Đồ án Tổng quan về cam và công nghệ sản xuất nước cam cô đặc

PHAÀN 1 TOÅNG QUAN VEÀ CAM VAØ COÂNG NGHEÄ SAÛN XUAÁT NÖÔÙC CAM COÂ ÑAËC I. TOÅNG QUAN VEÀ CAM I.1. Nguoàn goác Caây cam ñaõ ñöôïc bieát ñeán töø raát laâu khoaûng 2200 naêm tröôùc coâng nguyeân ôû Trung Quoác nhöng moät soá ngöôøi laïi cho raèng caây cam coù nguoàn goác töø daõy Himalayas (AÁn Ñoä). Cam ñöôïc troàng raát phoå bieán ôû AÁn Ñoä, sau ñoù lan roäng veà phía ñoâng, vaø ñeán caû vuøng Ñoâng Nam AÙ. Vaøo khoaûng theá kæ thöù 3 tröôùc coâng nguyeân, caây cam ñöôïc ñöa ñeán Chaâu AÂu vaø noù lan ra tôùi caû vuøng Ñòa Trung Haûi. Sau ñoù, caây cam ñöôïc Columbus mang ñeán Chaâu Myõ. Nhöõng naêm sau ñoù, nhöõng ngöôøi laøm vöôøn ôû Chaâu Myõ vaø Chaâu AÂu ñaõ ñem caây cam ñeán Chaâu UÙc vaø Chaâu Phi. Ngaøy nay caây cam ñöôïc troàng raát phoå bieán ôû nhieàu nôi treân theá giôùi. I.2. Phaân loaïi Coù nhieàu caùch phaân loaïi cam khaùc nhau, tuøy thuoäc vaøo töøng quoác gia vaø ñòa phöông. Trong thöông maïi, cam ñöôïc chia thaønh 2 loaïi: Cam ngoït (sweet orange) vaø cam chua (sour orange). Trong ñoù, cam chua thöôøng duøng trong saûn xuaát möùt cam. Moät soá loaïi cam ngoït thöôøng gaëp: Cam troøn Cam troøn phoå bieàn nhaát laø loaïi Valencia, coù nguoàn goác töø ñaûo Azores vaø Boà Ñaøo Nha. Gioáng cam naøy coù khaû naêng thích öùng trong nhöõng vuøng noäi ñòa, nôi coù söï cheânh leäch saâu saéc giöõa ngaøy vaø ñeâm vaø laøm hoaït hoùa heä saéc toá cuûa voû taïo cho noù maøu saéc haáp daãn. Quaû coù côõ nhoû tôùi trung bình thích hôïp cho saûn xuaát coâng nghieäp. Voû moûng, da cam nhaün, maøu cam saùng. Quaû coù muøi vò ñaëc saéc ngay khi coøn töôi hay sau khi ñaõ ñöôïc cheá bieán nöôùc eùp. Khi quaû chín treân caây, noù chuyeån sang maøu cam saùng nhöng khi nhieät ñoä noùng leân laøm cho da haáp thuï laïi chlorophyl töø laù neân cam chín coù maøu xanh nhaït. Loaïi cam naøy chuû yeáu duøng laøm nöôùc quaû vôùi chaát löôïng nöôùc eùp toát nhaát do chöùa nhieàu dòch quaû coù maøu saäm vaø beàn , ít haït neân khoâng taïo vò ñaéng. Valencia cuõng coù theå duøng aên töôi. Cam navel Tröôùc naêm1835, Cam navel ñöôïc troàng nhieàu ôû Florida nhöng bò phaù huyû trong chieán tranh theá giôùi thöù nhaát. Gioáng cam naøy cuõng ñöôïc troàng nhieàu ôû Brazil, Trung Quoác ... Cam navel coù quaû to hôn gioáng Valencia vaø caùc loaïi cam ngoït khaùc. Quaû coù maøu vaøng ñaäm saùng cho tôùi cam, da hoà ñaøo daøy vaø deã loät voû, khoâng haït. Quaû cho chaát löôïng toát khi ñaït ñoä chaéc vaø khoái löôïng nhaát ñònh, cho nhieàu nöôùc quaû. Thôøi tieát laïnh laøm maøu quaû caøng vaøng saùng vì theá quaû coù theå chín vaø vaãn coøn maøu xanh nhaït treân da. Gioáng cam naøy ít ñöôïc duøng trong cheá bieán nöôùc quaû vì trong quaù trình cheá bieán deã phaùt sinh vò ñaéng. Cam Blood ( Cam ñoû ) Ñaây laø loaïi quaû ñöôïc xem laø ngon vaø haáp daãn nhaát trong caùc loaïi quaû coù muùi ñöôïc tìm thaáy ñaàu tieân ôû Ñòa Trung Haûi. Quaû côõ trung bình vôùi voû moûng coù ít hoaëc khoâng haït. Coù maøu ñoû saäm saùng ñeïp. Nhöôïc ñieåm lôùn nhaát laø haøm löôïng anthocyanin taïo maøu ñoû ñaäm coù khuynh höôùng bò nhaït trong quaù trình cheá bieán vaø baûo quaûn. Anthocyanin coøn laø chaát choáng oxy hoùa maïnh taïo nhieàu goác töï do gaây ung thö, laõo hoùa, beänh nheï … Loaïi cam naøy thöôøng ñöôïc duøng ñeå aên töôi, aên keøm salad, duøng roâti hoaëc nöôùng thòt. Cam ngoït (acidless orange) Loaïi naøy ñöôïc troàng chuû yeáu ôû Ñòa Trung Haûi. Do nöôùc quaû coù ñoä ngoït quaù cao vaø haøm löôïng acid thaáp khoâng ñuû khaû naêng öùc cheá vi sinh vaät neân loaïi cam naøy khoâng thích hôïp cho saûn xuaát nöôùc eùp. Acidless orange Valencia Orange Navel orange Blood orange Hình 1 – Caùc loaïi cam phoå bieán trong thöông maïi ÔÛ Vieät Nam, cam ñöôïc chia laøm 3 loaïi : cam chanh, cam saønh vaø cam ñaéng. Moät soá gioáng cam phoå bieán ôû nöôùc ta nhö cam Xaõ Ñoaøi ( Ngheä An ), cam Ñoäng Ñình, cam ñöôøng,… Cam Xaõ Ñoaøi ( Ngheä An ) : Caây töông ñoái cao, ít caønh laù (caønh quaû), troàng ôû Xaõ Ñoaøi, xaõ Nghi Dieân, huyeän Nghi Loäc, tænh Ngheä An. Quaû ngon, thôm coù voû moûng vaø boùng, vò ngoït ñaäm, ít xô . Duøng chuû yeáu trong saûn xuaát nöôùc cam vaø möùt cam. Cam ñöôøng : Quaû trung bình 100g, voû moûng, maøu vaøng ñoû hay ñoû saãm, deã boùc, muùi deã chia. Coù ba loaïi chính laø Cam giaáy vôùi caùc gioáng Cam Canh (Haø Noäi), Cam Ñoàng duï (Haûi Phoøng), Cam Ngoïc cuïc vaø Cam Haønh Thieän (Nam Haø); Cam Buø, Cam Chua ôû Höông Sôn (Haø Tónh); Cam voi ôû Tuyeân Hoaù (Quaûng Bình). Cam saønh : quaû coù voû saàn suøi vaø mòn; voû daøy, khi chín coù maøu vaøng hay ñoû saãm, tuy daøy nhöng deã boùc, ruoät ñoû, haït coù maøu naâu luïc, vò ngoït, hôi chua, höông vò ngon nhö quyùt OÂn Chaân (Nhaät Baûn). Thích hôïp laøm ñoà hoäp quaû nöôùc ñöôøng. Gioáng phoå bieán laø cam Boá Haï, troàng ôû baõi phuø sa Haø Baéc treân ñaát thoaùt nöôùc; quaû deït, naëng trung bình 200-250g, maøu vaøng ñoû ñeïp chín vaøo thaùng 11-12-1 naêm sau, dòp Teát Nguyeân ñaùn. Cam saønh coøn coù teân laø Citrus nobilis Lour. Quyùt tröôùc ñaây cuõng ñöôïc xem laø moät thöù trong Cam saønh. I.3. Caáu taïo cuûa quaû cam Caáu taïo cuûa quaû cam goàm coù nhöõng phaàn sau : Lôùp voû ngoaøi (flavedo) : coù maøu cam hoaëc maøu xanh tuøy theo gioáng. Lôùp voû ngoaøi coù chöùa raát nhieàu caùc tuùi tinh daàu. Lôùp cuøi traéng (albedo) : coù chöùa pectin vaø cellulose. Muùi cam : beân trong coù chöùa nhöõng teùp cam, trong coù chöùa dòch baøo. Haït cam : chöùa maàm caây. Loõi : laø phaàn naèm ôû trung taâm cuûa quaû cam, thaønh phaàn töông töï lôùp cuøi traéng. I.4. Thaønh phaàn hoùa hoïc cuûa cam Thaønh phaàn hoùa hoïc cuûa cam ñöôïc trình baøy trong baûng 2. Baûng 1 – Thaønh phaàn dinh döôõng cuûa cam töôi (tính treân 100g) Thaønh phaàn Haøm löôïng Ñôn vò Muùi Voû Thaønh phaàn chính Nöôùc 88,06 75,95 % Protein 0.9 - % Tinh daàu veát 2,4 % Sacharose Glucose Frutose 3.59 1.25 1.45 1,22 3,49 3,24 % Acid höõu cô 1,41 0,22 % Cellulose 0,47 3,49 % Pectin 1,41 0,22 % Muoái khoaùng Ca 34 - mg% P 23 - mg% Fe 0.4 - mg% Vitamine A 0.09 - mg% β-Carotene 0.4 0,09 mg% B1 0.04 0,02 mg% B2 0.06 - mg% PP 0.75 1,27 mg% C 65 170 mg% Baûng 2 – Ñaëc ñieåm kyõ thuaät cuûa cam, quyùt, chanh Vieät Nam ([13],244) Chæ tieâu Cam saønh (Boá Haï) Cam chanh (Xaõ Ñoaøi) Quyùt (Lí Nhaân) Chanh (Hoaø Bình) Khoái löôïng quaû, g 260 240 40 64 Ñöôøng kính quaû, mm 88 80 45 5,1 Haøm löôïng chaát khoâ, % 11,5 11,5 10 7,0 Ñoä acid  - -  0,75 -  pH 3,2 3,2 - 3,8 - 2,5 - 2,6 I.5. Thu hoaïch vaø baûo quaûn ÔÛ nöôùc ta, cam ñöôïc troàng roäng raõi treân khaép caû nöôùc. Caây ra hoa quanh naêm, thöôøng coù hoa vaøo thaùng 1-2, coù quaû vaøo thaùng 11-12. Cam cuõng nhö caùc loaïi quaû coù muùi khaùc thöôøng ñöôïc thu haùi khi môùi baét ñaàu chín. Coù theå duøng keùo caét cuoáng saùt maët quaû. Sau khi thu haùi neân ñeå quaû ôû ñieàu kieän bình thöôøng trong 12-14 giôø ñeå oån ñònh hoâ haáp. Trong thôøi gian ñoù, tieán haønh löïa choïn theo ñoä chín, kích thöôùc, loaïi boû nhöõng quaû baàm giaäp, saây saùt. Trong tröôøng hôïp quaû nhieãm baån nhieàu thì phaûi röûa roài ñeå khoâ raùo. Ñeå choáng nhieãm truøng coù theå boâi voâi vaøo cuoáng. Ñeå baûo quaûn cam trong thôøi gian daøi, ngöôøi ta thöôøng söû duïng moät soá phöông phaùp nhö: baûo quaûn trong caùt, baèng hoùa chaát, nhieät ñoä thaáp,… II. GIÔÙI THIEÄU QUY TRÌNH SAÛN XUAÁT NÖÔÙC CAM COÂ ÑAËC II.1. Sô ñoà quy trình coâng ngheä Hình 2 – Sô ñoà quy trình coâng ngheä saûn xuaát nöôùc cam coâ ñaëc II.2. Thuyeát minh Choïn löïa phaân loaïi Nguyeân lieäu cam ñöôïc löïa choïn nhaèm loaïi tröø nhöõng quaû khoâng ñaït tieâu chuaån nhö saâu beänh, men moác, thoái hoûng… cho cheá bieán nöôùc cam coâ ñaëc. Sau khi choïn löïa choïn, ta tieán haønh phaân loaïi nhaèm phaân chia thaønh nguyeân lieäu ñoàng ñeàu veà kích thöôùc, hình daùng, maøu saéc vaø ñoä chín… Röûa Röûa coù theå tieán haønh tröôùc hoaëc sau khi phaân loaïi nhaèm loaïi tröø taïp chaát cô hoïc nhö ñaát, caùt buïi vaø laøm giaûm löôïng vi sinh vaät ôû ngoaøi voû nguyeân lieäu. Yeâu caàu cô baûn cuûa quaù trình röûa laø sau khi röûa saïch khoâng bò daäp naùt, caùc chaát dinh döôõng khoâng bò toån thaát, thôøi gian röûa ngaén vaø ít toán nöôùc. Nöôùc röûa cuõng nhö nöôùc duøng trong coâng ngheä cheá bieán (chaàn, naáu, pha cheá…) phaûi laø nöôùc aên, ñaûm baûo chæ tieâu Veä sinh dòch teã (Boä Y teá) quy ñònh. Nöôùc röûa ñöôïc söû duïng ôû ñaây coù theå taän duïng töø löôïng nöôùc sau khi röûa tinh theå nöôùc ñaù cuoái quaù trình coâ ñaëc. EÙp Nguyeân lyù : eùp laø phöông phaùp chuû yeáu ñeå taùch dòch baøo ra khoûi nguyeân lieäu. Trong quaù trình eùp thì hieäu suaát eùp laø chæ tieâu quan troïng nhaát. Hieäu suaát eùp phuï thuoäc vaøo nhieàu yeáu toá : phaåm chaát nguyeân lieäu, phöông phaùp sô cheá, caáu taïo, chieàu daøy, ñoä chaéc cuûa lôùp nguyeân lieäu eùp vaø aùp suaát eùp. Dòch baøo chöùa trong khoâng baøo bò bao boïc bôùi chaát nguyeân sinh. Chaát nguyeân sinh cuûa quaû coù tính baùn thaám, ngaên caûn söï tieát dòch baøo. Vì vaäy, muoán naêng cao hieäu suaát eùp phaûi laøm giaûm tính baùn thaám cuûa chaát nguyeân sinh baèng caùch laøm bieán tính chaát nguyeân sinh hay laøm cheát teá baøo. Thoâng thöôøng ngöôøi ta söû duïng caùc phöông phaùp nhö sau : ñun noùng, söû duïng naám men chöùa hoãn hôïp pectinase, protease hoaëc duøng doøng ñieän… Thieát bò eùp : söû duïng thieát bò eùp lieân tuïc cuûa haõng FMC Hình 3 – Maùy eùp cam cuûa haõng FMC Food Tech Caáu taïo cuûa maùy Maùy coù töø 3 ñeán 8 caëp cheùn eùp (tuøy naêng suaát cuûa maùy). Vd: maùy coù 5 caëp cheùn eùp coù theå eùp 350 – 500 traùi/ phuùt). Cheùn döôùi coá ñònh, cheùn treân coù theå chuyeån ñoäng leân xuoáng. ÔÛ giöõa cheùn treân vaø döôùi coù loã troøn, caïnh saéc ñeå taïo neân loã caét ñöôøng kính 1 inch ôû phaàn giöõa traùi cam. Dòch quaû ôû beân trong seõ thoaùt ra ngoaøi qua loã naøy trong quaù trình eùp. OÁng loïc thoâ (Prefinisher tube): taùch caùc phaàn thòt quaû coù kích thöôùc lôùn ra khoûi dòch quaû. OÁng goùp (Juice manifold): thu nhaän dòch quaû. Piston (Orifice tube): taïo aùp suaát beân trong oáng loïc ñeå ñaåy dòch quaû ra ngoaøi, ñaàu oáng coù theå ñoùng môû ñöôïc coù taùc duïng thu nhaän vaø thaûi boû caùc phaàn töû lôùn coøn ôû beân trong oáng loïc. Nguyeân lyù hoaït ñoäng Giai ñoaïn caét : cheùn phía treân di chuyeån xuoáng, taïo moät löïc neùn caét hai ñaàu cuûa quaû cam. Giai ñoaïn eùp : phaàn truïc cuûa cheùn treân tieáp tuïc di chuyeån xuoáng phía döôùi, aùp löïc taêng, ñaåy phaàn dòch quaû ôû beân trong quaû ra, ñi vaøo oáng loïc thoâ. Phaàn voû thoaùt ra khoûi cheùn thoâng qua khe hôû giöõa dao caét vaø khung cuûa cheùn treân. Giai ñoaïn keát thuùc : orifice tube chuyeån ñoäng leân phía treân taïo moät aùp löïc beân trong oáng loïc thoâ, dòch quaû vaø phaàn thòt quaû seõ ñöôïc eùp ra ngoaøi. LoÏc thoâ Sau khi eùp, phaàn dòch quaû vaø thòt quaû coù kích thöôùc nhoû hôn caùc loã loïc treân oáng loïc thoâ seõ ñöôïc ñaåy ra vaø chaûy vaøo oáng goùp ôû phía döôùi. Nöôùc quaû seõ ñöôïc daãn qua thieát bò keá tieáp. Phaàn baõ coøn naèm ôû beân trong oáng loïc seõ ñöôïc huùt ra ngoaøi thoâng qua moät loã (ñoùng môû ñöôïc) ôû orifice tube. Phaàn loõi vaø voû quaû coù chöùa nhieàu tinh daàu cam. Trong quaù trình eùp vaø thoaùt ra ngoaøi cheùn eùp, phaàn voû quaû bò toån thöông, caùc tinh daàu seõ taäp trung treân beà maët voû. ÔÛ gaàn cuoái maùy coù moät boä phaän phun nöôùc coù taùc duïng röûa troâi caùc tinh daàu, taïo thaønh heä nhuõ töông vaø chaûy ra ngoaøi. Phaàn nhuõ töông naøy seõ ñi qua thieát bò loïc ñeå taùch caën, sau ñoù seõ ñöôïc li taâm ñeå taùch daàu ra khoûi nöôùc. Phaàn daàu seõ tieáp tuïc ñöôïc tinh cheá coøn phaàn nöôùc seõ ñöôïc tieáp tuïc söû duïng laøm nöôùc röûa tinh daàu. Gia nhieät Tieán haønh gia nhieät dòch eùp baèng thieát bò gia nhieät daïng oáng chuøm hay oáng loàng oáng. Muïc ñích cuûa quaù trình gia nhieät laø laøm keát tuûa caùc thaønh phaàn khoâng tan trong dòch quaû laøm aûnh höôûng ñeán tính chaát caûm quan cuûa saûn phaåm. Caùc thaønh phaàn naøy bao goàm protid, chaát ñaéng… Nhieät ñoä coù theå laøm protid bò bieán tính vaø taïo tuûa. Keát tuûa seõ ñöôïc laéng xuoáng ñaùy boàn vaø keùo theo caùc hôïp chaát gaây vò ñaéng. Quaù trình naøy goùp phaàn laøm cho dung dòch coù ñoä ñoàng nhaát cao vaø trong hôn. Coù theå boå sung chaát trôï laéng ñeå taêng hieäu quaû cuûa quaù trình. Löu yù caàn gia nhieät thaät nhanh ôù nhieät ñoä 70-75oC töø 5-10 phuùt ñeå traùnh toån thaát chaát khoâ. Ly taâm Quaù trình ly taâm nhaèm muïc ñích taùch baõ vaø caùc chaát chaát keo ñaõ keát tuûa sau quaù trình gia nhieät laøm cho dòch quaû ñem coâ ñaëc coù ñoä ñoàng nhaát cao vaø loaïi boû nhöõng aûnh höôûng xaáu cuûa saûn phaåm coâ ñaëc sau naøy. Coâ ñaëc Nguyeân taéc : khi giaûm nhieät ñoä cuûa dung dòch nöôùc cam chöa baõo hoaø xuoáng döôùi nhieät ñoä ñoùng baêng cuûa noù thì dung moâi (nöôùc) seõ ñoùng baêng tröôùc, coøn chaát hoaø tan (ñöôøng, acid, caáu töû höông…) vaãn coøn ôû daïng dung dòch. Taùch pha raén khoûi pha loûng baèng caùch ly taâm keát hôïp vôùi dao caïo nöôùc ñaù, dòch quaû thu ñöôïc chính laø nöôùc cam coâ ñaëc. Nhieät ñoä coâ ñaëc ñöôïc ñöa xuoáng khoaûng -10oC -15oC. Ñeå ñaûm baûo hieäu suaát coâ ñaëc cao ta coù theå tieán haønh coâ ñaëc nhieàu caáp. So vôùi phöông phaùp boác hôi thì phöông phaùp laïnh ñoâng tuy coù toån thaát chaát hoaø tan nhieàu hôn nhöng saûn phaåm coù chaát löôïng cao, giöõ ñöôïc nhieàu chaát dinh döôõng hôn vaø ñaëc bieät laø nhöõng tính chaát caûm quan ñaëc tröng cuûa nöôùc quaû maø phöông phaùp boác hôi khoâng coù ñöôïc. Maët khaùc ñeå saûn phaåm ñaït noàng ñoä cao baèng caùch keát hôïp hai phöông phaùp : luùc ñaàu coâ ñaëc baèng chaân khoâng, sau ñoù laøm laïnh ñoâng tieáp tuïc ñeán noàng ñoä chaát khoâ caàn thieát. Roùt chai, gheùp naép Nöôùc cam trong quaù trình baûo quaûn vaø toàn tröõ thì höông vò giaûm suùt roõ reät. Ñeå haïn cheá tình traïng naøy, ngöôøi ta duøng chai thuûy tinh maøu vaø baûo quaûn ôû nhieät ñoä 0-5oC. Sau khi roùt xong caàn phaûi gheùp naép, quaù trình gheùp kín nhaèm caùch li hoaøn toaøn vôùi moâi tröôøng khoâng khí vaø vi sinh vaät gaây hö hoûng, laøm giaûm phaåm chaát cuûa saûn phaåm. Maët khaùc naép chai phaûi ñöôïc gheùp thaät kín vaø thaät chaéc coøn nhaèm muïc ñích ñaûm baûo quaù trình thanh truøng khoâng bò baät naép hay hôû moái gheùp. Thanh truøng Thanh truøng laø moät quaù trình quan troïng coù tính chaát quyeát ñònh tôùi khaû naêng baûo quaûn chaát löôïng cuûa saûn phaåm. Quaù trình thanh truøng nhaèm tieâu dieät hoaøn toaøn hay öùc cheá caùc vi sinh vaät gaây hö hoûng vaø caùc nha baøo cuûa chuùng. Yeâu caàu cuûa kyõ thuaät thanh truøng laø vöøa ñaûm baûo tieâu dieät vi sinh vaät coù haïi coøn laïi ít ñeán möùc ñoä khoâng theå phaùt trieån ñeå laøm hoûng ñoà hoäp vaø laøm haïi söùc khoeû ngöôøi tieâu duøng, laïi vöøa ñaûm baûo cho ñoà hoäp coù chaát löôïng toát nhaát veà giaù trò caûm quan vaø dinh döôõng. Baûo quaûn Muïc ñích cuûa quaù trình baûo quaûn laø nhaèm theo doõi söï oån ñònh cuûa saûn phaåm, sôùm phaùt hieän caùc ñoà hoäp bò hö hoûng. Thôøi gian oån ñònh cuûa nöôùc quaû ít nhaát laø 15 ngaøy. Tieán haønh baûo quaûn baèng caùch laáy rieâng 1% soá löôïng ñoùng chai, baûo quaûn taïi phong kieåm tra ôû nhieät ñoä 37oC ñeå phaùt hieän söï hoaït ñoäïng cuûa moät soá vi sinh vaät coù haïi (phöông phaùp baûo oân saûn phaåm). Hoaøn thieän saûn phaåm Ñaây laø khaâu cuoái cuøng cuûa quy trình saûn xuaát. Caùc chai ñöôïc ñoùng goùi, daùn nhaõn vaø xuaát xöôûng. Saûn phaåm ñöôïc phaân phoái ra thò tröôøng vaø ñeán tay ngöôøi tieâu duøng. PHAÀN 2 TÍNH CAÂN BAÈNG VAÄT CHAÁT CHO THIEÁT BÒ KEÁT TINH I. TÍNH CAÂN BAÈNG VAÄT CHAÁT CHO QUY TRÌNH I.1. Sô ñoà quy trình coâ ñaëc Hình 4 - Sô ñoà quy trình coâng ngheä coâ ñaëc keát tinh 2 caáp I.2. Ñaët vaán ñeà Tính toaùn caân baèng vaät chaát cho 1kg nhaäp lieäu (vaøo noài coâ ñaëc) vôùi noàng ñoä chaát khoâ ban ñaàu laø x = 10%. Saûn phaåm coù noàng ñoä chaát khoâ laø 30%. Naêng suaát 5000T/naêm. Vì khoâng coù giaûn ñoà keát tinh cuûa nöôùc cam neân ta coù theå choïn giaûn ñoà keát tinh cuûa nöôùc taùo laøm cô sôû ñeå xaùc ñònh nhieät ñoä keát tinh cuûa nöôùc cam theo noàng ñoä (vì thaønh phaàn hoaù hoïc nöôùc taùo gaàn vôùi thaønh phaàn hoaù hoïc cuûa nöôùc cam) Trong thöïc teá, löôïng chaát khoâ trong dòch nöôùc cam laø hoãn hôïp phöùc taïp nhieàu caáu töû nhöng ñeå ñôn giaûn ta xem dòch nöôùc cam eùp laø hoãn hôïp hai caáu töû tan laãn goàm nöôùc vaø chaát khoâ tan trong nöôùc. Thaønh phaàn Ñôn vò Cam Taùo Daâu taây Nöôùc g 88.8 87.5 84 Protein g 0.9 0.5 1.8 Lipid g - - - Glucid g 8.4 11.3 9.4 Cellulose g 1.4 0.6 4.0 Baûng 3 – Thaønh phaàn chaát khoâ cuûa moät soá dòch eùp traùi caây Baûng 4 – Nhieät ñoä keát tinh vaø khoái löôïng rieâng cuûa dòch cam eùp theo noàng ñoä Noàng ñoä phaàn khoái löôïng, x% Nhiệt độ kết tinh, oC Khoái löôïng rieâng r, kg/m3 2 0 994 10 -1 1037 20 -2 1089 30 -5 1142 Treân giaûn ñoà ta xaùc ñònh ñöôïc nhieät ñoä keát tinh cuûa nöôùc cam theo ñöôøng keát tinh cuûa taùo Nhieät ñoä baét ñaàu keát tinh : t1 (x = 0,12) = -1oC ; r = 1037 kg/m3 Nhieät ñoä cuûa keát thuùc quaù trình coâ ñaëc (x=0.3) : t2 = -5oC ; r = 1142 kg/m3. Khoái löôïng rieâng coù theå tính theo coâng thöùc : (xem baûng 4) r = 1766 – 6.8W – 0.97T + 0.006WT ([4],2.32,tr.83) Choïn moâ hình keát tinh 2 caáp Caáp 1 : töø -1oC (x=0.1) ñeán -2oC (x=0.2) Caáp 2 : töø –2oC (x=0.2) ñeán -5oC (x=0.3) I.3. Tính caân baèng vaät chaát cho quaù trình coâ ñaëc Choïn moâ hình coâ ñaëc keát tinh giaùn ñoaïn 2 caáp. Goïi : Gñ, xñ : Khoái löôïng vaø noàng ñoä chaát khoâ trong hoãn hôïp nhaäp lieäu Gc, xc : Khoái löôïng dòch caùi vaø noàng ñoä chkhoâ töông öùng thu ñöôïc (saûn phaåm) M1, x1 :Khoái löôïng dòch caùi vaø noàng ñoä chaát khoâ trong dòch caùi thu ñöôïc sau keát tinh 1 M2, x2 : Khoái löôïng dòch caùi vaø noàng ñoä chaát khoâ trong dòch caùi sau KT2 DM1, DM2 = Toån thaát sau loïc do dich eùp baùm leân tinh theå K1, K2 sau KT1 vaø KT2 K1, xk1 : Khoái löôïng tinh theå thoâ vaø noàng ñoä chaát khoâ baùm leân tinh theå thoâ sau KT1 K2, xk2 : Khoái löôïng tinh theå thoâ vaø noàng ñoä chaát khoâ baùm leân tinh theå thoâ sau KT2 K3 : khoái löôïng tinh theå nöôùc ñaù coøn sau thieát bò röûa M3 : Löôïng nöôùc röûa taïi thieát bò röûa I.3.1. Taïi thieát bò keát tinh 1 : CBVC tính cho 1 kg dòch nhaäp lieäu => Trong ñoù xñ = 0,1, x1 = 0,2, xk1 = 0,02 ; Gñ = 1 kg/h I.3.2. Taïi thieát bò loïc 1 Muïc ñích : Loïc dòch caùi 1 vaø tinh theå nöôùc thoâ. Sau ñoù ñöa tinh theå nöôùc ñaù thoâ ñi qua maùy röûa Choïn thieát bò loïc ly taâm ñeå loïc tinh theå Choïn caùc thoâng soá cho quaù trình loïc rd1 : khoái löôïng rieâng cuûa dòch caùi sau keát tinh 1 r1 : khoái löôïng rieâng f1 : tyû leä dieän tích beà maët xung quanh töï do cuûa tinh theå coù dòch baùm vaøo d1 : beà daøy lôùp dòch baùm d1 : ñöôøng kính trung bình (caïnh tinh theå laäp phöông) Caàn tính ñöôïc : Löôïng dòch coøn soùt laïi trong baõ loïc tinh theå Trong ñoù rd1 = 1089 kg/m3; rd1 = 1037 kg/m3; f1 = 0.7; d1 = 10-5 m; d1 = 3.10-3m. Tyû leä dòch caùi thu ñöôïc sau thieát bò loïc 1 m1 = kg dòch loïc/kg dòch eùp ñaàu I.3.3. Taïi thieát bò keát tinh 2 ÔÛ ñaây, dòch M1 sau khi loïc (khoái löôïng coøn M1 - DM1) seõ ñöôïc ñem keát tinh laàn 2 thu ñöôïc dòch M2 vaø khoái tinh theå thoâ K2 vôùi noàng ñoä chaát khoâ töông öùng laø x2, xk2. Ta coù => I.3.4. Taïi thieát bò loïc 2 – Loïc ly taâm Löôïng dòch caùi DM2 coøn soùt trong khoái tinh theå laø I.3.5. Taïi thieát bò röûa Cho tinh theå K1 vaø K2 coù chöùa dòch soùt DM1, DM2 vaøo thieát bò röûa R3 vôùi löôïng nöôùc röûa laø M3. Löôïng tinh theå sau röûa coù khoái löôïng laø K3, trong ñoù coù tích moät löôïng nöôùc röûa laø DM3 , nöôùc röûa naøy coù theå xem nhö khoâng coù chaát khoâ hoaø tan trong ñoù. Coøn löôïng nöôùc nöôùc thu hoài M’3 coù noàng ñoä x3 coù theå ñöôïc ñöa vaø hoãn hôïp dòch eùp luùc ban ñaàu ñeå giaûm maát maùt chaát khoâ. Trong thieát bò röûa caùc tinh theå K1 vaø K2 chæ bò maøi moøn veà kích thöôùc chöù khoâng bò giaûm veà soá löôïng tinh theå, do ñoù noù thay ñoåi kích thöôùc (d1’, d2’), ñoä baùm dính beà maët (f1’, f2’) theo tyû leä toån hao khoái löôïng tinh theå (D). Thoâng thöôøng D = 0.01-0.15 neân ta choïn D = 0,1. Tính caân baèng vaät chaát Theo khoái löôïng : K1 + K2 + M3 + DM1+ DM2 = K3 + M’3 + DM3 = (1 - D)(K1 + K2) + M’3 Vôùi K3 = (1 - D)(K1 + K2) Theo chaát khoâ K1xk1 + K2xk2 + 0 + DM1x1 + DM2x2 = (1 - D)K1xk1 + (1 - D)K2xk2 + M’3x3 + 0 Löôïng tinh theå sau röûa laø K3 = (1 – 0.1).(0,5556 + 0,1558) = 0.64 kg Löôïng nöôùc röûa laáy theo tyû leä löôïng tinh theå caàn röûa vôùi heä soá tyû leä x0 (thöôøng x0 = 0.2– 1). Choïn x0 = 0,6 M3 = x0 (K1 + K2) = 0,6.(0.5556 + 0.1558) = 0,42684 kg Löôïng nöôùc tích laïi trong khoái tinh theå DM3 = Vôùi b1 = d’1/d1 ; b2 = d’2/d2 d’1/d1 = d’2/d2 = D2/3 = (0,1)2/3 = 0,21544 => d’1 = d’2 = 6,4632.10-4 m Giaû söû : vaø => d’1 = d’2 = 2,1544.10-6 m => b1 = b2 = 7,1813.10-3 Vaäy löôïng nöôùc röûa tích laïi trong khoái tinh theå sau cuøng laø DM3 = = 0.000464 kg/h Löôïng nöôùc ra khoûi thieát bò röûa M’3 Töø phöông trình caân baèng vaät chaát M3 + K1 + K2 + DM1 + DM2 = K3 + M’3 + DM3 K1xk1 + K2xk2 + 0 + DM1x1 + DM2x2 = (1 - D)K1xk1 + (1 - D)K2xk2 + M’3x3 Suy ra : M’3 = M3 + K1 + K2 + DM1 + DM2 - DM3 - K3 = 0.5081 kg/h Vaø x3 Suy ra löôïng chaát khoâ thaát thoaùt theo nöôùc röûa laø 0,74%.0,5081 = 3,76.10-3 kg/h. So vôùi löôïng chaát khoâ hoãn hôïp ñaàu (0,1 kg/h) thì tyû leä thaát thoaùt laø : 3,76%. Vì tyû leä thaát thoaùt naøy laø khoâng ñaùng keå neân ta khoâng caàn hoài löu nöôùc röûa naøy vaøo hoãn hôïp ñaàu. Löôïng nöôùc röûa naøy coù theå ñöôïc taùi söû duïng ñeå röûa nguyeân lieäu ñaàu vaøo. II. TÍNH CAÂN BAÈNG VAÄT CHAÁT CHO CAÛ QUY TRÌNH II.1. Naêng suaát thaønh phaåm 5000T/naêm = 5000.103kg/(300ngaøy*16giôø/ngaøy) = 1041,7 kg/h II.2. Naêng suaát thieát bò coâ ñaëc: Neáu toån thaát sau quaù trình thanh truøng vaø roùt chai laø 1% Gc = 1041,7/0,99 = 1052,2 kg/h II.3. Naêng suaát nhaäp lieäu vaøo thieát bò coâ ñaëc Tyû leä dòch coâ thu ñöôïc so vôùi dòch ñaàu laø 0,286 Gñ = 1052,2/0,286 = 3679,1 kg/h II.4. Khoái löôïng nöôùc eùp vaøo maùy ly taâm (loïc tinh), Choïn toån thaát laø 0,5% Gv(loïc tinh) = 3679,1/0,995 = 3697,6 kg/h II.5. Khoái löôïng nöôùc eùp vaøo thieát bò gia nhieät Choïn toån thaát trong quaù trình gia nhieät laø 0,5% Gv(gia nhieät) = 3697,6/0.995 = 3716,2 kg/h II.6. Khoái löôïng nöôùc eùp vaøo thieát bò loïc thoâ, Choïn toån thaát laø 1,0% Gv(loïc thoâ) = 3753,7 kg/h II.7. Khoái löôïng nguyeân lieäu vaøo maùy eùp, Bieát hieäu suaát eùp laø 85% Cho tyû leä baõ (bao goàm voû, haït, …) vaø dòch taùch ra trong quaû laø 5/3 = 1.667 Khoái löôïng dòch eùp ra = 3753,7 kg/h Khoái löôïng dòch eùp coù trong quaû = 3753,7/0,85 = 4416,1 kg/h Khoái löôïng baõ (bao goàm voû, haït, taïp chaát…) vaøo = 1,667.4416,1 = 7360,2 kg/h → Khoái löôïng nguyeân lieäu vaøo maùy eùp = 4416,1 + 7360,1 = 11776,3 kg/h II.8. Khoái löôïng nguyeân lieäu (G) vaøo Quaù trình röûa (toån thaát 0,5%) = 11776,3/0,995 = 11835,5 kg/h Quaù trình choïn loïc, phaân loaïi (toån thaát 3%) = 11835,5/0,97 = 12201,6 kg/h Baûng 5 - Toång keát caân baèng vaät chaát cho quaù trình coâ ñaëc (theo 1kg hoãn hôïp ñaàu) Thaønh phaàn Khoái löôïng, kg Noàng ñoä, %kl 1. Nhaäp lieäu Dòch eùp Gñ 1 0.1 2. Thieát bò KT1 Tinh theå thoâ K1 0.5556 0.02 Dòch caùi 1 M1 0.4444 0.2 3. Thieát bò loïc 1 Dòch soùt 1 DM1 0.0082 0.2 4. Thieát bò KT2 Tinh theå thoâ K2 0.1558 0.02 Dòch caùi 2 M2 0.2910 0.3 5. Thieát bò loïc 2 Dòch soùt 2 DM2 0.0024 0.3 6. Thieát bò röûa Tinh theå ñaù K3 0.6402 0 Nöôùc röûa M3 0.4268 0 Nöôùc tích laïi DM3 0.000464 0 Nöôc thu hoài M'3 0.5081 0.0074 7. Saûn phaåm Dòch coâ ñaëc Gc 0.2860 0.3 Bảng 6 – Toång keát caân baèng vaät chaát cho caû quy trình saûn xuaát Quaù trình Toån hao (%) Ñaàu vaøo (kg/h) Ñaàu ra (kg/h) 1 Nhaäp nguyeân lieäu 5.0% 12201.6 2 Choïn loïc, phaân loaïi 3.0% 12201.6 11835.5 3 Röûa 0.5% 11835.5 11776.3 4 EÙp Nguyeân lieäu 15.0% 11776.3 11113.9 Baõ 7360.2 7360.2 Dòch eùp 4416.1 3753.7 5 Loïc thoâ 1.0% 3753.7 3716.2 6 Gia nhieät 0.5% 3716.2 3697.6 7 Ly taâm - loïc tinh 0.5% 3697.6 3679.1 8 Coâ ñaëc 71.4% 3679.1 1052.2 9 Roùt chai, ñoùng naép, thanh truøng, baûo quaûn 1.0% 1052.2 1041.7 12 Baûo quaûn 0.0% 1041.7 1041.7 13 Thaønh phaåm 1041.7 PHAÀN 3 TÍNH CAÂN BAÈNG NAÊNG LÖÔÏNG CHO THIEÁT BÒ KEÁT TINH I. CAÙC THOÂNG SOÁ CAÀN TÍNH I.1. Nhieät dung rieâng cuûa dòch eùp Nhieät dung rieâng cuûa nöôùc cam eùp theo nhieät ñoä ñöôïc tính gaàn ñuùng theo coâng thöùc : ([3], I.50, 153) c = 4190 – (2514 – 7,542t)x , J/kg.ñoä Trong ñoù : c : nhieät dung rieâng cuûa dung dòch nöôùc ñöôøng, J/kg.ñoä t : nhieät ñoä dung dòch, oC. x : noàng ñoä cuûa dung dòch, phaàn khoái löôïng. Söï thay ñoåi cuûa nhieät dung rieâng trong quaù trình coâ ñaëc : (1) (2) (3) (4) (5) I.2. Ñoä nhôùt ñoäng löïc cuûa dòch eùp Ñoä nhôùt cuûa dung dòch nöôùc eùp laáy gaàn ñuùng theo dung dòch ñöôøng mía theo [3,I.112,114) I.3. Heä soá daãn nhieät cuûa dung dòch vaø tinh theå nöôùc ñaù Heä soá daãn nhieät cuûa dung dòch ñöôïc tính theo coâng thöùc : [3,I.32,123] = ( ) Trong ñoù : Cp – nhieät dung rieâng ñaúng aùp cuûa dòch eùp, J/kg.ñoä; r – khoái löôïng rieâng cuûa dòch eùp, kg/m3; M – khoái löôïng mol hoãn hôïp. Vôùi dung dòch ñang eùp thuoäc loaïi chaát loûng lieân keát neân A = 3,58.10-8. Heä soá daãn nhieät cuûa tinh theå nöôùc ñaù : [3, I.128, 132] lñaù1 (-2oC) = 2,532 W/mK lñaù2 (-5oC) = 2,566 W/mK I.4. Nhieät keát tinh cuûa nöôùc ñaù Nhieät keát tinh trung bình cuûa nöôùc (ôû 0oC) laø 1434,6 cal/mol = 333608,3 J/kg ([10],23) Baûng 7 - Toång keát caùc thoâng soá nhieät lyù cuûa dòch eùp vaø nöôùc ñaù Quaù trình x t r kg/m3 cdd J/kg.ñoä cñaù J/kg.ñoä m, Pa.s ldd, W/mK lñaù, W/mK (1) Nhaäp lieäu 0.10 30 1037 3961.23 - 1.792E-03 0.3415 - (2) Laøm laïnh 0.10 3 1037 3940.86 - 1.792E-03 0.3398 - (3) Baét ñaàu keát tinh 0.10 -1 1037 3937.85 - 1.792E-03 0.3395 - (4) Keát thuùc KT1 0.20 -2 1089 3684.18 2090.3 3.804E-03 0.3390 2.532 (5) Keát thuùc KT2 0.30 -5 1142 3424.49 2090.3 9.287E-03 0.3358 2.566 II. TÍNH CAÂN BAÈNG NAÊNG LÖÔÏNG Nhieät löôïng Q (tính treân 1 kg dòch eùp ban ñaàu) caàn cung caáp cho toaøn quaù trình coâ ñaëc keát tinh bao goàm (löôïng nhieät naøy ñöôïc cung caáp cho taùc nhaân laïnh) Qo : nhieät löôïng caàn thieát ñeå laøm laïnh sô boä dòch eùp ban ñaàu töø 30oC → 3oC; Q1 : nhieät löôïng caàn thieát ñeå laøm laïnh (trong TBKT) dòch eùp töø 3oC → -1oC; Qkt : nhieät löôïng caàn thieát ñeå keát tinh nöôùc; Qdd : nhieät löôïng caàn thieát ñeå laøm laïnh dòch eùp töø -1oC → -5oC; Qñaù : nhieät löôïng caàn thieát ñeå laøm laïnh nöôùc ñaù töø -1oC → -5oC. II.1. Nhieät löôïng caàn cho quaù trình laøm laïnh sô boä dòch eùp ban ñaàu Nhieät ñoä ñaàu vaø cuoái quaù trình : tñ = 30oC → t’ñ = 3oC Khoái löôïng dòch eùp : Gñ = 1kg/h Nhieät dung trung bình L : cñ = (3961.23 + 3940.86)/2 = 3951,05 J/kg.ñoä Löôïng nhieät cung caáp : Qo = Gñcñ(tñ – t’ñ) = 1.3951,05.(30 - 3) = 106678.2 J/kg dòch ñaàu.h II.2. Nhieät löôïng caàn thieát ñeå laøm laïnh (trong TBKT) dòch eùp töø 3oC → -1oC Nhieät dung trung bình cuûa dòch eùp : c1 = (3940.86 + 3939.36)/2 = 3939.36 J/kg/ñoä Löôïng nhieät caàn cung caáp laø : Q1 = Gñc1(t’ñ – t1) = 15757.4 J/kg dòch ñaàu.h II.3. Nhieät löôïng cung caáp cho quaù trình keát tinh nöôùc Nhieät keát tinh trung bình cuûa nöôùc laø lkt = 333608,3 J/kg Khoái löôïng tinh theå taïo thaønh K = K1 + K2 = 0,5556 + 0,1558 = 0,7114 kg/kg dòch ñaàu.h Nhieät löôïng cung caáp Keát tinh 1 : Qkt1 = K1. lkt = 0,5556. 333608,3 = 185352.8 J/kg dòch ñaàu.h Keát tinh 2 : Qkt2 = K2. lkt = 0,1558. 333608,3 = 51976.2 J/kg dòch ñaàu.h => Qkt = Qkt1 + Qkt2 = 185352,8 + 51976,2 = 237329 J/kg dòch ñaàu.h II.4. Nhieät löôïng caàn thieát ñeå laøm laïnh dòch eùp töø -1oC → -5oC Ta coù : Qdd = Qdd1 + Qdd2 Trong ñoù : Qdd1 : nhieät löôïng cung caáp cho dòch caùi M1 (töø -1oC → -2oC) Qdd2 : nhieät löôïng cung caáp cho dòch caùi M2 (töø -2oC → -5oC) Khoái löôïng vaø nhieät dung rieâng cuûa dòch caùi M1 = 0,4444 kg/kg dòch ñaàu; cM1 = 3864,18 J/kg.ñoä M2 = 0,29 kg/kg dòch ñaàu; cM2 = 3424,49 J/kg.ñoä Nhieät löôïng cung caáp Qdd1 = M1cM1.(t1 – t2) = 0,4444.3864,18 = 1717,24 J/kg dòch ñaàu.h Qdd2 = M2c M2.(t3 – t2) = 0,29. 3424,49.3 = 2979.3 J/kg dòch ñaàu.h => Qdd = 1717,24 + 2979,3 = 4696,54 J/kg dòch ñaàu.h II.5. Nhieät löôïng caàn cho quaù trình laøm laïnh tinh theå ñaù töø -1oC → -5oC Qñaù = Qñaù 1 + Qñaù 2 = K1cñaù1.(t1 - t2) + K2cñaù 2.(t2 – t3) Nhieät dung rieâng cuûa nöôùc ñaù laáy gaàn ñuùng laø 2090,3 J/kg Nhieät löôïng caàn laø : Taïi keát tinh 1 (töø -1oC → -2oC) : Qñaù1 = 0,5556.2090,3.1 = 1161,4 kJ/kg dòch ñaàu.h Taïi keát tinh 2 (töø -2oC → -5oC) : Qñaù2 = 0.1558.2090,3.3 = 977 J/kg dòch ñaàu.h => Qñaù = 2138,4 J/kg dòch ñaàu.h II.6. Toång nhieät löôïng thöïc teá Choïn toån thaát nhieät laáy baèng 15% löôïng nhieät thöïc teá Toång nhieät löôïng caàn thieát cho quaù trình keát tinh 1 : SQkt1 = 1,15 (Q1 + Qdd1 + Qkt1 + Qñaù1) = 1,15 (15757,4 + 1717,24 + 185352,8 + 1161,4) = 234587,1 J/kg dòch ñaàu.h Toång nhieät löôïng caàn thieát cho quaù trình keát tinh 2 : SQkt2 = 1,15 ( Qdd2 + Qkt2 + Qñaù2) = 1,15 (2979,3 + 51976,2 + 977) = 64322,4 J/kg dòch ñaàu.h Vaäy nhieät caàn cung caáp cho toaøn quaù trình laø SQ = 1,15 Q = 1,15 (Qo + Q1 + Qdd + Qñaù + Qkt) = 1,15.(106678,2 + 15757,4 + 4696,54 + 2138,4 +237329) = 421589,5 J/kg dòch ñaàu Baûng 8 – Toång keát caân baèng nhieät löôïng cho quaù trình coâ ñaëc Quaù trình Nhieät löôïng rieâng J/kg dòch ñaàu.h Nhieät löôïng toång kJ/h Nhieät löôïng toång kW 1. Laøm laïnh sô boä 111527,2 410319,8 113,98 2. Keát tinh 1 234587,1 863069,5 239,74 3. Keát tinh 2 64322,4 236648,6 65,74 Toång nhieät löôïng caàn 421589,5 1.551.069,9 430,85 PHAÀN 4 TÍNH TOAÙN THIEÁT KEÁ THIEÁT BÒ KEÁT TINH VAØ CHOÏN THIEÁT BÒ LOÏC, RÖÛA I. THIEÁT BÒ KEÁT TINH I.1. Giôùi thieäu Thieát bò coâ ñaëc keát tinh laø thieát bò thaân hình truï ñöùng, daïng voû aùo, ñaùy vaø naép ellipse tieâu chuaån. Taùc nhaân giaûi nhieät ñeå keát tinh dung moâi ñöôïc duøng laø NH3. Vaät lieäu cheá taïo thieát bò Thaân laøm baèng theùp khoâng gæ ñeå khoâng laøm aûnh höôûng ñeán ñoä tinh khieát cuûa saûn phaåm, maõ hieäu X18H10T. Voû laøm baèng theùp thöôøng CT3 Phöông phaùp gia coâng : duøng phöông phaùp haøn hoà quang ñieän, kieåu haøn giaùp moái hai phía. I.1.1. Thuøng keát tinh 1 Caùc thoâng soá kích thöôùc, choïn : Ñöôøng kính trong : DT = 1200 mm Chieàu cao thaân : HT = 1800 mm Heä soá chöùa ñaày : b = 0.8 Ñaùy, naép ellipse tieâu chuaån : hgôø = 50 mm ; ht = 300 mm F = 1,75 m2 ; Vnaép, ñaùy = 0,283 m3 Voû boïc caùch nhieät, vaät lieäu : boâng thuyû tinh Voû caùch thaân 50 mm Thôøi gian löu : t = 4h Naêng suaát theå tích nhaäp lieäu : Vñ = m3/h Tính kích thöôùc thuøng Theå tích thuøng : Vthuøng = Vthaân + Vñaùy + Vnaép = m3 Chieàu cao toaøn boä thuøng : Hthuøng = HT + Hñaùy + Hnaép = 1,8 + 0,35.2 = 2,5 m Theå tích dung dòch chöùa : Vdd1 = 0,8.Vthuøng = 2,08 m3 Chieàu cao dung dòch chöùa tính töø ñaùy : Hdd1 = Hdd(thaân) + Hdd(ñaùy) = m Tính beà maët truyeàn nhieät Ñeå ñaûm baûo truyeàn nhieät toát thì lôùp voû aùo cuûa thieát bò ñöôïc bao cao hôn chieàu cao möïc chaát loûng ôû beân trong 150mm. Beà maët truyeàn nhieät : F = Fdd(thaân) = pD(Hdd(thaân) + 0,15) = 6,56 m2 Tính soá thuøng keát tinh 1 N1 = => Choïn soá thuøng N2 = 7 thuøng I.2.2. Thuøng keát tinh 2 Kích thöôùc thuøng keát tinh 2 Ñeå ñôn giaûn trong vieäc cheá taïo vaø laép ñaët ta choïn caùc thoâng soá kích thöôùc cuûa thuøng 2 gioáng kích thöôùc thuøng 1 nhö sau : Thuøng : DT = 1,2 m; Vthuøng = 2,6 m3; Hthuøng = 2,5 m; Thaân : HT = 1,8 m Ñaùy, naép : Vñaùy = Vnaép = 0,283 m3; Fñaùy = Fnaép = 1,75 m2 Theå tích vaø chieàu cao dung dòch : Vdd2 = 2,6.0,8 = 2,08 m3; Hdd2 = Hdd1 = 1,939 m Beà maët truyeàn nhieät : F2 = pD(Hdd(thaân) + 0,1) = 6,367 m2 Soá thuøng keát tinh 2 : N2 = = 2,83 3 thuøng Trong ñoù : Vñ2 = m3/h t = 4h; Vdd2 = 2,08 m3 => Choïn soá thuøng keát tinh laø 3 thuøng I.2. Tính toaùn ñieàu kieän beàn I.2.1. Caùc thoâng soá caàn tra vaø choïn Aùp suaát tính toaùn : Neáu xem aùp suaát thuûy tónh laø khoâng ñaùng keå, beân trong thieát bò laøm vieäc ôû aùp suaát khí quyeån: PT = Pa = 1 at = 0,1 N/mm2 Aùp suaát ngoaøi do taùc nhaân laïnh (ôû nhieät ñoä soâi laø -10oC) taùc ñoäng leân thaân thieát bò laø PN = PsoâiNH3 = 2,9075 at = 0,29075 N/mm2 Aùp suaát taùc ñoäng leân thaân thieát bò laø P = PN – PT = 0,19075 N/mm2 => Thieát bò chòu aùp suaát ngoaøi Vaäy aùp suaát tính toaùn cho thaân thieát bò ñöôïc choïn treân cô sôû ñieàu kieän laøm vieäc nguy hieåm nhaát, ñoù laø tröôøng hôïp khi ta thaùo lieäu maø chöa xaû taùc nhaân ra heát luùc ñoù aùp suaát taùc ñoäng leân thaân thieát bò seõ lôùn nhaát vaø baèng aùp suaát cuûa taùc nhaân laïnh, neân PTT = PN = 0,29075 N/mm2. Nhieät ñoä tính toaùn ñöôïc laáy laø nhieät ñoä moâi tröôøng laøm vieäc coäng vôùi 20oC (thieát bò coù boïc caùch nhieät). Nhöng trong ñieàu kieän thieát bò laøm vieäc ôû nhieät ñoä thaáp nhö vaäy neân ta choïn luoân nhieät ñoä tính toaùn laø 20oC. Vaät lieäu cheá taïo Thaân baèng theùp khoâng gæ X18H10T Voû laøm baèng theùp thöôøng CT3 ÖÙng suaát cho pheùp ([11],hình1.2,18) ÖÙng suaát cho pheùp tieâu chuaån : Heä soá hieäu chænh : h = 0,95 (thieát bò coù boïc caùch nhieät) ÖÙng suaát cho pheùp : Heä soá beàn moái haøn : jh = 0,95 Moâ ñun ñaøn hoài : Giôùi haïn chaûy ôû nhieät ñoä tính toaùn (20oC) Heä soá an toaøn chaûy : nc = 1.65 I.2.2. Tính beàn cho thaân thieát bò khi chòu aùp suaát ngoaøi Beà daøy toái thieåu Trong ñoù : DT = 1200 mm - Ñöôøng kính trong cuûa thieát bò; Pn = 0,29075 N/mm2 - Aùp suaát ngoaøi taùc doäng leân thaân thieát bò; Et = 20,5.104 N/mm2 - Moâñun ñaøn hoài; l’ = lthaân + hñaùy/3 = 1800 + 350/3 = 1916,7 mm – chieu daøi tính toaùm cho thaân. => mm Choïn heä soá boå sung beà daøy C Heä soá aên moøn cuûa taùc nhaân NH3 laø Ca = 1 mm; Heä soá aên moøn cuûa dung dòch nöôùc traùi caây laø Cb = 0,5 mm; Heä soá quy troøn Co = 0,682 mm; => C = 2,182 mm Beà daøy thieát bò : S = 10 mm Kieåm tra beàn (1) Kieåm tra ñieàu kieän : (Thoaû ñieàu kieän) (2) So saùnh : vaø => == 0,4658 < =1,5975 => Thoaû ñieàu kieän (2) (3) Kieåm tra => Thaân ñuû beàn I.2.3. Tính oån ñònh cho ñaùy naép Ñaùy chòu aùp suaát ngoaøi : Pn = PNH3 = 0,2907 N/mm2 Naép chòu aùp suaát ngoaøi xaáp xæ vôùi aùp suaát khí quyeån vì vaäy khi tính beàn cho ñaùy, neáu ñaùy ñuû beà thì naép cuõng ñuû beàn. Choïn beà daøy tính toaùn cho naép baèng vôùi beà daøy cuûa thaân thieát bò : S = 10 mm Tính beàn cho ñaùy (1) So saùnh : vaø Trong ñoù : Rt = Dt = 1200 mm (ñaùy-naép ellipse tieâu chuaån); Et = 20,5.104 N/mm2; N/mm2; x = 0,7 (vaät lieäu cheá taïo laøm baèng theùp khoâng gæ); Khi ñoù : ==12 = => < vaø (2) Aùp suaát cho pheùp : Trong ñoù : laø öùng suaát neùn ñöôïc xaùc ñònh bôûi coâng thöùc : Vì Neân ; kc = 0.065 (theo [11],140) => N/mm2 => b == => b = 1,995 Vaäy = => Ñaùy ñuû beàn Tính töông töï cho naép ta cuõng ñöôïc [Pn] = 0,7779 N/mm2 > 0,1 N/mm2 => Naép cuõng ñuû beàn I.2.4. Tính beà daøy voû thieát bò AÙp suaát beân trong voû thieát bò P = P taùc nhaân = 0,29075 N/mm2 Voû thieát bò chòu aùp suaát trong (Xem nhö beà maët caùch nhieät khoâng taùc duïng leân voû, phía ngoaøi voû chæ chòu aùp suaát khí quyeån). Aùp suaát tính toaùn cho voû thieát bò : PTT = Pdö = Ptuyeät ñoái – Pa = 0.29075 – 0.1 = 0.19075 N/mm2 Nhieät ñoä tính toaùn laáy baèng nhieät ñoä taùc nhaân coäng theâm 20oC (coù boïc caùch nhieät) => Ttt = 10oC Voû laøm baèng theùp thöôøng CT3 ÖÙng suaát cho pheùp ([11],hình1.2,18) ÖÙng suaát cho pheùp tieâu chuaån :; Heä soá hieäu chænh : h = 0,95 (thieát bò coù boïc caùch nhieät); ÖÙng suaát cho pheùp : ; Heä soá beàn moái haøn : jh = 0,95 Tính beà daøy voû: Xeùt: - Beà daøy toái thieåu : - Khi 1000 Dt 2000 mm thì S’ = 4 mm. - Beà daøy thöïc : S = S’ + Ca + Cb + Co Trong ñoù : Ca : heä soá aên moøn cuûa NH3. Choïn Ca = 0.5 mm Co : heä soá quy troøn kích thöôùc. Choïn Co = 0.5 mm - Kieåm tra : - AÙp suaát cho pheùp: thoûa ñieàu kieän beàn => choïn beà daøy voû laø 5 mm. Ñeå ñôn giaûn trong vieäc thieát keá vaø gia coâng, ta choïn caùc thoâng soá kích thöôùc cuûa 2 thuøng keát tinh laø nhö nhau : Baûng 9 – Toùm taét caùc thoâng soá tính toaùn cho caùc thuøng keát tinh Thoâng soá Ñôn vò tính Thuøng keát tinh 1 Thuøng keát tinh 2 1. Kích thöôùc Thaân Chieàu cao thieát bò m 2,5 2,5 Ñöôøng kính trong m 1,2 1,2 Theå tích thuøng m3 2,6 2,6 Beà daøy thaân mm 10 10 Beà maët truyeàn nhieät m2 6,56 6,367 Beà daøy ñaùy, naép Mm 10 10 Voû Chieàu cao voû m 2,089 2,089 Ñöôøng kính mm 1300 1300 Beà daøy voû mm 5 5 Beà maët truyeàn nhieät m2 6,56 6,367 2. Soá thuøng Thuøng 7 3 3. Ñieàu kieän laøm vieäc Nhieät ñoä Taùc nhaân oC -10oC -15oC Dung dòch (trung bình) oC 3 -2 -2 -5 Aùp suaát Phía thaân (aùp suaát ngoaøi) N/mm2 0,29075 0,2362 Phía voû (aùp suaát trong) N/mm2 0,19078 0,1362 Nhieät löôïng toaû ra moãi thuøng kJ/h 123295,6 78882 I.3. Kieåm tra beà maët truyeàn nhieät Beà maët truyeàn nhieät laø phaàn beà maët cuûa thaønh thieát maø taùc nhaân laïnh vaø dung dòch tieáp xuùc. Beà maët truyeàn nhieät cuûa thieát bò keát tinh laø : F = 7,737 m2 Heä soá truyeàn nhieät toång quaùt : Vôùi : : Heä soá toaû nhieät phía thaân, W/m2.oC; : Heä soá toaû nhieät phía voû, W/m2.oC; theùp :Heä soá daãn nhieät cuûa thaønh thieát bò laøm baèng theùp khoâng gæ; W/m2.K; ñaù : Heä soá daãn nhieät cuûa lôùp ñaùbaùm, W/m2.K; theùp, ñaù : Beà daøy cuûa thaønh thieát bò; theùp = 10 mm, ñaù = 0,5 mm. I.3.1. Sô ñoà tính toaùn Hình 5 – Sô ñoà khoái tính toaùn beà maët truyeàn nhieät I.3.2. Tính toaùn beà maët truyeàn nhieät cho thieát bò keát tinh 1 I.3.2.1. Tính heä soá toaû nhieät phía thaân a1 Ñaây laø tröôøng hôïp caáp nhieät khi khuaáy chaát loûng baèng caùnh khuaáy, neân chuaån soá Nu coù theå xaùc ñònh theo coâng thöùc : ([6],1.99,35) ÔÛ ñaây : Nu = ; ; ; Vôùi : a1 : Heä soá toaû nhieät cuûa dung dòch, W/m2.oC; DT : ñöôøng kính trong cuûa thieát bò, m; DT = 1,2 m l : Heä soá daãn nhieät cuûa dung dòch; l = 0,339 Ns/m2; dk : Ñöôøng kính caùnh khuaáy keát hôïp vôùi dao caïo ñaù, m; choïn dk = 1,198 m; N : soá voøng quay cuûa caùnh khuaáy, vg/s; choïn N = 0,8 vg/s; m, mw : ñoä nhôùt cuûa dung dòch nhieät ñoä trung bình vaø ôû nhieät ñoä thaønh; Khi ñoù : Re = 6108,78 Heä soá toaû nhieät a1 : I.3.2.2. Heä soá toaû nhieät phía voû Nhieät cuûa dung dòch seõ ñöôïc taûi thoâng qua taùc nhaân laïnh NH3. Heä soá toûa nhieät cuûa NH3 ñöôïc xaùc ñònh nhö sau : ([15],7.16,302) Trong ñoù : to : nhieät ñoä soâi cuûa taùc nhaân NH3, oC; Choïn to = -10 oC; qtr : maät ñoä doøng nhieät phía trong, W/m2; dtr : ñöôøng kính töông ñöông öùng vôùi beà maët truyeàn nhieät phía taùc nhaân, m; Choïn : dtr = Dng - Dtr = 1,3 – 1,2 = 0,1 m Xaùc ñònh maät ñoä doøng nhieät : qtr = kDt Maät ñoä doøng nhieät töø dung dòch ñeán thaønh Vôùi : tdd : nhieät ñoä trung bình cuûa dung dich; tdd = (3+(-2))/2 = 0,5oC; tw1: nhieät ñoä thaønh thieát bò phía dung dòch; oC; a1 : Heä soá toaû nhieät cuûa dung dòch, W/m2.oC; a1 = 1259,5 W/m2.oC; l ñaù = 2,532 W/m.ñoä; ñaù = 0,5 mm; l theùp = 17,4 W/m.ñoä ; theùp = 10 mm; Khi ñoù : = 739,84 (0,5 – tw1 ) W/m2 Maät ñoä doøng nhieät töø taùc nhaân NH3 tôùi thaønh qNH3 = 580.(tw2 – ttn)5/3.da/di Trong ñoù ttn = -10oC – nhieät ñoä taùc nhaân laïnh; tw2 : nhieät ñoä thaønh tieáp xuùc vôùi taùc nhaân laïnh, oC Choïn cheânh leäch nhieät ñoä thaønh trong vaø ngoaøi laø 2oC => tw2 = tw1 – 2 da = 1,3m ñöôøng kính phía voû; di = 1,2m – ñöôøng kính phía thaân dung dòch; => qNH3 = 580.(tw2 - (-10))5/3.1,3/1,2 = 628,33.(tw1 -2 - (-10))5/3 W/m2 Ta coù : qNH3 = qdd => 739,84(0,5 – tw1 ) = 628,33.(tw1 -2 - (-10))5/3 => tw1 = - 5 oC => qtr =739,84.(0,5-(-5,15)) = 4069,12 W/m2 Heä soá toaû nhieät phía taùc nhaân NH3 laø = (17,3 + 0,04.(-10)).3607,5 0,45.0,1-0,24 = 1236,4 W/m2.ñoä I.3.2.3. Heä soá truyeàn nhieät tính = = 462,87 W/m2.oC I. 3.2.3. Beà maët truyeàn nhieät tính Nhieät löôïng toaû ra cuûa 1 thuøng laø : Q = kW Cheânh leäch nhieät ñoä trung bình Tdd : 3oC → -2oC Ttn : -10oC → -10oC 10,298 Beà maët truyeàn nhieät tính toaùn laø : Ftính = = 7,18 m2 Tính sai soá Sai soá = I.3.3. Tính toaùn beà maët truyeàn nhieät cho thieát bò keát tinh 2 I.3.3.1. Tính heä soá toaû nhieät phía thaân a1 Töông töï nhö ôû thieát bò keát tinh 1, chuaån soá Nu cuõng ñöôïc xaùc ñònh theo coâng thöùc : ([6],1.99,35) Vôùi : l = 0.3358 Ns/m2; mmw = 9.287.10-3 Ns/m2; rdd = 1142 kh/m3; dk = 1,198 m; N = 0,3 vg/s. Khi ñoù : Re 93,8 = 2355,6 Heä soá toaû nhieät a1 : I.3.3.2. Heä soá toaû nhieät phía voû Heä soá toûa nhieät cuûa NH3 : Trong ñoù : to : nhieät ñoä soâi cuûa taùc nhaân NH3, oC; Choïn to = -15 oC; Xaùc ñònh maät ñoä doøng nhieät : qtr = kDt Maät ñoä doøng nhieät töø dung dòch ñeán thaønh : Vôùi : tdd : nhieät ñoä trung bình cuûa dung dòch; tdd = (-5+(-2))/2 = -3,5oC; tw1: nhieät ñoä thaønh thieát bò phía dung dòch; oC; a1 : Heä soá toaû nhieät cuûa dung dòch, W/m2.oC; a1 = 659,16 W/m2.oC; l ñaù = 2,566 W/m.ñoä; ñaù = 0,5 mm; l theùp = 17,4 W/m.ñoä ; theùp = 10 mm; Khi ñoù : =437,3.(–3,5 – tw1 ) W/m2 Maät ñoä doøng nhieät töø taùc nhaân NH3 tôùi thaønh : qNH3 = 580.(tw2 – ttn)5/3.da/di Trong ñoù ttn = -15oC – nhieät ñoä taùc nhaân laïnh; tw2 : nhieät ñoä thaønh tieáp xuùc vôùi taùc nhaân laïnh, oC; Choïn cheânh leäch nhieät ñoä thaønh trong vaø ngoaøi laø 2oC => tw2 = tw1 – 2 => qNH3 = 580.(tw2 - (-15))5/3.1,3/1,2 = 628,33.(tw1 -2 - (-15))5/3 W/m2 Ta coù : qNH3 = qdd => 437,32 (–3,5 – tw1 ) = 628,33.(tw1 -3 - (-15))5/3 => tw1 = -9,6oC => qtr =437,32.(-3,5-(-9,6)) = 2667,7 W/m2 Heä soá toaû nhieät phía taùc nhaân NH3 = (17,3 + 0,04.(-15)). 3017,50,45.0,1-0,24 = 1068 W/m2.ñoä I.3.3.3. Heä soá truyeàn nhieät tính = = 310,2 W/m2.oC I. 3.3.4. Beà maët truyeàn nhieät tính toaùn Nhieät löôïng toaû ra cuûa 2 thuøng laø : Q = kW Cheânh leäch nhieät ñoä trung bình tdd : -2oC → -5oC ttn : -15oC → -15oC 11,4 Beà maët truyeàn nhieät tính toaùn laø : Ftính = = 6,2 m2 Tính sai soá : k = I.3.4. Tính toaùn beà daøy lôùp caùch nhieät vaø toån thaát nhieät ra moâi tröôøng Heä soá truyeàn nhieät toång quaùt : Trong ñoù : a2, a3 heä soá caáp nhieät phía taùc nhaân vaø moâi tröôøng beân ngoaøi, W/m2.K ltheùp, lcaùch nhieät : heä soá daãn nhieät cuûa voû thieát bò vaø lôùp caùch nhieät, W/m.K; dtheùp, d caùch nhieät : beà daøy voû thieát bò vaø lôùp caùch nhieät, m. Choïn caùc thoâng soá (caùc thoâng soá naøy laø nhö nhau ôû caû hai thuøng keát tinh) : Lôùp caùch nhieät laøm baèng boâng thuyû tinh : Beà daøy : d caùch nhieät = 0,09 m Heä soá daãn nhieät : lcaùch nhieät = 0,035 W/mK. ([16], Baûng 28, tr28) Lôùp voû laøm baèng theùp thöôøng : Beà daøy : dtheùp = S = 5 mm = 0,005 m. Heä soá daãn nhieät : ltheùp = 46,5 W/mK. ([16], Baûng 28, tr28) Heä soá caáp nhieät phía moâi tröôøng (khoâng khí) vaøo beà maët : () ([3],V.75,24) Vôùi Dt : hieäu soá nhieät ñoä giöõa beà maët thieát bò vaø khoâng khí xung quanh, choïn Dt= 10oC. => Khi ñoù : 0,35 W/m2K Nhieät ñoä moâi tröôøng trung bình : 27,9oC ([15], 443) Cheânh leäch nhieät ñoä trung bình giöõa khoâng khí vaø moâi chaát laïnh laø : Dt1 = 27,9 - ( -10) = 37,9 oC (ôû thuøng keát tinh 1) Dt2 = 27,9 - ( -15) = 42,9 oC (ôû thuøng keát tinh 2) Beà maët truyeàn nhieät (dieän tích voû) : Fvoû = p.Hdòch.Dngoaøi + Fñaùy = 3,1416.(1,939+0,05).1,3 + 2,04 = 10,16 mm2 Nhieät toån thaát do moâi tröôøng beân ngoaøi : Qtt1 = KF Dt = 0,35.10,16.37,9 = 134,77 W Qtt1 = KF Dt = 0,35.10,16.42,9 = 152,55 W Nhieät caàn thieát cho keát tinh 1 : Q’1 = Qtt1 + SQkt1 = 134,7 + 34250 = 34384,7 W Nhieät caàn thieát cho keát tinh 2 : Q’2 = Qtt + SQkt2 = 152,55 + 21910 = 22062,7 W II. CHOÏN THIEÁT BÒ LOÏC, RÖÛA II.1. Thieát bò loïc Muïc ñích : Thieát bò loïc giuùp cho vieäc phaân rieâng heä huyeàn phuø dòch eùp ñaõ coâ ñaëc vôùi tinh theå nöôùc ñaù thoâ keát tinh ra. Choïn thieát bò loïc : Ñeå ñaûm baûo hieäu suaát coâ ñaëc, ñoä thu hoài chaát khoâ cao, giaûm toån thaát dòch eùp, chuùng ta choïn thieát bò loïc ly taâm caïo baõ naèm ngang. Nguyeân lyù hoaït ñoäng : khi laøm vieäc : huyeàn phuø ñöôïc ñöa vaøo roâto qua moät van töï ñoäng, sau khi ñaït yeâu caàu van seõ ñoùng laïi. Quaù trình ly taâm seõ xaûy ra sau ñoù. Khi lôùp baõ trong roâto ñaït ñeán chieàu daøy quy ñònh thì dao caïo baõ seõ ñöôïc naâng leân nhôø heä thoáng xylanh-pittoâng thuûy löïc, baõ seõ ñöôïc caïo rôi xuoáng maùng höùng phía döôùi. Khi quaù trình caïo baõ keát thuùc, dao caïo baõ seõ haï xuoáng vò trí thaáp nhaát vaø van töï ñoäng môû ra ñeå huyeàn phuø chaûy vaøo roâto, quaù trình ly taâm laëp laïi. Thôøi gian thao taùc nhö sau : Naïp lieäu 0,5 – 2,5 phuùt; ly taâm ; 0,40,5 phuùt; thaùo baõ 0,75 phuùt. Öu ñieåm cuûa loaïi maùy naøy laø tieát kieäm naêng löôïng do khoâng phaûi ngöøng maùy khi thaùo baõ; naêng suaát cao do thôøi gian thao taùc ngaén. Tuy nhieân maùy cuõng coù moät soá nhöôïc ñieåm laø bò haïn cheá veà chieàu daøi roâto, baõ bò nghieàn naùt vaø khoù thay vaûi loïc. II.2. Thieát bò röûa tinh theå Muïc ñích söû duïng : thieát bò röûa ñöôïc söû duïng vôùi muïc ñích chính laø thu hoài löôïng chaát khoâ vaø laøm saïch nöôùc ñaù tinh khieát ñeå söû duïng trong vieäc laøm laïnh sô boä dòch eùp ñaàu. Tuy nhieân, qua caân baèng vaät chaát ta nhaän thaáy noàng ñoä chaát khoâ hoaø tan trong nöôùc röûa khaù thaáp vaø neáu ñem hoài löu coù theå laøm giaûm noàng ñoä cuûa dòch ñaàu daãn ñeán laøm taêng chi phí naêng löôïng. Do ñoù, nöôùc sau röûa seõ khoâng ñöôïc hoài löu nhöng coù theå taùi söû duïng ôû caùc khaâu khaùc cuûa quy trình saûn xuaát nhö röûa nguyeân lieäu … PHAÀN 5 TÍNH TOAÙN HEÄ THOÁNG LAÏNH CHOÏN THIEÁT BÒ LAÏNH I. TÍNH TOAÙN HEÄ THOÁNG LAÏNH I.1. Caùc thoâng soá ban ñaàu Ñieàu kieän khí haäu nôi laép ñaët heä thoáng laø Myõ Tho Nhieät ñoä laáy ôû ñieàu kieän noùng nhaát cuûa naêm laø 37oC. Ñoä aåm trung bình laø 76% => nhieät ñoä tö = 33oC Choïn : Nhieät ñoä vaøo cuûa nöôùc : tw1 = tö + 3oC = 36oC Nhieät ñoä ra cuûa nöôùc : tw2 = tw1 + 6oC = 42oC Nhieät ñoä ngöng tuï tc = t w + (57) oC = tw + 7oC = 46oC I.2. Chu trình laïnh ñoái vôùi thieát bò keát tinh : ÔÛ ñaây ta xeùt chu trình quaù nhieät vaø quaù laïnh. Hình 6 - Chu trình quaù laïnh vaø quaù nhieät tieâu chuaån NH3 treân ñoà thò lgp-h Tra ñoà thò : Neáu veõ leân ñoà thò lgp-h cuûa NH3 ta seõ ñöôïc caùc thoâng soá traïnh thaùi cuûa caùc ñieåm nuùt chu trình nhö sau : Baûng 10a – Thoâng soá traïng thaùi cuûa NH3 trong chu trình laïnh ôû thieát bò keát tinh 1 Thoâng soá Ñôn vò 1’ 1 2 3’ 3 4 Aùp suaát p Bar 2,9075 2,9075 18,302 18,302 15,548 2,9075 Nhieät ñoä t oC -10 -5 133 46 40 -10 Entanpi h kJ/kg 1449,4 1461,9 1744,78 415,37 386,32 386,32 Theå tích rieâng v dm3/kg - 427,73 - - - - Entropi kJ/kg.K 5,7519 5,7992 5,7992 1,7204 1,63 - Baûng 10b – Thoâng soá traïng thaùi cuûa NH3 trong chu trình laïnh ôû thieát bò keát tinh 2 Thoâng soá Ñôn vò 1’ 1 2 3’ 3 4 Aùp suaát p Bar 2,3620 2,3620 18,302 18,302 15,548 2,3620 Nhieät ñoä t oC -15 -10 133 46 40 -15 Entanpi h kJ/kg 1443,2 1455,4 1744,78 415,37 386,32 386,32 Theå tích rieâng v m3/kg - 0,5206 - - - - Entropi s kJ/kg.K 5,8243 5,8715 5,7992 1,7204 1,63 - Tính toaùn chu trình laïnh theo soá lieäu tra 1. Naêng suaát laïnh rieâng khoái löôïng : q01 = h1 – h4 = 1075,58 kJ/kg q02 = h1 – h4 = 1069,08 kJ/kg 2. Naêng suaát nhieät rieâng khoái löôïng : qk1 = h2 – h3 = 1358,46 kJ/kg qk2 = h2 – h3 = 2053,55 kJ/kg 3. Naêng suaát laïnh rieâng theå tích : = 2514,62 kJ/m3 = 2053,55 kJ/m3 4. Coâng neùn rieâng : l1 = qo1 – qk1 = h2 – h1 = 282,88 kJ/kg l2 = qo2 – qk2 = h2 – h1 = 289,38 kJ/kg 5. Heä soá laïnh : e1 = 3,8; e2 = 3,694 6. Heä soá caáp maùy neùn hôi : Töø tyû soá p/po = 7,75 döïa vaøo ñoà thò hình 9,5 ([8], taäp 1, tr.218) => l = 0,58 7. Naêng suaát laïnh caàn thieát : Qo1 = S Qkt1 = 863100 kJ/h = 239,75 kW Qo2 = S Qkt2 = 236628kJ/h = 65,73 kW 8. Löôïng Amoniac (thöïc teá) trong heä thoáng : m1 = 800,22 kg/h = 0,2223 kg/s m2 = 221,34 kg/h = 0,0615 kg/s 9. Naêng suaát theå tích thöïc teá cuûa maùy neùn : Vtt1 = m1.v1 =800,22.0,42773 = 342,28 m3/h = 0,09508 m3/s Vtt2 = m2.v1 =221,34.0,5206 = 115,23 m3/h = 0,032 m3/s 10. Theå tích chaïy pittoâng trong 1 giôø (theå tích huùt lyù thuyeát) Vlt1 = = 534,8 m3/h = 0,14856 m3/s Vlt2 = = 198,67 m3/h = 0,05519 m3/s 11. Coâng neùn lyù thuyeát : Ns1 = m1.l1 = 226366,23 kJ/h = 62,88 kW Ns2 = m2.l2 = 64051,37 kJ/h = 17,792 kW 12. Coâng neùn chæ thò : Ni1 = = 73,12 kW; vôùi hi = 0,86 ([8], taäp 1, H.9.5, tr 218) Ni2 = = 21,83 kW; vôùi hi = 0,815 ([8], taäp 1, H.9.5, tr 218) 13. Coâng suaát höõu ích (coâng suaát treân truïc) : Ne1 = Ni1 + Nms1 = 73,12 + 5,61 = 78,73 kW Ne2 = Ni2 + Nms2 = 21,83 + 3,256 = 25,09 kW Trong ñoù Nms1 = pms1.Vtt1 = 59.0,09508 = 5,61 kW Nms2 = pms2.Vtt2 = 59.0,05519 = 3,256 kW 14. Coâng suaát ñieän tieâu thuï : Nel(1) = = = 97,5 kW Nel(2) = = = 31,07 kW Trong ñoù : htñ = 0,85 – Hieäu suaát khôùp truyeàn ñoäng hel = 0,95 – Hieäu suaát ñoäng cô 15. Hieäu suaát chung : h1 = = 0,5625; h2 = 0,5726 I.3. Tính toaùn quaù trình ngöng tuï I.3.1. Caùc thoâng soá ban ñaàu Choïn loaïi thieát bò ngöng tuï daïng oáng chuøm naèm ngang. Ñaây laø thieát bò coù thaân hình truï naèm ngang laøm töø vaät lieäu theùp CT3, beân trong laø caùc oáng trao ñoå nhieät laøm baèng theùp aùp löïc C20. Caùc oáng trao ñoåi nhieät ñöôïc haøn kín hoaëc nuùc leân hai maët saøng hai ñaàu. Ñeå coù theå haøn hoaëc nuùc caùc oáng trao ñoåi nhieät vaøo maët saøng, noù phaûi coù ñoä daøy khaù lôùn, töø 20 ñeán 30mm. Hai ñaàu thaân bình laø naép bình. Caùc naép bình taïo thaønh vaùch phaân doøng nöôùc ñeå nöôùc coù theå tuaàn hoaøn nhieàu laàn trong bình ngöng. I.3.2. Tính toaùn cho thieát bò keát tinh 1 1. Dieän tích trao ñoåi nhieät caàn cho thieát bò ngöng tuï Phuï taûi nhieät yeâu caàu cuûa thieát bò ngöng tuï Qk1 = QQL + QLL + QNT = m1.(h2 – h3) Qk1 = m1.(h2(1) – h3(1)) = 800,22.(1744,78–386,32) = 1087066,8 kJ/h = 301,96 kW Qk2 = m2.(h2(2) – h3(2)) = 221,34.(1744,78–386,32) = 300681,5 kJ/h = 83,52 kW Löôïng nhieät caáp khi laøm laïnh vaø ngöng tuï hôi quaù nhieät : Q’1 = QLL + QNT = m1.(h2(1)–h3’(1)) =800,22.(1744,78–415,37) = 1063836,5 kJ/h = 295,5kW Q’2 = QLL + QNT = m2.(h2(1)–h3’(1)) =221,34.(1744,78–415,37) = 294244,97 kJ/h = 81,7 kW Löôïng nhieät caáp khi laøm quaù laïnh NH3 loûng : Q’’1 = Qk1 – Q’1 = 23230,3 kJ = 6,453 kW Q’’2 = Qk2 – Q’2 = 6436,53 kJ = 1,788 kW Löôïng nöôùc laïnh ñöa vaøo thieát bò ngöng tuï (cho 7 thuøng keát tinh 1) Gw1 = = = 43240 .5 kg/h = 12,01 kg/s Gw2 = = = 11960,3 kg/h = 3,32 kg/s Hình 7 – Quaù trình ngöng tuï vaø laøm laïnh hôi taùc nhaân laïnh Nhieät ñoä nöôùc tröôùc khi amoniac loûng ñöôïc laøm quaù laïnh t1 = 36 + = 36,13 oC t2 = 36 + 36,13 oC Cheânh leäch nhieät ñoä trung bình logarit ôû giai ñoaïn laøm laïnh vaø ngöng tuï Dt’log = = = 6,5 oC Cheânh leäch nhieät ñoä trung bình ôû giai ñoaïn laøm quaù laïnh taùc nhaân laïnh Dt’’ = = 2,935 oC Giaû söû ta choïn moät loaïi thieát bò ngöng tuï chung cho heä thoáng goàm 7 thuøng keát tinh. => Beà maët truyeàn nhieät F bao goàm ôû giai ñoaïn ngöng tuï (F’) vaø giai ñoaïn quaù laïnh (F’’). Heä soá truyeàn nhieät K coù theå xaùc ñònh theo kinh nghieäm vaø muoán chính xaùc hôn thì xaùc ñònh theo lyù thuyeát. Tuy nhieân caùc baøi toaùn thöïc teá luoân phöùc taïp neân thöôøng ta tính theo kinh nghieäm. Coù theå tham khaûo ôû baûng 6.1 ([15],tr276). Töø ñoù vôùi Dt 6 oC, ta choïn K 700 W/m2.K vaø qf 4200 W/m2. Töø ñoù xaùc ñònh ñöôïc F = F’ + F’’ F1 = = = 71,89 m2 F2 = = = 19,89 m2 Choïn oáng trao ñoåi nhieät cho bình ngöng laø chuøm oáng theùp boá trí so le treân maët saøng coù caùc thoâng soá : da = 25 mm; di = 20 mm; d = 2,5 mm Þ Dieän tích cho 1m chieàu daøi oáng : fa=0,0785 m2/m oáng; fi=0,0628 m2/m oáng. Choïn toác ñoä nöôùc trong bình ngöng laø : ww= 1,5 (m/s). Soá oáng trong moät loái cuûa bình ngöng : n’1== 25,74 n’2 = = 7,11 Choïn n1= 26 oáng ; n2 = 7 oáng Caùc oáng ñöôïc boá trí treân maët saøng theo ñænh cuûa tam giaùc ñeàu,chuøm oáng coù daïng hình luïc giaùc ,vôùi soá oáng ñaët theo ñöôøng cheùo luïc giaùc lôùn (m) laø : ([2], 58) m1 = 0,75.= 0,75. 19,8 => Choïn m1 = 20 oáng m2 = 0,75.= 12,6 => choïn m2 = 13 oáng Vôùi s - böôùc oáng ngang . Choïn s = 1,4da =1,4.0,025=0,035 (m). tæ soá giöõa chieáu daøi oáng vaø ñöôøng kính maët saøng;4¸8 .Choïn 6. Ñöôøng kính D cuûa maët saøng tính laø : D1 = s(m1 – 1) + 4da = 0,765 m ([2],2.85,tr58) D2 = 0,52 m Toång soá oáng n ñöôïc xaùc ñònh theo coâng thöùc : m = => n1 = 300,25; n2 = 127 Soá ñöôøng nöôùc : z1 = = = 11,54 ; z2 = = 18,1 => choïn z1 = 12 ; z2 = 18 => n1 = z1.n’1 = 312 => choïn soá oáng laø 312 => n2 = z2.n’2 = 126 oáng => choïn soá oáng laø 126 oáng Toång chieàu daøi oáng trao ñoåi nhieät : L1 = 1144,75 m L2 = 316,72 Chieàu daøi moät oáng trao ñoåi nhieät trong bình ngöng tuï : l1 = = 3,669 m l2 = 2,5 m Kieåm tra laïi l/D = 3,669/0,765 = 4,8 (4,8) => Thoaû ñieàu kieän ñaõ choïn. II. CHOÏN THIEÁT BÒ LAÏNH II.1. Choïn maùy neùn ([15],baûng 3.9, tr.133) Maùy neùn phaûi ñaûm baûo caùc yeâu caàu kyõ thuaät sau : Thoâng soá Ñôn vò Keát tinh 1 Keát tinh 2 1. Coâng suaát höõu ích Ne kW 78,73 25,09 2. Naêng suaát theå tích m3/h 534,8 198,67 3. Naêng suaát nhieät Qo kW 239,75 65,73 Maùy laïnh MYCOM ñöôïc söû duïng nhieàu trong kyõ thuaät laïnh Vieät Nam. Döôùi ñaây laø thoâng soá maùy neùn ñöôïc choïn treân cô sôû cuûa baûng yeâu caàu treân : Ñoái vôùi thieát bò keát tinh 1 : choïn maùy neùn maõ hieäu : N6WB 1 caáp cuûa MYCOM Naêng suaát neùn theå tích : 572,6 m3/h Naêng suaát nhieät : = 317,1 kW Coâng suaát neùn : = 86,4 kW Ñoái vôùi thieát bò keát tinh 2, choïn maùy neùn maõ hieäu : N4WA 1 caáp cuûa MYCOM Naêng suaát neùn theå tích : 187,2 m3/h Naêng suaát nhieät : = 80,8 kW Coâng suaát neùn : = 26,2 kW II.2. Choïn thieát bò ngöng tuï ([21],baûng 8.1,tr.249) Choïn loaïi bình ngöng voû oáng chuøm naèm ngang cho moâi chaát NH3 theo yeâu caàu kyõ thuaät : Ñoái vôùi heä thoáng keát tinh 1 : choïn bình ngöng maõ hieäu KTG - 90 Ñoái vôùi heä thoáng keát tinh 2 : choïn bình ngöng maõ hieäu KTG - 20 Caùc thoâng soá vaø ñaëc tính kyõ thuaät ñöôïc giôùi thieäu trong baûng sau : Baûng 11 - Bình ngöng oáng voû naèm ngang Amoniac Kí hieäu bình ngöng F mm2 Kích thöôùc phuû bì, mm Soá oáng Kích thöôùc oáng noái, mm Theå tích giöõa caùc oáng, m3 Khoái löôïng,kg D L B H d d1 d2 KTG-90 90 800 4640 1110 1230 386 80 32 125 1,26 3300 KTG-20 20 500 2930 810 910 144 50 20 70 0,32 995 Ghi chuù : OÁng theùp trong bình ngöng F 25 x 2,5 mm töø theùp 10. II.3. Choïn thaùp giaûi nhieät Nhieäm vuï cuûa thaùp giaûi nhieät laø thaûi toaøn boä nhieät do moâi chaát laïnh toaû ra trong thieát bò ngöng tuï toaû ra. Sau khi ra khoûi bình ngöng tuï, nöôùc noùng coù nhieät ñoä tw2 = 42oC ñöôïc ñöa vaøo thaùp giaûi nhieät vaø phun thaønh caùc gioït nhoû. Nöôùc noùng chaûy theo khoái ñeäm xuoáng, trao ñoåi nhieät vaø chaát vôùi khoâng khí ñi ngöôïc töø döôùi leân nhôø quaït gioù cöôõng böùc. Quaù trình naøy laøm moät phaàn nöôùc boác hôi ra ñi vaøo khoâng khí. Nhieät ñoä nöôùc giaûm ñi vaø nguoäi xuoáng nhieät ñoä ban ñaàu laø tw1 = 36oC. Tính thaùp giaûi nhieät Quy naêng suaát nhieät ra toân Naêng suaát nhieät ngöng tuï : Qk = Qk1 + Qk2 = 301,96 + 83,52 = 385,48 kW = 331512,8 kcal/h Theo tieâu chuaån CTI 1 toân nhieät töông ñöông 3900 kcal/h, vaäy : Qk = 331512,8/3900 = 85 toân Choïn thaùp giaûi nhieät hieäu RINKI kieåu FRK90 ([21],baûng 8-22,tr.318) II.4. Choïn bôm Choïn bôm amoniac kieåu kín chaïy ñieän maõ hieäu ЦНГ-70М-1 vôùi caùc thoâng soá kyõ thuaät sau : Naêng suaát : 5,5 12 m3/h Coät aùp : 15 19 mNH3 loûng Soá caáp : 1 Toác ñoä voøng : 49,5 1/s Coâng suaát : 2,8 kW PHAÀN 6 TÍNH TOAÙN CÔ KHÍ CAÙNH KHUAÁY – CHAÂN ÑÔÕ – MAËT BÍCH I. TÍNH THIEÁT BÒ KHUAÁY I.1. Coâng suaát khuaáy Chuaån soá Rek : Rek1 = 205433,4 Rek2 = 52945 Coâng suaát khuaáy tính cho moät caùnh khuaáy : ([22],3.47b,tr.138) Nk = KN.r.n3.dk5 Trong ñoù : KN : chuaån soá coâng suaát suaát khuaáy - KN1 = 0,3; KN2 = 0,5 r : khoái löôïng rieâng cuûa dung dòch – r1 = 1041,5 kg/m3; r2 = 1115,5 kg/m3 n : số voøng quay 1/s; n1 = 0,8 vg/s; n2 = 0,3 vg/s dk : ñöôøng kính caùnh khuaáy keát hôïp vôùi dao caïo ñaù; dk1 = dk2 = 1198 mm ÔÛ thieát bò keát tinh 1 : Nk1 = 0,3.1041,5.0,83.1,1985 = 394,8W ÔÛ thieát bò keát tinh 2 : Nk2 = 0,5.1115,5.0,33.1,1985 = 37,16 W Coâng suaát khuaáy vaø gaït ñaù cuûa ñoäng cô : laáy Nñc = 10.Nk ÔÛ thieát bò keát tinh 1 : Nñc = 3,948 kW ÔÛ thieát bò keát tinh 2 : Nñc = 0,372 kW I.2. Kích thöôùc truïc khuaáy Tính momen xoaén : Mx = Trong ñoù : Nñc : coâng suaát ñoäng cô, kW; n : soá voøng quay caùnh khuaáy, vg/ph. Thieát bò keát tinh 1: Mx1 = = 78548,8 Nm Thieát bò keát tinh 2 : Mx2 = 19736,7 Nm Momen uoán : Mu = Trong ñoù : Mx laø momen xoaén, Nm; Nc : toång soá caùnh; choïn Nc = 2 caùnh Nf = 0,8 rk = 0,4dk Khi ñoù : ÔÛ thieát bò keát tinh 1 : Mu1 = 81958,3 Nm ÔÛ thieát bò keát tinh 2 : Mu2 = 20593,4 Nm Momen töông ñöông : Mtñ = Suy ra : Mtñ1 = = 106511 Nm Mtñ2 = = 26762,7 Nm Ñöôøng kính truïc khuaáy : Choïn vaät lieäu cheá taïo truïc khuaáy laø theùp khoâng gæ Ñieàu kieän beàn cho truïc khuaáy chòu uoán vaø xoaén ñoàng thôøi : [s] => d Trong ñoù : h = dtr/dng : tyû soá ñöôøng kính trong vaø ngoaøi truïc khuaáy, mm. Choïn h = [s] = 140.10 6 N/m2 Khi ñoù : Taïi thieát bò keát tinh 1 : d1 = 0,21 m Choïn ñöôøng kính ngoaøi laø 0,21 m vaø ñöôøng kính trong laø 0,14 m Taïi thieát bò keát tinh 2 : d2 = 0,134 m Choïn ñöôøng kính ngoaøi laø 0,15 m vaø ñöôøng kính trong laø 0,1 m Chieàu daøi truïc khuaáy cuõng chính laø chieàu cao tính töø phaàn phía döôùi cuûa beà maët truyeàn nhieät ñeán naép thieát bò. Choïn L = 2,5 – 0,35 = 2,15 m Beà daøy caùnh khuaáy coù theå choïn laø 5 mm. II. TÍNH CHAÂN ÑÔÕ VAØ BÍCH NOÁI CHO THIEÁT BÒ II.1. Tính taûi troïng thieát bò Taûi troïng thieát bò ñöôïc tính döïa treân ñieàu kieän ñang vaän haønh cuûa thieát bò. Bao goàm : Khoái löôïng thieát bò : Mtb = Mthaân + Mñaùy + M naép + Mvoû Mthaân = p.DT.H.S.rtheùp = 3,14.1,2.1,8.0,01.7900 = 535,81 kg Mñaùy = Mnaép = 1,01.137 = 138,4 kg Mvoû = p.Dng.Hv.S.rtheùp = 3,14.1300.1,739.0,005.7900 = 280,4 kg => Mtb = 535,81 + 138,4.2 + 280,4 = 1093,01 kg Khoái löôïng dung dòch tính theo thuøng 2 (vì ñeå ñaûm baûo an toaøn ta choïn dung dòch coù khoái löôïng rieâng lôùn hôn) Mdd = Vdd.rdd = 2,08.1089 = 2265,12 kg Khoái löôïng truïc khuaáy, ñoäng cô vaø caùc phaàn khaùc cuûa thieát bò laáy baèng 5% khoái löôïng thieát bò Taûi troïng cuûa toaøn thieát bò laø M = 1,1.(Mtb + Mdd) = 1,1.(1093,01 + 2265,12) = 3693,95 kg II.2. Tính choïn chaân ñôõ thieát bò Choïn soá chaân ñôõ laø 4 => Taûi troïng taùc duïng leân 1 chaân laø 923,5 kg 0,91.104 N Choïn chaân ñôõ loaïi IV kieåu chaân II – 1,0 (theo [3],tr436) Vaät lieäu cheá taïo chaân laø theùp CT3 Caùc thoâng soá kyõ thuaät : ([3],baûng XIII.35,tr.437) Beà maët ñôõ : 0,32 m2 Taûi troïng cho pheùp treân 1 chaân : G = 1.104 N L = 210 mm B1 = 180 mm H = 300 B = 150 mm B2 = 245 mm h = 160 mm s = 14 mm l = 75 mm d = 23 mm DT/A = 1200/420 mm II.3. Tính choïn maët bích Choïn bích lieàn baèng theùp kieåu 1 {[3],taäp 2,baûng XIII.27,tr417) ñeå noái ñaùy vaø naép thieát bò vôùi thaân. Caùc thoâng soá kích thöôùc Kích thöôùc noái : D = 1340 mm; Db = 1290 mm; DT = 1260 mm; Do = 1213 mm Buloâng : db = M20 mm; Z = 32 mm Kieåu bích (1) : h = 25 mm PHAÀN 7 TÍNH TOAÙN ÑÖÔØNG OÁNG CHOÏN THIEÁT BÒ PHUÏ I. TÍNH TOAÙN ÑÖÔØNG OÁNG DAÃN DÒCH I.1. Tính choïn oáng nhaäp lieäu vaø thaùo lieäu OÁng nhaäp lieäu Vì ñaây laø quy trình saûn xuaát theo phöông phaùp giaùn ñoaïn neân chuùng ta khoâng quan taâm ñeán vieäc caáp nguyeân lieäu lieân tuïc vaøo boàn keát tinh maø chæ tính toaùn ñeå choïn ñöôøng oáng döïa treân cô sôû tính kinh teá vaø ñaûm baûo cho thôøi gian nhaäp lieäu phuø hôïp khoâng laøm aûnh höôûng tôùi chu trình saûn xuaát cuûa nhaø maùy. Thôøi gian nhaäp lieäu caàn thieát laø 30 phuùt Theå tích chöùa cuûa thuøng keát tinh : Vdd = 2,08 m3 Löu löôïng nhaäp lieäu : G1 = = 1,2 kg/s G2 = = 1,26 kg/s Choïn vaän toác doøng chaûy laø : 1 m/s Ñöôøng kính oáng daãn caàn thieát laø : Thieát bò keát tinh 1 : d1 = = 0,03839 m => choïn ñöôøng kính trong laø di = 40 mm; ñöôøng kính ngoaøi do = 45 mm (theo tieâu chuaån oáng theùp söû duïng cho oáng nöôùc) => Tính laïi vaän toác doøng chaûy laø w1 = 0,875 m/s Thieát bò keát tinh 2 : d2 = = 0,03839 m => choïn ñöôøng kính trong laø di = 40 mm; ñöôøng kính ngoaøi do = 45 mm => Vaän toác doøng chaûy laø : w2 = 0,877 m/s OÁng thaùo lieäu OÁng thaùo lieäu caàn ñuû lôùn ñeå thaùo toaøn boä saûn phaåm ra khoûi thuøng keát tinh vaø quaù trình thaùo lieäu phaûi nhanh ñeå tinh theå keát tinh khoâng bò keát thaønh khoái gaây caûn trôû cho quaù trình thaùo lieäu. Choïn oáng thaùo lieäu coù kích thöôùc : Di = 100 mm ; Do = 108 mm. I.2. Choïn bôm I.2.1. Bôm dòch eùp töø boàn cao vò leân caùc thuøng keát tinh Dung dòch sau khi laøm laïnh sô boä seõ ñöôïc chöùa trong boàn cao vò, sau ñoù seõ ñöôïc bôm vaøo 7 thuøng keát tinh 1, sau ñoù chaát loûng seõ ñöôïc tieáp tuïc bôm vaøo 3 thuøng keát tinh 2. Vò trí boàn cao vò ñöôïc ñaët taïi vò trí sao cho möïc chaát loûng trong boàn caùch möïc chaát loûng trong thuøng laø 2,5 m. Choïn loaïi bôm ly taâm ñeå bôm dòch eùp ban ñaàu. Vì noàng ñoä cuûa dòch eùp ban ñaàu laø 10% neân ta coù theå choïn bôm loaïi bôm nöôùc. Toång soá bôm laø 7 bôm cho 7 thuøng keát tinh 1, vaø 3 bôm cho 3 thuøng keát tinh 2. Löu löôïng bôm vaøo 1 thuøng : G1=1,2.3600/1037 = 4,17m3/h; G2=1,26.3600/1089 = 4,165 m3/h Tính coät aùp cho bôm Chuaån soá Re : Re1 = = 20800; Re2 = 10293 Trong ñoù : w : vaän toác doøng chaûy, m/s; w1 w2 = 0,876 m/s; D : Ñöôøng kính oáng daãn lieäu, m; d1 = d2 = 0,041 m; r, m : khoái löôïng rieâng vaø ñoä nhôùt dòch nhaäp lieäu; tra ôû baûng 7 Heä soá toån thaát theo chieàu daøi cuûa oáng ôû cheá ñoä chaûy roái l1 = = 0,0259; l2 = = 0,0312; Heä soá toån thaát cuïc boä (oáng daãn goàm 4 cuùt 90o, 1 van) Sx = 4.0,5 + 4,9 = 6,9 Coät aùp cuûa bôm : H = DZ + + + Trong ñoù : DZ1 = 2,5 m; L = 6,5 m; v1 = v2; DZ2 = 3 m; L = 6 m; v1 = v2; H1 = 2,5 + 0 + 0 + (0,0259. + 6,9). = 2,93 mH2O H2 = 3 + 0 + 0 + (0,0312. + 6,9). = 3,45 mH2O Choïn bôm li taâm (cheá taïo taïi Nga) maõ hieäu 1,5K-6b ([21,baûng 10-6,tr.349) Naêng suaát : 9,4 m3/s; Coät aùp : 1,16 bar 11,8 mH2O; Hieäu suaát h = 49%; Coâng suaát treân truïc N = 0,6 kW). Toång soá bôm caàn laø 10 bôm. I.2.2. Bôm dòch eùp leân boàn cao vò Soá thuøng cao vò choïn laø : 3 thuøng Theå tích thuøng laø : V = m3 Kích thöôùc boàn cao vò : Boàn hình truï, ñaùy noùn : Choïn H = 1800 m; h = 300 mm = 4,85 m3 => D = 1,8 m Hình 8 – Boàn chöùa cao vò Thôøi gian caàn thieát ñeå bôm laø 30 phuùt => Naêng suaát bôm laø : Q = = 9,7 m3/h Choïn ñöôøng kính cuûaoáng daãn laø di = 80,5mm; do = 88,5 mm; Fi = 50,8.10-2 mm2 Vaän toác : w = 0,53 m/s Chuaån soá Re = = 24689,5 => l = = 0,0248 Heä soá toån thaát cuïc boä : Sx = 6 Coät aùp cuûa bôm : Giaû söû chieàu cao töø thieát bò trao ñoåi nhieät laøm laïnh sô boä ñeán boàn chöùa laø 4m, chieàu daøi oáng laø 6 m H = 4 + 0 + 0 + (0,0248. + 6) . = 4,11 mH2O Choïn bôm kieåu 1,5K-6a. Soá bôm laø 3 bôm. II. TÍNH TOAÙN ÑÖÔØNG OÁNG CHO HEÄ THOÁNG LAÏNH II.1. Tính toaùn ñöôøng oáng daãn hôi Ñöôøng kính trong cuûa oáng daãn : di = di – ñöôøng kính trong oáng daãn, m; Vtt – Löu löôïng hôi taùc nhaân laïnh NH3, m3/s w - toác ñoä doøng chaûy trong oáng, m/s; choïn w =20m/s döïa vaøo baûng 10-1 ([17],tr345) Vôùi heä thoáng laïnh cho keát tinh 1 : di1 = = 0,07782 m Vôùi heä thoáng laïnh cho keát tinh 2 : di2 = = 0,045 m Choïn oáng theùp tieâu chuaån cho maùy laïnh amoniac theo baûng 10-2 ([17],346) Di1 = 82mm; Da = 89 mm, Fi = 52,8.10-2 mm2; khoái löôïng 1 m oáng : 7,38 kg Di1 = 50mm; Da = 57 mm, Fi = 19,6.10-2 mm2; khoái löôïng 1 m oáng : 4,62 kg II.2. Tính toaùn oáng daãn loûng Tính oáng daãn loûng ra khoûi thieát bò ngöng tuï 1 Khoái löôïng NH3 toång : m1 = 0,2223 kg/s Khoái löôïng rieâng NH3 loûng daãn ra töø thieát bò ngöng tuï :r = 579,5 kg/m3 Löu löôïng theå tích loûng qua thieát bò ngöng tuï : Vl == m3/s Choïn vaän toác loûng : wl = 1,5 m/s Ñöôøng kính oáng daãn loûng : d == 0,018 m Choïn oáng theùp coù : Di = 18 mm; Da = 22 mm; Fi = 2,53.10-2 mm2; Khoái löôïng 1 m oáng laø 0,986 kg Tính oáng daãn loûng ra khoûi thieát bò ngöng tuï 1 Khoái löôïng NH3 toång : m1 = 0,0615 kg/s Khoái löôïng rieâng NH3 loûng daãn ra töø thieát bò ngöng tuï : r = 579,5 kg/m3 Löu löôïng theå tích loûng qua thieát bò ngöng tuï : V2 == m3/s Choïn vaän toác loûng : w2 = 1,5 m/s Ñöôøng kính oáng daãn loûng : d = 0,01 m Choïn oáng theùp coù : Di = 10 mm; Da = 14 mm; Fi = 1,54.10-2 mm2; Khoái löôïng 1 m oáng laø 0,789 kg Ñöôøng oáng daãn loûng vaøo thieát bò keát tinh 1 : Löu löôïng theå tích NH3 cho 1 thuøng keát tinh : V = 3,84.10-4 / 7 = 5,48.10-5 m3/s Choïn vaän toác loûng : w = 1 m/s. Ñöôøng kính oáng daãn loûng : d== 0,008 m Choïn oáng theùp coù : Di = 10 mm; Da = 14 mm; Fi =1,54.10-2 mm2; Khoái löôïng 1 m oáng laø 0,789 kg Ñöôøng oáng daãn loûng vaøo thieát bò keát tinh 2 : Löu löôïng theå tích NH3 cho 1 thuøng keát tinh : V = 1,06.10-4 / 3 = 3,533.10-5 m3/s Choïn vaän toác loûng : w = 1 m/s. Ñöôøng kính oáng daãn loûng : d== 0,0067 m Choïn oáng theùp coù : Di = 10 mm; Da = 14 mm; Fi =1,54.10-2 mm2; Khoái löôïng 1 m oáng laø 0,789 kg Tính laïi vaän toác w = 0,7 m/s PHAÀN 8 TÍNH TOAÙN GIAÙ THAØNH THIEÁT BÒ CHÍNH I. GIAÙ THAØNH VAÄT TÖ CHO MOÄT THUØNG KEÁT TINH Vì caùc thuøng keát tinh ñöôïc thieát keá nhö nhau neân ta chæ caàn tính cho moät thuøng I.1. Khoái löôïng thieát bò (xem phaàn tính taûi troïng thieát bò, phaàn 6, II.1) Khoái löôïng thuøng Mthuøng = Mthaân + Mñaùy + Mnaép + Mvoû = 1093,01 kg Khoái löôïng caùc chi tieát phuï (caùnh khuaáy, truïc khuaáy, chaân ñôõ…) Truïc : Mtruïc = .L.rtheùp = = 379,84 kg Caùnh khuaáy : Mkhung = Mdao caïo + Mcaùnh + Mgaân trôï löïc Mdao caïo = 2.S.L.B.rtheùp = 0,005.1,6.0,1.7900.2 = 12,6 kg Mcaùnh = 6.0,488.0,1.0,005.7900 = 11,6 kg Mgaân trôï löïc = 6.= 3,4 kg => Mkhung = 12,6 + 11,6 + 3,4 = 27,6 kg Khoái löôïng chaân ñôõ Mchaân ñôõ 4.(S.L.B + 2.S.H.B + F.S’).r = 4.(0,014.0,21.0,15 +2. 0,014.0,3.0,15 + 0,0211.0,01).7900 = 60,4 kg I.2. Chi phí mua vaät tö Baûng 12 – Tính giaù vaät lieäu cheá taïo thuøng keát tinh Chi tieát Vaät lieäu cheá taïo Giaù vaät lieäu, 103 VNÑ/kg Khoái löôïng, Kg Thaønh tieàn, 103 VNÑ Thaân X18H10T 50 535,8 26790 Ñaùy X18H10T 50 138,4 6920 Naép X18H10T 50 138,4 6920 Voû CT3 10 280,4 2804 Truïc khuaáy, caùnh khuaáy X18H10T 50 379,8 18990 Chaân ñôõ CT3 50 60,4 3020 Toång chi phí mua II. GIAÙ THAØNH THIEÁT BÒ PHUÏ II.1. Heä thoáng laïnh Thieát bò ngöng tuï Bình ngöng KTG-90 : Khoái löôïng bình ngöng : 3300 kg Giaù thaønh = 3300. = Bình ngöng KTG-20 : Khoái löôïng bình ngöng : 995 kg Giaù thaønh = 995. = Maùy neùn laïnh Maùy neùn maõ hieäu : N6WB 1 caáp cuûa MYCOM Coâng suaát neùn : = 86,4 kW Ñôn giaù : 1,5 trieäu/kW Giaù thaønh : 1,5.86,4 = 129,6 trieäu Maùy neùn maõ hieäu : N4WA 1 caáp cuûa MYCOM Coâng suaát neùn : = 26,2 kW Ñôn giaù : 1,5 trieäu/kW Giaù thaønh : 1,5.26,2 = 39,3 trieäu Thaùp giaûi nhieät FRK-90 Coâng suaát : 385kW Ñôn giaù : 500000 ñoàng/kW Giaù thaønh : 385.500000 = 192 trieäu Van tieát löu : Soá löôïng : 10 Ñôn giaù : 50000 ñoàng/caùi Giaù thaønh : 10.50000 = 500000 ñoàng Ñöôøng oáng daãn hôi vaøo thieát bò ngöng tuï Di1 = 82mm; Da = 89 mm, Fi = 52,8.10-2 mm2; khoái löôïng 1 m oáng : 7,38 kg Di2 = 50mm; Da = 57 mm, Fi = 19,6.10-2 mm2; khoái löôïng 1 m oáng : 4,62 kg Vaät lieäu : oáng theùp; chieàu daøi moãi oáng L = 10 m Ñôn giaù : 30000ñoàng/m Giaù thaønh : 0,6 trieäu Ñöôøng oáng daãn loûng ra thieát bò ngöng tuï oáng theùp Di1= 18 mm; Da1= 22 mm; Fi1= 2,53.10-2 mm2; Khoái löôïng 1 m laø 0,986 kg oáng theùp Di2= 10 mm; Da2= 14 mm; Fi2= 1,54.10-2 mm2; Khoái löôïng 1 m laø 0,789 kg Chieàu daøi moãi oáng : 10m Ñôn giaù : 20000 ñ/m Giaù thaønh : 0,4 trieäu. Ñöôøng oáng daãn loûng vaøo caùc thieát bò keát tinh Choïn oáng theùp coù : Di = 10 mm; Da = 14 mm; Fi =1,54.10-2 mm2; Choïn oáng theùp coù : Di = 10 mm; Da = 14 mm; Fi =1,54.10-2 mm2; Chieàu daøi moãi ñöôøng oáng : L = 8 m; Ñôn giaù : 15000 ñ/m; Giaù thaønh : 0,24 trieäu II.2. Bôm vaø ñöôøng oáng daãn dòch Bôm li taâm (cheá taïo taïi Nga) Bôm 1,5K-6b ([21,baûng 10-6,tr.349) Coâng suaát treân truïc N = 0,6 kW = 0,8 Hp Ñôn giaù : 7 trieäu/Hp Giaù thaønh : 5,6 trieäu Bôm 1,5K-6a Coâng suaát : 0,9 kW = 1,2 Hp Giaù thaønh : 8,4 trieäu Ñöôøng oáng daãn dòch OÁng nhaäp lieäu (theùp khoâng gæ) : D/Do = 45/40, chieàu daøi moãi oáng 6m OÁng thaùo lieäu (theùp khoâng gæ) : D/Do = 108/100 mm, chieàu daøi moãi oáng 1,5m Giaù thaønh : 50000.6 + 100000.1,5 = 450000 ñoàng/oáng TAØI LIEÄU THAM KHAÛO [1]. Taäp theå Taùc giaû Boä moân Maùy vaø Thieát bò – Khoa Coâng ngheä Hoaù hoïc vaø Daàu khí – Tröôøng Ñaïi hoïc Baùch Khoa – Ñaïi hoïc Quoác gia Tp. Hoà Chí Minh, “Taøi lieäu höôùng daãn Thieát keá Ñoà Aùn Moân hoïc Quaù trình & Thieát bò”. [2]. Phaïm Vaên Boân – Nguyeãn Ñình Thoï, “Quaù trình vaø Thieát bò CNHH & TP – Taäp 5 : Quaù trình vaø Thieát bò Truyeàn nhieät”. Nhaø xuaát baûn Ñaïi hoïc Quoác gia Tp. Hoà Chí Minh. [3]. Taäp theå Taùc giaû. “Soå tay Quaù trình vaø Thieát bò Coâng Ngheä Hoaù Chaát – Taäp 1&2”, Nhaø xuaát baûn Khoa hoïc vaø Kyõ thuaät Haø Noäi, 2004. [4]. Phaïm Vaên Boân (Söu taàm vaø bieân taäp). “Soå tay daãn nhieät khoâng oån ñònh – Thoâng soá nhieät lyù cuûa Thöïc phaåm vaø Nguyeân lieäu”. [5]. Phaïm Vaên Boân, “Quaù trình vaø Thieát bò Coâng ngheä Hoaù hoïc vaø Thöïc phaåm – Taäp 5, quyeån 2 – Truyeàn Nhieät khoâng oån ñònh”, Nhaø xuaát baûn Ñaïi hoïc Quoác gia Tp. Hoà Chí Minh, 2004. [6]. Phaïm Vaên Boân, “Quaù trình vaø Thieát bò Coâng ngheä Hoaù hoïc vaø Thöïc phaåm – Baøi taäp Truyeàn Nhieät”, Nhaø xuaát baûn Ñaïi hoïc Quoác gia Tp. Hoà Chí Minh, 2004. [7]. Traàn Ñöùc Ba, Phaïm Vaên Boân, Traàn Thu Haø, Hoà Ñaéc Loäc, Choumak I.G, Chepurhenco V.P., Parkhaladze E.G., “Coâng ngheä laïnh Nhieät ñôùi”, Nhaø xuaát baûn Noâng nghieäp, 1996. [8]. Nguyeãn Bin. “Tính toaùn Quaù trình & Thieát bò trong Coâng ngheä Hoaù chaát vaø Thöïc phaåm – Taäp 1&2”. Nhaø xuaát baûn Khoa hoïc vaø Kyõ thuaät, Haø Noäi, 2004. [9]. Nguyeãn Bin. “Caùc Quaù trình & Thieát bò trong Coâng ngheä Hoaù chaát vaø Thöïc phaåm – Taäp 1,2,3&4”. Nhaø xuaát baûn Khoa hoïc vaø Kyõ Thuaät, Haø Noäi. [10]. Ñaøo Vaên Löôïng, “Nhieät Ñoäng Hoùa Hoïc”, Nhaø xuaát baûn Khoa hoïc vaø Kyõ thuaät, Haø Noäi, 2002. [11]. Hoà Leâ Vieân, “Thieát keá vaø tính toaùn caùc chi tieát thieát bò hoaù chaát”, Nhaø xuaát baûn khoa hoïc vaø Kyõ thuaät, 1978. [12]. Traàn Minh Taâm, “Caùc Quaù trình Coâng ngheä trong Cheá bieán Noâng saûn Thöïc phaåm”, Nhaø xuaát baûn noâng nghieäp, 1998. [13]. Nguyeãn Vaên Tieáp, Quaùch Ñình, Ngoâ Myõ Vaên, “Kyõ thuaät saûn xuaát ñoà hoäp, rau quaû”, Nhaø xuaát baûn Thanh Nieân, 2000. [14]. Nguyeãn Ñöùc Lôïi, Phaïm Vaên Tuøy, “Moâi chaát laïnh – Tính chaát vaät lyù, an toaøn, nhieät ñoäng, baûng vaø ñoà thò cuûa moâi chaát laïnh vaø chaát taûi laïnh”, Nhaø xuaát baûn Giaùo Duïc, 1998. [15]. Ñinh Vaên Thuaän, Voõ Chí Chính, “Heä Thoáng Maùy vaø Thieát Bò Laïnh”, Nhaø xuaát baûn Khoa hoïc vaø Kyõ thuaät”, 2006. [16]. Taäp theå taùc giaû, Boä moân Maùy vaø Thieát bò Tröôøng Ñaïi hoïc Baùch Khoa – Ñaïi hoïc Quoác gia Tp.HCM, “Baûng tra cöùu – Quaù trình Cô hoïc – Truyeàn nhieät – Truyeàn khoái”, Nhaø xuaát baûn Ñaïi hoïc Quoác gia Tp. Hoà Chí Minh, 2004. [17]. Nguyeãn Ñöùc Lôïi, “Höôùng daãn tính toaùn heä thoáng laïnh”, Nhaø xuaát baûn Khoa hoïc vaø Kyõ thuaät”, 2005. [18]. Hoà Leâ Vieân, “Cô sôû tính toaùn caùc maùy hoaù chaát vaø thöïc phaåm”, Ñaïi hoïc Baùch khoa Haø Noäi, 1997. [19]. Traàn Huøng Duõng, Nguyeãn Vaên Luïc, Vuõ Baù Minh, Hoaøng Minh Nam, “Caùc quaù trình vaø thieát bò Coâng ngheä Hoaù chaát vaø Thöïc phaåm – Taäp 1 : Caùc quaù trình Cô hoïc – Quyeån 2 : Phaân rieâng baèng khí ñoäng, löïc ly taâm, bôm quaït, maùy neùn, tính heä thoáng ñöôøng oáng”, Nhaø xuaát baûn Ñaïi hoïc Quoác gia Tp. Hoà Chí Minh, 2005. [20]. Boä Y teá – Vieän Dinh döôõng, “Baûng nhu caàu Dinh döôõng khuyeán nghò cho ngöôøi Vieät Nam”, Nhaø xuaát baûn Y hoïc, 2005. [21]. Nguyeãn Vaên Luïa, “Caùc quaù trình vaø thieát bò trong coâng ngheä hoaù hoïc vaø thöïc phaåm, Taäp 1 - Caùc quaù trình vaø thieát bò cô hoïc, Quyeån 1 : Khuaáy - Laéng Loïc”, Nhaø xuaát baûn Ñaïi hoïc Quoác gia Tp. Hoà Chí Minh, 2005. Taøi lieäu tham khaûo Internet