thaønh thieát bò Tieàn coâng cheá taïo vaø thieát keá thieát bò laáy baèng 200% tieàn vaät tö. Giá thành 1 thùng = Tiền vật tư + Tiền thiết kế, chế tạo = 3 x 67478 = 202,434 triệu đồng II. GIAÙ THAØNH HEÄ THOÁNG THIEÁT BÒ (THIEÁT BÒ CHÍNH & PHUÏ) Baûng 14 – Toång keát giaù thaønh heä thoáng thieát bò coâ ñaëc keát tinh Ñôn giaù. Thoâng soá kyõ thuaät. Ñôn vò tính. 1. Thuøng keát tinh. 1200mmx2500mm. thuøng. 202.434. 10. 2.024.340. 2. Bình ngöng tuï 1. KT-90. bình. 200.000. 1. 200.000. 3. Bình ngöng tuï 2. KT-20. bình. 75.000. 1. 75.000. 4. Maùy neùn 1. N6WB. caùi. 129.600. 1. 129.600. 5. Maùy neùn 2. N4WA. caùi. 39.300. 1. 39.300. 6. Thaùp giaûi nhieät. FRK-90. caùi. 192.000. 1. 192.000. 7. Van tieát löu. -. caùi. 50. 10. 500. 8. OÁng daãn hôi 1. 80x3,5 mm. m. 15. 10. 150. 9. OÁng daãn hôi 2. 50x3,5 mm. m. 15. 10. 150. 10. OÁng daãn loûng 1. 20x2 mm. m. 20. 10. 200. 11. OÁng daãn loûng 2. 10x2 mm. m. 15. 26. 390. 12. OÁng daãn dòch vaøo. 45/40 mm. m. 50. 40. 2.000. 13. OÁng daãn dòch ra. 108/100 mm. m. 10. 15. 150. 14. Bôm li taâm 1. 1,5K-6b. caùi. 5.600. 10. 56.000. 15. Bôm li taâm 2. 1,5K-6a. caùi. 8.400. 3. 25.200. 16. Van Inox.  31. 50 mm. caùi. 100. 12. 1.200. 17. Cuùt theùp. 31. 50 mm. caùi. 8. 24. 192. 18. Buloâng, oác. . boä. 5. 100. 500. 19. OÁc, vis. . boä. 5. 40. 200. 20. Lưu lượng kế. . caùi. 1.000. 12. 12.000. 21. Nhieät keá thuûy ngaân. . caùi. 50. 12. 600. 3. 10 đồng. Soá lượng. Thaønh tieàn. Teân thieát bò / chi tieát. STT. Toång chi phí. 103 đồng. 2.759.672. Caùc chi phí phaùt sinh (laáy baèng 10% toång chi phí). 275.967. Toång giaù thaønh heä thoáng thieát bò. 3.035.639. Vậy tổng giá thành dây chuyền cô đặc kết tinh ước tính là : 3.035.639.000 đồng SVTH : Ngoâ Laâm Tuaán Anh. Trang 52.

(53) Đồ án môn học Quá trình & Thiết bị - Thiết kế thiết bị cô đặc nước cam bằng phương pháp laïnh. PHAÀN 9. KẾT LUẬN VAØ ĐÁNH GIÁ. I. ÑAËC TÍNH KYÕ THUAÄT CUÛA THIEÁT BÒ I.1. Nguyên lý hoạt động hệ thống thiết bị (xem bản vẽ dây chuyền công nghệ)  Thiết bị thực hiện quá trình cô đặc dung dịch nước ép cam tươi bằng phương pháp kết tinh dung môi với năng suất thành phẩm là 5000 tấn/năm  Thiết bị hoạt động gián đoạn theo các giai đoạn chính như sau :  Giai đoạn làm lạnh sơ bộ dịch ép ban đầu có nồng độ 10% chất khô : được tiến hành dựa trên quá trình trao đổi nhiệt chuyển pha tại (1) của nước đá (lấy ra từ quá trình kết tinh) với dịch ép ban đầu.  Giai đoạn cô đặc dịch ép bằng thiết bị kết tinh cấp 1 : tại đây, dịch ép được làm lạnh đến nhiệt độ -5oC cũng chính là nhiệt độ mà nồng độ dung dịch sau khi kết tinh một phần nước đá đạt được 20%. Thiết bị kết tinh dạng vỏ áo (4) có đường kính 1200 mm và chiều cao 2,5 m được làm lạnh bằng tác nhân NH 3. Sau khi đạt đến nồng độ cần thiết ta tiến hành tháo liệu hỗn hợp huyền phù dịch ép - tinh thể đá và nhanh chóng đưa và thiết bị ly tâm (5) nằm ngang thao bã tự động bằng dao cạo. Sau quá trình phân riêng, dịch ép được bơm vào thiết bị kết tinh cấp 2 (6).  Giai đoạn cô đặc dịch ép bằng thiết bị kết tinh cấp 2 được tiến hành tương tự như ở quá trình kết tinh cấp 1. Khi đó, dung dịch được làm lạnh đến -10oC ở nồng độ 30%.  Bên cạnh đó, tinh thể đá sau khi tách ra được rửa sơ bộ rồi chuyển nhanh đến bộ trao đổi nhiệt để làm lạnh sơ bộ dịch ban đầu.  Ngoài ra để phục vụ cho 2 cấp kết tinh ta trang bị 2 hệ thống máy lạnh một cấp (mỗi hệ thống dùng cho một cấp kết tinh) bao gồm máy nén lạnh (8) , bình ngưng tụ (9), bồn chứa cao áp (10) và cho tác nhân lạnh NH3 bốc hơi ở phía vỏ thiết bị. I.2. Đánh giá hiệu quả hoạt động của hệ thống thiết bị :  Thiết bị hoạt động gián đoạn, quá trình thực hiện đơn giản.  Thiết bị đã thiết kế đáp ứng được năng suất thành phẩm đề ra (5000 tấn/năm).  Hiệu suất cô đặc tương đối cao : 77,78%.  Tỷ lệ thất thoát chất khô theo nước rửa khá thấp : 3,76% (so với lượng chất khô ban đầu).. SVTH : Ngoâ Laâm Tuaán Anh. Trang 53.

(54) Đồ án môn học Quá trình & Thiết bị - Thiết kế thiết bị cô đặc nước cam bằng phương pháp laïnh  Giá thành một thiết bị là 202,4 triệu đồng có thể chấp nhận được. Tuy nhiên chi phí năng lượng cho thiết bị là không nhỏ : 450,75 kW. Và để đảm bảo được năng suất đề ra, ta đã sử dụng một hệ thống khá nhiều thiết bị dẫn đến chi phí đầu tư cho hệ thống rất cao. II. ĐÁNH GIÁ ƯU, NHƯỢC ĐIỂM VAØ HƯỚNG KHẮC PHỤC II.1. So sánh ưu nhược điểm so với phương pháp cô đặc bốc hơi Cô đặc bằng kết tinh dung môi có một loạt các ưu điểm so với các phương pháp khác, đặc biệt đối với các sản phẩm kém bền nhiệt và chứa nhiều chất thơm. Ở nhiệt độ thấp, các phản ứng sinh học và hoá sinh diễn ra rất yếu, không đáng kể, vì vậy một số thành phần dinh dưỡng nhạy cảm của dịch ép sẽ ít bị biến đổi. Bên cạnh đó, các cấu tử dễ bay hơi và cấu tử thơm đặc trưng được bảo toàn nguyên vẹn. Sản phẩm đạt được chất lượng cao cả về giá trị dinh dưỡng lẫn cảm quan. Nước sạch lấy từ kết tinh ra có thể sử dụng vào chu trình sản xuất. Tuy nhiên, việc cô đặc bằng kết tinh dung môi cũng có một vài nhược điểm so với giải pháp cô đặc bốc hơi là hao hụt chất khô cao kèm với chi phí về năng lượng và cơ sở vật chất cho quá trình cô đặc khá lớn. Hệ thống thiết bị phức tạp, phụ thuộc rất nhiều vào điều kiện kinh tế (máy móc, thiết bị, mặt bằng sản xuất, vốn đầu tư…) của nhà sản xuất. Nói tóm lại, ta phải thừa nhận rằng các hệ thống cô đặc bằng kết tinh có chi phí đầu tư cơ bản và đầu tư sản xuất cao hơn so với phương pháp bốc hơi và cũng tăng tổn thất chất khô, do đó làm tăng giá thành sản phẩm nhất là đối với các loại sản phẩm quý hiếm. Vì vậy việc tìm ra một giải pháp công nghệ nhằm giảm thiểu các nhược điểm trên là hết sức cần thiết. II.2. Một số giải pháp công nghệ để hạn chế nhược điểm của phương pháp  Để đạt cùng một năng suất cần thiết ta có thể tiến hành quá trình cô đặc kết tinh liên tục. Điều này không những giúp giảm thiểu thời gian làm việc của quy trình sản xuất, mà đồng thời nó còn giúp nhà sản xuất giảm được chi phí đầu tư cho thiết bị, nhân công và bảo trì hệ thoáng thieát bò.  Một giải pháp khác được đặt ra để hạn chế tổn thất chất khô theo nước đá là việc dùng sơ đồ kết tinh gồm một cấp kết tinh sơ bộ và một cấp dưỡng tinh kết hợp trong một thiết bị kết tinh kiểu thùng có khuấy đảo. Khi đó quá trình xảy ra trong điều kiện dung dịch được vận chuyển và khuấy đảo liên tục. Quá trình này gồm các giai đoạn như sau :  Huyền phù (K1+M1) sau khi kết tinh sơ bộ được đưa vào thùng kết tinh – dưỡng tinh. Tại đây, chúng được khuấy đảo liên tục, và tinh thể tăng trưởng về kích thước.  Khi tinh thể đạt được kích thước cần thiết (K 2) thì đưa vào cột tách – lọc – rửa tinh thể đóng vai trò như thiết bị phân riêng. Khi đó, dung dịch có lẫn tinh thể có kích thước nhỏ được tách riêng và được đưa về hoà trộn với thùng chứa nước ép nguyên liệu ban đầu rồi lại về thiết bị kết tinh sơ bộ, còn tinh thể có kích thước lớn được giữ lại và rửa bằng nước lạnh.  Nước đá tan chảy một phần được đưa vào bộ trao đổi nhiệt để làm lạnh sơ bộ dịch ép ban đầu (thiết bị tan chảy nước đá)  Có thể thêm 1 máy ly tâm để tách biệt dung dịch ra khỏi bề mặt nước đá để giảm hàm lượng chất tan trong tinh thể từ 4% đến 1%.. SVTH : Ngoâ Laâm Tuaán Anh. Trang 54.

(55) Đồ án môn học Quá trình & Thiết bị - Thiết kế thiết bị cô đặc nước cam bằng phương pháp laïnh III. KEÁT LUAÄN Sự phát triển của kỹ thuật cô đặc bằng kết tinh nước, sự hoàn thiện các phương pháp kết tinh và phân riêng hệ lỏng rắn, việc sử dụng quá trình kết tinh nhiều bậc kết hợp với các phương pháp tách nước khác đã làm cho chất lượng sản phẩm ngày càng được nâng cao mà giá thành sản xuất có thể chấp nhận được.. SVTH : Ngoâ Laâm Tuaán Anh. Trang 55.

(56) Đồ án môn học Quá trình & Thiết bị - Thiết kế thiết bị cô đặc nước cam bằng phương pháp laïnh. TAØI LIEÄU THAM KHAÛO [1]. Tập thể Tác giả Bộ môn Máy và Thiết bị – Khoa Công nghệ Hoá học và Dầu khí – Trường Đại học Bách Khoa – Đại học Quốc gia Tp. Hồ Chí Minh, “Tài liệu hướng dẫn Thiết kế Đồ Aùn Môn học Quá trình & Thiết bị”. [2]. Phaïm Vaên Boân – Nguyeãn Ñình Thoï, “Quaù trình vaø Thieát bò CNHH & TP – Taäp 5 : Quaù trình và Thiết bị Truyền nhiệt”. Nhà xuất bản Đại học Quốc gia Tp. Hồ Chí Minh. [3]. Tập thể Tác giả. “Sổ tay Quá trình và Thiết bị Công Nghệ Hoá Chất – Tập 1&2”, Nhà xuất baûn Khoa hoïc vaø Kyõ thuaät Haø Noäi, 2004. [4]. Phaïm Vaên Boân (Söu taàm vaø bieân taäp). “Soå tay daãn nhieät khoâng oån ñònh – Thoâng soá nhieät lyù của Thực phẩm và Nguyên liệu”. [5]. Phạm Văn Bôn, “Quá trình và Thiết bị Công nghệ Hoá học và Thực phẩm – Tập 5, quyển 2 – Truyền Nhiệt không ổn định”, Nhà xuất bản Đại học Quốc gia Tp. Hồ Chí Minh, 2004. [6]. Phạm Văn Bôn, “Quá trình và Thiết bị Công nghệ Hoá học và Thực phẩm – Bài tập Truyền Nhiệt”, Nhà xuất bản Đại học Quốc gia Tp. Hồ Chí Minh, 2004. [7]. Trần Đức Ba, Phạm Văn Bôn, Trần Thu Hà, Hồ Đắc Lộc, Choumak I.G, Chepurhenco V.P., Parkhaladze E.G., “Công nghệ lạnh Nhiệt đới”, Nhà xuất bản Nông nghiệp, 1996. [8]. Nguyễn Bin. “Tính toán Quá trình & Thiết bị trong Công nghệ Hoá chất và Thực phẩm – Taäp 1&2”. Nhaø xuaát baûn Khoa hoïc vaø Kyõ thuaät, Haø Noäi, 2004. [9]. Nguyễn Bin. “Các Quá trình & Thiết bị trong Công nghệ Hoá chất và Thực phẩm – Tập 1,2,3&4”. Nhaø xuaát baûn Khoa hoïc vaø Kyõ Thuaät, Haø Noäi. [10]. Đào Văn Lượng, “Nhiệt Động Hóa Học”, Nhà xuất bản Khoa học và Kỹ thuật, Hà Nội, 2002. [11]. Hồ Lê Viên, “Thiết kế và tính toán các chi tiết thiết bị hoá chất ”, Nhà xuất bản khoa học vaø Kyõ thuaät, 1978. [12]. Trần Minh Tâm, “Các Quá trình Công nghệ trong Chế biến Nông sản Thực phẩm ”, Nhà xuaát baûn noâng nghieäp, 1998. [13]. Nguyễn Văn Tiếp, Quách Đình, Ngô Mỹ Văn, “Kỹ thuật sản xuất đồ hộp, rau quả ”, Nhà xuaát baûn Thanh Nieân, 2000. [14]. Nguyễn Đức Lợi, Phạm Văn Tùy, “Môi chất lạnh – Tính chất vật lý, an toàn, nhiệt động, bảng và đồ thị của môi chất lạnh và chất tải lạnh”, Nhà xuất bản Giáo Dục, 1998. [15]. Ñinh Vaên Thuaän, Voõ Chí Chính, “Heä Thoáng Maùy vaø Thieát Bò Laïnh”, Nhaø xuaát baûn Khoa hoïc vaø Kyõ thuaät”, 2006. [16]. Tập thể tác giả, Bộ môn Máy và Thiết bị Trường Đại học Bách Khoa – Đại học Quốc gia Tp.HCM, “Bảng tra cứu – Quá trình Cơ học – Truyền nhiệt – Truyền khối ”, Nhà xuất bản Đại hoïc Quoác gia Tp. Hoà Chí Minh, 2004.. SVTH : Ngoâ Laâm Tuaán Anh. Trang 56.

(57) Đồ án môn học Quá trình & Thiết bị - Thiết kế thiết bị cô đặc nước cam bằng phương pháp laïnh [17]. Nguyễn Đức Lợi, “Hướng dẫn tính toán hệ thống lạnh”, Nhà xuất bản Khoa học và Kỹ thuaät”, 2005. [18]. Hồ Lê Viên, “Cơ sở tính toán các máy hoá chất và thực phẩm”, Đại học Bách khoa Hà Noäi, 1997. [19]. Trần Hùng Dũng, Nguyễn Văn Lục, Vũ Bá Minh, Hoàng Minh Nam, “Các quá trình và thiết bị Công nghệ Hoá chất và Thực phẩm – Tập 1 : Các quá trình Cơ học – Quyển 2 : Phân riêng bằng khí động, lực ly tâm, bơm quạt, máy nén, tính hệ thống đường ống”, Nhà xuất bản Đại học Quốc gia Tp. Hồ Chí Minh, 2005. [20]. Bộ Y tế – Viện Dinh dưỡng, “Bảng nhu cầu Dinh dưỡng khuyến nghị cho người Việt Nam”, Nhaø xuaát baûn Y hoïc, 2005. [21]. Nguyễn Văn Lụa, “Các quá trình và thiết bị trong công nghệ hoá học và thực phẩm, Tập 1 - Các quá trình và thiết bị cơ học, Quyển 1 : Khuấy - Lắng Lọc ”, Nhà xuất bản Đại học Quốc gia Tp. Hoà Chí Minh, 2005.. SVTH : Ngoâ Laâm Tuaán Anh. Trang 57.

(58)

Do an co dac nuoc Cam

Tài liệu liên quan

Tài liệu bạn tìm kiếm đã sẵn sàng tải về