Thiết kế thiết bị cô đặc chân không dùng để cô đặc dịch cà phê sau trích li năng suất 1200 kg/h

69 170 0
Thiết kế thiết bị cô đặc chân không dùng để cô đặc dịch cà phê sau trích li năng suất 1200 kg/h

Đang tải... (xem toàn văn)

Tài liệu hạn chế xem trước, để xem đầy đủ mời bạn chọn Tải xuống

Thông tin tài liệu

Đồ án môn học, thiết kế thiết bị cô đặc chân không buồng đốt trong dùng để cô đặc dung dịch cà phê trong sản xuất cà phê hòa tan.

BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐH CÔNG NGHIỆP THỰC PHẨM TP HCM -o0o - KHOA CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM ĐỒ ÁN KĨ THUẬT THỰC PHẨM ĐỀ TÀI THIẾT KẾ THIẾT BỊ CÔ ĐẶC CHÂN KHÔNG BUỒNG ĐỐT TRONG, DÙNG TRONG CÔ ĐẶC DUNG DỊCH CÀ PHÊ TRONG SẢN XUẤT CÀ PHÊ HÒA TAN VỚI NĂNG SUẤT 1200KG/GIỜ GVHD: Lớp: SVTH: Tp.HCM, ngày 10 tháng 12 năm 2019 BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐH CÔNG NGHIỆP THỰC PHẨM TP HCM -o0o - KHOA CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM ĐỒ ÁN KĨ THUẬT THỰC PHẨM ĐỀ TÀI THIẾT KẾ THIẾT BỊ CÔ ĐẶC CHÂN KHÔNG BUỒNG ĐỐT TRONG, DÙNG TRONG CÔ ĐẶC DUNG DỊCH CÀ PHÊ TRONG SẢN XUẤT CÀ PHÊ HÒA TAN VỚI NĂNG SUẤT 1200KG/GIỜ GVHD: Lớp: SVTH: NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN TPHCM, ngày tháng Giảng viên hướng dẫn năm ĐỒ ÁN KĨ THUẬT THỰC PHẨM GVHD: MỤC LỤC LỜI MỞ ĐẦU CHƯƠNG I: TỔNG QUAN I Nhiệm vụ đồ án II Giới thiệu nguyên liệu sản phẩm hạt cà phê hòa tan .2 Nguyên liệu 2 Sản phẩm cà phê hòa tan III Giới thiệu công nghệ sản xuất cà phê hòa tan IV Khái quát cô đặc .5 Định nghĩa Các phương pháp cô đặc Bản chất cô đặc nhiệt Ứng dụng cô đặc V Thiết bị cô đặc dùng phương pháp nhiệt Phân loại ứng dụng Thiết bị chi tiết hệ thống cô đặc .7 CHƯƠNG 2: CÂN BẰNG VẬT CHẤT VÀ NĂNG LƯỢNG I Dữ liệu đề II Cân phương trình vật chất Suất lượng tháo liệu .8 Tổng lượng thứ bốc lên (W) III Cân lượng Tổn thất nhiệt độ 1.1 Tổng thất nhiệt độ: nồng độ tăng (∆’) 1.2 Tổn thất nhiệt độ áp suất thủy tĩnh (Δ’’) 1.3 Tổn thất trở lực đường ống 10 1.4 Tổn thất nhiệt cho hệ thống: 10 1.5 Chênh lệch nhiệt độ hữu ích nồi hệ thống 10 Cân lượng 11 2.1 Cân nhiệt lượng, 11 2.2 Phương trình cân nhiệt lượng .11 Hệ số cấp nhiệt 12 ĐỒ ÁN KĨ THUẬT THỰC PHẨM GVHD: 3.1 Hệ số cấp nhiệt ngưng tụ (α1) 12 3.2 Hệ số cấp nhiệt từ bề mặt đốt đến dòng chất lỏng sơi 13 3.3 Nhiệt tải riêng phía tường 15 Hệ số truyền nhiệt tổng quát K cho trình đặc 15 Diện tích bề mặt truyền nhiệt .15 CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ THIẾT BỊ CHÍNH .16 I Tính kích thước thiết bị đặc .16 Tính kích thước buồng bốc 16 1.1 Đường kính buồng bốc (Db) 16 1.2 Chiều cao buồng bốc 17 Tính kích thước buồng đốt 17 2.1 Số ống truyền nhiệt 17 2.2 Đường kính ống tuần hồn trung tâm (Dth) .18 2.3 Đường kính buồng đốt 18 2.4 Kiểm tra diện tích truyền nhiệt .19 Tính kích thước ống dẫn 19 3.1 Đường kính ống dẫn đốt 20 3.2 Đường kính ống dẫn thứ .20 3.3 Đường kính ống dẫn dung dịch 20 II Tính bền khí cho chi tiết thiết bị đặc 23 Tính cho buồng đốt 23 1.1 Sơ lược cấu tạo 23 1.2 Tính tốn 23 Tính cho buồng bốc 25 2.1 Sơ lược cấu tạo 25 2.2 Tính tốn 25 Tính cho đáy thiết bị 28 3.1 Sơ lược cấu tạo 28 3.2 Tính tốn 28 Tính cho nắp thiết bị: 32 4.1 Sơ lược cấu tạo: .32 4.2 Tính tốn 33 ĐỒ ÁN KĨ THUẬT THỰC PHẨM GVHD: Tính mặt bích .34 5.1 Sơ lược cấu tạo: .34 5.2 Chọn mặt bích 35 Tính vỉ ống 36 6.1 Sơ lược cấu tạo 36 6.2 Tính tốn 36 Khối lượng trai treo .38 7.1 Sơ lược cấu tạo trai treo chân đỡ 38 7.2 Buồng đốt 38 7.3 Buồng bốc 38 7.4 Phần hình nón cụt buồng bốc buồng đốt 39 7.5 Đáy nón 39 7.6 Nắp ellipe 39 7.7 Ống truyền nhiệt ống tuần hoàn trung tâm .40 7.8 Mặt bích 40 7.9 Bu lông ren 41 7.10 Đai ốc .42 7.11 Vỉ ống .42 CHƯƠNG 4: TÍNH TỐN THIẾT BỊ PHỤ 45 I Thiết bị gia nhiệt 45 Hệ số cấp nhiệt ngưng tụ (α1) 45 Hệ số cấp nhiệt từ bề mặt đốt đến dòng chất lỏng sôi 45 Nhiệt tải riêng phía tường 47 Diện tích bề mặt truyền nhiệt .47 II Thiết bị ngưng tụ: 49 Chọn thiết bị ngưng tụ .49 Tính thiết bị ngưng tụ 50 Bồn cao vị 55 Bơm 57 4.1 Bơm chân không 57 4.2 Bơm đưa nước vào thiết bị ngưng tụ 58 4.3 Bơm đưa dung dịch nhập liệu lên bồn cao vị 60 ĐỒ ÁN KĨ THUẬT THỰC PHẨM GVHD: 4.4 Bơm tháo liệu .63 Các chi tiết phụ 65 5.1 Cửa sữa chữa 65 5.2 Kính quan sát 66 LỜI KẾT 67 TÀI LIỆU THAM KHẢO 68 ĐỒ ÁN KĨ THUẬT THỰC PHẨM GVHD: LỜI MỞ ĐẦU Trong kế hoạch đào tạo sinh viên năm thứ ba, môn học Đồ án Kĩ thuật thực phẩm hội tốt cho việc hệ thống kiến thức q trình thiết bị cơng nghệ hố học Bên cạnh đó, mơn dịp để sinh viên tiếp cận thực tế thơng qua việc tính tốn, thiết kế lựa chọn chi tiết thiết bị với số liệu cụ thể, thông dụng Em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến thầy cô Trường Đại học Công nghiệp Thực phẩm TP Hồ Chí Minh, thầy khoa Cơng nghệ Thực phẩm trường tạo điều kiện cho em thực đồ án Trong thời gian học tập trường em tiếp thu nhiều kiến thức báo cáo kết trình học tập rèn luyện dạy bảo quý thầy cô Đặc biệt, em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến Thầy Trần Thái Nguyên, người tận tình hướng dẫn góp ý kỹ lưỡng thời gian qua giúp em hoàn thành báo cáo cách tốt Đồng thời kinh nghiệm thực tế hạn chế kiến thức hạn hẹp nên báo cáo tránh khỏi thiếu sót, em mong nhận ý kiến đóng góp quý thầy cô để em học thêm nhiều kinh nghiệm hoàn thành tốt đồ án sau Em xin chân thành cảm ơn! ĐỒ ÁN KĨ THUẬT THỰC PHẨM GVHD: CHƯƠNG I: TỔNG QUAN I Nhiệm vụ đồ án Thiết kế thiết bị cô đặc chân không buồng đốt trong, dùng cô đặc dung dịch cà phê sản xuất cà phê hòa tan     Năng suất: 1200kg/giờ Áp xuất chân không: 0,5 atm Hoạt động: cô đặc liên tục Nồng độ dịch cà phê ban đầu: 10 ⁰Brix  Nồng độ dịch cà phê cần đạt 40 ⁰Brix II Giới thiệu nguyên liệu sản phẩm hạt cà phê hòa tan Nguyên liệu Nguyên liệu để làm nên cà phê hòa tan cà phê nhân Thành phần hóa học nhân cà phê biến đổi phụ thuộc vào chủng loại, độ chín, điều kiện canh tác, phương pháp chế biến bảo quản Thành phần hóa học cà phê nhân gồm chất sau:  Nước Trong nhân cà phê sấy khơ, nước lại 10-12% dạng liên kết, Khi hàm lượng nước cao hơn, loại nấm mốc phát triển mạnh làm hỏng hạt Mặt khác, hàm lượng nước cao làm tăng thể tích bảo quản kho, khó khăn q trình rang, tốn nhiều ngun liệu làm tổn thương hương cà phê Hàm lượng nước cà phê sau rang 2,7%  Chất khoáng Hàm lượng chất khoáng cà phê khoảng 3-5%, chủ yếu kali, nito, magie, photpho, clo Ngồi thấy nhơm , sắt, đồng, iod, lưu huỳnh,…,  Glucid Chiếm khoảng ½ tổng số chất khô, đại phận không tham gia vào thành phần nước uống có màu vị caramel Đường có cà phê trình thủy phân tác dụng acid hữu enzyme thủy phân Hàm lượng saccharose có cà phê phụ thuộc vào mức độ chín: chín hàm lượng saccharose cao Hạt cà phê chứa nhiều polysacchride phần lớn bị loại bã cà phê sau trình trích ly,  Protein ĐỒ ÁN KĨ THUẬT THỰC PHẨM GVHD: Hàm lượng protein cà phê không cao đóng vai trò quan trọng việc hình thành hương vị sản phẩm Trong trình chế biến có phần protein bị phân giải thành acid amin, phần lớn bị biến thành hợp chất không tan  Lipid Hạt cà phê chứa lipid lớn (1-13%), Lipid cà phê gồn chủ yếu dầu sáp Trong sáp chiến 7-8% tổng lượng lipid, dầu chiến 90% Trong q trình chế biến lipid bị biến đổi, song phầ acid béo tham gia phản ứng tác dụng nhiệt độ cao tạo nên hương liệu thơm cho sản phẩm, lượng lipid khơng bị biến đổi dung mơi tốt gòa tan chất thơm Khi pha cà phê lượng nhỏ lipid vào nước phần lớn lưu lại bã,  Các alkaloid Trong cà phê có alcaloid nư caffeine, trigonellinne, coline Trong quan trọng nghiên cứu nhiều caffeine trigonelline  Chất thơm Trong cà phê hàm lượng chất thơm nhỏ, hình thành tích lũy hạt Trong q trình rang, chất thơm ban đầu có mùi hắc sau chuyển thành mùi thơm Các chất thơm cà phê dễ bị bay hơi, biến đổi dẫn đến tượng cà phê bị mùi thơm nên cần đựng bao bì kín tiêu thụ nhanh, Sản phẩm cà phê hòa tan Sản phẩm cà phê hòa tan đan dạng hình thức (kích thước, màu sắc,…), hượng vị Cà phê hòa tan đóng gói riêng trộn với nguyên liệu khác sữa bột, đường, cofee mate… Đây thức uống tiện lợi, dễ sử dụng Tuy nhiên, khơng có hương vị đặc trưng cà phê thời gian sản xuất kéo dài nhiệt độ cao Bảng 1: Chỉ tiêu chất lượng cà phê hòa tan Độ ẩm 2-3% Khả tan nhanh Tan hoàn toàn khoảng 10 giây Tỉ lệ cặn 0,2-0,5 mg/100g Bụi Không Mùi vị Giữ mùi cà phê, khơng có mùi vị lạ Hàm lượng cafeine 2-3% Hàm lượng carbonhydrate 38-42% pH dung dịch cà phê 4,5-5 l ĐỒ ÁN KĨ THUẬT THỰC PHẨM GVHD: Khoảng cách tâm thiết bị ngưng tụ thiết bị thu hồi Chiều cao hệ thống thiết bị Chiều rộng hệ thống thiết bị Đường kính thiết bị thu hồi Chiều cao thiết bị thu hồi Đường kính thiết bị thu hồi Khoảng cách ngăn Đường kính cửa vào Hơi vào Nước vào Hổn hợp khí Nối với ống Baromet Hỗn hợp khí vào thiết bị thu hồi Hỗn hợp khí thiết bị thu hồi Nối từ thiết bị thu hồi đến ống Baromet Ống thông khí K1 K2 H T D1 h1 (h) D2 950 835 5080 2350 500 1700 400 a1 a2 a3 a4 a5 200 260 320 380 440 d1 d2 d3 d4 d5 d6 d7 d8 350 200 125 200 125 80 70 25  Kích thước ngăn Tấm ngăn có dạng viên phân để đảm bảo làm việc tốt Chiều rộng ngăn xác định theo công thức VI.53, trang 85, [2] Có nhiều lỗ nhỏ đúc ngăn, nước làm nguội nước nên đường kính lỗ chọn 2mm  Lưu lượng thể tích nước lạnh dùng để ngưng tụ thứ: Nhiệt độ trung bình nước: pn = 988,8995 kg/m3 (bảng I.249, Tr310, [1]) Chọn chiều cao gờ ngăn là: 40 mm Chọn tốc độ tia nước 0,62 m/s (trang 52, [2]) 48 ĐỒ ÁN KĨ THUẬT THỰC PHẨM GVHD:  Tổng diện tích bề mặt lỗ toàn mặt cắt ngang thiết bị ngưng tụ, nghĩa cặp ngăn  Chọn tỉ số tổng số diện tích tiết diện lỗ với tổng diện tích tiết diện thiết bị ngưng tụ là: Các lỗ xếp theo hình lục giác Bước lỗ xác định công thức VI.55, Tr 85, [2]:  Mức độ đun nóng nước (trang 85, [2]) Tra bảng VI.7 trang 86, [2], với d=2mm P=0,774, suy ra:  Số ngăn n =  Số bậc n =  Thời gian rơi qua bậc t= 0,41s Trong thực tế, thiết bị ngưng tụ từ lên thể tích giảm dần Vậy khoảng cách hợp lý ngăn nên giảm dần theo hướng từ lên khoảng 50mm cho ngăn:  Chọn khoảng cách ngăn đáy thiết bị 500, ngăn khoảng cách giảm 60mm (có ngăn) = 500+440+380+320+260+200+160 = 2260 mm  Khoảng cách từ ngăn đến nắp thiết bị 1300mm  Khoảng cách từ ngăn đến thiết bị 1200mm  Chiều cao phần gờ nắp 50mm  Chiều cao phần nắp đáy nón 175mm  Chiều cao phần nắp ellipse 125mm Chiều cao thiết bị ngưng tụ : H = 2260 + 1300 + 1200 + 50 + 125 + 175 = 5110mm Theo công thức VI.58 Sổ tay tập 2, trang 86, ta có: H’ = h1 + h2 + h3 + h4 m 49 ĐỒ ÁN KĨ THUẬT THỰC PHẨM GVHD:  Chiều cao cột nước ống baromet cân với hiệu số áp suất khí thiết bị ngưng tụ (h1), cơng thức VI.59, trang 87, [2] Trong đó:  b: độ chân không thiết bị ngưng tụ, mmHg b = (1 – 0,503).760 = 367,84 mmHg  Chiều cao cột nước ống baromet cần để khắc phục trở lực nước chảy ống (, công thức VI.60, trang 87, [2] Chọn hệ số trở lực vào ống 1=0,5 khỏi ống = Chuẩn số Re: theo CT II.58, trang 377, [1]: Chọn ống thép CT3 ống hàn điều kiện ăn mòn nên độ nhám  = 0,2mm Dòng nước ống baromet chế độ chảy rối  µ: độ nhớt động lực nước lấy nhiệt độ trung bình 480C Regh tính theo cơng thức II.60 trang 378, [1]: Ren tính theo cơng thức II.62 trang 379, [1]  Regh < Re < Ren (khu vực độ) Hệ số ma sát λ theo công thức II.64 trang 380 [1]  Chọn chiều cao dự trữ h3 = 0,5 m để ngăn ngừa nước dâng lên ống chảy tràn vào đường ống dẫn áp suất khí tăng  Chọn chiều cao đoạn ống ngập bể nước h4 = 0,5 m 50 ĐỒ ÁN KĨ THUẬT THỰC PHẨM GVHD: m Chọn chiều cao ống baromet H’ = 6,5 m Bồn cao vị Bồn cao vị dùng để ổn định lưu lượng dung dịch nhập liệu bồn đặt độ cao phù hợp nhằm thắng trở lực đường ống cao so với mặt thoáng dung dịch nồi đặc Áp dụng phương trình Bernoulli với hai mặt cắt là1 - (mặt thoáng bồn cao vị), 22 (mặt thống nồi đặc): Trong đó:  v1 = v2= m/s  p1 = at  p2 = p0 = 0,503at  ρ = 1178,53: khối lượng riêng dung dịch cà phê 40% ttb= 56,07℃  μ = 10-3 N.s/m2 độ nhớt động lực học dung dịch cà phê 40% ttb=56,07 oC  z2: khoảng cách từ mặt thoáng dung dịch nồi cô đặc đến mặt đất;m z2 = z’ + Hđ + Hbđ + Hgc + Hc = + 1,127 + + 0,04 + 0,103 = 4,27 Với :  z’= 1m : khoảng cách từ phần nối ống tháo liệu đáy nón đến mặt đất  Hđ = 1,269+0,05 = 1,319m: chiều cao đáy nón  Hbđ = m: chiều cao buồng đốt  Hgc = 0,04m: chiều cao gờ nón cụt  Hc = 0,103m: chiều cao phần hình nón cụt Đường kính ống nhập liệu d = 40mm = 0,04m Chọn chiều dài đường ống từ bồn cao vị đến buống bốc l = 20m Tốc độ dung dịch ống: Chuẩn số Reynolds: 51 ĐỒ ÁN KĨ THUẬT THỰC PHẨM GVHD: Chọn ống thép CT3 ống hàn điều kiện ăn mòn ít( bảng II.15, trang 381,[1]) Ta có độ nhám tuyêt đối ε = 0,2mm Regh tính theo cơng thức II.60, trang 378 [1]: Ren tính theo công thức II.62, trang 379, [1] Regh< Re< Ren ( khu vực độ) Hệ số ma sát λ tính theo cơng thức II.64, trang 380 [1] Các hệ số trở lực cục bộ: Yếu tố gây trở lực Ký hệu Hệ số trở lực cục Số lượng 0,5 1 1 1,5 Đầu vào Đầu Khuỷu 90 o Van cửa  Tổng tổn thất đường ống Khoảng cách từ mặt thoáng bồn cao vị đến mặt đất:  Dung dịch cà phê 40% tự chảy từ bồn cao vị vào buồng bốc nồi đặc có độ cao từ 5,31 m trở lên Chọn khoảng cách từ mặt thoáng bồn cao vị đến mặt đất m Bơm 4.1 Bơm chân không Công suất bơm chân khơng là: Trong đó:  m : số đa biến, có giá trị tuwd 1,2 đến 1,6, chọn m=1,62  : áp suất khơng khí thiết bị ngưng tụ 52 ĐỒ ÁN KĨ THUẬT THỰC PHẨM GVHD: Với  : áp suất nước hỗn hợp  : lượng thể tích khơng cần hút  : hệ số hiệu chỉnh Suy công suất bơm chân không : Dùng bơm chân khơng khơng cần dầu bơi trơn, hút khơng khí, nước Chọn bơm chân khơng vòng nước hai cấp HWVP Có thơng số khác sau:  Kiểu HWVP –  Độ chân không: 30 ~ 150 Torr  Lưu lượng từ 450 ~ 28000 lít / phút  Cơng suất động 1,5 ~ 75 kW  Truyền động khớp nối cứng, dây đai hộp số tùy theo tốc độ quay tiêu chuẩn đầu bơm  Hoạt động êm ái, tuổi thọ vòng bi cao, phải bảo dưỡng  Lượng nước làm kín thấp  Vật liệu cánh, trục bơm làm từ thép không gỉ 304 316 giảm đáng kể ăn mòn chất acid lẫn khơng mơi trường khí nước 4.2 Bơm đưa nước vào thiết bị ngưng tụ  Cơng suất bơm: Trong đó:  H: cột áp bơm; m  η: hiệu suất bơm Chọn η = 0,75  = 995 kg/m3: khối lượng riêng nước 30℃  Q: lưu lượng thể tích nước lạnh tưới vào thiết bị ngưng tụ; m3/s 53 ĐỒ ÁN KĨ THUẬT THỰC PHẨM GVHD:  Áp dụng phương trình Bernoulli với mặt cắt – (mặt thoáng bể nước) – (mặt thoáng thiết bị ngưng tụ): Trong đó:       v1 = v2 = m/s p1 = atm p2 = 0,503 at μ = 0,000801 Ns/m2: độ nhớt động lực nước 30oC (I.107, Tr100, [1]) z1 = m – khoảng cách từ mặt thoáng bể nước đến mặt đất z2 = 12 m – khoảng cách từ mặt thoáng thiết bị ngưng tụ đến mặt đất Chọn dhút = dđẩy = 100 mm = 0,1 m ⇒ v1 = v2 = v Chọn chiều dài đường ống từ bể nước đến thiết bị ngưng tụ l = 13 m Tốc độ dung dịch ống: Chuẩn số Reynolds: Chọn ống thép CT3 ống hàn điều kiện ăn mòn (II.15, Tr381, [1]) ⇒ Độ nhám tuyệt đối ε = 0,2 mm Regh tính theo cơng thức II.60, trang 378, [1]: Ren tính theo cơng thức II.62, trang 379, [1]: ⇒ Regh < Re< Ren (khu vực độ) ⇒ Hệ số ma sát λ tính theo cơng thức II.64, Tr.380, [1]:  Các hệ số trở lực cục bộ: Yếu tố gây trở lực Đầu vào Đầu Ký hiệu ξvào ξra 54 Hệ số trở lực cục 0,5 Số lượng 1 ĐỒ ÁN KĨ THUẬT THỰC PHẨM Khuỷu 900 Van cửa GVHD: ξkhuỷu 90 ξvan 1,5 2 ⇒ Σξ = 0,5 + + 1.2 + 1,5.2 = 6,5 ⇒ Tổng tổn thất đường ống: ⇒ Cột áp bơm:  Công suất động điện: Trong đó:  ηtr hiệu suất truyền động, chọn ηtr = 0,9  ηđc hiệu suất động điện dựa theo bảng II.32, Tr.439, [1] Chọn hiệu suất động điện bơm li tâm ηđc = 0,9  Thường người ta chọn động điện có cơng suất lớn so với cơng suất tính tốn (với =1,5 hệ số dự trữ cơng suất theo II.33, Tr.440,[1])  Chọn N = hp  Chọn bơm ly tâm cấp nằm ngang để bơm chất lỏng trung tính, bẩn Ký hiệu bơm K 4.3 Bơm đưa dung dịch nhập liệu lên bồn cao vị  Cơng suất bơm: Trong đó:  H: cột áp bơm; m  η: hiệu suất bơm Chọn η = 0,75  = 1040,1 kg/m3: khối lượng riêng dung dịch cà phê 10% 55 ĐỒ ÁN KĨ THUẬT THỰC PHẨM GVHD:  Q: lưu lượng thể tích dung dịch cà phê 10% nơm vào bồn cao vị; m3/s  Áp dụng phương trình Bernoulli với mặt cắt – (mặt thoáng bể nước) – (mặt thống thiết bị ngưng tụ): Trong đó: v1 = v2 = m/s p1 = atm p2 = at μ = 0,336.10-3 Ns/m2: độ nhớt động lực dung dịch cà phê 10% 30oC (I.112, Tr114, [1])  z1 = m – khoảng cách từ mặt thoáng bể nước đến mặt đất  z2 = 3,5 m – khoảng cách từ mặt thoáng thiết bị ngưng tụ đến mặt đất     Chọn dhút = dđẩy = 40 mm = 0,04 m ⇒ v1 = v2 = v Chọn chiều dài đường ống từ bể nước đến thiết bị ngưng tụ l = m Tốc độ dung dịch ống: Chuẩn số Reynolds: Chọn ống thép CT3 ống hàn điều kiện ăn mòn (II.15, Tr381, [1]) ⇒ Độ nhám tuyệt đối ε = 0,2 mm Regh tính theo cơng thức II.60, trang 378, [1]: Ren tính theo cơng thức II.62, trang 379, [1]: ⇒ Regh < Re< Ren (khu vực độ) ⇒ Hệ số ma sát λ tính theo công thức II.64, Tr.380, [1]: 56 ĐỒ ÁN KĨ THUẬT THỰC PHẨM GVHD:  Các hệ số trở lực cục bộ: Yếu tố gây trở lực Đầu vào Đầu Khuỷu 900 Van cửa Ký hiệu ξvào ξra ξkhuỷu 90 ξvan Hệ số trở lực cục 0,5 1 1,5 Số lượng 1 ⇒ Σξ = 0,5 + + 1.3 + 1,5.2 = 7,5 ⇒ Tổng tổn thất đường ống: ⇒ Cột áp bơm:  Cơng suất động điện: Trong đó:  ηtr hiệu suất truyền động, chọn ηtr = 0,9  ηđc hiệu suất động điện dựa theo bảng II.32, Tr.439, [1] Chọn hiệu suất động điện bơm li tâm ηđc = 0,9  Thường người ta chọn động điện có cơng suất lớn so với cơng suất tính tốn (với =1,5 hệ số dự trữ công suất theo II.33, Tr.440,[1])  Chọn N = 0,125 hp  Chọn bơm ly tâm cấp nằm ngang để bơm chất lỏng trung tính, bẩn Ký hiệu bơm K 4.4 Bơm tháo liệu  Cơng suất bơm: Trong đó: 57 ĐỒ ÁN KĨ THUẬT THỰC PHẨM GVHD:  H: cột áp bơm; m  η: hiệu suất bơm Chọn η = 0,75  = 1178,53 kg/m3: khối lượng riêng dung dịch cà phê 40%  Q: lưu lượng thể tích dung dịch cà phê 40% tháo khỏi nồi cô dặc; m3/s  Áp dụng phương trình Bernoulli với mặt cắt – (mặt thoáng bể nước) – (mặt thống thiết bị ngưng tụ): Trong đó:  v1 = vhút = v; m/s  v2 = m/s  p2 = at  μ = 1,128.10-3 Ns/m2: độ nhớt động lực dung dịch cà phê 40% 85,14oC (I.112, Tr114, [1])  z1 = 1m: khoảng cách từ mặt thoáng bể nước đến mặt đất  z2 = 2m: khoảng cách từ mặt thoáng thiết bị ngưng tụ đến mặt đất Chọn dhút = dđẩy = 40 mm = 0,04 m ⇒ vhút = vđẩy = v Chọn chiều dài đường ống từ bể nước đến thiết bị ngưng tụ l = m Tốc độ dung dịch ống: Chuẩn số Reynolds: Chọn ống thép CT3 ống hàn điều kiện ăn mòn (II.15, Tr381, [1]) ⇒ Độ nhám tuyệt đối ε = 0,2 mm Regh tính theo cơng thức II.60, trang 378, [1]: Ren tính theo cơng thức II.62, trang 379, [1]: 58 ĐỒ ÁN KĨ THUẬT THỰC PHẨM GVHD: ⇒ Regh < Re< Ren (khu vực độ) ⇒ Hệ số ma sát λ tính theo cơng thức II.64, Tr.380, [1]:  Các hệ số trở lực cục bộ: Yếu tố gây trở lực Đầu vào Đầu Khuỷu 900 Van cửa Ký hiệu ξvào ξra ξkhuỷu 90 ξvan Hệ số trở lực cục Số lượng 0,5 1 1,5 1 ⇒ Σξ = 0,5 + + 1.4 + 1,5.2 = 7,5 ⇒ Tổng tổn thất đường ống: ⇒ Cột áp bơm:  Công suất động điện: Trong đó:  ηtr hiệu suất truyền động, chọn ηtr = 0,9  ηđc hiệu suất động điện dựa theo bảng II.32, Tr.439, [1] Chọn hiệu suất động điện bơm li tâm ηđc = 0,9  Thường người ta chọn động điện có cơng suất lớn so với cơng suất tính tốn (với =1,5 hệ số dự trữ công suất theo II.33, Tr.440,[1])  Chọn N = 0,25 hp 59 ĐỒ ÁN KĨ THUẬT THỰC PHẨM GVHD:  Chọn bơm ly tâm cấp nằm ngang để bơm chất lỏng trung tính, bẩn Ký hiệu bơm K Các chi tiết phụ 5.1 Cửa sữa chữa  Vật liệu chế tạo thép CT3  Đường kính cửa sữa chữa D = 400mm  Cửa bố trí cho mép cao mặt thống dung dịch buồng bốc để chất lỏng khơng chảy ngồi Chọn khoảng cách từ mép đến cửa mặt thoáng dung dịch 0.8m  Khoảng cách từ mực chất lỏng đến tâm cửa sữa chữa: hc 0,8  0,4 1m 5.2 Kính quan sát  Vật liệu chế tạo thép CT3 thủy tinh  Đường kính kính quan sát D = 120 mm  Kính bố trí cho mực chất lỏng nhìn thấy Do đó, có hai kính giống hai bên buồng bốc, tạo thành góc 180o 60 ĐỒ ÁN KĨ THUẬT THỰC PHẨM GVHD: LỜI KẾT Trong thời gian giao nhiệm vụ thiết kế đồ án môn học, em thực nghiêm túc cố gắng hết khả Đến nay, em hồn thành nhiệm vụ Bản đồ án thiết kế hệ thống cô đặc nồi liên tục, thiết bị cô đặc buồng đốt  Chương 1: Tổng quan sản phẩm, phương pháp điều chế, chọn phương án thiết kế  Chương 2: Tính tốn cân vật chất lượng  Chương 3: Tính tốn tốn thiết bị  Chương 4: Tính tốn thiết kế thiết bị phụ Thơng qua đồ án, tích góp cho nhiều kiến thức thiết bị, nhà máy, cách tính tốn thiết kế nhà máy… Ngồi ra, đồ án giúp em nắm vững phần lý thuyết học, cách tính tốn thiết bị phân tích lựa chọn thiết bị, vật liệu làm thiết bị để phù hợp với yêu cầu thực tế Mặc dù cố gắng nhiều kiến thức hạn hẹp nên khơng thể tránh khỏi sai sót Mong thời gian tới em hồn thiện kiến thức để làm tốt thiết kế lần sau Xin chân thành cám ơn! 61 ĐỒ ÁN KĨ THUẬT THỰC PHẨM GVHD: TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Nhiều tác giả, Sổ tay Quá trình Thiết bị Cơng nghệ Hóa chất, tập 1, NXB Khoa học Kỹ thuật, 2006 [2] Nhiều tác giả, Sổ tay Q trình Thiết bị Cơng nghệ Hóa chất, tập 2, NXB Khoa học Kỹ thuật, 2006 [3] Phạm Văn Bơn, Q trình Thiết bị Cơng nghệ Hóa học & Thực phẩm, Quyền 2, tập [4] Phạm Văn Bơn, Nguyễn Đình Thọ, Q trình Thiết bị Cơng nghệ Hóa học & Thực phẩm, tập 5, Q trình thiết bị truyền nhiệt, Quyển 1: Truyền nhiệt ổn định, NXB ĐHQG TP.HCM, 2006 [5] Phan Văn Thơm, Sổ tay thiết kế Thiết bị hóa chất chế biến thực phẩm đa dụng, Bộ Giáo dục Đào tạo, Viện Đào tạo mở rộng [6] Hồ Lê Viên, Tính tốn, Thiết kế chi tiết thiết bị hóa chất dầu khí, NXB Khoa học Kỹ thuật, 2006 62 ... xin chân thành cảm ơn! ĐỒ ÁN KĨ THUẬT THỰC PHẨM GVHD: CHƯƠNG I: TỔNG QUAN I Nhiệm vụ đồ án Thiết kế thiết bị cô đặc chân không buồng đốt trong, dùng cô đặc dung dịch cà phê sản xuất cà phê hòa tan. ..BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐH CÔNG NGHIỆP THỰC PHẨM TP HCM -o0o - KHOA CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM ĐỒ ÁN KĨ THUẬT THỰC PHẨM ĐỀ TÀI THIẾT KẾ THIẾT BỊ CÔ ĐẶC CHÂN KHÔNG BUỒNG ĐỐT TRONG, DÙNG TRONG CÔ ĐẶC DUNG. .. nguyên liệu sản phẩm hạt cà phê hòa tan .2 Nguyên liệu 2 Sản phẩm cà phê hòa tan III Giới thiệu công nghệ sản xuất cà phê hòa tan IV Khái quát cô đặc

Ngày đăng: 22/04/2020, 15:27

Từ khóa liên quan

Mục lục

  • LỜI MỞ ĐẦU

  • CHƯƠNG I: TỔNG QUAN

  • I. Nhiệm vụ của đồ án

  • II. Giới thiệu về nguyên liệu và sản phẩm hạt cà phê hòa tan

    • 1. Nguyên liệu

    • 2. Sản phẩm cà phê hòa tan

  • III. Giới thiệu về công nghệ sản xuất cà phê hòa tan

  • IV. Khái quát về cô đặc

    • 1. Định nghĩa

    • 2. Các phương pháp cô đặc

    • 3. Bản chất của sự cô đặc do nhiệt

    • 4. Ứng dụng của cô đặc

  • V. Thiết bị cô đặc dùng trong phương pháp nhiệt

    • 1. Phân loại và ứng dụng

    • 2. Thiết bị và chi tiết trong hệ thống cô đặc

  • CHƯƠNG 2: CÂN BẰNG VẬT CHẤT VÀ NĂNG LƯỢNG

  • I. Dữ liệu đề bài

  • II. Cân bằng phương trình vật chất

    • 1. Suất lượng tháo liệu

    • 2. Tổng lượng hơi thứ bốc lên (W)

  • III. Cân bằng năng lượng

    • 1. Tổn thất nhiệt độ

      • 1.1. Tổng thất nhiệt độ: do nồng độ tăng (∆’)

      • 1.2. Tổn thất nhiệt độ do áp suất thủy tĩnh (Δ’’)

      • 1.3. Tổn thất trở lực do đường ống

      • 1.4. Tổn thất nhiệt cho cả hệ thống:

      • 1.5. Chênh lệch nhiệt độ hữu ích của nồi và cả hệ thống

    • 2. Cân bằng năng lượng.

      • 2.1. Cân bằng nhiệt lượng,

      • 2.2. Phương trình cân bằng nhiệt lượng

    • 3. Hệ số cấp nhiệt

      • 3.1. Hệ số cấp nhiệt khi ngưng tụ hơi (α1)

      • 3.2. Hệ số cấp nhiệt từ bề mặt đốt đến dòng chất lỏng sôi

      • 3.3. Nhiệt tải riêng phía tường

    • 4. Hệ số truyền nhiệt tổng quát K cho quá trình cô đặc

    • 5. Diện tích bề mặt truyền nhiệt

  • CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ THIẾT BỊ CHÍNH

  • I. Tính kích thước thiết bị cô đặc

    • 1. Tính kích thước buồng bốc

    • 1.1. Đường kính buồng bốc (Db)

    • 1.2. Chiều cao của buồng bốc

    • 2. Tính kích thước buồng đốt

    • 2.1. Số ống truyền nhiệt

    • 2.2. Đường kính ống tuần hoàn trung tâm (Dth)

    • 2.3. Đường kính buồng đốt

    • 2.4. Kiểm tra diện tích truyền nhiệt

    • 3. Tính kích thước các ống dẫn

    • 3.1. Đường kính ống dẫn hơi đốt

      • 3.2. Đường kính ống dẫn hơi thứ

      • 3.3. Đường kính ống dẫn dung dịch

  • II. Tính bền cơ khí cho các chi tiết của thiết bị cô đặc

    • 1. Tính cho buồng đốt

      • 1.1. Sơ lược về cấu tạo

      • 1.2. Tính toán

    • 2. Tính cho buồng bốc

      • 2.1. Sơ lược về cấu tạo

      • 2.2. Tính toán

    • 3. Tính cho đáy thiết bị

      • 3.1. Sơ lược về cấu tạo

      • 3.2. Tính toán

    • 4. Tính cho nắp thiết bị:

      • 4.1. Sơ lược về cấu tạo:

      • 4.2. Tính toán

    • 5. Tính mặt bích

      • 5.1. Sơ lược về cấu tạo:

      • 5.2. Chọn mặt bích

    • 6. Tính vỉ ống

      • 6.1. Sơ lược về cấu tạo

      • 6.2. Tính toán

    • 7. Khối lượng và trai treo

      • 7.1. Sơ lược cấu tạo trai treo chân đỡ

      • 7.2. Buồng đốt

      • 7.3. Buồng bốc

      • 7.4. Phần hình nón cụt giữa buồng bốc và buồng đốt.

      • 7.5. Đáy nón.

      • 7.6. Nắp ellipe

      • 7.7. Ống truyền nhiệt và ống tuần hoàn trung tâm

      • 7.8. Mặt bích.

      • 7.9. Bu lông và ren

      • 7.10. Đai ốc

      • 7.11. Vỉ ống

  • CHƯƠNG 4: TÍNH TOÁN THIẾT BỊ PHỤ

  • I. Thiết bị gia nhiệt

    • 1. Hệ số cấp nhiệt khi ngưng tụ hơi (α1)

    • 2. Hệ số cấp nhiệt từ bề mặt đốt đến dòng chất lỏng sôi

    • 3. Nhiệt tải riêng phía tường

    • 4. Diện tích bề mặt truyền nhiệt

  • II. Thiết bị ngưng tụ:

    • 1. Chọn thiết bị ngưng tụ

    • 2. Tính thiết bị ngưng tụ

    • 3. Bồn cao vị

    • 4. Bơm

      • 4.1. Bơm chân không.

      • 4.2. Bơm đưa nước vào thiết bị ngưng tụ.

      • 4.3. Bơm đưa dung dịch nhập liệu lên bồn cao vị

      • 4.4. Bơm tháo liệu.

    • 5. Các chi tiết phụ

      • 5.1. Cửa sữa chữa

      • 5.2. Kính quan sát

  • LỜI KẾT

  • TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tài liệu cùng người dùng

  • Đang cập nhật ...

Tài liệu liên quan