đồ án chưng luyện cồn

Đồ án tính toán thiết kế hệ thống chưng luyện cồn thiết kế tháp chưng luyện cồn tính toán tháp chưng luyện cồn đồ án chưng luyện đồ án chưng luyện cồn tháp chưng luyện cồn chưng luyện cồn tính toán thiết bị chưng luyện

Đồ án Quá trình & Thiết bị CNTP GVHD: TS.Nguy ễn Minh H ệ PHẦN I: MỞ ĐẦU .4 PHẦN II: NỘI DUNG CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT CỒN 1.1 Tổng quan cồn 1.1.1 Etanol 1.1.2 Nước 1.2 Các phương pháp chưng luyện .7 1.3 Các loại tháp chưng cất sử dụng công nghiệp CHƯƠNG 2: CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT CỒN 2.1.Nguyên liệu 2.2 Các phương pháp lên men 2.3 Sơ đồ chưng ba tháp gián tiếp dòng .10 CHƯƠNG 3.TÍNH TỐN THIẾT BỊ 13 3.1.Kí hiệu thơng số ban đầu 13 3.1.1 Kí hiệu .13 3.1.2 Các giả thiết tính tốn 13 3.1.3 Số liệu ban đầu 13 3.2 Quy đổi 14 3.3.Tính tốn cân vật liệu tháp chưng cất liên tục 14 3.3.1 Tính cân vật liệu .14 Nguyễn Thị Kim Oanh 20163108 Page Đồ án Quá trình & Thiết bị CNTP GVHD: TS.Nguy ễn Minh H ệ 3.3.2 Xác định số hồi lưu thích hợp 16 3.4 Xác định số đĩa thực tế 18 3.4.1 Xác định hiệu xuất trung bình tháp .19 3.4 Xác định số đĩa thực tế 18 3.5 Xác định đường kính tháp 22 3.5.1 Tính lượng trung bình tháp 22 3.5.2 Tính khối lượng riêng trung bình 27 3.5.3 Tốc độ tháp 30 3.5.4 Đường kính đoạn chưng, đoạn luyện 31 3.6 Vận tốc thực tế tháp 32 3.7 Chiều cao tháp 32 3.8 Nắp đáy tháp 33 CHƯƠNG : TÍNH TỐN CƠ KHÍ VÀ LỰA CHỌN .34 4.1 Tính số chóp kích thước chóp .34 4.1.1 Số chóp phân bố đĩa 34 4.1.2 Kích thước chóp 34 4.2 Chọn mặt bích, vịng đệm,tai treo chân đỡ 39 4.3.Tính đường kính ống dẫn .41 4.3.1 Ống chảy chuyền .41 4.3.2 Ống dẫn hỗn hợp đầu vào tháp 41 4.3.3 Ống dẫn đỉnh tháp .42 Nguyễn Thị Kim Oanh 20163108 Page Đồ án Quá trình & Thiết bị CNTP GVHD: TS.Nguy ễn Minh H ệ 4.3.4 Ống sản phẩm đáy .43 4.3.5 Ống dẫn lỏng ngưng tụ hồi lưu 44 4.4 Diện tích làm việc đĩa 45 CHƯƠNG : TÍNH CÂN BẰNG NHIỆT 47 5.1 Thiết bị gia nhiệt hỗn hơp đầu 47 5.1.1 Nhiệt lượng đốt mang vào 47 5.1.2 Nhiệt lượng hỗn hợp đầu mang vào .48 5.1.3 Nhiệt lượng hỗn hợp đầu mang .48 5.1.4 Lượng đốt cần thiết .49 5.1.5 Nhiệt lượng nước ngưng mang 49 5.1.6 Nhiệt lượng môi trường xung quanh 49 5.2.Tháp chưng luyện 49 5.2.1 Nhiệt lượng đốt mang vào tháp 50 5.2.2 Nhiệt lượng lượng lỏng hồi lưu mang vào 50 5.2.3 Nhiệt lượng mang đỉnh tháp 51 5.2.4 Nhiệt lượng sản phẩm đáy mang .52 5.2.5 Lượng đốt cần thiết .53 5.2.6 Nhiệt lượng môi trường xung quanh 53 5.3 Thiết bị ngưng tụ 53 5.4 Thiết bị làm lạnh 54 TỔNG KẾT 56 Nguyễn Thị Kim Oanh 20163108 Page Đồ án Quá trình & Thiết bị CNTP GVHD: TS.Nguy ễn Minh H ệ PHỤ LỤC 58 PHẦN I: MỞ ĐẦU Ngày với phát triển khoa học kĩ thuật, công nghiệp mang lại cho người lợi ích vô to lớn vật chất tinh thần Để nâng cao đời sống nhân dân, để hòa nhập với phát triển chung nước khu vực giới, Đảng nhà nước ta đề mục tiêu công nghiệp hóa đại hóa đất nước Trong cơng nghiệp đời sống nay, nhu cầu sử dụng sản phẩm có độ tinh khiết cao lớn thu dầu mỏ từ dầu thô, tách axeton etylic, etylic-nước Ngày có nhiều phương pháp sử dụng để nâng cao độ tinh khiết sản phẩm như: trích ly, chưng cất, đặc, hấp thụ, tùy theo đặc tính yêu cầu sản phẩm mà ta có lựa chọn phương pháp thích hợp Đối với hệ Etanol-Nước hệ cấu tử tan lẫn hoàn toàn phải dùng phương pháp chưng cất để nâng cao độ tinh khiết cho Etanol Chưng cất trình tách cấu tử hỗn hợp lỏng, khí lỏng thành cấu tử riêng biệt dựa vào nhiệt độ bay khác cấu tử hỗn hợp Khi chưng cất ta thu nhiều sản phẩm thường cấu tử thu nhiêu sản phẩm: sản phẩm đỉnh chủ yếu gồm cấu tử có độ bay lớn phần cấu tử có độ bay bé, sản phẩm đáy chủ yếu gồm cấu tử có độ bay bé phần cấu tử có độ bay lớn Chưng cất khác đặc chỗ chưng cất tất cấu tử bay cịn đặc có dung mơi bay Đồ án mơn học q trình thiết bị đồ án chương trình học Mơn học giúp sinh viên bước đầu làm quen với đồ án: cách tiếp cận, cách tìm hiểu giải công việc thiết kế thiết bị Đồ án em giao nhiệm vụ: tính tốn thiết kế tháp đĩa chưng luyện cồn với lượng đầu GF=3000 kg/h; nồng độ phần khối lượng hỗn hợp đầu AF=0.4 ; nồng độ sản phẩm đỉnh theo khối lượng AD=0.8; nồng độ sản phẩm theo khối lượng AW=0.0005 Nguyễn Thị Kim Oanh 20163108 Page Đồ án Quá trình & Thiết bị CNTP GVHD: TS.Nguy ễn Minh H ệ Đồ án sâu vào nội dung chính, đưa bước thực hiện, giải việc tính tốn kĩ thuật thiết kế tháp chưng luyện cịn việc tính tốn thiết bị phụ khơng sâu Vấn đề cho nội dung đồ án em xây dựng gồm phần: - Phần mở đầu - Phần nội dung: + Tổng quan công nghệ sản xuất cồn + Công nghệ sản xuất cồn + Tính tốn thiết bị + Tính tốn khí lựa chọn + Tính cân nhiệt - Phần kết luận Nguyễn Thị Kim Oanh 20163108 Page Đồ án Quá trình & Thiết bị CNTP GVHD: TS.Nguy ễn Minh H ệ PHẦN II: NỘI DUNG CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT CỒN 1.1 Tổng quan cồn 1.1.1 Etanol Etanol có cơng thức phân tử CH 3-CH2-OH, có khối lượng phân tử 46 đvC Là chất lỏng có mùi đặc trưng, khơng độc, tan nhiều nước Nhiệt độ sôi 760mmHg : 78.30C Khối lượng riêng : d204=810 kg/m3 Hình 1: cơng thúc phân tử etanol Ứng dụng cồn chiếm vị trí đáng kể Cơng nghiệp thực Phẩm Ngồi việc làm tăng nồng độ cho rượu, bia, cồn nhiều ứng dụng khác: Ví dụ như:  Chế biến thức ăn, khử mùi cho thực phẩm (với thực phẩm có mùi không mong muốn) , làm tăng mùi thơm đặc trưng cho ăn  Cồn cịn có ứng dụng để sát trùng, sản xuất dược phẩm, để chữa bệnh ngành Y Tế  Trong công nghiệp ứng dụng làm chất đốt, làm dung mơi hịa tan chất vơ hữu  Cồn có khả thay xăng sản xuất từ dầu mỏ Nguyễn Thị Kim Oanh 20163108 Page Đồ án Quá trình & Thiết bị CNTP GVHD: TS.Nguy ễn Minh H ệ Như vậy, cồn hướng phát triển tốt để xây dựng cơng nghiệp Nó có nhiều ứng dụng , nên việc khai thác cồn hiệu công việc cần thiết không riêng nghành thực phẩm cịn niềm quan tâm chủ yếu nghành khác Nhưng máy móc, cơng nghệ, suất để tinh chế cồn (tách bỏ tạp chất khỏi cồn) chưa nâng cao, chưa đáp ứng nhu cầu tiêu thụ Do đồ án thực để nâng cao trình độ chuyên môn công nghệ, yêu cầu suất thiết kế máy móc phù hợp: chi phí thấp nhất, hiệu cao 1.1.2 Nước Nước chiếm 70% diện tích trái đất chất thiếu đời sống người Cơng thức hóa học H2O hình 2: cấu trúc phân tử nước Phân tử nước gồm nguyên tử hydro nguyên tử oxy Về mặt hình học phân tử nước có góc liên kết 104.45 ° Nước có tính lưỡng cực, liên kết phân tử nước liên kết hydro Ở 760mmHg nhiệt độ sôi 100°C, nhiệt độ nóng chảy 0°C 1.2 Các phương pháp chưng luyện - Phân loại theo áp suất làm việc: + áp suất cao + áp suất thấp + áp suất trung bìnnh - Phân loại theo nguyên lý làm việc: +chưng cất đơn giản +chưng cất liên tục 1.3 Các loại tháp chưng cất sử dụng công nghiệp Nguyễn Thị Kim Oanh 20163108 Page Đồ án Quá trình & Thiết bị CNTP GVHD: TS.Nguy ễn Minh H ệ Trong sản xuất thường dùng nhiều loại thiết bị khác để tiến hành chưng luyện Tuy nhiên yêu cầu chung thiết bị giống nghĩa diện tích bề mặt tiếp xúc pha phải lớn, điều phụ thuộc vào mức độ phân tán lưu chất vào lưu chất Nếu pha khí phân tán vào pha lỏng ta có loại tháp mâm, pha lỏng phân tán vào pha khí ta có tháp chêm, tháp phun…Ở ta khảo sát loại thường dùng tháp đĩa tháp chóp - Tháp đĩa: thân tháp hình trụ, thẳng đứng phía có gắn đĩa có cấu tạo khác nhau, pha lỏng pha cho tiếp xúc với Tùy theo cấu tạo đĩa ta có: + Tháp đĩa chóp: mâm bố trí chóp có dạng trịn, xupap, chữ s… + Tháp đĩa xuyên lỗ: mâm có nhiều lỗ hay rãnh - Tháp đệm: tháp hình trụ, gồm nhiều bậc nối với mặt bích hay hàn Vật đệm cho vào tháp theo hai phương pháp: xếp ngẫu nhiên hay xếp thứ tự Ưu điểm Nhược điểm Tháp đệm - Cấu tạo đơn giản - Trở lực thấp - Làm việc với chất lỏng bẩn dùng đệm cầu có chất lỏng -Do có hiệu ứng thành hiệu suất truyền khối thấp -Độ ổn định không cao phân bố pha theo tiết diện tháp khơng đều, khó vận hành -Do có hiệu ứng thành Tháp đĩa xuyên lỗ Tháp đĩa chóp - Trở lực tương đối - Khá ổn định thấp - Hiệu suất - Hiệu suất cao truyền khối - Chế tạo đơn giản, cao vệ sinh dễ dàng - Ít tiêu hao - Ít tốn kim loại lượng tháp chop nên có số đĩa - Kết cấu phức - Có trở lực tạp lớn - Yêu cầu lắp đặt - Tiêu tốn cao: đĩa lắp phải nhiều vật tư, phẳng, chất lỏng kết cấu phức khó phân phố tạp mâm đường kinh lớn Nguyễn Thị Kim Oanh 20163108 Page Đồ án Quá trình & Thiết bị CNTP GVHD: TS.Nguy ễn Minh H ệ tăng suất hiệu ứng thành tăng khó tăng suất -Thiết bị nặng nề Sử dụng tháp đệm không cho phép ta kiểm sốt q trình chưng luyện theo khơng gian tháp, tháp đĩa q trình thể qua đĩa cách rõ dàng, tháp đệm khó chế tạo kích thước lớn quy mơ công nghiệp Sử dụng tháp đĩa xuyên lỗ, hiệu suất đạt khơng tháp đĩa chóp, chế độ làm việc khơng ổn định tháp đĩa chóp, với tháp đường kính q lớn sử dụng khơng hiệu Vậy nên với đồ án chưng cất cồn, em chọn tháp dạng đĩa chóp có ống chảy chuyền CHƯƠNG 2: CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT CỒN 2.1.Nguyên liệu Sản xuất cồn etylic nguyên tắc dùng nguyên liệu chứa đường Polysaccarit sau thủy phân biến thành đường lên men Do ta dùng nguyên liệu giàu Xenluloza để thủy phân thành đường Tuy nhiên dùng nguyên liệu có hiệu kinh tế thấp Với thực tế điều kiện sản xuất nước ta dùng tinh bột mật rỉ đường - Nguyên liệu chứa tinh bột gồm có:  Tinh bột sản xuất từ ngũ cốc củ  Các lọai ngũ cốc gạo, bắp, lúa mạch , đại mạch,…  Các loại củ khoai tây,khoai mì,… - Nguyên liệu chứa đường gồm: saccharose dạng tinh thể dạng dung dịch, nước ép mía, dịch chiết từ củ cải đường, loại syrup glucose, maltose có nguồn gốc từ tinh bột, mật rỉ đường Nguyễn Thị Kim Oanh 20163108 Page Đồ án Quá trình & Thiết bị CNTP GVHD: TS.Nguy ễn Minh H ệ - Nguyên liệu chứa cellulose như: bã mía, dăm bào, mạt cưa, lõi ngô - Nguồn nguyên liệu khác: huyết sữa, waste sulphite liquor (phụ phẩm công nghiệp sản xuất giấy) 2.2 Các phương pháp lên men -Phương pháp lên men truyền thống có bổ sung nấm men -Phương pháp lên men bổ xung nấm mốc -Phương pháp lên men cồn phương pháp cố định tế bào * Quy trình sản xuất cồn chia làm giai đoạn chính: Giai đoạn 1: chuẩn bị dịch lên men: nguyên liệu chứa tinh bột cơng đoạn gồm nghiền, nấu, đường hóa làm lạnh tới nhiệt độ lên men Nếu mật rỉ chuẩn bị dịch lên men bao gồm pha lỗng sơ bộ, xư rlys mật rỉ, bổ sung nguồn dinh dưỡng, tách cặn pha loãng đến nồng độ gây men lên men Giai đoạn 2: gây men giống lên men: chọn men giống có chất lượng tốt số lượng cần thiết 10% thể tích lên men, sau đưa men giống vào dịch đường khống chế điều kiện xác định để nấm men chuyển hóa đường thành rượu CO2 Dịch nhận sau lên men gọi dấm chín Giai đoạn 3: xử lý dịch lên men Cơng đoạn có liên quan tới kiến thức lí học q trình chuyển khối Thực chất dùng hệ thống chưng luyện để tách rượu chất dễ by khỏi dấm chín, sau đem tinh luyện để nhận cồn sản phẩm, thỏa mãn tiêu chuẩn yêu cầu tiêu dùng.sản phẩm thu sau xử lý bao gồm cồn thực phẩm, rượu bậc cao, aldehyt, dầu fusel 2.3 Sơ đồ chưng ba tháp gián tiếp dòng Nguyễn Thị Kim Oanh 20163108 Page 10 Đồ án Quá trình & Thiết bị CNTP GVHD: TS.Nguy ễn Minh H ệ TS.Trần Xoa, PGS.TS.Nguyễn Trọng Khuông, TS.Phạm Xuân Toản, Sổ tay q trình thiết bị cơng nghệ hóa chất tập 2, Nhà xuất khoa học kĩ thuật PGS.TS Nguyễn Đình Thưởng, TS Nguyễn Thanh Hằng, Công nghệ sản xuất kiểm tra cồn etylic, Nhà xuất Khoa học kỹ thuật, 2005 PHỤ LỤC Đồ thị xác định số đĩa lý thuyết: Nguyễn Thị Kim Oanh 20163108 Page 55 Đồ án Quá trình & Thiết bị CNTP GVHD: TS.Nguy ễn Minh H ệ Nguyễn Thị Kim Oanh 20163108 Page 56 Đồ án Quá trình & Thiết bị CNTP GVHD: TS.Nguy ễn Minh H ệ Nguyễn Thị Kim Oanh 20163108 Page 57 Đồ án Quá trình & Thiết bị CNTP GVHD: TS.Nguy ễn Minh H ệ Nguyễn Thị Kim Oanh 20163108 Page 58 Đồ án Quá trình & Thiết bị CNTP GVHD: TS.Nguy ễn Minh H ệ Nguyễn Thị Kim Oanh 20163108 Page 59 Đồ án Quá trình & Thiết bị CNTP GVHD: TS.Nguy ễn Minh H ệ Nguyễn Thị Kim Oanh 20163108 Page 60 Đồ án Quá trình & Thiết bị CNTP GVHD: TS.Nguy ễn Minh H ệ Nguyễn Thị Kim Oanh 20163108 Page 61 Đồ án Quá trình & Thiết bị CNTP GVHD: TS.Nguy ễn Minh H ệ Nguyễn Thị Kim Oanh 20163108 Page 62 Đồ án Quá trình & Thiết bị CNTP GVHD: TS.Nguy ễn Minh H ệ Nguyễn Thị Kim Oanh 20163108 Page 63 Đồ án Quá trình & Thiết bị CNTP GVHD: TS.Nguy ễn Minh H ệ Nguyễn Thị Kim Oanh 20163108 Page 64 Đồ án Quá trình & Thiết bị CNTP GVHD: TS.Nguy ễn Minh H ệ Nguyễn Thị Kim Oanh 20163108 Page 65 Đồ án Quá trình & Thiết bị CNTP GVHD: TS.Nguy ễn Minh H ệ Nguyễn Thị Kim Oanh 20163108 Page 66 Đồ án Quá trình & Thiết bị CNTP GVHD: TS.Nguy ễn Minh H ệ Nguyễn Thị Kim Oanh 20163108 Page 67 Đồ án Quá trình & Thiết bị CNTP GVHD: TS.Nguy ễn Minh H ệ Nguyễn Thị Kim Oanh 20163108 Page 68 Đồ án Quá trình & Thiết bị CNTP GVHD: TS.Nguy ễn Minh H ệ Nguyễn Thị Kim Oanh 20163108 Page 69 ... bay lớn Chưng cất khác đặc chỗ chưng cất tất cấu tử bay cịn đặc có dung mơi bay Đồ án mơn học q trình thiết bị đồ án chương trình học Mơn học giúp sinh viên bước đầu làm quen với đồ án: cách... Oanh 20163108 Page Đồ án Quá trình & Thiết bị CNTP GVHD: TS.Nguy ễn Minh H ệ Đồ án sâu vào nội dung chính, đưa bước thực hiện, giải việc tính tốn kĩ thuật thiết kế tháp chưng luyện cịn việc tính... lớn sử dụng khơng hiệu Vậy nên với đồ án chưng cất cồn, em chọn tháp dạng đĩa chóp có ống chảy chuyền CHƯƠNG 2: CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT CỒN 2.1.Nguyên liệu Sản xuất cồn etylic nguyên tắc dùng nguyên