Đồ án tốt nghiệp kỹ thuật thực phẩm

BỘ CÔNG THƢƠNG TRƢỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP THỰC PHẨM TP.HCM KHOA CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM MÔN: ĐỒ ÁN KỸ THUẬT THỰC PHẨM ĐỀ TÀI: THIẾT KẾ THIẾT BỊ CHƢNG CẤT HỖN HỢP ETHANOL - NƢỚC NĂNG SUẤT NHẬP LIỆU 2500KG HỖN HỢP/H GVHD: ThS NGUYỄN HỮU QUYỀN Lớp: 04DHLTP1 SVTH: NGUYỄN THANH TRÚC 2005140018 TRỊNH NGUYỄN TRỌNG HIẾU 2005140003 Thành phố hồ chí minh, ngày…,tháng…năm SVTH : Trịnh Nguyễn Trọng Hiếu Nguyễn Thanh Trúc Page MỤC LỤC LỜI MỞ ĐẦU Mục tiêu nghiên cứu Ý nghĩa đề tài 1.1 LÝ THUYẾT VỀ CHƢNG CẤT 1.1.1 Khái niệm trình chƣng cất 1.1.2 Đặc điểm trình chƣng cất 1.1.3 Các phƣơng pháp chƣng cất 1.1.4 Cân lỏng- hỗn hợp cấu tử 1.1.5 Ứng dụng trình chƣng cất công nghiệp 1.1.6 Thiết bị chƣng cất 1.2 GIỚI THIỆU SƠ BỘ NGUYÊN LIỆU 1.2.1 Etanol 1.2.2 Nƣớc 14 1.2.3 Hỗn hợp Etanol – Nƣớc 15 1.3 CÔNG NGHỆ CHƢNG CẤT HỆ ETANOL – NƢỚC 15 CHƢƠNG II : CÂN BẰNG VẬT CHẤT 18 2.1 CÁC THÔNG SỐ BAN ĐẦU 18 2.2 XÁC ĐỊNH SUẤT LƢỢNG SẢN PHẨM ĐỈNH VÀ SẢN PHẨM ĐÁY 18 2.3 XÁC ĐỊNH TỈ SỐ HOÀN LƢU THÍCH HỢP 20 2.3.1 Tỉ số hoàn lƣu tối thiểu 20 2.3.2 Tỉ số hoàn lƣu thích hợp 20 2.4 PHƢƠNG TRÌNH ĐƢỜNG LÀM VIỆC – SỐ MÂM LÝ THUYẾT 20 2.4.1 Phƣơng trình đƣờng nồng độ làm việc đoạn cất 20 2.4.2 Phƣơng trình đƣờng nồng độ làm việc đoạn chƣng 20 2.4.3 Số mâm lý thuyết 20 2.5 XÁC ĐỊNH SỐ MÂM THỰC TẾ - BIỂU ĐỒ CHƢNG CẤT 21 CHƢƠNG III: TÍNH TOÁN –THIẾT KẾ THÁP CHƢNG CẤT 24 3.1 ĐƢỜNG KÍNH THÁP 24 3.1.1 Đƣờng kính đoạn cất 24 3.1.2 Đƣờng kính đoạn chƣng 29 SVTH : Trịnh Nguyễn Trọng Hiếu Nguyễn Thanh Trúc Page 3.2 MÂM LỖ – TRỞ LỰC CỦA MÂM 34 3.2.1 Cấu tạo mâm lỗ 34 3.2.2 Độ giảm áp pha khí qua mâm 35 3.2 Kiểm tra ngập lụt tháp hoạt động 41 3.3 TÍNH TOÁN CƠ KHÍ CỦA THÁP 43 3.3.1 Bề dày thân tháp 43 3.3.2 Đáy nắp thiết bị 46 3.3.3 Bích ghép thân, đáy nắp 47 3.3.4 Đƣờng kính ống dẫn – Bích ghép ống dẫn 48 3.4.5 Tai treo chân đỡ 56 CHƢƠNG IV: TÍNH TOÁN THIẾT BỊ TRUYỀN NHIỆT- THIẾT BỊ PHỤ 62 4.1 CÂN BẰNG NĂNG LƢỢNG 62 4.2 CÁC THIẾT BỊ TRUYỀN NHIỆT 69 4.2.1 Thiết bị ngƣng tụ sản phẩm đỉnh 69 4.2.2 Thiết bị làm nguội sản phẩm đỉnh 75 4.2.3 Nồi đun gia nhiệt sản phẩm đáy 82 4.3 TÍNH TOÁN BƠM NHẬP LIỆU 87 4.3.1 Tính chiều cao bồn cao vị 87 4.3.2 Chọn bơm 94 CHƢƠNG V: KẾT LUẬN 99 TÀI LIỆU THAM KHẢO 100 SVTH : Trịnh Nguyễn Trọng Hiếu Nguyễn Thanh Trúc Page LỜI MỞ ĐẦU Một ngành có đóng góp to lớn đến ngành công nghiệp nƣớc ta nói riêng giới nói chung, ngành công nghiệp hóa học Đặc biệt ngành hóa chất bản,hiện nhiều ngành sản suất hóa học nhƣ sử dụng sản phẩm hóa học, nhu cầu sử dụng nguyên liệu sản phẩm có độ tinh khiết cao phải phù hợp với quy trình sản suất nhu cầu sử dụng Ngày nay, phƣơng pháp đƣợc sử dụng để nâng cao độ tinh khiết: trích ly, chƣng cất, cô đặc, hấp thu… Tùy theo đặc tính yêu cầu sản phẩm mà ta có lựa chọn phƣơng pháp thích hợp Đối với hệ Etanol - Nƣớc cấu tử tan lẫn hoàn toàn, ta phải dùng phƣơng pháp chƣng cất để nâng cao độ tinh khiết cho Etanol Mục tiêu nghiên cứu Nhiệm vụ ĐAMH thiết kế tháp chƣng cất hệ Etanol - Nƣớc hoạt động liên tục với suất nhập liệu 2500 kg/h ,dòng nhập liệu có thành phần 18% khối lƣợng etanol, dòng sản phẩm đỉnh có 82% khối lƣợng ethanol, dòng sản phẩm đáy có 2,2% khối lƣợng etanol Em chân thành cảm ơn quý thầy cô môn Máy & Thiết Bị,đặc biệt thầy Th.s Nguyễn Hữu Quyền , giúp em hoàn thành đồ án Tuy nhiên, trình hoàn thành đồ án sai sót, em mong quý thầy cô góp ý, dẫn Ý nghĩa đề tài Đồ án môn học Quá trình Thiết bị môn học mang tính tổng hợp trình học tập kỹ sƣ hoá- thực phẩm tƣơng lai Môn học giúp sinh viên giải nhiệm vụ tính toán cụ thể về: yêu cầu công nghệ, kết cấu, giá thành thiết bị sản xuất hoá chất - thực phẩm Đây bƣớc để sinh viên vận dụng kiến thức học nhiều môn học vào giải vấn đề kỹ thuật thực tế cách tổng hợp SVTH : Trịnh Nguyễn Trọng Hiếu Nguyễn Thanh Trúc Page CHƢƠNG I : TỔNG QUAN 1.1 LÝ THUYẾT VỀ CHƢNG CẤT 1.1.1 Khái niệm trình chƣng cất Chƣng cất trình phân tách hỗn hợp lỏng (hoặc khí lỏng) thành cấu tử riêng biệt dựa vào khác độ bay chúng (hay nhiệt độ sôi khác áp suất), cách lặp lặp lại nhiều lần trình bay - ngƣng tụ, vật chất từ pha lỏng vào pha ngƣợc lại Khác với cô đặc, chƣng cất trình dung môi chất tan bay hơi, cô đặc trình có dung môi bay 1.1.2 Đặc điểm trình chƣng cất Khi chƣng cất ta thu đƣợc nhiều cấu tử thƣờng cấu tử thu đƣợc nhiêu sản phẩm Hỗn hợp đem chƣng cất gọi dòng nhập liệu chứa cấu tử dễ bay cấu tử khó bay hơi, thành phần cấu tử tùy thuộc vào đặc điểm nguồn nguyên liệu Dòng sản phẩm thu đƣợc cách bốc ngƣng tụ gọi dòng sản phẩm đỉnh chứa chủ yếu cấu tử dễ bay phần cấu tử khó bay hơi.Dòng sản phẩm thu đƣợc đáy thiết bị gọi dòng sản phẩm đáy chứa chủ yếu cấu tử khó bay phần cấu tử dễ bay Dòng hoàn lƣu dòng ngƣng tụ đỉnh thiết bị đƣợc cấp tuần hoàn trở lại thiết bị nhằm tăng hiệu suất trình chƣng cất Ngoài làm tăng độ tinh khiết sản phẩm chứa chủ yếu cấu tử dễ bay phần cấu tử khó bay Chú ý: Dòng hoàn lƣu dòng sản phẩm đỉnh có thành phần cấu tử đỉnh hoàn toàn giống SVTH : Trịnh Nguyễn Trọng Hiếu Nguyễn Thanh Trúc Page 1.1.3 Các phƣơng pháp chƣng cất Phân loại theo áp suất làm việc  Áp suất thấp  Áp suất thƣờng  Áp suất cao  Nguyên tắc phƣơng pháp dựa vào nhiệt độ sôi cấu tử, nhiệt độ sôi cấu tử cao ta giảm áp suất làm việc để giảm nhiệt độ sôi cấu tử Phân loại theo nguyên lý làm việc:  Chƣng cất đơn giản (gián đoạn) Phƣơng pháp đƣợc sử dụng trƣờng hợp sau: + Khi nhiệt độ sôi cấu tử khác xa + Không đòi hỏi sản phẩm có độ tinh khiết cao + Tách hỗn hợp lỏng khỏi tạp chất không bay + Tách sơ hỗn hợp nhiều cấu tử  Chƣng cất hỗn hợp hai cấu tử (dùng thiết bị hoạt động liên tục) trình đƣợc thực liên tục, nghịch dòng, nhều đoạn Phân loại theo phƣơng pháp cấp nhiệt đáy tháp:  Cấp nhiệt trực tiếp  Cấp nhiệt gián tiếp  Phƣơng pháp cất nhiệt đáy tháp thƣờng đƣợc áp dụng trƣờng hợp chất đƣợc tách không tan nƣớc SVTH : Trịnh Nguyễn Trọng Hiếu Nguyễn Thanh Trúc Page 1.1.4 Cân lỏng- hỗn hợp cấu tử Đem đun sôi hỗn hợp cấu tử A,B, A cấu tử dễ bay hơi, B cấu tử khó bay hơi, pha lỏng sôi pha bão hòa có mặt cấu tử tồn mối quan hệ cân nồng độ phần mol cấu tử dễ bay pha lỏng xA nồng độ phần mol cấu tử dễ bay pha bão hòa cân với pha lỏng y*A= f(xA) ứng với hỗn hợp lỏng gồm cấu tử Vd: hệ etanol- nƣớc , methanol-nƣớc , nƣớc axetic… có hàm lƣợng biểu diễn quan hệ cân với Ứng với hệ, nồng độ xA1, xA2,… xAi tồn y* A1, y*A2,… y*Ai , số liệu thành lập bảng số liệu hỗn hợp hệ chƣng cất 1.1.5 Ứng dụng trình chƣng cất công nghiệp Trong công nghệ sản xuất dung môi hữu cơ: benzene, toulen, silen phục vụ cho sản xuất sơn… Sản xuất cồn etylic để đáp ứng nhu cầu sản xuất rƣợu, nƣớc giải khát có cồn… Chƣng cất tinh dầu từ thiên nhiên Trong nhiều trƣờng hợp trình chƣng cất trình đơn giản nhất, kinh tế để tách, làm tinh khiết sản phẩm Quá trình chƣng cất có mặt hầu hết trình công nghiệp 1.1.6 Thiết bị chƣng cất Trong sản xuất thƣờng sử dụng nhiều loại tháp nhƣng chúng có yêu cầu diện tích bề mặt tiếp xúc pha phải lớn, điều phụ thuộc vào độ phân tán lƣu chất vào lƣu chất Tháp chƣng cất phong phú kích cỡ ứng dụng tháp lớn thƣờng đƣợc ứng dụng công nghiệp lọc hoá dầu Kích thƣớc SVTH : Trịnh Nguyễn Trọng Hiếu Nguyễn Thanh Trúc Page tháp đƣờng kính tháp chiều cao tháp tuỳ thuộc suất lƣợng pha lỏng, pha khí tháp độ tinh khiết sản phẩm Ta khảo sát loại tháp chƣng cất thƣờng dùng tháp mâm tháp chêm Tháp mâm: thân tháp hình trụ, thẳng đứng phía có gắn mâm có cấu tạo khác để chia thân tháp thành đoạn nhau, mâm pha lỏng pha đựơc cho tiếp xúc với Tùy theo cấu tạo đĩa, ta có:  Tháp mâm chóp : mâm bố trí có chép dạng:tròn ,xú bắp ,chữ s…  Tháp mâm xuyên lỗ: mâm bố trí lỗ có đƣờng kính (3-12) mm Tháp chêm (tháp đệm): tháp hình trụ, gồm nhiều đoạn nối với mặt bích hay hàn Vật chêm đƣợc cho vào tháp theo hai phƣơng pháp: xếp ngẫu nhiên hay xếp thứ tự * So sánh ƣu nhƣợc điểm loại tháp : Tháp chêm Tháp mâm xuyên lỗ Tháp mâm chóp Hiệu suất tƣơng đối Ƣu điểm Đơn giản, trở lực thấp cao, hoạt động ổn Hiệu suất cao hoạt định, làm việc với chất động ổn định lỏng bẩn Nhƣợc điểm Hiệu suất thấp, độ ổn định kém, thiết bị nặng Trở lực cao, yêu cầu lắp đặt khắc khe… Lắp đĩa thật phẳng Cấu tạo phức tạp, trở lực lớn, không làm việc với chất lỏng bẩn Nhận xét: Tháp mâm xuyên lỗ trạng thái trung gian tháp chêm tháp mâm chóp Nên ta chọn tháp chƣng cất tháp mâm xuyên lỗ Vậy: Chƣng cất hệ Etanol - Nƣớc ta dùng tháp mâm xuyên lỗ hoạt động liên tục áp suất thƣờng, cấp nhiệt gián tiếp đáy tháp SVTH : Trịnh Nguyễn Trọng Hiếu Nguyễn Thanh Trúc Page 1.2 GIỚI THIỆU SƠ BỘ NGUYÊN LIỆU 1.2.1 Etanol  Định nghĩa (còn gọi rƣợu etylic , cồn êtylic hay cồn thực phẩm) - Ancol hợp chất hữu mà phân tử có nhóm hydroxyl (–OH ) liên kết trực tiếp với nguyên tử cacbon no - Etanol hay đƣợc gọi rƣợu etylic ancol đơn chức no mạch hở phân tử chứa nhóm hydroxyl ( –OH )  Cấu tạo Etanol Công thức phân tử thu gọn : C2H6O C2H5OH Công thức cấu tạo: H H H C C H H O H  Tính chất vật lý Rƣợu etylic chất lỏng, không màu, suốt, mùi thơm dễ chịu đặc trƣng, vị cay, nhẹ nƣớc (khối lƣợng riêng 0,7936 g/ml 15 độ C) Hút ẩm, dễ cháy, cháy khói lửa có màu xanh da trời Ancol etylic tan vô hạn nƣớc có nhiệt độ sôi cao nhiều so với este hay aldehyde tƣơng ứng tạo thành liên kết hydro phân tử rƣợu với với nƣớc SVTH : Trịnh Nguyễn Trọng Hiếu Nguyễn Thanh Trúc Page Etanol dung môi linh hoạt, pha trộn với nƣớc với dung môi hữu khác nhƣ axit axetic , axeton, benzen , cacbon tetrachlorua, cloroform , dietyl ete, etylen glycol,…  Tính chất hóa học Tính chất rƣợu đơn chức, no, mạch hở o Phản ứng với kim loại kiềm, kim loại kiềm thổ 2C2H5OH + Na  C2H5ONa + H2 o Phản ứng este hóa ( Phản ứng rƣợu acid với môi trƣờng acid sulfuric đặc nóng) C2H5OH + CH3COOH H2SO4 ,t° CH3COOC2H5 + H2O o Phản ứng tách nước (trong phân tử để tạo thành olefin, môi trƣờng acid sulfuric đặc 170 0C) C2H5OH H2SO4 , 170 °C C2H4 + H2O o Phản ứng tách nước phân tử rượu C2H5OH + C2H5OH  C2H5-O-C2H5 + H2O o Phản ứng oxi hóa Trường hợp : Trong môi trƣờng nhiệt độ cao CH3-CH2-OH + CuO  CH3-CHO + Cu + H2O Trường hợp : có xúc tác CH3-CH2-OH + O2  CH3-COOH + H2O Trường hợp : nhiệt độ cháy SVTH : Trịnh Nguyễn Trọng Hiếu Nguyễn Thanh Trúc Page 10 p = at = 105 (N/m2) Suy ra: D = 14343,143(tw2 – 100)2,33 Nhiệt tải phía sản phẩm đáy: qD   D (t w2  100)  14343,143(t w2  100) 3,33 (W/m ) (3) Chọn: tw1 = 116,6550C Khi đó, nhiệt độ trung bình = 119,6  116,655 = 118,1280C ta tra đƣợc A = 187,1574 Từ (1): qN =73,415.187,1574.(119,6-116,655)0,75 = 30889,133(W/m2) Xem nhiệt tải mát không đáng kể: qt = qN =30889,133 (W/m2) Từ (2), ta có: tw2 = tw1− qt =100,769oC 1944,444 Từ (3), ta có : qD =14343,143.(100,769-100)3,33=31708,196(W/m2) Kiểm tra sai số: = qN  q D qD  30889,133 31708,196 =2,58% < 5% : thoả 31708,196 Vậy: tw1 = 116,6550C tw2 = 100,7690C Khi đó: N  73,415.187,1574 20  10488,670 (W/m C) (119,6  116,655) 0, 25 SVTH : Trịnh Nguyễn Trọng Hiếu Nguyễn Thanh Trúc Page 86  D  14343,143.(100,769  100) 3,33  24986,758 (W/m2.0C) 20  1539,295 (W/m C) 1   10488,670 1944,444 24986,758 K Bề mặt truyền nhiệt trung bình: Ftb  368,43.1000  11,91(m ) 1539,295.20,096 Chọn số ống truyền nhiệt: n = 91 (ống) Chiều dài ống truyền nhiệt: L 11,91  1,7(m) 0,027  0,023  91 Chọn: L = 2(m) Vậy: Nồi đun gia nhiệt sản phẩm đáy thiết bị truyền nhiệt vỏ - ống với số ống n = 91, chiều dài ống truyền nhiệt L = 2(m) Ống đƣợc bố trí theo hình lục giác Nên ta có số ống đƣờng chéo hình lục giác: b = 11(ống) Chọn bƣớc ngang hai ống: t = 1,4.dng = 1,4.0,027 = 0,0378 (m) Đƣờng kính vỏ thiết bị: Dv = t.(b-1)+4.dng = 0,0378(11-1)+4.0,027= 0,5 (m) 4.3 TÍNH TOÁN BƠM NHẬP LIỆU 4.3.1 Tính chiều cao bồn cao vị Chọn đƣờng kính ống dẫn nguyên liệu (nhập liệu): d = 50 (mm), độ nhám ống =0,1(mm) SVTH : Trịnh Nguyễn Trọng Hiếu Nguyễn Thanh Trúc Page 87 Các tính chất lý học dòng nhập liệu đƣợc tra tài liệu tham khảo [4 (tập 1)] ứng với nhiệt độ trung bình ttbF = t F  t ' F 87,2  28   57,60 C 2 + Khối lƣợng riêng: F = 943,03 (Kg/m3) + Độ nhớt động lực: F = 0,51.10-3 (N.s/m2) Vận tốc dòng nhập liệu ống dẫn: vF = GF 2500   0,3(m / s) 3600. F  d 3600.943,03  0,052  Tổn thất đƣờng ống dẫn  l1  vF h1   1  1   d1  2.g (m) Với: + 1 : hệ số ma sát đƣờng ống + l1 : chiều dài đƣờng ống dẫn, chọn l1 = 20(m) + d1 : đƣờng kính ống dẫn, d1 = d = 0,05(m) + 1 : tổng hệ số tổn thất cục + vF : vận tốc dòng nhập liệu ống dẫn, vF = 0,3(m/s) * Xác định 1 : Chuẩn số Reynolds dòng nhập liệu ống: Re1  vF d1. F F  0,3.0,05.943,03  27736,17 0,51.103 SVTH : Trịnh Nguyễn Trọng Hiếu Nguyễn Thanh Trúc Page 88 Theo tài liệu tham khảo [ST (tập 1)], ta có: 8  50   d1  + Chuẩn số Reynolds tới hạn: Regh1=   =   = 7289,343    0,1  + Chuẩn số Reynolds bắt đầu xuất vùng nhám: 9  50  d  Ren1= 220.  = 220.  = 23,9.104    0,1  Suy ra: Regh1 < Re1< Ren1: khu vực chảy độ, (tài liệu tham khảo [ST (tập 1)]):   100   1= 0,1.1,46  d1 Re1   , 25 0,1 100    0,1.1,46   50 27736,17   , 25  0,03 * Xác định 1: Tra tài liệu tham khảo [ Ví dụ tập (tập 10)/407]- hệ số tổn thất dòng nhập liệu qua: + chỗ uốn cong: u1=1.1,1 = 1,1 + lần đột thu: t1 = 0,5 + lần đột mở: m1 = + lƣu lƣợng kế: l1 = (không đáng kể) Suy ra: 1 = u1 + t 1+ m1 + l1 = 2,6  Vậy:Tổn thất đƣờng ống dẫn: h1=  0,03  20  0,32  2,6   0,07(m) 0,05  2.9,81  Tổn thất đƣờng ống dẫn thiết bị trao đổi nhiệt SVTH : Trịnh Nguyễn Trọng Hiếu Nguyễn Thanh Trúc Page 89  v l h2   2     d2  2.g (m) Với: + 2 : hệ số ma sát đƣờng ống + l2 : chiều dài đƣờng ống dẫn, l2 = 18(m) + d2 : đƣờng kính ống dẫn, d2 = 0,023(m) + 2 : tổng hệ số tổn thất cục + v2 : vận tốc dòng nhập liệu ống dẫn v2  GF 2500   1,68(m / s) 3600. F  d 3600.994,4  0,0232 * Xác định 2 : Chuẩn số Reynolds dòng nhập liệu: Re  v2 d  N N  1,68.0,023.994,4  52135,16 0,737.103 Theo tài liệu tham khảo [ST (tập 1)/379], ta có: 8  23  d  + Chuẩn số Reynolds tới hạn: Regh2= 6.  = 6.  =3001    0,1  + Chuẩn số Reynolds bắt đầu xuất vùng nhám 9  23  d  Ren2= 220.  = 220.  =99854,24    0,1  Suy ra: Regh2 < Re2 < Ren2: khu vực chảy rối, tài liệu tham khảo [ST (tập 1)/380]: SVTH : Trịnh Nguyễn Trọng Hiếu Nguyễn Thanh Trúc Page 90   100   2= 0,1.1,46  d Re   , 25 0,1 100    0,1.1,46   23 52135,16   , 25  0,03 * Xác định 2: Tra tài liệu tham khảo [ Ví dụ tập (tập 10)/407]: hệ số tổn thất dòng nhập liệu qua: + chỗ uốn cong: u2= 1,1.3 = 3,3 + lần co hẹp: c2 = 0,385  0,0232    0,62 + lần mở rộng: m2 = 1  0,052   Suy ra: 2 = u2 + c2+ m = 3,3 + 0,385 + 0,62 = 4,3 Vậy: Tổn thất đƣờng ống dẫn thiết bị trao đổi nhiệt: 18   1,682 h2=  0,03  4,3  3,9(m) 0,023   2.9,81  Tổn thất đƣờng ống dẫn thiết bị gia nhiệt nhập liệu:   v2 l h3   3     d3  2.g (m) Với: + 3 : hệ số ma sát đƣờng ống + l3 : chiều dài đƣờng ống dẫn, l3 = 15(m) + d3 : đƣờng kính ống dẫn, d3 = 0,023(m) SVTH : Trịnh Nguyễn Trọng Hiếu Nguyễn Thanh Trúc Page 91 + 3 : tổng hệ số tổn thất cục + v3 : vận tốc dòng nhập liệu ống dẫn, nhiệt độ trung bình : ttb  71,03  87,2  79,120 C Với:  F  919,27(kg / m3 )  F  0,4.103 ( Ns / m )  v3  2500  1,82(m / s ) 3600.919,27  0,0232 * Xác định 3 : Chuẩn số Reynolds dòng nhập liệu:  Re  1,82.0,023.919,27  96201,61 0,4.103 Theo tài liệu tham khảo [ST (tập 1)], ta có: 8  23   d3  + Chuẩn số Reynolds tới hạn: Regh3=   =   =3001    0,1  + Chuẩn số Reynolds bắt đầu xuất vùng nhám:  23  d  Ren3= 220.  = 220.     0,1   99854,24 Suy ra: Regh3 < Re3 < Ren3: khu vực chảy rối, tài liệu tham khảo [ST (tập 1)/380]: SVTH : Trịnh Nguyễn Trọng Hiếu Nguyễn Thanh Trúc Page 92   100   3= 0,1.1,46  d Re   , 25  0,03 * Xác định 3: Hệ số tổn thất dòng nhập liệu qua: + chỗ uốn cong: u3= 3.1,1= 3,3 + lần co hẹp: c2 = 0,385  0,0232    0,62 + lần mở rộng: m2 = 1   , 05   Suy ra: 3 = 3,3 + 0,385 + 0,62 = 4,3 Vậy:Tổn thất đƣờng ống dẫn thiết bị gia nhiệt:  h3=  0,03  15  1,822  4,3   4,03(m) 0,023  2.9,81 Chọn : + Mặt cắt (1-1) mặt thoáng chất lỏng bồn cao vị + Mặt cắt (2-2) mặt cắt vị trí nhập liệu tháp Áp dụng phƣơng trình Bernolli cho (1-1) (2-2): 2 P1 P2 v1 v2 z1 + + = z2 + + +hf1-2  F g  F g g g P2  P1 v  v1 +hf1-2   F g 2.g hay z1 = z2 + SVTH : Trịnh Nguyễn Trọng Hiếu Nguyễn Thanh Trúc Page 93 Với: + z1: độ cao mặt thoáng (1-1) so với mặt đất, hay xem nhƣ chiều cao bồn cao vị, Hcv = z1 + z2: độ cao mặt thoáng (2-2) so với mặt đất, hay xem nhƣ chiều cao từ vị trí nhập liệu tới mặt đất: z2 = hchân đỡ + hnắp + (Nchƣng+1) (h + mâm ) = 0,105 + 0,15 + 8.(0,25 + 0,0018) = 2,27 (m) + P1 : áp suất mặt thoáng (1-1), chọn P1 = at + P2 : áp suất mặt thoáng (2-2), chọn P2 = at + v1 : vận tốc mặt thoáng (1-1), xem v1 = 0(m/s) + v1 : vận tốc vị trí nhập liệu, v1 = vF = 0,3 (m/s) + hf1-2 : tổng tổn thất ống từ (1-1) đến (2-2): hf1-2 = (m) Vậy: Chiều cao bồn cao vị: 0,3  P  P v  v1 Hcv = z2 +  +hf1-2=2,27 +  + = 10(m) 2.9,81  F g 2.g 2 Chọn Hcv = 10(m) 4.3.2 Chọn bơm Lƣu lƣợng nhập liệu: VF = GF F  SVTH : Trịnh Nguyễn Trọng Hiếu Nguyễn Thanh Trúc 2500  2,65 (m /h) 943,03 Page 94 Chọn bơm có suất Qb = 1,2 (m3/h).Đƣờng kính ống hút, ống đẩy 21(mm),nghĩa chọn ống 27x3 Các tính chất lý học dòng nhập liệu đƣợc tra tài liệu tham khảo [4 (tập 1)] ứng với nhiệt độ trung bình t’F = 28 oC: + Khối lƣợng riêng: F = 949 (Kg/m3) + Độ nhớt động lực: F = 0,88.10-3 (N.s/m2) Vận tốc dòng nhập liệu ống hút đẩy: vh = vd = 4.Qb 4.1,2   0,96(m / s) 3600. ,0,0212 3600. d h Tổng trở lực ống hút ống đẩy:  hhd =    v lh  ld   h   d  h dh  2.g Với: + lh : chiều dài ống hút, chọn lh = 1,5 (m) + ld : chiều dài ống đẩy, chọn ld = 11,5 (m) + h : tổng tổn thất cục ống hút + d : tổng tổn thất cục ống đẩy +  : hệ số ma sát ống hút ống đẩy * Xác định : Chuẩn số Reynolds dòng nhập liệu: SVTH : Trịnh Nguyễn Trọng Hiếu Nguyễn Thanh Trúc Page 95 Re= vh d h  F F  0,96.0,021.949  21740,73 0,88.103 Theo tài liệu tham khảo [ST (tập 1)/379], ta có:  21  d  + Chuẩn số Reynolds tới hạn: Regh= 6. h  = 6.     0,1   2704,68 + Chuẩn số Reynolds bắt đầu xuất vùng nhám: 9  21  d  Ren= 220. h  = 220.  =90140,38    0,1  Suy ra: Regh < Re < Ren: khu vực chảy độ, (tài liệu tham khảo [ST (tập 1)/380]):   100  = 0,1.1,46  d h Re   , 25  0,03 * Xác định h: Hệ số tổn thất cục ống hút qua: + van cầu: vh= 10 + lần vào miệng thu nhỏ: t = 0,5 Suy ra: h = vh + t =10,5 * Xác định d: Hệ số tổn thất cục ống đẩy qua: + van cầu: vd= 10 SVTH : Trịnh Nguyễn Trọng Hiếu Nguyễn Thanh Trúc Page 96 + lần uốn góc: u =2.1,1 = 2,2 Suy ra: h = vd + u =12,2 Vậy:Tổn thất ống hút ống đẩy:  hhd =  0,03  1,5  11,5  0,962  10,5  12,2   1,94(m) 0,021  2.9,81 Chọn : + Mặt cắt (1-1) mặt thoáng chất lỏng bồn chứa nguyên liệu + Mặt cắt (2-2) mặt thoáng chất lỏng bồn cao vị Áp dụng phƣơng trình Bernolli cho (1-1) (2-2): z1 + 2 P1 P v v + + Hb= z2 + + +hf1-2  F g  F g g g Với: + z1: độ cao mặt thoáng (1-1) so với mặt đất + z2: độ cao mặt thoáng (2-2) so với mặt đất + P1 : áp suất mặt thoáng (1-1), chọn P1 = at + P2 : áp suất mặt thoáng (2-2), chọn P2 = at + v1,v2 : vận tốc mặt thoáng (1-1) và(2-2), xem v1=v2= 0(m/s) + hf1-2 =hhd: tổng tổn thất ống từ (1-1) đến (2-2) + Hb : cột áp bơm Suy ra: Hb = (z2 – z1) + hhd = Hcv + hhd = 10 +1,94 =11,94(m.chất lỏng) SVTH : Trịnh Nguyễn Trọng Hiếu Nguyễn Thanh Trúc Page 97 Chọn hiệu suất bơm: b = 0,8 Công suất thực tế bơm: Nb = Qb H b  F g 1,2.11,94.943,03.9,81   46,02(W )  0,06(hp) 3600.b 3600.0,8 Tóm lại: Để đảm bảo tháp hoạt động liên tục ta chọn bơm li tâm loại XM Qb = 1,2 (m3/h) rƣợu chất không độc hại SVTH : Trịnh Nguyễn Trọng Hiếu Nguyễn Thanh Trúc Page 98 CHƢƠNG V: KẾT LUẬN Sau ba tháng nghiên cứu, em tìm hiểu học tập đƣợc vấn đề: Thiết kế đƣợc tháp chƣng cất Etanol – Nƣớc tƣơng đối hoàn chỉnh biết trƣớc suất nhập liệu, nồng độ nhập liệu,sản phẩm đỉnh,sản phẩm đáy.Tính toán tƣơng đối chi tiết trình làm việc thiết bị khả chịu bền thiết bị tính ăn mòn học hoá học, nhƣ điều kiện làm việc thiết bị Đặc tính kỹ thuật thiết bị chƣng cất thiết kế ứng với thông số cho ban đầu: + Tỉ số hoàn lƣu thích hợp: R = 1,17 + Số mâm chƣng cất thực tế: 15 mâm + Đƣờng kính tháp chƣng cất: Dt = 500 mm + Đƣờng kính lỗ mâm: mm + Bề dày mâm: 1,8 mm + Số lỗ mâm: 2500 lỗ +Trở lực toàn tháp: 7320,73(N/m2) + Khoảng cách hai mâm: 250 mm + Chiều cao tháp: 4,9 m + Thân – đáy – nắp làm thép X18H10T, có bề dày: mm + Bích ghép thân – đáy – nắp làm thép X18H10T, loại bích liền không cổ + Bích ghép ống dẫn làm thép CT3, loại bích liền không cổ + Đƣờng kính ống dẫn chất lỏng: 70 mm + Đƣờng kính ống dẫn hơi: 100 mm SVTH : Trịnh Nguyễn Trọng Hiếu Nguyễn Thanh Trúc Page 99 TÀI LIỆU THAM KHẢO Sổ tay trình thiết bị công nghệ hóa chất - Tập – NXB khoa học kỹ thuật Sổ tay trình thiết bị công nghệ hóa chất - Tập – NXB khoa học kỹ thuật SVTH : Trịnh Nguyễn Trọng Hiếu Nguyễn Thanh Trúc Page 100 [...]... SUẤT LƢỢNG SẢN PHẨM ĐỈNH VÀ SẢN PHẨM ĐÁY Gọi: F là lƣợng nhập liệu ban đầu (phần mol) D là lƣợng sản phẩm đỉnh (phần mol) W là lƣợng sản phẩm đáy (phần mol) Áp dụng cân bằng vật chất theo suất lƣợng khối lƣợng, và nồng độ phần khối lƣợng Ta có: { xF xD SVTH : Trịnh Nguyễn Trọng Hiếu Nguyễn Thanh Trúc xw Page 18 { ( { )  Tính suất lượng mol của các dòng :nhập liệu, sản phẩm đỉnh, sản phẩm đáy ( ̅̅̅... ete, axit axetic, etyl axetat,làm dung môi pha chế vecni, dƣợc phẩm, nƣớc hoa, làm nhiên liệu,dùng cho đèn cồn trong phòng thí nghiệm, dùng thay xăng làm nhiên liệu cho động cơ đốt trong… - Để điều chế các loại rƣợu uống nói riêng và các đồ uống có etanol nói chung, ngƣời ta chỉ dùng sản phẩm của quá trình lên men rƣợu các sản phẩm nông nghiệp nhƣ: SVTH : Trịnh Nguyễn Trọng Hiếu Nguyễn Thanh Trúc Page... thuyết Đồ thị xác định số mâm lý thuyết SVTH : Trịnh Nguyễn Trọng Hiếu Nguyễn Thanh Trúc Page 20 100 90 80 70 duong cheo 60 W 50 D duong thang x= xF 40 duong thang noi diem D va I 30 F 20 10 0 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 Từ đồ thị ta có 6 mâm bao gồm:  3 mâm cất  1 mâm nhập liệu  2 mâm chƣng Tóm lại , số mâm lý thuyết là Nlt = 6 mâm 2.5 XÁC ĐỊNH SỐ MÂM THỰC TẾ - BIỂU ĐỒ CHƢNG CẤT Số mâm thực. .. pha lỏng trong sản phẩm đáy: y1' = yW * Tính r’1 : xW =0,01 pmol tra đồ thị hệ cân bằng của hệ ta có : yW =0,09 pmol SVTH : Trịnh Nguyễn Trọng Hiếu Nguyễn Thanh Trúc Page 29 Đổi yw = 0,09 pmol ra phần khối lƣợng: yW 0,09.46  0,2( pkl) 0,09.46  0,91.18 Theo đồ thị đƣờng cong sôi ta có sản phẩm đáy có nhiệt độ sôi là 97,50C, theo các số liệu Δra, Δrb, Δt, ra1, rb1 đã có ở phần tính toán đoạn cất ta có:... tinh bột thành glucoza đƣợc thực hiện nhanh chóng hơn bằng cách xử lý hạt với axít sulfuric loãng, enzym nấm amylase, hay là tổ hợp của cả hai phƣơng pháp Về tiềm năng, glucoza để lên men thành êtanol có thể thu đƣợc từ xenluloza SVTH : Trịnh Nguyễn Trọng Hiếu Nguyễn Thanh Trúc Page 12 Việc thực hiện công nghệ này có thể giúp chuyển hóa một loại các phế thải và phụ phẩm nông nghiệp chứa nhiều xenluloza,... o Sơ đồ qui trình công nghệ chƣng cất hệ Etanol – nƣớc: SVTH : Trịnh Nguyễn Trọng Hiếu Nguyễn Thanh Trúc Page 15 Chú thích các kí hiệu trong qui trình: 1 Bể chứa hỗn hợp nhập liệu 2 Bể chứa cao vị 3 Bơm 4 Lƣu lƣợng kế 5 Thiết bị truyền nhiệt ống chùm 6 Thiết bị chƣng cất 7 Thiêt bị ngƣng tụ ống chùm 8 Nồi đun dạng kettle 9 Bể chứa sản phẩm đáy 10 Bể chứa sản phẩm đỉnh 11 Thiết bị làm nguội sản phẩm. .. etanol ) o Khối lƣợng phân tử của rƣợu và nƣớc: MR =46 , MN =18  Các kí hiệu + F,D,W,L : suất lƣợng mol của các dòng nhập liệu, sản phẩm đỉnh, sản phẩm đáy,dòng hoàn lƣu ,đơn vị (Kmol/h ) + GF, GD, GW, GL: suất lƣợng khối lƣợng của dòng nhập liệu, sản phẩm đỉnh, sản phẩm đáy, dòng hoàn lƣu, đơn vị (Kg/h) + xF, xD, xW, xL : nồng độ phẩn mol của cấu tử dễ bay hơi trong pha lỏng của các dòng , đơn vị... CH3-COOH + H2O  Điều chế Etanol 94% "biến tính" đƣợc bán trong các chai lọ an toàn để sử dụng trong gia đình-không dùng để uống, đƣợc sản xuất bằng cả công nghiệp hóa dầu, thông qua công nghệ hyđrat hóa êtylen, và theo phƣơng pháp sinh học, bằng cách lên men đƣờng hay ngũ cốc với men rƣợu Hyđrat hóa etylen Etanol đƣợc sử dụng nhƣ là nguyên liệu công nghiệp và thông thƣờng nó đƣợc sản xuất từ các nguyên... trang 171] : D = 0,51 Suy ra: hiệu suất trung bình của tháp :  tb =  F  W   D 3  0,37  0,38  0,51  0,42 3 Vậy số mâm thực tế của tháp Ntt SVTH : Trịnh Nguyễn Trọng Hiếu Nguyễn Thanh Trúc : Page 23 N tt  6  14,29(mâm) 0,42 Chọn số mâm thực tế = 15 mâm CHƢƠNG III: TÍNH TOÁN –THIẾT KẾ THÁP CHƢNG CẤT 3.1 ĐƢỜNG KÍNH THÁP Dt  4Vtb g tb  0,0188 π.3600.ω tb (  y ω y ) tb (m) Vtb: lƣợng hơi trung... nhập liệu, rồi đƣợc đƣa qua bồn chứa sản phẩm đáy SVTH : Trịnh Nguyễn Trọng Hiếu Nguyễn Thanh Trúc Page 17 CHƢƠNG II : CÂN BẰNG VẬT CHẤT 2.1 CÁC THÔNG SỐ BAN ĐẦU o Năng suất nhập liệu : GF = 2500 (Kg/h) o Nồng độ phần khối lƣợng nhập liệu : x F = 18% (pkl etanol) o Nồng độ phần khối lƣợng sản phẩm đỉnh : x D = 82% (pkl etanol ) o Nồng độ phần khối lƣợng sản phẩm đáy : x w = 2,2% (pkl etanol ) o Khối