công nghệ sản xuất cồn

Mục lục PHẦN I: MỞ ĐẦU……………………………………………………………….1 PHẦN II: NỘI DUNG……………………………………………………………3 Chương 1: Tổng quan công nghệ sản xuất cồn………………………………3 1.1.Giới thiệu cồn………………………………………………………… 1.2.Các phương pháp chưng luyện cồn……………………………………… 1.3.Các thiết bị chưng luyện………………………………………………… Chương 2: Công nghệ sản xuất cồn…………………………………………… 2.1.Nguyên liệu…………………………………………………………………6 2.2.Các phương pháp lên men cồn…………………………………………… 2.3.Sơ đồ quy trình sản xuất…………………………………………………….7 2.4.Thuyết minh quy trình sản xuất cồn……………………………………… Chương 3: Tính toán thiết bị…………………………………………………….10 3.1.Ký hiệu thông số ban đầu……………………………………………….10 3.2.Tính toán cân vật liệu chưng cất liên tục……………………11 3.2.1.Tính cân vật liệu…………………………………………………… 12 3.2.2.Xác định số hồi lưu thích hợp số đĩa lý thuyết………………… 12 3.2.2.1.Xác định số hồi lưu thích hợp……………………………………12 3.2.2.2.Số đĩa lý thuyết………………………………………………………18 3.3.Xác định số đĩa thực tế…………………………………………………… 19 3.3.1.Xác định hiệu suất trung bình tháp…………………………………19 3.3.2.Số đĩa thực tế tháp………………………………………………… 23 3.4.Tính đường kính chiều cao tháp…………………………………….23 3.4.1.Lượng trung bình tháp…………………………………… 24 3.4.1.1.Lượng trung bình đoạn luyện………………………… 24 3.4.1.2.Lượng trung bình đoạn chưng………………………….26 3.4.2.Tính khối lượng riêng trung bình………………………………………….27 3.4.2.1.Khối lượng trung bình pha hơi………………………….27 3.4.2.2.Khối lượng trung bình pha lỏng……………………… 29 3.4.3.Tốc độ tháp……………………………………………… 30 3.4.4.Đường kính đoạn luyện, đoạn chưng………………………………… 32 3.4.4.1.Đường kính đoạn luyện…………………………………………… 32 3.4.4.2.Đường kính đoạn chưng…………………………………………… 32 3.4.5.Vận tốc thực tế tháp…………………………………… 33 3.4.6.Chiều cao tháp………………………………………………………33 Chương 4: Tính toán khí lựa chọn……………………………………… 35 4.1.Tính số chóp kích thước chóp………………………………35 4.1.1.Số chóp phân bố đĩa……………………………………………… 35 4.1.2.Kích thước chóp…………………………………………………….35 4.2.Ống chảy chuyền………………………………………………………… 38 4.2.1.Khoảng cách từ đĩa đến chân ống chảy chuyền……………………… 38 4.2.2.Chiều cao ống chảy chuyền nhô đĩa……………………………… 40 4.2.3.Khoảng cách từ ống chảy chuyền đến tâm chóp gần nhất………………40 4.3.Chọn mặt bích………………………………………………………………42 4.4.Tính đường kính ống dẫn………………………………………………44 4.4.1.Đường kính ống chảy chuyền………………………………………… 43 4.4.2.Đường kính ống dẫn hỗn hợp đầu vào tháp…………………………… 44 4.4.3.Đường kính ống dẫn đỉnh tháp……………………………………45 4.4.4.Đường kính ống dẫn sản phẩm đáy…………………………………… 46 4.4.5.Đường kính ống hồi lưu…………………………………………………47 4.5.Diện tích làm việc đĩa………………………………………………….48 Chương 5: Tính cân nhiệt…………………………………………… ……49 5.1.Thiết bị gia nhiệt hỗn hợp đầu……………………………………………….49 5.1.1.Nhiệt lượng đốt mang vào……………………………………… 49 5.1.2.Nhiệt lượng hỗn hợp đầu mang vào………………………………… 50 5.1.3.Nhiệt lượng hỗn hợp đầu mang ra…………………………………….50 5.1.4.Lượng đốt cần thiết………………………………………………… 51 5.1.5.Nhiệt lượng nước ngưng mang ra…………………………………….51 5.1.6.Nhiệt lượng môi trường xung quanh…………………………… 51 5.2.Tính nhiệt tháp chưng luyện………………………………………… 51 5.2.1.Nhiệt lượng đốt mang vào tháp………………………………… 52 5.2.2.Nhiệt lượng lượng lỏng hồi lưu mang vào tháp………………………53 5.2.3.Nhiệt lượng mang đỉnh tháp…………………………………54 5.2.4.Nhiệt lượng sản phẩm đáy mang ra………………………………… 55 5.2.5.Lượng đốt cần thiết………………………………………………… 55 5.2.6.Nhiệt lượng môi trường xung quanh…………………………… 55 5.2.7.Nhiệt lượng nước ngưng mang ra…………………………………….56 5.3.Tính nhiệt thiết bị ngưng tụ……………………………………………56 5.4.Tính nhiệt thiết bị làm lạnh……………………………………………57 KẾT LUẬN………………………………………………………………………59 Tài liệu tham khảo……………………………………………………………… 60 Phần I: Mở đầu Ngày với phát triển khoa học kĩ thuật, công nghiệp mang lại cho người lợi ích vô 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 công nghiệp hóa đại hóa đất nước Trong tiến trình công nghiệp hóa- đại hóa đất nước, ngành mũi nhọn Công Nghệ Thông Tin, Công nghệ Sinh học, Công nghệ điện tử tự động hóa,….Công nghệ Thực Phẩm giữ vai trò quan trọng việc sản xuất 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 thực phẩm đòi hỏi cao hơn, đa dạng hơn, phong phú hơn, theo công 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 nên sử dụng trình chưng cất 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 +Không khí hóa lỏng chưng cất nhiệt độ -190℃ để sản xuất oxi 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 hoà tan phần hòa tan hoàn toàn vào nhau, sử dụng nhiều thực tế Phương pháp chưng luyện 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 sôi thấp hơn) nồng độ đạt yêu cầu Còn đáy thu hỗn hợp gồm hầu hết cấu tử khó bay (cấu tử có nhiệt độ sôi cao hơn) Đề bài: Tính toán, thiết kế tháp đĩa chưng luyện cồn etylic suất 1000kg/h,nồng độ sản phẩm đỉnh 0,8 phần khối lượng, nồng độ sản phẩm đáy 0,0005 phần khối lượng, nồng độ nguyên liệu vào 0,1 phần khối lượng Phần II: Nội dung Chương 1: Tổng quan công nghệ sản xuất cồn 1.1.Giới thiệu cồn etylic: -Cấu trúc phân tử etanol(etylic): + Công thức phân tử: C2H5OH +M=46(kg/kmol) - Tùy theo cách sử dụng lượng cồn mà nước giới có loại rượu , bia khác nhau.Cồn dùng 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… Ngoài 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 chín, 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 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 - Ứng dụng cồn chiếm vị trí đáng kể Công nghiệp thực Phẩm.Ngoài 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 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 môi hòa tan chất vô hữu -Cồn có khả thay xăng sản xuất từ dầu mỏ(xăng sinh học) -Tóm lại Cồn có hướng phát triển tốt để xây dựng nề công nghiệp.Nó có nhiều ứng dụng , nên việc khai thác cồn hiệu công việc cần thiết không riêng nghành thực Phẩm niềm quan tâm đáng kể với nghành khác Nhưng máy móc, công 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 chuyên môn công nghệ, yêu cầu xuất thiết kế máy móc phù hợp: chi phí thấp nhất, hiệu cao 1.2.Các phương pháp chưng luyện cồn: - Theo áp suất làm việc: áp suất cao, áp suất thường, áp suất thấp -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 xúcphải 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 đệm +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 tròn, 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 Tháp đĩa xuyênlỗ Tháp đĩa chóp Trở lực tương đối thấp - Hiệu suất cao - Chế tạo đơn giản, vệ sinh dễ dàng - Ít tốn kim loại tháp chóp Khá ổn định - Hiệu suất truyền khối cao - Ít tiêu hao lượng nên có số đĩa Kết cấu phức tạp Yêu cầu lắp đặt cao: đĩa lắp phải phẳng, chất lỏng khó phân phố mâm đường kinh lớn Có trở lực lớn - Tiêu tốn nhiều vật tư, kết cấu phức tạp - Ưu điểm - Cấu tạo đơn giản Trở lực thấp -Do có hiệu ứng thành hiệu suất truyền khối thấp -Độ ổn định không cao phân bố pha theo tiết diện tháp không đều, Nhược khó vận hành điểm -Do có hiệu ứng thành tăng suất hiệu ứng thành tăng khó tăng suất -Thiết bị nặng nề - - - -Sử dụng tháp đệm không cho phép ta kiểm soát trình chưng cất theo không gian tháp tháp mâm trình thể qua mâm cách rõ dàng, tháp đệm khó chế tạo kích thước lớn quy mô công nghiệp - Sử dụng tháp đĩa xuyên lỗ , hiệu suất đạt không tháp chóp, chế độ làm việc không ổn định tháp chóp, với tháp đường kính lớn không sử dụng hiệu Chương 2:Công nghệ sản xuất cồn 2.1.Nguyên liệu: Sản xuất cồn etylic nguyên tắc dung nguyên liệu chứa đường Polysaccarit sau thủy phân biến thành đường lên men Do ta dung nguyên liệu giàu Xenluloza để thuye phân thành đường Tuy nhiên dung nguyên liệu hiệu kinh tế Trong thực tế điều kiện sản xuất nước ta dung tinh bột mật rỉ -Nguyên liệu chứa tinh bột gồm có: +Tinh bột sản xuất từ ngũ cốc củ +Các lọai ngũ cốc gạo, bắp, lúa mạch , đại mạch,… +Các loại củ khoai tây,khoai mì,… -Nguyên liệu chứa đường: bao gồm saccharose dạng tinh thể dạng dung dịch, nước ép mía, dịch chiết từ củ cải đường, loại syrup glucose, maltose có nguồn gốc từ tinh bột, mật rỉ -Nguyên liệu chứa cellulose bã mía, dăm bào, mạt cưa, 2.2.Các phương pháp lên men cồn: -Phương pháp lên men truyền thống (bổ xung bánh men) -Phương pháp lên men bổ xung nấm mốc -Phương pháp lên men cồn phương pháp cố định tế bào *Quy trình công nghệ sản xuất cồn etylic chia thành công đoạn chính: 10 Lưu lượng thể tích ngưng tụ hồi lưu là: V = = = 0,259(m3/h) = 7,18×10-5(m3/s) -Do hỗn hợp tự động chảy vào tháp nên theo bảng II.6(sổ tay QTTB&HC tập1, trang 370): chọn tốc độ ngưng tụ hồi lưu là: = 0.2 (m/s) Đường kính ống dẫn ngưng tụ hồi lưu là: d = = = 0,021(m) d = 0,02(m) = 20(mm) -Tra bảng XIII.32(Sổ tay QT&TBCNHC tập 2,trang 434)  Chiều dài đoạn ống nối : l = 80 (mm) Tốc độ thực tế đỉnh tháp là: = = = 0,229(m/s) 4.5.Diện tích làm việc đĩa: Trong đó: F: Là diện tích mặt cắt ngang tháp F = = = 0,071(m2) : Diện tích mặt cắt ngang ống chảy truyền = = 7,07×10-4 (m2) : Diện tích mặt cắt ngang ống = = 7,07×10-4 (m2) Z: số ống chảy truyền mối đĩa, chọn z=1 n: số ống đĩa, n= = 0,1×=10 49  = 0,071 – (7,07×10-4 + 7,07×10-4 10) = 0,063(m2) Chương 5: Tính cân nhiệt 5.1.Thiết bị gia nhiệt hỗn hợp đầu: -Phương trình cân nhiệt lượng thiết bị đun nóng hỗn hợp đầu : QD1 + Q f = QF + Qng1 + Qxq1 (J/h) Trong đó: QD1 : nhiệt lượng đốt mang vào(J/h) Qf : nhiệt lượng hỗn hợp đầu mang vào (J/h) QF Qng1 : nhiệt lượng hỗn hợp đầu mang (J/h) : nhiệt lượng nước ngưng mang (J/h) Qxq1 : nhiệt lượng mát môi trường xung quanh (J/h) - Chọn đốt nước bão hòa áp suất 2at theo bảng I.97(sổ tay QT&TBCNHC tập 1, trang 230) có nhệt độ sôi 119,62℃ 50 5.1.1.Nhiệt lượng đốt mang vào: QD1 = D1 × λ1 = D1 × (r1 + θ1 × C1 ) (J/h) Trong đó: D1 λ1 θ1 : lượng đốt (kg/h) : hàm nhiệt (nhiệt lượng riêng ) đốt (J/kg) : nhiệt độ nước ngưng (℃) , θ1 = 119,62°C C: Nhiệt dung riêng nước ngưng (J/kg.độ) r1 : ẩn nhiệt hóa hơi đốt (J/kg) -Nội suy từ bảng số liệu I.212(sổ tay QT&TBCNHC tập 1, trang 254),ta có: r1 = 426,550 Kcal/kg = 426,550 x 4,18= 1782,979 KJ/kg =1,78.106 J/kg 5.1.2.Nhiệt lượng hỗn hợp đầu mang vào: Q f = F C f t f ( J / h) Trong đó: F: Lượng hỗn hợp đầu(kg/h), F= 1000kg/h) tF : Nhiệt độ đầu hỗn hợp (℃) Hỗn hợp vào nhiệt độ thường: tf =20℃ 51 Cf : Nhiệt dung riêng hỗn hợp đầu (J/kg.độ) -Theo bảng số liệu I.153 bảng I.154(sổ tay QT&TBCNHC tập 1, trang 172) nhiệt độ t=20℃,ta có: C1 = 2480J/kg.độ C2 = 4180 (J/kg.độ) -Nồng độ khối lượng hỗn hợp đầu : af = aF = 0,1 Cf = C1.af + C2.(1 - af) = 2480.0.1+ (1 – 0,1).4180 = 4010(J/kg.độ) Qf = F.Cf.tf = 1000.4010.20 = 8,02.107 (J/h) 5.1.3.Nhiệt lượng hỗn hợp đầu mang ra: QF = F CF t F (J/h) Trong đó: tF CF : Nhiệt độ hỗn hợp đầu sau đun nóng (℃): tF =92,3℃ : Nhiệt dung riêng hỗn hợp đầu (J/kg.độ) -Theo bảng số liệu I.153 I.154 (sổ tay QT&TBCNHC tập 1, trang 172) nhiệt độ tF=92,3℃,ta có: C1 =3404.5(J/kg.độ) C2 =4251,5 (J/kg.độ) Cf = C1.af + C2.(1 – af) = 3404,5.0,1 + 4251,5.(1 – 0,1) = 4166,8 (J/kg.độ) QF = F.Cf.tf = 1000 4166,8.92,3= 3,847.108(J/h) 52 5.1.4.Lượng đốt cần thiết: D1 = = = 180,071(kg/h) 5.1.5.Nhiệt lượng nước ngưng mang ra: Qng1 = Gng1.C1.θ1 = D1.C1.θ1 ( 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: Qxq1 = 0,05.D1.r1 = 0,05.24,68.1,78.106 = 2,197.106(J/h) 5.2.Tính nhiệt tháp chưng luyện: -Phương trình cân nhiệt lượng tháp chưng luyện: QF + QD2 + QR = Qy + QW + Qxq2 + Qng ( J / h) Trong đó: QF QD2 QR Qy : Nhiệt lượng hỗn hợp đầu mang vào tháp (J/h) : Nhiệt lượng đốt mang vào tháp (J/h) : Nhiệt lượng lượng lỏng hồi lưu mang vào (J/h) : Nhiệt lượng mang đỉnh tháp (J/h) 53 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 hòa áp suất 2at, có nhiệt độ sôi t=119,62℃ theo bảng I.97(sổ tay QT&TBCNHC tập 1, trang 230) 5.2.1.Nhiệt lượng đốt mang vào tháp: QD2 = D2 λ2 = D2 (r2 + θ C2 ) (J/h) Trong đó: D2 λ2 θ2 r2 : Lượng đốt (kg/h) : Hàm nhiệt ( nhiệt lượng riêng ) đốt (J/kg) : Nhiệt độ nước ngưng (℃): θ = 119,62°C : Ẩn nhiệt hóa hơi đốt (J/kg) r2= r1 = 1,78.106 (J/kg) C2 : Nhiệt dung riêng nước ngưng (J/kg.độ) 5.2.2.Nhiệt lượng lượng lỏng hồi lưu mang vào tháp: 54 QR = GR CR t R (J/h) Trong đó: + GR : Lượng lỏng hồi lưu (kg/h) GR = D.Rx D: Lượng sản phẩm đỉnh (kg/h), D = 3,547(kg/h) Rx : Chỉ số hồi lưu : Rx =1,607 GR=3,547.1,607= 5,700(kg/h) +tR: Nhiệt độ lượng lỏng hồi lưu (℃) tR = tD = 79,04oC -Lượng lỏng hồi lưu ( sau thiết bị ngưng tụ ) trạng thái sôi, có nồng độ phần mol nồng độ đỉnh tháp: x = yD = 0,689(phần mol) CR : Nhiệt dung riêng lượng lỏng hồi lưu (J/kg.độ) -Theo bảng số liệu I.153 bảng I.154 (sổ tay QT&TBCNHC tập 1,trang 172) nhiệt đột=79,04℃,ta có C1 = 3367,3 C2 = 4190 (J/kg.độ) (J/kg.độ) Nồng độ lượng lỏng hồi lưu nồng độ sản phẩm đỉnh: aR = aD = 0,85 CR = C1.aR + C2.(1 – aR) = 3367,3.0,85 + 4190.(1 – 0,85) = 3490,705(J/kg.độ) QR = GR.CR.tR = 84,42.3490,705.79,04 = 23,292.106(J/h) 55 5.2.3.Nhiệt lượng mang đỉnh tháp: Q y = D.(1 + Rx ).λd (J/kg) λd : Hàm nhiệt ( nhiệt lượng riêng ) đỉnh tháp (J/kg) λd = λ1 a + λ2 (1 − a) λ1 , λ2 (J/kg) : Nhiệt lượng riêng rượu nước (J/kg)  λ1=r1+C1.θ1  λ =r +C θ  2 2 Mà: θ1 = θ = tR = 79, 04°C -Theo bảng số liệu I.153 bảng I.154(sổ tay QT&TBCNHC tập 1,trang 172) nhiệt độ t=79,04℃,ta có C1 = 3367,3 C2 = 4190 (J/kg.độ) (J/kg.độ) -Theo bảng số liệu bảng I.250 bảng I.263 (sổ tay QT&TBCNHC tập trang 312-324) nội suy ta có: r1 = 824,968( KJ / kg ) = 824,968.103 ( J / kg ) r2 = 2312,112.( J / kg ) 56   λ1=824968+3367,3×79,04=1091119( J / kg )  λ =2312,112+4190×79,04=333489( J / kg )   a Mà : Nồng độ phần khối lượng sản phẩm đỉnh: λd = 1091119.0,85 + 333489.(1 − 0,85) = 977474,5 a = aD = 0,85 (J/kg) Qy = D (1 + Rx ).λd = 352,56.(1 + 1, 011).977474,5 = 693, 027.10 ( J / h) 5.2.4 Nhiệt lượng sản phẩm đáy mang QW = W.CW t W (J/h) Trong đó: W: Lượng sản phẩm đáy (kg/h), W=117,72(kg/h) tW CW : Nhiệt độ lượng sản phẩm đáy (℃), tW = 99,94oC : 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&TBCNHC tập 1, trang 172) nhiệt độ t=99,94℃,ta có: C1 = 3518,5 C2 = 4229,8 (J/kg.độ) (J/kg.độ) Mà nồng độ sản phẩm đáy aW = 0,0005 57 CW = C1.aw + C2.(1 – aW) = 3518,5.0,0005 + 4229,8.(1 – 0,0005) = 4229,44(J/kg.độ) Qw = W.Cw.tw = 117,72.4229,44.99,94 = 49,759.106(J/h) 5.2.5.Lượng đốt cần thiết: D2 = = = 3131,528(kg/h) 5.2.6.Nhiệt lượng môi trường xung quanh Lượng nhiệt môi trường lấy 5% lượng nhiệt tiêu tốn đáy tháp: Qxq1 = 0,05.D2.r2 = 0,05.3131,528.2199,7.103 = 34,442.106(J/h) 5.2.7.Nhiệt lượng nước ngưng mang Qng = Gng C2 θ = D2 C2 θ ( J / h) Gng : Lượng nước ngưng, lượng đốt (kg/h) 5.3Tính nhiệt thiết bị ngưng tụ: -Phương trình cân nhiệt lượng thiết bị ngưng tụ (ngưng tụ hoàn toàn): D.( Rx + 1).r = Gn Cn ( t − t1 ) Trong r: ẩn nhiệt ngưng tụ đỉnh tháp (J/kg) Nhiệt đỉnh tháp là: tD = tđ = 79,04oC 58 -Theo bảng số liệu I.250 bảng I.263 (sổ tay QT&TBCNHC tập , trang 312324), nội suy ta có: r1 = 824,968( KJ / kg ) = 824,968.103 ( J / kg ) r2 = 2312,112.( J / kg ) -Nồng độ phần khối lượng đỉnh tháp là: aD = 0,85(phần khối lượng)  r = r1.aD + r2 ( − aD ) = 824,968.103.0,85 + 2312,112.(1 − 0,85) = 701, 569.103 + + Gn (J/kg) : Lượng nước lạnh tiêu tốn (kg/h) t1 , t2 :Nhiệt độ vào nước làm lạnh (℃) Nhiệt độ vào nước lạnh lấy nhiệt độ thường: Nhiệt độ nước lạnh, chọn: t1 = 20°C t2 = 40°C ⇒ ttb = 30°C + Cn : Nhiệt dung riêng nước nhiệt độ trung bình ttb (J/kg,độ) Theo bảng số liệu I.153 (sổ tay QT&TBCNHC tập 1, trang 172), nhiệt độ t=30℃,ta có: Cn = 4177,5 (J/kg.độ) Lượng nước lạnh cần thiết là: Gn = = = 1399,77(kg/h) 59 5.4 Thiết bị làm lạnh: -Phương trình cân nhiệt lượng thiết bị làm lạnh: D.C D ( t '1 −t '2 ) = Gn Cn ( t − t1 ) Trong đó: 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 t '1 = 79, 04°C ℃ ⇒ t 'tb = 52, 02°C CD : Nhiệt dung riêng sản phẩm đỉnh ngưng tụ (J/kg.độ) -Theo bảng số liệu I.153 bảng I.154 (sổ tay QT&TBCNHC tập 1, trang 172) nhiệt đột=52,02℃,ta có: C1 = 3074,726 C2 = 4184, 015 (J/kg.độ) (J/kg.độ) Nồng độ sản phẩm đỉnh:aD = 0,85 => CD = C1.aD + C2 ( − aD ) = 3074, 73.0,85 + 4184, 015(1 − 0,85) = 3241,123 (J/kg.độ) Lượng nước lạnh cần thiết là: 60 Gn2 = = = 172,5(kg/h) KẾT LUẬN Càng ngày mức sống ngày caothì nhu cầu người với sản phẩm tiêu dùng cao Vì thế, phương pháp nâng cao chất lượng sản phẩm luôn cải tiến đổi để ngày hoàn thiện hơn, là: cô đặc, hấp thụ, chưng cất, trích ly, … Tùy theo đặc tính yêu cầu sản phẩm mà ta có 61 lựa chọn phương pháp phù hợp Đối với hệ Nước – Cồn hệcấu tử tan lẫn hoàn toàn, phương pháp chưng cất phương pháp hiệu để nâng cao độ tinh khiết sản phẩm Đồ án môn học Quá trình Thiết bị môn học mang tính tổng hợp trình học tập Cử nhân Kỹ sư ngành Công nghệ thực phẩmtương lai Giúp sinh viên định hướng cách giải toán thực tế sản xuất từ kiến thức giảng viên truyền đạt lớp.Môn học giúp sinh viên giải nhiệm vụ tính toán cụ thể về: quy trình công nghệ, kết cấu, giá thành thiết bị sản xuất hóa chất – thực phẩm Đây bước để sinh viên vận dụng kiến thức học nhiều môn học vào giải vấn đề kỹ thuật thực tế cách tổng hợp Việc thiết kế đồ án môn học giúp em củng cố kiến thức trình chưng cất phần riêng môn Quá trình thiết bị chuyển khối Giúp em nâng cao kĩ tra cứu , tính toán, biết cách trình bày, vẽ auto cad thiết bị Mặc dù cố gắng tỉ mỉ để hoàn thiện nhiệm vụ mình, tránh thiếu xót trình thiết kế Mong thầy cô môn xem xét bảo giúp em Em xin trân trọng cám ơn thầy cô! Hà Nội, ngày 08 tháng 06 năm 2016 Sinh viên Mạc Thị Lâm Tài liệu tham khảo 62 I-Tập thể tác giả Sổ tay trình thiết bị công nghệ hóa chất tập 1,NXB Khoa học kỹ thuật 1992 II-Hiệu đính Pts Trần Xoa, Pts Nguyễn Trọng Khuông, Pts Phạm Xuân Toản Sổ tay trình thiết bị công nghệ hóa chất tập 2,Nxb KHKT Hà Nội 1999 III-Nguyễn Bin Tính toán trình, thiết bị công nghệ hóa chất thực phẩm tập 2, NXB Khoa học kỹ thuật 2004 63 [...]... thu được một số sản phẩm khác… 2.3.Sơ đồ quy trình sản xuất cồn: 11 1.Thùng chứa hỗn hợp ban đầu 2- Bơm 3- Thùng cao vị 4- Thiết bị gia nhiệt hỗn hợp đầu 5- Tháp chưng luyện 6- Thiết bị ngưng tụ hồi lưu 7- Thiết bị làm lạnh sản phẩm đỉnh 8- Thùng chứa sản phẩm đỉnh 9- Thiết bị gia nhiệt đáy tháp 10- Thùng chứa sản phẩm đáy 11- Thiết bị tháo nước ngưng 2.4.Thuyết minh quy trình sản xuất cồn: -Hỗn hợp... 3: Xử lý dịch lên men Công đoạn này có liên quan tới kiến thức lí học và quá trình thiết bị công nghệ hóa (đó chính là quá trình chuyển khối) Thực chất là dung hệ thống chưng luyện phù hợp để tách rượu và các chất dễ bay hơi khỏi dấm chín, sau đó đem tinh luyện để nhận được cồn sản phẩm, thỏa mãn tiêu chuẩn và yêu cầu tiêu dung Sản phẩm thu được sau xử lý bao gồm cồn thực phẩm, cồn dầu, dầu fusel Ngoài... phân tử của nước + MF: khối lượng mol trung bình của nguyên liệu.(kg/kmol) + MD: khối lượng mol trung bình của sản phẩm đỉnh.(kg/kmol) + MW: khối lượng mol trung bình của sản phẩm đáy.(kg/kmol) + GF,F: lượng hỗn hợp đầu.(kg/h),(kmol/h) + GD,D: lượng sản phẩm đỉnh.(kg/h),(kmol/h) 14 + GW,W: lượng sản phẩm đáy.(kg/h),(kmol/h) + a: nồng độ cấu tử dễ bay hơi trong pha lỏng.(kg/kg) + x: nồng độ cấu tử dễ bay... D.xD + W.xW Lượng sản phẩm đỉnh là: D = = = 3,575(kmol/h) GD = GF× = 1000× = 124,453 (kg/h) - Lượng sản phẩm đáy: W = F – D = 52,149 – 3,575 = 48,574 (kmol/h) GW = GF – GD = 1000 – 124,453 = 875,547(kg/h) 3.2.2.Xác định chỉ số hồi lưu thích hợp và số đĩa lý thuyết: 3.2.2.1.Xác định chỉ số hồi lưu thích hợp: *Chỉ số hồi lưu tối thiểu Rmin Rmin : là tỉ số giữa lượng lỏng hồi lưu và lượng sản phẩm đỉnh Từ... cùng để duy trì pha lỏng trong các đĩa luyện, phần còn lại được đưa vào 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 được đun sôi nhờ thiết bị gia nhiệt đáy tháp 9 và hồi lưu về đĩa tháy tháp, phần chất lỏng còn lại được đưa vào bể chứa sản phẩm đấy 10 Nước ngưng tụ của các thiết bị gia nhiệt được tháo qua thiết bị tháo nước ngưng 11 *Nguyên...+Giai đoạn 1: Chuẩn bị dịch lên men: nếu nguyên liệu chứa tinh bột thì công đoạn này gồm : nghiền , nấu, đường hóa và làm lạnh đến nhiệt độ lên men Nếu nguyên liệu là mật rỉ thì chuẩn bị dịch lên men gồm pha loãng sơ bộ, xử lý mật rỉ, bổ xung nguồn dinh dưỡng, tách cặn rồi... lên các đĩa tiếp theo và nồng độ etanol tăng dần lên qua các đĩa -Quá trình chuyển khối giữa pha lỏng và khí, bốc hơi , ngưng tụ lặp đi lặp lại nhiều lần qua các đĩa Dẫn đến trên đỉnh tháp ta thu được sản phẩm là etanol có nồng độ cao và đáy ta thu được nước có nồng độ etanol rất thấp Chương 3: Tính toán thiết bị 3.1.Ký hiệu và thông số ban đầu: *Giả thiết: + Số mol pha hơi đi từ dưới lên bằng nhau... đoạn luyện: NL = = 8,28 Chọn số đĩa thực tế là 8 đĩa +Số đĩa thực tế đoạn chưng: NC = = 15,73 Chọn số đĩa thực tế là 16 đĩa 3.4.Tính đường kínhvà chiều cao của tháp: -Đường kính tháp được tính theo công thức: φ = 0,0188 Trong đó: g vtb ωvtb :lượng hơi trung bình đi trong tháp(kg/h) : vận tốc hơi trung bình trong tháp(m/s) ρy : khối lượng riêng trung bình của pha hơi 27 3.4.1.Lượng hơi trung bình... y1 và lượng lỏng G1 đối với đĩa thứ nhất của đoạn luyện được xác định theo hệ phương trình cân bằng vật liệu và cân bằng nhiệt lượng(*) sau: g1 = G1 + GD g1.y1 = G1.x1 + GD.xD g1.r1 = gđ.rđ GD: lượng sản phẩm đỉnh.(kg/h) x1: hàm lượng lỏng đối với đĩa thứ nhất đoạn luyện, coi x1 = xF = 0,042 28 r1: ẩn nhiệt hóa hơi của hỗn hợp đi vào đĩa thứ nhất r1 = retylic.y1 + (1 – y1).rnước rđ: ẩn nhiệt hóa hơi... trong đó yđ = yD = 0,704 -Từ bảng số liệu IX.2a(Sổ tay QT&TBCNHC tập 2, trang 149) ta nội suy ra: +Nhiệt độ sôi của hỗn hợp đầu tF = 92,3oC +Nhiệt độ sôi của hỗn hợp đỉnh tD = 79,3oC +Nhiệt độ sôi của sản phẩm đáy tW = 99,94oC -Từ bảng I.212(Sổ tay QT&TBCNHC tập 1, trang 254) ta nội suy ra: Với tD = 79,3oC suy ra: retylic = 202,28(kcal/kg) rnước = 559,7(kcal/kg)  rđ = 202,28 0,704 + (1 - 0,704) 559,7