Lời nói đầu Máy khuấy trộn định lợng nha đợc ứng dụng rộng rãi ngành công nghiệp thực phẩm, dùng để sản xuất bánh kẹo, đờng sữa, bia,rợu Hiện hầu hết nhà máy sản xuất bánh kẹo nớc ta sử dụng thiết bị Sau thời gian thực tập thực tế nhà máy bánh kẹo Tràng An, chúng em đợc nhận đề tài Tớnh toỏn v thit k mỏy khuy trn v nh lng nha/ Nội dung đồ án bao gồm: Phần I: Các trình công nghệ Phần II: Tính toán khí Phần Các trình công nghệ A Quá trình công nghệ I Quá trình sản xuất carame (Khối kẹo, liên quan tới định lợng nha) Khái niệm chung Caramen sản phẩm kẹo nấu dung dịch đờng với mật tinh bột đờng với đờng chuyển hoá đến độ ẩm -3% Dựa vào cấu tạo chia caramen làm hai nhóm sau: + Caramen không nhân + Caramen có nhân Nhìn hình thức bề chia làm hai loại: + Caramen bọc giấy + Caramen không bọc giấy Caramen chất vô định hình, cứng, dòn hay gọi kẹo cứng Sơ đồ kĩ thuật sản xuất kẹo Sản xuất kẹo gồm phần nh sau: Chuẩn bị khối kẹo Chuẩn bị nhân Nâng cao phẩm chất, tạo hình, bao gói, đóng bao bảo quản Từng phần nói lại gồm nhiều công đoạn nhỏ Các công đoạn khác hay không mức độ khí hoá, nhóm loại kẹo cần sản xuất thị trờng Khối kẹo sau nấu dung dịch nhớt, suốt có màu vàng nhạt đến màu vàng tơi Khi làm lạnh khối kẹo nhiệt độ từ 400C ữ 450C trở nên cứng giòn trạng thái vô định hình Quá trình kỹ thuật sản xuất khối kẹo coi nh chuyển đờng từ tinh thể cứng trạng thái phi tinh Sự chuyển coi cách: + Nấu đờng nóng chảy + Hoà tan đờng nớc tiếp tục cô đặc Trong thực tế ngời ta sản xuất khối kẹo cách nấu dung dịch đờng với mật tinh bột đờng chuyển hoá đến hàm lợng chất khô yêu cầu Mật tinh bột có thực đơn khối kẹo có tác dụng chống hồi đờng, mà làm cho khối kẹo có tính dẻo để chờ biến tiếp (nh cán, kéo dài, tạo hình) Trong sản xuất caramen thờng dùng tỉ lệ mật đờng 50 ữ60/100 Khi thiếu mật tinh bột ta thay phần hay toàn mật đờng chuyển hoá phải tính toán cho hàm lợng đờng khử có khối kẹo không đợc 15% ữ 16% Chuẩn bị khối kẹo gồm hai giai đoạn sau: + Chuẩn bị sirô caramen + Nấu sirô caramen thành khối kẹo I.1 Chuẩn bị Sirô caramen(cho trình nha) Chuẩn bị sirô caramen gồm có hai phơng pháp: I.1.1 Phơng pháp gián đoạn: Trong phơng pháp chuẩn bị Sirô theo hai sơ đồ sau: a Sơ đồ thứ Hoà tan đờng mật tinh bột nấu nóng sơ nấu hỗn hợp đến nồng độ cần thiết Lúc đầu nấu nóng mật đến 60 0C, dùng bơm cho vào thiết bị (Chảo thùng) sau cho đờng vào Cùng lúc cho đờng ta cho nóng qua ống phun trực tiếp đặt dới đáy thiết bị, sau đờng hoà tan ta ngắt đờng qua ống phun cho vào ống xoắn đặt thiết bị, áp suất đa vào ống xoắn ữ atm Hỗn hợp đờng mật nấu đến hàm lợng chất khô 84% ữ 86% Sau hỗn hợp tự chảy theo ống dẫn vào bình chứa nhờ bơm đa qua phận lọc lới kim loại có đờng kính lỗ 0,3 mm ữ 0,5 mm, lọc xong đa vào bình chứa thiết bị nấu chân không, hàm lợng đờng khử sirô caramen dùng mật không đợc 12% ữ 14%, dùng đờng chuyển hoá 14% ữ 16% Hàm lợng đờng khử theo sơ đồ tăng từ 4% ữ 5% Theo thời gian chuẩn bị siro chu kỳ 30 phút b Sơ đồ thứ hai Hoà tan đờng nớc nóng nấu với mật tinh bột Hàm lợng nớc dùng để hoà tan đờng 25% ữ 30% so với đờng Lúc đầu cho nớc vào thiết bị ống xoắn, sau cho nóng vào ống, cho đờng vào thiết bị Để tăng cờng độ hoà tan đờng thiết bị có đặt phận khuấy, thời gian hoà tan 20 ữ 30 phút Trong thời gian có lợng nớc bốc nhiệt độ đạt tới 1080 ữ 1100C nồng độ siro đờng 80% Khi tỉ lệ có thực đơn nấu đến 116 ữ 1170 để hàm lợng chất khô 84% ữ 86% Sau cho qua phận lọc đa vào bình chứa thiết bị nấu chân không, thời gian chung để chuẩn bị sirô theo sơ đồ 40 ữ 50 phút Hàm lợng đờng khử 13% ữ 16%, trình chuẩn bị sirô caramen hàm lợng đờng khử tăng từ 4% ữ 6% I.1.2 Phơng pháp liên tục Phơng pháp liên tục rút ngắn thời gian chuẩn bị sirô siro làm có chất lợng cao so với phơng pháp gián đoạn Theo phơng pháp đờng không hoà tan mật nớc, mà trộn với mật nớc (17% ữ 20% so với khối lợng đờng) Hỗn hợp đựơc nấu dới áp suất lúc đờng hoà tan nớc có hỗn hợp Theo phơng pháp đờng khong bị phân huỷ sau Hàm lợng đờng khử khoảng 11,5% - 14% khối kẹo nấu từ siro caramen theo phơng pháp sáng màu bền bảo quản I.2 Nấu siro caramen thành khối kẹo Muốn thu đợc khối kẹo có độ ẩm 1% - 3% ta cần nấu siro caramen có độ ẩm 12% - 16% đến độ ẩm nói I.2.1 Các phơng pháp nấu a Thủ công: Dùng chảo nấu đốt than củi Nhiệt độ nấu cuối 900C Nhiệt độ cao ảnh hởng xấu tới sản phẩm, nấu thủ công suất thấp, nhiều sức lao động không đảm bảo vệ sinh b Thiết bị nấu vạn Thiết bị sử dụng rộng rãi, dùng để nấu kẹo cứng, kẹo mềm nhân kẹo đợc mang tên vạn Cấu tạo thiết bị gồm hai ngăn chảo: Chảo phía (A) có vỏ cánh khuấy, chảo chân không phía dới (E) Toàn thiết bị nằm giá đỡ, chảo phía liên hệ với chảo phía dới cửa van nằm phía dới chảo A Chảo phía dới vỏ đốt nóng đợc nối với bơm chân không qua bình ngng tụ, chảo phía dới gắn chặt vào chảo phía nhờ đệm cao su Nguyên lý làm việc thiết bị nh sau: cho nguyên liệu nấu kẹo (mỗi lần 50 kg) nóng vào chảo phía (hơi nóng cho vào dới áp suất ữ atm) đồng thời mở máy cho cánh khuấy làm việc Hỗn hợp nguyên liệu chảo phía nấu đến nhiệt độ 135 ữ 140 0C ứng với độ ẩm 5% ữ 6%, sau đóng van nạp lại cho cánh khuấy ngừng lại Nối chảo thứ hai E vào chảo A, mở mở bơm chân không dùng vô F nâng cửa van hai chảo để khối kẹo chảy xuống chảo thứ hai (có độ chân không 700mm) thời gian chảy khối kẹo xuống chảo thứ hai 2phút Trong chảo thứ hai nớc bốc nhiệt độ sôi hạ xuống Tuỳ theo trị số chân không chảo mà độ ẩm lại khối kẹo 2% ữ 3% Khi khối kẹo đạt tới nhiệt độ 115% ữ125% qua ữ phút đa khỏi thiết bị làm lạnh Thời gian qúa trình nấu dung dịch thiết bị vạn 18ữ 20 phút Năng suất thiết bị 800kg khối kẹo ca c Thiết bị nấu chân không Cấu tạo: Gồm hai phần + Phần đốt nóng + Phần bốc Phần đốt nóng gồm vỏ hình trụ, bên có ống xoắn ruột gà, bên ống dẫn bão hoà áp suất ữ 6atm phần bốc hình trụ thẳng đứng đợc chia làm hai phần, hai phần có cửa van liên hệ đầu cuối phần bốc có ban xả khối kẹo Ngày nớc tiên tiến thờng dùng thiết bị chân hai ống xoắn đặt lồng nhau, đờng kính ống 30/34mm, chiều dài ống 33mm suất khối kẹo tấn/1ca, bề mặt đốt nóng 6, 2m2 Phần đốt phần đặt riêng biệt liên hệ với ống dẫn Nguyên lý làm việc thiết bị: Siro caramen có độ ẩm 14% ữ 16% nhờ bơm pitttông đa vào ống xoắn buồng đốt, đồng thời mở van nạp cho vào buồng đốt Hơi nóng bao lấy ống xoắn ngng tụ Phần ngng tụ đợc liên tục qua ống dẫn khí phía dới buồng đốt Trên buồng đốt có gắn áp kế van an toàn để theo dõi áp suất không cho áp suất cao mức qui định Siro sau qua ống dẫn xoắn buồng đốt đợc ống dẫn đa vào buồng bốc chân không, buồng bốc giữ mức độ chân không 680mm cột thuỷ ngân nhờ bình ngng tụ bơm chân không nối với buồng đốt Siro chảy xuống bốc chân không phía trên, lợng siro đạt tới khoảng 18 ữ 20 kg mở van cho chảy xuống bình chứa phía dới Còn thứ không khí theo ống dẫn vào bình ngng tụ Tại bình ngng tụ thứ đợc làm lạnh nớc, không khí nớc (hỗn hợp) nhờ bơm chân không hút Bơm chân nhiệm vụ tạo giữ chân không buồng bốc nhiệt độ siro từ 1350 ữ 1400 vào buồng bốc hạ xuống từ 1100 ữ 1200 nhờ chân không Tại buồng đốt nớc tiếp tục bốc lại từ 1% ữ 3% Qua hai phút đợc tải đựơc làm lạnh I.3 Yêu cầu kỹ thuật, thành phần hoá học tính chất vật lý khối kẹo I.3.1 Yêu cầu kỹ thuật Sau khỏi buồng bốc thiết bị chân không nhiệt độ khối kẹo từ 1100C 1300C Khối kẹo cần đạt yêu cầu sau đây: + Trong suốt vết đục biểu hồi đờng + Màu sắc vàng tơi (Nếu ta dùng mật) sẫm ta dùng đờng chuyển hoá + Độ ẩm không 3% + Hàm lợng đờng chuyển hoá không đợc 20% + Cần phải dẻo nhiệt độ tạo hình nhiệt độ công đoạn gia công khác (quật, cán, lăn, vuốt), có nghĩa có khả chịu đợc kéo dài để tạo hình dạng I.3.2 Thành phần hoá học cuả khối kẹo Tuỳ theo thực đơn mà thành phần hoá học kẹo có khác nhau: Nếu dùng tinh bột: Sacarôza 58% Dextrin 20% Glucoza 10% Fructôza 3% Maltôza 7% Độ ẩm 2% Nếu dùng đờng chuyển hoá: Sacaroza: 78% - 80% Đờng chuyển hoá: 18 % - 20% Độ ẩm: 2% I.3.3 Tính chất vật lý khối kẹo: Khối kẹo khỏi thiết bị nấu dung dịch nhớt, làm lạnh độ nhớt tăng mạnh 80 0C ữ 900C khối kẹo có tính dẻo Trong trạng thái ta tạo hình theo hình dạng tuỳ ý Tiếp tục làm lạnh đến 400C ữ 450C khối kẹo trở nên phi tinh suốt, cứng giòn Độ ẩm khối carame thấp nhanh cứng độ cứng cao Độ nhớt khối kẹo giảm hàm lợng mật tinh bột giảm (vì Dextrin có mật làm tăng độ nhớt khối kẹo), giảm nhiệt độ độ nhớt tăng VD: Khi 1200C khối kẹo làm theo thực đơn bình thờng (50 phần mật 100 phần đờng) có độ nhớt 640 poiz, nhiệt độ hạ xuống 1000C độ nhớt 9000 poiz, 900C 50.000 pioz Nh nói nhiệt độ 900C khối kẹo có tính dẻo (vi độ nhớt cao) Chỉ số độ nhớt quan trọng khối kẹo Giữ đợc trạng thái phi tinh khối kẹo công đoạn gia công tiếp hay không đo độ nhớt định Nếu giữ khối kẹo lâu nhiệt độ cao (ở nhiệt độ có độ nhớt thấp) xảy trình kết tinh kết khối kẹo bị bồi đờng Khi tăng độ nhớt tốc độ kết tinh giảm, làm lạnh nhanh độ nhớt tăng tạo điều kiện làm chậm chuyển hoá phần tử, tinh thể không tạo đợc, khối kẹo giữ đựơc trạng thái bình thờng Trong dây chuyền sản xuất giới (không phụ thuộc vào thực đơn) đòi hỏi khối kẹo phải có tính chất học ổn định Một tính chất tính dẻo, đóng vai trò quan trọng sản xuất kẹo Tính dẻo chất phi tinh độ nhớt Khối kẹo khỏi buồng bốc thiết bị nấu chân nhiệt độ 1200C độ nhớt xấp xỉ 600 poiz Để tránh tợng hồi đờng khối kẹo ta phải giữ độ nhớt nh khối kẹo khỏi thiết bị (không phụ thuộc vào thực đơn) II Quá trình truyền nhiệt II.1 Quá trình đun nóng II.1.1 Bản chất, mục đích phạm vi thực hiện: II.1.1.1 Bản chất Đun nóng trình làm tăng nhiệt độ từ nhiệt độ ban đầu đến nhiệt độ cuối cho trớc Nhiệt độ ban đầu (tbđ) thờng nhiệt độ môi trờng không khí xung quanh Nhiệt độ cuối (tc) phụ thuộc vào mục đích trình tính chất vật liệu Thờng đợc xác định từ trớc Chênh lệch nhiệt độ cuối (tc) nhiệt độ ban đầu (tbđ) luôn đại lợng lớn T= tc tđ > Không phụ thuộc vào phơng pháp thực Có thể thực trình cách tăng nhiệt độ cách liên tục tăng gián đoạn nhng hai qúa trình đảm bảo t = tc tđ > II.1.1.2 Mục đích công nghệ Trong công nghiệp chế biến thực phẩm trình đun nóng thờng đợc thực nhằm mục đích sau: Mục đích chuẩn bị: thực tế tiến hành trình đun nóng nhằm mục đích chuẩn bị cho trình khác Ví dụ: để bóc vỏ cam cho dễ ngời ta thờng chần nớc sôi thời gian ữ 10 phút, đun nóng hơn; đun nóng sản phẩm trớc vào hộp ghép nắp; đun nóng để tạo điều kiện tốt cho trình hoá học, sinh học, lý học thực nhanh chóng III.1.1.3 Mục đích khai thác Quá trình đun nóng làm tăng hiệu suất thu nhập hiệu sản phẩm từ loại sản phẩm ví dụ: nhiệt độ cao khoảng 60 ữ 700C làm tăng hoạt độ enzym amilaza, làm cho khả trích ly chất hoà tan nh đờng từ mía, dịch từ quả, làm tăng hiệu suất ép, tăng hoà tan chất màu II.1.1.4 Mục đích chế biến: Dới tác dụng nhiệt độ cao nhiều loại nguyên liệu bị biến đổi cấu trúc, tính chất hoá học, lý họclàm cho chất lợng nguyên liệu biến đổi hẳn Những biến đổi chất lợng theo chiều hớng xấu tốt lên Trong công nghệ chế biến thực phẩm ngời ta lợi dụng biến đổi tốt chất lợng để tạo sản phẩm có ích Nhiệt độ cao làm cho sản phẩm chín, loại bỏ (làm bay hơi) thành phần gây mùi, vị lạ làm tăng giá trị dinh dỡng khả hấp thụ dinh dỡng thể; làm hồ hoá sản phẩm tinh bột, tẩy mùinhững biến đổi làm cho sản phẩm có chất lợng tốt hơn, giá trị cảm quan cao II.1.1.5 Mục đích bảo quản Đun nóng nhiệt độ 700C trớc có tác dụng làm hoạt tính loại enzim có nguyên liệu ngăn ngừa đợc biến đổi xấu Ví dụ loại enzim xúc tác trình phân huỷ thành phần hoá học, sinh học, làm cho sản phẩm biến đổi màu giảm hàm lợng thành phần hoá học, sinh học có ích Nhiệt độ cao 900C tiêu diệt vi sinh vật có sản phẩm thực phẩm Do công nghệ thực phẩm thờng đun nóng sản phẩm nhiệt độ thời gian định nhằm tiêu diệt vi sinh vật, ngăn ngừa h hỏng sản phẩm Đó trình trùng nhiệt II.1.1.6 Mục đích hoàn thiện Một số loại thực phẩm thờng tồn dạng bán thành phẩm Để có chất lợng loại đạt tới mức hoàn thiện nhiều phải qua gia nhiệt (đun nóng) Đun nóng làm cho sản phẩm chín sử dụng đợc Trong thực tế công nghiệp trình đun nóng thờng đợc thực kết hợp trùng đồ hộp thịt cá mục đích để tiêu diệt vi sinh vật, bảo quản sản phẩm có mục đích chế biến làm cho thịt cá chín II.1.1.7 Phạm vi thực Đun nóng trình quan trọng Quá trình đợc thực hầu hết qui trình công nghệ sản xuất thực phẩm với mục đích khác II.1.2 Những biến đổi vật liệu (sản phẩm) qúa trình đun nóng II.1.2.1 Các biến đổi vật lý: Các biến đổi vật lý đun nóng bao gồm * Sự biến đổi nhiệt độ: Trong trình đun nóng chênh lệch nhiệt độ môi trờng đun nóng vật liệu, nhiệt độ vật liệu tăng dần lên tốc độ tăng nhiệt độ chậm dần từ vào trung tâm khoảng cách chúng nguồn nhiệt xa dần Những điểm có khoảng cách đến nguồn nhiệt nhiệt độ Do vật liệu hình thành trờng nhiệt độ lớp có nhiệt độ cao nhất, trung tâm nhiệt độ thấp Tốc độ thay đổi nhiệt độ phụ thuộc vào truyền nhiệt khối vật liệu truyền nhiệt vật liệu thực nhiều cách phụ thuộc vào trạng thái chúng Nếu vật liệu chất lỏng nhiệt đợc truyền vào trung tâm chủ yếu đối lu Nếu chất dắn nhiệt truyền dẫn nhiệt Khi vật liệu thể bán chất lỏng (sệt) nhiệt truyền đối lu dẫn nhiệt * Sự biến đổi trạng thái vật liệu Khi đun nóng vật liệu biến đổi trạng thái tồn chuyển pha phần lớn chất rắn mà nhiệt độ nóng chảy cao nhiệt độ môi trờng quát trình đun nóng trạng thái chúng chuyển sang pha lỏng bán chất lỏng (mỡ, bơ) Tuy nhiên có nhiều loại vật liệu dạng rắn, nhiệt độ đun nóng không đủ cao đặc tính lý hoá chúng mà thời gian đun nóng không sảy tợng chuyển pha (thịt, cá, rau, qủa) * Sự thay đổi thể tích Thể tích vật liệu tăng lên đun nóng V = V V0 > Trong trờng hợp thể tích vật liệu V = V0 + t + Vkhí Trong đó: V: Thể tích khí đun : Hệ số nở khối T: Nhiệt độ đun nóng Vkhí: Chênh lệch thể tích chất khí vật liệu Tuy nhiên có nhiều trờng hợp đun nóng thể tích vật liệu giảm Đó tợng sảy đun nóng loại nguyên liệu có cấu trúc xốp, có chứa nhiều khí gian bào (nh rau, quả.) Sự biến đổi khối lợng Sự biến đổi khối lợng biểu diễn biểu thức sau M = m0 = t nbh = yht Trong đó: m: Khối lợng vật liệu m0: Khối lợng vật liệu trớc đun : Hệ số biến đổi khối lợng nbh: Khối lợng bốc yht: Khối lợng hoà tan vào môi trờng * Sự biến đổi màu sắc Màu sắc biến đổi nhiều nguyên nhân Một nguyên nhân vật lý dẫn đến biến màu thay đổi khả hấp thụ phản xạ ánh sáng vật liệu tác động nhiệt độ cao II.1.2.2 Biến đổi hoá lí, hoá học * Các tiêu hoá lý vật liệu nh độ nhớt, độ hoà tan.cũng dễ bị thay đổi nhiệt độ cao Cụ thể, độ hoà tan tăng, độ nhớt giảm ( tăng) Đối với phản ứng hoá học nh thuỷ phân, trung hoà, polime hoá, ôxi hoáthì nhiệt độ làm tăng tốc độ phản ứng * Kết xúc tiến phản ứng hoá học biến đổi thành phần hoá học vật liệu Một số chất đợc tạo thành làm tăng chất lợng sản phẩm (pectin, chất thơm, chất màu)nhng nhiều trờng hợp làm giảm hàm lợng chất có ích, tạo thành số chất gây ảnh hởng xấu đến mùi vị, mầu sản phẩm Đây nhợc điểm chủ yếu trình nấu 10 W = Gđ ( xd ) xc (III-142) 0,84 = 0,063.1 = 0,0046 0,86 r ẩn nhiệt hoá dung môi (J/kg) r = 2057.103 (J/kg) (I-315) Nh vậy: Q2 = 0.0046.2057.103 = 9462,2 (w) Tổng lợng nhiệt cho trình hoà đờng: Q = Q + Q2 Q = 12953,61 + 9462,2 Q = 22415,81 (w) I.2 Lợng đốt cần thiết cho trình hoà đờng: D= Q rh (kg/s) Hay D= Q.3600 (kg/h) rh rh - ẩn nhiệt lợng hoá hơi ngng tụ (j/kg) rh = 2117.103 (J/kg) (I-315) D= 22415,8.3600 = 38,2( kg / h ) 2117.10 I.3 Tính hệ số cập nhiệt, dẫn nhiệt Thiết bị hoà đờng thiết bị nồi hai vở, giống với thiết bị cô đặc nên hệ số cấp nhiệt dẫn nhiệt tơng tự nh cách tính, khác thông số: I.3.1 Hệ số dẫn nhiệt dung dịch: = A.Cp..3 M A = Hệ số tỷ lệ phụ thuộc vào tính chất chất lỏng với dung dịch đờng, nha, nớc có độ nhớt lớn A = 3,58.10-8 : Khối lợng riêng chất lỏng M = 522 Cp = Nhiệt dung riêng chất lỏng 31 Cp = 2331,65 J/kg 0C Vậy hệ số dẫn nhiệt dung dịch là: = 3,58.10-8 1441,12.2331,65.3 1441,12 522 = 0,168 w/m.0C I.3.2 Hệ số cấp nhiệt I.3.2.1 Hệ số cấp nhiệt ngng tụ hơi: Lu lợng cần cấp: D = 38,2kg/h hay D = 38,2 3600 (kg/s) Diện tích ống dẫn hơi: D 3,14.( 30.10 ) F= = = 0.7065.10 m 4 -> Vận tốc ống: v= Q 38,2 = = 15,1m / s F 3600.0,7065.10 Với : = 1,15 r. g t.H Trong đó: H: Chiều cao vỏ bọc H = 850.10-3m : hệ số dẫn nhiệt nớc ngng = 2,69.102 1,163 W/m0C (I-133) = 312,85 W/m0C : Khối lợng riêng nớc ngng = 879,3kg/m3 (I-12) à: Độ nhớt nớc ngng (Ns/m2) = 0.166 cP (I-96) -> = 0,166 1000 Ns/m2 r: ẩn nhiệt ngng tụ r = 2117.103 J/kg (I-314) 32 t: Nhiệt độ chênh lệch thành thiết bị ngng tụ Chọn t = 20C Vậy hệ số cấp nhiệt ngng tu là: = 1,15 2117.10 3.( 879,3) 9,81.( 312,85) 0,166.10 3.2.850.10 3 => = 13818,45 W/m2.0C I.3.2.2 Hệ số cấp nhiệt từ bề mặt đốt đến chất lỏng sôi Vì chất lỏng chảy thành màng dới ảnh hởng trọng lực áp suất để xác định hệ số cấp nhiệt thiết bị có vỏ bọc có cách khuấy tính theo công thức: = Nu D (III-36) Trong đó: Nu = CremPr0,33( Re = Pr = ) àT (III - 36) n. d C p Với: - hệ số cấp nhiệt, W/m2.0C D - đờng kính thiết bị, m; (D = 1000mm) - độ dẫn nhiệt chất lỏng, W/m.0C; - khối lợng riêng chất lỏng, kg/m3; N số vòng quay cánh khuấy giây,vg/s; N = 30 vòng /phút d phần cách khuấy ngập chất lỏng, m; d = 30 (mm) àT - độ nhớt chất lỏng nhiệt độ thành thiết bị, thành ống xoắn tiếp xúc với chất lỏng, Ns/m2; - độ nhớt chất lỏng nhiệt độ trung bình, Ns/m2; ttb Nhiệt độ trung bình chất lỏng, 0C 33 t tb = tT + t d tT Nhiệt độ thành tiếp xúc với chất lỏng, 0C td Nhiệt độ trung bình dòng, 0C Các đại lợng C m phụ thuộc vào cấu tạo thiết bị nh sau: - Đối với thiết bị có vỏ bọc ngoài: C = 0,36; m = 0,67 - Đối với thiết bị có ống oắn: C = 0,87; m = 0,62 Các đại lợng phải lấy theo giá trị trung bình chất lỏng thiết bị Thay giá trị vào tính: n. d Re = Trong n = 30 = 0,5vg / s 60 = 1441,12kg/m3 (I - 62) d = 0,3m (phần cách khuấy nhúng chìm dung dịch) = 21,28.10-3 Ns/m2 (ở 350C) (I - 114) 0,5.1441,12.0,3 => Re = = 3047,48 21,28.10 Cpà Pr = = 2331,65.21,28.10 = 295,34 0,168 àT = 18,4.10-3 Ns/m2 (I - 114) Vậy chuẩn số Nusselt dịch: 21,28.10 = 609,02 Nu = 0,36.3047,480,67.295,340,33 18,4.10 Nh vậy, hệ số cấp nhiệt từ bề mặt đốt đến chất lỏng là: = Nu. 609.02.0,168 = = 102,34 W/m2.0C 1,0 1,0 I.3.3 Hệ số truyền nhiệt I.3.3.1 Hiệu số nhiệt độ trung bình: t tb = T1 T2 T Ln T2 Với t1 = tdt tc2; (II-5) t2 = tc1 td2 34 Trong công thức trên: td1 : Nhiệt độ đầu nớc (0C) tc1 = 1470C (P = 4,5bar) tc1 : Nhiệt độ cuối nớc (0C) tc1 = 1200C (P = 2bar) td2: nhiệt độ đầu vào dung dịch (0C) td2 = 250C tc2: Nhiệt độ dung dịch khỏi thiết bị truyền nhiệt (0C) td2 = 500C Thay số liệu vào ta đợc: t1 = td1 - tc2 = 147 50 = 970C t1 = tc1 td2 = 120 25 = 950C t tb = 97 95 = 100 C 97 Ln 95 I.3.3.2 Hệ số truyền nhiệt: Vì dịch đợc cô đặc thiết bị có đờng kính lớn so với chiều dày lớp màng ta tính truyền nhiệt nh vách phẳng: K= + + 1 (W/m.0C) Trong đó: = 13817,85 W/m2.0C = 102,31 W/m2.0C - hệ số dẫn nhiệt thép, W/m.0C = 46,5 W/m.0C chiều dày thành thiết bị, m = 0,007m = 102W / m.0 C 0,007 K= + + 13817,85 46,5 102,31 I.3.4 Diện tích bề mặt truyền nhiệt Diện tích bề mặt truyền nhiệt tính theo công thức: 35 F= Q , m 2; K ttb Thay số vào tính F= 2241,81 22415,81 = = 2,2m ; 102.100 10200 36 Phần 2: tính toán khí A Tính khí thiết bị hoà đờng I Tính đáy làm việc chịu áp suất Do thiết bị nấu hai vỏ có hình dạng, cấu tạo giống nh phần đáy thiết bị cô chân không nên tính toán tơng tự nh phần đáy thiết bị cô đặc: I.1 Chiều dày đáy (S1) chịu áp suất P đợc xác định theo công thức: (II404): 0,19.P Dt St = 1+ C d [ ] K S u 0,43 Dt 0,93.S Nếu thoả mãn điều kiện : (II - 405) S P 11,2 [ ] Dt (1) S P (2) 2,9 [ ] D + S t Thì tính theo công thức: Sd = S d 0,43 Dt +C (II - 405) Nếu không thoả mãn điều kiện (1) Trờng hợp không thoả mãn điều kiện (2) cần tăng chiều dày thân S để thoả mãn điều kiện đó, sau xác định chiề dày đáy S đ K hệ s: K = 0,5 Đại lợng bổ sung C xác định theo (II-363) đó: C3 = ữ mm Theo (1): S 5.0,981.10 = 0,37.10 11,2 1315.10 Dt = 11,2 1000 = 00,06.10 Nh thoả man điều kiện (1) Theo (2): P S = 0,37.10 2,9 = 2,9 = 20,1.10 [ ] Dt S 1000 + Thoả mãn hai điều kiện (1), (2) 37 0,19.P Dt St = 1+ C d [ ] K S u 0,43 Dt 0,93.S Vậy: 0,93.7.10 0,19 5.0,981.10 1000.10 + 2.10 St = 50.10 131,5.10 0,5 7.10 0,43 1,0 t Sđ = 0,00475 + 2.10-3 = 6,75.10-3m Ta chọn: Sđ = mm I.2 Kiểm tra ứng suất thành theo áp suất thử thuỷ lực (dùng nớc): - Trớc hếtcần kiểm tra điều kiện: Sd S 1 0,43 Sd = =1 S (II - 406) d Dt d 0,43 Dt = 0,05 0,43 =1 Vậy công thức kiểm tra ứng suất thành theo áp suất thử là: (II-406) Sd S 0,93 0,43 Sd =1 S d Dt 0,55 S S + D t D 0,93 0,55 = 2,4 0,05 0,07 0,07 0,43 + 1,0 1,0 1,0 = 204,15 10 N/m < = u 700.10 = = 270.10 N / m K 2,6 Dt2 D0 d F C 5,25.( S d C ) 1,15.1 0,86 + D S C t d u nk B Tính toán cấu khuấy MáY KHUấY TRộN I Cách khuấy I.1 Mục đích 38 Cách khuấy dùng để khuấy trộn dung dịch cô nhằm mục đích chốn tợng cháy sém, calomen hoá sản phẩm cô đồng htời nâng cao hiệu rình cô để chất lợng sản phẩm tốt thời gian cô ngắn I.2 Kích thớc: Hình dáng, kích thớc cách khuấy phải vào đờng kính thiết bị, tính chất chất lỏng đợc khuấy trộn, Do lợng dung dịch lần cô nhỏ so với thể tích thiết bị, ta chọn cách khuấy tuabin hở, trục cách khuấy nằm ngang so với phơng thẳng đứng thiết bị, thiết bị có sử dụng cách khuấy, nằm giữa, lại nằm đối xứng hai bên nhằm mục đích quét toàn dịch bám vào thành thiết bị, để tránh cháy dịch cô Đờng kính thiếtbị 100 (mm) Theo bảng IV.6 (sổ tay hoá công tập 2) ta chọn đờng kính cách khuấy dài nằm giữa: d = 900 (mm); Chiều cao phần cánh guồng: H = (0,07 0,09) d = 70 90 (mm) Chọn h = 80mm I.3 Vật liệu chế tạo: Vật liệu cách khuấy phải đáp ứng đợc tính bền lý, tính bền nhiệt, tính bền hoá học, cấu trúc vật liệu, giá thành với cách khấy khuấy trộn dung dịch thờng vật liệu phải bền hoá học với thành phần hoá học đờng, vật liệu không rỉ sét, không làm ảnh hởng đến chất lợng sản phẩm, vào điều kiện ta chọn vật liệu thép không rỉ : 39 II Công Suất cánh khuấy Công suất cánh khuấy Ta tính công suất cách khuấy theo công thức: N = 0,01 A.dk4,45.n2,78.à0,22.0,78 (kw); Trong đó: A Hệ số thực nghiệm phụ thuộc vào kiểu cách khuấy tra bảng 6.3 sách trình thiết bị công nghệ hoá chất thực phẩm ta đợc: A = 1,35 dk - đờng kính cách khuấy (m) n số vòng quay cách khuấy giây (vg/s) - độ nhớt dịch (Ns/m2) - Khối lợng riêng dịch (kg/m3) *) Số vòng quay cách khuấy: Dựa vào cấu tạo cách khuấy độ nhớt dịch ta chọn vận tốc vòng đầu cách khuấy; tra bảng 6.15 (IV - 242) Chọn Vk = 0,4 ữ 1,2 m/s 20.V k Vk = rk => n = d = k 20( 0,4 ữ 1,2 ) = 26,7 ữ 80vg / p 0,3 Chọn n = 30 vòng/ phút Dk = 0,3 (m) N1 = 0,01.1,35.0,34,56.0,52,78 (21,28.10-3)0,22 1441,120,78 N1 = 0,24 (kw) *) Công suất động cơ: Khi chọn động cho cánh khuấy cần tính đến hiệu suất nó, tức công suất động đợc tính: Nđc = N (IV - 217) Với hiệu suất động chọn: 0,6 ữ 0,7, Vậy công suất động cơ: Nđc = 1,24 = 0,34kw 0,7 Tính trục cánh khuấy: Đờng kính trục đợc xác định mômen xoắn theo công thức: 40 d T 0,2[ ] (mm) Trong đó: T Mômen xoắn, Nmm; [] - ứng suất xoắn cho phép, Mpa, với vật liệu trục thép CT5, thép 45, 40X, thì: [] = 15 ữ 30 Mpa Theo công thức: N T = 9,55.106 n (Nmm) 0,34 = 105050 T = 9,55.106 30 (Nmm) => dk 105050 27.9 (mm) 0,2.25 Nh chọn đờng kính trục là: dk = 30 mm 41 Kết luận Sau thời gian làm đồ án với hớng dẫn tận tình thầy giáo TS Tôn Anh Minh, có nhiều cố gắng song không tránh khỏi sơ suất, thiếu sót cha làm đợc Vì nội dung đồ án lớn thời gian có hạn đồ án tốt nghiệp nên chi tiết quan trọng tính toán thiết kế, chi tiết khác chọn theo thực tế Những phần làm đợc đồ án này: - Tính toán truyền nhiệt để đun nóng cô dung dịch theo yêu cầu công nghệ, yêu cầu sản xuất - Tính toán khí số chi tiết chịu áp suất nhiệt độ nh: Thân, nắp, đáy thiết bị, mặt bích đờng ống dẫn hơi, dẫn dịch phần cha làm đợc - Chỉ tính toán đợc sơ suất, vận tốc cánh khuấy trục khuấy ,mô men - Cha tính toán đợc hết chi tiết Cuối em xin chân thành cảm ơn thầy giáo TS Tôn Anh Minh giúp đỡ hớng dẫn tận tình để em hoàn thành đồ án tốt nghiệp 42 Tài liệu tham khảo I Tập thể tác giả Sổ tay trình thiết bị công nghệ hoá chất tập Nhà xuất Khoa học Kỹ thuật 1992 II Hiệu đính TS Trần Xoa TS Nguyễn Trọng Khuông TS Phạm Xoân Toản Sổ tay trình thiết bị công nghệ hoá chất tập Nhà xuất khoa học kỹ thuật 1999 III Phạm Xuân Toản Các trình, thiết bị công nghệ sản xuất hoá chất thực phẩm Tập Các trình truyền nhiệt IV Nguyến Bin Các trình, thiết bị công nghệ hoá chất thực phẩm Phần riêng hệ không đồng nhất, khuấy trộn, đập, nghiền, sang (tập 2) V Bơm, Quạt, Máy nén Nguyễn Văn May Nhà xuấtbản Khoa học Kỹ thuật 1997 VI Kỹ thuật sản xuất Bánh kẹo tập Bùi Đức Hội Nguyễn Thị Thanh VII Bơm môn thuỷ khí động lực Giáo trình thuỷ lực máy thuỷ lực Đại học Bách khoa Hà Nội 1967 43 mục lục Lời nói đầu Phần Các trình công nghệ A Quá trình công nghệ .1 I Quá trình sản xuất carame (Khối kẹo, liên quan tới định lợng nha) .1 I.1 Chuẩn bị Sirô caramen(cho trình nha) .2 I.1.1 Phơng pháp gián đoạn: I.1.2 Phơng pháp liên tục I.2 Nấu siro caramen thành khối kẹo .4 I.3 Yêu cầu kỹ thuật, thành phần hoá học tính chất vật lý khối kẹo I.3.1 Yêu cầu kỹ thuật I.3.2 Thành phần hoá học cuả khối kẹo I.3.3 Tính chất vật lý khối kẹo: II Quá trình truyền nhiệt II.1 Quá trình đun nóng II.1.1 Bản chất, mục đích phạm vi thực hiện: II.1.1.1 Bản chất II.1.1.2 Mục đích công nghệ .7 III.1.1.3 Mục đích khai thác .8 II.1.1.4 Mục đích chế biến: II.1.1.5 Mục đích bảo quản II.1.1.6 Mục đích hoàn thiện II.1.1.7 Phạm vi thực II.1.2 Những biến đổi vật liệu (sản phẩm) qúa trình đun nóng II.1.2.1 Các biến đổi vật lý: .9 II.1.2.2 Biến đổi hoá lí, hoá học .10 II.1.2.3 Biến đổi sinh hoá sinh lý 11 II.1.2.4 Biến đổi cấu trúc tế bào .11 II.1.2.5 Biến đổi cảm quan .11 II.1.3 Nguồn nhiệt phơng pháp đun nóng 12 II.1.3.1 Nguồn nhiệt 12 II.1.3.2 Các phơng pháp đun nóng 12 II.2 Thiết bị trao đổi nhiệt .15 III Quá trình khuấy .15 III.1 Mục đích phạm vi ứng dụng 15 III Cơ sở khuấy chất lỏng .16 III.2.1 ứng dụng khuấy chất lỏng 16 4III.2.2 Cơ sở trình khuấy chất lỏng 16 III.2.2.1 Sự chuyển động chất lỏng thiết bị khuấy 16 III 2.2.2 Sự phân bố vận tốc chất lỏng thiết bị 17 III.2.2.3 Chế độ thuỷ đông chất lỏng khuấy 18 III.2.2.4 Sự tạo thành huyền phù 18 III.2.2.5 Sự tạo thành nhũ tơng 19 III.3 Các phơng pháp khuấy trộn 20 III.3.1 Khuấy trộn khí 20 III.3.1.1 Khái niệm 20 III.3.1.2 Công suất khuấy trộn 21 III.3.2 Khuấy trộn khí nén 24 III.4 Cấu tạo phạm vi ứng dụng loại cấu khuấy 25 III.4.1 Cơ cấu khuấy kiểu mái chèo 25 III.4.2 Cơ cấu khuấy kiểu khung .26 44 III.4.3.Cơ cấu khuấy kiểu mỏ neo .27 III.4.4 Cơ cấu khuấy kiểu chong chóng .27 III.4.5 Cơ cấu khuấy kiểu tuyếc bin 28 II.4.5.1 Loại guồng hở 28 III.4.5.2 Loại guồng kín 28 B tính toán truyền nhiệt .29 I tính toán truyền nhiệt thiết bị hoà đờng .29 I.1 Tổng nhiệt lợng cho trình hoà đờng: .29 I.1.1 Xác định Q1: .29 I.3 Tính hệ số cập nhiệt, dẫn nhiệt 31 I.3.1 Hệ số dẫn nhiệt dung dịch: 31 I.3.2 Hệ số cấp nhiệt 32 I.3.2.1 Hệ số cấp nhiệt ngng tụ hơi: 32 I.3.2.2 Hệ số cấp nhiệt từ bề mặt đốt đến chất lỏng sôi 33 I.3.3 Hệ số truyền nhiệt .34 I.3.3.1 Hiệu số nhiệt độ trung bình: 34 I.3.3.2 Hệ số truyền nhiệt: 35 I.3.4 Diện tích bề mặt truyền nhiệt .35 Phần 2: tính toán khí 37 A Tính khí thiết bị hoà đờng .37 I Tính đáy làm việc chịu áp suất 37 I.1 Chiều dày đáy (S1) chịu áp suất P đợc xác định theo công thức: (II-404): 37 B Tính toán cấu khuấy MáY KHUấY TRộN 38 I Cách khuấy 38 I.1 Mục đích 38 I.2 Kích thớc: 39 I.3 Vật liệu chế tạo: 39 II Công Suất cánh khuấy 40 Kết luận 42 Tài liệu tham khảo 43 45 [...]... khuấy trộn phụ thuộc vào nhiều yếu tố và cho đến nay vẫn cha có phơng pháp tính toán nào có thể tin cậy để xác định cờng độ khuấy trộn * Pờrăngnốpski và Nicôlaiep cờng độ khuấy trộn có thể xác định bằng năng lợng tiêu hao của một đơn vị chất lỏng khuấy trộn trong một đơn vị thời gian * Cờng độ khuấy trộn đợc đặc trng bởi chế độ chuyển động của chất lỏng nghĩa là đặc trng bởi chuẩn số Re * Nếu ứng dụng khuấy. .. = R m eM A và m là hằng số xác định bằng thực nghiệm 22 * Trên hình 6.4 (sách cơ sở các quá trình và thiết bị công nghệ hoá học tập 1 trang 196) biểu diễn mối quan hệ M và ReM về khuấy trộn của các loại cánh khuấy khác nhau Các loại cánh khuấy này ở trong thiết bị có đờng kính D, chiều cao mức chất lỏng H, chiều rộng cánh khuấy b, đờng kính cánh khuấy d đợc xác định ( D H b , , ) Nếu cánh khuấy chân... rắn nhanh hoặc để khuấy động các hạt rắn đã lắng cặn có nồng độ pha rắn đến 60% * Cánh khuấy đặc biệt: dùng trong trờng hợp không thể dùng đợc cánh khuấy mái chèo, chong chóng, tuyếc bin Thờng dùng để khuấy bùn nhão hoặc chất lỏng có độ nhớt rất cao * Đặc trng của quá trình khuấy trộn là cờng độ khuấy và năng lợng tiêu hao 20 * Cờng độ khuấy trộn là chất lợng của kết quả khuấy theo thời gian Cờng độ khuấy. .. vịt thì có d D d tỷ lệ bớc xoắn và đờng kính cánh khuấy s/d * Theo hình 6.4 ta có thể xác định đợc hệ số M rồi thay vào phơng trình ta tính đợc công suất làm việc của máy khuấy * Những giá trị của M xác định bằng đồ thị hình 6.4 chỉ đúng cho các loại cánh khuấy đồng dạng với các cánh khuấy đã tiến hành thực nghiệm biểu diễn ở hình * Nếu cánh khuấy không đồng dạng với cánh khuấy đã tiến hành thí nghiệm... không hoà tan vào một chất lỏng nh cơ cấu khuấy Khi cơ cấu khuấy chuyển động sẽ làm 18 cho chất lỏng trong thiết bị chuyển động theo và kéo theo các hạt rắn cùng chuyển động Muốn cho các hạt rắn không lắng xuống đợc thì vận tốc của cơ cấu khuấy phải đạt tới một giá trị xác định Vận tốc này gọi là tốc độ tới hạn nó phụ thuộc vào tính chất của môi trờng và các thông số hình học của cơ cấu khuấy * Qua các... ống dẫn hơi *Khi cần thiết vừa đun nóng vừa khuấy trộn chất lỏng thì dùng thiết bị đun nóng loại sủi bọt trong thiết bị này hơi từ ống dẫn hơi vào đợc đi qua những ống phun hình xoắn ốc, vòng tròn hoặc một số ống thẳng song song có những lỗ nhỏ đặt nằm dới đáy bể chứa chất lỏng Nhờ bố trí nh thế nên hơi nớc đợc phun đều trong bể có tác dụng khuấy trộn 13 * Loại thiết bị sủi bọt và loại sục làm việc... cấu khuấy: Tuyến bin 6 cánh thẳng C = 25,9 Chong chóng C = 13,85 Mái chèo 2 cánh đứng C = 18,65 Mái chèo 2 cánh nghiêng C = 13,65 WeK : Chuẩn số vê be khuấy 2 3 WeK = c n d K Pc: khối lợng riêng của pha liên tục (kg/m3) : Sức căng bề mặt giữa 2 pha (H/m) III.3 Các phơng pháp khuấy trộn III.3.1 Khuấy trộn bằng cơ khí III.3.1.1 Khái niệm * Khuấy trộn bằng cơ khí nghĩa là dùng cánh khuấy * Cánh khuấy. .. động lực của môi trờng đợc khuấy (cp) : Hệ số phụ thuộc vào kiểu cơ cấu khuấy III.2.2.3 Chế độ thuỷ đông chất lỏng trong khi khuấy * Theo cơ cấu khuấy làm việc thì chất lỏng trong thiết bị cũng chuyển động theo, tốc độ chuyển động của chất lỏng thì phụ thuộc và tốc độ chuyển động của cơ cấu khuấy * Đặc trng cho chế độ chảy của chất lỏng trong thiết bị là chuẩn số Rey nôn khuấy ReK = p.n.d K2 p à Trong... cánh khuấy vào trục quay thờng có các kiểu sau: III.4.2 Cơ cấu khuấy kiểu khung * Loại này bao gồm một số cánh ngang, dọc và chéo kết cấu thành một khung cứng rắn vào trục quay trong thiết bị có kích thớc lớn DK = (0,86 0,94)D h = (0,6 0,8)H z =(0,04 0,06) dK * Tốc độ làm việc đợc chọn phụ thuộc vào độ nhớt của môi trờng làm việc nh phần mái chèo * Cơ cấu khuấy kiểu khung chủ yếu đợc sử dụng những thiết. .. rồi qua lớp chất lỏng làm cho chất lỏng bị khuấy Để khuấy đợc đều ngời ta làm đờng ống khí thành vòng, hoặc xoắn ốc, đôi khi làm một dãy ống thẳng đặt song song nhau * Khi thiết bị khuấy bằng khí nén cần phải tính áp suất của khí, áp suất này cần để khắc phục trở lực cục bộ, trở lực do chất lỏng trong thiết bị và để tạo áp suất trong ống áp suất này có thể tính theo công thức P = H1g + kk + w2 (1 +