THIẾT KẾ HỆ THỐNG CHƯNG CẤT LIÊN TỤC HỖ’N HỢP ETHANOL-NƯỚC BẰNG THÁP MÂM XUYÊN LỖ, NĂNG SUẤT NHẬP LIỆU 1800 L.H-1 , NỒNG ĐỘ PHÂN KHỐI LƯỢNG CẤU TỬ DỄ BAY HƠI TRONG HỖN HỢP ĐẦU LÀ 0.384

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ TRƯỜNG BÁCH KHOA 🙢🙢 ĐỒ ÁN QUÁ TRÌNH VÀ THIẾT BỊ CNHH THIẾT KẾ HỆ THỐNG CHƯNG CẤT LIÊN TỤC HỖ’N HỢP ETHANOL-NƯỚC BẰNG THÁP MÂM XUYÊN LỖ, NĂNG SUẤT NHẬP LIỆU 1800 L.H-1 , NỒNG ĐỘ PHÂN KHỐI LƯỢNG CẤU TỬ DỄ BAY HƠI TRONG HỖN HỢP ĐẦU LÀ 0.384, PHÂN KHỐI LƯỢNG CẤU TỬ DỄ BAY HƠI TRONG HỖN HỢP ĐÁY LÀ 0.957 CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: SINH VIÊN THỰC HIỆN: PGS.TS Lương Huỳnh Vũ Thanh Phạm Văn Tín MSSV: B1909842 Ngành: CN Kỹ thuật hóa học - Khóa: 45 Tháng 12/2022 MỤC LỤC MỤC LỤC i DANH SÁCH BẢNG iii DANH SÁCH HÌNH iv LỜI CẢM ƠN v LỜI MỞ ĐẦU vi CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1.1 Giới thiệu 1.2 Chưng cất CHƯƠNG 2: QUI TRÌNH CƠNG NGHỆ 10 2.1 Công nghệ chưng cất hệ ethanol – nước 10 CHƯƠNG 3: CÂN BẰNG VẬT CHẤT 14 3.1 Các thông số ban đầu 14 3.2 Phương trình cân vật chất cho toàn tháp 14 3.3 Xác định tỉ số hoàn lưu tối thiểu 16 3.4 Tỉ số hồn lưu thích hợp 16 3.5 Xác định phương trình đường làm việc 16 3.6 Phương trình đường nồng độ làm việc đoạn cất 16 3.7 Phương trình đường nồng độ làm việc đoạn chưng 16 3.8 Số mâm lý thuyết 16 3.9 Xác định số mâm thực tế 17 3.10 Xác định hiệu suất trung bình tháp tb 17 CHƯƠNG 4: TÍNH TỐN - THIẾT KẾ THÁP CHƯNG CẤT 20 4.1 Đường kính tháp (𝑫𝒕) 20 4.2 Đường kính đoạn cất 20 4.3 Đường kính đoạn chưng 22 4.4 Tốc độ trung bình tháp 23 4.5 Mâm lỗ - trở lực mâm 25 Trang i 4.6 Kiểm tra ngập lụt tháp hoạt động 29 4.7 Tính tốn khí tháp 31 4.8 Chân đỡ tai treo 41 CHƯƠNG 5: TÍNH TỐN THIẾT BỊ TRUYỀN NHIỆT 46 5.1 Cân lượng cho thiết bị trao đổi nhiệt dòng nhập liệu sản phẩm đáy 46 5.2 Cân nhiệt lượng cho thiết bị đun nóng hỗn hợp 46 5.3 Cân nhiệt lượng cho toàn tháp chưng cất 46 5.4 Cân nhiệt lượng cho thiết bị ngưng tụ sản phẩm đỉnh 49 5.5 Cân nhiệt lượng cho thiết bị làm nguội sản phẩm đỉnh 49 5.6 Cân nhiệt lượng cho thiết bị làm mát Chipller 50 CHƯƠNG 6: Tính tốn thiết bị phụ 52 6.1 Thiết bị ngưng tụ sản phẩm đỉnh 52 6.2 Thiết bị làm nguội sản phẩm đỉnh 57 6.3 Nồi đun gia nhiệt sản phẩm đáy 62 6.4 Thiết bị trao đổi nhiệt nhập liệu sản phẩm đáy 66 6.5 Thiết bị gia nhiệt nhập liệu 71 6.6 Tính bảo ơn thiết bị 76 6.7 Tính tốn bơm nhập liệu 77 CHƯƠNG 7: TÍNH TỐN CHI PHÍ 95 KẾT LUẬN 97 TÀI LIỆU THAM KHẢO 98 Trang ii DANH SÁCH BẢNG Bảng 1-1 Các thông số vật lý ethanol Bảng 1-2: Các thông số vật lý nước Bảng 1-3: Thành phần lỏng (x)–hơi (y) nhiệt độ sôi hỗn hợp Ethanol– nước 760 mmHg Bảng 1-4: So sánh ưu nhược điểm loại tháp Bảng 3-1: Tóm tắt số liệu cân vật chất 18 Bảng 4-1: Tóm tắt thơng số đường kính tháp 24 Bảng 4-2: Tóm tắt thơng số mâm, trở lực tháp 30 Bảng 4-3: Các thông số bề dày tháp 33 Bảng 4-4: Thơng số bích ghép thân, đáy, nắp 35 Bảng 4-5: Bích liền khơng cổ ghép ống dẫn với thiết bị 36 Bảng 4-6: Bảng thơng số bích ghép ống nhập liệu 37 Bảng 4-7: Thông số bích ghép ống đỉnh tháp 38 Bảng 4-8: Thơng số bích ghép ống hoàn lưu 39 Bảng 4-9: Thơng số bích ghép ống dẫn vào tháp 39 Bảng 4-10: Thơng số bích ghép ống dẫn chất lỏng đáy tháp 40 Bảng 4-11: Thông số bích ghép ống dẫn sản phẩm đáy 41 Bảng 4-12: Kích thước chân đỡ 43 Bảng 4-13: Kích thước tai treo tháp 44 Bảng 5-1: Tóm tắt thông số thiết bị làm ngưng tụ sản phẩm đỉnh 56 Bảng 5-2: Tóm tắt thơng số thiết bị làm nguội sản phẩm đỉnh 61 Bảng 5-3: Tóm tắt thơng số nồi đun chất lỏng đáy tháp 66 Bảng 5-4: Tóm tắt thơng số thiết bị trao đổi nhiệt với dòng nhập liệu 71 Bảng 5-5: Tóm tắt thơng số thiết bị trao đổi nhiệt với dịng nhập liệu 76 Bảng 6-1 Tính sơ giá thành vật liệu tháp chưng cất 95 Bảng 6-2 Tính sơ giá Bulông 95 Bảng 6-3 Tính sơ bột thiết bị phụ 96 Trang iii DANH SÁCH HÌNH Hình 1-1 Cơng thức phân tử ethanol Hình 1-2: Ứng dụng ethanol Hình 1-3: Giản đồ thành phần lỏng – hệ ethanol – nước 760 mmHg Hình 1-4: Hình dạng tháp mâm Hình 1-5: Hình dạng mâm chóp mâm xuyên lỗ Hình 1-6: Một số vật liệu chêm thường dùng tháp Hình 3-1: Đồ thị xác định số mâm lý thuyết 17 Hình 4-1: Đáy nắp elip có gờ tiêu chuẩn 33 Hình 4-2: Bích liền ghép thân, đáy, nắp 35 Hình 4-3: Bích liền khơng cổ ghép ống dẫn với thiết bị 36 Hình 4-4: Chân đỡ tháp 42 Hình 4-5: Tai treo thiết bị thằng đứng 43 Trang iv LỜI CẢM ƠN Trong suốt trình làm đồ án, em mai mắn hướng dẫn giúp đỡ tận tình thầy Lương Huỳnh Vũ Thanh Thầy giúp em cố lại kiến thức học góp ý, dẫn em điều em cịn sai sót Em xin cảm ơn thầy giúp em hoàn thiện đồ án tốt Trong q trình làm đồ án em xin cảm ơn chân thành đến bạn khóa 45 anh chị giúp em nhiều khoản thời gian làm đồ án Đồ án môn đề tài thú vị với em, giúp em cố kiến thức tiếp cận với qui trình cơng nghệ Cuối lời em xin cảm ơn chân thành lần đến thầy Lương Huỳnh Vũ Thanh anh chị bạn giúp em khoản thời gian vừa qua Cần Thơ, ngày 25 tháng 11 năm 2022 Phạm Văn Tín Trang v LỜI MỞ ĐẦU Ethanol (rượu, rượu etylic) sử dụng rộng rãi khắp nơi thới giới, thành phần quan trọng mỹ phẩm, nhiên liên liệu tái tạo, hóa chất chất tẩy rửa, thường sử dụng làm dung môi công nghiệp Với nguồn dự trữ xăng dầu giới nhanh chóng cạn kiệt, năm gần ethanol lên tài nguyên thay quan trọng cho nhiên liệu lỏng tạo nhiều quan tâm nghiên cứu trình lên men etanol Nghiên cứu cải thiện sản xuất ethanol đẩy nhanh cho hai lý sinh thái kinh tế, chủ yếu sử dụng chất thay cho nhiên liệu gốc dầu mỏ Ngày khoa học kỹ thuật nói chung ngành cơng nghiệp hóa học nói riêng ngày phát triển khơng ngừng nhằm đáp ứng tốt nhu cầu sản xuất, tiêu dùng sinh hoạt người với nhu cầu ngày cao độ tinh khiết sản phẩm Vì thế, phương pháp nâng cao độ tinh khiết luôn cải tiến đổi để ngày hồn thiện hơn, là: đặc, hấp thụ, chưng cất, trích ly Tùy theo đặc tính u cầu sản phẩm mà ta có lựa chọn phương pháp phù hợp Đối với hệ ethanol – nước hai cấu tử có nhiệt độ sơi chênh lệch khoảng 12 oC, ta phải dùng phương pháp chưng cất để nâng cao độ tinh khiết ethanol Đồ án mơn học Q trình Thiết bị môn học giúp em tiếp cận vấn đề thực tế vận dụng kiến thức em tích lũy thời gian vừa qua để hồn thành mơn học Và có nhìn nhận trực quan công việc chuyên ngành mà em làm tương lai tới Vì thế, đề tài đồ án môn học "Thiết kế tháp mâm xuyên lỗ chưng cất liên tục hệ ethanol – nước" bước giúp cho sinh viên tập luyện chuẩn bị cho việc thiết kế Q trình Thiết bị cơng nghệ hoá học Nhiệm vụ Đồ án thiết kế tháp mâm xuyên lỗ chưng cất liên tục hệ ethanol – nước với nguồn nguyên liệu đầu vào khoai mì sau trình lên men chưng cất sơ đến 40 độ rượu (ở 30 oC) qua hệ thống chưng cất liên tục ta thu ethanol 96 độ (ở 30 oC) Chưng cất ethanol 96 độ nhằm sản xuất cồn công nghiệp ứng dụng công nghiệp tẩy rửa, vệ sinh dầu mỡ máy móc; cơng nghiệp in, cơng nghiệp điện tử, dệt may, Các thông số nhập liệu ban đầu sau: suất nhập liệu 1800 L/h, nồng độ nhập liệu 38.5% phân khối lượng (ứng với rượu 40 độ 30 oC), sản phẩm đỉnh có nồng độ 96.7% phân khối lượng (ứng với rượu 96 độ 30 oC) độ thu hồi dung môi 94% Trang vi Trang vii CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1.1 Giới thiệu 1.1.1 Ethanol Hình 1-1 Cơng thức phân tử ethanol Tên thường gọi rượu etylic, cồn etylic hay cồn thực phẩm Là chất lỏng có mùi đặc trưng, không độc, tan vô hạn nước Bảng 1-1 Các thơng số vật lý ethanol Tính chất Thơng số vật lý Công thức phân tử CH3-CH2-OH Khối lượng phân tử 46 đvC Nhiệt độ sôi 760 mmHg 78,3 oC Khối lượng riêng D42 oC = 810 kg.m-3 Độ nhớt 20 oC μ = 1,2 cP Nhiệt độ nóng chảy T onc= -114,3 oC (Nguồn: https://vi.wikipedia.org/wiki/Ethanol) Ngày nay, ethanol có vai trị vị trí quan trọng ngành nhiên liệu sinh học, thành phần quan trọng công nghiệp sử dụng rộng rãi hợp chất hữu khác, làm thuốc sát trùng, ethanol có sơn, cồn thuốc, sản phẩm chăm sóc cá nhân nước hoa, chất khử mùi số ứng dụng khác SVTH: Phạm Văn Tín CHƯƠNG 6: Tính Tốn thiết bị phụ CBHD: Lương Huỳnh Vũ Thanh Chọn bơm có suất 𝑄𝑏 = 1,8 m3.h-1 Chọn hiệu suất bơm: 𝜂𝑏 = 0,8 Hb = 1.029 m Công suất thực tế bơm: 𝑁𝑏 = 𝑄𝑏 𝐻𝑏 𝜌𝐹 𝑔 3600.𝜂𝑏 = 1,8.1.029.940.9,8 3600.0,8 = 15 (W) Kết luận: Để đảm bảo tháp hoạt động liên tục ta chọn Máy Bơm Nước LIFETECH AP2500 - Cơng Suất 30W 6.7.4 Bơm số Chọn đường kính ống dẫn nguyên liệu: 𝑑 = 25 mm Độ nhám ống: 𝜀 = 0,2 mm (hình II.14, trang 380, [1]) Ống hút 3m, ống đẩy 7m Các tính chất lý học dòng nhập liệu tra tài liệu tham khảo [1] ứng với nhiệt độ trung bình: 𝑡𝑡𝑏𝐹 = ′ 𝑡𝐹 +𝑡𝐹 = 84,5+81,3 = 82,905 oC Khối lượng riêng: 𝜌𝐹 = 895,26 kg.m-3 (bảng I.2, trang 9, [1]) Độ nhớt động học: 𝜇𝐹 = 0.343.10−3 N.s-1.m-2 (bảng I.101, trang 91, [1]) -Chọn vận tốc lưu chất ống hút ống đẩy: 0.184 m.s-1 6.7.4.1 Tổn thất dọc đường ống ℎ1 = (𝜆1 𝑙1 𝑑𝐹 + ∑ 𝜉1 ) ⋅ 𝑣12 2𝑔 (m) (5-60) Trong đó: 𝜆1 : hệ số ma sát đường ống 𝑙1 : chiều dài đường ống đẩy m, ống hút 3m 𝑑𝐹 : đường kính ống dẫn (m) ∑ 𝜉1 : tổng hệ số tổn thất cục 𝑣𝐹 = 𝑣1 : vận tốc dòng nhập liệu ống m.s-1 Xác định 𝝀𝟏 : Chuẩn số Renolds dòng nhập liệu ống: 𝑅𝑒𝐹 = 𝑣𝐹 𝑑𝑡𝑟 𝜌𝐹 𝜇𝐹 SVTH: Phạm Văn Tín = 0.184.0,025.940 0,343.10−3 = 12606.41 Trang 85 CHƯƠNG 6: Tính Tốn thiết bị phụ CBHD: Lương Huỳnh Vũ Thanh Chuẩn số Reynolds tới hạn: 8 𝑑1 21 𝑅𝑒𝑔ℎ1 = ⋅ ( ) = ⋅ ( ) = 1494 𝜀 (II.60, trang 378, [1]) 0,2 Chuẩn số Reynolds bắt đầu xuất vùng nhám: 𝑑1 𝑅𝑒𝑛1 = 220 ⋅ ( ) = 50.9.103 (II.61, trang 378, [1]) 𝜀 : chế độ chảy rối (khu vực độ) đó: Suy ra: 𝑅𝑒𝑔ℎ < 𝑅𝑒𝐹 < 𝑅𝑒𝑛1 → 𝜆3 = 0,1 ⋅ (1,46 ⋅ 𝜀 𝑑1 + 100 ) 𝑅𝑒𝐹 0,25 = 0,1 ⋅ (1,46 ⋅ 0,2 25 + 100 12606 ) 0,25 = 0,037 (II.64, trang 380, [1]) Xác định ∑ 𝝃𝟏 : Hệ số tổn thất dịng nhập liệu qua đường ống dẫn (khơng tính đoạn ống thiết bị trao đổi nhiệt thiết bị gia nhiệt): chỗ uốn cong: 𝜉𝑢1 = 2.2 = (trang 393, [1]) van cầu: 𝜉𝑣1 = 2.10 = 20 (van với độ mở hoàn toàn) Suy ra: ∑ 𝜉1 = 24 Vậy tổn thất dọc đường ống dẫn: ℎ1 = (0,037 ⋅ 3+7 0,25 + 24) ⋅ 0.1842 2.9,81 = 0,06 (m) Chọn: - Mặt cắt (1 - 1) mặt thoáng chất lỏng bồn cao vị - Mặt cắt (2 – 2) mặt cắt vị trí nhập liệu đáy tháp Áp dụng phương trình Bernolli cho hai mặt cắt: 𝑧1 + 𝑃1 𝜌𝐹 𝑔 + 𝑣12 2𝑔 + hB = 𝑧2 + 𝑃2 𝜌𝐹 𝑔 + 𝑣22 2𝑔 + ∑ ℎ1−2 (5-63) Ta có 𝑧2 −-𝑧1 = Nên Hb=3 + ∑ ℎ𝑓1−2 = 3.06 Chọn bơm có suất 𝑄𝑏 = 1,8 m3.h-1 Chọn hiệu suất bơm: 𝜂𝑏 = 0,8 Hb = 1.029 m Công suất thực tế bơm: 𝑁𝑏 = 𝑄𝑏 𝐻𝑏 𝜌𝐹 𝑔 3600.𝜂𝑏 SVTH: Phạm Văn Tín = 1,8.3.06.940.9,8 3600.0,8 = 17.6 (W) Trang 86 CHƯƠNG 6: Tính Tốn thiết bị phụ CBHD: Lương Huỳnh Vũ Thanh Kết luận: để đảm bảo tháp hoạt động liên tục ta chọn Máy Bơm Nước LIFETECH AP2500 - Cơng Suất 30W 6.7.5 Bơm số Chọn đường kính ống dẫn nguyên liệu: 𝑑 = 25 mm Độ nhám ống: 𝜀 = 0,2 mm (hình II.14, trang 380, [1]) Ống hút 3m, ống đẩy 7m Các tính chất lý học dòng nhập liệu tra tài liệu tham khảo [1] ứng với nhiệt độ trung bình: Độ nhớt động học: 𝜇𝑊 = 0.3.10−3 N.s-1.m-2 (bảng I.101, trang 91, [1]) -Chọn vận tốc lưu chất ống hút ống đẩy: 0.184 m.s-1 6.7.6 Bơm số Chọn đường kính ống dẫn nguyên liệu: 𝑑 = 25 mm Độ nhám ống: 𝜀 = 0,2 mm (hình II.14, trang 380, [1]) Ống hút 3m, ống đẩy 7m Các tính chất lý học dịng nhập liệu tra tài liệu tham khảo [1] ứng với nhiệt độ trung bình: Độ nhớt động học: 𝜇𝑊 = 0.3.10−3 N.s-1.m-2 (bảng I.101, trang 91, [1]) -Chọn vận tốc lưu chất ống hút ống đẩy: 0.184 m.s-1 6.7.6.1 Tổn thất dọc đường ống ℎ1 = (𝜆1 𝑙1 𝑑𝐹 + ∑ 𝜉1 ) ⋅ 𝑣12 2𝑔 (m) (5-60) Trong đó: 𝜆1 : hệ số ma sát đường ống 𝑙1 : chiều dài đường ống đẩy m, ống hút 3m 𝑑𝐹 : đường kính ống dẫn (m) ∑ 𝜉1 : tổng hệ số tổn thất cục 𝑣𝐹 = 𝑣1 : vận tốc dòng nhập liệu ống m.s-1 Xác định 𝝀𝟏 : SVTH: Phạm Văn Tín Trang 87 CHƯƠNG 6: Tính Tốn thiết bị phụ CBHD: Lương Huỳnh Vũ Thanh Chuẩn số Renolds dòng nhập liệu ống: 𝑅𝑒𝐹 = 𝑣𝐹 𝑑𝑡𝑟 𝜌𝐹 = 𝜇𝐹 0.184.0,025.1000 = 15333 0,3.10−3 Chuẩn số Reynolds tới hạn: 8 𝑑1 21 𝑅𝑒𝑔ℎ1 = ⋅ ( ) = ⋅ ( ) = 1494 𝜀 (II.60, trang 378, [1]) 0,2 Chuẩn số Reynolds bắt đầu xuất vùng nhám: 𝑑1 𝑅𝑒𝑛1 = 220 ⋅ ( ) = 50.9.103 (II.61, trang 378, [1]) 𝜀 : chế độ chảy rối (khu vực độ) đó: Suy ra: 𝑅𝑒𝑔ℎ < 𝑅𝑒𝐹 < 𝑅𝑒𝑛1 → 𝜆3 = 0,1 ⋅ (1,46 ⋅ 𝜀 𝑑1 + 100 𝑅𝑒𝐹 ) 0,25 = 0,1 ⋅ (1,46 ⋅ 0,2 25 + 100 15333 ) 0,25 = 0,036 (II.64, trang 380, [1]) Xác định ∑ 𝝃𝟏 : Hệ số tổn thất dòng nhập liệu qua đường ống dẫn (khơng tính đoạn ống thiết bị trao đổi nhiệt thiết bị gia nhiệt): chỗ uốn cong: 𝜉𝑢1 = 5.2 = 10 (trang 393, [1]) van cầu: 𝜉𝑣1 = 2.10 = 20 (van với độ mở hoàn toàn) Suy ra: ∑ 𝜉1 = 30 Vậy tổn thất dọc đường ống dẫn: ℎ1 = (0,036 ⋅ 3+7 0,25 + 30) ⋅ 0.1842 2.9,81 = 0,076 (m) Áp dụng phương trình Bernolli cho hai mặt cắt: 𝑧1 + 𝑃1 𝜌𝐹 𝑔 + 𝑣12 2𝑔 + hB = 𝑧2 + 𝑃2 𝜌𝐹 𝑔 + 𝑣22 2𝑔 + ∑ ℎ1−2 (5-63) Ta có 𝑧2 −-𝑧1 = 1.5m Nên Hb=1.5 + ∑ ℎ𝑓1−2 = 1.576 Chọn bơm có suất 𝑄𝑏 = 1,014 m3.h-1 Chọn hiệu suất bơm: 𝜂𝑏 = 0,8 Hb = 1.029 m Công suất thực tế bơm: 𝑁𝑏 = 𝑄𝑏 𝐻𝑏 𝜌𝑤 𝑔 3600.𝜂𝑏 = 1,014.1.576.1000.9,8 3600.0,8 = 5.34 (W) Kết luận: để đảm bảo tháp hoạt động liên tục ta chọn Máy Bơm Nước LIFETECH AP2500 - Công Suất 30W SVTH: Phạm Văn Tín Trang 88 CHƯƠNG 6: Tính Toán thiết bị phụ CBHD: Lương Huỳnh Vũ Thanh 6.7.6.2 Tổn thất dọc đường ống ℎ1 = (𝜆1 𝑙1 𝑑𝐹 + ∑ 𝜉1 ) ⋅ 𝑣12 2𝑔 (m) (5-60) Trong đó: 𝜆1 : hệ số ma sát đường ống 𝑙1 : chiều dài đường ống đẩy m, ống hút 3m 𝑑𝐹 : đường kính ống dẫn (m) ∑ 𝜉1 : tổng hệ số tổn thất cục 𝑣𝐹 = 𝑣1 : vận tốc dòng nhập liệu ống m.s-1 Xác định 𝝀𝟏 : Chuẩn số Renolds dòng nhập liệu ống: 𝑅𝑒𝐹 = 𝑣𝐹 𝑑𝑡𝑟 𝜌𝑤 = 𝜇𝐹 0.184.0,025.1000 0,3.10−3 = 15333 Chuẩn số Reynolds tới hạn: 8 𝑑1 21 𝑅𝑒𝑔ℎ1 = ⋅ ( ) = ⋅ ( ) = 1494 𝜀 (II.60, trang 378, [1]) 0,2 Chuẩn số Reynolds bắt đầu xuất vùng nhám: 𝑑1 𝑅𝑒𝑛1 = 220 ⋅ ( ) = 50.9.103 𝜀 : chế độ chảy rối (khu vực độ) đó: Suy ra: 𝑅𝑒𝑔ℎ < 𝑅𝑒𝐹 < 𝑅𝑒𝑛1 → 𝜆3 = 0,1 ⋅ (1,46 ⋅ 𝜀 𝑑1 + (II.61, trang 378, [1]) 100 𝑅𝑒𝐹 ) 0,25 = 0,1 ⋅ (1,46 ⋅ 0,2 25 + 100 15333 ) 0,25 = 0,036 (II.64, trang 380, [1]) Xác định ∑ 𝜉1 : Hệ số tổn thất dịng nhập liệu qua đường ống dẫn (khơng tính đoạn ống thiết bị trao đổi nhiệt thiết bị gia nhiệt): chỗ uốn cong: 𝜉𝑢1 = 2.2 = (trang 393, [1]) van cầu: 𝜉𝑣1 = 2.10 = 20 (van với độ mở hoàn toàn) Suy ra: ∑ 𝜉1 = 24 Vậy tổn thất dọc đường ống dẫn: ℎ1 = (0,036 ⋅ 3+5 0,25 + 24) ⋅ 0.1842 2.9,81 = 0,061 (m) Áp dụng phương trình Bernolli cho hai mặt cắt: SVTH: Phạm Văn Tín Trang 89 CHƯƠNG 6: Tính Tốn thiết bị phụ 𝑧1 + 𝑃1 𝜌𝐹 𝑔 + 𝑣12 2𝑔 + hB = 𝑧2 + CBHD: Lương Huỳnh Vũ Thanh 𝑃2 + 𝜌𝐹 𝑔 𝑣22 2𝑔 + ∑ ℎ1−2 (5-63) Ta có 𝑧2 −-𝑧1 = 0.5m Nên Hb=0.5 + ∑ ℎ𝑓1−2 = 0.561 Chọn bơm có suất 𝑄𝑏 = 1,014 m3.h-1 Chọn hiệu suất bơm: 𝜂𝑏 = 0,8 Hb = 1.029 m Công suất thực tế bơm: 𝑁𝑏 = 𝑄𝑏 𝐻𝑏 𝜌𝑤 𝑔 3600.𝜂𝑏 = 1,014.0.561.1000.9,8 3600.0,8 = 1.94 (W) Kết luận: để đảm bảo tháp hoạt động liên tục ta chọn máy bơm Máy Bơm Nước LIFETECH AP2500 - Cơng Suất 30W 6.7.7 Bơm số Chọn đường kính ống dẫn nguyên liệu: 𝑑 = 25 mm Độ nhám ống: 𝜀 = 0,2 mm (hình II.14, trang 380, [1]) Ống hút 3m, ống đẩy 7m Các tính chất lý học dòng nhập liệu tra tài liệu tham khảo [1] ứng với nhiệt độ trung bình: Độ nhớt động học: 𝜇𝑊 = 0.36.10−3 N.s-1.m-2 (bảng I.101, trang 91, [1]) -Chọn vận tốc lưu chất ống hút ống đẩy: 0.184 m.s-1 6.7.7.1 Tổn thất dọc đường ống ℎ1 = (𝜆1 𝑙1 𝑑𝐹 + ∑ 𝜉1 ) ⋅ 𝑣12 2𝑔 (m) (5-60) Trong đó: 𝜆1 : hệ số ma sát đường ống 𝑙1 : chiều dài đường ống đẩy m, ống hút 3m 𝑑𝐹 : đường kính ống dẫn (m) ∑ 𝜉1 : tổng hệ số tổn thất cục 𝑣𝐹 = 𝑣1 : vận tốc dòng nhập liệu ống m.s-1 Xác định 𝜆1 : SVTH: Phạm Văn Tín Trang 90 CHƯƠNG 6: Tính Tốn thiết bị phụ CBHD: Lương Huỳnh Vũ Thanh Chuẩn số Renolds dòng nhập liệu ống: 𝑅𝑒𝐹 = 𝑣𝐷 𝑑𝑡𝑟 𝜌𝐷 = 𝜇𝐷 30.0,025.7373 = 1628,512 0,36.10−3 Chuẩn số Reynolds tới hạn: 8 𝑑1 21 𝑅𝑒𝑔ℎ1 = ⋅ ( ) = ⋅ ( ) = 1494 𝜀 (II.60, trang 378, [1]) 0,2 Chuẩn số Reynolds bắt đầu xuất vùng nhám: 𝑑1 𝑅𝑒𝑛1 = 220 ⋅ ( ) = 50.9.103 (II.61, trang 378, [1]) 𝜀 : chế độ chảy rối (khu vực độ) đó: Suy ra: 𝑅𝑒𝑔ℎ < 𝑅𝑒𝐹 < 𝑅𝑒𝑛1 → 𝜆3 = 0,1 ⋅ (1,46 ⋅ 𝜀 𝑑1 + 100 𝑅𝑒𝐹 ) 0,25 = 0,1 ⋅ (1,46 ⋅ 0,2 25 + 100 1628,511 ) 0,25 = 0,035 (II.64, trang 380, [1]) Xác định ∑ 𝜉1 : Hệ số tổn thất dòng nhập liệu qua đường ống dẫn (khơng tính đoạn ống thiết bị trao đổi nhiệt thiết bị gia nhiệt): chỗ uốn cong: 𝜉𝑢1 = 2.2 = 10 (trang 393, [1]) van cầu: 𝜉𝑣1 = 2.10 = 20 (van với độ mở hoàn toàn) Suy ra: ∑ 𝜉1 = 24 Vậy tổn thất dọc đường ống dẫn: ℎ1 = (0,035 ⋅ 0,25 + 24) ⋅ 152 = 288 (m) 2.9,81 Áp dụng phương trình Bernolli cho hai mặt cắt: 𝑧1 + 𝑃1 𝜌𝐹 𝑔 + 𝑣12 2𝑔 + hB = 𝑧2 + 𝑃2 𝜌𝐹 𝑔 + 𝑣22 2𝑔 + ∑ ℎ1−2 (5-63) Ta có 𝑧2 −-𝑧1 = 1.5m Nên Hb=6 + ∑ ℎ𝑓1−2 = 294 Chọn bơm có suất 𝑄𝑏 = 0,83 m3.h-1 Chọn hiệu suất bơm: 𝜂𝑏 = 0,8 Hb = 1.029 m Công suất thực tế bơm: 𝑁𝑏 = 𝑄𝑏 𝐻𝑏 𝜌𝑤 𝑔 3600.𝜂𝑏 SVTH: Phạm Văn Tín = 0.83.294.733.9,8 3600.0,8 = 608 (W) Trang 91 CHƯƠNG 6: Tính Tốn thiết bị phụ CBHD: Lương Huỳnh Vũ Thanh Kết luận: để đảm bảo tháp hoạt động liên tục ta chọn máy bơm ly tâm TĂNG ÁP IN AWASHI AS-700A - AWASHI AS-700A, Công suất : 700W, Cột áp : 42m, Hút sâu : 8.5m, Lưu lượng : 3.9 m3/h, Họng hút xả : 25 – 25mm 6.7.8 Bơm số Chọn đường kính ống dẫn nguyên liệu: 𝑑 = 25 mm Độ nhám ống: 𝜀 = 0,2 mm (hình II.14, trang 380, [1]) Ống hút 2m, ống đẩy 5m Các tính chất lý học dịng nhập liệu tra tài liệu tham khảo [1] ứng với nhiệt độ trung bình: Độ nhớt động học: 𝜇𝑁 = 0.72.10−3 N.s-1.m-2 (bảng I.101, trang 91, [1]) -Chọn vận tốc lưu chất ống hút ống đẩy: 0.184 m.s-1 6.7.8.1 Tổn thất dọc đường ống ℎ1 = (𝜆1 𝑙1 𝑑𝐹 + ∑ 𝜉1 ) ⋅ 𝑣12 2𝑔 (m) (5-60) Trong đó: 𝜆1 : hệ số ma sát đường ống 𝑙1 : chiều dài đường ống đẩy m, ống hút 3m 𝑑𝐹 : đường kính ống dẫn (m) ∑ 𝜉1 : tổng hệ số tổn thất cục 𝑣𝐹 = 𝑣1 : vận tốc dòng nhập liệu ống m.s-1 Xác định 𝜆1 : Chuẩn số Renolds dòng nhập liệu ống: 𝑅𝑒𝐹 = 𝑣𝑁 𝑑𝑡𝑟 𝜌𝑁 𝜇𝑁 = 0.18.0,025.1000 0,72.10−3 = 6250 Chuẩn số Reynolds tới hạn: 8 𝑑1 21 𝑅𝑒𝑔ℎ1 = ⋅ ( ) = ⋅ ( ) = 1494 𝜀 0,2 (II.60, trang 378, [1]) Chuẩn số Reynolds bắt đầu xuất vùng nhám: 𝑑1 𝑅𝑒𝑛1 = 220 ⋅ ( ) = 50.9.103 𝜀 Suy ra: 𝑅𝑒𝑔ℎ < 𝑅𝑒𝐹 < 𝑅𝑒𝑛1 SVTH: Phạm Văn Tín (II.61, trang 378, [1]) : chế độ chảy rối (khu vực độ) đó: Trang 92 CHƯƠNG 6: Tính Tốn thiết bị phụ → 𝜆3 = 0,1 ⋅ (1,46 ⋅ 𝜀 𝑑1 100 + 𝑅𝑒𝐹 CBHD: Lương Huỳnh Vũ Thanh ) 0,25 = 0,1 ⋅ (1,46 ⋅ 0,2 25 + 100 6250 ) 0,25 = 0,04 (II.64, trang 380, [1]) Xác định ∑ 𝜉1 : Hệ số tổn thất dòng nhập liệu qua đường ống dẫn (khơng tính đoạn ống thiết bị trao đổi nhiệt thiết bị gia nhiệt): chỗ uốn cong: 𝜉𝑢1 = 1.2 = (trang 393, [1]) van cầu: 𝜉𝑣1 = 2.10 = 20 (van với độ mở hoàn toàn) Suy ra: ∑ 𝜉1 = 22 Vậy tổn thất dọc đường ống dẫn: ℎ1 = (0,04 ⋅ 0,25 + 22) ⋅ 0.1842 2.9,81 = 0.057 (m) Áp dụng phương trình Bernolli cho hai mặt cắt: 𝑧1 + 𝑃1 𝜌𝐹 𝑔 + 𝑣12 2𝑔 + hB = 𝑧2 + 𝑃2 𝜌𝐹 𝑔 + 𝑣22 2𝑔 + ∑ ℎ1−2 (5-63) Ta có 𝑧2 −-𝑧1 = 5m Nên Hb=5+ ∑ ℎ𝑓1−2 = 5.057 m Chọn bơm có suất 𝑄𝑏 = 1221 m3.h-1 Chọn hiệu suất bơm: 𝜂𝑏 = 0,8 Hb = 1.029 m Công suất thực tế bơm: 𝑁𝑏 = 𝑄𝑏 𝐻𝑏 𝜌𝑤 𝑔 3600.𝜂𝑏 = 12,1.5,07.1000.9,81 3600.0,8 = 208.9 (W) Kết luận: để đảm bảo tháp hoạt động liên tục ta chọn máy bơm ly tâm Panasonic GP-250JXK-SV5 250W Công suất 250W, Lưu lượng tối đa, 50 lít/phút, Đẩy/hút tối đa Đẩy cao 29m - Hút sâu 9m, Đường kính ống hút/thốt 25mm/25mm SVTH: Phạm Văn Tín Trang 93 CHƯƠNG 6: Tính Tốn thiết bị phụ SVTH: Phạm Văn Tín CBHD: Lương Huỳnh Vũ Thanh Trang 94 CHƯƠNG 7: TÍNH TỐN CHI PHÍ Bảng 7-1 Tính sơ giá thành vật liệu tháp chưng cất Chi Tiết Vật liêu Thân tháp Đáy-nắp CT3 X18H10T Khối lương (kg) 2,567 18,8 Mâm Bích nối thân Vật liệu cách nhiêt X18H10T X18H10T Mặt nhôm 22,14 51,1 3.5 m2 Đon giá Thành tiền (VNĐ) (VNĐ) 20,000 51,340,000 15,000 282,000 15,000 15,000 240,000 Tổng 332,100 566,500 840,000 52,804,600 Bảng 7-2 Tính sơ giá Bulơng Bu lông Số lượng (cái) Đơn giá (VNĐ) Thành tiền (VNĐ) M12 20,000 80,000 M16 16 38,000 608,000 M22 24 50,000 1,200,000 Tổng 1,888,000 Bảng 7-3 Tính sơ thiết bị phụ 1,500.000 Thành tiền (VNĐ) 7,500.000 16,000.000 48,000.000 Nồi đun 4,000.000 4,000.000 Đung nóng đáy 8,000.000 8,000.000 Thiết bị ngưn tụ Thiết bị làm mát Bồn Van khóa 10 Nhiệt kế Lưu Lượng Kế Thiết bị Bơm Thiệt bị trao đổi nhiệt Số lượng (cái) Đơn giá (VNĐ) 5,000.000 1,400.000 7,300.000 90.000 200.000 180.000 Tổng 5,000.000 1,400.000 36,500.000 900.000 400.000 360.000 112,060.000 Vậy giá sơ để thiết kế qui trình là: 166,752,000,00 VNĐ SVTH: Phạm Văn Tín Trang 96 KẾT LUẬN Qua q trình tính tốn thiết kế thiết bị chưng cất liên tục hỗn hợp ethanol – nước với thơng số sau: - Đường kính: 500 mm - Chiều cao: 7,600 m - Bề dày: mm - Tỉ số hoàn lưu: 1.716 - Tổng số mâm: 18 mâm - Bề dày mâm: mm SVTH: Phạm Văn Tín Trang 97 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Võ Văn Bang –Vũ Bá Minh, Quá trình thiết bị cơng nghệ hóa học, truyền khối tập 3, Nhà xuất Đại Học Quốc Gia TP Hồ Chí Minh 2010 [2] Phạm Xuân Toản, Các trình, thiết bị cơng nghệ hóa chất thực phẩm [3] Sổ tay q trình thiết bị cơng nghệ hóa chất tập 1, Nhà xuất khoa học kỹ thuật, 1999 [4] Sổ tay trình thiết bị cơng nghệ hóa chất tập 2, Nhà xuất khoa học kỹ thuật, 1999 [5] Nguyễn Hữu Tùng, Kỹ thuật chưng cất nhiều cấu tử, Nhà xuất Đại Học Quốc Gia TPHCM, 2008 [6] Hồ Lê Viên, Tính tốn, thiết kế chi tiết thiết bị hóa chất dầu khí, Nhà xuất khoa học kỹ thuật Hà Nội, 2006 [7] Nguyễn Bin, Các q trình, thiết bị cơng nghệ hóa chất thực phẩm tập 1, Nhà xuất Khoa học kỹ thuật Hà Nội, 2002 [8] Phan Văn Bôn, Quá trình thiết bị cơng nghệ thực phẩm, Bài tập truyền nhiệt, Nhà xuất Đại học Quốc gia TPHCM, 2002 [9] Nguyễn Hữu Tùng, Kỹ thuật tách hỗn hợp nhiều cấu tử, Các nguyên lý ứng dụng tập 1, Nhà xuất Bách khoa – Hà Nội, 2012 SVTH: Phạm Văn Tín Trang 99