BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP THỰC PHẨM TP HCM KHOA CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM  BÁO CÁO ĐỒ ÁN KỸ THUẬT THỰC PHẨM THIẾT KẾ THIẾT BỊ CHƯNG CẤT HỖN HỢP METHANOL – NƯỚC NĂNG SUẤT NHẬP LIỆU 2500 KG HỖN HỢP/H GVHD: THS.NGUYỄN HỮU QUYỀN LỚP: 04DHLTP1 Sinh viên thực hiện: Đinh Bảo Lộc 2205140007 Kiều Thị Huyền 2205140006 _ Tp HCM, 01/2015 _ ỹ thuật thực phẩm GVHD: ThS ữu Quyền LỜI CẢM ƠN  Sau thời gian nghiên cứu, học tập khoa Công Nghệ Thực Phẩm Trường Đại Học Công Nhiệp Thực Phẩm TP.Hồ Chì Minh, giúp đỡ quý báu thầy giáo, cô giáo bạn bè đồng nghiệp em hoàn thành báo cáo đồ án Kỹ Thuật Thực Phẩm, cho phép em bày tỏ lời cảm ơn chân thành đến thầy cô giáo khoa Công Nghệ Thực Phẩm Trường Đại Học Công Nghiệp Thực Phẩm TP.Hồ Chì Minh giúp đỡ em hoàn thành báo cáo Đồng thời, em xin gửi lời cảm ơn đặc biệt tới thầy Nguyễn Hữu Quyền hướng dẫn tận tính giúp đỡ em suốt trính thực báo cáo Do thời gian kinh nghiệm hạn chế, nên báo cáo Đồ Án Kỹ Thuật Thực Phẩm khơng tránh khỏi thiếu sót, kình mong nhận bảo, đóng góp ý kiến thầy cô để báo cáo tốt hơn, tạo điều kiện cho em bổ sung, nâng cao kiến thức mính, phục vụ tốt cơng tác thực tế sau Trang II ỹ thuật thực phẩm GVHD: ThS ữu Quyền NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN  Trang III ỹ thuật thực phẩm GVHD: ThS ữu Quyền NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN  Trang IV ỹ thuật thực phẩm GVHD: ThS ữu Quyền DANH MỤC BẢNG Bảng 1.1 Bảng cân lỏng cho hỗn hợp Methanol-nước atm Bảng 1.2 So sánh ưu nhược điểm loại tháp Bảng 3.1 Bảng cân lỏng cho hỗn hợp Methanol-nước atm Bảng 4.1 Thơng số bìch ghép thân đáy nắp .26 Bảng 4.2 Thông số đường kình ống dẫn vị trì nhập liệu 27 Bảng 4.2 Thơng số đường kình ống dẫn ống đỉnh tháp 28 Bảng 4.3 Thơng số đường kình ống dẫn ống hoàn lưu 29 Bảng 4.4 Các thơng số bìch ghép ống dẫn đáy tháp .29 Bảng 4.5 Các thơng số bìch ghép ống dẫn chất lỏng đáy tháp 30 Bảng 4.6 Các thông số bìch ghép ống dẫn sản phẩm đáy .31 Bảng 4.7 Các thơng số kìch thước chân đỡ .32 Bảng 4.8 Các thơng số kìch thước tai treo 32 Trang V ỹ thuật thực phẩm GVHD: ThS ữu Quyền DANH MỤC HÌNH Hính 3.1 Đồ thị t - x, y cho hệ Methnol- nước Hính 3.2 Đồ thí cân pha hệ Methanol-nước áp suất 1atm 10 Hính 3.3 Biểu đồ chưng cất xác định số mâm lý thuyết 12 Hính 4.1 Hính dáy nắp thiết bị 25 Hính 4.2 Hính bìch ghép than đáy nắp 26 Hính 4.3 Hính chân đỡ tháp 32 Hình 4.4 Tai treo .33 Trang VI ỹ thuật thực phẩm GVHD: ThS ữu Quyền MỤC LỤC Chương 1: TỔNG QUAN 1.1 Giới thiệu sơ nguyên liệu .1 1.1.1 Methanol 1.1.2 Nước .2 1.1.3 Hỗn hợp Methanol-nước 1.2 Lý thuyết chưng cất: 1.2.1 Khái niệm .2 1.2.2 Các phương pháp chưng cất: 1.2.3 Thiết bị chưng cất Chương 2: QUY TRÌNH CƠNG NGHỆ 2.1 Quy trình .5 2.2 Chú thích kí hiệu qui trình Chương 3: CÂN BẰNG VẬT CHẤT 3.1 Các thông số ban đầu 3.2 Cân vật chất 3.2.1 Nồng độ phần mol Methanol tháp 3.2.2 Suất lượng mol dòng vật chất 3.2.3 Các phương trính làm việc 11 Chương 4: THIẾT KẾ THÁP CHƯNG CẤT 14 4.1 Đường kính tháp 14 4.1.1 Đường kính phần luyện 14 4.1.2 Đường kính phần chưng .16 4.2 Mâm lỗ - Trở lực mâm 18 4.2.1 Cấu tạo mâm lỗ 18 4.2.2 Kiểm tra ngập lụt tháp hoạt động 22 4.3 Tình tốn khì tháp 24 4.3.1 Bề dày thân tháp 24 4.3.2 Đáy nắp thiết bị .25 4.3.3 Bìch ghép thân đáy nắp 26 4.3.4 Đường kính ống dẫn – Bích ghép ống dẫn 27 4.3.5 Tai treo chân đỡ .31 Trang VII ỹ thuật thực phẩm GVHD: ThS ữu Quyền Chương 5: TÍNH THIẾT BỊ TRUYỀN NHIỆT, THIẾT BỊ PHỤ 34 5.1 Các thiết bị truyền nhiệt 34 5.1.1 Thiết bị ngưng tụ sản phẩm đỉnh 35 5.1.2 Thiết bị làm nguội sản phẩm đỉnh 39 5.1.3 Nồi đun gia nhiệt sản phẩm đáy 45 5.1.4 Thiết bị gia nhiệt nhập liệu 53 5.2 Tình tốn bơm nhập liệu .57 5.2.1 Tính chiều cao bồn cao vị 57 5.2.2 Chọn bơm .62 Trang VIII ỹ thuật thực phẩm GVHD: ThS ữu Quyền Lời mở đầu Một ngành có đóng góp to lớn đến ngành cơng nghiệp nước ta nói riêng giới nói chung, ngành cơng nghiệp hóa học đặc biệt ngành chóa chất Hiện nay, nhiều ngành sản xuất hóa học sử dụng hóa chất thí nhu cầu sử dụng nguyên liệu sản phẩm có độ tinh khiết cao ngày cấp thiết, đáp ứng yếu cầu người sử dụng quy trính sản xuất khác Có nhiều phương pháp sử dụng để nâng cao độ tinh khiết sản phẩm như: trìch ly, chưng cất, đặc, hập thụ,… tùy theo đặc tình yêu cầu sản phẩm mà ta có lựa chọn phương pháp thìch hợp Đối với Methanol-nước cấu tử tan lẫn hoàn toàn, ta phải dùng phương pháp chưng cất để nâng cao độ tinh khiết cho Methanol Đồ án Kỹ Thuật Thực Phẩm mơn học mang tình chất tổng hợp trính học tập kỹ sư thực phẩm tương lai, môn học giúp sinh viên giải nhiệm vụ tình tốn cụ thể u cầu cơng nghệ, kết cấu thiết bị sản xuất thực phẩm Đây bước để sinh viên vận dụng kiến thức học nhiều môn học vào giải vấn đề kỹ thuật thực tế cách tổng hợp Nhiệm vụ Đồ Án Môn Học thiết kế tháp chưng cất Methanol-nước hoạt động liên tục với suất nhập liệu 2500kg/h có nồng độ 10% mol Methanol, thu sản phẩm đỉnh 92% Methanol Trang IX ỹ thuật thực phẩm GVHD: ThS ữu Quyền Chương 1: TỔNG QUAN 1.1 Giới thiệu sơ nguyên liệu Nguyên liệu hỗn hợp Methanol - Nước 1.1.1 Methanol Methanol chất lỏng không màu, tan vơ hạn nước, có mùi đặc trưng, độc Một lượng nhỏ Methanol gây mù lòa, lượng lớn gây tử vong Methanol có cơng thức phân tử CH3OH, phân tử lượng 32.04 đvC Methanol có tình chất lý hóa sau: − Nhiệt độ sơi: 64.5°C − Khối lượng riêng 20°C: p = 791.7 kg/m3 − Độ nhớt 20°C: J, = 0.6* 103 N.s/m2 = 0.6 cP − Hệ số dẫn nhiệt 20°C: = 0.179 kcal/m.h.độ = 0.2082 w/m.độ − Nhiệt dung riêng 20°C: Cp = 2570 J/kg.độ 1.1.1.1 Ứng dụng Methanol dùng làm chất chống đông, làm dung môi, làm nhiên liệu cho động đốt trong, ứng dụng lớn làm nguyên liệu để sản xuất hóa chất khác Khoảng 40% Methanol chuyển thành formal dehyde, từ sản xuất chất dẻo, sơn… Các hóa chất khác chế tạo từ dẫn xuất từ Methanol bao gồm dimeylete… 1.1.1.2 Sản xuất Methanol sinh từ trao đổi chất yếm khì vài loài vi khuẩn Kết lượng nhỏ Methanol tạo thành khơng khì Và sau vài ngày khơng khì có chứa Methanol bị oxy hố O2 tác dụng ánh sáng chuyển thành CO2 H2O theo phương trính: 2CH3OH + 3O2 2CO2 + 4H2O Hiện Methanol sản xuất cách tổng hợp trực tiếp từ H2 CO, gia nhiệt áp suất thấp có mặt chất xúc tác Trang ỹ thuật thực phẩm + rt  GVHD: ThS ữu Quyền t  r1  r2 t Bề dày thành ống: t = 2(mm) Hệ số dẫn nhiệt thép không gỉ: t = 17,5 (W/moK) Nhiệt độ trung bình lớp bẩn ống với nước sạch: r1 = 1/5000 (m2.oK/W) Nhiệt độ lớp cáu phía sản phẩm đỉnh: r2 = 1/5000 (m2.oK/W) Suy ra: rt = 1/1944,444 (m2.oK/W) Vậy: qt = 1944,444.(tw1-tw2) (V.20) Xác định hệ số cấp nhiệt sản phẩm đáy ống nhỏ vW  GW 765,939  = 0,525(m/s) 2 3600.W  ( D tr  d ng) 3600.971,8  (0,034  0,025 2) Đường kình tương đương: dtd = Dtr –dng = 0,034- 0,025 = 0,009 (m) Chuuẩn số Reynolds: ReW  vW d td W  W 0,525.0,009.971,8  12394,52 > 104: chế độ chảy rối, công thức 3 0,355.10 xác định chuẩn số Nusselt có dạng: NuW  0,021. l ReW ,8 PrW 0, 43 ( PrW 0, 25 ) Prw1 Trong đó: + l: hệ số hiệu chỉnh phụ thuộc ReW tỷ lệ chiều dài ống đường kính ống:ReW=12394,52, chọn l =1 + PrW: chuẩn số Prandl sản phẩm đáy ttbW =79oC, xem sản phẩm gần nước nên PrW = 2,21 Suy ra: NuW  70,114 Prw1 , 25 Hệ số cấp nhiệt sản phẩm đáy ống ngoài: W = NuW W 70,114.0,675 5258,569   0, 25 , 25 d td Prw1 0,009 Prw1 Nhiệt tải phía sản phẩm đáy: qW   W (t tbD  t w1 )  5258,569 Prw1 0, 25 (79  t w1 ) (W/m2) (V.21) Từ phương trính (V.19), (V.20), (V.21) ta dùng phương pháp lặp để xác định tw1, tw2 Trang 51 ỹ thuật thực phẩm GVHD: ThS ữu Quyền Chọn: tw1 = 72,1oC: Khi xem: Prw1 ~ 2,487 (tra nhiệt độ tw1) Từ (V21): qW = 5258,569 (79  72,1)  33080,779 (W/m ) 0, 25 2,487 Xem nhiệt tải mát không đáng kể: qt = qW =33080,779 (W/m2) Từ (V.20), ta có: tw2 = tw1Suy ra: ttbw = qt =55,087oC 1944,444 t w1  t w 72,1  55,087 o =  63,594 C 2 Các tính chất lý học dòng nhập liệu Tra tài liệu tham khảo [1], nhiệt độ trung bình ttbw = 63,594 oC: + Nhiệt dung riêng: cR = 3,947 (KJ/kg.) + Độ nhớt động lực: R = 0,6987.10-3 (N.s/m2) + Hệ số dẫn nhiệt: R = 0,5479 (W/moK) Khi đó: Prw2 = c R  R Từ (V.19): qF = R  3947.0,6987.10 3 = 5,033 0,5479 10230.72 (55,087  45.28)  66981.53 (W/m ) 0, 25 5,033 Kiểm tra sai số: = qW  q F qW  33080,779  66981.53 33080,779  1.02 % < 5%: thỏa Vậy: tw1 = 72,1oC tw2 = 55,087oC Khi đó:  W  F  5258,569 2o  3510.84 (W/m C) 0, 25 5.033 10230.72 2o  6830.45 (W/m C) 0, 25 5,033 Từ (V.18): K  o  1057.62 (W/m C) 1   3510.84 1944,444 6830.45 Từ (V.17), bề mặt truyền nhiệt trung bình: Ftb  94.57.1000  2.65 (m ) 1057.62  33.69 Diện tích truyền nhiệt ống: S1 ống = Trang 52 ỹ thuật thực phẩm Suy số ống truyền nhiệt GVHD: ThS ữu Quyền Ftb 2.65   36.8 F1ng 0,072 Chọn số ống: 37 ống, số ống đường chéo b=7 ống Chiều dài ống truyền nhiệt: L 2.65  0.99 m 0,025  0,021  37 Chọn: L = 1.5 m Vậy thiết bị trao đổi nhiệt dòng nhập liệu sản phẩm đáy thiết bị truyền nhiệt dạng ống chùm đặt thẳng đứng gồm 37 ống, L=1.5 m Ống bố trí theo hình lục giác, số ống đường chéo ống, chọn bước ngang ống t = 1,4.dng = 1,4.0,025 = 0,035 (m) Đường kính vỏ thiêt bị: (Áp dụng công thức (V.140), trang 49, [2]) Dv = t.(b-1)+ 4.dng = 0,035(7-1)+4.0,025=0.31 (m) 5.1.5 Thiết bị gia nhiệt nhập liệu Chọn thiết bị gia nhiệt nhập liệu dạng ống chum thẳng đứng, ống truyền nhiệt làm thép X18H10T, kìch thước ống trong: 25x2; kìch thước ống ngồi: 38x2 Dòng nhập liệu ống 25x2 (ống trong) với nhiệt độ đầu: t”F =62.56oC, nhiệt độ cuối: tF =88,5oC Chọn đốt nước at, ống 38x2 (ống ngoài) Tra tài liệu tham khảo[1], ta có: + Nhiệt độ sôi: tsN = 100oC + Ẩn nhiệt ngưng tụ: rN = 2260 (KJ/kg) Các tính chất lý học dòng nhập liệu tra [1], với nhiệt độ trung bình bình ttbF = t " F t F =75.53oC + Nhiệt dung riêng: cF = 3,968 (KJ/kg.độ) + Khối lượng riêng: F = 937,58 (Kg/m3) + Độ nhớt động lực: F = 0,5786.10-3 (N.s/m2).n + Hệ số dẫn nhiệt: F = 0,5652 (W/moK) Trang 53 ỹ thuật thực phẩm GVHD: ThS 5.1.5.1 Suất lượng nước cần dùng: Lượng nhiệt cần tải cung cấp cho dòng nhập liệu: Qc = GF 2500 cF.(tF – t”F) = 3,968.(88,5 - 62.56)=71.48 (KW) 3600 3600 Suất lượng nước cần dùng GhN = Qc 71.48   0.032 (Kg/s) rN 2260 5.1.5.2 Xác định bề mặt truyền nhiệt: Bề mặt truyền nhiệt xác định theo phương trính truyền nhiệt: Ftb = Với: Qt K t log ,(m2) (V.22) + K: hệ số truyền nhiệt + tlog: nhiệt độ trung bình logarit  Xác định tlog: Chọn kiểu truyền nhiệt ngược chiều, nên: t log  (98  62.56)  (98  88,5) o  19.70 ( K) 98  62.56 Ln 98  88,5  Xác định hệ số truyền nhiệt K: Hệ số truyền nhiệt K tính theo cơng thức: K 1 F  rt  ,(W/m2.oK) (V.23) N Với: + F: hệ số cấp nhiệt dòng nhập liệu (W/m2.oK) + N: hệ số cấp nhiệt nước (W/m2.oK) + rt: nhiệt trở thành ống lớp cáu Xác định hệ số cấp nhiệt dòng nhập liệu ống nhỏ Vận tốc dòng nhập liệu ống: vF  GF 2500   2.14 (m/s) 3600. F  d tr 3600.937,58  0,0212 Chuẩn số Reynolds: Trang 54 ữu Quyền ỹ thuật thực phẩm Re F  v F d td  F F GVHD: ThS  ữu Quyền 2.14.0,009.937,58  31209.46 > 104: chế độ chảy rối, 3 0,5786.10 công thức xác định chuẩn số Nusselt có dạng: Nu F  0,021. l Re F ,8 PrF , 43 ( PrF 0, 25 ) Prw2 Trong đó: + l: hệ số hiệu chỉnh phụ thuộc vào ReW tỷ lệ chiều dài ống với đường kính ống: ReW=12906.71, chọn l =1 + PrF: chuẩn số Prandlt dòng nhập liệu 75.53oC, nên PrF = c F  F F Suy ra: Nu F   3968.0,5786.10 3 = 4,062 0,5652 214.58 Prw , 25 Hệ số cấp nhiệt dòng nhập liệu ống nhỏ F = Nu F  F 214.58.0,5652 13475.624   0, 25 , 25 d td Prw2 0,009 Prw2 Nhiệt tải phía dòng nhập liệu: q F   F (t w2  t tbF )  13475.624 Prw2 0, 25 (t w2  75.53) (W/m2) (V.24) Với tw2: nhiệt độ vách tiếp xúc với dòng nhập liệu (trong ống nhỏ) Nhiệt tải qua thành ống lớp cáu qt  t w1  t w , (W/m2) rt Trong đó: + tw1: nhiệt độ vách tiếp xúc với nước (ngoài ống nhỏ) + rt  t  r1  r2 t Bề dày thành ống: t = 2(mm) Hệ số dẫn nhiệt thép không gỉ: t = 17,5 (W/moK) Nhiệt trở trung bình lớp bẩn ống với nước sạch: r1 = 1/5000 (m2.oK/W) Nhiệt trở lớp cáu phía sản phẩm đỉnh: r2 = 1/5000 (m2.oK/W) Suy ra: rt = 1/1944,444 (m2.oK/W) Trang 55 ỹ thuật thực phẩm GVHD: ThS Vậy: qt = 1944,444.(tw1-tw2) ữu Quyền (V.25) Xác định hệ số cấp nhiệt nước ống nhỏ: Đường kình tương đưuong: dtd = Dtr –dng = 0,034- 0,025 = 0,009 (m) Hệ số cấp nhiệt nước xác định theo công thức:  rN N= 0,725 A.  (t sN  t w1 ).d td    0, 25  2260.1000    0,725 A.  (100  t w1 ).0,009  , 25 = 91,265 A (100  t w1 ) 0, 25 Với: + A: hệ số phụ thuộc vào tính chất vật lý nước theo nhiệt độ, tra tài liệu tham khảo [2] Nhiệt tải phìa nước q N   N (t sN  t w1 )  91,265 A.(100  t w1 ) 0,75 (W/m2) (V.26) Từ phương trính (V.24), (V.25), (V.26) ta dùng phương pháp lặp để xác định tw1, tw2 Chọn: tw1 = 97,44oC: Khi đó, nhiệt độ trung bình 100  97,44 = 98,72oC ta tra A = 178,36 Từ (V.26): qN =91,265.178,36.(100 – 96,92)0,75= 32944,407(W/m2) Xem nhiệt tải mát không đáng kể: qt = qW =32944,407 (W/m2) Từ (V.25), ta có: tw2 = tw1Suy ra: ttbw = qt =80,497oC 1944,444 t w1  t w 97,44  80,497 o =  88,969 C 2 Tra tài liệu tham khảo [1] với nhiệt độ trung bình ttbw = 88,969 oC: + Nhiệt dung riêng: cR = 4,0204 (KJ/kg.độ) + Độ nhớt động lực: R = 0,4517.10-3 (N.s/m2) + Hệ số dẫn nhiệt: R = 0,588 (W/moK) Khi đó: Prw2 = c R  R Từ (V.24): qF = R  4,0204.0,4517.10 3 = 3,088 0,588 13475.624 (80,497  75.53)  50492.134 (W/m ) 0, 25 3,088 Kiểm tra sai số = qN  q F qN  32944,407  50492.134 32944,407  0.53 % < 5%: thoả Vậy: tw1 = 97,44oC tw2 = 80,497oC Trang 56 ỹ thuật thực phẩm Khi đó:  N  F  GVHD: ThS ữu Quyền 91,265.178,36 2o  12868,909 (W/m C) 0, 25 (100  97,44) 13475.624 2o  10165.52 (W/m C) 0, 25 3,088 Từ (V.23): K  o  1448.51 (W/m C) 1   10165.52 1944,444 12868,909 Từ (V.22), bề mặt truyền nhiêt trung bình: Ftb  71.48.1000  2.5 (m )., 1448.19.70 Diện tích truyền nhiệt ống: S1 ống = Suy số ống truyền nhiệt Ftb 2.5   364.7 F1ng 0,072 Chọn số ống: 37 ống, số ống đường chéo b=7 ống Chiều dài ống truyền nhiệt: L  2.5  0.99 m 0,025  0,021  37 Chọn: L = 1.5 m Vậy thiết bị gia nhiệt dòng nhập liệu thiết bị truyền nhiệt dạng ống chùm đặt thẳng đứng gồm 37 ống, L=1.5 m Ống bố trí theo hình lục giác, số ống đường chéo ống, chọn bước ngang ống t = 1,4.dng = 1,4.0,025 = 0,035 (m) Đường kính vỏ thiêt bị: (Áp dụng công thức (V.140), trang 49, [2]) Dv = t.(b-1)+ 4.dng = 0,035(7-1)+4.0,025=0.31 (m) 5.2 Tính tốn bơm nhập liệu 5.2.1 Tính chiều cao bồn cao vị Chọn đường kính ống dẫn nguyên liệu (nhập liệu): d = 50 (mm), Tra bảng II.15, trang 381, [1] độ nhám ống =0,1(mm) Các tính chất lý học dòng nhập liệu tra tài liệu tham khảo [1] với nhiệt độ trung bình ttbF = t F  t ' F 88.5  28   58.25 oC: 2 Trang 57 ỹ thuật thực phẩm GVHD: ThS + Khối lượng riêng F = 947,513 (Kg/m3) + Độ nhớt động lực: F = 0,7978.10-3 (N.s/m2) Vận tốc dòng nhập liệu ống dẫn: vF = QF 2500   0.373 (m/s) 3600. F  d 3600.947,513  0,05 5.2.1.1 Tổn thất đường ống dẫn:  l v h1   1  1  F  d1  2.g (m) Với: + 1: hệ số ma sát đường ống + l1: chiều dài đường ống dẫn, chọn l1 = 20(m) + d1: đường kính ống dẫn, d1 = d = 0,05(m) + 1: tổng hệ số tổn thất cục + vF: vận tốc dòng nhập liệu ống, vF = 0,373(m/s) * Xác định 1: Chuẩn số Reynolds dòng nhập liệu ống: Re1  v F d1  F F  0,373  0,05.947,513  22149.81 0,7978.10 3 Theo tài liệu tham khảo [1], ta có: 8  50  d  + Chuẩn số Reynolds tới hạn: Regh1= 6.  = 6.  =7289,343    0,1  + Chuẩn số Reynolds bắt đầu xuất vùng nhám: 9  50  d  Ren1= 220.  = 220.  =23,9.104    0,1  Suy ra: Regh1 < Re1< Ren1: khu vực chảy rối, tra tài liệu [1], trang 380   100   1= 0,1.1,46  d1 Re1   , 25  0,0345 * Xác định 1: Hệ số tổn thất dòng nhập liệu: + 10 chỗ uốn cong: u1=10.1,1 = 11 + van (van cầu): v1= 3.10 = 30 + lần đột thu: t1 = 0,5 Trang 58 ữu Quyền ỹ thuật thực phẩm GVHD: ThS ữu Quyền + lần đột mở: m1 = + lưu lượng kế: l1 = (không đáng kể) Suy ra: 1 = u1 + v1 + t 1+ m1 + l1 = 42,5  Vậy, tổn thất đường ống dẫn: h1=  0,0345  20  0,373  42,5   1.28 (m) 0,05  2.9,81 5.2.1.2 Tổn thất đường ống dẫn thiết bị trao đổi nhiệt   v2 l2  h2   2     d2  2.g (m) Với: + 2: hệ số ma sát đường ống + l2: chiều dài đường ống dẫn, l2 = 18(m) + d2: đường kính ống dẫn, d2 = 0,021(m) + 2: tổng hệ số tổn thất cục + v2: vận tốc dòng nhập liệu ống dẫn, V2 = QF 2500   2.12 (m/s) 3600. F  d tr 3600.947,513  0,0212 * Xác định 2: Chuẩn số Reynolds dòng nhập liệu: Re  v d  F  F 2.12.0,021.947,513  52874.5 0,7978.10 3 Theo tài liệu tham khảo [1], trang 379, ta có: 8  21  d  + Chuẩn số Reynolds tới hạn: Regh2= 6.  = 6.  =2704,68     0,1  + Chuẩn số Reynolds bắt đầu xuất vùng nhám: 9  21  d  Ren2= 220.  = 220.  =90140,38    0,1  Suy ra: Regh2 < Re2 < Ren2: khu vực chảy rối, (tra tài liệu tham khảo, trang 380, [1]):   100   2= 0,1.1,46  d Re 2   , 25  0,16 * Xác định 2: Hệ số tổn thất của: dòng nhập liệu Trang 59 ỹ thuật thực phẩm GVHD: ThS + 11 chỗ uốn cong quay ngươck: q2=11.2,2 = 24,2 + chỗ uốn cong: u2= 1,1 + lần co hẹp: c2 = 0,385  0,0212 + lần mở rộng: m2 = 1  0,05     0,6783  Suy ra: 2 = u2 + q2 + c2+ m =26,363 Vậy tổn thất đường ống dẫn thiết bị trao đổi nhiệt:  h2=  0,16  18  2.12  26,363   37.45 (m) 0,021  2.9,81 5.2.1.3 Tổn thất đường ống dẫn thiết bị gia nhiệt nhạp liệu:  v2 l h3   3     d3  2.g (m) Với: + 3: hệ số ma sát đường ống + l3: chiều dài đường ống dẫn, l3 = 15(m) + d3: đường kính ống dẫn, d3 = 0,021(m) + 3: tổng hệ số tổn thất cục + v3: vận tốc dòng nhập liệu ống dẫn ttbF = t " F t F =75.53oC, tra thông số vật lý dòng nhập liệu V3 = QF 2500   2.14 (m/s), 3600. F  d tr 3600.937.58  0,0212 Xác định 3: Chuẩn số Reynolds dòng nhập liệu Re  v3 d  F F  2.14.0,021.937.58  73074.65 0,5766.10 3 Theo tài liệu tham khảo [1], ta có: 8  21  d  + Chuẩn số Reynolds tới hạn: Regh3= 6.  = 6.  =2704,68    0,1  + Chuẩn số Reynolds bắt đầu xuất vùng nhám: 9  21  d  Ren3= 220.  = 220.  =90140,38    0,1  Trang 60 ữu Quyền ỹ thuật thực phẩm GVHD: ThS ữu Quyền Suy ra: Regh3 < Re3 < Ren3: khu vực chảy rối, đó, ta tra tài liệu tham khảo [1],trang 380   100   3= 0,1.1,46  d Re   , 25  0,03 * Xác định 3: Hệ số tổn thất dòng nhập liệu: + chỗ uốn cong quay ngược: q3=9.2,2 = 19,8 + chỗ uốn cong: u3= 1,1 + lần co hẹp: c2 = 0,385  0,0212 + lần mở rộng: m2 = 1  0,05     0,6783  Suy ra: 3 = u3 + q3 + c3+ m =21,963 Vậy tổn thất đường ống dẫn thiết bị gia nhiệt:  h3=  0,0319  15  0,855  21,963  =10.13(m) 0,021  2.9,81 Chọn: + Mặt cắt (1-1) mặt thoáng chất lỏng bồn cao vị + Mặt cắt (2-2) mặt cắt vị trí nhập liệu tháp Áp dụng phương trính Bernolli cho (1-1) (2-2): z1 + 2 P1 P v v + = z2 + + +hf1-2  F g  F g g g P2  P1 v  v1 +hf1-2   F g 2.g hay z1 = z2 + Với: + z1: Độ cao mặt thống (1-1) so với mặt đất, hay xem chiều cao bồn cao vị Hcv = z1 + z2: độ cao mặt thoáng (2-2) so với mặt đất, hay xem chiều cao từ vị trí nhập liệu tới mặt đất z2 = hchân đỡ + hnắp + (Nchưng+1).(h + mâm ) = 0,145 + 0,15 + 10.(0,25 + 0,0018) = 2.813 (m) + P1: áp suất mặt thoáng (1-1), chọn P1 = at + P2: áp suất mặt thoáng (2-2), chọn P2 = at + v1: vận tốc mặt thoáng (1-1), xem v1 = 0(m/s) + v2: vận tốc vị trí nhập liệu, v2 = vF = 0,373 (m/s) Trang 61 ỹ thuật thực phẩm GVHD: ThS ữu Quyền + hf1-2: tổng tổn thất ống từ (1-1) đến (2-2): hf1-2 = h1 + h2 + h3 = 1.28 + 37.45 + 10.13 = 48.86(m) Vậy: Chiều cao bồn cao vị: 0,373  P2  P1 v  v1  2.82 (m) Hcv = z2 + +hf1-2 =2,813 + 2.813   2.9,81  F g 2.g 2 Chọn Hcv = 5(m) 5.2.2 Chọn bơm Lưu lượng dòng nhập liệu: VF = GF F  2500  2.64 (m3/h) 947,513 Chọn bơm có suất Qb = 1,2 (m3/h) Đường kính ống hút, ống đẩy 21(mm), nghĩa chọn ống 25x2 Các tính chất lý học tra tài liệu tham khảo[1] với nhiệt trung bình t’F = 28 oC: + Khối lượng riêng: F = 964,2 (Kg/m3) + Độ nhớt động lực: F = 1,772.10-3 (N.s/m2) Vận tốc dòng nhập liệu ống hút đẩy: vh = vd = 4.Qb 3600. d h  4.1,2 = 0,962(m/s) 3600. ,0,0212 Tổng trở lực ống hút đẩy:  hhd =    v lh  ld   h   d  h dh  2.g Với: + lh: chiều dài ống hút, chọn lh = 1,5 (m) + ld: chiều dài ống đẩy, chọn ld = 11,5 (m) + h: tổng tổn thất cục ống hút + d: tổng tổn thất cục ống đẩy + : hệ số ma sát ống hút ống đẩy * Xác định : Chuẩn số Reynolds dòng nhập liệu: Re= vh d h  F F  0,962.0,021.964,2 =10992,53 1,772.10 3 Tra tài liệu tham khảo[1], ta có: Trang 62 ỹ thuật thực phẩm GVHD: ThS ữu Quyền 8  21  d  + Chuẩn số Reyol: Regh= 6. h  = 6.  =2704,68     0,1  + Chuẩn số Reynolds bắt dầu xuất hiệ vùng nhám: 9  21  d  Ren= 220. h  = 220.  =90140,38     0,1  Suy ra: Regh < Re < Ren: khu vực chảy độ, Tra tài liệu tham khảo [1], trang 380   100  = 0,1.1,46   d h Re   , 25  0,0356 * Xác định h: Hệ số tổn thất cục ống hút: + van cầu: vh= 10 + lần vào miệng thu nhỏ: t = Suy ra: h = vh + t =10,5 * Xác định d: Hệ số tổn thất cục ống đẩy: + van cẩu: vd= 10 + lần uốn góc: u =2.1,1 = 2,2 Suy ra: h = vd + u =12,2 Vậy tổn thất ống hút ống đẩy: 1,5  11,5   0,962  10,5  12,2  hhd =  0,0356 =2,110(m) 0,021   2.9,81 Chọn: + Mặt cắt (1-1) mặt thoáng chất lỏng bồn chứa nguyên liệu + Mặt cắt (2-2) mặt thoáng chất lỏng bồn cao vị Áp dụng phương trính Bernolli cho (1-1) (2-2): 2 P1 P2 v1 v2 z1 + + + Hb = z2 + + +hf1-2  F g  F g g g Với: + z1: độ cao mặt thoáng (1-1) so với mặt đất + z2: độ cao mặt thoáng (2-2) so với mặt đất + P1: áp suất mặt thoáng (1-1), chọn P1 = at + P2: áp suất mặt thoáng (2-2), chọn P2 = at Trang 63 ỹ thuật thực phẩm GVHD: ThS ữu Quyền + v1,v2: vận tốc mặt thoáng (1-1) (2-2), xem v1=v2= 0(m/s) + hf1-2 =hhd: tổng tổn thất ống từ (1-1) đến (2-2) + Hb: cột áp bơm Suy ra: Hb = (z2 – z1) + hhd = Hcv + hhd = +2,11 =7,11(mchất lỏng) Chọn hiệu suất bơm: b = 0,8 Công suất thực tế bơm: Nb = Qb H b  F g 1,2.7,11.964,2.9,81   28.02 (W) = 0,038 (hp) 3600. b 3600.0,8 Để đảm bảo tháp hoạt động liên tục ta chọn bơm li tâm, với: Năng suất: Qb = m3/h Cột áp: Hb = 4,127 m Công suất: Nb = 28,023 W Trang 64 ỹ thuật thực phẩm GVHD: ThS ữu Quyền TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Sổ tay Q trình Thiết bị Cơng nghệ Hóa học Tập 1, ĐHBK Hà Nội [2] Sổ tay Quá trình Thiết bị Cơng nghệ Hóa học Tập 2, ĐHBK Hà Nội [3] Võ Văn Bang, Vũ Bá Minh, “ Q trình Thiết bị Cơng Nghệ Hóa Học – Tập 3: Truyền Khối”, Nhà xuất Đại học Quốc gia TpHCM, 2004 [4] Phạm Văn Bôn – Nguyễn Đính Thọ, “Q trình Thiết bị Cơng Nghệ Hóa Học – Tập 5: Q trình Thiết bị Truyền Nhiệt”, Nhà xuất Đại học Quốc gia TpHCM, 2002 [5] Phạm Văn Bơn, “Q trình Thiết bị Cơng Nghệ Hóa Học – Bài tập Truyền nhiệt”, Nhà xuất Đại học Quốc gia TpHCM, 2004 [6] Trịnh Văn Dũng , “Quá trình Thiết bị Cơng Nghệ Hóa Học – Bài tập Truyền khối”, Nhà xuất Đại học Quốc gia TpHCM, 2004 [7] Hồ Lê Viên, “Thiết kế Tính tốn thiết bị hóa chất”, Nhà xuất Khoa học Kỹ thuật, Hà Nội, 1978 [8] Nguyễn Minh Tuyển, “Cơ sở Tính tốn Máy Thiết bị Hóa chất – Thực phẩm”, Nhà xuất Khoa học Kỹ thuật, Hà Nội, 1984 Trang 65 ... liệu: GF = 2500 (kg/ h) Nồng độ nhập liệu: x F = 15% (kg Methanol/ kg hỗn hợp) Nồng độ sản phẩm đỉnh: = 92% (kg Methanol/ kg hỗn hợp) Nồng dộ sản phẩm đáy: xW = 2% (kg Methanol/ kg hỗn hợp)  Chọn:... lỗ Thiết bị hoạt động liên tục Khi chưng luyện dung dịch Methanol cấu tử dễ bay Methanol  Hỗn hợp: − Methanol: CH3OH, MR = 32 (g/mol) − Nước: H2O, MN = 18 (g/mol) Năng suất nhập liệu: GF = 2500. .. nhiệt với sản phẩm đáy (12) Sau đó, hỗn hợp gia nhiệt đến nhiệt độ sôi thiết bị đun sôi dòng nhập liệu (3), đưa vào tháp chưng cất (5) đĩa nhập liệu Trên đĩa nhập liệu, chất lỏng trộn với phần lỏng