(TIỂU LUẬN) đồ án CÔNG NGHỆ hóa học THIẾT kế THIẾT bị lên MEN ETHANOL từ rơm rạ

BỘ G IÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC NƠNG LÂM THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH BỘ MƠN CƠNG NGHỆ HĨA HỌC ĐỒ ÁN CƠNG NGHỆ HĨA HỌC THIẾT KẾ THIẾT BỊ LÊN MEN ETHANOL TỪ RƠM RẠ Si nh vi ên thực hiện:Nguyễn Mai ngọc Tuyền Nguyễn Lê Khánh Li nh Ngành: Cơng nghệ kĩ thuật hố học Niên khóa: 2012 - 2016 Tháng 9/2015 Đồ Án CNHH GVHD: Th.S Nguyễn Bảo Việt THIẾT KẾ THIẾT BỊ LÊN MEN ETHANOL TỪ RƠM RẠ Tác giả NGUYỄN MAI NGỌC TUYỀN NGUYỄN LÊ KHÁNH LINH Giáo viên hướng dẫn Th.S NGUYỄN BẢO VIỆT Đồ Án học kì năm học: 2014 – 2015 Ngành: Cơng nghệ kĩ thuật hóa học Tháng 9/2015 Thiết kế thiết bị lên men Ethanol từ rơm rạ i Đồ Án CNHH Lời đầu tiên, chúng em xin GVHD: Th.S Nguyễn Bảo Việt LỜI CẢM gửi TẠ lời tri ân chân thành sâu sắc đến PGS.Ts TRƯƠNG VĨNH tạo điều kiện cho chúng em học mơn Đồ Án Cơng nghệ Hóa học – nói mơn học giúp chúng em khái quá, củng cố, tổng hợp , áp dụng kĩ tính tốn thiết kế thơng qua kiến thức năm học tập BM Công Nghệ Hóa Học Chúng em xin chân thành cảm ơn q thầy mơn Cơng nghệ hóa học, đặc biệt Th.S Nguyễn Bảo Việt, người Thầy trực sát hướng dẫn chúng em làm Đồ Án cách chi tiết rõ ràng cho chúng em dễ hiểu dễ nắm Tro ng trình thực Đồ Án, q trình làm báo cáo, khó tránh khỏi sai sót, mong Thầy, Cơ bỏ qua Đồng thời, hạn chế mặt thời gian, kiến thức nên chúng em nhiều điều cần Thầy, Cô hướng dẫn thêm để chúng em hồn thiện suốt q trình học tập làm việc sau này! Trân trọng ! Thiết kế thiết bị lên men Ethanol từ rơm rạ ii Đồ Án CNHH GVHD: Th.S Nguyễn Bảo Việt DANH SÁCH CÁC BẢNG Bả ng 1.1: Tì nh hình s ả n xu ất Bioethanol c ủ a quốc gia qua năm .2 Bả ng 2.1: Thố ng kê s ản lượ ng lúa c ả nước từ năm 2000 – 2010 Bảng 2.2: Thành phần nguyên t ố c tro rơm rạ, trấu gạo rơm lúa mì Bả ng 2.3: Thành phầ n hóa họ c c rơm rạ .4 Bả ng 2.4: Mộ t số nguồ n phân l ậ p vi khu ẩn Zymomonas Mobilis 16 Bả ng 2.5: Thành phầ n c ủ a tế bào vi khu ẩn Zymomonas Mobilis 17 Bả ng 2.6: Glucose fructose 19 Bả ng 3.1: Tỉ lệ thành phẩ n nguyê n liệ u cho vào t hiế t bị lên men 27 Bả ng 4.1: Cơ ng th ức tính tốn lượ ng nhiệt trước sau lên men 31 Thiết kế thiết bị lên men Ethanol từ rơm rạ iii Đồ Án CNHH GVHD: Th.S Nguyễn Bảo Việt DANH SÁCH HÌNH ẢNH Hình 2.1: Cấ u trúc củ a lignocellulose .5 Hình 2.2: Cơ ng th ức hóa họ c c cellulose .5 Hình 2.3: Mơ hình Fringed Fibrillar mơ hình chuỗ i g ập Hình 2.4: Cấ u trúc hóa h ọ c củ a hemicellulose Hình 2.5: Vị trí nhóm th ế củ a hemicellulose Hình 2.6: Mộ t s ố ví d ụ v ề chấ t trích ly (a) abietic acid (oleoresin); (b)cathechin (flavonoid); (c) palmitic acid (acid béo) 12 Hình 2.7: Cơ chế trình th ủ y phân 13 Hình 2.8: Quá trình đường phân 15 Hình 2.9: Con đường Entner – Doudoroff 18 Hình 2.10: Cân b ằ ng chung đường KDPG 18 Hình 3.1: Quy trình s ản xu ất ethanol từ ligocllulose 24 Hình 3.2: Thiế t b ị lên men 28 Thiết kế thiết bị lên men Ethanol từ rơm rạ iv Đồ Án CNHH GVHD: Th.S Nguyễn Bảo Việt MỤC LỤC DANH SÁCH CÁC B ẢNG iii DANH SÁCH HÌNH ẢNH iv CHƯƠNG TỔ NG QUAN 1 Đặt vấn đề 1 Tì nh hình s ản xu ất s dụ ng ethanol sinh họ c th ế giới CHƯƠNG TỔ NG QUAN VỀ NGUYÊN LIỆ U Tổ ng quan rơm rạ 2 Cấ u tr úc c rơm rạ 2.1 Cellulose .5 2.2 Hemicellulose 2.4 Các c hất trích ly 11 2.5 Tro 12 2.3 Cơ chế trình th ủy phân rơm rạ 13 Nguyên liệ u men giố ng 14 2.4.1 Cơ sở lý t huyết 14 4.2 Tổng quan vi khuẩn Zymomo nas Mobilis 15 CHƯƠNG QUY TRÌNH LÊN MEN 22 Lự a chọn phương pháp lên men 22 Quy trình s ản xu ất Ethanol t rơm rạ 24 3 Tỉ lệ thành phầ n nguyê n liệ u cho vào t hiế t bị lên men 27 Thiế t bị lên men 27 3.4.1Lựa chọn thiết bị 27 4.2 Đo lường thiết bị lên men 28 CHƯƠNG THIẾ T K Ế, TÍNH TỐN THIẾ T B Ị LÊN MEN 30 4.1Cân bằ ng vật ch ất lượ ng 30 1.1Cân vật chất 30 1.2Cân lượng 31 4.2Tí nh tốn thiế t kế thiế t bị 34 2.1 Tính tốn thể tích thiết bị lên men (V) 34 Thiết kế thiết bị lên men Ethanol từ rơm rạ v Đồ Án CNHH GVHD: Th.S Nguyễn Bảo Việt 2.2Tí nh chiều dày vác h, nắp, đ áy, chân đỡ thiết bị: 35 2.3 Tính tốn hệ thố ng khuấy: 40 4.4 Tính tốn nhập liệu…………………………………………………………….45 4 Chọn bơm nhập liệ u 46 Chọn bơm tháo liệ u 48 CHƯƠNG KẾ T LU ẬN 51 TÀI LIỆ U THAM KH ẢO 52 Thiết kế thiết bị lên men Ethanol từ rơm rạ vi Đồ Án CNHH GVHD: Th.S Nguyễn Bảo Việt CHƯƠNG TỔNG QUAN 1.1 Đặt vấn đề The o nhà nghiên cứu thuộc Đại học California, với trữ lượng dầu mỏ tồn cầu ,332 tỷ thùng ( ước tính năm 2008), mức tiêu thụ 85,22 triệu thùng/ngày tăng 1,3% năm, dầu mỏ cạn kiệt vào năm 2041 chậm vào năm 2054 Tro ng đó, theo tính tốn nhà nghiên cứu, nguồn lượng chỗ dầu mỏ sớm vào năm 2140 Tro ng nguồn lượng thay dầu mỏ sử dụng ( lượng gió, lượng mặt trời, lượng hạt nhân, ) lượng sinh học xu phát triển tất yếu, nước nông nghiệp nhập nguyên liệu, lợi ích như: cơng nghệ sản xuất không phức tạp, tận dụng nguồn nguyên liệu chổ,tăng hiệu kinh tế nông nghiệp, không cần thay đổi cấu trúc động sở hạ tầng có giá thành cạnh tranh so với xăng dầu Tro ng tương lai, nguồn nhiên liệu truyền thống cạn kiệt, lượng sinh học (NLSH) có khả nguồn thay Hiện nguồn nhiên liệu sinh học nghiên cứu sử dụng rộng rãi bioethanol Có nhiều nguyên ngun liệu để sản xuất ethanol ngơ, mía, khoai mì, gạo… nhiên việc sử dụng nguồn nguyên liệu gây khơng tranh cãi xoay quanh vấn đề an ninh lương thực giới Vì vậy, người ta quay sang hướng nghiên cứu bắt đầu chuyển sang rơm rạ nguồn nguyên liệu tiềm cho nhu cầu lượng tương lai Rơm rạ nguyên liệu dồi lignocellulose giới Về tổng sản lượng, lúa trồng quan trọng thứ ba sau lúa mì ngơ The o thống kê FAO, sản xuất lúa gạo trung bình giới năm 2007 khoảng 650 triệu Vừa tận dụng phế phẩm nông nghiệp, làm giảm ô nhiễm môi trường việc đốt rơm rạ hàng năm giới, không ảnh hưởng đến lương thực giới Rơm rạ nguồn nguyên liệu phổ biến khắp giới 1.2 Tì nh hì nh sản xuất sử dụng ethanol sinh học giới Thiết kế thiết bị lên men Ethanol từ rơm rạ Đồ Án CNHH GVHD: Th.S Nguyễn Bảo Việt The o báo cáo F.O.Licht Bioethanol sử dụng làm nhiên liệu đốt từ năm 1860 nha 2khoa học Nicolas Otto ( Đức) khám phá Đến năm 1930 Mỹ, Braxin, Anh, Pháp, Đức, Ý… Đã bắt đầu sử dụng Bioethanol thay xăng Nhưng trào lưu thực bùng nổ vào năm 1970 nguồn nhiên liệu dầu mỏ bị khủng hoảng nguồn cung ứng Các nước sản xuất Bioethanol lớn Braxin, Mỹ, Trung Quốc, Ấn Độ, Pháp chiếm 84% sản lượng Bioethanol nhiên liệu toàn cầu năm 2005 Năm 2006, sản lượng Bioethanol sử dụng giới 50 tỷ lít, Bioethanol nhiên liệu 38,5 tỷ lít ( chiếm 77%), Bioethanol cơng nghiệp tỷ lít ( chiếm 8%), Bioethanol cho đồ uống 7,5 tỷ lít (chiếm 15%) Bảng 1.1: Tình hình sản xuất Bioethanol quốc gia qua năm Quốc gia Số lít sản xuất năm BRAXIN 20,5 tỷ lít MỸ 22,3 tỷ lít EU 341.250.000 lít TRUNG QUỐC 3,8 tỷ lít ẤN ĐỘ 1,7 tỷ lít ( Nguồn: http://www.asiacreative.vn/tinh-hinh-san-xuat-va-tieu-thu-ethanol-tren-thegioi) Hiện Việt Nam có nghiên cứu bước đầu Ethanol sinh học từ phụ phẩm nông nghiệp có kết khả quan như: “ Nghiên cứu sản xuất ethanol từ nhiên liệu rơm rạ” ( Tr ần Diệu Lý – 2008), “ Nghiên cứu sản xuất ethanol từ phụ phẩm nông nghiệp” (Nguyễn Thị Hằng Nga – 2009), “Ngiê n cứu trình sản xuất ethanol từ rơm rạ với bổ sung hệ thống enzyme thủy phân điều kiện tối ưu cho trình lên men cồn nấm men Picha Stipis” ( Nguyễn Thị Ngọc Liễu – 2010) Thiết kế thiết bị lên men Ethanol từ rơm rạ Đồ Án CNHH GVHD: Th.S Nguyễn Bảo Việt CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ NGUYÊN LIỆU 2.1 Tổng quan rơm rạ Nguồn rơm rạ tình hình sử dụng rơm rạ Việt Nam Sản lượng lương thực cao đồng nghĩa với việc nước ta có nguồn phế phẩm dồi Trung bình để tạo gạo thải 1,2 rơm rạ Sản lượng rơm rạ hàng năm thải khoảng 48 triệu Số liệu thống kê hàng năm trình bày theo bảng bên Bảng 2.1: Thống kê sản lượng lúa nước từ năm 2000 – 2010 Sản lượng Năm Cả năm Đông Xuân Hè Thu Lúa mùa 2000 32529,5 15571,2 8625,0 8333,3 2001 32108,4 15474,4 8328,4 8305,6 2002 34447,2 16719,6 9188,7 8538,9 2003 34568,8 16822,7 9400,8 8345,3 2004 36148,9 17078,0 10430,9 8640,0 2005 35832,9 17331,6 10436,2 8065,1 2006 35849,5 17588,2 9693,9 8567,4 2007 35942,7 17024,1 10140,8 8777,8 2008 38729,8 18326,9 11395,7 9007,2 2009 38950,2 18695,8 11212,2 9042,2 2010 39988,9 19218,1 11595,7 9175,1 ( Nguồn: tổng cục thống kê Bộ nông nghiệp Phát triển Nông thôn ngày 1/1/2012) Cho đến nay, phần lớn rơm rạ để oai mục đồng hay đốt chỗ để trả lại khống chất cho đất Phần cịn lại đem làm thức ăn cho gia súc hay nấm làm chất đốt phục vụ nhu cầu đun nấu gia đình 2.2 Cấu trúc rơm rạ Về thành phần hóa học, rơm rạ chủ yếu chứa cellulose 32 – 47 %, hemicellulose 19 – 27 % lignin – 24 %, (Garrote et al, 2002; Maiorella, 1983; Saha, 2003; Zamora Crispin, năm 1995) Tro ng hemicellulose pentoses chiếm ưu thế, xylose đường quan trọng chiếm 14,8 - 20,2 % (Maiorella, 1983; Roberto cộng sự, 2003) Thiết kế thiết bị lên men Ethanol từ rơm rạ Đồ Án CNHH GVHD: Th.S Nguyễn Bảo Việt  Bích liền: phận nối liền với thiết bị ( hàn, đúc rèn) Loại bích chủ yếu sử dụng cho thiết bị làm việc với áp suất thấp trung bình  Bích tự do: chủ yếu dùng nối ống dẫn làm việc nhiệt độ cao, để nối phận kim loại màu hợp kim chúng, đặc biệt cần làm mặt bích vật liệu bền thiết bị  Bích ren: chủ yếu dùng cho thiết bị làm việc áp suất cao Do thiết bị hoạt động áp suất trung bì nh nên ta chọn loại bích li ền làm thép để nối phận thiết bị Chọn bích ghép thân , đáy nắp thép X18H10T Tra bảng XIII.27 Sổ tay trình thiết bị tập Với đường kính thiết bị 2400mm, áp suất 1,6 10 N/m2 , cho kiểu bích liền số Ta được: D=2680mm, Db=2580mm, DI =2520mm, bu lông M48 Z=56, h=61mm, H=99mm, SI=22 Vậy số bích ghép thân- đáy- nắp 56 bích Dộ kín mối ghép bích chủ yếu vật đệm định Dệm làm cách làm đày lên chỗ gồ ghề bề mặt bích Vậy để đảm bảo độ kín cho thiết bị ta chọn đệm có D2 =2454mm, D4 =2430mm  Chân đỡ Khối lượng bích ghép thân ( thép X18H10T có  = 7900(kg/m ) m1 = π/4 ( D2 - D t2 ).h. = π/4 (2,68 – 2,4 ) 0,61 7900 = 538kg khối lượng thân thiết bị ( thép CT3 ;  = 7850 kg/m3 ) m2 = π/4 ( Dng2 - Dt ).h. = π/4 (2,553 – 2,41 ) 7,23 7850 = 31635,75kg khối lượng nắp đáy m3 = Sđáy  A = 0,016 7850 (π 1,2 0,6 ) = 286,47kg Khối lượng toàn thiết bị Thiết kế thiết bị lên men Ethanol từ rơm rạ 38 Đồ Án CNHH GVHD: Th.S Nguyễn Bảo Việt M = m1 + m2 + m3 = 32460,22kg Suy trọng lượng thiết bị P = m.g = 32460,22 9,81 = 318434,76 N  Chân đỡ thiết bị Thiết bị đỡ chân Tải trọng cho phép chân : GC = P/4 = 318434,76/4 =79608 N Các kích thước chân đỡ bảng XIII.35 (tính mm) L= 320mm , B = 265mm, B1 = 270mm, B2 = 400mm, H = 500mm, h= 275mm, s = 22mm, l = 120mm, d= 34mm 4.2.3 Tính tốn hệ thống khuấy  Ta có độ nhớ mơi trường làm việc dựa công thức:  = (1,2 + 0,046 ∗  − 0,0014 ∗  ∗ ) ∗ 10−3 Với B: nồng độ phần trăm (%) t: nhiệt độ môi trường (0 C) suy ra:  = (1,2 + 0,046 ∗ 13 − 0,0014 ∗ 13 ∗ 30) ∗ 103 = 1,252 ∗ 10−3 Khối lượng riêng  = 1068 ,27 /  Đường kính cánh khuấy:  =  = 0,8  Chọn cánh khuấy mái chèo tua bin cánh thẳng ( dựa “ Các trình thiết bị cơng nghệ hóa chất thực phẩm tập 2) Bảng 6.2; 6.3   = 3;   = 3; = 0,33   Số Renoyl  = 6,8;  = 0,2;  = 1;  = 40  ∗∗  =  Với n: số vò ng quay ( vò ng/s) Thiết kế thiết bị lên men Ethanol từ rơm rạ 39 Đồ Án CNHH GVHD: Th.S Nguyễn Bảo Việt =   ∗   :  ậ   ố   (  )  Tuabin có  = 1,5 ÷ 2,0   Chọn  = 2,0  Ta có  =  ị  = 0,8 ∗0,8   ò  = 48 ℎ ú  1068 ,27 ∗ 0,8 ∗ = 4.37 ∗  = 0,82 1,252 ∗ 105 10−3  > ∗ 10 →  =    Phương trình cơng suất: 2 ∗   − log    ∗   =  ∗  ∗3  ∗ ) ∗   ( log(4,37 ∗ 0,8 ∗ 0,8 − ) ∗105 ) = 6,8 ∗ 1068,26 ∗ 0,8 ∗ 9,81 0,8 ∗ ( 40 = 1716,66   Cơng thức tính tốn cho trục khuấy trộn:   = 1 ∗ 2 ∗ (∑  + 1) ∗   Với k1 : hệ số chứa đầy, k2 : hệ số có tính đến tăng công suất tăng sức cản môi trường q trình phát triển mơi trường ( k2 =1,1) ∑  : hệ số tính đến tăng công suất để vượt thắng sức cản gây cấu phụ ∑  = +   +  kn : hệ số cản vác h ngăn phản xạ ( kn =1,5) kM : hệ số cản khung trộn ( kM =0,2) Thiết kế thiết bị lên men Ethanol từ rơm rạ 40 Đồ Án CNHH GVHD: Th.S Nguyễn Bảo Việt kT : hệ số cản ống lót trục ( kT =0,3) ∑  = 1,5 + 0,2 + 0,3 = 2,0 Suy ra:  = 0,65 ∗ 1,1 ∗ (2 + 1) ∗ 1716,66 = 3682 ,24  Đường kính trục dẫn máy khuấy:    = 1,7 ∗  √   Với Mx : momen xoắn : ứng suất tiếp cho phép vật liệu CM : hiệu chỉnh rò rỉ  3682,24  = 0,163 ∗ = 0,163 = 230 ,85 /  ∗ 2,6 n=2,6 Trục chế tạo thép CT45 Giới hạn bền  = 610 ∗ 106  Ứng suất cho phép: [] =    2 , hệ số an toàn = 234 ,6 ∗ 106 / Ứng suất tiếp cho phép:[] = 0,6 ∗ [] Ứng suất cho phép trục cấu khuấy: [′] = 0,5 ∗ [] = 0,5 ∗ 0,6 ∗ [] = 70,38 ∗ 106 / 230,85 Suy ra:  = 1,7 ∗ √ = 0,025  = 2,53   70,38∗10 Để đảm bảo độ bền cần lấy tích dB với hệ số 1,25 Suy  ′  =  ∗ 1,25 = 3,16  Thiết kế thiết bị lên men Ethanol từ rơm rạ 41 Đồ Án CNHH GVHD: Th.S Nguyễn Bảo Việt Đường kính đoạn trục nằm cao tuabin nhỏ phía  ′′ = 1,07 ∗  ′  = 3,38  Bề dày miếng đệm vò ng chắn dầu (m) với:  = 0,044 ∗ √ ′′ = 8,09 ∗ 10−3 = 8,1  ′′ : đường kính trục (m) Chiều cao miếng đệm: ℎ =  = 48,54   Cơng suất để thắng ma sát vị ng chắn dầu trục: ℎ  = ∗  ∗  ∗  ∗  ∗ ( 0,1∗ − 1) = 1056392,97  P: áp suất khí làm việc mức lỏng (  = 105 / ) Công suất động cơ:  = 1,15 ∗ (  +  )  = 1741552 ,13  ≈ 1,7   Với : hiệu suất truyền động (70%) Tí nh tốn nhập liệu  Thể tích hỗn hợp lỏng nhập liệu GF = 18m  Thời gian bơm nhập liệu :  = 30 phút = 0,5h  Suất lượng thể tích dịng nhập liệu ống  QF =  = 18 0,5 = 36 m3 /h 4.4 Tí nh tốn chiều cao bồn cao vị Chọn đường kính ống dẫn nguyên liệu d= 150(mm),độ nhám ống  = 0,1 (mm), chiều dài ống 15 (m)  Dịng nhập liệu có  = 1068,27 kg/m3 Thiết kế thiết bị lên men Ethanol từ rơm rạ 42 Đồ Án CNHH GVHD: Th.S Nguyễn Bảo Việt µ = 1,25.10 -3 N/m.s  Chọn bơm có suất Qb = 36m /h  Vận tốc dòng nhập liệu ống  VF =  4.36 = 3600..2 ℎ .0,15 3600 = 0, 566(m/s)  Chuẩn số Reynolds dòng nhập liệu ReF = .     = 0,566 0,15 1068,27 = −3 1,252.10 72441 The o “ sổ tay q trình thiết bị cơng nghệ hóa chất - tập 1, ta có:  Chuẩn số Reynolds tới hạn : Regh = ℎ ( )  = 25584  Chuẩn số Reynolds bắt đàu xuất vùng nhám Ren = 220 ℎ ( )  = 823237.88 Suy : Regh < Re < Ren  Khu vực chảy độ  =1000,1 ( ,46.  Xác định  + ) ℎ  0,25 = 0,022 ∑  Hệ số tổn thất dòng nhập liệu qua:  van cầu :   = 10 3= 30  chỗ uốn công :  = 1,1 = 7,7  lần đột thu :   = 0,5 =  lần đột mở :   = 1= Suy ra: ∑  ℎ =  + +  +  = 40,7 Thiết kế thiết bị lên men Ethanol từ rơm rạ 43 Đồ Án CNHH GVHD: Th.S Nguyễn Bảo Việt Vậy tổn thất ống dẫn liệu: h = (0,022 20 0,15 + 40,7) 0,566 2.9,81 = 0,7124 (m chất lỏng)  mặt cắt (1-1) mặt thoáng chất lỏng bồn cao vị  mặt cắt (2-2) mặt cắt vị trí nhập liệu tháp  Áp dụng phương trình Bernolli cho (1-1) (2-2) z +  + .  2 = 2. z2 + 2 . +  +∑ 2. ℎ  1−2 Với :  z1 : độ cao mặt thoáng (1-1) so với mặt đất, hay xem chiều cao bồn cao vị Hcv = z1  z2 : độ cao mặt thoáng (2-2) so với mặt đất, hay xem chiều cao từ vị trí nhập liệu tới mặt đất : z2 = hchân đỡ + hbình = 0,5 + 7,23 = 7,73 (m)  p1 : áp suất mặt thoáng (1-1) , chọn p1 = 1at  p2 : áp suất mặt thoáng (2-2) chọn p2 = 1at  v : vận tốc mặt thoáng (1-1) , xem v = (m/s)  v : vận tốc vị trí nhập liệu , v = v = 0,566 (m/s)  ∑ ℎ  1−2 tổn thất ống từ (1-1) đến (2-2) 1 2 F ∑ ℎ  1−2 = h = 0,7124 (m)  Vậy chiều cao bồn cao vị Hcv = z2 + = 7,73 +  2−1  . 0,566 + 2−12 2. + ∑ ℎ 1−2 2.9,81 + 0,7124 = 8,46 m  Chọn cao vị 10m Thiết kế thiết bị lên men Ethanol từ rơm rạ 44 Đồ Án CNHH GVHD: Th.S Nguyễn Bảo Việt 4.5 Chọn bơm nhập liệu Chọn bơm nhập liệu có suất 3,6m3 /h Đường kính ống hút đẩy d = 150(mm) Nhiệt độ trung bình nhập liệu 30 C  = 1068,27 kg/m3 µ = 1,25.10 -3 N/m.s Vận tốc dòng nhập liệu ống hút đẩy  Vh = vd =  4.36 = 3600..ℎ .0,15 3600 = 0,566(m/s) Với - ℎ : chiều dài ống hút chọn lh = 1,5 (m) -  : chiều dài ống đẩy chọn ld = 11,5 (m) - ∑ ℎ : tổng tổn thất cục ống hút - ∑  : tổng tổn thất cục ống đẩy -  : hệ số ma sát ống hút ống đẩy Chuẩn số Reynolds dòng tháo liệu ReT = .  0,566 0,15 1068  = = 72538,56 −3 ,25.10  The o “ sổ tay q trình thiết bị cơng nghệ hóa chất - tập Chuẩn số Reynolds tới hạn : Regh = ℎ ( )  = 25584,08 Chuẩn số Reynolds bắt đầu xuất vùng nhám Ren = 220 ℎ ( )  = 823237,88 Suy : Regh < Re < Ren  Khu vực chảy độ Thiết kế thiết bị lên men Ethanol từ rơm rạ 45 Đồ Án CNHH GVHD: Th.S Nguyễn Bảo Việt  =1000,1 ( ,46.  + ) 0,25 = 0,022  ℎ  Xác định ∑ ℎ Hệ số tổn thất cục ống hút qua : vh = 10 - van cầu - lần vào miệng thu nhỏ suy : ∑ ℎ = vh t = 0,5 + t = 10,5  Xác đinh ∑  Hệ số tổn thất cục ống đẩy qua  van cầu : : = 10  lần uốn cong : Suy ∑  = vd u = 1,1 = 3,3 + u = 13,3  Vậy tổn thất ống hút ống đẩy: hhd = (0,022.1,5+11,5+ 10,5 + 0,15 13,3) 0,5662 = 0,417 9,81 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 (1-1) (2-2): z +  .  + 2 + H b= 2. z2 + 2 . +  +∑ 2. ℎ  1−2  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 = 1at  p2 : áp suất tai mặt thoáng (2-2), chọn p2 =1at Thiết kế thiết bị lên men Ethanol từ rơm rạ 46 Đồ Án CNHH  GVHD: Th.S Nguyễn Bảo Việt v , v : vận tốc mặt thoáng (1-1) đến (2-2), xem v = v =0 (m/s) 2  ∑ ℎ  1−2 : tổng tổn thất ống từ (1-1) đến (2-2)  Hb : cột áp bơm Suy : Hb = ( z2 - z1 ) + hhd = Hcv + hhd = 10,42m Chọn hiệu suất bơm 80%     Công suất thực tế bơm Nb = 9,81 36 10,42 1068,27 3600 0,8    1364,64 (W) 3600 0,8 = = 4.6 Chọn bơm tháo liệu Lưu lượng dòng nhập liệu 36 m3 /h Chọn bơm có cơng suất 36 m3 /h đường kính ống hút đẩy 150(mm) Dịng tháo liệu có nhiệt độ trung bình 30 o C Các tính chất dịch sản phẩm:  Khối lượng riêng  = 964,2 (kg/m3 )  Độ nhớt động lực µ = 1,772.10-3 (N/m2 s) Vận tốc dịng tháo liệu  VT =  3600..2 ℎ = .0,15 4.36 3600 = 0,566 (m/s) Tổng trở lực ống hút đẩy  + H = ( .ℎ hd  ℎ  ∑ +  ℎ ∑+ )   2 2. Với - ℎ : chiều dài ống hút chọn lh = 1,5 (m) Thiết kế thiết bị lên men Ethanol từ rơm rạ 47 Đồ Án CNHH GVHD: Th.S Nguyễn Bảo Việt -  : chiều dài ống đẩy chọn l = 11,5 (m) - ∑ ℎ : tổng tổn thất cục ống hút - ∑  : tổng tổn thất cục ống đẩy -  : hệ số ma sát ống hút ống đẩy d Chuẩn số Reynolds dòng tháo liệu ReT = .  0,566 0,15 964,2  = = 46196,72 −3 ,772.10  The o “ sổ tay q trình thiết bị cơng nghệ hóa chất - tập Chuẩn số Reynolds tới hạn : Regh = ℎ ( )  = 25584 Chuẩn số Reynolds bắt đầu xuất vùng nhám Ren = 220 ℎ ( )  = 823237.88 Suy : Regh < Re < Ren Khu vực chảy độ  =1000,1 ( ,46.  ℎ + )  0,25 = 0,024 Xác định ∑ ℎ Hệ số tổn thất cục ống hút qua  van cầu : vh = 10  lần vào miệng thu nhỏ t = 0,5  lần uốn góc : u = 1,1 suy : ∑ ℎ = vh + t = 10,5  Xác đinh ∑  Hệ số tổn thất cục ống đẩy qua Thiết kế thiết bị lên men Ethanol từ rơm rạ 48 Đồ Án CNHH GVHD: Th.S Nguyễn Bảo Việt  van cầu : : = 10  lần uốn cong : u = 1,1 = 3,3  lần đột mở : m = Suy ∑  = vd + u + m = 14,3  Vậy tổn thất ống hút ống đẩy: 0,566 hhd = (0,024.1,5+11,5+ 10,5 + 0,15 = 0,439 9,81 14,3) Chọn: Mặt cắt (1-1) đáy chất lỏng bồn lên men Mặt cắt (2-2) mặt thoáng chất lỏng bồn chứa sản phẩm Áp dụng phương trình Bernolli cho (1-1) (2-2): z +  . + 2 2. + H b= z2 + 2 . +  +∑ 2. ℎ  1−2  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 = 1,4 10 /  p2 : áp suất tai mặt thoáng (2-2), chọn p2 =1at = 101325 N/m2  v1 , v2 : vận tốc mặt thoáng (1-1) đến (2-2), xem v1 = v2 =0 (m/s)  ∑ ℎ  1−2 : tổng tổn thất ống từ (1-1) đến (2-2)  Hb : cột áp bơm  2−1 Suy : Hb = ( z2 - z1 )+ . h hd Do áp suất bồn lên men lớn nhiều so với áp suất bồn chứa sản phẩm nên ta không cần dùng đến bơm Thiết kế thiết bị lên men Ethanol từ rơm rạ 49 Đồ Án CNHH GVHD: Th.S Nguyễn Bảo Việt CHƯƠNG KẾT LUẬN Sau q trình tìm hiểu tính tốn thiết kế thiết bị lên men Ethanol sinh học từ rơm rạ, chúng em thiết kế hệ thống lên men dịch đường sau thủy phân theo phương pháp nuôi cấy chìm dạng mẻ đưa đặc tính kĩ thuật thiết bị ( bồn lên men) với thơng số cho ban đầu:  Thể tích nhập liệu:  = 20   Nhiệt độ lên men:  = 410 C  Thời gian lưu: 36  Nhiệt độ: 30 C  Hàm lượng men: 10% tổng dịch đường lên men  Thiết bị chính: Bồn lên men  Chọn vật liệu thép CT  Thể tích thiết bị:  = 31   Chiều cao bồn lên men: 7,23m  Đường kính thiết bị: 2,41m  Chiều dày vác h: 1,43cm  Chiều dày đáy nắp elip: 16mm  Hệ thống khuấy  Độ nhớ dung dịch: = 1,252 ∗ 10−3  Chọn cánh khuấy tuabin cánh thẳng  Đường kính cánh khuấy: 0,8m  Số vị ng quay: 48 vịng/phút  Cơng suất trục khuấy trộn: 3682,24 W  Đường kính trục dẫn máy khuấy: 3,16cm  Đường kính trục nằm cao tuabin nhỏ phía dưới: 3,38cm  Bề dày miếng đệm vò ng chắn dầu: 8,1cm  Bơm nhập liệu:  Vận tốc dòng nhập liệu ống hút ,đẩy: 0,566 (m/s)  Công suất bơm thực tế: 1364,64 W Thiết kế thiết bị lên men Ethanol từ rơm rạ 50 Đồ Án CNHH GVHD: Th.S Nguyễn Bảo Việt TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Võ Văn Ban, Vũ Bá Minh – Q trình thiết bị cơng nghệ hóa học, truyền khối tập – Trường Đại Học Bách Khoa TP Hồ Chí Minh [2] Sổ tay q trình thiết bị tập II – Nhà xuất khoa học kỹ thuật Hà Nội, 2006 [3] Hồ Lê Viên, “ Thiết kế tính tốn chi tiết thiết bị hóa chất”, nhà xuất giáo dục, 1978 [4] Bài giảng truyền nhiệt truyền khối – PGS TS Trương Vĩnh – Trưởng BM Cơng Nghệ Hóa Học – Trường ĐH Nơng Lâm TP Hồ Chí Minh [5] http://doc.edu.vn/tai-lieu/do-an-nghien-cuu-sane-xuat-phan-compost-tu-vo- ca-phe-11557 [6].http://www.slideshare.net/luongnguyenthanh/nghin-cu-sn-xut-ethanol-turom-ra [7] http://doan.edu.vn/do-an/de-tai-len-men-ethanol-voi-vi-khuan-zymomonas- mobilis-25524/ [8] http://d3.violet.vn/uploads/previews/561/2252381/preview.swf [9] https://cdtp4.files.wordpress.com/2011/10/chuong-5_len-men.pdf [10] “ Các trình thiết bị cơng nghệ hóa chất thực phẩm, tập II” – Nguyễn Pin [11] “Giáo trình cơng nghệ lên men” – PGS.Ts Lưu Đức Phẩm Thiết kế thiết bị lên men Ethanol từ rơm rạ 51 Đồ Án CNHH Thiết kế thiết bị lên men Ethanol từ rơm rạ GVHD: Th.S Nguyễn Bảo Việt 52 ... trường lên men (0 C)  pH : đo pH dịch lên men  Oxy : đo hàm lượng oxy hòa tan dịch lên men (%) Thiết kế thiết bị lên men Ethanol từ rơm rạ 29 Đồ Án CNHH GVHD: Th.S Nguyễn Bảo Việt CHƯƠNG THIẾT KẾ,... 275000 W = 275KW 4.2 Tí nh tốn thiết kế thiết bị Thiết kế thiết bị lên men Ethanol từ rơm rạ 33 Đồ Án CNHH GVHD: Th.S Nguyễn Bảo Việt 4.2.1 Tính tốn thể tích thiết bị lên men (V)   =  ∗  ( k hệ... thiết bị lên men Ethanol từ rơm rạ 23 Đồ Án CNHH GVHD: Th.S Nguyễn Bảo Việt 3.2 Quy trình sản xuất Ethanol từ rơm rạ Rơm rạ Tiền xử lí Men giống Nhân giống Thủy phân Lên men Dinh dưỡng Chưng cất Ethanol