Tính toán và thiết kế tháp chưng hỗn hợp nước, axit axetic với năng suất nhập liệu

TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM HUẾ CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Khoa: Cơ khí – công nghệ Độc lập – Tự – Hạnh Phúc ĐỒ ÁN MÔN HỌC Sinh viên thực hiện: PHAN THỊ THU THẢO Lớp: Công nghệ thực phẩm 46B Ngành: Công Nghệ Thực Phẩm Tên đề tài: Tính toán thiết kế tháp chưng hỗn hợp Nước – Axit axetic với suất nhập liệu 1600kg/h Số liệu ban đầu - Năng suất nhập liệu:1600kg/h - Nồng độ nhập liệu: aF = 40% - Nồng độ sản phẩm đỉnh: aP= 97% - Nồng độ sản phẩm đáy: aW = 5% Nội dung phần thuyết minh tính toán Chương I: Tổng quan sản phẩm, trình chưng, dây chuyền công nghệ Chương II: Tính công nghệ thiết bị Chương III: Tính kết cấu công nghệ thiết bị Chương IV: Tính thiết bị phụ Các vẽ phụ lục - Một vẽ hệ thống thiết bị A1 - Một vẽ kỹ thuật quy trình công nghệ A3 Ngày giao nhiệm vụ: Ngày hoàn thành đồ án: Giáo viên hướng dẫn TS NGUYỄN VĂN HUẾ Lời Mở Đầu Sự phát triển công nghệ bên cạnh là phát triển nhu cầu người độ tinh khiết cao Vì mà phương pháp nâng cao độ tinh khiệt cải tiến đổi để hoàn thiện: cô đặc, hấp thụ, chưng cất, trích ly…Tùy vào đặc tính sản phẩm mà ta lựa chọn phương pháp cho phù hợp Axit axetic hợp phần quan trọng, thiếu sống ngày, góp phần to lớn đến ngành công nghiệp hóa học công nghệ thực phẩm Đối với hệ Nước – Axit axetic hệ cấu tử tan vào nhau, mà ta cần phải dùng chưng cất để nâng cao nhiệt độ tinh khiết Người ta thường sử dụng thiết bị tháp mâm xuyên lỗ, làm việc áp suất thường Nhiệm vụ đồ án này: tính toán thiết kế hệ thống thiết bị chưng luyện liên tục hỗn hợp hai cấu tử dễ bay Nước Axit axetic với suất nhập liệu 1600kg/h có nồng độ 40%, nồng độ sản phẩm đỉnh 97%, nồng độ sản phẩm đáy 5% MỤC LỤC CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ SẢN PHẨM, QUÁ TRÌNH CHƯNG CẤT VÀ DÂY CHUYỀN CÔNG NGHỆ I TỔNG QUAN VỀ SẢN PHẨM 1 Axit axetic Nước Hỗn hợp nước – axit axetic .2 II QUÁ TRÌNH CHƯNG CẤT .3 Khái niệm Các phương pháp chưng cất .4 Thiết bị chưng III QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ CHƯNG CẤT HỆ NƯỚC – AXIT AXETIC Sơ đồ quy trình công nghệ chưng cất hệ nước – axit axetic .6 Thuyết minh sơ đồ công nghệ CHƯƠNG 2: TÍNH CÔNG NGHỆ THIẾT BỊ CHÍNH I CÂN BẰNG VẬT LIỆU VÀ NHIỆT LƯỢNG CÂN BẰNG VẬT LIỆU 1.1 Thông số ban đầu .8 1.2 Tính cân vật liệu 1.3 Thành phần mol cân cấu tử dựa vào liệu cân pha 10 1.4 Xác định số đĩa lý thuyết 11 1.5 Phương trình đường nồng độ làm việc đoạn chưng đoạn luyện 13 1.6 Xác định số đĩa thực tế 13 Cân nhiệt lượng trình chưng luyện 16 2.1 Cân nhiệt thiết bị đun nóng hỗn hợp đầu 17 2.2 Cân nhiệt lượng cho toàn tháp .18 2.2.1.Nhiệt lượng toả hỗn hợp đầu mang vào tháp QF .18 2.2.2 Nhiệt lượng lỏng hồi lưu mang vào QR .18 2.2.3 Nhiệt lượng mang đỉnh tháp Qy .18 2.2.4 Nhiệt lượng sản phẩm đáy mang Qw 19 2.2.5 Nhiệt lượng nước ngưng mang Qng2 19 2.3 Cân nhiệt lượng cho thiết bị ngưng tụ 20 2.4 Cân nhiệt lượng cho thiết bị làm lạnh 21 II CÁC THÔNG SỐ CHÍNH CỦA THÁP 21 Đường kính tháp .21 1.1 Đường kính đoạn luyện 21 1.2 Đường kính đoạn chưng 24 Chiều cao tháp chưng luyện 27 Tính trở lực tháp 27 3.1 Cấu tạo mâm lỗ 27 3.2 Trở lực đĩa khô 28 3.3 Trở lực sức căng bề mặt 28 3.3 Trở lực sức căng bề mặt 28 3.4 Trở lực thủy tĩnh chất lỏng đĩa tạo 29 3.5 Tổng trở lực thủy lực tháp 30 3.6 Kiểm tra ngập lụt tháp hoạt động 30 CHƯƠNG 3: TÍNH CƠ KHÍ THIẾT BỊ CHÍNH 32 I CHỌN VẬT LIỆU 32 II TÍNH BỀ DÀY CỦA THÁP 32 Các thông số cần tra chọn phục vụ cho trình tính toán .32 Tính bề dày thân chịu áp suất .32 Kiểm tra độ bền 33 III TÍNH ĐÁY VÀ NẮP THIẾT BỊ 33 IV ĐƯỜNG KÍNH ỐNG DẪN 33 Đường kính ống dẫn đỉnh tháp vào thiết bị ngưng tụ 33 Đường kính ống dẫn hỗn hợp đầu 34 Đường kính ống dẫn sản phẩm đáy 35 Đường kính ống dẫn vào đáy tháp 36 Đường kính ống hồi lưu 36 V BỀ DÀY LỚP CÁCH NHIỆT 37 VI MẶT BÍCH 38 Bích để nối thiết bị 38 Bích nối tháp với ống dẫn .38 VII CỬA NỐI VỚI ỐNG DẪN THIẾT BỊ 39 VIII TAI TREO VÀ CHÂN ĐỠ THIẾT BỊ 39 Khối lượng toàn tháp 39 Tai treo, chân đỡ .41 CHƯƠNG 4: THIẾT BỊ PHỤ 43 I THIẾT BỊ NGƯNG TỤ SẢN PHẨM ĐỈNH 43 Hiệu số nhiệt độ trung bình 43 Xác định hệ số cấp nhiệt nước ống .43 Nhiệt tải qua thành ống lớp cáu 44 Xác định hệ số cấp nhiệt ngưng tụ ống .44 Xác định hệ số truyền nhiệt 46 Bề mặt truyền nhiệt 46 II.THIẾT BỊ LÀM NGUỘI SẢN PHẨM ĐÁY 46 Suất lượng nước cần dùng để làm mát sản phẩm đáy 47 47 Xác định bề mặt truyền nhiệt 47 III THIẾT BỊ GIA NHIỆT DÒNG NHẬP LIỆU .50 Nhiệt lượng cung cấp cho dòng nhập liệu .51 Suất lượng nước cần dùng để gia nhiệt 51 IV.NỒI ĐUN ĐÁY THÁP 54 Hiệu số nhiệt độ trung bình 54 Xác định hệ số cấp nhiệt dòng sản phẩm đáy ống 55 Xác định hệ số cấp nhiệt đốt nóng ống .56 Xác định hệ số truyền nhiệt 57 Bề mặt truyền nhiệt 57 III TÍNH CHIỀU CAO BỒN CAO VỊ 57 Áp suất động lực học 57 Áp suất khắc phục trở lực ma sát .58 Áp suất khắc phục trở lực cục 58 VI TÍNH TOÁN VÀ CHỌN BƠM .60 Tính suất bơm 60 Tính áp suất toàn phần bơm 61 Tính tổn thất áp suất trở lực cục 62 Tính áp suất để nâng chất lỏng lên cao 62 CHƯƠNG IV: 65 TÀI LIỆU THAM KHẢO .66 DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 1: So sánh ưu nhược điểm loại tháp .5 Bảng 2: Bảng ký hiệu DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ Hình 2.1: Đồ thị t – x,y hỗn hợp Nước – Axit acetic Hình 2.2: Đồ thị cân lỏng cửa hỗn hợp Nước Axit axetic Hình 2.4 Sơ đồ cân nhiệt lượng tháp chưng luyện .16 CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ SẢN PHẨM, QUÁ TRÌNH CHƯNG CẤT VÀ DÂY CHUYỀN CÔNG NGHỆ I TỔNG QUAN VỀ SẢN PHẨM Axit axetic a Tính chất - Axit axetic gọi etanoic, axit hữu cơ, có công thức phân tử CH3COOH - Là chất lỏng không màu, có mùi thơm đặc trưng, vị chua, tỉ trọng so với nước trạng thái lỏng 1,049kg/cm3 200C trạng thái rắn 1,226kg/cm3 - Khi hạ nhiệt độ xuống đông đặc thành khối tinh thể có t nc = 16,50C; ts = 118,10C - Tan vô hạn nước, rượu ete theo tỉ lệ - Là axit yếu, số phân ly nhiệt động học K a= 1,75*10-5 250C; pKa = 4,76 - Tính ăn mòn kim loại: + Axit axetic ăn mòn sắt + Nhôm bị ăn mòn axit loãng, đề kháng tốt với axit axetic đặc khiết Đồng chì bị ăn mòn với diện không khí + Thiếc số loại thép nikel – crom đề kháng tốt axit axetic b Điều chế - Oxy hóa có xúc tác cồn etylic để biến thành andehit axetic, giai đoạn trung gian Sự oxy hóa kéo dài tiếp tục oxy hóa andehit axetic thành axit axetic CH3CHO + 2O2 = CH3COOH C2H5OH + O2 = CH3COOH + H2O • Oxy hóa andehit axetic tạo thành cách tổng hợp từ axetylen Sự oxy hóa andehit tiến hành khí trời với diện coban axetat Người ta thao tác andehit axetic nhiệt độ gần 80 0C để ngăn chặn hình thành peoxit Hiệu xuất đạt 95% - 98% so với lý thuyết Người ta đạt dễ dàng sau axit axetic kết tinh CH3CHO + 2O2 coban axetat 800C CH3COOH • Tổng hợp từ cồn metylic cacbon oxit Hiệu suất đạt 50% - 60% so với lý thuyết cách ổn định cacbon oxit cồn metylic qua xúc tác Nhiệt độ từ 200 – 5000C, áp suất 100 – 200 atm CH3CHO + CO → CH3COOH c Ứng dụng - Axit axetic nguyên liệu dùng để sản xuất nhiều mặt hàng khác ứng dụng rộng rãi ngành: công nghiệp nặng, y tế, dược, giao thông vận tải… Vì loại axit rẻ tiền - Axit axetic ứng dụng quan trọng loại axit hữu Nguồn tiêu thụ chủ yếu: + Làm giấm ăn ( chứa 4,5% axit axetic ) + Làm đông đặc nhựa mủ cao su +Làm chất dẻo sợi celluloza acetat – làm phim ảnh không nhạy lửa + Làm chất kết dính polyvinyl acetat + Làm phẩm màu, dược phẩm, nước hoa tổng hợp Nước - Trong điều kiện thường: nước chất lỏng không màu, không mùi, không vị - Khi hóa rắn tồn dạng tinh thể khác Khối lượng phân tử: 18g/mol Khối lượng riêng d4oC: 1g/ml Nhiệt độ nóng chảy: 00C Nhiệt độ sôi: 1000C • Nước dung môi tốt nhờ vào tính lưỡng cực: + Các hợp chất phân cực có tính ion axit, rượu muối dễ tan nước + Tính hòa tan nước đóng vai trò quan trọng sinh học có nhiều phản ứng hóa sinh xảy dung dịch nước • Nước sử dụng công nghiệp từ lâu nguồn nhiên liệu, nước chất trao đổi nhiệt, dung môi quan trọng kỹ thuật hóa học Hỗn hợp nước – axit axetic Ta có bảng: Thành phần lỏng (x) – (y) nhiệt độ sôi hỗn hợp nước – axit acetic 760 mmHg X 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 Y 9,2 16,7 30,3 42,5 53 62,6 71,6 79,5 86,4 93 100 100, 100 T 118,4 115,4 113,8 110,1 107,5 105, 104,4 103,3 102,1 101,3 Từ bảng số liệu ta vẽ đường cân đồ thị x-y đồ thị t-x,y Hình 2.1: Đồ thị t – x,y hỗn hợp Nước – Axit acetic Hình 2.2: Đồ thị cân lỏng cửa hỗn hợp Nước Axit axetic II QUÁ TRÌNH CHƯNG CẤT Khái niệm - Chưng phương pháp tách hỗn hợp chất lỏng dựa nhiệt độ bay chúng - Chưng khác với cô đặc: trình chưng, cấu tử bay hơi, cô đặc có dung môi bay mà chất tan không bay - Sản phẩm trình chưng chưa đạt tinh khiết tuyệt đối, nồng độ Trong đó: εl : hệ số hiệu chỉnh phụ thuộc vào ReF tỷ lệ chiều dài ống với đường kính ống: PrF : chuẩn số Prandlt hỗn hợp đầu 65,110C: Gr : chuẩn số Gratkov: Suy ra: Hệ số cấp nhiệt hỗn hợp đầu ống: Nhiệt tải phía hỗn hợp đầu: Với tw2 : nhiệt độ vách tiếp xúc với hỗn hợp đầu (trong ống) Nhiệt tải qua thành ống lớp cáu: Trong đó: tw1 : nhiệt độ vách tiếp xúc với nước ngưng tụ (ngoài ống) Bề dày thành ống: δt =3(mm) Hệ số dẫn nhiệt thép không 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 đỉnh: r2 = 1/5800 (m2*oK/W) Suy ra: ∑rt = 5.289*10-4 (m2*oK/W) Vậy: Hệ số cấp nhiệt ngưng tụ: Ẩn nhiệt ngưng tụ: rh = 2171*103(J/kg) Trị số A nước tra bảng nhiệt độ màng ngưng: Nhiệt tải thành ống: 52 Từ (IV.13), (IV.14), (IV.15) ta dùng phương pháp lặp để xác định tw1, tw2 : Chọn: tw1 =132,20C ￫ tm =132,60C Khi đó: A = 122,4 Từ (IV.15): qh = 100,56*122,4*(132,9-132,6)0,75 = 9419,6 (W/m2) Xem nhiệt tải mát không đáng kể: qt = qh = 9419,6 (W/m2) Từ (IV.14), ta có: Các tính chất lý học hỗn hợp đầu tra ứng với nhiệt độ Nhiệt dung riêng: cF = 3078,3 (J/kg*độ) Độ nhớt động lực: µF = 0,149*10-3 (N*s/m2) Hệ số dẫn nhiệt: λF = 0,35 (W/moK) Ta có: Kiểm tra sai số: Vậy: tw1 = 132,20C tw2 = 127,220C Khi đó: Bề mặt truyền nhiệt trung bình: Suy chiều dài ống truyền nhiệt : - Kiểm tra hệ số cấp nhiệt có kể đến ảnh hưởng sếp, bố trí ống Chọn cách xếp ống thẳng hàng, bố trí theo dạng lục giác đều,vậy với 37 ống ta sếp hàng + Số ống trung bình hàng: , tra tài liệu tham khảo II, ta có εtb = 0,75 Khi đó: αh = 0,75*13456,50= 10092,375 (W/m2*0C) + Tính lại hệ số truyền nhiệt K từ CT(IV.3), ta có: K = 142,7 (W/m2*oC) Suy ra: bề mặt trung bình: Ftb=10,71(m2) Khi đó: chiều dài ống truyền nhiệt: 53 Vậy : Thiết bị gia nhiệt nhập liệu thiết bị truyền nhiệt vỏ – ống gồm n=37(ống), dài L=1,7(m) Ống bố trí theo hình lục giác Nên ta có số ống đường chéo hình lục giác: b = 7(ống) Chọn bước ngang hai ống: t = 1,5*dng = 1,5*0,057 = 0,0855 (m) Đường kính vỏ thiết bị: Chọn Dv = 0,8(m) IV.NỒI ĐUN ĐÁY THÁP - Chọn thiết bị đun sôi đáy tháp nồi đun Kettle - Ống truyền nhiệt làm thép X18H10T, kích thước ống 38x3 - Đường kính ngoài: - Bề dày ống: - Đường kính trong: - Hơi đốt nước 3at ống 38x3 Tra bảng 1.125, T314,[2] + Nhiệt hoá hơi: ) + Nhiệt độ sôi: + Dòng sản phẩm đáy có nhiệt độ:tw=111,950C + Trước vào nồi đun ( lỏng ): ts1=111,950C + Sau vào nồi đun (hơi ): ts2=1120C Hiệu số nhiệt độ trung bình - Hệ số truyền nhiệt: + Hệ số truyền nhiệt K tính theo công thức tường phẳng: Với: : hệ số cấp nhiệt đốt : hệ số cấp nhiệt sản phẩm đáy, : nhiệt trở qua thành ống lớp cáu • Nhiệt tải qua thành ống lớp cáu: Trong đó: tw1 : nhiệt độ vách tiếp xúc với nước ngưng tụ (ngoài ống) Bề dày thành ống: δt =3(mm) Hệ số dẫn nhiệt thép không gỉ: λt = 16,3 (W/m0K) Nhiệt trở trung bình lớp bẩn ống với nước sạch: r1 = 1/5800 (m2*0K/W) 54 Nhiệt trở lớp cấu phía sản phẩm đỉnh: r2 = 1/5800 (m2*0K/W) Suy ra: ∑rt = 5,289*10-4 (m2*0K/W) Xác định hệ số cấp nhiệt dòng sản phẩm đáy ống - Áp dụng công thức V.89, T26, [2]: + Nhiệt độ sôi trung bình dòng sản phẩm ống: Áp dụng công thức V.89, T26, [2]: Tại nhiệt độ trung bình thì: • Khối lượng riêng: Khối lượng riêng pha dòng sản phẩm ống: Khối lượng riêng nước: Bảng 1.249, T310,[1] Khối lượng riêng axit: Bảng 1.2, T9, [1] Nên: • Độ nhớt: Độ nhớt nước: (Bảng 1.249, t310,[1]) Độ nhớt axit: (Bảng 1.101, t91,[1]) Nên: → • Hệ số dẫn nhiệt: Hệ số dẫn nhiệt nước: (Bảng 1.249, t310,[1]) Hệ số dẫn nhiệt axit: (Bảng 1.101, t91,[1]) Áp dụng công thức (1.33, T123, ) 55 • Nhiệt dung riêng: Nhiệt dung riêng nước: (Bảng 1.249, t310,[1]) Nhiệt dung riêng axit: (Bảng 1.154, t172,[1]) Nên: (J/kgđộ) • Sức căng bề mặt: Sức căng bề mặt nước: (Bảng 1.249, t310,[1]) Sức căng bề mặt axit: (Bảng 1.249, t310,[1]) Nên: • Nhiệt hóa hơi: Nhiệt hoá nước: ( Bảng 1.250, T312,[1]) Nhiệt hoá axit: ( Toán đồ 1.65,T255,[1]) Nên: Áp dụng công thức V.89, T26, [2]: Xác định hệ số cấp nhiệt đốt nóng ống - Áp dụng công thức (3.65), T120, [3]: - Dùng phép lặp: chọn - Nhiệt độ trung bình màng nước ngưng tụ: + Tại nhiệt độ thì: Khối lượng riêng nước: Độ nhớt nước: Hệ số dẫn nhiệt nước: - Kiểm tra sai số: 56 ( Thỏa mãn) → Kết luận: , Xác định hệ số truyền nhiệt Bề mặt truyền nhiệt - Bề mặt truyền nhiệt xác định theo phương trình truyền nhiệt: Cấu tạo thiết bị - Chọn số ống truyền nhiệt: n=91(ống) Ống bố trí theo hình lục giác điều - Chiều dài ống truyền nhiệt:  Chọn L= m - Tra bảng V.II, T48, [2] →số ống đường chéo: b=19 (ống) - Chọn bước ngang hai ống: t=1,5; dng=0,038m - Đường kính vỏ thiết bị: Dv=t*(b-1)+4*dng= 0,057*(19-1)+ 4*0,038= 1,178 (m) III TÍNH CHIỀU CAO BỒN CAO VỊ - Mục đích dùng bơm ,bơm hỗn hợp lỏng lên thùng cao vị để ổn định lưu lượng hỗn hợp đầu vào thân tháp Như chiều cao thùng cao vị phải đảm bảo cho hỗn hợp lỏng đủ thắng trở lực đường đi,đảm bảo lưu lượng theo yêu cầu ban đầu - Ta thiết kế đường ống dẫn hỗn hợp từ thùng cao vị chảy đến nạp liệu có đường kính đường kính ống dẫn hỗn hợp đầu d = 80 (m) = 0,08 (m) - Hỗn hợp nhiệt độ 280C có khối lượng riêng → Vậy vận tốc lỏng chảy là: - Công thức tính chiều cao thùng cao vị so với nạp liệu: Áp suất động lực học 57 Với: + : khối lượng riêng hỗn hợp 280C + W: Vận tốc hỗn hợp chảy ống →Suy ra: Áp suất khắc phục trở lực ma sát - Áp suất khắc phục trở lực ma sát dòng chảy ổn định ống thẳng : Với: + L: chiều dài ống dẫn,cho L = 10 (m) + d : đường kính ống dẫn ,d= 0,1 (m) + λ : hệ số ma sát phụ thuộc vào độ nhẵn thành ống chế độ chất lỏng, phụ thuộc vào Re: Trong đó: + : độ nhớt hỗn hợp đầu 28oC, tính theo công thức: Với: - Tính Regh: Với: độ nhám tuyệt đối,tra bảng (II 15, T 381,[2]),với điều kiện ống không hàn: Chọn Suy ra: 4000 < Re< Regh Do hệ số ma sát tính theo công thức sau → Áp suất khắc phục trở lực cục 58 - Trên đường từ thùng cao vị đến nạp liệu, ta bố trí 1van chắn đơn giản ống tròn có hệ số trở lực cục khúc ngoặc 90 0C hai khuỷu 450C tạo thành có hệ số trở lực - Van đơn giản ống tròn có tương ứng với độ mở van 50%,là (T398,bảng II.16,[1]) - Khuỷu ghép 900C hai khuỷu 450C tạo thành,theo (bảng II.16,T 394, [1]) Chọn 59 Vậy: - Áp suất khắc phục trở lực qua thiết bị đun nóng hỗn hợp đầu: + Thường chọn → Vậy chiều cao thùng cao vị so với cửa nạp liệu là: VI TÍNH TOÁN VÀ CHỌN BƠM - Để vận chuyển hỗn hợp đầu từ bể chứa lên thùng cao vị, ta phải sử dụng bơm thủy lực Trong điều kiện làm việc với yêu cầu kĩ thuật yêu cầu suất để vận chuyển hồn hợp đầu ta nên chọn bơm ly tâm có ưu điểm sau: + Vận chuyển chất lỏng liên tục đặn + Có số vòng quay lớn,có thể truyền động trục tiếp từ động điện + Có thể bơm chất lỏng bẩn + Không có suppape nên tắc hư hỏng Tính suất bơm - Hỗn hợp đầu có lưu lượng GF = 1600(Kg/h), ứng với suất bơm là: Trong đó: + : khối lượng riêng hỗn hợp đầu 28oC, tính theo công thức: + + ,: khối lượng riêng nước axit axetic 280C, tra bảng (I-12, T9 ,[1]): Vậy suất bơm là: Đường kính ống bơm: Tra tài liệu tham khảo (T 369,CT II.36, [2]) W – vận tốc chất lỏng ống, tra bảng (II.2 ,T 370, [2]), chọn W = 1,5 (m/s) Do đó: 60 Chọn đường kính bơm hợp với tiêu chuẩn d =20(mm) Tính áp suất toàn phần bơm - Áp suất bơm toàn phần tính theo công thức: : áp suất động lực : áp suất để khắc phục lực ma sát dòng chảy ổn định ống thẳng : áp suất để khắc phục trở lực cục : áp suất để nâng chất lỏng lên cao : áp suất để bổ xung cần thiết + Tính : W =1,5 (m/s) Suy Suy + Tính: L- chiều dài ống dẫn: chọn L = 10 m d – đường kính ống dẫn tương đương : d = 19,22 mm hệ số ma sát phụ thuộc vào độ nhám thành ống chế độ chuyển dộng chất lỏng,phụ thuộc vào Re: : độ nhớt hỗn hợp đầu 280C, tính theo công thức: Tính Regh: Với: độ nhám tuyệt đối,tra bảng( II.15,T381,[2]) với điều kiện ống không hàn: Chọn Suy : → 4000 < Regh< Re Tính Ren: 61 Do hệ số ma sát tính theo công thức sau: Tính tổn thất áp suất trở lực cục Tài liệu tham khảo,(CT II.56,trang 377, [1]),ta có công thức sau: hệ số trở lực cục hệ thống gồm: + ống dài 1m + 1đoạn ống dài 10m + Hai khuỷa ghép vuông góc có hệ số trở lực + Một van chắn trước ống đẩy có hệ số trở lực + Một van chiều có hệ số rở lực + Đầu vào thùng cao vị có hệ số trở lực - Tính: khuỷa ghép vuông góc, theo bảng (II -16 N029 trang 394) chọn tỷ số: + Tính : Chọn van tiêu chuẩn theo bảng (-16 N037 trang 397) ta có: Ứng với đường kính ống d = 20 mm,áp dụng nội suy ta có: suy : + Tính: Van chiều có đĩa cố định với thông số sau: h- chiều cao mở van b- chiều rộng vành đĩa Chọn h = b D0 – Đường kính ống dẫn trước van W0 – Tốc độ dòng mặt cắt trước van Chọn Tra tài liệu tham khảo ,theo bảng (N047 ; N0 48 ,trang 400,[1]) ,xác định sau: → + Tính : Chọn Theo bảng (II.6 N08,T 384,[1]) Suy : : Vậy tổng trở lực cục hệ thống dẫn: Tính áp suất để nâng chất lỏng lên cao 62 - Tra tài liệu tham khảo (CT II.57 ,T377,[1]) H – Chiều cao chất lỏng cột chất lỏng + Công suất bơm động điện: Chiều cao toàn phần H bơm tạo ra: + Công suất yêu cầu trục bơm tính theo công thức (II.189,T 439, [1]) : hiệu suất bơm : chọn Q= (m3/s) + Công suất động điện: Tra tài liệu tham khảo ([1],T 439,CT II.190) : hiệu suất truyền động : : hiệu suất động điện : Thông thường chọn động điện có công suất thực tế lớn công suất tính toán : hệ số dự trữ công suất : Theo bảng (II.33,T 439,[ 1]) Với Ndc = 0,44 [...]... là nước, sau khi trao đổi với 6 dòng nhập liệu và được thải bỏ Sản phẩm đáy là axit axetic được giữ lại 7 CHƯƠNG 2: TÍNH CÔNG NGHỆ THIẾT BỊ CHÍNH I CÂN BẰNG VẬT LIỆU VÀ NHIỆT LƯỢNG 1 CÂN BẰNG VẬT LIỆU 1.1 Thông số ban đầu - Chọn loại tháp mâm xuyên lỗ Khi chưng luyện dung dịch axit axetic thì cấu tử dễ bay hơi là nước + Axit axetic: CH3COOH, MA= 60 (g/mol) + Nước: H2O, MA = 18 (g/mol) - Năng suất nhập. .. Tiếp theo, hỗn hợp được dẫn qua thiết bị đun sôi nhập liệu ( thiết bị trao đổi nhiệt) (4) Sau đó, được đưa qua van (6) để điều chỉnh lưu lượng trước khi vào tháp chưng (8) ở đĩa nhập liệu Trên đĩa nhập liệu, chất lỏng được trộn với chất lỏng từ đoạn luyện của tháp chảy xuống Trong tháp, hơi đi từ dưới lên gặp chất lỏng đi từ trên xuống Tại đây, có sự tiếp xúc và trao đổi giữa pha lỏng và hơi với nhau... việc với chất lỏng bẩn - Trở lực lớn Nhận xét: Tháp mâm xuyên lỗ ở trạng thái trung gian giữa 2 tháp nên ta chọn tháp mâm xuyên lỗ để chưng cất Vậy: chưng cất hệ Nước – Axit axetic ta dùng tháp mâm xuyên lỗ hoạt động ở áp suất thường 5 III QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ CHƯNG CẤT HỆ NƯỚC – AXIT AXETIC 1 Sơ đồ quy trình công nghệ chưng cất hệ nước – axit axetic 1 Bồn chứa nguyên liệu 2 Bơm 3 Bồn cao vị 4 Thiết. .. nguồn nhiên liệu rẻ tiền, phổ biến và dễ tìm trong thiên nhiên và có khả năng đáp ứng yêu cầu công nghệ Hình 2.4 Sơ đồ cân bằng nhiệt lượng của tháp chưng luyện - Giải thích: Ký hiệu Ý nghĩa Đơn vị QD1 Nhiệt độ do hơi đốt mang vào thiết bị đun nóng J/h Qf Nhiệt lượng do hỗn hợp đầu mang vào thiết bị đun nóng J/h QF Nhiệt lượng do hỗn hợp đầu mang ra khỏi thiết bị đun nóng hay mang vào tháp chưng luyện... 3 Thiết bị chưng - Trong sản xuất thì có rất nhiều tháp chưng nhưng chúng đều có chung là diện tích bề mặt tiếp xúc pha phải lớn, điều này nó phụ thuộc vào độ phân tán của cấu tử này vào cấu tử kia - Kích thước của tháp: đường kính tháp và chiều cao của tháp nó phụ thuộc vào suất lượng pha lỏng, pha khí của tháp và độ tinh khiết của sản phẩm - Các loại tháp thường dùng trong công nghiệp: + Tháp chưng. .. cao - Khi chưng cất ta thu được nhiều sản phẩm và thường hệ có bao nhiêu cấu tử thì ta sẽ thu được bấy nhiêu sản phẩm: • Đối với hệ 2 cấu tử: Nước – Axit axetic: + Sản phẩm đỉnh chủ yếu là nước và một ít axit axetic + Sản phẩm đáy chủ yếu là axit axetic và một ít nước 2 Các phương pháp chưng cất Các phương pháp chưng cất được phân loại dựa theo: + Áp suất làm việc + Chưng cất ở áp suất thấp + Chưng cất... sôi dòng nhập liệu 5 Bẫy hơi 6 Lưu lượng kế 7 Nhiệt kế 8 Tháp chưng cất 9 Thiết bị ngưng tụ sản phẩm đỉnh 10 Áp kế 11 Thiết bị đun sôi sản phẩm đáy 12 Thiết bị làm nguội sản phẩm đáy 13 Bồn chứa sản phẩm đáy 14 Bộ phận chia dòng 15 Bồn chứa sản phẩm đỉnh 2 Thuyết minh sơ đồ công nghệ Hỗn hợp Nước – Axit axetic có nồng độ 40% ( theo khối lượng), nhiệt độ nhập liệu là 280C tại bình chứa nguyên liệu (1)... độ hoặc số đĩa lý thuyết + : hiệu suất trung bình của thiết bị ) Với: + η1, η2 : hiệu suất của các bậc thay đổi nồng độ + n: số vị trí tính hiệu suất + ηtb: hàm số của độ bay hơi tương đối của hỗn hợp và độ nhớt của hỗn hợp lỏng 13 Trong đó: + α: độ bay hơi tương đối hỗn hợp lỏng + µ: độ nhớt của hỗn hợp lỏng Trong chưng luyện người ta tính độ bay hơi tương đối như sau: Trong đó: + x,y: nồng độ phần... pha của hỗn hợp Nước – Axit axetic ở áp suất thường ( sổ tay QTTB – T2 – T148 ), thiết lập đồ thị phụ thuộc giữa đại lượng x-y, T – x, y ( hình 2.1 và hình 2.2 ) Từ đó mà ta xác định được phần mol các cấu tử trong pha hơi nằm cân bằng với pha lỏng ứng với nhiệt độ sôi của từng dòng F, P, W - Gọi yF*, yp*, yp* là nồng độ phần mol của pha hơi cân bằng với lỏng trong hỗn hợp đầu, sản phẩm đỉnh và sản phẩm... mang ra ở đỉnh tháp Qy - Trong đó: là nhiệt lượng riêng của hơi mang ra ở đỉnh tháp, (J/kg) là nhiệt lượng riêng của cấu tử A và B ở đỉnh tháp, (J/kg tP là nhiệt độ của đỉnh tháp, tP=100,060C 18 CP là nhiệt dung riêng của hỗn hợp ra khỏi đỉnh tháp ở nhiệt độ t P=100,060C (J/kg*độ) + rP là ẩn nhiệt hoá hơi của hỗn hợp sản phẩm đỉnh ở tP=100,060C Tra ẩn nhiệt hóa hơi của nước và axit axetic tại 100,060C ... việc áp suất thường Nhiệm vụ đồ án này: tính toán thiết kế hệ thống thiết bị chưng luyện liên tục hỗn hợp hai cấu tử dễ bay Nước Axit axetic với suất nhập liệu 1600kg/h có nồng độ 40%, nồng độ... nghệ chưng cất hệ nước – axit axetic Bồn chứa nguyên liệu Bơm Bồn cao vị Thiết bị đun sôi dòng nhập liệu Bẫy Lưu lượng kế Nhiệt kế Tháp chưng cất Thiết bị ngưng tụ sản phẩm đỉnh 10 Áp kế 11 Thiết. .. Nhiệt độ đốt mang vào thiết bị đun nóng J/h Qf Nhiệt lượng hỗn hợp đầu mang vào thiết bị đun nóng J/h QF Nhiệt lượng hỗn hợp đầu mang khỏi thiết bị đun nóng hay mang vào tháp chưng luyện J/h Qng1