5.1. Các thiết bị sản xuất chính
5.1.20. Các thiết bị truyền nhiệt
5.1.20.1. Các thiết bị phụ trợ tháp thô 1. Thiết bị hâm giấm:
Chọn thiết bị ống chùm nằm ngang, Giấm đi vào thiết bị có nhiệt độ 30oC, ra khỏi thiết bị có nhiệt độ 70oC. [5, tr 193]
Nhiệt dung riêng của giấm: C = 0,948 kcal/kg.
Hỗn hợp hơi rượu - nước đi ra khỏi giấm có nhiệt độ 94,199 oC.
Bề mặt truyền nhiệt của thiết bị tính theo cơng thức: K t
Q F
. , m2 Q – Nhiệt trao đổi giữa giấm và hơi rượu nước:Q = D×C×(t2 – t1 ). D – Năng suất giấm vào thiết bị, D = 27793 kg/h
=> Q = 27793,125×0,95×(70 –30) = 1056138,75 (kcal/h) t – Hiệu số nhiệt độ giữa giấm và hơi rượu-nước:
t = t0 – tTB = 94,199 – 50 = 44,199oC. Với t C o TB 50 2 30 70 .
K – Hệ số truyền nhiệt qua thành thiết bị: ¿
Hình 5.18. thiết bị hâm giấm
- Chiều dày ống, chọn loại ống có = 40mm, = 2,5mm.
1 – Hệ số cấp nhiệt từ giấm đến bề mặt ống, 1 = 600 kcal/m2.h.oC. 2 – Hệ số cấp nhiệt từ pha hơi đến bề mặt ống truyền nhiệt:
2 = 2350 kcal/m2.h.oC.
- Hệ số dẫn nhiệt của ống truyền nhiệt, chọn vật liệu là đồng thanh có = 55,8 w/m.h.oC = 50 kcal/m.h.oC .
=> ¿
=> F=¿ 1056138,75
466,81×44,199 = 51,188 (m2)
Kích thước thiết bị hâm giấm: Phân bố các ống theo hình lục giác, số lượng ống trên đường chéo chính b = 19, tổng số ống n = 271 ống [8, Tr 48]
Bước ống: t = 1,5×d, với d = 0,04m. Đường kính thiết bị:
D = t×(b-1) + 4×d = 1,5×d×(b-1) +4×d =1,5×0,04×(19 - 1) + 4×0,04 = 1,24 (m).
Chiều dài ống truyền nhiệt: ¿ , m
Với: F = 51,188 m2, n = 271 (ống)
dtb = d + = 0,04 + 0,0025 = 0,0425 (m), => l0 = 3,14×21751,188×0,0425= 1,768 (m) l1,l2 chiều dài 2 đầu tháp : l1 = l2 = 0,15 (m) Chiều dài toàn bộ thiết bị kể cả 2 đầu phân phối:
L = lo + l1 + l2 = 1,768 + 0,15 + 0,15 = 2,068 (m). Vậy chọn thiết bị hâm giấm có kích thước như sau:
D (m) l0(m) l1(m) l2 (m) L(m) SL(cái) 1,240 1,768 0,15 0,15 2,068 1
2. Thiết bị tách bọt
Lượng giấm chín trong một giờ.
Chọn 1 thùng chứa cho một ngày sản xuất, hệ số chứa đầy 0,85. Thời gian lưu của giấm chín trong thiết bị là 1 phút.
Thể tích thùng: V= N20
0,85×60 = 0,85×27,79360= 0,545 (m3)
Chọn kích thước của thiết bị tách bọt: + D: Đường kính của thiết bị (m) + h2: Chiều cao phần trụ của thiết bị.
h2 = (1÷1,2) ¿ D. Chọn h2= 1,2 ¿ D + h3: Chiều cao đáy thiết bị (m).
Chọn h3 = 0,2 ¿ D
+ h1: Chiều cao nắp thiết bị (m). Chọn h1 = 0,1 ¿ D
Thể tích của thiết bị: V = 0,785D2 ¿ ( h2 + 1/3h3+1/3h1) = 1,0205 ¿ D3 ¿ D = 3 √1,02050,545 = 0,731(m) ¿ h1 = 0,1 ¿ D = 0,1 × 0,731 = 0,073 (m). h2 = 1,2 ¿ D =1,2 × 0,731 = 0,877 (m), h3 = 0,2 ¿ D = 0,2 × 0,731 = 0,146 (m),
Vậy chiều cao thiết bị: Htb= 0,073 + 0,877 + 0,146 = 1,096 (m) Vậy chọn thiết bị tách bọt có kích thước như sau:
D (m) h1 (m) h2 (m) h3(m) Htb(m) SL(cái) 0,731 0,073 0,877 0,146 1,096 1
3. Bình chống phụt giấm
Chọn bình chống phụt giấm có kích thước D = 300 mm, H = 600 mm.
4. Thiết bị ngưng tụ cồn thô
Lượng hơi ra khỏi đỉnh tháp tính cho 100 kg giấm là 16,724 (kg)
Giả sử lượng hơi được ngưng tụ ở thiết bị hâm giấm là 4/5 khối lượng hơi, lượng hơi còn lại tiếp tục dẫn qua thiết bị ngưng tụ và được ngưng hoàn toàn với khối lượng: 16,724 – 16,724 ¿ 4/5 = 3,345 (kg)
Theo bảng 4.7 lượng giấm đi vào tháp thô là: DDam = 27793,125 (kg/h)
Thiết kế nhà máy sản xuất cồn 96o từ sắn SVTH: Ngơ Thị Ngọc Bích lát khơ năng suất 135 tấn nguyên liệu/ngày Lớp:12H2LT
Hình 5.19. Thiết bị tách bọt
Năng suất giấm vào:
G = 27793,125100 3,345= 929,624 (kg/h)
Năng suất tính theo lít/ngày:
24×1000× G N =
ρ
Trong đó:
+ Năng suất giấm vào: G = 929,624 (kg/h)
+ Khối lượng riêng của nước ngưng ở nồng độ rượu trong pha lỏng 42,741 % khối lượng có α = 875,326 (kg/m3)
α N = 24 α 1000 × 929,624
875,326 = 25488,774 (lít/ngày) = 2548,877 dal/cyr
Bề mặt truyền nhiệt của thiết bị: F = 0,02×N = 0,02×2548,877 = 50,978 (m2) Chọn đường kính ống trong dt = 40 mm, đường kính ống ngồi dn = 44 mm, đường kính ống trung bình dtb = 42 mm. [4,tr202]
Giả sử với chiều dài của ống là: l = 3 m.
Số ống của thiết bị: n = 3,1450,978×0,042×3 = 128,848 (ống)
Theo bảng V.11 [8 tr 48]: Phân bố các ống theo hình lục giác, quy chuẩn được tổng số ống là 217, số lượng ống trên đường chéo chính b = 17. Bước ống: t = 1,5×dn; với dn = 0,044 m.
Đường kính trong thiết bị:
D = 1,5×dn×(b - 1) + 4×dn = 1,5×0,044×(17 - 1) + 4×0,044 = 1,232 (m). Chiều cao thực của ống truyền nhiệt sau khi quy chuẩn:
h2= F
3,14× n ×dtb = 3,14×51,003217×0,042= 1,782 (m)
Chiều cao chung thiết bị: H = 1,782 + 2×0,15 = 2,082 (m). Vậy chọn thiết bị ngưng tụ cồn thơ có kích thước như sau:
D (m) h1(m) h2(m) h3 (m) H(m) SL(cái)
1,232 0,15 1,782 0,15 2,082 1
5. Bình làm nguội cồn thơ (thiết bị ống xoắn ruột gà)
Ncồnthơ = 5% × mrượu thơ = 5% × 0,782 × 135000 = 5276,683 kgngày = 219,862 kg/h
Vậy lượng cồn thô vào ống xoắn ruột gà trong 1giờ: N12 = Ncồnthơ × ρ = 219,862× 0,4305 = 94,651 (kg/h)
Khối lượng riêng của cồn thô ρ = 0,4305 tại áp suất 1atm [8,tr9] Nhiệt lượng toả ra trên bề mặt ống:
Q = tbm=85+25 2=55 0C ×c×( t1 – t2 ) = 94,651 × 0,7394 × (70-30) = 2799,383 (kcal/h) Trong đó:
+ c = 0,7394 kcal/kg độ là nhiệt dung riêng của khối nấu + t1, t2 nhiệt độ đầu và cuối của khối nấu
Lượng nhiệt tổn thất ra mơi trường xung quanh: Q’ = 10%×Q
= 10% × 2799,383 = 279,938 (kcal/h) Nhiệt lượng cần cung cấp:
Q” = Q – Q’
= 2799,383 – 279,938 = 2519,445 (kcal/h) Khối lượng nước làm nguội:
Q” = N12'×CN×(t1 – t2)
Trong đó: CN = 1 kcal/kg.độ là nhiệt dung riêng của nước [8, tr 165]
Ncồn đầu = ( ) " 2 1 t t C Q N = 25019,445 1×(70−30) = 62,986 (kg/h) nước = 1000 kg/m3 [7, tr 9] Vậy: Vnước =62,9861000 = 0,062 (m3/h)
Diện tích bề mặt truyền nhiệt: F = K t
Q " = 2519,445 200×(70−30)=0,315 (m2)
Trong đó: + K = 150÷250 kcal/m2.h.độ là hệ số truyền nhiệt. Chọn K = 200 kcal/m2.h.độ [4, tr 97]
Thiết kế nhà máy sản xuất cồn 96o từ sắn SVTH: Ngô Thị Ngọc Bích
Hình 5.7. Thiết bị làm nguội cồn thơ
Chiều dài đường ống: L = d F
= 3,140,315×0,1= 1,003 (m)
Chọn chiều cao nắp trên và nắp dưới: ho = 0,15 m Đường kính ống: do = 0,05 m
Bước xoắn ống ruột gà: t = 0,03m Đường kính vịng xoắn: dx = 0,3m
Chiều dài một vịng xoắn:
lv =√(π dx)2+t2 = √(3,14×0,3)2
+0,032 = 0,444 m Số vòng xoắn: n = lL
v = 1,0030,444 = 2,259 lấy 3 vịng
Chiều cao phần ruột gà: h = (n×do)+(n-1)×t) = 3×0,05+2×0,03 = 0,21 m Chiều cao thân bình: H = 1,5h = 1,5×0,21=0,3 m
Chiều cao tồn bộ bình: Htồn bộ = H + 2ho = 0,21 + 2×0,15 =0,615 m Đường kính bình làm nguội: D = dx + 2do = 0,3 + 2× 0,05 = 0,4 m Vậy chọn 1 thiết bị làm nguội ống xoắn ruột gà có các thơng số sau:
chiều cao nắp ho = 0,15 m; đường kính ống do = 0,05 m; đường kính vịng xoắn dx = 0,3m; Chiều cao thân bình H = 0,21 m, chiều cao tồn bộ bình Htồn bộ = 0,615 m; đường kính bình D = 0,4 m.
5.1.20.2. Các thiết bị phụ trợ tháp tinh 1. Thiết bị ngưng tụ tháp tinh
Lượng hơi đi ra khỏi tháp tinh luyện là 22,227 kg/100kg giấm. Nhiệt độ rượu - nước là 78,3oC, nồng độ 93,836% khối lượng, khối lượng riêng 748,964 (kg/m3) [4, 191].
a) Thiết bị ngưng tụ nằm ngang
Chọn lượng hơi ra khỏi tháp tinh đi vào thiết bị này là 85%. Lượng rượu ngưng tụ:
DDam
100 × H ×0,85=¿ 27793,125100 ×22,227×0,85 = 5250,941 (kg/h) Năng suất tính theo lít/ngày:
Ntb=¿ 24×1000×5250,941 748,964
Hình 5.22. Thiết bị ngưng tụ nằm ngang = 168262,545 (lít/ngày) Bề mặt truyền nhiệt: F = 0,014× Ntb 10 = 0,014×168262,54510 = 275,257 (m2)
Chọn đường kính trong ống dt =48 mm, đường kính ngồi ống dn = 50mm, đường kính trung bình ống dtb = 49mm.
Giả sử chiều dài ống: l = 5m. Số ống của thiết bị: : n = n d l F tb = 275,257 3,14×0,049×5 = 357,802 (ống)
Quy chuẩn thành 397 ống. Theo bảng V.11 [8, tr 48]: Phân bố các ống trên hình lục giác, số ống trên đường chéo chính là b =23 ống, Bước ống: t = 1,5×dn; với dn = 0,05m
Đường kính thiết bị:
D = 1,5×dn×(23 - 1) + 4×dn
= 1,5×0,05×(23 - 1) + 4×0,05 = 1,85 (m). Chiều dài ống truyền nhiệt: :
l0 = n dtb
F
=397×275,2573,14×0,049 = 4,506
(m).
l1,l2 chiều dài 2 đầu thiết bị: l1 = l2 = 0,3 (m)
Chiều dài toàn bộ thiết bị: L = 4,506 + 2×0,3 = 5,106 (m).
Vậy chọn thiết bị ngưng tụ tháp tinh dạng nằm ngang có kích thước như sau: D (m) l0(m) l1(m) l2 (m) L(m) SL(cái)
1,85 4,506 0,3 0,3 5,106 1
b) Thiết bị ngưng tụ thẳng đứng
Chọn lượng hơi ra khỏi tháp tinh đi vào thiết bị này là 15%. Lượng rượu ngưng tụ:
DDam
100 × H ×0,15=¿
27793,125
100 ×25,972×0,15
¿1082,76 (kg/h)
Năng suất tính theo lít/ngày:
Ntb=¿ 24×1000×1082,76 748,964 = 34696,237 (lít/ngày) Bề mặt truyền nhiệt: F = 0,014× Ntb 10 = 0,014×34696,23710 = 48,575 (m2)
Chọn đường kính trong ống dt = 48mm, đường kính ngồi ống dn = 50mm, đường kính trung bình ống dtb = 49mm.
Giả sử chiều dài ống: l = 3 m.
Số ống của thiết bị: n = n d l F tb = 48,575 3,14×0,049×3 = 105,236 (ống) Quy chuẩn thành 127 ống
Theo bảng V.11 [8 tr48]: Phân bố các ống trên hình lục giác, số ống trên đường chéo chính là b = 13 ống. Bước ống: t = 1,5×dn; với dn = 0,05 m
Đường kính thiết bị:
D = 1,5×dn×(b - 1) + 4×dn = 1,5×0,05×(13 - 1) + 4×0,05 = 1,1(m). Chiều dài ống truyền nhiệt của thiết bị.
h0 = ¿ =127×48,5753,14×0,049 = 2,486 (m). h1,h2 là chiều cao hai đầu tháp : h1 = h2 = 0,15 (m)
Chiều dài toàn bộ thiết bị: H= 2,486 + 2×0,15 = 3,086 (m)
Vậy chọn thiết bị ngưng tụ kiểu thẳng đứng có kích thước như sau: D (m) h0(m) h1(m) h2 (m) H(m) SL(cái)
1,1 2,486 0,15 0,15 3,086 1
2. Thiết bị ngưng tụ và làm nguội cồn đầu:
Gồm 5% so với cồn thành phẩm: Ncồnthànhphẩm = 2216,92 lít/h Lượng cồn đầu vào ống trong 1giờ:
Khối lượng riêng của cồn sản phẩm ρ = 0,7755 tại áp suất 1atm [8,tr9] Nhiệt lượng toả ra trên bề mặt ống:
Q = ¿ ×c×( t1 – t2 )
= 85,961 × 0,7394 × (70-30) = 2542,384 (kcal/h) Trong đó:
+ c = 0,7394 kcal/kg độ là nhiệt dung riêng của khối nấu + t1, t2 nhiệt độ đầu và cuối của khối nấu
Lượng nhiệt tổn thất ra mơi trường xung quanh: Q’ = 10%×Q
= 10% × 2542,384 = 254,238 (kcal/h) Nhiệt lượng cần cung cấp:
Q” = Q – Q’
= 2542,384 – 254,238 = 2288,146 (kcal/h) Khối lượng nước làm nguội:
Q” = N12'×CN×(t1 – t2)
Trong đó: CN = 1 kcal/kg.độ là nhiệt dung riêng của nước [8, tr 165]
Ncồn đầu = Qtiêuhao ihn−in = 2288,146 1×(70−30) = 57,204 (kg/h) Qh ihn−in nước = 1000 kg/m3 [7, tr 9] Vậy: Vnước =57,2041000 = 0,057 (m3/h)
Diện tích bề mặt truyền nhiệt: F =
Dtt(ih−in)
Q×η =
2288,146
200×(70−30)=0,286 (m2)
Trong đó: + K = 150÷250 kcal/m2.h.độ là hệ số truyền nhiệt. Chọn K = 200 kcal/m2.h.độ [4, tr 97]
Chiều dài đường ống: L = ¿ = 3,140,286×0,1= 0,911 (m) Chọn chiều cao nắp trên và nắp dưới: ho = 0,15 m
Đường kính ống: do = 0,05 m Bước xoắn ống ruột gà: t = 0,03m
Đường kính vịng xoắn: dx = 0,3m
Chiều dài một vịng xoắn:
lv =√(π dx)2+t2 = √(3,14×0,3)2+0,032 = 0,444 m
Số vòng xoắn: n = lL
v = 0,9110,444 = 2,052 lấy 3 vịng
Chiều cao phần ruột gà: h = (n×do)+(n-1)×t) = 3×0,05+2×0,03 = 0,21 m Chiều cao thân bình: H = 1,5h = 1,5×0,21=0,3 m
Chiều cao tồn bộ bình: Htồn bộ = H + 2ho = 0,21 + 2×0,15 =0,615 m Đường kính bình làm nguội: D = dx + 2do = 0,3 + 2× 0,05 = 0,4 m
Vậy chọn 1 thiết bị ngưng tụ ống xoắn ruột gà (Hình 5.21) có các thơng số sau: chiều cao nắp ho = 0,15 m; đường kính ống do = 0,05 m; đường kính vịng xoắn dx = 0,3m; Chiều cao thân bình H = 0,21 m, chiều cao tồn bộ bình Htồn bộ = 0,615 m; đường kính bình D = 0,4 m.
3. Thiết bị ngưng tụ và làm nguội cồn 96o
Lượng cồn sản phẩm vào ống trong 1 giờ:
N12 = Vconsp × ρ = 2216,92 × 0,7755 = 1719,221 (kg/h)
Khối lượng riêng của cồn sản phẩm ρ = 0,7755 ở 70oC, áp suất 1atm [8,tr9] Nhiệt lượng toả ra trên bề mặt ống:
Q = ¿ ×c×( t1 – t2 )
= 1719,221 × 0,7394 × (70–30) = 50847,687 (kcal/h) Trong đó:
+ c = 0,7394 kcal/kg độ là nhiệt dung riêng của khối nấu + t1, t2 nhiệt độ đầu và cuối của khối nấu
Lượng nhiệt tổn thất ra mơi trường xung quanh:
Q’ = 10%×Q = 10% × 50847,687= 5084,768 (kcal/h) Nhiệt lượng cần cung cấp:
Q” = Q – Q’
= 50847,687– 5084,768 = 45762,919 (kcal/h) Khối lượng nước làm nguội:
Q” = ¿ ×CN×(t1 – t2)
Trong đó: CN = 1 kcal/kg.độ là nhiệt dung riêng của nước [8, tr 165]
¿ = ¿ = 45762,919
1×(70−30) = 1144,073 (kg/h)
¿ nước = 1000 kg/m3 [7, tr 9] Vậy: Vnước =1144,0731000 = 1,144 (m3/h)
Diện tích bề mặt truyền nhiệt: F = 1
5 =
45762,919
200×(70−30)= 5,72 (m2)
Trong đó: + K = 150÷250 kcal/m2.h.độ là hệ số truyền nhiệt. Chọn K = 200 kcal/m2.h.độ [4, tr 97]
Chiều dài đường ống: L = ¿ = 3,145,72×0,1= 18,218 (m) Chọn chiều cao nắp trên và nắp dưới: ho = 0,25 m
Đường kính ống: do = 0,1 m Bước xoắn ống ruột gà: t = 0,06m Đường kính vịng xoắn: dx = 0,6m
Chiều dài một vịng xoắn:
lv =√(π dx)2+t2 = √(3,14×0,6)2+0,062 =1,777 m
Số vòng xoắn: n = lL
v = 18,2181,777 = 10,252 lấy 11 vòng
Chiều cao phần ruột gà:
h= (n×do)+((n-1)× t) = (11×0,1)+(10×0,06) = 1,7 m Chiều cao thân bình: H = 1,5h = 1,5×1,7 = 2,55 m
Chiều cao tồn bộ bình: Htồn bộ = H + 2ho = 2,55 + 2×0,25 = 3,05 m Đường kính bình làm nguội: D = dx + 2do = 0,6 + 2× 0,1 = 0,8 m
Vậy chọn 1 thiết bị ngưng tụ ống xoắn ruột gà (Hình 5.21) có các thơng số sau: chiều cao nắp ho = 0,25 m; đường kính ống do = 0,1 m; đường kính vịng xoắn dx = 0,6m; Chiều cao thân bình H = 2,55 m, chiều cao tồn bộ bình Htồn bộ = 3,05 m; đường kính bình D = 0,8 m.
4. Thiết bị làm nguội dầu fuzel:
Gồm 3% so với cồn thành phẩm: Nconsp = 53206,073 lít/ngày N13 = 53206,073 × 3% = 1590,061 lít/ngày
Bề mặt truyền nhiệt của thiết bị :
F =0,02× N10 = 0,02×1590,06110 = 3,18 (m2)
Tổng số ống n = ¿ = 3,143,18×0,049 = 20,669 (ống)
Quy chuẩn thành 127 ống. Theo bảng V.11 [8 tr48]: Phân bố các ống trên hình lục giác, số ống trên đường chéo chính là b = 13 ống, bước ống: t = 1,2×dn, đường kính trong có dt = 30 mm, đường kính ngồi dn = 32 mm, đường kính trung bình dtb = 31 mm,
Đường kính thiết bị: D = t×(b -1) + 4×dn
= 1,2×0,032 ×(13 - 1) + 4 × 0,032 = 0,589 (m)
Chiều cao ống truyền nhiệt: h0 = ¿ =127×3,143,18×0,031 = 0,257 (m). Chiều cao thiết bị: H = ho + 2 × 0,2 = 0,257 + 0,4 = 0,657 (m)
Vậy chọn thiết bị ngưng tụ và làm nguội ống lồng ống (Hình 5.11) dầu fuzel có các thơng số sau:
D (m) h0 (m) h1(m) h2 (m) H(m) SL(cái)
0,589 0,257 0,2 0,2 0,657 1