THIẾT kế hệ THỐNG CHƯNG cất LIÊN tục hỗn hợp ETHANOL nước BẰNG THÁP mâm XUYÊN lỗ, NĂNG SUẤT NHẬP LIỆU 2200 l h 1

f 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 BẰNG THÁP MÂM XUYÊN LỖ, NĂNG SUẤT NHẬP LIỆU 2200 L.H-1 , NỒNG ĐỘ PHÂN KHỐI LƯỢNG CẤU TỬ DỄ BAY HƠI TRONG HỖN HỢP ĐẦU LÀ 0,4, PHÂN KHỐI LƯỢNG CẤU TỬ DỄ BAY HƠI TRONG HỖN HỢP ĐÁY LÀ 0,9 CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: SINH VIÊN THỰC HIỆN: TS Nguyễn Việt Bách Đỗ Huỳnh Trung MSSV: B1909743 Ngành: CN Kỹ thuật hóa học - Khóa: 45 Tháng 11/2022 Hình 0-1 MỤC LỤC MỤC LỤC i DANH SÁCH BẢNG .iii DANH SÁCH HÌNH v LỜI CẢM ƠN vi LỜI MỞ ĐẦU vii CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1.1 Giới thiệu 1.2 Chưng cất CHƯƠNG 2: QUI TRÌNH CƠNG NGHỆ 2.1 Công nghệ chưng cất hệ ethanol – nước .1 2.2 Sơ đồ qui trình cơng nghệ Error! Bookmark not defined CHƯƠNG 3: CÂN BẰNG VẬT CHẤT 3.1 Các thông số ban đầu 3.2 Phương trình cân vật chất cho toàn tháp 3.3 Xác định tỉ số hoàn lưu tối thiểu 3.4 Tỉ số hoàn lưu thích hợp .3 3.5 Xác định phương trình đường làm việc 3.6 Phương trình đường nồng độ làm việc đoạn cất 3.7 Phương trình đường nồng độ làm việc đoạn chưng 3.8 Số mâm lý thuyết 3.9 Xác định số mâm thực tế 3.10 Xác định hiệu suất trung bình tháp tb CHƯƠNG 4: TÍNH TỐN - THIẾT KẾ THÁP CHƯNG CẤT 4.1 Đường kính tháp () .1 4.2 Đường kính đoạn cất 4.3 Đường kính đoạn chưng .3 4.4 Tốc độ trung bình tháp Trang 4.5 Mâm lỗ - trở lực mâm 4.6 Kiểm tra ngập lụt tháp hoạt động 10 4.7 Tính tốn khí tháp 12 4.8 Chân đỡ tai treo 22 CHƯƠNG 5: TÍNH TỐN THIẾT BỊ TRUYỀN NHIỆT 5.1 Cân nhiệt lượng cho thiết bị đun nóng hỗn hợp 5.2 Cân nhiệt lượng cho toàn tháp chưng cất 5.3 Cân nhiệt lượng cho thiết bị ngưng tụ sản phẩm đỉnh 5.4 Cân nhiệt lượng cho thiết bị làm nguội sản phẩm đỉnh 5.5 Cân nhiệt lượng cho thiết bị làm mát Chipller CHƯƠNG 6: Tính tốn thiết bị phụ 6.1 Thiết bị ngưng tụ sản phẩm đỉnh 6.2 Thiết bị làm nguội sản phẩm đỉnh .6 6.3 Nồi đun gia nhiệt sản phẩm đáy 11 6.4 Thiết bị trao đổi nhiệt nhập liệu sản phẩm đáy .15 6.5 Thiết bị gia nhiệt nhập liệu .20 6.6 Tính bảo ơn thiết bị 25 6.7 Tính tốn bơm nhập liệu 26 CHƯƠNG 7: TÍNH TỐN CHI PHÍ KẾT LUẬN .4 TÀI LIỆU THAM KHẢO Trang DANH SÁCH BẢNG Bảng 1-1 Các thông số vật lý ethanol Bảng 1-2: Các thông số vật lý nước .2 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 .8 Bảng 3-1: Tóm tắt số liệu cân vật chất Bảng 4-1: Tóm tắt thơng số đường kính tháp .6 Bảng 4-2: Tóm tắt thơng số mâm, trở lực tháp 11 Bảng 4-3: Các thông số bề dày tháp 14 Bảng 4-4: Thơng số bích ghép thân, đáy, nắp 16 Bảng 4-5: Bích liền khơng cổ ghép ống dẫn với thiết bị [3] .17 Bảng 4-6: Bảng thông số bích ghép ống nhập liệu 18 Bảng 4-7: Thơng số bích ghép ống đỉnh tháp 19 Bảng 4-8: Thơng số bích ghép ống hồn lưu 20 Bảng 4-9: Thơng số bích ghép ống dẫn vào tháp .20 Bảng 4-10: Thơng số bích ghép ống dẫn chất lỏng đáy tháp 21 Bảng 4-11: Thông số bích ghép ống dẫn sản phẩm đáy 22 Bảng 4-12: Kích thước chân đỡ 24 Bảng 4-13: Kích thước tai treo tháp 25 Bảng 5-1: Tóm tắt thơng số thiết bị làm ngưng tụ sản phẩm đỉnh Bảng 5-2: Tóm tắt thơng số thiết bị làm nguội sản phẩm đỉnh 10 Bảng 5-3: Tóm tắt thơng số nồi đun chất lỏng đáy tháp 14 Bảng 5-4: Tóm tắt thơng số thiết bị trao đổi nhiệt với dịng nhập liệu .20 Bảng 5-5: Tóm tắt thơng số thiết bị trao đổi nhiệt với dòng nhập liệu .24 Bảng 6-1 Tính sơ giá thành vật liệu tháp chưng cất Bảng 6-2 Tính sơ giá Bulơng Bảng 6-3 Tính sơ bột thiết bị phụ Trang DANH SÁCH HÌNH Hình 1-1 Cơng thức phân tử ethanol Hình 1-2: Ứng dụng ethanol .2 Hình 1-3: Giản đồ thành phần lỏng – hệ ethanol – nước 760 mmHg .5 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 Hình 4-1: Đáy nắp elip có gờ tiêu chuẩn [2] 14 Hình 4-2: Bích liền ghép thân, đáy, nắp [3] 16 Hình 4-3: Bích liền khơng cổ ghép ống dẫn với thiết bị [3] 17 Hình 4-4: Chân đỡ tháp (trang 437, [2]) 23 Hình 4-5: Tai treo thiết bị thằng đứng (trang 438, [2]) 24 Trang LỜI CẢM ƠN Trong suốt trình làm đồ án, em mai mắn hướng dẫn giúp đỡ tận tình thầy Nguyễn Việt Bách 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 Nguyễn Việt Bách anh chị bạn giúp em khoản thời gian vừa qua Cần Thơ, ngày 25 tháng 11 năm 2022 Đỗ Huỳnh Trung Trang 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 yêu 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 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 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 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 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 Trang CHƯƠNG 1:TỔNG QUAN 1.1 Giới thiệu 1.1.1 Ethanol Hình 1-2 Cơng thức phân tử ethanol (Nguồn: https://www.vectorstock.com/royalty-free-vector/c2h5oh-ethanol-molecule-vector8837810) 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) SVTH: Đỗ Huỳnh Trung CHƯƠNG 7:TÍNH TỐN CHI PHÍ Bảng 7-24 Tính sơ giá thành vật liệu tháp chưng cất Chi Tiết Vật liêu Thân tháp Đáy-nắp CT3 X18H10T Mâm Bích nối thân Vật liệu cách nhiêt X18H10T X18H10T Mặt nhôm Khối lương (kg) 2,567 18,8 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 7-25 Tính sơ giá Bulơng Bu lơng Số lượng (cái) Đơn giá (VNĐ) M12 20,000 Thành tiền (VNĐ) 80,000 M16 16 38,000 608,000 M22 24 50,000 1,200,000 Tổng 1,888,000 SVTH: Đỗ Huỳnh Trung Trang CHƯƠNG Chi phí CBHD: Nguyễn Việt Bách Bảng 7-26 Tính sơ bột thiết bị phụ Thiết bị Số lượng (cái) Đơn giá (VNĐ) Thành tiền 112,060.00 (VNĐ) 7,500.000 Tổng 1,500.000 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 Bơm Thiệt bị trao đổi 5,000.000 1,400.000 7,300.000 90.000 200.000 180.00 Vậy giá sơ để thiết kế qui trình là: 166,752,000,00 VNĐ Lưu Lượng Kế SVTH: Đỗ Huỳnh Trung 2 5,000.000 1,400.000 36,500.000 900.000 400.000 360.000 Trang SVTH: Đỗ Huỳnh Trung Trang KẾT LUẬN Sau hoàn thành xong đồ án này, em cảm nhận cần phải học hỏi thêm nhiều kiến thức để hồn thành qui trình cơng nghệ tốt hơn, kiến thức có hạn, nên q trình tính tốn cịn có nhiều sai sót, em mong nhận góp ý thầy để hoàn thành tốt đồ án Em xin trân trọng cảm ơn thầy cố bạn đọc SVTH: Đỗ Huỳnh Trung TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Võ Văn Bang –Vũ Bá Minh, Q trình thiết bị cơng nghệ hóa học, truyền khối tập 3, Nhà xuất Đại Học Quốc Gia TP Hồ Chí Minh 2010 [2] Phạm Xn Toản, Các q 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 q 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 Bơn, Q 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: Đỗ Huỳnh Trung Trang ... 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 Quá trình Thiết bị cơng nghệ hố học Nhiệm vụ Đồ án thiết kế tháp. .. 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... tháp chưng cất (7) mâm nhập liệu, trước vào tháp chưng cất dịng nhập liệu qua lưu lượng kế để điều chỉnh lưu lượng vào tháp Trên mâm nhập liệu, chất lỏng trộn với phần lỏng từ đoạn cất tháp chảy