Đồ án thiết kế thiết bị cô đặc chân không một nồi liên tục Ứng dụng cô đặc dung dịch cà phê sau trích ly

57 543 3
Đồ án thiết kế thiết bị cô đặc chân không một nồi liên tục  Ứng dụng cô đặc dung dịch cà phê sau trích ly

Đang tải... (xem toàn văn)

Tài liệu hạn chế xem trước, để xem đầy đủ mời bạn chọn Tải xuống

Thông tin tài liệu

Đồ án kỹ thuật thực phẩm là môn học vận dụng những kiến thức đã học (chuyên ngành công nghệ thực phẩm) để thiết kế ra thiết bị ứng dụng trong ngành công nghiệp thực phẩm tại các nhà máy. Mục đích đồ án kỹ thuật thực phẩm: giúp cho sinh viên tiếp cận và hiểu thêm về khía cạnh của một người kỹ sư thiết kế trong lĩnh vực thực phẩm. Thiết kế thiết bị cô đặc chân không một nồi liên tục Ứng dụng dung dịch cà phê sau trích ly

BỘ CÔNG THƢƠNG TRƢỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP THỰC PHẨM TP HCM KHOA CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM ĐỒ ÁN KỸ THUẬT THỰC PHẨM Đề tài: THIẾT KẾ THIẾT BỊ CÔ ĐẶC CHÂN KHÔNG MỘT NỒI LIÊN TỤC - ỨNG DỤNG CƠ ĐẶC DUNG DỊCH CÀ PHÊ SAU TRÍCH LY Thực hiện: Nguyễn Thị Kim Thủy – 2005150220 Ngũ Ngọc Yến - 2005150102 GVHD: Huỳnh Thái Nguyên Hồ Chí Minh, tháng 12 năm 2018 i PHIẾU NHẬN XÉT Phần đánh giá: Ý thức thực hiện: Nội dung thực hiện: Hình thức trình bày: Tổng hợp kết quả: Điểm số: Điểm chữ: TP HCM, ngày Chủ nhiệm môn tháng Giảng viên hƣớng dẫn i năm LỜI CÁM ƠN Với đề tài “Thiết kế thiết bị cô đặc chân không nồi liên tục - Ứng dụng cô đặc dung dịch cà phê sau trích ly”, chúng tơi chân thành cám ơn hƣớng dẫn thầy Huỳnh Thái Nguyên giúp hồn thành mơn học Đồ án Kỹ thuật Thực phẩm Ngồi ra, chúng tơi cám ơn giúp đỡ từ thầy cô thuộc khoa Công nghệ thực phẩm nhƣ bạn bè khóa hỗ trợ trình thực đồ án Đây lần làm đồ án nên làm dƣới có nhiều điều thiếu sót Chúng tơi hy vọng có đƣợc góp ý từ thầy bạn để bổ sung, sửa lỗi hoàn thiện đầy đủ làm ii LỜI MỞ ĐẦU Cà phê hịa tan hay cà phê uống liền (instant coffee) loại đồ uống bắt nguồn từ cà phê dƣới dạng bột cà phê, đƣợc nêm nếm sẵn theo vị đƣợc chế biến phƣơng pháp rang - xay - sấy khô Trong cơng nghệ sản xuất cà phê hịa tan, q trình đặc đƣợc thực sau q trình trích ly để dễ dàng thực trình sấy Chính điều đó, chúng tơi đƣợc thầy giao đề tài “Thiết kế thiết bị cô đặc chân không nồi liên tục - Ứng dụng cô đặc dung dịch cà phê sau trích ly” nhằm làm tăng nồng độ chất khô từ dung dịch cà phê cách hiệu nhƣ tăng hiệu trình sấy góp phần cải thiện chất lƣợng sản phẩm cà phê hòa tan iii Mục lục LỜI CÁM ƠN ii LỜI MỞ ĐẦU iii Mục lục .iv CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN .1 1.1 Ứng dụng trình đặc vào cơng nghệ sản xuất thực phẩm 1.2 Quy trình cơng nghệ sản xuất cà phê hòa tan .1 1.2.1 Sơ đồ quy trình cơng nghệ sản xuất cà phê hòa tan .1 1.2.2 Thuyết minh trình đặc sản xuất cà phê hịa tan .3 1.2.3 Hệ thống cô đặc chân không nồi liên tục CHƢƠNG 2: CÂN BẰNG VẬT CHẤT 2.1 Dữ kiện ban đầu 2.2 Cân vật chất 2.2.1 Suất lƣợng nhập liệu (Gn) .7 2.2.2 Tổng lƣợng thứ bốc lên 2.3 Cân lƣợng 2.3.1 Xác định nhiệt độ áp suất nồi 2.3.2 Nhiệt dung riêng 2.3.3 Cân nhiệt lƣợng 2.4 Xác định nhiệt độ tổn thất 10 2.4.1 Tổn thất nhiệt nồng độ tăng (’) 10 2.4.2 Tổn thất nhiệt độ áp suất thủy tĩnh (∆’’) 10 2.4.3 thứ (∆’’’) Tổn thất nhiệt độ trở lực thủy tĩnh gây nên đƣờng ống dẫn 12 2.4.4 Chênh lệch nhiệt độ hữu ích nồi hệ thống 12 2.5 Nhiệt lƣợng riêng 12 iv 2.6 Tính tốn truyền nhiệt cho thiết bị cô đặc 12 2.6.1 Nhiệt tải riêng phía ngƣng (q1) 12 2.6.2 Nhiệt tải riêng phía dung dịch (q2) .13 2.7 Hệ số truyền nhiệt K cho trình cô đặc 14 2.8 Tính nhiệt lƣợng đốt cung cấp .14 2.9 Diện tích bề mặt truyền nhiệt 14 CHƢƠNG 3: TÍNH TỐN VÀ THIẾT KẾ THIẾT BỊ 15 3.1 Thiết bị 15 3.1.1 Buồng đốt 15 3.1.2 Buồng bốc 17 3.1.3 Tính kích thƣớc ống dẫn 20 3.1.4 Đƣờng kính ống dẫn đốt .21 3.1.5 Đƣờng kính ống dẫn thứ 21 3.1.6 Đƣờng kính ống tháo nƣớc ngƣng 21 3.1.7 Tính bề dày lớp cách nhiệt ống dẫn .22 3.1.8 Tính bề dày lớp cách nhiệt thân thiết bị .22 3.1.9 Tổng kết 23 3.2 Tính khí chi tiết thiết bị 23 3.2.1 Buồng đốt 24 3.2.2 Buồng bốc 27 3.2.3 Mặt bích 29 3.2.4 Bích nối buồng đốt .29 3.2.5 Bích nối buồng bốc 30 3.2.6 Vỉ ống 31 3.2.7 Tai treo 32 3.3 Thiết bị phụ .35 3.3.1 Thiết bị ngƣng tụ baromet 35 v 3.3.2 Tính tốn chọn bơm .40 KẾT LUẬN 49 TÀI LIỆU THAM KHẢO 50 vi CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN 1.1 Ứng dụng trình đặc vào cơng nghệ sản xuất thực phẩm Cơ đặc q trình làm tăng nồng độ chất rắn hoà tan dung dịch cách tách bớt phần dung môi qua dạng Trong cơng nghệ sản xuất thực phẩm, q trình đặc đƣợc ứng dụng rộng rãi: + Công nghệ sản xuất đƣờng + Công nghệ sản xuất nƣớc trái cô đặc + Cơng nghệ sản xuất trà, cà phê hịa tan + Cơng nghệ sản xuất sữa đặc có đƣờng + … 1.2 Quy trình cơng nghệ sản xuất cà phê hịa tan 1.2.1 Sơ đồ quy trình cơng nghệ sản xuất cà phê hòa tan Cà phê nhân Phân loại – Làm Rang Nghiền Trích ly Lọc Cơ đặc Sấy Tạo hạt Phối trộn Bao gói Sản phẩm Hình 1.2.1: Sơ đồ quy trình sản xuất cà phê hịa tan hƣơng 1.2.2 Thuyết minh q trình đặc sản xuất cà phê hịa tan Mục đích: tăng nồng độ chất khơ dịch trích cà phê để trình sấy đƣợc thực dễ dàng  Các biến đổi q trình đặc dung dịch cà phê  Sự tăng độ nhớt dịch trích: q trình đặc, nồng độ chất khơ dịch trích tăng lên, đó, độ nhớt dịch trích tăng theo  Hiện tƣợng bay cấu tử dễ bay hơi: trình cô đặc, dƣới tác dụng nhiệt độ, với bay nƣớc, chất dễ bay (đặc biệt cấu tử tạo hƣơng) bị bay hơi, gây tƣợng tổn thất hƣơng, làm giảm cƣờng độ hƣơng sản phẩm Để hạn chế tƣợng tổn thất hƣơng, ngƣời ta thực trình tách hƣơng trƣớc cô đặc  Sự thay đổi nồng độ chất khô: nồng độ chất khô dịch trích cà phê tăng lên sau dịch trích đƣợc đặc Hiện có nhiều phƣơng pháp khác để thực q trình đặc dịch trích cà phê nhƣ sau:  Phƣơng pháp đặc bốc hơi: phƣơng pháp dùng nhiệt để thực q trình đặc Q trình đặc thƣờng đƣợc thực áp suất chân không để tăng hiệu q trình đặc Đồng thời, cịn hạn chế biến đổi cấu tử dịch trích cà phê tác động nhiệt  Phƣơng pháp cô đặc kết tinh: phƣơng pháp cô đặc kết tinh, dịch trích cà phê đƣợc làm lạnh nhanh đến 2oC Sau đó, dung dịch đƣợc làm lạnh chậm đến nhiệt độ -4oC Khi đó, nƣớc kết tinh Tốc độ làm lạnh chậm, tinh thể tạo thành to, trình tách tinh thể đá thuận lợi Dịch trích cà phê đƣợc làm lạnh nhanh thiết bị trao đổi nhiệt mỏng đến nhiệt độ khoảng 2oC, dịch trích cà phê đƣợc hạ nhiệt độ xuống dần đến -4oC trì điều kiện nhiệt độ trình kết tinh đƣợc hồn thành Sau đó, tinh thể đá đƣợc tách phƣơng lọc ly tâm  Phƣơng pháp cô đặc membrane: phƣơng pháp này, dịch trích cà phê đƣợc phân riêng membrane với dịng retentate dịng dịch trích cà phê đặc dịng permeate dịng thải bỏ Thơng thƣờng, đặc cà phê, hai kỹ thuật membrane thƣờng đƣợc ứng dụng kỹ thuật lọc nano kỹ thuật thẩm thấu ngƣợc Ƣu điểm phƣơng pháp cô đặc membrane chất lƣợng cảm quan dịch trích cà phê khơng bị ảnh hƣởng đáng kể, chi phí vận hành thấp Tuy nhiên, chi phí đầu tƣ thiết bị membrane cao nồng độ chất khô cuối dịch cô đặc thƣờng thấp 𝐺𝑛 = 3.3.1.2 0.45 ∗ (2642.6 ∗ 103 − 4184.06 ∗ 75.9) = 5.22(𝑘𝑔/𝑠) 4184.06 ∗ (75.9 − 28) Thể tích không khí và khí không ngƣng cầ n hút khỏi thiế t bi ̣ Lƣơ ̣ng khí cầ n hút khỏi thiế t bi ̣ngƣng tu ̣ baromet đƣơ ̣c tin ́ h theo công thƣ́c VI.47 sổ tay QTTB tập 2, trang 84 𝐺𝑘𝑘 = 25 ∗ 10−6 ∗ 𝐺𝑛 + 𝑊 + 0.01 ∗ 𝑊 = 25 ∗ 10−6 ∗ 5.22 + 0.45 + 0,01 ∗ 0.45 = 4.64 (kg/s) Trong đó: 𝐺𝑛 : lƣơ ̣ng nƣớc la ̣nh tƣới vào thiế t bi,̣ kg/s W : lƣơ ̣ng vào thiế t bi ngƣng tu ̣, kg/s ̣ Đối với thiết bị ngƣng tụ trực tiếp loại khơ, nhiệt độ khơng khí đƣợc tính theo cơng thƣ́c VI.50 sổ tay QTTB tập 2, trang 84 tkk = t2d + + 0.1* (t2c – t2d) = 28 + + 0.1* (75.9 - 28)= 36.79 0C Tra giản đồ khơng khí ẩm png = 0.5 at: áp suất làm việc thiết bị ngƣng tụ ph=0.0637at: áp suất riêng phần nƣớc hỗn hợp ở nhi ệt độ tkk (tra “Bảng tra cứu trình học truyền nhiệt – truyền khối, Bảng 56 trang 45) Thể tích khí khơng ngƣng cần hút khỏi thiết bị tính theo VI.49 sổ tay QTTB tập 2, trang 84: 𝑉𝑘𝑘 = 288 ∗ 𝐺𝑘𝑘 ∗ 273 + 𝑡𝑘𝑘 288 ∗ 4.642 ∗ 10−3 ∗ 273 + 39.79 = 𝑃𝑛𝑔 − 𝑃𝑕 0.5 − 0.0637 ∗ 9.81 ∗ 104 𝑚3 = 0.01 𝑠 3.3.1.3 Đƣờng kính thiết bị ngƣng tụ Baromet Theo công thức VI.52, sổ tay QTTB tập 2, trang 84, ta có: Đƣờng kính thiết bị ngƣng tụ: 𝐷𝑡𝑟 = 1.383 ∗ 𝑊 𝜌𝑕 ∗ 𝜔𝑕 Trong đó: 36 W= 0.45 kg/s 𝜌𝑕 : khối lƣợng riêng : tra bảng 41, trang 37, sách Tính tốn thiết kế chi tiết thiết bị hóa chất dầu khí áp suất 0.5 at 𝜌𝑕 =0.3027 kg/m3 bảng I.251, sổ tay QTTB tập 1, trang 314 Chọn vận tốc 𝜔𝑕 = 35 m/s (theo sổ tay QTTB tập 2, trang 85) Dtr = 1.383 ∗ 0.45 = 0.285 m = 285 mm 0.3027 ∗ 35 Chọn đƣờng kính thiết bị ngƣng tụ Baromet 500 mm (theo bảng VI.8 sổ tay QTTB tập 2, trang 88) 3.3.1.4 Kích thƣớc ngăn thiết bị Thƣờng có dạng viên phân để làm việc tốt Theo VI.53 sổ tay QTTB tập 2, trang 85, chiều rộng ngăn (b): b = Dtr/2 +50 = 500/2 +50 = 300 mm Theo trang 85, sổ tay QTTB tập 2, bề dày ngăn (𝛿) : chọn 𝛿 = mm Vì ngăn có nhiều lỗ nhỏ chọn nƣớc làm nguội nƣớc chọn đƣờng kính lỗ d = mm, chọn chiều cao gờ ngăn 40 mm, chọn tốc độ tia nƣớc 0.62 m/s 3.3.1.5 Kích thƣớc ống Baromet Áp suất thiết bị ngƣng tụ 0.5 (at),do để tháo nƣớc ngƣng ngƣng tụ cách tự nhiên thiết bị phải có ống Baromet Đƣờng kính ống Baromet đƣợc xác định theo công thức VI.57, sổ tay QTTB tập 2, trang 86 𝑑𝐵 = 0.004∗(𝐺𝑛 +𝑊) 𝜋 ∗𝜔 (𝑚) Với: W: lƣợng ngƣng(kg/s) Gn:lƣợng nƣớc lạnh tƣới vào thiết bị(kg/s) 𝜔 :tốc độ hỗn hợp nƣớc,chất lỏng ngƣng chảy ống Baromet (m/s) thƣờng lấy (0.5 - 0.6) m/s; chọn 𝜔 = 0.5(m/s) 37 0.004 ∗ (5.22 + 0.45) = 0.12 (𝑚) 3.14 ∗ 0.5 𝑑𝐵 = Chọn dB = 120(mm) Chiều cao ống Baromet đƣợc xác định theo công thức VI.58, sổ tay QTTB tập 2, trang 86 H=h1 + h2 + 0.5 (m) Với: h1 : chiều cao cột nƣớc ống cân với hiệu số áp suất khí áp suất thiết bị ngƣng tụ (m) h2 : chiều cao cột nƣớc ống Bazomet cần để khắc phục toàn trở lực nƣớc chảy ống (m) Theo công thức VI.59, sổ tay QTTB tập 2, trang 86 ta có: 𝑕1 = 10.33 ∗ 𝑏 760 (𝑚) Ở b độ chân không thiết bị ngƣng tụ (mmHg) b = (1 – 0.5) * 760 = 380 (mmHg) 𝑕1 = 10.33 ∗ 380 = 5.165 (𝑚) 760 Theo công thức VI.60, sổ tay QTTB tập 2, trang 87, ta có: 𝑕2 = 𝜔2 𝐻 ∗ (1 + 𝜆 ∗ + 2∗𝑔 𝑑 𝜉) (𝑚) Hệ số trở lực vào đƣờng ống lấy  = 0,5; khỏi ống lấy  = cơng thức có dạng nhƣ sau: Với: 𝑕2 = 𝜔2 2∗𝑔 ∗ 2.5 + 𝜆 ∗ 𝐻 𝑑 (𝑚) H: toàn chiều cao ống Baromet (m) d : đƣờng kính ống Baromet(m) λ: hệ số ma sát nƣớc chảy ống Để tính λ ta tính hệ số chuẩn Re chất lỏng chảy ống Baromet (trang 63, Cơ sở q trình thiết bị cơng nghệ hóa học, tập 1) 38 𝑅𝑒 = 𝑑𝐵∗ 𝜌𝑛 ∗ 𝜔 𝜇 Với: dB : đƣờng kính ống dẫn.(m) 𝜌𝑛 : khối lƣợng riêng nƣớc tra bảng I.5, sổ tay QTTB tập 1, trang 12: t2đ = 51.95 (oC)  𝜌 = 987.1735(𝑘𝑔/𝑚3) 𝜇: độ nhớt nƣớc tra bảng I.102, sổ tay QTTB tập 2, trang 94: t2đ=51.95 (oC)  𝜇 = 0.5488 ∗ 10−3 (𝑁 𝑠/𝑚2) 𝑅𝑒 = 0.12 ∗ 987.1735 ∗ 0.5 = 1.08 ∗ 105 > 104 −3 0.5488 ∗ 10 Vậy ống Baromet có chế độ chảy xốy, chế độ chảy xốy ta xác định hệ số ma sát theo công thức sau II.65, sổ tay QTTB tập 1, trang 380 𝜆 = −2 log 6.81 𝑅𝑒 0.9 + ∆ 3.7 Với:  : độ nhám tƣơng đối xác định theo công thức II.65, sổ tay QTTB tập 1, trang 380 ∆= Trong đó: 𝜀 0.1 ∗ 10−3 = = 8.33 ∗ 10−4 𝑑𝑡𝑑 0.12  : độ nhám tuyệt đối:  = 0,1 (mm) dtd: đƣờng kính tƣơng đƣơng ống (m) 𝜆 = −2 log 6.81 1.08 ∗ 105 0.9 8.33 ∗ 10−4 + = 6.816 3.7  𝜆 = 0.022 (𝑊 𝑚 độ) Nên: 𝑕2 = 𝜔2 2∗𝑔 ∗ 2.5 + 𝜆 ∗ 𝐻 𝑑 = 𝑕2 = 0.013 ∗ 2.5 + 0.022 ∗ 0.52 2∗9.81 ∗ 2.5 + 0.022 ∗ 𝐻 0.12 𝐻 𝐻 = 0.0325 + 3.38 ∗ 10−4 ∗ 0.12 0.12  𝑕2 = 0.0325 + 2.86 ∗ 10−3 𝐻 2.86 ∗ 10−3 𝐻 − 𝑕2 = −0.0325 (1) Và : H = h1 + h2 + 0.5 = 5.165 + h2 + 0.5  H = 5.665 + h2 39 𝐻 − 𝑕2 = 5.665 (2) Từ (1)(2) giải hệ phƣơng trình ta đƣợc: H = 5.71 (m) h2 = 0.049 (m) Ngoài lấy thêm chiều cao dự trữ để tránh tƣợng nƣớc dâng lên ngập thiết bị 0.5 (m) Suy chiều cao Baromet là: H = 5.71 + 0.5 = 6.21 (m) Nhƣng thực tế ngƣời ta thƣờng chọn chiều cao Baromet H = 12 (m) 3.3.2 Tính tốn chọn bơm Bơm chân khơng 3.3.2.1 Ngồi tác dụng hút khí khơng ngƣng khơng khí, bơm chân khơng cịn có tác dụng tạo độ chân không cho thiết bị ngƣng tụ va thiết bị cô đặc Trong thực tế q trình hút khí q trình đa biến nên theo cơng thức 3.3, q trình thiết bị cơng nghệ hố chất thực phẩm, tập1, trang 119) 𝑁= 𝜇𝑐𝑘 𝑘 ∗ 𝑃1 ∗ 𝑣𝑘𝑘 ∗ ∗ (𝑘 − 1) 𝑃2 𝑃1 𝑘−1 𝑘 −1 Với: P1 : áp suất khí lúc hút (N/m2); P1 = Pkk P2 : áp suất khí lúc đẩy (N/m2) k : số đa biến không khí, lấy k = 1.25  ck : hiệu số khí bơm chân khơng kiểu pittơng, 𝜇 𝑐𝑘 = 0.9 N : công suất tiêu hao ( W) vkk : thể tích khí khơng ngƣng khơng khí đƣợc hút khỏi hệ thống (m3/s) P1 = Pkk = (0.5 - 0.0637) * 9.81 * 104 = 42801.03 (N/m2) Chọn: P2 = Pkq= 1.033(at) =101337.3 (N/m2) 𝑁= 1.25 0.9∗(1.25−1) ∗ 42801.03 ∗ 0.01 ∗ 101337 1.25−1 1.25 42801.03 − = 447.34 (W) Vậy công suất tiêu hao bơm chân không là: N = 447.34 (W) Công suất động theo công thức II.250, sổ tay QTTB tập 1, trang 466: 𝑁𝑑𝑐 = 𝑁 ∗𝛽 ƞ𝑡𝑟 ∗ ƞ𝑑𝑐 40 Với:β:là hệ số dự trữ công suất,thƣờng lấy β=1.1–1.15  chọn β = 1.12 ƞ𝑡𝑟 : hiệu suất truyền động ,lấy ƞ𝑡𝑟 = 0,96 ƞ𝑑𝑐 : hiệu suất động cơ,lấy ƞ𝑑𝑐 = 0,95 447.34 ∗ 1.12 = 490.5 (𝑊) 0.96 ∗ 0.95 𝑁𝑑𝑐 = Vậy công suất động bơm chân không 490.5 (W) 3.3.2.2 Bơm nƣớc lạnh vào thiết bị ngƣng tụ Chọn bơm ly tâm guồng để bơm nƣớc lạnh lên thiết bị ngƣng tụ, ta chọn chiều cao ống hút ống đẩy bơm là: Ho = 18 (m) Chiều dài toàn đƣờng ống là: l = 22 (m) Đƣờng kính ống dẫn nƣớc: 𝑑= 𝐺𝑛 = 0.785 ∗ 𝜔 ∗ 𝜌 5.22 = 0.057 𝑚 (𝑐𝑕ọ𝑛 𝜔𝑛 = 𝑚 𝑠) 0.785 ∗ ∗ 996.27 Chọn d = 0.15(m) Cơng suất động đƣợc tính theo công thức II.189, sổ tay QTTB tập 1, trang 439 𝑁= 𝑄∗𝐻∗𝜌∗𝑔 1000 ∗ ƞ Với: 𝜌 = 996.27𝑘𝑔/𝑚3 : khối lƣợng riêng nƣớc 28 (oC) N: công suất cần thiết bơm (KW) Q: suất bơm (m3/s) H: áp suất toàn phần (áp suất cần thiết để chất lỏng chảy ống) ƞ: hiệu suất bơm, chọn ƞ = 0.8 bảng II.32, sổ tay QTTB tập 1, trang 439  chọn ƞ = 0.8 − 0.94 Tính Q: 𝑄= 𝐺𝑛 𝑚3 𝑠 𝜌 Với: Gn:là lƣợng nƣớc lạnh tƣới vào thiết bị ngƣng tụ (kg/s) 41 𝑄= 5.22 996.27 = 0.005 𝑚3 𝑠 Tính H: H = Hm + Ho+ Hc (m) Theo công thức II.185, sổ tay QTTB tập 1, trang 438 Trong đó: Hm : trở lực thủy lực mạng ống Hc : chênh lệch áp suất cuối ống đẩy đầu ống hút Ho : tổng chiều dài hình học mà chất lỏng đƣợc đƣa lên ( gồm chiều cao hút chiều cao đẩy ) Tính Hm : 𝜔2 𝑙 𝐻𝑚 = ∗ (𝜆 ∗ + 2∗𝑔 𝑑 𝜉) (𝑚) Với: l: chiều dài toàn ống, l=22(m) d: đƣờng kính ống, d=0.1(m) 𝜔: tốc độ nƣớc ống (m/s)  : hệ số ma sát 𝜉:trở lực chung Hệ số ma sát đƣợc xác định qua chế độ chảy Re: 𝑅𝑒 = 𝜔 ∗𝑑∗𝜌 𝑛 𝜇 Với:𝜇:độ nhớt nƣớc 28(oC) tra bảng I.102, sổ tay QTTB tập 1, trang 94 𝜇 = 0.836 ∗ 10−3 (𝑁 : 𝑅𝑒 = 2∗0.1∗996.27 0.836∗10 −3 𝑠 ) 𝑚2 = 2.38 ∗ 105 > 104 Nên ống có chế độ chảy xốy Tính hệ số ma sát Theo công thức II.65 sổ tay QTTB tập 1, trang 380: 𝜆 = −2 log 6.81 𝑅𝑒 0.9 + ∆ 3.7 Với:  : độ nhám tƣơng đối xác định theo công thức II.65, sổ tay QTTB tập 1, trang 380 42 ∆= 𝜀 0.1 ∗ 10−3 = = ∗ 10−3 𝑑𝑡𝑑 0.1 𝜀: độ nhám tuyệt đối: 𝜀= 0.1(mm) Trong đó: dtd: đƣờng kính tƣơng đƣơng ống (m) 𝜆= −2 𝑙𝑜𝑔 0.9 6.81 2.38∗10 + 10 −3 = 0.02 ( 𝑊 ) 𝑚 độ 3.7 Tổng trở lực theo bảng II.16, sổ tay QTTB tập 1, trang 382 ta có:   cửa vào = 0.5 (Bảng N010)   cửa = (Bảng N010)    khuỷu ống = 0.38 (6 khuỷu) (Bảng N029) van tiêu chuẩn = 2.1 (Bảng N043) van chiều = 8.61 (Bảng N047) 𝜉 = 0.5 + + ∗ 0.38 + 2.1 + 8.61 = 14.49 Vậy: 𝐻𝑚 = 22 2∗9.81 ∗ 0.02 ∗ 22 0.1 + 14.49 = 3.851 (𝑚) Chênh lệch áp suất cuối ống đẩy đầu ống hút: 𝐻𝑐 = 𝑃2 −𝑃1 𝜌 ∗𝑔 Với: P1, P2: áp suất tƣơng ứng đầu ống hút, cuối ống đẩy 𝐻𝑐 = 0.5−1 ∗9.81∗10 996.27∗9.81 = −5.018 (𝑚) Áp suất toàn phần bơm là: H = 3.851 + 18 + (- 5.018) = 16.833 (m) Công suất bơm: 𝑁= 0.005∗16.833∗996.27∗9.81 1000∗0.8 = 1.028 (𝐾𝑊) Công suất động điện: 𝑁𝑑𝑐 = 1.028 = 1.12 (𝑊) 0.96 ∗ 0.95 43 Ngƣời ta thƣờng lấy động có cơng suất lớn cơng suất tính tốn để tránh tƣợng tải Vì Ndc nằm khoảng - KW nên tra bảng II.33, sổ tay QTTB tập 1, trang 440, chọn hệ số dự trữ β =1.3 Suy ra: N = β.Nđc = 1.3 * 1.12 = 1.456 (KW) 3.3.2.3 Bơm dung dịch lên thùng cao vị Chọn bơm ly tâm với chiều cao hút chiều cao đẩy 18 (m) Công suất bơm đƣợc tính theo cơng thứcII.189, sổ tay QTTB tập 1, trang 439 𝑁= 𝑄∗𝐻∗𝜌∗𝑔 1000 ∗ ƞ Với: 𝜌 = 1029𝑘𝑔/𝑚3 : khối lƣợng riêng nƣớc 28oC, C= 8% (bảng I.85 sổ tay QTTB tập 1, trang 439) N: công suất cần thiết bơm (KW) Q: suất bơm (m3/s) ƞ: hiệu suất bơm, chọn ƞ=0.85 bảng II.32, sổ tay QTTB tập 1, trang 439chọn ƞ = 0.8 − 0.94 H: áp suất cần thiết để dung dịch chuyển động ống H = H m + H c + Ho Với: Hm: trở lực mạng ống Hc: chênh lệch áp suất cuối ống đẩy, đầu ống hút Ho: chiều cao ống hút đẩy, chọn: Ho = 18 (m) Tính Q: 𝑄= 𝐺𝑑 𝑚3 𝑠 𝜌 Với: Gd lƣợng dung dịch đầu (kg/s) 𝑄= 1875 1029∗3600 = 5.06 ∗ 10−4 𝑚3 𝑠 Tính Hm : 𝐻𝑚 = 𝜔2 𝑙 ∗ (𝜆 ∗ + 2∗𝑔 𝑑 44 𝜉) (𝑚) 𝑑= 𝑄 = 𝜔 ∗ 0.785 5.06 ∗ 10−4 = 0.018 (𝑚) ∗ 0.785 Chọn d = 0.03 (m) Theo bảng I.112 sổ tay QTTB tập 1, trang 114: 𝜇 = 0.336 ∗ 10−3 ( Hệ số ma sát đƣợc xác định qua chế độ chảy Re: 𝑅𝑒 = 𝑅𝑒 = 𝑁.𝑠 𝑚2 ) 𝜔 ∗𝑑∗𝜌 𝑛 𝜇 ∗ 0.03 ∗ 1029 = 1.83 ∗ 105 > 104 0.336 ∗ 10−3 Nên ống có chế độ chảy xốy Tính hệ số ma sát Theo cơng thức II.65, sổ tay QTTB tập 1, trang 380: 𝜆 6.81 𝑅𝑒 = −2 log 0.9 + ∆ 3.7 Với:  : độ nhám tƣơng đối xác định theo công thức II.65, sổ tay QTTB tập 1, trang 380 𝜀 0.1 ∗ 10−3 ∆= = = 3.33 ∗ 10−3 𝑑𝑡𝑑 0.03 Trong đó: 𝜀: độ nhám tuyệt đối  𝜀 = 0.1(mm) dtd: đƣờng kính tƣơng đƣơng ống (m) 𝜆= −2 𝑙𝑜𝑔 6.81 0.9 1.83∗10 + 3.33∗10 −3 = 0.028 ( 𝑊 ) 𝑚 độ 3.7 Tổng trở lực: theo bảng II.16, sổ tay QTTB tập 1, trang 382 ta có: 𝜉 cửa vào= 0,5 (Bảng N010) 𝜉 cửa ra= (Bảng N010) ξkhuỷu ống= 0.38 (3 khuỷu) (Bảng N034) ξvan tiêu chuẩn= 2.1 (Bảng N043) 45 ξvan chiều= 8.61 (Bảng N047) 𝜉 = 0.5 + + ∗ 0.38 + 2.1 + 8.61 = 13.35 Vậy: 𝐻𝑚 = 22 2∗9.81 ∗ 0.028 ∗ 22 0.03 + 13.35 = 6.908 (𝑚) Chênh lệch áp suất cuối ống đẩy đầu ống hút: 𝐻𝑐 = 𝑃2 −𝑃1 𝜌 ∗𝑔 Vì P2 = P1 =1 (at) nên Hc = Áp suất toàn phần bơm là: H = 6.908 + 18 = 24.908 (m) Công suất bơm: 𝑁= 5.06∗10 −4 ∗24.908∗1029∗9.81 1000∗0.85 = 0.15(𝐾𝑊) Công suất động điện: 𝑁𝑑𝑐 = 0.15 = 0.16 (𝑊) 0.96 ∗ 0.95 Ngƣời ta thƣờng lấy động có cơng suất lớn cơng suất tính tốn để tránh tƣợng tải Vì Ndc < 1KW (tra bảng II.33 sổ tay QTTB tập 1, trang 440) chọn hệ số dự trữ β=2 Suy ra: N =β.Nđc = * 0.16=0.32(KW) 3.3.2.4 Bơm dung dịch từ nồi sang bể chứa sản phẩm Chọn bơm ly tâm với chiều cao hút chiều cao đẩy 1(m) Chiều dài ống 10 (m) Cơng suất bơm đƣợc tính theo công thức II.189, sổ tay QTTB tập 1, trang 439 𝑁= 𝑄∗𝐻∗𝜌∗𝑔 1000 ∗ ƞ Với: 𝜌 = 1148.37𝑘𝑔/𝑚3 : khối lƣợng riêng nƣớc t = 86.45 (oC), C = 60% (bảng I.85 sổ tay QTTB tập 1, trang 439) N: công suất cần thiết bơm (KW) Q: suất bơm (m3/s) ƞ: hiệu suất bơm, chọn ƞ=0.85 bảng II.32, sổ tay QTTB tập 1, trang 439 chọn ƞ = 0.8 − 0.94 46 H: áp suất cần thiết để dung dịch chuyển động ống H = H m + H c + Ho Với: Hm: trở lực mạng ống Hc: chênh lệch áp suất cuối ống đẩy, đầu ống hút Ho: chiều cao ống hút đẩy, chọn: Ho = 1(m)  Tính Q: 𝑄= 𝐺𝑐 𝑚3 𝑠 𝜌 Với: Gd:là lƣợng dung dịch đầu (kg/s) 𝑄= 250 1148.37∗3600  Tính Hm : = 6.05 ∗ 10−5 𝑚3 𝑠 𝐻𝑚 = 𝜔2 2∗𝑔 𝑙 ∗ (𝜆 ∗ + 𝜉) (𝑚) 𝑑 Chọn đƣờng kính ống hút đẩy dung dịch d = 50(mm) 250 𝐺𝑐 𝑚 3600 𝜔= = = 0.03 ( ) 0.785 ∗ 𝑑 ∗ 𝜌 0.785 ∗ 0.052 ∗ 1148.37 𝑠 Theo bảng I.112 STQTTB1, trang 114: 𝜇 = 9.3 ∗ 10−3 ( 𝑁.𝑠 𝑚2 Hệ số ma sát đƣợc xác định qua chế độ chảy Re: 𝑅𝑒 =  : 𝑅𝑒 = 0.03∗0.05∗1148.37 9.3∗10 −3 ) 𝜔 ∗𝑑∗𝜌 𝑑𝑑 𝜇 𝑑𝑑 = 0.0185 ∗ 104 > 104 Nên ống có chế độ chảy xốy  Tính hệ số ma sát Theo cơng thức II.65, sổ tay QTTB tập 1, trang 380: 𝜆 = −2 log 6.81 𝑅𝑒 0.9 + ∆ 3.7 Với:  : độ nhám tƣơng đối xác định theo công thức II.65, sổ tay QTTB tập 1, trang 380 𝜀 0.1 ∗ 10−3 ∆= = = ∗ 10−3 𝑑𝑡𝑑 0.05 Trong đó: 𝜀: độ nhám tuyệt đối: 𝜀= 0,1(mm) 47 dtd: đƣờng kính tƣơng đƣơng ống(m) 𝜆= −2 𝑙𝑜𝑔 6.81 0.9 0.0185∗10 + 2∗10 −3 = 0.15 ( 𝑊 ) 𝑚 độ 3.7 Tổng trở lực: theo bảng II.16, sổ tay QTTB tập 1, trang 382 ta có:   cửa vào= 0,5 (Bảng N010)   cửa ra= (Bảng N010)    Co 90 = 0.6 (3 cái) (Bảng N034) van tiêu chuẩn= 4.9 (Bảng N037) van chiều= 11.43 (Bảng N047) 𝜉 = 0.5 + + ∗ 0.6 + 4.9 + 11.43 = 20.23 Vậy: 𝐻𝑚 = 0.03 2∗9.81 ∗ 0.15 ∗ 10 0.05 + 20.23 = 0.002 (𝑚) Chênh lệch áp suất cuối ống đẩy đầu ống hút: 𝐻𝑐 = 𝑃2 −𝑃1 𝜌 ∗𝑔 Với: P1, P2: áp suất tƣơng ứng đầu ống hút, cuối ống đẩy 𝐻𝑐 = 1−0.524 ∗9.81∗10 1148.73∗9.81 = 4.14 (𝑚) Áp suất toàn phần bơm là: H = + 0.002 + 4.14 = 5.142 (m) Công suất bơm: 𝑁= 6.05∗10 −5 ∗5.142∗9.81∗1148.37 1000∗0.85 = 0.004 (𝐾𝑊) Công suất động điện: 𝑁𝑑𝑐 = 0.004 = 0.0043 (𝑊) 0.96 ∗ 0.95 Ngƣời ta thƣờng lấy động có cơng suất lớn cơng suất tính tốn để tránh tƣợng tải Vì Ndc < 1(kW) (tra bảng II.33, sổ tay QTTB tập 1, trang 440), chọn hệ số dự trữ β = Suy ra: N = β.Nđc = * 0.0043 = 0.0086 (KW) 48 KẾT LUẬN Trên đây, chúng tơi trình bày xong phƣơng pháp nhƣ phƣơng hƣớng tính tốn thiết kế thiết bị cô đặc chân không nồi liên tục - ứng dụng cô đặc dung dịch cà phê sau trích ly Nội dung bao gồm chƣơng theo yêu cầu thầy hƣớng dẫn:  Chƣơng 1: Tổng quan  Chƣơng 2: Cân vật chất  Chƣơng 3: Tính tốn thiết kế thiết bị Qua q trình làm đồ án, chúng tơi hình dung đƣợc phần cơng việc ngƣời thiết kế Ngồi ra, mơn học đồ án cịn giúp chúng tơi nắm vững phần lý thuyết học nhƣ cách tính tốn thiết bị phân tích lựa chọn thiết bị, vật liệu làm thiết bị để phù hợp với yêu cầu thực tế Mặc dù cố gắng nhiều nhƣng kiến thức hạn hẹp nên khơng thể tránh khỏi sai sót Mong thời gian tới, chúng tơi hồn thiện kiến thức để làm tốt thiết kế lần sau 49 TÀI LIỆU THAM KHẢO TS TrầnXoa, TS Nguyễn Trọng Khuông, KS Hồ Lê Viên, Sổ tay Q trình Thiết bị cơng nghệ hóa chất tập1, Nhà xuất Khoa học Kỹ thuật, Hà Nội TS Trần Xoa, TS Nguyễn Trọng Khng, TS Phạm Xn Toản, Sổ tay Q trình Thiết bị cơng nghệ hóa chất tập2, Nhà xuất Khoa học Kỹ thuật năm 2006 Phạm Văn Bơn, Nguyễn Đình Thọ, Q trình Thiết bị cơng nghệ hóa học thực phẩm tập5 – Q trình Thiết bị truyền nhiệt, Nhà xuất Đại học Quốc gia TP HCM, 2011 Phạm Văn Bôn, Q trình Thiết bị cơng nghệ hóa học thực phẩm – Bài tập truyền nhiệt, Nhà xuất Đại học Quốc gia TP HCM, 2013 Bộ môn Máy Thiết bị, Bảng tra cứu trình học truyền nhiệt – truyền khối, Nhà xuất đại học Quốc gia TP HCM, 2012 Bài giảng Kỹ thuật thực phẩm 2, trƣờng Đại học Công nghiệp Thực phẩm TP HCM, 2013 Hồ Lê Viên, Tính tốn thiết kế chi tiết thiết bị hóa chất dầu khí, Nhà xuất Khoa học Kỹ thuật 50 ... Chủ nhiệm môn tháng Giảng viên hƣớng dẫn i năm LỜI CÁM ƠN Với đề tài ? ?Thiết kế thiết bị cô đặc chân không nồi liên tục - Ứng dụng cô đặc dung dịch cà phê sau trích ly? ??, chúng tơi chân thành cám... nhƣ q trình tiền đặc, sau thực tiếp q trình đặc chân khơng q trình đặc kết tinh 1.2.3 Hệ thống cô đặc chân không nồi liên tục 1.2.3.1 Sơ đồ hệ thống cô đặc chân không nồi liên tục Bơm nhập liệu... cà phê hịa tan, q trình đặc đƣợc thực sau q trình trích ly để dễ dàng thực q trình sấy Chính điều đó, chúng tơi đƣợc thầy giao đề tài ? ?Thiết kế thiết bị cô đặc chân không nồi liên tục - Ứng dụng

Ngày đăng: 23/01/2019, 15:04

Từ khóa liên quan

Tài liệu cùng người dùng

Tài liệu liên quan