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: TS Nguyễn Việt Bách 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 1.1 Giới thiệu 1.2 Chưng cất CHƯƠNG 2: QUI TRÌNH CƠNG NGHỆ 2.1 Công nghệ chưng cất hệ ethanol – nước 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 hồn lưu thích hợp 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 (Dt) 4.2 Đường kính đoạn cất 4.3 Đường kính đoạn chưng 4.4 Tốc độ trung bình tháp Trang i 4.5 Mâm lỗ - trở lực mâm 4.6 Kiểm tra ngập lụt tháp hoạt động 4.7 Tính tốn khí tháp 4.8 Chân đỡ tai treo 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 6.3 Nồi đun gia nhiệt sản phẩm đáy 6.4 Thiết bị trao đổi nhiệt nhập liệu sản phẩm đáy 6.5 Thiết bị gia nhiệt nhập liệu 6.6 Tính bảo ơn thiết bị 6.7 Tính tốn bơm nhập liệu CHƯƠNG 7: TÍNH TỐN CHI PHÍ KẾT LUẬN TÀI LIỆU THAM KHẢO 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 Bảng 4-1: Tóm tắt thơng số đường kính tháp 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 không cổ ghép ống dẫn với thiết bị [3] 17 Bảng 4-6: Bảng thơng số bích ghép ống nhập liệu 18 Bảng 4-7: Thơng số bích ghép ống đỉnh tháp 19 Bảng 4-8: Thông 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: Thơng 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 .5 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 dòng 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 Bulông Bảng 6-3 Tính sơ bột thiết bị phụ Trang iii Trang iv DANH SÁCH HÌNH Hình 1-1 Công 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 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 CHƯƠNG 6: Tính Tốn thiết bị phụ d 2: đường kính ống dẫn, d2=0,021m CBHD: Nguyễn Việt Bách ∑ 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: ℜF ¿49411,17>104 Chuẩn số Reynolds tới hạn[1] ℜ gh ¿6⋅ ( Chuẩn số Reynolds bắt đầu xuất vùng nhám ℜn1 ¿ 220 ⋅ Suy ra: ℜgh ¿ ℜF ¿ ℜn1 ❑ ( → λ2=0,1⋅ 1,46 ⋅ (II.64, trang 380, [1]) 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: ξthu2=0,46 lần đột mỡ: ξm 2=0,68 Suy ra: ∑ ξ2 =724 Vậy tổn thất đường ống dẫn: ( h2 = 0,03 ⋅ Tổn thất đường ống dẫn thiết bị gia nhiệt nhập liệu ( l ) v h3 = λ3 d 33 +∑ ξ3 ⋅ g3 Với: (5-62) SVTH: Đỗ Huỳnh Trung 30 Trang CHƯƠNG 6: Tính Tốn thiết bị phụ đáy - CBHD: Nguyễn Việt Bách 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 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] ℜ gh ¿6⋅ ( Chuẩn số Reynolds bắt đầu xuất vùng nhám ℜn1 ¿ 220 ⋅ Suy ra: ℜgh ¿ ℜF ¿ ℜn1 ❑ ( → λ3=0,1⋅ 1,46 ⋅ (II.64, trang 380, [1]) Xác định ∑ 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: ξthu3 =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 Mặt cắt (2 – 2) mặt cắt vị trí nhập liệu đáy tháp Áp dụng phương trình Bernolli cho hai mặt cắt: SVTH: Đỗ Huỳnh Trung 31 Trang CHƯƠNG 6: Tính Tốn thiết bị phụ P1 z1 + ρF g g Hay: z1=z2+ Với: z : độ cao mặt thoáng (1 – 1) so với mặt đất hay chiều cao bồn cao vị : độ cao mặt thoáng (2 – 2) so với mặt đất hay chiều cao vị trí nhập liệu Hcv =z1 z z ( N chưng +1) ( hmâm+ δmâm ) 2=hchân+hnắp+ ⇒ z2=0,35+0,125+(8+1).(0,25+0,002)=2,743 (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=1,516 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: ΔP=P2−P1=Ncaát htl=17.521,438=8864,446 (N.m-2) Vậy chiều cao bồn cao vị là: Hcv =8,25+ ⇒ Hcv =2,788+ Hb = Hcv +hf −2 =5.175+8.25= 19.36 (m) 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 19,36 m trở lên Ta chọn khoảng cách từ mặt đất đên bồn cao vị 20 m 6.7.1.3 Chọn bơm nhập liệu Chọn bơm có suất Qb=2 m3.h-1 Chọn hiệu suất bơm: ηb =0,8 Hb = 20 m SVTH: Đỗ Huỳnh Trung Trang 32 CHƯƠNG 6: Tính Tốn thiết bị phụ CBHD: Nguyễn Việt Bách Công suất thực tế bơm: N Q H ρ g b F = b =2.2 895,26 9,81 =118,2 (W) 3600.ηb3600.0,8 b 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: Đỗ Huỳnh Trung 33 Trang CHƯƠNG 7: TÍNH TỐN CHI PHÍ Bảng 7-24 Tính sơ giá thành vật liệu tháp chưng cất Chi Tiết Thân tháp Đáy-nắp Mâm Bích nối thân Vật liệu cách nhiêt Bu lông M12 M16 M22 SVTH: Đỗ Huỳnh Trung Trang CHƯƠNG Chi phí CBHD: Nguyễn Việt Bách Bảng 7-26 Tính sơ bột thiết bị phụ Thiết bị Bơm Thiệt bị trao đổi Nồi đun Đung nóng đáy Thiết bị ngưn tụ Thiết bị làm mát Bồn Van khóa Nhiệt kế Lưu Lượng Kế Vậy giá sơ để thiết kế qui trình là: 166,752,000,00 VNĐ SVTH: Đỗ Huỳnh Trung 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 hồn 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, 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 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 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 SVTH: Đỗ Huỳnh Trung Trang ... y(phânmol ) 0.3 0.2 0 .1 H? ?nh 1- 4: Giản đồ thành phần l? ??ng – h? ?? ethanol – nước 760 mmHg 1. 2 Chưng cất 1. 2 .1 L? ? thuyết chưng cất Chưng cất la qua trinh dùng đê tách cấu tử h? ?n h? ?p l? ??ng h? ?p khí l? ??ng... nghiệp l? ??c h? ?? dầu Kích thước tháp, đường kính tháp chiều cao tháp tuỳ thuộc suất l? ?ợng pha l? ??ng, pha khí tháp độ tinh khiết sản phẩm Hai loại tháp chưng cất thường dùng tháp mâm tháp chêm SVTH:... oC thiết bị gia nhiệt nhập liệu (5) Tiếp sau h? ??n h? ??p đưa vào tháp chưng cất (7) mâm nhập liệu, trước vào tháp chưng cất dịng nhập liệu qua l? ?u l? ?ợng kế để điều chỉnh l? ?u l? ?ợng vào tháp Trên mâm