Đồ Án Thiết bị cô đặc chân không 1 nồi làm việc liên tục ống tuần hoàn trung tâm cô đặc dịch cà phê sau kh

MỤC LỤC
TRANG
ĐẶT VẤN ĐỀ 1
PHẦN 1 2
TỔNG QUAN 2
1.1. NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN: 2
1.2. Nguyên liệu và sản phẩm 2
1.2.1. Đặc điểm nguyên liệu 2
1.2.2. Đặc đểm sản phẩm 3
1.2.3. Biến đổi nguyên liệu và sản phẩm 3
1.2.4. Yêu cầu chất lượng sản phẩm và giá trị sinh hóa 3
1.3. SƠ LƯỢC VỀ CÔ ĐẶC: 4
1.3.1. Khái niệm: 4
1.3.2. Đặc điểm của quá trình cô đặc 4
1.3.3. Các phương pháp cô đặc 4
1.3.4. Các thiết bị cô đặc 5
1.4. Quy trình công nghệ 9
1. Qui trình coâng ngheä 9
2. Nguyên tắc hoạt động của hệ thống cô đặc 9
PHẦN II : 11
CAÂN BAÈNG VAÄT CHAÁT VAØ NAÊNG LÖÔÏNG 11
2.1. Dữ kiện ban đầu 11
2.2. Cân bằng vật chất và năng lượng 11
2.2.2. Tổng lượng hơi thứ bốc lên 12
2.3 Cân bằng năng lượng 12
2.3.1. Cân bằng nhiệt lượng 12
2.3.2 . Cheá ñoä nhieät ñoä: 13
2.4. Xaùc ñònh nhieät ñoä toån thaát 13
2.4.1. Toån thaát nhieät do noàng ñoä taêng (’): 13
2.4.2. Tổn thất nhiệt độ do áp suất thủy tĩnh(∆’’). 14
2.4.3. Tổn thất nhiệt độ do trở lực thủy tĩnh gây nên trên đường ống dẫn hơi thứ. (∆’’’). 15
2.4.4. Chênh lệch nhiệt độ hữu ích của nồi và cả hệ thống 15
2.5. Nhiệt dung riêng 15
2.6 . Nhiệt lượng riêng 16
PHẦN III 17
TÍNH TOAÙN TRUYEÀN NHIEÄT 17
PHẦN 4 21
THIẾT KẾ CHÍNH 21
4.1. BUỒNG ĐỐT: 21
4.1.1. Tính số ống truyền nhiệt: 21
4.1.2. Ñöôøng kính oáng tuaàn hoaøn trung taâm : 21
4.1.3 Đường kính thiết bị buồng đốt: 21
4.2 BUỒNG BỐC: 22
4.2.1. Đường kính buồng bốc: 22
4.2.2. Chiều cao buồng bốc hơi: 22
4.3 Tính kích thöôùc caùc oáng daãn: 23
4.3.1 Đường kính ống dẫn hơi đốt 24
4.3.2 Đường kính ống dẫn hơi thứ 24
4.3.3 Đường kính ống dẫn dung dịch 24
4.3.3.1 Đường kính ống dẫn dung dịch đầu vào thiết bị gia nhiệt 24
4.3.3.2 Đường kính ống dẫn dung dịch từ thiết bị gia nhiệt vào nồi cô đặc 25
4.3.3.3 Đường kính ống dẫn dung dịch từ nồi cô đặc vào bể chứa sản phẩm 25
4.4. BỀ DÀY VĨ ỐNG: 26
4.5. CHIỀU DÀY LỚP CÁCH NHIỆT 26
4.5.1. Tính bề dày lớp cách nhiệt của ống dẫn: 27
4.5.1.1. Ống dẫn hơi đốt: 27
4.5.1.2. Ống dẫn hơi thứ: 27
4.5.1.3. Ống dẫn dung dịch từ thiết bị gia nhiệt vào nồi cô đặc 28
4.5.1.4 Từ nồi cô đặc sang bể chứa sản phẩm: 28
4.5.2 Tính bề dày lớp cách nhiệt của thân thiết bị 28
4.6 Tính cơ khí các chi tiết thiết bị: 29
4.6.1 Bề dày buồng đốt: 29
4.6.3 Bề dày đáy buồng đốt: 32
4.6.4 Bề dày nắp buồng bốc: 34
4.7 CHỌN MẶT BÍCH 35
4.7.1 Buồng đốt 35
4.7.2 Buồng bốc 35
4.8. CHỌN TAI TREO: 36
4.8.1. Tai treo buồng đốt: 36
4.8.1.1 Khối lượng lớp cách nhiệt 36
4.8.1.2 Khối lượng chất lỏng : 37
4.8.1.3 Khối lượng cột hơi: 37
4.8.1.4 Khối lượng bích: 38
4.8.1.5 Khối lượng ống truyền nhiệt: 38
4.8.1.6 Khối lượng ống tuần hoàn trung tâm: 39
4.8.1.7 Khối lượng vỉ ống: 39
PHẦN 5 40
THIẾT BỊ PHỤ 40
5.1. CÂN BẰNG VẬT LIỆU 40
5.1.1. Lượng nước lạnh cần thiết để tưới vào thiết bị ngưng tụ 40
5.1.2. Thể tích khí không ngưng và không khí được hút ra khỏi thiết bị: 40
5.2. KÍCH THƯỚC THIẾT BỊ NGƯNG TỤ 42
5.2.1 Đường kính thiết bị ngưng tụ 42
5.2.2 Kích thước tấm ngăn 42
5.2.3.Chiều cao thiết bị ngưng tụ 43
5.2.4. Tính kích thước ống bazomet 44
5.3. CHỌN BƠM 46
5.3.1. Bơm chân không 46
5.3.2. Bơm nước lạnh vào thiết bị ngưng tụ 47
5.3.3. Bơm dung dịch lên thùng cao vị 50
KẾT LUẬN 55
TÀI LIỆU THAM KHẢO 56

PHẦN 1
TỔNG QUAN

1.1. NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN:
Thiết kế hệ thống cô đặc một nồi liên tục để cô đặc dung dịch cà phê sau khi trích ly
Năng suất sản phẩm: 750 kg sản phẩm/h
Nồng độ đầu: 12% khối lượng
Nồng độ: 65% khối lượng
Áp suất hơi đốt: 3 at
Áp suất ngưng tụ: 0,2 at
1.2. Nguyên liệu và sản phẩm
1.2.1. Đặc điểm nguyên liệu
Nguyên liệu cho công đoạn cô đặc là dịch cà phê sau khi trích ly có nồng độ 12%
Quả cà phê gồm những phần sau : lớp vỏ quả , lớp nhớt, lớp vỏ trấu, lớp vỏ lụa, nhân .
Lớp vỏ quả : là lớp vỏ ngoài , mềm , ngoài bì có màu đỏ, vỏ cà phê chè mềm hơn cà phê vối và cà phê mít .
Lớp vỏ thịt : dưới lớp vỏ mỏng là lớp vỏ thịt gọi là trung bì .Vỏ thịt cà phê chè mềm , chứa nhiều chất ngọt , dễ xay xát hơn . Vỏ thịt cà phê mít cứng và dày hơn .
Vỏ trấu : hạt cà phê sau khi loại bỏ các chất nhờn và phơi khô gọi là cà phê thóc , vì bao bọc nhân là một lớp vỏ cứng nhiều chất xơ mềm gọi là vỏ trấu tức là nội bì . Vỏ trấu cà phê chè mỏng hơn và dễ đập hơn là vỏ trấu của cà phê vối và cà phê mít .
Vỏ lụa : bao bọc quanh nhân cà phê còn một lớp mỏng , mềm gọi là vỏ lụa , chúng có màu sắc khác nhau tuỳ theo từng loại cà phê . Vỏ lụa cà phê chè có màu trắng bạc rất mỏng và dễ bong ra khỏi hạt trong quá trình chế biến . Vỏ lụa cà phê vối mầu nâu nhạt . Vỏ lụa cà phê mít màu vàng nhạt bám sát vào nhân cà phê .
Nhân cà phê : ở trong cùng . Lớp tế bào phần ngoài của nhân cứng , có những tế bào nhỏ , trong có chứa những chất dầu . Phía trong có những tế bào lớn và mềm hơn . Một quả cà phê thường có từ 1 , 2 hoặc 3 nhân. Thông thường chỉ có 2 nhân
1.2.2. Đặc đểm sản phẩm
Sản phẩm ở dạng dung dịch, gồm:
- Dung môi: nước
- Các chất hòa tan: có nồng độ cao.
1.2.3. Biến đổi nguyên liệu và sản phẩm
Trong quá trình cô đặc, tính chất cơ bản của nguyên liệu và sản phẩm biến đổi không ngừng.
 Biến đổi tính chất vật lý
Thời gian cô đặc tăng làm cho nồng độ dung dịch tăng dẫn đến tính chất dung dịch thay đổi.
- Các đại lượng giảm: hệ số dẫn nhiệt, nhiệt dung riêng, hệ số cấp nhiệt, hệ số truyền nhiệt.
- Các đại lượng tăng: khối lượng dung dịch, độ nhớt, tổn thất nhiệt do nồng độ, nhiệt độ sôi.
 Biển đổi tính chất hóa học
Thay đổi pH môi trường: thường là giảm pH do các phản ứng phân hủy amit của các cấu tử tạo thành acid.
Đóng cặn
Phân hủy một số vitamin.
 Biển đổi sinh học
Tiêu diệt vi sinh vật ( ở nhiệt độ cao) Hạn chế khả năng hoạt động của các vi sinh vật ở nồng độ cao
1.2.4. Yêu cầu chất lượng sản phẩm và giá trị sinh hóa
Thực hiện một chế độ hết sức nghiêm ngặt để:
- Đảm bảo các cấu tử quý trong sản phẩm có mùi, vị đặc trưng được giữ nguyên.
- Đạt nồng độ và độ tinh khiết yêu cầu.
- Thành phần hóa học chủ yếu không thay đổi.
1.3. SƠ LƯỢC VỀ CÔ ĐẶC:
1.3.1. Khái niệm:
Cô đặc là quá trình làm tăng nồng độ của chất rắn hoà tan trong dung dịch bằng cách tách bớt một phần dung môi qua dạng hơi.
1.3.2. Đặc điểm của quá trình cô đặc
- Trong công nghiệp hóa chất và thực phẩm thường làm đậm đặc dung dịch nhờ đun sôi gọi là quá trình cô đặc, đặc điểm của quá trình cô đặc là dung môi được tách khỏi dung dịch ở dạng hơi, còn dung chất hòa tan trong dung dịch không bay hơi, do đó nồng độ của dung dịch sẽ tăng dần lên, khác với quá trình chưng cất, trong quá trình chưng cất các cấu tử trong hỗn hợp cùng bay hơi chỉ khác nhau về nồng độ trong hỗn hợp.
- Hơi của dung môi được tách ra trong quá trình cô đặc thường là hơi nước gọi là “hơi thứ”-thường có nhiệt độ cao, ẩn nhiệt hoá hơi lớn có nên được sử dụng làm hơi đốt cho các nồi cô đặc. Nếu “hơi thứ” được sử dụng ngoài dây chuyền cô đặc gọi là “hơi phụ”.
1.3.3. Các phương pháp cô đặc
- Quá trình cô đặc có thể tiến hành trong hệ thống cô đặc một nồi hoặc nhiều nồi làm việc gián đoạn hay liên tục.
+ Khi cô đặc gián đoạn: dung dịch cho vào thiết bị một lần rồi cô đặc đến nồng yêu cầu, hoặc cho vào liên tục trong quá trình bốc hơi để giữ mức dung dịch không đổi đến khi nồng độ dung dịch trong thiết bị đã đạt yêu cầu sẽ lấy ra một lần sau đó lại cho dung dịch mới để cô.
+ Khi cô đặc liên tục: dung dịch và hơi đốt cho vào liên tục, sản phẩm cũng được lấy ra liên tục.
- Quá trình cô đặc được tiến hành ở nhiệt độ sôi, ở mọi áp suất(áp suất chân không, áp suất thường hay áp suất dư) tuỳ theo yêu câu kỹ thuật và sản phẩm cô đặc để lựa chọn áp suất làm việc thích hợp trong quá trình cô đặc.
+ Cô đặc chân không dùng cho các dung dịch có nhiệt độ sôi cao và dung dịch dễ bị phân huỷ vì nhiệt, ngoài ra còn làm tăng hiệu số nhiệt độ của hơi đốt và nhiệt độ sôi trung bình của dung dịch (hiệu số nhiệt độ hữu ích), dẫn đến giảm bề mặt truyền nhiệt. Mặt khác, cô đặc chân không thì nhiệt độ sôi của dung dịch thấp nên có thể tận dụng nhiệt thừa của các quá trình khác (hoặc sử dụng hơi thứ) cho quá trình cô đặc.
+ Cô đặc ở áp suất cao hơn áp suất khí quyển thường dùng cho các dung dịch không bị phân huỷ ở nhiệt độ cao như các dung dịch muối vô cơ, để sử dụng hơi thứ cho cô đặc và cho các quá trình đun nóng khác.
+ Cô đặc ở áp suất khí quyển thì hơi thứ không được sử dụng mà thải ra ngoài môi trường. Đây là phương pháp tuy đơn giản nhưng không kinh tế.
Trên thực tế, trong hệ thống cô đặc nhiều nồi thì nồi đầu tiên thường làm việc ở áp suất lớn hơn áp suất khí quyển, các nồi sau làm việc ở áp suất chân không.