3.Các số liệu ban đầu: Năng suất nhập liệu: 1tftítíkg/h Nồng độ nhập liệu: 3tí% phần khối lượng Nồng độ sản phẩm đỉnh: 9tí% phần khối lượng Nồng độ sản phẩm đáy: 5% phần mol 4.Yêu cầu về
Khai NIGIM 5777 =
Chưng cất là quá trình tách các thành phần của hỗn hợp lỏng hoặc khí lỏng thành các phần tử riêng biệt dựa trên sự khác biệt về độ bay hơi Quá trình này diễn ra khi các thành phần ở cùng nhiệt độ, với áp suất hơi bão hòa khác nhau.
Trong quá trình chưng cất, sự hình thành pha mới diễn ra thông qua bốc hơi hoặc ngưng tụ, thay vì thêm một pha mới vào hỗn hợp như trong quá trình hấp thu hoặc nhả khí.
Chưng cất và cô đặc đều là các quá trình tách biệt nhưng có sự khác nhau cơ bản Trong chưng cất, cả dung môi và chất tan đều bay hơi, với tỷ lệ khác nhau giữa hai pha Ngược lại, quá trình cô đặc chỉ cho phép dung môi bay hơi, trong khi chất tan vẫn giữ lại và không bay hơi.
Khi tiến hành chưng cất, chúng ta thu được nhiều cấu tử, và số lượng cấu tử tương ứng với số lượng sản phẩm thu được Trong trường hợp đơn giản chỉ có hai cấu tử, kết quả sẽ là hai sản phẩm được tạo ra.
Sản phẩm đỉnh chủ yếu gồm các cầu tử có độ bay hơi lớn (nhiệt độ sôi nhỏ)
Sản phẩm đáy chủ yếu gồm các cầu tử có độ bay hơi nhỏ (nhiệt độ sôi lớn) Đối với hệ Benzen - Toluen
Sản phẩm đỉnh chủ yếu gồm Benzen và một ít Toluen
Sản phẩm đáy chủ yếu gồm Toluen và một ít Benzen
Phương pháp chưng cất - ¿(c1 ng Hư 1
Trong thực tế sử dụng các phương pháp chưng cất sau đây:
Phương pháp tách hỗn hợp bằng đề là kỹ thuật hiệu quả để phân tách các cấu tử có độ bay hơi khác nhau Phương pháp này thường được áp dụng để tách sơ bộ hoặc làm sạch các cấu tử khỏi tạp chất.
- _ Chưng cất bằng hơi nước trực tiếp:
Quá trình chưng cất là phương pháp tách các hỗn hợp gồm các chất khó bay hơi và tạp chất không bay hơi Phương pháp này thường được ứng dụng trong trường hợp chất được tách không tan vào nước, giúp phân tách và tinh chế các chất một cách hiệu quả.
Chưng cắt là phương pháp phổ biến nhất để tách hoàn toàn hỗn hợp các chất lỏng có tính chất hòa tan một phần hoặc hòa tan hoàn toàn vào nhau.
Trong trường hợp các cầu tử của hỗn hợp dễ bị phân hủy ở nhiệt độ cao hoặc hỗn hợp có nhiệt độ sôi cao, quá trình chưng cất được thực hiện ở áp suất thấp Nếu các cầu tử của hỗn hợp không hóa lỏng ở áp suất thường, chưng cất sẽ được tiến hành ở áp suất cao Đối với hệ Benzen - Toluen, phương pháp chưng cất liên tục ở áp suất thường là lựa chọn tối ưu.
Trong sản xuất, nhiều loại thiết bị được sử dụng để thực hiện quá trình cat - hấp thu, với yêu cầu chung là diện tích bề mặt tiếp xúc pha lớn Điều này phụ thuộc vào mức độ phân tán của lưu chất Khi pha khí phân tán vào pha lỏng, ta sử dụng tháp mâm, còn khi pha lỏng phân tán vào pha khí, tháp chêm và tháp phun là lựa chọn phù hợp Bài viết này sẽ khảo sát hai loại thiết bị thường dùng là tháp mâm và tháp chêm.
Tháp mâm là một thiết bị công nghiệp bao gồm thân tháp hình trụ với các mâm có cấu tạo khác nhau, cho phép pha lỏng và pha hơi tiếp xúc với nhau Chất lỏng được đưa vào tháp từ đỉnh hoặc mâm thích hợp, chảy xuống dưới nhờ trọng lực qua các ống chảy chuyên dụng Trong khi đó, pha hơi hoặc khí di chuyển từ dưới lên qua các khe hở trên các mâm Quá trình này diễn ra theo cơ chế tiếp xúc pha nghịch dòng, mặc dù trên mỗi mâm, hai pha vẫn giao tiếp với nhau.
Tháp mâm chóp là một thiết bị có cấu trúc bao gồm mâm và chóp, với ống chảy chuyên dụng được gắn trên mâm Ống chảy này có thể có tiết diện hình tròn hoặc viên phân, và số lượng ống có thể thay đổi tùy thuộc vào suất lượng pha lỏng cần xử lý.
Chóp có thể có hình dạng tròn hoặc các hình dạng khác Trên chóp có rãnh xung quanh cho phép khí đi qua, và rãnh này có thể có hình chữ nhật, tam giác hoặc hình tròn.
Tháp mâm xuyên lỗ là loại tháp có mâm với nhiều lỗ hay rãnh, yêu cầu mâm phải được lắp đặt thật ngang bằng để đảm bảo hiệu quả hoạt động Tuy nhiên, việc sử dụng mâm xuyên lỗ ít phổ biến do khả năng phân phối chất lỏng không đều Trong tháp này, pha khí được đưa từ dưới lên qua các lỗ trên mâm, giúp phân tán vào lớp chất lỏng đang chuyển động từ trên xuống qua các ống chảy chuyền, được bố trí tương tự như trong tháp mâm chóp.
Tháp chêm, hay còn gọi là tháp đệm, là một cấu trúc hình trụ được thiết kế với nhiều bậc, kết nối với nhau bằng mặt bích hoặc phương pháp hàn Vật liệu chêm trong tháp có thể được sắp xếp theo hai cách: xếp ngẫu nhiên hoặc xếp theo thứ tự.
Vật chêm sử dụng gôm có nhiều loại khác nhau, bao gồm vòng Raschig, vật chêm hình yên ngựa và vật chêm vòng xoắn Những loại vật chêm này đóng vai trò quan trọng trong quá trình tối ưu hóa hiệu suất của thiết bị trong ngành công nghiệp.
So sánh ưu, nhược điềm của các loại tháp
Tháp chêm Tháp mâm xuyên lỗ Tháp chóp Ưu - Cầu tạo đơn giản - Tro lực tương đối | - Khá ôn định điểm thấp
- Trở lực thấp - Hiệu suất cao
Làm việc hiệu quả với chất lỏng, sử dụng đệm cầu giúp giảm tiêu hao năng lượng Thiết kế chế tạo đơn giản với số mâm ít hơn, mang lại lợi ích kinh tế và hiệu suất cao.
Nhược |- Do có hiệu ứng thành — | Yéu cầu lắp đặt cao, | - Có trở lực lớn điểm hiệu suất truyền khối thấp mâm lắp phải rất
- Độ ôn định không cao, khó vận hành
- Thiết bị khá nặng nề phẳng, đối với những tháp có đường kính quá lớn ít dùng mâm xuyên lỗ vì chất lỏng khó phân phối đều trên mâm
- Tiêu tốn nhiều vật tư, kết câu phức tạp
- Sử dụng tháp chêm không cho phép kiểm soát quá trình chưng cất theo không gian tháp
I GIỚI THIỆU VỀ NGUYÊN LIỆU
Benzen là một hợp chất hóa học hữu cơ có công thức phân tử C6H6 Phân tử benzen bao gồm sáu nguyên tử carbon liên kết thành một vòng lục giác phẳng, với một nguyên tử hydro gắn vào mỗi nguyên tử carbon Do chỉ chứa carbon và hydro, benzen được phân loại là hydrocacbon.
Benzen là một thành phần tự nhiên của dầu mỏ và được phân loại là hydrocacbon thơm nhờ vào các liên kết pi liên tục giữa các nguyên tử carbon Chất lỏng này không màu, dễ cháy, có mùi ngọt và góp phần tạo ra mùi thơm của xăng Benzen chủ yếu được sử dụng làm tiền chất để sản xuất các hóa chất phức tạp hơn như ethylbenzen và cumen, với hàng tỷ kg được sản xuất hàng năm Mặc dù là một hóa chất công nghiệp quan trọng, benzen được sử dụng hạn chế trong các sản phẩm tiêu dùng do tính độc hại của nó Đây cũng là một hợp chất hữu cơ dễ bay hơi.
Benzen được phân loại là chất gây ung thư
Các tính chất vật lí của Benzen:
Khối lượng phân tử: 78,114 g-mol 7
Tỉ trong: 0,8765(20) g/cm? Độ nóng chảy: 5,53 °C (41,95 °F; 278,68 K) Điểm sôi: 80,1 °C (176,2 °F; 353,2 K)
Toluene, hay methylbenzen, là một hydrocacbon thơm có công thức hóa học C7H8, thường được viết tắt là PhCH3, trong đó Ph đại diện cho nhóm phenyl Đây là một chất lỏng không màu, không tan trong nước, với mùi giống như chất pha loãng sơn Toluene là một dẫn xuất của benzen, trong đó một nhóm metyl (CH3) gắn với nhóm phenyl qua một liên kết đơn.
Toluene chủ yếu được sử dụng làm nguyên liệu công nghiệp và dung môi
Hỗn hợp Benzen - TolUen . ¿s55 xe krrkexrree 4 CHƯƠNG 2: QUY TRÌNH CÔNG NGHẸ, c0 1 11 111212111 111101101101 10 01 ray 5 CHƯƠNG 3: TÍNH TOÁN THIẾT BỊ CHÍNH 6-56 SE kEEEExrekgrrsrkreerxee 6 II 079 ca/vieorv .-: ÒỎ ó
Ta có bảng thành phần lỏng (x) - hơi (y) và nhiệt độ sôi của hỗn hợp Benzen - Toluen
6 760 mmHg (STT2) x(%pha | 0 p 5 10 20 30 | 40 | 50 | 60 | 70 | 80 | 90 | 10 n mol) 0 y(% 0 11,8 | 21,4 |} 38 | 51, | 61, | 71, | 79 | 85, | 91 | 95, | 10 phan 1 |9 |2 4 9 |0 mol)
CHUONG 2: QUY TRINH CONG NGHE
Hỗn hợp Benzen - Toluen có nồng độ Benzen 30% (theo khối lượng) và nhiệt độ ban đầu là 30°C tại bình chứa Hỗn hợp được bơm lên thiết bị truyền nhiệt, nơi dòng nhập liệu được gia nhiệt đến nhiệt độ sôi 97,4°C Sau đó, hỗn hợp được chuyển vào tháp chưng cất tại đĩa nhập liệu để bắt đầu quá trình chưng cất, với lưu lượng dòng nhập liệu được kiểm soát qua lưu lượng kế.
Trên đĩa nhập liệu, chất lỏng được trộn với pha lỏng từ đoạn cất của tháp chảy xuống
Trong tháp chưng cất, hơi từ dưới lên gặp dòng lỏng từ trên xuống, tạo ra sự tiếp xúc giữa hai pha Pha lỏng di chuyển xuống dưới, giảm nồng độ các hợp chất dễ bay hơi do bị cuốn theo hơi từ nồi đun Nhiệt độ giảm dần khi lên cao, khiến các hợp chất có nhiệt độ sôi cao như Toluen ngưng tụ lại Cuối cùng, tại đỉnh tháp, chúng ta thu được hỗn hợp với Benzen chiếm ưu thế, đạt khoảng 90% khối lượng.
Hơi đi vào thiết bị ngưng tụ sẽ được ngưng tụ hoàn toàn, trong đó một phần chất lỏng sẽ được làm nguội qua thiết bị trao đổi nhiệt ống chùm và sau đó được đưa vào bồn chứa sản phẩm đỉnh Phần còn lại của chất lỏng sẽ được hoàn lưu trở lại tháp ở đĩa trên cùng với tỷ lệ hoàn lưu được kiểm soát bằng lưu lượng kế Tại đáy tháp, hỗn hợp thu được chủ yếu là toluen, với nồng độ đạt 95% phần mol toluen và phần còn lại là benzen Dung dịch lỏng từ đáy sẽ đi ra khỏi tháp vào nồi đun, nơi một phần sẽ bốc hơi và cung cấp lại cho tháp, trong khi phần còn lại sẽ được làm nguội và đưa vào bồn chứa sản phẩm đáy.
Hệ thống làm việc liên tục cho ra sản phâm đỉnh là Benzen, sản phẩm day la Toluen
CHUONG 3: TINH TOAN THIET BI CHINH
Khối lượng phân tử Benzen Ms = 78
Khối lượng phân tử Toluen Mr = 92
Goi F, W, D lần lượt là năng suất nhập liệu, sản phâm đáy và đỉnh
Phần khối lượng của cấu tử dễ bay hơi (Benzen) trong nhập liệu, sản phẩm đáy và đỉnh được ký hiệu là Xz, Xw, Xp Trong khi đó, phần mol của cấu tử dễ bay hơi (Benzen) tương ứng trong các thành phần này được ký hiệu là xr, xw, Xp.
Phương trình cân bằng vật chất tông quát:
Phương trình cân bằng vật chất đối với cau tir dé bay hoi:
F.xp=D.xp+W Xự (2) Đối phần khối lượng thành phần mol theo công thức
Xp 1-x, 0,9, 1-0,9 Đôi năng suất nhập liệu thành suất lượng nhập liệu
F_F.xp , FU1~Xe) _ 1000.0,3 , 1000(1- 0,3) 15 ge pmoi/h = 9?
Ta có hệ phương trình
Bang 1 Can bang pha long hoi x(%pha | 0 5 10 20 30 | 40 | 50 | 60 | 70 | 80 | 90 | 10 nmol) y(% 0 11,8 | 21,4 | 38 51, | 61, | 71, | 79 | 85, | 91 | 95, | 10 phan 1 |9 |2 4 9 |0 mol) t(°C) 110, | 108, | 106, | 102, | 98, | 95, | 92, | 89, | 86, | 84, | 82, | 80,
Bang 2 Tom tat các thông số nồng độ trong quá trình chưng cất
Nhiệt độ sôi Thành phần của Benzen trong hỗn hợp
Phân khối lượng | Phần mol x (%) Phân mol y (%)
(%) tr= 97,4°%C Xp =0,3 xr = 0,336 yr=0,54988 tb= 82°C Xp = 0,9 XD = 0,914 VD— 0,959 tw = 108,3°C Xw = 0,0427 xw = 0,05 Yw = 0,118 i SOMAM LY THUYET
- Chỉ số hồi lưu tối thiểu:
- Phuong trinh lam viéc doan cất:
- Phuong trinh lam việc đoạn chưng:
Lượng hỗn hợp nhập liệu so véi san pham dinh (f):
Giá trị cực tiêu là điểm mà R tối ưu nhất
2ti ti ti 2 4 Ati 12 14 1ó 18 2t Điểm cực tiêu (2,05;28,7)
1tí ah BE mt 2t Sti 4ti Sti ótí 7 8ti oti 1t
- _ Độ bay bơi tương đối: y_ l—x 1—y x a=
Trong đó: x,y: nồng độ cấu tử dé bay hoi trong pha long va pha khí ¢ Độ bay hơi tương đối tại đỉnh tháp: œ=—Tp 1—Xs 03989_ 1-0/914_„,
P`1—yp xp -1-0,959" 0,914” ¢ Độ bay hơi tương đối tại nhập liệu:
PV l-yr xp 1-054988 0336 ¢ D6 bay hơi tương đối tại đáy tháp:
Bang 3 Độ nhớt của Benzen-Toluen theo nhiệt độ Độ nhớt (cP) Tại đỉnh tháp Tại nhập liệu Tại đây tháp
Toluen 0,3142 0,277 0,2544 Độ nhớt hỗn hợp tính theo công thức: log w=x;.log t#z+[L—x; |]0g My s* Độ nhớt hỗn hợp tại đỉnh tháp: log t„=xp.log tz+|1—xp| log uy=0,914 log 0,3105+|1—0,914]1og0,3142
4 Độ nhớt hỗn hợp tại nhập liệu: log n„—=xz log Ht 1—x,|log Hp =0,336 log 0,268+|1—0,336]1log0,277
* Độ nhớt hỗn hợp tại đáy tháp: log 0= xự log s+|1— xụ| log uy=0,05 log 0,24357 +|1—0,05] log0,2544
- _ Số mâm thực tế tính theo công thức:
Trong đó: tị, : hiệu suất trung bình của đĩa
‘ b n n: so dia tinh hiéu suat
TỊi ,TỊs, ,fỊu: hiệu suất của các bậc thay đôi theo nông độ
Hiệu suá trung bình là hàm số của độ bay hơi tương đối của hỗn hợp và độ nhớt của hỗn hợp lỏng 1y=f | ap!
Tra sách STT2 ơp.tp= 2,2.0,3108 = 0,68
N — ¿| chưng — al chưng) Ne (chung) 54,5 %
Gp: luong san pham dinh (kg/h)
Lượng chất lỏng hồi lưu (Gr) được tính bằng kg/h, trong khi lượng hơi trung bình thoát ra khỏi đoạn cất (ga) cũng được đo bằng kg/h Tại đỉnh tháp, năng lượng cụ thể tg là 392093,82 J/kg, và tr là 77200,6 J/kg Công thức tính rạ là ya.rs + (1—ya)r, với ya = 0,9, cho ra giá trị rạ = 0,9 * 392093,82 + (1—0,9) * 377200,6 = 690604,5 Đối với r, ta có công thức r = Vi * rg + |1—y| * ry, với y = 0,9, cho ra y * 380810,4 + |1—y| * 369744,68 = 11065,72.
Ta có hệ phương trình: g¡;=G,+Gp đi }⁄¡=G¡XitGpXp
15 ơi lượng hơi di vào đĩa dưới cùng của đoạn cất (kg/h) yi: ham lượng hơi đối với đĩa thứ nhất của đoạn cất
Trong quá trình cất, lượng lỏng trên đĩa thứ nhất được tính bằng G¡ (kg/h), với nồng độ phần khối lượng vào đĩa là x¡, tương ứng với nồng độ nhập liệu Đối với hỗn hợp đi vào đĩa thứ nhất, ân nhiệt hoá hơi được ký hiệu là r¡, trong khi ân nhiệt hoá hơi của hỗn hợp ra khỏi đỉnh tháp là ra Để tính toán, ta có công thức g, = G¡ + 300,9.
Ta có hệ phương trình:
Gy X= 91 SwtW Xu g¡-T¡Ta—0iTn
Trong quá trình chưng cất, lượng hơi đi vào đoạn chưng được ký hiệu là ứ` (kg/h), trong khi lượng lỏng di chuyển trong đoạn chưng được ký hiệu là Œ` (kg/h) Hàm lượng lỏng được biểu thị bằng xì Nhiệt hoá hơi của hỗn hợp khi vào đĩa thứ nhất của đoạn chưng được ký hiệu là r`¡, và nhiệt hoá hơi của hỗn hợp khi vào đĩa trên cùng được ký hiệu là r`„.
B2 2 - 6,6 h kg gn lượng hơi đi ra khỏi đoạn chưng (cũng là lượng hơi đi vào đoạn cất) (kg/h) ỉn = ĐI
Nồng độ mol của cầu tử I được xác định theo giá trị trung bình, với nồng độ tại hai đầu đoạn tháp trong quá trình chưng cất, cụ thể là giữa đĩa nhập liệu và đỉnh hoặc giữa đĩa nhập liệu và đáy.
Mi, M2 : khéi lượng mol của cầu tử 1 và 2
T: nhiệt độ làm việc trung bình của tháp (K) se - Xét đoạn cất
— [Vai M,*[1— yạyÌM;)273 — |0,707.78+|1—0,707)92]273 Đym= 22,4.T, ~ 22,4.362.7 ¿2,7588 F8 m ® - Xét đoạn chưng
Pub, Pyằ là khối lượng riêng trung bình của pha lỏng và pha hơi tinh theo nhiệt độ trung bình (kg/m³) Khi hệ số căng bề mặt (σ) nhỏ hơn 20 dyn/cm, giá trị o,.) là 0,8; ngược lại, khi σ lớn hơn 20 dyn/cm, giá trị o,.) là 1 Khoảng cách giữa các giá trị cna được chọn theo bảng đường kính tháp trong quá trình xét đoạn cất.
XI — 2 a 2 =0,625 ps = 804,33 kg/m’? pr= 798,3 kg/m?
Px 2 kg/m? og = 20,0875 dym/cm or= 20,4815 dym/cm ơ, 20,0875 20,4815
Xp2— 2 ps= 790,6 kg/m’? pr= 785,8 kg/m?
Px2x6,7 ke/m’* op = 18,458 dym/cm or= 19,1 dym/cm Ớ,
CHIEU CAO THAP H=N,{h,+6|+1 hg: khoang cách giữa 2 đĩa ử : bề dày mõm
- Tro luc thap khi dia khô
AP, 2 š: hệ số trở lực, thường chọn & =4,5-5 œ; : tốc độ khí qua rãnh chóp (m/$)
O,— ° 3600.7.d,7.n dị: đường kính trong ống hơi, thường được chọn 50, 75, 100, 125 mm)
Vy: lưu lượng hơi đi trong tháp (m°h) v.—ớt
Py n: số chop phân phối trên đĩa dD 2 h 2 n=0,1
- — Trở lực do sức căng bề mặt
Đường kính tương đương của khe chop được ký hiệu là m, trong khi chu vi rãnh được ký hiệu là £ Diện tích tự do của rãnh được tính bằng công thức f = h * b, trong đó h là chiều cao và b là chiều rộng của rãnh (nếu rãnh có hình chữ nhật) Cụ thể, chiều cao h = 30mm = 0,03m và chiều rộng b = 5mm = 5 * 10^-3m Từ đó, diện tích tự do f được tính là f = 0,03 * 5 * 10^-3 = 1,5 * 10^-4m² Cuối cùng, giá trị n được tính theo công thức n = 2(h + b) = 2/(0,03 + 5 * 10^-3) = 0,07m.
- Trở lực của lớp chất lỏng trên đĩa
APr=p,.g | ih h, pv: khối lượng riêng của bọt, thường p›= (0,4-0,6)p, (kg/m?) h› : chiều cao lớp bọt trên đĩa (m) g: gia tốc trọng trường (m/s°)
A : chiều cao lớp chat lỏng trên ống chảy chuyên (m)
F : phần bề mặt có gắn chóp (m?) f: tống diện tích các chóp trên đĩa (m?) h, : chiều cao lớp chất lỏng không lẫn bọt trên đĩa (m)
F= fc f _—n.D°.gB_ LẺv2 ° 4360 4 f=0,785 do)" s : khoảng cách từ đĩa đến chop (0-25mm) s= 5mm = 5.10”m
- _ Đường kính ống chảy chuyền d : œ : vận tốc chảy trong ống chảy chuyên (œ =0,LÔm/s) z : số Ống chảy truyền (z=1)
- _ Chiều cao mức chất lỏng trên ống chảy chuyên Ah:
- Chiéu cao éng chay chuyén trên đĩa h, :
Chiều cao mức chất long trén khe chop h; = 30mm = 0,03m h.= |h,+h,+s|—Ah=| 0,03+ 0,03+5 10° *]—0,02=0,045 m
- _ Chiều dai ống chay tran L.:
F= a2 ~2.f.= Oe 2.1.4, 10°=0,2m 2 2 den: bé dảy chóp, thường lấy 2-3 mm d„=\ đệ+¿¿
26 ƒ=0,785 d„ˆ.n=0,785 0,072.10=0,04 mỶ c : khoảng cách giữa các khe chóp (3-4mm)
- _ Số khe của mỗi chóp:
- Chiéu cao ống hơi hụ : h,= 1,2 d,= 1,2.0,05=0.06m
- _ Chiều cao phía trên Ống dẫn hơi h; : h,=0,25 d,=0,25.0,05=0,0125m
- _ Chiều cao của chớp hạ : h,,=h,, +h,=0,06 +0,0125=0,07125m
- Tro lye cua thap chop:
APa: tong trở lực trên một đĩa
TÍNH TOÁN CƠ KHÍ - 5-55 25Sc re crxeExrkerrrrreerrrrrrrrereee 23 TÍNH CÁC CHI TIẾT ÔNG DẪN ¿ccccccccccecrrerrerrrrreee 26 IX TÍNH BÍCH VÀ ĐỆM ĐỀ NÓI VÀ BÍT KÍN THIẾT BỊ
se Bè dày thân thiết bị
=0,15mm v =0,05 mm/năm (tốc độ ăn mòn)
- Bề dày thực được tính theo công thức:
C, : hệ số ăn mòn hoá học (mm)
Cy¿ : hệ số ăn mòn cơ học (mm) ~0
Chi tính khi vị >100m/s, vị >20m/s
C, : hệ số bố sung đo sai lệch khi chế tạo (mm) ~0
C¿ : hệ số bô sung quy tròn kích thước (mm)
D,+|S—C,| 500+ | 0,25—0,2] ` mmẺ [P > P - thoả s - Bè dày đáy, nắp elip
R, : ban kinh cong bên trong ở đỉnh (mm)
Sti h; : chiêu sâu của phân elip, theo tiêu chuân
P.D, _— 0/07.500 đ”2lứ.ứ,_ 2.120,6.0,95 =0,15mm v =0,05 mm/năm (tốc độ ăn mòn)
VIH TÍNH CÁC CHI TIẾT ỐNG DẪN © Ong dan hoi ra 6 đỉnh v @m/s
* Ong dan dong hoan lu v=2m/s
=0,01m ® - Ông dẫn dòng nhập liệu v=2m/s
* Ong dan dong long 6 day v=2m/s
0,785.3600.p.v Ý0,785.3600.779.2 0,02m s Ong dan hoi vào ở đáy
IX TINH BICH VA DEM DE NOI VA BIT KIN THIET BI
X TAI TREO VA CHAN DO
- _ Tính khối lượng tháp m=m khép T THạa
Maa=V aa-Paa paa : tra cầu tử nặng
Ta, — than tM mp Mant Mnamt Mcnsp
Minan= 4 ID,¿~ Dộ) Hhyạn- Dạ, Tt
TẾ maa= „ DỆ ỗnan-0,7.ĐuứN,
2 dex 4 —1.0.D| 6 cn: Pingp Mensp=N,-N| 1.0 ,-hg, +7
- Tinh lyc tac dung trén | chan ( tai treo) n : số chân đỡ và tai treo
V„=2 DỶ H=E 0,8).7,55= 1,48m” m¿= Vạ¿.p„=1,48.81201,76 kg mạ¿,= 2 | Dạy — D, 1 Huạ, Puy= 2 (05025'—0,5"| 7,55.7850= 116,6 kg m„y=2 4 ID°—ÐD)h.p„„„.n=2 al 0,63’—0,57|0,02.7850 42,6 kg
TT =F De -Snin 0,7 Piyip N= 0,5" 2.10 ”.0,7.7850.26V kg mam mạ„ kg đại Ạ —i.a.b 1,0 m„¿¿=N,.n|m.d„.h,„+T chóp 5 ch: Prnép
Mingo= MU hant mp t Mant Mmam* Mergp = 116,64 132,6456 +204 66,291,4kg
XI CAN BANG NANG LUQNG
Qs : nhiét lugng do hén hop dau mang vao (J/h)
Qpi= D, Ay ty 8,3°C di "38,76.10° J/kg
Q& : nhiệt lượng do dòng hồi lưu mang vào (1⁄h)
Q, : nhiệt lượng do hơi mang ra ở đỉnh tháp (1⁄h)
Q,=Di1+RÌA, À¿=^ yi+2;[1—¡] À¡=ri*tp.Ct tp °C
Ap=latty Cy98164,68+ 82.2043,5V5731,68 7 rr 77481,89 J/kg
Ag=Age Yor Ay (1 —Yp) V5731,68.0,9+540579,89| 1-0,9)V3216,501 5
Qw : nhiét lugng do san phẩm day mang ra (J/h)
Q’w : nhiét luong do san pham đáy mang ra khỏi nồi dun kettle
Giả sử dung dich o day 1a 100% Toluen vay t’w = 110,6°C
Qpo=Dy-Cpp-tpo= Dy.2118,5208.119,6=D, 253375,08772
CHƯƠNG 4: TÍNH TOÁN THIẾT BỊ PHỤ
L THIẾT BỊ TRAO ĐỎI NHIỆT
I.1 Thiết bị ngưng tụ sản phẩm đỉnh
I.1.1 Cân bằng nhiệt lượng cho thiết bị ngưng tụ sản phẩm đỉnh
Chọn hơi sản phẩm đỉnh ngưng tụ hoàn toàn thành lỏng
Trong đó: e© - Q„: nhiệt lượng ngưng tụ do hơi sản phẩm đỉnh ngưng tụ thành lỏng (kJ/h) © - rạ: ẩn nhiệt hóa hơi của sản phẩm đỉnh
Ta có:ra=Xp.rs+(1—Xp)rr
Tra bảng I.212, trang 254, [1]: rạ 981641,68 J/kg rr 77481,89 J/kg rạ=Xp.rg*|1—Xp|r;=0,9.398164,68+ |1—0,90 }377481,89 ¿396096,401-798,1 kg kg s* Nhiệt lượng tỏa ra khi dòng hơi sản phẩm đỉnh ngưng tụ:
Ta chọn thiết bị ngưng tụ ống chùm, đặt nằm ngang Ống truyền nhiệt được làm bằng X18H1tíT với các thông số:
4ti ® Đường kính ngoài: Dạ = 5tímm = ti,tis m se - Bê dày ống õ;= 3mm = ti,titi3 m ® - Đường kính trong: D„= tí,tí45 m e Chiều dài ống:L=2m
Chọn nhiệt độ nước vào ty = 3tíC, nhiệt độ nước ra là tạ = 4tí°C: fy†+f;_ 30+40 ° tạ= TT =3 C
Tra cứu các thông số quan trọng từ tài liệu tham khảo: Khối lượng riêng pu = 994 kg/m³ (bảng I.2 trang 9), Hệ số dẫn nhiệt À = 0,025 W/m.độ (bảng I.129 trang 133), Độ nhớt động học w = 1,7 N.s/m² (bảng I.111 trang 92), và Nhiệt dung riêng Cy = 4,17 kJ/kg.độ (bảng I.153 trang 172).
Dòng hơi ngoài đỉnh đi trong ống với nhiệt độ to= 82°C
I.1.2 Lượng nước làm lạnh cần dùng
Lượng nước cần dùng (theo công thức 5.3tí7/1ó9) của [ó]) là:
1.1.3 Hiéu sé nhiét dé trung binh logarit
Chọn kiểu truyền nhiệt ngược chiều, nên:
Hệ số cấp nhiệt của dòng nước lạnh (e Gy) được đo bằng đơn vị W/m².K, trong khi nhiệt trở qua thành ống và lớp cặn được ký hiệu là ° Yr Hệ số cấp nhiệt của dòng hơi ngưng tụ (e©) cũng được xác định bằng đơn vị W/m².K Để xác định hệ số cấp nhiệt của nước, cần thực hiện các phép đo và tính toán chính xác.
Chọn vận tốc nước đi trong ống Vụ = tí,5 (m/s) (theo [1] trang 37tí bảng II.2) s* Số ống trong một đường nước: nook —4 _ 1918 = „ 4 $2,6 lống| — chọn 243 ốn
Py m.d°,.Vy 994,06 m.0,0457.0,5 ống 9 s* Vận tốc thực tế của nước trong ống:
Ren > 1titititi? cap nhiét xay ra & ché do chay réi s Chuẩn số Nu (theo [2] trang 14 công thức V.4ti):
Hệ số tính ảnh hưởng của hệ số cấp nhiệt được xác định dựa trên tỉ lệ giữa chiều dài (L) và đường kính (d) của ống khi Re > 1 Giá trị Prandtl chuẩn của nước ở 35°C là Pr = 5 Ngoài ra, Prandtl chuẩn của nước cũng cần được tra cứu ở nhiệt độ trung bình của vách.
Hệ số cấp nhiệt của nước trong ống: œ.— Nuu-Âx _ 256,46.0,625 _ 3561,94
‘ ủy Pry °° 0,045 Pry “ s* Nhiệt tải phía nước làm lạnh:
3561,94 qụ=Œy|tws—asy}= Pr .[ tyằ —35} (1)
Trong đó: ® - t„¿: nhiệt độ của vách tiếp xúc với nước trong ống (°C) s* Nhiệt tải qua thành ống và lớp cặn: tựi ự; q=-S=—"? t ằ r,
Trong đó: ® - tự : nhiệt độ của vách tiếp xúc với hơi ngưng tụ (°C) ° , nữ ỗ t
Hệ số dẫn nhiệt của thép không gỉ là 16,3 W/m·độ, theo bảng 1.125 trang 127 trong tài liệu tham khảo [1] Nhiệt trở trung bình của lớp cặn trong ống được xác định là 5300, dựa trên bảng 31 trang 419 của cùng tài liệu.
=3.73.1 33.10 —y— ~ 4m 2 K q _wi bwa _ tựi— Ea (9) °— Ðr 3/73/10” m°
Hệ số cấp nhiệt của hơi ngưng tụ trong ống nằm ngang được xác định dựa trên các điều kiện cụ thể: hơi bão hòa ngưng tụ, không chứa không khí không ngưng, và hơi ngưng tụ phải ở mặt ngoài ống Đặc biệt, chất ngưng tụ cần chảy tang theo chiều ống Đối với ống đơn chiếc nằm ngang, hệ số cấp nhiệt ngưng tụ được tính toán dựa trên những yếu tố này để đảm bảo hiệu suất tối ưu trong quá trình truyền nhiệt.
Theo công thức 3.óé5/12tí của [4] ta có: Âm mạ A d„=0,725.Ả|— 1“ 'Êm—= =
Lng (tp—tw1)d ng (B2—twi)
Ta có: e An nhiét ngung tu: r= ro= 396,1 (kJ/kg) © Nhiét tai ngoai thanh 6ng: qn =Gn.(82- twa) = A.(78,3-twi)”” (3)
Từ (1), (2),(3) ta dùng phương pháp lặp dé xac dinh tw va twe
Tra cứu các thông số cần thiết từ tài liệu tham khảo: Khối lượng riêng e® là 748 kg/m³ (bảng I.2 trang 9), độ nhớt H„ạ¿ là 535 N.s/m² (bảng I.11 trang 91), và hệ số dẫn nhiệt se là 163 W/m.độ (bảng I.13 trang 134).
Xem nhiệt tải mất mát là không đáng kể q:= qn736,99 (W/m?)
Từ (2) > twa = twi- q:.3,73.1tí = 55 -373ó,99 3,73.1tí” = 53,6°%C
_twa†fwi 55453,6 tp 2C 3 T,3°C s Chuan sé Prandit tu (tra bang V.12 trang 12 cia [2] ta cé Pry= 3,5)