Cô đặ c là phương phá p thườ ng đượ c dù ng để tă ng nồ ng độ mộ t cấ u tử nà o đó trong
dung dịch 2 hay nhiề u cấ u tử . Tuỳ theo tính chấ t củ a cấ u tử khó bay hơi hay dễ bay hơi ta
có thể tá ch mộ t phầ n dung mô i (cấ u tử dễ bay hơi hơn) bằ ng phương phá p nhiệ t độ (đun
nó ng) hay bằ ng phương phá p là m lạ nh kế t tinh.
Trong đồ á n nà y ta dù ng phương phá p nhiệ t. Trong phương phá p nhiệ t, dướ i tá c dụ ng
củ a nhiệ t (đun nó ng), dung mô i chuyể n từ trạ ng thá i lỏ ng sang trạ ng thá i hơi khi á p suấ t
riê ng phầ n củ a nó bằ ng á p suấ t bê n ngoà i tá c dụ ng lê n mặ t thoá ng củ a dung dịch (tứ c khi
dung dịch sô i). Để cô đặ c cá c dung dịch khô ng chịu đượ c nhiệ t độ cao (như dung dịch
đườ ng) đò i hỏ i phả i cô đặ c ở nhiệ t độ đủ thấ p ứ ng vớ i á p suấ t câ n bằ ng ở mặ t thoá ng
thấ p.
63 trang |
Chia sẻ: lvbuiluyen | Lượt xem: 10647 | Lượt tải: 3
Bạn đang xem trước 20 trang tài liệu Đồ án Chuyên ngành cô đặc hệ 3 nồi chân không liên tục sữa có đường, để xem tài liệu hoàn chỉnh bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên
ĐỒ ÁN CHUYÊN NGÀNH CƠ ĐẶC HỆ 3
NỒI CHÂN KHƠNG LIÊN TỤC SỮA CĨ
ĐƯỜNG
Đồ án chuyên ngành
1
CHƯƠNG 1: ............................................................................................................................... 4
I. NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN ...................................................................................................... 4
II. LỰA CHỌN THIẾT BỊ ................................................................................................ 4
1. Khái niệm ................................................................................................................ 4
2. Sơ lược về nguyên liệu: .......................................................................................... 4
3. Thành phần hoá học của 1 lít sữa bò...................................................................... 5
4. Phân loại thiết bị cô đặc.......................................................................................... 6
5. Lựa chọn thiết bị cô đặc.......................................................................................... 6
III. QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ ...................................................................................... 7
1. Sữa tươi nguyên liệu ............................................................................................... 8
2. Gia nhiệt sơ bộ......................................................................................................... 8
3. Thanh trùng .............................................................................................................. 8
4. Cô đặc ...................................................................................................................... 8
5. Làm lạnh ................................................................................................................ 10
6. Thành phẩm ........................................................................................................... 11
CHƯƠNG 2: ............................................................................................................................. 12
I. SƠ LƯỢC VỀ THIẾT BỊ CÔ ĐẶC ............................................................................ 12
II. CÂN BẰNG VẬT CHẤT VÀ NĂNG LƯỢNG ........................................................ 12
1. Cân bằng vật chất ............................................................................................... 13
2. Xác định áp suất và nhiệt độ mỗi nồi .................................................................. 14
3. Xác định tổn thất nhiệt độ hệ thống ..................................................................... 15
3.1. Tổn thất do nồng độ ( ’) ................................................................................... 15
3.2. Tổn thất nhiệt độ do áp suất thuỷ tĩnh ( ’’)..................................................... 16
3.3. Tổn thất nhiệt độ do trở lực thuỷ học trên đường ống ( ’’’) .......................... 16
3.4. Tổn thất chung cho toàn hệ thống .................................................................... 16
3.5. Xác định hiệu số nhiệt độ hữu ích từng nồi ..................................................... 16
4. Tính nhiệt lượng riêng, nhiệt dung riêng ............................................................. 16
4.1. Nhiệt lượng riêng............................................................................................... 16
4.2. Nhiệt dung riêng: ............................................................................................... 16
5. Lập phương trình cân bằng nhiệt lượng và tính lượng hơi đốt cần thiết ............ 17
III. CÁC THÔNG SỐ KỸ THUẬT CHÍNH .................................................................. 20
1. Độ nhớt................................................................................................................... 21
Đồ án chuyên ngành
2
2. Hệ số dẫn nhiệt của dung dịch ............................................................................. 22
3. Hệ số cấp nhiệt...................................................................................................... 22
3.1. Giai đoạn cấp nhiệt từ hơi đốt đến thành thiết bị ............................................ 22
3.2. Giai đoạn cấp nhiệt từ thành đến dung dịch .................................................... 23
3.3. Hệ số phân bố nhiệt hữu ích cho các nồi ......................................................... 25
IV. KÍCH THƯỚC THIẾT BỊ......................................................................................... 26
1. Buồng đốt............................................................................................................... 26
1.1. Ống truyền nhiệt ................................................................................................ 26
1.2. Đường kính buồng đốt ....................................................................................... 26
2. Kích thước buồng bốc............................................................................................ 26
3. Đường kính các ống dẫn ....................................................................................... 27
3.1. Đường kính ống dẫn hơi đốt và hơi thứ ............................................................ 27
3.2. Đường kính ống dẫn dung dịch ......................................................................... 28
V. TÍNH CƠ KHÍ .............................................................................................................. 29
1. Lựa chọn vật liệu và phương pháp gia công ........................................................ 29
2. Xác định điều kiện làm việc................................................................................. 29
3. Tính bề dày thân chịu áp suất ngoài .................................................................... 30
4. Tính bề dày đáy, nắp buồng đốt và buồng bốc ................................................... 33
4.1. Nắp, đáy elip làm việc áp suất ngoài ............................................................... 33
4.2. Đáy nón làm việc áp suất ngoài: ...................................................................... 34
5. Các bộ phận phụ .................................................................................................... 36
5.1. Bích và bulông: .................................................................................................. 36
5.2. Vĩ ống và đĩa phân phối .................................................................................... 37
5.3. Tai treo ............................................................................................................... 38
5.4. Tính bề dày lớp cách nhiệt................................................................................ 41
CHƯƠNG 3: TÍNH TOÁN THIẾT BỊ PHỤ........................................................................... 42
I. THIẾT BỊ NGƯNG TỤ BAROMET .......................................................................... 42
II. THIẾT BỊ GIA NHIỆT ................................................................................................ 47
III. TÍNH VÀ CHỌN BƠM ............................................................................................ 48
IV. TÍNH HỆ THỐNG CHÂN KHÔNG........................................................................ 50
1. Chọn bơm chân không........................................................................................... 50
2. Chọn hệ thống ống dẫn khí ................................................................................... 50
3. Xác định độ dẫn khí của các ống dẫn và trở lực của toàn hệ thống .................. 51
Đồ án chuyên ngành
3
4. Xác định thời gian hút khí và áp suất tới hạn của hệ thống ............................... 52
CHƯƠNG 4:ĐIỀU KHIỂN QUÁ TRÌNH ............................................................................... 54
I. CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG LÊN QUÁ TRÌNH CÔ ĐẶC ................................... 54
II. ĐẠI LƯỢNG CẦN ĐIỀU CHỈNH ............................................................................. 56
III. TÁC ĐỘNG ĐIỀU CHỈNH ...................................................................................... 57
IV. CÁC THÔNG SỐ CẦN KIỂM TRA ....................................................................... 57
V. HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN ......................................................................................... 57
CHƯƠNG 5: TỔNG KẾT ........................................................................................................ 59
TÀI LIỆU THAM KHẢO ....................................................................................................... 62
Đồ án chuyên ngành
4
CHƯƠNG 1:
TỔNG QUAN
I. NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN
Thiết kế hệ thống cô đặc dung dịch sữa đặc có đường bằng thiết bị ống dài, ba nồi,
xuôi chiều, liên tục.
Năng suất nhập liệu: 2000 kg/h
Nồng độ đầu: 10% khối lượng
Nồng độ cuối: 74% khối lượng
Aùp suất ngưng tụ: 0,1 at
Aùp suất hơi đốt: 3 at
II. LỰA CHỌN THIẾT BỊ
1. Khái niệm
Cô đặc là phương pháp thường được dùng để tăng nồng độ một cấu tử nào đó trong
dung dịch 2 hay nhiều cấu tử . Tuỳ theo tính chất của cấu tử khó bay hơi hay dễ bay hơi ta
có thể tách một phần dung môi (cấu tử dễ bay hơi hơn) bằng phương pháp nhiệt độ (đun
nóng) hay bằng phương pháp làm lạnh kết tinh.
Trong đồ án này ta dùng phương pháp nhiệt. Trong phương pháp nhiệt, dưới tác dụng
của nhiệt (đun nóng), dung môi chuyển từ trạng thái lỏng sang trạng thái hơi khi áp suất
riêng phần của nó bằng áp suất bên ngoài tác dụng lên mặt thoáng của dung dịch (tức khi
dung dịch sôi). Để cô đặc các dung dịch không chịu được nhiệt độ cao (như dung dịch
đường) đòi hỏi phải cô đặc ở nhiệt độ đủ thấp ứng với áp suất cân bằng ở mặt thoáng
thấp.
2. Sơ lược về nguyên liệu:
Người ta có thể sản xuất sữa cô đặc có đường từ nguyên liệu chính là sữa tươi hay sữa
tái chế (sữa tái chế được chuẩn bị từ bột gầy, chất béo khan từ sữa và nước). Ngoài ra,
người ta còn sữ dụng đường saccharose, lactose và một số phụ gia. Để là giảm giá thành
sản phẩm, một số nhà sản xuất dùng dầu thực vật để hiệu chỉnh hàm lượng chất béo trong
sản phẩm.
Sữa tươi và sữa tái chế: trong sản xuất sữa cô đặc, nguyên liệu sữa tươi và sữa tái chế
phải đạt các chỉ tiêu về cảm quan, hoá lý và vi sinh vật tương tự như trong sản xuất sữa
tiệt trùng và các sản phẩm khác từ sữa. Các nhà sản xuất thường quan tâm đến hai chỉ tiêu
dưới đây:
Sự ổn định của các protein sữa với tác nhân nhiệt càng cao thì càng tốt: yêu cầu
này nhằm hạn chế sự đông tụ protein trong các quá trình xử lý nhiệt, đảm bảo cấu
trúc sản phẩm được đồng nhất và không bị kết tủa. Để làm tăng tính ổn định của
các protein sữa, các nhà sản xuất cần sử dụng một số phụ gia thích hợp.
Đồ án chuyên ngành
5
Hàm lượng vi sinh vật trong sữa càng thấp càng tốt: do quá trình cô đặc sữa diễn ra
ở nhiệt độ thấp (65 – 700C) nên sẽ hoạt hoá các bào tử trong sữa và làm cho chúng
nảy mầm, đồng thời các tế bào sinh dưỡng chịu nhiệt sẽ không bị ức chế trong quá
trình cô đặc.
Đường saccharose: saccharose là một disaccharide do glucose va fructose tạo thành.
Việc sữ dụng saccharose trong sản xuất sữa đặc có đường với mục đích làm tăng áp lực
thẩm thấu trong sản phẩm, nhờ đó kéo dài thời gian bảo quản sữa cô đặc. Thông thường,
các nhà sản xuất sữ dụng tinh thể saccharose (tinh luyện) để sản xuất sữa cô đặc có
đường. Các chỉ tiêu chất lượng như sau: hàm lượng saccharose không thấp hơn 99.8%, độ
ẩm không vượt quá 0.05%, độ tro không lớn hơn 0.03% và độ màu không quá 30
0
ICUMSA.
Đường lactose: trong sản xuất sữa đặc có đường, người ta bổ sung lactose vào sữa tươi
dưới dạng mầm tinh thể nhằm mục đích điều khiển quá trình kết tinh lactose sao cho kích
thức tinh thể phải nằm trong một khoảng giá trị yêu cầu. Nếu kích thước tinh thể lactose
quá lớn thì sẽ ảnh hưởng xấu đến giá trị cảm quan của sản phẩm. Trước khi sữ dụng,
đường lactose sẽ được sấy khô và nghiền mịn đến kích thước vài m.
Phụ gia: quan trọng nhất là nhóm phụ gia có chức năng ổn định các protein sữa nhằm
hạn chế hiện tượng đông tụ protein dưới tác dụng của nhiệt. Các nhà sản xuất thường sữ
dụng muối sodium phosphate, citrate hoặc tetrapolyphosphate.
Ngoài ra, để ổn định hệ nhũ tương của sản phẩm, một số nhà sản xuất còn bổ sung các
loại vitamin, gồm các loại vitamin tan trong nước và các vitamin tan trong chất béo.
Dầu thực vật: dầu thực vật là chất béo có giá thành thấp hơn chất béo khan từ sữa.
Một số công ty tại Việt Nam sữ dụng dầu thực vật (như dầu cọ) để hiệu chỉnh lượng chất
béo trong sản phẩm sữa cô đặc. Hàm lượng chất béo trong sữa cô đặc thường dao động
trong khoảng 8 – 9%. Việc sữ dụng dầu thực vật sẽ góp phần làm giảm giá thành sản
phẩm nhưng có thể ảnh hưởng đến một số chỉ tiêu vật lý và cảm quan sản phẩm. Chỉ tiêu
chất lượng quan trọng của dầu là hàm lượng triglyceride, độ ẩm, chỉ số acid, peroxide và
iodine. Mỗi công ty sẽ tự đề xuất mức giá trị cụ thể cho chỉ tiêu chất lượng của dầu
nguyên liệu.
3. Thành phần hoá học của 1 lít sữa bò
Các thành phần Trạng thái Khối lượng % KL
Nước Pha lỏng, tồn tại ở hai dạng: nước tự do và
nước liên kết
902
87,4
Gluxit (40 60) g/l Chủ yếu ở dạng tự do (lactoza ở trạng thái
phân tử) và một lượng nhỏ ở dạng kết hợp
( galactoza, galactosamin, axit sialic ở
trạng thái keo, được liên kết với protein)
49 4,75
Chất béo (25 45) g/l Ở dạng cầu béo: là những chất béo có
đường kính (1 10) m, được bao bằng một
màng lipoprotein, ở dạng nhủ tương.
39 3,78
Đồ án chuyên ngành
6
Ở dạng các hợp chất hoà tan trong chất
béo: các sắc tố ( -caroten) sterol
(cholesterol), các vitamin.
Hợp chất nitơ
(25 45) g/l
Ở dạng mixen 28g: ở dạng huyền phù, là
phức của phosphat canxi liên kết với liên
hợp của casein.
Ở dạng hoà tan 4,7g: là những cao phân tử
của albumin và imunoglobulin.
Nitơ phi protein 0.3g: ure, axit uric,
creatin,…
33 3,2
Chất khoáng
(25 40) g/l
Ở trạng thái keo hoà tan như: ở dạng phân
tử và ion (axit xitric, K, Ca, P, Na, Cl, Mg);
ở dạng các nguyên tố trung lượng (Zn, Al,
Fe, Cu. I,…)
9 0,87
Các chất khác Các chất xúc tác sinh học: vitamin (A, D,
E, K, B1, B2, PP, B6, B12, C,…) va ø các
enzime
Các chất khí hoà tan: CO2, O2,…
Vết
4. Phân loại thiết bị cô đặc
Thiết bị cô đặc được chia làm 3 nhóm:
- Nhóm 1: Dung dịch được đối lưu tự nhiên hay tuần hoàn tự nhiên. Thiết bị dạng
này dùng để cô đặc các dung dịch khá loãng, độ nhớt thấp, đảm bảo sự tuần hoàn tự
nhiên của dung dịch dễ dàng qua bề mặt truyền nhiệt.
- Nhóm 2: dung dịch đối lưu cưỡng bức hay tuần hoàn cưỡng bức. Thiết bị trong
nhóm này được dùng cho các dung dịch khá sệt, độ nhớt cao, giảm đựơc sự bám cặn
hay kết tinh từng phần trên bề mặt truyền nhiệt.
-Nhóm 3: dung dịch chảy thành màng mỏng, màng có thể chảy ngược lên hay xuôi
xuống. Thiết bị nhóm này chỉ cho phép dung dịch chảy thành màng qua bề mặt truyền
nhiệt một lần tránh sự tác dụng nhiệt độ lâu làm biến chất một số thành phần của dung
dịch.
Đối với mỗi nhóm thiết bị đều có thể thiết kế buồng đốt trong hay buồng đốt ngoài.
Tuỳ theo điều kiện của dung dịch mà ta có thể sử dụng cô đặc ở điều kiện chân không, áp
suất thường hay áp suất dư.
5. Lựa chọn thiết bị cô đặc
Theo tính chất của nguyên liệu, cũng như ưu nhược điểm của các dạng thiết bị nói trên
ta chọn loại thiết bị ống dài, thẳng đứng, màng chảy xuôi xuống có buồng đốt ngoài, sử
dụng ba nồi xuôi chiều liên tục.
Ưu điểm của hệ thống:
Đồ án chuyên ngành
7
Dùng thiết bị cô đặc kiểu màng chất lỏng, dung dịch vào và ra khỏi dàn ống một
lần, không có tuần hoàn trở lại, nên thời gian dung dịch tiếp xúc trực tiếp với bề mặt
truyền nhiệt ngắn, thích hợp với sản phẩm dễ bị biến tính vì nhiệt độ.
Dùng hệ thống 2 nồi xuôi chiều liên tục có thể sử dụng hợp lý lượng hơi bằng cách
dùng hơi thứ của nồi trước làm hơi đốt của nồi sau. Nhiệt độ của dung dịch và áp suất
giảm dần từ nồi trước ra nối sau, do đó nhiệt độ của dung dịch ở nồi cuối cùng sẽ
thấp.
Sử dụng buồng đốt ngoài nhằm giảm bớt chiều cao thiết bị, tách bọt triệt để do
buồng đốt cách xa không gian hơi.
Nhược điểm:
Hệ cô đặc 3 nồi xuôi chiều loại ống dài không có lợi khi phải cô đặc dung dịch có
độ nhớt cao và nồng độ cuối lớn, vì dung dịch khi lấy ra ở nhiệt độ thấp có độ nhớt lớn
nên khó lấy ra.
Không thích hợp khi cô đặc dung dịch đến nồng độ cuối cao và dung dịch dễ kết
tinh vì dung dịch sẽ dính trên đường ống gây tắc ống.
Với ống quá dài nên việc vệ sinh ống khó khăn và ống chịu sự dãn nở vì nhiệt
nhiều.
III. QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ
Gia nhiệt sơ
bộ (55÷60)
0
C
Sữa tươi nguyên
liệu (4÷8)
0
C
Sữa cô
đặc
74%
Thanh trùng
(70±2)
0
C
Cô đặc nồi 1
(65÷70)
0
C
Cô đặc nồi 2
(60÷63)
0
C
Cô đặc nồi 3
(55±2)
0
C
Làm lạnh
(4÷8)
0
C
Đồ án chuyên ngành
8
Thuyết minh quy trình công nghệ:
1. Sữa tươi nguyên liệu
Sữa tươi nguyên liệu sau khi kiểm tra tiêu chuẩn vệ sinh thường có chất khô
(10,6±0,1)%. Để chất lượng sữa tươi nguyên liệu có chất lượng ổn định chúng sẽ được làm
lạnh ở môi trường nhiệt độ (4÷8)
0
C và được đưa vào bồn có dung tích phù hợp đã được
khử trùng.
2. Gia nhiệt sơ bộ
Sữa tươi ở nhiệt độ (4÷8)
0
C từ bồn chứa sẽ được bơm vào vào bồn cân bằng. Do bồn
cân bằng có van phao kiểm soát mức sữa nên tránh hiện tượng dao động dòng sữa nguyên
liệu cấp vào tháp cô đặc.
Từ bồn cân bằng sữa tươi được đưa qua vỉ trao đổi nhiệt, nhờ trao đổi nhiệt với sản
phẩm sữa cô đặc của nồi cô đặc thứ 3 (hồi nhiệt) có nhiệ t độ 55
0
C thì nhiệt độ của sữa
tươi tăng lên (20÷26)
0
C. Sau đó ra khỏi vỉ sữa tươi lại tiếp tục được gia nhiệt sơ bộ nhờ
bốn thiết bị gia nhiệt kiểu ống chùm. Nhiệt ở đây được tái sử dụng từ phần hơi dư của mỗi
tháp cô đặc. Trước khi vào thiết bị thanh trùng, nhiệt độ sữa tươi có thể đạt đến
(55÷60)
0
C.
3. Thanh trùng
Sau khi gia nhiệt sơ bộ, sữa tươi sẽ đi vào thiết bị thanh trùng để được nâng nhiệt lên
đến nhiệt độ thanh trùng. Thiết bị than