1. Trang chủ
  2. » Luận Văn - Báo Cáo

đồ án chưng luyện cồn

69 27 0

Đang tải... (xem toàn văn)

Tài liệu hạn chế xem trước, để xem đầy đủ mời bạn chọn Tải xuống

THÔNG TIN TÀI LIỆU

Thông tin cơ bản

Tiêu đề Đồ Án Chưng Luyện Cồn
Tác giả Nguyễn Thị Kim Oanh
Người hướng dẫn TS. Nguyễn Minh Hệ
Trường học Công Nghệ Thực Phẩm
Chuyên ngành Công Nghệ Thực Phẩm
Thể loại đồ án
Năm xuất bản 2016
Thành phố Hà Nội
Định dạng
Số trang 69
Dung lượng 7,58 MB

Cấu trúc

  • PHẦN I: MỞ ĐẦU

  • PHẦN II: NỘI DUNG

    • CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT CỒN

      • 1.1 Tổng quan về cồn

      • 1.1.1 Etanol

      • 1.1.2. Nước

      • 1.2 Các phương pháp chưng luyện

      • 1.3 Các loại tháp chưng cất sử dụng trong 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 một dòng

    • CHƯƠNG 3.TÍNH TOÁN THIẾT BỊ

      • 3.1.Kí hiệu và thông số ban đầu

      • 3.1.1 Ký hiệu.

      • 3.1.2 Các giả thiết dùng trong tính toán

      • 3.1.3 Số liệu ban đầu

      • 3.2 Quy đổi

      • 3.3.Tính toán cân bằng vật liệu trong tháp chưng cất liên tục

      • 3.3.1 Tính cân bằng vật liệu

      • 3.3.2 Xác định chỉ số hồi lưu thích hợp

      • 3.4 Xác định số đĩa thực tế

      • 3.5. Xác định đường kính tháp

      • 3.5.1 Tính lượng hơi trung bình đi trong tháp

      • 3.5.2 Tính khối lượng riêng trung bình

      • 3.5.3 Tốc độ hơi đi trong tháp

      • 3.5.4 Đường kính đoạn chưng, đoạn luyện

      • 3.6. Vận tốc thực tế của hơi đi trong tháp

      • 3.7. Chiều cao của tháp

      • 3.8 Nắp và đáy tháp

    • CHƯƠNG 4 : TÍNH TOÁN CƠ KHÍ VÀ LỰA CHỌN

      • 4.1 Tính số chóp và kích thước cơ bản của chóp

      • 4.1.1 Số chóp phân bố trên đĩa

      • 4.1.2 Kích thước chóp

      • 4.2 Chọn mặt bích, vòng đệm,tai treo và chân đỡ

      • 4.3.Tính đường kính các ống dẫn

      • 4.3.1 Ống chảy chuyền

      • 4.3.2 Ống dẫn hỗn hợp đầu vào tháp

      • 4.3.3 Ống dẫn hơi đỉnh tháp

      • 4.3.4 Ống sản phẩm đáy

      • 4.3.5 Ống dẫn lỏng ngưng tụ hồi lưu

      • 4.4 Diện tích làm việc của đĩa

    • CHƯƠNG 5 : TÍNH CÂN BẰNG NHIỆT

      • 5.1 Thiết bị gia nhiệt hỗn hơp đầu

      • 5.1.1 Nhiệt lượng do hơi đốt mang vào

      • 5.1.2 Nhiệt lượng do hỗn hợp đầu mang vào

      • 5.1.3 Nhiệt lượng do hỗn hợp đầu mang ra

      • 5.1.4 Lượng hơi đốt cần thiết

      • 5.1.5 Nhiệt lượng do nước ngưng mang ra

      • 5.1.6 Nhiệt lượng mất ra môi trường xung quanh

      • 5.2.Tháp chưng luyện

      • 5.2.1 Nhiệt lượng do hơi đốt mang vào tháp

      • 5.2.2 Nhiệt lượng do lượng lỏng hồi lưu mang vào

      • 5.2.3 Nhiệt lượng do hơi mang ra ở đỉnh tháp

      • 5.2.4 Nhiệt lượng do sản phẩm đáy mang ra

      • 5.2.5 Lượng hơi đốt cần thiết

      • 5.2.6 Nhiệt lượng mất ra môi trường xung quanh

      • 5.3 Thiết bị ngưng tụ

      • 5.4 Thiết bị làm lạnh

  • TỔNG KẾT

  • PHỤ LỤC

Nội dung

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

NỘI DUNG

TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT CỒN

Etanol có công thức phân tử CH3-CH2-OH, có khối lượng phân tử 46 đvC.

Là chất lỏng có mùi đặc trưng, không độc, tan nhiều trong nước.

Cồn, đặc biệt là etanol, đóng vai trò quan trọng trong ngành công nghiệp thực phẩm Ngoài việc tăng nồng độ cho rượu và bia, cồn còn được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực khác nhau.

 Chế biến thức ăn, khử mùi cho thực phẩm (với những thực phẩm có mùi không mong muốn) , làm tăng mùi thơm đặc trưng cho món ăn.

 Cồn còn có ứng dụng để sát trùng, sản xuất dược phẩm, để chữa bệnh trong ngành Y Tế.

 Trong công nghiệp ứng dụng làm chất đốt, làm dung môi hòa tan các

Cồn là một lĩnh vực phát triển tiềm năng cho ngành công nghiệp với nhiều ứng dụng đa dạng, không chỉ trong thực phẩm mà còn trong nhiều lĩnh vực khác Tuy nhiên, hiện tại, công nghệ và máy móc tinh chế cồn vẫn chưa đáp ứng đủ nhu cầu tiêu thụ do năng suất còn thấp và chưa được cải thiện Do đó, dự án này nhằm nâng cao trình độ chuyên môn về công nghệ, thiết kế máy móc với chi phí thấp nhất và hiệu quả cao nhất để đáp ứng nhu cầu thị trường.

Nước chiếm 70% diện tích trái đất và là một chất không thể thiếu trong đời sống con người

. hình 2: cấu trúc phân tử của nước

Phân tử nước gồm 2 nguyên tử hydro và 1 nguyên tử oxy Về mặt hình học thì phân tử nước có góc liên kết là 104.45 °.

Nước có tính lưỡng cực, liên kết giữa các phân tử nước là liên kết hydro. Ở 760mmHg nhiệt độ sôi là 100°C, nhiệt độ nóng chảy là 0°C

1.2 Các phương pháp chưng luyện

- Phân loại theo áp suất làm việc:

- Phân loại theo nguyên lý làm việc:

1.3 Các loại tháp chưng cất sử dụng trong công nghiệp

Trong sản xuất, các thiết bị chưng luyện đa dạng nhưng đều có yêu cầu chung là cần có diện tích bề mặt tiếp xúc lớn Yêu cầu này phụ thuộc vào mức độ phân tán giữa các lưu chất khác nhau.

Khi pha khí được phân tán vào pha lỏng, chúng ta sử dụng tháp mâm, trong khi pha lỏng phân tán vào pha khí sẽ tạo ra tháp chêm và tháp phun Bài viết này sẽ tập trung vào hai loại tháp phổ biến là tháp đĩa và tháp chóp.

Tháp đĩa là một thiết bị công nghiệp có thân tháp hình trụ và đứng thẳng, bên trong được trang bị nhiều đĩa với cấu tạo khác nhau Các đĩa này cho phép pha lỏng và pha hơi tiếp xúc với nhau, từ đó tối ưu hóa quá trình tách biệt và trao đổi nhiệt Tùy thuộc vào thiết kế và cấu trúc của từng đĩa, hiệu quả làm việc của tháp sẽ khác nhau, góp phần quan trọng trong các quy trình công nghiệp.

+ Tháp đĩa chóp: trên mâm bố trí chóp có dạng tròn, xupap, chữ s… + Tháp đĩa xuyên lỗ: trên mâm có nhiều lỗ hay rãnh.

Tháp đệm là một cấu trúc hình trụ được tạo thành từ nhiều bậc liên kết với nhau bằng các mặt bích hoặc hàn Vật liệu đệm được đưa vào tháp thông qua hai phương pháp chính: xếp ngẫu nhiên hoặc xếp theo thứ tự.

Tháp đệm Tháp đĩa xuyên lỗ Tháp đĩa chóp Ưu điểm

- Cấu tạo khá đơn giản.

- Làm việc được với chất lỏng bẩn nếu dùng đệm cầu có của chất lỏng

- Trở lực tương đối thấp.

- Chế tạo đơn giản, vệ sinh dễ dàng.

- Ít tốn kim loại hơn tháp chop

- Hiệu suất truyền khối cao

- Ít tiêu hao năng lượng hơn nên có số đĩa ít hơn.

-Do có hiệu ứng thành do đó hiệu suất truyền khối thấp.

-Độ ổn định không cao do sự phân bố các pha theo tiết diện tháp không đều, khó vận

- Kết cấu khá phức tạp.

- Yêu cầu lắp đặt cao: đĩa lắp phải phẳng, chất lỏng khó phân phố đều trên mâm nếu

- Tiêu tốn nhiều vật tư, kết cấu phức tạp. đó khi tăng năng suất thì hiệu ứng thành tăng vì vậy khó tăng năng suất.

-Thiết bị khá nặng nề.

Tháp đệm không cho phép kiểm soát quá trình chưng luyện theo không gian tháp, trong khi tháp đĩa cho phép theo dõi quá trình qua từng đĩa một cách rõ ràng Hơn nữa, việc chế tạo tháp đệm với kích thước lớn ở quy mô công nghiệp gặp nhiều khó khăn.

Sử dụng tháp đĩa xuyên lỗ cho hiệu suất thấp hơn so với tháp đĩa chóp, đồng thời chế độ làm việc cũng không ổn định như tháp đĩa chóp Ngoài ra, tháp có đường kính quá lớn cũng không mang lại hiệu quả sử dụng tốt.

Vậy nên với đồ án chưng cất cồn, em chọn tháp dạng đĩa chóp có ống chảy chuyền.

CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT CỒN

Sản xuất cồn etylic có thể sử dụng bất kỳ nguyên liệu nào chứa đường hoặc polysaccarit, vì sau quá trình thủy phân, các polysaccarit này sẽ chuyển hóa thành đường và có thể được lên men.

Chúng ta có thể sử dụng nguyên liệu giàu Xenluloza để thủy phân thành đường, nhưng hiệu quả kinh tế sẽ không cao Trong điều kiện sản xuất thực tế ở nước ta, việc sử dụng tinh bột và mật rỉ đường là phương án khả thi hơn.

- Nguyên liệu chứa tinh bột gồm có:

 Tinh bột được sản xuất từ ngũ cốc hoặc củ.

 Các lọai ngũ cốc như gạo, bắp, lúa mạch , đại mạch,…

 Các loại củ như khoai tây,khoai mì,…

- Nguyên liệu chứa đường gồm: saccharose dạng tinh thể hoặc dạng dung dịch,nước ép mía, dịch chiết từ củ cải đường, các loại syrup glucose, maltose có

- Nguyên liệu chứa cellulose như: bã mía, dăm bào, mạt cưa, lõi ngô

- Nguồn nguyên liệu khác: huyết thanh sữa, waste sulphite liquor (phụ phẩm của 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 bằng phương pháp cố định tế bào

* Quy trình sản xuất cồn chia làm 3 giai đoạn chính:

Giai đoạn 1 trong quá trình chuẩn bị dịch lên men bao gồm các bước quan trọng Đối với nguyên liệu chứa tinh bột, cần thực hiện các công đoạn nghiền, nấu, đường hóa và làm lạnh đến nhiệt độ thích hợp cho quá trình lên men Trong trường hợp sử dụng mật rỉ, quy trình chuẩn bị sẽ bao gồm pha loãng sơ bộ, xử lý mật rỉ, bổ sung dinh dưỡng, tách cặn và pha loãng đến nồng độ phù hợp để bắt đầu quá trình lên men.

Giai đoạn 2 của quá trình sản xuất rượu bao gồm việc chọn men giống chất lượng cao, với tỷ lệ 10% thể tích dịch lên men Men giống sau đó được đưa vào dịch đường và được duy trì trong điều kiện kiểm soát để nấm men chuyển hóa đường thành rượu và CO2 Sản phẩm thu được sau quá trình lên men được gọi là dấm chín.

Giai đoạn 3 trong quy trình sản xuất rượu là xử lý dịch lên men, liên quan đến kiến thức vật lý và quá trình chuyển khối Công đoạn này sử dụng hệ thống chưng luyện để tách rượu và các chất dễ bay hơi khỏi dấm chín Sau đó, quá trình tinh luyện diễn ra nhằm thu được cồn sản phẩm đáp ứng tiêu chuẩn và yêu cầu tiêu dùng Sản phẩm thu được sau xử lý bao gồm cồn thực phẩm, rượu bậc cao, aldehyt và dầu fusel.

2.3 Sơ đồ chưng ba tháp gián tiếp một dòng

1 Thùng chứa giấm 7 Bình làm lạnh ruột gà

2 Bình hâm giấm 8 Tháp aldehyt

3 Bình tách CO2 9, 10 Bình ngưng tụ

4 Tháp thô 11 Tháp tinh chế

5 Bình chống phụt giấm 12 Bình ngưng tụ hồi lưu

6 Bình ngưng tụ cồn thô 13 Bình làm lạnh sản phẩm

* Thuyết minh quy trình công nghệ:

Giấm chín được bơm lên thùng cao vị 1, sau đó tự chảy vào bình hâm giấm

2 Ở đây giấm chín được hâm nóng đến nhiệt độ 70-80°C rồi chảy qua bình tách CO2 số 3 vào tháp 4 Khí CO2 và hơi rượu bay lên ngưng tụ ở 6 qua 7 rồi ra ngoài Tháp thô được đun bằng hơi trực tiếp, hơi rượu đi từ dưới lên, giấm chảy từ trên xuống nhờ đó quá trình chuyển khối được thực hiện Ở dưới đáy nồng độ rượu trong giấm còn khoảng 0.015-0.03% V được thải ra ngoài gọi là bã rượu, nhiệt độ đáy 103-105°C.

Khoảng 90-95% rượu thô được đưa vào tháp tách aldehyt 8, nơi sử dụng hơi trực tiếp để ngưng tụ và hồi lưu 95% lượng rượu Quá trình này chỉ điều chỉnh lượng nước làm lạnh, và khoảng 3-5% rượu được lấy ra, gọi là cồn đầu Một phần rượu thô (5-10%) ở 6 sẽ hồi lưu vào đỉnh tháp aldehyt do chứa nhiều tạp chất.

Sau khi loại bỏ tạp chất, rượu thô từ đáy tháp aldehyt được chuyển tiếp vào tháp tinh 11 với nồng độ 35-45%V Tháp tinh 11 được cấp nhiệt bằng hơi nước, giúp nâng dần nồng độ hơi và ngưng tụ ở vị trí 12, sau đó hồi lưu về tháp Bằng cách điều chỉnh lượng nước làm lạnh, ta thu hồi 1.5-2% cồn đầu và hồi lưu về đỉnh 8 Cồn sản phẩm được lấy ra ở dạng lỏng, cách đĩa hồi lưu 3-6 đĩa và được làm lạnh ở vị trí 13 Nhiệt độ đáy tháp duy trì trong khoảng 103-105°C, trong khi nhiệt độ đỉnh tháp 4 phụ thuộc vào nồng độ cồn trong giấm, thường dao động từ 93-97°C Nhiệt độ đỉnh tháp tinh 11 khoảng 78.3-78.5°C, và nhiệt độ tân tháp tinh ở vị trí cách đĩa tiếp liệu 3-4 đĩa được kiểm soát ở 82-83°C Dầu fusel được thu hồi dưới dạng hơi từ đĩa thứ 6 đến 11 và sau đó đi vào thiết bị phân ly dầu.

* Nguyên tắc chuyển khối xảy ra trong tháp:

Hơi được đưa lên từ dưới qua các ống hơi, trong khi lỏng chảy xuống từ trên qua các ống truyền Nồng độ các cấu tử biến đổi theo chiều cao của tháp, và nhiệt độ sôi cũng thay đổi tương ứng với sự biến động nồng độ.

Cụ thể là trên đĩa 1, chất lỏng có nồng độ cấu tử dễ bay hơi (etanol) là x 1

Hơi bốc lên từ đĩa 1 với nồng độ y 1 > x 1 và di chuyển đến đĩa 2, nơi nó được sục qua lỏng Tại đĩa 2, với nhiệt độ thấp hơn, một phần hơi sẽ ngưng tụ, dẫn đến nồng độ x2 > x1 Quá trình này tạo ra sự tăng cường nồng độ chất lỏng tại đĩa 2.

2 có nồng độ tương ứng cân bằng với x2, trong đó y2>y1 Hơi từ đĩa 2 đi lên đĩa

3 và nhiệt độ đĩa 3 thấp hơn, hơi ngưng tụ một phần do đó chất lỏng trên đĩa 3 có nồng độ x3>x2.

Quá trình chuyển khối giữa pha lỏng và pha hơi diễn ra trên mỗi đĩa, trong đó một phần cấu tử dễ bay hơi chuyển từ pha lỏng sang pha hơi Cuối cùng, tại đỉnh tháp, ta thu được cấu tử dễ bay hơi gần như nguyên chất, trong khi ở đáy tháp, cấu tử khó bay hơi cũng được thu nhận ở dạng gần nguyên chất.

TOÁN THIẾT BỊ

- GF: Năng suất thiết bị tính theo nguyên liệu, Kg/h

- M1: phân tử của Etylic M1F Kg/Kmol

- M2: phân tử của nước M2 Kg/Kmol

- MF, MD, MW: mol trung bình tương ứng của nguyên liệu, sản phẩm đỉnh và sản phẩm đáy, Kg/Kmol

- GF, F: Lượng nguyên liệu, tương ứng tính theo Kg/h và Kmol/h.

- GD, D: Lượng sản phẩm đỉnh, tương ứng tính theo Kg/h và Kmol/h.

- GW, W: Lượng sản phẩm đáy, tương ứng tính theo Kg/h và Kmol/h.

- a, x: Nồng độ cấu tử dễ bay hơi trong pha lỏng, tương ứng phần khối lượng Kg/Kg và phần mol Kmol/Kmol

- Các chỉ số dưới F, D, W: Tương ứng cho nguyên liệu, sản phẩm đỉnh và sản phẩm đáy.

3.1.2 Các giả thiết dùng trong tính toán

- Nguyên liệu vào tháp ở nhiệt độ sôi

- Tổn thất nhiệt của tháp không đáng kể.

- Lỏng trên các đĩa ở trạng thái sôi Hơi trong tháp ở trạng thái bão hòa.

- Nồng độ pha hơi đỉnh tháp yn bằng nồng độ pha lỏng sau ngưng tụ xD.

Tính toán, thiết kế tháp đĩa chưng luyện cồn lưu lượng nguyên liệu

G F = 3000 Kg/h, nồng độ sản phẩm đỉnh a D =0,8 , nồng độ xả đáy a W = 0,0005, nồng độ nguyên liệu a F = 0,4

- Quy đổi phần khối lượng sang phần mol:

XW== - Khối lượng mol trung bình là:

Lượng hỗn hợp đầu tính theo kmol/h là:

F 3.3.Tính toán cân bằng vật liệu trong tháp chưng cất liên tục

3.3.1 Tính cân bằng vật liệu

Hỗn hợp đầu vào F (C2H5OH, H2O) được tách thành sản phẩm đỉnh D (C2H5OH) và sản phẩm đáy W (H2O) Quá trình này diễn ra với một lượng lỏng hồi lưu ở đỉnh tháp và thiết bị đun sôi tại đáy tháp, nơi lượng hơi đi ra là D.

D0, Du lượng hơi trong đoạn luyện, chưng

L , L lượng lỏng trong đoạn luyện, chưng

Phương trình cân bằng vật liệu của tòan tháp:

F = D+W Phương tình cân bằng vật liệu cho cấu tử dễ bay hơi

GF.aF= GD.aD+Gw.aw

Thay W= F-D vào phương trình (1) ta có :

Lượng sản phẩm đáy xả ra:

Lưu lượng khối lượng (kg/h)(G)

3.3.2 Xác định chỉ số hồi lưu thích hợp

* Chỉ số hồi lưu tối thiểu R min

R min : là tỉ số giữa lượng lỏng hồi lưu và lượng sản phẩm đỉnh.

Từ bảng số liệu Đường cân bằng hỗn hợp Cồn êtylic - nước [Xtabnhicov V.H và Sưgancov P.X]

STT Giới hạn đoạn X, phần mol Phương trình mô phỏng đường cân bằng

Với y F *: nồng độ phần mol cân bằng với x F

Với giá trị xF = 0.207 ,khi đó ta xác định được giá trị y F *  y F *= = 0.537 Chỉ số hồi lưu tối thiểu là:

*Tính chỉ số hồi lưu thích hợp

- Rx=b.Rmin xác định qua hệ số điều chỉnh b Theo thực nghiệm b (1.2-2.5)

Đối với mỗi giá trị b, chúng ta có thể xác định giá trị Rx Có mối quan hệ giữa Rx và số đĩa lý thuyết, được biểu diễn qua công thức Rx ~ (Rx+1).N Khi (Rx+1).N đạt giá trị nhỏ nhất, Rx sẽ được coi là thích hợp.

- Cách xác định số đĩa

Để vẽ đường làm việc của đoạn luyện, chúng ta cần đi qua điểm (xD, yD) và cắt trục tung tại điểm có tung độ B Tiếp theo, để vẽ đường làm việc của đoạn chưng, hãy xác định điểm đi qua (xw, yw) và giao điểm của đường làm việc đoạn luyện với đường thẳng x = xF.

Vẽ các đường song song với trục x và y đếm số tam giác và suy ra được số đĩa lý thuyết

=> Chỉ số hồi lưu thích hợp là Rx= 0,332

* Phương trình đường nồng độ làm việc

-Phương trình đường nồng độ làm việc đoạn luyện:

-Phương trình nồng độ làm việc của đoạn chưng :

Rx=0.332 xác định được số đĩa lý thuyết Nlt=8 đĩa

Trong đó : Số đĩa lý thuyết đoạn luyện là 3 đĩa

Số đĩa lý thuyết đoạn chưng là 5 đĩa

3.4 Xác định số đĩa thực tế

Ta đã có số đĩa lý thuyết : lt tt tb

Trong đó :  tb : hiệu suất trung bình của đĩa, là một hàm số của độ bay hơi tương đối và độ nhớt của hỗn hợp lỏng   f    , 

N tt : số đĩa thực tế

N lt : số đĩa lý thuyết

Trong đó: + η1,η2,η3,ηn là hiệu suất tại các vị trí thường lấy giá trị ở đỉnh, đáy và ở vị trí tiếp liệu.

+ n là số vị trí xét.

3.4.1 Xác định hiệu suất trung bình của tháp:

- Độ bay hơi tương đối của cấu tử dễ bay hơi:

Trong đó : + x là phần mol của rượu trong pha lỏng

+ y* là phần mol của rượu trong pha hơi cân bằng với pha lỏng

- Độ nhớt hỗn hợp lỏng:

Lg àhh= x.lg àe+ (1-x)lg àn

Trong đó: + x là nồng độ mol C2H5OH trong hỗn hợp

+ àe; àn độ nhớt động lực của C2H5OH và nước

Sử dụng phương pháp nội suy để xác định nhiệt độ của hỗn hợp tại vị trí cần xét Đồng thời, áp dụng đồ hình I.28 (trang 107) để tính toán độ nhớt của dung dịch rượu etylic trong nước.

+ Khi tính được tích số (   ) ta tra đồ thị hình IX.11 (II, trang 171) để tìm hiệu suất trung bình :

Tại vị trí nhập liệu:

- Từ aF =0.4 và tF = 83.095 o C theo bảng I.102-sổ tay I-trang 95: àn=0.3432; àe=0.4181 => àF= 0.3575

Tra hình XI.11 sổ tay II-trang 171 => ηF =0.438

 Tại vị trí mâm đáy:

- Từ aW = 0.0005 và tw.964°C theo bảng I.102-sổ tay I-trang 95: àn= 0.2839; àe= 0.3262 => àW = 0.2839

Tra hình IX.11 sổ tay II- trang 171 => ηW = 0.363

 Tại vị trí mâm đỉnh :

- Từ aD = 0.8 và tD= 79.36 theo bảng I.102- sổ tay I-trang 95: àn= 0.3594; àe= 0.440 => àD= 0.4066

Tra hình XI.11 sổ tay II-trang 171 => ηD=0.625

3.4.2 Xác định số đĩa thực tế

- Hiệu suất trung bình của đoạn luyện là: ηtbl = = = 0.532

- Hiệu suất trung bình của đoạn chưng là: tbc = = = 0.4005

Vậy tổng số đĩa thực tế của tháp là 18 đĩa,trong đó:

3.5 Xác định đường kính tháp

- Đường kính tháp được xác định theo công thức

Trong đó : + ωytb: tốc độ hơi trung bình đi trong tháp (m/s)

+ gtb : lượng hơi trung bình đi trong tháp (Kg /h)

+ (ρy×ωy)tb:là tốc độ hơi trung bình đi trong tháp (kg/m 2 s)

- Vì lượng hơi và lượng lỏng thay đổi theo chiều cao tháp nên ta phải tính lượng hơi trung bình riêng cho từng đoạn.

3.5.1 Tính lượng hơi trung bình đi trong tháp

Lượng hơi trung bình trong đoạn luyện có thể được ước lượng bằng cách tính trung bình cộng của lượng hơi thoát ra từ đĩa trên cùng của tháp và lượng hơi đi vào từ đĩa dưới cùng của đoạn luyện.

Trong đó: +: lượng hơi trung bình đi trong đoạn luyện (kg/h hay kmol/h)

+ : lượng hơi đi ra khỏi đĩa trên cùng của tháp (kg/h hay kmol/h)

+ : lượng hơi đi vào đĩa dưới cùng của đoạn luyện (kg/h hay kmol/h)

- Lượng hơi đi ra khỏi tháp: gđ = GR + GD = GD(Rx + 1) = 1499.062×(0.332+1) = 1996.751 kg/h

Với GR: lượng chất lỏng hồi lưu

- Lượng hơi đi vào đĩa dưới cùng của đoạn luyện :

Hệ phương trình cân bằng vật liệu và cân bằng nhiệt lượng cho đoạn luyện:

 Gl : lượng lỏng đi vào đĩa 1 của đoạn luyện (kg/h)

 GD: lượng sản phẩm đỉnh (kg/h)

 y 1 : hàm lượng hơi đối với đĩa thứ nhất của đoạn luyện

 x 1 : hàm lượng lỏng đối với đĩa thứ nhất của đoạn luyện

 r 1 : ẩn nhiệt hóa hơi của hỗn hợp đi vào đĩa thứ nhất của đoạn luyện

 r đ : ẩn nhiệt hóa hơi của hỗn hợp đi ra khỏi đỉnh tháp (kcal/kg)

Ta coi x 1 = a F = 0,4 (phần khối lượng) x D (phần mol) = a D = 0,8 (phần khối lượng)

Từ bảng số liệu IX.2a (Sổ tay QT&TBCNHC-II trang 148):

78. 4 Nội suy với X (% phần mol) và Y (% phần mol) đã biết ta xác định được :

 Nhiệt độ sôi của hỗn hợp đầu tF = 83.095 � C

 Nhiệt độ sôi của hỗn hợp đỉnh tD y.36 � C

 Nhiệt độ sôi của sản phẩm đáy t W 964 � C

- Xác định ẩn nhiệt hóa hơi của hỗn hợp đi ra khỏi đỉnh tháp: Áp dụng phưng pháp nội suy theo bảng I.212 (Sổ tay I-trang 255) với

 re 2.256 kcal/kg rnU9.64 kcal/kg

� rđ=re.yđ+ (1-yđ).rn 2.256×0.80+(1-0.80)×559.64'3.733 kcal/kg

- Xác đinh ẩn nhiệt hóa hơi của hỗn hợp đi vào đĩa thứ nhất đoạn luyện: Áp dụng phương pháp nội suy theo bảng I.212 (Sổ tay 1-trang 255) với t F

 re 0.762 (kcal/kg) rnU5.905 kcal/kg

Thay toàn bộ các đại lượng trên vào hệ phương trình (*):

Giải hệ phương trình ta được :

Vậy lượng hơi trung bình đi trong đoạn luyện : kg/h

Lượng lỏng trung bình đi trong đoạn luyện:

Lượng hơi trung bình trong đoạn chưng có thể được ước tính bằng trung bình cộng của lượng hơi ra và vào đoạn chưng Điều này cho thấy rằng lượng hơi thoát ra khỏi đoạn chưng luôn bằng với lượng hơi được cung cấp vào đoạn luyện.

' n 1 g  g nên ta có: gtbc - Hệ phương trình cân bằng vật liệu và cân bằng nhiệt lượng cho đoạn chưng:

Trong quá trình chưng cất, các thông số quan trọng bao gồm G’1, là lượng lỏng đi vào đoạn chưng tính bằng kg/h; g’1, là lượng hơi đi vào đoạn chưng cũng tính bằng kg/h; và g1, là lượng hơi đi ra khỏi đoạn chưng Nồng độ phần khối lượng của cấu tử dễ bay hơi trong pha lỏng được ký hiệu là x’1, trong khi nồng độ phần khối lượng của cấu tử dễ bay hơi trong pha hơi được ký hiệu là y’1 Ngoài ra, r’1 đại diện cho ẩn nhiệt hóa hơi của lượng hơi vào đoạn chưng, còn r1 là ẩn nhiệt hóa hơi của hỗn hợp ra khỏi đoạn chưng.

Coi nồng độ đĩa cuối cùng của đoạn chưng với nồng độ sản phẩm đáy, khi xW = 1.96×10 -4 (phần mol), thì yW = 0.0025 (phần mol) Để chuyển đổi yW từ phần mol sang phần khối lượng, ta tính y’1 = (phần khối lượng).

Để xác định ẩn nhiệt hóa hơi của lượng hơi trong đoạn chưng, ta áp dụng nội suy theo bảng I.212 (Sổ tay 1-trang 255) với nhiệt độ 964 °C Kết quả tính toán cho thấy ẩn nhiệt hóa hơi là re = 4.014 kcal/kg và rn = 9.036 kcal/kg Từ đó, ta có thể tính toán giá trị ẩn nhiệt tổng hợp: r’1 = re.y’1 + (1-y’1).rn = 194.014×0.0064 + (1-0.0064)×539.036, cho ra kết quả là S6.828.

- Xác định ẩn nhiệt hóa hơi của hỗn hợp ra khỏi đoạn chưng:

Thay toàn bộ các đại lượng trên vào hệ phương trình (**):

Vậy lượng hơi trung bình đi trong đoạn chưng :

Lượng lỏng trung bình đi trong đoạn chưng :

3.5.2 Tính khối lượng riêng trung bình

* Khối lượng riêng trung bình đối với pha hơi ρtb = (kg/m 3 ) Trong đó : + ttb nhiệt độ làm việc trung bình của tháp ( � K )

+ M1, M2: Khối lượng phân tử rượu etylic và nước

+ ytb:nồng độ mol của cấu tử etylic lấy theo giá trị trung bình

( yđ, yc: nồng độ tại hai đầu luyện ( chưng))

- Đoạn luyện : ytbl  Đổi y 1 sang nồng độ phần mol :

 Nội suy từ bảng IX.2a (Sổ tay II-trang 148) với có � C

+ Khối lượng riêng trung bình của pha hơi đối với đoạn luyện :

 Nội suy từ bảng IX.2a (Sổ tay 2-trang 148) với có 675 � C

+ Khối lượng riêng trung bình của pha hơi đối với đoạn chưng :

*Khối lượng riêng trung bình đối với pha lỏng

Khối lượng riêng trung bình của etylic và nước trong hỗn hợp được xác định theo nhiệt độ trung bình, tính bằng kg/m³ Nồng độ phần khối lượng của etylic trong pha lỏng cũng cần được xem xét trong quá trình này.

(phần khối lượng) (phần mol)

 Nội suy từ bảng số liệu IX.2a (Sổ tay II-trang 148) với =0.409 ta có ttb.732 � C :

 Nội suy từ bảng số liệu I.2 (Sổ tay I- trang 10) với ttb 732 � C : ( kg m / 3 ) ; ( kg m / 3 )

Vậy khối lượng riêng trung bình của đoạn luyện đối với pha lỏng :

Ta có : x’1=0.0029 (phần khối lượng)

 Nội suy từ bảng số liệu IX.2a (Sổ tay 2-trang 148) với =0.104 ta có ttb.368 � C :

 Nội suy từ bảng số liệu I.2 (Sổ tay 1-trang 10) với t tb 368 � C :

Vậy khối lượng riêng trung bình của đoạn chưng đối với pha lỏng :

3.5.3 Tốc độ hơi đi trong tháp

Tốc độ hơi đi trong tháp đĩa chóp được xác định theo công thức :

   xtb , ytb : khối lượng riêng trung bình của pha lỏng và pha hơi tính theo nhiệt độ trung bình (kg/m 3 )

 h :khoảng các giữa các đĩa (chọn theo đường kính của tháp) (m)

     : hệ số tính đến sức căng bề mặt :

Nội suy từ bảng I.242 – trang 301 – Tập 1 với ta có:

Sức căng bề mặt trung bình:

Chọn h=0.25 theo sổ tay hóa công 1- trang 184

Nội suy từ bảng I.242 – trang 301 – Tập 1 với ta có:

Sức căng bề mặt trung bình:

3.5.4 Đường kính đoạn chưng, đoạn luyện

 Lấy đường kính chuẩn là 0.8 m

3.6 Vận tốc thực tế của hơi đi trong tháp

Chiều cao của tháp được xác định theo công thức (IX.54)(II,trang 169) :

H = Ntt(Hđ +δ) + (0.8 ÷1.0) (m) Trong đó : N tt :Số đĩa thực tế là 18 đĩa với NC = 12 ; NL=6

 : Chiều dày của đĩa, chọn

H đ : khoảng cách giữa các đĩa (m),

(0,8 1,0) � : là khoảng cách cho phép ở đỉnh và đáy tháp

� Chiều cao của đoạn chưng :

� Chiều cao của đoạn luyện :

-Chiều cao phần lồi : = 0.25Dt = 0.250,8 = 0.20 (m) ( theo sổ tay hóa công 2- trang 236 )

TÍNH TOÁN CƠ KHÍ VÀ LỰA CHỌN

4.1 Tính số chóp và kích thước cơ bản của chóp Đường kính ống hơi của chóp thường chọn: 50; 75; 100; 125; 150mm, chọn dh = 0.06m

Chiều dày của chóp thường lấy 2- 3mm chọn

4.1.1 Số chóp phân bố trên đĩa

Trong đó: D : Đường kính trong tháp d h : Đường kính ống hơi

* Chiều cao chóp phía trên ống dẫn hơi

Quy chuẩn : dch= 90 mm phù hợp với bảng chọn

*Khoảng cách từ mặt đĩa đến chân chóp: S=0÷25(mm)

* Chiều cao mức chất lỏng trên khe chóp: h 1  15 40( � mm chon h ), : 1  30( mm )

V : Lưu lượng hơi đi trong tháp ( m 3 / ) h

 : Trở lực đĩa chóp,  =1,5÷2 chọn :  =2

  y , x : Khối lượng riêng trung bình của pha hơi và pha lỏng (Kg/ m 3 )

Chiều cao khe chóp đoạn chưng:

Chiều cao khe chóp đoạn luyện:

Quy chuẩn chiều cao khe chóp: b $ mm

Chiều rộng các khe chóp: a= 5 mm

Khoảng cách giữa các khe: c=3÷4, ở đây ta chọn c=4 mm.

* Số lượng khe hở mỗi chóp :

 GtbC : Lưu lượng lỏng đi trung bình đi trong tháp (kg/h)

 xC: Khối lượng riêng trung bình của pha lỏng trong đoạn chưng (kg/m 3 )

 z: Số ống chảy chuyền ; chọn z=1

 ωc: Tốc độ chất lỏng trong ống chảy chuyền, chọn ωc= 0.2(m/s) ( ωc=0.1-0.2 m/s )

*Khoảng cách từ đĩa đến chân ống chảy chuyền

S1=0.25×dc ( theo sổ tay hóa công 2- trang 237 )

*Chiều cao ống chảy chyền nhô lên trên đĩa:

( 1 ) h c  h b S     h (mm)Trong đó: h là chiều cao mực chất lỏng bên trên ống chảy truyền

Chọn hcG mm -Đoạn luyện:

Thể tích chất lỏng chảy qua:

Chọn hl= 65 mm Quy chuẩn: h= 65 mm

*Bước tối thiểu của chóp trên đĩa : min ch 2 ch 2 t  d    l l 2: là khoảng cách nhỏ nhất giữa các chóp l 2 = 12.5 + 0.25 × dch= 12.5 + 0.25×90 5 mm

*Khoảng cách từ tâm ống chảy chuyền đến tâm chóp gần nhất:

(mm) l1 khoảng cách nhỏ nhất giữa chóp và ống chảy chuyền, thường chọn: l 1 u(mm)

4.2 Chọn mặt bích, vòng đệm,tai treo và chân đỡ

Bích để ghép đáy, nắp với thân và các đoạn thân tháp nối với nhau Giả thiết rằng tháp làm việc chịu áp suất môi trường Py=0.3× N/m 2

Vì nên ta chọn loại bích liền làm bằng thép Các thông số được tra ở bảng XIII.27- trang 417- Sổ tay QT&TBCNHC-2 Ống Kích thước nối Kiểu

Theo bảng XIII.31-tương ứng với bẳng XIII.27: kích thước bề mặt đệm bít kín

Chọn 3 tai treo, chọn 3 chân đỡ đáp ứng được tải trọng của tháp.

4.3.Tính đường kính các ống dẫn

Chọn vật liệu ống dẫn cùng loại vật liệu tháp, dày 5(mm)

V: Lưu lượng thể tích ( m s 3 / ) w: vận tốc trung bình (m/s)

( được tính ở phần chiều cao của tháp

- Chọn vận tốc lỏng qua ống chảy chuyền là: w= 0.15(m/s)

- Chọn số ống chảy chuyền với mỗi đĩa : z =1 (ống)

4.3.2 Ống dẫn hỗn hợp đầu vào tháp

- Lượng hỗn hợp đầu vào tháp là: GF000 (kg/h)

- Nhiệt độ của hỗn hợp đầu: tF= 83.095 � C

Theo bảng I.2-I-9, áp dụng phương pháp nội suy theo t=tF= 83.095 o C:

- Nồng độ khối lượng của hỗn hợp đầu là: aF= 0.40

- Khối lượng riêng của hỗn hợp đầu là:

→Lưu lượng thể tích của hỗn hợp đầu là:

Chọn tốc độ hỗn hợp đầu là: w= 0.3(m/s)

→ Đường kính của ống dẫn hỗn hợp đầu là:

� Tốc độ thực tế của hỗn hợp đầu:

4.3.3 Ống dẫn hơi đỉnh tháp

Lượng sản phẩm đỉnh D B.755 (kmol/h)

Lượng hồi lưu Gx= R×D= 0.332×42.755 = 14.195 (kmol/h)

*Lượng hơi ra khỏi đỉnh tháp g đ :

Nhiệt độ của hơi đỉnh tháp: y.36 � C

→Lưu lượng thể tích của hơi đỉnh tháp là :

Do khí bão hòa, chọn tốc độ hơi ở đỉnh là w= 15m/s

→Đường kính của ống dẫn hơi đỉnh tháp là :

→ Tốc độ thực tế của hơi đỉnh tháp:

Lượng hỗn hợp đáy tháp là: Gw = 1500.938 (kg/h)

Nhiệt độ của hỗn hợp đáy: 964 � C

Theo bảng I.2-9-I, sổ tay 2, áp dụng phương pháp nội suy theo t=tW.964 o C:

Nồng độ khôi lượng của sản phẩm đáy là: aW= 0.0005

Khối lượng riêng của hỗn hợp đáy là:

→Lưu lượng thể tích của hỗn hợp đáy là:

Do hỗn hợp tự động chảy vào tháp nên tra bảng II.2 sổ tay 1- trang 370

Chọn tốc dộ hỗn hợp đầu là: w=0.3(m/s)

→ Đường kính của ống dẫn hỗn hợp đáy là:

� Tốc độ thực tế của hỗn hợp đáy:

4.3.5 Ống dẫn lỏng ngưng tụ hồi lưu

- Lượng hơi ngưng tụ hồi lưu là :

→Khối lượng riêng của rượu và nước theo bảng I.2 trang 9 (sổ tay QT&TBCNHC1) với ty.36℃ ta nội suy được :

→Khối lượng riêng của hơi ngưng tụ hồi lưu là:

→Lưu lượng thể tích của hơi ngưng tụ hồi lưu là:

Do hỗn hợp tự động chảy vào tháp nên tra bảng II.2sổ tay 1- trang 370

Chọn tốc độ hơi ngưng tụ hồi lưu là: w=0.3 (m/s)

→Đường kính của ống dẫn lỏng ngưng tụ hồi lưu là:

→ Tốc độ thực tế của hơi đỉnh tháp:

4.4 Diện tích làm việc của đĩ a

- F: Diện tích mặt cắt ngang của tháp: m

- f ch : diện tích mặt cắt ngang của ống chảy truyền:

* f h : diện tích mặt cắt ngang của ống hơi f h = π.dh 2/4 = π.0.06 2 /4 = 2.827

*z: Số ống chảy truyền trên mỗi đĩa, chọn: z=1

Số ống hơi trên mỗi đĩa n ốngVậy:

TÍNH CÂN BẰNG NHIỆT

Phương trình cân bằng nhi nhiệt lượng của thiết bị đun nóng hỗn hợp đầu :

Q : nhiệt lượng do hơi đốt mang vào(J/h)

Q f : nhiệt lượng do hỗn hợp đầu mang vào (J/h)

Q F : nhiệt lượng do hỗn hợp đầu mang ra (J/h)

Q ng : nhiệt lượng do nước ngưng mang ra (J/h)

Q xq : nhiệt lượng mất mát do môi trường xung quanh (J/h)

Chọn hơi đốt là hơi nước bão hòa ở áp suất 2atm, (sổ tay QT&TBCNHC1-bảng I.97 trang 230 ) - có nhiệt độ sôi bằng 119.62℃

5.1.1 Nhiệt lượng do hơi đốt mang vào

 1: hàm nhiệt (nhiệt lượng riêng ) của hơi đốt (J/kg)

 1 : nhiệt độ nước ngưng (℃) ,  1  119,62 � C r 1: ẩn nhiệt hóa hơi của hơi đốt (J/kg)

Nội suy từ bảng số liệu (sổ tay QT&TBCNHC1- bảng I.212-trang 254),ta có: r1= 2203.3×10 3 (J/kg)

C1: Nhiệt dung riêng của nước ngưng, C1B45 (J/kg.độ) ( theo sổ tay hóa công 1- trang 166 )

5.1.2 Nhiệt lượng do hỗn hợp đầu mang vào

GF: Lượng hỗn hợp đầu(kg/h), GF= 3000 (kg/h) t f : nhiệt độ đầu của hỗn hợp 25℃

C f : Nhiệt dung riêng của hỗn hợp đầu (J/kg.độ)

Theo bảng số liệu nhiệt dung riêng: bảng I.153 và bảng I.154 (sổ tay QT&TBCNHC1) trang 172 ở nhiệt độ t%℃,ta có:

Ce= 2537.5 J/kg.độ Cn= 4178.75 J/kg.độ Nồng độ khối lượng hỗn hợp đầu:

5.1.3 Nhiệt lượng do hỗn hợp đầu mang ra

C F : Nhiệt dung riêng của hỗn hợp đầu khi đi ra (J/kg.độ)

Theo bảng số liệu nhiệt dung riêng: bảng I.153 và bảng I.154 (sổ tay QT&TBCNHC1) trang 172 ở nhiệt độ t.095 ℃,ta có:

Ce = 3266.425 (J/kg.độ), Cn = 4196.19 (J/kg.độ)

Nồng độ hỗn hợp đầu: aF = 0.4

5.1.4 Lượng hơi đốt cần thiết

5.1.5 Nhiệt lượng do nước ngưng mang ra

G ng : Lượng nước ngưng, bằng lượng hơi đốt D 1 (kg/h)

5.1.6 Nhiệt lượng mất ra môi trường xung quanh

Lượng nhiệt mất ra môi trường lấy bằng 5% lượng nhiệt tiêu tốn:

Phương trình cân bằng nhiệt lượng của tháp chưng luyện:

Q F : Nhiệt lượng do hỗn hợp đầu mang vào tháp (J/h)

Q : Nhiệt lượng do hơi đốt mang vào tháp (J/h)

Q R : Nhiệt lượng do lượng lỏng hồi lưu mang vào (J/h)

Q y : Nhiệt lượng do hơi mang ra ở đỉnh tháp (J/h)

Q W : Nhiệt lượng do sản phẩm đáy mang ra (J/h)

Q xq : Nhiệt lượng mất mát ra môi trường xung quanh (J/h)

Q ng : Nhiệt lượng do nước ngưng mang ra (J/h)

Chọn hơi đốt là nước bão hòa ở áp suất 2at, có nhiệt độ sôi t9.62℃

5.2.1 Nhiệt lượng do hơi đốt mang vào tháp

 2 : Hàm nhiệt (nhiệt lượng riêng) của hơi đốt (J/kg)

 2 : Nhiệt độ nước ngưng (℃):  2  119,62 � C r 2 : Ẩn nhiệt hóa hơi của hơi đốt (J/kg) r2=r1= 2203.3×103 (J/kg)

C 2 : Nhiệt dung riêng của nước ngưng (J/kg.độ) C2 B45 (J/kg.độ)

G R : Lượng lỏng hồi lưu (kg/h)

GR =GD×Rx99.062×0.332= 497.689 kg/h tR: nhiệt độ lượng lỏng hồi lưu

Lượng lỏng hồi lưu (sau khi qua thiết bị ngưng tụ) ở trạng thái sôi, có nồng độ bằng nồng độ của hơi ở đỉnh tháp:

C R : Nhiệt dung riêng của lượng hơi lỏng hồi lưu (J/kg.độ)

=> Theo (II.146), nội suy ta có: tR = tD = 79.36 0 C

Theo bảng số liệu nhiệt dung riêng: bảng I.153 và bảng I.154 (sổ tayQT&TBCNHC1) trang 172 ở nhiệt độ ty.36 ℃, ta có:

C e 212 (J/kg.độ) Cn = 4190 (J/kg.độ)

Nồng độ lượng lỏng hồi lưu bằng nồng độ sản phẩm đỉnh:a R =aD = 0.80

Nhiệt dung riêng của hỗn hợp rượu là:

5.2.3 Nhiệt lượng do hơi mang ra ở đỉnh tháp

 d : Hàm nhiệt (nhiệt lượng riêng) của hơi ở đỉnh tháp (J/kg)

+   1 , 2 : Nhiệt lượng riêng của rượu và nước (J/kg)

Theo bảng số liệu nhiệt dung riêng: bảng I.153 và bảng I.154 (sổ tayQT&TBCNHC1) trang 172 ở nhiệt độ ty.36 ℃,ta có

Ce212 (J/kg.độ) Cn = 4190 (J/kg.độ)

→Theo bảng số liệu bảng I.263 và bảng I.250 (sổ tay QT&TBCNHC1) trang 312-324

Nội suy ta có: r1 = 824452 (J/kg), r2 = 2311408 ( J/kg) a : Nồng độ phần khối lượng sản phẩm đỉnh a = aD = 0.8

5.2.4 Nhiệt lượng do sản phẩm đáy mang ra

GW: Lượng sản phẩm đáy (kg/h), GW= 1500.938 (kg/h) t W : Nhiệt độ của lượng sản phẩm đáy (℃), tW= 99.964 o C

C W: Nhiệt dung riêng của sản phẩm đáy (J/kg.độ)

Theo bảng số liệu Nhiệt dung riêng : bảng I.153 và bảng I.154 (sổ tay 1- trang

Ce= 3519.46 (J/kg.độ) Cn = 4229.928 (J/kg.độ)

Nồng độ sản phẩm đáy là : aW = 0.0005

Cw= Ce.aw + Cn.(1-aw) = 4229.573 (J/kg.độ)

5.2.5 Lượng hơi đốt cần thiết

5.2.6 Nhiệt lượng mất ra môi trường xung quanh

Lượng nhiệt mất ra môi trường lấy bằng 5% lượng nhiệt tiêu tốn ở đáy tháp:

5.2.7 Nhiệt lượng do nước ngưng mang ra

G ng : Lượng nước ngưng, bằng lượng hơi đốt (kg/h)

Phương trình cân bằng nhiệt lượng của thiết bị ngưng tụ (ngưng tụ hoàn toàn):

G D (Rx + 1).r = Gn.Cn.(t2-t1) r: ẩn nhiệt ngưng tụ của hơi đỉnh tháp (J/kg)

Nhiệt của hơi đỉnh tháp là:

Theo bảng số liệu bảng I.250 và bảng I.263 (sổ tay QT&TBCNHC1) trang 312-324

Nội suy ta có: r1 = 824452 (J/kg) r2 = 2311408 (J/kg)

+ G n : Lượng nước lạnh tiêu tốn (kg/h)

+ t t 1 , 2 : Nhiệt độ vào và ra của nước làm lạnh (℃)

Nhiệt độ vào của nước lạnh lấy là nhiệt độ thường: t 1  20 � C

Nhiệt độ ra của nước lạnh, chọn: t 2  40 � C tb 30 t  C

+ C n : Nhiệt dung riêng của nước ở nhiệt độ trung bình t tb (J/kg.độ)

Theo bảng số liệu Nhiệt dung riêng: bảng I.153 (sổ tay QT&TBCNHC1) trang

172 ở nhiệt độ t0℃, ta có: Cn= 4205 (J/kg.độ)

→Lượng nước lạnh cần thiết là:

Phương trình cân bằng nhiệt lượng của thiết bị làm lạnh:

+ G n 2 : Lượng nước lạnh tiêu tốn (kg/h)

+ t t ' , ' 1 2 : Nhiệt độ đầu và cuối của sản phẩm đỉnh đã ngưng tụ (℃) Sản phẩm đỉnh sau ngưng tụ ở trạng thái sôi:

→Nhiệt độ vào bằng nhiệt độ sôi ở đỉnh tháp:

Nhiệt độ ra của sản phẩm lấy là: t ' 2  25 ℃

CD: Nhiệt dung riêng của sản phẩm đỉnh đã ngưng tụ (J/kg.độ)

Theo bảng số liệu Nhiệt dung riêng: bảng I.153 và bảng I.154 (sổ tay QT&TBCNHC1) trang 172 ở nhiệt độ tR.18 ℃ ta có:

Ce= 2868.34 (J/kg.độ) Cn A84.135 (J/kg.độ)

Nồng độ sản phẩm đỉnh:

� Lượng nước lạnh cần thiết là:

Đề tài của bài viết xoay quanh việc tính toán và thiết kế tháp đĩa chưng luyện cồn với lưu lượng nguyên liệu G F = 3000 Kg/h Sản phẩm đỉnh có nồng độ a D = 0,8, trong khi nồng độ xả đáy a W chỉ đạt 0,0005 và nồng độ nguyên liệu a F là 0,4, tất cả đều được đo ở nhiệt độ 25°C Sau thời gian nghiên cứu tài liệu và nhận được sự hỗ trợ từ thầy giáo hướng dẫn, tôi đã hoàn thành nhiệm vụ thiết kế Qua quá trình này, tôi đã rút ra được nhiều nhận xét quý giá.

 Đối với hệ Nước-Etanol là hai cấu tử tan lẫn hoàn toàn, ta phải dùng phương pháp chưng cất để nâng cao độ tinh khiết cho Etanol.

Với lưu lượng nguyên liệu G F = 3000 Kg/h, tháp chóp được chọn để chưng cất etanol với đường kính 800mm và chiều cao đoạn chưng là 2612mm, đoạn luyện là 4424mm Mỗi đĩa trong tháp có 18 ống hơi và 1 ống chảy truyền Theo lý thuyết, số đĩa cần thiết để đạt hiệu quả chưng cất là 7 đĩa, tuy nhiên, số đĩa thực tế lại khác.

 Tháp chóp này tiêu tốn khá nhiều hơi đốt cho thiết bị gia nhiệt và nước làm lạnh cho thiết bị ngưng tụ.

Thiết kế đồ án môn học không chỉ giúp củng cố kiến thức về quá trình chưng cất mà còn về các quá trình chuyển khối khác Nó nâng cao kỹ năng tra cứu, tính toán, và khả năng trình bày theo văn phong khoa học, đồng thời giúp người học nhìn nhận vấn đề một cách hệ thống.

Tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành đến TS Nguyễn Minh Hệ, người đã tận tình hướng dẫn tôi trong quá trình thực hiện đồ án này Mặc dù tôi đã nỗ lực hoàn thành nhiệm vụ, nhưng do hạn chế về tài liệu, khả năng nhận thức và kinh nghiệm thực tế, không thể tránh khỏi những sai sót trong thiết kế.

Em mong các thầy xem xét và chỉ bảo giúp em.

Em xin chân thành cảm ơn!

1 Tôn Thất Minh, Phạm Anh Tuấn, Các quá trình và thiết bị chuyển khối, tập 2, Nhà xuất bản Bách Khoa Hà Nội, 2016.

2 TS.Trần Xoa, TS.Nguyễn Trọng Khuông, KS Hồ Lê Viên, Sổ tay quá trình và thiết bị công nghệ hóa chất tập 1, Nhà xuất bản khoa học và

3 TS.Trần Xoa, PGS.TS.Nguyễn Trọng Khuông, TS.Phạm Xuân Toản ,

Sổ tay quá trình và thiết bị công nghệ hóa chất tập 2, Nhà xuất bản khoa học và kĩ thuật.

4 PGS.TS Nguyễn Đình Thưởng, TS Nguyễn Thanh Hằng, Công nghệ sản xuất và kiểm tra cồn etylic, Nhà xuất bản Khoa học và kỹ thuật,

PHỤ LỤC Đồ thị xác định số đĩa lý thuyết:

Ngày đăng: 12/10/2021, 13:32

TỪ KHÓA LIÊN QUAN

w