Các số liệu ban đầu:Năng suất tính theo độ hỗn hợp đầu F = 3.3 tấnh = 3300 kghNồng độ cấu tử dễ bay hơi trong: + Hỗn hợp đầu: xF = 0.15 phần mol + Sản phẩm đỉnh: xP = 0.83 phần mol + Sản phẩm đáy: phần molTháp làm việc ở áp suất thường.Hỗn hợp đầu được gia nhiệt đến nhiệt độ sôi.
Tr ờng Côn g Phn Đồ án Hoá HCNHN Mc lc Gii thiu hn hp v S dõy chuyn cụng ngh I Gii thiu v hn hp chng II S dõy chuyn cụng ngh II Thuyt minh dõy chuyn III Ch thy ng ca thỏp m Phn Tớnh toỏn thit b chớnh I Cõn bng vt liu II ng kớnh thỏp III Chiu cao thỏp IV Tớnh tr lc ca thỏp V Tớnh cõn bng nhit lng IV Tớnh toỏn c khớ Phn Tớnh thit b ph Phn Kt lun Ti liu tham kho GVHD:Nguyễn Tuấn Anh Đăng Trọng SVTH:Phạm Tr ờng Côn g Đồ án Hoá HCNHN Lời nói đầu Ngy cựng vi s phỏt trin vt bc ca nn cụng nghip th gii v nc nh, cỏc ngỏnh cụng nghip nht l cụng nghip húa cht v thc phm thit nhiu húa cht cú tinh khit cao t c iu ny ngi ta thng tin hnh phõn tỏch cỏc cu t hn hp u, ú chng ct l mt nhng phng phỏp c s dng ph bin hin Chng ct l quỏ trỡnh dựng nhit tỏch mt phn hn hp lng thnh cỏc cu t riờng bit da vo bay hi khỏc ca chỳng hn hp cựng nhit o Phng phỏp ny ng dng tỏch hn hp cỏc cu t d bay hi cú tớnh cht hũa tan hon ton hoc mt phn vo Hn hp ny cú th ch cú hai cu t hoc nhiu hn Vi h hai cu t s thu c sn phm nh gm phn ln l cu t d bay hi v sn phm ỏy cha a phn l cu t khú bay hi Trong sn xut ta thng gp cỏc phng phỏp chng khỏc nh : chng n gin, chng bng hi nc trc tip, chng chõn khụng v c bit hn l chng luyn Chng luyn l phng phỏp thụng dng dựng tỏch hon ton hn hp cỏc cu t d bay hi cú tớnh cht hũa tan mt phn hoc hũa tan hon ton vo nhau.Chng luyn ỏp sut thp dựng cho cỏc hn hp d b phõn hy nhit nhit cao ,cỏc cu t d bay hi v ngc li Vt liu gia cụng l thộp khụng g bi vỡ hn hp cn tỏch l h n mũn mnh, mt khỏc giỏ thnh sn xut cũn cao nhng ỏp ng c nhng tiờu chun c bn ca thit b húa cht ú l: chng n mũn, bn nhit, c tớnh tt, tui th lm vic lõu di ỏn mụn Quỏ trỡnh v Thit b bc u giỳp sinh viờn lm quen vi vic tớnh toỏn v thit k mt dõy chuyn sn xut, m c th ỏn ny l h thng chng luyn liờn tc Vi ti: Thit k h thng chng luyn liờn tc loi thỏp m phõn tỏch hn hp Metylic- Etylic Tp ỏn ny bao gm ni dung chớnh : Tớnh cõn bng vt liu ca thỏp Xỏc nh ng kớnh thỏp Xỏc nh chiu cao thỏp da vo phng phỏp s n v chuyn Tớnh tr lc v cõn bng nhit lng ca thỏp Tớnh toỏn c khớ Tớnh toỏn thit b ph PHN GVHD:Nguyễn Tuấn Anh Đăng Trọng SVTH:Phạm Tr ờng Côn g Đồ án Hoá HCNHN GII THIU HN HP V S DY CHUYN CễNG NGH I.GII THIU V HN HP CHNG: Metylic l cht lng linh ng v khụng mu, hũa tan nc theo bt c t l no Nhit sụi 67.40C , Metylic l cht c vi c th, nu ung t n 10g thỡ cú th b ng c, mỏt b ri lon v cú th mự lũa Etylic cng l cht lng linh ng khụng mu v cú th hũa tan vụ hn nc Nhit sụi ca nú l 78.40C, Etylic c ng dng rt nhiu cụng nghip, i sng hng ngy Metylic Etylic l sn phm ca quỏ trỡnh lờn men hoc quỏ trỡnh tng hp khỏc, cht ny trng thỏi bỡnh thng l cht lng khụng liờn kt, cú bay hi khỏc õy metylic bay hi trc nhit sụi ca nú thp hn ca etylic Hn hp n mũn yu nờn quỏ trỡnh la chn thit b chng luyn thỡ ta nờn s dng loi thộp cỏc bon thng trỏnh lóng phớ II.S DY CHUYN CễNG NGH 12 Chỳ thớch: 1:Thựng 2:B 3: Thit GVHD:Nguyễn Tuấn Anh Đăng Trọng 4:Lu 5:Thỏp 6:Thit SVTH:Phạm Tr ờng Côn g cao v 7:Thit b lm lnh Đồ án Hoá HCNHN cha dung dch u 8:B cha sn phm nh b un sụi hn hp u 9:B cha sn phm ỏy lng k chng luyn b ngng t 10:Thit b un sụi ỏy thỏp 11 Cc thỏo nc ngng 12 : Bm li tõm II Thuyt minh dõy chuyn : Nguyờn liu u c cha thựng cha (2) v c bm (12) bm lờn thựng cao v (1) Hn hp u t thựng cao v t chy xung thit b un sụi hn hp u (3) lu lng c khng ch bng cỏch iu chnh h thng van v lu lng k (4) hi nc bóo hũa t ni hi vo un sụi hn hp u n nhit sụi sau t ti nhit sụi hn hp ny c a vo a tip liu ca thỏp chng luyn (5) loi m.Trong thỏp hi i t di lờn tip xỳc trc tip vi lng chy t trờn xung, ti õy xy quỏ trỡnh bc hi v ngng t nhiu ln Theo chiu cao ca thỏp, cng lờn cao thỡ nhit cng thp nờn hi i qua cỏc tng m t di lờn , cu t cú nhit sụi cao s ngng t.Quỏ trỡnh tip xỳc lng hi thỏp din liờn tc lm cho pha hi cng giu cu t d bay hi Cui cựng trờn nh thỏp ta s thu c hu ht l cu t d bay hi (c th õy l Metylic) v mt phn cu t khú bay hi (Etylic) Hn hp hi ny c a vo thit b ngng t (6) v ti õy nú c ngng t hon ton (tỏc nhõn l nc lnh) Mt phn cht lng sau ngng t c a hi lu tr v thỏp chng luyn v cng c khng ch bng lu lng k , phn cũn li t yờu cu s c a vo thit b lm lnh (7) lm lnh n nhit cn thit sau ú c a vo thựng cha sn phm nh (8) Cht lng hi lu i t trờn xung di, gp hi cú nhit cao i t di lờn, mt phn cu t cú nhit cao tip tc ngng t thnh lng i xung.Do ú nng cu t khú bay hi pha lng ngy cng nhiu , cui cựng ỏy thỏp ta thu c hn hp lng gm hu ht l cu t khú bay hi (etylic) v mt phn rt ớt cu t d bay hi (Meylic), hn hp lng c a ỏy thỏp qua thit b phõn dũng, mt phn c a thựng cha sn phm ỏy (9) , mt phn c a vo thit b un sụi ỏy thỏp (10) v mt phn c hi lu tr li ỏy thỏp.Thit b ny cú tỏc dng un sụi tun hon v bc hi sn phm ỏy (to dũng hi i t di lờn thỏp) Nc ngng ca thit b gia nhit c thỏo qua thit b thỏo nc ngng ( 11),Thỏp chng luyn lm vic ch liờn tc, hn hp u vo v sn phm c ly liờn tc III Ch thu ng ca thỏp m Trong thỏp m cú ch thy ng l ch chy dũng, ch quỏ v ch chy xoỏy Khi tc khớ lc hỳt phõn t ln hn v vt lc Lỳc ny quỏ trỡnh chuyn c xỏc nh bng dũng khuch tỏn phõn t Tng tc lc l tr lờn cõn GVHD:Nguyễn Tuấn Anh Đăng Trọng SVTH:Phạm Tr ờng Côn g HCNHN Đồ án Hoá bng vi lc hỳt phõn t Quỏ trỡnh chuyn lỳc ny khụng ch c quyt nh bng khuch tỏn phõn t m c bng c khuch tỏn i lu Ch thy ng ny gi l ch quỏ Nu ta tip tc tng tc khớ lờn na thỡ ch quỏ chuyn sang ch chy xoỏy Trong giai on ny quỏ trỡnh khuch tỏn s c quyt nh bng khuch tỏn i lu Nu ta tng tc khớ lờn n mt gii hn no ú thỡ s xy hin tng o pha Lỳc ny cht lng s chim ton b chiu cao thỏp v tr thnh pha liờn tc, cũn pha khớ khuch tỏn vo pha lng v tr thnh pha phõn tỏn Vn tc khớ ng vi thi im ny gi l tc o pha Khớ sc vo lng v to thnh bt khớ vỡ th giai on ny ch lm vic thỏp gi l ch si bt ch ny tc chuyn nhanh ng thi tr lc cng tng nhanh Trong thc t, ta thng cho thỏp m lm vic ch mng cú tc nh hn tc o pha mt ớt vỡ quỏ trỡnh chuyn giai on si bt l mnh nht nhng vỡ giai on ú khú khng ch quỏ trỡnh lm vic u im ca ca thỏp m : - Hiu sut cao vỡ b mt tip xỳc pha ln - Cu to thỏp n gin - Tr lc thỏp khụng ln lm - Gii hn lm vic tng i rng Nhc im : Khú lm t u m Thỏp cao quỏ thỡ phõn phi cht lng khụng u Bng kờ cỏc ký hiu thng dựng bn ỏn ny : F: lng hn hp u, (kg/s) P: lng sn phm nh, (kg/s) W: lng sn phm ỏy, ( kg/s) Cỏc ch s F, P, W , A , B : tng ng ch i lng ú thuc v hn hp u, sn phm nh, sn phm ỏy, ca cỏc cu t l Metylic v Etylic a: phn trm lng ca Metylic hn hp (kg Metylic / kg hn hp ) x : nng phn mol ca Metylic hn hp ( kmol Metylic / kmol hn hp ) M: lng mol phõn t ( kg/ kmol) : nht ng lc , (N.s/m2 ) Cỏc ch s A, B , X ,Y , hh tng ng thuc v cu t Metylic, Etylic, thnh phn lng, thnh phn hi v ca hn hp : lng riờng ( kg/m3) GVHD:Nguyễn Tuấn Anh Đăng Trọng SVTH:Phạm Tr ờng Côn g Đồ án Hoá HCNHN PHN TNH TON THIT B CHNH Cỏc s liu ban u: -Nng sut tớnh theo hn hp u F = 3.3 tn/h = 3300 kg/h -Nng cu t d bay hi trong: + Hn hp u: xF = 0.15 phn mol + Sn phm nh: xP = 0.83 phn mol + Sn phm ỏy: x w = 0.04 phn mol -Thỏp lm vic ỏp sut thng -Hn hp u c gia nhit n nhit sụi I TNH CN BNG VT LIU TON THIT B 1.Tớnh toỏn cõn bng vt liu cho ton thỏp 1.1.i t phn mol sang lng aF = xF ì M A 0.15 ì 32 = = 0.109 phn lng x F ì M A + (1 x F ) ì M B 0.15 ì 32 + (1 0.15) ì 46 aP = xP ì M A 0.83 ì 32 = = 0.773 phn lng x P ì M A + (1 x P ) ì M B 0.83 ì 32 + (1 0.83) ì 46 aw = xw ì M A 0.04 ì 32 = = 0.028 phn lng x w ì M A + (1 x w ) ì M B 0.04 ì 32 + (1 0.04 ) ì 46 - Khi lng mol trung bỡnh pha lng c tớnh: M = x.MA + (1- x)MB MF= xF.MA+ (1- xF)MB = 0.15 ì 32 + (1 0.15) ì 46 = 43.9(kg / kmol ) MP = xP.MA + (1- xP)MB = 0.83 ì 32 + (1 0.83) ì 46 = 34.38(kg / kmol ) MW = xW.MA + (1- xW)MB = 0.04 ì 32 + (1 0.04) ì 46 = 45.44(kg / kmol ) 1.2 H phng trỡnh cõn bng vt liu Phng trỡnh cõn bng vt liu cho ton thỏp : F = P + W ; (1) i vi cu t d bay hi (etylic) : FaF = Pap + Waw ( 2) Thay (1) vo (2) rỳt : Lng sn phm ỏy : Vi F = 3300 kg/h = 3300: 43.49 = 75.171(kmol/h) aF aw 0.109 0.028 358.792 = 3300 ì = 358.792( kg / h ) = = 10.436(kmol / h) a P aW 0.773 0.028 33.38 T ú suy lng sn phm nh : W = F P = 3300 358.792 = 2941.208( kg/h)= 2941.208:45.44=64.727(kmol/h) 1.3 Ch s hi lu ti thiu (Rmin) P=F GVHD:Nguyễn Tuấn Anh Đăng Trọng SVTH:Phạm Tr ờng Đồ án Hoá HCNHN Côn g Dng ng cõn bng theo s liu ng cõn bng sau: X 10 20 30 40 50 60 Y 7.4 T0c 78.3 77.2 76.5 75 70 80 90 100 14.3 27.1 39.6 51.5 62.6 72.3 79.8 86.6 83.2 100 73.6 72.2 70.8 69.4 68.2 66.9 65.9 64.9 T s liu bng trờn ta v th ng cõn bng lng (x) hi (y) xw=0.04 XF=0.15 xp=0.83 * T ng cõn bng lng (x) hi (y) vi xF = 0.15 y*F = 0.2077 Rmin = Rmin = * x p yF * x p yF y xF * F [III-81] * y F xF = 0.83 0.2077 = 10.785 0.2077 0.15 1.4.Xỏc nh ch s Rth H s hiu chnh: = Rx Rmin Vn chn ch s hi lu thớch hp l rt quan trng, vỡ ch s hi lu thỡ s bc ca thỏp ln nhng tiờu tn ớt hi t, ngc li ch s hi lu ln thỡ s bc ca thỏp co ớt hn nhng tiờu tn hi t li rt ln - Vi mi giỏ tr ca R x > Rmin t th cõn bng lng hi ca hn hp Metylic v etylic ta xỏc nh c mt giỏ tr ca Nlt tng ng * õy ta cú phng trỡnh on luyn v on chng nh sau: - Phng trỡnh on luyn: GVHD:Nguyễn Tuấn Anh Đăng Trọng SVTH:Phạm Tr ờng Côn g Đồ án Hoá HCNHN xp R x+ R +1 R +1 R A= R +1 y= y = Ax + B B= xp R +1 - Phng trỡnh on chng: R+ f f x xw y = Ax B R +1 R +1 R+ f f F A= B= xw vi f = R +1 R +1 P y= Vi RX1= 11.864 Phng trỡnh on luyn : y = 0.922x + 0.065 Phng trỡnh on chng: y = 1.484x -0.019 Cú 28 a ú on luyn 14, on chng 14 Vi RX2 = 12.942 Phng trỡnh on luyn : y = 0.928x + 0.06 Phng trỡnh on chng: y = 1.445x -0.018 Cú 23 a ú on luyn 12, on chng 11 Vi RX3= 14.021 Phng trỡnh on luyn : y = 0.933x + 0.055 Phng trỡnh on chng: y = 1.413x -0.017 Cú 21 a ú on luyn 11, on chng 10 Vi RX4 = 15.099 Phng trỡnh on luyn : y = 0.938x + 0.052 Phng trỡnh on chng: y = 1.385x -0.015 Cú 19 a ú on luyn 11, on chng Vi RX5 = 16.178 Phng trỡnh on luyn : y = 0.942x + 0.048 Phng trỡnh on chng: y = 1.361x -0.014 Cú 18 a ú on luyn 10, on chng T cỏc phng trỡnh lm vic trờn ta v th biu din quan h x y tỡm c s a lý thuyt tng ng vi tng giỏ tr Rx Cỏc th c biu din trang bờn: * S a lý thuyt Nlt v ch s hi lu Rx c tng hp bng sau : Rx Nlt Nlt(Rx+1) 1.1 1.2 11.864 12.942 28 23 360.192 320.666 1.3 1.4 14.021 15.099 21 19 315.441 305.881 GVHD:Nguyễn Tuấn Anh Đăng Trọng 1.5 16.178 18 309.204 SVTH:Phạm Tr ờng Côn g Đồ án Hoá HCNHN T cỏc giỏ tr tỡm c bng trờn, ta xõy dng th biu din mi quan h gia R x Nlt(Rx+1) Nlt(Rx+1) R1 R2 R3 R4 R5 Rx xỏc nh ch s hi lu thớch hp ngi ta xỏc nh ch s hi lu t iu kin th tớch thỏp nh nht ( khụng tớnh n cỏc ch tiờu kinh t hnh) Mt khỏc d dng nhn thy th tớch lm vic ca thỏp t l vi tớch s N lt(Rx+1).T th trờn, im cc tiu ca ng v c s cho ta giỏ tr th tớch thit b nht v ng vi im ú s cú ch s hi lu thớch hp M Nlt(Rx+1) = 305.881 l giỏ tr nh nht, ng vi giỏ tr nh nht ú thỡ Rx= 15.099 Vy ch s hi lu thớch hp Rth= 15.099 v s a lý thuyt Nlt= 19 Phng trỡnh ng nng lm vic 2.1.on luyn Rth xP y= x+ Rth +1 Rth +1 [III- 78] *Thay s : 15.099 0.83 y= x+ = 0.938 x + 0.052 15.099 + 15.099 + Trong ú: y: L nng phn mol ca cu t d bay hi pha hi i t di lờn x: L nng phn mol ca cu t d bay hi pha lng chy t trờn xung Rth: L ch s hi lu thớch hp GVHD:Nguyễn Tuấn Anh Đăng Trọng SVTH:Phạm Tr ờng Côn g Đồ án Hoá HCNHN 2.2 on chng - Lng sn phm u trờn mt n v sn phm nh : F 75.171 f = = = 7.203 ( kmol h2 u / kmol sn phm nh ); P 10.436 +Phng trỡnh ng nng lm vic ca on chng : R + f f 15.099 + 7.203 7.203 y = th x xw = x ì 0.04 = 1.385 x 0.015 Rth + Rth + 15.099 + 15.099 + * Nhit sụi - Nhit sụi ca hn hp u toF : t xF = 0.15 theo bng t-x, ni suy toF = 75.75oC - Nhit hi ti nh thỏp toP : t yp = 0.83 theo bng t y ni suy toP = 66.6 - Nhit sụi ca sn phm ỏy tow : T xw= 0.04 theo bng t- x ni suy tow = 77.42 II TNH NG KNH THP CHNG LUYN Cụng thc tớnh ng kớnh thỏp chng luyn loi m : D= 4G ytb W ytb = 0,0188 g tb ytb W ytb [STQTTBT2-181] Trong ú : Wytb: tc ca khớ v hi(m/s) gtb: lng hi trung bỡnh i thỏp (kg/h) ytb W ytb : tc hi trung bỡnh i thỏp (kg/m2s) Vỡ lng hi i v lng lng thay i theo chiu cao ca thỏp v khỏc mi on nờn ta phi tớnh hi trung bỡnh cho tng on 1.Lng hi trung bỡnh i thỏp 1.1.Lng hi trung bỡnh i on luyn Lng hi trung bỡnh i on luyn c tớnh gn ỳng bng trung bỡnh cng ca lng hi i a trờn cựng ca thỏp v lng hi i vo a di cựng ca on luyn g tb = g + g1 , kg/s (STQTTB T2-181) Trong ú: + gtb :lng hi trung bỡnh ca on luyn (kg/h) + g : lng hi i a trờn cựng ca on luyn (kg/h); + g1 : lng hi i vo a di cựng ca on luyn ( kg/h); * Lng hi i nh thỏp : g = GR + GP = GP(Rth + 1) (STQTTB T2-181) Trong ú GP : lng sn phm nh ( kg/h) GR : lng lng hi lu nh thỏp (kg/h) Rth : ch s hi lu thớch hp GVHD:Nguyễn Tuấn Anh 10 Đăng Trọng SVTH:Phạm Tr ờng Đồ án Hoá HCNHN Côn g PHN TNH TON THIT B PH I THIT B GIA NHIT HN HP U Thit b gia nhit hn hp u l thit b trao i nhit ng chựm Do kt cu ca thit b trao i nhit ng chựm nờn lu th no sch (khụng to cn bn trờn b mt truyn nhit, lm gim h s dn nhit) ngi ta cho i qua khong khụng gian ngoi ng, cũn lu th no to cn bn quỏ trỡnh lm vic thỡ cho i ng Ngoi lu th no cú ỏp sut ln ngi ta cng cho i ng chu c ỏp sut ln hn v Vi hn hp ny, ta cho hi nc bóo ho i qua khong khụng gian ngoi ng, hn hp cho i ng Chn thit b gia nhit kiu ng chựm kiu ng cú cỏc thụng s sau: + ng kớnh: d =30 ì 2mm + Chiu cao ng : H = 1m + ng lm bng thộp CT3 cú = 50w/m2. 1.Hiu s nhit trung bỡnh gia hai lu th - Hiu s nhit ln: t = th - tf = t1 tf = 119.62-25= 94.62 oC - Hiu s nhit : tc = th - tF = t1 tso = 119.62 75.75 = 43.87 oC Vỡ: td tc = 94.62 = 2.15 > 43.87 Nờn totb gia lu th c xỏc nh theo cụng thc (1.101) [3-66]: ttb = t d tc t ln d t c = 94.62 43.87 = 66.02 94.62 [oC] ln 43.87 Nhit trung bỡnh ca tng lu th l: + Hi t: t1tb = th = 119.62 oC + Phớa hn hp: t1tb = 119.62 66.02 = 53.6 oC 2.Tớnh lng nhit trao i Q Q = G - C((tF tf) [W] (STQTTBT2-46) + G: Lu lng hn hp u G = 3300 [kg/h] = 0.917[kg/s] + tF: Nhit sụi ca hn hp tF = tso = 75.75 => (Do ỏp sut thng nờn tF = tso) + Cp: Nhit dung riờng ca hn hp ti t2tb=53.60C: CP = aF CpA + (1-aF) CPb Nụi suy bng I.153 (STQTTBT1-171) ta c: CpA = 2731.2 [J/kg ] CpB = 2886.8 [J/kg ] CP = 0.109 ì 2731.2 + (1 0.109) ì 2886.8 = 2869.84 [J/kg ] GVHD:Nguyễn Tuấn Anh 51 Đăng Trọng SVTH:Phạm Tr ờng Côn g Đồ án Hoá HCNHN + tf: Nhờt thng (tf = 25oC) => Q = 0,917.2869,84 (75,75 25) = 133507,348 [W] H s cp nhit tng lu th 3.1 H s cp nhit phớa hi nc ngng t c tớnh theo cụng thc (V.101) [STQTTBT2 28]: = 2,04 A1 r t1 H [W/m2.] Trong ú: + H: Chiu cao ng truyn nhit H = 1[m] + r:n nhit ngng t ly theo nhit hi bóo ho:r=r 1=2201,4.103 [J/kg.] Theo bng I.212 [STQTTBT1-254] + t1: Chờnh lch nhit gia nhit hi t v nhit thnh ng truyn nhit o [ C] Chn t1 =3 [oC] => tm = 0,5.(th - t1) tm = 0,5.(119.62 3)= 118.12[oC] + A: Hng s tra theo nhit mng nc ngng tm = 118.810C => A1 = 187.154 = 2,04.187,154.4 2201,4.10 = 11174.387 [W/m2.] 2,12 3.2.Tớnh h s cp nhit (2) Theo cụng thc (V.40) [STQTTBT2 14] ta cú: N u = 0,021. k Re ,8 Pr , 43 Pr Pr t , 25 - Chn Re=10500: = N u d Trong ú: +Prt: Chun s Prantl tớnh theo nhit trung bỡnh ca trng, cũn cỏc thụng s khỏc tớnh theo nhit trung bỡnh ca dũng + k : H s hiu chnh tớnh n nh hng ca t s gia chiu di v ng kớnh ca ng -Ta chn: d = 30x2[mm]; L = H = [m] dt = dn 2. = 30 2.2 =26 mm = 0.026 m L = = 33,3 > k = 1,056 d 0,03 * Tớnh chun s Pr theo CT (1.22) [3-21]: C p Pr = GVHD:Nguyễn Tuấn Anh 52 Đăng Trọng SVTH:Phạm Tr ờng Côn g Đồ án Hoá HCNHN Trong ú: +Cp: Nhit dung riờng ca hn hp nhit trung bỡnh: t2tb=53,6oC => Cp=2869,84[J/kg.] + : nht ca hn hp nhit trung bỡnh: da vo toỏn I.18 (STQTTBT2 - 90) A= 0,46.10-3 [Ns/m2] B = 0,63.10-3 [Ns/m2] lg hh = x F lg A + (1 x F ) lg B [STQTTBT1 - 84] lg hh = 0,15 lg 0,46.10 + (1 0.15) lg 0,63.10 hh = 0,6.10 [Ns/m2] +) : H s dn nhit ca hn hp nhit trung bỡnh = A.C p M [STQTTBT1 - 123] Trong ú: +A: H s ph thuc mc liờn kt ca cht lng vi cht lng: A = 4,22.10 -8 = +Cp = 2869,84 [J.kg/] + hh : lng riờng ca hn hp nhit trung bỡnh t2tb=53.60C hh = aF A + aF [STQTTBT2 183] B Ni suy t bng I.2 [STQTTBT1 - 9] ta cú: A = 761,76[kg/m3] B = 759,76[kg/m3] hh = 759,977 [kg/m3] + MF = 43,9 [kg/kmol] = 4,22.10 8.2869,84.759,977.3 Pr = 759,977 = 0,238 [W/m2.] 43,9 2869,84.0,6.10 = 7.235 0,238 Do chờnh lch gia v v dũng lu th l khỏ nh nờn ta cú th coi Pr =1 Pr t , 25 Pr N u = 0,021. k Re Pr Pr t = 0,021.1,056.10500 0,8.7,235 0, 43.10, 25 = 85,58 ,8 = 0, 43 Nu. 85,58.0,238 = = 783,86 [W/m2.] dt 0,026 - Nhit ti riờng v phớa hi ngng t: q1 = t1 = 11174,387 ì = 33523,161 [W/m2] - Hiu s nhit phớa thnh ng: t '1 = t t1 t t = q1 rt GVHD:Nguyễn Tuấn Anh 53 Đăng Trọng SVTH:Phạm Tr ờng Côn g Đồ án Hoá HCNHN Vi rt = + r1 + r2 [STQTTBT2 - 3] Trong ú: r1: nhit tr ca cn thnh ng phớa hi ngng ch yu l nc r = 0,232.103 [m2./W] tra bng V.1 STQTTBT2 r2 : nhit tr cn thnh ng phớa cht lng ch yu cn bn l , r = 0,387.103 [m2./W] tra bng V.1 STQTTBT2 : b dy ca thnh ng, chn = 0,002(m) : h s dn nhit ca vt liu = 50[W/m2.] rt = 0,002 + 0,232.10 + 0,387.10 = 0,659.10 [m2./w] 50 [ ] t1' = 33523,161.0,659.10 = 22,09 C t t = t t1 t ' t1 = 116,62 22,09 = 94,53 C [ ] t = t t t 2t = 94,53 53,6 = 40,93 C q = t = 783,86.40,93 = 32083,39 [w/m ] qtb = q1 + q 33523,161 + 32083,39 = = 32803,27 [w/m2] 2 - Kim tra sai s: = q1 q 33523,161 32083,39 = = 0.043 < 0,5 q1 33523,161 Do F=4,07 [m2] S truyn nhit n= Quy chun n = 61 ng bng V.11 [STQTTBT2 48] Ta b trớ sp xp theo hỡnh lc giỏc S ng trờn ng xuyờn tõm ca hỡnh cnh l b= ng 6)ng kớnh ca thit b Dt = t(b-1) + 4.dn Ly t = 1,5dn S ng xuyờn tõm b= Dt = 1,5.0,03(9-1) + 4.0,03=0,48 Lm trũn D = 0,5 (m) 7)Tớnh li tc v chia ngn Vn tc thc t : GVHD:Nguyễn Tuấn Anh 54 Đăng Trọng SVTH:Phạm Tr ờng Côn g t = Đồ án Hoá HCNHN 4.F 4.3300 = = 0,04(m / s ) 2 d n.hh 3,14.0,026 61.759,977.3600 Vn tc gi thit Re 10500.0,6.10 gt = = = 0,315( m / s d 0,026.759,977 S ngn m = gt 0,315 = = 7.875 t 0,04 Quy chun m= ( ngn ) II TNH TON BM V THNG CAO V tớnh bm vic a hn hp u lờn thựng cao v bo m yờu cu cụng ngh thỡ ta phi tớnh cỏc tr lc ca ng ng dn ca thit b gia nhit hn hp u t ú tớnh chiu cao thựng cao v v cui cựng tớnh ỏp sut ton phn ca bm,chn bm ly tõm 1.Chiu cao thựng cao v p sut ton phn khc phc sc cn thu lc h thng dũng chy ng nhit c tớnh theo cụng thc (II.53) (STQTTBT1-376): P=P +Pm +Pct +Pc +Pk +Pt [ N/m2] 1.1.Tr lc ca ng t thit b gia nhit hn hp u ti thỏp * P : ỏp sut ng lc hc,tc l ỏp sut cn thit to tc cho dũng chy ng dn (t thit b gia nhit n thỏp) c tớnh theo cụng thc: P = [N/m2] (STQTTBT1-377) : lng riờng ca cht lng ng dn hn hp u nhit sụi, ta ó tớnh c = 739.17 [kg/m3] : tc trung bỡnh ca lu th [m3/s] = 4F v = d 3600 d 3600. (STQTTBT1-369) Vi: + F=3300 [kg/h] + d: ng kớnh ng dn dung dch vo thỏp [m] Vi d=0,1 [m](xem phn tớnh ng kớnh ng dn hn hp u phn c khớ) Thay vo ta cú: = P = 4.3300 = 0.158 [m/s ] 3,14.0,12.3600.739,17 739,17.0,158 = 9,226 [N/m2] *Pm: l ỏp sut thng tr lc dũng chy n nh ng, c tớnh theo cụng thc: l Pm = d l P = d GVHD:Nguyễn Tuấn Anh 55 Đăng Trọng [N/m2] SVTH:Phạm Tr ờng Côn g Đồ án Hoá HCNHN Trong ú: + : l h s ma sỏt Ch s Reynold c tớnh theo cụng thc sau: .d Re = Vi = hh : nht hn hp nhit sụi ts = tF = 75.750C,[Ns/m2] S dng toỏn I.18 [I-90] ta c A = 0.27(cp) B = 0.428(cp) lg hh = x F lg A + (1 x F ) lg B = 0,15 lg 0,27 + (1 0,15) lg 0,428 hh = 0,399(cp) Re = .d 0.158 ì 0.1 ì 739.17 = = 29270.39 > 10 0.399 ì 10 Do Re >104 nờn dũng chy ng l dũng chy xoỏy, ú h s ma sỏt c tớnh theo cụng thc sau: 6,81 0,9 = lg + 3,7 Re : l nhỏm tng i : [STQTTBT1-380] = d t Tra bng II.15[STQTTBT1-381] vi loi ng km hon ton mi ta c =0,1mm chn L = 3m 0,1.10 3 = d t = 0,1 = 10 6,81 0,9 10 = lg + = 0,026 3,7 29270.39 Pm = L P = 0,026 .9.226 = 7.196( N / m ) d tb 0,1 * Pc: l tr lc cc b [N/m2], c tớnh theo cụng thc: l l = td P Pc = td d d Vi: ltd = n.d Do trờn ng dn cú van v ch cong 90o nờn ta cú n ca van (van chn mt chiu),nv=75 Do ng kớnh d= 100 mm [76ữ152mm] nờn nc =40 ltd=(2.75+3.40).0,1=27[m] Pc = 0,026 27 9,226 = 64,767 [N/m2] 0,1 P1=P + Pm + Pc =9,226 + 7,196 + 64,767 = 81,189 [N/m2] Chiu cao ct cht lng tng ng l: GVHD:Nguyễn Tuấn Anh 56 Đăng Trọng SVTH:Phạm Tr ờng Côn g Đồ án Hoá HCNHN ' H1 = 81,189 P1 = = 0.0112 [m] g 739,17 ì 9,81 1.2.Tr lc ca on ng t thựng cao v dn thit b gia nhit hn hp u *Tớnh P : Khi lng riờng ca hn hp nhit 25 oC l: A = 787,5(kg / m ) B = 784,75(kg / m ) a a F 0,109 0,109 = = F + + hh A B 787,5 784,75 hh = 785,049(kg / m ) Tc chy ng: = 4.F 4.3300 = = 0.149 [m/s] d 3600. dd 3,14.0,1 3600.785,049 P = hh 785,049.0,149 = = 8,714 [N/m2] 2 * Tớnh Pm: nht ca hn hp 25 oC l: S dng toỏn I.18 [I-90] ta c A = 0.59(cp) B = 1.08(cp) lg hh = x F lg A + (1 x F ) lg B = 0,15 lg 0,59 + (1 0,15) lg 1,08 hh = 0,986(cp) = 0,986.10 [ N s / m ] Chun s Reynol ca lu th: .d 0,149.0,1.785,049 = = 11863.32 >104 Re = 0,986.10 Do Re >104 nờn dũng chy ng l dũng chy xoỏy, ú h s ma sỏt c tớnh theo cụng thc sau: 6,81 0,9 = lg + 3,7 Re : l nhỏm tng i : [STQTTBT1-380] = d t Tra bng II.15[STQTTBT1-381] vi loi ng km hon ton mi ta c =0,1mm chn L = 10m 0,1.10 3 = d t = 0,1 = 10 GVHD:Nguyễn Tuấn Anh 57 Đăng Trọng SVTH:Phạm Tr ờng Côn g Đồ án Hoá HCNHN 6,81 0,9 10 = lg + = 0,0312 3,7 11863.32 Pm = L 10 P = 0,0312 .8,714 = 27.188( N / m ) d tb 0,1 * Tớnh Pc: Pc = l ltd = td P d d Vi: ltd = n.d Do trờn ng dn cú van v ch cong 90o nờn ta cú n ca van (van chn mt chiu),nv=75 Do ng kớnh d= 100 mm [76ữ152mm] nờn nc =40 ltd=(1.75+2.40).0,1=15,5 [m] Pc = 0,0312 15,5 8,714 = 42,141 [N/m2] 0,1 P2=P + Pm + Pc =8,714 + 27,188 + 42,141 =78,043 [N/m2] Chiu cao ct cht lng tng ng l: H '2 = 78,043 P2 = = 0.0101 [m] g 785,049.9,81 1.3 Tr lc ca thit b gia nhit hn hp u * P : Pd = = Ta cú: F 3600 f [m/s] Trong ú: F: lng ca hn hp [kg/h] : l lng riờng ca dung dch n hit trung bỡnh = 759,977[kg/m3] f : tit din ca b mt truyn nhit [m2] d n 3,14.0,026 2.61 f = = = 0,00483 [m2] 4.m 4.8 Vi n: l s ng truyn nhit thit b gia nhit hn hp u n=61 [ng] m: l s ngn,m= [ngn] d: l ng kớnh ca ng truyn nhit,d= 0,026 [m] = Pd = 3300 = 0,25 [m/s] 3600.0,00483.759,977 759,977.0,25 = 23,749 [N/m2] *Pm: Pm = ltd Pd d [N/m2] nht ca dung dch thit b gia nhit: = 0,714.10-3 [Ns/m2] GVHD:Nguyễn Tuấn Anh 58 Đăng Trọng SVTH:Phạm Tr ờng Côn g Đồ án Hoá HCNHN Chun s Renold lu th: Re = 0,25.0,026.759,977 = 6918,56 < 104 0,714.10 Do 4000< Re < 105 Vy dũng chy ng l ch chy xoỏy,khi ú h s ma sỏt c tớnh theo cụng thc: 6,81 0,9 = lg + 3,7 Re : l nhỏm tng i : [STQTTBT1-380] = d t Tra bng II.15[STQTTBT1-381] vi loi ng km hon ton mi ta c =0,1mm chn L = 10m 0,1.10 3 = d t = = 3,846.10 0,026 6,81 0,9 3,846.10 = lg + = 0,445 3,7 6918.56 ltd: l chiu di ng truyn nhit (vỡ cú 10 ngn),ltd= H.m=1.10=10 [m] Pm = 0,445 10 23,794 = 4072,43 0,026 [N/m2] * Pc: Pc = Pd [N/m2] Vỡ dung dch chy thit b ng chựm nờn hng dũng chy vo v ng truyn nhit a dng v tn ti nhiu t m, t thu + Tit din ng dn dung dch v vo thit b: d 3,14.0,12 f1 = = = 0,00785 [m2] 4 + Tit din khong trng u thit b vi mi ngn l: D 3,14.0,5 = = 0,01963 [m2] m Vi D: l ng kớnh ca thit b trao i nhit, D = 0,5 [m] + Tit din ca 91 ng truyn nhit mi ngn l: f2 = d n 3,14.0,026 61 f3 = = = 0,00483 [m2] m Tr lc cc b c tớnh theo bng (PL.3) [TTQTTBT1-339] v (XII.16) [STQTTBT1.382]: - ca vo(t m):khi cht lng chy vo thit b(khong trng mt ngn t m): f 0,00785 = (1 ) = (1 ) = 0,36 f2 0,01963 GVHD:Nguyễn Tuấn Anh 59 Đăng Trọng SVTH:Phạm Tr ờng Côn g Đồ án Hoá HCNHN - u ca dung dch cht lng chy t khong trng vo ngn ca ng truyn nhit(t thu): f 0,00483 = = 0,246 Ni suy t bng PL.3 [TTQTTBT1 - 339] f 0,01963 ta cú: = 0,407 - u ca dung dch cht lng chy t ngn ca ng truyn nhit khong trng phn trờn thit b(t m) = (1 f3 0,00483 ) = (1 ) = 0,5684 f2 0,01963 - du ca dung dch cht lng chy thit b (t thu): f 0,00785 = = 0,4 Tra bng PL.3 [TTQTTBT1 - 339] ta f 0,01963 cú: = 0,36 - Khi cht lng chuyn t ngn ny sang ngn kia,dũng chy chuyn dũng ln vi gúc chuyn 90 oC cú tr lc cc b: = 2.1,10 = 2,2 = 0,36 + 10.0,407 + 10.0,5684 + 0,36 + (10 1).2,2 = 30,274 Pc = Pd = 30,274.23,749 = 718,977 [N/m2] * Tr lc thu tnh: PH: PH = g H = 759,977.9,81.1 = 7455,374 [N/m2] P = Pd + Pm + Pc + PH = 23,749 + 4072,43 + 718,977 + 7455,374 = 12270,53 [N/m2] Chiu cao ct cht lng: ' H3 = P 12270,53 = = 1,646 [m] g 759,977.9,81 1.4 Chiu cao ca thựng cao v so vi a tip liu _ Vit phng trỡnh becnuly cho mt ct 1-1 v 2-2 Chn mt chun 0-0: P1 P 22 H1 + + = H2 + + + hm g g g g Trong ú : + 1: l lng riờng ca hn hp 25 oC,1= 785.049 [kg/m3] + 2: l lng riờng ca hn hp nhit trung bỡnh vao thit b gia nhit;2=759,977 [kg/m3] 1 GVHD:Nguyễn Tuấn Anh 60 Đăng Trọng H1 SVTH:Phạm H Tr ờng Côn g Đồ án Hoá HCNHN 1 H H1 2 H2 0-0 + 2= 0,149 [m/s2] + = + P1= Pa= 9,81.104 [N/m2] + P2= Pa + P2= 9,81.104 + 5004,176=103104.176[N/m2] ( = 5004,176 N / m tr lc ca on luyn) H1 H = P2 P 22 + + hm g g 2.g + hm= H1 + H2 + H3= 0,0112 + 0,0101 + 1,646=1,6673[m] H1 H = 103104,176 9,81.10 0,149 + + 1,6673 [m] 759,977.9,81 785,049.9,81 2.9,81 H1- H2 = 2,76[m] 2.Tớnh toỏn bm Bm ly tõm lm vic ỏp sut thng chn chiu cao hỳt ca bm nhit o 25 C l 0,5 [m], chiu cao ny bm lm vic tun hon m bo v khụng xy hin tng xõm thc - Chiu cao y ca bm: H = HC + (H1- H2) +Hỏy + Hb = 2,684 + 2,76 + 0,8+1 = 7,244[m] + HC: l chiu cao on chng [m] + Hb: l chiu cao kờ thỏp Chn Hb = [m] + Hỏy: l chiu cao ca ỏy thỏp Chn Hỏy= 0,8m - Chiu cao lm vic ca bm: GVHD:Nguyễn Tuấn Anh 61 Đăng Trọng SVTH:Phạm Tr ờng Côn g Đồ án Hoá HCNHN Hf = H + Hh = 7,244 + 0,5 = 7,744 [m] Ta cú: Htp = Hf + hm * Tớnh hm: - Tn tht trờn ng ng: = = 0,149 [m] Pd = 2 759,997.0,149 = = 8,436 [N/m2] 2 - Tr lc ma sỏt Pm : tn tht ỏp sut t thựng cha dn thựng cao v: Re = 11863,32 = 0,0312 Chn chiu di ln hn H: L = 12[m]; dt= 0,1 [m] l 11 Pm = .Pd = 0,0312 .8,714 = 29,906 [m] d 0,1 - Tr lc cc b Pc : Pc = ltd l = ld Pd d [N/m2] Vi: = 0,0312 ltd = n.d Do trờn ng dn cú van v ch cong 90o nờn ta cú n ca van (van chn mt chiu),nv=75.Do ng kớnh d= 100 mm [76ữ152mm] nờn nc =40: ltd=(2.75+3.40).0,1=27 [m] Pc = 0,0312 27 8,714 = 73,407 [N/m2] 0,1 P=P + Pm + Pc =8,714 + 29,906 +73,407 =112,027 [N/m2] hm = P 112,027 = = 0,015 [m] g 759,977.9,81 Htp= 7,744 + 0,015 =7,759 [m] - Cụng sut yờu cu ca bm c xỏc nh theo cụng thc (II.189) [1-439]: H Q.g Nb = [kw] 1000. Trong ú: +Q: l nng sut ca bm: Q= F 3300 = = 0,00121 [m3/s]= 4,356[m3/h] 3600. 3600.759,977 GVHD:Nguyễn Tuấn Anh 62 Đăng Trọng SVTH:Phạm Tr ờng Côn g Đồ án Hoá HCNHN + : l lng riờng ca hm hp nhit 25 oC, =759,977 [kg/m3] + H: ỏp sut ton phn ca bm [m] + : hiu sutchung ca bm [m] Theo [1-439]: = o tl ck o : hiu sut th tớch tớnh n s hao ht chỏt lng t ỏp sut cao n ỏp sut thp v cht lng rũ r qua khe h tl : hiu sut thu lc tớnh n ma sỏt v to dũng xoỏy bm ck : hiu sut c khớ tớnh n ma sỏt c khớ bm Chn bm ly tõm theo bng (II.32) [STQTTBT1-439]: o = 0,9 tl = 0,82 = 0,7011 ck = 0,95 Nb = F g.H 3300.9,81.7,759 = = 0,0995 [kw] 1000.3600. 1000.3600.0,7011 - Cụng sut ng c in c tớnh theo cụng thc (II.190) [STQTTBT1-439]: N dc = Nb tr dc [kw] + Nb: cụng sut trờn trc bm [kw] + tr : hiu sut truyn ng,chn tr =1 + dc : hiu sut ng c in,chn dc = 0,8 Nd = 0,0995 = 0,1244 [kw] 1.0,8 Thụng thng ngi ta chn ng c in cú cụng sut ln hn so vi cụng sut tớnh toỏn(lng d tr ph thuc vo kh nng quỏ ti): N c dc = N dc + : h s d tr cụng sut Giỏ tr tra theo bng (II.33) [I-440] theo Ndc: = 1,5 ữ ; Chn = Ta cú: N dc = 0,1244 N c dc = 2.0,1244 = 0,2488 [kw] Vi Q=8,46[m3/h ta chn bm theo bng (II.39) [1-447]: - Loi bm: X - Nng sut: 3ữ288 [m3/h] - p sut ton phn: 10ữ143 [m] - S vũng quay: 1450ữ2900 [vũng/phỳt] - Nhit cht lng: 40ữ90 [oC] GVHD:Nguyễn Tuấn Anh 63 Đăng Trọng SVTH:Phạm Tr ờng Côn g Đồ án Hoá HCNHN PHN KT LUN Sau mt thi gian c gng tỡm, c, tra cu mt s ti liu tham kho, cựng vi s giỳp tn tỡnh ca thy cụ giỏo c bit l thy Nguyn Xuõn Huy em ó hon thnh nhim v thit k c giao Qua quỏ trỡnh tin hnh ny, em ó rỳt c mt s nhn xột sau: - Vic thit k v tớnh toỏn mt h thng chng luyn l vic lm phc tp, t m v lõu di Nú khụng nhng yờu cu ngi thit k phi cú nhng kin thc thc s sõu v quỏ trỡnh chng luyn m cũn phi bit v mt s lnh vc khỏc nh: cu to cỏc thit b ph khỏc, cỏc quy nh bn v k thut, - Cỏc cụng thc tớnh toỏn khụng cũn gũ bú nh nhng mụn hc khỏc m c m rng da trờn cỏc gi thit v iu kin, ch lm vic ca thit b Bi tớnh toỏn, ngi thit k ó tớnh toỏn n mt s nh hng ca iu kin thc t, nờn em vo hot ng, h thng s lm vic n nh Khụng ch cú vy, vic thit k ỏn mụn hc quỏ trỡnh thit b ny cũn giỳp em cng c thờm nhng kin thc v quỏ trỡnh chng luyn núi riờng v cỏc quỏ trỡnh khỏc núi chung; nõng cao k nng tra cu, tớnh toỏn, x lý s liu; bit cỏch trỡnh by theo phong khoa hc v nhỡn nhn mt cỏch cú h thng Vic thit k ỏn mụn hc quỏ trỡnh v thit b cụng ngh húa cht v thc phm l mt c hi cho sinh viờn ngnh húa núi chung v bn thõn em núi riờng lm quen vi cụng vic ca mt k s húa cht hon thnh nhim v thit k c giao, em xin chõn thnh cm n thy giỏo Nguyn Xuõn Huy l ngi ó hng dn em t u ỏn ti em kt thỳc giỳp em hon thnh tt nhim v thit k ca mỡnh Mc dự ó c gng hon thnh tt nhim v, song hn ch v ti liu, cng nh kinh nghim thc t, nờn s khụng trỏnh nhng thiu sút quỏ trỡnh thit k Em mong c cỏc thy cụ xem xột v ch dn thờm Em xin chõn thnh cm n Sinh Viờn Hong An GVHD:Nguyễn Tuấn Anh 64 Đăng Trọng SVTH:Phạm Tr ờng Côn g Đồ án Hoá HCNHN Ti liu tham kho Tp th tỏc gi S tay quỏ trỡnh & thit b Cụng ngh hoỏ hc Nh xut bn Khoa hc - K thut, 1974, Tp th tỏc gi S tay quỏ trỡnh & thit b Cụng ngh hoỏ hc Nh xut bn Khoa hc - K thut, 1982, Tp th tỏc gi C s cỏc quỏ trỡnh & thit b Cụng ngh hoỏ hc Nh xut bn Khoa hc - K thut, 2000, 1,2,3 Tp th tỏc gi Tớnh toỏn cỏc quỏ trỡnh & thit b Cụng ngh hoỏ hc Nh xut bn Khoa hc - K thut, 2000, 1,2,3 GVHD:Nguyễn Tuấn Anh 65 Đăng Trọng SVTH:Phạm