Đồ án chưng cất tháp đĩa rượu etylic nước

   0  LỜ  LỜIIMỞ MỞĐẦ ĐẦU U   Trong Trongcơng cơngnghiệp nghiệphóa hóachất chấtvàvàthực thựcphẩm phẩmcũng cũngnhư nhưnhiều nhiềuq qtrình trình sản sảnxuất xuấtđều đềudựa dựatrên trêncơcơsởsởsựsựtiếp tiếpxúc xúcgiữa giữacác cácpha phavàvàsựsựdidichuyển chuyểnvật vật chất chấttừtừpha phanày nàysang sangpha phakhác khác.Các Cácquá quátrình trìnhvật vậtchất chấtdidichuyển chuyểntừtừpha pha nàysang sangpha phakhác kháckhi khicócósựsựtiếp tiếpxúc xúcgiữa giữacác cácpha phagọi gọilàlàq qtrình trìnhtruyển truyển chất chất.Việc Việcnghiên nghiêncứu cứucác cácquá quátrình trìnhtruyền truyềnchất chấtcũng cũngnhư nhưquy quytrình trìnhcơng cơng nghệ nghệvàvàthiết thiếtbịbịcủa củacác cácq qtrình trìnhlàlàcơng cơngviệc việccần cầnthiết thiếtcủa củamột mộtkỹ kỹsưsư ngành ngànhcơng cơngnghệ nghệhóa hóahọc học.Chính Chínhvìvìvậy, vậy,các cáckỹ kỹsưsưtương tươnglai laicủa củalớp lớpLiên Liên Thông ThôngĐHCNH3 ĐHCNH3––KKIII IIItrường trườngĐại Đạihọc họcCông Côngnghiệp nghiệpHà HàNội Nộichúng chúngem, em,đã đượccác cácthầy thầycôcôtrong trongkhoa khoagiao giaocho chovà vàhướng hướngdẫn dẫnlàm làmĐồ Đồán ánmơn mơnhọc học Q Qtrình trình&&Thiết Thiếtbị bị Đồ Đồán ánmơn mơnQ Qtrình trình&&Thiết Thiếtbịbịlàlàmơn mơnhọc họcquan quantrọng trọngcủa củacác cácsinh sinh viên   Quaquá viênngành ngànhcông cơngnghệ nghệhố hố.  Qua qtrình trìnhlàm làmđồ đồán ánmơn mơnhọc, học,đã đãgiúp giúpem em bước bướcđầu đầuđược đượcvận vậndụng dụngcác cáckiến kiếnthức thứccác cácthầy thầycôcôđã đãdạy dạyvào vàogiải giảiquyết cácvấn vấnđềđềkỹ kỹthuật thuậtthực thựctếtếmà màcác cáckỹ kỹsưsưtương tươnglai laicần cầnbiết biết Qua Quađây, đây,em emxin xingửi gửilời lờicảm cảmơn ơnchân chânthành thànhtới tớithầy thầygiáo giáohướng hướngdẫn dẫn cùngcác cácbạn bạnsinh sinhviên viênđãđãgiúp giúpem emhoàn hoànthành thànhđồđồánánnày này.Do Dothời thờigian giancócó hạn hạnvàvàsựsựnon nonnớt nớtvềvềkinh kinhnghiệm nghiệmcủa củabản bảnthân thânnên nênkhơng khơngthể thểkhơng khơngcịn cịn thiếu thiếusót sótem emrất rấtmong mongđược đượcsự sựgóp gópýýcủa củacác cácthầy, thầy,các cáccơcơđểđểem emcócóthể thểrút rút rarađược đượcnhiều nhiềukinh kinhnghiệm nghiệmquý quýbáu báucho choq qtrình trìnhhọc họctập, tập,cơng cơngtác tácvềvềsau sau Em xin chân thành cảm ơn!   TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI ĐỒ ÁN MÔN: QTTB MỤC LỤC: PHẦN I: TỔNG QUAN CHƯƠNG I: GIỚI THIỆU CHUNG I – SƠ LƯỢC VỀ CHƯNG LUYỆN: II – THIẾT BỊ CHƯNG LUYỆN: III – HỖN HỢP ETYLIC – NƯỚC: CHƯƠNG II: THUYẾT MINH DÂY CHUYỀN CÔNG NGHỆ I – SƠ ĐỒ CÔNG NGHỆ: II – THUYẾT MINH LƯU TRÌNH: PHẦN II: TÍNH TOÁN THÁP CHƯNG LUYỆN CHƯƠNG I: CÂN BẰNG VẬT LIỆU I - CÂN BẰNG VẬT LIỆU TOÀN THIẾT BỊ II – XÁC ĐỊNH CHỈ SỐ HỒI LƯU THÍCH HỢP & SỐ ĐĨA LÝ THUYẾT CHƯƠNG II: TÍNH ĐƯỜNG KÍNH THÁP I – ĐƯỜNG KÍNH ĐOẠN LUYỆN: II – ĐƯỜNG KÍNH ĐOẠN CHƯNG: CHƯƠNG III: TÍNH SỐ ĐĨA THỰC TẾ THEO ĐƯỜNG CONG ĐỘNG HỌC I HỆ SỐ CẤP KHỐI: II – HỆ SỐ CẤP KHỐI TRONG PHA LỎNG: III – HỆ SỐ CHUYỂN KHỐI TRONG PHA HƠI: IV - XÁC ĐỊNH SỐ ĐƠN VỊ CHUYỂN KHỐI ĐỐI VỚI MỖI ĐĨA TRONG PHA HƠI: CHƯƠNG IV: TÍNH TRỞ LỰC CỦA THÁP I – TRỞ LỰC CỦA ĐĨA KHÔ: SV: Lê Văn Nụ Lớp: CĐ-ĐH Hóa K3   GVHD: Th.S Nguyễn Thế Hữu   TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI ĐỒ ÁN MÔN: QTTB II – TRỞ LỰC DO SỨC CĂNG BỀ MẶT: III – TRỞ LỰC THỦY TĨNH DO CHẤT LỎNG TRÊN ĐĨA TẠO RA: IV – TỔNG TRỞ LỰC THUỶ LỰC CỦA THÁP: CHƯƠNG V: TÍNH CÂN BẰNG NHIỆT LƯỢNG I - CÂN BẰNG NHIỆT LƯỢNG THIẾT BỊ ĐUN NÓNG HỖN HỢP ĐẦU: II - CÂN BẰNG NHIỆT LƯỢNG CỦA THÁP CHƯNG LUYỆN: III - CÂN BẰNG NHIỆT LƯỢNG CỦA THIẾT BỊ NGƯNG TỤ: IV - CÂN BằNG NHIỆT LƯỢNG CỦA THIẾT BỊ LÀM LẠNH: PHẦN III: TÍNH TỐN CƠ KHÍ I – CHỌN VẬT LIỆU LÀM THÂN THÁP II – TÍNH ĐƯỜNG KÍNH CÁC ỐNG DẪN: III – TÍNH ĐÁY VÀ NẮP THIẾT BỊ: IV – KHỐI LƯỢNG ĐÁY VÀ NẮP THIẾT BỊ: V – CHỌN BÍCH GHÉP: VI – TÍNH GIÁ ĐỠ VÀ TAI TREO: PHẦN IV : TÍNH THIẾT BỊ PHỤ CHƯƠNG I: THIẾT BỊ GIA NHIỆT HỖN HỢP ĐẦU I – BỀ MẶT TRUYỀN NHỆT CỦA THIẾT BỊ GIA NHIỆT HỖN HỢP ĐẦU: II – SỐ ỐNG CỦA THIẾT BỊ GIA NHIỆT: III – ĐƯỜNG KÍNH THIẾT BỊ GIA NHIỆT: IV – SỐ NGĂN CỦA THIẾT BỊ GIA NHIỆT: CHƯƠNG II: THIẾT BỊ GIA NHIỆT HỖN HỢP ĐÁY I – BỀ MẶT TRUYỀN NHỆT CỦA THIẾT BỊ GIA NHIỆT HỖN HỢP ĐÁY: II – SỐ ỐNG CỦA THIẾT BỊ GIA NHIỆT:   III – ĐƯỜNG KÍNH THIẾT BỊ GIA NHIỆT: SV: Lê Văn Nụ Lớp: CĐ-ĐH Hóa K3   GVHD: Th.S Nguyễn Thế Hữu   TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI ĐỒ ÁN MÔN: QTTB IV – SỐ NGĂN CỦA THIẾT BỊ GIA NHIỆT: CHƯƠNG III: TÍNH BƠM VÀ THÙNG CAO VỊ I - CÁC TRỞ LỰC CỦA QUÁ TRÌNH CẤP LIỆU: II – CHIỀU CAO THÙNG CAO VỊ SO VỚI ĐĨA TIẾP LIỆU: III – TÍNH BƠM: SV: Lê Văn Nụ Lớp: CĐ-ĐH Hóa K3   GVHD: Th.S Nguyễn Thế Hữu   TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI ĐỒ ÁN MÔN: QTTB PHẦN I:TỔNG QUAN CHƯƠNG I: GIỚI THIỆU CHUNG I – SƠ LƯỢC VỀ CHƯNG LUYỆN: Trong cơng nghệ hóa học có nhiều phương pháp để phân riêng hỗn hợp hai hay nhiều cấu tử tan phần hay hoàn toàn vào : hấp thụ, hấp phụ, li tâm, trích li, chưng Mỗi phương pháp có đặc thù riêng ưu nhược điểm định Việc lựa chọn phương pháp thiết bị cho phù hợp tuỳ thuộc vào hỗn hợp ban đầu, yêu cầu sản phẩm điều kiện kinh tế Đối với hỗn hợp Etylic Nước hai cấu tử tan hoàn tồn vào theo  bất kỳ tỷ lệ có nhiệt độ sơi khác biệt phương án tối ưu để tách hỗn hợp chưng cất Chưng 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 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 nhỏ  Sản phẩm đáy chủ yếu gồm cấu tử có độ bay nhỏ phần cấu tử có độ bay lớn Đối với hệ Etylic - Nước thì: SV: Lê Văn Nụ Lớp: CĐ-ĐH Hóa K3   GVHD: Th.S Nguyễn Thế Hữu   TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI ĐỒ ÁN MƠN: QTTB • Sản phẩm đỉnh chủ yếu Etylic • Sản phẩm đáy chủ yếu Nước Có nhiều cách để phân loại phương pháp chưng: Theo áp suất làm việc: - Áp suất thấp - Áp suất thường - Áp suất cao Theo nguyên lý làm việc: - Chưng gián đoạn - Chưng nước trực tiếp - Chưng liên tục Theo phương pháp cấp nhiệt đáy tháp: - Cấp nhiệt trực tiếp - Cấp nhiệt gián tiếp II – THIẾT BỊ CHƯNG LUYỆN: Trong sản xuất thường sử dụng nhiều loại tháp chúng có yêu cầu diện tích bề mặt tiếp xúc pha phải lớn ,điều phụ thuộc vào độ phân tán lưu chất vaò lưu chất Tháp chưng luyện phong phú kích cỡ ứng dụng, tháp lớn thường ứng dụng cơng nghiệp lọc hố dầu Kích thước tháp : đường kính tháp chiều cao tháp tuỳ thuộc lưu lượng pha lỏng, pha khí tháp độ tinh khiết sản phẩm Trong chưng luyện, hai loại tháp dùng chủ yếu tháp đệm tháp đĩa Tháp đĩa: thân tháp hình trụ, thẳng đứng phía có gắn đĩa để chia thân tháp thành đoạn nhau, đĩa pha lỏng pha đựơc cho tiếp xúc với Tùy theo cấu tạo đĩa, ta có: * Tháp đĩa có ống chảy chuyền khơng có ống chảy chuyền * Tháp đĩa lỗ(lưới), tháp chóp, tháp supap số dạng khác SV: Lê Văn Nụ Lớp: CĐ-ĐH Hóa K3   GVHD: Th.S Nguyễn Thế Hữu   TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI ĐỒ ÁN MƠN: QTTB Tháp đệm: tháp hình trụ, gồm nhiều đoạn nối với mặt bích hay hàn Đệm cho vào tháp theo hai phương pháp: xếp ngẫu nhiên hay xếp thứ tự III – HỖN HỢP ETYLIC – NƯỚC: Etylic:  - Etylic là chất lỏng linh động khơng màu hịa tan vơ hạn nước Nhiệt độ sơi 78.4 0C, Etylic được ứng dụng nhiều công nghiệp, đời sống hàng ngày   Etylic là sản phẩm trình lên men trình tổng hợp khác Nước:  Nước chất lỏng linh động, khối lượng phân tử 18 (kg/kmol), nhiệt độ sôi 1000C, khối lượng riêng 1000(kg/m 3) Hai chất lỏng có độ bay khác Ở  Etylic  bay trước nhiệt độ sơi thấp  Nước Hỗn hợp ăn mịn yếu nên q trình lựa chọn thiết bị để chưng luyện ta nên sử dụng loại thép cácbon thường để tránh lãng phí *KẾT LUẬN: Với hỗn hợp Etylic – Nước, ta sử dụng  phương pháp chưng luyện liên tục áp suất thường sử dụng tháp đĩa lỗ có ống chảy chuyền Hỗn hợp đầu có suất: F = 9,0 ( tấn/h) = 9000 (kg/h)  Nồng độ hỗn hợp đầu : a F = 0,32 phần khối lượng  Nồng độ sản phẩm đỉnh : a P = 0,83 phần khối lượng  Nồng độ sản phẩm đáy : a W  = 0,005 phần khối lượng Loại tháp: Tháp đĩa lỗ có ống chảy chuyền - Tháp làm việc áp suất thường (atm) - Hỗn hợp đầu gia nhiệt đến nhiệt độ sôi - Tổng tiết diện lỗ rãnh chiếm từ – 15% tiết diện tháp - Đường kính lỗ từ – mm - Đĩa lắp cân lắp đĩa xiên góc với độ dốc 1/45 ÷ 1/50 SV: Lê Văn Nụ Lớp: CĐ-ĐH Hóa K3   GVHD: Th.S Nguyễn Thế Hữu   TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI ĐỒ ÁN MÔN: QTTB Tháp đĩa lỗ có ống chảy chuyền hoạt động với hiệu suất cao ổn định Khắc phục nhược điểm loại tháp khác SV: Lê Văn Nụ Lớp: CĐ-ĐH Hóa K3   GVHD: Th.S Nguyễn Thế Hữu   TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI ĐỒ ÁN MÔN: QTTB CHƯƠNG II: THUYẾT MINH DÂY CHUYỀN CÔNG NGHỆ I SƠ ĐỒ CÔNG NGHỆ: SV: Lê Văn Nụ Lớp: CĐ-ĐH Hóa K3   GVHD: Th.S Nguyễn Thế Hữu   TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI ĐỒ ÁN MÔN: QTTB Hệ thống thiết bị cơng nghệ chưng luyện liên tục tháp đĩa lỗ có ống chảy chuyền tổng quát gồm có : (1) : Bơm ly tâm (2) : Thùng cao vị (3) : Thiết bị đun nóng hỗn hợp đầu dùng để đưa hỗn hợp đầu tới nhiệt độ làm việc Sử dụng thiết bị loại ống chùm, dùng nước bão hoà để đun nóng có hệ số cấp nhiệt lớn, ẩn nhiệt ngưng tụ cao Hơi nước bão hoà ống, lỏng ống (4) : Lưu lượng kế (5): Tháp chưng luyện: gồm có phần : phần gồm từ đĩa tiếp liệu trở lên đỉnh gọi đoạn luyện, phần gồm từ đĩa tiếp liệu trở xuống gọi đoạn chưng (6): Thiết bị ngưng tụ hoàn toàn sản phẩm đỉnh, nước lạnh ống (7) : Thiết bị làm lạnh sản phẩm đỉnh (8) : Thùng chứa sản phẩm đỉnh (9) : Thiết bị gia nhiệt hỗn hợp đáy Bộ phận đun bốc đáy tháp, đặt hay tháp (10) : Thiết bị tách nước ngưng (11) : Thùng chứa hỗn hợp đầu (12) : Bộ phận phân phối lỏng (13) : Van xả khí khơng ngưng (14) : Thùng chứa sản phẩm đáy II – THUYẾT MINH LƯU TRÌNH: Hỗn hợp Etylic, Nước từ thùng chứa (11) bơm vào thùng cao vị (2) nhờ bơm (1) dẫn xuống thiết bị đun nóng (3) Sự có mặt thùng cao vị đảm  bảo cho lượng hỗn hợp đầu vào tháp không dao động, trường hợp công suất  bơm lớn hỗn hợp đầu theo ống tuần hoàn tràn bể chứa hỗn hợp đầu Ở (3) dung dịch đun nóng đến nhiệt độ sơi nước bão hồ Ra khỏi thiết bị đun nóng, dung dịch vào tháp chưng luyện (1) vị trí đĩa tiếp liệu Do đun nóng đến nhiệt độ sơi nên Etylic thực trình chuyển SV: Lê Văn Nụ Lớp: CĐ-ĐH Hóa K3   10 GVHD: Th.S Nguyễn Thế Hữu   TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI ĐỒ ÁN MƠN: QTTB ∆ P - áp suất tồn phần để thắng tất sức cản thúy lực dường ống dòng chảy đẳng nhiệt :   ∆P = ∆Pđ + ∆Pm + ∆Pcb + ∆Pt + ∆Pk   (I-376) ∆ P đ  : áp suất đẩy cần thiết để tạo tốc độ cho dòng chảy khỏi ống dẫn ∆ P m : áp suất để khắc phục trở lực ma sát sát dòng chảy ổn định trongống thẳng ∆ P cb : áp suất cần thiết để khắc phục trở lực cục ∆ P t  : áp suất cần thiết để khắc phục trở lực thiết bị ∆ P    t  = ∆ P k  : áp suất bổ xung đường ống ∆ P    k  =    ρ .ω 2 Áp suất động học: ∆ P đ  = 917,295.0,087 = 3,472( N / m ) =   L ρ.w L = λ .∆P Áp suất để thắng trở lực ma sát : ∆Pmđ = λ d td d td L- chiều dài ống từ thùng chứa đến thùng cao vị chọn L = 12 m dtd- đường kính tương đương d td = 0,2 m λ  - hệ số trở lực ma sát xác định theo công thức Re >10  6,81  0,9 ∆  = −2.lg  +  λ1/2    Re ÷  3,7  (II-380) Chọn chiều dài ống 12m, chất liệu làm thép không gỉ có ε = 0,1.10 −3 Trong ∆  là độ nhám tương đối: ∆ = ε d td = 0,1.10 −3 = 5.10−4   0,2   µ  A = 1,095.10 −3 Tại t  = 25 C ta có  −3  (N.s/m )  µ  B = 0,9005.10 0 Vậy độ nhớt trung bình hỗn hợp : lg µ = x F lg µ A + (1 − x F ).lg µB   = 0,1555.lg(1,095.10 -3) + (1-0,1555).lg(0,9005.10 -3) ⇒   µ   =9,283.10-4 (N.s/m2) Ta có chuẩn số reynol : SV: Lê Văn Nụ Lớp: CĐ-ĐH Hóa K3   100 GVHD: Th.S Nguyễn Thế Hữu   TRƯỜNG ĐẠI HỌC CƠNG NGHIỆP HÀ NỘI  .p ω .d  =  µ  = Re ĐỒ ÁN MÔN: QTTB 0,087.0,2.917,295 = 17193,642 > 10 −4 9,283.10 Vậy lưu thể chảy chế độ chảy xoáy, hệ số trở lực xác định theo công thức trên: λ 1 / ,9     6,81 5.10 −    = −2 lg    +  3,7   17193,642    ⇒ λ   = 0,028 ⇒ ∆  P m = 0,028 12  .8,13147 = 13,66  (N/m2) 0,2 Áp suất cần thiết để khắc phục trở lực cục ω2 ρ ∆Pcb = ∑ ζ = ∑ ζ.∆Pd ζ  - hệ số trở lực cục toàn đường ống xác định ∑ ζ  = 2.ζ + 2.ζ ζ 1 - hệ số trở lực khuỷu 90 0 do khuỷu 30 0  tạo thành chọn hệ số a/b = 1, tra bảng ta có ζ 1 = 0,3 có khuỷu 90 ζ 2 - hệ số trở lực van tiêu chuẩn mở hoàn toàn theo STQTVTB (II-) ta có ζ 2  = 4,7 Vậy tổng trở đường ống : ∑ ζ  = 2.ζ    + 2.ζ  =2.0,3 + 2.4,7 = 10 Áp suất cần thiết để khăc phục trở lực cục là: ∆Pcb = ∑ ζ ρ.w 2 = ∑ ζ.∆Pd = 10.8,13147 = 81,3147  N/m2 ∆ P  8,13147 + 13,66 + 81,3147 = 0,01147(m)   Vậy : H =  ρ . g  = 917,295.9,8 2.Trở lực ống dẫn từ thùng cao vị đến thiết bị gia nhiệt hỗn hợp đầu: Áp suất động học: ∆ P    đ  =  ρ .ω   2 = ω2 831, 28464.0,139872 ρ ∆Pđ = = = 8,13147  (N/m2) SV: Lê Văn Nụ Lớp: CĐ-ĐH Hóa K3   101 GVHD: Th.S Nguyễn Thế Hữu   TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI ĐỒ ÁN MÔN: QTTB L ρ.w L = λ .∆P Áp suất để thắng trở lực ma sát : ∆Pmđ = λ d td d td L- chiều dài ống từ thùng chứa đến thùng cao vị chọn L = 12 m dtd- đường kính tương đương d td = 0,2 m λ  - hệ số trở lực ma sát xác định theo công thức Re >10  6,81  0,9 ∆  = −2.lg  +  λ1/2    Re ÷  3,7  (II-380) Chọn chiều dài ống 12m, chất liệu làm thép không gỉ có ε = 0,1.10 −3 Trong ∆  là độ nhám tương đối: ∆ = ε d td = 0,1.10 −3 = 5.10−4   0,2 µ A = 0,3575.10−3 Tại t  = 25 C ta có  −3   (N.s/m ) µ B = 0,605.10 0  Vậy độ nhớt trung bình hỗn hợp : lg µ = x F lg µ A + (1 − x F ).lg µB   = 0,3634.lg(0,3575.10 -3) + (1-0,3634).lg(0,605.10 -3) ⇒   µ   =0,49972.10 -3 (N.s/m2) Ta có chuẩn số reynol : Re = ω.d.ρ 0,13987.831,28464.0,2 46534,772 104 > = = µ 0,49972.10 −3 Vậy lưu thể chảy chế độ chảy xoáy, hệ số trở lực xác định theo công thức trên:  6,81  0,9 5.10−4    1/2 = −2.lg  ÷ + 3,7  λ    46534,772    ⇒ λ   = 0,02281 ⇒ ∆Pm = 0,02281 12 8,13147 = 11,12873  (N/m2) 0,2 Trở lực cục bộ: SV: Lê Văn Nụ Lớp: CĐ-ĐH Hóa K3   102 GVHD: Th.S Nguyễn Thế Hữu   TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI ĐỒ ÁN MÔN: QTTB  ρ  ∆ P cb = ∑ ζ  . w    = ∑ ζ .∆P d  Trong đó: ∑ ζ   = tổng hệ số trở lực cục + trở lực đột thu từ thùng cao vị vào ống: với cạnh nhẵn ζ 1 = 0,5 + trở lực đột mở từ ống vào thiết bị gia nhiệt với D = 0,6 m   Trở lực đột mở : ζ 2    f    = 1 −        f 1   Tiết diện đầu thiết bị chia làm ngăn  f  1 = 0,785   d 2   =  0,785.0,6 = 0,07065 (m2) Tiết diện ống là:  f 0 = 0,785   d 0  = 0,785.0,2 = 0,0314  (m2)     f 0     0,0314  2 ζ 2 = 1 −     = 0,3086   =   −    f 1     0,07065   + trở lực van: đường ống chọn van tiêu chuẩn mở hoàn toàn ζ 3  = 4,7  [ST-II] + trở lực khuỷu 90 0 do khuỷu 30 0 tạo thành: chọn a/b = ζ 4  = 0,3 Vậy tổng tổn thất cục là: ∑ ζ  =ζ  + ζ   => + ζ 3 + 2.ζ 4 =0,5+0,3086+4,7+2.0,3=6,1086  ρ .w ∆ P cb = ∑   ζ        = ∑ ζ .∆P d  = 6,1086.8,13147 = 49,6719 ' Vậy: H1 = ∆P 8,13147 + 11,12873 + 49, 6719 = = 8,46147.10−3  (m) 831,28464.9,8 ρ.g 3.Trở lực ống từ thiết bị gia nhiệt đến tháp: Áp suất động học : ∆ P    đ  =  ρ .ω 2 Trong đó:   ρ  - khối lượng riêng dung dịch sau nhiệt (Kg/m 3) SV: Lê Văn Nụ Lớp: CĐ-ĐH Hóa K3   103 GVHD: Th.S Nguyễn Thế Hữu   TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI ĐỒ ÁN MÔN: QTTB Trong thiết bị gia nhiệt hỗn hợp đưa đến nhiệt độ sôi hỗn hợp tức tF = 84,670C Khối lượng riêng Etylic Nước tra theo bảng I.2 [ST-I.tr9] dùng  ρ  A = 730,5635  phương pháp nội suy ta có :    (Kg/m3) = 968 , 731  ρ    B Vậy khối lượng riêng trung bình hỗn hợp là: − a F   1 − a F    = + = 0,32 + 0,32 ⇒ ρ  = 877,218 (kg/m3)  ρ   ρ  A 730,5635 968,731  ρ  B Vận tốc dung dịch ống là: 4 F  4.9000 ω= π .d 2  ρ  = π .0,15 2.877,218  3600 = 0,1613(m / s)    ρ .ω 2 Áp suất động học : ∆ P đ  = = 877,218.0,16132   = 11,412( N / m ) Áp suất để thắng trở lực ma sát là: ∆ P m = λ   L  ρ .w  L     = λ  .∆P đ   (N/m2) d td  d td  Trong hệ số xác định t F= 84,670C Ta có : chọn khoảng cách từ thiết bị gia nhiệt đến tháp L = 2m dtd – đường kính ống dẫn dung dịch vào tháp d td = 0,15 m  µ   - độ nhớt hỗn hợp nhiệt độ sơi tra theo [I-91]  µ  A = 0,4095.10 −3  Nội suy ta có :  −3   N.s/m  µ  = , 34 10   B  Nồng độ dung dịch đầu vào là: x F = 0,1555 ⇒ độ nhớt hỗn hợp là: lg µ = x F lg µ A + (1 − x F ).lg µB    =0,1555.lg(0,4095.10 -3) + (1 - 0,1555).lg(0,34.10 -3)   = 3,4998.10 -4 (N.s/m2)  µ  ω  .d . ρ  0,1613.0,15.877,218 = 60644,29 > 10 3,4998.10 −4  Re =  µ  =  Chế độ chảy xốy SV: Lê Văn Nụ Lớp: CĐ-ĐH Hóa K3   104 GVHD: Th.S Nguyễn Thế Hữu   TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI ĐỒ ÁN MƠN: QTTB Xác định λ   theo cơng thức [II-464] Chọn chiều dài ống 3m, chất liệu làm   −3 thép khơng gỉ có ε  = 0,1.10 0,1.10 −3 = = 6,66667.10−4   Trong ∆  là độ nhám tương đối: ∆ = 0,15 d td ε  λ 1/  6,81    0,9 ∆  = −2 lg      +    Re   3,7   6,81   6,66667.10 −4  ⇒ / = −2 lg      +  3,7 λ    60644,29   ,9 => λ  = 0,0224  ∆ P m = λ   L  ρ .w  L       = λ  .∆P đ  = 0,0224   11,412 =5,113(N/m 2) 0,15 d td  d td  Trở lực cục bộ: Áp suất để thắng trở lực cục ∆ P cb  ρ .w ∆ P cb = ∑ ζ        = ∑ ζ .∆P d  Chiều dài tương đương cho trở lực cục gồm van tiêu chuẩn mở hoàn toàn + khuỷu 90 0 do khuỷu 30 0 tạo thành + đột mở Trong đó: ζ 1  = 4,7 theo [II-394] ζ 2 = 0,3 chọn a/b = theo [II-394] ζ 3 = 0,5 trở lực ống đột thu, với cạnh nhẵn  ∑ ζ  = ζ   + ζ  ζ 3 = 0,5 + ζ 3 = 4 ,7 + 0,3 + 0,5 = 5,5 Vậy trở lực cục bộ:   ∆ P cb = ∑ ζ   ρ .w    = 2  ∑ ζ .∆P  = 5,5 11,412=62,766 (N/m ) d  ∆ P  11,412 + 5,113 + 62,766 ' = 0,01(m) Vậy: H 2 =   ρ . g  = 877,218.9,8 Trở lực thiết bị gia nhiệt: ω2 ρ Áp suất động học là: ∆Pđ = SV: Lê Văn Nụ Lớp: CĐ-ĐH Hóa K3   105 GVHD: Th.S Nguyễn Thế Hữu   TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI ĐỒ ÁN MÔN: QTTB V  Trong đó: ω =  f  + ω: vận tộc lưu thể thiết bị gia nhiệt +V : thể tích hỗn hợp + n :số ống thiết bị n = 127 ống +m : số ngăn m = +  ρ  : khối lượng riêng hỗn hợp t F = 67,720C  Theo phần ta có : ρ = 798,048  (Kg/m3)  f   = π .d    n m =   π .0,025 127 = 0,0207  (m2) F 13150 = = 0,22112  (m/s) f 798,048.3600.0,0207  ω=  ∆Pđ = ρ.ω2 798,048.0,221122 = = 19,50990  (N/m2) 2 Trở lực ma sát: Áp suất để thắng trở lực ma sát là: L ρ.ω2 L ∆Pmđ= λ = λ .∆P d td d td Trong hệ số xác định t f = 67,720C Ta có : chiều dài tương đương thiết bị gia nhiệt L = 3.2m= 6m dtd – đường kính ống truyền nhiệt d 0 = 0,025 m  µ   - độ nhớt hỗn hợp nhiệt độ sôi tra theo STQTVTB (I-91) µ A = 0,21842.10−3  Nội suy ta có :  µ B = 0,361436.10 −3  N.s/m2  Nồng độ dung dịch đầu vào là: x F = 0,3634 ⇒ độ nhớt hỗn hợp là: lg µ = x F lg µ A + (1 − x F ).lg µB    −3 −3     =0,3634.lg( 0,21842.10 ) + (1-0,3634).lg( 0,361436.10 )  µ    = 0,30098.10 -3 (N.s/m2) SV: Lê Văn Nụ Lớp: CĐ-ĐH Hóa K3   106 GVHD: Th.S Nguyễn Thế Hữu   TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI ĐỒ ÁN MÔN: QTTB ω.d.ρ 0,22112.798,048.0,025 = = 14657,48337 > 104 −3 µ 0,30098.10  Re =  Chế độ chảy xốy Xác định λ   theo cơng thức II-464 chiều dài ống 6m, chất liệu làm thép   −3 khơng gỉ có ε  = 0,1.10 Trong ∆  là độ nhám tương đối: ∆ =  λ 1/ −3 = 0,1.10   = 5.10 −4   ε  d td  0,2  6,81    0,9 ∆  = −2 lg      +    Re   3,7  0,9  6,81 5.10−4  => 0,02883   ⇒ 1/2 = −2.lg  +  λ  = ÷ λ 3,7     14657,48337    ∆ P m = λ   L  ρ .w  L       = λ  .∆P đ  d td  d td  19,50990 =134,9929 (N/m2) 0,025 =0,02883 Trở lực cục bộ: Áp suất để thắng trở lực cục ∆ P cb  ρ .w ∆ P cb = ∑ ζ        = ∑ ζ .∆P d  Vì dung dịch chảy thiết bị gia nhiệt ống chùm nên hướng dòng chảy vào ống truyền nhiệt đa dạng có đột mở đột thu Tiết diện ống dẫn dung dịch vào thiết bị  f 1 = π  .d  2 =  π .0,2 = 0,0314 Tiết diện khoảng trống đầu thiết bị  f 2 = π  D 2   = m π .0,6 = 0,094 Tiết diện ống truyền nhiệt ngăn là:  f 3 = SV: Lê Văn Nụ Lớp: CĐ-ĐH Hóa K3 π .d 2   n m π .0,0252 127 =    107 = 0,0207 GVHD: Th.S Nguyễn Thế Hữu   TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI ĐỒ ÁN MÔN: QTTB Khi chất lỏng chảy vào khoảng trống ngăn ( đột mở)    f 1     0,0314  2   ζ 1 = 1 −   = 0,4444   =  1 −    f      0,094   Khi chất lỏng chảy từ khoảng trống vào ngăn (đột thu)  f 3 0,0207 = = 0,38967  f 2 0,094  Nội suy theo bảng N013 (I-388) ⇒ ζ 2  = 0,38967   Khi chất lỏng chảy từ ngăn khoảng trống (đột mở)    f 3     0,0207  2 ζ 3 = 1 −     = 0,6080   =  1 −    f 2     0,094   Khi chất lỏng trảy khỏi thiết bị (đột thu)  f 1 0,0314 = = 0,3333  f 2 0,094 Tra bảng N013 nội suy ta ⇒ ζ 2  = 0,3333 Vậy ta có: ∑ ζ  = ζ  + 3 .ζ     => +  3.ζ 3 +ζ 4 = 0,4444 + 3.0,38967 + 3.0,6080 + 0,333 = 3,7707  ρ .w ∆ P cb =  ∑ ζ        = ∑ ζ .∆P d  =3,7707 19,50990 = 73,56598 (N/m 2) Áp suất trở lực thủy tĩnh : ∆ P    H  ∆PH = ρ.g.H = 798,048.9,8.2 = 15641,7408  (N/m2) Vậy:   ∆P = ∆Pd + ∆Pc + ∆Pm + ∆PH ∆P  =19,50990 +73,56598+134,9929+ 15641,7408  =15869,80958 (N/m 2) ∆P 15869,80958   ' = = 2,02916 (m)  H3 = ρ.g 798, 048.9,8 SV: Lê Văn Nụ Lớp: CĐ-ĐH Hóa K3   108 GVHD: Th.S Nguyễn Thế Hữu   TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI ĐỒ ÁN MÔN: QTTB II – CHIỀU CAO THÙNG CAO VỊ SO VỚI ĐĨA TIẾP LIỆU: 1 2 HO I NU ? C  NƯỚC NGƯNG   0 Theo phương trình Becnuli với mặt cắt 1-1 2-2so với mặt cắt chuẩn 0-0, ta coi chất lỏng chảy hết tùng cao vị chất lỏng chảy ống từ mặt cắt 1-1 Ta có phương trình becnuli: ω 12 P1 P ω H1 + + = H2 + + + 2.g ρ2 g 2.g ρ1.g   ∑h m Do đường kính thùng lớn so với đường kính ống dẫn liệu nên coi vận tốc mặt thoáng thùng ω 1 = P2 P1 ω2 − + + ⇒ H1 − H = ρ2 g ρ1.g 2.g   ∑h m Trong đó:  ρ 1 - khối lượng riêng hỗn hợp đầu 25 0C SV: Lê Văn Nụ Lớp: CĐ-ĐH Hóa K3   109 GVHD: Th.S Nguyễn Thế Hữu   TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI ĐỒ ÁN MÔN: QTTB Khối lượng riêng Axeton Benzen bảng I.2 STQTVTB (I-9) theo t=25 0C ρA = 785,25 ρ = 852,5 (Kg/m3)  B    Khối lượng riêng trung bình :    ρ 2 1  = ρhh aF ρA + − aF ρB = 0,298 − 0,298 + 785,25 852,5 ρ = 831,28464 (Kg/m3)   hh − khối lượng riêng hỗn hợp t F = 67,720C Khối lượng riêng Axeton Bezen t F = 67,720C tra theo bảng I.2 [ST-I.tr9] dùng phương pháp nội suy ta có : ρA = 735,578 (Kg/m3)  ρ = 827,894  B Khối lượng riêng trung bình hỗn hợp là: = aF + 1− aF = 0,298 − 0,298 + 735,578 827,894 ρ ρA ρ B   ⇒ ρ =   798,048  (Kg/m3) P1- áp suất mặt cắt 1-1; P1 = Pa= 105 (N/m2) P2 – áp suất mặt cắt 2-2; P2 = Pa + PL = 105 + 983,0514   = 10983,0514 (N/m 2)   ∑h m = H 1' + H   ' + H 3 ' =   8,46147.10−3  + 0,02332  + 2,02916  = 2,06094 (m) ⇒ H1 − H = 100983,0514 10000 0,221122 − + + 2,06094 798, 048.9,8 831, 28464.9,8 2.9,8   = 2,70036 (m) Vậy thùng cao vị đặt cao ống tiếp liệu 2,70036(m) chất lỏng tự chảy SV: Lê Văn Nụ Lớp: CĐ-ĐH Hóa K3   110 GVHD: Th.S Nguyễn Thế Hữu   TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI ĐỒ ÁN MƠN: QTTB III – TÍNH BƠM: Ta thiết kế bơm đặt sát mặt đất tức h h = => chất lỏng tự chảy vào bơm Chiều cao đẩy bơm H đ (m) Hđ = HC + (H1 – H2) + H b + ∆Hđ Trong đó: HC - chiều cao đoạn chưng H b – chiều cao bệ đặt tháp ta chọn H b = 1m ∆Hđ - chiều cao đáy chọn ∆H đ = m Vậy Hđ = HC + (H1 – H2) + H b + ∆Hđ   = 6,05 + 2,70036 +1 + = 10,75036 (m) Áp suất toàn phần là: + H' H TPđ= H  H ' − tổn thất áp suất đường ống hút từ thùng chứa đến thùng cao vị Theo tính tốn phần trước H’ = 0,01234 m Vậy áp suất toàn phần :   H TPđ = H + H ' = 10,75036 + 0,01234 = 10,7627  (m) Công suất yêu cầu bơm là:  N b = Trong đó: H.Q.g.ρ 1000.η [I - 439]   Q − suất bơm Q= F 13150 = 4,5771.10−3 ρ 3600.798,048 = ρ − khối lượng riêng hỗn hợp đầu vào ρ = 798,048 (Kg/m3) H − áp suất toàn phần bơm H = 10,7627  (m) η − hiệu suất chung bơm: η  = η0 ηtl ηck   η0 - hiệu suất thể tích tính đến hao hụt chất lỏng từ P cao P thấp chất lỏng rò rỉ qua khe hở ηtl − hiệu suất thủy lực tính đến ma sát & tạo dịng xốy bơm SV: Lê Văn Nụ Lớp: CĐ-ĐH Hóa K3   111 GVHD: Th.S Nguyễn Thế Hữu   TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI ĐỒ ÁN MÔN: QTTB ηck  − hiệu suất khí tính đến ma sát khí bơm Yêu cầu chọn bơm phải suất cao liên tục, ta chọn bơm li tâm: Các thông số bơm li tâm là: η 0 = 0 ,85 ÷ 0,96 chọn η 0  = 0,9 η tl  = 0,8  ÷ 0,85 chọn η    tl  = 0,82   ÷ 0,96 η ck  = 0,92 chọn η   ck  = 0,94 ⇒   η= η0 ηtl ηck   = 0, 9.0,82.0, 94 = 0, 694 Vậy công suất yêu cầu bơm : H.Q.g.ρ 10, 7627.4,6637.10−3.9,8.798, 048  N b = = 1000.η 1000.0, 694  N  đc = Cơng suất động là: Có η tr  = 0,56565  N b ηtr ηdk   =  ; η  dk  =  0,8  N đc =    N b 0,56565 = = 0,70706  (kw) ηtr ηdk   1.0,8 Thông thường người ta chọn động điện có N> so với ta tính  Ntt = β.N dc β = 1,2 − Ta chọn β = : Vậy công suất hoạt động thực tế bơm là:  Ntt = β.N dc =2.0,70706 = 1,41412 (kw) SV: Lê Văn Nụ Lớp: CĐ-ĐH Hóa K3   112 GVHD: Th.S Nguyễn Thế Hữu   TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI ĐỒ ÁN MÔN: QTTB KẾT LUẬN   Qua thời gian dài cố gắng tìm, đọc, tra cứu số tài liệu tham khảo, với giúp đỡ tận tình thầy NGUYỄN THẾ HỮU bạn lớp, em hồn thành nhiệm vụ thiết kế tháp đĩa lỗ có ống chảy chuyền giao Qua trình tiến hành này, em rút số nhận xét sau:   Việc thiết kế tính tốn hệ thống chưng luyện là việc làm phức tạp, tỉ mỉ lâu dài Nó khơng u cầu người thiết kế phải có kiến thức q trình chưng luyện mà phải biết số kiến thức khác như: cấu tạo thiết bị phụ, quy định vẽ kỹ thuật, …   Các cơng thức tính tốn khơng cịn gị bó mơn học khác mà mở rộng dựa giả thiết điều kiện, chế độ làm việc thiết bị Bởi tính tốn, người thiết kế tính tốn đến số ảnh hưởng điều kiện thực tế   Việc thiết kế đồ án mơn học q trình thiết bị giúp em củng cố thêm kiến thức q trình chưng luyện nói riêng q trình khác nói chung; nâng cao kỹ tra cứu, tính tốn, xử lý số liệu; biết cách trình bày theo văn phong khoa học nhìn nhận vấn đề cách có hệ thống Việc thiết kế đồ án mơn học “Q trình thiết bị cơng nghệ hóa chất thực phẩm” cơ  hội cho sinh viên ngành hóa nói chung thân em nói riêng làm quen với cơng việc kỹ sư hóa chất   Một lần em xin gửi lời cảm ơn chân thành tới thầy NGUYỄN THẾ HỮU, thầy người hướng dẫn em từ đầu đồ án tới em kết thúc giúp em hồn thành tốt nhiệm vụ thiết kế Mặc dù có nhiều cố gắng, song hạn chế tài liệu, kinh nghiệm thực tế, nên khơng tránh khỏi thiếu sót q trình thiết kế Em nhận bảo đóng góp thầy để em hồn thiện kiến thức cho thân SV: Lê Văn Nụ Lớp: CĐ-ĐH Hóa K3   113 GVHD: Th.S Nguyễn Thế Hữu   TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI ĐỒ ÁN MÔN: QTTB Em xin chân thành cảm ơn!   Tài liệu tham khảo   Sổ tay trình & thiết bị Cơng nghệ hố học tập Tập thể tác giả  Nhà xuất Khoa học - Kỹ thuật, 1974 Sổ tay trình & thiết bị Cơng nghệ hố học tập Tập thể tác giả Nhà xuất Khoa học - Kỹ thuật, 1982 Cơ sở q trình & thiết bị Cơng nghệ hoá học tập 1,2,3 Tập thể tác giả Nhà xuất Khoa học - Kỹ thuật, 2000  4 Tính tốn q trình & thiết bị Cơng nghệ hố học tập 1,2,3 Tập thể tác giả Nhà xuất Khoa học - Kỹ thuật, 2000   SV: Lê Văn Nụ Lớp: CĐ-ĐH Hóa K3   114 GVHD: Th.S Nguyễn Thế Hữu