Tải bản đầy đủ
CHƯƠNG 5. CHỌN VÀ TÍNH TOÁN THIẾT BỊ

CHƯƠNG 5. CHỌN VÀ TÍNH TOÁN THIẾT BỊ

Tải bản đầy đủ

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
5.2. Chọn và tính thiết bị
5.2.1. Bunke chứa tinh bột
Bunke có thể tích đủ để chứa nguyên liệu sản xuất một mẻ có dạng hình trụ, đáy
hình nón có góc nghiêng

α

= 600, được chế tạo bằng thép. Chọn hệ số chứa đầy

0,9.
D

h1
H

h2
h3
d

D – đường kính phần thân trụ.
H – Chiều cao thân bunke.
h1 – Chiều cao phần thân hình trụ.
h2 – Chiều cao phần chóp cụt.
h3 – Chiều cao phần tháo liệu.
Trang 46

ϕ

=

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
d – Đường kính cửa tháo liệu.
Thể tích bunke chứa:

Trong đó:
Vtrụ Thể tích của phần hình trụ (m3).
Vnón – Thể tích của phần hình nón cụt (m3).
m – khối lượng nguyên liệu cần chứa (kg).
– Khối lượng riêng của nguyên liệu (kg/m3).
0,9 – Hệ số chứa đầy của thiết bị.
Thể tích hình nón cụt:

Ta có:

Suy ra:

Khối lượng tinh bột đem vào sản xuất: 1526914,46 kg/ngày.
Khối lượng riêng của tinh bột là 1570 (kg/m3), hệ số sử dụng của bunke là 0,9. Sử
dụng 5 bunke chứa nên thể tích của bunke cần thiết để chứa tinh bột là:
Chọn D = 6m, d = 3,5m, h3 = 1m.
Ta có:
Suy ra

h1 = 6,25 m.
h2 =

× (6 – 3,5) = 2,17 m.

Tổng chiều cao của thiết bị là:
Trang 47

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
H = h1 + h2 + h3 = 6,25 + 2,17 + 1 = 9,42 (m).
Vậy lựa chọn 5 bunke chứa tinh bột có kích thước D = 6000 mm; H = 9420 mm.
5.2.2. Thiết bị hòa tan tinh bột sắn.
Thiết bị hòa tan được chế tạo bằng thép không gỉ, thân hình trụ, đáy và nắp hình
chỏm cầu, bên trong có cánh khuấy.
Gọi h1 là chiều cao hình trụ, h là chiều cao nắp và đáy
Chọn h1 = 1,6D; h = 0,1D.
Thể tích hình học thiết bị: Vtb = Vtr + 2Vcc
Thể tích hình trụ:
πD 2 h1 πD 2 × 1,6 D
Vtr =
=
= 0,4πD 3
4
4

Thể tích chỏm cầu:
Vcc =

π
3D 2
19πD 3
h( h 2 +
)=
6
4
1500

Hình 5.2. Thiết bị hòa tan tinh bột sắn

Thể tích thiết bị:
= 0,4πD 3 + 2 ×

Vtb = Vtr + 2Vchỏm cầu
⇒D=3

19πD 3 159,5 3
=
πD
1500
375

Vtb × 375
π × 159,5

Khối lượng riêng tinh bột sắn: d = 1570 (kg/m 3) = 1,57 (kg/l). [Sách Sổ tay của
Nguyễn bin].
Khối lượng riêng dịch tinh bột sắn 40% :1,228 (kg/l).
Theo bảng (4.4), lượng dịch tinh bột sắn hòa tan trong 1 mẻ : 3817286,15
(kg/ngày).
Thể tích dịch hòa tan trong 1 ngày:
= 3108539,21 (l)
Chọn hệ số chứa đầy thiết bị: ϕ = 0,8. Chọn số thiết bị là 5.
Thể tích của thiết bị:
Vtb = = 777134,80 (l) = 777,13 (m3)
Trang 48

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Suy ra:

D = 8,35 (m)
×

h1 = 1,6D = 1,6 8,35 = 13,36 (m).
×

h = 0,1D = 0,1 8,35 = 0,84 (m).
Chiều cao toàn bộ thiết bị: H = h1 + 2h = 13,36 + 2

×

0,84 = 15,03 (m).

Số thiết bị hòa tan: 5 thiết bị, kích thước D = 8,35(m), H = 15,03(m).
5.2.3. Thiết bị lọc dịch tinh bột
Ta thiết kế thiết bị lọc tinh bột là thùng hình trụ, phía trên có lưới lọc bằng kim
loại.
Theo bảng (4.4) lượng dịch tinh bột sắn đem lọc trong 1 mẻ: 3779113,29
(kg/ngày).
h

Thể tích dịch cần lọc trong 1 ngày:
= 3077453,82 (l)

h1

Chọn hệ số chứa đầy thiết bị: ϕ = 0,6. Chọn số
thiết bị là 5.
Thể tích của thiết bị:


V = = 1025817,94 (l) 1025,82 (m3).
Tính toán tương tự mục (5.3), ta có kích thước

D

Hình 5.3. Thiết bị lọc dịch
tinh bột

thiết bị như sau:
D = 9,16 (m).
h1 = 14,65 (m).
h = 0,92 (m).
Chiều cao toàn bộ thiết bị: H = 16,49 (m).
Số thiết bị lọc tinh bột: 5 thiết bị, kích thước D = 9,16m, H = 16,49m.
5.2.4.Thiết bị dịch hóa tinh bột
Thiết bị là lớp 2 vỏ, phần bên trong chứa dịch cần dịch hóa, hơi nóng được
đưa vào giữa hai vỏ.
Khối lượng riêng dịch tinh bột sắn 40%:1,228 (kg/l).
Theo bảng (4.4), lượng dịch đem dịch hóa trong 1 mẻ: 3980529,51
(kg/ngày).
Trang 49

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Thể tích dịch đem dịch hóa trong 1 mẻ:
V = = 3241473,54 (l).
Đầu tiên ta tính thể tích phần vỏ phía trong.
Chọn hệ số chứa đầy của phần vỏ phía trong thiết bị là
φ = 0,7. Chọn số thiết bị là 7.
Thể tích cần cócủa phần vỏ phía trong là:
Vthiết bị = = 661525,21(l)



661,52(m3)

Tính toán tương tự mục 5.3, ta có kích phần vỏ

Hình 5.4. Thiết bị dịch hóa tinh bột

phía trong là như sau:
Đường kính phần vỏ phía trong: D = 7,91 (m).
Chiều cao phần vỏ phía trong: H = 14,24 (m).
π×
Chu vi vỏ trong: =
7,91 = 24,85 (m).
×

Diện tích vùng truyền nhiệt: 24,85 14,24 = 353,86(m2).
Chọn khoảng cách giữa vỏ phía trong và vỏ phía ngoài: 0,1 (m)
Suy ra, đường kính vỏ ngoài là: 8,11 (m).
Tính toán tương tự mục 5.3, chiều cao thiết bị: 14,60 (m).
Lượng hơi dùng cho thiết bị dịch hóa được tính trong chương tính hơi.
Số thiết bị dịch hóa:7 thiết bị, kích thước D = 8,11m, H = 14,60m.
5.2.5. Thiết bị làm nguội
Lượng dịch sau dịch hóa được làm nguội: 3349668,60 (kg/ngày). Khối lượng
riêng dịch tinh bột sắn 40%:1,228 (kg/l).
Suy ra thể dịch tinh bột được làm nguội trong 1 mẻ:
V = = 27277,43 (l) = 2727,74 (m3)
Để làm nguội, ta sử dụng thiết bị trao đổi nhiệt (BR0.23) [22.
http://www.made-in-china.com/showroom/sdevernature/product]
Diện tích trao đổi nhiệt: 0.238 (m2).
Năng suất: 10 (m3/h).
Nhiệt độ nước vào: 200 C.
Nhiệt độ nước ra: 400 C.
Trang 50

Hình 5.5. Thiết bị làm nguội

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Nhiệt độ dịch vào: 1100 C.
Nhiệt độ dịch ra: 600 C.
×

×

Kích thước thiết bị: 500 600 1400 (mm).
Số lượng thiết bị sử dụng trong 1 mẻ:
n = = 11,36
Vậy số thiết bị sử dụng: 12.
5.2.6. Thiết bị đường hóa tinh bột
Thiết bị đường hóa là nồi 2 vỏ, tương tự như thiết bị dịch hóa. Thời gian 1 mẻ
đường hóa là 70h.
Theo bảng (4.4), lượng dịch đem đường hóa trong 1 mẻ: 3703244,73
(kg/ngày).
Thể tích dịch đem đường hóa trong 1 mẻ:
= 3015671,60 (l) = 3015,67 (m3)
Chọn hệ số chứa đầy của phần vỏ bên trong là 0,7.
Ta có thể tích của thiết bị là: V = = 615,44 (m3).
Tính tương tự thiết bị dịch hóa, ta có:
Đường kính vỏ trong thiết bị: 7,72(m).
Chiều cao vỏ trong: 13,90 (m).
π×
Chu vi vỏ trong =
7,72 = 24,25(m).
Diện tích truyền nhiệt: 337,12(m2).
Đường kính vỏ ngoài: 7,79(m).
Chiều cao thiết bị: 13,03(m).
Lượng hơi dùng cho thiết bị dịch hóa được tính chương tính hơi.
Thời gian đường hóa 70h, số thiết bị đường hóa dự trữ là: x 7 = 20,41
Vậy số thiết bị: 21 thiết bị, kích thước D = 7,79m, H = 13,03m.
5.2.7. Thiết bị pha chế dịch lên men
Tương tự như thiết bị hoàn tan tinh bột, khác về
kích thước.
Theo bảng (4.4), lượng dung dịch đưa vào pha chế
trong 1 mẻ: 5297376,74 (kg/ngày). Khối lượng riêng của dung
Trang 51

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
dịch đường có nồng độ chất khô 10% ở 32oClà 1035,05 (kg/m3).
Thể tích dịch pha chế: V = = 5117,99 (m3/ngày).
Chọn hệ số chứa đầy: ϕ = 0,8.
Thể tích của thiết bị: V = = 913,93 (m3).
Tính toán tương tự mục (5.3), ta có kích thước
thiết bị như sau:
D = 8,8 (m).
h1 = 14,10 (m).

Hình 5.6. Thiết bị pha chế dịch lên men

h = 0,88 (m).
H = 15,86 (m).

Số thiết bị: 7 thiết bị, kích thước D = 8,8m, H = 15,86m.
5.2.8. Thiết bị thanh trùng dịch pha chế
Sử dụng thiết bị thanh trùng dạng bản mỏng BO1-Y5 [tài liệu 3820].
Đặc tính kỹ thuật của BO1-Y5:
+ Năng suất , m3/h:

5

+ Số lượng bản, cái:

85

+ Bề mặt làm việc của các bản, m2:

12,1

+ Vận tốc của sản phẩm, m/s:

0,4

+ Vận tốc chất tải nhiệt, m/s:

0,4

+ Kích thước bản, mm:

800×255×1,2

+ Kích thước thiết bị, mm:

1870×700×1400

+ Khối lượng, kg:

430

Theo bảng (4.4), lượng dịch pha chế đem vào thanh trùng, làm nguội trong 1
mẻ: 5244402,97 (kg/ngày). Thể tích dịch pha chế là: V = 5066,81 (m3/ngày).
Số lượng thiết bị sử dụng là:
n = = 43
5.2.9. Thùng chứa rỉ đường
Thùng chứa rỉ đường hình trụ tròn, đáy hình nón cụt, nắp bằng.
Rỉ đường đem đi xử lý có năng suất là 6437017,20 (kg/ngày).
Giả sử khối lượng riêng của rỉ đường 62% là d= 1300,59 (kg/m3).
Trang 52

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Thể tích của rỉ đường lúc này là:
Vrỉ ban đầu = = 4949,30 (m3)
Chọn hệ số chứa đầy là φ = 0,8 ta có thể tích của thiết bị
chứa rỉ đường ban đầu là:
Vthiết bị = = 833,80 (m3)
Chọn đường kính thiết bị là d = , h1=1,3D, h2= 0,3D.
H= h1+ h2 x 2+ h3
Vthiết bị = Vtrụ + 2Vcầu

Hình 5.7. Thùng chứa
rỉ đường

Vtrụ = × h1 = 1,02D3
Vcầu = ×h2 x ((h2)2+3d2) = 0,13D3
Vậy :

Vthiết bị = Vtrụ + 2Vcầu = 1,28D3

Suy ra:

D= 8,8 (m)
d= 8,8/2 = 4,4 (m)
h1= 8,8 x 1,3 = 11,44 (m)
h2= 8,8 × 0,3 = 2,64 (m), h3 = 1 (m)
H= 11,44 + 2,64×2 + 1 = 17,72 (m)

Số thùng chứa là 7, kích thước D = 8,8m, H = 17, 72m.
Thiết kế bể để bảo quản rỉ đường được tính theo các chỉ số cơ bản: áp suất
khí quyển và nhiệt độ không khí bên ngoài đến -40 0C, tải trọng gió 343 Pa.
5.2.10. Thiết bị xử lý rỉ đường
Là nồi hai vỏ tương tự như như thiết bị dịch hóa. Thời gian đường hóa 60h.
Theo bảng (4.4), lượng dịch đem vào thiết bị trong 1 mẻ: 6469364,02
(kg/ngày).
Tỉ trọng của dịch đường 62% là 1300,59 kg/m3.
Thể tích của dịch rỉ đường trong 1 mẻ là: V= = 4976,43 (m3).
Chọn hệ số chứa đầy của phần vỏ chứa bên trong là
chứa của phần vỏ bên trong là: V = = 710,92 (m3).
Trang 53

ϕ

= 0,7. Ta có thể tích

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Tính tương tự thiết bị dịch hóa, ta có:
Đường kính vỏ trong thiết bị: 8,10 (m), chiều cao vỏ trong: 14,58 (m).
Chu vi phần vỏ trong: 25,44 (m)
Diện tích truyền nhiệt: 371,02 (m2).
Đường kính vỏ ngoài: 8,30 (m), chiều cao thiết bị: 14,94 (m).
Lượng hơi dùng cho thiết bị dịch hóa được tính chương tính hơi.
Thời gian xử lí là 60h nên số thiết bị dự trữ là n = 10 x = 25.
Vậy số thiết bị xử lý rỉ đường là: 40 thiết bị.
5.2.11. Ly tâm rỉ đường
Lượng dịch rỉ đường cần ly tâm trong 1 mẻ: 6404670,38 (kg/h).
Thể tích của dịch li tâm trong 1 mẻ là:
V = = 4924,43 (m3).
Sử dụng máy li tâm liên tục nằm ngang cạo bã bằng vít tải . [Lê Văn Hoàng
(2004), Các quá trình và thiết bị công nghệ sinh học trong công nghiệp, NXB Khoa
học và Kỹ Thuật, Tr 228]

Hình 5.8. Thiết bị ly tâm rỉ đường
Năng suất tối đa: 6 (m3/h).
Đường kính trong của roto: 325 mm.
Dựa vào tỉ lệ kích thước của thiết bị với đường kính trong của rôtô ở hình 5.8 ta
×

×

có kích thước thiết bị li tâm như sau: 4000 1500 1500 (mm).
Số thiết bị sử dụng: n = = 35.

Trang 54

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
5.2.12. Thùng pha loãng rỉ đường
Theo mục bảng (4.4), lượng dịch đường (từ thủy phân rỉ đường) đem pha loãng
trong 1 mẻ : 2857288,11 (kg/ngày).
Khối lượng riêng của dịch đường 10% là: 1035,05 (kg/m3)
Suy ra, thể tích dịch đem pha loãng:

h

3

= 2760,53 (m ).
h1

Chọn hệ số chứa đầy của thiết bị:0,8.
Thể tích thiết bị:
= 492,95(m3).
Tính toán tương tự mục 5.3 ta có:
D

D = 7,17 (m)

Hình 5.9. Thiết bị pha loãng
rỉ đường

h1 = 11,47 (m).
h = 0,72 (m).
Chiều cao toàn bộ thiết bị: H = 12,9 (m).

Vậy chọn 7 thiết bị với kích thước: D = 7,17m, H = 12,9m.
5.2.13. Thiết bị lên men
Thời gian 1 mẻ lên men: 40h.
Lượng dung dịch cần đưa vào lên men trong 1 mẻ: 9596906,64 (m3). Khối
lượng riêng của dịch lên men là 1035,5 (kg/m3).
Suy ra thể tích dịch đưa vào lên men trong 1 mẻ: V =

= 9271,98 (m3).

Chọn hệ số chứa đầy: ϕ = 0,65, chọn 10 thiết bị lên men cho mỗi mẻ.
Thể tích thiết bị:
V = = 1426,46 (m3).
Thiết

kế

thiết

bị

lên

men

tương

tự

như

thiết

bị

[https://www.alibaba.com/product-detail/Steam-electric-heating-Stainless-steelfermentation_60236451526.html].

Trang 55

JRFG

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

Hình 5.10. Thiết bị lên men JRFG
Tính toán tương tự mục 5.3 ta có kích thước thiết bị như sau:
D = 10,22 (m).
h1 = 16,35 (m).
h = 1,02 (m).
Chiều cao toàn bộ thiết bị: H = 18,39 (m).
Theo công nghệ, thời gian lên men là 40h nên số thiết bị lên men cần chọn là:
10 x

= 16,67
Chọn 17 thiết bị dự trữ. Vậy có 17 thiết bị lên men, kích thước D = 10,22m, H

= 18,39m.
5.2.14. Thiết bị nhân giống sản xuất
5.2.14.1.Thiết bị nuôi cấy giống sản xuất
Lượng giống cần đưa vào lên men trong 1 mẻ: 383878,67(kg/ngày). Thể tích
dịch đưa vào lên men: V = 367,17 (m3/ngày).
Chọn hệ số chứa đầy: ϕ = 0,65, chọn 3 thiết bị nuôi cấy giống sản xuất.
Thể tích thiết bị:
V TB = = 188,29 (m3).
Thiết kế thiết bị nhân giống như sau:

Trang 56