Bài tập lớn Kỹ Thuật Thực Phẩm
LỜI CÁM ƠN
Đầu tiên, nhóm xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến Ban giám hiệu trường Đại học
Nha Trang, tập thể các thầy cô giảng dạy ở Khoa Công Nghệ Thực phẩm đã tận
tình truyền đạt cho nhóm em những kiến thức cũng như kinh nghiệm trong quá
trình học tập tại trường cũng như tạo cho nhóm em một trường học tập năng
động và hiện đại . Đặc biệt hơn nữa em xin cảm ơn đến cô Trần Thanh Giang,
người đã trực tiếp hướng dẫn, giúp đỡ, góp ý trong quá trình em hoàn thành bài
tập lớn này. Em cũng xin cảm ơn đến Thư viện của trường đã tạo điều kiện cho
em được tiếp xúc và cung cấp những tài liệu, cần thiết, hữu ích cho em hoàn
thành tốt bài tập lớn. Trong thời gian làm bài tập lớn, mặc dù đã cố gắng trong
việc hoàn thiện bài nhưng do kiến thức chuyên môn còn hạn hẹp nên không
tránh khỏi những thiếu sót nhất định. Rất mong nhận được sự góp ý của cô để
bài báo cáo của em được hoàn chỉnh hơn.
Em xin cám ơn rất nhiều.
.
GVHD: Trần Thanh Giang Page 1
Bài tập lớn Kỹ Thuật Thực Phẩm
MỤC LỤC DANH MỤC BẢNG BIỂU VÀ HÌNH
Bảng 2.1. Tóm tắt nhiệt độ, áp suất (giả thiết) của các dòng hơi 9
Bảng 2.2.
Tổn thất nhiệt do nồng độ gây ra 10 Bảng 2.3.
Nhiệt hóa hơi phụ thuộc áp suất 10 Bảng 2.4.
Khối lượng riêng của dung môi và dung dịch 11 Bảng 2.5.
Thông số tính toán 15 Bảng 3.1.
Giá trị A phụ thuộc vào nhiệt độ màng 18 Bảng 3.2.
Giá trị A phụ thuộc vào nhiệt độ màng 22 Bảng 4.1.
Đường kính ống dẫn 32 Bảng 5.1.
Chọn bích nối nắp và buồng bốc 42 Bảng 5.2.
Chọn bích nối buồng đốt với đáy 43 Bảng 5.3.
Chọn thông số cho tai treo thiết bị thằng đứng 48 Bảng 5.4.

• Vì tất cả những lý do trên, việc cải tiến sản xuất, nâng cao, mở rộng nhà
máy, đổi mới dây chuyền thiết bị công nghệ, tăng hiệu quả các quá trình là
hết sức cần thiết và cấp bách, đòi hỏi phải chuẩn bị từ ngay bây giờ. Trong
đó, cải tiến thiết bị cô đặc là một yếu tố quan trọng không kém trong hệ
thống sản xuất vì đây là một thành phần không thể xem thường.
• Nhiệm vụ: Thiết kế hệ thống cô đặc dung dịch nước mía bằng hệ thống cô
đặc 2 nồi ngược chiều liên tục.
- Năng suất sản phẩm: 3000kg/h
- Nồng độ ban đầu: 8%
GVHD: Trần Thanh Giang Page 3
Bài tập lớn Kỹ Thuật Thực Phẩm
- Nồng độ cuối: 25%
- Áp suất hơi đốt: 3at
- Áp suất ngưng tụ: Pck = 0.3at
1.2. Sơ lược về quá trình cô đặc:
o Cô đặc là quá trình làm bay hơi một phần dung môi của dung dịch chứa
chất tan không bay hơi, ở nhiệt độ sôi với mục đích:
o Làm tăng nồng độ chất tan.
o Tách các chất rắn hòa tan ở dạng tinh thể.
o Thu dung môi ở dạng nguyên chất.
o Quá trình cô đặc được tiến hành ở nhiệt độ sôi, ở mọi áp suất (áp suất chân
không, áp suất thường hay áp suất dư), trong hệ thống một thiết bị cô đặc
hay trong hệ thống nhiều thiết bị cô đặc. Trong đó:
o Cô đặc chân không dùng cho các dung dịch có nhiệt độ sôi cao, dễ bị phân
hủy vì nhiệt.
o Cô đặc ở áp suất cao hơn áp suất khí quyển dùng cho dung dịch không bị
phân hủy ở nhiệt độ cao như các dung dịch muối vô cơ, để sử dụng hơi thứ
cho cô đặc và cho các quá trình đun nóng khác.
o Cô đặc ở áp suất khí quyển thì hơi thứ không được sử dụng mà được thải ra
ngoài không khí. Đây là phương pháp tuy đơn giản nhưng không kinh tế.

hơi đốt của nồi sau.Thông thường nồi đầu làm việc ở áp suất dư, còn nồi
cuối làm việc ở áp suất thấp hơn áp suất khí quyển.
o Hệ thống cô đặc xuôi chiều thường được dùng phổ biến hơn cả, loại này có
ưu điểm là dung dịch tự di chuyển từ nồi trước sang nồi sau nhờ chênh lệch
áp suất giữa các nồi, nhiệt độ sôi của nồi trước lớn hơn nồi sau do đó dung
dịch đi vào mỗi nồi (trừ nồi đầu) đều có nhiệt độ cao hơn nhiệt độ sôi, kết
quả là dung dịch sẽ được làm lạnh đi, lượng nhiệt này sẽ làm bốc hơi thêm
một lượng nước gọi là quá trình tự bốc hơi. Nhưng khi dung dịch đi vào nồi
đầu có nhiệt độ thấp hơn nhiệt độ sôi do đó cần phải tốn thêm một lượng
hơi đốt để đun nóng dung dịch, vì vậy khi cô đặc xuôi chiều dung dịch
GVHD: Trần Thanh Giang Page 5
Bài tập lớn Kỹ Thuật Thực Phẩm
trước khi vào nồi đầu thường được đun nóng sơ bộ bằng hơi phụ hoặc nước
ngưng tụ.
o Khuyết điểm của cô đặc xuôi chiều là nhiệt độ của dung dịch ở các nồi sau
thấp dần, nhưng nồng độ của dung dịch lại tăng dần, làm cho độ nhớt của
dung dịch tăng nhanh, kết quả hệ số truyền nhiệt sẽ giảm đi từ nồi đầu đến
nồi cuối.
o Cấu tạo thiết bị cô đặc: Trong công nghệ hóa chất và thực phẩm các loại
thiết bị cô đặc đun nóng bằng hơi được dùng phổ biến, loại này gồm 2 phần
chính:
 Bộ phận đun sôi
- Dung dịch (buồng đốt) trong đó bố trí bề mặt truyền nhiệt để đun sôi
dung dịch.
 Bộ phận bốc hơi (buồng bốc)
- Là một phòng trống, ở đây hơi thứ được tách khỏi hỗn hợp lỏng – hơi
của dung dịch sôi (khác với các thiết bị chỉ có phòng đốt). Tùy theo mức độ cần
thiết người ta có thể cấu tạo thêm bộ phận phân ly hơi – lỏng ở trong phòng bốc hơi
hoặc trên ống dẫn hơi thứ, để thu hồi các hạt dung dịch bị hơi thứ mang theo.
o Về phân loại có thể phân loại thiết bị theo 2 cách:

độ yêu cầu thì được đưa ra ngoài vào bể chứa sản phẩm. Ở nồi 1 hơi
đốt được cung cấp từ ngoài vào, còn ở nồi 2 thì hơi đốt chính là hơi
thứ của nồi 1.
GVHD: Trần Thanh Giang Page 7
Bài tập lớn Kỹ Thuật Thực Phẩm
CHƯƠNG 2. CÂN BẰNG VẬT CHẤT VÀ NĂNG LƯỢNG
2.1. Dữ kiện ban đầu :
o Dung dịch nước mía. Nhiệt độ đầu vào nguyên liệu chọn là 25oC
- Nồng độ đầu xđ = 8 %
- Nồng độ cuối xc = 25%.
- Năng suất Gc = 3000 (kg/h)
- Gia nhiệt bằng hơi nước bão hoà với áp suất là: Phđ = 3 at.
- Áp suất ở thiết bị ngưng tụ baromet: P = 0,3 at.
2.2. Cân bằng vật chất:
2.2.1. Suất lượng nhập liệu.
- Áp dụng phương trình cân bằng vật chất:
ccdd
xGxG
=
= (CT.Tr 158-[5])
⇒
Suy ra:
9375
8
253000
.
=
×
==
d

- Gọi W1, W2, là lượng hơi thứ của nồi 1, 2 kg/h.
- Để đảm bảo việc dùng toàn bộ hơi thứ của nồi trước cho nồi sau,
thường người ta phải dùng cách lựa chọn áp suất và lưu lượng hơi thứ
ở từng nồi thích hợp.
Ta chọn:
2
1
W
W
= 1.1
- Khi đó ta có hệ phương trình:
2
1
W
W
= 1,1

6375
21
=+
WW
- Giải hệ trên có kết quả: W1 = 3339 kg/h.
W2 = 3036 kg/h.
2.2.4. Xác định nồng độ dung dịch từng nồi
- Nồng độ cuối của dung dịch ra khỏi nồi 1: (CT 5.26 Tr 162 [5]).
%25
)30363339(9375
89375
)(
21

d
dd
c
=12,43%
2.3. Cân bằng nhiệt lượng
2.3.1. Xác định áp suất và nhiệt độ của mỗi nồi
- Gọi: P1, P2, Pnt là áp suất ở nồi 1, 2, và thiết bị ngưng tụ.
-
1
P∆
: hiệu số áp suất của nồi 1 so với nồi 2.
-
2
P
∆
: hiệu số áp suất của nồi 2 so với thiết bị ngưng tụ.
-
t
P∆
: hiệu số áp suất của cả hệ thống.
- Ta có: Áp suất của hơi đốt vào nồi 1: P
1
= 3 at.
- Áp suất của thiết bị ngưng tụ Baromet: P
nt
= 0,3 at.
- Khi đó hệ số áp suất cho cả hệ thống cô đặc là:
∆P
t
= P

1
= 3 - 1,75=1,25 (at).
2.3.2. Xác định nhiệt độ trong mỗi nồi
- Gọi: t
1hd
, t
2hd
, t
nt
là nhiệt độ đi vào nồi 1, 2, thiết bị ngưng tụ.
- t
1ht
, t
2ht
là nhiệt độ hơi thứ ra khỏi nồi 1, 2.
- Giả sử tổn thất nhiệt độ trên đường ống từ nồi 1 sang nồi 2 là 1
C
°
t
ht1
= t
hd2
+ 1
GVHD: Trần Thanh Giang Page 10
Bài tập lớn Kỹ Thuật Thực Phẩm
t
ht2
= t
nt
+ 1

sdd
- t
ο
sdmnc
(ở cùng áp suất)
- Áp dụng công thức Tisenco: (CT VI.10 Tr 59 [2]).

Cf
o
°∆=∆ ,.''
Với f = 16,2
r
T
s
2
×
(CT VI.11 Tr 59 [2]).
Trong đó:

o
'∆
: tổn thất nhiệt độ do t
sdd
> t
sdm
ở áp suất thường.
f: hệ số hiệu chỉnh.
T
s
: là nhiệt độ sôi của dung môi nguyên chất (

o
°=
×
+
××=
+
×× 52,0
102243
)2734,106(
2,165,0
)273(
2,16
3
2
1
2
Nồi 2: ∆'
2
=
⇨ Vậy tổng tổn thất nhiệt độ do nồng độ trong toàn hệ thống:
∆' = ∆'
1
+ ∆'
2
= 0,52+0,15 = 0,67
C
°
.
2.3.3.2. Tổn thất nhiệt do áp suất thủy tĩnh (
"∆

odmddop
HH )].(014.026,0[
ρρ
−+=⇒
(CT 4.20 ST VDBT T10-Tr 185).
GVHD: Trần Thanh Giang Page 12
Bài tập lớn Kỹ Thuật Thực Phẩm
- Từ
∆
P ta sẽ tính được áp suất trung bình của dung dịch ở từng nồi
thông qua công thức: P
tbi
= P’
i
+
i
P∆
( i ): nồi thứ i
Bảng 2.4. Khối lượng riêng của dung môi và dung dịch
Tra bảng I.5 – I.86 STQTTB T1 – [Tr 11 – 58]
x
(%)
c
t,
C
°
3
/ mkg
dd
ρ

P∆
=1,3+
4
1081,9
26,181,983,4765.0
×
×××
at
- Tra sổ tay tại: P
1tb
= 1,3(at) ta có t”
1
= 106,45
C°
.

Ctt °=−=−=∆ 05,04,10645,106'""
111

Nồi 2:
odmddo
HH )].(0014,026,0[
ρρ
−+=

= [0,26 + 0,0014.( 978,03 -489,02)].1,5 = 1,3(m).
Áp suất trung bình:
=∆+=
222
' PPP

- Chấp nhận tổn thất nhiệt độ trên các đoạn ống dẫn hơi thứ từ nồi này
sang nồi kia và từ nồi cuối đến thiết bị ngưng tụ là
C°1
.
Do đó:
.1'".1'"
21
CC
°=∆°=∆

C
°=∆+∆=∆⇒
∑
2'"'"'"
21
.
- Tổn thất nhiệt độ cả hệ thống ∑∆= ∆'+∆"+∆"'=0,67+1,93+2=4,6 .
2.3.3.4. Chênh lệch nhiệt độ hữu ích của từng nồi và cả hệ thống
- Chênh lệch nhiệt độ hữu ích ở mỗi nồi:
Nồi 1: ∆
1i
t
=
1hd
t
-
2hd
t
-∑∆
1

x: nồng độ khối lượng của dung dịch, phần khối lượng.
Ban đầu: Nhiệt dung của dung dịch ban đầu (t
d
= 106,97
C
°
, x = 8 %)
C
d
= 4190 - ( 2514 - 7,542.106,97 ).0,08 = 4053,42 (J/Kg.độ)
Nồi 1: Nhiệt dung của dung dịch ra khỏi nồi 1 (t
1s
= 106,97
C
°
, x = 25 %)
C
1
= 4190 - ( 2514 - 7,542.106,97 ).0,25 = 3763,2 (J/Kg.độ)
Nồi 2: Nhiệt dung của dung dịch ra khỏi nồi 2 (t
2s
= 71,63, x = 12,43 %)
C
2
= 4190 - ( 2514 - 7,542.71,63 ).0,1243 = 3944,66 (J/Kg.độ)
2.4.2. Nhiệt lượng riêng
GVHD: Trần Thanh Giang Page 14
Bài tập lớn Kỹ Thuật Thực Phẩm
- Gọi: D
1

, t
c
: nhiệt độ đầu và cuối của dung dịch
C
°
- θ
1
, θ
2
: nhiệt độ nước ngưng ở nồi 1 và nồi 2
C
°
- C
1ng
,C
2ng
: nhiệt dung riêng của nước ngưng ở nồi 1 và nồi 2 oC
- Q
1tt
,Q
2tt
:nhiệt tổn thất ra môi trường xung quanh từ nồi 1 và nồi 2(W)
• Nhiệt lượng vào gồm có:
Nồi 1: Nhiệt do hơi đốt mang vào: D
1
I
1
Nhiệt do dung dịch đầu mang vào: (G
đ
-W

1ng
θ
1
Do tổn thất chung: Q
1tt
= 0,05D(I
1
-C
1ng
θ
1
)
Nồi 2: Hơi thứ mang ra: W
2
i
2
Do dung dịch mang ra: (G
d
-W
2
)C
2
t
2s
GVHD: Trần Thanh Giang Page 15
Bài tập lớn Kỹ Thuật Thực Phẩm
Do hơi nước ngưng tụ: D
2
C
2ng

+(G
đ
-W).C
1
.t
1s
+D
1
C
1ng
θ
1
+
0,05.D.(I
1
-C
1ng
θ
1
) (1)
- Nồi 2: D
2
I
2
+
đđđ
tCG
= W
2
i

1
i
1
; W = W
1
+ W
2
(2)
Ta có: (2) W1(0,95i
1
-C
2
t
2s
+i
2
-0,95C
2ng
θ
2
) = Wi
2
+(G
đ
-W)C
2
t
2s
-G
đ

Với: θ
1
= t
hd1
; θ
2
=t
hd2
⇨Vậy lượng hơi thứ bốc lên ở nồi 1 là:
GVHD: Trần Thanh Giang Page 16
Bài tập lớn Kỹ Thuật Thực Phẩm
)/(7,3321
4,10502,422795,0106,262563,7166,39441052,268995,0
63,7142,4053937563,7166,3944)63759375(106,26256375
33
3
1
hkgW =
××−×+×−××
××−××−+××
=
- Lượng hơi thứ bốc lên ở nồi 2:
2 1
W W W
= −
=6375-3321,7= 3053,3(kg/h)
- Tính sai số:
%52,0%100
7,3321
33397,3321

η
<
chấp nhận được.
- Lượng hơi đốt tiêu dùng
hkg /7,4070
)9,1329,4284102730(95,0
63,7166.3944)3,30539375(97.1062,3763)63759375(1052,26897,3321
3
3
=
×−××
××−−××−+××
=
−
−−−+
=
).(95,0
.).(.).(
111
2221111
1
θ
ng
sdsd
CI
tCWGtCWGiW
D
- Lượng hơi đốt tiêu tốn riêng:
- Theo công thức 4.8, trang 182, [4]:
m = == 0,64 (kg

= 0,742.10
-3
(m
2
.K/W)
- Chọn:
là: nhiệt trở cặn bẩn hơi nước phía vách ngoài tường
Chọn là: 0,232.10
-3
(m
2
.K/W) (tra bảng V.I, trang 4, [2])
là: nhiệt trở cặn bẩn dung dịch đường phía vách trong tường
Chọn là: 0,387.10
-3
(m
2
.K/W) (tra bảng V.I, trang 4, [2])
= 2mm: bề dày ống truyền nhiệt
- Chọn loại ống truyền nhiệt là loại thép không rỉ X18H10T có =
16,3 (W/m.K)
- Nhiệt tải riêng trung bình:
Nồi I: q
tb1
=
- Trong đó: q
1
: nhiệt tải riêng phía hơi đốt cấp cho thành thiết bị.
- Ta có công thức tính q
1

ta có: 191,7
- Thay các giá trị vào công thức (*) ta có:
= 2,04 = 11153,46 (W/m
2
K)
- Thay vào côg thức (1) ta có:
q
1
= 11153,46 . 2,26 = 25206,82 (W/m
2
)
q
2
: nhiệt tải phía dung dịch sôi.
- Ta có công thức tính q
2
= .(2)
Với: t
2
là hệ số nhiệt độ của bề mặt truyền nhiệt và của dung dịch sôi
- Ta có công thức tính q
2
: q
2
= . (2)
Với: = t
w2
– t
2
là hiệu số nhiệt độ của bề mặt truyền nhiệt và của dung dịch sôi.


Trong đó:
n
: hệ số cấp nhiệt của nước khi cô đặc theo nồng độ dung dịch
n
= 0,145.
2,33
p
0,5
(CT V.91, trang 26, [2])
: là áp suất tuyệt đối trên mặt thoáng (N/m
2
)
GVHD: Trần Thanh Giang Page 19
Bài tập lớn Kỹ Thuật Thực Phẩm
= 0,1457,23
2,33
(1,3
4
)
0,5
= 5199,56(W/m
2
K)
C
dd
: nhiệt dung riêng của dung dịch khi cô đặc theo nồng độ dung dịch
⇨ C
dd
= C

0
C, ta có µ
2
= 1,707.10
-3
(N.s/m
2
)
⇒
θ
2
= 1,41
0
C
Tra µ
1
, µ
2
dựa vào bảng I.112 STQTTB,T
1
/ trang 114
Tra θ
1,
θ
2
dựa vào bảng I.102 STQTTB,T
1
/ trang 94
k = = 1,34
Từ đó ta có:

: khối lượng riêng của dung dịch = (kg/m
3
)
GVHD: Trần Thanh Giang Page 20
Bài tập lớn Kỹ Thuật Thực Phẩm
M: khối lượng mol trung bình của dung dịch
M = x.M
đường
+ (1-x).M
nước
= (kf/kmol)
= 0,25(g/mol)
A: hệ số phụ thuộc mức độ liên kết của chất lỏng, đối với nước
A = 3,58.10
-8
(ST QTTB T1 – Tr123)

n
: độ dẫn điện nước:
0,6842 (Tra bảng I.249 STQTTB T1/trang 311)
=
=
= 3498,38 (W/m
2
K)
q
2
=
dd
.t

(j/kg) là ẩn nhiệt ngưng tụ của hơi đốt.
chiều cao bề mặt truyền nhiệt.
A là trị số phụ thuộc nhiệt độ ngưng tụ của nước. A=
Bảng 3.1. Giá trị A phụ thuộc vào nhiệt độ màng
(Tra STQTTB T2/trang 29)
2 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200
A 104 120 139 155 169 179 188 194 197 199 199
GVHD: Trần Thanh Giang Page 21
Bài tập lớn Kỹ Thuật Thực Phẩm
Với =
Chọn =
= T- t
1
= 3,62 t
T1
= T- = 105,4 – 3,62 = 101,7
(T+t
T1
) = (105,4 + 101,78) = 103,59ta có: 181,02275
- Thay các giá trị vào công thức (*) ta có:
= 2,04 = 9455,99 (W/m
2
K)
- Thay vào công thức (1) ta có:
q
1
= 9455,99. 3.62 (W/m

∑
t
w2
= t
w1
–q
1
.r
∑
= 105,4 – 0,742.10
-3
= 80

2
= 80 – 71,63 = 8,37
- Hệ số cấp nhiệt từ thành thiết bị đến dung dịch
2
được tính bởi công
thức: [CT VI.27 T2 – Tr71];
= (W/m
2
K)
Trong đó:
n
: hệ số cấp nhiệt của nước khi cô đặc theo nồng độ dung dịch

n
= 0,145.
2,33
p

độ nhớt dung dịch khi cô đặc theo nồng độ dung dịch
→Lấy nước làm chất tiêu chuẩn, dung dịch có nồng độ x
2
= 12,43%
Chọn t
1
= 50
0
C, ta có µ
1
= 0,3920.10
-3
(N.s/m
2
)
⇒
θ
1
= 73,38
0
C
Chọn t
2
= 40
0
C, ta có µ
2
= 0,4148.10
-3
(N.s/m

-8
. 3944,66. 978,03 = 0,354
Trong đó:
C
p
: nhiệt dung riêng đẳng áp của dung dịch = 3944,66 (j/kgK)
: khối lượng riêng của dung dịch = 978,03 (kg/m
3
)
M: khối lượng mol trung bình của dung dịch:
→ M = x.M
đường
+ (1-x).M
nước
= (kf/kmol) = 0,1243. 342 + (1-0,1243). 18
= 58,27 (g/mol)
A: hệ số phụ thuộc mức độ lien kết của chất lỏng, đối với nước
→A =3,58.10
-3
(ST QTTB T1 – Tr123)
GVHD: Trần Thanh Giang Page 23
Bài tập lớn Kỹ Thuật Thực Phẩm
n
: độ dẫn điện nước (Tra bảng I.249 STQTTB T1/trang 311)
n= 0,683
= (W/m
2
K)
=
= 3953,37 W/m

2
.độ)
3.2.3. Diện tích bề mặt truyền nhiệt
3.2.3.1. Hiệu số nhiệt dộ hữu ích thực của mỗi nồi
- Công thức chung: (Tr 168 tập 5)
(
Trong đó:
i1
=
=
Q
1
=2536,27.10
3
(W)
Q
2
= 2639,62.10
3
W
= + = + = 5352,77
- Tính cho nồi 1:
- Tính cho nồi 2:
3.2.3.2. diện tích bề mặt truyền nhiệt.
GVHD: Trần Thanh Giang Page 24
Bài tập lớn Kỹ Thuật Thực Phẩm
Nồi 1: F
1
= = 89,67 m
2