Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu

Trong ngành công nghệ thực phẩm và kỹ thuật hóa học, cô đặc là một trong những quá trình quan trọng nhằm tách bớt dung môi (chủ yếu là nước) ra khỏi dung dịch để làm tăng nồng độ chất khô. Đối với nguyên liệu sữa bò tươi, quá trình cô đặc không chỉ làm giảm khối lượng, thể tích giúp tiết kiệm chi phí vận chuyển, bao bì và bảo quản, mà còn tạo tiền đề quan trọng cho các quá trình chế biến tiếp theo như sản xuất sữa đặc có đường hoặc sấy sữa bột. Tuy nhiên, sữa là hệ chất lỏng phức tạp chứa các cấu tử rất mẫn cảm với nhiệt độ (như protein casein, albumin, đường lactose và hệ vitamin), dễ xảy ra hiện tượng biến tính protein, sẫm màu do phản ứng Maillard hay caramen hóa nếu xử lý ở nhiệt độ cao trong thời gian dài.

Đề tài "Thiết kế và tính toán phân xưởng cô đặc 2 nồi xuôi chiều thiết bị cô đặc có phòng đốt ngoài thẳng đứng dùng cho cô đặc dung dịch sữa bò tươi" được thực hiện nhằm giải quyết bài toán công nghệ và kỹ thuật thiết kế hệ thống cô đặc liên tục, đáp ứng yêu cầu nâng cao nồng độ dung dịch nhưng vẫn đảm bảo tối đa các chỉ tiêu chất lượng cảm quan, hóa lý và dinh dưỡng của sữa.

Nhiệm vụ và mục tiêu thiết kế được quy định cụ thể thông qua các thông số kỹ thuật đầu vào:

  1. Xác định sơ đồ công nghệ và thuyết minh quy trình sản xuất sữa cô đặc có đường từ nguyên liệu sữa tươi.
  2. Tính toán cân bằng vật chất và cân bằng năng lượng cho toàn bộ hệ thống cô đặc 2 nồi xuôi chiều.
  3. Tính toán truyền nhiệt, xác định bề mặt truyền nhiệt và kích thước kết cấu của thiết bị chính (buồng đốt, buồng bốc, ống truyền nhiệt, vỉ ống, nắp và đáy thiết bị).
  4. Tính toán đường kính các ống dẫn dòng lưu chất, chiều dày lớp cách nhiệt và lựa chọn các chi tiết phụ trợ (mặt bích, tai treo).
  5. Tính toán và lựa chọn các thiết bị phụ trong dây chuyền (thiết bị ngưng tụ Baromet, bơm chân không, bơm nước lạnh, bơm dung dịch, thùng cao vị).

Đối tượng nghiên cứu của đồ án là quy trình công nghệ cô đặc dung dịch sữa bò tươi. Phạm vi tính toán được giới hạn bởi các thông số kỹ thuật:

  • Năng suất tính theo dung dịch nguyên liệu đầu ($G_d$): $3790\text{ kg/h}$.
  • Nồng độ chất khô ban đầu của dung dịch sữa ($x_d$): $11,3%$.
  • Nồng độ chất khô cuối của dung dịch sữa ($x_c$): $28,9%$.
  • Chiều cao ống truyền nhiệt ($H_0$): $4\text{ m}$.
  • Áp suất hơi đốt cấp vào nồi 1 ($P_{hd1}$): $4\text{ at}$.
  • Áp suất tại thiết bị ngưng tụ chân không ($P_{nt}$): $0,3\text{ at}$.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp

Cơ sở lý thuyết và mô hình tính toán

Nghiên cứu dựa trên các nguyên lý nhiệt động lực học, truyền nhiệt và thủy lực học ứng dụng trong kỹ thuật thiết bị hóa chất và thực phẩm:

  • Nguyên lý bốc hơi dung dịch nhiều nồi: Sử dụng hơi thứ sinh ra từ nồi trước làm hơi đốt cho nồi sau nhằm tận dụng tối đa nhiệt năng, giảm lượng tiêu hao hơi đốt sơ cấp. Quá trình xuôi chiều được áp dụng để dung dịch đi từ nồi có áp suất và nhiệt độ cao sang nồi có áp suất và nhiệt độ thấp hơn nhờ chênh lệch áp suất chân không mà không cần bơm trung gian giữa hai nồi, đồng thời đảm bảo sản phẩm ở nồng độ cao nhất chỉ tiếp xúc với nhiệt độ thấp nhất ở nồi 2, hạn chế phân hủy nhiệt.
  • Tính toán tổn thất nhiệt độ:
    • Tổn thất nhiệt độ do nồng độ ($\Delta'$): Tính theo công thức Tisenco $\Delta' = \Delta'_0 \cdot f$, trong đó $\Delta'_0$ là tổn thất ở áp suất thường và $f$ là hệ số hiệu chỉnh áp suất.
    • Tổn thất nhiệt độ do áp suất thủy tĩnh ($\Delta''$): Xác định dựa trên chiều cao mức chất lỏng trong ống truyền nhiệt và khối lượng riêng của dung dịch sôi ở từng nồi.
    • Tổn thất nhiệt độ do trở lực đường ống ($\Delta'''$): Quy ước tổn thất trên đường dẫn hơi thứ giữa các nồi và từ nồi 2 sang thiết bị ngưng tụ là $1^\circ\text{C}$ cho mỗi chặng.
  • Tính toán truyền nhiệt: Xác định hệ số cấp nhiệt phía hơi ngưng tụ ($\alpha_1$) và phía dung dịch sôi ($\alpha_2$), từ đó tính hệ số truyền nhiệt tổng quát ($K$), hiệu số nhiệt độ hữu ích ($\Delta t_{hi}$) và diện tích bề mặt truyền nhiệt ($F$).
  • Đặc tính nguyên liệu sữa: Sữa bò tươi có tỷ trọng trung bình $1,036\text{ g/cm}^3$, pH từ $6,7$, độ chua $15 - 18^\circ\text{D}$, điểm đông đặc từ $-0,59$ đến $-0,54^\circ\text{C}$. Thành phần chất khô gồm chất béo ($4,14%$), protein ($3,32%$), lactose ($4,27%$) và khoáng ($0,83%$).

Phương pháp nghiên cứu và nguồn dữ liệu

  • Phương pháp tính toán kỹ thuật: Sử dụng các phương trình cân bằng vật chất bảo toàn khối lượng và cân bằng nhiệt lượng bảo toàn năng lượng trong điều kiện làm việc ổn định; tính toán độ bền cơ học thân thiết bị chịu áp lực theo tiêu chuẩn kỹ thuật thiết bị hóa chất.
  • Nguồn dữ liệu tra cứu: Các thông số vật lý của dung dịch, hơi nước bão hòa, nước ngưng, vật liệu kim loại chế tạo (thép CT3), hệ số dẫn nhiệt, độ nhớt và quy chuẩn cơ khí được tra cứu từ bộ tài liệu "Sổ tay Quá trình và Thiết bị Công nghệ Hóa chất" (Tập 1 và Tập 2).

Nội dung chính theo từng chương

Chương 1: Tổng quan

Chương này trình bày tổng quan về nguyên liệu sữa bò tươi, bản chất các quá trình nhiệt, phân loại thiết bị cô đặc và lựa chọn quy trình công nghệ chế biến.

  • Thành phần hóa học và dinh dưỡng của sữa: Phân tích chi tiết hệ protein (casein chiếm 75–85% dưới dạng micelle ưa béo/ưa nước liên kết bởi canxi phosphat; protein hòa tan gồm $\beta$-lactoglobulin, $\alpha$-lactalbumin chiếm 15–25%), chất béo (chủ yếu là triglyceride hình cầu kích thước $0,1 - 20,\mu\text{m}$), đường lactose ($50\text{ g/l}$ gồm dạng $\alpha$ và $\beta$), cùng các khoáng chất (Ca, P, Mg) và vitamin (A, D, E, nhóm B, C).
  • Nguyên liệu phụ và chất ổn định: Sử dụng đường saccharose tinh luyện (độ ẩm $\le 0,05%$, hàm lượng đường $\ge 99,8%$) để tăng độ ngọt, áp lực thẩm thấu tự bảo quản; đường lactose mịn để gây mầm kết tinh; các muối đệm (disodium phosphat, trisodium phosphat, sodium citrat) để ngăn ngừa hiện tượng đông tụ protein.
  • Lựa chọn thiết bị và công nghệ: Lựa chọn kiểu thiết bị có buồng đốt ngoài đặt thẳng đứng kết hợp tuần hoàn tự nhiên. Ưu điểm nổi bật là tốc độ chuyển động của dung dịch trong ống truyền nhiệt lớn, tránh hiện tượng bám cặn, dễ dàng tháo lắp và sửa chữa hoặc thay thế buồng đốt mà không ảnh hưởng đến buồng bốc hơi.
  • Quy trình công nghệ sản xuất sữa đặc có đường: Trình bày dây chuyền công nghệ gồm các công đoạn: tiếp nhận sữa $\rightarrow$ kiểm tra, lọc 2 cấp $\rightarrow$ định lượng $\rightarrow$ xử lý nhiệt ($90 - 95^\circ\text{C}$ trong $1 - 3$ phút nhằm tiêu diệt vi sinh vật, bất hoạt enzyme và làm biến tính chọn lọc protein) $\rightarrow$ phối trộn siro đường $\rightarrow$ cô đặc chân không (nhiệt độ duy trì dưới $70^\circ\text{C}$) $\rightarrow$ làm nguội về $28 - 30^\circ\text{C}$ và cấy mầm tinh thể lactose (khống chế kích thước hạt $< 10,\mu\text{m}$ để tránh hiện tượng sạn đường) $\rightarrow$ làm nguội kết thúc về $15 - 18^\circ\text{C}$ $\rightarrow$ rót sản phẩm vô trùng vào bao bì kim loại $\rightarrow$ ghép mí $\rightarrow$ hoàn thiện sản phẩm.
Sữa tươi nguyên liệu
Kiểm tra, lọc (thô & tinh)
Định lượng
Phối trộn (bổ sung siro đường để đạt nồng độ 40%)
Cô đặc chân không 2 nồi xuôi chiều (nhiệt độ ≤ 70°C)
Làm nguội tiếp về 15 - 18°C
Rót sản phẩm & Ghép mí (bao bì kim loại vô trùng)
Hoàn thiện & Bảo quản thành phẩm

Chương 2: Tính toán quá trình và thiết bị

Chương 2 tập trung vào các phép tính toán công nghệ định lượng, cân bằng vật chất, cân bằng nhiệt lượng và thiết kế cơ khí chi tiết cho thiết bị cô đặc chính.

  • Cân bằng vật chất:
    • Tổng lượng hơi thứ bốc ra khỏi hệ thống: $$W = G_d \left(1 - \frac{x_d}{x_c}\right) = 3790 \times \left(1 - \frac{11,3}{28,9}\right) = 2308,096\text{ kg/h}$$
    • Phân bố lượng hơi thứ theo các nồi: Nồi 1 bốc hơi $W_1 = 1148,202\text{ kg/h}$; Nồi 2 bốc hơi $W_2 = 1159,894\text{ kg/h}$.
    • Nồng độ dung dịch ra khỏi nồi 1 đạt $x_{c1} = 16,247%$; nồng độ ra khỏi nồi 2 đạt $x_{c2} = 28,9%$.
  • Cân bằng năng lượng và áp suất hệ thống:
    • Hiệu số áp suất toàn hệ thống: $\Delta P = P_{hd1} - P_{nt} = 4,0 - 0,3 = 3,7\text{ at}$.
    • Áp suất làm việc: Hơi đốt nồi 1 ở $4,0\text{ at}$ ($142,9^\circ\text{C}$); buồng bốc nồi 1 ở $1,58\text{ at}$ ($112,3^\circ\text{C}$); hơi đốt nồi 2 lấy từ hơi thứ nồi 1; buồng bốc nồi 2 ở $0,315\text{ at}$ ($69,7^\circ\text{C}$).
    • Tổng tổn thất nhiệt độ toàn hệ thống $\sum \Delta = \Delta' + \Delta'' + \Delta''' = 0,786 + 0,353 + 2,0 = 3,139^\circ\text{C}$.
    • Nhiệt độ sôi thực tế của dung dịch: Nồi 1 là $t_{s1} \approx 112,75^\circ\text{C}$; Nồi 2 là $t_{s2} \approx 73,78^\circ\text{C}$.
    • Lượng hơi đốt sơ cấp tiêu tốn tại nồi 1: $D = 1386,216\text{ kg/h}$.
  • Thiết kế kích thước buồng đốt và buồng bốc:
    • Ống truyền nhiệt: Chọn ống thép có kích thước $\Phi 38 \times 2\text{ mm}$ ($d_t = 34\text{ mm}$), chiều dài ống $H_0 = 4\text{ m}$. Số lượng ống truyền nhiệt tính toán là $n = 62$ ống, được bố trí theo hình lục giác đều 4 dãy đồng tâm (số ống trên đường xuyên tâm $b = 9$).
    • Đường kính trong buồng đốt: $D_{tbd} = 1000\text{ mm}$.
    • Đường kính trong buồng bốc hơi: $D_{tbb} = 1200\text{ mm}$.
    • Chiều cao không gian bốc hơi: Chọn $H_{bb} = 3\text{ m}$ để đảm bảo phân ly triệt để các hạt lỏng bị cuốn theo dòng hơi thứ.
  • Tính toán cơ khí và độ bền:
    • Chiều dày lưới đỡ ống (vỉ ống): Tính toán theo điều kiện bền uốn và giữ ống, chọn $S = 17\text{ mm}$.
    • Chiều dày đáy buồng đốt: Chọn dạng đáy elip có gờ bằng thép CT3, tính toán độ dày $S_{đáy} = 5\text{ mm}$.
    • Chiều dày nắp buồng bốc: Dạng nắp elip có gờ chịu áp suất chân không và áp suất thử thủy lực, vật liệu thép CT3.
    • Lớp cách nhiệt: Sử dụng bông thủy tinh bọc ngoài các đường ống dẫn hơi đốt ($9\text{ mm}$), ống hơi thứ ($8 - 9\text{ mm}$), ống dẫn dung dịch ($4 - 5\text{ mm}$) và thân thiết bị nhằm giảm thiểu thất thoát nhiệt ra môi trường xung quanh ($t_{kk} = 20 - 30^\circ\text{C}$).

Chương 3: Thiết bị phụ

Chương này xác định các thông số kỹ thuật cho hệ thống phụ trợ đảm bảo dây chuyền vận hành ổn định:

  • Thiết bị ngưng tụ Baromet: Thiết bị ngưng tụ kiểu trực tiếp ngược chiều loại khô được sử dụng để ngưng tụ lượng hơi thứ thoát ra từ nồi 2 ($W_2$), duy trì độ chân không $0,3\text{ at}$ cho hệ thống.
  • Bơm cấp và hút:
    • Bơm nước lạnh cấp cho thiết bị ngưng tụ Baromet.
    • Bơm chân không hút khí không ngưng ra khỏi bình ngưng.
    • Bơm ly tâm vận chuyển dung dịch nguyên liệu từ bể chứa lên thùng cao vị trước khi cấp vào thiết bị gia nhiệt và nồi 1.
  • Kính quan sát: Bố trí trên thân buồng bốc và buồng đốt để theo dõi mức chất lỏng sôi, kiểm soát hiện tượng tạo bọt và dâng màng bốc hơi.

Thiết kế và tính toán kỹ thuật hệ thống

Dưới đây là bảng tổng hợp các thông số kỹ thuật, kích thước kết cấu và dữ liệu tính toán công nghệ của hệ thống cô đặc sữa bò tươi 2 nồi xuôi chiều:

Hạng mục thông số Nồi 1 Nồi 2
Năng suất & Nồng độ
- Lưu lượng dung dịch vào $3790\text{ kg/h}$ $2641,798\text{ kg/h}$
- Nồng độ chất khô vào / ra $11,3% \rightarrow 16,247%$ $16,247% \rightarrow 28,9%$
- Lượng hơi thứ bốc lên ($W_i$) $1148,202\text{ kg/h}$ $1159,894\text{ kg/h}$
Thông số nhiệt & Áp suất
- Áp suất hơi đốt ($P_{hd}$) $4,0\text{ at}$ $1,58\text{ at}$
- Nhiệt độ hơi đốt ($t_{hd}$) $142,9^\circ\text{C}$ $112,3^\circ\text{C}$
- Áp suất buồng bốc ($P_{ht}$) $1,58\text{ at}$ $0,315\text{ at}$
- Nhiệt độ sôi dung dịch ($t_s$) $112,75^\circ\text{C}$ $73,78^\circ\text{C}$
- Tổng tổn thất nhiệt độ ($\sum \Delta$) $1,569^\circ\text{C}$ $1,570^\circ\text{C}$
Kết cấu thiết bị chính
- Loại thiết bị Buồng đốt ngoài thẳng đứng Buồng đốt ngoài thẳng đứng
- Quy cách ống truyền nhiệt $\Phi 38 \times 2\text{ mm}$ ($d_t = 34\text{ mm}$) $\Phi 38 \times 2\text{ mm}$ ($d_t = 34\text{ mm}$)
- Chiều cao ống ($H_0$) / Số lượng ($n$) $4\text{ m}$ / $62\text{ ống}$ $4\text{ m}$ / $62\text{ ống}$
- Đường kính buồng đốt ($D_{tbd}$) $1000\text{ mm}$ $1000\text{ mm}$
- Đường kính buồng bốc ($D_{tbb}$) $1200\text{ mm}$ $1200\text{ mm}$
- Chiều cao buồng bốc ($H_{bb}$) $3000\text{ mm}$ $3000\text{ mm}$
- Chiều dày vỉ ống / Đáy buồng đốt $17\text{ mm}$ / $5\text{ mm}$ $17\text{ mm}$ / $5\text{ mm}$
Quy cách ống dẫn & Phụ kiện
- Ống dẫn hơi đốt ($d / d_n$) $200\text{ mm} / 225\text{ mm}$ $200\text{ mm} / 225\text{ mm}$
- Ống dẫn hơi thứ ($d / d_n$) $300\text{ mm} / 325\text{ mm}$ $300\text{ mm} / 325\text{ mm}$
- Ống dẫn dung dịch ($d / d_n$) $40\text{ mm} / 48\text{ mm}$ $40\text{ mm} / 48\text{ mm}$
- Ống tháo nước ngưng ($d / d_n$) $70\text{ mm} / 78\text{ mm}$ $70\text{ mm} / 78\text{ mm}$
- Vật liệu chế tạo chính Thép CT3 Thép CT3
- Vật liệu cách nhiệt Bông thủy tinh ($4 - 9\text{ mm}$) Bông thủy tinh ($4 - 9\text{ mm}$)

Kết quả và đóng góp

Kết quả chính

  1. Hoàn thành hệ thống tính toán công nghệ cân bằng vật chất và năng lượng cho dây chuyền cô đặc sữa bò tươi với năng suất $3790\text{ kg/h}$, tách thành công $2308,096\text{ kg/h}$ nước để nâng nồng độ dung dịch từ $11,3%$ lên $28,9%$.
  2. Xác định chính xác lượng hơi đốt sơ cấp cần cung cấp cho hệ thống là $1386,216\text{ kg/h}$, chứng minh hiệu quả tiết kiệm năng lượng của việc tái sử dụng $1148,202\text{ kg/h}$ hơi thứ từ nồi 1 để gia nhiệt cho nồi 2.
  3. Thiết kế chi tiết kết cấu cụm thiết bị chính: buồng đốt đường kính $1000\text{ mm}$ chứa 62 ống truyền nhiệt $\Phi 38 \times 2\text{ mm}$ dài $4\text{ m}$; buồng bốc đường kính $1200\text{ mm}$ cao $3\text{ m}$, cùng hệ thống bích liên kết và vỉ đỡ ống dày $17\text{ mm}$ chịu lực ổn định.
  4. Lựa chọn đầy đủ quy cách kích thước ống dẫn công nghệ và bề dày lớp bọc cách nhiệt bông thủy tinh tương ứng nhằm giảm thiểu tổn thất nhiệt ra môi trường.

Đóng góp về mặt kỹ thuật

  • Cung cấp một phương án thiết kế hoàn chỉnh dạng buồng đốt ngoài thẳng đứng cho quá trình cô đặc sữa tươi. Phương án này giải quyết được vấn đề chống bám cặn bề mặt truyền nhiệt nhờ tốc độ tuần hoàn cao, đồng thời cho phép tháo lắp, vệ sinh và bảo dưỡng buồng đốt độc lập mà không cần tháo dỡ toàn bộ buồng bốc hơi.
  • Thiết lập chuỗi thông số chế độ nhiệt nghiêm ngặt phù hợp với tính chất nhạy nhiệt của nguyên liệu sữa (xử lý nhiệt $90 - 95^\circ\text{C}$ trong $1 - 3$ phút; cô đặc chân không dưới $70^\circ\text{C}$; kết tinh lactose ở $28 - 30^\circ\text{C}$ với mầm tinh thể nhỏ để kích thước hạt không vượt quá $10,\mu\text{m}$).

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

Hạn chế

  • Hệ thống buồng đốt ngoài thẳng đứng có kết cấu cồng kềnh, tiêu tốn nhiều kim loại chế tạo và có diện tích bề mặt tỏa nhiệt lớn hơn so với dạng buồng đốt trong thông thường.
  • Thuyết minh đồ án tập trung chủ yếu vào phần tính toán thiết bị cô đặc chính; các thiết bị phụ (như bơm chân không, bơm nước lạnh, thiết bị ngưng tụ Baromet) mới dừng ở mức tính toán kích thước cơ bản và tra cứu sơ bộ, chưa đi sâu vào mô phỏng động học dòng chảy hay tự động hóa điều khiển van.

Hướng phát triển tiếp theo

  • Tính toán mở rộng hệ thống thu hồi nhiệt từ dòng nước ngưng tụ nhiệt độ cao để gia nhiệt sơ bộ cho dung dịch sữa tươi trước khi vào nồi 1, nâng cao hơn nữa hiệu quả sử dụng nhiệt.
  • Nghiên cứu tích hợp hệ thống điều khiển tự động vòng lặp kín (PLC/SCADA) để kiểm soát tự động mức chất lỏng, áp suất chân không và nồng độ chất khô ra khỏi nồi 2 thông qua đo khúc xạ/đo tỷ trọng trực tuyến.

Giá trị tham khảo

Tài liệu này là nguồn tài liệu tham khảo kỹ thuật hữu ích cho:

  • Sinh viên chuyên ngành Công nghệ Thực phẩm, Kỹ thuật Hóa học, Công nghệ Sau thu hoạch khi thực hiện đồ án môn học "Quá trình và Thiết bị Công nghệ Hóa chất & Thực phẩm" hoặc đồ án tốt nghiệp thiết kế phân xưởng.
  • Kỹ sư công nghệ và kỹ sư thiết kế cơ khí thiết bị thực phẩm cần số liệu tính toán mẫu về cân bằng vật chất, cân bằng nhiệt, tính kích thước thiết bị cô đặc buồng đốt ngoài và quy trình xử lý công nghệ sữa đặc có đường.
  • Các phần đáng tham khảo nhất bao gồm: trình tự các bước tính tổn thất nhiệt độ ($\Delta', \Delta'', \Delta'''$), thuật toán phân bố bề mặt truyền nhiệt giữa các nồi cô đặc và phương pháp tính toán độ bền cơ học của vỉ ống và đáy/nắp thiết bị chịu áp lực.

Câu hỏi thường gặp

1. Tại sao đồ án lựa chọn hệ thống cô đặc 2 nồi xuôi chiều thay vì ngược chiều?
Dung dịch sữa chứa nhiều đường và protein rất dễ bị biến tính, sẫm màu và caramen hóa ở nhiệt độ cao. Quá trình xuôi chiều cho phép dung dịch có nồng độ cao nhất (ở nồi 2) tiếp xúc với nhiệt độ sôi thấp nhất (khoảng $73,78^\circ\text{C}$ do áp suất chân không), bảo vệ chất lượng sản phẩm. Ngoài ra, chênh lệch áp suất chân không giữa nồi 1 ($1,58\text{ at}$) và nồi 2 ($0,315\text{ at}$) giúp dung dịch tự chảy từ nồi 1 sang nồi 2 mà không cần lắp bơm trung gian.

2. Ưu và nhược điểm của thiết bị cô đặc có buồng đốt ngoài thẳng đứng là gì?
Ưu điểm chính là tốc độ tuần hoàn của dung dịch trong các ống truyền nhiệt lớn, giúp tăng hệ số truyền nhiệt và ngăn chặn hiện tượng dung dịch đóng cặn bám bẩn thành ống; đồng thời buồng đốt dễ dàng tháo lắp để sửa chữa hoặc thay thế dự phòng. Nhược điểm là thiết bị cồng kềnh, tốn nhiều vật liệu kim loại chế tạo và tổn thất nhiệt ra môi trường lớn hơn buồng đốt trong.

3. Tại sao trong quy trình sản xuất sữa đặc có đường cần cấy mầm tinh thể lactose ở nhiệt độ $28 - 30^\circ\text{C}$?
Do nồng độ chất khô cao ($75%$) và độ ẩm thấp ($25%$), chỉ có khoảng $50%$ lượng lactose hòa tan, phần còn lại sẽ kết tinh. Nếu để kết tinh tự nhiên chậm, các tinh thể lactose sẽ phát triển thành hạt lớn ($> 15,\mu\text{m}$) gây hiện tượng "sạn đường" khi ăn. Việc làm nguội về $28 - 30^\circ\text{C}$ và cấy mầm lactose mịn (vài $\mu\text{m}$) nhằm khống chế số lượng mầm lớn, giúp các tinh thể phát triển đồng đều với kích thước $< 10,\mu\text{m}$, tạo cấu trúc mịn màng cho sản phẩm.

4. Tổng lượng hơi thứ bốc ra khỏi toàn hệ thống và lượng hơi đốt cần cấp cho nồi 1 là bao nhiêu?
Theo tính toán cân bằng vật chất, tổng lượng hơi thứ bốc ra từ 2 nồi là $W = 2308,096\text{ kg/h}$ ($W_1 = 1148,202\text{ kg/h}$ và $W_2 = 1159,894\text{ kg/h}$). Lượng hơi đốt sơ cấp bão hòa ở $4\text{ at}$ cần cấp vào buồng đốt nồi 1 là $D = 1386,216\text{ kg/h}$.

5. Vật liệu chế tạo thân thiết bị và lớp bọc cách nhiệt được lựa chọn là gì?
Thân buồng đốt, buồng bốc, vỉ đỡ ống và đáy/nắp thiết bị được chế tạo bằng thép CT3 đảm bảo độ bền cơ học và chịu áp lực tính toán. Lớp cách nhiệt bên ngoài thân thiết bị và các đường ống dẫn dòng nhiệt sử dụng vật liệu bông thủy tinh với chiều dày từ $4\text{ mm}$ đến $9\text{ mm}$ tùy theo đường kính và nhiệt độ thành ống.

Kết luận

Đồ án môn học của sinh viên Lại Thúy Hiền đã hoàn thành đầy đủ các nội dung tính toán thiết kế kỹ thuật phân xưởng cô đặc 2 nồi xuôi chiều buồng đốt ngoài thẳng đứng cho dung dịch sữa bò tươi với năng suất $3790\text{ kg/h}$. Các kết quả tính toán cân bằng vật chất, cân bằng nhiệt lượng, truyền nhiệt và thiết kế cơ khí thân thiết bị, ống truyền nhiệt, đáy nắp và lớp cách nhiệt đều tuân thủ các quy chuẩn kỹ thuật chuyên ngành công nghệ hóa học và thực phẩm. Bản thuyết minh là tài liệu tổng hợp có giá trị tham khảo tốt cho sinh viên và kỹ sư trong công tác học tập, thiết kế hệ thống thiết bị nhiệt và công nghệ chế biến sữa.