Chưng cất mâm xuyên lỗ acetic nước

ĐAMH Quá Trình Thiết Bị GVHD : NGUYỄN ĐÌNH THỌ MỤC LỤC trang LỜI MỞ ĐẦU CHƯƠNG I : TỔNG QUAN I LÝ THUYẾT VỀ CHƯNG CẤT II GIỚI THIỆU SƠ BỘ NGUYÊN LIỆU III CÔNG NGHỆ CHƯNG CẤT HỆ ACID AXETIC– NƯỚC CHƯƠNG II : CÂN BẰNG VẬT CHẤT I CÁC THÔNG SỐ BAN ĐẦU II XÁC ĐỊNH SUẤT LƯỢNG SẢN PHẨM ĐỈNH VÀ SẢN PHẨM ĐÁY III XÁC ĐỊNH TỈ SỐ HOÀN LƯU THÍCH HỢP IV PHƯƠNG TRÌNH ĐƯỜNG LÀM VIỆC – SỐ MÂM LÝ THUYẾT V XÁC ĐỊNH SỐ MÂM THỰC TẾ 10 CHƯƠNG III :TÍNH TOÁN –THIẾT KẾ THÁP CHƯNG CẤT I ĐƯỜNG KÍNH THÁP 12 II MÂM LỖ – TRỞ LỰC CỦA MÂM 15 III TÍNH TOÁN CƠ KHÍ CỦA THÁP 19 CHƯƠNG IV : TÍNH TOÁN THIẾT BỊ TRUYỀN NHIỆTTHIẾT BỊ PHỤ I CÁC THIẾT BỊ TRUYỀN NHIỆT 27 II TÍNH BẢO ÔN CỦA THIẾT BỊ 38 III TÍNH TOÁN BƠM NHẬP LIỆU 39 CHƯƠNG V : GIÁ THÀNH THIẾT BỊ I TÍNH SƠ BỘ GIÁ THÀNH CỦA THIẾT BỊ 45 II KẾT LUẬN 46 TÀI LIỆU THAM KHẢO SVTH NGUYỄN BÁ DUY ĐAMH Quá Trình Thiết Bị GVHD : NGUYỄN ĐÌNH THỌ LỜI MỞ ĐẦU Một ngành có đóng góp to lớn đến ngành công nghiệp nước ta nói riêng giới nói chung, ngành công nghiệp hóa học Đặc biệt ngành hóa chất Ngày nay, phương pháp sử dụng để nâng cao độ tinh khiết: trích ly, chưng cất, cô đặc, hấp thu… Tùy theo đặc tính yêu cầu sản phẩm mà ta có lựa chọn phương pháp thích hợp Đối với hệ acid axetic- Nước cấu tử tan lẫn hoàn toàn, ta phải dùng phương pháp chưng cất để nâng cao độ tinh khiết cho acid axetic Nhiệm vụ ĐAMH thiết kế tháp chưng cất hệ acid axetic - Nước hoạt động liên tục với nâng suất nhập liệu : 5m3/h có nồng độ 8% mol acid axetic ,thu sản phẩm đỉnh có nồng độ 0.5% mol acid axetic với nồng độ dung dịch đáy acid axetic 30% Em chân thành cảm ơn quí thầy cô môn Máy & Thiết Bị, bạn sinh viên giúp em hoàn thành đồ án Tuy nhiên, trình hoàn thành đồ án sai sót, em mong quí thầy cô góp ý, dẫn SVTH NGUYỄN BÁ DUY ĐAMH Quá Trình Thiết Bị GVHD : NGUYỄN ĐÌNH THỌ 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 sôi khác áp suất), cách lặp lặp lại nhiều lần trình bay - ngưng tụ, vật chất từ pha lỏng vào pha ngược lại Khác với cô đặc, chưng cất trình dung môi chất tan bay hơi, cô đặc trình có dung môi 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 sôi nhỏ ), sản phẩm đáy chủ yếu gồm cấu tử có độ bay bé(nhiệt độ sôi lớn) Đối với hệ acid axetic - nước sản phẩm đỉnh chủ yếu gồm nước acid axetic , ngược lại sản phẩm đáy chủ yếu gồm acid axetic nước Các phương pháp chưng cất: phân loại theo: • Áp suất làm việc : chưng cất áp suất thấp, áp suất thường áp suất cao Nguyên tắc phương pháp dựa vào nhiệt độ sôi cấu tử, nhiệt độ sôi cấu tử cao ta giảm áp suất làm việc để giảm nhiệt độ sôi cấu tử • Nguyên 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 sôi cấu tử khác xa + Không đòi hỏi sản phẩm có độ tinh khiết cao + Tách hỗn hợp lỏng khỏi tạp chất không bay + Tách sơ hỗn hợp nhiều cấu tử * Chưng cất hỗn hợp hai cấu tử (dùng thiết bị hoạt động liên tục) trình thực liên tục, nghịch dòng, nhều đoạn • Phương pháp cấp nhiệt đáy tháp: cấp nhiệt trực tiếp nước: thường áp dụng trường hợp chất tách không tan nước Vậy: hệ acid axetic – Nước, ta chọn phương pháp chưng cất liên tục cấp nhiệt gián tiếp nồi đun áp suất thường SVTH NGUYỄN BÁ DUY ĐAMH Quá Trình Thiết Bị GVHD : NGUYỄN ĐÌNH THỌ Thiết bị chưng cất: Trong sản xuất thường sử dụng nhiều loại tháp chúng có yêu cầu diện tích bề mặt tiếp xúc pha phải lớn ,điều phụ thuộc vào độ phân tán lưu chất vaò lưu chất Tháp chưng cất phong phú kích cỡ ứng dụng ,các tháp lớn thường ứng dụng công nghiệp lọc hoá 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 có chóp dạng tròn hay dạng khác,có rãnh xung quanh để pha khí qua va ống chảy chuyền có hình tron * Tháp mâm xuyên lỗ: mâm bố trí lỗ có đường kính 3-12mm bố trí đỉnh tam giác,bước lổ 2,5 đến lần đường kính • 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 Tháp mâm xuyên lo Tháp mâm chóp Ưu điểm: Đơn giản Trở lực Hiệu suất tương đối cao thấp Hiệu suất cao Hoạt động ổn định Làm việc với chất lỏng Hoạt động ổn định bẩn Nhược điểm: Hiệu suất thấp Thiết bị Trở lực cao Yêu cầu lắp đặt khắt khe -> lắp đĩa thật phẳng nặng Độ ổn định Cấu tạo phức tạp Không làm việc với chất lỏng bẩn Trở lực lớn Nhận xét: tháp mâm xuyên lỗ trạng thái trung gian tháp chêm tháp mâm chóp Nên ta chọn tháp chưng cất tháp mâm xuyên lỗ Vậy: Chưng cất hệ acid axetic - Nước ta dùng tháp mâm xuyên lỗ hoạt động liên tục áp suất thường, cấp nhiệt gián tiếp đáy tháp II GIỚI THIỆU SƠ BỘ NGUYÊN LIỆU : Nguyên liệu hỗn hợp acid axetic - Nước Acid acetic: Axit acetic chất lỏng không màu , có mùi thơm đặc trưng , vị chua Khối lượng riêng axit acetic 20oC 1,0498 kg/cm3 ,nhiệt độ sôi áp suất thường 118oC , tan vô hạn nước.Dung dịch axít acetic 2-15% dùng làm giấm Nhân dân ta thường làm giấm ăn cách lên men nước mía, nước mật, chuối chín … Các chất đường mía, chuối lên men thành rượu thành giấm Điều kiện thuận lợi cho lên men giấm nhiệt độ từ 25 đến 50oC men giấm phải tiếp xúc với không khí SVTH NGUYỄN BÁ DUY ĐAMH Quá Trình Thiết Bị GVHD : NGUYỄN ĐÌNH THỌ * Ứng dụng : Nó nguyên liệu dùng để sản suất nhiều mặt hàng khác ứng dụng rộng rãi ngành: công nghiệp nặng, y tế dược, quốc phòng, giao thông vận tải, dệt, chế biến gỗ nông nghiệp.Từ ta điều chế số dược phẩm, phẩm nhuộm, thuốc trừ cỏ, sợi nhân tao, chất dẻo, dung môi … Nước: Trong điều kiện bình thường: nước chất lỏng không màu, không mùi, không 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 sôi : 1000 C Nước hợp chất chiếm phần lớn trái đất (3/4 diện tích trái đất nước biển) cần thiết cho sống Nước dung môi phân cực mạnh, có khả hoà tan nhiều chất dung môi quan trọng kỹ thuật hóa học Hỗn hợp Acid acetic – Nước: Ta có bảng thành phần lỏng (x) – (y) nhiệt độ sôi hỗn hợp Acid acetic - Nước 760 mmHg: x(%phân mol) y(%phân mol) t(oC) 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 9.2 16.7 30.3 42.5 53 62.6 71.6 79.5 86.4 93 100 118.4 115.4 113.8 110.1 107.5 105.8 104.4 103.3 102.1 101.3 100.6 100 III CÔNG NGHỆ CHƯNG CẤT HỆ ACID ACETIC – NƯỚC: * Sơ đồ qui trình công nghệ chưng cất hệ Acid acetic – nước: SVTH NGUYỄN BÁ DUY ĐAMH Quá Trình Thiết Bị GVHD : NGUYỄN ĐÌNH THỌ Chú thích kí hiệu qui trình: Bồn chứa nguyên liệu Bơm Bồn cao vị Lưu lượng kế Thiết bị trao đổi nhiệt với sản phẩm đáy Thiết bị gia nhiệt nhập liệu Bẩy Tháp chưng cất Nhiệt kế 10 Ap kế 11 Thiết bị ngưng tụ sản phẩm đỉnh 12 Nồi đun 13 Bồn chứa sản phẩm đỉnh 14 Bồn chứa sản phẩm đáy 15 Bộ phận phân dòng * Thuyết minh qui trình công nghệ: Hỗn hợp acid acetic – nước nhiệt độ khoảng 280C bình chứa nguyên liệu (1) bơm (2) bơm lên bồn cao vị (3) Từ đưa đến thiết bị trao đổi nhiệt (5) ( trao đổi nhiệt với sản phẩm đáy ) Sau đó, hỗn hợp đun sôi đến nhiệt độ sôi thiết bị gia nhiệt(6), hỗn hợp đưa vào tháp chưng cất (8) đĩa nhập liệu Trên đĩa nhập liệu, chất lỏng trộn với phần lỏng từ đoạn cất tháp chảy xuống Trong tháp hơi, từ lên gặp chất lỏng từ xuống Ở đây, có tiếp xúc trao đổi hai pha với Pha lỏng chuyển động phần chưng xuống giảm nồng độ cấu tử dễ bay bị pha tạo nên từ nồi SVTH NGUYỄN BÁ DUY ĐAMH Quá Trình Thiết Bị GVHD : NGUYỄN ĐÌNH THỌ đun (12) lôi cấu tử dễ bay hơi.Nhiệt độ lên thấp, nên qua đĩa từ lên cấu tử có nhiệt độ sôi cao nước ngưng tụ lại, cuối đỉnh tháp ta thu hỗn hợp có cấu tử nước chiếm nhiều Hơi vào thiết bị ngưng tụ (11) ngưng tụ hoàn toàn Một phần chất lỏng ngưng tụ trao đổi nhiệt với dòng nhập liệu thiết bị (5) vào bồn chứa sản phẩm đỉnh (13) Phần lại chất lỏng ngưng tụ đựơc hoàn lưu tháp đĩa với tỉ số hoàn lưu tối ưu Một phần cấu tử có nhiệt độ sôi thấp bốc hơi, lại cấu tử có nhiệt độ sôi cao chất lỏng ngày tăng Cuối cùng, đáy tháp ta thu hỗn hợp lỏng hầu hết cấu tử khó bay acid acetic Dung dịch lỏng đáy khỏi tháp vào nồi đun (12) Trong nồi đun dung dịch lỏng phần bốc cung cấp lại cho tháp để tiếp tục làm việc, phần lại khỏi nồi đun đưa vào bồn chứa sản phẩm đáy CHƯƠNG II : CÂN BẰNG VẬT CHẤT I CÁC THÔNG SỐ BAN ĐẦU : • Năng suất nhập liệu: ( x =x1*M1/(x1*M1+(1-x1)*M2)=0.92*18/(0.92*18+0.08*60)=0.775 1/ ρ tb = x /ρ n + (1 − x) / ρ a =0.775/995.6 +(1-0.775)/1039.6, ρ tb =1005.17kg/m3) GF=QF* ρ tb =5*1005.17=5025.86(kg/h) • Nồng độ nhập liệu : 8% mol acid axetic (xF=0.92) • Nồng độ sản phẩm đỉnh : 0.5% mol acid axetic( xD=0.995) • Nồng độ sản phẩm đáy : 30% mol acid axetic.(xW=0.7) • Khối lượng phân tử acid axetic nước : MA =60 kg/kmol , MN =18 kg/kmol • Chọn : + Nhiệt độ nhập liệu : t’F =28oC + Nhiệt độ sản phẩm đỉnh sau làm nguội : t’D =35oC + Nhiệt độ sản phẩm đáy sau trao đổi nhiệt : t’W = 35oC +Trạng thái nhập liệu trạng thái lỏng sôi • Các kí hiệu : + GF , F : suất lượng nhập liệu tính theo Kg/h , Kmol/h + GD , D : suất lượng sản phẩm đỉnh tính theo Kg/h , Kmol/h + GW ,W : suất lượng sản phẩm đáy tính theo Kg/h , Kmol/h + xi , xi : phân mol , phân khối lượng cấu tử i II XÁC ĐỊNH SUẤT LƯỢNG SẢN PHẨM ĐỈNH VÀ SẢN PHẨM ĐÁY : • Cân vật chất cho toàn tháp : F=D+W • Cân cấu tử : F.x F = D.xD + W.xW Với : Khối lượng phân tử trung bình dòng nhập liệu : MF = 18.x F + (1 − x F ).60 = 21.36 (Kg/Kmol) F= (II.1) (II.2) GF 5025.86 = =235.29 (Kmol/h) MF 21.36 Khối lượng phân tử trung bình dòng sản phẩm đáy : SVTH NGUYỄN BÁ DUY ĐAMH Quá Trình Thiết Bị GVHD : NGUYỄN ĐÌNH THỌ MW = 18.xW + (1 − xW ).60 = 30.6 (Kg/Kmol) Khối lượng phân tử trung bình dòng sản phẩm đỉnh : MD = 18.x D + (1 − x D ).60 =18.21 (Kg/Kmol) Giải phương trình (II.1),(II.2)ta có : D =175.47 (Kmol/h) W = 59.819 (Kmol/h) III XÁC ĐỊNH TỈ SỐ HOÀN LƯU THÍCH HỢP: Tỉ số hoàn lưu tối thiểu: Tỉ số hoàn lưu tối thiểu chế độ làm việc mà ứng với số mâm lý thuyết vô cực Do ,chi phí cố định vô cực chi phí điều hành (nhiên liệu ,nước bơm…) tối thiểu Rmin= x − y* y* − x D F F F = 0.995 − 0.945 =2 0.945 − 0.92 Tỉ số hoàn lưu thích hợp:RX=1.3Rmin+0.3=2.9 IV PHƯƠNG TRÌNH ĐƯỜNG LÀM VIỆCSỐ MÂM LÝ THUYẾT: Phương trình đường nồng độ làm việc đoạn cất : y= 2,9 0,995 x R .x + x + D = 2,9 + 2,9 + R +1 R +1 =0,7436.x + 0.2551 Phương trình đường nồng độ làm việc đoạn chưng : y= 2,9 + 1.341 1.341 − R+ f f −1 x + 0.7 x + xW = 2,9 + 2,9 + R +1 R +1 = 1.087x + 0.0612 Với : f = F 235.29 = = 1.341 : số nhập liệu D 175.47 Số mâm lý thuyết : Đồ thị xác định số mâm lý thuyết SVTH NGUYỄN BÁ DUY ĐAMH Quá Trình Thiết Bị GVHD : NGUYỄN ĐÌNH THỌ số mâm lý thuyết Nlt = 27mâm 20 mâm cất,6 mâm chưng,1 mâm nhập liệu V XÁC ĐỊNH SỐ MÂM THỰC TẾ: Số mâm thực tế tính theo hiệu suất trung bình : N tt = N lt η tb (st2/170) đó: ηtb : hiệu suất trung bình đĩa, hàm số độ bay tương đối độ nhớt hỗn hợp lỏng : η = f(α,µ) Ntt : số mâm thực tế Nlt : số mâm lý thuyết • Xác định hiệu suất trung bình tháp η tb : + Độ bay tương đối cấu tử dễ bay : y* − x α= − y* x Với : x :phân mol nước pha lỏng y* : phân mol nước pha cân với pha lỏng Lgmhh =x1lgm1 + x2lgm2 ,tài liệu [4(tập 1) – trang 84] * Tại vị trí nhập liệu : xF = 0.92 ta tra đồ thị cân hệ : y*F = 0.945 tF = 100.52 oC + αF = y* F − x F 0.945 − 0.92 = = 1.494 * − 0.945 0.92 1− y F xF + tF = 100.52 oC , ma = 0.46.10-3 Ns/m2 ; mn=0.284.10-3 Ns/m2(t2/91,92) mF =0.443.10-3 (N.s/m2) =0,443 (cP) Suy : aF mF = 1.494*0.443 =0.662 Tra tài liệu tham khảo [(tập 2) – trang 171] : hF = 0.55 * Tại vị trí mâm đáy : SVTH NGUYỄN BÁ DUY ĐAMH Quá Trình Thiết Bị GVHD : NGUYỄN ĐÌNH THỌ xW = 0.7 ta tra đồ thị cân hệ : y*W = 0.795 tW = 102.1 oC + αW = y *W − x W 0.795 − 0.7 = = 1.662 * − 0.795 0.7 1− y W xW + tW =102.1oC,ma = 0.46.10-3 Ns/m2 ; mn=0.284.10-3 Ns/m2 mW =0.443.10-3 (N.s/m2) =0,443 (cP) Suy : aW mW = 1.662*0.443 = 0.736 Tra tài liệu tham khảo [4(tập 2) – trang 171] : hW = 0.53 *Tại vị trí mâm đỉnh : xD = 0.995 ta tra đồ thị cân hệ : y*D = 0.997 tD = 100.22 oC + αD = y* D − x D 0.997 − 0.995 = = 1.67 * − 0.997 0.995 1− y D xD + tD = 100.22oC , ,ma = 0.46.10-3 Ns/m2 ; mn=0.284.10-3 Ns/m2 mD =0.443.10-3 (N.s/m2) =0,443 (cP) Suy : aD mD = 1.67*0.443 = 0.74 Tra tài liệu tham khảo [4(tập 2) – trang 171] : hD = 0.53 Suy ra: hiệu suất trung bình tháp : η + ηW + η D 0.53 + 0.53 + 0.55 = = 0.537 htb = F 3 • Số mâm thực tế tháp Ntt : N tt = 27 =50.28 mâm 0.537 Vậy chọn Ntt = 50 mâm 37 mâm cất,12 mâm chưng mam nhập liệu SVTH NGUYỄN BÁ DUY 10 ĐAMH Quá Trình Thiết Bị GVHD : NGUYỄN ĐÌNH THỌ Trong đó: + εl : hệ số hiệu chỉnh phụ thuộc vào ReF tỷ lệ chiều dài ống với đường kính ống: chọn εl =1 + PrF : chuẩn số Prandlt dòng nhập liệu 42.5oC, nên µ F c F 0.65.10 −3.3699 = PrF = = 4.71 λF 0.51 cF = 4.19 x F +(1- x F ) ca=4.19*0.775+(1-0.775)*2.2288= 3.75KJ/ Kg độ + Prw2 : chuẩn số Prandlt dòng nhập liệu nhiệt độ trung bình vách Chọn nhiệt độ tiếp xúc vách tw2 = 58 ,vách tw1 =70 ttbw =(58 +70)/2 =64oC + Khối lượng riêng: ρF = 984.92 (Kg/m3) + Độ nhớt động lực: µF = 0.462.10-3 (N.s/m2) + Hệ số dẫn nhiệt: λF = 0.61 (W/moK) µ F c F 0.462.10 −3.3750 = Prw2 = =2.84 λF 0.61 Suy ra: NuF =0.021*1*79884.310.84.170.43 *(4.17/2.84)0.25=356.9 Hệ số cấp nhiệt dòng nhập liệu ống: Nu F λ F = 356.9*0.5/0.034=5248.59(W/m2.oK) αnl = d tr * Nhiệt tải qua thành ống lớp cáu: δt + Σrt = + r1 + r2 λt Bề dày thành ống: δt = 2(mm) Hệ số dẫn nhiệt thép không gỉ: λt = 17,5 (W/moK) Nhiệt trở trung bình lớp bẩn ống với nước sạch: r1 = 1/5000 (m2.oK/W) Nhiệt trở lớp cấu phía sản phẩm đỉnh: r2 = 1/5800 (m2.oK/W) Suy ra: ∑rt = 1/2054.66 (m2.oK/W) * Xác định hệ số cấp nhiệt sản phẩm đỉnh ống nhỏ: Vận tốc nước ống ngoài: vW = GD 3195.31 = 2 3600.ρ D π ( D tr − d ng ) 3600.971.8 π (0.051 − 0.038 2) =1.01(m/s) Đường kính tương đương: dtd = Dtr –dng = 0.051- 0.038 = 0.013 (m) Chuẩn số Reynolds : v d ρ 1.01.0.013.971.8 Re D = D td D = = 35942.91 > 104 : chế độ chảy rối, công thức µD 0.355.10 −3 xác định chuẩn số Nusselt có dạng: Nu D = 0,021.ε l Re D ,8 PrD , 43 ( PrD 0, 25 ) Prw1 Trong đó: SVTH NGUYỄN BÁ DUY 32 ĐAMH Quá Trình Thiết Bị GVHD : NGUYỄN ĐÌNH THỌ + εl : hệ số hiệu chỉnh phụ thuộc vào ReW tỷ lệ chiều dài ống với đường kính ống,chọn εl =1 + PrD : chuẩn số Prandlt sản phẩm đỉnh ˆ80.11oC µ D c D = 0.355.10-3*4195/0.675=2.2 PrD = λD Prw1 =2.81 Suy ra: NuD =0.021*1*35942.910.8 2.20.43 *(2.2/2.81)0.25=122.29 Hệ số cấp nhiệt sản phẩm đáy ống ngoài: Nu D λ D = 122.29*0.657/0.013=6180.2(W/m2.oK) αD = d td Từ (IV.18): K= = 1191.85 1 (W/m2.oC) + + 5248.59 2054.66 6180.2 Từ (IV.17), bề mặt truyền nhiệt trung bình: Ftb = 149.76.1000 = 3.37 (m2) 1191.85.37.33 Suy chiều dài ống truyền nhiệt : L = 3.37 = 29.8 0.038 + 0.034 (m) π Chọn: L = 32(m) Vậy: thiết bị trao đổi nhiệt dòng nhập liệu thiết bị truyền nhiệt ống lồng ống với chiều dài ống truyền nhiệt L = 32(m), chia thành dãy, dãy dài (m) thiết bị gia nhiệt nhập liệu : Chọn thiết bị gia nhiệt nhập liệu thiết bị truyền nhiệt ống lồng ống Ong truyền nhiệt làm thép X18H10T, kích thước ống trong:38x2; kích thước ống ngoài: 57x3 Dòng nhập liệu ống 38x2 (ống trong) với nhiệt độ đầu: t”F =57oC ,nhiệt độ cuối: tF =100.52oC Chọn đốt nước 1.5 at, ống 57x3(ống ngoài) Tra tài liệu tham khảo [4 (tập 1)], ta có: + Nhiệt độ sôi: tsN = 110.05oC + An nhiệt ngưng tụ: rN = 2219.32 (KJ/kg) Các tính chất lý học dòng nhập liệu tra tài liệu tham khảo [4 (tập 1)] ứng với nhiệt độ trung bình ttbF = t " F +t F =78.76oC: + Nhiệt dung riêng: cF = 3.767 (KJ/kg.độ) + Khối lượng riêng: ρF =974.86 (Kg/m3) + Độ nhớt động lực: µF = 0.377.10-3 (N.s/m2) + Hệ số dẫn nhiệt: λF = 0.62 (W/moK) a Suất lượng nước cần dùng : Lượng nhiệt cần tải cung cấp cho dòng nhập liệu: Qc = 5025.896 GF cF.(tF – t”F) = 3.767.(100.52 -57)=228.87 (KW) 3600 3600 Suất lượng nước cần dùng: SVTH NGUYỄN BÁ DUY 33 ĐAMH Quá Trình Thiết Bị GhN = GVHD : NGUYỄN ĐÌNH THỌ Qc 228.87 = = 0.1 (Kg/s) rN 2219.32 b Xác định bề mặt truyền nhiệt : Bề mặt truyền nhiệt xác định theo phương trình truyền nhiệt: Ftb = Qt K ∆t log ,(m2) (IV.22) Với: + K : hệ số truyền nhiệt + ∆tlog : nhiệt độ trung bình logarit • Xác định ∆tlog : Chọn kiểu truyền nhiệt ngược chiều, nên: ∆t log = (110.05 − 57) − (110.05 − 100.52) = 25.35 o 110.05 − 57 ( K) Ln 110.05 − 100.52 • Xác định hệ số truyền nhiệt K: Hệ số truyền nhiệt K tính theo công thức: K= 1 + Σrt + αF αN ,(W/m2.oK) (IV.23) Với: + αF : hệ số cấp nhiệt dòng nhập liệu (W/m2.oK) + αN : hệ số cấp nhiệt nước (W/m2.oK) + ∑rt : nhiệt trở thành ống lớp cáu * Xác định hệ số cấp nhiệt dòng nhập liệu ống nhỏ: Vận tốc dòng nhập liệu ống : vF = QF = =1.53(m/s) 3600 π d ng 3600 π 0.034 Chuẩn số Reynolds : v d ρ 1.53.0.034.974.86 Re F = F td F = = 35680.42 > 104 : chế độ chảy rối, công thức µF 0.377.10 −3 xác định chuẩn số Nusselt có dạng: Nu F = 0.021.ε l Re F ,8 PrF , 43 ( PrF 0, 25 ) Prw2 Trong đó: + εl : hệ số hiệu chỉnh phụ thuộc vào ReW tỷ lệ chiều dài ống với đường kính ống ,chọn εl =1 + PrF : chuẩn số Prandlt dòng nhập liệu 78.76oC, nên c F µ F 3767.0.377.10 −3 = PrF = = 2.29 λF 0.62 Chọn tw2 =95o C: nhiệt độ vách tiếp xúc với dòng nhập liệu tw1 =105o C: nhiệt độ vách tiếp xúc với nước ttbw =(95+105)/2=100oC + Nhiệt dung riêng: cF = 3.825 (KJ/kg.độ) + Khối lượng riêng: ρF =958 (Kg/m3) SVTH NGUYỄN BÁ DUY 34 ĐAMH Quá Trình Thiết Bị GVHD : NGUYỄN ĐÌNH THỌ + Độ nhớt động lực: µF = 0.295.10-3 (N.s/m2) + Hệ số dẫn nhiệt: λF = 0.628 (W/moK) c F µ F 3825.0.295.10 −3 = Prw2 = =1.797 λF 0.628 Suy ra: NuF =0.021*1*35680.420.8 *2.290.43 *(2.29/1.797)0.25 =139.7 Hệ số cấp nhiệt dòng nhập liệu ống nhỏ: Nu F λ F = 139.7*0.628/0.034=2580.45(W/m2.oK) αF = d td * Nhiệt tải qua thành ống lớp cáu: δt + Σrt = + r1 + r2 λt Bề dày thành ống: δt = 2(mm) Hệ số dẫn nhiệt thép không gỉ: λt = 17.5 (W/moK) Nhiệt trở trung bình lớp bẩn ống với nước sạch: r1 = 1/5000 (m2.oK/W) Nhiệt trở lớp cấu phía nhập liệu: r2 = 1/5800 (m2.oK/W) Suy ra: ∑rt = 1/2054.66 (m2.oK/W) * Xác định hệ số cấp nhiệt nước ống nhỏ: Đường kính tương đương: dtd = Dtr –dng = 0.051- 0.038 = 0.013 (m) Hệ số cấp nhiệt nước xác định theo công thức:  rN αN= 0,725 A.  (t sN − t w ).d td    , 25  2219.32.1000   = 0,725 A.  (110.05 − 100).0.013  , 25 Với: + A : hệ số phụ thuộc vào tính chất vật lý nước theo nhiệt độ, tra tài liệu tham khảo [2]ở tm=(110.05+(105+95)/2)/2=105.025 ta A=181.27 aN= 7889.89 (W/m2.oK) Từ (IV.23): K= 1 1 =999.03(W/m2.oC) + + 2580.45 2054.66 7889.89 Từ (IV.22), bề mặt truyền nhiệt trung bình: Ftb = 228.87.1000 =9.04 (m2) 999.03.25.35 Suy chiều dài ống truyền nhiệt : L = 9.04 = 79.9 0.038 + 0.034 (m) π Chọn: L = 92(m) Vậy: thiết bị gia nhiệt dòng nhập liệu thiết bị truyền nhiệt ống lồng ống với chiều dài ống truyền nhiệt L =92 (m), chia thành 23 dãy, dãy dài 4(m) II TÍNH BẢO ÔN CỦA THIẾT BỊ: Trong trình hoạt động tháp, tháp tiếp xúc với không khí nên nhiệt lượng tổn thất môi trường xung quanh ngày lớn Để tháp hoạt động ổn định, với thông số thiết kế, ta phải tăng dần lượng đốt gia nhiệt cho nồi đun SVTH NGUYỄN BÁ DUY 35 ĐAMH Quá Trình Thiết Bị GVHD : NGUYỄN ĐÌNH THỌ để tháp không bị nguội (nhất sản phẩm đỉnh, ảnh hưởng đến hiệu suất tháp) Khi đó, chi phí cho đốt tăng Để tháp không bị nguội mà không tăng chi phí đốt, ta thiết kế lớp cách nhiệt bao quanh thân tháp Chọn vật liệu cách nhiệt cho thân tháp amiăng có bề dày δa Tra tài liệu tham khảo [2], hệ số dẫn nhiệt amiăng λa = 0.151 (W/m.oK) Nhiệt lượng tổn thất môi trường xung quanh: Qm = 0,05.Qd = 0.05.8115 = 405.57 (KW) Nhiệt tải mát riêng: Qm λ a λ = (t v1 − t v ) = a ∆t v (W/m2) qm = (IV.27) f tb δ a δa Với: + tv1 : nhiệt độ lớp cách nhiệt tiếp xúc với bề mặt tháp + tv1 : nhiệt độ lớp cách nhiệt tiếp xúc với không khí + ∆tv : hiệu số nhiệt độ hai bề mặt lớp cách nhiệt Nhận thấy: qm = const, nên chọn ∆tv = ∆tmax = tđáy -tkk ,tkk = 28oC Suy ∆tv = 100.52 – 28 = 72.52oC + ftb : diện tích bề mặt trung bình tháp (kể lớp cách nhiệt) ftb = π.H.Dtb = π.H.(Dt + Sthân + δa) Từ (IV.27), ta có phương trình: 405.57.1000 0,151 = 72.52 π 21.695.(2.2 + 0.005 + δ a ) δa Suy ra: δa = 0.0041(m) Vậy: chọn δa = 5(mm) III TÍNH TOÁN BƠM NHẬP LIỆU: Tính chiều cao bồn cao vị: Chọn đường kính ống dẫn nguyên liệu (nhập liệu): d = 50 (mm), độ nhám ống ε=0,1(mm) Các tính chất lý học dòng nhập liệu tra tài liệu tham khảo [4 (tập 1)] ứng với nhiệt độ trung bình ttbF = t F + t'F = 64.26 oC: + Khối lượng riêng: ρF = 984.74(Kg/m3) + Độ nhớt động lực: µF = 0.46.10-3 (N.s/m2) Vận tốc dòng nhập liệu ống dẫn: vF = QF = = 0.7 (m/s) 3600 π d 3600 π 0.05 a Tổn thất đường ống dẫn:  l1  vF  h1 =  λ1 + Σξ1   d1  2.g (m) Với: + λ1 : hệ số ma sát đường ống + l1 : chiều dài đường ống dẫn, chọn l1 = 20(m) + d1 : đường kính ống dẫn, d1 = d = 0.05(m) + ∑ξ1 : tổng hệ số tổn thất cục + vF : vận tốc dòng nhập liệu ống dẫn, vF = 0.7(m/s) * Xác định λ1 : SVTH NGUYỄN BÁ DUY 36 ĐAMH Quá Trình Thiết Bị GVHD : NGUYỄN ĐÌNH THỌ Chuẩn số Reynolds dòng nhập liệu ống: v d ρ 0.7.0.05.984.74 Re1 = F F = = 77066.6 µF 0.46.10 −3 Theo tài liệu tham khảo [4 (tập 1)tr378], ta có: 8  50  d  + Chuẩn số Reynolds tới hạn: Regh1= 6.  = 6.  =7289,343 ε   0,1  + Chuẩn số Reynolds bắt đầu xuất vùng nhám: 9  50  d  Ren1= 220.  = 220.  =23.9.104 ε   0,1  Suy ra: Regh1 < Re1< Ren1: khu vực chảy độ, (tài liệu tham khảo [4 (tập 1)]):  ε 100   λ1= 0.1.1.46 + d1 Re1   , 25 = 0.0255 * Xác định ∑ξ1: Hệ số tổn thất dòng nhập liệu qua: + 10 chỗ uốn cong: ξu1=10.1,1 = 11 + van (van thẳng): ξv1= 3.0.79 =2.37 + lưu lượng kế: ξl1 = (không đáng kể) Suy ra: ∑ξ1 = ξu1 + ξv1 + ξt 1+ ξm1 + ξl1 = 13.37 20   0.7 + 13.37  Vậy:Tổn thất đường ống dẫn: h1=  0.0255 =0.623(m) 0.05   2.9.81 b Tổn thất đường ống dẫn thiết bị trao đổi nhiệt:  v l h2 =  λ + Σξ   d2  2.g (m) Với: + λ2 : hệ số ma sát đường ống + l2 : chiều dài đường ống dẫn, l2 = 32(m) + d2 : đường kính ống dẫn, d2 = 0.034(m) + ∑ξ2 : tổng hệ số tổn thất cục + v2 : vận tốc dòng nhập liệu ống dẫn, v2 =1.53(m/s) * Xác định λ2 : Chuẩn số Reynolds dòng nhập liệu: Re2= 79884.31 Theo tài liệu tham khảo [4 (tập 1)], ta có: 8 34 d  + Chuẩn số Reynolds tới hạn: Regh= 6. h  = 6.  =4691.05  0.1  ε  + Chuẩn số Reynolds bắt đầu xuất vùng nhám: d  Ren= 220. h  ε  9 34 = 220.  =155001.7   Suy ra: Regh1 < Re1< Ren1: khu vực chảy độ, (tài liệu tham khảo [4 (tập 1)]): SVTH NGUYỄN BÁ DUY 37 ĐAMH Quá Trình Thiết Bị GVHD : NGUYỄN ĐÌNH THỌ ε 100   λ2= 0.1.1.46 +  d Re   0, 25 = 0.029 * Xác định ∑ξ2: Hệ số tổn thất dòng nhập liệu qua: + chỗ ống cong quay ngược: ξq2=9*0.7 = 3.6 + lần co hẹp: ξc2 = 0.2 + lần mở rộng: ξm2 =0.16 Suy ra: ∑ξ2 = ξq2 + ξc2+ ξm =3.96 Vậy:Tổn thất đường ống dẫn thiết bị trao đổi nhiệt: h2= 32   1.53 + 3.96   0.0299 =4.67(m) 0.034   2.9.81 c Tổn thất đường ống dẫn thiết bị gia nhiệt nhập liệu:   v3 l3 h3 =  λ3 + Σξ   d3  2.g (m) Với: + λ3 : hệ số ma sát đường ống + l3 : chiều dài đường ống dẫn, l3 = 92(m) + d3 : đường kính ống dẫn, d3 = 0.038(m) + ∑ξ3 : tổng hệ số tổn thất cục + v3 : vận tốc dòng nhập liệu ống dẫn, v3 = 1.53(m/s) * Xác định λ3 : Chuẩn số Reynolds dòng nhập liệu Re3=35680.42 Theo tài liệu tham khảo [4 (tập 1)], ta có: 8 34 d  + Chuẩn số Reynolds tới hạn: Regh= 6. h  = 6.  =4691.05  0.1  ε  + Chuẩn số Reynolds bắt đầu xuất vùng nhám: d  Ren= 220. h  ε  9 34 = 220.  =155001.7   Suy ra: Regh1 < Re1< Ren1: khu vực chảy độ, (tài liệu tham khảo [4 (tập 1)]):  ε 100   λ3= 0.1.1.46 + d Re   , 25 = 0.029 * Xác định ∑ξ3: Hệ số tổn thất dòng nhập liệu qua: + 22 chỗ ống cong quay ngược: ξq3=22.0.7 = 15.4 + lần co hẹp: ξc2 = 0.2 + lần mở rộng: ξm2 =0.16 Suy ra: ∑ξ3 = ξq3 + ξc3+ ξm =15.76 Vậy:Tổn thất đường ống dẫn thiết bị gia nhiệt: h3= 92   1.53 0299 + 15 76   =11.52(m) 0.034   2.9.81 Chọn : + Mặt cắt (1-1) mặt thoáng chất lỏng bồn cao vị + Mặt cắt (2-2) mặt cắt vị trí nhập liệu tháp SVTH NGUYỄN BÁ DUY 38 ĐAMH Quá Trình Thiết Bị GVHD : NGUYỄN ĐÌNH THỌ Ap dụng phương trình Bernolli cho (1-1) (2-2): 2 P1 P2 v1 v2 z1 + + = z2 + + +∑hf1-2 ρ F g ρ F g 2.g 2.g 2 P − P v − v1 hay z1 = z2 + + +∑hf1-2 ρ F g 2.g Với: + z1: độ cao mặt thoáng (1-1) so với mặt đất, hay xem chiều cao bồn cao vị Hcv = z1 + z2: độ cao mặt thoáng (2-2) so với mặt đất, hay xem chiều cao từ vị trí nhập liệu tới mặt đất: z2 = hchân đỡ + hđáy + (Nchưng+1) (h + δmâm ) = 0.226+0.575 + 13(0.4+0.0064)= 6.0842 (m) + P1 : áp suất mặt thoáng (1-1), chọn P1 = at + P2 : áp suất mặt thoáng (2-2) Xem ∆P=P2 –P1 =Ncất htl = 37 500.71 = 18526.27 (N/m2) + v1 : vận tốc mặt thoáng (1-1), xem v1 = 0(m/s) + v1 : vận tốc vị trí nhập liệu, v1 = vF = 0.2 (m/s) + ∑hf1-2 : tổng tổn thất ống từ (1-1) đến (2-2): ∑hf1-2 = h1 + h2 + h3 = 0.623+4.67+11.52 = 16.813(m) 2 P − P v − v1 Vậy: Chiều cao bồn cao vị: Hcv = z2 + + +∑hf1-2 ρ F g 2.g =6.0842 + 18526.27 0.2 − + + 16.813 984.74.9.81 2.9.81 = 24.82(m) Chọn Hcv = 25(m) Chọn bơm: Lưu lượng nhập liệu: QF = 5(m3/h) Chọn bơm có suất Qb = 5.2 (m3/h) chọn ống hút , đẩy 38x2 Các tính chất lý học dòng nhập liệu tra tài liệu tham khảo [4 (tập 1)] ứng với nhiệt độ trung bình t’F = 28 oC: + Khối lượng riêng: ρF = 1005.17 (Kg/m3) + Độ nhớt động lực: µF = 0.857.10-3 (N.s/m2) Vận tốc dòng nhập liệu ống hút đẩy: vh = vd = 4.Qb 3600.π d h = 4.5 = 1.53(m/s) 3600.π 0.034 Tổng trở lực ống hút ống đẩy:  lh + ld  vh + Σξ h + Σξ d  hhd =  λ dh   2.g Với: + lh : chiều dài ống hút, chọn lh = (m) + ld : chiều dài ống đẩy, chọn ld = 26 (m) + ∑ξh : tổng tổn thất cục ống hút + ∑ξd : tổng tổn thất cục ống đẩy + λ : hệ số ma sát ống hút ống đẩy * Xác định λ: SVTH NGUYỄN BÁ DUY 39 ĐAMH Quá Trình Thiết Bị GVHD : NGUYỄN ĐÌNH THỌ Chuẩn số Reynolds dòng nhập liệu: v h d h ρ F 1.53.0.034.1005.17 = Re= =61013.94 µF 0.857.10 −3 Theo tài liệu tham khảo [4 (tập 1)], ta có: 8 34 d  + Chuẩn số Reynolds tới hạn: Regh= 6. h  = 6.  =4691.05  0.1  ε  + Chuẩn số Reynolds bắt đầu xuất vùng nhám: d  Ren= 220. h  ε  9 34 = 220.  =155001.7   Suy ra: Regh1 < Re1< Ren1: khu vực chảy độ, (tài liệu tham khảo [4 (tập 1)]):  ε 100   λ3= 0.1.1.46 + d Re   , 25 = 0.029 * Xác định ∑ξh: Hệ số tổn thất cục ống hút qua: + lần vào miệng thu nhỏ: ξt = 0.2 Suy ra: ∑ξh = ξt =0.2 * Xác định ∑ξd: Hệ số tổn thất cục ống đẩy qua: + lần uốn góc: ξu =2.1.6 = 3.2 Suy ra: ∑ξh = ξu =3.2 Vậy:Tổn thất ống hút ống đẩy:   hhd =  0.026 2 + 26  1.53 + 0.2 + 3.2  =2.96(m) 0.034  2.9.81 Chọn : + Mặt cắt (1-1) mặt thoáng chất lỏng bồn chứa nguyên liệu + Mặt cắt (2-2) mặt thoáng chất lỏng bồn cao vị Ap dụng phương trình Bernolli cho (1-1) (2-2): z1 + 2 P1 P2 v v + + Hb= z2 + + +∑hf1-2 ρ F g ρ F g 2.g 2.g Với: + z1: độ cao mặt thoáng (1-1) so với mặt đất(chọn =2m) + z2: độ cao mặt thoáng (2-2) so với mặt đất + P1 : áp suất mặt thoáng (1-1), chọn P1 = at + P2 : áp suất mặt thoáng (2-2), chọn P2 = at + v1,v2 : vận tốc mặt thoáng (1-1) và(2-2), xem v1=v2= 0(m/s) + ∑hf1-2 =hhd: tổng tổn thất ống từ (1-1) đến (2-2) + Hb : cột áp bơm Suy ra: Hb = (z2 – z1) + hhd = (25-2) +2.96 =25.96(m.chất lỏng) Chọn hiệu suất bơm: ηb = 0,8 Qb H b ρ F g 5.25.96.1005.17.9.81 = Công suất thực tế bơm: Nb = 3600.η b 3600.0.8 =444.42(W)=0.659(hp) SVTH NGUYỄN BÁ DUY 40 ĐAMH Quá Trình Thiết Bị GVHD : NGUYỄN ĐÌNH THỌ Tóm lại: Để đảm bảo tháp hoạt động liên tục ta chọn bơm li tâm loại 1.5(0)4x2(3) Qb = (m3/h) SVTH NGUYỄN BÁ DUY 41 ĐAMH Quá Trình Thiết Bị GVHD : NGUYỄN ĐÌNH THỌ CHƯƠNG V : GIÁ THÀNH THIẾT BỊ TÍNH SƠ BỘ GIÁ THÀNH CỦA THIẾT BỊ: Lượng thép X18H10T cần dùng: G1 = 50.m2+ m3+ 2.m4 = 50.62.2+21053.18+2.86.96= 24337.1(Kg) • Lượng thép CT3 cần dùng: π G2 = Gbích ghép thân + Gbích ghép ống dẫn = 51.08 +(2.4 .(0.2052-0.12).0.014 + 2.2 π (0.372-0.252) 0.022) 7850 = 675.4082(Kg) • Số lượng bulông cần mua: n = 56*6 +12*2+4*4 = 376 (bulông) • Thể tích vật liệu cách nhiệt cần dùng: V = π.(Dt + St ).δa H = π.(2.2 + 0.005).0.005.21.695 = 0.751(m3) • Chiều dài ống dẫn: * Ong từ 31-50 mm: L1=l1 +Lb +LTBTĐN +LTBGN = 20+28 + 32 + 92 =172 (m) Ống 100mm:chọn ống dẫn đỉnh đáy tháp: 10(m) Ong >=50mm: L2 =Ldn +LNT +LND+LTBTDN+LTBGN =10+ 6*187+9*187+32+92=2939(m) Kính quan sát: đường kính là:100(mm), dày 5(mm) π S = 0,12 = 0,0157(m2) SVTH NGUYỄN BÁ DUY 42 ĐAMH Quá Trình Thiết Bị Vật liệu SVTH NGUYỄN BÁ DUY GVHD : NGUYỄN ĐÌNH THỌ Số lượng Đơn gía Thành tiền 43 ĐAMH Quá Trình Thiết Bị GVHD : NGUYỄN ĐÌNH THỌ 24337.1 Thép X18H10T (kg) 50000 (đ/kg) 675.408 121685500 10000 Thép CT3 (kg) (đ/kg) Bulông 376 (bulông) 3000 (đ/bulông) 3000000 (đ/m3) 6754082 1128000 Vật liệu cách nhiệt 0.751 (m3) Ong dẫn 31-50 mm 172 (m) 20000 (đ/m) 3440000 Ong dẫn >=50mm 2939 (m) 30000 (đ/m) 700000 88170000 Bơm 0.659x2 Ap kế tự động Nhiệt kế điện trở tự (cái) ghi (cái) Lưu lượng kế (>=50mm) Kính quan sát dày 5mm (cái) 6.0.0157 Van thép >=50mm Van thép (3150)mm Racco nối ống Tổng cộng (m2) (cái) (cái) (cái) 2253000 (đ/hp) 922600 600000 (đ/cái) 200000 (cái) 1000000 (đ/cái) 120000 (đ/m ) 50000 (đ/cái) 30000 (đ/cái) 30000 (đ/cái) 600000 600000 2000000 11304 250000 240000 240000 132346398 • Vậy: số tiền mua vật tư chế tạo thiết bị 1323463986 (đồng) Tiền gia công chế tạo thiết bị(gia công đơn giản , độ xác thấp) 100% tiền vật tư: 100%.1323463986 = 1323463986 (đồng) Tóm lại: Chi phí đầu tư: 2* 276974670 = 2646927972 (đồng) KẾT LUẬN: + Thiết kế tháp chưng cất Acid acetic– Nước tương đối hoàn chỉnh biết trước suất , nồng độ nhập liệu nồng đội sản phẩm đỉnh sản phẩm đáy + Tính toán tương đối chi tiết trình làm việc thiết bịvà khả chịu bền thiết bị tính ăn mòn học hoá học, điều kiện làm việc thiết bị + Sơ tính chi phí đầu tư ban đầu cho tháp chưng cất Đặc tính kỹ thuật thiết bị chưng cất thiết kế ứng với thông số cho ban đầu: + Tỉ số hoàn lưu thích hợp: R = 2.9 + Số mâm chưng cất thực tế: 50 mâm + Đường kính tháp chưng cất: 2.2m + Đường kính lỗ mâm: mm + Bề dày mâm: 6.4 mm + Số lỗ mâm: 7562.5 lỗ + Khoảng cách hai mâm: 400 mm + Chiều cao tháp: 21.695 m SVTH NGUYỄN BÁ DUY 44 ĐAMH Quá Trình Thiết Bị GVHD : NGUYỄN ĐÌNH THỌ + Thân – đáy – nắp làm thép X18H10T, có bề dày: mm + Bích ghép thân – đáy – nắp làm thép X18H10T, loại bích liền không cổ + Bích ghép ống dẫn làm thép CT3, loại bích liền không cổ + Đường kính ống dẫn chất lỏng: 50 mm + Đường kính ống dẫn hơi: 100 mm TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Võ Văn Ban, Vũ Bá Minh – Quá trình thiết bị công nghệ hoá học, truyền khối(tập 3) – Trường Đại Học Bách Khoa TP.HCM [2] Phạm Văn Bôn, Vũ Bá Minh, Hoàng Minh Nam – Quá trình thiết bị công nghệ hoá học, Ví dụ tập(tập 10) - Trường Đại Học Bách Khoa TP.HCM [3] Phạm Văn Bôn, Nguyễn Đình Thọ - Quá trình thiết bị công nghệ hoá học, Quá trình thiết bị truyền nhiệt(tập 5) – Nhà xuất Đại Học Quốc Gia TP.HCM [4] Sổ tay trình thiết bị công nghệ hoá chất (tập 1, 2) – Nhà xuất khoa học kỹ thuật [5] Hồ Lê Viên – Thiết kế tính toán chi tiết thiết bị hoá chất – Nhà xuất khoa học kỹ thuật Hà Nội 1978 SVTH NGUYỄN BÁ DUY 45 ĐAMH Quá Trình Thiết Bị SVTH NGUYỄN BÁ DUY GVHD : NGUYỄN ĐÌNH THỌ 46 [...]... (mm) + Tổng diện tích lỗ bằng 10% diện tích mâm + Khoảng cách giữa hai tâm lỗ bằng 3 lần đường kính lỗ (bố trí lỗ theo tam giác đều ) + Tỷ lệ bề dày mâm và đường kính lỗ là 6/10 + Diện tích dành cho ống chảy chuyền là 20% diện tích mâm Số lỗ trên 1 mâm : 10%.S mâm D N= = 0.1. t S lo  dl 2 2   2.2   = 0.1.  =7562.5 lỗ  0,008   2 Độ giảm áp của pha khí qua một mâm : Độ giảm áp tổng cộng... kính đoạn cất và đoạn chưng khơng chênh lệch nhau q lớn nên ta chọn đường kính của tồn tháp là : Dt = 2.2(m) Khi đó tốc độ làm việc thực ở : + Phần cất : ωlv = 0,0188 2.g tb Dt ρ ytb + Phần chưng :ω’lv = 2 = 0,0188 2.13245.01 = 1.533(m/s) 2.2 2.0.631 0,0188 2.g 'tb Dt ρ ' ytb 2 = 0,0188 2.17064.36 = 1.623(m/s) 2.2 2.0,768 II MÂM LỖ – TRỞ LỰC CỦA MÂM : 1 Cấu tạo mâm lỗ : Chọn : + Đường kính lỗ : dl... của mâm xun lỗ ở phần cất : hd =50+9.926+53.278+0.00018 =113.204 (mm.chất lỏng) Kiểm tra : hd = 113.204 < hmâm 400 = = 200 (mm) : đảm bảo khi hoạt động các 2 2 mâm ở phần cất sẽ khơng bị ngập lụt • Phần chưng : Q’L = 60.q’L = 60 0.336 = 20.16 (m3/h) 2  20.16  Suy ra : h' d ' = 0.128.  = 0.00068 (mm.chất lỏng)  100.2.76  Vậy : chiều cao mực chất lỏng trong ống chảy chuyền của mâm xun lỗ ở phần chưng. .. diện tích mâm và tỷ số giữa bề dày mâm với đường kính lỗ ∑ S lo =0.1và δ mâm =0,6 Tra tài liệu tham khảo [1 – trang 111] : Co = 0,7 Ta có : d lo S mâm • Đối với mâm ở phần cất : ω lv 1.533 = =15.33 (m/s) 10% 0.1 + Khối lượng riêng của pha hơi : rG = ρytb = 0.631 (Kg/m3) + Khối lượng riêng của pha lỏng : rL = ρxtb = 958 (Kg/m3) Suy ra độ giảm áp qua mâm khơ ở phần cất :  15.33 2  0.631  hk = 51.... mâm khơ và các độ giảm áp do pha lỏng : htl = hk + hl + hR (mm.chất lỏng) Với : + hk :độ giảm áp qua mâm khơ (mm.chất lỏng) + hl : độ giảm áp do chiều cao lớp chất lỏng trên mâm( mm.chất lỏng) +hR : độ giảm áp do sức căng bề mặt (mm.chất lỏng) Trong tháp mâm xun lỗ ,gradien chiều cao mực chất lỏng trên mâm ∆ là khơng đáng kể nên có thể bỏ qua a Độ giảm áp qua mâm khơ : Độ giảm áp của pha khí qua mâm. .. qua lỗ : uo = • Đối với mâm ở phần chưng : ω 'lv 1.623 = =16.23 (m/s) 10% 0.1 + Khối lượng riêng của pha hơi : r’G = ρ’ytb = 0.768 (Kg/m3) + Khối lượng riêng của pha lỏng : r’L = ρ’xtb = 958 (Kg/m3) Suy ra độ giảm áp qua mâm khơ ở phần chưng :  16.23 2  0.768  h' k = 51. = 21.98 (mm.chất lỏng) 2  0 , 7   958 + Vận tốc pha hơi qua lỗ : u’o = b Độ giảm áp do chiều cao mức chất lỏng trên mâm. .. độ giảm áp tổng cộng của pha khí qua mâm nhập liệu bằng độ giảm áp tổng cộng của pha khí qua một mâm ở phần chưng ) ∑htl = 37 htl + 13 h’tl = 37 500.71+13 586.36 =26148.95 (N/m2) 3 Kiểm tra ngập lụt khi tháp hoạt động : Chọn khoảng cách giữa hai mâm là hmâm =0.4 (m) Bỏ qua sự tạo bọt trong ống chảy chuyền, chiều cao mực chất lỏng trong ống chảy chuyền của mâm xun lỗ được xác định theo biểu thức : hd... –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)(t2 tr181) Vtb :lượng hơi trung bình đi trong tháp (m3/h) ωtb :tốc độ hơi trung bình đi trong tháp (m/s) gtb : lượng hơi trung bình đi trong tháp (Kg/h) 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 : ω h = 0,8.ω gh = 0,8.1.948 = 1.559 (m/s) Vậy :đường kính đoạn cất : Dcất = 0,0188 13245.01 =2.181 (m) 1.559 * 0.631 2 Đường kính đoạn chưng : a Lượng hơi trung bình đi trong tháp : g , tb = g , n + g ,1 (Kg/h) 2 g’n : lượng hơi ra khỏi đoạn chưng (Kg/h) g’1 : lượng hơi đi vào đoạn chưng (Kg/h) SVTH NGUYỄN BÁ DUY 12 ĐAMH Q Trình và Thiết Bị GVHD : NGUYỄN ĐÌNH THỌ • Xác định... :Độ giảm áp do chiều cao mức chất lỏng trên mâm ở phần cất là: hl = 0.6.(50+9.926) = 35.956 (mm.chất lỏng) • Phần chưng : q ' L = (G D * R + G F ).M tb 60.ρ ' xtb = 774.153 * 25.98 =0.336 (m3/ph) 60.958 • Với:Mtb=0.81*18+(1-0.81)*60=25.98 2 0.336  3 Suy ra : h' ow = 43.4.  = 15.333 (mm)  1.6  Vậy :Độ giảm áp do chiều cao mức chất lỏng trên mâm ở phần chưng : h’l = 0.6.(50+15.333) = 39.2 (mm.chất