Đồ án chưng cất nước và Acic acetic

Chưng luyện Acid acetic - Nước GVHD: Hồng Minh Nam LỜI MỞ ĐẦU Khoa học kỹ thuật ngày phát triển với nhu cầu ngày cao độ tinh khiết sản phẩm Vì thế, phương pháp nâng cao độ tinh khiết ln ln cải tiến đổi để ngày hồn thiện hơn, là: đặc, hấp thụ, chưng cất, trích ly, … Tùy theo đặc tính u cầu sản phẩm mà ta có lựa chọn phương pháp phù hợp Đối với hệ Nước – Axit axetic cấu tử tan lẫn hồn tồn, ta phải dùng phương pháp chưng cất để nâng cao độ tinh khiết Đồ án mơn học Q trình Thiết bị mơn học mang tính tổng hợp q trình học tập kỹ sư Cơng nghệ Hóa học tương lai Mơn học giúp sinh viên giải nhiệm vụ tính tốn cụ thể về: quy trình cơng nghêä, kết cấu, giá thành thiết bị sản xuất hóa 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 Đồ án thiết kế hệ thống chưng cất Nước – Axit axetic có suất 500l/h, nồng độ nhập liệu 8%(kg axit/kg hỗn hợp), nồng độ sản phẩm đỉnh 95,5%(kg nước/kg hỗn hợp), nồng độ sản phẩm đáy 28%(kg axit/kg hỗn hợp) Sử dụng đốt có áp suất 2,5at Chương Trang Chưng luyện Acid acetic - Nước GVHD: Hồng Minh Nam GIỚI THIỆU I LÝ THUYẾT VỀ CHƯNG CẤT : Khái niệm:  Chưng cất q trình dùng để tách cấu tử hỗn hợp lỏng hỗn hợp khí lỏng thành cấu tử riêng biệt dựa vào độ bay khác cấu tử hỗn hợp (nghĩa nhiệt độ, áp suất bão hòa cấu tử khác nhau)  Thay đưa vào hỗn hợp pha để tạo nên tiếp xúc hai pha q trình hấp thu nhả khí, q trình chưng cất pha tạo nên bốc ngưng tụ  Trong trường hợp đơn giản nhất, chưng cất đặc khơng khác nhau, nhiên hai q trình có ranh giới q trình chưng cất dung mơi chất tan bay (nghĩa cấu tử diện hai pha với tỷ lệ khác nhau), q trình đặc có dung mơi bay chất tan khơng bay  Khi chưng cất ta thu nhiều cấu tử thường cấu tử thu nhiêu sản phẩm Nếu xét hệ đơn giản có cấu tử ta thu sản phẩm:  Sản phẩm đỉnh chủ yếu gồm cấu tử có độ bay bé phần cấu tử có độ bay lớn  Sản phẩm đáy chủ yếu gồm cấu tử có độ bay lớn phần cấu tử có độ bay bé Đối với hệ Nước – Axit axetic thì:  Sản phẩm đỉnh chủ yếu nước  Sản phẩm đáy chủ yếu axit axetic Các phương pháp chưng cất: 2.1 Phân loại theo áp suất làm việc: - Áp suất thấp - Áp suất thường - Áp suất cao 2.2 Phân loại theo ngun lý làm việc: - Chưng cất đơn giản - Chưng nước trực tiếp - Chưng cất 2.3 Phân loại theo phương pháp cấp nhiệt đáy tháp: - Cấp nhiệt trực tiếp - Cấp nhiệt gián tiếp Vậy: hệ Nước – Axit axetic, ta chọn phương pháp chưng cất liên tục cấp nhiệt gián tiếp nồi đun áp suất thường Thiết bị chưng cất: Trong sản xuất thường dùng nhiều loại thiết bị khác để tiến hành chưng cất Tuy nhiên u cầu chung thiết bị giống nghĩa diện tích bề mặt tiếp xúc pha phải lớn, điều phụ thuộc vào mức độ phân tán lưu chất vào lưu chất Nếu pha khí phân tán vào pha lỏng ta có loại tháp mâm, pha lỏng phân tán vào pha khí ta có tháp chêm, tháp phun,… Ở ta khảo sát loại thường dùng tháp mâm tháp chêm Trang Chưng luyện Acid acetic - Nước GVHD: Hồng Minh Nam  Tháp mâm: thân tháp hình trụ, thẳng đứng phía có gắn mâm có cấu tạo khác nhau, pha lỏng pha cho tiếp xúc với Tùy theo cấu tạo đĩa, ta có: - Tháp mâm chóp : mâm bố trí có chóp dạng tròn, xupap, chữ s… - Tháp mâm xun lỗ: mâm có nhiều lỗ hay rãnh  Tháp chêm (tháp đệm): tháp hình trụ, gồm nhiều bậc 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 - Cấu tạo đơn giản - Trở lực thấp Ưu - Làm việc với chất lỏng bẩn điểm dùng đệm cầu có ρ ≈ ρ chất lỏng - Do có hiệu ứng thành → hiệu suất truyền khối thấp - Độ ổn định khơng cao, khó vận Nhược hành điểm - Do có hiệu ứng thành → tăng suất hiệu ứng thành tăng → khó tăng suất - Thiết bị nặng nề Tháp mâm xun lỗ - Trở lực tương đối thấp - Hiệu suất cao Tháp mâm chóp - Khá ổn định - Hiệu suất cao - Khơng làm việc với chất lỏng bẩn - Kết cấu phức tạp - Có trở lực lớn - Tiêu tốn nhiều vật tư, kết cấu phức tạp Vậy: ta sử dụng tháp mâm xun lỗ để chưng cất hệ Nước – Axit axetic II GIỚI THIỆU SƠ BỘ VỀ NGUN LIỆU : Axit axetic: 1.1 Tính chất:  Là chất lỏng khơng màu, có mùi sốc đặc trưng, trọng lượng riêng 1,0497 (ở 20oC)  Khi hạ nhiệt độ xuống đơng đặc thành khối tinh thể có T onc = 16,635 – 0,002o, Tosơi = 118oC  Tan nước, rượu ete theo tỷ lệ  Là axit yếu, số phân ly nhiệt động 25oC K = 1,75.10 −5 Tính ăn mòn kim loại:  Axit axetic ăn mòn sắt  Nhơm bị ăn mòn axit lỗng, đề kháng tốt axit axetic đặc khiết Đồng chì bị ăn mòn axit axetic với diện khơng khí  Thiếc số loại thép nikel – crom đề kháng tốt axit axetic 1.2 Điều chế: Axit axetic điều chế cách: 1) 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 + ½ O2 = CH3COOH C2H5OH + O2 = CH3COOH + H2O 2) Oxy hóa andehit axetic tạo thành cách tổng hợp từ acetylen Sự oxy hóa andehit tiến hành khí trời với diện coban axetat Người ta thao tác andehit axetic nhiệt độ gần 80 oC để ngăn chặn hình thành peroxit Hiệu Trang Chưng luyện Acid acetic - Nước GVHD: Hồng Minh Nam suất đạt 95 – 98% so với lý thuyết Người ta đạt dễ dàng sau chế axit axetic kết tinh axetat 80 o C CH3COOH CH3CHO + ½ O2 Coban  → 3) Tổng hợp từ cồn metylic Cacbon oxit Hiệu suất đạt 50 – 60% so với lý thuyết cách cố định cacbon oxit cồn metylic qua xúc tác Nhiệt độ từ 200 – 500oC, áp suất 100 – 200atm: CH3OH + CO → CH3COOH với diện metaphotphit photpho – vonframat kim loại hóa trị (chẳng hạn sắt, coban) 1.3 Ứng dụng: Axit axetic axit quan trọng loại axit hữu Axit axetic tìm nhiều ứng dụng loại axit hữu rẻ tiền Nó dùng để chế tạo nhiều hợp chất ester Nguồn tiêu thụ chủ yếu axit axetic là:  Làm dấm ăn (dấm ăn chứa 4,5% axit axetic)  Làm đơng đặc nhựa mủ cao su  Làm chất dẻo tơ sợi xenluloza axetat – làm phim ảnh khơng nhạy lửa  Làm chất nhựa kết dính polyvinyl axetat  Làm phẩm màu, dược phẩm, nước hoa tổng hợp  Axetat nhơm dùng làm chất cắn màu (mordant nghề nhuộm)  Phần lớn ester axetat dung mơi, thí dụ: izoamyl axetat hòa tan nhiều loại nhựa xenluloza 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 Tính chất vật lý:  Khối lượng phân tử : 18 g / mol  Khối lượng riêng d4 c : g / ml  Nhiệt độ nóng chảy : 00C  Nhiệt độ sơi : 1000 C Nước hợp chất chiếm phần lớn trái đất (3/4 diện tích trái đất nước biển) cần thiết cho sống Nước dung mơi phân cực mạnh, có khả hồ tan nhiều chất dung mơi quan trọng kỹ thuật hóa học Chương QUY TRÌNH CƠNG NGHỆ Chú thích kí hiệu qui trình: Bồn chứa ngun liệu Bơm Bồn cao vị Thiết bị đun sơi dòng nhập liệu Bẩy Trang Chưng luyện Acid acetic - Nước 10 11 12 13 14 15 GVHD: Hồng Minh Nam Lưu lượng kế Nhiệt kế Tháp chưng cất Thiết bị ngưng tụ sản phẩm đỉnh Áp kế Thiết bị đun sơi đáy tháp Thiết bị làm nguội sản phẩm đáy Bồn chứa sản phẩm đáy Bộ phận chia dòng Bồn chứa sản phẩm đỉnh Trang Chưng luyện Acid acetic - Nước GVHD: Hồng Minh Nam t° = 40°C T Nước làm lạnh t° = 25°C 14 P 10 Hơi đốt P = 2,5at Nước T Nước ngưng T 11 Hơi đốt P = 2,5at x = 92% t° = 25°C 12 Nước làm lạnh t° = 25°C t° = 35°C 13 x =72% t° = 40°C Trang Nước ngưng Chưng luyện Acid acetic - Nước GVHD: Hồng Minh Nam Hỗn hợp Nước – Axit axetic có nồng độ nước 92% (theo phần khối lượng), nhiệt độ khoảng 250C bình chứa ngun liệu (1) bơm (2) bơm lên bồn cao vị (3) Sau đó, hỗn hợp gia nhiệt đến nhiệt độ sơi thiết bị đun sơi dòng nhập liệu (4), đưa vào tháp chưng cất (8) đĩa nhập liệu Trên đĩa nhập liệu, chất lỏng trộn với phần lỏng từ đoạn luyện tháp chảy xuống Trong tháp, 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 đun (11) lơi cấu tử dễ bay Nhiệt độ lên thấp, nên qua đĩa từ lên cấu tử có nhiệt độ sơi cao axit axetic ngưng tụ lại, cuối đỉnh tháp ta thu hỗn hợp có cấu tử nước chiếm nhiều (có nồng độ 99,5% phần khối lượng) Hơi vào thiết bị ngưng tụ (9) ngưng tụ hồn tồn Một phần chất lỏng ngưng tụ hồn lưu tháp đĩa Một phần cấu tử có nhiệt độ sơi thấp bốc hơi, lại cấu tử có nhiệt độ sơi cao chất lỏng ngày tăng Cuối cùng, đáy tháp ta thu hỗn hợp lỏng hầu hết cấu tử khó bay (axit axetic) Hỗn hợp lỏng đáy có nồng độ nước 72% phần khối lượng, lại axit axetic Dung dịch lỏng đáy khỏi tháp vào nồi đun (11) Trong nồi đun dung dịch lỏng phần bốc cung cấp lại cho tháp để tiếp tục làm việc, phần lại khỏi nồi đun qua thiết bị làm nguội sản phẩm đáy (12), làm nguội đến 400C, đưa qua bồn chứa sản phẩm đáy (13) Hệ thống làm việc liên tục cho sản phẩm đỉnh nước thải bỏ, sản phẩm đáy axit axetic giữ lại Chương CÂN BẰNG VẬT CHẤT I CÁC THƠNG SỐ BAN ĐẦU : Chọn loại tháp tháp mâm xun lỗ Khi chưng luyện dung dịch axit axetic cấu tử dễ bay nước Trang Chưng luyện Acid acetic - Nước GVHD: Hồng Minh Nam Axit axetic : CH COOH ⇒ M A = 60 (g / mol) Hỗn hợp:  Nước : H O ⇒ M N = 18 (g / mol)  Năng suất nhập liệu: GF = 0.5 (m3/h)  Nồng độ nhập liệu: xF = 92% (kg nước/ kg hỗn hợp)  Nồng độ sản phẩm đỉnh: xD = 99.5% (kg nước/ kg hỗn hợp)  Nồng độ sản phẩm đáy: xW = 72% (kg nước/ kg hỗn hợp)  Chọn:  Nhiệt độ nhập liệu: tFV = 25oC  Trạng thái nhập liệu trạng thái lỏng sơi Đối với thiết bị đun sơi đáy tháp :  p suất đốt : Ph = 2.5at Đối với thiết bị làm nguội sản phẩm đáy :  Nhiệt độ sản phẩm đáy sau làm nguội: tWR = 40oC  Nhiệt độ dòng nước lạnh vào: tV = 25oC  Nhiệt độ dòng nước lạnh ra: tR = 35oC Đối với thiết bị ngưng tụ sản phẩm đỉnh :  Nhiệt độ dòng nước lạnh vào: tV = 25oC  Nhiệt độ dòng nước lạnh ra: tR = 40oC  Các ký 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 : nồng độ phần mol, phần khối lượng cấu tử i II XÁC ĐỊNH SUẤT LƯỢNG SẢN PHẨM ĐỈNH SẢN PHẨM ĐÁY THU ĐƯỢC : Tra bảng 1.249, trang 310, [5] ⇒ Khối lượng riêng nước 25oC: ρN = 996,5 (kg/m3) Tra bảng 1.2, trang 9, [5] ⇒ Khối lượng riêng axit axetic 25oC: ρAL = 1042,75 (kg/m3) Áp dụng cơng thức (1.2), trang 5, [5]: x x 0,92 0.08 = FN + FA = + ⇒ ρhh = 1000 (kg/m3) ρ hh ρ N ρ A 996,5 1042,75 Năng suất nhập liệu : GF = 0,5 (m3/h) × 1000 (kg/m3) = 500 (kg/h) G F = G D + G W Đun gián tiếp :  G F x F = G D x D + G W x W GW GF GD = = xD − xW xF − xW xD − xF x F − xW 92 − 72 GF = 500 = 363,64 (kg/h) Nên : GD = x D − xW 99,5 − 72 Và: GW = GF – GD = 500 – 363,64 = 136,36 (kg/h) ⇔ III XÁC ĐỊNH TỈ SỐ HỒN LƯU LÀM VIỆC : Nồng độ phần mol: Trang Chưng luyện Acid acetic - Nước GVHD: Hồng Minh Nam xF 0,92 MN 18 xF = = = 0,9746 (mol nước/ mol hỗn hợp) xF − xF 0,92 − 0,92 + + 18 60 MN MA xW 0,72 MN 18 xW = = = 0,8955 (mol nước/ mol hỗn hợp) xW − xW 0,72 − 0,72 + + 18 60 MN MA xD 0,995 MN 18 xD = = = 0,9985 (mol nước/ mol hỗn hợp) xD − xD 0,995 − 0,955 + + 18 60 MN MA Suất lượng mol tương đối dòng nhập liệu: f = x D − xW 0,9985 − 0,8955 = = 1,30215 x F − xW 0,9746 − 0,8955 Tỉ số hồn lưu làm việc: Trang Chưng luyện Acid acetic - Nước GVHD: Hồng Minh Nam yF ∗ xF Hình 1: Đồ thị cân pha hệ Nước – Axit axetic Dựa vào hình ⇒ yF* = 0,9819 x D − y F* 0,9985 − 0,9819 = Tỉ số hồn lưu tối thiểu: Rmin = * = 2,274 y F − x F 0,9819 − 0,9746 Tỉ số hồn lưu làm việc: R = 1,3Rmin + 0,3 = 3,2562 IV XÁC ĐỊNH SUẤT LƯỢNG MOL CỦA CÁC DỊNG PHA : Coi lưu lượng mol dòng pha đoạn tháp (chưng luyện) khơng đổi Tại đỉnh tháp: nHD L nHD L Vì đỉnh tháp nồng độ phần mol nước pha lỏng pha ⇒ Khối lượng pha pha lỏng đỉnh tháp nhau: MHD = MLD = xD MN + (1 – xD) MA = 0,9985 18 + (1 – 0,9985) 60 = 18,063 (kg/mol) Suất lượng khối lượng dòng đỉnh tháp: GHD = (R +1)GD = (3,2562 + 1) 363,64 = 1547,71 (kg/h) Suất lượng mol dòng đỉnh tháp: G HD 1547,71 = nHD = = 85,684 (kmol/h) M HD 18,063 Trang 10 Chưng luyện Acid acetic - Nước III GVHD: Hồng Minh Nam THIẾT BỊ NGƯNG TỤ SẢN PHẨM ĐỈNH : Chọn thiết bị ngưng tụ vỏ – ống loại TH, đặt nằm ngang Ống truyền nhiệt làm thép X18H10T, kích thước ống 38 x 3:  Đường kính ngồi: dn = 38 (mm) = 0,038 (m)  Bề dày ống: δt = (mm) = 0,003 (m)  Đường kính trong: dtr = 0,032 (m) Chọn:  Nước làm lạnh ống với nhiệt độ vào tV = 25oC nhiệt độ tR = 40oC  Dòng đỉnh ngồi ống với nhiệt độ ngưng tụ tngưng = 100,009 (oC) Hiệu số nhiệt độ trung bình : Chọn kiểu truyền nhiệt ngược chiều, nên: (100,009 − 25) − (100,009 − 40) ∆t log = 100,009 − 25 = 67,23(K) Ln 100,009 − 40 Hệ số truyền nhiệt: Hệ số truyền nhiệt K tính theo cơng thức: K= 1 ,(W/m2.K) + Σrt + αn α ngưng Với:  αn : hệ số cấp nhiệt dòng nước lạnh (W/m2.K)  αngưng : hệ số cấp nhiệt dòng ngưng tụ (W/m2.K)  ∑rt : nhiệt trở qua thành ống lớp cáu 3.1 Xác định hệ số cấp nhiệt nước ống : Nhiệt độ trung bình dòng nước ống: tf = ½ (tV + tR) = 32,5 (oC) Tại nhiệt độ thì:  Khối lượng riêng nước: ρn = 994,85 (kg/m3)  Độ nhớt nước: νn = 7,64.10-7 (m2/s)  Hệ số dẫn nhiệt nước: λn = 0,6215 (W/mK)  Chuẩn số Prandtl: Prn = 5,16 Chọn vận tốc nước ống:vn = (m/s) Gn 55459,3 = ⇒ Số ống: n = = 19,254 3600 ρ N π d tr v n 3600 × 994,85 π 0,032 2.1 Tra bảng V.II, trang 48, [6] ⇒ chọn n = 37 (ống) ⇒ Vận tốc thực tế nước ống: 4Gn × 55459,3 = = = 0,52 (m/s) 3600 ρ n nπd tr 3600 × 994,85 × 37 × π × 0,032 Chuẩn số Reynolds : v d 0,52 × 0,032 Re n = n tr = = 21796,127 > 104 : chế độ chảy rối νn 7,64.10 −7 Áp dụng cơng thức (3.27), trang 110, [4],cơng thức xác định chuẩn số Nusselt: Trang 40 Chưng luyện Acid acetic - Nước GVHD: Hồng Minh Nam , 25  Pr  Nu n = 0,021.ε l Re Pr  n   Prw  Trong đó: ε1 – hệ số tính đến ảnh hưởng hệ số cấp nhiệt theo tỷ lệ chiều dài L đường kính d ống Tra bảng 3.1, trang 110, [4] ⇒ chọn ε1 = Nu n λ n Hệ số cấp nhiệt nước ống trong: αn = d tr ,8 n , 43 n 3.2 Nhiệt tải qua thành ống lớp cáu : t −t q t = w1 w , (W/m2) Σrt Trong đó:  tw1 : nhiệt độ vách tiếp xúc với ngưng tụ, oC  tw2 : nhiệt độ vách tiếp xúc với nước lạnh, oC δ Σrt = t + r1 + r2 λt  Bề dày thành ống: δt = 0,003 (m)  Hệ số dẫn nhiệt thép khơng gỉ: λt = 16,3 (W/mK)  Nhiệt trở lớp bẩn ống: r1 = 1/5000 (m2.K/W)  Nhiệt trở lớp cáu ngồi ống: r2 =1/5800 (m2.K/W) Nên: ∑rt = 5,565.10-4 (m2.K/W) 3.3 Xác định hệ số cấp nhiệt ngưng tụ ngồi ống : Điều kiện: - Ngưng tụ bão hòa - Khơng chứa khơng khí khơng ngưng - Hơi ngưng tụ mặt ngồi ống - Màng chất ngưng tụ chảy tầng - Ống nằm ngang Áp dụng cơng thức (3.65), trang 120, [4]⇒ Đối với ống đơn nằm ngang thì: α = 0,7254 r.ρ g.λ3 µ.(t ngưng - t W1 ).d n Tra bảng V.II, trang 48, [6] : Với số ống n = 37 số ống đường chéo hình cạnh là: b = Tra hình V.20, trang 30, [6] ⇒ hệ số phụ thuộc vào cách bố trí ống số ống dãy thẳng đứng εtb = 0,6 (vì xếp xen kẽ số ống dãy thẳng đứng 7) ⇒ Hệ số cấp nhiệt trung bình chùm ống: αngưng = εtbα1 = 0,6α1 Dùng phép lặp: chọn tW1 = 91 (oC) Nhiệt độ trung bình màng chất ngưng tụ: tm = ½ (tngưng + tW1) = 95,5045 (oC) Tại nhiệt độ thì:  Khối lượng riêng nước: ρN = 961,457 (kg/m3)  Khối lượng riêng axit: ρA = 963,17 (kg/m3) Trang 41 Chưng luyện Acid acetic - Nước GVHD: Hồng Minh Nam xD − xD 0,995 0,005 = + = + ⇒ ρ = 961,4655 (kg/m3) ρ ρN ρA 961,457 963,17  Độ nhớt nước: µN = 2,955.10-4 (N.s/m2)  Độ nhớt axit: µA = 4,825.10-4 (N.s/m2) Nên: lgµ = xDlgµN + (1 – xD)lgµA = 0,9985.lg(2,955.10-4) + 0,0015.lg(4,825.10-4) ⇒ µ = 2,957.10-4 (N.s/m2)  Hệ số dẫn nhiệt nước: λN = 0,6811 (W/mK)  Hệ số dẫn nhiệt axit: λA = 0,156124 (W/mK) Nên: λ = λN xD + λA.(1 - xD) – 0,72 xD.(1 - xD)(λN - λA) = 0,6766 (W/mK)  Nhiệt ngưng tụ dòng hơi: r = rD = 2271688,3 (J/kg) Nên: α1 = 11487,63 (W/m2K) ⇒ αngưng = 6892,5776 (W/m2K) ⇒ qngưng = αngưng (tngưng – tW1) = 62095,23167 (W/m2) ⇒ qt = qngưng = 62095,23167(W/m2) (xem nhiệt tải mát khơng đáng kể) ⇒ tw2 = tw1 - qtΣrt = 56,444 (oC) ⇒ Prw2 = 3,465 ⇒ Nun = 138,8677 ⇒ αn = 2677,54355 (W/m2K) ⇒ qn = αn (tW2 – tf) = 64111,10274 (W/m2) Nên: Kiểm tra sai số: ε= q ngưng − q n 100% = 3,2464% < 5% (thỏa) q ngưng Kết luận: tw1 = 91 oC tw2 = 56,444 oC 3.4 Xác định hệ số truyền nhiệt: K= 1 = 930,18 (W/m2K) + 5,565.10 −4 + 2677,54355 6892,5776 Bề mặt truyền nhiệt: Bề mặt truyền nhiệt xác định theo phương trình truyền nhiệt: Qnt 3485616,314 × 1000 = F= = 15,4827 (m2) K ∆t log 3600 × 930,18 × 67,23 Cấu tạo thiết bị: Số ống truyền nhiệt: n = 37 (ống) Ống bố trí theo hình lục giác F d + d tr = 3,8056 (m) ⇒ chọn L = (m) Chiều dài ống truyền nhiệt: L = nπ n Số ống đường chéo: b = (ống) Tra bảng trang 21, [3] ⇒ Bước ống: t = 48 (mm) = 0,048 (m) Áp dụng cơng thức (V.140), trang 49, [6]: ⇒ Đường kính thiết bị: D = t(b-1) + 4dn = 0,44 (m) Trang 42 Chưng luyện Acid acetic - Nước IV GVHD: Hồng Minh Nam THIẾT BỊ ĐUN SƠI DỊNG NHẬP LIỆU : Chọn thiết bị đun sơi dòng nhập liệu thiết bị truyền nhiệt ống lồng ống Ống truyền nhiệt làm thép X18H10T:  Kích thước ống trong: 38 x  Kích thước ống ngồi: 57 x Chọn:  Dòng nhập liệu ống với nhiệt độ vào tV = tFV = 25 oC nhiệt độ tR = tFS = 100,1524 oC  Hơi ngưng tụ ống ngồi có áp suất 2,5at:  Nhiệt hóa hơi: rH 2O = rn = 2189500 (J/kg)  Nhiệt độ sơi: t H 2O = tn = 126,25 (oC) Hiệu số nhiệt độ trung bình : Chọn kiểu truyền nhiệt ngược chiều, nên: (126,25 − 25) − (126,25 − 100,1524) ∆t log = 126,25 − 25 = 55,4324 (K) Ln 126,25 − 100,1524 Hệ số truyền nhiệt : Hệ số truyền nhiệt K tính theo cơng thức: K= 1 ,(W/m2.K) + Σrt + αF αn Với:  αF : hệ số cấp nhiệt dòng nhập liệu ống (W/m2.K)  αn : hệ số cấp nhiệt đốt ngồi ống (W/m2.K)  ∑rt : nhiệt trở qua thành ống lớp cáu 3.1 Xác định hệ số cấp nhiệt dòng nhập liệu ống: Kích thước ống trong:  Đường kính ngồi: dn = 38 (mm) = 0,038 (m)  Bề dày ống: δt = (mm) = 0,003 (m)  Đường kính trong: dtr = 0,032 (m) Nhiệt độ trung bình dòng nhập liệu ống: tF = ½ (tV + tR) = 62,5762 (oC) Tại nhiệt độ thì:  Khối lượng riêng nước: ρN = 981,809 (kg/m3)  Khối lượng riêng axit: ρA = 1001,037 (kg/m3) x − xF 0,92 0,08 = F + = + Nên: ⇒ ρF = 983,32 (kg/m3) ρF ρN ρA 981,809 1001,037  Độ nhớt nước: µN = 4,5145.10-4 (N.s/m2)  Độ nhớt axit: µA = 6,8197.10-4 (N.s/m2) Nên: lgµF = xFlgµN + (1 – xF)lgµA = 0,9746.lg(4,5145.10-4) + 0,0254.lg(6,8197.10-4) ⇒ µF = 4,562.10-4 (N.s/m2)  Hệ số dẫn nhiệt nước: λN = 0,66106 (W/mK)  Hệ số dẫn nhiệt axit: λA = 0,16305 (W/mK) Nên: λF = λN.xF + λA.(1 - xF) – 0,72 xF.(1 - xF)(λN - λA) = 0,59483 (W/mK) Trang 43 Chưng luyện Acid acetic - Nước GVHD: Hồng Minh Nam  Nhiệt dung riêng nước: cN = 4183 (J/kgK)  Nhiệt dung riêng nước: cA = 2221,04 (J/kgK) Nên: cF = cN x F + cA (1 - x F ) = 4026,043(J/kgK) cFµ F Áp dụng cơng thức (V.35), trang 12, [6]: PrF = = 3,08774 λF Vận tốc dòng nhập liệu ống: 4G F × 500 vF = = = 0,1756 (m/s) 3600 ρπd tr 3600 × 983,32 × π × 0,032 Chuẩn số Reynolds : v d ρ 0,1756 × 0,032 × 983,32 Re F = F tr F = = 12113,576 > 104 : chế độ chảy rối µF 4,562.10 − Áp dụng cơng thức (3.27), trang 110, [4] ⇒ cơng thức xác định chuẩn số Nusselt: ,25  Pr  Nu F = 0,021.ε l Re Pr  F   Prw  Trong đó: ε1 – hệ số tính đến ảnh hưởng hệ số cấp nhiệt theo tỷ lệ chiều dài L đường kính d ống Tra bảng 3.1, trang 110, [4] ⇒ chọn ε1 = Nu F λ F Hệ số cấp nhiệt dòng nhập liệu ống trong: αF = d tr 3.2 Nhiệt tải qua thành ống lớp cáu : t −t q t = w1 w , (W/m2) Σrt Trong đó:  tw1 : nhiệt độ vách tiếp xúc với đốt, oC  tw2 : nhiệt độ vách tiếp xúc với dòng nhập liệu, oC δ Σrt = t + r1 + r2 λt  Bề dày thành ống: δt = 0,003 (m)  Hệ số dẫn nhiệt thép khơng gỉ: λt = 16,3 (W/mK)  Nhiệt trở lớp cáu ống: r1 = 1/5800 (m2.K/W)  Nhiệt trở lớp cáu ngồi ống: r2 =1/5800 (m2.K/W) Nên: ∑rt = 5,289.10-4 (m2.K/W) 3.3 Xác định hệ số cấp nhiệt ngưng tụ ngồi ống : Kích thước ống ngồi:  Đường kính ngồi: Dn = 57 (mm) = 0,057 (m)  Bề dày ống: δt = (mm) = 0,003 (m)  Đường kính trong: Dtr = 0,051 (m) ,8 F , 43 F Áp dụng cơng thức (3.65), trang 120, [4]: α n = 0,7254 rn ρ 2n g.λ3n µ n (t n - t W1 ).d n Dùng phép lặp: chọn tW1 = 123,25 (oC) Nhiệt độ trung bình màng nước ngưng tụ: tm = ½ (tn + tW1) = 124,75 (oC) Tại nhiệt độ thì:  Khối lượng riêng nước: ρn = 939,1575 (kg/m3)  Độ nhớt nước: µn = 2,28.10-4 (N.s/m2) Trang 44 Chưng luyện Acid acetic - Nước GVHD: Hồng Minh Nam  Hệ số dẫn nhiệt nước: λn = 0,686 (W/mK) Nên: αn = 15967,7555 (W/m2K) ⇒ qn = αn (tn – tW1) = 47903,2664 (W/m2) ⇒ qt = qn = 47903,2664 (W/m2) (xem nhiệt tải mát khơng đáng kể) ⇒ tw2 = tw1 - qtΣrt = 97,914 (oC) Tại nhiệt độ thì:  Độ nhớt nước: µN = 2,88.10-4 (N.s/m2)  Độ nhớt axit: µA = 4,7.10-4 (N.s/m2) Nên: lgµW2 = xFlgµN + (1 – xF)lgµA = 0,9746.lg(2,88.10-4) + 0,0254.lg(4,7.10-4) ⇒ µW2 = 2,916.10-4 (N.s/m2)  Hệ số dẫn nhiệt nước: λN = 0,6816 (W/mK)  Hệ số dẫn nhiệt axit: λA = 0,1555 (W/mK) Nên: λW2 = λN.xF + λA.(1 - xF) – 0,72 xF.(1 - xF)(λN - λA) = 0,611633 (W/mK)  Nhiệt dung riêng nước: cN = 4218,33 (J/kgK)  Nhiệt dung riêng nước: cA = 2418,11 (J/kgK) Nên: cW2 = cN x F + cA (1 - x F ) = 4074,3124 (J/kgK) c W2 µ W2 Áp dụng cơng thức (V.35), trang 12, [6]: PrW = = 1,942455 λ W2 Nên: NuF = 70,74614 ⇒ αF = 1315,03(W/m2K) ⇒ qF = αF (tW2 - tF) = 46470,24 (W/m2) Kiểm tra sai số: ε= qn − qF 100% = 2,9915% < 5% (thỏa) qn Kết luận: tw1 = 123,25 oC tw2 = 97,914 oC 3.4 Xác định hệ số truyền nhiệt : K= = 739,664 (W/m2K) −4 1315,03 + 5,289.10 + 15967,7555 Bề mặt truyền nhiệt : Cân nhiệt: Q = GF(hFS – hFV) = Gnrn Nên: Q = GF(hFS – hFV) = 500.(408,326 – 100,135) = 154095,5 (kJ/h) Q Lượng đốt cần dùng: G n = = 70,3793 (kg/h) rn Bề mặt truyền nhiệt xác định theo phương trình truyền nhiệt: Q 154095,5 × 1000 = F= = 1,044 (m2) K ∆t log 3600 × 739,664 × 55,4324 Cấu tạo thiết bị : Chiều dài ống truyền nhiệt: L = F nπ d n + d tr = 9,495 (m) ⇒ chọn L = 12 (m) Trang 45 Chưng luyện Acid acetic - Nước GVHD: Hồng Minh Nam L 12 = = 375 > 50 ⇒ εl = 1: thỏa d tr 0,032 Kết luận: Thiết bị đun sơi dòng nhập liệu thiết bị truyền nhiệt ống lồng ống với chiều dài ống truyền nhiệt L = 12 (m), chia thành dãy, dãy 3m Kiểm tra: V BỒN CAO VỊ : Tổn thất đường ống dẫn: Chọn ống dẫn có đường kính dtr = 80 (mm) Tra bảng II.15, trang 381, [5] ⇒ Độ nhám ống: ε = 0,2 (mm) = 0,0002 (m) (ăn mòn ít) Tổn thất đường ống dẫn:  l v h =  λ 1 + Σξ1  F (m)  d1  2g Trong đó:  λ1 : hệ số ma sát đường ống  l1 : chiều dài đường ống dẫn, chọn l1 = 30(m)  d1 : đường kính ống dẫn, d1 = dtr = 0,08(m)  ∑ξ1 : tổng hệ số tổn thất cục  vF : vận tốc dòng nhập liệu ống dẫn 1.1 Xác định vận tốc dòng nhập liệu ống dẫn : Các tính chất lý học dòng nhập liệu tra nhiệt độ trung bình: t + t FS tF = FV = 62,5762 (oC) Tại nhiệt độ thì:  Khối lượng riêng nước: ρN = 981,809 (kg/m3)  Khối lượng riêng axit: ρA = 1001,037 (kg/m3) x − xF 0,92 0,08 = F + = + Nên: ⇒ ρF = 983,32 (kg/m3) ρF ρN ρA 981,809 1001,037  Độ nhớt nước: µN = 4,5145.10-4 (N.s/m2)  Độ nhớt axit: µA = 6,8197.10-4 (N.s/m2) Nên: lgµF = xFlgµN + (1 – xF)lgµA = 0,9746.lg(4,5145.10-4) + 0,0254.lg(6,8197.10-4) ⇒ µF = 4,562.10-4 (N.s/m2) Vận tốc dòng nhập liệu ống: 4G F × 500 vF = = = 0,0281 (m/s) 3600 ρ F πd tr 3600 × 983,32 × π × 0,08 1.2 Xác định hệ số ma sát đường ống : Chuẩn số Reynolds : Trang 46 Chưng luyện Acid acetic - Nước GVHD: Hồng Minh Nam v F d tr ρ F 0,0281 × 0,08 × 983,32 = = 4845,43 > 4000 : chế độ chảy rối µF 4,562.10 − Chuẩn số Reynolds tới hạn: Regh = 6(d1/ε)8/7 = 5648,5125 Vì 4000 < ReF < Regh ⇒ chế độ chảy rối ứng với khu vực nhẵn thủy học Áp dụng cơng thức (II.61), trang 378, [5]: λ1= = 0,04 (1,8 lg Re − 1,64) Re F = 1.3 Xác định tổng hệ số tổn thất cục :  Chỗ uốn cong : Tra bảng II.16, trang 382, [5]: Chọn dạng ống uốn cong 90o có bán kính R với R/d = ξu1 (1 chỗ) = 0,15 Đường ống có chỗ uốn ⇒ ξu1 = 0,15 = 0,9  Van : Tra bảng 9.5, trang 94, [1]: Chọn van cầu với độ mở hồn tồn ξvan (1 cái) = 10 Đường ống có van cầu ⇒ ξvan = 10 = 20  Lưu lượng kế : ξl1 = (coi khơng đáng kể)  Vào tháp : ξtháp = Nên: ∑ξ1 = ξu1 + ξvan + ξll = 21,9 30   0,02812 h = , 04 + 21 ,   Vậy: = 1,485.10 −3 (m) 0,08   × 9,81 Tổn thất đường ống dẫn thiết bị đun sơi dòng nhập liệu;  v l h =  λ 2 + Σξ   d2  2g (m) Trong đó:  λ2 : hệ số ma sát đường ống  l2 : chiều dài đường ống dẫn, l2 = 12 (m)  d2 : đường kính ống dẫn, d2 = dtr = 0,032(m)  ∑ξ2 : tổng hệ số tổn thất cục  v2 : vận tốc dòng nhập liệu ống dẫn 2.1 Vận tốc dòng nhập liệu ống dẫn :v2 = 0,1756 (m/s) 2.2 Xác định hệ số ma sát đường ống : Chuẩn số Reynolds : Re2 = 12113,576 > 4000: chế độ chảy rối Độ nhám: ε = 0,0002 Chuẩn số Reynolds giới hạn: Regh = 6(d1/ε)8/7 = 1982,191 Chuẩn số Reynolds bắt đầu xuất vùng nhám: Ren = 220(d1/ε)9/8 = 66383,120 Vì Regh < Re1 < Ren ⇒ chế độ chảy rối ứng với khu vực q độ Áp dụng cơng thức (II.64), trang 379, [5]:  ε 100   λ2 = 0,1.1,46 + d Re  2  ,25 = 0,0363 Trang 47 Chưng luyện Acid acetic - Nước GVHD: Hồng Minh Nam 2.3 Xác định tổng hệ số tổn thất cục :  Chữ U : Tra bảng 9.5, trang 94, [1]: ξU2 (1 chỗ) = 2,2 Đường ống có (4 – 1) = chữ U ⇒ ξU2 = 2,2 = 6,6  Đột thu : Tra bảng II.16, trang 382, [5]: Fo 0,032 = Khi = 0,160 ξđột thu (1chỗ) = 0,458 F1 0,08 Có chỗ đột thu ⇒ ξđột thu = 0,458  Đột mở : Tra bảng II.16, trang 382, [5]: Fo 0,032 = Khi = 0,160 ξđột mở (1chỗ) = 0,708 F1 0,08 Có chỗ đột mở ⇒ ξđột mở = 0,708 Nên: ∑ξ2 = ξU2 + ξđơt thu + ξđột mở = 7,766 12   0,1756 h = , 0363 + , 766   Vậy: = 0,19134 (m) 0,032   × 9,81 Chiều cao bồn cao vị: Chọn :  Mặt cắt (1-1) mặt thống chất lỏng bồn cao vị  Mặt cắt (2-2) mặt cắt vị trí nhập liệu tháp p dụng phương trình Bernoulli cho (1-1) (2-2): 2 P1 P2 v v z1 + + = z2 + + +∑hf1-2 ρ F g ρ F g 2.g 2.g 2 P2 − P1 v − v1 + ⇔ z1 = z2 + +∑hf1-2 ρ F g 2.g Trong đó:  z1: độ cao mặt thống (1-1) so với mặt đất, hay xem chiều cao bồn cao vị Hcv = z1  z2: độ cao mặt thống (2-2) so với mặt đất, hay xem chiều cao từ mặt đất đến vị trí nhập liệu: z2 = hchân đỡ + hđáy + (nttC – 1)∆h + 0,5 = 0,24 + 0,2625 + (13 – 1).0,3 + 0,5 = 4,6025 (m)  P1 : áp suất mặt thống (1-1), chọn P1 = at = 9,81.104 (N/m2)  P2 : áp suất mặt thống (2-2) Xem ∆P = P2 – P1 = nttL ∆PL = 34 490,4024 = 16673,6816 (N/m2)  v1 : vận tốc mặt thống (1-1), xem v1 = (m/s)  v2 : vận tốc vị trí nhập liệu, v2 = vF = 0,0281 (m/s)  ∑hf1-2 : tổng tổn thất ống từ (1-1) đến (2-2): ∑hf1-2 = h1 + h2 = 0,192825 (m) Vậy: Chiều cao bồn cao vị: Trang 48 Chưng luyện Acid acetic - Nước GVHD: Hồng Minh Nam P − P1 v − v1 + Hcv = z2 + +∑hf1-2 ρ F g 2.g 16673,6816 0,02812 − + = 4,6025+ + 0,192825 983,32 × 9,81 × 9,81 = 6,523858 (m) Chọn Hcv = 10 (m) VI BƠM : Năng suất: Nhiệt độ dòng nhập liệu tF = 25oC Tại nhiệt độ thì:  Khối lượng riêng nước: ρN = 996,9 (kg/m3)  Khối lượng riêng axit: ρA = 1042,75 (kg/m3) x − xF 0,92 0,08 = F + = + Nên: ⇒ ρF = 1000,42 (kg/m3) ρF ρN ρA 996,9 1042,75  Độ nhớt nước: µN = 8,92.10-4 (N.s/m2)  Độ nhớt axit: µA = 1,125.10-3 (N.s/m2) Nên: lgµF = xFlgµN + (1 – xF)lgµA = 0,9746.lg(8,92.10-4) + 0,0254.lg(1,125.10-3) ⇒ µF = 8,973.10-4 (N.s/m2) Suất lượng thể tích dòng nhập liệu ống: G 500 QF = F = = 0,49979 (m3/h) ρ F 1000,42 Vậy: chọn bơm có suất Qb = 0,5 (m3/h) Cột áp: Chọn :  Mặt cắt (1-1) mặt thống chất lỏng bồn chứa ngun liệu  Mặt cắt (2-2) mặt thống chất lỏng bồn cao vị Áp dụng phương trình Bernoulli cho (1-1) (2-2): 2 P1 P2 v v z1 + + + Hb = z2 + + +∑hf1-2 ρ F g ρ F g 2.g 2.g Trong đó:  z1: độ cao mặt thống (1-1) so với mặt đất, chọn z1 = 1m  z2: độ cao mặt thống (2-2) so với mặt đất, z2 = Hcv = 10m  P1 : áp suất mặt thống (1-1), chọn P1 = at  P2 : áp suất mặt thống (2-2), chọn P2 = at  v1,v2 : vận tốc mặt thống (1-1) và(2-2), xem v1= v2 = 0(m/s)  ∑hf1-2 : tổng tổn thất ống từ (1-1) đến (2-2)  Hb : cột áp bơm 2.1 Tính tổng trở lực ống: Chọn đường kính ống hút ống đẩy nhau: dtr = 50 (mm) Tra bảng II.15, trang 381, [5] ⇒ Độ nhám ống: ε = 0,2 (mm) = 0,0002 (m) (ăn mòn ít) Tổng trở lực ống hút ống đẩy Trang 49 Chưng luyện Acid acetic - Nước GVHD: Hồng Minh Nam  l h + lđ  vF  + Σξ h + Σξ đ  ∑hf1-2 =  λ d tr   2g Trong đó:  lh : chiều dài ống hút Chiều cao hút bơm: Tra bảng II.34, trang 441, [5] ⇒ hh = 4,5 (m) ⇒ Chọn lh = (m)  lđ : chiều dài ống đẩy, chọn lđ = 15 (m)  ∑ξh : tổng tổn thất cục ống hút  ∑ξđ : tổng tổn thất cục ống đẩy  λ : hệ số ma sát ống hút ống đẩy  vF : vận tốc dòng nhập liệu ống hút ống đẩy (m/s) 4Qb × 0,5 vF = = = 0,0707 (m/s) 3600πd tr 3600 × π × 0,05  Xác định hệ số ma sát ống hút ống đẩy : Chuẩn số Reynolds : v d ρ 0,0707 × 0,05 × 1000,42 Re F = F tr F = = 3943,23 µF 8,973.10 − Vì 2320 < ReF < 4000 ⇒ chế độ chảy q độ 0,3164 Áp dụng cơng thức (II.59), trang 378, [5]: λ = , 25 = 0,04 Re F  Xác định tổng tổn thất cục ống hút :  Chỗ uốn cong : Tra bảng II.16, trang 382, [5]: Chọn dạng ống uốn cong 90o có bán kính R với R/d = ξu1 (1 chỗ) = 0,15 Ống hút có chỗ uốn ⇒ ξu1 = 0,15 = 0,3  Van : Tra bảng 9.5, trang 94, [1]: Chọn van cầu với độ mở hồn tồn ξv1 (1 cái) = 10 Ống hút có van cầu ⇒ ξv1 = 10 Nên: ∑ξh = ξu1 + ξv1 = 10,3  Xác định tổng tổn thất cục ống đẩy :  Chỗ uốn cong : Tra bảng II.16, trang 382, [5]: Chọn dạng ống uốn cong 90o có bán kính R với R/d = ξu2 (1 chỗ) = 0,15 Ống đẩy có chỗ uốn ⇒ ξu2 = 0,15 = 0,6  Van : Tra bảng 9.5, trang 94, [1]: Chọn van cầu với độ mở hồn tồn ξv2 (1 cái) = 10 Ống đẩy có van cầu ⇒ ξv2 = 10  Vào bồn cao vị : ξcv = Nên: ∑ξđ = ξu1 + ξv1 + ξcv = 11,6 6+8   0,0707 + 10,3 + 11,6  Vậy: ∑hf1-2 =  0,032 =7,862.10 −3 (m) ≈ (mm) 0,05   × 9,81 Trang 50 Chưng luyện Acid acetic - Nước GVHD: Hồng Minh Nam 2.2 Tính cột áp bơm: Hb = (z2 – z1) + ∑hf1-2 = (10 – 1) +7,862.10 −3 = 9,007862 (m) Cơng suất: Chọn hiệu suất bơm: ηb = 0,8 Qb H b ρ F g 0,5 × 9,007862 × 1000,42 × 9,81 = Cơng suất thực tế bơm: Nb = 3600.η b 3600 × 0,8 = 15,348 (W) = 0,0206 (Hp) Kết luận: Để đảm bảo tháp hoạt động liên tục ta chọn bơm li tâm loại XM, có: - Năng suất: Qb = 0,5 (m3/h) - Cột áp: Hb = 9,007862 (m) - Cơng suất: Nb = 0,0206 (Hp) Chương TÍNH KINH TẾ  Lượng thép X18H10T cần dùng: M1 = 47mmâm + mthân + 2mđáy(nắp) = 1438,374 (kg)  Lượng thép CT3 cần dùng: M2 = 16mbích nối thân + 2.( mbích ghép ống nhập liệu + mbích ghép ống hồn lưu + mbích ghép ống dẫn lỏng vào nồi đun + mbích ghép ống dẫn lỏng khỏi nồi đun ) + 2 mbích ghép ống hới + mchân đỡ + mtai treo + mtấm lót = 252,56876 (kg)  Số bulơng cần dùng: n = 24 + 4.2 + 4.4 = 216 (cái)  Chiều dài ống 38 x 3mm: L1 = 127.4 + + 4.37 + 12 = 677 (m)  Chiều dài ống 57 x 3mm: L2 = + 12 = 21 (m)  Chọn tổng chiều dài ống hồn lưu, ống dẫn lỏng vào nồi đun, ống dẫn lỏng khỏi nồi đun 30m Chiều dài ống 32mm: 20 (m) Chiều dài ống 20mm: 10 (m) L3 = 30 + 20 + 10 = 60 (m)  Chiều dài ống 100mm: Chọn tổng chiều dài ống đỉnh tháp ống đáy tháp L4 = 10m  Chiều dài ống 50mm: Chọn tổng chiều dài ống chảy tràn ống xả đáy từ bồn cao vị 20m L5 = + + 20 = 40 (m)  Kính quan sát: đường kính 180mm, dày 20mm π S = 0,182 = 0,025 (m2) Chọn kính quan sát ⇒ S = 0,025 = 0,051 (m2)  Bơm ly tâm: chọn bơm ly tâm ⇒ Nb = 0,0206 = 0,0412 (Hp)  Cút inox 38 x 3mm: n = (1 + 2).2 = (cái)  Cút inox 57 x 3mm: n = (cái) Trang 51 Chưng luyện Acid acetic - Nước Vật liệu GVHD: Hồng Minh Nam Số lượng Trang 52 Đơn giá Thành tiền (đ) Chưng luyện Acid acetic - Nước GVHD: Hồng Minh Nam Thép X18H10T 1438,374 (kg) Thép CT3 252,56876(kg) Bulơng 216 (cái) Vật liệu cách nhiệt 0,38973 (m3) Ống dẫn 38 x 3mm 677 (m) Ống dẫn 57 x 3mm 21 (m) Ống dẫn lỏng ( L3) 60 (m) Ống 100mm 10 (m) Ống 50mm (m) Kính quan sát 0,051 (m2) Bơm ly tâm 0,0412 (Hp) Áp kế tự động (cái) Nhiệt kế điện trở tự ghi (cái) Lưu lượng kế (≥ 50mm) (cái) Van inox 50mm (cái) Van inox 32mm (cái) Van inox 20mm (cái) Racco inox 50mm (cái) Racco inox 32mm (cái) Racco inox 20mm (cái) Cút inox 38 x 3mm 6(cái) Cút inox 57 x 3mm (cái) Cút inox 32mm,20mm 14 (cái) Cút inox 100mm (cái) Cút inox 50mm 10 (cái) T inox 50 (cái) Tổng chi phí vật tư 50000 (đ/kg) 10000 (đ/kg) 5000 (đ/cái) 4000000 (đ/m3) 50000 (đ/m) 100000 (đ/m) 100000 (đ/m) 100000 (đ/m) 100000 (đ/m) 250000 (đ/m2) 700000 (đ/Hp) 600000 (đ/cái) 200000 (đ/cái) 1500000 (đ/cái) 150000 (đ/cái) 150000 (đ/cái) 150000 (đ/cái) 150000 (đ/cái) 150000 (đ/cái) 150000 (đ/cái) 15000 (đ/cái) 30000 (đ/cái) 30000 (đ/cái) 30000 (đ/cái) 30000 (đ/cái) 30000 (đ/cái) 71918700 2525687,6 1080000 1558920 33850000 2100000 6000000 1000000 4000000 12723 28840 600000 600000 3000000 750000 600000 300000 750000 150000 150000 90000 180000 420000 90000 300000 90000 132144870,6 Vậy tổng chi phí vật tư 133 triệu đồng Xem tiền cơng chế tạo 200% tiền vật tư Vậy: tổng chi phí 400 triệu đồng LỜI KẾT Với hệ thống chưng cất Nước – Axit axetic dùng tháp mâm xun lỗ thiết kế, ta thấy bên cạnh ưu điểm có nhiều nhược điểm Thiết bị có ưu điểm suất hiệu suất cao thiết bị cồng kềnh, đòi hỏi phải có vận hành với độ xác cao Bên cạnh đó, vận hành thiết bị ta phải ý đến vấn đề an tồn lao động để tránh rủi ro xảy ra, gây thiệt hại người TÀI LIỆU THAM KHẢO [1].Trần Hùng Dũng – Nguyễn Văn Lục – Hồng Minh Nam – Vũ Bá Minh, “Q trình Thiết bị Cơng Nghệ Hóa Học – Tập 1, Quyển 2: Phân riêng khí động, lực ly tâm, bơm, quạt, máy nén Tính hệ thống đường ống”, Nhà xuất Đại học Quốc gia TpHCM, 1997, 203tr Trang 53 Chưng luyện Acid acetic - Nước GVHD: Hồng Minh Nam [2].Võ Văn Bang – Vũ Bá Minh, “Q trình Thiết bị Cơng Nghệ Hóa Học – Tập 3: Truyền Khối”, Nhà xuất Đại học Quốc gia TpHCM, 2004, 388tr [3].Phạm Văn Bơn – Nguyễn Đình Thọ, “Q trình Thiết bị Cơng Nghệ Hóa Học – Tập 5: Q trình Thiết bị Truyền Nhiệt”, Nhà xuất Đại học Quốc gia TpHCM, 2002, 372tr [4].Phạm Văn Bơn – Vũ Bá Minh – Hồng Minh Nam, “Q trình Thiết bị Cơng Nghệ Hóa Học – Tập 10: Ví dụ Bài tập”, Nhà xuất Đại học Quốc gia TpHCM, 468tr [5].Tập thể tác giả, “Sổ tay Q trình Thiết bị Cơng nghệ Hóa chất – Tập 1”, Nhà xuất Khoa học Kỹ thuật Hà Nội, 1999, 626tr [6].Tập thể tác giả, “Sổ tay Q trình Thiết bị Cơng nghệ Hóa chất – Tập 2”, Nhà xuất Khoa học Kỹ thuật Hà Nội, 1999, 447tr [7].Hồ Lê Viên, “Thiết kế Tính tốn thiết bị hóa chất”, Nhà xuất Khoa học Kỹ thuật, Hà Nội, 1978, 286tr [8].Nguyễn Minh Tuyển, “Cơ sờ Tính tốn Máy Thiết bị Hóa chất – Thực phẩm”, Nhà xuất Khoa học Kỹ thuật, Hà Nội, 1984, 134tr [9].Trần Hữu Quế, “Vẽ kỹ thuật khí – Tập 1”, Nhà xuất Đại học Giáo dục chun nghiệp, 1991, 160tr [10].Phạm Đình Trị, “380 phương thức điều chế ứng dụng hóa học sản xuất đời sống”, Nhà xuất TpHCM, 1988, 144tr [11].Nguyễn Thế Đạt, “Khoa học kỹ thuật bảo hộ lao động số vấn đề mơi trường”, Nhà xuất Khoa học Kỹ thuật, Hà Nội, 2005, 283tr [12].Thế Nghĩa, “Kỹ thuật an tồn sản xuất sử dụng hóa chất ”, Nhà xuất Khoa học Kỹ thuật, 2000, 299tr Trang 54 [...]... là φ = 0,85 (m) Vận tốc pha hơi trong phần chưng và phần luyện theo thực tế: 4QHC 4 × 0,7295 ωC = = =1,285575 (m/s) πφ 2 π × 0,85 2 4QHL 4 × 0,7286 ωL = = =1,284 (m/s) πφ 2 π × 0,85 2 Trang 16 Chưng luyện Acid acetic - Nước GVHD: Hồng Minh Nam Phần chưng Số mâm lý thuyết : 7 Phần luyện Đường chưng : Y = 1,071x – 0,06357 Trang 17 Chưng luyện Acid acetic - Nước GVHD: Hồng Minh Nam Phần luyện (phóng to)... 3481914,263 (kJ/h) 0,95 Nếu dùng hơi nước bão hòa (khơng chứa ẩm) để cấp nhiệt thì: Qđ = G H 2O rH 2O Vậy lượng hơi nước cần dùng là : G H 2O = Qđ = 1590,278 (kg/h) rH 2O Thiết bị làm nguội sản phẩm đáy Chọn:  Nước làm lạnh đi trong ống trong với nhiệt độ vào tV = 25oC và nhiệt độ ra tR = 35oC  Sản phẩm đáy đi trong ống ngồi với nhiệt độ vào t WS = 100,6315oC và nhiệt độ ra tWR = 40oC Cân bằng nhiệt:... bằng nhiệt: Q = GW(hWS – hWR) = Gn (hR – hV) Trang 12 Chưng luyện Acid acetic - Nước GVHD: Hồng Minh Nam Nhiệt dung riêng của nước ở 40oC = 4,178 (kJ/kg.K) Nhiệt dung riêng của axit ở 40oC = 2,1(kJ/kg.K) Nên: hWR = (0,72 4,178 + 0,28 2,1) 40 = 143,8464 (kJ/kg) Tra bảng 1.250, p312, ST I ⇒ Enthalpy của nước ở 25oC : hV = 104,75 (kJ/kg) ⇒ Enthalpy của nước ở 35oC : hR = 146,65 (kJ/kg) Lượng nhiệt trao đổi:... 6,09 (kmol/h) M LW 22,389 Và: nLW = n’LF = 65,55 (kmol/h) nHW = nHF = nHD = 85,684 (kmol/h) Chương 4 TÍNH CÂN BẰNG NHIỆT Chọn hơi đốt là hơi nước ở 2,5at Tra bảng 1.251, trang 314, [5]:  Nhiệt hóa hơi: rH 2O = rn = 2189500 (J/kg)  Nhiệt độ sơi: t H 2O = tn = 126,25 (oC) Trang 11 Chưng luyện Acid acetic - Nước GVHD: Hồng Minh Nam Dòng sản phẩm tại đáy có nhiệt độ:  Trước khi vào nồi đun (lỏng): tS1... Kích thước ống ngồi: 57 x 3 Chọn:  Nước làm lạnh đi trong ống trong với nhiệt độ vào tV = 25oC và nhiệt độ ra tR = 35oC  Sản phẩm đáy đi trong ống ngồi với nhiệt độ vào t WS = 100,6315oC và nhiệt độ ra tWR = 40oC 1 Suất lượng nước làm lạnh cần dùng: Cân bằng nhiệt: Q = GW(hWS – hWR) = Gn (hR – hV) Nhiệt dung riêng của nước ở 40oC = 4,178 (kJ/kg.K) Nhiệt dung riêng của axit ở 40oC = 2,1(kJ/kg.K) Nên:... 0,852657 (m) πω L π × 1,276 2 Phần chưng: Tính tốn tương tự như phần luyện ⇒ ta có bảng kết quả sau: xc xC TLC NC Trang 15 AC LC Chưng luyện Acid acetic - Nước 0,935 yc 0,93781 5 0,82 THC 100,53 3 GVHD: Hồng Minh Nam 100,39 958,111 957,298 957,96 MHC HC C QHC C 20,612 0,67252 1,2077 0,7295 0.877 Vì φL ≈ φC ⇒ ta có thể lấy đường kính của tồn tháp là đường kính của phần chưng Chọn φ = 0,85 (m) Kết luận:... Suất lượng nước lạnh cần dùng: G n = = 750,255 (kg/h) hR − hV Thiết bị ngưng tụ sản phẩm đỉnh Chọn:  Nước làm lạnh đi trong ống với nhiệt độ vào tV = 25oC và nhiệt độ ra tR = 40oC  Dòng hơi tại đỉnh đi ngồi ống với nhiệt độ ngưng tụ tngưng = 100,009 (oC) Cân bằng nhiệt: Qnt = (R + 1)GDrD = Gn (hR – hV) Nên: Qnt = (R + 1)DrD = 3485616,314 (kJ/h) Tra bảng 1.250, p312, ST I ⇒ Enthalpy của nước ở 25oC... chiều dài của gờ chảy tràn, m  K = ρb/ρL : tỷ số giữa khối lượng riêng chất lỏng bọt và khối lượng riêng của chất lỏng, lấy gần bằng 0,5 n L M L  QL = : suất lượng thể tích của pha lỏng, m3/s ρL Tính chiều dài gờ chảy tràn: Trang 20 Chưng luyện Acid acetic - Nước GVHD: Hồng Minh Nam R α Lgờ Ta có: Squạt - S∆ = Sbán nguyệt R2 1 α α 20% 2 − 2 R sin R cos = πR ⇔α 2 2 2 2 2 ⇔ α - sinα = 0,3π Dùng phép... Chiều cao gờ: hgờ = 50 (mm)  Bề dày: S = 3 (mm)  Diện tích bề mặt trong: Sbề mặt = 0,92 (m2) (Bảng XIII.10, trang 382, [6]) Vì đáy và nắp có hình ellip tiêu chuẩn với Trang 24 Chưng luyện Acid acetic - Nước V GVHD: Hồng Minh Nam BỀ DÀY MÂM : 1 Các thơng số cần tra và chọn phục vụ cho q trình tính tốn:  Nhiệt độ tính tốn: t = tmax = 100,966 (oC)  Áp suất tính tốn: P = Pthủy tĩnh + Pgờ Chọn bề dày... + αn αS Với:  αn : hệ số cấp nhiệt của hơi đốt (W/m2.K)  αS : hệ số cấp nhiệt của sản phẩm đáy (W/m2.K)  ∑rt : nhiệt trở qua thành ống và lớp cáu 3.1 Nhiệt tải qua thành ống và lớp cáu: t −t q t = w1 w 2 , (W/m2) Σrt Trong đó: Trang 33 Chưng luyện Acid acetic - Nước       GVHD: Hồng Minh Nam tw1 : nhiệt độ của vách tiếp xúc với hơi đốt (trong ống), oC tw2 : nhiệt độ của vách tiếp xúc với sản