Tính toán hệ thống lọc nước RO công suất 1000kg h (link tải bản vẽ full nằm ở trang cuối)

BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP THỰC PHẨM THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH TS Trần Lệ Thu (GVHD) BÁO CÁO ĐỒ ÁN KỸ THUẬT THỰC PHẨM ĐỀ TÀI TÍNH TỐN VÀ THIẾT KẾ HỆ THỐNG LỌC NƯỚC RO CÔNG SUẤT 1000KG/H (Hệ: Đại học) Tên sinh viên Nguyễn Phạm Cẩm Tiên Bùi Thị Thu Sen Lớp 05DHTP4 05DHTP2 Mã sinh viên 2005140609 2005140474 Thành phố Hồ Chí Minh – 2017 TRƯỜNG ĐH CƠNG NGHỆ THỰC PHẨM Tp Hồ Chí Minh Khoa: CƠNG NGHỆ THỰC PHẨM Bộ Mơn: KỸ THUẬT THỰC PHẨM CỘNG HỊA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc Lập – Tự Do – Hạnh Phúc ĐỒ ÁN MÔN HỌC: KỸ THUẬT THỰC PHẨM - Mã số:…………… Họ tên sinh viên: Bùi Thị Thu Sen MSSV 2005140474 Nguyễn Phạm Cẩm Tiên MSSV 2005140609 Lớp: 05DHTP2-05DHTP4 Ngành Công nghệ thực phẩm I Đầu đề đồ án ( Tên đồ án ) Tính tốn thiết kế hệ thống lọc nước RO công suất 1000 kg/h II Nhiệm vụ đồ án ( nội dung yêu cầu số liệu ban đầu ): - Tìm hiểu thiết bị lọc Membrane - Tính tốn thiết kế hệ thống lọc RO công suất 1000kg/h - Các thông số ban đầu tự chọn III Nội dung phần thuyết minh tính tốn: - Tổng quan thiết bị - Tính tốn bố trí thiết bị - Các thông số ban đầu tiêu chuẩn lựa chọn - Sơ đồ cơng nghệ giải thích cơng nghệ - Tính tốn cho thiết bị -Sơ đồ thiết bị giải thích thiết bị - Sơ đồ bố trí mặt diễn giải -Bảng dự trù thiết bị IV.Các vẽ đồ thị ( loại kích thước vẽ ): - Bản vẽ sơ đồ hệ thống thiết bị (A1) - Bản vẽ cấu tạo thiết bị (A1) V Ngày giao đồ án: 1/7/2017 VI Ngày hoàn thành đồ án: 15/09/2017 VII Ngày nộp đồ án: 26/9/2017 TpHCM ngày…….tháng …….năm 2017 TRƯỞNG BỘ MÔN KTTP CÁN BỘ HƯỚNG DẪN (Ký ghi rõ họ tên) (Ký ghi rõ họ tên) NHẬN XÉT ĐỒ ÁN Cán Bộ hướng dẫn Nhận xét (CBHD ghi rõ đồ án bảo vệ hay không) ………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………… ……… Điểm:……………………………… Chữ ký: ……………………………… Cán Bộ chấm hay Hội Đồng bảo vệ Nhận xét: ………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………… …………… Điểm:……………………………… Chữ ký: ……………………………… Điểm tổng kết:…………………………… TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP THỰC PHẨM TP HỒ CHÍ MINH ĐƠN VỊ : KHOA CNTP – BƠ MÔN KỸ THUẬT THỰC PHẨM PHIẾU THEO DÕI TIẾN ĐỘ THỰC HIỆN ĐỒ ÁN MÔN HỌC: KỸ THUẬT THỰC PHẨM Sinh viên thực đồ án: Bùi Thị Thu Sen Nguyễn Phạm Cẩm Tiên Ký tên:……………… Ký tên:……………… Cán Bộ hướng dẫn: Trần Lệ Thu Tên đồ án: Tính tốn thiết kế hệ thống lọc nước RO công suất 1000 kg/h STT Ngày Nội dung hướng dẫn 01 02 03 04 04 06 07 08 09 10 11 12 13 14 CBHD ký tên MỤC LỤC PHẦN TỔNG QUAN 1.1 Cơ sở lý thuyết thiết bị 1.1.1 Khái niệm membrane phân loại 1.1.2 Các kỹ thuật membrane 11 1.1.3 Động học trình membrane 17 1.2 Các yếu tố ảnh hưởng đến q trình 23 1.2.1 Đặc tính membrane 23 1.2.2 Đặc tính nguyên liệu .25 1.2.3 Các thông số kỹ thuật trình 27 1.3 Các thiết bị mơ tả đặc tính thiết bị 28 1.3.1 Mơ hình ống (Tubular module) 28 1.3.2 Membrane dạng khung (Plate and Frame Module) .29 1.3.3 Membrane dạng cuộn xoắn (Spiral Wound Module) 30 1.3.4 Membrane dạng sợi rỗng (Hollow fiber module) 31 1.4 Các hãng có thiết bị tương ứng 34 1.5 Ứng dụng chế biến thực phẩm 34 1.6 Các tài liệu tham khảo website .36 PHẦN TÍNH TỐN VÀ BỐ TRÍ THIẾT BỊ .37 2.1 Các thông số ban đâu lựa chọn tiêu chuẩn 37 2.2 Sơ đồ công nghệ giải thích cơng nghệ 42 2.3 Tính tốn cho thiết bị 43 2.3.1 Lưu lượng cân lấy ngày 43 2.3.2 Tính bơm .44 2.3.3 Hệ thống lọc RO 46 a Lựa chọn màng lọc 46 b Tính tốn số element cân sử dụng 48 d Điều kiện hoạt động tối ưu cho hệ thống RO 51 2.3.4 Khử trùng nước Clo 52 2.4 Sơ đồ thiết bị giải thích thiết bị 54 2.5 Sơ đồ bố trí mặt diễn giải 55 2.6 Bảng dự trù thiết bị 56 2.7 Tài liệu tham khảo 57 PHỤ LỤC 1: CÁC TÀI LIỆU THAM KHẢO 58 PHỤ LỤC 2: BẢN VẼ THIẾT BỊ CHÍNH .59 PHẦN 1.1 TỔNG QUAN Cơ sở lý thuyết thiết bị Phương pháp phân riêng membrane hay gọi phương pháp lọc màng cho phép tách cấu tử có phân tử lượng khác hòa tan pha lỏng tách cấu tử rắn có kích thước nhỏ khỏi pha lỏng pha khí Phương pháp phân riêng membrane có số điểm tương tự phương pháp lọc Membrane đóng vai trò vật ngăn để phân riêng cấu tử Tuy nhiên, áp suất động lực kỹ thuật membrane - Dòng sản phẩm qua membrane gọi permeate - Dòng sản phẩm khơng qua membrane gọi retentate Hình 1.1.1: Phân riêng phương pháp sử dụng membrane 1.1.1 Khái niệm membrane phân loại a Khái niệm “Membrane” thuật ngữ khoa học có nghĩa “màng” bề mặt mỏng cho phép số cấu tử khuếch tán qua Thuật ngữ “Kỹ thuật membrane” bắt đầu xuất từ người phát khả bán thấm phận nội tạng động vật bong bóng cá, bàng quang lợn sau đó, nhiều loại membrane nhân tạo đời ứng dụng rộng rãi kỹ thuật phân riêng b Phân loại Membrane phân loại theo cách sau:  Theo nguồn gốc Theo nguồn gốc, membrane chia thành loại gồm: membrane tự nhiên membrane tổng hợp  Membrane tự nhiên: loại màng chế tạo từ vật liệu có tự nhiên, chủ yếu cellulose  Membrane tổng hợp: loại membrane chế tạo từ vật liệu tổng hợp, chia thành hai nhóm chính: - Membrane hữu – organic (polymer hợp chất hữu cơ) - Membrane vô – inorganic (ceramic kim loại ) Trong đó, polymer (cellulose acetate, cellulose esters, polypropylene polyamides, polysulfones, ) ceramic (alumina, titania and zirconia, ) sử dụng phổ biến (Baker, 2000)  Theo kích thước lỗ mao quản Theo kích thước lỗ mao quản, membrane chia thành loại sau: màng vi lọc – MF ( Micro Filtration), màng siêu lọc – UF ( Ultra Filtration), màng lọc nano – NF ( Nano Filtration), màng thẩm thấu ngược – RO ( Reverse Osmosis) Bảng 1.1.1.1: Kích thước lỗ mao quản số loại membrane Loại membrane RO NF UF MF Kích thước lỗ mao quản (nm) 200  Theo cấu trúc membrane  Membrane có cấu trúc vi xốp: Dựa vào kích thước phân bố mao quản membrane, người ta chia làm hai loại: Hình 1.1.1.1: Cấu trúc membrane vi xốp - Đẳng hướng (symmetric, isotropic) Cấu trúc loại membrane có vơ số lỗ xốp bên dạng mao quản lỗ hổng hình thành cách ngẫu nhiên Đường kính mao quản ổn định suốt chiều dày membrane, mao quản song song với Membrane vi xốp chế tạo số kỹ thuật như: nung kết, kéo căng, đảo pha, từ nhiều loại vật lệu khác ceramic, graphite, kim loại, oxit kim loại loại polymer Hình 1.1.1.2: Cấu trúc membrane vi xốp đẳng hướng - Bất đẳng hướng (asymmetric, anisotropic) Loại có đường kính mao quản thay đổi theo chiều dày membrane, thường có lớp: lớp dày 0,1 – 0,5 , đường kính mao quản nhỏ lớp định khả phân riêng màng; lớp dày 100 - 200, đường kính mao quản lớn, thường đóng vai trò khung đỡ, cần có tính bền cao Membrane loại thường sử dụng kỹ thuật nano, kỹ thuật thẩm thấu ngược, tinh khí, Hình 1.1.1.3: Cấu trúc membrane vi xốp bất đẳng hướng Bảng 1.1.1.2: Tính chất ứng dụng số loại membrane vi xốp Vật liệu Ceramic, kim loại Polyethylene (PE) Polytetrafluoroethylene Kích thước lỗ mao quản ( 0,1 – 20 0,5 - 10 Ứng dụng Vi lọc Vi lọc 0,5 - 10 Vi lọc 0,02 - 10 Vi lọc 0,01 - Vi lọc, siêu lọc (PTFE) Polycarbonate (PC) Cellulose nitrate (CN), Cellulose acetate (CA)  Membrane đồng thể dạng lỏng (Homogeneous liquid Membrane) Membrane dạng lỏng lớp chất lỏng mỏng khó khăn loại membrane trì lớp màng ổn định mặt cấu trúc đặc tính Để tránh phá vỡ cấu trúc membrane trình phân riêng, hai kỹ thuật thường dùng sử dụng chất nhũ hóa dùng vật liệu polymer có cấu trúc vi xốp với độ bền cao đề chứa chất lỏng bên Membrane dạng lỏng thường dùng để tách ion kim loại nặng chất vô từ nước thải công nghiệp  Membrane trao đổi ion (Ionic Membrane) Membrane trao đổi ion membrane mà bề mặt có nhiều điện tích âm dương Có hai loại membrane trao đổi ion: membrane trao đổi ion dương, membrane trao đổi ion âm Hai loại membrane hấp thu ion có điện tích trái dấu (counter-ion) so với ion bề mặt membrane (co-ion) không cho ion qua Sự phân riêng membrane trao đổi ion đạt chủ yếu q trình tách ion tích điện trái dấu với membrane kích thước lỗ mao quản phân riêng bị ảnh hưởng điện tích nồng độ ion dung dịch Membrane trao đổi ion thường dùng kỹ thuật điện thẩm tích 1.1.2 Các kỹ thuật membrane 10 Như vậy, nồng độ TDS nguồn nước tăng áp lực hoạt động tối ưu hệ thống tăng theo Với hàm lượng TDS nước 8400 mg/l, ta chọn áp lực từ 18 -22 bar Công suất bơm: (1) Trong đó: Q: lưu lượng bơm (Q = 2,1m3/h) H: cột áp toàn phần máy bơm (220mH2O) khối lượng riêng nước (ρ = 1000kg/m3) η: công suất máy bơm, η = 0,72 ÷ 0,93 Chọn η = 0,75 Cơng suất động công suất tiêu thụ nhân với hệ số K = 1,5 ÷ 2,0 Cơng suất tiêu thụ = 2,28 Hp × 1,5 = 3,42 Hp Mức áp lực vận hành Số vòng quay ( vòng/phút 20 KG Lưu lượng ( l/phút ) ) 570 800 Mức áp lực vận hành Công suất tương ứng Moto Máy phát r 185 260 13 ( HP ) 9.0 20 điện ( HP ) 15 22 35 KG Công suất tương ứng Moto Máy phát r ( HP ) 16 điện ( HP ) 26 36 Kích thước ( L x H x B ) = 850 x 625 x 590 ( mm ) Bảng 2.3.2.2: Đặc tính bơm WL-3000F (Nguồn: www.allproducts.com/machine/wuli.html ) Vậy chọn bơm WL-3000F có cơng suất 9Hp với mức áp lực vận hành 20kg 45 Hình 2.3.2.1: Bơm áp lực cao cấp cho RO 2.3.3 Hệ thống lọc RO a Lựa chọn màng lọc Bảng 2.3.3.1: Hướng dẫn hãng Filmtec lựa chọn màng RO Membrane Feed TDS Type (ppm) TW