Hiện nay, các ngành công nghiệp cần sử dụng rất nhiều hoá chất có độ tinh khiết cao. Nhu cầu này đặt ra cho các nhà sản xuất hoá chất phải chọn lựa sử dụng nhiều phương pháp để nâng cao độ tinh khiết của sản phẩm như : trích ly, chưng cất, cô đặc, hấp thu … Tuỳ theo đặc tính yêu cầu của sản phẩm mà chọn phương pháp cho phù hợp. Đối với hệ Clorofom Benzen là hệ 2 cấu tử tan lẫn vào nhau, ta chọn phương pháp chưng cất để nâng cao độ tinh khiết cho sản phẩm.
LỜI MỞ ĐẦU Ngày nay, bối cảnh kinh tế giới phát triển không ngừng, khoa học kỹ thuật ngày thể vai trò quan trọng lĩnh vực đời sống nói chung kinh tế nói riêng. Một ngành có đóng góp vô to lớn ngành công nghiệp hoá học, đặc biệt ngành sản xuất hoá chất bản. Hiện nay, ngành công nghiệp cần sử dụng nhiều hoá chất có độ tinh khiết cao. Nhu cầu đặt cho nhà sản xuất hoá chất phải chọn lựa sử dụng nhiều phương pháp để nâng cao độ tinh khiết sản phẩm : trích ly, chưng cất, cô đặc, hấp thu … Tuỳ theo đặc tính yêu cầu sản phẩm mà chọn phương pháp cho phù hợp. Đối với hệ Clorofom Benzen hệ cấu tử tan lẫn vào nhau, ta chọn phương pháp chưng cất để nâng cao độ tinh khiết cho sản phẩm. Đồ án môn học Quá trình Thiết bị môn học mang tính tổng hợp trình học tập kỹ sư Công nghệ Hóa học tương lai. Môn học giúp sinh viên giải nhiệm vụ tính toán cụ thể về: quy trình công nghệ, kết cấu, giá thành thiết bị lĩnh vực sản xuất hóa chất - thực phẩm. Đây bước để sinh viên vận dụng kiến thức học nhiều môn học vào giải vấn đề kỹ thuật thực tế cách tổng hợp. Nhiệm vụ đồ án thiết kế hệ thống chưng cất hỗn hợp Clorofom - Benzen với suất nhập liệu 1500 kg/h, nổng độ nhập liệu 40% (kmol Clorofom/kmol hỗn hợp), nồng độ sản phẩm đỉnh 99% (kmol Clorofom/kmol hỗn hợp), nồng độ sản phẩm đáy 5% (kmol Clorofom/kmol hỗn hợp). Chưng cất Clorofom – Benzen GVHD: Trần Tấn Việt MỤC LỤC MỤC LỤC HÌNH 1. Hình 1. Đồ thị cân lỏng – hệ Clorofom – Benzen Trang 11 2. Hình 2. Xác định giá trị yF* đồ thị x-y Trang 18 3. Hình 3. Đồ thị xác định số đĩa lý thuyết Trang 22 4. Hình 4. Hình phóng to số đĩa lý thuyết đoạn chưng Trang 22 5. Hình 5. Hình phóng to số đĩa lý thuyết đoạn cất .Trang 23 6. Hình 6. Đồ thị xác định hiệu suất theo tích αµ . Trang 24 7. Hình 7. Sơ đồ dòng pha tháp .Trang 25 8. Hình 8. Mô tả gờ chảy tràn đĩa .Trang 33 9. Hình 9. Đáy (nắp) elip .Trang 40 10. Hình 10. Bích ghép thân Trang 41 11. Hình 11. Bích ghép ống dẫn Trang 42 12. Hình 12. Chân đỡ Trang 49 13. Hình 13. Tai treo .Trang 50 14. Hình 14. Minh họa cách bố trí ống thiết bị ngưng tụ sản phẩm đỉnh Trang 54 15. Hình 15. Nồi đun Kettle .Trang 60 MỤC LỤC BẢNG 1. Bảng 1. Thành phần cân lỏng – nhiệt độ sôi hỗn hợp .Trang10 2. Bảng 2. Giá trị tính toán dòng nhập liệu, sản phẩm đỉnh sản phẩm đáy .Trang 15 3. Bảng 3. Tính tính chất hóa lý hỗn hợp theo nhiệt độ .Trang 18 4. Bảng 4. Kết tính toán hiệu suất vị trí Trang 23 5. Bảng 5. Giá trị bích ghép thân Trang 40 6. Bảng 6. Giá trị bích ỗng dẫn dòng nhập liệu Trang 42 7. Bảng 7. Giá trị bích cho ống dẫn đỉnh tháp .Trang 43 8. Bảng 8. Giá trị bích cho ống dẫn hoàn lưu .Trang 44 9. Bảng 9. Giá trị bích cho ống dẫn đáy tháp .Trang 45 10. Bảng 10. Giá trị bích cho ống dẫn lỏng vào nồi đun Trang 45 11. Bảng 11. Giá trị bích cho ống dẫn khỏi nồi đun Trang 46 12. Bảng 12. Giá trị chân đỡ .Trang 48 SVTH: Vũ Văn Thức Trang Chưng cất Clorofom – Benzen GVHD: Trần Tấn Việt Chương I: TỔNG QUAN I. LÝ THUYẾT VỀ CHƯNG CẤT : 1. Khái niệm : - Chưng cất trình dùng để tách cấu tử hỗn hợp lỏng hỗn hợp khí lỏng thành cấu tử riêng biệt dựa vào độ bay khác cấu tử hỗn hợp (nghĩa nhiệt độ, áp suất bão hoà cấu tử khác nhau). Thay đưa vào hỗn hợp pha để tạo nên tiếp xúc hai pha trình hấp thu nhả khí, trình chưng cất pha tạo nên bốc ngưng tụ. Chưng cất cô đặc giống nhau, nhiên khác trình trình chưng cất dung môi chất tan bay (nghĩa cấu tử diện hai pha với tỷ lệ khác nhau), trình cô đặc có dung môi bay chất tan không bay hơi. Khi chưng cất ta thu nhiều cấu tử thường cấu tử thu nhiêu sản phẩm. Nếu xét hệ đơn giản có cấu tử ta thu sản phẩm : Sản phẩm đỉnh chủ yếu gồm cấu tử có độ bay lớn (nhiệt độ sôi nhỏ) Sản phẩm đỉnh chủ yếu gồm cấu tử có độ bay nhỏ (nhiệt độ sôi lớn) Đối với hệ Clorofom – Benzen: Sản phẩm đỉnh chủ yếu gồm Clorofom Benzen. Sản phẩm đáy chủ yếu Benzen Clorofom. - - - 2. Phương pháp chưng cất : - Các phương pháp chưng cất phân loại theo : Áp suất làm việc : Áp suất thấp Áp suất thường Áp suất cao - Nguyên lí làm việc : Chưng đơn giản (một bậc) Chưng lôi theo nước Chưng cất - Cấp nhiệt đáy tháp : Cấp nhiệt trực tiếp Cấp nhiệt gián tiếp Vậy : Đối với hệ Clororom - Benzen, ta chọn phương pháp chưng cất liên tục, cấp nhiệt gián tiếp nồi đun áp suất thường. 3. Thiết bị chưng cất : Trong sản xuất, người ta thường dùng nhiều loại thiết bị khác để tiến hành chưng cất. Tuy nhiên, yêu cầu chung thiết bị giống nghĩa diện tích tiếp xúc pha phải lớn. Điều phụ thuộc vào mức độ phân tán lưu chất vào lưu chất kia. Nếu pha khí phân tán vào pha lỏng ta có loại tháp mâm, pha lỏng phân tán vào pha khí ta có tháp chêm, tháp phun, …Ở ta khảo sát loại thường dùng tháp mâm tháp chêm. SVTH: Vũ Văn Thức Trang Chưng cất Clorofom – Benzen GVHD: Trần Tấn Việt Tháp mâm : thân tháp hình trụ, thẳng đứng phía có gắn mâm có cấu tạo khác nhau, pha lỏng pha cho tiếp xúc với nhau. Tuỳ theo cấu tạo đĩa, ta có : Tháp mâm chóp : mâm bố trí có chóp dạng tròn, xupap, …. Tháp mâm xuyên lỗ : mâm có nhiều lỗ hay rãnh. Tháp chêm (tháp đệm) : tháp hình trụ, gồm nhiều bậc nối với mặt bích hay hàn. Vật chêm cho vào tháp theo hai phương pháp sau : xếp ngẫu nhiên hay xếp thứ tự. So sánh ưu, nhược điểm loại tháp : Tháp chêm Ưu điểm Nhược điểm Tháp mâm xuyên lỗ Tháp chóp - Cấu tạo đơn giản. - Trở lực tương đối thấp. - Khá ổn định. - Trở lực thấp. - Hiệu suất cao. - Hiệu suất cao. - Do có hiệu ứng thành → hiệu suất truyền khối thấp. - Không làm việc với chất lỏng bẩn. - Có trở lực lớn. - Độ ổn định không cao, khó vận hành. - Kết cấu phức tạp. - Làm việc với chất lỏng bẩn dùng đệm cầu có ρ ≈ ρ chất lỏng. - Tiêu tốn nhiều vật tư, kết cấu phức tạp. - Do có hiệu ứng thành → tăng suất hiệu ứng thành tăng → khó tăng suất. - Thiết bị nặng nề. Vậy: Sử dụng tháp mâm chóp để chưng cất hệ Clorofom – Benzen. II. GIỚI THIỆU VỀ NGUYÊN LIỆU : Benzen: Là hợp chất mạch vòng, dạng lỏng không màu có mùi thơm nhẹ. Công thức phân tử C6H6. Benzen không phân cực,vì tan tốt dung môi hữu không phân cực tan nước. Trước người ta thường sử dụng benzen làm dung môi. Tuy nhiên sau người ta phát nồng độ benzen không khí cần thấp khoảng 1ppm có khả gây bệnh bạch cầu, nên ngày benzen sử dụng hạn chế hơn. a) Các tính chất vật lí benzen: • Khối lượng phân tử: 78,11 (g/mol) • Tỉ trọng ( ): 0,879 • Nhiệt độ sôi: 80,6 oC • Nhiệt độ nóng chảy: 5,5 oC SVTH: Vũ Văn Thức Trang Chưng cất Clorofom – Benzen GVHD: Trần Tấn Việt b) Ứng dụng: Ngày lượng lớn benzen chủ yếu để: • Sản xuất styren cho tổng hợp polymer. • Sản xuất cumen cho việc sản xuất lúc axeton phenol. • Sản xuất cyclohexan tổng hợp tơ nilon. • Làm dung môi, sản xuất dược liệu. c) Điều chế : Thông thường hidrocacbon điều chế phòng thí nghiệm, thu lượng lớn phương pháp chưng cất than đá, dầu mỏ….Tuy nhiên điều chế Benzen theo phương pháp sau: • Đóng vòng dehydro hóa ankane Các ankane tham gia đóng vòng dehydro hóa tạo thành hidrocacbon thơm nhiệt độ cao có mặt xúc tác Cr2O3, hay kim loại chuyển tiếp Pd, Pt: CH3(CH2)4CH3 C6H6 • Dehydro hóa cycloankane Các cycloankane bị dehydro hóa nhiệt độ cao với có mặt xúc tác kim loại chuyển tiếp tạo thành benzen hay dẫn xuất benzen: C6H12 C6H6 • Đi từ acetylen: Đun acetylene với có mặt xúc tác than hoạt tính hay phức niken Ni(CO)[(C6H5)P] thu benzen: 3C2H2 C6H6 Clorofom : Là chất lỏng linh động không màu, vị ngọt; ts = 61,15 oC;; chiết suất với tia D 20 oC: 1,4455. Không tan nước, tan hầu hết dung môi hữu cơ. Clorofom không cháy không tạo hỗn hợp nổ với không khí. Là chất đầu để tổng hợp freon; dùng làm dung môi. Clorofom có tác dụng làm buồn ngủ gây mê, độc nên không dùng giải phẫu. Clorofom độc trao đổi chất nội tạng, đặc biệt gan. a) Các tính chất vật lí clorofom : • Khối lượng phân tử: 119,5 (g/mol) • Khối lượng riêng: 1,488 g/cm3 • Nhiệt độ sôi: 61,15 oC • Nhiệt độ nóng chảy: -63,5 oC b) Ứng dụng: Trước đây, Clorofom sử dụng chủ yếu để tổng hợp chất làm lạnh R-22 cho máy điều hòa không khí. Tuy nhiên, R-22 gây suy giảm ozon nên clorofom gần sử dụng cho mục đích này. Hiện nay, Clorofom dung môi phổ biến trơ, trộn hợp với hầu hết chất lỏng hữu cơ, dễ bay hơi. • Dung môi để sản xuất thuốc nhuộm thuốc trừ sâu. SVTH: Vũ Văn Thức Trang Chưng cất Clorofom – Benzen GVHD: Trần Tấn Việt • Clorofom chứa dơtơri (hydro nặng), CDCl3, dung môi phổ biến cho phương pháp đo phổ cộng hưởng từ hạt nhân (NMR). c) Điều chế : Trong công nghiệp, người ta điều chế clorofom đốt nóng hỗn hợp clo clomêtan hay mêtan. Ở nhiệt độ 400-500 °C, phản ứng halogen hóa gốc tự diễn ra, chuyển mêtan hay clomêtan thành hợp chất clo hóa. CH4 + Cl2 → CH3Cl + HCl CH3Cl + Cl2 → CH2Cl2 + HCl CH2Cl2 + Cl2 → CHCl3 + HCl Tiếp tục phản ứng clo hóa, clorofom chuyển thành CCl4: CHCl3 + Cl2 → CCl4 + HCl Hỗn hợp sản phẩm sau phản ứng gồm chất: clomêtan, diclomêtan, clorofom (triclomêtan), cacbon tetraclorua, tách chúng chưng cất. Hỗn hợp Clorofom - Benzen: Ta có bảng thành phần cân lỏng (x) – (y) nhiệt độ sôi hỗn hợp Clorofom - Benzen 760 mmHg.(Tham khảo [2]) Bảng 1.Thành phần cân lỏng – nhiệt độ sôi hỗn hợp x (% phần mol) y (% phần mol) t (oC) 6.5 80. 80.1 10 20 12. 79. 27. 78. 30 41 77. 40 54. 75. 50 66 74. 60 74. 73. 70 83 71 80 90 90. 68. 96. 65. 100 100 61. Hình 1. Đồ thị cân lỏng – hệ Clorofom – Benzen SVTH: Vũ Văn Thức Trang Chưng cất Clorofom – Benzen GVHD: Trần Tấn Việt Chương II: QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ Chú thích kí hiệu qui trình: 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. 10. 11. 12. 13. 14. 15. 16. 17. Bồn chứa nguyên liệu Bơm Bồn cao vị Van Lưu lượng kế Bẫy Tháp chưng cất Thiết bị ngưng tụ sản phẩm đỉnh Bộ phận chỉnh dòng Thiết bị làm nguội sản phẩm đỉnh Bồn chứa sản phẩm đỉnh Thiết bị đun sôi đáy tháp ( Nồi đun Kettle) Thiết bị làm nguội sản phẩm đáy Bồn chứa sản phẩm đáy Áp kế Nhiệt kế Thiết bị đun sôi dòng nhập liệu Hỗn hợp Clorofom - Benzen có nồng độ Clorofom 40% (phần mol), nhiệt độ nguyên liệu lúc đầu 300C bồn chứa nguyên liệu (1), bơm (2) bơm lên bồn cao vị (3). Dòng nhập liệu gia nhiệt tới nhiệt độ sôi thiết bị truyền nhiệt ống chùm. Sau hỗn hợp đưa vào tháp chưng cất (7) đĩa nhập liệu bắt đầu trình chưng cất. Lưu lượng dòng nhập liệu kiểm soát qua lưu lượng kế (5). Trên đĩa nhập liệu, chất lỏng trộn với phần lỏng từ đoạn cất (luyện) tháp chảy xuống. Trong tháp, lên gặp lỏng từ xuống. Ở có tiếp xúc trao đổi hai pha với nhau. Pha lỏng chuyển động phần chưng xuống phía giảm nồng độ cấu tử dễ bay bị pha tạo nên từ nồi đun (12) lôi cấu tử dễ bay hơi. Nhiệt độ lên thấp, nên qua đĩa từ lên cấu tử có nhiệt độ sôi cao Benzen ngưng tụ lại, cuối đỉnh tháp ta thu hỗn hợp có cấu tử Clorofom chiếm nhiều (nồng độ 99% phần mol). Hơi vào thiết bị ngưng tụ (8) ngưng tụ hoàn toàn. Một phần chất lỏng ngưng tụ qua thiết bị làm nguội sản phẩm đỉnh (10), đưa qua bồn chứa sản phẩm đỉnh (11). Phần lại chất lỏng ngưng tụ hoàn lưu tháp đĩa với tỉ số hoàn lưu thích hợp kiểm soát lưu lượng kế. Cuối đáy tháp ta thu hỗn hợp lỏng hầu hết cấu tử khó bay (Benzen). Hỗn hợp lỏng đáy có nồng độ Clorofom 5% phần mol, lại Benzene. Dung dịch lỏng đáy khỏi tháp vào nồi đun (12). Trong nồi đun dung dịch lỏng SVTH: Vũ Văn Thức Trang Chưng cất Clorofom – Benzen GVHD: Trần Tấn Việt phần bốc cung cấp lại cho tháp để tiếp tục làm việc, phần lại khỏi nồi đun cho qua thiết bị làm nguội sản phẩm đáy (13) sau vào bồn chứa sản phẩm đáy (14). Hệ thống làm việc liên tục cho sản phẩm đỉnh Clorofom, sản phẩm đáy Benzen. SVTH: Vũ Văn Thức Trang Chưng cất Clorofom – Benzen GVHD: Trần Tấn Việt Khi khong ngung 16 15 T P Nuoc t =50°C Nuoc lamlanh t =30°C 10 Nuoc t =50°C Nuoc lamlanh t =30°C Hoi nuoc P=1,6 at T Khi khong ngung x =99% t =35°C 17 San phamdinh 11 T P Nuoc ngung 12 Hoi nuoc P=1,6 at 13 Nuoc t =50°C Nuoc lamlanh t =30°C Nguyen lieu 14 x =40% t =30°C x =5% t =40°C Nuoc ngung TB dun soi dong nhap lieu Nhiet ke Ap ke Bon chua san phamday TB lamnguoi san phamday Noi dun Kettle Bon chua san phamdinh TB lamnguoi san phamdinh Bo phan chinh dong TBNT san phamdinh Thap chung cat Bay hoi Luu luong ke Van Bon cao vi Bom Bon chua nguyen lieu STT TEN GOI 17 16 15 14 13 12 11 10 San phamday ÐAC TINH KY THUAT SL X18H10T VAT LIEU TRUONG DAI HOC BACH KHOA TP.HCM Khoa Ky Thuat Hoa Hoc Bo mon Qua trinh va Thiet bi ÐO AN MON HOC QUA TRINH VA THIET BI THIET KE THAP CHUNG CAT CLOROFOM- BENZEN SVTH VU VAN THUC GVHD TRAN TAN VIET CNBM LE THI KIMPHUNG Chuc nang Ho ten Chu ki SVTH: Vũ Văn Thức 1 1 1 1 2 2 Trang Ti le ve so QUY TRINH CONG NGHE Ban Ngay HT Ngay BV 01 Chưng cất Clorofom – Benzen GVHD: Trần Tấn Việt Chương III: CÂN BẰNG VẬT CHẤT VÀ NĂNG LƯỢNG I. CÁC THÔNG SỐ BAN ĐẦU : Chọn loại tháp tháp mâm chóp. Hỗn hợp: Khi chưng luyện hỗn hợp Clorofom – Benzen cấu tử dễ bay Clorofom. Năng suất nhập liệu : GF = 1500 kg/h Nồng độ nhập liệu : xF = 40 % (kmol Clorofom / kmol hỗn hợp) Nồng độ sản phẩm đỉnh : xD = 99 % (kmol Clorofom / kmol hỗn hợp) Nồng độ sản phẩm đáy: xW = % (kmol Clorofom / kmol hỗn hợp) Nhập liệu trạng thái lỏng sôi Chọn: Nhiệt độ nhập liệu: tFV = 30 oC Đối với thiết bị đun sôi đáy tháp: Áp suất đốt : Ph = 1,6 at Đối với thiết bị ngưng tụ sản phẩm đỉnh: Nhiệt độ dòng nước lạnh vào: Nhiệt độ dòng nước lạnh ra: tV = 30 oC tR = 50 oC Đối với thiết bị làm nguội sản phẩm đỉnh: Nhiệt độ sản phẩm đỉnh sau làm nguội: Nhiệt độ dòng nước lạnh vào: Nhiệt độ dòng nước lạnh ra: tDR = 35 oC tV = 30 oC tR = 50 oC Đối với thiết bị làm nguội sản phẩm đáy: Nhiệt độ sản phẩm đáy sau làm nguội: Nhiệt độ dòng nước lạnh vào: Nhiệt độ dòng nước lạnh ra: tWR = 40 oC tV = 30 oC tR = 50 oC Các ký hiệu: GF , F : suất lượng nhập liệu tính theo kg/h, kmol/h. GD, D : suất lượng sản phẩm đỉnh tính theo kg/h, kmol/h. GW, W: suất lượng sản phẩm đáy tính theo kg/h, kmol/h. , xi : nồng độ phần khối lượng, phần mol cấu tử i. II. XÁC ĐỊNH SUẤT LƯỢNG SẢN PHẨM ĐỈNH V SẢN PHẨM ĐÁY: Khối lượng mol trung bình hỗn hợp: M = xMC + (1-x) MB SVTH: Vũ Văn Thức Trang 10 Chưng cất Clorofom – Benzen GVHD: Trần Tấn Việt Kết luận: Thiết bị làm nguội sản phẩm đáy thiết bị truyền nhiệt ống lồng ống với chiều dài ống truyền nhiệt L = 48 m. Tiến hành bố trí thành 12 dãy, dãy dài 4m. Ống hàng nối với hành mặt bích, chi tiết bích ống, ống thành ống hàn với nhau. V. THIẾT BỊ ĐUN SÔI DÒNG NHẬP LIỆU Chọn thiết bị gia nhiệt nhập liệu thiết bị trao đổi nhiệt kiểu ống chùm, đặt nằm ngang. Ống truyền nhiệt làm thép X18H10T, kích thước ống 20 x mm Đường kính ngoài: dn = 20 mm = 0,020 m Bề dày ống: δt = mm = 0,002 m Đường kính trong: dtr = 16 mm = 0,016 m Chọn số ống n = 7, xếp theo hình lục giác. Hơi đốt nước 1,6 at. Tra bảng 1.251, trang 314, [1] Nhiệt hóa hơi: rH2O= rn = 2227000 J/kg Nhiệt độ sôi: t H2O= tn = 112,7 oC Dòng nhập liệu có nhiệt độ: Trước vào nồi đun (lỏng): tF = 30 oC Sau đun (lỏng sôi): tFS = 61,92 oC Hiệu số nhiệt độ trung bình Chọn kiểu truyền nhiệt ngược chiều, nên: = 65,448 K Hệ số truyền nhiệt Hệ số truyền nhiệt K tính theo công thức tường phẳng: W/(m2.K) Với: αn : hệ số cấp nhiệt đốt W/(m2.K) αF : hệ số cấp nhiệt dòng nhập liệu W/(m2.K) ∑rt : nhiệt trở qua thành ống lớp cáu. SVTH: Vũ Văn Thức Trang 66 Chưng cất Clorofom – Benzen GVHD: Trần Tấn Việt Tính toán hệ số cấp nhiệt dòng Xác định hệ số cấp nhiệt dòng nhập liệu ống Tại nhiệt độ trung bình dòng nhập liệu tF = ½ (tV + tR) = ½(30+61,92) = 45,96 oC Tra bảng I.2, trang 9, [1] Khối lượng riêng Clorofom : ρC = 1438,378 kg/m3 Khối lượng riêng Benzen : ρB = 851,444 kg/m3 ⇒ ρ = 1072,595 kg/m3 Nên: Tra bảng I.101, trang 91, [1] Độ nhớt Clorofom : µC = 4,422 x 10-4 N.s/m2 Độ nhớt Benzen: µB = 4,586 x 10-4 N.s/m2 Nên: lgµ = xFlgµC + (1 – xF)lgµB = 0,4 x lg(4,422 x 10-4) + (1 – 0,4) x lg(4,586 x 10-4) = -3,345 ⇒ µ = 4,520 x 10-4 N.s/m2 Hệ số dẫn nhiệt Clorofom : λC = 0,1126 W/(mK) Hệ số dẫn nhiệt Benzen : λB = 0,1388 W/(mK) Nên theo công thức (I.33), trang 124, [1]: λ = λC xxF + λB.(1 -xF) – 0,72xF.(1 -xF)(λB - λC) = 0,1208 (W/mK) Tra bảng I.153, trang 171, [1]: Nhiệt dung riêng Clorofom : CC = 1059,940 J/(kg.K) Nhiệt dung riêng Benzen : CB = 1856,290 J/(kg.K) Vậy: c = cC + cB(1 - ) = 1462,324 J/(kg.K) Áp dụng công thức V.35, trang 12, [2] : = 5,469 Vận tốc dòng nhập liệu ống: = 0,276 m/s. Chuẩn số Reynolds : = 10480 > 104 : chế độ chảy rối Áp dụng công thức 3.27, trang 110, [4] ⇒ công thức xác định chuẩn số Nusselt: SVTH: Vũ Văn Thức Trang 67 Chưng cất Clorofom – Benzen GVHD: Trần Tấn Việt Trong đó: ε1 – hệ số tính đến ảnh hưởng hệ số cấp nhiệt theo tỷ lệ chiều dài L đường kính d ống. Tra bảng 3.1, trang 110, [4] ⇒ chọn ε1 = Nhiệt tải qua thành ống lớp cáu , W/m2 Trong đó: tW1 : nhiệt độ vách tiếp xúc với đốt phía vỏ, oC tW2 : nhiệt độ vách tiếp xúc với nhập liệu ống, oC Bề dày thành ống: δt = 0,002 m Hệ số dẫn nhiệt thép không gỉ: Tra bảng XII.7, trang 313, [2]: λt = 16,3 W/mK Tra bảng 31, trang 419, [4] Nhiệt trở lớp bẩn ống: r1 = 1/5800 m2.K/W Nhiệt trở lớp cáu ống: r2 = 1/5500 m2.K/W Nên: ∑rt = 4,769 x 10-4 m2.K/W Xác định hệ số cấp nhiệt ngưng tụ ống Điều kiện: - Ngưng tụ bão hòa. - Không chứa không khí không ngưng. - Hơi ngưng tụ mặt ống. - Màng chất ngưng tụ chảy tầng. - Ống nằm ngang. Áp dụng công thức (3.65), trang 120, [4]⇒ Đối với ống đơn nằm ngang thì: Tra bảng V.II, trang 48, [2] ⇒ với số ống n = số ống đường chéo hình cạnh b = Tra hình V.20, trang 30, [2] ⇒ hệ số phụ thuộc vào cách bố trí ống số ống dãy thẳng đứng εtb = 0,78 (vì xếp xen kẽ) ⇒ Hệ số cấp nhiệt trung bình chùm ống: αngưng = εtbα1 = 0,78α1 Dùng phép lặp: chọn tW1 = 111,2 oC SVTH: Vũ Văn Thức Trang 68 Chưng cất Clorofom – Benzen GVHD: Trần Tấn Việt Nhiệt độ trung bình màng nước ngưng tụ: tm = ½ (tn + tW1) = 111,95 oC Tại nhiệt độ thì: Khối lượng riêng nước: ρn = 949,460 kg/m3 Độ nhớt nước: µn = 2,547 x 10-4 N.s/m2 Hệ số dẫn nhiệt nước: λn = 68,439 x 10-2 W/(mK) Nên: αn = αngưng = 0,78α1 = 17049,202 W/(m2K) ⇒ qn = αn (tn – tW1) = 17049,202 x (112,7 – 111,2) = 25573,804 W/m2 ⇒ qt = qn = 25573,804 W/m2 (xem nhiệt tải mát không đáng kể) ⇒ tw2 = tw1 - qtΣrt = 111,2– 25573,804 x 4,769 x 10-4 = 99,00 oC Tại nhiệt độ thì: Tra bảng I.101, trang 91, [1] Độ nhớt Clorofom : µC = 2,920 x 10-4 N.s/m2 Độ nhớt Benzen: µB = 2,637 x 10-4 N.s/m2 Nên: lgµ = xFlgµC + (1 – xF)lgµB = 0,4 x lg(2,962 x 10-4) + (1 – 0,4) x lg(2,695 x 10-4) = -3,561 ⇒ µ = 2,747 x 10-4 N.s/m2 Hệ số dẫn nhiệt Clorofom : λC = 0,0922 W/(mK) Hệ số dẫn nhiệt Benzen : λB = 0,1286 W/(mK) Nên theo công thức (I.33), trang 124, [1]: λ = λC xxF + λB.(1 -xF) – 0,72xF.(1 -xF)(λB - λC) = 0,1037 (W/mK) Tra bảng I.153, trang 171, [1]: Nhiệt dung riêng Clorofom : CC = 1138,505 J/(kg.K) Nhiệt dung riêng Benzen : CB = 2115,763 J/(kg.K) Vậy: c = cC + cB(1 - ) = 1632,299 J/(kg.K) Áp dụng công thức (V.35), trang 12, [2]: = 4,325 Nên: NuF = 72,293 ⇒ aF = 468,406 W/(m2K) ⇒ qF = aF (tW2 - tF) = 468,406 (99 – 45,96) = 24845,694 (W/m2) Kiểm tra sai số: ε= 100% = 2,85% < % (thỏa) Kết luận: tw1 = 111,2 oC tw2 = 99,0 oC SVTH: Vũ Văn Thức Trang 69 Chưng cất Clorofom – Benzen GVHD: Trần Tấn Việt Xác định hệ số truyền nhiệt = 374,464 W/m2K Xác định bề mặt truyền nhiệt Bề mặt truyền nhiệt xác định theo phương trình truyền nhiệt: = 1,289 m2 F= Diện tích truyền nhiệt tính với hệ số an toàn 20 % nên giá trị diện tích thực tế là: Ftt =1,289 x 1,2 = 1,547 m2. Cấu tạo thiết bị Chọn số ống: n = ống, bố trí theo hình lục giác Chiều dài ống truyền nhiệt: = 3,909 m ⇒ chọn L = m, dùng ngăn chia làm pass, pass m. Kiểm tra: > 50 ⇒ εl = (thỏa) Khi số ống là: x = 14 (ống) bố trí ống theo hình lục giác (kiểu dùng cho số ống 19). Số ống đường chéo: b = ống Bước ống: t = (1,2 ÷1,5)d = 25 mm Áp dụng công thức V.140, trang 49, [2]: ⇒ Đường kính thiết bị: D = t(b-1) + 4dn = 0,180 m Kết luận: Thiết bị trao đổi nhiệt dòng nhập liệu thiết bị truyền nhiệt ống chùm có chiều dài L = m, D = 0,180 m. VI. BỒN CAO VỊ Tổn thất đường ống dẫn Chọn ống dẫn có đường kính dtr = 50 mm Tra bảng II.15, trang 381, [1] ⇒ Độ nhám ống: ε = 0,2 mm = 0,0002 m (ăn mòn ít) Tổn thất đường ống dẫn: SVTH: Vũ Văn Thức Trang 70 Chưng cất Clorofom – Benzen GVHD: Trần Tấn Việt ,m Trong đó: λ1 : hệ số ma sát đường ống. l1 : chiều dài đường ống dẫn, chọn l1 = 30 m. d1 : đường kính ống dẫn, d1 = dtr = 0,05 m. ∑ξ1 : tổng hệ số tổn thất cục bộ. vF : vận tốc dòng nhập liệu ống dẫn Xác định vận tốc dòng nhập liệu ống dẫn Các tính chất lý học dòng nhập liệu tra nhiệt độ trung bình: = 45,96 oC tF = Tại nhiệt độ thì: Khối lượng riêng Clorofom : ρC = 1438,378 kg/m3 Khối lượng riêng Benzen : ρB = 851,444 kg/m3 ⇒ ρ = 1072,595 kg/m3 Nên: Độ nhớt Clorofom : µC = 4,422 x 10-4 N.s/m2 Độ nhớt Benzen: µB = 4,586 x 10-4 N.s/m2 Nên: lgµ = xFlgµC + (1 – xF)lgµB = 0,4 x lg(4,422 x 10-4) + (1 – 0,4) x lg(4,586 x 10-4) = -3,345 ⇒ µ = 4,520 x 10-4 N.s/m2 Vận tốc dòng nhập liệu ống: = 0,198 m/s Xác định hệ số ma sát đường ống Chuẩn số Reynolds : = 23475 > 4000 chế độ chảy rối (trang 378,[1]) Áp dụng công thức II.60, trang 378, [1] Chuẩn số Reynolds tới hạn: Regh = 6(d1/ε)8/7 = 3301 Áp dụng công thức II.62, trang 379, [1] SVTH: Vũ Văn Thức Trang 71 Chưng cất Clorofom – Benzen GVHD: Trần Tấn Việt Chuẩn số Reynolds bắt đầu xuất vùng nhám: Ren = 220(d1/ε)9/8 = 109674 Mục c, trang 379, [1] Vì Regh < ReF < Ren ⇒ chế độ chảy rối ứng với khu vực độ. Áp dụng công thức (II.64), trang 379, [1]: Hệ số ma sát = 0,032 Xác định tổng hệ số tổn thất cục Chỗ uốn cong: Tra bảng 9.5, trang 110, [7]: Chọn dạng ống uốn cong 90 o có bán kính R với R/d = ξu1 (1 chỗ) = 0,9. Đường ống có chỗ uốn ⇒ ξu1 = 0,9 x = 7,2 Van : Tra bảng 9.5, trang 110, [7]: Chọn van cầu với độ mở hoàn toàn ξvan (1 cái) = 10 Đường ống có van cầu ⇒ ξvan = 10 x = 30 Nội suy mục 27, bảng II.16, trang 399, [1]: Tổn thất van chiều: ξvanmộtchiều = 1,333 Lưu lượng kế : ξl1 = (coi không đáng kể). Vào tháp: ξtháp = Nên: ∑ξ1 = ξu1 + ξvan + ξtháp + ξvanmộtchiều = 7,2 +30+1+1,333 = 39,533 Vậy: = 0,117 m Tổn thất đường ống dẫn thiết bị đun sôi dòng nhập liệu ,m Trong đó: λ2 : hệ số ma sát đường ống. l2 : chiều dài đường ống dẫn, l2 = 3,5 m. d2 : đường kính ống dẫn, d2 = dtr = 0,016 m. ∑ξ2 : tổng hệ số tổn thất cục bộ. v2 : vận tốc dòng nhập liệu ống truyền nhiệt Vận tốc dòng nhập liệu ống truyền nhiệt: v2 = 0,276 m/s Xác định hệ số ma sát đường ống Chuẩn số Reynolds : Re2 = 10480 > 4000: chế độ chảy rối Độ nhám: ε = 0,0002 SVTH: Vũ Văn Thức Trang 72 Chưng cất Clorofom – Benzen GVHD: Trần Tấn Việt Chuẩn số Reynolds giới hạn: Regh = 6(d1/ε)8/7 = 898 Chuẩn số Reynolds bắt đầu xuất vùng nhám: Ren = 220(d1/ε)9/8 = 30437 Vì Regh < Re2 < Ren ⇒ Ứng với khu vực độ ⇒ λ = 0,039 Tra bảng II.13, trang 379, [1]: Xác định tổng hệ số tổn thất cục Đột thu: Tra bảng II.16, trang 382, [1]: Khi = 0,1024 ξđột thu (1chỗ) = 0,470 Đột mở: Tra bảng II.16, trang 382, [1]: Khi = 0,1024 ξđột mở (1chỗ) = 0,806 Nên: ∑ξ2 = ξđôt thu + ξđột mở = 1,275 Vậy: = 0,038 m Chiều cao bồn cao vị Chọn : Mặt cắt (1-1) mặt thoáng chất lỏng bồn cao vị. Mặt cắt (2-2) mặt cắt vị trí nhập liệu tháp. Áp dụng phương trình Bernoulli cho (1-1) (2-2): ⇔ z1 = z2 + +∑hf1-2 Trong đó: z1: độ cao mặt thoáng (1-1) so với mặt đất, hay xem chiều cao bồn cao vị Hcv = z1 z2: độ cao mặt thoáng (2-2) so với mặt đất, hay xem chiều cao từ mặt đất đến vị trí nhập liệu: ( nhập liệu đĩa thứ 37 từ lên ) z2 = hchân đỡ + hđáy + (nttC – 1)∆h + 0,5 SVTH: Vũ Văn Thức Trang 73 Chưng cất Clorofom – Benzen GVHD: Trần Tấn Việt = 0,4 + 0,25 + 36 x 0,3 + 0,5 = 11,95 (m) P1 : áp suất mặt thoáng (1-1), chọn P1 = at = 9,81 x 104 N/m2 P2 : áp suất mặt thoáng (2-2) Xem ∆P = P2 – P1 = nttL x ∆PL = 13221,26 N/m2 v1 : vận tốc mặt thoáng (1-1), xem v1 = m/s. v2 : vận tốc vị trí nhập liệu, v2 = vF = 0,198 m/s. ∑hf1-2 : tổng tổn thất ống từ (1-1) đến (2-2): ∑hf1-2 = h1 + h2 = 0,117 + 0,038 = 0,155 Vậy: Chiều cao bồn cao vị: Hcv = z2 + +∑hf1-2 = 11,95 + + 0,155 = 13,36 m Chọn Hcv = 15 m. VII. BƠM Năng suất Nhiệt độ dòng nhập liệu tF = 30 oC. Tại nhiệt độ thì: Khối lượng riêng Clorofom : ρC = 1469,500 kg/m3 Khối lượng riêng Benzen : ρB = 868,500 kg/m3 ⇒ ρ = 1094,729 kg/m3 Nên: Độ nhớt Clorofom : µC = 5,100 x 10-4 N.s/m2 Độ nhớt Benzen: µB = 5,600 x 10-4 N.s/m2 Nên: lgµ = xFlgµC + (1 – xF)lgµB = -3,268 ⇒ µ = 5,394 x 10-4 N.s/m2 Suất lượng thể tích dòng nhập liệu ống: = 1,370 m3/h Vậy: chọn bơm có suất Qb = m3/h Cột áp Chọn : Mặt cắt (1-1) mặt thoáng chất lỏng bồn chứa nguyên liệu. Mặt cắt (2-2) mặt thoáng chất lỏng bồn cao vị. SVTH: Vũ Văn Thức Trang 74 Chưng cất Clorofom – Benzen GVHD: Trần Tấn Việt Áp dụng phương trình Bernoulli cho (1-1) (2-2): Trong đó: z1: độ cao mặt thoáng (1-1) so với mặt đất, chọn z1 = m. z2: độ cao mặt thoáng (2-2) so với mặt đất, z2 = Hcv = 15 m. P1 : áp suất mặt thoáng (1-1), chọn P1 = at. P2 : áp suất mặt thoáng (2-2), chọn P2 = at. v1,v2 : vận tốc mặt thoáng (1-1) và(2-2), xem v1= v2 = m/s. ∑hf1-2 : tổng tổn thất ống từ (1-1) đến (2-2). Hb : cột áp bơm. 2.1. Tính tổng trở lực ống Chọn đường kính ống hút ống đẩy nhau: dtr = 50 mm Tra bảng II.15, trang 381, [1] ⇒ Độ nhám ống: ε = 0,2 mm = 0,0002 m (ăn mòn ít) Tổng trở lực ống hút ống đẩy ∑hf1-2 = Trong đó: lh : chiều dài ống hút. Chiều cao hút bơm: Tra bảng II.34, trang 441, [1] ⇒ hh = m ⇒ Chọn chiều cao hút thấp 1,5 m để loại trừ khả dao động bơm, tránh xâm thực: hh = 2,5 m ⇒ Chọn lh = m. lđ : chiều dài ống đẩy, chọn lđ = m. ∑ξh : tổng tổn thất cục ống hút. ∑ξđ : tổng tổn thất cục ống đẩy. λ : hệ số ma sát ống hút ống đẩy. vF : vận tốc dòng nhập liệu ống hút ống đẩy (m/s). = 0,283 m/s Xác định hệ số ma sát ống hút ống đẩy : Chuẩn số Reynolds : SVTH: Vũ Văn Thức Trang 75 Chưng cất Clorofom – Benzen GVHD: Trần Tấn Việt = 28710 > 4000 : chế độ chảy rối Chuẩn số Reynolds tới hạn: Regh = 6(dtr/ε)8/7 = 3301 Chuẩn số Reynolds bắt đầu xuất vùng nhám: Ren = 220(dtr/ε)9/8 = 109674 Vì Regh < ReF < Ren ⇒ chế độ chảy rối ứng với khu vực độ. Áp dụng công thức II.64, trang 379, [1]: λ = = 0,031 Xác định tổng tổn thất cục ống hút. Chỗ uốn cong: Tra bảng 9.5, trang 110, [7]: Chọn dạng ống uốn cong 90o có bán kính R với R/d = ξu1 (1 chỗ) = 0,9 Ống hút có chỗ uốn ⇒ ξu1 = 0,9 x = 1,8 Van Tra bảng 9.5, trang 94, [7]: Chọn van cầu với độ mở hoàn toàn ξv1 (1 cái) = 10. Ống hút có van cầu ⇒ ξv1 = 10 Nên: ∑ξh = ξu1 + ξv1 = 11,8 Xác định tổng tổn thất cục ống đẩy Chỗ uốn cong: Tra bảng 9.5, trang 110, [7]: Chọn dạng ống uốn cong 90o có bán kính R với R/d = ξu2 (1 chỗ) = 0,9 Ống đẩy có chỗ uốn ⇒ ξu2 = 0,9 x = 3,6 Van: Tra bảng 9.5, trang 94, [1]: Chọn van cầu với độ mở hoàn toàn ξv2 (1 cái) = 10 Ống đẩy có van cầu ⇒ ξv2 = 10 Vào bồn cao vị : ξcv = Nên: ∑ξđ = ξu1 + ξv1 + ξcv = 14,6 Vậy: ∑hf1-2 = = 0,158 m 2.2. Tính cột áp bơm Hb = (z2 – z1) + ∑hf1-2 = (15 – 1) + 0,158 = 14,158 m SVTH: Vũ Văn Thức Trang 76 Chưng cất Clorofom – Benzen GVHD: Trần Tấn Việt Công suất Chọn hiệu suất bơm: ηb = 0,8. Công suất thực tế bơm: Nb = = 105,391W = 0,142 Hp. Kết luận: Để đảm bảo tháp hoạt động liên tục ta chọn bơm li tâm loại ЦB (theo bảng (II.36), trang 444,[1]), có: Năng suất: Cột áp: Công suất: Qb = m3/h Hb = 15 m Nb = 0,142 Hp SVTH: Vũ Văn Thức Trang 77 Chưng cất Clorofom – Benzen GVHD: Trần Tấn Việt Chương VII TÍNH KINH TẾ Lượng ống truyền nhiệt cần dùng: Vống = (0,0252 – 0,0212)x x(16x19) + (0,0162 – 0,01282)x x56 + (0,0252 – 0,0212)x x(2x61) +(0,0252 – 0,0212)x x48 +(0,0202 – 0,0162)x x(4x7) + (0,0162 – 0,01282)x mống = VốngρX18H10T = 0,117 x 7900 = 139 kg = ( 42,22 – 36,662)x x56 + (0,0382 – 0,0322)x x48 +(0,0482 – 0,0422)x x(4x7) = 0,117 (m3) x(60 + 48) x10-6 x7900 = 925 kg Lượng thép X18H10T cần dùng: M1 = 56(mmâm + mtràn + moh + mchóp ) + mthân + 2mđáy(nắp) = 3374,04 kg Lượng thép CT3 cần dùng: M2 = 32mbíchghépthân + = 1250 kg mbíchghépốnglỏng + mbíchghépốnghơi + 4mchân đỡ + 4mtai treo + 4mtấm lót Số bulông cần dùng N = 16 x 24 + x + 56 x 5= 688 ST T Tên thiết bị Ống truyền nhiệt X18H10T CT3 Bulông Số lượng Đơn giá Thành tiền 925 kg 70.000 6.4750.000 3375 kg 70.000 236.250.00 1250 kg 10.000 12.500.000 688 5.000 3.440.000 Áp kế tự động 800.000 1.600.000 Nhiệt kế điện trở 200.000 600.000 Lưu lượng kế 500.000 1.000.000 SVTH: Vũ Văn Thức Kích thước mm M16, M12 Ghi Trang 78 Chưng cất Clorofom – Benzen TỔNG CHI PHÍ MUA VẬT LIỆU, THIẾT BỊ GVHD: Trần Tấn Việt 320.140.00 Tiền gia công chế tạo lắp đặt ( lấy 300 % tiền vật tư), giá thành tháp chưng là: 1.280.560.000 VNĐ SVTH: Vũ Văn Thức Trang 79 Chưng cất Clorofom – Benzen GVHD: Trần Tấn Việt LỜI KẾT Với hệ thống chưng cất Clorofom - Benzen dùng tháp mâm chóp thiết kế, ta thấy bên cạnh ưu điểm có nhiều nhược điểm. Thiết bị có ưu điểm suất hiệu suất cao thiết bị cồng kềnh, đòi hỏi phải có vận hành với độ xác cao. Bên cạnh đó, vận hành thiết bị ta phải ý đến vấn đề an toàn lao động để tránh rủi ro xảy ra, gây thiệt hại người của. Đồ án giúp sinh viên tự tổng hợp lại tất kiến thức cách linh động, xác hợp lí. Đồng thời giúp sinh viên bước đầu tiếp cận với công việc thiết kế, nghiên cứu sâu kiến thức bản, biết cách tính toán, đưa giải pháp lựa chọn thông số cần thiết phù hợp với yêu cầu ban đầu. Do thời gian hạn hẹp nên nội dung đồ án đề cập đến việc thiết kế phần quan trọng thiết bị, chưa cải thiện quy trình thiết bị để đạt mức tối ưu nhất. Với kiến thức hạn hẹp cộng với hạn chế tiếp xúc với thực tế nên việc thiết kế không tránh khỏi thiếu sót, mong đóng góp ý kiến quý thầy cô bạn để em có thêm nhiều kinh nghiệm việc thiết kế sau này. SVTH: Vũ Văn Thức Trang 80 Chưng cất Clorofom – Benzen GVHD: Trần Tấn Việt TÀI LIỆU THAM KHẢO [1]. Tập thể tác giả, “Sổ tay Quá trình Thiết bị Công nghệ Hóa chất – Tập 1”, Nhà xuất Khoa học Kỹ thuật Hà Nội, 1999, 626tr. [2]. Tập thể tác giả, “Sổ tay Quá trình Thiết bị Công nghệ Hóa chất – Tập 2”, Nhà xuất Khoa học Kỹ thuật Hà Nội, 1999, 447tr. [3]. Võ Văn Bang – Vũ Bá Minh, “Quá trình & Thiết bị Công Nghệ Hóa Học – Tập3: Truyền Khối”, Nhà xuất Đại học Quốc gia TpHCM, 2004, 388tr. [4]. Phạm Văn Bôn – Vũ Bá Minh – Hoàng Minh Nam, “Quá trình Thiết bị Công Nghệ Hóa Học – Tập 10: Ví dụ Bài tập”, Nhà xuất Đại học Quốc gia TpHCM, 468tr. [5]. Hồ Lê Viên, “Thiết kế Tính toán thiết bị hóa chất”, Nhà xuất Khoa học Kỹ thuật, Hà Nội, 1978, 286tr. [6]. Phạm Văn Bôn – Nguyễn Đình Thọ,“Quá trình &Thiết bị Công Nghệ Hóa Học– Tập 5: Quá trình Thiết bị Truyền Nhiệt”, Nhà xuất Đại học Quốc gia TpHCM, 2002, 372tr. [7]. Trần Hùng Dũng – Nguyễn Văn Lục – Hoàng Minh Nam – Vũ Bá Minh, “Quá trình & Thiết bị Công Nghệ Hóa Học – Tập 1, Quyển 2: Phân riêng khí động, lực ly tâm, bơm, quạt, máy nén. Tính hệ thống đường ống”, Nhà xuất Đại học Quốc gia TpHCM, 1997, 203tr [8]. Nguyễn Hữu Tùng, “Kỹ thuât tách hỗn hợp nhiều cấu tử- Tập 2: Tính toán thiết kế”, Nhà xuất Bách Khoa, Hà Nội, 2010, 459tr. [9]. Phạm Văn Bôn, Quá trình thiết bị công nghệ hóa học & Thực phẩm – Bài tập Truyền nhiệt ,Nhà xuất Đại học Quốc gia TpHCM, 2009, 149tr. [10]. Trịnh Văn Dũng, Quá trình thiết bị công nghệ hóa học & Thực phẩm – Bài tập Truyền khối,Nhà xuất Đại học Quốc gia TpHCM, 2009, 149tr. [11]. Nguyễn Bin, “ Tính toán Quá trình, thiết bị công nghệ hóa chất thực phẩm Tập 2”, Nhà xuất Khoa học kỹ thuật, 2005. [12]. Trần Hữu Quế, “Vẽ kỹ thuật khí – Tập 1”, Nhà xuất Đại học Giáo dục chuyên nghiệp, 1991, 160tr. [13]. Perry, Perry’s Chemical EngineeringHandbook,Mc-Graw Hill Publisher,1997,2641tr. SVTH: Vũ Văn Thức Trang 81 [...]... Trang 13 Chưng cất Clorofom – Benzen Lượng nước lạnh cần dùng là: Gn2 = SVTH: Vũ Văn Thức GVHD: Trần Tấn Việt 0,230 kg/s Trang 14 Chưng cất Clorofom – Benzen GVHD: Trần Tấn Việt Chương IV: TÍNH TOÁN THÁP CHƯNG CẤT I TÍNH SỐ ĐĨA LÝ THUYẾT VÀ SỐ ĐĨA THỰC 1 Phương trình đường làm việc: - Phần cất: - Phần chưng: • Suất lượng mol tương đối của dòng nhập liệu ( hệ số tiếp liệu) là: • Phương trình đoạn chưng: ... phần chưng và phần cất của tháp trên đồ thị x-y: Từ điểm (xD; yD) kẻ đường thẳng đi qua điểm (0; 0,188), cắt đường thẳng x = xF tại điểm A Nối A với điểm (xW; yW) ta được đường làm việc đoạn cất Hình 3 Đồ thị xác định số đĩa lý thuyết SVTH: Vũ Văn Thức Trang 15 Chưng cất Clorofom – Benzen GVHD: Trần Tấn Việt Hình 4 Hình phóng to số đĩa lý thuyết đoạn chưng Hình 5 Hình phóng to số đĩa lý thuyết đoạn cất. .. Vũ Văn Thức Trang 22 Chưng cất Clorofom – Benzen GVHD: Trần Tấn Việt ► Đường kính đoạn cất : = 0,784 (m) 2 Phần chưng : a Lượng hơi trung bình đi trong đoạn chưng: (kg/h) g’n : lượng hơi ra khỏi đoạn chưng (kg/h) g’1 : lượng hơi đi vào đoạn chưng (kg/h) • Xác định g’n : g’n = g1 = 3045,638 (kg/h) • Xác định g’1 : Từ hệ phương trình : Với : G’1 : lượng lỏng ở đĩa thứ nhất của đoạn chưng r’1 : ẩn nhiệt... Thức Trang 19 Chưng cất Clorofom – Benzen GVHD: Trần Tấn Việt Lượng hơi trung bình đi trong đoạn chưng và đoạn cất khác nhau, làm cho đường kính đoạn chưng và đoạn cất cũng khác nhau, do đó ta sẽ tính riêng cho 2 đoạn 1 Phần cất (luyện): a Lượng hơi trung bình đi trong đoạn cất: (kg/h) gd : lượng hơi ra khỏi đĩa trên cùng của tháp (kg/h) g1 : lượng hơi đi vào đĩa dưới cùng của đoạn cất (kg/h) • Xác định... 1,530 ► Đường kính đoạn chưng : (m) Kết luận : Vì hai đường kính đoạn cất và đoạn chưng không chênh lệch nhau quá lớn nên ta chọn đường kính của toàn tháp là : φ = 0,8 (m) = 800 (mm) Như vậy vận tốc pha hơi trong phần chưng và phần cất của tháp là: + Phần cất : = 0,478 (m/s) + Phần chưng : = 0,482(m/s) SVTH: Vũ Văn Thức Trang 24 Chưng cất Clorofom – Benzen III GVHD: Trần Tấn Việt TÍNH CHIỀU CAO THÁP:... αµ, tra trên hình IX 11- trang 171, [2], xác định được η SVTH: Vũ Văn Thức Trang 17 Chưng cất Clorofom – Benzen GVHD: Trần Tấn Việt Hình 6 Đồ thị xác định hiệu suất theo tích αµ SVTH: Vũ Văn Thức Trang 18 Chưng cất Clorofom – Benzen GVHD: Trần Tấn Việt - Kết quả tính toán cụ thể trong bảng sau: Bảng 4 Kết quả tính toán hiệu suất tại các vị trí y (phần mol) x (phần mol) α t (oC) 3 µ.10 Ns/m2 (C) lgµC... đĩa lý thuyết đoạn chưng Hình 5 Hình phóng to số đĩa lý thuyết đoạn cất Từ đó ta có được số đĩa lý thuyết trong quá trình chưng cất hỗn hợp Clorofom Benzen là 31 đĩa gồm: 10 đĩa cất và 21 đĩa chưng SVTH: Vũ Văn Thức Trang 16 Chưng cất Clorofom – Benzen GVHD: Trần Tấn Việt 5 Tính toán số đĩa thực: Số đĩa thực tế tính theo hiệu suất trung bình : Trong đó: Ntt : số mâm thực tế Nlt : số mâm lý thuyết ηtb... f : Tổng diện tích các chóp trên đĩa: SVTH: Vũ Văn Thức Trang 31 Chưng cất Clorofom – Benzen GVHD: Trần Tấn Việt (m2) hch : Chiều cao của chóp hch = hw + how + δch (mm) a Phần cất: ρbL = 0,5ρxL = 0,5 x 1191,140 = 595,570 (kg/m3) hchL = hw + howL + δch = 58 + 7,11 + 2 = 67,11 (mm) = 0,067 (m) b Phần chưng: Tính toán tương tự phần cất, ta có bảng sau: ρxC 927,10 6 ρbC 463,553 howC 0,00863 hchC 0,06863... chóp hch = 0,068 (m) cho cả tháp Tổng trở lực qua một đĩa cất: ∆PđL = ∆PkL + ∆PsL +∆PtL = 240,261 + 11,824 + 408,978 = 661,063 (N/m2) Tổng trở lực qua một đĩa chưng: ∆PđC = ∆PkC + ∆PsC +∆PtC = 209,062 + 11,176 + 331,964 = 552,202 (N/m2) Tổng trở lực phần cất: ∆PL = Nttcất x ∆PđL = 20 x 661,063 = 13221,26 (N/m2) Tổng trở lực phần chưng: ∆PC = Nttchưng x ∆PđC = 36 x 552,202 = 19879,272 (N/m2) Tổng trở... thường của tháp: Vì ∆PđL > ∆PđC nên ta lấy ∆PđL để kiểm tra : SVTH: Vũ Văn Thức Trang 32 Chưng cất Clorofom – Benzen GVHD: Trần Tấn Việt Vậy khoảng cách đĩa đã chọn thỏa mãn điều kiện trên SVTH: Vũ Văn Thức Trang 33 Chưng cất Clorofom – Benzen GVHD: Trần Tấn Việt Chương V: TÍNH TOÁN KẾT CẤU THIẾT BỊ CHÍNH I TÍNH TOÁN BỀ DÀY THÁP, NẮP, ĐÁY, BÍCH GHÉP, ĐỆM 1 Bề dày thân tháp Vì tháp hoạt động ở áp suất