Thông tin tài liệu
Bộ Cơng Thương TRƯỜNG ĐH CƠNG NGHIỆP THỰC PHẨM TP.HCM Khoa Công Nghệ Thực Phẩm - - BÁO CÁO ĐỒ ÁN KỸ THUẬT THỰC PHẨM Đề tài : 20 THIẾT KẾ THÁP CHƯNG CẤT HỖN HỢP ACID ACETIC-NƯỚC 1200KG NHẬP LIỆU/H GVHD: Tiền Tiến Nam Nhóm : 20 Nguyễn Hửu Tài 2005120361 Nguyễn Thanh Triết 2005120285 Tieu luan Thiết kế tháp chưng cất Acid Acetic - Nước 1200kg nhập liệu/h NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN Nhóm sinh viên gồm: Nguyễn Hửu Tài Nguyễn Thanh Triết MSSV: 2005120361 MSSV: 2005120285 Nhận xét : ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… Điểm đánh giá: ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… Ngày ……….tháng ………….năm 2015 ( Ký tên, ghi rõ họ tên) GVHD: Tiền Tiến Nam Trang Tieu luan Thiết kế tháp chưng cất Acid Acetic - Nước 1200kg nhập liệu/h NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN Nhóm sinh viên gồm : Nguyễn Hửu Tài Nguyễn Thanh Triết MSSV: 2005120361 MSSV: 2005120285 Nhận xét: ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… Điểm đánh giá: ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… Ngày ……….tháng ………….năm 2015 ( Ký tên, ghi rõ họ tên) LỜI NÓI ĐẦU Khoa học kỹ thuật ngày phát triển với nhu cầu ngày cao độ tinh khiết sản phẩm Vì thế, phương pháp nâng cao độ tinh khiết luôn cải tiến đổi để ngày hoàn thiện hơn, : đặc, hấp thụ, chưng cất, trích ly,… Tùy theo đặc tính yêu cầu sản phẩm mà ta có lựa chọn GVHD: Tiền Tiến Nam Trang Tieu luan Thiết kế tháp chưng cất Acid Acetic - Nước 1200kg nhập liệu/h phương pháp phù hợp Đối với hệ Axit axetic – Nước cấu tử tan lẫn hoàn toàn, ta phải dùng phương pháp chưng cất để nâng cao độ tinh khiết Đồ án môn học Kỹ thuật thực phẩm mơn học mang tính tổng hợp trình học tập kỹ sư Công nghệ Thực phẩm tương lai Môn học giúp sinh viên giải nhiệm vụ tính tốn cụ thể về: quy trình cơng nghệ, kết cấu, giá thành thiết bị sản xuất hóa chất - thực phẩm Đây bước để sinh viên vận dụng kiến thức học nhiều môn học vào giải vấn đề kỹ thuật thực tế cách tổng hợp Nhiệm vụ Đồ án Thiết kế tháp chưng cất hỗn hợp acid acetic-nước 1200kg nhập liệu/h ( Tháp mâm chóp ) Nồng độ nhập liệu : 25% nước (theo thể tích) Sản phẩm đỉnh: 94% nước (theo thể tích), sản phẩm đáy 3% nước (theo thể tích) Các thơng số khác tự chọn GVHD: Tiền Tiến Nam Trang Tieu luan Thiết kế tháp chưng cất Acid Acetic - Nước 1200kg nhập liệu/h MỤC LỤC LỜI NÓI ĐẦU CHƯƠNG : TỔNG QUAN Cơ sở lý thuyết chưng cất 1.1 Khái niệm 1.2 Các phương pháp chưng cất: 1.3 Thiết bị chưng cất Tổng quan nguyên liệu 11 2.1 Nước 11 2.2 Acid Acetic 12 2.3 Hỗn hợp Acid acetic – Nước 14 CHƯƠNG : SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ VÀ THUYẾT MINH QUY TRÌNH 16 Sơ đồ nguyên lý 16 Thuyết minh quy trình 17 CHƯƠNG : CÂN BẰNG VẬT CHẤT 18 Các thông số ban đầu 18 Xác định suất lượng sản phẩm đỉnh sản phẩm đáy 19 Xác định tỉ số hoàn lưu làm việc 19 Xác định suất lượng mol dòng 19 4.1 .Tại đỉnh tháp 19 4.2 Tại mâm nhập liệu 20 4.3 Tại đáy tháp 21 CHƯƠNG : CÂN BẰNG NĂNG LƯỢNG 22 Cân nhiệt lượng cho tháp chưng cất 22 Cân nhiệt lượng thiết bị ngưng tụ 25 Cân nhiệt thiết bị làm lạnh sản phẩm đỉnh 25 Cân nhiệt lượng thiết bị làm nguội sản phẩm đáy (trao đổi nhiệt với dòng nhập liệu ban đầu) 26 Cân nhiệt lượng thiết bị đun sôi dòng nhập liệu 27 CHƯƠNG : TÍNH TỐN THIẾT BỊ CHÍNH 29 Phương trình đường làm việc 29 Đường kính tháp 29 GVHD: Tiền Tiến Nam Trang Tieu luan Thiết kế tháp chưng cất Acid Acetic - Nước 1200kg nhập liệu/h 2.1 Đường kính đoạn cất 29 2.2 Đường kính đoạn chưng 32 2.3 Đường kính tồn tháp 35 Xác định số mâm lý thuyết số mâm thực tế 35 Chiều cao tháp 40 Tính tốn chóp – ống chảy chuyền 40 5.1 Tính cho phần cất 41 5.2 Tính cho phần chưng 42 Tính tổng tổn thất qua tồn tháp 46 6.1 Gradient chiều cao mực chất lỏng mâm : 46 6.2 Độ giảm áp pha khí qua mâm ht 47 Tính trở lực tháp 48 7.1 Tổng trở lực phần cất 49 7.2 Tổng trở lực phần chưng 51 7.3 Tổng trở lực toàn tháp P 53 CHƯƠNG : TÍNH TỐN KẾT CẤU THÁP 53 Tính bề dày thân trụ tháp 53 Tính bề dày đáy nắp thiết bị 55 Tính bề dày mâm 56 Tính chi tiết ống dẫn 57 4.1 Đường kính ống dẫn vào thiết bị ngưng tụ 57 4.2 Ống dẫn dịng chảy hồn lưu 58 4.3 Ống dẫn dòng nhập liệu 58 4.4 Ống dẫn dòng sản phẩm đáy 58 4.5 Ống dẫn từ nồi đun qua tháp 59 Tính mặt bích vịng đệm 59 5.1 Bích đệm để nối bích kín thiết bị 59 5.2 Bích để nối ống dẫn 60 Tính tai treo chân đỡ 61 6.1 Tính sơ khối lượng tháp 61 6.2 Chọn tai treo 62 6.3 Chọn chân đỡ 63 Tính cách lớp cách nhiệt 63 GVHD: Tiền Tiến Nam Trang Tieu luan Thiết kế tháp chưng cất Acid Acetic - Nước 1200kg nhập liệu/h CHƯƠNG : TÍNH TỐN THIẾT BỊ PHỤ 65 Thiết bị gia nhiệt hỗn hợp đầu hay thiết bị làm nguội sản phẩm đáy 65 1.1 Điều kiện nhiệt độ trình 65 1.2 Nhiệt tải 65 1.3 Tính tốn thiết bị 65 Thiết bị làm nguội sản phẩm đỉnh 69 2.1 Điều kiện nhiệt độ trình 69 2.2 Nhiệt tải 70 2.3 Tính tốn thiết bị 70 Thiết bị ngưng tụ hoàn lưu 73 3.1 Điều kiện nhiệt độ trình 73 3.2 Nhiệt tải 74 3.3 Tính tốn thiết bị 74 Thiết bị nồi đun 76 4.1 Điều kiện nhiệt độ trình 76 4.2 Nhiệt tải 77 4.3 Tính tốn thiết bị 78 Thiết bị đun sơi dịng nhập liệu 79 5.1 Xác định hệ số cấp nhiệt dòng nhập liệu ống 80 5.2 Xác định hệ số cấp nhiệt nước bên ống 81 5.3 Nhiệt tải riêng 82 5.4 Xác định hệ số truyền nhiệt 82 5.5 Bề mặt truyền nhiệt 83 5.6 Chiều dài ống 83 Bồn cao vị 83 6.1 Tổn thất đường ống dẫn 83 6.2 Tổn thất đường ống dẫn thiết bị đun sơi dịng nhập liệu 84 Bơm Error! Bookmark not defined 7.1 Năng suất Error! Bookmark not defined 7.2 Cột áp Error! Bookmark not defined 7.3 Tính tổng trở lực ống 86 7.4 Tính cột áp bơm 87 7.5 Công suất 88 TÀI LIỆU THAM KHẢO 90 GVHD: Tiền Tiến Nam Trang Tieu luan Thiết kế tháp chưng cất Acid Acetic - Nước 1200kg nhập liệu/h CHƯƠNG : TỔNG QUAN Cơ sở 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 q trình hấp thu nhả khí, q trình chưng cất pha tạo nên bốc ngưng tụ Trong trường hợp đơn giản nhất, chưng cất 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), cịn q trình đặc có dung mơi bay cịn chất tan không 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 – Axit axetic thì: Sản phẩm đỉnh chủ yếu nước Sản phẩm đáy chủ yếu axit axetic 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: GVHD: Tiền Tiến Nam Trang Tieu luan Thiết kế tháp chưng cất Acid Acetic - Nước 1200kg nhập liệu/h 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 Vậy: hệ Nước – Axit axetic, ta chọn phương pháp chưng cất liên tục cấp nhiệt gián tiếp nồi đun áp suất thường 1.3 Thiết bị chưng cất 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 1.3.1 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: 1.3.1.1 Tháp mâm chóp : Trên mâm bố trí có chóp dạng trịn, xupap, chữ s…, có rãnh xung quanh để pha khí qua ống chảy chuyền có hình trịn GVHD: Tiền Tiến Nam Trang Tieu luan Thiết kế tháp chưng cất Acid Acetic - Nước 1200kg nhập liệu/h 1.3.1.2 Tháp mâm xuyên lỗ: Trên mâm có nhiều lỗ hay rãnh GVHD: Tiền Tiến Nam Trang Tieu luan Thiết kế tháp chưng cất Acid Acetic - Nước 1200kg nhập liệu/h q2 q1 0,0043 < 0,05 ( 5% ) q2 3.3.4 Hệ số truyền nhiệt 1 K = r1 r2 2 1 = 16,3 (W/m2.độ) = (mm)= 0,005 (m) 1 = 395,39 (W/m2.độ ) 2= 248,628 ( W/m2.độ) Xem hệ số cáu bẩn nước bẩn r1 = 0,387*10-3 (W/m2.độ) Xem hệ số cáu bẩn nước thường r2 = 0,464*10-3 (W/m2.độ) 0,005 K= 0,387 *10 3 0,464 *10 3 16,3 248,628 295,39 1 = 116,752 (W/m2.độ ) 3.3.5 Bề mặt truyền nhiệt F= Q 63401,4 9,83 (m2) K t log 116,752 * 55,23 3.3.6 Chiều dài ống L= F 9,83 0,579 (m) n. d h 169 * 3,1416 * 0,032 Chọn L = (m) Tóm lại : Thiết bị ngưng tụ hồi lưu – Thiết bị chùm ống có : Đường kính thiết bị D = 0,8 (marketing) = 800(mm) Số ống n = 169 ống Chiều dài ống L = (m), đường kính d = 32(mm) = 0,032 (m) Nước ống, dịng sản phẩm đỉnh ngồi ống , thiết bị đặt nằm ngang Thiết bị nồi đun 4.1 Điều kiện nhiệt độ trình GVHD: Tiền Tiến Nam Trang 76 Tieu luan Thiết kế tháp chưng cất Acid Acetic - Nước 1200kg nhập liệu/h Đáy tháp (hơi) Hơi Nước Đáy tháp Sản phẩm đáy Nước 132,9oC 132,9oC 123,7oC 116,6oC Ta dùng nước bão hịa có áp suất tuyệt đối 3at, nhiệt độ sôi 132,9 0C, để cấp nhiệt cho dung dịch Dịng nóng 132,9 oC (hơi ) 132,9 oC (hơi ) Dòng lạnh 116,6 oC (lỏng ) 123,7oC (hơi ) (Tra nhiệt độ sôi nước áp suất 3at Bảng I.207 trang 246 Sổ tay tập 1) Chênh lệch nhiệt độ đầu vào : tmin = 9,2 0C Chênh lệch nhiệt độ đầu : tmax = 16,3 0C Hiệu số nhiệt độ trung bình : t log 16,3 9,2 12,41 0C 16,3 ln 9,2 4.2 Nhiệt tải Nhiệt lượng nước cần cung cấp (tiếp theo phần cân nhiệt ): QD2 = Qy + Qw + Qxq2 + Qng2 – QF - QR Hay QD2 = 1,05*( Qy + Qw – QF - QR ) = 1,05* (636,11 + 88,611 – 95,657 – 51,22) = 606,736 (KW) GVHD: Tiền Tiến Nam Trang 77 Tieu luan Thiết kế tháp chưng cất Acid Acetic - Nước 1200kg nhập liệu/h 4.3 Tính toán thiết bị Đặt nồi đun Kette riêng biệt với tháp Nồi đun tiếp nhận dòng lỏng bên tháp Nhờ nước bão hịa có nhiệt độ cao nhiệt độ dịng lỏng giúp hóa phần lỏng đáy tháp mục đích tạo cho phần có điều kiện lên đỉnh tháp Ống dùng nồi có kích thước: đường kính ống dh = 0,032m, loại ống 32x3mm Thiết bị gồm 169 ống, xếp thành hình sáu cạnh, số ống vịng ngồi 43 ống 4.3.1 Xác định hệ số cấp nhiệt từ dòng sản phẩm đỉnh đến thành ống - Xác định chuẩn số Re : Khi ngưng mặt ống nằm ngang : d z.q Rem = ( Trang 27 Sổ tay tập 2) 2. r Độ nhớt nước ngưng : = 0,207*10-3(Ns.m2) nhiệt độ 132,9 0C r = 2171 *103 ( nhiệt hóa ) z : số ống dãy ống (ống xếp lên ống ), z = ống Chọn Ksb = 700 (W/m2.độ ) qsb = K.tlog = 700*12,41 = 8687 (W/m2) Rem = 3,14 * 0,032 * * 8687 7,769 < 50 * 0,207 *10 3 * 2171 *10 Do hệ số cấp nhiệt 1 xác định theo công thức : r * * 3 2171 *10 * 934 * 0,684 4 1,28 * 1 = 1,28* * t * d td 0,207 *10 3 *1 * 0,032 = 22261,8 (W/m2.độ ) Trong 1 = 934 (Kg/m3) = 0,684 (W/m.độ ) Chọn t1 = 0C 4.3.2 Tính hệ số cấp nhiệt sản phẩm đáy nồi - - Hệ số cấp nhiệt 2 cho chế độ sủi bọt áp dụng theo CThức V.94 Sổ tay tập Xem sản phẩm đáy Acid acetic nồng độ nước nhỏ Khi tính hệ số cấp nhiệt theo cơng thức V.90 Sổ tay tập 2 = 0,56* q0,7 *p0,5 (W/m2.độ) Với p = 3at : áp suất làm việc bề mặt thoáng dung dịch q = q1 :giả thiết truyền nhiệt ổn định q = q1 = 1 * t1 22261,8(W / m ) 2 = 0,56 * 22261,80,7 * 30,15 1536,7 (W/m2.độ) Chọn t2 = 14,5 0C ttw2 = (116,6 +123,7)/2 + 14,5 = 134,65 0C q2 = 1536,7*14,5 = 22282,15 (W/m2) Sai số q1 q2 : GVHD: Tiền Tiến Nam Trang 78 Tieu luan Thiết kế tháp chưng cất Acid Acetic - Nước 1200kg nhập liệu/h q2 q1 0,009 < 0,05 ( 5% ) q2 Vậy thông số chọn phù hợp 4.3.3 Hệ số truyền nhiệt -1 ] r2 1 2 = 16,3 (W/m2.độ) = (mm)= 0,002 (m) 1 = 22261,8 (W/m2.độ ) 2= 1536,7 ( W/m2.độ) Xem hệ số cáu bẩn nước bẩn r1 = 0,387*10-3 (W/m2.độ) Xem hệ số cáu bẩn nước thường r2 = 0,464*10-3 (W/m2.độ) K=[ K=[ r1 0,002 ]-1 0,387 *10 3 0,464 *10 3 22261,8 16,3 1536,7 = 599,03 (W/m2.độ ) 4.3.4 Bề mặt truyền nhiệt F= Q 606,737 *10 81,617 (m2) K t log 599,03 *12,41 4.3.5 Chiều dài ống L= F 81,617 4,804 (m) n. d h 169 * 3,1416 * 0,032 Chọn L = (m) Thiết bị đun sơi dịng nhập liệu Chọn thiết bị đun sơi dịng nhập liệu thiết bị truyền nhiệt ống chùm Ống truyền nhiệt làm thép X18H10T: Chọn: Dòng nhập liệu ống với nhiệt độ vào tV = tFV = 40 oC nhiệt độ tR = tFS = 108,8 oC Hơi ngưng tụ ống ngồi có áp suất 3at: Nhiệt hóa hơi: rH O = rn = 2171000 (J/kg) Nhiệt độ sôi: t H O = tn = 132,9 (oC) Hiệu số nhiệt độ trung bình : Chọn kiểu truyền nhiệt ngược chiều, nên: 2 t log (132,9 40) (132,9 108,8) = 51 (oC) 132,9 40 ln 132,9 108,8 GVHD: Tiền Tiến Nam Trang 79 Tieu luan Thiết kế tháp chưng cất Acid Acetic - Nước 1200kg nhập liệu/h 5.1 Xác định hệ số cấp nhiệt dịng nhập liệu ống Kích thước ống: Bề dày ống: t = (mm) = 0,003 (m) Đường kính trong: dtr = 0,032 (m) Nhiệt độ trung bình dịng nhập liệu ống: tF = ½ (tV + tR) = 74,4 (oC) Tại nhiệt độ thì: Khối lượng riêng nước: N = 975,168 (kg/m3) Khối lượng riêng axit: A = 987,624 (kg/m3) Nên: xF xF 0,091 0,091 F = 986,477 (kg/m3) 975,168 987,624 F N A Độ nhớt nước: N = 3,884*10-4 (N.s/m2) Độ nhớt axit: A = 5,992*10-4 (N.s/m2) Nên: lgF = xF*lgN + (1 – xF)*lgA = 0,25*lg(3,884*10-4) + 0,75*lg(5,992*10-4) F = 5,376*10-4 (N.s/m2) Vận tốc dòng nhập liệu ống: 4GF *1200 = 0,42 (m/s) 3600d tr 3600 * 986,477 * * 0,032 Chuẩn số Reynolds : .d tr F 0,42 * 0,032 * 986,477 = 24661,925 > 104 : chế độ chảy rối Re F 4 F 5,376 *10 Áp dụng công thức (3.27), trang 110, QT & TB Tập 10 công thức xác định chuẩn số Nusselt: Nu F 0,021. l Re ,8 F , 43 F Pr Pr F Prw , 25 Trong đó: 1 – hệ số tính đến ảnh hưởng hệ số cấp nhiệt theo tỷ lệ chiều dài L đường kính d ống Chọn 1 = Hệ số cấp nhiệt dòng nhập liệu ống trong: F = - Nu F F d tr Tính chuẩn số Pr : + Chọn t1 = 0C tt1 = t + t1 = 74,4 + = 75,4 0C Tra hình V.12 trang 12 Sổ tay tập hai : Pr74,4= 8,088 Pr75,4= 8,025 Pr 74, Pr75, , 25 8,088 8,025 , 25 1,002 Chuẩn số Nu : GVHD: Tiền Tiến Nam Trang 80 Tieu luan Thiết kế tháp chưng cất Acid Acetic - Nước 1200kg nhập liệu/h Nu F 0,021. l Re ,8 F , 43 F Pr Pr F Prw , 25 1 : hệ số hiệu chỉnh tra theo bảng V.2 trang 15 , sổ tay tập hai (l/d > 50 nên chọn 1 = 1) Nu F 0,021* 24661,9250,8 * 8,0880, 43 *1,002 =168,69 - Hệ số cấp nhiệt: 1 = Nu. 168,69 * 0,288 1518,21 (W/m2.độ ) d td 0,032 ( tra 74,4 0C 0,288 W/m.độ) 5.2 Xác định hệ số cấp nhiệt nước bên ống T = 132,9 0C, tra thông số : nước =932,648 (kg/m3) nước = 0,207*10-3(Ns.m2) Chọn thiết bị :Chọn loại thiết bị ống chùm, đặt nằm ngang vật liệu thép X18H10T, hệ số dẫn nhiệt = 16,3 W/m.độ (trang 317 Sổ tay tập 2) Thiết bị gồm 169 ống, xếp thành hình sáu cạnh, số ống vịng ngồi 43 ống Chọn đường kính ngồi ống dh = 0,032m, loại ống 32x2mm Đường kính thiết bị : Dtr = 1,05 * n.t K (Trang 119, Truyền nhiệt) t : bước ống, chọn t =1,2*dh =1,2*0,032 = 0,0384 (m) b = 2*a –1 =2*8 –1 =15 (a = :số ống cạnh hình sáu cạnh ngồi ) n = 3a*(a – 1) +1= 3*8(8 – 1) + 1= 169 169 * 0,0384 n.t Dtr = 1,05 * = 1,05 * 0,526 m) K 0,8 - Với K =0,8 hệ số xếp ống Xác định hệ số cấp nhiệt từ thành ống đến dòng nhập liệu : Tiết diện ngang khoảng ống : - S = 0,785*(D2tr – n.d2) = 0,785*(0,5262 – 169*0,0322) = 0,0813 m2 Tốc độ chảy dòng nước làm nóng : w= - GF 1200 =4,396*10-3 (m/s) 3600 * F * S 3600 * 932,648 * 0,0813 Tính chuẩn số Re : .d = 633,68 w 10 < Re 50 nên chọn 2 = 1) Nu = 0,15* 1* 633,680,33*1,2310,43*5,958*0,964 = 7,919 Nu. 7,919 * 0,684 169,269 (W/m2.độ ) - Hệ số cấp nhiệt 2 = d 0,032 ( tra 132,9 0C 0,684 W/m.độ) 5.3 Nhiệt tải riêng q1 = 1* t1 = 1518,21*1 = 1518,21 (W/m2) q2 = 2* t2 = 169,269*8,75 = 1481,1 ( W/m2) Sai số q1 q2 : q1 q2 1581,21 1481,1 0,023 < 0,05 ( 5% ) q1 1581,21 5.4 Xác định hệ số truyền nhiệt 1 K = r1 r2 2 1 = 16,3 (W/m2.độ) = (mm)= 0,005 (m) 1 = 109,296 (W/m2.độ ) 2 = 69,557 ( W/m2.độ) Xem hệ số cáu bẩn nước bẩn r1 = 0,8455*10-3 (W/m2.độ) GVHD: Tiền Tiến Nam Trang 82 Tieu luan Thiết kế tháp chưng cất Acid Acetic - Nước 1200kg nhập liệu/h Xem hệ số cáu bẩn nước thường r2 = 0,5945*10-3 (W/m2.độ) 0,005 K= 0,8455 *10 3 0,5945 *10 3 16,3 169,269 1518,21 1 = 120,29 (W/m2.độ) 5.5 Bề mặt truyền nhiệt Q 305,494 *1000 49,797 (m2) K t log 120,29 * 51 F= 5.6 Chiều dài ống L= F 49,797 2,931 (m) n.d h 3,1416 *169 * 0,032 Chọn L = (m) Bồn cao vị 6.1 Tổn thất đường ống dẫn Chọn ống dẫn có đường kính dtr = 80 (mm) Tra bảng II.15, trang 381, Sổ tay tập 1: Độ nhám ống: = 0,2 (mm) = 0,0002 (m) (ăn mịn ít) Tổn thất đường ống dẫn: l1 vF2 h1 1 1 d1 2g (m) Trong đó: 1 : hệ số ma sát đường ống l1 : chiều dài đường ống dẫn, chọn l1 = 30(m) d1 : đường kính ống dẫn, d1 = dtr = 0,08(m) 1 : tổng hệ số tổn thất cục vF : vận tốc dòng nhập liệu ống dẫn 6.1.1 Xác định vận tốc dịng nhập liệu ống dẫn Các tính chất lý học dòng nhập liệu tra nhiệt độ trung bình: tF = t FV t FS = 63,5864 (oC) Tại nhiệt độ thì: Khối lượng riêng nước: N = 981,714 (kg/m3) Khối lượng riêng axit: A = 1001,183 (kg/m3) Nên: xF xF 0,091 0,091 F = 999,379(kg/m3) 981,714 1001,183 F N A Độ nhớt nước: N = 4,489*10-4 (N.s/m2) Độ nhớt axit: A = 6,749*10-4 (N.s/m2) GVHD: Tiền Tiến Nam Trang 83 Tieu luan Thiết kế tháp chưng cất Acid Acetic - Nước 1200kg nhập liệu/h Nên: lgF = xF*lgN + (1 – xF)*lgA = 0,25*lg(4,489*10-4) + 0,75*lg(6,749*10-4) F = 6,095*10-4 (N.s/m2) Vận tốc dòng nhập liệu ống: vF 4GF *1200 = 0,0664 (m/s) 3600 F d tr 3600 * 999,379 * * 0,08 6.1.2 Xác định hệ số ma sát đường ống Chuẩn số Reynolds : v d 0,0664 * 0,08 * 999,379 = 8709,93 Re F F tr F F 6,095 *10 4 2300< Re F 4000: chế độ chảy rối Độ nhám: = 0,0002 Chuẩn số Reynolds giới hạn: Regh = 6*(d1/)8/7 = 1982,191 Chuẩn số Reynolds bắt đầu xuất vùng nhám: Ren = 220*(d1/)9/8 = 66383,120 Vì Regh < Re1 < Ren chế độ chảy rối ứng với khu vực độ Áp dụng công thức (II.64), trang 379, Sổ tay tập 1: 100 2 = 0,1.1,46 d Re2 0,25 = 0,037 6.2.3 Xác định tổng hệ số tổn thất cục Chữ U : Tra bảng 9.5, trang 94, Sổ tay tập 1: U2 (1 chỗ) = 2,2 Đường ống có (4 – 1) = chữ U U2 = 2,2 = 6,6 Đột thu : Tra bảng II.16, trang 382, Sổ tay tập 1: Khi Fo 0,0322 = 0,160 đột thu (1chỗ) = 0,458 F1 0,082 Có chỗ đột thu đột thu = 0,458 Đột mở : Tra bảng II.16, trang 382, Sổ tay tập : Fo 0,0322 Khi = 0,160 đột mở (1chỗ) = 0,708 F1 0,082 Có chỗ đột mở đột mở = 0,708 Nên: 2 = U2 + đôt thu + đột mở = 7,766 Vậy: h2 0,037 12 0,2 = 0,044 (m) 7,766 0,032 9,81 Chiều cao bồn cao vị: Chọn : Mặt cắt (1-1) mặt thoáng chất lỏng bồn cao vị Mặt cắt (2-2) mặt cắt vị trí nhập liệu tháp Aùp dụng phương trình Bernoulli cho (1-1) (2-2): 2 v v P P z1 + + = z2 + + +hf1-2 2.g 2.g F g F g GVHD: Tiền Tiến Nam Trang 85 Tieu luan Thiết kế tháp chưng cất Acid Acetic - Nước 1200kg nhập liệu/h P2 P1 v v +hf1-2 F g 2.g z1 = z + Trong đó: z1: độ cao mặt thoáng(1-1) so với mặt đất, hay xem chiều cao bồn cao vị Hcv = z1 z2: độ cao mặt thoáng (2-2) so với mặt đất, hay xem chiều cao từ mặt đất đến vị trí nhập liệu: z2 = hchân đỡ + hđáy + (nttC – 1)h + 0,5 = 0,24 + 0,2625 + (12 – 1).0,3 + 0,5 = 4,6025 (m) P1 : áp suất mặt thoáng (1-1), chọn P1 = at = 9,81.104 (N/m2) P2 : áp suất mặt thoáng (2-2) chất lỏng bồn chứa nguyên liệu Mặt cắt (2-2) mặt thống chất lỏng bồn cao vị Áp dụng phương trình Bernoulli cho (1-1) (2-2): 2 v v P P z1 + + + Hb = z2 + + +hf1-2 2.g 2.g F g F g 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 = Hcv = 10m 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 = (m/s) hf1-2 : tổng tổn thất ống từ (1-1) đến (2-2) Hb : cột áp bơm 6.3 Tính tổng trở lực ống Chọn đường kính ống hút ống đẩy nhau: dtr = 50 (mm) Tra bảng II.15, trang 381, Sổ tay tập 1: Độ nhám ống: = 0,2 (mm) = 0,0002 (m) (ăn mòn ít) Tổng trở lực ống hút ống đẩy lh lñ vF2 hf1-2 = h ñ d tr 2g Trong đó: lh : chiều dài ống hút Chiều cao hút bơm: Tra bảng II.34, trang 441, Sổ tay tập 1: hh = 4,3 (m) Chọn lh = (m) lđ : chiều dài ống đẩy, chọn lđ = 15 (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) GVHD: Tiền Tiến Nam Trang 86 Tieu luan Thiết kế tháp chưng cất Acid Acetic - Nước 1200kg nhập liệu/h vF 4Qb 1,5 = 0,212 (m/s) 3600d tr 3600 0,05 6.3.1 Xác định hệ số ma sát ống hút ống đẩy Chuẩn số Reynolds : v d 0,212 * 0,05 *1039,57 = 58365,7 Re F F tr F F 1,888 *10 4 Vì ReF >10000 chế độ chảy rối Áp dụng công thức (II.59), trang 378, Sổ tay tập 1: = = 0,02 (1,8 * log Re 1,5) 6.3.2 Xác định tổng tổn thất cục ống hút Chỗ uốn cong : Tra bảng II.16, trang 382, Sổ tay tập 1: 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, QT & TB tập 1, 2: Chọn van cầu với độ mở hồn tồn v1 (1 cái) = 10 Ống hút có van cầu v1 = 10 Nên: h = u1 + v1 = 10,3 6.3.3 Xác định tổng tổn thất cục ống đẩy Chỗ uốn cong : Tra bảng II.16, trang 382, Sổ tay tập 1: Chọn dạng ống uốn cong 90o có bán kính R với R/d = u2 (1 chỗ) = 0,15 Ống đẩy có chỗ uốn u2 = 0,15* = 0,6 Van : Tra bảng 9.5, trang 94, QT & TB tập 1, 2: Chọn van cầu với độ mở hoàn tồn v2 (1 cái) = 10 Ống đẩy có van cầu v2 = 10 Vào bồn cao vị : cv = Nên: đ = u1 + v1 + cv = 11,6 Vậy: hf1-2 = 0,02 68 0,212 10,3 11,6 =0,0623 (m) 0,05 9,81 6.4 Tính cột áp bơm Hb = (z2 – z1) + hf1-2 = (17– 1) +0,0623 = 16,0623 (m) GVHD: Tiền Tiến Nam Trang 87 Tieu luan Thiết kế tháp chưng cất Acid Acetic - Nước 1200kg nhập liệu/h 6.5 Công suất Chọn hiệu suất bơm: b = 0,8 Công suất thực tế bơm: Nb = Qb H b F g 1,5 9,0623 1039,57 9,81 3600. b 3600 0,8 = 48,135 (W) =0,0646 (HP) Vậy để đảm bảo tháp hoạt động liên tục ta chọn bơm li tâm loại XM, có: - Năng suất: Qb = 1,5 (m3/h) - Cột áp: Hb = 9,0623(m) - Công suất: Nb = 48,135 (W) =0,0646 (HP) GVHD: Tiền Tiến Nam Trang 88 Tieu luan Thiết kế tháp chưng cất Acid Acetic - Nước 1200kg nhập liệu/h LỜI KẾT Với hệ thống chưng cất Nước – Axit axetic dùng tháp chóp thiết kế, ta thấy bên cạnh ưu điểm cịn có nhiều nhược điểm Thiết bị có ưu điểm suất hiệu suất cao, hoạt động ổn định thiết bị cịn cồng kềnh, địi hỏi phải có vận hành với độ xác cao, tiêu tốn nhiều vật tư Bên cạnh đó, vận hành thiết bị ta phải ý đến vấn đề an toàn lao động để tránh rủi ro xảy ra, gây thiệt hại người GVHD: Tiền Tiến Nam Trang 89 Tieu luan Thiết kế tháp chưng cất Acid Acetic - Nước 1200kg nhập liệu/h TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Trần Xoa-Nguyễn Trọng Khng-Hồ Lê Viên, “Sổ tay Q trình Thiết bị Cơng nghệ Hóa chất – Tập 1”, Nhà xuất Khoa học Kỹ thuật Hà Nội, 1999, 626tr [2].Trần Xoa- Nguyễn Trọng Khng-Phạm Xn Toản, “Sổ tay Q trình Thiết bị Cơng nghệ Hóa chất – Tập 2”, Nhà xuất Khoa học Kỹ thuật Hà Nội, 1999, 447tr [3] Hồ Lê Viên, “Tính tốn , thiết kế chi tiết thiết bị hóa chất dầu khí ”, Nhà xuất Khoa học Kỹ thuật Hà Nội, 1978,286tr [4] Võ Văn Bang – Vũ Bá Minh, “Quá trình Thiết bị Cơng Nghệ Hóa Học – Tập 3: Truyền Khối”, Nhà xuất Đại học Quốc gia TpHCM, 2004, 388tr [5].Trần Hùng Dũng – Nguyễn Văn Lục – Hồng Minh Nam – Vũ Bá Minh, “Quá trình Thiết bị Cơng Nghệ Hóa Học – Tập 1, Quyển 2: Phân riêng khí động, lực ly tâm, bơm, quạt, máy nén Tính hệ thống đường ống”, Nhà xuất Đại học Quốc gia TpHCM, 1997, 203tr [6].Phạm Xn Toản -Các q trình thiết bị cơng nghệ hóa chất thực phẩm tập : trình thiết bị truyền nhiệt, Nhà xuất khoa học kỹ thuật [7].Nguyễn Bin- Các trình thiết bị cơng nghệ hóa chất thực phẩm tập : phân riêng tác dụng nhiệt ( chưng luyện, hấp thụ ,hấp thu, trích ly, kết tinh, sấy ), Nhà xuất khoa học kỹ thuật [8] Phạm Văn Bôn – Vũ Bá Minh – Hồng Minh Nam, “Q trình Thiết bị Cơng Nghệ Hóa Học – Tập 10: Ví dụ Bài tập”, Nhà xuất Đại học Quốc gia TpHCM, 468tr [9].Phạm Văn Bơn – Nguyễn Đình Thọ, “Q trình Thiết bị Cơng Nghệ Hóa Học – Tập 5: Quá trình Thiết bị Truyền Nhiệt”, Nhà xuất Đại học Quốc gia TpHCM, 2002, 372tr [10].Nguyễn Minh Tuyển, “Cơ sở Tính tốn Máy Thiết bị Hóa chất – Thực phẩm”, Nhà xuất Khoa học Kỹ thuật, Hà Nội, 1984, 134tr GVHD: Tiền Tiến Nam Trang 90 Tieu luan ... thực phẩm Đây bước để sinh viên vận dụng kiến thức h? ??c nhiều môn h? ??c vào giải vấn đề kỹ thuật thực tế cách tổng h? ??p Nhiệm vụ Đồ án Thiết kế tháp chưng cất h? ??n h? ??p acid acetic- nước 1200kg nhập liệu/ h. .. luan Thiết kế tháp chưng cất Acid Acetic - Nước 1200kg nhập liệu/ h 1.3.2 Tháp chêm (tháp đệm): Tháp h? ?nh trụ, gồm nhiều bậc nối với mặt bích hay h? ?n Vật chêm cho vào tháp theo hai phương pháp:... Thiết kế tháp chưng cất Acid Acetic - Nước 1200kg nhập liệu/ h Giản đồ T – x,y h? ?? Axit axetic? ?Nước GVHD: Tiền Tiến Nam Trang 15 Tieu luan Thiết kế tháp chưng cất Acid Acetic - Nước 1200kg nhập liệu/ h
Ngày đăng: 16/01/2023, 05:15
Xem thêm:
