Đồ án chưng luyện cồn etylic nước bằng tháp chưng luyện dạng đĩa chóp

GVHD: GVCC.TS Nguyễn Minh Hệ

Đồ án quá trình và thiết bị trong công nghệ thực phẩm

`

MỤC LỤC

Mục lục………………………………………………………………..………1
PHẦN I. MỞ ĐẦU……………………………………………………….……4
PHẦN II. NÔI DUNG………………………………………………………….6
CHƯƠNG

1:

TỔNG

QUAN

VỀ

CÔNG

NGHỆ

SẢN

XUẤT

CỒN………………………….…..……………………………………………..6
1.1

Giới thiệu về cồn……………………………………………………..6

1.2

Các phương pháp chưng luyện……………...………….…………….7

1.3

Các thiết bị chưng luyện………………………………… …..............7

CHƯƠNG 2:CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT CỒN…..……………….……….…..9
2.1 Nguyên liệu………….……………………………….…………………..9
2.1 Các phương pháp lên men cồn………………….………………………..9
2.3 Sơ đồ quy trình sản xuất…………………..…………………………….11
2.3.1 Thuyết minh quy trình………….…………………………………...12
CHƯƠNG 3: TÍNH TỐN THIẾT BỊ…………………………..…………….14
3.1 Kí hiệu và thơng số ban đầu…………………….……………………….14
3.2 Tính tốn và cân bằng vật liệu…………………….…………………….17
3.2.1 Tính cân bằng vật liệu………………………….………….……….
3.2.2 Xác định chỉ số hồi lưu thích hợp Rmin- Số đĩa lý thuyết…………
3.3 Xác định số đĩa thực tế……………………..……………………………27
3.3.1 Xác định hiệu suất trung bình của tháp

tb

………………………27

3.3.2 Xác định số đĩa thực tế……………….…………………………31
3.4 Đường kính tháp…………………………………………………………31

Sinh viên : Hoàng Thị Diệu Linh
MSSV:
20132262

Lớp : KTTP01 –K58

Page 1


Đồ án q trình và thiết bị trong cơng nghệ thực phẩm

GVHD: GVCC.TS Nguyễn Minh Hệ

3.4.1 Đường kính đoạn luyện………………………………………………..
3.4.2 Đường kính đoạn chưng……………………………………………..
3.5 Vận tốc thực tế của hơi trong tháp…………………………………………42
3.6 Chiều cao tháp……………………………….…………………………..42
3.7 Nắp và đáy tháp…...……………………………………………………..43
CHƯƠNG 4: TÍNH TỐN CƠ KHÍ VÀ LỰA CHỌN……………………….44
4.1 Tính chóp và kích thước cơ bản của chóp…………………………………44
4.1.1 Số chóp phân bố trên đĩa………………………………………………..
4.1.2 Kích thước của chóp……………………………………………….41
4.2 Chọn mặt bích……………………………………………………………49
4.3 Tính đường kính các ống dẫn…………………………………………….50
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 hơi ngưng tụ hồi lưu…………………………………………
4.3.6 Ống dẫn hơi sản phẩm đáy hồi lưu…………………………………….

4.3.7 Diện tích làm việc của đĩa…………………………………………..…..
CHƯƠNG 5 TÍNH CÂN BẰNG NHIỆT……………………………………57
5.1 Thiết bị gia nhiệt hỗn hợp đầu………………….………………………..57
5.1.1 Nhiệt lượng do hơi đốt mang vào……………………………………
5.1.2 Nhiệt lượng do hỗn hợp đầu mang vào………………………………..
Sinh viên : Hoàng Thị Diệu Linh
MSSV:
20132262

Lớp : KTTP01 –K58

Page 2


Đồ án q trình và thiết bị trong cơng nghệ thực phẩm

GVHD: GVCC.TS Nguyễn Minh Hệ

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………………………………………………………..59
5.2.1 Nhiệt lượng do hơi đốt mang vào……………………………………
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…………………………
5.2.7 Nhiệt lượng do nước ngưng mang ra…………………………………

5.3 Thiết bị ngưng tụ………………………………………………………….63
5.4 Thiết bị làm lạnh…………………………………………………………..64
Tài liệu tham khảo……………………………………………………………..66
LỜI KẾT...……………………………………………………………………67

Sinh viên : Hoàng Thị Diệu Linh
MSSV:
20132262

Lớp : KTTP01 –K58

Page 3


Đồ án q trình và thiết bị trong cơng nghệ thực phẩm

GVHD: GVCC.TS Nguyễn Minh Hệ

PHẦN I: MỞ ĐẦU
Ngày nay cùng với sự phát triển khoa học kĩ thuật, nền cơng nghiệp đã mang lại
cho con người những lợi ích vô cùng to lớn về vật chất và tinh thần. Để nâng
cao đời sống của nhân dân, để hòa nhập với sự phát triển chung của các nước
trong khu vực cũng như trên thế giới, Đảng và nhà nước ta đã đề ra mục tiêu
cơng nghiệp hóa và hiện đại hóa đất nước.
Trong tiến trình cơng nghiệp hóa- hiện đại hóa đất nước, những ngành
mũi nhọn như Cơng Nghệ Thơng Tin, Công nghệ Sinh học, Công nghệ điện tử
tự động hóa,….Cơng nghệ Thực Phẩm giữ vai trị quan trọng trong việc sản suất
các thực phẩm phục vụ cho nền kinh tế quốc dân, tạo tiền đề cho nhiều ngành
khác phát triển.
Khi nền kinh tế phát triển thì nhu cầu con người ngày càng tăng. Do vậy

các phẩm cũng đòi hỏi cao hơn, đa dạng hơn, phong phú hơn, theo đó cơng
nghệ sản xuất cũng nâng cao. Có nhiều phương pháp khác nhau để làm tăng
nồng độ, độ tinh khiết như: Chưng cất, cơ đặc, trích ly. Tùy vào tính chất của hệ
mà ta lựa chọn phương pháp thích hợp. Do nhu cầu sử dụng sản phẩm có độ
tinh khiết lớn như vậy quá trình chưng cất là một quá trình không thể thiếu.
Chưng khác cô đặc khác nhau như thế nào ?. Thực ra chưng và cô đặc
đều là quá trình bay hơi nhưng trong quá trình chưng, các cấu tử đều bay hơi,
cịn trong cơ đặc chỉ có dung mơi bay hơi mà chất tan khơng bay hơi.
Q trình chưng bắt đầu với việc sản xuất rượu từ thế kỉ XI. Ngày nay
được ứng dụng rộng rãi để tách các hỗn hợp như:
+Dầu mỏ, tài nguyên được khai thác ở dạng lỏng
Sinh viên : Hoàng Thị Diệu Linh
MSSV:
20132262

Lớp : KTTP01 –K58

Page 4


Đồ án q trình và thiết bị trong cơng nghệ thực phẩm

GVHD: GVCC.TS Nguyễn Minh Hệ

+Khơng khí hóa lỏng được chưng cất ở nhiệt độ -190℃ để sản xuất
õi và Nitơ.
+Q trình tổng hợp hữu cơ. VD:metanol, etylen, butadiene,
propylen.
+Cơng nghệ sinh học và thực phẩm cho sản phẩm là hỗn hợp chất
lỏng như: etylic- nước từ quá trình lên men

Chưng cất là một phương pháp dùng để tách các hỗn hợp chất lỏng cũng
như các hỗn hợp chất khí lỏng thành các cấu tử riêng biệt dựa vào độ bay hơi
khác nhau của các cấu tử thành phần ở cùng nhiệt độ. Hay cũng chính là dựa
trên nhiệt độ sơi khác nhau của các cấu tử ở cùng một áp suất. Có rất nhiều
phương pháp chưng, trong đó chưng luyện là phương pháp phổ biến và hiệu quả
trong việc tách hồn tồn các cấu tử dễ bay hơi có tính chất hồn tan một phần
hoặc hịa tan hồn tồn vào nhau, vì vậy nó được sử dụng nhiều trong thực tế.
Phương pháp chưng luyện này là một quá trình trong đó hỗn hợp được
bốc hơi và ngưng tụ nhiều lần. Kết quả cuối cùng là ở đỉnh tháp ta thu được hỗn
hợp gồm hầu hết các cấu tử dễ bay hơi (cấu tử có nhiệt độ sơi thấp hơn) và nồng
độ đạt yêu cầu. Còn ở đáy thu được một hỗn hợp được gồm hầu hết các cấu tử
khó bay hơi (cấu tử có nhiệt độ sơi cao hơn).
Đồ án này có đề bài là: Tính tốn, thiết kế tháp đĩa chưng luyện cồn
năng suất 1500kg/h,nồng độ sản phẩm đỉnhlà 91%, nồng độ xả đáy là 0,05%,
nồng độ nguyên liệu 35% khối lượng. Đồ án này đi sâu vào các nội dung chính,
đưa ra các bước thực hiện , giải quyết việc tính tốn kĩ thuật và thiết kế tháp
chưng luyện. Cịn việc tính tốn thiết bị phụ chưa đi sâu vào được .
Vấn đề chính cho nội dung đồ án em xây dựng gồm 3 phần:
+ Phần mở đầu
+ Phần nội dung
Sinh viên : Hoàng Thị Diệu Linh
MSSV:
20132262

Lớp : KTTP01 –K58

Page 5

Đồ án q trình và thiết bị trong cơng nghệ thực phẩm

GVHD: GVCC.TS Nguyễn Minh Hệ

-Tổng quan về công nghệ sản xuất cồn
-Cơng nghệ sản xuất cồn
-Tính tốn thiết bị
-Tính tốn cơ khí và lựa chọn
-Tính cân bằng nhiệt
+Phần Kết luận.

PHẦN II: NÔI DUNG
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT CỒN
1.1 Giới thiệu về cồn
Tùy theo cách sử dung lượng cồn mà mỗi nước trên thế giới có các
loại rượu , bia khác nhau.Cồn dung để tăng nồng độ rượu, bia. Trong đó rượu
Vodka là một trong những loại rượu tiêu biểu.Đó là loại rượu nổi tiếng là niềm
tự hào cho người dân nước Nga. Vodka được sản xuất ở Nga từ thế kỷ 12, ngay
tên gọi của nó cũng có nghĩa là rượu mạnh, từ vodka theo tiếng Nga nghĩa là “ít
nước” mà nhiều cồn. Rượu Vodka có độ cồn khá cao từ 35% đến 50%. Một số
loại rượu mạnh khác như: Brandy, Whisky, Martin, Brandy, Napoleon, Rhum…
Ngồi ra cịn có các loại rượu nhẹ và rượu thông thường.
Rượu sản xuất thủ công được sản xuất ở các làng nghề hay những
hộ gia đình ở đồng bằng hay miền núi. Họ lấy lúa, gạo , ngô, khoai, sắn nấu
chin, làm nguội rồi rắc men và đem đi ủ. Trong quá trính ủ nấm mốc phát triển
trên cơm gạo nếp và tự tạo cho khối gạo ủ mùi thơm đặc trưng, hấp dẫn. Đặc
biệt để có được rượu nếp ngon và vẫn giữ được hương thơm, khi chưng cất

Sinh viên : Hoàng Thị Diệu Linh
MSSV:

20132262

Lớp : KTTP01 –K58

Page 6


Đồ án q trình và thiết bị trong cơng nghệ thực phẩm

GVHD: GVCC.TS Nguyễn Minh Hệ

không sử dụng tháp cao cất cồn mà dùng thiết bị chưng cất rượu để thu hoạch,
lúc này rượu nếp đạt khoảng 40-50 độ rượu.
Ngày nay do nhu cầu sử dụng và chạy đua với nền Thực Phẩm thế
giới. Các nhà máy sản xuất rượu mọc lên rất nhiều như ở Hà Nội, Phú Thọ,
Nam Định,…
Ứng dụng của cồn chiếm một vị trí đáng kể trong Cơng nghiệp thực
Phẩm.Ngồi việc làm tăng nồng độ cho rượu, bia, cồn cịn nhiều ứng dụng
khác: Ví Dụ như: Chế biến thức ăn, khử mùi cho thực phẩm ( nhiều loại thực
phẩm có mùi khơng mong muốn) , làm tăng mùi thơm đặc trưng cho món ăn.
Cồn cịn 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 mơi hịa tan
các chất vơ cơ và hữu cơ.
Cồn có khả năng thay xăng sản xuất từ dầu mỏ
Tóm lại Cồn có một hướng phát triển tốt để xây dựng nề cơng nghiệp.Nó
có rất nhiều ứng dụng , nên việc khai thác cồn hiệu quả là công việc rất cần thiết
không ở riêng nghành thực Phẩm và nó cịn là niềm quan tâm đáng kể với các
nghành khác. Nhưng hiện nay máy móc, cơng nghệ, năng xuất để tinh chế cồn
(tách bỏ các tạp chất ra khỏi cồn) vẫn chưa được nâng cao, chưa đáp ứng được

nhu cầu tiêu thụ. Do vậy đồ án này thực hiện để nâng cao trình độ chun mơn
về cơng nghệ, yêu cầu năng xuất thiết kế ra máy móc phù hợp: chi phí thấp
nhất, hiệu quả cao nhất.
1.2 Các phương pháp chưng luyện
-Theo áp suất làm việc
+Áp suất cao
+Áp suất thường
+Áp suất thấp
Sinh viên : Hoàng Thị Diệu Linh
MSSV:
20132262

Lớp : KTTP01 –K58

Page 7


Đồ án q trình và thiết bị trong cơng nghệ thực phẩm

GVHD: GVCC.TS Nguyễn Minh Hệ

Nguyên tắc của phương pháp này là:
-Theo nguyên lý làm việc
+Chưng cất đơn giản
+Chưng cất liên tục
1.3 Các 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 phaỉ 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 chóp có dạng trịn, xupap, chữ s…
Tháp mâm xuyên lỗ: trên mâm có nhiều lỗ hay rãnh.
Tháp đệm: tháp hình trụ, gồm nhiều bậc nối với nhau bằng các mặt bích hay
hàn. Vật chêm được cho vào tháp theo một trong hai phương pháp: xếp ngẫu
nhiên hay xếp thứ tự.

Tháp đệm
Ưu
điểm

Tháp đĩa xuyên lỗ

- Cấu tạo khá đơn giản.

đối thấp.

- Trở lực thấp.
- Làm việc được với
chất lỏng bẩn nếu
dùng đệm cầu có của

Sinh viên : Hoàng Thị Diệu Linh
MSSV:
20132262

- Trở lực tương
- Hiệu suất khá
cao.
- Chế tạo đơn

Lớp : KTTP01 –K58

Tháp đĩa chóp
- Khá

ổn

định.
- Hiệu suất
truyền
khối cao
Page 8


Đồ án q trình và thiết bị trong cơng nghệ thực phẩm

chất lỏng

GVHD: GVCC.TS Nguyễn Minh Hệ

giản, vệ sinh
dễ dàng.

- Ít

tiêu

hao năng

- Ít tốn kim loại
hơn tháp chóp

lượng
hơn

nên

có số đĩa
ít hơn.

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

- Kết cấu khá

- Có

phức tạp.

trở

lực lớn.

-Độ ổn định khơng cao do sự

- Yêu cầu lắp

phân bố các pha theo tiết

đặt cao: đĩa

nhiều

diện tháp khơng đều, khó

lắp

phải

vật

tư,

phẳng,

chất

kết

cấu

Nhược vận hành.
điểm
-Do có hiệu ứng thành do đó
khi tăng năng suất thì hiệu

ứng thành tăng vì vậy khó
tăng năng suất.

- Tiêu tốn

lỏng khó phân

phức

phố đều trên

tạp.

mâm

nếu

đường

kinh

quá lớn.

-Thiết bị khá nặng nề.

Sử dụng tháp đệm khơng cho phép ta kiểm sốt q trình chưng cất theo khơng
gian tháp trong khi đó ở tháp mâm thì quá trình thể hiện qua từng mâm một
cách rõ dàng, tháp đệm khó chế tạo được kích thước lớn ở quy mô công nghiệp.
Sử dụng tháp đĩa xuyên lỗ , hiệu suất đạt được khơng bằng tháp chóp,
chế độ làm việc khơng ổn định bằng tháp chóp, với tháp đường kính q lớn

cũng khơng sử dụng hiệu quả.
Vậy: Với đồ án chưng cất cồn, em chọn tháp chóp có ống chảy chuyền.

Sinh viên : Hoàng Thị Diệu Linh
MSSV:
20132262

Lớp : KTTP01 –K58

Page 9


Đồ án q trình và thiết bị trong cơng nghệ thực phẩm

GVHD: GVCC.TS Nguyễn Minh Hệ

CHƯƠNG 2: CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT CỒN

Cồn sử dụng trong thực phẩm được sản xuất bằng phương pháp lên
2.1 Nguyên liệu
Cồn được sản xuất chủ yếu từ tinh bột và mật rỉ, ngồi ra cịn được sản xuất từ
các polisacarit, nguyên liệu chứa đường…
Sinh viên : Hoàng Thị Diệu Linh
MSSV:
20132262

Lớp : KTTP01 –K58

Page 10

Đồ án q trình và thiết bị trong cơng nghệ thực phẩm

GVHD: GVCC.TS Nguyễn Minh Hệ

- Nguyên liệu tinh bột gồm: các loại ngũ cốc, các loại củ giàu tinh bột.
- Nguyên liệu chứa đường: mật rỉ, saccharose dạng tinh thể hoặc dạng
dung dịch, nước ép mía, dịch chiết từ củ cải đường…
- Nguyên liệu từ polisaccarit, xenluloza: bã mía, mùn cưa…
2.1Các phương pháp lên men cồn
- Phương pháp lên men truyền thống(bổ sung bánh men)
- Phương pháp lên men bổ sung nấm mốc.
- Phương pháp lên men cồn bằng phương pháp cố định tế bào.
Quy trình sản xuất cồn có thể chia làm các giai đoạn chính sau:
Giai đoạn 1: Chuẩn bị dịch lên men
Nếu nguyên liệu chứa tinh bột thì cơng đoạn này gồm nghiền, nấu, đường hóa
và làm lạnh tới nhiệt độ lên men. Nếu nguyên liệu là mật rỉ thì chuẩn bị dịch lên
men gồm pha lỗng sơ bộ, xử lí mật rỉ, bổ sung nguồn dinh dưỡng, tách cặn,pha
loãng tới nồng độ lên men và lên men.
Giai đoạn 2: Gây men giống và lên men
Muốn lên men trước hết cần phát triển men giống tới chất lượng và số lượng
cần thiết.Sau đó đưa men giống và dịch đường vào thùng rồi khống chế ở điều
kiện xác định để nấm men chuyển hóa đường thành rượu và co 2.Dịch nhận được
sau lên men được gọi là giấm chín.
Giai đoạn 3: Xử lí dịch lên men
Cơng đoạn này có liên quan tới kiến thức lí học và q trình thiết bị cơng nghệ
hóa(q trình chuyển khối). Thực chất là dùng hệ thống chưng luyện phù hợp để
tách rượu và các chất dễ bay hơi khỏi dấm chín sau đó đem tinh luyện để nhận
được cồn sản phẩm, thỏa mãn tiêu chuẩn và yêu cầu tiêu dùng.Sản phẩm thu
được sau xử lí bao gồm cồn thực phẩm, cồn đầu và một số sản phẩm khác.

Ngoài các sản phẩm kể trên, chúng ta cịn thu được bã rượu có chứa nhiều
chất hữu ích, có thể dung làm mơi trường nuôi cấy và thu nhận nấm men thô
dung cho chăn nuôi, chế biến các loại kháng sinh v.v… Ở một số nước, người ta
đem cô đặc bã rượu tới nồng độ chất khô nhất định và bổ xung trực tiếp vào
khẩu phần ăn của vật nuôi. Trong bã rượu của rỉ đường cịn có thể thu nhận
glyxerin, axit glutamic. Trong những năm gần đây bã rượu từ mật rỉ còn được
nghiên cứu và đưa vào phụ gia của vật liệu xây dựng.

Sinh viên : Hoàng Thị Diệu Linh
MSSV:
20132262

Lớp : KTTP01 –K58

Page 11


Đồ án q trình và thiết bị trong cơng nghệ thực phẩm

GVHD: GVCC.TS Nguyễn Minh Hệ

Ở nước ta việc sử dụng bã rượu chưa được nghiên cứu áp dụng nên cịn lãng
phí nhiều.Phần lớn bị bỏ đi, chỉ phần rất ít được sử dụng vào mục đích chăn
nuôi.
2.2Sơ đồ thiết bị chưng luyện liên tục
Chưng luyện liên tục có thể thực hiên theo nhiều sơ đồ khác nhau: 2 tháp, 3
tháp, 4 tháp. Trên sơ đồ này người ta lại chia thành chưng luyện theo hệ thống
một dòng ( gián tiếp) hoặc 2 dòng ( vừa gián tiếp vừa trực tiếp).
a. Sơ đồ hai tháp gián tiếp - 1 dòng
Giấm chín được bơm lên thùng cao vị 1 sau đó đi vào bình hâm giấm 2. Ở

đây giấm chin được hâm nóng đến 70-80oC bằng ẩn nhiệt của hơi cồn thơ, sau
đó qua bình tách CO2 3 rồi vào tháp 4. Hơi cồn bay lên ngưng ở 2, phần chưa
ngưng tiếp tục sang ngưng ở 6. Tồn bộ cồn thơ ngưng ở 2, 6, 7 đi vào tháp tinh
chế 8 ở đĩa thứ 16-18 tính từ dưới lên. Tháp tinh cũng được cấp nhiệt bằng hơi
nước có áp suất P=0,8-1 kg/cm2. Hơi rượu bay lên được nâng cao nồng độ ra
khỏi tháp đi vào 9. Tại đây ta điều chỉnh lượng nước làm lạnh để lấy cồn đầu ra
ở 7, khoảng 3-5% so với toàn bộ lượng cồn đưa vào hệ thống tháp.Số ngưng ở 9
được hồi lưu trở lại tháp.
Cồn được lấy ra ở dạng lỏng cách đĩa hồi lưu 3 đến 6 đĩa và đoạn làm lạnh ở
10.Nhiệt độ đáy 2 tháp luôn đảm bảo 103-105 oC.nhiệt độ đỉnh tháp 4 phụ thuộc
nồng độ cồn trong giấm và thường vào khoảng 93-97 oC. nhiệt độ đỉnh tháp tinh
8 vào khoảng 78,3-78,5oC. nhiệt độ thân tháp tinh ở vị trí cách đĩa tiếp liệu và
phía trên 3-4 đĩa khống chế 82-83oC. Dầu fusel lấy ra ở dạng hơi từ đĩa 6 đến 11
( tính từ dưới lên) được ngưng và làm lạnh ở 11; sau đó đi vào thiết bị phân ly
đầu hoặc cho vào giấm chin cất lại, loại ra ở đáy tháp thô.
Hệ thống chưng luyện hai tháp thuy có tiên tiến hơn chưng luyện gián đoạn
và bán liên tục nhưng chất lượng cồn chưa cao, hoặc muốn thu được chất lượng
cồn tốt phải tăng lượng cồn đầu.

Sinh viên : Hoàng Thị Diệu Linh
MSSV:
20132262

Lớp : KTTP01 –K58

Page 12


Đồ án q trình và thiết bị trong cơng nghệ thực phẩm

GVHD: GVCC.TS Nguyễn Minh Hệ

Trong đó:
1- Thùng cao vị chứa giấm chín
7- Bình làm lạnh ruột gà
2- Bình hâm giấm
8- Tháp tinh chế
3- Bình tách CO2 và khí khơng ngư
9- Bình ngưng tụ hồi lưu
4- Tháp cất khơ
510- Bình làm lạnh cồn Bình
chống phụt giấm
11- Bình ngưng và làm lạnh dầu fusel
6- Bình ngưng tụ cồn thơ
b. Hệ thống ba tháp làm việc gián tiếp
Hệ thống này cho phép nhận được 70-80% cồn loại 1, 20-30% cồn loại 2 cịn lại
là cồn đầu.

Sinh viên : Hồng Thị Diệu Linh
MSSV:
20132262

Lớp : KTTP01 –K58

Page 13


Đồ án q trình và thiết bị trong cơng nghệ thực phẩm

GVHD: GVCC.TS Nguyễn Minh Hệ

Trong đó:
1.Thùng chứa giấm
3.Bình tách CO2

2.Bình hâm giấm
4.Tháp thơ

5.Bình chống phụt giấ

6.Bình ngưng tụ cồn thơ

7.Bình làm lạnh ruột gà

8.Tháp aldehyt

9-10.Bình ngưng tụ

11.Tháp tinh chế

12.Bình ngưng tụ hồi lưu

13.Bình làm lạnh sản phẩm.

Sinh viên : Hoàng Thị Diệu Linh
MSSV:
20132262

Lớp : KTTP01 –K58

Page 14


Đồ án q trình và thiết bị trong cơng nghệ thực phẩm

GVHD: GVCC.TS Nguyễn Minh Hệ

Sơ đồ được thực hiện như sau: Giấm chín được bơm lên thùng cao vị 1 sau
đó đi vào bình hâm giấm 2. Ở đây giấm chín được hâm nóng bằng hơi rượu
ngưng tụ đến nhiệt độ 70-80 oC rồi chảy qua bình tách CO2 số 3 rồi vào tháp 4.
Khí CO2 và hơi rượu bay lên được ngưng tụ ở 6 và 7 rồi ra ngồi. Tháp thơ
được đun bằng hơi trực tiếp, hơi rượu đi từ dưới lên, giấm chảy từ trên xuống
nhờ đó q trình chuyển khối được thực hiện, sau đó hơi rượu ra khỏi tháp và
được ngưng tụ ở 2 và 6 rồi qua 7 ra ngoài. Chảy xuống tới đáy nồng độ rượu
trong giấm còn khoảng 0,015-0,03% được thải ra ngồi gọi là bã rượu. Muốn
kiểm tra rượu sót trong bã ta phải ngưng tụ dạng hơi cân bằng với pha lỏng. Hơi
ngưng tụ có nồng độ 0,4-0,6% là đạt yêu cầu. Nhiệt độ ở đáy là 103-105 oC.
Phần lớn rượu thô (90-95%) liên tục đi vào tháp aldehyt 8.Tháp này cũng
dùng hơi trực tiếp. Hơi rượu bay lên được ngưng tụ và hồi lưu đến 95%, chỉ
điều chỉnh lượng nước làm lạnh và lấy ra 3-5% gọi là cồn đầu. Một phần rượu
thô (5-10%) ở 6 hồi lưu vào đỉnh tháp aldehyt vì chứa nhiều tạp chất.
Sau khi tách bớt tạp chất, rượu thô từ đáy aldehyt liên tục đi vào tháp tinh
11 với nồng độ 35-45%V. Tháp tinh 11 cũng được cấp hơi trực tiếp, hơi bay lên
được nâng dần nồng độ sau đó ngưng tụ ở 12 rồi hồi lưu lại tháp. Bằng cách
điều chỉnh lượng nước làm lạnh ta lấy ra 1,5-2% cồn đầu rồi cho hồi lưu về đỉnh
8. Cồn sản phẩm lấy ra ở dạng lỏng tương tự như sơ đồ liên tục hai tháp.
Nhiệt độở đáyvà ở đỉnhcủathápthô và tháptinhkhốngchếtươngtựnhư sơ
đồhaitháp.Nhiệt độ đáythápaldehytduytrì ở 80-85 oC, nhiệt độ đỉnh 78-79 oC.
Sơ đồtrên đượcgọilà giántiếpmộtdịngvì sảnphẩm đivàocácthápchỉcó
mộtdịngduynhất.Cịngọilà giántiếpvì

bảnthândịngchấtlỏngkhơngchứaẩnnhiệtbayhơi.
Nếusơ đồtrêncó lấymộtphầnhơirượuthơ ở đỉnh 4 đểcấpnhiệtcho đáycủa 11
thì sẽbiếnthànhsơ đồliêntụcbathápvừagiántiếpvừatrựctiếphaidịng.
Sơ đồgiántiếpmộtdịngcó ưu điểmlà dễthaotác, chấtlượngcồntốtvà ổn định,
nhưngtốnhơi.Nhược điểm đó đã đượcsơ
đồbathápvừagiántiếpvừatrựctiếpkhắcphục.

Sinh viên : Hồng Thị Diệu Linh
MSSV:
20132262

Lớp : KTTP01 –K58

Page 15


Đồ án q trình và thiết bị trong cơng nghệ thực phẩm

GVHD: GVCC.TS Nguyễn Minh Hệ

CHƯƠNG 3.TÍNH TỐN THIẾT BỊ
3.1 Kí hiệu và thơng số ban đầu
*Giả thiết:
+Số mol pha hơi đi từ dưới lên là bằng nhau trong tất cả mọi tiết diện của tháp
+Số mol chất lỏng không thay đổi theo chiều cao đoạn chưng và đoạn luyện.
+Hỗn hợp đầu đi vào tháp ở nhiệt độ sôi.
+Chất lỏng ngưng tụ trong thiết bị ngưng tụ có thành phần bằng thành phần của
hơi đi ra ở đỉnh tháp
+Cấp nhiệt ở đáy tháp bằng hơi đốt gián tiếp
*Số liệu ban đầu :

- Năng suất thiết bị : GF=1000(Kg/h)
Thiết bị làm việc ở áp suất thường
Tháp chưng loại tháp tinh
M1
M2

: khối lượng phân tử của etylic =46kg/kmol
: khối lượng phân tử của nước =18kg/kmol

- MF : khối lượng mol trung bình, tương ứng của nguyên liệu. (kg/mol)
- MD :khối lượng mol trung bình của sản phẩm đỉnh.

(kg/mol)

- MW : khối lượng mol trung bình của sản phẩm đáy.

(kg/mol)

-,F: Lượng hỗn hợp đầu ( kg/ h),(Kmol/h)
- GD ,D lượng sản phẩm đỉnh (kg/ h),(kmol/h)
-,w: lượng sản phẩm đáy (kg/ h),kmol/h)
- a : nồng độ cấu tử dễ bay hơi trong pha lỏng (kg/kg)
Sinh viên : Hoàng Thị Diệu Linh
MSSV:
20132262

Lớp : KTTP01 –K58

Page 16

Đồ án q trình và thiết bị trong cơng nghệ thực phẩm

GVHD: GVCC.TS Nguyễn Minh Hệ

- x : nồng độ cấu tử dễ bay hơi trong pha lỏng (kmol/kmol)
Với F, D, W là tương ứng của nguyên liệu, sản phẩm đỉnh, sản phẩm đáy.
*Số liệu ban đầu :
N : năng suất thiết bị . N=1000(Kg/h)
Nồng độ : + aF = 35% khối lượng
+ aD = 92% khối lượng
+ aW = 0.05% khối lượng
Quy đổi phần khối lượng sang phần mol.
+ Nồng dộ phần mol:
( II-114)
Ta có:
= = (mol cồn/mol hh)

(mol cồn/mol hh)

+ Khối lượng mol
MF =M1+(1-)M2
=0.17446+ (1-0.174)18 = 22.872 (kg/kmol)
MD = M1 + (1-)M2
=0.81846+(1-0.818)18 = 40.904 (kg/kmol)
MW =M1 + (1-)M2
=46+(1-)18=18.005(kg/kmol)
3. Lưu lượng mol
Sinh viên : Hoàng Thị Diệu Linh
MSSV:

20132262

Lớp : KTTP01 –K58

Page 17


GVHD: GVCC.TS Nguyễn Minh Hệ

Đồ án quá trình và thiết bị trong cơng nghệ thực phẩm

F = = (Kmol/h)
D=
W=

(kmol/h)

3.2.Tính tốn cân bằng vật liệu trong tháp chưng cất
3.2.1 Tính cân bằng vật liệu
P ,yP

F,X F

D0

L0

DU

LU

D,XD

W,X w

Hỗn hợp đầu vào F() được tách thành sản phẩm đỉnh P() và sản phẩm ở đáy là
W() ở đĩa trên cùng có một lượng lỏng hồi lưu, ở đáy tháp có thiết bị đung sơi,
lượng hơi đi ra đỉnh tháp là P
-Phương trình cân bằng vật liệu của tồn tháp :
F=D+W
* Tính theo năng suất:
GF =GD +GW (Kg/h)
F = D + W , (kmol/h)

(1)
(2)

Tính theo cấu tử dễ bay hơi (cồn)
Sinh viên : Hoàng Thị Diệu Linh
MSSV:
20132262

Lớp : KTTP01 –K58

Page 18


GVHD: GVCC.TS Nguyễn Minh Hệ

Đồ án quá trình và thiết bị trong cơng nghệ thực phẩm

(kg/h )

(3)

(kmol/h) (4)
Từ phương trình (1) và (3)
(kg/h)
(kg/h)
Từ phương trình (2) và (4)
(kmol/h)
W= F - P = 43.72 - 9.29 = 34.43 (kmol/h)
3.2.2 Xác định chỉ số hồi lưu thích hợp-số đĩa lý thuyết Nmin
*chỉ số hồi lưu tối thiểu
Rmin

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

Từ bảng số liệu IX.2a(Sổ tay QT&TBCNHC-trang 154) có thành phần cân bẳng
lỏng- hơi của rượu etylic-nước được cho như bảng sau :
X

0

5

10

20

30

Y

0

33.2

44.2 53.1 57.6

40

50

60

70

80

90

100

61.4

65.4

69.9

75.3

81.8

89.8

100

Từ bảng số liệu trên ta vẽ được đồ thị x-y, từ đó xác định được chỉ số hồi lưu tối
thiểu :
Với :nồng độ phần mol cân bằng với
Với giá trị xF=0.174 ta kẻ đường song song với trục y và cắt đường cân bằng,từ
đó ta kẻ song song với trục x cắt trục y tại B ta xác định được giá trị

Sinh viên : Hoàng Thị Diệu Linh
MSSV:
20132262

Lớp : KTTP01 –K58

Page 19


Đồ án q trình và thiết bị trong cơng nghệ thực phẩm

GVHD: GVCC.TS Nguyễn Minh Hệ

0.514

y *F

=0,514

Từ đó ta tính được :
Rmin

=

*Tính chỉ số hồi lưu thích hợp
Chỉ số hồi lưu thích hợp được xác định thơng qua chỉ số hồi lưu tối thiểu
b là hệ số dư hay hệ số hiệu chỉnh
Tính gần đúng ta lấy chỉ số hồi lưu thích hợp bằng :
Rx  (1.2 �2.5).Rmin

Biết

Rmin

cho b biến thiên trong khoảng (1.2±2.5) ta tính được ra tương ứng

Sinh viên : Hoàng Thị Diệu Linh
MSSV:
20132262

Lớp : KTTP01 –K58

Page 20


Đồ án q trình và thiết bị trong cơng nghệ thực phẩm

GVHD: GVCC.TS Nguyễn Minh Hệ

Mà mỗi R tương ứng ta vẽ được các đường làm việc và vẽ các bậc thay đổi
nồng độ lý thuyết N
Cách vẽ đồ thị xác định số đĩa lý thuyết trên cơ sở đường cân bằng :
Đoạn luyện : đường làm việc của đoạn luyện đi qua (xD,yD) cắt trục tung tại
điểm có tung độ
B=
Đoạn chưng :đường làm việc của đoạn chưng đi qua giao điểm của đường làm
việc đoạn luyện với đường x= và qua điểm (xW,yW)
�

Từ đó vẽ các đường song song với trục x và y liên tiếp ta thu được số đĩa lý

thuyết

Sinh viên : Hoàng Thị Diệu Linh
MSSV:
20132262

Lớp : KTTP01 –K58

Page 21


Đồ án q trình và thiết bị trong cơng nghệ thực phẩm

GVHD: GVCC.TS Nguyễn Minh Hệ

y%

x%
Biểu đồ 1 : Xác định số đĩa lý thuyết với R=1,073

y%

x%
Biểu đồ 2 : Xác định số đĩa lý thuyết với R=1,252

Sinh viên : Hoàng Thị Diệu Linh
MSSV:
20132262

Lớp : KTTP01 –K58

Page 22


Đồ án q trình và thiết bị trong cơng nghệ thực phẩm

GVHD: GVCC.TS Nguyễn Minh Hệ

y%

y%

x%
Biểu đồ 3 : Xác định số đĩa lý thuyết với R=1.430

y%

x%
Biểu đồ 4 : Xác định số đĩa lý thuyết với R=1.609

Sinh viên : Hoàng Thị Diệu Linh
MSSV:
20132262

Lớp : KTTP01 –K58

Page 23


Đồ án q trình và thiết bị trong cơng nghệ thực phẩm

GVHD: GVCC.TS Nguyễn Minh Hệ

y%

x%
Biểu đồ 5 : Xác định số đĩa lý thuyết với R=1,699

y%

x%
Biểu đồ 6 : Xác định số đĩa lý thuyết với R=1.788

Sinh viên : Hoàng Thị Diệu Linh
MSSV:

20132262

Lớp : KTTP01 –K58

Page 24


Đồ án q trình và thiết bị trong cơng nghệ thực phẩm

GVHD: GVCC.TS Nguyễn Minh Hệ

y%

x%
Biểu đồ 7 : Xác định số đĩa lý thuyết với R=1.967

y%

x%
Biểu đồ 8 : Xác định số đĩa lý thuyết với R=2.056

Sinh viên : Hoàng Thị Diệu Linh
MSSV:
20132262

Lớp : KTTP01 –K58

Page 25