Đề tài Thiết kế phân xưởng sản xuất bia với năng suất 5000 lít/ngày

được : S = + C, m. S = 1,3.10-3 + C. Giả sử chiều dày là 4 mm. Suy ra : C3 = 0,4. 10-3 [2-364]. Chiều dày nồi hồ hoá là: S = 1,3.10-3 + 0,4.10-3 = 1,7.10-3 m. Chọn chiều dày là: S = 4.10-3m = 4 mm. Kiểm tra ứng suất thành ở áp suất thử bằng công thức: [2-365]. . Trong đó: P0 = 1,5.P = 1,5. 0,25.106 N/m2. Thay vào công thức thử: s = N/m2. . Vậy S = 4 mm đáp ứng được độ bền và an toàn cho thân. Tính chiều dày đáy ngoài chịu áp lực trong: Chiều dày đáy thiết bị được tính theo công thức: [2-385]. Trong đó: Dt = 1,2 m. P = 0,25.106 N/m2. [s]= 132.106 N/m2. hb: Chiều cao phần lồi của đáy, m. hb: 0,35 m. jh = 0,95. k: hệ số không thứ nguyên. Khi ở đáy có lỗ tháo nước ngưng đường kính d = 0,032 mm, k được tính theo công thức: k = 1 – d/Dt = 1 – 0,032/1,2 = 0,975. Do: > . Nên có thể bỏ qua đại lượng P ở mẫu trong thức tính S. Thay số ta có: S = S – C = 1,3 mm < 10 mm. C = C3 = 2 + 0,18 = 2,18 mm. Vậy: S = 1,3 + 2,18 = 3,48 mm. Quy chuẩn: S = 4 mm. Kiểm tra ứng suất thành của đáy thiết bị ở áp suất thử theo công thức: [2- 386]. N/m2. Vậy chiều dày đáy trong S = 4 mm thoả mãn yêu cầu. Tính chiều dày nắp chịu áp lực trong: Chiều dày đáy thiết bị được tính theo công thức: [2- 385]. Trong đó: Dt = 1,2 m. P: áp suất trên bề mặt dịch, N/m2. P = 1at = 0,1.106 N/m2. [s]= 132.106 N/m2. hb= 0,3 m. jh = 0,95. k: hệ số không thứ nguyên. Trên đỉnh nắp có gắn một ống thoát hơi đường kính 200 mm. k = 1- d/Dt = 1- 0,2/1,2 = 0,85. Vì: > Nên có thể bỏ qua đại lượng P ở mẫu số trong công thức tính S. Thay số ta có: S = . S = 0,84.10-3 + C , m. S – C = 0,84 mm < 10 mm. C = C3 = 2 + 0,12 = 2,12. Vậy: S = 0,84 + 2,12 = 2,96 mm. Quy chuẩn S = 4 mm. Kiểm tra ứng suất thành của nắp áp suất thử bằng công thức: [2-836]. N/m2. Do đó S = 4 mm thoả mãn yêu cầu. Tính chiều dày thân trong chịu áp lực ngoài: Chiều dày thân trong thiết bị được tính theo công thức: [2-370]. S = C, m. Với điều kiện: Trong đó: Pn: áp suất bên ngoài tính ở trên. Et: môđun đàn hồi với Et=200.109N/m2. l: chiều dài tính toán( chiều cao). Thay số ta có: S = 1,25.1,2C, m. = 7,47.10-3 + C, m. Mà: C = C1 + C2 + C3 = (1,0 + 0 + 0,8).10-3 = 1,8.10-3m. Với C3 = 0,8 mm. Tra ở bảng XIII.9. Do đó: S = (7,47 + 1,8).10-3 = 9,27.10-3m. Ta lấy S = 10 mm. Thoả mãn điều kiện trên. Kiểm tra ứng suất thành ở áp suất thử bằng công thức: [2-365]. <= N/m2. Trong đó: P0 = 1,5.P = 1,5.0,35.106 = 0,53.106 N/m2. Thay vào công thức trên ta có: s = <. Vậy S = 10 mm thoả mãn yêu cầu độ bền và an toàn cho thiết bị. I.7.2. Tính cân bằng nhiệt lượng và bề mặt truyền nhiệt: Dùng thiết bị hai vỏ để đun nóng dung dịch (dùng hơi nước bão hoà), phương trình cân bằng nhiệt lượng được xác định như sau: . Trong đó:. . G: khối lượng dung dịch, kg. C: Nhiệt dung riêng của dung dịch kcal/kg.độ. Cng: nhiệt dung riêng của nước ngưng. C = 4,258 J/kg.độ = 1,017 kcal/kg.độ. tđ, tc: nhiệt độ đầu và cuối của dung dịch, 0C. : nhiệt độ của nước ngưng,0C. : nhiệt lượng riêng của hơi nước bão hoà, kcal/kg. D: lượng hơi nước bão hoà, kg/h. Hơi nước bão hoà ở P = 2,5 at. [1-378]. 0C. kcal/kg. Tính nhiệt dung riêng của dịch trong nồi hồ hoá: Nhiệt dung riêng được xác định theo công thức: C =.C1 + .C2 Trong đó: C1: nhiệt dung riêng của chất hoà tan, C1 = 0,34 kcal/kg.0C. C2: nhiệt dung riêng của nước C2 = 1 kcal/kg.0C. w: hàm ẩm của dịch cháo, %. Lượng chất khô có trong nồi hồ hoá là: 158,155 x 0,87 + 7,9475 x 0,93 = 144,99 kg. Vậy: w = . Do đó: C = kcal/kg.0C. Quá trình hồ hoá nhiệt lượng được xác định ở chu kỳ tải nhiệt lớn nhất, tức là thời gian đun từ 520C ữ 850C trong khoảng 23 phút: Q = G.C.(tc – tđ). Thay số ta có: Q = 996,615 x 0,9 x (85 – 52) = 29599,47 kcal. Q = kcal/h. áp dụng phương trình cân bằng nhiệt ta tính được lượng hơi nước bão hoà cần dùng là: D =. D = kg/h. Quá trình làm nguội dịch từ 850C xuống 720C trong 10 phút. Như vậy với lượng hơi đốt cấp vào trong 23 phút là 149,179 kg/h nên ta có: Q = kg/phút. Do đó để hạ nhiệt độ xuống 720C thì cứ mỗi phút hạ 57,19 kg hơi trong vòng 10 phút. Quá trình nâng nhiệt độ dịch từ 720C lên 1000C trong 20 phút. Ta tính được: Q = G.C.(tc – tđ). Q = 996,615 x 0,9 x (100 – 72) = 25114,698 kcal. áp dụng phương trình cân bằng nhiệt ta tính lượng hơi nước bão hoà cần dùng: D =. D = kg/h. Tính bề mặt truyền nhiệt: Lượng nhiệt xác định được ở nhiệt độ lớn nhất từ 720C ữ 1000C. Q = 25114,698 kcal. Hệ số truyền nhiệt của nồi hai vỏ lấy giá trị trung bình từ 400 ữ 1200 kcal/m2.h.độ. [3-188]. ở đây ta chọn K = 1000 kcal/m2.h.độ. Vậy: Q = K.F... Trong đó: F: bề mặt truyền nhiệt, m2. : hiệu số nhiệt độ trung bình, 0C. . 0C. 0C. Vậy: 0C. Bề mặt truyền nhiệt được xác định: F = m2. I.8. Nồi đường hoá: Tỷ lệ nước: malt là 5:1. Tổng khối lượng của hỗn hợp trong nồi là: (369,095 – 7,9475) x 6 = 2166,887 kg. Khối lượng riêng của hỗn hợp d = 1,08 kg/lít. Vậy thể tích của hỗn hợp dịch malt là: Vm = lít. Khi đường hoá ta cho cả lượng dịch ở nồi hồ hoá sang: Thể tích dịch cháo ở nồi hồ hoá là: 922,792 lít. Khi kết thúc quá trình hồ hoá, bay hơi 5% lượng nước. Vậy thể tích dịch thực tế đưa từ nồi hồ hoá sang nồi đường hoá là: Vg = 922,792 x 0,95 = 876,65 lít. Tổng thể tích dịch trong nồi đường hoá là: 2006,375 + 876,65 = 2883,025 lít = 2,883 m3. Thể tích nồi đường hoá cần là: V = m3. Chọn nồi đường hoá là nồi hai vỏ, được chế tạo bằng thép không rỉ, đáy cầu, đường kính là: Dt = 1800 mm. Đáy và nắp thiết bị: Chọn nắp elíp có gờ. Với Dt = 1,8 m ta tra được: [2-383]. ht = 40 mm. h = 350 mm. S = 2,31 m2. Chiều cao thiết bị H = 1,95 m. I.8.1. Tính độ bền cho thiết bị: Đường kính thân trong: 1800 mm. Đường kính trong thân ngoài: 1880 mm. Chiều cao đáy trong: 350 mm. Chiều cao đáy ngoài: 400 mm. áp suất hơi đốt: 2,5 at. Vật liệu chế tạo: Thép SUS.304. Hơi nước bão hoà ở áp suất 2,5 at, t0 = 126,250C. Tra ở [1-312]. Tính chất vật lý.Tra ở [1-310]. Hệ số dẫn nhiệt: l = 16,3 W/m.độ. Giới hạn bền kéo: sk = 550.106 N/m2. Giới hạn bền chảy: sch = 220.106 N/m2. Hệ số an toàn theo giới hạn bền kéo: nk= 2,6. Hệ số an toàn theo giới hạn bền chảy: nch= 1,5. Thiết bị nấu hồ hoá thuộc loại I và nhóm 2 nên hệ số hiệu chỉnh ta chọn là: h= 0,9. Tính ứng suất cho phép: ứng suất cho phép khi kéo: [sk] = = N/m2. ứng suất cho phép khi tính toán theo giới hạn bền chảy: [sCh] = = N/m2. ứng suất cho phép khi tính toán là giá trị bé hơn trong hai kết quả vừa tính được: [s]=132.106 N/m2. Tính chiều dày thân ngoài chịu áp lực trong: Chiều dày thân thiết bị được tính theo công thức: Tra ở [2-360]. , m. Trong đó:Dt = 1,480 m. P: áp suất trong áo hơi, N/m2. [s]=132.106 N/m2. jh = 0,95 ( hệ số bền theo phương dọc của thân). C: hệ số bổ sung, m. C= C1+ C2 + C3. Trong đó: C1: hệ số bổ sung do ăn mòn, m. C2: hệ số bổ sung do bào mòn, m. C3: hệ số bổ sung do dung sai của chiều dày, m. Vì thép SUS.304 là vật liệu bền và làm việc trong môi trường không bị bào mòn nên C1 = C2 = 0. Vì: Ê >. Nên có thể bỏ qua P ở mẫu số trong công thức tính S. Thay số vào công thức tính S ở trên ta được : S = + C, m. S = 1,5.10-3 + C. Giả sử chiều dày chiều dày là 3 mm. Suy ra : C3 = 0,4. 10-3 [2-364]. Chiều dày nồi hồ hoá là: S = 1,5.10-3 + 0,3.10-3 = 1,8.10-3 m. Chọn chiều dày là: S = 3.10-3m = 3 mm. Kiểm tra ứng suất thành ở áp suất thử bằng công thức: [2-365]. . Trong đó: P0 = 1,5.P = 1,5. 0,25.106 N/m2. Thay vào công thức thử: s = N/m2. . Vậy S = 3 mm đáp ứng được độ bền và an toàn cho thân. Tính chiều dày đáy ngoài chịu áp lực trong: Chiều dày đáy thiết bị được tính theo công thức: [2-385]. Trong đó: Dt = 1,8 m. P = 0,25.106 N/m2. [s]= 132.106 N/m2. hb: Chiều cao gờ của đáy, m. hb: 0,4 m. jh = 0,95. k: hệ số không thứ nguyên. Khi ở đáy có lỗ tháo nước ngưng đường kính d = 0,032 mm k được tính theo công thức: k = 1 – d/Dt = 1 – 0,032/1,8 = 0,975. Do: > . Nên có thể bỏ qua đại lượng P ở mẫu trong thức tính S. Thay số ta có: S = S – C = 1,5 mm < 10 mm. C = C3 = 2 + 0,18 = 2,18 mm. Vậy: S = 1,5 + 2,18 = 3,68 mm. Quy chuẩn: S = 4 mm. Kiểm tra ứng suất thành của đáy thiết bị ở áp suất thử theo công thức: [2- 386]. N/m2. Vậy chiều dày đáy trong S = 4 mm thoả mãn yêu cầu. Tính chiều dày nắp chịu áp lực trong: Chiều dày đáy thiết bị được tính theo công thức: [2- 385]. Trong đó: Dt = 1,8 m. P: áp suất trên bề mặt dịch, N/m2. P = 1at = 0,1.106 N/m2. [s]= 132.106 N/m2. hb= 0,4 m. jh = 0,95. k: hệ số không thứ nguyên. Trên đỉnh nắp có gắn một ống thoát hơi đường kính 200 mm. k = 1- d/Dt = 1- 0,2/1,8 = 0,85. Vì: > Nên có thể bỏ qua đại lượng P ở mẫu số trong công thức tính S. Thay số ta có: S = . S = 0,8.10-3 + C , m. S – C = 0,8 mm < 10 mm. C = C3 = 2 + 0,12 = 2,12. Vậy S = 0,8 + 2,12 = 2,92 mm. Quy chuẩn S = 4 mm. Kiểm tra ứng suất thành của nắp áp suất thử bằng công thức: [2-836]. N/m2. Do đó S = 4 mm thoả mãn yêu cầu. Tính chiều dày thân trong chịu áp lực ngoài: Chiều dày thân trong thiết bị được tính theo công thức: [2-370]. S = C, m. Với điều kiện: Pn: áp suất bên ngoài thiết bị. áp suất tính toán bên ngoài gồm cả độ chân không trong thiết bị. Pn = Plv + Pmt = 0,25.106 + 0,1.106 = 0,35.106. Et: môđun đàn hồi với Et = 200.109 N/m2. l: chiều dài tính toán( chiều cao). Thay số ta có: S = 1,25.1,4C, m. = 9,95.10-3 + C, m. Mà: C = C1 + C2 + C3 = (1,0 + 0 + 0,8).10-3 = 1,8.10-3m. Với C3 = 0,8 mm tra ở [2-364]. Do đó: S = (9,95 + 1,8).10-3 = 11,75.10-3m. Ta lấy S = 12 mm. Thoả mãn điều kiện trên. Kiểm tra ứng suất thành ở áp suất thử bằng công thức: [2-365]. <= N/m2. Trong đó: P0 = 1,5.P = 1,5.0,35.106 = 0,53.106 N/m2. Thay vào công thức trên ta có: s = <. Vậy S = 12 mm thoả mãn yêu cầu độ bền và an toàn cho thiết bị. I.8.2. Tính bề mặt truyền nhiệt: Quá trình nhiệt trao đổi ở nồi đường hoá được chia thành các giai đoạn sau: Trộn gạo với nước ở nhiệt độ thích hợp được hỗn hợp ban đầu có nhiệt độ khoảng 370C, giữ khoảng 30 phút. Nâng dịch từ 370C lên 520C trong 20 phút, duy trì tại nhiệt độ 520C trong 30 phút. Nâng nhiệt độ từ 520C lên 650C trong 10 phút, giữ ở 650C trong 30 phút. Nâng nhiệt độ từ 650C lên 760C trong 10 phút, giữ ở 760C trong khoảng 30 phút đến khi đường hoá kết thúc. Tính nhiệt dung riêng của dịch trong nồi đường hoá: Nhiệt dung riêng được xác định theo công thức: C.M = Cm.Mm + Cc.Mc + Cn.Mn. Trong đó: C, Cm, Cc, Cn: Nhiệt dung riêng của dịch, malt, gạo, nước, kcal/kg.độ. M, Mm, Mc, Mc: khối lượng của dịch, chất khô của malt, cháo, gạo, nước, kg. Trong malt có 84% chất khô, 6% nước. Với: Cm = 0,34 kcal/kg.độ. Cc = 0,9 kcal/kg.độ. Cn = 1 kcal/kg.độ. Ta có: C = . C= kcal/kg.độ. Quá trình nâng nhiệt độ từ 370C lên 520C trong 20 phút. Q = G.C.(tc- tđ). Trong đó: G = 508,66 x 2 = 1017,32 kg. C = 0,91 kcal/kg.độ. Vậy: Q = 1017,32 x 0,91 x (52-37) = 13886,42 kcal. Q = kcal/h. áp dụng phương trình cân bằng nhiệt tính lượng hơi nước bão hoà: D =. D = kg/h. Quá trình nâng nhiệt độ dịch từ 520C lên 650C trong 10 phút. Ta tính được: Q = G.C.(tc- tđ). Q = 1017,32 x 0,91 x ( 65- 52) = 12034,896 kcal. Q = kcal/h. áp dụng phương trình cân bằng nhiệt tính lượng hơi nước bão hoà cần dùng: D =. D = kg/h. Quá trình nâng nhiệt độ từ 650C lên 760C trong 10 phút. Q = G.C.(tc – tđ). Q = 1017,32 x 0,91 x (76 – 65) = 10183,37 kcal. Q = kcal/h. áp dụng phương trình tính cân bằng nhiệt lượng hơi nước bão hoà: D =. D = kg/h. Tính bề mặt truyền nhiệt: Lượng nhiệt được xác định ở giai đoạn tải nhiệt lớn nhất từ 650C ữ 760C. Q = 61100,24 kcal/h. Ta có công thức truyền nhiệt được tính như sau: Q = K.F... K được chọn là: 1000 kcal/m2.h.độ. : hiệu số nhiệt độ trung bình. 1= 126,25 – 65 = 61,250C. 2= 126,25 – 75 = 50,250C. Vì: 0C<0C. Do đó hiệu số nhiệt độ trung bình được tính theo công thức: = 0C. Suy ra: F = m2. I.9. Nồi nấu hoa: Lượng dịch sau khi đun hoa trong một mẻ nấu là: 2957,28 lít. Nước bay hơi trong quá trình nấu hoa là 10%. Vì vậy lượng dịch trong thùng nấu hoa trước khi đun là: lít. Lấy hệ số đổ đầy nồi là 75%, vậy thể tích của nồi là: V = lít. Chọn nồi nấu hoa là nồi hình trụ, hai vỏ, được chế tạo bằng thép không gỉ, đáy cầu đỉnh elip với đường kính: Dt = 1900 mm. nắp elíp có gờ: Với Dt = 1,9 tra được: [2-383]. ht= 40 mm. h = 450 mm. s = 3,76 m2. I.9.1. Tính độ bền cho thiết bị: Đường kính thân trong: 1900 mm. Đường kính trong thân ngoài: 1980 mm. Chiều cao đáy trong: 450 mm. Chiều cao đáy ngoài: 500 mm. áp suất hơi đốt: 2,5 at. Vật liệu chế tạo: Thép SUS.304. Hơi nước bão hoà ở áp suất 2,5 at có: t0 = 126,250C tra ở [1-312]. Tính chất vật lý của thép SUS.304 .Tra ở [1-310]. Hệ số dẫn nhiệt: l = 16,3 W/m.độ. Giới hạn bền kéo: sk = 550.106 N/m2. Giới hạn bền chảy: sch = 220.106 N/m2. Hệ số an toàn theo giới hạn bền kéo: nk= 2,6. Hệ số an toàn theo giới hạn bền chảy: nch= 1,5. Thiết bị nấu hồ hoá thuộc loại I và nhóm 2 nên hệ số hiệu chỉnh ta chọn là: h= 0,9. Tính ứng suất cho phép: ứng suất cho phép khi kéo: [sk] = = N/m2. ứng suất cho phép khi tính toán theo giới hạn bền chảy: [sCh] = = N/m2. ứng suất cho phép khi tính toán là giá trị bé hơn trong hai kết quả vừa tính được: [s]=132.106 N/m2. Tính chiều dày thân ngoài chịu áp lực trong: Chiều dày thân thiết bị được tính theo công thức: Tra ở [2-360]. , m. Trong đó: Dt = 1,980 m. P: áp suất trong áo hơi, N/m2. [s]=132.106 N/m2. jh = 0,95 ( hệ số bền theo phương dọc của thân). C: hệ số bổ sung, m. C= C1+ C2 + C3. Trong đó: C1: hệ số bổ sung do ăn mòn, m. C2: hệ số bổ sung do bào mòn, m. C3: hệ số bổ sung do dung sai của chiều dày, m. Vì thép SUS.304 là vật liệu bền và làm việc trong môi trường không bị bào mòn nên C1 = C2 = 0. Vì: Ê >. Nên có thể bỏ qua P ở mẫu số trong công thức tính S. Thay số vào công thức tính S ở trên ta được : S = + C, m. S = 1,87.10-3 + C. Giả sử chiều dày là 3 mm. Suy ra : C3 = 0,4. 10-3 [2-364]. Chiều dày nồi hồ hoá là: S = 1,87.10-3 + 0,3.10-3 = 2,17.10-3 m. Chọn chiều dày là: S = 3.10-3m = 3 mm. Kiểm tra ứng suất thành ở áp suất thử bằng công thức: [2-365]. . Trong đó: P0 = 1,5.P = 1,5. 0,25.106 N/m2. Thay vào công thức thử: s = N/m2. . Vậy S = 3 mm đáp ứng được độ bền và an toàn cho thân. Tính chiều dày đáy ngoài chịu áp lực trong: Chiều dày đáy thiết bị được tính theo công thức: [2-385]. Trong đó: Dt = 1,98 m. P = 0,25.106 N/m2. [s]= 132.106 N/m2. hb: Chiều cao phần lồi của đáy, m. hb: 0,5 m. jh = 0,95. k: hệ số không thứ nguyên. Khi ở đáy có lỗ tháo nước ngưng đường kính d = 0,032 mm k được tính theo công thức: k = 1 – d/Dt = 1 – 0,032/1,98 = 0,975. Do: > . Nên có thể bỏ qua đại lượng P ở mẫu trong thức tính S. Thay số ta có: S = S – C = 1,89 mm < 10 mm. C = C3 = 2 + 0,18 = 2,18 mm. Vậy: S = 1,89 + 2,18 = 4,07 mm. Quy chuẩn: S = 5 mm. Kiểm tra ứng suất thành của đáy thiết bị ở áp suất thử theo công thức: [2- 386]. N/m2. Vậy chiều dày đáy trong S = 5 mm thoả mãn yêu cầu. Tính chiều dày nắp chịu áp lực trong: Chiều dày đáy thiết bị được tính theo công thức: [2- 385]. Trong đó: Dt = 1,9 m. P: áp suất trên bề mặt dịch, N/m2. P = 1at = 0,1.106 N/m2. [s]= 132.106 N/m2. hb= 0,3 m. jh = 0,95. k: hệ số không thứ nguyên. Trên đỉnh nắp có gắn một ống thoát hơi đường kính 200 mm. k = 1- d/Dt = 1- 0,2/1,9 = 0,85. Vì: > Nên có thể bỏ qua đại lượng P ở mẫu số trong công thức tính S. Thay số ta có: S = . S = 0,89.10-3 + C , m. S – C = 0,89 mm < 10 mm. C = C3 = 2 + 0,12 = 2,12. Vậy S = 0,89 + 2,12 = 3,01 mm. Quy chuẩn S = 4 mm. Kiểm tra ứng suất thành của nắp áp suất thử bằng công thức: [2-836]. N/m2. Do đó S = 4 mm thoả mãn yêu cầu. Tính chiều dày thân trong chịu áp lực ngoài: Chiều dày thân trong thiết bị được tính theo công thức: [2-370]. S = C, m. Với điều kiện: Pn: áp suất bên ngoài thiết bị. áp suất tính toán bên ngoài gồm cả độ chân không trong thiết bị. Pn = Plv + Pmt = 0,25.106 + 0,1.106 = 0,35.106. Et: môđun đàn hồi với Et = 200.109 N/m2. l: chiều dài tính toán( chiều cao). Thay số ta có: S = 1,25.1,6C, m. = 11,01.10-3 + C, m. Mà: C = C1 + C2 + C3 = (1,0 + 0 + 0,8).10-3 = 1,8.10-3m. Với C3 = 0,8 mm tra ở [2-364]. Do đó: S = (11,01 + 1,8).10-3 = 11,81.10-3m. Ta lấy S = 12 mm. Thoả mãn điều kiện trên. Kiểm tra ứng suất thành ở áp suất thử bằng công thức: [2-365]. <= N/m2. Trong đó: P0 = 1,5.P = 1,5.0,35.106 = 0,53.106 N/m2. Thay vào công thức trên ta có: s = <. Vậy S = 12 mm thoả mãn yêu cầu độ bền và an toàn cho thiết bị. I.9.2. Tính bề mặt truyền nhiệt: Quá trình nâng nhiệt độ dịch từ 650C lên 760C trong 30 phút. Q = G.C.(tc- tđ). Trong đó: G = 4381,16 x 2 = 8762,32 kg. C = 0,91 kcal/kg.độ. Vậy: Q = 8762,32 x 0,91 x (76-65) = 87710,82 kcal. Q = kcal/h. áp dụng phương trình cân bằng nhiệt tính lượng hơi nước bão hoà: D =. D = kg/h. Quá trình nâng nhiệt độ dịch từ 760C lên 1000C trong 30 phút. Ta tính được: Q = G.C.(tc- tđ). Q = 8762,32 x 0,91 x ( 100- 76) = 271106,18 kcal. Q = kcal/h. áp dụng phương trình cân bằng nhiệt tính lượng hơi nước bão hoà cần dùng: D =. D = kg/h. Quá trình đun sôi dịch ở 1000C trong 70 phút. Vì thực hiện quá trình đun sôi nên Q được tính theo công thức: Q = 540.W, kcal. Trong đó: 540 kcal/kg: Nhiệt hàm của hơi nước bão hoà ở 2,5 at. W: khối lượng nước bay hơi. W = 0,1 x 8762,32 = 876,23 kg. Thay số tính được: Q = 540 x 876,23 = 473164,2 kcal. Q = kcal/h. Tính bề mặt truyền nhiệt: Lượng nhiệt được xác định ở giai đoạn tải nhiệt lớn nhất từ 760C ữ 1000C. Q = 405569,3 kcal/h. Ta có công thức truyền nhiệt được tính như sau: Q = K.F... K được chọn là: 1000 kcal/m2.h.độ. : hiệu số nhiệt độ trung bình. 1= 126,25 – 76 = 50,250C. 2= 126,25 – 100 = 26,250C. Vì: 0C<0C. Do đó hiệu số nhiệt độ trung bình được tính theo công thức: = 0C. Suy ra: F = m2. II. thiết bị trong công đoạn lên men: II.1. Thiết bị lên men: Dịch đường được tiến hành lên men chính và phụ trong cùng một thiết bị. Do vậy ta chọn thùng lên men có thể tích chứa đủ lượng dịch đường của một ngày sản xuất 2 mẻ. Chọn thùng lên men hình trụ, đáy côn, bên ngoài có khoang lạnh để điều chỉnh nhiệt độ, thiết bị làm bằng thép không rỉ, có trang bị hệ thống sục khí, van, nhiệt kế, kính quan sát. Thiết bị lên men chính được thiết kế theo kiểu thân trụ đáy côn, nắp hình côn. Để đáp ứng được yêu cầu công nghệ, thiết bị phải thoả mãn một số yêu cầu kĩ thuật sau. áp lực lớn nhất trên bề mặt dịch: P = 1,7kp/cm2. áp lực được gây ra do thiết bị kín có lượng khí CO2 thoát ra trong quá trình lên men. Nhiệt độ cao nhất trong quá trình lên men chính là: t1 = 14o C. Nhiệt độ làm việc thích hợp của men là: t1 = 0o C. Góc đáy thích hợp để cặn bã tự lắng xuống đáy là:2a = 120o. Bề mặt bên trong phải được đánh bóng đạt độ bóng 2B. Để đảm bảo nhiệt độ lên men ổn định, xung quanh thiết bị có bố trí 1 cửa vệ sinh kích thước 400´500 mm, ống xả đáy, ống lấy mẫu, ống thoát khí. Mỗi ngày lên men 2 mẻ có thể được đưa vào một thùng lên men. Dung tích dịch đường của 2 mẻ là: V = 2753,83 x 2 = 5507,66 lít = 5,508 m3. Hệ số sử dụng của thiết bị là 85%. Như vậy tổng thể tích của thiết bị là: V = m3. Với thể tích đó ta chọn đường kính trong của thiết bị là: Dt = 1800 mm. Tính số thùng lên men: - Số ngày lên men chính là: chọn 6 ngày. - Số ngày lên men phụ là : chọn 12 ngày. - Một ngày nghỉ để sửa chữa và vệ sinh . vậy tổng thời gian lên men và vệ sinh thùng là: T= Tc+Tp+1 = 19 ngày Số lượng thùng lên men là: Mỗi ngày cần một thùng lên men, và mỗi chu kỳ cần có một thùng dự trữ. Vậy số thùng lên men là: 19 + 1 = 20 thùng. II.1.1. Tính các kích thước cơ bản của thiết bị: Đáy thiết bị. đáy thiết bị được thiết kế theo kiểu đáy nón có gờ, chiều cao gờ h = 40 mm và góc ở đáy 2a = 120o ở dưới cùng giữa đáy có đặt một ống xả đáy đường kính d = 150 mm, bán kính gờ đáy Rg = 0,27 m. H h Hd Dt 2a Hình 1 Tính một số kích thước chính như sau: Ht = = = 0,52 m. Hd = Ht + h = 0,52 + 0,04 = 0,56 m. Diện tích xung quanh đáy: Sd = p. Sd = 3,14. = 2,66 m2. Thể tích đáy Vd = p. Vd = 3,14. = 0,54 m3. Nắp thiết bị. Nắp thiết bị được thiết kế theo kiểu nón có gờ, chiều cao gờ h = 40 mm.trên nắp có đặt ống thoát khí, cửa đỉnh tank kích thước D = 500 mm. Nắp thiết bị được thiết kế theo kiểu nắp nón có gờ, chiều cao gờ h = 40 mm và góc ở đỉnh 2a = 140o, bán kính gờ nắp Rg = 0,225 m. Hình 2 Hn Dt h H Tính một số kích thước chính như sau: Ht = = = 0,328 m. Hn = H + h = 0,04 + 0,328 = 0,368 m. Diện tích xung quanh nắp: Sd = p. Sd = 3,14. = 3,83 m2 Thể tích nắp Vd = p. Vd = 3,14. = 0,379 m3. Tính thân thiết bị. Thân thiết bị được thiết kế theo kiểu thân hình trụ hàn. Trên thân có cửa vệ sinh, kích thước 350 x 450 mm. Thể tích của thân thiết bị là: Vt = V - Vđ - Vn = 6,48 – 0,379 – 0,866 = 5,235 m3. Chiều cao thân thiết bị là: H = = = 2,53 m. II.1.2. Tính độ bền cho thiết bị: Chọn vật liệu chế tạo cho thiết bị là thép không gỉ SUS.304. Tính chất vât lí của thép không gỉ SUS.304. Tra bảng [2-356] l = 16,3 W/m.độ. sk = 550.106N/m2. sch = 220.106N/m2. Hệ số an toàn theo giới hạn bền kéo nk = 2,6. Hệ số an toàn theo giới hạn bền chảy nch = 1,5. h : Hệ số hiệu chỉnh. Thiết bị ta chọn là thiết bị loại II, nhóm 2 nên h = 1,0. ứng suất cho phép. [s] : ứng suất cho phép (N/m2). Tính theo công thức: [s] = (N/m2) [2-355] . Do đó: [sk] = . [sCh] = . ứng suất cho phép khi tính toán là giá trị bé hơn trong h từ kết quả tính được. lấy giá trị [sk] = để tính tiếp. Tính chiều dày thân hình trụ. Kiểu hàn: hàn giáp mối hai bên. Phương pháp hàn : hồ quang điện. Chiều dày thân hình trụ được tính theo công thức: [2-360]. Trong đó: jh: Hệ số bền theo phương dọc thân thiết bị. jh = 0,95 [2-352]. Hệ số bền dọc thân thiết bị là: jh = <. Khi tính toán phải lấy hệ số jh = 0,9. P: áp suất trong thiết bị, N/m2. Được tính theo công thức: [ 2-360]. P = Pk + Ptt, N/m2. Trong đó: Pk: áp suất khí trên bề mặt dịch trong thiết bị, N/m2. Ptt: áp suất thuỷ tĩnh của dịch đường tác dụng lên thành thiết bị, N/m2. Pk = 1,7 kp/m2 = 16,677.104 N/m2. Ptt = Trong đó: r: khối lượng riêng của dịch. Lấy r = 1044,13 kg/m3. g: gia tốc trọng trường, g = 9,81 m/s2. h: chiều cao lớn nhất của mức dịch trong thiết bị. h = Ht + Hn = 2,53 + 0,368 = 2,898 m. Suy ra: Ptt = 1044,13.9,81.2,898 = 2,76.104. N/m2. P = Pk + Ptt = (16,677 + 2,67) . 104 = 19,44.104 N/m2. C: hệ số bổ sung, m. C = C1 + C2 + C3. C1: hệ số bổ sung do ăn mòn, m. C2: hệ số bổ sung do bào mòn, m. C3: hệ số bổ sung do dung sai chiều dày của thép tấm, m. thép SUS.304 là vật liệu bền và làm việc trong môi trường không bị bào mòn nên C1 = C2 = 0. Vì: Ê >. Nên ta có thể bỏ qua đại lượng P ở mẫu số trong công thức S. Thay số ta được: S = S = 1,8.10-3 + C , m. S – C = 1,8.10-3, m. C = C3 = 0,22.10-3, m. S = 1,8.10-3 + 0,22.10-3 = 2,02 mm. Quy chuẩn S = 4 mm. Kiểm tra ứng suất thành ở áp suất thử bằng công thức:[2- 365]. <= N/m2. Trong đó: P0: Ptt + Ptl , N/m2. Ptl: là áp suất thuỷ lực. Ptl = 1,5.19,44.104 = 29,16.104 N/m2. Suy ra: P0 = 29,16.104 + 2,76.104 = 31,92.104 N/m2. Thay vào công thức trên ta có: s = N/m2. Thoả mãn điều kiện nên ta chọn S = 4 mm. Tính chiều dày nắp thiết bị. Chiều dày nắp thiết bị được tính theo 2 công thức: Lấy giá trị lớn hơn trong 2 công thức. S1 = (m). S2 = (m). Dt: Đường kính thiết bị, Dt = 1,8 m. D’: Đường kính được xác định theo công thức. D’ = Dt - 2.[Rg(1-cosa)+10.S1.sina] m. Nhưng D’ không nhỏ hơn 0,5. ( Dt - 2.Rg(1 - cosa) + d). Rg: bán kính uốn gờ. Rg = 0,225 m. Đường kính cửa quan sát d = 500 mm [s] = 146,67.106 N/m2. jh :Hệ số của mối hàn hướng tâm. jh = 0,95 a: góc ở đáy a = 70o y: yếu tố hình dạng . Ta có với tỉ số = 0,15 thì y = 1,1. P: áp suất tính cho nắp thiết bị. Để đảm bảo an toàn thì áp suất tính bằng tổng áp suất khí và tổng áp suất thuỷ tĩnh trong thiết bị. P =Pk N/m2 Trong đó Pk áp suất trên bề mặt dịch trong thiết bị. Pk = 1,7 kp/cm2 = 16,677.104 N/m2. Vậy P = 16,677.104 N/m2. S1 = m. S1 = 0,987.10-3 + C m S1 – C < 10 mm Nên chọn C = C3 = (2+ 0,22).10-3 m. S1 = 0,987.10-3 + 2,22.10-3 = 3,2.10-3 m =3,2 mm. Chọn đáy thiết bị có chiều đày S1 = 4 mm. Tính S2 Ta có: 0,5.[1,8 – 2. 0,225(1-cos70o) + 10.4.10-3.sin70o] = 0,5732 m. D’ = 1,8 –2.[0,225.(1-cos70o) + 10.4.10-3.sin70o] = 1,11 m. Vì Ê = 835,5 > 50 Có thể bỏ qua P ở mẫu. Công thức tính S2 trở thành: S2 = S2 = = 1,94.10-3 + C m S2 – C = 1,94.10-3 < 10.10-3 m Nên chọn C = C3 = (2+ 0,22).10-3 m Do vậy S2 = 1,94.10-3 + 2,22.10-3 = 4,16.10-3 m Chọn S2 = 5.10-3 m = 5 mm. Như vậy S1 < S2 Vậy S =S2 = 5 mm. Kiểm tra ứng suất thành theo áp suất thử thuỷ lực. < N/