Đồ án Thiết kế và tính toán hệ thống tháp chưng luyện liên tục loại tháp chóp để phân tách hỗn hợp Axeton Clobenzen

I.ĐẦU ĐỀ THIẾT KẾ:Thiết kế và tính toán hệ thống tháp chưng luyện liên tục loại tháp chóp để phân tách hỗn hợp Axeton ClobenzenII.CÁC SỐ LIỆU BAN ĐẦU:+ Hỗn hợp cần tách:(CH3)2CO – C6H5Cl+ Năng suất tính theo hỗn hợp đầu: F= 3.8 (tấngiờ)+ Nồng độ cấu tử dễ bay hơi:Hỗn hợp đầu:aF = 0.40 (phần khối lượng)Sản phẩm đỉnh:ap = 0.97 (phần khối lượng)Sản phẩm đáy:aw = 0.02 (phần khối lượng)+ Tháp làm việc ở áp suất thường+ Hỗn hơp đầu được gia nhiệt đến nhiệt độ sôi.III.NỘI DUNG CÁC PHẦN THUYẾT MINH VÀ TÍNH TOÁN:1.Giới thiệu chung:+ Mở đầu và giải thích về hỗn hợp được chưng luyện.+ Vẽ và thuyết minh dây chuyền sản xuất.2.Tính toán thiết bị chính: + Tính toán cân bằng vật liệu toàn thiết bị+ Tính đường kính tháp+ Tính chiều cao tháp+ Tính cân bằng nhiệt+ Tính trở lực của tháp3.Tính thiết bị phụ:+ Thiết bị gia nhiệt hỗn hợp đầu,hỗn hợp đáy+ Tính bơm+ Tính thùng cao vị+ Tính toán cơ khí và lựa chọnBề dày thiết bịTính đường kính các ống dẫnTính đáy và nắp thiết bịChọn bích ghépTính toán giá đỡ và tai treo4.Kết luận chung.5.Tài liệu tham khảo.IV.CÁC BẢN VẼ VÀ ĐỒ THỊ:+ Bản vẽ dây chuyền sản xuất A4+ Bản vẽ thiết bị chính và lắp giáp A0Nhận Xét Của Giáo Viên Hướng Dẫn4LỜI MỞ ĐẦU10PHẦN 1. GIỚI THIỆU CHUNG121.1.GIỚI THIỆU VỀ HỖN HỢP CHƯNG.121.1.1.Axeton121.1.2.Clobenzen131.2.SƠ ĐỒ HỆ THỐNG CHƯNG LUYỆN171.2.1.Sơ đồ quy trình và chú thích các ký hiệu trong quy trình171.2.2.Thuyết minh dây chuyền sản xuất19PHẦN 2. TÍNH TOÁN THIẾT BỊ CHÍNH202.1.Các kí hiệu trước khi tính202.2.Tính toán cân bằng vậy liệu toàn thiết bị202.2.1.Tính toán cân bằng vật liệu:212.2.2.Xác định số bậc thay đổi nồng độ (số đĩa lý thuyết)232.2.2.1.Xác định chỉ số hồi lưu tối thiểu232.2.2.2.Phương trình làm việc của đoạn luyện352.2.2.3.Phương trình đường nồng độ làm việc đoạn chưng:362.2.2.4.Số đĩa lý thuyết372.3.Tính toán đường kính tháp.372.3.1.Tính lưu lượng các dòng pha đi trong tháp: (có thể hiểu rằng P’=Gp) 382.3.1.1.Xác định lưu lượng hơi trung bình đi trong đoạn luyện:382.3.1.2.Lượng hơi trung bình trong đoạn chưng432.3.2.Vận tốc hơi đi trong tháp:472.3.3.Tính khối lượng riêng trung bình của pha lỏng472.3.4.Tính khối lượng trung bình của pha hơi512.3.5.Sức căng bề mặt:532.3.6.Đường kính đoạn luyện:562.3.7.Đường kính đoạn chưng:562.4.TÍNH CHIỀU CAO THÁP582.4.1.Hệ số khuếch tán:582.4.1.1.Hệ số khuếch tán trong pha lỏng582.4.1.2.Hệ số khuếch tán trong pha hơi602.4.2.Hệ số cấp khối602.4.2.1.Độ nhớt của hỗn hợp hơi602.4.2.2.Độ nhớt của hỗn hợp lỏng632.4.2.5.Hệ số cấp khối trong pha hơi662.4.2.6.Hệ số cấp khối trong pha lỏng672.4.3.1.Số đơn vị chuyển khối đối với mỗi đĩa692.4.3.2.Đường cong động học:722.4.3.3.Hiệu suất tháp – chiều cao tháp:742.5.1.Trở lực của đĩa khô762.5.2.Trở lực của đĩa đo sức căng bề mặt772.5.2.1.Sức căng bề mặt của dung dịch trên đĩa772.5.2.2.Đường kính tương đương của khe rãnh chóp:792.5.2.3.Trở lực của lớp chất lỏng trên đĩa (trở lực thủy tĩnh):802.5.3.Trở lực dựa vào chiều cao812.5.3.1.Chiều cao ống chảy truyền nhô trên đĩa812.5.3.3.Phần bề mặt đĩa có gắn chóp832.5.3.5.Chiều cao ống chảy truyền trên mặt đĩa842.5.3.6.Chiều cao lớp bọt trên đĩa842.6.Tính cân bằng nhiệt lượng852.6.1.Cân bằng nhiệt lượng của thiết bị gia nhiệt hỗn hợp đầu:852.6.1.1.Nhiệt lượng do hơi đốt mang vào862.6.1.3.Nhiệt lượng do hỗn hợp đầu mang ra872.6.1.4.Nhiệt lượng do nước ngưng mang ra:882.6.1.5.Nhiệt lượng mất mát ra ngoài môi trường xung quanh:882.6.1.6.Lượng hơi đốt cần thiết:882.6.2.Cân bằng nhiệt lượng của tháp chưng luyện:882.6.2.1.Nhiệt lượng do hơi đốt mang vào tháp:892.6.2.3.Nhiệt lượng do hơi mang ra ở đỉnh tháp:912.6.2.4.Nhiệt lượng do sản phẩm đáy mang ra922.6.2.5.Nhiệt lượng mất đi ra ngoài môi trường932.6.2.6.Nhiệt lượng do nước ngưng mang ra ngoài932.6.2.7.Lượng hơi đốt cần thiết để đun sôi dung dịch ở đáy tháp là: 932.6.3.Cân bằng nhiệt lượng cho thiết bị ngưng tụ942.6.3.1.Nếu chỉ ngưng tụ hồi lưu thì942.6.3.2.Nếu ngưng tụ hoàn toàn952.6.4.Cân bằng nhiệt lượng tại thiết bị làm lạnh95PHẦN 3 : TÍNH TOÁN THIẾT BỊ PHỤ983.1.Thiết bị gia nhiệt hỗn hợp đầu:983.1.1.Hiệu số nhiệt độ trung bình993.1.2.Lượng nhiệt trao đổi:993.1.3.Diện tích trao đổi nhiệt:1003.1.3.1.Hệ số cấp nhiệt phía hơi ngưng tụ1013.1.3.2.Hệ số cấp nhiệt phía dung dịch:1023.1.3.3.Diện tích trao đổi nhiệt1073.2.Tính bơm và thùng cao vị1093.2.1.Các trở lực của quá trình cấp liệu1103.2.1.1.Trở lực trong ống dẫn thùng cao vị đến thiết bị gianhiệt (

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI KHOA CÔNG NGHỆ HÓA - ĐỒ ÁN MƠN Q TRÌNH THIẾT BỊ BỘ MƠN Q TRÌNH -THIẾT BỊ ……… **……… THIẾT KẾ VÀ TÍNH TỐN HỆ THỐNG CHƯNG LUYỆN LIÊN TỤC LOẠI THÁP CHÓP ĐỂ PHÂN TÁCH HỖN HỢP: AXETON-CLOBENZEN Giáo viên hướng dẫn Sinh viên thực Mã sinh viên Lớp Hà Nội 10-2021 BỘ CƠNG THƯƠNG CỘNG HỊA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Trường ĐH Công Nghiệp Hà Nội Độc lập – Tự – Hạnh phúc Đồ án mơn học q trình thiết bị I ĐẦU ĐỀ THIẾT KẾ: Thiết kế tính tốn hệ thống tháp chưng luyện liên tục loại tháp chóp để phân tách hỗn hợp Axeton- Clobenzen II CÁC SỐ LIỆU BAN ĐẦU: + Hỗn hợp cần tách: (CH3)2CO – C6H5Cl + Năng suất tính theo hỗn hợp đầu: F= 3.8 (tấn/giờ) + Nồng độ cấu tử dễ bay hơi: - Hỗn hợp đầu: aF = 0.40 (phần khối lượng) - Sản phẩm đỉnh:ap = 0.97 (phần khối lượng) - Sản phẩm đáy: aw = 0.02 (phần khối lượng) + Tháp làm việc áp suất thường + Hỗn hơp đầu gia nhiệt đến nhiệt độ sôi III NỘI DUNG CÁC PHẦN THUYẾT MINH VÀ TÍNH TỐN: Giới thiệu chung: + Mở đầu giải thích hỗn hợp chưng luyện + Vẽ thuyết minh dây chuyền sản xuất 2 Tính tốn thiết bị chính: + Tính tốn cân vật liệu tồn thiết bị + Tính đường kính tháp + Tính chiều cao tháp + Tính cân nhiệt + Tính trở lực tháp Tính thiết bị phụ: + Thiết bị gia nhiệt hỗn hợp đầu,hỗn hợp đáy + Tính bơm + Tính thùng cao vị + Tính tốn khí lựa chọn  Bề dày thiết bị  Tính đường kính ống dẫn  Tính đáy nắp thiết bị  Chọn bích ghép  Tính tốn giá đỡ tai treo Kết luận chung Tài liệu tham khảo IV CÁC BẢN VẼ VÀ ĐỒ THỊ: + Bản vẽ dây chuyền sản xuất A4 + Bản vẽ thiết bị lắp giáp A0 Nhận Xét Của Giáo Viên Hướng Dẫn  Hà Nội, ngày … tháng … năm 2021 Người nhận xét MỤC LỤC Nhận Xét Của Giáo Viên Hướng Dẫn .4 LỜI MỞ ĐẦU 10 PHẦN GIỚI THIỆU CHUNG 12 1.1 GIỚI THIỆU VỀ HỖN HỢP CHƯNG .12 1.1.1 Axeton 12 1.1.2 Clobenzen 13 1.2 SƠ ĐỒ HỆ THỐNG CHƯNG LUYỆN 17 1.2.1 Sơ đồ quy trình thích ký hiệu quy trình 17 1.2.2 Thuyết minh dây chuyền sản xuất 19 PHẦN TÍNH TỐN THIẾT BỊ CHÍNH 20 2.1 Các kí hiệu trước tính 20 2.2 Tính tốn cân liệu toàn thiết bị 20 2.2.1 Tính tốn cân vật liệu: 21 2.2.2 Xác định số bậc thay đổi nồng độ (số đĩa lý thuyết) 23 2.2.2.1 Xác định số hồi lưu tối thiểu 23 2.2.2.2 Phương trình làm việc đoạn luyện 35 2.2.2.3 Phương trình đường nồng độ làm việc đoạn chưng: 36 2.2.2.4 Số đĩa lý thuyết .37 2.3 Tính tốn đường kính tháp 37 2.3.1 Tính lưu lượng dịng pha tháp: (có thể hiểu P’=Gp) 38 2.3.1.1 Xác định lưu lượng trung bình đoạn luyện: 38 2.3.1.2 Lượng trung bình đoạn chưng .43 2.3.2 Vận tốc tháp: 47 2.3.3 Tính khối lượng riêng trung bình pha lỏng 47 2.3.4 Tính khối lượng trung bình pha 51 2.3.5 Sức căng bề mặt: 53 2.3.6 Đường kính đoạn luyện: .56 2.3.7 Đường kính đoạn chưng: .56 2.4 TÍNH CHIỀU CAO THÁP 58 2.4.1 Hệ số khuếch tán: 58 2.4.1.1 Hệ số khuếch tán pha lỏng 58 2.4.1.2 Hệ số khuếch tán pha 60 2.4.2 Hệ số cấp khối .60 2.4.2.1 Độ nhớt hỗn hợp .60 2.4.2.2 Độ nhớt hỗn hợp lỏng 63 2.4.2.5 Hệ số cấp khối pha 66 2.4.2.6 Hệ số cấp khối pha lỏng .67 2.4.3.1 Số đơn vị chuyển khối đĩa 69 2.4.3.2 Đường cong động học: 72 2.4.3.3 Hiệu suất tháp – chiều cao tháp: 74 2.5.1 Trở lực đĩa khô 76 2.5.2 Trở lực đĩa đo sức căng bề mặt 77 2.5.2.1 Sức căng bề mặt dung dịch đĩa 77 2.5.2.2 Đường kính tương đương khe rãnh chóp: 79 2.5.2.3 Trở lực lớp chất lỏng đĩa (trở lực thủy tĩnh): .80 2.5.3 Trở lực dựa vào chiều cao 81 2.5.3.1 Chiều cao ống chảy truyền nhô đĩa 81 2.5.3.3 Phần bề mặt đĩa có gắn chóp 83 2.5.3.5 Chiều cao ống chảy truyền mặt đĩa 84 2.5.3.6 Chiều cao lớp bọt đĩa .84 2.6 Tính cân nhiệt lượng 85 2.6.1 Cân nhiệt lượng thiết bị gia nhiệt hỗn hợp đầu: .85 2.6.1.1 Nhiệt lượng đốt mang vào 86 2.6.1.3 Nhiệt lượng hỗn hợp đầu mang 87 2.6.1.4 Nhiệt lượng nước ngưng mang ra: 88 2.6.1.5 Nhiệt lượng mát ngồi mơi trường xung quanh: 88 2.6.1.6 Lượng đốt cần thiết: 88 2.6.2 Cân nhiệt lượng tháp chưng luyện: 88 2.6.2.1 Nhiệt lượng đốt mang vào tháp: 89 2.6.2.3 Nhiệt lượng mang đỉnh tháp: 91 2.6.2.4 Nhiệt lượng sản phẩm đáy mang 92 2.6.2.5 Nhiệt lượng ngồi mơi trường 93 2.6.2.6 Nhiệt lượng nước ngưng mang 93 2.6.2.7 Lượng đốt cần thiết để đun sôi dung dịch đáy tháp là: 93 2.6.3 Cân nhiệt lượng cho thiết bị ngưng tụ 94 2.6.3.1 Nếu ngưng tụ hồi lưu 94 2.6.3.2 Nếu ngưng tụ hoàn toàn 95 2.6.4 Cân nhiệt lượng thiết bị làm lạnh 95 PHẦN : TÍNH TỐN THIẾT BỊ PHỤ 98 3.1 Thiết bị gia nhiệt hỗn hợp đầu: 98 3.1.1 Hiệu số nhiệt độ trung bình 99 3.1.2 Lượng nhiệt trao đổi: 99 3.1.3 Diện tích trao đổi nhiệt: .100 3.1.3.1 Hệ số cấp nhiệt phía ngưng tụ 101 3.1.3.2 Hệ số cấp nhiệt phía dung dịch: 102 3.1.3.3 Diện tích trao đổi nhiệt 107 3.2 Tính bơm thùng cao vị 109 3.2.1 Các trở lực trình cấp liệu .110 3.2.1.1 Trở lực ống dẫn thùng cao vị đến thiết bị gia nhiệt (𝚫𝐏𝐦𝟏)) 110 3.2.1.2 Trở lực ống dẫn từ thiết bị gia nhiệt đến tháp (𝚫𝐏𝐦𝟐)) 113 3.2.1.3 Trở lực thiết bị gia nhiệt (𝚫𝐏𝐦𝟑)) 116 3.2.1.4 Xác định trở lực đường ống từ thùng chứa đến thùng cao vị 119 3.2.2 Tính chiều cao thùng cao vị so với đĩa tiếp liệu 121 3.2.4 Áp suất toàn phần bơm – Năng suất bơm 123 3.3 Tính tốn khí lựa chọn 125 3.3.1 Tính toán thân tháp 125 3.3.1.1 Tính Ứng suất cho phép 𝛔 126 3.3.1.2 Hệ số bền thành hình trụ theo phương dọc 𝛗 127 3.3.1.3 Tính số bổ sung ăn mòn, bào mòn dung sai chiều dày 127 3.3.1.4 Tính chóp kích thước chóp 128 3.3.1.5 Số lượng khe hở chóp: 129 3.3.2 Tính đáy nắp thiết bị .131 3.3.2.1 Chiều dày nắp 131 3.3.2.2 Chiều dày đáy 133 3.3.4 Tính đường kính ống dẫn 135 3.3.4.1 Đường kính ống dẫn sản phẩm đỉnh: 135 3.3.4.2 Đường kính ống chảy chuyền: .136 3.3.4.3 Ống dẫn hỗn hợp đầu vào tháp 136 3.3.4.4 Đường kính ống dẫn sản phẩm đáy: 137 3.3.4.5 Đường kính ống dẫn ngưng tụ hồi lưu: .138 3.3.4.6 Ống dẫn sản phẩm đáy hồi lưu .139 3.3.5 Khối lượng tháp 140 3.3.5.1 Khối lượng thân tháp trụ: GT 140 3.3.5.2 Khối lượng nắp đáy tháp: 𝐆𝐍 − Đ 141 3.3.5.3 Khối lượng bích: 𝐆𝐁 .141 3.3.5.4 Khối lượng bulơng nối bích: 𝐆𝐛𝐥 141 3.3.5.5 Khối lượng đĩa tháp: 𝐆Đ 141 3.3.5.6 Khối lượng ống chảy truyền: 𝐆ô 142 3.3.5.7 Khối lượng chất lỏng điền đầy tháp GL 142 3.3.5.8 Tính tai treo 143 KẾT LUẬN 146 TÀI LIỆU THAM KHẢO 148