Đồ án môn học Quá trình & Thiết bò - Thiết kế thiết bò cô đặc nước cam bằng phương pháp lạnh
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 bò 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 bò 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 gồm các phần chính như sau :
Giới thiệu tổng quan về nguyên liệu và quy trình công nghệ sản xuất sản phẩm nước cam
cô đặc.
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 bò chính.
Tính chọn thiết bò phụ.
Tính giá thành sản phẩm.
Đánh giá hiệu quả hoạt động, ưu - nhược điểm của thiết bò 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 thiện
hơn.
Em xin gửi lời cảm ơn đến tập thể các thầy cô bộ môn Máy & Thiết bò đã trang bò 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.
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 : Ngô Lâm Tuấn Anh Trang 2
Đồ án môn học Quá trình & Thiết bò - Thiết kế thiết bò cô đặc nước cam bằng phương pháp lạnh
da hồ đào dày và dễ lột vỏ, không hạt. Quả cho chất lượng tốt khi đạt độ chắc và khối lượng nhất
đònh, 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
quá trình chế biến dễ phát sinh vò đắng.
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 Đòa 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 bò
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 thòt.
Cam ngọt (acidless orange)
Loại này được trồng chủ yếu ở Đòa 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.
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,
xã Nghi Diên, huyện Nghi Lộc, tỉnh Nghệ An. Quả ngon, thơm có vỏ mỏng và bóng, 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 Tónh); Cam voi ở Tuyên Hoá (Quảng Bình).
n
h
Nước 88,06
75,95
%
Protein 0.9
-
%
Tinh dầu vết
2,4
%
Sacharose
Glucose
Frutose
3.59
1.25
1.45
1,22
3,49
3,24
%
Acid hữu cơ
1,41 0,22 %
Cellulose 0,47
3,49
%
Pectin 1,41
0,22
%
mg%
B1 0.04
0,02
mg%
B2 0.06
-
mg%
PP 0.75
1,27
mg%
C 65
170
mg%
Bảng 2 – Đặc điểm kỹ thuật của cam, quýt, chanh Việt Nam ([13],244)
Chỉ tiêu
Cam sành
(Bố Hạ)
Cam chanh
(Xã Đoài)
Quýt
(Lí Nhân)
Chanh
(Hoà Bình)
Khối lượng quả, g 260 240 40 64
Đường kính quả, mm 88 80 45 5,1
Hàm lượng chất khô, % 11,5 11,5 10 7,0
Độ acid - - 0,75 -
pH 3,2 3,2 - 3,8 - 2,5 - 2,6
I.5. Thu hoạch và bảo quản
SVTH : Ngô Lâm Tuấn Anh Trang 4
Bảng 3 - So sánh hàm lượng còn lại của một số chất thơm trong sản phẩm cô đặc bằng hai
phương pháp theo Grenco ([7],bảng 11-1,trang 222)
Chất thơm Nước ép ban
đầu (13
0
Bx)
Tỉ lệ hàm lượng còn lại sau khi cô đặc (%)
Bằng kết tinh
(đến 45-50
0
Bx)
Bằng bốc hơi có gia nhiệt
(đến 60
0
Bx)
Tổng hàm lượng 100 91.4 0.05
Axetaldehyt 100 37.5 0.05
Axetat etyl 100 30 0.05
Ethanol 100 64 0.05
Butylat etyl 100 94 0.05
limonen 100 100 0.05
SVTH : Ngô Lâm Tuấn Anh Trang 5
Đồ án môn học Quá trình & Thiết bò - Thiết kế thiết bò cô đặc nước cam bằng phương pháp lạnh
II.2. Sơ đồ quy trình công nghệ
Hình 2 – Sơ đồ quy trình công nghệ sản xuất nước cam cô đặc
II.2. Thuyết 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…
lọc.
Nguyên lý hoạt động
Giai đoạn cắt : chén phía trên di chuyển xuống, tạo một lực nén cắt hai đầu của quả cam.
SVTH : Ngô Lâm Tuấn Anh Trang 7
Đồ án môn học Quá trình & Thiết bò - Thiết kế thiết bò cô đặc nước cam bằng phương pháp lạnh
Giai đoạn ép : phần trục của chén trên tiếp tục di chuyển xuống phía dưới, áp lực tăng,
đẩy phần dòch 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, dòch quả và phần thòt quả sẽ được ép ra ngoài.
Lc thô
Sau khi ép, phần dòch quả và thòt 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 bò 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 bò 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 bò 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 nhiệt
Tiến hành gia nhiệt dòch ép bằng thiết bò gia nhiệt dạng ống chùm hay ống lồng ống. Mục đích
của quá trình gia nhiệt là làm kết tủa các thành phần không tan trong dòch 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 bò biến tính và tạo tủa. Kết tủa sẽ được lắng xuống đáy bồn và kéo theo các
hợp chất gây vò đắng. Quá trình này góp phần làm cho dung dòch 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 70-75
o
C từ 5-10 phút để tránh tổn thất chất khô.
chắc còn nhằm mục đích đảm bảo quá trình thanh trùng không bò bật nắp hay hở mối ghép.
Thanh trùng
Thanh trùng là một quá trình quan trọng có tính chất quyết đònh 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 trò cảm quan
và dinh dưỡng.
Bảo quản
Mục đích của quá trình bảo quản là nhằm theo dõi sự ổn đònh của sản phẩm, sớm phát hiện các
đồ hộp bò hư hỏng. Thời gian ổn đònh 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
o
C 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 thò trường và đến tay người tiêu dùng.
SVTH : Ngô Lâm Tuấn Anh Trang 9
Đồ án môn học Quá trình & Thiết bò - Thiết kế thiết bò cô đặc nước cam bằng phương pháp lạnh
PHẦN 2
TÍNH CÂN BẰNG VẬT CHẤT
CHO THIẾT BỊ KẾT TINH
I. TÍNH CÂN BẰNG VẬT CHẤT 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
1.8
Lipid g
- -
-
Glucid g 8.4
11.3
9.4
Cellulose g 1.4
0.6
4.0
Nồng độ phần
khối lượng, x%
Nhiệt độ kết
tinh,
o
C
Khối lượng riêng
ρ, kg/m
3
2 0 994
10 -1 1037
20 -2 1089
30 -5 1142
Đồ án môn học Quá trình & Thiết bò - Thiết kế thiết bò cô đặc nước cam bằng phương pháp lạnh
Chọn mô hình kết tinh 2 cấp
• Cấp 1 : từ -1
o
C (x=0.1) đến -2
o
C (x=0.2)
, ∆M
2
= Tổn thất sau lọc do dich ép bám lên tinh thể K
1
, K
2
sau KT1 và KT2
K
1
, x
k1
: Khối lượng tinh thể thô và nồng độ chất khô bám lên tinh thể thô sau KT1
K
2
, x
k2
: Khối lượng tinh thể thô và nồng độ chất khô bám lên tinh thể thô sau KT2
K
3
: khối lượng tinh thể nước đá còn sau thiết bò rửa
M
3
: Lượng nước rửa tại thiết bò rửa
I.3.1. Tại thiết bò kết tinh 1 :
Cân bằng vật chất tính cho 1 kg dòch nhập liệu:
+=
+=
x x
−
−
= = =
− −
−
−
= = =
− −
Trong đó x
đ
= 0,1, x
1
= 0,2, x
k1
= 0,02 ; G
đ
= 1 kg/h
I.3.2. Tại thiết bò lọc 1
Mục đích : Lọc dòch cái 1 và tinh thể nước thô. Sau đó đưa tinh thể nước đá thô đi qua
máy rửa
Chọn thiết bò lọc ly tâm để lọc tinh thể
Chọn các thông số cho quá trình lọc
• ρ
d1
: khối lượng riêng của dòch cái sau kết tinh 1
• ρ
1
: khối lượng riêng
• f
3
3
5
11
1
11
111
11
−
−
−
=
−
−
=
−
−
=∆=∆
ρ
ρδ
Trong đó ρ
d1
= 1089 kg/m
3
; ρ
d1
= 1037 kg/m
3
; f
1
sau khi lọc (khối lượng còn M
1
- ∆M
1
) sẽ được đem kết tinh lần 2 thu được
dòch M
2
và khối tinh thể thô K
2
với nồng độ chất khô tương ứng là x
2
, x
k2
. Ta có
+=∆−
+=∆−
2222111
2211
)( xMxKxMM
MKMM
k
=>
Lượng dòch cái ∆M
2
còn sót trong khối tinh thể là
kgMM
xx
xx
d
f
M
k
d
3
3
5
11
22
12
22
222
2
10.402,21558,0.
10.3.1037
1142.10.7,0.6
).(.
..6
−
−
−
==∆−
−
Trong thiết bò rửa các tinh thể K
1
và K
2
chỉ bò mài mòn về kích thước chứ không bò
giảm về số lượng tinh thể, do đó nó thay đổi kích thước (d
1
’, d
2
’), độ bám dính bề mặt
(f
1
’, f
2
’) theo tỷ lệ tổn hao khối lượng tinh thể (∆). Thông thường ∆ = 0.01−0.15 nên ta
chọn ∆ = 0,1.
Tính cân bằng vật chất
• Theo khối lượng :
K
1
+ K
2
+ M
3
+ ∆M
1
+ ∆M
2
= K
3
+ ∆M
2
x
2
= (1 - ∆)K
1
x
k1
+ (1 - ∆)K
2
x
k2
+ M’
3
x
3
+ 0
Lượng tinh thể sau rửa là
SVTH : Ngô Lâm Tuấn Anh Trang 13
%74,0
5081,0
3,0.0024,02,0.0082,0)02,0.1558.002,0.5556,0.(1,0
'
).(
3
22112211
=
+++
=
∆+∆++∆
−−−
−
−
+−
−
∆
d
d
kd
k
d
k
d
xx
d
f
xx
xx
/d
2
d’
1
/d
1
= d’
2
/d
2
= ∆
2/3
= (0,1)
2/3
= 0,21544
=> d’
1
= d’
2
= 6,4632.10
-4
m
Giả sử :
1
1
1
1
''
δ
δ
∆M
3
=
( )
−−−
−
−
+
+−
−
−
−−
−
1.02,0
+ ∆M
3
K
1
x
k1
+ K
2
x
k2
+ 0 + ∆M
1
x
1
+ ∆M
2
x
2
= (1 - ∆)K
1
x
k1
+ (1 - ∆)K
2
x
k2
+ M’
3
x
II.1. Năng suất thành phẩm
5000T/năm = 5000.10
3
kg/(300ngày*16giờ/ngày) = 1041,7 kg/h
II.2. Năng suất thiết bò cô đặc:
Nếu tổn thất sau quá trình thanh trùng và rót chai là 1%
Gc = 1041,7/0,99 = 1052,2 kg/h
II.3. Năng suất nhập liệu vào thiết bò cô đặc
Tỷ lệ dòch cô thu được so với dòch đầu là 0,286
G
đ
= 1052,2/0,286 = 3679,1 kg/h
II.4. Khối lượng nước ép vào máy ly tâm (lọc tinh),
Chọn tổn thất là 0,5%
Gv(lọc tinh) = 3679,1/0,995 = 3697,6 kg/h
II.5. Khối lượng nước ép vào thiết bò gia nhiệt
Chọn tổn thất trong quá trình gia nhiệt là 0,5%
Gv(gia nhiệt) = 3697,6/0.995 = 3716,2 kg/h
II.6. Khối lượng nước ép vào thiết bò lọc thô,
Chọn tổn thất là 1,0%
Gv(lọc thô) = 3753,7 kg/h
II.7. Khối lượng nguyên liệu vào máy ép,
Biết hiệu suất ép là 85%
Cho tỷ lệ bã (bao gồm vỏ, hạt, …) và dòch tách ra trong quả là 5/3 = 1.667
Khối lượng dòch ép ra = 3753,7 kg/h
Khối lượng dòch 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
Đầu vào
(kg/h)
Đầu ra
(kg/h)
1 Nhập nguyên liệu 5.0%
12201.6
2 Chọn lọc, phân loại 3.0% 12201.6 11835.5
3 Rửa 0.5% 11835.5 11776.3
4 Ép
Nguyên liệu
15.0%
11776.3 11113.9
Bã 7360.2 7360.2
Dòch ép 4416.1 3753.7
5 Lọc thô 1.0% 3753.7 3716.2
6 Gia nhiệt 0.5% 3716.2 3697.6
7 Ly tâm - lọc tinh 0.5% 3697.6 3679.1
8 Cô đặc 71.4% 3679.1 1052.2
9 Rót chai, đóng nắp, thanh trùng, bảo quản 1.0% 1052.2 1041.7
12 Bảo quản 0.0% 1041.7 1041.7
13 Thành phẩm
1041.7
SVTH : Ngô Lâm Tuấn Anh Trang 16
Đồ án môn học Quá trình & Thiết bò - Thiết kế thiết bò cô đặc nước cam bằng phương pháp lạnh
PHẦN 3
TÍNH CÂN BẰNG NĂNG LƯNG CHO
THIẾT BỊ KẾT TINH
I. CÁC THÔNG SỐ CẦN TÍNH
I.1. Nhiệt dung riêng của dòch ép
Nhiệt dung riêng của nước cam ép theo nhiệt độ được tính gần đúng theo công thức : ([3], I.50,
Trong đó : Cp – nhiệt dung riêng đẳng áp của dòch ép, J/kg.độ; r – khối lượng riêng của
dòch ép, kg/m
3
; M – khối lượng mol hỗn hợp.
Với dung dòch 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]
λ
đá1
(-2
o
C) = 2,532 W/mK
λ
đá2
(-5
o
C) = 2,566 W/mK
I.4. Nhiệt kết tinh của nước đá
Nhiệt kết tinh trung bình của nước (ở 0
o
C) là 1434,6 cal/mol = 333608,3 J/kg ([10],23)
SVTH : Ngô Lâm Tuấn Anh Trang 17
Đồ án môn học Quá trình & Thiết bò - Thiết kế thiết bò cô đặc nước cam bằng phương pháp lạnh
Bảng 8 - Tổng kết các thông số nhiệt lý của dòch ép và nước đá
Quá trình x t
ρ
kg/m3
c
dd
0 -2
1089
3684.18 2090.3 3.804E-03 0.3390 2.532
(5) Kết thúc KT2
0.3
0 -5
1142
3424.49 2090.3 9.287E-03 0.3358 2.566
II. TÍNH CÂN BẰNG NĂNG LƯNG
Nhiệt lượng Q (tính trên 1 kg dòch 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)
Q
o
: nhiệt lượng cần thiết để làm lạnh sơ bộ dòch ép ban đầu từ 30
o
C → 3
o
C;
Q
1
: nhiệt lượng cần thiết để làm lạnh (trong TBKT) dòch ép từ 3
o
C → -1
o
C;
Q
kt
: nhiệt lượng cần thiết để kết tinh nước;
Q
dd
= G
đ
c
đ
(t
đ
– t’
đ
) = 1.3951,05.(30 - 3) = 106678.2 J/kg dòch đầu.h
II.2. Nhiệt lượng cần thiết để làm lạnh (trong TBKT) dòch ép từ 3
o
C → -1
o
C
Nhiệt dung trung bình của dòch ép : c
1
= (3940.86 + 3939.36)/2 = 3939.36 J/kg/độ
Lượng nhiệt cần cung cấp là : Q
1
= G
đ
c
1
(t’
đ
– t
1
) = 15757.4 J/kg dòch đầu.h
II.3. Nhiệt lượng cung cấp cho quá trình kết tinh nước
Nhiệt kết tinh trung bình của nước là λ
Đồ án môn học Quá trình & Thiết bò - Thiết kế thiết bò cô đặc nước cam bằng phương pháp lạnh
II.4. Nhiệt lượng cần thiết để làm lạnh dòch ép từ -1
o
C → -5
o
C
Ta có : Q
dd
= Q
dd1
+ Q
dd2
Trong đó : Q
dd1
: nhiệt lượng cung cấp cho dòch cái M
1
(từ -1
o
C → -2
o
C)
Q
dd2
: nhiệt lượng cung cấp cho dòch cái M
2
(từ -2
o
C → -5
o
.(t
3
– t
2
) = 0,29. 3424,49.3 = 2979.3 J/kg dòch đầu.h
=> Q
dd
= 1717,24 + 2979,3 = 4696,54 J/kg dòch đầu.h
II.5. Nhiệt lượng cần cho quá trình làm lạnh tinh thể đá từ -1
o
C → -5
o
C
Q
đá
= Q
đá 1
+ Q
đá 2
= K
1
c
đá1
.(t
1
- t
2
) + K
2
c
= 1,15 (Q
1
+ Q
dd1
+ Q
kt1
+ Q
đá1
)
= 1,15 (15757,4 + 1717,24 + 185352,8 + 1161,4) = 234587,1 J/kg dòch đầu.h
Tổng nhiệt lượng cần thiết cho quá trình kết tinh 2 :
ΣQ
kt2
= 1,15 ( Q
dd2
+ Q
kt2
+ Q
đá2
)
= 1,15 (2979,3 + 51976,2 + 977) = 64322,4 J/kg dòch đầu.h
Vậy nhiệt cần cung cấp cho toàn quá trình là
ΣQ = 1,15 Q = 1,15 (Q
o
+ Q
1
+ Q
dd
+ Q
đá
.
Vật liệu chế tạo thiết bò
Thân làm bằng thép không gỉ để không làm ảnh hưởng đến độ tinh khiết của sản phẩm,
mã hiệu X18H10T.
Vỏ làm bằng thép thường CT
3
Phương pháp gia công : dùng phương pháp hàn hồ quang điện, kiểu hàn giáp mối hai phía.
I.1.1. Thùng kết tinh 1
Các thông số kích thước, chọn :
Đường kính trong : D
T
= 1200 mm
Chiều cao thân : H
T
= 1800 mm
Hệ số chứa đầy : β = 0.8
Đáy, nắp ellipse tiêu chuẩn : h
gờ
= 50 mm ; h
t
= 300 mm
F = 1,75 m
2
; V
nắp, đáy
= 0,283 m
3
Vỏ bọc cách nhiệt, vật liệu : bông thuỷ tinh
Vỏ cách thân 50 mm
=+=+
ππ
dayT
T
VH
D
m
3
Chiều cao toàn bộ thùng : H
thùng
= H
T
+ H
đáy
+ H
nắp
= 1,8 + 0,35.2 = 2,5 m
SVTH : Ngô Lâm Tuấn Anh Trang 21
Đồ án môn học Quá trình & Thiết bò - Thiết kế thiết bò cô đặc nước cam bằng phương pháp lạnh
Thể tích dung dòch chứa : V
dd1
= 0,8.Vthùng = 2,08 m
3
Chiều cao dung dòch chứa tính từ đáy :
H
dd1
= H
dd(thân)
+ H
dd(đáy)
=
82,6
08,2
4.548,3
.
1
1
==
τ
dd
d
V
V
=> Chọn số thùng N
2
= 7 thùng
I.2.2. Thùng kết 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 :
Thùng : D
T
= 1,2 m; V
thùng
= 2,6 m
3
; H
thùng
= 2,5 m;
Thân : H
Số thùng kết tinh 2 : N
2
=
τ
.
2
2
dd
d
V
V
= 2,83
≈
3 thùng
Trong đó : V
đ2
=
4724,1
1089
1,3679).00817,0444,0(
).(
2
111
=
−
=
∆−
d
d
N
– P
T
= 0,19075 N/mm
2
SVTH : Ngô Lâm Tuấn Anh Trang 22
Đồ án môn học Quá trình & Thiết bò - Thiết kế thiết bò cô đặc nước cam bằng phương pháp lạnh
=> Thiết bò chòu áp suất ngoài
Vậy áp suất tính toán cho thân thiết bò 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 bò sẽ lớn nhất và bằng áp suất của tác nhân lạnh, nên P
TT
= P
N
= 0,29075 N/mm
2
.
Nhiệt độ tính toán được lấy là nhiệt độ môi trường làm việc cộng với 20
o
C (thiết bò có bọc
cách nhiệt). Nhưng trong điều kiện thiết bò làm việc ở nhiệt độ thấp như vậy nên ta chọn luôn
nhiệt độ tính toán là 20
o
C.
Vật liệu chế tạo
Thân bằng thép không gỉ X18H10T
Vỏ làm bằng thép thường CT
3
Ứng suất cho phép ([11],hình1.2,18)
Ứng suất cho phép tiêu chuẩn :
I.2.2. Tính bền cho thân thiết bò khi chòu áp suất ngoài
Bề dày tối thiểu
0.4
tt
n
t
D
l'
E
P
D 1.18S'
=
.
Trong đó : D
T
= 1200 mm - Đường kính trong của thiết bò;
P
n
= 0,29075 N/mm
2
- p suất ngoài tác dộng lên thân thiết bò;
=
mm
Chọn hệ số bổ sung bề dày C
Hệ số ăn mòn của tác nhân NH
3
là C
a
= 1 mm;
Hệ số ăn mòn của dung dòch nước trái cây là C
b
= 0,5 mm;
Hệ số quy tròn C
o
= 0,682 mm;
=> C = 2,182 mm
Bề dày thiết bò : S = 10 mm
Kiểm tra bền
SVTH : Ngô Lâm Tuấn Anh Trang 23
Đồ án môn học Quá trình & Thiết bò - Thiết kế thiết bò cô đặc nước cam bằng phương pháp lạnh
(1) Kiểm tra điều kiện :
165,81,750,1837
92
1200
1,75
1200
92
1,5
)C2(S
D
σ
E
0.3
−
=>
3
t
a
t
c
t
D
)C2(S
σ
E
0.3
−
=
N/mm 0.2907 P N/mm4057,0
1200
9
1200
9
1917
1200
1020,50,649
D
CS
D
CS
l'
D
0.649.EP
=>=
×××=
−
= 1200 mm (đáy-nắp ellipse tiêu chuẩn);
E
t
= 20,5.10
4
N/mm
2
;
55.422σ
c
=
N/mm
2
;
x = 0,7 (vật liệu chế tạo làm bằng thép không gỉ);
Khi đó :
S
R
t
=
10
1200
=12
t
c
t
xσ
0,15E
=
11,181
an
n
R
CS2
P
β
σ
−
=
Trong đó :
[ ]
n
σ
là ứng suất nén được xác đònh bởi công thức :
[ ]
t
a
tcn
D
CS
EK
−
=
σ
Vì
]250,25[7,66
9.2
1200
)(2
∈==
.10.5,20.0673,0
D
CS
Eσ
4
t
a
tn
==
−
=
c
K
N/mm
2
=> β =
( )
( ) ( )
x1Rσ6.7xCSE
Rσ5xCSE
t
t
cat
t
t
cat
−−−
+−
=
3,0.1200.55,242.7,0.7,69.10.5,20
] = 0,7779 N/mm
2
> 0,1 N/mm
2
=> Nắp cũng đủ bền
I.2.4. Tính bề dày vỏ thiết bò
Áp suất bên trong vỏ thiết bò P = P
tác nhân
= 0,29075 N/mm
2
⇒
Vỏ thiết bò chòu áp suất trong
(Xem như bề mặt cách nhiệt không tác dụng lên vỏ, phía ngoài vỏ chỉ chòu áp suất khí quyển).
p suất tính toán cho vỏ thiết bò :
P
TT
= P
dư
= P
tuyệt đối
– P
a
= 0.29075 – 0.1 = 0.19075 N/mm
2
Nhiệt độ tính toán lấy bằng nhiệt độ tác nhân cộng thêm 20
o
C (có bọc cách nhiệt)
=> T
tt
h
>=
×
=
ϕ
SVTH : Ngô Lâm Tuấn Anh Trang 25
Copyright: Tài liệu đại học ©