Thiết kế hệ thống cô đặc gián đoạn 1 nồi dung dịch nước khóm.

Đồ Án Kỹ thuật Thực phẩm
Dũng

GVHD: Đồn Anh

LỜI NĨI ĐẦU
Theo chương trình đào tạo ngành cơng nghệ thực phẩm, sinh viên sẽ thực hiện
niên luận kỹ thuật cơ sở vào học kỳ gần cuối của chương trình học.
Việc thực hiện niên luận này nhằm giúp cho sinh viên làm quen với việc thiết kế
một thiết bị chế biến và lựa chọn vật liệu thích hợp. Đồng thời niên luận này còn giúp
sinh viên tổng hợp kiến thức đả học ở các mơn cơ sở.
Được sự hướng dẩn của thầy Đồn Anh Dũng, em thực hiện niên luận với đề tài :
Thiết kế hệ thống cô đặc gián đoạn 1 nồi dung dịch nước khóm.
Tuy đã có nhiều cố gắng trong việc thực hiện đồ án, nhưng với những kiến thức còn
hạn chế, quyển đồ án này vẫn còn nhiều thiếu sót khơng mong muốn. Em rất mong
nhận được sự đóng góp của thầy cơ cũng như các bạn trong ngành công nghệ thực
phẩm để rút kinh nghiệm trong đồ án này và thành công hơn trong những đồ án tiếp
theo.
Cuối cùng em xin chân thành cảm ơn các thầy cô trong bộ môn công nghệ thực phẩm
đã tạo điều kiện cho em thực hiện đồ án này. Em xin cám ơn sự giúp đỡ tận tình của
Thầy Dũng trong suốt thời gian thực hiện đồ án. Bên cạnh đó, các anh chị cùng ngành
cũng như các bạn học cùng lớp cũng đã giúp đỡ em rất nhiều, xin cám ơn các
bạn… !!!!

Trang 1


Đồ Án Kỹ thuật Thực phẩm
Dũng

GVHD: Đoàn Anh

MỤC LỤC
LỜI CẢM TẠ............................................................................................................... 1
MỤC LỤC...........................................................................................................................................2

CHƯƠNG I GIỚI THIỆU..............................................................................................4
1.1 Tổng quan về nguyên liệu....................................................................................4
1.2 Q trình cơ đặc...................................................................................................5
1.2.1 Khái niệm.......................................................................................................5
1.2.2 Thiết bị cơ đặc................................................................................................6
1.2.2.1 Các loại thiết bị cô đặc..............................................................................6
1.2.2.2 Yêu cầu chung đối với thiết bị cô đặc.......................................................6
1.3 Sơ đồ hệ thống cơ đặc một nồi.............................................................................8
CHƯƠNG II XÁC ĐỊNH KÍCH THƯỚC THIẾT BỊ CHÍNH......................................9
2.1 Cân bằng vật liệu.................................................................................................9
2.1.1 Lượng hơi thứ bốc lên trong hệ thống............................................................9
2.1.2 Lượng dung dịch sau khi cô đặc.....................................................................9
2.2 Cân bằng nhiệt lượng cho toàn hệ thống..............................................................9
2.2.1 Chia nồng độ dung dịch.................................................................................9
2.2.2 Xác định áp suất và nhiệt độ........................................................................10
2.2.3 Xác định nhiệt tổn thất.................................................................................11
2.2.3.1 Tổn thất nhiệt do nồng độ tăng cao..........................................................11
2.2.3.2 Tổn thất nhiệt do áp suất thủy tĩnh  ' .....................................................12
2.2.3.3 Tổn thất nhiệt độ do trở lực thủy học trên đường ống.............................14
2.2.3.4 Tổn thất chung cho tồn hệ thống cơ đặc................................................14
2.2.4 Hiệu số nhiệt độ hữu ích và nhiệt độ sơi......................................................14
2.2.4.1 Nhiệt độ sơi của dung dịch......................................................................14
2.2.4.2 Hiệu số nhiệt độ hữu ích..........................................................................14
2.3 Tính bề mặt truyền nhiệt của buồng đốt.............................................................14
2.3.1 Tính nhiệt lượng do hơi đốt cung cấp...........................................................15

2.3.1.1 Tính lượng hơi đốt...................................................................................15
2.3.1.2 Phương trình cân bằng nhiệt lượng.........................................................15
2.3.2 Hệ số truyền nhiệt K....................................................................................16
2.3.2.1 Tính tổng nhiệt trở...................................................................................17
2.3.2.2 Tính hệ số cấp nhiệt khi hơi ngưng tụ.....................................................17
2.3.2.3 Tính hệ số cấp nhiệt khi chất lỏng sơi.....................................................18
2.3.2.4 Tính nhiệt tải riêng..................................................................................19
2.3.3 Bề mặt truyền nhiệt F...................................................................................21
2.4 Kích thước buồng bốc và buồng đốt..................................................................22
2.4.1 Kích thước buồng bốc..................................................................................22
2.4.2 Kích thước buồng đốt...................................................................................23
2.4.2.1 Đường kính ống dẫn hơi đốt....................................................................23
2.4.2.2 Xác định số ống truyền nhiệt...................................................................23
2.4.2.3 Đường kính ống tuần hồn trung tâm.....................................................24
2.4.2.4 Diện tích ống tuần hồn trung tâm....................................................25
2.4.2.5 Đường kính buồng đốt............................................................................25
Trang 2


Đồ Án Kỹ thuật Thực phẩm
Dũng

GVHD: Đồn Anh

2.5. Tính đường kính các ống dẫn............................................................................25
2.5.1 Ống nhập liệu...............................................................................................26
2.5.2 Ống tháo sản phẩm.......................................................................................26
2.5.3 Ống dẫn hơi thứ...........................................................................................27
2.5.4 Ống tháo nước ngưng...................................................................................27
CHƯƠNG III TÍNH THIẾT BỊ NGƯNG TỤ CHÂN CAO BAROMET....................28

3.1 Giới thiệu...........................................................................................................28
3.1.1 Sơ lược về thiết bị ngưng tụ chân cao baromet............................................28
3.1.2 Cấu tạo.........................................................................................................28
3.1.3 Nguyên tắc...................................................................................................28
3.2 Lượng nước lạnh cần thiết để ngưng tụ..............................................................28
3.3 Thể tích khơng khí và khí khơng ngưng cần hút ra khỏi thiết bị ngưng tụ.........29
3.4 Các kích thước chủ yếu của thiết bị ngưng tụ....................................................30
3.4.1 Đường kính trong của thiết bị ngưng tụ baromet..........................................30
3.4.2 Kích thước tấm ngăn....................................................................................30
3.4.3 Chiều cao thiết bị ngưng tụ..........................................................................31
3.4.4 Kích thước ống baromet...............................................................................32
3.4.4.1 Đường kính ống baromet.........................................................................32
3.4.4.2 Chiều cao ống baromet............................................................................32
3.4.5 Đường kính các cửa ra vào của thiết bị baromet........................................33
CHƯƠNG IV TÍNH CƠ KHÍ......................................................................................36
4.1 Bề dày buồng đốt...............................................................................................36
4.2 Bề dày buồng bốc...............................................................................................38
4.3 Nắp thiết bị.........................................................................................................39
4.4 Đáy thiết bị.........................................................................................................39
4.5 Mặt bích.............................................................................................................39
4.6 Bề dày vĩ ống.....................................................................................................40
4.7 Tính khối lượng cuả các bộ phận thiết bị khác...................................................41
4.7.1 Khối lượng thân buồng đốt...........................................................................41
4.7.2 Khối lượng buồng bốc..................................................................................41
4.7.3 Khối lượng hình nón....................................................................................42
4.7.4 Khối lượng của dung dich trong buồng đốt..................................................42
4.7.5 Khối lượng của hai vĩ ống ở buồng đốt........................................................42
4.7.6 Khối lượng của nước ngưng tụ.....................................................................42
4.7.7 Khối lượng buồng bốc..................................................................................43
4.7.7.1 Khối lượng thân buồng bốc.......................................................................43

4.7.7.2 Khối lượng nắp buồng bốc........................................................................43
4.7.7.3 Khối lượng hơi thứ....................................................................................43
4.7.7.4 Khối lượng toàn thiết bị............................................................................43
4.8 Một số chi tiết khác...........................................................................................44
4.8.1 Chọn cửa vào vệ sinh và cửa sữa chữa là cửa có đường kính 500mm..........44
4.8.2 Kính quan sát...............................................................................................44
4.8.3 Đệm làm kính...............................................................................................44
4.8.4 Nồi cơ đặc làm việc ở nhiệt độ cao..............................................................44
TÀI LIỆU THAM KHẢO......................................................................................... 45

Trang 3


Đồ Án Kỹ thuật Thực phẩm
Dũng

GVHD: Đoàn Anh

CHƯƠNG I GIỚI THIỆU
1.1.Tổng quan về nguyên liệu:
Dứa hay thơm hay khóm, tên khoa học
Ananas comosus, là một loại quả nhiệt đới được
trồng chủ yếu ở châu Mỹ La – Tinh, nhiều nhất ở
Brazil. Sau khi tìm ra châu Mỹ, khóm được đem
trồng ở hầu hết các nước nhiệt đới và một số nước
Á nhiệt đới có mùa đơng ấm như HaWai (chiếm
33% sản lượng thế giới), Thái Lan (16%), Brazil
(9%), Đài Loan…
Cây khóm được phát hiện đầu tiên vào năm 1943 khi ông Chritophe Colomb và các
đồng đội đổ bộ xuống đảo Guadeloupe trong Thái Bình Dương. Đến thế kỷ XVI,

khóm được trồng rộng rãi ở nhiều nước sự phát triển của khóm gắn liền vớ sự phát
triển ngành hàng hải của người Tây Ban Nha và Bồ Đào Nha
Ở Việt Nam, đến cuối năm 1989 có 35.338 ha trồng khóm, trong đó miền Bắc có 6.482
ha, miền Nam có 28.856 ha. Vùng ĐBSCL có diện tích dứa rất lớn, chiếm 72,45%
diện tích trồng dứa trong cả nước. Riêng Kiên Giang có 13.000 ha, chiếm 36,8% diện
tích (Đường Hồng Dật, 2003).
Khóm là loại quả đứng số một trong ba loại quả chủ lực: khóm, cam, chuối ở nước ta.
Khóm khơng chỉ được trồng và sử dụng rộng rãi ở Việt Nam mà còn phổ biến trên thế
giới (Bartholomew et al., 2003). Hơn 70% sản lượng khóm sau khi thu hoạch ở các nơi
trên thế giới được sử sụng để ăn tươi, phần còn lại được sử dụng trong chế biến các
sản phẩm xuất khẩu.Xuát khẩu dưới đến 7% tỷ trọng quốc doanh khóm thích hợp với
điều kiện nhiệt độ và ẩm độ cao, sợ rét và sương muối. Trong điều kiện thích hợp có
thể sinh trưởng quanh năm. Khóm là loại cây ăn quả không kém đất (Chan et
al.,2003).Ở đồng bằng sông cửu long, khóm là cây tiên phong đi mở đường cho các
loại hoa màu và các cây trồng khác như mía, chuối, cam, đậu,…Trên đất phèn . Mặt
khác, khóm cịn có những ưu điểm:
 Cây khóm sợi có hợp chất Saponin chống cháy
 Khóm có tính giải khát, khóm làm cơ thể chống béo, ít béo phì
 Rễ cây khóm cịn có tác dụng lợi niệu cao được lưu truyền trong dân gian như vị
thuốc dùng để chữa bệnh sỏi đường tiết niệu
 Khóm cịn là thực phẩm dễ chế biến, xào nấu trong các bữa ăn nhất là các món chua
ngọt
 Lá khóm dùng để lấy sợi (lá có 2 – 2,5% cellulose) sử dụng trong công nghiệp dệt
 Thân khóm chứa 12,5% tinh bột, là nguyên liệu dùng để lên men, chuyển hóa thành
mơi trường ni cấy nấm và Vi Khuẩn

Trang 4


Đồ Án Kỹ thuật Thực phẩm

Dũng

GVHD: Đồn Anh

 Trong khóm cịn có enzyme bromelin là loại enzyme giúp tiêu hóa rất tốt. Người ta
đã biết chiết xuất và tinh chế thành những chế phẩm bromelin dùng trong công nghiệp
thực phẩm, thuộc da, vật liệu làm phim. Sản Phẩm phụ của cơng nghiệp chế biến
khóm được dùng làm ngun lieu lên men để chế biến thành thức ăn gia súc.
* Khóm được chia làm 7 nhóm trong đó có 3 nhóm chính là: nhóm Cayenn, nhóm
Queen, nhóm Spanish
+ Nhóm Cayenn: Quả có dạng hình trụ, mắt nơng. Quả bình thường nặng 1,2-2 kg,
thích hợp cho chế biến làm đồ hộp, chứa nhiều nước và vỏ mỏng
+ Nhóm Queen: Quả có nhiều mắt, mắt nhỏ, lồi cứng nên dễ vận chuyển. Thịt quả
vàng, ít nước, màu sắc và vị thơm hấp dẫn. Quả bé, khối lượng trug bình 500-700
g/trái.
+ Nhóm Spanish: Quả ngắn, kích thước to hơn nhóm quả Queen. Khối lượng xấp xỉ 1
kg. Hình dạng cân đối hơi hình trụ. Thịt vàng trắng không đều, mắt sâu, vị chua
(Đường Hồng Dật, 2003)
Bảng : Thành phần hóa học của khóm
Thành phần

Tỷ lệ

Nước

86 %

Đường

9.85 %

Protein

0.54%

Béo

0.12%

Carbohydrate

13.12 %

Chất tro

0.14 %

Chất xơ

1.4

VitaminC

36.2 mg%

Vitamin B1

0.079 mg%

Vitamin B2

0.031 mg%

Niacin

0.489mg%

Axit Pentotenic

0.20g%
(Nguồn: />
1.2 Q trình cơ đặc
Trang 5


Đồ Án Kỹ thuật Thực phẩm
Dũng

GVHD: Đồn Anh

1.2.1 Khái niệm
Cơ đặc là quá trình làm tăng nồng độ của chất rắn hòa tan trong dung dịch bằng
cách tách bớt một phần dung mơi qua dạng hơi.
Q trình cơ 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.
Q trình cơ 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.
Q trình cơ đặc có thể làm việc gián đoạn hay liên tục, có thể tiến hành ở hệ
thống cô đặc một nồi hoặc hệ thống cơ đặc nhiều nồi.

Q trình cơ đặc được sử dụng phổ biến trong cơng nghiệp hóa chất và thực
phẩm với mục đích:
─ Làm tăng nồng độ các dung dịch lỗng.
─ Tách chất rắn hịa 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 thường 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 hịa, hơi q nhiệt),
bằng khói lị, chất tải nhiệt có nhiệt độ cao (dầu, nước có áp suất cao...), bằng dịng
điện.
─ Theo chế độ tuần hoàn: tuần hoàn tự nhiên, tuần hồn cưỡng bức...
─ Theo cấu tạo bề mặt đun nóng: vỏ bọc ngồi, ống xoắn, ống chùm.
Trong cơng nghiệp hóa chất thường dùng các thiết bị cơ đặc đun nóng bằng hơi,
loại này bao gồm các phần chính sau:
─ Phịng đốt – bề mặt truyền nhiệt.
─ Phòng phân ly hơi – khoảng trống để tách hơi thứ ra khỏi dung dịch.
─ Bộ phận tách bọt – dùng để tách những giọt lỏng do hơi thứ mang theo.
Một số loại thiết bị cơ đặc chủ yếu:
─ Thiết bị cơ đặc có ống tuần hồn trung tâm.
─ Thiết bị cơ đặc phịng đốt treo.
─ Thiết bị cơ đặc loại phịng đốt ngồi.
─ Thiết bị cơ đặc loại có tuần hồn cưỡng bức.
─ Thiết bị cô đặc loại màng.
─ Thiết bị cô đặc có vành dẫn chất lỏng.
─ Thiết bị cơ đặc loại roto.
1.2.2.2 Yêu cầu chung đối với thiết bị cô đặc
Trang 6

Đồ Án Kỹ thuật Thực phẩm
Dũng

GVHD: Đồn Anh

Thích ứng được đối với tính chất đặc biệt của dung dịch cần cơ đặc như độ nhớt
cao, khả năng tạo bọt lớn...
Có hệ số truyền nhiệt lớn, bởi vì khi nồng độ tăng hệ số truyền nhiệt giảm.
Tách ly 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 khơng ngưng cịn 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 bẩn bề mặt bên trong ống (tạo cặn).
Giá thành rẻ, dễ dàng chế tạo...

Thiết bị cơ đặc tuần hồn trung tâm buồng đốt trong có ống tuần hồn trung
tâm:
Mơ tả thiết bị:
Cấu tạo: Có 2 phần chính gồm buồng đốt và buồng bốc dính liền nhau.
Phần dưới của thiết bị là buồng đốt gồm có các ống truyền nhiệt và ở tâm có ống tuần
hồn tương đối lớn. Dung dịch đi bên trong ống. Hơi đốt đi vào khoảng trống phía
ngối ống.
Phía trên buồng đốt là buồng bốc dùng để tách hơi thư ra khỏi hổn hợp hơi lỏng.
Trong buồng bốc còn có bộ phận tách bọt dùng để tách những giọt lỏng do hơi thứ
mang theo.
Ưu và Nhược điểm:
- Cấu tạo đơn giản, dễ sữa chữa làm sạch

- Thuận tiện quan sát, lắp ráp thay thế và sửa chửa
- Có thể cơ đặc dung dịch có độ nhớt lớn, những dung dịch có nhiều váng cặn.
Tuy nhiên, Tốc độ tuần hồn còn bé nên hệ số truyền nhiệt “K” thấp.
Nguyên tắc làm việc:
Dung dịch từ thùng (1) được bơm lên thùng (3), sau đó chảy qua lưu lượng kế (4) vào
thiết bị đun nóng (5). ở đây dung dịch được đun nóng đến nhiệt độ sơi, rồi đi vào thiết
bị cơ đặc (6) thực hiện quá trình bốc hơi. Hơi thứ và khí khơng ngưng đi ra phía trên
của thiết bị cô đặc và thiết bị ngưng tụ.
Trong thiết bị ngưng tụ (7), nước lạnh được phun từ trên xuống, ở đây hơi thứ sẽ được
ngưng tụ lại thành lỏng chảy ra ngồi, cịn khí khơng ngưng đi qua thiết bị phân ly bọt
(8) vào bơm hút chân không
Dung dịch sau khi cơ đặc được lấy ra phía dưới thiết bị và đi vào thùng chứa sản phẩm

Trang 7


Đồ Án Kỹ thuật Thực phẩm
Dũng

GVHD: Đoàn Anh

1.3 Sơ đồ hệ thống cơ đặc một nồi

1
0

9

3
6

4
5
1
3

Khí
khô
ng
ngưn
g

Hơi
Hơi
đốt

Nước
ngưng

1

Nước
ngưng 7
8

2

Hình: Sơ đồ hệ thống cô đặc một nồi
1. Thùng chứa dung dịch
2. Bơm dung dịch đầu
3. Thùng cao vị

4. Lưu lượng kế
5. Thiết bị đung nóng
6. Thiết bị cơ đặc
7. Bơm sản phẩm

8. Thùng chứa sản phẩm
9. Thiết bị ngưng tụ chân cao
10. Bộ phận phân ly bọt
11. Ống baromet
12. Thùng chứa nước ngưng
13. Ống chảy tràn

Trang 8

11

1
2


Đồ Án Kỹ thuật Thực phẩm
Dũng

GVHD: Đoàn Anh

CHƯƠNG II XÁC ĐỊNH KÍCH THƯỚC THIẾT BỊ CHÍNH
2.1 Cân bằng vật liệu
2.1.1 Lượng hơi thứ bốc lên trong hệ thống
W
Gd = 1400kg

Cô đặc

Gc
Xc = 50%

Xd = 20%

� Xd �
W  Gd ��
1
�
� Xc �

Trong đó: W: lượng hơi thứ bốc lên trong hệ thống cô đặc (kg/mẻ/h)
Gd: lượng dung dịch ban đầu (kg/mẻ/h)
xd, xc: nồng độ đầu và cuối của dung dịch (%khối lượng)
� 0, 2 �
� 840 kg/mẻ/h
� 0,5 �

1
Vậy: W  1400 ��

2.1.2 Lượng dung dịch sau khi cô đặc
Gọi Gc là lượng dung dịch sau khi cơ đặc
Phương trình cân bằng của chất rắn hòa tan
Gd �xd  Gc �xc
Gc 

Gd �xd
xc

Gc 

1400 �0, 2
 560 kg/mẻ/h
0,5

2.2 Cân bằng nhiệt lượng cho toàn hệ thống
Chọn áp suất hơi đốt
P  0, 071MPa  0, 721at

Suy ra áp suất tuyệt đối của hơi đốt
P  1  0,721  1, 721at

Nhiệt độ hơi đốt:
thd  115o C (tra bảng II-7_trang 39_sổ tay thiết kế_Phan Văn Thơm)

2.2.1 Chia nồng độ dung dịch từ xd = 20% đến xc = 50% thành 6 khoảng nồng độ
Do lượng nhập liệu ban đầu khá lớn nên ta tiến hành nhập liệu theo từng đợt lần
lượt như sau: 40%, 25%, 15%, 10%, 7%, 3%.
Trong khoảng nồng độ 20% - 25%
Trang 9


Đồ Án Kỹ thuật Thực phẩm
Dũng

GVHD: Đoàn Anh

Gd 1  1400 �40%  560kg

Lượng nước mất đi
� xd �
� 0, 20 �
W1  Gd 1 ��
1  � 560 ��
1
� 112kg
� 0, 25 �
� xc �

Lượng dung dịch còn lại sau khi cô đặc đến nồng độ 25%
Gc1 

Gd 1 �xd 560 �0, 2

 448kg
xc
0, 25

Sau khi nhập liệu tiếp 25% Gd, lượng dung dịch trong nồi là
Gd 2  448  (1400 �25%)  798kg

Nồng độ dung dịch lúc này là
x2 

 0, 25 �448    0, 2 �350 
798

 22,80%

Lượng nước mất đi khi cô đặc đến nồng độ 30%
� 0, 2280 �
� 0, 228 �
W2  Gd 2 ��
1
 798 ��
1
�
� 191,52kg
� 0,30 �
� 0,3 �

Lượng dung dịch cịn lại khi cơ đặc đến nồng độ 30%
0, 228
Gc 2  798 �
 606, 48kg
0,3

Tính tốn tương tự cho các khoảng nồng độ còn lại ta được kết quả sau:
Khoảng
nồng độ (%)

Lượng thêm
vào (kg)

Gd (kg)

Gc (kg)

W (kg)

Nồng độ trung
bình (%)

20 – 25

560

560

448

112

22,5

22,80 – 30

350

798

606,48

191,52

26,25

28,15 – 35

210

816,48

656,68

159,80

31,56

33,80 – 40

140

796,68

673,19

123,49

36,90

39,21 – 45

98

771,19

671,96

99,23

42,11

44,66 – 50

42

713,96

637,71

76,25

47,33

2.2.2 Xác định áp suất và nhiệt độ
Chọn áp suất hơi ngưng tụ là 650mmHg. Vậy áp suất hơi ngưng tụ tuyệt đối là
Pngt  1 

650
 0,11637at
735, 6

(Tra bảng II-7_trang 39_sổ tay thiết kế_Phan Văn Thơm) ta được nhiệt độ hơi ngưng
tụ tngt  48,32 oC
Ta có nhiệt độ hơi thứ bằng nhiệt độ hơi ngưng tụ +(1÷2oC)

tht  48,32  1, 68  50 oC
(Tra bảng II-7_trang 39_sổ tay thiết kế_Phan Văn Thơm) ta được áp suất hơi thứ
Trang 10


Đồ Án Kỹ thuật Thực phẩm
Dũng

GVHD: Đoàn Anh

Pht  0,1258 at

2.2.3 Xác định nhiệt tổn thất
2.2.3.1 Tổn thất nhiệt do nồng độ tăng cao
Công thức Tisenco
 '   '0 . f

Với f  16, 2

Tm2
r

Trong đó
 '0 : tổn thất nhiệt ở áp suất thường (oC)

f: hệ số hiệu chỉnh (vì thiết bị cơ đặc thường làm việc ở áp suất khác áp suất
thường).
Tm: nhiệt độ của dung môi nguyên chất ở áp suất làm việc, về giá trị bằng
nhiệt độ hơi thứ.
Tm  50o C  323o K

r: ẩn nhiệt hóa hơi của dung mơi ở áp suất làm việc (J/kg)
r  2380.103 J / kg (tra bảng II-7_trang 39_sổ tay thiết kế_Phan Văn Thơm)

Thế vào công thức trên ta được
f

 323
 16, 2 �

2

2380.103

 0, 71014

Dựa vào 6 khoảng nồng độ, tra trên website ta
'
được  0 và xác định  '

 '0 (oC)

xtb (%)

 ' (oC)

22,5

0,3

0,213

26,25

0,4

0,284

31,56

0,5

0,355

36,90

0,7

0,497

42,11

0,9

0,639

47,33

0,11

0,781

Trang 11


Đồ Án Kỹ thuật Thực phẩm
Dũng

GVHD: Đoàn Anh

2.2.3.2 Tổn thất nhiệt do áp suất thủy tĩnh  '
h
7

Dung dịch

6

5

h1
Hơi bão hịa
h2

1

h2
2

4

2

3

∆’’’ ∆’

∆’’

tng tht

t**

t

T

∑∆

ttb

t*
∆ti

∆T
Hình: 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 sơi của dung dịch có giá trị lớn nhất.
t**: nhiệt độ sôi của dung dịch ở bề mặt chất thống.
ttb: nhiệt độ sơi 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
Trang 12


Đồ Án Kỹ thuật Thực phẩm
Dũng

GVHD: Đoàn Anh

mặt cộng với áp suất thủy tĩnh của cột dung dịch kể từ đáy ống. Trong tính tốn, ta
thường tính theo áp suất trung bình của dung dịch:
Ptb  P '  P
�
�

Với P  �h1 

h2 �
. s .g
�
2�

1
2

Và  s  .
Trong đó
Ptb: áp suất trug bình (N/m2)
P’: áp suất trên bề mặt dung dịch (N/m2)
P '  Pht  0,1258at  12337, 206 N / m 2
P : áp suất thủy tĩnh 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 = 0,5m
h2: chiều cao của ống đốt (m)
Chọn: h2 = 1m
 s : khối lượng riêng của dung dịch khi sôi (kg/m3)
 : khối lượng riêng của dung dịch (kg/m3)
g: gia tốc trọng trường (m/s2)
g = 9,81m/s2
Dựa vào 6 khoảng nồng độ trung bình tra bảng trang web
www.rpaulsingh.com ta xác định được các giá trị  tương ứng, từ đó suy ra  s , P ,
Ptb tương ứng

xtb(%)

 (kg/m3)

22,50

1143,73

571,87

26,25

1201,90

31,56

 s (kg/m3)

P (N/m2)

P (at)

Ptb (at)

5610

0,0554

0,1812

600,95

5895,32

0,0582

0,1840

1295,15

647,58

6352,71

0,0627

0,1885

36,90

1404,76

702,38

6890,35

0,0680

0,1938

42,11

1531,18

765,59

7510,44

0,0741

0,1999

47,33

1682,94

841,47

8254,82

0,0815

0,2073

Nhiệt độ tổn thất do áp suất thủy tĩnh bằng hiệu số nhiệt độ giữa nhiệt độ trung
bình (ttb) và nhiệt độ của dung dịch trên mặt thống (tht)
∆’’= ttb – tht = ttb – 50
Có Ptb, tra bảng II-7_trang 39_sổ tay thiết kế_Phan Văn Thơm, ta được các t tb
tương ứng, từ đó được các ∆’’ theo công thức trên:
Trang 13


Đồ Án Kỹ thuật Thực phẩm
Dũng

GVHD: Đoàn Anh

ttb (oC)

57,43

57.76

58,29

58,91

59,62

60,40

∆’’

7,43

7,76

8,29

8,91

9,62

10,40

2.2.3.3 Tổn thất nhiệt độ do trở lực thủy học trên đường ống
Thường chấp nhận mức tổn thất nhiệt trên các đoạn ống dẫn hơi thứ đến thiết bị
ngưng tụ là ∆’’’ = 1oC
2.2.3.4 Tổn thất chung cho tồn hệ thống cơ đặc

�  �∆’  �∆’’  �∆’’’
Loại tổn thất nhiệt

1

2

3

4

5

6

∆’

0,213

0,284

0,355

0,497

0,639

0,781

∆’’

7,43

7,76

8,29

8,91

9,62

10,40

∆’’’

1

1

1

1

1

1

�

8,643

9,044

9,645

10,407

11,259

12,181

2.2.4 Hiệu số nhiệt độ hữu ích và nhiệt độ sơi
2.2.4.1 Nhiệt độ sôi của dung dịch
t s  tht  ∆’ + ∆’’

tht = 50oC

2.2.4.2

Hiệu số nhiệt độ hữu ích
ti  thd  t s

- Chon áp suất tuyệt đối của hơi đốt :Ptuyệt đối =1,721 (atm)
 Suy ra nhiệt độ hơi đốt :thd = 115oC
(Bảng II-7_Trang 39_Phan Văn Thơm)
Nồng độ % 22,50

26,25

31,56

36,90

42,11

47,33

ts

57,643

58,044

58,645

59,407

60,259

61,181

∆ti

57,357

56,956

56,355

55,593

54,741

53,819

2.3 Tính bề mặt truyền nhiệt của buồng đốt
Cấu tạo thiết bị cơ đặc gồm 2 phần chính là buồng đốt và buồng bốc. Trong
thiết bị này thì hai bộ phận này gắn liền nhau thành một khối.
Bề mặt truyền nhiệt của buồng đốt có thể tính theo công thức tổng quát sau:
F

Q
K .ti

(Bảng III-16_trang 114_sổ tay thiết kế_Phan Văn Thơm)
Trong đó:
F: bề mặt truyền nhiệt của buồng đốt (m2)
Q: nhiệt lượng do hơi đốt cung cấp (W)
Trang 14


Đồ Án Kỹ thuật Thực phẩm
Dũng

GVHD: Đoàn Anh

K: hệ số truyền nhiệt (W/m2.độ)
∆ti: hiệu số nhiệt độ hữu ích (oC)
2.3.1 Tính nhiệt lượng do hơi đốt cung cấp
Q  D.r

Trong đó:
r: ẩn nhiệt ngưng tụ (J/kg)
r = 2221.103J/kg (tra bảng III-16_trang 114_sổ tay thiết kế_Phan Văn Thơm)
D: lượng hơi đốt (kg/s)
2.3.1.1 Tính lượng hơi đốt
Ta có hệ thống sơ đồ nhiệt
W, i

Q xq

D,

Gđ, Cđ, tđ

Gc,Cc, tc
D, Cn,

Trong đó:
D: lượng hơi đốt (hơi sống) dùng cho hệ thống (kg/h)
r: hàm nhiệt của hơi đốt (J/kg)
i: nhiệt lượng riêng của hơi thứ (J/kg)
td, tc: nhiệt độ sôi ban đầu và ra khỏi nồi của dung dịch (oC)
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)
Qxq: nhiệt lượng mất mát ra môi trường xung quanh (J/s)
 : nhiệt độ của nước ngưng tụ (oC)
W: lượng hơi thứ bốc lên (kg/h)
2.3.1.2 Phương trình cân bằng nhiệt lượng

D.r  Gd .Cd .td  W.i  Gc .Cc .tc  D.Cn .  Qxq
Với:
Qxq  0, 05.D.  r  Cn . 
Gc  Gd  W

Thay vào công thức trên ta được
Trang 15


Đồ Án Kỹ thuật Thực phẩm
Dũng

GVHD: Đoàn Anh

D

W.i   Gd  W  .Cc .tc  Gd .Cd .td
0,95.(r  Cn . )

Ta có:
 = 115oC
Cn = 4241,5J/kg.độ (tra bảng II-6_trang 37_sổ tay thiết kế_Phan Văn Thơm)
r = 2221.103J/kg (tra bảng II-7_trang 39_sổ tay thiết kế_Phan Văn Thơm)
i = 2589,5.103J/kg (tra bảng II-6_trang 37_sổ tay thiết kế_Phan Văn Thơm)
Giả sử nhập liệu ở nhiệt độ sơi, ta có td = tc
Thay các số liệu vào ta tính được D
ts

57,643

58,044

58,645

59,407

60,259

61,181

W

112

191,52

159,80

123,49

99,23

76,25

Gd

560

798

816,48

796,68

771,19

713,96

Cd

3587

3466

3226

2972

2730

2485

Cc

3367

3142

2918

2694

2470

2246

D (kg/h)

157,959

269,754

224,800

173,484

139,162

106,762

D (kg/s)

0,044

0,075

0,062

0,048

0,039

0,030

Từ đó ta tính được lượng nhiệt do hơi đốt cung cấp(Q):
xtb (%)

22,5

26,25

31,56

36,90

42,11

47,33

Q(W)

97451,64

166423,44

138689,39

107030

85854,99

65866,45

2.3.2 Hệ số truyền nhiệt K
K

1
1
1
 �r 
1
2

Trong đó: K: hệ số truyền nhiệt (W/m2.oC)
1 ,  2 : hệ số cấp nhiệt phía hơi ngưng tụ và phía chất lỏng sơi (W/m2.oC)
�r : tổng nhiệt trở (m2.oC/W)

r2

tm1
t1

tT2
t2

tT1
r1

q
tm2

q1

q2
Truyền nhiệt qua tường
q=q1=q2
Δt1=t1-tT1
Δt2=tT2- t2

Trang 16


Đồ Án Kỹ thuật Thực phẩm
Dũng

GVHD: Đồn Anh

2.3.2.1 Tính tổng nhiệt trở
�r  r1 


 r2


(Công thức VIII-10_trang 234_sổ tay thiết kế _Phan Văn Thơm)
Trong đó:
r1: nhiệt trở hơi nước (có lẫn dầu nhớt) (tra bảng II-36_trang 78_sổ tay thiết
kế _Phan Văn Thơm)
r1 = 0,232.10-3m2.oC/W
r2: nhiệt trở lớp cặn bẩn (tra bảng II-36_trang 78_sổ tay thiết kế _Phan Văn
Thơm)

r2 = 0,387.10-3m2.oC/W
 : bề dày ống truyền nhiệt (m)
Chọn ống truyền nhiệt bằng thép TC3, có:
Bề bày   5,537 mm  5,537.103 m
Hệ số dẫn nhiệt   50.2 W/m2.oC
� �r  0, 232.103  0,387.103 

5,537.103
 7, 29.104 m2.oC/W
50, 2

2.3.2.2 Tính hệ số cấp nhiệt khi hơi ngưng tụ
0,25

� r �
2
1  2, 04. A. �
� ,W/m độ
�H .t1 �

(Công thức VIII-26_trang 238_sổ tay thiết kế_ Phan Văn Thơm)
1
4

�
�
Với A  � . �
� �
2

3

A: hệ số phụ thuộc vào nhiệt độ của màng nước ngưng
tm oC

0

20

40

60

80

100

120

140

160

180

200

A

104

120

139

155

169

179

188

194

197

199

199

Trong đó:
r: ẩn nhiệt của hơi ngưng tụ (J/kg)
r = 2221.103J/kg (tra bảng II-7 _trang 39_sổ tay thiết kế_Phan Văn Thơm
theo áp suất hơi đốt 1,7106at)
 : khối lượng riêng của nước ngưng (kg/m3)
 : hệ số dẫn nhiệt của nước ngưng (W/m2.oC)
 : độ nhớt của nước ngưng (N.s/m2)
H: chiều cao thẳng đứng của ống truyền nhiệt (m). H = h2 = 1m
Trang 17

Đồ Án Kỹ thuật Thực phẩm
Dũng

GVHD: Đoàn Anh

ti : hệ số nhiệt độ giữa hơi ngưng tụ và thành thiết bị (oC)

Các đại lượng  ,  ,  lấy theo nhiệt độ màng nước ngưng.
tm 

t1  tT 1
2

(Công thức VIII-27_trang 238_sổ tay thiết kế _ Phan Văn Thơm)
Trong đó:
t1: nhiệt độ hơi đốt (oC)
tT1: nhiệt độ thành thiết bị phía tiếp xúc với hơi đốt (oC)
Giả sử các giá trị t1 ứng với từng nồng độ ta sẽ tính được 1
2.3.2.3 Tính hệ số cấp nhiệt khi chất lỏng sôi
 2   . n
(Công thức VIII-7_trang 234_sổ tay thiết kế_ Phan Văn Thơm)
Trong đó
 : hệ số hiệu chỉnh của dung dịch
 n : hệ số cấp nhiệt khi nước sôi sủi bọt, đối lưu tự nhiên và áp suất làm việc
0,2 – 100at.
* Tính hệ số hiệu chỉnh
0,565
2

�dd � �
�dd � �Cdd
  � � .�
� �.�
�n � �
� n � �Cn
�

��n
.�
�
��dd

0,435

�
�
�
�
�
�
�

(Công thức VIII-9_trang 234_sổ tay thiết kế_ Phan Văn Thơm)
Trong đó:  ,  , C ,  : lần lượt là độ dẫn nhiệt, khối lượng riêng, nhiệt dung
riêng, độ nhớt tương ứng với nhiệt độ sôi của dung dịch (chỉ số “dd” biểu thị dung
dịch, còn chỉ số “n” biểu thị nước).
Tra bảng II-6_trang 36_sổ tay thiết kế_Phan Văn Thơm tìm được các thông
số của nước theo nhiệt độ sôi của dung dịch.
Nồng

độ
trung bình

22,5

26,25

31,56

36,90

42,11

47,33

tsdd

57,643

58,044

58,645

59,407

60,259

61,181

 (W/m.oC)

0,6562

0,6567

0,6574

0,6583

0,6592

0,6599

 n (kg/m3)

984,331

984,139

983,850

983,485

983,060

982,562

Cn (J/kg.độ)
 (N.s/m2)

4180,643

4181,044

4181,645

4182,407

4183,052

4183,236

0,487.10-3 0,484.10-3

0,480.10-3

0,474.10-3

0,468.10-3

0,461.10-3

Nhiệt dung riêng của dung dịch C dd được tra trên trang wed www.rpaulsing.com dựa
theo nồng độ trung bình và nhiệt độ sơi của dung dịch
Trang 18


Đồ Án Kỹ thuật Thực phẩm
Dũng

Nồng độ trung
bình %
tsdd
Cdd (J/kg. độ)

GVHD: Đoàn Anh

22,5

26,25

31,56

36,90

42,11

47,33

57,643

58,044

58,645

59,407

60,259

61,181

3479

3311

3073

2833

2600

2366

Hệ số dẫn nhiệt của dung dịch dd được tính theo cơng thức
dd   326, 775  1, 0412T  0, 00337T 2  .  0, 796  0, 009346.% H 2O  .10 3

T: nhiệt độ sôi của dung dịch (K)
%H2O: nồng độ % của nước trong dung dịch.
Độ nhớt và khối lượng riêng của dung
và www.rpaulsing.com ta được:

dịch:

tra

trang

wed

Nồng độ trung

bình %

22,5

26,25

31,56

36,90

42,11

47,33

%H2O

0,775

0,738

0,684

0,631

0,579

0,527

Tsdd (oC)

57,643

58,044

58,645

59,407

60,259

61,181

Tsdd (oK)

330,643

331,044

331,645

332,407

333,259

334,181

dd (W/m.độ)

0,2492

0,2487

0,2480

0,2472

0,2462

0,2452

dd (kg/m3)

1140,35

1198,15

1290,85

1399,55

1524,97

1675,44

0,949

1,089

1,352

1,726

2,264

3,098

dd (10-3 N.s/m2)

Thay các số liệu trên vào ta được:
Nồng độ
trung bình %

Tsdd (oC)


22,5

26,25

31,56

36,90

42,11

47,33

57,643

58,044

58,645

59,407

60,259

61,181

0,454

0,435

0,407

0,376

0,344

0,310

Tính  n
 n  3,14.P 0,15 .q10,7

Trong đó

P: áp suất làm việc (at)
P  Pht  0,1258(atm)

q1 : nhiệt tải riêng (W/m2)

Từ  và  n ta suy ra được  2
2.3.2.4 Tính nhiệt tải riêng
Nhiệt tải riêng của hơi đốt cung cấp cho thành thiết bị:
Trang 19


Đồ Án Kỹ thuật Thực phẩm
Dũng

GVHD: Đoàn Anh

q1  1.t1  1 .  t1  tT 1  (W/m2)

(Công thức VIII-11a_trang 234_sổ tay thiết kế_Phan Văn Thơm)
Trong đó
1 : hệ số cấp nhiệt khi hơi ngưng tụ (W/m2.độ)
t1 : hiệu số nhiệt độ giữa nhiệt độ hơi nước và thành thiết bị tiếp xúc với hơi

đốt (oC)
Nhiệt tải riêng phía dung dịch sơi
q2   2 .t2

Trong đó:
 2 : hệ số cấp nhiệt từ thành thiết bị đến dung dịch (W/m2.độ)
t2 : hiệu số nhiệt độ giữa nhiệt độ của thành thiết bị phía tiếp xúc với nhiệt

độ sôi của dung dịch (oC)
t2  tT 2  t2  tT 2  t s

Mà tT 2  tT 1  t  tT 1  q1. �r
Vậy t2  tT 2  q1. �r  ts
Để đảm bảo truyền nhiệt là ổn định thì q1 và q2 phải gần bằng nhau, do đó ta
phải chọn t1 sao cho ứng với giá trị t1 ta có


q1  q2
.100 �5% (nếu q1>q2)
q1

Tóm lại để tính hệ số truyền nhiệt K
Ở nồng độ 22,5%
Giả sử: t1  4,1o C
o
Ta có: t1  thd  115 C

tT 1  t1  t1  115  4,1  110,9o C
tm 

tT 1  t1 110,9  115

 112,95o C � A  184,828
2
2

Ta có:
r = 2221000J/kg
H = 1m
0,25

0,25

� r �
�2221000 �
2
1  2,04. A. �
�  2, 04 �184,828 ��
�  10229,112 W/m .độ
H
.

t
1
�
4,1
�
�
� 1�
q1  1 .t1  10229,112 �4,1  41939,359 W/m2

Ta có �r  7, 29.104 m2.độ/W
Ta có t2  ts  57, 643o C
Trang 20


Đồ Án Kỹ thuật Thực phẩm
Dũng

GVHD: Đoàn Anh

t2  tT 1  q1 . �r  ts  110,9   41939,359 * 7, 29.104   57, 643  22, 683o C

  0, 454

 n  3,14.P 0,15 .q10,7  3,14 � 0,1258 

0,15

� 41939,359 

0,7

 3960,199 W/m2.độ

 2   . n  0, 454 �3960,199  1797,930 W/m2.độ
q2   2 .t2  1797,930 �22, 683  40782,825 W/m2

Thử lại


q1  q2
41939,359  40782,825
.100 
�100  2, 758  5%
q1
41939,359

Hệ số truyền nhiệt K
K

1
1
1
 �r 
1
2



1
1
1
 7, 29.104 
10229,112
1797,930

 723, 089

W/m2.độ

Vậy K = 723,089W/m2.độ
Giả sử các giá trị ti tương ứng với từng nồng độ. Tính toán tương tự ta được
kết quả ở bảng sau:
xtb(%)

22,5

26,25

31,56

36,90

42,11

47,33

Δt1

4,10

3,90

3,65

3,32

2,95

2,55

tT1

110,90

111,10

111,35

111,68

112,05

112,45

tm

112,95

113,05

113,18

113,34

113,53

113,73

A

184,828

184,873

184,929

185,003

185,086

185,176

α1

10229,112 10360,327 10536,552 10793,482 11122,079 11540,312

q1

41939,359 40405,276 38458,416 35834,359 32810,132 29427,795

ts (0C)

57,643

58,044

58,645

59,407

60,259

61,181

Δt2


22,683

23,601

24,669

26,150

27,872

29,816

0,454

0,435

0,407

0,376

0,344

0,310

αn

3960,199

3858,233

3727,140

3547,248

3334,935

3090,382

α2

1797,930

1678,331

1516,946

1333,765

1147,218

958,018

q2
 (%)

40782,825 39609,545 37421,261 34877,626 31975,721 28564,408

K

2,758

1,969

2,697

2,670

2,543

2,934

723,089

703,555

674,251

636,373

591,511

537,786

2.3.3 Bề mặt truyền nhiệt F
6
Q
F � i
i 1 K i .ti

Trang 21

Đồ Án Kỹ thuật Thực phẩm
Dũng

GVHD: Đoàn Anh

F1 

Q1
97451, 64

 2,350m 2
K1 .t1 723, 089 �57,357

Tính tốn tương tự như trên ta lần lượt có các giá trị F trong bảng sau:
Xtb(%)

Q (w)

K (w/m2.độ)

Δti

F (m2)

22,50
26,25
31,56
36,90
42,11

97451,64
166423,44
138689,39
107030
85854,99

723,089
703,555
674,251
636,373
591,511

57,357
56,956
56,355
55,593
54,741

2,350
4,153
3,650
3,025
2,651

47,33

65866,45

537,786

53,819

2,276

Ta tính được bề mặt truyền nhiệt:
Flt  2,350  4,153  3, 650  3, 025  2, 651  2, 276  18,105m 2

Từ đó suy ra bề mặt truyền nhiệt thực tế:
Ftt  Flt  10% Flt  18,105  10% �18,105  19,925m 2

Chọn: F = 20 m2

2.4 Kích thước buồng bốc và buồng đốt:
2.4.1 Kích thước buồng bốc:
Đường kính buồng bốc:
Db 

4Vb
(m)
 .H b

(Công thức III.22 trang 120 – Sổ tay thiết kế - Phan Văn Thơm)
Trong đó:
Hb: chiều cao khơng gian hơi (m)
Vb: thể tích buồng bốc (m3)
Với Vb 

Wmax
(m3) (Công thức III.23 trang 120 – Sổ tay thiết kế - Phan Văn Thơm).
 h .U t

Trong đó:
Wmax: lượng hơi thứ bốc lên trong thiết bị (kg/h)
Wmax = 191,52 kg/h
h: khối lượng riêng của hơi thứ (kg/m3) dựa vào t0ht = 500C
h = 0,083 kg/m3(Tra bảng II-7- trang 39 – Sổ tay thiết kế - Phan Văn Thơm).
Ut: cường độ bốc hơi thể tích ở áp suất 1at (m3/m3h).
Chọn: Ut=1600 (m3/m3h).
Thông thường Ut = 1600 - 1700 (m3/m3h). Nhưng áp suất làm việc có ảnh hưởng đáng
kể đếnn Ut. Do đó áp suất khác 1at thì Ut phải nhân thêm hệ số hiệu chỉnh fp
U = Ut . ft (Công thức III.24 trang 120 – Sổ tay thiết kế - Phan Văn Thơm).
Trang 22


Đồ Án Kỹ thuật Thực phẩm
Dũng

GVHD: Đồn Anh

Trong đó:
U: cường độ bốc hơi thể tích ở áp suất khác1atm (m3/m3h)
fb: hệ số hiệu chỉnh tương ứng với Pht. Thường áp suất làm việc từ 215atm tương ứng
với ft 0,950,8
Chọn: ft = 0,8
 U = 1600 x 0,8 = 1280 (m3/m3h)
Ta tính được thể tích buồng bốc:
Vb 

W
191,52


 1,803 (m3)
 h .U p 0, 083 �1280

Vậy đường kính buồng bốc:
Chọn: Hb = 1,6 m
Db 

4Vb
4 �1,803

 1,199 (m)
 .H b
 �1, 6

Chọn: Db=1,6 m = 1600 mm
Vậy chiều cao buồng bốc: H=Hb+h1=1,6+0,5=2,1(m)
2.4.2 Kích thước buồng đốt:
2.4.2.1 Đường kính ống dẫn hơi đốt
d hđ 

Vs
(m)
0,785.hđ

 Trong đó:
Vs : Lưu lượng hơi đốt, m3/s
Vs = D.v”
v” = 0,7715 (m3/kg)

v”: thể tích riêng,

( Tra bảng II-7_trang39_sổ tay thiết kế_Phan Văn Thơm)
D: lượng hơi đốt trong 6 giai đoạn cô đặc, D = 0,298 (kg/s)
 Suy ra: Vs = 0,7715.0,2885 = 0,229 (m3/s).
 Chọn ω = 30 (m/s)
 Đường kính ống dẫn hơi đốt:
d hđ 

Vs
0, 229

= 0,09722 (m) = 98,61 (mm)
0, 785.hđ
0, 785.30

Chọn dhd = 162,737 (mm), dngoài = 168,275 (mm)
(d tra tại: />
2.4.2.2. Xác định số ống truyền nhiệt:
n

F
 �l�d
tn

Trang 23


Đồ Án Kỹ thuật Thực phẩm
Dũng

GVHD: Đoàn Anh

(Tra bảng III - 25 – Tr. 121 –sổ tay thiết kế – Phan Văn Thơm).
Trong đó:
F: Diện tích bề mặt truyền nhiệt , m2
d: Đường kính ống truyền nhiệt, m. Do  1
Chọn:dt =35,052mm= 35,052.10-3(m)
(tra trên trang web:www.engineeringtoolbox)
l: Chiều dài ống truyền nhiệt , l = h2=1m
Vậy số ống truyền nhiệt tính theo thực tế:

 2

n

tt



F
 ��
l d



tt

t

nên d = dt .

20
 181,71 (ống)
3,14 ��
1 35,052.10-3

Từ ntt tra theo (bảng chuẩn II- 37-Tr.79 – sổ tay thiết kế – Phan Văn Thơm).
Chọn chuẩn số ống truyền nhiệt: 187 ống.
Số ống truyền nhiệt danh nghĩa:
Là số ống nằm trong lòng ống dẫn hơi đốt
dhđ=t.(b-1)+4.dng ( m)
t:bước ống, m. Thường chọn t=(1,21,5).dng
dng: đường kính ngoài ống truyền nhiệt, dng=42,164.10-3 m
Chọn: t=1,3x42,164.10-3 =0.055m, dhđ=0,162m
b: số ống trên đường chéo của hình lục giác
b=

d hđ  4 �d ng
t

1 

0,162  4 �42,164.103
 1  0,995m
1.3

Tra chuẩn:
b=1, ứng với số ống danh nghĩa là 3 ống
(tra bảng II- 7 Tr.79- sổ tay thiết kế – Phan Văn Thơm).

Số ống còn lại:n=187-3=184 ống
Vậy ta lắp đặt 184 ống
Bề mặt truyền nhiệt thực tế:
Ftt=.n.dt.l+.l.dhđ=x184x35,052.10-3+x1x0.162=20,76 m2
- Kiểm tra bề mặt truyền nhiệt:
Ftt  Flt
20, 76  20
*100  5%, chấp nhận (
�100  3, 66%  5% )
Ftt
20, 76

Ftt:là bề mặt truyền nhiệt thực tế (gồm ống dẫn hơi đốt)
Flt: là bề mặt truyền nhiệt theo lý thuyết (chưa kể ống dẫn hơi đốt)
2.4.2.3. Đường kính ống tuần hồn trung tâm:

D

th



4 f

t


Trang 24

Đồ Án Kỹ thuật Thực phẩm
Dũng

GVHD: Đồn Anh

(Cơng thức III - 26 Tr.121- sổ tay thiết kế – Phan Văn Thơm).
Trong đó:
ft: tiết diện ngang của ống tuần hồn, (m 2). Thường lấy 20% đến 30% tổng tiết diện
ngang của các ống truyền nhiệt FD.
 .d n2 .n 2
FD 
(m ) (Công thức III – 27- t r.121- sổ tay thiết kế – Phan Văn Thơm).
4

Đường kính ngồi của ống tryền nhiệt là: dn = dt + 2  = 42,164.10-3(m)
Chọn ft = 25%*FD. Với FD=0,261 (m2)
Ft=0,25x(3,14xdn2xn)/4=0,25x(3,14x187x(42,164.10-3)2)/4=0,065(m2)
 Dth  (4 �0, 065) / 3,14  0, 288(m)
2.4.2.4. Diện tích ống tuần hoàn trung tâm:
2
Fth= 2 �D th �l   �
l�
D th  3,14 �0, 288 �1  0, 904( m )

2

Tổng diện tích của ống truyền nhiệt:
Ftn = Ftt – Fth =20– 0,904 =19,096m2
Số ống truyền nhiệt còn lại:

n

F
 ��
l d



tn

t

ống)
19,096
 173,5
-3
3.14 ��
1 35,052.10

2.4.2.5. Đường kính buồng đốt:
Đối với thiết bị cơ đặc có buồng đốt trong và bố trí ống theo hình lục giác đều:
2

D

d



Trong đó:



o

0.4  sin 60 F tn d n

 l

  D th  2  d n  ^ 2

t
, hệ số thường: (1.3 -1.5).
dn

t: bước ống t= (1,2 – 1,5)*dn. Do ở trên chọn t = 1.3 dn , suy ra =1,3
 : hệ số sử dụng lưới đỡ ống , thường ( =0,7-0,9). Chọn  =0,9
l: chiều dài của ống truyền nhiệt (m), l=1m
dn: đường kính ngồi của ống truyền nhiệt (m), dn= 42,164.10-3(m)
sin600 do xếp ống theo hình lục giác đều nên 3 ống cạnh nhau ở 2 dảy sát nhau nhau
tạo thành một tam giác đều có góc = 600
Ftn: Diện tích bề mặt truyền nhiệt (m2), Ftn =19,096(m2)
Dth: đường kính ngồi của ống tuần hồn(m), Dth=0,288(m)

D

d



0, 4 �1.32 �sin 60o �19, 096 �42,164.10-3

 (0.288  (2 �1,3 �42,164.103 )) 2  0.826 m
0,9 �1
Trang 25