Thiết kế hệ thống chưng luyện liên tục tách 2 cấu tử acetone – benzen

Ngày nay, với sự phát triển vượt bậc của khoa học và công nghệ, các ngành công nghiệp trên thế giới nói chung cũng như ở Việt Nam nói riêng rất cần những hóa chất có tiêu chuẩn về chất lượng và độ tinh khiết cao. Các phương pháp phổ biến được áp dụng rộng rải hiện nay để nâng cao độ tinh khiết như: chưng cất, trích ly, cô đặc, hấp thụ….tùy theo đặc tính yêu cầu của sản phẩm mà có sự lựa chọn phương pháp phù hợp. Đồ án môn học Quá trình và Thiết bị là một môn học mang tính tổng hợp trong quá trình học tập của các kỹ sư hóa học tương lai. Môn học giúp sinh viên giải quyết nhiệm vụ tính toán cụ thể về : yêu cầu công nghệ, kết cấu, giá thành của một thiết bị trong sản xuất hóa chất thực phẩm. Đây là bước đầu tiên để sinh viên vận dụng những kiến thức đã học về nhiều môn để giải quyết những vấn đề thực tế về kỹ thuật trong công nghiệp một cách tổng hợp. Nhiệm vụ của đồ án môn học là thiết kế tháp chóp chưng cất liên tục hệ hai cấu tử nước – acid acetic ở áp suất khí quyển, năng suất hỗn hợp đầu 40.000 tấnnăm. Đối với hệ nước – acid acetic là hệ hai cấu tử hòa lẫn vào nhau hoàn toàn, có nhiệt độ sôi cách xa nhau nên ta dung phương pháp chưng cất để thu được sản phẩm có độ tinh khiết cao.

Bộ Giáo Dục & Đào Tạo Cộng Hòa Xã Hội Chủ Nghĩa Việt Nam Trường Đại Học Bà Rịa – Vũng Tàu Độc Lập – Tự Do – Hạnh Phúc Khoa Hóa Học & Công Nghệ Thực Phẩm

- 

 -ĐỒ ÁN MÔN HỌC QUÁ TRÌNH THIẾT BỊ TRONG CÔNG NGHỆ HÓA HỌC

Ngành: Công Nghệ Kỹ Thuật Hóa học

Chuyên Ngành : Hóa dầu

• Cơ sở thiết kế quá trình

• Xây dựng dây chuyền công nghệ

• Tính toán cân bằng vật chất, cân bằng năng lượng.

• Tính toán cơ khí cho thiết bị chính, thiết bị phụ.

3. Các bản vẽ:

 01 Bản vẽ chí tiết thiết bị chính (bản A1/01 bản vẽ tay )

 02 Bản vẽ sơ đồ quy trình công nghệ: 01bản A1, 01 bản A3

4. Ngày giao nhiệm vụ đồ án: 15/01/2013

5. Ngày bảo vệ và chấm đồ án: 10/05/2013

LỜI CẢM ƠN Chúng em chân thành cảm ơn Ban lãnh đạo Trường Đại Học Bà Rịa – Vũng Tàu đã tạo cho chúng em một môi trường học tập thật tốt, trang bị cho chúng

em đầy đủ các thiết bị học tập hiện đại Đặc biệt, là quý Thầy Cô khoa Hóa – Côngnghệ thực phẩm đã tạo điều kiện tốt nhất và giải quyết mọi vấn đề một cách tậntình

Và chúng em xin gửi lời cảm ơn tới thầy Th.S Nguyễn Văn Toàn đã tận

tình hướng dẫn, truyền đạt kiến thức và những kinh nghiệm quý báu để chúng em

có thể làm tốt bài báo cáo này

Trong thời gian hoàn thành báo cáo này, chúng em đã có nhiều sự cố gắng

nỗ lực Kính mong sự phê bình và đóng góp ý kiến của quý thầy, cô Trường Đại Học Bà Rịa – Vũng Tàu để báo cáo của chúng em được hoàn thiện và tốt hơn.

Chúng em xin chân thành cảm ơn!

Mục Lục

Trong công nghiệp hóa học có nhiều phương pháp để phân riêng hỗn hợp haihay nhiều cấu tử tan một phần hay hoàn toàn vào nhau như: hấp thụ, hấp phụ, lytâm, trích ly, chưng cất… Mỗi phương pháp đều có những đặc thù riêng và những

ưu nhược điểm nhất định Việc lựa chọn phương pháp và thiết bị cho phù hợp tùythuộc vào hỗn hợp ban đầu, yêu cầu sản phẩm và điều kiện kinh tế

Đối với hỗn hợp Axeton và Benzen là hỗn hợp hai cấu tử tan hoàn toàn vàonhau theo bất kỳ tỷ lệ nào có nhiệt độ sôi khác biệt nhau thì phương pháp tối ưu đểtách hỗn hợp trên là chưng cất

Trong sản xuất thường sử dụng nhiều loại thiết bị khác nhau để tiến hànhchưng cất Tuy nhiên yêu cầu cơ bản chung của các thiết bị vẫn giống nhau, nghĩa

là diện tích bề mặt tiếp xúc pha phải lớn, điều này phụ thuộc vào mức độ phân táncủa một lưu chất này vào lưu chất kia

Tháp chưng cất rất phong phú về kích cỡ và ứng dụng, các loại tháp lớnthường được ứng dụng cho công nghiệp lọc hóa dầu Kích thước của tháp: đườngkính tháp và chiều cao tháp tùy thuộc suất lượng pha lỏng, pha khí của tháp và độtinh khiết của sản phẩm Ta khảo sát loại tháp chưng cất dùng cho quá trình là thápđĩa lưới

Cấu tạo tháp: thân tháp hình trụ, thẳng đứng phía trong có gắn các mâm cócấu tạo khác nhau để chia thân tháp thành những đoạn bằng nhau, trên mâm phalỏng và pha hơi được cho tiếp xúc với nhau Tùy theo cấu tạo của đĩa, ta có:

Tháp đĩa lưới: trên mâm bố trí các lỗ hay rãnh, có đường kính (3-12)mm

-Ưu điểm:

 Hiệu suất tương đối cao

 Hoạt động khá ổn định

-Nhược điểm:

 Trở lực khá cáo

 Yêu cầu lắp đặt khắt khe  lắp đĩa thật phẳng

 Không làm việc được với chất lỏng bẩn

Vậy: Chưng cất hệ Axeton-Benzen ta dùng tháp đĩa lỗ hoạt động liên tục ở áp suấtthường, cấp nhiệt gián tiếp ở đáy tháp

I.2 Thiết bị phụ

Để đạt được hiệu suất sản phẩm là cao nhất và tiết kiệm được công cụ, máymóc, không lãng phí kinh tế nhóm chúng em chọn những thiết bị tối ưu cho quátrình chưng cất Axeton và Benzen

I.2.1 Thiết bị gia nhiệt

Cũng nhằm mục đích tiết kiệm chi phí lắp đặt (gọn gàng, ít tốn kim loại), dễdàng vệ sinh, nhưng phải đáp ứng được các thông số làm việc: hệ số truyền nhiệt,

do nguyên liệu khi đưa vào tháp phải được gia nhiệt đến nhiệt độ sôi, thiết bị chắcchắn Thì thiết bị gia nhiệt kiểu ống chùm đáp ứng được các yêu cầu trên với cấutạo gồm có vỏ hình trụ, hai đầu lắp lưới ống, các ống truyền nhiệt được lắp chặt vàolưới ống Một chất tải nhiệt đi trong các ống truyền nhiệt, còn chất tải nhiệt kia đivào khoảng trống giữa ống và vỏ Hơi bão hoà truyền nhiệt  ngưng tụ chảythành màng ra ngoài

I.2.2 Thiết bị ngưng tụ

Với yêu cầu của thiết bị ngưng tụ là hiệu quả trao đổi nhiệt phải lớn, do sảnphẩm đỉnh sau khi chưng cất có nhiệt độ cao Bên cạnh đó chúng phải đáp ứng yêucầu về kinh tế (gọn gàng, lượng kim loại sử dụng) Nên ta chọn thiết bị ống lồngống Chúng được sử dụng rộng rãi trong công nghiệp hóa học, thiết bị dùng nước đểngưng tụ, có cấu tạo gồm hai ống lồng vào nhau thường được cuộn lại để tiết kiểmdiện tích Nước chuyển động ở bên trong, môi chất lạnh chuyển động ngược lại ở

phần không gian giữa ống, thường sử dụng là ống đồng Do môi chất chỉ chuyểnđộng chỉ chuyển động vào ra một ống duy nhất nên lưu lượng nhỏ, thích hợp để thuhồi Axeton.

I.2.3 Thiết bị đun sôi đáy tháp

Là thiết bị dùng để cung cấp nhiệt ở đáy tháp nhằm tăng hiệu quả tách choquá trình Nên yêu cầu của thiết bị này là có khả năng cung cấp nhiệt cao Do đónên sử dụng lò hơi ống nước Vì chúng có khả năng cung cấp một lượng nhiệt cao,tốt cho quá trình chưng cất Axeton và Benzen, nước được cấp qua các ống vào lòhơi rồi được đun nóng bằng khí được đốt cháy chuyển nước thành hơi, lò hơi nàyđược lựa chọn khi nhu cầu sử dụng hơi tối đa cần để cung cấp một lượng nhiệt lớn.Nhờ sự thông gió cưỡng bức giúp nâng cao hiệu suất cháy tạo hơi

I.2.4 Bơm ly tâm

Động cơ được thiết kế rất mạnh mẽ với cánh quạt lớn tốt cho việc cung cấplưu chất với lượng lớn và thuận tiện cho việc sữa chữa Công suất 1m3 khoảng20phút, giá thành không cao lắm, kết cấu nhỏ gọn làm việc tin cậy thích hợp choquá trình chưng cất Axeton và Benzen

CHƯƠNG II: TÍNH TOÁN CÂN BẰNG VẬT CHẤT VÀ NĂNG LƯỢNG

I CÂN BẰNG VẬT CHẤT

Gọi:

• F: lưu lượng hỗn hợp đầu, kmol/h; : kg/h

• P: lưu lượng sản phẩm đỉnh, kmol/h; : kg/h

• W: lưu lượng sản phẩm đáy, kmol/h; : kg/h

• : nồng độ hỗn hợp đầu, % khối lượng

(2)Lượng sản phẩm đỉnh:

Lượng sản phẩm đáy:

= 3694,4 (kg/h)

I.2.1 Tính nồng độ phần mol của cấu tử nhẹ (Axeton)

 Thành phần mol trong hỗn hợp đầu:

 Thành phần mol trong sản phẩm đỉnh:

 Thành phần mol trong sản phẩm đáy:

I.2.2 Tính lưu lượng mol trung bình

(kg/h)

Lưu lượng (kmol/h)

Bảng thành phần cân bằng lỏng hơi và nhiệt độ sôi của 2 cấu tử ở áp suất 760mmHg(% mol) (bảng IX.2a/146.II)

Bảng 2 Thành phần cân bằng lỏng hơi và nhiệt độ sôi của Axeton-Benzen

Bằng phương pháp nội suy ta tính được to

s như bảng sau:

II XÁC ĐỊNH SỐ BẬC THAY ĐỔI NỒNG ĐỘ.

II.1 Xác định chỉ số hồi lưu Rmin.

Trong đó: là nồng độ cấu tử dễ bay hơi trong pha hơi cân bằng với nồng độtrong pha lỏng của hỗn hợp đầu

II.2 Xác định chỉ số hồi lưu thích hợp

Việc chọn chỉ số hồi lưu thích hợp rất quan trọng, vì khi chỉ số hồi lưu bé thì

số bậc của tháp lớn nhưng tiêu tốn hơi đốt ít, ngược lại khi chỉ số hồi lưu lớn thì sốbậc của tháp có ít hơn, nhưng tiêu tốn hơi đốt lại rất lớn

Xác định chỉ số hồi lưu từ điều kiện thể tích tháp nhỏ nhất, tức là N(R+1) lànhỏ nhất.( Với N là số bậc thay đổi nồng độ hay số đĩa lý thuyết).

R=b.RminVới: b là hệ số dư (1,2 2,5)

Bảng 3: Bảng số đĩa lý thuyết ứng với b

Đồ thị thể hiện mối liên hệ giữa N(R+1) và R

Từ đồ thị trên ta tìm được giá trị N(R+1) nhỏ nhất tại R=4,13 tương ứng vớib=2 Vậy ta tính được chỉ số hồi lưu thích hợp R=4,13

Số đĩa lý thuyết đoạn luyện là: 19

Số đĩa lý thuyết đoạn chưng là: 5

II.3 Phương trình đường làm việc của đoạn luyện và đoạn chưng

Để tính toán chưng cất hệ hai cấu tử, ta phải xác định phương trình đườnglàm việc đoạn luyện và đoạn chưng

Ta có: Tỉ số hồi lưu làm việc

II.3.1 Phương trình đoạn luyện

II.3.2 Phương trình đoạn chưng

Hai đường làm việc này cắt nhau tại hoành độ x = x F

Biểu đồ xác định số đĩa lí thuyết

Từ biểu đồ ta có : Số đĩa lí thuyết N : 53

Hệ số b : 1,2

Hệ số hồi lưu R : 2,48

Biểu đồ xác định số đĩa lí thuyết

Từ biểu đồ ta có : Số đĩa lí thuyết N : 36

Hệ số b : 1,4

Hệ số hồi lưu R : 2,89

Trang 11

II.3.3 Biểu đồ xác định số đĩa lý thuyết

Biểu đồ xác định số đĩa lí thuyết

Từ biểu đồ ta có : Số đĩa lí thuyết N : 24

Hệ số b : 2

Biểu đồ xác định số đĩa lí thuyết

Từ biểu đồ ta có : Số đĩa lí thuyết N : 27

Hệ số b : 1,8

Hệ số hồi lưu R : 3,72

Biểu đồ xác định số đĩa lí thuyết

Từ biểu đồ ta có : Số đĩa lí thuyết N : 30

Hệ số b : 1,6

Hệ số hồi lưu R : 3,30

Biểu đồ xác định số đĩa lí thuyết

Từ biểu đồ ta có : Số đĩa lí thuyết N : 23

Hệ số b : 2,2

Hệ số hồi lưu R : 4,54

Biểu đồ xác định số đĩa lí thuyết

Từ biểu đồ ta có : Số đĩa lí thuyết N :22

Hệ số b : 2,4

Hệ số hồi lưu R : 4,95

II.4 XÁC ĐỊNH SỐ ĐĨA THỰC TẾ

Với : là hàm phụ thuộc vào độ bay hơi tương đối và độ nhớt µ của hỗn hợp

α : được xác định theo công thức IX.61 trang 171 st QTTB II:

Với x,y: nồng độ phần mol của Axeton trong pha hơi và pha lỏng

Như vậy xác định nồng độ bay hơi trong các hỗn hợp như sau:

Trong hỗn hợp đầu:

Trong sản phẩm đỉnh:

Trong sản phẩm đáy:

Xác định độ nhớt của hỗn hợp theo nhiệt độ

Trước hết ta xác định độ nhớt của Axeton và Benzen theo nhiệt độ dựa vào bảngI.101 trang 91 stQTTB I

Bảng 4: độ nhớt của Axeton và Benzen theo nhiệt độ

Độ nhớt của hỗn hợp được xác định theo công thức I.12 trng 84 st QTTB I

Do đó ta có:

Như vậy ta có kết quả sau:

Suy ra hiệu suất làm việc trung bình của tháp:

Số đĩa thực tế đoạn luyện:

Nl = 19/0,4767= 40 đĩa

Số đĩa thực tế đoạn chưng:

Nc =5/0,4767 = 10 đĩa

Số đĩa thực tế của tháp chưng cất :

Ntt=Nl +Nc= 40+10 =50 đĩa

III CÂN BẰNG NHIỆT LƯỢNG

Mục đích của việc tính toán cân bằng nhiệt lượng là để xác định lượng hơiđốt cần thiết khi đun nóng hỗn hợp đầu, đun bốc hơi ở đáy tháp cũng như xác địnhlượng nước làm lạnh cần thiết cho quá trình ngưng tụ làm lạnh

Chọn nước làm chất tải nhiệt vì nó là nguồn nguyên liệu rẽ tiền, phổ biếntrong thiên nhiên và có khả năng đáp ứng yêu cầu công nghệ

III.1 Cân bằng nhiệt lượng của thiết bị tận dụng nhiệt và làm nguội sản phẩm đáy

III.1.1 Nhiệt lượng do hỗn hợp đáy cấp cho dòng nhập liệu

Q= Gv.Cv.= 3694,4.2020.(79,4-33)= 368,7.106 (J/h)Với:

• Gv=3694,4 (kg/h) : lượng hỗn hợp đáy đi vào thiết bị trao đổi nhiệt

• Cv: nhiệt dung riêng trung bình của hỗn hợp đáy, J/kg.độ

• J/kg.độ

• CA=2350 J/kg.độ, CB=2015 J/kg.độ: nhiệt dung riêng của Axeton và Benzen

ở 79,4oC (bảng I.153 trang 171 st QTTB I)

•

III.1.2 Nhiệt độ của dòng nhập liệu khi qua thiết bị tận dụng nhiệt

ts: nhiệt độ sau khi ra khỏi thiết bị

tđ= 25oC: nhiệt độ đầu của dòng nhập liệu

Qn=368,7.106 J/h: nhiệt lượng nhận từ dòng sản phẩm đáy tháp

a = 5%: nhiệt tổn thất

J/kg.độ

III.2 Cân bằng nhiệt lượng cho thiết bị gia nhiệt hỗn hợp nguyên liệu ban đầu

Yêu cầu dòng nguyên liệu trước khi vào tháp chưng là ở trạng thái lỏng sôi

Vì vậy cần tiếp tục gia nhiệt dòng nguyên liệu từ 56,4 lên đến 67 Ta chọn hơinước bão hòa đun sôi ở áp suất p = 1 atm, = 99,1 , ta có (J/kg) (tra bảng I.251 trang

314 sổ tay QTTB I)

Nhiệt lượng mà hỗn hợp đầu cần cung cấp.

J/kg

CA= 2289 J/kg.độ, CB =1904 J/kg.độ : nhiệt dung riêng của Axeton và Benzen ở

55oC (tra bảng I.251 trang 314 sổ tay QTTB I)

(J/h)

QF : lượng nhiệt hỗn hợp cần cung cấp thêm

F: lượng nguyên liệu hỗn hợp đi vào (kg/h)

∆t= tsôi-ts

Lượng hơi nước bão hòa cần cung cấp

Trong đó:

G: lượng hơi nước bão hòa cần cung cấp

• ẩn nhiệt ngưng tụ của hơi nước

• C= 4200 J/kg.độ : nhiệt dung riêng của nước

• t

nhiệt độ nước sau khi ngưng tụ

nhiệt độ nước ngưng sau khi ra thiết bị gia nhiệt

III.3 Cân bằng nhiệt lượng cho tháp chưng.

III.3.1 Lượng nhiệt do nguồn nhập liệu mang vào

(J/h)

III.3.2 Lượng nhiệt do sản phẩm đỉnh mang ra

Trong đó:

: nhiệt trị của hỗn hợp hơi ở đỉnh tháp, (J/Kg)

: là hàm nhiệt của Axeton và Benzen, (J/Kg)

J/Kg.độJ/Kg)(J/Kg.độ)

Mà : (J/Kg.độ)

: Nhiệt dung riêng của hỗn hợp hơi ra khỏi đỉnh tháp ở nhiệt độ 56,4

Ta có:

: tra bảng I-153/171.I ở nhiệt độ 56,4và bằng nội suy ta có:

: ẩn nhiệt hóa hơi của hỗn hợp ở đỉnh tháp tại nhiệt độ 56,4

: là nồng độ phần khối lượng trong hỗn hợp hơi ở đỉnh tháp

:nhiệt hóa hơi của Axeton và Benzen ở 56,4 Tra Bảng: I-213/254.I và bằng phươngpháp nội suy ta có:

J/KgJ/Kg

=>

J/Kg)

=> 2282,225.56,4 = 651,43 (J/Kg)Vậy:

= 5,6624 (J/h)

III.3.3 Lượng nhiệt do hồi lưu mang vào

J/h): lượng lỏng hồi lưu, kg/h

(Kg/h): nhiệt độ và nhiệt dung riêng của lỏng hồi lưu

Trong đó

(J/h)

III.3.4 Lượng nhiệt do dòng sản phẩm đáy mang ra

, J/hKg/h: là lượng sản phẩm đáy, Kg/h

79,4

:nhiệt dung riêng sản phẩm đáy được xác định theo công thức:

==>2020,025 (J/Kg.độ)Vậy:3694,4.79,4=592,55 (J/h)

III.3.5 Lượng nhiệt do nồi đun mang vào

(J/h)

III.3.6 Lượng hơi nước cần cung cấp là:

G =2094,01(Kg/h)

III.4 Cân bằng nhiệt lượng cho thiết bị ngưng tụ

Lượng nước làm mát đơể ngưng tụ sản phẩm đỉnh là:

G =43272,03404 (kg/h)

III.5 Cân bằng nhiệt lượng cho thiết bị làm lạnh

Lượng nước làm mát để đưa sản phẩm từ 56,4 về 30

G = 4861,37 (kg/h)

IV ĐƯỜNG KÍNH THÁP

Vì lượng hơi và lượng lỏng thay đổi theo chiều cao của tháp và khác nhautrong mỗi đoạn nên lượng hơi trung bình trong từng đoạn khác nhau và do đóđường kính đoạn chưng và đoạn luyện có thể khác nhau

Đường kính tháp được tính theo công thức:

D= (m) công thức (IX-89) : lượng hơi trung bình đi trong tháp (

: vận tốc hơi trng bình đi trong tháp (m/s)

IV.1 Đường kính đoạn luyện

IV.1.1 Lưu lượng hơi trung bình trong đoạn luyện

Được tính theo công thức sau:

(IX.91/181.II)

Có thể xem gần đúng bằng trung bình cộng lượng hơi đi ra khỏi đĩa trêncùng của tháp và lượng hơi đi vào dưới cùng của đoạn luyện

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

: lượng hơi đi ra khỏi tháp ở đĩa trên cùng (kg/h)

: nồng độ của cấu tử nhẹ trong pha hơi của đĩa thứ nhất đoạn luyện

: hàm lượng lỏng ở đĩa thứ nhất đoạn luyện

( % KL)

(kg/h) = 29,10 (kmol/h)

: ẩn nhiệt của hỗn hợp đi vào đĩa thứ nhất của đoạn luyện

ẩn nhiệt hóa hơi của hỗn hợp hơi đi ra khỏi đỉnh tháp (J/kg)

(J/kg): ẩn nhiệt hóa hơi của Axêton và Benzen nguyên chất

Tra bảng I-211/253[1] và nội suy ta có :

(J/kg) (J/kg)

Vậy ta có hệ phưng trình:

Giải hệ ta được :

Suy ra lưu lượng hơi trung bình:

IV.1.2 Tính khối lượng riêng trung bình đối với pha hơi trong đoạn luyện:

Theo công thức:

(kg/,m3) (IX.102/183.II)Với :

(kg/Kmol)kg/Kmol nồng độ phần mol của Axêton trong pha hơi ở đoạn luyện.

0,811 (Phần mol): nhiệt độ làm việc trung bình của đoạn luyện

+273 = +273 = 334,7K

Do đó :

== 2,25 (kg/)Vậy:

= 3451,1 (

IV.1.3 Khối lượng riêng trung bình đối với pha lỏng đoạn luyện

Công thức tính toán :

(IX-104a/183.II)

: khối lượng riêng trung bình của hỗn hợp lỏng trong đoạn luyện

khối lượng rrieng trung bình của axeton và benzen trong pha lỏng lấy theo nhiệt độ

TB (kg/), =61,7

(kg/) bảng 4/11[III]

(kg/) bảng 4/11[III]

0,6525 (Phần khối lượng ) 772,99 (kg/)

IV.1.4 Tìm vận tốc hơi trung bình đi trong đoạn luyện :

Tốc độ khí bay hơi trong tháp đĩa lưới được xác định theo công thức :

=0,93(m/s) (IX.111/186[II])

Trong đó :

: tốc độ giới hạn trên (m/s)

:là khối lượng riêng của lỏng và hơi, (kg/)

Để tránh tạo bọt ta lấy tốc độ làm việc khoảng 80-90% tốc độ giới hạn

 Vậy chọn =0,85.0,93=0,7905(m/s)

Vậy đường kính đoạn luyện :

1,24 (m)

IV.2 Đường kính đoạn chưng

IV.2.1 Lưu lượng hơi trung bình đoạn chưng :

Được tính gần đúng bằng trung bình cộng của lượng hơi ta khỏi đoạn chưng

và lượng hơi đi vào đoạn chưng:

2 1

1

2 1

g g g n

g tb

=

′+

W G g

G1′ = 1′ +

(1) (IX-98/182.II)

W x W G y g x

G1′ 1′ = 1′ '1+

(2) (IX-99/182.II)

111

1r g n r n g r

g′ ′= ′ ′ =

(3) (IX-100/182.II)Trong đó:

(phần mol) = 0,0425 (phần khối lượng)

: ẩn nhiệt hóa hơi của hỗn hợp hơi đi vào đĩa thứ nhất của đoạn chưng, được xácđịnh theo công thức trang 182.II:

) 1 ( 1

(J/kg)Vậy:

(3) => (kg/h)= 3,2192(kg/s)(1) => (kg/h)=4,2454(kg/s)

(2) => (kg/kg)

=0,048 (mol/mol)Vậy lượng hơi trung bình trong đoạn chưng:

(kg/h)

IV.2.2 Khối lượng riêng trung bình đối với pha hơi đoạn chưng:

Khối lượng riêng đoạn chưng được tính theo công thức sau:

'.4,22

273)

1'1(1

''

M tb

y A

M tb

y ytb

−+

=

ρ

(kg/) (IX-102/182.II)

Ta có:

: phần mol của axeton trong hỗn hợp hơi ở đoạn chưng

(phần mol)

 (kg/)Vậy:

(

IV.2.3 Khối lượng riêng trung bình đối với pha lỏng đoạn chưng.

2

1'11

1

''

1

x

tb x x

tb x

ρ

−+

=

(phần khối lượng): khối lượng của Axeton và Benzen ở nhiệt độ trung bình của đoạn chưng 73,2 Trabảng I-2/9/I

726 kg/m3

kg/m3

Suy ra: (kg/m3 )

IV.2.4 Tính vận tốc hơi trung bình trong đoạn chưng:

Tương tự đoạn luyện ta có: tốc độ khí bay hơi trong tháp đĩa lưới được xácđịnh theo công thức:

(m/s)

(IX.111/186[II])Trong đó:

: tốc độ giới hạn trên (m/s)

: là khối lượng riêng của lỏng và hơi, (kg/)

Để tránh tạo bọt ta lấy tốc đọ làm việc khoảng 80-90% tốc độ giới hạn

V Chiều cao tháp chưng luyện:

Chiều cao tháp chưng luyện được tính theo công thức IX-50/168.II

H = Nt ( +δ) + ∆H (m): chiều cao của nắp và đáy tháp Ở đây tháp làm việc ở áp suất thường nên =(0,8÷1)

Nắp và đáy tháp có dạng hình elip)

: Số đĩa thực tế

: khoảng cách giữa các đĩa (Trang 169/II)

(0,8÷1); khoảng cách cho phép ở đỉnh và đáy thiết bị

: chiều dày của đĩa

Ở đây ta chọn đĩa lưới làm việc đều đặn chiều dày của đĩa 10mm =0,01

m, thiết diện tự do của đĩa là 12,8%

V.1 Chiều cao đoạn luyện

Chọn theo bảng IX.4a/169 [II] Đoạn giữa đường kính và khoảng cách cácđĩa Ở đây đường kính tháp là 1,4m Ta chọn khoảng cách giữa các đĩa là:400mm=0,4m

Dựa vào bảng IX.5/170[II] Ta chọn khoảng cách giữa 2 mặt nối bích và sốđĩa giữa 2 mặt bích Khoảng cách giữa 2 mặt bích: 2000mm=2m Số đĩa giữa 2 mặtbích là 5 Như vậy chiều cao đoạn luyện:

(m)

V.2 Chiều cao đoạn chưng:

Tương tự ta có chiều cao đoạn chưng:

(m)Như vậy chiều cao toàn tháp: H=17,2+4,9=22,1 (m)

0,2,m = 4.0,003(0,2 =0,02m.0,325.(0,18.()0,036 ρx , ( kg/m3)

0,2 ,m =4.0,003(0,2 =0,021m

0,325 (0,18.()0,036.kg/m3)

0,325.(0,18.(0,036.804,2= 112,67kg/

Vậy tổng trở lực toàn tháp là :

(N/

Trở lực trên 1 đơn vị đĩa:

P= (Pa/đĩa)Trở lực trên từng đĩa 30< P=45<50 Đảm bảo được chế độ làm việc

CHƯƠNG III: TÍNH CƠ KHÍ THIẾT BỊ CHÍNH

I Chọn vật liệu.

Tháp chưng luyện ở áp suất thường P = 760 mmHg =1,01.N/ là áp suất trungbình và thấp ( < 1,6 ) nên chọn thân tháp hình trụ hàn (II.360)

Dựa vào (XII.37/341.II) ta chọn thép tấm X18H10T

II Tính chiều dày tháp :

II.1 Chiều dày thân hình trụ làm việc dưới áp suất P

Được tính theo công thức XIII.8/360.II:

S = (m)Trong đó:

D = 1,4 : đường kính trong của tháp

: hệ số bền của thành hình trụ theo phương dọc:

C : hệ số bổ sung ăn mòn, bào mòn và dung sai bề dày

C được tính theo công thức sau:

: Bổ sung do ăn mòn suất phát từ điều kiện ăn mòn vật liệu của môi trường và thờigian làm việc của thiết bị

, do vật liệu bền

: Đại lượng bổ sung do hao mòn đối với tháp chưng cất

: Đại lượng bổ sung do dung sai của chiều dày, phụ thuộc vào bề dày tấm vật liệu,theo bảng XIII-9/364.II chọn:

: là hệ số an toàn theo giới hạn bền giới hạn chảy (XIII.3/356.II)

: giới hạn bền khi kéo, giới hạn bền khi chảy ra tra trong bảng (XII.4/310.II) ứngvới thép XT18H10T ta có số liệu dày 13 mm,N/m2

Vậy công suất cho phép:

Vậy chiều dày thép được xác định:

(m)

Vì : = 957,92 >> 1 nên có thể bỏ qua 1

 S=(m)

Chọn S=4,5(mm)

II.2 Kiểm tra ứng suất của thành theo áp suất thử (dùng nước).

Xác định ứng suất thử ở thiết bị theo công thức (XIII.26/365.II)

165 (N/

(N/

Vậy S=4,5 (mm) thõa mãn điều kiện

III Tính đáy và nắp thiết bị

Nắp và đáy thiết bị làm cùng loại vật liệu với thân thiết bị, chọn đáy và nắpthiết bị có gờ Với D=1,4 m dựa vào bảng XIII.10/382.II Ta có:

Chiều cao phần lồi ra : mm

Chiều cao của gờ : h=25 mm

Chiều dày đáy và nắp đáy được xác định theo công thức (XIII.47/385.II)

mm < 10 mm => bổ sung thêm 2mm vào giá trị C ban đầu tính

Vậy bề dày đáy, nắp là mm

Chọn (mm)

Kiểm tra ứng suất ở thành theo áp suất thử (XIII.49/387.II)

Vậy mm thõa mãn điều kiện.

IV Tính bề dày lớp cách nhiệt:

Để tránh tổn thất nhiệt cho môi trường xung quanh, đảm bảo cho quá trìnhchưng luyện đạt hiệu suất cao nhất thì phải trang bị cho tháp chưng luyện một lớpcách nhiệt

Chọn vật liệu cách nhiệt bằng bông thủy tinh có hệ số dẫn nhiệt nhỏ với

(W/m.độ)( kg/)Thông số thân tháp: (XII.7/313/II)

Chấp nhận nhiệt độ mặt ngoài của lớp cách nhiệt

Tính tổn thất nhiệt ra môi trường theo công thức:

2 2

: hiệu số nhiệt độ giữa nhiệt độ trong tháp và nhiệt độ mặt ngoài tháp

Vì truyền nhiệt ổn định nên

 K=2,59 (W/

Mặt khác: K = rcặn

cn

cn th

th

λ

δλ

δ++

Theo bảng V-1/4.II ta có: (

(m) = 14,339 (mm)Vậy chọn bề dày lớp cách nhiệt (mm)

Lưu lượng sản phẩm đỉnh: (kg/h)Khối lượng riêng sản phẩm đỉnh (kg/

 V (

d = (m)

Vậy chọn d = 268 (mm)

V.2 Đường kính ống dẫn hỗn hợp đầu.

Tương tự ta có:

)(785,0

Lưu lượng hỗn hợp đầu : (kg/h)= 1,497 (kg/s)

Khối lượng riêng hỗn hợp đầu được tính theo công thức:

B

F x A

F x

ρ1 = +1−

0,32 (phần khối lượng)

khối lượng riêng của Axeton và Benzen ở nhiệt độ

Tra bảng I-2/9.I bằng phương pháp nội suy ta có:

0 x m s

w G V

ω ρLưu lượng sản phẩm đáy: (kg/h) = 1,03 (kg/s)

Khối lượng riêng sản phẩm đáy tính theo công thức sau:

B

w x A

w x

(phần khối lượng)

: khối lượng riêng của Axeton và Benzen ở nhiệt độ

Tra bảng I-2/9.I & bằng phương pháp nội suy ta có:

Lưu lượng hồi lưu: (kg/h)

Hỗn hợp được bơm vào tháp nên (m/s)

Khối lượng riêng sản phẩm hồi lưu được tính theo công thức sau:

B

P x A

P x

 d= (m) = 130 (mm)

VI Mặt Bích:

Chọn kiểu bích (XIII.20/408.II)

VI.1 Bích để nổi thiết bị:

Từ đường kính trong của tháp dựa vào bảng (XIII.27/420.II) ta chọn bíchkiểu 4 để nối các đoạn của thân tháp, nối thân với đáy và nắp((N/ Số liệu của bích được cho ở bảng sau:

VI.2 Bích để nối thiết bị với ống dẫn

Chọn mặt bích kiểu cho các ống dẫn theo bảng (XIII.26/412.II):

Bảng 6 Chọn mặt bích kiểu 1 cho các ống:

Ống dẫn

Dy,mm

Dn,

Mm Kích thước ống nối Bulông

h,mmD,mm Dδ,mm D1 ,mm db ,mm Z (cái)Sản

VII Kích thước đĩa phân phối

Theo bảng IX.22/230.II, với đường kính trong tháp của tháp chưng luyện (m)

ta chọn kích thước sau:

Đường kính đĩa phối hồi lưu : (mm) Ống dẫn chất lỏng: d S = 44,52,5(mm);bước ống t=70, số lượng ống dẫn loại 2 là 90 ống, chiều dày đĩa loại 2 là 4 (mm)

VIII Cửa nối thiết bị với ống dẫn

Ống dẫn nối với thiết bị thông qua mối ghép tháo được hoặc không tháođược

Đối với mối ghép tháo được người ta làm đoạn ống nối, đó là đoạn ống ngắn

có mặt bích hay ren để nối ống Loại mặt bích thường dùng nối với ống có (mm);

loại ren thường nối ống có (mm) Chiều dài đoạn ống nối xác định theo bảng 32/434.II như sau:

XIII-IX Chân đỡ thiết bị

IX.1 Khối lượng toàn tháp

Khối lượng của tháp bao gồm tổng khối lượng của thân tháp, đáy, nắp, lớpcách nhiệt, chất lỏng trong tháp, bích và đĩa

IX.1.1 Khối lượng thân tháp:

Thân tháp làm bằng thép X18H10T có khối lượng riêng là 7900(kg/ gồm cóthân tháp, phần gờ dư của đáy tháp và nắp tháp:

Vỏ tháp có bề dày 4,5 mm, (mm),(mm); chiều cao H = 22,1 m

Do đó khối lượng toàn thân tháp:

H2 = 2.h =2.50= 100 (mm) = 0,1 (m)Suy ra khối lượng phần gờ dư: