Thiết bị tách hơi

5.1. Các thiết bị sản xuất chính

5.1.9. Thiết bị tách hơi

Theo bảng 4.6. khối lượng hỗn hợp đưa vào tách hơi trong 1 giờ.

Thiết kế nhà máy sản xuất cồn 96o từ sắn SVTH: Ngơ Thị Ngọc Bích

h h h 1 2 2 Hình 5.8. Thiết bị nồi nấu chín

Nhh(9)= 26120,109 (kg/h)

ρdich chao = 1060,6 (kg/m3) [7, tr64] Thể tích hỗn hợp chiếm chổ:

Vhh(9) = ρNhh(8)

dich chao = 26120,1091060,6 = 24,628 (m3/h)

Chọn thiết bị tách hơi trong đó dịch chiếm 30% thể tích thiết bị, thời gian tách hơi 20 phút. [4, tr201] Thể tích thực của thiết bị: VN = Vhh(9)×100 30 × 20 60 =24.628×30 100 × 20 60 = 27,364 (m3) Tính kích thước nồi: VN = Vtrụ + Vnón =  3 3 2 4 24 D d D H  tg       (4) Với: h3 = 2 D d tg ; α = 60o Chọn: h2 = 1,5D: Chiều cao phần trụ. D: Đường kính thùng. d = 0,1m: là đường kính ống dịch ra. Thay vào (4) tính được D theo cơng thức sau:

D = 3 √VN+0,00023 1,404 =3 √27,3641,404+0,00023 = 2,691 (m) Vậy: h2 = 1,5D = 1,5×2,691 = 4,037 (m) h3 = 2 D d tg = 2,981−0,1 2 ×tg60o= 2,244(m). Chiều cao của đỉnh trên nắp thùng : h1 = 1m.

Chiều cao của ống dịch ra là: h4= 0,1m Tổng chiều cao của thiết bị tách hơi là:

H= h1 + h2 + h3 + h4= 1 + 4,037 + 2,244+ 0,1 = 7,381 (m)

Vậy chọn 1 thiết bị tách hơi có các thơng số như sau: D (m) d(m) α (o) h1(m) h2(m) h3(m) h4 (m) H (m) SL(cái) 2,691 0,1 60 1 4,037 2,244 0,1 7,381 1 5.1.10. Phao điều chỉnh mức Chọn 1 phao điều chỉnh mức [4, tr 101]: Chú thích: 1: Thân hình trụ 2: Phao 3: Cánh tay địn 5: Van 6: Ống thốt hỗn hợp Thơng số kỹ thuật: - Đường kính: 1200 mm - Chiều cao: 2060 mm

5.1.11. Thiết bị làm nguội sau tách hơi

Chọn thiết bị ống lồng ống, dịch làm nguội từ 95oC đến 60oC [5, tr97] Theo bảng 4.6 lượng dịch đường cần làm nguội trong ½ h là:

25987,5/2 = 12993,75 (kg)

Nhiệt lượng toả ra trên bề mặt ống là:

Q = mc(t1–t2)= 12993,750,977(95-60) = 444321,281( kcalo/h)

Lượng nhiệt tổn thất ra môi trường xung quanh là:

Q’=10%Q = 10% ¿ 444321,281 = 44432,128 (kcalo/h) Nhiệt lượng cần cung cấp:

Q”=Q – Q’=444321,281– 44432,128 = 399889,153 (Kcalo/h) Khối lượng nước làm nguội:

Q” = m  CN  (t1 – t2) Suy ra:

Thiết kế nhà máy sản xuất cồn 96o từ sắn SVTH: Ngơ Thị Ngọc Bích

Hình 5.10. Phao điều chỉnh mức

Hình 5.11. Làm nguội ống lồng ống [5, tr97]

m = Q} over {C rSub { size 8{N} } times \( t rSub { size 8{1} } - t rSub { size 8{2} } \) } } } {¿¿¿ =399889,153

1×(95−60)

= 11425,404(kg) ρnước = 1000 kg/m3,

 Vnước = 11425,404/1000 = 11,425m3 Diện tích bề mặt truyền nhiệt:

F = ρ = 399889,153

200ì(9560) = 57,127(m2)

K = 150ữ250 kcal/m2.h. l h s truyền nhiệt. [8, trang 97] Chọn K = 200( kcal/m2.h.độ)

Chiều dài đường ống: L = Q} over {K times Δt} } } {¿¿¿ = 57,127

3,14×0,1 = 181,933(m) Chiều dài đường ống tương đối dài nên chia làm 2 thiết bị.

Chiều dài đường ống của mỗi thiết bị: l = 181,933/2 = 90,967(m) Chọn đường kính trong d = 100 mm.

Chiều dài vòng xoắn dx = 2,8 m, số vịng xoắn n = 90,9672,8× π = 10,347(vòng) Chọn khoảng cách giữa 2 vòng xoắn là 100 mm, đuờng ngoài ống 200 mm. Chiều cao thiết bị: H = 11 F

π×d 0,2 + (10-1) F

n×dtb×l 0,1 = 3,2(m). Vậy chọn 2 thiết bị làm nguội có các thơng số như sau:

Chiều dài thiết bị là dx = 2,8 m, chiều cao thiết bị H = 3,2 m, chiều rộng thiết bị là 0,2m.

5.1.12. Thùng đường hóa

Lượng dịch cháo vào nồi đường hóa trong 1 giờ là: N11= 25728,75 (kg/h)

Khối lượng riêng của dịch cháo sau khi làm nguội là n×π×dFtb = 1062,6 (kg/m3) và thời gian đường hóa 30 phút, hệ số chứa đầy 0,85 [4, tr196]

Thể tích dịch sau đường hóa trong 1 giờ:

Vậy thể tích của nồi: 2 4,213 0,85×2 = 14,243(m3) Tính kích thước nồi: VN=Vtrụ+Vnón= π D2 4 ×h2+¿ π(D3−d3) 24 × tgα(5) Trong đó: Chiều cao phần nón h3= F n×dtb×l α =30o Chọn: h2 = 1,5D: Chiều cao phần trụ. D: Đường kính thùng. d = 0,2: Đường kính ống dịch ra ở đáy Thay vào (5): tính được D theo cơng thức sau: F n×π×dtb 193 , 2 351 , 1 0006 , 0 14,243 3    (m) Chiều cao phần trụ: h2 = 1,5D = 1,5 × 2,193 = 3,289(m) Chiều cao phần nón: h3 = 2 0,571 2 , 0 193 , 2 2d tg    D (m)

Chọn: h1 = 0,3 m: Chiều cao của nắp thùng để lắp mô tơ gắn cánh khuấy. h4 = 0,2 m: Chiều cao của ống dẫn dịch.

Tổng chiều cao của nồi là:

Hnồi = h1 + h2 + h3 + h4 = 0,3 + 3,289 + Q} over {C rSub { size 8{N} } times \( t rSub { size 8{1} } - t rSub { size 8{2} } \) } } } {¿¿¿

+ 0,2 = 4,36 (m) Tốc độ cánh khuấy trong thời gian đường hóa là: 970 vịng/phút.

Vậy chọn 1 thiết bị đường hóa, mỗi thùng đường hóa trong 1/2 giờ với các thông số như sau:

Thiết kế nhà máy sản xuất cồn 96o từ sắn SVTH: Ngơ Thị Ngọc Bích

D (m) d(m) α (o) h1(m) h2(m) h3(m) h4 (m) SL(cái)

2,193 0,2 30 0,3 3,289 0,571 0,2 1

5.1.13. Thiết bị làm nguội sau đường hóa

Thiết bị ống lồng ống (Hình 5.11), dịch đường được làm nguội từ 60oC xuống

cịn 30oC. (Hình 5.12) [5, tr97]

Lượng dịch vào ống trong 1/2 giờ: N12 = 30621,637/2 = 15310,819 (kg/h) Nhiệt lượng toả ra trên bề mặt ống:

Q = ρ ×c×( t1 – t2 )

= 15310,819 × 0,977 × (60 – 30) = 448760,091 (kcal/h)

Trong đó: + c = 0,977 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% × 448760,091 = 44876,009 (kcal/h) Nhiệt lượng cần cung cấp:

Q” = Q – Q’ = 448760,091– 44876,009 = 403884,082 (kcal/h) Khối lượng nước làm nguội: Q” = Q} over {K times Δt} } } {¿¿¿ ×CN×(t1 – t2)

Trong đó: CN = 1 kcal/kg.độ là nhiệt dung riêng của nước [7 tr 165]

F π×d = ( ) " 2 1 t t C Q N   = 1403884,082×(60−30)= 13462,803 (kg/h) nước = 1000 kg/m3 [6 tr 9] Vậy: Vnước = 13462,8031000 = 13,462 (m3/h)

Diện tích bề mặt truyền nhiệt: F = K t Q

 

"

= 200×(60−30) = 67,314 (m403884,082 2)

Trong đó: + K = 150÷250 kcal/m2.h.độ là hệ số truyền nhiệt. Chọn K = 200 kcal/m2.h.độ [7 tr 97]

Chiều dài đường ống: L = Q} over {C rSub { size 8{N} } times \( t rSub { size 8{1} } - t rSub { size 8{2} } \) } } } {¿¿¿ = 67,314

Trong đó: dt = 0,1m là đường kính ống trong

Do chiều dài đường ống trao đổi nhiệt quá dài do đó chọn 2 thiết bị để giảm kích thước thiết bị, nên chiều dài ống của 1 thiết bị là:

Ltb= L2 = 214,3762 = 107,188(m)

Chọn chiều dài mỗi đoạn ống dx = 3,2 m, số vịng xoắn

n =107,1883,2× π = 10,668 (vòng)

Chọn khoảng cách giữa 2 ống là 0,1 m và đường kính ống ngồi là 0,2 m. Chiều cao thiết bị: H = 11×0,2 + (10-1)×0,1 = 3,2 (m).

Vậy chọn 2 thiết bị làm nguội sau cơng đoạn đường hóa có các thơng số sau: Chiều dài thiết bị dx = 3,2 m, chiều rộng 0,2 m, chiều cao H= 3,2 m.

5.1.14. Công đoạn lên men

5.1.14.1. Số lượng thùng lên men

Chọn 8 thùng lên men. 7 thùng làm việc, 1 thùng dự trữ. [4, tr270] Thể tích thùng lên men

Thể tích thùng lên men chính:

Vlên men = ρ (m3) [4 tr 272] V: Tổng số dịch lên men trong 1 chu kì n: Số thùng lên men

φ: Hệ số chứa đầy, φ = 0,85 Vdịch đường= 688106,513 = 688,106 m3 =>Vlên men =688,1067×0,85 × 6224 = 298,758 m3

5.1.14.2. Quan hệ các kích thước cơ bản của thùng lên men

h2 = (1,2 ữ 1,5)ìD; h3 = (0,15 ữ 0,3)ìD; h1 = (0,1 ữ 0,1125)ìD [4 tr272] Trong đó: + D là đường kính thùng lên men chính.

+ h1 là chiều cao nắp thùng, chọn h1 = 0,1×D

+ h2 là chiều cao phần hình trụ của thùng, chọn h2 = 1,4×D + h3 là chiều cao đáy thùng, chọn h3 = 0,2×D

Thiết kế nhà máy sản xuất cồn 96o từ sắn SVTH: Ngơ Thị Ngọc Bích

Chọn thiết bị có đáy và nắp thùng hình cơn Thể tính được tính:

Vlênmen = 0,785 × D2 × (h2+1/3 h3+1/3h1) = 0,785×D2 × (1,4×D + 0,3/3×D) Vlênmen = 1,1775 × D3 Q} over {K times Δt} } } {¿¿¿ D =3

√298,7581,1775 = 6,331 (m)

Vậy: h1 = 0,1 × 6,331 = 0,633 (m) h2 = 1,4 × 6,331= 8,863 (m) h3 = 0,2 × 6,331= 1,266 (m);

Chiều cao thiết bị: Htb = h1 + h2 + h3 = 0,633 + 8,863 + 1,266 = 10,762 (m) Vậy chọn 8 thiết bị lên men có kích thước như sau:

D (m) h1 (m) h2 (m) h3 (m) SL(cái) Htb(m) 6,331 0,633 8,863 1,266 8 10,762

5.1.15. Thùng nhân giống cấp I, II

5.1.15.1. Thùng nhân giống cấp II

Chọn số lượng thùng nhân giống cấp II là 1 thùng, thùng nhân giống cấp II có dung tích bằng 30% thùng lên men chính. [5,tr152]

VII = 30% × Vlênmen = 30%× 298,758 = 89,627 (m3)

Thùng có dạng đáy, nắp hình cơn, quan hệ giữa chiều cao và đường kính tương tự thiết bị lên men chính.

VII = 0,785 × DII2 × (hII2 + 1/3hII1 + 1/3hII3) = 1,1775 × D3 II F π×d DII =3 √ VII 1,1775 = 3 √89,6271,1775= 4,238 (m)

Suy ra: hII1 = 0,1×4,238 = 0,424 (m) hII2 =1,4×4,238 = 5,933 (m); hII3 = 0,2× 4,238 = 0,848 (m); Chiều cao thiết bị:

Htb = hII1 + hII2+ hII3 = 0,424 + 5,933 + 0,848 = 7,205 (m) Vậy chọn thiết bị nhân giống cấp II có các thơng số sau:

D (m) h1 (m) h2(m) h3(m) SL(cái) Htb(m) 4,238 0,424 5,933 0,848 1 7,205

Chọn số lượng thùng nhân giống I là 2 thùng. Thùng nhân giống cấp I có dung tích bằng 30% thùng nhân giống cấp II. [5, tr153]

VI = 30% × VII = 30% × 89,627 = 26,888 (m3)

VI = 0,785 × DI2 × (hI2 + 1/3hI1 + 1/3hI3) = 1,1775 × D3 I F n×dtb×l DI = 3 √26,8881,1775= 2,837 (m) hI1 = 0,1 × 2,837 = 0,284 (m) hI2 =1,4 × 2,837 = 3,972 (m); hI3 = 0,2 × 2,837 = 0,567 (m); Chiều cao thiết bị là:

HItb = hI1 + hI2 + hI3 = 0,288 + 4,042 + 0,577 = 4,908 (m) Vậy chọn thùng nhân giống cấp I có các thơng số sau:

D (m) h1 (m) h2(m) h3(m) SL(cái) Htb(m) 2,887 0,284 3,972 0,567 2 4,823

5.1.16. Thiết tách và thu hồi CO2

Lượng CO2 thốt ra trong q trình lên men:

VCO2

F n×π×dtb

Trong đó:

P: Năng suất nhà máy, P = 53206,073 lít/ngày. ρ: Khối lượng riêng của rượu, ρ = 790 (kg/m3).

K: Lượng khí CO2 nhận được từ 1 kg rượu có tính lượng CO2 hoà tan vào dịch lên men, K = 0,94 kg/kg.

K1: Hệ số biểu thị sự tăng thể tích của CO2, K1 = 1,1.

ρ1: Khối lượng riêng của khí CO2, ở nhiệt độ 26oC, áp suất 1atm, ρ1= 1,81 (kg/m3).

VCO2 =53206,07324××1,81790×0,94×1,1 = 1000504,442 (lít/h) = 1000,504 (m3/h)

Đường kính của thiết bị:

V D CO      3600 4 2

Hình 5.14. Thiết bị tách và thu hồi CO2

Trong đó:ω là tốc độ chuyển động của khí CO2 qua tiết diện tự do của thiết bị. Với = 0,9m/sec.  D = 0,627 m.

Số lượng ống trong phần ngưng tụ: Z = 1 2 3600 4 2      d VCO

Trong đó:d: Đường kính trong của ống, chọn d = 20 mm. 1

 : Tốc độ chuyển động của khí CO2 trong ống, 1= 9 m/sec. ⇒ Z = 98,343 vậy chọn Z = 99 (cái)

Các thông số của 1 thiết bị là: [4, tr273] + Đường kính trong của thiết bị: 0,38 m. + Chiều cao tồn bộ: 5,25 m

+ Đường kính lỗ sàng: 0,004 m

+ Số lượng ống ⇒ 20mm trong phần ngưng tụ: 98 cái. + Tốc độ CO2 qua tiết diện tự do: 0,9 m/sec.

+ Tốc độ CO2 qua lỗ sàng: 9 m/sec. + Tốc độ CO2 qua ống: 6 m/sec.

Số lượng thiết bị cần dùng là: N =0,6270,38 = 1,651 Vậy chọn 2 thiết bị.

5.1.17. Thùng chứa giấm chín

Lượng giấm chín trong một ngày là: 667,035 (m3/ngày) Chọn 2 thùng chứa giấm chín, thể tích chứa của thùng:

Vgi mấ ϕ ×2= 667,0350,85×2 = 392,373 (m3) Chọn h2=1,5D, d 8 D  (m). Chiều cao đáy nồi:

h1 = 2 2 d D tg d D    

Q× H 367×η η Thể tích thân nồi: η Thể tích nồi: ⇒ , ⇒ Q× H 367× η (m) Chọn h2 = 1,5 η D = 1,5 η 6,847 = 10,271 (m) d = D/8 = 0,856 (m); h1= D−d2 = 6,847−20,856 = 2,996 (m)

Chiều cao thiết bị:

h = h1 + h2 = 2,996 + 10,271= 13,267 (m).

Vậy chọn thùng chứa giấm chín có các thơng số như sau: D (m) h1(m) h2 (m) SL(cái) Htb(m) 6,847 2,996 10,271 2 13,267

5.1.18. Tính tháp thơ

Độ cồn ở 70oC trong giấm: 8,091%V = 6,469% khối lượng [4, tr 191], ρrượu = 0,78927 (kg/lít), áp suất hơi đốt 1,5 (kg/cm2) [4 ,tr349].

5.1.18.1. Xác định số đĩa lý thuyết

Theo phụ lục 2: Tổng số đĩa lý thuyết của tháp giấm: n = n1 + n2 = 3,7 + 6,453 = 10,153 đĩa.

Số đĩa thực tế của tháp giấm:10,1530,5 = 20,305 ≈ 21 đĩa. Với: hiệu suất đĩa: 0,5

5.1.18.2. Tính đường kính:

Đường kính tháp giấm: ⇒ [5, Tr 199]

Trong đó: gtb: Lượng hơi trung bình đi trong tháp (kg/h)

(PWg)tb: Vận tốc hơi trung bình trong tháp (kg/m2.s)

Hình 5.16. Tháp thơ h h h 1 2 D Hình 5.17. Tháp tinh h h h 1 2 D Theo phụ lục 2: Đường kính tháp: D = 0,0188 √5086,1420,868 = 1,439 (m)

5.1.18.3. Chiều cao tháp thơ

Chiều cao tháp thơ: H = (n-1) × h + h1 +h2 n – Số đĩa thực tế, n = 22

h – Khoảng cách các đĩa, chọn h = 0,4 [8, tr184] h1, h2 – Chiều cao phần đáy và nắp tháp,

h1 = h2 = 0,6

=> H = (n-1) × h + h1 +h2

= (21 – 1)×0,4 + 0,6 + 0,6 = 9,2 (m)

Vậy chọn 1 tháp thô có kích thước như sau:

D (m) H(m) h1(m) h2 (m) SL(cái) 1,439 9,2 0,6 0,6 1

5.1.19. Tháp tinh chế

5.1.19.1. Xác định số đĩa

Theo phụ lục 3:

Số đĩa đoạn luyện là: Số đĩa thực tế đoạn luyện là: n1 = 0,532 = 64 (đĩa)

Số đĩa đoạn chưng là: Số đĩa thực tế:

N= nƞ = 6,4340,5 = 12,869 (đĩa)

Chọn hiệu suất đĩa  = 0,5

Số đĩa của toàn tháp: N = 64 + 13 = 77 (đĩa)

5.1.19.2. Tính đường kính tháp tinh

Đường kính đoạn luyện là:

DL= 0,0188 √4575,6521,32 = 1,106 (m)

Đường kính đoạn chưng là : DC = 0,0188 √2783,4091,137 = 0,93 (m)

Đường kính tháp tinh là : D = DL+DC 2 = 1,177+0,9732 = 1,018 (m). 5.1.19.3. Tính chiều cao tháp H = (77-1)×h + h1 + h2 n: số đĩa tháp tinh chế, n = 77

ho: khoảng cách giữa hai đĩa gần nhau, chọn h0 = 0,17 (m) [8,tr169] h: chiều cao thân tháp, h = (N – 1) ×0,17 = (77 - 1) x 0,17 = 12,92 (m) h1, h2: chiều cao đỉnh và đáy tháp, h1 = h2 = 0,6 (m)

Vậy H = 15,2 + 0,6 + 0,6 = 14,12 (m) Vậy chọn 1 tháp tinh có kích thước như sau:

D (m) h(m) h1(m) h2 (m) H(m) SL(cái) 1,018 12,92 0,6 0,6 14,12 1

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