Thiệu thiết bị chưng luyện liên tục hỗn hợp metylicnước để thu được metanol có nồng độ 96

Đồ án Thiệu thiết bị chưng luyện liên tục hỗn hợp MetylicNước để thu Metanol có nồng độ 96% LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com PHẦN MỞ ĐẦU Metanol chất lỏng không màu, sôi 64oC, có tính độc Metanol tan vơ hạn nước , tan nhiều dung môi hữu Ngày nay, Metanol sử dụng rộng rải ngành công nghiệp Metanol dùng để tổng hợp thuốc nhuộm, formaldehit, hương liệu, dùng làm dung môi pha sơn Metanol chủ yếu dùng để sản xuất Andehit Fomic nguyên liệu cho công nghiệp chất dẻo Thành phần phần phần trăm Metanol sử dụng công nghiệp tổng hợp theo sau: Nguyên liệu để sản xuất HCHO Nguyên liệu để Metyl hóa Nguyên liệu sản xuất axit CH3COOH Làm nhiên liệu dung môi Nguyên liệu sản xuất MTBE 40-50 % 30-40 % 5% 5-10 % 3% Trong có ngành cơng nghiệp địi hỏi phải sử dụng Metanol có nồng độ tương đối cao Sau em xin giới thiệu thiết bị chưng luyện liên tục hỗn hợp Metylic- Nước để thu Metanol có nồng độ 96% LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com MỤC LỤC Phần mở đầu Sơ đồ dây chuyền sản xuất Phần 1: Tính thiết bị 1/ Đổi thành phần khối lượng sang phần mol 2/ Phương trình cân vật liệu toàn tháp 3/ Số liệu đường cân lỏng(x)- hơi(y) Metyl- Nước 4/ Tính Rmin 5/ Xác định số đĩa lí thuyết 6/ Giải phương trình cân vật chất tính đường kính 7/ Tính chiều cao tháp 12 8/ Tính trở lực tháp 20 Phần 2: Tính tốn khí 24 1/ Chiều dày thân 24 2/ Kiểm tra ứng suất thành theo áp suất thử( dùng H2O) 26 3/ Tính đường kính ống dẫn 26 4/ Tính đáy nắp thiết bị 29 5/ Chọn mặt bích 30 6/ Chọn chân đỡ tai treo thiết bị 32 Phần 3: Tính cân nhiệt lượng 35 1/ Cân nhiệt lượng thiết bị gia nhiệt hỗn hợp đầu 35 2/ Cân nhiệt lượng tháp chưng luyện 36 3/ Cân nhiệt lượng thiết bị ngưng tụ 37 Phần 4: Tính tốn chọn thiết bị phụ 39 1/ Tính tốn chọn thiết bị gia nhiệt hỗn hợp đầu 39 2/Tính chọn bơm 44 Kết luận 53 Tài liệu tham khảo 54 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com CÁC KÍ HIỆU THƯỜNG DÙNG TRONG Q TRÌNH TÍNH TỐN THIẾT KẾ: ai: phần khối lượng cấu tử thứ i xi:phần mol pha lỏng cấu thứ i yi:phần mol pha cấu tử thứ i Mi: lượng phân tử hỗn hợp có n cấu tử F: lượng sản phẩm ban đầu (kg/h) P: lượng sản phẩm định (kg/h) W: lượng sản phẩm đáy (kg/h) GF: lượng sản phẩm ban đầu(kmol/h) GP: lượng sản phẩm đỉnh(kmol/h) GW: lượng sản phẩm đáy(kmol/h) R: số hồi lưu Rth:chỉ số hồi lưu thích hợp N: số đĩa lí thuyết Nth: số đĩa lí thuyết ứng với Rth LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Ta xét tháp chưng luyện loại đĩa lỗ có ống chảy chuyền, làm việc áp suất thường Nguyên liệu đầu chứa vào thùng chứa(1 ) vào bơm ( 2) bơm lên thùng cao vị ( 3) Từ thùng cao vị, dung dịch hỗn hợp đầu vào thiết bị đun nóng dung dịch hỗn hợp đầu (4) Ở đây, dung dịch gia nhiệt nước bảo hịa có nhiệt độ trung bình ttb=119,60C P=2at sau vào tháp chưng luyện(5) đĩa tiếp liệu Tháp chưng luyện gồm hai phần: + Đoạn chưng: phần từ đĩa tiếp liệu trở xuống + Đoạn luyện: phần từ đĩa tiếp liệu trở lên Ở đoạn chưng có phận đun nóng bốc (9) Bộ phận gia nhiệt nước bảo hòa ttb=119,60C P=2at Như tháp từ lên tiếp xúc với dòng lỏng từ xuống Vì theo chiều cao tháp nhiệt độ lên cao thấp nên qua đĩa từ lên, cấu tử có nhiệt độ sơi cao ngưng tụ lại cuối đỉnh tháp ta thu hỗn hợp gồm hầu hết cấu tử dể bay Ở ngưng tụ thiết bị ống chùm (6), sau cho phần hồi lưu đĩa tháp, phần khác vào thiết bị làm lạnh đến nhiệt độ cần thiết vào thùng chứa sản phẩm đỉnh Trong trình chất lỏng từ xuống gặp có nhiệt độ cao hơn, phần cấu tử có nhiệt độ sơi thấp hơn( cấu tử dể bay hơi) bốc lên nồng độ cấu tử khó bay chất lỏng ngày tăng Cuối đáy tháp ta thu hỗn hợp lỏng gồm hầu hết các cấu tử khó bay nước Thiết bị gia nhiệt (9) để đun sơi tuần hồn bốc đáy tháp Một phần chất lỏng tháo đáy nồi cung cấpvào phần đáy tháp Một phần khác tháo liên tục Nước ngưng thiết bị gia nhiệt tháo qua cốc tháo nước ngưng (11) LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Phần 1: TÍNH TỐN CÁC THIẾT BỊ CHÍNH 1/ Đổi thành phần khối lượng sang phần mol: [II-126] xj  aj / M j  (a M j j ) xj:phần mol cấu tử thứ j aj:phần khối lượng cấu tử thứ j Mj:trọng lượng phân tử hỗn hợp có n cấu tử j = 1,2,…n 22 Phần mol sản phẩm đầu: xF  32  0,1369 22 78  32 18 96 Phần mol sản phẩm đỉnh: x p  32  0,931 96  32 18 0,9 32 Phần mol sản phẩm đáy: xw   0, 00508 0,9 99,1  32 18 (kmol/kmol) (kmol/kmol) (kmol/kmol) 2/ Phương trình cân vật liệu tồn tháp: [II-144] GW = GF - GP Cho cấu tử dể bay hơi: GF.XF = GP.XP + GW.XW Từ hai phương trình ta suy được: - Sản phẩm đỉnh GP: GP  GF (XF  Xw) (22  0, 9)  7920  1757, 2( kg / h ) (X p  Xw) (96  0,9) với GF = 2,2kg/s = 2,2.3600 =7920 kg/h - Sản phẩm đáy GW: GW = GF-GP = 7920-1757,2 = 6162,8(kg/h) Ta chuyển đổi từ kg/h sang kmol/h công thức sau: n = m/M 1757,  54,91 (kmol/h) 32 6162,8 W= =342,38 (kmol/h) 18 P 3/ Số liệu đường cân lỏng(x)- hơi(y) Metyl- Nước: LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Tra bảng [II-149] ta số liệu đường cân lỏng – Metyl- Nước sau: x y t 0 100 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 26,8 41,8 57,9 66,5 72,9 77,9 82,5 87 91,5 95,8 100 92,3 87,7 81,7 78 75,3 73,1 71,2 69,3 67,6 66 64,5 4/ Tính Rmin: Phương trình đường làm việc đoạn luyện: x Rx x p Rx  Rx  x y p m Rx  y Khi x=0 ta suy được: Vậy Rx = Rmin m = mmax Ta suy được: xp mmax  Rmin  x Hay Rmin  p  mmax Từ số liệu đường ta vẽ đường cân bằng, ta thu m max = 41,62 từ ta suy Rmin = 93,1/41,62 -1 = 1,237 theo đồ thị xác định Rmin 5/ Xác định số đĩa lí thuyết: Trong thực tế người ta nhận thấy Rx = (1,25-2,5)Rmin lớn Rmin Do ta cho Rx với giá trị bảng Từ tính m%, ĐỒ THỊ XÁC ĐỊNH Rth N(Rx + 1) 35.5 35 34.5 34 33.5 33 32.5 32 31.5 31 30.5 30 29.5 Rx 29 1.5 2.5 3.5 4.5 m% ta vẽ đồ thị để xác định số đĩa N tương ứng Rx m% N V=N(R+1) LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com 1,4 2,3 38,8 31 28,2 23,3 18,6 13 10 31,2 30 29,7 32 35 Từ số liệu thu ta vẽ đồ thị quan hệ RX V, điểm cực tiểu đồ thị sẻ Rth ứng với Nth Dựa vào đồ thị ta nhận thấy điểm cực tiểu đồ thị ứng với Rx=2,3 N = Do Rth=2,3 Nth=9 6/ Giải phương trình cân vật chất tính đường kính: Đường kính xác định theo cơng thức: [2 -181] D  0, 0188 gtb (  y y )tb (m) g tb :lượng khí trung bình tháp ( kg/h) (  y y )tb : tốc độ khí trung bình tháp (kg/m2.s) Do lượng thay đổi theo chiều cao tháp nên ta phải tính lượng trung bình cho riêng đoạn 6.1/ Tính lượng tháp: 6.1.1/ Tính lượng đoạn luyện: Lượng trung bình đoạn chưng tính dựa theo cơng thức [II-182]: g tbL  g d  g1 (kg/h) Với g d :lượng vào đĩa tháp (kg/h) g1 :lượng vào đĩa đoạn luyện (kg/h) - Lượng khỏi đỉnh tháp : g d  GX  GP  GP ( Rx  1) với GX : lượng lỏng chảy hồi lưu g d  1757,22(2,3+1) = 5798,83 (kg/h) Dựa vào đường cân từ xp ta suy yp = 0,97 Phân tử lượng trung bình hỗn hợp đỉnh tháp Mhh = 32.0,97+ (1- 0,97).18 = 31,58 Vậy lượng khỏi đỉnh tháp tính theo (kmol/h) là: gd  5798,83  183, 62 (kmol/h) 31,58 - Lượng vào đĩa đoạn luyện: Phương trình cân vật liệu cân nhiệt lượng đoạn luyện: LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com  g1  G1  GP   g1 y1  G1 x1  GP xP g r  g r  11 d d G1 : lượng chất lỏng vào đĩa thứ đoạn luyện (kmol/h) r1 :ẩn nhiệt hóa hỗn hợp vào đĩa thứ đoạn luyện (J/kmol) rd :ẩn nhiệt hóa khỏi tháp (J/kmol) với r1  rR y1  (1  y1 )rH 2O rd  rR yd  (1  yd )rH 2O rR , rH 2O : lần lược ẩn nhiệt hóa rượu nước nhiệt độ hỗn hợp đầu Dựa vào đồ thị t-x,y ta tìm được: t F  85,5o C  o t P  65,5 C  o tw  99 C Tính r1: Từ bảng [I-254]  rR ,60o C  265( J / kmol )   rR ,100o C  242( J / kmol )  rH 2O ,60o C  579( J / kmol )   rH 2O ,100o C  539( J / kmol ) Dùng phương pháp nội suy ta tính rR,tF = 250,33(kcal/kg) = 250,33.4,1868.103.32=33538,61.103 (J/kmol) Tương tự ta tính được: rH2O,tF = 553,5(kcal/kg) = 553,5.4,1868.103.18=41713,088.103 (J/kmol) Vậy r1= 33538,61.103 y1 + (1-y1)41713,088.103 Hay r1=41713,088.10 – 8174,478.103 y1 (J/kmol) Tính rd: Cũng dùng phương pháp nội suy ta tính rR,tP rR ,t P  261, 84( kcal / kg )  261, 84.4,1868.103.32=35080,69.10 ( J / kmol ) rH2O,tP = 573,5(kcal/kg) = 573,5.4,1868.103.18=43220,33.103(J/kmol) Vậy: rd  rR yd  (1  yd )rH 2O với yd = xp = 0,93 rd= 35080,69.103 0,97 + (1-0,97).43220,33.103=35324,9.103(J/kmol) Thay đại lượng tính vào hệ phương trình với x1 = xF = 0,1369  g1  G1  54,91   g1 y1  G1 0,1369  54, 91.0,93  3  g1 (41713, 088.10  8174, 478.10 y1 )  183, 62.35324,9.10 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Giải ta  g1  168,55(kmol / h)  G1  113, 64(kmol / h)  y  0,395  Thay y1vào r1 ta tính được: r1=41713,088.103 – 8174,478.103.0,395 = 38484,169.103 (J/kmol) Do lượng trung bình đoạn luyện là: g tbL  g d  g1 183, 62  168,55   176, 085(kmol / h) 2 Nồng độ phần mol trung bình đoạn luyện: ytbL  y1  yd 0, 395  0,97   0, 682 2 Phân tử lượng trung bình đoạn luyện: 32.0,682+18(1-0,682) = 27,555 Lượng trung bình đoạn luyện tính theo kg/h g tbL  176, 085.27,55  4852, 022 (kg/h) 6.1.2 Tính lượng đoạn chưng: Lượng trung bình đoạn chưng tính dựa theo công thức[II182]: g1,  g n, g  (kg/h) C tb g1, :lượng vào đoạn chưng g n, = g1: lượng khỏi đoạn chưng Phương trình cân vật liệu cân nhiệt lượng đoạn chưng Dựa vào công thức [II-182] ta được: G1'  g1,  Gw  ' , , G1 x1  g1 yw  Gw xw  , , , ,  g1r1  g n rn  g1r1 G1' : lượng lỏng vào đĩa thứ đoạn chưng r1, :ẩn nhiệt hóa hỗn hợp vào đĩa đoạn chưng gn, rn, = g1r1 = 168, 55.38484,169.103 = 6, 286.109 (km ol / h ) Trong y1’ = yw tìm theo đường cân ứng với xw Từ đồ thị đường cân x-y với x w=0,00508 suy yw= 0,0331 Dựa vào công thức [II-182] ta có: r1, = rR y1, + (1 - y1, )rH O Tra bảng [I-254] nội suy tw=99oC ta được: 10 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com 1.2.2 Độ nhớt dung dịch nhiệt độ trung bình: [I-84] lg mdd = x lg m1 + x lg m2 Tại ttb=60,6 C tra bảng nội suy từ [I-92] m1 = 0, 33.10-3 (Ns / m ) Do m2 = 0,4656.10 -3 (Ns / m ) lg mdd = 0,1369 lg 0, 33.10- + (1 - 0,1369) lg 0, 4656.10- Þ mdd = 0, 444.10- (Ns / m ) 1.2.3 Hệ số dẫn nhiệt dung dịch xác định theo công thức: [I-123] ỉ r ư3 l = A C r ỗỗ ữ ốM ứữ Trong ú A: h s phụ thuộc mức độ liên kết chất lỏng Đối với chất lỏng liên kết rượu nước A= 3,58.10-8 Cdd = 3876,06 (J/kg.độ) r dd = 921, 665(kg / m ) M=19,92 (kg/kmol) ỉ921, 665 ư÷3 l = 3, 58.10- 8.3876, 06.921, 665 ỗỗ ữ ốỗ 19, 92 ø÷ Vậy l = 0, 459 (W/m.độ) 1.2.4 Chuẩn số Prant dung dịch: Chuẩn số Prant dung dịch xác định theo công thức [ II-12] C m l 3876,06.0, 444.10- Pr = = 3, 749 0, 459 Pr = Thay số ta có: 1.2.5 Chuẩn số Reynold dung dịch: Chuẩn số Reynold dung dịch xác định theo công thức[ II-13] Re = w.d.r m Chọn ống chùm có: + Chiều cao: H=1,5(m) + Kích thước: 30 x 2,5 (mm) + Đường kính d = 35 (mm) + Chiều dày S = 2,5 (mm) Giả sử chất lỏng chảy ống chế độ chảy xốy w > 0,5 (m/s) Chọn Re = 104 1.2.6/ Chuẩn số Nuxen dung dịch : Chuẩn số Nuxen dung dịch xác định theo công thức [II-14] Nu = 0, 021e1 Re0,8 P r 0,43 ( P r 0,25 ) P rt Prt: chuẩn số Pran dịng tính theo nhiệt độ trung bình tường 41 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com e1 : hệ số hiệu chỉnh phụ thuộc vào quan hệ chiều dài đường kính ống H 1, Ta có: = = 42, 857 d 0, 035 Theo bảng [II-15] ta có e1 = 1, 02 Vậy Nu = 0, 021.1, 02.100000,8.3, 7490,43 = 59, 92 1.2.7/ Xác định hệ số cấp nhiệt : a 1, a Chọn hệ số cấp nhiệt phía ngưng tụ ống chùm thẳng đứng: Theo cơng thức [II-28] ta được: ỉ r ư÷4 a = 2, 04.A ỗỗ (W/m2.) ốD t H ø÷ A: hệ số phụ thuộc vào nhiệt độ màng tm nước ngưng tụ [ II-29] tm = (tT + t tb ) tT: nhiệt độ thành ống có màng nước ngưng, 0C D t = tbh - tT :hiệu số nhiệt độ ngưng (nhiệt độ bảo hịa nhiệt độ phía mặt tường tiếp xúc với ngưng, oC r: ẩn nhiệt ngưng tụ lấy theo t tb ,J/kg H: chiều cao ống chảy chuyền, H=1,5 m a/ Giả thiết độ chênh lệch nhiệt độ bảo hòa ngưng tụ là: D t = 1, 50C - Vậy Nhiệt độ thành ống phía ngưng tụ xác định theo cơng thức: tT = tbh + D t = 119, - 1, = 118, 10C 118,1 + 119, tm = = 118, 850C Ở tm=118,85 oC theo bảng[II-29] nội suy ta có A=187,145 Tại tbh=119,60C theo [II-254] nội suy: ìï rH2O,100 = 539(kcal/ kg) ï Þ rH2O,119.6 = 526,26(kcal/ kg) í ïï rH2O,140 = 513(kcal/ kg) ïỵ Do r =526,26(kcal/kg) = 526,26.4,1868.103 = 2203,345.103(J/kg) Vậy: 2203, 345.103 14 ) 1, 5.1, Þ a = 12009, 735 (W/m độ) a = 2, 04.187,145.( - Nhiệt tải riêng phía ngưng tụ: q1 = a D t = 12009, 735.1, = 18014, 602(W / m ) - Hiệu số nhiệt độ hai bề mặt thành ống xác định theo công thức: D tT = tT - tT = q1.å r tT : nhiệt độ thành ống phía dung dịch, 0C å r : tổng nhiệt trở (m2.độ/W) 42 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com với: å r = r1 + r2 + r3 [III-294] r1: nhiệt trở phía ngưng tụ (m2.độ/W) r2: nhiệt trở hai thành ống (m 2.độ/W) r3: nhiệt trở phía dung dịch (m2.độ/W) Tra bảng [II-4] ta có: r1  0,116.10 3 (m độ/W)  r2  (m độ/W)   : chiều dày ống(m), tra [II-310]   0, 0025(m)  : hệ số dẫn nhiệt thép không rỉ X18H10T, tra [II-313]   16,3 (W/m.độ)  0, 0025 r2    0,153.103  16,3 Tra bảng[II-4] ta được: r3  0, 464.103 (m độ/W) Do đó:  r  0,116.10-3+0,153.10 -3+0,464.10 -3=0,733.10 -3(m2.độ/W) Vậy: D tT = q1.å r = 18014, 602.0, 733.10- = 13, 204 0C - Hiệu số nhiệt độ thành ống dung dịch xác định: D t = tT - t tb Với tT = tT - D tT = 118,1 - 13, 204 = 104, 896oC Do D t = tT - t tb = 104, 896 - 60, = 44, 296oC - Hệ số cấp nhiệt phía dung dịch: Nu. 59,92.0, 459 2    785,808 (W/m2.độ) d 0, 035 Nhiệt tải riêng từ thành ống đến dung dịch xác định: q2   t2  785,808.44, 296  34808,15 (W/m2) Vì truyền nhiệt ổn định nên q1  q2 cho phép sai khác wT ta phải chia ngăn thiết bị gia nhiệt hỗn hợp đầu, số ngăn xác định theo công thức: m w 0,13   6, w T 0, 0195 Ta chọn số ngăn m = ngăn Vậy thiết bị gia nhiệt hỗn hợp đầu có ngăn, 127 ống Mỗi ngăn có 18 ống 2/ Tính chọn bơm: 2.1 Xác định chiều cao thùng cao vị: Áp suất toàn phần cần thiết để khắc phục sức cản thủy lực hệ thống: Theo công thức [I-376] ta được: D P = D Pd + D Pm + D Pc + D Pt + D Pk (N/m2) Trong đó: D Pd : áp suất động học (N/m ) D Pd = r w2 (N/m2) 2 D Pm : áp suất để khắc phụ lực ma sát (N/m ) D Pc : áp suất cần thiết để khắc phục trở lực cục (N/m2) D Pk :áp suất bổ sung cuối ống dẫn D Pk =0 (N/m2) D Pt :áp suất cần thiết để khắc phục trở lực thiết bị (N/m ) 2.1.1 Trở lực đoạn ống dẫn từ thùng cao vị đến thiết bị truyền nhiệt: a/ Áp suất động học: D Pd = r w2 (N/m2) r xtb :khối lượng riêng chất lỏng a a = + r dd r1 r2 45 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Tại t = 250C tra bảng nội suy từ [I-9] 0, 22 0, 78 = + r dd 787,5 996,49 Do đó: r dd = 941, 51(kg / m ) F 2, w= = = 0,1322 (m/s) 0,785.d r 0, 785.0,152.941, 51 0,13222 D Pd = 941, 51 = 8, 239 ( N / m ) Có: b/ Áp suất khắc phục trở lực ma sát: [I-377] D Pm = l L w2 r dtb L: chiều dài ống dẫn (m), L = 7,99 (m) d tb = 0,15m Chuẩn số: Re = r d w m o m : độ nhớt dung dịch 25 C Tra bảng [I-92] 250C ta có: m1 = 0, 5.10- (Ns / m ) -3 m2 =0,904.10 (Ns/m ) Thay vào công thức[I-84]: lg m = x lg m1 + x lg m2 Do đó: lg m = 0,1369 lg 0, 5.10- + (1 - 0, 1369) lg 0, 904.10- m =0,833.10-3(Ns/m2) 941, 51.0, 15.0,1322 Re = = 22413,13 > 10000 0, 833.10- Vậy lưu thể cháy xoáy Hệ số trở lực ma sát l : [I-380] l Trong : éỉ6, 81 ö0,9 ù ÷ + D ú = - lg ờỗỗ ữ ờố Re ứ 3, ỳỷ D :độ nhám tương đối, D = e dtd e : độ nhám tuyệt đối Tra bảng [I-381] ta e = 0,1(mm ) = 0,1.10- 3(m ) 0,1.10- Do đó: D= = 0, 667.10- (m ) 0,15 éỉ 6, 81 ử0,9 0, 667.10- ự ữ ờỗỗ ú Thay vào ÷ + = - lg ỳ ỗố22413,13 ữ 3, ứ ởờ ỷỳ l2 Suy l = 0, 0266 46 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Do đó: D Pm = 0, 0266 7,99 0,13222 941, 51 = 11, 67(N / m ) 0,15 c/ Áp suất để khắc phục trở lực cuc bộ: [I-377] D Pc = x.r w2 x : hệ số trở lực cục toàn đường ống + Đột thu từ thùng cao vị tới ống dẫn, chọn đường kính thùng cao vị là: m f1,f2: tiết diện mặt cắt ngang thùng cao vị đường ống Ta có: f2 ổ0,15 ửữ - = ỗ ữ = 9.10 f1 ỗố ứ Tra bng [I-388] ta c: x1 = 0, + Ta chọn từ thùng cao vị đến thiết bị truyền nhiệt có trục khuỷu 90 ,tra [I-394] ta được: x2 = 3.1,1 = 3, + Một van tiêu chuẩn d=0,15m ,tra bảng [I-397] x3 = 4, + Đột mở từ ống dẫn vào thiết bị gia nhiệt:[I-387] f1 æ 0,15 ửữ ỗ = ỗ ữ = 0, 039 f2 ỗố0, 76 ø÷ Tra [I-388] ta được: x4 = 0,13222 = 76, 51( N / m ) Do đó: D P = 8, 239 + 11, 67 + 76, 51 = 96, 419(N / m ) DP 96, 419 Tương ứng với chiều cao H = = = 0, 01(m ) r g 941, 51.9, 81 Vậy D Pc = (0, + 3, + 4, + 1).941, 51 2.1.2 Trở lực ống dẫn chất lỏng từ thiết bị đun sôi vào đĩa tiếp liệu: a/ Áp suất động học: w2 = 926, 737(kg / m ) D Pd = r r xtb w=0,13(m/s) Do D Pd = 926, 737 0,132 = 7, 838(N / m ) b/ Áp suất khắc phục trở lực ma sát: D Pm = l L w2 r dtd Chọn L = 4m d td = 0,15m Chuẩn số: Re = r d w m 47 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com m : độ nhớt dung dịch tF = 85,5 C Tra bảng [I-92] tF = 85,50C ta có: m1 = 0, 23.10- (Ns / m ) -3 m2 =0,3369.10 (Ns/m ) Thay vào công thức[I-84]: lg m = x lg m1 + x lg m2 Do đó: lg m = 0,1369 lg 0, 23.10- + (1 - 0,1369) lg 0, 3369.10- -3 m =0,319.10 (Ns/m ) 926, 737.0, 15.0,13 Re = = 56650, 06 > 10000 0, 319.10- Vậy lưu thể cháy xoáy Hệ số trở lực ma sát l : [I-380] l Trong : éỉ6, 81 ö0,9 ù ÷ + D ú = - lg ờỗỗ ữ ờố Re ứ 3, ỳỷ D :độ nhám tương đối, D = e dtd e : độ nhám tuyệt đối Tra bảng [I-381] ta e = 0,1(mm ) = 0,1.10- 3(m ) 0,1.10- D= = 0, 667.10- (m ) Do đó: 0,15 éỉ 6, 81 ử0,9 0, 667.10- ự ữ ờỗỗ ú Thay vào ÷ + = - lg ỳ ỗố56650, 06 ứữ 3, ởờ ỷỳ l2 Suy l = 0, 0226 0, 132 Do đó: D Pm = 0, 0226 .926, 737 = 4, 731(N / m ) 0,15 c/ Áp suất để khắc phục trở lực cuc bộ: [I-377] D Pc = x.r w2 x : hệ số trở lực cục toàn đường ống + Đột mở từ ống dẫn vào đĩa tiếp liệu tháp: f1 ổ0,15 ửữ = ỗ ữ = f2 çè ¥ ø Tra bảng [I-388] ta được: x1 = + Ta chọn trục khuỷu 90 0,tra [I-394] ta x2 = 1,1 + Một van tiêu chuẩn d=0,15m ,tra bảng [I-397] x3 = 4, + Đột mở từ ống dẫn vào thiết bị gia nhiệt: 48 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com f2 ổ 0,15 ửữ = ỗỗ ữ = 0, 038 f1 çè0, 76 ø÷ Tra [I-388] ta được: x4 = 0, 132 = 58, 731(N / m ) Do đó: D P = 7, 838 + 4, 737 + 58, 731 = 71, 306(N / m ) DP 71, 306 Tương ứng với chiều cao H = = = 0, 0078(m ) r g 926, 737.9, 81 Vậy : D Pc = (1 + 1,1 + 4, + 1).926, 737 2.1.3 Xác định trở lực thiết bị gia nhiệt hỗn hợp đầu: Thiết bị có ngăn, 127 ống Mỗi ngăn có 18 ống r xtb :khối lượng riêng chất lỏng a a = + r dd r1 r2 Tại ttb = 60,60C tra bảng nội suy từ [I-9] 0, 22 0, 78 = + r dd 755,4 982,669 Do đó: r dd = 921, 66(kg / m ) - Tốc độ dung dịch ống là: w= Chuẩn số: 2,2  0,137(m) 0,785.921,66.0,0352 18 r d w Re = m m : độ nhớt dung dịch ttb = 60,6 C Tra bảng [I-92] 60,6 0C ta có: m1 = 0, 3.10- (N s / m ) -3 m2 =0,465.10 (Ns/m ) Thay vào công thức[I-84]: lg m = x lg m1 + x lg m2 lg m = 0,1369 lg 0, 3.10- + (1 - 0,1369) lg 0, 465.10- -3 m =0,437.10 (Ns/m ) 0,137.0, 035.921, 66 Re   10112,95 > 4000 0, 437.103 Do tính  theo cơng thức [I-378]:  (1,8.lg Re 1, 64)2   0, 032 (1,8lg10112,95  1, 64)2 - Áp suất khắc phục trở lực ma sát: D Pm = l D Pm = 0, 032 L w2 r dtd (6.1, 5) 0,1552 921, 66 = 85, 03 0, 0375 49 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com - Áp suất để khắc phục trở lực cuc bộ: [I-377] D Pc = x.r w2 + Tiết diện cửa vào: f1  .d .0,152   0, 0177(m ) 4 + Tiết diện khoảng trống đầu ống ngăn: f2  .d .0,76  4.m 4.6  0, 0756(m2 ) + Tiết diện 18 ống ngăn: f3  .0,0352 18  0, 0173(m2 ) + Đột mở từ ống dẫn vào thiết bị gia nhiệt: x1 = + Khi dòng chất lỏng chảy từ khoang trống vào ngăn thứ nhất: f 0, 0152   0, 201 f 0, 0756 x2 = 0, 45 (đột thu) + Khi dòng chảy ngăn thứ khoảng trống ( đột mở): f 0, 0152   0, 201 f 0, 0756 x2 = 0, 64 + Khi chất lỏng chảy vào ngăn 2,3,4,5,6 x4 (2) = x4 (3) = x4 (4) = x4 (5) = x4 (6) = 0, 45 + Khi chất lỏng chảy từ ngăn 2,3,4,5,6 ra: x5 (2) = x5 (3) = x5 (4) = x5(5) = x5(6) = 0, 64 + Khi chất lỏng khỏi thiết bị vào ống dẫn: (đột mở) f1 ổ 0, 75 ửữ = ỗỗ ữ = 0, 036 f2 ốỗ 0,15 ứữ x6 = 0,491 + Tốc độ dung dịch cửa vào cửa ra: 2,2  0,135(m / s ) 0,785.0,152 921, 66 + Hệ số trở lực cửa vào: x7 = 0,9.2=1,8 w= + Tổng trở lực cửa vào ra: Pac  1,8.Pd Với: D Pd = r w 0,1352 = 921, 66 = 8, 398(N / m ) 2 Pac  1,8.8, 398  15,118 + Trở lực đường ống chia ngăn: x8 = 7(x4 + x5 ) = 7(0, 45 + 0, 64) = 7, 63 + Tổn thất áp suất: Pb  7, 63.921, 66 0,152  79,12( N / m ) 50 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Khi từ vách ngăn sang vách ngăn khác chất lỏng đồi chiều 1800, lần qua ngăn x9 = 6.0, = P180  3.921, 66 0,152  31,11( N / m2 ) Vậy tổn thất toàn thiết bị: D P = D Pac + D Pb + D P180 + D Pm + D Pd = 15,118 + 79, 12 + 31,11 + 85, 03 + 8, 398 = 218, 776 218, 776 Tương ứng với chiều cao H   0, 024 (m) 921, 66.9,81 (N/m 2) Vậy tổng chiều cao H tương ứng là: Htt = 0,01 + 0,0078 + 0,024 = 0,041 (m) Tính chiều cao thùng cao vị: Chọn mặt cắt 1-1 vị trí mặt thoáng thùng cao vị mặt cắt 2- vị trí đĩa tiếp liệu tháp chưng luyện hình vẽ Theo định luật Becnuli: Ta có: z Pa P w2 w2   zt  a   H tt 1.g 2.g 2 g 2.g z: chiều cao bề mặt chất lỏng so với đĩa tiếp liệu w1: vận tốc chất lỏng thùng cao vị, w1 = m/s w2: vận tốc chất lỏng đoạn luyện (m/s) 51 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com zt :thế đĩa tiếp liệu zt = ( m ) Htt : riêng tổn thất thiết bị gia nhiệt (m) Pa : áp suất khí (N/m2) 91800 91800 1,232  0   0, 041 941,51.9,81 821,33.9,81 2.9,81  z  1,57(m) z Vậy chiều cao thùng cao vị: Hcv = z + h + Hc = 1,57+1+ 4,35 = 6,92 (m) 2.2 Xác định trở lực đường ống từ thùng chứa dung dịch đầu tới thùng cao vị: Áp suất tiêu tốn để thắng toàn trở lực đường ống hút đẩy xác định: hm  P  g (m) Theo cơng thức [I-376] ta được: Tính D Pd : D P = D Pd + D Pm + D Pc (N/m ) w2 22 D Pd = r = 941, 51 = 1883, 02 (N/m ) 2 Chọn vận tốc lưu thể: w = m/s Tính D Pm : D Pm = l L w2 r dtd Với L = 6,92 (m) r d w 941, 51.0, 02.2 Re = = = 45210, 564 > 104 - m 0, 833.10 Vậy lưu thể chảy xốy éỉ 6, 81 ư0,9 0, 667.10- ự ữ ờỗỗ ỳ ữ + = - lg ỳ ỗố45210, 564 ứữ 3, ờở ỳỷ l2 l = 0, 0234 6, 92 22 D Pm = 0, 0234 941, 51 = 15245, 68 (N/m2) 0, 02 2 w D Pc = x.r (N/m 2) x = x1 + x2 + x3 + x4 o x1 : hệ số trở lực khúc cua 90 , x1 = 1,1 x2 : số trở lực van chiều , x2 = 7, x3 : hệ số trở lực chất lỏng từ thùng chứa vào ống x4 : hệ số trở lực chất lỏng từ ống vào thùng cao vị x3 = x4 = x = 1,1 + 7, + + = 10, w2 22 D Pc = x.r = 10, 4.941, 51 = 19583, 408 (N/m2) 2 Do Tính D Pc : Do đó: Vậy: 52 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Do đó: (N/m 2) Vậy áp xuất tiêu tốn để thắng toàn trở lực đường ống hút D P = D Pd + D Pm + D Pc = 1883, 02 + 19583, 41 + 21654, 73 = 43121,16 đẩy là: hm  P 43121,16   4, 67( m) .g 941,51.9,81 2.3 Áp suất toàn phần bơm tạo ra: H = Hcv+hm = 6,92+ 4,67 = 11,59 (m) Do dung dịch ta chưng hỗn hợp rượu Metylic- Nước, hỗn hợp không gây cháy nổ nên ta chọn bơm ly tâm Công suất yêu cầu bơm:[I-439] Q..g.H F g.H Nb   ( kW ) 1000. 102. Trong đó: Q: suất bơm (m3/s)    r ck 0 : hiệu suất thể tích r :hiệu suất thủy lực ck :hiệu suất khí   0, 080.0,95.0,95  0, 72 Do Nb  2, 2.9,81.11,59  3, (kW) 102.0, 72 Chọn bơm có công suất kW Công suất môtơ:[I-439] N moto  Nb (kW) tr  dc tr :hiệu suất truyền động, chọn tr   dc : hiệu suất động cơ,  dc  0,85 N moto   4, (kW) 1.0,85 Thường ta chọn động điện có cơng suất lớn so với cơng thức tính tốn Dựa vào [I-440] ta chọn hệ số hiệu chỉnh   1, Do ta chọn động có cơng suất: N dcc   N moto = 1,2.4,7 = 5,64( kW) 53 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com KẾT LUẬN Sau thời gian hướng dẫn nhiệt tình Lê Ngọc Thụy với thầy mơn hóa dầu giúp em hồn thành đồ án mơn q trình thiết bị Và qua đồ án em xin có số kết luận sau: Đồ án giúp cho em biết rõ trình tự tính tốn thiết bị chưng luyện liên tục, hình dung cấu tạo thiết bị cách hoạt động thiết bị rõ ràng chi tiết hơn, đồng thời giúp em thêm kĩ tính tốn, tra bảng tra đồ thị cách có hiệu xác Đồ án em thiết kế lần tháp chưng luyện liên tục hỗn hợp rượu Metylic-Nước với suất thiết bị 2,2 kg/s Tháp chưng luyện có độ cao 7,99 m có 10 đĩa chưng đĩa luyện Sản phẩm đỉnh thu có nồng độ 96% khối lượng Metylic với nồng độ đáp ứng cho việc dùng để làm dung môi, để tổng hợp thuốc nhuộm, formaldehit, hương liệu, dùng làm dung môi pha sơn Nhưng cần ý rượu Metylic lại chất độc hại sức khỏe người dùng metylic để làm ngun liệu cần phải ý đến việc bảo vệ môi trường Một lần nửa em xin chân thành ơn quý thầy cô! 54 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com TÀI LIỆU THAM KHẢO Các tác giả Sổ tay trình thiết bị tập I Nhà xuất khoa học kỹ thuật Hà Nội, 2004 Các tác giả Sổ tay trình thiết bị tập II Nhà xuất khoa học kỹ thuật Hà Nội, 2006 Nguyễn Bin Tính tốn q trình thiết bị cơng nghệ hóa chất thực phẩm, tập I Nhà xuất khoa học kỹ thuật Hà Nội, 2000 Nguyễn Bin Tính tốn q trình thiết bị cơng nghệ hóa chất thực phẩm, tập II Nhà xuất khoa học kỹ thuật Hà Nội, 2000 Nguyễn Bin Tính tốn q trình thiết bị cơng nghệ hóa chất thực phẩm, tập III Nhà xuất khoa học kỹ thuật Hà Nội, 2000 Nguyễn Bin Tính tốn q trình thiết bị cơng nghệ hóa chất thực phẩm, tập IV Nhà xuất khoa học kỹ thuật Hà Nội, 2000 Hồ Lê Viên Tính tốn chi tiết cơng nghệ hóa chất thực phẩm Nhà xuất khoa học kỹ thuật Hà Nội Nguyễn Thị Minh Hiền Cơng nghệ chế biến khí tự nhiên khí đồng hành Nhà xuất khoa học kỹ thuật Hà Nội, 2005 55 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com ... dụng Metanol có nồng độ tương đối cao Sau em xin giới thiệu thiết bị chưng luyện liên tục hỗn hợp Metylic- Nước để thu Metanol có nồng độ 96% LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com... nước hỗn hợp (kg/kmol) mhh , m1 , m2 :lần lượt độ nhớt hỗn hợp cấu tử rượu, nước (Ns/m ) m , m :nồng độ phần thể tích cấu tử pha Nhưng nồng độ phần thể tích cấu tử pha nồng độ phần mol cấu tử hỗn. .. dịch hỗn hợp đầu vào thiết bị đun nóng dung dịch hỗn hợp đầu (4) Ở đây, dung dịch gia nhiệt nước bảo hịa có nhiệt độ trung bình ttb=119,60C P=2at sau vào tháp chưng luyện( 5) đĩa tiếp liệu Tháp chưng