đồ án công nghệ thực phẩm - VẼ VÀ THUYẾT MINH DÂY CHUYỀN SẢN XUẤT

PHẦN MỞ ĐẦU
Trong công nghiệp,việc phân tách các cấu tử từ hỗn hợp ban đầu là rất cần thiết nhằm mục đích hoàn thiện,khai
thác,chế biến
Có rất nhiều phương pháp phân tách các cấu tử trong công nghiệp,trong đó có phương pháp chưng luyện là một
trong những phương pháp hay được sử dụng.
Chưng là phương pháp tách các cấu tử từ hỗn hợp ban đầu dựa vào độ bay hơi khác nhau của chúng trong hỗn
hợp.Hỗn hợp này có thể là chất lỏng hoặc chất khí.Thường khi chưng một hỗn hợp có bao nhiêu cấu tử ta sẽ thu
được bấy nhiêu sản phẩm.Với hỗn hợp có hai cấu tử ta sẽ thu được hai sản phẩm là sản phẩm đỉnh gồm phần
lớn là cấu tử dễ bay hơi và sản phẩm đáy chứa phần lớn là cấu tử khó bay hơi.
Trong thực tế có nhiều phương pháp chưng khác nhau như : chưng bằng hơi nước trực tiếp,chưng đơn
giản,chưng luyện Chưng luyện là phương pháp chưng phổ biến nhất dùng để tách hỗn hợp các cấu tử dễ bay
hơi có tính chất hòa tan hoàn toàn hoặc một phần vào nhau.
1
VẼ VÀ THUYẾT MINH DÂY CHUYỀN SẢN XUẤT
I. Thuyết minh dây chuyền sản xuất :
Hỗn hợp đầu từ thùng chứa 1 được bơm 2 bơm liên tục lên thùng cao vị 3.Mức chất lỏng cao nhất ở thùng cao
vị được khống chế nhờ ống chảy tràn. Từ thùng cao vị, hỗn hợp đầu qua thiết bị đun nóng 4 . Tại đây,dung dịch
được gia nhiệt bằng hơi nước bão hòa đến nhiệt độ sôi .Sau đó,dung dịch được đưa vào tháp chưng luyện qua
đĩa tiếp liệu.

Tháp chưng luyện gồm 2 phần : phần từ đĩa tiếp liệu trở lên trên là đoạn luyện ,còn từ đĩa tiếp liệu trở xuống là
đoạn chưng.
Như vậy,ở trong tháp,pha lỏng đi từ trên xuống tiếp xúc với pha hơi đi từ dưới lên. Hơi bốc từ đĩa dưới lên
qua các lỗ đĩa trên và tiếp xúc với pha lỏng của đĩa trên,ngưng tụ một phần,vì thế nồng độ cấu tử dễ bay hơi
trong pha lỏng tăng dần theo chiều cao của tháp.Vì nồng độ cấu tử dễ bay hơi trong lỏng tăng nên nồng độ của
nó trong hơi do lỏng bốc lên cũng tăng.Cấu tử dễ bay hơi có nhiệt độ sôi thấp hơn cấu tử khó bay hơi nên khi
nồng độ của nó tăng nên thì nhiệt độ sôi của dung dịch giảm. Tóm lại theo chiều cao tháp nồng độ cấu tử dễ bay
hơi ( cả pha lỏng và pha hơi) tăng dần ,nồng độ cấu tử khó bay hơi ( cả pha lỏng và pha hơi) giảm dần và nhiệt
độ giảm dần. Cuối cùng ở đỉnh tháp ta sẽ thu được hỗn hợp hơi có thành phần hầu hết là cấu tử dễ bay hơi còn ở
đáy tháp ta sẽ thu được hỗn hợp lỏng có thành phần cấu tử khó bay hơi chiếm tỉ lệ lớn. Để duy trì pha lỏng
trong các đĩa trong đoạn luyện,ta bổ sung bằng dòng hồi lưu được ngưng tụ từ hơi đỉnh tháp . Hơi đỉnh tháp

được ngưng tụ nhờ thiết bị ngưng tụ hoàn toàn 6,dung dịch lỏng thu được sau khi ngưng tụ một phần được dẫn
tới hồi lưu trở lại đĩa luyện trên cùng để duy trì pha lỏng trong các đĩa đoạn luyện,phần còn lại được đưa qua
thiết bị làm lạnh 7 để đi vào bể chứa sản phẩm đỉnh 8. Chất lỏng ở đáy tháp được tháo ra ở đáy tháp,sau đó một
phần được đun sôi bằng thiết bị gia nhiệt đáy tháp 9 và hồi lưu và đáy tháp, phần chất lỏng còn lại được đưa vào
bể chứa sản phẩm đáy 10.Nước ngưng của các thiết bị gia nhiệt đước tháo qua thiết bị tháo nước ngưng 11.
Như vậy, thiết bị làm việc liên tục (hỗn hợp đầu đưa vào liên tục và sản phẩm cũng được lấy ra liên tục).
2
II.Sơ đồ dây chuyền
Chú thích
1-Thùng chứa hỗn hợp đầu 5-Tháp chưng luyện
2-Bơm 6-Thiết bị ngưng tụ hồi lưu
3-Thùng cao vị 7-Thiết bị làm lạnh sản phẩm đỉnh
4-Thiết bị gia nhiệt hỗn hợp đầu 8-Thùng chứa sản phẩm đỉnh
9-Thiết bị gia nhiệt đáy 10-Thùng chứa sản phẩm đáy
11-Thiết bị tháo nước ngưng
3
TÍNH TOÁN THIẾT BỊ CHÍNH
Giả thiết:
- Số mol pha hơi đi từ dưới lên là bằng nhau trong tất cả mọi thiết diện của tháp
- Số mol chất lỏng không thay đổi theo chiều cao của đoạn chưng và luyện
- Hỗn hợp đầu đi vào tháp ở nhiệt độ sôi
- Chất lỏng ngưng tụ trong thiết bị ngưng tụ có thành phần bằng nhau của phần hơi đi ra ở đỉnh tháp
- Cấp nhiệt ở đáy tháp bằng hơi đốt gián tiếp
Yêu cầu thiết bị

F : năng suất thiết bị thiết bị tính theo hỗn hợp đầu = 2,5kg\s
Thiết bị làm việc ở áp suất thường p= 1at
Loại tháp :tháp đệm
Điều kiện

a
F :
nồng độ metylic trong hỗn hợp đầu =25% khối lượng.

a
P
: nồng độ metylen trong sản phẩm đỉnh =96% khối lượng.

a
W
: nồng độ metylen trong sản phẩm đáy =1,5% khối lượng.
M
1
= 32 kg\kmol,khối lượng phân tử metylen.
M
2
= 18 kg\kmol,khối lượng phân tử nước.
TÍNH CÂN BẰNG VẬT LIỆU
1.tính cân bằng vật liệu:
Theo phương trình cân bằng của toàn tháp:

F=W+P (1)
Và phương trình cân bằng vật liệu cho riêng cấu tử dễ bay hơi

F.a
F
=P.a
P
+W.a
F

(2)
Từ (1) và (2) ta suy ra lượng sản phẩm đáy là


lượng sản phẩm đỉnh là
P=F-W= 0.621693122 kg/s

W=
( )
F P
W P
F a a
a a
−
−
=1.878306878 kg/s
4
Tính lượng hỗn hợp đầu F’,lượng sản phẩm đỉnh P’,lượng sản phẩm đáy W’ theo đơn vị kmol/s
a
F
,M
1

F’=(
1
F
a
M
+
1

2
F
a
M
−
).F=
0.25 1 0.25
*2.5
32 18
−
 
+
 
 
= 0.124 kmol/s=446.4 kmol/h
P’= (
1
P
a
M
+
2
1
P
a
M
−
).P=
0.96 1 0.96
*2.5

32 18
−
 
+
 
 
=0.081 kmol/s=291.6 kmol/h
W’=F’- P’= 0.043 kmol/s= 154.8 kmol/h
2.tính chỉ số hồi lưu thích hợp,số đĩa lý thuyết
2.1 Đổi nồng độ từ phần khối lượng sang phần mol:
x
F
=
1
1 2
0.25
32
0.15789
1 0.25 1 0.25
32 18
F
F F
a
M
a a
M M
= =
− −
+
+

x
P
=
1
1 2
0.96
32
1 0.96 1 0.96
32 18
P
P P
a
M
a a
M M
= =
− −
+
+
= 0.931
x
W
=
W
1
1 2
0.015
32
0.0085

1 0.015 1 0.015
32 18
W W
a
M
a a
M M
= =
− −
+
+
Dựa vào đường cân bằng lỏng hơi của hệ methanol- nước trong bảng IX.2a trang 149 nội suy
ta có
y
F
= 0.5112, y
W
= 0.0085
Đồ thị đường cân bằng lỏng hơi hệ methanol-nước:
5
2.2 Chỉ số hồi lưu tối thiểu:
R
min
=
*
*
0.931 0.5112
0.5112 0.15789
P F
F F

x y
y x
−
−
=
− −
= 1,188305
2.3 Tính chỉ số hồi lưu thích hợp:

Áp dụng công thức : R
th
= β.R
min

Trong đó :
+ 1,2 =< β =< 2.5 là hệ số hồi lưu
+R
min
=1,188305
a) Phương trình đoạn luyện cho bởi công thức:

y=
1
R
R +
x +
0.931
1R +
b)Phương trình đoạn chưng cho bởi công thức:
y=

1
R f
R
+
+
x -
1
1
f
R
−
+
x
W
trong đó
'
'
F
f
P
=
= 6,174913 và
w
x
=
0.0085
β R
th
Đường luyện y=f(x) m=y(0)
N N(R+1)

6
1.2 1.425966
0.5878x+0.3838
0.3838
12 29.112
1.25 1.485381
0.5976x+0.3746 0.3746
11 27.339
1.5 1.782458
0.6406x+0.3346 0.3346
10 27.825
2 2.37661
0.7038x+0.2757 0.2757
8 27.013
2.5 2.970763
0.7482x+0.2345 0.2345
7 27.793
β
=1.2
7
1.25
β
=
8
1.5
β
=
9
2
β

=
10
2.5
β
=
Vậy số đĩa lý thuyết là N
LT
= 8 và R
th
= 2.37661
II.Tính đường kính tháp:

Công thức tính đường kính tháp đệm:

D=
0.0188
( . )
tb
y y tb
g
ρ ω
(m)
Với g
tb
lượng hơi trung bình đi trong tháp

( . )
y y tb
ρ ω
: tốc độ hơi trung bình đi trong tháp kg\m

2
.s
2.1 Lượng hơi trung bình đi trong tháp:
2.1.1: lượng hơi trung bình đi qua đoạn luyện:
11
g
tbl
=
2
d l
g g+
là lượng hơi trung bình đi trong đoạn luyện,kg\h hoặc kmol\h
g
d
:lương hơi đi ra khỏi đĩa trên cùng của tháp,kg\h hay kmol\h
g
l
: lượng hơi đi vào đĩa dưới cùng của đoạn luyện,kg\h hay kmol\h
g
d
=G
R
+G
P
=G
P
(R
x
+1)
trong đó G

R
= lượng chất lỏng hồi lưu = G
P
*R
x
= 291.6*2.37661= 693.1kmol/h
G
P
=P’= 291.6 kmol/h lưu lượng sản phẩm đỉnh,kmol/h
Vậy g
d
= 291.6(2.37661+1)= 984.62 kmol/h
Lượng hơi g
1
,hàm lượng hơi y
1
,lượng lỏng G
1
đối với đĩa dưới cùng của đoạn
luyện được xác định theo hệ phương trình cân bằng vật liệu và cân bằng nhiệt
lượng sau:
(1 )
(1 )
l l P
l l l F P P
l l d r
l a l l b
d a d d b
g G G
g y G x G x

g r g r
r r y y r
r r y y r
= +


= +


=

= + −
= + −
Trong đó x
1
= x
F
Và r
1
: ẩn nhiệt hóa hơi của hỗn hợp hơi đi vào đĩa dưới cùng của đoạn luyện, r
d
là
ẩn nhiệt hóa hơi của hỗn hợp hơi đi ra khỏi đỉnh tháp
Và r
a
,r
b
là ẩn nhiệt hóa hơi của các cấu tử A,B nguyên chất
Nội suy theo bảng I.213 đối với methanol và bảng I.250 đối với nước từ sổ tay quá
trình thiết bị công nghê hóa chất tập 1

12

13
Nội suy ta có với x
F
= 0.15789 thì y
*
F
= 0.5112, t
F
= 84.2
0
C.
Với x
P
= 0.931 thì t
P
= 65.5
o
C
Với x
W
= 0.0085 thì t
w
= 99.7
0
C
Giá trị
0

84.2
F
t C=
0
65.5
P
t C=
0
99.7
W
t C=
A
r
(kcal/kg)
256.48 267.25 246.21
A
r
(kcal/kmol)
8207.36 8552 7878.72
B
r
(kcal/kg)
548.68 559.41 539.58
B
r
(kcal/kmol)
9876.24 10069.38 9712.44
Với các giá trị ẩn nhiệt hóa hơi ở nhiệt độ đầu vào ta tính được r
1
.Với các giá trị ẩn nhiệt hóa

hơi ở nhiệt độ đỉnh ta tính được r
d
.Với y
d
là nồng độ hơi tương ứng với nồng độ pha lỏng x
P
theo phương trình đường nồng độ làm việc đoạn luyện :
Ta có hệ pt
[ ]
291.6
* *0.15789 0.931*291.6
(9876.24 1368.88 ) 984.62* 8207.36*0.931 (1 0.931)*9876.24 8752111
l l
l l l
l l
g G
g y G
g y

= +

= +


− = + − =

Giải ra ta được g
l
= 937.95kmol/h, G
l

=646.35kmol/h, y
l
=0.3982 kmol/kmol
Vậy lượng hơi trung bình đi trong đoạn luyện là :
. 937.95
961.29 /
2 2
d l
tbl
g g
g kmol h
+
+
= = =
984 62
Lượng lỏng trung bình đi trong đoạn luyện là :
G
tbl
=
. 646.35
669.74 /
2 2
R l
G G
kmol h
+
+
= =
693 1
.

2.1.2 Lượng hơi trung bình đi qua đoạn chưng:
Lượng hơi trung bình đi qua đoạn chưng được xác định gần đúng bằng công thức tính:
' '
n l
tbc
g g
g
+
=
Với g
tbc
là lượng hơi trung bình đi quan đoạn chưng,kg/h hay kmol/h.
'
n
g
là lượng hơi đi ra khỏi đoạn chưng ,
'
n
g
=g
l
l
g
’ là lượng hơi đi vào đoạn chưng ,kg/h hay kmol/h
Lượng hơi đi vào đoạn chưng g
l
,lượng lỏng G
1
’ và hàm lượng lỏng x
1

’ được xác định theo hệ phương
trình sau:
14
G’
l
= g
l
’ + G
W
G’
l
*x’
1
=g’
l
*y
W
+ G
W
*x
W


l
g
’*r’
1
= g
n
’*r

n
’= g
1
*r
1

Trong đó y
1
’= y
W
= 0.0085 theo đường cân bằng ứng với x
w

' ' (1 ')
l a l l b
r r y y r= + − −
ẩn nhiệt hóa hơi của hỗn hợp hơi đi vào đĩa thứ nhất của đoạn chưng
' ' (1 ')
n a n n b
r r y y r= + − −
ẩn nhiệt hóa hơi của hỗn hợp hơi đi vào đĩa trên cùng của đoạn chưng
Thay số và tính tương tự phần luyện ta có hệ
G’
l
= g
l
’+ 154.8
G’
l
*x’

1
=0.0085 g’
l
+ 13.158
9712.44g’
l
=
8752111
Giả hệ ta có g’
1
= 901.1 kmol/h , G’
l
= 1055.9 kmol/h, x’
1
= 0.0197 kmol/h
Vậy lượng hơi trung bình đi qua đoạn chưng là
' '
n l
tbc
g g
g
+
=
=
937.95 901.1
2
+
=919.53 kmol/h
Lượng lỏng trung bình đi trong đoạn chưng là :
G

tbl
=
'
646.35+1055.9
851.13 /
2 2
l l
G G
kmol h
+
= =
15