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

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, -1 NĂNG SUẤT NHẬP LIỆU 1800 L.H , 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 tồn tháp 14 3.3 Xác định tỉ số hoàn lưu tối thiểu 16 3.4 Tỉ số hoàn 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 ( ) 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 ôn 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 .2 Bảng 1-3: Thành phần lỏng (x)–hơi (y) nhiệt độ sôi hỗn hợp Ethanol– nước 760 mmHg .4 Bảng 1-4: So sánh ưu nhược điểm loại tháp .8 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: Thơng số bích ghép ống đỉnh tháp 38 Bảng 4-8: Thơng số bích ghép ống hồn lưu 39 Bảng 4-9: Thông 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: Thơng 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 thơng số thiết bị làm ngưng tụ sản phẩm đỉnh .56 Bảng 5-2: Tóm tắt thông 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 Bulơng 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 .5 Hình 1-4: Hình dạng tháp mâm Hình 1-5: Hình dạng mâm chóp mâm xun lỗ .7 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 yêu cầu sản phẩm mà ta có lựa chọn phương pháp phù hợp o Đối với hệ ethanol – nước hai cấu tử có nhiệt độ sơi chênh lệch khoảng 12 C, 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 o vào khoai mì sau trình lên men chưng cất sơ đến 40 độ rượu (ở 30 C) o qua hệ thống chưng cất liên tục ta thu ethanol 96 độ (ở 30 C) 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 o 38.5% phân khối lượng (ứng với rượu 40 độ 30 C), sản phẩm đỉnh có nồng độ o 96.7% phân khối lượng (ứng với rượu 96 độ 30 C) 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 Công thức phân tử ethanol Tên thường gọi rượu etylic, cồn etylic hay cồn thực phẩm Là chất lỏng có mùi đặc trưng, khơng độc, tan vơ hạn nước Bảng 1-1 Các thông số vật lý ethanol Tính chất Cơng thức phân tử Khối lượng phân tử Nhiệt độ sôi 760 mmHg Khối lượng riêng o Độ nhớt 20 C 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, 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 Kết luận: để đảm bảo tháp hoạt động liên tục ta chọn Máy Bơm Nước LIFETECH AP2500 - Công Suất 30W 6.7.5 Bơm số Chọn đường kính ống dẫn nguyên liệu: Độ nhám ống: = 0,2 mm (hình II.14, trang 380, [1]) = 25 mm 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: −3 Độ nhớt động học: = 0.3.10 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: Độ nhám ống: = 0,2 mm (hình II.14, trang 380, [1]) = 25 mm 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: −3 Độ nhớt động học: = 0.3.10 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 ℎ =( Trong đó: 1: 1: hệ số ma sát đường ống chiều dài đường ống đẩy m, ống hút 3m : đường kính ống dẫn (m) = 1: ∑ 1: tổng hệ số tổn thất cục vận tốc dòng nhập liệu ống m.s-1 Xác định : SVTH: Phạm Văn Tín Trang 87 CHƯƠNG 6: Tính Tốn thiết bị phụ Chuẩn số Renolds dòng nhập liệu ống: = Chuẩn số Reynolds tới hạn: ℎ1 Chuẩn số Reynolds bắt đầu xuất vùng nhám: Suy ra: → ℎ