Đồ án Kỹ thuật Thực phẩm: Thiết kế hệ thống cô đặc 2 nồi đường Sucrose

Đồ án kỹ thuật thực phẩm: Tính toán thiết kế hệ thống cô đặc 2 nồi dung dịch đường sucrose. Tài liệu tham khảo hữu ích cho sinh viên ngành công nghệ thực phẩm.

• Tác giả: Phan Trí Nguyên
• Người hướng dẫn: PGS.TS Nguyễn Văn Mười
• Trường học: Trường Đại học Cần Thơ
• Chuyên ngành: Công Nghệ Thực Phẩm
• Đề tài: Tính Toán Thiết Kế Hệ Thống Cô Đặc 2 Nồi Dung Dịch Đường Sucrose
• Loại tài liệu: Đồ án kỹ thuật
• Năm xuất bản: 2020
• Địa điểm: Cần Thơ

Mục lục chi tiết

• LỜI NÓI ĐẦU
• NHIỆM VỤ NIÊN LUẬN KỸ THUẬT THỰC PHẨM
• 1. PHẦN 1. TỔNG QUAN VỀ ĐƯỜNG SUCROSE
• 1.1. SƠ LƯỢC VỀ LÝ THUYẾT CÔ ĐẶC VÀ THIẾT BỊ CÔ ĐẶC
• 1.1.1. Giới thiệu chung về cô đặc
• 1.1.2. Thiết bị cô đặc ống tuần hoàn trung tâm
• 2. PHẦN 2. THIẾT BỊ CHÍNH
• 2.1. CÂN BẰNG VẬT LIỆU
• 2.1.1. Lượng nước bốc hơi của cả hệ thống (hơi thứ)
• 2.1.2. Lượng hơi thứ phân bố trong từng nồi
• 2.1.3. Tính nồng độ của dung dịch trong từng nồi
• 2.2. CÂN BẰNG NHIỆT LƯỢNG
• 2.2.1. Xác định áp suất và nhiệt độ mỗi nồi
• 2.2.2. Xác định tổng tổn thất nhiệt độ ΣΔ
• 2.2.3. Hiệu số nhiệt độ hữu ích Δthi và nhiệt độ sôi dung dịch
• 2.2.4. Xác định nhiệt dung riêng dung dịch
• 2.2.5. Lượng hơi đốt và lượng hơi thứ mỗi nồi
• 2.2.6. Kiểm tra lại giả thiết phân bố hơi thứ ở các nồi
• 2.3. TÍNH BỀ MẶT TRUYỀN NHIỆT
• 2.3.1. Lượng nhiệt do hơi đốt cung cấp
• 2.3.2. Hệ số truyền nhiệt K của mỗi nồi
• 2.4. KÍCH THƯỚC BUỒNG ĐỐT
• 2.4.1. Số ống truyền nhiệt
• 2.4.2. Ống tuần hoàn trung tâm
• 2.4.3. Đường kính trong buồng đốt
• 2.5. KÍCH THƯỚC BUỒNG BỐC
• 2.6. ĐƯỜNG KÍNH CÁC ỐNG DẪN
• 2.6.1. Đối với dung dịch và nước ngưng
• 2.7. TỔNG KẾT THIẾT BỊ CHÍNH
• 3. PHẦN 3. TÍNH TOÁN THIẾT BỊ PHỤ - THIẾT BỊ NGƯNG TỤ BAROMET
• 3.1. LƯỢNG NƯỚC LẠNH CẦN THIẾT ĐỂ NGƯNG TỤ
• 3.2. THỂ TÍCH KHÔNG KHÍ VÀ KHÍ KHÔNG NGƯNG CẦN HÚT RA KHỎI BAROMET
• 3.3. KÍCH THƯỚC CHỦ YẾU CỦA THIẾT BỊ NGƯNG TỤ
• 3.3.1. Đường kính trong
• 3.3.2. Kích thước tấm ngăn
• 3.3.3. Chiều cao thiết bị ngưng tụ
• 3.4. Kích thước ống Baromet
• 4. PHẦN 4. CHIẾU DÀY THIẾT BỊ
• 4.1. HỆ THỐNG TAI ĐỠ
• 4.2. Khối lượng vật liệu
• 4.3. Khối lượng nước
• 4.4. Để nối các ống dẫn
• 4.5. Để nối các bộ phận của thiết bị
• 5. PHẦN 5. SƠ ĐỒ QUY TRÌNH CÔ ĐẶC
• 5.1. HỆ THỐNG CÔ ĐẶC 2 NỒI XUÔI CHIỀU
• 5.2. THUYẾT MINH QUY TRÌNH
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

I. Tổng Quan Về Đồ Án Tính Toán Hệ Thống Cô Đặc Đường

Đồ án tính toán thiết kế hệ thống cô đặc đường là một nhiệm vụ quan trọng trong chương trình đào tạo kỹ sư công nghệ thực phẩm. Mục tiêu chính là trang bị cho sinh viên kiến thức và kỹ năng cần thiết để thiết kế hệ thống cô đặc hiệu quả, tiết kiệm năng lượng, và đáp ứng yêu cầu về chất lượng sản phẩm. Cô đặc đường là một quá trình quan trọng trong công nghiệp sản xuất đường, giúp tăng nồng độ chất rắn hòa tan, tạo ra sản phẩm đường có chất lượng cao và bảo quản được lâu hơn. Quá trình này đòi hỏi sự hiểu biết sâu sắc về các nguyên lý truyền nhiệt, cân bằng vật chất, và các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu suất của hệ thống. Bài viết này sẽ cung cấp cái nhìn tổng quan về các bước cần thiết để tính toán thiết kế hệ thống cô đặc đường, từ việc xác định các thông số đầu vào, lựa chọn thiết bị phù hợp, đến việc tính toán các thông số vận hành và đánh giá hiệu quả của hệ thống. Việc ứng dụng các Semantic LSI keywords như 'Kỹ thuật cô đặc', 'Thiết bị cô đặc', 'Nồi cô đặc', 'Hiệu suất cô đặc' giúp đảm bảo rằng bài viết này dễ dàng được tìm thấy bởi những người quan tâm đến chủ đề này. Trích dẫn từ tài liệu gốc, “Niên luận kỹ thuật thực phẩm là học phần giúp sinh viên biết vận dụng kiến thức cơ sở về các quá trình thiết bị trong công nghệ thực phẩm, tự tính toán và thiết kế thiết bị hay một phần của quá trình chế biến thực phẩm ở quy mô công nghiệp.” nhấn mạnh tầm quan trọng của đồ án trong việc phát triển năng lực của sinh viên.

1.1. Giới Thiệu Về Công Nghệ Sản Xuất Đường và Cô Đặc

Công nghiệp sản xuất đường là một ngành công nghiệp quan trọng, cung cấp một trong những nguồn năng lượng chính cho con người. Cô đặc là một giai đoạn then chốt trong quá trình sản xuất, giúp tăng nồng độ đường trong dung dịch, tạo điều kiện cho quá trình kết tinh tiếp theo. Quá trình cô đặc đường thường được thực hiện bằng cách đun nóng dung dịch đường, làm bay hơi nước, và giữ lại chất rắn hòa tan. Các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu quả của quá trình cô đặc bao gồm nhiệt độ, áp suất, nồng độ ban đầu, và loại thiết bị sử dụng. Việc lựa chọn thiết bị cô đặc phù hợp là rất quan trọng để đảm bảo hiệu suất cao và chất lượng sản phẩm tốt. Các loại thiết bị cô đặc phổ biến bao gồm nồi cô đặc chân không, thiết bị cô đặc màng mỏng, và thiết bị cô đặc nhiều cấp.

1.2. Tầm Quan Trọng của Thiết Kế Hệ Thống Cô Đặc Hiệu Quả

Một hệ thống cô đặc được thiết kế tốt sẽ giúp tiết kiệm năng lượng, giảm chi phí sản xuất, và nâng cao chất lượng sản phẩm. Hiệu quả của hệ thống cô đặc phụ thuộc vào nhiều yếu tố, bao gồm việc lựa chọn thiết bị phù hợp, thiết kế hệ thống điều khiển tối ưu, và bảo trì định kỳ. Thiết kế hệ thống cô đặc không chỉ là vấn đề kỹ thuật mà còn là vấn đề kinh tế, đòi hỏi sự cân nhắc kỹ lưỡng giữa chi phí đầu tư và lợi ích thu được. Các Semantic LSI keywords như 'Hệ thống cô đặc chân không', 'Sơ đồ công nghệ cô đặc đường', và 'Nguyên lý cô đặc' cần được xem xét trong quá trình thiết kế.

II. Thách Thức Trong Tính Toán Thiết Kế Hệ Thống Cô Đặc

Việc tính toán thiết kế hệ thống cô đặc đường không phải là một nhiệm vụ đơn giản. Có nhiều thách thức đặt ra, đòi hỏi người thiết kế phải có kiến thức sâu rộng và kinh nghiệm thực tiễn. Một trong những thách thức lớn nhất là việc cân bằng giữa hiệu suất và chi phí. Một hệ thống cô đặc có hiệu suất cao thường đòi hỏi chi phí đầu tư lớn, và ngược lại. Do đó, người thiết kế phải tìm ra giải pháp tối ưu, đáp ứng yêu cầu về hiệu suất và chi phí. Một thách thức khác là việc kiểm soát các yếu tố ảnh hưởng đến chất lượng sản phẩm. Nhiệt độ quá cao có thể làm biến đổi đường, ảnh hưởng đến màu sắc và hương vị. Áp suất quá thấp có thể làm tăng chi phí năng lượng. Việc kiểm soát các yếu tố này đòi hỏi sự hiểu biết sâu sắc về các quá trình vật lý và hóa học xảy ra trong quá trình cô đặc. Tài liệu gốc chỉ ra rằng “Trong quá trình thực hiện chắc chắn không tránh khỏi những thiếu sót, rất mong nhận được những ý kiến đóng góp của quý Thầy, Cô cũng như các bạn trong ngành Công nghệ thực phẩm để bản thân rút ra kinh nghiệm và thành công hơn trong những đề tài tiếp theo.” nhấn mạnh rằng việc liên tục cải tiến và học hỏi là rất quan trọng.

2.1. Cân Bằng Giữa Hiệu Suất Cô Đặc và Chi Phí Đầu Tư Ban Đầu

Việc lựa chọn thiết bị cô đặc ảnh hưởng trực tiếp đến hiệu suất và chi phí của hệ thống. Các loại thiết bị cô đặc khác nhau có ưu nhược điểm khác nhau, và phù hợp với các điều kiện sản xuất khác nhau. Ví dụ, nồi cô đặc chân không có hiệu suất cao nhưng chi phí đầu tư lớn, trong khi thiết bị cô đặc màng mỏng có chi phí thấp hơn nhưng hiệu suất thấp hơn. Việc tính toán và thiết kế phải tìm điểm cân bằng giữa hai yếu tố này. Cần phân tích kỹ lưỡng các yếu tố như năng suất, chi phí năng lượng, chi phí bảo trì, và tuổi thọ của thiết bị để đưa ra quyết định đúng đắn.

2.2. Kiểm Soát Các Yếu Tố Ảnh Hưởng Đến Chất Lượng Đường Cô Đặc

Chất lượng của đường thành phẩm phụ thuộc vào nhiều yếu tố trong quá trình cô đặc, bao gồm nhiệt độ, áp suất, thời gian cô đặc, và chất lượng nguyên liệu đầu vào. Việc kiểm soát các yếu tố này đòi hỏi sự giám sát chặt chẽ và điều chỉnh kịp thời. Các hệ thống điều khiển tự động có thể giúp duy trì các thông số vận hành ổn định, giảm thiểu sai sót do con người gây ra. Việc sử dụng các cảm biến và thiết bị đo lường chính xác cũng rất quan trọng để đảm bảo chất lượng sản phẩm.

2.3. Sự Cần Thiết Của Tính Toán Hệ Thống Cô Đặc Chính Xác

Tính toán hệ thống cô đặc chính xác, nhằm tránh lãng phí trong quá trình vận hành. Bất kỳ sai lệch nào trong quá trình tính toán có thể dẫn đến hiệu suất thấp, tiêu thụ năng lượng cao, hoặc thậm chí làm hỏng thiết bị. Do đó, việc sử dụng các phương pháp tính toán chính xác và các phần mềm mô phỏng chuyên dụng là rất quan trọng. Cần kiểm tra lại các kết quả tính toán bằng các phương pháp độc lập để đảm bảo tính chính xác.

III. Hướng Dẫn Tính Toán Hệ Thống Cô Đặc Đường Các Bước Chi Tiết

Để tính toán thiết kế hệ thống cô đặc đường một cách hiệu quả, cần tuân thủ một quy trình bài bản, bao gồm các bước sau: 1. Xác định các thông số đầu vào: năng suất, nồng độ đầu vào, nồng độ đầu ra, nhiệt độ đầu vào. 2. Lựa chọn loại thiết bị cô đặc phù hợp: nồi cô đặc chân không, thiết bị cô đặc màng mỏng, thiết bị cô đặc nhiều cấp. 3. Tính toán cân bằng vật chất: xác định lượng nước cần bay hơi, lượng sản phẩm thu được. 4. Tính toán cân bằng nhiệt lượng: xác định lượng nhiệt cần cung cấp, lượng hơi đốt cần sử dụng. 5. Tính toán diện tích bề mặt truyền nhiệt: xác định kích thước của thiết bị cô đặc. 6. Tính toán các thông số vận hành: nhiệt độ, áp suất, lưu lượng. 7. Thiết kế hệ thống điều khiển: lựa chọn các thiết bị đo lường và điều khiển. 8. Đánh giá hiệu quả của hệ thống: tính toán chi phí sản xuất, so sánh với các phương án khác. Theo tài liệu gốc, việc “tính toán thiết bị chính, thiết bị phụ và tính cơ khí một số chi tiết” là rất cần thiết để xây dựng bản thuyết minh chi tiết cho đồ án.

3.1. Xác Định Thông Số Đầu Vào và Yêu Cầu Sản Phẩm Cuối Cùng

Bước đầu tiên trong quá trình tính toán thiết kế là xác định rõ các thông số đầu vào và yêu cầu sản phẩm cuối cùng. Các thông số đầu vào bao gồm năng suất (tấn đường/ngày), nồng độ đường trong dung dịch đầu vào (%), nhiệt độ dung dịch đầu vào (°C), và các thông số về chất lượng nguyên liệu (độ tinh khiết, hàm lượng tạp chất). Yêu cầu sản phẩm cuối cùng bao gồm nồng độ đường trong sản phẩm (%), độ tinh khiết của sản phẩm, màu sắc, hương vị, và các chỉ tiêu khác. Việc xác định chính xác các thông số này là rất quan trọng để đảm bảo rằng hệ thống cô đặc được thiết kế đáp ứng yêu cầu sản xuất.

3.2. Lựa Chọn Loại Thiết Bị Cô Đặc Đường Phù Hợp

Có nhiều loại thiết bị cô đặc khác nhau, mỗi loại có ưu nhược điểm riêng. Nồi cô đặc chân không là loại thiết bị phổ biến, có hiệu suất cao và cho phép cô đặc ở nhiệt độ thấp, giúp bảo vệ chất lượng sản phẩm. Thiết bị cô đặc màng mỏng có ưu điểm là thời gian lưu nhiệt ngắn, giảm thiểu sự biến đổi của đường, nhưng hiệu suất thường thấp hơn. Thiết bị cô đặc nhiều cấp cho phép tận dụng nhiệt thải, giảm chi phí năng lượng, nhưng đòi hỏi hệ thống điều khiển phức tạp hơn. Việc lựa chọn loại thiết bị cô đặc phù hợp phụ thuộc vào các yếu tố như năng suất, chi phí đầu tư, chi phí vận hành, và yêu cầu chất lượng sản phẩm.

3.3. Cân Bằng Vật Chất và Nhiệt Lượng Trong Hệ Thống Cô Đặc

Sau khi lựa chọn loại thiết bị cô đặc, cần tiến hành tính toán cân bằng vật chất và nhiệt lượng để xác định các thông số vận hành. Tính toán cân bằng vật chất giúp xác định lượng nước cần bay hơi để đạt được nồng độ sản phẩm yêu cầu, cũng như lượng sản phẩm thu được. Tính toán cân bằng nhiệt lượng giúp xác định lượng nhiệt cần cung cấp để bay hơi nước, cũng như lượng hơi đốt cần sử dụng. Các tính toán này cần dựa trên các phương trình cân bằng và các thông số vật lý của dung dịch đường và hơi nước.

IV. Giải Pháp Thiết Kế Hệ Thống Cô Đặc Tiết Kiệm Năng Lượng

Tiết kiệm năng lượng là một trong những mục tiêu quan trọng trong thiết kế hệ thống cô đặc. Có nhiều giải pháp có thể được áp dụng để giảm thiểu tiêu thụ năng lượng, bao gồm: 1. Sử dụng hệ thống cô đặc nhiều cấp: tận dụng nhiệt thải từ các cấp trước để đun nóng các cấp sau. 2. Sử dụng bơm nhiệt: nâng cao nhiệt độ của hơi thứ để tái sử dụng làm hơi đốt. 3. Tối ưu hóa quá trình vận hành: điều chỉnh nhiệt độ, áp suất, lưu lượng để đạt hiệu suất cao nhất. 4. Sử dụng vật liệu cách nhiệt tốt: giảm thiểu thất thoát nhiệt ra môi trường. 5. Bảo trì định kỳ: đảm bảo thiết bị hoạt động ổn định, giảm thiểu tiêu thụ năng lượng. Như được đề cập trong tài liệu, “sử dụng hệ thống cô đặc 2 nồi xuôi chiều để cô đặc dung dịch đường sucrose” có thể là một giải pháp tiết kiệm năng lượng.

4.1. Tận Dụng Hệ Thống Cô Đặc Nhiều Cấp Để Giảm Tiêu Thụ Hơi Đốt

Hệ thống cô đặc nhiều cấp cho phép tận dụng nhiệt thải từ các cấp trước để đun nóng các cấp sau, giảm thiểu tiêu thụ hơi đốt. Trong hệ thống cô đặc hai cấp, hơi thứ từ cấp đầu tiên được sử dụng để đun nóng cấp thứ hai, và hơi thứ từ cấp thứ hai được sử dụng để gia nhiệt cho dung dịch đầu vào. Số cấp càng nhiều, hiệu quả tiết kiệm năng lượng càng cao, nhưng chi phí đầu tư cũng tăng lên. Việc lựa chọn số cấp tối ưu phụ thuộc vào các yếu tố như giá năng lượng, chi phí đầu tư, và năng suất sản xuất.

4.2. Ứng Dụng Bơm Nhiệt Trong Hệ Thống Cô Đặc Đường

Bơm nhiệt là một thiết bị có thể nâng cao nhiệt độ của hơi thứ, cho phép tái sử dụng làm hơi đốt. Bơm nhiệt hoạt động bằng cách sử dụng một chất làm lạnh để hấp thụ nhiệt từ hơi thứ ở nhiệt độ thấp, sau đó nén chất làm lạnh để tăng nhiệt độ, và giải phóng nhiệt vào hơi đốt. Việc sử dụng bơm nhiệt có thể giảm đáng kể tiêu thụ hơi đốt, nhưng đòi hỏi chi phí đầu tư và vận hành lớn. Việc đánh giá hiệu quả kinh tế của việc sử dụng bơm nhiệt cần dựa trên các yếu tố như giá năng lượng, chi phí đầu tư, và hiệu suất của bơm nhiệt.

V. Ứng Dụng Thực Tế Tính Toán Thiết Kế Hệ Thống Cô Đặc

Tính toán thiết kế hệ thống cô đặc đường không chỉ là một bài toán lý thuyết mà còn có nhiều ứng dụng thực tế. Các kỹ sư công nghệ thực phẩm sử dụng kiến thức và kỹ năng này để thiết kế, xây dựng, và vận hành các nhà máy sản xuất đường trên khắp thế giới. Các nhà nghiên cứu sử dụng kiến thức này để phát triển các công nghệ cô đặc mới, hiệu quả hơn và thân thiện với môi trường hơn. Các nhà quản lý sử dụng kiến thức này để đưa ra các quyết định đầu tư và quản lý sản xuất thông minh. Theo tài liệu gốc, kết quả thu nhận bao gồm “Bản thuyết minh số liệu tính toán thiết bị chính, thiết bị phụ và tính cơ khí một số chi tiết”.

5.1. Case Study Thiết Kế Hệ Thống Cô Đặc Cho Nhà Máy Sản Xuất Đường

Một ví dụ điển hình về ứng dụng thực tế của tính toán thiết kế là việc thiết kế một hệ thống cô đặc cho một nhà máy sản xuất đường. Trong ví dụ này, các kỹ sư cần xác định các thông số đầu vào, lựa chọn loại thiết bị cô đặc phù hợp, tính toán các thông số vận hành, và thiết kế hệ thống điều khiển. Quá trình thiết kế cần tuân thủ các tiêu chuẩn kỹ thuật và an toàn, cũng như đảm bảo hiệu quả kinh tế và bảo vệ môi trường.

5.2. Nghiên Cứu và Phát Triển Các Thiết Bị Cô Đặc Mới Tiên Tiến

Các nhà nghiên cứu đang liên tục tìm kiếm các công nghệ cô đặc mới, hiệu quả hơn và thân thiện với môi trường hơn. Một trong những hướng nghiên cứu tiềm năng là sử dụng các màng lọc nano để cô đặc dung dịch đường, giảm thiểu tiêu thụ năng lượng và cải thiện chất lượng sản phẩm. Một hướng nghiên cứu khác là sử dụng năng lượng mặt trời để đun nóng dung dịch đường, giảm thiểu phát thải khí nhà kính. Các công nghệ mới này có thể mang lại những lợi ích lớn cho ngành công nghiệp sản xuất đường.

VI. Kết Luận Tương Lai Của Công Nghệ Cô Đặc Đường

Công nghệ cô đặc đường sẽ tiếp tục phát triển trong tương lai, với mục tiêu là nâng cao hiệu suất, giảm chi phí, và bảo vệ môi trường. Các xu hướng phát triển chính bao gồm: 1. Sử dụng các vật liệu mới: vật liệu có khả năng truyền nhiệt tốt hơn, chịu được nhiệt độ cao hơn. 2. Phát triển các hệ thống điều khiển thông minh: tự động điều chỉnh các thông số vận hành để đạt hiệu suất tối ưu. 3. Tích hợp các nguồn năng lượng tái tạo: năng lượng mặt trời, năng lượng gió. 4. Áp dụng các quy trình sản xuất sạch hơn: giảm thiểu chất thải và khí thải. Với những tiến bộ này, ngành công nghiệp sản xuất đường sẽ trở nên bền vững hơn và đóng góp tích cực vào sự phát triển kinh tế xã hội.

6.1. Xu Hướng Phát Triển Công Nghệ Cô Đặc Đường Tiên Tiến

Các xu hướng phát triển của công nghệ cô đặc đường hướng đến sự bền vững và hiệu quả cao. Các vật liệu mới với khả năng truyền nhiệt vượt trội sẽ giúp giảm diện tích bề mặt truyền nhiệt và tiết kiệm chi phí đầu tư. Các hệ thống điều khiển thông minh sử dụng trí tuệ nhân tạo sẽ giúp tối ưu hóa quá trình vận hành và giảm thiểu sai sót. Việc tích hợp các nguồn năng lượng tái tạo sẽ giúp giảm phát thải khí nhà kính và giảm chi phí năng lượng.

6.2. Các Nghiên Cứu Tiềm Năng Trong Lĩnh Vực Cô Đặc Đường

Các nghiên cứu tiềm năng trong lĩnh vực cô đặc đường tập trung vào việc tìm kiếm các phương pháp cô đặc mới, hiệu quả hơn và thân thiện với môi trường hơn. Việc sử dụng các màng lọc nano, các quy trình cô đặc bằng sóng siêu âm, và các phương pháp cô đặc bằng áp suất cao đều là những hướng nghiên cứu đầy hứa hẹn. Các nghiên cứu này có thể mang lại những đột phá lớn cho ngành công nghiệp sản xuất đường trong tương lai.

Trích đoạn nội dung tài liệu

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ KHOA NÔNG NGHIỆP & SINH HỌC ỨNG DỤNG BỘ MÔN CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM ĐỒ ÁN KỸ THUẬT THỰC PHẨM TÍNH TOÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG CÔ ĐẶC 2 NỒI DUNG DỊCH ĐƯỜNG SUCROSE Giáo viên hướng dẫn: Sinh viên thực hiện: PGs.Ts Nguyễn Văn Mười 1. Phan Trí Nguyên B1800339 2. Trần Thị Huyền Trân B1800403 LỚP: NN1808A3 TÍNH TOÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG CÔ ĐẶC LỜI NÓI ĐẦU Niên luận kỹ thuật thực phẩm là học phần giúp sinh viên biết vận dụng kiến thức cơ sở về các quá trình thiết bị trong công nghệ thực phẩm, tự tính toán và thiết kế thiết bị hay một phần của quá trình chế biến thực phẩm ở quy mô công nghiệp. Được bộ môn công nghệ thực phẩm tạo điều kiện và sự hướng dẫn của thầy Nguyễn Văn Mười em đã thực hiện niên luận kỹ thuật thực phẩm với đề tài: “Tính toán thiết kế hệ thống cô đặc 2 nồi dung dịch đường sucrose”.

Trong quá trình thực hiện chắc chắn không tránh khỏi những thiếu sót, rất mong nhận được những ý kiến đóng góp của quý Thầy, Cô cũng như các bạn trong ngành Công nghệ thực phẩm để bản thân rút ra kinh nghiệm và thành công hơn trong những đề tài tiếp theo. Em xin gửi lời cám ơn sâu sắc và chân thành đến thầy Nguyễn Văn Mười. Dù rất bận rộn với công việc giảng dạy và nghiên cứu nhưng thầy đã tận tình hướng dẫn và giúp đỡ em hoàn thành bài Niên luận Kỹ thuật thực phẩm một cách tốt nhất. Bên cạnh đó, các bạn học cùng lớp cũng đã giúp đỡ rất nhiều, xin cám ơn các bạn.

Xin chân thành cảm ơn ! Sinh viên thực hiện Phan Trí Nguyên Trần Thị Huyền Trân TÍNH TOÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG CÔ ĐẶC KHOA NÔNG NGHIỆP Bộ môn Công nghệ thực phẩm ĐỒ ÁN KỸ THUẬT THỰC PHẨM (NN164) Họ tên sinh viên: 1. Phan Trí Nguyên B1800339 2. Trần Thị Huyền Trân B1800403 Lớp: Công nghệ thực phẩm khóa 44 Thời gian thực hiện: từ 22/10/2020 đến 20/12/2020 TÊN NHIỆN VỤ: Tính toán thiết kế hệ thống cô đặc 2 nồi dung dịch đường sucrose Số liệu ban đầu: - Năng suất nhập liệu: 1 tấn - Nồng độ đầu: 15% sucrose - Nồng độ cuối: 65% sucrose - Nhiệt độ nhập liệu ở nhiệt độ sôi - Loại thiết bị tự chọn KẾT QUẢ THU NHẬN: - Bản thuyết minh số liệu tính toán thiết bị chính, thiết bị phụ và tính cơ khí một số chi tiết - Bản vẽ thiết bị chính khổ A1 - File tổng hợp - Cán bộ hướng dẫn PGs. Nguyễn Văn Mười TÍNH TOÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG CÔ ĐẶC MỤC LỤC LỜI NÓI ĐẦU i NHIỆM VỤ NIÊN LUẬN KỸ THUẬT THỰC PHẨM ii MỤC LỤC iii PHẦN 1.

TỔNG QUAN VỀ ĐƯỜNG SUCROSE 1 1. SƠ LƯỢC VỀ LÝ THUYẾT CÔ ĐẶC VÀ THIẾT BỊ CÔ ĐẶC 2 1. Giới thiệu chung về cô đặc 2 1. Thiết bị cô đặc ống tuần hoàn trung tâm 3 PHẦN 2.

THIẾT BỊ CHÍNH 5 2. CÂN BẰNG VẬT LIỆU 5 2. Lượng nước bốc hơi của cả hệ thống (hơi thứ) 5 2. Lượng hơi thứ phân bố trong từng nồi 6 2.

Tính nồng độ của dung dịch trong từng nồi 6 2. CÂN BẰNG NHIỆT LƯỢNG 7 2.1 Xác định áp suất và nhiệt độ mỗi nồi 7 2. Xác định tổng tổn thất nhiệt độ ΣΔ 8 2. Hiệu số nhiệt độ hữu ích Δthi và nhiệt độ sôi dung dịch 12 2.

Xác định nhiệt dung riêng dung dịch 13 2. Lượng hơi đốt và lượng hơi thứ mỗi nồi 13 2. Kiểm tra lại giả thiết phân bố hơi thứ ở các nồi 15 2. TÍNH BỀ MẶT TRUYỀN NHIỆT 16 2.

Lượng nhiệt do hơi đốt cung cấp 16 2. Hệ số truyền nhiệt K của mỗi nồi 16 2. KÍCH THƯỚC BUỒNG ĐỐT 21 2. Số ống truyền nhiệt 21 2.

Ống tuần hoàn trung tâm 22 2. Đường kính trong buồng đốt 24 2. KÍCH THƯỚC BUỒNG BỐC 24 2. ĐƯỜNG KÍNH CÁC ỐNG DẪN 25 2.

Đối với dung dịch và nước ngưng 25 2. TỔNG KẾT THIẾT BỊ CHÍNH 26 PHẦN 3. TÍNH TOÁN THIẾT BỊ PHỤ - THIẾT BỊ NGƯNG TỤ BAROMET 28 3. LƯỢNG NƯỚC LẠNH CẦN THIẾT ĐỂ NGƯNG TỤ 28 3.

THỂ TÍCH KHÔNG KHÍ VÀ KHÍ KHÔNG NGƯNG CẦN HÚT RA KHỎI BAROMET 28 3. KÍCH THƯỚC CHỦ YẾU CỦA THIẾT BỊ NGƯNG TỤ 29 3.1 Đường kính trong 30 3.2 Kích thước tấm ngăn 30 3.3 Chiều cao thiết bị ngưng tụ 32 TÍNH TOÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG CÔ ĐẶC 3. Kích thước ống Baromet 33 PHẦN 4. CHIẾU DÀY THIẾT BỊ 35 4.

HỆ THỐNG TAI ĐỠ 48 4. Khối lượng vật liệu 48 4. Khối lượng nước 50 4. Để nối các ống dẫn 52 4.

Để nối các bộ phận của thiết bị 53 PHẦN 5. SƠ ĐỒ QUY TRÌNH CÔ ĐẶC 55 5. HỆ THỐNG CÔ ĐẶC 2 NỒI XUÔI CHIỀU 55 5. THUYẾT MINH QUY TRÌNH 55 TÀI LIỆU THAM KHẢO 57 TÍNH TOÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG CÔ ĐẶC DANH SÁCH BẢNG Bảng 1.

Nhiệt độ và áp suất hơi của mỗi nồi 8 Bảng 2. Tổn thất nhiệt độ do nồng độ tăng cao 9 Bảng 3. Bảng tóm tắt tổn thất nhiệt độ do áp suất thủy tĩnh 11 Bảng 4. Tổn thất chung trong hệ thống cô đặc 12 Bảng 5.

Nhiệt dung riêng của dung dịch đường sucrose 13 Bảng 6. Các thông số về năng lượng 15 Bảng 7 Lượng nhiệt do hơi cung cấp 16 Bảng 8. Nhiệt tải riêng q1 phía hơi ngưng 19 Bảng 9. Hệ số cấp nhiệt theo nhiệt độ sôi 20 Bảng 10.

Nhiệt tải riêng q2 phía dung dịch sôi 20 Bảng 11. Hiệu số nhiệt độ hữu ích 21 Bảng 12. Bề mặt truyền nhiệt 21 Bảng 13. Kích thước buồng bốc 25 Bảng 14.

Kích thước các ống dẫn 26 Bảng 15. Bảng tóm tắt thiết bị chính 26 Bảng 16. Kích thước cơ bản của thiết bị ngưng tụ Baromet 32 Bảng 17. Tổng hợp chiều dày buồng đốt, buồng bốc 47 Bảng 18.

Thể tích thép 49 Bảng 19. Thể tích đáy và nắp thiết bị 50 Bảng 20. Thể tích nước 51 Bảng 21. Chân thép đối với thiết bị thẳng đứng 52 Bảng 22.

Mối ghép bích nối các bộ phận của thiết bị và ống dẫn 53 Bảng 23. Mối ghép bích giữa thân với đáy và nắp 54 TÍNH TOÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG CÔ ĐẶC QUY ƯỚC KÝ HIỆU Để đơn giản trong việc chú thích tài liệu, quy ước ký hiệu như sau: - [AI – x] – Sổ tay quá trình và thiết bị Công nghệ hóa chất, tập 1. Nhà xuất bản Khoa học và Kỹ thuật - [AII – x] – Sổ tay quá trình và thiết bị Công nghệ hóa chất, tập 2. Nhà xuất bản Khoa học và Kỹ thuật - [B – x] – Sổ tay thiết kế thiết bị hóa chất và chế biến thực phẩm đa dụng, T.

Với: x: số trang Số chỉ công thức, bảng, hay địa chỉ trang web được ghi trong dấu ( ). TÍNH TOÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG CÔ ĐẶC PHẦN 1: GIỚI THIỆU 1. TỔNG QUAN VỀ ĐƯỜNG SUCROSE Surose là thành phần quan trọng nhất của mía, là sản phẩm của công nghiệp sản xuất đường, là một disacarit có công thức C12H22O11. Trọng lượng phân tử của sucrose là 342,30.

Sucrose được cấu tạo từ hai đường đơn là α, D-glucose và β, D- fructose. Công thức cấu tạo của sacaroza Tinh thể đường sucrose trong suốt, không màu, nhiệt độ nóng chảy là 186 – o 188 C. Nếu ta đưa từ từ đến nhiệt độ nóng chảy, đường biến thành 1 dạng sệt trong suốt. Nếu kéo dài thời gian đun hoặc đun ở nhiệt độ cao, đường sẽ mất nước rồi phân huỷ và biến thành caramen.

Đường dễ hoà tan trong nước, không tan trong dầu hoả, cloroform, benzen, ancol…Độ nhớt của dung dịch đường tăng theo chiều tăng nồng độ và giảm theo chiều tăng nhiệt độ. Do dung dịch đường sucrose không chịu được nhiệt độ cao (chất tan dễ bị biến tính) nên đòi hỏi phải cô đặc ở nhiệt độ đủ thấp ứng với áp suất cân bằng ở mặt thoáng thấp hay thường gọi là áp suất chân không. Như vậy, sử dụng hệ thống cô đặc 2 nồi xuôi chiều để cô đặc dung dịch đường sucrose. GIỚI THIỆU SƠ LƯỢC VỀ LÝ THUYẾT CÔ ĐẶC VÀ THIẾT BỊ CÔ ĐẶC 1.

Giới thiệu chung về cô đặc Cô đặc là quá trình làm tăng nồng độ một cấu tử nào đó trong dung dịch hay nhiều cấu tử, bằng cách tách một phần dung môi ra khỏi dung dịch ở dạng hơi, còn dung chất hòa tan trong dung dịch không bay hơi, do đó nồng độ của dung chất sẽ tăng dần lên. TÍNH TOÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG CÔ ĐẶC Quá trình cô đặc thường được tiến hành ở trạng thái sôi, nghĩa là áp suất hơi riêng phần của dung môi trên bề mặt dung dịch bằng áp suất làm việc của thiết bị. Quá trình cô đặc thường được ứng dụng rộng rãi trong công nghiệp hóa chất thực phẩm như cô đặc muối, đường, sữa,… Hơi của dung môi được tách ra trong quá trình cô đặc được gọi là hơi thứ, hơi thứ ở nhiệt độ cao có thể dùng để đun nóng cho một thiết bị khác, nếu dùng hơi thứ để đun nóng một thiết bị ngoài hệ thống cô đặc gọi là hơi phụ. Truyền nhiệt trong quá trình cô đặc có thể thực hiện trực tiếp hoặc gián tiếp, khi truyền nhiệt trực tiếp thường dùng khói lò cho tiếp xúc với dung dịch, còn truyền nhiệt gián tiếp thường dùng hơi bão hòa để đốt nóng.

Quá trình cô đặc có thể thực hiện ở các áp suất khác nhau, khi làm việc ở áp suất thường thì có thể dùng thiết bị hở, khi làm việc ở áp suất khác (chân không hoặc áp suất dư) thì dùng thiết bị kín. Quá trình cô đặc có thể tiến hành liên tục hay gián đoạn trong thiết bị một nồi hoặc nhiều nồi. Khi cô đặc một nồi, nếu muốn sử dụng hơi thứ để đốt nóng lại thì phải nén hơi thứ đến áp suất của hơi đốt (gọi là thiết bị có bơm nhiệt). Khi cô đặc nhiều nồi thì dung dịch đi từ nồi nọ sang nồi kia, hơi thứ của nồi trước làm hơi đốt cho nồi sau.

Phân loại Có nhiều cách phân loại khác nhau nhưng tổng quát lại cách phân loại theo đặc điểm cấu tạo có 6 loại được chia làm ba nhóm chủ yếu sau đây: - Nhóm 1: Dung dịch đối lưu tự nhiên. + Loại 1: Có buồng đốt trong; có thể có ống tuần hoàn trong hay ống tuần hoàn ngoài. + Loại 2: Có buồng đốt ngoài. - Nhóm 2: Dung dịch đối lưu cưỡng bức (tuần hoàn cưỡng bức) + Loại 3: Có buồng đốt trong, có ống tuần hoàn ngoài.

TÍNH TOÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG CÔ ĐẶC + Loại 4: Có buồng đốt ngoài, có ống tuần hoàn ngoài. - Nhóm 3: Dung dịch chảy thành màng mỏng. + Loại 5: Màng dung dịch chảy ngược lên, có thể có buồng đốt trong hay ngoài.