đồ án về máy và thiết bị hóa chất trong tách hai cấu tử

Đồ án môn học Page 1 Sv: Hà Minh Tiến Đồ án này gồm có: Trang I. Tính toán thiết bị trao đổi nhiệt ống lồng ống Giới thiệu chung 2 1.tính toán chung 3 2. tính toán cho ống trong là ống tròn trơn 6 3. tính toán cho ống trong là ống có gân dọc 10 II. Tính toán tháp chưng cất hai cấu tử Giới thiệu chung 16 1. Tính toán nồng độ phần mol và lưu lượng (kmol/h) của nguyên liệu,sản phẩm đỉnh và sản phẩm đáy 17 2. Vẽ đường cân bằng trên đồ thị x-y 19 3. Xác định chỉ số hồi lưu thích hợp, đường là việc và số đĩa lý thuyết 20 4. Xác dịnh đường kính 25 5. Số đĩa thực tế và chiều cao cơ bản của tháp 29 6. Xác định nhiệt độ đỉnh ,đáy và vị trí đĩa tiếp liệu ứng với trường hợp nguyên liệu vào tháp ở trạng thái sôi . 34 Kết luận 36 Đồ án môn học Page 2 Sv: Hà Minh Tiến I. Tính toán thiết bị trao đổi nhiệt ống lồng ống: Giới thiệu chung về thiết bị trao đổi nhiệt ống lồng ống: Thiết bị trao đổi nhiệt kiểu ống lồng ống có cấu tạo rất gọn gàng do hiệu quả trao đổi nhiệt cao, chúng có các ưu điểm nổi bật sau:  Thường được sử dụng để trao đổi nhiệt giữa các chất lỏng với nhau hoặc chất lỏng với môi chất đang sôi hay đang ngưng tụ với khả năng trao đổi nhiệt lớn.  Cả hai môi chất khi chuyển động qua thiết bị đều chuyển động đối lưu cưỡng bức với tốc độ rất lớn nên thời gian đạt yêu cầu trao đổi nhiệt sẽ giảm xuống.  Kết cấu gọn gàng, an toàn và dễ chế tạo. Tuy nhiên, các thiết bị trao đổi nhiệt kiểu ống lồng ống hiện nay chỉ là các ống trơn hiệu quả thấp, ít nhiều bị hạn chế , đặc biệt trong moi trường ngưng tụ môi chất , ống trơn sẽ hạn chế khả năng ngưng tụ của môi chất. nên người ta thiết kế ống lồng ống với ống trong có gân dọc mặt ngoài. Một số dạng ống lồng ống trong thực tế hay gặp như hình dưới đây: Đồ án môn học Page 3 Sv: Hà Minh Tiến Hình 1 :Cấu tạo ống lồng ống Yêu cầu và mục tiêu cần đạt được: Tính toán thiết bị trao đổi nhiệt dạng ống lồng ống dung dầu điesel đun nóng dầu thô trong hai trường hợp :  ống trong là ống tròn trơn  ống trong là ống tròn ,mặt ngoài có gân dọc số liệu như sau:lưu lượng dầu thô 35000kg/h, lưu lượng diesel là 27000 kg/h một số tính chất ban đầu được cho ở bảng dưới đây: Thông s ố D ầ u thô diezen Nhi ệ t đ ộ đ ầ u vào ( o C) 25 280 Nhi ệ t đ ộ đ ầ u ra ( o C) C ầ n tính 150 T ỷ kh ố i d 4 20 0,89 0,8 Đ ộ nh ớ t(cst) 20 o C 40 o C 100 o C 200 o C 250 o C 300 o C 6,2 3,8 1,4 0,5 0,4 0,3 1,1 0,81 0,45 0,26 0,21 0,15 Đồ án môn học Page 4 Sv: Hà Minh Tiến Đồ thị độ nhớt theo nhiệt độ được vẽ để tiện cho tính toán: 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 0 50 100 150 200 250 300 350 độ nhớt(cst) nhiệt độ( o C) dầu thô diezen Đồ án môn học Page 5 Sv: Hà Minh Tiến 1. Tính toán chung 1.1lượng nhiệt trao đổi và tính lượng nhiệt đầu ra : nhiệt dung riêng điesel và dầu được tính theo công thức: 0.5 9 1625 1,1886( 32) 5 ( ) t t t C d     Tại 280 o c nhiệt dung riêng diesel là : C d =1884 j/ kg o =0,497 kcal/kg o  Tại 150 o c nhiệt dung riêng diesel là : C d =1884,3 j/ kg o =0,497 kcal/kg o  Lượng nhiệt trao đổi của diesel là: . . 0,497.27000.(280 150) 1744470( / ) P Q C m T Kcal h        Do lượng nhiệt của dầu thô nhận bằng lượng nhiệt diesel cung cấp nên theo cân bằng nhiệt: Q(dầu thô)=Q(diesel)=1744470 kcal/h  Tại 25 o c nhiệt dung riêng của dầu thô là: C p =1793,39j /kg o =0,429 kcal/kg o Theo công thức : . . P Q C m T    => 1744470 116,18 35000.0,429 o p Q T c C m       Nhiệt độ đầu ra của dầu thô là:t= 116,18-25=91,18 o C 1.2 nhiệt độ và độ nhớt :  hiệu số nhiệt độ trung bình: diesel 280 o → 150 o dầu thô 91,18 o ← 25 o 188,8 o 125 o 188,8 125 154,9 155 188,8 2,3lg 125 o o t c c      Đồ án môn học Page 6 Sv: Hà Minh Tiến  Độ nhớt trung bình của dầu thô được tính : Nhiệt độ trung bình dầu thô là: (25+91,18)/2=58,09 o c Theo đồ thị ta có độ nhớt động học dầu thô là: ν = 2,1(cst)=2,8.10 -6 (m 2 /s) độ nhớt động lực học tương ứng là: µ p =v p .ρ p =2,8*10 -6 .860=2,408.10 -3 (N.s/m 2 )  Độ nhớt trung bình của diesel được tính : Nhiệt độ trung bình diesel là: (280+150)/2=215 o c Theo đồ thị ta có độ nhớt động học diesel là: ν =0,22(cst)=0,22.10 -6 (m 2 /s) độ nhớt động lực học tương ứng là: µ d =v d .ρ d =2,2.10 -7 .640=1,408.10 -4 (N.s/m 2 ) 2. phần tính toán riêng cho ống trong là ống tròn trơn: Đối với loại ống lồng ống quy định đường kính ống trong là 38-57mm, đường kính ống ngoài là 76-108 mm. nên ta chọn ống trong có kích thước 57х2 mm, ống ngoài 108х3mm được làm bằng thép X18H10T (có λ=16,3w/m 0 ) 2.1 hệ số cấp nhiệt diesel: Hệ số cấp nhiệt được tính theo công thức: d d d Nu d    Trong đó chuẩn số Nu được tính: 0.25 0,8 0.43 Pr 0,021.Re .Pr Pr d d d d w Nu        Đồ án môn học Page 7 Sv: Hà Minh Tiến Vận tốc diesel được tính theo công thức:   2 2 4. 4.27000 5,3145 / 3,14.0,053 .640.3600 d d d G W m s d      Chuẩn số reynold được tính cho dầu diesel: 4 4 . . 5,3145.0,053.640 Re 1280303,94 10 1,408.10 d d d d         Nên chế độ thuỷ động của diesel là chảy rối. Chuẩn số Pr của điesel tại nhiệt độ trung bình t=215 o c 4 3600. . 3600.0,497.1,408.10 Pr 3,072 0,082 d d d C       Tại 215 o c hệ số dẫn nhiệt điesel được ngoại suy là ג=0,082 [kcal/m.h.độ] Thay vào công thức tính chuẩn số Nu ta có : 0,25 0,25 0,8 0,43 Pr Pr 0,021.Re .Pr 2616,14 Pr Pr d d d d d w w Nu               Vậy hệ số cấp nhiệt của diesel là : 0,25 0,25 Pr Pr0,083 .2616,14 4097 0,053 Pr Pr d d d d d w w Nu d                  2.2 hệ số cấp nhiệt dầu thô là: Nhiệt độ trung bình dầu thô là :58,09 o c , nhiệt dung riêng dầu thô là C p =0,404 [kcal/m.h.độ] Vận tốc dầu thô được tính theo công thức:   2 2 2 4. 4.35000 2,013 / 3,14.(0.102 0,057 ).860.3600 p p p G W m s d       Chuẩn số reynold được tính cho dầu thô: 4 3 . . 2,013.(0,102 0,057).860 Re 32351,78 10 2,408.10 p d d d          Đồ án môn học Page 8 Sv: Hà Minh Tiến Chế độ thuỷ động của dầu thô là chảy rối. Chuẩn số Pr của dầu thô tại nhiệt độ trung bình t=58,09 o c có hệ số dẫn nhiệt ג= 0,12[kcal/m.h.độ] 3 3600. . 3600.0,404.2,408.10 Pr 29,185 0,12 p p p C       Chuẩn số Nu của dầu thô được tính: 0,25 0,25 0,8 0,43 ' ' Pr Pr 0,021.Re .Pr 363,2 Pr Pr p p p p p w w Nu               Hệ số cấp nhiệt phía dầu thô là: d=0,102-0,057=0,045 (m) 0,25 0,25 ' ' Pr Pr 0,12 .363,2 968,5 0,045 Pr Pr p p p d p w w Nu d                  2.3 hệ số truyền nhiệt K khi bỏ qua Ta có 2 1 57 2 53 d d   nên có thể coi như truyền nhiệt qua tường phẳng. Trở lực qua tường là: 3 3 3 3 1 2 2.10 1,16.10 1,16.10 2,4427.10 16,3 r r r               [m 2 .h.độ/kcal] Khi bỏ qua 0,25 0,25 ' Pr Pr 1 Pr Pr p d w w               Hệ số truyền nhiệt được tính theo công thức: 2 3 1 1 268,87( / . . ) 1 1 1 1 2,4427.10 4097 968,5 d p K Kcal m hdo r            Nhiệt tải riêng : 0,25 Pr Pr d w       Đồ án môn học Page 9 Sv: Hà Minh Tiến Q=K.Δt=268,87.155 =41674,85 [kcal/m 2 .h] 2.4 hệ số truyền nhiệt khi chú ý đến Giả thiết hiệt độ thành của dầu diesel là:203,8 o c Tại đó độ nhớt động học µ=0,258.10 -6 N.m 2 /s, hệ số dẫn nhiệt ג= 0,084 kcal/m 2 .h.độ . Chuẩn số Pr w được tính 6 3600. . 3600.0,497.0,258.10 .640 Pr 3,517 0,084 d d d C       0.25 Pr 0,9668 Pr w        Hệ số cấp nhiệt của dầu diesel là: 0,968.4097 3961,063    [kcal/m 2 .h.độ] Nhiệt cung cấp phía dầu điesel là: Q d = α.(t d -t t )=3961,063.(215-203,8)=44363,91 [kcal/m 2 .h] Nhiệt độ tường phía dầu thô là: t wp =t t -Q d .Σr=203,8-44363,91.2,4427.10 - 3 =95,43228 o C Chuẩn số Pr wp phía dầu thô là: 6 3600. . 3600.0,404.(1,43.10 .860) Pr 15,158 0,118 wp wp wp wp C       0,25 0,25 Pr 29.185 1,178 Pr 15,1578 p wp                 Hệ số cấp nhiệt của dầu thô:α=968,5.1,178=1140,855 [kcal/m 2 .h.độ] Nhiệt cấp phía thành ống phía dầu thô Q w =α(t wp -t p )=1375,258.(95,43-58,09)=42602,13[kcal/m 2 .h] Sai số ε=(44363,91-42602,13)/44363,91.100 %=1,986%<5% 0,25 Pr Pr d w       Đồ án môn học Page 10 Sv: Hà Minh Tiến Nên chấp nhận được. khi đó Q tb =(44363,91+42602,13)/2=43483,02[kcal/m 2 .h] Sai số dòng nhiệt   ( ) 1140,85 95,43 58,09 1 1 0,03977 3,977% ( ) 3961,063(215 203,8) p wp p d d wd t t t t              Vậy α d ,α p được lấy như trên.khi đó 2 3 1 1 280( / . . ) 1 1 1 1 2,4427.10 3961,063 1140,855 d p K Kcal m h do r            Diện tích trao đổi nhiệt 2 1744470 40,118 43483,02 tb Q F m Q    Số modul : 1 40,118 80,4 81 3,14.0,053.3 F N d l      ống Hiệu suất trao đổi nhiệt: 280 150 0,51 51% 250 25 max d p t t t          1. tính toán riêng cho ống trong là ống tròn mặt ngoài có gân dọc: [...]... Page 14 Sv: Hà Minh Tiến Đồ án môn học Hiệu suất trao đổi nhiệt:   tmax 280  150   0,51  51% td  t p 250  25 Page 15 Sv: Hà Minh Tiến Đồ án môn học II.Tính toán thiết bị truyền chất Giới thiệu chung: Chưng là một trong các phương pháp tách các cấu tử trong công nghiệp nó dựa trên nguyên tắc độ bay hơi của các cấu tử trong hỗn hợp khác nhau Tháp chưng luyện gồm có hai phần phần từ đĩa tiếp... pha lỏng và pha hơi, nhiệt độ giảm dần Page 16 Sv: Hà Minh Tiến Đồ án môn học Yêu cầu và mục tiêu cần đạt: Tính toán các thông số cơ bản của thiết bị (tháp) chuyển khối làm việc ở áp suất khí quyển (760mmHg) để chưng luyện hỗn hợp hai cấu tử, đảm bảo các yêu cầu về năng suất tính theo hỗn hợp đầu và thành phần nguyên liệu đỉnh và đáy.Các yêu cầu cụ thể như sau: 1 Xác định nồng độ phần mol và lưu lượng(kmol/h)... và hơi đi từ dưới lên Hơi bốc từ dưới lên qua lỗ đĩa trên và tiếp xúc với pha lỏngcảu đĩa trên, ngưng tụ một phần, vì thế nồng độ cấu tử dễ bay hơi trong lỏng tăng nên nồng độ của nó trong hơi do lỏng bốc lên cũng tăng .cấu tử dễ bay hơi có nhiệt độ sôi thấp hơn cấu tử khó bay hơi, nên nồng độ của nó tăng nhiệt đô sôi của dung dịch giảm theo chiều cao tháp nồng độ của cấu tử dễ bay hơi tăng dần cả trong. .. nguyên liệu, sản phầm đỉnh và sản phẩm đáy 2 Vẽ đường cân bằng trên đồ thị x-y 3 Xác định chỉ số hồi lưu thích hợp, đường làm việc và số đĩa lý thuyết của tháp 4 Xác định đường kính, số đĩa thực tế và chiều cao cơ bản của tháp 5 Xác định nhiệt độ đỉnh, đáy và trí đĩa tiếp liệu ứng với trường hợp nguyên liệu vào tháp ở nhiệt độ sôi Tháp đĩa dùng để chưng cất hai cấu tử axeton và etanol với nong độ phần... đầu vào 4000 kg/h 1.xác định nồng độ phần mold lưu lượng nguyên liệu sản phẩm đáy và sản phẩm đỉnh 1.1 nguyên liệu: Gọi phần mold cấu tử dễ bay hơi hơn (axeton) trong nguyên liệu là xF theo bài ra ta có: 58.xF  0, 28 từ đó ta có xF=0,2357=23,57% 58.xF  (1  xF ).46 Lưu lượng mol đầu vào: F 4000.0, 28 4000.0, 72   81,92( kmol / h) 58 46 Page 17 Sv: Hà Minh Tiến Đồ án môn học 1.2 sản phẩm đỉnh và. .. Ki=Pi/760 yi xi 800 1,0526316 0,987 0,93765 340 Cấu tử 0,447368 0,013 0,029 Axeton Etanol 0,9667 Tổng Tại 57o C Cấu tử Áp suất hơi bão hoà Ki=Pi/760 yi xi 780 1,02632 0,987 0,961688 320 0,42105 0,013 0,0308 Axeton Etanol 0,992488 Tổng Page 35 Sv: Hà Minh Tiến Đồ án môn học Tại 56,5oC Áp suất hơi bão hoà Ki=Pi/760 yi xi 770 1,01316 0,987 0,97418 310 Cấu tử 0,4079 0,013 0,03187 Axeton Etanol 1,006 Tổng... Để tìm độ bay hơi tương đối: tính theo công thức:α=Pbh axeton/ Pbh etanol Page 20 Sv: Hà Minh Tiến Đồ án môn học Ngoại suy từ đồ thị PL.26 tính toán quá trình thiết bị của Gs.Nguyễn Bin) Nhiệt độ(độ C) 10 20 30 40 50 60 P axeton(torr) 110 185 280 425 620 900 Petanol(torr) 30 55 90 150 240 360 Ta vẽ được đồ thị: 4 3.5 3 Pa/Pe 2.5 2 Series1 1.5 1 0.5 0 0 10 20 30 40 50 60 70 nhiệt độ (độ C) Từ đó ngoại... 17.88 106.5 N(R+1) 101,02 19,74 93,11 Ta vẽ được đồ thị Nlt(R+1) phụ thuộc vào β như sau: Page 22 Sv: Hà Minh Tiến Đồ án môn học 108 106 104 102 100 Series1 98 96 94 92 90 1 1.5 2 Ta tìm được Rop khi β=1,36 khi đó Rop=1,36Rmin= 3,37 Tanα=3,37/(3,37+1)=0,7712 hệ số góc đoạn luyện Page 23 Sv: Hà Minh Tiến Đồ án môn học Bằng cách vẽ theo đường làm việc và đường cân bằng ta có số đĩa lý thuyết là 26đĩa... trên đồ thị x-y Số liệu: x 0 5 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 y 0 11,2 23,04 39,8 50,9 59,3 66 73,1 79,5 86 92,4 100 t 78,3 75,4 73 69 65,9 63,6 61,8 60,4 59,1 58 57 56,1 Đường cân bằng trên đồ thị x- được vẽ: Page 18 Sv: Hà Minh Tiến Đồ án môn học 100 90 80 nồng độ pha hơi (y) 70 60 50 40 30 20 10 0 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 nồng độ pha lỏng (x) Page 19 Sv: Hà Minh Tiến Đồ án môn học Đồ thị... 800 Cấu tử 1,05263 0,9841 1,035893 Axeton Etanol 1,0681 Tổng Tại nhiệt độ79oC Cấu tử Áp suất hơi bão hoà Ki=Pi/760 xi yi=xi.ki 1500 1,9736842 0,0159 0,03138 780 1,026315 0,9841 1,00999 Axeton Etanol 1,041 Tổng Tại nhiệt độ 78oC Cấu tử Áp suất hơi bão hoà Ki=Pi/760 xi yi=xi.ki 1420 1,86842 0,0159 0,0297 755 0,99342 0,9841 0,977624 Axeton Etanol 1,007324 Tổng Vậy nhiệt độ đáy là 78oC phù hợp với giả thiết . Tiến II.Tính toán thiết bị truyền chất Giới thiệu chung: Chưng là một trong các phương pháp tách các cấu tử trong công nghiệp. nó dựa trên nguyên tắc độ bay hơi của các cấu tử trong hỗn hợp. Đồ án môn học Page 1 Sv: Hà Minh Tiến Đồ án này gồm có: Trang I. Tính toán thiết bị trao đổi nhiệt ống lồng ống Giới thiệu chung 2 1.tính toán chung 3 2. tính toán cho ống trong. toán cho ống trong là ống có gân dọc 10 II. Tính toán tháp chưng cất hai cấu tử Giới thiệu chung 16 1. Tính toán nồng độ phần mol và lưu lượng (kmol/h) của nguyên liệu,sản phẩm đỉnh và