Thiết kế hệ thống chưng luyện liên tục etylic bằng mâm tháp xuyên lỗ năng suất 275 kg sản phẩmh

Trong thời đại phát triển hiện nay, thì các ngành công nghiệp hóa chất cũng như nhu cầu sử dụng hóa chất – nguyên vật liệu có độ tinh khiết của Việt Nam ta nói riêng và thế giới nói chung ngày càng cao, để làm tăng độ tinh khiết của dung dịch ta có thể sử dụng một số phương pháp: cô đặc, chưng cất, kết tinh, trích ly, hấp thụ,… tùy vào đặc tính của dung dịch, yêu cầu của sản phẩm mà ta có sự lựa chọn phương pháp sao cho phù hợp. Đối với dung dịch etylic là dung dịch hai cấu tử hòa tan hoàn toàn vào nhau và etylic dễ bay hơi nên phương pháp thích hợp nhất để có độ tinh khiết cao là phương pháp chưng cất. Trong đó, thiết bị chưng cất rất quan trọng trong quá trình sản xuất vì vậy việc lựa chọn thiết bị chưng cất phải phù hợp với yêu cầu sản xuất nhằm thu được sản phẩm có độ tinh khiết cao nhất.

TRƯỜNG ĐẠI HỌC NƠNG LÂM HUẾ KHOA CƠ KHÍ VÀ CÔNG NGH Ệ ĐỒ ÁN THIẾT BỊ TÊN ĐỀ TÀI: THIẾT KẾ HỆ THỐNG CHƯNG LUYỆN LIÊN TỤC ETYLIC BẰNG MÂM THÁP XUYÊN LỖ NĂNG SUẤT 275 KG SẢN PHẨM/H Huế, 04/2021 TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM HUẾ KHOA CƠ KHÍ - CƠNG NGHỆ ∞O∞ CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập – Tự – Hạnh phúc ∞O∞ NHIỆM VỤ THIẾT KẾ ĐỒ ÁN THIẾT BỊ Họ tên: Mã số sinh viên: Lớp: Ngành: Công nghệ thực phẩm Tên đề tài “ Thiết kế hệ thống chưng liên tục dung dịch etylic tháp mâm xuyên lỗ suất 275kg sản phẩm/giờ.” Các số liệu ban đầu - Năng suất sản phẩm: 275 (kg/h) - Nồng độ ban đầu: 12% - Nồng độ sản phẩm: 90% - Yêu cầu sử dụng tháp mâm xuyên lỗ Nội dung phần thuyết minh tính tốn - Nhiệm vụ thiết kế - Mục lục - Đặt vấn đề - Phần I: Cân vật chất - Phần II: Cân nhiệt lượng - Phần III: Tính tốn thiết bị - Phần IV: Tính toán thiết bị phụ - Phần V: Kết luận - Tài liệu tham khảo Bản vẽ - vẽ thiết bị khổ A3 đính kèm thuyết minh - vẽ sơ đồ hệ thống khổ A3 đính kèm thuyết minh Giáo viên hướng dẫn: Ngày giao nhiệm vụ: 19/03/2021 Ngày hồn thành nhiệm vụ: 8/2021 Thơng qua mơn Huế, ngày … tháng … năm 2021 TRƯỞNG BỘ MÔN GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN (Kí, ghi rõ họ tên) (Kí, ghi rõ họ tên) MỤC LỤC ĐẶT VẤN ĐỀ PHẦN I: CÂN BẰNG VẬT CHẤT 1.1 Cân vật chất 1.1.1 Thông số ban đầu 1.1.2 Tính cân vật liệu 1.1.3 Xác định đường nồng độ làm việc 1.1.4 Xác định số hồi lưu thích hợp 1.1.5 Xác định số mâm lý thuyết số mâm thực tế PHẦN : CÂN BẰNG NHIỆT LƯỢNG 12 2.1 Cân nhiệt lượng thiết bị đun nóng hỗn hợp đầu 13 2.2 Cân nhiệt lượng toàn tháp 14 2.3 Cân nhiệt lượng thiết bị ngưng tụ 17 2.4 Cân nhiệt lượng thiết bị làm lạnh sản phẩm đỉnh 17 PHẦN 3: TÍNH TỐN THIẾT BỊ CHÍNH 19 3.1 Kích thước tháp 19 3.1.1 Đường kính tháp 19 3.1.2 Chiều cao tháp chưng luyện 26 3.2 Cấu tạo mâm lỗ 26 3.3 Tính trở lực tháp 27 3.3.1 Trở lực đĩa khô 27 3.3.2 Trở lực sức căng bề mặt 27 3.3.3 Trở lực thủy tĩnh chất lỏng đĩa tạo 28 3.3.4 Tổng trở lực thủy lực tháp 29 3.3.5 Kiểm tra ngập lụt tháp hoạt động 30 3.4 Bề dày thân tháp 31 3.5 Đáy nắp thiết bị 32 3.6 Lớp cách nhiệt 33 3.7 Tính chi tiết ống dẫn 34 3.7.1 Đường kính ống dẫn đỉnh tháp vào thiết bị ngưng tụ 34 3.7.2 Đường kính ống dẫn hỗn hợp đầu 35 3.7.3 Đường kính ống dẫn sản phẩm đáy 36 3.7.4 Đường kính ống dẫn vào đáy tháp 36 3.7.5 Đường kính ống hồi lưu 37 3.8 Tính mặt bích 38 3.8.1 Bích để nối thiết bị 38 3.8.2 Bích nối tháp với ống dẫn 38 3.9 Cửa nối thiết bị với ống dẫn 39 3.10 Vịng đệm bít kín thiết bị 39 3.11 Chân đỡ tai treo tháp 40 3.11.1 Khối lượng toàn tháp 40 3.11.2 Chân đỡ 42 3.11.3 Tai treo thiết bị 43 CHƯƠNG 4: TÍNH THIẾT BỊ PHỤ 44 4.1 Thiết bị ngưng tụ sản phẩm đỉnh 44 4.1.1 Nhiệt lượng ngưng tụ sản phẩm đỉnh ngưng tụ thành lỏng (Qnt ) 44 4.1.2 Chọn thiết bị ngưng tụ vỏ – ống loại đặt nằm ngang 44 4.1.3 Ống truyền nhiệt làm thép X18H10T 44 4.1.4 Chọn nước làm lạnh ống với 44 4.1.5 Các tính chất lý học nước làm lạnh 44 4.1.6 Suất lượng nước cần dùng để ngưng tụ sản phẩm đỉnh 45 4.1.7 Xác định bề mặt truyền nhiệt 45 4.2 Thiết bị làm nguội sản phẩm đỉnh 49 4.2.1 Điều kiện nhiệt độ trình 49 4.2.2 Nhiệt tải 50 4.2.3 Chọn thiết bị 50 4.2.4 Xác định hệ số cấp nhiệt từ dòng sản phẩm đến thành ống 50 4.2.5 Xác định hệ số cấp nhiệt từ thành ống đến nước 51 4.2.6 Nhiệt tải riêng 53 4.2.7 Bề mặt truyền nhiệt 53 4.2.8 Chiều dài ống 53 4.3 Thiết bị gia nhiệt hỗn hợp đầu 54 4.4 Nồi đun đáy tháp 58 4.5 Tính chiều cao thùng cao vị 63 4.5.1 Áp suất động lực học 63 4.5.2 Áp suất khắc phục trở lực ma sát 63 4.5.3 Áp suất khắc phục trở lực cục 64 4.5.4 Áp suất khắc phục trở lực qua thiết bị đun nóng hỗn hợp đầu 65 4.6 Tính tốn chọn bơm 65 4.6.1 Tính suất bơm 65 4.6.2 Tính áp suất toàn phần bơm 66 4.6.3 Tính áp suất để nâng chất lỏng lên cao 69 4.6.4.Công suất bơm động điện 69 KẾT LUẬN 70 TÀI LIỆU THAM KHẢO 72 DANH MỤC BẢNG Bảng 1.1: Thành phần pha hỗn hợp hai cấu tử ethanol – nước Bảng 1.2: Số liệu cân lỏng – hỗn hợp etanol – nước Bảng 1.3: Quan hệ R Nlt thể tích tháp Bảng 3.1: Giá trị h tính theo đường kính tháp 22 Bảng 3.2: Bích liền thép để nối thiết bị 38 Bảng 3.3: Bích liền kim loại đen để nối tháp với ống dẫn 38 Bảng 3.4: Kích thước chiều dài đoạn ống nối 39 Bảng 3.5: Kích thước chân đỡ 42 Bảng 3.6: Kích thước tai treo thiết bị 43 DANH MỤC HÌNH Hình 1.1: Đồ thị thể số liệu cân lỏng-hơi hỗn hợp etanol-nước Hình 3.1: Chiều dài gờ chảy tràn 28 Hình 3.2: Đáy nắp có gờ 33 Hình 3.3.: Chân thép thiết bị thẳng đứng 43 ĐẶT VẤN ĐỀ Trong thời đại phát triển nay, ngành cơng nghiệp hóa chất nhu cầu sử dụng hóa chất – nguyên vật liệu có độ tinh khiết Việt Nam ta nói riêng giới nói chung ngày cao, để làm tăng độ tinh khiết dung dịch ta sử dụng số phương pháp: cô đặc, chưng cất, kết tinh, trích ly, hấp thụ,… tùy vào đặc tính dung dịch, yêu cầu sản phẩm mà ta có lựa chọn phương pháp cho phù hợp Đối với dung dịch etylic dung dịch hai cấu tử hịa tan hồn tồn vào etylic dễ bay nên phương pháp thích hợp để có độ tinh khiết cao phương pháp chưng cất Trong đó, thiết bị chưng cất quan trọng trình sản xuất việc lựa chọn thiết bị chưng cất phải phù hợp với yêu cầu sản xuất nhằm thu sản phẩm có độ tinh khiết cao Đồ án mơn học q trình thiết bị mơn học tổng hợp giúp sinh viên tìm hiểu sâu chế, ngun lý hoạt động, tính tốn cụ thể yêu cầu công nghệ, kết cấu, giá thành thiết bị sản xuất cơng nghệ hóa chất thực phẩm thiết kế thiết bị với suất cụ thể nhà máy Đây bước để sinh viên vận dụng kiến thức học để giải vấn đề kỹ thuật thực tế cách tổng hợp, nhiệm vụ đồ án lần là: “ Tính tốn thiết kế hệ thống chưng luyện để chưng dung dịch etylic tháp mâm xuyên lỗ với suất 275 (Kg/h), aF = 0,12%, aP = 0,9% Tháp mâm xuyên lỗ áp suất thường.” PHẦN I: CÂN BẰNG VẬT CHẤT 1.1 Cân vật chất 1.1.1 Thông số ban đầu GF: lưu lượng khối lượng hỗn hợp đầu kg/h GP: lưu lượng khối lượng sản phẩm đỉnh kg/h GW: lưu lượng khối lượng sản phẩm đáy kg/h F: lưu lượng mol hỗn hợp đầu kmol/h P: lưu lượng mol sản phẩm đỉnh kmol/h W: lưu lượng mol sản phẩm đáy kg/h aF: nồng độ phần khối lượng hỗn hợp đầu aP: nồng độ phần khối lượng sản phẩm đỉnh aW: nồng độ phần khối lượng sản phẩm đáy xF: nồng độ phần mol hỗn hợp đầu xP: nồng độ phần mol sản phẩm đỉnh xW: nồng độ phần mol sản phẩm đáy Ký hiệu: Ethanol: A, MA= 46 Nước: B, MB=18 Số liệu ban đầu: Năng suất: GP=275 (Kg/h) aF= 12% aP= 90% aw= 1% 1.1.2 Tính cân vật liệu - Tính nồng độ phần khối lượng dựa vào nồng độ phần mol: 𝑎𝑖 /𝑀𝑖 x i = ∑𝑛 𝑖=1 𝑎𝑖 /𝑀𝑖 - Thành phần khối lượng hỗn hợp đầu: xF = 𝑎𝐹 𝑀𝐴 𝑎𝐹 1−𝑎𝐹 + 𝑀𝐴 𝑀𝐵 = 0,12 46 0,12 1−0,12 + 46 18 = 0,051 (phần mol) L’ = 3,849 0,032+0,038 𝜋∗19∗ = 1,84m Kiểm tra hệ số cấp nhiệt aceton có kể đến ảnh hưởng sếp, bố trí ống Chọn cách xếp ống thẳng hàng, bố trí theo dạng lục giác đều,vậy với 19 ống ta sếp hàng Số ống trung bình hàng: 19 = 3,8 Tra tài liệu tham khảo[2], ta có tb = 0,764 Khi đó: h = 0,764 * 20339,698= 153059,529 (W/m2.độ) Tính lại hệ số truyền nhiệt K từ (2), ta có: K = 398,86 (W/m2độ) Suy bề mặt trung bình: Ftb = 4,364 (m2) Khi đó: chiều dài ống truyền nhiệt: L’ = 4,364 𝜋∗19∗ 0,038+0,032 = 2,088 (m) < 3(m) thỏa Vậy: - Thiết bị gia nhiệt nhập liệu thiết bị truyền nhiệt vỏ – ống gồm n=19(ống), dài L = 3(m) - Ống bố trí theo hình lục giác nên ta có số ống đường chéo hình lục giác: b = 5(ống) - Chọn bước ngang hai ống: t = 1,5*dng = 1,5*0,038 = 0,057 (m) - Đường kính vỏ thiết bị: Dv = t(b-1)+4dng=0,048*(5- 1)+4*0,038= 0,344(m) 4.4 Nồi đun đáy tháp - Chọn nồi đun gia nhiệt sản phẩm đáy nồi có ống truyền nhiệt làm thép X18H10T, kích thước ống 16x2mm - Chọn đốt nước at, ống 16x2mm Tra tài liệu tham khảo [1], ta có:  Nhiệt độ sơi: tsN = 119,6oC  Ẩn nhiệt ngưng tụ: rN = 2208*103 (J/kg) = 2208 (KJ/kg)  Sản phẩm đáy đun sôi 99,24oC  Suất lượng nước cần dùng:  Lượng nhiệt cần tải cung cấp cho đáy tháp: 58 Qđ = 0,95 (Qw + Qp + Qnt – QF) Trong đó: Qw = 891,393*106 (J/h) QP = 264,852*106 (J/h) QF = 904,371*106 (J/h) ⇒ Qw = P(R + 1)Mprp = 7,54*(3,302 + 1)*39,812*997,744*103 = 1288,472*106 (J/kg) ⇒ Qđ = (891,393*106 + 264,852*106 + 1288,472*106 – 904,371*106) 0,95 = 1621,417*106 (J/h) = 1621,417*103 (KJ/h) = 1621,417*103(KW) Vậy, suất lượng nước cần dùng: QhN = 𝑄đ 𝑟𝑁 = 1621,417∗103 2208∗3600 = 0,2039 (Kg/h) - Xác định bề mặt truyền nhiệt: Ftb = 𝑄đ 𝐾∗∆𝑡𝑡𝑏 (m2) (1) Trong đó:  K : hệ số truyền nhiệt  ttb : nhiệt độ trung bình 59 a Xác định ttb Dịng nóng: 119,6 oC (hơi bão hịa) 119,6oC (lỏng ngưng) Dịng lạnh: 99,240C (hơi) 99,240C (lỏng sôi) ⇒ ttb = 119,6 – 99,24 = 20,360C b Xác định hệ số truyền nhiệt K K= 1 𝛼𝑁 +∑𝑟𝑡 + 𝛼𝑊 = (W/m2.độ) (2) Trong đó:  𝛼𝑁 : hệ số cấp nhiệt nước (W/m2độ)  𝛼𝑤 : hệ số cấp nhiệt sản phẩm đáy (W/m2độ)  ∑𝑟𝑡 : nhiệt trở thành ống lớp cáu cặn - Xác định hệ số cấp nhiệt nước: 𝛼𝑁 = 1,28A ( 𝑟𝑁 (𝑡𝑠𝑁 −𝑡𝑤1 )𝑑𝑛𝑔 0,25 ) 138,733𝐴 = (119,6−𝑡 0,25 𝑤1 ) Với: tw1 : nhiệt độ vách tiếp xúc với nước(trong ống) A : hệ số phụ thuộc vào tính chất vật lý nước theo nhiệt độ [2] - Nhiệt tải phía hơi: qN = 𝛼𝑁 (tsN – tW1) = 138,733*A(119,6 – tW1)0,75 (W/m2) (3) - Nhiệt tải qua thành ống lớp cáu cặn: qt = 𝑡𝑤1−𝑡𝑤2 ∑𝑟𝑡 (W/m2) Trong  tw2 : nhiệt độ vách tiếp xúc với sản phẩm đáy (ngoài ống) ∑𝑟𝑡 = 𝛿𝑡 + 𝑟1 + 𝑟2 𝜆𝑡  Bề dày thành ống: t = (mm)  Hệ số dẫn nhiệt thép không gỉ: t = 16,3 (W/mđộ) Nhiệt trở lớp bẩn bám hai bên tường ống xem không đáng kể, bỏ qua 60 ⇒ ∑𝑟𝑡 = ⇒ qt = 0,002 = 1,227*10-4 (m2.độ/W) 16,3 𝑡𝑤1 −𝑡𝑤2 (4) 1,227∗10−4 - Xác định hệ số cấp nhiệt sản phẩm đáy: Tại nhiệt độ dòng lỏng đáy t = 99,24oC ta có:  w = 0,6799(W/mđộ)  Cw = 4221,922(J/kgđộ)  w = 2,875*10-4 (N.s/m2)  w = 0,013 (N/m)  rw = 2245,296*103 (J/kg)  Khối lượng riêng dung dịch đáy = 955,876 (kg/m3)  *: khối lượng riêng hơi: 𝑀𝑤 ∗273  ∗= 22,4∗(𝑡+273) = 18,112∗273 22,4∗(99,24+273) = 0,593(Kg/m3) Vậy hệ số cấp nhiệt cho dịng chất lỏng ngồi ống là: (CT V.89, T26 [2]) 𝛼𝑤 = 7,77*10-2 ( 𝜌∗ 𝑟 0,033 ) 𝜌−𝜌∗ 𝜌 0,333 ∗( ) 𝜎 0,593∗2245,296∗103 =7,77*10-2( 955,876−0,593 0,033 ) 𝜆0,75 𝑞 0,7 ∗ 0,45 𝐶 0,117 𝑇 0,37 955,876 0,333 ∗( 0,013 ) ∗ 0,67990,75∗𝑞 0,7 (2,875∗10−4 )0,45∗4221,9220,117 (99,24+273)0,37 = 5,096*q0,7 - Nhiệt tải phía sản phẩm đáy: 0,7 qW = 𝛼𝑤 (tw2 – 99,24) = 5,096*𝑞𝑤 (tw2 – 99,24) (W/m2)  Chọn: tw1 = 114,8oC :  Khi đó, nhiệt độ trung bình: 119,6 + 114,8 = 117,2𝑜 𝐶 Ta tra A = 186,74 Từ (3) ⇒ qN = 138,733*186,74(119,6 - 114,8)0,75 = 84013,303(W/m2) Xem nhiệt tải mát không đáng kể: qt = qN = 84013,303 (W/m2) 61 Từ (4), ta có: tw2 = tw1 - ∑𝑟𝑡 *qt = 103,3620C 0,7 qw = 5,096*𝑞𝑤 (103,362 – 99,24) ⇒ qw = 86428,161 (W/m2) Kiểm tra sai số: = qw −qN qw = 86428,161−84013,303 86428,161 = 2,794% < 5% (thỏa) Vậy, tw1 = 114,80C tw2 = 103,3620C Khi đó: 𝛼𝑁 = 138,733∗186,74 (119,6−114,8)0,25 = 17502,771 (W/m2.độ) 𝛼𝑤 = 5,096*86428,1610,7 = 14550,842 (W/m2.độ) Từ (2) ⇒ K = 1 + 1,227∗10−4 17502,771 + 14550,842 = 4023,2 (W/m2.độ) Từ (1), bề mặt truyền nhiệt trung bình: Ftb = 1288,472∗106 3600∗4023,2∗20,36 = 4,369 (m2)  Chọn số ống truyền nhiệt: n = 37 (ống)  Chiều dài ống truyền nhiệt: L= 4,369 𝜋∗37∗ 0,016+0,012 = 4,176 (m) ⇒ Chọn: L = 3(m) Vậy, nồi đun gia nhiệt sản phẩm đáy thiết bị truyền nhiệt vỏ-ống với số ống n = 37, chiều dài ống truyền nhiệt L = 3(m) Ống bố trí theo hình lục giác nên ta có số ống đường chéo hình lục giác: b = 7(ống) Chọn bước ngang hai ống: t = 1,5dng = 1,5*0,016 = 0,024 (m) Đường kính vỏ thiết bị: Dv = t(b-1)+4dng = 0,024(7-1)+ 4*0,016 = 0,208(m) Chọn Dv = 0,3(m) 62 4.5 Tính chiều cao thùng cao vị - Mục đích dùng bơm, bơm hỗn hợp lỏng lên thùng cao vị để ổn định lưu lượng hỗn hợp đầu vào thân tháp Như chiều cao thùng cao vị phải đảm bảo cho hỗn hợp lỏng đủ thắng trở lực đường đi, đảm bảo lưu lượng theo yêu cầu ban đầu - Ta thiết kế đường ống dẫn hỗn hợp từ thùng cao vị chảy đến cửa nạp liệu có đường kính đường kính ống dẫn hỗn hợp đầu d = 70 (m) = 0,07 (m) - Hỗn hợp nhiệt độ 250C có khối lượng riêng   812 (kg/m3) - Vậy vận tốc lỏng chảy là: ⍵= 4𝐹 𝜌𝜋𝑑 = 4∗2200 812∗𝜋∗0,072 ∗3600 = 0,196 (m/s) - Cơng thức tính chiều cao thùng cao vị so với nạp liệu: h= ∆𝑃𝑑 +∆𝑃𝑚 +∆𝑃𝑐 +∆𝑃𝑡𝑡 𝜌𝑔 4.5.1 Áp suất động lực học 𝑊2 ∆𝑃𝑑 = 𝜌 - 𝜌: Khối lượng riêng hỗn hợp 25o C - W: Vận tốc hỗn hợp chảy ống ⇒ ∆𝑃𝑑 = 812 ∗ 0,1962 = 15,596 (N/m2) 4.5.2 Áp suất khắc phục trở lực ma sát Áp suất khắc phục trở lực ma sát dòng chảy ổn định ống thẳng: 𝐿 ∆𝑃𝑚 = 𝜆 ∆𝑃𝑑 𝑑 Trong đó:  L: chiều dài ống dẫn, cho L = 15 (m)  d : đường kính ống dẫn, d = 0,07 (m)  𝜆: hệ số ma sát phụ thuộc vào độ nhẵn thành ống chế độ chất lỏng, phụ thuộc vào Re: Re = 𝑊𝑑𝜌  Với: 63 : độ nhớt hỗn hợp đầu 25oC, tính theo cơng thức: 𝑙𝑔 = 𝑥𝐹 𝑙𝑔𝐴 + (1 − 𝑥𝐹 )𝑙𝑔𝐵 xF = 0,051 (phần mol) 𝐴 = 1,433*10-3 (N.s/m2) 𝐵 = 0,901*10-3 (N.s/m2) ⇒ 𝑙𝑔 = 0,051* 𝑙𝑔1,433*10-3 + (1 – 0,051)* 𝑙𝑔0,901*10-3 ⇒  = 9,226*10-4 (N.s/m2) ⇒ Re = 0,196∗0,07∗812 9,226∗10−4 = 12075,265 > 4000 : chế độ cháy rối - Tính Regh: 𝑑 Regh = ( ) 𝜀 8⁄ (CT II.60) Trong đó:  𝜀 độ nhám tuyệt đối, tra (Bảng II.15, T381 [1]) với điều kiện ống không hàn chọn 𝜀 = 0,06(mm) ⇒ Regh = ( 70 0,06 8⁄ ) = 19196,997 Ta thấy: 4000 < Re < Regh Do hệ số ma sát tính theo cơng thức sau: 𝜆 = (1,8𝑙𝑔𝑅 𝑒 −1,64)2 = (1,8∗𝑙𝑔 Vậy ∆𝑃𝑚 = 0,031* 15 0,07 (12075,265)−1,64)2 = 0,031 (CT II.61, T 378 [1]) *15,596 = 103,602 (N/m2) 4.5.3 Áp suất khắc phục trở lực cục 𝑊2 ∆𝑃𝑐 = 𝜉𝜌 - Trên đường từ thùng cao vị đến nạp liệu, ta bố trí 1van chắn đơn giản ống trịn có hệ số trở lực cục 𝜉1 khúc ngoặc 900 hai khuỷu 450 tạo thành có hệ số trở lực 𝜉2 - Van đơn giản ống trịn có 𝜉1 tương ứng với độ mở van 50%, 𝜉1 = 2,1 (Bảng II.16, T398 [1]) - Khuỷu ghép 900 hai khuỷu 450 tạo thành (Bảng II.16,T394, [1]) 64 𝑎 - Chọn = ⇒ 𝜉2 = 0,38 𝑏 Vậy ∆𝑃𝑐 = 𝜉𝜌 𝑊2 = 𝜉∆𝑃𝑑 = (2,1 + 6*0,38)*15,596 = 68,31 (N/m2) 4.5.4 Áp suất khắc phục trở lực qua thiết bị đun nóng hỗn hợp đầu - Thường chọn ∆𝑃𝑡𝑡 = 0,4*105 (N/m2) - Vậy chiều cao thùng cao vị so với cửa nạp liệu là: h= ∆𝑃𝑑 +∆𝑃𝑚 +∆𝑃𝑐 +∆𝑃𝑡𝑡 𝜌𝑔 = 15,596+103,602+68,31+0,4∗105 812∗9,81 = 5,045 (m) - Tháp cao 6m, vị trí nạp liệu nằm gần tháp để an tồn thỏa mãn yêu cầu đặt cho thùng cao vị, ta chon chiều cao thùng cao vị so với thùng chứa hỗn hợp đầu 10 m thỏa mãn yêu cầu thùng cao vị vị trí nhập liệu tháp 5,045m 4.6 Tính tốn 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 làm việc với yêu cầu kĩ thuật yêu cầu - Để vận chuyển hỗn hợp đầu từ bể chứa lên thùng cao vị, ta phải sử dụng bơm thủy lực Trong điều kiện làm việc với yêu cầu kĩ thuật yêu cầu suất để vận chuyển hồn hợp đầu ta nên chọn bơm ly tâm có ưu điểm sau:  Vận chuyển chất lỏng liên tục đặn  Có số vịng quay lớn,có thể truyền động trực tiếp từ động điện  Có thể bơm chất lỏng bẩn  Khơng có supap nên tắc hư hỏng 4.6.1 Tính suất bơm - Hỗn hợp đầu có lưu lượng GF = 2225 (Kg/h), ứng với suất bơm là: Q= 𝐺𝐹 𝜌 Trong đó:  𝜌: khối lượng riêng hỗn hợp đầu 25oC 𝜌 = 812 (Kg/m3) - Vậy suất bơm là: 65 Q= 2225 812 = 2,740 (m3/h) = 7,612*10-4 (m3/s) - Đường kính ống bơm: d=√ 𝑉 (CT II.36, T369 [1]) 0,785𝑊 Trong đó:  W: vận tốc chất lỏng ống W = 1,5(m/s) Vậy d = √ (Bảng II.2, T370 [2]) 6,628∗10−4 0,785∗1,5 = 0,024 (m) = 24 (mm) 4.6.2 Tính áp suất tồn phần bơm ∆𝑃 = ∆𝑃𝑑 + ∆𝑃𝑚 + ∆𝑃𝑐 + ∆𝑃𝐻 + ∆𝑃𝐾 (CT II.53, T376, [1]) Trong đó:  ∆𝑃𝑑 : áp suất động lực  ∆𝑃𝑚 : áp suất để khắc phục lực ma sát dòng chảy ổn định ống thẳng  ∆𝑃𝑐 : áp suất để khắc phục trở lực cục  ∆𝑃𝐻 : áp suất để nâng chất lỏng lên cao  ∆𝑃𝐾 : áp suất để bổ sung cần thiết a Tính ∆𝑃𝑑 ∆𝑃𝑑 = 𝜌 𝑊2 (CT II.54, T377 [1]) Với: 𝜌 = 812 (Kg/m3) W =1,5 (m/s) ⇒ ∆𝑃𝑑 = 812* 1,52 = 913,5 (N/m2) b Tính ∆𝑃𝑚 𝐿 ∆𝑃𝑚 = 𝜆 ∆𝑃𝑑 𝑑 Trong đó:  L: chiều dài ống dẫn: chọn L = 12 m  d: đường kính ống dẫn tương đương : d = 24mm 66  𝜆: hệ số ma sát phụ thuộc vào độ nhám thành ống chế độ chuyển động chất lỏng, phụ thuộc vào Re Re = 𝑊𝑑𝜌  Với:  : độ nhớt hỗn hợp đầu 25oC, tính theo cơng thức:  = 9,226*10-4 (N.s/m2) Vậy Re = 1,5∗0,024∗812 = 31684,37 > 4000 ⇒ chế độ chảy rối 9,226∗10−4 - Tính Regh: 𝑑 8⁄ Regh = ( ) 𝜀 Điều kiện ống không hàn: 𝜀 = 0,06(mm) 8⁄ 24 Vậy Regh = ( 0,06 ) = 5648,513 - Tính Ren: 𝑑 9⁄ Ren = 220 ( ) 𝜀 = 220( 24 0,06 9⁄ ) = 186097,342 ⇒ Regh < Re < Ren - Do hệ số ma sát tính theo công thức sau: 100 0,25 𝜀 𝜆 = 0,1 (1,46 + 𝑑 𝑅𝑒 ) = 0,0287 = 0,1 (1,46 ∗ 0,06∗10−3 0,024 + 100 0,25 ) 31684,37 (CT II.64, T380 [1]) Vậy ∆𝑃𝑚 = 0,028* 12 0,024 *913,5 = 13108,725 (N/m2) 67 c Tính tổn thất áp suất trở lực cục ∆𝑃𝑐 = 𝜉𝜌 𝑊2 =𝜆 𝐿𝑡đ 𝑑𝑡𝑑 𝜌 𝑊2 (CT II.56, T377 [1]) Trong đó:  𝜉: hệ số trở lực cục hệ thống gồm đoạn ống dài 1m, đoạn ống dài 10m, hai khuỷu ghép vng góc có hệ số trở lực 𝜉1 , van chắn trước ống đẩy có hệ số trở lực 𝜉2, van chiều có hệ số rở lực 𝜉3 , đầu vào thùng cao vị có hệ số trở lực 𝜉4 - Tính 𝜉1 : khủy ghép vng góc (Bảng II -16 N029 trang 394 chọn tỷ số: 𝑎 𝑏 = ⇒ 𝜉1 = 0,38 - Tính 𝜉2 :  Chọn van tiêu chuẩn theo (Bảng II.16, N037, T397)  Ứng với đường kính ống d = 24mm, áp dụng nội suy ta có 𝜉2 = 7,38 - Tính 𝜉3 : Van chiều có đĩa cố định với thông số sau:  h: chiều cao hở van  b: chiều rộng vành đĩa  Chọn h = b  Do: Đường kính ống dẫn trước van  Wo: Tốc độ dòng mặt cắt trước van  Chọn ℎ 𝐷𝑜 = 𝑏 𝐷𝑜 = 0,12  α, β xác định sau: (Bảng II.16, N047, N0 48, T400 [1]) 𝛼 = 0,63 𝛽 = 10,8 𝜉3 = 𝛼 + 𝛽 = 0,63 + 10,8 = 11,43 - Tính 𝜉4 : Chọn 𝛿 𝑑𝑡𝑑 = 0,05 , 𝑏 𝑑𝑡𝑑 = 0,1 (Bảng II.16, N08, T384 [1]) ⇒ 𝜉4 = 0,5 68 Vậy tổng trở lực cục hệ thống dẫn: 𝜉 = 𝜉1 + 𝜉2 + 𝜉3 + 𝜉4 = 0,38 + 7,38 + 11,43 + 0,5 = 19,69 ⇒ ∆𝑃𝑐 = 𝜉∆𝑃𝑑 = 19,69*913,5 = 17986,815 (N/m2) 4.6.3 Tính áp suất để nâng chất lỏng lên cao ∆PH = 𝜌gH (CT II.57, T377 [1]) Trong đó:  H: Chiều cao chất lỏng cột chất lỏng: H =10 (m) ⇒ ∆PH = 812*9,81*10 = 79657,2 (N/m2) - Áp suất toàn phần bơm tạo ra: ∆P = ∆Pd + ∆Pm + ∆PC + ∆PH = 931,5 + 13108,725 + 17986,815 + 79657,2 = 111684,24 (N/m2) 4.6.4.Công suất bơm động điện a Chiều cao toàn phần H bơm tạo H= ∆P ρg = 111684,24 812∗9,81 = 14,021 (m) b Công suất yêu cầu trục bơm N= QρgH 1000ɳ (CT II.189, T439 [1]) Trong đó:  ɳ: hiệu suất bơm: chọn ɳ = 0,85  Q = 7,612*10-4(m3/s) ⇒N= 7,612∗10−4 ∗9,81∗812∗14,021 1000∗0,85 = 0,1 (KW) c Công suất động điện Nđc = N ɳtr ɳđc (CT II.190, T439 [1]) Trong đó:  ɳtr : hiệu suất truyền động : ɳtr = 0,95  ɳđc : hiệu suất động điện : ɳđc = 0,75 ⇒ Nđc = 0,109 0,95∗0,75 = 0,153 (KW) 69 - Thơng thường chọn động điện có cơng suất thực tế lớn cơng suất tính tốn tt Nđc = βNđc (Bảng II.33, T440 [1]) Trong đó:  β: hệ số dự trữ công suất  Với Nđc = 0,152 < ta chọn β = tt ⇒ Nđc = 2*0,153 = 0,306 (KW) Vậy công suất bơm: N = 0,1(KW) Công suất động cơ: Nđc = 0,306 (KW) KẾT LUẬN 70 Qua thời gian dài cố gắng tìm, đọc, tra cứu số tài liệu tham khảo, với giúp đỡ thầy Trần Ngọc Khiêm, em hoàn thành nhiệm vụ “Thiết kế hệ thống chưng liên tục dung dịch etylic tháp mâm xuyên lỗ suất 275kg sản phẩm/giờ” giao Qua trình tiến hành này, em rút số nhận xét sau: - Việc thiết kế tính tốn hệ thống chưng luyện việc làm phức tạp, tỉ mỉ lâu dài - Nó khơng u cầu người thiết kế phải có kiến thức q trình chưng luyện mà cịn phải biết số kiến thức khác như: cấu tạo thiết bị phụ, quy định vẽ kỹ thuật, - Các cơng thức tính tốn khơng cịn gị bó mơn học khác mà mở rộng dựa giả thiết điều kiện, chế độ làm việc thiết bị Bởi tính tốn, người thiết kế tính tốn đến số ảnh hưởng điều kiện thực tế Việc thiết kế đồ án giúp em củng cố thêm kiến thức q trình chưng luyện nói riêng q trình khác nói chung; nâng cao kỹ tra cứu, tính tốn, xử lý số liệu; biết cách trình bày theo văn phong khoa học nhìn nhận vấn đề cách có hệ thống Việc hồn thành môn đồ án môn học hội cho sinh viên ngành cơng nghệ thực phẩm nói chung thân em nói riêng làm quen với tính thực tế môn học Một lần em xin gửi lời cảm ơn chân thành tới thầy Trần Ngọc Khiêm, thầy người hướng dẫn em từ đầu đồ án tới em kết thúc giúp em hoàn thành tốt nhiệm vụ 71 TÀI LIỆU THAM KHẢO 1/ Sổ tay q trình thiết bị cơng nghệ hóa chất (tập 1) – Nhà xuất khoa học kỹ thuật 2/ Sổ tay trình thiết bị cơng nghệ hóa chất (tập 2) – Nhà xuất khoa học kỹ thuật Tác giả biên soạn tập sổ tay trên: - GS, TSKH Nguyễn Bin - PGS, TS Đỗ Văn Đài - KS Long Thanh Hùng - TS Đinh Văn Huỳnh - PGS, TS Nguyễn Trọng Khuông - TS Phan Văn Thơm - TS Phạm Xuân Toản - TS Trần Xoa 72 ... tài “ Thiết kế hệ thống chưng liên tục dung dịch etylic tháp mâm xuyên lỗ suất 27 5kg sản phẩm/giờ.” Các số liệu ban đầu - Năng suất sản phẩm: 275 (kg/ h) - Nồng độ ban đầu: 12% - Nồng độ sản phẩm:... là: “ Tính tốn thiết kế hệ thống chưng luyện để chưng dung dịch etylic tháp mâm xuyên lỗ với suất 275 (Kg/ h), aF = 0,12%, aP = 0,9% Tháp mâm xuyên lỗ áp suất thường.” PHẦN I: CÂN BẰNG VẬT CHẤT... mm Vậy hoạt động mâm phần chưng khơng bị ngập lụt ⇒ Kết luận: Khi hoạt động tháp khơng bị ngập lụt 3.4 Bề dày thân tháp - Vì tháp chưng cất hoạt động áp suất thường nên ta thiết kế thân hình trụ