Thiết kế mâm chóp chưng cất hỗn hợp Toluen Benzen

tính toán và thiết kế hệ thống mâm chóp, tháp chưng cất để phân tách Toluen và Benzen trong hỗn hợp, giúp cho quá trình được nhanh, tiết kiệm chi phí trong quá trình lắp đặt, ứng dụng trong công nghệ máy, kỹ thuật

ĐAMH Q trình & Thiết bị GVHD : Phan Đình Tuấn BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập – Tự – Hạnh phúc TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA Thành phố Hồ Chí Minh Khoa: Công nghệ Hóa & Thực phẩm Bộ môn: Quá trình Thiết bò ĐỒ ÁN MÔN HỌC: ĐỒ ÁN MÔN HỌC QT&TB MÃ SỐ: 605040 Họ tên sinh viên: Vũ Tiến Dũng Lớp: HC06MB Ngành (nếu có): Máy & Thiết Bị Đầu đề đồ án: Thiết kế tháp mâm chóp chưng cất hỗn hợp Benzen – Toluen có suất 200 l/h tính theo sản phẩm đỉnh Nhiệm vụ (nội dung yêu cầu số liệu ban đầu): - Nồng độ nhập liệu: - Nồng độ sản phẩm đỉnh: - Nồng độ sản phẩm đáy: F = 40%phần khối lượng D W = 98% phần khối lượng = 1% phần khối lượng Nguồn lượng thông số khác tự chọn Nội dung phần thuyết minh tính toán: Xem phần mục lục Các vẽ đồ thò (loại kích thước vẽ): Gồm vẽ A1: vẽ quy trình công nghệ vẽ chi tiết thiết bò Ngày giao đồ án: 6/10/2009 Ngày hoàn thành đồ án: 18/01/2010 Ngày bảo vệ hay chấm: 25/01/2010 Ngày tháng 10 năm 2009 CHỦ NHIỆM BỘ MÔN NGƯỜI HƯỚNG DẪN (Ký ghi rõ họ tên) (Ký ghi rõ họ tên) Trang ĐAMH Q trình & Thiết bị GVHD : Phan Đình Tuấn NHẬN XÉT ĐỒ ÁN Cán hướng dẫn Nhận xét: Điểm: _ Chữ ký: Cán chấm hay Hội đồng bảo vệ Nhận xét: Điểm: _ Chữ ký: Điểm tổng kết: Trang ĐAMH Q trình & Thiết bị GVHD : Phan Đình Tuấn LỜI MỞ ĐẦU Khoa học kỹ thuật ngày phát triển đóng góp to lớn cho cơng nghiệp nước ta nói riêng giới nói chung Một ngành có đóng góp vơ to lớn ngành cơng nghiệp hố học, đặc biệt ngành sản xuất hố chất Hiện nay, ngành cơng nghiệp cần sử dụng nhiều hố chất có độ tinh khiết cao Nhu cầu đặt cho nhà sản xuất hố chất sử dụng nhiều phương pháp để nâng cao độ tinh khiết sản phẩm : trích ly, chưng cất, đặc, hấp thu … Tuỳ theo đặc tính u cầu sản phẩm mà ta có lựa chọn phương pháp cho phù hợp Đối với hệ benzen – toluen hệ cấu tử tan lẫn vào nhau, ta chọn phương pháp chưng cất để nâng cao độ tinh khiết cho benzen Đồ án mơn học Q trình & Thiết bị mơn học mang tính tổng hợp q trình học tập kỹ sư Cơng nghệ Hố học tương lai Mơn học giúp sinh viên tính tốn cụ thể : quy trình cơng nghệ, kết cấu, giá thành thiết bị sản xuất hố chất - thực phẩm Đây lần sinh viên vận dụng kiến thức học để giải vấn đề kỹ thuật thực tế cách tổng hợp Nhiệm vụ đồ án thiết kế tháp mâm chóp để chưng cất hỗn hợp Benzen – Toluen áp suất thưởng với suất theo sản phẩm đỉnh(Benzene) 200 lít/h có nổng độ 98% phần khối lượng benzen, nồng độ sản phẩm đáy 99% khối lượng Toluene,Nồng độ nhập liệu 40% khối lượng Benzene, nhập liệu trạng thái lỏng sơi Trang ĐAMH Q trình & Thiết bị GVHD : Phan Đình Tuấn MỤC LỤC Lời mở đầu CHƯƠNG : TỔNG QUAN I Lý thuyết chưng cất .5 II Giới thiệu sơ ngun liệu .7 CHƯƠNG : QUY TRÌNH CƠNG NGHỆ CHƯƠNG : CÂN BẰNG VẬT CHẤT 10 I Các thông số ban đầu .10 II Xác đònh suất lượng sản phẩm đỉnh sản phẩm đáy thu .10 III Xác đònh tỉ số hoàn lưu làm việc 11 IV Xác đònh phương trình đường làm việc – Số mâm lý thuyết 13 V Xác đònh số mâm thực tế .14 CHƯƠNG : TÍNH TOÁN THÁP CHƯNG CẤT 16 I Đường kính đoạn cất .16 II Đường kính đoạn chưng .18 III Trở lực tháp .20 CHƯƠNG : CÂN BẰNG NHIỆT LƯỢNG 22 I Cân nhiệt lượng cho thiết bị ngưng tụ sản phẩm đỉnh .22 II Cân nhiệt lượng cho thiết bị gia nhiệt nhập liệu 22 III Cân nhiệt lượng cho thiết bị làm nguội sản phẩm đáy .22 IV Cân nhiệt lượng cho thiết bị làm nguội sản phẩm đỉnh .22 V Nhiệt lượng cung cấp cho đáy tháp 23 CHƯƠNG 6: TÍNH TỐN CƠ KHÍ 24 I Tính tốn thân tháp .24 II Tính tốn chóp .24 III Tính tốn đáy nắp thiết bị 25 IV Bích ghép thân .26 V Đường kính ống dẫn – Bích ghép ống dẫn 28 VI Chân đỡ - tai treo 31 CHƯƠNG : TÍNH TOÁN THIẾT BỊ PHU 33 I Thiết bị ngưng tụ sản phẩm đỉnh 33 II Thiết bò đun sôi đáy tháp .36 III Thiết bò làm nguôïi sản phẩm đỉnh .39 IV Thiết bò làm nguội sản phẩm đáy 43 V Thiết bị đun sơi nhập liệu 47 VI Bồn cao vị .50 VII Bơm 52 Trang ĐAMH Q trình & Thiết bị GVHD : Phan Đình Tuấn Kết luận .54 Tài liệu tham khảo .54 Trang ĐAMH Q trình & Thiết bị GVHD : Phan Đình Tuấn Chương : TỔNG QUAN 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 hồ 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 - Chưng cất đặc giống nhau, nhiên khác q trình 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 lớn (nhiệt độ sơi nhỏ)  Sản phẩm đỉnh chủ yếu gồm cấu tử có độ bay nhỏ (nhiệt độ sơi lớn) - Đối với hệ Benzen – Toluen  Sản phẩm đỉnh chủ yếu gồm benzen toluen  Sản phẩm đáy chủ yếu toluen benzen Phương pháp chưng cất : Các phương pháp chưng cất phân loại theo : - Áp suất làm việc :  Áp suất thấp  Áp suất thường  Áp suất cao  Ngun tắc làm việc : dựa vào nhiệt độ sơi cấu tử, nhiệt độ sơi cấu tử q cao ta giảm áp suất làm việc để giảm nhiệt độ sơi cấu tử - Ngun lí làm việc :  Chưng bậc  Chưng lơi theo nước  Chưng cất - Cấp nhiệt đáy tháp :  Cấp nhiệt trực tiếp  Cấp nhiệt gián tiếp Vậy : Đối với hệ Benzen – Toluen, ta chọn phương pháp chưng cất liên tục áp suất thường Thiết bị chưng cất : Trong sản xuất, người ta thường dùng nhiều loại thiết bị khác để tiến hành chưng cất Tuy nhiên, u cầu chung thiết bị giống nghĩa diện tích 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 ĐAMH Q trình & Thiết bị GVHD : Phan Đình Tuấn  Tháp mâm : thân tháp hình trụ, thẳng đứng phía có gắn mâm có cấu tạo khác nhau, pha lỏng pha đượ cho tiếp xúc với Tuỳ theo cấu tạo đĩa, ta có : - Tháp mâm chóp : mâm bố trí có chóp dạng tròn, xupap, … - 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 sau : xếp ngẫu nhiên hay xếp thứ tự So sánh ưu nhược điểm loại tháp : Ưu điểm Nhược điểm Tháp chêm Tháp mâm xun lỗ Tháp chóp - Cấu tạo đơn giản - Trở lực thấp - Làm việc với chất lỏng bẩn 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 hành - Do có hiệu ứng thành → tăng suất hiệu ứng thành tăng → khó tăng suất - Thiết bị nặng nề - Trở lực tương đối thấp - Hiệu suất cao - Khá ổn định - Hiệu suất cao - Khơng làm việc - Có trở lực lớn với chất lỏng bẩn - Tiêu tốn nhiều - Kết cấu phức tạp vật tư, kết cấu phức tạp Vậy :qua phân tích ta sử dụng tháp mâm chóp để chưng cất hệ Benzen – Toluen II GIỚI THIỆU VỀ NGUN LIỆU : Benzen & Toluen : Benzen: hợp chất mạch vòng, dạng lỏng khơng màu có mùi thơm nhẹ.Cơng thức phận tử C6H6 Benzen khơng phân cực,vì tan tốt dung mơi hữu khơng phân cực tan nước Trước người ta thường sử dụng benzen làm dung mơi Tuy nhiên sau người ta phát nồng độ benzen khơng khí cần thấp khoảng 1ppm có khả gây bệnh bạch cầu, nên ngày benzen sử dụng hạn chế Các tính chất vật lí benzen: o Khối lượng phân tử: 78,11 o Tỉ trọng(200C): 0,879 o Nhiệt độ sơi: 80oC o Nhiệt độ nóng chảy: 5,50C Toluen: hợp chất mạch vòng,ở dạng lỏng có tính thơm ,cơng thức phân tử tương tự benzen có gắn thêm nhóm –CH Khơng phân cực,do toluen tan tốt benzen.Toluen có tính chất dung mơi tương tự benzen độc tính thấp nhiều, nên ngày thường sử dụng thay benzen làm dung mơi phòng thí nghiệm cơng nghiệp Các tính chất vật lí toluen: o Khối lượng phân tử : 92,13 o Tỉ trọng (20oC) : 0,866 o Nhiệt độ sơi : 111oC Trang ĐAMH Q trình & Thiết bị GVHD : Phan Đình Tuấn o Nhiệt độ nóng chảy : -95 oC Các phương thức điều chế : o Đi từ nguồn thiên nhiên Thơng thường hidrocacbon điều chế phòng thí nghiệm, thu lượng lớn phương pháp chưng cất than đá, dầu mỏ… o Đóng vòng dehiro hóa ankane o Các ankane tham gia đóng vòng dehidro hóa tạo thành hidro cacbon thơm nhiệt độ cao có mặt xúc tác Cr2O3, hay lim loại chuyển tiếp Pd, Pt Cr2O3 / Al2O3 → C6H6 CH3(CH2)4CH3    o Dehidro hóa cycloankane Các cycloankane bị dehidro hóa nhiệt độ cao với có mặt xúc tác kim loại chuyển tiếp tạo thành benzen hay dẫn xuất cảu benzen Pt / Pd C6H12 → C6H6 o Đi từ acetylen Đun acetane có mặt cảu xúc tác than hoạt tính hay phức niken Ni(CO)[(C6H5)P] thu benzen xt 3C2H2 → C6H6 o Từ benzen ta điều chế dẫn xuất benzen toluen phản ứng Friedel-Crafts (phản ứng ankyl hóa benzen dẫn xuất ankyl halide với có mặt cảu xúc tác AlCl3 khan C6H6 + CH3- Cl AlCl  3 → C6H5-CH3 Hỗn hợp benzen – toluen : Ta có bảng thành phần lỏng (x) – (y) nhiệt độ sơi hỗn hợp Benzen – Toluen 760 mmHg.(Tham khảo STT1) x (% phân mol) y (% phân mol) t (oC) 0 110,6 11,8 108,3 10 21,4 106,1 20 38 102,2 30 51,1 98,6 40 61,9 95,2 50 71,2 92,1 60 79 89,4 70 85,4 86,8 80 91 84,4 90 95,9 82,3 100 100 80,2 Trang ĐAMH Q trình & Thiết bị GVHD : Phan Đình Tuấn Chương : QUY TRÌNH CƠNG NGHỆ Hỗn hợp Benzen – Toluen có nồng độ Benzen 40% (phần khối lượng), nhiệt độ ngun liệu lúc đầu 300C bình chứa ngun liệu (1), bơm (2) bơm lên bồn cao vị (3) Dòng nhập liệu gia nhiệt tới nhiệt độ sơi thiết bị truyền nhiệt ống chùm Sau hỗn hợp đưa vào tháp chưng cất (6) đĩa nhập liệu bắt đầu q trình chưng cất Lưu lượng dòng nhập liệu kiểm sốt qua lưu lượng kế (14) Trên đĩa nhập liệu, chất lỏng trộn với phần lỏng từ đoạn luyện tháp chảy xuống Trong tháp, lên gặp lỏng từ xuống Ở có tiếp xúc trao đổi hai pha với Pha lỏng chuyển động phần chưng xuống phía giảm nồng độ cấu tử dễ bay bị pha tạo nên từ nồi đun (10) lơi cấu tữ dễ bay Nhiệt độ lên thấp, nên qua đĩa từ lên cấu tử có nhiệt độ sơi cao toluen ngưng tụ lại, cuối đỉnh tháp ta thu hỗn hợp có cấu tử benzen chiếm nhiều (nồng độ 98% phần khối lượng) Hơi vào thiết bị ngưng tụ (7) ngưng tụ hồn tồn Một phần chất lỏng ngưng tụ qua thiết bị làm nguội sản phẩm đỉnh (8), làm nguội thiết bị trao đổi nhiệt ống lồng ống(8) đưa qua bồn chứa sản phẩm đỉnh (9) Phần lại chất lỏng ngưng tụ hồn lưu tháp đĩa với tỉ số hồn lưu thích hợp kiểm sốt lưu lượng kế(5) Cuối đáy tháp ta thu hỗn hợp lỏng hầu hết cấu tử khó bay (Toluen) Hỗn hợp lỏng đáy có nồng độ Toluene 99% phần khối lượng, lại Benzene Dung dịch lỏng đáy khỏi tháp vào nồi đun (10) Trong nồi đun dung dịch lỏng phần bốc cung cấp lại cho tháp để tiếp tục làm việc, phần lại khỏi nồi đun cho qua thiết bị làm nguội sản phẩm đáy (13) vào thiết bị làm nguội sản phẩm đáy(13) sau vào bồn chứa sản phẩm đáy(12) Hệ thống làm việc liên tục cho sản phẩm đỉnh Benzen, sản phẩm đáy Toluen Trang ĐAMH Q trình & Thiết bị GVHD : Phan Đình Tuấn Chương : CÂN BẰNG VẬT CHẤT I CÁC THƠNG SỐ BAN ĐẦU : Chọn loại tháp tháp mâm chóp Khi chưng luyện hỗn hợp Benzen - Toluen cấu tử dễ bay Benzen  Benzen: C H ⇒ M B = 78 g / mol Hỗn hợp:  Toluen : C H 5CH ⇒ M T = 92 g / mol        Năng suất sản phẩm đỉnh : D = 200l/h Nồng độ nhập liệu : xF = 40% phân khối lượng Nồng độ sản phẩm đỉnh : xD = 98% phân khối lượng Nồng độ sản phẩm đáy: xW = 99% phân khối lượng Nhiệt độ nhập liệu: nhập liệu trạng thái lỏng sơi Chọn:  Nhiệt độ nhập liệu: tFV = 94oC  Nhiệt độ sản phẩm đáy sau làm nguội: tWR = 35oC  Nhiệt độ dòng nước lạnh vào: tV = 30oC  Nhiệt độ dòng nước lạnh ra: tR = 40oC Các ký hiệu:  F , F: suất lượng nhập liệu tính theo kg/h, kmol/h  D , D: suất lượng sản phẩm đỉnh tính theo kg/h, kmol/h  W , 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 LƯNG DỊNG NHẬP LIỆU VÀ DỊNG SẢN PHẨM ĐÁY: MF =xF.MB + (1-xF).MT = 0,4.78 + (1-0.4).92 = 86.4 kg/kmol MD =xD.MB + (1- xD).MT = 0,98.78 + (1-0,98).92 = 78.28 kg/kmol MW =xW.MB + (1- xW).MT = 0,01 78 + (1-0,01).92 =91,86 kg/kmol xF 0,4 MB 78 xF = = = 0,44 0,4 − 0,4 xF − xF + + 78 92 MB MT xW xW 0,01 MB 78 = = = 0,012 0,01 − 0,01 xW − xW + + 78 92 MB MT Trang 10 ĐAMH Q trình & Thiết bị GVHD : Phan Đình Tuấn δt + r1 + r2 λt Bề dày thành ống: δt = 1,6 mm Hệ số dẫn nhiệt thép không gỉ: λt = 17,5 W/m.K 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 K/W) Suy ra: ∑rt = 1/2155,9 (m2 K/W) Vậy: qt = 2155,9.(tw1-tw2) * Xác đònh hệ số cấp nhiệt nước ống nhỏ: Vận tốc nước ống: G 0,102 vN = N = = 0,798 (m/s) ρ N π d tr 994,4 π 0,0128 Chuẩn số Reynolds : v d ρ 0,798.0,0128.994,4 Re N = N tr N = = 13779,94 > 104 : chế độ chảy µN 0,7371.10 −3 rối, công thức xác đònh chuẩn số Nusselt có dạng: Pr ,8 , 43 Nu N = 0,021.ε l Re N PrN ( N ) 0, 25 Prw Trong đó: + εl : hệ số hiệu chỉnh phụ thuộc vào Re N tỷ lệ chiều dài ống với đường kính ống : ReN = 13779,94, chọn εl =1 + PrN : chuẩn số Prandlt nước 34oC, nên PrN = + Prw2 : chuẩn số Prandlt nước nhiệt độ trung bình vách 107,9 Suy ra: Nu N = , 25 Prw Hệ số cấp nhiệt nước ống: Nu N λ N 128,49.0,6242 5265,90 = = αN = 0, 25 0, 25 d tr Prw 0,0128 Prw2 Nhiệt tải phía nước làm lạnh: 5265,90 q N = α N (t w − t tbN ) = (t w − 34) W/m2 , 25 Prw + Σrt = Chọn: tw1 = 50,5oC : Các tính chất lý học sản phẩm đỉnh tra tài liệu tham khảo [ 5] ứng với nhiệt độ tw1=50,5oC: + Nhiệt dung riêng: c = 1906,38 J/kg.độ + Độ nhớt động lực: µ = 0,423.10-3 N.s/m2 + Hệ số dẫn nhiệt: λ = 0,138 W/moK µ c 0,423.10 −3.1906,38 = = 5,84 Khi : Prw1 = λ 0,138 Trang 42 ĐAMH Q trình & Thiết bị GVHD : Phan Đình Tuấn 3095,8 (57,75 − 50,5) = 14438,02 W/m2 5,84 0, 25 Xem nhiệt tải mát không đáng kể: qt = qD = 14438,02 W/m2 qt Từ (IV.10), ta có: tw2 = tw1 = 43,8oC 2155,9 Tra tài liệu tham khảo [4 (tập 1)], Prw2 = 4,10 5265,90 (43,8 − 34) = 16650,7 W/m2 Từ (IV.11): qN = 3,95 0, 25 Kiểm tra sai số: q N − q D 14438,02 − 16650,7 = ε= = 13,29% sai số chấp nhận qD 16650,7 nên ta chọn Vậy: tw1 = 50,5oC tw2 = 43,8oC 5265,9 = 3725,28 W/m2.oC Khi đó: α N = 3,950, 25 3095,8 αD = = 1991,45 W/m2.oC 5,84 0, 25 K= = 810,05 1 W/m2.oC + + 1991,25 3725,28 2155,9 Từ (IV.7), bề mặt truyền nhiệt trung bình: 5,13.10 Ftb = = 0,316 m2 810,05.20,038 Suy chiều dài ống truyền nhiệt : 0,316 = = 6,99 0,016 + 0,0128 L m π Chọn: L = m,(dự trữ khoảng 15%) L 7,5 = = 625 > 50 εl = 1: thoả Kiểm tra: d tr 0,0128 Từ (IV.9): qD = Vậy: thiết bò làm mát sản phẩm đỉnh thiết bò truyền nhiệt ống lồng ống với chiều dài ống truyền nhiệt L = m, chia thành dãy, dãy ống ống m IV THIẾT BỊ LÀM NGUỘI SẢN PHẨM ĐÁY : Chọn thiết bò làm nguội sản phẩm đáy thiết bò truyền nhiệt ống lồng ống Ống truyền nhiệt làm thép X18H10T:  Kích thước ống trong: 16 x 1,6  Kích thước ống ngoài: 25 x 2,5 Chọn: Trang 43 ĐAMH Q trình & Thiết bị   GVHD : Phan Đình Tuấn Nước làm lạnh ống với nhiệt độ vào t V = 27oC nhiệt độ tR = 43oC Sản phẩm đáy ống với nhiệt độ vào tWS = 110,2oC nhiệt độ tW = 35oC Suất lượng nước làm lạnh cần dùng: Như phần cân nhiệt lượng tính, ta có lượng nhiệt trao đổi QW = 11,86 kW Tra bảng 1.250, trang 312, ST I ⇒ Enthalpy nước 27oC = hV = 113,13 kJ/kg ⇒ Enthalpy nước 43oC = hR = 180,17 kJ/kg Q 11,86.3600 Suất lượng nước cần dùng: Gn = = = 636,8 kg/h hR − hV 180,17 − 113,13 Hiệu số nhiệt độ trung bình: Chọn kiểu truyền nhiệt ngược chiều, nên: (110,2 − 43) − (35 − 27) ∆tlog = 110,2 − 43 = 27,82 K ln 35 − 27 Hệ số truyền nhiệt: Hệ số truyền nhiệt K tính theo công thức: K= 1 W/m2.K + Σrt + αn αW Với:  αn : hệ số cấp nhiệt dòng nước lạnh W/m2.K  αW : hệ số cấp nhiệt dòng sản phẩm đáy W/m2.K  ∑rt : nhiệt trở qua thành ống lớp cáu 3.1 Xác đònh hệ số cấp nhiệt nước ống: Kích thước ống trong:  Đường kính ngoài: dn = 16 mm = 0,016 m  Bề dày ống: δt = 1,6 mm = 0,0016 m  Đường kính trong: dtr = 0,0128 m Nhiệt độ trung bình dòng nước ống: tf = ½ (tV + tR) = 35 oC Tại nhiệt độ thì:  Khối lượng riêng nước: ρn = 994 kg/m3  Độ nhớt nước: νn = 7,23.10-7 m2/s  Hệ số dẫn nhiệt nước: λn = 0,626 W/mK  Chuẩn số Prandtl: Prn = 4,9 Vận tốc nước ống: 4Gn × 636,8 = = = 1,383 m/s 3600 ρ nπd tr 3600 × 994 × π × 0,0128 Chuẩn số Reynolds : Trang 44 ĐAMH Q trình & Thiết bị GVHD : Phan Đình Tuấn d tr 1,383 × 0,0128 = = 24484.65 > 104 : chế độ chảy rối νn 7,23.10 −7 Áp dụng công thức (11), trang 7, [ 6] ⇒ công thức xác đònh chuẩn số Nusselt: Re n = 0, 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 Re, ta chọn ε1 = theo bảng trang - [ 6] Nu n λ n Hệ số cấp nhiệt nước ống: 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 sản phẩm đáy (trong ống trong), oC  tw2 : nhiệt độ vách tiếp xúc với nước lạnh (ngoài ống trong), oC δ Σrt = t + r1 + r2 λt  Bề dày thành ống: δt = 0,003 m  Hệ số dẫn nhiệt thép không gỉ: λt = 16,3 W/mK  Nhiệt trở lớp bẩn ống: r1 = 1/5000 m2.K/W  Nhiệt trở lớp cáu ống: r2 =1/5800 m2.K/W Nên: ∑rt = 5,565.10-4 m2.K/W 3.3 Xác đònh hệ số cấp nhiệt dòng sản phẩm đáy ống: Kích thước ống ngoài:  Đường kính ngoài: Dn = 25 mm = 0,025 m  Bề dày ống: δt = 2,5 mm = 0,0025 m  Đường kính trong: Dtr = 0,02 m Nhiệt độ trung bình dòng sản phẩm đáy ống: tW = ½ (tWS + tWR) = 72,6 oC Tại nhiệt độ thì:  Khối lượng riêng Benzen : ρB = 822,029 kg/m3  Khối lượng riêng Toluen : ρT = 814,196 kg/m3 xW − xW 0,00365 − 0,00365 + = + = 0,001228 ⇒ ρ = 814,224 kg/m3 Nên: = ρ ρN ρA 822,029 814,196  Độ nhớt Benzen : µB = 3,409.10-4 N.s/m2  Độ nhớt Toluen : µT = 3,315.10-4 N.s/m2 Nên: lgµ = xWlgµB + (1 - xW)lgµT ⇒ µ = 3,316.10-4 N.s/m2  Hệ số dẫn nhiệt sản phẩm đáy : λW = 0,146 W/mK  Nhiệt dung riêng Benzen : cB = 1980,28 J/kgK  Nhiệt dung riêng Toluen : cT = 1941,04 J/kgK Trang 45 ĐAMH Q trình & Thiết bị GVHD : Phan Đình Tuấn Nên: c = cB x W + cT (1 - x W ) = 1941,18 J/kgK Áp dụng công thức (V.35), trang 12, STQTTB [ 6] : Pr = cµ = 4,42 λ Vận tốc dòng sản phẩm đáy ống: 4GW × 240,6 v= = = 0,73 m/s 2 3600 ρπ ( Dtr − d n ) 3600 × 814,224 × π × (0,020 − 0,016 ) 4F = Dtr – dn = 0,02 – 0,016 = 0,004 m Đường kính tương đương: dtđ = Π Chuẩn số Reynolds : vd ρ 0,73 × 0,004 × 814,224 Re = tđ = = 7169,89 < 104 : chế độ chảy chuyển tiếp µ 3,316.10 −4 Áp dụng công thức (10), trang 6, [ 6] ⇒ công thức xác đònh chuẩn số Nusselt: , 25  Pr   NuW = Cε l Pr   Prw1  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 2, trang 6, [ 6] ⇒ chọn ε1 = 1,9 Tra bảng 2, trang 6, [ 6] ⇒ chọn C = 27 Nu W λ Hệ số cấp nhiệt dòng sản phẩm đáy ống: αW = d tđ 0, 43 Dùng phép lặp: chọn tW1 = 60 oC Tại nhiệt độ thì:  Độ nhớt benzen : µB = 3,86.10-4 N.s/m2  Độ nhớt toluen : µT = 3,78.10-4 N.s/m2 Nên: lgµW1 = xWlgµB + (1 – xW)lgµT ⇒ µW1 = 3,78.10-4 N.s/m2  Hệ số dẫn nhiệt sản phẩm đáy : λW = 0,1275 W/mK  Nhiệt dung riêng Benzen : cB = 1935,25 J/kgK  Nhiệt dung riêng Toluen : cT = 1904 J/kgK Nên: cW1 = cB x W + cT (1 - x W ) = 1904,3 J/kgK cW µW 3,78.10 −4.1904,3 = = = 5,66 Ta có: PrW = λW 0,1275 , 25 , 25  Pr   4,9   = 27.1,9.4,88 0, 43. NuW = Cε l Pr   = 69,74 Pr , 71    w1  NuW λ 101,03.0.1189 = = 2219 W/m K ⇒ αW = d tđ 0,004 ⇒ qW = αW (tW – tW1) = 2219 (76,2 – 60) = 25740,44 W/m2 ⇒ qt = qW = 25740,44 W/m2 (xem nhiệt tải mát không đáng kể) ⇒ tw2 = tw1 - qtΣrt = 41,2 oC ⇒ PrW2 = 4,31 ⇒ Nun = 153,4 ⇒ αn = 4801,55 W/m2K Nên: , 43 Trang 46 ĐAMH Q trình & Thiết bị GVHD : Phan Đình Tuấn ⇒ qn = αn (tW2 – tf) = 28809,33 W/m2 Kiểm tra sai số: ε= qW − qn 100% = 0,106 chọn khoảng ~ 5% phù hợp nên kết qW chấp nhận Kết luận: tw1 = 60 oC tw2 = 41oC 3.4 Xác đònh hệ số truyền nhiệt: K= 1 = 798,62 W/m2K + 5,565.10 −4 + 4081,55 2219 Bề mặt truyền nhiệt: Bề mặt truyền nhiệt xác đònh theo phương trình truyền nhiệt: Q 11,86 × 1000 = F= = 0,12 m2 K ∆t log 3600 × 27,82 Cấu tạo thiết bò: Chiều dài ống truyền nhiệt: L = Kiểm tra: F nπ d n + d tr = 2,12 m ⇒ chọn L = 2,5 m L 2,5 = = 195 > 50 ⇒ εl = 1: thỏa d tr 0,0128 Kết luận: Thiết bò làm nguội sản phẩm đáy thiết bò truyền nhiệt ống lồng ống với tổng chiều dài ống truyền nhiệt L = 2,5 m, chia thành hàng ống hàng có ống dài 0,5 m V THIẾT BỊ ĐUN SƠI NHẬP LIỆU Chọn thiết bò gia nhiệt nhập liệu thiết bị trao đổi nhiệt kiểu ống chùm Ống truyền nhiệt làm thép X18H10T, kích thước ống 38 x 3:  Đường kính ngoài: dn = 38 mm = 0,038 m  Bề dày ống: δt = mm = 0,003 m  Đường kính trong: dtr = 0,032 m Hơi đốt nước 2,5at ống 38 x Tra bảng 1.251, trang 314, STQTTB [ 6] :  Nhiệt hóa hơi: rH 2O = rn = 2189500 J/kg  Nhiệt độ sôi: t H 2O = tn = 126,25 oC Dòng sản phẩm đáy có nhiệt độ:  Trước vào nồi đun (lỏng): tF = 30 oC  Sau đun (lỏng sơi): tS2 = 94 oC Suất lượng nước cần dùng: Tra bảng 1.251, trang 314, [5] Trang 47 ĐAMH Q trình & Thiết bị GVHD : Phan Đình Tuấn ⇒ Nhiệt hóa nước 2,5 at = rH 2O = 2189,5 kJ/kg Q 15,43 D2 = F = = 0,0074kg / s = 74kg / h r2 0,95.2189,5 Hiệu số nhiệt độ trung bình: Chọn kiểu truyền nhiệt ngược chiều, nên: (126,25 − 30) − (126,25 − 94) ∆t log = 126,25 − 30 = 58,95 K ln 126,25 − 94 Hệ số truyền nhiệt: Hệ số truyền nhiệt K tính theo công thức tường phẳng: K= 1 ,W/m2.K + Σrt + αn αF Với:  αn : hệ số cấp nhiệt đốt W/m2.K  αF : hệ số cấp nhiệt dòng nhập liệu W/m2.K  ∑rt : nhiệt trở qua thành ống lớp cáu 3.5 Nhiệt tải qua thành ống lớp cáu: t −t qt = F F , W/m2 Σrt Trong đó:  tF2 : nhiệt độ vách tiếp xúc với đốt phía vỏ, oC  tw1 : nhiệt độ vách tiếp xúc với nhập liệu ống, oC δ Σrt = t + r1 + r2 λt Bề dày thành ống: δt = 0,003 m Hệ số dẫn nhiệt thép không gỉ: λt = 16,3 W/mK (Bảng XII.7, trang 313, STQTTB [ 6] )  Nhiệt trở lớp bẩn ống: r1 = 1/5800 m2.K/W (Bảng 31, trang 419, [4])  Nhiệt trở lớp cáu ống: r2 =1/5800 m2.K/W Nên: ∑rt = 5,289.10-4 m2.K/W 3.6 Xác đònh hệ số cấp nhiệt dòng nhập liệu ống: Tại nhiệt độ sôi trung bình dòng nhập liệu tFtb = 620C:  Khối lượng riêng benzen : ρB = 836 kg/m3  Khối lượng riêng toluen : ρT = 828 kg/m3 xF − xF 0,4 − 0,4 + = + = 0,0012 ⇒ ρ = 831,2 kg/m3 Nên: = ρ ρB ρT 836 828    Độ nhớt toluen : µT = 3,81.10-4 N.s/m2  Độ nhớt benzen : µB = 3,9.10-4 N.s/m2 Nên: lgµ = xFlgµB + (1 – xF)lgµT = 0,4.lg(3,9.10-4) + (1 - 0,4)lg(3,81.10-4) ⇒ µ = 3,85.10-4 N.s/m2  Hệ số dẫn nhiệt hỗn hợp : λ = 0,149 W/mK  Nhiệt dung riêng benzen : cB = 2157,45 J/kg.K Trang 48 ĐAMH Q trình & Thiết bị GVHD : Phan Đình Tuấn  Nhiệt dung riêng toluen : cT = 2108,19 J/kg.K Nên: c = cN x F + cA (1 - x F ) = 2108,37 J/kgK cFµ F Áp dụng cơng thức (V.35), trang 12, [ 6] ]: PrF = = 1,94 λF Vận tốc dòng nhập liệu ống: 4GF × 402,4 vF = = = 0,167 m/s 3600 ρπd tr 3600 × 831,2 × π × 0,032 Chuẩn số Reynolds : v d ρ 0,167 × 0,032 × 831,2 Re F = F tr F = = 11534,71 > 104 : chế độ chảy rối µF 3,85.10 −4 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   PrF  Trong đó: ε1 – hệ số tính đến ảnh hưởng hệ số cấp nhiệt theo tỉ lệ chiều dài đường kính ống 3.7 Xác định hệ số cấp nhiệt nước phía vỏ : ,8 F , 43 F Áp dụng công thức (3.65), trang 120, [4]: α n = 0,7254 rn ρ n2 g.λ3n µ n (t n - t W1 ).d tr Dùng phép lặp: chọn tF1 = 122,8 oC Nhiệt độ trung bình màng nước ngưng tụ: tm = 126,25 oC Tại nhiệt độ thì:  Khối lượng riêng nước: ρn = 937,935 kg/m3  Độ nhớt nước: µn = 2,25.10-4 N.s/m2  Hệ số dẫn nhiệt nước: λn = 0,686 W/mK Nên: αn = 10849,76 W/m2K ⇒ qn = αn (tn – tW1) = 16820,49 W/m2 ⇒ qt = qn = 16530,1 W/m2 (xem nhiệt tải mát không đáng kể) ⇒ tF2 = tF1 - qtΣrt = 116oC  Với tF2 = 1160C tính chất dòng nhập liệu ống Khối lượng riêng benzen : ρB = 775 kg/m3 Khối lượng riêng toluen : ρT = 780,5 kg/m3 x F − x F 0,4 − 0,4 + = + = 0,00128 ⇒ ρ = 781,25 kg/m3 Nên: = ρ ρB ρT 775 780,5 Độ nhớt benzene : µB = 2,27.10-4 N.s/m2 Độ nhớt toluene : µT = 2,39.10-4 N.s/m2 Nên: lgµ = xFlgµB + (1 – xF)lgµT = 0,4.lg(3,9.10-4) + (1 - 0,4)lg(3,81.10-4) ⇒ µ = 2,32.10-4 N.s/m2 Hệ số dẫn nhiệt hỗn hợp : λ = 0,128 W/mK Nhiệt dung riêng benzen : cB = 2168,45 J/kg.K Nhiệt dung riêng toluen : cT = 2118,19 J/kg.K Nên: cF = cN x F + cA (1 - x F ) = 2130,37 J/kgK Trang 49 ĐAMH Q trình & Thiết bị GVHD : Phan Đình Tuấn Áp dụng cơng thức (V.35), trang 12, [ 6] : PrF = cF µ F = 3,31 λF , 25  Pr  ⇒ Nu F = 0,021.ε l Re Pr  F  = 704,56  PrF  ⇒ αF = 2818,23 W/m2K (với q = qt) ⇒ qF = αF (tF2 – tF) = 17134,8 W/m2 Kiểm tra sai số: qn − qS ε= 100% = 1,8% < 5% (thỏa) qn ,8 F , 43 F Kết luận: tw1 = 122,8oC tw2 = 116 oC 3.8 Xác đònh hệ số truyền nhiệt: K= 1 = 1024,69 W/m2K + 5,289.10 −4 + 10849,76 2818,23 Bề mặt truyền nhiệt: Bề mặt truyền nhiệt xác đònh theo phương trình truyền nhiệt: Qđ 15,43 ×1000 F = K ∆t = 1024,69 × 58,95 = 0,25 m2 lấy dư bề mặt truyền nhiệt F = 0,5 m2 log 10 Cấu tạo thiết bò: Chọn số ống truyền nhiệt: n = 19 ống Ống bố trí theo hình lục giác F d + d tr = 0,523 m ⇒ chọn L = 0,6 m Chiều dài ống truyền nhiệt: L = nπ n [ ] Tra bảng V.II, trang 48, ⇒ Số ống đường xun tâm hình sáu cạnh ốn VI BỒNCAO VỊ : Tổn thất đường ống dẫn: ít) 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 Tổn thất đường ống dẫn:  l1  vF h =  λ + Σξ1   d1  2g m 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 = 0,08m  ∑ξ1 : tổng hệ số tổn thất cục  vF : vận tốc dòng nhập liệu ống dẫn Trang 50 ĐAMH Q trình & Thiết bị GVHD : Phan Đình Tuấn 1.1 Xác đònh vận tốc dòng nhập liệu ống dẫn : Các tính chất lý học dòng nhập liệu tra nhiệt độ trung bình: t +t 30 + 94 tF = FV FS = = 62 oC 2 Tại nhiệt độ thì:  Khối lượng riêng benzen : ρB = 836 kg/m3  Khối lượng riêng toluen : ρT = 828 kg/m3 x − xF 0,4 − 0,4 = F + = + Nên: ⇒ ρF = 832 kg/m3 ρF ρN ρA 843,295 833,149 Độ nhớt benzen : µB = 4,335.10-4 N.s/m2 Độ nhớt toluen : µT = 4,045.10-4 N.s/m2 ⇒ µF = 4,129.10-4 N.s/m2 Vận tốc dòng nhập liệu ống: 4GF × 1717,56 vF = = = 0,114 m/s 3600 ρ F πd tr 3600 × 832 × π × 0,08   1.2 Xác đònh hệ số ma sát đường ống : Chuẩn số Reynolds : v d ρ 0,114 × 0,08 × 832 Re F = F tr F = = 18461,54 > 4000 : chế độ chảy rối µF 4,129.10 −4 Chuẩn số Reynolds tới hạn: Regh = 6(d1/ε)8/7 = 5648,513 Chuẩn số Reynolds bắt đầu xuất vùng nhám: Re n = 220(d1/ε)9/8 = 186097,342 Vì Regh < ReF < Ren ⇒ chế độ chảy rối ứng với khu vực độ  ε 100   Áp dụng công thức (II.64), trang 379, [5]: λ1= 0,1.1,46 + d Re F   , 25 = 0,031 1.3 Xác đònh 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 =2 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 hoàn toàn ξvan (1 cái) = 10 Đường ống có van cầu ⇒ ξvan = 10 = 20  Lưu lượng kế : ξl1 = (coi không đáng kể)  Vào tháp : ξtháp = Nên: ∑ξ1 = ξu1 + ξvan + ξll = 21,9 30   0,1142 h = , 031 + 21 ,   Vậy: = 0,022 m 0,08   × 9,81 Chiều cao bồn cao vò: Chọn :  Mặt cắt (1-1) mặt thoáng chất lỏng bồn cao vò Trang 51 ĐAMH Q trình & Thiết bị GVHD : Phan Đình Tuấn  Mặt cắt (2-2) mặt cắt vò trí nhập liệu tháp p dụng phương trình Bernoulli 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 P2 − P1 v − v1 + ⇔ z1 = z2 + +∑hf1-2 ρ F g 2.g Trong đó:  z1: độ cao mặt thoáng (1-1) so với mặt đất, hay xem chiều cao bồn cao vò Hcv = z1  z2: độ cao mặt thoáng (2-2) so với mặt đất, hay xem chiều cao từ mặt đất đến vò trí nhập liệu: z2 = hchân đỡ + hđáy + (nttC – 1)∆h + 0,4 = 0,18 + 0,150 + (14 – 1)0,25 + 0,4 = 3,98 m  P1 : áp suất mặt thoáng (1-1), chọn P1 = at = 9,81.104 N/m2  P2 : áp suất mặt thoáng (2-2) Xem ∆P = P2 – P1 = nttL ∆PL = 12 2040= 24485 N/m2  v1 : vận tốc mặt thoáng (1-1), xem v1 = m/s  v2 : vận tốc vò trí nhập liệu, v2 = vF = 0,32 m/s  ∑hf1-2 : tổng tổn thất ống từ (1-1) đến (2-2): ∑hf1-2 = 0,662m 2 P2 − P1 v − v1 + Vậy: Chiều cao bồn cao vò: Hcv = z2 + +∑hf1-2 ρ F g 2.g 24485 0,32 − + + 0,662 9,81.832 × 9,81 = 8,78 m = 3,98 + Chọn Hcv = 10 m VII BƠM : Năng suất: Nhiệt độ dòng nhập liệu tF = 30oC Tại nhiệt độ thì:  Khối lượng riêng benzen : ρB = 869,25 (kg/m3)  Khối lượng riêng toluen : ρT = 855,39 (kg/m3) x − xF 0,2665 − 0,2665 = F + = + Nên: ⇒ ρF = 858,78 (kg/m3) ρF ρN ρA 869,25 855,39  Độ nhớt benzen : µB = 5,91.10-4 (N.s/m2)  Độ nhớt toluen : µT = 5,39.10-3 (N.s/m2) Nên: lgµF = xFlgµB + (1 – xF)lgµT ⇒ µF = 5,541.10-4 (N.s/m2) Suất lượng thể tích dòng nhập liệu ống: = 0,5 m3/h QF = 402,4kg / h Trang 52 ĐAMH Q trình & Thiết bị GVHD : Phan Đình Tuấn Vậy: chọn bơm có suất Qb = 0,5 (m3/h) Cột áp: Chọn :  Mặt cắt (1-1) mặt thoáng chất lỏng bồn chứa nguyên liệu  Mặt cắt (2-2) mặt thoáng chất lỏng bồn cao vò 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 thoáng (1-1) so với mặt đất, chọn z1 = 1m  z2: độ cao mặt thoáng (2-2) so với mặt đất, z2 = Hcv = 10m  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 = 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  l h + lđ  vF   λ + Σ ξ + Σ ξ ∑hf1-2 =  h đ  d tr   2g Trong đó:  lh : chiều dài ống hút Chiều cao hút bơm: Tra bảng II.34, trang 441, [5] ⇒ hh = 4,3 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 × 2,5 vF = = = 0,36 m/s 3600πd tr 3600 × π × 0,050  Xác đònh hệ số ma sát ống hút ống đẩy : Chuẩn số Reynolds : v d ρ 0,36 × 0,05 × 858,78 Re F = F tr F = = 27122,63 > 4000 : chế độ chảy rối µF 5,541.10 −4 Chuẩn số Reynolds tới hạn: Regh = 6(dtr/ε)8/7 = 3301,065 Chuẩn số Reynolds bắt đầu xuất vùng nhám: Re n = 220(dtr/ε)9/8 = 109674,381 Vì Regh < ReF < Ren ⇒ chế độ chảy rối ứng với khu vực độ Trang 53 ĐAMH Q trình & Thiết bị GVHD : Phan Đình Tuấn ,25  ε 100   = 0,03124 + Áp dụng công thức (II.64), trang 379, [5]: λ = 0,1.1,46 d Re tr F    Xác đònh tổng tổn thất cục ống hút :  Chỗ uốn cong : Tra bảng II.16, trang 382, [5]: Chọn dạng ống uốn cong 90 o 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 hoàn toàn ξv1 (1 cái) = 10 Ống hút có van cầu ⇒ ξv1 = 10 Nên: ∑ξh = ξu1 + ξv1 = 10,3  Xác đònh tổng tổn thất cục ống đẩy :  Chỗ uốn cong : Tra bảng II.16, trang 382, [5]: Chọn dạng ống uốn cong 90 o 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 hoàn toàn ξv2 (1 cái) = 10 Ống đẩy có van cầu ⇒ ξv2 = 10  Vào bồn cao vò : ξcv = Nên: ∑ξđ = ξu1 + ξv1 + ξcv = 11,6 + 20   0,32 , 03124 + 10 , + 11 ,   Vậy: ∑hf1-2 = = 0,2 m 0,05   × 9,81 2.2 Tính cột áp bơm: Hb = (z2 – z1) + ∑hf1-2 = (10 – 1) + 0,2 = 9,2 m Công suất: Chọn hiệu suất bơm: ηb = 0,8 Qb H b ρ F g 0,5 × 9,2 × 858,78 × 9,81 = Công suất thực tế bơm: Nb = 3600.η b 3600 × 0,8 = 13,45 W 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 = 9,2 m - Công suất: Nb = 13,45 W KẾT LUẬN Với quy trình cơng nghệ tính tốn ta thấy lượng nhiệt đáng kể cần giải ngưng tụ sản đỉnh, giải nhiệt sản phẩm đỉnh giải nhiệt cho sản phẩm đáy chưa tận dụng để gia nhiệt cho dòng nhập liệu Nhưng q Trang 54 ĐAMH Q trình & Thiết bị GVHD : Phan Đình Tuấn trình tính tốn để gia nhiệt cho dòng nhập liệu tới trạng thái lỏng sơi tận dụng nhiệt chưa đủ để gia nhiệt tới lỏng sơi phải tốn thêm thiết bị, đường ống… làm tăng chi phí phân xưởng Vấn đề tận dụng nhiệt vấn đề thực tế quan tâm, giải pháp để cao hiệu q trình tiết kiệm lượng, giới hạn thời gian, khả kinh nghiệm thực tế nên em chưa phân tích tính tốn đánh giá mức q trình Đồ án mơn học mơn học tổng hợp mang lại cho em nhiều kinh nghiệm để tính tốn thiết kể hồn chỉnh q trình sản xuất TÀI LIỆU THAM KHẢO [1].Trần Hùng Dũng – Nguyễn Văn Lục – Hoàng Minh Nam – Vũ Bá Minh, “Quá trình Thiết bò Công 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 [2].Võ Văn Bang – Vũ Bá Minh, “Quá trình Thiết bò Công Nghệ Hóa Học – Tập 3: Truyền Khối”, Nhà xuất Đại học Quốc gia TpHCM, 2004, 388tr [3].Phạm Văn Bôn – Nguyễn Đình Thọ, “Quá trình Thiết bò Công Nghệ Hóa Học – Tập 5: Quá trình Thiết bò Truyền Nhiệt”, Nhà xuất Đại học Quốc gia TpHCM, 2002, 372tr [4].Phạm Văn Bôn – Vũ Bá Minh – Hoàng Minh Nam, “Quá trình Thiết bò Công Nghệ Hóa Học – Tập 10: Ví dụ Bài tập”, Nhà xuất Đại học Quốc gia TpHCM, 468tr [5].Tập thể tác giả, “Sổ tay Quá trình Thiết bò Công nghệ Hóa chất – Tập 1”, Nhà xuất Khoa học Kỹ thuật Hà Nội, 1999, 626tr [6].Tập thể tác giả, “Sổ tay Quá trình Thiết bò Công nghệ Hóa chất – Tập 2”, Nhà xuất Khoa học Kỹ thuật Hà Nội, 1999, 447tr [7].Hồ Lê Viên, “Thiết kế Tính toán thiết bò hóa chất”, Nhà xuất Khoa học Kỹ thuật, Hà Nội, 1978, 286tr [8].Nguyễn Minh Tuyển, “Cơ sở tính toán Máy Thiết bò Hóa chất – Thực phẩm”, Nhà xuất Khoa học Kỹ thuật, Hà Nội, 1984, 134tr Trang 55 ĐAMH Q trình & Thiết bị GVHD : Phan Đình Tuấn Trang 56 [...]... xác định số mâm lý thuyết chưng hệ Benzen – Toluen tại P = 1atm 3 Số đĩa lý thuyết : Đồ thị xác định số đĩa lý thuyết : Dựng đường làm việc của tháp bao gồm đường làm việc phần cất và phần chưng Trên đồ thò y-x ta lần lượt vẽ các đường bậc thang từ đó xác đònh được số đĩa lý thuyết là14.56 đĩa, ta lấy tròn 15 Từ đồ thò, ta có : 15 đĩa bao gồm : 6 mâm cất 1 mâm nhập liệu 6 mâm chưng (5 mâm chưng + 1... Khối lượng mâm, ta có 25 mâm và thiết bị đun sơi Mmâm = khối lượng chóp + khối lượng đĩa dưới chóp + khối lượng ống chảy chuyền(bao gồm cả phần gờ chảy tràn) + khối lượng ống hơi Ta lấy khối tổng thể của một mâm bằng 2 lần khối lượng mâm khơng có lỗ và ống chảy chuyền cùng với bề dày mâm là 4mm, suy ra: Mmâm = 2 π D2t .ρ = 2 π 0,52 0,004 7900 = 12,4 kg δ 1 X18H10T 4 4 Tổng khối lượng mâm M = 12,4.25... đoạn chưng : 1 Lượng hơi trung bình đi trong tháp ở đoạn chưng : g , n + g ,1 g , tb = ; kg/h 2 g’n : lượng hơi ra khỏi đoạn chưng ; kg/h g’1 : lượng hơi đi vào đoạn chưng ; kg/h • Xác đònh g’n : g’n = g1 = 755,1 kg/h • Xác đònh g’1 : Từ hệ phương trình : G '1 = g '1 + W  ' ' G 1 x '1 = g 1 yW + W xW (IV.2)  g ' r ' = g ' r ' = g r n n 1 1  1 1 Với : G’1 : lượng lỏng ở đóa thứ nhất của đoạn chưng. .. .ρ = 2 π 0,52 0,004 7900 = 12,4 kg δ 1 X18H10T 4 4 Tổng khối lượng mâm M = 12,4.25 = 310 kg Khối lượng Toluene giả sử chứa đầy tháp trong trường hợp nguy hiểm nhất π π Mtoluene = D2t Ht ρtoluene = 0,52 7,5 856,5 = 1260 kg 4 4 Khối lượng của toàn tháp: m = Mbích + Mthân + Mđáy(nắp) + Mmâm + Mtoluene = 159,3 +375 +19,9 + 310 +1260 = 2124,2 kg 2 Tính chân đỡ tháp: Chọn chân đỡ: tháp được đỡ trên... 0,983 Nồng độ phân mol trung bình : xtb = F = = 0,692 2 2 78.xtb Suy ra : xtb = = 65,5 % 78.xtb + (1 − xtb ).92 ttb = 89,5oC , tra bảng I.2, trang 9, [5], ta có : benzen = 804kg / m3 toluen = 798kg / m3 1 x 1 − xtb = tb + ρ xtb benzen ρ toluen ρxtb = 802 kg/m3 Xác định ϕ [σ ] : hệ số tính đến sức căng bề mặt Ta có: 1 1 1 1 1 = + = + ⇒ σ hh = 10,7.10 −3 N / m = 10,7 dyn / cm −3 σ hh σ B σ T 21,3.10... : 15 đĩa bao gồm : 6 mâm cất 1 mâm nhập liệu 6 mâm chưng (5 mâm chưng + 1 nồi đun) Tóm lại, số đĩa lý thuyết là Nlt = 15 mâm V XÁC ĐỊNH SỐ MÂM THỰC TẾ: có nhiều phương pháp xác định số mâm thực của tháp, ngoại trừ các ảnh hưởng của thiết kế cơ khí tháp thì ta có thể xác định số mâm thực dựa vào hiệu suất trung bình: Nt = Nlt/ηtb Trong đó: Nt – số đĩa thực tế, Nlt - số đĩa lý thuyết, ηtb – hiệu suất... ta có : Ẩn nhiệt hoá hơi của Benzen : rB1 = 383,1 kJ/kg Ẩn nhiệt hoá hơi của Toluen : rT1 = 371,3 kJ/kg r1 = rB1.y1 + (1-y1).rT1 = 378,9 kJ/kg * W = 240,6 kg/h Giải hệ (IV.2) , ta được : x’1 = 0,0135 (phân mol) G’1 = 1030,3 kg/h g’1 = 789,7kg/h 789,7 + 755,1 = 772,4 kg/h Vậy : g’tb = 2 2 Tốc độ hơi trung bình đi trong tháp ở đoạn chưng: Vận tốc hơi đi trong tháp ở đoạn chưng: ( ρ y wy ) tb = 0,065.ϕ... 2 2 78.xtb Suy ra : xtb = = 18,8 % 78.xtb + (1 − xtb ).92 t F + tW 93 + 110 = 101,5oC , tra bảng I.2, trang 9, [ 5] , ta có : ttb = = 2 2 ρ benzen = 793kg / m 3 Với: + Nồng độ phân mol trung bình : ytb = ρ toluen = 788kg / m 3 1 x 1 − xtb = tb + ρ xtb benzen ρ toluen Suy ra: ρxtb = 789 kg/m3 Xác định ϕ [σ ] : hệ số tính đến sức căng bề mặt Ta có: 1 1 1 1 1 = + = + ⇒ σ hh = 10,3.10 −3 N / m = 10,3dyn... 3,12.0,249 = 0,777, theo hình IX.11 trang 171 thì nD = 0.62 n + n F + nW 0,53 + 0,58 + 0,62 ηtb = D = = 0.58 3 3 Suy ra số mâm thực : Nt = Nlt/ηtb = 15/0,58 = 25,8 lấy tròn 26 mâm ηtb = Trang 15 ĐAMH Q trình & Thiết bị GVHD : Phan Đình Tuấn Chương 4 : TÍNH TOÁN THÁP CHƯNG CẤT * Đường kính tháp chưng cất (Dt) : Dt = 4Vtb g tb = 0,0188 π.3600.ω tb ( ρ y ω y ) tb (m) Vtb :lượng hơi trung bình đi trong tháp m3/h... bảng I.212, trang 254, [5] ta có : Ẩn nhiệt hoá hơi của Benzen : rB1 = 383,1 kJ/kg Ẩn nhiệt hoá hơi của Toluen : rT1 = 371,3 kJ/kg Suy ra : r1 = rB1.y1 + (1-y1).rT1 = 373,1y1 - 11,8y1  r1 = 373,1y1 - 11,8y1 kJ/kg * Tính rd : tD = 80 oC , tra bảng I.212, trang 254, [5] ta có : Ẩn nhiệt hoá hơi của Benzen : rBd = 393,3 kJ/kg Ẩn nhiệt hoá hơi của Toluen : rTd = 378,3 kJ/kg Suy ra : rD = rBd.yD + (1-yD).rTd