ĐỒ án QUÁ TRÌNH và THIẾT bị CNHH THIẾT kế hệ THỐNG CHƯNG cất LIÊN tục hỗn hợp ETHANOL – nước NĂNG SUẤT NHẬP LIỆU 900 l h 1

TÍNH TỐN THIẾT BỊ TRUYỀN NHIỆT – THIẾT BỊ PHỤ CBHD: TS Lương Huỳnh Vủ Thanh BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ KHOA CÔNG NGHỆ ✧ ĐỒ ÁN QUÁ TRÌNH VÀ THIẾT BỊ CNHH THIẾT KẾ HỆ THỐNG CHƯNG CẤT LIÊN TỤC HỖN HỢP ETHANOL – NƯỚC NĂNG SUẤT NHẬP LIỆU 900 L.h-1 CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: SINH VIÊN THỰC HIỆN: TS Lương Huỳnh Vủ Thanh Trương Thị Huyền Trang MSSV: B1606688 Ngành: CN Kỹ thuật hóa học - Khóa: 42 Tháng 11/2019 x SVTH: Trương Thị Huyền Trang1 w = 0,00214, yw* = 0,019, tw = 99,5 oC MỤC LỤC Trang DANH SÁCH BẢNG DANH SÁCH HÌNH LỜI CẢM ƠN Trong khoảng thời gian thực Đồ án Q trình thiết bị Cơng nghệ hóa học, em nhận hướng dẫn góp ý đầy chân thành từ thầy Lương Huỳnh Vủ Thanh Với kiến thức kinh nghiệm chuyên môn dồi dào, thầy giúp em không học hỏi nhiều kiến thức quý báu thực tế lý thuyết mà cịn có thái độ phong cách làm việc nghiêm túc, chuyên nghiệp Nhờ vào điều mà em học tập làm việc cách chủ động học cách tìm hiểu vấn đề thực tế Với lịng kính trọng biết ơn sâu sắc, em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến: Thầy Lương Huỳnh Vủ Thanh, thầy trực tiếp hướng dẫn cho em lời bảo, nhận xét suốt trình thực đồ án Các thầy, cô Hội đồng Đồ án Quá trình thiết bị cho em lời khuyên, nhận xét bổ ích để giúp đồ án hồn thiện Các bạn tập thể lớp Cơng nghệ kỹ thuật hóa học K42 anh chị khóa K41 nhiệt tình giúp đỡ Cuối cùng, em xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến gia đình, người bên cạnh động viên, ủng hộ, em vượt qua khó khăn sống Xin chân thành cảm ơn! Cần Thơ, ngày 25 tháng 11 năm 2019 Trương Thị Huyền Trang LỜI MỞ ĐẦU Ngày khoa học kỹ thuật nói chung ngành cơng nghiệp hóa học nói riêng ngày phát triển không 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 hoàn thiện hơn, là: đặc, hấp thụ, chưng cất, trích ly Tùy theo đặc tính yêu cầu sản phẩm mà ta có lựa chọn phương pháp phù hợp Đối với hệ ethanol – nước hai cấu tử có nhiệt độ sôi 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 mơn học mang tính tổng hợp trình học tập kỹ sư hố - thực phẩm tương lai Mơn học giúp sinh viên giải nhiệm vụ tính tốn cụ thể về: yêu cầu công nghệ, kết cấu, giá thành thiết bị sản xuất hoá chất - thực phẩm Đây bước để sinh viên vận dụng kiến thức học nhiều môn học vào giải vấn đề kỹ thuật thực tế cách tổng hợp Vì thế, đề tài đồ án mơn 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 hố 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 15 oC) qua hệ thống chưng cất liên tục ta thu ethanol 96 độ (ở 15 oC) Chưng cất ethanol 96 độ nhằm sản xuất cồn công nghiệp ứng dụng cơng nghiệp tẩy rửa, vệ sinh dầu mỡ máy móc; công nghiệp in, công nghiệp điện tử, dệt may, Các thông số nhập liệu ban đầu sau: suất nhập liệu 900 L/h, nồng độ nhập liệu 34,7% phân khối lượng (ứng với rượu 40 độ 15 oC), sản phẩm đỉnh có nồng độ 95% phân khối lượng (ứng với rượu 96 độ 15 oC) độ thu hồi dung môi 99% Lưu ý: chỗ số mâm lý thuyết, k đc chọn số lỗ mâm mà phải tính diện tích mâm, chọn diện tích lỗ mâm (thường 60% dt mâm) từ suy số lỗ mâm Nếu làm theo viết chọn số lỗ trước, số lỗ nhiều, làm yếu mâm khó vẽ CAD Khi vẽ CAD tới phần gờ chảy tràn mâm, gờ k nhau, gờ lớn 50mm (theo hồ lê duyên), gờ phải ngắn gờ ngồi (thầy việt nói khoảng 20mm đc) Lưu CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1.1 Sơ lược nguyên liệu Nguyên liệu hỗn hợp ethanol - nước với tỷ lệ khối lượng định bơm cao áp bơm nhập liệu vào tháp chưng cất trạng thay lỏng - sơi 1.1.1 Ethanol Hình 1-1 Công thức phân tử ethanol (Nguồn: https://www.vectorstock.com/royalty-free-vector/c2h5oh-ethanol-molecule-vector-8837810) Tên thường gọi rượu etylic, cồn etylic hay cồn thực phẩm Là chất lỏng có mùi đặc trưng, khơng độc, tan vô hạn nước Bảng 1-1 Các thông số vật lý ethanol Thông 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 Hình 1-2: Ứng dụng ethanol (Nguồn: https://dhanhcs.violet.vn/document/ung-dung-ruou-etylic-645229.html) 1.1.2 Nước Nước hợp chất chiếm phần lớn trái đất (3/4 diện tích trái đất nước biển) cần thiết cho sống Nước dung môi phân cực mạnh, có khả hồ tan nhiều chất dung mơi quan trọng kỹ thuật hóa học Trong điều kiện bình thường: nước chất lỏng không màu, không mùi, không vị Bảng 1-2: Các thông số vật lý nước Thông số vật lý Công thức phân tử HOH Khối lượng phân tử 18 đvC Nhiệt độ sôi 760 mmHg 100 oC Khối lượng riêng D42 oC = 1000 kg.m-3 Độ nhớt 20 oC μ = cP Nhiệt độ nóng chảy T onc= oC (Nguồn: https://vi.wikipedia.org/wiki/Nước) 1.1.3 Hỗn hợp ethanol – nước Hỗn hợp ethanol – nước hỗn hợp đẳng phí có nhiệt độ sơi cực tiểu có điểm đẳng phí atm 89,4% mol ethanol 78,2 oC Trong công nghiệp điều chế ethanol cách lên men tinh bột rĩ đường thu hỗn hợp đa phần ethanol nước Lượng ethanol hỗn hợp thường vào khoảng 10 - 50% thể tích Vì u cầu thiết cần phải nâng cao nồng độ ethanol sử dụng Dựa vào số tính chất vật lý ethanol tan vô hạn nước tạo thành liên kết hydro phân tử ethanol với với nước, nhiệt độ sôi ethanol (78,39 oC 760 mmHg) < nước (100 oC 760 mmHg) nên phương pháp tách hỗn hợp chất phương pháp phù hợp với hệ ethanol - nước phương pháp chưng cất Bảng 1-3: Thành phần lỏng (x)–hơi (y) nhiệt độ sôi hỗn hợp Ethanol–nước 760 mmHg y (phân T (oC) 0 100 0,019 0,17 95,5 0,0721 0,3891 89 0,099 0,4375 86,7 0,1238 0,4704 85,3 0,1661 0,5089 84,1 0,2337 0,5445 82,7 0,2608 0,558 82,3 0,3273 0,5826 81,5 0,3965 0,6122 80,7 0,5198 0,6599 79,7 0,5732 0,6841 79,3 0,6763 0,7385 78,74 0,7472 0,7815 78,41 0,8943 0,8943 78,3 1 78,15 x (phân mol) mol) (Nguồn: VLE-calc.com) Hình 1-3: Giản đồ thành phần lỏng – hệ ethanol – nước 760 mmHg 1.2 Chưng cất 1.2.1 Lý thuyết chưng cất Chưng cất trình dùng để tách cấu tử hỗn hợp lỏng hỗn hợp khí lỏng thành cấu tử riêng biệt dựa vào độ bay khác cấu tử hỗn hợp (nghĩa nhiệt độ, áp suất bão hoà cấu tử khác nhau) Thay đưa vào hỗn hợp pha để tạo nên tiếp xúc hai pha q trình hấp thu nhả khí, q trình chưng cất pha tạo nên bốc ngưng tụ [1] Chưng cất cô đặc giống nhau, nhiên khác trình trình chưng cất dung mơi chất tan bay (nghĩa cấu tử diện hai pha với tỷ lệ khác nhau), q trình đặc có dung mơi bay cịn chất tan khơng bay [2] Các phương pháp chưng cất phân loại theo [2]: Áp suất làm việc : chưng cất áp suất thấp, áp suất thường áp suất cao Nguyên tắc phương pháp dựa vào nhiệt độ sôi cấu tử, nhiệt độ sôi cấu tử cao ta giảm áp suất làm việc để giảm nhiệt độ sôi cấu tử Số lượng cấu tử tròn hỗn hợp: hệ hai cấu tử, hệ ba cấu tử hay sơ cấu tử mười hệ nhiều cấu tử (nhiều mười) Theo nguyên lý làm việc: có chưng cất gián đoạn (chưng cất đơn giản) chưng cất liên tục Chưng cất đơn giản (gián đoạn) sử dụng hỗn hợp nhập liệu mà cấu tử có nhiệt độ sơi khác xa nhau, khơng địi hỏi sản phẩm có độ tinh khiết cao Ngồi cịn dùng để tách hỗn hợp lỏng khỏi tạp chất không bay Để tách hỗn hợp nhiều cấu tử phức tạp người ta thường sử dụng phương pháp chưng cất liên tục trình thực liên tục, nghịch dịng, nhiều đoạn Phương pháp có cấu tạo thiết bị phức tạp sản phẩm thu có độ tinh khiết cao nồng độ mong muốn Bên cạnh đó, người ta cịn phân loại phương pháp chưng cất theo cách cấp nhiệt cho hỗn hợp nhập liệu cấp nhiệt trực tiếp đáy tháp cấp nhiệt gián tiếp nồi đun Cấp nhiệt trực tiếp thường dùng để tách hợp chất khó bay không tan nước Tuy nhiên với suất nhập liệu tương đối nhỏ hệ ethanol – nước không dễ phân hủy nhiệt độ cao nên ta sử dụng phương pháp cấp nhiệt [2] Khi chưng cất cấu tử thu nhiêu sản phẩm Đối với hỗn hợp hai cấu tử ethanol – nước, trình chưng cất dựa vào đường cân lỏng – (Hình 1-3) sản phẩm đỉnh chủ yếu gồm cấu tử có độ bay lớn 10 ... h? ??c "Thiết kế tháp mâm xuyên l? ?? chưng cất liên tục h? ?? ethanol – nước" bước giúp cho sinh viên tập luyện chuẩn bị cho việc thiết kế Q trình Thiết bị cơng nghệ h? ?? h? ??c Nhiệm vụ Đồ án thiết kế tháp... thành phần l? ??ng – h? ?? ethanol – nước 760 mmHg 1. 2 Chưng cất 1. 2 .1 L? ? thuyết chưng cất Chưng cất trình dùng để tách cấu tử h? ??n h? ??p l? ??ng h? ??n h? ??p khí l? ??ng thành cấu tử riêng biệt dựa vào độ bay khác... trí nhập liệu: L? ?u l? ?ợng chất l? ??ng nhập liệu: L. h- 1 m3 .h- 1 Chọn vận tốc chất l? ??ng nhập liệu (tự chảy từ bồn cao vị vào mâm nhập liệu) : -1 m.s Đường kính nhập liệu: m Ta chọn đường kính ống nhập