Thông tin tài liệu
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI VIỆN KỸ THUẬT HĨA HỌC BỘ MƠN Q TRÌNH - THIẾT BỊ CƠNG NGHỆ HĨA VÀ THỰC PHẨM ĐỒ ÁN MƠN HỌC THIẾT KẾ HỆ THỐNG THIẾT BỊ CHƯNG LUYỆN LIÊN TỤC HỖN HỢP HAI CẤU TỬ BENZEN - TOLUEN Người thiết kế Lớp, khóa Người hướng dẫn : Lê Tuấn Linh : CTTN Hóa Dược K64 : PGS.TS Trần Trung Kiên HÀ NỘI 2022 MỤC LỤC LỜI MỞ ĐẦU .6 PHẦN I: PHẦN MỞ ĐẦU I LÝ THUYẾT VỀ CHƯNG LUYỆN Phương pháp chưng luyện Thiết bị chưng luyện II GIỚI THIỆU VỀ HỖN HỢP CHƯNG LUYỆN Etanol (C2H5OH) Nước (H2O) .10 III VẼ VÀ THUYẾT MINH DÂY CHUYỀN CÔNG NGHỆ .11 Dây chuyền sản xuất 11 Thuyết minh dây chuyền công nghệ 12 PHẦN II: TÍNH TỐN THIẾT BỊ CHÍNH 13 I TÍNH TỐN CÂN BẰNG VẬT LIỆU TOÀN THIẾT BỊ 13 Tính tốn số hồi lưu thích hợp .14 Số đĩa lý thuyết phương trình đường nồng độ làm việc 19 II TÍNH TỐN ĐƯỜNG KÍNH THÁP 20 Tính đường kính tháp 20 Lượng trung bình dòng pha tháp .20 Xác định lượng trung bình đoạn luyện: 20 Xác định lượng trung bình đoạn chưng: 24 III TÍNH CHIỀU CAO THÁP .29 Hệ số khuếch tán .29 Hệ số cấp khối 30 Hệ số chuyển khối, đường cong động học, số đĩa thực tế: .34 Hiệu suất tháp, chiều cao tháp .37 IV Chọn loại đĩa .38 TÍNH TRỞ LỰC THÁP .39 Trở lực đĩa khô 40 Trở lực đĩa sức căng bề mặt .40 Trở lực lớp chất lỏng đĩa .41 Trở lực tháp 41 V TÍNH CÂN BẰNG NHIỆT LƯỢNG 42 Tính cân nhiệt thiết bị gia nhệt hỗn hợp đầu: 42 Tính cân nhiệt lượng toàn tháp chưng luyện 44 Tính cân nhiệt lượng thiết bị ngưng tụ 46 Tính cân nhiệt lượng thiết bị làm lạnh 46 PHẦN III: TÍNH TỐN CƠ KHÍ .48 I TÍNH TỐN THÂN THÁP: 48 Áp suất thiết bị .48 Ứng suất cho phép 48 Tính hệ số bền thành hình trụ theo phương dọc: .49 Đại lượng bổ sung 49 Chiều dày thân tháp .49 II TÍNH ĐÁY VÀ NẮP THIẾT BỊ 50 III CHỌN MẶT BÍCH 51 IV TÍNH ĐƯỜNG KÍNH CÁC ỐNG DẪN 52 Đường kính ống chảy chuyền 52 Đường kính ống dẫn hỗn hợp đầu vào tháp 52 Đường kính ống dẫn đỉnh tháp 53 Đường kính ống dẫn sản phẩm đáy .53 5.Đường kính ống dẫn ngưng tụ hồi lưu .54 Đường kính ống dẫn sản phẩm đáy hồi lưu .54 Chọn mặt bích để nối ống dẫn thiết bị 55 V TÍNH VÀ CHỌN GIÁ ĐỠ, TAI TREO 55 Tính khối lượng tồn tháp 55 Tính tai treo 58 PHẦN IV: TÍNH TỐN THIẾT BỊ PHỤ 61 I TÍNH TỐN THIẾT BỊ GIA NHIỆT HỖN HỢP ĐẦU 61 Tính hiệu số nhiệt độ trung bình 61 Tính lượng nhiệt trao đổi .61 Tính hệ số cấp nhiệt .62 Số ống truyền nhiệt 66 Đường kính thiết bị gia nhiệt hỗn hợp đầu .66 Tính lại vận tốc chia ngăn 66 II TÍNH BƠM VÀ THÙNG CAO VỊ 67 Tính trở lực từ thùng cao vị đến thiết bị gia nhiệt 68 2.Trở lực ống dẫn từ thiết bị gia nhiệt tới tháp đĩa tiếp liệu: 70 Trở lực thiết bị gia nhiệt hỗn hợp đầu .71 KẾT LUẬN .74 TÀI LIỆU THAM KHẢO 75 BẢN KÊ CÁC CHỮ KÝ HIỆU Kí hiệu GF F GD D Gw W xF yF aF xD yD aD xW yW aW MB MT MF MD ts Rmin R L gtb gđ g1 r1 rđ rb rt ρy ρx ω ωs σd Vd g Gx Gy μx μn Hc N¿ tb tb Ý nghĩa Năng suất nhập liệu theo khối lượng Năng suất nhập liệu theo số mol Năng suất sản phẩm đỉnh theo khối lượng Năng suất sản phẩm đỉnh theo số mol Năng suất sản phẩm đỉnh theo khối lượng Năng suất sản phẩm đỉnh theo số mol Nồng độ phần mol nhập liệu pha lỏng Nồng độ phần mol nhập liệu pha Nồng độ phần khối lượng nhập liệu pha lỏng Nồng độ phần mol sản phẩm đỉnh pha lỏng Nồng độ phần mol sản phẩm đỉnh pha Nồng độ phận khối lượng sản phẩm đỉnh pha lỏng Nồng độ phần mol sản phẩm đáy pha lỏng Nồng độ phần mol sản phẩm đáy pha Nồng độ phần khối lượng sản phẩm đáy pha lỏng Khối lượng mol phân tử benzene Khối lượng mol phân tử toluene Khối lượng mol phân tử trung bình nhập liệu Khối lượng mol phân tử trung bình sản phẩm đỉnh Nhiệt độ sôi dung dịch Chỉ số hồi lưu tối thiểu Chỉ số hồi lưu thích hợp Tỉ số nhập liệu/sản phẩm đỉnh Lượng trung bình đoạn luyện Lượng khỏi đĩa tháp Lượng vào đĩa đoạn luyện Ẩnnhiệt hóa hỗnhợp vào đĩa thứ Ẩnnhiệt hóa hỗnhợp khỏi đỉnh tháp Ẩn nhiệt hóa cấu tử nguyên chất Benzene Ẩn nhiệt hóa cấu tử nguyên chất Toluene Khối lượng riêng trung bình pha Khối lượng riêng trung bình pha lỏng Tốc độ tháp đệm Tốc độ sặc Bề mặt riêng đệm Thể tích tự đệm Gia tốc trọng trường Lượng lỏng trung bình Lượng trung bình Độ nhớt pha lỏng theo nhiệt độ trung bình Độ nhớt nước 20oC Chiều cao tháp Số đĩa lý thuyết (số bậc thay đổi nồng độ) Đơn vị kg/h kmol/h kg/h kmol/h kg/h kmol/h % mol % mol % khối lượng % mol % mol % khối lượng % mol % mol % khối lượng Kg/kmol Kg/kmol Kg/kmol Kg/kmol o C kg/h kg/h kg/h kJ/kg kJ/kg kJ/kg kJ/kg kg/m3 kg/m3 m/s m/s m2/m3 m3/m3 m2/s kg/s kg/s N.s/m2 N.s/m2 m Đĩa LT Do.an.mon.hoc.thiet.ke.he.thong.thiet.bi.chung.luyen.lien.tuc.hon.hop.hai.cau.tu.benzen.toluenDo.an.mon.hoc.thiet.ke.he.thong.thiet.bi.chung.luyen.lien.tuc.hon.hop.hai.cau.tu.benzen.toluenDo.an.mon.hoc.thiet.ke.he.thong.thiet.bi.chung.luyen.lien.tuc.hon.hop.hai.cau.tu.benzen.toluenDo.an.mon.hoc.thiet.ke.he.thong.thiet.bi.chung.luyen.lien.tuc.hon.hop.hai.cau.tu.benzen.toluen LỜI MỞ ĐẦU Ngày với phát triển không ngừng nghỉ khoa học kỹ thuật, máy móc cơng nghệ không ngừng nâng cao tạo sản phẩm thỏa mãn nhu cầu khắt khe thị trường Ngành cơng nghiệp hóa chất khơng nằm ngồi xu đó, ngày sản phẩm ngành cơng nghiệp đòi hỏi tinh khiết, chất lượng hoàn hảo phù hợp với nhu cầu sản xuất sử dụng người Để tạo loai sản phẩm hóa chất có tính tinh khiết cao, đảm bảo tăng nồng độ chất tan dung dịch, phù hợp yêu cầu người ta có nhiều cách để tạo chúng, cách sử dụng phương pháp chưng luyện, tạo tăng nồng độ sản phẩm mong muốn Chưng phương pháp dùng để tách hỗn hợp chất lỏng (cũng hỗn hợp khí hóa lỏng) thành cấu tử riêng biệt, dựa độ bay khác cấu tử hỗn hợp Chúng ta thực nhiều phương pháp chưng khác chưng gián đoạn, chưng liên tục, chưng đơn giản, chưng đặc biệt (chưng luyện hỗn hợp đẳng phí, chưng phân tử, chưng nước trực tiếp, chưng trích ly) Ngày nay, chưng luyện ứng dụng rộng rãi để tách hỗn hợp: + Dầu mỏ, tài nguyên khai thác dạng lỏng + Khơng khí hóa lỏng + Q trình tổng hợp hữu thường cho sản phẩm dạng hỗn hợp chất lỏng Ví dụ: sản xuất metanol, etylen… + Công nghệ sinh học thường cho sản phẩm hỗn hợp chất lỏng etylic-nước từ trình lên men Khi chưng, hỗn hợp đầu chứa cấu tử ta thu nhiêu cấu tử sản phẩm Để thu sản phẩm đỉnh tinh khiết ta tiến hành chưng nhiều lần hay gọi chưng luyện Là kỹ sư hóa chất tương lai, chúng em trang bị nhiều kiến thức trình thiết bị công nghệ sản xuất sản phẩm hóa học, để củng cố kiến thức học, để phát huy trình độ độc lập sáng tạo giải vấn đề cụ thể sinh viên thực tế sản xuất, chinh nhận đồ án trình thiết bị hội tốt chúng em tìm hiểu q trình cơng nghệ, vận dụng kiến thức học mở Do.an.mon.hoc.thiet.ke.he.thong.thiet.bi.chung.luyen.lien.tuc.hon.hop.hai.cau.tu.benzen.toluenDo.an.mon.hoc.thiet.ke.he.thong.thiet.bi.chung.luyen.lien.tuc.hon.hop.hai.cau.tu.benzen.toluenDo.an.mon.hoc.thiet.ke.he.thong.thiet.bi.chung.luyen.lien.tuc.hon.hop.hai.cau.tu.benzen.toluenDo.an.mon.hoc.thiet.ke.he.thong.thiet.bi.chung.luyen.lien.tuc.hon.hop.hai.cau.tu.benzen.toluen Do.an.mon.hoc.thiet.ke.he.thong.thiet.bi.chung.luyen.lien.tuc.hon.hop.hai.cau.tu.benzen.toluenDo.an.mon.hoc.thiet.ke.he.thong.thiet.bi.chung.luyen.lien.tuc.hon.hop.hai.cau.tu.benzen.toluenDo.an.mon.hoc.thiet.ke.he.thong.thiet.bi.chung.luyen.lien.tuc.hon.hop.hai.cau.tu.benzen.toluenDo.an.mon.hoc.thiet.ke.he.thong.thiet.bi.chung.luyen.lien.tuc.hon.hop.hai.cau.tu.benzen.toluen rộng vốn kiến thức mình, từ cho chúng em nhìn cụ thể ngành nghề lựa chọn Bản đồ án khơng làm sáng tỏ thêm lý thuyết, nắm vững phương pháp tính tốn ngun lý vận hành thiết bị, mà hội tốt để sinh viên tập dượt giải vấn đề cụ thể thực tế sản xuất Để hoàn thành đồ án em xin gửi lời cám ơn chân thành đến thầy cô môn, đặc biệt thầy giáo Trần Trung Kiên tận tình hướng dẫn, bảo, tạo điều kiện thuận lợi cho chúng em làm đồ án Do thời gian kiến thức thân em cịn hạn chế nên đồ án khơng tránh khỏi thiếu sót em mong nhận góp ý, lời nhận xét sửa chữa thầy cô để đồ án em hoàn chỉnh Một lần em xin chân thành cám ơn Do.an.mon.hoc.thiet.ke.he.thong.thiet.bi.chung.luyen.lien.tuc.hon.hop.hai.cau.tu.benzen.toluenDo.an.mon.hoc.thiet.ke.he.thong.thiet.bi.chung.luyen.lien.tuc.hon.hop.hai.cau.tu.benzen.toluenDo.an.mon.hoc.thiet.ke.he.thong.thiet.bi.chung.luyen.lien.tuc.hon.hop.hai.cau.tu.benzen.toluenDo.an.mon.hoc.thiet.ke.he.thong.thiet.bi.chung.luyen.lien.tuc.hon.hop.hai.cau.tu.benzen.toluen Do.an.mon.hoc.thiet.ke.he.thong.thiet.bi.chung.luyen.lien.tuc.hon.hop.hai.cau.tu.benzen.toluenDo.an.mon.hoc.thiet.ke.he.thong.thiet.bi.chung.luyen.lien.tuc.hon.hop.hai.cau.tu.benzen.toluenDo.an.mon.hoc.thiet.ke.he.thong.thiet.bi.chung.luyen.lien.tuc.hon.hop.hai.cau.tu.benzen.toluenDo.an.mon.hoc.thiet.ke.he.thong.thiet.bi.chung.luyen.lien.tuc.hon.hop.hai.cau.tu.benzen.toluen PHẦN I: PHẦN MỞ ĐẦU I LÝ THUYẾT VỀ CHƯNG LUYỆN Phương pháp chưng luyện Chưng luyện phương pháp nhằm để phân tách hỗn hợp khí hóa lỏng dựa độ bay tương đối khác cấu tử thành phần áp suất Phương pháp chưng luyện q trình hỗn hợp bốc ngưng tụ nhiều lần Kết cuối đỉnh tháp ta thu hỗn hợp gồm hầu hết cấu tử dễ bay nồng độ đạt yêu cầu Phương pháp chưng luyện cho hiệu suất phân tách cao, sử dụng nhiều thực tế Dựa phương pháp chưng luyện liên tục, người ta đưa nhiều thiết bị phân tách đa dạng tháp chóp, tháp đĩa lỗ khơng có ống chảy truyền, tháp đĩa lỗ có ống chảy truyền, tháp đệm… Cùng với thiết bị ta có phương pháp chưng cất là: a Áp suất làm việc: - Chưng cất áp suất thấp - Chưng cất áp suất thường - Chưng cất áp suất cao Nguyên tắc phương pháp dựa nhiệt độ sôi cấu tử: nhiệt độ sôi cấu tử cao giảm áp suất làm việc để giảm nhệt độ sôi cấu tử b Nguyên lý làm việc: làm việc theo nguyên lý liên tục gián đoạn: - Chưng gián đoạn: phương pháp sử dụng khi: Nhiệt độ sôi cấu tử khác xa Khơng cần địi hỏi sản phẩm có độ tinh khiết cao Tách hỗn hợp lỏng khỏi tạp chất không bay Tách sơ hỗn hợp nhiều cấu tử - Chưng liên tục: trình thực liên tục nghịch dòng nhiều đoạn Thiết bị chưng luyện Trong sản xuất thường sử dụng nhiều loại tháp khác chúng có yêu cầu diện tích tiếp xúc bề mặt pha lớn Tháp chưng luyện phong phú kích cỡ ứng dựng Các tháp lớn thường sử dụng công nghệ lọc hóa dầu Đường kính tháp phụ thuộc vào lượng pha lỏng lượng pha khí, độ tinh khiết sản phẩm Theo khảo sát thường có loại tháp chưng: tháp đĩa tháp đệm Tháp đĩa: thân tháp hình trụ thẳng đứng bên có gắn đĩa, phân chia thành đoạn Trên đĩa pha lỏng pha khí tiếp xúc với Tùy thuộc vào cấu tạo đĩa mà ta có loại tháp đĩa: Do.an.mon.hoc.thiet.ke.he.thong.thiet.bi.chung.luyen.lien.tuc.hon.hop.hai.cau.tu.benzen.toluenDo.an.mon.hoc.thiet.ke.he.thong.thiet.bi.chung.luyen.lien.tuc.hon.hop.hai.cau.tu.benzen.toluenDo.an.mon.hoc.thiet.ke.he.thong.thiet.bi.chung.luyen.lien.tuc.hon.hop.hai.cau.tu.benzen.toluenDo.an.mon.hoc.thiet.ke.he.thong.thiet.bi.chung.luyen.lien.tuc.hon.hop.hai.cau.tu.benzen.toluen Do.an.mon.hoc.thiet.ke.he.thong.thiet.bi.chung.luyen.lien.tuc.hon.hop.hai.cau.tu.benzen.toluenDo.an.mon.hoc.thiet.ke.he.thong.thiet.bi.chung.luyen.lien.tuc.hon.hop.hai.cau.tu.benzen.toluenDo.an.mon.hoc.thiet.ke.he.thong.thiet.bi.chung.luyen.lien.tuc.hon.hop.hai.cau.tu.benzen.toluenDo.an.mon.hoc.thiet.ke.he.thong.thiet.bi.chung.luyen.lien.tuc.hon.hop.hai.cau.tu.benzen.toluen Tháp đĩa chóp Tháp đĩa: o Tháp đĩa lỗ khơng có ơng chảy truyền o Tháp đĩa lỗ có ống chảy truyền Tháp đệm Tháp đĩa lỗ có ống chảy truyền có yêu điểm khắc phục nhược điểm loại tháp khác như: Với chức năng, tổng khối lượng tháp đĩa thường nhỏ táp đệm tháp đĩa có bề mặt tiếp xúc pha lớn hiệu suất làm việc cao Tháp đĩa thích hợp trường hợp có số đĩa lý thuyết số đơn vị truyền khối lớn Cấu tạo đơn giản, dễ vệ sinh, sửa chữa làm Trở lực thiết bị không lớn Làm việc với chất lỏng bẩn, khí bẩn vận tốc khí lớn II a) - GIỚI THIỆU VỀ HỖN HỢP CHƯNG LUYỆN Etanol (C2H5OH) Tên gọi khác: rượu etylic, alcohol ethylic, rượu ngũ cốc hay cồn CTPT: C2H5OH Phân tử khối: 46kg/kmol Tính chất vật lí Là chất lỏng, không màu, suốt, không mùi, tan vô hạn nước dễ bay - Khối lượng riêng: 0.7936 g/ml 15oC - Nhiệt độ sôi: 78,39oC - Điểm nóng chảy: -114.15oC b) Tính chất hóa học - Phản ứng - Phản ứng este hóa - Phản ứng tách loại nước c) Ứng dụng - Ethanol sử dụng nhiên liệu cồn (thông thường trộn lẫn với xăng) hàng loạt quy trình cơng nghiệp khác Ethanol sử dụng sản phẩm chống đơng lạnh điểm đóng băng thấp - Ethanol tinh chất ethanol 95% dung mơi tốt, phổ biến so với nước chút sử dụng loại nước hoa, sơn cồn thuốc - Dung dịch chứa 70% ethanol chủ yếu sử dụng chất tẩy uế Ethanol sử dụng gel vệ sinh kháng khuẩn phổ biến nồng độ khoảng 62% Khả khử trùng tốt ethanol dung dịch khoảng 70%; nồng độ cao hay thấp ethanol có khả kháng khuẩn Do.an.mon.hoc.thiet.ke.he.thong.thiet.bi.chung.luyen.lien.tuc.hon.hop.hai.cau.tu.benzen.toluenDo.an.mon.hoc.thiet.ke.he.thong.thiet.bi.chung.luyen.lien.tuc.hon.hop.hai.cau.tu.benzen.toluenDo.an.mon.hoc.thiet.ke.he.thong.thiet.bi.chung.luyen.lien.tuc.hon.hop.hai.cau.tu.benzen.toluenDo.an.mon.hoc.thiet.ke.he.thong.thiet.bi.chung.luyen.lien.tuc.hon.hop.hai.cau.tu.benzen.toluen Do.an.mon.hoc.thiet.ke.he.thong.thiet.bi.chung.luyen.lien.tuc.hon.hop.hai.cau.tu.benzen.toluenDo.an.mon.hoc.thiet.ke.he.thong.thiet.bi.chung.luyen.lien.tuc.hon.hop.hai.cau.tu.benzen.toluenDo.an.mon.hoc.thiet.ke.he.thong.thiet.bi.chung.luyen.lien.tuc.hon.hop.hai.cau.tu.benzen.toluenDo.an.mon.hoc.thiet.ke.he.thong.thiet.bi.chung.luyen.lien.tuc.hon.hop.hai.cau.tu.benzen.toluen a) b) - Nước (H2O) CTPT: H2O Phân tử khối: 18kg/kmol Tính chất vật lí Nước hợp chất vô cơ, suốt, không vị, không mùi không màu Khối lượng riêng: 1g/ml Nhiệt độ sôi: 100oC Điểm nóng chảy: 0oC Ứng dụng Nước dung môi tuyệt vời cho nhiều loại chất vô hữu cơ; sử dụng rộng rãi quy trình cơng nghiệp, nấu ăn giặt giũ Do.an.mon.hoc.thiet.ke.he.thong.thiet.bi.chung.luyen.lien.tuc.hon.hop.hai.cau.tu.benzen.toluenDo.an.mon.hoc.thiet.ke.he.thong.thiet.bi.chung.luyen.lien.tuc.hon.hop.hai.cau.tu.benzen.toluenDo.an.mon.hoc.thiet.ke.he.thong.thiet.bi.chung.luyen.lien.tuc.hon.hop.hai.cau.tu.benzen.toluenDo.an.mon.hoc.thiet.ke.he.thong.thiet.bi.chung.luyen.lien.tuc.hon.hop.hai.cau.tu.benzen.toluen Do.an.mon.hoc.thiet.ke.he.thong.thiet.bi.chung.luyen.lien.tuc.hon.hop.hai.cau.tu.benzen.toluenDo.an.mon.hoc.thiet.ke.he.thong.thiet.bi.chung.luyen.lien.tuc.hon.hop.hai.cau.tu.benzen.toluenDo.an.mon.hoc.thiet.ke.he.thong.thiet.bi.chung.luyen.lien.tuc.hon.hop.hai.cau.tu.benzen.toluenDo.an.mon.hoc.thiet.ke.he.thong.thiet.bi.chung.luyen.lien.tuc.hon.hop.hai.cau.tu.benzen.toluen α 2=0,021 ( ) λ Pr 0,8 0,43 ε k ℜ Pr d Pr t 0,25 Pr : chuẩn số Prandtl tính theo nhiệt độ trung bình tường cịn thơng số khác tính theo nhiệt độ trung bình dịng εk:: hệ số hiệu chỉnh tính đến ảnh hưởng tỷ số chiều dài l đường kính ống Dựa vào bảng I.3 [3-25], ta có: L = =100>50 ⟹ ε k =1 d 0,02 Tính chuẩn số Pr theo công thức: Pr= Cp μ [V 35 tr 12−ST II ] λ Trong đó: Cp- nhiệt dung riêng hỗn hợp ttb; μ – độ nhớt hỗn hợp ttb; λ- hệ số dẫn nhiệt hỗn hợp ttb; λ=ε C p ρ √ ρ [ 1.4−TR 9−QTTB t ậ p ] M ρ: khối lượng riêng chất lỏng, kg/m3; M: khối lượng mol chất lỏng, kg/kmol; ε: hệ số tỉ lệ phụ thuộc vào tính chất chất lỏng, nước etylic chất lỏng kết hợp với ε= 3,58.10-8 Tại nhiệt độ ttb= 65,12℃ nội suy theo bảng I.153, I.154- tr 171 st I) Ta có nhiệt dung riêng hỗn hợp là: CH2O = 4190 (J/kg.độ) CC2H5OH = 3034 (J/kg.độ) ⟹ C p =a F C B + ( 1−a p ) C T C p=0,15.3034+ ( 1−0,15 ) 4190=4016,6 J kg độ Tại nhiệt độ ttb=65,12℃, nội suy theo bảng (I.2-tr9- ST I), khối lượng riêng chất lỏng là: ρH2O= 980,2 kg/m3, ρC2H5OH=749,136 kg/m3 ⟹ aF 1−aF 0,15 1−0,15 = + = + ρ hh ρC H OH ρH O 749,136 980,2 ⟹ ρhh=936,855 kg / m Vậy hệ số dẫn nhiệt chất lỏng là: −8 λ=3,58.10 4016,6.936,855 √ 936,855 W =0,487 19,82 m độ Tại nhiệt độ ttb = 62,15℃ nội suy theo bảng (I.101-tr92 –ST I) ta xác định độ nhớt chất lỏng là: μC2H5OH= 0,55.10-3 N/s.m2, μH2O=0,44.10-3 N/s.m2 ⟹ lg μhh=x F lgμ A + ( 1−x F ) lgμ B =0,065.lg ( 0,55 10−3 ) + ( 1−0,065 ) lg ( 0,44.10−3 ) N −3 μhh=0,446.10 , s.m Do.an.mon.hoc.thiet.ke.he.thong.thiet.bi.chung.luyen.lien.tuc.hon.hop.hai.cau.tu.benzen.toluenDo.an.mon.hoc.thiet.ke.he.thong.thiet.bi.chung.luyen.lien.tuc.hon.hop.hai.cau.tu.benzen.toluenDo.an.mon.hoc.thiet.ke.he.thong.thiet.bi.chung.luyen.lien.tuc.hon.hop.hai.cau.tu.benzen.toluenDo.an.mon.hoc.thiet.ke.he.thong.thiet.bi.chung.luyen.lien.tuc.hon.hop.hai.cau.tu.benzen.toluen Do.an.mon.hoc.thiet.ke.he.thong.thiet.bi.chung.luyen.lien.tuc.hon.hop.hai.cau.tu.benzen.toluenDo.an.mon.hoc.thiet.ke.he.thong.thiet.bi.chung.luyen.lien.tuc.hon.hop.hai.cau.tu.benzen.toluenDo.an.mon.hoc.thiet.ke.he.thong.thiet.bi.chung.luyen.lien.tuc.hon.hop.hai.cau.tu.benzen.toluenDo.an.mon.hoc.thiet.ke.he.thong.thiet.bi.chung.luyen.lien.tuc.hon.hop.hai.cau.tu.benzen.toluen Tính chuẩn số Prt: Pr= b C p μ 4016,6.0,446 10−3 = =3,678 λ 0,487 Hệ số cấp nhiệt phía ngưng tụ ống chùm: α 1=2,01 A √ r ( W / m2 độ)[2−28] H ∆t A: hệ số phụ thuộc màng nước ngưng r: ẩn nhiệt nước ngưng, J/kg.độ r= 2208 103 J/kg H: chiều cao ống chùm: H=ho= m ∆t1: hiệu số nhiệt độ đốt ngưng tụ mặt ống, ∆ t 1=t h−t T + th: nhiệt độ bão hòa + tT1: nhiệt độ thành ống phía ngưng tụ Giả sử độ chênh lệch nhiệt độ bão hòa ngưng tụ là: ∆t1= 4,7oC Nhiệt độ màng: ⟹ t T 1=t 1−∆ t 1=119,6−4,7=114,9℃ t m= t h+t T 119,6+114,9 = =117,25 ℃ 2 Theo bảng số liệu A-tm [2-29] nội suy ta có: A= 186,7625 Vậy hệ số cấp nhiệt ngưng tụ là: ⟹ α =2,04.186,7625 √ 2208 10 W =8387,5988( ) 4,7 m độ Nhiệt tải riêng phía ngưng tụ: q 1=α ( t h−t T )=8387,5988.4,7=39421,7144 W /m2 Hiệu số nhiệt độ hai bề mặt thành ống là: ∆ t T =t T 1−t T 2=q ∑ r [ V 2−2−3 ] tT2: nhiệt độ thành ống phía dung dịch lỏng, oC ∑rt: nhiệt trở hai bên ống truyền nhiệt, m2 ℃ /W Tổng nhiệt trở thành ống: δ ∑ r =r t +r t 2+ [ V 3−2−13 ] λ rt1, rt2: nhiệt trở lớp cặn bám bên thành ống, m2.℃/W δ: bề dày ống truyền nhiệt, chọn δ = 2mm=0,002m λ: hệ số dẫn nhiệt vật liệu làm ống, W/m.độ với thép X18H10T có hệ số dẫn nhiệt: λ=16,3 W/m.độ dựa vào bảng PL.12 [1-346] ta chọn : + rt1=0,464.10-3 m2.độ/W + rt2= 0,116.10-3 m2.độ/W 0,002 −3 −3 +0,464 10 =0,7027 10 , m ℃/W 16,3 −3 → ∆ t t=39421,7144 0,7027 10 =27,70164 ℃ Vậy t T 2=t 1−∆t t =114,9−27,70164=87,19836 ℃ → ∆ t 2=t T 2−t dd=87,19836−62,147=25,05136 ℃ −3 ∑ r =0,116.10 + Do.an.mon.hoc.thiet.ke.he.thong.thiet.bi.chung.luyen.lien.tuc.hon.hop.hai.cau.tu.benzen.toluenDo.an.mon.hoc.thiet.ke.he.thong.thiet.bi.chung.luyen.lien.tuc.hon.hop.hai.cau.tu.benzen.toluenDo.an.mon.hoc.thiet.ke.he.thong.thiet.bi.chung.luyen.lien.tuc.hon.hop.hai.cau.tu.benzen.toluenDo.an.mon.hoc.thiet.ke.he.thong.thiet.bi.chung.luyen.lien.tuc.hon.hop.hai.cau.tu.benzen.toluen Do.an.mon.hoc.thiet.ke.he.thong.thiet.bi.chung.luyen.lien.tuc.hon.hop.hai.cau.tu.benzen.toluenDo.an.mon.hoc.thiet.ke.he.thong.thiet.bi.chung.luyen.lien.tuc.hon.hop.hai.cau.tu.benzen.toluenDo.an.mon.hoc.thiet.ke.he.thong.thiet.bi.chung.luyen.lien.tuc.hon.hop.hai.cau.tu.benzen.toluenDo.an.mon.hoc.thiet.ke.he.thong.thiet.bi.chung.luyen.lien.tuc.hon.hop.hai.cau.tu.benzen.toluen tT2=87,19836oC nội suy theo bảng I.154 [1-172] Ta có nhiệt dung riêng hỗn hợp là: CH2O= 3447,08 J/kg.độCC2H5OH= 3327,98 J/kg.độ ⟹ C pt =a F C B+ ( 1−a p ) C T C pt =0,15.3327,98+ ( 1−0,15 ) 3447,08=3429,215 J kg độ Tại nhiệt độ ttb= 87,19836oC nội suy theo bảng I.2 [1-9], khối lượng riêng chất lỏng là: ρ H2O = 966,96 kg/m3, ρC2H5OH= 728,16 kg/m3 ⟹ aF 1−a F 0,15 1−0,15 = + = + ρ hh ρ A ρB 728,16 966,96 ⟹ ρhht =921,62kg / m Tại nhiệt độ ttb= 87,19836oC nội suy theo bảng I.101 [1-92] ta xác định độ nhớt chất lỏng là: µH2O=0,3307.10-3 N/s.m2, μC2H5OH=0,39577.10-3 N/s.m2 ⟹ lg μhh=x F lgμ A + ( 1−x F ) lgμ B −3 −3 ¿ 0,065 lg ( 0,39577 10 ) + ( 1−0,065 ) lg ( 0,3307.10 ) N −3 μhht =0,335.10 , s m2 921,62 W −8 λ t=3,58 10 3429,215 921,62 =0,407 19,82 m độ C pt μt 3429,215.0,335 10−3 ⟹ Prt = = =2,82 λt 0,407 √ Vậy: Xét: ( ) 0,25 0,407 3,678 W 0,8 0,43 α 2=0,021 .1 (10500) (3,678) =1317,62 0,02 2,82 m độ q 2=α Δt 2=1317,62 ×25,05136=33008,17 W /m | || ε= | q1 −q2 39421,7144−33008,17 = =0,194(ch ấ p nh ậ n) q2 39421,7144 Vậy giả sử ∆t=4,7 C Do qtb xác định: q tb =K ∆ t tb [V.2.tr3-ST II] K : hệ số truyền nhiệt, W/m2.độ o K= 1 W = =632,56 1 1 −3 m độ + + ∑r + +0,7027.10 α1 α2 8387,5988 1317,62 ⟹ qtb =632,56.87,198=55157,97 W /m c xác định bề mặt truyền nhiệt F= Q 411480,9 = =7,46 m qtb 55157,97 Do.an.mon.hoc.thiet.ke.he.thong.thiet.bi.chung.luyen.lien.tuc.hon.hop.hai.cau.tu.benzen.toluenDo.an.mon.hoc.thiet.ke.he.thong.thiet.bi.chung.luyen.lien.tuc.hon.hop.hai.cau.tu.benzen.toluenDo.an.mon.hoc.thiet.ke.he.thong.thiet.bi.chung.luyen.lien.tuc.hon.hop.hai.cau.tu.benzen.toluenDo.an.mon.hoc.thiet.ke.he.thong.thiet.bi.chung.luyen.lien.tuc.hon.hop.hai.cau.tu.benzen.toluen Do.an.mon.hoc.thiet.ke.he.thong.thiet.bi.chung.luyen.lien.tuc.hon.hop.hai.cau.tu.benzen.toluenDo.an.mon.hoc.thiet.ke.he.thong.thiet.bi.chung.luyen.lien.tuc.hon.hop.hai.cau.tu.benzen.toluenDo.an.mon.hoc.thiet.ke.he.thong.thiet.bi.chung.luyen.lien.tuc.hon.hop.hai.cau.tu.benzen.toluenDo.an.mon.hoc.thiet.ke.he.thong.thiet.bi.chung.luyen.lien.tuc.hon.hop.hai.cau.tu.benzen.toluen Số ống truyền nhiệt d t + d n 0,02+ 0,025 = =0,0225 m 2 F 7,46 n= = =52,77 ố ng π d td H π 0,0225 d td = Dựa vào bảng ( V.11-tr48- ST II), ta quy chuẩn chọn tổng số ống với cách xếp theo hình lục giác n= 61 ống Số hình cạnh là: hình Số ống đường xuyên tâm hình cạnh: ống Tổng số ống khơng kể ống hình viên phấn : 61 ống Đường kính thiết bị gia nhiệt hỗn hợp đầu D=t ( b−1 ) + d n , m [ V 140−tr 49−II ] t: bước ống, thường lấy t= (1,2÷1,5).dn ; dn : đường kính ngồi ống truyền nhiệt, m ; b : số ống đường xuyên tâm hình sáu cạnh ; vậy : D= 1,2.0,025.(9- 1)+ 0,025 = 0,34 (m) Quy chuẩn đường kính D= 0,35m = 350mm Tính lại vận tốc chia ngăn Xác định vận tốc thực : F ω t= π - d n ρ F= 5,76.103 kg/h=1,6 kg/s n = 61 ống d = 0,02 m ρ : khối lượng riêng dung dịch t = ttb= 65,12℃ ρhh=936,855 kg/ m ⟹ ωt = Xác định vận tốc giả thiết : 5760 3600 0,02 π .61.936,855 =0,089 m/s ℜ μ 10500 0,446 10−3 = =0,25 m/ s d.ρ 0,02.936,855 ω¿ −ω t 0,25−0,089 100 %= 100 %=64,4 % ω¿ 0,25 ω ¿= Nên ta cần phải chia số ngăn để q trình cấp nhiệt chế độ xốy : Số ngăn : m= Quy chuẩn m= ngăn ω ¿ 0,25 = =2,8 ng ă n ωt 0,089 Do.an.mon.hoc.thiet.ke.he.thong.thiet.bi.chung.luyen.lien.tuc.hon.hop.hai.cau.tu.benzen.toluenDo.an.mon.hoc.thiet.ke.he.thong.thiet.bi.chung.luyen.lien.tuc.hon.hop.hai.cau.tu.benzen.toluenDo.an.mon.hoc.thiet.ke.he.thong.thiet.bi.chung.luyen.lien.tuc.hon.hop.hai.cau.tu.benzen.toluenDo.an.mon.hoc.thiet.ke.he.thong.thiet.bi.chung.luyen.lien.tuc.hon.hop.hai.cau.tu.benzen.toluen Do.an.mon.hoc.thiet.ke.he.thong.thiet.bi.chung.luyen.lien.tuc.hon.hop.hai.cau.tu.benzen.toluenDo.an.mon.hoc.thiet.ke.he.thong.thiet.bi.chung.luyen.lien.tuc.hon.hop.hai.cau.tu.benzen.toluenDo.an.mon.hoc.thiet.ke.he.thong.thiet.bi.chung.luyen.lien.tuc.hon.hop.hai.cau.tu.benzen.toluenDo.an.mon.hoc.thiet.ke.he.thong.thiet.bi.chung.luyen.lien.tuc.hon.hop.hai.cau.tu.benzen.toluen Tính lại chuẩn số Reynolds : 5760 F 3600 ℜ= = =11231,99>10500 π d n μ 61 π 0,02 .0,446 10−3 Vậy kích thước thiết bị đun nóng hỗn hợp đầu là : F = 7,46 m2 – bề mặt truyền nhiệt ; N= 61 ống – số ống truyền nhiệt ; D= 350 mm – đường kính thiết bị ; H= 2m – chiều cao hai mặt bích; II TÍNH BƠM VÀ THÙNG CAO VỊ 1 Z H0 2 Hình đồ thùng H1 4.1 Sơ bơm cao vị Ký hiệu: H: Chiều H cao tính từ mặt thống bề chứa dung dịch đến mặt thoáng thùng cao vị (m) H : Chiều cao tính từ đáy tháp đến đĩa tiếp liệu (m) H : Chiều cao tính từ nơi đặt bơm đến đáy tháp (m) Z: Chiều cao tính từ đĩa tiếp liệu đến mặt thoáng thùng cao vị (m) Trong q trình sản xuất, muốn tính tốn đưa hỗn hợp đầu lên thùng cao vị, đảm bảo yêu cầu cơng nghệ cần phải tính trở lực đường Ống dẫn liệu thiết bị gia nhiệt hỗn hợp đầu từ tính chiều cao thùng cao vị so với vị trí tiếp liệu tháp xác định cơng suất, áp suất tồn phần bơm ΔP = ΔP + ΔP + ΔP + ΔP + ΔP + ΔP (Sổ tay I - 376) Do.an.mon.hoc.thiet.ke.he.thong.thiet.bi.chung.luyen.lien.tuc.hon.hop.hai.cau.tu.benzen.toluenDo.an.mon.hoc.thiet.ke.he.thong.thiet.bi.chung.luyen.lien.tuc.hon.hop.hai.cau.tu.benzen.toluenDo.an.mon.hoc.thiet.ke.he.thong.thiet.bi.chung.luyen.lien.tuc.hon.hop.hai.cau.tu.benzen.toluenDo.an.mon.hoc.thiet.ke.he.thong.thiet.bi.chung.luyen.lien.tuc.hon.hop.hai.cau.tu.benzen.toluen Do.an.mon.hoc.thiet.ke.he.thong.thiet.bi.chung.luyen.lien.tuc.hon.hop.hai.cau.tu.benzen.toluenDo.an.mon.hoc.thiet.ke.he.thong.thiet.bi.chung.luyen.lien.tuc.hon.hop.hai.cau.tu.benzen.toluenDo.an.mon.hoc.thiet.ke.he.thong.thiet.bi.chung.luyen.lien.tuc.hon.hop.hai.cau.tu.benzen.toluenDo.an.mon.hoc.thiet.ke.he.thong.thiet.bi.chung.luyen.lien.tuc.hon.hop.hai.cau.tu.benzen.toluen Trong đó: ΔP : Áp suất động học hay áp suất cần thiết để tạo tốc độ cho dòng chảy khỏi ống dẫn ΔP : Áp suất để khắc phục trở lực ma sát dòng ổn định ống thẳng ΔP : Áp suất cần thiết để khắc phục trở lực cục ΔP : Áp suất cần thiết để nâng chất lỏng lên cao để khắc phục áp suất thủy tĩnh ΔP : Áp suất cần thiết để khắc phục trở lực thiết bị ΔP : Áp suất bổ sung cuối ống dẫn Trong thiết bị chưng luyện tháp đĩa lỗ có ống chảy truyền ΔP = ΔP = Tính trở lực từ thùng cao vị đến thiết bị gia nhiệt a) Tính áp suất động học (I-377)(N/m2 ) : khối lượng riêng chất lỏng, kg/m3 ∈ : vận tốc lưu thể (m/s) Hỗn hợp đầu vào tháp tF =250C có: ρ H2O = 996,5 (kg/m3 ) ρ C2H5OH =784,75 (kg/m3 ) 77,3736 C ρ( hh)=957,735(kg /m 3) Tốc độ trung bình lưu thể ống dẫn liệu có d=100(mm) , ω¿ 4F 4.5760 = =0,2127(m/s) 2 π d Р ( hh ) 3600 π 0,1 957,735 3600 Vậy : ΔPd = 21,66 (N/m2) b) Áp suất khắc phục trở lực ma sát Áp suất để khắc phục trở lực ma sát dòng chảy ổn định ống thẳng N/m2 2.(S−C)ϕ : hệ số ma sát( phụ thuộc vào chế độ chảy) L: chiều dài ống dẫn(m) [ Dt+(S−C)]P0 [1,2+(4−1,6)10−3.314892,85 σ 0.106 =7 38 247,5< = =183, 10 2(4−1,4)10−3.0,95 1,2 : đường kính tác dụng ống (m) Với d=dtd =0,1m ⇒ Với =0,2127 (m/s) , *Tính độ nhớt dung dịch: S= DtP Dt +C,m 3,8 [σ k ] kϕh−P 2hb ϕ h lg Tại t=25 C nội suy theo ( I.91), ta được: µH2O = 0,9.10-3 (Ns/m2) µC2H5OH = 1,095.10-3 (Ns/m2) µhh = 0,9.10-3 (Ns/m2) Do.an.mon.hoc.thiet.ke.he.thong.thiet.bi.chung.luyen.lien.tuc.hon.hop.hai.cau.tu.benzen.toluenDo.an.mon.hoc.thiet.ke.he.thong.thiet.bi.chung.luyen.lien.tuc.hon.hop.hai.cau.tu.benzen.toluenDo.an.mon.hoc.thiet.ke.he.thong.thiet.bi.chung.luyen.lien.tuc.hon.hop.hai.cau.tu.benzen.toluenDo.an.mon.hoc.thiet.ke.he.thong.thiet.bi.chung.luyen.lien.tuc.hon.hop.hai.cau.tu.benzen.toluen Do.an.mon.hoc.thiet.ke.he.thong.thiet.bi.chung.luyen.lien.tuc.hon.hop.hai.cau.tu.benzen.toluenDo.an.mon.hoc.thiet.ke.he.thong.thiet.bi.chung.luyen.lien.tuc.hon.hop.hai.cau.tu.benzen.toluenDo.an.mon.hoc.thiet.ke.he.thong.thiet.bi.chung.luyen.lien.tuc.hon.hop.hai.cau.tu.benzen.toluenDo.an.mon.hoc.thiet.ke.he.thong.thiet.bi.chung.luyen.lien.tuc.hon.hop.hai.cau.tu.benzen.toluen Re= [σ ]kϕh 146,6 67.106.0,875 0,9583 0,2127.0,1.957,735 = 22634,47 >104 0,9.10 chế độ chảy ống chế độ chảy xoáy *Hệ số trở lực ma sát: = P 16 397 ,14 =739 ,086≥30 [( ) 6,81 =−2 log ℜ √λ 0,9 + ] Δ [1−380 ] 3,7 1,2.6397,14 1,2 +C Trong : -độ nhám tương đối xác định theo công thức : =3,8.146, 67.10 ,875.0,9583 2.0,25 DP D S= t t +C, m 3,8 [σ k] kϕh 2hb [1,22+ 0,25(−3,4)10−3].317892,85 độ nhám tuyệt đối ống dẫn [ ] =0,1.10σ=7,6.0,875.09583.0,25(−3,4).10 =17968060,3(N/m)(m) d :đường kính tác dụng ống d=0,1(m) Vậy =10-4 Thay vào cơng thức trên, ta có : −3 ⇒Sn−C=1,025.10 ≤10m σ= σ≤ D2t+2hb(S−C) P0 σC ≤ 7,6 kϕ hb(S−C) 1,2 −3 σc 1,2 [( 6,81 =−2.lg √❑ 22634,47 [D2t+2hb(S−C)]P0 σ σ= ≤ C ⇒ 7,6 kϕ.hb( S−C) 1,2 =0,025 Vậy :ΔРm=0,025 ) 0,9 + 10−4 3,7 ] 12.957,735 0,2127 =64,99(N/m2) 0,1.2 c) Tính áp suất để khắc phục trở lực cục Áp suất cần thiết để khắc phục trở lực cục ∆ PC =ξ δ : hệ số trở lực cục ρ ω2 d td *Trở lực cục đoạn ống gồm: Trở lực vào ống có (đột thu) : d b : đường kính ống dẫn liệu d =0,1(m) M =V d th th : chọn thùng cao vị có đường kính 1(m) Ta có ρth = 0,01 Tra sổ tay tập I-tr388 ta có : ξ1=0,5 Trở lực khuỷu ghép 90o ba khuỷu 30o tao thành : ξ2= 3.1,1 = 3,3 Một van tiêu chuẩn với đường kính ống dẫn liệu d=0,1m có :ξ3=4,1 Từ ống dẫn vào thiết bị gia nhiệt ( đột mở) : ρth =( 100 =0,08 350 ) ξ4 = 0,85 ξ = ξ1+ξ2+ξ3+ξ4 = 8,75 2 C = 8,75.957,735 0,2127 = 189,565 (N/m ) ΔP Do.an.mon.hoc.thiet.ke.he.thong.thiet.bi.chung.luyen.lien.tuc.hon.hop.hai.cau.tu.benzen.toluenDo.an.mon.hoc.thiet.ke.he.thong.thiet.bi.chung.luyen.lien.tuc.hon.hop.hai.cau.tu.benzen.toluenDo.an.mon.hoc.thiet.ke.he.thong.thiet.bi.chung.luyen.lien.tuc.hon.hop.hai.cau.tu.benzen.toluenDo.an.mon.hoc.thiet.ke.he.thong.thiet.bi.chung.luyen.lien.tuc.hon.hop.hai.cau.tu.benzen.toluen Do.an.mon.hoc.thiet.ke.he.thong.thiet.bi.chung.luyen.lien.tuc.hon.hop.hai.cau.tu.benzen.toluenDo.an.mon.hoc.thiet.ke.he.thong.thiet.bi.chung.luyen.lien.tuc.hon.hop.hai.cau.tu.benzen.toluenDo.an.mon.hoc.thiet.ke.he.thong.thiet.bi.chung.luyen.lien.tuc.hon.hop.hai.cau.tu.benzen.toluenDo.an.mon.hoc.thiet.ke.he.thong.thiet.bi.chung.luyen.lien.tuc.hon.hop.hai.cau.tu.benzen.toluen Nên áp suất toàn phần cần thiết để thắng trở lực ống dẫn từ thùng cao vị tới thiết bị gia nhiệt : ΔРt = 276,215 (N/m2) 2.Trở lực ống dẫn từ thiết bị gia nhiệt tới tháp đĩa tiếp liệu: a) Tính áp suất động học ∆ Pd = π.(1,208)2−1,22 790 =95 ,725(kg) ρ.ω ( N /m )[1−377] : khối lượng riêng chất lỏng, kg/m3 : vận tốc lưu thể (m/s) Hỗn hợp đầu vào tháp tF =89,3℃ có: ρC2H5OH = 731,295 (kg/m); ρH2O =969,27 (kg/m) ρ hh = 924,16 (kg/m3) t Tốc độ trung bình lưu thể ống dẫn liệu có d=100(mm) πDt H ω=0,2127(N /m ) ΔPd=20,9(N/m2) b) Áp suất khắc phục trở lực ma sát Áp suất để khắc phục trở lực ma sát dòng chảy ổn định ống thẳng: ∆ Pm =λ L ρ ω d td 2 δ : hệ số ma sát( phụ thuộc vào chế độ chảy) L: chiều dài ống dẫn = 3(m) đ : đường kính tác dụng ống = 0,1(m) ⟹ ℜ= Với t =0,2127(m/s) , *Tính độ nhớt dung dịch: ω.d ρ μ lg μ hh=x F lg μ A +(1−x F ) lg μ B Tại t=89,3℃ nội suy theo ( I.101- trang 91) ta được: µC2H5OH=0,334.10-3(Ns/m2) µH2O=0,492.10-3(Ns/m2) µhh=0,426.10-3(Ns/m2) Re=16321,194>104 chế độ chảy ống chế độ chảy xoáy *Hệ số trở lực ma sát: [( ) 6,81 =−2 log ℜ √λ 0,9 + ] Δ [1−380 ] 3,7 ε Trong : bulong -độ nhám tương đối xác định theo công thức : ∆= d 98379,5 57 độ nhám tuyệt đối ống dẫn =0,1.10 =24594,8 89 (m) d :đường kính tác dụng ống d=0,1(m) Vậy m0= π[(0,07+0,0 5)2−0,072] 0,2.790 =0,89 67 P = Do.an.mon.hoc.thiet.ke.he.thong.thiet.bi.chung.luyen.lien.tuc.hon.hop.hai.cau.tu.benzen.toluenDo.an.mon.hoc.thiet.ke.he.thong.thiet.bi.chung.luyen.lien.tuc.hon.hop.hai.cau.tu.benzen.toluenDo.an.mon.hoc.thiet.ke.he.thong.thiet.bi.chung.luyen.lien.tuc.hon.hop.hai.cau.tu.benzen.toluenDo.an.mon.hoc.thiet.ke.he.thong.thiet.bi.chung.luyen.lien.tuc.hon.hop.hai.cau.tu.benzen.toluen Do.an.mon.hoc.thiet.ke.he.thong.thiet.bi.chung.luyen.lien.tuc.hon.hop.hai.cau.tu.benzen.toluenDo.an.mon.hoc.thiet.ke.he.thong.thiet.bi.chung.luyen.lien.tuc.hon.hop.hai.cau.tu.benzen.toluenDo.an.mon.hoc.thiet.ke.he.thong.thiet.bi.chung.luyen.lien.tuc.hon.hop.hai.cau.tu.benzen.toluenDo.an.mon.hoc.thiet.ke.he.thong.thiet.bi.chung.luyen.lien.tuc.hon.hop.hai.cau.tu.benzen.toluen ∆= Thay vào cơng thức trên, ta có : G ρ =0,0284 Vậy : Δ P m=0,0284 0,1.10−3 =10−3 0,1 3.924,16 0,2127 =17,8(N /m2 ) 0,1.2 c) Tính áp suất để khắc phục trở lực cục Áp suất cần thiết để khắc phục trở lực cục bộ : ∆ PC =ξ ω : hệ số trở lực cục ρ ω2 d td *Trở lực cục đoạn ống gồm: Trở lực vào ống có : d P : đường kính ống dẫn liệu d P =0,1(m) d C : đường kính thiết bị gia nhiệt d2 =0,35 (m) Ta có ( ) ( ) f d1 0,1 = = =0,0816 f d2 0,35 Tra sổ tay [1-388] ta có : y =1 Trở lực khuỷu 900 khuỷu 300 tạo thành ξ2 = 1,1 Một van tiêu chuẩn với đường kính ống dẫn liệu d=100mm có : P =4,1 ξ = ξ1+3ξ2+ξ3 = 8,4 ΔPC = 8,4.924,16 0,2127 = 175,6(N/m2) Nên áp suất toàn phần cần thiết để thắng trở lực ống dẫn từ thiết bị gia nhiệt hỗn hợp đầu tới đĩa tiếp liệu : ΔPt= ΔPd+ ΔPm+ ΔPC=214,3 (N/m2) Trở lực thiết bị gia nhiệt hỗn hợp đầu Thiết bị có ngăn, với 61 ống đun nóng 1,6kg/s từ 25℃ đến 89,3℃ a) Trở lực động học Tốc độ lưu thể trung bình ống [ yp.32+(1−yưp).18].273 ρ= 22,4 (t +273) Mà (m3/s) Nhiệt độ trung bình hỗn hợp thiết bị gia nhiệt hỗn hợp đầu Tại ttb = 57,15℃ → ρ = 941,64 (kg/m3) ω= Fm 1,6.5 = =0,443 (m/s) 0,785 d t n p 0,785.0,022 61 941,64 đường kính ống thiết bị gia nhiệt , phần trước ta chọn d= 0,02m số ống thiết bị gia nhiệt n= 61 ống Do.an.mon.hoc.thiet.ke.he.thong.thiet.bi.chung.luyen.lien.tuc.hon.hop.hai.cau.tu.benzen.toluenDo.an.mon.hoc.thiet.ke.he.thong.thiet.bi.chung.luyen.lien.tuc.hon.hop.hai.cau.tu.benzen.toluenDo.an.mon.hoc.thiet.ke.he.thong.thiet.bi.chung.luyen.lien.tuc.hon.hop.hai.cau.tu.benzen.toluenDo.an.mon.hoc.thiet.ke.he.thong.thiet.bi.chung.luyen.lien.tuc.hon.hop.hai.cau.tu.benzen.toluen Do.an.mon.hoc.thiet.ke.he.thong.thiet.bi.chung.luyen.lien.tuc.hon.hop.hai.cau.tu.benzen.toluenDo.an.mon.hoc.thiet.ke.he.thong.thiet.bi.chung.luyen.lien.tuc.hon.hop.hai.cau.tu.benzen.toluenDo.an.mon.hoc.thiet.ke.he.thong.thiet.bi.chung.luyen.lien.tuc.hon.hop.hai.cau.tu.benzen.toluenDo.an.mon.hoc.thiet.ke.he.thong.thiet.bi.chung.luyen.lien.tuc.hon.hop.hai.cau.tu.benzen.toluen ω số ngăn thiết bị gia nhiệt m=5 ngăn Do đó: ∆ Pd = ρ ω2 ( N /m )[ 1−377] ΔPd = 90,68 (N/m2) b) Áp suất khắc phục trở lực ma sát ΔP m= λ L ω2 ρ d td Thiết bị có chiều dài ống truyền nhiệt H = 1,5 (m), chia làm ngăn nên thực tế chiều dài đường lỏng L = 5.1,5 = 7,5 (m) dtb= 0,02m ω = 0,443 (m/s) P 941,64 (kg/m C ) µhh=0,5.10-3(Ns/m2) ℜ= ρA=748,96 F = π d n μ Hệ số 4.1,6 =10018,9 61 −3 π 0,02 .0,5 10 tính theo công thức sau: [( ) 6,81 =−2 log ℜ λ √ 0,9 + Δ 3,7 ] Trong : -độ nhám tương đối xác định theo công thức : ⇒ρ = độ nhám tuyệt đối ống dẫn =0,1.10 ω= (m) GR ,14 1,782 29,69 −3 =1,056 10 (m / s) 360 76 ,98 ρ √ d ω= :đường kính tác dụng ống d 0,785.0,15 =0,02(m) d= Vậy = 0,1.10−3 =10 0,1 Thay vào cơng thức trên, ta có: → λ= 0,032 Vậy [( ) 6,81 =−2 log ℜ λ √ 0,9 + 1,056 10−3 ] [( Δ 6,81 =−2 lg 3,7 10018,9 ) 0,9 + −3 1.10 3,7 : ⟹ ΔP m=λ 2 L ω 7,5 0,443 ρ =0,032 924,16 =1088,2 N /m d td 0,02 c) Tính áp suất để khắc phục trở lực Áp suất cần thiết để khắc phục trở lực cục ∆ PC =ξ ρ ω2 d td Có : Tiết diện cửa vào thiết bị gia nhiệt tiết diện cửa ra: f1= ] 2 π d π 0,1 = =¿8.10-3 (m2) 4 Tiết diện khoảng trống đầu thiết bị gia nhiệt ngăn Do.an.mon.hoc.thiet.ke.he.thong.thiet.bi.chung.luyen.lien.tuc.hon.hop.hai.cau.tu.benzen.toluenDo.an.mon.hoc.thiet.ke.he.thong.thiet.bi.chung.luyen.lien.tuc.hon.hop.hai.cau.tu.benzen.toluenDo.an.mon.hoc.thiet.ke.he.thong.thiet.bi.chung.luyen.lien.tuc.hon.hop.hai.cau.tu.benzen.toluenDo.an.mon.hoc.thiet.ke.he.thong.thiet.bi.chung.luyen.lien.tuc.hon.hop.hai.cau.tu.benzen.toluen Do.an.mon.hoc.thiet.ke.he.thong.thiet.bi.chung.luyen.lien.tuc.hon.hop.hai.cau.tu.benzen.toluenDo.an.mon.hoc.thiet.ke.he.thong.thiet.bi.chung.luyen.lien.tuc.hon.hop.hai.cau.tu.benzen.toluenDo.an.mon.hoc.thiet.ke.he.thong.thiet.bi.chung.luyen.lien.tuc.hon.hop.hai.cau.tu.benzen.toluenDo.an.mon.hoc.thiet.ke.he.thong.thiet.bi.chung.luyen.lien.tuc.hon.hop.hai.cau.tu.benzen.toluen f2 = π D2 π 0,352 = =0,02(m2) 4.m 4.5 Tiết diện ống truyền nhiệt ngăn f 3= π d n π 0,022 61 = =0,0064( m ) 4.m 4.3 Dòng chảy vào thiết bị gia nhiệt tức đột mở f 1/f2 = 0,4 , tra bảng II.16 [1-387] ξ1 = 0,36 Dịng chảy từ ngăn vào ống truyền nhiệt, có ngăn tức lần đột thu với f3/f2=0,32, tra bảng II.16 [1-388] ξ2= 0,37 Dòng chảy từ ống truyền nhiệt vào ngăn, có ngăn tức lần đột mở f3/f2=0,32, tra bảng II.16 [1-387] ξ3= 0,5 Dịng chảy khỏi thiết bị gia nhiệt tức đột thu f 1/f2 = 0,4 , tra bảng II.16 [1388] ξ4 = 0,34 Tổng hệ số trở lực cục là: ξ=5,05 ΔPC = 5,05.957,735 0,443 = 474,585 (N/m2) Nên áp suất toàn phần để thắng tổng trở lực thiết bị gia nhiệt là : ΔPt= 1457,05 (N/m2) d) Áp suất để khắc phục áp suất thủy tĩnh Ống truyền nhiệt cao 1,5m Thùng cao vị quy ước cao 10m so với vị trị đặt bơm Thay số, ta có: ΔPH=957,735.9,81.10+924,16.9,81.1.5=107552,82 (N/m2) Vậy áp suất tồn phần để khắc phục cản thủy lực hệ thống là: Δp= 276,15+214,3+1457,05+107552,82=109500,32(N/m2) e) Áp suất toàn phần bơm tạo Chiều cao toàn phần bơm cần tạo là: H= Quy chuẩn H = 12 m Chọn bơm ly tâm Công suất bơm: Nb= Mà: Q= F F g H ⟹N= ρ 1000 η Δp 109500,32 = =11,65(m) ρg 957,735.9,81 Q ρ.g.h [1−439] 1000.η F: lượng hỗn hợp đầu, F=1,6 kg/s η: Hiệu suất toàn phần bơm η=η0 ηtl ηck Tra bảng II.32 [1-439], ta có: η0 : hiệu suất thể tích, η0 =0,9 ηtl : hiệu suất thuỷ lực, ηtl =0,85 Do.an.mon.hoc.thiet.ke.he.thong.thiet.bi.chung.luyen.lien.tuc.hon.hop.hai.cau.tu.benzen.toluenDo.an.mon.hoc.thiet.ke.he.thong.thiet.bi.chung.luyen.lien.tuc.hon.hop.hai.cau.tu.benzen.toluenDo.an.mon.hoc.thiet.ke.he.thong.thiet.bi.chung.luyen.lien.tuc.hon.hop.hai.cau.tu.benzen.toluenDo.an.mon.hoc.thiet.ke.he.thong.thiet.bi.chung.luyen.lien.tuc.hon.hop.hai.cau.tu.benzen.toluen Do.an.mon.hoc.thiet.ke.he.thong.thiet.bi.chung.luyen.lien.tuc.hon.hop.hai.cau.tu.benzen.toluenDo.an.mon.hoc.thiet.ke.he.thong.thiet.bi.chung.luyen.lien.tuc.hon.hop.hai.cau.tu.benzen.toluenDo.an.mon.hoc.thiet.ke.he.thong.thiet.bi.chung.luyen.lien.tuc.hon.hop.hai.cau.tu.benzen.toluenDo.an.mon.hoc.thiet.ke.he.thong.thiet.bi.chung.luyen.lien.tuc.hon.hop.hai.cau.tu.benzen.toluen ηck : Hiệu suất khí, ηck =0,95 ⟹ N= F.g H 1,6.9,81.12 = =0,26 kW 1000.η 1000.0,72675 Chọn bơm có cơng suất 0,26 kW Cơng suất động điện: N dc = Nb ηtr η dc β : Hiệu suất truyền động, chọn =0,8 β : Hiệu suất động cơ, chọn R+1R x+ R+1x =0,8 P N dc = Nb 0,26 = =0,41(kW ) ηtr η dc 0,8.0,8 Trong thực tế chọn động điện có cơng suất lớn tính tốn c N dc =β N dc β : hệ số dự trữ công suất , tra bảng II.33 [1-440], chọn β = 1,95 N cdc =β N dc =1,95.0,41=0,8(kW ) Vậy chọn bơm có cơng suất 0,8kW Do.an.mon.hoc.thiet.ke.he.thong.thiet.bi.chung.luyen.lien.tuc.hon.hop.hai.cau.tu.benzen.toluenDo.an.mon.hoc.thiet.ke.he.thong.thiet.bi.chung.luyen.lien.tuc.hon.hop.hai.cau.tu.benzen.toluenDo.an.mon.hoc.thiet.ke.he.thong.thiet.bi.chung.luyen.lien.tuc.hon.hop.hai.cau.tu.benzen.toluenDo.an.mon.hoc.thiet.ke.he.thong.thiet.bi.chung.luyen.lien.tuc.hon.hop.hai.cau.tu.benzen.toluen Do.an.mon.hoc.thiet.ke.he.thong.thiet.bi.chung.luyen.lien.tuc.hon.hop.hai.cau.tu.benzen.toluenDo.an.mon.hoc.thiet.ke.he.thong.thiet.bi.chung.luyen.lien.tuc.hon.hop.hai.cau.tu.benzen.toluenDo.an.mon.hoc.thiet.ke.he.thong.thiet.bi.chung.luyen.lien.tuc.hon.hop.hai.cau.tu.benzen.toluenDo.an.mon.hoc.thiet.ke.he.thong.thiet.bi.chung.luyen.lien.tuc.hon.hop.hai.cau.tu.benzen.toluen KẾT LUẬN Do đặc điểm trình chưng luyện hệ số phân bố thay đổi theo chiều cao tháp, đồng thời trình truyền nhiệt diễn song song với trình chuyển khối làm cho trình tính tốn thiết kế trở nên phức tạp Một khó khăn mà tính tốn thiết kế hệ thống chưng luyện gặp phải cơng thức chung cho việc tính tốn hệ số động học q trình chưng luyện cơng thức chưa phản ánh đầy đủ tác dụng động học, hiệu ứng hóa học, hóa lý,… mà chủ yếu công thức thực nhiệm cơng thức tính tốn phần lớn phải tính theo giá trị trung bình, thơng số vật lý chủ yếu nội suy, nên khó khăn cho việc tính tốn xác Trong phạm vi khn khổ đồ án môn học, thời gian không cho phép động thời hạn chế kiến thức lý thuyết thực tế sản suất lần tiếp xúc với đồ án nên cố gắng tìm tài liệu tra cứu số liệu, cố gắng hoàn thành đồ án khơng tránh khỏi bỡ ngỡ, sai sót Em mong giúp đỡ bảo thầy cô giáo môn Qua đồ án em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến thầy cô giáo môn, đặc biệt Thầy Trần Trung Kiên quan tâm, giúp đỡ, bảo tận tình giúp em hồn thành đồ án, giúp em hiểu rõ môn học, phương pháp thực tính tốn thiết kế, cách tra cứu số liệu, xử lý số liệu… Em xin chân thành cảm ơn Sinh viên thực Lê Tuấn Linh Do.an.mon.hoc.thiet.ke.he.thong.thiet.bi.chung.luyen.lien.tuc.hon.hop.hai.cau.tu.benzen.toluenDo.an.mon.hoc.thiet.ke.he.thong.thiet.bi.chung.luyen.lien.tuc.hon.hop.hai.cau.tu.benzen.toluenDo.an.mon.hoc.thiet.ke.he.thong.thiet.bi.chung.luyen.lien.tuc.hon.hop.hai.cau.tu.benzen.toluenDo.an.mon.hoc.thiet.ke.he.thong.thiet.bi.chung.luyen.lien.tuc.hon.hop.hai.cau.tu.benzen.toluen Do.an.mon.hoc.thiet.ke.he.thong.thiet.bi.chung.luyen.lien.tuc.hon.hop.hai.cau.tu.benzen.toluenDo.an.mon.hoc.thiet.ke.he.thong.thiet.bi.chung.luyen.lien.tuc.hon.hop.hai.cau.tu.benzen.toluenDo.an.mon.hoc.thiet.ke.he.thong.thiet.bi.chung.luyen.lien.tuc.hon.hop.hai.cau.tu.benzen.toluenDo.an.mon.hoc.thiet.ke.he.thong.thiet.bi.chung.luyen.lien.tuc.hon.hop.hai.cau.tu.benzen.toluen TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] TẬP THỂ TÁC GIẢ, Sổ tay q trình thiết bị cơng nghệ hóa chất - Tập - NXB khoa học kỹ thuật, 2006 [2] TẬP THỂ TÁC GIẢ, Sổ tay trình thiết bị cơng nghệ hóa chất - Tập - NXB khoa học kỹ thuật, 2006 [3] NGUYỄN BIN, Tính tốn q trình - thiết bị cơng nghệ hóa chất thực phẩm - Tập - NXB khoa học kỹ thuật, 2006 Do.an.mon.hoc.thiet.ke.he.thong.thiet.bi.chung.luyen.lien.tuc.hon.hop.hai.cau.tu.benzen.toluenDo.an.mon.hoc.thiet.ke.he.thong.thiet.bi.chung.luyen.lien.tuc.hon.hop.hai.cau.tu.benzen.toluenDo.an.mon.hoc.thiet.ke.he.thong.thiet.bi.chung.luyen.lien.tuc.hon.hop.hai.cau.tu.benzen.toluenDo.an.mon.hoc.thiet.ke.he.thong.thiet.bi.chung.luyen.lien.tuc.hon.hop.hai.cau.tu.benzen.toluen Do.an.mon.hoc.thiet.ke.he.thong.thiet.bi.chung.luyen.lien.tuc.hon.hop.hai.cau.tu.benzen.toluenDo.an.mon.hoc.thiet.ke.he.thong.thiet.bi.chung.luyen.lien.tuc.hon.hop.hai.cau.tu.benzen.toluenDo.an.mon.hoc.thiet.ke.he.thong.thiet.bi.chung.luyen.lien.tuc.hon.hop.hai.cau.tu.benzen.toluenDo.an.mon.hoc.thiet.ke.he.thong.thiet.bi.chung.luyen.lien.tuc.hon.hop.hai.cau.tu.benzen.toluen Do.an.mon.hoc.thiet.ke.he.thong.thiet.bi.chung.luyen.lien.tuc.hon.hop.hai.cau.tu.benzen.toluenDo.an.mon.hoc.thiet.ke.he.thong.thiet.bi.chung.luyen.lien.tuc.hon.hop.hai.cau.tu.benzen.toluenDo.an.mon.hoc.thiet.ke.he.thong.thiet.bi.chung.luyen.lien.tuc.hon.hop.hai.cau.tu.benzen.toluenDo.an.mon.hoc.thiet.ke.he.thong.thiet.bi.chung.luyen.lien.tuc.hon.hop.hai.cau.tu.benzen.toluen
Ngày đăng: 26/12/2023, 23:58
Xem thêm:
