TÍNH TOÁN và THIẾT kế hệ THỐNG CHƯNG cất cồn CÔNG SUẤT 1000 kgh

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 (Hệ: Đại học quy) Đề tài: TÍNH TỐN VÀ THIẾT KẾ HỆ THỐNG CHƯNG CẤT CỒN CÔNG SUẤT 1000 Kg/h Tên sinh viên Lý Dự Phan Trần Anh Huy Lớp 05DHTP2 05DHTP5 Mã sinh viên 2005140077 2005140215 THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH, THÁNG NĂM 2017 ĐỒ ÁN KĨ THUẬT THỰC PHẨM LỜI CẢM ƠN Em xin gửi lời cảm ơn chân thành tới thầy cô giáo trường Đại học Cơng Nghiệp Thực Phẩm TP.HCM nói chung thầy cô khoa Công nghệ thực phẩm, môn Kỹ thuật thực phẩm nói riêng tận tình giảng dạy, truyền đạt kiến thức kinh nghiệm quý báu thời gian qua, giúp em hoàn thành đồ án Đặc biệt, em xin gửi lời cảm ơn đến cô TRẦN LỆ THU, cô giúp đỡ, hướng dẫn giúp em hồn thiện thiếu sót suốt trình thực đồ án học phần Một lần nữa, em xin chân thành cảm ơn cô Trong q trình làm đồ án khó tránh khỏi sai sót, mong thầy (cô) bỏ qua Đồng thời chúng em thiếu kiến thức kinh nghiệm thực tiễn hạn chế nên báo cáo khơng tránh khỏi thiếu sót, em mong nhận ý kiến đóng góp thầy để em học thêm nhiều kinh nghiệm hoàn thành tốt báo cáo tới TP Hồ Chí Minh, ngày 15 tháng năm 2017 Sinh viên thực Lý Dự Phan Trần Anh Huy GVHD: TS Trần Lệ Thu Trang ĐỒ ÁN KĨ THUẬT THỰC PHẨM MỤC LỤC GVHD: TS Trần Lệ Thu Trang ĐỒ ÁN KĨ THUẬT THỰC PHẨM MỤC LỤC HÌNH GVHD: TS Trần Lệ Thu Trang ĐỒ ÁN KĨ THUẬT THỰC PHẨM GVHD: TS Trần Lệ Thu Trang ĐỒ ÁN KĨ THUẬT THỰC PHẨM MỞ ĐẦU Sản xuất thực phẩm quy mô công nghiệp kèm theo cải tiến, áp dụng khoa học kỹ thuật vào sản xuất, máy thiết bị thực phẩm ưu tiên hàng đầu nhà máy, công ty thực phẩm hiện Để giảm chi phí tăng sản lượng chất lượng sản phẩm nên công ty, nhà máy ngày trọng đến việc nghiên cứu cải tiến hệ thống thiết bị hiện đại Dựa vào nguồn nguyên liệu giá thành thấp dồi mật rỉ đường, tinh bột khoai mì, tinh bột sắn nước ta Từ lợi đó, ta sử dụng nguồn liệu để sản xuất Ethanol Để phục vụ cho sản xuất quy mô vừa nhỏ ta thiết kế hệ thống chưng cất Ethanol với công suất 1000 Kg/h nhầm đáp ứng nhu cầu sử dụng Mục tiêu q trình nghiên cứu tính tốn thơng số liên quan đến nguyên liệu, thiết bị, đường ống quan trọng thiết tháp chưng cất Ethanol với nâng suất 1000kg/h Đối tượng nghiên cứu hỗn hợp Ethanol – Nước Với thơng số có, dựa vào tính tốn ta chưng cất Ethanol từ nồng độ thấp lên nồng độ cao Phương pháp nghiên cứu phân tích tổng hợp lý thuyết mơ hình hóa Khi ta thiết kế hệ thống chưng cất tối ưu điều giúp cơng ty giảm chi phí vận hành tạo điều kiện giảm chi phí sản xuất từ kéo theo hạ giá thành sản phẩm xuống giúp cho người tiêu dùng giảm thiểu chi phí sản phẩm Ngồi giúp tạo nên nguồn liệu cho nghành như: cơng nghệ thực phẩm hóa chất, mỹ phẩm, y dược Sinh viên thực Lý Dự Phan Trần Anh Huy GVHD: TS Trần Lệ Thu Trang ĐỒ ÁN KĨ THUẬT THỰC PHẨM PHẦN MỘT: TỔNG QUAN CHƯNG CẤT 1.1 Cơ sở lý thuyết thiết bị chưng cất 1.1.1 Khái niệm trình chưng cất Chưng 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 ngưng tụ, vật chất từ pha lỏng vào pha ngược lại Khác với cô đặc, chưng cất q trình dung mơi chất tan bay hơi, đặc q trình có dung mơi bay 1.1.2 Đặt điểm trình chưng cất Khi chưng cất ta thu nhiều cấu tử thường cấu tử thu nhiêu sản phẩm Hỗn hợp đem chưng 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 cách bốc ngưng tụ gọi dòng sản phẩm đỉnh chứa chủ yếu cấu tử dễ bay phần cấu tử khó bay Dòng sản phẩm thu đáy thiết bị gọi dòng sản phẩm đáy chứa chủ yếu cấu tử khó bay phần cấu tử dễ bay Dòng hồn lưu dòng ngưng tụ đỉnh thiết bị cấp tuần hoàn trở lại thiết bị nhằm tăng hiệu suất q trình chưng cất Ngồi làm tăng độ tinh khiết sản phẩm chứa chủ yếu cấu tử dễ bay phần cấu tử khó bay Chú ý: Dòng hồn lưu dòng sản phẩm đỉnh có thành phần cấu tử đỉnh hoàn toàn giống 1.1.3 Các phương pháp chưng cất  - Phân loại theo áp suất làm việc: Áp suất thấp Áp suất thường Áp suất cao GVHD: TS Trần Lệ Thu Trang ĐỒ ÁN KĨ THUẬT THỰC PHẨM Nguyên tắt phương pháp dựa nhiệt độ sôi cấu tử, nhiệt độ sơi cấu tử q cao ta giảm áp suất làm việc để giảm nhiệt độ sôi cấu tử  - Phân loại theo nguyên lí làm việc: Chưng cất đơn giản Phương pháp sử dụng trường hợp sau:  Khi nhiệt độ sôi cấu tử khác xa  Khơng 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 - Chưng cất hổn hợp hai cấu tử Chưng cất hỗn hợp hai cấu tử (dùng thiết bị hoạt động liên tục) trình thực hiện liên tục, nghịch dòng, nhều đoạn  - Phân loại theo phương pháp cấp nhiệt nơi đáy tháp: Cấp trực tiếp Cấp gián tiếp Phương pháp cất nhiệt đáy tháp thường áp dụng trường hợp chất tách khơng tan nước 1.2 Mục đích cơng nghệ phạm vi ảnh hưởng Quá trình chưng cất chủ yếu khai thác để tách nâng cao nồng độ cấu tử hỗn hợp Ví dụ sản xuất ethanol, dịch sau lên men có nồng độ ethanol tương đối thấp (tùy thuộc vào chủng nấm men thông số kỹ thuật phương pháp lên men, nồng độ ethanol đạt giá trị khác nhau, thường không vượt 20%) Do đó, để thu hồi ethanol nồng độ cao, người ta thực hiện trình chưng cất Tương tự, sản xuất loại rượu cao độ whisky hay cognac, để nâng cao nồng độ ethanol đạt giá trị mong muốn, trình chưng cất áp dụng Q trình chưng cất sử dụng để thu hồi tinh dầu từ nguồn thực vật khác Ngồi ra, q trình chưng cất có mục đích hồn thiện Ví dụ sản xuất ethanol, dịch lên men chứa nhiều tạp chất dễ bay aldehyde, ketone, rượu bậc cao, acid hữu cơ… Chúng sản phẩm phụ trình lên GVHD: TS Trần Lệ Thu Trang ĐỒ ÁN KĨ THUẬT THỰC PHẨM men Trong trình chưng cất, người ta tách tạp chất để làm tăng độ tinh ethanol thành phẩm 1.3 Các yếu tố ảnh hưởng đến trình chưng cất - Quá trình chưng cất chịu ảnh hưởng yếu tố sau: Nguyên liệu: trình chưng cất, nồng độ cấu tử hỗn hợp ban đầu yếu tố cần quan tâm Nồng độ cấu tử cần tinh thấp, trình chưng - cất diễn phức tạp, lượng tiêu hao lớn Sự chênh lệch nhiệt độ sôi cấu tử: chênh lệch nhiệt độ sôi cấu tử - hỗ hợp lớn, trình chưng cất thực hiện dễ dàng Các tính chất nhiệt động nguyên liệu: độ nhớt, nhiệt dung riêng, khả - dẫn nhiệt, nhiệt hóa hơi… điều có ảnh hưởng đến q trình chưng cất Các thơng số cơng nghệ nhiệt độ, áp suất…: tùy theo phương pháp thực hiện q trình chưng cất mà thơng số cơng nghệ có ảnh hưởng khác 1.4 Các thiết bị sử dụng Trong sản xuất thường sử dụng nhiều loại tháp chúng có yêu cầu diện tích bề mặt tiếp xúc pha phải lớn, điều phụ thuộc vào độ phân tán lưu chất vào lưu chất Tháp chưng cất phong phú kích cỡ ứng dụng, tháp lớn thường ứng dụng công nghiệp lọc hố dầu Kích thước tháp: đường kính tháp chiều cao tháp tuỳ thuộc suất lượng pha lỏng, pha khí tháp độ tinh khiết sản phẩm Ta khảo sát loại tháp chưng cất thường 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 đường kính (3-12) mm Tháp chêm (tháp đệm): tháp hình trụ, gồm nhiều đoạn nối với mặt bích hay hàn Vật chêm cho vào tháp theo hai phương pháp: xếp ngẫu nhiên hay xếp thứ tự Bảng 1.1 So sánh ưu nhược điểm số loại tháp Tháp chêm GVHD: TS Trần Lệ Thu Tháp mâm xuyên lỗ Tháp mâm chóp Trang ĐỒ ÁN KĨ THUẬT THỰC PHẨM Hiệu suất tương đối cao, hoạt động ổn Ưu điểm Đơn giản, trở lực thấp định, làm việc với chất lỏng bẩn Hiệu suất cao hoạt động ổn định Cấu tạo phức tạp, Nhược điểm Hiệu suất thấp, độ Trở lực cao, yêu cầu ổn định kém, thiết lắp đặt khắc khe… Lắp bị nặng đĩa thật phẳng 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, đáp ứng nhu cầu như: hiệu suất cao, ổn định Nên ta chọn tháp chưng cất tháp mâm xuyên lỗ  Chưng cất hệ Etanol - Nước ta dùng tháp mâm xuyên lỗ hoạt động liên tục áp suất thường, cấp nhiệt gián tiếp đáy tháp 1.4.1 Cấu tạo, nguyên lí hoạt động thiết bị Cấu tạo gồm nhiều mâm (tùy thuộc vào nhu cầu), mỗi, mâm bố trí ống chảy truyền, gờ chảy tràn có nhiều lỗ trên mâm (đường kính từ ÷ 12 mm) Tổng diện tích lỗ mâm chiếm từ ÷ 15% tiết diện tháp Các lỗ mâm bố trí đỉnh tam giác đều, khoảng cách giữ tâm lỗ vào khoản 2.5 ÷ lần đường kính lỗ Bề dày mâm thường 0.4 ÷ 0.8 đường kính lỗ làm thép không rỉ, làm thép carbon hay hợp kim đồng bề dày lớn tỷ lệ Mâm phải thiết kế lắp ráp thật phẳng ngang so với thiết bị Đối với tháp có đường kính q lớn (hơn 2.4 m), dùng mâm xun lỗ chất lỏng phân phối không mâm Trong tháp mâm xuyên lỗ, pha khí từ lên qua lỗ mâm phân tán vào lớp chất lỏng chuyển động từ xuống, theo ống chảy truyền Tùy theo lượng pha lỏng, khí mà có ba chế độ thủy động: - Khi vận tốc khí nhỏ pha khí qua pha lỏng dạng bọt riêng biệt, phan lỏng chảy rò qua lỗ mâm - Khi tăng vận tốc lên với pha lỏng tháp hoạt động ổn định - Khi vận tốc pha khí lớn vận tốc pha lỏng, khí mâm tạo hỗn hợp lỏng bọt xáo trộn mạnh mâm Lúc mâm hoạt động với hiệu suất cao nhất, GVHD: TS Trần Lệ Thu Trang ĐỒ ÁN KĨ THUẬT THỰC PHẨM - Chọn: Nước làm lạnh ống với nhiệt độ vào tV = 5oC nhiệt độ tR = 15oC Sản phẩm đáy ống với nhiệt độ vào nhiệt độ Các tính chất lý học nước làm lạnh tra tài liệu tham khảo [1], trang 310 ứng, với nhiệt độ trung bình ttbN = - Khối lượng riêng: - Độ nhớt động lực: - Hệ số dẫn nhiệt: - Nhiệt dung riêng: Các tính chất lý học sản phẩm đỉnh tra tài liệu tham khảo [1] trang 9, 92,135, 172, với nhiệt độ trung bình ttbD = Khối lượng riêng: Độ nhớt động lực: Hệ số dẫn nhiệt: Nhiệt dung riêng: - 2.5.4.1 Suất lượng nước làm nguội sản phẩm đỉnh cần dùng Suất lượng sản phẩm đỉnh GD = 181.87 () = 0.05 () • Lượng nhiệt cần tải • • Suất lượng nước cần dùng: 2.5.4.2 • Chọn kiểu truyền nhiệt ngược chiều, nên: 2.5.4.3 • - Hiệu số nhiệt độ trung bình Hệ số truyền nhiệt trung bình Hệ số truyền nhiệt K tính theo cơng thức: : hệ số cấp nhiệt dòng nước lạnh, : nhiệt trở qua thành ống lớp cáu : hệ số cấp nhiệt dòng sản phẩm đỉnh, 2.5.4.4 Xác định hệ số cấp nhiệt sản phẩm đỉnh ống ngồi: • Vận tốc sản phẩm đỉnh ống ngồi: Đường kính tương đương: dtd = Dng – Dtr = 0.057 – 0.051 = 0.006 (m) GVHD: TS Trần Lệ Thu Trang ĐỒ ÁN KĨ THUẬT THỰC PHẨM • Chuẩn số Reynolds:  Chế độ chảy độ Áp dụng công thức V.44, trang 16, tài liệu tham khảo [2]  công thức xác định chuẩn số Nusselt: Trong đó: - ε hệ số tính đến ảnh hưởng hệ số cấp nhiệt theo tỷ lệ chiều dài L đường - kính d ống Chọn ε = hệ số phụ thuộc vào Re (tra tài liệu tham khảo [2], trang 16): chuẩn số Prandlt dòng sản phẩm đỉnh nhiệt độ trung bình 40 oC (tài liệu tham khảo [2], trang 17): - chuẩn số Prandlt dòng sản phẩm đỉnh tính theo nhiệt độ vách  • Hệ số cấp nhiệt sản phẩm đỉnh ống ngoài: • Nhiệt tải phía sản phẩm đỉnh: 2.5.4.5 Nhiệt tải qua thành ống lớp cáu: Trong đó: - : nhiệt độ vách tiếp xúc với sản phẩm đỉnh (ngoài ống trong), - : nhiệt độ vách tiếp xúc với nước lạnh (ngoài ống trong),  Bề dày thành ống: = 0.003 m Hệ số dẫn nhiệt thép không gỉ: = 16.85 W/mK Nhiệt trở lớp bẩn ống: r1 = 1/5800 Nhiệt trở lớp cáu ngồi ống: r2 =1/5800 Nên ta có :  GVHD: TS Trần Lệ Thu Trang ĐỒ ÁN KĨ THUẬT THỰC PHẨM 2.5.4.6 Xác định hệ số cấp nhiệt nước ống trong: Vận tốc nước ống : • Chuẩn số Reynolds : Chế độ chảy độ - Trong : hệ số hiệu chỉnh phụ thuộc vào tỉ lệ chiều dài ống với đường kính ống, ta chọn Chuẩn số Prandlt nước 15oC, chuẩn số Prandlt dòng sản phẩm đỉnh tính theo nhiệt độ vách (tra tài liệu tham khảo [2], trang 16)  • Hệ số cấp nhiệt nước ống : • Nhiệt tải nước làm lạnh: q Chọn: Khi đó: Xem nhiệt tải mác khơng đáng kể: Vậy ta có: Tra tài liệu tham khảo với , ta có Kiểm tra sai số : Vậy Khi : • , 2.5.4.7 Xác định hệ số truyền nhiệt: GVHD: TS Trần Lệ Thu Trang ĐỒ ÁN KĨ THUẬT THỰC PHẨM 2.5.4.8 • Bề mặt truyền nhiệt: Bề mặt truyền nhiệt xác định theo phương thức truyền nhiệt: 2.5.4.9 • Cấu tạo thiết bị: Chiều dài ống truyền nhiệt: Chọn chiều dài ống L ≈ 10 (m) Kiểm tra:  Vậy thiết bị làm nguội sản phẩm đỉnh thiết bị truyền nhiệt ống lồng ống với chiều dài ống truyền nhiệt 10 (m), chia thành dãy, dãy dài (m) 2.5.5 Thiết bị gia nhiệt dòng nhập liệu Chọn thiết bị đun sơi dòng nhập liệu thiết bị truyền nhiệt ống lồng - ống Ống truyền nhiệt làm thép X18H10T, kích thước ống : Ống : Đường kính trong: dtr = 0.032 m Đường kính ngồi: dn = 38 mm = 0.038 m Bề dày ống: δt = mm = 0.003 m Ống ngoồi : Đường kính trong: Dtr = 0.051 m Đường kính ngồi:Dng = 0.057 m Bề dày ống: δt = mm = 0.003 m Lưu lượng: 1000 Kg/h Chọn: Nước cấp nhiệt ống (trong ống trong) với nhiệt độ vào tV = - 100oC nhiệt độ tR = 70oC Dòng nhập liệu Ethanol 20% ống (ngoài ống trong) với nhiệt độ vào - nhiệt độ q Các tính chất vật lý nước hổn hợp nhập liệu (được tra tài liệu tham khảo [1], bảng I.249, trang 310) nhiệt độ trung bình - Khối lượng riêng: - Độ nhớt động lực: - Hệ số dẫn nhiệt: - Nhiệt dung riêng: q Các tính chất vật lý Ethanol hổn hợp nhập liệu (được tra tài liệu tham khảo [1], trang 9, 92, 135, 172 ) nhiệt độ trung bình - Khối lượng riêng: - Độ nhớt động lực: - Hệ số dẫn nhiệt: GVHD: TS Trần Lệ Thu Trang ĐỒ ÁN KĨ THUẬT THỰC PHẨM Nhiệt dung riêng: q Ta tính thơng số dòng nhập liệu: • Khối lượng riêng (công thức I.2, trang 5, tài liệu tham khảo [1]): - • Độ nhớt động lực (cơng thức I.12, trang 84 tài liệu tham khảo [1]): • Hệ số dẫn nhiệt (công thức I.33, trang 124, tài liệu tham khảo [1]): • Nhiệt dung riêng (cơng thức I.42, trang 152, tài liệu tham khảo [1]): q Các tính chất vật lý nước làm tác nhân truyền nhiệt (được tra tài liệu tham khảo - [1], trang 310) nhiệt độ trung bình Khối lượng riêng: Độ nhớt động lực: Hệ số dẫn nhiệt: Nhiệt dung riêng: 2.5.5.1 - Suất lượng nước gia nhiệt dòng nhập liệu cần dùng: Suất lượng dòng nhập liệu: • Lượng nhiệt cần tải: • Suất lượng nước cần dùng: 2.5.5.2 • Chọn kiểu truyền nhiệt ngược chiều, nên: 2.5.5.3 • - Hiệu số nhiệt độ trung bình Hệ số truyền nhiệt trung bình Hệ số truyền nhiệt K tính theo cơng thức: : hệ số cấp nhiệt dòng nước nóng, : nhiệt trở qua thành ống lớp cáu : hệ số cấp nhiệt dòng nhập liệu, 2.5.5.4 Xác định hệ số cấp nhiệt dòng nhập liệu: • Vận tốc dòng nhập liệu: Đường kính tương đương: dtd = Dng – Dtr = 0.057 – 0.051 = 0.006 (m) GVHD: TS Trần Lệ Thu Trang ĐỒ ÁN KĨ THUẬT THỰC PHẨM • Chuẩn số Reynolds:  Chế độ chảy độ Áp dụng công thức V.44a, trang 16, tài liệu tham khảo [2]  công thức xác định chuẩn số Nusselt: Trong đó: ε hệ số tính đến ảnh hưởng hệ số cấp nhiệt theo tỷ lệ chiều dài L - đường kính d ống (bảng V.2, trang 15, tài liệu tham khảo [2]): Chọn ε = chuẩn số Prandlt dòng nhập liệu nhiệt độ trung bình 55 oC (tài liệu tham khảo [2], trang 17):  • Hệ số cấp nhiệt dòng nhập liệu • Nhiệt tải dòng nhập liệu: 2.5.5.5 Nhiệt tải qua thành ống lớp cáu: Trong đó: - : nhiệt độ vách tiếp xúc với dòng nhập liệu (ngồi ống trong), - : nhiệt độ vách tiếp xúc với nước cấp nhiệt (ngoài ống trong),  Bề dày thành ống: = 0.003 m Hệ số dẫn nhiệt thép không gỉ: = 16.3 W/mK Nhiệt trở lớp bẩn ống: r1 = 1/5000 Nhiệt trở lớp cáu ống: r2 =1/5800 Nên ta có :  2.5.5.6 Xác định hệ số cấp nhiệt nước cấp nhiệt ống trong: • Vận tốc nước ống : GVHD: TS Trần Lệ Thu Trang ĐỒ ÁN KĨ THUẬT THỰC PHẨM • Chuẩn số Reynolds Chế độ chảy rối (áp dụng công thức V.40, trang 14, tài liệu tham khảo [2]) : - Trong : hệ số hiệu chỉnh phụ thuộc vào tỉ lệ chiều dài ống với đường kính ống, ta chọn Chuẩn số Prandlt nước 85oC, Chuẩn số Prandlt nước nhiệt độ trung bình vách  • Hệ số cấp nhiệt nước ống : • Nhiệt tải nước làm lạnh: q Chọn: Xem nhiệt tải mác khơng đáng kể: Vậy ta có: Tra tài liệu tham khảo với , ta có Kiểm tra sai số : Vậy Khi : • 2.5.5.7 Xác định hệ số truyền nhiệt: 2.5.5.8 Bề mặt truyền nhiệt: • Bề mặt truyền nhiệt xác định theo phương thức truyền nhiệt: GVHD: TS Trần Lệ Thu Trang ĐỒ ÁN KĨ THUẬT THỰC PHẨM 2.5.5.9 • Cấu tạo thiết bị: Chiều dài ống truyền nhiệt: Chọn chiều dài ống L ≈ 15 (m) Kiểm tra:  Vậy thiết bị đun sơi dòng nhập liệu thiết bị truyền nhiệt ống lồng ống với chiều dài ống truyền nhiệt 15 (m), chia thành dãy, dãy dài (m) 2.5.6 Bồn cao vị Chọn đường kính ống dẫn nguyên liệu (nhập liệu): d = 50 (mm), độ nhám ống Các tính chất lý học dòng nhập liệu tra bảng tài liệu khảo [4 - (tập 1)] ứng với nhiệt độ trung bình ttbF = Khối lượng riêng: Độ nhớt động lực: 2.5.6.1 Tổn thất đường ống dẫn h1 = (λ1 * + )* (m) Trong đó: - λ1: hệ số ma sát đường ống - l1: chiều dài đường ống dẫn, chọn d1 = 20 m - d1: đường kính ống dẫn, d1 = dtr = 0.05 m - : tổng hệ số tổn thất cục - vF: vận tốc dòng nhập liệu ống dẫn vF = 0.1526 ( - ε: độ nhám tuyệt đối ống mới, ε = 0.1 (mm) q Xác định λ1: • Chuẩn số Reynolds dòng nhập liệu ống: Re1 = Theo tài liệu tham khảo [1], ta có: • Chuẩn số Reynolds tới hạn: Regh1 = 6* ()8/7 = 6*(8/7 = 7289.343 • Chuẩn số Reynolds bắt đầu xuất hiện vùng nhám: GVHD: TS Trần Lệ Thu Trang ĐỒ ÁN KĨ THUẬT THỰC PHẨM Renl = 220*()9/8 = 220*(9/8 = 23.9*104 Reghl < Rel < Renl chế độ chảy rối ứng với khu vực độ Áp dụng công thức (II.64), trang 379, tài liệu tham khảo [1]: λ1 = 0.1*(1.46* +)0.25 = q 0.25 = 0.028 Xác định tổng hệ số tổn thất cục Tra tài liệu tham khảo [ Ví dụ tập (tập 10)/407]- hệ số tổn thất dòng nhập liệu qua: - chỗ uốn cong: =1.1,1 = 1,1 - lần đột thu: = 0,5 - lần đột mở: = - lưu lượng kế: = (không đáng kể) h1 = (λ1 * + ) * =  Vậy tổn thất đường ống dẫn h1 = 0.0133 (m) 2.5.6.2 Tổn thất đường ống dẫn nhập liệu: h2 = (λ2 * + ) * , (m) - q q Trong đó: λ2: hệ số ma sát đường ống l2: chiều dài đường ống dẫn, l2 = 12 m d2: đường kính ống dẫn, d2 = dtr = 0.032 m : tổng hệ số tổn thất cục v3: vận tốc dòng nhập liệu ống dẫn  ttb = =935.3884 ( = 0.395*10-3 (Ns/s) Vận tốc dòng nhập liệu ống dẫn: v2= * = 0.3692 ( Xác định hệ số ma sát đường ống: • Chuẩn số Reynolds dòng nhập liệu ống: Theo tài liệu tham khảo [1], ta có: • Chuẩn số Reynolds tới hạn: GVHD: TS Trần Lệ Thu Trang ĐỒ ÁN KĨ THUẬT THỰC PHẨM • Chuẩn số Reynolds bắt đầu xuất hiện vùng nhám: chế độ chảy rối ứng với khu vực độ Áp dụng công thức (II.64), trang 379, tài liệu tham khảo [1]: Xác định tổng hệ số tổn thất cục q Tra tài liệu tham khảo [ Ví dụ tập (tập 10)/407] • Hệ số tổn thất dòng nhập liệu qua: - chỗ uốn cong: =1.1*2 = 2.2 - lưu lượng kế: = (không đáng kể)  Vậy tổn thất đường ống dẫn h2 = (m) 2.5.6.3 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 Áp dụng phương trình Bernoulli cho (1-1) (2-2): z1 + + = z2 + + + hf1-2  z1 = z2 + + + hf1-2 - Trong đó: z1: độ cao mặt thoáng (1-1) so với mặt đất, hay xem chiều cao bồn cao vị H cv - = z1 z2: độ cao mặt thoáng (2-2) so với mặt đất, hay xem chiều cao từ mặt đất đến vị trí nhập liệu: GVHD: TS Trần Lệ Thu Trang ĐỒ ÁN KĨ THUẬT THỰC PHẨM - 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 = v2 : vận tốc vị trí nhập liệu, v2 = vF = hf1-2 : tổng tổn thất ống từ (1-1) đến (2-2): hf1-2 = h1 + h2 = 0.1067 m Vậy: Chiều cao bồn cao vị:  Chọn Hcv = 4.5 (m) 2.5.7 Bơm Lưu lượng nhập liệu: Chọn bơm có suất Qb = 1.2 () Đường kính ống hút, ống đẩy 32(mm), nghĩa chọn ống 38*3 Các tính chất lý học dòng nhập liệu tra tài liệu tham khảo [1] trang 9, 92, ứng với nhiệt độ trung bình = 28 oC: - Khối lương riêng: = 964.2 - Độ nhớt động lực: μF = 1.676*10-3 • Vận tốc dòng nhập liệu ống hút đẩy: • Tổng trở lực ống hút ống đẩy: Với: - : chiều dài ống hút, chọn lh = 1,5 (m) - : chiều dài ống đẩy, chọn ld = (m) - : tổng tổn thất cục ống hút - : tổng tổn thất cục ống đẩy - : hệ số ma sát ống hút ống đẩy Xác định • Chuẩn số Reynolds dòng nhập liệu: Theo tài liệu tham khảo [ST (tập 1)/379], ta có: • Chuẩn số Reynolds tới hạn: • Chuẩn số Reynolds bắt đầu xuất hiện vùng nhám: GVHD: TS Trần Lệ Thu Trang ĐỒ ÁN KĨ THUẬT THỰC PHẨM  Suy ra: Regh < Re < Ren: khu vực chảy độ (tài liệu tham khảo [1], trang 377, công thức 11.64) Xác định Hệ số tổn thất cục ống hút qua: - van cầu: = 10 lần vào miệng thu nhỏ = 0.5 Suy ra: Xác định Hệ số tổn thất cục ống đẩy qua: - van cầu: = 10 lần uốn góc: = 2.2 Suy ra:  Vậy: Tổn thất ống hút ống đẩy: 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 phương trình Bernolli cho (1-1) (2-2): z1 + + + Hb= z2 + + + - Trong đó: 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= 1at P2 : áp suất mặt thoáng (2-2), chọn P2 = 1at v1,v2 : vận tốc mặt thoáng (1-1), xem v1 = v2 = () Hb : cột áp bơm : tổng tổn thất ống từ (1-1) đến (2-2) Suy ra: Hb = (z2 – z1) + hhd = Hcv + hhd = = 5.8548 (m.chất lỏng) GVHD: TS Trần Lệ Thu Trang ĐỒ ÁN KĨ THUẬT THỰC PHẨM  Chọn hiệu suất bơm: ηb = 0.8 • Cơng suất thực tế bơm:  Tóm lại: Để đảm bảo tháp hoạt động liên tục ta chọn bơm li tâm loại XM có cơng suất 0.0314 (hp) 2.6 Sơ đồ thiết bị thiết bị phụ Hình 2.3 Sơ đồ ngun lí hệ thống chưng cất cồn GVHD: TS Trần Lệ Thu Trang ĐỒ ÁN KĨ THUẬT THỰC PHẨM KẾT LUẬN Sau trinh học tập, tìm hiểu nghiên cứu: Thiết kế tháp chưng cất hỗn hợp Etanol – Nước tương đối hoàn chỉnh biết trước suất nhập liệu, nồng độ nhập liệu,sản phẩm đỉnh,sản phẩm đáy Tính tốn tương đối chi tiết trình làm việc thiết bị khả chịu bền thiết bị tính ăn mòn học hoá học, điều kiện làm việc thiết bị Đặc tính kỹ thuật thiết bị chưng cất thiết kế ứng với thông số cho ban đầu: - Tỉ số hoàn lưu thích hợp: R = 1.8703 Số mâm chưng cất thực tế: 23 mâm Đường kính tháp chưng cất: Dt = 0.35 (m) Đường kính lỗ mâm: 0.003 (m) Bề dày mâm: 0.0018 (m) Số lỗ mâm: Trở lực toàn tháp: Khoảng cách hai mâm: 0.25 (m) Chiều cao tháp: 6.8164 (m) Thân – đáy – nắp làm thép X18H10T, có bề dày: mm Bích ghép thân – đáy – nắp làm thép X18H10T, loại bích liền khơng cổ - Bích ghép ống dẫn làm thép CT3, loại bích liền khơng cổ - Đường kính ống dẫn nguyên liệu: 0.05 (m) GVHD: TS Trần Lệ Thu Trang ĐỒ ÁN KĨ THUẬT THỰC PHẨM PHỤ LỤC 1: CÁC TÀI LIỆU THAM KHẢO GS TS NGUYỄN BIN (2006), "SỔ TAY QUÁ TRÌNH VÀ THIẾT BỊ CƠNG NGHỆ HĨA CHẤT" TẬP GS TS NGUYỄN BIN (2006), "SỔ TAY QUÁ TRÌNH VÀ THIẾT BỊ CƠNG NGHỆ HĨA CHẤT" TẬP LÊ VĂN VIỆT MẪN (2011), "CÔNG NGHỆ CHẾ BIẾN THỰC PHẨM" VŨ BÁ MINH (2013), "QUÁ TRÌNH VÀ THIẾT BỊ CƠNG NGHỆ HĨA HỌC VÀ THỰC PHẨM" TẬP 10 VÍ DỤ VÀ BÀI TẬP PHỤ LỤC 2: BẢN VẼ THIẾT BỊ CHÍNH LINK FULL BẢN VẼ: https://drive.google.com/file/d/1V1d1-gGnSgaZ9if7-rb1ygyqk_nE4XFD/view?usp=sharing GVHD: TS Trần Lệ Thu Trang ... quy mô vừa nhỏ ta thiết kế hệ thống chưng cất Ethanol với công suất 1000 Kg/h nhầm đáp ứng nhu cầu sử dụng Mục tiêu trình nghiên cứu tính tốn thơng số liên quan đến ngun liệu, thiết bị, đường... thiết bị, đường ống quan trọng thiết tháp chưng cất Ethanol với nâng suất 1000kg/h Đối tượng nghiên cứu hỗn hợp Ethanol – Nước Với thơng số có, dựa vào tính tốn ta chưng cất Ethanol từ nồng độ thấp... thiết bị chưng cất 1.1.1 Khái niệm trình chưng cất Chưng 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