Phương pháp chưng cất rượu etylic

phần I mở đầu Giới thiệu chung dây chuyền sản xuất Trong trình chế biến sản phẩm từ sản phẩm thô ban đầuđến trở thành sản phẩm có ích đựơc ứng dụng đời sống thờng ngày công nghiệp hoá thực phẩm đóng vai trò hết sc quan trọng.Quá trình sản suất có liên quan đến nhiều thể loại ,phơng pháp hoá học khác nh:lắng , lọc ,hấp thụ, kết tinh nh nhng đặc biệt chng phơng pháp đợc ứng dung nhiều nhiều ngành đặc biệt công nghệ lên men Chng phơng pháp dùng để tách hỗn hợp chất lỏng nh hỗn hợp khí lỏng thành cấu tử riêng biệt dựa vào độ bay khác cấu tử hỗn hợp (nghĩa nhiệt độ,áp suất cấu tử khác nhau).Trong trờng hợp đơn giản chng cô đặc hầu nh không khác Tuy nhiên ,giữa chúng có ranh giới bản: trờng hợp chng dung môi chất tan bay , trờng hợp cô đặc có dung môi bay Khi chng ta thu đơc nhiều sản phẩm thờng cấu tử ta đợc nhiêu sản phẩm Đối với trờng hợp hai cấu tử ta có : Sản phẩm đỉnh gồm cấu tử có độ bay lớn phần cấu tử có độ bay bé sản phẩm đáy gồm cấu tử có độ bay bé phần cấu tử có độ bay lớn Trong sản suất ta hay gặp phơng pháp chng sau: Chng đơn giản:dùng để tách hỗn hợp gồm cấu tử có độ bay khác Phơng pháp thờng dùng để tách sơ làm cấu tử khỏi tạp chất Chng nớc trực tiếp: dung để tách hỗn hợp gồm chất khó bay , thờng đợc ứng dụng trờng hợp chất đợc tách không tan vào nớc Chng chân không : dùng trờng hợp cần hạ thấp nhiệt độ sôi cấu tử Ví dụ nh trờng hợp cấu tử hỗn hợp dễ bị phân huỷ nhiệt độ cao hay trờng hợp cấu tử có nhiệt độ sôI cao Chng luyện :là phơng pháp phổ biến dùng để tách hoàn toàn hỗn hợp cấu tử dễ bay có tính chất hoà tan phần hoàn toàn vào .Chng luyện áp suất thấp dùng cho hỗn hợp dễ bị phân huỷ nhiệt độ cao hỗn hợp có nhiệt độ sôI cao Chng luyện áp suất cao dùng cho hỗn hợp không hoá lỏng áp suất thờng Phần II Sơ đồ dây chuyền công nghệ I Sơ đồ dây chuyền công nghệ sản xuất (hình 1) II Thuyết minh sơ đồ Nguyên liệu đầu đợc chứa thùng chứa (1) đợc bơm (2) bơm lên thùng cao vị (3) Mức chÊt láng cao nhÊt vµ thÊp nhÊt ë thïng cao vị đợc khống chế chảy tràn Hỗn hợp đầu từ thùng cao vị (3) tự chảy xuống thiết bị đun nóng hỗn hợp đầu (4), trình tự chảy đợc theo dõi đồng hồ lu lợng Tại thiết bị gia nhiệt hỗn hợp đầu (4) (dùng nớc bÃo hoà), hỗn hợp đầu đợc gia nhiệt tới nhiệt độ sôi, sau đạt tới nhiệt độ sôi, hỗn hợp đợc đa vào đĩa tiếp liệu tháp chng luyện loại tháp đệm (5) Trong tháp, từ dới lên tiếp xúc trực tiếp với lỏng chảy từ xuống, xảy trình bốc ngng tụ nhiều lần Theo chiều cao tháp, lên cao nhiệt độ thấp nên qua tầng đệm từ dới lên, cấu tử có nhiệt độ sôi cao ngng tụ Quá trình tiếp xúc lỏng tháp diễn liên tục làm cho pha ngày giầu cấu tử dễ bay hơi, pha lỏng ngày giầu cấu tử khó bay Cuối đỉnh tháp ta thu đợc hầu hết cấu tử dễ bay (Axeton) phần cấu tử khó bay (Nớc) Hỗn hợp đợc vào thiết bị ngng tụ (6) đợc ngng tụ hoàn toàn (tác nhân nớc lạnh) Một phần chất lỏng sau ngng tụ cha đạt yêu cầu đợc qua thiết bị phân dòng (7) để hồi lu trở đỉnh tháp, phần lại đợc đa vào thiết bị làm lạnh (8) để làm lạnh đến nhiệt độ cần thiết sau vào thùng chứa sản phẩm đỉnh (10) Chất lỏng hồi lu từ xuống dới, gặp có nhiệt độ cao từ dới lên, phần cấu tử có nhiệt độ sôi thấp lại bốc lên, phần cấu tử khó bay pha sÏ ngng tơ ®i xng Do ®ã nång ®é cÊu tử khó bay pha lỏng ngày tăng, cuối đáy tháp ta thu đợc hỗn hợp lỏng gồm hầu hết cấu tử khó bay (Nớc) phần cấu tử dễ bay (Axeton), hỗn hợp lỏng đợc đa khỏi đáy tháp, qua thiết bị phân dòng, phần đợc đa thùng chứa sản phẩm đáy (11), phần đợc tận dụng đa vào nồi đun sôi đáy tháp (9) dùng nớc bÃo hoà Thiết bị (9) có tác dụng đun sôi tuần hoàn bốc hỗn hợp đáy (tạo dòng từ dới lên tháp) Nớc ngng thiết bị gia nhiệt đợc tháo qua thiết bị tháo nớc ngng (12) Tháp chng luyện làm việc chế độ liên tục, hỗn hợp đầu vào sản phẩm đợc lấy liện tục III Chế độ thuỷ động tháp đệm Trong tháp ®Ưm cã chÕ ®é thủ ®éng lµ chÕ ®é chảy dòng, chế độ độ chế độ xoáy Khi vËn tèc khÝ bÐ, lùc hót ph©n tư lín vợt lực lỳ Lúc trình chuyển khối đợc xác định dòng khuyếch tán phân tử Tăng vận tốc lên lực lỳ trở nên cân với lực hút phân tử Quá trình chuyển khối lúc không đợc định khuyếch tán phân tử mà khuyếch tán đối lu Chế độ thuỷ động gọi chế độ độ Nếu ta tiếp tục tăng vận tốc khí lên chế độ độ chuyển sang chế độ xoáy Trong giai đoạn trình khuyếch tán đợc định khuyếch tán đối lu Nếu ta tăng vận tốc khí lên đến giới hạn xảy tợng đảo pha Lúc chất lỏng chiếm toàn tháp trở thành pha liên tục, pha khí phân tán vào chất lỏng trở thành pha phân tán Vận tốc khí ứng với thời điểm gọi vận tốc đảo pha Khí sục vào lỏng tạo thành bọt giai đoạn chế độ làm việc tháp gọi chế độ sủi bọt chế độ vận tốc chuyển khối tăng nhanh, đồng thời trở lực tăng nhanh Trong thực tế, ta thờng cho tháp đệm làm việc chế độ màng có vận tốc nhỏ vận tốc đảo pha trình chuyển khối giai đoạn sủi bọt mạnh nhất, nhng giai đoạn ta khó khống chế trình làm việc Ưu điểm tháp đệm: + Hiệu suất cao bề mặt tiếp xúc pha lớn + Cấu tạo tháp đơn giản + Trở lực tháp không lớn + Giới hạn làm việc tơng đối rộng Nhợc điểm + Khó làm ớt đệm + Tháp cao phân phối chất lỏng không IV Bảng kê ký hiệu thờng dùng đồ án - F: Lợng hỗn hợp đầu, kg/h (hoặc kg/s, kmol/h) - P: Lợng sản phẩm đỉnh, kg/h (hoặc kg/s, kmol/h) - W: Lợng sản phảm đáy, kg/h (hoặc kg/s, kmol/h) - Các sè F, P, W, A, B : t¬ng øng chØ đại lợng thuộc hỗn hợp đầu, sản phẩm đỉnh, sản phẩm đáy Axeton vàNớc - a: nồng độ phần khối lợng, kg axeton/kg hỗn hợp - x: nồng độ phần mol, kmol axeton/kmol hỗn hợp - M: Khối lợng mol phân tử, kg/kmol - : độ nhớt, Ns/m2 - : khối lợng riêng, kg/m3 - Các số A, B, x, y, hh: tơng ứng đại lợng thuộc cấu tử Axeton, Nớc, thành phần lỏng, thành phần hỗn hợp - Ngoài ký hiệu cụ thể khác đợc định nghĩa chỗ Phần IIi Tính toán thiết bị I Tính cân vật liệu I.1 Tính toán cân vật liệu I.1.1 Hệ phơng trình cân vật liệu - Phơng trình cân vật liệu chung cho toàn tháp F=P+W 144] - Đối với cấu tử dễ bay FaF = Pap + Waw 144] a F −aw a p −a w  – [II – w hay Fx F =Px P +Wx Lợng sản phẩm đỉnh là: P=F [II F x F −x W x P −x W Trong đó: F: suất tính theo hỗn hợp đầu, kg/s kg/h aF, ap, aw: lần lợt nồng độ cấu tử dễ bay hỗn hợp đầu, sản phẩm đỉnh, sản phẩm đáy, phần khối lợng Đầu cho F = T/h5.10 hay F = aF F MA ( 1−a F ) F MB + 3 58 ¿ 0,18.5.10 ¿ ¿¿¿¿ ¿ hay F= + F=243,29(Kmol/h) (1−0,82 ) 5.10 18 I.1.2 Đổi nồng độ phần khối lợng sang nồng độ phần mol aF, ap, aw áp dụng công thức aA MA x= aA aB + MA MB [II 126] Trong đó: aA, aB: nồng độ phần khối lợng axeton Nuóc Ma, MB: khối lợng mol phân tử cđa axeton vµ Níc Víi M A =M C H6 O =58 kg/kmol M B = M H2O  18 kg/kmol Thay sè liƯu vµo ta cã: aF xF = MA a F ( 1−a F ) + MA MB aP x P= MA a P ( 1−a P ) + MA MB aw xw= MA a w ( 1−a w ) + MA MB  , 18 58 , 18 ( 1−0 ,18 ) + 58 18 0,064phÇn mol , 98 58 , 98 (1−0 , 98 ) + 18  58 0,938 phÇn mol , 01 58 , 01 ( 1−0 ,01 ) + 58 18 0,003phần mol Vây ta có lợng sản phẩm đỉnh là: 243,29 P 0,0640,003 0,9380,003 15,87(Kmol/h)Kmol/h) Lợng sản phẩm đáy là: W F P  W243,29 15,87  W 227,42 (Kmol/h)Kmol/h) I.1.3 TÝnh khèi lợng phân tử trung bình hỗn hợp đầu, sản phẩm đỉnh, sản phẩm đáy Theo công thức: M = x.MA + (1 x)MB Trong đó: M: khối lợng phân tử trung bình, kg/kmol x: nồng độ phần mol axêtôn - Khối lợng phân tử trung bình sản phẩm đỉnh Mp = xp.MA + (1 xp)MB Mp = 0,938.58 + (1 0,938).18 Mp = 55,52 (Kmol/h) - Khối lợng phân tử trung bình hỗn hợp ®Çu MF = xF.MA + (1 – xF)MB M F = 0,064.58 + (1 0,064).18 M F = 20,56 (kg/kmol) - Khối lợng phân tử trung bình sản phẩm ®¸y Mw = xw.MA + (1 – xw)MB M W = 0,003.58 + (1 0,003 ).18 M W = 18,12 (kg/kmol) I.1.5 Lợng hỗn hợp đầu đơn vị sản phẩm đỉnh: F 243 , 29 f= = P 15 , 87 f =15, 33 I.2 Xác định số bậc thay đổi nồng độ I.2.1 Xác định Rmin dựa đồ thị y x Dựng đờng cân theo số liệu đờng cân sau: [II 145] B¶ng x 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 y 60, 72 80, 82, 84, 85, 86, 88, 90, 94, 3 toC 100 77, 69, 64, 62, 61, 60, 59, 59 58, 57, 6 - Trongđó thành phần cân lỏng (x) , (y) đợc tinh b»ng %mol 100 56, - Tõ sè liÖu bảng ta vẽ đồ thị đờng cân lỏng (x) (y) đờng chéo góc y=x - Đờng nồng độ làm việc đoạn luyện có dạng chung : y =A.x+ B với tất thiết diện đoạn luyện Nh ta đà biết ,thoe giả thuyết thành phần cấu tử dễ bay chất lỏng ngng tụ thiết bị ngng tụ vào tháp thành phần cấu tử dễ bay từ đỉnh tháp Do đĩa :y=x phơng trình làm việc đĩa là: y =Ax+B nh Thay giá trị Avà Bvào giải ta đợc:y=x P Điều chứng tỏ điểm đờng làm việc đoạn luyện toạ độ y=x=x p phơng trình đờng làm việc đoạn chng có dạng chung là: y=Ax+ B, ta coi nồng ®é ë ®Üa ci cïng cđa ®o¹n chng b»ng nång độ đáy x W Thay giá trị A,B vào phơng trình nồng độ làm việc đoạn chng ta có : y= xw Điều chứng tỏ điểm cuối đờng nồng độ làm việc đoạn chng có toạ độ: y= x=xw Giao điểm hai đờng nghiệm hệ phơng trình y=Ax+B y=Ax+B x=xF Điều chứng tỏ giao điểm hai đờng nồng độ làm việc đoạn luyện đoạn chng nằm đờng thẳng song song với trục tung có hoành độ xF Tung độ phụ thuộc vào số hồi lu R Xác định số håi lu nhá nhÊt( Rmin) _ Nh ta ®· biÕt, giao điểm hai đờng làm việc nằm phía đờng cân y=f(x) hay phía dới đờng y=x hai đờng cắt điểm d2 nồng độ làm việc lớn nồng độ cân bằng, ý nghĩa vật lý điều có đợc Còn giao điểm hai đờng ®iĨm d’2 nång ®é cÊu tư dƠ bay h¬i pha bé pha lỏng, điều không thĨ chng cÊt  nh vËy giao ®iĨm cđa hai đờng làm việc nằm đờng cân đờng chéo góc Giới hạn hai điểm hai điểm d2 d2 _ứng với giao điểm d0 ta có tung độ B lớn B0, trờng hợp nồng độ làm việc nồng độ cân bằng, theo lý thuyết đạt ®ỵc ®iỊu ®ã sè bËc thay ®ỉi nång ®é vô lớn số hồi lu lớn ThËt vËy ta cã: - Rmin: lỵng håi lu tèi thiểu đợc tính theo công thức Ta có: B= R= xP R+1 x P−B B  Rmin  B max Rmin = x P −B B0  MỈt khác từ đồ thị B0= 0,628 Rmin = 0, 938−0 ,628 ,628  Rmin =0 , 49 I.2.2 Tính số hồi lu thích hợp Đại lợng Rth( số hồi lu thích hợp) có ảnh hởng lớn đến điều kiện kỹ thuật kinh tế trình, vấn đề xác định số hồi lu thích hợp tháp quan trọng Chỉ số hồi lu đại lợng phơng trình đờng làm việc tháp muốn xác định số hồi lu thích hợp ta cần phải khảo xác vấn đề đồ thị y_x _ Cách xác định số hồi lu thích hợp: chọn giá trị B( B