Đồ án môn học Kỹ thuật thực phẩm

Báo cáo thực tập QT&TB
Nhận xét của GVHD
Đồ án mơn học Kỹ thuật thực phẩm

GVHD: Huỳnh Lê Huy Cường

LỜI MỞ ĐẦU

Khoa học kỹ thuật ngày càng phát triển và cùng với nó là nhu cầu ngày càng cao về độ
tinh khiết của các sản phẩm. Vì thế, các phương pháp nâng cao độ tinh khiết luôn luôn được cải
tiến và đổi mới để ngày càng hồn thiện hơn, như là: cơ đặc, hấp thụ, chưng cất, trích ly,… Tùy
theo đặc tính u cầu của sản phẩm mà ta có sự lựa chọn phương pháp phù hợp. Đối với hệ
Axit axetic – Nước là 2 cấu tử tan lẫn hoàn toàn, ta phải dùng phương pháp chưng cất để nâng
cao độ tinh khiết.
Đồ án mơn học Q trình và Thiết bị là một mơn học mang tính tổng hợp trong q trình học
tập của các kỹ sư Cơng nghệ Thực phẩm tương lai. Môn học giúp sinh viên giải quyết nhiệm vụ tính
tốn cụ thể về: quy trình cơng nghệ, kết cấu, giá thành của một thiết bị trong sản xuất hóa chất - thực
phẩm. Đây là bước đầu tiên để sinh viên vận dụng những kiến thức đã học của nhiều môn học vào giải
quyết những vấn đề kỹ thuật thực tế một cách tổng hợp.

Nhiệm vụ của Đồ án này là thiết kế hệ thống chưng cất hỗn hợp nước -acid acetic bằng
tháp mâm chóp với năng suất nhập liệu: 1900kg/h, nồng độ ban đầu 27% khối lượng acid và
nồng độ sản phẩm đáy 82% khối lượng acid.

Trang 1
SVTH: Lê Thị Kim Khánh
Nguyễn Thanh Chất

1

Báo cáo thực tập QT&TB
Nhận xét của GVHD
Đồ án mơn học Kỹ thuật thực phẩm

GVHD: Huỳnh Lê Huy Cường

CHƯƠNG 1 : TỔNG QUAN
I. LÝ THUYẾT VỀ CHƯNG CẤT :
1. Khái niệm:
Chưng cất là quá trình dùng để tách các cấu tử của một hỗn hợp lỏng cũng như hỗn hợp khí
lỏng thành các cấu tử riêng biệt dựa vào độ bay hơi khác nhau của các cấu tử trong hỗn hợp
(nghĩa là khi ở cùng một nhiệt độ, áp suất hơi bão hịa của các cấu tử khác nhau).

Thay vì đưa vào trong hỗn hợp một pha mới để tạo nên sự tiếp xúc giữa hai pha như
trong quá trình hấp thu hoặc nhả khí, trong q trình chưng cất pha mới được tạo nên
bằng sự bốc hơi hoặc ngưng tụ.
Trong trường hợp đơn giản nhất, chưng cất và cô đặc khơng khác gì nhau, tuy nhiên
giữa hai q trình này có một ranh giới cơ bản là trong quá trình chưng cất dung mơi và
chất tan đều bay hơi (nghĩa là các cấu tử đều hiện diện trong cả hai pha nhưng với tỷ lệ
khác nhau), còn trong quá trình cơ đặc thì chỉ có dung mơi bay hơi cịn chất tan khơng
bay hơi.
Khi chưng cất ta thu được nhiều cấu tử và thường thì bao nhiêu cấu tử sẽ thu được
bấy nhiêu sản phẩm. Nếu xét hệ đơn giản chỉ có 2 cấu tử thì ta thu được 2 sản phẩm:
 Sản phẩm đỉnh chủ yếu gồm cấu tử có độ bay hơi lớn và một phần rất ít các cấu tử
có độ bay hơi bé.
 Sản phẩm đáy chủ yếu gồm cấu tử có độ bay hơi bé và một phần rất ít cấu tử có độ
bay hơi lớn.
Đối với hệ Nước – Axit axetic thì:

 Sản phẩm đỉnh chủ yếu là nước.

 Sản phẩm đáy chủ yếu là axit axetic.
2. Các phương pháp chưng cất:
2.1.

-

Áp suất thấp
Áp suất thường
Áp suất cao

2.2.

-

Phân loại theo áp suất làm việc:

Phân loại theo nguyên lý làm việc:

Chưng cất đơn giản
Chưng bằng hơi nước trực tiếp
Chưng cất

2.3.

Phân loại theo phương pháp cấp nhiệt ở đáy tháp:

Trang 2
SVTH: Lê Thị Kim Khánh
Nguyễn Thanh Chất

2


Báo cáo thực tập QT&TB
Nhận xét của GVHD
Đồ án mơn học Kỹ thuật thực phẩm

GVHD: Huỳnh Lê Huy Cường

- Cấp nhiệt trực tiếp
- Cấp nhiệt gián tiếp
Vậy: đối với hệ Nước – Axit axetic, ta chọn phương pháp chưng cất liên tục cấp nhiệt
gián tiếp bằng nồi đun ở áp suất thường.
Thiết bị chưng cất:
Trong sản xuất thường dùng nhiều loại thiết bị khác nhau để tiến hành chưng cất. Tuy nhiên
yêu cầu cơ bản chung của các thiết bị vẫn giống nhau nghĩa là diện tích bề mặt tiếp xúc pha phải
lớn, điều này phụ thuộc vào mức độ phân tán của một lưu chất này vào lưu chất kia. Nếu pha khí
phân tán vào pha lỏng ta có các loại tháp mâm, nếu pha lỏng phân tán vào pha khí ta có tháp
chêm, tháp phun,… Ở đây ta khảo sát 2 loại thường dùng là tháp mâm và tháp chêm.
 Tháp mâm: thân tháp hình trụ, thẳng đứng phía trong có gắn các mâm có cấu tạo khác
nhau, trên đó pha lỏng và pha hơi được cho tiếp xúc với nhau. Tùy theo cấu tạo của đĩa,
ta có:

-Tháp mâm chóp : trên mâm bố trí có chóp dạng trịn, xupap, chữ s…, có rãnh
xung quanh để pha khí đi qua và ống chảy chuyền có hình trịn.
-Tháp mâm xuyên lỗ: trên mâm có nhiều lỗ hay rãnh
Tháp chêm (tháp đệm): tháp hình trụ, gồm nhiều bậc nối với nhau bằng mặt bích hay hàn.
Vật chêm được cho vào tháp theo một trong hai phương pháp: xếp ngẫu nhiên hay xếp
thứ tự.
So sánh ưu nhược điểm của các loại tháp:



Ưu
điểm

Tháp chêm
- Cấu tạo khá đơn giản.
- Trở lực thấp.
- Làm việc được với chất lỏng
bẩn nếu dùng đệm cầu có ρ ≈ ρ
của chất lỏng.

Tháp mâm xuyên lỗ
- Trở lực tương đối
thấp.
- Hiệu suất khá cao.
- Làm việc được với
chất lỏng bẩn.

- Do có hiệu ứng thành → hiệu - Kết cấu khá phức tạp.
suất truyền khối thấp.
- Độ ổn định khơng cao, khó
vận hành.
Nhược
- Do có hiệu ứng thành → khi
điểm
tăng năng suất thì hiệu ứng
thành tăng → khó tăng năng
suất.
- Thiết bị khá nặng nề.

Tháp mâm chóp
- Khá ổn định.
- Hiệu suất cao

- Có trở lực lớn.
- Tiêu tốn nhiều
vật tư, kết cấu
phức tạp.

Vậy ta sử dụng tháp mâm chóp để chưng cất hỗn hợp AXIT AXETIC – NƯỚC
Trang 3
SVTH: Lê Thị Kim Khánh
Nguyễn Thanh Chất

3


Báo cáo thực tập QT&TB
Nhận xét của GVHD
Đồ án mơn học Kỹ thuật thực phẩm

II.

GVHD: Huỳnh Lê Huy Cường

GIỚI THIỆU SƠ BỘ VỀ TÍNH CHẤT NGUN LIỆU :
1. Axit axetic:

1.1.

Tính chất:
Axit axetic nóng chảy ở 16,6 oC, điểm sơi 118oC, hỗn hợp trong nước với mọi tỷ lệ. Trong
quá trình hỗn hợp với nước có sự co thể tích, với tỷ trọng cực đại, chứa 73% axit axetic (D :
1,078 và 1,0553 đối với axit thuần khiết).
Người ta không thể suy ra được hàm lượng axit axetic trong nước từ tỷ trọng của nó, ngoại
trừ đối với các hàm lượng dưới 43%.
Tính ăn mịn kim loại:
 Axit axetic ăn mịn sắt.
 Nhơm bị ăn mịn bởi axit lỏng, nó đề kháng tốt đối với axit axetic đặc và thuần khiết.
Đồng và chì bị ăn mịn bởi axit axetic với sự hiện diện của khơng khí.
 Thiếc và một số loại thép nikel – crom đề kháng tốt đối với axit axetic.
Axit axetic thuần khiết còn gọi là axit glaxial bởi vì nó dễ dàng đơng đặc kết tinh như nước
đá ở dưới 17oC, được điều chế chủ yếu bằng sự oxy hóa đối với andehit axetic. Khơng màu sắc,
vị chua, tan trong nước và cồn etylic.
1.2.

Điều chế:

Axit axetic được điều chế bằng cách:
1) Oxy hóa có xúc tác đối với cồn etylic để biến thành andehit axetic, là một giai đoạn
trung gian. Sự oxy hóa kéo dài sẽ tiếp tục oxy hóa andehit axetic thành axit axetic.
CH3CHO + ½ O2 = CH3COOH
C2H5OH + O2 = CH3COOH + H2O
2) Oxy hóa andehit axetic được tạo thành bằng cách tổng hợp từ acetylen.
Sự oxy hóa andehit được tiến hành bằng khí trời với sự hiện diện của coban axetat.
Người ta thao tác trong andehit axetic ở nhiệt độ gần 80 oC để ngăn chặn sự hình thành
peroxit. Hiệu suất đạt 95 – 98% so với lý thuyết. Người ta đạt được như thế rất dễ dàng
sau khi chế axit axetic kết tinh được.
Cobanaxetatở80o C
       

→

CH3CHO + ½ O2
3) Tổng hợp đi từ cồn metylic và Cacbon oxit.

CH3COOH

Hiệu suất có thể đạt 50 – 60% so với lý thuyết bằng cách cố định cacbon oxit trên cồn
metylic qua xúc tác.

Nhiệt độ từ 200 – 500oC, áp suất 100 – 200atm:
CH3OH + CO → CH3COOH
với sự hiện diện của metaphotphit hoặc photpho – vonframat kim loại 2 và 3 hóa trị
(chẳng hạn sắt, coban).
1.3.

Ứng dụng:

Trang 4
SVTH: Lê Thị Kim Khánh
Nguyễn Thanh Chất

4


Báo cáo thực tập QT&TB
Nhận xét của GVHD
Đồ án mơn học Kỹ thuật thực phẩm

GVHD: Huỳnh Lê Huy Cường

Axit axetic là một trong những loại axit quan trọng trong các loại axit hữu cơ. Axit axetic
được ứng dụng rất nhiều vì nó là loại axit hữu cơ rẻ tiền. Nó được dùng để chế tạo rất nhiều
hợp chất và ester. Nguồn tiêu thụ chủ yếu của axit axetic là:

Làm dấm ăn (dấm ăn chứa 4,5% axit axetic).
Làm đông đặc nhựa mủ cao su.
Làm chất dẻo tơ sợi xenluloza axetat – làm phim ảnh khơng nhạy lửa.
Làm chất nhựa kết dính polyvinyl axetat.
Làm các phẩm màu, dược phẩm, nước hoa tổng hợp.
Axetat nhôm dùng làm chất cắn màu (mordant trong nghề nhuộm)
Phần lớn các ester axetat đều là các dung môi, thí dụ: izoamyl axetat hịa tan được
nhiều loại nhựa xenluloza.
2. Nước:








Trong điều kiện bình thường: nước là chất lỏng khơng màu, khơng mùi, khơng vị.
Khi hóa rắn nó có thể tồn tại ở dạng 5 dạng tinh thể khác nhau.
Tính chất vật lý:

 Khối lượng phân tử : 18 g / mol
 Khối lượng riêng d40 c : 1 g / ml
 Nhiệt độ nóng chảy : 00C
 Nhiệt độ sôi

: 1000 C
Nước là hợp chất chiếm phần lớn trên trái đất (3/4 diện tích trái đất là nước biển) và
rất cần thiết cho sự sống.
Nước là dung môi phân cực mạnh, có khả năng hồ tan nhiều chất và là dung mơi rất
quan trọng trong kỹ thuật hóa học.
3. Hỗn hợp Acid acetic – Nước:
Ta có bảng thành phần lỏng (x) – hơi (y) và nhiệt độ sôi của hỗn hợp Acid acetic Nước ở 760 mmHg:
x(%phân
mol)
y(%phân
mol)
t(0C)

0

5

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

0

9.2

16.7

30.3

42.5

53

62.6

71.6

79.5

86.4

93

100

118.1

115.4

113.8

110.1

107.5

105.8

104.4

103.3

102.1

101.3

100.6

100

Trang 5
SVTH: Lê Thị Kim Khánh
Nguyễn Thanh Chất

5

Báo cáo thực tập QT&TB
Nhận xét của GVHD
Đồ án mơn học Kỹ thuật thực phẩm

GVHD: Huỳnh Lê Huy Cường

Hình12: Giản đồ x - y của hệ Axit axetic - Nước

Trang 6
SVTH: Lê Thị Kim Khánh
Nguyễn Thanh Chất

6


Báo cáo thực tập QT&TB
Nhận xét của GVHD
Đồ án mơn học Kỹ thuật thực phẩm

GVHD: Huỳnh Lê Huy Cường

Hình 2: Giản đồ T – x,y của hệ Axit axetic–Nước

CHƯƠNG 2 : QUY TRÌNH CƠNG NGHỆ
Chú thích các kí hiệu trong qui trình:
1. Bồn chứa nguyên liệu.
2. Bơm.
3. Bồn cao vị.

4. Lưu lượng kế.
5. Thiết bị đun sơi dịng nhập liệu.
6. Bẩy hơi.
7. Nhiệt kế.
8. Áp kế.
9. Tháp chưng cất.
10. Thiết bị ngưng tụ sản phẩm đỉnh.
11. Bồn chứa sản phẩm đỉnh.
12. Thiết bị đun sôi đáy tháp.
13. Thiết bị làm nguội sản phẩm đáy.
14. Bồn chứa sản phẩm đáy.
Trang 7
SVTH: Lê Thị Kim Khánh
Nguyễn Thanh Chất

7


Báo cáo thực tập QT&TB
Nhận xét của GVHD
Đồ án mơn học Kỹ thuật thực phẩm

GVHD: Huỳnh Lê Huy Cường

Hỗn hợp Nước – Axit axetic có nồng độ nước 92% (theo phần khối lượng), nhiệt độ
khoảng 270C tại bình chứa nguyên liệu (1) được bơm (2) bơm lên bồn cao vị (3). Sau đó,
hỗn hợp được gia nhiệt đến nhiệt độ sơi trong thiết bị đun sơi dịng nhập liệu (5), rồi được
đưa vào tháp chưng cất (9) ở đĩa nhập liệu.
Trên đĩa nhập liệu, chất lỏng được trộn với phần lỏng từ đoạn cất của tháp chảy
xuống. Trong tháp, hơi đi từ dưới lên gặp chất lỏng từ trên xuống. Ở đây, có sự tiếp xúc

và trao đổi giữa hai pha với nhau. Pha lỏng chuyển động trong phần chưng càng xuống
dưới càng giảm nồng độ các cấu tử dễ bay hơi vì đã bị pha hơi tạo nên từ nồi đun (12) lôi
cuốn cấu tử dễ bay hơi. Nhiệt độ càng lên trên càng thấp, nên khi hơi đi qua các đĩa từ
dưới lên thì cấu tử có nhiệt độ sôi cao là axit axetic sẽ ngưng tụ lại, cuối cùng trên đỉnh
tháp ta thu được hỗn hợp có cấu tử nước chiếm nhiều nhất (có nồng độ 94% phần khối
lượng). Hơi này đi vào thiết bị ngưng tụ (10) và được ngưng tụ hoàn toàn. Một phần của
chất lỏng ngưng tụ được hoàn lưu về tháp ở đĩa trên cùng. Một phần cấu tử có nhiệt độ
sơi thấp được bốc hơi, cịn lại cấu tử có nhiệt độ sôi cao trong chất lỏng ngày càng tăng.
Cuối cùng, ở đáy tháp ta thu được hỗn hợp lỏng hầu hết là các cấu tử khó bay hơi (axit
axetic). Hỗn hợp lỏng ở đáy có nồng độ axit axetic là 82% phần khối lượng, còn lại là
nước. Dung dịch lỏng ở đáy đi ra khỏi tháp vào nồi đun (12). Trong nồi đun dung dịch
lỏng một phần sẽ bốc hơi cung cấp lại cho tháp để tiếp tục làm việc, phần còn lại ra khỏi
nồi đun đi qua thiết bị làm nguội sản phẩm đáy (13), được làm nguội đến 40 0C, rồi được
đưa qua bồn chứa sản phẩm đáy (14).
Hệ thống làm việc liên tục cho ra sản phẩm đỉnh là nước được thải bỏ, sản phẩm đáy
là axit axetic được giữ lại.

Trang 8
SVTH: Lê Thị Kim Khánh
Nguyễn Thanh Chất

8


Báo cáo thực tập QT&TB

Nhận xét của GVHD

Đồ án mơn học Kỹ thuật thực phẩm

GVHD: Huỳnh Lê Huy Cường

3

10

K hí
khô
ng
ngưng

P
Nướ
c nó
ng

Nướ
c lạnh

Sả
n phẩ
m đỉ
nh

T

Dò
ng
hồ
i

lưu

11

9
x =95,5 %

7
T
Hơi đố
t
P =2,5at

5

T
6
3

P

Nướ
c
ngưng

8
12
Hơi đố
t
P =2,5at

Sả
n
phẩ
m
đá
y
Nu ?c

Nướ
c
ngưng

1
2

14

x =70%
t° =40°C

Nu ?c

x =92%
t° =27°C

13

14
13

12
11
10
9
8
7
6
5
4
3
2
1

B?n ch? a s?n ph?m dá
y
Thiế
t bịlà
m nguộ
i sả
n phẩ
m đá
y
Thiế
t bịđun sô
i đá
y thá
p
B?n ch? a s?n ph?m d?nh
Thiế
t bịngưng tụsả

n phẩ
m đỉ
nh
Thá
p chưng cấ
t
Á
p kế
Nhiệ
t kế
Bẫ
y hơi
Thiế
t bịđun sô
i dò
ng nhậ
p liệ
u
L ưu lượng kế
Bồ
n cao vị
Bơm
Bồ
n chứ
a nguyê
n liệ
u
TÊ
N GỌI

STT

1
1
1
1
1
1
1
3
2
1
2
1
2
1
ĐẶ
C TÍ NH KY Õ
THUẬ
T

SL

1

VẬ
T L IỆ
U

Trườ

ng Đại học Bá
ch Khoa Tp. HồChí Minh
Khoa Cô
ng nghệHó
a học
BỘMÔ
N MÁ
Y VÀ
THIẾ
T BỊ
Đồá
n mô
n học : Quátrình vàThiế
t bị

THIẾ
T KẾ
HỆ
THỐ
NG CHƯNG CẤ
T AXIT AXETIC - NƯỚ
C
DÙ
NG THÁ
P MÂ
M CHÓ
P

SVTH: Lê Thị Kim Khánh
Nguyễn Thanh Chất

SV TH

Mai Th?Ng?c H ?

GVHD

Hoà
ng Minh Nam

CNBM

VũBáMinh

Chứ
c nă
ng

Họtê
n

Tỉ
lệ

QUY TRÌNH CÔ
NG NGHỆ
Chữký

Bả
n vẽsố

1/2

Ngà
y HT

10/10/08

Ngaø
y BV

27/12/08

9


Báo cáo thực tập QT&TB
Nhận xét của GVHD
Đồ án mơn học Kỹ thuật thực phẩm

GVHD: Huỳnh Lê Huy Cường

CHƯƠNG 3: CÂN BẰNG VẬT CHẤT
I.

CÁC THÔNG SỐ BAN ĐẦU :
Khi chưng cất dung dịch axit axetic thì cấu tử dễ bay hơi là nước.
Axit axetic: CH 3COOH ⇒ M A = 60(g/ mol)

: H 2O ⇒ M N = 18(g/ mol)

Nước

Hỗn hợp:
 Năng suất nhập liệu: GF = 1900 (kg/h)
 Nồng độ nhập liệu: xF = 73% (kg nước/ kg hỗn hợp)
 Nồng độ sản phẩm đáy: xW = 18% (kg nước/ kg hỗn hợp)
 Chọn:
 Nhiệt độ nhập liệu: tFV = 260C
 Trạng thái nhập liệu là trạng thái lỏng sôi.
với thiết bị đun sôi đáy tháp :
 Áp suất hơi đốt : Ph = 2,5at
Đối với thiết bị làm nguội sản phẩm đáy :
 Nhiệt độ dòng nước lạnh đi vào: tV = 210C
 Nhiệt độ dòng nước lạnh đi ra: tR = 380C
 Nhiệt độ sản phẩm đáy sau khi làm nguội: tWR = 420C
Đối với thiết bị ngưng tụ sản phẩm đỉnh :
 Nhiệt độ dòng nước lạnh đi vào: tV = 260C
 Nhiệt độ dòng nước lạnh đi ra: tR = 680C
 Nồng độ sản phẩm đỉnh: xD = 94% (kg nước/ kg hỗn hợp)
 Các ký hiệu:
 GF, F: suất lượng nhập liệu tính theo kg/h, kmol/h.
 GD, D: suất lượng sản phẩm đỉnh tính theo kg/h, kmol/h.
 GW, W: suất lượng sản phẩm đáy tính theo kg/h, kmol/h.
 xi,xi : nồng độ phần mol, phần khối lượng của cấu tử i.
II.

XÁC ĐỊNH SUẤT LƯỢNG SẢN PHẨM ĐỈNH VÀ SẢN PHẨM ĐÁY
THU ĐƯỢC
2.1. X ác định suất lượng sản phẩm đỉnh và sản phẩm đáy:
G F = G D + GW


G F x F = G D x D + GW xW

Ta c ó:
 1900=GD+ GW
 GD=1375 (kg/h)
1900.0.73=GD . 0.94+GW .0.18

SVTH: Lê Thị Kim Khánh
Nguyễn Thanh Chất

GW=525 (kg/h)

10


Báo cáo thực tập QT&TB
Nhận xét của GVHD
Đồ án mơn học Kỹ thuật thực phẩm

GVHD: Huỳnh Lê Huy Cường

III. XÁC ĐỊNH TỈ SỐ HỒN LƯU LÀM VIỆC :
1. Nồng độ phần mol:
(mol nước/ mol hỗn hợp)
(mol nước/ mol hỗn hợp)

(mol nước/ mol hỗn hợp)
2. Suất lượng mol tương đối của dòng nhập liệu:
3. Tỉ số hồn lưu làm việc:

Dựa vào bảng thành phần lỏng (x) – hơi (y) và nhiệt độ sôi của hỗn hợp Acid
acetic - Nước ở 760 mmHg, nội suy ta được: yF* = 93,00861% phần mol=0,9300861
Tỉ số hồn lưu tối thiểu:
Tỉ số hồn lưu làm việc: R = 1,3Rmin + 0,3 = 2,51814
IV.
XÁC ĐỊNH SUẤT LƯỢNG MOL CỦA CÁC DÒNG PHA :
Coi lưu lượng mol của các dòng pha đi trong mỗi đoạn tháp (chưng và cất) là khơng
đổi.
1. Tại đỉnh tháp:
nHD

L

nHD

L

Vì tại đỉnh tháp nồng độ phần mol của nước trong pha lỏng và pha hơi bằng nhau.
⇒ Khối lượng của pha hơi và pha lỏng tại đỉnh tháp là bằng nhau:
MHD = MLD = xD. MN + (1 – xD). MA
= 0,981211. 18 + (1 – 0,981211). 60 = 18,789 (kg/ kmol)
Suất lượng khối lượng của dòng hơi tại đỉnh tháp:
GHD = (R +1)GD = (2,51814+ 1). 1375 = 4837,4425 (kg/h)
Suất lượng mol của dòng hơi tại đỉnh tháp:

SVTH: Lê Thị Kim Khánh
Nguyễn Thanh Chất

11

Báo cáo thực tập QT&TB
Nhận xét của GVHD
Đồ án mơn học Kỹ thuật thực phẩm

GVHD: Huỳnh Lê Huy Cường

(kmol/h)
Suất lượng khối lượng của dịng hồn lưu:
GL = R.GD = 2,51814 . 1375 = 3462,4425(kg/h)
Suất lượng mol của dịng hồn lưu:
(kmol/h)
2. Tại mâm nhập liệu:
nHF

nLF

nHF

n’LF

F

Khối lượng mol của dòng nhập liệu:
MF = xF. MN + (1 – xF). MA
= 0,900123.18 + (1 – 0,900123).60 = 22,1948 (kg/kmol)
Suất lượng mol của dòng nhập liệu:
(kmol/h)
Và: nLF = L = 257,46(kmol/h)
n’LF = L + F = 257,4614 + 85,6056 =343,067(kmol/h)

nHF = nHD = 184,2803(kmol/h)
3. Tại đáy tháp:
nHW

nLW

W
Vì tại đáy tháp nồng độ phần mol của nước trong pha lỏng và pha hơi bằng nhau.
⇒ Khối lượng của pha hơi và pha lỏng tại đáy tháp là bằng nhau:
MHW = MLW = xW. MN + (1 – xW). MA
= 0,422535. 18 + (1 – 0,422535). 60 = 42,25353 (kg/mol)
Suất lượng mol của dòng sản phẩm đáy:
(kmol/h)

SVTH: Lê Thị Kim Khánh
Nguyễn Thanh Chất

12


Báo cáo thực tập QT&TB
Nhận xét của GVHD
Đồ án mơn học Kỹ thuật thực phẩm

GVHD: Huỳnh Lê Huy Cường

Và: nLW = n’LF = 343,067(kmol/h)
nHW = nHF = nHD =184,2803(kmol/h)
V. PHƯƠNG TRÌNH ĐƯỜNG LÀM VIỆC - SỐ MÂM LÝ THUY ẾT
1. Phương trình đường nồng độ làm việc của đoạn cất

Vậy

2. Phương trình đường nồng độ làm việc của đoạn chưng
Trong đó L: tỷ số giữa suất lượng nhập liệu với suất lượng sản phẩm đỉnh
Mà ta có phương trình cân bằng vật chất

Vậy

Thế vào phương trình đường làm việc của đoạn chưng ta được

Vậy y= 1,04826x - 0,02039
3. Số mâm lý thuyết
Đồ thị xác định số mâm lý thuyết

SVTH: Lê Thị Kim Khánh
Nguyễn Thanh Chất

13


Báo cáo thực tập QT&TB
Nhận xét của GVHD
Đồ án mơn học Kỹ thuật thực phẩm

GVHD: Huỳnh Lê Huy Cường

Từ đồ thị ta thấy có 18 mâm bao gồm 10 mâm cất, 1 mâm nhập
liệu và 7 mâm chưng.
2. Xác định số mâm lý thuyết thực tế
Số mâm thực tế tính theo hiệu suất trung bình:

Trong đó: hiệu suất trung bình của đĩa là 1 hàm số của độ bay hơi tương đối và độ
nhớt của hỗn hợp lỏng. = f(
Số mâm lý thuyết
Số mâm thực tế
* Xác định hiệu suất trung bình của tháp :
Độ bay hơi tương đối của cấu tử dễ bay hơi:
Với:

: phần mol của nước trong pha lỏng
: phần mol của nước trong pha hơi cân bằng với pha lỏng
lgµhh = x1lgµ1 + x2lgµ2 (cơng thức (I.12), trang 84, [5])

- Tại vị trí nhập liệu:
xF =0,900123, tra đồ thị cân bằng của hệ :

Tra bảng I.101, trang 91, st1, ta được :

Suy ra :
Tra hình IX.11, trang 171, St2, ta được:

SVTH: Lê Thị Kim Khánh
Nguyễn Thanh Chất

14


Báo cáo thực tập QT&TB
Nhận xét của GVHD
Đồ án mơn học Kỹ thuật thực phẩm

GVHD: Huỳnh Lê Huy Cường

- Tại vị trí mâm đỉnh:
, tra đồ thị cân bằng của hệ :

Tra bảng I.101, trang 91, st1, ta được :

Suy ra :
Tra hình IX.11, trang 171, St2, ta được:
- Tại vị trí mâm đáy:
, tra đồ thị cân bằng của hệ :

Tra bảng I.101, trang 91, st1, ta được :

Suy ra :
Tra hình IX.11, trang 171, St2, ta được:
Suy ra: hiệu suất trung bình của tháp:

Số mâm thực tế của tháp: 18/0,587=30,66 mâm. chọn 31 mâm.
Vậy có 18 mâm cất, 1 mâm nhập liệu và 12 mâm chưng.

SVTH: Lê Thị Kim Khánh
Nguyễn Thanh Chất

15


Báo cáo thực tập QT&TB
Nhận xét của GVHD
Đồ án mơn học Kỹ thuật thực phẩm

SVTH: Lê Thị Kim Khánh
Nguyễn Thanh Chất

GVHD: Huỳnh Lê Huy Cường

16


Báo cáo thực tập QT&TB
Nhận xét của GVHD
Đồ án mơn học Kỹ thuật thực phẩm

GVHD: Huỳnh Lê Huy Cường

CÂN BẰNG NHIỆT LƯỢNG

4.1.1 Cân bằng nhiệt lượng thiết bị đun nóng hỗn hợp đầu

Phương trình cân bằng nhiệt lượng của thiết bị đun nóng hỗn hợp đầu
QD1 + Qf = QF + Qm (*)
Trong đó:
QD1 - Nhiệt lượng hơi nước cung cấp để đun sôi hỗn hợp đầu, J/h.
Qf - Nhiệt lượng do hỗn hợp đầu mang vào thiết bị đun sôi, J/h.
QF - Nhiệt lượng do hỗn hợp đầu mang ra khỏi thiết bị đun sôi, J/h.
Qy : Nhiệt lượng do hơi mang ra khỏi tháp chưng cất J/h.
QR : nhiệt lượng do lượng hồi lưu mang vào tháp J/h.
Qh : nhiệt lượng do hơi mang ra khỏi thiết bị ngưng thụ hồi tụ J/h.
Qm : Nhiệt lượng do tổn thất vào môi trường xung quanh, J/h.
QD2 : Nhiệt lượng do hơi đốt đun sôi ở đáy tháp mang vào. J/h.

 Nhiệt lượng do hơi đốt mang vào
QD1 = D1 . r1 (J/h) (công thức IX.150 trang 196 STQTTB tập 2 )
Trong đó:  D1 - lượng hơi đốt cần thiết để đun sôi hỗn hợp ban đầu, kg/h
 r1 - ẩn nhiệt hóa hơi của hơi nước J/kg
Chọn hơi đốt là hơi nước ở 2,5at
Tra bảng 1.251, trang 314,st1
SVTH: Lê Thị Kim Khánh
Nguyễn Thanh Chất

17


Báo cáo thực tập QT&TB
Nhận xét của GVHD
Đồ án mơn học Kỹ thuật thực phẩm

 Nhiệt hóa hơi:
 Nhiệt độ sôi:

rH2O

tH2O

GVHD: Huỳnh Lê Huy Cường

= r1 = 2189500 (J/kg)

= tn = 126,25 (oC)

 Nhiệt lượng do hỗn hợp đầu mang vào thiết bị đun sôi hỗn hợp đầu

Qf = F . Cf . tf (J/h) (Công thức IX.151, 196 STQTB tập 2 )
Trong đó:  F - lượng hỗn hợp đầu, kg/h, F= 1900kg/h.
 tf - nhiệt độ của hỗn hợp đầu, ta chọn tf = 260C.
 Cf - nhiệt dung của hỗn hợp đầu , J/kg độ.
Ta có: Cf = CN . + CA.(1-)
CN, CA: nhiệt dung riêng của nước và axit axetic ở 260C.
CN = 4178 (J/kg.độ) ( Tra bảng I.1249, 310,st1)
CA = 2025,8(J/kg.độ) ( Tra bảng I.1249, 310,st1)
=> Cf = CN . + CA.(1-) = 4178.0,73+2025,8.(1 – 0,73)= 3596,906(J/ kg.độ)
Qf = 1900. 3596,906.26 = 177687,156 ( KJ/h )
 Nhiệt lượng do hỗn hợp đầu mang ra:
QF = F . t F . C F

(J /h) ( công thức I.152 STQTB tập 2 )

Trong đó:
tF - nhiệt độ của hỗn hợp ra khỏi thiết bị đun nóng, tF = 100,5990C
CF - nhiệt dung riêng của hỗn hợp đầu khi ra khỏi thiết bị đun nóng
CN = 4220,78 (J/kg.độ) ( Tra bảng I.1249, 310,st1)

SVTH: Lê Thị Kim Khánh
Nguyễn Thanh Chất

18


Báo cáo thực tập QT&TB
Nhận xét của GVHD
Đồ án mơn học Kỹ thuật thực phẩm

GVHD: Huỳnh Lê Huy Cường

CA = 2443,14 (J/kg.độ) ( Tra bảng I.1249, 310,st1)

Nồng độ hỗn hợp đầu: =0,73 pkl
=> CF = CN . + CA.(1-) = 4220,78.0,73 + 2443,14.(1-0,73)= 3740,8 (J/kg.độ)
QF = 1900. 3740,8. 100,599 = 715009,4 ( kJ /h)


Nhiệt lượng tổn hao ra môi trường xung quanh Qm

Qm = 0,05.QD1
Thay vào (*) ta có
QD1 + Qf = QF + 0,05. QD1

Qm = 0,05.QD1 =0,05.=28280,115 (kJ / h)

 Lượng hơi đốt cần dùng để đun sôi hỗn hợp đầu
=D1.r1 =
4.1.2 Cân bằng nhiệt lượng của tháp chưng luyện

Phương trình cân bằng nhiệt của tháp chưng luyện:
QF + QD2+ QR = Qh + QW + Qm (**)
 Lượng nhiệt do lượng lỏng hồi lưu mang vào tháp QR

QR =CR.GD.R.tR, (J /h)
R=2,51814
SVTH: Lê Thị Kim Khánh
Nguyễn Thanh Chất

19


Báo cáo thực tập QT&TB
Nhận xét của GVHD
Đồ án mơn học Kỹ thuật thực phẩm

GVHD: Huỳnh Lê Huy Cường

GD= 1375 (kg/h).
tR: nhiệt độ lỏng hồi lưu= 100,11270C
CR: nhiệt dung riêng của lỏng hồi lưu
CR = D.CN+ (1-).CA

Với CN, CA: nhiệt dung riêng của nước và axit axetic ở 100,11270C. Dùng
phuong pháp nội suy ta tra được:
CN= 4220,14 J/kg.độ ( Tra bảng I.1249, 310,st1)
CA= 2430,59 J/kg.độ ( Tra bảng I.1249, 310,st1)
Suy ra : CR= 0,94. 4220,14 +(1-094). 2430,59 =4112,767 J/kg.độ
Vậy: QR =4112,767.1375. 2,51814.100,1127 =1425626,798 (kJ /h)
 Nhiệt lượng do sản phẩm đáy mang ra QW
QW =GW .CW .tW, (J / h)

Ta có:
GW = 525 kg/h
CW : nhiệt dung riêng của sản phẩm đáy
tW = 105,48450C
Dùng phương pháp nội suy ta tra được nhiệt dung riêng của nước ở
105,48450C:
CN = 4227,13 J/kg.độ ( Tra bảng I.1249, 310,st1)

SVTH: Lê Thị Kim Khánh
Nguyễn Thanh Chất

20


Báo cáo thực tập QT&TB
Nhận xét của GVHD
Đồ án mơn học Kỹ thuật thực phẩm

GVHD: Huỳnh Lê Huy Cường

CA=2458,79 J/kg.độ( Tra bảng I.1249, 310,st1)
CW= W.CN+ (1-).CA

= 0,18.4227,13+(1-0,18).2458,79 = 2777,09 (J/kg.

độ)

Vậy nhiệt lượng do sản phẩm đáy mang ra là :

QW = 525. 2777,09.105,4845= 153793,474(kJ /h)

 Nhiệt lượng do hơi mang ra khỏi tháp chưng Qy:
Qy =GD.(1+R).đ ,(J / h)

Với: đ : nhiệt lượng riêng của hơi đỉnh tháp, được tính:

Với: , : nhiệt lượng riêng của nước và axit axetic ở đỉnh tháp

Nhiệt dung riêng một cấu tử được tính theo cơng thức:
=r+C.t
Với: r: ẩn nhiệt hóa hơi của cấu tử đó, J/kg
C: nhiệt dung riêng của cấu tử ở t = tD =100,11270C.
Tra bảng I.1250, 312, st1, ta được:
Toán đồ hình 1.65, 255, st1, ta được:
đ= (

SVTH: Lê Thị Kim Khánh
Nguyễn Thanh Chất

21


Báo cáo thực tập QT&TB
Nhận xét của GVHD
Đồ án mơn học Kỹ thuật thực phẩm

GVHD: Huỳnh Lê Huy Cường

Với rD = là ẩn nhiệt hóa hơi của hỗn hợp đã tính ở phần đường kính đoạn cất
Ta có:

�đ =

Vậy nhiệt lượng do hơi mang ra khỏi đỉnh tháp là:

 Nhiệt lượng do hơi đốt mang vào để đun sôi hỗn hợp ở đáy tháp QD2:
Nhiệt lượng tổn hao Qm= 0,05.QD2, thay vào (**), ta được:

Do đó lượng hơi đốt sử dụng là:

Lượng nhiệt tổn hao:
Qm =0,05.QD2 =0,05. 547467,4945(kJ / h)
4.1.3 Cân bằng nhiệt lượng của thiết bị ngưng tụ hồi lưu

Ta dùng thiết bị trao đổi nhiệt ống chùm ngưng tụ hoàn toàn sản phẩm đỉnh
P.(R+1).r =Gn1.Cn(t2-t1)
Với :
P: Lượng sản phẩm đỉnh : GD = 1375 (kg/h)
R : Chỉ số hồi lưu, R = 2,51814
Gn1:Lượng nước cần dùng cho thiết bị ngưng tụ hồi lưu

SVTH: Lê Thị Kim Khánh
Nguyễn Thanh Chất

22


Báo cáo thực tập QT&TB
Nhận xét của GVHD
Đồ án mơn học Kỹ thuật thực phẩm

GVHD: Huỳnh Lê Huy Cường

t1 , t2:Nhiệt độ của nước đi vào và đi ra khỏi thiết bị ngưng tụ hồi lưu, chọn t1=
260C,

t2=680C

Nhiệt độ trung bình trong thiết bị ngưng tụ hồi lưu
0

C

Tra bảng I.249, 310, st1, ta được: Cn=4178(J/kg.độ)
Vậy lượng nước lạnh cần dùng cho thiết bị hồi lưu là
P.(R +1).rD
Gn1 =
=
Cn.(t2 -t1)

1375.(2,51814+1).
= 59250,01(kg / h)
4178.(68- 26)

4.1.4 Cân bằng nhiệt lượng của thiết bị làm lạnh

Chọn:

 Nước làm lạnh đi trong ống với nhiệt độ vào tV = 26oC và nhiệt độ ra tR = 38oC
 Dòng hơi tại đỉnh đi ngồi ống với nhiệt độ ngưng tụ tngưng = 100,1127 (oC)
nhiệt độ ra tWR = 42oC.
Cân bằng nhiệt: Q = GW(hWS – hWR) = Gn (hR – hV)
Nhiệt dung riêng của nước ở 42oC = 4178 (J/kg.K)
Nhiệt dung riêng của axit ở 42oC = 2110,7(J/kg.K)
Nên: hWR = (0,18. 4178 + (1-0,18). 2110,7). 42= 104278,2 (J/kg)
Tra bảng 1.250, p312, ST I ⇒ Enthalpy của nước ở 26oC : hV = 108,94 (kJ/kg)
⇒ Enthalpy của nước ở 38oC : hR = 159,22 (kJ/kg)
Lượng nhiệt trao đổi: Q = GW(hWS – hWR) = 525.(2777,09.105,4845104278,2)=99047,4( (kJ/h)

Gn =

Suất lượng nước lạnh cần dùng:

Q
hR − hV

= (kg/h)

4.1.5. THIẾT BỊ ĐUN SƠI DỊNG NHẬP LIỆU


Chọn: Dịng nhập liệu đi trong ống trong với nhiệt độ vào t V = tFV = 26 oC và nhiệt độ
ra tR = tFS = 100,599 oC.

 Hơi ngưng tụ đi trong ống ngồi có áp suất 2,5at:
 Nhiệt hóa hơi:

rH2O

= rn = 2189500 (J/kg)

tH2O

 Nhiệt độ sôi:
= tn = 126,25 (oC)
Tra bảng 1.249, trang 310, [5]
SVTH: Lê Thị Kim Khánh
Nguyễn Thanh Chất

23


Báo cáo thực tập QT&TB
Nhận xét của GVHD
Đồ án mơn học Kỹ thuật thực phẩm

GVHD: Huỳnh Lê Huy Cường

⇒ Nhiệt dung riêng của nước ở 26oC = 4178(J/kg.K)
Tra bảng 1.154, trang 172, [5]
⇒ Nhiệt dung riêng của axit axetic ở 26 oC = 1990,8 (J/kg.K)
⇒ hFV = cF.tFV = [
(J/kg)

xF cN + (1− xF )cA

]tFV = (0,73. 4178 + 91-0,73). 1990,8). 26 = 93273,856

Cân bằng nhiệt: Q = GF(hFS – hFV) = Gnrn
Nên: Q = GF(hFS – hFV) = 1900.( 3740,8 .100,599–93273,856) = 537789,1 (kJ/h)
Gn =

Lượng hơi đốt cần dùng:

Q
rn

= =245,62(kg/h)

THIẾT BỊ CHÍNH
I. TÍNH ĐƯỜNG KÍNH THÁP:
Dt =

4Vtb
g tb
= 0,0188
π.3600.ω tb
( ρ y .ω y ) tb

(Công thức IX.89 và IX. 90 trang 181 )
(m)
Vtb :lượng hơi trung bình đi trong tháp (m3/h).
ωtb :tốc độ hơi trung bình đi trong tháp (m/s).
gtb : lượng hơi trung bình đi trong tháp (Kg/h).
Lượng hơi trung bình đi trong đoạn chưng và đoạn cất khác nhau. Do đó, đường
kính đoạn chưng và đoạn cất cũng khác nhau.
1. ĐƯỜNG KÍNH ĐOẠN LUYỆN:

SVTH: Lê Thị Kim Khánh
Nguyễn Thanh Chất

24


Báo cáo thực tập QT&TB
Nhận xét của GVHD
Đồ án mơn học Kỹ thuật thực phẩm

GVHD: Huỳnh Lê Huy Cường

a . Lượng hơi trung bình đi trong đoạn luyện :
g tb =

g d + g1
2

(Kg/h)

gd : lượng hơi ra khỏi đĩa trên cùng của tháp (Kg/h).
g1 : lượng hơi đi vào đĩa dưới cùng của đoạn cất (Kg/h).
• Xác định gd : gd = D.(R+1) =73,1806.(2,51814+1) =257,46 (Kmol/h)
= 4837,44(Kg/h)
Vì MthD = 18,789 (Kg/Kmol).
•

Xác định g1 : Từ hệ phương trình :
 g1 = G1 + D

 g1 . y1 = G1 .x1 + D.x D
 g .r = g .r
d d
 1 1

(III.1)

Với : G1 : lượng lỏng ở đĩa thứ nhất của đoạn cất .
r1 : ẩn nhiệt hố hơi của hỗn hợp hơi đi vào đĩa thứ nhất của đoạn cất
rd : ẩn nhiệt hố hơi của hỗn hợp hơi đi ra ở đỉnh tháp .
* Tính r1 : t1 = tF = 100,599oC

Tra bảng 1.251, trang 314 và bảng I.213, trang 256, ta có:
Ẩn nhiệt hố hơi của nước : rN = 2259,59 (KJ/kg) = 40672,64(kJ/mol)
Ẩn nhiệt hoá hơi của axit : rA = 23391,98(KJ/kmol)
Suy ra : r1 = rN.y1 + (1-y1).rA = 17280,66y1+ 23391,98 (KJ/kmol)
* Tính rd : tD = 100.1127oC
Tra bảng 1.251, trang 314 và bảng I.213, trang 256, ta có:
Ẩn nhiệt hố hơi của nước : rN = 40698,386(KJ/kmol) .
Ẩn nhiệt hố hơi của axit : rA =23388,3(KJ/kmol) .
xD = 0,981211 , tra bảng cân bằng ta được yD = 0,9868477
Suy ra : rd = rN.yD + (1-yD).rA = 40470,72 (KJ/kmol)
* x1 = xF = 0,900123

SVTH: Lê Thị Kim Khánh
Nguyễn Thanh Chất

25