đồ án công nghệ thực phẩm - VẼ VÀ THUYẾT MINH DÂY CHUYỀN SẢN XUẤT

đồ án công nghệ thực phẩm

PHẦN MỞ ĐẦU Trong công nghiệp,việc phân tách các cấu tử từ hỗn hợp ban đầu là rất cần thiết nhằm mục đích hoàn thiện,khai thác,chế biến Có rất nhiều phương pháp phân tách các cấu tử trong công nghiệp,trong đó có phương pháp chưng luyện là một trong những phương pháp hay được sử dụng. Chưng là phương pháp tách các cấu tử từ hỗn hợp ban đầu dựa vào độ bay hơi khác nhau của chúng trong hỗn hợp.Hỗn hợp này có thể là chất lỏng hoặc chất khí.Thường khi chưng một hỗn hợp có bao nhiêu cấu tử ta sẽ thu được bấy nhiêu sản phẩm.Với hỗn hợp có hai cấu tử ta sẽ thu được hai sản phẩm là sản phẩm đỉnh gồm phần lớn là cấu tử dễ bay hơi và sản phẩm đáy chứa phần lớn là cấu tử khó bay hơi. Trong thực tế có nhiều phương pháp chưng khác nhau như : chưng bằng hơi nước trực tiếp,chưng đơn giản,chưng luyện Chưng luyện là phương pháp chưng phổ biến nhất dùng để tách hỗn hợp các cấu tử dễ bay hơi có tính chất hòa tan hoàn toàn hoặc một phần vào nhau. 1 VẼ VÀ THUYẾT MINH DÂY CHUYỀN SẢN XUẤT I. Thuyết minh dây chuyền sản xuất : Hỗn hợp đầu từ thùng chứa 1 được bơm 2 bơm liên tục lên thùng cao vị 3.Mức chất lỏng cao nhất ở thùng cao vị được khống chế nhờ ống chảy tràn. Từ thùng cao vị, hỗn hợp đầu qua thiết bị đun nóng 4 . Tại đây,dung dịch được gia nhiệt bằng hơi nước bão hòa đến nhiệt độ sôi .Sau đó,dung dịch được đưa vào tháp chưng luyện qua đĩa tiếp liệu. Tháp chưng luyện gồm 2 phần : phần từ đĩa tiếp liệu trở lên trên là đoạn luyện ,còn từ đĩa tiếp liệu trở xuống là đoạn chưng. Như vậy,ở trong tháp,pha lỏng đi từ trên xuống tiếp xúc với pha hơi đi từ dưới lên. Hơi bốc từ đĩa dưới lên qua các lỗ đĩa trên và tiếp xúc với pha lỏng của đĩa trên,ngưng tụ một phần,vì thế nồng độ cấu tử dễ bay hơi trong pha lỏng tăng dần theo chiều cao của tháp.Vì nồng độ cấu tử dễ bay hơi trong lỏng tăng nên nồng độ của nó trong hơi do lỏng bốc lên cũng tăng.Cấu tử dễ bay hơi có nhiệt độ sôi thấp hơn cấu tử khó bay hơi nên khi nồng độ của nó tăng nên thì nhiệt độ sôi của dung dịch giảm. Tóm lại theo chiều cao tháp nồng độ cấu tử dễ bay hơi ( cả pha lỏng và pha hơi) tăng dần ,nồng độ cấu tử khó bay hơi ( cả pha lỏng và pha hơi) giảm dần và nhiệt độ giảm dần. Cuối cùng ở đỉnh tháp ta sẽ thu được hỗn hợp hơi có thành phần hầu hết là cấu tử dễ bay hơi còn ở đáy tháp ta sẽ thu được hỗn hợp lỏng có thành phần cấu tử khó bay hơi chiếm tỉ lệ lớn. Để duy trì pha lỏng trong các đĩa trong đoạn luyện,ta bổ sung bằng dòng hồi lưu được ngưng tụ từ hơi đỉnh tháp . Hơi đỉnh tháp được ngưng tụ nhờ thiết bị ngưng tụ hoàn toàn 6,dung dịch lỏng thu được sau khi ngưng tụ một phần được dẫn tới hồi lưu trở lại đĩa luyện trên cùng để duy trì pha lỏng trong các đĩa đoạn luyện,phần còn lại được đưa qua thiết bị làm lạnh 7 để đi vào bể chứa sản phẩm đỉnh 8. Chất lỏng ở đáy tháp được tháo ra ở đáy tháp,sau đó một phần được đun sôi bằng thiết bị gia nhiệt đáy tháp 9 và hồi lưu và đáy tháp, phần chất lỏng còn lại được đưa vào bể chứa sản phẩm đáy 10.Nước ngưng của các thiết bị gia nhiệt đước tháo qua thiết bị tháo nước ngưng 11. Như vậy, thiết bị làm việc liên tục (hỗn hợp đầu đưa vào liên tục và sản phẩm cũng được lấy ra liên tục). 2 II.Sơ đồ dây chuyền Chú thích 1-Thùng chứa hỗn hợp đầu 5-Tháp chưng luyện 2-Bơm 6-Thiết bị ngưng tụ hồi lưu 3-Thùng cao vị 7-Thiết bị làm lạnh sản phẩm đỉnh 4-Thiết bị gia nhiệt hỗn hợp đầu 8-Thùng chứa sản phẩm đỉnh 9-Thiết bị gia nhiệt đáy 10-Thùng chứa sản phẩm đáy 11-Thiết bị tháo nước ngưng 3 TÍNH TOÁN THIẾT BỊ CHÍNH Giả thiết: - Số mol pha hơi đi từ dưới lên là bằng nhau trong tất cả mọi thiết diện của tháp - Số mol chất lỏng không thay đổi theo chiều cao của đoạn chưng và luyện - Hỗn hợp đầu đi vào tháp ở nhiệt độ sôi - Chất lỏng ngưng tụ trong thiết bị ngưng tụ có thành phần bằng nhau của phần hơi đi ra ở đỉnh tháp - Cấp nhiệt ở đáy tháp bằng hơi đốt gián tiếp Yêu cầu thiết bị F : năng suất thiết bị thiết bị tính theo hỗn hợp đầu = 2,5kg\s Thiết bị làm việc ở áp suất thường p= 1at Loại tháp :tháp đệm Điều kiện a F : nồng độ metylic trong hỗn hợp đầu =25% khối lượng. a P : nồng độ metylen trong sản phẩm đỉnh =96% khối lượng. a W : nồng độ metylen trong sản phẩm đáy =1,5% khối lượng. M 1 = 32 kg\kmol,khối lượng phân tử metylen. M 2 = 18 kg\kmol,khối lượng phân tử nước. TÍNH CÂN BẰNG VẬT LIỆU 1.tính cân bằng vật liệu: Theo phương trình cân bằng của toàn tháp: F=W+P (1) Và phương trình cân bằng vật liệu cho riêng cấu tử dễ bay hơi F.a F =P.a P +W.a F (2) Từ (1) và (2) ta suy ra lượng sản phẩm đáy là lượng sản phẩm đỉnh là P=F-W= 0.621693122 kg/s W= ( ) F P W P F a a a a − − =1.878306878 kg/s 4 Tính lượng hỗn hợp đầu F’,lượng sản phẩm đỉnh P’,lượng sản phẩm đáy W’ theo đơn vị kmol/s a F ,M 1 F’=( 1 F a M + 1 2 F a M − ).F= 0.25 1 0.25 *2.5 32 18 −   +     = 0.124 kmol/s=446.4 kmol/h P’= ( 1 P a M + 2 1 P a M − ).P= 0.96 1 0.96 *2.5 32 18 −   +     =0.081 kmol/s=291.6 kmol/h W’=F’- P’= 0.043 kmol/s= 154.8 kmol/h 2.tính chỉ số hồi lưu thích hợp,số đĩa lý thuyết 2.1 Đổi nồng độ từ phần khối lượng sang phần mol: x F = 1 1 2 0.25 32 0.15789 1 0.25 1 0.25 32 18 F F F a M a a M M = = − − + + x P = 1 1 2 0.96 32 1 0.96 1 0.96 32 18 P P P a M a a M M = = − − + + = 0.931 x W = W 1 1 2 0.015 32 0.0085 1 0.015 1 0.015 32 18 W W a M a a M M = = − − + + Dựa vào đường cân bằng lỏng hơi của hệ methanol- nước trong bảng IX.2a trang 149 nội suy ta có y F = 0.5112, y W = 0.0085 Đồ thị đường cân bằng lỏng hơi hệ methanol-nước: 5 2.2 Chỉ số hồi lưu tối thiểu: R min = * * 0.931 0.5112 0.5112 0.15789 P F F F x y y x − − = − − = 1,188305 2.3 Tính chỉ số hồi lưu thích hợp: Áp dụng công thức : R th = β.R min Trong đó : + 1,2 =< β =< 2.5 là hệ số hồi lưu +R min =1,188305 a) Phương trình đoạn luyện cho bởi công thức: y= 1 R R + x + 0.931 1R + b)Phương trình đoạn chưng cho bởi công thức: y= 1 R f R + + x - 1 1 f R − + x W trong đó ' ' F f P = = 6,174913 và w x = 0.0085 β R th Đường luyện y=f(x) m=y(0) N N(R+1) 6 1.2 1.425966 0.5878x+0.3838 0.3838 12 29.112 1.25 1.485381 0.5976x+0.3746 0.3746 11 27.339 1.5 1.782458 0.6406x+0.3346 0.3346 10 27.825 2 2.37661 0.7038x+0.2757 0.2757 8 27.013 2.5 2.970763 0.7482x+0.2345 0.2345 7 27.793 β =1.2 7 1.25 β = 8 1.5 β = 9 2 β = 10 [...]... (1 − yl )rb rd = ra yd + (1 − yd )rb Trong đó x1 = xF Và r1 : ẩn nhiệt hóa hơi của hỗn hợp hơi đi vào đĩa dưới cùng của đoạn luyện, rd là ẩn nhiệt hóa hơi của hỗn hợp hơi đi ra khỏi đỉnh tháp Và ra,rb là ẩn nhiệt hóa hơi của các cấu tử A,B nguyên chất Nội suy theo bảng I.213 đối với methanol và bảng I.250 đối với nước từ sổ tay quá trình thiết bị công nghê hóa chất tập 1 12 13 Nội suy ta có với xF =... gl : lượng hơi đi vào đĩa dưới cùng của đoạn luyện,kg\h hay kmol\h gd=GR+GP=GP(Rx+1) trong đó GR = lượng chất lỏng hồi lưu = GP*Rx= 291.6*2.37661= 693.1kmol/h GP =P’= 291.6 kmol/h lưu lượng sản phẩm đỉnh,kmol/h Vậy gd= 291.6(2.37661+1)= 984.62 kmol/h Lượng hơi g1,hàm lượng hơi y1,lượng lỏng G1 đối với đĩa dưới cùng của đoạn luyện được xác định theo hệ phương trình cân bằng vật liệu và cân bằng nhiệt... chưng: Lượng hơi trung bình đi qua đoạn chưng được xác định gần đúng bằng công thức tính: gtbc = g 'n + g 'l Với gtbc là lượng hơi trung bình đi quan đoạn chưng,kg/h hay kmol/h g 'n là lượng hơi đi ra khỏi đoạn chưng , g 'n =gl gl ’ là lượng hơi đi vào đoạn chưng ,kg/h hay kmol/h Lượng hơi đi vào đoạn chưng gl,lượng lỏng G1’ và hàm lượng lỏng x1’ được xác định theo hệ phươn trình sau: 14 G’l= gl’ +...β = 2.5 Vậy số đĩa lý thuyết là NLT= 8 và Rth= 2.37661 II.Tính đường kính tháp: Công thức tính đường kính tháp đệm: D= 0.0188 g tb ( ρ y ω y )tb (m) Với gtb lượng hơi trung bình đi trong tháp ( ρ y ω y )tb : tốc độ hơi trung bình đi trong tháp kg\m2.s... g1*r1 Trong đó y1’= yW = 0.0085 theo đường cân bằng ứng với xw rl ' = ra yl '+ (1 − yl ')rb − ẩn nhiệt hóa hơi của hỗn hợp hơi đi vào đĩa thứ nhất của đoạn chưng rn ' = ra yn '+ (1 − yn ')rb − ẩn nhiệt hóa hơi của hỗn hợp hơi đi vào đĩa trên cùng của đoạn chưng Thay số và tính tương tự phần luyện ta có hệ G’l= gl’+ 154.8 G’l*x’1 =0.0085 g’l + 13.158 9712.44g’l = 8752111 Giả hệ ta có g’1 = 901.1 kmol/h... (kcal/kg) 256.48 8207.36 548.68 267.25 8552 559.41 246.21 7878.72 539.58 rB (kcal/kmol) 9876.24 10069.38 9712.44 rA (kcal/kmol) t P = 65.50 C tW = 99.70 C Với các giá trị ẩn nhiệt hóa hơi ở nhiệt độ đầu vào ta tính được r1 Với các giá trị ẩn nhiệt hóa hơi ở nhiệt độ đỉnh ta tính được rd.Với yd là nồng độ hơi tương ứng với nồng độ pha lỏng xP theo phương trình đường nồng độ làm việc đoạn luyện : Ta có . nhiêu sản phẩm. Với hỗn hợp có hai cấu tử ta sẽ thu được hai sản phẩm là sản phẩm đỉnh gồm phần lớn là cấu tử dễ bay hơi và sản phẩm đáy chứa phần lớn là cấu tử khó bay hơi. Trong thực tế có. lượng sản phẩm đáy là lượng sản phẩm đỉnh là P=F-W= 0.621693122 kg/s W= ( ) F P W P F a a a a − − =1.878306878 kg/s 4 Tính lượng hỗn hợp đầu F’,lượng sản phẩm đỉnh P’,lượng sản phẩm đáy. đỉnh 4-Thiết bị gia nhiệt hỗn hợp đầu 8-Thùng chứa sản phẩm đỉnh 9-Thiết bị gia nhiệt đáy 10-Thùng chứa sản phẩm đáy 11-Thiết bị tháo nước ngưng 3 TÍNH TOÁN THIẾT BỊ CHÍNH Giả thiết: - Số mol pha hơi