TÍNH TOÁN THIẾT kế hệ THỐNG CHƯNG LUYỆN hỗn hợp HAI cấu tử CS2 CCl4

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI KHOA CÔNG NGHỆ HĨA HỌC NGÀNH Q TRÌNH - THIẾT BỊ TRONG CƠNG NGHỆ HĨA HỌC ĐỒ ÁN MƠN HỌC TÍNH TỐN THIẾT KẾ HỆ THỐNG CHƯNG LUYỆN HỖN HỢP HAI CẤU TỬ CS2 – CCl4 Người thiết kế: Đậu Văn Viên Lớp: Hóa dầu - QN Lớp: K48 Người hướng dẫn: Nguyễn Hữu Tùng Hà Nội 2007 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập - Tự - Hạnh phúc KHOA CƠNG NGHỆ HĨA HỌC BỘ MƠN QT – TB CƠNG NGHỆ HĨA THỰC PHẨM NHIỆM VỤ THIẾT KẾ MÔN HỌC Họ tên: Đậu Văn Viên Lớp: Hóa dầu – K48 QN Nhóm I Đầu đề thiết kế Thiết kế tính tốn hệ thống chưng luyện liên tục làm việc áp suất thường để tách hỗn hợp hai cấu tử CS2 – CCl4 Hỗn hợp đầu vào tháp nhiệt độ sôi Lọai tháp: II Các số liệu ban đầu - Năng suất thiết bị tính theo hỗn hợp đầu: - Nồng độ tính theo cấu tử dễ bay hơi: + Hỗn hợp đầu(aF): + Sản phẩm đỉnh(ap): + Sản phẩm đáy(aw): III Yêu cầu thiết kế Phần mở đầu Vẽ thuyết minh dây chuyền sản xuất Tính tốn thiết bị chính: a Tính cân vật liệu tồn thiết bị b Tín đường kính chiều cao tháp c Tính trở lực d Tính tốn khí Tính chọn thiết bị phu Thiết bị gia nhiệt hỗn hợp đầu bơm LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Kết luận Tài liệu tham khảo IV Các vẽ đồ thị Bản vẽ dây chuyền sản xuất: A4 Bản vẽ thiết bị chính: A1 V Cán hướng dẫn: Nguyễn Hữu Tùng VI Ngày giao nhiệm vụ thiết kế: VI Ngày hoàn thành: 19/ 11/2007 Ngày tháng năm 2007 Ban chủ nhiệm khoa (Họ tên chữ ký) Cán hướng dẫn thiết kế (họ tên chữ ký) Đánh giá kết quả: Điểm thiết kế: Điểm bảo vệ: Điểm tổng hợp: Ngày tháng năm 2007 Cán chấm (Họ tên chữ ký) Ngày tháng năm 2007 Người nhận (Họ tên chữ ký) LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Lời mở đầu Trong lịch sử loài người việc chưng tách cấu tử ứng dụng từ sớm để tách loại tinh dầu, axit sunfuric, axit nitric đặc biệt từ rượu khám phá chưng cất trở thành phương pháp quan trọng Ngày chưng cất phát triển mạnh ứng dụng rộng rãi công nghiệp đời sống Đặc biệt nhiều ngành công nghệ hóa chất chưng cất khâu quan trọng khơng thể thiếu Đối với nhiều q trình cơng nghệ yêu cầu tách hỗn hợp chất với nồng độ cao, suất lớn người ta sử dụng phương pháp chưng luyện liên tục Chưng luyện phương pháp dùng nhiệt để tách hỗn hợp cấu tử có nhiệt độ sơi khác có hồi lưu trở lại lượng sản sản phẩm đỉnh Do số hồi lưu thông số quan trọng định tính kinh tế kĩ thuật trình chưng luyện Đồ án tính tốn thiết kế tháp chưng luyện liên tục áp suất khí hỗn hợp hợp gồm hai cấu tử CS2 – CCl4 Thông thường người ta điều chế CCl4 cách clo hóa CS2 nên việc chưng tách hỗn hợp quan trọng có ý nghĩa lớn thực tế Đây hỗn hợp hai cấu tử dạng lỏng tan lẫn vào có nhiệt độ sơi cách xa CS2 có nhiệt độ sơi 42,2 0C, độc nên dùng làm thuốc trừ sâu nông nghiệp, dung môi tốt cho nhiều chất brom, iot, lưu huỳnh, photpho, chất béo, sáp, nhựa, cao su v.v…Trên thực tế CS2 thường dùng làm dung môi chất chiết Phần lớn lượng CS2 sản xuất để dùng vào công nghiệp sợi CCl4 có nhiệt độ sơi 77 0C thường dùng để làm dung môi không cháy chất béo dùng để dập tắt lửa Đồ án tính toán, thiết kế nhằm giúp thành thạo ngày hồn thiện kỹ tính tốn, khả tra cứu tài liệu Đồng thời giúp hiểu sâu sắc phương pháp chưng cất nói chung phương pháp chưng luyện nói riêng bổ sung vào kiến thức mơn hóa cơng mơn học liên quan LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Chú thích: Thùng chứa hỗn hợp đầu Bơm Thùng cao vị Thiết bị ống chùm để gia nhiệt hỗn hợp đầu Tháp chưng luyện Thiết bị ống chùm ngưng tụ sản phẩm đỉnh Thiết bị phân chia dòng hồi lưu Thiết bị ống chùm làm lạnh sản phẩm đỉnh Thiết bị đun bốc đáy tháp 10 Thùng chứa sản phẩm đỉnh 11 Cửa tháo nước ngưng 12 Thùng chứa sản phẩm đáy Nguyên lí hoạt động Hỗn hợp CS2 CCl4 từ thùng chứa ban đầu (1) bơm lên thùng cao vị bơm (2) Chất lỏng thùng cao vị vượt mức quy định cho chảy trở lại thùng chứa (1) đầy thùng chứa Hỗn hợp CS2 – CCl4 từ thùng cao vị qua thiết gia nhiệt hỗn hợp đầu Ở hỗn hợp đầu đun nóng đến nhiệt độ sơi nước bão hịa sau tháp chưng luyện (5) đĩa tiếp liệu.Trong tháp chưng luyện từ lên lòng từ xuống trình chuyển khối xảy lớp đệm thiết bi Theo chiều cao tháp lên cao nhiệt độ giảm CCl4 có nhiệt độ sơi thấp ngưng tụ lại thành lỏng xuống phía đáy tháp đồng thời nhiệt tỏa ngưng tụ giúp làm bay CS2 Do lên từ đáy tháp chứa chủ yếu CS2 đáy tháp hỗn hợp giàu CCl4 Hơi đỉnh tháp chứa CCl4 qua thiết bị ngưng tụ sản phẩm đỉnh (6) ngưng tụ thành lỏng nhờ thiết bị phân chia dịng (7) phần sản đỉnh hồi lưu trở lại tháp để tăng độ tinh khiết sản phẩm đỉnh Phần lại nồng độ đạt yêu cầu đưa qua thiết bị làm lạnh (8) để làm lạnh đến nhiệt độ thường trước vào thiết bị chứa sản phẩm đỉnh (10) Hỗn sản phẩm lỏng đáy tháp phần hồi lưu trở lại, đun bốc nhờ thiết bị (9) vào đáy thiết bị chưng luyện Phần lại đưa vào thiết bị chứa sản phẩm đáy (11) LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Phần III TÍNH TỐN KĨ THUẬT VÀ THIẾT BỊ CHÍNH I.Đổi nồng độ phần khối lượng sang nồng độ phần mol Ta có nồng độ mol cấu tử dễ bay hơi: x = aA MA aA a  B MA MB , phần mol [II – 126] Nồng đô mol CS2 hỗn hợp đầu xF = aF M CS aF aF  M CS M CCl4 0.22 76 = = 0.36 phần mol; 0.22  0.22  76 154 Nồng độ mol CS2 hỗn hợp sản phẩm đỉnh: xP = aP M CS aP  aP  M CS M CCl4 0.97 76 = = 0.98 phần mol; 0.97  0.97  76 154 Nồng độ mol CS2 hỗn hợp sản phẩm đáy: xW = aw M CS aw  aw  M CS M CCl4 0.005 76 = = 0.01 phần mol 0.005  0.005  76 154 II/ Biểu diễn đường cân pha Hình II.2.1 III Giải cân vật liệu III.1 Tính theo phần khối lượng (kg/s) - Phương trình cân vật liệu cho tồn tháp: F  P W -Đối với cấu tử dễ bay hơi: F x F  P.x p  W xW Do ta có: W = 5,2.(0,97  0,22) F (a F  a P ) = = 4,04 kg/s 0,97  0,005 aP  aw P  F  W = 5,02 – 4,04 = 1,16 kg/s III.2 Tính theo phần mol (mol/s) LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com G F x F  G P x P  GW xW ` [II-144] xP  x F x P  xW [II - 144] W = GF = 5,2 0,98  0,22 = 4,04 kg/s 0,98  0,005 F MF GF = M F : Khối lượng mol trung bình hỗn hợp đầu, kg/mol M F = xF M CS + (1 - xF) M CCl = 0,36.76 + (1 – 0,36a).154 = 125,92 kg/mol GF = F 5,2 = = 0,0413 kmol/s 125,92 MF GW = 0,0413 0,98  0,36 = 0,026 kmol/s 0,98  0,005 G P  G F  GW = 0,041 – 0,026 = 0,015 kmol/s IV.Tính số hồi lưu tối thiểu số hồi lưu thích hợp IV.1 Tính số hồi lưu tối thiểu Chỉ số hồi lưu tối thiểu xác định theo công thức: Rmin = x P  y *F y F*  x F [II-158] y F* : Phần mol cấu tử dễ bay trạng thái cân bằng, phần mol xF, xP: Phần mol cấu tử dễ bay hỗn hợp đầu sản phẩm đỉnh Từ số liệu thành phần cân lỏng-hơi bảng I.X.2a[2-145] ta vẽ đồ thị đường cân hình IV.1 từ đồ thị ta xác định y *F = 0,61 Rmin = 0,98  0,61 = 1,48 0,61  0,36 IV.2.Xác định số hồi lưu thích hợp Tính số hồi lưu thích hợp ( Rth` ) dựa vào hệ số hồi lưu ( hệ số hiệu chỉnh):  = Rth Rmin [II - 158] Thơng thường  có giá trị từ 1- 2,5 Chỉ số hồi lưu thích hợp ứng với giá trị cực tiểu đường cong biểu quan hệ N lt ( R  1) R Trong đó: N lt : Số đĩa lí thuyết, R : Chỉ số hồi lưu Bằng phương pháp đồ thị ta xác định số bậc thay đổi nồng độ (N) khác tương ứng với giá trị  khác theo đồ thị từ hình IV.2.1 – IV.2.6 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Kết tổng hợp bảng sau:  1,2 1,3 1,4 1,5 1,8 2,0 Rx 1,77 1,92 2,07 2,22 2,67 2,96 B N lt 35,5 21 33,7 19,5 32 18 30,6 17 26,6 15 24,8 14 N lt ( R  1) 58,17 56,94 55,26 54,74 55,00 56,44 Từ bảng số liệu ta xây dựng đồ thị quan hệ N lt ( R  1) R hình IV.2.7 Điểm cực tiểu đồ thị ứng với giá trị số hồi lưu Rth = 2,4 Đồ thị IV.2.8 biểu diễn quan hệ y – x, đường làm việc đoạn chưng, đoạn luyện số bậc thay đổi nồng độ ứng với Rth = 2,4 N lt = 16, N ltl = 9, N ltc = IV.3 Phương trình đường làm việc đọan chưng đoạn luyện * Phương trình đường làm việc đoạn luyện Y = Rth Rth  x + xP Rth  [II-158] => Y = 0,7 x + 0,29 x p * Phương trình làm việc đoạn chưng R f ' 1 f x + xW R 1 R 1 5,2 F = = 4,48 f = 1,16 P Y' = [II-158] => Y ' = 2,02 x – 1,02 xW V Tính đường kính thiết bị Đường kính thiết bị tính theo cơng thức sau: D = 4Vtb  3600. tb ,m [II-181] Hay là: D = 0,0188 g tb ,m (  y y ) Trong đó: D : Đường kính tháp Vtb : Lượng (khí) trung bình tháp, m /h  tb : Tốc độ (khí) trung bình tháp, m/s Gtb : Lượng ( khí) trung bình tháp, kg/h LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com ( g y y ) tb :Tốc độ (khí) trung bình tháp, kg/m s V.1.Tính lượng lỏng lượng trung bình đoạn luyện đoạn chưng tháp Công thức tính lượng dịng lỏng: G xl = P.R Ml , kg/s Mp [III - 117] G xc = P.R Mc , kg/s Mp [III - 118] Và cho dòng hơi: G yl = P(R +1) Ml , kg/s Mp [III - 118] G yc = P(R +1) Mc , kg/s Mp [III - 118] Trong đó: G xl , G ly : Lượng dòng lỏng dòng đoạn luyện, kg/s; G xc , G yc : Lượng dòng lỏng dòng đoạn chưng, kg/s; M P : Khối lượng mol sản phẩm đỉnh, kg/kmol; M l , M c : Khối lượng mol trung bình lỏng đoạn luyện đoạn chưng tháp, kg/mol Ta có: M l = M CS xtbl + M ccl4 (  xtbl ) [III – 118] M c = M CS xtbc + M CCl (1  xtbc ) [III – 118] xtbl , xtbc : Phần mol trung bình đoạn luyện đoạn chưng, phần mol xtbl = xtbc = x p  xF  0,98  0,36  0,67 phần mol x F  x w 0,36  0,01   0,185 phần mol 2 M l = 76.0,67 + 154.(1 – 0,67) = 101,74 kg/mol M c = 76.0,185 + 154.(1 – 0,185) = 139,57 kg/mol Thay giá trị vào phương trình tính lượng lượng lỏng ta được: G xl = P.R Ml 101,74 = 1,16.2,4  3,73 kg/s Mp 76 G xc = P.R Mc 139,57 = 1,16.2,4  5,11 kg/s Mp 76 G yl = P( R  1) Ml 101,74 = 1,16(2,4  1)  5,28 kg/s Mp 76 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com G yc = P( R  1) Mc 139,57 = 1,16(2,4  1)  7,24 kg/s Mp 76 V.2 Vận tốc tháp Vận tốc tháp tính theo cơng thức sau:   s2  d  y lg   g Vtd  x   x    n     0,16  G   0,125  1,75. x G   y     0, 25  y   x    0,125 [II-187] Trong đó:  s : Vận tốc sặc, m/s;  d : Bề mặt riêng đệm, m2/m 3; Vtd: Thể tích tự đệm, m 3/m3; g: Gia tốc trọng trường, m/s2;  x ,  y : Khối lượng riêng pha lỏng pha hơi, kg/m3;  x ,  n : Độ nhớt pha lỏng độ nhớt nước 200C, N.s/m 2; Gx, Gy: Lượng lỏng lượng trung bình, kg/s V.2.1 Nhiệt độ trung bình đoạn luyện đoạn chưng Từ số liệu bảng I.X.2a[2-145] ta xây dựng đồ thị quan hệ t-x,y hình V.21 Qua đồ thị ta xác định được: tw = 76,080C, tF = 60,29 0C, tP = 46,620C.Ta có: t tbl  t F  t P 60,29  46,62   53,45 C 2 t tbc  t F  t w 60,29  76,08   68,18 C 2 V.2.2 Khối lượng riêng pha pha lỏng tháp * Pha lỏng Dựa vào số liệu quan hệ  - t bảng I.2[I-9] phương pháp nội suy đồ thị V.2.2 ta xác định được: l  CS  1211 kg/m l  CCl  1530 kg/m c  CS  1186 kg/m c = 1498 kg/m3  CCl Trong đó: l  CS : Khối lượng riêng CS2 lở đoạn luyện; l  CCl : Khối lượng riêng CCl4 đoạn luyện; c  CS : Khối lượng riêng CC2 đoạn chưng; 10 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com PH  1498.9,81.0,7  10087,62 N/m Vây: P  24,27  62,66  222,05  10087,62  1,0396,60 N/m Chiều cao tương ứng cột chất lỏng để đưa chất lỏng từ thùng cao vị đến thiết bị gia nhiệt: H1  P 10396,60   0,71 m g 9,81.1498 Áp suất toàn phần để thăng trở lực thiết bị gia nhiệt hỗn hợp đầu P  Pd  Pm  PH  Pc , N/m2 a/ Áp suất động học 2 , N/m2  : Tốc độ trung bình chất lỏng thiết bị: V GF  s  f 0,785..d n ' Pd   Trong đó:  : Khối lượng riêng hỗn hợp chất lỏng thiết bị ống chùm nhiệt độ 44,060C:   1469 kg/m3; n ' : Số ống ngăn thiết bị, n ' = 30ống; d : Đường kính ống thiết bị ống chùm, d  0,027 m  5,2  2,06 m/s 0,785.1469.0,027 2.30 Pd  1469 0,206 2  31,17 N/m b/ Áp suất khắc phục trở lực ma sát Pm   l   , N/m2 d l : Chiều dài ống thiết bị ống chùm: l = 1,6m Ta có: Re  .d   : Độ nhớt hỗn hợp nhiệt độ trung bình thiết bị gia nhiệt   0,505.10 3 Ns/m2 0,206.0,027 1469 Re   16179 0,505.10 3 Re > 104 nên  tính:  6,81  0,9    2 lg     3,7    Re  51 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com   0,2.10 3   7,41.10 3 d 0,027  6,81  0,9 7,41.10 3   2 lg     3,7    16179    0,039 Thiết bị có ngăn nên ta có:   3.0,039 1,6 0,206 2 1469  215,59 N/m 0,027 c/ Áp suất khắc phục trở lực cục 2 , N/m2 Tiết diện ống 1ngăn thiết ống chùm: P     d 3,14.0,027 2   0,0172 m 4 Tiết diện ngăn khoảng trống đầu cuối thiết bị ống chùm: F0   d 3,14.0,608 2   0,0967 m n Đột thu đầu ngăn: F1  F0 0,0172   0,18 F1 0,867 Do thiết bị có ngăn nên ta có: 1  3.0,457  1,37 Đột mở cuối ngăn: F2  0,18 F1 Nên ta có:   3.0,67  2,01   1,37  2,01  3,38 P  3,28.1469 0206 2  105,35 N/m d/ Áp suất để nâng chất lỏng PH  gH Chiều dài đoạn ống thiết bị: H  1,6 m PH  1469.9,81.1,6  23057,42 N/m Vậy: P  Pd  Pm  Pc  PH = 31,17 + 215,59 + 105,35 + 23057,42 = 23403,53N/m2 Tương ứng với chiều cao đoạn chất lỏng để thắng trở lực là: 52 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com H2  P 23403,53   1,59 m g 1469.9,81 Áp suất toàn phần để thắng trở lực từ thiết bị gia nhiệt hỗn hợp đầu đến tháp chưng P  Pd  Pm  Pc  PH a/ Áp suất động lực học 2 , N/m2  : Khối lượng riêng hỗn hợp chất lỏng 60,290C:   1385 kg/m3;  : Tốc độ hỗn hợp lỏng ống dẫn hỗn hợp đầu: Pd    GF  0,192 m/s 0,785. F d F2 Pd  1385 0,192 2  25,53 N/m b/ Áp suất khắc phục trở lực ma sát l  Pm    , N/m2 d Chiều dài đoạn ống dẫn: l  m; Ta có: .d  Re    : Độ nhớt hỗn hợp nhiệt độ 60,290C; lg   xCS lg  CS2  (1  xCS2 ) lg  CCl Nội suy từ bảng I.101[I - 91] nhiệt độ 60,290C ta có:  CS2  0,249.10 3 Ns/m 2;  CCl4  0,588.10 3 Ns/m2 lg   0,36 lg 0,249.10 3  0,64 lg 0,588.10 3 = - 3,36   0,432.10 3 Ns/m2 Re  0,192.0,158.1385  97358,71 0,432.10 3 Re > 104 nên  xác định:  6,81  0,9    2 lg     3,7    Re    1,27.10 3  = 0,023 Pm  0,023 0,192 2 1385  11,15 N/m 0,158 b/ Áp suất khắc phục trở lực cục 53 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com 2 , N/m2 Đột thu cuối thiết bị: P    F0 d 0,158    0,26 F1 d1 0,608 Nội suy từ bảng II.16[I - 388] ta có:   0,41 Lắp trục khuỷu 90 0C: chọn a  ta có:   1,1 b Lắp van tiêu chuẩn:  = 4,4 Đột mở vào tháp: Ta có: F0 d o   nên ta có:  = F1 d   1       = 0,41 + 4,4 + 1,1 + = 6,91 P  6,91.1385 0,192 = 176,40Ns/m2 d/ Áp suất nâng chất lỏng P   g H , N/m2 Chọn H  0,7 m P  9,81.1385.0,7  9510,79 N/m Vậy: P = 25,53 + 11,15 + 176,40 + 9510,79 = 9723,87N/m Ta có: H3  9723,01  0,72 m 1385.9,81 Chiều cao cột chất lỏng để thắng toàn sức cản hệ thống từ thùng cao vị đến tháp chưng là: H  H  H  H = 0,71 + 1,59 + 0,72 = 3,02m Áp dụng phương trình Becnuli tính chiều cao Z: Chọn: – 0’: Mặt phẳng chuẩn_đi qua đĩa tiếp liệu tháp – ’: Mặt phẳng qua mặt thoáng chất lỏng thùng cao vị Theo định luật Becnuli ta có: Tại – ’:  02 P   Z  H m  C (const) g  g (1) Tại – ’: 54 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com 12 P   Z  C (const) g 1 g (2) Trong đó:  : Vận tốc hỗn hợp đầu vị trí đĩa tiếp liệu, m/s;  = 0,192 m/s 1 : Vận tốc hỗn hợp đầu mặt thoáng chất lỏng thùng cao vị, m/s; Chọn 1 = P0 : Áp suất mặt thoáng chất lỏng: P0 = 1,03.10 N/m ; P1 : Áp suất làm việc tháp vị trí đĩa tiếp liệu, N/m  : Khối luợng riêng hỗn hợp vào tháp đĩa tiếp liệu:  = 1385kg/m 1 : khối lương riêng hỗn hợp thùng cao vị:  = 1498kg/m3 Z : Thế riêng đĩa tiếp liệu hay chiều cao hình học đĩa tiếp liệu: Z0 = Z1 : Thế riêng chất lỏng hay khoảng cách từ đĩa tiếp liệu đến mặt thoáng chất lỏng thùng cao vị: Z1 = 15m H m : Thế riêng mát: H m  H  3,02 m Từ (1) (2) ta có:  02 P P1   Hm   Z1 g  g 1 g   02  P   Z1  H m   g  g  => P0   g   0,192 1,03.10    15  3,02 = 2,58.10 N/m  2.9,81 1498.9,81  = 1385.9,81 Áp suất làm việc thiết bị: P1  Pmt  Pl , N/m Pmt  1,03.10 N/m Pl   l g H l ` H l = 9,77 + 2.0,9 = 11,57m Pl = 1322.9,81.11,57 = 1,50.10 5N/m P  1,03.10  1,50.10  2,53.10 N/m 55 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Vậy áp suất tạo cuối đường ống lớn áp suất làm việc đĩa tiếp liệu nên giả thiết đặt hợp lí Do chiều cao từ đĩa tiếp liệu đến mặt thoáng chất lỏng là: 15m Chiều cao thùng cao vị so với đáy tháp là: H  Z  H c = 15 + (6,49 + + 0,9) = 23,39m II.2.Chọn bơm Hỗn hợp CS2 – CCl4 không gây cháy nổ điều kiện áp suất cao nên trường hợp dùng bơm li tâm làm việc áp suất thường, đặt theo kiểu trục nằm ngang Chiều cao hút bơm Yêu cầu: - Làm việc bảo đảm không xảy tượng xâm thực - Giảm thiểu khả dao động bơm Theo bảng II.34[II - 44] nhiệt độ 250C ta chọn chiều cao hút bơm là: H h = 3,5m Chiều cao đẩy bơm Giả thiết thùng chứa hỗn hợp đầu đặt nằm ngang với đáy thiết bị Chiều cao đẩy bơm xác định: H d = H  H h  23,39 – 3,5 = 19,89 m Tổn thất áp suất từ thùng cao vị đến hỗn hợp đầu Chọn đường ống dẫn chất lỏng từ thùng chứa ban đầu đến thùng cao vị là: d t = 100mm = 0,1m d n = 108mm = 0,108m S = 4mm = 0,04m Để đảm bảo lưu lượng khối 5,2kg/s tốc độ hỗn hợp ống là:  Vs GF 5,2    0,44 m/s F 0,785. d 0,785.1498.0,12 Tổn thất áp suất động học: P   2  1498 0,44 = 145,01N/m2 Tổn thất áp suất khắc phục trở lực ma sát: Ta có:  d  1498.0,1.0,44 Re    103497  0,636.10 3 Re > 104 nên chế độ chảy ống chảy xoáy:  6,810,9    2 lg    3,7    Re 56 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com  ; Sử dụng ống nguyên ống hàn điều kiện ăn mòn nên d td chọn  = 0,2.10-3m   0,2.10 3  2.10 3 0,1  6,810,9 2.10 3   2 lg    3,7    103497   0,025 Pm  0,025 23,39 0,44 1498 = 851,55N/m 0,1 Tổn thất áp suất để khắc phục trở cục bộ: 2 , N/m2 Trên đường ống có trục khuỷu khuỷu 30 tạo thành: a Theo bảng II.[I - 394] chọn  ta có: 1 = 2.03 =0,6 b Trên đường ống đặt van chiều có mặt phẳng tựa kiểu đĩa hình cầu: h Chọn  1,2 nên ta có:   2,7  = 5,7 d   1   = 0,6 + 5,7 = 6,3 Pc    P  6,3.1498 0,44 = 913,54N/m 2 Tổng tổn thất áp suất đường ống: P  Pd  Pm  Pc = 145,01 + 851,55 + 913,54 = 1910,10N/m2 Áp suất mà bơm tạo để thắng tất trở lực là: h P 1910,10   0,13 m .g 1498.9,81 Áp suất toàn phần bơm tạo xác định theo công thức: H p2  p1  H  hm  g [II -438] Trong đó: H : Áp suất toàn phần bơm tạo ra, m; p1 : Áp suất bề mặt chất lỏng không gian hút: p1 = 1,03.10 N/m p : Áp suất bề mặt chất lỏng không gian đẩy: p = 1,03.105N/m2 H : Chiều cao nâng chất lỏng: H  H d  H h  23,39 hm : Áp suất tiêu tốn để thắng toàn trở lực đường ống kể hút đẩy: hm = 0,13m 57 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Nên ta có: H  23,39  0.13  23,52 m Công suất yêu cầu trục động bơm: Q. g H N , KW 1000. [I - 439] Trong đó: Q : Năng suất bơm, m3/s -3 Q = Vs = 3,47.10 m/s H : Áp suất toàn phần bơm,m H  23,52m  : Hiệu suất chung bơm:      tl   ck  : Hiệu suất thể tích tính đến hao hụt chất lỏng chảy từ vùng áp suất cao đến vùng áp suất tháp thấp chất lỏng rò qua chỗ hở bơm; Theo bảng II.32[I - 439] chọn  = 0,94  tl : Hiệu suất thủy lực, tính đến ma sát tạo vịng xốy bơm Theo bảng II.32[I -439] chọn  tl = 0,85  ck : Hiệu suất khí tính đến ma sát khí ổ bi, ổ lót trục Theo bảng II.32[I - 439] chọn  ck = 0,95   0,94.0,85.0,95 = 0,759 Vậy ta có: N 3,47.10 3.1498.9,81.23,52 = 1,58KW 1000.0,759 Cơng suất động điện N dc  N , KW  tr  dc  tr : Hiệu suất truyền động cơ, chọn  tr   dc : Hiệu suất động điện, chọn  dc  0,85 N dc  1,58  1,86 KW 1.0,85 Thông thường người ta chọn động điện lớn so với cơng suất tính tốn(lượng dự dựa vào khả q tải) N dcc   N dc , KW [I - 439]  : Hệ số dự trữ công suất Theo bảng II.33[I - 439] chọn  = 1,3 N dcc  1,3.1,58  2,054 KW Vậy ta chọn bơm với thông số sau: 58 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Phần VI TÍNH CÂN BẰNG NHIỆT LƯỢNG VÀ XÁC ĐỊNH LƯỢNG HƠI NƯỚC CẦN THIẾT CHO CÁC THIẾT BỊ Trong trường hợp ta tính cân nhiệt lượng cho: thiết bị gia nhiệt hỗn hợp đầu, thiết bị ngưng tụ, thiết bị làm lạnh cân nhiệt lượng cho tháp chưng luyện I Cân nhiệt lượng lượng đốt cần thiết cho thiết bị đun nóng hỗn hợp đầu Phương trình cân nhiệt lượng: [II - 196] QD  Q f  QF  Qng  Q xq1 , J/h Trong đó: QD : Nhiệt lượng đốt mang vào, J/h; Q f : Nhiệt lượng hỗn hợp đầu mang vào, J/h; QF : Nhiệt lượng hỗn hợp đầu mang khỏi tháp, J/h; Qng : Nhiệt lượng nước ngưng sau khỏi thiết bị gia nhiệt, J/h; Qxq : Nhiệt lượng môi trường xung quanh, J/h I.1.Nhiệt lượng nước ngưng mang vào Q D1  D1 1  D1 ( r1   C1 ) [II - 196] D1 : Lượng đốt cần thiêt, J/kg; 1 : Hàm nhiệt(nhiệt lượng riêng đốt), J/kg; r1 : Ẩn nhiệt hóa hơi, J/kg r1 = 2208J/kg 1 : Nhiệt độ nước ngưng,0C 1 = 119,60C C1 : Nhiệt dung riêng nước ngưng, J/kgđộ; Ở nhiệt độ 119,60C, áp suất 2at theo bảng I.148[I - 166] ta có: C1 = 1,04KCal/kgđộ = 4,24.103 J/kgđộ   QD1  D1 2208.10  119,6.4,24.10 = 2715,75.10 D1 J/h I.2 Nhiệt lượng hỗn hợp đầu Q f  F C f t f , J/h [II - 196] t f : Nhiệt độ hỗn hợp đầu trước vào thiết bị,0C t f = 25 C C f : Nhiệt dung riêng hỗn hợp đầu, J/kgđộ C f  a CS C CS  aCCl C CCl [II - 152] 59 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Nội suy từ bảng I.153[I - 153] ta có: C CS  1000,50 J/kgđộ; C CCl = 867,70J/kgđộ C f  0,22.1000,50  0,78.869,70  898,48 J/kgđộ F = 5,2kg/s = 18720Kg/h Q f  18720.898,48.25 = 420488640J/h Q f  420,49.106 J/h I.3 Nhiệt lượng hỗn hợp đầu mang khỏi thiết bị gia nhiệt [II - 196] Q F  F C F t F , J/h t F : Nhiệt độ hỗn hợp sau khỏi thiết bị gia nhiệt, C t F = 60,29 C Nội suy từ bảngI.153[I - 171] ta có: C CS  922,40 J/kgđộ; C CCl  102,52 J/kgđộ C F  0,22.922,40  0,78.102,52  100,26 J/kgđộ QF  18720.100,26.60,29 = 113154177J/kg QF  1131,54.10 J/kg I.4 Nhiệt lượng nước ngưng mang Qng1  G ng1 C1 1 , J/h [II - 196] Gng1 : Lượng nước ngưng, lượng đốt: Gng1 = D1 , kg/h; 1 = 119,60C; C1 = 4,24.10 J/kgđộ Qng1  D1 4,24.10 3.119,6 = 507,10.10 D1 , J/h I.5 Nhiệt lượng môi trường xung quanh Lượng nhiệt môi trung xung quanh lấy 0,05lượng nhiệt tiêu tốn: [II - 197] Qxq1  0,05 D1 r1 , J/h Vậy lượng nhiệt cần thiết để đun nóng hỗn hợp đầu là: D1  D1  QF  Qng1  Q xq1  Q f 1  QF  Q f 0,95r1 , kg/h [II - 197] 1131,54.10  420,49.106  338,98kg/h 0,95.2208.10 QD1  338,98.2715,75.10  920,58.10 ` J/h Qng  338,98.507,10.10 = 171,89.10 J/h Qxq1 = 0,05.338,98.2208.10 = 37,42.10 J/kg II Cân nhiệt lượng tháp chưng luyện Tổng lượng nhiệt mang vào tháp tổng nhiệt lượng mang khỏi tháp: 60 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com QF  QD  Q R  Q y  QW  Q xq  Qng , J/h [II - 197] Trong đó: Q F : Nhiệt lượng hỗn hợp đầu mang vào tháp, J/h; QD :Nhiệt lượng đốt mang vào tháp, J/h; QR : Nhiệt lượng lượng lỏng hồi lưu mang vào tháp, J/h; Q y : Nhiệt lượng đốt mang đỉnh tháp, J/h; Qw : Nhiệt lượng sản phẩm mang đáy tháp, J/h; Qxq : Nhiệt lượng môi trường xung quanh, J/h; Qng :Nhiệt lượng nước ngưng mang ra, J/h II.1 Lượng nhiệt hỗn hợp đầu mang vào tháp QF =1131,54.10 J/h II.2 Lượng nhiệt đốt mang vào tháp QD  D2 2  D2 (r2  C  ) [II - 197] D2 : Lượng đốt cần thiết để đun sôi dung dịch đáy tháp, kg/h; r2 : Ẩ nhiệt hóa hơi: r2 = 2208.10 J/kgđộ;  : nhiệt dung riêng nước ngưng:  = 119,60C; C : Nhiệt dung riêng nước ngưng, J/kgđộ;  : Hàm nhiệt đốt,  = 2715,75.103J/kg QD = 2715,75.103 D2 J/h II.3 Lượng nhiệt hồi lưu lỏng mang vào tháp QR = G R C R t R , J/h [II - 197] t R = t p = 46,62 C G R  P.R  2,78kg/s = 10022,40kg/h C R : Nhiệt dung riêng hỗn hợp lỏng hồi lưu Nội suy từ bảng I.153[I - 171] ta có: CCS  1019 J/kgđộ;  902,40 J/kgđộ CCCl C R  0,97.1019  0,03.902,40 = 1015,50J/kgđộ QR = 10022,40.1015,50.46,62 = 474,47.10 J/h II.4 Lượng nhiệt mang đỉnh tháp Q y  P (1  R x ).d , J/ [II - 197]  d : Nhiệt lượng riêng đỉnh tháp, J/kg  d  a CS2 CS  a CCl4 CCl4 [II - 197] CS2 : Nhiệt lượng riêng CS2 đỉnh tháp, J/kg 61 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com CCl4 : Nhiệt lượng riêng CCl4 đỉnh tháp, J/kg Nội suy bảng I.153[I - 171] ta có: rCS  84,21 kcal/kmol rCCl = 352,57.103 J/kg = 50kcal/kmol = 209,34.103 J/kg CS = rCS  C CS t p = 352,57.103 + 1019.46,63 = 400,08.103J/kg 2 CCl4 = rCCl4  C CCl4 t p =209,34 + 902,40.46,62 = 251,41.103J/kg  d  0,97.400,08.10  0,03.251,41.10 = 395,62.103J/kg Q y = 4176.(1+2,4).395,62.10 = 5617,17.10 J/h II.5.Lượng nhiệt mang đáy tháp Qw  W C w t w , J/h [II - 197] W : : Lượng sản phẩm đáy: W = 4,04.3600 = 14544kg/h; t w : Nhiệt độ sản phẩm đáy: t w = 76,08 0C; C w : Nhiệt dung riêng hỗn hợp sản phẩm đáy, J/kgđộ Nội suy từ bảng I.153[I - 171] nhiệt độ 76,080C ta có: C CS = 1036,08J/kgđộ; C CCl = 941,20J/kgđộ C w = 0,03.1036 + 0,97.941,20 = 944,04J/kgđộ Qw = 14544.944,04.76,08 = 1044,59.10 J/h II 6.Nhiệt nước ngưng mang khỏi tháp Qng = Gng C  , J/h [II - 198] Qng = D2 C  = D2 C1 1 = D2 4,24.103.119,6 = 507,10.103 D2 J/h II.7.Nhiệt lượng mát mội trường xung quanh Lấy 5% lượng nhiệt tiêu tốn đáy tháp: Qxq  0,05.D2 r2 = 101,25.10 D2 , J/kg Lượng đốt cần thiết để đun sôi đáy tháp: D2  Q y  Q w  Q xq  Q ng  Q F  Q R 2  5617,17.10  1044,59.10  507,10.10 3.D2  101,25.10 3.D2  1131,54.10  474,47.10 2715,75.10  5055,75.10  608,36.10 D2 2715,75.10 62 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com  0,776 D2 = 1861,64  D2 = 2399,02kg/h Vậy: QD = 2715,75.10 2399,02 = 6515,14,10 J/h Qng = 507,10.2399,02 = 1216,54.10 J/h Qxq = 101,25.2399,02 = 242,90.10 J/h III.Cân nhiệt lượng thiết bị ngưng tụ Thiết bị ngưng tụ thiết bị ống chùm Ta có cân nhiệt lượng thiết bị ngưng tụ sau: [II -198] P.R x r  Gnl C n (t  t1 ) Do lượng nước lạnh tiêu tốn là: Gnl  P.Rx r C n (t  t1 ) Trong đó: P : Lượng sản phẩm đỉnh: P = 1,16.3600 = 4176kg/s R x : Chỉ số hồi lưu thích hợp: Rx = 2,4 t1 ,t : Nhiệt độ vào nước lạnh: Chọn t1 = 250C, t = 350C C n : Nhiệt dung riêng nước làm lạnh, J/kgđộ Nhiệt độ trung bình nước làm lạnh: t tb  t  t 25  35   30 C 2 Nội suy từ bảng I.14[I - 168] ta có: C n = 0,9985kcal/kgđộ = 8,18.103J/kgđộ r : Ẩn nhiệt ngưng tụ, J/kg Ở nhiệt độ 46,620C nội suy bảng I.212[I - 254] ta có: 3 rCS = 352,57.10 J/kg; rCCl = 209,34.10 J/kg r = 0.98.352,57.103 + 0,02.209,34.103 = 349,71.103J/kg Vậy lượng nước lạnh cần tiêu tốn là: Gnl  4176.2,4.349,71.10  83845,66 Kg/h 8,18.10 (35  25) IV Cân nhiệt lượng thiết bị làm lạnh 63 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Trong thiết bị ngưng tụ ta chọn ngưng tụ lượng hồi lưu cân nhiệt lượng thiết bị làm lạnh sau:   P r  C p (t '  t ' )  Gn3 C n (t  t1 ) [II - 198] C p : Nhiệt dung riêng sản phẩm đỉnh ngưng tụ, J/kg; C p = C R = 928,25J/kgđộ t1' ,t 2' : Nhiệt độ đầu nhiệt độ cuối sản phẩm đỉnh ngưng tụ, C; 0 t1' = 46,62 C; t 2' = 25 C t1 ,t : Nhiệt độ vào nước lạnh: Chọn t1 = 250C, t = 350C r = 0.98.352,57.103 + 0,02.209,34.103 = 349,71.103J/kg C n = 8,18.10 J/kgđộ P = 4176kg/s Gn : Lượng nước lạnh tiêu tốn, kg/h; Gn3   P r  C p (t1'  t 2' ) C n (t  t1 )   4176249,71.10   928,25.(46,62  25)  188777 kg/h 8,18.10 3.35  25 64 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Kết luận Sau thời gian làm việc nghiêm túc em hoàn thành đồ án 65 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com ... tách hỗn hợp hai cấu tử CS2 – CCl4 Hỗn hợp đầu vào tháp nhiệt độ sôi Lọai tháp: II Các số liệu ban đầu - Năng suất thiết bị tính theo hỗn hợp đầu: - Nồng độ tính theo cấu tử dễ bay hơi: + Hỗn hợp. .. chưng luyện liên tục áp suất khí hỗn hợp hợp gồm hai cấu tử CS2 – CCl4 Thông thường người ta điều chế CCl4 cách clo hóa CS2 nên việc chưng tách hỗn hợp quan trọng có ý nghĩa lớn thực tế Đây hỗn hợp. .. KHOA CƠNG NGHỆ HĨA HỌC BỘ MƠN QT – TB CƠNG NGHỆ HĨA THỰC PHẨM NHIỆM VỤ THIẾT KẾ MƠN HỌC Họ tên: Đậu Văn Viên Lớp: Hóa dầu – K48 QN Nhóm I Đầu đề thiết kế Thiết kế tính tốn hệ thống chưng luyện liên