Niên luận Kỹ thuật thực phẩm khóa 34 - 2010 GVHD: Th.s Văn Minh Nhựt LỜI NÓI ĐẦU Theo chương trình đào tạo ngành cơng nghệ thực phẩm, sinh viên thực niên luận kỹ thuật thực phẩm Việc thực niên luận nhằm giúp sinh viên làm quen với việc thiết kế thiết bị chế biến lựa chọn vật liệu thích hợp Đồng thời, niên luận giúp sinh viên tổng hợp kiến thức học môn sở Được hướng dẫn Thầy Văn Minh Nhựt, thực niên luận kỹ thuật thực phẩm với đề tài:“Thiết kế hệ thống cô đặc nồi dung dịch muối ăn” Xin chân thành cảm ơn Thầy Văn Minh Nhựt tận tình giúp đỡ, hướng dẫn truyền đạt kinh nhiệm q báu để tơi hồn thành đồ án Xin chân thành cảm ơn quý Thầy, Cô môn Công nghệ thực phẩm tạo điều kiện cho tơi thực đồ án Trong q trình làm đồ án không tránh khỏi sai lầm, thiếu sót Vì kính mong đóng góp nhiệt tình q Thầy, Cơ bạn sinh viên để đồ án hoàn thiện thiện Xin chân thành cảm ơn! Cần Thơ, ngày 22 tháng năm 2010 Sinh viên thực Liêu Diệu An i Niên luận Kỹ thuật thực phẩm khóa 34 - 2010 GVHD: Th.s Văn Minh Nhựt MỤC LỤC LỜI NÓI ĐẦU i MỤC LỤC .ii DANH SÁCH BẢNG iii QUY ƯỚC K‎Ý‎ HIỆU iv chương GIỚI THIỆU .v 1.1 Yêu cầu v 1.2 Tổng quan muối ăn vi 1.3 Giới thiệu sơ lược q trình thiết bị đặc vi 1.3.1 Giới thiệu chung trình đặc .vi 1.3.2 Phân loại .vii CHƯƠNG THIẾT BỊ CHÍNH viii 2.1 Cân vật liệu viii 2.1.1 Lượng nước bốc hệ thống (hơi thứ ) viii 2.1.2 Lượng thứ phân bố nồi ix 2.1.3 Tính nồng độ dung dịch nồi ix 2.2 Cân nhiệt lượng xi 2.2.1 Xác định áp suất nhiệt độ nồi .xi 2.2.2 Xác định tổng tổn thất nhiệt độ ΣΔ xi 2.2.3 Hiệu số nhiệt độ hữu ích Δthi nhiệt độ sôi dung dịch xiv 2.2.4 Xác định nhiệt dung riêng dung dịch xiv 2.2.5 Lượng đốt lượng thứ nồi .xv 2.2.6 Kiểm tra lại giả thiết phân bố thứ nồi xvi 2.3 Tính bề mặt truyền nhiệt xvii 2.3.1 Lượng nhiệt đốt cung cấp xvii 2.3.2 Hệ số truyền nhiệt K nồi xvii 2.4 K‎ích thước buồng đốt .xxi 2.4.1 Số ống truyền nhiệt .xxi 2.4.2 Đường kính buồng đốt .xxii 2.5 K‎ích thước buồng bốc .xxii 2.6 Đường kính ống dẫn .xxiii ii Niên luận Kỹ thuật thực phẩm khóa 34 - 2010 GVHD: Th.s Văn Minh Nhựt 2.6.1 Đối với dung dịch nước ngưng xxiii 2.6.2 Đối với bão hòa .xxiv 2.7 Tổng kết thiết bị xxv CHƯƠNG THIẾT BỊ PHỤ - THIẾT BỊ NGƯNG TỤ BAROMET .xxv 3.1 Lượng nước lạnh cần thiết để ngưng tụ xxv 3.2 Thể tích khơng khí khí khơng ngưng cần hút khỏi thiết bị ngưng tụ Baromet xxvi 3.2.1 Đường kính .xxvi 3.2.2 Kích thước ngăn xxvi 3.2.3 Chiều cao thiết bị ngưng tụ xxviii 3.2.4 Kích thước ống Baromet .xxix CHƯƠNG TÍNH CƠ K‎HÍ xxxi 3.1 Chiều dày thiết bị xxxi 4.1.1 Nồi xxxi 4.1.2 Nồi .xxxviii 4.1.3 Nồi .xlv 3.2 Vỉ ống .l 3.3 Hệ thống tai đỡ li 4.3.1 Khối lượng vật liệu li 4.3.2 Khối lượng nước liii 3.4 Mặt bích .lv 4.4.1 Để nối ống dẫn lv 4.4.2 Để nối phận thiết bị lvi TÀI LIỆU THAM K‎HẢO lvii DANH SÁCH BẢNG Bảng Nhiệt độ áp suất nồi xi Bảng Tổn thất nhiệt độ nồng độ tăng cao .xii Bảng Bảng tóm tắt tổn thất nhiệt độ áp suất thủy tĩnh xiii iii Niên luận Kỹ thuật thực phẩm khóa 34 - 2010 GVHD: Th.s Văn Minh Nhựt Bảng Tổn thất chung hệ thống cô đặc xiii Bảng 5: Nhiệt dung riêng dung dịch muối xv Bảng Các thông số lượng xvi Bảng Lượng nhiệt cung cấp xvii Bảng Nhiệt tải riêng q1 phía ngưng xix Bảng Hệ số cấp nhiệt theo nhiệt độ sôi xx Bảng 10 Nhiệt tải riêng q2 phía dung dịch sơi xx Bảng 11 Bề mặt truyền nhiệt xxi Bảng 12 K‎ích thước buồng bốc .xxiii Bảng 13 K‎ích thước ống dẫn xxiv Bảng 14 Bảng tóm tắt thiết bị xxv Bảng 15 K‎ích thước thiết bị ngưng tụ Baromet xxviii Bảng 16 Tổng hợp chiều dày buồng đốt, buồng bốc l Bảng 17 Thể tích thép lii Bảng 18 Thể tích vỉ ống liii Bảng 19 K‎hối lượng đáy nắp thiết bị liii Bảng 20 K‎hối lượng nước liv Bảng 21 Chân thép thiết bị thẳng đứng lv Bảng 22 Mối ghép bích nối phận thiết bị ống dẫn lv Bảng 23 Mối ghép bích thân với đáy nắp lvi QUY ƯỚC K‎Ý‎ HIỆU Để đơn giản việc thích tài liệu, quy ước ký hiệu sau: - [AI – x] – Sổ tay q trình thiết bị Cơng nghệ hóa chất, tập Nhà xuất Khoa học Kỹ thuật iv Niên luận Kỹ thuật thực phẩm khóa 34 - 2010 GVHD: Th.s Văn Minh Nhựt - [AII – x] – Sổ tay q trình thiết bị Cơng nghệ hóa chất, tập Nhà xuất Khoa học Kỹ thuật - [B – x] – Sổ tay thiết kế thiết bị hóa chất chế biến thực phẩm đa dụng, T.S Phan Văn Thơm Với: x: số trang Số công thức, bảng, hay địa trang web ghi dấu ( ) CHƯƠNG GIỚI THIỆU 1.1 Yêu cầu Thiết kế hệ thống cô đặc dung dịch nước muối loại liên tục ba nồi, buồng đốt trong, ống ngang ; nâng nồng độ chất khô hòa tan dung dịch từ 8% lên 26% với lưu lượng sản phẩm 1200 kg/h v Niên luận Kỹ thuật thực phẩm khóa 34 - 2010 GVHD: Th.s Văn Minh Nhựt 1.2 Tổng quan muối ăn Muối ăn khoáng chất, người sử dụng thứ gia vị, có thành phần Natri Clorua (NaCl) Tổng quan thuộc tính NaCl (ở 25 °C): - Danh pháp IUPAC: Natri Clorua - Công thức phân tử: NaCl - Phân tử gam: 58,4 g/mol - Pha: rắn - Nhiệt độ nóng chảy: 801 °C - Điểm sơi: 1465 °C Có nhiều dạng muối ăn: muối thô, muối tinh, muối iốt Muối ăn chất rắn có dạng tinh thể, có màu từ trắng tới có vết màu hồng hay xám nhạt, thu từ nước biển hay mỏ muối Muối ăn có vị mặn, vị muối vị Muối ăn cần thiết cho sống thể sống Muối ăn tham gia vào việc điều chỉnh độ chứa nước thể (cân lỏng) Muối dùng làm chất bảo quản thực phẩm (ướp cá, thịt để tránh bị ươn …) Ngồi ra, muối ăn cịn dùng ngành công nghiệp, đặc biệt công nghiệp hóa chất 1.3 Giới thiệu sơ lược q trình thiết bị cô đặc 1.3.1 Giới thiệu chung q trình đặc Cơ đặc q trình làm tăng nồng độ chất rắn hòa tan dung dịch cách tách bớt phần dung môi qua dạng Q trình đặc tiến hành phương pháp nhiệt hay phương pháp lạnh Đối với sản phẩm thực phẩm, đặc q trình làm đậm đặc dung dịch phương pháp nhiệt (đun sôi) Do đó, đề cập đến phương pháp nhiệt Khi cô đặc phương pháp nhiệt, tác dụng nhiệt độ, dung môi chuyển từ trạng thái lỏng sang trạng thái áp suất riêng phần áp vi Niên luận Kỹ thuật thực phẩm khóa 34 - 2010 GVHD: Th.s Văn Minh Nhựt suất mặt thống chất lỏng (tức dung dịch sơi), sau dung mơi lỏng bay khỏi dung dịch Hơi dung môi tách q trình đặc gọi thứ Hơi thứ nhiệt độ cao dùng để đun nóng cho thiết bị khác, dùng thứ để đun nóng thiết bị ngồi hệ thống đặc gọi phụ Truyền nhiệt trình đặc thực trực tiếp gián tiếp, truyền nhiệt trực tiếp thường dùng khói lò cho tiếp xúc với dung dịch, truyền nhiệt gián tiếp thường dùng bão hịa để đốt nóng Q trình đặc thực áp suất khác nhau, làm việc áp suất thường dùng thiết bị hở, làm việc áp suất khác (chân không áp suất dư) dùng thiết bị kín Q trình đặc tiến hành liên tục hay gián đoạn thiết bị nồi nhiều nồi Khi cô đặc nồi, muốn sử dụng thứ để đốt nóng lại phải nén thứ đến áp suất đốt (gọi thiết bị có bơm nhiệt) Khi đặc nhiều nồi dung dịch từ nồi sang nồi kia, thứ nồi trước làm đốt cho nồi sau Q trình đặc thường sử dụng rộng rãi cơng nghiệp hóa chất thực phẩm cô đặc muối, đường, sữa, cà chua, ớt …làm tăng chất lượng sản phẩm Ngoài ra, đặc cịn có tác dụng bảo quản, hạn chế phát triển vi sinh vật 1.3.2 Phân loại Có nhiều cách phân loại khác tổng quát lại cách phân loại theo đặc điểm cấu tạo sau dễ dàng tiêu biểu nhất: Các thiết bị đặc chia làm loại thuộc nhóm chủ yếu sau đây: - Nhóm 1: Dung dịch đối lưu tự nhiên + Loại 1: Có buồng đốt trong; có ống tuần hồn hay ống tuần hồn ngồi + Loại 2: Có buồng đốt ngồi - Nhóm 2: Dung dịch đối lưu cưỡng (tuần hồn cưỡng bức) + Loại 3: Có buồng đốt trong, có ống tuần hồn ngồi + Loại 4: Có buồng đốt ngồi, có ống tuần hồn ngồi vii Niên luận Kỹ thuật thực phẩm khóa 34 - 2010 GVHD: Th.s Văn Minh Nhựt - Nhóm 3: Dung dịch chảy thành màng mỏng + Loại 5: Màng dung dịch chảy ngược lên, có buồng đốt hay ngồi + Loại 6: Màng dung dịch chảy xi, có buồng đốt hay ngồi CHƯƠNG THIẾT BỊ CHÍNH 2.1 Cân vật liệu 2.1.1 Lượng nước bốc hệ thống (hơi thứ ) Gọi : Gđ , Gc , W lưu lượng dung dịch ban đầu, sản phẩm cuối tổng lượng thứ (kg/h) xđ, xc nồng độ chất khô dung dịch ban đầu sản phẩm cuối (% khối lượng) W Gđ xđ Cô đặc G c xc viii Niên luận Kỹ thuật thực phẩm khóa 34 - 2010 GVHD: Th.s Văn Minh Nhựt Chọn tính Cân vật chất tổng quát: Gđ = G c + W Cân vật chất cấu tử chất khơ: Gđ.xđ = Gc.xc Ta có: xđ = 8% = 0,08 xc = 26% = 0,26 Gc = 1200 xc 0,26 ⇒ Gđ = x Gc = 1200 = 3900 kg/h 0,08 đ ⇒ W = Gđ – Gc = 3900 – 1200 = 2700 kg/h 2.1.2 Lượng thứ phân bố nồi Gọi W1, W2, W3 lượng thứ bốc lên nồi 1, nồi nồi (kg/h) Ta có: W1 + W2 + W3 = 2700 kg/h Giả sử tỷ lệ lượng thứ nồi W1:W2:W3 = 1,1:1,05:1, sau tính tốn thực tế ta tìm W1, W2 W3 so sánh với W1, W2, W3 theo giả thuyết ban đầu Nếu sai số lượng thứ thực tế lượng thứ lý thuyết < 5% ⇒ W1 = 942,86 kg/h W2 = 900 kg/h W3 = 857,14 kg/h 2.1.3 Tính nồng độ dung dịch nồi Gđ, xđ W Nồi G1, x1 W W G2, x2 Nồi Nồi G1: khối lượng dung dịch khỏi nồi (kg/h) x1 : nồng độ dung dịch khỏi nồi (% khối lượng) ix Gc , xc Niên luận Kỹ thuật thực phẩm khóa 34 - 2010 GVHD: Th.s Văn Minh Nhựt - Nồng độ dung dịch khỏi nồi 1: Cân vật chất tổng quát: G1 = Gđ – W1 = 3900 – 942,86 = 2957,14 kg/h Cân vật chất cấu tử chất khô: Gđ.xđ = G1.x1 ⇒ x1 = Gđ 3900 xđ = 0,08 = 0,1055 = 10,55% 2957,14 G1 - Nồng độ dung dịch khỏi nồi (x2): Cân vật chất tổng quát: G2 = G1 – W2 = 2957,14 – 900 = 2057,14 kg/h Cân vật chất cấu tử chất khô: G1.x1 = G2.x2 G1 2957,14 ⇒ x2 = G x1 = 0,1055 = 0,1517 = 15,17% 2057,14 - Nồng độ dung dịch khỏi nồi (x3): G3 = Gc = 1200 kg/h Nồng độ dung dịch khỏi nồi nồng độ sản phẩm cuối x3= xc = 26% Nồng độ trung bình nồi 1: ⇒ x tb1 = x đ + x1 + 10,55 100 = 100 = 9,23 % 2 Nồng độ trung bình nồi 2: ⇒ x tb2 = x1 + x 10,55 + 15,17 100 = 100 = 12,86 % 2 Nồng độ trung bình nồi 3: ⇒ x tb3 = x2 + x3 15,17 + 26 100 = 100 = 20,59 % 2 x Niên luận Kỹ thuật thực phẩm khóa 34 - 2010 GVHD: Th.s Văn Minh Nhựt p1: áp suất thử thủy tĩnh cột chất lỏng, p1 = 4753,81 N/m2 ⇒ p0 = pth + p1 = 86769,66 + 4753,81 = 91523,48 N/m2 [ D + ( S − C ) ] p0 σ= t 2( S − C )ϕ ⇒ [2,8 + ( − 1,6).10 ].91523,48 = 39717786,61 = −3 2.( − 1,6)10 −3.0,95 σ c 240.106 = = 200.106 1,2 1,2 Ta thấy: σ < σc 1,2 Vậy S = mm đạt yêu cầu Đáy buồng bốc Đáy hình elip có gờ, làm việc chịu áp suất trong, thép CT3 Chiều dày đáy tính theo cơng thức: Dt p D t +C , m 3,8[σ k ] k ϕ h − p 2hb S= Khi [σ k ] k.ϕ p h [AII – 385] – (XIII.47) ≥ 30 bỏ qua đại lượng p mẫu số Dt: đường kính buồng bốc, Dt = m p: áp suất buồng đốt, p = 99470,75 N/m2 hb: chiều cao phần lồi đáy, tra từ [AII – 382] –(XIII.10) ứng với D t = 2,8 m có hb = 0,7 m (hay hb = 0,25.Dt = 0,7) k: hệ số không thứ nguyên, k = − d Dt d: đường kính lỗ lớn đáy, cửa sản phẩm, chọn d = 0,1m d 0,1 ⇒ k = − D = − 2,8 = 0,95 t ϕh : hệ số bền, ϕh = 0,95 [σk]: ứng suất cho phép, tính tuơng tự trường hợp thành buồng đốt ⇒ [σk] = 97,71.106 N/m2 xliv Niên luận Kỹ thuật thực phẩm khóa 34 - 2010 GVHD: Th.s Văn Minh Nhựt C: số bổ sung, tính tương tự, C = 1,6.10-3 m, có tăng thêm sau tính thử S Thêm mm S – C ≤ 10 mm Thêm mm 20 mm > S – C > 10 mm [σ k ] k.ϕ ⇒ p h = 97,71.10 0,95.0,95 = 902,1 > 30 nên bỏ qua p mẫu số 99470,72 Dp D 2.99470,72 −3 t t ⇒ S = 3,8[ σ ] k.ϕ 2h + C = 3,8.97,71.10 6.0,95.0,95 2.0,7 + 1,6.10 k h b S = 2,41 mm ⇒ S – C = (2,05 – 1,6) = 0,81 mm < 10 mm Vậy thêm mm vào C, S = 2,41 + = 4,41 mm Chọn S = mm * K‎iểm tra ứng suất theo áp suất thử: σ= [D + 2h b ( S − C ) ]p σ c ≤ , N/m2 7,6k.ϕ h h b ( S − C ) 1,2 t [AII – 385] – (XIII.49) Với áp suất thử: p0 = 91523,48 N/m2 [( 2,8) ⇒σ = ] σ + 2.0,7( − 1,6 )10 −3 91523,48 = 27702217,16 < c = 200.10 −3 1,2 7,6.0,95.0,95.0,7( − 1,6 )10 Vậy S = mm đạt yêu cầu 4.1.3 Nồi 4.1.3.1 Buồng đốt Chiều dày thân hình trụ hàn làm việc chịu áp suất Tính tượng tự nồi 1: S= Khi [σ ] ϕ ≥ p D t p +C, m 2[ σ ]ϕ − p [AII – 360] – (XIII.8) 50 bỏ qua p mẫu số Ta có: Dt = m xlv Niên luận Kỹ thuật thực phẩm khóa 34 - 2010 GVHD: Th.s Văn Minh Nhựt ϕ = ϕh = 0,95 C = 1,6 mm p = pmt + p1, N/m2 pmt: áp suất thiết bị, N/m2 ⇒ pmt = 54968,81 N/m2 p1: áp suất thủy tĩnh cột chất lỏng, tính theo công thức: p1 = g.ρ1.H1, N/m2 ρ1: khối lượng riêng chất lỏng (ở 51 0C), ρ1 = 969,82 ( kg/m3 ) H1: chiều cao lớn cột nước ngưng, chọn H1 = 1,2 m g: gia tốc trọng trường, g = 9,81 m/s2 ⇒ p1 = g.ρ1.H1 = 9,81 969,81.1,2 = 11416,72 N/m2 ⇒ p = pmt + p1 = 54968,81 + 11416,72 = 66385,53 N/m2 Vì: ⇒ S= [σ ] ϕ = 97,71.10 0,95 p 66385,53 = 1398,27 > 50 nên bỏ qua p mẫu Dt p 2.66385,52 +C = + 1,6.10 = 2,32.10-3 m = 2,32 mm 2[σ ]ϕ 2.97,71.10 0,95 Chọn S = mm * K‎iểm tra ứng suất theo áp suất thử: σ= [ D + ( S − C) ] p 2( S − C ) ϕ t ≤ [AII – 365] – (XIII.26) σc , N/m2 1,2 Áp suất thử tính tốn p0 xác định theo công thức: p0 = pth + p1, N/m2 pth: áp suất thử thủy lực, N/m2 Tra từ [AII – 365] – (XIII.5) ta có: pth = 1,5.pmt = 1,5 54968,81 = 82453,22 N/m2 p1: áp suất thử thủy tĩnh cột chất lỏng, p1 = 11416,72 N/m2 xlvi Niên luận Kỹ thuật thực phẩm khóa 34 - 2010 GVHD: Th.s Văn Minh Nhựt ⇒ p0 = pth + p1 = 93869,94 N/m2 [ Dt + ( S − C ) ] p0 2( S − C )ϕ ⇒σ= = [2 + ( − 1,6).10 ].93869,94 −3 2.( − 1,6 )10 0,95 −3 = 29111306,1 < σc 1,2 Vậy S = mm đạt yêu cầu Đáy buồng đốt Đáy hình elip có gờ, làm việc chịu áp suất trong, thép CT3 Chiều dày đáy tính theo công thức: S= Khi [σ k ] k.ϕ p Dt p D t +C , m 3,8[σ k ] k ϕ h − p 2hb [AII – 385] – (XIII.47) ≥ 30 bỏ qua đại lượng p mẫu số h Dt: đường kính buồng đốt, Dt = m p: áp suất buồng đốt, p = 66385,53 N/m2 hb: chiều cao phần lồi đáy, tra từ [AII – 382] –(XIII.10) ứng với Dt = m có hb = 0,5 m (hay hb = 0,25.Dt = 0,5) k: hệ số không thứ nguyên, k = − d Dt d: đường kính lỗ lớn đáy, cửa sản phẩm, chọn d = 0,15 m d 0,15 ⇒ k = − D = − = 0,95 t ϕh : hệ số bền, ϕh = 0,95 [σk]: ứng suất cho phép, tính tuơng tự trường hợp thành buồng đốt ⇒ [σk] = 97,71.106 N/m2 C: số bổ sung, tính tương tự, C = 1,6.10-3 m, có tăng thêm sau tính thử S Thêm mm S – C ≤ 10 mm Thêm mm 20 mm > S – C > 10 mm ⇒ [σ k ] k.ϕ p h 97,71.10 = 0,906.0,95 = 1398,26 > 30 nên bỏ qua p mẫu số 66385,53 Dp D 2.66385,53 1,6 −6 t t ⇒ S = 3,8[ σ ] k.ϕ 2h + C = 3,8.97,71.10 6.0,95.0,95 2.0,5 + 1,6.10 k h b xlvii Niên luận Kỹ thuật thực phẩm khóa 34 - 2010 GVHD: Th.s Văn Minh Nhựt S = 2,3 mm ⇒ S – C < 10 mm Vậy thêm mm vào C, S = 2,3 + = 4,3 mm Chọn S = mm * K‎iểm tra ứng suất theo áp suất thử: σ= [D + 2h b ( S − C ) ]p σ c ≤ , N/m2 7,6k.ϕ h h b ( S − C ) 1,2 t [AII – 385] – (XIII.49) Với áp suất thử: p0 = 93869,94 N/m2 [( ) ⇒σ = ] + 2.0,5( − 1,6)10 −3 93869,94 7,6.0,95.0,95.0,5( − 1,6)10 −3 = 183383950,27 < σc = 200.10 1,2 Vậy S = mm đạt yêu cầu 4.1.3.2 Buồng bốc Thân hình trụ hàn làm việc chịu áp suất (nắp) Thân hình trụ hàn làm việc chịu áp suất ngồi, thép CT3 Kiểm tra điều kiện: 1≤ l ≤8 D  pn l   t  E D 0, ≤ 0,523 l: chiều dài (chiều cao) tính toán thiết bị, l = Hb = 2,5 m D: đường kính buồng bốc, Dbb = m ⇒ 1< l = 1,25 < thỏa D pn: áp suất tính tốn bên ngồi, hiệu số áp suất khí áp suất thứ bên trong, N/m2 pn= (1- png ).9,81.104 ⇒ pn = 12746,69 N/m2 Et: module đàn hồi nhiệt độ thành, Et = 185.109 N/m2 xlviii Niên luận Kỹ thuật thực phẩm khóa 34 - 2010 p l  ⇒  nt  E D 0, GVHD: Th.s Văn Minh Nhựt  12746,69 2,5  =   185 *10  0, = 0,001 < 0,523 thỏa Khi điều kiện thỏa, loại thép có hệ số Poatxơng µ = 0,3 nên tính chiều dày theo cơng thức sau: p l  S = 1,25 D nt  E D 0, +C , m [AII – 370] – (XIII.32) C: số bổ sung, tính trường hợp buồng đốt, C = 1,6.10-3 m p l  ⇒ S = 1,25D nt  E D 0,  12746,69 2,5  + C = 1,25.2    185.10 0, + 1,6.10 −3 = 4,19.10 −3 m Chọn S = mm Nắp buồng bốc Nắp hình elip có gờ, làm việc chịu áp suất ngồi, thép 304 Chiều dày nắp xác định theo công thức: S= Khi Dt p n D t +C , m 3,8[σ n ] k k1 ϕ h − p n 2hb [σ n ] k.k ϕ pn h [AII – 387] – (XIII.50) ≥ 30 bỏ qua đại lượng p mẫu số Dt: đường kính buồng bốc, Dt = m pn: áp suất tính tốn bên ngồi, pn = 12746,69 N/m2 hb: chiều cao phần lồi nắp, tra bảng XIII.10 ứng với Dt = m có hb = 0,5 m k: hệ số không thứ nguyên, k = − d Dt d: đường kính lỗ lớn nắp, lỗ thông hơi, chọn d = 0,6 m d 0,6 ⇒ k = − D = − = 0,7 t k1: hệ số, lỗ có nắp khơng tăng cứng k1 = 0,64 ϕh = 0,95 [σn] = 97,71.106 N/m2 xlix Niên luận Kỹ thuật thực phẩm khóa 34 - 2010 GVHD: Th.s Văn Minh Nhựt C: số bổ sung, tính tương tự, C = 1,6.10-3 m, có tăng thêm sau tính thử S [σ n ] k.k ϕ pn h = 97,71.10 0,7.0,64.0,95 = 1398,19 > 30 12746,69 ⇒S= Dt p n D t +C 3,8[σ n ] k k1 ϕ h 2hb ⇒ S= 2.12746,69 + 1,610 −3 = 2,34m 3,8.97,71.10 0,7.0,64.0,95 2.0,5 ⇒ S – C = 2,34- 1,6 = 0,74 mm < 10 mm Thêm mm vào C S = 2,34 + = 4,34 mm Chọn S = mm * K‎iểm tra ứng suất thử thủy lực: σ= [D ] n + 2hb ( S − C ) p σ c ≤ , N/m2 7,6k k1 ϕ h ( S − C ) 1,2 t [AII – 387] – (XIII.51) Áp suất thử P0 = 1,5pn = 1,5 12746,69 = 19120,03 N/m2 ⇒σ = [( ) ] σ + 2.0,5( − 1,6)10 −3 19120,03 = 87075,23 < c −3 1,2 7,6.0,7.0,64.0,95.0,5( − 1,6)10 Vậy S = mm đạt yêu cầu Bảng 16 Tổng hợp chiều dày buồng đốt, buồng bốc Nồi Buồng đốt (mm) Buồng bốc (mm) Thân trụ Đáy Thân trụ Nắp 6 5 5 6 3.2 Vỉ ống Buồng đốt có vỉ ống cố định hàn vào mặt mặt Chiều dày vỉ ống Sv phải đảm bảo bền tác dụng loại ứng suất, chống ăn mòn Chọn phương pháp gắn ống vào vỉ phương pháp hàn Chiều dày tối thiểu: l Niên luận Kỹ thuật thực phẩm khóa 34 - 2010 Smin = GVHD: Th.s Văn Minh Nhựt dn + , mm dn: đường kính ngồi ống truyền nhiệt, dn = 101,6 mm ⇒ Smin = dn 101,6 +5= + = 17,7 mm 8 Để giữ nguyên hình dạng vỉ ống sau nong hàn đảm bảo tiết diện dọc giới hạn thành lỗ gần fm phải lớn tiết diện nhỏ cho phép fmin: fm = Sv(t – d1) ≥ fmin = 5.d1 ⇒ Sv ≥ f 5d1 = t − d1 t − d1 Với : d1 = dn + = 101,6 + = 102,6 mm t = 1,8.dn = 1,8.101,6 = 182,9mm ⇒ Sv ≥ 6,39 mm Tính đến ăn mịn phía: C = mm ⇒ Sv ≥ 6,39 + = 8,39 mm Chọn Sv = 19 mm 3.3 Hệ thống tai đỡ 4.3.1 K‎hối lượng vật liệu 4.3.1.1 K‎hối lượng thép làm ống truyền nhiệt m1 = n.π.d.l.δ.ρ, kg n: số ống truyền nhiệt d: đường kính trung bình, d = 101,6 + 97,384 = 0,0995 m l: chiều dài ống, m δ: chiều dày thành ống, δ = 2,108 mm = 2,108.10-3 m ρ: khối lượng riêng thép, ρ = 7850 kg/m3 ⇒ Khối lượng thép nồi 1: m = n.π.d.l.δ.ρ = 211.π.0,0995.3,1.2,108.10-3.7850 = 3383,44 kg ⇒ Khối lượng thép nồi 2: m = n.π.d.l.δ.ρ = 139.π.0,0995.2,8.2,108.10-3.7850 = 2085,1 kg li Niên luận Kỹ thuật thực phẩm khóa 34 - 2010 GVHD: Th.s Văn Minh Nhựt ⇒ Khối lượng thép nồi 3: m3 = n.π.d.l.δ.ρ = 59.π.0,0995.2,1.2,108.10-3.7850 = 640,89 kg 4.3.1.2 K‎hối luợng thép m2 = V.ρ, kg V: tổng thể tích thép sử dụng, m3, bao gồm thép làm ống tuần hoàn, vỉ ống, buồng bốc, buồng đốt, nắp đáy ρ: khối lượng riêng thép, ρ = 7850 kg/m3 - Thể tích thép tính sau: a Đối với buồng bốc, buồng đốt V = π.d.l.δ, m3 d: đường kính trung bình, m l: chiều cao, m δ: chiều dày, m, tính khối lượng cực đại nên chọn chiều dày lớn nồi để tính Bảng 17 Thể tích thép d trong, m l, m V, m3 Buồng bốc 0,005 3,0025 1,8 0,085 0,005 3,0025 2,2 0,104 Buồng bốc 2,8 0,005 2,8025 1,8 0,079 Buồng đốt d trung bình, m Buồng đốt δ, m 2,8 0,005 2,8025 2,2 0,097 Buồng bốc 0,006 2,003 2,5 0,094 Buồng đốt 0,006 2,0025 2,2 0,069 b Đối với vỉ ống (2 vỉ) V = δ [ S − ( S n ) ] , m3 D: đường kính vỉ, đường kính buồng đốt δ: chiều dày vỉ, δ = 19 mm = 0,019 m Sn: tổng tiết diện ngang ống truyền nhiệt, m2 n: số ống lii Niên luận Kỹ thuật thực phẩm khóa 34 - 2010 GVHD: Th.s Văn Minh Nhựt (101,6.10 −3 ) Sn = n.π Bảng 18 Thể tích vỉ ống n Sn, (m2) V, (m3) 211 1,71 1,12 139 1,13 0,07 59 0,48 0,03 Nồi c Đối với đáy nắp V =δ πD , m3 D: đường kính phơi, m δ: chiều dày, m Bảng 19 K‎hối lượng đáy nắp thiết bị Nồi D trong, (m) δ, (m) D(phôi, (m) V, (m3) Nắp 0,006 3,606 0,006 3,606 0,061 Nắp 2,8 0,005 3,372 0,045 Đáy 2,8 0,005 3,372 0,045 Nắp 0,005 2,43 0,023 Đáy 0,005 2,43 Tổng khối lượng thép, (kg) 0,061 Đáy Tổng Vthép, (m3) 0,023 4.3.2 K‎hối lượng nước - Để đảm bảo hệ thống tai đỡ đủ an toàn ta giả sử thiết bị chứa đầy nước m3 = V.ρ, kg V: tổng thể tích nước buồng bốc, buồng đốt, nắp đáy, m3 ρ: khối lượng riêng nước, lấy 200C, ρ = 998,2 kg/m3 - Thể tích nước buồng bốc buồng đốt tính sau: liii Tổng khối lượng vật liệu, (m) Niên luận Kỹ thuật thực phẩm khóa 34 - 2010 GVHD: Th.s Văn Minh Nhựt π D l , m3 V= D: đường kính trong, m l: chiều cao, m Thể tích nước nắp đáy: tra bảng XIII.10 theo đường kính ⇒ Khối lượng nước: m3 = ∑V.ρ, kg ⇒ Khối lượng cực đại: m = m1 + m2 + m3, kg ⇒ Trọng lượng cực đại: P = m.g, N Chọn sử dụng tai đỡ Tra bảng XIII.36: Bảng 20 K‎hối lượng nước D (m) L (m) V (m3) m3 (kg) mmax (kg) Pmax (N) Trọng lượng tai đỡ phải chịu (N) Buồng đốt 2,2 15,543 35833.38 42632,12 418221,07 104555,27 Buồng bốc 1,8 12,717 Nắp 3,819 Đáy 3,819 Tổng: 35,898 30804,05 35551,41 348759,37 87189,84 17073,21 19619,85 192470,77 48117,69 Nồi Buồng đốt 2,2 13,54 Buồng bốc 2,8 1,8 11,078 Nắp 2,8 3,121 Đáy 2,8 2,8 3,121 Tổng: 30,86 Buồng đốt 2,2 6,908 Buồng bốc 2,5 7,85 Nắp 1,173 Đáy 1,173 liv Niên luận Kỹ thuật thực phẩm khóa 34 - 2010 Tổng: GVHD: Th.s Văn Minh Nhựt 17,104 Bảng 21 Chân thép thiết bị thẳng đứng Tải trọng cho phép tai đỡ G.10-4 Bề mặt đỡ F.104 Tải trọng cho phép lên bề mặt đỡ q.10-6 N m2 N/m2 297 1,34 L B B1 H S a d Khối lượng tai đỡ mm 190 160 170 kg 280 10 80 25 7,35 3.4 Mặt bích Mặt bích phận quan trọng dùng để nối phần thiết bị nối phận khác với thiết bị Do hệ thống làm việc với áp suất thấp < 0,1.10 N/m2 nên chọn loại bích liền, phận hàn liền với thiết bị 4.4.1 Để nối ống dẫn Chọn bích liền kim loại đen kiểu Tra từ [AII – 400] – (XIII.26) ta có: Bảng 22 Mối ghép bích nối phận thiết bị ống dẫn Loại Py.10-6 Dy Ống Dn Kích thước nối D Dδ DI Kiểu bích Bulơng db h mm z mm Ống nhập liệu 2,5 50 57 160 125 102 M16 24 Ống tháo liệu 2,5 25 32 115 85 68 M12 18 Ống dẫn đốt 2,5 150 159 300 250 218 M22 30 Ống dẫn thứ 2,5 400 426 580 525 490 M27 16 38 Ống dẫn nước ngưng 2,5 25 32 115 85 68 M12 18 lv Niên luận Kỹ thuật thực phẩm khóa 34 - 2010 GVHD: Th.s Văn Minh Nhựt 4.4.2 Để nối phận thiết bị Chọn bích liền thép kiểu Tra từ [AII – 411] - (XIII.27) ta có: Bảng 23 Mối ghép bích thân với đáy nắp Loại Py.10-6 N/m2 Dt mm Kích thước nối (mm) D Db DI Kiểu bích D0 Bulơng db h mm z mm Buồng đốt 0,3 2000 2160 2100 2060 2015 M27 48 40 Buồng bốc 0,3 2000 2160 2100 2060 2015 M27 48 40 lvi Niên luận Kỹ thuật thực phẩm khóa 34 - 2010 GVHD: Th.s Văn Minh Nhựt TÀI LIỆU THAM K‎HẢO Nguyễn Bin, Đỗ Văn Đài…2006 Sổ tay q trình thiết bị Cơng nghệ hóa chất, tập Nhà xuất Khoa học Kỹ thuật Hà Nội Phạm Xuân Toản 2007 Các trình thiết bị Cơng nghệ hóa chất thực phẩm Tập – Các trình thiết bị truyền nhịêt Nhà xuất Khoa học kỹ thuật Phan Văn Thơm 2004 Sổ tay thiết kế thiết bị hóa chất chế biến thực phẩm đa dụng Trường Đại học Cần Thơ Website: http://www.engineeringtoolbox.com http://www.rpaulsingh.com lvii ... 0,000 533 0,5 0, 036 9 42,2 3, 56 Nồi 0 ,33 3 1185,59 0,000281 20 0,0268 33 ,4 3, 38 G, kg/h ρdd, kg/m3 1,0 83 Nồi Ống nhập liệu Ống tháo sản phẩm v"hơi, m3/kg Ống dẫn đốt 0,27 1,212 0 ,32 74 93 20 0,144 168 ,3. .. Ts3: nhiệt độ dung dịch ban đầu, khỏi nồi 1, khỏi nồi khỏi nồi 3, 0C iđ, i1, i2, i3: enthalpy đốt vào nồi 1, thứ nồi 1, thứ nồi 2, thứ nồi 3, J/kg Cn1, Cn2, Cn3: nhiệt dung riêng nước ngưng nồi. .. phẩm khóa 34 - 2010 GVHD: Th.s Văn Minh Nhựt xđ , xtb1 , xtb2, xtb3: nồng độ dung dịch ban đầu, nồng độ dung dịch khỏi nồi 1, nồi nồi , ( % ) Bảng 5: Nhiệt dung riêng dung dịch muối Dung dịch x