Tính toán thiết kế hệ thống cô đặc 1 nồi dung dịch nước cà chua

CÁC LOẠI THIẾT BỊ CÔ ĐẶC: 1.Thiết bị cô đặc có ống tuần hoàn trung tâm: dùng để cô đặc các dung dịch có độ nhớt lớn, những dung dịch có thể có nhiều váng, cặn.. - Ưu điểm: cấu tạo đơn gi

KHOA NÔNG NGHIỆP & SINH HỌC ỨNG DỤNG

Bộ môn Công nghệ thực phẩm NHIỆM VỤ NIÊN LUẬN KỸ THUẬT CƠ SỞ

Họ tên sinh viên: TRƯƠNG VĨNH HÙNG

Lớp: Công nghệ thực phẩm khóa 29

Thời gian thực hiện: từ 23/10/2006 đến 08/12/2006

TÊN NIÊN LUẬN:

Tính toán thiết kế hệ thống cô đặc 1 nồi dung dịch nước cà chua

Số liệu ban đầu:

- Năng suất nhập liệu: 3 tấn/h

- Nồng độ đầu: 8 %

- Nồng độ cuối: 40 %

- Nhiệt độ nhập liệu: 30 0C

- Áp suất hơi đốt: 250 kPa

- Áp suất hơi thứ: 65 kPa

- Loại thiết bị: cô đặc màng

NHẬN XÉT CỦA THẦY HƯỚNG DẪN

.

MỤC LỤC

NHIỆM VỤ NIÊN LUẬN KỸ THUẬT CƠ SỞ 01

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN 02

LỜI NÓI ĐẦU 06

PHẦN I: GIỚI THIỆU 07

A.TỔNG QUAN VỀ NGUYÊN LIỆU 07

B QUÁ TRÌNH CÔ ĐẶC 09

C CÁC LOẠI THIẾT BỊ CÔ ĐẶC: 09

1.Thiết bị cô đặc có ống tuần hoàn trung tâm 09

2.Thiết bị cô đặc phòng đốt treo 09

3.Thiết bị cô đặc phòng đốt ngoài 09

4.Thiết bị cô đặc tuần hoàn cưỡng bức 10

5.Thiết bị cô đặc màng 10

6 Thiết bị cô đặc có vành dẫn chất lõng 10

THUYẾT MINH QUY TRÌNH CÔ ĐẶC 13

Phần II: TÍNH TOÁN THIẾT BỊ CHÍNH 14

I TÍNH CÂN BẰNG VẬT LIỆU 14

II TÍNH CÂN BẰNG NHIỆT LƯỢNG 14

2.1 Xác định áp suất và nhiệt độ 14

2.2 Xác định tổn thất nhiệt độ 15

2.2.1 Tổn thất nhiệt độ do nồng độ tăng cao 15

2.2.2 Tổn thất nhiệt độ do áp suất thủy tĩnh tăng cao 16

2.3 Nhiệt độ sôi và hiệu số nhiệt độ hữu ích trong hệ thống cô đặc 16

2.3.1 Nhiệt độ sôi của dung dịch 16

2.3.2 Hiệu số nhiệt độ hữu ích trong hệ thống cô đặc 17

III TÍNH BỀ MẶT TRUYỀN NHIỆT CỦA BUỒNG ĐỐT 17

3.1 Tính hệ số truyền nhiệt 17

3.1.1 Tính hệ số cấp nhiệt khi hơi ngưng tụ  1 18

3.1.2 Tính hệ số cấp nhiệt  2 18

3.2 Nhiệt lượng tiêu thụ cho quá trình cô đặc 21

3.2.1 Nhiệt lượng dùng để đun nóng dung dịch đến nhiệt độ sôi 22

3.2.2 Nhiệt lượng để bốc hơi nước 22

3.2.3 Nhiệt lượng tổn thất 22

3.3 Lượng hơi đốt cần thiết cho quá trình cô đặc 23

3.4 Tính bề mặt truyền nhiệt 23

IV TÍNH KÍCH THƯỚC BUỒNG BỐC VÀ BUỒNG ĐỐT 23

4.1 Tính kích thước buồng bốc 23

4.2 Kích thước buồng đốt 24

4.2.1 Xác định tổng số ống truyền nhiệt 24

4.2.2 Xác định đường kính trong buồng đốt 24

4.3 Kích thước các ống dẫn 24

4.3.1 Ống nhập liệu 25

4.3.2 Ống tháo sản phẩm 25

4.3.3 Ống dẫn hơi đốt 26

4.3.4 Ống dẫn hơi thứ 26

TỔNG KẾT THIẾT BỊ CHÍNH 28

PHẦN III: THIẾT BỊ NGƯNG TỤ BADOMET 29

I LƯỢNG NƯỚC LẠNH LÀM NGUỘI TƯỚI VÀO THIẾT BỊ NGƯNG TỤ BADOMET 29

II THỂ TÍCH KHÔNG KHÍ VÀ KHÍ KHÔNG NGƯNG CẦN RÚT RA KHỎI THIẾT BỊ NGƯNG TỤ 29

2.1 Nhiệt độ không khí 29

2.2 Khối lượng không khí cần rút ra khỏi thiết bị ngưng tụ 30

2.3 Thể tích không khí rút ra khỏi thiết bị ngưng tụ ở 00C và 760mmHg 30

2.4 Thể tích không khí cần rút ra khỏi thiết bị ngưng tụ trong điều kiện làm việc của thiết bị 30

III CÁC KÍCH THƯỚC CHỦ YẾU CỦA THIẾT BỊ NGƯNG TỤ BADOMET 31

3.1 Đường kính trong của thiết bị ngưng tụ 31

3.2 Kích thước tấm ngăn 31

3.3 Chiều cao của thiết bị ngưng tụ 32

3.4 Đường kính ống Badomet 33

3.5 Chiều cao ống Badomet 33

3.6 Chọn đường kính các ống dẫn của thiết bị ngưng tụ 35

IV CÔNG SUẤT BƠM 35

4.1 Áp suất toàn phần của bơm 35

4.2 Công suất của bơm 35

TỔNG KẾT THIẾT BỊ NGƯNG TỤ VÀ BƠM 38

PHẦN IV: TÍNH CƠ KHÍ 39

I BUỒNG ĐỐT 40

1.1 Bề dày của thân hình trụ 40

1.2 Đáy và nắp 41

1.2.1 Chiều dày đáy elip 41

1.2.2 Chiều dày vĩ ống 42

II BUỒNG BỐC 43

2.1 Nắp thiết bị 43

2.1.1 Chiều dày tính theo áp suất trong 43

2.1.2 Chiều dày tính theo áp suất ngoài 43

2.2 Chiều dày buồng bốc 45

III CHỌN MẶT BÍCH VÀ ĐỆM 46

3.1 Mối ghép bích giữa thân với đáy và nắp 46

3.2 Mối ghép bích để nối các bộ phận của thiết bị và ống dẫn 46

IV TAY TREO THIẾT BỊ 47

4.1 Khối lượng buồng đốt 47

4.1.1 Khối lượng thân buồng đốt 47

4.1.2 Khối lượng ống truyền nhiệt 47

4.1.3 Khối lượng vĩ ống 47

4.1.4 Khối lượng của đáy 48

4.2 Khối lượng buồng bốc 48

4.2.1 Khối lượng thân 48

4.2.2 Khối lượng nắp 48

4.3 Khối lượng dung dịch trong thiết bị 49

4.4 Tổng khối lượng của thiết bị 49

PHẦN V: TÀI LIỆU THAM KHẢO 51

LỜI NÓI ĐẦU

Sau khi đã được học qua phần lý thuyết về các quá trình và thiết bị cơ bản trong côngnghệ chế biến thực phẩm và chúng em đã có điều kiện tìm hiểu thực tế, tận mắt được nhìn thấycấu tạo của các thiết bị cơ bản trong nhà máy sản xuất thực phẩm( Nhà máy đường Bến Tre),nay chúng em được trực tiếp thiết kế một thiết bị nhằm phục vụ cho ngành công nghệ thựcphẩm như thiết bị cô đặc hay thiết bị sấy Và đây cũng là cơ hội để chúng em có thể hiểu hơn

về cách thiết kế một thiết bị dùng trong chế biến thực phẩm.Ngoài ra, nó còn giúp cho sinhviên chúng em có được kỹ năng tìm hiểu tài trên mạng, cũng như trong thư viện,…

Em xin chân thành cảm ơn sự giúp đỡ của các thầy cô trong bộ môn, đặc biệt là sự

huớng dẫn của thầy Nguyễn Văn Mười đã giúp em hoàn thành đồ án

Tuy nhiên, với phần kiến thức còn hạn hẹp của mình thì đồ án sẽ không tránh đượcnhững sai sót, mong quý thầy cô đóng góp để đồ án được hoàn thiện hơn

Xin chân thành cảm ơn!

PHẦN I: GIỚI THIỆU

A.Tổng quan về nguyên liệu:

Cây cà chua( Lycopercium esculentum Mill)

Họ cà: Solanaceae

Tên tiếng Anh: Tomato

Cà chua có nguồn gốc tại Pêru và Ecuador, là các nước

Nam Mỹ thuộc khu vực nhiệt đới khô nhiều nắng Cà chua

là loại rau quả có giá trị kinh tế cao, hàm lượng vitamin lớn,

đặc biệt là vitamin C- có vai trò quan trọng trong việc phát triển cơ thể, giúp tăng cường sức

đề kháng, phòng ngừa được nhiều bệnh nhiễm trùng và giải độc tốt

Ở Việt Nam, lịch sử trồng cà chua chỉ mới hơn 100 năm Trong những năm gần đây ởnước ta, diện tích trồng cà chua ngày một tăng Điều kiện thiên nhiên, khí hậu và đất đai nước

ta rất thích hợp cho cà chua sinh trưởng và phát triển Vì vậy, cà chua được trồng rộng rãi ởnước ta, chủ yếu ở vùng đồng bằng và trung du Bắc Bộ

Cà chua có nhiều giống, mỗi giống có đặc tính công nghệ riêng, thuận lợi cho nhu cầu sửdụng đa dạng, chúng khác nhau về hình dáng, độ lớn, màu sắc, chất lượng quả,…Theo giá trị

sử dụng và hình dạng quả, có thể chia cà chua ra làm ba nhóm giống sau:

- Cà chua hồng: là loại quả được trồng phổ biến hiện nay Quả có hình dạng như quảhồng, không có múi hoặc múi không rõ Chất lượng tươi cũng như chế biến đều cao do thịtquả dày, hàm lượng đường cao Hầu hết đây là nhóm giống được lai tạo

- Cà chua múi: quả to, nhiều múi rõ rệt, phần lớn các giống thuộc nhóm này có chấtlượng kém hơn so với cà chua hồng nên ít được sử dụng trong sản xuất

- Cà chua bi: quả nhỏ, hơi bầu và dài, thường được trồng rộng rãi ở các vùng núi cao vàven biển miền Trung Cà chua thuộc nhóm này thường chứa lượng acid cao, hạt nhiều, khảnăng chống chịu khá cao nên được sử dụng làm vật liệu tạo giống

Quả cà chua có giá trị dinh dưỡng rất cao Trong quả có các loại vitamin A, B, C, D.Vitamin C trong quả cà chua khi nấu chín chỉ bị bay hơi tương đối ít, phần lớn hàm lượng củachúng được giữ lại là do trong cà chua có chứa các acid citric, các acid này vừa có tác dụngbảo vệ vitamin C vừa có tác dụng làm tiêu được các chất béo

Trong quả xanh có 0.1- 0.3% tinh bột, khi quả chin hầu hết tinh bột chuyển thành đường

Vị đắng của cà chua là do solarnin, lượng chất này trong cà chua còn xanh là 4 mg% và tănglên 8 mg% khi cà chua chín

Cà chua rất giàu vitamin C(20- 40 mg%) và carotene(1.2- 1.6 mg%) Ở độ chín hoàn toàn,lượng vitamin C và carotene đạt tỷ lệ cao nhất, lượng acid giảm, lượng đường tăng, thịt quả có

vị ngọt hơn lúc còn xanh Lượng protopectin giảm làm cho vỏ dễ tách ra và quả bị mềm hơn

Cà chua chín cây có chất lượng tốt hơn so với cà chua chín trong thời gian bảo quản Lớpthịt càng dày, buồng đựng hạt càng bé, chất lượng quả càng cao

Với cà chua, chúng ta có thể chế biến thành các sản phẩm khác nhau, chẳng hạn như: nước

Quá trình cô đặc thường tiến hành ở trạng thái sôi, nghĩa là áp suất hơi riêng phần của dungmôi trên bề mặt dung dịch bằng áp suất làm việc của thiết bị.

Quá trình cô đặc có thể tiến hành ở các áp suất khác nhau(áp suất chân không, áp suấtthường hay áp suất dư ) Khi làm việc ở áp suất thường(áp suất khí quyển ) ta dùng thiết bị hở,còn khi làm việc ở áp suất khác ta dùng thiết bị kín

Quá trình cô đặc có thể làm việc liên tục hay gián đoạn, có thể tiến hành ở hệ thống cô đặcmột nồi hay hệ thống cô đặc nhiều nồi

Quá trình cô đặc được ứng dụng rộng rãi trong công nghiệp hóa học và thực phẩm như côđặc xút, đường, sữa, cà chua… với mục đích làm tăng nồng độ của các dung dịch loãng

C CÁC LOẠI THIẾT BỊ CÔ ĐẶC:

1.Thiết bị cô đặc có ống tuần hoàn trung tâm: dùng để cô đặc các dung dịch có độ nhớt

lớn, những dung dịch có thể có nhiều váng, cặn

- Ưu điểm: cấu tạo đơn giản, dễ cọ rửa và sửa chữa

- Khuyết điểm: tốc độ tuần hoàn nhỏ, nên hệ số truyền nhiệt thấp

2.Thiết bị cô đặc phòng đốt treo: dùng để cô đặc dung dịch có kết tinh và được ứng dụng

rộng rãi trong công nghiệp hóa chất

- Ưu điểm:

+ Mức độ đối lưu mạnh.

+ Hơi thứ bốc lên gặp ống dẫn hơi đốt nên càng bốc mạnh

+ Phòng đốt có thể tháo ra khỏi thiết bị để cọ rửa và sữa chữa

- Khuyết điểm:cấu tạo phức tạp và kích thước thiết bị lớn.

3.Thiết bị cô đặc phòng đốt ngoài:

- Ưu điểm :

+ Giảm bớt được khoảng cách theo chiều cao giữa buồng đốt và không gian bốc hơi, có

thể điều chỉnh được sự tuần hoàn

+ Hoàn toàn tách hết bọt, vì buồng đốt cách xa không gian hơi

+ Có khả năng sử dụng không gian hơi như là một bộ phận phân ly loại ly tâm

+ Một không gian hơi có thể nối với hai hay nhiều buồng đốt và như vậy có thể luânphiên nhau sữa chữa buồng đốt mà không phải ngừng sản xuất

4.Thiết bị cô đặc tuần hoàn cưỡng bức:

- Ưu điểm: tránh được hiện tượng bám cặn trên bề mặt truyền nhiệt và có thể cô đặc

những dung dịch có độ nhớt lớn mà tự nhiên khó thực hiện

*Đặc điểm của loại thiết bị dự định thiết kế:

- Loại và kiểu cấu tạo của thiết bị cô đặc được lựa chọn trên cơ sở những tính chất lý hoá

của dung dịch cần cô đặc như độ nhớt, tổn thất nhiệt độ sôi,… Các tính chất của dung dịchđồng thời còn quyết định cả việc lựa chọn vật liệu để chế tạo thiết bị

- Cấu tạo của thiết bị cô đặc cần thoả mãn yêu cầu chung về mặt công nghệ cũng như về

mặt kết cấu và phải đạt được những chỉ tiêu kinh tế- kỹ thuật tối ưu

+ Thỏa mãn yêu cầu về công nghệ nghĩa là bảo đảm chất lượng cao nhất của sản phẩm,với dung dịch này đó là tính chất trong suốt không biến màu, với dung dịch khác đó là sảnphẩm không bị phân hủy ở nhiệt độ cao và cả hai trường hợp đều liên quan đến thời gian lưucủa dung dịch trong thiết bị Các loại thiết bị cô đặc phải đảm bảo lượng sản phẩm bị tổn thất

là ít nhất

+ Yêu cầu về mặt kết cấu thiết bị bao gồm năng suất cao, cường độ truyền nhiệt lớn vớithể tích thiết bị nhỏ nhất và tốn ít kim loại chế tạo, cấu tạo đơn giản, giá thành rẻ, làm việc ổnđịnh và đáng tin cậy, thuận tiện khi quan sát, lắp ráp, thay thế và sửa chữa

+ Ngoài ra thiết bị cũng phải thỏa mãn yêu cầu: như đối với thiết bị trao đổi nhiệt, cụthể là có hệ số truyền nhiệt lớn, tách khí không ngưng khỏi hơi đốt và bọt khí khỏi hơi thứ tốt,tháo nước ngưng liên tục và triệt để,

-Với các dung dịch tạo bọt mạnh nên dùng thiết bị loại màng với màng đi từ dưới lên

*THIẾT BỊ CÔ ĐẶC MÀNG :

- Trong thiết bị này, dung dịch chuyển động dọc theo bề mặt truyền nhiệt ở dạng màng

mỏng từ dưới lên trên Phòng đốt là thiết bị truyền nhiệt dạng ống chùm 6- 9m Khi khởi

động thiết bị cho hơi đốt vào trước, sau đó cho tiếp dung dịch vào từ dưới lên và chiếm khoảng1/4 - 1/5 chiều cao ống truyền nhiệt Khi sôi hơi thứ chiếm hầu hết tiết diện của ống và đi từdưới lên với tốc độ rất lớn(20 m/s ) kéo theo màng chất lỏng ở bề mặt ống cùng đi lên.

- Khi màng chất lỏng đi từ dưới lên tiếp tục bay hơi, nồng độ dung dịch tăng dần và lên

đến miệng ống thì đạt được nồng độ cần thiết

- Hỗn hợp hơi - lỏng đi ra khỏi ống với tốc độ rất lớn đập vào các cánh cong của bộ phận

tách bọt có dạng xoắn ốc nên hỗn hợp hơi - lỏng quay tròn, do đó sinh ra lực ly tâm làm chocác hạt lỏng bắn ra xung quanh, nhờ vậy quá trình phân ly hơi và lỏng được thực hiện triệt để

- Thiết bị loại này có hệ số truyền nhiệt lớn khi mức chất lỏng thích hợp.

- Nếu mức chất lỏng cao quá, hệ số truyền nhiệt sẽ giảm( đối với màng đi từ dưới lên) vì

vận tốc chất lỏng giảm; ngược lại nếu mức chất lỏng thấp, bề mặt truyền nhiệt của ống ở phíatrên sẽ bị khô( vì dung môi bốc hơi hết ), khi đó quá trình cấp nhiệt phía trong ống sẽ là quátrình cấp nhiệt từ thành ống tới hơi chứ không phải tới lỏng Do đó, hiệu quả truyền nhiệt sẽgiảm đi nhanh chóng Thường mức chất lỏng thích hợp xác định bằng thực nghiệm

-Ưu điểm : áp suất thủy tĩnh nhỏ nên tổn thất nhiệt độ do thủy tĩnh nhỏ Có thể cô đặc

 THUYẾT MINH QUY TRÌNH CÔ ĐẶC :

Nguyên liệu là cà chua sau khi được nghiền, đun nóng, chà ta được dung dịch cà chua có hàmlượng chất khô là 8% và nhiệt độ dung dịch cà chua ban đầu 300C được bơm lên thùng chứacao vị phía trên Khi khởi động thiết bị cho hơi đốt vào trước, sau đó cho tiếp dung dịch càchua vào từ dưới lên và chiếm khoảng 1/4 – 1/5 chiều cao ống truyền nhiệt với năng suất là

3000 kg/h Hơi đốt (hơi bão hòa) được dẫn vào van trên của buồng đốt và hơi sẽ đi vào khoảngtrống giữa các ống truyền nhiệt với áp suất không đổi là 250 kPa ( Ptuỵêt đối = 3.55at ), ( nhiệt độcủa hơi đốt là 138.60C ), hơi đốt sẽ đun nóng dung dịch cà chua đến nhiệt độ sôi là 72.50C ở ápsuất làm việc là 65 kPa Khi sôi hơi thứ chiếm hầu hết tiết diện của ống và đi từ dưới lên vớitốc dộ rất lớn( 35m/s ) kéo theo màng chất lỏng ở bề mặt ống cùng đi lên Hơi thứ sẽ bốc lêntrong buồng bốc và được tách bọt, sau đó được dẫn qua thiết bị badomet để ngưng tụ hơi thànhnước Khi màng chất lỏng đi từ dưới lên tiếp tục bay hơi, nồng độ dung dịch tăng dần và lênđến miệng ống thì đạt được nồng độ cần thiết là 40% chất khô và được tháo liên tục nhờ ốngtháo sản phẩm phía dưới buồng đốt Ở badomet, hơi thứ được dẫn từ dưới lên, còn nước lạnh(280C) được xối từ trên xuống ở dạng tia nhờ các tấm ngăn có lổ và các tấm ngăn được xếp so

le nhau Hơi thứ phần lớn được ngưng tụ và chứa trong thùng chứa nước ngưng tụ dưới châncủa baromet, phần hơi còn lại được dẫn qua thiết bị phân ly lỏng - hơi và ngưng tụ hoàn toànthành nước và đổ lại thùng chứa nước ngưng tụ, còn khí được hút ra ngoài nhờ bơm chânkhông

Phần II: TÍNH TOÁN THIẾT BỊ CHÍNH

I TÍNH CÂN BẰNG VẬT LIỆU:

F: lượng dung dịch vào thiết bị, kg/h

P: lượng dung dịch ra khỏi thiết bị, kg/h

W: lượng hơi thứ bốc lên trong hệ thống, kg/h

Chọn căn bản tính là 1 giờ

Cân bằng vật chất theo cấu tử chất khô, ta được:

P x F

x F *  p*

h kg x

F x P

P

4 0

3000

* 08 0

3000 P

F

Áp suất (at)

Nhiệt độ ( 0 C)

Áp suất ( at)

Nhiệt độ ( 0 C)

2.2.1 Tổn thất nhiệt độ do nồng độ tăng cao:

Theo BaBô, độ giảm tương đối của áp suất hơi bão hoà P của dung môi trên dung dịch ởnồng độ đã cho là một đại lượng không đổi và không phụ thuộc vào nhiệt độ sôi Tức là:

const K

P: áp suất hơi bão hòa của dung môi trên bề mặt dung dịch, at

P0: áp suất hơi bão hoà của dung môi nguyên chất, at

Đối với dung dịch có nồng độ nhất định thì quan hệ này không phụ thuộc vào nhiệt độsôi

Ở áp suất thường P=1.033at thì dung dịch nước ép cà chua sôi ở nhiệt độ 101.20C

( Trang 131- Kỹ thuật sản xuất đồ hộp rau quả- Nguyễn Văn Tiếp_Quách Đình_ Ngô Mỹ Văn)

Ở nhiệt độ 101.20C, áp suất hơi nước bão hoà là 1.082at

Áp dụng quy tắc BaBô, ta có:

955 0 082 1

033 1

0





K P P

Theo BaBô, giá trị K vẫn giữ nguyên tại mọi nhiệt độ của dung dịch Do đó, tại nhiệt độ t( nhiệt độ sôi của dung dịch cà chua ở áp suất làm việc P,= 0.34at)

995 0 34

0

, 0

, 0

at

955 0

34 0

Như vậy, nhiệt độ sôi của dung dịch nước ép cà chua ở áp suất làm việc 0.34at ( 65kPa) là72.50C

Ứng với áp suất làm việc 0.34at thì nhiệt độ sôi của dung môi là 71.30C

Như vậy, tổn thất nhiệt độ:

C

0 ,  72 5  71 3  1 2



2.2.2 Tổn thất nhiệt độ do áp suất thủy tĩnh tăng cao:

Sự tăng cao nhiệt độ sôi do áp suất thủy tĩnh phụ thuộc vào mực dung dịch trong thiết bị vàkhối lượng riêng của nó

Áp suất ở mức giữa dung dịch trong ống truyền nhiệt:

2

0 H * ,kp/m P

P g   g 

(Công thức 5.15/301-Tính toán quá trình thiết bị trong công nghệ hoá chất và thực phẩm_Tập 1- NGUYỄN BIN)

P0: áp suất ở bề mặt dung dịch, kp/m2

Hg: chiều cao từ mức dung dịch đến mức giữa của nó trong ống truyền nhiệt, m

 : khối lượng riêng của dung dịch, kg/m3

Hiệu ứng nhiệt độ qua áp suất thủy tĩnh là:

tg: nhiệt độ sôi tương ứng với áp suất Pg,( 0C)

t0: nhiệt độ sôi tương ứng với áp suất P0, (0C)

Do ưu điểm của thiết bị cô đặc màng là áp suất tĩnh nhỏ nên tổn thất nhiệt độ do áp suấtthủy tĩnh nhỏ Vì chiều cao cột dung dịch chỉ bằng 1/4- 1/5 chiều cao ống truyền nhiệt Do vậy

ta có thể bỏ qua tổn thất nhiệt độ do áp suất thủy tĩnh t t2  0

Như vậy, nhiệt độ sôi của dung dịch nước ép cà chua ở áp suất làm việc ( 65kPa) trongthiết bị cô đặc là ts= 72.50C

2.3 Nhiệt độ sôi và hiệu số nhiệt độ hữu ích trong hệ thống cô đặc:

2.3.1 Nhiệt độ sôi của dung dịch:

Theo những kết quả tính toán ở mục 2.2.1 và 2.2.2, ta có nhiệt độ sôi của dung dịch nước

ép cà chua là 72.50C

2.3.2 Hiệu số nhiệt độ hữu ích trong hệ thống cô đặc:

Hiệu số nhiệt độ hữu ích t hđược tính từ tổng hiệu suất nhiệt độ trừ tổng nhiệt độ tổn thất:

t ch

 : tổn thất nhiệt trên đường ống,  ,=1

Như vậy, hiệu số nhiệt độ hữu ích:

C

t h  68 1  2 2  65 9 0



III TÍNH BỀ MẶT TRUYỀN NHIỆT CỦA BUỒNG ĐỐT:

Bề mặt truyền nhiệt của buồng đốt có thể tính theo công thức tổng quát sau:

 2

* t m K

Q F

Q: nhiệt lượng do hơi đốt cung cấp, W

F: bề mặt truyền nhiệt của buồng đốt, m2

K

2 1

1

1 1

 : hệ số cấp nhiệt thành thiết bị đến dung dịch, W/m2độ

: hệ số dẫn nhiệt của vật liệu làm ống truyền nhiệt, W/mđộ

 : chiều dày của ống truyền nhiệt, m

r1, r2: nhiệt trở của lớp cao cặn trên thành thiết bị phía hơi nước ngưng tụ và phía chất lõng sôi,

1 1

1



 r K

  : nhiệt trở của lớp cao cặn hai phía và bản thân thành thiết bị

3.1.1 Tính hệ số cấp nhiệt khi hơi ngưng tụ  1:

1 1

*

*

* 04 2

t H

r A





(Công thức V.101/28- Sổ tay quá trình và thiết bị công nghệ hóa chất_ Tập 2)

r: ẩn nhiệt ngưng tụ của hơi đốt, r = 2154200 J/kg

H: chiều cao thẳng đứng của ống truyền nhiệt, m

t t

t1: nhiệt độ hơi nước ngưng tụ, 0C

tT1: nhiệt độ thành ống truyền nhiệt phía tiếp xúc với hơi, 0C

 : hệ số điều chỉnh của dung dịch nước cà chua

435 0 2

565 0

d n

C : nhiệt dung riêng của dung dịch cà chua, C d= 4000 J/kgđộ

( Các giá trị trên tra ở nhiệt độ sôi 72,5 0 C)

549 0 00154

0

0003885

0

* 4189

4000

* 3 976

824 1024

* 6695

45 2 33

2 5

0 t P

q1: là nhiệt lượng truyền từ hơi nước ngưng tụ đến thành ống truyền nhiệt

q : là nhiệt lượng truyền xuyên qua thành ống truyền nhiệt

q2: là nhiệt lượng truyền từ thành ống truyền nhiệt đến dung dịch cà chua

Thì ta có:

q1= q = q2Trong đó:

1 1 1 1 1

t t

 Chiều cao ống truyền nhiệt, H= 7.2 m

 Đường kính ngoài ống truyền nhiệt, dn= 0.02667 m

 Chiều dày thành ống truyền nhiệt,  = 0.003912 m

Vật liệu làm ống truyền nhiệt: Thép không gỉ 30XGCA, = 37.6 W/mđộ

r1: nhiệt trở của hơi nước, r1= 0.000232 m2độ/ W

r2: nhiệt trở của hơi các hợp chất hữu cơ, r2= 0.000116 m2độ/ W

6 37

003912

0 000232

.

0

Theo điều kiện ban đầu, ta có:

Nhiệt độ của hơi đốt: t1=138.60C

Nhiệt độ sôi của dung dịch nước cà chua: ts=72.50C

Nhiệt độ hai bên thành ống truyền nhiệt tT1, tT2 chưa biết

t

1 1

1     138 6  17 6  121



C t

t

m

0 1

2

1216.138

Nội suy A theo giá trị tm, ta có: A= 190.940

(Trang 238- Sổ tay thiết kế thiết bị hóa chất và chế biến thực phẩm đa dụng- T.S PHAN VĂN THƠM)

719 4447 6

17

* 2 7

2154200

* 940 190

17

* 719

13

* 34 0

0

* 219 10621

304 76458 11

13

* 202

5830

Kiểm tra điều kiện: * 100 % 5 %

1

2 1





q

q q

Ta có:

% 5

% 33 2

% 100

* 847

78279

304 76458 847

78279

5830

1 0004520

0 719

(Công thức VI.5/57- Sổ tay quá trình và thiết bị công nghệ hoá chất_ Tập 2)

Q: nhiệt lượng tiêu thụ cho quá trình cô đặc

Qđn: nhiệt lượng dùng để đun nóng dung dịch đến nhiệt độ sôi

Qđn= F * ( Cs * ts- Cđ * tđ)F: lượng dung dịch nhập liệu, kg/s

Cđ,Cs: nhiệt dung riêng của dung dịch ở nồng độ đầu và cuối, J/kg0C

tđ,ts: nhiệt độ đầu và cuối của dung dịch, 0C

Qbh: nhiệt lượng làm bốc hơi nước

Qbh= W * r (W)W: lượng nước cần bốc hơi, kg/s

r: ẩn nhiệt hoá hơi của nước(ở nhiệt độ sôi), J/kg

Qtt: nhiệt tổn thất ra môi trường xung quanh

* 3600

33.155133394150

*05.095

.0

Q D

Q: nhiệt lượng cần cung cấp cho quá trình, W

r : ẩn nhiệt ngưng tụ của hơi đốt(ở 138.60C), J/kg

r = 2154200 J/kg(Sổ tay thiết kế thiết bị hoá chất và chế biến thực phẩm- T.S PHAN VĂN THƠM)

x: độ bão hoà của hơi nước, chọn x = 1

804 0 1

* 2154200

72 1732087





3.4 Tính bề mặt truyền nhiệt:

3 22 9 65

* 693 1178

72 1732087



i

t K

H

V D

*

* 4



Hb: chiều cao buồng bốc, chọn Hb = 3 m

Vb: thể tích buồng bốc, được tính theo công thức sau:

t h b

U

W V

*



 , m3W: lượng hơi thứ bốc lên trong thiết bị, W = 2400kg/h

h

 : khối lượng riêng của hơi thứ, h = 0.21191kg/m3

Ut: cường độ bốc hơi thể tích, Ut = 1663 m3/m3.h

3

81 6 1663

* 21191

.

3

81 6

F n

H: chiều dài ống truyền nhiệt, H= 7.2 m

d: đường kính ống truyền nhiệt, m

Với  1   2thì d = dn = 0.02667m: đường kính ngoài ống truyền nhiệt

96 36 2 7

* 02667 0





Ta chọn số ống truyền nhiệt là: n = 37 ống truyền nhiệt

Bề mặt truyền nhiệt chọn theo chuẩn:

32 22 2 7

* 02667 0

* 142

% 5

% 11 0

% 100

* 3 22

32 22 3 22

% 100

4.2.2 Xác định đường kính trong buồng đốt

Chọn bố trí ống truyền nhiệt theo hình lục giác:

s

V

(Công thức VI.41/74- Sổ tay quá trình và thiết bị công nghệ hóa chất_ Tập 2)

Đường kính các ống dẫn được quy chuẩn theo:

G

V 

Gd: khối lượng dung dịch chảy trong ống, kg/s

 : khối lượng riêng của dung dịch, kg/m3

: vận tốc thích hợp của dung dịch chảy trong ống, m/s

4.3.1 Ống nhập liệu:

Lưu lượng dung dịch chảy trong ống:

s m