Đang tải... (xem toàn văn)
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP HỒ CHÍ MINH KHOA CÔNG NGHỆ HÓA HỌC VÀ THỰC PHẨM BỘ MÔN CÔNG NGHỆ HÓA HỌC ĐỒ ÁN MÔN HỌC QUÁ TRÌNH THIẾT BỊ TÊN ĐỀ TÀI THIẾT KẾ THIẾT BỊ TRAO ĐỔ.
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP HỒ CHÍ MINH KHOA CƠNG NGHỆ HĨA HỌC VÀ THỰC PHẨM BỘ MƠN CƠNG NGHỆ HĨA HỌC ĐỒ ÁN MƠN HỌC Q TRÌNH THIẾT BỊ TÊN ĐỀ TÀI THIẾT KẾ THIẾT BỊ TRAO ĐỔI NHIỆT GIỮA SẢN PHẨM ĐÁY VÀ NHẬP LIỆU TRONG HỆ THỐNG THÁP MÂM XUYÊN LỖ HOẠT ĐỘNG LIÊN TỤC ĐỂ CHƯNG CẤT HỖN HỢP ETHANOL – NƯỚC Ở ÁP SUẤT THƯỜNG SVTH: GVHD: Huỳnh Kiều Trang Nguyễn Thị Bích Trâm Th.S, GVC Vũ Bá Minh 18128065 18128066 TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP HCM KHOA CƠNG NGHỆ HĨA HỌC VÀ THỰC PHẨM BỘ MƠN CƠNG NGHỆ HĨA HỌC -oOo NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN MÔN HỌC MÁY VÀ THIẾT BỊ Giáo viên hướng dẫn: VŨ BÁ MINH Họ tên sinh viên thực hiện: MSSV HUỲNH KIỀU TRANG 18128065 NGUYỄN THỊ BÍCH TRÂM 18128066 Tên đồ án: THIẾT KẾ THIẾT BỊ TRAO ĐỔI NHIỆT Nhiệm vụ đồ án: Thiết kế thiết bị trao đổi nhiệt sản phẩm đáy nhập liệu hệ thống tháp mâm xuyên lỗ họat động liên tục để chưng cất hỗn hợp Ethanol – Nước áp suất thường Các số liệu ban đầu: Năng suất nguyên liệu: 5.000 kg/h Nhập liệu có nồng độ 20% mol Ethanol Nồng độ sản phẩm đỉnh 85% mol Ethanol Tỷ lệ thu hồi Ethanol 98% Các số liệu khác tự chọn u cầu phần thuyết minh tính tốn: 1) 2) 3) 4) 5) 6) 7) Tổng quan sản phẩm, tháp chưng cất, thiết bị trao đổi nhiệt Đề nghị qui trình chưng cât Tính cân vật chất-năng lượng Tính tóan số mâm thực tế tháp chưng cất Tính tóan cấu tạo THIẾT BỊ TRAO ĐỔI NHIỆT Tính thiết bị phụ có qui trình Lập bảng tính khối lượng vật tư chi phí chế tạo thiết bị trao đổi nhiệt 8) Kết luận Yêu cầu trình bày vẽ 01 vẽ qui trình khổ A1 (bản khổ A4 kẹp tập thuyết minh) 01 vẽ cấu tạo thiết bị trao đổi nhiệt khổ A1 Yêu cầu khác: Ngày giao nhiệm vụ đồ án: 1/3/2021 Ngày hoàn thành đồ án: 14/6/2021 Các qui định theo thông cáo mơn TRƯỞNG BỘ MƠN Tp Hồ Chí Minh, ngày 01 tháng năm 2021 Giảng viên hướng dẫn VŨ BÁ MINH TRƯỜNG ĐH SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP HỒ CHÍ MINH KHOA CƠNG NGHỆ HĨA HỌC – THỰC PHẨM BỘ MƠN CƠNG NGHỆ HĨA HỌC PHIẾU ĐÁNH GIÁ CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN - MÔN HỌC: ĐỒ THIẾT KẾ MÁY THIẾT BỊ - HỌC KỲ – NĂM HỌC 2020 – 2021 Mà MÔN HỌC: PWPD322703 GVHD: Th.S, GVC Vũ Bá Minh Sinh viên: Huỳnh Kiều Trang MSSV: 18128065 Tên đề tài: Thiết kế thiết bị trao đổi nhiệt sản phẩm đáy nhập liệu hệ thống tháp mâm xuyên lỗ hoạt động liên tục để chưng cất hỗn hợp Ethanol – Nước áp suất thường Kết đánh giá: STT Nội dung Thang điểm Điểm số 1,0 2,0 0,5 0,5 2,0 0,75 0,5 0,75 9,0 Xác định đối tượng yêu cầu thiết kế – 1,0 Lập qui trình cơng nghệ tính tốn chi tiết thiết bị – 2,5 Đánh giá phù hợp, điểm mạnh, yếu thiết kế – 0,75 Lập kế hoạch triển khai thực thiết kế – 0,75 Lập vẽ với phần mềm chuyên dụng – 2,5 Hoàn thành thuyết minh thiết kế đầy đủ, xác logic – 1,0 Hoàn thành trách nhiệm cá nhân nhóm – 0,75 Thực kế hoạch công việc GV giao – 0,75 TỔNG ĐIỂM (Chín điểm……………………………………….) 10 Ghi chú: GV HƯỚNG DẪN cho điểm lẻ tới 0,25 điểm Các nhận xét khác (nếu có): Cả nhóm tích cực hồn thành tốt nhiệm vụ giao Kết luận Được phép bảo vệ : X Không phép bảo vệ : Ngày 16 tháng năm 2021 Người nhận xét (Ký & ghi rõ họ tên) Vũ Bá Minh TRƯỜNG ĐH SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP HỒ CHÍ MINH KHOA CƠNG NGHỆ HĨA HỌC – THỰC PHẨM BỘ MƠN CƠNG NGHỆ HĨA HỌC PHIẾU ĐÁNH GIÁ CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN - MÔN HỌC: ĐỒ THIẾT KẾ MÁY THIẾT BỊ - HỌC KỲ – NĂM HỌC 2020 – 2021 Mà MÔN HỌC: PWPD322703 GVHD: Th.S, GVC Vũ Bá Minh Sinh viên: Nguyễn Thị Bích Trâm MSSV: 18128066 Tên đề tài: Thiết kế thiết bị trao đổi nhiệt sản phẩm đáy nhập liệu hệ thống tháp mâm xuyên lỗ hoạt động liên tục để chưng cất hỗn hợp Ethanol – Nước áp suất thường Kết đánh giá: STT Nội dung Thang điểm Điểm số 1,0 2,0 0,75 0,75 2,0 1,0 0,75 0,75 9,0 Xác định đối tượng yêu cầu thiết kế – 1,0 Lập qui trình cơng nghệ tính tốn chi tiết thiết bị – 2,5 Đánh giá phù hợp, điểm mạnh, yếu thiết kế – 0,75 Lập kế hoạch triển khai thực thiết kế – 0,75 Lập vẽ với phần mềm chuyên dụng – 2,5 Hoàn thành thuyết minh thiết kế đầy đủ, xác logic – 1,0 Hồn thành trách nhiệm cá nhân nhóm – 0,75 Thực kế hoạch công việc GV giao – 0,75 TỔNG ĐIỂM (Chín điểm……………………………………….) 10 Ghi chú: GV HƯỚNG DẪN cho điểm lẻ tới 0,25 điểm Các nhận xét khác (nếu có) Cả nhóm tích cực hồn thành tốt nhiệm vụ giao Kết luận Được phép bảo vệ : X Không phép bảo vệ : Ngày 16 tháng năm 2021 Người nhận xét (Ký & ghi rõ họ tên) Vũ Bá Minh TRƯỜNG ĐH SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP HỒ CHÍ MINH KHOA CƠNG NGHỆ HĨA HỌC – THỰC PHẨM BỘ MƠN CƠNG NGHỆ HĨA HỌC - PHIẾU ĐÁNH GIÁ CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN MÔN HỌC: ĐỒ THIẾT KẾ MÁY THIẾT BỊ - HỌC KỲ – NĂM HỌC 2020 – 2021 Mà MÔN HỌC: PWPD322703 GVPB: ThS Trần Tấn Đạt Sinh viên: Huỳnh Kiều Trang MSSV: 18128065 Tên đề tài: Thiết kế thiết bị trao đổi nhiệt sản phẩm đáy nhập liệu hệ thống tháp mâm xuyên lỗ họat động liên tục để chưng cất hỗn hợp Ethanol – Nước áp suất thường Kết đánh giá: STT Nội dung Thang Điểm điểm số Lập qui trình cơng nghệ tính tốn chi tiết thiết bị – 2,5 Lập vẽ với phần mềm chuyên dụng – 2,5 Hoàn thành thuyết minh thiết kế đầy đủ, xác logic – 1,0 Trình bày nội dung cốt lõi đồ án – 1,0 Trả lời câu hỏi phản biện – 3,0 TỔNG ĐIỂM (Bằng chữ:……………………………………….) 10 Ghi chú: GV HƯỚNG DẪN cho điểm lẻ tới 0,25 điểm Các nhận xét khác (nếu có) Ngày …… tháng 08 năm 2021 Người phản biện (Ký & ghi rõ họ tên) TRƯỜNG ĐH SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP HỒ CHÍ MINH KHOA CƠNG NGHỆ HĨA HỌC – THỰC PHẨM BỘ MƠN CƠNG NGHỆ HĨA HỌC - PHIẾU ĐÁNH GIÁ CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN MÔN HỌC: ĐỒ THIẾT KẾ MÁY THIẾT BỊ - HỌC KỲ – NĂM HỌC 2020 – 2021 Mà MÔN HỌC: PWPD322703 GVPB: ThS Trần Tấn Đạt Sinh viên: Nguyễn Thị Bích Trâm MSSV: 18128066 Tên đề tài: Thiết kế thiết bị trao đổi nhiệt sản phẩm đáy nhập liệu hệ thống tháp mâm xuyên lỗ họat động liên tục để chưng cất hỗn hợp Ethanol – Nước áp suất thường Kết đánh giá: STT Nội dung Thang Điểm điểm số Lập qui trình cơng nghệ tính tốn chi tiết thiết bị – 2,5 Lập vẽ với phần mềm chuyên dụng – 2,5 Hoàn thành thuyết minh thiết kế đầy đủ, xác logic – 1,0 Trình bày nội dung cốt lõi đồ án – 1,0 Trả lời câu hỏi phản biện – 3,0 TỔNG ĐIỂM (Bằng chữ:……………………………………….) 10 Ghi chú: GV HƯỚNG DẪN cho điểm lẻ tới 0,25 điểm Các nhận xét khác (nếu có) Ngày …… tháng 08 năm 2021 Người phản biện (Ký & ghi rõ họ tên) LỜI CẢM ƠN Đồ án môn học coi cơng trình khoa học nhỏ Do để hoàn tất đề tài đồ án công việc dễ sinh viên chúng em Qua trình thực đồ án, chúng em mở rộng tầm nhìn tiếp thu nhiều kiến thức thực tế Từ em nhận thấy, việc cọ sát thực tế vô quan trọng – giúp sinh viên xây dựng tảng lý thuyết học trường vững Tuy cịn gặp phải nhiều khó khăn với giúp đỡ tận tình q thầy trường Đại học Sư phạm Kỹ Thuật Thành Phố Hồ Chí Minh đặc biệt thầy Th.S, GVC Vũ Bá Minh tận tâm bảo hướng dẫn em qua buổi học, buổi thảo luận đề tài Nhờ đó, đồ án chúng em hoàn thành Chúng em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến thầy Mặc dù chúng em cố gắng thời gian, kiến thức kinh nghiệm có hạn nên khơng thể tránh khỏi thiếu sót việc trình bày, tính tốn đánh giá Chúng em mong nhận thông cảm đóng góp ý kiến từ q thầy bạn Chúng em xin chân thành cảm ơn! MỤC LỤC CHƯƠNG TỔNG QUAN 1.1 Tổng quan sản phẩm 1.2 Sơ lược thiết bị .3 CHƯƠNG QUY TRÌNH CHƯNG CẤT .15 CHƯƠNG CÂN BẰNG VẬT CHẤT 17 3.1 Số liệu đầu vào .17 3.2 Các kí hiệu sử dụng 17 3.3 Tính cân vật chất 17 3.4 Xác định tỉ số hồi lưu thích hợp 19 3.5 Phương trình làm việc số mâm thực tế 20 CHƯƠNG CÂN BẰNG NĂNG LƯỢNG 25 4.1 Cân nhiệt lượng cho toàn tháp chưng cất .25 4.2 Cân nhiệt lượng cho thiết bị ngưng tụ 26 4.3 Cân nhiệt lượng cho thiết bị làm nguội sản phẩm đỉnh 27 4.4 Cân nhiệt lượng cho thiết bị trao đổi nhiệt sản phẩm đáy 27 4.5 Cân nhiệt cho thiết bị đun sơi dịng nhập liệu .28 CHƯƠNG TÍNH TỐN THIẾT BỊ TRAO ĐỔI NHIỆT GIỮA DÒNG SẢN PHẨM ĐÁY VÀ NHẬP LIỆU 30 5.1 Tính tốn 30 CHƯƠNG TÍNH TỐN CƠ KHÍ CHO THIẾT BỊ CHÍNH .46 6.1 Tính tốn bề dày thân thiết bị 46 6.2 Nắp (đáy) nồi chưng cất 47 6.3 Bích ghép thân nắp (đáy) 49 6.4 Bích ghép ống dẫn 51 6.5 Đệm 53 6.6 Bulong 53 6.7 Vỉ ống .54 6.8 Chân đỡ 54 6.9 Tấm ngăn .55 6.10 Tính toán sơ khối lượng thiết bị .57 CHƯƠNG TÍNH TỐN THIẾT BỊ PHỤ .59 7.1 Thiết bị ngưng tụ sản phẩm đỉnh 59 7.2 Thiết bị gia nhiệt nhập liệu .63 7.3 Nồi đun gia nhiệt sản phẩm đáy .67 7.4 Thiết bị làm nguội sản phẩm đỉnh 71 7.5 Bồn cao vị .76 7.6 Bơm 81 CHƯƠNG GIÁ THÀNH THIẾT BỊ .83 8.1 Tính tốn giá thành thiết bị 83 TỔNG KẾT 84 TÀI LIỆU THAM KHẢO 86 10 Bảng 7.2 Thơng số vật lí dịng sản phẩm đỉnh 59,5 oC Thơng .103, số Pa.s Giá trị 0,5887 , kg/m3 769,833 , W/ C, J/ (m.K) (kg.K) 0,197 3,043 Xác định bề mặt truyền nhiệt Bề mặt truyền nhiệt xác định theo phương trình truyền nhiệt: Ftb = ,m2 Với: (7.16) K : hệ số truyền nhiệt : nhiệt độ trung bình logarit Xác định hiệu số nhiệt độ trung bình logarit Chọn kiểu truyền nhiệt ngược chiều, ta được: = 17,85 (℃) Xác định hệ số truyền nhiệt K Hệ số truyền nhiệt K tính theo cơng thức: K= , (W/m2.K) (7.17) Với: : hệ số cấp nhiệt nước ống (W/m2.K) : hệ số cấp nhiệt ngưng tụ (W/m2.K) : nhiệt trở thành ống lớp cáu Xác định cấp nhiệt bên ống Suất lượng nước cần dùng để làm mát sản phẩm đỉnh: GD = D.MD = 48,853 41,8 = 2042,05 (kg/h) = 0,57 (kg/s) Lượng nhiệt cần tải: 71 QD = GD.cD.( tDv - tDr) = 0,57 3043 (79-40) = 67646(J/s) =67,646(kJ/s) Suất lượng nước cần dùng: = = = 0,808 (kg/s) Xác định hệ số cấp nhiệt nước ống nhỏ Vận tốc nước ống: (m/s) Chuẩn số Reynolds: ��N = = 75022 >104 => chế độ chảy rối Chuẩn số Nusselt: NuN = 0,021 × × × × � Trong đó: l : hệ số hiệu chỉnh phụ thuộc vào ReN tỷ lệ chiều dài ống với đường kính ống: ReN = 75022 chọn l =1 Chuẩn số Prandlt nước 40oC, nên: PrN = = = 4,3 Suy ra: NuN = Hệ số cấp nhiệt nước ống: Nhiệt tải phía nước làm lạnh: qN = = (40oC) (W/m2) (7.18) Prw2 : chuẩn số Prandlt nước nhiệt độ trung bình vách Nhiệt tải qua thành ống lớp cáu Nhiệt tải qua thành ống lớp cáu: , (W/m2) Trong đó: tw2 : nhiệt độ vách tiếp xúc với nước làm lành (ngoài ống nhỏ) Σrt = Trong đó: Bề dày thành ống: t = 0,002 (m) Hệ số dẫn nhiệt thép không gỉ: t = 17,5 (W/moK), bảng I.125 trang 127,[1] 72 Nhiệt trở trung bình lớp bẩn ống với nước sạch: = (m2.K/W), bảng 31 trang 419, [4] Nhiệt trở lớp cáu phía sản phẩm đáy: Suy (m2.K/W) Vậy (7.19) Xác định cấp nhiệt bên ống Xác định hệ số cấp nhiệt sản phẩm đỉnh ống ngoài: Vận tốc sản phẩm đỉnh ống ngoài: = = = 1,77 (m/s) Đường kính tương đương: dtd = Dtr – dng = 0,034 - 0,025 = 0,009 (m) Chuẩn số Reynolds: ��� = = 20831,4 > 104 => chế độ chảy rối Vì Re nằm vùng chảy rối nên ta áp dụng công thức tính Nu cho lưu chất chảy tiết diện hình vành khăn Chuẩn số Nusselt: NuD = 0,021 × × × × � (V.40 trang 14,[2]) Trong đó: 1: hệ số tính đến ảnh hưởng hệ số cấp nhiệt theo tỉ lệ chiều dài L đường kính d ống Re > 10000, tương ứng với 1 = PrD : chuẩn số Prandlt sản phẩm đỉnh 59,5oC nên: PrD = = = 9,093 Prw1 : chuẩn số Prandlt sản phẩm đỉnh nhiệt độ trung bình vách Suy ra: = Hệ số cấp nhiệt sản phẩm đỉnh ống ngoài: Nhiệt tải phía sản phẩm đỉnh: 73 qD = = (59,5 -) (W/m2) (7.20) Với: tw1 : nhiệt độ vách tiếp xúc với sản phẩm đỉnh (ngoài ống nhỏ) tw2 : nhiệt độ vách tiếp xúc với nước (trong ống nhỏ) Chọn tw1 = 55oC Các tính chất lý học sản phẩm đỉnh tra bảng I.153, I.154 trang 172,[1] ứng với nhiệt độ tw1 = 55oC thể bảng sau: Bảng 7.3 Thơng số vật lí dịng sản phẩm đỉnh 55 oC Thông .103, số Pa.s Giá trị 0,637 Khi xem: , kg/m3 773,26 , W/ C, J/ (m.K) (kg.K) 0,196 2,986 Prw1 ~ = = 9,7 Từ (7.20): qD = (59,5 -) = (59,5 -) = 14991,76(W/m2) Xem nhiệt tải mát không đáng kể: qt = qD =14991,76 (W/m2) Từ (7.19), ta có: tW2 = tW1- qt.rt = 55 - = 47,3 oC Suy ra: ttbW = = oC Các tính chất lý học nước làm lạnh tra Bảng I.249, trang 310,[1] ứng với nhiệt độ tW2 = 47,3 oC Nhiệt dung riêng: cN = 4,178 (kJ/kg.độ) Khối lượng riêng: N = 989,1 (kg/m3) Độ nhớt động lực: N = 0,57.10-3 (N.s/m2) Hệ số dẫn nhiệt: N = 0,644 Prw2 = = =3,69 Từ (7.18): qN = = (= 15025,26 (W/m2) 74 Kiểm tra sai số: = = = 0,22% < 5% thỏa Vậy: tw1 = 55 oC tw2 = 47,3 oC Khi đó: � = = 2058,25 (W/m2.oC); � = = 3331,47(W/m2.oC) Từ (7.17), hệ số truyền nhiệt: � = = Từ (7.16), bề mặt truyền nhiệt trung bình: Ftb= = (m2) Suy chiều dài ống truyền nhiệt: L = = 68,2 (m) Chọn: L = 75 m (dự trữ khoảng 10%) Kiểm tra: = = > 50 l = 1: thoả Vậy: thiết bị làm mát sản phẩm đỉnh thiết bị truyền nhiệt ống lồng ống với chiều dài ống truyền nhiệt L = 75(m), chia thành 15 dãy, dãy dài (m) 7.5 Bồn cao vị 7.5.1 Tổng thất đường ống Tổn thất đường ống tính theo cơng thức: h = (m) Trong đó: : Hệ số ma sát đường ống l: Chiều dài đường ống dẫn, chọn l1 = 30 m d: Đường kính ống dẫn, d = dtr = 0,04m : Tổng hệ số tổn thất cục 7.5.2 Tổn thất đường ống dẫn từ bồn chứa nguyên liệu đến bồn cao vị Chọn đường kính ống dẫn nhập liệu từ bồn chứa nguyên liệu đến bồn cao vị dtr= 40mm Độ nhám ống là: = 0,2 (mm) tra theo bảng II.15/381, [1] theo chất ăn mịn Chiều dài tổng đường ống dẫn l = 30m Nhiệt độ chất bồn chứa tF = 30oC 75 Bảng 7.4 Thơng số vật lí dòng nhập liệu 30 oC Dòng Ethanol Nước Nhập liệu Độ nhớt (Ns/m2) 9,94.10-4 8,015.10-4 8,76.10-4 Khối lượng riêng (kg/m3) 780 995,7 911,577 Thơng số Vận tốc dịng nhập liệu ống dẫn: �F1 = = = 1,21 (m/s) Xác định hệ số ma sát đường ống Chuẩn số Reynolds dòng nhập liệu ống dẫn: ��F = = = 50467,7 Chuẩn số Reynolds giới hạn (công thức II.60 trang 378, [1]) = = 2558 Chuẩn số Reynolds nhám (công thức II.62 trang 379, [1]) ��� ≈ 220 = 220 = 85326 Ta có Regh < ReF < Ren nên dòng chảy khu vực độ (nằm khu vực nhẵn thủy lực khu vực nhám) Hệ số ma sát khu vực chảy độ phụ thuộc vào chuẩn số Reynolds độ nhám thành ống Tỷ số: = 0,005 (0,00008 < < 0,0125) Hệ số ma sát xác định theo công thức II.64 trang 380, [1]: λ = 0,1 = = 0,031 Xác định trở lực cục Chỗ uốn cong: Tham khảo trang 393, [1] cho đoạn ống cong có góc uốn θ = 90o, bán kính R cho = 2, tỉ lệ = ta = 1.0,15.1 = 0,15 76 Đường ống có chỗ uốn cong nên 1 = 0,15.3 = 0,45 Chọn van tiêu chuẩn với độ mở hoàn toàn, tra tài liệu [1] trang 397 Với dtr = 40 mm, ta có: = 4,9 Đường ống có van nên 2 = 4,9 Từ phương trình tính tổn thất đường ống: h = h1 = = = 2,13m Trong đó: : Hệ số ma sát đường ống l: Chiều dài đường ống dẫn, chọn l1 = 30 m d: Đường kính ống dẫn, d = dtr = 0,04 m : Tổng hệ số tổn thất cục 7.5.3 Tổn thất đường ống dẫn đoạn qua thiết bị trao đổi nhiệt với sản phẩm đáy Chọn đường kính ống dẫn từ bồn cao vị qua thiết bị trao đổi nhiệt nhập liệu với sản phẩm đáy dtr = 40 mm, chiều dài ống l= 20m Độ nhám ống: = 0,2 (mm) tra theo bảng II.15/381, tài liệu tham khảo [1] theo chất ăn mịn Xác định vận tốc ống dẫn �� = = = 1,21 (m/s) Xác định hệ số ma sát đường ống Chuẩn số Reynolds dòng nhập liệu ống dẫn: ��F = = = 50467,7 Chuẩn số Reynolds giới hạn (công thức II.60 trang 378, [1]) = = 2558 Chuẩn số Reynolds nhám (công thức II.62 trang 379, [1]) 77 ��� ≈ 220 = 220 = 85326 Ta có Regh < ReF < Ren nên dòng chảy khu vực độ (nằm khu vực nhẵn thủy lực khu vực nhám) Hệ số ma sát khu vực chảy độ phụ thuộc vào chuẩn số Reynolds độ nhám thành ống Tỷ số: = 0,005 (0,00008 < < 0,0125) Hệ số ma sát xác định theo công thức II.64 trang 380, [1]: λ = 0,1 = = 0,031 7.5.4 Xác định trở lực cục Chỗ uốn cong: Tham khảo tài liệu [1] trang 393 cho đoạn ống cong có góc uốn θ = 90o, bán kính R cho = 2, tỉ lệ = ta = 1.0,15.1 = 0,15 Đường ống có chỗ uốn cong nên 1 = 0,15.3 = 0,45 Chọn van tiêu chuẩn với độ mở hoàn toàn, tra tài liệu [1] trang 397 Với dtr = 40 mm, ta có: = 4,9 Đường ống có van nên 2 = 4,9 Từ phương trình tính tổn thất đường ống: h = h2 = = =1,55m Trong đó: : Hệ số ma sát đường ống l: Chiều dài đường ống dẫn, chọn l1 = 20 m d: Đường kính ống dẫn, d = dtr = 0,04 m : Tổng hệ số tổn thất cục Chỗ uốn cong: Tham khảo tài liệu [1] trang 393 cho đoạn ống cong có góc uốn θ = 90o, bán kính R cho = 2, tỉ lệ = ta = 10,15 = 0,15 Đường ống có chỗ uốn cong nên 1 = 0,15 = 0,45 Chọn van tiêu chuẩn với độ mở hoàn toàn, tra tài liệu [1] trang 397 78 Với dtr= 40 mm, ta có: = 4,9 Đường ống có van nên 2 = 4,9 Từ phương trình tính tổn thất đường ống: h = h1 = = =2,13m Trong đó: : Hệ số ma sát đường ống l: Chiều dài đường ống dẫn, chọn l1 = 30 m d: Đường kính ống dẫn, d = dtr = 0,04 m : Tổng hệ số tổn thất cục 7.5.5 Chiều cao đặt bồn cao vị Chọn mặt cắt (1-1) mặt thoáng chất lỏng bồn cao vị Mặt cắt (2-2) mặt cắt vị trí nhập liệu Phương trình Bernoulli cho (1-1) (2-2): z1+ + = + + + + ++ Trong đó: z1: Độ cao mặt thoáng (1-1) so với mặt đất, hay xem chiều cao đặt bồn cao vị Hcv = z1 z2: Độ cao mặt thoáng (2-2) so với mặt đất, hay xem chiều cao từ mặt đất đến vị trí nhập liệu: chọn z2=500 mm P1 : áp suất mặt thoáng (1-1) P2 : áp suất mặt thoáng (2-2) Xem: ∆� = �2 - �1 = v1: Vận tốc mặt thoáng (1-1), xem v1 = m/s v2: Vận tốc vị trí nhập liệu, v2 = vF1 = 1,21 m/s : Tổng tổn thất ống từ (1-1) đến (2-2): = h1 + h2 = 2,13 + 1,55 = 3,68m Vậy chiều cao bồn cao vị: 79 Hcv = z1 = z2 + + + = 0,5 + + 3,68 = 4,25m Để đảm bảo cho hệ thống, chọn Hcv = 4,5 m 7.6 Bơm 7.6.1 Năng suất Nhiệt độ chất bồn chứa tF = 30oC Suất lượng thể tích dòng nhập liệu ống: QV = = = 5,485 m3/h Vậy chọn bơm có suất 5,5 m3/h 7.6.2 Công cột áp bơm Chọn: Mặt cắt (1-1) mặt thoáng chất lỏng bồn chứa nguyên liệu Mặt cắt (2-2) mặt thoáng chất lỏng vừa khỏi ống bồn cao vị Mặt phẳng chuẩn mặt đất Áp dụng phương trình Bernoulli cho (1-1) (2-2): z1+ + + =+ + + Trong đó: z1: Độ cao mặt thống (1-1) so với mặt đất, chọn z1 = m z2: Độ cao mặt thoáng (2-2) so với mặt đất, z2 = Hcv = 5,5 m P1: áp suất mặt thoáng (1-1), chọn P1 = at P2: áp suất mặt thoáng (2-2), chọn P2 = at v1: Vận tốc mặt thoáng (1-1), xem v1 = m/s v2: Vận tốc mặt thoáng (2-2), xem v2 = 1,21m/s : Tổng tổn thất ống từ (1-1) đến (2-2): 3,68 m Wb: công bơm : hiệu suất bơm: =0,8 80 ⇔ 1+ = 5,5 + + 3,68 ⇒ �� = 101,22(J/kg) Cột áp bơm: Hb = = 8,25 m 7.6.3 Công suất �� = � �ℎ = 1,21 = 1,39 (kg/s) � = �� �� =101,22 1,39 = 140,3 (W) Vậy để đảm bảo hoạt động liên tục chọn bơm li tâm có: suất 5,5m3/h; cột áp 8,25 m; công suất 140 W 81 CHƯƠNG GIÁ THÀNH THIẾT BỊ 8.1 Tính tốn giá thành thiết bị Lượng thép inox 304 cần dùng: m304 = mthân + mbích + mống + mbích ống + m nắp + m đáy = 116,82 + 219,62 + 709 + 41,04 + 10,8 + 10,8 = 890,82 kg Lượng thép CT3 cần dùng: mCT3 = mvỉ + mnv + mno = 241,68 + 5,32 + 18,45 = 123,09 kg Số lượng bulong cần dùng: 32 bulong M20, 16 bulong M12 Bảng 8.1 Bảng đơn giá vật tư Vật liệu Số lượng Đơn giá Thành tiền INOX 304 890,82 kg 63.000 (đ/kg) 56.122.000 đ Thép CT3 123,09 kg 18.000 (đ/kg) 2.215.000 đ Bulong M20 32 5.500 (đ/cái) 176.000 đ Bulong M12 16 5.000 (đ/cái) 80.000 đ Tổng chi phí vật tư 58.593.000 đ Chi phí chế tạo (100% tiền vật tư) 58.593.000 đ Chi phí lặp đặt (10% tiền vật tư) 5.859.300 đ Tổng giá thành thiết bị 123.045.300 đ Vậy cần 123.045.300 đ để đầu tư thiết bị trao đổi nhiệt sản phẩm đáy nhập liệu 82 TỔNG KẾT Tính tốn sơ thiết bị chưng cất hỗn hợp Ethanol – Nước làm INOX 304 có suất sản phẩm đỉnh 5.000 kg/h, nhập liệu có nồng độ Ethanol 20˚GL (% thể tích), nồng độ sản phẩm đỉnh 85˚GL (% thể tích) nhiệt độ thường, tỷ lệ thu hồi rượu 98% có kích thước sau: STT Ống truyền nhiệt Thân thiết bị Đáy (nắp) Vỉ ống Bộ phận Số ống Chiều dài Kết 127 ống 4.000 Đường kính ngồi Đường kính Chiều dài Đường kính Chiều dày Đường kính đáy mm 25 mm 20 mm 4000 mm 520 mm mm 520 mm nắp Chiều cao đáy Chiều cao gờ Đường kính Bề dày 130 mm 25 mm 520 mm 20 mm Bích ghép thân – đáy - nắp, bích nối ống dẫn bích liền khơng cổ làm INOX 304, vỉ ống chân đỡ tháp làm thép CT3 Với đề tài : “Thiết kế thiết bị trao đổi nhiệt sản phẩm đáy nhập liệu hệ thống tháp mâm xuyên lỗ họat động liên tục để chưng cất hỗn hợp Ethanol – Nước áp suất thường” Trong suốt thời gian tìm tịi làm đề tài, tham khảo tài liệu với góp ý giáo viên hướng dẫn, thân nhóm học hỏi thu nhận số kiến thức cho riêng Tích lũy cho riêng thân cách thức, kinh nghiệm làm đồ án trao đổi nhiệt nói riêng mơn học sau ngành nói chung Có kiến thức chuyên sâu trình trao đổi nhiệt ống chùm như: nguyên lý hoạt động, ứng dụng, cấu tạo, cách bố trí ống hay dịng chảy,… Biết cách tính 83 tốn thiết kế thiết bị trao đổi nhiệt phù hợp với yêu cầu kỹ thuật mục đích sử dụng biết cách trau dồi kiến thức chuyên môn cho dự án sau Trau dồi cho thân cách thức làm việc, môn học đồ án phần cách thức làm việc tương lai Với thiết bị quy trình tính tốn đồ án môn học để áp dụng vào sản xuất thực tế chưa khả thi, nhiều thiếu sót tính tốn cịn gặp nhiều khó khăn, số vấn đề chưa giải quyết, sai số lớn như: Các số liệu đa phần tra sổ tay, thiếu kinh nghiệm thực tế Nhiều hệ số tự chọn số liệu dựa nhiều nguồn tài liệu tham khảo khác không đồng Chưa tính tốn tối ưu quy trình, phần giá thành chưa thực xác giao động giá thị trường Trong trình làm đề tài dù cố gắng tìm tịi tham khảo ý kiến thầy bạn song khó tránh khỏi sai sót, em mong thầy thơng cảm tiếp tục góp ý để đề tài em hoàn thiện 84 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Trần Xoa – Nguyễn Trọng Khuông – Hồ Lê Viên tập thể, “Sổ tay trình thiết bị Cơng nghệ Hố chất tập 1”, Nhà xuất Khoa học Kỹ Thuật, 2006, 632 trang [2] Trần Xoa – Nguyễn Trọng Khuông – Phạm Xuân Toản tập thể, “Sổ tay trình thiết bị Cơng nghệ Hố chất tập 2”, Nhà xuất Khoa học Kỹ Thuật, 2004, 448 trang [3] Vũ Bá Minh, “Q trình thiết bị cơng nghệ hóa học thực phẩm truyền khối tập 3”, Nhà xuất đại học quốc gia Thành phố Hồ Chí Minh, Thành phố Hồ Chí Minh [4] Hồ Lê Viên, “Tính toán, thiết kế chi tiết thiết bị hoá chất dầu khí”, Nhà xuất Khoa học & Kỹ thuật, 1978, 288 trang [5] Phạm Văn Bôn – Vũ Bá Minh – Hồng Minh Nam, “Q trình thiết bị Cơng nghệ hóa học – Tập 10: Ví dụ tập”, Nhà xuất Đại học Quốc gia TP Hồ Chí Minh, 468 trang [6] Nguyễn Tấn Dũng, “Q trình thiết bị cơng nghệ hóa học thực phẩm (tập 2) Phần 2, Nhà xuất Đại học Quốc gia Tp.HCM 2015 [7] Phạm Xuân Toản, “Các q trình, thiết bị cơng nghệ hóa chất thực phẩm – tập 3: Các trình thiết bị truyền nhiệt”, Nhà xuất Khoa học Kỹ Thuật, Hà Nội, 262 trang 85 ... THIẾT KẾ THIẾT BỊ TRAO ĐỔI NHIỆT Nhiệm vụ đồ án: Thiết kế thiết bị trao đổi nhiệt sản phẩm đáy nhập liệu hệ thống tháp mâm xuyên lỗ họat động liên tục để chưng cất hỗn hợp Ethanol – Nước áp suất. .. 18128065 Tên đề tài: Thiết kế thiết bị trao đổi nhiệt sản phẩm đáy nhập liệu hệ thống tháp mâm xuyên lỗ họat động liên tục để chưng cất hỗn hợp Ethanol – Nước áp suất thường Kết đánh giá: STT Nội... 18128066 Tên đề tài: Thiết kế thiết bị trao đổi nhiệt sản phẩm đáy nhập liệu hệ thống tháp mâm xuyên lỗ họat động liên tục để chưng cất hỗn hợp Ethanol – Nước áp suất thường Kết đánh giá: STT Nội