Đồ Án Thiết Kế Tháp Chưng Cất EThanol

ĐAMH Quá Trình Thiết Bò GVHD : Vũ Bá Minh MỤC LỤC LỜI MỞ ĐẦU CHƯƠNG I : TỔNG QUAN I LÝ THUYẾT VỀ CHƯNG CẤT Phương pháp chưng cất Thiết bị chưng cất: II GIỚI THIỆU SƠ BỘ NGUN LIỆU Etanol Nước Hỗn hợp Etanol – Nước III CƠNG NGHỆ CHƯNG CẤT HỆ ETANOL – NƯỚC CHƯƠNG II : CÂN BẰNG VẬT CHẤT I CÁC THƠNG SỐ BAN ĐẦU II XÁC ĐỊNH SUẤT LƯỢNG SẢN PHẨM ĐỈNH VÀ SẢN PHẨM ĐÁY III NHIỆT LƯỢNG DỊNG NHẬP LIỆU IV TÍNH TỐN THIẾT BỊ NGƯNG TỤ Tỉ số hồn lưu tối thiểu Tỉ số hồn lưu thích hợp Nhiệt lượng cần phải lấy thiết bị ngưng tụ Lượng nước cần thiết cho thiết bị Năng lượng nồi đun V XÁC ĐỊNH SỐ MÂM THỰC TẾ CHƯƠNG III :TÍNH TỐN –THIẾT KẾ THÁP CHƯNG CẤT I ĐƯỜNG KÍNH THÁP Đường kính đoạn cất Đường kính đoạn chưng II TÍNH TRỞ LỰC CỦA THÁP Trở lực phần cất Trở lực phần chưng Tổng trở lực tồn tháp CHƯƠNG IV : TÍNH CHĨP VÀ ĐƯỜNG ỐNG I TÍNH CHĨP II TÍNH ỐNG DẪN HƠI Ống dẫn lỏng nhập liêu Ống dẫn dòng khỏi đáy Lê Thị Minh -MSSV:608T1400 ĐAMH Quá Trình Thiết Bò GVHD : Vũ Bá Minh Ống dẫn sản phẩm đỉnh Ống dẫn dòng hồn lưu Ống dẫn vào đáy tháp CHƯƠNG V : THIẾT BỊ PHỤ I THIẾT BỊ GIA NHIỆT DỊNG NHẬP LIỆU II THIẾT BỊ NGƯNG TỤ SẢN PHẨM ĐỈNH Điều kiện nhiệt độ q trình Chọn sơ cấu tạo Chọn thiết bị làm nguội sản phẩm đỉnh III BỒN CAO VỊ CHỌN BƠM CHƯƠNG VI : TÍNH TỐN CƠ KHÍ THIẾT BỊ CHÍNH I TÍNH BỀ DÀY THÂN TRỤ CỦA THÁP Điều kiện làm việc tháp chưng cất Tính hệ số bền thân hình trụ II TÍNH ĐƯỜNG KÍNH VÀ BULONG CÁC ỐNG DẪN III TÍNH ĐÁY VÀ NẮP THIẾT BỊ VI TÍNH BÍCH NỐI V TÍNH KHỐI LƯỢNG THÁP Khối lượng tháp Khối lượng ống Khối lượng mâm VI CHÂN ĐỠ TAI TREO Chân đỡ Tai treo CHƯƠNG VII : TÍNH BẢO ƠN CHƯƠNG VIII : GIÁ THÀNH THIẾT BỊ I TÍNH SƠ BỘ GIÁ THÀNH CỦA THIẾT BỊ II KẾT LUẬN TÀI LIỆU THAM KHẢO Lê Thị Minh -MSSV:608T1400 ĐAMH Quá Trình Thiết Bò GVHD : Vũ Bá Minh LỜI MỞ ĐẦU Một ngành có đóng góp to lớn đến ngành cơng nghiệp nước ta nói riêng giới nói chung, ngành cơng nghiệp hóa học Đặc biệt ngành hóa chất Hiện nay, nhiều ngành sản suất hóa học sử dụng sản phẩm hóa học, nhu cầu sử dụng ngun liệu sản phẩm có độ tinh khiết cao phải phù hợp với quy trình sản suất nhu cầu sử dụng 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 Đồ án mơn học Q trình Thiết bị mơn học mang tính tổng hợp q trình học tập kỹ sư hố- thự c phẩm tương lai Mơn học giúp sinh viên giải nhiệm vụ tính tốn cụ thể về: u cầu cơng nghệ, kết cấu, giá thành 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 nâng suất sản phẩm đỉnh : 1000 lít/h, nhập liệu có nồng độ rượu 300 GL(% thể tích),thu sản phẩm đỉnh có nồng độ 92% mol etanol với độ thu hồi etanol 99% Em chân thành cảm ơn q thầy mơn Máy & Thiết Bị, 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 Lê Thị Minh -MSSV:608T1400 ĐAMH Quá Trình Thiết Bò GVHD : Vũ Bá Minh CHƯƠNG I : TỔNG QUAN I LÝ THUYẾT VỀ CHƯNG CẤT: 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 Lê Thị Minh -MSSV:608T1400 ĐAMH Quá Trình Thiết Bò GVHD : Vũ Bá Minh 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 điểm: - Đơn giản - Trở lực thấp Nhược điểm: - Hiệu suất thấp - Độ ổn định - Thiết bị nặng Tháp mâm xun lo - Hiệu suất tương đối cao - Hoạt động ổn định - Làm việc với chất lỏng bẩn - Trở lực cao - u cầu lắp đặt khắt khe -> lắp đĩa thật phẳng Tháp mâm chóp - Hiệu suất cao - Hoạt động ổn định - Cấu tạo phức tạp - Trở lực lớn - Khơng làm việc với chất lỏng bẩn Nhận xét: tháp mâm chóp trạng thái cuối tháp chêm tháp mâm xun lỗ Nên ta chọn tháp chưng cất tháp mâm chóp Vậy: Chưng cất hệ Etanol - Nước ta dùng tháp mâm chóp hoạt động liên tục áp suất thường, cấp nhiệt gián tiếp đáy tháp Lê Thị Minh -MSSV:608T1400 ĐAMH Quá Trình Thiết Bò GVHD : Vũ Bá Minh II GIỚI THIỆU SƠ BỘ NGUN LIỆU : Ngun liệu hỗn hợp Etanol - Nước 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 có mùi đặc trưng, khơng độc, tan nhiều nước • 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-O- + H+ CH3-CH2-OH −18 Hằng số phân ly etanol: K CH −CH −OH = 10 , 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 −14 Do K CH −CH −OH < K H O = 10 : 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 2 CH3-CH2-OH + HO-SO3-H Lạnh CH3-CH2O-SO3-H + H2O + CH3-CH2O-H + HO-CO-CH3 * Phản ứng nhóm hydroxyl: + Tác dụng với HX: CH3-CH2-OH + HX H CH3-COO-C2H5 + H2O CH3-CH2-X + H2O + Tác dụng với Triclo Phốt pho: Lê Thị Minh -MSSV:608T1400 ĐAMH Quá Trình Thiết Bò GVHD : Vũ Bá Minh CH3-CH2-OH + PCl3 CH3-CH2-Cl + POCl + HCl + Tác dụng với NH3: CH3-CH2-OH + NH3 Al2O3 to C2H5-NH2 + H2O + Phản ứng tạo eter tách loại nước: 2CH3-CH2-OH CH3-CH2-OH H2SO4 >150o HCSO >150o C (CH3-CH2)2O + H2O CH2=CH2 + H2O * Phản ứng hydro oxy hố: CH3-CH2-OH Cu 200300oC CH3-CHO + H2 • Ứng dụng: etanol có nhiều ứng dụng metanol, đóng vai trò quan trọng kinh tế quốc dân Đây 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 Lê Thị Minh -MSSV:608T1400 ĐAMH Quá Trình Thiết Bò GVHD : Vũ Bá Minh + Dung mơi hữu cơ:pha sơn + Ngun liệu + Cơng nghiệp cao su tổng hợp + Động lực + Rượu mùi + Dấm Nhiên liệu + Thuốc súng khơng khói + Nhiên liệu hoả tiễn, bom bay Eta nol + Động lực + Thuốc trừ sâu + Đồ nhựa + Keo dán + Hương liệu + Thuốc nhuộm + Tơ nhân tạo + Sát trùng + Pha chế thuốc + Sơn + Vecni Sơ đồ tóm tắt vị trí etanol ngành cơng nghiệp - Phương pháp điều chế: có nhiều phương pháp điều chế etanol: hydrat hố etylen với xúc tác H2SO4; 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 phương pháp 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 Nấm 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…) 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: Lê Thị Minh -MSSV:608T1400 18 g / mol ĐAMH Quá Trình Thiết Bò GVHD : Vũ Bá Minh Khối lượng riêng d40 c: Nhiệt độ nóng chảy :00C Nhiệt độ sơi : g / ml 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 Hỗn hợp Etanol – Nước: - Ta có bảng thành phần lỏng (x) – (y) nhiệt độ sơi hỗn hợp Etanol - Nước 760 mmHg: x(%phân mol) y(%phân mol) 0 33,2 10 44,2 20 53,1 30 57,6 40 61,4 50 65,4 60 69,9 70 75,3 80 81,8 90 89,8 100 100 t(oC) 100 90,5 86,5 83,2 81,7 80,8 80 79,4 79 78,6 78,4 78,4 HệEtanol -Nướ c y(%mol) 100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 x(%mol) 0 10 20 30 Lê Thị Minh -MSSV:608T1400 40 50 60 70 80 90 100 ĐAMH Quá Trình Thiết Bò GVHD : Vũ Bá Minh III CƠNG NGHỆ CHƯNG CẤT HỆ ETANOL – NƯỚC: -Etanol chất lỏng tan vơ hạn H2O, nhiệt độ sơi 78,30C 760mmHg, nhiệt độ sơi nước 100oC 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 kí hiệu qui trình: Bồn chứa ngun liệu Bơm Bồn cao vị Thiết bị gia nhiệt nhập liệu Bẩy Lưu lượng kế Nhiệt kế Tháp chưng cất Thiết bị ngưng tụ sản phẩm đỉnh 10 Ap kế 11 Thiết bị đun sơi đáy tháp 12 Bồn chứa sản phẩm đáy 13 Bộ phận phân dòng 14 Thiết bị làm nguội sản phẩm đỉnh 15 Bồn chứa sản phẩm đỉnh 16 Van xả khí khơng ngưng Lê Thị Minh -MSSV:608T1400 10 ĐAMH Quá Trình Thiết Bò GVHD : Vũ Bá Minh Cb = : hệ số bổ sung ăn mòn hoc C0 = hệ số bổ sung để làm tròn số ngun bề dày S = 0,68 + + 2,32 = mm Kiểm tra bề dày thân tháp S − Ca − = = 0, 0043 < 0,1 Dt 700 thỏa Kiểm tra áp suất tính tốn cho phép bên thiết bị [ P] = 2.[ δ ] ϕ.( S − Ca ) Dt + ( S − Ca ) [ P ] = 11,02.10 [ P] > = 2.146, 67.106.0,88.(4 − 1) 700 + (4 − 1) N/m2 P = 24,96.104 N/m2 thỏa Kiểm tra ứng suất theo áp suất thử δ= Dt + ( S − Ca ) [δ ] P0 ≤ c 2.( S − Ca ).ϕ 1, N/mm2 Áp suất thử tra bảng XIII-5 TL2 P0 = 1,5.△P + H ρ g = 0, 276 N/mm2 => δ= 700 + (4 − 1).0, 276 [ δ ] 220 = 183,3 = 132, N/mm2 < c = N/mm2 2.(4 − 1).0,88 1, 1, thỏa Vậy ta chọn S = mm II TÍNH ĐƯỜNG KÍNH & BULONG CÁC ỐNG DẪN: - Đường kính ống dẫn: d= 4.Q π v mm Q : lưu lượng thể tích m3/s v : vận tốc theo loại đường ống bảng II-2(TL1) m/s Lê Thị Minh -MSSV:608T1400 56 ĐAMH Quá Trình Thiết Bò GVHD : Vũ Bá Minh - Chọn d theo tiêu chuẩn chiều dài ống dẫn bảng XIII-36(TL2) - Chọn loại bích liền (kiểu bích phẳng) có thơng số: Tên gọi Dy Dn D Db D1 h Bulon Z db (mm) (cái) Ống dẫn đỉnh 150 159 300 250 218 16 M16 Ống hồn lưu 32 38 135 150 78 16 M16 Ống nhập liệu 40 45 145 110 88 16 M12 Ống dẫn lỏng đáy 80 89 195 160 138 18 M10 Ống dẫn vào đáy 200 219 375 320 285 16 M16 III TÍNH ĐÁY VÀ NẮP THIẾT BỊ: - Chọn đáy nắp có dạng ellipise tiêu chuẩn, có gờ thép X18H10T - Chiều cao đáy nắp chọn sau hb = 0,25 Dt = 0,25 700 = 175 mm - Chiều cao gờ đáy nắp h ≥ 2s (nhưng h khơng bé 25 mm) Lê Thị Minh -MSSV:608T1400 57 ĐAMH Quá Trình Thiết Bò GVHD : Vũ Bá Minh Nên ta chọn: h = 25 mm - Bề dày đáy nắp thiết bị xác định S= P.Dt D b +C 3,8 [ δ K ] K ϕ − P 2.hb mm Các thơng số đáy nắp: tra bảng XIII-15(TL2/360) Bán kính cong tháp Rt = Dt = 700mm Chiều cao gờ h = 25mm d Dt Hệ số vơ thứ ngun K = - Điều kiện lổ tháo ráp đỉnh dy = 0,2 m , Chọn: d = dy => K = 0,8 S = 0,99 + C = mm Kiểm tra bề dày thành nắp thiết bị: S − Ca − = = 0, 004 Dt 700 thỏa Kiểm tra áp suất tính tốn: [ P] = [ P] 2.[ δ ] ϕ.( S − Ca ) Rt + ( S − Ca ) = 11,02.105 = 2.146, 67.106.0,88.(4 − 1) 700 + (4 − 1) N/m2 thỏa Kiểm tra ứng suất cho phép theo áp suất thủy lực, áp suất thử tính tốn P0 = 0,267 N/m2 δ= Lê Thị Minh -MSSV:608T1400 Dt 2.hb ( S − Ca ) [δ ] P0 ≤ c 7, 6.K ϕh hb ( S − Ca ) 1, 58 ĐAMH Quá Trình Thiết Bò δ = 179 ≤ GVHD : Vũ Bá Minh [ δc ] = 220 = 183,3 1, 1, thỏa  Vậy bề đáy nắp thiết bị S = mm IV TÍNH BÍNH NỐI: - Mặt bích phận quan trọng dùng để nối phần thiết bị nối phận khác với thiết bị Các loại mặt bích thường sử dụng: + Bích liền: phận nối liền với thiết bị (hàn, đúc rèn) Loại bích chủ yếu dùng thiết bị làm việc với áp suất thấp áp suất trung bình + Bích tự do: chủ yếu dùng nối ống dẫn làm việc nhiệt độ cao, để nối kim loại màu hợp kim chúng, đặc biệt cần làm mặt bích vật liệu bền thiết bị + Bích ren: chủ yếu dùng cho thiết bị làm việc áp suất cao Chọn bích liền ghép thân, đáy nắp làm thép X18H10T, vât liệu chế tạo bulong thép CT3 Cấu tạo bích bích liền khơng cổ tính tốn bích theo phương pháp tải trọng giới hạn - Kích thước bích chọn theo bảng XIII.27 tập trang 419, ứng với Dt = 700 mm áp suất P = 0,2496.106 N/m2 - Chọn đệm hai mặt bích canton amiăng dày δ = mm Ta chọn bích có thơng số sau : D’ Dn Lê Thị Minh -MSSV:608T1400 Db D1 h Bu lơng 59 ĐAMH Quá Trình Thiết Bò GVHD : Vũ Bá Minh db 830 703 (mm) 780 750 22 20 Z (cái) 24 Cấu tạo bích bích liền khơng cổ: V TÍNH KHỐI LƯỢNG THÁP: Khối lượng tháp: G = Gthân + Gđáy + Gnắp + Gbích + Gđệm + Glỏng kg +Thân: Gthân = π D Ht ρ S = 3,14 0,7 5,6 7900 0,004 ≈ 448,96 kg Trong đó: Ht = Htháp – hđáy = 6,45 m 3 ρ = 7,9.10 kg/m (khối lượng riêng thép khơng gỉ) Gđáy,nắp = 101 19 = 38.38 kg 1,01 : hệ số nhân thêm thép khơng gỉ Gbích = số mặt bích Lê Thị Minh -MSSV:608T1400 π (A2 – Dn2) hđáy ρ 60 ĐAMH Quá Trình Thiết Bò GVHD : Vũ Bá Minh A = 780 : đường kính ngồi bích n = : số mặt bích Dn = 704 : đường kính ngồi thân tháp Gbích = 69,5 => kg Tổng số lượng bích 347,5 kg +Chóp: Schóp = π Dch + π d h − i.a.b = 0, 0197 Mchóp = n S δc ρ = 5,3 kg M = 5,3 20 = 104 kg m2 Khối lượng ống hơi: +Ống dẫn đỉnh: md = π π ( D − Dy ).ρd = (0,32 − 0,152 ).0, 01.7850 4 md = 4,2 kg Chọn loại ống giống (đỉnh, đáy, hồn lưu) M = 4,2 = 12,6 M NL = kg π π ( D − Dy ).ρd = (0,1452 − 0, 042 ).0, 012.7850 4 MNL = 5,7 kg +Ống dẫn đáy: md = π π ( D − Dy ).ρd = (0,1352 − 0, 22 ).0, 016.7850 4 md = 9,9 Lê Thị Minh -MSSV:608T1400 kg 61 ĐAMH Quá Trình Thiết Bò GVHD : Vũ Bá Minh ∑ M ống = 12,6 + 5,7 + 9,9 = 28,2 kg Khối lượng mâm: mmam = = π  ( Dt − n.dn ) − z.dc  ρ.δ.ntt π  (0, − 20.0, 052 ) − 1.0, 082  7930.0, 02.12  mmâm = 1083 kg Khối lượng dung dịch tháp: ndd = 0,785 Dt H ρ + b = 0,785 0, 6,85 893,5 ndd = 2354 kg  Khối lượng tồn tháp: MTT = 388,96 + 38,38 + 347,5 + 106 + 12,6 + 5,7 + 9,9 + 1083 + 2354 MTT = 4405,1kg VI CHỌN CHÂN ĐỞ TAI TREO: Chân đỡ: - Thiết kế chân đở chịu tải dung dịch đáy M dd = π Dt δ F = 0, 785.0, 72.895 = 344 Mdd = 3440 kg N - Tải trọng cho phép chân đở thiết bị thẳng đứng G= Lê Thị Minh -MSSV:608T1400 M dd = 860 = 0,086.104 N 62 ĐAMH Quá Trình Thiết Bò GVHD : Vũ Bá Minh Với: +Tải trọng cho phép chân G.10-4 ( N ) = 0,5 +Bề mặt đở F.104 ( m2 ) = 172 +Tải trọng cho phép bề mặt đở q.10-6 ( N/m2 ) = 0,29 Tra bảng XIII.35.trang 437 tập 2: kích thước chân đỡ: (tính mm) L 160 B 110 B1 135 B2 195 H 240 h 145 s 10 l 55 d 23 Trục thiế t bò Theo đá y thiế t bò Tai treo: - Thiết kế tai treo chịu tải trọng tồn tháp trừ tải trọng dung dịch đáy - Chọn tai treo: tai treo gắn thân tháp để giữ cho tháp khỏi bị dao động điều kiện ngoại cảnh M = 494 – 344 = 150 kg Tải trọng cho phép tai treo: G= M dd 1500 = = 375 = 0,0375.104 4 Với: +Tải trọng cho phép tai treo G.10-4 ( N ) = 0,5 +Bề mặt đở F.104 ( m2 ) = 72,5 +Tải trọng cho phép bề mặt đở q.10-6 ( N/m2 ) = Lê Thị Minh -MSSV:608T1400 N 0,69 63 ĐAMH Quá Trình Thiết Bò GVHD : Vũ Bá Minh +Khối lượng 1tai treo (kg) = 1,23 Các kích thước tai treo: (tính mm) L 100 B 75 B1 85 H 155 S l 40 a 15 d 18 CHƯƠNG VII :TÍNH BẢO ƠN Truyền nhiệt tổng qt qua vách trụ ql = Kl t W/m t : chênh lệch nhiệt độ bên bên ngồi thiết bị t = 100 – 40 = 600C Ttrong = 1000C Tngồi = (35 ÷ 450C) => chọn Tngồi = 400C Kl = π d 1 d 1 + ln + + ln α1.d1 λ1 d1 α2 d2 λ2 d2 Trong đó: Lê Thị Minh -MSSV:608T1400 64 ĐAMH Quá Trình Thiết Bò GVHD : Vũ Bá Minh d1= Dt = 700 mm : đường kính thiết bị d2= Dn = 700 mm : đường kính ngồi thiết bị d3= δ = 700 mm : đường kính thiết bị cách nhiệt α1 : hệ số cấp nhiệt hổn hợp thiết bị α2 : hệ số cấp nhiệt khơng khí ngồi thiết bị T0(KK) T0 ĐLN Cưỡng ĐLN Tự nhiên α Cao: > 200C 12 ÷ 16 ÷ 11 α1 = C Với: ρ.g λ r v.l.(t s − tv ) Thấp : < 00C ÷ 11 4÷8 Trung bình: (0 – 200C) ÷ 11 ÷ 11 W C = 0,943 : hệ số ống đứng Các thơng số tra nhiệt độ tm tm = t s + tv 99,9 + 98, = = 990 C 2 Tra giản đồ x-y, có nhiệt độ: ts = 99,90C : nhiệt độ tv = 98,20C : nhiệt độ lỏng l = 300 mm : chiều cao khoảng cách mâm ν = 0,326 : độ nhớt hỗn hợp, tra bảng tra cứu λ = 59,3 W/m C: hệ số truyền nhiệt ρ = 959 kg/m2: khối lượng riêng nước r = 2263 KJ/kg: ẩn nhiệt hóa  α1 = 278,37 W/m2 0C QTT = ql L Trong đó: QTT = 647,02 KW = 647020 W L = 6,1 m : chiều cao thiết bị Lê Thị Minh -MSSV:608T1400 65 ĐAMH Quá Trình Thiết Bò ql =  Ta có cơng thức: QTT 647020 = = 106068,9 L 6,1 Kl = = ql = 17678 W0C/m △t π d 1 d 1 + ln + + ln α1.d1 λ1 d1 α2 d2 λ2 d2 => Kl ⇔ d3 = e0,1 d2 ⇔ d3 = 1,11 0, ⇔ d3 = (0,777 – 0,704) d3 – d2 = ⇔ W/m ql = Kl t  Ta có: GVHD : Vũ Bá Minh d3 = [bề dày cách nhiệt] 0, 777 − 0, 704 = 0,037 m Vậy ta chọn bề dày lớp cách nhiệt amiang sợi có bề dày 40 mm CHƯƠNG VIII : GIÁ THÀNH THIẾT BỊ Chi tiết Vỏ tháp Nắp – đáy Khối lượng vật Giá thành Thành tiền Ghi liệu (đồng) (đồng) (kg) 388 90.000 35.006.40 ,96 Thép X18H10T 38 90.000 3.454.20 ,38 " Lê Thị Minh -MSSV:608T1400 66 ĐAMH Quá Trình Thiết Bò Mâm GVHD : Vũ Bá Minh 1.083 ,00 Chóp 106 ,00 Ống hơi-bích nối ống dẫn Ống chảy chuyền ,40 ,50 Tai treo 90.000 347 90.000 1,55 bulong M16 M20 20.000 ,88 Tổng 90.000 31 ,23 Chân 90.000 28 ,20 Bính nối thân 90.000 20.000 2.03 Đồng /con 000 500 Tổng Chi tiết khác Kính thuỷ tinh p kế Nhiệt kế Lưu lượng kế " 9.540.00 " 2.538.00 " 2.826.00 " 31.275.00 " 24.60 Thép CT3 137.60 182.271.8 00 Số lượng 97.470.00 Thành tiền 96.0 00 84.0 00 000 Đồng/đơn vò 00 00 00 00 Đệm Lê Thị Minh -MSSV:608T1400 1.000.0 1.200.0 800.0 1.500.0 3.800.0 Số lượng 0, 180 Thành tiền 0 0, " Ghi 100.00 M2 2.400.00 Cái 4.000.00 Cái 3.000.00 Cái m3 1.900.00 67 ĐAMH Quá Trình Thiết Bò 00 GVHD : Vũ Bá Minh Tổng 00 11.400.0 - Tổng tiền vật tư chế tạo tháp chưng cất là: 193.851.800 đồng - Tiền gia cơng chế tạo (do gia cơng phức tạp cần độ xác cao) nên giá gia cơng 250% tiền vật tư: 484.629.500 đồng  Giá thành tạm tính tháp: 678.481.300 đồng Tóm lại: chi phí đầu tư bao gồm tiền vật tư tiền gia cơng chi phí phát sinh chọn 720 (triệu đồng) II KẾT LUẬN: - Sau ba tháng nghiên cứu, em nhận thấy: Đồ án mơn học giúp cho sinh viên nghiên cứu sâu kiến thức thiết kế, từ có biện pháp lựa chọn thơng số cần thiết phù hợp với u cầu đề tài: + Thiết kế tháp chưng cất mâm chóp Etanol – Nước tương đối hồn chỉnh biết trước suất, nồng độ nhập liệu nồng độ, độ thu hồi sản phẩm đỉnh + Tính tốn tương đối chi tiết q trình làm việc thiết bịvà khả chịu bền thiết bị tính ăn mòn học hố học, điều kiện làm việc thiết bị + Q trình chưng cất tháp xảy ngược chiều Thiết kế phải đảm bảo cho tháp hoạt động ổn định Để xác định thơng số đặc trưng q trình nghiêm ngặt chưa có phương trình thỏa tất yếu tố, việc lựa chọn thơng số thích hợp quan trọng + Các thiết bị hóa chất cách lấp ghép chúng đa dạng đại Lê Thị Minh -MSSV:608T1400 68 ĐAMH Quá Trình Thiết Bò Lê Thị Minh -MSSV:608T1400 GVHD : Vũ Bá Minh 69 ĐAMH Quá Trình Thiết Bò GVHD : Vũ Bá Minh TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] 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 [2] 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 [3] Phạm Văn Bơn (chủ biên), 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] Sổ tay q trình thiết bị cơng nghệ hố chất (tập 1, 2) – Nhà xuất khoa học kỹ thuật [5] Hồ Lê Viên – Thiết kế tính tốn chi tiết thiết bị hố chất – Nhà xuất khoa học kỹ thuật Hà Nội 1978 [6] Trần Hùng Dũng, Nguyễn Văn Lục, Hồng Minh Nam, Vũ Bá Minh – Q trình thiết bị cơng nghệ hóa học tập – Trường Đại Học Bách Khoa TP.HCM Lê Thị Minh -MSSV:608T1400 70 [...]... Trình và Thiết Bò GVHD : Vũ Bá Minh CHƯƠNG III :TÍNH TỐN –THIẾT KẾ THÁP CHƯNG CẤT I ĐƯỜNG KÍNH THÁP :(Dt) Dt = 4Vtb g tb = 0,0188 π.3600.ω tb ( ρ y ω y ) tb (m) Vtb :lượng hơi trung bình đi trong tháp , m3/h ω tb :tốc độ hơi trung bình đi trong tháp , m/s gtb : lượng hơi trung bình đi trong tháp ,kg/h R = 1,91 ( là tỉ số hồn lưu thích hợp) Lượng hơi trung bình đi trong đoạn chưng và đoạn cất khác... đĩa: Pt = ρ b g (hb – (b / 2)) N/m2 Pt = 361 N/m2 Vậy trở lực phần chưng là: Lê Thị Minh -MSSV:608T1400 31 ĐAMH Quá Trình và Thiết Bò GVHD : Vũ Bá Minh Pd = 181 + 12,7 + 361 = 554,7 N/m2  Tổng trở lực phần chưng: Pchưng = 6 554,7 = 3328,2 N/m2 3 Tổng trở lực tồn tháp: Ptháp = Pcất + Pchưng = 9231,6 + 3328,2 = 12559,8 N/m2 Ptháp = 0,13 at Lưu ý: trở lực nhỏ đun hơi thấp dễ làm việc, trở lực... phần chưng tháp chóp: ( ρ y ω y )tb = 0.065ψ[δ] h.ρxtb ρytb Lê Thị Minh -MSSV:608T1400 26 ĐAMH Quá Trình và Thiết Bò GVHD : Vũ Bá Minh Với ψ[δ] = 1 khi δ > 20 dyn/cm h : khoảng cách giữa các đĩa, chọn h = 300 mm ( ρ y ω y )tb = 0,97  ω y = 1,18 m/s gtb = 0,63 m ( ρ y ω y )tb Dchưng= 0,0188 Đường kính trung bình phần chưng và phần cất: D= Dt + Dchung 2 = 0,69 =0,7 m Kết luận : hai đường kính đoạn cất. .. hỗn hợp được đun sơi đến nhiệt độ sơi trong thiết bị gia nhiệt(6), hỗn hợp được đưa vào tháp chưng cất (8) ở đĩa nhập liệu - Trên mâm nhập liệu, chất lỏng được trộn với phần lỏng từ đoạn cất của tháp chảy xuống Trong tháp hơi, đi từ dưới lên gặp chất lỏng từ trên xuống Ở đây, có sự tiếp xúc và trao đổi giữa hai pha với nhau Pha lỏng chuyển động trong phần chưng càng xuống dưới càng giảm nồng độ các... Quá Trình và Thiết Bò GVHD : Vũ Bá Minh G1 : lưu lượng lỏng rời khỏi mâm cuối cùng của đoạn luyện kg/h r1 : ẩn nhiệt hố hơi của hỗn hợp hơi đi vào đĩa thứ nhất của đoạn cất rd : ẩn nhiệt hố hơi của hỗn hợp hơi đi ra ở đỉnh tháp * Tính r1 : r1 = ra.y1+(1-y1).rD (4) * Tính rd : rd = ra.yd+(1-yd).rD (5) y1 : nồng độ % ethanol pha hơi tại mâm 1 đoạn cất yd : nồng độ % ethanol pha hơi tại đỉnh tháp yd = 92%... hai đường kính đoạn cất và đoạn chưng khơng chênh lệch nhau q lớn nên ta chọn đường kính của tồn tháp là : D = 0,7 m II TÍNH TRỞ LỰC CỦA THÁP: P = Ntt Pd N/m2 (IX.135/TL2) Trong đó: Ntt : số mâm thực tế trong tháp P: tổng trở lực của một dĩa Pd = Pk + Ps + Pt (IX.136/TL2) - Do trở lực qua các đĩa khơng đều va do lưu lượng lỏng và hơi khác nhau ở phần cất và phần chưng, nên để tính trở lực chính... tỉ số hồn lưu thích hợp) Lượng hơi trung bình đi trong đoạn chưng và đoạn cất khác nhau.Do đó, đường kính đoạn chưng và đoạn cất cũng khác nhau 1 Đường kính đoạn cất : a Lượng hơi trung bình đi trong tháp : Giả sử nhiệt mất khơng đáng kể g tb = g d + g1 2 kg/h gd : lượng hơi ra khỏi đỉnh tháp kg/h g1 : lượng hơi đi vào đoạn luyện (được xác định theo PTCB vật liệu và CB nhiệt lượng kg/h • Xác định... trung bình: g tb = g d + g1 = 1699,9 2 kg/h b Khối lương riêng trung bình đi trong tháp : Phân mol trung bình (ethanol) Lê Thị Minh -MSSV:608T1400 22 ĐAMH Quá Trình và Thiết Bò xTb = GVHD : Vũ Bá Minh xD + xF = 0, 445 (phan mol) 2 Nhiệt độ trung bình của phần cất T= TF + TD = 82,5 0C 2 Phương trình đường làm việc phần cất yn +1 = R x xn + D R +1 R +1 = 0,656 xn + 0,265  yTb = 0,656 xTb +0,265 = 0,56... ĐAMH Quá Trình và Thiết Bò GVHD : Vũ Bá Minh 1 = 0, 00127 ρ xtb ρ xtb = 787  kg/m3 c Tốc độ khí đi trong phần cất tháp chóp: ( ρ y ω y )tb = 0.065ψ[δ] h.ρxtb ρytb kg/m2.s Với ψ[δ] = 1 khi δ > 20 dyn/cm h : khoảng cách giữa các đĩa, chọn h = 300 mm ( ρ y ω y )tb = 1,074 kg/m2.s Ta có:  ω y = 0,93 m/s Do đó đường kính đoạn cất : gtb ( ρ y ω y )tb Dt = 0,0188 = 0,75 2 m Đường kính đoạn chưng : a Lượng... và hơi khác nhau ở phần cất và phần chưng, nên để tính trở lực chính xác ta tiến hành tính tốn với từng phần của tháp 1 Trở lực phần cất: Pcất = Ncất + Pd Pd : Tổng trở lực của 1 dĩa N/m2 Pd = Pk + Ps + Pt Pk : trở lực dĩa khơ Lê Thị Minh -MSSV:608T1400 N/m2 27 ĐAMH Quá Trình và Thiết Bò Pk = GVHD : Vũ Bá Minh ξ.ρ.w 0 2 5.1,155.10, 42 = 2 2 N/m2 Pk = 312,3 Với: ξ : hệ số trở lực ξ = 4,5 ÷