Tính toán hệ thống chưng cất mâm xuyên lỗ etanol nước

BỘ CÔNG THƢƠNG TRƢỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP THỰC PHẨM TP HỒ CHÍ MINH KHOA CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM BỘ MÔN KỸ THUẬT THỰC PHẨM ĐỒ ÁN THIẾT KẾ THIẾT BỊ CHƢNG CẤT HỖN HỢP ETANOL - NƢỚC Năng suất nhập liệu: 1500 kg/h GVHD: MẠC XUÂN HÒA SVTH: Lê Thị Hoa 2005130331 04DHTP3 Lê Thị Ngọc Huyền 2005130350 04DHTP5 TP HỒ CHÍ MINH, THÁNG NĂM 2016 Đồ án Kỹ thuật thực phẩm GVHD: Mạc Xuân Hòa NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN HƢỚNG DẪN Tp Hồ Chí Minh, tháng 06 năm 2016 Giảng viên hƣớng dẫn Đồ án Kỹ thuật thực phẩm GVHD: Mạc Xuân Hòa NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN PHẢN BIỆN Tp Hồ Chí Minh, tháng 06 năm 2016 Giảng viên phản biện Đồ án Kỹ thuật thực phẩm GVHD: Mạc Xuân Hòa MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN LỜI MỞ ĐẦU Chƣơng 1: TỔNG QUAN 10 I Tổng quan nguyên liệu 10 Etanol 10 1.1 Tính chất vật lý 10 1.2 Tính chất hóa học 10 1.3 Sản xuất 11 1.3.1 Hydrat hóa ethanol 11 1.3.2 Lên men 12 1.4 Ứng dụng công nghệ thực phẩm 12 1.5 Lí chƣng cất 13 Nƣớc 13 Hỗn hợp Etanol – nƣớc 14 II Lý thuyết chƣng cất 15 2.1 Khái niệm 15 2.2 Cơ sở lý thuyết 16 2.3 Các yếu tố ảnh hƣởng đến trình chƣng cất 16 2.4 Phƣơng pháp kiểm tra chất lƣợng sản phẩm 17 2.5 Các phƣơng pháp chƣng cất 17 2.6 Thiết bị chƣng cất 17 Chƣơng 2: SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ VÀ THUYẾT MINH CHI TIẾT SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ 22 I Thuyết minh quy trình công nghệ 22 II Chú thích thiết bị quy trình 23 Chƣơng 3: TÍNH CÂN BẰNG VẬT CHẤT VÀ NĂNG LƢỢNG 24 I Các thông số ban đầu 24 II Cân vật chất 24 Đồ án Kỹ thuật thực phẩm GVHD: Mạc Xuân Hòa 2.1 Nồng độ phần mol etanol tháp 24 2.2 Suất lƣợng mol dòng 25 III Xác định tỉ số hoàn lƣu thích hợp 25 3.1 Tỉ số hoàn lƣu tối thiểu 25 3.2 Phƣơng trình đƣờng làm việc 26 3.3 Số mâm lý thuyết 26 IV Số mâm thực tế 27 4.1 Xác định hiệu suất trung bình tháp 27 4.2 Số mâm thực tế tháp 28 V Cân lƣợng 29 5.1 Cân nhiệt lƣợng thiết bị đun nóng dòng nhập liệu 29 5.2 Cân nhiệt lƣợng tháp chƣng cất 31 5.3 Cân nhiệt lƣợng thiết bị ngƣng tụ 35 5.4 Cân nhiệt lƣợng thiết bị làm nguội đỉnh 35 5.5 Cân nhiệt lƣợng nồi đun sản phẩm đáy 37 Chƣơng 4: TÍNH TOÁN THIẾT BỊ CHÍNH 39 I Tính đƣờng kính tháp 39 1.1 Đƣờng kính đoạn cất 39 1.2 Đƣờng kính đoạn chƣng 43 II Chiều cao tháp 46 2.1 Chiều cao thân tháp 46 2.2 Chiều cao đáy (nắp) 47 III Mâm lỗ - trở lực tháp 47 3.1 Cấu tạo mâm lỗ 47 3.2 Trở lực đĩa khô 48 3.3 Trở lực sức căng bề mặt 49 3.4 Trở thủy tĩnh chất lỏng đĩa tạo 50 3.5 Tổng trở lực tháp 53 IV Kiểm tra hoạt động mâm 53 Đồ án Kỹ thuật thực phẩm GVHD: Mạc Xuân Hòa Chƣơng 5: TÍNH CƠ KHÍ 55 I Bề dày thân tháp 55 II Đáy nắp thiết bị 57 III Bích ghép thân, đáy nắp 57 IV Đƣờng kính ống dẫn – bích ghép ống dẫn 59 4.1 Ống nhập liệu 59 4.2 Ống đỉnh tháp 60 4.3 Ống hoàn lƣu 61 4.4 Ống dẫn đáy tháp 62 4.5 Ống dẫn lỏng khỏi đáy tháp 63 V Chân đỡ tháp tai treo 64 5.1 Trọng lƣợng tháp 64 5.2 Chân đỡ tháp 65 VI Kính quan sát 66 Chƣơng TÍNH TOÁN THIẾT BỊ PHỤ 68 I Thiết bị đun sôi dòng nhập liệu 68 1.1 Quá trình truyền nhiệt 68 1.2 Lƣợng nhiệt trao đổi 68 1.3 Chọn thiết bị 68 1.4 Hệ số cấp nhiệt 69 1.5 Bề mặt truyền nhiệt 73 1.6 Chiều dài ống 73 II Thiết bị ngƣng tụ sản phẩm đỉnh 73 2.1 Quá trình truyền nhiệt 73 2.2 Chọn thiết bị 73 2.3 Hệ số truyền nhiệt thiết bị ngƣng tụ 74 2.4 Bề mặt truyền nhiệt 77 2.5 Chiều dài ống 77 III Thiết bị làm nguội đỉnh 78 Đồ án Kỹ thuật thực phẩm GVHD: Mạc Xuân Hòa 3.1 Quá trình truyền nhiệt 78 3.2 Chọn thiết bị 78 3.3 Bề mặt truyền nhiệt 79 3.4 Chiều dài ống 79 IV Thiết bị làm nguội đáy 79 4.1 Quá trình truyền nhiệt 79 4.2 Chọn thiết bị 80 4.3 Bề mặt truyền nhiệt 81 4.4 Chiều dài ống 81 V Thiết bị nồi đun 81 5.1 Quá trình truyền nhiệt 81 5.2 Chọn thiết bị 82 5.3 Hệ số cấp nhiệt 82 5.4 Bề mặt truyền nhiệt 84 5.5 Chiều dài ống 84 VI Tính bồn cao vị 84 6.1 Tổn thất đƣờng ống dẫn 84 6.2 Tổn thất đƣờng ống dẫn thiết bị đun sôi dòng nhập liệu 87 6.3 Chiều cao bồn cao vị 88 VII Bơm 89 7.1 Năng suất 89 7.2 Cột áp 90 TÀI LIỆU THAM KHẢO 93 Đồ án Kỹ thuật thực phẩm GVHD: Mạc Xuân Hòa LỜI CẢM ƠN Chúng em xin chân thành cảm ơn Khoa Công nghệ thực phẩm, trƣờng Đại học Công nghiệp Thực phẩm TPHCM tạo điều kiện cho chúng em thực tốt đồ án Chúng em xin chân thành cảm ơn thầy Mạc Xuân Hòa tận tình hƣớng dẫn chúng em suốt thời gian thực đồ án Chúng em xin chân thành cảm ơn quý thầy cô Trƣờng Đại học Công nghiệp Thực phẩm Thành phố Hồ Chí Minh nói chung, quý thầy cô Bộ môn Kỹ thuật thực phẩm nói riêng dạy dỗ chúng em kiến thức đại cƣơng nhƣ kiến thức chuyên ngành, giúp chúng em có đƣợc sở lý thuyết vững vàng tạo điều kiện giúp đỡ chúng em suốt trình học tập Cuối chúng em chân thành cảm ơn gia đình bạn bè tạo điều kiện, quan tâm, giúp đỡ, động viên chúng em sốt trình học tập hoàn thành đồ án Nhóm em chân thành cảm ơn! Tp Hồ Chí Minh, tháng 07 năm2016 Nhóm sinh viên thực Đồ án Kỹ thuật thực phẩm GVHD: Mạc Xuân Hòa LỜI MỞ ĐẦU Khoa học kỹ thuật ngày phát triển với nhu cầu cao độ tinh khiết sản phẩm Vì phƣơng pháp nâng cao độ tinh khiết luôn đƣợc cải tiến, đổi ngày hoàn thiện nhƣ là: cô đặc, hấp thu, chƣng cất, trích ly… Tùy theo đặc tính yêu cầu sản phẩm mà ta lựa chọn phƣơng pháp thích hợp Đối với hệ etanol-nƣớc hai cấu tử tan lẫn hoàn toàn, ta phải dùng phƣơng pháp chƣng cất để nâng cao độ tinh khiết cho etanol Đồ án môn học Kỹ Thuật Thực Phẩm môn học mang tính tổng hợp trình học tập kỹ sƣ thực phẩm tƣơng lai Môn học giúp sinh viên giải nhiệm vụ tính toán cụ thể yêu cầu công nghệ, kết cấu, giá thành thiết bị sản xuất hóa 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 Nhiệm vụ Đồ án môn học thiết kế thiết bị chƣng cất hỗn hợp etanol – nƣớc với suất nhập liệu 1500 kg hỗn hợp/giờ có nồng độ nhập liệu 15% phần khối lƣợng etanol, nồng độ sản phẩm đỉnh 90% phần khối lƣợng etanol nồng độ sản phẩm đáy 2% phần khối lƣợng etanol Bằng cố gắng thân giúp đỡ bảo tận tình giáo viên hƣớng dẫn chúng em hoàn thành đồ án thời hạn Nhƣng thời gian làm đồ án có hạn nên trình làm tránh đƣợc sai sót Vì vậy, chúng em mong nhận đƣợc đóng góp ý kiến thầy cô Chúng em chân thành cảm ơn! TP Hồ Chí Minh, tháng 07 năm 2016 Sinh viên thực hiện: Lê Thị Hoa Lê Thị Ngọc Huyền Đồ án Kỹ thuật thực phẩm GVHD: Mạc Xuân Hòa Chƣơng 1: TỔNG QUAN I Tổng quan nguyên liệu Etanol Etanol đƣợc biết đến nhƣ rƣợu etylic, ancol etylic, rƣợu ngũ cốc hay cồn, hợp chất hữu cơ, nằm dãy đồng đẳng rƣợu metylic, dễ cháy, không màu, rƣợu thông thƣờng có thành phần đồ uống chứa cồn Trong cách nói dân dã, thông thƣờng đƣợc nhắc đến cách đơn giản rƣợu Etanol ancol mạch thẳng, công thức hóa học C2H6O hay C2H5OH, phân tử gam 46,07 g/mol Một công thức thay khác CH3-CH2OH thể carbon nhóm metyl (CH3 –) liên kết với carbon nhóm metylen (CH2-) , nhóm lại liên kết với oxy nhóm hydroxyl (- OH) Nó đồng phân hóa học dimetyl ête Etanol thƣờng đƣợc viết tắt EtOH, sử dụng cách kí hiệu hóa học đại diện cho nhóm etyl (C2H5) Et 1.1 Tính chất vật lý Etanol chất lỏng, không màu, suốt, mùi thơm dễ chịu đặc trƣng, vị cay, nhẹ nƣớc (khối lƣợng riêng 0,7936 g/ml 150C), dễ bay (sôi 78,390C), hóa rắn -114,150C, tan vô hạn nƣớc, tan ete clorofom, hút ẩm, dễ cháy (điểm bắt lửa 130C), cháy khói lửa có màu xanh da trời Sỡ dĩ etanol tan vô hạn nƣớc có nhiệt độ sôi cao nhiều so với este hay aldehyde có khối lƣợng phân tử xấp xỉ tạo thành liên kết hydro phân tử rƣợu với nƣớc Điểm ba trạng thái ethanol 150 K áp suất 4,3 10-4Pa 1.2 Tính chất hóa học Tất phản ứng hóa học xảy nhóm hydroxyl (-OH) etanol thể tính chất hóa học  Phản ứng hydro nhóm hydroxyl: CH3-CH2-OH  CH3-CH2-O- + H+ Hằng số phân ly ethanol: K = 10-18, etanol chất trung tính  Tính acid rƣợu thể qua phản ứng với kim loại kiềm, Natri hydrua (NaH), Natri amid (NaNH2): CH3-CH2-OH +NaH  CH3-CH2-ONa + H2 Do 10 Đồ án Kỹ thuật thực phẩm GVHD: Mạc Xuân Hòa ( ) ( ) ( ) Chọn Xét thấy hệ số cấp nhiết K thiết bị làm nguội tăng so với thiết bị ngƣng tụ ( trình truyền nhiệt diễn mạnh mẽ hơn),Giả sử trƣờng hợp Q ̅̅̅ không đổi, K tăng F giảm, ta chọn K thiết bị làm nguội với thiết bị ngƣng tụ đảm bảo đƣợc trình trao đổi nhiệt cần thiết Thiết bị đặt nằm ngang nƣớc tong ống dòng sản phẩm đỉnh ống Chọn ( ) 3.3 Bề mặt truyền nhiệt ( ̅̅̅ ) ( ) 3.4 Chiều dài ống ( ) ( ) IV Thiết bị làm nguội đáy 4.1 Quá trình truyền nhiệt  Nhiệt độ lỏng khỏi đáy tháp vào nồi đun đáy tháp qua thiết bị dòng nóng vào là: (hơi)  Nhiệt độ dòng nóng khỏi thiết bị:  Nhiệt độ nƣớc vào thiết bị là:  Nhiệt độ nƣớc khỏi thiết bị là: (lỏng) (lỏng) (lỏng) 79 Đồ án Kỹ thuật thực phẩm GVHD: Mạc Xuân Hòa  Chênh lệch nhiệt độ đầu lớn:  Chênh lệch nhiệt độ đầu nhỏ:  Hiệu số nhiệt độ trung bình: ̅̅̅ ( ( ( ) ) ( ) ) Nhiệt lƣợng cần thiết để làm nguội sản phẩm đáy: ( ) ( ( ) ) ( ) 4.2 Chọn thiết bị Chọn thiết bị ống chùm, đặt nằm ngang, vật liệu đồng thau (89Cu +11Zn) Theo bảng V.11 trang 48,[2] ta chọn thiết bị gồm 61 ống, xếp thành hình cạnh, số ống vòng 25 ống Chọn đƣờng kính ống dống =0,032m, loại 32x2mm  Bƣớc ống, chọn: ( ), b= 2a -1 = 2.5– = 9, với a số ống cạnh hình cạnh  Đƣờng kính thiết bị ống chùm: ( ) ( ( ) ) ( ) ( ) Chọn Thiết bị làm nguội ống chùm có đƣờng kính 0,5m nƣớc ống, dòng sản phẩm đáy ống thiết bị đăth nằm ngang Tƣơng tự thiết bị làm nguội đỉnh chọn ( ) 80 Đồ án Kỹ thuật thực phẩm GVHD: Mạc Xuân Hòa 4.3 Bề mặt truyền nhiệt ( ̅̅̅ ) ( ) 4.4 Chiều dài ống ( ) ( ) V Thiết bị nồi đun 5.1 Quá trình truyền nhiệt Ta dùng nƣớc bão hòa có áp suất tuyệt đối 2at, nhiệt độ sôi để cấp nhiệt cho dung dịch  Dòng nóng có: (hơi)  Dòng lạnh có: ( ), (hơi)  Chênh lệch nhiệt độ đầu lớn:  Chênh lệch nhiệt độ đầu nhỏ:  Hiệu số nhiệt độ trung bình: ̅̅̅ ( ( ( ) ) ) ( ) Nhiệt lƣợng nƣớc cần thiết 81 Đồ án Kỹ thuật thực phẩm GVHD: Mạc Xuân Hòa ( ) ( ) (J/h) = 225,833 (kW) 5.2 Chọn thiết bị Chọn loại nồi đun Kette riêng với tháp, nồi đun tiếp nhận dòng lỏng bên dƣới tháp nhờ nƣớc bão hòa có nhiệt độ cao nhiệt độ lỏng giúp hóa phần lỏng đáy tháp mục đích tạo cho phần có điều kiện ( lên đỉnh tháp, vật liệu đồng thau (89Cu+11Zn) ), Theo (Bảng V.11 trang 48,[2]), ta chọn: Thiết bị gồm 127 ống xếp thành hình cạnh, số ống vòng 37  Chọn đƣờng kính ống ( ), loại ống  Bƣớc ống, chọn: ( ) ( )  Đƣờng kính thiết bị ống chùm: ( ) ( ( ) ) ( ) ( ) Chọn 5.3 Hệ số cấp nhiệt Xác định hệ số cấp nhiệt từ nƣớc bão hòa đến thành ống  Tra (bảng I.5 trang 15,[1]) nóng: ( o C ,ta đƣợc: khối lƣợng riêng dòng )  Tra (bảng .104 trang 96,[1]), o C , ta đƣợc độ nhớt dòng nóng: (  Tra (bảng I.148 trang 166,[1]) ) ta có nhiệt dung riêng dòng nóng là: ( ) 82 Đồ án Kỹ thuật thực phẩm GVHD: Mạc Xuân Hòa  Tra (bảng I.212 trang 254,[1]),ta đƣợc : (J/kg)  Tra (bảng I.129 trang 133,[1]) đƣợc hệ số dẫn nhiệt dòng nóng : ( ) ( ) Chọn Ngƣng tinh khiết mặt ống nằm ngang: Hệ số cấp nhiệt √ ( ) √ ( ) Hệ số cấp nhiệt trung bình ống chùm: ( ) Tra (Hình: V.20 trang 30,[2]), chọn số ống đƣờng thẳng , Ta có ( ) Nhiệt tải riêng dòng nóng: ( ) Xác định hệ số cấp nhiệt từ thành ống đến dung dịch đáy: Vì sản phẩm đáy có nồng độ etanol nhỏ nên ta xem nƣớc, đó: ( ) ( ) Chọn Nhiệt tải riêng sản phẩm đáy : 83 Đồ án Kỹ thuật thực phẩm GVHD: Mạc Xuân Hòa ( Kiểm tra sai số: = | | = | | ) = 4,13% < 5% Hợp lý Hệ số truyền nhiệt : Theo (bảng V.1 trang 4,[2]), ta đƣợc trị số nhiệt trở trung bình:  Của cặn bẩn là: ( );  Của nƣớc thƣờng là: ( ) ( ( ) ) 5.4 Bề mặt truyền nhiệt ̅̅̅ ( ) ( ) 5.5 Chiều dài ống ( )  Chọn ( ) VI Tính bồn cao vị 6.1 Tổn thất đƣờng ống dẫn Chọn ống dẫn có đƣờng kính dtr = 100 (mm)  Tra bảng II.15, trang 381, [1]  Độ nhám ống: (m) (ăn mòn ít) = 0,2 (mm) = 0,0002 84 Đồ án Kỹ thuật thực phẩm GVHD: Mạc Xuân Hòa Tổn thất đƣờng ống dẫn:  l1  v F2  h1     1   d1  2g (m) Trong đó: 1 : hệ số ma sát đƣờng ống l1 : chiều dài đƣờng ống dẫn, chọn l1 = 30(m) d1 : đƣờng kính ống dẫn, d1 = dtr = 0,1(m) 1 : tổng hệ số tổn thất cục vF : vận tốc dòng nhập liệu ống dẫn Xác định vận tốc dòng nhập liệu ống dẫn : Các tính chất lý học dòng nhập liệu đƣợc tra nhiệt độ trung bình: tF = t FV  t FS = 58,65 (oC) Tại nhiệt độ thì:  Nội suy theo (bảng I.2 trang 9, [1]) ,ta đƣợc: khối lƣợng riêng dòng nhập liệu (lỏng) : ̅ ( ) ( ) ( ̅  Nội suy từ (bảng .101 trang 91,[1]),  , ta đƣợc độ nhớt: ( ( ) ( ) ( ) ( ) ) ( ) ( ) ) Vận tốc dòng nhập liệu ống: 85 Đồ án Kỹ thuật thực phẩm GVHD: Mạc Xuân Hòa ̅ = 0,06 (m/s) Xác định hệ số ma sát đƣờng ống :  Chuẩn số Reynolds : = 11568,74 > 4000 : chế độ chảy rối  Chuẩn số Reynolds tới hạn: Regh = 6(d1/ )8/7 = 7289,343 (CT II.60 trang 378,[1])  Chuẩn số Reynolds bắt đầu xuất vùng nhám: Ren= 220.(d1/ )9/8 =239201,52 (CT II.62 trang 379,[1])  Vì Regh < ReF < Ren  chế độ chảy rối ứng với khu vực độ Áp dụng công thức (II.64), trang 380, [1]:  ( ) = 0,03 Xác định tổng hệ số tổn thất cục : Chỗ uốn cong tra bảng II.16, trang 382, [1] ta có:  Chọn dạng ống uốn cong 90o có bán kính R với R/d = u1 (1 chỗ) = 0,15  Đƣờng ống có chỗ uốn  u1 = 0,15 = 1,05 Van tra bảng 9.5, trang 94, [6] ta có:  Chọn van cầu với độ mở hoàn toàn van (1 cái) = 10  Đƣờng ống có van cầu  van = 10 = 40 Lƣu lƣợng kế : l1 = (coi nhƣ không đáng kể) Vào tháp : tháp = Nên: 1 = u1 + van + ll = 42,05 Vậy: ( ∑ ) = 0,009 (m) 86 Đồ án Kỹ thuật thực phẩm GVHD: Mạc Xuân Hòa 6.2 Tổn thất đƣờng ống dẫn thiết bị đun sôi dòng nhập liệu  l v h2    2     d2  2g (m) Trong đó: 2 : hệ số ma sát đƣờng ống l2 : chiều dài đƣờng ống dẫn, l2 = 6(m) d2 : đƣờng kính ống dẫn, d2 = dtr = 0,025(m) 2 : tổng hệ số tổn thất cục v2 : vận tốc dòng nhập liệu ống dẫn Vận tốc dòng nhập liệu ống dẫn: v2 = 0,902 (m/s) Xác định hệ số ma sát đƣờng ống : Chuẩn số Reynolds : = 43479,17 > 4000: chế độ chảy rối Độ nhám: = 0,0002 Chuẩn số Reynolds giới hạn: Regh = 6(d2/ )8/7 = 1494,926 (CT II.60 trang 378,[1]) Chuẩn số Reynolds bắt đầu xuất vùng nhám: Ren = 220(d2/ )9/8 = 50285,925 (CT II.62 trang 379,[1]) Vì Regh < ReF < Ren  chế độ chảy rối ứng với khu vực độ Áp dụng công thức (II.64), trang 380, [1]:  ( ) = 0,03 Xác định tổng hệ số tổn thất cục bộ: Đột thu tra bảng II.16, trang 382, [1]: Fo 0,0322  Khi = 0,160 đột thu (1chỗ) = 0,458 F1 0,082 87 Đồ án Kỹ thuật thực phẩm GVHD: Mạc Xuân Hòa Có chỗ đột thu  đột thu = 0,458 Đột mở tra bảng II.16, trang 382, [1]: Khi Fo 0,0322 = 0,160 đột mở (1chỗ) = 0,708  F1 0,082 Có chỗ đột mở  đột mở = 0,708 Nên: 2 = U2 + đôt thu + đột mở = 1,166 ( Vậy: ∑ ) = 0,35 (m) 6.3 Chiều cao bồn cao vị Chọn : Mặt cắt (1-1) mặt thoáng chất lỏng bồn cao vị Mặt cắt (2-2) mặt cắt vị trí nhập liệu tháp Ap dụng phƣơng trình Bernoulli cho (1-1) (2-2): z1 + 2 P1 P v v + = z2 + + +hf1-2  F g  F g g g P  P v  v1 z1 = z +  +hf1-2  F g 2.g 2 Trong đó: 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 mặt đất đến vị trí nhập liệu: z2 = hchân đỡ + hđáy + (NChƣng + 1) x (h + mâm) = 0,105 + 0,15 + (8 + 1).(0,3 + 0,002) = 2,973 (m) P1 : áp suất mặt thoáng (1-1), chọn P1 = at = 9,81.104 (N/m2) P2 : áp suất mặt thoáng (2-2) Xem P = P2 – P1 = N cất Pcất = 18 324,518= 5841,324 (N/m2) v1 : vận tốc mặt thoáng (1-1), xem v1 = (m/s) v2 : vận tốc vị trí nhập liệu, v2 = vF = 0,06 (m/s) 88 Đồ án Kỹ thuật thực phẩm GVHD: Mạc Xuân Hòa hf1-2 : tổng tổn thất ống từ (1-1) đến (2-2): hf1-2 = h1 + h2 = 0,359 (m) Vậy: Chiều cao bồn cao vị: P  P v  v1 Hcv = z2 +  +hf1-2  F g 2.g 2 = 3,1025 + +0,359 = 4,09 (m) Chọn Hcv = (m) VII Bơm 7.1 Năng suất Nhiệt độ dòng nhập liệu tf = 28oC  Tra (bảng I.2 trang 9,[1]) o C ,ta đƣợc: khối lƣợng riêng dòng nguyên liệu ̅ ( ) ( ) ̅ (  Tra (bảng .101 trang 91,[1]), o C, ta đƣợc độ nhớt: ( ) ( ) ( ( ) ) ) ( ) ( ( ) ) Suất lƣợng thể tích dòng nhập liệu ống: 89 Đồ án Kỹ thuật thực phẩm GVHD: Mạc Xuân Hòa Vậy: chọn bơm có suất Qb = (m3/h) 7.2 Cột áp 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 Bernoulli cho (1-1) (2-2): 2 P1 P2 v1 v2 z1 + + + Hb = z2 + + +hf1-2  F g  F g g g Trong đó:       z1: độ cao mặt thoáng (1-1) so với mặt đất, chọn z1 = 1m z2: độ cao mặt thoáng (2-2) so với mặt đất, z2 = Hcv = 5m 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 : tổng tổn thất ống từ (1-1) đến (2-2)  Hb : cột áp bơm Tính tổng trở lực ống: Chọn đƣờng kính ống hút ống đẩy nhau: dtr = 100 (mm)  Tra bảng II.15, trang 381, [1]  Độ nhám ống: = 0,2 (mm) = 0,0002 (m) (ăn mòn ít) Tổng trở lực ống hút ống đẩy  lh  lñ v   h   ñ  F d tr   2g hf1-2 =   Trong đó:  lh : chiều dài ống hút  ln : Chiều cao hút bơm Tra bảng II.34, trang 441, [1]  hh = 4,5 (m)  Chọn lh = (m)  lđ : chiều dài ống đẩy, chọn lđ = (m)  h : tổng tổn thất cục ống hút  đ : tổng tổn thất cục ống đẩy 90 Đồ án Kỹ thuật thực phẩm GVHD: Mạc Xuân Hòa  : hệ số ma sát ống hút ống đẩy  vF : vận tốc dòng nhập liệu ống hút ống đẩy (m/s) Xác định hệ số ma sát ống hút ống đẩy: Chuẩn số Reynolds : Vì ReF > 4000  chế độ chảy rối Chuẩn số Reynolds giới hạn: Regh = 6(d2/ )8/7 = 7289,3 Vì Regh > Re1  chế độ chảy rối ứng với khu vực nhẵn thủy lực Áp dụng công thức (II.61), trang 378, [1]:  = = 0,0376 (1,81g Re 1, 64) Xác định tổng tổn thất cục ống hút: Chỗ uốn cong tra bảng II.16, trang 382, [1]:  Chọn dạng ống uốn cong 90o có bán kính R với R/d = u1 (1 chỗ) = 0,15  Ống hút có chỗ uốn  u1 = 0,15 = 0,3 Van tra bảng 9.5, trang 94, [6]:  Chọn van cầu với độ mở hoàn toàn v1 (1 cái) = 10  Ống hút có van cầu  v1 = 10 Nên: h = u1 + v1 = 10,3 Xác định tổng tổn thất cục ống đẩy : Chỗ uốn cong tra bảng II.16, trang 382, [1]:  Chọn dạng ống uốn cong 90o có bán kính R với R/d = u2 (1 chỗ) = 0,15  Ống đẩy có chỗ uốn  u2 = 0,15 = 0,6 Van tra bảng 9.5, trang 94, [6]:  Chọn van cầu với độ mở hoàn toàn v2 (1 cái) = 10  Ống đẩy có van cầu  v2 = 10 91 Đồ án Kỹ thuật thực phẩm GVHD: Mạc Xuân Hòa Vào bồn cao vị : cv = Nên: đ = u1 + v1 + cv = 11,6 10   0,352 Vậy: hf1-2 =  0, 021  10,3  11,  =0,15 (m) 0,1    9,81 Tính cột áp bơm: Hb = (z2 – z1) + hf1-2 = (5 – 1) + 0,15 = 4,15 (m) Công suất:  Chọn hiệu suất bơm: b = 0,8  Công suất thực tế bơm: Nb = = 22,6 (W) Kết luận: Để đảm bảo tháp hoạt động liên tục ta chọn bơm li tâm loại XM, có:  Năng suất: Qb = 10 (m3/h)  Cột áp: Hb = 4,15 (m)  Công suất: Nb = 22,6 (W) 92 Đồ án Kỹ thuật thực phẩm GVHD: Mạc Xuân Hòa TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Tập thể tác giả, “Sổ tay Quá trình Thiết bị Công nghệ Hóa chất – Tập 1”, Nhà xuất Khoa học Kỹ thuật Hà Nội, 1999, 626tr [2] Tập thể tác giả, “Sổ tay Quá trình Thiết bị Công nghệ Hóa chất – Tập 2”, Nhà xuất Khoa học Kỹ thuật Hà Nội, 1999, 447tr [3] Phạm Văn Bôn – Vũ Bá Minh – Hoàng Minh Nam, “Quá trình Thiết bị Công Nghệ Hóa Học – Tập 10: Ví dụ Bài tập”, Nhà xuất Đại học Quốc gia TpHCM, 468tr [4] Võ Văn Bang – Vũ Bá Minh, “Quá trình Thiết bị Công Nghệ Hóa Học – Tập 3: Truyền Khối”, Nhà xuất Đại học Quốc gia TpHCM, 2004, 388tr [5] Hồ Lê Viên, “Thiết kế Tính toán thiết bị hóa chất”, Nhà xuất Khoa học Kỹ thuật, Hà Nội, 1978, 286tr [6] Trần Hùng Dũng – Nguyễn Văn Lục – Hoàng Minh Nam – Vũ Bá Minh, “Quá trình Thiết bị Công Nghệ Hóa Học – Tập 1, Quyển 2: Phân riêng khí động, lực ly tâm, bơm, quạt, máy nén Tính hệ thống đường ống”, Nhà xuất Đại học Quốc gia TpHCM, 1997, 203tr 93 ... ra: 2.2 Suất lƣợng mol dòng Ta có: Cân vật chất cho toàn tháp: F  D  W (1) Cân cấu tử etanol (cấu tử nhẹ): F (2) Từ (1) (2) ta có:{ Suy ra: D  5,566 kmol/h W  70,157 kmol/h III Xác định tỉ... nƣớc có nồng độ etanol 15% (phần khối lƣợng etanol), nhiệt độ khoảng 280C bồn chứa nguyên liệu (1) đƣợc bơm (2) bơm lên bồn cao vị (3) Mức chất lỏng cao thùng cao vị đƣợc khống chế nhờ ống chảy