CHÖÔNG I : QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ 6 I .GIÔÙI THIEÄU SÔ BOÄ NGUYEÂN LIEÄU 6 1 . Etanol 6 2 . Nöôùc 8 3 . Hoãn hôïp Etanol – Nöôùc 8 II . COÂNG NGHEÄ CHÖNG CAÁT HEÄ ETANOL – NÖÔÙC 10 CHÖÔNG II : CAÂN BAÈNG VAÄT CHAÁT 12 I . CAÙC THOÂNG SOÁ BAN ÑAÀU 12 II . XAÙC ÑÒNH SUAÁT LÖÔÏNG SAÛN PHAÅM ÑÆNH VAØ SAÛN PHAÅM ÑAÙY 12 III . XAÙC ÑÒNH TÆ SOÁ HOAØN LÖU THÍCH HÔÏP 13 1 . Tæ soá hoaøn löu toái thieåu 13 2 . Tæ soá hoaøn löu thích hôïp 13 IV . PHÖÔNG TRÌNH ÑÖÔØNG LAØM VIEÄC – SOÁ MAÂM LYÙ THUYEÁT 14 1 . Phöông trình ñöôøng noàng ñoä laøm vieäc cuûa ñoaïn caát 14 2 . Phöông trình ñöôøng noàng ñoä laøm vieäc cuûa ñoaïn chöng 14 3 . Soá maâm lyù thuyeát 14 V . XAÙC ÑÒNH SOÁ MAÂM THÖÏC TEÁ 20 CHÖÔNG III :TÍNH TOAÙN –THIEÁT KEÁ THAÙP CHÖNG CAÁT 22 I . ÑÖÔØNG KÍNH THAÙP 22 1 . Ñöôøng kính ñoaïn caát 22 2 . Ñöôøng kính ñoaïn chöng 24 II . MAÂM LOÃ – TRÔÛ LÖÏC CUÛA MAÂM 25 1 . Caáu taïo maâm loã 25 2 . Ñoä giaûm aùp cuûa pha khí qua moät maâm 26 3 . Kieåm tra ngaäp luït khi thaùp hoaït ñoäng 29 III . TÍNH TOAÙN CÔ KHÍ CUÛA THAÙP 30 1 . Beà daøy thaân thaùp 30 2 . Ñaùy vaø naép thieát bò 31 3 . Bích gheùp thaân, ñaùy vaø naép 31 4 . Ñöôøng kính caùc oáng daãn – Bích gheùp caùc oáng daãn 32 5 . Chaân ñôõ 35 CHÖÔNG IV : TÍNH TOAÙN THIEÁT BÒ TRUYEÀN NHIEÄT THIEÁT BÒ PHUÏ 37 I . CAÙC THIEÁT BÒ TRUYEÀN NHIEÄT 37 1 . Thieát bò ngöng tuï saûn phaåm ñænh 38 2 . Thieát bò laøm nguoäi saûn phaåm ñænh 42 3 . Noài ñun gia nhieät saûn phaåm ñaùy 46 4 . Thieát bò trao ñoåi nhieät giöõa nhaäp lieäu vaø saûn phaåm ñaùy 49 5 . Thieát bị gia nhieät nhaäp lieäu 53 II. TÍNH BAÛO OÂN CUÛA THIEÁT BÒ 57 III . TÍNH TOAÙN BÔM NHAÄP LIEÄU 58 1 . Choïn bôm 58 CHÖÔNG V : GIAÙ THAØNH THIEÁT BÒ 60 I . TÍNH SÔ BOÄ GIAÙ THAØNH CUÛA THIEÁT BÒ 60 II . KEÁT LUAÄN 61 TAØI LIEÄU THAM KHAÛO
Thieát Bò SV: !"#$ !%$ !&'() Vu*+, / 1 Thieát Bò ,.0)1-23+,4+56 )'7) 89:+,.;<=>+,./ >+,./ ?2@<2A<2BCD.CE+,+,2F-29CG2H6,.0 )1-2<+,4+56)'7) IJ B-K+!%$LML-N+2 <6OLPL+22QK+ !"#$LML-N+2 <6OLPL+2>+, / ? $)''(R)'7S ?$ I $ T U 7VK+WX L?IY"Z !%J[\]$!R"&!^_$![ Y `a&Z7)''b6 S c2V )V2LF6DdWe3+ RLML-2LF/CE+,+,2FD.-2Lf-gfh/0-8i+2CE+, +,2F Rj+kl+,Dm-C2n-C2@-23GD.-N+2-@3+2F-2o+, RN+2-@3+-2Lf-gf-23GC29+,Cn- R9:+, gN+2pC2LX/C<@-23G Rj6qr=-8sqtC6j6 RN+2-@3+-N+2COg2N RN+2-@3+C3C-2Lf-k;-8/0X++2LF-=2Lf-k;G2d R3C-2Lf-k;-8/0X++2LF- RN+2-@.+ku@E+ RN+2-@3+kO6+2mGqLF/ RN+2-@3+,L3-2.+2-2Lf-k; R?f-q/m+ 2 Thiết Bò SV,.0,L<@vcSc)'7) 4V@.+-2.+2)c1c)'7) 1VBD.-K+,/0w+5+@.+ xVBD.-K+,/0w+5+2E+, 89s+,g2@<ky6E+C2@G2zG 3+ky29M+,{|+ ?N-K+ ?N-K+ MỤC LỤC trang LỜI MỞ ĐẦU CHƯƠNG I : I 6 I .GIỚI THIỆU SƠ BỘ NGUYÊN LIỆU 6 1 . Etanol 6 2 . Nước 8 3 . Hỗn hợp Etanol – Nước 8 II . CÔNG NGHỆ CHƯNG CẤT HỆ ETANOL – NƯỚC 10 CHƯƠNG II : CÂN BẰNG VẬT CHẤT 12 I . CÁC THÔNG SỐ BAN ĐẦU 12 II . XÁC ĐỊNH SUẤT LƯNG SẢN PHẨM ĐỈNH VÀ SẢN PHẨM ĐÁY 12 III . XÁC ĐỊNH TỈ SỐ HOÀN LƯU THÍCH HP 13 1 . Tỉ số hoàn lưu tối thiểu 13 2 . Tỉ số hoàn lưu thích hợp 13 IV . PHƯƠNG TRÌNH ĐƯỜNG LÀM VIỆC – SỐ MÂM LÝ THUYẾT 14 1 . Phương trình đường nồng độ làm việc của đoạn cất 14 2 . Phương trình đường nồng độ làm việc của đoạn chưng 14 3 Thiết Bò 3 . Số mâm lý thuyết 14 V . XÁC ĐỊNH SỐ MÂM THỰC TẾ 20 CHƯƠNG III :TÍNH TOÁN –THIẾT KẾ THÁP CHƯNG CẤT 22 I . ĐƯỜNG KÍNH THÁP 22 1 . Đường kính đoạn cất 22 2 . Đường kính đoạn chưng 24 II . MÂM LỖ – TRỞ LỰC CỦA MÂM 25 1 . Cấu tạo mâm lỗ 25 2 . Độ giảm áp của pha khí qua một mâm 26 3 . Kiểm tra ngập lụt khi tháp hoạt động 29 III . TÍNH TOÁN CƠ KHÍ CỦA THÁP 30 1 . Bề dày thân tháp 30 2 . Đáy và nắp thiết bò 31 3 . Bích ghép thân, đáy và nắp 31 4 . Đường kính các ống dẫn – Bích ghép các ống dẫn 32 5 . Chân đỡ 35 CHƯƠNG IV : TÍNH TOÁN THIẾT BỊ TRUYỀN NHIỆT - THIẾT BỊ PHỤ 37 I . CÁC THIẾT BỊ TRUYỀN NHIỆT 37 1 . Thiết bò ngưng tụ sản phẩm đỉnh 38 2 . Thiết bò làm nguội sản phẩm đỉnh 42 3 . Nồi đun gia nhiệt sản phẩm đáy 46 4 . Thiết bò trao đổi nhiệt giữa nhập liệu và sản phẩm đáy 49 5 . Thiết gia nhiệt nhập liệu 53 II. TÍNH BẢO ÔN CỦA THIẾT BỊ 57 III . TÍNH TOÁN BƠM NHẬP LIỆU 58 1 . Chọn bơm 58 CHƯƠNG V : GIÁ THÀNH THIẾT BỊ 60 I . TÍNH SƠ BỘ GIÁ THÀNH CỦA THIẾT BỊ 60 II . KẾT LUẬN 61 4 Thieát Bò TAØI LIEÄU THAM KHAÛO 5 Thiết Bò LỜI MỞ ĐẦU Một trong những ngành có sự đóng góp to lớn đến ngành công nghiệp nước ta nói riêng và thế giới nói chung, đó là ngành công nghiệp hóa học. Đặc biệt là ngành hóa chất cơ bản. Hiện nay, trong nhiều ngành sản suất hóa học cũng như sử dụng sản phẩm hóa học, nhu cầu sử dụng nguyên liệu hoặc sản phẩm có độ tinh khiết cao phải phù hợp với quy trình sản suất hoặc nhu cầu sử dụng. Ngày nay, các phương pháp được sử dụng để nâng cao độ tinh khiết: trích ly, chưng cất, cô đặc, hấp thu… Tùy theo đặc tính yêu cầu của sản phẩm mà ta có sự lựa chọn phương pháp thích hợp. Đối với hệ Etanol - Nước là 2 cấu tử tan lẫn hoàn toàn, ta phải dùng phương pháp chưng cất để nâng cao độ tinh khiết cho Etanol. Đồ án môn học Quá trình và Thiết bò là một môn học mang tính tổng hợp trong quá trình học tập của các kỹû sư hoá- thự c phẩm tương lai. Môn học giúp sinh viên giải quyết nhiệm vụ tính toán cụ thể về: yêu cầu công nghệ, kết cấu, giá thành của một thiết bò trong sản xuất hoá chất - thực phẩm. Đây là bước đầu tiên để sinh viên vận dụng những kiến thức đã học của nhiều môn học vào giải quyết những vấn đề kỹû thuật thực tế một cách tổng hợp. Nhiệm vụ của ĐAMH là thiết kế tháp chưng cất hệ Etanol - Nước hoạt động liên tục với nâng suất nhập liệu : 1200 kg/h có nồng độ 10% mol etanol ,thu được sản phẩm đỉnh có nồng độ 85% mol etanol với độ thu hồi etanol là 99%. Em chân thành cảm ơn các q thầy cô bộ môn Máy & Thiết Bò, các bạn sinh viên đã giúp em hoàn thành đồ án này. Tuy nhiên, trong quá trình hoàn thành đồ án không thể không có sai sót, em rất mong q thầy cô góp ý, chỉ dẫn. 6 Thiết Bò CHƯƠNG I : QUY TRI}I I . GIỚI THIỆU SƠ BỘ NGUYÊN LIỆU : Nguyên liệu là hỗn hợp Etanol - Nước. 1 . Etanol: (Còn gọi là rượu etylic , cồn êtylic hay cồn thực phẩm). Etanol có công thức phân tử: CH 3 -CH 2 -OH, khối lượng phân tử: 46 đvC. Là chất lỏng có mùi đặc trưng, không độc, tan nhiều trong nước. • Một số thông số vật lý và nhiệt động của etanol: + Nhiệt độ sôi ở 760(mmHg): 78,3 o C. + Khối lượng riêng: d 4 20 = 810 (Kg/m 3 ). • Tính chất hóa học: Tất cả các phản ứng hoá học xảy ra ở nhóm hydroxyl (-OH) của etanol là thể hiện tính chất hoá học của nó. * Phản ứng của hydro trong nhóm hydroxyl: CH 3 -CH 2 -OH CH 3 -CH 2 -O - + H + Hằng số phân ly của etanol: − −− = OHCHCH K , cho nên etanol là chất trung tính. + Tính acid của rượu thể hiện qua phản ứng với kim loại kiềm, Natri hydrua(NaH), Natri amid(NaNH 2 ): CH 3 -CH 2 -OH + NaH CH 3 -CH 2 -ONa + H 2 Natri etylat Do − −− =< OHOHCHCH KK : tính acid của rượu nhỏ hơn tính acid của nước, nên khi muối Natri etylat tan trong nước sẽ bò thuỷ phân thành rượu trở lại. + Tác dụng với acid tạo ester: Rượu etanol có tính bazơ tương đương với nước. Khi rượu tác dụng với acid vô cơ H 2 SO 4 , HNO 3 và acid hữu cơ đều tạo ra ester. CH 3 -CH 2 -OH + HO-SO 3 -H CH 3 -CH 2 O-SO 3 -H + H 2 O CH 3 -CH 2 O-H + HO-CO-CH 3 CH 3 -COO-C 2 H 5 + H 2 O * Phản ứng trên nhóm hydroxyl: + Tác dụng với HX: CH 3 -CH 2 -OH + HX CH 3 -CH 2 -X + H 2 O + Tác dụng với Triclo Phốt pho: CH 3 -CH 2 -OH + PCl 3 CH 3 -CH 2 -Cl + POCl + HCl + Tác dụng với NH 3 : CH 3 -CH 2 -OH + NH 3 C 2 H 5 -NH 2 + H 2 O 7 L ạnh H + A l 2 O 3 t o Thiết Bò + Phản ứng tạo eter và tách loại nước: 2CH 3 -CH 2 -OH (CH 3 -CH 2 ) 2 O + H 2 O CH 3 -CH 2 -OH CH 2 =CH 2 + H 2 O * Phản ứng hydro và oxy hoá: CH 3 -CH 2 -OH CH 3 -CHO + H 2 • Ứng dụng: etanol có nhiều ứng dụng hơn metanol, nó đóng một vai trò quan trọng trong nền kinh tế quốc dân. Nó là nguyên liệu dùng để sản suất hơn 150 mặt hàng khác nhau và được ứng dụng rộng rãi trong các ngành: công nghiệp nặng, y tế và dược, quốc phòng, giao thông vận tải, dệt, chế biến gỗ và nông nghiệp. Sơ đồ tóm tắt vò trí của etanol trong các ngành công nghiệp. • Phương pháp điều chế: có nhiều phương pháp điều chế etanol: hydrat hoá etylen với xúc tác H 2 SO 4 ; thuỷ phân dẫn xuất halogen và ester của etanol khi đun nóng với nước xúc tác dung dòch bazơ; hydro hoá aldyhyt acêtic; từ các hợp chất cơ kim… 8 H 2 SO 4 > 150 o C H 2 SO 4 > 150 o C Cu 2 00-300 o C + Thuốc súng không khói. + + Động lực. + Thuốc trừ sâu. + Sơn. + Vecni. + Đồ nhựa. + Keo dán. + Hương liệu. + Sát trùng. + Pha chế thuốc. + Thuốc nhuộm. + Tơ nhân tạo. + Rượu mùi. + Dấm. + Dung môi hữu cơ:pha sơn + Nguyên liệu. + Công nghiệp cao su tổng hợp + Động lực. Nhiên liệu. E tanol Thiết Bò Trong công nghiệp, điều chế etanol bằng phương pháp lên men từ nguồn tinh bột và rỉ đường. Những năm gần đây, ở nước ta công nghệ sản suất etanol chủ yếu là sử dụng chủng nấm men Saccharomyses cerevisiae để lên men tinh bột: C 6 H 6 O 6 2C 2 H 5 OH + 2CO 2 + 28 Kcal Trong đó: 95% nguyên liệu chuyển thành etanol và CO 2 . 5% nguyên liệu chuyển thành sản phẩm phụ: glyxêrin, acid sucxinic, dầu fusel, metylic và các acid hữu cơ(lactic, butylic…). 2 . Nước: Trong điều kiện bình thường: nước là chất lỏng không màu, không mùi, không vò nhưng khối nước dày sẽ có màu xanh nhạt. Khi hóa rắn nó có thể tồn tại ở dạng 5 dạng tinh thể khác nhau: Khối lượng phân tử : 18 g / mol Khối lượng riêng d 4 0 c : 1 g / ml Nhiệt độ nóng chảy : 0 0 C Nhiệt độ sôi : 100 0 C Nước là hợp chất chiếm phần lớn trên trái đất (3/4 diện tích trái đất là nước biển) và rất cần thiết cho sự sống. Nước là dung môi phân cực mạnh, có khả năng hoà tan nhiều chất và là dung môi rất quan trọng trong kỹ thuật hóa học. 3 . Hỗn hợp Etanol – Nước: Ta có bảng thành phần lỏng (x) – hơi (y) và nhiệt độ sôi của hỗn hợp Etanol - Nước ở 760 mmHg:( !"#$%&'(') 9 x (%phân mol) 0 5 1 0 2 0 3 0 4 0 5 0 6 0 7 0 8 0 9 0 1 00 y (%phân mol) 0 3 3,2 4 4,2 5 3,1 5 7,6 6 1,4 6 5,4 6 9,9 7 5,3 8 1,8 8 9,8 1 00 t ( o C) 1 00 9 0,5 8 6,5 8 3,2 8 1,7 8 0,8 8 0 7 9,4 7 9 7 8,6 7 8,4 7 8,4 N ấm men Z ymaza Thieát Bò 10 [...]... kính đoạn chưng : a Lượng hơi trung bình đi trong tháp : g , n + g ,1 (Kg/h) 2 g , tb = g’n : lượng hơi ra khỏi đoạn chưng (Kg/h) g’1 : lượng hơi đi vào đoạn chưng (Kg/h) • Xác đònh g’n : g’n = g1 = 561,873 (Kg/h) • Xác đònh g’1 : Từ hệ phương trình : G '1 = g '1 + W ' ' G 1 x '1 = g 1 yW + W xW g ' r ' = g ' r ' = g r n n 1 1 1 1 (III.2) Với : G’1 : lượng lỏng ở đóa thứ nhất của đoạn chưng ... 1 mâm nhập liệu 10 mâm chưng 23 Q Trình Thiết Bò GVHD: NGUYỄN VĂN TỒN CHƯƠNG III :TÍNH TOÁN –THIẾT KẾ THÁP CHƯNG CẤT I ĐƯỜNG KÍNH THÁP :(Dt) Dt = 4Vtb g tb = 0,0188 π.3600.ω tb ( ρ y ω y ) tb (m) Vtb : lượng hơi trung bình đi trong tháp (m3/h) ωtb : tốc độ hơi trung bình đi trong tháp (m/s) gtb : lượng hơi trung bình đi trong tháp (Kg/h) Lượng hơi trung bình đi trong đoạn chưng và đoạn cất khác nhau.Do... :đường kính đoạn cất : Dchưng= 0,0188 476,441 = 0,487 (m) 0,746.1,409 Kết luận : Hai đường kính đoạn cất và đoạn chưng không chênh lệch nhau quá lớn nên ta chọn đường kính của toàn tháp là : Dt = 0,500 (m) Khi đó tốc độ làm việc thực ở : 0,01882.g tb 0,01882.747,768 = = 0,903 (m/s) + Phần cất : ωlv = 2 0,52.1,171 Dt ρ ytb 0,01882.g 'tb 0,01882.476,441 = = 0,903 (m/s) + Phần chưng :ω’lv = 2 0,52.0,746... 821,25.0,003 • Phần chưng : * Khối lượng riêng của pha lỏng : ρ’L = ρ’xtb = 925,744 (Kg/m3) * t’tb = 93,25oC ,tra tài liệu tham khảo [4 (tập 1)], ta có : + Sức căng bề mặt của nước : σ’N = 60,149 (dyn/cm) + Sức căng bề mặt của rượu : σ’R = 16,108 (dyn/cm) Suy ra :Sức căng bề mặt của chất lỏng ở phần chưng : σ ' σ ' σ ' = N R = 12,705 (dyn/cm) σ ' N +σ ' R Vậy : Độ giảm áp do sức căng bề mặt ở phần chưng là :... chưng : Q’L = 60.q’L = 60 0,02083 = 1,2498 (m3/h) 2 1,2498 = 0,0008 (mm.chất lỏng) Suy ra : h' d ' = 0,128. 100.0,1571 Vậy : chiều cao mực chất lỏng trong ống chảy chuyền của mâm xuyên lỗ ở phần chưng : h’d =50+6,445+42,768+0,0008 =99,2138 (mm.chất lỏng) 31 Q Trình Thiết Bò GVHD: NGUYỄN VĂN TỒN Kiểm tra : h’d = 99,2138 < hmâm 250 = = 125 (mm) : đảm bảo khi hoạt động 2 2 các mâm ở phần chưng. .. TỒN 18 Q Trình Thiết Bò GVHD: NGUYỄN VĂN TỒN 19 Q Trình Thiết Bò GVHD: NGUYỄN VĂN TỒN 20 Q Trình Thiết Bò GVHD: NGUYỄN VĂN TỒN Từ đồ thò ,ta có : 29 mâm bao gồm : 19 mâm cất 1 mâm nhập liệu 5 mâm chưng( 4 mâm chưng+ 1 nồi đun) Tóm lại ,số mâm lý thuyết là Nlt = 28 mâm V XÁC ĐỊNH SỐ MÂM THỰC TẾ: Số mâm thực tế tính theo hiệu suất trung bình : N tt = N lt η tb trong đó: ηtb : hiệu suất trung bình của đóa,... 9,243 2 hk = 51,0. 0,745 2 1,171 821,25 =10,683 (mm.chất lỏng) • Đối với mâm ở phần chưng : ω 'lv 0,903 = =9,243 (m/s) 9,77% 0,0977 + Khối lượng riêng của pha hơi : ρ’G = ρ’ytb = 0,746 (Kg/m3) + Khối lượng riêng của pha lỏng : ρ’L = ρ’xtb = 925,744 (Kg/m3) Suy ra độ giảm áp qua mâm khô ở phần chưng : 9,243 2 0,746 h' k = 51,0. 0,745 2 925,744 = 6,039 (mm.chất lỏng) + Vận tốc... phần cất là: hl = 0,6.(50+5,617) = 33,370 (mm.chất lỏng) G '1 M tbG ' 63,608.18,189 = = 0,02083 (m3/ph) 60.ρ ' xtb 60.925,744 * Phần chưng : q ' L = 2 0,02083 3 = 6,445 (mm) Suy ra : h' ow = 43,4. 0,364 Vậy :Độ giảm áp do chiều cao mức chất lỏng trên mâm ở phần chưng : h’l = 0,6.(50+6,445) = 33,867 (mm.chất lỏng) c Độ giảm áp do sức căng bề mặt : Độ giảm áp do sức căng bề mặt được xác đònh...Q Trình Thiết Bò GVHD: NGUYỄN VĂN TỒN II THIẾT KẾ QUY TRINH CÔNG NGHỆ ̀ CHƯNG CẤT HỆ ETANOL – NƯỚC: Etanol là một chất lỏng tan vô hạn trong H2O, nhiệt độ sôi là 78,30C ở 760mmHg, nhiệt độ sôi của nước là 100oC ở 760mmHg : hơi cách biệt khá xa nên phương pháp hiệu quả để thu etanol có độ tinh khiết cao là phương pháp chưng cất Trong trường hợp này, ta không thể sử dụng phương pháp cô đặc vì các... 47,454 10-3 9,81 821,25 = 382,311 (N/m2) + Phần chưng : h’tl = 6,039+33,867+2,862 = 42,768 (mm.chất lỏng) hay h’tl = 42,768 10-3 9,81 925,744 = 388,400 (N/m2) Suy ra :Tổng trở lực của toàn tháp hay độ giảm áp tổng cộng của toàn tháp là :(xem độ giảm áp tổng cộng của pha khí qua mâm nhập liệu bằng độ giảm áp tổng cộng của pha khí qua một mâm ở phần chưng ) ∑htl = 42 htl + 11 h’tl = 42 382,311+11 . độ làm việc của đoạn chưng 14 3 Thiết Bò 3 . Số mâm lý thuyết 14 V . XÁC ĐỊNH SỐ MÂM THỰC TẾ 20 CHƯƠNG III :TÍNH TOÁN –THIẾT KẾ THÁP CHƯNG CẤT 22 I . ĐƯỜNG. THIỆU SƠ BỘ NGUYÊN LIỆU 6 1 . Etanol 6 2 . Nước 8 3 . Hỗn hợp Etanol – Nước 8 II . CÔNG NGHỆ CHƯNG CẤT HỆ ETANOL – NƯỚC 10 CHƯƠNG II : CÂN BẰNG VẬT CHẤT 12 I . CÁC THÔNG SỐ BAN ĐẦU 12 II. –THIẾT KẾ THÁP CHƯNG CẤT 22 I . ĐƯỜNG KÍNH THÁP 22 1 . Đường kính đoạn cất 22 2 . Đường kính đoạn chưng 24 II . MÂM LỖ – TRỞ LỰC CỦA MÂM 25 1 . Cấu tạo mâm lỗ 25 2 . Độ giảm áp của pha khí qua