ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC ĐỀ TÀI: THIẾT KẾ NHÀ MÁY SẢN XUẤT CỒN TỪ TINH BỘT CÔNG SUẤT 10 TRIỆU LÍTNĂM

MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN Trang LỜI CAM ĐOAN CÁC KÝ HIỆU THƯỜNG DÙNG TRONG ĐỒ ÁN LỜI NÓI ĐẦU…………………………………………………………………..1 CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ CÔNG TY RƯỢU BÌNH TÂY, TÌNH HÌNH SẢN XUẤT VÀ TIÊU THỤ SẢN PHẨM CỒN RƯỢU Ở VIỆT NAM VÀ TRÊN THẾ GIỚI…………………………………………………………..2 1.1 Tổng quan về công ty rượu Bình Tây………………………………………2 1.1.1 Giới thiệu chung…………………………………… ……… ………………2 1.1.2 Công ty rượu Bình Tây………………………………...…………………..3 1.2 Tình hình sản xuất và tiêu thụ cồn rượu ở Việt Nam và trên thế giới.……...4 1.2.1 Tình hình sản xuất cồn ở Việt Nam……………………...………………...4 1.2.2 Tình hình sản xuất cồn và sử dụng cồn trên thế giới…… ……...………….7 CHƯƠNG 2. LỰA CHỌN VÀ THUYẾT MINH QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ………………………………………………………………..………..…9 2.1 Phân tích lựa chọn quy trình công nghệ………………..…………………….9 2.1.1 Nghiền nguyên liệu……………………………………….………………..9 2.1.2 Nấu nguyên liệu…………………………...………………………………9 2.1.3 Quá trình đường hóa ………………………..…………………………….11 2.1.4 Quá trình lên men…………..………………… …….…………………….13 2.1.5 Quá trình chưng cất cồn….…………………… …….……………………16 2.1.6 Lựa chọn quy trình công nghệ………………… ……...………………….17 2.2 Thuyết minh quy trình công nghệ…………………...……………………..19 2.2.1 Nghiền và làm sạch nguyên liệu…….……………………………………19Đồ án tốt nghiệp Nhà máy sản xuất cồn Nguyễn Duy Sáng – Máy Thiết Bị Nhiệt Lạnh – K51 2.2.2 Quá trình hồ hóa và đường hóa………..……………………………….…19 2.2.3 Quá trình lên men dịch đường…………………..…………………….…..20 2.2.4 Quá trình chưng cất và tinh chế cồn………………..………………….….21 CHƯƠNG 3. TÍNH CÂN BẰNG SẢN PHẨM……...……………………….23 3.1 Tính sản phẩm rượu theo lý thuyết………………….……………………...23 3.2 Tính hiệu suất thực tế………………………….……………………………23 3.3 Tính cân bằng cho nguyên liệu………………….………………………….24 3.3.1 Tính lượng bột gạo…………………………… ….……………………….24 3.3.2 Tính lượng nước công nghệ……………..………….…………………….25 3.3.3 Tính cân bằng sản phẩm cho công đoạn hồ hóa và đường hóa…………………………………………………………………..27 3.3.4 Tính cân bằng sản phẩm cho công đoạn lên men……………...……….…28 3.3.5 Tính cân bằng sản phẩm cho công đoạn chưng cất…………….…………28 CHƯƠNG 4. TÍNH TOÁN THIẾT BỊ CHO CÁC CÔNG ĐOẠN...…...….30 4.1 Tính toán thiết bị cho bộ phận hồ hóa và đường hóa….……………………30 4.1.1 Tính toán thùng hòa trộn lân một – R303………………..…..…………...30 4.1.2 Tính toán thùng hồ hóa lần một – R304………… …….………………….32 4.1.3 Tính toán thiết bị nấu – E314………………………….…….……………34 4.1.4 Tính toán thùng làm lạnh nhanh – R315………………..……….………..36 4.1.5 Tính toán thùng hòa trộn lần hai – R305………………...………………..37 4.1.6 Tính toán thùng hồ hóa lần hai – R307………………….………………..39 4.1.7 Tính toán thùng đường hóa – R310……………………..………...………41 4.2 Tính toán thiết bị cho bộ phận lên men………………….…………………42 4.2.1 Tính toán tank phát triển men – R402……..….……….…………………42 4.2.2 Tính toán tank lên men…………………………….……………………..45 CHƯƠNG 5. TÍNH TOÁN THIẾT BỊ TRAO ĐỔI NHIỆT……...…...……57 5.1 Tính toán cấp nhiệt cho bộ phận hồ hóa và đường hóa……..…..…………..57Đồ án tốt nghiệp Nhà máy sản xuất cồn Nguyễn Duy Sáng – Máy Thiết Bị Nhiệt Lạnh – K51 5.1.1 Tính toán cấp nhiệt cho thùng hồ hóa lần một – R304…………...….…...57 5.1.2 Tính toán cấp nhiệt cho thùng hòa trộn lần một – R303… ………………64 5.1.3 Tính toán cấp nhiệt cho thiết bị nấu – E314….… …….………………….70 5.1.4 Tính cấp nhiệt cho công đoạn chưng cất…………………....…………….72 5.2 Tính toán giải nhiệt cho bộ phận hồ hóa và đường hóa………….…………73 5.2.1 Tính thiết bị giải nhiệt cho dịch cháo trước khi đường hóa – E311………73 5.2.2 Tính thiết bị giải nhiệt cho dịch cháo trước khi đi lên men – E312……....78 5.2.3 Tính giải nhiệt cho tăng phát triển men – E402……….………….………82 5.3 Tính chọn tháp chưng cất……………………………….…………………..89 5.4 Tính toán chọn thiết bị phụ……………….….……………………………..90 5.4.1 Chọn lò hơi…………………………………..………… …………………90 5.4.2 Chọn phương pháp cấp nước…….………….………………..…………..91 KẾT LUẬN……………………….……………………………………………92 TÀI LIỆU THAM KHẢO……...……………………………………………..94 PHỤ LỤCĐồ án tốt nghiệp Nhà máy sản xuất cồn Nguyễn Duy Sáng – Máy Thiết Bị Nhiệt Lạnh – K51 LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan bản đồ án này do tôi tự lập tính toán, thiết kế và nghiên cứu dưới sự hướng dẫn của thầy giáo PGS.TS. Đinh Văn Thuận, các thạc sỹ và các kỹ sư công ty POLYCO. Để hoàn thành bản đồ án này, tôi chỉ sử dụng những tài liệu đã ghi trong mục tài liệu tham khảo, ngoài ra không sử dụng tài liệu nào khác mà không được ghi ở phần tài liệu tham khảo. Nếu sai tôi xin chịu mọi hình thức kỷ luật theo quy định. Ký tên Nguyễn Duy SángĐồ án tốt nghiệp Nhà máy sản xuất cồn Nguyễn Duy Sáng – Máy Thiết Bị Nhiệt Lạnh – K 51 LỜI CẢM ƠN Bản đồ án tốt nghiệp này được hoàn thành trong thời gian làm đồ án tốt nghiệp tại Viện Khoa học và Công nghệ Nhiệt – Lạnh, Trường đại học Bách Khoa Hà Nội. Với lòng biết ơn sâu sắc, tôi xin chân thành cảm ơn PGS.TS. Đinh Văn Thuận, các thạc sỹ và các kỹ sư công ty POLYCO đã tận tình giúp đỡ tôi hoàn thành đồ án tốt nghiệp đúng tiến độ và có chất lượng. Tôi xin chân thành cảm ơn các thầy cô giáo trong Viện và các bạn trong lớp Máy và Thiết Bị Nhiệt Lạnh – K51 đã tham gia góp ý để tôi hoàn thiện hơn sau quá trình học tập. Hà Nội, ngày 20 tháng 05 năm 2011 Sinh viên thực hiện Nguyễn Duy SángĐồ án tốt nghiệp Nhà máy sản xuất cồn Nguyễn Duy Sáng – Máy Thiết Bị Nhiệt Lạnh – K51 CÁC KÝ HIỆU THƯỜNG DÙNG TRONG ĐỒ ÁN  m: Chiều dày vật liệu W m.K: Hệ số dẫn nhiệt      Wm .K 2 : Hệ số tỏa nhiệt k W m .K     2 : Hệ số truyền nhiệt q W m     2 : Mật độ dòng nhiệt      kgm3 : Khối lượng riêng      m s 2 : Độ nhớt động học

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ NHIỆT – LẠNH ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC ĐỀ TÀI: THIẾT KẾ NHÀ MÁY SẢN XUẤT CỒN TỪ TINH BỘT CƠNG SUẤT 10 TRIỆU LÍT/NĂM Sinh viên thực hiện: Nguyễn Duy Sáng Lớp: Máy Thiết Bị Nhiệt Lạnh B, K51 Ngành: Kỹ thuật Nhiệt – Lạnh Giáo viên hướng dẫn: PGS.TS Đinh Văn Thuận Hà Nội – 2011 Đồ án tốt nghiệp Nhà máy sản xuất cồn MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN Trang LỜI CAM ĐOAN CÁC KÝ HIỆU THƯỜNG DÙNG TRONG ĐỒ ÁN LỜI NĨI ĐẦU………………………………………………………………… CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ CƠNG TY RƯỢU BÌNH TÂY, TÌNH HÌNH SẢN XUẤT VÀ TIÊU THỤ SẢN PHẨM CỒN RƯỢU Ở VIỆT NAM VÀ TRÊN THẾ GIỚI………………………………………………………… 1.1 Tổng quan cơng ty rượu Bình Tây………………………………………2 1.1.1 Giới thiệu chung……………………………………………………………2 1.1.2 Cơng ty rượu Bình Tây……………………………… ………………… 1.2 Tình hình sản xuất tiêu thụ cồn rượu Việt Nam giới.…… 1.2.1 Tình hình sản xuất cồn Việt Nam…………………… ……………… 1.2.2 Tình hình sản xuất cồn sử dụng cồn giới………… ………….7 CHƯƠNG LỰA CHỌN VÀ THUYẾT MINH QUY TRÌNH CƠNG NGHỆ……………………………………………………………… ……… …9 2.1 Phân tích lựa chọn quy trình cơng nghệ……………… …………………….9 2.1.1 Nghiền nguyên liệu……………………………………….……………… 2.1.2 Nấu nguyên liệu………………………… ………………………………9 2.1.3 Q trình đường hóa ……………………… …………………………….11 2.1.4 Q trình lên men………… ……………………….…………………….13 2.1.5 Quá trình chưng cất cồn….………………………….……………………16 2.1.6 Lựa chọn quy trình cơng nghệ……………………… ………………….17 2.2 Thuyết minh quy trình cơng nghệ………………… …………………… 19 2.2.1 Nghiền làm nguyên liệu…….……………………………………19 Nguyễn Duy Sáng – Máy & Thiết Bị Nhiệt Lạnh – K51 Đồ án tốt nghiệp Nhà máy sản xuất cồn 2.2.2 Q trình hồ hóa đường hóa……… ……………………………….…19 2.2.3 Q trình lên men dịch đường………………… …………………….… 20 2.2.4 Quá trình chưng cất tinh chế cồn……………… ………………….….21 CHƯƠNG TÍNH CÂN BẰNG SẢN PHẨM…… ……………………….23 3.1 Tính sản phẩm rượu theo lý thuyết………………….…………………… 23 3.2 Tính hiệu suất thực tế………………………….……………………………23 3.3 Tính cân cho nguyên liệu………………….………………………….24 3.3.1 Tính lượng bột gạo……………………………….……………………….24 3.3.2 Tính lượng nước cơng nghệ…………… ………….…………………….25 3.3.3 Tính cân sản phẩm cho cơng đoạn hồ hóa đường hóa………………………………………………………………… 27 3.3.4 Tính cân sản phẩm cho công đoạn lên men…………… ……….…28 3.3.5 Tính cân sản phẩm cho cơng đoạn chưng cất…………….…………28 CHƯƠNG TÍNH TỐN THIẾT BỊ CHO CÁC CƠNG ĐOẠN … ….30 4.1 Tính tốn thiết bị cho phận hồ hóa đường hóa….……………………30 4.1.1 Tính tốn thùng hòa trộn lân – R303……………… … ………… 30 4.1.2 Tính tốn thùng hồ hóa lần – R304……………….………………….32 4.1.3 Tính tốn thiết bị nấu – E314………………………….…….……………34 4.1.4 Tính tốn thùng làm lạnh nhanh – R315……………… ……….……… 36 4.1.5 Tính tốn thùng hịa trộn lần hai – R305……………… ……………… 37 4.1.6 Tính tốn thùng hồ hóa lần hai – R307………………….……………… 39 4.1.7 Tính tốn thùng đường hóa – R310…………………… ……… ………41 4.2 Tính tốn thiết bị cho phận lên men………………….…………………42 4.2.1 Tính tốn tank phát triển men – R402…… ….……….…………………42 4.2.2 Tính tốn tank lên men…………………………….…………………… 45 CHƯƠNG TÍNH TỐN THIẾT BỊ TRAO ĐỔI NHIỆT…… … ……57 5.1 Tính tốn cấp nhiệt cho phận hồ hóa đường hóa…… … ………… 57 Nguyễn Duy Sáng – Máy & Thiết Bị Nhiệt Lạnh – K51 Đồ án tốt nghiệp Nhà máy sản xuất cồn 5.1.1 Tính tốn cấp nhiệt cho thùng hồ hóa lần – R304………… ….… 57 5.1.2 Tính tốn cấp nhiệt cho thùng hịa trộn lần – R303…………………64 5.1.3 Tính tốn cấp nhiệt cho thiết bị nấu – E314….……….………………….70 5.1.4 Tính cấp nhiệt cho cơng đoạn chưng cất………………… …………….72 5.2 Tính tốn giải nhiệt cho phận hồ hóa đường hóa………….…………73 5.2.1 Tính thiết bị giải nhiệt cho dịch cháo trước đường hóa – E311………73 5.2.2 Tính thiết bị giải nhiệt cho dịch cháo trước lên men – E312…… 78 5.2.3 Tính giải nhiệt cho tăng phát triển men – E402……….………….………82 5.3 Tính chọn tháp chưng cất……………………………….………………… 89 5.4 Tính tốn chọn thiết bị phụ……………….….…………………………… 90 5.4.1 Chọn lị hơi………………………………… ……………………………90 5.4.2 Chọn phương pháp cấp nước…….………….……………… ………… 91 KẾT LUẬN……………………….……………………………………………92 TÀI LIỆU THAM KHẢO…… …………………………………………… 94 PHỤ LỤC Nguyễn Duy Sáng – Máy & Thiết Bị Nhiệt Lạnh – K51 Đồ án tốt nghiệp Nhà máy sản xuất cồn LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đồ án tơi tự lập tính tốn, thiết kế nghiên cứu hướng dẫn thầy giáo PGS.TS Đinh Văn Thuận, thạc sỹ kỹ sư cơng ty POLYCO Để hồn thành đồ án này, sử dụng tài liệu ghi mục tài liệu tham khảo, ngồi khơng sử dụng tài liệu khác mà không ghi phần tài liệu tham khảo Nếu sai xin chịu hình thức kỷ luật theo quy định Ký tên Nguyễn Duy Sáng Nguyễn Duy Sáng – Máy & Thiết Bị Nhiệt Lạnh – K51 Đồ án tốt nghiệp Nhà máy sản xuất cồn LỜI CẢM ƠN Bản đồ án tốt nghiệp hoàn thành thời gian làm đồ án tốt nghiệp Viện Khoa học Công nghệ Nhiệt – Lạnh, Trường đại học Bách Khoa Hà Nội Với lịng biết ơn sâu sắc, tơi xin chân thành cảm ơn PGS.TS Đinh Văn Thuận, thạc sỹ kỹ sư cơng ty POLYCO tận tình giúp đỡ tơi hồn thành đồ án tốt nghiệp tiến độ có chất lượng Tơi xin chân thành cảm ơn thầy cô giáo Viện bạn lớp Máy Thiết Bị Nhiệt Lạnh – K51 tham gia góp ý để tơi hồn thiện sau trình học tập Hà Nội, ngày 20 tháng 05 năm 2011 Sinh viên thực Nguyễn Duy Sáng Nguyễn Duy Sáng – Máy &Thiết Bị Nhiệt Lạnh – K 51 Đồ án tốt nghiệp Nhà máy sản xuất cồn CÁC KÝ HIỆU THƯỜNG DÙNG TRONG ĐỒ ÁN   m  : Chiều dày vật liệu   W / m.K  : Hệ số dẫn nhiệt   W/m K  : Hệ số tỏa nhiệt k  W / m K  : Hệ số truyền nhiệt q  W / m2  : Mật độ dòng nhiệt   kg/m3  : Khối lượng riêng   m / s  : Độ nhớt động học   N.m/s  : Độ nhớt động lực học Cp  J/kg.K  : Nhiệt dung riêng G  kg/h, kg/s  : Lưu lượng khối lượng Q  kW, W, kJ  : Nhiệt lượng Pr: Tiêu chuẩn Prandtl Nu: Tiêu chuẩn Nusselt Re: Tiêu chuẩn Reynolds Gr: Tiêu chuẩn Grashoff   m/s  : tốc độ i  kJ/kg  : Entanpy   h  : Thời gian t  o C : Nhiệt độ bách phân T  K  : Nhiệt độ tuyệt đối Nguyễn Duy Sáng – Máy & Thiết Bị Nhiệt Lạnh – K51 Đồ án tốt nghiệp Nhà máy sản xuất cồn t  K  : Độ chênh nhiệt độ trung bình D  m  : Đường kính thiết bị H  m  : Chiều cao thiết bị F  m  : Diện tích truyền nhiệt Nguyễn Duy Sáng – Máy & Thiết Bị Nhiệt Lạnh – K51 Đồ án tốt nghiệp Nhà máy sản xuất cồn LỜI NÓI ĐẦU Công nghệ cồn etylic khoa học phương pháp trình chế biến nguyên liệu chứa tinh bột, đường, xenluloza, etylen thành sản phẩm etylic hay etanol Trong phạm vi đồ án này, em đề cập tới vấn đề trình sản xuất cồn etylic từ tinh bột (cụ thể gạo) Sản phẩm thu gọi cồn thực phẩm Công nghệ sản xuất cồn thực phẩm sử dụng kiến thức lý hóa học, hóa keo, hóa cơng hóa sinh vi sinh vật học Hiện cồn ứng dụng nghành, lĩnh vực đời sống xã hội Thực tế chứng minh sản phẩm rượu etylic chiếm tỷ lệ lớn thành phần nguyên liệu nhiều nghành sản xuất khác nhau, chẳng hạn như: làm nguyên liệu chế biến cao su tự nhiên, làm nguyên liệu cho động đốt trong, làm dung mơi cơng nghiệp hóa chất, làm thuốc sát trùng nghành y tế, làm đồ uống công nghệ thực phẩm… Nguồn nguyên liệu chủ yếu mật rỉ từ sản phẩm có hàm lượng tinh bột cao Với nguồn nguyên liệu gạo, quy trình cơng nghệ sản xuất cồn etylic thực theo công đoạn sau: Nghiền nguyên liệu, hồ hóa, đường hóa, lên men xử lý sản phẩm lên men Trong trình em làm đồ án, thời gian, tài liệu tham khảo cịn thân em chưa có nhiều kinh nghiệm thực tế nên đồ án em làm không tránh khỏi sai sót Em mong nhận nhận xét góp ý thầy, bạn để đồ án hoàn thiện Nguyễn Duy Sáng – Máy & Thiết Bị Nhiệt Lạnh – K51 Đồ án tốt nghiệp Nhà máy sản xuất cồn CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ CÔNG TY RƯỢU BÌNH TÂY, TÌNH HÌNH SẢN XUẤT VÀ TIÊU THỤ SẢN PHẨM CỒN RƯỢU Ở VIỆT NAM VÀ TRÊN THẾ GIỚI 1.1 Tổng quan cơng ty rượu Bình Tây 1.1.1 Giới thiệu chung Rượu cồn có tên hóa học rượu etylic (C 2H5OH) sản xuất từ hai nguồn nguyên liệu chính: Sản xuất cồn từ khí etylen sản phẩm nơng nghiệp có hàm lượng tinh bột cao Dựa vào nguyên liệu sản xuất mà gọi cồn từ tinh bột hay cồn rỉ đường Dựa vào chất lượng mục đích sử dụng mà gọi cồn công nghiệp, cồn y tế hay cồn chế biến rượu uống Dựa vào nồng độ rượu etylic mà gọi cồn nặng hay cồn nhẹ (cồn cao độ hay cồn thấp độ) Cồn rượu dùng vào nhiều mục đích khác như: dùng nghành thực phẩm pha chế rượu, làm giấm Ngồi cịn ứng dụng rộng rãi nhiều nghành công nghiệp khác như: cơng nghiệp nặng, cơng nghiệp quốc phịng, nông nghiệp, y tế… Cồn công nghiệp sản xuất rượu etylic (C2H5OH) phát triển với phát triển đại công nghiệp Từ xa xưa, người biết lên men dịch nho để sản xuất rượu vang thứ đồ uống Rượu cồn tinh chế từ kỷ XII sau đem chưng cất rượu vang Đến kỷ XIV, công nghệ sản xuất rượu phát triển mạnh Châu Âu đến kỷ XV, rượu cồn sử dụng y dược Rượu cồn ứng dụng rộng rãi nghành công nghiệp khác Công nghệ sản xuất rượu cồn phát triển với đà phát triển nên khoa học kỹ thuật tiên tiến giới Ở nước ta, nghề nấu rượu thủ cơng có từ xa xưa chưa có tài liệu cho biết điểm khởi đầu Nhưng sản xuất rượu cồn theo kiểu công nghiệp nước Nguyễn Duy Sáng – Máy & Thiết Bị Nhiệt Lạnh – K51 Đồ án tốt nghiệp Nhà máy sản xuất cồn Tính chất vật lý nước nhiệt độ trung bình 33ºC tra theo [5] ta được:   993,95 kg/m3 , C2  4171 J/kg.K , 2  0,62 W/m.K   0,732  106 m / s , Pr  4,87 , Prw  4,01 Lượng nhiệt dịch nhả cho nước xác định theo công thức sau: Q1  G1  C1  (t1' - t1'' ) Trong đó: G1  17213,59 kg/h  4,78 kg/s : lưu lượng dịch C1  3,516 kJ/kg.K: nhiệt dung riêng dịch Thay số vào ta có: Q1  4,78  3516  (60  33)  453922 W Lưu lượng thể tích dịch là: V1  G1 1  4,78  0,00466 m3 / s 1062,6 Lưu lượng nước làm mát: G2  Q1 453922   10,875 kg/s ' '' C2   t  t  4174   38  28 Lưu lượng thể tích nước làm mát: V2  G2 2  10,875  0,011m3 /s 993,95 Độ chênh lệch nhiệt độ trung bình lơgarit tính cho sơ đồ ngược chiều '' ' ' '' t1  t  t1  t    t1  t   33  28   60  38 t tb     11,5o C '' '  t  t t   33  28  ln  ln   ln  1' ''2   60  38    t t  t  1  2 Tốc độ dòng chảy dịch kênh dẫn 1 là: 1  V1 0,00466   0,5822 m/s F  0,008 Nguyễn Duy Sáng – Máy & Thiết Bị Nhiệt Lạnh – K51 80 Đồ án tốt nghiệp Nhà máy sản xuất cồn Tốc độ dòng chảy nước kênh dẫn 2 là: 2  V2 0,011   1,3676 m/s F  0,008 Xác định tiêu chuẩn Reynolds dịch Re1: Re1  1  d td 0,5822  0,0159   11979 1 0,771 106 Xác định tiêu chuẩn Reynolds nước Re2: Re2  2  d td 1,3676  0,0159   29700 2 0,732  106 Theo [5], tiêu chuẩn Nu tính theo cơng thức sau:  Pr  Nu  0,021 Re0,8  Pr 0,43     Prw  0,25 Xác định tiêu chuẩn Nu1 dịch: 0,25  Pr   9,02  Nu1  0,021 Re  Pr     0,021 119790,8  9,020,43     10,78   Prw1  Xác định tiêu chuẩn Nu2 nước: 0,25 0,25 0,25 0,8  Pr   4,87  Nu  0,021 Re20,8  Pr20,43     0,021 397000,8  4,870,43     4,01   Prw2  Hệ số tỏa nhiệt 1 dịch là: 1  Nu1   95 0,43 1 d td  95   165 0,31  1842 W/m².K 0,0159 Hệ số tỏa nhiệt  nước là:   Nu  2 d td  165  0,62  6433 W/m².K 0,0159 Tính hệ số truyền nhiệt: Nguyễn Duy Sáng – Máy & Thiết Bị Nhiệt Lạnh – K51 81 Đồ án tốt nghiệp Nhà máy sản xuất cồn k 1 1 k  w  w   1112 W/m².K 0,005   1841 24,9 6433 Diện tích bề mặt trao đổi nhiệt thiết bị: F Q 453922   35,58 m k  t 1112  11,47 Trong trình vận hành thực tế ta cần diện tích bề mặt trao đổi nhiệt lớn Chọn hệ số sử dụng 0,9 nên diện tích bề mặt trao đổi nhiệt thực thiết bị chế tạo là: Ft  F 35,58   39,5 m 0,85 0,9 Chọn chiều cao tấm: h = 1,725 Chiều rộng tấm: b = 0,29 m  Diện tích tấm: F1t = b  h = 0,29  1,725 = 0,50025 m  Số thiết bị E311: n Ft 39,5   78,96 F1t 0,50025 Chọn n = 79 5.2.3 Tính giải nhiệt cho tank phát triển men – E402 Sử dụng thiết bị trao đổi nhiệt kiểu để giải nhiệt cho dịch khỏi tank phát triển men Chọn vật liệu chế tạo loại Inox AISI 410 - Chiều cao khe hẹp hai tấm: h =8 mm - Bề rộng kênh dẫn: l =1 m - Đường kính tương đương kênh dtđ theo [5]: Nguyễn Duy Sáng – Máy & Thiết Bị Nhiệt Lạnh – K51 82 Đồ án tốt nghiệp dtđ  Nhà máy sản xuất cồn 4F U Trong đó: F: tiết diện kênh dẫn U: chu vi kênh dẫn Ta tính được: dtđ  4F 4l h   0,008    0,0159 m U   l + h   1  0,008  Hệ số dẫn nhiệt Inox AISI 410 là: w  24,9 W/m.K Chiều dày là:  w  mm Nhiệt độ dịch trước giải nhiệt: t1'  33o C Nhiệt độ dịch sau giải nhiệt: t1''  31o C Nhiệt độ trung bình dịch t tb  t1'  t1'' 33  31   32o C 2 Tính chất vật lý dịch xác định theo [2] ta có:   n 1  4,5   438  106  1  4,5  0,175  783  106 N.s/m2 1  1062,6 kg/m3 1 783  106 1    0,763  106 m2 / s 1 1062,6 Hệ số dẫn nhiệt: 1    Cp     M M: khối lượng mol dịch   3,58  106 : hệ số tỷ lệ phụ thuộc vào tính chất chất lỏng Thay vào ta được: 1  3,58  106  3516  1062,6  1062,6  0,31 W/m.K 180 Nguyễn Duy Sáng – Máy & Thiết Bị Nhiệt Lạnh – K51 83 Đồ án tốt nghiệp Nhà máy sản xuất cồn 1  C1  1 0,763  106  3516  1062,6   8,92  Pr  1 0,31 Prw  10,8 Theo [3] tra thông số thời tiết thành phố Hồ Chí Minh sau: tb  34,6o C Nhiệt độ cực đại trung bình tháng nóng t max Nhiệt độ cực đại tuyệt đối t max  40o C Độ ẩm trung bình vào lúc 13   55% Nhiệt độ khơng khí (nhiệt độ nhiệt kế khơ): t kk  tb t max  t max 34,6  40   37,3o C 2 Nhiệt độ nước vào làm mát: t '2  28o C Nhiệt độ nước khỏi thiết bị trao đổi nhiệt kiểu bản: t ''2  t '2   28   30o C Nhiệt độ trung bình nước: t 2tb t '2  t ''2 28  30    29o C 2 Nhiệt độ trung bình bản: tw  t1tb  t 2tb 32  29   30,5o C 2 Tính chất vật lý nước nhiệt độ trung bình 29ºC tra theo [5] ta được:   994,95 kg/m3 , C2  4174,9 J/kg.K , 2  0,62 W/m.K   0,825  106 m / s , Pr  5,6 , Prw  5,5 Lượng nhiệt dịch nhả cho nước xác định theo công thức sau: Q1  G1  C1  (t1' - t1'' ) Trong đó: Nguyễn Duy Sáng – Máy & Thiết Bị Nhiệt Lạnh – K51 84 Đồ án tốt nghiệp Nhà máy sản xuất cồn G1  5700,49 kg/h  1,58 kg/s : lưu lượng dịch C1  3,516 kJ/kg.K: nhiệt dung riêng dịch Thay số vào ta có: Q1  1,58  3516  (33  31)  11135 W Lưu lượng thể tích dịch là: V1  G1 1  1,58  0,00154 m3 / s 1062,6 Lưu lượng nước làm mát: G2  Q1 11135   1,34 kg/s ' '' C2   t  t  4174   30  28  Lưu lượng thể tích nước làm mát: V2  G2 2  1,34  0,00134 m3 /s 994,95 Độ chênh lệch nhiệt độ trung bình: Ta có: t  t1''  t '2  31  28  3o C t1  t1'  t ''2  33  30  3o C t    1,8 t1  Độ chênh lệch nhiệt độ trung bình tính theo trung bình số học: t tb  t1tb  t 2tb  t1'  t1''   t '2 +t ''2   33  31   28  30  o     3 C         Tốc độ dòng chảy dịch kênh dẫn 1 là: 1  V1 0,00154   0,193 m/s F  0,008 Tốc độ dòng chảy nước kênh dẫn 2 là: Nguyễn Duy Sáng – Máy & Thiết Bị Nhiệt Lạnh – K51 85 Đồ án tốt nghiệp 2  Nhà máy sản xuất cồn V2 0,00134   0,1675 m/s F  0,008 Xác định tiêu chuẩn Reynolds dịch Re1: Re1  1  d td 0,1928  0,0159   4013 1 0,7627  106 Xác định tiêu chuẩn Reynolds nước Re2: Re2  2  d td 0,1675  0,0159   3220 2 0,825  106 Theo [5], tiêu chuẩn Nu tính theo cơng thức sau: Nu  0,021 Re  Pr 0,8 0,43  Pr     Prw  0,25 Xác định tiêu chuẩn Nu1 dịch: 0,25  Pr   8,92  Nu1  0,021 Re  Pr     0,021 40130,8  8,920,43     10,8   Prw1  Xác định tiêu chuẩn Nu2 nước: 0,8 0,25 0,43 0,25  Pr   5,6  Nu  0,021 Re2  Pr2     0,021 32200,8  4,870,43     5,5   Prw2  Hệ số tỏa nhiệt 1 dịch là: 0,8 0,43 1 1  Nu1   39  d td  39 0,25  28 0,31  761 W/m².K 0,0159 Hệ số tỏa nhiệt  nước là:   Nu  2 d td  28  0,62  1100 W/m².K 0,0159 Tính hệ số truyền nhiệt: k 1 1  w  w  Nguyễn Duy Sáng – Máy & Thiết Bị Nhiệt Lạnh – K51 86 Đồ án tốt nghiệp Nhà máy sản xuất cồn k  413 W/m².K 0,005   761 24,9 1100 Diện tích bề mặt trao đổi nhiệt thiết bị: F Q 11135   8,99 m k  t 413  11,47 Trong q trình vận hành thực tế ta cần diện tích bề mặt trao đổi nhiệt lớn Chọn hệ số sử dụng 0,9 nên diện tích bề mặt trao đổi nhiệt thực thiết bị chế tạo là: Ft  F 8,99   10 m 0,85 0,9 Chọn chiều cao tấm: h = 0,76 Chiều rộng tấm: b = 0,135 m  Diện tích tấm: F1t = b  h = 0,135  0,76 = 0,1026 m  Số thiết bị E311: n Ft 10   97,5 F1t 0,1026 Chọn n = 98 Bằng cách tính tương tự phân ta tính diện tích trao đổi nhiệt thông số kỹ thuật thiết bị giải nhiệt E411, E412, E413, E414, E415 cho tank lên men lại, kết thể bảng 5.1 sau: Nguyễn Duy Sáng – Máy & Thiết Bị Nhiệt Lạnh – K51 87 Nguyễn Duy Sáng – Máy & Thiết Bị Nhiệt Lạnh – K51 38 38 F (m²) 7,9 28 28 Q (kW) Diện tích trao đổi nhiệt 33 60 39,5 453,9 60 73,3 223,6 39150 17213,6 E312 19296 17213,6 E311 Công suất giải nhiệt, t2” (ºC) t2’ (ºC) Nhiệt độ nước t1” (ºC) Nhiệt độ nước vào t1’ (ºC) Nhiệt độ dịch G2 (kg/h) Nhiệt độ dịch vào Lưu lượng nước G1 (kg/h) Lưu lượng dịch Thiết bị 10 11,15 30 28 31 33 4824 5700,5 E402 14,18 35,35 30 28 31 33 15228 18096 E411 14,1 34,83 30 28 31 33 15031 17828 E412 14,07 34,53 30 28 31 33 14902 17678 E413 Bảng 5.1: Bảng tổng hợp thông số thiết bị trao đổi nhiệt 14,03 34,32 30 28 31 33 14810 17571 E414 14,02 34,36 30 28 31 33 14828 17539 E415 Đồ án tốt nghiệp Nhà máy sản xuất cồn 88 Đồ án tốt nghiệp Nhà máy sản xuất cồn 5.3 Tính chọn tháp chưng cất Cơng thức tính đường kính tháp V= Trong đó:   D2  V : Lưu lượng tháp, m3 / s D : Đường kính tháp, m   0,4  0,6 m/s: tốc độ trung bình tháp Ta chọn:   0,4 m/s  D 4 V m   Năng suất tháp thô N = 17538,84 kg/h Với nồng độ rượu giấm 9% thể tích hay 7,2% khối lượng, nồng độ cồn sản phẩm 96% thể tích Lượng rượu thơ tách từ 100 kg giấm chín: G  100  Xm kg Ym Trong đó: Ym : nồng độ rượu tách từ Xm % khối lượng Xm : nồng độ rượu pha lỏng % khối lượng Q = 100  Cd  (tsôi - tgiấm) Q  100  0,95   93,18  70   2202,1 kcalo Ta có nhiệt độ sơi giấm 7,2% khối lượng (9% thể tích), dựa vào Q nồng độ giấm tra đồ thị ta được: Xm  9,5% khối lượng có thành phần rượu 51,1% Vậy ta tính được: Nguyễn Duy Sáng – Máy & Thiết Bị Nhiệt Lạnh – K51 89 Đồ án tốt nghiệp G  100  Nhà máy sản xuất cồn Xm 9.5  100   18,6 kg Ym 51,1 Lượng rượu khỏi tháp thô là: M  N  G0  17538,84 18,6  3260,6 kg/h Ở điều kiện 1,1 at thể tích riêng kg rượu có nồng độ 51,1% khối lượng là: v  0,96 m / kg Như lượng khỏi tháp là: V  M  v  3260,6  0,96  3130,2 m3 / h  0,87 m3 / s Tốc độ trung bình tháp   0,4  0,6 m/s Chọn   0,4 m/s Vậy đường kính tháp là: D  0,87  1,66 m 3,14  0,4 Khoảng cách hai đĩa: h = 300 mm Chọn số đĩa : n =30 đĩa Chiều cao đáy tháp : hđ = 1000 mm Chiều cao đỉnh tháp : hđt = 500 mm Vậy chiều cao tháp là: H=  n - 1  h + h d + h dt   30  1  300  1000  500  10200 mm = 10,2 m 5.4 Tính chọn thiết bị phụ 5.4.1 Chọn lò Yêu cầu kỹ thuật cho công nghệ sản xuất cồn rượu etylic tiêu thụ chủ yếu cơng đoạn hồ hóa, chưng cất hệ thống vệ sinh là: bão hòa, áp suất tuyệt đối 10 bar Theo tính tốn lượng cấp ta có cơng suất cần dùng 3,15 tấn/giờ Nguyễn Duy Sáng – Máy & Thiết Bị Nhiệt Lạnh – K51 90 Đồ án tốt nghiệp Nhà máy sản xuất cồn Để cung cấp ổn định ta chọn áp suất lắp đặt hai lò lị có cơng suất tấn/giờ, lị sử dụng nguyên liệu than Nước cấp lấy từ nước ngoại tuyến nhà máy vào làm mềm nước công suất 5m³/h, nước đạt tiêu nước cấp vào lị cho qua bình khử khí tích 5m³ Tại bình khử khí, có chứa nước làm mềm nước ngưng từ lò trạm cấp Nước khử khí phun trực tiếp, nước đạt nhiệt độ khoảng 100  105o C Nước từ bình khử khí vào lị hơi, nước chứa balong lị, balong có gắn thiết bị an toàn rơle áp suất Áp suất làm việc lò khoảng  10 bar, rơle áp suất có tác dụng cảnh báo áp suất thời điểm để điều chỉnh lượng cấp than vào lị, đáy lị có quạt cấp gió cho than cháy, bên hơng có đường hút khói bụi vào xyclon để giữ bụi lại, quạt xyclon có tác dụng đẩy khói ống khói Hơi khỏi lị có áp suất  10bar cấp hộ tiêu thụ, phần nước ngưng từ hộ cấp vào bồn chứa nước ngưng, chuyển vào bình khử khí, tận dụng lượng nước cần xử lý hệ thống làm mềm nước 5.4.2 Chọn phương pháp cấp nước Nước cung cấp cho nhà máy sản xuất cồn cụ thể chia thành loại sau Nước cung cấp cho khâu lên men, khâu chuẩn bị len men, khâu xử lý hèm lấy từ giếng khoan sơng ngịi có qua công đoạn xử lý theo tiêu chuẩn công nghệ Nước làm mát, nước vệ sinh lấy từ giếng khoan Nước cho lị có u cầu độ cứng không, lượng nước lấy từ nước ngưng tụ hệ thống chưng cất bổ xung từ hệ thống xử lý nước nhà máy Nguyễn Duy Sáng – Máy & Thiết Bị Nhiệt Lạnh – K51 91 Đồ án tốt nghiệp Nhà máy sản xuất cồn KẾT LUẬN Qua 12 tuần làm việc khẩn trương nghiêm túc Với nỗ lực thân bảo PGS.TS Đinh Văn Thuận, thạc sỹ kỹ sư công ty POLYCO, em hoàn thành thiết kế tốt nghiệp với đề tài: Thiết kế nhà máy sản xuất cồn từ tinh bột cơng suất 10 triệu lít/năm Từ q trình tìm hiểu tính tốn thiết kế rút số kết luận sau: 1) Chọn quy trình cơng nghệ sản xuất cồn, sơ đồ quy trình cơng nghệ biểu diễn hình 1.1 2) Tính lượng gạo cần cung cấp cho hệ thống làm nghiền 74356,39 kg/ngày 3) Tính hệ thống hồ hóa đường hóa với cơng suất 413126,28 kg/ngày Bao gồm thiết bị: - thùng hòa trộn tích 6,15 m³ 6,15 m³ - thùng hồ hóa tích 10,63 m³ 10,63 m³ - thùng làm lạnh nhanh tích 1,33 m³ - bị nấu E314 tích Vnấu =1,21 m³ - thùng đường hóa R310 tích 10,63 m³ - thiết bị làm lạnh nhanh 4) Tính hệ thống lên men, bao gồm thiết bị - tank phát triển men R402 tích 92,94 m³ - tank lên men, tank tích 209,53 m³ - thiết bị làm lạnh nhanh cho tank phát triển men tank lên men 5) Tính lượng cấp cho hệ thống nấu Gnấu = 1905kg/h, lượng cấp cho hệ chưng cất G chưng cất = 1424kg/h chọn lị lị có cơng suất tấn/giờ Nguyễn Duy Sáng – Máy & Thiết Bị Nhiệt Lạnh – K51 92 Đồ án tốt nghiệp Nhà máy sản xuất cồn Đồ án tốt nghiệp kết trình học tập Tuy nhiên, khối lượng công việc lớn, thời gian hạn chế nên tránh khỏi thiếu sót Em mong góp ý thầy bạn để em có kinh nghiệm cho thân giúp ích cho công việc sau Hà Nội, tháng 05 năm 2011 Sinh viên thực Nguyễn Duy Sáng Nguyễn Duy Sáng – Máy & Thiết Bị Nhiệt Lạnh – K51 93 Đồ án tốt nghiệp Nhà máy sản xuất cồn TÀI LIỆU THAM KHẢO Nguyễn Đình Thưởng, Nguyễn Thanh Hằng Công nghệ sản xuất & kiểm tra cồn etylic Nhà xuất Khoa học Kỹ thuật – 2007 Nguyễn Đức Lợi, Phạm Văn Tùy, Đinh Văn Thuận Kỹ thuật lạnh ứng dụng Nhà xuất Giáo Dục – 2007 Bùi Hải.Tính tốn thiết kế Thiết Bị Trao Đổi Nhiệt Nhà xuất Khoa học Kỹ thuật – 2007 Nguyễn Đức Lợi, Vũ Diêm Hương, Nguyễn Khắc Xương Vật liệu kỹ thuật nhiệt kỹ thuật lạnh Nhà xuất Giáo Dục – 1998 Phạm Lê Dần, Đặng Quốc Phú Bài tập sở Kỹ Thuật Nhiệt Nhà xuất Giáo Dục – 2006 Đặng Quốc Phú, Trần Thế Sơn, Trần Văn Phú Truyền Nhiệt Nhà xuất Giáo Dục – 2007 Hoàng Văn Chước Hệ thống cung cấp nhiệt Nhà xuất Bách Khoa Hà Nội 2006 Đỗ Văn Tài, Nguyên Bin, Phạm Xuân Toản, Đỗ Ngọc Cơ sở q trình thiết bị cơng nghệ hóa học tập 1a/ TĐHBKHN – 1999 Nguyễn Duy Sáng – Máy & Thiết Bị Nhiệt Lạnh – K51 94 ... Duy Sáng Nguyễn Duy Sáng – Máy & Thiết Bị Nhiệt Lạnh – K51 Đồ án tốt nghiệp Nhà máy sản xuất cồn LỜI CẢM ƠN Bản đồ án tốt nghiệp hoàn thành thời gian làm đồ án tốt nghiệp Viện Khoa học Công nghệ... nhà máy năm 300 ngày Lượng cồn khan sản xuất ngày là: Nguyễn Duy Sáng – Máy & Thiết Bị Nhiệt Lạnh – K51 24 Đồ án tốt nghiệp Vtb = Nhà máy sản xuất cồn 100 00000  33333,33 lít 300 Lượng tinh bột. .. Tính lượng tinh bột cần thiết để sản xuất 100 00000lít 100 %V Theo tính tốn thực tế ta có: 100 kg tinh bột tạo 64,782lít cồn 100 %V X kg tinh bột tạo 100 00000lít cồn 100 %V  X= 100 00000  100  15436386,65