Đang tải... (xem toàn văn)
Đồ án môn học Quá trình và thiết bị là một môn học mang tính tổng hợp trong quá trình học tập của các kỹ sư tương lai. Môn học này giúp sinh viên có thể tính toán cụ thể: cân bằng vật chất và năng lượng, kết cấu và cơ khí của tháp chưng cất, các thiết bị trao đổi nhiệt, chọn bơm… Đây là lần đầu tiên sinh viên được vận dụng các kiến thức đã học để giải quyết các vấn đề kỹ thuật thực tế một cách tổng hợp.
-o -o -o - ĐỒ ÁN MÔN HỌC Q TRÌNH VÀ THIẾT BỊ CƠNG NGHỆ HĨA HỌC Sinh viên thực Lớp Ngành : : : Kỹ thuật Dầu Khí 1- Đầu đề : Tính tốn thiết kế hệ thống thiết bị chưng luyện liên tục để phân riêng hỗn hợp Nước - Ethanol 2- Số liệu ban đầu : - Năng suất theo hỗn hợp đầu : 40000 kg/h - Nồng độ cấu tử dễ bay (%khối lượng) - aF = 32%, aP = 88%, aW = 6% - Tháp đĩa, làm việc áp suất thường 3- Nội dung phần thuyết minh tính tốn : Chương I: Tổng quan sản phẩm, q trình chưng cất, dây chuyền cơng nghệ Chương II: Tính cơng nghệ thiết bị - Cân vật liệu, nhiệt lượng; - Kích thước thiết bị: đường kính đoạn, chiều cao, Chương III: Tính kết cấu cơng nghệ thiết bị - Tính chọn đĩa; Kiểm tra trở lực; - Tính khí thiết bị chính; - Tính lớp cách nhiệt thân thiết bị Chương IV: Tính thiết bị phụ - Tính thiết bị đun sơi hỗn hợp đầu; - Tính chọn bơm 4- Các vẽ phụ lục : - vẽ dây chuyền công nghệ khổ A3, đóng vào thuyết minh; - vẽ kỹ thuật thiết bị khổ A1 5- Thời gian thực : - Ngày bắt đầu giao đồ án : - Ngày nộp đồ án : - Ngày bảo vệ : Giáo viên hướng dẫn LỜI MỞ ĐẦU CAM ĐOAN MỤC LỤC LỜI MỞ ĐẦU CAM ĐOAN MỤC LỤC DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU DANH MỤC CÁC HÌNH DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT .11 CHƯƠNG I - TỔNG QUAN LÝ THUYẾT .12 I.1 Phương pháp chưng cất 12 I.1.1 Quá trình chưng cất 12 I.1.2 Tháp đĩa xuyên lỗ 13 I.1.3 Tháp đĩa chóp 14 I.1.4 Tháp đệm .15 I.1.5 So sánh ưu nhược điểm loại tháp .16 I.2 Tổng quan hệ cấu tử 17 I.2.1 Ethanol 17 I.2.2 Nước 21 I.2.3 Hỗn hợp Etanol - Nước 21 I.2.4 Công nghệ chưng cất hệ Etanol-Nước 22 CHƯƠNG IV - TÍNH CƠNG NGHỆ THIẾT BỊ CHÍNH 25 IV.1 Tính tốn cân vật chất lượng 25 IV.1.1 Tính tốn cân vật chất 25 IV.1.2 Phương trình nồng độ làm việc 27 VI.1.1 Xác định số hồi lưu 28 VI.1.2 Tính toán cân lượng 31 VI.1.3 Xác định số đĩa thực tế 40 VI.2 Kích thước thiết bị 43 VI.2.1 Đường kính tháp 43 VI.2.2 Chiều cao tháp 55 CHƯƠNG VII - TÍNH TỐN KẾT CẤU THÁP CHƯNG CẤT .57 VII.1 Tính tốn chọn đĩa 57 VII.1.1 Tính tốn đĩa đoạn Luyện 57 VII.1.2 Tính tốn đĩa đoạn Chưng 61 VII.2 Trở lực 66 VII.2.1 Trở lực đoạn luyện 66 VII.2.2 Trở lực đoạn chưng .67 VII.3 Tính khí thiết bị 68 VII.3.1 Tính chiều dày thân hình trụ hàn, thẳng đứng 69 VII.3.2 Tính đáy tháp nắp thiết bị 71 VII.4 Tính bề dày lớp cách nhiệt: .73 VII.5 Tính đường kính ống dẫn 75 VII.5.1 Đường kính ống dẫn sản phẩm đỉnh 76 VII.5.2 Đường kính ống dẫn hồi lưu sản phẩm đỉnh 76 VII.5.3 Đường kính ống dẫn hỗn hợp đầu 77 VII.5.4 Đường kính ống dẫn sản phẩm đáy 78 VII.5.5 Đường kính ống dẫn hồi lưu sản phẩm đáy 78 VII.5.6 Đường kính ống dẫn sản phẩm đỉnh sau ngưng tụ hồn tồn .79 VII.6 Mặt bích 80 VII.6.1 Bích để nối thiết bị .80 VII.6.2 Bích để nối thiết bị với ống dẫn 80 VII.7 Tai treo chân đỡ thiết bị .81 VII.7.1 Tính khối lượng toàn tháp 81 VII.7.2 Chọn chân đỡ tai treo 87 CHƯƠNG VIII - TÍNH THIẾT BỊ PHỤ 89 VIII.1 Tính thiết bị đun sôi hỗn hợp đầu 89 VIII.1.1 Chọn cấu tạo thiết bị 91 VIII.1.2 Xác định hiệu số nhiệt độ trung bình ttb nhiệt độ trung bình ttb hỗn hợp đầu 91 VIII.1.3 Tính tốn lượng nhiệt trao đổi 92 VIII.1.4 Tính tốn hệ số truyền nhiệt .93 VIII.1.5 Tính bề mặt truyền nhiệt 99 VIII.2 Tính chọn bơm 101 VIII.2.1 Tính suất thể tích bơm 101 VIII.2.2 Đường kính ống bơm 102 VIII.2.3 Áp suất toàn phần bơm .102 VIII.2.4 Công suất bơm 105 VIII.2.5 Công suất động điện 106 KẾT LUẬN 108 TÀI LIỆU THAM KHẢO 109 DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU Bảng 2- Bảng cân vật chất 25 Bảng 2- Thành phần mol Etanol hỗn hợp đầu – đỉnh - đáy 27 Bảng 2- Xác định số hồi lưu 28 Bảng 2- Bảng ký hiệu nhiệt lượng .30 Bảng 2- Bảng nhiệt dung riêng Etanol 32 Bảng 2- Bảng nhiệt dung riêng Nước 32 Bảng 2- Bảng Áp suất bảo hoà nước với ẩn nhiệt hoá 33 Bảng 2- Bảng nhiệt dung riêng Etanol 34 Bảng 2- Bảng nhiệt dung riêng Nước 35 Bảng 2- 10 Nhiệt hoá Ethanol nhiệt độ 35 Bảng 2- 11 Nhiệt hoá Nước nhiệt độ 36 Bảng 2- 12 Bảng nhiệt dung riêng nước 38 Bảng 2- 13 Độ nhớt số chất lỏng 40 Bảng 2- 14 Hiệu suất trung bình đĩa 42 Bảng 2- 15 Ẩn nhiệt hoá Ethanol .44 Bảng 2- 16 Ẩn nhiệt hoá Nước 44 Bảng 2- 17 Thành phần cân lỏng x-y nhiệt độ sô hỗn hợp cấu tử 760mmHg (%mol) 45 Bảng 2- 18 Bảng đường cân pha pha Ethanol – Nước 47 Bảng 2- 19 Lưu lượng trung bình tháp 48 Bảng 2- 20 Khối lượng riêng Ehanol Nước theo nhiệt độ 50 Bảng 2- 21 Khối lượng riêng trung bình 51 Bảng 2- 22 Vận tốc trung bình tháp .52 Bảng 2- 23 Đường kính thân hình trụ .53 Bảng 2- 24 Đường kính tháp 54 Bảng 3- Thơng số kích thước chóp .63 Bảng 3- Tốc độ lỏng khí chuyển động ống dẫn .72 Bảng 3- Đường kính quy chuẩn chiều dài đoạn ống nối 72 Bảng 3- Đường kính ống dẫn Chiều dài đoạn ống nối 77 Bảng 3- Số liệu mặt bích 78 Bảng 3- Số liệu mặt bích nối ống dẫn 78 Bảng 3- Khối lượng tháp .84 Bảng 3- Thông số chân đỡ 85 Bảng 3- Thông số tai treo 85 Bảng 4- Tỷ số chiều dài L đường kính d ống truyền nhiệt .93 Bảng 4- Hiệu suất chung bơm .103 DANH MỤC CÁC HÌNH YHình 1- Mơ hình tháp đĩa xuyên lỗ Hình 1- Mơ hình tháp chóp 13 Hình 1- Các loại đĩa tháp chưng cất 14 Hình 1- Một số vật liệu sử dụng làm đệm 14 Hình 1- Mơ hình tháp đệm 15 Hình 1- Đường cân x – y hỗn hợp Etanol - Nước 760 mmHg 21 Hình 1- Đồ thị t-x-y hỗn hợp Ethanol Nước 21 Hình 1- Sơ đồ qui trình cơng nghệ chưng cất hệ Etanol – nước 22 Hình 2- Đồ Thị Nlt*(Rx+1) theo Rx 29 Hình 2- Đồ thị xác định số bậc thay đổi nồng độ 29 Hình 2- Sơ đồ cân nhiệt lượng tháp chưng cất .30 Hình 2- Đồ thị xác định hiệu suất trung bình đĩa 40 Hình 2- Để xác định lượng trung bình tháp luyện 43 Hình 3- Sơ đồ tháp chóp .55 Hình 3- Cấu tạo chóp a 55 Hình 3- Cấu tạo chóp b .55 Hình 3- Đáy nắp thiết bị 69 Hình 3- Mặt bích kiểu 78 Hình 3- Mặt bích nối ống dẫn kiểu 78 Hình 3- Tai treo 86 Hình 4- Thiết bị đun nóng làm nguội 87 Hình 4- Thiết bị trao đổi nhiệt hệ thống chưng cất 88 Hình 4- Cấu tạo thiết bị đun nóng làm nguội 88 Hình 4- Quá trình truyền nhiệt diễn ống truyền nhiệt 91 Hình 4- Kiểu bố trí ống truyền nhiệt 97 Δt T =∑ r t q ºC Δt T =∑ r t q 1=0 , 000824 44604 , 35=36 ,75 ℃ - Nhiệt độ bề mặt tiếp xúc với hỗn hợp nguyên liệu: t T 2=t T 1− Δ t T t T 2=t T 1− Δ t T =114 ,58−36 , 75=77 , 83 ℃ + Tính tốn hệ số cấp nhiệt dòng nhập liệu α F= Nu λ d Trong đó: Nu: Chuẩn số Nusselt λ : Hệ số dẫn nhiệt hỗn hợp nguyên liệu, (W/m độ) d: Đường kính ống truyền nhiệt, (m) Tính tốn chuẩn số Nusselt phụ thuộc vào nhiều yếu tố từ việc chọn dạng thiết bị đến chế độ dòng chảy, Tùy trường hợp cụ thể, người thiết kế lựa chọn cơng thức tính tốn cho phù hợp Để đạt hiệu truyền nhiệt cao nhất, thơng thường người thiết kế tính tốn để đảm bảo dòng lưu chất chuyển động chế độ chảy xốy, Đối với dịng lỏng ống việc lựa chọn cơng thức tính tốn dựa vào chế độ dịng chảy, cụ thể: Lưu thể chuyển động chế độ chảy xốy (Re > 10000), chuẩn số Nusselt tính theo công thức: Nu=0 , 021 ε ℜ0 ,8 Pr0 , 43 Pr Pr t ,25 ( ) Trong đó: Pr: chuẩn số Prant theo nhiệt độ trung bình dịng lưu chất Prt: chuẩn số Prant tính theo nhiệt độ trung bình tường ống Re: chuẩn số Reynolds ε hệ số hiệu chỉnh tính đến ảnh hưởng tỉ số chiều dài L đường kính d ống truyền nhiệt xác định bảng sau: Bảng 4- Tỷ số chiều dài L đường kính d ống truyền nhiệt Re l/d 10 15 20 30 40 50 Đền 2000 1,90 1,70 1,44 1,28 1,18 1,13 1,05 1,02 1,104 1,65 1,50 1,34 1,23 1,17 1,13 1,07 1,03 2,104 1,51 1,40 1,27 1,18 1,13 1,10 1,05 1,02 5,104 1,34 1,27 1,18 1,13 1,10 1,08 1,04 1,02 1,105 1,28 1,22 1,15 1,10 1,08 1,06 1,03 1,02 1,106 1,14 1,11 1,08 1,05 Tính tốn chuẩn số Nusselt: 1,04 1,03 1,03 1,01 Giả sử dòng lưu thể ống chuyển động chế độ chảy xoáy, chọn giá trị Re > 10,000 Tính chuẩn số Pr dịng lưu chất theo nhiệt độ trung bình dịng lưu chất Chuẩn số Pr tính theo nhiệt độ trung bình dịng lưu thể, cơng thức: Pr = Cp μ λhh Trong đó: μ : Độ nhớt hỗn hợp, (N.s/m2) λ : Hệ số dẫn nhiệt hỗn hợp, (W/m độ) CP: Nhiệt dung riêng hỗn hợp, (J/kg) Các thông số vật lý dòng nạp liệu xác định theo nhiệt độ trung bình hỗn hợp: t tb =t bh−Δ t tb t tb =t bh−Δt tb =119 , 6−59.89=59.71 ºC Nội suy bảng I.101 (I.91) nhiệt độ ttb = 59.71℃ ta có: μA = , 81 10−4 (N.s/m2) μB = , 47 10−4 (N.s/m2) Độ nhớt hỗn hợp tính theo cơng thức: lg μ hh=x F lg μ A + ( – x F ) lg μ B lg μ hh=0 ,155 lg ( 0.0008805 ) + ( 1−0 ,155 ) lg (0.0005467)=−3.23 μhh = 5,89.10-4 (N.s/m2) Nội suy bảng I.130 (I.134) nhiệt độ ttb = 59.71℃ ta có: λ A = 0.5034 (W/m độ) λ B = 0.6568 (W/m.độ) Hệ số dẫn nhiệt hỗn hợp cấu tử xác định theo phương trình Philipov Novoxelov: λ t= λ At a A + λ Bt a B−0 , 72 a A a B ( λ A t− λB t ) W/m.độ Trong đó: λ At , λ Bt Hệ số dẫn nhiệt cấu tử Etanol Nước, (W/m,độ) λ At > λBt aA, aB: Nồng độ % khối lượng cấu tử Etanol Nước hỗn hợp Vậy: λ t= λ At a A + λ Bt a B−0 , 72 a A a B ( λ A t− λB t ) λ t=0 ,5034 , 32+0 , 6568.0 , 68 – , 72.0 ,32.0 , 68 ( ,5034−0 , 6568 ) λ t=0.6317 W/m.độ Nội suy theo ttb = 59.71 ℃ bảng I.153 (I.171) ta có: CA = 3839,33 (J/kg.độ) CB = 4189,78 (J/kg.độ) Nhiệt dung riêng hỗn hợp tính theo cơng thức: C P =C A × a A +C B ×(1−a A ) J/kg.độ CP = CA x xF +CB x (1– xF) =3839,33.0,32 + 4189,78.(1-0,32) = 4077,64 (J/kg.độ) Vậy: Pr= Pr= Cp μ λhh C p μ 4077 , 64 , 0005887 = =3.80 λhh ,6317 Tính chuẩn số Reynolds ℜ= ω.d ρ μ Nội suy bảng I.2 (I.9) nhiệt độ ttb = 59 , 71 ℃ ta có: ρ A = 943,23 (kg/m3) ρ B = 991,87 (kg/m3) a F 1−aF = + ρ ρA ρB (kg/m3) a F 1−aF ,32 1−0 , 32 = + = + → ρ=975.77 (kg /m ) ρ ρA ρB 943 ,23 991, 87 Chọn: ω=0,5 m/s d=0,037 m Vậy ℜ= ω d ρ , 5.0 , 037.975, 77 = =31491 , 74 μ 0.0005887 Do chênh lệch vỏ dịng lưu thể nhỏ nên ta coi ¿) = Giả sử L/d > 50, ε 1=1 Tính chuẩn số Nu theo cơng thức: Nu=0 , 021 ε ℜ0 ,8 Pr0 , 43 Pr Pr t ,25 ( ) Nu=0 , 021 31491 , 740 , , 79990 , 43 10 ,25 =147.938 Tính hệ số cấp nhiệt phía dung dịch ống theo công thức: α F= α F= Nu λ d W/m2.độ Nu λ 147.938 0.6317 = =2459 , 417(W /m2 độ) d , 037 + Kiểm tra tổn thất nhiệt Chênh lệch nhiệt độ mặt ống truyền nhiệt nhiệt độ hỗn hợp: Δt 2=t T 2−t tb °C Δt 2=t T 2−t tb =77 , 83−59.71=18 , 116 ℃ Nhiệt cấp từ ống truyền nhiệt vào hỗn hợp: q 2=Δ t α F W/m2 q 2=Δ t α F =18 , 116 2459 , 417=44555 , 030(W /m2 ) Sai số dòng nhiệt truyền tính theo cơng thức: |q 1−q 2| q1 |q 1−q 2| |44604 , 35−44555 , 030| q1 = =0.1 % K = 1 +∑ rt + αF αn = 1 +0 , 000824+ 2459 , 417 8885.33 ¿> K =744 , 521 W/m2.K VIII.1.5 Tính bề mặt truyền nhiệt + Bề mặt truyền nhiệt cần thiết tính theo cơng thức: F= F= Q K ∆ t tb m2 Q 2741767 , 44 K ( ∆ t ¿ ¿tb+273)= 11, 06(m2 )¿ 744 , 521.(59 , 89+273) + Số ống truyền nhiệt Với chiều cao H, đường kính ống truyền nhiệt chọn d ta có: n= n= F π d H (ống) F 11 ,06 = =93 , 90(ống) π d H π , 025.1 ,5 Quy chuẩn nth= 93 ống ` Hình 4- Kiểu bố trí ống truyền nhiệt Ta bố trí ống xếp theo hình trịn (tra bảng V,11 (II.48) Số ống bố trí vịng tròn từ là: (1, 6, 12, 18, 24,32) + Kiểm tra lại chế độ dòng chảy dòng nguyên liệu Từ số ống thực tế (nth) đường kính ống truyền nhiệt chọn (d): ω th = ω th= 4.G F n th ρ π d = 4.G F n th ρ π d2 4.11, 11 =0 ,25(m/s) 93 975 ,77 π ,025 ℜth = ωth d ρ μ ℜth = ωth d ρ 0.0778 ,025 1016 , 215 = =10335 ,73> 10000 μ ,167 10−4 Dòng chảy rối (Thoả mãn yêu cầu) Reth = 4774 , 996 3= 14324,988 > 10000 đáp ứng yêu cầu + Tính tốn đường kính thiết bị: Đường kính ngồi ống truyền nhiệt: d n=d+ δ d n=d+ δ = 0,025 + 0,002 = 0.029 (m) + Đường kính thiết bị ống xếp theo hình trịn tính theo cơng thức: D=t (2 n+1) (m) Trong đó: n: số vịng , n = (quy chuẩn) (tra bảng V,11 (II.48) t: bước ống, m.t=1 , 2−1 ,5 d n t = 1,2 0.029 = 0,035 m => D = t.(2n+1) = 0,035 (2.5 +1) = 0,383 (m) = 383 (mm) Dựa vào bảng XIII.6/359.II để chọn lại đường kính thiết bị, D = 400 (mm) = 0,4 (m) Khoảng cách t ống liền gọi bước ống, lắp ống cách nong: tmin = 1,5.dn = 1,5 0,029 = 0,0435 (m) Khi lắp cách hàn: tmin = 1,2.dn = 1,2.0,029 = 0,0348 (m) Khoảng cách từ ống đến vỏ thiết bị: t- dn = 0,029 – 0,045 = 0,0145 (m) = 14,5 (mm) > (mm) Đường kính thiết bị ống xếp theo hình trịn tính theo công thức: D=t.(2n+1) (m) D= 0,0435.(2.5+1) = 0.4785 m chọn lại D = 0,5 (m) + Lựa chọn chất tải nhiệt hay ống: Chất tải nhiệt ống • • • • Nhiều cặn bẩn hơn; Áp suất lớn hơn; Có tính ăn mịn cao hơn; Có nhiệt độ cao thấp Chất tải nhiệt ngồi ống Có thể tích lớn, đặc biệt lưu thể dạng khí áp suất thường hệ số cấp nhiệt nhỏ; Hơi bảo hịa, dễ tách ngưng tụ VIII.2 Tính chọn bơm Để vận chuyển hỗn hợp đầu từ bể chứa lên thùng cao vị ta phải sử dụng bơm thủy lực Trong điều kiện suất yêu cầu kinh tế, kỹ thuật để vận chuyển hỗn hợp Etanol Nước nhiệt độ môi trường ta chọn bơm ly tâm, Loại bơm có ưu điểm sau: Vận chuyển chất lỏng liên tục đặn Có số vịng quay lớn, truyền động trực tiếp từ động điện Có thể bơm chất lỏng bẩn nhiều loại chất lỏng khác VIII.2.1 Tính suất thể tích bơm Chọn ống làm ống tráng kẽm bình thường 0,1-0,15 mm Chọn đường kính ống dẫn nguyên liệu d = 0,1 m Độ nhám 𝜀 = 0,0001 m Chiều dài ống dẫn l=15 m => Lưu lượng chảy qua ống bơm ta tính sau: Q= GF ρ (m3/s) Trong đó: GF: Lưu lượng khối lượng hỗn hợp đầu, (kg/s) (kg/m3) ρ : Khối lượng riêng hỗn hợp đầu, Nội suy bảng I.2 (I.9) nhiệt độ ttb = 54.84 ℃ ta có: ρ A = 940,35 (kg/m3) ρ B = 989,68 (kg/m3) a F 1−aF = + ρ ρA ρB (kg/m3) a F 1−aF ,32 1−0 , 32 = + = + → ρ=973 , 34 (kg /m ) ρ ρA ρB 940 ,35 989 , 68 Sau khí tính thơng số ta tính lưu lượng chảy qua ống bơm Q= G F 11 ,11 m3 m3 = =0 , 011 =41 ,1 ρ 973 ,34 s h ( ) ( ) VIII.2.2 Đường kính ống bơm Đường kính ống bơm áp dụng cơng thức sau: d= √ V , 785.ω Trong đó: s) ω: Vận tốc chất lỏng ống (Chọn từ bảng II.2-Tr370/1) ω = 1,5 (m/ V=Q d= √ V , 011 = =0 , 098(m) , 785 x ω , 785.1, √ Quy chuẩn d = 100 (mm) = 0,1 (m) VIII.2.3 Áp suất toàn phần bơm Δ P=Δ Pđ + Δ Pm + Δ PH + Δ P C + Δ PT + Δ P K Trong đó: ΔPđ: áp suất động lực học, N/m2; ΔPm: áp suất để thắng trở lực ma sát dòng chảy ổn định ống thẳng, N/m2; ΔPH: áp suất cần thiết để nâng chất lỏng lên cao để thắng áp suất thủy tĩnh, N/m2; ΔPC: áp suất cần thiết để thắng trở lực cục bộ, N/m2; ΔPT: áp suất cần thiết để thắng trở lực thiết bị, N/m2; ΔPK: áp suất bổ sung cuối ống dẫn trường hợp đầu chất lỏng cần áp suất cao hơn, N/m2 ΔPđ: áp suất động lực học (áp suất cần thiết để tạo tốc độ cho dòng chảy ống dẫn Δ Pđ= ρ ω2 (N/m2) (II.54-Tr377/1) Chọn đường kính ống dẫn nguyên liệu d = 0,1 m Độ nhám 𝜀 = 0,0001 m Chiều dài ống dẫn l=15 m Lúc đó: Δ P đ = ρ ω2 973 , 34.1 , 52 = =1095 ,01 (N/m2) 2 ΔPm: áp suất để khắc phục trở lực ma sát dòng chảy ổn định ống thẳng Δ P m=λ L ρ ω2 (N/m2) (II.55-Tr377/1) d Với: L: chiều dài ống dẫn, m; d: đường kính ống dẫn, m; λ: hệ số ma sát Chọn ống làm ống tráng kẽm bình thường 0,1-0,15 mm Chọn đường kính ống dẫn nguyên liệu d = 0,1 m Độ nhám 𝜀 = 0,0001 m Chiều dài ống dẫn l=15 m Hệ số ma sát λ phụ thuộc vào chế độ chuyển động chất lỏng độ nhám thành ống dẫn, phụ thuộc vào chuẩn số Re ℜ= ω d ρf μf Xác định hệ số ma sát đường ống Nội suy bảng I.101 (I.91) nhiệt độ ttb = 54 , 84 oC ta có: μ A =0.0008551( N s / m2 ) μ B=0.0005077( N s/m 2) Độ nhớt hỗn hợp tính theo cơng thức: lg μ hh=x F lg μ A +(1 – x F ) lg μ B lg μ hh=0 ,155 lg ( 0.0008551 ) +(1−0 , 155) lg ( 0.0005077 ) (N.s/m2) μhh = 0,0005505 ¿> ℜ= , 81.0 ,1 973 , 34 =961223 , 27 ,0005505 Áp dụng cơng thức sau để tính Reynold tới hạn: d1 R e gh=6 ԑ ( ) ¿> R e gh 1=6 ( , 87 =16096.2 , 0001 ) Reynol bắt đầu xuất vùng nhám: R e n=220 d1 ԑ ( ) ¿> R e n=220 ( , 98 =521702, , 0001 ) So sánh Re với Regh (Chuẩn số Reynold tới hạn khu vực nhẵn thủy lực - công thức II.60-Tr378/1) Ren (Chuẩn số Reynold bắt đầu xuất vùng nhám - công thức II.62-Tr379/1) để xác định chế độ chảy dịng => cơng thức tính hệ số ma sát => Regh < Ren < Re nên hệ số ma sát λ phụ thuộc vào chuẩn số Re độ nhám thành ống Hệ số ma sát ống: ϵ 100 ,25 λ 1=0 , 1.(1 , 46 + ℜ ) d , 0001 100 ¿>❑1 =0 ,1 , 46 + 0,1 961223 , 27 ( , 25 ) =0 , 0199 L ρ ω2 15 973 ,34 ,5 =0 , 0199 =¿ d 0,1 Vậy: Δ P m=λ ΔPC: áp suất cần thiết để khắc phục trở lực cục Δ PC =ξ ρ ω2 l ρ ω2 =λ d (N/m2) (II.56-Tr377/1) Trong đó: ξ: hệ số trở lực cục bộ; l: chiều dài tương đương, m Hệ số tổn thất cục tính dựa vào bảng (I-tr382): 𝜉_u1 0,15 0,6 Chọn dạng ống uốn cong 90o có bk R với R/d=2 đường ống có chỗ uốn 𝜉_v1 10 10 Chọn van cầu với độ mở hoàn toàn 𝜉_t1 𝜉_l1 Coi không đáng kể Trở lực cục tổng trở lực cục thành phần, hệ số tra bảng II.16-Tr382/1 = > Tổng hệ số tổn thất cục ξ 1=0 , 6+10+ 1+ 0=11, Vậy: Δ PC =ξ ρ ω2 973 , 34 1, 52 =11 , =12702 , 07 (N/m2) 2 ΔPT: áp suất cần thiết để khắc phục trở lực thiết bị, Bơm ly tâm có trở lực nhỏ, nên cách gần bỏ qua ΔPT¿ ΔPk: áp suất bổ sung cuối ống dẫn trường hợp cần thiết Thùng cao vị làm việc áp suất khí nên ΔPk = => Giá trị ΔP Vậy: Δ P=Δ Pđ + Δ Pm + Δ PH + Δ P C + Δ PT + Δ P K =17063 , 48 (N/m2) VIII.2.4 Cơng suất bơm • Chiều cao tồn phần H bơm cần tạo Δ P=ρgH H= → H= ΔP ρg m ΔP 17063 , 48 = =1, 79 m ρg 973 , 34.9 , 81 • Cơng suất yêu cầu trục bơm: N= QρgH , W (II.189-Tr439/1) η Trong đó: Q: suất bơm, m3/s ρ: khối lượng riêng chất lỏng, kg/m3 g: gia tốc trọng trường, m/s2 H: áp suất toàn phần bơm, m η: hiệu suất chung bơm, η = 0,72 ÷ 0,93 η=ηo η¿ ηck – giá trị η chọn từ bảng II.32-Tr439/1 Hiệu suất chung bơm (Dùng bơm ly tâm) Bảng 4- Hiệu suất chung bơm ηo 0,90 ηtl 0,83 ηck 0,94 Suy ra: η=ηo η¿ ηck=¿0,702 Lúc đó: N= QρgH , 011 973 ,34 ,79 = =277 , 40 W η , 702 VIII.2.5 Công suất động điện Công suất động điện N đc = N ηtr η đc ,W (II.190-Tr439/1) Trong đó: ηtr: hiệu suất truyền động; ηđc: hiệu suất đông điện ηtr: hiệu suất truyền động; ηtr = 0,95 ηđc: hiệu suất đông điện ηđc = 0,75 Vậy: Công suất động điện N đc = N 277 , 40 = =389 , 34 W ηtr η đc , 95 ,75 Thông thường người ta chọn động điện có cơng suất lớn cơng suất tính tốn: N Cđc =β N đc Trong β hệ số dự trữ cơng suất (II.191-Tr439/1) (II.33-Tr440/1) Vì Nđc < kW nên ta chọn β = Vậy: N Cđc =β N đc=2.389 , 34=778 ,68 W = 0,78 kW Như vậy, dựa vào thông số bơm ta chọn loại bơm li tâm 4AX-3T có áp suất toàn phần 45 m, suất 45 m 3/h, số vòng quay 2900 vòng/phút, nhiệt độ chất lỏng khoảng -40 ÷90 °C (Bảng II.39/447.I) KẾT LUẬN TÀI LIỆU THAM KHẢO [2]: Trần Xoa et al…, Sổ tay q trình thiết bị cơng nghệ hóa chất tập 1, NXB Khoa học kĩ thuật, 2005 [3]: Trần Xoa et al…, Sổ tay trình thiết bị cơng nghệ hóa chất tập 2, NXB Khoa học kĩ thuật, 2005 [5] : https://vi.wikipedia.org/wiki/Nước [6] : https://vi.wikipedia.org/wiki/Ethanol [7] : https://vi.wikipedia.org/wiki/Chưng_cất ... -o -o -o - ĐỒ ÁN MÔN HỌC QUÁ TRÌNH VÀ THIẾT BỊ CƠNG NGHỆ HĨA HỌC Sinh viên thực Lớp Ngành : : : Kỹ thuật Dầu Khí 1- Đầu đề : Tính tốn thiết kế hệ thống thiết bị chưng luyện liên tục để... q trình chưng cất, dây chuyền cơng nghệ Chương II: Tính cơng nghệ thiết bị - Cân vật liệu, nhiệt lượng; - Kích thước thiết bị: đường kính đoạn, chiều cao, Chương III: Tính kết cấu cơng nghệ thiết. .. kết cấu cơng nghệ thiết bị - Tính chọn đĩa; Kiểm tra trở lực; - Tính khí thiết bị chính; - Tính lớp cách nhiệt thân thiết bị Chương IV: Tính thiết bị phụ - Tính thiết bị đun sơi hỗn hợp đầu;