Thiết kế nhà máy sản xuất cồn 96 độ từ nguyên liệu ngô hạt bằng phương pháp nghiền khô với năng suất 1 000 000 lít sản phẩm tháng

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA KHOA HÓA THIẾT KẾ NHÀ MÁY SẢN XUẤT CỒN 960 TỪ NGUYÊN LIỆU NGÔ HẠT BẰNG PHƯƠNG PHÁP NGHIỀN KHÔ VỚI NĂNG SUẤT 1.000.000 LÍT SẢN PHẨM/THÁNG Sinh viên thực hiện: Lê Thị Hoàng Lan Số thẻ sinh viên: 107140075 Lớp: 14H2A Đà Nẵng – Năm 2019 TÓM TẮT Đề tài “Thiết kế nhà máy sản xuất cồn 960 từ nguyên liệu ngô hạt bằng phương pháp nghiền khô với suất 1.000.000 lít sản phẩm/tháng” Sinh viên thực hiện: Lê Thị Hồng Lan Sớ thẻ sinh viên: 107140075 Lớp: 14H2A Nội dung đồ án có chương chính, bao gồm: Chương 1: Lập luận kinh tế Chọn địa điểm đặt nhà máy Khu công nghiệp Phú Bài, thuộc phường Phú Bài, thị xã Hương Thủy, tỉnh Thừa Thiên Huế nêu rõ nội dung bao gồm: đặc điểm thiên nhiên, nguồn nguyên liệu, hệ thống giao thông, nguồn cung cấp điện, nguồn cung cấp hơi, nguồn cung cấp nước vấn đề xử lý nước, nước, suất nhà máy, nguồn nhân cơng cán khoa học kĩ thuật Chương 2: Tổng quan Nội dung bao gồm khái quát nguyên liệu sản xuất (ngô, nước, nấm men,…), sở lý thuyết trình sản xuất, tổng quan sản phẩm tình hình sản xuất sử dụng cồn giới ở Việt Nam Chương 3: Chọn thuyết minh quy trình công nghệ Nội dung bao gồm chọn quy trình thuyết minh quy trình công nghệ sản xuất cồn 960 từ ngô hạt bằng phương pháp nghiền khô Chương 4: Tính cân bằng vật chất Nội dung bao gồm số liệu ban đầu, đưa kế hoạch sản xuất, tính tốn tổng kết cân bằng vật chất cho dây chuyền sản xuất nhà máy Chương 5: Tính chọn thiết bị Nội dung bao gồm tính toán, lựa chọn thiết bị phù hợp với dây chuyền công nghệ tổng kết số thiết bị Chương 6: Tính nhiệt – – nước Nội dung bao gồm phần tính nhiệt, hơi, nước sử dụng cho sản xuất cho sinh hoạt nhà máy Chương 7: Tổ chức tính xây dựng Nội dung bao gồm tính tổ chức, tính xây dựng tính diện tích đất hệ số sử dụng nhà máy Chương 8: An toàn lao động vệ sinh nhà máy Nội dung bao gồm vấn đề liên quan đến an toàn lao động vệ sinh nhà máy Chương 9: Kiểm tra sản xuất Em nêu rõ phương pháp kiểm tra sản xuất phương pháp kiểm tra chất lượng nguyên liệu cũng sản phẩm ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập – Tự – Hạnh phúc KHOA HÓA NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Họ tên sinh viên: Lê Thị Hồng Lan Sớ thẻ sinh viên: 107140075 Lớp: 14H2A Khoa: Hóa Ngành: Cơng nghệ thực phẩm Tên đề tài đồ án: “Thiết kế nhà máy sản xuất cồn 960 từ nguyên liệu ngô hạt bằng phương pháp nghiền khô suất 1.000.000 lít sản phẩm/tháng.” Đề tài thuộc diện: ☐ Có ký kết thỏa thuận sở hữu trí ṭ đới với kết quả thực hiện Các số liệu liệu ban đầu: Thiết kế nhà máy sản xuất cồn 960 từ nguyên liệu ngô hạt bằng phương pháp nghiền khơ, suất 1.000.000 lít sản phẩm/tháng (30 ngày) Nội dung phần thuyết minh tính tốn Lời mở đầu Mục lục Chương 1: Lập luận kinh tế kỹ thuật Chương 2: Tổng quan Chương 3: Chọn thuyết minh quy trình cơng nghệ Chương 4: Tính cân bằng vật chất Chương 5: Tính chọn thiết bị Chương 6: Tính Nhiệt – Hơi – Nước Chương 7: Tổ chức tính xây dựng Chương 8: An tồn lao động vệ sinh nhà máy Chương 9: Kiểm tra sản xuất Kết luận Tài liệu tham khảo Các bản vẽ đồ thị: Bản vẽ số 1: Quy trình công nghệ (Ao) Bản vẽ số 2: Mặt bằng phân xưởng sản xuất (Ao) Bản vẽ sớ 3: Mặt cắt phân xưởng sản xuất (Ao) Bản vẽ số 4: Tổng mặt bằng nhà máy (Ao) Bản vẽ số 5: Sơ đồ Hơi – Nước phân xưởng sản xuất (Ao) Họ tên người hướng dẫn: Th.s Bùi Viết Cường Ngày giao nhiệm vụ đồ án : 23/01/2019 Ngày hoàn thành đồ án : 24/05/2019 Đà Nẵng, ngày……tháng……năm 2019 Trưởng môn Người hướng dẫn LỜI CẢM ƠN Đồ án tốt nghiệp sản phẩm cuối cùng sinh viên trước rời khỏi trường đại học Để hoàn thành được đồ án tốt nghiệp sinh viên phải áp dụng tất cả kiến thức được học tích lũy śt năm ngồi ghế nhà trường Chính vì kiến thức được tiếp thu năm học tại trường đại học Bách Khoa tảng vững chắc giúp em hồn thành được đồ án tớt nghiệp Em xin chân thành cảm ơn thầy ở trường Đại học Bách khoa nói chung, thầy khoa Hóa nói riêng đặc biệt thầy cô môn Công Nghệ Thực Phẩm tận tình giảng dạy giúp đỡ em suốt trình học tập tại trường Em xin chân thành cảm ơn thầy Bùi Viết Cường, thầy người hướng dẫn tận tình cho em kiến thức cũng kinh nghiệm quý báu, tạo điều kiện thuận lợi cho em hồn thành được đồ án tốt nghiệp Cuối cùng em xin cảm ơn nhà trường tạo điều kiện trình học tập cũng trình thực hiện đồ án Em xin chân thành cảm ơn Sinh viên thực hiện Lê Thị Hoàng Lan i CAM ĐOAN Em: Lê Thị Hoàng Lan, xin cam đoan nội dung đồ án không chép nội dung bản từ đồ án khác Các số liệu đồ án được sự hướng dẫn thầy hướng dẫn tính tốn bản thân cách trung thực, nguồn trích dẫn có thích rõ ràng, minh bạch, có tính kế thừa, phát triển từ tài liệu, tạp chí, cơng trình nghiên cứu được công bố, website Em xin hoàn toàn chịu trách nhiệm lời cam đoan Sinh viên thực hiện Lê Thị Hoàng Lan ii MỤC LỤC TĨM TẮT NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỚT NGHIỆP LỜI CẢM ƠN i CAM ĐOAN ii MỤC LỤC iii DANH SÁCH CÁC BẢNG BIỂU, HÌNH VẼ VÀ SƠ ĐỒ viii DANH SÁCH CÁC KÝ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT x LỜI MỞ ĐẦU Chương 1: LẬP LUẬN KINH TẾ KỸ THUẬT 1.1 Vị trí xây dựng nhà máy 1.2 Đặc điểm tự nhiên 1.3 Nguồn nguyên liệu .2 1.4 Hệ thống giao thông 1.5 Nguồn cung cấp điện 1.6 Nguồn cung cấp nước 1.7 Nguồn cung cấp .3 1.8 Xử lý nước thải – Rác thải 1.9 Nguồn nhân lực 1.10 Thị trường tiêu thụ .3 1.11 Năng suất nhà máy .3 Chương 2: TỔNG QUAN 2.1 Tổng quan nguyên liệu 2.1.1 Ngô 2.1.2 Nước 2.1.3 Nấm men 2.1.4 Các chất hỗ trợ kỹ thuật 11 2.2 Cơ sở lý thuyết trình sản xuất 11 2.2.1 Quá trình nghiền 12 2.2.2 Quá trình tách phôi 13 2.2.3 Quá trình nấu 13 2.2.4 Quá trình đường hóa 15 2.2.5 Quá trình lên men 16 2.2.6 Quá trình chưng cất tinh chế 18 2.2.7 Quá trình tách nước 19 iii 2.3 Tổng quan sản phẩm .21 2.3.1 Ethanol 21 2.3.2 Cồn 960 24 2.4 Tình hình sản xuất sử dụng cồn giới ở Việt Nam .24 2.4.1 Tình hình sản xuất sử dụng cồn giới 24 2.4.2 Tình hình sản xuất sử dụng cồn ở Việt Nam 25 Chương 3: CHỌN VÀ THUYẾT MINH QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ 26 3.1 Chọn quy trình công nghệ 26 3.2 Thuyết minh quy trình công nghệ .27 3.2.1 Làm sạch 27 3.2.2 Nghiền 27 3.2.3 Hòa nước 28 3.2.4 Tách phôi 28 3.2.5 Nấu nguyên liệu 29 3.2.6 Làm nguội 30 3.2.7 Đường hóa 31 3.2.8 Lên men 32 3.2.9 Chưng cất tinh chế 33 3.2.10 Gia nhiệt 34 3.2.11 Tách nước 35 3.2.12 Ngưng tụ – Làm nguội – Bảo quản 35 Chương 4: TÍNH CÂN BẰNG VẬT CHẤT 37 4.1 Kế hoạch sản xuất nhà máy 37 4.2 Tính cân bằng vật chất .37 4.2.1 Các thông số ban đầu 37 4.2.2 Tính tốn cân bằng vật chất 38 Chương 5: TÍNH VÀ CHỌN THIẾT BỊ 52 5.1 Sàng rung làm sạch 52 5.2 Máy nghiền búa 52 5.3 Thùng chứa bột ngô sau nghiền 52 5.4 Thiết bị hòa nước .53 5.5 Thiết bị tách phôi .54 5.6 Nồi nấu sơ .55 5.7 Thiết bị phun dịch hóa .56 5.8 Nồi nấu chín .56 5.9 Thiết bị tách 57 5.10 Phao điều chỉnh mức 58 iv 5.11 Thiết bị làm nguội ống lồng ống sau tách 59 5.12 Thiết bị đường hóa 60 5.13 Thiết bị làm nguội sau đường hóa .61 5.14 Thiết bị lên men 62 5.14.1 Số thiết bị lên men 63 5.14.2 Thùng lên men 63 5.14.3 Thùng nhân giống cấp II 63 5.14.4 Thùng nhân giống cấp I 64 5.15 Thiết bị tách thu hồi CO2 64 5.16 Tank chứa giấm chín 65 5.17 Tháp thô .66 5.18 Tháp tinh 67 5.19 Các thiết bị phụ trợ tháp thô .67 5.20 Các thiết bị phụ trợ tháp tinh 71 5.21 Thiết bị gia nhiệt 74 5.22 Tháp tách nước 76 5.23 Thiết bị ngưng tụ – Làm nguội 77 5.24 Tính thùng chứa 79 5.24.1 Thùng chứa cồn thành phẩm 79 5.24.2 Thùng chứa dầu fusel 79 5.25 Thiết bị vận chuyển 80 5.25.1 Băng tải vận chuyển ngô từ kho đến sàn làm sạch 80 5.25.2 Gàu tải vận chuyển 80 5.25.3 Bơm 81 Chương 6: TÍNH NHIỆT – HƠI – NƯỚC 85 6.1 Tính nhiệt – 85 6.1.1 Tính nhiệt – cho nồi nấu sơ 85 6.1.2 Tính nhiệt – cho thiết bị phun dịch hóa 86 6.1.3 Tính nhiệt – cho nồi nấu chín 87 6.1.4 Tính nhiệt – cho trình chưng cất – tinh chế 90 6.1.5 Tính nhiệt – cho trình gia nhiệt 90 6.1.6 Tính nhiệt – cho trình hấp phụ – giải hấp phụ 90 6.1.7 Tổng lượng dùng ngày 92 6.1.8 Tính chọn lò 92 6.1.9 Tính nhiên liệu 93 6.2 Tính nước 93 6.2.1 Lượng nước dùng công đoạn hòa trộn 93 v 6.2.2 Lượng nước dùng cơng đoạn đường hóa 93 6.2.3 Lượng nước dùng cho thiết bị làm nguội ống lồng ống 94 6.2.4 Lượng nước dùng cho phân xưởng lên men 94 6.2.5 Lượng nước sử dụng cho chưng cất – tinh chế 95 6.2.6 Lượng nước để ngưng tụ làm nguội cồn thành phẩm 96 6.2.7 Lượng nước vệ sinh thiết bị 96 6.2.8 Lượng nước cho lò 96 6.2.9 Lượng nước dùng cho sinh hoạt 96 6.2.10 Bơm cao áp để bơm nước cho toàn nhà máy 97 Chương 7: TỔ CHỨC VÀ TÍNH XÂY DỰNG 98 7.1 Tổ chức nhà máy .98 7.1.1 Sơ đồ hệ thống tổ chức nhà máy 98 7.1.2 Tổ chức lao động 98 7.2 Tính cơng trình xây dựng 99 7.2.1 Khu sản xuất 99 7.2.2 Phân xưởng điện 100 7.2.3 Kho nguyên liệu 100 7.2.4 Kho thành phẩm 100 7.2.5 Phân xưởng lò 101 7.2.6 Nhà hành 101 7.2.7 Khu xử lý nước 101 7.2.8 Nhà vệ sinh, nhà tắm 101 7.2.9 Nhà ăn – tin 102 7.2.10 Nhà chứa máy phát điện dự phòng 102 7.2.11 Trạm biến áp 102 7.2.12 Gara ô tô 102 7.2.13 Nhà để xe 102 7.2.14 Phòng thường trực bảo vệ 102 7.2.15 Khu xử lý bã nước thải 102 7.2.16 Kho nhiên liệu 102 7.2.17 Trạm cân xe 103 7.2.18 Trạm bơm 103 7.2.19 Trạm máy nén thu hồi CO2 103 7.3 Tính tổng mặt bằng nhà máy 103 7.3.1 Tính khu đất mở rộng 103 7.3.2 Diện tích khu đất xây dựng nhà máy 104 7.3.3 Tính hệ số sử dụng 104 vi PHỤ LỤC Tính số đĩa tháp thô Xác định số hồi lưu: Rxmin = XP -yF * yF * -XF Với: XF nồng độ % mol rượu hỗn hợp đầu; xF = 2,217 % mol xP nồng độ % mol rượu sản phẩm đỉnh; xP = 52,595 % mol yF* nồng độ phần mol rượu pha hơi; yF*= 20,315 % mol 52,595-20,315 →Rxmin = = 1,784 20,315-2,217 Hệ số dư b nằm khoảng 1,1 ÷ 2,5 Chọn b = 2,5 Do đó: Rx = b× Rxmin = 2,5 × 1,784 = 4,46 Hình 2.1 Tháp thơ Phương trình làm việc có dạng: R+L 1-L ×X + ×X R+1 R+1 w : nồng độ phần mol sản phẩm đáy, xw = 0,004 % mol : Lượng hỡn hợp đầu tính đơn vị sản phẩm đỉnh XP -Xw 52,595-0,004 L= = = 23,765 XF -Xw 2,217-0,004 4,46-0,004 1-23,765 →y= ×X + ×0,004 = 0,816×X-0,017 4,46+1 4,46+1 y= xw L Phụ lục Hình 2.2 Đồ thị xác định số đĩa lỹ thuyết tháp thô Số đĩa lý thuyết n = 9,29 đĩa Theo thực tế hiệu suất đĩa: µ = 0,2 ữ 0,9 Chn = 0,5 Nh vy sụ đĩa thực tế tháp là: Nlt 9,29 Ntt = = = 18,58 ≈ 19 μ 0,5 Vậy số đĩa thực tế 19 đĩa Phụ lục PHỤ LỤC Tính đường kính tháp thơ Đường kính tháp: D = 0,0188×√ gtb (ρy wy ) [13, tr181] tb gtb – Lượng trung bình tháp(kg/h) (ρywy)tb = 0,065×φ[δ] ×√h×ρxtb ×ρytb [13, tr184] h: Khoảng cách hai đĩa gần nhau, h = 0,4 m [] – Hệ sớ tính đến sức căng bề mặt [13 tr184] Khi  < 20 dyn/cm (N/s) thì [] = 0,8 Khi  > 20 dyn/cm (N/s) thì [] = Khi nồng độ nhỏ thì  lớn, ứng với nồng độ rượu pha lỏng tháp 5,498 % khối lượng thì sức căng bề mặt luôn lớn 20 dyn/cm, nên [] = xtb – Khối lượng riêng trung bình pha lỏng (kg/m3) atbl 1-atbl = + [13,tr183] ρxtb ρR ρN R, N –Khối lượng riêng trung bình rượu nước pha lỏng lấy theo nhiệt độ trung bình tháp(kg/m3) Nhiệt độ đỉnh tháp 94,550C, nhiệt độ đáy tháp 1050C, nhiệt độ trung bình 99,7750C Khối lượng riêng rượu, nước ở 99,7750C: R = 718,589 kg/m3, N = 960,136 kg/m3[12, tr 9] atbl – Nồng độ phần khối lượng trung bình rượu pha lỏng Nồng độ % khối lượng rượu ở đáy tháp bé, lấy nồng độ trung bình rượu ở pha lỏng sau: xo 5,498% atb1 = = = 2,749% = 0,02749 phầ n khố i lượng 2 0,02749 1-0,02749 → = + → ρxtb = 951,345 ( kg⁄m3 ) ρxtb 718,589 960,136 Khối lượng riêng trung bình pha hơi: [y×MR +(1-y)×MN ]×273 [13,tr183] ρytb = 22,4×T MR = 46, MN = 18; T = 273 + 99,775 = 372,7750K (Nhiệt độ tuyệt đối trung bình) Y y1 Phụ lục y1 + y 2 Nồng độ phần mol ở đỉnh tháp: y1 = 20,315 %mol Nồng độ phần mol trung bình pha hơi: y = y2 Nồng độ phần mol ở đĩa tiếp liệu, y2 = 2,217 %mol y +y 20,315%+2,217% y= 2= = 0,113 phầ n mol 2 [0,113×46+(1-0,113)×18]×273 → ρytb = = 0,692 ( kg⁄m3 ) 22,4×372,775  (Py Wy )tb = 0,065×√0,4×951,345×0,692 = 1,055 ( kg⁄m3 s) D×P Tính lượng trung bình tháp: gtb = 100 : Lượng giấm vào tháp theo bảng 4.6 22024,515 (kg/h) : Lượng tháp ứng với 100kg giấm, P = 16,899 ( kg/h ) 22024,515×16,899  gtb = = 3721,827 ( kg⁄h) 100 Đường kính tháp: D P D = 0,0188×√ gtb (ρy wy ) = 0,0188×√ 3721,827 = 1,117 (m) 1,055 tb Phụ lục PHỤ LỤC 4.1 Tính tháp tinh Bảng 4.1 Các yêu cầu bản đối với tháp tinh chế %V % khối lượng % mol Hiệu suất so sánh với lượng cồn tuyệt đối chứa dấm (%) Nồng độ STT Thành phần Rượu tinh chế 95,57 94,144 86,28 95,57 Dầu fusel 88 83,1 66,1 3 Cồn đầu 95,0 93,1 84,0 Rượu hồi lưu 95,57 94,144 86,28 Sản phẩm đáy 0,006 0,005 0,002 Rượu vào đĩa tiếp liệu 37,658 19,066 ❖ Cân bằng vật chất: Cồn tụt đới 100kg giấm 6,888% thể tích hay 5,498% khối lượng 5,498kg Lượng cồn tinh chế từ 100kg giấm: 5,498×95,57 100 D1 = × = 5,581 (kg) 100 94,144 Lượng dầu fusel thành phẩm 100kg giấm: 5,498×3 100 Mfusel = × = 0,198 (kg) 100 83,1 Lượng dầu fusel nguyên chất: 5,498×3% = 0,165 (kg) 100 = 0,825 (kg) 20 Lượng nước rửa thu được sau thu rửa dầu fusel 0,3 (kg) Lượng fuzel trước ngưng tụ: 0,165  Lượng cồn đầu: D2 = 5,498  100  = 0,175 (kg) 100 94,144 Lượng sản phẩm ở tháp thô được đưa vào tinh luyện (bảng 4.5): G1 = 14,45 (kg) Sản phẩm đỉnh là: D = D1 + D2 = 5.581 + 0,175 = 5,756 (kg) Lượng khỏi đỉnh tháp tinh luyện: H =  + D = (Rx + 1)  D Với : Lượng lỏng hồi lưu, Rx: Chỉ số hồi lưu Xác định số hồi lưu: Rxmin = Phụ lục XP -yF * [13,tr158] yF * -XF XF nồng độ % mol rượu hỗn hợp đầu; xF = 19,066 % mol xP nồng độ % mol rượu sản phẩm đỉnh; xP = 86,28 % mol yF* nồng độ phần mol rượu pha hơi; cân bằng với nồng độ rượu pha lỏng xF = 19,066 %mol => yF*= 52,68 % mol 86,28-52,68 →Rxmin = =1 52,68-19,066 Hệ sớ dư b nằm khoảng 1,1 ÷ 2,5 Chọn b = 2,5 Với: Do đó: Rx = b× Rxmin = 2,5 × = 2,5 Lượng khỏi tháp là: H = (2,5+ 1)×5,756= 20,146 (kg) Lượng lỏng hồi lưu:  = H – D = 20,146 – 5,756 = 14,39 (kg) Gọi lượng đốt cần cấp Pt (kg), lượng nước thải ở tháp tinh W(kg) Phương trình cân bằng vật liệu cho toàn tháp là: Pt + 14,45 +0,3 = 5,756 + 0,825 + W  W = Pt + 8,169 ❖ Cân bằng nhiệt Dựa theo tài liệu [12, tr 194], có bảng nhiệt lượng sau: Bảng 4.2 Bảng nhiệt lượng thành phần Thành phần STT Khối lượng (kg) Nhiệt lượng riêng (KJ/kg) Nhiệt lượng Q (kj) Nhiệt vào Cồn đưa vào tinh luyện 14,45 363 Lỏng hồi lưu + rựợu tinh chế từ ngưng tụ hồi lưu 14,39 226 Hơi đớt Pt 2680 2.680×P Nước phân ly dầu Fusel 0,3 380 114 5245,35 3252,14 8611,49 + 2680×P Tổng cộng: Nhiệt Rượu tinh chế 5,498 226 1242,548 Hơi hồi lưu cồn tinh chế 14,39 1170 16836,3 Hơi dầu Fusel 0,825 1930 1592,25 Sản phẩm đáy P + 8,169 436 436×P + 3561,684 Cồn đầu 0,175 1180 206,5 10 Tổn thất nhiệt 5%Qra Tổng cộng: Phụ lục (23439,282+ 436×P)×1,05 Phương trình cân bằng nhiệt lượng: 8611,49 + 2680×P = (23439,282 + 436×P)×1,05 Suy Pt = 7,2 (kg) W = Pt +8,169 =15,369 (kg) 4.1.1 Tính số đĩa tháp tinh 4.1.1.1 Số đĩa đoạn luyện Phương trình làm việc có dạng: Rx xP y= × x+ Rx +1 Rx +1 Rx: Chỉ số hồi lưu; Rx = 2,5 xP: Nồng độ phần mol rượu (pha lỏng) ở đỉnh tháp, xP = 86,28 % x, y: Nồng độ % mol pha lỏng pha 2,5 86,28 →y= × x+ ×0,004 = 0,714×x+24,651 2,5+1 2,5+1 Hình 4.1 Tháp thô Hình 4.2 Đồ thị xác định số đĩa lỹ thuyết tháp tinh Theo đồ thị, khoảng nồng độ 19,066% mol đến 86,28% mol, số đĩa lý thuyết được xác định theo đồ thị 26 đĩa Theo thực tế hiệu suất đĩa: µ = 0,2 ÷ 0,9 Chọn µ = 0,5 Phụ lục Như số đĩa thực tế phần luyện tháp là: Nlt 26 N1 = = = 52 μ 0,5 Vậy số đĩa thực tế phần luyện tháp tinh 52 đĩa 4.1.1.2 Số đĩa đoạn chưng Phương trình làm việc có dạng: L y = ×(x-xw ) [13,tr315] G G = Pt: Lượng rượu tháp ứng với 100kg giấm Pt = 7, = 0,4 (Kmol) 18 L: Lượng lỏng tháp: L = L1 + L2 L1: Lượng lỏng từ tháp thô Khối lượng rượu từ tháp thô L1 với G1 = 14,45 kg, XM = 37,658% khới lượng 14,45 37,658 (100-37,658)×14,45 L1 = × × = 0,619 (Kmol) 46 100 18×100 L2: Lượng lỏng hồi lưu: L2 = Rx  D ; Rx = 2,5; D = 5,756 (kg) MD MD = 46  y + 18  (1 – y) y: Nồng độ phần mol lỏng hồi lưu, y = 0,8628 MD = 46  0,8628 + 18  (1 – 0,85627) = 42,158 L2 = 2,5  5,756 = 0,341 (Kmol) 42,158 L = L1 + L2 = 0,619 + 0,341 = 0,96 (Kmol) xw: Nồng độ phần mol sản phẩm đáy, xw = 0,002 % mol 0,96 y= ( x − 0,002) = 2,4 x − 0,0048 0,4 Khoảng nồng độ 0,2 % mol đến 19,066% mol, số đĩa xác định theo đồ thị Từ kết quả đồ thị, có sớ đĩa lý thuyết: n1= 2,6 khoảng nồng độ từ 0,002% đến 0,2% số đĩa được xác định theo cơng thức: x K×G lg [1+ x o × ( L -1)] w [5,tr268] n' = K×G lg ( L ) K : Hệ số bay rượu, K = 13 G = Pt : Lượng tháp; G = Pt = 0,4 Kmol Phụ lục 10 L : Lượng lỏng tháp; L = 0,96 Kmol xo = 0,2 % mol; xw = 0,002 % mol 0,2 13  0,4   lg 1 + ( − 1) 0,002 0,96  = 3,606 → n’ =   13  0,4  lg    0,96  n2 = n1 + n’ = 2,6 + 3,606= 6,206 Hiệu suất  = 0,5 Số đĩa thực tế: N2 = n2 6,206 = = 12,412 Lấy N2 = 13 đĩa  0,5 Vậy tổng sớ đĩa tồn tháp tinh: N = 52 + 13 = 65 đĩa 4.1.2 Tính đường kính tháp tinh 4.1.2.1 Đường kính đoạn luyện Nồng độ pha lỏng, từ vị trí đỉnh, đáy, tiếp liệu theo bảng sau: Bảng 4.3 Bảng nồng độ pha lỏng, từ vị trí đỉnh, đáy, tiếp liệu dựa vào bảng Nồng độ Vị trí Nhiệt độ sơi (0C) Pha Pha lỏng % khối lượng % mol % khối lượng % mol Đỉnh 94,144 96,28 94,144 86,28 78,3 Tiếp liệu 37,658 19,066 73,932 52,572 83,012 Đáy 0,005 0,002 0,005 0,002 105 Đường kính đoạn lụn: D = 0,0188×√ gtb (ρy wy ) [13, tr181] tb gtb – Lượng trung bình tháp(kg/h) (ρywy)tb = 0,065×φ[δ] ×√h×ρx ×ρy [13, tr184] h: Khoảng cách hai đĩa gần nhau; h = 0,3 m [] – Hệ sớ tính đến sức căng bề mặt [13 tr184] Khi  < 20 dyn/cm (N/s) thì [] = 0,8 Khi  > 20 dyn/cm (N/s) thì [] = Khi nồng độ nhỏ thì  lớn, ứng với nồng độ rượu pha lỏng tháp tinh thì sức căng bề mặt luôn lớn 20 dyn/cm, nên [] = Phụ lục 11 x – Khối lượng riêng trung bình pha lỏng (kg/m3) a 1-a = + [13,tr183] ρx ρR ρN R, N –Khối lượng riêng trung bình rượu nước pha lỏng lấy theo nhiệt độ trung bình tháp(kg/m3) Nhiệt độ trung bình: t tb = (78,3 + 83,012)⁄2 = 80,656℃ Ứng với nhiệt độ đó: R = 734,032 kg/m3, N = 972,053 kg/ m3 [12,tr 11] a: Nồng độ phần khối lượng trung bình rượu pha lỏng Nồng độ % khối lượng rượu ở đáy tháp bé, lấy nồng độ trung bình rượu ở pha lỏng sau: 94,144%+37,658% a= = 65,9% = 0,659 phầ n khố i lượng 0,659 1-0,659 → = + → ρx = 800,907 ( kg⁄m3 ) ρx 734,032 972,053 Khối lượng riêng trung bình pha hơi: [y×MR +(1-y)×MN ]×273 [13,tr183] ρy = 22,4×T MR = 46, MN = 18; T = 273 + 80,656 = 353,6560K (Nhiệt độ tuyệt đối trung bình) y y1 y2 y1 + y 2 Nồng độ phần mol ở đỉnh tháp: y1 = 86,28%mol Nồng độ phần mol ở đĩa tiếp liệu, y2 = 52,572%mol y +y 86,28%+52,572% y= 2= = 0,694 phầ n mol 2 [0,694×46+(1-0,694)×18]×273 → ρy = = 1,29 ( kg⁄m3 ) 22,4×353,656 Nồng độ phần mol trung bình pha hơi: y =  (Py Wy )tb = 0,065×√0,3×800,907×1,29 = 1,144 ( kg⁄m3 s) gt + g d gd: Lượng đỉnh tháp, gd = (Rx + 1)×D = (2,5 + 1)×5,756 = 20,146 (kg) gt: Lượng vào đoạn luyện gt = Gt +D {gt ×yt = Gt ×xt +D×xp gt ×rt = gd ×rd Tính lượng tháp (đoạn luyện): g = xp : Nồng độ pha lỏng tại đỉnh tháp, x = 0,94144 phần khối lượng xt : Nồng độ pha lỏng tại đĩa tiếp liệu, xt = 0,37658 phần khối lượng D : Sản phẩm đỉnh; D = 5,756 kg Phụ lục 12 : Nồng độ pha tại đĩa tiếp liệu; yt = 0,73932 phần khối lượng : Ẩn nhiệt hóa dung dịch ở đĩa tiếp liệu đỉnh rt = rRt  yt + (1 – yt)  rNt [13, tr 199] rd = rRd  yd + (1 – yd)  rNd Ở đĩa tiếp liệu (tos= 83,0120C): rRt =205,494 (Kcal/kg); rNt=555,988 (Kcal/kg) [12,tr 257] Ở đỉnh (tos = 78,30C): rRd = 207,68 Kcal/kg, rNd=560,7 Kcal/kg [12, tr 254] yd = 0,94144 phần khối lượng yt rt , rd → rd = 207,68  0,94144 + (1 – 0,94144)  560,7 = 228,353 (Kcal/kg) Giải hệ phương trình ta được: gt = 13,542 (kg) g +g 13,542+20,146 →g= t d= = 16,844 (kg) 2 Lượng qua tháp tính theo suất giấm vào: 16,844×22024,515 g' = = 3709,809 ( kg⁄giờ ) 100 Đường kính tháp: D = 0,0188×√ g' (ρy wy ) = 0,0188×√ 3709,809 = 1,071 (m) 1,144 tb 4.1.2.2 Đường kính đoạn chưng Đường kính tính theo cơng thức: D = 0,0188×√ gtb (ρy wy ) [13, tr181] tb gtb – Lượng trung bình tháp(kg/h) (ρywy)tb = 0,065×φ[δ] ×√h×ρx ×ρy [13, tr184] x – Khối lượng riêng trung bình pha lỏng (kg/m3) a 1-a = + [13,tr183] ρx ρR ρN R, N –Khối lượng riêng trung bình rượu nước pha lỏng lấy theo nhiệt độ trung bình tháp(kg/m3) Nhiệt độ trung bình: ttb = (105+83,012)⁄2 = 94,006℃ Ứng với nhiệt độ đó: R = 747,567 kg/m3, N = 962,291 kg/ m3 [12,tr 11] a: Nồng độ phần khối lượng trung bình rượu pha lỏng 37,658%+0,005% a= = 0,188 phầ n khố i lượng Phụ lục 13 → 0,188 1-0,188 = + →ρx = 912,99 ( kg⁄m3 ) ρx 747,567 962,291 Khối lượng riêng trung bình pha hơi: [y×MR +(1-y)×MN ]×273 [13,tr183] ρy = 22,4×T MR = 46, MN = 18; T = 273 + 94,006 = 367,0060K (Nhiệt độ tuyệt đối trung bình) y Nồng độ phần mol trung bình pha đoạn chưng: y +y 52,572%+0,002% y= 2= = 0,263 phầ n mol 2 [0,263×46+(1-0,263)×18]×273 → ρy = = 0,842 ( kg⁄m3 ) 22,4×367,006 (ρywy)tb = 0,065×φ[δ] ×√h×ρx ×ρy [13, tr184] h: Khoảng cách hai đĩa gần nhau; h = 0,3 m [] – Hệ sớ tính đến sức căng bề mặt [13 tr184] Khi  < 20 dyn/cm (N/s) thì [] = 0,8 Khi  > 20 dyn/cm (N/s) thì [] = Khi nồng độ nhỏ thì  lớn, ứng với nồng độ rượu pha lỏng tháp tinh thì sức căng bề mặt luôn lớn 20 dyn/cm, nên [] =  (Py Wy ) = 0,065×√0,3×912,99×0,842 = 0,987 ( kg⁄m3 s) tb gt + g w gt: Lượng khỏi đoạn chưng bằng vào đoạn luyện, gt = 13,542 kg gw: Lượng vào đoạn chưng đựơc xác định theo phương trình: gw  rw = gd  rd gd: Lượng khỏi đỉnh tháp, gd =20,146 kg/100kg giấm, rd=243,158 Kcal/kg rw: Ẩn nhiệt hóa dung dịch ở đáy tháp: rw = yw  rR + (1– yw)  rN rR, rN: Ẩn nhiệt hóa rượu nước ở đáy tháp (1050C) rR = 191 (Kcal/kg), rN = 535,75 (Kcal/kg) [12, tr 254] yw: Nồng độ rượu pha ở đỉnh tháp, yw = 0,0005 phần khới lượng g ×rd 20,146×243,158 gw = d = = 9,14 (kg) rw 0,0005×191+(1-0,0005)×535,75 13,542+9,14 gtb = = 11,341 ( kg⁄100kg giấm) Lượng tháp tính theo suất giấm vào: 11,341×22024,515 g' = = 2497,8 (kg⁄giờ) 100 Đường kính tháp: Tính lượng trung bình tháp: g = Phụ lục 14 D= 0,0188×√ g' (ρy wy ) = 0,0188×√ 2497,8 = 0,946 (m) 0,987 tb Đường kính tháp tinh là: Dtt = Phụ lục DL +DT 0,946+1,071 = = 1,009 (m) 2 15 PHỤ LỤC Tính nhiệt cho thùng lên men chính Nhiệt sinh trình lên men: Cứ lít dịch lên men thùng lên men sau mỡi sẽ giải phóng 1,13 kcal nhiệt Theo mục 5.14.2 dịch đường lên men ngày: V = 22445 × 24 =538680 (lít/ngày) Lượng nhiệt sinh trong thùng: V 538680 Q = ×1,13 = ×1,13 = 67634,267 ( kcal⁄h) = 1623222,4 ( kcal⁄ngay) n V tổng số dịch lên men ngày, n = số thùng lên men Nhiệt tổn thất rượu CO2 mang (10% so nhiệt lượng sinh ra): Q1 = 10% × Q = 0,1 × 1623222,4 = 162322,24 (kcal/ngày) Để lấy lượng còn lại ta sử dụng hệ thống làm nguội dạng ống xoắn ruột gà Lượng nhiệt hệ thớng làm nguội lấy đi: Q2 = F × k × t (W) [13, tr 3] F : Diện tích bề mặt truyền nhiệt; F=×D×H = 3,14×3,997×15,988 = 200,76 (m2) K : Hệ số truyền nhiệt qua thành thiết bị: [13, tr3] K= δ + + α1 λt α2 1 : Hệ số cấp nhiệt từ thùng lên men đến thành thiết bị, 1 = 699 W/m2.độ  : Chiều dày thành thiết bị,  = 0,006 (m) t : Hệ số dẫn nhiệt thành thiết bị, t =50 W/m.độ 2 : Hệ số cấp nhiệt từ thiết bị đến nước dội; α2 = Nu × (λN/HT) [13, tr 21] N = 52,3  10-2 (Kcal/m.h.độ) = 60,8  10-2 (W/m.độ) HT: Chiều cao phần thân hình trụ, HT = 11,49 m Nu: Chuẩn số Nuyxen đặc trưng cho trình cấp nhiệt ở bề mặt phân giới phụ thuộc vào chuẩn số Raynon: 4×V Re= [13, tr21] μ V: Mật độ tưới V= G⁄DT (kg/m.s) DT: Diện tích bề mặt truyền nhiệt thân thiết bị, DT = F = 200,76 m2 G : Khối lượng chất lỏng chảy bề mặt thành G = 1,5 kg/s Nhiệt độ trung bình nước dội: 250C (Nhiệt độ đầu: 200C, nhiệt độ cuối: 300C) Ở 250C, độ nhớt nước  = 0,8937  10-3 (N.s/m2) [12, tr 94] 4×V 4×G 4×1,5 Re = = = = 33,441 μ μ×DT 0,8937×10-3 ×200,76 Re = 33,441 < 2000 Nuyxen tính: Nu = 0,67 × (Ga2 ×Pr3 × Re)1/9 [13, tr 21] Phụ lục 16 Trong : Ga = H3 ×ρ2 ×g 15,9883 ×997,082 ×9,8 = = 4,985×1016 -3 μ2 (0,8937×10 ) CP ×μ [13, tr21] λ  : Độ nhớt nước ở 250C,  = 0,8937 × 10-3 N.s/m2 Pr =  : Hệ số dẫn nhiệt nước ở 250C;  = 60,8 × 10-2 W/m.độ CP : Nhiệt dung riêng nước ở 250C; CP = 0,99892 kcal/kg.độ Pr = 0,99892×0,8937×10-3 60,8×10-2 = 0,00147 1/9 Nu = 0,67×[(4,985×1016 ) ×0,001473 ×33,441] = 577,835 Nu×λN 577,835×60,8×10-2 α2 = = = 21,974 ( N⁄m2 ℃) H 15,988 K= = 21,25 ( W⁄m2 ℃) 0,006 699 + 50 + 21,974 t – Hiệu số nhiệt độ trung bình ∆t = ∆t1 -∆t2 [13, tr21] ∆t1 ln ∆t t1 = T – t1, t2 = T- t2 T = 320C, t1 = 250C, t2 = 300C, t1 = 50C, t2 = 20C, t = 3,2740C Vậy nhiệt lượng nước dội lấy đi: Q2 = K×F×t = 21,25×200,67  3,27= 13961,412 (W) = 12004,65 (Kcal/h) Lượng nước dội cho thùng lên men chính: m = 3600  1,5 = 5400 (kg/h) Lượng nhiệt lượng hệ thống làm nguội ống xoắn ruột gà lấy đi: Q3 = Q – Q1 – Q2 = 0,9 × Q − Q2 = 0,9×67634,267-12004,65 = 48866,19 (Kcal/h) Lượng nước cung cấp cho ớng xoắn ruột gà: Q3 = G  C  t 𝐐𝟑 𝟒𝟖𝟖𝟔𝟔, 𝟏𝟗 𝐆= = = 𝟗𝟕𝟖𝟑, 𝟖𝟎𝟓 (𝐤𝐠⁄𝐡) 𝐂𝐏 × ∆𝐭 𝟎, 𝟗𝟗𝟖𝟗𝟐 × (𝟑𝟎 − 𝟐𝟓) Lượng nước cấp cho thùng lên men chính: 9783,805 (kg/h) Lượng nước cấp cho thùng lên men chính: × 9783,805 = 88054,241 (kg/h) Thể tích nước cần cấp cho thùng lên men chính: mn 88054,241 V5 = = = 88,312 ( m3 ⁄h) = 2119,491 ( m3 ⁄ngày) ρn 997,08 Phụ lục 17 ... viên: 10 714 0075 Lớp: 14 H2A Khoa: Hóa Ngành: Công nghệ thực phẩm Tên đề tài đồ án: ? ?Thiết kế nhà máy sản xuất cồn 960 từ nguyên liệu ngô hạt bằng phương pháp nghiền khô suất 1. 000. 000 lít sản. ..TÓM TẮT Đề tài ? ?Thiết kế nhà máy sản xuất cồn 960 từ nguyên liệu ngô hạt bằng phương pháp nghiền khô với suất 1. 000. 000 lít sản phẩm/ tháng” Sinh viên thực hiện:... Thiết kế nhà máy sản xuất cồn 960 từ ngô hạt bằng phương pháp nghiền khô suất 1. 000. 000 lít sản phẩm/ tháng Chương 2: TỞNG QUAN 2 .1 Tởng quan về ngun liệu 2 .1. 1 Ngơ 2 .1. 1 .1 Giới