CÁC SỐ LIỆU BAN ĐẦU:+ Hỗn hợp cần tách: CH 3 COCH 3 –H 2 O+ Năng suất tính theo hỗn hợp đầu: F= 8,645 (tấnh)+ Nồng độ cấu tử dễ bay hơi trong: Hỗn hợp đầu: a F = 0,3 (phần khối lượng) Sản phẩm đỉnh: a p = 0,95 (phần khối lượng) Sản phẩm đáy: a w = 0,2 (phần khối lượng)+ Tháp làm việc ở áp suất thường.+ Hỗn hơp đầu được gia nhiệt đến nhiệt độ sôi.III) NỘI DUNG CÁC PHẦN THUYẾT MINH VÀ TÍNH TOÁN:1 Giới thiệu chung: + Mở đầu và giải thích về hỗn hợp được chưng luyện.+ Vẽ và thuyết minh dây chuyền sản xuất.2 Tính toán thiết bị chính:+ Tính toán cân bằng vật liệu toàn thiết bị+ Tính đường kính tháp+ Tính chiều cao tháp+ Tính trở lực của tháp+ Tính cân bằng nhiệt3 Tính thiết bị phụ:+ Thiết bị gia nhiệt hỗn hợp đầu+ Tính bơm+ Tính thùng cao vị+ Tính toán cơ khí và lựa chọnBề dày thiết bịTính đường kính các ống dẫn
Trường ĐH Cơng Nghiệp Hà Nội – Khoa CN Hóa TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI KHOA CÔNG NGHỆ HĨA HỌC ĐỒ ÁN MƠN Q TRÌNH THIẾT BỊ BỘ MƠN Q TRÌNH -THIẾT BỊ THIẾT KẾ THÁP CHƯNG LUYỆN LIÊN TỤC LOẠI THÁP ĐĨA CHÓP ĐỂ PHÂN TÁCH HỖN HỢP AXETON VÀ NƯỚC Giáo viên hướng dẫn: Thầy NGUYỄN VĂN HOÀN Sinh viên:THIỀU THỊ YÊN Mã sinh viên: 0941120162 Lớp: CƠNG NGHỆ HĨA – K9 Hà Nội – 2017 GVHD: THẦY NGUYỄN VĂN HOÀN - SV: Thiều Thị Yên – 0941120162 – CNH3 - K9 Trường ĐH Cơng Nghiệp Hà Nội – Khoa CN Hóa CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập – Tự – Hạnh phúc Đồ án môn học trình thiết bị I) ĐẦU ĐỀ THIẾT KẾ: Thiết kế tháp chưng liên tục loại tháp đĩa chóp để phân tách hỗn hợp Axeton – Nước II) CÁC SỐ LIỆU BAN ĐẦU: + Hỗn hợp cần tách: CH3COCH3 –H2O + Năng suất tính theo hỗn hợp đầu: F= 8,645 (tấn/h) + Nồng độ cấu tử dễ bay trong: - Hỗn hợp đầu: aF = 0,3 (phần khối lượng) - Sản phẩm đỉnh: ap = 0,95 (phần khối lượng) - Sản phẩm đáy: aw = 0,2 (phần khối lượng) + Tháp làm việc áp suất thường + Hỗn hơp đầu gia nhiệt đến nhiệt độ sôi III) NỘI DUNG CÁC PHẦN THUYẾT MINH VÀ TÍNH TỐN: 1/ Giới thiệu chung: + Mở đầu giải thích hỗn hợp chưng luyện + Vẽ thuyết minh dây chuyền sản xuất 2/ Tính tốn thiết bị chính: + Tính tốn cân vật liệu tồn thiết bị + Tính đường kính tháp + Tính chiều cao tháp + Tính trở lực tháp + Tính cân nhiệt GVHD: THẦY NGUYỄN VĂN HOÀN - SV: Thiều Thị Yên – 0941120162 – CNH3 - K9 Trường ĐH Cơng Nghiệp Hà Nội – Khoa CN Hóa 3/ Tính thiết bị phụ: + Thiết bị gia nhiệt hỗn hợp đầu + Tính bơm + Tính thùng cao vị + Tính tốn khí lựa chọn -Bề dày thiết bị -Tính đường kính ống dẫn -Tính đáy nắp thiết bị -Chọn bích ghép -Tính tốn giá đỡ tai treo tan hoà 4/ Kết luận chung 5/ Tài liệu tham khảo IV) CÁC BẢN VẼ VÀ ĐỒ THỊ: + Bản vẽ dây chuyền sản xuất A4 + Bản vẽ thiết bị lắp giáp A0 Nhận Xét Của Giáo Viên Hướng Dẫn GVHD: THẦY NGUYỄN VĂN HOÀN - SV: Thiều Thị Yên – 0941120162 – CNH3 - K9 Trường ĐH Công Nghiệp Hà Nội – Khoa CN Hóa Hà Nội, ngày … tháng … năm 2017 Người nhận xét LỜI MỞ ĐẦU Chúng ta sống giới với khoa học kỹ thuật ngày phát triển Trong ngành công nghệ vật liệu khơng nhắc đến ngành cơng nghiệp hóa học, cơng nghệ hố thuộc lĩnh vực cơng nghệ đòi hỏi kỹ thuật cao, mức độ phát triển công nghệ coi thị trình độ phát triển đất nước Nhận thấy rõ phát triển vũ bão ngành cơng nghệ hóa học, với lối tư nhạy bén sáng tạo, khoa Cơng nghệ Hóa Trường Đại Học Cơng Nghiệp Hà Nội đào tạo sinh viên chuyên ngành Hóa Điều khơng cung cấp cho đất nước đội ngũ cơng nhân lành nghề, thợ kỹ thuật có tay nghề cao mà mở hội việc làm cho giới trẻ lĩnh vực mẻ Là sinh viên khoa Cơng Nghệ Hóa, chúng em trang bị nhiều kiến thức q trình thiết bị cơng nghệ sản xuất sản phẩm hóa học Nhận đồ án hội tốt để chúng em tìm hiểu q trình cơng nghệ, vận dụng kiến thức học GVHD: THẦY NGUYỄN VĂN HOÀN - SV: Thiều Thị Yên – 0941120162 – CNH3 - K9 Trường ĐH Công Nghiệp Hà Nội – Khoa CN Hóa mở rộng vốn kiến thức mình, từ giúp chúng em có nhìn cụ thể ngành nghề lựa chọn Cơng nghệ hóa học ngành giữ vị trí, vai trò quan trọng việc sản xuất phục vụ cho nhiều lĩnh vực, cho nghành kinh tế quốc dân, tạo tiền đề cho nhiều ngành phát triển theo Với nhiều phương pháp sản xuất khác lắng, lọc, đun nóng, làm nguội, chưng luyện, hấp thụ, hấp phụ, trích ly, sấy khơ, đơng lạnh…đã tạo nhiều sản phẩm đa dạng, phong phú đáp ứng nhu cầu ngày lớn người Đặc biệt ứng dụng nhiều chưng luyện, ứng dụng nhiều ngành, lĩnh vực, đặc biệt công nghệ lên men, công nghệ tổng hợp hữu cơ, lọc - hóa dầu, cơng nghệ sinh học Vậy chưng cất gì?quy trình cơng nghệ nào.ứng dụng sao,thiết bị vật sử dụng cho quy trình cơng nghệ cần đảm bảo u cầu phải tính tốn sao?Vì em xin sâu vào nghiên cứu q trình cơng nghệ vận hành quy trình cơng nghệ q trình chưng luyện tháp chóp để phân tách hỗn hợp axeton nước Chưng phương pháp dùng để tách hỗn hợp khí lỏng thành cấu tử riêng biệt dựa vào nhiệt độ sôi khác cấu tử hỗn hợp Khi chưng thu nhiều sản phẩm thường có cấu tử có nhiêu sản phẩm Riêng phương pháp chưng luyện hai cấu tử sản phẩm đỉnh gồm chủ yếu cấu tử dễ bay sản phẩm đáy cấu tử khó bay Trong sản xuất ta thường gặp phương pháp chưng khác như: chưng đơn giản, chưng nước trực tiếp, chưng chân không đặc biệt chưng luyện Chưng luyện phương pháp thông dụng dùng để tách hoàn toàn hỗn hợp cấu tử dễ bay có tính chất hòa tan phần hòa n tồn vào Chưng luyện áp suất thấp dùng cho hỗn hợp dễ bị phân hủy nhiệt nhiệt độ cao, cấu tử dễ bay ngược lại ỨNG DỤNG GVHD: THẦY NGUYỄN VĂN HOÀN - SV: Thiều Thị Yên – 0941120162 – CNH3 - K9 Trường ĐH Công Nghiệp Hà Nội – Khoa CN Hóa ❖ Tách dầu mỏ tài nguyên khai thác dạng lỏng ❖ Tách hỗn hợp khí hóa lỏng ❖ Tách hỗn hợp chất hữu tổng hợp hữu Trong công nghệ sinh học, thực phẩm, trình lên men sản xuất sản phẩm như: rượu, bia, nước ngọt… Vì thế, đề tài ” Thiết kế hệ thống chưng cất Axeton –Nước “ mơn “Đồ Án Q Trình Thiết Bị” bước giúp cho sinh viên tập luyện chuẩn bị cho việc thiết kế trình thiết bị cơng nghệ lĩnh vực này.Để hồn thành đồ án , thực em cố gắng nhiều Song , bước đầu làm quen với công tác thiết kế nên hẳn không tránh khỏi sai sót Cuối , em xin chân thành cảm ơn thầy cô môn Quá Trình Thiết Bị , đặc biệt thầy Nguyễn Văn Hoàn , người trực tiếp hướng dẫn giúp đỡ em nhiều suốt thời gian thực đồ án thiết kế PHẦN I GIỚI THIỆU CHUNG I GIỚI THIỆU VỀ HỖN HỢP CHƯNG: Axeton nước hai loại hố chất quan trọng nghành cơng nghiệp hóa chất Axeton: Axeton có cơng thức phân tử: CH3 –CO-CH3,khối lượng phân tử: 58 đvC Là chất lỏng khơng màu,có mùi đặc trưng,tan nhiều nước * Một số thông số vật lý axeton: -Nhiệt độ sơi: 56,1o C -Nhiệt độ nóng chảy: - 94,6o C -Nhiệt dung riêng(Cp): 22 Kcal/mol (chuẩn 1020 C) GVHD: THẦY NGUYỄN VĂN HOÀN - SV: Thiều Thị Yên – 0941120162 – CNH3 - K9 Trường ĐH Công Nghiệp Hà Nội – Khoa CN Hóa -Độ nhớt : 0,316 cp(ở 25o C) - Nhiệt trị : 0.5176 cal/g ( 200 C) Axeton dung môi tốt cho nhiều chất hữu aceton làm dung môi tốt nitro xeluloza, acetyl xenluloza Nó độc nên dùng làm dung môi công nghiệp dược phẩm thực phẩm.,nó sử dụng để tổng hợp nhiều chất hưu phần lớn dùng làm dung môi công nghiệp sản xuất nhựa, vecni, chất dẻo nhiều sản phẩm tiêu dùng * Tính chất hóa học đặc trưng axeton: Phản ứng axeton chủ yếu vào nhóm cacbonyl(-CO-), ngồi có phản ứng vào nhóm -CH3 Dưới số ví dụ cụ thể: -phản ứng nhóm –CO- : Axeton nghèo phản ứng, Xeton có phản ứng khử giống andehit tạo ancol bậc II: CH3-CO-CH3 + H2 > CH3-CH(OH)-CH3 Xeton khó bị oxi hóa gốc hidrocacbon cản trở khơng gian.Tuy nhiên bị oxi hóa dung dịch thuốc tím đun nóng với axit sunfuric tạo hỗn hợp axit cacboxylic Phản ứng gốc hidrocacbon: CH3-CO-CH3 + Br2 > CH3-CO-CH2Br + HBr Lưu ý:Phản ứng xảy dùng brom khan có xúc tác axit axetic đun nóng * Các phương pháp điều chế axeton: 1-oxi hóa hidrocacbon:khi đốt cháy chậm n-ankan pha khí ta thu axeton 2-oxi hóa ancol:đây phương pháp quan trọng để điều chế hợp chất cacbonyl VD: CH3-CH(OH)-CH3 → CH3 –CO-CH3 +H2O Propal-2-ol Axeton GVHD: THẦY NGUYỄN VĂN HOÀN - SV: Thiều Thị Yên – 0941120162 – CNH3 - K9 Trường ĐH Cơng Nghiệp Hà Nội – Khoa CN Hóa 3-oxi hóa cumen(chỉ riêng axeton) C6H5-CH(CH3)2 +O2 → CH3 –CO-CH3 +C6H5-OH Nước Trong điều kiện bình thường : nước chất lỏng không màu , không mùi, khơng vị khối nước dày có màu xanh nhạt Khối lượng phân tử: 18 g/mol Khối lượng riêng d40c : g/ml Nhiệt độ nóng chảy: 0oC Nhiệt độ sôi : 100oC Độ nhớt 25oC : 1,005.10-3N.s/m2 Nước hỗn hợp chất chứa phần lớn trái đất ( 3/4 diện tích trái đất nước biển) cần thiết cho sống Nước dung mơi phân cực mạnh, có khả hòa tan nhiều chất dung mơi quan trọng kỹ thuật hóa học II SƠ ĐỒ CHƯNG : Chú thích kí hiệu quy trình: GVHD: THẦY NGUYỄN VĂN HỒN - SV: Thiều Thị Yên – 0941120162 – CNH3 - K9 Trường ĐH Cơng Nghiệp Hà Nội – Khoa CN Hóa Trong đó: 1- Thùng chứa hỗn hợp đầu 6- Thiết bị ngưng tụ hồi lưu 2- Bơm 7- Thiết bị làm lạnh sản phẩm đỉnh 3- Thùng cao vị 8- Thùng chứa sản phẩm đỉnh 4- Thiết bị gia nhiệt hỗn hợp đầu 9- Thiết bị gia nhiệt đáy tháp 5- Tháp chưng luyện 10- Thùng chứa sản phẩm đáy 11- Lưu lượng kế GVHD: THẦY NGUYỄN VĂN HOÀN - SV: Thiều Thị Yên – 0941120162 – CNH3 - K9 Trường ĐH Cơng Nghiệp Hà Nội – Khoa CN Hóa Thuyết minh dây chuyền sản xuất: Dung dịch đầu thùng (1) bơm (2) bơm liên tục lên thùng cao vị (3), mức chất lỏng cao thùng cao vị khống chế nhờ ống chảy tràn, từ thùng cao vị dung dịch đưa vào thiết bị đun nóng (4) qua lưu lượng kế (11), dung dịch đun nóng đến nhiệt độ sơi nước bão hồ, từ thiết bị gia nhiệt (4) dung dịch đưa vào tháp chưng luyện (5) nhờ đĩa tiếp liệu, đĩa tiếp nhiên liệu chất lỏng trộn với phần lỏng từ đoạn cất tháp chảy xuống Trong tháp hơi, từ lên gặp chất lỏng từ xuống Ở 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 lôi cấu tử dễ bay Nhiệt độ lên thấp, nên qua đĩa từ lên cấu tử có nhiệt độ sơi cao nước ngưng tụ lại, cuối đỉnh tháp ta thu hỗn hợp cấu tử axeton chiếm nhiều Hơi vào thiết bị ngưng tụ hồi lưu (6), ngưng tụ lại Một phần chất lỏng qua thiết bị làm lạnh (7) để làm lạnh đến nhiệt độ cần thiết vào thùng chứa sản phẩm đỉnh (8), phần khác hồi lưu tháp đĩa Chất lỏng từ xuống gặp có nhiệt độ cao hơn, phần cấu tử có nhiệt độ sơi thấp bốc nồng độ cấu tử khó bay chất lỏng ngày tăng cuối đáy tháp ta thu dược hỗn hợp lỏng gồm hầu hết cấu tử khó bay Chất lỏng khỏi tháp làm lạnh vào thùng chứa sản GVHD: THẦY NGUYỄN VĂN HOÀN - SV: Thiều Thị Yên – 0941120162 – CNH3 - K9 10 Trường ĐH Cơng Nghiệp Hà Nội – Khoa CN Hóa N/m2 0,1 800 1000 930 1140 880 1090 mm 850 1060 811 1013 M20 M20 20 20 Cái 24 24 Bulong 24 db = M20 Chiều dày bích h = 25 mm Để nối ống dẫn vào thiết bị ta dùng kiểu bích vật liệu CT3 Chọn số bích : Đối với tháp có đường kính 1,0(m) ta tra bảng IX.4 trang 170 STQTTB tập ta có : khoảng cách bích 1700 mm Số bích đoạn luyện :n1 = HL/2 = 1,8/2= 0,9 bích Quy chuẩn lấy n1 = bích Số bích đoạn chưng :n2 = HC/2= 1,8/2 = 0,9 bích Quy chuẩn lấy n2= bích Vậy tổng số bích :n = n1+n2+2 = + +2= bích Trong có bích để nối nắp đáy chóp với tháp Số bích cặp bích Bước bích m GVHD: THẦY NGUYỄN VĂN HỒN - SV: Thiều Thị Yên – 0941120162 – CNH3 - K9 114 Trường ĐH Công Nghiệp Hà Nội – Khoa CN Hóa Tính đường kính ống dẫn : Đường kính ống dẫn tính theo cơng thức sau : d= = (STQTTB II _ 236) Trong : V : Lưu lượng chất chuyển động ống [ m3/ s ] w : Vận tốc chất ống [ m/ s ] a Đường kính ống dẫn sản phẩm đỉnh: Ống dẫn sản phẩm đỉnh ống nối nắp tháp thiết bị ngưng tụ Hỗn hợp đỉnh tháp có nhiệt độ hỗn hợp t = 57,815 oC Lượng đỉnh tháp : gđ = 29,007 (kmol/ h) Lưu lượng thể tích đỉnh tháp: = = 0,219 Tháp làm việc áp suất thường với nhiệt chọn w = 30 50 ( m/ s ) Chọn vận tốc w = 30 m/ s Đường kính ống dẫn sản phẩm đỉnh : d = = 0,0964 m = 96,4 mm Chọn d1 =100 mm, chiều dài ống bên ngồi l1 = 120 mm [ II _ 434 ] Vận tốc thực tế ta được: ωtt = = 30,021 b Đường kính ống chảy chuyền: Chọn vận tốc lỏng qua ống chảy chuyền w = 0,15 m/s Chọn số ống chảy chuyền với đĩa z = Đường kính ống chảy chuyền đoạn chưng = (m) = 0,153 (m) Đường kính ống chảy chuyền đoạn luyện = = 0,026 (m) → Quy chuẩn dc = 0,1 (m)=100(mm) GVHD: THẦY NGUYỄN VĂN HOÀN - SV: Thiều Thị Yên – 0941120162 – CNH3 - K9 115 Trường ĐH Công Nghiệp Hà Nội – Khoa CN Hóa c Ống dẫn hỗn hợp đầu vào tháp: hỗn hợp đầu vào hỗn hợp lỏng Lượng hỗn hợp đầu vào tháp F = 8645 kg/h Nhiệt độ hỗn hợp đầu: tF = 68,7330C Khối lượng riêng hỗn hợp axeton nước tính theo cơng thức : aF aF A B [I_5] Tra khối lượng riêng theo STQTTB tập I _ 9: T t1 T t2 T 60 68,733 80 1 (t ) F 2 A 746 ? 719 B 983 ? 972 Sử dụng cơng thức nội suy ta có: = 734,210 kg/m3, = 978,197 kg/m3 aF aF B Thay số vào công thức (1) ta có: A Với aF= 0,3 Do = 889,518 kg/ m3 Chọn vận tốc w F =0,3 m/ s Lưu lượng thể tích hỗn hợp đầu: = = 2,7.10-3 (m3/s) Đường kính ống dẫn hỗn hợp đầu : d = = 0,107 m Quy chuẩn d = 110 mm, chiều dài ống bên l = 120 mm (theo bảng trang 434 STQTTB tập Py=0,1) GVHD: THẦY NGUYỄN VĂN HOÀN - SV: Thiều Thị Yên – 0941120162 – CNH3 - K9 116 Trường ĐH Công Nghiệp Hà Nội – Khoa CN Hóa Vận tốc thực tế ta được: ωtt = = = 0,3 m/s d Đường kính ống dẫn sản phẩm đáy: Hỗn hợp tháo hỗn hợp lỏng có nồng độ x = x W = 0,072 phần mol; nhiệt độ hỗn hợp t = tW = 74,248oC Khối lượng riêng hỗn hợp lỏng tính theo cơng thức : aw a w A B [I_5] Tra khối lượng riêng theo STQTTB tập I _ ta có: T t1 T t2 T 60 74,248 80 1 (t ) F 2 A 746 ? 719 B 983 ? 972 Sử dụng nội suy ta có: = 726,765 kg/m3 , = 975,164 kg/m3 Do = 912,769 kg/ m3 Khối lượng sản phẩm đáy : W= 7492,333 kg/ h Lưu lượng thể tích hỗn hợp đầu: = = 2,28.10-3 (m3/s) Đường kính ống dẫn hỗn hợp đầu là:d = = = 0,0984m Quy chuẩn d = 100 mm, chiều dài ống bên l =120 mm (theo bảng trang 434 STQTTB tập Py=0,1) Vận tốc thực tế ta được: ωtt = = = 0,3 m/s GVHD: THẦY NGUYỄN VĂN HOÀN - SV: Thiều Thị Yên – 0941120162 – CNH3 - K9 117 Trường ĐH Công Nghiệp Hà Nội – Khoa CN Hóa e Đường kính ống dẫn ngưng tụ hồi lưu: Lượng ngưng tụ hồi lưu là: GR = = 0,1 kg/s Nhiệt độ ngưng tụ hồi lưu: tR = 57,815oC Khối lượng riêng hỗn hợp lỏng tính theo cơng thức : [I_5] Tra khối lượng riêng theo I _ có : T t1 t t2 T 40 57,815 60 1 (t ) F 2 A 768 ? 746 B 992 ? 983 3 → = 748,404 kg/m , = 983,983 kg/ m Do = 757,471 kg/ m3 Lưu lượng thể tích ngưng tụ: = = 1,32.10-4 (m3/s) Đường kính ống dẫn hỗn hợp đầu : d = = 0,024 m Quy chuẩn d = 25 mm chiều dài ống bên l = 90 mm Vận tốc thực tế ta được: ωtt = = = 0,3 m/s f Ống dẫn sản phẩm đáy hồi lưu: Lượng sản phẩm đáy hồi lưu: gđ = g1’ = 86,014(kmol/h) Nhiệt độ sản phẩm đáy t = tW = 74,248oC Lưu lượng thể tích sản phẩm đáy hồi lưu: = = 0,681 (m3/s) Đường kính ống dẫn hỗn hợp đầu : d = = 0,186 m Quy chuẩn d = 190 mm, chiều dài ống bên ngồi l = 130 mm GVHD: THẦY NGUYỄN VĂN HOÀN - SV: Thiều Thị Yên – 0941120162 – CNH3 - K9 118 Trường ĐH Cơng Nghiệp Hà Nội – Khoa CN Hóa Vận tốc thực tế ta được: ωtt = = = 25,076 m/s Khối lượng tháp: G = GT + GN-Đ + GB + Gbl + GĐ + GÔ + GL ( Kg ) Trong : GT : Khối lượng thân tháp trụ ( kg ) GN-Đ : Khối lượng nắp đáy tháp ( kg ) GB : Khối lượng bích ( kg ) Gbl : Khối lượng bulơng nối bích ( kg ) GĐ : Khối lượng đĩa tháp ( kg ) GÔ : Khối lượng ống chảy chuyền ( kg ) GL : Khối lượng chất lỏng điền đầy tháp ( kg ) a Khối lượng thân tháp trụ: Khối lượng riêng thép = 7,9.103 kg/ m3 Đường kính thân tháp Dt = 1,0 m Chiều dày thân tháp mm Chiều cao thân tháp H = 3,5 m Khối lượng thân tháp : GT = = 3,5.7,9.103 = 174,078 kg b Khối lượng nắp đáy tháp: Theo thông số nắp đáy chọn : Bề mặt nắp, đáy tháp tra theo II _ 382, ta F = 2,24 m2 Chiều dày nắp, đáy tháp lấy chung S = mm Khối lượng nắp đáy tháp : GN-Đ = 2.F.S = 2.2,24.5.10-3.7,9.103 = 176,96 kg GVHD: THẦY NGUYỄN VĂN HOÀN - SV: Thiều Thị Yên – 0941120162 – CNH3 - K9 119 Trường ĐH Công Nghiệp Hà Nội – Khoa CN Hóa c Khối lượng bích: Dt D Db DI Do 1000 1140 1090 1013 1060 Bulong 24 db Các thơng số bích chọn : Đường kính bích Dt = 1000 mm Đường kính ngồi bích D = 1140 mm Chiều dày bích : h = 0,025 m Số bích : n = Khối lượng bích : → GB = = kg d Khối lượng bulơng nối bích: Với bích, cặp cần 24 bulong loại M20 ( khối lượng 0,15 kg/cái ) Khối lượng bulông nối bích : Gbl = 4.24.0,15 = 14,4 kg e Khối lượng đĩa tháp: Theo thông số đĩa chọn : Đường kính đĩa : D = 1,0 m Chiều dày đĩa = 0,002 m Số đĩa đĩa Khối lượng đĩa tháp : GĐ = = 0,002.7,9.103.6 = 74,418 kg f Khối lượng ống chảy truyền: Khối lượng ống chảy truyền : GVHD: THẦY NGUYỄN VĂN HOÀN - SV: Thiều Thị Yên – 0941120162 – CNH3 - K9 120 Trường ĐH Công Nghiệp Hà Nội – Khoa CN Hóa mƠ = Tháp có đĩa (3 đĩa luyện đĩa chưng) đĩa lắp ống chảy chuyền Số ống chảy chuyền ống ∙ Đoạn chưng: mÔ = 0,45.7,9.103 = 1,7199 kg ∙ Đoạn luyện: mÔ = 0,45.7,9.103 = 0,3015 kg Khối lượng ống chảy chuyền : GÔ = nÔ mÔ = 1,7199.3 + 0,3015.3 = 6,064 kg g Khối lượng chất lỏng điền đầy tháp: Khối lượng riêng trung bình pha lỏng tháp: = 889,352 kg/ m3 GL = H = 3,5.889,352 = 2443,495 kg → Khối lượng tháp : G = GT + GN-Đ + GB + Gbl + GĐ + GÔ + GL ( Kg ) →G = 174,078+176,96+185,797+14,4+74,418+6,064+2443,495 = 3075,212 kg Tính tai treo: Trọng lượng tháp P = G g = 3075,212 9,81 = 3,017.104 kg Tải trọng tác dụng lên tai treo GC = P:4 = N = 0,754.104 N Để đảm bảo an toàn ta chọn Gc = 6.104 N GVHD: THẦY NGUYỄN VĂN HOÀN - SV: Thiều Thị Yên – 0941120162 – CNH3 - K9 121 Trường ĐH Công Nghiệp Hà Nội – Khoa CN Hóa Tải trọn g cho phé p tai treo 6.1 04 F.10 q.1 0-6 m2 N/ m2 415 1,3 L B B1 H S l a d Khố i lượn g tai treo Mm 23 20 20 35 kg 10 13,2 Chọn tai treo thiết bị thẳng đứng hình vẽ : Chọn lót cho tai treo thép: GVHD: THẦY NGUYỄN VĂN HOÀN - SV: Thiều Thị Yên – 0941120162 – CNH3 - K9 122 Trường ĐH Cơng Nghiệp Hà Nội – Khoa CN Hóa Tải trọng cho phép trên1 tai treo Chiều dày tối thiểu thành thiết bị khơng có lót Chiều dày tối thiểu thành thiết bị có lót H B SH 340 Mm 20 10 550 Tính chân đỡ: Chọn chân thép chân Tải trọng cho phép chân G.104 N Bề mặt đỡ F= 104 (m2) Tải trọng cho phép đất 711 0,84 L B B1 B2 H h s l d mm 300 240 260 370 450 226 18 110 34 (chú ý:giá trị A Dt lấy đáy elip,vật liệu làm chân thép CT3) → Tải trọng chân đỡ: 4.6.104 = 240000 (N) > P → Phù hợp GVHD: THẦY NGUYỄN VĂN HOÀN - SV: Thiều Thị Yên – 0941120162 – CNH3 - K9 123 Trường ĐH Công Nghiệp Hà Nội – Khoa CN Hóa KẾT LUẬN Chưng luyện q trình tiến hành đa số tháp có dòng chuyển động ngược chiều Trong phải có chi tiết để tiến hành đảm bảo sư tiếp xúc pha tốt (các lợi đĩa…) Phương pháp tính tốn thiết kế hệ thống chưng luyện liên tục hấp thụ có nhiều điểm giống Tuy nhiên đặc điểm trình chưng luyện hệ số phân bố thay đổi theo chiều cao tháp, đồng thời trình truyền nhiệt diễn song song với trình chuyển khối làm cho q trình tính tốn thiế kế trở nên phức tạp Một khó khăn mà tính tốn thiết kế tháp chưng luyện ln gặp phải khơng có cơng thức chung cho việc tính tốn hệ số động học q trình chưng luyện cơng thức tính toán chưa phản ánh đầy đủ tác dụng động học hiệu ứng hóa học, lý học…mà chủ yếu công thức thực nghiệm cơng thức tính tốn phần lớn phải tính theo giá trị trung bình, thơng số vật lý chủ yếu nội suy, nên khó khăn tính tốn xác 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 trình tính GVHD: THẦY NGUYỄN VĂN HỒN - SV: Thiều Thị Yên – 0941120162 – CNH3 - K9 124 Trường ĐH Công Nghiệp Hà Nội – Khoa CN Hóa tốn để gia nhiệt cho dòng nhập liệu tới trạng thái lỏng sơi tận dụng nhiệt chưa đủ để gia nhiệt tới lỏng sôi 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 trình tiết kiệm lượng Đồ án môn học môn học tổng hợp, đồ án giúp em củng cố thêm kiến thức học, phát huy trình độ độc lập sáng tạo Bản đồ án không để làm sáng tỏ thêm lý thuyết, nắm vững phương pháp tính tốn ngun lý vận hành thiết bị Để hoàn thành đồ án này, em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến thầy cô khoa Công Nghệ Hóa Em xin cảm ơn thầy Nguyễn Văn Hồn thầy dạy mơn Các Q Trình Thiết Bị Đặc biệt em xin cảm ơn thầy tận tình hướng dẫn, bảo, tạo điều kiện thuận lợi cho chúng em làm đồ án Trong phạm vi khuôn khổ đồ án môn học, thời gian không cho phép đồng thời lần tiếp xúc với cách làm đồ án không tránh khỏi bỡ ngỡ, sai sót Mặt khác q trình tính tốn thiế kế tính tốn lý thuyết, kết tìm phải quy chuẩn áp dụng vào thực tế cần phải có tính tốn cụ thể rõ ràng để phù hợp với thực tế sản xuất Là sinh viên em chưa tiếp xúc với nhiều công nghệ, với thực tế sản xuất việc tính tốn khí tính bền chi tiết khơng tránh khỏi sai sót Em mong nhận góp ý chân thành, lời nhận xét sửa chữa từ thầy cô để đồ án em hoàn thiện Em xin chân thành cảm ơn thầy cô giáo khoa! GVHD: THẦY NGUYỄN VĂN HOÀN - SV: Thiều Thị Yên – 0941120162 – CNH3 - K9 125 Trường ĐH Công Nghiệp Hà Nội – Khoa CN Hóa Hà Nội, ngày tháng 05 năm 2017 Sinh viên Thiều Thị Yên 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 [2] Võ Văn Bang – Vũ Bá Minh, “Quá 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: Quá trình Thiết bị Truyền Nhiệt”, Nhà xuất Đại học Quốc gia TpHCM, 2002, 372tr [4] Phạm Văn Bôn – 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 Quá 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 Quá trình Thiết bị Cơng nghệ Hóa chất – Tập 2”, Nhà xuất Khoa học Kỹ thuật Hà Nội, 1999, 447tr GVHD: THẦY NGUYỄN VĂN HOÀN - SV: Thiều Thị Yên – 0941120162 – CNH3 - K9 126 Trường ĐH Công Nghiệp Hà Nội – Khoa CN Hóa [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 sở tính tốn Máy Thiết bị Hóa chất – Thực phẩm”, Nhà xuất Khoa học Kỹ thuật, Hà Nội, 1984, 134tr MỤC LỤC Lời mở đầu PHẦN I: TỔNG QUAN .5 I: LÝ THUYẾT VỀ CHƯNG CẤT .5 II GIỚI THIỆU VỀ HỖN HỢP CHƯNG .6 III SƠ ĐỒ CƠNG NGHỆ:………………………………………………………… PHẦN II: TÍNH TỐN THIẾT BỊ CHÍNH .11 Tính tốn cân vật liệu tồn thiết bị .11 1.1 Phương trình cân vật liệu toàn tháp 12 1.2 Tính số hồi lưu thích hợp (Rth) 13 2.TÍNH ĐƯỜNG KÍNH THÁP .28 2.1 Đường kính đoạn luyện: 47 2.2.Đường kính đoạn chưng .48 3.TÍNH CHIỀU CAO THÁP XÁC ĐỊNH THEO ĐƯỜNG CONG ĐỘNG HỌC 49 3.1.Hệ số khuếch tán 49 3.2 Hệ số cấp khối 51 4.Tính trở lực tháp 67 4.1.Tính trở lực đĩa khô 68 4.2.Trở lực đĩa sức căng bề mặt chất lỏng .69 4.3.Trở lực thủy tĩnh lớp chất lỏng gây ra: 73 GVHD: THẦY NGUYỄN VĂN HOÀN - SV: Thiều Thị Yên – 0941120162 – CNH3 - K9 127 Trường ĐH Công Nghiệp Hà Nội – Khoa CN Hóa 5.Tính cân nhiệt lượng 78 5.1.Cân nhiệt lượng thiết bị đun nóng hỗn hợp đầu 78 5.2.Cân nhiệt lượng tháp chưng luyện 81 5.3.Cân nhiệt lượng thiết bị ngưng tụ 86 5.4.Cân nhiệt lượng thiết bị làm lạnh 87 PHẦN III : TÍNH THIẾT BỊ PHỤ .89 I.Thiết bị gia nhiêt hỗn hợp đầu .89 1.Hiệu số nhiệt độ trung bình .90 2.Lượng nhiệt trao đổi 90 Diện tích trao đổi nhiệt 91 II Tính bơm thùng cao vị 100 PHẦN IV: TÍNH TỐN CƠ KHÍ VÀ LỰA CHỌN .115 Tính toán thân tháp: 115 Tính đáy nắp thiết bị: 121 Chọn bích ghép: 124 4.Tính đường kính ống dẫn: 126 Tính giá đõ tai treo .133 KẾT LUẬN .136 LỜI CẢM ƠN 137 TÀI LIỆU THAM KHẢO 138 GVHD: THẦY NGUYỄN VĂN HOÀN - SV: Thiều Thị Yên – 0941120162 – CNH3 - K9 128 ... Đồ án môn học trình thiết bị I) ĐẦU ĐỀ THIẾT KẾ: Thiết kế tháp chưng liên tục loại tháp đĩa chóp để phân tách hỗn hợp Axeton – Nước II) CÁC SỐ LIỆU BAN ĐẦU: + Hỗn hợp cần tách: CH3COCH3 –H2O... sao?Vì em xin sâu vào nghiên cứu q trình cơng nghệ vận hành quy trình cơng nghệ q trình chưng luyện tháp chóp để phân tách hỗn hợp axeton nước Chưng phương pháp dùng để tách hỗn hợp khí lỏng thành... thường gặp phương pháp chưng khác như: chưng đơn giản, chưng nước trực tiếp, chưng chân không đặc biệt chưng luyện Chưng luyện phương pháp thông dụng dùng để tách hoàn toàn hỗn hợp cấu tử dễ bay có