tài liệu tổng quan về chưng cất

Khái niệm chưng cất Chưng cất là quá trình phân tách hỗn hợp lỏng hoặc khí lỏng thành các cấu tử riêng biệt dựa vào sự khác nhau về độ bay hơi của chúng hay nhiệt độ sôi khác nhau ở cùng

CHƯƠNG 1 : TỔNG QUAN

1 LÝ THUYẾT VỀ CHƯNG CẤT

1.1 Khái niệm chưng cất

Chưng cất là quá trình phân tách hỗn hợp lỏng (hoặc khí lỏng)

thành các cấu tử riêng biệt dựa vào sự khác nhau về độ bay hơi của chúng

(hay nhiệt độ sôi khác nhau ở cùng áp suất), bằng cách lặp đi lặp lại nhiều

lần quá trình bay hơi - ngưng tụ, trong đó vật chất đi từ pha lỏng vào pha

hơi hoặc ngược lại Khác với cô đặc, chưng cất là quá trình trong đó cả

dung môi và chất tan đều bay hơi, còn cô đặc là quá trình trong đó chỉ có

dung môi bay hơi

Khi chưng cất ta thu được nhiều cấu tử và thường thì bao nhiêu cấu

tử sẽ thu được bấy nhiêu sản phẩm Nếu xét hệ đơn giản chỉ có 2 hệ cấu

tử thì ta thu được 2 sản phẩm: sản phẩm đỉnh chủ yếu gồm gồm cấu tử có

độ bay hơi lớn (nhiệt độ sôi nhỏ ), sản phẩm đáy chủ yếu gồm cấu tử có

độ bay hơi bé (nhiệt độ sôi lớn) Đối với hệ Aceton- Nước sản phẩm đỉnh

chủ yếu gồm aceton và một ít nước, ngược lại sản phẩm đáy chủ yếu gồm

nước và aceton

1.2 Các phương pháp chưng cất

Các phương pháp chưng cất được phân loại theo:

Áp suất làm việc : chưng cất áp suất thấp, áp suất thường và áp

suất cao Nguyên tắc của phương pháp này là dựa vào nhiệt độ sôi của các

cấu tử, nếu nhiệt độ sôi của các cấu tử quá cao thì ta giảm áp suất làm

việc để giảm nhiệt độ sôi của các cấu tử

Nguyên lý làm việc: liên tục, gián đoạn(chưng đơn giản) và liên

tục

Chưng cất đơn giản (gián đoạn): phương pháp này đuợc sử dụng

trong các trường hợp sau:

+ Khi nhiệt độsôi của các cấu tử khác xa nhau

+ Không đòi hỏi sản phẩm có độ tinh khiết cao

+ Tách hỗn hợp lỏng ra khỏi tạp chất không bay hơi

+ Tách sơ bộ hỗn hợp nhiều cấu tử

Chưng cất hỗn hợp hai cấu tử (dùng thiết bị hoạt động liên tục) là

quá trình được thực hiện liên tục, nghịch dòng, nhiều đoạn

Phương pháp cấp nhiệt ở đáy tháp: cấp nhiệt trực tiếp bằng hơi

nước: thường được áp dụng trong trường hợp chất được tách không tan

trong nước

Vậy: đối với hệ Aceton- Nước ta chọn phương pháp chưng cất liên

tục cấp nhiệt gián tiếp bằng nồi đun ở áp suất thường

1.3 Thiết bị chưng cất

Có nhiều loại tháp được sử dụng, nhưng đều phải có điểm chung cơbản là diện tích tiếp xúc bề mặt pha phải lớn, điều này phụ thuộc vào độphân tán của một lưu chất này vào lưu chất khác

Ta khảo sát hai loại tháp chưng cất thường dùng là tháp mâm và thápchêm:

- Tháp mâm gồm thân tháp hình trụ, thẳng đứng, phía trong có gắncác mâm có cấu tạo khác nhau, trên đó pha lỏng và pha hơi được tiếp xúcvới nhau Gồm có: mâm chóp, mâm xuyên lỗ, mâm van Thường sử dụngmâm chóp

-Tháp chêm là loại tháp hình trụ, gồm nhiều đoạn nối với nhaubằng mặt bích hay hàn Vật chêm được đỗ đầy trong tháp theo một hayhai phương pháp: xếp ngẫu nhiên hay xếp thứ tự

So sánh ưu và nhược điểm của các loại tháp:

Ưu điểm: - Đơn giản - Hiệu suất tương đối cao - Hiệu suất cao

- Trở lực thấp - Hoạt động khá ổn định - Hoạt động ổn định

- Làm việc với chất lỏng bẩn

Nhược điểm: - Hiệu suất thấp - Trở lực khá cao - Cấu tạo phức tạp

- Độ ổn định kém Yêu cầu lắp đặt khắt khe

Chưng luyện hệ Aceton –nước ta dùng tháp chóp hoạt động liên tục

ở áp suất thường, cấp nhiệt gián tiếp ở đáy tháp

2 Giới thiệu về nguyên liệu

2.1 Aceton

Acetone có công thức phân tử : CH3COCH3 Khối lượng phân tửbằng 58.079 đvC

Là một chất lỏng không màu, dễ lưu động và dễ cháy, với một cách

êm dịu và có mùi thơm

Nó hòa tan vô hạn trong nước và một số hợp chất hữu cơ như: eter,metanol, etanol, diacetone alcohol

Ứng dụng: Acetone được ứng dụng nhiều làm dung mội cho côngnghiệp, ví dụ cho vecni, sơn mài,cellose acetate, nhựa,cao su Nó hòa tan tốt

tơ actate, nitroxenluloz, nhựa phênol focmande hyt, chất béo, dung môi phasơn, mực in ống đồng Acetone là nguyên liệu để tổng hợp ceten, sumfonat(thuốc ngủ), các holofom

Được tìm thấy đầu tiên vào năm 1595 bởi Libavius, bằng chưng cấtkhan đường, và đến năm 1805 Trommsdorff tiến hành sản xuất Acetonebằng cách chưng cất Acetat của bồ tạt và soda: là một phân đoạn lỏngnằm giữa phân đoạn rượu và eter

Một số thông số vật lý và nhiệt động của Acetone :

Khối lượng phân tử : 18g/mol

Khối lượng riêng d40C : 1g/ml

Nhiệt độ nóng chảy : 00C

Nhiệt độ sôi : 1000C

Nước là hợp chất có chiếm phần lớn trên trái đất (3/4 diện tích trái đất

là nước biển) và rất cần thiết cho sự sống

Nước là dung môi phân cực mạnh, có khả năng hòa tan nhiều chất và

là dung môi rất quan trọng trong kỹ thuật hóa học

1.3 Công nghệ chưng cất hỗn hợp Aceton-Nước

Acetone là một chất lỏng tan vô hạn trong nước và nhiệt độ sôi củaAcetone (56.10C ở 760 mmHg) và nước (1000C ở 760mmHg): là khá cách

xa nhau nên phương pháp hiệu quả nhất để thu được Acetone tinh khiết làchưng cất phân đoạn dựa vào độ bay hơi khác nhau của các cấu tử tronghỗn hợp

1.4 Sơ đồ quy trình công nghệ và thuyết minh quy trình công nghệ

Hỗn hợp Acetone – nước có nồng độ Acetone 30% ( theo phânmol), nhiệt độ khoảng 250C tại bình chứa nguyên liệu (1) được bơm (2) và(3) bơm lên bồn cao vị (4) Từ đó được đưa đến thiết bị gia nhiệt nhậpliệu (6) Sau đó, hỗn hợp được đun sôi đến nhiệt độ sôi trong thiết bị gianhiệt(6), hỗn hợp được đưa vào tháp chưng cất (7) ở đĩa nhập liệu, đượcđiều chỉnh bằng lưu lượng kế (5)

Trên đĩa nhập liệu, chất lỏng được trộn với phần lỏng từ đoạn luyệncủa tháp chảy xuống Trong tháp hơi đi từ dưới lên gặp chất lỏng từ trênxuống Ở đây, có sự tiếp xúc và trao đổi giữa hai pha với nhau Pha lỏngchuyển động trong phần chưng càng xuống dưới càng giảm nồng độ cáccấu tử dễ bay hơi vì đã bị pha hơi tạo nên từ nồi đun (12) lôi cuốn cấu tử

dễ bay hơi Nhiệt độ càng lên trên càng thấp, nên khi hơi đi qua các đĩa từdưới lên thì cấu tử có nhiệt độ sôi cao là nước sẽ ngưng tụ lại, cuối cùngtrên đỉnh tháp ta thu được hỗn hợp có cấu tử Acetone chiếm nhiều nhất(có nồng độ 98% phân mol) Hơi này đi vào thiết bị ngưng tụ (8) và đượcngưng tụ hoàn toàn Một phần chất lỏng ngưng tụ đi qua thiết bị làmnguội sản phẩm đỉnh (10), rồi được đưa qua bồn chứa sản phẩm đỉnh (11).Phần còn lại của chất lỏng ngưng tụ được hoàn lưu về tháp ở đĩa trên cùngvới tỉ số hoàn lưu tối ưu Một phần cấu tử có nhiệt độ sôi thấp được bốc

hơi, còn lại cấu tử có nhiệt độ sôi cao trong chất lỏng ngày càng tăng.Cuối cùng, ở đáy tháp ta thu được hỗn hợp lỏng hầu hết là các cấu tử khóbay hơi ( nước) Hỗn hợp lỏng ở đáy có nồng độ Acetone là 2 % phânmol, còn lại là nước Dung dịch lỏng đáy đi ra khỏi tháp vào nồi đun (12).Trong nồi đun dung dịch lỏng một phần sẽ bốc hơi cung cấp lại cho tháp

để tiếp tục làm việc, phần còn lại ra khỏi nồi đun được trao đổi nhiệt vớidòng nhập liệu trong thiết bị (7) (sau khi qua bồn cao vị).

Hệ thống làm việc liên tục cho ra sản phẩm đỉnh là Acetone , sản phẩm đáy sau khi trao đổi nhiệt với nhập liệu được thải bỏ

 Chú thích các kí hiệu trong qui trình:

1 Bồn chứa nguyên liệu

CHƯƠNG 2: CÂN BẰNG VẬT CHẤT

2.1 Cân Bằng Vật Chất

Thông số ban đầu

- a F: phần khối lượng cấu tử nhẹ trong dòng nguyên liệu % khối lượng

lượng

lượng

- x F: phần mol cấu tử nhẹ trong pha lỏng dòng nguyên liệu %mol

- x w: phần mol cấu tử nhẹ trong pha lỏng dòng sản phẩm đáy % mol

- y P: phần mol cấu tử nhẹ trong pha hơi dòng sản phẩm đỉnh % mol

y w: phần mol cấu tử nhẹ trong pha hơi dòng sản phẩm đáy % mol

Kí hiệu: A: cấu tử Aceton, MA = 58

B: nước, MB = 18

Năng suất nhập liệu GF =1500 Kg/h

Nồng độ dung dịch đầu : aF= 30%khối lượng Aceton/hỗn hợp Nồng độ sản phẩm đỉnh : aP = 98%khối lượng Aceton/hỗn hợp

Phương trình cân bằng vật chất cho tháp chưng

F = P + W ( 1 )

F * xF = P * xP + W * xW ( 2 )

 Chuyển phần khối lượng sang phần mol

Thành phần mol của Aceton trong hổn hợp đầu:

2 1

1

) 1 (

M

a M

a M

a X

F F

) 30 0 1 ( 58

30

30 0

Thành phần mol của aceton trong ở sản phẩm đỉnh:

2 1

1

) 1 (

M

a M

a

M

a X

P P

) 98 0 1 ( 58

98

98 0







phần mol aceton Thành phần mol của aceton ở sản phẩm đáy:

2 1

1

) 1 (

M

a M

a M

a X

w w

) 02 0 1 ( 58

02

02 0







phần mol Acetone (chọn sản phẩm đáy có hàm lượng aceton là 2%)

- Tính phân tử lượng trung bình của hổn hợp theo công thức:

MK= xK* MA+ (1- xK) * MB

 Trong hổn hợp đầu:

MF = xF * M1 + (1- xF ) * M2

= 0.117 * 58 + (1 – 0.117 ) * 18 = 22.69 Kg/Kmol

 Trong sản phẩm đỉnh:

MP = xP* M1 + (1- xD ) * M2

= 0.938* 58 + (1 – 0.938) * 18 = 55.52 Kg/Kmol

 Trong sản phẩm đáy

MW = xW * M1 + (1- xW ) * M2

= 0.006 * 58 + (1 – 0.006 ) * 18 = 18.24 ( Kg/Kmol)

* P x

* F W P F

21 58

) / (

87 7

h Kmol W

h Kmol P

Ta có: GP= 436,94 (Kg/h)

Gw= 1061.75 Kg/h

Đồ thị t-x,y

2.3 Xác định chỉ số hồi lưu thích hợp

2.3.1 Chỉ số hồi lưu tối thiểu:

Do nhập liệu ở trạng thái lỏng bão hòa, nên Rmin được xác định theocông thức sau:

R min =

F F

F P

x y

y x

Vẽ đường làm việc của đoạn luyện và đoạn chưng Đường làm việccủa đoạn luyện qua điểm M(x, y) với x = y = xp và điểm B trên rục tung

đã được xác định Đường làm việc của đoạn chưng qua điểm N (x, y) với

x = y = xW và cắt đường làm việc của đoạn luyện tại điểm có hoành độ xF.Với mỗi đường làm việc, ta xác định được số bậc thay đổi nồng NL bằng

đồ thị x–y như sau:

Trên đồ thị x–y vẽ đường cân bằng, từ điểm M vẽ đường thẳng song songvới trục hoành cắt đường cân bằng tại một điểm, từ giao điểm này vẽ đườngthẳng song song với trục tung nó cắt đường cân bằng tại một điểm, cứ tiếptục như vậy cho đến khi tới điểm N Đếm số bậc thay đổi nồng độ NL trên đồthị Với mỗi bậc thay đổi nồng độ ứng với một ngăn của thiết bị gọi là sốngăn lý thuyết

Trong thực tế số ngăn của thiết bị lớn hơn số ngăn lý thuyết do điềukiện chuyển khối chưa được tốt Vì vậy số ngăn thực tế phải được điều chỉnh.Dựa vào đồ thị xác định số bậc thay đổi nồng độ ta có kết quả sau :

2.4 Xác định số đĩa lý thuyết và số đĩa thực tế:

2.4.1a Xác định số đĩa lý thuyết:

Ta có chỉ số hồi lưu thích hợp:Rth=0.694

Từ đồ thị ta có số đĩa lý thuyết: Nlt=7 đĩa

Số đĩa lý thuyết phần luyện: 5đĩa

Phần chưng: 2 đĩa

2.4.2 Xác định số đĩa thực tế:

+ Độ bay tương đối của cấu tử dễ bay hơi :

x x 1 y 1

Với : x :phân mol của Acetone trong pha lỏng

y* : phân mol của Acetone trong pha hơi cân bằng với pha lỏng

Độ nhớt của hỗn hợp lỏng μ:tra theo nhiệt độ

tb = (η1 + η2 + η3) /3

η1 ,η2,η3:lần lượt là hiệu suất ở mâm đỉnh,mâm nhập liệu,mâm đáy

Từ giản đồ x-y,t-x,y : tìm nhiệt độ tại các vị trí và nồng độ pha hơicân bằng với pha lỏng:

938 0 1 965 0 1

965 0 x

x 1

117 0 1 734 0 1

734 0 x

x 1 y 1

y α

F

F

*

* F

Suy ra: η2 = 0.31 (Hình IX.11-Sổ tay tập 2)

xW = 0.006 ta tra đồ thị cân bằng của hệ : y*

W = 0.072

tW = 97.348oC

006 0

006 0 1 072 0 1

072 0 x

x 1 y 1

y α

W

W

*

* W

µnước = 0.2936*103 Ns/m2

Suy ra µw= 0.2927*103 Ns/m2

Suy ra : (µα)w= 12.85 * 0.292.7*103=3.761*103Ns/m2

Suy ra: η3 = 0.35 (Hình IX.11-Sổ tay tập 2)

Suy ra hiệu suất trung bình của tháp:

tb = (η1 + η2 + η3) /3 = (0.34+0.31+0.59) /3 = 0.413

Vậy số đĩa thực tế Ntt = Nlt / tb 7/ 0.413 = 16.95đĩa

 Ta lấy số đĩa thực tế: Ntt = 17đĩa

Trong đó

Số đĩa thực tế của đoạn luyện: NL = 2 / 0.413= 4.84 chọn 5 đĩa

Số đĩa thực tế của đoạn chưng: Nc = 5 / 0.413= 12.11chọn 12 đĩa

CHƯƠNG 3 CÂN BẰNG NHIỆT LƯỢNG

Mục đích của việc tính toán cân bằng nhiệt lượng là để xác địnhlượng hơi đốt cần thiết khi đun nóng hỗn hợp đầu, đun bốc hơi ở đáy thápcũng như xác định lượng nước làm lạnh cần thiết cho quá trình ngưng tụlàm lạnh

Chọn nước làm chất tải nhiệt vì nó là nguồn nhiên liệu rẻ tiền, phổbiến trong thiên nhiên và có khả năng đáp ứng yêu cầu công nghệ

Sơ đồ:

Các ký hiệu:

QD1: Nhiệt độ do hơi đốt mang vào thiết bị đun nóng, J/h

Qf : Nhiệt lượng do hỗn hợp đầu mang vào thiết bị đun nóng, J/h

QF : Nhiệt lượng do hỗn hợp đầu mang ra khỏi thiết bị đun nónghay mang vào tháp chưng luyện, J/h

Qng1: Nhiệt lượng do nước ngưng mang ra khỏi thiết bị đun nóng, J/h

Qxq1: Nhiệt lượng mất mát ra môi trường xung quanh, J/h

QD2: Nhiệt lượng do hơi đốt mang vào cần đun nóng sản phẩm đáy,J/h

QR: Nhiệt lượng do lượng lỏng hồi lưu mang vào, J/h

Qy: Nhiệt lượng do hơi mang ra ở đỉnh tháp, J/h

QW: Nhiệt lượng do sản phẩm đáy mang ra khỏi tháp, J/h

Qng2: Nhiệt lượng do nước ngưng mang ra khỏi tháp, J/h

Qxq2: Nhiệt lượng do mất mát ra môi trường xung quanh, J/h

3.1 Cân bằng nhiệt lượng của thiết bị đun nóng

Phương trình cân bằng nhiệt lượng của thiết bị đun nóng

QD1 + Qf = QF + Qng1 + Qmxq1 (CT IX.149, 196, [2])

3.1.1.nhiệt lượng do hơi đốt mang vào

QD1 = D1λ1 = D1(r1 + θ1C1) J/h (CT IX.150, 196, [2])

Với:

D1: lượng hơi đốt mang vào, kg/h

λ1: hàm nhiệt của hơi nước, J/kg

r1: ẩn nhiệt hóa hơi của hơi nước, J/kg

θ1: nhiệt độ của nước ngưng

C1: nhiệt dung riêng của nước ngưng, J/kg độ

3.1.2.nhiệt lượng do nước ngưng mang ra

Qng1 = Gng1C1θ1 (J/h) (CT IX.153, 197, [2])

Với: Gng1: lượng nước ngưng (lấy bằng lượng hơi đốt), kg/h

3.1.3.nhiệt lượng do hỗn hợp đầu mang vào

Qf = FtfCf (J/h) (CT IX.151, 196, [2])

tf: nhiệt độ hỗn hợp đầu 0C, chọn tf = 250C ở nhiệt độ tf = 250C

Cf: nhiệt dung riêng của hỗn hợp đầu , J/kg độ

3.1.4 nhiệt lượng do hn hợp đầu mang ra

QF = FtFCF (J/h) (CT IX.152, 196, [2])

tF: nhiệt độ điểm sôi của hỗn hợp đầu tF=68.7330C

CF: nhiệt dung riêng của hỡn hợp khi ra khỏi thiêt bị đung nóng (J/kgđộ)

)

*

* (

*

* 95

t C t C F r

Q Q

0

5 134385937 374561926

Với: D2: lượng hơi nước bão hoà cần thiết để đun sôi dung dịch đáytháp, kg/h

λ2: hàm nhiệt của hơi nước bão hòa, J/kg

r2: ẩn nhiệt hóa hơi của hơi nước, J.kg

θ2: nhiệt độ của nước ngưng,0C

C2: nhiệt dung riêng của nước ngưng, J/kg độ

3.2.3 Nhiệt lượng lỏng hồi lưu mang vào

λhh: nhiệt lượng riêng của hỗn hợp hơi ở đỉnh tháp

λhh = λ1aP + (1 - aP)λ2 = rP + CP57.272tP

λ1: hàm nhiệt của nước ở 57.2720C

λ2: hàm nhiệt của Aceton ở 57.2720C

CP57.272: nhiệt dung riêng của hỗn hợp ra khỏi tháp ở nhiệt độ57.2720C

CP57.272 = CR57.272 =2333.970 J/kg độ

rP57.272: ẩn nhiệt hóa hơi của hỗn hợp ở nhiệt độ 57.2720C

Như vậy lượng hơi nước bão hoà cần thiết để đun sôi dung dịch đáy tháp:

2 2

95

0 r

Q Q Q

6 6

10

* 2208

* 95 0

10

* 720 376 10

* 561 374 10

* 942 423 10

 Lượng nhiệt tiêu tốn môi trường xung quanh:

Qm2 = 0.05*D2*r2

= 0.05*7946.299*2264*103 = 899.521*106 J/h

3.3 Cân bằng nhiệt lượng cho thiết bị ngưng tụ

Sử dụng thiết bị hồi lưu:

P.(Rx.+1)r = Gn1.Cn.(t2 – t1)(CT IX.164, 198, [2])Với:

1 t

t ttb  32 5

2 40 25

1

) 1 (

C n

r

R x P

G n  

) 25 40 ( 4181

3 10

* 447 521

* ) 1 694 0 (

* 1500

t t

t tb

1 2

' 2 ' 1

) ' 2 ' 1 (



  3600 

* 4

(m) (CT IX- 89, 181 [2])

tb y y tb

g

) (

0188

4.1.1 Đường kính đoạn luyện :

 .Lưu lượng hơi trung bình trong đoạn luyện:

gtb =

2 1

g

g đ 

(CT IX.91, 181, [2])

gđ: lượng hơi ra khỏi tháp ở đĩa trên cùng (kg/h)

g1: lượng hơi đi vào đĩa dưới cùng của đoạn luyện (kg/h)

Áp dụng phương trình cân bằng vật liệu, nhiệt lượng cho đĩa thứnhất của đoạn luyện:

g1 = G1 + Gp (CT IX.93, 182, [2])

g1y1 = G1x1 + Gpxp (CT IX.94, 182, [2]) (1)

g1r1 = gđrđ (CT IX.95, 182, [2])

Với: y1: hàm lượng hơi của đĩa thứ nhất đoạn luyện

x1: hàm lượng lỏng ở đĩa thứ nhất đoạn uyện

Trong các phương trình trên ta xem x1 = aF

r1, rđ: ẩn nhiệt hóa hơi hỗn hợp đi vào đĩa thứ nhất và đi ra khỏi tháp

* Tính r1 : t1 = tF = 68.733oC , tra tài liệu tham khảo (Bảng I.212, 254, [1])

Ẩn nhiệt hóa hơi của nước : rNước =121.598 Kcal/kg

Ẩn nhiệt hóa hơi của Acetone : raceton= 570.267 Kcal/kg

Suy ra : r1 = raceton.y1 + (1-y1).rnước =121.598+448.67*y1 Kcal/kg

* Tính rđ : tP = 57.272oC , tra tài liệu tham khảo (bảng I.212,254,tập1 )

ta có :

Ẩn nhiệt hóa hơi của nước : rN =124.546 Kcal/kg

Ẩn nhiệt hóa hơi của Acetone : rA =579.341 Kcal/kg

* 176 740

*

938 0

* 94 436 3

0

*

*

94 436

1 1

1 1

1

1 1

r g

G y

g

G g

740

273 18 1 58

ytb

t

y y

Với:

Suy ra: ytb =1.693 (Kg/m3)

tb tb

x x

x x

khối lượng riêng của Acetone: 741.945 (kg/ )

khối lượng riêng của nước: 981.348 (kg/ )

1

(dyn/cm)

 hh=14.274 dyn/cm  Chọn   0 , 8

Nên: Wtb = (yy)tb = 0 , 065*0 , 8 hxtbytb Chọn h = 0,3 m

=0 , 065*0 , 8 0 , 3  783 62  1 693 =1.0374 kg/m2.s

Vậy Đường kính đoạn luyện là

0374 1

423 1184 0188

,

Để dễ thiết kế và thi công, chọn đường kính đoạn luyện là 0.7m

PHẦN V TÍNH CƠ KHÍ CHO THÁP 5.1 Tính bề dày thân trụ của tháp

Thân của tháp được chế tạo bằng phương pháp hàn hồ quang.Thântháp được ghép từ nhiều đoạn bằng mối ghép bích

Tra bảng IX.5 ta chọn với đường kính trong của tháp D = 800(mm),khoảng cách giữa các đĩa Hd = 300 (mm),chọn khoảng cách giữahai mặt nối bích 1200(mm),số đĩa giữa hai mặt bích nd= 6

Chọn vật liệu làm thân là thép không gỉ X18H10T

Tốc độ ăn mòn của thép <0.1 mm/năm

Dựa vào bảng XII.4 và bảng XII.7(sổ tay tập 2),các thông số đặctrưng của X18H10T (với chiều dày tấm thép 4 25mm)

Giới hạn bền kéo:  k= 550*106 (N/m2)

Giới hạn bền chảy :  ch = 220*106 (N/m2)

Độ giản nở tương đối: 38%

Hệ số giản nở khi kéo ở nhiệt độ 20 - 1000C là: 16.6*106,1/0C

Khối lượng riêng  = 7.9*103 (kg/m2)

Với : Pl : áp suất thủy tĩnh do chất lỏng ở đáy (N/mm2)

Chọn áp suất tính toán sao cho tháp hoạt động ở điều kiện nguyhiểm nhất mà vẫn an toàn nên :

[σ] ứng suất của thép không gĩc] =

nc

c] [ 2 η, N/m2 [II-355/XIII.2]

σ] ứng suất của thép không gĩkt= 540*106N/m2; σ] ứng suất của thép không gĩct = 220*102 [II-356/XIII.3]

Suy ra ứng suất cho phép:

[σ] ứng suất của thép không gĩk] =

nk

t k

6 2

6

^ 10

* 540

*1 = 207.692*106N/m2

[σ] ứng suất của thép không gĩc] =

nc

t c

5 1

6

^ 10

* 220

*1 = 146.667*106N/m2

Vậy [σ] ứng suất của thép không gĩ] nhận giá trị nhỏ hơn [σ] ứng suất của thép không gĩc] = 146.667*106 [N/m2]

Theo bảng XIII.8:với kiểu hàn tay bằng hồ quang điện ,giáp nối haibên nên ta chọn giá trị bền của mối hàn = 0.95

Xét tỷ số : 2[P] =

146083

9 0

* 6 10

* 667 146

* 2

= 1807.194 > 50 nên cóthể bỏ qua 1 ở mẫu bề dày tính toán của thân được tính theo công thức sau

  2 146 67 0 95

286 50451 800

2

.

h

tt t t

P D S



Suy ra : bề dày thực của thân : St = S’t + C mm

Trong đó : C :hệ số bổ sung bề dày, C = Ca + Cb + Cc

Với : + Ca : hệ số bổ sung do ăn mòn hoá học, phụ thuộc vào tốc độ

ăn mòn của chất lỏng Chọn tốc độ ăn mòn của acid là 0,1 (mm/năm),thiết

bị hoạt động trong 20 năm, do đó C1 = 2 mm

+C2 : hệ số bổ sung do bào mòn cơ học, chọn Cb = 0

+C3 : hệ số bổ sung do sai lệch khi chế tạo, chọn C3 = -0.22mmSuy ra : C = 0.22+2+0 =1.78mm

)].

(

C S

P C S D

C

N/m2 (CT XIII.26, 365, II)

Áp suất thử tính toán Po được xác định theo công thức :

Po=Pth+ P1

Pth: áp suất thử thủy lực lấy theo bảng XIII.5, N/m 2

P1: áp suất thủy tĩnh của nước, xác định theo công thức XIII.10, N/

)].

(

C S

P C S D

10

*

= 183*106 N/m2

Vậy S = 2 mm thỏa mãn điều kiện

5.2 Tính – chọn bề dày đáy và nắp thiêt bị

- Chọn nắp và đáy thiết bị làm cùng loại vật liệu với thân thiếtbị

- Đáy và nắp thiết bị làm có dạng là ellipise tiêu chuẩn, có gờ

Nhận thấy: công thức tính toán bề dày thân, đáy và nắp chịu áp suấttrong là như nhau Nên chọn bề dày của đáy và nắp là Sđ = Sn = 4(mm)

Các kích thước của đáy và nắp ellipise tiêu chuẩn, có gờ(tài liệutham khảo [4(tập 2)]:

+ Đường kính trong: Dt = 800 (mm)

+ ht =200(mm)

+ Chiều cao gờ: hgờ = h = 25 (mm)

+Diện tích bề mặt trong: Sđáy = 0.76 (m2)

.Chiều dày đáy và nắp elip của thiết bị chịu áp suất trong:

( Theo công thức XIII.47,trang 385,tập 2 )

C h

D P k

P D S

t

t h

*

*

* ].

[

* 8 3

*



Trong đó:

-chiều cao phần lồi của đáy (h.XIII.10),m

-hệ số bền của mối hàn hướng tâm (xem bảng XIII.8)

k- hệ số không thứ nguyên,đối với đáy có lỗ được tăng cứng thì

10

* 67 146