ĐỒ án môn học TÍNH TOÁN và THIẾT kế hệ THỐNG THIẾT bị CHƯNG cất mâm CHÓP DÙNG để CHƯNG cất hỗn hợp LỎNG nước– ACID ACETC

BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH KHOA CƠNG NGHỆ HĨA HỌC BÁO CÁO ĐỒ ÁN MƠN HỌC TÍNH TỐN VÀ THIẾT KẾ HỆ THỐNG THIẾT BỊ CHƯNG CẤT MÂM CHÓP DÙNG ĐỂ CHƯNG CẤT HỖN HỢP LỎNG NƯỚC– ACID ACETC Họ tên: Nguyễn Trần Lan Chi MSSV: 18029831 Giảng viên hướng dẫn: PHẠM VĂN HƯNG Mơn học phần: Thực hành tính tốn hệ thống thiết kế thiết bị Lớp học phần: Đại học Hóa Hữu Cơ 14A - 420300324801 Năm học: 2020-2021 THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH, NĂM 2021 Mục Lục: CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN Lý thuyết chưng cất .4 1.1 Khái niệm: 1.2 Các phương pháp chưng cất Giới thiệu nguyên liệu 2.1 Aceton: 2.2 Nước: .8 2.3 Hỗn hợp Nước - Acid acetic Công nghệ chưng cất hệ Nước - Acid acetic CHƯƠNG 2: CÂN BẰNG VẬT CHẤT .11 I Thông số ban đầu: 11 II Xác định xuất lượng sản phẩm đỉnh sản phẩm đáy 11 III Xác định tỉ số hồn lưu thích hợp 13 Tỉ số hoàn lưu tối thiểu Rmin 13 Tỉ số hồn lưu thích hợp R 13 Phương trình đường làm việc, số mâm lý thuyết số mâm thực tế 14 Xác định hiệu suất trung bình thiết bị số mâm thực tế .15 CHƯƠNG 3: CÂN BẰNG NĂNG LƯỢNG 18 I Số liệu ban đầu 18 II Cân lượng thiết bị gia nhiệt nhập liệu .18 III Cân lượng tháp chưng cất 20 IV Cân lượng thiết bị ngưng tụ sản phẩm đỉnh 24 V Cân lượng thiết bị làm nguội sản phẩm đỉnh 24 VI Cân lượng thiết bị làm nguội sản phẩm đáy 26 CHƯƠNG 4: TÍNH TỐN THIẾT BỊ CHÍNH 28 I Đường kính tháp: 28 Đường kính đoạn cất .28 Đường kính đoạn chưng 32 II Chiều cao tháp 35 III Mâm chóp 36 Tính tốn mâm chóp ống chảy chuyền: .36 Bố trí ống chảy chuyền: 42 Độ giảm áp: 43 Trở lực tháp: 48 CHƯƠNG 5: TÍNH TỐN CƠ KHÍ 56 I Tính bề dày thân trụ tháp .56 II Tính – chọn bề dày đáy nắp thiết bị 59 III Bích ghép thân đáy nắp .61 IV Đường kính ống dẫn – Bích ghép ống dẫn 63 V Chân đỡ tay treo thiết bị 70 Tính khối lượng tồn tháp: 70 Chọn tai treo: 73 Chân đỡ: 74 VI Tính lớp cách nhiệt 75 CHƯƠNG 6: TÍNH THIẾT BỊ PHỤ 76 I Thiết gia nhiệt nhập liệu : 76 Suất lượng nước cần dùng : .78 Xác định bề mặt truyền nhiệt: 78 II Nồi đun gia nhiệt sản phẩm đáy: 84 III Thiết bị ngưng tụ sản phẩm đỉnh: 85 IV Thiết bị làm nguội sản phẩm đỉnh: .86 V Thiết bị làm nguội sản phẩm đáy: 87 VI Chọn bơm 88 Năng suất: 88 Cột áp: .88 Tính tổng trở lực tháp: 89 Tính cột áp bơm: .91 Công suất: 91 Tài liệu tham khảo: .92 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN Lý thuyết chưng cất 1.1 Khái niệm: Chưng cất trình dùng để tách cấu tử hỗn hợp lỏng hỗn hợp khí lỏng thành cấu tử riêng biệt dựa vào độ bay khác cấu tử hỗn hợp (nghĩa nhiệt độ, áp suất bão hòa cấu tử khác nhau) Thay đưa vào hỗn hợp pha để tạo nên tiếp xúc hai pha trình hấp thụ nhã khí, q trình chưng cất pha tạo nên bốc ngưng tụ Trong trường hợp đơn giản nhất, chưng cất cô đặc khơng khác nhau, nhiên hai q trình có ranh giới q trình chưng cất dung mơi chất tan bay (nghĩa cấu tử diện hai pha với tỷ lệ khác nhau), q trình đặc có dung mơi bay cịn chất tan khơng bay Khi chưng cất ta thu nhiều cấu tử thường cấu tử thu nhiêu sản phẩm Nếu xét hệ đơn giản có cấu tử ta thu sản phẩm: - Sản phẩm đỉnh chủ yếu gồm cấu tử có độ bay lớn phần cấu tử có độ bay bé - Sản phẩm đáy chủ yếu gồm cấu tử có độ bay bé phần cấu tử có độ bay lớn Đối với hệ Nước - Acid aceticthì: - Sản phẩm đỉnh chủ yếu Aceton nước - Sản phẩm đáy chủ yếu nước Aceton 1.2 Các phương pháp chưng cất 1.2.1 Phân loại theo áp suất làm việc: - Áp suất thấp - Áp suất thường - Áp suất cao 1.2.2 Phân loại theo nguyên lý làm việc: - Chưng cất đơn giản - Chưng nước trực tiếp - Chưng cất 1.2.3 Phân loại theo phương pháp cấp nhiệt đáy tháp: - Cấp nhiệt trực tiếp - Cấp nhiệt gián tiếp Trong trường hợp này, sản xuất Aceton với yêu cầu có độ tinh khiết cao sử dụng, với hỗn hợp Aceton - nước hỗn hợp khơng có điểm đẳng phí nên chọn phương pháp chưng cất liên tục cấp nhiệt gián tiếp nồi đun áp suất thường hiệu 1.2.4 Thiết bị chưng Trong sản xuất thường dùng nhiều loại thiết bị khác để tiến hành chưng cất Tuy nhiên yêu cầu chung thiết bị giống nghĩa diện tích bề mặt tiếp xúc pha phải lớn, điều phụ thuộc vào mức độ phân tán lưu chất vào lưu chất Nếu pha khí phân tán vào pha lỏng ta có loại tháp mâm, pha lỏng phân tán vào pha khí ta có tháp chêm, tháp phun,…Ở ta khảo sát loại thường dùng tháp mâm tháp chêm  Tháp mâm: thân tháp hình trụ, thẳng đứng phía có gắn mâm có cấu tạo khác nhau, pha lỏng pha cho tiếp xúc với Tùy theo cấu tạo đĩa, ta có:  Tháp mâm chóp: mâm bố trí có chóp dạng trịn, xupap, chữ S…  Tháp mâm xuyên lỗ: mâm có nhiều lỗ hay rãnh  Tháp chêm (tháp đệm): tháp hình trụ, gồm nhiều bậc nối với mặt bích hay hàn Vật chêm cho vào tháp theo hai phương pháp: xếp ngẫu nhiên hay xếp thứ tự Ở đây, ta so sánh ưu nhược điểm loại tháp này: Tháp chêm Ưu điểm -Cấu tạo đơn giản Tháp mâm xuyên lỗ - Trở lực tương đối Tháp mâm chóp - Có tính ổn định cao - Trở lực thấp thấp - Hiệu suất cao - Làm việc với chất lỏng bẩn dùng đệm có cầu có p ≈ p chất lỏng - Hiệu suất cao - Dễ dàng làm vệ sinh thông qua cửa sữa chữa - Chi phí tháp mâm có đường kính lớn rẻ - Tổng khối lượng tháp mâm thường nhỏ so với tháp chêm - Có Nhược điểm - Do có hiệu ứng thành, nên hiệu suất truyền khối thấp - Không làm việc với chất lỏng bẩn - Độ ổn định khơng cao, khó vận hành - Kết cấu phức tạp - Có trở lực lớn - Tiêu tốn nhiều vật tự, kết cấu phức tạp -Do có hiệu ứng thành, nên tăng suất hiệu ứng thành tăng, làm khó tăng suất - Thiết bị nặng n Vậy chọn tháp mâm chóp để chưng cất hệ Nước - Acid acetic Giới thiệu nguyên liệu Nguyên liệu gồm hỗn hợp Aceton - Nước 2.1 Aceton: Aceton có cơng thức phân tử: CH3-CO-CH3 Khối lượng phân tử: 58,079 đvC Là chất lỏng không mùi, dễ lưu động dễ cháy, với cách êm dịu có mùi thơm Hịa tan vơ hạn nước số hợp chất hữu cơ: eter, metanol, etanol, diaceton alcohol,…  Một số thông số vật lý nhiệt độ etanol:  Nhiệt độ nóng chảy : -94,6oC  Nhiệt độ sơi : 56,9oC  Tỷ trọng :  Nhiệt dung riêng CP : 22 Kcal/mol (Chuẩn 102oC)  Độ nhớt μ : 0,316 cp (ở 250oC)  Nhiệt trị : 0,5176 cal/g (ở 20oC)  Tính chất hóa học:  Cộng hợp với natri bisunfit: CH3-CO-CH3 + H2O→ CH3-(OH)C(CH3)- SO3Na ( 1-metyl-1-hydroxi etan sunfonat natri)  Cộng hợp acid HCN: CH3-CO + HCN → CH3-(OH)CO(CH3)-CH3 (ph= – 8)  Phản ứng ngưng tụ: CH3-CO-CH3 + HCH2-(CH3)CO → CH3-(OH)CO(CH3)-CH2-CO-CH3 (4-oxy-4-metyl-2-pentanon) Aceton khó bị oxi hóa thuốc thử Pheling, Toluen, HNO 3đđ, KMnO4, Chỉ bị oxi hóa hỗn hợp KMnO4 + H2SO4, Sunfocromic K2Cr2O7 + H2SO4 Bị gãy mạch cacbon CH3-CO-CH3 → CH3-CO-CH2OH → CH3-CO-CHOH → CH3COOH + HCOOH  Phản ứng khử hóa: CH3-CO-CH3 + H2 → CH3-CH(OH)-CH3  Điều chế: Oxy hóa rượu bậc 2: CH3-CH(OH)-CH3 → CH3-CO-CH3 + H2O Theo phương pháp Piria: nhiệt phân muối canxi acid cacboxylic: (CH3COO)2Ca → CH3-CO-CH3 + CaCO3 Từ dẫn xuất mangiê: CH3-CO-Cl + CH3-Mg-Br → CH3-CO-CH3 + Cl-Mg-Br  Sản xuất Aceton Tổng hợp Aceton cách Dehydro Isopropyl Alcol có xúc tác: CH3-CH(OH)-CH3 + 15,9 Kcal (ở 327oC) → CH3-CO-CH3 + H2 - Xúc tác sử dụng đây: đồng hợp kim nó, oxit kim loại muối - Ở nhiệt độ khoảng 325oC, hiệu suất khoảng 97% - Dịng khí nóng sau phản ứng gồm có: Aceton, lượng Isopropyl Alcol chư phản ứng, H phần nhỏ sản phẩm phụ ( Propylene, diisopropyl eter,…) Hỗn hợp làm lạnh khí khơng ngưng lọc nước Dung dịch lỏng đem chưng cất phân đoạn, thu Aceton đỉnh hỗn hợp nước, Isopropyl Alcol (ít) đáy Ngồi ra, cịn số q trình sản xuất Aceton khác: - Oxi hóa Cumene Hydro Peroxide thành Phenol Aceton - Oxi hóa trực tiếp Butan – Propan - Lên men Cacbon hydrate vi khuẩn đặc biệt - Công ty Shell sử dụng sản phẩm phụ  Ứng dụng Aceton ứng dụng nhiều làm dung môi cho công nghiệp, ví dụ cho vecni, sơn, sơn màu, cellulose acetate, nhựa, cao su,… Nó hịa tan tốt tơ acetate, nitroxenluloz, nhựa phenol focmandehyt, chất béo, dung môi pha sơn, mực in ống đồng Aceton nguyên liệu để tổng hợp thủy tinh hữu Từ Aceton tổng hợp ceten, sumfonat (thuốc ngủ), holofom 2.2 Nước: Trong điều kiện bình thường, nước chất lỏng khơng màu, khơng mùi, khơng vị, khối nước dày dầy có màu xanh nhạt Khi hóa rắn tồn dạng tinh thể khác Khối lượng phân tử: 18 (g/mol) Khối lượng riêng: (g/mol) Nhiệt độ nóng chảy: 0oC Nhiệt độ sôi: 100oC Nước hợp chất chiếm phần lớn trái đất (3/4 diện tích trái đất nước biển) cần thiết cho sống Nước dung mơi phân cực mạnh, có khả hịa tan nhiều dung mơi quan trọng kỹ thuật hóa học 2.3 Hỗn hợp Nước - Acid acetic Bảng 1: Thành phần lỏng (x)- hơi(y) tính %mol nhiệt độ sơi hỗn hợp AcetonNước 760mmHg: X (%phần mol) Y (%phần mol) T (oC) 0 100 60.3 77.9 10 72 69.6 20 80.3 64.5 30 82.7 62.6 40 84.2 61.6 50 85.5 60.7 60 86.9 59.8 70 88.2 59 80 90.4 58.2 90 94.3 57.5 100 100 56.9 100 90 80 70 y 60 50 40 30 20 10 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 x Hình 1: Đồ thị hệ Nước - Acid acetic Công nghệ chưng cất hệ Nước - Acid acetic Aceton chất lỏng tan vô hạn nước, nhiệt độ sôi Aceton 56,9 oC 760 mmHg nhiệt độ sôi nước 100 oC 760 mmHg Nhiệt độ sôi Aceton nước cách biệt xa nên phương pháp hiệu để thu Aceton tinh khiết phương pháp chưng cất dựa vào độ bay khác cấu tử hỗn hợp Trong trường hợp này, ta sử dụng phương pháp đặc cấu tử có khả bay khơng sử dụng phương pháp trích ly phương pháp hấp phụ phải đưa vào khoa để tách, làm q trình phức tạp hay q trình tách khơng hồn toàn E-101 Thiết bị gia nhiệt nhập liệu E-102 Thiết bị ngưng tụ E-103 Thiết bị làm nguội sản phẩm đỉnh E-104 Nồi đun đáy tháp E-105 Thiết bị làm nguội sản phẩm đáy T-101 V-101 Tháp Bồn chứa chưng nhập liệu cất V-103 Bồn chứa sản phẩm đỉnh V-104 Bồn chứa sản phẩm đáy Hình Sơ đồ quy trình cơng nghệ  Thuyết minh quy trình cơng nghệ hệ chưng cất Nước - Acid acetic: Hỗn hợp Nước - Acid aceticcó nồng độ aceton 32% phần khối lượng, nhiệt độ khoảng 28 C bình chứa nguyên liệu (V-101) bơm bơm lên qua phận điều chỉnh lưu lượng vào thiết bị gia nhiệt nhập liệu (E-101) nước bão hòa để gia nhiệt đến nhiệt độ sôi o 10  Xác định tlog: - Chọn kiểu truyền nhiệt ngược chiều, nên: ∆ t max =t −t đ =119,6−28=91,6 oC ∆ t =t 1−t c =119,6−68,22=81,38 oC ⟶ ∆ t log = ∆ t max −∆ t 91,6−81,38 o = =69,56 C ∆ t max 91,6 ln ln 81,38 ∆ t  Xác định hệ số truyền nhiệt K: - Hệ số truyền nhiệt K tính theo công thức: K= 1 +∑r t + αF αN (W /m2 K )(IV 23) Trong đó: α F hệ số cấp nhiệt dòng nhập liệu ống (W/m2.K) α N hệ số cấp nhiệt đốt ống (W/m2.K) ∑r t nhiệt trở qua thành ống lớp cáu  Xác định hệ số cấp nhiệt dòng nhập liệu ống nhỏ: - Vật tốc dòng nhập liệu ống ngoài: νF= GF 1800 = =0,988(m / s) 3600 ρ F π ( d2tr −d 2ng) 3600 901,24 π ( 0,0382−0,0272 ) - Đường kính tương đương: dtd = dtr –dng = 0,038 - 0,027 = 0,011 (m)  Chuẩn số Reynolds : ℜF =  ν F d td ρF 0,988.0,011 901,24 = =19092,94> 104 : chế độ chảy rối −3 μF 0,513 10 Chuẩn số Nusselt có dạng: 81 0,8 F Nu F =0,021 ε ℜ Pr 0,8 ¿ 0,021.1 19092,94 4,379 0,43 0,43 F ( ( ) Pr F Pr ν2 4,379 Pr ν ) 0,25 0,25 = 152,42 Pr ν 20,25 Trong đó: L l hệ số hiệu chỉnh, giá trị 1 phụ thuộc vào tỉ lệ L/d Re N Ta có d = tr 1,5 = 39 ℜF =19092,94 → ε 1=1 0,038 Pr F chuẩn số Prandlt dịng nhập liệu 48,11oC, ta có: C F μ F 3568,37 0,513.10−3 Pr F = = =4,379 λF 0,418 Prw2 : chuẩn số Prandlt nước nhiệt độ trung bình vách - Hệ số cấp nhiệt dòng nhập liệu ống nhỏ: α F= - Nu F λ F 152,42.0,418 5791,96 = = 0,25 0,25 d td Pr ν2 0,011 Pr w2 Nhiệt tải phía dịng nhập liệu: q F =α F ( t w 2−t tbF )= 5791,96 t −48,11 ) (W /m )( IV 24) 0,25 ( w Pr ν Trong đó: tw2 : nhiệt độ vách tiếp xúc với dòng nhập liệu (trong ống nhỏ)  Nhiệt tải qua thành ống lớp cáu: q t= ⇒q t = t w 1−t w 2 ,(W / m ) ∑ rt t w 1−t w 17500 ( t w1 −t w ) = (W /m )( IV 25) 9 17500 Trong đó: 82 tv1 : nhiệt độ vách tiếp xúc với nước (ngoài ống nhỏ) ∑r t = ¿ δt +r +r λt 0,002 1 + + = ( m K / W ) 17,5 5000 5000 17500 Ta có: Bề dày thành ống: t = 2(mm) Hệ số dẫn nhiệt thép không gỉ: t = 17,5 (W/moK) Nhiệt trở trung bình lớp bẩn ống với nước sạch: r1 = 1/5000 (m2.K/W) Nhiệt trở lớp cáu phía sản phẩm đỉnh: r2 = 1/5000 (m2.K/W)  Xác định hệ số cấp nhiệt nước ống nhỏ: Đường kính tương đương: dtd = dtr –dng = 0,038- 0,027 = 0,011 (m) - Hệ số cấp nhiệt nước xác định theo công thức: α N =0,725 A ¿ ¿ ¿ 0,725 A ( 2208.1000 ( 119,6−t ν ) 0,011 ) 0,25 = 86,3 A (119,6−t ν1 )0,25 Trong đó: A : hệ số phụ thuộc vào tính chất vật lý nước theo nhiệt độ màng t m t w +t bh , tra trang 29 sổ tay QTTB tập 2 - Nhiệt tải phía nước: q N =α N ( t 1−t w 1) =86,30 A ( 119,6−t w ) Chọn: tw1 = 105oC 83 0,75 (W / m )( IV 26) = 119 ,6 +110 Khi đó, nhiệt độ trung bình = 112,3oC Với t = 109,8oC Tra trang 29 sổ tay QTTB tập tra A = 183,35  Từ (IV.26) ⇒ q N =86,30.183,5 ( 119,6−110 ) 0,75 =86367,49(W /m2 ) Xem nhiệt tải mát không đáng kể: qt = qN = 86367,49 (W/m2)  Từ (IV.25) ⇒ t w 2=t w 1− qt 86367,49.9 o =110− =65,58 C 17500 17500 Suy ra: t tbw= t w 1+t w 110+ 65,58 = =87,79 C 2 Tại t w 2=65,58o C , tra bảng tra bảng I.113 trang 116 sổ tay QTTB tập ta được:  Độ nhớt Nước: μ N = 0,222.10-3 (N.s/m2)  Độ nhớt Aceton: μ A = 0,438.10-3 (N.s/m2) Ta có :lg μ F=x F lg μ A + ( 1−x F ) lg μ N =0,127.lg ( 0,438 10−3 ) + ( 1−0,127 ) lg ( 0,222.10−3 )=−3,62 ⇒ μ F =0,24.10−3 ( N s /m2 ) Tại t w 2=65,58o C , tra bảng tra bảng I.130 trang 134 sổ tay QTTB tập ta được:  Hệ số dẫn nhiệt Nước: λ N = 0,661 (W/m.K)  Hệ số dẫn nhiệt Aceton: λ A= 0,162 (W/m.K) Ta có : λ F =x F λ A + ( 1−x F ) λ N −0,72 x F ( 1−x F ) ( λ N − λ A ) ¿ 0,32.0,162+ ( 1−0,32 ) 0,661−0,72.0,32 (1−0,32 ) (0,661−0,162)=0,423 (W /m K ) Tại t w 2=65,58o C , tra bảng tra bảng I.2 trang 172 sổ tay QTTB tập ta được:  Nhiệt dung riêng Nước: C N = 4190 (J/kg.K)  Nhiệt dung riêng Aceton: C A= 2323,14 (J/kg.K) 84 Ta có :C F =x F C A + ( 1−x F ) C N ¿ 0,32 2323,14+ ( 1−0,32 ) 4190=3592,60( J /kg K ) Khi đó: Pr w 2=  C F μ F 3592,60 0,24.10−3 = =1,78 λF 0,423 Từ (IV.24): ⇒q F = 5791,96 ( 65,58−48,11 )=87601,89( W /m ) 0,25 1,78 Kiểm tra sai số: ε= |86367,49−87601,89| 86367,49 =0,014 %=1,4 %50 ε=1 :Thỏa d tr 0,021 Vậy: Thiết bị gia nhiệt dòng nhập liệu thiết bị truyền nhiệt ống lồng ống với chiều dài ống truyền nhiệt L = (m) Tra bảng V.11 trang 48 sổ tay QTTB tập số ống đường chéo: b = ống Bước ống t = 1,4 dng = 1,4 0,038 = 0,053 (m) Công thức V.140 trang 49 sổ tay QTTB tập 2: ⟹Đường kính thiết bị: D = t.(b – 1) + 4.dng = 0,053.(4 – 1) + 0,038 = 0,311 (m) II Nồi đun gia nhiệt sản phẩm đáy: Chọn thiết bị đun sôi đáy tháp nồi đun Kettle Ống truyền nhiệt làm thép X18H10T, kích thước ống 25 x  Đường kính ngồi: d ng=25mm=0,025 m  Đường kính trong: d tr =21mm=0,021 m  Bề dày ống: δ=2 mm=0,002 m  Sản phẩm đáy vào nồi đun có nhiệt độ: t 14=65,5 ℃ , nhiệt độ cuối: t 18=85,41℃ Ta có: - Lượng nhiệt cần tải cung cấp cho dòng nhập liệu: Qnl = - GF C ¿ 3600 F Chiều dài ống truyền nhiệt: 86 L = (m) Ta lại có: - Nhiệt lượng cung cấp cho đáy tháp: Q nđ = 659523,7 (kJ/h) = 183,20 (kW) - Lập tỉ lệ thiết bị nhập liệu nồi đun gia nhiệt sản phẩm đáy ta có: Qnđ Ln = Qnl Lnl ⟺ 183,20 Lnt = 71,760 ⟺ Lnt =5,1( m) ⇒ Chọn: L = 5,2 (m) Kiểm tra: L 5,2 = =247,62>50 ⇒Thỏa d tr 0,021 Vậy: Thiết bị ngưng tụ sản phẩm đỉnh thiết bị truyền nhiệt ống lồng ống với chiều dài ống ngưng tụ L = 5,2 (m) Tra bảng V.11 trang 48 sổ tay QTTB tập số ống đường chéo: b = 11 ống Bước ống t = 1,4 dng = 1,4 0,025 = 0,035 (m) Công thức V.140 trang 49 sổ tay QTTB tập 2: ⟹Đường kính thiết bị: D = t.(b – 1) + 4.dng = 0,035.(11 – 1) + 0,025 = 0,45 (m) III Thiết bị ngưng tụ sản phẩm đỉnh: Chọn thiết bị làm nguội sản phẩm đáy vỏ - ống loại TH, đặt nằm ngang Ống truyền nhiệt làm thép X18H10T, kích thước ống 25x2  Đường kính ngồi: d ng=25mm=0,025 m  Đường kính trong: d tr =21mm=0,021 m  Bề dày ống: δ=2 mm=0,002 m  Nước làm lạnh ống với nhiệt độ vào 25oC nhiệt độ 40oC  Dòng đỉnh ống với nhiệt độ ngưng tụ 57,45oC 87 Ta có: - Lượng nhiệt cần tải cung cấp cho dòng nhập liệu: Qnl = - GF C ¿ 3600 F Chiều dài ống truyền nhiệt: L = (m) Ta lại có: - Nhiệt lượng ngưng tụ sản phẩm đỉnh: Qnt = 502524,6 (kJ/h) = 139,59 (kW) - Lập tỉ lệ thiết bị nhập liệu thiết bị ngưng tụ sản phẩm đỉnh ta có: Qnt Lnt = Qnl Lnl ⟺ 139,59 Lnt = 71,760 ⟺ Lnt =3,89 (m) ⇒ Chọn: L = (m) Kiểm tra: L = =109,48>50 ⇒Thỏa d tr 0,021 Vậy: Thiết bị ngưng tụ sản phẩm đỉnh thiết bị truyền nhiệt ống lồng ống với chiều dài ống ngưng tụ L = (m) Tra bảng V.11 trang 48 sổ tay QTTB tập số ống đường chéo: b = ống Bước ống t = 1,4 dng = 1,4 0,025 = 0,035 (m) Công thức V.140 trang 49 sổ tay QTTB tập 2: ⟹Đường kính thiết bị: D = t.(b – 1) + 4.dng = 0,035 (9 – 1) + 0,025 = 0,38 (m) IV Thiết bị làm nguội sản phẩm đỉnh: Chọn thiết bị làm nguội sản phẩm đáy vỏ - ống loại TH, đặt nằm ngang Ống truyền nhiệt làm thép X18H10T, kích thước ống 25x2 88  Đường kính ngồi: d ng=25mm=0,025 m  Đường kính trong: d tr =21mm=0,021 m  Bề dày ống: δ=2 mm=0,002 m  Nước làm lạnh ống với nhiệt độ vào 25oC nhiệt độ 40oC  Sản phầm đỉnh ống với nhiệt độ vào 57,45oC nhiệt độ 30oC Ta có: - Lượng nhiệt cần tải cung cấp cho dòng nhập liệu: Qnl = - GF C ¿ 3600 F Chiều dài ống truyền nhiệt: L = (m) Ta lại có: - Nhiệt lượng làm nguội sản phẩm đỉnh: Qln = 167513 (kJ/h) = 46,531 (kW) - Lập tỉ lệ thiết bị nhập liệu thiết bị làm nguội sản phẩm đỉnh ta có: Qln Lln = Qnl Lnl ⟺ 46,531 L ln = 71,760 ⟺ Lln =1,3( m) ⇒ Chọn: L = 1,5 (m) Kiểm tra: L 1,5 = =71,43>50 ⇒ Thỏa d tr 0,021 Vậy: Thiết bị ngưng tụ sản phẩm đỉnh thiết bị truyền nhiệt ống lồng ống với chiều dài ống làm nguội L = 1,5 (m) Tra bảng V.11 trang 48 sổ tay QTTB tập số ống đường chéo: b = ống Bước ống t = 1,4 dng = 1,4 0,025 = 0,035 (m) Công thức V.140 trang 49 sổ tay QTTB tập 2: ⟹Đường kính thiết bị: D = t.(b – 1) + 4.dng = 0,035.(3 – 1) + 0,025 = 0,17 (m) 89 V Thiết bị làm nguội sản phẩm đáy: Chọn thiết bị làm nguội sản phẩm đáy vỏ - ống loại TH, đặt nằm ngang Ống truyền nhiệt làm thép X18H10T, kích thước ống 25x2  Đường kính ngồi: d ng=25mm=0,025 m  Đường kính trong: d tr =21mm=0,021 m  Bề dày ống: δ=2 mm=0,002 m  Nước làm lạnh ống với nhiệt độ vào 25oC nhiệt độ 40oC  Sản phầm đáy ống với nhiệt độ vào 85,41oC nhiệt độ 30oC Ta có: - Lượng nhiệt cần tải cung cấp cho dòng nhập liệu: Qc = - GF C ¿ 3600 F Chiều dài ống truyền nhiệt: L = (m) Ta lại có: - Nhiệt lượng làm nguội sản phẩm đáy: Qln = 461748,1 (kJ/h) = 128,263 (kW) - Lâp tỉ lệ thiết bị nhập liệu thiết bị làm nguội sản phẩm đáy ta có: Qln Lln đáy = Qnl Lnl ⟺ 128,263 Lln đáy = 71,760 ⟺ Lln =3,57 (m) ⇒ Chọn: L = 3,6 (m) Kiểm tra: L 3,6 = =171,43>50 ⇒ Thỏa d tr 0,021 90 Vậy: Thiết bị ngưng tụ sản phẩm đỉnh thiết bị truyền nhiệt ống lồng ống với chiều dài ống làm nguội L = 3,6 (m) Tra bảng V.11 trang 48 sổ tay QTTB tập số ống đường chéo: b = ống Bước ống t = 1,2 dng = 1,4 0,025 = 0,035 (m) Công thức V.140 trang 49 sổ tay QTTB tập 2: ⟹Đường kính thiết bị: D = t.(b – 1) + 4.dng = 0,035.(8 – 1) + 4.0,025 = 0,345 (m) VI Chọn bơm Năng suất: Tại t F =28o C , tra bảng tra bảng I.2 trang sổ tay QTTB tập ta được:  Khối lượng riêng Aceton: ρ A = 781,8 (kg/m3) Tại t tbF =28o C , tra bảng tra bảng I.101 trang 91, 92 sổ tay QTTB tập ta được:  Độ nhớt Aceton: μ A = 0,379.10-3 (N.s/m2) - Lưu lượng nhập liệu: Q F= GF 1800 = =2,30(m /h) ρF 781,8 ⇒Chọn bơm có suất Qb = (m3/h) Cột áp: Chọn : Mặt cắt (1-1) mặt thoáng chất lỏng bồn chứa nguyên liệu Mặt cắt (2-2) mặt thoáng chất lỏng mâm nhập liệu  Áp dụng phương trình Bernoulli cho (1-1) (2-2): z1 + + + Hb = z + + Trong đó: z1: độ cao mặt thống (1-1) so với mặt đất, chọn z1 = 1m z2: độ cao mặt thoáng (2-2) so với mặt đất, z2 = m 91 +hf1-2 P1 : áp suất mặt thoáng (1-1), chọn P1 = at P2 : áp suất mặt thoáng (2-2), chọn P2 = at v1,v2 : vận tốc mặt thoáng (1-1) và(2-2), xem v1= v2 = 0(m/s) hf1-2 : tổng tổn thất ống từ (1-1) đến (2-2) Hb : cột áp bơm Tính tổng trở lực tháp: Chọn đường kính ống hút ống đẩy nhau: dtr = 100 (mm) - Tra bảng II.15 trang 381 sổ tay QTTB tập 1, ta được: ⇒Độ nhám ống:  = 0,2 (mm) = 0,0002 (m) (ăn mòn ít) - Tổng trở lực ống hút ống đẩy: ( ∑h f 1−2= λ ( ¿ 0,028 ) l h +l đ V h2 +∑ ξh +∑ ξđ d tr g ) 5+10 0,14 +10,3+10,6 =0,027( m) 0,1 2.9,18 Trong đó: lh : chiều dài ống hút  Chiều cao hút bơm: - Tra bảng II.34 trang 442 sổ tay QTTB tập ta được: hh = 4,2 (m) ⇒lh = (m) lđ : chiều dài ống đẩy, chọn lđ = 10 (m) h : tổng tổn thất cục ống hút đ : tổng tổn thất cục ống đẩy  : hệ số ma sát ống hút ống đẩy vF : vận tốc dòng nhập liệu ống hút ống đẩy (m/s) o Vận tốc dòng nhập liệu ống hút đẩy: V h=V d= Q b 3600 π d h = 4.4 =0,14 (m/ s ) 3600 π 0,1  Xác định hệ số ma sát ống hút ống đẩy : - Chuẩn số Reynolds dòng nhập liệu: 92 ℜ= V h d h ρF 0,14.0,1 781,8 = =28879,16 −3 μF 0,379.10 Vì ReF > 10000 ⇒ chế độ chảy rối - Chuẩn số Reynolds giới hạn: ℜgh=6 - ( ) ( ) d tr 87 100 =6 =7289,34 ε 0,2 Chuẩn số Reynolds bắt đầu xuất vùng nhám: ℜgh =220 ( ) ( ) d tr 100 =220 =239201,5 ε 0,2 Vì Regh < ReF < Ren ⇒ Chế độ chảy rối ứng với khu vực độ - Áp dụng công thức II.64 trang 378 sổ tay QTTB tập 1, ta được: ( λ 1=0,1 1,46 ( ⇔ λ1=0.1 1,46 ε d tr + d tr ℜF 0,2 100 + 100 28879,16 ) ) 0.25 0,25 =0.028  Xác định tổng tổn thất cục ống hút :  Chỗ uốn cong : - Tra bảng II.16 trag 382 sổ tay QTTB tập 1, ta được: Chọn dạng ống uốn cong 90o có bán kính R với R/d = u1 (1 chỗ) = 0,15 Ống hút có chỗ uốn ⇒ u1 = 0,15 = 0,3  Van : - Tra bảng 9.5 trang 94, ta được: Chọn van cầu với độ mở hồn tồn v1 (1 cái) = 10 Ống hút có van cầu ⇒ v1 = 10 Vậy: h = u1 + v1 = 0,3 + 10 = 10,3  Xác định tổng tổn thất cục ống đẩy :  Chỗ uốn cong : - Tra bảng II.6 trang 382 sổ tay QTTB tập 1, ta Chọn dạng ống uốn cong 90o có bán kính R với R/d = u2 (1 chỗ) = 0,15 93 Ống đẩy có chỗ uốn ⇒ u2 = 0,15 = 0,6  Van : - Tra bảng 9,5 trang 94, ta được: Chọn van cầu với độ mở hồn tồn v2 (1 cái) = 10 Ống đẩy có van cầu ⇒ v2 = 10 Vậy: đ = u2 + v2 + = 0,6 + 10 = 10,6 Tính cột áp bơm: H b =( z 2−z 1) + ∑ hf 1−2= ( 9−1 ) +0,026=8,026 (m) Công suất: - Chọn hiệu suất bơm: b = 0,8 - Công suất thực tế bơm: Nb= ρ F g H Q 781,8.9,81.8,026 2,3 = =0,049( kW )=49 (W ) 3600.1000 ηb 3600.1000 0,8 Kết luận: Để đảm bảo tháp hoạt động liên tục ta chọn bơm li tâm loại ΓΓXΓΓ , có: - Năng suất: Qb = (m3/h) - Cột áp: Hb = 8,026 (m) - Công suất: Nb = 49 (W) 94 Tài liệu tham khảo: [1] TS Trần Xoa – PGS.TS Nguyễn Trọng Khng, “ Sổ tay Q trình Thiết bị cơng nghệ hóa chất – Tập 1”, Nhà xuất Khoa học Kỹ thuật [2] TS Trần Xoa – PGS.TS Nguyễn Trọng Khng, “ Sổ tay Q trình Thiết bị cơng nghệ hóa chất – Tập 2”, Nhà xuất Khoa học Kỹ thuật [3] Trịnh Văn Dũng, “Q trình, thiết bị cơng nghệ hóa chất & thực phẩm – Bài tập truyền khối”, Nhà xuất Đại học quốc gia TP.HCM, 2012, 162tr [4] Phạm Văn Bơn – Nguyễn Đình Thọ, “Q trình Thiết bị Cơng Nghệ Hóa Học – Tập 5: Q trình Thiết bị Truyền Nhiệt”, Nhà xuất Đại học Quốc Gia TP.HCM, 2002 [5] Phạm Văn Bôn, “ Quá trình Thiết bị Cơng Nghệ Hóa Học – Bài tập Truyền Nhiệt”, Nhà xuất Đại học Quốc gia TP HCM, 2004 [6] Hồ Lê Viên, “Thiết kế Tính tốn thiết bị hóa chất”, Nhà xuất Khoa học Kỹ thuật, Hà Nội, 1978, 286tr [7] Trịnh Văn Dũng, “Quá trình Thiết bị Cơng Nghệ Hóa Học – Bài tập Truyền Khối”, Nhà xuất Đại học Quốc gia TP HCM, 2004 [8] Nguyễn Minh Tuyển, “ Cơ sở Tính tốn máy Thiết bị Hóa chất – Thực phẩm”, Nhà xuất Khoa học Kỹ thuật, 1984 95 ... để tách cấu tử hỗn hợp lỏng hỗn hợp khí lỏng thành cấu tử riêng biệt dựa vào độ bay khác cấu tử hỗn hợp (nghĩa nhiệt độ, áp suất bão hịa cấu tử khác nhau) Thay đưa vào hỗn hợp pha để tạo nên tiếp... với hỗn hợp Aceton - nước hỗn hợp khơng có điểm đẳng phí nên chọn phương pháp chưng cất liên tục cấp nhiệt gián tiếp nồi đun áp suất thường hiệu 1.2.4 Thiết bị chưng Trong sản xuất thường dùng. .. dùng nhiều loại thiết bị khác để tiến hành chưng cất Tuy nhiên yêu cầu chung thiết bị giống nghĩa diện tích bề mặt tiếp xúc pha phải lớn, điều phụ thuộc vào mức độ phân tán lưu chất vào lưu chất