Tài liệu Thiết kế hệ thống chưng cất mâm chóp hệ etanol – nước năng suất nhập liệu 2000 lh

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 Đề tài: THIẾT KẾ HỆ THỐNG CHƯNG CẤT MÂM CHÓP HỆ ETANOL – NƯỚC NĂNG SUẤT NHẬP LIỆU 2000 L/H SVTH (Nhóm 8): Trần Đăng Quân 2005160188 Nguyễn Thị Bích Nhi 2005160155 Lớp: 07DHTP2 Giảng viên hướng dẫn: Thầy Trần Chí Hải TP. HCM – 12/2019 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 Đề tài: THIẾT KẾ HỆ THỐNG CHƯNG CẤT MÂM CHÓP HỆ ETANOL – NƯỚC NĂNG SUẤT NHẬP LIỆU 2000 L/H SVTH (Nhóm 8): Trần Đăng Quân 2005160188 Nguyễn Thị Bích Nhi 2005160155 Lớp: 07DHTP2 Giảng viên hướng dẫn: Thầy Trần Chí Hải TP. HCM – 12/2019 LỜI MỞ ĐẦU Trong công cuộc ngày càng đổi mới và phát triển. Ta ngày càng tiến sâu vào quá trình công nghiệp hóa và hiện đại hóa đất nước không ngừng. Áp dụng những thành tựu khoa học, kỹ thuật mới, tiên tiến. Trên thế giới, các ngành công nghiệp luôn phát triển và đổi mới không ngừng nhằm phục vụ cho nhu cầu của con người. Mỗi ngành đều có những thành tựu to lớn được con người ghi nhận một cách khách quan. Cùng với sự phát triển đó, đất nước ta luôn luôn học hỏi, tìm tòi những cải tiến mới để áp dụng trong ngành công nghiệp của nước nhà. Mỗi ngành công nghiệp đều có những đóng góp to lớn như ngành công nghiệp hóa học, sinh học, cơ khí, kỹ thuật… Trong đó, ngành công nghiệp thực phẩm là một trong những ngành có đóng góp vô cùng to lớn đối với nước ta nói riêng cũng như trên thế giới nói chung. Hiện nay, trong nhiều ngành sản xuất hóa học cũng như sử dụng sản phẩm hóa học, nhu cầu sử dụng nguyên liệu hoặc sản phẩm hóa học có độ tinh khiết cao phải phù hợp với quy trình sản xuất hoặc nhu cầu sử dụng. Ngày nay, có rất nhiều phương pháp để nâng cao độ tinh khiết của sản phẩm như: trích ly, chưng cất, cô đặc, hấp thu… Tùy theo đặc tính và yêu cầu của sản phẩm mà ta có thể lựa chọn phương pháp phù hợp. Đối với hệ ethanol – nước là 2 cấu tử tan hoàn toàn vào nhau có sự chênh lệch về nhiệt độ sôi (ethanol có nhiệt độ sôi nhỏ hơn nước), ta nên dùng phương pháp chưng cất để thu được rượu tinh khiết một cách triệt để. Đồ án môn học Quá trình và thiết bị là một môn học quan trọng. Môn học này tổng hợp hầu hết các kiến thức cơ bản mà một sinh viên ngành Công nghệ hóa – Thực phẩm phải có từ truyền nhiệt, kỹ thuật, truyền khối đến các quá trình cơ học, cơ sở thiết kế máy móc,… giúp sinh viên có đầy đủ kiến thức và kinh nghiệm để có thể thiết kế một thiết bị hóa học hoàn chỉnh, đáp ứng đầy đủ yêu cầu của quá trình phản ứng, chất lượng sản phẩm, tuổi thọ cao, giá thành phù hợp, an toàn với con người và môi trường và phục vụ tốt đối với yêu cầu của xã hội và con người. Nhiệm vụ của nhóm: Thiết kế hệ thống chưng cất mâm chóp hệ ethanol – nước với năng suất nhập liệu 2000 L/h, nồng độ nhập liệu 9 độ cồn, nồng độ sản phẩm đỉnh 90 độ cồn, nhập liệu trạng thái lỏng sôi và trao đổi nhiệt với sản phẩm đáy. Chúng em xin chân thành cảm ơn thầy Trần Chí Hải đã hướng dẫn và giúp đỡ chúng em trong suốt quá trình xây dựng đồ án. Trong quá trình hoàn thành đồ án sẽ không tránh khỏi sai sót, mong quý thầy cô sẽ góp ý và chỉ dẫn thêm. Chúng em xin chân thành cảm ơn! NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN Nhận xét: ......................................................................................................................................... ......................................................................................................................................... ......................................................................................................................................... ......................................................................................................................................... ......................................................................................................................................... ......................................................................................................................................... ......................................................................................................................................... ......................................................................................................................................... ......................................................................................................................................... ......................................................................................................................................... Điểm đánh giá: ......................................................................................................................................... ......................................................................................................................................... ......................................................................................................................................... ......................................................................................................................................... ......................................................................................................................................... ......................................................................................................................................... TP. HCM, ngày tháng GV ký tên năm 2019 NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN Nhận xét: ......................................................................................................................................... ......................................................................................................................................... ......................................................................................................................................... ......................................................................................................................................... ......................................................................................................................................... ......................................................................................................................................... ......................................................................................................................................... ......................................................................................................................................... ......................................................................................................................................... ......................................................................................................................................... Điểm đánh giá: ......................................................................................................................................... ......................................................................................................................................... ......................................................................................................................................... ......................................................................................................................................... ......................................................................................................................................... ......................................................................................................................................... TP. HCM, ngày tháng GV ký tên năm 2019 MỤC LỤC CHƯƠNG I: TỔNG QUAN........................................................................................1 1.1. Lý thuyết về chưng cất.........................................................................................1 1.1.1. Khái niệm.........................................................................................................1 1.1.2. Phương pháp chưng cất....................................................................................1 1.1.3. Thiết bị chưng cất.............................................................................................3 1.2. Giới thiệu...............................................................................................................4 1.2.1. Hệ thống chưng cất mâm chóp.........................................................................4 1.2.2. Nguyên liệu......................................................................................................4 CHƯƠNG II: QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ............................................................10 2.1. Sơ đồ quy trình công nghệ chưng cất hệ Ethanol – Nước................................10 2.2. Thuyết minh quy trình công nghệ.....................................................................11 CHƯƠNG III: CÂN BẰNG VẬT CHẤT................................................................12 3.1. Các thông số ban đầu..........................................................................................12 3.2. Xác định các suất lượng sản phẩm đỉnh và đáy................................................12 3.3. Xác định chỉ số hoàn lưu làm việc.....................................................................14 3.3.1. Chỉ số hoàn lưu tối thiểu.................................................................................14 3.3.2. Chỉ số hoàn lưu làm việc................................................................................15 3.4. Phương trình đường làm việc – số mâm lý thuyết............................................15 3.4.1. Phương trình đường làm việc.........................................................................15 3.4.2. Xác định số mâm lý thuyết.............................................................................16 3.5. Xác định số mâm thực tế....................................................................................16 CHƯƠNG IV: CÂN BẰNG NĂNG LƯỢNG..........................................................20 4.1. Cân bằng nhiệt lượng của thiết bị đun nóng hỗn hợp ban đầu.......................20 4.2. Cân bằng nhiệt cho toàn tháp............................................................................22 4.3. Cân bằng nhiệt lượng của thiết bị ngưng tụ.....................................................24 4.4. Cân bằng nhiệt lượng của thiết bị làm nguội sản phẩm đỉnh..........................26 4.5. Thiết bị trao đổi nhiệt giữa nhập liệu và sản phẩm đáy...................................27 4.6. Thiết bị gia nhiệt nhập liệu.................................................................................28 CHƯƠNG V: TÍNH TOÁN THIẾT BỊ CHÍNH.....................................................29 5.1. Tính đường kính tháp (Dt).................................................................................29 5.1.1. Đường kính đoạn cất......................................................................................29 5.1.2. Đường kính đoạn chưng.................................................................................32 i 5.2. Tính chiều cao tháp.............................................................................................36 5.3. Tính toán chóp - ống chảy chuyền.....................................................................36 5.3.1. Tính toán chóp................................................................................................36 5.3.1.1. Tính cho phần cất.....................................................................................38 5.3.1.2. Tính cho phần chưng................................................................................39 5.3.2. Tính toán ống chảy chuyền.............................................................................40 5.4. Tính trở lực tháp.................................................................................................48 5.4.1. Tính trở lực phần cất.......................................................................................48 5.4.1.1. Trở lực đĩa khô ∆ P k..................................................................................48 5.4.1.2. Trở lực do sức căng bề mặt......................................................................49 5.4.1.3. Trở lực của lớp chất lỏng trên đĩa (trở lực thủy tĩnh ∆ P t).........................49 5.4.2. Tính trở lực phần chưng.................................................................................51 5.4.2.1. Trở lực đĩa khô ∆ P k..................................................................................51 5.4.2.2. Trở lực do sức căng bề mặt......................................................................51 5.4.2.3. Trở lực của lớp chất lỏng trên đĩa (trở lực thủy tĩnh ∆ P t).........................52 5.4.3. Tổng trở lực của tháp......................................................................................54 CHƯƠNG VI: TÍNH TOÁN CƠ KHÍ.....................................................................55 6.1. Tính bề dày thân trụ của tháp...........................................................................55 6.2. Tính, chọn bề dày của đáy và nắp thiết bị.........................................................58 6.3. Chọn bích và vòng đệm......................................................................................60 6.4. Chân đỡ và tai treo thiết bị................................................................................63 TÀI LIỆU THAM KHẢO.........................................................................................68 DANH MỤC HÌNH ẢNH ii Hình 1.1. CTCT của Ethanol.........................................................................................4 Hình 1.2. Giản đồ x-y (% mol) của hệ Etanol – Nước...................................................9 Hình 3.1. Giản đồ số mâm lý thuyết............................................................................16 Hình 6.1. CTCT của Ethanol.......................................................................................58 Hình 6.2. Bích liền không cổ (kiểu I)...........................................................................61 Hình 6.3. Chân đỡ tháp................................................................................................65 Hình 6.4. Tai treo thiết bị.............................................................................................66 DANH MỤC BẢNG BIỂU iii Bảng 6.1. Bích liền bằng thép để nối thiết bị...............................................................61 Bảng 6.2. Kích thước chiều dài đoạn ống nối..............................................................63 Bảng 6.3. Kích thước bề mặt đệm bít kín....................................................................63 Bảng 6.4. Thông số chân tháp......................................................................................65 Bảng 6.5. Thông số tai treo thiết bị..............................................................................66 iv Đồ án kỹ thuật thực phẩm CHƯƠNG I: TỔNG QUAN 1.1. Lý thuyết về chưng cất 1.1.1. Khái niệm Chưng cất là một phương pháp dùng nhiệt để tách hỗn hợp đồng thể (dung dịch) của các chất lỏng khác nhau dựa vào độ bay hơi của chúng (hay nhiệt độ sôi khác nhau ở cùng áp suất).  Cơ sở khoa học Do các chất lỏng có áp suất hơi khác nhau tại cùng một nhiệt độ nên quá trình chưng cất dựa trên nhiệt độ sôi khác nhau của các chất lỏng tham gia. Vì có áp suất hơi khác nhau nên khi đưa năng lượng vào hệ thống, chất có áp suất hơi cao hơn (hay nhiệt độ sôi thấp hơn) bốc hơi nhiều hơn các chất khác, vì thế mà trong quá trình chưng cất, nồng độ chất có nhiệt độ sôi thấp hơn trong phần cất cao hơn là ở trong hỗn hợp ban đầu. Chưng cất là quá trình trong đó cả dung môi và chất tan đều bay hơi, khác với cô đặc, là quá trình trong đó chỉ có dung môi 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 hệ cấu tử thì ta thu được 2 sản phẩm: sản phẩm đỉnh chủ yếu gồm cấu tử có độ bay hơi lớn (nhiệt độ sôi nhỏ), sản phẩm đáy chủ yếu gồm cấu tử có độ bay hơi bé (nhiệt độ sôi lớn).  Vậy đối với hệ ethanol – nước: - Sản phẩm đỉnh chủ yếu là ethanol. - Sản phẩm đáy chủ yếu là nước. 1.1.2. Phương pháp chưng cất  Phân loại theo quá trình chưng cất + Chưng cất phân đoạn: Được dùng để có được một độ tinh khiết cao của phần cất hay để chưng cất nhiều chất khác nhau từ một hỗn hợp. Có thể chưng cất dưới áp suất GVHD: Trần Chí Hải 1 Đồ án kỹ thuật thực phẩm thấp hơn để cải thiện bước tách nếu nhiệt độ sôi gần nhau vì như thế nhiệt độ sôi sẽ nằm xa nhau hơn. + Chưng cất lôi cuốn: Được dùng khi các chất lỏng cần phải tách hòa tan với nhau, thí dụ như dung dịch cồn và nước. Nếu hỗn hợp là của những chất không hòa tan vào nhau, thí dụ như nước và dầu thì lệ thường là có thể tách các chất lỏng bằng cách lắng và gạn đi.  Phân loại theo nguyên lý làm việc + Chưng cất đơn giản (gián đoạn): Dùng để tách các hỗn hợp gồm có các cấu tử có độ bay hơi khác nhau. Phương pháp này thường dùng để tách sơ bộ và làm sạch các cấu tử khỏi tạp chất. + Chưng cất bằng hơi nước trực tiếp: Phương pháp thường dùng để tách các hỗn hợp gồm các chất khó bay hơi và tạp chất không bay hơi. Thường được ứng dụng trong trường hợp chất được tách không tan vào nước. + Chưng cất chân không: Dùng trong trường hợp cần hạ thấp nhiệt độ sôi của cấu tử. Ví dụ như trường hợp các cấu tử trong hỗn hợp dễ bị phân hủy ở nhiệt độ cao hay trường hợp các cấu tử có nhiệt độ sôi quá cao. + Chưng cất hỗn hợp 2 cấu tử (dùng thiết bị hoạt động liên tục): là quá trình được thực hiện liên tục, nghịch dòng, nhiều đoạn.  Phân loại theo áp suất làm việc - Áp suất thấp - Áp suất thường - Áp suất cao Nguyên tắc của phương pháp này là dựa vào nhiệt độ sôi của các cấu tử, nếu nhiệt độ sôi của các cấu tử quá cao thì ta giảm áp suất làm việc để giảm nhiệt độ sôi của các cấu tử.  Phân loại theo phương pháp cấp nhiệt ở đáy tháp GVHD: Trần Chí Hải 2 Đồ án kỹ thuật thực phẩm - Cấp nhiệt trực tiếp - Cấp nhiệt gián tiếp Thường được áp dụng chất được tách không tan trong nước.  Vậy: đối với hệ Ethanol – Nước, ta chọn phương pháp chưng cất liên tục, cấp nhiệt gián tiếp bằng nồi đun ở áp suất thường. 1.1.3. Thiết bị chưng cất Trong sản xuất, người ta thường sử dụng rất nhiều loại tháp chưng cất nhưng chúng phải có một yêu cầu cơ bản là diện tích bề mặt tiếp xúc pha phải lớn, điều này phụ thuộc vào độ phân tán của lưu chất này vào lưu chất kia. Tháp chưng cất rất phong phú về kích cỡ và ứng dụng, các loại tháp lớn nhất thường được ứng trong công nghiệp lọc hóa dầu. Kích thước của tháp (đường kính và chiều cao) tùy thuộc vào suất lượng pha lỏng, pha khí và độ tinh khiết của sản phẩm. Ta sẽ khảo sát 2 loại tháp chưng cất thường dùng là tháp mâm và tháp chêm. Tháp mâm: - Tháp mâm chóp - Tháp mâm xuyên lỗ Tháp chêm (tháp đệm). Ưu, nhược điểm của các loại tháp chưng cất: Tháp mâm chóp Ưu điểm Hiệu suất truyền khối cao, ổn định, ít tiêu hao năng lượng => số mâm ít hơn. GVHD: Trần Chí Hải Tháp mâm xuyên lỗ Tháp chêm Chế tạo đơn giản, vệ sinh dễ dàng, trở lực thấp hơn Chế tạo đơn giản, tháp chóp, ít tốn kim loại trở lực thấp. hơn tháp chóp. 3 Đồ án kỹ thuật thực phẩm Nhược điểm Yêu cầu lắp đặt cao. Những tháp có đường Chế tạo phức tạp, kính quá lớn (> 2.4m) ít trở lực lớn. dùng mâm xuyên lỗ vì khi đó chất lỏng phân phối không đều trên mâm. Hiệu suất thấp, kém ổn định, khó kiểm soát, khó chế tạo. 1.2. Giới thiệu 1.2.1. Hệ thống chưng cất mâm chóp 1.2.2. Nguyên liệu a. Ethanol Hình 1.1. CTCT của Ethanol Ethanol, còn được biết đến như là rượu etylic, ancol etylic, rượu ngũ cốc hay cồn, là một hợp chất hữu cơ nằm trong dãy đồng đẳng của ancol, dễ cháy, không màu, là một trong các rượu thông thường có trong thành phần của đồ uống chứa cồn. Trong cách nói dân dã, thông thường nó được nhắc đến một cách đơn giản là rượu. Ethanol là một ancol mạch hở, công thức hóa học của nó là C2H6O hay C2H5OH. Một công thức thay thế khác là CH3-CH2-OH thể hiện cacbon ở nhóm metyl (CH3–) liên kết với carbon ở nhóm metylen (–CH2–), nhóm này lại liên kết với oxy của nhóm hydroxyl (–OH). Nó là đồng phân nhóm chức của dimetyl ete. Ethanol thường được viết tắt là EtOH, sử dụng cách ký hiệu hoá học thường dùng đại diện cho nhóm etyl (C2H5) là Et. GVHD: Trần Chí Hải 4 Đồ án kỹ thuật thực phẩm  Tính chất vật lý Rượu etylic là một chất lỏng, không màu, trong suốt, mùi thơm dễ chịu và đặc trưng, vị cay, nhẹ hơn nước, tan trong nước vô hạn, tan trong ete và clorofom, hút ẩm, dễ cháy, khi cháy không có khói và ngọn lửa có màu xanh da trời. - Khối lượng riêng 0,7936 g/ml ở 15°C - Dễ bay hơi (sôi ở nhiệt độ 78,39°C) - Hóa rắn ở -114,15°C Sở dĩ rượu etylic tan vô hạn trong nước và có nhiệt độ sôi cao hơn nhiều so với este hay aldehyde có khối lượng phân tử xấp xỉ là do sự tạo thành liên kết hydro giữa các phân tử rượu với nhau và với nước.  Tính chất hóa học + Tính chất của một rượu đơn chức. + Phản ứng thế với kim loại kiềm, kim loại kiềm thổ: 2C2H5OH + 2Na → 2C2H5ONa + H2 + Phản ứng este hóa, phản ứng giữa rượu và axit với môi trường là axit sulfuric đặc nóng tạo ra este: C2H5OH + CH3COOH → CH3COOC2H5 + H2O + Phản ứng loại nước như tách nước trong một phân tử để tạo thành olefin trong môi trường axit sulfuric đặc ở 170oC: C2H5OH H2SO4 đặc 170°C C2H4 + H2O + Hay tách nước giữa 2 phân tử rượu thành ether: C2H5OH + C2H5OH → C2H5 – O ‒ C2H5 + H2O + Phản ứng oxi hóa: CH3-CH2-OH + CuO → CH3-CHO + Cu + H2O GVHD: Trần Chí Hải 5 Đồ án kỹ thuật thực phẩm CH3-CH2-OH + O2 → CH3-COOH + H2O C2H5OH + 3O2 → 2 CO2 + 3H2O + Phản ứng tạo ra butadien-1,3: cho hơi rượu đi qua chất xúc tác hỗn hợp: 2C2H5OH → CH2=CH-CH=CH2 + 2H2O + H2 + Phản ứng lên men giấm: CH3-CH2-OH + O2 → CH3-COOH + H2O  Phương pháp sản xuất Ethanol được sản xuất bằng cả công nghiệp hóa dầu, thông qua công nghệ hyđrat hóa etylen, và theo phương pháp sinh học, bằng cách lên men đường hay ngũ cốc với men rượu. - Hyđrat hóa etylen: Ethanol được sử dụng như là nguyên liệu công nghiệp và thông thường nó được sản xuất từ các nguyên liệu dầu mỏ, chủ yếu là thông qua phương pháp hydrat hóa etylen bằng xúc tác axit, được trình bày theo phản ứng hóa học sau. Cho etylen hợp nước ở 300°C, áp suất 70-80 atm với chất xúc tác là axit wolframic hoặc axit phosphoric: H2C=CH2 - + H2O → CH3CH2OH Lên men: Ethanol để sử dụng trong đồ uống chứa cồn cũng như phần lớn ethanol sử dụng làm nhiên liệu, được sản xuất bằng cách lên men: khi một số loài men rượu nhất định (quan trọng nhất là Saccharomyces cerevisiae) chuyển hóa đường trong điều kiện không có oxy (gọi là yếm khí), chúng sản xuất ra ethanol và carbon dioxit CO2. Phản ứng hóa học tổng quát có thể viết như sau: C6H12O6 → 2CH3CH2OH + 2CO2  Ứng dụng của ethanol GVHD: Trần Chí Hải 6 Đồ án kỹ thuật thực phẩm  Ethanol ứng dụng trong công nghiệp: - Etanol cũng được sử dụng trong các sản phẩm chống đông lạnh vì điểm đóng băng thấp của nó. - Etanol dùng để điều chế một số hợp chất hữu cơ như axit axetic, dietyl ete, etyl axetat… - Etanol được dùng làm dung môi hoặc chất pha để pha vecni, dược phẩm, nước hoa… - Cồn Etanol dùng để pha chế xăng sinh học E5, E10, thường tỉ lệ xăng chiếm trên 90%. - Ethanol dùng trong công nghiệp in, công nghiệp điện tử, dệt may. - Cồn Ethanol dùng trong ngành điện tử, lau vi mạch, bo mạch.  Ethanol ứng dụng vào ngành công nghiệp thực phẩm hay còn gọi là cồn thực phẩm và có những ứng dụng sau đây: - Ethanol là một trong những nguyên liệu để tạo ra đồ uống có cồn mà hằng ngày chúng ta vẫn hay sử dụng như bia, rượu,… - Ethanol còn được dùng như nước ướp gia vị.  Ethanol ứng dụng trong dược phẩm và y học: - Ethanol được dùng như một chất chống vi khuẩn, sát trùng. - Ethanol được dùng để điều chế thuốc ngủ. - Ethanol ở nồng độ nhất định còn là dung dịch dùng để tẩy rửa, vệ sinh các dụng cụ y tế. b. Nước Nước là một hợp chất hóa học của oxy và hydro, có công thức hóa học là H2O. Với các tính chất lý hóa đặc biệt (ví dụ như tính lưỡng cực, liên kết hiđrô và tính bất thường của khối lượng riêng), nước là một chất rất quan trọng trong nhiều ngành khoa học và trong đời sống. 70% diện tích bề mặt của Trái Đất được nước che phủ nhưng chỉ 0,3% tổng lượng nước trên Trái Đất nằm trong các nguồn có thể khai thác dùng làm nước uống. GVHD: Trần Chí Hải 7 Đồ án kỹ thuật thực phẩm + Nước: thể lỏng trắng, hầu như không màu, không mùi, độ trong suốt cao, phần lớn màu sắc ngả về màu lam khi kết tinh hoặc dưới trạng thái lỏng. + Khi hóa rắn, nước có thể tồn tại ở nhiều dạng tinh thể khác nhau. + Công thức phân tử: H2O. + Khối lượng mol: 18.01528(33) g/mol. + Nhiệt độ nóng chảy: 0°C. + Nhiệt độ sôi: 100°C. + Khối lượng riêng: 999.9720 kg/m3 ≈ 1 t/m3 = 1 kg/l = 1 g/cm3 ≈ 62.4 lb/ft3. Trong công nghiệp, nước là dung môi phân cực mạnh, có khả năng hòa tan nhiều chất và là dung môi quan trọng trong kỹ thuật hóa học. Trong công nghiệp, nước có thể hóa lỏng bằng cách làm tan băng đá, hoặc lọc từ nước biển và các nguồn nước không tinh khiết bằng các phương pháp khác nhau như lọc, chiết, tách, chưng cất, bay hơi,... có sự kết hợp của ngưng tụ. c. Hỗn hợp etanol – nước Ta có bảng thành phần lỏng (x) – hơi (y) và nhiệt độ của hỗn hợp Ethanol – Nước ở 760 mmHg: x (% mol) y (% mol) t (°C) 0 0 100 5 33, 2 90, 5 GVHD: Trần Chí Hải 10 20 30 40 50 60 70 80 90 44,2 53,1 57,6 61,4 65,4 69,9 75,3 81,8 89,8 86,5 83,2 81,7 80,8 80 79,4 79 100 100 78,6 78,4 78,4 8 Đồ án kỹ thuật thực phẩm Hình 1.2. Giản đồ x-y (% mol) của hệ Etanol – Nước GVHD: Trần Chí Hải 9 Đồ án kỹ thuật thực phẩm CHƯƠNG II: QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ Ethanol là một chất lỏng tan vô hạn trong nước, có nhiệt độ sôi là 78,3°C ở 760mmHg, còn nhiệt độ sôi của nước là 100°C ở 760mmHg. Do nhiệt độ sôi của hai cấu tử cách nhau khá xa, ta nên chọn phương pháp chưng cất để thu ethanol một cách hiệu quả và có độ tinh khiết cao. Thiết bị chưng cất mâm chóp có hiệu suất truyền khối cao, ổn định, ít tiêu hao năng lượng nên số mâm ít hơn. Trong trường hợp này, ta không nên sử dụng phương pháp cô đặc vì hai cấu tử đều có khả năng bay hơi => không thu được ethanol. Không sử dụng phương pháp trích ly cũng như phương pháp hấp thụ vì phải đưa vào một chất lỏng khác – dung môi để tách => làm quá trình trở nên phức tạp và không tách được hoàn toàn. 2.1. Sơ đồ quy trình công nghệ chưng cất hệ Ethanol – Nước Chú thích: 1/ Bồn chứa nguyên liệu 2/ Bơm 3/ Thiết bị gia nhiệt 4/ Tháp chưng cất 5/ Thiết bị ngưng tụ 6/ Thiết bị làm nguội sản phẩm đỉnh 7/ Bồn chứa sản phẩm đỉnh 8/ Nồi đun đáy tháp 9/ Thiết bị trao đổi nhiệt sản phẩm đáy với nhập liệu 10/ Bồn chứa sản phẩm đáy 11/ Bẫy hơi GVHD: Trần Chí Hải 10