Đồ án chưng luyện cồn etylic nước bằng tháp chưng luyện dạng đĩa chóp

GVHD: GVCC.TS Nguyễn Minh Hệ Đồ án trình thiết bị công nghệ thực phẩm ` MỤC LỤC Mục lục……………………………………………………………… ………1 PHẦN I MỞ ĐẦU……………………………………………………….……4 PHẦN II NÔI DUNG………………………………………………………….6 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT CỒN………………………….… …………………………………………… 1.1 Giới thiệu cồn…………………………………………………… 1.2 Các phương pháp chưng luyện…………… ………….…………….7 1.3 Các thiết bị chưng luyện………………………………… … CHƯƠNG 2:CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT CỒN… ……………….……….… 2.1 Nguyên liệu………….……………………………….………………… 2.1 Các phương pháp lên men cồn………………….……………………… 2.3 Sơ đồ quy trình sản xuất………………… …………………………….11 2.3.1 Thuyết minh quy trình………….………………………………… 12 CHƯƠNG 3: TÍNH TỐN THIẾT BỊ………………………… …………….14 3.1 Kí hiệu thơng số ban đầu…………………….……………………….14 3.2 Tính tốn cân vật liệu…………………….…………………….17 3.2.1 Tính cân vật liệu………………………….………….……… 3.2.2 Xác định số hồi lưu thích hợp Rmin- Số đĩa lý thuyết………… 3.3 Xác định số đĩa thực tế…………………… ……………………………27 3.3.1 Xác định hiệu suất trung bình tháp tb ………………………27 3.3.2 Xác định số đĩa thực tế……………….…………………………31 3.4 Đường kính tháp…………………………………………………………31 Sinh viên : Hồng Thị Diệu Linh MSSV: 20132262 Lớp : KTTP01 –K58 Page Đồ án trình thiết bị cơng nghệ thực phẩm GVHD: GVCC.TS Nguyễn Minh Hệ 3.4.1 Đường kính đoạn luyện……………………………………………… 3.4.2 Đường kính đoạn chưng…………………………………………… 3.5 Vận tốc thực tế tháp…………………………………………42 3.6 Chiều cao tháp……………………………….………………………… 42 3.7 Nắp đáy tháp… …………………………………………………… 43 CHƯƠNG 4: TÍNH TỐN CƠ KHÍ VÀ LỰA CHỌN……………………….44 4.1 Tính chóp kích thước chóp…………………………………44 4.1.1 Số chóp phân bố đĩa……………………………………………… 4.1.2 Kích thước chóp……………………………………………….41 4.2 Chọn mặt bích……………………………………………………………49 4.3 Tính đường kính ống dẫn…………………………………………….50 4.3.1 Ống chảy chuyền……………………………………………………… 4.3.2 Ống dẫn hỗn hợp đầu vào tháp………………………………………… 4.3.3 Ống dẫn đỉnh tháp………………………………………………… 4.3.4 Ống sản phẩm đáy…………………………………………………… 4.3.5 Ống dẫn ngưng tụ hồi lưu………………………………………… 4.3.6 Ống dẫn sản phẩm đáy hồi lưu…………………………………… 4.3.7 Diện tích làm việc đĩa………………………………………… … CHƯƠNG TÍNH CÂN BẰNG NHIỆT……………………………………57 5.1 Thiết bị gia nhiệt hỗn hợp đầu………………….……………………… 57 5.1.1 Nhiệt lượng đốt mang vào…………………………………… 5.1.2 Nhiệt lượng hỗn hợp đầu mang vào……………………………… Sinh viên : Hoàng Thị Diệu Linh MSSV: 20132262 Lớp : KTTP01 –K58 Page Đồ án trình thiết bị công nghệ thực phẩm GVHD: GVCC.TS Nguyễn Minh Hệ 5.1.3 Nhiệt lượng hỗn hợp đầu mang ra……………………………… 5.1.4 Lượng đốt cần thiết……………………………………………… 5.1.5 Nhiệt lượng nước ngưng mang ra………………………………… 5.1.6 Nhiệt lượng môi trường xung quanh………………………… 5.2 Tháp chưng luyện……………………………………………………… 59 5.2.1 Nhiệt lượng đốt mang vào…………………………………… 5.2.2 Nhiệt lượng lượng lỏng hồi lưu mang vào……………………… 5.2.3 Nhiệt lượng mang đỉnh tháp…………………………… 5.2.4 Nhiệt lượng sản phẩm đáy mang ra……………………………… 5.2.5 Lượng đốt cần thiết……………………………………………… 5.2.6 Nhiệt lượng môi trường xung quanh………………………… 5.2.7 Nhiệt lượng nước ngưng mang ra………………………………… 5.3 Thiết bị ngưng tụ………………………………………………………….63 5.4 Thiết bị làm lạnh………………………………………………………… 64 Tài liệu tham khảo…………………………………………………………… 66 LỜI KẾT ……………………………………………………………………67 Sinh viên : Hoàng Thị Diệu Linh MSSV: 20132262 Lớp : KTTP01 –K58 Page Đồ án q trình thiết bị cơng nghệ thực phẩm GVHD: GVCC.TS Nguyễn Minh Hệ PHẦN I: MỞ ĐẦU Ngày với phát triển khoa học kĩ thuật, công nghiệp mang lại cho người lợi ích vơ to lớn vật chất tinh thần Để nâng cao đời sống nhân dân, để hòa nhập với phát triển chung nước khu vực giới, Đảng nhà nước ta đề mục tiêu cơng nghiệp hóa đại hóa đất nước Trong tiến trình cơng nghiệp hóa- đại hóa đất nước, ngành mũi nhọn Công Nghệ Thông Tin, Công nghệ Sinh học, Công nghệ điện tử tự động hóa,….Cơng nghệ Thực Phẩm giữ vai trị quan trọng việc sản suất thực phẩm phục vụ cho kinh tế quốc dân, tạo tiền đề cho nhiều ngành khác phát triển Khi kinh tế phát triển nhu cầu người ngày tăng Do phẩm đòi hỏi cao hơn, đa dạng hơn, phong phú hơn, theo cơng nghệ sản xuất nâng cao Có nhiều phương pháp khác để làm tăng nồng độ, độ tinh khiết như: Chưng cất, cô đặc, trích ly Tùy vào tính chất hệ mà ta lựa chọn phương pháp thích hợp Do nhu cầu sử dụng sản phẩm có độ tinh khiết lớn q trình chưng cất q trình khơng thể thiếu Chưng khác cô đặc khác ? Thực chưng cô đặc trình bay trình chưng, cấu tử bay hơi, cịn đặc có dung môi bay mà chất tan không bay Quá trình chưng bắt đầu với việc sản xuất rượu từ kỉ XI Ngày ứng dụng rộng rãi để tách hỗn hợp như: +Dầu mỏ, tài nguyên khai thác dạng lỏng Sinh viên : Hoàng Thị Diệu Linh MSSV: 20132262 Lớp : KTTP01 –K58 Page Đồ án trình thiết bị công nghệ thực phẩm GVHD: GVCC.TS Nguyễn Minh Hệ +Không khí hóa lỏng chưng cất nhiệt độ -190℃ để sản xuất õi Nitơ +Quá trình tổng hợp hữu VD:metanol, etylen, butadiene, propylen +Công nghệ sinh học thực phẩm cho sản phẩm hỗn hợp chất lỏng như: etylic- nước từ trình lên men Chưng cất phương pháp dùng để tách hỗn hợp chất lỏng hỗn hợp chất khí lỏng thành cấu tử riêng biệt dựa vào độ bay khác cấu tử thành phần nhiệt độ Hay dựa nhiệt độ sôi khác cấu tử áp suất Có nhiều phương pháp chưng, chưng luyện phương pháp phổ biến hiệu việc tách hoàn toàn cấu tử dễ bay có tính chất hồn tan phần hịa tan hồn tồn vào nhau, sử dụng nhiều thực tế Phương pháp chưng luyện q trình hỗn hợp bốc ngưng tụ nhiều lần Kết cuối đỉnh tháp ta thu hỗn hợp gồm hầu hết cấu tử dễ bay (cấu tử có nhiệt độ sơi thấp hơn) nồng độ đạt yêu cầu Còn đáy thu hỗn hợp gồm hầu hết cấu tử khó bay (cấu tử có nhiệt độ sơi cao hơn) Đồ án có đề là: Tính tốn, thiết kế tháp đĩa chưng luyện cồn suất 1500kg/h,nồng độ sản phẩm đỉnhlà 91%, nồng độ xả đáy 0,05%, nồng độ nguyên liệu 35% khối lượng Đồ án sâu vào nội dung chính, đưa bước thực , giải việc tính tốn kĩ thuật thiết kế tháp chưng luyện Cịn việc tính toán thiết bị phụ chưa sâu vào Vấn đề cho nội dung đồ án em xây dựng gồm phần: + Phần mở đầu + Phần nội dung Sinh viên : Hoàng Thị Diệu Linh MSSV: 20132262 Lớp : KTTP01 –K58 Page Đồ án trình thiết bị cơng nghệ thực phẩm GVHD: GVCC.TS Nguyễn Minh Hệ -Tổng quan công nghệ sản xuất cồn -Cơng nghệ sản xuất cồn -Tính tốn thiết bị -Tính tốn khí lựa chọn -Tính cân nhiệt +Phần Kết luận PHẦN II: NÔI DUNG CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT CỒN 1.1 Giới thiệu cồn Tùy theo cách sử dung lượng cồn mà nước giới có loại rượu , bia khác nhau.Cồn dung để tăng nồng độ rượu, bia Trong rượu Vodka loại rượu tiêu biểu.Đó loại rượu tiếng niềm tự hào cho người dân nước Nga Vodka sản xuất Nga từ kỷ 12, tên gọi có nghĩa rượu mạnh, từ vodka theo tiếng Nga nghĩa “ít nước” mà nhiều cồn Rượu Vodka có độ cồn cao từ 35% đến 50% Một số loại rượu mạnh khác như: Brandy, Whisky, Martin, Brandy, Napoleon, Rhum… Ngồi cịn có loại rượu nhẹ rượu thông thường Rượu sản xuất thủ công sản xuất làng nghề hay hộ gia đình đồng hay miền núi Họ lấy lúa, gạo , ngô, khoai, sắn nấu chin, làm nguội rắc men đem ủ Trong trính ủ nấm mốc phát triển cơm gạo nếp tự tạo cho khối gạo ủ mùi thơm đặc trưng, hấp dẫn Đặc biệt để có rượu nếp ngon giữ hương thơm, chưng cất Sinh viên : Hoàng Thị Diệu Linh MSSV: 20132262 Lớp : KTTP01 –K58 Page Đồ án trình thiết bị công nghệ thực phẩm GVHD: GVCC.TS Nguyễn Minh Hệ không sử dụng tháp cao cất cồn mà dùng thiết bị chưng cất rượu để thu hoạch, lúc rượu nếp đạt khoảng 40-50 độ rượu Ngày nhu cầu sử dụng chạy đua với Thực Phẩm giới Các nhà máy sản xuất rượu mọc lên nhiều Hà Nội, Phú Thọ, Nam Định,… Ứng dụng cồn chiếm vị trí đáng kể Cơng nghiệp thực Phẩm.Ngồi việc làm tăng nồng độ cho rượu, bia, cồn nhiều ứng dụng khác: Ví Dụ như: Chế biến thức ăn, khử mùi cho thực phẩm ( nhiều loại thực phẩm có mùi không mong muốn) , làm tăng mùi thơm đặc trưng cho ăn Cồn cịn có ứng dụng để sát trùng, sản xuất dược phẩm, để chữa bệnh ngành Y Tế Trong công nghiệp ứng dụng làm chất đốt, làm dung mơi hịa tan chất vơ hữu Cồn có khả thay xăng sản xuất từ dầu mỏ Tóm lại Cồn có hướng phát triển tốt để xây dựng nề cơng nghiệp.Nó có nhiều ứng dụng , nên việc khai thác cồn hiệu công việc cần thiết không riêng nghành thực Phẩm cịn niềm quan tâm đáng kể với nghành khác Nhưng máy móc, cơng nghệ, xuất để tinh chế cồn (tách bỏ tạp chất khỏi cồn) chưa nâng cao, chưa đáp ứng nhu cầu tiêu thụ Do đồ án thực để nâng cao trình độ chun mơn cơng nghệ, u cầu xuất thiết kế máy móc phù hợp: chi phí thấp nhất, hiệu cao 1.2 Các phương pháp chưng luyện -Theo áp suất làm việc +Áp suất cao +Áp suất thường +Áp suất thấp Sinh viên : Hoàng Thị Diệu Linh MSSV: 20132262 Lớp : KTTP01 –K58 Page Đồ án trình thiết bị công nghệ thực phẩm GVHD: GVCC.TS Nguyễn Minh Hệ Nguyên tắc phương pháp là: -Theo nguyên lý làm việc +Chưng cất đơn giản +Chưng cất liên tục 1.3 Các thiết bị chưng cất Trong sản xuất thường dùng nhiều loại thiết bị khác để tiến hành chưng cất Tuy nhiên yêu cầu chung thiết bị giống nghĩa diện tích bề mặt tiếp xúc phaỉ phải lớn, điều phụ thuộc vào mức độ phân tán lưu chất vào lưu chất Nếu pha khí phân tán vào pha lỏng ta có loại tháp mâm, pha lỏng phân tán vào pha khí ta có tháp chêm, tháp phun…Ở ta khảo sát loại thường dùng tháp mâm tháp chêm Tháp mâm: thân tháp hình trụ, thẳng đứng phía có gắn mâm có cấu tạo khác nhau, pha lỏng pha cho tiếp xúc với Tùy theo cấu tạo đĩa ta có: Tháp mâm chóp: mâm bố trí chóp có dạng trịn, xupap, chữ s… Tháp mâm xuyên lỗ: mâm có nhiều lỗ hay rãnh Tháp đệm: tháp hình trụ, gồm nhiều bậc nối với mặt bích hay hàn Vật chêm cho vào tháp theo hai phương pháp: xếp ngẫu nhiên hay xếp thứ tự Tháp đệm Ưu điểm Tháp đĩa xuyên lỗ - Cấu tạo đơn giản đối thấp - Trở lực thấp - Làm việc với chất lỏng bẩn dùng đệm cầu có Sinh viên : Hoàng Thị Diệu Linh MSSV: 20132262 - Trở lực tương - Hiệu suất cao - Chế tạo đơn Lớp : KTTP01 –K58 Tháp đĩa chóp - Khá ổn định - Hiệu suất truyền khối cao Page Đồ án trình thiết bị công nghệ thực phẩm chất lỏng GVHD: GVCC.TS Nguyễn Minh Hệ giản, vệ sinh dễ dàng - Ít tiêu hao - Ít tốn kim loại tháp chóp lượng nên có số đĩa -Do có hiệu ứng thành hiệu suất truyền khối thấp - Kết cấu - Có phức tạp trở lực lớn -Độ ổn định không cao - Yêu cầu lắp phân bố pha theo tiết đặt cao: đĩa nhiều diện tháp khơng đều, khó lắp phải vật tư, phẳng, chất kết cấu Nhược vận hành điểm -Do có hiệu ứng thành tăng suất hiệu ứng thành tăng khó tăng suất - Tiêu tốn lỏng khó phân phức phố tạp mâm đường kinh lớn -Thiết bị nặng nề Sử dụng tháp đệm không cho phép ta kiểm sốt q trình chưng cất theo khơng gian tháp tháp mâm q trình thể qua mâm cách rõ dàng, tháp đệm khó chế tạo kích thước lớn quy mơ công nghiệp Sử dụng tháp đĩa xuyên lỗ , hiệu suất đạt khơng tháp chóp, chế độ làm việc khơng ổn định tháp chóp, với tháp đường kính q lớn khơng sử dụng hiệu Vậy: Với đồ án chưng cất cồn, em chọn tháp chóp có ống chảy chuyền Sinh viên : Hồng Thị Diệu Linh MSSV: 20132262 Lớp : KTTP01 –K58 Page Đồ án q trình thiết bị cơng nghệ thực phẩm GVHD: GVCC.TS Nguyễn Minh Hệ CHƯƠNG 2: CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT CỒN Cồn sử dụng thực phẩm sản xuất phương pháp lên 2.1 Nguyên liệu Cồn sản xuất chủ yếu từ tinh bột mật rỉ, ngồi cịn sản xuất từ polisacarit, nguyên liệu chứa đường… Sinh viên : Hoàng Thị Diệu Linh MSSV: 20132262 Lớp : KTTP01 –K58 Page 10 GVHD: GVCC.TS Nguyễn Minh Hệ Đồ án trình thiết bị công nghệ thực phẩm Nhiệt độ hỗn hợp đầu: t F = C 88.3 � Theo bảng I.2-9-I,dung phương pháp nội suy: →Khối lượng riêng rượu nước theo bảng I.2 trang (sổ tay QT&TBCNHC1) với t= 88.3℃ ta nội suy : 727.115(kg/m3) 966.19 (kg/m ) Nồng độ khối lượng hỗn hợp đầu : Khối lượng riêng hỗn hợp đầu là: →Lưu lượng thể tích hỗn hợp đầu là: (m3/s) Do hỗn hợp tự động chảy vào tháp nên tra bảng II.2 tang 370 (sổ tay QT&TBCNHC -1) Chọn tốc dộ hỗn hợp đầu là: w=0.3(m/s) → Đường kính ống dẫn hỗn hợp đầu là: (m) Quy chuẩn: d= 0.05 (m)= 50(mm) Tra bảng (II-434) Chiều dài đoạn ống nối: l =100(mm) � Tốc độ thực tế hỗn hợp đầu: 4.3.3 Ống dẫn đỉnh tháp Lượng sản phẩm đỉnh D= 9.292(kmol/h) Sinh viên : Hoàng Thị Diệu Linh MSSV: 20132262 Lớp : KTTP01 –K58 Page 49 GVHD: GVCC.TS Nguyễn Minh Hệ Đồ án trình thiết bị công nghệ thực phẩm R: Hệ số hồi lưu thích hợp 2.235 GR : Lượng hồi lưu (kmol/h) *Lượng khỏi đỉnh tháp g đ : 9.292(2.235+1)=30.06 (kmol/h) Lượng đỉnh tháp : g đ = 44.13(kmol/h) Nhiệt độ đỉnh tháp: tP C = 78.6 � →Lưu lượng thể tích đỉnh tháp : =1273.12 (m3/h) = 0.354 (m /s) Do hỗn hợp tự động chảy vào tháp nên tra bảng II.2 trang 370 (sổ tay QT&TBCNHC -1) Chọn tốc độ đỉnh tháp : w= 30(m/s) →Đường kính ống dẫn đỉnh tháp : (m) Quy chuẩn : d=125(mm) Tra sổ tay QT&TBCNHC2-bảng XIII.32 trang 434: Ta có chiều dài đoạn ống nối là: l=120(mm) → Tốc độ thực tế đỉnh tháp: (m/s) 4.3.4 Ống sản phẩm đáy Lượng hỗn hợp đáy tháp là: W= 923.58 (kg/h) C Nhiệt độ hỗn hợp đáy: t F =99.99 � Sinh viên : Hoàng Thị Diệu Linh MSSV: 20132262 Lớp : KTTP01 –K58 Page 50 GVHD: GVCC.TS Nguyễn Minh Hệ Đồ án trình thiết bị công nghệ thực phẩm Theo bảng I.2-9-I,dung phương pháp nội suy: →Khối lượng riêng rượu nước theo bảng I.2 trang (sổ tay QT&TBCNHC1) với t= 99.99℃ ta nội suy : (kg/m3) (kg/m ) Nồng độ khối lượng hỗn hợp đáy: Khối lượng riêng hỗn hợp đáy là: 1 1 �a  aw � �0, 0005  0.0005 � w  � w    957,91(kg / m3 ) � � �  � �716, 095 958, 07 � �1 →Lưu lượng thể tích hỗn hợp đáy là: (m3/h) = (m3/s) Do hỗn hợp tự động chảy vào tháp nên tra bảng II.2 trang 370 (sổ tay QT&TBCNHC -1) Chọn tốc dộ hỗn hợp đầu là: w= 0.3(m/s) → Đường kính ống dẫn hỗn hợp đáy là: =0.0337 (m) Quy chuẩn: d = 34(mm) Tra bảng (II-434) Chiều dài đoạn ống nối: l = 95(mm) � Tốc độ thực tế hỗn hợp đáy: (m/s) 4.3.5 Ống dẫn ngưng tụ hồi lưu Lượng ngưng tụ hồi lưu : 576.42 x2.088=1203.55(kg/h)= 0.334 (kg/s) Sinh viên : Hoàng Thị Diệu Linh MSSV: 20132262 Lớp : KTTP01 –K58 Page 51 Đồ án trình thiết bị công nghệ thực phẩm GVHD: GVCC.TS Nguyễn Minh Hệ Nhiệt độ ngưng tụ hồi lưu: ℃ →Khối lượng riêng rượu nước theo bảng I.2 trang (sổ tay QT&TBCNHC1) với t= 78.6℃ ta nội suy : 736.33(kg/m ) 972.77(kg/m ) Nồng độ khối lượng ngưng tụ hồi lưu: →Khối lượng riêng ngưng tụ hồi lưu là: →Lưu lượng thể tích ngưng tụ hồi lưu là: /h) (m Do hỗn hợp tự động chảy vào tháp nên tra bảng II.2 trang 370 (sổ tay QT&TBCNHC -1) Chọn tốc độ ngưng tụ hồi lưu là: w=0.3(m/s) →Đường kính ống dẫn ngưng tụ hồi lưu là: (m) Quy chuẩn d= 40(mm) Tra sổ tay QT&TBCNHC2-bảng XIII.32 trang 434: Ta có chiều dài đoạn ống nối là: l= 100(mm) → Tốc độ thực tế đỉnh tháp: =0.279 (m/s) Sinh viên : Hoàng Thị Diệu Linh MSSV: 20132262 Lớp : KTTP01 –K58 Page 52 Đồ án trình thiết bị công nghệ thực phẩm GVHD: GVCC.TS Nguyễn Minh Hệ 4.3.7 Diện tích làm việc đĩa f L  F  ( f ch z  f h n) Trong đó: *F: Diện tích mặt cắt ngang tháp * f ch : diện tích mặt cắt ngang ống chảy truyền * f h : diện tích mặt cắt ngang ống  d h fh  = *z: Số ống chảy truyền đĩa, chọn: z=1 Vậy: CHƯƠNG : TÍNH CÂN BẰNG NHIỆT 5.1 Thiết bị gia nhiệt hỗn hơp đầu Phương trình cân nhiệt lượng thiết bị đun nóng hỗn hợp đầu : QD1  Q f  QF  Qng1  Qxq1 (J/h) QD1 : nhiệt lượng đốt mang vào(J/h) Qf : nhiệt lượng hỗn hợp đầu mang vào (J/h) QF : nhiệt lượng hỗn hợp đầu mang (J/h) Qng1 : nhiệt lượng nước ngưng mang (J/h) Qxq1 : nhiệt lượng mát môi trường xung quanh (J/h) Sinh viên : Hoàng Thị Diệu Linh MSSV: 20132262 Lớp : KTTP01 –K58 Page 53 GVHD: GVCC.TS Nguyễn Minh Hệ Đồ án q trình thiết bị cơng nghệ thực phẩm Chọn đốt nước bão hòa áp suất 2atm, (sổ tay QT&TBCNHC1-bảng I.97 trang230 ) - có nhệt độ sôi ℃ 5.1.1 Nhiệt lượng đốt mang vào QD1  D1 �1  D1 �(r1  1 �C1 ) (J/h) D1 : lượng đốt (kg/h) 1 : hàm nhiệt (nhiệt lượng riêng ) đốt (J/kg) 1 : nhiệt độ nước ngưng (℃) , r1 : ẩn nhiệt hóa hơi đốt (J/kg) Nội suy từ bảng số liệu (sổ tay QT&TBCNHC1- bảng I.212-trang 254),ta có: 526.247(kcal/kg) =526.247(J/kg) =2199.7(J/kg) C: Nhiệt dung riêng nước ngưng (J/kg.độ) 5.1.2 Nhiệt lượng hỗn hợp đầu mang vào Q f  F C f t f ( J / h) +F: Lượng hỗn hợp đầu(kg/h), F= 1500(kg/h) + t F : Nhiệt độ đầu hỗn hợp (℃) Hỗn hợp vào nhiệt độ thường: + Cf tf =20℃ : Nhiệt dung riêng hỗn hợp đầu (J/kg.độ) Theo bảng số liệu Nhiệt dung riêng : bảng I.153 bảng I.154 (sổ tay QT&TBCNHC1) trang 172 nhiệt độ t= 20℃,ta có: C1= 2480(J/kg.độ) C2= 4180(J/kg.độ) Nồng độ khối lượng hỗn hợp đầu :0.35 Sinh viên : Hoàng Thị Diệu Linh MSSV: 20132262 Lớp : KTTP01 –K58 Page 54 Đồ án trình thiết bị công nghệ thực phẩm GVHD: GVCC.TS Nguyễn Minh Hệ Cf = C1.af + C2.(1-af) = 2480.0,35+4180(1-0,35)=3585 (J/kg.độ) 5.1.3 Nhiệt lượng hỗn hợp đầu mang QF  F CF t F (J/h) tF : Nhiệt độ hỗn hợp đầu sau đun nóng (℃): t F =88.8℃ CF : Nhiệt dung riêng hỗn hợp đầu (J/kg.độ) Theo bảng số liệu Nhiệt dung riêng : bảng I.153 bảng I.154 (sổ tay QT&TBCNHC1) trang 172 nhiệt độ t= 88.3℃,ta có: C1 = 3344.5 (J/kg.độ) C2 =4206.6 (J/kg.độ) Nồng độ hỗn hợp đầu : Cf = C1.af + C2.(1-af) = 3344,5.0,35+4206,6.(1-0,35)=3904,87 (J/kg.độ) =1500.3904,87.88,3=517,2.(J/h) 5.1.4 Lượng đốt cần thiết = 5.1.5 Nhiệt lượng nước ngưng mang Qng1  Gng1.C1.1  D1.C1.1 ( J / h) Gng1 : Lượng nước ngưng, lượng đốt D1 (kg/h) 5.1.6 Nhiệt lượng môi trường xung quanh Lượng nhiệt môi trường lấy 5% lượng nhiệt tiêu tốn: Qng1 = 0,05.D1.r1=0,05.196,03.2199,7.J/h) 5.2.Tháp chưng luyện Phương trình cân nhiệt lượng tháp chưng luyện: Sinh viên : Hoàng Thị Diệu Linh MSSV: 20132262 Lớp : KTTP01 –K58 Page 55 Đồ án q trình thiết bị cơng nghệ thực phẩm GVHD: GVCC.TS Nguyễn Minh Hệ QF  QD2  QR  Qy  QW  Qxq2  Qng ( J / h) QF : Nhiệt lượng hỗn hợp đầu mang vào tháp (J/h) QD2 : Nhiệt lượng đốt mang vào tháp (J/h) QR : Nhiệt lượng lượng lỏng hồi lưu mang vào (J/h) Qy : Nhiệt lượng mang đỉnh tháp (J/h) QW : Nhiệt lượng sản phẩm đáy mang (J/h) Qxq : Nhiệt lượng mát môi trường xung quanh (J/h) Qng : Nhiệt lượng nước ngưng mang (J/h) Chọn đốt nước bão hịa áp suất 2at, có nhiệt độ sôi t= 119.62℃ 5.2.1 Nhiệt lượng đốt mang vào tháp QD2  D2 2  D2 (r2   C2 ) (J/h) D2 : Lượng đốt (kg/h) 2 : Hàm nhiệt ( nhiệt lượng riêng ) đốt (J/kg)  : Nhiệt độ nước ngưng (℃): r2 : Ẩn nhiệt hóa hơi đốt (J/kg) (J/kg) C2 : Nhiệt dung riêng nước ngưng (J/kg.độ) 5.2.2 Nhiệt lượng lượng lỏng hồi lưu mang vào QR  GR CR t R GR (J/h) : Lượng lỏng hồi lưu (kg/h) Sinh viên : Hoàng Thị Diệu Linh MSSV: 20132262 Lớp : KTTP01 –K58 Page 56 Đồ án q trình thiết bị cơng nghệ thực phẩm GVHD: GVCC.TS Nguyễn Minh Hệ D: Lượng sản phẩm đỉnh (kg/h), D=14,29(kg/h) Rx : Chỉ số hồi lưu : Rx =2.088 => GR = 576,42.2,088=12103,57(kg/h) tR : Nhiệt độ lượng lỏng hồi lưu (℃) Lượng lỏng hồi lưu ( sau thiết bị ngưng tụ ) trạng thái sơi, có nồng độ phần mol nồng độ đỉnh tháp:x = yD = xD = 0.798 CR : Nhiệt dung riêng lượng lỏng hồi lưu (J/kg.độ) tR = tD = 78.6(℃) Theo bảng số liệu Nhiệt dung riêng : bảng I.153 bảng I.154 (sổ tay QT&TBCNHC1) trang 172 nhiệt độ t=78.6℃,ta có C1 = 3202.5 (J/kg.độ) C2 = 4190 (J/kg.độ) Nồng độ lượng lỏng hồi lưu nồng độ sản phẩm đỉnh: aR = aD=0.91  CR=C1.aR+ C2( – aR ) =3202,13.0,91+4190(1-0,91)=3290.92(J/kg.độ)  = 1203,57.3290,92.78,6=311,32 10 (J/h) 5.2.3 Nhiệt lượng mang đỉnh tháp (J/kg) d : Hàm nhiệt ( nhiệt lượng riêng ) đỉnh tháp (J/kg) (J/kg) + 1 , 2 : Nhiệt lượng riêng rượu nước (J/kg) �1r1C1.1 � r C  �2 2 Sinh viên : Hoàng Thị Diệu Linh MSSV: 20132262 Lớp : KTTP01 –K58 Page 57 Đồ án trình thiết bị công nghệ thực phẩm GVHD: GVCC.TS Nguyễn Minh Hệ Mà: Theo bảng số liệu Nhiệt dung riêng : bảng I.153 bảng I.154 (sổ tay QT&TBCNHC1) trang 172 nhiệt độ t= 78.6℃,ta có C1= 3202.5(J/kg.độ) C2 = 4190 (J/kg.độ) →Theo bảng số liệu bảng I.250 bảng I.263 (sổ tay QT&TBCNHC1) trang 312-324 Nội suy ta có: r1 =826 (KJ / kg) = 826.(J/kg) r2 = 2313,08(KJ / kg) =2313,08 (J/kg) +: Nồng độ phần khối lượng sản phẩm đỉnh: a = aD = 0.91 (J/kg) 5.2.4 Nhiệt lượng sản phẩm đáy mang QW  W.CW tW (J/h) W: Lượng sản phẩm đáy (kg/h), W= 923.58(kg/h) tW : Nhiệt độ lượng sản phẩm đáy (℃) : CW : Nhiệt dung riêng sản phẩm đáy (J/kg.độ) Theo bảng số liệu Nhiệt dung riêng : bảng I.153 bảng I.154 (sổ tay QT&TBCNHC1) trang 172 nhiệt độ t= 99.99℃,ta có: C1=3518.5(J/kg.độ) C2= 4229.8(J/kg.độ) Nồng độ sản phẩm đáy: => (J/kg.độ) Sinh viên : Hoàng Thị Diệu Linh MSSV: 20132262 Lớp : KTTP01 –K58 Page 58 Đồ án q trình thiết bị cơng nghệ thực phẩm GVHD: GVCC.TS Nguyễn Minh Hệ =923,58.4229,66.99,99=390,6 10 (J/h) 5.2.5 Lượng đốt cần thiết (kg/h) 5.2.6 Nhiệt lượng môi trường xung quanh Lượng nhiệt môi trường lấy 5% lượng nhiệt tiêu tốn đáy tháp: 5.2.7 Nhiệt lượng nước ngưng mang Qng  Gng C2   D2 C2  ( J / h) Gng : Lượng nước ngưng, lượng đốt (kg/h) 5.3 Thiết bị ngưng tụ Phương trình cân nhiệt lượng thiết bị ngưng tụ (ngưng tụ hoàn toàn): +r: ẩn nhiệt ngưng tụ đỉnh tháp (J/kg) Nhiệt đỉnh tháp là: tđ = tD = →Theo bảng số liệu bảng I.250 bảng I.263 (sổ tay QT&TBCNHC1) trang 312-324 Nội suy ta có: r1 = 826(KJ / kg) =826000 (J/kg) r2 = 2313.08(KJ / kg) = 23130800 (J/kg) Nồng độ phần khối lượng đỉnh tháp là: aD =0.91  r = r1.aD + r2.(1 – aD)= 826000.0,95+23130800.(1-0,91)=959940(J/kg) + Gn : Lượng nước lạnh tiêu tốn (kg/h) + t1 , t2 :Nhiệt độ vào nước làm lạnh (℃) Sinh viên : Hoàng Thị Diệu Linh MSSV: 20132262 Lớp : KTTP01 –K58 Page 59 Đồ án q trình thiết bị cơng nghệ thực phẩm GVHD: GVCC.TS Nguyễn Minh Hệ Nhiệt độ vào nước lạnh lấy nhiệt độ thường: t1= 20 Nhiệt độ nước lạnh, chọn: t2= 40  ttb = + Cn : Nhiệt dung riêng nước nhiệt độ trung bình ttb (J/kg,độ) Theo bảng số liệu Nhiệt dung riêng : bảng I.153 (sổ tay QT&TBCNHC1) trang 172 nhiệt độ t=30℃,ta có: Cn= 4177.5(J/kg.độ) →Lượng nước lạnh cần thiết là: 5.4 Thiết bị làm lạnh Phương trình cân nhiệt lượng thiết bị làm lạnh: + Gn :Lượng nước lạnh tiêu tốn (kg/h) + t '1, t '2 : Nhiệt độ đầu cuối sản phẩm đỉnh ngưng tụ (℃) Sản phẩm đỉnh sau ngưng tụ trạng thái sôi: →Nhiệt độ vào nhiệt độ sôi đỉnh tháp: Nhiệt độ sản phẩm lấy là: t '2  25 ℃ +: Nhiệt dung riêng sản phẩm đỉnh ngưng tụ (J/kg.độ) Theo bảng số liệu Nhiệt dung riêng : bảng I.153 bảng I.154 (sổ tay QT&TBCNHC1) trang 172 nhiệt độ t=53.6℃,ta có: (J/kg.độ) (J/kg.độ) Nồng độ sản phẩm đỉnh: : =>(J/kg.độ) Sinh viên : Hoàng Thị Diệu Linh MSSV: 20132262 Lớp : KTTP01 –K58 Page 60 Đồ án trình thiết bị công nghệ thực phẩm GVHD: GVCC.TS Nguyễn Minh Hệ � Lượng nước lạnh cần thiết là: KẾT LUẬN Khoa học kỹ thuật ngày phát triển với nhu cầu ngày cao độ tinh khiết sản phẩm.Vì thế, phương phápnâng cao độ tinh khiết luôn cải tiến đổi để ngày hồn thiện hơn, là: đặc, hấp thụ, chưng cất, trích ly, … Tùy theođặc tính yêu cầu sản phẩm mà ta có lựa chọn phương pháp phù hợp Đối với hệ Nước – Cồn cấu tử tan lẫn hoàn toàn, ta phải dùng phương pháp chưngcất để nâng cao độ tinh khiết Đồ ánmơn học Q trình Thiết bị mơn học mang tính tổng hợp q trình học tập kỹ sư Cơng nghệ Hóa học tương lai Môn học giúp sinh viên giải nhiệm vụ tính tốn cụ thể về: quy trình cơng nghê, kết cấu, giá thành thiết bị sản xuất hóa chất – thực phẩm Đây bước đầu tiênđể sinh viên vận dụng kiến thức học nhiều môn học vào giải vấn đề kỹ thuật thực tế cách tổng hợp Như với hệt thống chưng cất Cồn-Nước dùng tháp đĩa chóp thiết kế, ta thấy bên cạnh ưu điểm cịn có nhiều nhược điểm Thiết bị có ưu điểm suất hiệu suất cao thiết bị cịn cồng kềnh, lực qn tính tương đối lớn, địi hỏi phải có vận hành với độ xác cao.Khi lắp đặt thực tế, cần tính tốn thêm kinh tế cho vật liệu công lắp đặt tối ưu Bên cạnh vận hành thiết bị cần phải ý đến vấn đề an toàn lao động để tránh rủi ro xảy ra, gây thiệt hại người Sinh viên : Hoàng Thị Diệu Linh MSSV: 20132262 Lớp : KTTP01 –K58 Page 61 Đồ án q trình thiết bị cơng nghệ thực phẩm GVHD: GVCC.TS Nguyễn Minh Hệ Việc thiết kế đồ án môn học giúp em củng cố kiến thức q trình chưng cất phần riêng mơn Qúa trình chuyển khối Giúp e nâng cao kĩ tra cứu , tính tốn, biết cách trình bày, vẽ auto cad máy Mặc dù cố gắng tỉ mỉ để hồn thiện nhiệm vụ mình, khơng thể tránh thiếu xót trình thiết kế.Mong thầy xem xét bảo giúp em Em xin chân trọng cảm ơn ! Hà Nội, ngày 20/05/2015 Sinh viên: Nguyễn Thị Yến Tài liệu tham khảo Nxb KHKT-Hà Nội 1992 I- Hiệu đính Pts Trần Xoa, Pts Nguyễn Trọng Khuông, Pts Phạm Xuân Toản Sổ tay q trình thiết bị cơng nghệ hóa chất tập Nxb KHKT Hà Nội 1999 II- Bộ mơn máy hóa Hướng dẫn thiết kế thiết bị q trình chuyển khối Trường Đại học Bách Khoa xuất -Hà Nội 1975 III- Đỗ Văn Đài, Nguyễn Trọng Khuông, Trần Quang Thảo, Võ Thị Ngọc Tươi, Trần Xoa Hiệu đính Trần Quang Thảo Cơ sở q trình thiết bị cơng nghệ hóa học tập Trường Đại học Bách Khoa xuất bản-Hà Nội 1982 IV- Bộ môn q trình thiết bị Bài tập vài ví dụ q trình thiết bị cơng nghệ hóa học Trường Đại học Bách Khoa xuất bản-Hà Nội 1970 Sinh viên : Hoàng Thị Diệu Linh MSSV: 20132262 Lớp : KTTP01 –K58 Page 62 Đồ án trình thiết bị công nghệ thực phẩm GVHD: GVCC.TS Nguyễn Minh Hệ VI- Nguyễn Thanh Hằng Nguyễn Đình Thưởng - Công nghệ sản xuất kiểm tra cồn etylic Nxb KHKT-Hà Nội VIINguyễn Minh Hệ - Luận án tiến sĩ Khởi thảo nghiên cứu Hệ điều khiển tối ưu tháp chưng cất thu hồi cồn từ bã rượu Krasnodar (CHLB Nga), 1982 Sinh viên : Hoàng Thị Diệu Linh MSSV: 20132262 Lớp : KTTP01 –K58 Page 63