(TIỂU LUẬN) báo cáo đồ án QUÁ TRÌNH và THIẾT bị THIẾT kế THÁP CHƯNG cất mâm XUYÊN lỗ hệ ACETONE – nước NĂNG SUẤT NHẬP LIỆU 2000 lh

TỔNG QUAN

Lý thuyết về chưng cất

Chưng cất là quá trình tách các cấu tử trong hỗn hợp lỏng hoặc khí - lỏng thành các thành phần riêng biệt, dựa vào sự khác biệt về độ bay hơi của chúng trong cùng một điều kiện xác định.

Trong quá trình chưng cất, pha mới được hình thành thông qua các quá trình bốc hơi hoặc ngưng tụ, thay vì thêm một pha mới vào hỗn hợp như trong quá trình hấp thu hoặc nhả khí.

Chưng cất và cô đặc là hai quá trình có sự khác biệt cơ bản; trong chưng cất, cả dung môi và chất tan đều bay hơi, dẫn đến sự hiện diện của cả hai trong các pha khác nhau, trong khi trong cô đặc, chỉ dung môi bay hơi và chất tan không bay hơi.

Khi thực hiện quá trình chưng cất, chúng ta thu được nhiều cấu tử và số sản phẩm thu được tương ứng với số cấu tử có trong hệ Đối với hệ đơn giản chỉ có 2 cấu tử, chúng ta sẽ thu được 2 sản phẩm.

Sản phẩm đỉnh chủ yếu bao gồm các cấu tử có độ bay hơi lớn, trong khi chỉ có một phần rất nhỏ là các cấu tử có độ bay hơi thấp với nhiệt độ sôi nhỏ.

 Sản phẩm đáy chủ yếu gồm cấu tử có độ bay hơi bé và một phần rất ít cấu tử có độ bay hơi lớn (nhiệt độ sôi lớn).

Như vậy, khi chưng cất hỗn hợp acetone và nước thì ta sẽ thu được sản phẩm đỉnh là acetone và sản phẩm đáy là nước.

1.1.1 Các phương pháp chưng cất

Phân loại theo áp suất làm việc

Phân loại theo thành phần chưng cất

 Chưng cất hai cấu tử

 Chưng cất đa cấu tử

Phân loại theo phương pháp cấp nhiệt ở đáy tháp

GVHD: TS Trần Lưu Dũng 1

Trường ĐH Công Nghiệp Thực Phẩm TP.HCM Khoa Công nghệ Hóa học

Phân loại theo nguyên lý làm việc

 Chưng cất lôi cuốn hơi nước

Phương pháp chưng cất lôi cuốn hơi nước, hay còn gọi là chưng cất bằng hơi nước trực tiếp, là kỹ thuật hiệu quả để tách các hỗn hợp chứa chất khó bay hơi và tạp chất không bay hơi Phương pháp này thường được áp dụng để chiết xuất các chất không tan trong nước, đặc biệt là tinh dầu có nhiệt độ sôi cao hơn nước và ít hòa tan trong nước.

Phương pháp này được áp dụng khi cần giảm nhiệt độ sôi của các cấu tử Nó đặc biệt hữu ích cho những cấu tử có nhiệt độ sôi cao hoặc khi các cấu tử trong hỗn hợp dễ bị phân hủy ở nhiệt độ cao.

 Chưng cất theo chu kỳ (chưng cất gián đoạn)

Phương pháp chưng cất gián đoạn được s dụng trong các điều kiện sau:

 Khi nhiệt độ của các cấu t khác xa nhau

 Không đòi hỏi độ tinh khiết cao

 Tách hỗn hợp lỏng ra khỏi tạp chất không bay hơi

 Tách sơ bộ hỗn hợp nhiều cấu tử

Chưng cất liên tục là quá trình sử dụng thiết bị hoạt động liên tục và nghịch dòng, bao gồm nhiều đoạn khác nhau Bên cạnh đó, còn có thiết bị hoạt động theo phương pháp bán liên tục.

Dựa trên yêu cầu về acetone có độ tinh khiết cao (90%) và sự không tồn tại điểm đẳng phí trong hỗn hợp acetone – nước, phương pháp chưng cất liên tục được xác định là phương pháp hiệu quả nhất.

Trong sản xuất, việc chưng cất thường sử dụng nhiều loại thiết bị khác nhau, nhưng yêu cầu chung là diện tích bề mặt tiếp xúc giữa các pha phải lớn Điều này phụ thuộc vào mức độ phân tán giữa các lưu chất Khi pha khí phân tán vào pha lỏng, các thiết bị như tháp mâm được sử dụng; ngược lại, khi pha lỏng phân tán vào pha khí, tháp chêm và tháp phun là lựa chọn phổ biến Hai loại tháp thường gặp trong quy trình chưng cất là tháp mâm và tháp chêm.

Tháp mâm là một thiết bị công nghiệp với thân tháp hình trụ thẳng đứng, bên trong được trang bị các mâm có cấu tạo đa dạng Các mâm này cho phép pha lỏng và pha hơi tiếp xúc với nhau, từ đó tối ưu hóa quá trình trao đổi chất Tùy thuộc vào thiết kế của từng loại đĩa, hiệu quả và ứng dụng của tháp mâm có thể khác nhau.

 Tháp mâm chóp: trên mâm bố trí có chóp dạng tròn, xupap, chữ S….

 Tháp mâm xuyên lỗ: trên mâm có nhiều lỗ hay rãnh

Tháp chêm, hay còn gọi là tháp đệm, là một cấu trúc hình trụ được thiết kế với nhiều bậc liên tiếp, được kết nối bằng mặt bích hoặc hàn Vật chêm được đưa vào tháp thông qua hai phương pháp chính: xếp ngẫu nhiên hoặc xếp theo thứ tự.

Bảng 1 1 Bảng so sánh ưu và nhược điểm của tháp chêm, tháp mâm xuyên lỗ và tháp mâm chóp

Tháp chêm Tháp mâm xuyên Tháp mâm chóp lỗ

Cấu tạo của thiết bị này khá đơn giản, mang lại sự ổn định và hiệu suất cao Nó có trở lực thấp, cho phép làm việc hiệu quả với các chất lỏng, mặc dù hiệu suất có thể bị ảnh hưởng bởi độ bẩn.

– Do có hiệu ứng thành nên

– Không làm việc – Có trở lực lớn hiệu suất truyền khối thấp – Tiêu tốn nhiều được với chất lỏng

Nhược – Độ ổn định thấp, khó vận vật tư, kết cấu điểm hành bẩn phức tạp

– Kết cấu khá phức – Khó tăng năng suất

– Thiết bị khá nặng nề tạp

Giới thiệu về nguyên liệu chưng cất

Nguyên liệu chưng cất gồm hỗn hợp Acetone và nước, trong đó tính chất hóa lý và đặc điểm của nguyên liệu đóng vai trò quan trọng trong việc lựa chọn thiết bị và ảnh hưởng đến hiệu suất của quá trình chưng cất.

1.2.1.1 Tính chất vật lý và nhiệt động của acetone

Acetone là một chất lỏng dễ bay hơi, dễ cháy, không màu, với mùi thơm nhẹ Đây là dạng keton đơn giản nhất, có khả năng hòa tan vô hạn trong nước và nhiều hợp chất hữu cơ như eter, methanol, ethanol và diacetone alcohol.

Acetone có một số đặc điểm sau:

 Công thức phân tử : (CH 3 ) 2 CO

 Khối lượng phân tử : M A = 58,08 đvC

Acetone, còn được gọi là Dimethylketal, 2-Propanone hay Dimethyl ketone, là một dung môi quan trọng trong ngành công nghiệp, được sử dụng rộng rãi trong các sản phẩm như vecni, sơn, sơn mài, cellulose acetate, nhựa và cao su Với khả năng hòa tan tốt các chất như acetate, nitrocellulose, nhựa foocmandehyde và chất béo, acetone đóng vai trò chủ chốt trong việc sản xuất sơn và mực in ống đồng.

GVHD: TS Trần Lưu Dũng đã đề xuất 3 nguyên liệu quan trọng để tổng hợp thủy tinh hữu cơ Một số hợp chất có thể được tổng hợp từ acetone bao gồm ceten, sulfonate (thuốc ngủ) và các holoform.

Bảng 1 2 Một số tính chất của acetone

3 Nhiệt độ tự bốc cháy 465 o C

1.2.1.2 Tính chất hóa học của acetone

 Phản ứng cộng của nhóm C=O

Trong liên kết C=O, carbon mang điện tích dương do tính phân cực của liên kết này về phía oxy Điều này cho phép acetone phản ứng với nhiều tác nhân nucleophin khác nhau như H–OH, RO–H, H–CN, và R–MgBr.

 Phản ứng cộng nước tạo thành rượu bậc 2

 Phản ứng cộng natrihydrosulfide tạo hợp chất bisulfide

 Phản ứng cộng hợp với hợp chất cơ Magie

 Phản ứng thế tạo liên kết C=C (phản ứng andol hóa)

Khi có mặt chất xúc tác là bazo, phân tử acetone có khả năng phản ứng với các phân tử khác có nhóm –CH2 linh động, chẳng hạn như –CH2 bên cạnh các nhóm hút electron như C=O và NO2.

Acetone lần đầu tiên được phát hiện bởi Labavius vào năm 1595 thông qua quá trình chưng cất khan đường Đến năm 1805, Trommdorff đã sản xuất acetone bằng cách chưng cất acetate của bồ đạt và soda, tạo ra một phân đoạn lỏng nằm giữa rượu và eter.

Ca(CH 3 COO) 2 → CaO + CO 2 ↑ + (CH 3 ) 2 CO

Hiện nay, khoảng 83% aceton được sản xuất qua phương pháp oxi hóa Cumen (phương pháp Hock), chủ yếu tại Mỹ và các nước Tây Âu Phương pháp này không chỉ sản xuất aceton mà còn tạo ra phenol Quy trình Cumen bao gồm các bước: alkyl hóa benzen với propen để tạo ra cumen, sau đó cumen được oxi hóa để sản xuất axeton và phenol.

Công nghệ sản xuất acetone hiện nay đã chuyển từ phương pháp oxi hóa cumen sang phương pháp tách nước từ isopropyl alcol, mang lại hiệu quả cao hơn Phương pháp này sử dụng xúc tác là đồng, hợp kim của đồng, oxit kim loại và muối của nó Ở nhiệt độ 327 o C, hiệu suất tổng hợp của phản ứng đạt khoảng 97%.

Ngoài ra còn một số quá trình sản xuất acetone khác như:

 Oxi hóa cumen hydro peroxide thành phenol và acetone

 Oxi hóa trực tiếp butane và propane

 Lên men carbonhydrate bởi vi khuẩn đặc biệt

1.2.2.1 Tính chất vật lý của nước

Trong điều kiện bình thường: nước là chất lỏng không màu, không mùi, không vị nhưng khối nước dày sẽ có màu xanh nhạt.

Khi hóa rắn nó có thể tồn tại ở dạng 5 dạng tinh thể khác nhau:

Nước là một dung môi phân cực mạnh, có khả năng hòa tan nhiều loại chất như rắn, lỏng và khí Điều này làm cho nước trở thành một dung môi cực kỳ quan trọng trong các lĩnh vực hóa học.

1.2.2.2 Tính chất hóa học của nước

 Tác dụng với kim loại

H 2 O + Na → NaOH + H 2 2H 2 O + Ca → Ca(OH) 2 + H 2

Nước tác dụng được với một số kim loại ở nhiệt độ thường như: Li, Na, K, Ca tạo thành bazo và khí H2.

 Tác dụng với oxit bazơ

Na 2 O + H 2 O → 2NaOH CaO + H 2 O → Ca(OH) 2

Nước tác dụng với oxit bazo tạo thành bazo tương ứng Dung dịc bazo làm quỳ tím hóa xanh.

 Tác dụng với oxit acid

Nước tác dụng với oxit axit tạo thành axit tương ứng Dung dịch axit làm qu tím hóa đỏ.

1.2.3 Hỗn hợp acetone và nước

Sự phân bố của cấu tử dễ bay hơi (acetone) trong pha lỏng và pha hơi thay đổi theo nhiệt độ sôi của hỗn hợp chưng cất.

Bảng 1.3 Thành phần lỏng (x) – hơi (y) tính bằng phần trăm phần mol

(% mol) và nhiệt độ sôi ( o C) của hỗn hợp acetone – nước ở 76 mmHg x 0 5 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 y 0 60,3 72,0 80,3 82,3 84,2 85,5 86,9 88,2 90,4 94,3 100 t 100 77,9 69,6 64,5 62,6 61,6 60,7 59,8 59,0 58,2 57,5 61,6

Hình 1 1 Đồ thị cân bằng lỏng – hơi của hệ acetone – nước

QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ

Thuyết minh sơ đồ quy trình công nghệ

Phần 3: Tính toán cân bằng vật chất và cân bằng năng lượng

3.1 Tính toán cân bằng vật chất

3.2 Tính toán cân bằng năng lượng

Phần 4: Tính toán thiết bị chính

4.2 Thiết kế kết cấu (cơ khí) thiết bị chính

Phần 5: Tính toán và lựa chọn thiết bị phụ

Tính toán lựa chọn các thiết bị phụ như là: bơm, thiết bị trao đổi nhiệt, thiết bị ngưng tụ, thiết bị làm nguội, ….

IV.Các bản vẽ và đồ thị (loại và kích thước bản vẽ ):

TRƯỞNG BỘ MÔN CÁN BỘ HƯỚNG DẪN

ThS HUỲNH BẢO LONG TS TRẦN LƯU DŨNG

NHẬN XÉT ĐỒ ÁN Cán Bộ hướng dẫn Nhận xét (CBHD ghi rõ đồ án được bảo vệ hay không)

Cán Bộ chấm hay Hội Đồng bảo vệ Nhận xét:

……… Điểm:……… Chữ ký: ……… Điểm tổng kết:………

TP HỒ CHÍ MINH ĐƠN VỊ : KHOA CÔNG NGHỆ HÓA HỌC

BỘ MÔN: QT&TB TRONG CNHH – SH - TP

PHIẾU THEO DÕI TIẾN ĐỘ THỰC HIỆN ĐỒ ÁN

MÔN HỌC: QUÁ TRÌNH VÀ THIẾT BỊ CNHH Sinh viên thực hiện đồ án: Nguyễn Thị Thảo

Cán Bộ hướng dẫn: TS Trần Lưu Dũng

Tên đồ án: Thiết kế tháp chưng cất mâm xuyên lỗ hệ Acetone – Nước năng suất nhập liệu 2000 L/h

STT Ngày Nội dung hướng dẫn CBHD ký tên

(Giấy giao đồ án và phiếu theo dõi tiến độ được đóng vào trang 1,2,3 quyển )

Trong quá trình thực hiện đồ án, sự ủng hộ và giúp đỡ tận tình từ quý thầy cô và bạn bè đã trở thành động lực lớn nhất giúp em hoàn thành công việc này.

Em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến Ban Giám hiệu trường Đại học Công Nghiệp Thực Phẩm TP Hồ Chí Minh và quý thầy cô giảng viên khoa Công Nghệ Hóa Học đã tạo điều kiện, cung cấp tài liệu và truyền đạt kiến thức cho em Đặc biệt, em xin cảm ơn thầy giáo TS Trần Lưu Dũng – người đã tận tình hướng dẫn và đồng hành cùng em trong suốt quá trình thực hiện đồ án.

Dù hết sức nỗ lực song không tránh khỏi những thiếu sót, em rất mong được sự góp ý để đồ án hoàn thiện hơn.

Kính chúc các thầy cô giáo sức khỏe dồi dào, nhiệt huyết trong giảng dạy và gặt hái nhiều thành công hơn nữa trong sự nghiệp trồng người.

Em xin chân thành cảm ơn!

TP Hồ Chí Minh, ngày 17 tháng 11 năm

Sinh viên: Nguyễn Thị Thảo MSSV: 2004170162

TP.HCM, ngày …….tháng…….năm 2019

( ký tên, ghi rõ họ và tên) ii

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN ii

DANH SÁCH BẢNG BIỂU vi

DANH SÁCH HÌNH ẢNH vi

1.1 Lý thuyết về chưng cất 1

1.1.1 Các phương pháp chưng cất 1

1.2 Giới thiệu về nguyên liệu chưng cất 3

1.2.3 Hỗn hợp acetone và nước 6

CHƯƠNG 2 QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ 7

2.1 Thiết lập sơ đồ quy trình công nghệ 7

2.2 Thuyết minh sơ đồ quy trình công nghệ 8

CHƯƠNG 3 TÍNH TOÁN TOÁN CÂN BẰNG VẬT CHẤT VÀ NĂNG LƯỢNG 9

3.1 Các thông số ban đầu 9

4.2 Chiều cao tháp chưng cất 24 iii

4.3 Mâm lỗ - trở lực của mâm 25

4.3.2 Trở lực của đĩa khô 25

4.3.3 Trở lực do sức căng bề mặt 26

4.3.4 Trở lực thuỷ tỉnh do chất lỏng trên đĩa tạo ra 26

4.3.5 Tổng trở thuỷ lực của tháp 31

4.3.6 Kiểm tra hoạt động của mâm 31

5.3 Bích ghép thân đáy và nắp 36

5.4.1 Tính trọng lượng toàn tháp 37

5.6.Cửa nối ống dẫn với thiết bị - bích nối các bộ phận của thiết bị với ống dẫn 39

5.6.5 Ống dẫn lỏng ra khỏi đáy tháp 42

CHƯƠNG 6 TÍNH TOÁN VÀ LỰA CHỌN THIẾT BỊ PHỤ 44

6.1 Các thiết bị truyền nhiệt: 44

6.1.1 Thiết bị ngưng tụ sản phẩm đỉnh: 44 iv

6.1.2 Thiết bị làm nguội sản phẩm đỉnh 48

6.1.3 Nồi đun gia nhiệt sản phẩm đáy: 53

6.1.4 Thiết bị trao đổi nhiệt giữa nhập liệu và sản phẩm đáy: 57

6.1.5 Thiết gia nhiệt nhập liệu 62

6.2.1 Tổn thất đường ống dẫn 66

6.2.2 Tổn thất đường ống dẫn trong thiết bị đun sôi dòng nhập liệu 68

6.2.3 Chiều cao bồn cao vị: 70

6.4 Tính bảo ôn thiết bị: 74

Bảng 1 1 Bảng so sánh ưu và nhược điểm của tháp chêm, tháp mâm xuyên lỗ và tháp mâm chóp 3

Bảng 1 2 Một số tính chất của acetone 4

Bảng 5 1 Kích thước bích ghép thân đáy và nắp 37

Bảng 5 2 Kích thước chân đỡ tháp 38

Bảng 5 3 Kích thước tai treo tháp 39

Bảng 5 4 Kích thước ống nhập liệu 40

Bảng 5 5 Kích thước ống hơi ở đỉnh tháp (bảng XIII.26, trang 409,2) 40

Bảng 5 6 Kích thước ống hoàn lưu 41

Bảng 5 7 Kích thước ống hơi ở đáy tháp 42

Bảng 5 8 Kích thước ống dẫn lỏng ra khỏi đáy tháp 42

DANH SÁCH HÌNH ẢNH Hình 1 1 Đồ thị cân bằng lỏng – hơi của hệ acetone – nước 6

Hình 4 1 Mâm và gờ chảy tràn 30

Hình 5 2 Bích ghép thân đáy và nắp 36

Hình 5 4 Tai treo tháp 38 vi

Ngành công nghệ hóa chất đóng vai trò quan trọng trong sự phát triển các ngành công nghiệp tại Việt Nam, đặc biệt là trong sản xuất hóa chất cơ bản có độ tinh khiết cao Một trong những phương pháp hiệu quả để tinh chế hóa chất đạt yêu cầu sản xuất là chưng cất lỏng – lỏng hoặc chưng cất hỗn hợp lỏng – khí, dựa vào sự khác biệt về độ bay hơi của các cấu tử.

Acetone là một hóa chất được sử dụng rộng rãi trong sản xuất Nhờ vào sự không có điểm đẳng phí giữa acetone và nước, quá trình chưng cất cho phép đạt được bất kỳ độ tinh khiết nào theo yêu cầu.

Đồ án Quá trình và thiết bị yêu cầu thiết kế hệ thống tháp mâm xuyên lỗ chưng cất liên tục cho hai cấu tử acetone và nước.

- Thiết bị hoạt động liên tục.

- Nồng độ nhập liệu: 30% khối lượng.

- Nồng độ sản phẩm đỉnh: 98% khối lượng.

- Nồng độ sản phẩm đáy: 1% khối lượng.

- Các số liệu khác tự chọn. vii

1.1 Lý thuyết về chưng cất

Chưng cất là phương pháp tách biệt các thành phần của hỗn hợp lỏng hoặc hỗn hợp khí-lỏng dựa vào sự khác biệt về độ bay hơi của các cấu tử trong cùng một điều kiện Quá trình này cho phép thu được các cấu tử riêng lẻ từ hỗn hợp ban đầu.

Trong quá trình chưng cất, sự tiếp xúc giữa hai pha được tạo ra không phải bằng cách thêm một pha mới như trong quá trình hấp thu hoặc nhả khí, mà thông qua các hiện tượng bốc hơi và ngưng tụ.

Chưng cất và cô đặc đều là quá trình tách chất, nhưng có sự khác biệt cơ bản: trong chưng cất, cả dung môi và chất tan đều bay hơi, dẫn đến sự hiện diện của chúng trong cả hai pha với tỷ lệ khác nhau; trong khi đó, trong cô đặc, chỉ dung môi bay hơi còn chất tan giữ nguyên.

Khi thực hiện quá trình chưng cất, chúng ta thu được nhiều cấu tử khác nhau, và thông thường, số lượng cấu tử sẽ tương ứng với số lượng sản phẩm thu được Đối với hệ đơn giản chỉ có 2 cấu tử, chúng ta sẽ thu được 2 sản phẩm.

Sản phẩm đỉnh chủ yếu bao gồm các cấu tử có độ bay hơi lớn, trong khi chỉ có một phần rất nhỏ là các cấu tử có độ bay hơi thấp với nhiệt độ sôi nhỏ.

 Sản phẩm đáy chủ yếu gồm cấu tử có độ bay hơi bé và một phần rất ít cấu tử có độ bay hơi lớn (nhiệt độ sôi lớn).

Như vậy, khi chưng cất hỗn hợp acetone và nước thì ta sẽ thu được sản phẩm đỉnh là acetone và sản phẩm đáy là nước.

1.1.1 Các phương pháp chưng cất

Phân loại theo áp suất làm việc

Phân loại theo thành phần chưng cất

 Chưng cất hai cấu tử

 Chưng cất đa cấu tử

Phân loại theo phương pháp cấp nhiệt ở đáy tháp

Phân loại theo nguyên lý làm việc

 Chưng cất lôi cuốn hơi nước

Phương pháp chưng cất lôi cuốn hơi nước, hay còn gọi là chưng cất bằng hơi nước trực tiếp, là kỹ thuật hiệu quả để tách các hỗn hợp chứa chất khó bay hơi và tạp chất không bay hơi Phương pháp này thường được áp dụng để tách các chất không hòa tan trong nước, đặc biệt là tinh dầu có nhiệt độ sôi cao hơn nước và ít tan trong nước.

Phương pháp này được áp dụng khi cần giảm nhiệt độ sôi của các cấu tử, đặc biệt là trong trường hợp cấu tử có nhiệt độ sôi cao hoặc khi các cấu tử trong hỗn hợp dễ bị phân hủy ở nhiệt độ cao.

 Chưng cất theo chu kỳ (chưng cất gián đoạn)

Phương pháp chưng cất gián đoạn được s dụng trong các điều kiện sau:

 Khi nhiệt độ của các cấu t khác xa nhau

 Không đòi hỏi độ tinh khiết cao

 Tách hỗn hợp lỏng ra khỏi tạp chất không bay hơi

 Tách sơ bộ hỗn hợp nhiều cấu tử

Chưng cất liên tục là quá trình sử dụng thiết bị hoạt động liên tục và nghịch dòng, bao gồm nhiều đoạn khác nhau Bên cạnh đó, còn có thiết bị hoạt động theo phương pháp bán liên tục.

Để đạt được acetone có độ tinh khiết cao (90%) và do hỗn hợp acetone – nước không có điểm đẳng phí, phương pháp chưng cất liên tục là lựa chọn hiệu quả nhất.

TÍNH TOÁN TOÁN CÂN BẰNG VẬT CHẤT VÀ NĂNG LƯỢNG

Các thông số ban đầu

Chọn loại tháp là tháp mâm xuyên lỗ Thiết bị hoạt động liên tục.

Khi chưng cất hệ acetone – nước thì cấu tử dễ bay hơi là acetone.

+ Nồng độ nhập liệu: ̅̅̅ = 30% theo khối lượng

+ Nồng độ sản phẩm đỉnh:̅̅̅ = 98% theo khối lượng

+ Nồng độ sản phẩm đáy: ̅̅̅̅ = 1% theo khối lượng.

- G F , F: suất lượng nhập liệu tính theo kg/h, kmol/h

- G D , D: suất lượng sản phẩm đỉnh tính theo kg/h, kmol/h

- G W , W: suất lượng sản phẩm đáy tính theo kg/h, kmol/h

- L: suất lượng dòng hoàn lưu, kmol/h

- x i , ̅ : nồng độ phần mol, phần khối lượng của cấu tử i.

Cân bằng vật chất

3.2.1 Nồng độ phần mol của Acetone trong tháp

 Khối lượng phân tử trung bình dòng nhập liệu:

Với = 0,1174 Tra bảng IX.2a [2] trang 145 ta có: = 68,7 ℃

3.2.2 Suất lượng sản phẩm đỉnh và đáy

Cân bằng vật chất cho toàn tháp: F=D+W (1)

Cân bằng cấu tử methanol(cấu tử nhẹ) : F.x F = D.x D + W.x W (2)

Khối lượng phân tử trung bình dòng sản phẩm đáy, đỉnh là:

3.2.3 Xác định chỉ số hoàn lưu

Từ bảng số liệu 1.3 để xác định giá trị ∗ x 0 5 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 y 0 60,3 72,0 80,3 82,3 84,2 85,5 86,9 88,2 90,4 94,3 100 t 100 77,9 69,6 64,5 62,6 61,6 60,7 59,8 59,0 58,2 57,5 61,6

 Chỉ số hoàn lưu tối thiểu(IX.24 trang 158 [2])

- Chỉ số hoàn lưu làm việc: (IX.25b trang 159 [2])

= 1,3 + 0,3 = 1,3.0,3305 + 0,3 = 0,7297 3.2.4 Xác định phương trình làm việc

- Phương trình đường nồng độ làm việc của đoạn cất (IX.20 trang 144 [2]) y = R + R

- Phương trình đường nồng độ làm việc của đoạn chưng (IX.22 trang 158 [2]) y =

- Từ phương trình đường cất ta có x F = 0.1174 thì y F = 0,5920, x D = 0,9383 thì y D = 0.9383

- Từ phương trình đường chưng ta có x F = 0.1174 thì y F = 0.5919, x W = 0,0031 thì y W = 0,0031

- Số mâm lý thuyết được suy ra thông qua đồ thị đường cân bằng

Số mâm lý thuyết là 8 Vị trí mâm nhập liệu là mâm số 3 Số mâm chưng là 3, số mâm cất là 5.

N lt : số mâm lý thuyết

Hiệu suất trung bình của thiết bị (η tb) phụ thuộc vào độ bay hơi tương đối và độ nhớt của hỗn hợp lỏng Cụ thể, η tb là một hàm số của các yếu tố này, được biểu diễn dưới dạng η tb = f(α, μ) Việc hiểu rõ mối quan hệ giữa độ bay hơi và độ nhớt là rất quan trọng để tối ưu hóa hiệu suất trong các quy trình công nghiệp.

- Độ bay hơi tương đối của hỗn hợp y ∗ 1 − x α = 1 − y ∗ × x ( [ ]) x: phần mol của rượu trong pha lỏng y ∗ : phần mol của rượu trong pha hơi cân bằng với pha lỏng

- Tính hiệu suất trung bình của tháp

 Tại vị trí nhập liệu

+ Tra bảng IX.2a trang 145 [2] với x F = 0.1174 thì y F ∗ = 0.7344, t F = 68,7°C y ∗ 1 − x F 0,7344 1 − 0.1174

F + Tra bảng I.101 trang 91,92 [1] với t F = 68,7°C ta có: μ) N = 0,00042 (N × s/m 2 ) μ) A = 0,0002 (N × s/m 2 ) lgμ) F = x F × lgμ) A + (1 − x F )lgμ) N ( [ ])

+ Tra hình IX.11 trang 171 [2] ta có  F = 0.31

 Tại vị trí mâm đáy

+ Tra bảng IX.2a trang 145 [2] với x W = 0,0031 thì y W ∗ = 0,0374, t W = 98,6°C

GVHD: TS Trần Lưu Dũng 12 y ∗ 1 − x

W + Tra bảng I.101 trang 91,92 [1] với t W = 98,6°C ta có: μ) = 0,00029 (N × s/m 2 ) μ) A = 0,0002 (N × s/m 2 ) lgμ) W = x W × lgμ) A + (1 − x W )lgμ) N ( [ ])

+ Tra hình IX.11 trang 171 [2] ta có  W = 0.35

 Tại vị trí mâm đỉnh

+ Tra bảng IX.2a trang 145 [2] với x D = 0.9383 thì y D ∗ = 0.9648, t D = 57,3°C y ∗ 1 − x D 0,9648 1 − 0,9383

D + Tra bảng I.101 trang 91,92 [1] với t D = 57,3°C ta có: μ) N = 0,00049 (N × s/m 2 ) μ) A = 0,0002 (N × s/m 2 ) lgμ) D = x D × lgμ) A + (1 − x D )lgμ) N ( [ ])

+ Tra hình IX.11 trang 171 [2] ta có  D = 0.68

⇒ Hiệu suất trung bình của tháp

Vậy số mâm thực tế

Trường ĐH Công Nghiệp Thực Phẩm TP.HCM Khoa Công nghệ Hóa học gồm 12 mâm cất, 6 mâm chưng, nhập liệu ở mâm số 6.

Cân bằng năng lượng

3.3.1 Cân bằng nhiệt lượng của thiết bị đun nóng hỗn hợp đầu a) Tính nhiệt lượng do hơi đốt mang vào:

- r 1 : ẩn nhiệt hoá hơi (J/kg)

- λ 1 : hàm nhiệt của hơi đốt (J/kg)

- 1 à 1 : nhiệt độ(° ) và nhiệt dung riêng (J/kg.độ) của nước ngưng

Chọn hơi đốt là hơi nước bão hòa: p = 2at, ta có:

Nội suy từ (bảng I.212 trang 254, [1]) ở = 1 = 119.62 ° ta được:

Nội suy từ bảng I.148 trang 166 [1] ở t s = θ 1 = 119.62°C ta có:

(J/kg°C) b) Tính nhiệt lượng do hỗn hợp đầu mang vào

∶ lượng hỗn hợp ầu (kg/h) độ bay hơi tương đối của hỗn hợp và độ nhớt của hỗn hợp lỏng,

Nhiệt dung riêng của hỗn hợp ầu (C_f) được đo bằng đơn vị J/kg × °C, và nó liên quan đến độ bay hơi tương đối cũng như độ nhớt của hỗn hợp lỏng Độ bay hơi tương đối và độ nhớt của hỗn hợp lỏng cũng là những yếu tố quan trọng cần xem xét Nhiệt độ ầu của hỗn hợp (t_f) được xác định bằng độ Celsius (°C) và có mối liên hệ chặt chẽ với các đặc tính trên.

Chọn nhiệt độ đầu của hỗn hợp là = 30 C tra bảng I.153 trang 171,172, [1] suy ra:

C A = 2210 (J/kg.độ) và C N = 4177,5 (J/kg.độ) Nhiệt dung riêng của hỗn hợp đầu:

Vậy Q f = 1779,6 3587,25 30 = 191516103 (J/h) = 53,20 (Kw) c) Tính nhiệt lượng do hỗn hợp đầu mang ra

Trong đó: C F : nhiệt dung riêng của hỗn hợp khi đi ra (J/kg.độ)

Tra bảng I.153 trang 171,172, [1] ở 68,7 0 C, suy ra:

C A = 2333,28 (J/kg.độ) và C N = 4190 (J/kg.độ)

= ̅̅̅ +(1−̅̅̅ ) = 0,3.2333,28 + (1 − 0,3) 4190 = 3632,98 ( ộ độ bay hơi tương đối của hỗn hợp và độ nhớt của hỗn hợp lỏng, )

Vậy Q F = 1779,6 3632,98.68,7 = 444162758 (J/h)3,38 (kW) d) Tính lượng hơi đốt cần thiết để đun nóng dung dịch đầu đến nhiệt độ sôi

3.3.2 Cân bằng nhiệt lượng của tháp chưng cất

Theo Định luật bảo toàn năng lượng, tổng lượng nhiệt mang vào tháp bằng tổng lượng nhiệt mang ra khỏi tháp

Q F + Q D2 + Q R = Q y + Q W + Qxq 2 + Q ng2 (IX.156 trang 197, [2]) a) Tính nhiệt lượng do hỗn hợp đầu mang vào tháp

Q F = 444162758 (J/h). b) Tính nhiệt lượng do lượng lỏng hồi lưu mang vào tháp

Trong đó: GR = ̅ R : lượng lỏng hồi lưu về tháp

D, R lần lượt là lượng sản phẩm đỉnh, chỉ số hồi lưu

C R = C D :nhiệt dung riêng của sản phẩm đỉnh : t R = t D nhiệt độ của chất lỏng hồi lưu Ở nhiệt độ t D = 57,3 o C, tra bảng I.153 trang 171,172 [1] C N = 4188 ( J/Kg.độ) và C A 2296,2 ( J/Kg.độ)

= 2412,92 ( ộ) độ bay hơi tương đối của hỗn hợp và độ nhớt của hỗn hợp lỏng,

Trường ĐH Công Nghiệp Thực Phẩm TP.HCM Khoa Công nghệ Hóa học c) Tính nhiệt lượng do hơi mang ra ở đỉnh tháp

Nhiệt lượng riêng của hơi ở đỉnh tháp  D :

 = ̅̅̅  + (1 − ̅̅̅)  : là nhiệt lượng riêng của hơi ở đỉnh tháp (J/kg).

Trong đó:  ,  : lần lượt là nhiệt lượng riêng của acetone và nước ở đỉnh tháp (J/kg).

Tra bảng I.212 trang 254 và I.153 trang 171, 172 [1] ở t D = 57,3 o C, ta được: r N = 579,3 (KJ/kg) C N = 4188 (J/kg.độ) r A = 124,54 (KJ/kg) C A = 2296,2(J/kg.độ)

.( 1+ R). D = 532,19 (1+0,7297).157164 = 144674027 (J/kg) d) Tính nhiệt lượng do sản phẩm đáy mang ra khỏi tháp

QW = ̅̅̅̅ CW tW (IX.160, [2]) Trong đó: ̅̅̅̅ = 1247,44 (Kg/h) lượng sản phẩm đáy t W = 99,6 0 C nhiệt lượng sản phẩm đáy

Tra bảng I.153 trang 171, 172 [1] ở t W = 98,6 0 C ta được:

C N = 4227,2 (J/Kg.độ) và C A = 2430,5 (J/Kg.độ)

= ̅̅̅̅ + (1 − ̅̅̅̅ ) = 0,01.2430,5 + (1 − 0,01) 4227,2 = 4209,2 ( ộ độ bay hơi tương đối của hỗn hợp và độ nhớt của hỗn hợp lỏng, )

Vậy QW = ̅̅̅̅ CW tW = 1247,44.4209,2 98,6 = 517721430 (J/h)3,8 (kW) e) Tính nhiệt lượng do nước ngưng mang ra

Trong đó: G ng2 : lượng nước ngưng tụ (kg/h)

C 2 ,t 2 : nhiệt dung riêng và nhiệt độ của nước ngưng f) Tính lượng nhiệt tổn thất ra môi trường xung quanh

Lấy bằng 5% so với lượng nhiệt tiêu tốn ở đáy tháp

Q xq2 = 0,05.D 2 r 2 (J/h) (IX.162, [2]) g) Tính nhiệt lượng do hơi đốt mang vào tháp

Q D2 = D 2  2 = D 2 (r 2 + C 2 t 2 ) (IX.150, [2]) Trong đó: D 2 : lượng hơi đốt cần thiết để đun sôi dung dịch trong đáy tháp (kg/h).

 2 : hàm nhiệt của hơi đốt (J/kg). r 2 : ẩn nhiệt hoá hơi (J/h).

C 2 , t 2 : nhiệt dung riêng (J/kg.độ) và nhiệt độ ( 0 C) của nước ngưng.

Dùng hơi nước cung cấp ở áp suất 2 at Tra bảng I.148 trang 166, [1] ta được:

Chọn hơi đốt là hơi nước bão hòa: p*t, ta có: = 1 = 119.62 °

Nội suy từ bảng I.212 trang 254 [1],ta được:

Vậy lượng hơi đốt cần thiết để đun sôi dung dịch ở đáy tháp là:

3.3.3 Cân bằng nhiệt lượng của thiết bị truyền nhiệt

Trong hệ thống này ta chỉ ngưng tụ hồi lưu

Trong đó: r : ẩn nhiệt ngưng tụ

C N : Nhiệt dung riêng của nước ở nhiệt độ trung bình t 1 , t 2 :Nhiệt độ vào và ra của nước làm lạnh

Chọn nhiệt độ vào và ra của nước làm lạnh t 1 = 30 0 C, t 2 = 40 0 C

Tra bảng I.153 trang 172, [1] ở t = 35 0 C, ta được:

Nồng độ Acetone trong pha hơi:= 0,9648 →tD = 57,3 o C Ẩn nhiệt ngưng tụ ở nhiệt độ t D = 57,3 o C tra bảng I.212 trang 254, [1] ta được: r N = 2425413 (J/kg) và r A = 521424 (kJ/kg)

Vậy lượng nước lạnh tiêu tốn cần thiết là ̅

3.3.4 Cân bằng nhiệt lượng của thiết bị làm nguội sản phẩm đỉnh ̅ [r D + CD.(t ’ 1 – t ’ 2) = GN3.CN1.(t1 – t2) (IX.166, [1])

Nhiệt vào của sản phẩm: t ’ 1 = t D = 57,3 0 C

Chọn nhiệt độ ra của sản phẩm đỉnh: t ’ 2 = 35 0 C

Chọn nhiệt độ nước làm lạnh sản phẩm đỉnh: t 1 = 30 0 C

Chọn nhiệt độ nước ra: t 2 = 40 0 C ̅ 2+ 1 40+30 0

Tra bảng I.153 trang 171, 172 [1] ở 46,15 0 C ta được:

C N = 4179,6( J/Kg.độ) và C A = 2260 ( J/Kg.độ)

= ̅̅̅ + (1 − ̅̅̅ ) = 0,98.2260 + (1 − 0,98) 4179,6 = 2298,4 ( ộ độ bay hơi tương đối của hỗn hợp và độ nhớt của hỗn hợp lỏng, )

Vậy lượng nước làm lạnh cần dùng: ̅ ′

3.3.5 Cân bằng nhiệt lượng của nồi đun sản phẩm đáy

Q D3 + Q W3 = Q ’ W3 + Q ng + Q xq + Q D2 a) Tính nhiệt lượng do hơi đốt mang vào

Q D3 = D 3  3 = D 3 (r 3 + C 3 t 3 ) Trong đó: D 3 : lượng hơi đốt (kg/h) r 3 : ẩn nhiệt hoá hơi (kg/h)

C 3 , t 3 : nhiệt dung riêng và nhiệt độ của nước ngưng hàm nhiệt của hơi đốt (J/kg)

Chọn áp suất hơi đốt vào là 2at tra bảng I.148 trang 166 [2], ta được:

Chọn hơi đốt là hơi nước bão hòa: p = 2at, ta có: = 3 = 119.62 °

Nội suy từ bảng I.212 trang 254, [1],ta được:

3 = 526.247 (kcal/kg) = 526.247 × 4.1868 × 10 3 = 2203.29 × 10 3 (J/kg) b) Tính nhiệt lượng do sản phẩm đáy mang vào

QW = ̅̅̅̅ CW3 tW (IX.160, [2]) Trong đó: ̅̅̅̅ = 1247,44 (Kg/h) lượng sản phẩm đáy t W = 98,6 0 C nhiệt lượng sản phẩm đáy

Tra bảng I.153 trang 172, [1] ở 98,6 0 C ta được:C N = C w3 = 4227,2 ( J/Kg.độ)

Vậy Q W3 = ̅̅̅̅ C W t W 47,44.4227,2.98,6 = 519935387 (J/h) c) Tính nhiệt lượng do sản phẩm đáy mang ra

Chọn nhiệt độ nước ngưng ở 40 0 C

Q D2 = D 2 (r 3 + C 3 t 3 ) = 2833,08.(2203,29 + 4175.40) R7667120 (J/h) d) Tính nhiệt lượng do nước ngưng tụ mang ra

Q ng3 = G ng3 t 3 = D 3 C 3 t 3 e) Tính nhiệt lượng mất ra môi trường xung quanh

THIẾT BỊ CHÍNH

Đường kính tháp

Tra công thức IX.89,IX.90 trang 181, [2] ta được công thức sau:

V tb : lượng hơi trung bình đi trong tháp (m 3 /h)

: tốc độ hơi trung bình đi trong tháp (m/s)

: lượng hơi trung bình đi trong tháp (Kg/h)

Lượng hơi trung bình đi trong đoạn chưng và đoạn cất khác nhau Do đó, đường kính đoạn chưng và đoạn cất cũng khác nhau

4.1.1 Đường kính đoạn cất a) Lượng hơi trung bình đi trong tháp:

= độ bay hơi tương đối của hỗn hợp và độ nhớt của hỗn hợp lỏng, +

2 1 (kg/h) tra công thức IX.91 trang 181, [2]

Trong đó: g đ : lượng hơi ra khỏi đĩa trên cùng của tháp (kg/h) g l : lượng hơi đi vào đĩa dưới cùng của đoạn cất (kg/h) Xác định g đ : g đ = G D (R+1) tra IX.92 trang 181, [2]

Xác định g l : tra tài liệu IX.93,IX.94,IX.95 trang 182, [2] ta thu được hệ phương trình sau:

Độ bay hơi tương đối của hỗn hợp và độ nhớt của hỗn hợp lỏng là hai yếu tố quan trọng ảnh hưởng đến tính chất và hành vi của chất lỏng trong các quy trình công nghiệp Việc hiểu rõ mối quan hệ giữa độ bay hơi và độ nhớt giúp tối ưu hóa quy trình sản xuất và nâng cao hiệu quả trong các ứng dụng kỹ thuật.

Lượng lỏng ở đĩa thứ nhất của đoạn chưng cất r1 liên quan đến ẩn nhiệt hóa hơi của hỗn hợp vào đĩa này, trong khi ẩn nhiệt hóa hơi của hỗn hợp đi ra ở đỉnh tháp là rd.

Ta có t 1 = t F = 68,7 o C, tra tài liệu tham khảo bảng I.212 trang 254, [1] ta có:

- Nhiệt hoá hơi của nước là: r N1 = 2387,7 KJ/kg

- Nhiệt hoá hơi của acetone là: r A1 = 509,1 KJ/kg

Ta có t D = 57,3 0 C, tra tài liệu tham khảo bảng I.212 trang 254, [1], ta có:

- Nhiệt hoá hơi của nước là: r Nd = 2425,6 KJ/kg

- Nhiệt hoá hơi của rượu là: r Ad = 521,4 KJ/kg

Giải hệ (*) trên ta được:{ 1 = 0,7572 ( ℎầ ])

Vậy: = độ bay hơi tương đối của hỗn hợp và độ nhớt của hỗn hợp lỏng,+ 1

2 2 ℎ b) Tốc độ trung bình đi trong tháp

Tốc độ giới hạn của hơi đi trong tháp với mâm xuyên lỗ có ống chảy truyền:

Độ bay hơi tương đối của hỗn hợp và độ nhớt của hỗn hợp lỏng là hai yếu tố quan trọng trong việc xác định tính chất của chất lỏng Những yếu tố này ảnh hưởng đến khả năng bay hơi và lưu thông của hỗn hợp, từ đó ảnh hưởng đến hiệu suất trong các ứng dụng công nghiệp Việc hiểu rõ mối quan hệ giữa độ bay hơi và độ nhớt sẽ giúp tối ưu hóa quy trình sản xuất và nâng cao chất lượng sản phẩm.

Với: + Nồng độ phần mol trung bình: =

+ Nhiệt độ trung bình đoạn cất: = + =

Nồng độ phần mol trung bình: = + = 0,1174+0,9383

Ta có: x tb = 0,5279 suy ra t tb = 63 0 C, tra bảng I.2 trang 9, [1], ta thu được:

 Khối lượng riêng của nước: = 981,35 ( 3 )

 Khối lượng riêng của rượu: = 741,95 ( 3 ) ̅̅̅̅̅ 1− ̅̅̅̅̅ −1 0,7828 1−0,7828 −1

Vậy: ℎ = 0,05 √ 783,46 1,9021 = 1,015 ( ) Để tránh tạo bọt ta chọn tốc độ hơi trung bình trong tháp:

Vậy đường kính đoạn cất: ấ = 0,0188 √ 1,9021.0,812 801,65

4.1.2 Đường kính đoạn chưng: a) Lượng hơi trung bình đi trong tháp: ′

= 2 1 (kg/h) tra công thức IX.91 trang 182, [2]

: lượng hơi ra khỏi đoạn chưng (kg/h)

: lượng hơi đi vào đoạn chưng (kg/h)

Xác định 1 ′ : tra tài liệu IX.98,IX.99,IX.100 trang 182, [2] ta thu được hệ phương trình sau:

1 ′ : lượng lỏng ở đĩa thứ nhất của đoạn chưng

1 ′ : ẩn nhiệt hoá hơi của hỗn hợp đi vào đĩa thứ nhất của đoạn chưng

Ta có: x W = 0,0031 , tra đồ thị cân bằng của hệ ta được y W = 0,0374

Ta có 1 ′ = tW = 98,6 o C, tra tài liệu tham khảo bảng I.212 trang 254, [1] ta có:

- Nhiệt hoá hơi của nước là: 1

- Nhiệt hoá hơi của rượu là: 1 ′

Giải hệ (**) trên ta được: 1 ′ = 9,75 10 −3 ( ℎầ )

2 2 ℎ b) Tốc độ trung bình đi trong tháp

Tốc độ giới hạn của hơi đi trong tháp với mâm xuyên lỗ có ống chảy truyền:

Trong bài viết này, chúng ta sẽ tìm hiểu về độ bay hơi tương đối của hỗn hợp và độ nhớt của hỗn hợp lỏng Các yếu tố này có vai trò quan trọng trong việc xác định tính chất của hỗn hợp, ảnh hưởng đến quá trình sản xuất và ứng dụng trong nhiều lĩnh vực Việc nắm rõ các thông số này giúp tối ưu hóa hiệu suất và chất lượng sản phẩm.

Với: + Nồng độ phần mol trung bình: ′ =

+ Nhiệt độ trung bình đoạn chưng: ′ =

Nồng độ phần mol trung bình: ′ =

= 83,650C, tra bảng I.2 trang 9, [1], ta thu được:

- Khối lượng riêng của nước: ′ = 969,45 ( 3 )

- Khối lượng riêng của rượu: ′ = 714,26 ( 3 )

GVHD: TS Trần Lưu Dũng 23 ̅̅̅̅̅

Vậy: ℎ = 0,05 √ 1,1380 962,49 = 1,4541 ( ) Để tránh tạo bọt ta chọn tốc độ hơi trung bình trong tháp:

Vậy đường kính đoạn chưng: ℎư = 0,0188√ 1,1380.1,1633 491,48 = 0,36 ( )

Kết luận: hai đường kính đoạn cất và chưng không chênh lệch nhau quá lớn nên ta chọn đường kính của toàn tháp là D t = 0,5 (m).

Khi đó tốc độ làm việc thực ở:

Chiều cao tháp chưng cất

Tra tài liệu IX.54 trang 169, [2] ta có công thức tính chiều cao toàn tháp là:

Trong đó: H tháp : chiều cao của tháp (m)

N tt : số mâm thực tế h mâm : khoảng cách giữa các mâm (m)

0,8 ÷ 1 : khoảng cách cho phép ở đỉnh và đáy thiết bị (m)

Tra bảng IX.4a trang 169, [2] chọn giá trị h mâm = 0,2 (m), chọn = 0,004 ( )

Chọn đáy (nắp) tiêu chuần có:

Vậy chiều cao đáy (nắp): độ bay hơi tương đối của hỗn hợp và độ nhớt của hỗn hợp lỏng, á ( ắ ) = ℎ + ℎ ờ = 0,125 + 0,025 = 0,15 ( )

Kết luận: chiều cao toàn tháp là: H = H tháp + 2.H đáy (nắp) = 4,5 + 2.0,15= 4,8 (m)

Mâm lỗ - trở lực của mâm

Chọn tháp mâm xuyên lỗ có ống chảy truyền:

- Tiết diện tự do bằng 8% diện tích mâm

- Chiều cao gờ chảy tràn : h gờ = 25 mm = 0,025 (m)

- Diện tích của 2 bán nguyệt bằng 20% diện tích mâm

- Lỗ bố trí theo hình lục giác đều

- Khoảng cách giữa 2 tâm lỗ bằng 12 mm

- Bề dày mâm bằng 4 mm

- Mâm được làm bằng thép không rỉ

Gọi a là số hình lục giác

Tra công thức V.139 trang 49, [2] ta có: n = 3a.(a – 1) + 1 (***)

Giải phương trình (***) ta thu được: a = 21

Số lỗ trên đường chéo: b = 2a – 1 = 41 lỗ

4.3.2 Trở lực của đĩa khô

∆ = ′ 2 tra tài liệu IX.140 trang 194, [2]

Trong đó: ′ : tốc độ hơi qua lỗ (m/s) 2

: khối lượng riêng trung bình của pha khí (hơi) (kg/m 3 )

: hệ số trở lực - = 1,82 (diện tích lỗ từ 7% - 10% diện tích tháp)

- = 1,45 (diện tích lỗ từ 15% - 20% diện tích tháp)

Vận tốc hơi qua lỗ: ′ = ấ

Vận tốc hơi qua lỗ: ′ =

4.3.3 Trở lực do sức căng bề mặt

Do đĩa có đường kính lỗ lớn hơn 1mm nên ta áp dụng công thức IX.142 trang 194, [2] 4 Δ = 1,3 ỗ + 0,08 ỗ 2

Tại nhiệt độ trung bình của pha lỏng trong phần luyện là T = 68,7 o C tra tài liệu I.242 và I.249 trang 300 và 311, [1] thu được:

- Sức căng bề mặt của nước := 0,0646 ( )

- Sức căng bề mặt của acetone := 0,0176( ) Áp dụng công thức I.76 trang 299, [1] ta có:

Tại nhiệt độ trung bình của pha lỏng trong phần luyện là T ,6 0 tra tài liệu I.242 và

- Sức căng bề mặt của nước := 0,0591 ( )

- Sức căng bề mặt của rượu : = 0,014( ) Áp dụng công thức I.76 trang 299, [1] ta có:

4.3.4 Trở lực thuỷ tỉnh do chất lỏng trên đĩa tạo ra Áp dụng công thức IX.143 trang 194, [2] :

−h c : chiều cao ống chảy chuyền nhô lên trên đĩa (chiều cao cửa chảy tràn) (m)

− : khối lượng riêng của chất lỏng

− = 0,5 : tỉ số giữa khối lượng riêng chất lỏng bọt và khối lượng riêng chất lỏng

 Tính chiều cao ống chảy truyền h ℎ : Chiều cao ống chảy chuyền lên trên đĩa: (m) c :

- Chiều cao mức chất lỏng trên mâm:ℎ 1 = 0.015 ÷ 0.04 ( ):

- Khoảng cách từ địa đến chân ống chảy chuyền = 0,25 (IX.218 trang 237, [2])

- Chiều cao mức chất lỏng bên trên ống chảy chuyền: (m)

Trong đó: V : thể tích chất lỏng chảy qua (m 3 /h)

: đường kính ống chảy chuyền (m)

- Bề dày ống chảy chuyền, thường lấy = 0.002 ÷ 0.004 ( ) → Chọn = 0.004 ( )

- Đường kính ống chảy chuyền:

- Lưu lượng lỏng trung bình đi trong tháp:

- Khối lượng riêng của chất lỏng:

- Tốc độ chất lỏng trong ống chảy chuyền thường= 0.1 ÷ 0.2 ( / );

- Thể tích chất lỏng chảy qua:

- Chiều cao ống chảy chuyền lên trên đĩa:

- Chiều cao lớp chất lỏng trên ống chảy : ∆= ∆ℎ = 8,5 10 −3 ( )

- Chiều cao lớp chất lỏng không lẫn bọt trên đĩa: ℎ = 0,015 ( )

- Khối lượng riêng của bọt:

- Diện tích phần bố chí ống chảy chuyền: = ạ −

- Diện tích tam giác OAB: (O là Tâm đĩa)

- Đường kính ống chảy chuyền:

- Lưu lượng lỏng trung bình đi trong tháp:

- Khối lượng riêng của chất lỏng:

- Tốc độ chất lỏng trong ống chảy chuyền, thường= 0.1 ÷ 0.2 ( / );

- Thể tích chất lỏng chảy qua

- Chiều cao ống chảy chuyền lên trên đĩa:

- Chiều cao lớp chất lỏng trên ống chảy : ∆′ = ∆′ = ,( )

- Chiều cao lớp chất lỏng không lẫn bọt trên đĩa: ℎ = 0.015 ( )

- Khối lượng riêng của bọt:

- Chiều cao ống chảy chuyền : chọn khoảng cách từ ống chảy chuyền với mâm dưới là 0.02 (m), ta có:

 Tính chiều cao của gờ chảy tràn:

Hình 4 1 Mâm và gờ chảy tràn

Dùng phép lặp: suy ra = 1,627 = 93,23°

Nồng độ mol trung bình của phần cất: = + = 0,1174+0,9383

Khối lượng mol trung bình của phần cất: = 58 + (1 − ) 18

Suất lượng thể tích của pha lỏng trong phần cất là:

Tra bảng thu được các thông số:

Nồng độ mol trung bình của phần cất: = + = 0,1174+0,0031

Khối lượng mol trung bình của phần cất: = 58 + (1 − ) 18

Suất lượng thể tích của pha lỏng trong phần cất là:

Tra bảng thu được các thông số:

4.3.5 Tổng trở thuỷ lực của tháp

4.3.6 Kiểm tra hoạt động của mâm a) Kiểm tra lại khoảng cách mâm h mâm = 0,2 m đảm bảo cho điều kiện hoạt động bình thường của tháp

Với các mâm trong phần chưng trở lực thuỷ lực quá 1 mâm lớn hơn trở lực thuỷ lực của mâm trong phần cất:

Kết luận : Điều kiện trên được thoả b) Kiểm tra tính đồng nhất của hoạt động mâm

Từ công thức trang 70 sách truyền khối, ta có vận tốc tối thiếu qua lỗ của pha hơi V min đủ để cho các lỗ trên mâm đều hoạt động:

Kết luận: Các lỗ trên mâm hoạt động bình thường

Kết luận : Tổng trở lực thuỷ lực của tháp Δ =

TÍNH CƠ KHÍ

Bề dày tháp

Thân tháp được thiết kế hình trụ và hàn bằng phương pháp hàn hồ quang điện với kiểu hàn giáp mối hai bên, đảm bảo hoạt động hiệu quả ở áp suất thường Các mối ghép bích được sử dụng để ghép nối các phần của thân tháp lại với nhau.

- Để đảm bảo chất lượng của sản phẩm ta chọn thiết bị thân tháp là thép không gỉ mã

 Các thông số cần tra và chọn phục vụ cho tính toán:

- Nhiệt độ tính toán: t = t max = 100 0 C

- Áp suất tính toán : Vì tháp hoạt động ở áp suất thường nên: = ℎ ỷ ĩ ℎ + Δ

- Khối lượng riêng trung bình của pha lỏng trong toàn tháp:

Hệ số bổ sung do ăn mòn hoá học của môi trường là yếu tố quan trọng cần xem xét Với môi trường có tính ăn mòn và thời gian sử dụng thiết bị lên đến 20 năm, việc chọn tốc độ ăn mòn của acetone là 0,1 mm/năm là cần thiết để đảm bảo độ bền và hiệu suất của thiết bị.

- Ứng suất cho phép tiêu chuẩn:

Vì thiết bị không bọc lớp cách nhiệt nên = 1

- Hệ số bền mối hàn

Vì sử dụng phương pháp hàn hồ quang điện, kiểu hàn giáp nối 2 phía:

Nên tra tài liệu XIII.8 trang 362, [2] ta có ℎ = 1,0  Tính bề dày:

tài liệu XIII.8, XIII.9 trang 360, [2]

Ta có: [ ] = 142 1 = 3114,04 ≥ 50 suy ra có thể bỏ qua p ở mẫu số (1) trang

→ Bề dày thực của thân: S = S ’ + C

- C: hệ số bổ sung bề dày

- C b : hệ số bổ sung do bào mòn hoá học, C b = 0 (mm)

- C c : hệ số bổ sung do sai lệch khi chế tạo, C c = 0 (mm)

- C o : hệ số quy tròn, C o = 0,179 (mm)

→ Bề dày thực của thân: S = 0,08 + 4,92= 5 (mm)

 Kiểm tra độ bền Điều kiện: − ≤ 0,1 → 5−4 = 2 10 −3 < 0,1 (thoả điều kiện)

- Chọn đáy và nắp có dạn hình elip tiêu chuẩn có gờ, làm bằng thép X18H10T

- Chọn bề dày đáy và nắp bằng với bề dày thân tháp S = 5 mm

Vì đáy và nắp có hình elip tiêu chuẩn với

Suy ra: điều kiện trên được thoả như đã kiểm tra ờ phần thân tháp

 Kích thước của đáy và nắp

- Chiều cao gờ: h gờ = 25 mm

- Diện tích bề mặt trong: Sbề mặt trong = 0,44 m 2 bảng XIII.10 trang 382, [2]

Bề dày mâm

5.2.1 Các thông số cần tra và chọn phục vụ cho quá trình tính toán

- Nhiệt độ tính toán: t = t max = 100 0 C

- Chọn bề dày gờ chảy tràn là 3 mm

- Thể tích gờ chảy tràn: = ờ ℎ ờ 0,003 = 0,3636.0,025.0,003 = 2,73 10 −5 ( 3 )

- Khối lượng riêng của thép X18H10T là: 18 10 = 7900 ( 3 )

- Khối lượng gờ chảy tràn: = 18 10 = 2,73 10 −5 7900 = 0,216( )

- Áp suất do gờ chảy tràn tác dụng lên mâm tròn: = 2 = 0,216.9,81 2 = 10,79 ( ) ờ

 Khối lượng riêng của chất lỏng tại đáy tháp

Ta có: x w = 0,01 suy ra t w = 98,6 0 C bảng I2 trang 9, [1] suy ra:

 Khối lượng riêng của nước: = 958,98 / 3

 Khối lượng riêng của rượu: = 694,82 / 3 Áp dụng công thức I.2 trang 5, [1] ta có:

Hệ số bổ sung do ảnh hưởng của ăn mòn hóa học trong môi trường là yếu tố quan trọng cần xem xét Với thời gian sử dụng thiết bị lên tới 20 năm và tốc độ ăn mòn 0,1 mm/năm, tổng cộng hệ số bổ sung được tính toán là 2 mm.

- Ứng suất cho phép tiêu chuẩn: Vì vật liệu là X18H10T → [ ] ∗ = 142 ( 2 )

- Hệ số hiệu chỉnh:Vì thiết bị không bọc lớp cách nhiệt nên = 1

-Ứng suất cực đại ở vòng chu vi

+ Đối với bản tròn đặc ngầm kẹp chặt theo chu vi: = 3 16 ( ) 2

+ Đối với bản có đục lỗ: = = ( ) ≤ [ ]

- Kiểm tra điều kiện bền:

+ Độ vòng cực đại ở tâm: =

+ Đối với bản có lỗ đục: = = ớ = ỗ 64 12.(1− 2 )

- Để đảm bảo điều kiện bền thì: ỗ < 1 2 → ỗ < 1 ỗ =

Kết luận: bề dày S đã chọn thoả độ bền

Bích ghép thân đáy và nắp

Hình 5 2 Bích ghép thân đáy và nắp

- Chọn bích được ghép thân, đáy và nắp làm bằng thép X18H10T, cấu tạo của bích là bích liền không cổ.

- Tra bảng XIII.27 trang 418, [2] với = ∅ = 500 và áp suất tính toán P 0,0456

Chân đỡ tháp

Bảng 5 1 Kích thước bích ghép thân đáy và nắp

Khoảng cách giữa hai mặt bích là 1000 mm và số mâm giữa hai mặt bích là 3 Độ kín của mối ghép bích chủ yếu phụ thuộc vào vật liệu đệm Để đảm bảo độ kín cho thiết bị, chúng ta chọn đệm bằng dây amiăng với bề dày 3 mm.

Số mặt bích cần dùng để ghép là 18 3 + 1 = 7 bích 5.4 Chân đỡ tháp

5.4.1 Tính trọng lượng toàn tháp

Tra sổ tay XII.7 trang 313, [2] ta có khối lượng riêng của tháp X18H10T là 18 10 =

- Khối lượng của một bích ghép thân

- Khối lượng của một mâm

- Khối lượng của thân tháp

Khối lượng của đáy tháp á (ắ) liên quan đến độ bay hơi tương đối và độ nhớt của hỗn hợp lỏng Độ bay hơi tương đối của hỗn hợp là 0,31, trong khi độ nhớt của hỗn hợp lỏng được tính toán là 0,0025 Kết quả cuối cùng cho thấy giá trị khối lượng là 6,1225.

- Khối lượng của toàn tháp

= 9 í ℎ ℎé ℎâ + 18 â + ℎâ + 2 độ bay hơi tương đối của hỗn hợp và độ nhớt của hỗn hợp lỏng, á

- Chọn chân đỡ: tháp được đỡ trên bốn chân

- Vật liệu làm chân đỡ tháp là thép X18H10T

- Tải trọng cho phép trên một chân là: = 4 = 4 = 1265

- Để đảm bảo độ an toàn cho thiết bị ta chọn G C = 2500 N

Tra bảng XIII.35 trang 437, [2] ta thu được bảng số liệu sau:

Bảng 5 2 Kích thước chân đỡ tháp

Tai treo tháp

- Chọn tai treo: tai treo được gắn trên thân tháp để giữ cho tháp khỏi bị dao động trong điều kiện ngoại cảnh

- Chọn vật liệu làm tai treo là thép X18H10T Ta chọn bốn tai treo tải trọng cho phép trên 1 tai treo là: G t = G C = 1000 N

- Tra bảng XIII.36, trang 438, [2] ta thu được các thông số sau:

Bảng 5 3 Kích thước tai treo tháp

- Khối lượng một tai treo là: m tay treo = 0,53 kg

Cửa nối ống dẫn với thiết bị - bích nối các bộ phận của thiết bị với ống dẫn

- Ống dẫn thường được nối với thiết bị bằng mối ghép tháo được hoặc không tháo được.

Trong thiết bị này, ta sử dụng mối ghép tháo được.

- Đối với mối ghép tháo được, người ta làm đoạn ống nối, đó là đoạn ống ngắn có mặt bích hay ren để nối với ống dẫn

- Loại có mặt bích thường dùng với ống có đường kính d > 10 mm

- Loại ren chủ yếu dùng với ống có đường kính ≤ 10, đôi khi có thể dùng với

- Ống dẫn được làm bằng thép CT3

- Bích được làm bằng thép X18H10T, cấu tạo của bích là bích liền không cổ

Ta có:̅̅̅ = 0,3 suy ra t F = 68,7 0 C bảng I2 trang 9, [1] suy ra:

- Khối lượng riêng của nước: = 978,22 3

- Khối lượng riêng của rượu:= 734,26 / 3 Áp dụng công thức I.2 trang 5, [1] ta có:

- Chọn loại ống nối cắm sâu vào thiết bị

- Chọn vận tốc chất lỏng trong ống nối là v F = 0,4 m/s (tra bảng II.2 trang 370, [1])

- Đường kính của ống nối: (II.36, [1])

Suy ra chọn ống có đường kính: ố = 40

Tra bảng XIII.26 trang 419, [2] với ố ℎậ ệ = 40 và áp suất tính toán P = 0,0456 N/mm 2

Bảng 5 4 Kích thước ống nhập liệu

- Nồng độ trung bình của pha hơi ở đỉnh tháp:

Ta có x D = 0,9383 suy ra t D = 57,3 0 C và y D = 0,9648

- Khối lượng mol trung bình của pha hơi trong phần cất

- Khối lượng riêng trung bình của pha hơi trong phần cất là:

- Chọn vận tốc hơi ra khỏi đỉnh tháp là v HD = 20 m/s

- Đường kính trong của ống nối: ố ℎơ ở ỉ ℎ ℎá độ bay hơi tương đối của hỗn hợp và độ nhớt của hỗn hợp lỏng, = √

Suy ra chọn đường kính ống nối là: D y = 70 mm

Tra bảng XIII.32 trang 434, [2] suy ra chiều dài đoạn ống nối là: l = 110 mm

Bảng 5 5 Kích thước ống hơi ở đỉnh tháp (bảng XIII.26, trang 409,2)

Ta có: x D = 0,9383 suy ra t w = 57,3 0 C bảng I2 trang 9, [1] suy ra:

- Khối lượng riêng của nước:= 984,215 / 3

GVHD: TS Trần Lưu Dũng 40 Áp dụng công thức I.2 trang 6, [1] ta có:

- Chọn vận tốc chất lỏng hoàn lưu là v hl = 0,2 m/s (tự chảy từ bộ phận tách lỏng ngưng tụ vào tháp).

- Đường kính trong của ống nối ố ℎ à ư = √

Tra bảng XIII.26, trang 419, [2] với P = 0,0456 N/mm 2 ta thu được bảng số liệu sau:

Bảng 5 6 Kích thước ống hoàn lưu

- Nồng độ trung bình của pha hơi ở đỉnh tháp:

Ta có x W = 0,0031 suy ra t w = 98,6 0 C và y w = 0,0374

- Khối lượng mol trung bình của pha hơi trong phần cất

- Khối lượng riêng trung bình của pha hơi trong phần cất là:

- Chọn vận tốc hơi ra khỏi đỉnh tháp là v HW = 20 m/s

- Dường kính trong của ống nối

Trường ĐH Công Nghiệp Thực Phẩm TP.HCM Khoa Công nghệ Hóa học ố ℎơ ở á ℎá độ bay hơi tương đối của hỗn hợp và độ nhớt của hỗn hợp lỏng, = √

Tra bảng XIII.32 trang 436, [2] suy ra chiều dài đoạn ống nối là: l = 120 mm

Bảng 5 7 Kích thước ống hơi ở đáy tháp

5.6.5 Ống dẫn lỏng ra khỏi đáy tháp

Ta có: x W = 0,0031 suy ra t w = 98,6 0 C bảng I2 trang 10, [1] suy ra:

- Khối lượng riêng của nước:= 958,98 / 3

- Khối lượng riêng của rượu: = 694,82 3 Áp dụng công thức I.2 trang 6, [1] ta có:

- Chọn vận tốc chất lỏng trong ống nối là v LW = 0,2 m/s

- Đường kính trong của ống nối ố ℎ à ư = √

Bảng 5 8 Kích thước ống dẫn lỏng ra khỏi đáy tháp

Kính quan sát

Chọn đường kính trong của kính quan sát là D tr = 100 mm ta có các thông số sau:

- Đường kính ngoài D ng = 180 mm

- Số bulông gắp kính với tháp z = 16

- Khoảng cách giữa hai bulông là h = 160 mm

TÍNH TOÁN VÀ LỰA CHỌN THIẾT BỊ PHỤ

Các thiết bị truyền nhiệt

6.1.1 Thiết bị ngưng tụ sản phẩm đỉnh:

Chọn thiết bị ngưng tụ vỏ – ống loại TH đặt nằm ngang. Ống truyền nhiệt được làm bằng thép X18H10T, kích thước ống: 25x2.

Chọn nước làm lạnh đi trong ống với nhiệt độ đầu: t 1 = 27 o C, nhiệt độ cuối: t 2 40 o C.

Các tính chất lý học của nước làm lạnh (Tài liệu tham khảo [1]) ứng với nhiệt độ trung bình t tbN t

2 + Nhiệt dung riêng: c N = 4,181 (KJ/kg.độ).

Suất lượng nước cần dùng để ngưng tụ sản phẩm đỉnh:

G N = 6,86 (Kg/s). a Xác định hệ số truyền nhiệt :

Bề mặt truyền nhiệt được xác định theo phương trình truyền nhiệt:

Với: + K : hệ số truyền nhiệt.

+ t log : nhiệt độ trung bình logarit.

Chọn kiểu truyền nhiệt ngược chiều, nên:

 Xác định hệ số truyền nhiệt K:

Hệ số truyền nhiệt K được tính theo công thức:

Với: + N : hệ số cấp nhiệt của nước trong ống (W/m 2 K ).

+  A : hệ số cấp nhiệt của hơi ngưng tụ (W/m 2 K ).

+ r t : nhiệt trở của thành ống và lớp cáu.

Xác định hệ số cấp nhiệt của nước trong ống:

 Vận tốc thực tế của nước trong ống: v  n

 chế độ chảy dòng, công thức xác định chuẩn số Nusselt có dạng:

+  l : hệ số hiệu chỉnh phụ thuộc vào Re N và tỷ lệ chiều dài ống với đường kính ống:Re N !247,86 và L  1,5  50 ,nên  l =1. d 0,021 tr

+ Pr N : chuẩn số Prandlt của nước ở 33.5 o C, nên Pr N = 5.

+ Pr w : chuẩn số Prandlt của nước ở nhiệt độ trung bình của vách.

 Hệ số cấp nhiệt của nước trong ống:

Nhiệt tải phía nước làm lạnh: q   (t  t )  1745,772

Với t w2 : nhiệt độ của vách tiếp xúc với nước (trong ống).

Nhiệt tải qua thành ống và lớp cáu:

+ t w1 : nhiệt độ của vách tiếp xúc với Acetone (ngoài ống).

Bề dày thành ống:  t = 2 (mm).

Hệ số dẫn nhiệt của thép không gỉ:  t = 17,5 (W/m K ).

Nhiệt trở trung bình của lớp bẩn trong ống với nước sạch: r c = 1/5000 (m 2 K/W).

 Hệ số cấp nhiệt của hơi ngưng tụ: r  3 2 A

Kiểm tra hệ số cấp nhiệt của Acetone cần xem xét ảnh hưởng của sự sắp xếp và bố trí ống Khi chọn cách xếp ống thẳng hàng theo dạng lục giác đều, với 91 ống, ta có công thức n = 3a(a-1)+1, từ đó suy ra a = 6.

Số ống trên đường chéo của đường 6 cạnh: b = 2a – 1 = 11 ống

Tra tài liệu tham khảo II trang 30, ta có  tb = 0,48.

Khi đó:  ntu =  tb  A Ẩn nhiệt ngưng tụ: r A = r D = 599,685 (KJ/kg).

Nhiệt tải ngoài thành ống: q A =  ntu (57,8-t w1 ) = A.0,48.(57,8-t w1 ) 0,75 (IV.6).

Từ (IV.4), (IV.5), (IV.6) ta dùng phương pháp lặp để xác định t w1 , t w2

Các tính chất lý học của Acetone ngưng tụ (Tài liệu tham khảo [1]) ứng với nhiệt độ trung bình t tbD = t

+ Khối lượng riêng của nước:  N = 986,98 (kg/m 3 )

+ Khối lượng riêng của acetone:  A = 755,735 (kg/m 3 )

+ Hệ số dẫn nhiệt của nước:  N = 0,650 (W/mK)

+ Hệ số dẫn nhiệt của acetone:  A = 0,165 (W/mK)

Xem nhiệt tải mất mát là không đáng kể: q t = q A 65,822 (W/m 2 ). q t o

Tra tài liệu tham khảo [1], Pr w = 4,08

Mức truyền nhiệt bề mặt của thiết bị được xác định là 401,548 (W/m².°C) Việc xác định bề mặt truyền nhiệt và cấu tạo của thiết bị là rất quan trọng, vì nó ảnh hưởng trực tiếp đến hiệu suất hoạt động và khả năng truyền nhiệt của hệ thống Cấu tạo thiết bị cần được thiết kế hợp lý để tối ưu hóa quá trình truyền nhiệt, đảm bảo hiệu quả và tiết kiệm năng lượng.

Từ (IV.2), bề mặt truyền nhiệt trung bình:

Suy ra chiều dài ống truyền nhiệt :

Chọn bước ngang giữa hai ống: t = 1,4.d ng = 1,4.0,025 = 0,035 (m). Đường kính vỏ thiết bị: D v = t.(b-1)+4.d ng

6.1.2 Thi t b làm ngu i s n ph m đ nhết bị làm nguội sản phẩm đỉnh ị làm nguội sản phẩm đỉnh ội sản phẩm đỉnh ản phẩm đỉnh ẩm đỉnh ỉnh

Thiết bị làm nguội sản phẩm hiệu quả nhất là thiết bị truyền nhiệt ống lồng ống, được chế tạo từ thép X18H10T Kích thước ống trong là 38x3 mm và kích thước ống ngoài là 57x3 mm, đảm bảo khả năng truyền nhiệt tối ưu cho quy trình làm nguội.

+ Nước làm lạnh đi trong ống 38x3 (ống trong) với nhiệt độ đầu: t 1 = 27 o C, nhiệt độ cuối: t 2 = 40 o C.

+ Sản phẩm đỉnh đi trong ống 57x3 (ống ngoài) với nhiệt độ đầu:t D = 57,3 o C, nhiệt độ cuối: t’ D = 35 o C.

Các tính chất lý học của nước làm lạnh được (Tài liệu tham khảo [1]) ứng với nhiệt độ trung bình t tbN t

2 + Nhiệt dung riêng: c N = 4,181 (KJ/kg.độ).

Các tính chất lý học của sản phẩm đỉnh được (Tài liệu tham khảo [1]) ứng với nhiệt độ trung bình t tbD t

+ Nhiệt dung riêng: c D = 2349,14 (J/kg.độ).

Suất lượng sản phẩm đỉnh: ̅ S2,19 kg/h = 0,148kg/s

Lượng nhiệt cần tải: Q t = 80658,48 (kJ/h) ",405 (Kw).

Suất lượng nước cần dùng là 1485,54 kg/h, tương đương với 0,413 kg/s Để xác định hệ số truyền nhiệt bề mặt và cấu tạo thiết bị, cần phân tích các yếu tố liên quan đến hiệu suất truyền nhiệt và thiết kế của thiết bị.

Khoa Công nghệ Hóa học

Với: +  N : hệ số cấp nhiệt của nước trong ống (W/m 2 K ).

+  D : hệ số cấp nhiệt của sản phẩm đỉnh (W/m 2 K ).

 Xác định hệ số cấp nhiệt của sản phẩm đỉnh ở ống ngoài:

Vận tốc của sản phẩm đỉnh đi trong ống ngoài: v 

 0,588 (m/s). Đường kính tương đương: d td = D tr –d ng = 0,051- 0,038 = 0,013 (m).

Công thức xác định chuẩn số Nusselt có dạng:

+  l : hệ số hiệu chỉnh phụ thuộc tỷ lệ chiều dài ống với đường kính ông1, chọn  l =1 (với l/d = 50)

+ Pr D : chuẩn số Prandlt của sản phẩm đỉnh ở 43,9 o C, nên

+ Pr w1 : chuẩn số Prandlt của sản phẩm đỉnh ở nhiệt độ trung bình của vách.

Hệ số cấp nhiệt của sản phẩm đỉnh trong ống ngoài:

Nhiệt tải phía sản phẩm đỉnh: q  

Với t w1 : nhiệt độ của vách tiếp xúc với sản phẩm đỉnh (ngoài ống nhỏ).

Vận tốc nước đi trong ống:

 Xác định hệ số cấp nhiệt của nước trong ống nhỏ:

Vận tốc nước đi trong ống: v

+  l : hệ số hiệu chỉnh phụ thuộc vào Re N và tỷ lệ chiều dài ống với đường kính ống: chọn  l =1.

+ Pr N : chuẩn số Prandlt của nước ở 33,5 o C, nên Pr N = 5.

+ Pr w2 : chuẩn số Prandlt của nước ở nhiệt độ trung bình của vách.

Hệ số cấp nhiệt của nước trong ống:

Nhiệt tải phía nước làm lạnh:

GVHD: TS Trần Lưu Dũng 51 q   (t  t )  3680,95

 Nhiệt tải qua thành ống và lớp cáu:

+ t w2 : nhiệt độ của vách tiếp xúc với nước (trong ống nhỏ).

Hệ số dẫn nhiệt của thép không gỉ:  t = 17,5 (W/mK).

Nhiệt trở trung bình của lớp bẩn trong ống với nước sạch: r 1 = 1/5000 (m 2 K /W).

Nhiệt trở lớp cấu phía sản phẩm đỉnh: r 2 = 1/5000 (m 2 K/W).

Các tính chất lý học của sản phẩm đỉnh (Tài liệu tham khảo [1]) ứng với nhiệt độ t w1 9,5 o C:

+ Nhiệt dung riêng: c w1 = 2291,74 (J/kg.độ).

4,14 0,25 Xem nhiệt tải mất mát là không đáng kể: q t = q D b51,866 (W/m 2 ). q t o

Tra tài liệu tham khảo [4 (tập 1)], Pr w2 = 4,845

 595,85 (W/m 2 o C). b Xác định bề mặt truyền nhiệt:

Vậy: thiết bị làm mát sản phẩm đỉnh là thiết bị truyền nhiệt ống lồng ống với chiều dài ống truyền nhiệt L = 36(m), chia thành 9 dãy, mỗi dãy dài 4m

6.1.3 N i đun gia nhi t s n ph m đáy:ồi đun gia nhiệt sản phẩm đáy: ệt sản phẩm đáy: ản phẩm đỉnh ẩm đỉnh

Chọn thiết bị đun sôi đáy tháp là nồi đun Kettle. Ống truyền nhiệt được làm bằng thép X18H10T, kích thước ống 25 x 2:

Hơi đốt là hơi nước ở 2,5at đi trong ống 25 x 2.

- Nhiệt hóa hơi: rH 2 O = r n = 2173000 (J/kg)

Dòng sản phẩm tại đáy có nhiệt độ:

- Trước khi vào nồi đun (lỏng): t’ 1 = 96,27 ( o C)

- Sau khi được đun sôi (hơi): t w = 98,61 ( o C) Suất lượng hơi nước cần dùng : D 2 = 838,5 (Kg/h) b Xác định hệ số truyền nhiệt :

Với: +  N : hệ số cấp nhiệt của hơi nước (W/m 2 K ).

+  D : hệ số cấp nhiệt của sản phẩm đáy (W/m 2 K ).

 Xác định hệ số cấp nhiệt của hơi nước:

Hệ số cấp nhiệt của hơi nước được xác định theo công thức:

Với: + t w1 : nhiệt độ của vách tiếp xúc với hơi nước(trong ống).

+ A : hệ số phụ thuộc vào tính chất vật lý nước theo nhiệt độ (Tài liệu tham khảo trang 29, [2]).

Kiểm tra hệ số cấp nhiệt của Acetone cần xem xét ảnh hưởng của cách sắp xếp và bố trí ống Khi chọn cách xếp ống thẳng hàng theo dạng lục giác đều, với 127 ống, ta có công thức n = 3a(a-1) + 1 Từ đó, suy ra giá trị a = 7.

Số ống trên đường chéo của đường 6 cạnh: b = 2a – 1 = 13 ống

Tra tài liệu tham khả trang 30, [2]: ta có   tb = 0,5.

 Nhiệt tải qua thành ống và lớp cáu:

+ t w2 : nhiệt độ của vách tiếp xúc với sản phẩm đáy (ngoài ống).

Hệ số dẫn nhiệt của thép không gỉ:  t = 17,5 (W/m K ).

Nhiệt trở trung bình của lớp bẩn trong ống với nước sạch: r 1 = 1/5000 (m 2 K /W).

Nhiệt trở lớp cấu phía sản phẩm đáy: r 2 =1/500(m 2 K /W).

 Xác định hệ số cấp nhiệt của sản phẩm đáy :

Hệ số cấp nhiệt của sản phẩm đáy được xác định theo công thức (chế độ sôi sủi bọt và xem sản phẩm đáy như là nước):

Với p: áp suất để đạt nhiệt độ sôi của sản phẩm đáy, khi đó p = 1 at = 10 5 (N/m 2 ). Suy ra:  D = 14343,143(t w2 – 98,6) 2,33

Nhiệt tải phía sản phẩm đáy: q   (t  98,6)  14343,143(t

Khi đó, ở nhiệt độ trung bình 119,6 113.47

Xem nhiệt tải mất mát là không đáng kể: qt = qN &551,748 (W/m 2 ).

GVHD: TS Trần Lưu Dũng 56 b Xác định bề mặt truyền nhiệt và cấu tạo thiết bị là rất quan trọng trong quá trình thiết kế và vận hành hệ thống Bề mặt truyền nhiệt ảnh hưởng trực tiếp đến hiệu suất truyền nhiệt, trong khi cấu tạo thiết bị quyết định tính năng và độ bền của hệ thống Việc tối ưu hóa bề mặt truyền nhiệt và cấu tạo thiết bị sẽ giúp nâng cao hiệu quả năng lượng và giảm thiểu chi phí vận hành.

Từ (IV.12), bề mặt truyền nhiệt trung bình: Q D2 = 532,757 (kW)

Chiều dài ống truyền nhiệt:

Tra bảng V.II, trang 48, [2]  Số ống trên đường chéo: b = 13 (ống)

Tra bảng trang 21, [3]  Bước ống: t = 30 (mm) = 0,03 (m)

 Đường kính trong của thiết bị: D = t(b-1) + 4d n = 0,46 (m)

6.1.4 Thiết bị trao đổi nhiệt giữa nhập liệu và sản phẩm đáy:

Thiết bị trao đổi nhiệt giữa dòng nhập liệu và sản phẩm đáy được lựa chọn là thiết bị truyền nhiệt ống lồng ống, được chế tạo từ thép X18H10T Kích thước ống trong là 38x3 mm và kích thước ống ngoài là 57x2 mm.

Dòng nhập liệu đi trong ống 38x3 (ống trong) với nhiệt độ đầu: t bd = 27 o C, nhiệt độ ra là t’ F = 58 o C

Sản phẩm đáy đi trong ống 57x3 (ống ngoài)với nhiệt độ đầu: t W = 98,6 o C, nhiệt độ cuối: t’ W = 60 o C.

Các tính chất lý học của sản phẩm đáy được tra ở tài liệu tham khảo [1] ứng với nhiệt độ trung bình t tbW = t' W   t w y,3 o C, x w = 0,01, ̅̅̅̅ = 0,003125

2 + Nhiệt dung riêng: c W = 4180,302 (J/kg.độ).

Các tính chất lý học của nguyên liệu được tra ở tài liệu tham khảo [1] ứng với nhiệt độ trung bình t tbF B,5 o C:

+ Nhiệt dung riêng: c F = 3602,168 (J/kg.độ).

Suất lượng sản phẩm đáy: ̅ 375,46 (Kg/h) = 0,938 kg/s

Lượng nhiệt cần tải: Q t 1,988 (kW) a Xác định hệ số truyền nhiệt :

Với: +  F : hệ số cấp nhiệt của dòng nhập liệu (W/m 2 o K).

+  W : hệ số cấp nhiệt của sản phẩm đáy (W/m 2 o K).

 Xác định hệ số cấp nhiệt của dòng nhập liệu ở ống trong :

Vận tốc dòng nhập liệu đi trong ống: v F  

+  l : hệ số hiệu chỉnh phụ thuộc vào Re F và tỷ lệ chiều dài ống với đường kính ống:Re F 520,159, chọn  l =1.

+ Pr F : chuẩn số Prandlt của dòng nhập liệu ở 42,5 o C, nên

0,428 = 5,496 + Pr w2 : chuẩn số Prandlt của dòng nhập liệu ở nhiệt độ trung bình của vách.

Hệ số cấp nhiệt của dòng nhập liệu trong ống:

Nhiệt tải phía dòng nhập liệu: q F   F (t w2  t tbF )  7673,489

Với: t w2 : nhiệt độ của vách tiếp xúc với dòng nhập liệu (trong ống nhỏ).

 Nhiệt tải qua thành ống và lớp cáu: q  t w1

+ t w1 : nhiệt độ của vách tiếp xúc với sản phẩm đáy (trong ống nhỏ).

Bề dày thành ống:  t = 3(mm).

Hệ số dẫn nhiệt của thép không gỉ:  t = 17,5 (W/m o K).

Nhiệt trở trung bình của lớp bẩn trong ống với nước sạch: r 1 = 1/5000 (m 2 o K/W).

Nhiệt trở lớp cấu phía sản phẩm đỉnh: r 2 = 1/5000 (m 2 o K/W).

 Xác định hệ số cấp nhiệt của sản phẩm đáy ngoài ống nhỏ :

Vận tốc nước đi trong ống ngoài: v 

= 1,065 (m/s). Đường kính tương đương: d td = D tr –d ng = 0,051- 0,038 = 0,013 (m).

+  l : hệ số hiệu chỉnh phụ thuộc vào Re W và tỷ lệ chiều dài ống với đường kính ống:Re W 7260,448 ,chọn  l =1.

+ Pr W : chuẩn số Prandlt của sản phẩm đáy ở ˆ79,3 o C, xem sản phẩm gần như là nước nên Pr W = 2,246.

Hệ số cấp nhiệt của sản phẩm đáy trong ống ngoài:

Trường ĐH Công Nghiệp Thực Phẩm TP.HCM Khoa Công nghệ Hóa học q   (t  t )  8517,757

Xem nhiệt tải mất mát là không đáng kể: q t = q W = 39360,59 (W/m 2 ).

Các tính chất lý học của dòng nhập liệu được tra ở tài liệu tham khảo

[1] ứng với nhiệt độ trung bình t tbw = 62,25 o C:

 1125,574 m C). b Xác định bề mặt truyền nhiệt:

Thiết bị trao đổi nhiệt giữa dòng nhập liệu sử dụng hệ thống ống lồng ống, với chiều dài tổng cộng của ống truyền nhiệt là 40 mét Thiết bị này được chia thành 10 dãy, mỗi dãy có chiều dài 4 mét.

6.1.5 Thiết gia nhiệt nhập liệu

Thiết bị gia nhiệt nhập liệu được lựa chọn là ống lồng ống truyền nhiệt, được chế tạo từ thép X18H10T Kích thước ống trong là 38x3 mm và kích thước ống ngoài là 57x3 mm.

Dòng nhập liệu đi trong ống 38x3 (ống trong) với nhiệt độ đầu: t’ F X o C ,nhiệt độ cuối: t F h,3 o C.

Chọn hơi đốt là hơi nước 2 at, đi trong ống 57x3(ống ngoài) Tra tài liệu tham khảo [1], ta có:

+ Ẩn nhiệt ngưng tụ: r N = 2173 (KJ/kg).

Các tính chất lý học của dòng nhập liệu được tra ở tài liệu tham khảo [1] ứng với nhiệt độ trung bình t tbF = t'

+ Nhiệt dung riêng: c F = 3626,5 (KJ/kg.độ).

Lượng nhiệt cần tải cung cấp cho dòng nhập liệu: Q c P,599 (KW).

Suất lượng hơi nước cần dùng: D 1 = 0,0245 (Kg/s).

GVHD: TS Trần Lưu Dũng 62 a Xác định hệ số truyền nhiệt :

Với: +  F : hệ số cấp nhiệt của dòng nhập liệu (W/m 2 o K).

+ N : hệ số cấp nhiệt của hơi nước (W/m 2 o K).

 Xác định hệ số cấp nhiệt của dòng nhập liệu trong ống nhỏ :

Vận tốc dòng nhập liệu đi trong ống trong: v F 

+  l : hệ số hiệu chỉnh phụ thuộc vào Re W và tỷ lệ chiều dài ống với đường kính ống:Re W =129511,133 ,chọn  l =1.

+ Pr F : chuẩn số Prandlt của dòng nhập liệu ở 63,15 o C, nên

Hệ số cấp nhiệt của dòng nhập liệu trong ống nhỏ:

Nhiệt tải phía dòng nhập liệu: q   (t  t )  86139,209

Với t w2 : nhiệt độ của vách tiếp xúc với dòng nhập liệu (trong ống nhỏ).

 Nhiệt tải qua thành ống và lớp cáu: q t  t w1

+ t w1 : nhiệt độ của vách tiếp xúc với hơi nước (ngoài ống nhỏ).

Bề dày thành ống:  t = 3(mm).

Hệ số dẫn nhiệt của thép không gỉ:  t = 17,5 (W/m o K).

Nhiệt trở trung bình của lớp bẩn trong ống với nước sạch: r 1 = 1/5000 (m 2 o K/W).

Nhiệt trở lớp cấu phía sản phẩm đỉnh: r 2 = 1/5000 (m 2 o K/W).

 Xác định hệ số cấp nhiệt của hơi nước trong ống ngoài :

GVHD: TS Trần Lưu Dũng 64 Đường kính tương đương: d td = D tr –d ng = 0,051- 0,038 = 0,013 (m)

Hệ số cấp nhiệt của hơi nước được xác định theo công thức:

Với: + A : hệ số phụ thuộc vào tính chất vật lý nước theo nhiệt độ, được tra ở tài liệu tham khảo [2].

Nhiệt tải phía hơi nước: q   (t  t )  82,436.A.(119,6 

Khi đó, ở nhiệt độ trung bình 119,6 112,3

Xem nhiệt tải mất mát là không đáng kể: q t = q W h161,05 (W/m 2 ).

Các tính chất lý học của dòng nhập liệu được tra ở tài liệu tham khảo

[1] ứng với nhiệt độ trung bình t tbw = 92,825 oC: +

Nhiệt dung riêng: c R = 3433,128 (J/kg.độ) + Độ nhớt động lực:  R = 0,291.10 -3 (N.s/m 2 )

06,829 (W/m 2 o C). b Xác định bề mặt truyền nhiệt:

Vậy: thiết bị gia nhiệt dòng nhập liệu là thiết bị truyền nhiệt ống lồng ống với chiều dài ống truyền nhiệt L = 6(m), chia thành 3 dãy, mỗi dãy dài 2 (m).

Bồn cao vị

6.2.1 Tổn thất đường ống dẫn

Chọn ống dẫn có đường kính trong là d tr = 100 (mm)

 Độ nhám của ống:  = 0,2 (mm) = 0,0002 (m) (ăn mòn ít)

Tổn thất đường ống dẫn:

  1 : hệ số ma sát trong đường ống.

 l 1 : chiều dài đường ống dẫn, chọn l 1 = 30(m).

 d 1 : đường kính ống dẫn, d 1 = d tr = 0,1(m).

  1 : tổng hệ số tổn thất cục bộ.

 v F : vận tốc dòng nhập liệu trong ống dẫn a Xác định vận tốc dòng nhập liệu trong ống dẫn :

Các tính chất lý học của dòng nhập liệu được tra ở nhiệt độ trung bình: t F t

Tại nhiệt độ này thì:

 Khối lượng riêng của nước:  N = 988,558(kg/m 3 )

 Khối lượng riêng của acetone:  A = 759,585 (kg/m 3 )

Vận tốc của dòng nhập liệu đi trong ống: v 

= 0,19 (m/s) b Xác định hệ số ma sát trong đường ống :

Chuẩn số Reynolds tới hạn: Re gh = 6(d 1 /) 8/7 = 7289,343

Vì 4000 < Re F < Re gh  chế độ chảy rối ứng với khu vực nhẵn thủy học Áp dụng công thức (II.61), trang 378, [1]:

= 0,02 c Xác định tổng hệ số tổn thất cục bộ :

Chọn dạng ống uốn cong 90 o có bán kính R với R/d = 2 thì  u1 (1 chỗ) 0,15 Đường ống có 6 chỗ uốn   u1 = 0,15 6 = 0,9

Chọn van cầu với độ mở hoàn toàn thì van (1 cái) = 10. Đường ống có 2 van cầu   van = 10 2 = 20

 Lưu lượng kế :  l1 = 0 (coi như không đáng kể).

6.2.2 Tổn thất đường ống dẫn trong thiết bị đun sôi dòng nhập liệu

  2 : hệ số ma sát trong đường ống.

 l 2 : chiều dài đường ống dẫn, l 2 = 6 (m).

 d 2 : đường kính ống dẫn, d 2 = d tr = 0,032(m).

  2 : tổng hệ số tổn thất cục bộ.

 v 2 : vận tốc dòng nhập liệu trong ống dẫn a Vận tốc dòng nhập liệu trong ống dẫn : v 2 = 1,882 (m/s) b Xác định hệ số ma sát trong đường ống :

Chuẩn số Reynolds : Re 2 = 12113,576 > 4000: chế độ chảy rối Độ nhám:  = 0,0002

Chuẩn số Reynolds giới hạn:

Re gh = 6(d 2 /) 8/7 = 1982,191 Chuẩn số Reynolds khi bắt đầu xuất hiện vùng nhám:

Vì Re n < Re 1  chế độ chảy rối ứng với khu vực nhám Áp dụng công thức (II.63), trang 379, [1]:

/)] = 0,0334 c Xác định tổng hệ số tổn thất cục bộ :

Có 1 chỗ đột thu   đột thu 1 = 0,458

Có 1 chỗ đột mở   đột mở 2 = 0,708

Nên:  2 =  U2 +  đôt thu 2 +  đột mở 2 = 5,566

6.2.3 Chiều cao bồn cao vị:

 Mặt cắt (1-1) là mặt thoáng chất lỏng trong bồn cao vị.

 Mặt cắt (2-2) là mặt cắt tại vị trí nhập liệu ở tháp.

Ap dụng phương trình Bernoulli cho (1-1) và (2-2): z 1 +   P 1

 z 1 : độ cao mặt thoáng (1-1) so với mặt đất, hay xem như là chiều cao bồn cao vị

 z 2 : độ cao mặt thoáng (2-2) so với mặt đất, hay xem như là chiều cao từ mặt đất đến vị trí nhập liệu: z 2 = h chân đỡ + h đáy + (n ttC – 1)h + 0,5

 P 1 : áp suất tại mặt thoáng (1-1), chọn P 1 = 1 at = 9,81.10 4 (N/m 2 )

 P 2 : áp suất tại mặt thoáng (2-2)

 v 1 : vận tốc tại mặt thoáng (1-1), xem v 1 = 0 (m/s).

 v 2 : vận tốc tại vị trí nhập liệu, v 2 = v F = 0,19 (m/s).

 h f1-2 : tổng tổn thất trong ống từ (1-1) đến (2-2):

Vậy: Chiều cao bồn cao vị:

Bơm

Nhiệt độ dòng nhập liệu là t F = 27 o C.

Tại nhiệt độ này thì:

Suất lượng thể tích của dòng nhập liệu đi trong ống:

Vậy: chọn bơm có năng suất Q b = 10 (m 3 /h)

 Mặt cắt (1-1) là mặt thoáng chất lỏng trong bồn chứa nguyên liệu.

 Mặt cắt (2-2) là mặt thoáng chất lỏng trong bồn cao vị. Áp dụng phương trình Bernoulli cho (1-1) và (2-2): z 1 +

 z 1 : độ cao mặt thoáng (1-1) so với mặt đất, chọn z 1 = 1m.

 z 2 : độ cao mặt thoáng (2-2) so với mặt đất, z 2 = H cv = 5m.

 P 1 : áp suất tại mặt thoáng (1-1), chọn P 1 = 1 at.

 P 2 : áp suất tại mặt thoáng (2-2), chọn P 2 = 1 at.

 v 1 ,v 2 : vận tốc tại mặt thoáng (1-1) và(2-2), xem v 1 = v 2 = 0(m/s).

 h f1-2 : tổng tổn thất trong ống từ (1-1) đến (2-2).

 H b : cột áp của bơm. a Tính tổng trở lực trong ống:

Chọn đường kính trong của ống hút và ống đẩy bằng nhau: d tr = 100

(mm) Tra bảng II.15, trang 381, [1]

 Độ nhám của ống:  = 0,2 (mm) = 0,0002 (m) (ăn mòn ít)

Tổng trở lực trong ống hút và ống đẩy

 l h : chiều dài ống hút Chiều cao hút của bơm:

Tra bảng II.34, trang 441, [1]  h h = 4,5 (m)  Chọn l h = 5 (m).

 l đ : chiều dài ống đẩy, chọn l đ = 5 (m).

  h : tổng tổn thất cục bộ trong ống hút.

  đ : tổng tổn thất cục bộ trong ống đẩy.

  : hệ số ma sát trong ống hút và ống đẩy.

 v F : vận tốc dòng nhập liệu trong ống hút và ống đẩy (m/s). v 

 Xác định hệ số ma sát trong ống hút và ống đẩy : Chuẩn số Reynolds :

Vì Re F > 4000  chế độ chảy rối

Chuẩn số Reynolds giới hạn:

Vì Re gh > Re 1  chế độ chảy rối ứng với khu vực nhẵn thủy lực Áp dụng công thức (II.61), trang 378, [1]:  1

 Xác định tổng tổn thất cục bộ trong ống hút :

Chọn dạng ống uốn cong 90 o có bán kính R với R/d = 2 thì  u1 (1 chỗ) = 0,15.

Chọn van cầu với độ mở hoàn toàn thì  v1 (1 cái) 10 Ống hút có 1 van cầu   v1 = 10 Nên:  h = 

 Xác định tổng tổn thất cục bộ trong ống đẩy :

Chọn dạng ống uốn cong 90 o có bán kính R với R/d = 2 thì  u2 (1 chỗ) 0,15 Ống đẩy có 4 chỗ uốn   u2 = 0,15 4 = 0,6

Chọn van cầu với độ mở hoàn toàn thì  v2 (1 cái) = 10. Ống đẩy có 1 van cầu   v2 = 10

 Vào bồn cao vị :  cv = 1

  b Tính cột áp của bơm

Chọn hiệu suất của bơm:  b = 0,8.

Công suất thực tế của bơm: N b = Q H 

Kết luận : Để đảm bảo tháp hoạt động liên tục ta chọn 2 bơm li tâm loại XM, có:

Tính bảo ôn thiết bị

Trong quá trình hoạt động của tháp, nhiệt lượng tổn thất ra môi trường ngày càng lớn do tiếp xúc với không khí Để duy trì hoạt động ổn định và đảm bảo hiệu suất, cần tăng lượng hơi đốt gia nhiệt cho nồi đun, nhưng điều này dẫn đến chi phí tăng cao Để ngăn tháp bị nguội mà không làm tăng chi phí hơi đốt, việc thiết kế lớp cách nhiệt bao quanh thân tháp là giải pháp hiệu quả.

Chọn vật liệu cách nhiệt cho thân tháp là amiăng có bề dày là   a Tra tài liệu tham khảo [2], hệ số dẫn nhiệt của amiăng là  a = 0,151 (W/m o K).

Nhiệt lượng tổn thất ra môi trường xung quanh:

Nhiệt tải mất mát riêng: q m = Q

Với: + t v1 : nhiệt độ của lớp cách nhiệt tiếp xúc với bề mặt ngoài của tháp.

+ t v1 : nhiệt độ của lớp cách nhiệt tiếp xúc với không khí.

+ t v : hiệu số nhiệt độ giữa hai bề mặt của lớp cách nhiệt.

Nhận thấy: q m = const, nên chọn t v = t max = t đáy -t kk ,t kk 27 o C Suy ra t v = 98,6 – 27 = 71,6 o C.

+ f tb : diện tích bề mặt trung bình của tháp (kể cả lớp cách nhiệt). f tb = .H.D tb = .H.(D t + S thân +  a )

Từ (IV.27), ta có phương trình:

Tiêu đề	Thiết Kế Tháp Chưng Cất Mâm Xuyên Lỗ Hệ Acetone – Nước Năng Suất Nhập Liệu 2000 L/h
Tác giả	Nguyễn Thị Thảo
Người hướng dẫn	TS. Trần Lưu Dũng, ThS. Huỳnh Bảo Long
Trường học	Trường Đại Học Công Nghiệp Thực Phẩm TP.HCM
Chuyên ngành	Công Nghệ Kỹ Thuật Hóa Học
Thể loại	Đồ Án Môn Học
Năm xuất bản	2019
Thành phố	TP. Hồ Chí Minh

Định dạng
Số trang	122
Dung lượng	619,7 KB