Đồ án tốt nghiệp
Tính toán thiết kế hệ thống chưng cất
ethanol với công suất 100000 m3/năm trong
công nghệ sản xuất Bio─Ethanol từ sắn
Đồ án tốt nghiệp Mục lục
Hồ Sỹ Chính – Máy và TB CN HC K52 2
MỤC LỤC
MỤC LỤC ................................................................................................................... 1
LỜI CẢM ƠN .............................................................................................................. 6
MỞ ĐẦU ..................................................................................................................... 7
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ BIO─ETHANOL VÀ CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT
BIO─ETHANOL TRONG CÔNG NGHIỆP ................................................................ 8
1.1. Tổng quan về Bio─Ethanol. ........................................................................ 8
1.1.1. Khái niệm về Bio─Ethanol. .............................................................. 8
1.1.2. Lịch sử phát triển và ứng dụng của Bio─Ethanol. ............................. 8
1.2. Tổng quan về Công nghệ sản xuất Bio─Ethanol. ........................................ 9
1.2.1. Các phương pháp sản xuất Ethanol. .................................................. 9
1.2.2. Các nguồn nguyên liệu sản xuất Bio─Ethanol. ............................... 10
1.2.3. Sự khác nhau giữa công nghệ sản xuất cồn thực phẩm và
Bio─Ethanol. ........................................................................................... 11
1.3. Công nghệ sản xuất Bio─Ethanol từ tinh bột. ............................................ 12
1.3.1. Giới thiệu về nguyên liệu tinh bột sử dụng chủ yếu ở Việt Nam. .... 12
1.3.2. Giới thiệu về nguyên liệu sắn. ........................................................ 13
1.3.3. Các dây chuyền công nghệ sản xuất Bio─Ethanol trên thế giới. ..... 15
1.3.4. Công Nghệ sản xuất Bio─Ethanol hiện tại ở Việt nam. .................. 24
CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN VỀ QUÁ TRÌNH CHƯNG LUYỆN ............................. 33
2.1. Cơ sở lý thuyết của quá trình chưng cất. .................................................... 33
2.1.1. Khái niệm về chưng cất. ................................................................. 33
Đồ án tốt nghiệp Mục lục
Hồ Sỹ Chính – Máy và TB CN HC K52 3
2.1.2. Khái niệm về cân bằng lỏng – hơi. ................................................. 34
2.1.3. Hỗn hợp hai cấu tử. ........................................................................ 35
2.2. Các phương pháp chưng cất. ..................................................................... 35
2.2.1. Chưng đơn giản. ............................................................................. 35
2.2.2. Chưng bằng hơi nước trực tiếp. ...................................................... 37
2.2.3. Chưng luyện liên tục. ..................................................................... 38
2.2.4. Các phương pháp chưng khác. ........................................................ 41
2.3. Cở sở tính toán công nghệ chưng luyện liên tục hỗn hợp hai cấu tử .......... 44
2.3.1. Cân bằng pha. ................................................................................. 44
2.3.2. Cân bằng vật liệu. ........................................................................... 45
2.3.3. Chỉ số hồi lưu thích hợp. ................................................................ 47
2.4. Quy trình công nghệ hệ thống chưng cất ethanol. ...................................... 49
CHƯƠNG 3: TÍNH TOÁN CÔNG NGHỆ THÁP CHƯNG LUYỆN ......................... 52
3.1. Các thông số ban đầu. ............................................................................... 52
3.2. Cân bằng pha lỏng – hơi hệ Ethanol – water ở áp suất làm việc................. 52
3.3. Cân bằng vật chất. ..................................................................................... 54
3.3.1. Nồng độ phần mol của Ethanol trong tháp. ..................................... 54
3.3.2. Suất lượng mol của các dòng. ......................................................... 55
3.3.3. Phương trình đường làm việc cho đoạn chưng và đoạn luyện. ........ 56
CHƯƠNG 4: TÍNH TOÁN KẾT CẤU CHO THÁP CHƯNG LUYỆN...................... 61
4.1. Chiều cao của tháp chưng luyện. .............................................................. 61
4.1.1. Số đĩa lý thuyết của tháp chưng luyện. ........................................... 61
4.1.2. Số đĩa thực tế của tháp chưng luyện. .............................................. 61
Đồ án tốt nghiệp Mục lục
Hồ Sỹ Chính – Máy và TB CN HC K52 4
4.1.3. Chiều cao tháp chưng luyện............................................................ 63
4.2. Đường kính của tháp. ................................................................................ 64
4.3. Thiết kế sơ bộ đĩa và dự đoán điểm sặc đĩa. .............................................. 68
4.3.1. Chọn thiết kế sợ bộ đĩa cho tháp chưng luyện. ................................ 68
4.3.2. Dự đoán điểm sặc đĩa. .................................................................... 68
4.4. Trở lực của đĩa. ......................................................................................... 69
4.4.1. Trở lực của đĩa khô......................................................................... 69
4.4.2. Trở lực lớp hỗn hợp lỏng – khí trên đĩa. ......................................... 71
4.4.3. Tính kiểm tra kênh chảy truyền lỏng. ............................................. 73
4.5. Tính toán bề dày thiết bị và các chi tiết khác. ............................................ 75
4.5.1. Tính toán bề dày thiết bị. ................................................................ 75
4.5.2. Tính toán chân đỡ tháp. .................................................................. 82
4.5.3. Cửa nối ống dẫn với thiết bị và bích nối tương ứng. ....................... 85
CHƯƠNG 5: TÍNH TOÁN CÁC THIẾT BỊ PHỤ TRỢ ............................................. 90
5.1. Thông số hai dòng lưu thể. ........................................................................ 90
5.2. Cân bằng nhiệt lượng cho thiết bị. ............................................................. 90
5.3. Hệ số cấp nhiệt cho từng lưu thể. .............................................................. 91
5.3.1. Hệ số cấp nhiệt cho hơi nước bão hòa khô ngưng tụ. ...................... 92
5.3.2. Hệ số cấp nhiệt cho hỗn hợp lỏng etanol – nước. ............................ 93
5.3.3. Bề mặt truyền nhiệt và đáng giá độ dài ống. ................................... 94
5.4. Tính toán kết cấu cho thiết bị gia nhiệt đáy tháp. ....................................... 96
5.4.1. Bề dày thiết bị gia nhiệt đáy tháp. ................................................... 96
5.4.2. Bề dày đáy và nắp thiết bị gia nhiệt. ............................................... 98
Đồ án tốt nghiệp Mục lục
Hồ Sỹ Chính – Máy và TB CN HC K52 5
5.4.3. Chọn mặt bích ghép nối thân – đáy và nắp thiết bị. ......................... 98
5.4.4. Bù giãn nở nhiệt và bề dày vỉ ống. .................................................. 99
5.4.5. Tính toán chân đỡ thiết bị gia nhiệt đáy tháp. ................................. 99
5.4.6. Cửa nối ống dẫn với thiết bị và bích nối tương ứng. ..................... 104
CHƯƠNG 6: QUY TRÌNH CHẾ TẠO, LẮP RÁP VÀ VẬN HÀNH THÁP CHƯNG
LUYỆN .................................................................................................................... 107
6.1. Quy trình chế tạo một số chi tiết của thiết bị............................................ 107
6.1.1. Quy trình chế tạo thân tháp chưng cất. .......................................... 107
6.1.2. Quy trình chế tạo đáy và nắp thiết bị hình elip. ............................. 108
6.1.3. Quy trình chế tạo đĩa van chuyển động. ........................................ 109
6.2. Quy trình lắp ráp tháp chưng cất. ............................................................ 111
6.2.1. Quy trình lắp đặt thiết bị. .............................................................. 111
6.2.2. Quy trình lắp đặt đĩa van vào thân thiết bị. ................................... 113
6.3. Quy trình vận hành thiết bị. ..................................................................... 114
6.3.1. Công tác chuẩn bị. ........................................................................ 114
6.3.2. Công tác vận hành. ....................................................................... 114
6.3.3. Ngừng hệ thống khi gặp sự cố. ..................................................... 115
6.3.4. Xử lý các sự cố trong vận hành..................................................... 116
KẾT LUẬN .............................................................................................................. 117
TÀI LIỆU THAM KHẢO ........................................................................................ 118
PHỤ LỤC................................................................................................................. 120
