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

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 MỤC LỤC MỤC LỤC DANH SÁCH BẢNG DANH SÁCH HÌNH LỜI CẢM ƠN LỜI MỞ ĐẦU CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1.1 Sơ lược nguyên liệu 1.1.1 Ethanol 1.1.2 Nước 1.1.3 Hỗn hợp ethanol – nước 1.2 Chưng cất 1.2.1 Lý thuyết chưng cất 1.2.2 Thiết bị chưng cất CHƯƠNG 2: QUI TRÌNH CƠNG NGHỆ 2.1 Cơng nghệ chưng cất hệ ethanol – nước 2.2 Sơ đồ qui trình cơng nghệ 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 hồn lưu thích hợp 3.5 Xác định phương trình đường làm việc 3.5.1 Phương trình đường nồng độ làm việc đoạn cất 3.5.2 Phương trình đường nồng độ làm việc đoạn chưng 3.6 Số mâm lý thuyết 3.7 Xác định số mâm thực tế CHƯƠNG 4: TÍNH TỐN - THIẾT KẾ THÁP CHƯNG CẤT 4.1 Đường kính tháp (Dt) 4.1.1 Đường kính đoạn cất 4.1.2 Đường kính đoạn chưng 4.2 Mâm lỗ - trở lực mâm 4.2.1 Cấu tạo mâm lỗ 4.2.2 Độ giảm áp pha khí qua mâm 4.2.3 Kiểm tra ngập lụt tháp hoạt động 4.3 Tính tốn khí tháp 4.3.1 Bề dày thân tháp 4.3.2 Đáy nắp thiết bị 4.3.3 Bích ghép thân, đáy nắp 4.3.4 Đường kính ống dẫn, thơng số bích ghép ống dẫn 4.4 Chân đỡ tai treo 4.4.1 Tính trọng lượng tồn tháp 4.4.2 Chân đỡ tháp 4.4.3 Tai treo CHƯƠNG 5: TÍNH TOÁN THIẾT BỊ TRUYỀN NHIỆT – THIẾT BỊ PHỤ 5.1 Cân nhiệt lượng cho thiết bị đun nóng hỗn hợp 5.2 Cân nhiệt lượng cho toàn tháp chưng cất 5.3 Tính tốn thiết bị phụ 5.3.1 Thiết bị ngưng tụ sản phẩm đỉnh 5.3.2 Thiết bị làm nguội sản phẩm đỉnh 5.3.3 Nồi đun gia nhiệt sản phẩm đáy 5.3.4 Thiết bị trao đổi nhiệt nhập liệu sản phẩm đáy 5.3.5 Thiết bị gia nhiệt nhập liệu 5.4 Tính bảo ơn thiết bị 5.5 Tính tốn bơm nhập liệu 5.5.1 Tính tốn chiều cao bồn cao vị 5.5.2 Chọn bơm nhập liệu CHƯƠNG 6: TÍNH TỐN CHI PHÍ KẾT LUẬN TÀI LIỆU THAM KHẢO 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 Bảng 4-1: Tóm tắt thơng số đường kính tháp Bảng 4-2: Tóm tắt thơng số mâm, trở lực tháp Bảng 4-3: Các thông số bề dày tháp Bảng 4-4: Thơng số bích ghép thân, đáy, nắp Bảng 4-5: Bảng thơng số bích ghép ống nhập liệu Bảng 4-6: Thơng số bích ghép ống đỉnh tháp Bảng 4-7: Thơng số bích ghép ống hồn lưu Bảng 4-8: Thơng số bích ghép ống dẫn vào tháp Bảng 4-9: Thơng số bích ghép ống dẫn chất lỏng đáy tháp Bảng 4-10: Thơng số bích ghép ống dẫn sản phẩm đáy Bảng 4-11: Kích thước chân đỡ Bảng 4-12 Kích thước tai treo tháp Bảng 5-1: Tóm tắt thông số thiết bị làm ngưng tụ sản phẩm đỉnh Bảng 5-2: Tóm tắt thơng số thiết bị làm nguội sản phẩm đỉnh Bảng 5-3: Tóm tắt thơng số nồi đun chất lỏng đáy tháp Bảng 5-4: Tóm tắt thơng số thiết bị trao đổi nhiệt với dịng nhập liệu Bảng 5-5: Tóm tắt thơng số thiết bị trao đổi nhiệt với dòng nhập liệu Bảng 6-1: Chi phí sơ hệ thống chưng cất 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 xun lỗ Hình 1-6: Một số vật liệu chêm thường dùng tháp Hình 2-1: Sơ đồ qui trình cơng nghệ Hình 3-1: Đồ thị xác định số mâm lý thuyết Hình 4-1: Đáy nắp elip có gờ tiêu chuẩn [2] Hình 4-2: Bích liền khơng cổ ghép thân, đáy, nắp [3] Hình 4-3: Bích liền khơng cổ ghép ống dẫn với thiết bị [3] Hình 4-4: Chân đỡ tháp (trang 437, [2]) Hình 4-5: Tai treo thiết bị thằng đứng (trang 438, [2]) LỜI CẢM ƠN Trong khoảng thời gian thực Đồ án Quá 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 hoàn 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 ln 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: cô 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 môn học Q trình Thiết bị mơn học mang tính tổng hợp q 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 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 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 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 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 ngồi lớn 50mm (theo hồ lê duyên), gờ phải ngắn gờ ngồi (thầy việt nói khoảng 20mm đc) CHƯƠNG 1: LƯU CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN 2.1 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 2.1.1 Ethanol Hình 1-1 Cơng thức phân tử ethanol (Nguồn: https://www.vectorstock.com/royalty-free-vector/c2h5oh-ethanol-molecule-vector-8837810) Tên thương gọi rươu etylic, cồn etylic hay cồn thưc phẩm Là chất lỏng có mùi đặc trưng, không độc, tan vô hạn nươc Bảng 1-1 Các thông số vật lý ethanol Thông số vật lý Công thức phân tử Khối lượng phân tử Nhiệt độ sôi 760 mmHg Khối lượng riêng Độ nhớt 20 oC Nhiệt độ nóng chảy (Nguồn: https://vi.wikipedia.org/wiki/Ethanol) Ngày nay, ethanol có vai trị vị trí quan trọng ngành nhiên liệu sinh học, la phần quan trọng công nghiêp va sử dụng rộng rãi hơp chất hữu khac, lam thuôc sat trùng, ethanol có sơn, cồn thc, sản phẩm chăm sóc cá nhân nươc hoa, chất khử mùi số ứng dụng khác QUI TRÌNH CƠNG NGHỆ CBHD: TS Lương Huỳnh Vủ Thanh Hình 1-2: Ứng dụng ethanol (Nguồn: https://dhanhcs.violet.vn/document/ung-dung-ruou-etylic-645229.html) 2.1.2 Nước Nươc hơp chất chiếm phần lơn trai đất (3/4 diên tich trai đất la nươc biên) cần thiết cho sư sơng Nươc dung mơi phân cưc manh, có khả hoa tan nhiêu chất dung môi quan trọng kỹ thuật hóa học Trong điêu kiên bình thương: nươc chất lỏng khơng màu, khơng mùi, không vị Bảng 1-2: Các thông số vật lý nước Thông số vật lý Công thức phân tử Khối lượng phân tử Nhiệt độ sôi 760 mmHg Khối lượng riêng Độ nhớt 20 oC Nhiệt độ nóng chảy (Nguồn: https://vi.wikipedia.org/wiki/Nước) 2.1.3 Hỗn hợp ethanol – nước Hỗn hợp ethanol – nước la hôn hơp đẳng phi co nhiêt độ sôi cưc tiêu co điêm đẳng phi atm la 89,4% mol ethanol 78,2 oC SVTH: Trương Thị Huyền Trang2 TÍNH TỐN THIẾT BỊ TRUYỀN NHIỆT – THIẾT BỊ PHỤ CBHD: TS Lương Huỳnh Vủ Thanh Chiều dài ống truyền nhiệt: Chọn L=14 m (dự trữ khoảng 25%) Kiểm tra: Vậy thiết bị gia nhiệt thiết bị truyền nhiệt ống lồng ống với chiều dài ống truyền nhiệt L=14 m Chia thành dãy dãy dài m Bảng 5-5: Tóm tắt thơng số thiết bị trao đổi nhiệt với dòng nhập liệu Thơng số Loại thiết bị Đường kính ngồi ống Bề dày ống ngồi Đường kính ống Bề dày ống Chiều dài ống Số dãy ống Hệ số truyền nhiệt Bề mặt truyền nhiệt trung bình 6.4 Tính bảo ơn thiết bị Trong q trình hoạt động tháp, tháp tiếp xúc với khơng khí nên nhiệt lượng tổn thất môi trường xung quanh ngày lớn Để tháp hoạt động ổn định, với thông số thiết kế, ta phải tăng dần lượng đốt gia nhiệt cho nồi đun SVTH: Trương Thị Huyền Trang68 TÍNH TỐN THIẾT BỊ TRUYỀN NHIỆT – THIẾT BỊ PHỤ CBHD: TS Lương Huỳnh Vủ Thanh để tháp không bị nguội (nhất sản phẩm đỉnh, ảnh hưởng đến hiệu suất tháp) Khi đó, chi phí cho đốt tăng Để tháp không bị nguội mà khơng tăng chi phí đốt ta thiết kế lớp cách nhiệt bao quanh thân tháp Chọn vật liệu cách nhiệt cho thân tháp amiang có bề dày δa Tra tài liệu tham khảo [2], hệ số dẫn nhiệt amiang λa=0,15 W.m-1.độ-1 Nhiệt lượng tổn thất môi trường xung quanh: Q xq2=0,05 D2 r2=156,27=43,67 (kW) Nhiệt tải mát riêng: Q xq qm= f tb Với: tv 1: nhiệt độ lớp cách nhiệt tiếp xúc với bề mặt tháp tv 2: nhiệt độ lớp cách nhiệt tiếp xúc với khơng khí Δtv: hiệu số nhiệt độ hai bề mặt lớp cách nhiệt Nhận thấy qm=const , nên chọn Δtv= Δtđá y kkmax với tkk=30 oC, o Δtv=1 20,787−30=90,787 C - f tb: diện tích bề mặt trung bình tháp (kể lớp cách nhiệt) - Suy ra: Q xq qm= f tb Do lớp amiang thị trường có bề dày từ 2-3 mm nên ta chọn bề dày lớp bảo ôn δa=12 mm, quấn thành lớp, lớp dày mm 6.5 Tính tốn bơm nhập liệu 6.5.1 Tính tốn chiều cao bồn cao vị Chọn đường kính ống dẫn nguyên liệu: d=50 mm Độ nhám ống: ε =0,1 mm (hình II.14, trang 380, [1]) Các tính chất lý học dòng nhập liệu tra tài liệu tham khảo [1] ứng với nhiệt độ trung bình: t +t' t tbF= F F =84 ,5+ 81,3 =82,905 oC 22 - Khối lượng riêng: ρF=895,26 kg.m-3 (bảng I.2, trang 9, [1]) Độ nhớt động học: μF=57,6 0−3 N.s-1.m-2 (bảng I.101, trang 91, [1]) Vận tốc trung bình dịng nhập liệu ống dẫn: SVTH: Trương Thị Huyền Trang69 TÍNH TOÁN THIẾT BỊ TRUYỀN NHIỆT – THIẾT BỊ PHỤ vF = Tổn thất dọc đường ống a ( l h1 = λ1 d 1F +∑ ξ1 ) v ⋅ g1 (m) (5-60) Trong đó: - λ1: hệ số ma sát đường ống l1: chiều dài đường ống dẫn, chọn l1=15 m d F: 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: ℜ F Chuẩn số Reynolds tới hạn: ⋅ (d )8 ⋅ ( 50 ) gh 7 7289,343 (II.60, trang 378, [1]) ==¿ℜ Chuẩn số Reynolds bắt đầu xuất vùng nhám: (dε ) =23,9.1 ℜn1 ¿ 220 ⋅ (II.61, trang 378, [1]) Suy ra: ℜgh ¿ ℜF ¿ ℜn 1❑: chế độ chảy rối (khu vực độ) đó: ( → λ1=0,1 ⋅ 1,46 ⋅ Xác định (II.64, trang 380, [1]) ∑ 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: ξu 1=3.0,1 5=0 , (trang 393, [1]) - van cầu: ξv 1=3.10=30 (van với độ mở hoàn toàn) - lần đột thu: ξt hu =0,5 (trang 387, [1]) - lần đột mở: ξm=1 (trang 387, [1]) - lưu lượng kế: không đáng kể Suy ra: ∑ ξ1=31,85 Vậy tổn thất dọc đường ống dẫn: SVTH: Trương Thị Huyền Trang70 TÍNH TỐN THIẾT BỊ TRUYỀN NHIỆT – THIẾT BỊ PHỤ ( h1 = 0,002 ⋅ Tổn thất đường ống thiết bị trao đổi nhiệt dòng nhập liệu sản phẩm đáy b ( l h2 = λ2 d 22 +∑ ξ2 ) v ⋅ g2 (5-61) Với: - λ2: hệ số ma sát đường ống trao đổi nhiệt với sản phẩm đáy l2: chiều dài đường ống dẫn, l2=1 m d2: đường kính ống dẫn, d2=0,021m ∑ ξ2: tổng hệ số tổn thất cục vF =v2: vận tốc dòng nhập liệu ống trao đổi nhiệt với sản phẩm đáy vF =1,516 m.s-1 Xác định λ2: Chuẩn số Renolds dòng nhập liệu ống: Chuẩn số Reynolds tới hạn[1] ℜ gh ¿6⋅ ( Chuẩn số Reynolds bắt đầu xuất vùng nhám ℜn1 ¿ 220 ⋅ ( Suy ra: ℜgh ¿ ℜF ¿ ℜn 1❑: chế độ chảy rối (khu vực độ) đó: ( → λ2=0,1⋅ 1,46 ⋅ Xác định ∑ ξ2: Hệ số tổn thất dòng nhập liệu qua thiết bị trao đổi nhiệt: - chỗ uống cong quay ngược: ξu 2=3,22=6,6 lần đột thu: ξt hu 2=0,46 lần đột mỡ: ξm 2=0,68 (II.64, trang 380, [1]) Suy ra: ∑ ξ2 =724 Vậy tổn thất đường ống dẫn: ( h2 = 0,03 ⋅ SVTH: Trương Thị Huyền Trang71 TÍNH TỐN THIẾT BỊ TRUYỀN NHIỆT – THIẾT BỊ PHỤ CBHD: TS Lương Huỳnh Vủ Thanh Tổn thất đường ống dẫn thiết bị gia nhiệt nhập liệu c ( l ) v h3 = λ3 d 33 +∑ ξ3 ⋅ g3 (5-62) Với: λ3: hệ số ma sát đường ống trao đổi nhiệt với sản phẩm đáy l3: chiều dài đường ống dẫn, l3=15 m d3: đường kính ống dẫn, d3=0,021 m - ∑ ξ3: tổng hệ số tổn thất cục - vF =v3: vận tốc dòng nhập liệu ống trao đổi nhiệt với sản phẩm đáy vF =1,519 m.s-1 - Xác định λ3: Chuẩn số Renolds dòng nhập liệu ống: ℜF ¿49411,7>104 Chuẩn số Reynolds tới hạn [1] ℜgh ¿ ⋅ Chuẩn số Reynolds bắt đầu xuất vùng nhám ℜn1 ¿ 220 ⋅ Suy ra: ℜgh ¿ ℜF ¿ ℜn 1❑: chế độ chảy rối (khu vực độ) đó: ( → λ3=0,1⋅ 1,46 ⋅ Xác định (II.64, trang 380, [1]) ∑ ξ3: Hệ số tổn thất dòng nhập liệu qua thiết bị trao đổi nhiệt: - chỗ uống cong quay ngược: ξu 3=4.2,8=8,8 lần đột thu: ξt hu 3=0,46 lần đột mỡ: ξm 3=0,68 Suy ra: ∑ ξ2 =9,94 Vậy tổn thất đường ống dẫn: ( h3 = 0,037 ⋅ Chọn: - Mặt cắt (1 - 1) mặt thoáng chất lỏng bồn cao vị SVTH: Trương Thị Huyền Trang72 TÍNH TỐN THIẾT BỊ TRUYỀN NHIỆT – THIẾT BỊ PHỤ - CBHD: TS Lương Huỳnh Vủ Thanh Mặt cắt (2 – 2) mặt cắt vị trí nhập liệu đáy tháp Áp dụng phương trình Bernolli cho hai mặt cắt: Hay: Với: - z1: độ cao mặt thoáng (1 – 1) so với mặt đất hay chiều cao bồn cao vị Hcv =z1 z2: độ cao mặt thoáng (2 – 2) so với mặt đất hay chiều cao vị trí nhập liệu z 2=hch a ân đỡ +hđ y+(N c hưng +1) (hma â m +δma â m) ⇒ z2=0 , 35+0,125+(8+1).(0,25+0,002)=2,7 43 (m) - P1: áp suất mặt thoáng (1 – 1), chọn P1=1 at P2: áp suất mặt thoáng (2 – 2) v1: vận tốc mặt thoát (1 – 1), xem v1 =0 m.s-1 v2: vận tốc vị trí nhập liệu, v2=v F=1 , 16 m.s-1 ∑ hf −2: tổn thất đường ống từ (1 – 1) đến (2 – 2) ∑ hf −2 =h1 +h2 +h3 =1,029+9,48+3,74=8,25 (m) Xem: Vậy chiều cao bồn cao vị là: ΔP=P2 ⇒ Hcv =2 Dung dịch nhập liệu chảy liên tục từ bồn cao vị vào vị trí nhập liệu tháp chưng cất độ cao bồn cao vị từ 5,175 m trở lên Ta chọn khoảng cách từ mặt đất đên bồn cao vị 8m 6.5.2 Chọn bơm nhập liệu Lưu lượng nhập liệu: GF=0,9 m3.h-1 Chọn bơm có suất Qb=2 m3.h-1 với đường kính ống hút, ống đẩy 50 mm Các tính chất lý học dòng nhập liệu tra tài liệu tham khảo [1] ứng với hiệt độ trung bình: t'F =30 oC - Khối lượng riêng: ρF=974,882 kg.m-3 (bảng I.2, trang 9, [1]) SVTH: Trương Thị Huyền Trang73 TÍNH TỐN THIẾT BỊ TRUYỀN NHIỆT – THIẾT BỊ PHỤ - CBHD: TS Lương Huỳnh Vủ Thanh Độ nhớt động lực: μF=0,929.10−3 N.s.m-2 (bảng I.101, trang 91, [1]) Vận tốc dòng nhập liệu ống đẩy ống hút: vh=vd = Tổng trở lực ống hút ống đẩy: h = hd Trong đó: - ld: chiều dài ống đẩy, chọn ld =12 m lh: chiều dài ống hút, chọn lh=2 m ∑ ξh: tổng tổn thất cục ống hút ∑ ξd : tổng tổn thất cục ống đẩy λ: hệ số ma sát ống hút ống đẩy Xác định λ: Chuẩn số Reynolds dòng nhập liệu: v d ρ ℜ¿ h h F = 0,283.0,05.974,882 =14848,849 μF0,929.1 0−3 Chuẩn số Reynolds tới hạn: ¿6 ⋅(dh ℜ )7 =6 ⋅( 50 )7 =7289,343 ε gh (II.60, trang 378, [1]) 0,1 ( ε ) =220⋅(0,150 ) ℜnh ¿ 220 ⋅ d h =239201,52 (II.61, trang 378, [1]) Suy ra: ℜgh ¿ ℜF ¿ ℜnh ❑: chế độ chảy rối (khu vực độ): λ=0,1 ⋅¿ Xác định ∑ ξh: Hệ số tổn thất cục ống hút: - van cầu: ξv h=10 lần đột thu: ξt =0,5 ⇒∑ ξh =10+0,5=10,5 Hệ số tổn thất cục ống đẩy: - van cầu: ξv h=10 lần uốn ống: ξ=2.0,11=0,22 lần đột mở: ξm=1 SVTH: Trương Thị Huyền Trang74 λ ( TÍNH TOÁN THIẾT BỊ TRUYỀN NHIỆT – THIẾT BỊ PHỤ CBHD: TS Lương Huỳnh Vủ Thanh ⇒∑ ξd =¿ 10+0,22+1=11,22¿ Vậy tổn thất ống hút ống đẩy: 2+12 ( h hd = 0,031⋅ ) + 10,5+11,22 ⋅ 0,052.9,81 0,2832 =0,124 (m) Chọn: - Mặt cắt (1 – 1) mặt thoáng chất lỏng bồn chứa nguyên liệu Mặt cắt (2 – 2) mặt thoáng chất lỏng bồn cao vị Áp dụng phương trình Bernolli cho hai mặt cắt: z1 + Với: - z1: độ cao mặt thoáng (1 – 1) so với mặt đất z2: độ cao mặt thoáng (2 – 2) so với mặt đất P1: áp suất mặt thoáng (1 – 1), chọn P1=1 at P2: áp suất mặt thoáng (2 – 2), chọn P2=1 at v1, v2: vận tốc mặt thoáng (1 – 1) (2 – 2), xem v1 =v2=0 m.s-1 ∑ hf 1−2=hhd: tổng tổn thất ống từ (1 – 1) (2 – 2) Hb: cột áp bơm ⇒ Hb =(z2−z1 )+hhd =Hcv +hh d =8+ 0,124=8,124 (m) Chọn hiệu suất bơm: ηb =0,8 Công suất thực tế bơm: Nb = Q H ρ g b =2.8,124 974,882 9,81 =53,955 (W) 3600.ηb3600.0,8 b F Kết luận: để đảm bảo tháp hoạt động liên tục ta chọn máy bơm ly tâm Ebara 3M 32-160/1.5 với công suất 1,5 kW, lưu lượng 100 L.phút-1, đường kính hút – xả từ 4260 mm rượu nguyên chất chất không độc hại SVTH: Trương Thị Huyền Trang75 CHƯƠNG 7: TÍNH TỐN CHI PHÍ Tính sơ giá thành vật liệu hệ thống chưng cất: Bảng 6-1: Chi phí sơ hệ thống chưng cất Vật liệu Thép X18H10T Thép CT3 Bu lông M12 Bu lông M16 Áp kế Nhiệt kế Lưu lượng kế Bơm li tâm Vật liệu cách nhiệt Van Ống 25 mm Ống 35 mm Ống 50 mm Ống 100 mm Nối 25 mm Nối 35 mm Tổng cộng TÍNH TỐN THIẾT BỊ TRUYỀN NHIỆT – THIẾT BỊ PHỤ CBHD: TS Lương Huỳnh Vủ Thanh Vậy số tiền mua vật tư chế tạo thiết bị 74 336 000 (VNĐ) SVTH: Trương Thị Huyền Trang77 KẾT LUẬN Sau trình nghiên cứu trao đổi với thầy hướng dẫn bạn, em học tập hiểu số vấn đề: - Thiết kế hệ thống chưng cất ethanol – nước với thiết bị tháp mâm xuyên lỗ tương đối hoàn chỉnh biết trước lưu lượng nhập liệu, nồng độ nhập liệu nồng độ sản phẩm đáy, độ thu hồi sản phẩm đỉnh - Tính tốn tương đối chi tiết q trình làm việc thiết bị khả chịu bền thiết bị tính ăn mịn học, hố học vật lí, điều kiện làm việc thiết bị - Tính tốn sơ tổng chi phí đầu tư cho hệ thống chưng cất rượu ethanol Đặc tính kỹ thuật thiết bị chưng cất thiết kế ứng với thông số cho ban đầu: - Tỉ số hồn lưu thích hợp: R=1,714 - Số mâm chưng cất thực tế: 27 mâm ( 19 mâm cất, mâm chưng mâm nhập liệu) - Đường kính tháp chưng cất: 400 (mm) - Đường kính lỗ mâm: (mm) - Bề dày mâm: (mm) - Số lỗ mâm: 1657 lỗ - Trở lực toàn tháp: 13506,367 (N.m-2) - Khoảng cách hai mâm: 250 (mm) - Chiều cao gờ chảy tràn: 50 mm - Chiều cao tháp: 7,85 (m) - Thân – đáy – nắp làm thép X18H10T, có bề dày: (mm) - Bích ghép thân – đáy – nắp làm thép X18H10T, loại bích liền khơng cổ - Bích ghép ống dẫn làm thép CT3, loại bích liền khơng cổ 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 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 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 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 công 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 ...MỤC L? ??C MỤC L? ??C DANH SÁCH BẢNG DANH SÁCH H? ?NH L? ??I CẢM ƠN L? ??I MỞ ĐẦU CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1. 1 Sơ l? ?ợc nguyên liệu 1. 1 .1 Ethanol 1. 1.2 Nước 1. 1.3 H? ??n h? ??p ethanol – nước 1. 2 Chưng cất 1. 2 .1 L? ? thuyết... thơng số thiết bị trao đổi nhiệt với dòng nhập liệu Bảng 6 -1: Chi phí sơ h? ?? thống chưng cất DANH SÁCH H? ?NH H? ?nh 1- 1 Cơng thức phân tử ethanol H? ?nh 1- 2: Ứng dụng ethanol H? ?nh 1- 3: Giản đồ thành... phương pháp tách h? ??n h? ??p chất phương pháp phù h? ??p với h? ?? ethanol - nước phương pháp chưng cất Bảng 1- 3: Thành phần l? ??ng (x)? ?h? ?i (y) nhiệt độ sôi h? ??n h? ??p Ethanol? ? ?nước 760 mmHg x (phân mol) 0, 019 0,0721