BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP THỰC PHẨM TP HCM KHOA CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM BÁO CÁO ĐỒ ÁN HỌC PHẦN KỸ THUẬT THỰC PHẨM ĐỀ TÀI TÍNH TOÁN THIẾT KẾ THÁP MÂM XUYÊN LỖ CHƯNG CẤT LIÊN TỤC ACID ACETIC[.]
BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP THỰC PHẨM TP HCM KHOA CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM BÁO CÁO ĐỒ ÁN HỌC PHẦN KỸ THUẬT THỰC PHẨM ĐỀ TÀI TÍNH TỐN THIẾT KẾ THÁP MÂM XUN LỖ CHƯNG CẤT LIÊN TỤC ACID ACETIC THỰC PHẨM NĂNG SUẤT 700KG/H GVHD: TRẦN CHÍ HẢI SVTH MSSV LỚP Lý Duy Quang 2005202121 11DHTP10 Đào Quang Thành 2005208242 11DHTP13 TP Hồ Chí Minh, tháng 12, năm 2022 BỘ CƠNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP THỰC PHẨM TP HCM KHOA CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM BÁO CÁO ĐỒ ÁN HỌC PHẦN KỸ THUẬT THỰC PHẨM ĐỀ TÀI TÍNH TỐN THIẾT KẾ THÁP MÂM XUYÊN LỖ CHƯNG CẤT LIÊN TỤC ACID ACETIC THỰC PHẨM NĂNG SUẤT 700KG/H GVHD: HUỲNH BẢO LONG SVTH MSSV LỚP Lý Duy Quang 2005202121 11DHTP10 Đào Quang Thành 2005190309 11DHTP13 TP Hồ Chí Minh, tháng 12, năm 2022 LỜI CAM ĐOAN Chúng em xin cam đoan đề tài: “Tính tốn thiết kế tháp mâm xun lỗ chưng cất liên tục acid acetic thực phẩm suất 700kg/h” đề tài thành viên nhóm nghiêm cứu thực hiện, hướng dẫn giáo viên hướng dẫn: Huỳnh Bảo Long Kết làm đề tài “Tính tốn thiết kế tháp mâm xuyên lỗ chưng cất liên tục acid acetic thực phẩm suất 700kg/h” trung thực không chép từ nguồn hình thức Việc tham khảo nguồn tài liệu (nếu có) thực trích dẫn ghi nguồn tài liệu tham khảo theo yêu cầu Tác giả Đồ Án i LỜI CẢM ƠN Lời nói xin cho phép chúng em gửi lời cảm ơn đến trường Đại học Công nghiệp Thực phẩm Tp Hồ Chí Minh Khoa Cơng Nghệ Thực Phẩm tạo điều kiện cho chúng em hoàn thành tốt Đồ Án học phần Trong thời gian làm Đồ Án, chúng em nhận nhiều giúp đỡ, đóng góp ý kiến bảo nhiệt tình thầy Đặt biệt nhóm em xin gửi lời cảm ơn đến giáo viên Huỳnh Bảo Long tận tình bảo, tận tình truyền đạt kiến thức suốt trình học tập Với vốn kiến thức chúng em tiếp thu trình học trình nghiên cứu đề tài, mà cịn hành trang quý báu để chúng em bước vào đời cách thật vững tự tin Vì thời gian có hạn kinh nghiệm cịn ít, nên Đồ Án cịn nhiều sai sót, mong thầy góp ý nhóm em hồn thiện Chúng em mong nhận bảo, đóng góp ý kiến để bổ sung hồn thành tốt đề tài Chúng em xin chân thành cảm ơn! ii LỜI MỞ ĐẦU Ngày bên cạnh ngành cơng nghiệp hố học, sinh học, khí kỹ thuật ngành cơng nghệ thực phẩm ngành vơ quan trọng có đóng góp to lớn vào phát triển ngành công nghiệp nước nhà Hiện nay, nhu cầu sử dụng nguyên liệu sản phẩm có độ tinh khiết cao để phụ hợp với quy trình sản xuất nhu cầu sử dụng số ngành công nghiệp hố học cơng nghiệp thực phẩm ngày đề cao Ngày có nhiều phương pháp để nâng cao độ tinh khiết trích ly, chưng cất, đặc, hấp thu… Tuỳ theo đặc tính yêu cầu mà có lựa chọn khác Đối với Acid acetic – Nước hai cấu tử hoà tan hồn tồn vào lại có nhiệt độ sôi khác nên phương pháp lựa chọn phương pháp chưng cất Đồ án Kỹ thuật thực phẩm môn học để sinh viên vận dụng kiến thức học để giải vấn đề kỹ thuật thực tế để tính tốn về: quy trình cơng nghệ, kết cấu, giá thành thiết kế thiết bị thực phẩm hoàn chỉnh Nhiệm vụ đồ án mà nhóm nhận thiết kế hệ thống chưng cất cho hệ Acid acetic - Nước với suất nhập liệu 700kg/h Nhóm chúng em xin chân thành cảm ơn quý thầy cô hướng dẫn giúp đỡ em suốt trình xây dựng đồ án Trong trình hồn thành đồ án khơng tránh khỏi sai sót, mong q thầy góp ý dẫn thêm Chúng em xin chân thành cảm ơn! CHƯƠNG QUY TRÌNH CƠNG NGHỆ Acid acetic, hay acid ethanoic chất lỏng không màu acid hợp chất hữu cơ, có nhiệt độ sơi 118°°C 760mmHg, cịn nhiệt độ sơi nước 100°C 760mmHg Do nhiệt độ sôi hai cấu tử cách xa, ta nên chọn phương pháp chưng cất để thu acid acetic cách hiệu có độ tinh khiết cao Thiết bị chưng cất mâm xuyên lỗ có hiệu suất truyền khối cao, ổn định, tiêu hao lượng nên số mâm Trong trường hợp này, ta không nên sử dụng phương pháp đặc hai cấu tử có khả bay => không thu acid acetic Khơng sử dụng phương pháp trích ly phương pháp hấp thụ phải đưa vào chất lỏng khác – dung mơi để tách => làm q trình trở nên phức tạp khơng tách hồn tồn Thuyết minh sơ đồ nguyên lý làm việc Hỗn hợp Axit axetic-Nước có nồng độ Axit axetic 15% (theo phần mol) nhiệt độ khoảng 28oC bồn chứa nguyên liệu bơm bơm lên bồn cao vị Từ chia đến thiết bị trao đổi nhiệt Sau đó, hỗn hợp đun sơi đến nhiệt độ sôi thiết bị gia nhiệt , hỗn hợp đưa vào tháp chưng cất đĩa nhập liệu Trên đĩa nhập liệu, chất lỏng trộn với phần lỏng từ đoạn cất tháp chảy xuống tháp, từ lên gặp chất lỏng từ xuống Ở đây, có tiếp xúc trao đổi pha với Pha lỏng chuyển động phần chưng xuống giảm nồng độ cấu tử dễ bay bị pha tạo nên từ nồi đun lôi cấu tử dễ bay Nhiệt độ lên thấp, nên qua đĩa từ lên cấu tử có nhiệt độ sơi cao nước ngưng tụ lại, cuối đỉnh tháp ta thu hỗn hợp cấu tử nước chiếm nhiều (có nồng độ 99% phần mol) Hơi vào thiết bị ngưng tụ ngưng tụ hoàn toàn., đưa qua bồn chứa sản phẩm đỉnh Phần lại chất lỏng ngưng tụ hoàn lưu tháp mâm với tỷ số hoàn lưu tối ưu Một phần cấu tử có nhiệt độ sơi thấp bốc hơi, cịn lại cấu tử có nhiệt độ sôi cao chất lỏng ngày tăng Cuối cùng, đáy tháp ta thu hỗn hợp hầu hết cấu tử khó bay (Axit axetic) Hỗn hợp lỏng đáy có nồng độ Axit axetic 70% phần mol , lại nước Dung dịch lỏng đáy khỏi tháp vào nồi đun Trong nồi đun dung dịch lỏng phần bốc cung cấp lại cho tháp để tiếp tục làm việc, nhờ trao đổi nhiệt với dòng nhập liệu Sau đó, dẫn vào bồn chứa sản phẩm đáy Hệ thống làm việc liên tục cho sản phẩm đỉnh Nước, sản phẩm đáy sau trao đổi nhiệt với nhập liệu có nhiệt độ 60oC thải bỏ CHƯƠNG TÍNH CÂN BẰNG VẬT CHẤT 3.1 Các thông số ban đầu Chọn tháp mâm xuyên lỗ Thiết bị hoạt động liên tục Khi chưng cất dung dịch Ethanol cấu tử dễ bay Ethanol Hỗn hợp: Acid acetic: CH3-COOH, M A = 60 đvC Nước: H2O, M N = 18 đvC Năng suất nhập liệu: GF = 700 (kg/h) Nồng độ nhập liệu: x F = 15% (kg Acid Acetic/kg hỗn hợp) Nồng độ sản phẩm đỉnh: x D = 1% (kg Acid Acetic /kg hỗn hợp) Nồng độ sản phẩm đáy: x W = 70% (kg Acid Acetic /kg hỗn hợp) Chọn: Nhiệt độ nhập liệu ban đầu: tF = 280C Nhiệt độ sản phẩm đỉnh sau làm nguội: tD = 350C Trạng thái nhập liệu vào tháp chưng cất trạng thái lỏng sơi Các kí hiệu: GF, F: suất lượng nhập liệu tính theo kg/h, kmol/h GD, D: suất lượng sản phẩm đỉnh tính theo kg/h, kmol/h GW, W: suất lượng sản phẩm đáy tính theo kg/h, kmol/h L: suất lượng dịng hồn lưu, kmol/h xi, x l: nồng độ phần mol, phần khối lượng cấu tử i y*: nồng độ phần mol cấu tử dễ bay pha cân với pha lỏng 3.2 Cân vật chất 3.2.1 Nồng độ phần mol Nước tháp xF 0.85 ME 18 xF = = = 0.95 ( mol Nước/mol hỗn hợp) 0,85 1−0.85 x F 1−x F + + 18 60 M E MN xD 0.99 ME 18 xD = = = 0.997 (mol Nước/ mol hỗn hợp) x D 1−x D 0.99 1−0.99 + + 18 60 M E MN xW 0.3 ME 18 xW = = = 0.558 (mol Nước/mol hỗn hợp) xW 1−x W 0.3 1−0.009 + + 18 60 M E MN Khối lượng phân tử trung bình dịng nhập liệu với xF = 0.95 MF = x F x M N + (1 – x F ) x M A MF = 0.95 x 18 + (1 – 0,95) x 60 = 20,1 (đvC) Vậy F = GF 700 = = 34,826 (kmol/h) M F 20,1 3.2.2 Suất lượng mol dịng vật chất Phương trình cân vật chất toàn tháp F =W + D {F x x =W x x +D x x F w D Thế giá trị vào ta hệ phương trình sau: + D=34,826 {0.558 W W+0.997 D=34,826 0,95 W =4,466 kmol/h Giải hệ phương trình ta được:{ D=30,359 kmol /h Suất lượng sản phẩm đỉnh là: ( G D=G F x F −x W x D−x W =700 x ) = 557,971(kg/h) (0.85−0.3 0.99−0.3 ) Suất lượng sản phẩm đáy là: GW =GF −GD (Công thức IX.19, sổ tay 2, trang 144) = 700 – 557,971 = 142,029 (kg/h) 3.2.3.1 Phương trình làm việc phần cất x R x+ D R +1 R+1 y= Ta có: Rmin tủ số hoàn lưu tối thiểu x D − y ¿F Rmin = ¿ y F−x F ¿ Mà y F nồng độ pha cân với x F (được tìm từ bảng đường cân lỏng hơi) Sau tra bảng x F = 0,95, ta nội suy nhiệt độ nhập liệu vào tháp chưng ¿ cất tF = 100,30C, y F = 0,965 Vậy ¿ xD− yF Rmin = ¿ y F−x F = 0.997−0,965 = 2.133 0.965−0.95 Chọn tỷ số hoàn lưu: R = 1.3Rmin + 0.3 Vậy tỷ số hoàn lưu: R = 1.3 x 2.133 + 0.3 = 3.073 Thay số vào phương trình (1), ta được: y= 3.073 0.997 x+ hay y = 0.754 + 0.245 3.073+1 3.073+1 3.2.3.2 Phương trình làm việc đoạn chưng x= Mà L = F D Vậy L = 34,826 = 1,147 30,359 R +1 L−1 y+ x R +L R +L w Vậy phương trình làm việc phần chưng: x= 3.073+1 1,147−1 y+ × 0.588 3.073+1,147 3.073+1,147 Hay y = y= ( ) R +L L−1 x− x R +1 R+1 w ( ) 3.073+22.072 22.072−1 x− × 0,588 3.034 +1 3.034+ y = 1,036 −¿0.021 ... Long Kết làm đề tài ? ?Tính toán thiết kế tháp mâm xuyên lỗ chưng cất liên tục acid acetic thực phẩm suất 700kg/ h? ?? trung thực không chép từ nguồn h? ?nh thức Việc tham khảo nguồn tài liệu (nếu có) thực. .. đoan đề tài: ? ?Tính tốn thiết kế tháp mâm xuyên lỗ chưng cất liên tục acid acetic thực phẩm suất 700kg/ h? ?? đề tài thành viên nhóm nghiêm cứu thực hiện, h? ?ớng dẫn giáo viên h? ?ớng dẫn: Huỳnh Bảo... THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI H? ??C CÔNG NGHIỆP THỰC PHẨM TP HCM KHOA CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM BÁO CÁO ĐỒ ÁN H? ??C PHẦN KỸ THUẬT THỰC PHẨM ĐỀ TÀI TÍNH TỐN THIẾT KẾ THÁP MÂM XUN LỖ CHƯNG CẤT LIÊN TỤC ACID ACETIC