Link tải luận văn miễn phí cho ae Kết Nối
ĐỀ TÀI: THIẾT KẾ HỆ THỐNG CÔ ĐẶC MỘT NỒI ĐỂ CÔ ĐẶC DUNG DỊCH NƯỚC XOÀI ÉP NĂNG SUẤT 300KG/MẺ
LỜI MỞ ĐẦU...................................................................................................................3
CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI........................................................................4
1.1 TỔNG QUAN VỀ NGUYÊN LIỆU............................................................4
1.2 KHÁI QUÁT VỀ QUÁ TRÌNH CÔ ĐẶC..................................................5
1.2.1 Khái niệm..............................................................................................5
1.2.2 Các phương pháp cô đặc......................................................................6
1.2.2.1 Cô đặc bằng phương pháp lạnh đông.............................................6
1.2.2.2 Cô đặc bằng phương pháp thẩm thấu ngược.................................7
1.2.2.3 Cô đặc bằng bốc hơi nhờ nhiệt độ...................................................7
1.2.3 Những biến đổi của quá trình cô đặc..................................................7
1.2.4 Bản chất của quá trình cô đặc do nhiệt..............................................8
1.2.5 Ứng dụng quá trình cô đặc..................................................................8
1.3 THIẾT BỊ CÔ ĐẶC BẰNG PHƯƠNG PHÁP NHIỆT.............................8
1.3.1 Phân loại....................................................................................................8
1.3.2 Yêu cầu về công nghệ và thiết bị..............................................................9
1.3.3 Các phương pháp cấp nhiệt cho hệ thống........................................10
1.3.4 Các thiết bị và chi tiết trong hệ thống cô đặc...................................10
CHƯƠNG II: QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ..................................................................11
2.1 CƠ SỞ LỰA CHỌN QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ.....................................11
2.2 SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ HỆ THỐNG CÔ ĐẶC 1 NỒI.................................12
2.3 NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG.......................................................................13
CHƯƠNG III: CÂN BẰNG VẬT CHẤT VÀ NĂNG LƯỢNG TÍNH THIẾT
KẾ THIẾT BỊ CHÍNH...................................................................................................14
3.1 CÂN BẰNG VẬT CHẤT..............................................................................14
3.2 CÂN BẰNG NĂNG LƯỢNG.......................................................................15
3.2.1 Tổn thất nhiệt độ.....................................................................................16
3.2.2 Tính cân bằng nhiệt lượng cho các giai đoạn.......................................19
Downloaded by Golden Arowana ([email protected])
lOMoARcPSD|9997659Đồ án I – Quá trình và thiết bị CNTP GVHD:Ths. Phan Minh Thụy
3.3 TÍNH THIẾT KẾ THIẾT BỊ CHÍNH.......................................................24
3.3.1 Hệ số truyền nhiệt trong quá trình sôi..............................................24
3.3.1.1 Các kí hiệu và công thức.............................................................24
3.3.1.2 Phía hơi đốt thành thiết bị..........................................................25
3.3.1.3 Từ thành thiết bị tới dung dịch...................................................25
3.3.1.4 Giai đoạn cấp nhiệt từ thành đến dung dịch.............................27
3.3.1.5 Hệ số truyền nhiệt K...................................................................27
3.3.2 Hệ số truyền nhiệt để đưa dung dịch ban đầu từ 20oC lên 65,95oC 30
3.3.2.1 Các kí hiệu và công thức.............................................................30
3.3.2.2 Phía hơi ngưng.............................................................................30
3.3.2.3 Phía vách......................................................................................31
3.3.2.4 Phía dung dịch.............................................................................31
3.3.2.5 Hệ số truyền nhiệt........................................................................32
CHƯƠNG IV: TÍNH TOÁN THIẾT BỊ CHÍNH..........................................................34
4.1 Tính kích thước buồng đốt........................................................................34
4.1.1 Tính thể tích vật liệu...............................................................................34
4.1.2 Tính đường kính và chiều cao buồng đốt.............................................34
4.2 Tính thời gian cô đặc và diện tích bề mặt truyền nhiệt...........................36
4.3 Tính kích thước không gian bốc hơi............................................................38
4.3.1 Tính đường kính buồng bốc hơi(Dbh)....................................................38
4.3.2 Tính chiều cao buồng bốc hơi................................................................39
4.3.3 Chiều dày thân buồng bốc hơi của thiết bị...........................................39
4.4 Tính kích thước nắp thiết bị.........................................................................40
CHƯƠNG V: TÍNH TOÁN VÀ CHỌN THIẾT BỊ PHỤ.............................................42
5.1 Tính các đường ống dẫn cửa........................................................................42
5.1.1 Ống và cửa nhập liệu..............................................................................42
5.1.2 Ống và cửa tháo liệu...............................................................................42
5.1.3 Ống dẫn hơi thứ......................................................................................43
5.1.4 Ống dẫn hơi đốt......................................................................................43
Downloaded by Golden Arowana ([email protected])
lOMoARcPSD|9997659Đồ án I – Quá trình và thiết bị CNTP GVHD:Ths. Phan Minh Thụy
5.1.5 Ống dẫn nước ngưng..............................................................................43
5.2 Thiết bị ngưng tụ dạng ống chùm................................................................44
5.2.1 Tính hiệu nhiệt độ trung bình................................................................46
5.2.2 Tính hệ số cấp nhiệt phía nước α2..........................................................46
5.2.3 Tính tổng nhiệt trở..................................................................................47
5.2.4 Hệ số cấp nhiệt phía hơi α1.....................................................................47
5.2.5 Số ống truyền nhiệt.................................................................................48
5.2.6 Chia ngăn cho thiết bị ngưng tụ............................................................48
5.2.7 Tính kích thước thiết bị ngưng tụ..........................................................49
5.2.8 Tính toán các chi tiết khác.....................................................................50
5.3 Tính toán chọn tai treo.................................................................................51
5.3.1 Khối lượng thiết bị (MTB).......................................................................51
5.3.2 Khối lượng dung dịch.............................................................................51
5.4 Mối ghép bích................................................................................................52
5.4.1 Bích nối nắp với thân thiết bị.................................................................52
5.4.2 Bích nối buồng đốt với thân thiết bị......................................................53
5.4.3 Bích nối nắp với thân của thiết bị ngưng tụ..........................................53
5.5 Chọn đệm.......................................................................................................54
5.6 Chọn kính quan sát.......................................................................................54
5.7 Tính toán chọn cánh khuấy..........................................................................54
5.8 Tính chọn bơm chân không..........................................................................56
KẾT LUẬN......................................................................................................................58
TÀI LIỆU THAM KHẢO..............................................................................................59
Downloaded by Golden Arowana ([email protected])
lOMoARcPSD|9997659Đồ án I – Quá trình và thiết bị CNTP GVHD:Ths. Phan Minh Thụy
LỜI MỞ ĐẦU
Bộ môn “Quá trình và thiết bị công nghệ thực phẩm” cung cấp những kiến thức cần
thiết cho sinh viên và kĩ sư công nghệ thực phẩm, kĩ sư chế biến nông sản, thủy hải
sản và kĩ sư máy thực phẩm. Ngoài ra bộ môn này góp phần nào tới kĩ sư các ngành
kĩ thuật sản xuất, có khả năng vận dụng vào trong thực hành sản xuất công nghiệp
liên quan, hiểu sâu hơn về nghiên cứu sản xuất máy móc thiết bị hiện đại trên thế
giới, nhất là trong thời đại hiện nay mà máy móc khoa học đang phát triển không
ngừng.
Trong đề tài đồ án được giao: “Tính toán thiết kế hệ thống cô đặc 1 nồi để cô đặc
dung dịch nước xoài ép năng suất 300kg/mẻ” ,chủ yếu đề cập đến các quá trình xảy
ra trong thiết bị cô đặc 1 nồi , hiểu được cấu trúc, cách vận hành hệ thống cũng như
biết tính toán được các thông số công nghệ cần thiết phục vụ cho việc thiết kế thiết
bị
Như chúng ta biết cô đặc ứng dụng rất nhiều trong quá trình sản xuất hóa chất và
thực phẩm, nhất là trong các ngành sản xuất nước quả cô đặc, hóa chất,…Xoài là
một loại cây ăn quả được trồng nhiều ở Việt Nam, cho sản lượng thu hoạch hàng
năm lớn, vì vậy gây ra một số khó khăn trong quá trình bảo quản nguyên quả. Để
tăng thời gian bảo quản cũng như tạo ra những sản phẩm mới phục vụ nhu cầu trong
nước cũng như xuất khẩu thì ép quả lấy nước sau đó đem cô đặc cũng là một giải
pháp hay, tiết kiệm chi phí, kéo dài thời gian bảo quản mà vẫn giữ được giá trị dinh
dưỡng cho sản phẩm.
Vì đây là đồ án đầu tiên được thực hiện dưới thời sinh viên nên không thể tránh khỏi
những thiếu sót,em rất mong nhận được những ý kiến đóng góp từ các thầy cô để
hoàn thiện kiến thức của mình hơn
Em xin chân thành cảm ơn!
Sinh viên thực hiện
Nguyễn Hùng Anh
SVTH: Nguyễn Hùng Anh – 20180398 3
Downloaded by Golden Arowana ([email protected])
lOMoARcPSD|9997659Đồ án I – Quá trình và thiết bị CNTP GVHD:Ths. Phan Minh Thụy
CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI
NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN
Tính toán thiết kế hệ thống cô đặc 1 nồi để cô đặc dung dịch nước xoài ép:
- Năng suất theo sản phẩm: 300kg/mẻ
- Nồng độ đầu: 10Bx
- Nồng độ cuối: 55Bx
1.1 TỔNG QUAN VỀ NGUYÊN LIỆU
Xoài thuộc họ đào lộn hột (Anacadiaceae), có tên khoa học là Mangifera
indica L. Đây là loại cây ăn quả nhiệt đới, có nguồn gốc từ Ấn Độ và các vùng
giáp ranh như Việt Nam, Myanmar, Malaysia,…
Tại Việt Nam, xoài được trồng nhiều nhất ở Đồng bằng sông Cửu Long và một số
khu vực miền Trung, Tây Bắc..., . Theo số liệu thống kê vào năm 2017, Việt Nam có
diện tích trồng lên tới 92.746 ha và sản lượng đạt 788.233 tấn, trong đó ĐBSCL là
vùng sản xuất xoài lớn nhất, chiếm đến 46,1% diện tích và 64.4% sản lượng xoài
của cả nước; tiếp theo là vùng Đông Nam Bộ (chiếm 19,2% diện tích và 64,4% sản
lượng xoài cả nước)
Xoài có giá trị dinh dưỡng cao, phù hợp cho mọi lứa tuổi. Trong 100g xoài chín
chứa: nước 86,5g; glucid 15,9g; protein 0,6g; lipid 0,3g; tro 0,6g; các chất khoáng:
Ca, P, Fe ; các vitamin: A , B1, C ; cung cấp 62 calo, 78% nhu cầu vitamin A mỗi
ngày,46% nhu cầu vitamin C,…
Bảng 1.1 Thành phần dinh dưỡng có trong 100 g xoài
Thành phần Hàm lượng Đơn vị
Nước 84 %
Glucid 15 g
Protein 0 g
Lipid 0 g
Chất xơ 1 µg
Vitamin A 40 mg
Vitamin B1 0,5 mg
SVTH: Nguyễn Hùng Anh – 20180398 4
Downloaded by Golden Arowana ([email protected])
lOMoARcPSD|9997659Đồ án I – Quá trình và thiết bị CNTP GVHD:Ths. Phan Minh Thụy
Vitamin B2 0,06 mg
Vitamin C 53 mg
Vitamin E 1 mg
Canxi 10 mg
Photpho 15 mg
Sắt 0,3 mg
Nguyên liệu cô đặc ở dạng dung dịch gồm:
- Dung môi: nước
- Các chất hòa tan chiếm chủ yếu là đường Saccaroze và nhiều cấu tử với hàm
lượng rất thấp (coi như không có). Các cấu tử này xem như không bay hơi
trong quá trình cô đặc.
1.2 KHÁI QUÁT VỀ QUÁ TRÌNH CÔ ĐẶC
1.2.1 Khái niệm
Cô đặc là quá trình làm mất nước (dung môi) trong dung dịch (dung dịch là hỗn hợp
giữa dung môi và chất rắn hòa tan trong dung môi) để thu được dung dịch có nồng
độ chất rắn cao.
Quá trình cô đặc được tiến hành ở nhiệt độ sôi, mọi áp suất (áp suất chân không, áp
suất thường, áp suất dư) trong hệ thống một hay nhiều thiết bị cô đặc. Trong đó:
- Cô đặc chân không dung cho các dung dịch có nhiệt độ sôi cao, dễ phân hủy
bởi nhiệt.
- Cô đặc ở áp suất cao hơn áp suất khí quyển dung cho dung dịch không bị
phân hủy ở nhiệt độ cao như các dung dịch muối vô cơ, sử dụng hơi thứ cho
cô đặc và cho các quá trình đun nóng khác
- Cô đặc ở áp suất khí quyển thì hơi thứ không được sử dung mà thải ra ngoài
không khí. Đây là phương pháp đơn giản nhưng không kinh tế
Trong công nghiệp thực phẩm và hóa chất thường làm đậm đặc dung dịch nhờ đun
sôi gọi là quá trình cô đặc. Đặc điểm của cô đặc là dung môi được tách ra khỏi dung
dịch ở dạng hơi, còn chất hòa tan trong dung dịch sẽ không bay hơi do vậy nồng độ
dung dịch tăng dần lên, khác với chưng cất trong chưng cất thì các cấu tử trong hỗn
hợp cùng bay hơi chỉ khác nhau về nồng độ.
SVTH: Nguyễn Hùng Anh – 20180398 5
Downloaded by Golden Arowana ([email protected])
lOMoARcPSD|9997659Đồ án I – Quá trình và thiết bị CNTP GVHD:Ths. Phan Minh Thụy
Hơi của dung môi được tách ra khỏi dung dịch được gọi là hơi thứ, hơi thứ ở nhiệt
độ cao có thể dung để đun nóng thiết bị khác. Nếu dung hơi thứ để đun nóng một
thiết bị khác ngoài thiết bị cô đặc thì được gọi là hơi phụ.
Quá trình cô đặc có thể diễn ra trong một nồi hay nhiều nồi, gián đoạn hay liên
tục. Quá trình cô đặc có thể thực hiện ở các áp suất khác nhau tùy từng vào yêu cầu
kĩ thuật. Khi dùng ở áp suất thường (áp suất khí quyển) thì có thể dung thiết bị hở,
còn khi làm việc ở áp suất khác thì dùng thiết bị kín cô đặc trong chân không (áp
suất thấp) vì nó có ưu điểm : khi áp suất giảm thì nhiệt độ sôi của dung dịch cũng
giảm theo khi đó độ chênh lệch giữa nhiệt độ hơi buồng đốt và dung dịch tăng do
diện tích bề mặt truyền nhiệt giảm.
Cô đặc nhiều nồi là sử dụng hơi thứ thay cho hơi đốt nên nó có ý nghĩa kinh tế cao
về sử dụng nhiệt và nó hoạt động dựa trên nguyên tắc sau: Hơi đốt của nồi thứ nhất
sử dụng hơi từ nồi hơi, hơi thứ của nồi thứ nhất làm hơi đốt cho nồi thứ hai, hơi thứ
của nồi thứ hai làm hơi đốt cho nồi thứ ba…hơi thứ cuối cùng đi vào thiết bị ngưng
tụ. Do có tổn thất nhiệt độ nên nhiệt đun nóng nồi sau bao giờ cũng thấp hơn nồi
trước, bởi vậy mà người ta thường cô đặc dung dịch ở nồi thứ nhất với áp suất dư
còn các nồi sau đều ở áp suất chân không. Trong hệ thống cô đặc nhiều nồi dung
dịch chuyển dịch từ nồi này sang nồi tiếp theo, qua mỗi nồi dung môi bay hơi đi một
phần, nồng độ dung dịch tăng lên, đến cuối cùng nồng độ dung dịch đạt được như
yêu cầu thì người ta tháo dịch vào thùng chứa.
1.2.2 Các phương pháp cô đặc
1.2.2.1 Cô đặc bằng phương pháp lạnh đông
Khi làm lạnh đông chậm, các phân tử nước sẽ kết tinh và lớn dần lên tạo thành khối
băng, tách khỏi dung dịch ban đầu. Quá trình cô đặc này phụ thuộc nhiều vào nhiệt
độ lạnh đông, số lượng tinh thể đá tạo thành. Sử dụng phương pháp này sẽ tránh gây
mất vitamin, các chất thơm và các chất dễ bị phân hủy bơi nhiệt. Tuy nhiên, chi phí
năng lượng và chi phí thiết bị cho phương pháp này cao.
1.2.2.2 Cô đặc bằng phương pháp thẩm thấu ngược
Khi ngăn hai dung dịch khác nhau bằng tấm màn bán thấm, nước sẽ đi từ dung dịch
có nồng độ chất khô thấp đến nơi có nồng độ chất khô cao để hai bên đạt nồng độ
cân bằng. Trong phương pháp này, dưới tác dụng cơ học của dung dịch có nồng độ
cao hơn áp suất thẩm thấu, làm nước đi theo chiều ngược lại từ nơi có nồng độ chất
SVTH: Nguyễn Hùng Anh – 20180398 6
Downloaded by Golden Arowana ([email protected])
lOMoARcPSD|9997659Đồ án I – Quá trình và thiết bị CNTP GVHD:Ths. Phan Minh Thụy
khô cao đến nơi có nồng độ chất khô thấp. Phương pháp này có ưu điểm là hạn chế
tối đa mất mát các thành phần cơ bản của dung dich. Tuy nhiên, phương pháp này
làm mất một số muối khoáng và không được thanh trùng bổ sung.
1.2.2.3 Cô đặc bằng bốc hơi nhờ nhiệt độ
Đây là phương pháp phổ biến nhất hiện nay. Nhờ nhiệt độ, dung dịch được đun sôi
và lúc này, nước trong dung dịch diễn ra quá trình chuyển khối từ pha từ lỏng sang
hơi và tách ra khỏi dung dịch. Phương pháp này được dùng phổ biến, trang thiết bị
tương đối đơn giản. Tuy nhiên, do sử dụng nhiệt độ nên không tránh khỏi tổn thất
một số chất dinh dưỡng dễ bị phân hủy bởi nhiệt. Ngoài ra, trong quá trình bốc hơi,
hơi nước cuốn theo các chất thơm và các chất dễ bay hơi khác của dung dịch.
1.2.3 Những biến đổi của quá trình cô đặc
Biến đổi vật lý
- Khi dung dịch bay hơi: nồng độ chất hòa tan sẽ tăng, do đó tính chất của
dung dịch sẽ thay đổi. Tính chất của dung dịch thay đổi theo thời gian cô
đặc và nồng độ của dung dịch ở áp suất không đổi.
- Khi nồng độ tăng: hệ số dẫn nhiệt, nhiệt dung riêng, hệ số cấp nhiệt phía
dung dịch giảm. Nhưng khối lượng riêng, độ nhớt, tổn thất do nồng độ sẽ
tăng.
Biến đổi hóa học
- Thay đổi pH của môi trường: do tính chất thủy phân amit của các cấu tử
tạo thành axit.
- Độ kiềm tăng.
- Đóng cặn, do số muối canxi hòa tan rất chậm trong nồng độ cao, do phân
hủy của một số muối axit hữu cơ tạo thành kết tủa.
- Phân hủy chất cô đặc làm tăng tổn thất.
- Tăng màu: do phân hủy các sản phẩm cô đặc dưới điều kiện nhiệt độ và
áp suất.
- Do kết quả của phản ứng Maye maillard là phản ứng ngưng tụ giữa đường
khử và amino axit, tạo thành các chất màu dạng keo chứa Nito.
SVTH: Nguyễn Hùng Anh – 20180398 7
Downloaded by Golden Arowana ([email protected])
lOMoARcPSD|9997659Đồ án I – Quá trình và thiết bị CNTP GVHD:Ths. Phan Minh Thụy
Biến đổi sinh học
- Tiêu diệt vi sinh vật (ở nhiệt độ cao)
- Hạn chế khả năng hoạt động của vi sinh vật ở nồng độ cao
1.2.4 Bản chất của quá trình cô đặc do nhiệt
Dựa theo thuyết động học phân tử : Để tạo thành hơi thì nhiệt tác dụng lên bề mặt
thoáng phải lớn hơn tốc độ giới hạn. Phân tử khi bay hơi sẽ thu nhiệt để khắc phục
trạng thái lỏng và trở lực bên ngoài. Do vậy ta cần cấp nhiệt để các phân tử đủ năng
lượng để thực hiện quá trình này.
Bên cạnh đó sự bay hơi chủ yếu do các bọt khí hình thành trong quá trình cấp nhiệt
và chuyển động liên tục, do sự chênh lệch về khối lượng riêng giữa các phân tử trên
bề mặt và dưới đáy tạo nên sự tuần hoàn tự nhiên trong nồi cô đặc
1.2.5 Ứng dụng quá trình cô đặc
Ứng dụng trong sản xuất hóa chất, thực phẩm, dược phẩm.
Mục đích: để đạt được nồng độ dung dịch theo yêu cầu, hoăc đưa dung dịch qua
trạng thái bão hòa để kết tinh.
Ví dụ về ứng dụng của quá trình cô đặc trong sản xuất các loại thực phẩm: đường,
các loại nước ép rau, củ, quả: cà chua, dứa, xoài,…
1.3 THIẾT BỊ CÔ ĐẶC BẰNG PHƯƠNG PHÁP NHIỆT
1.3.1 Phân loại
Theo cấu tạo, tính chất của nhóm đối tượng cần cô đặc
* Nhóm 1: Dung dịch đối lưu tự nhiên, dung dịch loãng, độ nhớt thấp, đảm bảo
dễ dàng qua bề mặt truyền nhiệt
* Nhóm 2: Dung dịch đối lưu cưỡng bức dung bơm để tạo vận tốc dung dịch từ
1,5- 3,5 m/s tại bề mặt truyền nhiệt. Ưu điểm: tăng hệ số truyền nhiệt, độ nhớt
cao, kết tinh trên bề mặt truyền nhiệt.
* Nhóm 3: Dung dịch chảy thành màng mỏng, chảy một lần, tránh tiếp xúc quá
lâu làm biến chất sản phẩm.
SVTH: Nguyễn Hùng Anh – 20180398 8
Downloaded by Golden Arowana ([email protected])
lOMoARcPSD|9997659Đồ án I – Quá trình và thiết bị CNTP GVHD:Ths. Phan Minh Thụy
Theo phương pháp thực hiện quá trình
* Cô đặc áp suất thường có nhiệt độ sôi áp suất không đổi. Thường dung cô đặc
dung dịch liên tục để giữ mức dung dịch cố định và thời gian cô đặc ngắn.
* Cô đặc áp suất chân không dung dịch có nhiệt độ sôi thấp hơn do có áp suất
chân không.
* Cô đặc nhiều nồi mục đích là tiết kiệm hơi đốt, nhưng số nồi không nên lớn
quá vì sẽ làm giảm hiệu quả tiết kiệm hơn so với chi phí đề ra. Do sử dụng
hơi thứ của nồi trước làm hơi đốt của nồi sau nên có ý nghĩa kinh tế cao.
1.3.2 Yêu cầu về công nghệ và thiết bị
Yêu cầu công nghệ
Đảm bảo nồng độ chất khô theo quy định
Giảm tổn thất chất khô
Giảm tốc độ đóng cặn trong nồi bốc hơi
Nâng cao hiệu quả sử dụng nhiệt năng, giảm tổn thất nhiệt
Yêu cầu thiết bị
* Về cấu tạo, thiết bị cô đặc có nhiều loại nhưng chúng đều có 3 bộ phận chính
như sau:
Bộ phận nhận nhiệt: Ở thiết bị đun nóng bằng hơi nước, bộ phận nhận nhiệt
là dàn ống gồm nhiều ống nhỏ, trong đó hơi nước ngưng tụ ở bên ngoài các
ống, truyền nhiệt cho dung dịch chuyển động bên trong các ống
Không gian để phân ly: Hơi dung môi tạo ra còn chưa cả dung dịch nên phải
có không gian lớn để tách dung dịch rơi trở lại bộ phận nhận nhiệt
Bộ phận phân ly: để tách các giọt dung dịch còn lại trong hơi
* Những yêu cầu chung cần đảm bảo khi chế tạo các thiết bị cô đặc:
Thích ứng được với tính chất đặc biệt của dung dịch cần được cô đặc: độ
nhớt cao, khả năng tạo bọt lớn, tính ăn mòn kim loại,…
Có hệ số truyền nhiệt lớn vì khi nồng độ tăng, hệ số truyền nhiệt sẽ giảm
mạnh.
SVTH: Nguyễn Hùng Anh – 20180398 9
Downloaded by Golden Arowana ([email protected])
lOMoARcPSD|9997659Đồ án I – Quá trình và thiết bị CNTP GVHD:Ths. Phan Minh Thụy
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 đảm bảo phân bố đều trong không gian bên ngoài giữa các ống của
giàn ống.
Đảm bảo tách các khí không ngưng còn lại sau khi ngưng tụ hơi đốt.
Dễ dàng cho việc làm sạch bề mặt trong các ống vì khi dung dịch bốc hơi bên
trong các ống sẽ làm bẩn mặt bên trong của ống (tạo cặn).
1.3.3 Các phương pháp cấp nhiệt cho hệ thống
Phương pháp bốc hơi áp lực: Các nồi bốc hơi làm việc dưới áp lực.
Phương pháp bốc hơi chân không: Các nồi bốc hơi đều làm việc ở điều kiện
chân không.
Phương pháp áp lực chân không: Thiết bị đầu làm ở áp suất cao, thiết bị cuối
làm việc ở áp suất chân không
1.3.4 Các thiết bị và chi tiết trong hệ thống cô đặc
Các thiết bị chính
Ống tuần hoàn, ống truyền nhiệt, nồi hai vỏ, …
Ống nhập liệu, ống tháo liệu
Buồng đốt , buồng bốc hơi
Đáy, nắp
Các ống dẫn: hơi đốt, hơi thứ, nước ngưng, khí không ngưng
Các thiết bị phụ
Các bể chứa: nguyên liệu, sản phẩm,…
Các loại bơm: bơm dung dịch, bơm nước, bơm chân không;
Thiết bị gia nhiệt;
Thiết bị ngưng tụ: Baromet; ống chùm,…
Thiết bị đo và điều chỉnh.
Lưu lượng kế
SVTH: Nguyễn Hùng Anh – 20180398 10
Downloaded by Golden Arowana ([email protected])
lOMoARcPSD|9997659Đồ án I – Quá trình và thiết bị CNTP GVHD:Ths. Phan Minh Thụy
Thùng cao vị
Các van,…
SVTH: Nguyễn Hùng Anh – 20180398 11
Downloaded by Golden Arowana ([email protected])
lOMoARcPSD|9997659Đồ án I – Quá trình và thiết bị CNTP GVHD:Ths. Phan Minh Thụy
CHƯƠNG II: QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ
2.1 CƠ SỞ LỰA CHỌN QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ
Quá trình cô đặc có thể được tiến hành trong một thiết bị cô đặc một nồi hay nhiều
nồi, làm việc liên tục hay gián đoạn.
Cô đặc là quá trình sử dụng một nguồn nhiệt để cấp nhiệt cho dung dịch để làm bốc
hơi dung dịch cần cô đặc thu được dung dịch có nồng độ cao hơn.
Cô đặc chân không là quá trình cô đặc mà thiết bị cô đặc hoạt động ở áp suất chân
không, thấp hơn áp suất khí quyển, mục đích làm giảm nhiệt độ sôi của dung dịch cô
đặc, giúp cho dung dịch giữ được chất lượng, không bị biến chất do nhiệt độ cao.
Ngoài ra quá trình làm việc ở nhiệt độ thấp giúp giảm tổn hao về năng lượng do
chênh lệch nhiệt độ với môi trường thấp.
Hệ thống cô đặc cũng rất đa dạng, có thể là hệ thống đơn chiếc một nồi cô, hặc hệ
thống nhiều nồi và tận dụng nhiệt của hơi thứ để cấp nhiệt cho các nồi khác giúp
giảm rất nhiều chi phí năng lượng.
Trong đề tài này, ta chọn thiết bị để cô đặc là thiết bị nồi 2 vỏ có cánh khuấy vì một
số lí do như:
- Năng suất theo sản phẩm không lớn lắm (300kg/mẻ)
- Cấu tạo thiết bị đơn giản, dễ vận hành
- Dễ dàng vệ sinh thiết bị
- Phù hợp với các loại dung dịch nước quả hay dung dịch có độ nhớt cao,
…
- Cánh khuấy được thiết kế sẽ có tác dụng khuấy trộn dung dịch, tránh hiện
tượng dung dịch bị đóng cặn trong quá trình cô đặc
SVTH: Nguyễn Hùng Anh – 20180398 12
Downloaded by Golden Arowana ([email protected])
lOMoARcPSD|9997659Đồ án I – Quá trình và thiết bị CNTP GVHD:Ths. Phan Minh Thụy
2.2 SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ HỆ THỐNG CÔ ĐẶC 1 NỒI
Hình 2.1. Sơ đồ công nghệ hệ thống cô đặc chân không một nồi sử dụng nồi
hai vỏ có cánh khuấy
1.Thùng chứa nguyên liệu ; 2. Bơm nhập liệu ; 3. Ống dẫn hơi đốt; 4. Cửa nhập
liệu ; 5. Buồng bốc; 6. Quả cầu CIP; 7. Ống dẫn hơi thứ ; 8.Cửa thoát khí không
ngưng; 9. Buồng đốt; 10. Cửa thoát nước ngưng; 11. Cửa tháo sản phẩm; 12. Cốc
tách nước ngưng; 13. Thùng chứa sản phẩm; 14. Thiết bị đo áp suất; 15. Thiết bị
ngưng tụ; 16. Bộ phận tách lỏng; 17. Bơm chân không; 18. Bể chứa nước ngưng
KẾT LUẬN
Về phương diện tính toán, các công thức tính toán sử dụng trong đồ án đều được tra
cứu và tham khảo dựa trên các tài liệu đáng tin cậy của các tác giả có nhiều năm
kinh nhiệm giảng dạy và thực tế. Các thông số về kích thước cơ bản đã được tính
một cách rõ ràng và logic. Các số liệu sau khi tính toán đã được giảng viên hướng
dẫn góp ý, chỉnh sửa để phù hợp hơn với thực tế.
Về phương diện thiết kế, bản vẽ đã trình bày rõ về hình dạng cũng như các kích
thước cơ bản của thiết bị; phóng to một số các kết cấu quan trọng như: các kết cấu
ghép của các mặt bích,…
Tuy nhiên, phần tính toán thiết kế vẫn còn nhiều hạn chế và thiếu sót như: chưa vẽ
và làm rõ kết cấu của bơm chân không pít-tông, động cơ cánh khuấy. Ngoài ra, do
kinh nghiệm thiết kế cũng như thực tế còn thiếu nên không thể tránh khỏi những
thiếu sót không đáng có. Vì vậy, trong thời gian tới, em sẽ tiếp tục học hỏi các kiến
thức và kĩ năng cần thiết để phần tính toán thiết kế thêm đầy đủ, hoàn thiện và sát
hơn với thực tế.
Em xin gửi lời Thank sâu sắc tới Thầy ThS. Phan Minh Thụy đã cho em những gợi
ý, những lời khuyên và những kiến thức thực tế hữu ích để em có thể hoàn thành tốt
đồ án của mình.
Em xin chân thành cảm ơn!
Do Drive thay đổi chính sách, nên một số link cũ yêu cầu duyệt download. các bạn chỉ cần làm theo hướng dẫn.
Password giải nén nếu cần: ket-noi.com | Bấm trực tiếp vào Link để tải:
ĐỀ TÀI: THIẾT KẾ HỆ THỐNG CÔ ĐẶC MỘT NỒI ĐỂ CÔ ĐẶC DUNG DỊCH NƯỚC XOÀI ÉP NĂNG SUẤT 300KG/MẺ
LỜI MỞ ĐẦU...................................................................................................................3
CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI........................................................................4
1.1 TỔNG QUAN VỀ NGUYÊN LIỆU............................................................4
1.2 KHÁI QUÁT VỀ QUÁ TRÌNH CÔ ĐẶC..................................................5
1.2.1 Khái niệm..............................................................................................5
1.2.2 Các phương pháp cô đặc......................................................................6
1.2.2.1 Cô đặc bằng phương pháp lạnh đông.............................................6
1.2.2.2 Cô đặc bằng phương pháp thẩm thấu ngược.................................7
1.2.2.3 Cô đặc bằng bốc hơi nhờ nhiệt độ...................................................7
1.2.3 Những biến đổi của quá trình cô đặc..................................................7
1.2.4 Bản chất của quá trình cô đặc do nhiệt..............................................8
1.2.5 Ứng dụng quá trình cô đặc..................................................................8
1.3 THIẾT BỊ CÔ ĐẶC BẰNG PHƯƠNG PHÁP NHIỆT.............................8
1.3.1 Phân loại....................................................................................................8
1.3.2 Yêu cầu về công nghệ và thiết bị..............................................................9
1.3.3 Các phương pháp cấp nhiệt cho hệ thống........................................10
1.3.4 Các thiết bị và chi tiết trong hệ thống cô đặc...................................10
CHƯƠNG II: QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ..................................................................11
2.1 CƠ SỞ LỰA CHỌN QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ.....................................11
2.2 SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ HỆ THỐNG CÔ ĐẶC 1 NỒI.................................12
2.3 NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG.......................................................................13
CHƯƠNG III: CÂN BẰNG VẬT CHẤT VÀ NĂNG LƯỢNG TÍNH THIẾT
KẾ THIẾT BỊ CHÍNH...................................................................................................14
3.1 CÂN BẰNG VẬT CHẤT..............................................................................14
3.2 CÂN BẰNG NĂNG LƯỢNG.......................................................................15
3.2.1 Tổn thất nhiệt độ.....................................................................................16
3.2.2 Tính cân bằng nhiệt lượng cho các giai đoạn.......................................19
Downloaded by Golden Arowana ([email protected])
lOMoARcPSD|9997659Đồ án I – Quá trình và thiết bị CNTP GVHD:Ths. Phan Minh Thụy
3.3 TÍNH THIẾT KẾ THIẾT BỊ CHÍNH.......................................................24
3.3.1 Hệ số truyền nhiệt trong quá trình sôi..............................................24
3.3.1.1 Các kí hiệu và công thức.............................................................24
3.3.1.2 Phía hơi đốt thành thiết bị..........................................................25
3.3.1.3 Từ thành thiết bị tới dung dịch...................................................25
3.3.1.4 Giai đoạn cấp nhiệt từ thành đến dung dịch.............................27
3.3.1.5 Hệ số truyền nhiệt K...................................................................27
3.3.2 Hệ số truyền nhiệt để đưa dung dịch ban đầu từ 20oC lên 65,95oC 30
3.3.2.1 Các kí hiệu và công thức.............................................................30
3.3.2.2 Phía hơi ngưng.............................................................................30
3.3.2.3 Phía vách......................................................................................31
3.3.2.4 Phía dung dịch.............................................................................31
3.3.2.5 Hệ số truyền nhiệt........................................................................32
CHƯƠNG IV: TÍNH TOÁN THIẾT BỊ CHÍNH..........................................................34
4.1 Tính kích thước buồng đốt........................................................................34
4.1.1 Tính thể tích vật liệu...............................................................................34
4.1.2 Tính đường kính và chiều cao buồng đốt.............................................34
4.2 Tính thời gian cô đặc và diện tích bề mặt truyền nhiệt...........................36
4.3 Tính kích thước không gian bốc hơi............................................................38
4.3.1 Tính đường kính buồng bốc hơi(Dbh)....................................................38
4.3.2 Tính chiều cao buồng bốc hơi................................................................39
4.3.3 Chiều dày thân buồng bốc hơi của thiết bị...........................................39
4.4 Tính kích thước nắp thiết bị.........................................................................40
CHƯƠNG V: TÍNH TOÁN VÀ CHỌN THIẾT BỊ PHỤ.............................................42
5.1 Tính các đường ống dẫn cửa........................................................................42
5.1.1 Ống và cửa nhập liệu..............................................................................42
5.1.2 Ống và cửa tháo liệu...............................................................................42
5.1.3 Ống dẫn hơi thứ......................................................................................43
5.1.4 Ống dẫn hơi đốt......................................................................................43
Downloaded by Golden Arowana ([email protected])
lOMoARcPSD|9997659Đồ án I – Quá trình và thiết bị CNTP GVHD:Ths. Phan Minh Thụy
5.1.5 Ống dẫn nước ngưng..............................................................................43
5.2 Thiết bị ngưng tụ dạng ống chùm................................................................44
5.2.1 Tính hiệu nhiệt độ trung bình................................................................46
5.2.2 Tính hệ số cấp nhiệt phía nước α2..........................................................46
5.2.3 Tính tổng nhiệt trở..................................................................................47
5.2.4 Hệ số cấp nhiệt phía hơi α1.....................................................................47
5.2.5 Số ống truyền nhiệt.................................................................................48
5.2.6 Chia ngăn cho thiết bị ngưng tụ............................................................48
5.2.7 Tính kích thước thiết bị ngưng tụ..........................................................49
5.2.8 Tính toán các chi tiết khác.....................................................................50
5.3 Tính toán chọn tai treo.................................................................................51
5.3.1 Khối lượng thiết bị (MTB).......................................................................51
5.3.2 Khối lượng dung dịch.............................................................................51
5.4 Mối ghép bích................................................................................................52
5.4.1 Bích nối nắp với thân thiết bị.................................................................52
5.4.2 Bích nối buồng đốt với thân thiết bị......................................................53
5.4.3 Bích nối nắp với thân của thiết bị ngưng tụ..........................................53
5.5 Chọn đệm.......................................................................................................54
5.6 Chọn kính quan sát.......................................................................................54
5.7 Tính toán chọn cánh khuấy..........................................................................54
5.8 Tính chọn bơm chân không..........................................................................56
KẾT LUẬN......................................................................................................................58
TÀI LIỆU THAM KHẢO..............................................................................................59
Downloaded by Golden Arowana ([email protected])
lOMoARcPSD|9997659Đồ án I – Quá trình và thiết bị CNTP GVHD:Ths. Phan Minh Thụy
LỜI MỞ ĐẦU
Bộ môn “Quá trình và thiết bị công nghệ thực phẩm” cung cấp những kiến thức cần
thiết cho sinh viên và kĩ sư công nghệ thực phẩm, kĩ sư chế biến nông sản, thủy hải
sản và kĩ sư máy thực phẩm. Ngoài ra bộ môn này góp phần nào tới kĩ sư các ngành
kĩ thuật sản xuất, có khả năng vận dụng vào trong thực hành sản xuất công nghiệp
liên quan, hiểu sâu hơn về nghiên cứu sản xuất máy móc thiết bị hiện đại trên thế
giới, nhất là trong thời đại hiện nay mà máy móc khoa học đang phát triển không
ngừng.
Trong đề tài đồ án được giao: “Tính toán thiết kế hệ thống cô đặc 1 nồi để cô đặc
dung dịch nước xoài ép năng suất 300kg/mẻ” ,chủ yếu đề cập đến các quá trình xảy
ra trong thiết bị cô đặc 1 nồi , hiểu được cấu trúc, cách vận hành hệ thống cũng như
biết tính toán được các thông số công nghệ cần thiết phục vụ cho việc thiết kế thiết
bị
Như chúng ta biết cô đặc ứng dụng rất nhiều trong quá trình sản xuất hóa chất và
thực phẩm, nhất là trong các ngành sản xuất nước quả cô đặc, hóa chất,…Xoài là
một loại cây ăn quả được trồng nhiều ở Việt Nam, cho sản lượng thu hoạch hàng
năm lớn, vì vậy gây ra một số khó khăn trong quá trình bảo quản nguyên quả. Để
tăng thời gian bảo quản cũng như tạo ra những sản phẩm mới phục vụ nhu cầu trong
nước cũng như xuất khẩu thì ép quả lấy nước sau đó đem cô đặc cũng là một giải
pháp hay, tiết kiệm chi phí, kéo dài thời gian bảo quản mà vẫn giữ được giá trị dinh
dưỡng cho sản phẩm.
Vì đây là đồ án đầu tiên được thực hiện dưới thời sinh viên nên không thể tránh khỏi
những thiếu sót,em rất mong nhận được những ý kiến đóng góp từ các thầy cô để
hoàn thiện kiến thức của mình hơn
Em xin chân thành cảm ơn!
Sinh viên thực hiện
Nguyễn Hùng Anh
SVTH: Nguyễn Hùng Anh – 20180398 3
Downloaded by Golden Arowana ([email protected])
lOMoARcPSD|9997659Đồ án I – Quá trình và thiết bị CNTP GVHD:Ths. Phan Minh Thụy
CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI
NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN
Tính toán thiết kế hệ thống cô đặc 1 nồi để cô đặc dung dịch nước xoài ép:
- Năng suất theo sản phẩm: 300kg/mẻ
- Nồng độ đầu: 10Bx
- Nồng độ cuối: 55Bx
1.1 TỔNG QUAN VỀ NGUYÊN LIỆU
Xoài thuộc họ đào lộn hột (Anacadiaceae), có tên khoa học là Mangifera
indica L. Đây là loại cây ăn quả nhiệt đới, có nguồn gốc từ Ấn Độ và các vùng
giáp ranh như Việt Nam, Myanmar, Malaysia,…
Tại Việt Nam, xoài được trồng nhiều nhất ở Đồng bằng sông Cửu Long và một số
khu vực miền Trung, Tây Bắc..., . Theo số liệu thống kê vào năm 2017, Việt Nam có
diện tích trồng lên tới 92.746 ha và sản lượng đạt 788.233 tấn, trong đó ĐBSCL là
vùng sản xuất xoài lớn nhất, chiếm đến 46,1% diện tích và 64.4% sản lượng xoài
của cả nước; tiếp theo là vùng Đông Nam Bộ (chiếm 19,2% diện tích và 64,4% sản
lượng xoài cả nước)
Xoài có giá trị dinh dưỡng cao, phù hợp cho mọi lứa tuổi. Trong 100g xoài chín
chứa: nước 86,5g; glucid 15,9g; protein 0,6g; lipid 0,3g; tro 0,6g; các chất khoáng:
Ca, P, Fe ; các vitamin: A , B1, C ; cung cấp 62 calo, 78% nhu cầu vitamin A mỗi
ngày,46% nhu cầu vitamin C,…
Bảng 1.1 Thành phần dinh dưỡng có trong 100 g xoài
Thành phần Hàm lượng Đơn vị
Nước 84 %
Glucid 15 g
Protein 0 g
Lipid 0 g
Chất xơ 1 µg
Vitamin A 40 mg
Vitamin B1 0,5 mg
SVTH: Nguyễn Hùng Anh – 20180398 4
Downloaded by Golden Arowana ([email protected])
lOMoARcPSD|9997659Đồ án I – Quá trình và thiết bị CNTP GVHD:Ths. Phan Minh Thụy
Vitamin B2 0,06 mg
Vitamin C 53 mg
Vitamin E 1 mg
Canxi 10 mg
Photpho 15 mg
Sắt 0,3 mg
Nguyên liệu cô đặc ở dạng dung dịch gồm:
- Dung môi: nước
- Các chất hòa tan chiếm chủ yếu là đường Saccaroze và nhiều cấu tử với hàm
lượng rất thấp (coi như không có). Các cấu tử này xem như không bay hơi
trong quá trình cô đặc.
1.2 KHÁI QUÁT VỀ QUÁ TRÌNH CÔ ĐẶC
1.2.1 Khái niệm
Cô đặc là quá trình làm mất nước (dung môi) trong dung dịch (dung dịch là hỗn hợp
giữa dung môi và chất rắn hòa tan trong dung môi) để thu được dung dịch có nồng
độ chất rắn cao.
Quá trình cô đặc được tiến hành ở nhiệt độ sôi, mọi áp suất (áp suất chân không, áp
suất thường, áp suất dư) trong hệ thống một hay nhiều thiết bị cô đặc. Trong đó:
- Cô đặc chân không dung cho các dung dịch có nhiệt độ sôi cao, dễ phân hủy
bởi nhiệt.
- Cô đặc ở áp suất cao hơn áp suất khí quyển dung cho dung dịch không bị
phân hủy ở nhiệt độ cao như các dung dịch muối vô cơ, sử dụng hơi thứ cho
cô đặc và cho các quá trình đun nóng khác
- Cô đặc ở áp suất khí quyển thì hơi thứ không được sử dung mà thải ra ngoài
không khí. Đây là phương pháp đơn giản nhưng không kinh tế
Trong công nghiệp thực phẩm và hóa chất thường làm đậm đặc dung dịch nhờ đun
sôi gọi là quá trình cô đặc. Đặc điểm của cô đặc là dung môi được tách ra khỏi dung
dịch ở dạng hơi, còn chất hòa tan trong dung dịch sẽ không bay hơi do vậy nồng độ
dung dịch tăng dần lên, khác với chưng cất trong chưng cất thì các cấu tử trong hỗn
hợp cùng bay hơi chỉ khác nhau về nồng độ.
SVTH: Nguyễn Hùng Anh – 20180398 5
Downloaded by Golden Arowana ([email protected])
lOMoARcPSD|9997659Đồ án I – Quá trình và thiết bị CNTP GVHD:Ths. Phan Minh Thụy
Hơi của dung môi được tách ra khỏi dung dịch được gọi là hơi thứ, hơi thứ ở nhiệt
độ cao có thể dung để đun nóng thiết bị khác. Nếu dung hơi thứ để đun nóng một
thiết bị khác ngoài thiết bị cô đặc thì được gọi là hơi phụ.
Quá trình cô đặc có thể diễn ra trong một nồi hay nhiều nồi, gián đoạn hay liên
tục. Quá trình cô đặc có thể thực hiện ở các áp suất khác nhau tùy từng vào yêu cầu
kĩ thuật. Khi dùng ở áp suất thường (áp suất khí quyển) thì có thể dung thiết bị hở,
còn khi làm việc ở áp suất khác thì dùng thiết bị kín cô đặc trong chân không (áp
suất thấp) vì nó có ưu điểm : khi áp suất giảm thì nhiệt độ sôi của dung dịch cũng
giảm theo khi đó độ chênh lệch giữa nhiệt độ hơi buồng đốt và dung dịch tăng do
diện tích bề mặt truyền nhiệt giảm.
Cô đặc nhiều nồi là sử dụng hơi thứ thay cho hơi đốt nên nó có ý nghĩa kinh tế cao
về sử dụng nhiệt và nó hoạt động dựa trên nguyên tắc sau: Hơi đốt của nồi thứ nhất
sử dụng hơi từ nồi hơi, hơi thứ của nồi thứ nhất làm hơi đốt cho nồi thứ hai, hơi thứ
của nồi thứ hai làm hơi đốt cho nồi thứ ba…hơi thứ cuối cùng đi vào thiết bị ngưng
tụ. Do có tổn thất nhiệt độ nên nhiệt đun nóng nồi sau bao giờ cũng thấp hơn nồi
trước, bởi vậy mà người ta thường cô đặc dung dịch ở nồi thứ nhất với áp suất dư
còn các nồi sau đều ở áp suất chân không. Trong hệ thống cô đặc nhiều nồi dung
dịch chuyển dịch từ nồi này sang nồi tiếp theo, qua mỗi nồi dung môi bay hơi đi một
phần, nồng độ dung dịch tăng lên, đến cuối cùng nồng độ dung dịch đạt được như
yêu cầu thì người ta tháo dịch vào thùng chứa.
1.2.2 Các phương pháp cô đặc
1.2.2.1 Cô đặc bằng phương pháp lạnh đông
Khi làm lạnh đông chậm, các phân tử nước sẽ kết tinh và lớn dần lên tạo thành khối
băng, tách khỏi dung dịch ban đầu. Quá trình cô đặc này phụ thuộc nhiều vào nhiệt
độ lạnh đông, số lượng tinh thể đá tạo thành. Sử dụng phương pháp này sẽ tránh gây
mất vitamin, các chất thơm và các chất dễ bị phân hủy bơi nhiệt. Tuy nhiên, chi phí
năng lượng và chi phí thiết bị cho phương pháp này cao.
1.2.2.2 Cô đặc bằng phương pháp thẩm thấu ngược
Khi ngăn hai dung dịch khác nhau bằng tấm màn bán thấm, nước sẽ đi từ dung dịch
có nồng độ chất khô thấp đến nơi có nồng độ chất khô cao để hai bên đạt nồng độ
cân bằng. Trong phương pháp này, dưới tác dụng cơ học của dung dịch có nồng độ
cao hơn áp suất thẩm thấu, làm nước đi theo chiều ngược lại từ nơi có nồng độ chất
SVTH: Nguyễn Hùng Anh – 20180398 6
Downloaded by Golden Arowana ([email protected])
lOMoARcPSD|9997659Đồ án I – Quá trình và thiết bị CNTP GVHD:Ths. Phan Minh Thụy
khô cao đến nơi có nồng độ chất khô thấp. Phương pháp này có ưu điểm là hạn chế
tối đa mất mát các thành phần cơ bản của dung dich. Tuy nhiên, phương pháp này
làm mất một số muối khoáng và không được thanh trùng bổ sung.
1.2.2.3 Cô đặc bằng bốc hơi nhờ nhiệt độ
Đây là phương pháp phổ biến nhất hiện nay. Nhờ nhiệt độ, dung dịch được đun sôi
và lúc này, nước trong dung dịch diễn ra quá trình chuyển khối từ pha từ lỏng sang
hơi và tách ra khỏi dung dịch. Phương pháp này được dùng phổ biến, trang thiết bị
tương đối đơn giản. Tuy nhiên, do sử dụng nhiệt độ nên không tránh khỏi tổn thất
một số chất dinh dưỡng dễ bị phân hủy bởi nhiệt. Ngoài ra, trong quá trình bốc hơi,
hơi nước cuốn theo các chất thơm và các chất dễ bay hơi khác của dung dịch.
1.2.3 Những biến đổi của quá trình cô đặc
Biến đổi vật lý
- Khi dung dịch bay hơi: nồng độ chất hòa tan sẽ tăng, do đó tính chất của
dung dịch sẽ thay đổi. Tính chất của dung dịch thay đổi theo thời gian cô
đặc và nồng độ của dung dịch ở áp suất không đổi.
- Khi nồng độ tăng: hệ số dẫn nhiệt, nhiệt dung riêng, hệ số cấp nhiệt phía
dung dịch giảm. Nhưng khối lượng riêng, độ nhớt, tổn thất do nồng độ sẽ
tăng.
Biến đổi hóa học
- Thay đổi pH của môi trường: do tính chất thủy phân amit của các cấu tử
tạo thành axit.
- Độ kiềm tăng.
- Đóng cặn, do số muối canxi hòa tan rất chậm trong nồng độ cao, do phân
hủy của một số muối axit hữu cơ tạo thành kết tủa.
- Phân hủy chất cô đặc làm tăng tổn thất.
- Tăng màu: do phân hủy các sản phẩm cô đặc dưới điều kiện nhiệt độ và
áp suất.
- Do kết quả của phản ứng Maye maillard là phản ứng ngưng tụ giữa đường
khử và amino axit, tạo thành các chất màu dạng keo chứa Nito.
SVTH: Nguyễn Hùng Anh – 20180398 7
Downloaded by Golden Arowana ([email protected])
lOMoARcPSD|9997659Đồ án I – Quá trình và thiết bị CNTP GVHD:Ths. Phan Minh Thụy
Biến đổi sinh học
- Tiêu diệt vi sinh vật (ở nhiệt độ cao)
- Hạn chế khả năng hoạt động của vi sinh vật ở nồng độ cao
1.2.4 Bản chất của quá trình cô đặc do nhiệt
Dựa theo thuyết động học phân tử : Để tạo thành hơi thì nhiệt tác dụng lên bề mặt
thoáng phải lớn hơn tốc độ giới hạn. Phân tử khi bay hơi sẽ thu nhiệt để khắc phục
trạng thái lỏng và trở lực bên ngoài. Do vậy ta cần cấp nhiệt để các phân tử đủ năng
lượng để thực hiện quá trình này.
Bên cạnh đó sự bay hơi chủ yếu do các bọt khí hình thành trong quá trình cấp nhiệt
và chuyển động liên tục, do sự chênh lệch về khối lượng riêng giữa các phân tử trên
bề mặt và dưới đáy tạo nên sự tuần hoàn tự nhiên trong nồi cô đặc
1.2.5 Ứng dụng quá trình cô đặc
Ứng dụng trong sản xuất hóa chất, thực phẩm, dược phẩm.
Mục đích: để đạt được nồng độ dung dịch theo yêu cầu, hoăc đưa dung dịch qua
trạng thái bão hòa để kết tinh.
Ví dụ về ứng dụng của quá trình cô đặc trong sản xuất các loại thực phẩm: đường,
các loại nước ép rau, củ, quả: cà chua, dứa, xoài,…
1.3 THIẾT BỊ CÔ ĐẶC BẰNG PHƯƠNG PHÁP NHIỆT
1.3.1 Phân loại
Theo cấu tạo, tính chất của nhóm đối tượng cần cô đặc
* Nhóm 1: Dung dịch đối lưu tự nhiên, dung dịch loãng, độ nhớt thấp, đảm bảo
dễ dàng qua bề mặt truyền nhiệt
* Nhóm 2: Dung dịch đối lưu cưỡng bức dung bơm để tạo vận tốc dung dịch từ
1,5- 3,5 m/s tại bề mặt truyền nhiệt. Ưu điểm: tăng hệ số truyền nhiệt, độ nhớt
cao, kết tinh trên bề mặt truyền nhiệt.
* Nhóm 3: Dung dịch chảy thành màng mỏng, chảy một lần, tránh tiếp xúc quá
lâu làm biến chất sản phẩm.
SVTH: Nguyễn Hùng Anh – 20180398 8
Downloaded by Golden Arowana ([email protected])
lOMoARcPSD|9997659Đồ án I – Quá trình và thiết bị CNTP GVHD:Ths. Phan Minh Thụy
Theo phương pháp thực hiện quá trình
* Cô đặc áp suất thường có nhiệt độ sôi áp suất không đổi. Thường dung cô đặc
dung dịch liên tục để giữ mức dung dịch cố định và thời gian cô đặc ngắn.
* Cô đặc áp suất chân không dung dịch có nhiệt độ sôi thấp hơn do có áp suất
chân không.
* Cô đặc nhiều nồi mục đích là tiết kiệm hơi đốt, nhưng số nồi không nên lớn
quá vì sẽ làm giảm hiệu quả tiết kiệm hơn so với chi phí đề ra. Do sử dụng
hơi thứ của nồi trước làm hơi đốt của nồi sau nên có ý nghĩa kinh tế cao.
1.3.2 Yêu cầu về công nghệ và thiết bị
Yêu cầu công nghệ
Đảm bảo nồng độ chất khô theo quy định
Giảm tổn thất chất khô
Giảm tốc độ đóng cặn trong nồi bốc hơi
Nâng cao hiệu quả sử dụng nhiệt năng, giảm tổn thất nhiệt
Yêu cầu thiết bị
* Về cấu tạo, thiết bị cô đặc có nhiều loại nhưng chúng đều có 3 bộ phận chính
như sau:
Bộ phận nhận nhiệt: Ở thiết bị đun nóng bằng hơi nước, bộ phận nhận nhiệt
là dàn ống gồm nhiều ống nhỏ, trong đó hơi nước ngưng tụ ở bên ngoài các
ống, truyền nhiệt cho dung dịch chuyển động bên trong các ống
Không gian để phân ly: Hơi dung môi tạo ra còn chưa cả dung dịch nên phải
có không gian lớn để tách dung dịch rơi trở lại bộ phận nhận nhiệt
Bộ phận phân ly: để tách các giọt dung dịch còn lại trong hơi
* Những yêu cầu chung cần đảm bảo khi chế tạo các thiết bị cô đặc:
Thích ứng được với tính chất đặc biệt của dung dịch cần được cô đặc: độ
nhớt cao, khả năng tạo bọt lớn, tính ăn mòn kim loại,…
Có hệ số truyền nhiệt lớn vì khi nồng độ tăng, hệ số truyền nhiệt sẽ giảm
mạnh.
SVTH: Nguyễn Hùng Anh – 20180398 9
Downloaded by Golden Arowana ([email protected])
lOMoARcPSD|9997659Đồ án I – Quá trình và thiết bị CNTP GVHD:Ths. Phan Minh Thụy
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 đảm bảo phân bố đều trong không gian bên ngoài giữa các ống của
giàn ống.
Đảm bảo tách các khí không ngưng còn lại sau khi ngưng tụ hơi đốt.
Dễ dàng cho việc làm sạch bề mặt trong các ống vì khi dung dịch bốc hơi bên
trong các ống sẽ làm bẩn mặt bên trong của ống (tạo cặn).
1.3.3 Các phương pháp cấp nhiệt cho hệ thống
Phương pháp bốc hơi áp lực: Các nồi bốc hơi làm việc dưới áp lực.
Phương pháp bốc hơi chân không: Các nồi bốc hơi đều làm việc ở điều kiện
chân không.
Phương pháp áp lực chân không: Thiết bị đầu làm ở áp suất cao, thiết bị cuối
làm việc ở áp suất chân không
1.3.4 Các thiết bị và chi tiết trong hệ thống cô đặc
Các thiết bị chính
Ống tuần hoàn, ống truyền nhiệt, nồi hai vỏ, …
Ống nhập liệu, ống tháo liệu
Buồng đốt , buồng bốc hơi
Đáy, nắp
Các ống dẫn: hơi đốt, hơi thứ, nước ngưng, khí không ngưng
Các thiết bị phụ
Các bể chứa: nguyên liệu, sản phẩm,…
Các loại bơm: bơm dung dịch, bơm nước, bơm chân không;
Thiết bị gia nhiệt;
Thiết bị ngưng tụ: Baromet; ống chùm,…
Thiết bị đo và điều chỉnh.
Lưu lượng kế
SVTH: Nguyễn Hùng Anh – 20180398 10
Downloaded by Golden Arowana ([email protected])
lOMoARcPSD|9997659Đồ án I – Quá trình và thiết bị CNTP GVHD:Ths. Phan Minh Thụy
Thùng cao vị
Các van,…
SVTH: Nguyễn Hùng Anh – 20180398 11
Downloaded by Golden Arowana ([email protected])
lOMoARcPSD|9997659Đồ án I – Quá trình và thiết bị CNTP GVHD:Ths. Phan Minh Thụy
CHƯƠNG II: QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ
2.1 CƠ SỞ LỰA CHỌN QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ
Quá trình cô đặc có thể được tiến hành trong một thiết bị cô đặc một nồi hay nhiều
nồi, làm việc liên tục hay gián đoạn.
Cô đặc là quá trình sử dụng một nguồn nhiệt để cấp nhiệt cho dung dịch để làm bốc
hơi dung dịch cần cô đặc thu được dung dịch có nồng độ cao hơn.
Cô đặc chân không là quá trình cô đặc mà thiết bị cô đặc hoạt động ở áp suất chân
không, thấp hơn áp suất khí quyển, mục đích làm giảm nhiệt độ sôi của dung dịch cô
đặc, giúp cho dung dịch giữ được chất lượng, không bị biến chất do nhiệt độ cao.
Ngoài ra quá trình làm việc ở nhiệt độ thấp giúp giảm tổn hao về năng lượng do
chênh lệch nhiệt độ với môi trường thấp.
Hệ thống cô đặc cũng rất đa dạng, có thể là hệ thống đơn chiếc một nồi cô, hặc hệ
thống nhiều nồi và tận dụng nhiệt của hơi thứ để cấp nhiệt cho các nồi khác giúp
giảm rất nhiều chi phí năng lượng.
Trong đề tài này, ta chọn thiết bị để cô đặc là thiết bị nồi 2 vỏ có cánh khuấy vì một
số lí do như:
- Năng suất theo sản phẩm không lớn lắm (300kg/mẻ)
- Cấu tạo thiết bị đơn giản, dễ vận hành
- Dễ dàng vệ sinh thiết bị
- Phù hợp với các loại dung dịch nước quả hay dung dịch có độ nhớt cao,
…
- Cánh khuấy được thiết kế sẽ có tác dụng khuấy trộn dung dịch, tránh hiện
tượng dung dịch bị đóng cặn trong quá trình cô đặc
SVTH: Nguyễn Hùng Anh – 20180398 12
Downloaded by Golden Arowana ([email protected])
lOMoARcPSD|9997659Đồ án I – Quá trình và thiết bị CNTP GVHD:Ths. Phan Minh Thụy
2.2 SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ HỆ THỐNG CÔ ĐẶC 1 NỒI
Hình 2.1. Sơ đồ công nghệ hệ thống cô đặc chân không một nồi sử dụng nồi
hai vỏ có cánh khuấy
1.Thùng chứa nguyên liệu ; 2. Bơm nhập liệu ; 3. Ống dẫn hơi đốt; 4. Cửa nhập
liệu ; 5. Buồng bốc; 6. Quả cầu CIP; 7. Ống dẫn hơi thứ ; 8.Cửa thoát khí không
ngưng; 9. Buồng đốt; 10. Cửa thoát nước ngưng; 11. Cửa tháo sản phẩm; 12. Cốc
tách nước ngưng; 13. Thùng chứa sản phẩm; 14. Thiết bị đo áp suất; 15. Thiết bị
ngưng tụ; 16. Bộ phận tách lỏng; 17. Bơm chân không; 18. Bể chứa nước ngưng
KẾT LUẬN
Về phương diện tính toán, các công thức tính toán sử dụng trong đồ án đều được tra
cứu và tham khảo dựa trên các tài liệu đáng tin cậy của các tác giả có nhiều năm
kinh nhiệm giảng dạy và thực tế. Các thông số về kích thước cơ bản đã được tính
một cách rõ ràng và logic. Các số liệu sau khi tính toán đã được giảng viên hướng
dẫn góp ý, chỉnh sửa để phù hợp hơn với thực tế.
Về phương diện thiết kế, bản vẽ đã trình bày rõ về hình dạng cũng như các kích
thước cơ bản của thiết bị; phóng to một số các kết cấu quan trọng như: các kết cấu
ghép của các mặt bích,…
Tuy nhiên, phần tính toán thiết kế vẫn còn nhiều hạn chế và thiếu sót như: chưa vẽ
và làm rõ kết cấu của bơm chân không pít-tông, động cơ cánh khuấy. Ngoài ra, do
kinh nghiệm thiết kế cũng như thực tế còn thiếu nên không thể tránh khỏi những
thiếu sót không đáng có. Vì vậy, trong thời gian tới, em sẽ tiếp tục học hỏi các kiến
thức và kĩ năng cần thiết để phần tính toán thiết kế thêm đầy đủ, hoàn thiện và sát
hơn với thực tế.
Em xin gửi lời Thank sâu sắc tới Thầy ThS. Phan Minh Thụy đã cho em những gợi
ý, những lời khuyên và những kiến thức thực tế hữu ích để em có thể hoàn thành tốt
đồ án của mình.
Em xin chân thành cảm ơn!
Do Drive thay đổi chính sách, nên một số link cũ yêu cầu duyệt download. các bạn chỉ cần làm theo hướng dẫn.
Password giải nén nếu cần: ket-noi.com | Bấm trực tiếp vào Link để tải:
You must be registered for see links