Đồ án chưng cất dầu thô

LỜI MỞ ĐẦU Trong nhiều ngành sản xuất hóa học sử dụng, ngun liệu cần có độ tinh khiết cao Để có sản phẩm có độ tinh khiết cao, ta cần tách chúng từ hỗn hợp ngun liệu, thường hỗn hợp lỏng hỗn hợp khí Ngày nay, phương pháp sử dụng để nâng cao độ tinh khiết: trích ly, chưng cất, đặc, hấp thu… Tùy theo đặc tính u cầu sản phẩm mà ta có lựa chọn phương pháp thích hợp Đối với hệ Etanol - Nước cấu tử tan lẫn hồn tồn, ta phải dùng phương pháp chưng cất để nâng cao độ tinh khiết cho Etanol Như ta biết, đồ án mơn học Q trình Thiết bị mơn học mang tính tổng hợp q trình học tập kỹ sư tương lai ngành cơng nghệ thực phẩm Mơn học giúp sinh viên giải nhiệm vụ tính tốn cụ thể về: u cầu cơng nghệ, kết cấu thiết bị sản xuất hố chất - thực phẩm Đây bước để sinh viên vận dụng kiến thức học nhiều mơn học vào giải vấn đề kỹ thuật thực tế cách tổng hợp Nhiệm vụ ĐAMH thiết kế tháp chưng cất hệ Etanol - Nước hoạt động liên tục với suất sản phẩm đỉnh: 1000 kg/h có nồng độ 90% phần khối lượng, nồng độ dòng nhập liệu là: 20% phần khối lượng với độ thu hồi etanol 97% Em chân thành cảm ơn q thầy hướng dẫn em, bạn sinh viên giúp em hồn thành đồ án Tuy nhiên, q trình hồn thành đồ án khơng thể khơng có sai sót, em mong q thầy góp ý, dẫn Chương1 : TỔNG QUAN 1.1 LÝ THUYẾT VỀ CHƯNG CẤT: 1.1.1 Phương pháp chưng cất : Chưng cất qua trình phân tách hỗn hợp lỏng (hoặc khí lỏng) thành cấu tử riêng biệt dựa vào khác độ bay chúng (hay nhiệt độ sơi khác áp suất), cách lặp lặp lại nhiều lần q trình bay - ngưng tụ, vật chất từ pha lỏng vào pha ngược lại Khác với đặc, chưng cất q trình dung mơi chất tan bay hơi, đặc q trình có dung mơi bay Khi chưng cất ta thu nhiều cấu tử thường cấu tử thu nhiêu sản phẩm Nếu xét hệ đơn giản có hệ cấu tử ta thu sản phẩm: sản phẩm đỉnh chủ yếu gồm gồm cấu tử có độ bay lớn (nhiệt độ sơi nhỏ ), sản phẩm đáy chủ yếu gồm cấu tử có độ bay bé(nhiệt độ sơi lớn) Đối với hệ Etanol - Nước sản phẩm đỉnh chủ yếu gồm etanol nước , ngược lại sản phẩm đáy chủ yếu gồm nước etanol Các phương pháp chưng cất: phân loại theo: Áp suất làm việc : chưng cất áp suất thấp, áp suất thường áp suất cao Ngun tắc phương pháp dựa vào nhiệt độ sơi cấu tử, nhiệt độ sơi cấu tử q cao ta giảm áp suất làm việc để giảm nhiệt độ sơi cấu tử Ngun lý làm việc: liên tục, gián đoạn(chưng đơn giản) liên tục * Chưng cất đơn giản(gián đoạn): phương pháp đuợc sử dụng trường hợp sau: + Khi nhiệt độ sơi cấu tử khác xa + Khơng đòi hỏi sản phẩm có độ tinh khiết cao + Tách hỗn hợp lỏng khỏi tạp chất khơng bay + Tách sơ hỗn hợp nhiều cấu tử * Chưng cất hỗn hợp hai cấu tử (dùng thiết bị hoạt động liên tục) q trình thực liên tục, nghịch dòng, nhều đoạn Phương pháp cất nhiệt đáy tháp: cấp nhiệt trực tiếp nước: thường áp dụng trường hợp chất tách khơng tan nước Vậy: hệ Etanol – Nước, ta chọn phương pháp chưng cất liên tục cấp nhiệt gián tiếp nồi đun áp suất thường 1.1.2 Thiết bị chưng cất: Trong sản xuất thường sử dụng nhiều loại tháp chúng có u cầu diện tích bề mặt tiếp xúc pha phải lớn ,điều phụ thuộc vào độ phân tán lưu chất v lưu chất Tháp chưng cất phong phú kích cỡ ứng dụng ,các tháp lớn thường ứng dụng cơng nghiệp lọc hố dầu Kích thước tháp : đường kính tháp chiều cao tháp tuỳ thuộc suất lượng pha lỏng, pha khí tháp độ tinh khiết sản phẩm Ta khảo sát loại tháp chưng cất thường dùng tháp mâm tháp chêm Tháp mâm: thân tháp hình trụ, thẳng đứng phía có gắn mâm có cấu tạo khác để chia thân tháp thành đoạn nhau, mâm pha lỏng pha đựơc cho tiếp xúc với Tùy theo cấu tạo đĩa, ta có: * Tháp mâm chóp : mâm bố trí có chép dạng:tròn ,xú bắp ,chữ s… * Tháp mâm xun lỗ: mâm bố trí lỗ có đường kính (3-12) mm Tháp chêm (tháp đệm): tháp hình trụ, gồm nhiều đoạn nối với mặt bích hay hàn Vật chêm cho vào tháp theo hai phương pháp: xếp ngẫu nhiên hay xếp thứ tự So sánh ưu nhược điểm loại tháp : Tháp chêm Ưu - Đơn giản điểm: - Trở lực thấp Tháp mâm xun lo Tháp mâm chóp - Hiệu suất tương đối cao - Hiệu suất cao - Hoạt động ổn định - Hoạt động ổn định - Làm việc với chất lỏng bẩn Nhược - Hiệu suất thấp - Trở lực cao điểm: - Cấu tạo phức tạp - Độ ổn định - u cầu lắp đặt khắt khe -> - Trở lực lớn lắp đĩa thật phẳng - Thiết bị nặng - Hơi phân bố khơng - Khơng làm việc mâm chop với chất lỏng bẩn 1.2 GIỚI THIỆU SƠ BỘ NGUN LIỆU : Ngun liệu hỗn hợp Etanol - Nước 1.2.1 Etanol: (Còn gọi rượu etylic , cồn êtylic hay cồn thực phẩm) Etanol có cơng thức phân tử: CH3-CH2-OH, khối lượng phân tử: 46 đvC Là chất lỏng khơng màu, có mùi đặc trưng, khơng độc, tan nhiều nước, tan ete clorofom, hút ẩm, dễ cháy, ch khng có khói lửa có màu xanh da trời  Một số thơng số vật lý nhiệt động etanol: + Nhiệt độ sơi 760(mmHg): 78,3oC + Khối lượng riêng: d420 = 810 (Kg/m3)  Tính chất hóa học: Tất phản ứng hố học xảy nhóm hydroxyl (-OH) etanol thể tính chất hố học * Phản ứng hydro nhóm hydroxyl: CH3-CH2-OH CH3-CH2-O- + H+ → Hằng số phân ly etanol: K CH − CH − OH = 10 −18 , etanol chất trung tính + Tính acid rượu thể qua phản ứng với kim loại kiềm, Natri hydrua(NaH), Natri amid(NaNH2): → CH3-CH2-OH + NaH CH3-CH2-ONa + H2 Natri etylat Do K CH − CH − OH < K H 2O = 10 −14 : tính acid rượu nhỏ tính acid nước, nên muối Natri etylat tan nước bị thuỷ phân thành rượu trở lại + Tác dụng với acid tạo ester: Rượu etanol có tính bazơ tương đương với nước Khi rượu tác dụng với acid vơ H2SO4, HNO3 acid hữu tạo ester + CH3-CH2-OH + HO-SO3-H H → ¬  CH3-CH2O-H + HO-CO-CH3 H → ¬  + CH3-CH2O-SO3-H + H2O CH3-COO-C2H5 + H2O * Phản ứng nhóm hydroxyl: + Tác dụng với HX: CH3-CH2-OH + HX ↔ CH3-CH2-X + H2O + Tác dụng với Triclo Phốt pho: CH3-CH2-OH + PCl3 → CH3-CH2-Cl + POCl + HCl + Tác dụng với NH3: CH3-CH2-OH + NH3Al2oO3 t C2H5-NH2 + H2O * Phản ứng tạo eter tách loại nước: 2CH3-CH2-OH H SO4 → >150 C (CH3-CH2)2O + H2O CH3-CH2-OH H SO4 → >150 C CH2=CH2 + H2O * Phản ứng hydro oxy hố: CH3-CH2-OH Cu  → 200 − 300 C CH3-CHO + H2  Ứng dụng: etanol có nhiều ứng dụng metanol, đóng vai trò quan trọng kinh tế quốc dân Nó ngun liệu dùng để sản suất 150 mặt hàng khác ứng dụng rộng rãi ngành: cơng nghiệp nặng, y tế dược, quốc phòng, giao thơng vận tải, dệt, chế biến gỗ nơng nghiệp • Cơng nghệ cao su tổng hợp, động lực • Sử dụng sản phẩm đơng lạnh • Rượu mùi, dấm • Thuốc trừ sâu, thuốc nhuộm, tơ nhân tạo • Thuốc súng khơng khói, nhiên liệu hỏa tiễn, bom • Sử dụng làm dung mơi hữu cơ: nước hoa, pha sơn, vecni • Sử dụng làm chất sát trùng, pha chế thuốc • Sử dụng làm đồ nhựa, keo dán, hương liệu  Phương pháp điều chế: có nhiều phương pháp điều chế etanol: sản xuất cơng nghiệp hóa dầu, thơng qua cơng nghệ hydrat hố etylen với xúc tác H 2SO4; thuỷ phân dẫn xuất halogen ester etanol đun nóng với nước xúc tác dung dịch bazơ; hydro hố aldyhyt acêtic; từ hợp chất kim… Trong cơng nghiệp, điều chế etanol theo phương pháp sinh học cách lên men từ nguồn tinh bột rỉ đường Những năm gần đây, nước ta cơng nghệ sản suất etanol chủ yếu sử dụng chủng nấm men Saccharomyses cerevisiae để lên men tinh bột: C6H6O6 Nâm men  → Zymaza 2C2H5OH + 2CO2 + 28 Kcal Trong đó: 95% ngun liệu chuyển thành etanol CO2 5% ngun liệu chuyển thành sản phẩm phụ: glyxêrin, acid sucxinic, dầu fusel, metylic acid hữu cơ(lactic, butylic…) 1.2.2 Nước: Trong điều kiện bình thường: nước chất lỏng khơng màu, khơng mùi, khơng vị khối nước dày có màu xanh nhạt Khi hóa rắn tồn dạng dạng tinh thể khác nhau: Khối lượng phân tử : 18 g / mol Khối lượng riêng d40 c : g / ml Nhiệt độ nóng chảy : 0C Nhiệt độ sơi : 1000 C Nước hợp chất chiếm phần lớn trái đất (3/4 diện tích trái đất nước biển) cần thiết cho sống Nước dung mơi phân cực mạnh, có khả hồ tan nhiều chất dung mơi quan trọng kỹ thuật hóa học 1.3 CƠNG NGHỆ CHƯNG CẤT HỆ ETANOL – NƯỚC: Etanol chất lỏng tan vơ hạn H2O, nhiệt độ sơi 78,80C 760mmHg, nhiệt độ sơi nước 100 oC 760mmHg : cách biệt xa nên phương pháp hiệu để thu etanol có độ tinh khiết cao phương pháp chưng cất Trong trường hợp này, ta khơng thể sử dụng phương pháp đặc cấu tử có khả bay hơi, khơng sử dụng phương pháp trích ly phương pháp hấp thụ phải đưa vào khoa để tách, làm cho q trình phức tạp hay q trình tách khơng hồn tồn • Sơ đồ qui trình cơng nghệ chưng cất hệ Etanol – nước: • Chú thích : 10 11 12 13 14 Bồn chứa nguyên liệu Bơm Bồn cao vò Bẩy Lưu lượng kế Van Tháp chưng cất Thiết bò ngưng tụ sản phẩm đỉnh Bộ phận chỉnh dòng Thiết bò làm nguội sản phẩm đỉnh Bồn chứa sản phẩm đỉnh Nồi đun Đun sôi nhập liệu sản phẩm đáy p kế 15 Nhiệt kế Hơi khôn g ngưng Nước 15 14 P T Nước T Nước 10 T Nước Sả n Phẩm Đỉnh P H Nướ c T 12 T 13 Nguye ân L iệu Sản Phẩm Đá y Nướ c Lo ûng Sa ûn Phẩm Đáy 11 • Thuyết minh quy trình cơng nghệ: Hỗn hợp Etanol-Nước có nồng độ Etanol 20% (phần khối lượng), nhiệt độ khoảng 29oC bình chứa ngun liệu (1) bơm (2) bơm lên bồn cao vị (3) Từ đưa đến thiết bị gia nhiệt (13) Ở đây, hỗn hợp đun sơi đến nhiệt độ sơi Sau đó, hỗn hợp đưa vào tháp chưng cất (7) đĩa nhập liệu Trên đĩa nhập liệu, chất lỏng trộn với phần lỏng từ đoạn cất tháp chạy xuống Trong tháp từ lên gặp chất lỏng từ xuống Ở có tiếp xúc trao đổi hai pha với Pha lỏng chuyển động phần chưng xuống giảm cấu tử dễ bay bị pha tạo nên từ nồi đun (12) lơi cấu tử dễ bay hơi.Nhiệt độ lên thấp, nên qua đĩa từ lên cấu tử có nhiệt độ sơi cao nước ngưng tụ lại, cuối đỉnh tháp ta thu hỗn hợp có cấu tử Etanol chiếm nhiều (nồng độ 77,88% mol) Hơi vào thiết bị ngưng tụ (8) ngưng tụ phần ( ngưng tụ hồi lưu) Một phần chất lỏng ngưng tụ qua thiết bị làm nguội sản phẩm đỉnh (10), làm nguội đến 35oC, đưa qua bồn chứa sản phẩm đỉnh (11) Phần lại chất lỏng ngưng hồi lưu tháp đĩa với tỷ số hồn lưu tối ưu Một phần cấu tử có nhiệt độ sơi thấp bốc hơi, lại cấu tử có nhiệt độ sơi cao ngày tăng Cuối đáy tháp ta thu hỗn hợp gồm hầu hết cấu tử cấu tử có nhiệt độ sơi cao (nước) Hỗn hợp lỏng đáy tháp có nồng độ etanol 0,003% (phần mol), lại nước Dung dịch lỏng đáy khỏi tháp, phần đun bốc nồi (12) cung cấp lại cho tháp để tiếp tục làm việc Hệ thống làm việc liên tục cho sản phâm đỉnh Etanol, sản phẩm đáy chủ yếu nước đưa thùng chứa sản phẩm đáy Chương 2: CÂN BẰNG VẬT LIỆU 2.1 Các thơng số ban đầu suất nhập liệu: 1500kg/h; Nồng độ sản phẩm đỉnh: 92% khối lượng Ethanol; Nồng độ hỗn hợp đầu: 30% khối lượng ethanol Nồng độ sản phẩm đáy 0.5% khối lượng ethanol Khối lượng phân tử rượu nước: MR=46, MN=18 Các kí hiệu : • • • • F, GF :suất lượng nhập liệu tính theo Kg/h, Kmol/h ; D , GD :suất lượng sản phẩm đỉnh tính theo Kg/h , Kmol/h ; W , GW : Suất lượng sản phẩm đáy tính theo Kg/h, Kmol/h xi , xi : phần mol, phần khối lượng cấu tử i Kí hiệu : A: Ethanol với MA= 46 B: Nước với MB= 18 2.2.Tính cân vật liệu 2.2.1.Cơng thức tính liên hệ nồng độ phần mol nồng độ phần khối lượng: xj = xjM j ∑ x M i i Thành phần mol hỗn hợp đầu : xF XF =  xF  M A  MA + (1 − a F )  M B  = 0.3 46 = 0.144  0.3 + (1 − 0.3)  18   46 Thành phần mol sản phẩm đỉnh xD XD=  xD  M A  MA + (1 − a D )  M B  = 0.92  0.92 46  Thành phần mol sán phẩm đáy: 46 + (1 − 0.92)  18  = 0.818 xW XW =  xW  M + A  • MA (1 − aW )  M B  = 0.005  0.005 46  46 + (1 − 0.005)  18  = 0.00196 Cân vật chất cho tồn tháp: F=D + w  1500= D + W (1) • Cân cấu tử ethanol (cấu tử nhẹ) F x F = D x D + W xW  1500.0,3 = D.0,92 + W 0.00196 (2) Giải phương trình (1),(2) ta có :  D = 483.6kg / h   F = 1500kg / h W = 1016.4kg / h  2.2.2.Tính khối lượng MOL trung bình Với : n: số cấu tử hỗn hợp xi: phần mol cấu tử i Mi: khối lượng mol cấu tử i Trong hỗn hợp đầu : MF = xF.MA + (1-xF).MB = 46.0,144 + (1-0,144).18 = 22.03 kg/kmol Trong sản phẩm đỉnh : MD = xD.MA+(1-xD).MB = 46.0,818+(1-0,818).18 = 29.2 kg/kmol Tróng sản phẩm đáy : MW = xW.MA+(1-xW).MB = 46.0,00196+(1-0,00196).18 = 18.05 kg/kmol • Suất lượng tính theo Kmol/h : GF = 1500/22.03 = 68.1(Kmol/h) GD = 483.6/29.2 = 16.56 (kmol/h) GW = 1016.4/18.05 = 56.3 (kmol/h) + tw2 : nhiệt độ vách tiếp xúc với sản phẩm đáy (ngồi ống) δt + Σrt = + r1 + r2 λt Bề dày thành ống: δt = (mm) Hệ số dẫn nhiệt thép khơng gỉ: λt = 16,3 (W/moK) Nhiệt trở trung bình lớp bẩn ống với nước sạch: r = 1/5800 (m2.oK/W) Nhiệt trở lớp cấu phía sản phẩm đáy: r2 =1/5800(m2.oK/W) Suy ra: ∑rt = 1/2139 (m2.oK/W) Vậy: qt = 2139.(tw1-tw2) (IV.19) * Xác định hệ số cấp nhiệt sản phẩm đáy: Tại nhiệt độ dòng lỏng đáy T=98,98oC ta có: λđ= 0,67563 (W/m.độ ) Cđ= 4222,427 (J/kg.độ ) µđ=0,2881.10-3 (N.s/m2) σđ= 58,756.10-3 (N/m) rđ= 2249,886.103 (J/kg) ρ : khối lượng riêng dung dịch đáy = 955,635 (kg/m3) ρ*: khối lượng riêng ρ*= M w 273 18, 084.273 = = 0,5925 (kg/m3) 22, 4.(T + 273) 22, 4.(99, + 273) Hệ số cấp nhiệt cho dòng lưu chất lỏng ngồi ống xác định theo cơng thức: α D = 7,77.10 − 2.( ρ * r 0, 033 ρ 0,333 λ 0,75 q 0,7 ) ( ) σ ρ − ρ* µ 0, 45 C 0,117 T 0,37 0,033  0,5925.2249,886.103  α D = 7, 77.10  ÷  955, 635 − 0,5925  −2 0,333  955, 635   −3 ÷  58, 7561.0  0, 675630,75.q 0,7 (0, 2881.10 −3 ) 0,45 4222, 427 0,117.(98,98 + 273) 0,37 => α D = 3, 07445.q Nhiệt tải phía sản phẩm đáy: qD = α D (tw − 98,98) = 3, 07445.q 0,7 (t w − 98,98) (W/m2) Chọn: tw1 = 122,55oC : 0,7 Khi đó, nhiệt độ trung bình (IV.20) 126, 25 + 122, 55 = 124,4oC ta tra A = 189,32 Từ (IV.18): qN = 68,177.189,32.(126,25-122,55)0,75 = 34433,857 (W/m2) Xem nhiệt tải mát khơng đáng kể: qt = qN = 34433,857 (W/m2) Từ (IV.19), ta có: tw2 = tw1- qt =106,45oC 2139 Từ (IV.20): qD = 3,07445.q D 0,7.(106,45 - 98,98) Suy qD = 34460,878 (W/m2) Kiểm tra sai số: ε = qD − q N qN = 34460,878 − 34433,857 34433,857 = 0,078% < 5%: thỏa Vậy: tw1 = 122,55oC tw2 = 106,45oC Khi đó: α N = 68,177.189,32 = 9306, 45 (W/m2.oC) (126, 25 − 122,55)0,25 α D = 3, 07445.34460,8780,7 = 4612, 07 (W/m2.oC) K= = 1262,97 1 Từ (IV.17): (W/m2.oC) + + 4612, 07 2139 9306, 45 Từ (IV.16), bề mặt truyền nhiệt trung bình: 1114660 Ftb = = 32,36 (m2) 1262,97.27, 27 Chọn số ống truyền nhiệt: n = 127 (ống) Chiều dài ống truyền nhiệt: 32, 36 = = 2, L π 127 0, 032 + 0, 028 (m) Chọn: L = 3(m),(dự trữ khoảng 10%) Vậy: nồi đun gia nhiệt sản phẩm đáy thiết bị truyền nhiệt vỏ - ống gồm n = 127ống, chiều dài ống truyền nhiệt L = 3(m) Ống bố trí theo hình lục giác Nên ta có số ống đường chéo hình lục giác: b = 13(ống) Chọn bước ngang hai ống: t = 1,4.dng = 1,4.0,032 = 0,0448 (m) Đường kính vỏ thiết bị: Dv = t.(b-1)+4.dng = 0,0448.(13-1)+ 4.0,032 = 0,6656 (m) Chọn Dv = 0,7 ( m) 5.2.TÍNH TỐN BỒN CAO VỊ VÀ BƠM NHẬP LIỆU: 5.2.1.Tính chiều cao bồn cao vị: Khi dùng bơm để bơm hỗn hợp lên bồn cao vị để ổn định lưu lượng hỗn hợp đầu vào thân tháp Như vậy, chiều cao thùng cao vị phải đảm bảo cho hỗn hợp lỏng đủ thắng trở lực đường đi, đảm bảo lưu lượng theo u cầu ban đầu Ta thiết kế đường ống dẫn hỗn hợp từ bồn cao vị chảy đến cửa nạp liệu có đường kính đường kính ống dẫn hỗn hợp đầu d =100 (mm) = 0,1 (m) Hỗn hợp đầu nhiệt độ 29oC có khối lượng riêng ρ = 943,623 (kg/m3)và tính theo cơng thức: xF 1− xF = 30 + 30 ρ ρA ρ B Với: xF = 0,2 (phần khối lượng) ρ 29 A = 781,35(kg / m ); ρ 29 B = 995,3( kg / m ) : khối lượng riêng etanol nước 290C, tra(bảng I.2, T9, [1]) Như vận tốc lỏng là: ω= 4.F 4.4639,17 = = 0,174 (m/s) ρ π d 943,623.π 0,12.3600 Cơng thức tính chiều cao bồn cao vị so với cửa nạp liệu: h= ∆Ρd + ∆Ρm + ∆Ρc + ∆Ρtt ρ g 5.2.1.1 Áp suất đợng học ∆Ρd : Áp suất động lực học áp suất cần thiết để tạo tốc độ cho dòng chảy khỏi ống dẫn: ∆Ρd = ρ ω (N / m2 ) ρ : khối lượng riêng hỗn hợp 29oC ω : vận tốc hỗn hợp chảy ống Vậy ∆Ρd = ρ ω (N / m2 ) 943,623.0,174 ∆Pd = = 14,2845( N / m ) 5.2.1.2 Áp suất khắc phục trở lực ma sát ∆Ρm : Áp suất để khắc phục trở lực ma sát dòng chảy ổn định ống: ∆Ρm = λ L ρ ω d td L: chiều dài ống dẫn, chọn L = 15 (m) dtd: đường kính ống dẫn, dtd = 0,1 (m) ω : vận tốc hỗn hợp chảy ống ρ : khối lượng riêng hỗn hợp 29oC λ : hệ số ma sát phụ thuộc vào độ nhẵn thành ống chế độ chảy chất lỏng phụ thuộc vào Re: Re = ω.d ρ µ µ : độ nhớt hỗn hợp 29oC, tính: lg µ = x F lg µ A + (1 − x F ) lg µ B xF = 0,089 (phần mol) µ R = 1,019.10 −3 (Ns/m2) µ N = 0,8209.10 −3 (Ns/m2) lg µ = x F lg µ R + (1 − x F ) lg µ N = 0,089 lg(1,019.10 −3 ) + (1 − 0,089) lg(0,8209.10 −3 ) ⇒ µ = 0,8368.10 −3 (Ns/m2) ⇒ Re = 0,174.0,1.943,62 = 19621,22 > 4000 ⇒ chế độ chảy xốy (rối) 0,8368.10 −3 - Tính Regh: d Regh = ( ) ε Với ε :độ nhám tuyệt đối, tra (bảng II-5, T381,[1]) với điều kiện ống mới, khơng hàn: ε = 0,06 (mm) = 0,06.10-3 (m) ⇒ Regh = ( 0,1 ) = 28857,859 −3 0,06.10 Ta có: 4000 ρ = 943,623 (kg/m3) Vậy suất bơm là: Q= 4639,17 = 1,3656.10 −3 3600.943,623 m3/s Đường kính ống bơm: tính theo (CT II-36, T369, [1]) d= V 0,785.W W: vận tốc chất lỏng ống, theo (bảng II-2, T370, [1]) Ta chọn: W=1,5 m/s => d= 1,3656.10 −3 = 0,034 m = 34mm 0,785.1,5 Chọn đường kính bơm hợp với tiêu chuẩn d = 34 mm • Tính áp suất tồn phần bơm: Áp suất tồn phần bơm tính theo cơng thức (II-53, T376, [1]) ∆p = ∆p d + ∆p m + ∆pC + ∆p H + ∆p K Với: ∆p d : áp suất động lực ∆p m : áp suất để khắc phục lực ma sát dòng chảy ổn định ống thẳng ∆pC : áp suất để khắc phục trở lực cục ∆p H : áp suất để nâng chất lỏng lên cao ∆p K : áp suất để bổ sung cần thiết - Tính ∆p d : w2 (CT II-54) Với : ρ = 943,623 (kg/m3): khối lượng riêng hỗn hợp đầu 290C ∆p d = ρ W: vận tốc chất lỏng, chọn W= 1,5 m/s => ∆p d = 943,623 1,5 = 1061,57 N/m2 - Tính ∆p m : L ∆p m = λ .∆p d d (CT II-55) Với : L : chiều dài ống dẫn, chọn L= 16 m D : đường kính ống tương đương : d = 16 mm λ : hệ số ma sát phụ thuộc vào độ nhẵn thành ống chế độ chất lỏng, phụ thuộc vào Re w.d ρ Re = (CT II-58) µ Ta có: µ = 0,819.10 −3 t=290C => Re = 1,5.0,034.943,623 = 57510,48 0,8368.10 −3 - Tính Regh: Regh d = 6.( ) ε (CT II-60) Với: ε : độ nhám tuyệt đối, tra (bảng II-15, T381, [1]) với điều kiện ống mới, khơng hàn ε =0,06 mm = 0,06 10-3 m => Regh = 6.( 0,034 ) = 8410,299 0,06.10 −3 - Tính Ren: 9 d 0,034 Ren = 220.( ) => Ren = 220.( ) = 275369,798 (CT II-62) ε 0,06.10 −3 => Regh < Re < Ren Do đó, hệ số ma sát tính theo cơng thức sau (II.64, T380, [1]); λ = 0,1.(1,46 ε 100 0, 25 0,06.10 −3 100 + ) = 0,1.(1,46 + ) 0, 25 = 0,021 d Re 0,034 57510,48 L d => ∆p m = λ .∆p d = 0,021 16 1061,57 = 10490,81 N/m2 0,034 - Tính ∆pC : ∆pC = ξ ρ L w2 w2 = λ td ρ d td (CT II-56, T377, [1]) Với: ξ : hệ số trở lực cục hệ thống ống gồm: đoạn ống dài 1m, đoạn ống dài 10m, khuỷu ghép vng góc có hệ số trở lực ξ1 , van chắn trước ống đẩy có hệ số trở lực ξ , van chiều có hệ số trở lực ξ , đầu thùng cao vị có hệ số trở lực ξ + Tính ξ1 : khuỷu ghép vng góc, theo (bảng II-16 N039, T394, [1]) a = 0,6 => ξ1 = 0,58 b + Tính ξ : Chọn van tiêu chuẩn, theo (bảng II-16N037, T397, [1]) , Ứng với đường kính ống d= 34 mm => ξ =4,9 + Tính ξ : Van chiều kiểu có đĩa khơng định hướng phía với thơng số sau: h: chiều cao hở van b: chiều rộng vành đĩa D0: đường kính ống dẫn trước van (D0=0,033m) W0: tốc độ dòng mặt cắt trước van Chọn h b = = 0,14 D0 D0 (T400,[1]) Theo bảng N047 , N048 , xác định α , β sau: α = 0,71 β = 7,9 => ξ = α + β = 0,71 + 7,9 = 8,61 + Tính ξ : Chọn δ b = 0,05và = 0,1 d td dd Theo (bảng II-16N08, T384, [1]) ξ =0,5 Vậy tổng trở lực cục hệ thống ống dẫn: ξ = ξ1 + ξ + ξ + ξ = 14,59 => ∆pC = ξ ∆p d = 14,59 1061,57 = 15488,306 N/m2 - Tính ∆p H : ∆p H = ρ g H (CT II-57, T377, [1]) Với: H : chiều cao nâng chất lỏng cột chất lỏng , chọn H= 10 m ∆p H =9,81.943,623 10 = 92569,416N/m2 => Áp suất tồn phần bơm tạo là: ∆p = ∆p d + ∆p m + ∆pC + ∆p H + ∆p K = 119610,102N/m2 • Cơng suất bơm đợng điện: - Chiều cao tồn phần H bơm tạo ra: H= ∆p 119610,102 = = 12,92 m ρ g 9,81.943,623 - Cơng suất u cầu trục bơm tính theo (CT II-189, T439, [1]) N= Q.ρ g.H Với: η : hiệu suất bơm, chọn η =0,85 1000.η => N = 1,3656.10 −3.9,81.943,623.12,92 = 0,192 KW 1000.0,85 Kết luận: Cơng suất bơm:0,192 kW Chiều cao tồn phần bơm tạo ra: 12,92 Năng suất bơm : 1,3656.10-3 (m3/s) m ChươngVI: KẾT LUẬN Tổng kết kết tính từ đồ án: Chương II: - Phương trình đường nồng độ làm việc đoạn luyện: y = 0,6537.x + 0, 2696 - Phương trình đường nồng độ làm việc đoạn chưng: y = 3,777.x − 8,3.10−3 - Chỉ số hồi lưu thích hợp: Rx = 1,8883 - Số mâm lý thuyết là: NLT = 11 mâm Hiệu suất trung bình: η tb ≈ 44,33% - Số mâm thực tế : NTT = 25 mâm Chương III: - Lượng đốt cung cấp thiết bị đốt nóng đầu: 399,78 KW - Lượng đốt mang vào để đun sơi hỗn hợp đáy tháp: 1475,734 KW - Lượng nước đưa vào thiết bị ngưng tụ: 13,431 (kg/s) 29oC - Lượng nước đưa vào thiết bị làm lạnh: 0,81 (kg/s) 29oC Chương IV: - Đường kính đoạn luyện: 0,9674 m - Đường kính đoạn chưng: 1,001 m - Đường kính chung cho tồn tháp: m - Chiều cao tháp: 9,85 m - Trở lực tồn tháp: 8527,21 (N/m2) - Bề dày mâm: mm - Đường kính lỗ tháo lỏng: mm - Khoảng cách hai tâm lỗ: 3,1416 mm - Khoảng cách hai mâm: 350 mm - Chiều cao gờ chảy tràn: 50 mm - Ống dẫn đỉnh tháp: d = 200 mm - Ống dẫn hỗn hợp đầu: d = 100 mm - Ống dẫn sản phẩm đáy: d = 80 mm - Ống hồi lưu: d = 70 mm - Tải trọng tháp: 26168,154 N - Đáy nắp elip có gờ cao 50 mm, nắp cao 250 mm - Thân - đáy - nắp làm thép X18H10T, có bề dày mm - Bích ghép thân – đáy – nắp làm thép X18H10T, loại bích liền khơng cổ - Bích ghép ống dẫn làm thép CT3 , loại bích liền khơng cổ - Chân đỡ, tai treo tính tốn chi tiết trang 43,44 Chương V: - chiều cao thùng cao vị: h = 12,92 m - Cơng suất bơm: N = 0,192 KW TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Sổ tay q trình thiết bị hóa chất (tập 1)- Nhà xuất khoa học kĩ thuật [2] Sổ tay q trình thiết bị cơng nghệ hóa chất (tập 2) – Nhà xuất khoa học kĩ thuật [3] Phạm Văn Bơn, Nguyễn Đình Thọ - Q trình thiết bị cơng nghệ hố học, Q trình thiết bị truyền nhiệt(tập 5) – Nhà xuất Đại Học Quốc Gia TP.HCM [4] Võ Văn Ban, Vũ Bá Minh – Q trình thiết bị cơng nghệ hố học, truyền khối(tập 3) – Trường Đại Học Bách Khoa TP.HCM [5] Phạm Văn Bơn, Vũ Bá Minh, Hồng Minh Nam – Q trình thiết bị cơng nghệ hố học, Ví dụ tập(tập 10) - Trường Đại Học Bách Khoa TP.HCM LỜI MỞ ĐẦU Chương1 : TỔNG QUAN .Error: Reference source not found 1.1 LÝ THUYẾT VỀ CHƯNG CẤT: Error: Reference source not found 1.1.1 Phương pháp chưng cất : Error: Reference source not found 1.1.2 Thiết bị chưng cất: Error: Reference source not found 1.2 GIỚI THIỆU SƠ BỘ NGUN LIỆU : Error: Reference source not found 1.2.2 Nước: Error: Reference source not found 1.3 CƠNG NGHỆ CHƯNG CẤT HỆ ETANOL – NƯỚC:Error: Reference source not found Chương 2: CÂN BẰNG VẬT LIỆU Error: Reference source not found 2.1 Các thơng số ban đầu Error: Reference source not found 2.2.Tính cân vật liệu .Error: Reference source not found 2.2.1.Cơng thức tính liên hệ nồng đợ phần mol nồng đợ phần khối lượng: .Error: Reference source not found 2.2.2.Tính khối lượng trung bình Error: Reference source not found 2.2.3.Thành phần pha hỗn hợp cấu tử Ethanol-Nước :Error: Reference source not found 2.3.Xác định số bậc thay đổi nồng đợ Error: Reference source not found 2.3.1.Xác định số hồi lưu tối thiểu Error: Reference source not found 2.3.2 Xác định số hồi lưu thích hợp Error: Reference source not found 2.4 Phương trình đường làm việc số mâm lý thuyết Error: Reference source not found 2.4.1 Phương trình đường nồng đợ làm việc đoạn luyệnError: Reference source not found 2.4.2 Phương trình đường nồng đợ làm việc đoạn chưng:Error: Reference source not found 2.4.3 Số mâm lý thuyết Error: Reference source not found 2.5 Xác định số mâm thực tế Error: Reference source not found Chương : CÂN BẰNG NHIỆT LƯỢNG Error: Reference source not found 3.1 Cân nhiệt lượng thiết bị đun nóng .Error: Reference source not found 3.2 Cân nhiệt lượng cho tồn tháp Error: Reference source not found 3.2.1 Nhiệt lượng hỗn hợp mang vào đáy tháp Error: Reference source not found 3.2.2 Nhiệt lượng lỏng hồi lưu mang vào Error: Reference source not found 3.2.3.Nhiệt lượng mang đỉnh tháp (Qy) Error: Reference source not found 3.2.4 Nhiệt lượng sản phẩm đáy mang (QW) .Error: Reference source not found 3.2.5 Nhiệt lượng đốt mang vào đáy tháp (QD2)Error: Reference source not found 3.2.6.Nhiệt lương tổn thất mơi trường xung quanh (Qxq)Error: Reference source not found 3.3.Cân nhiệt lượng cho thiết bị ngưng tụ Error: Reference source not found 3.4.Cân nhiệt lượng cho thiết bị làm lạnh sản phẩm đỉnh:Error: Reference source not found CHƯƠNG TÍNH TỐN THIẾT KẾ THÁP CHƯNG Error: Reference source not found 4.1 Đường kính tháp: Error: Reference source not found 4.1.1 Đường kính đoạn luyện Error: Reference source not found 4.1.1.1 Lưu lượng trung bình đoạn luyện Error: Reference source not found 4.1.1.2 Tính khối lượng riêng trung bình pha khí, pha lỏng đoạn luyệnError: Reference source not found 4.1.1.3 Vận tốc trung bình đoạn luyện Error: Reference source not found 4.1.2.Đường kính đoạn chưng Error: Reference source not found 4.1.2.1.Lưu lượng trung bình đoạn chưng Error: Reference source not found 4.1.2.2.Khối lượng riêng trung bình pha khí pha lỏng đoạn chưng .Error: Reference source not found 4.1.2.3.V ân tốc trung bình đoạn chưng Error: Reference source not found 4.2.Chiều cao tháp: Error: Reference source not found 4.3.Tính trở lực tháp: .Error: Reference source not found 4.3.1.Tính tốn chóp: Error: Reference source not found 4.3.2 Tính cho ống chảy chuyền .Error: Reference source not found 4.3.3.Tính trở lực tháp: .Error: Reference source not found 4.3.3.1 Tổng trở lực phần luyện: Error: Reference source not found 4.3.3.2 Tổng trở lực phần chưng: Error: Reference source not found 4.4.Bề dày thân tháp: Error: Reference source not found 4.4.1.Các thơng số cần tra chọn phục vụ cho q trình tính tốn: Error: Reference source not found 4.4.2.Tính bề dày: Error: Reference source not found 4.4.3.Kiểm tra đợ bền: .Error: Reference source not found 4.5.Đáy nắp thiết bị: Error: Reference source not found 4.6.Đường kính ống dẫn: Error: Reference source not found 4.6.1.Đường kính ống dẫn đỉnh tháp vào thiết bị ngưng tụ:Error: Reference source not found 4.6.2.Đường kính ống dẫn hỗn hợp đầu: Error: Reference source not found 4.6.3.Đường kính ống dẫn sản phẩm đáy .Error: Reference source not found 4.6.4.Đường kính ống hồi lưu: Error: Reference source not found 4.6.5 Đường kính ống dẫn vào đáy tháp:……………………………………………52 4.7.Mặt bích: Error: Reference source not found 4.7.1.Bích để nối thiết bị Error: Reference source not found 4.7.2.Ống dẫn: Error: Reference source not found 4.7.2.1 Ống dẫn đỉnh vào thiết bị ngưng tụ: Error: Reference source not found 4.7.2.2.Ống dẫn hỗn hợp đầu: Error: Reference source not found 4.7.2.3.Ống dẫn sản phẩm đáy: .Error: Reference source not found 4.7.2.4.Ống hồi lưu: Error: Reference source not found 4.7.2.5 Ống dẫn vào đáy tháp:…………………………………………………… 54 4.8 Chân đỡ tai treo thiết bị .Error: Reference source not found 4.8.1 Khối lượng tồn tháp: Error: Reference source not found 4.8.1.1 Khối lượng thân tháp: Error: Reference source not found 4.8.1.2.khối lượng đáy nắp tháp: Error: Reference source not found 4.8.1.3.khối lượng chất lỏng tháp: Error: Reference source not found 4.8.1.4.Tổng khối lượng bích: Error: Reference source not found 4.8.2 Chân đỡ trai treo tháp: .Error: Reference source not found 4.9 Tính bảo ơn thiết bị: Error: Reference source not found Chương 5: TÍNH TỐN THIẾT TRUYỀN NHIỆT VÀ THIẾT BỊ PHỤ Error: Reference source not found 5.1 CÁC THIẾT BỊ TRUYỀN NHIỆT: Error: Reference source not found 5.1.1 Thiết bị ngưng tụ sản phẩm đỉnh: Error: Reference source not found 5.1.1.1 Suất lượng nước cần dùng để ngưng tụ sản phẩm đỉnh:Error: Reference source not found 5.1.1.2 Xác định bề mặt truyền nhiệt: Error: Reference source not found 5.1.2 Thiết bị làm ng̣i sản phẩm đỉnh: .Error: Reference source not found 5.1.2.1 Suất lượng nước cần dùng để làm mát sản phẩm đỉnh:Error: Reference source not found 5.1.2.2 Xác định bề mặt truyền nhiệt: Error: Reference source not found 5.1.3 Thiết bị gia nhiệt dòng nhập liệu: Error: Reference source not found 5.1.3.1.Nhiệt lượng cung cấp cho dòng nhập liệu: Error: Reference source not found 5.1.3.2.Xác định bề mặt truyền nhiệt : Error: Reference source not found 5.1.4 Nồi đun đáy tháp: Error: Reference source not found 5.1.4.2 Xác định bề mặt truyền nhiệt : Error: Reference source not found 5.2.TÍNH TỐN BỒN CAO VỊ VÀ BƠM NHẬP LIỆU: Error: Reference source not found 5.2.1.Tính chiều cao bồn cao vị: Error: Reference source not found 5.2.1.1 Áp suất đợng học ∆Ρd : Error: Reference source not found 5.2.1.2 Áp suất khắc phục trở lực ma sát ∆Ρm : Error: Reference source not found 5.2.1.3 Áp suất khắc phục trở lực cục bợ: Error: Reference source not found 5.2.1.4 Áp suất khắc phục trở lực qua thiết bị đun nóng hỗn hợp đầu: Error: Reference source not found 5.2.2.Tính tốn chọn bơm: Error: Reference source not found Chương IV: Kết luận ... Rượu etanol có tính bazơ tương đương với nước Khi rượu tác dụng với acid vơ H2SO4, HNO3 acid hữu tạo ester + CH3-CH2-OH + HO-SO3-H H → ¬  CH3-CH2O-H + HO-CO-CH3 H → ¬  + CH3-CH2O-SO3-H +... CH3-CH2O-SO3-H + H2O CH3-COO-C2H5 + H2O * Phản ứng nhóm hydroxyl: + Tác dụng với HX: CH3-CH2-OH + HX ↔ CH3-CH2-X + H2O + Tác dụng với Triclo Phốt pho: CH3-CH2-OH + PCl3 → CH3-CH2-Cl + POCl + HCl +... Nhược - Hiệu suất thấp - Trở lực cao điểm: - Cấu tạo phức tạp - Độ ổn định - u cầu lắp đặt khắt khe -> - Trở lực lớn lắp đĩa thật phẳng - Thiết bị nặng - Hơi phân bố khơng - Khơng làm việc mâm