1. Trang chủ
  2. » Luận Văn - Báo Cáo

Ồ ÁN CHUYÊN NGÀNH CH4659 THIẾT KẾ HỆ THỐNG CHƯNG LUYỆN LIÊN TỤC HỖN HỢP HAI CẤU TỬ ETHANOLNƯỚC

208 5 0

Đang tải... (xem toàn văn)

Tài liệu hạn chế xem trước, để xem đầy đủ mời bạn chọn Tải xuống

THÔNG TIN TÀI LIỆU

Thông tin cơ bản

Tiêu đề Thiết Kế Hệ Thống Chưng Luyện Liên Tục Hỗn Hợp Hai Cấu Tử Ethanol-Nước
Tác giả Trần Xuân Thành
Người hướng dẫn TS. Đỗ Xuân Trường
Trường học Trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội
Chuyên ngành Quá Trình - Thiết Bị
Thể loại Đồ Án
Năm xuất bản 2022
Thành phố Hà Nội
Định dạng
Số trang 208
Dung lượng 4,1 MB

Cấu trúc

  • PHẦN I. GIỚI THIỆU CHUNG (11)
    • 1.1. Khái niệm về chưng cất (11)
    • 1.2. Thiết bị chưng luyện (12)
    • 2. Hỗn hợp cần tách (13)
      • 2.1. Các tính chất của nước (13)
      • 2.2. Các tính chất của Etanol (13)
      • 2.3. Ứng dụng Ethanol trong công nghiệp (13)
  • PHẦN II.SƠ ĐỒ HỆ THỐNG CHƯNG LUYỆN LIÊN TỤC (15)
  • Phần III.TÍNH TOÁN THÔNG SỐ CÔNG NGHỆ THIẾT BỊ CHÍNH (21)
    • 1.1. Cân bằng vật chất (21)
    • 1.2. Chuyển đổi nồng độ phần khối lượng sang nồng độ phần mol (21)
    • 2.1 Xác định chỉ số hồi lưu nhỏ nhất (23)
    • 2.2. Xác định số đĩa lý thuyết tối thiểu N LTmin (25)
    • 2.3. Xác định chỉ số hồi lưu thích hợp R th (26)
    • 3.1. Tính toán lưu lượng các dòng pha đi trong từng đoạn tháp (37)
      • 3.1.1. Lượng hơi trung bình đi trong đoạn luyện (37)
      • 3.1.2. Lượng lỏng trung bình đi trong đoạn luyện (40)
      • 3.1.3. Lượng hơi trung bình đi trong đoạn chưng (40)
      • 3.1.4. Lượng lỏng trung bình đi trong đoạn chưng (41)
    • 3.2. Xác đinh tốc độ làm việc của pha hơi trong đoạn chưng,đoạn luyện (42)
      • 3.2.1. Khối lượng riêng trung bình của pha hơi đi trong đoạn luyện (42)
      • 3.2.2. Khối lượng riêng trung bình của pha lỏng đi trong đoạn luyện (42)
      • 3.2.3. Khối lượng riêng trung bình pha hơi đi trong đoạn chưng (43)
      • 3.2.4. Khối lượng riêng pha lỏng trong đoạn chưng (44)
    • 3.3. Vận tốc dòng hơi đi trong tháp (45)
      • 3.3.1. Vận tốc hơi đi trong đoạn luyện (45)
      • 3.3.2. Vận tốc hơi đi trong đoạn chưng (45)
    • 3.4. Tính đường kính tháp (46)
      • 3.4.1. Đường kính đoạn luyện (46)
      • 3.4.2. Đường kính đoạn chưng (46)
    • 4.1. Xác định số đĩa thực tế của tháp (47)
    • 4.2. Chiều cao của tháp (51)
    • 5. Tính trở lực của tháp (52)
      • 5.1. Chọn thông số đĩa (52)
        • 5.1.1. Chọn thông số đĩa (52)
        • 5.1.2. Tải trọng ngưỡng chảy tràn (54)
        • 5.1.3. Tải trọng kênh chảy truyền (56)
        • 5.1.4. Kiểm tra tốc độ rò rỉ lỏng qua lỗ đĩa (56)
      • 5.2. Trở lực của tháp (60)
        • 5.2.1. Trở lực đĩa khô ∆𝑷𝒌 (61)
        • 5.2.2. Trở lực của đĩa do sức căng bề mặt (62)
        • 5.2.3. Trở lực của lớp chất lỏng trên đĩa 𝚫𝑷𝒕 (63)
      • 6.1 Tính cân bằng nhiệt lượng của thiết bị gia nhiệt hỗn hợp đầu (65)
        • 6.1.1 Nhiệt lượng do hơi đốt mang vào (65)
        • 6.1.2. Nhiệt lượng do hỗn hợp đầu mang vào (66)
        • 6.1.3. Nhiệt do hỗn hợp đầu mang ra (67)
        • 6.1.4. Nhiệt lượng do nước ngưng mang ra (68)
        • 6.1.5 Nhiệt lượng mất mát ra môi trường xung quanh (68)
        • 6.1.6 Lượng hơi đốt cần thiết để dun nóng (68)
      • 6.2. Cân bằng nhiệt lượng của tháp chưng luyện (68)
        • 6.2.1. Nhiệt lượng do hỗn hợp đầu mang vào (69)
        • 6.2.2. Nhiệt lượng do hơi đốt mang vào đáy tháp (69)
        • 6.2.3. Nhiệt lượng do lỏng hồi lưu mang vào (69)
        • 6.2.4. Nhiệt lượng do hơi mang ra ở đỉnh tháp (70)
        • 6.2.5. Nhiệt lượng do sản phẩm đáy mang ra (71)
        • 6.2.6. Nhiêt lượng mất mát ra môi trường xung quanh (71)
      • 6.3. Cân bằng nhiệt lượng thiết bị ngưng tụ (72)
      • 6.4. Cân bằng nhiệt lượng của thiết bị làm lạnh (73)
  • PHẦN IV.TÍNH CƠ KHÍ THÁP CHƯNG LUYỆN (74)
    • 1. Tính bề dày thân tháp (74)
      • 1.1. Xác định ứng suất cho phép [𝝈] (75)
      • 1.3. Chiều dày thân tháp (77)
        • 1.3.1. Chiều dày đoạn chưng (77)
        • 1.3.2. Chiều dày đoạn luyện (78)
      • 2.1. Tính chiều dày đáy tháp (80)
      • 2.2. Tính chiều dày nắp tháp (84)
      • 3.1. Ống dẫn hơi ở đỉnh tháp (87)
      • 3.2 Ống dẫn hồi lưu sản phẩm đỉnh (88)
      • 3.3. Ống dẫn hỗn hợp nguyên liệu đầu (89)
      • 3.4. Ống dẫn hỗn hợp lỏng ra (90)
      • 3.5. Ống dẫn hồi lưu hơi sản phẩm đáy (90)
    • 4. Chọn bích nối giữa thân tháp với đáy và nắp (92)
      • 4.1. Số bích nối cần thiết ở đoạn chưng (92)
      • 4.2. Số bích nối cần thiết đoạn luyện (93)
      • 5.1. Tải trọng của tháp (93)
        • 5.1.1. Khối lượng thân tháp (93)
        • 5.1.2. Khối lượng của nắp và đáy tháp (95)
        • 5.1.3. Khối lượng bích nối (96)
        • 5.1.4. Khối lượng đĩa (97)
        • 5.1.5. Khối lượng lớp cách nhiệt (98)
        • 5.1.6. Khối lượng khi tháp đầy nước (99)
      • 5.2. Trụ đỡ của tháp (100)
        • 5.2.1. Momen uốn tại đường chân đáy trụ đỡ (100)
        • 5.2.2. Phân tích ứng suất (101)
      • 5.3. Vòng chịu tải ở đáy trụ đỡ và các bulong định vị (102)
  • PHẦN V.TÍNH THÔNG SỐ CÔNG NGHỆ VÀ CƠ KHÍ THIẾT BỊ PHỤ (105)
    • 1.1. Tính lượng nhiệt trao đổi (105)
    • 1.2. Nhiệt độ trung bình lưu thể (105)
    • 1.3. Hệ số cấp nhiệt cấp nhiệt về phía hơi ngưng tụ (106)
    • 1.4. Tính nhiệt tải riêng về phía hơi ngưng tụ (107)
    • 1.5. Tính hệ số cấp nhiệt phía hỗn hợp chảy xoáy (107)
    • 1.6. Nhiệt tải riêng về phía hỗn hợp chảy xoáy (109)
    • 1.7. Tính bề mặt truyền nhiệt (110)
    • 1.8. Tính số ống truyền nhiệt (111)
    • 1.9. Tính đường kính thiết bị gia nhiệt (111)
    • 1.10. Chọn vận tốc và chia ngăn (112)
    • 1.11. Tinh toán cơ khí thiết bị gia nhiệt (113)
      • 1.11.1. Chiều dày của thân thiết bị (115)
      • 1.11.2 Tính chiều dày lưới đỡ ống (117)
      • 1.11.3 Tính chiều dày đáy thiết bị (119)
      • 1.11.4. Tính chiều dày nắp thiết bị gia nhiệt (122)
      • 1.11.5. Tính đường kính ống dẫn (124)
      • 1.11.6. Tính và chọn tai treo (130)
      • 1.11.7. Tính bề dày lớp cách nhiệt (133)
      • 2.1.1. Áp suất cần thiết để khắc phục trở lực trên đường ống đẩy đến thiết bị (135)
        • 2.1.1.1. Áp suất động lực học (136)
        • 2.1.1.2. Áp suất khắc phục trở lực do ma sát (136)
        • 2.1.1.3. Áp suất khắc phục trở lực cục bộ (137)
      • 2.1.2. Áp suất toàn phần để thắng trở lực trong thiết bị gia nhiệt hỗn hợp đầu (138)
        • 2.1.2.1. Áp suất động lực học (139)
        • 2.1.2.2. Áp suất khắc phực trở lực do ma sát (139)
        • 2.1.2.3 Áp suất khắc phục trở lực cục bộ (140)
      • 2.1.3. Áp suất toàn phần để thắng trở lực từ cửa ra thiết bị gia nhiệt hỗn hợp đầu đến tháp chưng (143)
        • 2.1.3.1. Áp suất động lực học (143)
        • 2.1.3.2. Áp suất khắc phục trở lực do ma sát (143)
        • 2.1.3.3. Áp suất khắc phục trở lực cục bộ (144)
    • 2.2. Chọn bơm (146)
      • 2.2.1. Chiều cao hút của bơm (146)
      • 2.2.2. Áp suất toàn phần do bơm tạo ra (146)
      • 2.2.3. Công suất yêu cầu trên trục động cơ của bơm (146)
      • 2.2.4. Chọn bơm (147)
    • 3.1. Tính lượng nhiệt trao đổi (151)
    • 3.2. Nhiệt độ trung bình lưu thể (151)
    • 3.3. Hệ số cấp nhiệt cấp nhiệt cho từng lưu thể (152)
    • 3.4. Tính nhiệt tải riêng về phía hơi ngưng tụ (153)
    • 3.5. Tính hệ số cấp nhiệt phía hỗn hợp chảy xoáy (153)
    • 3.6. Nhiệt tải riêng về phía hỗn hợp chảy xoáy (154)
    • 3.7. Tính bề mặt truyền nhiệt (156)
    • 3.8. Tính số ống truyền nhiệt (156)
    • 3.9. Tính đường kính thiết bị ngưng tụ (157)
    • 3.10. Chọn vận tốc và chia ngăn (157)
    • 3.11. Tinh toán cơ khí thiết bị ngưng tụ (158)
      • 3.11.1. Chiều dày của thân thiết bị (160)
      • 3.11.2 Tính chiều dày lưới đỡ ống (162)
      • 3.11.3 Tính chiều dày đáy và nắp thiết bị (164)
      • 3.11.4. Tính đường kính ống dẫn (167)
      • 3.11.5. Tính và chọn gối đỡ (171)
    • 4.1. Tính nhiệt lượng trao đổi (176)
    • 4.2. Nhiệt độ trung bình lưu thể (177)
    • 4.3. Hệ số cấp nhiệt khi hơi ngưng tụ trong ống nằm ngang (177)
    • 4.4. Tải nhiệt riêng về phía hơi ngưng tụ (178)
    • 4.5. Hệ số cấp nhiệt cho chất lỏng sôi (178)
    • 4.6. Nhiệt tải riêng về phía chất lỏng sôi (180)
    • 4.7. Tính bề mặt truyền nhiệt (180)
    • 4.8. Tính số ống truyền nhiệt (181)
    • 4.9. Thể tích không gian hơi (181)
    • 4.10. Tính toán cơ khí thiết bị đun sôi đáy tháp (184)
      • 4.10.1. Tính bề dày thân thiết bị (184)
      • 4.10.2. Tính chiều dày vỉ ống (188)
      • 4.10.3 Tính chiều dày nắp và nắp thiết bị (189)
      • 4.10.4. Chiều dày đáy thiết bị (192)
      • 4.10.5. Tính đường kính ống dẫn (195)
      • 4.10.6. Tính tải trọng và chọn gối đỡ (0)
  • KẾT LUẬN (0)

Nội dung

Ồ ÁN CHUYÊN NGÀNH CH4659 THIẾT KẾ HỆ THỐNG CHƯNG LUYỆN LIÊN TỤC HỖN HỢP HAI CẤU TỬ ETHANOLNƯỚC Chưng cất từ lâu đã là một phương pháp phổ biến dùng để tách hỗn hợp các cấu tử để thu được những sản phẩm có nồng độ cao.Trong một số dây chuyền sản xuất trong công nghiệp,chưng cất là một khâu quan trọng quyết định chất lượng sản phẩm . Đối với quá trình công nghệ yêu cầu tách hỗn hợp nhiều cấu tử với năng suất lớn và độ tinh khiết cao,người ta thường tiến hành quá trình chưng luyện liên tục Và để hiểu rõ hơn về quá trình chưng luyện,em được giao đề tài tính toán thiết kế tháp chưng luyện liên tục loại tháp đĩa lỗ có kênh chảy truyền để tách hỗn hợp hai cấu tử Ethanol (C 2 H 5 OH)Nước (H 2 O) với năng suất đầu 3,6 kgs , nồng độ hỗn hợp đầu 24% khối lượng , nồng độ sản phẩm đỉnh 92% khối lượng ,nồng độ sản phẩm đáy 1,2% khối lượng Việc làm đồ án giúp sinh viên từng bước tiếp cận với thực tiễn sau khi đã hoàn thành khối lượng kiến thức của 3 học phần “ Quá trình thiết bị I,II,III” cùng với một số kiến thức của các môn cơ sở ngành khác. Qua việc làm đồ án, sinh viên biết cách tìm và sử dụng tài liệu tham khảo để tra cứu, vận dụng những kiến thức, quy định thiết kế, tự nâng cao kỹ năng vận dụng, tính toán, trình bày nội dung bản thiết kế theo văn phong khoa học và nhìn nhận vấn đề một cách có hệ thống. Em xin chân thành cảm ơn thầy Đỗ Xuân Trường đã tận tình giúp đỡ, hướng dẫn và truyền đạt những kinh nghiệm quý báu để em hoàn thành đồ án. Trong quá trình làm đồ án do còn thiếu kinh nghiệm và không tránh khỏi các sai lầm, thiếu sót, kính mong sự đóng góp nhiệt tình của quý thầy, cô để đồ án của em được hoàn thiện hơn.

GIỚI THIỆU CHUNG

Khái niệm về chưng cất

Chưng là phương pháp tách hỗn hợp chất lỏng ( cũng như các hỗn hợp khí đã hoá lỏng thành những cấu tử riêng biệt, dựa trên độ bay hơi khác nhau của các cấu tử trong hỗn hợp ( khi ở cùng nhiệt độ,áp suất hơi bão hoà của các cấu tử khác nhau )

Khi chưng,ta thu được nhiều sản phẩm.Thường hỗn hợp chứa bao nhiêu cấu tử thì có bấy nhiêu sản phẩm.Trường hợp có hai cấu tử,sẽ thu được :

- Sản phẩm đỉnh gồm cấu tử dễ bay hơi và một phần cấu tử khó bay hơi

- Sản phẩm đáy gồm chủ yếu cấu tử khó bay hơi và một phần cấu tử dễ bay hơi Để có thể thu được sản phẩm đỉnh tinh khiết sẽ tiến hành chưng nhiều lần ( còn gọi là chưng luyện )

Phân loại phương pháp chưng :

- Theo áp suất làm việc :

- Số lượng cấu tử trong hỗn hợp

 Hệ ba hoặc số cấu tử ít hơn mười

 Hệ nhiều cấu tử (lớn hơn mười cấu tử )

Quá trình chưng luyện liên tục được ứng dụng phổ biến trong sản xuất

- Chưng luyện ở áp suất chân không : dùng trong trường hợp cần hạ thấp nhiệt độ sôi của cấu tử ( đối với các cấu tử dễ bị phân huỷ ở nhiệt độ cao hay có nhiệt độ sôi quá cao)

- Chưng luyện ở áp suất cao : dùng trong trường hợp hỗn hợp không hoá lỏng ở áp suất thường

- Chưng luyện ở áp suất thường : có thể thực hiện khi sản phẩm không có các tính chất như dễ phân huỷ ở nhiệt độ cao,nhiệt độ sôi quá cao hay hoá lỏng ở áp suất thường

Thiết bị chưng luyện

Các thiết bị được sử dụng trong quá trình chưng luyện :

- Tháp đĩa lỗ có kênh chảy truyền

Tháp đĩa lỗ có kênh chảy truyền Tháp đĩa chóp

-Trở lực thấp hơn tháp chóp

-Lượng vật liệu sử dụng để chế tạo ít hơn

-Hiệu suất tương đối cao

-Hoạt động khá ổn định

-Hiệu suất cao,hoạt động ổn định

-Bề mặt tiếp xúc pha lớn,hiệu suất cao

-Cấu tạo đơn giản Trở lực nhỏ

-Giới hạn làm việc tương đối rộng

-Yêu cầu lắp đặt cao,đĩa phỉa lắp rất phẳng

-Cần có bộ phận phân phối lỏng

-Với những tháp đường kính quá lớn (>2,4m) chất lỏng phân phối không đều trên đĩa

-Cấu tạo phức tạp,yêu cầu lắp đặt cao

-Chế tạo phức tạp -Trở lực lớn

-Khó làm ướt đều đệm,cần sử dụng thêm bộ phân phân phối lỏng

Trong đồ án này,ta sử dụng tháp đĩa lỗ có kênh chảy truyền để tách hỗn hợp 2 cấu tử

Hỗn hợp cần tách

Hỗn hợp cần tách là hệ 2 cấu tử Etanol (C2H5OH) và nước (H2O) ,đây là hỗn hợp thường xuất hiện trong quá trình lên men tinh bột để sản xuất Etanol.Hỗn hợp thu được sau khi lên men đường,tinh bột, có thành phần chủ yếu là Etanol và nước,ta cần thực hiện quá trình chưng luyện để thu được Etanol có nồng độ cao

2.1 Các tính chất của nước

-Nước là chất lỏng,trong suốt,không màu,không mùi,không vị

Khối lượng riêng: 997 kg/m 3 Điểm sôi: 100 ℃

Khối lượng phân tử : 18g/mol

2.2 Các tính chất của Etanol

-Etanol: là chất lỏng trong suốt,không màu,có mùi,dễ cháy ,tan vô hạn trong nước,dễ bay hơi

Khối lượng phân tử: 46,07 g/mol Điểm nóng chảy : -114,1℃ Điểm sôi : 78,37 ℃

2.3 Ứng dụng Ethanol trong công nghiệp

- Sử dụng trong các sản phẩm chống đông lạnh vì điểm nóng băng thấp

- Điều chế một số hợp chất hữu cơ : acid acetic,dietyl ete,etyl axetat

- Pha chế xăng sinh học

- Tạo đồ uống có cồn

- Sử dụng trong dược phẩm và y học

- Chất chống vi khuẩn,sát trùng

- Ở nồng độ nhất định làm dung dịch tẩy rửa,vệ sinh dụng cụ y tế

ĐỒ HỆ THỐNG CHƯNG LUYỆN LIÊN TỤC

1.Sơ đồ công nghệ (PFD)

STT Kí hiệu Tên thiết bị

4 HE-1 Thiết bị gia nhiệt hỗn hợp đầu

5 HE-2 Thiết bị ngưng tụ đỉnh tháp

6 HE-3 Thiết bị làm lạnh sản phẩm đỉnh

7 HE-4 Thiết bị đun sôi đáy tháp

9 T-1 Thùng chứa hỗn hợp đầu

10 T-2 Thùng chứa sản phẩm đáy

11 T-3 Thùng chứa sản phẩm đỉnh

Dung dịch đầu từ thùng chứa hỗn hợp đầu T-1 được bơm P-1 bơm liên tục đi qua lưu lượng kế F-1 đưa vào thiết bị gia nhiệt hỗn hợp đầu HE-1.Tại thiết bị gia nhiệt HE- 1,dung dịch được gia nhiệt bằng hơi nước bão hoà có áp suất 5 at tới nhiệt độ sôi và tiếp tục đi vào tháp chưng luyện D-1 ở vị trí đĩa tiếp liệu

Trong tháp xảy ra quá trình chuyển khối,dòng hơi đi từ dưới lên qua các lỗ ở mỗi đĩa ,dòng lỏng đi từ trên xuống qua các kênh chảy truyền,mức chất lỏng trên đĩa phụ thuộc chiều cao gờ chảy tràn Nồng độ của các cấu tử thay đổi theo chiều cao của tháp,nhiệt độ sôi cũng thay đổi tương ứng với sự thay đổi nồng độ.Cụ thể trên đĩa 1,chất lỏng có nồng độ x1 ,lượng hơi bốc lên có nồng độ y1 ,trong đó y1>x1 Hơi này đi qua lỗ trên đĩa 2 tiếp xúc với lỏng ở đó.Nhiệt độ của chất lỏng ở đĩa 2 thấp hơn đĩa 1 nên 1 phần hơi được ngưng tụ lại,do đó nồng độ cấu tử dễ bay hơi trên đĩa này là x2 > x1 Hơi bốc lên từ đĩa 2 có nồng độ cấu tử dễ bay hơi là y2>x2 đi lên đĩa 3, nhiệt độ của lỏng trên đĩa 3 thấp hơn đĩa 2, nên hơi được ngưng tụ một phần và chất lỏng trên đĩa 3 có nồng độ x3>x2 Trên mỗi đĩa xảy ra quá trình truyền chất giữa pha lỏng và pha hơi, quá trình bốc hơi và ngưng tụ một phần lặp lại nhiều lần, cuối cùng trên đỉnh tháp thu được sản phẩm đỉnh có nồng độ cấu tử dễ bay hơi cao và dưới đáy tháp thu được sản phẩm đáy có nồng độ cấu tử khó bay hơi cao

Lượng hơi đi ra khỏi tháp sẽ đi vào thiết bị ngưng tụ HE-2 để ngưng tụ thành lỏng với chất tải nhiệt là nước 25 o C Sau đó một phần sản phẩm được hồi lưu trở lại tháp bằng bơm P-3 để tạo dòng lỏng đi trong tháp ,lượng còn lại đi vào thiết bị làm lạnh HE-3 để hạ nhiệt độ sản phẩm đỉnh trước khi vào thùng chứa T-3

Lượng lỏng đi ra khỏi thiết bị đi vào thiết bị đun sôi đáy tháp HE-4.Ở đây một phần sản phẩm đáy được gia nhiệt để bay hơi tạo dòng hơi đi trong tháp,lượng lỏng còn lại sẽ đi ra khỏi thiết bị và vào thùng chứa T-2

Quá trình chưng luyện là liên tục

TT Đo và chuyển đổi nhiệt độ

TC Điều khiển nhiệt độ

TY Tính toán nhiệt độ

TIC Chuyển đổi và hiển thị nhiệt độ

TI Hiển thị nhiệt độ

PI Hiển thị áp suất

FC Điều khiển lưu lượng dòng

FIC Điều khiển nhiệt độ có hiển thị

FT Đo và chuyển đổi lưu lượng

LT Đo và chuyển đổi mức

LIC Đo và chuyển đổi mức có hiển thị

LAH Cảnh báo vượt mức

LAL Cảnh báo dưới mức

Dòng nguyên liệu đầu trước khi đi vào thiết bị gia nhiệt HE-1 sẽ đi qua thiết bị đo lưu lượng FT ,từ đó truyền tín hiệu tới van điều khiển V-1 để thực hiện điều chỉnh lưu lượng dòng phù hợp Dòng nguyên liệu sau khi ra khỏi thiết bị gia nhiệt đi qua thiết bị đo và chuyển đổi nhiệt độ TT ,truyền tín hiệu tới thiết bị điều khiển nhiệt độ TC và tính toán nhiệt độ TY để điều chỉnh lượng hơi đốt để nhiệt độ dòng nguyên liệu ra đạt yêu cầu

Dòng nguyên liệu sau khi được gia nhiệt sẽ đi vào tháp,lưu lượng dòng vào tháp chưng luyện C-1 được điều khiển bằng van V-3 thông qua bộ đo và điều khiển lưu lượng FT và

FC Nhiệt độ và áp suất của dòng lỏng và hơi trong tháp được đo bằng thiết bị đo có hiển thị nhiệt độ TI và PI đặt ở mỗi đĩa

Dưới đĩa 1 của tháp có đặt một thiết bị đo mức.Khi mức chất lỏng dưới đĩa 1 cao hoặc thấp hơn mức chất lỏng đã thiết lập sẽ kích hoạt cảnh báo vượt mức LAH hoặc cảnh báo dưới mức LAL ,truyền tín hiệu tới thiết bị điều khiển mức có hiển thị để thực hiện điều khiển van V-4 để điều chỉnh mức chất lỏng trong tháp Dòng lỏng đi từ tháp vào thiết bị đun sôi đáy tháp HE-3.Ở thiết bị đun sôi đáy tháp cũng được lắp thiết bị đo và điều khiển mức LT và LC kết nối với van V-5 để điều chỉnh mức chất lỏng phía sau tấm chảy tràn của thiết bị

Một phần dòng lỏng đi vào thiết bị đun sôi HE-3 được gia nhiệt để tạo dòng hơi bằng dòng hơi đốt 5 at được điều khiển qua bộ đo điều khiển và tính toán nhiệt độ TT,TC và TY.Lưu lượng dòng hơi bốc lên đi vào tháp đi qua thiết bị đo lưu lượng FT và điều khiển lưu lượng FC ,tín hiệu được gửi tới van V-6 để điều khiển lưu lượng dòng hơi

Phần còn lại sản phẩm đáy sau khi ra khỏi thiết bị sẽ đi qua bộ đo hiển thị nhiệt độ

Hơi ra khỏi đỉnh tháp vào thiết bị ngưng tụ HE-2,dòng lỏng sau ngưng tụ ra khỏi tháp được đưa vào thùng chứa hồi lưu sau đó một phần được bơm P-1 bơm quay trở lại tháp,phần còn lại được bơm P-2 vận chuyển đi

3.Sơ đồ mặt bằng hệ thống (Plant layout)

TOÁN THÔNG SỐ CÔNG NGHỆ THIẾT BỊ CHÍNH

Cân bằng vật chất

Phương trình cân bằng vật chất toàn tháp

F=P+W Phương trình cân bằng vật chất cho cấu tử dễ bay hơi

Lưu lượng sản phẩm đáy là

0,92 − 0,005= 9705,73𝑘𝑔/ℎ Lưu lượng sản phẩm đỉnh là

Chuyển đổi nồng độ phần khối lượng sang nồng độ phần mol

Nồng độ hỗn hợp theo phần trămkhối lượng :

-Hỗn hợp đầu 𝑎 𝐹 = 24 % khối lượng = 0,24 phần khối lượng

-Hỗn hợp đỉnh 𝑎 𝑃 = 92% khối lượng = 0,92 phần khối lượng

-Hỗn hợp đáy 𝑎 𝑊 = 1,2 % khối lượng = 0,012 phần khối lượng

*Chuyển đổi nồng độ phần khối lượng sang nồng độ phần mol

𝑎 𝐶 2 𝐻 5 𝑂𝐻 , 𝑎 𝐻 2 𝑂 : Nồng độ phần khối lượng của etanol,nước

𝑀 𝐶 2 𝐻 5 𝑂𝐻 = 46,07 g/mol: khối lượng phân tử của etanol

𝑀 𝐻 2 𝑂 = 18 g/mol :khối lượng phân tử của nước

Nồng độ phần mol của etanol trong hỗn hợp đầu:

Nồng độ phần mol của etanol trong hỗn hợp sản phẩm đỉnh :

Nồng độ phần mol của etanol trong hỗn hợp sản phẩm đáy :

Lưu lượng mol sản phẩm đáy là

0,005.46,07 + (1 − 0,005) 18= 535,035 𝑘𝑚𝑜𝑙/ℎ Lưu lượng mol sản phẩm đỉnh

0,818.46,07 + (1 − 0818) 18= 79,448 𝑘𝑚𝑜𝑙/ℎ Lưu lượng mol hỗn hợp nguyên liệu đầu

2.Xác định chỉ số hồi lưu thích hợp

Xác định chỉ số hồi lưu nhỏ nhất

Bảng 1 Thành phần cân bằng pha lỏng (x) – hơi (y) và nhiệt độ sôi hỗn hợp hai cấu tử ở

Etanol- nước x 0 5 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 Hỗn hợp đẳng phí y 0 33,2 44,2 53,1 57,6 65,4 69,9 75,3 81,8 89,8 89,8 100 89,4 t 100 90,5 86,5 83,2 81,7 80,8 80 79,4 79 78,6 78,4 78,4 78,15

 Đồ thị cân bằng pha

Hình1 Đồ thị quan hệ y-x

Dựa vào đồ thị, ta có bảng số liệu sau:

Bảng 2 Bảng số liệu thành phần cân bằng pha lỏng hơi y-x và nhiệt độ sôi hỗn hợp hai cấu tử x(phần mol) y* Nhiệt độ

Do trong quá trình chưng luyện đường làm việc không thể nằm phía trên đường cân bằng pha nên vị trí cao nhất của đường làm việc của đoạn luyện của tháp sẽ là đường tiếp tuyến với đường cân bằng pha Kéo dài đường tiếp tuyến với đường cân bằng pha cho tới khi cắt trục tung trên đồ thị x – y Tung độ của giao điểm khi đó sẽ bằng 𝐵 𝑚𝑎𝑥 = 0,36

Figure 2 Xác định Rmin bằng phương pháp đồ thị

0 0.050.10.150.20.250.30.350.40.450.50.550.60.650.70.750.80.850.90.95 1 y,phần mol x,phần mol Đồ thị y-x

Xác định số đĩa lý thuyết tối thiểu N LTmin

Xác định chỉ số hồi lưu tối thiểu NLTmin ở chế độ hồi lưu hoàn toàn bằng phương pháp đồ thị McCabe – Thiele

Khi chỉ số hồi lưu R→ ∞ (chế độ hồi lưu hoàn toàn) đường làm việc của tháp chưng luyện liên tục sẽ trùng với đường chéo của hình vuông (y = x) trên đồ thị Mc Cabe-

Thiele và số đĩa lí thuyết NLT của tháp sẽ là nhỏ nhất

Xác đinh số đĩa lý thuyết nhỏ nhất Nlt min bằng phương pháp đồ thị McCabe – Thiele

0 0.050.10.150.20.250.30.350.40.450.50.550.60.650.70.750.80.850.90.95 1 y,phần mol x,phần mol Đồ thị y-x

Từ đồ thị,ta xác định được số đĩa lý thuyết tối thiểu 𝑁 𝐿𝑇 𝑚𝑖𝑛 = 8 đĩ𝑎

Xác định chỉ số hồi lưu thích hợp R th

Chỉ số hồi lưu thích hợp Rth được xác định qua chỉ số hồi lưu tối thiểu Rmin

Trong tính toán công nghiệp thường tính gần đúng chỉ số hồi lưu làm việc bằng

Rth = 𝛽.Rmin , 𝛽 = 1,2 − 2,5 Đối với các tháp chuyển khối kinh phí chế tạo tháp thông thường tỷ lệ thuận với thể tích của tháp VT

Do thể tích của tháp tỷ lệ thuận với đại lượng NLT (R+1) nên để tìm được chỉ số hồi lưu thích hợp cần phải xây dựng được quan hệ V - NLT (R+1) =f(R) Quan hệ này sẽ xây dựng được bằng cách sử dụng đồ thị x – y của McCabe

Xác định số đĩa lý thuyết ứng với R = 1,3- 2,3 Rmin bằng phương pháp đồ thị

Bảng 4 Bảng số liệu quan hệ 𝑁 𝐿𝑇 (R+ 1) = f(R)

Hình 3 Đồ thị quan hệ NLT( R+ 1) =f (R)

Từ đồ thị hình 3 cho thấy chỉ số hồi lưu thích hợp 𝑅 𝑡ℎ = 2,41 ứng với

2.3 Xác định phương trình đường làm việc

2.3.1 Phương trình làm việc của đoạn luyện

2,41 + 1 = 0,707𝑥 + 0,240 2.3.2 Phương trình làm việc của đoạn chưng

2,41 + 1 0,005 = 2,975 𝑥 − 0,010 Xác định số đĩa lý thuyết từ đường cân bằng pha và đường làm việc

Hình 4 Đồ thị xác định số đĩa lý thuyết

Từ đồ thị ta xác định được:

- Số đĩa lý thuyết của tháp là: NLT = 14,5 đĩa

- Số đĩa đoạn chưng: NLT chưng= 3,5 đĩa

- Số đĩa đoạn luyện: NLT luyện = 11 đĩa

3.Tính toán đường kính tháp Đường kính thiết bị được tính theo công thức sau:

Vtb Lượng hơi trung bình đi trong tháp, m 3 /h

𝜔 𝑡𝑏 : Tốc độ hơi trung bình đi trong tháp, m/s

𝑔 𝑡𝑏 : Lượng hơi trung bình đi trong tháp, kg/h

𝜌 𝑦𝑡𝑏 :khối lượng riêng của pha hơi đi trong tháp,kg/m 3

Tính toán lưu lượng các dòng pha đi trong từng đoạn tháp

3.1.1.Lượng hơi trung bình đi trong đoạn luyện

𝑔 𝑡𝑏 lượng hơi trung bình đi trong đoạn luyện ,kg/h

𝑔 đ : lượng hơi ra khỏi đĩa trên cùng của tháp ,kg/h

𝑔 𝑙 ∶ lượng hơi đi vào đĩa dưới cùng của đoạn luyện ,kg/h

- Tính lượng hơi ra khỏi đĩa trên cùng của tháp:

𝐺 𝑅 : lượng lỏng hồi lưu (kg/h)

𝐺 𝑃 : lượng sản phẩm đỉnh, = 3254,27 kg/ℎ

𝑅 𝑡ℎ : chỉ số hồi lưu thích hợp, = 2,41

𝐺 𝑅 = 11086,83 − 3254,27 = 7832,56 kg/h Cân bằng vật liệu đoạn luyện

𝑔 𝑙 = 𝐺 𝑙 + 𝐺 𝑃 [2 − 181] Cân bằng vật liệu cho cấu tử dễ bay hơi trong đoạn luyện

𝑎 𝑦 𝑙 : phần khối lượng của cấu tử phân bố (C2H5OH) trong pha hơi đi vào đĩa dưới cùng của đoạn luyện

𝑎 𝑙 : nồng độ phần khối lượng của C2H5OH trong pha lỏng hỗn hợp đầu,

𝑎 𝑃 : nồng độ phần khối lượng của C2H5OH trong pha lỏng ở sản phẩm đỉnh,

Cân bằng nhiệt lượng đoạn luyện:

𝑟 𝑙 : ẩn nhiệt hóa hơi của hỗn hợp hơi đi vào đĩa dưới cùng của đoạn luyện , kcal/kg

𝑟 đ : ẩn nhiệt hóa hơi của hỗn hợp hơi ra khỏi đỉnh tháp ,kcal/kg

Bảng 5 Ẩn nhiệt hóa hơi rhh (kcal/kg) phụ thuộc vào nhiệt độ của etanol-nước

Nhiệt độ sôi ở Pa ts ,℃

𝑟 𝐻 2 𝑂 = 539,09 𝑘𝑐𝑎𝑙/𝑘𝑔 Ẩn nhiệt hóa hơi của hỗn hợp hơi đi vào đĩa dưới cùng của đoạn luyện

= 552,83 − 335,3𝑎 𝑦 𝑙 , 𝑘𝑐𝑎𝑙/𝑘𝑔 Ẩn nhiệt hóa hơi của hỗn hợp hơi ra khỏi đỉnh tháp :

Ta có hệ phương trình

Lượng hơi trung bình đi trong đoạn luyện

3.1.2.Lượng lỏng trung bình đi trong đoạn luyện

3.1.3.Lượng hơi trung bình đi trong đoạn chưng

𝑔′ 𝑡𝑏 : lượng hơi trung bình đi trong đoạn chưng (kg/h)

𝑔′ 𝑛 : lượng hơi ra khỏi đĩa trên cùng của đoạn chưng (kg/h)

𝑔′ 𝑙 : lượng hơi đi vào đĩa dưới cùng đoạn chưng (kg/h)

𝑔 𝑙 : lượng hơi đi vào đĩa dưới cùng của đoạn luyện (kg/h)

Lượng hơi đi ra khỏi đĩa trên cùng của đoạn chưng bằng lượng hơi đi vào đoạn luyện

𝑔′ 𝑛 = 𝑔 𝑙 = 6997,60 𝑘𝑔/ℎ Cân bằng vật liệu cho đĩa thứ nhất của đoạn chưng

Cân bằng vật liệu riêng phần cho cấu tử dễ bay hơi tại đĩa thứ nhất của đoạn chưng

𝑎 𝑥 𝑙 : là phần khối lượng của cấu tử dễ bay hơi (𝐶 2 𝐻 5 𝑂𝐻) trong pha lỏng tại đĩa thứ nhất của đoạn chưng

𝑎 𝑦 𝑊 ∗ : là nồng độ phần khối lượng của trong pha hơi ở sản phẩm đáy

𝑎 𝑊 : là nồng độ phần khối lượng của trong pha lỏng ở sản phẩm đáy

Phương trình cân bằng nhiệt lượng toàn phần từ đĩa tiếp liệu đến đáy tháp:

𝑟′ 𝑙 : ẩn nhiệt hóa hơi của hỗn hợp hơi đi vào đĩa thứ nhất của đoạn chưng

𝑟′ 𝑛 : ẩn nhiệt hóa hơi của hỗn hợp hơi đi vào đĩa trên cùng của đoạn chưng Ẩn nhiệt hóa hơi của hỗn hợp đi vào đĩa trên cùng của đoạn chưng 𝑟′ 𝑛 chính bằng ẩn nhiệt hóa hơi của hỗn hợp hơi đi vào đĩa dưới cùng của đoạn luyện 𝑟 𝑙

𝑟′ 𝑛 = 𝑟 𝑙 = 366,40 𝑘𝑐𝑎𝑙/𝑘𝑔 Tính ẩn nhiệt hóa hơi của hỗn hợp hơi đi vào trong đĩa thứ nhất của đoạn chưng:

Với xw = 0,005 phần mol thì y*W = 0,032 phần mol

𝑎 𝑦′𝑙 = 𝑎 𝑦 𝑊 ∗ = 0,032 𝑝ℎầ𝑛 𝑚𝑜𝑙 = 0,076 (phần khối lượng) là nồng độ phần khối lượng của cấu tử 𝐶 2 𝐻 5 𝑂𝐻 trong pha hơi cân bằng pha lỏng nồng độ 𝑎 𝑊

Ta có hệ phương trình

𝑎 𝑥 𝑙 = 0,034 𝑝ℎầ𝑛 𝑘ℎố𝑖 𝑙ượ𝑛𝑔 𝑔′ 𝑙 = 4999,16 𝑘𝑔/ℎ Lượng hơi trung bình đi trong đoạn chưng

3.1.4.Lượng lỏng trung bình đi trong đoạn chưng

Xác đinh tốc độ làm việc của pha hơi trong đoạn chưng,đoạn luyện

3.2.1 Khối lượng riêng trung bình của pha hơi đi trong đoạn luyện

𝑇 𝑡𝑏(𝑙) :nhiệt độ làm việc trung bình của đoạn luyện,𝐾

𝑦 𝑡𝑏(𝑙) :nồng độ phần mol của cấu tử phân bố (𝐶 2 𝐻 5 𝑂𝐻) đoạn luyện lấy theo giá trị trung bình

-Do 𝑎 𝑦𝑙 = 0,556 𝑝ℎầ𝑛 𝑘ℎố𝑖 𝑙ượ𝑛𝑔 nên sử dụng công thức đổi nồng độ phần khối lượng sang nồng độ phần mol,ta có nồng độ phần mol của cấu tử phân bố trong pha hơi tại đĩa dưới cùng của đoạn luyện (đĩa tiếp liệu) :𝑦 𝑙 = 0,329 𝑝ℎầ𝑛 𝑚𝑜𝑙

2 = 0,574 𝑝ℎầ𝑛 𝑚𝑜𝑙 -Nhiệt đô trung bình của đoạn luyện

3.2.2 Khối lượng riêng trung bình của pha lỏng đi trong đoạn luyện

𝜌 𝑥𝑡𝑏(𝑙) ∶ khối lượng riêng trung bình của pha lỏng lấy theo nhiệt độ trung bình ở đoạn luyện;

𝜌 𝑥𝑡𝑏1 : khối lượng riêng của 𝐶 2 𝐻 5 𝑂𝐻 tại nhiệt độ làm việc trung bình của đoạn luyện;

𝜌 𝑥𝑡𝑏2 : khối lượng riêng của 𝐻 2 𝑂 tại nhiệt độ làm việc trung bình của đoạn luyện

- Nồng độ phần khối lượng trung bình của đoạn luyện:

Bảng 6 Bảng khối lượng riêng phụ thuộc vào nhiệt độ của 𝐶 2 𝐻 5 𝑂𝐻 và 𝐻 2 𝑂 ở trạng thái lỏng [1-.9]

Nhiệt độ làm việc trung bình của đoạn luyện 𝑡 𝑡𝑏(𝑙) = 82,37℃

Dựa vào bảng số liệu và nội suy, ta có:

-Khối lượng riêng của 𝐶 2 𝐻 5 𝑂𝐻 tại 82,37℃ 𝜌 𝑥𝑡𝑏1 = 732,99 kg/m 3

-Khối lượng riêng của 𝐻 2 𝑂 tại 82,37℃ 𝜌 𝑥𝑡𝑏2 = 970,34 kg/m 3

3.2.3 Khối lượng riêng trung bình pha hơi đi trong đoạn chưng

𝑇 𝑡𝑏(𝑐) :nhiệt độ làm việc trung bình của đoạn chưng,𝐾

𝑦 𝑡𝑏(𝑐) : nồng độ phần mol của cấu tử phân bố (𝐶 2 𝐻 5 𝑂𝐻) đoạn chưng lấy theo giá trị trung bình

-Nhiệt đô trung bình của đoạn chưng

3.2.4 Khối lượng riêng pha lỏng trong đoạn chưng

𝜌 𝑥𝑡𝑏(𝑙) ∶ khối lượng riêng trung bình của pha lỏng lấy theo nhiệt độ trung bình ở đoạn chưng;

𝜌 𝑥𝑡𝑏1 : khối lượng riêng của 𝐶 2 𝐻 5 𝑂𝐻 tại nhiệt độ làm việc trung bình của đoạn chưng;

𝜌 𝑥𝑡𝑏2 : khối lượng riêng của 𝐻 2 𝑂 tại nhiệt độ làm việc trung bình của đoạn chưng

- Nồng độ phần khối lượng trung bình của đoạn chưng:

Bảng 6 Bảng khối lượng riêng phụ thuộc vào nhiệt độ của 𝐶 2 𝐻 5 𝑂𝐻 và 𝐻 2 𝑂 ở trạng thái lỏng [1-9]

Nhiệt độ làm việc trung bình của đoạn chưng 𝑡 𝑡𝑏(𝑐) = 92,61℃

Dựa vào bảng số liệu và nội suy, ta có:

-Khối lượng riêng của 𝐶 2 𝐻 5 𝑂𝐻 tại 92,61℃ 𝜌 𝑥𝑡𝑏1 = 723,92 kg/m 3

-Khối lượng riêng của 𝐻 2 𝑂 tại 92,61℃ 𝜌 𝑥𝑡𝑏2 = 962,87 kg/m 3

Vận tốc dòng hơi đi trong tháp

3.3.1.Vận tốc hơi đi trong đoạn luyện

Tốc độ giới hạn trên của hơi đi trong tháp đĩa được xác định theo công thức

Trong đó: 𝜌 𝑥 , 𝜌 𝑦 : khối lượng riêng của lỏng và hơi trong đoạn luyện,kg/m 3

1,17 = 1,32 , 𝑚/𝑠 Để tránh tạo bọt ta lấy tốc độ làm việc khoảng 80%-90% tốc độ giới hạn

3.3.2.Vận tốc hơi đi trong đoạn chưng

Tốc độ giới hạn trên của dòng hơi đi trong tháp đĩa được xác định theo công thức

Trong đó: 𝜌 𝑥 , 𝜌 𝑦 : khối lượng riêng của lỏng và hơi trong đoạn chưng ,kg/m 3

0,755 = 1,75 , 𝑚/𝑠 Để tránh tạo bọt ta lấy tốc độ làm việc khoảng 80%-90% tốc độ giới hạn

Tính đường kính tháp

-Khối lượng riêng trung bình của pha hơi 𝜌 𝑦𝑡𝑏(𝑙) = 1,170 𝑘𝑔/ 𝑚 3

-Vận tốc dòng hơi trong đoạn luyện 𝜔 𝑦 = 𝜔 (𝑙) = 1,188 𝑚/𝑠

Vậy đường kính đoạn luyện là

Quy chuẩn theo bản XIII.6/[2-359] chọn D =1,6 m

-Lượng hơi trung bình 𝑔′ 𝑡𝑏 = 5998,38 kg/h

-Khối lượng riêng trung bình của pha hơi 𝜌 𝑦𝑡𝑏(𝑐) = 0,755 𝑘𝑔/ 𝑚 3

-Vận tốc dòng hơi trong đoạn chưng 𝜔 𝑦 = 𝜔 𝑐 = 1,575 𝑚/𝑠

Vậy đường kính đoạn chưng là

Quy chuẩn theo bản XIII.6/[2-359] chọn D =1,4 m

Vậy đường kính đoạn luyện là DL =1,6 m Đường kính đoạn chưng là Dc =1,4 m

Xác định số đĩa thực tế của tháp

Với tháp đĩa lỗ có kênh chảy truyền có nhiều phương pháp để xác định chiều cao của tháp Trong đồ án này ta chọn phương pháp xác định chiều cao theo hiệu suất trung bình chuyển khối của tháp

Xác định số đĩa thực tế dựa trên hiệu suất trung bình chuyển khối:

𝜂 𝑡𝑏 : hiệu suất trung bình của thiết bị ;

Trong đó : 𝜂 1 , 𝜂 2 , … , 𝜂 𝑛 : là hiệu suất của các bậc thay đổi nồng độ; n : số vị trí hiệu suất

𝜂 𝑡𝑏 = 𝑓(𝛼, 𝜇) là một hàm số của độ bay hơi tương đối và độ nhớt của hỗn hợp lỏng

Bảng 7.Độ nhớt động lực phụ thuộc nhiệt độ của etanol và nước ở trạng thái lỏng

Chất Độ nhớt ở các nhiệt độ 𝜇.10 3 N.s/m 2

-Độ nhớt của hỗn hợp lỏng được xác định theo công thức

Trong đó : 𝜇 1 , 𝜇 2 , … , 𝜇 𝑛 : là độ nhớt động lực của các cấu tử thành phần x1,x2,…xn : nồng độ của các cấu tử trong hỗn hợp -Độ nhớt của hỗn hợp Etanol-nước được xác định theo công thức

𝑙𝑜𝑔𝜇 ℎℎ = 𝑙𝑜𝑔𝜇 𝐶 2 𝐻 5 𝑂𝐻 𝑥 𝐶 2 𝐻 5 𝑂𝐻 + 𝑙𝑜𝑔𝜇 𝐻 2 𝑂 𝑥 𝐻 2 𝑂 -Độ bay hơi tương đối của hỗn hợp

𝛼 : hệ số bay hơi tương đối, được xác định theo công thức :

Tính tích số 𝛼 𝜇 sau đó tra đồ thị hình IX.11/ [2 – 171] Xác định hiệu suất 𝜂tương ứng từ đó xác định hiệu suất trung bình của thiết bị

 Xét vị trí đĩa tiếp liệu với 𝑥 𝐹 = 0,11 𝑝ℎầ𝑛 𝑚𝑜𝑙 ,tF = 86,17℃

Nội suy từ bảng số liệu 7,với nhiệt độ tF = 86,17℃ có

𝜇 𝐻 2 𝑂 = 0,334 𝑐𝑃 Độ nhớt của hỗn hợp tại tF = 86,17℃

-Độ bay hơi tương đối của hỗn hợp tại tF = 86,17℃

𝛼 𝜇 = 6,644.0,341 = 2,266 tra đồ thị hình IX.11[2– 171] với 𝛼 𝜇 = 2,266 xác định hiệu suất trung bình của thiết bị được giá trị 𝜂 𝐹 = 39,8 %

Bằng cách tính toán tương tự tại các bậc thay đổi nồng độ của thiết bị theo thứ tự sau: -

Từ nồng độ phần mol 𝑥 𝐶 2 𝐻 5 𝑂𝐻 trong pha lỏng (x) được xác định nhờ đồ thị hình 4, ứng với mỗi nồng độ 𝑥 𝐶 2 𝐻 5 𝑂𝐻 ở mỗi đĩa ta xác định được độ nhớt và độ bay hơi tương đối của của hỗn hợp Etanol-Nước từ đó xác định giá trị hiệu suất 𝜂 (%) tương ứng bằng đồ thị IX.11[2– 171]

 Hiệu suất làm việc trung bình của đoạn chưng:

Bảng 8.1 Xác định hiệu suất tại các bậc thay đổi nồng độ của đoạn chưng

-Hiệu suất làm việc trung bình của đoạn chưng

Bảng 8.2a Xác định hiệu suất tại các bậc thay đổi nồng độ của đoạn luyện

Bảng 8.2b Xác định hiệu suất tại các bậc thay đổi nồng độ của đoạn luyện

-Hiệu suất làm việc trung bình của đoạn luyện

-Hiệu suất làm việc trung bình của toàn tháp

- Số đĩa thực tế toàn tháp

50,27 % = 28,84 ~ 29 đĩ𝑎 -Số đĩa thực tế đoạn chưng

- Số đĩa thực tế đoạn luyện

Chiều cao của tháp

Chiều cao của tháp được xác định theo công thức

𝑁 𝑇𝑇 : số đĩa thực tế của tháp

𝐻 đ : Khoảng cách giữa các đĩa

ℎ : khoảng cách cho phép ở đỉnh hoặc đáy của thiết bị chọn h = 0,8 m

Chọn khoảng cách giữa các đĩa đoạn chưng 𝐻 đ(𝑐) = 400 mm =0,4 m

(đường kính đoạn chưng Dc = 1,4m )

𝐻 𝑐 = 9 (0,4 + 0,005) + 0,8 = 4,445 𝑚 Chọn chiều cao đoạn chưng là 𝐻 𝑐 = 4,5 𝑚

Chọn khoảng cách giữa các đĩa đoạn luyện 𝐻 đ(𝐿) = 450 mm =0,45 m

(đường kính đoạn luyện DL = 1,6 m )

𝐻 𝐿 = 20 (0,45 + 0,005) + 0,8 = 9,9 𝑚 Vậy chiều cao đoạn luyện là 𝐻 𝐿 = 9,9 𝑚

Tính trở lực của tháp

Theo bảng 7.23 [3-881] ,ta chọn đĩa với các thông số như sau:

-Diện tích tiết diện ngang của đoạn chưng : SC= 𝜋.D 𝐶

-Diện tích kênh chảy truyền lỏng : SK(C) = 0,087 m 2

-Diện tích làm việc của đĩa: Sđ(C) = SC- 2.SK(C) = 1,54- 2 0,087 = 1,368 m 2

-Chọn đường kính lỗ : d = 5 mm

-Diện tích tự do tương đối của lỗ : 𝜀 = 7 %

-Chiều dài cửa chảy tràn lỏng chọn Lc = 0,86 mm

-Chọn chiều cao gờ chảy tràn hc = 50 mm

- Khoảng cách từ đĩa đến chân kênh chảy truyền h1 = 25 mm

-Diện tích tiết diện ngang của đoạn luyện : SL= 𝜋.D 𝐿

4 = 2,01 𝑚 2 -Diện tích kênh chảy truyền lỏng : SK(L) =0,088 m 2

-Diện tích làm việc của đĩa: Sđ(L) = SL- 2.SK(L) = 2,01 - 2.0,088 = 1,834 m 2

-Chọn đường kính lỗ : d = 5 mm

-Diện tích tự do tương đối của lỗ : 𝜀 = 7,4 %

-Chiều dài cửa chảy tràn lỏng chọn Lc = 0,795 m

-Chọn chiều cao gờ chảy tràn hc = 50 mm

-Khoảng cách từ đĩa đến chân kênh chảy truyền h1 = 25 mm

Bố trí mặt đĩa Ở đây sử dụng đĩa được lắp thành từng cụm trong tháp Để ghép cụm đĩa trong tháp cần để chừa băng không đục lỗ rộng 50mm chạy vòng quanh tháp.Ngoài ra cũng để lại về hai phía ở ngay sát ngưỡng chảy tràn vùng không đục lỗ rộng khoảng 50mm để ổn định dòng

5.1.2.Tải trọng ngưỡng chảy tràn

𝑄:Lưu lượng thể tích dòng lỏng đoạn luyện,m 3 /h

𝐿 𝑐 : Chiều dài ngưỡng chảy tràn đĩa đoạn luyện,m

𝜌 𝑡𝑏(𝐿) , 𝑚 3 /ℎ ,Trong đó 𝐺 𝑡𝑏𝐿 : lượng lỏng trung bình đi trong đoạn luyện,kg/h

𝜌 𝑡𝑏(𝐿) :Khối lượng riêng của pha lỏng đi trong đoạn luyện,kg/m 3

𝑄 W87,95 816,92 = 7,085 𝑚 3 /ℎ Tải trọng ngưỡng chảy tràn

𝑄:Lưu lượng thể tích dòng lỏng đoạn chưng ,m 3 /h

𝐿 𝑐 : Chiều dài ngưỡng chảy tràn đĩa đoạn chưng,m

𝜌 𝑡𝑏(𝐶) , 𝑚 3 /ℎ ,Trong đó 𝐺 𝑡𝑏(𝑐) : lượng lỏng trung bình đi trong đoạn luyện,kg/h

𝜌 𝑡𝑏(𝐶) :Khối lượng riêng của pha lỏng đi trong đoạn luyện,kg/m 3

924,42 = 16,99 𝑚 3 /ℎ Tải trọng ngưỡng chảy tràn

5.1.3.Tải trọng kênh chảy truyền

𝑆 𝑘 : diện tích kênh chảy truyền tại cửa vào ,m 2

𝑆 𝑘 : diện tích kênh chảy truyền tại cửa vào ,m 2

5.1.4.Kiểm tra tốc độ rò rỉ lỏng qua lỗ đĩa

Lưu lượng dòng lỏng tối đa trên đĩa đoạn luyện

𝑠 Lưu lượng dòng lỏng nhỏ nhất trên đĩa đoạn luyện

𝑠Chiều cao tối đa phần lớp bọt phía trên ngưỡng chảy tràn hình viên phân

= 16,81 𝑚𝑚 [4 − 113] Chiều cao nhỏ nhất phần lớp bọt phía trên ngưỡng chảy tràn hình viên phân

Khi lưu lượng nhỏ nhất ,hc+ h0 = 50 + 10,27 = 60,27 mm

Theo đồ thị hình 7.45,ta xác định được giá trị K2= 30,3

Tốc độ nhỏ nhất của dòng hơi đi trong lỗ qua đĩa(giới hạn rò rỉ lỏng qua lỗ ) được tính theo công thức

Trong đó 𝜌 ℎ : khối lượng riêng của pha hơi đi trong đoạn luyện, 𝜌 𝑦𝑡𝑏(𝐿) 1,17 𝑘𝑔/𝑚 3 d : đường kính của lỗ trên đĩa,d = 5 mm

1,17 1 ⁄ 2 = 11,31 𝑚/𝑠 Tốc độ thực tế hơi đi trong lỗ khi lưu lượng nhỏ nhất

𝑆 𝑙ỗ , 𝑚/𝑠 Trong đó 𝑉 𝑚𝑖𝑛 :lưu lượng thể tích nhỏ nhất của lượng hơi đi trong đoạn luyện,m 3 /s

𝑆 𝑙ỗ : tổng diện tích các lỗ trên đĩa ,

Như vậy tốc độ làm việc nhỏ nhất của dòng hơi đi qua lỗ đĩa lớn hơn so với điểm rò rỉ lỏng ( 12,24 > 11,31 m/s)

Lưu lượng dòng lỏng tối đa trên đĩa đoạn chưng

𝑠Lưu lượng dòng lỏng nhỏ nhất trên đĩa đoạn chưng

𝑠 Chiều cao tối đa phần lớp bọt phía trên ngưỡng chảy tràn hình viên phân

Chiều cao nhỏ nhất phần lớp bọt phía trên ngưỡng chảy tràn hình viên phân

Khi lưu lượng nhỏ nhất ,hc+ h0 = 50 + 22,31 = 77,31 mm

Theo đồ thị hình 7.45,ta xác định được giá trị K2= 30,7

Tốc độ nhỏ nhất của dòng hơi đi trong lỗ qua đĩa(giới hạn rò rỉ lỏng qua lỗ ) được tính theo công thức

Trong đó 𝜌 ℎ : khối lượng riêng của pha hơi đi trong đoạn chưng, 𝜌 𝑦𝑡𝑏(𝐶) 0,755 𝑘𝑔/𝑚 3 d : đường kính của lỗ trên đĩa,d = 5 mm

0,755 1 ⁄ 2 = 14,20 𝑚/𝑠 Tốc độ thực tế nhỏ hơi đi trong lỗ khi lưu lượng nhỏ nhất

𝑆 𝑙ỗ , 𝑚/𝑠 Trong đó 𝑉 𝑚𝑖𝑛 : lưu lượng thể tích nhỏ nhất của lượng hơi đi trong đoạn chưng,m 3 /s

𝑆 𝑙ỗ : tổng diện tích các lỗ trên đĩa ,

Như vậy tốc độ làm việc nhỏ nhất của dòng hơi đi qua lỗ đĩa lớn hơn vận tốc điểm rò rỉ lỏng (19,21 > 14,20 m/s)

Trở lực của tháp đĩa lỗ có kênh chảy chuyền được xác định theo công thức:

∆𝑃 = 𝑁 𝑇𝑇 ∆𝑃 đ IX 135/ [2 – 192 ] Trong đó 𝑁 𝑇𝑇 : Số đĩa thực tế của tháp

∆𝑃 đ : Tổng trở lực của một đĩa,N/m 2 Tổng trở lực của một đĩa được xác định theo công thức :

-𝜔 𝑜 : tốc độ hơi qua lỗ, m/s Đoạn chưng :

0,074 = 14,46 𝑚/𝑠 -𝜀 𝐶 , 𝜀 𝐿 :phần trăm diện tích tự do tương đối của đĩa

-𝜌 𝑦 : khối lượng riêng trung bình của pha hơi , kg/m 3

-𝜉 : hệ số trở lực ,với đĩa có tiết diện tự do của lỗ bằng 7-10% diện tích chung thì 𝜉 1,82

Trở lực đĩa khô đoạn luyện :

2 = 222,62 𝑁/𝑚 2 Trở lực đĩa khô đoạn chưng :

5.2.2 Trở lực của đĩa do sức căng bề mặt

Trở lực của đĩa có lỗ lớn hơn 1mm được xác định theo công thức

Trong đó 𝜎 : sức căng bề mặt của hỗn hợp , N/m

Nồng độ phần khối lượng trung bình đoạn chưng

𝑎 𝑡𝑏(𝑐) = 0,126 𝑝ℎầ𝑛 𝑘ℎố𝑖 𝑙ượ𝑛𝑔 Nhiệt độ trung bình đoạn chưng 𝑡 𝑡𝑏(𝑐) = 92,61℃

Nôi suy theo bảng I.242/[1 – 300] với nhiệt độ 𝑡 𝑡𝑏(𝑐) = 92,61 ℃

Nồng độ phần khối lượng trung bình đoạn luyện

Nhiệt độ trung bình đoạn luyện 𝑡 𝑡𝑏(𝑙) = 82,37 ℃

Nôi suy theo bảng I.242/[1 – 300] với nhiệt độ 𝑡 𝑡𝑏(𝑙) = 82,37 ℃

5.2.3 Trở lực của lớp chất lỏng trên đĩa 𝚫𝑷 𝒕 Δ𝑃 𝑡 = 1,3 [𝐾 ℎ 𝑐 + √𝐾 ( 𝐺 𝑥

K: Tỷ số giữa khối lượng riêng của bọt và khối lượng riêng của lỏng không bọt.Khi tính toán chấp nhận K = 0,5

Lc : chiều dài cửa chảy tràn , m m : hệ số lưu lượng qua cửa chảy tràn (khi 𝐺 𝑥

> 5 m 3 /m.h thì m = 10000) hc : Chiều cao gờ chảy tràn, m

𝜌 𝑥 : Khối lượng riêng của pha lỏng, kg/m 3

 Trở lực lớp chất lỏng trong đoạn luyện

 Trở lực lớp chất lỏng trong đoạn chưng

Tổng trở lực mỗi đĩa đoạn luyện là

∆𝑃 đ(𝐿) = 222,62 + 25,03 + 337,07 = 584,72 𝑁/𝑚 2 Tổng trở lực đoạn luyện là

∆𝑃 (𝐿) = 𝑁 𝑇𝑇(𝐿) ∆𝑃 đ(𝐿) = 20 584,72 = 11169,4 𝑁/𝑚 2 Tổng trở lực mỗi đĩa đoạn chưng là

Tổng trở lực đoạn chưng là

∆𝑃 (𝐶) = 𝑁 𝑇𝑇(𝐶) ∆𝑃 đ(𝐶) = 9 756,08 = 6804,72 𝑁/𝑚 2 Tổng trở lực toàn tháp là

6.Tính cân bằng nhiệt lượng

6.1Tính cân bằng nhiệt lượng của thiết bị gia nhiệt hỗn hợp đầu

𝑄 𝐷1 : Nhiệt lượng hơi đốt mang vào

𝑄 𝑓 : Nhiệt lượng do hỗn hợp đầu mang vào

𝑄 𝐹 : Nhiệt lượng do hỗn hợp đầu mang ra

𝑄 𝑛𝑔1 : Nhiệt lượng do nước ngưng mang ra

𝑄 𝑥𝑞1 : Nhiệt lượng mất mát ra môi trường xung quanh

6.1.1 Nhiệt lượng do hơi đốt mang vào

𝜆 1 : Hàm nhiệt của hơi đốt

𝐶 1 : Nhiệt dung riêng của nước ngưng

Nhiệt độ của hỗn hợp đầu là tF= 86,17℃ nên nhiệt độ của hơi đốt phải cao,chọn chất tải nhiệt là hơi nước bão hoà ở áp suất P = 5 at có nhiệt độ t = 151,1℃ [I.251 – 1 –

Tra bảng I.251/[ 1 – 314] tính chất hóa lý của hơi nước bão hòa phụ thuộc vào áp suất, ta có Ẩn nhiệt hóa hơi r1 = 2117.10 3 J/kg,

Hàm nhiệt hơi đốt 1 = 2754.10 3 J/kg

6.1.2 Nhiệt lượng do hỗn hợp đầu mang vào

Trong đó 𝐺 𝑓 : lượng hỗn hợp đầu, 𝐺 𝑓 = F = 12960 kg/h

𝐶 𝑓 : nhiệt dung riêng của hỗn hợp đầu (J/kg.độ)

𝑡 𝑓 : nhiệt độ ban đầu của hỗn hợp ℃

Bảng 9 Nhiệt dung riêng phụ thuộc nhiệt độ của Etanol và Nước ở trạng thái lỏng [1-

Chất Nhiệt dung riêng Cp, J/kg.độ theo nhiệt độ

Giả sử nhiệt độ hỗn hợp đầu từ 𝑡 𝑓 = 25℃ Từ bảng số liệu có nhiệt dung riêng của Etanol và Nước ở nhiệt độ 25℃ là 𝐶 𝐶 2 𝐻 5 𝑂𝐻 = 2620 J/kg.độ, 𝐶 𝐻 2 𝑂 = 4177,5 J/kg.độ

Nhiệt dung riêng của hỗn hợp đầu ở 25℃

= 2620.0,24 + 4177,5 (1 − 0,24) = 3803,7 J/kg độ Nhiệt lượng do hỗn hợp đầu mang vào:

6.1.3 Nhiệt do hỗn hợp đầu mang ra

𝐺 𝐹 : Lưu lượng của hỗn hợp ra

𝐶 𝐹 ∶Nhiệt dung riêng của hỗn hợp ra

𝑡 𝐹 : Nhiệt độ hỗn hợp sau khi đi ra khỏi thiết bị đun nóng

Từ bảng số liệu số 9 , ta xác định được nhiệt dung riêng của Etanol và nước ở nhiệt độ 𝑡 𝐹

= 86,17℃ là 𝐶 𝐶 2 𝐻 5 𝑂𝐻 = 2891,77 J/kg độ, 𝐶 𝐻 2 𝑂 = 4202,34 J/kg độ

Nhiệt dung riêng của hỗn hợp đầu ở 𝑡 𝐹 = 86,17℃

= 2891,77 0,24 + 4202,34 (1 − 0,24) = 3887,80 J/kg độ Nhiệt lượng hỗn hợp đầu mang ra

6.1.4 Nhiệt lượng do nước ngưng mang ra

𝐺 𝑛𝑔1 : Lượng nước ngưng ra khỏi thiết bị gia nhiệt, kg/h

𝜃 1 : nhiệt độ nước ngưng bằng nhiệt độ hơi đốt, ℃

6.1.5 Nhiệt lượng mất mát ra môi trường xung quanh

Nhiệt lượng mất mát ra môi trường xung quanh lấy bằng 5 % nhiệt lượng tiêu tốn

6.1.6 Lượng hơi đốt cần thiết để dun nóng

= 1546,05 𝑘𝑔/ℎ -Nhiệt lượng hơi đốt mang vào

𝑄 𝐷1 = 𝐷 1 𝜆 1 = 1546,05 2754 10 3 = 4257,82 10 3 𝑘𝐽/ℎ -Nhiệt lượng nước ngưng mang ra

= 984,83 10 3 𝑘𝐽/ℎ Nhiệt lượng mất mát ra môi trường xung quanh

6.2 Cân bằng nhiệt lượng của tháp chưng luyện

-𝑄 𝐹 là nhiệt lượng do hỗn hợp đầu mang vào tháp ,J/h

-𝑄 𝐷2 là nhiệt lượng hơi đốt mang vào tháp ,J/h

-𝑄 𝑅 là nhiệt lượng do chất lỏng hồi lưu mang vào ,J/h

-𝑄 𝑦 là nhiệt lượng do hơi nước mang ra ở đỉnh tháp ,J/h

-𝑄 𝑊 là nhiệt lượng do sản phẩm mang ra ,J/h

-𝑄 𝑥𝑞2 là nhiệt lượng tổn thất ra môi trường xung quanh ,J/h

-𝑄 𝑛𝑔2 là nhiệt lượng do nước ngưng mang ra,J/h

6.2.1 Nhiệt lượng do hỗn hợp đầu mang vào

6.2.2 Nhiệt lượng do hơi đốt mang vào đáy tháp

𝜆 2 : Hàm nhiệt của hơi đốt

𝐶 2 : Nhiệt dung riêng của nước ngưng

Chọn chất tải nhiệt là hơi nước bão hoà ở áp suất P = 5 at có nhiệt độ t 1,1℃

Tra bảng I.251/[ 1 – 314] tính chất hóa lý của hơi nước bão hòa phụ thuộc vào áp suất, ta có Ẩn nhiệt hóa hơi r2 = 2117.10 3 J/kg,

Hàm nhiệt hơi đốt 2 = 2710.10 3 J/kg

6.2.3 Nhiệt lượng do lỏng hồi lưu mang vào

𝑄 𝑅 : nhiệt lượng do lượng lỏng hồi lưu (J/h)

𝐺 𝑅 : lượng lỏng hồi lưu (kg/h)

𝐶 𝑅 : nhiệt dung riêng của lỏng hồi lưu (J/kg.độ)

𝑡 𝑅 = 𝑡 𝑃 = 78,56℃: nhiệt độ lỏng hồi lưu (℃)

Từ bảng số liệu số 9 , ta xác định được nhiệt dung riêng của Etanol và nước ở nhiệt độ 𝑡 𝑅

= 78,56℃ là 𝐶 𝐶 2 𝐻 5 𝑂𝐻 = 2852,8 J/kg độ, 𝐶 𝐻 2 𝑂 = 4190 J/kg độ Nhiệt dung riêng của hỗn hợp đầu ở 𝑡 𝑅 = 86,17℃

6.2.4 Nhiệt lượng do hơi mang ra ở đỉnh tháp

𝜆 𝑑 hàm nhiệt (nhiệt lượng riêng) của hơi ở đỉnh tháp (J/kg)

𝜆 𝐻 2 𝑂 = 𝑟 𝐻 2 𝑂 + 𝑡 𝑃 𝐶 𝐻 2 𝑂 Ẩn nhiệt hoá hơi của etanol và nước ở nhiệt độ tP = 78,56 ℃ là

𝑘𝑔 = 2346450,19 𝐽/𝑘𝑔 Nhiệt dung riêng của Etanol và nước ở nhiệt độ tP = 78,56 ℃ là

6.2.5 Nhiệt lượng do sản phẩm đáy mang ra

𝐺 𝑊 : lượng sản phẩm đáy , kg/h

𝐶 𝑊 : nhiệt dung riêng của sản phẩm đáy, J/kg.độ

𝑡 𝑊 = 99,05℃ : nhiệt độ sản phẩm đáy

Từ bảng số liệu số 9 , ta xác định được nhiệt dung riêng của Etanol và nước ở nhiệt độ 𝑡 𝑊

= 99,05℃ là 𝐶 𝐶 2 𝐻 5 𝑂𝐻 = 2964,53 J/kg độ , 𝐶 𝐻 2 𝑂 = 4229,82 J/kg độ

Nhiệt dung riêng của hỗn hợp đầu ở 𝑡 𝑊 = 99,05℃

6.2.6 Nhiêt lượng mất mát ra môi trường xung quanh

Nhiệt lượng mất mát ra môi trường xung quanh lấy bằng 5 % nhiệt lượng tiêu tốn

𝑄 𝑥𝑞2 = 0,05 𝐷 2 𝑟 2 , , 𝐽/ℎ Cân bằng nhiệt lượng toàn tháp

0,95 2117 10 3 = 5577,24 𝑘𝑔/ℎ Lượng hơi đốt cần thiết D2 = 5577,24 𝑘𝑔/ℎ

-Nhiệt lượng hơi đốt mang vào tháp

-Nhiệt lượng nước ngưng mang ra

= 3552,70 10 3 𝑘𝐽/ℎ Nhiệt lượng mất mát ra môi trường xung quanh

6.3 Cân bằng nhiệt lượng thiết bị ngưng tụ

𝑟 ℎℎ : ẩn nhiệt ngưng tụ của hỗn hợp sản phẩm đỉnh (J/kg)

𝐺 𝑛 : lượng nước lạnh tiêu tốn cần thiết (kg/h)

𝐶 𝑛2 : nhiệt dung riêng của nước làm lạnh (J/ kg.độ) ,

𝑡 2 , 𝑡 1 : nhiệt độ ra, vào của nước lạnh (℃) Ẩn nhiệt hoá hơi của hỗn hợp sản phẩm đỉnh

Chọn nhiệt độ vào của nước lạnh , 𝑡 1 = 25℃, nhiệt độ ra 𝑡 2 E℃

Nhiệt dung riêng của nước ở 35℃ 𝐶 𝑛2 = 4176 𝐽/𝑘𝑔 độ

Lượng nước lạnh tiêu tốn

6.4 Cân bằng nhiệt lượng của thiết bị làm lạnh

𝐶 𝑃 : nhiệt dung riêng của sản phẩm đỉnh đã ngưng tụ (J/kg.độ) ,

Nhiệt dung riêng của sản phẩm đã ngưng tụ 𝐶 𝑃 = 2959,78 J/kg.độ

𝐶 𝑛 : Nhiệt dung riêng của nước ở 𝑡 𝑡𝑏 = 35℃

𝑡 1 ′ , 𝑡 2 ′ : nhiệt độ đầu, cuối của sản phẩm đỉnh đã ngưng tụ (℃)

𝑡 1 ′ = 𝑡 𝑃 = 78,56 ℃ ,Giả sử làm lạnh sản phẩm đỉnh tới 𝑡 2 ′ = 25℃

𝑡 2 , 𝑡 1 : nhiệt độ đầu, cuối của nước lạnh (℃)

Chọn nhiệt độ vào của nước lạnh , 𝑡 1 = 25℃, nhiệt độ ra 𝑡 2 = 45℃

CƠ KHÍ THÁP CHƯNG LUYỆN

Tính bề dày thân tháp

Chọn vật liệu làm thân buồng đốt là thép crôm – niken – titan (X18H10T) và phương pháp chế tạo là dạng thân hình trụ hàn

Bề dày thân tháp được tính theo công thức XIII.8 [2-360]

Dtr: đường kính trong của thân tháp, m

P : áp suất làm việc của tháp , N/m 2

𝜑 : hệ số bền hàn của thanh hình trụ theo phương dọc,

Theo bảng XIII.8 [2-362] nếu hàn tay bằng hồ quang điện với Dtr ≥ 700(mm), thép không gỉ thì φ = 0,95

C : hệ số bổ sung do ăn mòn và dung sai về chiều dày ,m

 Xác đinh C : Đại lượng bổ sung C trong công thức XIII.8[2-362] phụ thuộc vào độ ăn mòn, độ bào mòn và dung sai của chiều dày Xác định đại lượng C theo công thức

- C1 : bổ sung do ăn mòn, xuất phát từ điều kiện ăn mòn vật liệu của môi trường và thời gian làm việc của thiết bị, m Đối với vật liệu bền (0,05 ÷ 0,1 mm/năm) ta lấy C1 = 1 mm = 10 -3 m

- C2 : đại lượng bổ sung do hao mòn, chỉ tính đến trong trường hợp nguyên liệu có chứa các hạt rắn chuyến động với tốc độ lớn ở trong thiết bị,nên có thể bỏ qua C2

- C3 : đại lượng bổ sung do dung sai của chiều dày, phụ thuộc vào chiều dày tấm vật liệu m

1.1.Xác định ứng suất cho phép [𝝈]

Khi tính toán sức bền của thiết bị trước hết cần xác định ứng suất cho phép Đại lượng ứng suất cho phép phụ thuộc vào dạng ứng suất, đặc trưng bền của vật liệu chế tạo, nhiệt độ tính toán, công nghệ chế tạo và điều kiện sản xuất Ứng suất cho phép được xác định theo các công thức: Ứng suất cho phép khi kéo [𝜎 𝑘 ]= 𝜎 𝑘

𝜂 𝑘 𝜂 N/m 2 XIII.1 [2-355] Ứng suất cho phép theo giới hạn chảy [𝜎 𝑐 ] = 𝜎 𝑐

-[𝜎 𝑘 ], [𝜎 𝑐 ] :Ứng suất cho phép khi kéo,theo giới hạn chảy

-𝜂 𝑘 , 𝜂 𝑐 : hệ số an toàn theo giới hạn bền, giới hạn chảy

Tra bảng XIII.3 [2-356] với thép không gỉ cán, rèn dập ta xác định được

k: giới hạn bền khi kéo Tra bảng XII.4 [2-309] với thép không gỉ X18H10T dày

- c: giới hạn chảy Tra bảng XII.4 [2-309] với thép không gỉ X18H10T dày 4 – 25 mm ta được c = 220.10 6 (N/m 2 ) η : hệ số điều chỉnh Các chi tiết, bộ phận không bị đốt nóng hay được cách ly với nguồn đốt nóng trực tiếp (nhóm thiết bị 2) Các thiết bị không dùng để sản xuất ở áp suất cao

(loại 2) Tra bảng XIII.2 [2-356] ta xác định được η = 1

1,5 = 146,67.10 6 N/m 2 Vậy ứng suất cho phép của vật liệu:

1.2 Xác định áp suất làm việc của tháp

Môi trường làm việc là hỗn hợp lỏng hơi nên áp suất làm việc bằng tổng áp suất hơi (Pmt) và áp suất thủy tĩnh (Ptt) của cột chất lỏng

Chưng ở áp suát khí quyển 𝑃 𝑚𝑡 = 𝑃 𝑎 = 1,01 10 5 𝑁/𝑚 2 Áp suất thuỷ tĩnh 𝑃 𝑡𝑡 = 𝜌 𝐻 𝑔

𝜌: khối lượng riêng của lỏng đi trong tháp, kg/m 3

H: chiều cao cột chất lỏng , m g : gia tốc trọng trường , g = 9,81 m/s 2

 Đoạn chưng Áp suất thuỷ tĩnh trong đoạn chưng được tính theo công thức

-Khối lượng riêng của hỗn hợp lỏng đi trong đoạn chưng 𝜌 𝑥𝑡𝑏(𝑐) = 924,42 𝑘𝑔

𝑃 𝑡𝑡(𝐶) = 924,42 9,81 14,4 = 1,31 10 5 𝑁/𝑚 2 Áp suất làm việc đoạn chưng

-Áp suất thuỷ tĩnh trong đoạn chưng được tính theo công thức

𝑃 𝑡𝑡(𝐿) = 𝜌 𝑔 𝐻 -Khối lượng riêng của hỗn hợp lỏng đi trong đoạn luyện

𝑃 𝑡𝑡(𝐿) = 816,92 9,81 9,9 = 0,79 10 5 𝑁/𝑚 2 Áp suất làm việc đoạn luyện :

2,32 10 5 0,95 = 600,58 > 50 nên có thể bỏ qua P ở mẫu số

Sc = 1,17 10 −3 + 1,18 10 -3 = 2,35 10 -3 m Đoạn chưng của tháp có đường kính Dtr =1,4m nên chiều dày nhỏ nhất của tháp là

8 mm nên chọn Sc = 8 mm , C3 =0,8 mm ,C = 1,8 mm [4-478]

Kiểm tra ứng suất theo áp suất thử thuỷ lực :

1,2 (N/m 2 ) Áp suất thử 𝑃 0 tính toán theo công thức XIII.27 [2-366]:

𝑃 𝑡ℎ : áp suất thử thủy lực, N/m 2

𝑃 1 : áp suất thủy tĩnh của dung dịch, N/m 2

𝑃 1 = 𝜌 𝑛ướ𝑐 𝑔 ℎ (N/m 2 ) Trong đó 𝜌 𝑛ướ𝑐 : khối lượng riêng của nước 𝜌 𝑛ướ𝑐 = 997 𝑘𝑔/m 3

1,2 = 183,33 10 6 N m 2 (𝑇ℎ𝑜ả 𝑚ã𝑛) Vậy chọn bề dày đoạn chưng là Sc = 8 mm

1,80 10 5 0,95 = 774,09 > 50 nên có thể bỏ qua P ở mẫu số

SL = 1,03 10 −3 + 1,18 10 -3 = 2,21 10 -3 m Đoạn luyện của tháp có đường kính Dtr=1,6m nên chiều dày nhỏ nhất của tháp là 8 mm nên chọn SL = 8 mm , C3 =0,8 mm ,C = 1,8 mm [4-478]

Kiểm tra ứng suất theo áp suất thử thuỷ lực :

1,2 (N/m 2 ) Áp suất thử 𝑃 0 tính toán theo công thức XIII.27 [2-366]:

𝑃 𝑡ℎ : áp suất thử thủy lực, N/m 2

𝑃 1 : áp suất thủy tĩnh của dung dịch, N/m 2

𝑃 1 = 𝜌 𝑛ướ𝑐 𝑔 ℎ (N/m 2 ) Trong đó 𝜌 𝑛ướ𝑐 : khối lượng riêng của nước 𝜌 𝑛ướ𝑐 = 997 𝑘𝑔/m 3

= 183,33 10 6 N/m 2 (𝑇ℎ𝑜ả 𝑚ã𝑛) Vậy chọn bề dày đoạn luyện là SL =8 mm

2.Tính đáy và nắp thiết bị

Chọn nắp và đáy elip có gờ với vật liệu chế tạo là thép không gỉ X18H10T Chiều dày nắp và dáy elip có gờ được xác định theo công thức XIII.47 [2-385]:

2.1.Tính chiều dày đáy tháp

𝐷 𝑡𝑟 : đường kính trong của đoạn chưng , 𝐷 𝑡𝑟 = 1,4 m

- hb : chiều cao phần lồi của đáy ,Tra bảng XIII.10 [2-381] với Dtr= 1,4 m chọn hb = 350 (mm)

- φh : hệ số bền của mối hàn hướng tâm, chọn φh =0,95

-k : hệ số bền của đáy được tính theo công thức XIII.48 [2-385] k= 1- 𝑑

𝐷𝑡𝑟 d : đường kính cửa vào hỗn hợp đầu được tính theo công thức VII.42 [2-47] d = √ 𝑉

0,785 𝜔 , 𝑚 với 𝜔 :tốc độ của lỏng đi trong ống,m/s

Theo bảng II.2 [1-370],Chất lỏng tự chảy có vận tốc từ 0,1-0,5 m/s chọn

V : lưu lượng thể tích hỗn hợp đầu đi vào thiết bị ,m 3 /s

G : lượng hỗn hợp đi vào thiết bị,kg/h

Khối lượng riêng của Etanol 1,2% khối lượng ở 99,05 o C là

Lưu lượng thể tích hỗn hợp đi vào thiết bị

3600 960,4 = 4,25 10 −3 𝑚 3 /𝑠 Đường kính cửa vào hỗn hợp đầu

Quy chuẩn theo bảng XIII.32 [2-434] chọn dtr = 0,125 m

Với 𝑑 𝑡𝑟 = 0,125 m thì vận tốc lỏng trong ống là

𝜔 = 4,25 10 −3 0,785 0,125 2 = 0,35 𝑚/𝑠 Tra bảng XIII.26 [2-414] với P = 0,25.10 6 (N/m2) và dtr = 125 mm ta có thông số của bích như sau:

Tra bảng XIII.32 [2-434] chọn chiều dài đoạn ống nối l = 120 (mm)

C : đại lượng bổ sung ,thêm 2mm khi S-C ≤ 10 mm,

Kích thước nối Kiểu bích

Bu lông 1 db (mm) Z (cái) h

Quy chuẩn theo bảng XIII.11 [2-384]: S = 5 (mm), C3=0,5 mm,C=3,5mm

 Kiểm tra ứng suất theo áp suất thuỷ lực Po

Po: Áp suất thử được tính theo công thức XIII.27 [2-366]

- Pth : áp suất thử thủy lực lấy theo bảng XIII.5 [2-358]

-Pl : áp suất thủy tĩnh của nước được tính theo công thức XIII.10 [2-360]

P1 = ρ.g.H (N/m 2 ) ρ : khối lương riêng của nước ở 25 o C , kg/m 3

Tra bảng I.5 [1-11] ở 25 o C khối lượng riêng của nước là  = 997 kg/m 3

P1= ρ.g.H 7 9,81 (14,4+0,375+0,425) = 148664,66 N/m 2 Áp suất thử Po= 1,5 Pb +Pl = 348000+ 148664,66 = 496664,66 N/m 2

Thoả mãn điều kiện ứng suất thuỷ lực

Vậy chọn bề dày đáy tháp là S = 6 mm

2.2 Tính chiều dày nắp tháp

𝐷 𝑡𝑟 : đường kính trong của đoạn luyện , 𝐷 𝑡𝑟 = 1,6 m

- hb : chiều cao phần lồi của đáy ,Tra bảng XIII.10 [2-381] với Dtr= 1,6 m chọn hb = 400 (mm)

- φh : hệ số bền của mối hàn hướng tâm, chọn φh =0,95

-k : hệ số bền của đáy được tính theo công thức XIII.48 [2-385] k = 1 − 𝑑

-d : đường kính ống dẫn hơi sản phẩm đỉnh được tính theo công thức VII.42 [2-47] d = √ 𝑉

0,785 𝜔 , 𝑚 với 𝜔 :tốc độ của hơi đi trong ống,m/s

Theo bảng II.2 [1-370] hơi bão hoà ở 1-0,5 at có vận tốc 20-40 m/s, chọn 𝜔 = 20 m/s

V : lưu lượng hơi ra khỏi đỉnh tháp ,m 3 /s

Khối lượng riêng của hơi đi ra khỏi đỉnh tháp

22,4 (78,56 + 273) = 1,42 𝑘𝑔/𝑚 3 Lưu lượng thể tích sản phẩm đỉnh :

3600 1,42 = 2,17 𝑚 3 /𝑠 Đường kính ống dẫn hơi ở đỉnh

Quy chuẩn theo bảng XIII.32 [2-434] chọn d = 0,35 m

C : đại lượng bổ sung ,thêm 2mm khi S-C ≤ 10 mm,

𝑆 = (1,40 + 3,18) 10 −3 = 4,58 10 −3 𝑚 Quy chuẩn theo bảng XIII.11 [2-384]: S = 5 (mm), C3=0,5 mm,C=3,5mm

 Kiểm tra ứng suất theo áp suất thuỷ lực Po

Po: Áp suất thử được tính theo công thức XIII.27 [2-366]

- Pth : áp suất thử thủy lực lấy theo bảng XIII.5 [2-358]

-Pl : áp suất thủy tĩnh của nước được tính theo công thức XIII.10 [2-360]

P1 = ρ.g.H (N/m 2 ) ρ : khối lương riêng của nước ở 25 o C , kg/m 3

Tra bảng I.5 [1-11] ở 25 o C khối lượng riêng của nước là

P1= ρ.g.H 7 9,81.0,425 = 4156,74 N/m 2 Áp suất thử Po= 1,5 Pb +Pl = 270000+ 4156,74 = 274156,74 N/m 2

1,2 = 183,33 10 6 Thoả mãn điều kiện ứng suất thử thuỷ lực

Vậy chọn bề dày nắp tháp là S = 6 mm

3.Tính đường kính ống dẫn

Chọn vật liệu ống dẫn cùng loại vật liệu tháp là X18H10T

𝜔 : vận tốc lưu thể trong ống dẫn,m/s

3.1 Ống dẫn hơi ở đỉnh tháp

Theo mục 2.2 có đường kính ống dẫn hơi đỉnh tháp d = 0,35 m

Tra bảng XIII.26 [2-414] với P = 0,25.10 6 (N/m 2 ) và dtr = 350 (mm) ta có thông số bích như sau:

(mm) Ống Kích thước nối Kiểu bích

Bu lông 1 db (mm) Z (cái) h (mm)

Tra bảng XIII.32 [2-434] chọn chiều dài đoạn ống nối l = 150 (mm)

3.2 Ống dẫn hồi lưu sản phẩm đỉnh

𝜌 𝑅 : khối lượng riêng của sản phẩm đỉnh hồi lưu tại tP = 78,56 ℃ Ở tP = 78,56 ℃

Khối lượng riêng của nước là 𝜌 𝐻 2 𝑂 = 972,79 kg/m 3

Khối lượng riêng của Etanol là 𝜌 𝐶 2 𝐻 5 𝑂𝐻 = 736,37 kg/m 3

Lưu lượng thể tích lượng lỏng hồi lưu

𝑉 = 7842,79 3600.750,97 = 2,90 10 −3 𝑚 3 /𝑠 Theo bảng II.2 [1-370],Chất lỏng tự chảy có vận tốc từ 0,1-0,5 m/s chọn 𝜔 =0,5 m/s

Quy chuẩn theo bảng XIII.32 [2-434] chọn d=0,1 m

Với d=0,1 m thì vận tốc lỏng trong ống là

𝜔 = 2,90 10 −3 0,785 0,1 2 = 0,37 𝑚/𝑠 (𝑡ℎ𝑜ả 𝑚ã𝑛) Tra bảng XIII.26 [2-414] với P = 0,25.10 6 (N/m 2 ) và d = 100 (mm) ta có thông số bích như sau:

(mm) Ống Kích thước nối Kiểu bích

Bu lông 1 db (mm) Z (cái) h (mm)

Tra bảng XIII.32 [2-434] chọn l = 120 (mm)

3.3.Ống dẫn hỗn hợp nguyên liệu đầu

Lưu lượng thể tích hỗn hợp đi vào tháp

F = 3,6 kg/s Lưu lượng khối lượng hỗn hợp đầu

𝜌 𝐹 : Khối lượng riêng của hỗn hợp đầu ở tF = 86,17 ℃ Ở tF = 86,17 ℃

Khối lượng riêng của nước là 𝜌 𝐻 2 𝑂 = 967,68 kg/m 3

Khối lượng riêng của Etanol là 𝜌 𝐶 2 𝐻 5 𝑂𝐻 = 729,76 kg/m 3

Lưu lượng thể tích lượng lỏng hồi lưu

𝑉 = 3,6 897,46 = 4,01 10 −3 𝑚 3 /𝑠 Theo bảng II.2 [1-370],Chất lỏng tự chảy có vận tốc từ 0,1-0,5 m/s chọn 𝜔 =0,5 m/s

Quy chuẩn theo bảng XIII.32 [2-434] chọn d = 0,125 m

Với d=0,1 m thì vận tốc lỏng trong ống là

Tra bảng XIII.26 [2-414] với P = 0,25.10 6 (N/m 2 ) và d = 125 (mm) ta có thông số bích như sau:

(mm) Ống Kích thước nối Kiểu bích

Bu lông 1 db (mm) Z (cái) h (mm)

Tra bảng XIII.32 [2-434] chọn l = 120 (mm)

3.4.Ống dẫn hỗn hợp lỏng ra

Theo mục 2.1 đường kính ống dẫn sản phẩm đáy là d = 0,125 m

Tra bảng XIII.26 [2-414] với P = 0,25.10 6 (N/m 2 ) và dtr = 125 (mm) ta có thông số bích như sau:

(mm) Ống Kích thước nối Kiểu bích

Bu lông 1 db (mm) Z (cái) h (mm)

Tra bảng XIII.32 [2-434] chọn l = 120 (mm)

3.5 Ống dẫn hồi lưu hơi sản phẩm đáy

Lưu lượng thể tích lượng hơi sản phẩm đáy hồi lưu

𝑔′ 𝑙 = 4999,16 𝑘𝑔/ℎ Lưu lượng khối lượng lượng hơi sản phẩm đáy hồi lưu

𝜌 : Khối lượng riêng của hơi hồi lưu đi vào đáy tháp ở nhiệt độ t= 𝑡 𝑊 = 99,05 ℃ Ở t= 99,05 ℃

Khối lượng riêng của hơi hồi lưu đi vào đáy tháp

22,4 (99,05 + 273) = 0,59 𝑘𝑔/𝑚 3 Lưu lượng thể tích lượng hơi hồi lưu đáy tháp

3600 0,59 = 2,35 𝑚 3 /𝑠 Theo bảng II.2 [1-370] hơi bão hoà ở 1-0,5 at có vận tốc 20-40 m/s, chọn 𝜔 = 20 m/s

Quy chuẩn theo bảng XIII.32 [2-434] chọn d = 0,350 m

Với d=0,35 m thì vận tốc lỏng trong ống là

Tra bảng XIII.26 [2-414] với P = 0,25.10 6 (N/m 2 ) và dtr = 350 (mm) ta có thông số bích như sau:

(mm) Ống Kích thước nối Kiểu bích

Bu lông 1 db (mm) Z (cái) h (mm)

Tra bảng XIII.32 [2-434] chọn l = 150 (mm)

Chọn bích nối giữa thân tháp với đáy và nắp

Do không thể chế tạo thân tháp được với chiều dài lớn nên ta buộc phải dùng bích để nối các phần lại với nhau Với tháp hình trụ làm việc ở điều kiện thường (áp suất thấp và trung bình) chọn mặt bích liền bằng thép X18H10T để nối thân với đáy và nắp thiết bị Cấu tạo của bích là bích liền phẳng hàn kiểu 1 theo bảng XIII.27 [2 – 417]

4.1.Số bích nối cần thiết ở đoạn chưng

Tra bảng XIII.27 [2-420] P = 0,3.10 6 N/m 2 ,chọn bích liền bằng thép để nối thiết bị, Với 𝐷 𝑡𝑟 = 1,4 (𝑚) ta có bảng:

Kích thước nối Kiểu bích

Theo bảng IX.5[2-170] với D= 1400 mm chọn khoảng cách giữa 2 mặt nối bích là 2 m Với khoảng cách giữa mỗi đĩa là 400 mm ,chiều cao đoạn chưng là 4,5 m

Số bích cần thiết đoạn chưng là nB = (3+1).2 = 8 bích

4.2 Số bích nối cần thiết đoạn luyện

Tra bảng XIII.27 [2-420] P = 0,3.10 6 N/m 2 ,chọn bích liền bằng thép để nối thiết bị, Với

Kích thước nối Kiểu bích

Theo bảng IX.5[2-170] với D= 1600 mm chọn khoảng cách giữa 2 mặt nối bích là 2 m Với khoảng cách giữa mỗi đĩa là 450 mm ,chiều cao đoạn luyện là H(L) = 9,9 m

 H/2=9,9/2=4,95 Số bích cần thiết đoạn chưng là nB = (5+1).2 = 12 bích

5.Trụ đỡ của thiết bị

Khối lượng của thân tháp trụ được tính theo công thức

𝜌: khối lượng riêng của vật liệu chế tạo tháp

Tra bảng XII.7 [2-313] được khối lượng riêng của thép không gỉ X18H10T

Dtr ,đường kính trong của tháp

𝐷 𝑛 = 𝐷 𝑡𝑟 + 2 𝑆 , 𝑚: đường kính ngoài của tháp

 Khối lượng thân tháp đoạn chưng

Dtr = 1,4 m,đường kính trong đoạn chưng

𝐷 𝑛 = 𝐷 𝑡𝑟 + 2 𝑆 = 1,4 + 2 8 10 −3 = 1,416 𝑚: đường kính ngoài của tháp

 Khối lượng thân tháp đoạn luyện

Dtr = 1,4 m,đường kính trong đoạn chưng

𝐷 𝑛 = 𝐷 𝑡𝑟 + 2 𝑆 = 1,6 + 2 8 10 −3 = 1,616 𝑚: đường kính ngoài của tháp

 Phần côn nối đoạn chưng và đoạn luyện

Chọn chiều dày đoạn côn bằng chiều dày tháp S = 8 mm

𝑅, 𝑟: bán kính 2 đáy của côn, m Thay số ta có:

Vậy khối lượng của phần nón cụt:

5.1.2 Khối lượng của nắp và đáy tháp

Tra bảng XIII.11 [2-384] với S= 6 mm tương ứng với chiều cao gờ h%mm đường kính

D = 1,4 mthì khối lượng đáy elip tháp là 𝑚 = 106 1,01 = 107,06 𝑘𝑔

Tra bảng XIII.11 [2-384] với S= 6 mm tương ứng với chiều cao gờ h%mm đường kính

D = 1,6 m thì khối lượng nắp elip tháp là 𝑚 = 137 1,01 = 138,37 𝑘𝑔

Tổn khối lượng nắp và đáy là 𝑚 2 = 107,06 + 138,37 = 245,43 𝑘𝑔

Bích liền bằng thép để nối thiết bị, Với 𝐷 𝑡𝑟 = 1,4 (𝑚) ta có bảng:

Kích thước nối Kiểu bích

4 𝐻 𝑛 , 𝑘𝑔 Trong đó : n số bích cần thiết

-Đoạn luyện : chọn bích liền bằng thép để nối thiết bị, Với 𝐷 𝑡𝑟 = 1,6 (𝑚) ta có bảng:

Kích thước nối Kiểu bích

-Diện tích tiết diện ngang của đoạn chưng: SC = 𝜋.D 𝐶

4 = 1,54 𝑚 2 -Diện tích kênh chảy truyền lỏng : SK(C) = 0,087 m 2

-Diện tích làm việc của đĩa: Sđ(C) = SC- 2.SK(C) = 1,54- 2 0,087 = 1,368 m 2

-Diện tích tự do tương đối của lỗ : 𝜀 = 7%

-Số đĩa đoạn chưng N = 9 đĩa

Diện tích của đĩa : S = SC - SK(C) - 𝜀 Sđ(C)

-Diện tích tiết diện ngang của đoạn luyện : SL= 𝜋.D 𝐿

4 = 2,01 𝑚 2 -Diện tích kênh chảy truyền lỏng : SK(L) = 0,088 m 2

-Diện tích làm việc của đĩa: Sđ(L) = SL- 2.SK(L) = 2,01 - 2.0,088 = 1,834 m 2

-Chọn đường kính lỗ : d = 5 mm

-Diện tích tự do tương đối của lỗ : 𝜀 = 7,4%

-Số đĩa đoạn luyện N = 20 đĩa

Diện tích của đĩa : S = SL - SK(L) - 𝜀 Sđ(L)

5.1.5.Khối lượng lớp cách nhiệt

Chọn lớp cách nhiệt làm từ bông thủy tinh 𝛿 𝑐𝑛 = 20𝑚𝑚 bao quanh thiết bị

 Khối lượng của lớp cách nhiệt bao quanh thân tháp, cả phần gờ ở đáy và nắp Đoạn chưng:

Khối lượng của lớp cách nhiệt bao quanh thân tháp, cả phần gờ ở đáy:

4 (𝐻 + ℎ) (𝑘𝑔) Trong đó: Đường kính ngoài của đoạn chưng 𝐷 𝑛 = 1,416 𝑚

Khối lượng riêng của bông thủy tinh: 𝜌 = 200 𝑘𝑔

Chiều cao gờ ở đáy: h% mm =0,025 m

Khối lượng của lớp cách nhiệt bao quanh thân tháp, cả phần gờ ở nắp :

4 (𝐻 + ℎ) (𝑘𝑔) Trong đó: Đường kính ngoài của đoạn chưng 𝐷 𝑛 = 1,616 𝑚

Khối lượng riêng của bông thủy tinh: 𝜌 = 200 𝑘𝑔

Chiều cao gờ ở đáy: h% mm = 0,025 m

 Khối lượng của lớp cách nhiệt phủ đáy và nắp

Tra bảng XIII.10 [2-381] với Dtr= 1,4 m, 𝐹 đá𝑦 = 2,24 𝑚 2

Dtr= 1,6 m, 𝐹 𝑛ắ𝑝 = 2,90 𝑚 2 Coi phần nắp và đáy bị ống dẫn chiếm chỗ tiết diện tròn phẳng

Khối lượng của lớp cách nhiêt phủ đáy

4 ) = 8,93 (𝑘𝑔) Khối lượng của lớp cách nhiệt phủ nắp:

4 ) = 11,47 (𝑘𝑔) Tổng khối lượng của lớp cách nhiệt:

= 40,54 + 101,40 + 8,93 + 11,4 = 116,09 (𝑘𝑔) Tải trọng của tháp khi không chứa lỏng

5.1.6.Khối lượng khi tháp đầy nước

4 9,9) = 26832,34 𝑘𝑔 Tải trọng của tháp khi đầy nước là

5.2.1 Momen uốn tại đường chân đáy trụ đỡ

Chọn trụ đỡ cao H=1,4 m có dạng trụ đứng(𝜃 = 90 o ) , vật liệu chế tạo từ thép carbon

CT3, được hàn phẳng với vỏ tháp [4-489- hình 8.17b]

Chọn áp suất động dao gió tạo ra: 𝑃 𝑊 = 1280 𝑁

𝑚 2 ứng với tốc độ gió UW0 km/h [4- 503-8.63] Đường kính trung bình của lớp cách nhiệt là:

𝐷 𝑚(𝐶) = 𝐷 𝑛(𝐶) + 2 𝛿 𝑐𝑛 = 1,616 + 2.0,02 = 1,656 (𝑚) Tải trọng tính theo 1m đường kính: Đoạn chưng

Momen uốn tại đường chân đáy trụ đỡ:

Tại lần tính đầu tiên chọn chiều dày trụ đỡ 𝑡 𝑠 = 18 𝑚𝑚

-Ứng suất uốn trong trụ đỡ được tính theo công thức:

Ds : Đường kính trong của tru đỡ,m

𝐷 𝑠 = 𝐷 𝐶 = 1,4 𝑚 ts : chiều dày trụ đỡ ,m

𝜋(1,4 2 + 0,018) 1,4 0,018 = 7,10.10 6 𝑁/𝑚 2 -Ứng suất do trọng lượng tạo ra khi thử kiểm tra tháp bằng nước tính theo công thức [4- 490-8.47]

𝜋 (1,4 + 0,018) 0,018 = 3,28.10 6 𝑁/𝑚 2 Ứng suất do trọng lượng tạo ra ở trạng thái làm việc tính theo công thức [4-490-8.47]

𝜋 (1,4 + 0,018) 0,018= 0,88.10 6 𝑁/𝑚 2 Ứng suất nén cực đại [4-490-8.45]

𝜎 𝑠𝑚𝑎𝑥(𝑛é𝑛) = 𝜎 𝑏𝑠 + 𝜎 𝑚𝑠 = (7,10 + 3,28) 10 6 = 10,39.10 6 𝑁/𝑚 2 Ứng suất căng cực đại [4-490-8.44]

𝜎 𝑠𝑚𝑎𝑥(𝑐ă𝑛𝑔) = 𝜎 𝑏𝑠 − 𝜎 ′ 𝑚𝑠 = (7,10 − 0,88) 10 6 = 6,22.10 6 𝑁/𝑚 2 Độ bền của mối hàn sẽ phụ thuộc vào kiểu ghép nối và chất lượng mối hàn Các mối hàn phải được kiểm tra bằng siêu âm Tuy nhiên cần cân đối giữa chi phí siêu âm và kinh phí chế tạo khi tăng giá thành vạt liệu Ta chọn mối hàn ghép nối đinh hoặc tương tự, hệ số mối hàn J=0,85

Thép CT3 là thép carbon, ứng suất thiết kế tại nhiệt độ 0-50 o C là 𝑓 𝑘 = 135.10 6 𝑁/𝑚 2 và mô đun đàn hồi Young 𝐸 = 2.10 11 𝑁/𝑚 2

Tiêu chuẩn kiểm tra thiết kế:

𝐷 𝑠 𝑠𝑖𝑛𝜃 10,39.10 6 < 135.10 6 0,85 𝑠𝑖𝑛90 = 114,75.10 6 𝑁/𝑚 2 → 𝑻𝒉ỏ𝒂 𝒎ã𝒏 Để tính đến khả năng ăn mòn sẽ thêm 2mm vào chiều dày thiết kế.Vậy chiều dày trụ đỡ sẽ là t = 18+2 = 20 mm

5.3 Vòng chịu tải ở đáy trụ đỡ và các bulong định vị

Chọn gần đúng đường kính vòng tròn tâm có lỗ lắp bulong bằng 𝐷 𝑏 = 1600 𝑚

Chu vi vòng tròn tâm của các lỗ lắp bu-lông bằng: 𝜋 𝐷 𝑏 = 5027 𝑚𝑚

Số bu-lông cần thiết để định vị vòng đáy trụ đỡ khi chọn bước bu-lông 𝑃 = 800𝑚𝑚,

800 = 6,28 Chọn số bu-lông là bội chung của 4 suy ra 𝑁 𝑏 = 8 cái

Chọn ứng suất cho phép của bu-lông: 𝑓 𝑏 = 125 𝑁/𝑚𝑚 2

Diện tích tiết diện ngang của một bu-lông tính theo công thức 8.50 [4-491]:

Chọn bu-lông M36, có tiết diện bu-lông tại chân ren 𝐴 𝑏 = 817 𝑚𝑚 2 [4 - 494]: Đường kính bu-lông:

Tải trọng nén tổng cộng tác dụng lên vòng đáy của trụ đỡ (tính theo một đơn vị chiều dài) được tính theo công thức 8.51 [4-492-8.51]:

Chọn khả năng chịu áp suất nén của móng bê tông 𝑓 𝑐 = 5 ( 𝑁

𝑚 3 ), khi đó chiều rộng của vòng đỡ đáy trụ được tính theo công thức 8.52 [4-493]

10 3 = 39,34 (𝑚𝑚) Chiều rộng thực tế của vòng đáy có 𝐿 𝑟 = 𝐵 = 102 𝑚𝑚 [4 − 494] và các thông số sau:

Kích thước,mm Kích thước bu lông

Diện tích tiết diện bu lông tại chân ren

Chiều rộng thực tế của vòng đáy trụ: 𝐿 𝑏 = 𝐿 𝑟 + 𝑡 𝑠 + 50 = 102 + 20 + 50 = 172 (𝑚𝑚) Áp suất thực tế tác dụng lên móng bê tông:

𝑚𝑚 2 ) Chiều dày nhỏ nhất của vòng đáy trụ được tính theo công thức 8.53 [4-493]:

𝑚𝑚 2 ) là ứng suất thiết kế cho phép vật liệu chế tạo vòng đáy trụ

THÔNG SỐ CÔNG NGHỆ VÀ CƠ KHÍ THIẾT BỊ PHỤ

Tính lượng nhiệt trao đổi

𝐺 đ : lưu lượng hỗn hợp đầu, 𝐺 đ = 12960 kg/h = 3,6 kg/s

𝐶 𝑓 : nhiệt dung riêng của hỗn hợp đầu ở 25℃, 𝐶 𝑓 = 3887,80 J/kg.độ

𝐶 𝐹 : nhiệt dung riêng của hỗn hợp đầu ở 86,17℃, 𝐶 𝐹 = 3803,7 J/kg độ

𝑡 𝐹 : nhiệt độ sôi của hỗn hợp đầu, 𝑡 𝐹 = 86,17℃

𝑡 𝑓 : nhiệt độ đầu của hỗn hợp, 𝑡 𝑓 = 25℃

𝑄 = 3,6 3887,80 86,17 − 3,6.3803,7.25 = 863,707 𝑘𝑊 Lượng hơi đốt cần thiết tính ở mục 6.1.6 là D = 1546,05 𝑘𝑔/ℎ

Nhiệt độ trung bình lưu thể

Nhiệt độ trung bình giữa hai lưu thể là:

Hơi đốt: Nhiệt độ trung bình: 𝑡 1𝑡𝑏 = 151,1℃

Phía hỗn hợp: Nhiệt độ trung bình: 𝑡 2𝑡𝑏 = 𝑡 ℎđ − ∆𝑡 𝑡𝑏

Hệ số cấp nhiệt cấp nhiệt về phía hơi ngưng tụ

Hệ số cấp nhiệt về phía hơi ngưng tụ được tính theo công thức V.101 [2-28]:

Trong đó: r: ẩn nhiệt ngưng tụ lấy theo nhiệt độ hơi nước bão hòa, J/kg r = 2117 (kJ/kg)

∆𝑡 1 : chênh lệch nhiệt độ giữa nhiệt độ hơi đốt và nhiệt độ thành ống truyền nhiệt, ℃

H: chiều cao ống truyền nhiệt, H=3 (m)

A: hằng số tra theo nhiệt độ màng nước ngưng

Tra hệ số A theo 𝑡 𝑚 = 147,2℃ trong bảng A-t [2-29] và nội suy ta được

Tính nhiệt tải riêng về phía hơi ngưng tụ

Tính hệ số cấp nhiệt phía hỗn hợp chảy xoáy

Theo công thức V.40 [2-14]:Chuẩn số Nusselt của hỗn hợp

𝑃𝑟 𝑇 :chuẩn số Pran của dòng tính theo nhiệt độ trung bình của tường

Chọn vận tốc hỗn hợp đầu đi trong ống là 𝜔 = 0,2 𝑚/𝑠 d: đường kính trong của ống truyền nhiệt,m

𝜌:khối lượng riêng của hỗn hợp đầu,kg/m 3

𝜇: độ nhớt của hỗn hợp đầu,N.s/m 2

 Chế độ chuyển động của hỗn hợp trong ống là chảy xoáy

𝜀 𝑘 : hệ số hiệu chỉnh tính đến ảnh hưởng của tỉ số giữa chiều dài L và đường kính trong của của ống d = 21 mm, L=H= 3m

𝑑 = 3 0,021 = 142,86 > 50 Tra theo bảng V.2 Trị số 𝜀 1 trong công thức V.40 [2-15] được 𝜀 1 = 1

 Tính chuẩn số Prant (Pr) Áp dụng công thức V.35 [2-12]:

𝐶 𝑝 : nhiệt dung riêng của hỗn hợp đầu, 𝐶 𝑝 = 𝐶 0 = 3887,8 J/kg.độ

𝜇: độ nhớt của hỗn hợp đầu, 𝜇 = 0,341 10 −3 N s/m 2 λ: hệ số dẫn nhiệt của hỗn hợp, W/m 2 độ

Theo công thức I.23 [1-123] ta có: λ = A 𝐶 𝑝 𝜌 √𝜌

A:hệ số phụ thuộc vào mức độ liên kết của hỗn hợp chất lỏng,

𝜌 : khối lượng riêng của hỗn hợp đầu , 𝜌 = 897,46 kg/m 3

𝑀: khối lượng mol của hỗn hợp đầu, kg/kmol

𝐶 𝑝 :nhiệt dung riêng của hỗn hợp đầu,J/kg.độ

Hệ số dẫn nhiệt của dung dịch λ = 3,58.10 −8 3887,8 897,46 √ 897,46

Chuẩn số Prant của hỗn hợp đầu

 Hệ số cấp nhiệt về phía hỗn hợp chảy xoáy

Vì chênh lệch nhiệt độ và thành ống và dung dịch nhỏ nên ( 𝑃𝑟

Nhiệt tải riêng về phía hỗn hợp chảy xoáy

Hiệu số nhiệt độ giữa hai thành ống:

𝑡 𝑇 𝑖 : nhiệt độ thành ống phía hỗn hợp, ℃

∑ 𝑟: tổng nhiệt trở ở 2 bên ống truyền nhiệt, m 2 độ/W

Tổng nhiệt trở của thành ống truyền nhiệt: ∑ 𝑟 = 𝑟1 + 𝑟2 + 𝛿 λ , m 2 độ/W

𝑟1 , 𝑟2 : Nhiệt trở của cặn bẩn ở hai phía của thành ống

Tra bảng II.V.1 [2 - 4] ta có:

𝑟1 = 0,000232 (𝑚2 độ/𝑊): nhiệt trở cặn bẩn phía hơi bão hòa

𝑟2 = 0,000387 (𝑚 2 độ/𝑊): nhiệt trở cặn bẩn phía dung dịch

𝛿: bề dày ống truyền nhiệt, lấy 𝛿 = 2.10 −3 (𝑚)

𝜆: hệ số dẫn nhiệt của vật liệu làm ống truyền nhiệt, chọn vật liệu là thép Crôm – Niken – Titan (X18H10T) có 𝜆 = 16,3 (𝑊/𝑚.độ)

Thay số vào ta có

 Nhiệt tải riêng về phía hỗn hợp chảy xoáy

𝑞 2 = 𝛼 2 ∆𝑡 2 = 1207,62 44,51 = 53751,17 𝑊/𝑚 2 Nếu coi quá trình truyền nhiệt là ổn định thì q1 = q2

Tính bề mặt truyền nhiệt

Bề mặt truyền nhiệt tính theo công thức:

𝑞 𝑡𝑏 (m 2 ) Trong đó: Q - nhiệt lượng trao đổi

Tính số ống truyền nhiệt

F: Bề mặt truyền nhiệt, m 2 dtr: đường kính trong ống truyền nhiệt, m

H: chiều cao ống truyền nhiệt, m

Vì α1 > α2 nên ta lấy d = dtr =dn- 2 𝛿=0.025-0,002.2=0,021 m

Số ống của thiết bị n = 82 (ống)

Tính đường kính thiết bị gia nhiệt

Với số ống là n= 82 thì nếu chọn cách sắp xếp ống theo hình lục giác thì số ống xuyên tâm là b = 11 ống

Dtr:đường kính trong của thiết bị b : số ống trên đường xuyên tâm của hình sáu cạnh ; d : đường kính ngoài của ống truyền nhiệt ,m ; t : bước ống,m ; Đường kính ngoài của ống truyền nhiệt d = 0.025 m

Số ống trên đường xuyên tâm của hình 6 cạnh b = 9 ống

Chọn vận tốc và chia ngăn

𝐺 𝐹 :lưu lượng dung dịch đầu 𝐺 đ = 12960 (𝑘𝑔/ℎ)

𝑑 : đường kính trong của ống truyền nhiệt 𝑑 = 0,021 (𝑚)

𝜌 : khối lượng riêng của hỗn hợp đầu 𝜌 = 897,46 (𝑘𝑔/𝑚 3 )

So sánh tốc độ thực của hỗn hợp trong ống dẫn với tốc độ của hỗn hợp mà ta đã chọn thì 𝜔 𝑡 < 𝜔 𝑔𝑡 nên ta phải chia số ngăn của thiết bị gia nhiệt để tăng hệ số truyền nhiệt, đảm bảo được năng suất của thiết bị

Số ngăn của thiết bị

→ Chia 2 ngăn , cần bỏ bớt số ống truyền nhiệt để chia ngăn,số ống mỗi ngăn là 41 ống

Vận tốc sau chia ngăn

Bề mặt truyền nhiệt thực tế 𝐹 = 𝑛 𝜋 𝑑 𝐻 = 82 𝜋 0,021 3 = 16,22 m 2

Tinh toán cơ khí thiết bị gia nhiệt

Chọn vật liệu làm thân thiết bị là thép crôm – niken – titan (X18H10T) và phương pháp chế tạo là dạng thân hình trụ hàn

Bề dày thân thiết bị gia nhiệt được tính theo công thức XIII.8 [2-360]

Dtr: đường kính trong của thiết bị, m

𝜑 : hệ số bền hàn của thanh hình trụ theo phương dọc,

Theo bảng XIII.8 [2-362] nếu hàn tay bằng hồ quang điện với Dtr < 650 mm, thép không gỉ thì φ = 0,9

C : hệ số bổ sung do ăn mòn và dung sai về chiều dày ,m

 Xác đinh C : Đại lượng bổ sung C trong công thức XIII.8[2-362] phụ thuộc vào độ ăn mòn, độ bào mòn và dung sai của chiều dày Xác định đại lượng C theo công thức

- C1 : bổ sung do ăn mòn, xuất phát từ điều kiện ăn mòn vật liệu của môi trường và thời gian làm việc của thiết bị, m Đối với vật liệu bền (0,05 ÷ 0,1 mm/năm) ta lấy C1 = 1 mm = 10 -3 m

- C2 : đại lượng bổ sung do hao mòn, chỉ tính đến trong trường hợp nguyên liệu có chứa các hạt rắn chuyến động với tốc độ lớn ở trong thiết bị,nên có thể bỏ qua C2

- C3 : đại lượng bổ sung do dung sai của chiều dày, phụ thuộc vào chiều dày tấm vật liệu m

 Xác định ứng suất cho phép [𝜎]

Khi tính toán sức bền của thiết bị trước hết cần xác định ứng suất cho phép Đại lượng ứng suất cho phép phụ thuộc vào dạng ứng suất, đặc trưng bền của vật liệu chế tạo, nhiệt độ tính toán, công nghệ chế tạo và điều kiện sản xuất Ứng suất cho phép được xác định theo các công thức: Ứng suất cho phép khi kéo [𝜎 𝑘 ]= 𝜎 𝑘

𝜂 𝑘 𝜂 N/m 2 XIII.1 [2-355] Ứng suất cho phéptheo giới hạn chảy [𝜎 𝑐 ] = 𝜎 𝑐

-[𝜎 𝑘 ], [𝜎 𝑐 ] :Ứng suất cho phép khi kéo,theo giới hạn chảy

-𝜂 𝑘 , 𝜂 𝑐 : hệ số an toàn theo giới hạn bền, giới hạn chảy

Tra bảng XIII.3 [2-356] với thép không gỉ cán, rèn dập ta xác định được

k: giới hạn bền khi kéo Tra bảng XII.4 [2-309] với thép không gỉ X18H10T dày

- c: giới hạn chảy Tra bảng XII.4 [2-309] với thép không gỉ X18H10T dày 4 – 25 mm ta được c = 220.10 6 (N/m 2 ) η : hệ số điều chỉnh Các chi tiết, bộ phận không bị đốt nóng hay được cách ly với nguồn đốt nóng trực tiếp (nhóm thiết bị 2) Các thiết bị dùng để sản xuất ở áp suất cao (loại 1) Tra bảng XIII.2 [2-356] ta xác định được η = 0,9

1,5 = 132,00.10 6 N/m 2 Vậy ứng suất cho phép của vật liệu:

1.11.1.Chiều dày của thân thiết bị

 Xác định áp suất làm việc (áp suất trong thiết bị)

Môi trường là hỗn hợp hơi bão hoà nên áp suất làm việc

P =Pmt=P1 (áp suất hơi đốt) = 5 at = 490500 N/m 2

490500 0,9 = 242,2 > 50 Nên bỏ qua giá trị Pở mẫu trong công thức tính bề dày

Vậy ta có chiều dày thân thiết bị là

Theo quy chuẩn trong bảng XIII.9 [2-364] ta chọn S = 3 mm,C3=0,18 mm,

 Kiểm tra ứng suất thành thiết bị theo áp suất thử

Sau khi đã xác định được chiều dày thiết bị,ta cần kiểm tra ứng suất theo áp suất thử bằng công thức XIII.26 [2-365]

Po: Áp suất thử được tính theo công thức XIII.27 [2-366]

- Pth : áp suất thử thủy lực lấy theo bảng XIII.5 [2-358]

-Pl : áp suất thủy tĩnh của nước được tính theo công thức XIII.10 [2-360]

P1 = ρ.g.H (N/m 2 ) ρ : khối lương riêng của nước ở 25 o C , kg/m 3 H: chiều cao cột chất lỏng, m

Tra bảng I.5 [1-11] với nước ở 25 o C được khối lượng riêng của nước tại 25 o C là 

1,2 = 183,33 10 6 N m 2 (𝑡ℎ𝑜ả 𝑚ã𝑛) Vậy chọn chiều dày thân thiết bị là S = 3.10 -3 m

1.11.2 Tính chiều dày lưới đỡ ống

Chiều dày lưới đỡ ống phải đảm bảo các yêu cầu sau:

- Yêu cầu 1: Giữ chặt ống sau khi nung, bền Ống truyền nhiệt có dn = 25 mm

 chọn giá đỡ ống có bề dày 𝑆 ′ =𝑑 𝑛

- Yêu cầu 2: Chịu ăn mòn tốt chiều dày mạng ống là S = S′ + C = 11 + 1,8 = 12,8 (mm)

-Yêu cầu 3: Giữ nguyên hình dạng của mạng khi khoan, khi nung cũng như sau khi nung ống Để thỏa mãn yêu cầu này thì cần đảm bảo tiết diện dọc giới hạn bởi ống là f = S (t - dn)) ≥ fmin = 4,4dn + 12

Trong đó S: Là chiều dày mạng ống, mm , S = 12,8 mm t: Là bước ống, t =1,4.dn = 1,4.25 = 35 (mm) dn: Đường kính ngoài của ống truyền nhiệt, dn = 25 (mm) f= 12,8 (35-25) = 128 mm 2 > fmin = 4,4.dn +12 =4,4 25 +12= 122 mm 2 (thoả mãn) -Yêu cầu 4 : Bền dưới tác dụng của các loại ứng suất Để thoả mãn yêu cầu này ta tiến hành kiểm tra mạng ống theo giới han bền uốn với điều kiện

P: áp suất làm việc N/m 2 dn : đường kính ngoài của ống truyền nhiệt,m

S : chiều dày mạng ống với l= AB ̅̅̅̅+AD ̅̅̅̅̅

Vậy chọn chiều dày lưới đỡ ống là Slưới mm

1.11.3 Tính chiều dày đáy thiết bị Đáy thiết bị được chế tạo cùng vật liệu với thân thiết bị, ở đây là thép không gỉ X18H10T Đáy nối với thân thiết bị bằng cách ghép bích Đáy chọn elip có gờ đối với thiết bị có thân hàn thẳng đứng chịu áp suất trong

Chiều dày đáy elip được xác định theo công thức XIII.47 [2-385]:

𝐷 𝑡𝑟 : đường kính trong của thân thiết bị , 𝐷 𝑡𝑟 = 0,5 m

- hb : chiều cao phần lồi của đáy ,Tra bảng XIII.10 [2-381] với Dtr= 0,5 m chọn hb = 125 (mm)

- φh : hệ số bền của mối hàn hướng tâm, chọn φh =0,9

-k : hệ số bền của đáy được tính theo công thức XIII.48 [2-385] ,k=1 Áp suất mà đáy thiết bị gia nhiệt phải chịu: P= Pmt + Ptt,N/m 2

Trong đó Pmt : áp suất môi trường Pmt = 1 atm = 1,01.10 4 N/m 2

Ptt : áp suất thuỷ tĩnh do cột chất lỏng trong thiết bị, N/m 2

Trong đó ρ: khối lượng riêng của hỗn hợp đầu,kg/m 3 g: gia tốc trọng trường, m/s 2 H:chiều cao cột chất lỏng(tính từ đáy tới nắp), H= 2.0,125 + 3=3,25 m

Ptt = 897,46 9,81 3,25 = 28613,27 N/m 2 Áp suất mà đáy thiết bị gia nhiệt phải chịu:

-Bề dày đáy thiết bị

C : đại lượng bổ sung ,thêm 2mm khi S-C ≤ 10 mm,

Quy chuẩn theo bảng XIII.11 [2-364]: S = 4 (mm), C3=0,4 mm,

 Kiểm tra ứng suất theo áp suất thuỷ lực Po

Po: Áp suất thử được tính theo công thức XIII.27 [2-366]

- Pth : áp suất thử thủy lực lấy theo bảng XIII.5 [2-358]

-Pl : áp suất thủy tĩnh của nước được tính theo công thức XIII.10 [2-360]

P1 = ρ.g.H (N/m 2 ) ρ : khối lương riêng của nước ở 25 o C , kg/m 3

Tra bảng I.5 [1-11] ở 25 o C khối lượng riêng của nước là

P1= ρ.g.H 7,08 9,81 3,25 = 31789,40 N/m 2 Áp suất thử Po= 1,5 Pb +Pl = 194419,91 + 31789,40 = 226209,31 N/m 2

1,2 = 183,33 10 6 Thoả mãn điều kiện ứng suất thuỷ lực

Vậy chọn bề dày đáy nắp là S = 4 mm

-Tra bích và số bulong cần thiết để lắp ghép

Chọn bích liền kiểu 1,theo bảng XIII.27 [2–421] ta có các thông số sau

Với Dtr= 500 mm,áp suất làm việc P= 129613,27 =0,13 10 6 N/m 2 quy chuẩn P0,3.10 6 N/m 2

Kích thước nối Kiểu bích

Bu lông 1 db (mm) Z (cái) h (mm)

1.11.4.Tính chiều dày nắp thiết bị gia nhiệt

Chiều dày nắp elip được xác định theo công thức XIII.47 [2-385]:

𝐷 𝑡𝑟 : đường kính trong của thân thiết bị , 𝐷 𝑡𝑟 = 0,5 m

- hb : chiều cao phần lồi của nắp ,Tra bảng XIII.10 [2-381] với Dtr= 0,5 m chọn hb = 125 (mm)

- φh : hệ số bền của mối hàn hướng tâm, chọn φh =0,9

-k : hệ số bền của đáy được tính theo công thức XIII.48 [2-385] ,𝑘 = 1 Áp suất mà đáy thiết bị gia nhiệt phải chịu: P= Pmt + Ptt,N/m 2

Trong đó Pmt : áp suất môi trường Pmt = 1 atm = 1,01.10 5 N/m 2

Ptt : áp suất thuỷ tĩnh do cột chất lỏng trong thiết bị, N/m 2

Ptt= ρ.g.H Trong đó ρ: khối lượng riêng của hỗn hợp đầu,kg/m 3 g: gia tốc trọng trường, m/s 2

H :chiều cao cột chất lỏng H= 0,125 m

Ptt = 897,46 9,81 0,125 = 1100,51 N/m 2 Áp suất mà đáy thiết bị gia nhiệt phải chịu:

-Bề dày đáy thiết bị

C : đại lượng bổ sung ,thêm 2mm khi S-C ≤ 10 mm,

Quy chuẩn theo bảng XIII.11 [2-364]: S = 4 (mm), C3=0,4 mm,

 Kiểm tra ứng suất theo áp suất thuỷ lực Po

Po: Áp suất thử được tính theo công thức XIII.27 [2-366]

- Pth : áp suất thử thủy lực lấy theo bảng XIII.5 [2-358]

-Pl : áp suất thủy tĩnh của nước được tính theo công thức XIII.10 [2-360]

P1 = ρ.g.H (N/m 2 ) ρ : khối lương riêng của nước ở 25 o C , kg/m 3

Tra bảng I.5 [1-11] ở 25 o C khối lượng riêng của nước là

P1= ρ.g.H 7,08 9,81 0,125 = 1222,67 N/m 2 Áp suất thử Po= 1,5 Pb +Pl = 153150,77 + 1222,67 = 154373,435 N/m 2

1,2 = 183,33 10 6 Thoả mãn điều kiện ứng suất thuỷ lực

Vậy chọn bề dày đáy tháp là S = 4 mm

-Tra bích và số bulong cần thiết để lắp ghép

Chọn bích liền kiểu 1,theo bảng XIII.27 [2–421] ta có các thông số sau

Với Dtr= 500 mm,áp suất làm việc P2100,51 N/m 2 = 0,1.10 6 N/m 2

1.11.5.Tính đường kính ống dẫn

Các đại lượng trong công thức VII.74 [2-74] với hơi đốt

- ω: vận tốc thích hợp của hơi đốt trong ống

Theo bảng II.2 [1-370] hơi bão hoà P > 1at có ω = 15-25m/s ,chọn ω = 25 (m/s)

- V: lưu lượng hơi đốt đi trong ống

Kích thước nối Kiểu bích

Bu lông 1 db (mm) Z (cái) h (mm)

+ D: lượng hơi đốt đi vào thiết bị gia nhiệt, D = 1546,05 kg/h

+ ρ: khối lượng riêng của hơi đốt tại áp suất P1 = 5 (at)

Tra bảng I.251 [1-315] suy ra ρ = 2,614 (kg/m 3 )

Thay vào công thức ta được

Quy chuẩn theo bảng XIII.26 [2-414] ta được 𝑑 𝑡𝑟 = 0,1 𝑚

Với 𝑑 𝑡𝑟 = 0,1 m thì vận tốc hơi trong ống là

Tra bảng XIII.26 [2-414] với P = 0,6.10 6 (N/m2) và dtr = 100 mm ta có thông số bích như sau

Kích thước nối Kiểu bích

Dn D Db Dl Bu lông 1

Tra bảng XIII.32 [2-434] chọn chiều dài đoạn ống nối l = 120 (mm)

 Ống tháo nước ngưng ω: vận tốc thích hợp của nước ngưng

Theo bảng II.2 [1-370] tốc độ của chất lỏng tự chảy trong ống là ω 0,1-0,5m/s Chọn ω = 0,5 (m/s)

- V: lưu lượng lỏng chảy trong ống

+ D: lượng nước ngưng ra khỏi thiết bị bằng lượng hơi đốt đi vào , D = 1546,05 (kg/h)

+ 𝜌 : khối lượng riêng của nước ngưng , 𝜌 = 916,22 kg/m 3 Thay vào công thức ta được

0,785 0,5 = 0,034 Quy chuẩn theo bảng XIII.26 [2-414] ta được 𝑑 𝑡𝑟 = 0,04 𝑚

(mm) (mm) (mm) (mm) db (mm) Z (cái) h

Với 𝑑 𝑡𝑟 = 0,04 m thì vận tốc lỏng trong ống là

Tra bảng XIII.26 [2-414] với P = 0,6.10 6 (N/m2) và dtr = 40 (mm) ta có thông số của bích như sau:

Tra bảng XIII.32 [2-434] chọn chiều dài đoạn ống nối l = 100 (mm)

 Ống dẫn hỗn hợp đầu vào thiết bị gia nhiệt d : đường kính cửa vào hỗn hợp đầu được tính theo công thức VII.42 [2-47] d = √ 𝑉

0,785 𝜔 , 𝑚 với 𝜔 :tốc độ của lỏng đi trong ống,m/s

Theo bảng II.2 [1-370],Chất lỏng tự chảy có vận tốc từ 0,1-0,5 m/s chọn 𝜔 = 0,5 m/s

V : lưu lượng thể tích hỗn hợp đầu đi vào thiết bị ,m 3 /s

3600 𝜌 𝑓 Ở 25 o C khối lượng riêng của Etanol là 𝜌 𝐶 2 𝐻 5 𝑂𝐻 = 784,75 𝑘𝑔/𝑚 3 khối lượng riêng của nước là 𝜌 𝐻 2 𝑂 = 996,5 𝑘𝑔/𝑚 3 Khối lượng riêng của hỗn hợp đầu ở 25 o C 𝜌 𝑓 được xác định theo công thức:

Kích thước nối Kiểu bích

Bu lông 1 db (mm) Z (cái) h

𝜌 𝑓 = 935,89 𝑘𝑔/𝑚 3 Lưu lượng thể tích hỗn hợp đầu

3600 935,89 = 3,85 10 −3 𝑚 3 /𝑠 Đường kính cửa vào hỗn hợp đầu

Quy chuẩn theo bảng XIII.32 [2-434] chọn dtr = 0,1 m

Với 𝑑 𝑡𝑟 = 0,1 m thì vận tốc lỏng trong ống là

Tra bảng XIII.26 [2-414] với P = 0,25.10 6 (N/m2) và dtr = 100 mm ta có thông số của bích như sau:

Tra bảng XIII.32 [2-434] chọn chiều dài đoạn ống nối l = 120 (mm)

 Ống dẫn hỗn hợp đầu ra khỏi thiết bị Đường kính cửa ra hỗn hợp đầu được tính theo công thức VII.42 [2-47]

Kích thước nối Kiểu bích

Bu lông 1 db (mm) Z (cái) h

0,785 𝜔 , 𝑚 với 𝜔 :tốc độ của lỏng đi trong ống,m/s

Theo bảng II.2 [1-370],Chất lỏng tự chảy có vận tốc từ 0,1-0,5 m/s chọn

V : lưu lượng thể tích hỗn hợp đầu ra khỏi thiết bị,m 3 /s

3600 𝜌 𝐹 Khối lượng riêng của hỗn hợp ra khỏi thiết bị 𝜌 𝐹 = 897,46 𝑘𝑔/𝑚 3

Lưu lượng thể tích hỗn hợp đầu

3600 897,46 = 4,00 10 −3 𝑚 3 /𝑠 Đường kính cửa dẫn dung dich ra khỏi thiết bị ra nhiệt

Quy chuẩn theo bảng XIII.32 [2-434] chọn d = 0,125 m

Tra bảng XIII.26 [2-414] với P = 0,25.10 6 (N/m 2 ) và dtr = 125 mm ta có thông số của bích như sau:

(mm) Ống Kích thước nối Kiểu bích

Bu lông 1 db (mm) Z (cái) h (mm)

Tra bảng XIII.32 [2-434] chọn chiều dài đoạn ống nối l = 120 mm

1.11.6.Tính và chọn tai treo

 Khối lượng nắp và đáy thiết bị gia nhiệt

Tra bảng XIII.11 [2-384] chiều dày và khối lượng của đáy và nắp elip có gờ, chọn chiều cao giờ h = 25 mm

Dtr = 500 mm; S = 4 mm ta được: m1 = 10 (kg)

Do khối lượng ở bảng tra tính với thép cacbon, với thép không gỉ cần nhân thêm hệ số 1,01 nên m = 10.1,01 = 10,1 (kg)

Khối lượng nắp và đáy thiết bị : 𝑚 1 = 10,1 2 = 20,2 (kg)

 Khối lượng thân thiết bị gia nhiệt

Khối lượng thân thiết bị được xác định theo công thức: m = ρ.V

Dtr: đường kính trong thiết bị gia nhiệt, Dtr = 0,5m

Dn: đường kính ngoài của thiết bị gia nhiệt, m

𝐷 𝑛 = 𝐷 𝑡𝑟 + 2 𝑆 = 0,5 + 2 3 10 −3 = 0,506 𝑚 H: chiều cao ống truyền nhiệt, m

𝐻 = 3 (𝑚) Thay số ta tính được V:

4 (0,506 2 – 0,5 2 ) = 0,014 (m 3 ) Tra bảng XII.7 [2-313] được khối lượng riêng của thép không gỉ X18H10T

𝜌 = 7900 (𝑘𝑔/𝑚 3 ) Suy ra khối lượng thân thiết bị

 Khối lượng 2 bích ghép nắp, đáy vào thân thiết bị

Khối lượng bích ghép nắp, đáy vào thân thiết bị được xác định theo công thức:

4 (𝐷 2 − 𝐷 𝑜 2 − z 𝑑 𝑏 2 ) (𝑚 3 ) Với h: chiều cao các bích, ℎ = 0,02 (𝑚)

Các thông số tương ứng như trong bảng tra Thay số ta có:

 Khối lượng 2 lưới đỡ ống

Thể tích của lưới đỡ ống được tính theo công thức

D: đường kính trong thiết bị, D = 0,5m n: số ống truyền nhiệt, n = 82 ống dn: đường kính ngoài ống truyền nhiệt, dn = 0,025 m

4 (0,5 2 – 82 0,025 2 ) = 2,03 10 −3 (𝑚 3 ) Khối lượng 2 lưới đỡ ống:

 Khối lượng của các ống truyền nhiệt

Thể tích của các ống truyền nhiệt được tính theo

4 𝑛 (𝑑 𝑛 2 − 𝑑 𝑡𝑟 2 ) (𝑚 3 ) Trong đó: dtr: đường kính trong ống truyền nhiệt, dtr = 0,021 m n: số ống truyền nhiệt, n = 61 ống dn: đường kính ngoài ống truyền nhiệt, dn = 0,025 m

H: chiều cao ống truyền nhiệt, H = 3 m

4 82 (0,025 2 – 0,021 2 ) = 0,0355 (𝑚 3 ) Khối lượng của các ống truyền nhiệt:

𝑚 5 = 7900 0,0355 = 280,84 (𝑘𝑔) Khối lượng của thiết bị gia nhiệt

= 4687,61 (N) Thể tích thiết bị gia nhiệt

4∙ 3.0,5 2 = 0,58(𝑚 3 ) Khối lượng lỏng chứa đầy thể tích thiết bị

𝐺 𝑙 = 𝑔 𝜌 𝑉 = 9,81.897,46 0,58 = 5103,75 (𝑁) Khối lượng lỏng chứa đầy thể tích thiết bị

Chọn số tai treo cho thiết bị là 4

Tải trọng 1 tai treo phải chịu là

Tra bảng XIII.36 [2-438], tai treo đối với thiết bị thẳng đứng:

Tải trọng cho phép trên một tai treo

Tải trọng cho phép lên bề mặt đỡ

Khối lượng 1 tai treo kg 1

1.11.7 Tính bề dày lớp cách nhiệt

Bề dày lớp cách nhiệt được tính theo công thức VI.66 [2-92]:

𝑡 𝑇 2 : nhiệt độ bề mặt lớp cách nhiệt về phía không khí, khoảng 40 − 50℃, chọn

𝑡 𝑇 1 : nhiệt độ lớp cách nhiệt tiếp giáp bề mặt thiết bị vì trở lực tường trong thiết bị rất nhỏ so với trở lực của lớp cách nhiệt cho nên 𝑡 𝑇 có thể lấy gần bằng nhiệt độ hơi đốt, 𝑡 𝑇 1 = 151,1℃

𝑡 𝑘𝑘 : nhiệt độ môi trường xung quanh Tra bảng VII.1 [2-98], chọn 𝑡 𝑘𝑘 = 23,4℃ λ 𝑐 : hệ số dẫn nhiệt của vật liệu cách nhiệt, chọn vật liệu cách nhiệt là bông thuỷ tinh: λ 𝑐 = 0,21 (𝑘𝑐𝑎𝑙/𝑚 ℎ độ) = 0,2436 (𝑊/𝑚 2 độ) (Tra bảng PL.14 [1-348])

𝛼 𝑛 : hệ số cách nhiệt từ bề mặt ngoài của lớp các nhiệt đến không khí, theo công thức VI.67 [2-92]:

Vị trí đặt bơm ở dưới mặt đất

Bể chứa hỗn hợp đầu đặt cao hơn so với bơm (bỏ qua chiều cao hút)

Chiều cao từ bơm đến cửa vào của tháp chưng luyện là H = 5,9 m

2.1.1 Áp suất cần thiết để khắc phục trở lực trên đường ống đẩy đến thiết bị gia nhiệt hỗn hợp đầu

Chiều dài đoạn ống từ bơm tới thiết bị gia nhiệt hỗn hợp là 10 m

Trên đường ống có 1 van điều khiển,1 van 1 chiều,2 cút nối 90 o

Lưu lượng cần bơm F = 12960 kg/h

Khối lượng riêng của hỗn hợp đầu ở 25 o C là 𝜌 = 935,89 𝑘𝑔/𝑚 3

Chọn đường kính ống đẩy là d = 100 mm=0,1 m

Vận tốc của hỗn hợp đầu đi trong ống dẫn là

2.1.1.1 Áp suất động lực học

𝜌 : khối lượng riêng của hỗn hợp chất lỏng ở 25℃ ,𝜌 = 935,89 𝑘𝑔/𝑚 3

𝜔 :Tốc độ dòng chảy trong ống , 𝜔 = 0,49 m/s

2.1.1.2 Áp suất khắc phục trở lực do ma sát

L: chiều dài đoạn ống dẫn,chọn L= 10 m

𝜆 :Hệ số ma sát 𝑑: đường kính ống dẫn , d= 0,1 m

Có chuẩn số Reynold được tính theo công thức

𝜇 Độ nhớt của hỗn hợp đầu ở 25 ℃, N.s/m 2 Độ nhớt của hỗn hợp Etanol-nước được xác định theo công thức

𝑙𝑜𝑔𝜇 ℎℎ = 𝑙𝑜𝑔𝜇 𝐶 2 𝐻 5 𝑂𝐻 𝑥 𝐶 2 𝐻 5 𝑂𝐻 + 𝑙𝑜𝑔𝜇 𝐻 2 𝑂 𝑥 𝐻 2 𝑂 Nội suy từ bảng số liệu 7,với nhiệt độ tf = 25℃ có

Re > 10000 nên chế độ chảy của dòng chất lỏng trong ống là chế độ chảy xoáy Do đó hệ số ma sát được xác định theo công thức

Trong đó Δ: Độ nhám tương đối Δ = 𝜀 𝑑

𝜀 : Độ nhám tuyệt đối Chọn ống dẫn nguyên và ống hàn trong điều kiện ít ăn mòn,ta có 𝜀 = 0,2.10 -3 m Δ = 𝜀

→ 𝜆 = 0,026 Áp suất khắc phục trở lực do ma sát

2.1.1.3 Áp suất khắc phục trở lực cục bộ

Trong đó 𝜉: Hệ số trở lực cục bộ

-Sử dụng 1 van 1 chiều có mặt phẳng tựa kiểu đĩa hình cầu trên đoạn ống theo bảng N o 51

-Trên các đoạn ống dẫn từ bơm đến thiết bị gia nhiệt có 2 khuỷu 90 o do hai khuỷu 45 o tạo thành

-Sử dụng 1 van tiêu chuẩn trên đoạn đường ống Khi mở hoàn toàn thì theo bảng N o 37

Hệ số trở lực cục bộ của đoạn ống là

𝜉 𝑡 = 𝜉 1 +2 𝜉 2 + 𝜉 3 = 1 + 2.0,318 + 4,1 = 5,736 Áp suất khắc phục trở lực cục bộ

2 = 644,46 𝑁/𝑚 2 Vậy tổn thất áp suất đoạn ống từ bơm tới thiết bị gia nhiệt là

2.1.2 Áp suất toàn phần để thắng trở lực trong thiết bị gia nhiệt hỗn hợp đầu

2.1.2.1.Áp suất động lực học

2 𝑁/𝑚 2 Trong đó 𝜔: vận tốc của chất lỏng trong thiết bị

𝐺 𝐹 : lưu lượng hỗn hợp đầu,kg/s n: số ống trong mỗi ngăn của thiết bị n = 42 ống dtr : đường kính trong của ống truyền nhiệt dtr =0,021 m

𝜌 : khối lượng riêng của chất lỏng trong thiết bị ở nhiệt độ t ,17 o C

0,785 897,46 0,021 2 42= 0,28 𝑚/𝑠 Áp suất động lực học

2.1.2.2 Áp suất khắc phực trở lực do ma sát

Trong đó : L: quãng đường lưu thể đi trong thiết bị gia nhiệt, L = 6 m (bằng 2 lần chiều dài ống truyền nhiệt do chia ngăn trong)

𝜆 :Hệ số ma sát 𝑑: đường kính ống truyền nhiệt ,d = 0,021m

Có chuẩn số Reynold được tính theo công thức

𝜇 :độ nhớt của hỗn hợp đầu ở 86,17 o C, N.s/m 2

Re > 10000 nên chế độ chảy của dòng chất lỏng trong ống truyền nhiệt là chế độ chảy xoáy Do đó hệ số ma sát được xác định theo công thức

Trong đó Δ: Độ nhám tương đối Δ = 𝜀 𝑑

𝜀 : Độ nhám tuyệt đối Chọn ống dẫn nguyên và ống hàn trong điều kiện ít ăn mòn, ta có 𝜀 = 0,2.10 -3 m Δ = 𝜀

→ 𝜆 = 0,029 Áp suất khắc phục trở lực do ma sát

Thiết bị có 2 ngăn nên

2.1.2.3 Áp suất khắc phục trở lực cục bộ

Trong đó 𝜉: Hệ số trở lực cục bộ

Tổng tiết diện các ống trong 1 ngăn là

4 = 0,014 𝑚 2 Tiết diện ngang của ngang thiết bị gia nhiệt

2 0,196 = 0,098 𝑚 2 -Đột mở khi lưu thể từ cửa vào thiết bị

Tiết diện của cửa vào thiết bị gia nhiệt

-Đột thu khi lưu thể bắt đầu từ ngăn thứ nhất vào ống truyền nhiệt

-Đột mở khi lưu thể bắt đầu từ ống truyền nhiệt xuống đáy thiết bị

-Đột thu khi lưu thể từ đáy thiết bị vào ống truyền nhiệt

-Đột mở khi lưu thể đi ra khỏi ống truyền nhiệt ở cuối ngăn thứ 2

-Đột thu: Hỗn hợp đầu ra khỏi thiết bị

Với đường kính cửa dẫn hỗn hợp đầu là d = 0,125 m , tiết diện ống

𝐹 0 , 𝐹 1 : tiết diện của ống dẫn và tiết diện của thiết bị ,m 2

Hệ số trở lực cục bộ của thiết bị là

𝜉 𝑡 = 𝜉 1 +2 𝜉 2 + 𝜉 3 + 𝜉 4 + 𝜉 5 +𝜉 6 = 0,85 +0,46+ 0,86 + 0,48+ 0,73+0,473 = 3,853 Áp suất khắc phục trở lực cục bộ

Tổn thất áp suất khi đi qua thiết bị gia nhiệt là

2.1.3 Áp suất toàn phần để thắng trở lực từ cửa ra thiết bị gia nhiệt hỗn hợp đầu đến tháp chưng

2.1.3.1 Áp suất động lực học

2 𝑁/𝑚 2 Trong đó 𝜔: vận tốc của chất lỏng trong ống dẫn

𝐺 𝐹 : lưu lượng hỗn hợp đầu,kg/s dtr : đường kính trong của ống dẫn dtr =0,125 m

𝜌 : khối lượng riêng của chất lỏng trong thiết bị ở nhiệt độ t ,17 o C

0,785 897,46 0,125 2 = 0,33 𝑚/𝑠 Áp suất động lực học

2.1.3.2 Áp suất khắc phục trở lực do ma sát

L: chiều dài đoạn ống dẫn,chọn L= 6 m

𝜆 : Hệ số ma sát 𝑑: đường kính ống dẫn ,d=0,125m

Có chuẩn số Reynold được tính theo công thức

𝜇 Độ nhớt của hỗn hợp đầu ở 86,17 o C, N.s/m 2 được xác định theo công thức

Re > 10000 nên chế độ chảy của dòng chất lỏng trong ống truyền nhiệt là chế độ chảy xoáy Do đó hệ số ma sát được xác định theo công thức

Trong đó Δ: Độ nhám tương đối Δ = 𝜀 𝑑

𝜀 : Độ nhám tuyệt đối Chọn ống dẫn nguyên và ống hàn trong điều kiện ít ăn mòn, ta có 𝜀 = 0,2.10 -3 m Δ = 𝜀

→ 𝜆 = 0,025 Áp suất khắc phục trở lực do ma sát

2.1.3.3 Áp suất khắc phục trở lực cục bộ

Trong đó 𝜉: Hệ số trở lực cục bộ

-Đột thu: Hỗn hợp đầu ra khỏi thiết bị

𝐹 0 , 𝐹 1 : tiết diện của ống dẫn và tiết diện của thiết bị ,m 2

-Trên các đoạn ống dẫn từ thiết bị gia nhiệt tới tháp có 2 khuỷu ghép 90 o do hai khuỷu 45 o tạo thành

-Sử dụng 1 van tiêu chuẩn trên đoạn đường ống Khi mở hoàn toàn thì theo bảng N o 37

[1 − 398] d = 0,125 m, ta có 𝜉 3 = 4,25 Đột mở khi vào tháp., Trở lực cục bộ 𝜉 4 = 1

Hệ số trở lực cục bộ của đoạn ống là

𝜉 𝑡 = 𝜉 1 +2 𝜉 2 + 𝜉 3 + 𝜉 4 = 0,471 + 2.0,318 + 4,25 + 1 = 6,36 Áp suất khắc phục trở lực cục bộ

Chiều cao tương ứng của cột chất lỏng để đưa chất lỏng từ thiết bị gia nhiệt vào tháp

𝜌𝑔 = 418,3 879,46 9,81= 0,05 𝑚 Tổng tổn thất áp suất khi đi từ cửa đẩy của bơm tới tháp chưng là

Chọn bơm

2.2.1.Chiều cao hút của bơm

Do đặt thùng chứa cao hơn bơm nên không yêu cầu chiều cao hút của bơm

2.2.2.Áp suất toàn phần do bơm tạo ra

H : áp suất toàn phần do bơm tạo ra p1, p2 : áp suất trên bề mặt chất lỏng trong không gian hút và đẩy p1= p2 = 1,01 10 5 N/m 2

Ho : chiều cao nâng chất lỏng Ho= Hd +Hh

Do đặt thùng chứa cao hơn bơm nên bỏ qua chiều cao hút,chiều cao đẩy bằng chiều cao từ bơm tới cửa tiếp liệu của tháp Hd = 5,9 m nên có thể coi Ho= Hđ = 5,9 m hf : Tổng tổn thất áp suất để thắng toàn bộ trở lực của đường ống, ℎ 𝑓 = 0,266 𝑚

2.2.3.Công suất yêu cầu trên trục động cơ của bơm

1000 𝜂 , 𝑘𝑊 Trong đó : Q: năng suất của bơm ,

𝑠 H: áp suất toàn phần của bơm, H = 6,166 m

𝜂 : hiệu suất chung của bơm, 𝜂 = 𝜂 0 𝜂 𝑡𝑙 𝜂 𝑐𝑘

𝜂 0 : Hiệu suất thể tích tính đến sự hao hụt chất lỏng chảy từ cùng áp suất cao đến vùng áp suất thấp và do chất lỏng rò qua các chỗ hở của bơm, 𝜂 0 = 0,94

𝜂 𝑡𝑙 :Hiệu suất thủy lực, tính đến ma sát và sự tạo vòng xoáy trong bơm, 𝜂 𝑡𝑙 = 0,85

𝜂 𝑐𝑘 :Hiệu suất cơ khí tính đến ma sát cơ khí ở ổ bi, ổ lót trục, 𝜂 𝑐𝑘 = 0,95

Công suất yêu cầu trên trục động cơ của bơm

1000.0,76 = 0,28 𝑘𝑊 Công suất động cơ điện

𝜂 𝑡𝑟 :Hiệu suất truyền động cơ, chọn 𝜂 𝑡𝑟 = 1

𝜂 𝑑𝑐 : Hiệu suất động cơ điện, chọn 𝜂 𝑑𝑐 = 0,85

1 0,85= 0,329 𝑘𝑊 Thường chọn công suất động cơ điện lớn hơn tính toán

𝛽 :Hệ số dự trữ công suất, chọn 𝛽 = 1,3

Chọn bơm Ebara ly tâm trục ngang mẫu 3D 32-125/1.1 (M) có cấu tạo và thông số như sau : Đường đặc tuyến của bơm Ebara mẫu 3D 32-125/1.1 (M)

3.Thiết bị ngưng tụ sản phẩm đỉnh

Chọn thiết bị ngưng tụ sản phẩm đỉnh là là thiết bị trao đổi nhiệt loại ống chùm đặt nằm ngang , dùng nước lạnh có nhiệt độ đầu tđ = 25 ℃ và khi ra khỏi thiết bị có nhiệt độ tc = 45℃

Nước lạnh đi trong ống từ dưới lên,hơi sản phẩm đỉnh đi trong không gian ngoài ống

Hỗn hợp đầu vào thiết bị ngưng tụ ở nhiệt độ tP = 78,56 ℃

Thiết bị trao đổi nhiệt dạng ống chùm nằm ngang với chiều dài ống truyền nhiệt H = 4 m,đường kính ngoài dn = 38 mm , bề dày 𝛿 = 2 mm

Tính lượng nhiệt trao đổi

G: lưu lượng nước làm lạnh , 𝐺 = 128618,68 𝑘𝑔/ℎ = 35,73 kg/s

𝐶 𝑝 : nhiệt dung riêng của nước lạnh, 𝐶 𝑝 = 4176 J/kg.độ

𝑡 đ : nhiệt độ đầu của nước làm làm lạnh 𝑡 đ = 25℃

𝑡 𝑐 : nhiệt độ của nước khi ra khỏi thiết bị, 𝑡 𝑐 = 45℃

Vậy nhiệt lượng trao đổi là

Nhiệt độ trung bình lưu thể

Nhiệt độ trung bình giữa hai lưu thể là:

Hơi sản phẩm: Nhiệt độ trung bình: 𝑡 1𝑡𝑏 = 78,56℃

Phía hỗn hợp: Nhiệt độ trung bình: 𝑡 2𝑡𝑏 = 𝑡 ℎđ − ∆𝑡 𝑡𝑏

Hệ số cấp nhiệt cấp nhiệt cho từng lưu thể

Hệ số cấp nhiệt về phía hơi ngưng tụ cho ống nằm ngang được tính theo công thức V.101 [2-30]:

Trong đó: r: ẩn nhiệt ngưng tụ lấy theo nhiệt độ hơi sản phẩm, J/kg r = 927,8.10 3 (J/kg)

∆𝑡 1 : chênh lệch nhiệt độ giữa nhiệt độ hơi đốt và nhiệt độ thành ống truyền nhiệt, ℃ d: đường kính ngoài ống truyền nhiệt

A: hằng số tra theo nhiệt độ màng nước ngưng

Tra hệ số A theo 𝑡 𝑚 = 77,41℃ trong bảng A-t [2-29] và nội suy ta được

Tính nhiệt tải riêng về phía hơi ngưng tụ

Tính hệ số cấp nhiệt phía hỗn hợp chảy xoáy

Theo công thức V.40 [2-14]:Chuẩn số Nusselt của nước trong ống

𝑃𝑟 𝑇 :chuẩn số Pran của dòng tính theo nhiệt độ trung bình của tường

Chọn vận tốc nước đi trong ống là 𝜔 = 0,25 𝑚/𝑠 d: đường kính trong của ống truyền nhiệt,m

𝜌:khối lượng riêng của nước ,kg/m 3

 Chế độ chuyển động của nước trong ống là chảy xoáy

𝜀 𝑘 : hệ số hiệu chỉnh tính đến ảnh hưởng của tỉ số giữa chiều dài L và đường kính trong của của ống d = 34 mm, L=H= 3m

𝑑 = 3 0,034= 88,23 > 50 Tra theo bảng V.2 Trị số 𝜀 1 trong công thức V.40 [2-15] được 𝜀 1 = 1

 Tính chuẩn số Prant (Pr) Áp dụng công thức V.35 [2-12]:

𝐶 𝑝 : nhiệt dung riêng của nước, 𝐶 𝑝 = 𝐶 0 = 4176 J/kg.độ

𝜇: độ nhớt của nước, 𝜇 = 0,656 10 −3 N s/m 2 λ: hệ số dẫn nhiệt của nước, λ = 0,57 W/m 2 độ

Chuẩn số Prant của nước

 Hệ số cấp nhiệt về phía hỗn hợp chảy xoáy

Vì chênh lệch nhiệt độ và thành ống và dung dịch nhỏ nên ( 𝑃𝑟

Nhiệt tải riêng về phía hỗn hợp chảy xoáy

Hiệu số nhiệt độ giữa hai thành ống:

𝑡 𝑇 𝑖 : nhiệt độ thành ống phía hỗn hợp, ℃

∑ 𝑟: tổng nhiệt trở ở 2 bên ống truyền nhiệt, m 2 độ/W

Tổng nhiệt trở của thành ống truyền nhiệt: ∑ 𝑟 = 𝑟1 + 𝑟2 + 𝛿 λ , m 2 độ/W

𝑟1 , 𝑟2 : Nhiệt trở của cặn bẩn ở hai phía của thành ống

Tra bảng II.V.1 [2 - 4] ta có:

𝑟1 = 0,116 10 −3 (𝑚 2 độ/𝑊): nhiệt trở cặn bẩn phía hơi chất hữu cơ

𝑟2 = 0,464 10 −3 (𝑚 2 độ/𝑊): nhiệt trở cặn bẩn phía nước làm lạnh 𝛿: bề dày ống truyền nhiệt, lấy 𝛿 = 2.10 −3 (𝑚)

𝜆: hệ số dẫn nhiệt của vật liệu làm ống truyền nhiệt, chọn vật liệu là thép Crôm – Niken – Titan (X18H10T) có 𝜆 = 16,3 (𝑊/𝑚.độ)

Thay số vào ta có

 Nhiệt tải riêng về phía nước chảy xoáy

Tính bề mặt truyền nhiệt

Bề mặt truyền nhiệt tính theo công thức:

𝑞 𝑡𝑏 (m 2 ) Trong đó: Q - nhiệt lượng trao đổi

Tính số ống truyền nhiệt

F: Bề mặt truyền nhiệt, m 2 dtr: đường kính trong ống truyền nhiệt, m

H: chiều cao ống truyền nhiệt, m

Vì α1 > α2 nên ta lấy d = dtr =dn- 2 𝛿=0.038-0,002.2=0,034 m

Số ống của thiết bị n = 250 (ống)

Tính đường kính thiết bị ngưng tụ

Với số ống là n= 250 thì nếu chọn cách sắp xếp ống theo hình lục giác thì số ống xuyên tâm là b = 19 ống

Dtr:đường kính trong của thiết bị b : số ống trên đường xuyên tâm của hình sáu cạnh ; d : đường kính ngoài của ống truyền nhiệt ,m ; t : bước ống,m ; Đường kính ngoài của ống truyền nhiệt dn = 0,038 m

Số ống trên đường xuyên tâm của hình 6 cạnh b = 19 ống

Chọn D = 1,2 m theo quy chuẩn XIII.6 [2-359]

Chọn vận tốc và chia ngăn

𝐺 𝑛𝑐 :lưu lượng nước làm lạnh 𝐺 đ = 128618,68 (𝑘𝑔/ℎ)

𝑑 : đường kính trong của ống truyền nhiệt 𝑑 = 0,034 (𝑚)

𝜌 : khối lượng riêng của hỗn hợp đầu 𝜌 = 1000 (𝑘𝑔/𝑚 3 )

So sánh tốc độ thực của nước trong ống dẫn với tốc độ của nước mà ta đã chọn thì 𝜔 𝑡 < 𝜔 𝑔𝑡 nên ta phải chia ngăn của thiết bị ngưng tụ để tăng hệ số truyền nhiệt, đảm bảo được năng suất của thiết bị

Số ngăn của thiết bị

→ Chia 2 ngăn ,số ống truyền nhiệt mỗi ngăn là 125 ống

Vận tốc sau chia ngăn

Bề mặt truyền nhiệt thực tế 𝐹 = 𝑛 𝜋 𝑑 𝐿 = 250 𝜋 0,034 4 = 106,81 m 2

Tinh toán cơ khí thiết bị ngưng tụ

Chọn vật liệu làm thân thiết bị là thép crôm – niken – titan (X18H10T) và phương pháp chế tạo là dạng thân hình trụ hàn

Bề dày thân thiết bị ngưng tụ được tính theo công thức XIII.8 [2-360]

Dtr: đường kính trong của thiết bị, m

𝜑 : hệ số bền hàn của thanh hình trụ theo phương dọc,

Theo bảng XIII.8 [2-362] nếu hàn tay bằng hồ quang điện với Dtr > 700 mm, thép không gỉ thì φ = 0,95

C : hệ số bổ sung do ăn mòn và dung sai về chiều dày ,m

 Xác đinh C : Đại lượng bổ sung C trong công thức XIII.8[2-362] phụ thuộc vào độ ăn mòn, độ bào mòn và dung sai của chiều dày Xác định đại lượng C theo công thức

- C1 : bổ sung do ăn mòn, xuất phát từ điều kiện ăn mòn vật liệu của môi trường và thời gian làm việc của thiết bị, m Đối với vật liệu bền (0,05 ÷ 0,1 mm/năm) ta lấy C1 = 1 mm = 10 -3 m

- C2 : đại lượng bổ sung do hao mòn, chỉ tính đến trong trường hợp nguyên liệu có chứa các hạt rắn chuyến động với tốc độ lớn ở trong thiết bị,nên có thể bỏ qua C2

- C3 : đại lượng bổ sung do dung sai của chiều dày, phụ thuộc vào chiều dày tấm vật liệu m

 Xác định ứng suất cho phép [𝜎]

Khi tính toán sức bền của thiết bị trước hết cần xác định ứng suất cho phép Đại lượng ứng suất cho phép phụ thuộc vào dạng ứng suất, đặc trưng bền của vật liệu chế tạo, nhiệt độ tính toán, công nghệ chế tạo và điều kiện sản xuất Ứng suất cho phép được xác định theo các công thức: Ứng suất cho phép khi kéo [𝜎 𝑘 ]= 𝜎 𝑘

𝜂 𝑘 𝜂 N/m 2 XIII.1 [2-355] Ứng suất cho phéptheo giới hạn chảy [𝜎 𝑐 ] = 𝜎 𝑐

-[𝜎 𝑘 ], [𝜎 𝑐 ] :Ứng suất cho phép khi kéo,theo giới hạn chảy

-𝜂 𝑘 , 𝜂 𝑐 : hệ số an toàn theo giới hạn bền, giới hạn chảy

Tra bảng XIII.3 [2-356] với thép không gỉ cán, rèn dập ta xác định được

k: giới hạn bền khi kéo Tra bảng XII.4 [2-309] với thép không gỉ X18H10T dày

- c: giới hạn chảy Tra bảng XII.4 [2-309] với thép không gỉ X18H10T dày 4 – 25 mm ta được c = 220.10 6 (N/m 2 ) η : hệ số điều chỉnh Các chi tiết, bộ phận không bị đốt nóng hay được cách ly với nguồn đốt nóng trực tiếp (nhóm thiết bị 2) Các thiết bị không dùng để sản xuất ở áp suất cao (loại 2) Tra bảng XIII.2 [2-356] ta xác định được η = 0,9

1,5 = 146,67.10 6 N/m 2 Vậy ứng suất cho phép của vật liệu:

3.11.1.Chiều dày của thân thiết bị

 Xác định áp suất làm việc (áp suất trong thiết bị)

Môi trường là hỗn hợp hơi bão hoà nên áp suất làm việc

P =Pmt=P1 (áp suất hơi đốt) = 1 atm = 1,01.10 5 N/m 2

Vậy ta có chiều dày thân thiết bị là

Theo quy chuẩn trong bảng XIII.9 [2-364] ta chọn S = 2 mm,C3=0,18 mm,

 Kiểm tra ứng suất thành thiết bị theo áp suất thử

Sau khi đã xác định được chiều dày thiết bị,ta cần kiểm tra ứng suất theo áp suất thử bằng công thức XIII.26 [2-365]

Po: Áp suất thử được tính theo công thức XIII.27 [2-366]

- Pth : áp suất thử thủy lực lấy theo bảng XIII.5 [2-358]

-Pl : áp suất thủy tĩnh của nước được tính theo công thức XIII.10 [2-360]

P1 = ρ.g.H (N/m 2 ) ρ : khối lương riêng của nước ở 25 o C , kg/m 3 H: chiều cao cột chất lỏng, m

Tra bảng I.5 [1-11] với nước ở 25 o C được khối lượng riêng của nước tại 25 o C là 

Do đường kính thiết bị lớn hơn 1 m nên chọn S = 3.10 -3 m

Vậy chọn chiều dày thân thiết bị là S = 3.10 -3 m

3.11.2 Tính chiều dày lưới đỡ ống

Chiều dày lưới đỡ ống phải đảm bảo các yêu cầu sau:

- Yêu cầu 1: Giữ chặt ống sau khi nung, bền Ống truyền nhiệt có dn = 38 mm

 chọn giá đỡ ống có bề dày 𝑆 ′ =𝑑 𝑛

- Yêu cầu 2: Chịu ăn mòn tốt chiều dày mạng ống là S = S′ + C = 11 + 1,8 = 12,8 (mm)

-Yêu cầu 3: Giữ nguyên hình dạng của mạng khi khoan, khi nung cũng như sau khi nung ống Để thỏa mãn yêu cầu này thì cần đảm bảo tiết diện dọc giới hạn bởi ống là f = S (t - dn)) ≥ fmin = 4,4dn + 12

Trong đó S: Là chiều dày mạng ống, mm , S = 12,8 mm t: Là bước ống, t =1,447.dn = 1,447 38 = 55 (mm) dn: Đường kính ngoài của ống truyền nhiệt, dn = 25 (mm) f= 12,8.(55-38) = 217,6 mm 2 > fmin = 4,4.dn +12 =4,4 38 +12= 179,2 mm 2 (thoả mãn)

-Yêu cầu 4 : Bền dưới tác dụng của các loại ứng suất Để thoả mãn yêu cầu này ta tiến hành kiểm tra mạng ống theo giới han bền uốn với điều kiện

P: áp suất làm việc N/m 2 dn : đường kính ngoài của ống truyền nhiệt,m

S : chiều dày mạng ống với l= AB ̅̅̅̅+AD ̅̅̅̅̅

Vậy chọn chiều dày lưới đỡ ống là Slưới mm

3.11.3 Tính chiều dày đáy và nắp thiết bị Đáy thiết bị được chế tạo cùng vật liệu với thân thiết bị, ở đây là thép không gỉ X18H10T Đáy nối với thân thiết bị bằng cách ghép bích Đáy chọn elip có gờ đối với thiết bị có thân hàn thẳng đứng chịu áp suất trong

Chiều dày đáy elip được xác định theo công thức XIII.47 [2-385]:

𝐷 𝑡𝑟 : đường kính trong của thân thiết bị , 𝐷 𝑡𝑟 = 1,2 m

- hb : chiều cao phần lồi của đáy ,Tra bảng XIII.10 [2-381] với Dtr= 1,2 m chọn hb = 300 (mm)

- φh : hệ số bền của mối hàn hướng tâm, chọn φh =0,9

-k : hệ số bền của đáy được tính theo công thức XIII.48 [2-385] ,k=1 Áp suất mà đáy thiết bị ngưng tụ phải chịu: P= Pmt + Ptt,N/m 2

Trong đó Pmt : áp suất môi trường Pmt = 1 atm = 1,01.10 5 N/m 2

Ptt : áp suất thuỷ tĩnh do cột chất lỏng trong thiết bị, N/m 2

Trong đó ρ: khối lượng riêng của hỗn hợp đầu,kg/m 3 g: gia tốc trọng trường, m/s 2 H:chiều cao cột chất lỏng(bằng đường kính nắp), H= 1,2m

Ptt = 997,08 9,81 1,2 = 11737,63 N/m 2 Áp suất mà đáy thiết bị ngưng tụ phải chịu:

-Bề dày đáy thiết bị

C : đại lượng bổ sung ,thêm 2mm khi S-C ≤ 10 mm,

Quy chuẩn theo bảng XIII.11 [2-364]: S = 4 (mm), C3=0,4 mm,

 Kiểm tra ứng suất theo áp suất thuỷ lực Po

Po: Áp suất thử được tính theo công thức XIII.27 [2-366]

- Pth : áp suất thử thủy lực lấy theo bảng XIII.5 [2-358]

-Pl : áp suất thủy tĩnh của nước được tính theo công thức XIII.10 [2-360]

P1 = ρ.g.H (N/m 2 ) ρ : khối lương riêng của nước ở 25 o C , kg/m 3

Tra bảng I.5 [1-11] ở 25 o C khối lượng riêng của nước là

P1= ρ.g.H 7,08 9,81.1,2 = 11737,63 N/m 2 Áp suất thử Po= 1,5 Pb +Pl = 169106,445 + 11737,63 = 180844,08 N/m 2

1,2 = 183,33 10 6 Không thoả mãn điều kiện ứng suất thuỷ lực

Tăng bề dày lên S = 5mm

1,2 = 183,33 10 6 Vậy chọn bề dày đáy nắp là S = 5 mm

-Tra bích và số bulong cần thiết để lắp ghép

Chọn bích liền kiểu 1,theo bảng XIII.27 [2–421] ta có các thông số sau

Với Dtr= 1200 mm,áp suất làm việc P= 112737,63 =0,11 10 6 N/m 2

3.11.4.Tính đường kính ống dẫn

𝜔 : vận tốc lưu thể trong ống dẫn,m/s

 Ống dẫn hơi vào thiết bị ngưng tụ

Các đại lượng trong công thức VII.74 [2-74] với hơi đốt

- ω: vận tốc thích hợp của hơi đốt trong ống

Theo bảng II.2 [1-370] hơi bão hoà P = 1-0,5 at có ω = 20-40 m/s ,chọn ω = 25 (m/s)

- V: lưu lượng hơi đốt đi trong ống

Kích thước nối Kiểu bích

Bu lông 1 db (mm) Z (cái) h (mm)

3600 𝜌 , 𝑚 3 /𝑠 Lưu lượng thể tích sản phẩm đỉnh :

3600 1,34 = 2,17 𝑚 3 /𝑠 Đường kính cửa dẫn hơi

Quy chuẩn theo bảng XIII.26 [2-414] ta được 𝑑 𝑡𝑟 = 0,35 𝑚

Với 𝑑 𝑡𝑟 = 0,35 m thì vận tốc hơi trong ống là 𝜔 = 22,57 m/s (thoả mãn)

Tra bảng XIII.26 [2-414] với P = 0,25.10 6 (N/m2) và dtr = 350mm mm ta có thông số bích như sau

Tra bảng XIII.32 [2-434] chọn chiều dài đoạn ống nối l = 150 (mm)

 Ống tháo sản phẩm ngưng ω: vận tốc thích hợp của hơi ngưng

Theo bảng II.2 [1-370] tốc độ của chất lỏng tự chảy trong ống là ω 0,1-0,3 m/s

Kích thước nối Kiểu bích

Bu lông 1 db (mm) Z (cái) h

- V: lưu lượng lỏng chảy trong ống

+ D: lượng hơi vào thiết bị ngưng tụ , D = 11086,83 (kg/h)

+ 𝜌 : khối lượng riêng của lỏng ngưng tụ , 𝜌 = 750,97 kg/m 3

Thay vào công thức ta được

Quy chuẩn theo bảng XIII.26 [2-414] ta được 𝑑 𝑡𝑟 = 0,125 𝑚

Với 𝑑 𝑡𝑟 = 0,1 m thì vận tốc lỏng trong ống là

Tra bảng XIII.26 [2-414] với P = 0,25.10 6 (N/m2) và dtr = 125 (mm) ta có thông số của bích như sau:

(mm) Ống Kích thước nối Kiểu bích

Dn D Db Dl Bu lông 1

(mm) (mm) (mm) (mm) db (mm) Z (cái) h (mm)

Tra bảng XIII.32 [2-434] chọn chiều dài đoạn ống nối l = 120 (mm)

 Ống dẫn nước làm lạnh vào thiết bị d : đường kính cửa vào đầu được tính theo công thức VII.42 [2-47] d = √ 𝑉

0,785 𝜔 , 𝑚 với 𝜔 :tốc độ của lỏng đi trong ống,m/s

Theo bảng II.2 [1-370],Chất lỏng tự chảy có vận tốc từ 0,1-0,5 m/s chọn

V : lưu lượng thể tích hỗn hợp đầu đi vào thiết bị ,m 3 /s

3600 𝜌 𝑛ướ𝑐 Ở 25 o C khối lượng riêng của nước là 𝜌 𝑛ướ𝑐 = 1000 𝑘𝑔/𝑚 3

Lưu lượng thể tích hỗn hợp đầu

3600 1000= 35,7 10 −3 𝑚 3 /𝑠 Đường kính cửa vào hỗn hợp đầu

Quy chuẩn theo bảng XIII.32 [2-434] chọn dtr = 0,3 m

Với 𝑑 𝑡𝑟 = 0,3 m thì vận tốc lỏng trong ống là

Tra bảng XIII.26 [2-414] với P = 0,25.10 6 (N/m2) và dtr = 300 mm ta có thông số của bích như sau:

Tra bảng XIII.32 [2-434] chọn chiều dài đoạn ống nối l = 140 (mm)

 Ống dẫn nước ra khỏi thiết bị

Do khối lượng riêng của nước làm lạnh không thay đổi nhiều trong khoảng nhiệt độ

25-45 o C nên ta chọn đường kính ống tháo nước bằng đường kính ống dẫn nước vào thiết bị dtr= 300 mm

3.11.5.Tính và chọn gối đỡ

 Khối lượng nắp và đáy thiết bị ngưng tụ

Tra bảng XIII.11 [2-384] chiều dày và khối lượng của đáy và nắp elip có gờ, chọn chiều cao giờ h = 25 mm

Dtr = 1200 mm; S = 4 mm ta được: m1 = 49 (kg)

Do khối lượng ở bảng tra tính với thép cacbon, với thép không gỉ cần nhân thêm hệ số 1,01 nên m = 49.1,01 = 49,49 (kg)

Khối lượng nắp và đáy thiết bị : 𝑚 1 = 49,49 2 = 98,98 (kg)

 Khối lượng thân thiết bị ngưng tụ

Khối lượng thân thiết bị được xác định theo công thức: m = ρ.V

Kích thước nối Kiểu bích

Bu lông 1 db (mm) Z (cái) h

Dtr: đường kính trong thiết bị ngưng tụ , Dtr = 1,2m

Dn: đường kính ngoài của thiết bị ngưng tụ, m

𝐷 𝑛 = 𝐷 𝑡𝑟 + 2 𝑆 = 1,2 + 2 2 10 −3 = 1,204 𝑚 L: chiều dài ống truyền nhiệt, m

𝐻 = 4 (𝑚) Thay số ta tính được V:

4 (1,204 2 – 1,2 2 ) = 0,029 (m 3 ) Tra bảng XII.7 [2-313] được khối lượng riêng của thép không gỉ X18H10T

𝜌 = 7900 (𝑘𝑔/𝑚 3 ) Suy ra khối lượng thân thiết bị

 Khối lượng 2 bích ghép nắp, đáy vào thân thiết bị

Khối lượng bích ghép nắp, đáy vào thân thiết bị được xác định theo công thức:

4 (𝐷 2 − 𝐷 𝑜 2 − z 𝑑 𝑏 2 ) (𝑚 3 ) Với h: chiều cao các bích, ℎ = 0,025 (𝑚)

Các thông số tương ứng như trong bảng tra Thay số ta có:

 Khối lượng 2 lưới đỡ ống

Thể tích của lưới đỡ ống được tính theo công thức

D: đường kính trong thiết bị, D = 1,2 m n: số ống truyền nhiệt, n = 250 ống dn: đường kính ngoài ống truyền nhiệt, dn = 0,038 m

4 (1,2 2 – 250 0,038 2 ) = 0,01(𝑚 3 ) Khối lượng 2 lưới đỡ ống:

 Khối lượng của các ống truyền nhiệt

Thể tích của các ống truyền nhiệt được tính theo

4 𝑛 (𝑑 𝑛 2 − 𝑑 𝑡𝑟 2 ) (𝑚 3 ) Trong đó: dtr: đường kính trong ống truyền nhiệt, dtr = 0,034 m n: số ống truyền nhiệt, n = 250 ống dn: đường kính ngoài ống truyền nhiệt, dn = 0,038 m

L: chiều dài ống truyền nhiệt, H = 4 m

4 250 (0,038 2 – 0,034 2 ) = 0,23 (𝑚 3 ) Khối lượng của các ống truyền nhiệt:

𝑚 5 = 7900 0,23 = 1817 (𝑘𝑔) Khối lượng của thiết bị ngưng tụ

Thể tích không gian thiết bị ngưng tụ với chiều dài

4∙ 5,2 1,2 2 = 5,88(𝑚 3 ) Khối lượng lỏng chứa đầy thể tích thiết bị

𝐺 𝑙 = 𝑔 𝜌 𝑉 = 9,81.1000 4,75 = 57682,8 (𝑁) Khối lượng lỏng chứa đầy thể tích thiết bị

Chọn số gối đỡ cho thiết bị là 2

Tải trọng 1 gối đỡ phải chịu là

Chọn gối đỡ kiểu yên ngựa

Với đường kính thân thiết bị là D = 1,2 m ,gối đỡ có kích thước như sau

Kích thước,m mm Đường kính

Trọng lượng tối đa,kN

V Y C E J G t1 t2 Đường kính bu lông Đường kính lỗ

4.Thiết bị đun sôi đáy tháp

Chọn thiết bị đun sôi đáy tháp là thiết bị trao đổi nhiệt loại ống chùm kiểu nồi hơi (kettle), dùng hơi nước bão hòa có áp suất P= 5 at ứng với 𝑡 ℎđ = 151,1℃ để gia nhiệt

Hỗn hợp lỏng từ đáy thiết bị được đưa vào thiết bị đun sôi đáy tháp có lưu lượng

𝐺 = 𝑊 + 𝑔′ 𝑙 = 9705,73 + 4999,16 = 14704,89 𝑘𝑔/ℎ (lượng lỏng đĩa thứ nhất đoạn chưng) có nhiệt độ 𝑡 𝑠 = 99,05℃ , được gia nhiệt để bay hơi tạo dòng hơi đi trong tháp Lượng lỏng cần gia nhiệt để hoá hơi tạo dòng hơi đi trong tháp là

Thiết bị đun sôi đáy tháp có:

Chiều dài ống truyền nhiệt L = 4 m, Đường kính ngoài ống truyền nhiệt dn = 57 mm có bề dày 𝛿 = 3,5 mm

Chọn vật liệu là thép không gỉ Crom-Niken-Titan X18H10T

Tính nhiệt lượng trao đổi

Bỏ qua mất mát ra ngoài môi trường

G : lượng lỏng cần cấp nhiệt để tạo dòng hơi quay lại tháp,G = 𝑔′ 𝑙 = 4999,16 kg/h

𝑟 ′ : ẩn nhiệt hoá hơi của sản phẩm đáy ở áp suất khí quyển , 𝑟 ′ = 2264.10 3 J/kg

D: lượng hơi đốt cần thiết ,kg/h

𝑟 : ẩn nhiệt ngưng tụ của hơi bão hoà ở áp suất 5 at, r = 2117.10 3 J/kg

Nhiệt độ trung bình lưu thể

Do quá trình cấp nhiệt là chuyển pha nên nhiệt độ của lưu thể không thay đổi

Nhiệt độ hỗn hợp lỏng ngoài ống t = 99,05 ℃

Hệ số cấp nhiệt khi hơi ngưng tụ trong ống nằm ngang

Chuẩn số Nusselt được xác định theo công thức

Trong đó : d:đường kính trong của ống truyền nhiệt,d=0,034 m

C: hệ số phụ thuộc trạng thái bề mặt ngưng (ống thép ngưng hơi nước ),

𝜆: hệ số dẫn nhiệt nước ngưng 𝜆 = 58,8 10 −2 𝑘𝑐𝑎𝑙

𝑚.ℎ.độ= 0,684 𝑊/𝑚 độ r : ẩn nhiệt ngưng tụ của hơi bão hoà, J/kg

𝜇 :Độ nhớt của nước ngưng, 𝜇 = 0,183 10 −3 I104/[1-96] g :Gia tốc trọng trường g = 9,81 m/s 2

𝜌: Khối lượng riêng của nước ngưng 𝜌 = 916 kg/m 3 I5/[1-11]

𝜌′: Khối lượng riêng của hơi đốt 𝜌 ′ = 2,614 kg/m 3 I251/[1-314,315]

𝜎: Sức căng bề mặt của nước ngưng = 48,84 10 −3 𝑁/𝑚 ; l : chiều dài ống truyền nhiệt, l = 4 m ;

Giả thiết chênh lệch giữa nhiệt độ của hơi đốt và thành ống truyền nhiệt là

Tải nhiệt riêng về phía hơi ngưng tụ

Hệ số cấp nhiệt cho chất lỏng sôi

Hiệu số nhiệt độ giữa hai thành ống:

𝑡 𝑇 𝑖 : nhiệt độ thành ống phía hỗn hợp, ℃

∑ 𝑟: tổng nhiệt trở ở 2 bên ống truyền nhiệt, m 2 độ/W

Tổng nhiệt trở của thành ống truyền nhiệt: ∑ 𝑟 = 𝑟1 + 𝑟2 + 𝛿 λ , m 2 độ/W

𝑟1 , 𝑟2 : Nhiệt trở của cặn bẩn ở hai phía của thành ống

Tra bảng II.V.1 [2 - 4] ta có:

𝑟1 = 0,000232 (𝑚2 độ/𝑊): nhiệt trở cặn bẩn phía hơi bão hòa

𝑟2 = 0,000387 (𝑚 2 độ/𝑊): nhiệt trở cặn bẩn phía dung dịch

𝛿: bề dày ống truyền nhiệt, lấy 𝛿 = 3,5.10 −3 (𝑚)

𝜆: hệ số dẫn nhiệt của vật liệu làm ống truyền nhiệt, chọn vật liệu là thép Crôm – Niken – Titan (X18H10T) có 𝜆 = 16,3 (𝑊/𝑚.độ)

Thay số vào ta có

Khi sôi ở chế độ sủi bọt,chỉ có đối lưu tự nhiên và áp suất từ 0,2-100 at,hệ số cấp nhiệt được xác định theo công thức sau

Do chất lỏng là Etanol 1,2% khối lượng nên ta cần nhân 𝛼 2 với hệ số hiệu chỉnh 𝜓

Các thông số của nước: ở 99,05 o C

Hệ số dẫn nhiệt λ 𝑛𝑐 0,684 W/m.độ

Nhiệt dung riêng C 𝑛𝑐 4229,82 J/kg.độ Độ nhớt μ 𝑛𝑐 0,287.10 -3 Ns/m 2

Các thông số của Etanol 1,2% khối lượng ở 99,05 o C

Hệ số dẫn nhiệt λ 𝑑𝑑 0,545 W/m.độ

Nhiệt dung riêng C 𝑑𝑑 4223,49 J/kg.độ Độ nhớt μ 𝑑𝑑 0,288.10 -3 Ns/m 2

= 0,875 Thiết bị làm việc ở áp suất p = 1at

Nhiệt tải riêng về phía chất lỏng sôi

Nếu coi quá trình truyền nhiệt là ổn định thì q1 = q2

Tính bề mặt truyền nhiệt

Bề mặt truyền nhiệt tính theo công thức:

𝑞 𝑡𝑏 (m 2 ) Trong đó: Q - nhiệt lượng trao đổi

Tính số ống truyền nhiệt

F: Bề mặt truyền nhiệt, m 2 dtr: đường kính trong ống truyền nhiệt, m

L: chiều dài ống truyền nhiệt, m

Vì α1 > α2 nên ta lấy d = dn=0.057m

𝜋 0,057 4 = 96,96 (ống) Chọn số ống của thiết bị n = 100 (ống)

Số ống chữ U là 50 ống đường kính 57x3,5mm

Chọn cách bố trí ống theo hình vuông , đường kính phù hợp để bố trí ống của phần thân trên là D1 = 1,2 m

Thể tích không gian hơi

𝜌 ℎ : Khối lượng riêng của hơi dung dịch etanol 1,2% khối lượng ,

Utt: Cường độ bốc hơi thể tích cho phép của khoảng không gian hơi (thể tích hơi bốc trên một đơn vị thể tích của khoảng không gian hơi trong một đơn vị thời gian) (m 3 /m 3 h) Ở điều kiện áp suất P = 1 (at) thì Utt (1at) = 1600 ÷ 1700 (m 3 /m 3 h)

0,59 1700= 4,984 m 3 Không gian hơi trong thiết bị chia làm 2 khu vực

- Không gian bốc hơi V1 : phía trước tấm chắn chảy tràn

- Không gian bốc hơi V2 : phía sau tấm chắn chảy tràn

- Chọn chiều cao của tấm chắn chảy tràn là 1,260 m để đảm bảo chùm ống ngập trong lòng chất lỏng

- Mực nước phía sau tấm chảy tràn là 0,5m

- Khoảng cách từ chùm ống tới tấm ngăn là 0,1 m cho trường hợp ống giãn nở vì nhiệt

Thể tích không gian hơi V1 được tính theo công thức sau

Trong đó L1 chiều dài từ phần đầu vỏ tới tấm chảy tràn,coi gần bằng chiều dài ống truyền nhiệt là L= 4m

S1 diện tích hình viên phân tạo bởi gờ chảy tràn và thân nồi hơi

180− sin (𝛼)) Chọn đường kính phần nồi hơi là D2 = 1,8 m để có đủ không gian bốc hơi

Thể tích không gian hơi V2

Chiều dài thiết bị tính từ sau tấm chắn chảy tràn là

Trong đó S2 là diện tích hình viên phân phía trên của không gian hơi tạo bởi mực chất lỏng và thân thiết bị

Tính toán cơ khí thiết bị đun sôi đáy tháp

4.10.1.Tính bề dày thân thiết bị

Chọn vật liệu làm thân thiết bị là thép crôm – niken – titan (X18H10T) và phương pháp chế tạo là dạng thân hình trụ hàn

Bề dày thân thiết bị được tính theo công thức XIII.8 [2-360]

Dtr: đường kính trong của thiết bị, m

𝜑 : hệ số bền hàn của thanh hình trụ theo phương dọc,

Theo bảng XIII.8 [2-362] nếu hàn tay bằng hồ quang điện với Dtr < 650 mm, thép không gỉ thì φ = 0,9

C : hệ số bổ sung do ăn mòn và dung sai về chiều dày ,m

 Xác đinh C : Đại lượng bổ sung C trong công thức XIII.8[2-362] phụ thuộc vào độ ăn mòn, độ bào mòn và dung sai của chiều dày Xác định đại lượng C theo công thức

- C1 : bổ sung do ăn mòn, xuất phát từ điều kiện ăn mòn vật liệu của môi trường và thời gian làm việc của thiết bị, m Đối với vật liệu bền (0,05 ÷ 0,1 mm/năm) ta lấy C1 = 1 mm = 10 -3 m

- C2 : đại lượng bổ sung do hao mòn, chỉ tính đến trong trường hợp nguyên liệu có chứa các hạt rắn chuyến động với tốc độ lớn ở trong thiết bị,nên có thể bỏ qua C2

- C3 : đại lượng bổ sung do dung sai của chiều dày, phụ thuộc vào chiều dày tấm vật liệu m

 Xác định ứng suất cho phép [𝜎]

Khi tính toán sức bền của thiết bị trước hết cần xác định ứng suất cho phép Đại lượng ứng suất cho phép phụ thuộc vào dạng ứng suất, đặc trưng bền của vật liệu chế tạo, nhiệt độ tính toán, công nghệ chế tạo và điều kiện sản xuất Ứng suất cho phép được xác định theo các công thức: Ứng suất cho phép khi kéo [𝜎 𝑘 ]= 𝜎 𝑘

𝜂 𝑘 𝜂 N/m 2 XIII.1 [2-355] Ứng suất cho phéptheo giới hạn chảy [𝜎 𝑐 ] = 𝜎 𝑐

-[𝜎 𝑘 ], [𝜎 𝑐 ] :Ứng suất cho phép khi kéo,theo giới hạn chảy

-𝜂 𝑘 , 𝜂 𝑐 : hệ số an toàn theo giới hạn bền, giới hạn chảy

Tra bảng XIII.3 [2-356] với thép không gỉ cán, rèn dập ta xác định được

k: giới hạn bền khi kéo Tra bảng XII.4 [2-309] với thép không gỉ X18H10T dày

- c: giới hạn chảy Tra bảng XII.4 [2-309] với thép không gỉ X18H10T dày 4 – 25 mm ta được c = 220.10 6 (N/m 2 ) η : hệ số điều chỉnh Các chi tiết, bộ phận không bị đốt nóng hay được cách ly với nguồn đốt nóng trực tiếp (nhóm thiết bị 2) Các thiết bị dùng để sản xuất ở áp suất cao (loại 1) Tra bảng XIII.2 [2-356] ta xác định được η = 0,9

1,5 = 132,00.10 6 N/m 2 Vậy ứng suất cho phép của vật liệu:

Xác định áp suất làm việc của thiết bị

Thiết bị làm việc ở áp suất khí quyển

Trong đó áp suất môi trường Pmt tm = 1,01 10 5 N/m 2 Áp suất thuỷ tĩnh Ptt = ρ.g.H = 960,40 9,81 1,260 = 11871 N/m 2 Áp suất làm việc thân thiết bị

Bề dày thân thiết bị

Theo quy chuẩn trong bảng XIII.9 [2-364] ta chọn S = 3 mm,C3=0,18 mm,

 Kiểm tra ứng suất thành thiết bị theo áp suất thử

Sau khi đã xác định được chiều dày thiết bị,ta cần kiểm tra ứng suất theo áp suất thử bằng công thức XIII.26 [2-365]

Po: Áp suất thử được tính theo công thức XIII.27 [2-366]

- Pth : áp suất thử thủy lực lấy theo bảng XIII.5 [2-358]

-Pl : áp suất thủy tĩnh của nước được tính theo công thức XIII.10 [2-360]

P1 = ρ.g.H (N/m 2 ) ρ : khối lương riêng của nước ở 25 o C , kg/m 3 H: chiều cao cột chất lỏng, m

Tra bảng I.5 [1-11] với nước ở 25 o C được khối lượng riêng của nước tại 25 o C là 

1,2 = 183,33 10 6 N m 2 (𝑡ℎ𝑜ả 𝑚ã𝑛) Vậy chọn chiều dày thân thiết bị là S = 3.10 -3 m

Tuy nhiên với đường kính thiết bị lớn D = 1,8m ,ta chọn bề dày thiết bị là

4.10.2 Tính chiều dày vỉ ống

Chiều dày lưới đỡ ống phải đảm bảo các yêu cầu sau:

- Yêu cầu 1: Giữ chặt ống sau khi nung, bền Ống truyền nhiệt có dn = 57 mm

 chọn giá đỡ ống có bề dày 𝑆 ′ =𝑑 𝑛

- Yêu cầu 2: Chịu ăn mòn tốt chiều dày mạng ống là S = S′ + C = 12,125 + 1,8 = 13,925 (mm)

-Yêu cầu 3: Giữ nguyên hình dạng của mạng khi khoan, khi nung cũng như sau khi nung ống Để thỏa mãn yêu cầu này thì cần đảm bảo tiết diện dọc giới hạn bởi ống là f = S (t - dn)) ≥ fmin = 4,4dn + 12

Trong đó S: Là chiều dày mạng ống, mm , S = 13,925 mm t: Là bước ống, t =1,403.dn = 1,4.57 = 80 (mm) dn: Đường kính ngoài của ống truyền nhiệt, dn = 25 (mm) f= 13,925.(80-57) = 320,275 mm 2 > fmin = 4,4.dn +12 =4,4 57 +12= 262,8 mm 2 (thoả mãn)

-Yêu cầu 4 : Bền dưới tác dụng của các loại ứng suất Để thoả mãn yêu cầu này ta tiến hành kiểm tra mạng ống theo giới han bền uốn với điều kiện

P: áp suất làm việc N/m 2 dn : đường kính ngoài của ống truyền nhiệt,m

S : chiều dày mạng ống với l = t = 80 mm Áp suất làm việc P = 5 at = 490500 N/m 2

Vậy chọn chiều dày lưới đỡ ống là Slưới mm

4.10.3 Tính chiều dày nắp và nắp thiết bị

Nắp thiết bị được chế tạo cùng vật liệu với thân thiết bị, ở đây là thép không gỉ X18H10T

Nắp nối với thân thiết bị bằng cách ghép bích

Chọn nắp elip có gờ đối với thiết bị có thân hàn thẳng đứng chịu áp suất trong

Chiều dày nắp elip được xác định theo công thức XIII.47 [2-385]:

𝐷 𝑡𝑟 : đường kính trong của phần đầu thân thiết bị , 𝐷 𝑡𝑟 = 1,2 m

- hb : chiều cao phần lồi của nắp ,Tra bảng XIII.10 [2-381] với Dtr= 1,2 m chọn hb = 300 (mm)

- φh : hệ số bền của mối hàn hướng tâm, chọn φh =0,9

-k : hệ số bền của nắp được tính theo công thức XIII.48 [2-385] ,k=1

Môi trường làm việc là hơi bão hoà Áp suất mà nắp thiết bị đun sôi đáy tháp phải chịu: P= Pmt,N/m 2

Trong đó Pmt : áp suất môi trường Pmt = 5 at = 490500 N/m 2 Áp suất mà nắp thiết bị đun sôi phải chịu:

-Bề dày nắp thiết bị

C : đại lượng bổ sung ,thêm 2mm khi S - C ≤ 10 mm,

Quy chuẩn theo bảng XIII.11 [2-364]: S = 6 (mm), C3=0,6 mm,

 Kiểm tra ứng suất theo áp suất thuỷ lực Po

Po: Áp suất thử được tính theo công thức XIII.27 [2-366]

- Pth : áp suất thử thủy lực lấy theo bảng XIII.5 [2-358]

-Pl : áp suất thủy tĩnh của nước được tính theo công thức XIII.10 [2-360]

P1 = ρ.g.H (N/m 2 ) ρ : khối lương riêng của nước ở 25 o C , kg/m 3

Tra bảng I.5 [1-11] ở 25 o C khối lượng riêng của nước là

P1= ρ.g.H 7,08 9,81.1,2 = 11737,63 N/m 2 Áp suất thử Po= 1,5 Pb +Pl = 735750+ 11737,63 = 747487,63 N/m 2

1,2 = 183,33 10 6 Vậy chọn bề dày nắp nắp là S = 6 mm

-Tra bích và số bulong cần thiết để lắp ghép

Chọn bích liền kiểu 1,theo bảng XIII.27 [2–421] ta với các thông số sau

Với Dtr= 1200 mm,áp suất làm việc P= 490500 = 0,49 10 6 N/m 2

4.10.4.Chiều dày đáy thiết bị

Chiều dày đáy elip được xác định theo công thức XIII.47 [2-385]:

𝐷 𝑡𝑟 : đường kính trong của thân thiết bị , 𝐷 𝑡𝑟 = 1,8 m

- hb : chiều cao phần lồi của nắp ,Tra bảng XIII.10 [2-381] với Dtr = 1,8 m chọn hb = 450 (mm)

- φh : hệ số bền của mối hàn hướng tâm, chọn φh =0,9

-k : hệ số bền của đáy được tính theo công thức XIII.48 [2-385] ,𝑘 = 1

Thiết bị làm việc ở áp suất khí quyển

Kích thước nối Kiểu bích

Bu lông 1 db (mm) Z (cái) h (mm)

Trong đó áp suất môi trường Pmt tm = 1,01 10 5 N/m 2 Áp suất thuỷ tĩnh Ptt = ρ.g.H = 960,40 9,81 0,5 = 4710,76 N/m 2 Áp suất làm việc thân thiết bị

Bề dày đáy thiết bị

C : đại lượng bổ sung ,thêm 2mm khi S - C ≤ 10 mm,

Quy chuẩn theo bảng XIII.11 [2-364]: S = 4 (mm), C3=0,4 mm,

 Kiểm tra ứng suất theo áp suất thuỷ lực Po

Po: Áp suất thử được tính theo công thức XIII.27 [2-366]

- Pth : áp suất thử thủy lực lấy theo bảng XIII.5 [2-358]

-Pl : áp suất thủy tĩnh của nước được tính theo công thức XIII.10 [2-360]

P1 = ρ.g.H (N/m 2 ) ρ : khối lương riêng của nước ở 25 o C , kg/m 3

Tra bảng I.5 [1-11] ở 25 o C khối lượng riêng của nước là

P1= ρ.g.H 7,08 9,81.1,8 = 17606,43 N/m 2 Áp suất thử Po= 1,5 Pb +Pl = 158566,14 + 17606,43 = 176172,57 N/m 2

1,2 = 183,33 10 6 (𝑘ℎô𝑛𝑔 𝑡ℎ𝑜ả 𝑚ã𝑛 ) Chọn bề dày đáy là S = 5mm ,C = 1+ 0,5 + 2 =3,5 mm

1,2 = 183,33 10 6 N/m 2 Vậy chọn bề dày nắp nắp là S = 5 mm

-Tra bích và số bulong cần thiết để lắp ghép

Chọn bích liền kiểu 1,theo bảng XIII.27 [2–421] ta có các thông số sau

Với Dtr= 1800 mm,áp suất làm việc P= 105710,76 = 0,11 10 6 N/m 2

Kích thước nối Kiểu bích

D Db Dl Do Bu lông 1

4.10.5.Tính đường kính ống dẫn

Các đại lượng trong công thức VII.74 [2-74] với hơi đốt

- ω: vận tốc thích hợp của hơi đốt trong ống

Theo bảng II.2 [1-370] hơi bão hoà P > 1at có ω = 15-25m/s ,chọn ω = 20 (m/s)

- V: lưu lượng hơi đốt đi trong ống

+ D: lượng hơi đốt đi vào thiết bị, D = 1,49 𝑘𝑔/𝑠

+ ρ: khối lượng riêng của hơi đốt tại áp suất P1 = 5 (at)

Tra bảng I.251 [1-315] suy ra ρ = 2,614 (kg/m 3 )

Thay vào công thức ta được

0,785.20= 0,19 𝑚 Quy chuẩn theo bảng XIII.26 [2-414] ta được 𝑑 𝑡𝑟 = 0,2 𝑚

(mm) (mm) (mm) (mm) db (mm) Z (cái) h (mm)

Với 𝑑 𝑡𝑟 = 0,2 m thì vận tốc hơi trong ống là

Tra bảng XIII.26 [2-414] với P = 0,6.10 6 (N/m2) và dtr = 100 mm ta có thông số bích như sau

Tra bảng XIII.32 [2-434] chọn chiều dài đoạn ống nối l = 130 (mm)

 Ống tháo nước ngưng ω: vận tốc thích hợp của nước ngưng

Theo bảng II.2 [1-370] tốc độ của chất lỏng tự chảy trong ống là ω 0,1-0,5m/s Chọn ω = 0,5 (m/s)

- V: lưu lượng lỏng chảy trong ống

+ D: lượng nước ngưng ra khỏi thiết bị , G = D = 1,49𝑘𝑔/𝑠

Kích thước nối Kiểu bích

Bu lông 1 db (mm) Z (cái) h

+ 𝜌 : khối lượng riêng của nước ngưng , 𝜌 = 916,22 kg/m 3

Thay vào công thức ta được

Quy chuẩn theo bảng XIII.26 [2-414] ta được 𝑑 𝑡𝑟 = 0,07 𝑚

Với 𝑑 𝑡𝑟 = 0,07 m thì vận tốc lỏng trong ống là

Tra bảng XIII.26 [2-414] với P = 0,6.10 6 (N/m2) và dtr = 70 (mm) ta có thông số của bích như sau:

Tra bảng XIII.32 [2-434] chọn chiều dài đoạn ống nối l = 100 (mm)

 Ống dẫn hỗn hợp vào thiết bị đun sôi đáy tháp d : đường kính cửa vào hỗn hợp vào thiết bị được tính theo công thức VII.42 [2-47] d = √ 𝑉

0,785 𝜔 , 𝑚 với 𝜔 :tốc độ của lỏng đi trong ống,m/s

Theo bảng II.2 [1-370],Chất lỏng tự chảy có vận tốc từ 0,1-0,5 m/s chọn

V : lưu lượng thể tích hỗn hợp đầu đi vào thiết bị ,m 3 /s

G : lượng hỗn hợp đi vào thiết bị,kg/h

Khối lượng riêng của Etanol 1,2%khối lượng ở 99,05 o C là

Lưu lượng thể tích hỗn hợp đi vào thiết bị

Kích thước nối Kiểu bích

Bu lông 1 db (mm) Z (cái) h

3600 960,4 = 4,25 10 −3 𝑚 3 /𝑠 Đường kính cửa vào hỗn hợp đầu

Quy chuẩn theo bảng XIII.32 [2-434] chọn dtr = 0,125 m

Với 𝑑 𝑡𝑟 = 0,125 m thì vận tốc lỏng trong ống là

Tra bảng XIII.26 [2-414] với P = 0,25.10 6 (N/m2) và dtr = 125 mm ta có thông số của bích như sau:

Tra bảng XIII.32 [2-434] chọn chiều dài đoạn ống nối l = 120 (mm)

 Ống dẫn hơi ra khỏi thiết bị Đường kính cửa dẫn hơi được tính theo công thức VII.42 [2-47] d = √ 𝑉

0,785 𝜔 , 𝑚 với 𝜔 :tốc độ của lhơi đi trong ống,m/s

Kích thước nối Kiểu bích

Bu lông 1 db (mm) Z (cái) h

Ngày đăng: 16/03/2024, 16:48

TÀI LIỆU CÙNG NGƯỜI DÙNG

TÀI LIỆU LIÊN QUAN

w