Đồ án: Thiết kế hệ thống nồi đun sôi dịch đường với hoa houblon gia nhiệt kiểu ống chùm

BỘ CÔNG THƢƠNG

TRƢỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP THỰC PHẨM TP.HCM

KHOA CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM

BỘ MÔN KỸ THUẬT THỰC PHẨM



ĐỒ ÁN:

THIẾT KẾ HỆ THỐNG NỒI ĐUN SÔI DỊCH ĐƢỜNG

VỚI HOA HOUBLON GIA NHIỆT KIỂU ỐNG CHÙM

GVHD: Phan Vĩnh Hƣng

SVTH1: Lê Thị Bé Hồng -2005130206 -04DHTP2

SVTH2: Nguyễn Thị Bích Kiều -2005130198 -04DHTP2

TP.HỒ CHÍ MINH - THÁNG 5/2016

.........................................................................................................................................................................

NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN HƢỚNG DẪN

Tp Hồ Chí Minh, ngày….tháng….năm 2016

Giảng viên hƣớng dẫn

Phan Vĩnh Hƣng

NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN PHẢN BIỆN

...............................................................................................................................................

Tp Hồ Chí Minh, ngày….tháng….năm 2016

Giảng viên phản biện

LỜI CẢM ƠN

Chúng em xin chân thành cảm ơn Khoa công nghệ thực phẩm, trƣờng Đại học

Công nghiệp Thực phẩm TpHCM đã tạo điều kiện cho chúng em thực hiện tốt đồ án

này.

Chúng em xin chân thành cảm ơn thầy Phan Vĩnh Hƣng đã tận tình hƣớng dẫn

cho chúng em trong suốt thời gian thực hiện đồ án.

Chúng em cũng xin chân thành cảm ơn quý thầy cô Trƣờng Đại học Công nghiệp

thực phẩm thành phố Hồ Chí Minh nói chung, quý thầy cô trong bộ monn Kỹ thuật

thực phẩm nói riêng đã dạy dỗ chúng em những kiến thức đại cƣơng cũng nhƣ các

kiến thức chuyên ngành, giúp chúng em có đƣợc cơ sở li thuyết vững vàng và tạo điều

kiện giúp đỡ chúng em trong suốt quá trình học tập.

Cuối cùng chúng em xin chân thành cảm ơn gia đình bạn bè đã luôn tạo điều

kiện, quan tâm, giúp đỡ, động viên chúng em trong suốt quá trình học tập và hoàn

thành đồ án này.

Nhóm em chân thành cảm ơn!

Tp. Hồ Chí Minh, ngày… tháng… năm 2016

Nhóm sinh viên thực hiện

LỜI MỞ ĐẦU

Bia là loại nƣớc giải khát có cồn đƣợc nhiều ngƣời ƣa thích. Bia là loại nƣớc giải

khát nếu uống một cách hợp lí thì rất có lợi cho sức khỏe. Ngày nay, ngành công nghệ

sản xuất bia ngày càng phát triển ở khắp nơi trên thế giới nói chung và ở Việt Nam nói

riêng. Nguyên liệu chính trong sản xuất bia là malt, nƣớc và hoa houblon. Trong đó,

hoa houblon là một nguyên liệu tuy chiếm một tỉ lệ rất nhỏ nhƣng có vai trò quan

trọng giúp bia có vị đắng và hƣơng thơm đặc trƣng. Đến nay ngƣời ta vẫn chƣa tìm

đƣợc nguyên liệu nào có thể thay thế hoa houblon trong công nghệ sản xuất bia.

Vì vậy công đoạn đun sôi dịch đƣờng với hoa houblon là một công đoạn quan trọng

trong công nghệ sản xuất bia. Do đó nhiệm vụ đồ án của chúng em là thiết kế hệ thống

nồi đun sôi dịch đƣờng với hoa houblon và thiết bị gia nhiệt đƣợc sử dụng là thiết bị

trao đổi nhiệt ống chùm. Đây là loại thiết bị đƣợc sử dụng rất phổ biến trong công

nghệ thực phẩm.

Với nhiệm vụ nhƣ trên, đồ án của nhóm em gồm 4 phần chính:

Tổng quan về bia và thiết bị trao đổi nhiệt gián tiếp. 1.

Tính toán thiết bị nồi đun sôi với thiết bị trao đổi nhiệt ống chùm. 2.

Tính bền cơ khí và tính thiết bị phụ. 3.

Vẽ thiết bị nồi đun sôi có thiết bị trao đổi nhiệt ống chùm bên 4.

trong.

Trong thời gian thực hiện đồ án này, chúng em đã nhận đƣợc sự tận tình hƣớng dẫn

của thầy Phan Vĩnh Hƣng cũng nhƣ sự cố gắng tìm tài liệu để hoàn thành đồ án tuy

nhiên không tránh khỏi sự thiếu sót. Do đó, chúng em rất mong sự góp ý kiến của các

thầy cô để dồ án hoàn thiện hơn. Từ đó, tích lũy những kinh nghiệm bổ ích cho cuộc

sống cũng nhƣ cho nghề nghiệp tƣơng lai.

Mục lục

CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN ....................................................................................................................1

1.1. NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN ....................................................................................................................1

1.2.

LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN CỦA NGÀNH CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT BIA ................................1

1.3.

TÌNH HÌNH SẢN XUẤT BIA ....................................................................................................1

1.3.1.

Trên thế giới .........................................................................................................................1

1.3.2.

Tại Việt Nam ........................................................................................................................1

1.4. NGUYÊN LIỆU ...........................................................................................................................2

1.4.1. Malt đại mạch .......................................................................................................................2

1.4.2.

Nƣớc .....................................................................................................................................2

1.4.3.

Hoa houblon .........................................................................................................................2

1.4.4.

Nấm men ..............................................................................................................................2

1.4.5.

Thế liệu .................................................................................................................................3

1.5. QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT BIA ...........................................................................3

1.5.1.

Sơ đồ công nghệ ...................................................................................................................3

1.5.2.

Thuyết minh quy trình: .........................................................................................................5

1.5.2.1.

Nghiền nguyên liệu ......................................................................................................5

1.5.2.2.

Hồ hóa và thủy phân nguyên liệu .................................................................................5

1.5.2.3.

Lọc tách bã, rửa bã .......................................................................................................5

1.5.2.4.

Nấu dịch đƣờng với houblon ........................................................................................5

1.5.2.5.

Làm lạnh dịch đƣờng....................................................................................................6

1.5.2.6.

Lên men chính và thu hồi CO2 .....................................................................................6

1.5.2.7.

Lên men phụ và làm chin bia .......................................................................................6

1.5.2.8.

Lọc trong bia ................................................................................................................6

1.5.2.9.

Bảo hòa CO2 .................................................................................................................6

1.5.2.10. Đóng chai, đóng lon .....................................................................................................7

1.5.2.11.

Thanh trùng bia ............................................................................................................7

1.6. CƠ SỞ LÍ THUYẾT CỦA QUÁ TRÌNH ĐUN SÔI DỊCH ĐƢỜNG VỚI HOA HOUBLON ...7

1.6.1.

Các quá trình cơ bản và các yếu tố ảnh hƣởng .....................................................................7

1.6.1.1.

Trích ly và hòa tan chất đắng vào dịch đƣờng .............................................................7

1.6.1.2.

Trích ly và hòa tan các thành phần khác ......................................................................8

1.6.1.3.

Sự biến hình phi thuận nghịch và kết màng protein .....................................................8

1.6.1.4.

Sự thay đổi thế oxy hóa-khử ........................................................................................9

1.6.2.

Kĩ thuật đun sôi và houblon hóa dịch đƣờng........................................................................9

1.6.2.1.

Kỹ thuật đun sôi ...........................................................................................................9

1.6.2.2.

Hàm lƣợng và phƣơng pháp nạp ............................................................................... 10

1.7.

THIẾT BỊ TRAO ĐỔI NHIỆT ................................................................................................. 11

1.7.1.

Khái niệm: ......................................................................................................................... 11

1.7.2.

Phân loại: ........................................................................................................................... 11

1.7.3.

Các loại thiết bị trao đổi nhiệt thƣờng gặp ........................................................................ 11

1.7.3.1.

Loại vỏ bọc ................................................................................................................ 11

1.7.3.2.

Loại ống..................................................................................................................... 12

1.7.3.3.

Loại có dạng tấm ....................................................................................................... 13

1.7.4.

Cấu tạo và ứng dụng một số dạng thiết bị trao đổi nhiệt ống chùm .................................. 13

1.8. CHỌN THIẾT BỊ ...................................................................................................................... 14

1.9. CÁC THIẾT BỊ VÀ CHI TIẾT TRONG HỆ THỐNG NỒI ĐUN SÔI .................................... 14

CHƢƠNG 2: TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ THIẾT BỊ CHÍNH .......................................................... 16

2.1. CÂN BẰNG VẬT CHẤT VÀ NĂNG LƢỢNG ........................................................................... 18

2.1.1. Dữ liệu ban đầu ...................................................................................................................... 18

2.1.2. Cân bằng vật chất .................................................................................................................... 18

2.1.2.1. Lƣợng houblon sử dụng ................................................................................................... 18

2.1.2.2. Lƣợng bã hoa .................................................................................................................... 19

2.1.2.3. Tính lƣợng nƣớc trong dịch đƣờng ban đầu ..................................................................... 19

2.1.3. Cân bằng năng lƣợng .............................................................................................................. 19

2.2. THIẾT KẾ BỘ PHẬN ĐUN NÓNG BÊN TRONG ...................................................................... 21

2.2.1. Tính toán truyền nhiệt cho thiết bị trao đổi nhiệt .................................................................... 21

2.2.1.1. Độ chênh lệch nhiệt độ trung bình ................................................................................... 21

2.2.1.2. Hệ số cấp nhiệt khi ngƣng tụ hơi: ............................................................................... 21

2.2.1.3. Hệ số cấp nhiệt về phía dung dịch cần đun sôi ............... Error! Bookmark not defined.

2.2.1.4. Xác định hệ số trao đổi nhiệt tổng quát K ........................................................................ 25

2.2.1.5. Diện tích bề mặt truyền nhiệt ........................................................................................... 26

2.2.2. Tính kích thƣớc buồng đốt ..................................................................................................... 26

2.2.2.1. Số ống truyền nhiệt ......................................................................................................... 26

2.2.2.2. Tính đƣờng kính thiết bị gia nhiệt .................................................................................... 26

2.2.2.3.

Kiểm tra diện tích truyền nhiệt .................................................................................. 27

2.2.3.

Kích thƣớc tấm định hƣớng hình nón cụt trên buồng đốt ................................................. 27

2.2.4.

Kích thƣớc tấm định hƣớng hình trụ ................................................................................. 28

2.2.5.

Nón phân tán dịch ............................................................................................................. 28

2.3.

TÍNH KÍCH THƢỚC NỒI ĐUN VÀ TỔN THẤT TRONG QUÁ TRÌNH TRUYỀN NHIỆT 28

2.3.1. Tính đƣờng kính trong của thiết bị .......................................................................................... 28

2.3.2. Tổn thất nhiệt lƣợng cho phần thân tiếp xúc với dịch đƣờng .................................................. 29

2.3.3.

Tổn thất nhiệt lƣợng của dịch đƣờng khi tiếp xúc với thân: ............................................. 30

2.3.4.

Tổn thất nhiệt lƣợng cho phần đáy: ................................................................................... 31

2.3.5.

Tổn thất nhiêt lƣợng ở phần nắp và 1 phần của thân do hơi nƣớc bốc hơi: Error! Bookmark

not defined.

2.3.6.

Tổn thất nhiệt lƣợng qua ống ngƣng: ................................................................................ 36

CHƢƠNG 3: TÍNH CƠ KHÍ CHO CÁC CHI TIẾT THIẾT BỊ ........................................................... 41

3.1. THIẾT BỊ GIA NHIỆT TRUNG TÂM .......................................................................................... 41

3.1.1. Sơ lƣợc về cấu tạo ................................................................................................................... 41

3.1.2. Tính toán ................................................................................................................................. 41

3.1.3. Tính bền cho các lỗ ..................................................................... Error! Bookmark not defined.

3.2. TÍNH KÍCH THƢỚC CÁC ỐNG DẪN ........................................................................................ 43

3.2.1.Cửa tháo sản phẩm ................................................................................................................... 44

3.2.2. Cửa nạp liệu ............................................................................................................................ 44

3.2.3. Ống dẫn hơi đốt ....................................................................................................................... 44

3.2.4. Ống dẫn nƣớc ngƣng ............................................................................................................... 45

3.3. TÍNH VỈ ỐNG ................................................................................... Error! Bookmark not defined.

3.3.1. Sơ lƣợc cấu tạo ............................................................................ Error! Bookmark not defined.

3.3.2. Tính toán ..................................................................................... Error! Bookmark not defined.

3.4. TÍNH THÂN THIẾT BỊ ..................................................................... Error! Bookmark not defined.

3.4.1. Sơ lƣợc về cấu tạo: ...................................................................... Error! Bookmark not defined.

3.4.2. Tính toán ..................................................................................... Error! Bookmark not defined.

3.5. TÍNH CHO ĐÁY THIẾT BỊ .............................................................. Error! Bookmark not defined.

3.5.1. Sơ lƣợc cấu tạo ........................................................................... Error! Bookmark not defined.

3.5.2. Tính toán ..................................................................................... Error! Bookmark not defined.

3.6. TÍNH CHO NẮP THIẾT BỊ .......................................................................................................... 51

3.6.1. Sơ lƣợc về cấu tạo ....................................................................... Error! Bookmark not defined.

3.6.2. Tính toán ..................................................................................... Error! Bookmark not defined.

3.7. TÍNH CHÂN ĐỠ THIẾT BỊ .......................................................................................................... 55

3.7.1. Sơ lƣợc cấu tạo chân đỡ thiết bị .............................................................................................. 55

3.7.1.1. Khối lƣợng nắp nón .............................................................. Error! Bookmark not defined.

3.7.1.2. Khối lƣợng thép làm thân nồi ........................................................................................... 56

3.7.1.3. Khối lƣợng thép làm đáy ellipse tiêu chuẩn ..................................................................... 57

3.7.1.4. Khối lƣợng thép làm ống truyền nhiệt.............................................................................. 57

3.7.1.5. Khối lƣợng vỉ ống ............................................................................................................ 57

3.7.1.6. Khối lƣợng buồng đốt ...................................................................................................... 58

3.7.1.7. Khối lƣợng ống ngƣng ..................................................................................................... 58

3.7.1.8. Khối lƣợng của lớp cách nhiệt bằng amiang carton của thân và đáy .............................. 58

3.6.1.9. Khối lƣợng lớp inox ở thân và đáy ................................................................................... 59

3.7.2. Khối lƣợng dung dịch lớn nhất có trong thiết bị ..................................................................... 64

3.7.3. Kích thƣớc chân thiết bị .......................................................................................................... 64

3.8. CÁC CHI TIẾT PHỤ ..................................................................................................................... 65

CHƢƠNG 4: THIẾT BỊ PHỤ ............................................................................................................... 66

4.1. Bẫy hơi .................................................................................................................................. 66

KẾT LUẬN ........................................................................................................................................... 67

Tài liệu tham khảo ................................................................................................................................. 68

CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN

1.1. NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN

Giới thiệu tổng quan về bia và nguyên liệu sản xuất bia, cơ sở lí thuyết của quá trình

đun sôi dịch đƣờng với hoa houblon, thiết bị bị gia nhiệt ống chùm. Mô tả công đoạn

houblon hóa, vẽ sơ đồ thiết bị và nguyên lí hoạt động. Tính cân bằng vật chất và năng

lƣợng cho quá trình. Tính và thiết kế hệ thống nồi đun sôi dịch đƣờng với hoa houblon

gia nhiệt kiểu ống chùm:

 Nhiệt độ dịch đƣờng ban đầu là 650C

 Thể tích dịch đƣờng 10hl=1000 (lít)

 Nhiệt độ đun sôi dịch đƣờng với hoa houblon là 1050C

 Chọn nồng độ dịch đƣờng là 120Brix.

1.2. LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN CỦA NGÀNH CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT BIA

Bia là một trong những đồ uống lâu đời nhất thế giới, lịch sử bia có niên đại đến

6000 năm TCN. Ngày nay, công nghiệp bia là công việc kinh doanh khổng lồ toàn

cầu, bao gồm chủ yếu là các tổ hợp đƣợc ra đời từ các nhà sản xuất nhỏ hơn.

1.3. TÌNH HÌNH SẢN XUẤT BIA

1.3.1. Trên thế giới

Trong những năm gần đây ngành sản xuất bia ở các nƣớc Châu Âu và Bắc Mỹ suy

giảm, trong khi đó sản lƣợng bia ở các nƣớc Châu Á và Nam Mỹ lại tăng lên và ngày

càng giữ vị trí quan trọng trong thị trƣờng bia thế giới.

1.3.2. Tại Việt Nam

Trong những năm gần dây ngành sản xuất bia của Việt Nam đã có những bƣớc phát

triển mạnh mẽ thông qua việc đầu tƣ cải tạo và mở rộng các nhà máy hiện có, xây

dựng các nhà máy bia mới cũng nhƣ tăng cƣờng liên doanh với các công ty bia nƣớc

ngoài.

Năng lực sản xuất bia hiện nay của các nhà máy đạt công suất 2900 triệu lít/năm. Hà

Nội chiếm 17,64% năng lực sản xuất bia cả nƣớc, thành phố Hồ Chí Minh đạt 45,98%.

Còn các khu vực khác thì thấp.

1.4. NGUYÊN LIỆU

1.4.1. Malt đại mạch

Malt là một trong các nguyên liệu chính, thiết yếu để sản xuất bia nói chung và

không thể thay thế khi sản phẩm là các loại bia truyền thống. Thể loại và phẩm chất

của malt là một trong những yếu tố quan trọng tạo ra sự đặc trƣng của bia thành phẩm.

Matl là nguyên liệu đƣợc sử dụng có số lƣợng nhiều thứ hai (sau nƣớc) tính theo khối

lƣợng. Mức tiêu hao trung bình đối với malt là 1.15-0.2 kg cho 1 lít bia thành phẩm.

1.4.2. Nƣớc

Nƣớc là một trong các nguyên liệu chính chiếm 80-90% trong bia.

Nƣớc dùng để sản xuất dịch lên men, pha chế bán thành phẩm và thành phẩm, nuôi

cấy và nhân giống nấm men…đƣợc coi là nƣớc nguyên liệu của quá trình sản xuất. Về

cơ bản, nƣớc dùng trong sản xuất phải có chất lƣợng của nƣớc uống đƣợc theo tiêu

chuẩn. Ngoài ra, nƣớc nguyên liệu phải đạt các chỉ tiêu quy định.

1.4.3. Hoa houblon

Hoa houblon là nguyên liệu cơ bản thứ hai trong sản xuất bia

Vai trò của hoa houblon trong sản xuất bia:

 Tạo vị và mùi cho bia

 Góp phần giữ bọt cho bia

 Tăng tính sát trùng cho bia

 Ổn định thành phần của bia

Thành phần hóa học: 11-13% nƣớc, 15-21% chất đắng, polyphenol 2,5-6%, prptein

0,3-3% và các chất khác 26-28%.

Ở các nhà máy ngƣời ta thƣờng sử dụng cao hoa và hoa viên.

1.4.4. Nấm men

Nấm men đƣợc dùng để sản xuất nấm men phải đáp ứng những yêu cầu sau:

 Khả năng và tốc độ lên men trong điều kiện nhiệt độ thấp với dịch đƣờng malt.

 Khả năng kết lắng đối với những loài lên men chìm.

 Hàm lƣợng các sản phẩm bậc hai tạo thành của quá trình lên men.

 Tính ổn định trong sản xuất.

 Tạo ra hƣơng vị và chất lƣợng sản phẩm đặc trƣng.

1.4.5. Thế liệu

Trong sản xuất bia việc dùng thế liệu thay cho malt tùy thuộc vào điều kiện chủ

quan và khách quan, có thể nhằm mục đích hạ giá thành sản phẩm tạo ra các sản phẩm

bia có mức chất lƣợng khác nhau. Cải thiện một vài tính chất của sản phẩm, theo đơn

đặt hàng của ngƣời tiêu dùng.

1.5. QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT BIA

1.5.1. Sơ đồ công nghệ

Gạo Malt Phụ gia

Nghiền Nghiền

Nƣớc

Malt lót Đạm hóa Hồ hóa

Đƣờng hóa

Nƣớc nóng Bã Lọc, rửa tách bã

Houblon Houblon hóa Caramel Phụ gia

O2 tinh khiết Lắng, làm lạnh Cặn

Thu hồi CO2 Nấm men Bã men Lên men chính

Xử lý CO2

Lên men phụ Thu hồi nấm men

Bột lọc Lọc bia Xử lí nấm men

Bã

Bảo hòa CO2 CO2 tinh khiết Tái sử dụng nấm men

Chai sạch Chiết chai

Thanh trùng

Dán nhãn Bia thành phẩm

1.5.2. Thuyết minh quy trình:

1.5.2.1. Nghiền nguyên liệu

Nghiền nguyên liệu nhằm làm cho các hạt malt, gạo bị phá hủy thành nhiều mảnh,

tăng diện tích tiếp xúc giữa nguyên liệu với nƣớc để nƣớc thấm đều vào nguyên liệu

để quá trình thủy phân diễn ra nhanh hơn và dễ dàng hơn. Mỗi loại nguyên liệu đều có

mức độ nghiền riêng: đối với malt, khi nghiền giữ cho vỏ trấu không bị nát vụn để tạo

lớp lọc tự nhiên trong quá trình lọc tách bã; đối với nguyên liệu thay thế, do hạt tinh

bột cứng nên khó bị phá vỡ, lâu chin khi nấu do đó cần nghiền mịn.

1.5.2.2. Hồ hóa và thủy phân nguyên liệu

Hồ hóa đƣợc tiến hành đối với các loại nguyên liệu hạt chƣa ƣơm mầm nhƣ gạo,

ngô,..Trong trƣờng hợp không dùng nguyên liệu thay thế với mục đích sản xuất các

loại bia có chất lƣợng cao thì từng phần bột malt cũng đƣợc nấu chín (phƣơng pháp

đƣờng hóa đun sôi từng phần.

Mục đích của quá trình thủy phân nguyên liệu là tạo ddieuf kiện tối thích về nhiệt

độ, pH môi trƣờng, thời gian gia nhiệt,…để hệ enzyme thủy phân trong malt hoạt

động.

1.5.2.3. Lọc tách bã, rửa bã

Nhằm tách lỏng ra khỏi rắn trong hỗn hợp cháo malt-gạo. Rửa bã nhằm tận dụng tối

đa lƣợng chất hòa tan còn sót trong bã sau khi lọc tách bã. Quá trình rửa bã kết thúc

khi nồng độ đƣờng trong nƣớc rửa bã còn khoảng 2%. Nồng độ chung của hỗn hợp

dịch ép và nƣớc rửa bã đạt trên 90% so với nồng độ yêu cầu.

1.5.2.4. Nấu dịch đƣờng với houblon

Nhằm mục đích:

 Hòa tan thành phần các chất trong hoa houblon vào dịch đƣờng nhƣ: chất đắng,

tinh dầu thơm, polyphenol và các hợp chất chứa nito

 Kết lắng protein cao phân tử nên làm trong dịch đƣờng.

 Tạo màu do phản ứng melanoidin. Tăng nồng độ chất hòa tan của dịch đƣờng

do đun sôi trong thời gian dài.

 Trong houblon có chất kháng khuẩn nên có tác dụng sát khuẩn cho dịch

houblon. Nhờ quá trình đun sôi, các vi sinh vật bị tiêu diệt và các enzyme bị các

enzyme biến tính, do đó làm tăng độ bền cho bia.

 Nhờ các acid hữu cơ của houblon hòa tan vào dịch đƣờng mà quá trình houblon

hóa có tác dụng làm cho pH dịch thủy phân giảm xuống phù hợp với yêu cầu pH của

nấm men

1.5.2.5. Làm lạnh dịch đƣờng

Mục đích

 Hạ nhiệt độ dịch đƣờng đến nhiệt độ thích hợp cho nấm men phát triển (100C-

120C)

 Tách các loại cặn mịn ra khỏi dịch chuẩn bị lên men.

1.5.2.6. Lên men chính và thu hồi CO2

Nhằm chuyển hóa các chất hòa tan trong dịch đƣờng thành etylic, CO2 và các sản

phẩm phụ khác.Quá trình lên men chính đƣợc tiến hành trong điều kiện 6-80C.

1.5.2.7. Lên men phụ và làm chin bia

Là giai đoạn tiếp theo của quá trình lên men chính. Trong điều kiện nhiệt độ thấp (1-20C), lên men phụ nhằm lên men tiếp phần đƣờng còn lại (với tốc độ chậm), khử

diaxetyl, khử rƣợu bậc cao, aldehyde,..đồng thời diễn ra quá trình bão hòa CO2 cho

bia, làm lắng men nên bia trong hơn, tạo este thơm và các sản phẩm phụ khác. Sau giai

đoạn lên men phụ bia trong trong hơn, thơm hơn và dịu hơn và hấp đãn hơn.

1.5.2.8. Lọc trong bia

Mục đích làm cho bia trong hơn, đạt giá trị cảm quan và tăng độ bền sinh học (bảo quản đƣợc lâu). Lọc trong bia đƣợc tiến hành ở nhiệt độ 1-20C để hạn chế nhiễm

khuẩn và tránh thất thoát CO2

1.5.2.9. Bảo hòa CO2

Sau khi lọc, nếu hàm lƣợng CO2 hòa tan chƣa đạt mức chất lƣợng thì phải bổ sung

CO2 nhằm đảm bảo hàm lƣợng CO2 đạt khoảng 4 gam/lít. Trƣớc khi nạp CO2 vào bia,

phải dẫn CO2 qua hệ thống lọc để khử mùi, khử tạp chất, tách nƣớc, tách các vật thể lại

lẫn trong CO2.

1.5.2.10. Đóng chai, đóng lon

Nhằm mục đích dễ thanh trùng, dễ vận chuyển đến ngƣời tiêu dùng, dễ bảo quản,

đảm bảo vệ sinh, tạo vẻ hấp dẫn cho sản phẩm đồng thời xác nhận trách nhiệm của nhà

sản xuất đói với sản phẩm mình làm ra.

1.5.2.11. Thanh trùng bia

Mục đích là tiêu diệt nấm men còn sót trong bia để ổn định thành phần sinh học và

tăng thời gian bảo quản cho bia.

1.6. CƠ SỞ LÍ THUYẾT CỦA QUÁ TRÌNH ĐUN SÔI DỊCH ĐƢỜNG VỚI

HOA HOUBLON

1.6.1. Các quá trình cơ bản và các yếu tố ảnh hƣởng

1.6.1.1. Trích ly và hòa tan chất đắng vào dịch đƣờng

Các hợp chất đắng của hoa houblon có độ hòa tan ở trong dịch đƣờng rất kém.

Trong hai cấu tử của acid đắng thì α-acid đắng có độ hòa tan khá hơn và chính cấu tử

này là nguồn chính tạo ra lực đắng cho bia.

Chất đắng hòa tan và tồn tại trong dịch đƣờng dƣới cả hai dạng dung dịch phân tử

và dung dịch keo với điện tích âm ở vỏ bên ngoài. Mức độ phân tán của chúng ở trong

dịch đƣờng không đồng đều, mà phụ thuộc vào sự có mặt của các chất điện phân và

các phân tử dạng keo khác

Các yếu tố ảnh hƣởng đến sự hòa tan của chất đắng:

 Thời gian đun nấu: nếu thời gian đun nấu kéo dài thì lƣợng chất đắng ở trong

bia cũng tăng lên.

 Lƣợng protein khả kết ở trong dịch đƣờng: nếu lƣợng các hợp chất này càng

cao thì lƣợng chất đắng tham gia phản ứng kết tủa càng nhiều.

 pH của dịch đƣờng: khi giảm độ chua tác dụng của môi trƣờng, khả năng hòa

tan của các chất đắng sẽ tăng. Tuy nhiên ảnh hƣởng của pH đến hàm lƣợng cuối cùng

của chất đắng trong bia không đƣợc thể hiện rõ nét lắm.

Ngoài ra nó còn phụ thuộc vào thành phần hóa học của nƣớc, nồng độ chất hòa tan

của dịch đƣờng, đặc điểm chủng, giống hoa, điều kiện gieo trồng canh tác và đặc biệt

là thời gian và chế độ bảo quản

1.6.1.2. Trích ly và hòa tan các thành phần khác

Tinh dầu thơm của hoa houblon là cấu tử tạo cho bia có hƣơng thơm rất đặc trƣng

mà không có ở bất kỳ một sản phẩm thực phẩm nào khác. Trong thành phần của tinh

dầu thơm, chứa đến 103 hợp chất với những độ bay hơi khác nhau. Cấu tử dễ bay hơi

trong thời gian đun nấu chúng bị bay ra ngoài theo hơi nƣớc. Tinh dầu tồn tại trong

bia chỉ chiếm 2-3% lƣợng tinh dầu đƣa vào nấu. Để tăng hệ số sử dụng của tinh dầu

thơm ngƣời ta thƣờng nạp một phần hoa ở thời điểm kết thúc quá trinh đun nấu trƣớc

đó 10-15 phút, nạp hoa vào thùng lọc bã hoa, hoặc thùng lên men, hoặc thậm chí bổ

sung một lƣợng nhỏ vào bia.

Khả năng hòa tan của các polyphenol của hoa houblon phụ thuộc vào mức độ

ngƣng tụ và polymer hóa của chúng, vào chế độ đun nấu dịch đƣờng và cuối cùng là

phƣơng pháp nạp hoa vào thiết bị.

Khả năng hòa tan của polyphenol vào dịch đƣờng phụ thuộc rất nhiều yếu tố. Trong

số những yếu tố này thì quan trọng nhất là pH của dịch đƣờng, thời gian đun nấu, hàm

lƣợng và trạng thái keo của protein và cuối cùng là mức độ oxy hóa của chúng.

Các hợp chất chứa nito trong hoa houblon đƣợc đƣa vào đun nấu tuy ít về khối

lƣợng nhƣng lại có chất lƣợng cao, vì chúng là những hợp chất thấp phân tử, dễ hòa

tan, là nguồn bổ sung dinh dƣỡng nito quan trọng cho sự phát triển của nấm men sau

này. Thực nghiệm cho thấy 60% lƣợng nito trích ly từ hoa sẽ đƣợc nấm men hấp thụ.

Có từ 10-20 mg/l nito hòa tan vào dịch đƣờng.

1.6.1.3. Sự biến hình phi thuận nghịch và kết màng protein

Quá trình keo tụ protein xảy ra qua hai giai đoạn: giai đoạn đầu là biến tính phi

thuận nghịch và đến giai đoạn sau là quá trình keo tụ thực thụ.

Thực chất của giai đoạn biến tính là sự mất nƣớc trong hạt protein và chuyển chúng

từ trạng thái hydrat sang trạng thái dehydrat phi thuận nghịch.

Yếu tố quan trọng ảnh hƣởng đến sự keo tụ và kết lắng protein là pH của môi

trƣờng. Khi đại lƣợng này của môi trƣờng gần điểm đẳng điện của các hạt protein thì

lực đẩy tỉnh điện của chứng gần nhƣ triệt tiêu. Lúc đó lực hút phân tử chiến thắng

hoàn toàn: chúng kết mảng với nhau và gần nhƣ rơi tự do xuông đáy thiêt bị khi dịch

đƣờng ở trạng thái yên tĩnh

Trƣờng độ đun nấu và cƣờng độ đun nấu là yếu tố khá mạnh ảnh hƣởng đến sự keo

tụ và kết lắng protein. Ngoài ra quá trình này còn phụ thuộc vào các yếu tố khác nhƣ:

hàm lƣợng chất đắng đã hòa tan, nồng độ đƣờng của dịch, kích thƣớc và hình dáng của

các hạt protein,...

1.6.1.4. Sự thay đổi thế oxy hóa-khử

Oxy hóa –khử là những quá trình có ý nghĩa đặc biệt quan trọng trong công nghệ

sản xuất bia.Nó ảnh hƣởng đến các chỉ tiêu chất lƣợng của bia. Trong quá trình đun

nấu với hoa houblon, trong dịch đƣờng đã tạo thành một lƣợng chất khử đáng kể.

Chính lƣợng này đã làm thay đổi thế oxy hóa-khử của hệ thống theo chiều hƣớng có

lợi cho công nghệ sản xuất.

Trong quá trình đun nấu hoa, khả năng khử của dịch đƣờng tăng lên khá cao. Sự gia

tăng này phụ thuộc nhiều yếu tố nhƣng cơ bản nhất là thời gian đun sôi và lƣợng hoa

houblon đƣợc sử dụng.

1.6.2. Kĩ thuật đun sôi và houblon hóa dịch đƣờng

1.6.2.1. Kỹ thuật đun sôi

Dịch đƣờng ban đầu và dịch rửa bã đƣợc trộn lẫn với nhau trong thiết bị đun hoa.

Nếu thiết bị lọc đặt ở độ cao hơn thiết bị nấu hoa thì chúng tự chảy vào, còn nếu đặt ở

vị trí thấp hơn thì phải dùng bơm để đẩy. Một yêu cầu luôn luôn phải đảm bảo là

không để nhiệt độ của dịch (dịch đƣờng ban đầu và cả nƣớc rửa bã) hạ xuống dƣới 700C. Để đảm bảo yêu cầu này, ngay từ lít dịch đƣờng đầu tiên chảy vào nồi đun hoa

là phải cấp hơi vào để nâng nhiệt độ chúng lên. Lúc đầu, khi lƣợng dịch còn ít thì

lƣợng hơi cấp vào cũng chỉ ở mức thấp. Khi lƣợng dịch tăng lên thì lƣợng hơi cấp vào

cũng chỉ ở mức thấp. Khi lƣợng dịch tăng lên thì lƣợng hơi cấp vào cũng mạnh dần

lên. Ta phải dự trù thế nào đó để sao cho khi quá trình rửa bã malt vừa kết thúc thì

dịch đƣờng trong thiết bi đun hoa cũng vừa sôi.

Ngƣời ta cho sôi ngay từ lƣợng dịch đầu tiên vào thiết bị đun hoa. Sau đó hai quá

trình cứ diễn ra song song: dịch đƣờng bên ngoài cứ chảy vào và dịch đƣờng bên trong

thiết bị cứ sôi. Phút chót của quá trình phải đƣợc xác định bằng lƣợng protein kết tủa

và nồng độ chất hòa tan đã đạt đƣợc trong dịch đƣờng. Để quyết định phải dừng quá

trình đun ở nồng độ nào của dịch đƣờng, phải căn cứ vào giải pháp và hệ thống thiết bị

làm nguôi dịch hiện đang sử dụng tại cơ sở đó.

Trƣờng độ đun sôi với hoa phụ thuộc vào chất lƣợng của nguyên liệu, cƣờng độ

đun, nồng độ chất hòa tan của dịch đƣờng và nhiều yếu tố khác.

1.6.2.2. Hàm lƣợng và phƣơng pháp nạp

Lƣợng hoa houblon cần dùng để nấu với dịch đƣờng dao động trong một khoảng rất

rộng, từ 100-700g/hl. Lƣợng này phụ thuộc vào mức độ đắng của loại bia cần sản xuất,

chất lƣợng của hoa, thành phần hóa học của nƣớc và nhiều yếu tố khác.

Để đảm bảo sự đồng nhất về lực đắng của các lô hoa khác nhau, ta cần phải biết

hàm lƣợng của - acid đắng (hợp phần α), hàm lƣợng β-acid đắng và hàm lƣợng β-

nhựa mềm. Tổng của hàm lƣợng β-acid đắng và β-nhựa mềm là hợp phần β của hoa.

Từ đây sử dụng công thức gần đúng của Wollmer ta tính đƣợc lƣợng hoa cần phải sử

dụng.

Lực đắng = Hợp phần α +

Bình thƣờng thì mức độ đắng của các loại bia khác nhau lên men từ dịch đƣờng 10-

12% dao động trong khoảng 800-1800 đơn vị/hl. Hàm lƣợng chất đắng trong dịch

đƣờng khoảng 65-170 mg/l còn ở trong bia là từ 35-100 mg/l. Ở một số nƣớc ngƣời ta

kiểm tra độ đắng trên cơ sở hàm lƣợng của izohumulon.

Houblon đƣợc nạp vào nồi đun ở dạng khác nhau với nhiều phƣơng án khác nhau.

1-Nạp hai lần:

50% nạp lúc đáy nồi đun phủ đầy dịch đƣờng

50% nạp trƣớc lúc kết thúc quá trình nấu 60 phút

50%lúc kết thúc quá trình rửa bã

50% nạp trƣớc khi kết thúc quá trình nấu 30 phút

nạp lúc dịch đƣờng vừa bơm đầy nồi nấu

sau khi sôi 30 phút

2-Nạp ba lần

ngay từ lúc kết thúc quá trình nấu 30 phút

ngay từ lúc bơm dịch đƣờng vào nồi nấu

lúc dịch đƣờng sôi

lúc dịch đƣờng bắt đầu sôi

trƣớc lúc kết thúc quá trình nấu 30 phút

nạp vào thùng làm nguội dịch đƣờng

nạp ngay từ đầu

lúc dịch đƣờng sôi đƣợc 40 phút

trƣớc lúc kết thúc quá trình nấu 10 phút

trƣớc lúc kết thúc quá trình nấu 30 phút

1.7. THIẾT BỊ TRAO ĐỔI NHIỆT

1.7.1. Khái niệm:

Thiết bị trao đổi nhiệt là thiết bị trong đó thực hiện các quá trình truyền nhiệt giữa

các chất mang nhiệt.

1.7.2. Phân loại:

 Trao đổi nhiệt dạng vách ngăn

 Trao đổi nhiệt loại hồ nhiệt

 Trao đổi nhiệt dạng hỗn hợp

Trong kĩ thuật cũng nhƣ trong sản xuất thiết bị trao đổi nhiệt gián tiếp thông qua

vách ngăn là loại đƣợc sử dụng phổ cập nhất.

1.7.3. Các loại thiết bị trao đổi nhiệt thƣờng gặp

1.7.3.1. Loại vỏ bọc

Ƣu điểm: chế tạo đơn giản, dễ vận hành, dễ bảo dƣỡng và sữa chữa

Nhƣợc điểm: Hệ số truyền nhiệt không cao, thiết bị công kềnh.

1.7.3.2. Loại ống

 Ống xoắn

Ƣu điểm: tạo bề mặt trao đổi nhiệt lớn

Nhƣợc điểm: Chế tạo phức tạp, hệ số truyền nhiệt nhỏ, khó làm sạch phía trong

ống.

 Lọai ống tƣới

Ƣu điểm: Lƣợng nƣớc làm lạnh ít, cấu tạo đơn giản, dễ làm sạch bề mặt ngòa, dễ

thay thế, sửa chữa.

Nhƣợc điêm: Cồng kềnh, lƣợng nƣớc không tƣới đều trên bề mặt

 Loại ống lồng ống

Ƣu điểm: Có hệ số truyền nhiệt lớn,, dễ điều chỉnh tốc độ chảy của môi chất, chế

tạo đơn giản.

Nhƣợc điểm: cồng kềnh, giá thành cao, khó vệ sinh, sửa chữa.

 Loại ống chùm

 Cấu tạo: Có vỏ trụ, bên trong lắp các ống trao đổi nhiệt. Trên vỏ và nắp thiết bị

có các cửa để dẫn chất tải nhiệt vào và ra. Các ống trao đổi nhiệt bên trong có thể bố

trí theo hình lục giác đều hình tròn đồng tâm, hình vuông.

Hình 1.1. Cấu tạo chung thiết bị trao đổi nhiệt ống chùm

 Nguyên lý hoạt động: Thiết bị trao đổi nhiệt ống chùm dựa trên nguyên lý trao

đổi nhiệt gián tiếp giữa 2 lƣu chất chuyển động bên trong và bên ngoài ống truyền

nhiệt.

Để tăng cƣờng hiệu quả trao đổi nhiệt, ngƣời ta tạo ra chiều chuyển động của lƣu chất

trong và ngoài ống theo phƣơng vuông góc hoặc chéo dòng. Tùy theo ứng dụng cụ thể 12

mà bố trí kiểu dòng chảy khác nhau. Lƣu chất chảy ngoài ống đƣợc chứa trong vỏ trụ

(Shell) còn lƣu chất chảy trong lòng ống đƣợc chứa khoang đầu. Toàn bộ bó ống đƣợc

đặt trong vỏ trụ.

 Phân loại: Thiết bị trao đổi nhiệt kiểu ống chùm đƣợc chia thành nhiều loại

khác nhau, căn cứ vào kiểu cấu tạo, dòng chảy của khoang đầu (Tube Side Channel)

hoặc căn cứ vào kiểu cấu tạo, kiểu phân bố dòng chảy trong vỏ (Shell) của thiết bị.

Theo tiêu chuẩn của TEMA, thiết bị trao đổi nhiệt dạng ống chùm căn cứ theo đặc

điểm của phần vỏ ngoài (Shell), và kiểu dòng chảy đƣợc chia thành các dạng chính:

Hình 1.2. Các dạng cơ bản của thiết bị trao đổi nhiệt của ống chùm

Ƣu điểm: kết cấu gọn, chắc chắn, công nghệ chế tạo không phức tạp, bề mặt truyền

nhiệt lớn, dễ vệ sinh, sữa chữa.

Nhƣợc điểm: Khó chế tạo bằng vật liệu dòn, giá thành cao.

1.7.3.3. Loại có dạng tấm

Ƣu điểm: Đảm bảo hệ số truyền nhiệt cao với hiệu suất trở kháng thủy lực thấp.

Thiết bị gọn nhẹ, chi phí chế tạo thấp. Làm việc đáng tin cậy, không bị rò rỉ. Kết hợp

hài hòa giữa lắp đặt và bảo dƣỡng

Nhƣợc điểm:chế tạo các tấm truyền nhiệt thƣờng phức tạp phải qua xử lí nhiệt và

gia công phức tạp

1.7.4. Cấu tạo và ứng dụng một số dạng thiết bị trao đổi nhiệt ống chùm

Dƣới đây trình bày cấu tạo các loại thiết bị trao đổi nhiệt ống chùm đƣợc sử dụng

phổ biến nhất hiện nay theo phân loại của tiêu chuẩn TEMA.

- Loại có hai khoang cho dòng chảy trong ống với một đầu ống di chuyển tự do

(floating head): sử dụng cho trƣờng hợp nhiệt độ giữa hai lƣu thể chênh lệch lớn.

- Loại có chùm ống cố định với hai dòng chảy (cho lƣu thể ngoài ống): đƣợc sử dụng

cho trƣờng hợp nhiệt độ giữa hai lƣu thể chênh lệch không lớn, tốc độ lƣu thể phía

ngoài ống cần đƣợc kiểm soát ở mức thấp.

- Loại có chùm ống cố định với vành bù giãn nở nhiệt: Loại này đƣợc lắp đặt theo

phƣơng thẳng đứng, sử dụng cho trƣờng hợp hai lƣu thể có nhiệt độ chênh lệch lớn,

thƣờng dùng cho quá trình ngƣng tụ .

- Loại có hai khoang cho dòng chảy trong ống với một đầu ống di chuyển tự do

(floating head) : đƣợc sử dụng cho trƣờng hợp nhiệt độ giữa hai lƣu thể chênh lệch lớn

- Loại có ống trao đổi nhiệt hình chữ U với hai khoang lƣu thể chảy ngoài ống : Loại

này đƣợc sử dụng cho trƣờng hợp nhiệt độ giữa hai lƣu thể chênh lệch lớn, tốc độ lƣu

thể chảy ngoài ống cần đƣợc tăng tốc độ (để tăng hiệu quả truyền nhiệt, giảm cặn đóng

kết).

- Loại “ ấm đun” (Kettle): Loại này thƣờng đƣợc sử dụng để gia nhiệt hoặc trao đổi

nhiệt có quá trình ngƣng tụ.

1.8. CHỌN THIẾT BỊ

Mỗi loại thiết bị trao đổi nhiệt đều có ƣu và nhƣợc điểm riêng. Tuy nhiên, vì tính

chất của nguyên liệu và sự tối ƣu của thiết bị trao đổi nhiệt ống chùm nên ngƣời viết

chọn thiết bị nồi đun sôi gia nhiệt gián tiếp kiểu ống chùm trung tâm để đun sôi dịch

đƣờng với hoa houblon. Hệ thống thiết bị làm việc gián đoạn.Vì thiết bị trao đổi nhiệt

ống chùm có hệ số trao đổi nhiệt lớn, diện tích bề mặt truyền nhiệt rất lớn, có thể đến

hàng nghìn mét vuông và loại thiết bị này đƣợc sử dụng rộng rãi trong công nghiệp

thực phẩm và hóa chất.

1.9. CÁC THIẾT BỊ VÀ CHI TIẾT TRONG HỆ THỐNG NỒI ĐUN SÔI

 Thiết bị chính:

 Nồi đun

 Ống ngƣng

 Thiết bị trao đổi nhiệt ống chùm trung tâm

 Các ống dẫn: hơi đốt, nƣớc ngƣng.

 Thiết bị phụ

 Bẫy hơi

1.10. NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC CỦA THIẾT BỊ

Thiết bị làm việc gián đoạn, ở áp suất thƣờng, kỹ thuật thực hiện một chu kỳ làm

việc của thiết bị nhƣ sau:

Dịch đƣờng sau khi lọc trong có nhiệt độ 650C đƣợc cấp vào cửa nạp liệu vào trong

thân nồi đun. Cấp hơi bảo hòa vào vỏ thiết bị gia nhiệt ống chùm nằm bên trong nồi

qua cửa hơi đốt. Dịch đƣờng đi vào các ống truyền nhiệt thì nóng lên khối lƣợng riêng

giảm xuống nên nó sẽ đi lên phía trên qua tấm định hƣớng đi lên phía trên gặp nón

phân tán thì bắn ra xung quanh nón rơi xuống nồi. Thực hiện trao đổi nhiệt với lƣợng

dịch đƣờng trong nồi, nhiệt độ giảm xuống khối lƣợng riêng giảm nên dịch đƣờng lại

đi vào các ống truyền nhiệt. Và cứ tiếp tục nhƣ vậy tạo ra một dòng đối lƣu liên tục đi

vào và ra thiết bị gia nhiệt. Đến khi dịch đƣờng đƣợc gia nhiệt lên đến nhiệt độ sôi là 1050C mất khoảng 30 phút. Cho lƣợng hoa houblon đã tính toán vào và duy trì ở nhiệt độ 1050C trong 60 phút. Kết thúc quá trình ta xả dịch đƣờng qua cửa tháo sản phẩm.

Lƣợng hoa houblon là rất nhỏ nên trong trƣờng hợp này ta chỉ quan tâm đến quá trình

cấp nhiệt cho dịch đƣờng.

CHƢƠNG 2: TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ THIẾT BỊ CHÍNH

Lƣu đồ tính toán:

Dữ kiện đề bài (V, tđ), yêu cầu thiết bị

Tính toán cân bằng vật chất

Tính toán cân bằng năng lƣợng

Tính tlog

Tính hệ số cấp nhiệt 1, nhiệt tải riêng q1 của dòng hơi bão hòa

Tính hệ số cấp nhiệt 2, nhiệt tải riêng q2 của dịch đƣờng

Tính hệ số truyền nhiệt K

Tính diện tích bề mặt truyền nhiệt chính F

Tính kích thƣớc thiết bị truyền nhiệt trung tâm

Tính tính tổn thất qua thân, đáy, nắp, ống ngƣng…

Tính lƣợng hơi bão hòa cần cung cấp cho quá trình đun sôi

Kiểm tra kết cấu thiết bị truyền nhiệt

Tính kết cấu thiết bị truyền nhiệt trung tâm

Kiểm tra kết cấu thiết bị Tính kết cấu thiết bị (thân, đáy , nắp, ống ngƣng)

Tính kết cấu và chọn thiết bị phụ

2.1. CÂN BẰNG VẬT CHẤT VÀ NĂNG LƢỢNG

2.1.1. Dữ liệu ban đầu

Quy định:

(1) : dòng hơi nƣớc bão hòa

(2) : dòng hỗn hợp dịch đƣờng

 Thể tích dịch đƣờng trƣớc khi houblon hóa: V=1000 (lít)  Nhiệt độ dịch đƣờng trƣớc khi houblon hóa là t2đ = 650C  Nhiệt độ dịch đƣờng đƣợc đun sôi đạt đến nhiệt độ: t2c = 1050C

 Chọn hơi bảo hòa ở áp suất 3at để đun nóng

 Thời gian đun sôi dịch đƣờng với hoa houblon từ 1-1,5h. Chọn thời gian gia

nhiệt là 30 phút, thời gian duy trì nhiệt độ ở 1050C là 60 phút.

2.1.2. Cân bằng vật chất

 Khối lƣợng riêng của dịch đƣờng ban đầu tại 650c là =1027,25 (kg/m3) (Tra

bảng phụ lục, [ ])

 Nồng độ dịch đƣờng là 12 0Brix.

=> Khối lƣợng của dịch đƣờng là G1= . =1027,25. 10-3.1000 = 1027,25(kg)

Lƣợng chất khô là 12% => mđƣờng = G2.12% =1027,25. 12% = 123,27 (kg)

2.1.2.1. Lƣợng houblon sử dụng

 Hiệu suất trích ly chất đắng là 30-35%. Chọn hiệu suất trích ly trong trƣờng hợp

này là 30%.

 Bia có độ đắng là 220 = 22 mg/l = 22.10-3 (g/l)

=> Lƣợng chất đắng trong 1000 lít = 22.10-3.1000 = 22 (g)

=> Lƣợng chất đắng trong hoa houblon ban đầu để chiết đƣợc 22(g) chất đắng với hiệu

suất chiết 30% là: = 73,33 (g)

Sử dụng 70% hoa viên (8% -acid đắng) và 30% cao hoa (30% -acid đắng)

Goi m là khối lƣợng hoa sử dụng.

=> Khối lƣợng hoa viên là 0,7m (g)

Khối lƣợng cao hoa là 0,3m (g)

=> Lƣợng chất đắng trong hoa viên là: 0,08 .0,7m = 0,056m (g)

Lƣợng chất đắng trong cao hoa là: 0,3 .0,3m = 0,09m(g)

=> Tổng lƣợng chất đắng = 0,056m+0,09m = 0,146m

Ta có: 0,146m =73,33 => m = 502,26 g

=> Lƣợng hoa viên: 0,7. 502,26 = 351,58 (g)

Lƣợng cao hoa: 0,3. 502,26= 150,68 (g)

Vậy tổng khối lƣợng hoa cho vào quá trình này là: m = 502,26(g) = 0,50226(kg).

2.1.2.2. Lƣợng bã hoa

 Xem nhƣ cao hoa hòa tan hoàn toàn. Chỉ tính lƣợng bã cho hoa viên.

 Lƣợng chất khô không tan trong hoa viên là 70%

 Độ ẩm bã hoa là 85%

= 1640,71(g)

=> Lƣợng bã hoa là:

=> Lƣợng nƣớc trong bã hoa: 1640,71 . 0,85= 1394,6 (g)

2.1.2.3. Tính lƣợng nƣớc trong dịch đƣờng ban đầu

 Lƣợng nƣớc trong dịch đƣờng trƣớc khi houblon hóa (dịch có nồng độ 120Bx )

là: mnƣớc = 1027,25 . (1- 0,12) = 903,98 (kg)

 Tổn thất do bốc hơi trong quá trình nấu dịch hoa là 10% . Tuy nhiên trong 10%

này chỉ có khoảng 0,5% lƣợng hơi thoát ra ngoài. Còn phần hơi còn lại sẽ ngƣng tụ rơi

xuống nồi.

= 1027,25 .

= 0,514(kg) Lƣợng nƣớc bay hơi là: mnƣớc = G2

=> Xem nhƣ lƣợng nƣớc bay hơi không đáng kể so với ban đầu nên coi nhƣ nồng độ

dịch đƣờng sau quá trình đun sôi là không thay đổi ,không cần cho thêm nƣớc vào và

nhiệt lƣợng tổn thất là không đáng kể.

2.1.3. Cân bằng năng lƣợng

 Thể tích của dịch đƣờng cho vào nồi đun là: 1000 lít

 Chọn nồng độ dịch đƣờng trƣớc khi thực hiện quá trình houblon hóa là 120Bx  Khối lƣợng riêng của dịch đƣờng tại nhiệt độ trung bình 850C là =

1015,05(kg/m3). Vậy khối lƣợng của dịch đƣờng là:

G2 = . =1015,05.10-3.1000=1015,05 (kg)

Vì quá trình là truyền nhiệt không ổn định nên ta chia quá trình thành 2 giai đoạn và

coi nhƣ hai giai đoạn này là ổn định:

 Giai đoạn cấp nhiệt để dịch đƣờng tăng từ nhiệt độ ban đầu là t2đ= 65 0C đến

nhiệt độ sôi t2c=1050C trong *=30 phút =1800s.

 Giai đoạn duy trì cho dịch đƣờng sôi ở 1050C trong **= 60 phút = 3600s

 Nhiệt lƣợng cung cấp để gia nhiệt dung dịch đƣờng từ 650C lên 1050C

Q2 = G2 .C2 .T= 1015,05. 3965,25. (105 - 65) = 160997,08.103 (J)

 =

= 89442,822 (W) Q2

Trong đó:

G2 : khối lƣợng của dịch đƣờng tại nhiệt độ 850C

C2: nhiệt dung riêng của dịch đƣờng 120Bx ở nhiệt độ trung bình 850C đƣợc tính bằng công thức I.50/ Trang 153, [ ].

C2 =4190-(2514-7,542.t).x

=> C2= 4190-(2514-7,542.85).0,12 = 3965,25 (J/kg.K)

 Nhiệt lƣợng để duy trì khối dịch ở 1050C trong 60 phút là nhiệt lƣợng cần cung

cấp do tổn thất từ nắp, thân, đáy và nhiệt lƣợng tổn thất do sự bay hơi.

Tổng nhiệt lƣợng cần cung cấp cho quá trình đun sôi: Qt = (J)

Phƣơng trình cân bằng nhiệt lƣợng:

Q = Qtỏa = Qthu+ Qtt

= + = +

=> QT =

=> D.(

Trong đó

D: Lƣu lƣợng dòng hơi bão hòa (kg)

G2: lƣu lƣợng dòng dung dịch đƣờng (kg)

 Nƣớc ngƣng chảy ra có nhiệt độ bằng nhiệt độ của hơi đốt vào ( không có quá 2203,69 kJ/kg (ẩn nhiệt ngƣng trình lạnh sau khi ngƣng) thì (

tụ của hơi nƣớc bảo hòa)

 Do nhiệt độ hơi bão hòa bằng nhiệt độ nƣớc ngƣng ở trạng thái lỏng sôi.  Gia nhiệt bằng hơi bão hòa, áp suất hơi là 3 at => tD= 132,90C (tra bảng

I.251/Trang 314/[ ] ).

(Phần này đƣợc tính trong phần tổn thất bên dƣới)

2.2. THIẾT KẾ BỘ PHẬN ĐUN NÓNG BÊN TRONG

2.2.1. Tính toán truyền nhiệt cho thiết bị trao đổi nhiệt

2.2.1.1. Độ chênh lệch nhiệt độ trung bình

Thiết bị trao đổi nhiệt ta đang tính là thiết bị làm việc liên tục. Quá trình trao đổi

nhiệt chính xảy ra giữa hơi nƣớc bảo hòa đang ngƣng tụ ở bên ngoài ống và dịch

đƣờng chuyển động trong ống. Nhƣ vậy trong quá trình trao đổi nhiệt, dọc theo bề mặt

truyền nhiệt từ cửa vào đến cửa ra chỉ có dịch đƣờng thay đổi nhiệt độ còn hơi bão hòa ngƣng tụ ở nhiệt độ không đổi là t1= 132,90C. Vì vậy hiệu nhiệt độ trung bình ttb có

thể tính nhƣ sau:

Tmax = 132,9 – 65 = 67,90C

Tmin = 132,9 - 105 = 27,90C

= 44,970C

= => Tlog=

2.2.1.2. Hệ số cấp nhiệt khi ngƣng tụ hơi:

Áp dụng công thức V.101, Trang 28, [ ]

Trong đó:

 – Hệ số cấp nhiệt phía hơi bão hòa ngƣng tụ; W/( .K)

 r - ẩn nhiệt ngƣng tụ của hơi nƣớc bão hòa ở nhiệt độ t1= 132,90C

Tại t1= 132,90C, ẩn nhiệt =2165188,71 J/kg (Tra bảng I.250/ Trang 312/ [ ])

 ho - chiều cao ống truyền nhiệt, chọn h0 = 0.8 m )

 A - hệ số đối với nƣớc phụ thuộc vào nhiệt độ màng nƣớc ngƣng

tm=

 tv1: là nhiệt độ của vách ngoài tiếp xúc với màng nƣớc ngƣng

 t1: Nhiệt độ của hơi bão hòa

= 131,8910C

Sau nhiều lần tính lặp, ta chọn nhiệt độ vách ngoài tv1= 130,882

=> tm =

A là hằng số màng ngƣng (Tra ở trang 28/ [ ] ) tại tm =131,8910C => A=191,57

=> Chênh lệch nhiệt độ giữa vách ngoài ống và hơi nƣớc bảo hòa:

= 13299,11(W/m2.K)

=> Hệ số cấp nhiệt = 2,04.191,57.

=> Nhiệt tải riêng về phía hơi ngƣng:

q1 = . =13299,11.2,018= 26837,604 (W/m2)

2.2.1.3. Hệ số cấp nhiệt về phía dung dịch cần đun sôi

 Chọn chế độ chảy rối với Re=10500. Nên hệ số cấp nhiệt đƣợc tính theo

công thức V.40/ Trang 14/ [ ]:

Nu = 0,021

=> =

Nu =

Trong đó:

d : kích thƣớc hình học có nghĩa

Pr : chuẩn số Prandtl tính theo nhiệt độ trung bình về phía dung dịch cần đun sôi

Prt : chuẩn số Prandtl tính theo nhiệt độ trung bình của tƣờng

Các chuẩn số khác tính theo nhiệt độ trung bình của dòng dịch cần đun sôi

hệ số hiệu chỉnh

= = 132,9 - 44,97 = 87,93 0C

 Nhiệt độ trung bình của dịch đƣờng:

Tại t2= 87,930C. Tra các thông số:

 Độ nhớt: = 0,0004983 (N/m2.s)  Khối lƣợng riêng dung dịch: 2=1013,05 (kg/m3) (Tra bảng phụ lục/[ ] )

 Nhiệt dung riêng của dung dịch theo công thức I.50/Trang 153/ [ ]

C2 =4190 - (2514-7,542.t).x = 4190-(2514-7,542.87,93).0,12 = 3967,9 (J/kg)

Trong đó: x=12% - nồng độ dịch đƣờng

t = 87,930C- nhiệt độ trung bình phía dịch đƣờng (0C)

2 = A.Cp. . √

Hệ số dẫn nhiệt 2: tính theo công thức I.32/Trang 123/[ ]

Trong đó:

A =3,58.10-8 : là hệ số phụ thuộc vào mức độ liên kết của chất lỏng (Tra trang 123/[ ])

n = = = 7,13.10-3

Mdd = n.Mđƣờng + (1-n).Mnƣớc = 7,13.10-3.342 + (1-7,13.10-3).18 = 20,31(g/mol)

=> 2= 3,58.10-8. 3967,9. 1013,05. √

= 0,530 (W/m.K)

 Xác định Pr

Chuẩn số Pr theo công thức:

= 3,732

Pr =

Trong đó:

2 : hệ số dẫn nhiệt của dịch đƣờng

d1 :kích thƣớc hình học có nghĩa – đƣờng kính trong của ống truyền nhiệt ống

= 32 => 1,0611 (tra bảng V.2/Tr 15/[ ])

 Ta có:

 Hiệu số nhiệt độ giữa 2 phía thành ống là: = ∑

nhiệt độ thành ống phía dịch đƣờng

nhiệt độ thành ống phía hơi

+ 0,387.10-3 = 0,000912 (m2độ/W)

 Tổng nhiệt trở đối với thành ống truyền nhiệt:

+ = 0,464.10-3 +

∑ +

Tra bảng V.1/Tr 4/[ ]:

= 0,464.10-3 m.độ/W

= 0,387.10-3 m.độ/W

Chọn vật liệu là thép không gỉ mã số X18H10T => thép= 16,3W/m.độ (Tra bảng

XII.7/Trang 313/[ ]).

Chọn chiều dày ống truyền nhiệt  = 0,001m=1 mm

Chênh lệch nhiệt độ của vách ngoài và vách trong ống truyền nhiệt:

= ∑ = 26837,61.0,000912= 24,480C

Nhiệt độ trung bình vách trong ống truyền nhiệt:

tv2 = t1- - = 132,9 - 2,018 - 24,48 =106,402 0C

=> độ chênh lệch nhiệt độ giữa vách trong và nhiệt độ trung bình của dịch là:

=106,40 - 87,93=18,470C.

tv2 -

Tại tv2 = 106,400C . Tra các thông số sau:

=0,00039 (N/m2.s)

Theo công thức I.32/Trang 123/ [ ]

= 0,526(W/m.K)

= 3,58.10-8.3984,61.1004,6. √

T = . √

Trong đó:

=4190-(2514-7,542.t).x= 4190-(2514-7,542.103,68).0,12= 3982,15 (J/kg.K) = 1004,6 (kg/m3)

= 2,954

Mdd = 20,31(g/mol)

=> chuẩn số Pr của vách 2 là: Prt =

Suy ra:

0,25 = 68,59

= 0,021.1,016.105000,8.3,7320,43.( Nu=0,021

 Hệ số cấp nhiệt

= 1443,26(W/m2.độ)

=> =

Nu =

Trong đó:

d1 = 0,025 (m):đƣờng kính hình học có nghĩa- đƣờng kính trong của ống truyền nhiệt

T= 0,526 (W/m2.K) là hệ số dẫn nhiệt

=> Nhiệt tải riêng phía dịch đƣờng q2= =1443,26 . 18,47= 26657,01(W/m2)

|.100 = |

| 100% = 0,67% < 5% (sai số có thể chấp

Ta có: |

nhận đƣợc)

Sau khi tính lặp ta nhận thấy đây vẫn là giá trị thích hợp nhất

2.2.1.4. Xác định hệ số trao đổi nhiệt tổng quát K

K đƣợc tính thông qua các hệ số cấp nhiệt:

Vì

=

= 1,08 < 2 nên ta có thể coi nhƣ vách của các ống là vách phẳng

Hệ số trao đổi nhiệt tổng quát:

= 595,214(W/m2.K)

∑

Với: d1- đƣờng kính trong của ống truyền nhiệt

d2- đƣờng kính ngoài của ống truyền nhiệt

hệ số cấp nhiệt phía hơi nƣớc (W/m2.độ)

:hệ số cấp nhiệt phía dung dịch cần đun sôi(W/m2.độ)

2.2.1.5. Diện tích bề mặt truyền nhiệt

= 3,34 (m2)

= 3,354 m2  F ( thỏa mãn điều kiện)

Fkt =

2.2.2. Tính kích thƣớc buồng đốt

2.2.2.1. Số ống truyền nhiệt

Số ống truyền nhiệt đƣợc tính theo công thức (I-56), Trang 63, [ ]:

= 53 (ống)

n =

Trong đó:

F=3,34 m2 – diện tích bề mặt truyền nhiệt

l =0.8(m) - là chiều dài của ống truyền nhiệt

d- đƣờng kính trong của ống truyền nhiệt

dn- đƣờng kính ngoài của ống truyền nhiệt

Vì nên ta chọn d= =25 mm

Theo quy chuẩn chọn 61 ống và bố trí các ống theo hình lục giác đều (theo bảng

VII/trang 48/ [ ])

2.2.2.2. Tính đƣờng kính thiết bị gia nhiệt

 Tính số bƣớc ống (t)

Bƣớc ống t lấy vào khoảng (1,25 1,35) d2 , chọn t= 1,35.d2

=> t =1,35 . 0,027= 0,03645 (m)

 Xác định số ống trên cạnh lục giác lớn nhất là a

n = 3a.(a-1)+1=61=> a = ) (công thức V.139 /[ ])

 Xác định số ống trên đƣờng chéo của lục giác lớn nhất là b:

b = 2a-1=2.5-1=9 (ống) (công thức V.139 /[ ])

 Đƣờng kính trong của thiết bị ống chùm là:

Theo công thức V.140/Trang 49/[ ]

Dtbđ= t.(n-1)+4.d2= 0,03645.(9-1)+4.0,027= 0,3996  0,4 (m)

Trong đó:

t-bƣớc ống (m)

d2=0,027 m- đƣờng kính ngoài của ống truyền nhiệt

a-số ống trên cạnh lục giác lớn nhất

b-số ống trên đƣờng chéo xuyên tâm của hình lục giác

n-tổng số ống

2.2.2.3. Kiểm tra diện tích truyền nhiệt

Phân bố 61 ống truyền nhiệt đƣợc bố trí theo hình lục giác đều nhƣ sau:

4 Số hình lục giác

9 Số ống trên đƣờng xuyên tâm

61 Tổng số ống không kề các ống trong các hình viên phân

=>Diện tích bề mặt truyền nhiệt lúc này là:

F’ = n.d1. .H = 61 . 0,025 . . 0,8= 3,8327 m2 > 3.34 m2 (thỏa)

=> Vậy buồng đốt có đƣờng kính trong là 400mm và cao 800mm

2.2.3. Kích thƣớc tấm định hƣớng hình nón cụt trên buồng đốt

 Chọn miếng định hƣớng có hình nón cụt

 Đƣợc làm bằng thép không gỉ mã hiệu X18H10T

 Có đƣờng kính trong đáy bằng đƣờng kính buồng đốt d’=400mm.

 Có đƣờng kính trong đỉnh là d’’=200mm

 Chiều cao ¼ chiều cao bộ phận gia nhiệt => h’=200mm.

 Chọn bề dày bằng bề dày của buồng đốt là 5mm

2.2.4. Kích thƣớc tấm định hƣớng hình trụ

 Có đƣờng kính trong bằng đƣờng kính phần đỉnh hình nón cụt là d’’=200mm

 Độ dày bằng độ dày buồng đốt là S= 5mm

 Chiều cao là h’=200mm

2.2.5. Nón phân tán dịch

 Phần nón phân tán dịch có đƣờng kính trong của đáy là 400mm, độ dày bằng độ

dày của buồng đốt là S=5mm, góc nón là 1200.

2.3. TÍNH KÍCH THƢỚC NỒI ĐUN VÀ TỔN THẤT TRONG QUÁ TRÌNH

TRUYỀN NHIỆT

2.3.1. Tính đƣờng kính trong của thiết bị

 Thể tích nguyên liệu V=1000 (l)

100 = 1428,58 (l)

 Hệ số chƣa đầy = 70%

=> thể tích thiết bị Vtb=

 Chọn thể tích làm việc của thiết bị Vtb= 1500 (l)

H: chiều cao thân hình trụ

Dt: đƣờng kính trong của thân thiết bị

h1, h2: chiều cao của nắp, đáy elip

 Quan hệ giữa chiều cao H, đƣờng kính Dt và chiều dài L

 Chọn H =1,5 , hn= hđ = Dt ,

< 30 và 10 (sổ tay II/trang 359) 1<

Trong đó: hđ, hn lần lƣợt là chiều cao của đáy và nón của thiết bị

Ta có: Vtb= Vthân+Vđáy+Vnắp

(với a = b =

, c =

)

<=> 1500 = H+

<=>1500 =

<=> Dt = 0,9847m

=> Chọn đƣờng kính theo tiêu chuẩn : Dt =1000mm, H=1500mm

2.3.2. Tổn thất nhiệt lƣợng cho phần thân tiếp xúc với dịch đƣờng

 Nhiệt độ không khí là 34,60C.

 Nhiệt độ sôi của dịch đƣờng là 1050C

 Nhiệt độ sôi của hơi nƣớc do bốc hơi là 1000C

 Chọn độ dày buồng đốt là 5mm,=>dƣờng kính ngoài buồng đốt : Dnbđ = 0,41m

Giả sử thân trụ buông đốt ngập hoàn toàn trong dịch đƣờng:

0,8= 0,1056 (m3)

 Thể tích thiết bị trao đổi nhiệt trung tâm:,

. =

VBĐ =

=> Tổng thể tích dịch và buồng đốt: Vdich+bđ = 1+0,1056 = 1,1056 (m3)

 Tổng thể tích các ống truyền nhiệt:

.0,8.61=0,0279 (m3) VOTN= . n=

 Tổng thể tích phần thân và đáy thiết bị:

)

, c =

. hgờ (a = b =

.a.b.c +

.H+ Vthân+đáy =

. hgờ

.H+ =

. . .

.1,5+ .0,025= 1,4588 (m3) =

 Thể tích khoảng trống chiếm chỗ giữa thân và bề mặt dịch

V’ = Vthân+đáy - (Vdịch+bđ-Vống)

=1,4588 - (1,1056 - 0,0279) = 0,3811 (m3)

= 0,4855 (m) = 0,4855 (mm)

 Khoảng cách giữa dịch đƣờng và phần trên thân:

Htr =

2.3.3. Tổn thất nhiệt lƣợng của dịch đƣờng khi tiếp xúc với thân:

Đƣờng kính trong của thân thiết bị: Dt=1m =1000 mm

Chiều cao thân: H= 1,5m =1500 mm

Nhiệt độ vách ngoài khi thân có lớp cách nhiệt nằm trong khoảng

= 104,8880C

Chọn nhiệt độ vách trong thân tiếp xúc với dịch đƣờng:

= ( 105 - 104,888 ) = 0,1120C

Chênh lệch nhiệt độ của dịch đƣờng và vách trong của thân:

=(105+104,888)= 104,9440C

Nhiệt độ trung bình giữa dịch đƣờng và vách trong của thân:

= 1443,26 . 0,112 = 161,645

Nhiệt tải riêng của dịch đƣờng về phía thân:

(W/m2)

=161,645 (W/m2)

Xét quá trình trao đổi nhiệt là ổn định nên

= 161,645 (W/m2)

Nhiệt tải riêng của dịch đƣờng về phía thân:

= 161,645

<=>

= 47,9780C (thỏa)

=> nhiệt độ vách ngoài thân tiếp xúc với không khí

Thân có lớp cách nhiệt nên hệ số cấp nhiệt từ bề mặt ngoài của lớp cách nhiệt đến

không khí tính theo công thức VI.67/ Trang 92/[ ]

= (W/m2độ)

34,6 = 47,978 – 34,6= 13,3780C

= 161,645 (W/m2)

Nhiệt tải riêng dẫn nhiệt qua thân :

= .(

) = .(104,888- 47,978) = 161,645

<=>

<=> = 2,84 (W/m2độ)

+ + <=>

<=> + +

= 0,05 m= 5mm

<=>

= 5mm

=> lớp bảo ôn ở thân thiết bị truyền nhiệt:

Trong đó

: chiều dày và hệ số dẫn nhiệt của inox. Chọn = 1mm

: chiều dày và hệ số dẫn nhiệt của lớp bảo ôn bằng amiăng ở phần thân

:chiều dày và hệ số dẫn nhiệt của lớp thép không gỉ ở phần thân.

: hệ số dẫn nhiệt của thân

= 5mm

Chọn

. F1=

. = 162,779 . 3,14 .(1+2. 0,056). 1,0145 = 576,6136(W)

Nhiệt lƣợng tổn thất do dịch đƣờng tỏa ra phía thân:

Trong đó: F1: diện tích ngoài thân tiếp xúc với không khí.

: chiều cao mực chất lỏng tiếp xúc với thân

: chiều cao của thân

: khoảng cách trống giữa dịch đƣờng và phần trên thân

2.3.4. Tổn thất nhiệt lƣợng cho phần đáy:

 Đƣờng kính trong của đáy thiết bị: Dđ =Dt =1m=1000 mm

 Chiều cao thân: hđ = 0,25 m =250 mm

 Chiều cao của gờ hgờ= 0,025 m= 25mm

 Nhiệt độ vách ngoài khi đáy có lớp cách nhiệt nằm trong khoảng

Thân có lớp cách nhiệt nên hệ số cấp nhiệt từ bề mặt ngoài của lớp cách nhiệt đến

không khí tính theo công thức VI.67/ Trang 92/[ ]

= 104,8880C

 Chọn nhiệt độ vách trong đáy tiếp xúc với dịch đƣờng:

= (105-104,888) = 0,1120C

 Chênh lệch nhiệt độ của dịch đƣờng và vách trong của đáy:

= (105+104,888) = 104,9440C

 Nhiệt độ trung bình giữa dịch đƣờng và vách trong của đáy:

= 1443,26. 0,112=161,645

 Nhiệt trở của dịch đƣờng về phía đáy:

(W/m2)

=161,645 (W/m2)

Xét quá trình trao đổi nhiệt là ổn định nên

Nhiệt tải riêng của dịch đƣờng về phía đáy:

= 161,645

<=>

= 47,978 0C (thỏa)

= 161,645(W/m2)

Nhiệt trở dẫn nhiệt qua đáy :

= .(

) = .(104,888- 47,978) = 161,645

<=>

<=> = 2,84 (W/m2độ)

+ + <=>

<=> + +

= 0,05 m= 5mm

<=>

Trong đó

: chiều dày và hệ số dẫn nhiệt của inox ở đáy. Chọn

= 1mm

: chiều dày và hệ số dẫn nhiệt của lớp bảo ôn bằng amiăng ở phần đáy.

:chiều dày và hệ số dẫn nhiệt của lớp thép không gỉ ở đáy. Chọn

: hệ số dẫn nhiệt của đáy

5mm.

.F2=

= 162,779. 3,14 .(1+2.0,056) . 0,331 =188,1312 (W)

Nhiệt lƣợng tổn thất do dịch đƣờng tỏa ra phía đáy:

Trong đó: F2: diện tích ngoài đáy tiếp xúc với không khí.

: chiều cao ngoài của đáy

= 0,25+0,025+0,001+0,05+0,005=0,331 (m)

= hđ+ hgờ+

2.3.5. Tổn thất nhiêt lƣợng ở phần nắp và 1 phần của thân do hơi nƣớc bốc hơi:

 Đƣờng kính lớn của nắp thiết bị: Dnắp= Dt=1 m =1000 mm

 Chiều cao nắp: hn= 0,25m = 250 mm

 Chiều cao của gờ: hgờ= 25mm

 Theo phƣơng pháp hình học ta có đƣờng kính nhỏ của nắp dn=140 mm

 Khoảng cách giữa dịch đƣờng và phần trên thân = 0,4855(m) = 485,5mm

 Tổn thất của 1 phần thân tiếp xúc hơi nƣớc bốc hơi:

Xét nhiệt độ hơi nƣớc (tại bề mặt tiếp xúc giữa dịch đƣờng và hơi nƣớc bốc hơi) bằng nhiệt độ sôi của dung dịch đƣờng ở 1050C => = 1050C

Nhiệt độ sôi của nƣớc làm cho hơi nƣớc bốc hơi là = 1000C

=> nhiệt độ trung bình của hơi nƣớc bão hòa ttbh= (105 + 100)/2= 102,5 0C

=> ẩn nhiệt hóa hơi rh= 2254.103 (J/kg) (Tra bảng I.250/ Trang 312/ [ ])

Xét nhiệt độ vách trong tiếp xúc với hơi nƣớc: tvtt = 102,498060C

= (102,5+102,49806)/2=102,499030C

Nhiệt độ trung bình của màng :

Chênh lệch nhiệt độ giữa vách trong và nhiệt độ trung bình của hơi nƣớc:

tvtt= 102,5 – 102,498 = 0,001940C 33

=102,499030C => A=180,1246: hằng số phụ thuộc nhiệt độ màng nƣớc ngƣng

Tại

)

Áp dụng công thức V.101, Trang 28, [ ]:

 2,04 A(

= 81135,551 W/m2độ

=>  = 2,04. 180,1246. √

Với = Htr + hgờ= 0,4588 + 0,025= 0,4838 (m)

=  = 81135,551 . 0,00196 = 159,026

Nhiệt trở của hơi về phía thân:

(W/m2)

Tổng nhiệt trở giữa 2 vách :

+ rmn=

+ + + + + 0,387.10-3=0,34796 ∑ =

(m2độ/W)

Trong đó:

m): bề dày của lớp thép ống ngƣng ở thân

= 0,387.10-3 (m2.độ/W): nhiệt trở của màng nƣớc ngƣng, tra bảng V.I, trang 4,[2].

⁄ : hệ số dẫn nhiệt của thép lớp thép ống ngƣng.

Xét truyền nhiệt ổn định nên chênh lệch nhiệt độ giữa vách trong và vách ngoài thân

t2vách= tvtn-tvtn =∑ . = 0,34796. 159,026 = 54,849 (0C)

=> tvtn= tvtt- tv = 102,49806 – 54,849 = 47,6491 (0C)

= tvnn – tkk = 47,6491 - 34,6 = 13,0491 (0C)

Hệ số cấp nhiệt của không khí vì thân có lớp bảo ôn theo công thức VI-67/ Trang

= 9,3+0,058.tvtn= 9,3+0,058.13,0491 = 12,0636 W/m2.độ

92/[ ].

= 12,0636. 13,0491 = 157,419 (W/m2)

Nhiệt tải riêng khi hơi nƣớc tiếp xúc với thân:

= 1,01% < 5% => Thỏa điều kiện =

. F3= 157,419. 0,8446= 132.962 (W)

Nhiệt lƣợng tổn thất tỏa ra phía thân do bốc hơi :

Trong đó: F3: diện tích 1 phần thân tiếp xúc với hơi nƣớc bốc lên tỏa ra không khí.

= 0,8446 m2 F3=

Dn: đƣờng kính ngoài của thân kể cả lớp bảo ôn

= Htr + hgờ= 0,4588 + 0,025= 0,4838 (m)

 Tổn thất của nắp tiếp xúc hơi nƣớc bốc hơi:

Nhiệt độ của hơi nƣớc bốc hơi từ phần trên của thân đến nắp là =1000C => ẩn nhiệt hóa hơi rh= 2260000J/kg (Tra bảng I.250/ Trang 312/[ ])

= 99,98320C

 Chọn nhiệt độ vách trong nắp tiếp xúc với hơi nƣớc theo phƣơng pháp lặp:

= (100-99,9832)= 0,01680C

 Chênh lệch nhiệt độ của hơi nƣớc bốc hơi và vách trong của nắp và thân:

=(100+99,9832)/2= 99,99160C

 Nhiệt độ trung bình giữa dịch đƣờng và vách trong của thân:

)

Vì nắp có dạng hình nón có góc ở đáy =(180-2)/2=300 =>

Áp dụng công thức V.101, Trang 28, [ ]:  2,04 A(

=99,99160C => A=178,99: hằng số phụ thuộc nhiệt độ màng nƣớc ngƣng.

Tại

)

. =2,04.178,99.(

=2,04 A(

)

2độ

.0,5=27806,58W/m

= 27806,582 . 0,0168 = 467,151 (W/m2)

Nhiệt trở của hơi về phía nắp:

+ rnn =

+ 0,387.10-3= 0,000694m2độ/W Tổng nhiệt trở giữa 2 vách : ∑ =

Trong đó:

m): bề dày của lớp thép ống ngƣng phần nắp

= 0,387.10-3 (m2.độ/W): nhiệt trở của màng nƣớc ngƣng, tra bảng V.I, trang 4,[2].

⁄ : hệ số dẫn nhiệt của thép lớp thép ống ngƣng.

Xét truyền nhiệt ổn định nên chênh lệch nhiệt độ giữa vách trong và vách ngoài nắp

= 0,000694. 467,151 = 0,3242 (0C)

tv= tvtn-tvnn =∑ .

=> tvnn= tvtn- tv = 99,9832 - 0,3242 = 99,659 (0C)

 = tvnn – tkk = 99,659- 34,6 = 65,059 (0C)

Hệ số cấp nhiệt của không khí theo công thức V.73/ Tr 23/[ ].

= 2,5. √

= 2,5 . √

= 7,1001 W/m2.độ

= 7,1001. 65,059 = 461,928 (W/m2)

= 1,118% < 5% =

=> Thỏa điều kiện

. F4= 461,928. 0,9375= 433,0466 (W)

Nhiệt lƣợng tổn thất do dịch đƣờng tỏa ra phía nắp:

Trong đó: F4: diện tích ngoài đáy và 1 phần thân tiếp xúc với không khí.

= = 0,9375 m2 (1,01+0,014). F4= (Dnnắp+dn).

Dnnắp: đƣờng kính ngoài của nắp

dn: đƣờng kính nhỏ của nắp

2.3.6. Tổn thất nhiệt lƣợng qua ống ngƣng:

Ta xét nhiệt độ và độ ẩm tại đầu ống ngƣng lần lƣợt là : 50oC và 80%, tra đồ thị I-d

của không khí ẩm, sách kỹ thuật nhiệt ta có: dung ẩm là 66g hơi nƣớc/1000g không

khí khô.

Giả sử nửa đầu dƣới ống ngƣng là hơi nƣớc bão hòa 100%, đầu trên có dung ẩm 26 g

hơi/1000g không khí khô.

=0,938

Tỉ số khối lƣợng không khí khô trên không khí ẩm:

Xét trung bình cho cả ống:

= 0,876

Tỉ lệ khối lƣợng không khí khô / khối lƣợng hơi nƣớc:

Tra đồ thị V.22, trang 32, [2] ta có hệ số hiệu chỉnh :

: hệ số cấp nhiệt của hơi trong ống khi có không khí không ngƣng.

Trong đó:

: hệ số cấp nhiệt của hơi bão hòa nguyên chất trong ống.

Tính đƣờng kính ống ngƣng:

 Hình nón cụt có chiều cao h1 = 250mm, góc ở đỉnh 2=1200

 Đƣờng kính trong hình nón lớn: Dt= 1000 mm

 Chiều cao của gờ nón hgờ= 25mm

 Theo công thức hình học: đƣờng kính ống ngƣng: don=dn=140 (mm)  Tại pa=101325 N/m2 (áp suất khí quyển) => ts của hơi nƣớc là 1000C

 Ẩn nhiệt ngƣng tụ của hơi r = 2260.103 J/kg

 Giả sử nhiệt độ của hơi nƣớc ở phần trên đỉnh ống ngƣng là 500C

 Nhiệt độ trung bình của nƣớc ngƣng tụ là (100+50)/2= 750C

 Chiều dài ống hơi là 3 (m)

 Hơi nƣớc ngƣng trên bề mặt trong của ống

Chọn nhiệt độ vách trong ống ngƣng theo phƣơng pháp lặp: 74,98380C

=> nhiệt độ trung bình vách trong tiếp xúc với hơi:

ttbvt= (tnnt + tvton)/2= (75+ 74,9838)= 74,99190C

=> chênh lệch nhiệt ở vách trong ống ngƣng:

tvton= (tnnt - tvton) = (75 – 74,9838)=0,01620C

Hằng số phụ thuộc vào nhiệt độ màng nƣớc ngƣng trên ống ngƣng tại ttbvt= 74,99190C

=> Aon = 165,4943 (tra tại trang 28/[2])

Hệ số cấp nhiệt của hơi nƣớc trên ống ngƣng: Áp dụng công thức V.101, Trang 28,

= 2,04.0,45. 165,4943 . √

= 12545,6672

)

[ ]:

hnt= 2,04..A.(

(W/m2)

qon= hnt. tvton= 12545,6672. 0,0162= 203,2398 (W/m2)

Tổng trở nhiệt của vách:

⁄

∑ =

Trong đó: =0,47: hệ số hiệu chỉnh

= 0,387.10-3 (m2.độ/W): nhiệt trở của màng nƣớc ngƣng, tra bảng V.I, trang 4,[2].

m): bề dày của lớp thép ống ngƣng

⁄ : hệ số dẫn nhiệt của thép lớp thép ống ngƣng.

= = ∑ (0C) 38

Xét truyền nhiệt ổn định ta có:

Chênh lệch nhiệt độ giữa vách ngoài ống ngƣng và không khí

Hệ số cấp nhiệt của không khí tự do: Dựa vào công thức V.75, trang 24, [2], ta có:

√

⁄ √

 = 200,8457 (W/m2)

So sánh sai số giữa và ta có:

100% =

.100%= 1,178% < 5% (thỏa mãn) on=

Kết luận:

Nhiệt lƣợng tổn thất qua nhiệt ngƣng tụ cho ống ngƣng:

Qon= qkk.Fon = qkk..dnon.hon= 200,8457 . 3,14. (0,14+2.0,003). 3= 276,2271 (W)

Tổng nhiệt lƣợng tổn thất qua thân ,đáy, nắp, ống ngƣng

= 576,6136 + 188,1312 + 132,962 + 433,0466 + 276,2271 = 1606,9805 (W)

 = 1606,9805 . 3600 = 5785,1298 (kJ)

Qtt =

Với  =3600s- thời gian duy trì nhiệt độ sôi của dịch đƣờng tại 1050C

Tổng nhiệt lƣợng cần thiết cho cả quá trình đun sôi dịch đƣờng với hoa houblon

Qt = Qtt + Q2 = 5785,1298 + 160997,08 = 166782,2098 (kJ)

Lƣợng hơi bão hòa cần sử dụng cho cả quá trình đun sôi:

= D => D =

= = 75,6832 (kg) Qt =D.(

Lƣu lƣợng hơi bão hòa cần cho quá trình đun sôi:

= = 0,0413 (kg/s) Gh=

Thông số Ký hiệu Giá trị Đơn vị

Nhiệt độ tƣờng phía hơi nƣớc ngƣng 130,882 tv1

Nhiệt độ tƣờng phía dung dịch sôi 106,4 tv2

Hệ số cấp nhiệt phía hơi nƣớc ngƣng 13299,11

Hệ số cấp nhiệt phía dung dích sôi 1443,26

Bề dày ống truyền nhiệt 0,001 m

Hệ số dẫn nhiệt của vật liệu làm ống 16,3 vl

Nhiệt trở phía hơi nƣớc 0,000464

Nhiệt trở phía dung dịch 0,000387

Hệ số truyền nhiệt tổng quát K 595,214

Nhiệt tải riêng trung bình 26657,01 qtb

Diện tích bề mặt truyền nhiệt 3,34 m2 F

CHƢƠNG 3: TÍNH CƠ KHÍ CHO CÁC CHI TIẾT THIẾT BỊ

3.1. THIẾT BỊ GIA NHIỆT TRUNG TÂM

3.1.1. Sơ lƣợc về cấu tạo

 Gồm bộ phận gia nhiệt trung tâm là thiết bị ống chùm đƣợc gắn với bộ phận

tấm định hƣớng, trên tấm định hƣớng đƣợc gắn với nón phân tán dịch.

 Tấm định hƣớng hình côn đƣờng kính đáy dƣới bằng đƣờng kính ngoài của bộ

phận gia nhiệt, đƣờng kính phần đỉnh là 200mm , cao 200mm.

 Phía trên tấm định hƣớng gắn với ống hình trụ dài 200mm đƣờng kính 200mm.

 Chọn nón định hƣớng có đƣờng kính đáy 440mmm, cao 40mm

 Bộ phận gia nhiệt có đƣờng kính d=400mm , chiều cao h= 0.8 m

 Thân bộ phận gia nhiệt có 2 lỗ: 1lỗ dẫn hơi đốt, 1 lỗ tháo nƣớc ngƣng

 Chọn đƣờng kính 2 lỗ là dlỗ = 30 mm

 Vật liệu là thép không gĩ mã hiệu X18H10T, không có bọc cách nhiệt.

 Vỉ ống phía trên đƣợc gắn với vách phân tán dịch và bộ phân phun dịch

3.1.2. Tính toán

 Tính bề dày tối thiểu S’

 Hơi đốt là hơi nƣớc bão hòa có áp suất 3at nên thiết bị chịu chịu áp suất trong

là:

Pm = PD – Pa = 3-1=2 (at) = 0,1962 N/mm2

Nhiệt độ của hơi đốt vào là tD= 132,90C (Tra bảng I.251, trang 315), ở áp suất hơi

đốt là 3 at), vậy nhiệt độ tính toán của buông đốt là:

ttt = tD=132,9 (vì không có lớp cách nhiệt)

Theo hình 1.2, trang 16, [ ], ta có ứng suất cho phép tiêu chuẩn của vật liệu ở ttt là: [ ]*= 140 N/mm2

Vì buồng đốt không có bọc lớp cách nhiệt nên chọn η =1

ứng suất cho phép của vật liệu là:

[ ]= [ ]*=1.140=140 N/mm2

= 677,88 > 25

Xét =

:hệ số bền mối hàn-Tra bảng XIII-8/trang 362/[ ], )

Khi đó theo công thức 5-3, trang 96, [ ]

Bề dày tối thiểu của buồng đốt đƣợc tính bằng:

= 0,295 mm < S’min(=3 mm)

S’=

Trong đó:

: hệ số bền mối hàn

Tra bảng XIII.8 Sổ tay tập 2, trang 362: =0,95

Ptt: áp suất tính toán của buồng đốt, Pt = 0,2138 N/mm2

Dtbđ :đƣờng kính bên trong của buồng đốt, Dtbđ =400mm

 Bề dày thực S

Theo công thức 1-10/trang 20/[ ], hệ số bổ sung bề dày

C= Ca+Cb+Cc+C0

Chọn hệ số ăn mòn hóa học là Ca= 1mm (thời gian làm việc 10 năm)

Vật liệu đƣợc xem là bền cơ học nên Cb=Cc=0, trong đó Cb là hệ số bổ sung do mòn cơ

học cao, còn Cc là hệ số bổ sung do sai lệch khi chế tạo.

Chọn hệ số bổ sung do dung sai của chiều dày C0=0,4 mm (Theo bảng XIII.9, trang

364, sổ tay tập 2)

=> C= Ca+Cb+Cc+C0= 1+0+0+0,4=1,4 mm

Bề dày thực là S=S’+C=3+1,4=4,4 mm

=> chọn chiều dày thiết kế là S=5mm

 Kiểm tra bề dày buồng đốt

= 0,01 < 0,1 (thỏa mãn)

 Áp dụng công thức 5-10, trang 97, [ ]

 Áp suất tính toán cho phép của bộ phận gia nhiệt trung tâm

P= =2,634 N/mm2>Pt=0,2138(N/mm2)

=> thỏa mãn độ bền

Vậy bề dày của buồng đốt là 5 mm

 đƣờng kính ngoài buồng đốt là: Dn=Dt+2.S=400+2.5=410 mm

 Do bộ phận gia nhiệt nằm trong nồi và tiếp xúc trong dịch nên nó sẽ chiu áp

suất thủy tĩnh của dịch tác động bên ngoài

=g = 9,81. 1027,25 .1,5 = 15115,98 (N/m2) Áp suất tính toán cũng chính là ap suất thủy tĩnh :Ptt= Pt = 15115,98 (N/m2)

=> Áp suất thủy tĩnh lớn nhất có thể tác động lên buồng đốt là:

Trong đó:

: khối lƣợng riêng dịch đƣờng tại 650C

=1,5 m: chiều cao của đáy và thân

3.1.3. Tính bền cho các lỗ

Đƣờng kính cho phép không cần tăng cứng (Công thức 8-2/trang 162/[ ])

dmax= 3,7 √

Trong đó:

=400 mm: đƣờng kính buồng đốt

: chiều dày cần thiết kế

: Hệ số bền của lỗ - công thức trang 162/[ ]

( ) = 0,062

k =

= 42,362 mm dmax=3,7. √

Vì dlỗ < dmax nên các lỗ không cần phải tăng cứng.

3.2. TÍNH KÍCH THƢỚC CÁC ỐNG DẪN

Đƣờng kính các ống dẫn đƣợc tính một cách tổng quát theo công thức (VI.41/trang

74/sổ tay tập 2):

d =√

Trong đó:

G - lƣu lƣợng khối lƣợng của lƣu chất (kg/s)

- tốc độ của lƣu chất (m/s).

 - Khối lƣợng riêng của lƣu chất (kg/m3)

3.2.1.Cửa tháo sản phẩm

Vì không có lƣu lƣợng cho sản phẩm ra nên:

 Chọn đƣờng kính trong của cửa tháo sản phẩm là dctl =40mm

 Cửa tháo liệu có độ dày bằng độ dày của đáy s=5mm

 Cửa đƣợc làm bằng thép X18H10T

3.2.2. Cửa nạp liệu

Vì khồn có lƣu lƣợng vào nên:

 Chọn đƣờng kính trong của cửa tháo sản phẩm là dcnl =40mm

 Cửa nạp liệu có độ dày bằng độ dày của nắp s=5mm

 Cửa đƣợc làm bằng thép X18H10T

3.2.3. Ống dẫn hơi đốt

= 0,0304(m) = √ dh= √

Chọn đƣờng kính trong lắp đặt của ống dẫn hơi đốt là dh=0,03 m =30mm

Dẫn hơi nƣớc bảo hòa ở áp suất 3 at.

Gh= 0,0413 kg/s - lƣu lƣợng khối lƣợng của hơi bão hòa

h - tốc độ của hơi bão hòa (m/s).

Chọn h= 35 m/s (theo sổ tay QTTB tập 2/ tr 74)

= 1,618 (kg/m3) - Khối lƣợng riêng của hơi bão hòa ở áp suất 3at.

 Hơi đốt là hơi nƣớc bão hòa có áp suất 3at nên thiết bị chịu chịu áp suất trong

và nhiệt độ tính toán giống nhƣ buồng đốt là:

Pm = 0,1962 N/mm2

ttt = tD=132,9 (vì không có lớp cách nhiệt)

 Chọn độ dày của ống dẫn hơi Soh=3mm

 Vật liệu làm ống là thép không gỉ kí hiệu X8H10T

Theo hình 1.2, trang 16, [ ], ứng suất cho phép tiêu chuẩn của vật liệu ở ttt là: [ ]*= 140 N/mm2

Vì buồng đốt không có bọc lớp cách nhiệt nên chọn η =1

Ứng suất cho phép của vật liệu là:

[ ]= [ ]*=1.140=140 N/mm2

Bề dày của ống dẫn hơi đƣợc tính theo công thức:

+ C =

= 0,022 + C = 0,022+1,4=1,422 < 3mm

=> đảm bảo độ bền của ống

Với C =1,4 – hệ số bổ sung bề dày (mm)

3.2.4. Ống dẫn nƣớc ngƣng

Lƣợng nƣớc ngƣng cũng chính là lƣợng hơi bão hòa:

Gnn = Gh = 0,04148 (kg/s).

= 0,0075 (m) = √ dnn= √

Gnn= 0,04148 kg/s - lƣu lƣợng khối lƣợng của nƣớc ngƣng

nn - tốc độ của nƣớc ngƣng (m/s)-Theo Sổ tay QTTB tập 2/ Tr 74.

Chọn h= 1 m/s

= 932,48 (kg/m3) - Khối lƣợng riêng của nƣớc ngƣng ở nhiệt độ 132,90C

Để thuận tiện cho việc thiết kế lắp đặt có thể láy đƣờng kính ống ngƣng bằng đƣờng

kính của ống hơi.

3.3. TÍNH VỈ ỐNG

3.3.1. Sơ lƣợc cấu tạo

 Chọn vỉ ống loại phẳng tròn, lắp cứng với thân thiết bị. Vỉ ống phải giữ chặt các

ống truyền nhiệt và bền dƣới tác dụng của ứng suất.

 Dạng vỉ ống đƣợc giữ nguyên trƣớc và sau khi đun nóng. Vật liệu chế tạo là

thép không gỉ X18H10T.

 Nhiệt độ tính toán của vỉ ống bằng với nhiệt độ của hơi đốt ttt=tD=132,90C. Ứng *=140 N/mm2(hình 1-2), trang 16, suất uốn cho phép tiêu chuẩn của vật liệu ở ttt là:

[ ])

 Chọn hệ số hiệu chỉnh η =1

tiêu chuẩn của vật liệu ở là: suất uốn cho phép ttt [ ] =

Ứng η.[ ]*=1.140=140N/mm2

3.3.2. Tính toán

 Tính cho vỉ ống ở trên:

 Chiều dày tính toán tối thiểu ở phía ngoài của vỉ ống h1’( đƣợc xác định theo

= 6 mm

công thức 8-47, trang 181,[ ])

= Dbđ.K.√

[ ]

= 400.0,3.√ =4,69 mm => chọn

Trong đó:

 K=0,028-0,36=>chọn 0,3( Trang 181, [ ])

 Dbđ= 400mm: đƣờng kính trong của của buồng đốt  áp suất tính toán ở trong ống; N/mm2  [ ]: là ứng suất uốn cho phép của vật liệu làm vỉ ở tt, N/mm2

 Chiều dày tính toán tối thiểu ở giữa của vỉ ống h’ đƣợc xác định theo công thức

8-48, trang 181, [ ]

[ ]

=10,635 mm=> chọn h’=12 mm =400.0,45.√ h’= Dt.K.√

Trong đó:

K=0,45 0,6, chọn K=0,45

: Hệ số làm yếu vỉ ống do khoan lỗ

∑

= 0,4375 < 1 =

: Đƣờng kính vỉ ống ; mm

∑ : Tổng số đƣờng kính các lỗ trong vỉ; mm

∑ = = 9.25 = 225mm

: đƣờng kính trong của ống truyền nhiệt; mm

: số ống bố trí trong vỉ

 Kiểm tra bền vỉ ống

Ứng suất uốn của vỉ ống đƣợc xác định theo công thức 8-53, trang 183, [ ]:

(

)

=1,0242 N/mm2 140 N/mm2

(

)

<=>

Trong đó:

P0: áp suất trong ống bằng áp suất trong buồng đốt bằng 2at=0,2138 N/mm2

= 27 mm: đƣờng kính ngoài của ống truyền nhiệt

√

.0,03645=0,03157m= 31,57 mm t= √

Vậy vỉ ống phía trên dày 12mm

 Tính cho vỉ ống phía dƣới buồng đốt

Chọn bề dày của vỉ ống phía dƣới bằng bề dày của vỉ ống phía trên dày 12mm

3.4. TÍNH THÂN THIẾT BỊ

3.4.1. Sơ lƣợc về cấu tạo:

 Thân hình trụ có đƣờng kính trong: Dt = 1000mm, H=1500 mm

 Trên thân có 2 lỗ với dlỗ= 30mm

 Vật liệu làm thân là thép X18H10T, lớp bảo ôn amiang carton, lớp inox bao

ngoài

= g = 9,81.1027,25.1,5 = 15115,98 (N/m2)

 Phần dƣới thân có áp suất thủy tĩnh tối đa:

3.4.2. Tính toán

2: khối lƣợng riêng của dịch đƣờng ở 650C

=> Áp suất tính toán bằng áp suất thủy tĩnh : Ptt= Pt = 15115,98 (N/m2)

: hệ số bền, ứng suất chịu kéo nén

 Tra bảng XII.4/Trang 309/[ ]) đối với thép X18H10T có :

 Ứng suất cho phép của thép theo giới hạn bền và giới hạn chảy xác định theo

công thức (XIII.1 và XIII.2 /trang 355/[ ]) và bảng XIII.3/ trang 356/[ ]

[ ]

Trong đó:

 thiết bị có lớp cách nhiệt (bảng XIII.2)

 giá trị hệ số an toàn bền (bảng XIII.3)  Chọn [ ] (giá trị nhỏ)

 : hệ số bền của thành hình trụ theo phƣơng dọc , thép X18H10T thì

(tra bảng XIII.8 – Trang 362/[ ])

 Pt: áp suất làm việc của thiết bị

 Hệ số bổ sung bề dày

C=C1+C2+C3 = 1+0+0,4= 1,4mm (XIII.17 – Trang 363 - [ ])

Trong đó: C1: hệ số bổ xung do ăn mòn ( chọn C1=1mm )

C2: bổ xung do hao mòn cần tính khi nguyên vật liệu chứa hạt rắn chuyển

động

=> Chọn vật liệu là thép X18H10T , C2=0

C3 : bổ xung do dung sai của chiều dày (chọn theo bảng XIII.9/Trang

364/[ ])

[ ]

=> Chọn C3=0.4mm

. =

Bề dày tối thiểu: Ta có .0,95 = 8726,36 > 25

[ ]

= 0,057 Áp dụng công thức 5-3/ trang 96/ [ ]: S’ =

(mm)

 Bề dày Smin= 3mm (Tra bảng 5-1/trang 94/ [ ])

 Vì S’<< Smin=> Chọn bề dày S’=3 (mm)

 Chiều dày thực của thân S= S’+C= 3 + 1,4 = 4,4 mm

 chọn chiều dày thiết kế S=5mm

 Kiểm tra độ bền cho thân hình trụ: Áp suất thử đƣợc xác định Po= 0,2.106 + 15115,98 = 215115,98 N/m2 Áp dụng công thức XIII.26/ trang 365/[ ]

[ ] =

[ ]

=  28,418.106(N/m2)

=> độ bền an toàn

[ ] (

 Kiểm tra đƣờng kính:

= 4.10-3 < 0,1 (thỏa)

 Theo công thức 5.10/Trang 97/[ ], ta có:

Vậy độ dày của thân S = 5mm là thỏa điều kiện.

 Kiểm tra áp suất cho phép trong thân thiết bị

Theo công thức 5.11/ Trang 97/ [ ], ta có

= 1,05.106 N/m2

( )

[ ]

[ ] =

Vì [ ]=1,05.106 > 215115,98 N/m2 => thỏa điều kiện

 Tính bền cho các lỗ:

Đƣờng kính cho phép không cần tăng cứng (Công thức 8-2/trang 162/[ ])

dmax= 3,7 √

Trong đó:

=1000 mm: đƣờng kính thân thiết bị

: chiều dày cần thiết kế

: Hệ số bền của lỗ- công thức trang 162/[ ]

= 0,0118

( )

k =

= 58,502 mm dmax = 3,7. √

Vì dlỗ = 30 < dmax nên các lỗ không cần phải tăng cứng.

3.5. TÍNH CHO ĐÁY THIẾT BỊ

3.5.1. Sơ lƣợc cấu tạo

 Chọn đáy hình elip có đƣờng kính Dđ=1000mm

 Đáy có gờ với hgờ= 25 mm

 Đáy có 1 lỗ tháo liệu có đƣờng kính dlỗ=40 mm

 Ứng suất cho phép theo giới hạn bền và giới hạn chảy xác định theo công thức

XIII.1/trang 355/[ ] và bảng XIII.3/ trang 356/[ ]3:

η =

.1=146,154 (N/mm2) [ ]=

η =

=160 (N/mm2) [ ]=

3.5.2. Tính toán

 Tính chiều dày cho đáy elip:

 Áp suất tối đa ở đáy thiết bị:

 Áp suất làm việc ở đáy bằng áp suất thủy tĩnh: Pt’= P’tt = 17887,25 N/m2

P’tt=g..H’=g..(H+hđ+hgờ)= 9,81.1027,25 .(1,5+0,25+0.025) =17887,25 N/m2

=> Chiều dày tối thiểu của đáy đƣợc xác định công thức XIII.47/trang 385/[ ]:

+ C

[ ]

S’=

Trong đó:

] [

]: ứng suất cho phép giới hạn bền kéo xác định theo bảng XII.4/Trang 309/[ ]

.η = . 0,95 = 138,85.106 N/m2 Vì =

[

; giá trị hệ số an toàn bền (bảng XIII.3/ trang 356/[ ])

[ ]

.0,96.0,95 = 7079,41 > 30

.k. =

Chọn đƣờng kính lỗ dmax= 0,04Dt => k=

Nên đại lƣợng P ở mẫu có thể bỏ qua

+ C

[ ] .

= S’ =

= 0,076.10-3 + C (m)

Vì S’- C = 0,223 < 20mm. Do đó phải tăng 2mm so với giá trị C tính ở phần thân.

Với giả thiết C tính ở phần thân => C=1,4+2=3,4mm

=> S’ = 0,076 + 3,4= 3,476mm

S’ < Smin= 4mm; do đó S’= Smin=4mm

Có thể chọn chiều dày thiết kế phần đáy giống chiều dày phần thân: Sđ= St= 5mm

 Kiểm tra bề dày thành đáy theo:

< 0,125 ( thỏa điều kiện)

Theo công thức 6-10/ Trang 124/ [ ] :

 Kiểm tra áp suất cho phép tính toán

[ ]

Theo công thức 6-11/ Trang 124/ [ ] :

= 1051055,78 > 17887,25 N/m2 [ ]=

=> thỏa điều kiện

 Kiểm tra ứng suất làm việc:

Áp suất thử Po= 0,2.106+ 17887,25 = 217887,25 N/m2

Theo công thức XIII-49/ Trang 386/ [ ] :

 31,499 . 106 N/m2

[ ]

 =

= 200. 106 N/m2 (thỏa điều kiện)   31,499 . 106 N/m2 <

 Tính bền cho các lỗ:

Đƣờng kính cho phép không cần tăng cứng (Công thức 8-2/trang 162/[ ])

dmax= 3,7 √

Trong đó: =1000 mm: đƣờng kính thân thiết bị

: chiều dày cần thiết kế

: Hệ số bền của lỗ-công thức trang 162/[ ]

= 0,014

( )

k =

= 58,458 mm dmax = 3,7. √

Vì dlỗ = 40mm < dmax nên các lỗ không cần phải tăng cứng.

3.6. TÍNH CHO NẮP THIẾT BỊ

=143

3.6.1. Sơ lƣợc về cấu tạo

 Chọn nắp nón tiêu chuẩn =1000mm, 2 =1200  Nón không uốn mép => D=Dt, =

 Nắp không có lớp bảo ôn => η=1

 Nắp có 1 lỗ để lắp ống ngƣng có đƣờng kính dmax= 0,14Dt

3.6.2. Tính toán

Nắp có áp suất tuyệt đối trong và ngoài gần nhƣ là áp suất khí quyển nên ta xét lực nén

chiều trục do trọng lƣợng của ống ngƣng tác dụng lên nắp.

Lực nén chiều trục do trọng lƣợng của ống ngƣng:

*( ) +

Chọn bề dày nắp là Sn =5 (mm), ( ))

Ta kiểm tra độ bền nén chiều trục của nắp:

[ ]

Ta có:

⁄ ⁄

Áp dụng công thức [ ], ta có lực nén chiều trục cho phép.

[ ]

Trong đó:

(dựa vào công thức 5-33 đến 5-34, trang 103, [4]). : phụ thuộc vào tỉ số

= 230,9

: đƣờng kính tính toán đƣợc tính bằng công thức 6-30, trang, trang 133, [4].

qc  0,155 (công thức 5-34, trang 103, [4]).

 = 875.

Dựa vào bảng:

200 250

0,15 0,14

Nội suy ta có giá trị ứng với = là:

tra bảng 2-12, trang 34, [4] tra tại nhiệt độ 100oC (cột thép austenit) nội suy ta có:

⁄

[ ]

⁄

0,14382 = 0,1483  0,155 (thỏa điều kiện)

=> = 875.

[ ]

=> thỏa điều kiện về độ bền .

Kiểm tra áp suất ngoài cho phép:

Dựa vào công thức 5-16, trang 99, [4] ta có:

] √[

] ] √[ √[

=> Thỏa mãn điều kiện 5-16

Trong đó:

[ ]

⁄ : giới hạn chảy của vật liệu tính toán

làm nắp ở nhiệt độ tính toán, (tra bảng 1-6, trang 14, [3].

L = 250 mm: là chiều cao nắp nón.

Do vậy áp dụng công thức 5-19, trang 99, [3] tính áp suất ngoài cho phép [ ]

( √ [ ] )

⁄ ) ( √ [ ]

⁄ ⁄

Vậy bề dày thõa mãn bền cho nắp.

3.7. TÍNH CHÂN ĐỠ THIẾT BỊ

3.7.1. Sơ lƣợc cấu tạo chân đỡ thiết bị

Đƣợc làm bằng thép CT3.

Chọn số chân đỡ là 4, kiểu IV/436/sổ tay QTTB tập 2

- Khối lƣợng chân đỡ cần chịu: m = mtb + mdd

- Tổng khối lƣợng thép làm thiết bị:

mtb = mđ + mn + mt + +môn+ mốngTN +mvỏBĐ+mvỉ+mp

Trong đó:

 mđ: Khối lƣợng thép làm đáy nồi; kg

 mn: Khối lƣợng thép làm nắp; kg

 mt: Khối lƣợng thép làm thân nồi; kg

 : Khối lƣợng amiang làm lớp bảo ôn thân;kg

 : Khối lƣợng amiang làm lớp bảo ôn đáy;kg

 :khối lƣợng inox bao thân;kg

 mid: khối lƣợng inox bao đáy; kg

 môn:khối lƣợng thép làm ống ngƣng;kg

 mốngTN : Khối lƣợng thép làm ống truyền nhiệt; kg.

 mp: khối lƣợng của bộ phân tán dịch;kg

 mvỉ: khối lƣợng vỉ ống;kg

 mvỏBĐ: khối lƣợng của vỏ buồng đốt;kg

Khối lƣợng riêng của thép không gỉ X18H10T là ρ1 = 7900kg/m3 (bảng XII.7, trang 313/[ ]).

Khối lƣợng riêng của thép CT3 là ρ2 = 7850kg/m3 (bảng XII.7, trang 313/[ ]).

Khối lƣợng riêng của lớp cách nhiêt amiang là =2800 kg/m3 (bảng XII.7, trang 313/[ ]).

3.7.1.1. Khối lƣợng nắp nón

 Nắp hình nón đƣợc làm bằng thép không gỉ mã hiệu X18H10T  Nắp hình nón tiêu chuẩn có góc đỉnh 600, có gờ cao hg=25 mm

 Dt=1000 mm: đƣờng kính trong của đáy nón

 S=5 mm: độ dày => đƣờng kính ngoài đáy nón là

Dn=Dt+2.S=1000+2.5=1010mm.

 dt= 140mm- đƣờng kính trong đáy nhỏ.

 Đƣờng kính ngoài đáy nhỏ: dn=dt+2S=140+2.3=146mm

 Hn =250mm: chiều cao của nón

((

))

) (

 Thể tích thép làm nắp nón là:

(( ) ( ))

+ Vn= . .

.(1,012.12).0,025

= 2,651.10-3(kg)

=>Khối lƣợng thép làm nắp hình nón là là mn=2,651.10-3 .7900 =20,943kg

3.7.1.2. Khối lƣợng thép làm thân nồi

 Thân hình trụ, đƣợc làm bằng thép không gỉ X18H10T

 Đƣờng kính trong của thân Dt=1 m

 Độ dày là S=5mm

 Đƣờng kính ngoài của thân là Dn= Dt+2S=1000+2.5=1010 mm=1,01 m

 Chiều cao của thân là Ht=1,5 mm

Thể tích thép làm thân thiết bị:

(1,012-12).1,5= 0,0237 m3 Vt= (

=>Khối lƣợng thép làm thân trụ :mt= . = 7900.0,0237=187,23 kg

3.7.1.3. Khối lƣợng thép làm đáy ellipse tiêu chuẩn

 Đáy ellipse đƣợc làm bằng thép không gỉ X18H10T

 Đáy ellipse tiêu chuẩn có:

 Dt= 1000 mm: đƣờng kính trong

 S= 5 mm: bề dày đáy

 hg= 25mm: chiều cao của gờ

 Tra bảng XIII.11, trang 384, sổ tay tập 2:

=>Khối lƣợng thép làm đáy ellipse là: mđ = 1,01.47,9=48,379 kg

3.7.1.4. Khối lƣợng thép làm ống truyền nhiệt

 Ống đƣợc làm bằng thép không gỉ X18H10T.

 Có 61 ống truyền nhiệt.

.h=

.0,8= 3,9861.10-3 m3

Thể tích thép làm ống truyền nhiệt:

VốngTN=

Trong đó:

 dn-đƣờng kính ngoài ống truyền nhiệt;m

 dt-đƣờng kính trong ống truyền nhiệt;m

 h-chiều cao ống truyền nhiệt;m

=>Khối lƣợng thép làm ống:

mongTN = =7900. 3,9861.10-3= 31,490 kg

3.7.1.5. Khối lƣợng vỉ ống

Đƣợc làm bằng thép không gỉ X18H10T.

Thể tích thép làm vỉ ống:

S Vvỉ=2.

Trong đó:

Dt=400mm-đƣờng kính trong của bộ phận gia nhiệt trung tâm

dn=27 mm –đƣờng kính ngoài của ống truyền nhiệt

S=12 mm- chiều dày tính toán tối thiểu ở phía giữa của vỉ ống

.0,012= 2,178.10-3 m3 =>Vvỉ=

=> Khối lƣợng thép làm vỉ ống: mvỉ= =7900. 2,178.10-3= 17,206kg

3.7.1.6. Khối lƣợng buồng đốt

 Buồng đốt đƣợc làm bằng thép không gỉ X18H10T

 Đƣờng kính trong buồng đốt là dt=400mm

 Dày S=5mm=>đƣờng kính ngoài buồng đốt là dn=410mm

 Chiều cao buồng đốt h=0,8mm

Thể tích thép làm buồng đốt:

Vbđ =

=5,089.10-3 m3

=>Khối lƣợng thép làm buồng đốt là: mBĐ= . = 7900. 5,089.10-3 = 40,206 kg

3.7.1.7. Khối lƣợng ống ngƣng

 Ống ngƣng đƣợc làm bằng thép không gỉ mã hiệu X18H10T

 Đƣờng kính trong của ống ngƣng là dt=140 mm

 Độ dày S = 3mm => Đƣờng kính ngoài của ống ngƣng là

dnon=dton+2S=140+2.3=146mm

 Chiều cao của ống ngƣng là hon=3 m

=>Thể tích thép làm ống ngƣng là :

.3=4,041.10-3 (m3) Von=

=>Khối lƣợng thép làm ống ngƣng là: mon= .Von=7900. 4,041.10-3 = 31,925 kg

3.7.1.8. Khối lƣợng của lớp cách nhiệt bằng amiang carton của thân và đáy

 Thể tích lớp cách nhiệt ở thân

Lớp cách nhiệt dày S = 50 mm.

Khối lƣợng riêng của lớp bảo ôn: = 2600 kg/m3

Đƣờng kính trong của lớp cách nhiệt bằng đƣờng kính ngoài của thân là Dn= 1010

Đƣờng kính ngoài của lớp cách nhiệt là Dn= Dt+2S=1010+2.50=1110 mm

Chiều cao của thân là H=1500mm

=>Thể tích thép làm lớp cách nhiệt ở thân là:

. H= . 1,5=0,250 m3 Vbo=

=> Khối lƣợng của lớp cách nhiệt thân là mbo= .Vbot=0,250 = 650 kg

 Thể tích lớp cách nhiệt ở đáy

Đƣờng kính đáy trong của lớp cách nhiệt bằng đƣờng kính ngoài của lớp thép của

đáy là Dđt=1010 mmm

Lớp cách nhiệt dày S =50 mm

Đƣờng kính ngoài của lớp cách nhiệt ở đáy là Dđn=Dđ+2S=1010+2.50=1110 mm

Lớp gờ có hgờ=25mm, đƣờng kính trong và ngoài bằng với đƣờng kính lớp cách

nhiệt phần đáy

V’bo=

=0,089

 thể tích lớp amiang làm bảo ôn đáy là:

=>Khối lƣợng của lớp amiang làm lớp cách nhiệt thân là

mbo= . V’bo=2600.0,089= 231,4 kg

3.6.1.9. Khối lƣợng lớp inox ở thân và đáy

 Thể tích inox làm thân thiết bị:

 Đƣờng kính trong của lớp inox là DIt=1110 mm

 Độ dày S=1 mm => Đƣờng kính ngoài của lớp inox là

DIn=1110+2S=1110+2.1=1112 mm

 Chiều cao của thân là H=1500mm

.H= .1,5=5,233.10-3 m3 Vinox=

=>Khối lƣợng inox làm thân là:minox= Vinox. =5,233.10-3.7900=41,340 kg

 Thể tích tích inox làm đáy thiết bị:

 Lớp ionox dày S=1 mm

 Đƣờng kính trong của lớp inox là DIt=1110 mm

)

V’inox=

(

1,938.10-3 kg

=>Khối lƣợng inox làm đáy là m’inox= . V’inox=7900. 1,938.10-3=15,31 kg

(khối lƣợng phần gờ quá nhỏ ta có thể bỏ qua)

=> Đƣờng kính ngoài lớp inox là DIn=1110+2S=1110+2.1=1112 mm

3.7.1.9. Khối lƣợng của các bộ phân tán dịch nối với buồng đốt

 Nón phân tán dịch

 Hình nón

 Chọn đƣờng kính trong của nón là dt=400mm

 Chọn độ dày là S= 5mm (bằng bề dày của buông đốt)

 Đƣờng kính ngoài của đáy nón là dn=dt+2S=400+2.5=410 mm

 Chiều cao bên ngoài của nón là h1 = 120 mm

 Chiều cao bên trong nón là h2=h1-S=120-5=115mm

 Đƣợc làm bằng thép không gỉ mã hiệu X18H10T

3,14.(0,412.0,12-0,42.0,115)=4,637.10-4 m3

Thể tích thép làm nón phân tán:

(

V1=

=>Khối lƣợng nón phân tán dịch là mn= =7900. 4,637.10-4 = 3,663 (kg)

=11,978 (N) =>Tải trọng tác dụng lên một ống đỡ là Qđ =

=>Chọn 3 ống đỡ đặc ruột bằng thép không gỉ mã hiệu X18H10T đƣờng kính 20 mm,

để đỡ nón phân tán dịch. Ống đƣợc hàn chắc vào nón phân tán và tâm định hƣớng.

=314 mm2

=>Diện tích bề mặt đỡ là S=

= 0,0572 N/mm2< 200

=> Tải trọng tác dụng lên bề mặt đỡ là Q =

N/mm2(thỏa)

 Tấm định hƣớng khối nón cụt

 Đƣợc làm bằng thép không gỉ mã hiệu X18H10T

 Đƣờng kính trong đáy bằng đƣờng kính trong buồng đốt Dc=400mm

 Đƣờng kính nhỏ trong bằng dc=200 mm

 Chiều cao là h=200mm

 Bề dày của phần nón cụt bằng bề dày của buông đốt là S=5 mm (xem nhƣ áp

lực tác dụng tác dụng lên phần nón cụt bằng áp lực tác dụng lên buông đốt nên S=5

mm là thỏa)

 R1=200mm: Bán kính trong đáy lớn

 R=R1+S=200+5=205mm : Bán kính ngoài đáy lớn

 r1= 100mm:Bán kính trong đáy nhỏ

 r= r1+S=100+5=105 mm: Bán kính ngoài đáy nhỏ

(( ) (

))

Thể tích thép làm miếng định hƣớng hình nón cụt là:

( )

Vc=

=9,577.10-4 m3

=> khối lƣợng thép phần nón cụt là: mc= Vc. = 9,577.10-4 .7900 = 7,566 kg

 Tấm định hƣớng hình trụ

 Đƣờng kính trong bằng dt=200mm

 Tấm định hƣớng đƣợc nối thông với buồng đốt nên nó sẽ chịu áp lực bằng với

áp lực tác dụng lên buồng đốt. Nên chọn độ dày của tấm định hƣớng hình trụ

bằng độ dày buồng đốt S=5mm

=>Đƣờng kính ngoài bằng dn=dt+2S=200+5.2=210mm

 Chiều cao h=200mm

 Đƣợc làm bằng thép không gỉ mã hiệu X18H10T

) (

( )

.h= .0,2=6,437.10-4 Thể tích thép làm phần hình trụ: Vtrụ=

=>Khối lƣợng phần trụ là mtrụ = 7900. 6,437.10-4 = 5,085 kg

 Khối lƣợng thép làm hệ thống phân tán dịch là:

mp= mn+mthanh+ mtrụ+ mc+ mOT=3,663 +3,914 +0,0558 +7,566 +5,085 = 20,284 kg

 Khối lƣợng thiết bị trao đổi nhiệt:

m’t=mp+mvỉ+moTN+mvỏ=20,284+17,2062 +31,490 +40,206 = 109,186 kg

 Thể tích dịch có thể chứa đầy trong bộ phận gia nhiệt trung tâm

 Thể tích dịch chứa đầy trong phần nón cụt

= 0,0147m3 Vdc =

Trong đó:

Vdc-thể tích dịch chứa trong phần nón cụt;m3

h –chiều cao hình nón cụt; m

R- bán kính đáy trong phần nón cụt; m

r- bán kính đáy nhỏ trong phần nón cụt;m

 Thể tích dịch chứa đầy trong phần trụ:

= =0,0314m3 Vdt=

Trong đó:

Vdt:thể tích chứa đầy trong phân trụ (m3)

dt:đƣờng kính trong phần trụ (m)

h: chiều cao phần trụ (m)

 Thể tích dịch chứa đầy trong ống truyền nhiệt:

0,8= 0,0299m3

h=61. V’oTN=n.

Trong đó:

V’oTN:thể tích dịch chứa đầy trong ống truyền nhiệt;m3

n=61: tổng số ống truyền nhiệt

dt:đƣờng kính trong ống truyền nhiệt; m

=> Thể tích dịch chứa trong thiết bị trao đổi nhiệt là:

VdTN = Vdc +Vdt+V’oTN = 0,0147+0,0314+0,0299=0,076m3

=> Khối lƣợng dịch lớn nhất của dịch đƣờng chứa đầy trong thiết bị gia nhiệt (không

tính phần dịch bắn vào nón phân tán dịch):

m’d .VdTN = 1027,25. 0,076=78,071 kg

Trong đó:

 :khối lƣợng riêng dịch đƣờng ở 650C; kg/m3  VdTN: thể tích dịch chứa đầy trong thiết bị trao đổi nhiệt;m3

Vậy tổng khối lƣợng của bộ phận gia nhiệt lúc làm việc là:

M=m’d+m’t=78,071+109,186=187,257 kg

Chọn 3 chân đỡ dặc ruột có đƣờng kính 30 mm để đỡ bộ phận trao đổi nhiệt

=706,5 N/mm2

=>Diện tích bề nặt đỡ: F=

M=187,257 kg => Vì tải trọng tác dụng lên mỗi chân là:

= 612,33 N G =

Là nhỏ nên ta có thể chọn theo kính nghiệm

Ba ống đƣợc hàn vào buồng đốt tạo với nhau một góc 1200 và hàn vào đáy thiết bị sao

cho đảm bảo không bị chênh là đƣợc.

3.7.2. Khối lƣợng dung dịch lớn nhất có trong thiết bị

mdd= .V=1027,25.1000.10-3=1027,25 kg

Trong đó:

:khối lƣợng riêng của dịch đƣờng ở 650C(kg/m3)

V: thể tích dịch đƣờng (l)

3.7.3. Kích thƣớc chân thiết bị

Bảng số liệu khối lƣợng các chi tiết trong thiết bị

Chi tiết Vât liệu Khối lƣợng(kg)

Buồng đốt X18H10T 40,206

Thép thân trụ X18H10T 187,23

Nắp nón X18H10T 20,943

Thép đáy ellipse X18H10T 48,379

Ống truyền nhiệt X18H10T 31,490

Vỉ ống X18H10T 17,206

Tấm định hƣớng hình nón X18H10T 7,566

cụt

Tấm định hƣớng trụ X18H10T 5,085

Nón phân tán dịch X18H10T 3,663

Ống ngƣng X18H10T 31,935

Bảo ôn thân Aniang carton 650

Bảo ôn đáy Aniang carton 231,4

Lớp inox thân Inox 41,34

Lớp inox đáy Inox 15,31

Tổng khối lƣợng 1331,753

Từ bảng số liệu trên ta suy ra khối lƣợng của các bộ phận của thiết bị là

mtb=1331,753kg

Tổng tải trọng của thiết bị: M=mtb+mdd=1027,25+1331,753=2359,003 kg

Vì thiết bị đặc trong nhà và trên sàng nên ta chọn chân đỡ loại III/sổ tay tập 2

=>Trọng lƣợng trên mỗi chân đỡ: G= =5785,455N

=> Chọn tải trọng của thiết bị là 1.104 vì dự trù cho một số chi tiêt không tính đƣợc.

Tra bảng VIII.35/trang 437/ Sổ tay QTTB tập 2, ta có bảng kích thƣớc chân thiết bị

L B H h s l B1 B2 D

G.10-4 F.104 q.10-6 N/m2 m2 N mm

1 811 0,32 210 150 180 245 300 160 14 75 23

Tuy nhiên do kết cấu của đáy thiết bị nên ta sẽ chọn chiều cao của chân là 330mm cho

phù hợp.

3.8. CÁC CHI TIẾT PHỤ

3.8.1. Cửa sữa chữa

-Vật liệu chế tạo là thép CT3.

-Đƣờng kính của cửa sửa chữa là D = 380mm.

- Cửa đƣợc bố trí trên nắp thiết bị.

3.8.2. Kính quan sát

- Vật liệu chế tạo là thép CT3 và thuỷ tinh.

- Đƣờng kính của kính quan sát là D = 120 mm.

- Kính đƣợc bố trí trên nắp thiết bị.

CHƢƠNG 4: THIẾT BỊ PHỤ

4.1. Bẫy hơi

Lƣu lƣợng nƣớc ngƣng: Gnn=0,0413 kg/s

Vận tốc nƣớc ngƣng: nn= 1m/s

Nhiệt độ nƣớc ngƣng ở trạng thái lỏng sôi tnn= 132,90C

Áp suất trong buồng đốt là 3at

Chọn bẫy hơi phao tự động có các thông số kĩ thuật nhƣ sau:

Áp suất làm việc: 0,01 – 2,1 Mpa

Nhiệt độ làm việc: Max 2200C

Công suất xả nƣớc ngƣng: 710kg/h

KẾT LUẬN

Qua quá trình tính toán công nghệ ta thấy có rất nhiều khó khăn phát sinh gây

ảnh trở đến việc tối ƣu hóa cho quy trình công nghệ. Chẳng hạn nhƣ tổn thất nhiệt ra

môi trƣờng bên ngoài, các tính toán về kết cấu thiết bị, …Tuy nhiên, việc thực hiện

trong quá trình tính toán công nghệ trong đồ án chỉ dựa trên các số liệu trên sách vở

nên các thông số có đƣợc cần dựa theo chuẩn thực tế để hình thành sản phẩm. Mặt

khác thiết bị sau khi thiết kế cần đảm bảo về nguyên lí hoạt động và đạt hiệu quả mong

muốn, hoạt động tốt hơn trong sản xuât thực tế.

Tài liệu tham khảo

[1] Nhiều tác giả, Sổ tay quá trình và thiết bị công nghệ hóa chất, tập 1, NXB Khoa

học và Kỹ thuật, 2006.

[2] Nhiều tác giả, Sổ tay quá trình và thiết bị công nghệ hóa chất, tập 2, NXB Khoa

học và Kỹ thuật, 2006.

[3] Phạm Văn Bôn, Nguyễn Đình Thọ, Quá trình và thiết bị Công nghệ Hóa học và

Thực phẩm, tập 5, Quá trình và thiết bị truyển nhiệt, Quyển 1: Truyền nhiệt ổn định,

NXB DHQG TP HCM, 2006.

[4] Hồ Lê Viên, Tính toán, thiết kế các chi tiết thiết bị hóa chất và dầu khí, NXB Khoa

học và Kỹ thuật Hà Nội, 2006.

[5] Phạm Xuân Toàn, Quá trình và thiết bị Công nghệ Hóa học và Thực phẩm, tập 3,

Quá trình và thiết bị truyển nhiệt, NXB Khoa học và Kỹ thuật

Hà Nội, 2003.

[6] Phạm Văn Bôn, Quá trình và Thiết bị Công nghệ Hóa học và Thực phẩm, tập 10,

Ví dụ và bài tập, NXB DHQG TPHCM, 2010.

[7] Nguyễn Văn May, Thiết bị truyền nhiệt và chuyển khối, NXB Khoa học và Kỹ

thuật, 2006

[8] Nguyễn Thị Hiền, Khoa Học-Công Nghệ Malt Và Bia, NXB Khoa học và Kỹ

thuật, 2006.

[9] Nguyễn Đình Hòa, Công Nghệ Sản Xuất Malt Và Bia, NXB Khoa học và Kỹ thuật,

2002

Đồ án: Thiết kế hệ thống nồi đun sôi dịch đường với hoa houblon gia nhiệt kiểu ống chùm

BỘ CÔNG THƢƠNG

TRƢỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP THỰC PHẨM TP.HCM

KHOA CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM

BỘ MÔN KỸ THUẬT THỰC PHẨM



ĐỒ ÁN:

THIẾT KẾ HỆ THỐNG NỒI ĐUN SÔI DỊCH ĐƢỜNG

VỚI HOA HOUBLON GIA NHIỆT KIỂU ỐNG CHÙM

Mục lục

not defined.

=

= 1,08 < 2 nên ta có thể coi nhƣ vách của các ống là vách phẳng

⁄

Có thể bạn quan tâm

Tài liêu mới

Giới thiệu

Về chúng tôi

Việc làm

Quảng cáo

Liên hệ

Chính sách

Thoả thuận sử dụng

Chính sách bảo mật

Chính sách hoàn tiền

DMCA

Hỗ trợ

Hướng dẫn sử dụng

Đăng ký tài khoản VIP

093 303 0098

support@tailieu.vn

Phương thức thanh toán

Theo dõi chúng tôi

Facebook

Youtube

TikTok

Đồ án: Thiết kế hệ thống nồi đun sôi dịch đường với hoa houblon gia nhiệt kiểu ống chùm

BỘ CÔNG THƢƠNG

TRƢỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP THỰC PHẨM TP.HCM

KHOA CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM

BỘ MÔN KỸ THUẬT THỰC PHẨM



ĐỒ ÁN:

THIẾT KẾ HỆ THỐNG NỒI ĐUN SÔI DỊCH ĐƢỜNG

VỚI HOA HOUBLON GIA NHIỆT KIỂU ỐNG CHÙM

Mục lục

not defined.

=

= 1,08 < 2 nên ta có thể coi nhƣ vách của các ống là vách phẳng

⁄

Có thể bạn quan tâm

Tài liêu mới

AI tóm tắt

Giới thiệu tài liệu

Đối tượng sử dụng

Từ khoá chính

Nội dung tóm tắt

Giới thiệu

Về chúng tôi

Việc làm

Quảng cáo

Liên hệ

Chính sách

Thoả thuận sử dụng

Chính sách bảo mật

Chính sách hoàn tiền

DMCA

Hỗ trợ

Hướng dẫn sử dụng

Đăng ký tài khoản VIP

093 303 0098

support@tailieu.vn

Phương thức thanh toán

Theo dõi chúng tôi

Facebook

Youtube

TikTok