Đề tài thiết kế hệ thống hấp phụ tinh luyện cồn pha xăng

ĐAMH CN Quá Trình & Thiết Bị BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA GVHD: Lê Xn Hải CỘNG HỊA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập – Tự – Hạnh phúc Thành phố Hồ Chí Minh Khoa: Cơng nghệ Hóa & Thực phẩm Bộ mơn: Q trình Thiết bị ĐỒ ÁN MƠN HỌC: ĐỒ ÁN CHUYN NGNH QT&TB MÃ SỐ: 605109 Họ tên sinh viên: Vũ Tiến Dũng Lớp: HC06MB Ngành (nếu có): Qu Trình & Thiết Bị Đầu đề đồ án: Thiết kế hệ thống thp hấp phụ tinh luyện cồn pha xăng Nhiệm vụ (nội dung yêu cầu số liệu ban đầu): Nồng độ nhập liệu: xF= 92%phần khối lượng Nồng độ sản phẩm cồn khan: xW = 99,5% phần khối lượng Nguồn lượng thông số khác tự chọn Nội dung phần thuyết minh tính tốn: Xem phần mục lục Các vẽ đồ thị (loại kích thước vẽ): Gồm vẽ A1: vẽ quy trình cơng nghệ vẽ chi tiết thiết bị Ngày giao đồ án: 5/07/2010 Ngày hoàn thành đồ án: 4/9/2010 Ngày bảo vệ hay chấm: 7/9/2010 Ngày tháng 09 năm 2010 CHỦ NHIỆM BỘ MÔN NGƯỜI HƯỚNG DẪN (Ký ghi rõ họ tên) (Ký ghi rõ họ tên) Trang ĐAMH CN Quá Trình & Thiết Bị GVHD: Lê Xuân Hải 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 CN Quá Trình & Thiết Bị GVHD: Lê Xuân Hải Mục Lục Chương I Mục đích đề tài Tính thực tiễn đề tài Lợi ích việc dng gasohol II Những đặc tính cồn tinh luyện Các phương pháp sản xuất cồn Tính chất v ứng dụng cồn III Cồn nhiên liệu Lịch sử pht triển Yêu cầu chất lượng 10 Các phương pháp pha cồn vào xăng 12 Ưu nhược điểm xăng pha cồn với xăng truyền thống 12 IV Các phương pháp sản xuất cồn nhiên liệu 13 Phương pháp chưng luyện 13 Phương pháp bay thẩm thấu qua màng 14 Phương pháp hấp phụ (rây phân tử) 14 Phân tích ưu nhược điểm phương pháp 17 V Vật liệu hấp phụ Zeolite 19 Cấu trc zeolite 19 Phn loại Zeolite 19 Xác định bề mặt riêng zeolite 20 Một số đặc trưng Zeolite 4A 21 Chương 22 I Thuyết hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir 22 II Thuyết hấp phụ Fruendlich 23 III Thuyết hấp phụ đẳng nhiệt Brunauer – Emmett – Teller (BET) 24 IV Một số thực nghiệm phương pháp hấp phụ sản xuất cồn vật liệu zeolite 25 Chương 30 I Lựa chọn quy trình cơng nghệ 30 II Thuyết minh quy trình cơng nghệ 30 Chương 31 I Cn vật chất cho qu trình hấp phụ 31 Trang ĐAMH CN Quá Trình & Thiết Bị GVHD: Lê Xuân Hải II Tính tốn chiều cao lớp hấp phụ 33 Đường kính tháp 33 Tính chiều cao thp 34 Tính tốn thời gian hấp phụ 34 Tính tốn lượng zeolite cần thiết 35 III Cân nhiệt lượng cho trình hấp phụ 35 Chương 37 I Chọn tc nhn giải hấp phụ 37 II Cn vật chất cho qu trình nhả hấp phụ 37 II Tính toán vận tốc giải hấp tháp 39 II Các giai đoạn nhả hấp phụ 40 Chương 41 I Tính tốn chiều cao tồn thp 41 II Tính tổn thất p suất dịng khí qua lớp hấp phụ 41 III Tính tốn khí cho thân tháp 42 Tính bề dy cho thn trụ hn chịu p suất 42 Tính đáy, nắp tháp 43 Tính đường kính bích ghép ống dẫn 44 Tính chân đỡ tai treo cho tháp 46 Chương 49 I Tính tốn nồi đun 49 Lượng đốt cần dùng 49 Hiệu nhiệt độ trung bình 50 Hệ số cấp nhiệt cồn sơi sủi bọt thiết bị đun sôi 50 Hệ số cấp nhiệt ngưng tụ phía ống 51 Mật độ dịng nhiệt truyền qua vch 51 Hệ số truyền nhiệt tổng qut 52 Bề mặt truyền nhiệt 52 II Năng suất nhiệt caloriphe 52 III Tính tốn thiết bị ngưng tụ sản phẩm 52 Lượng nước cần dùng để giải nhiệt 53 Hiệu nhiệt độ trung bình 53 Hệ số cấp nhiệt cồn tình khiết ngưng tụ bề mặt ống đứng 53 Trang ĐAMH CN Quá Trình & Thiết Bị GVHD: Lê Xuân Hải Hệ số cấp nhiệt nước giải nhiệt ống 53 Mật độ dịng nhiệt truyền qua vch 54 Hệ số truyền nhiệt tổng qut 55 Bề mặt truyền nhiệt 55 Kết Luận Ti Liệu tham khảo Trang ĐAMH CN Quá Trình & Thiết Bị GVHD: Lê Xuân Hải Chương TỔNG QUAN I Mục đích đề ti Tính thực tiễn đề ti Các nh khoa học cho biết, sống giai đoạn lịch sử cảu trái đất – kỷ nguyn loại người – chng ta l nguồn lực trái đất Nhưng thnh công thi qu người đ gy p lực chưa thấy cho hệ sinh thái trái đất đe dọa lồi người Theo chun gia, phải đối mặt với su vấn đề có lin quan tới v cấp bch: - Lương thực: Cứ sáu người có người bị đói suy dinh dưỡng q trình cơng nghiệp hóa v dn số tăng làm giảm diện tích trồng lương thực - Nước: Đến năm 2025, 2/3 dân số giới phải sống vng thiếu nước - Năng lượng: Hiện nguồn lượng đến từ dầu mỏ khí đốt, nguồn nhiên liệu hóa thạch khan dần v dự đoán hết tương lai gần - Biến đổi khí hậu: Biến đổi khí hậu đ v diễn trn tồn giới, nĩ có ảnh hưởng lớn đến đời sống người trái đất - Đa dạng sinh học: Nhiều nh khoa học cho giới bước vào “đại tuyệt chủng” lần thứ vấn đề nhiễm môi trường tăng dân số - Ơ nhiễm: Các chất cho l nhiễm đ có tự nhiên từ lâu chúng có nồng độ cao đến mức báo động, gây thiệt hại v biến đổi to lướn người v sinh vật trái đất Trang ĐAMH CN Quá Trình & Thiết Bị GVHD: Lê Xuân Hải Như đ nu, lượng v nhiễm l hai vấn đề quan trọng cấp bch cần giải nhanh chóng Thực tế cho thấy, cng với sựu pht triển mạnh mẽ đại cơng nghiệp ko theo l lượng lượng cần cho tăng lên lớn Trong nguồn lượng hóa thạch ngày cạn kiệt, theo dự bo nh khoa học trữ lượng xăng dầu tồn giới đủ cho khoảng 50 năm Mặt khác việc sử dụng nguồn nhiên liệu hóa thạch làm cho môi trường bị nhiễm nghim trọng Việc đốt chy nhiên liệu hóa thạch thải nhiều khí nhiễm COx, NOx, SOx, hợp chất hydrocacbon… Gy nn nhiều hiệu ứng xấu đến môi trường sống, ảnh hưởng lơn đến chất lượng sống Vì việc tìm nguồn lượng có khả tái tạo v thn thiện với môi trường điều quan trọng v cần thiết Bn cạnh việc sử dụng nguồn lượng lượng thủy điện, lượng nguyn tử, lượng mặt trời, lượng gió, lượng thủy triều…Thì lượng có nguồn gốc sinh học quan tm Ethanol l nhiên liệu từ nguồn gốc sinh học giới quan tm V Ethanol sử dụng phụ gia để pha vào xăng tạo thnh loại nhiên liệu gọi l gasohol hay gasoline – alcohol Đặc biệt nước ta l nước có kinh tế nơng nghiệp l chủ yếu với mạnh l ngnh trồng trọt chăn nuôi đặc biệt l ngnh trồng la gạo Nước ta nước có sản lượng la gạo xuất đứng thứ hai trn giới với năm gần kim nghạch xuất gạo tăng liên tục Bn cạnh ngành trồng trọt rau củ pht triển mạnh Tất yếu tố trn cho thấy việc sản xuất Ethanol pha xăng từ phụ phẩm sản xuất nơng nghiệp Việt Nam l khả thi Vì lý trn, đề ti “ Thiết kế phân xưởng tinh luyện cồn tuyệt đối dùng để pha xăng” công đoạn cuối cng dy chuyền sản xuất cồn pha xăng có ảnh hưởng lớn đến chất lượng loại nhiên liệu Lợi ích việc dng gasohol Xt mặt lượng cồn tinh luyện khơng có lợi so với xăng (năng lượng sinh đốt chy cồn 62% đốt cháy xăng) việc ứng dụng gasohol vào thực tế mang nhiều lợi ích kinh tế: - Tiết kiệm lượng xăng nhập pha thêm 10% Ethanol vào xăng mà bảo đảm động hoạt động bình thường có nghóa l ta giảm 10% lượng xăng nhập qua tiết kiệm nhiều ngn sch dnh cho việc nhập xăng Trang ĐAMH CN Quá Trình & Thiết Bị GVHD: Lê Xuân Hải Ethanol có số octane cao, nên pha thêm Ethanol vào xăng làm tăng thêm - số đồng thời tăng chất lượng xăng Tận dụng nguồn phụ phế phẩm nơng nghiệp để sản xuất cồn rơm rạ, mật - rỉ, ngơ, sắn…Đồng thời tạo công ăn việc lm cho nhn dn Hng năm nước ta có khoảng 31 triệu rơm rạ, ngồi việc sản xuất nấm rơm ngồn sản xuất cồn lớn, có triển vọng - Gip ổn định vấn đề an ninh lượng v giảm bớt phụ thuộc lượng vào quốc gia khác II Những đặc tính cồn tinh luyện Các phương pháp sản xuất cồn 1.1 Hydrat hóa ethylen Ethanol sử dụng nguyên liệu cơng nghiệp thơng thường sản xuất từ nguyn liệu dầu mỏ, chủ yếu thông qua phương pháp hydat hóa ethylen xúc tác axit, trình bày theo phản ứng hóa học sau Cho ethylen hợp nước 3000C p suất 70 – 80 atm với xc tc l axit photphoric: H2C = CH2 +H2O → CH3CH2OH 1.2 Phương pháp lên men Ethanol sử dụng đồ uống chứa cồn phần lớn ethanol sử dụng công nghiệp, nhiên liệu… sản xuất theo phương pháp lên men: trình l chuyển hóa đường thnh ethanol nấm men (người ta thường dng loại Sacácharomyses cerevisiae) điều kiện khơng có oxy hay điều kiện yếm khí, phản ứng hóa học tổng qut viết sau: C6H12O6 → CH3CH2OH + 2CO2 Qu trình nuơi cấy men rượu gọi l ủ men Sau chuyển hóa hết đường người ta lọc lấy dung dịch đem chưng cất để nng cao nồng độ ethanol Tính chất v ứng dụng cồn 2.1 Tính chất vật lý Ethanol l chất lỏng không màu, mùi thơm, dễ chy, dễ ht ẩm, có độ phn cực mạnh Ethanol hịa tan nhiều chất vô hữu nên sử dụng lm dung mơi Trang ĐAMH CN Quá Trình & Thiết Bị GVHD: Lê Xuân Hải tốt Ethanol dễ chy v tạo hỗn hợp nổ với khơng khí Ethanol tạo hỗn hợp đẳng phí với nước 89,4% mol, nhiệt độ sơi hỗn hợp atm l 78,40C Nhiệt độ sơi ethanol nguyn chất 78,390C, tỷ trọng d154 = 0,794, nhiệt dung riêng đẳng p Cp(160C -210C) = 2,42 J.g-1.K-1, nhiệt chy 1370,82 kJ/mol 2.2 Ứng dụng Cồn l hỗn hợp Ethanol nước có ứng dụng nhiều lĩnh vực đời sống x hội: - Cồn pha với nước thành đồ uống, chế biến thức ăn, chế biến loại hương - Trong y tế cồn l nguyn liệu trung gian để sản xuất nhiều loại thuốc, cồn cịn lm chất st trng - Trong ngnh công nghiệp sơn cồn dng lm dung mơi - Trong công nghiệp hương liệu nước hoa cồn dn lm dung mơi - Trong hóa học cồn l chất trung gian sản xuất hóa chất khác như: axit acetic, andehyt acetic, etyl acetat… - Dng lm nhiên liệu pha xăng E10, E20, E85, E100… III Cồn nhiên liệu Lịch sử pht triển Từ năm 20 kỉ XX cồn đ nghin cứu, sử dụng lm nhiên liệu cho động ôtô xe máy thay cho xăng dầu Điển hình cho hướng tiên phong Mỹ v Brasil Tuy nhiên với việc pht mỏ dầu có trữ lượng lớn cng với pht triển mạnh mẽ ngnh công nghiệp lọc hóa dầu đ sản xuất sản phẩm xăng dầu chất lượng cao gi thnh hạ đ lm cho cồn nhiên liệu bị đẩy li Năm 1973 với khủng hoảng lượng vấn đề dng cồn nhiên liệu lại đề cập phải đến đầu kí XXI hì hướng pht triển cồn nhiên liệu ưu tiên phát triển nĩ đóng vai trị thứ yếu so với nhiên liệu hóa thạch, tương lai l nguồn lượng khí dầu mỏ cạn kiệt Trang ĐAMH CN Quá Trình & Thiết Bị GVHD: Lê Xuân Hải Trn giới có nước Mỹ, Ty u, Brasil, Trung Quốc, Nhật Bản nước sản xuất cồn nhiên liệu nhiều Yu cầu chất lượng Thực cồn l hợp chất cacbuahydro dầu mỏ nn có tính chy nổ tốt Vì nguyn tắc với cồn khan 99,5% trở ln l cho vào động chạy được, nhiên cồn có nhiều đặc tính ăn mịn kim loại, lăm hư chi tiết cao su hay nhựa động nên khơng cải tiến động khơng thể thay hồn tồn xăng cồn khan để chạy động Đối với ơtơ, xe gắn máy thông thường sử dụng xăng pha cồn với nồng độ tối đa 10% (xăng E10) Với xăng E10 không cần cải tiến hay thay đổi động mà chạy hồn tồn bình thường so với việc dng 100% xăng Cồn pha xăng ngày đ tiu chuẩn hóa chất lượng, ty theo quốc gia quy định, sau số tiu chuẩn điển hình Bảng 1: Yu cầu kỹ thuật cồn nhiên liệu STT Tn tiu Giới hạn Ethanol, % thể tích, 92,1 Methanol, % thể tích, max 0,5 Hàm lượng nhựa đ rửa qua dung mơi, mg/100ml, max Hàm lượng nước, % thể tích, max 5,0 Hàm lượng chất biến tính (xăng, naphta), % thể tích, – max 1,96 – 5,0 Hàm lượng Clorua vô cơ, mg/l, max 32 Hàm lượng đồng, mg/kg, max 0,1 Độ axit (axit acetic), mg/l, max 0,007 Độ pH, – max 6,5 – 9,0 10 11 Lưu huỳnh, mg/kg, max Sulfat, mg/kg, max 30 12 13 Khối lượng ring 15 0C, kg/m3 Ngoại quan Trong 1,0 Trang 10 ĐAMH CN Quá Trình & Thiết Bị GVHD: Lê Xuân Hải Tính đường kính v bích ghp ống dẫn Ống dẫn thường nối với thiết bị mối ghép tháo không tháo Trong thiết bị này, ta sử dụng mối ghép tháo Đối với mối ghép tháo được, người ta làm đoạn ống nối, đoạn ống ngắn có mặt bích hay ren để nối với ống dẫn:  Loại có mặt bích thường dùng với ống có đường kính d > 10mm  Loại ren chủ yếu dùng với ống có đường kính d  10mm, đơi dùng với d  32mm Ống dẫn làm thép X18H10T Bích làm thép CT3 , cấu tạo bích bích liền khơng cổ 3.1 Ống dẫn đáy tháp Vận tốc dịng ống chọn w = 10m/s Đường kính ống dẫn Dy  Vg 0,785.  Qv 1925,1   0,138m 3600.0,785.. 3600.0,785.15.3,56 Chọn đường kính ống 150mm, tính lại vận tốc ống Vg 1925,1    8,5m / s 0,785.D 3600.3,56.0,785.0,152 Tra bảng XIII.33 [2] ứng với p suất P = 0,25N/mm2 ta có chiều dài đoạn ống l =90mm Trang 44 ĐAMH CN Quá Trình & Thiết Bị GVHD: Lê Xuân Hải Tra bảng XIII.26 [2] ứng với p suất P = 0,25N/mm2 Bu lông Dy Dn D D D1 h db Z mm 150 159 260 225 202 16 16 3.2 Ống dẫn nhập liệu đỉnh tháp đồng thời ống thay zeolite Chọn vận tốc dịng ống m/s Đường kính ống dẫn Dy  Vg 0,785.  Qv 1925,1   0,189m 3600.0,785.. 3600.0,785.5.3,56 Chọn đường kính ống 200mm, vận tốc ống Vg 1925,1    4,78m / s 0,785.D 3600.3,56.0,785.0,152 Tra bảng XIII.33 [2] ứng với p suất P = 0,25N/mm2 ta có chiều dài đoạn ống l =90mm Tra bảng XIII.26 [2] ứng với p suất P = 0,25N/mm Bu lông Dy Dn D D D1 h db mm 200 290 255 232 Z 202 16 16 Ống tho Zeolite đáy Ta chọn kích thước ống tho zeolite đáy với ống nhập zeolite Chọn vận tốc dịng ống m/s Đường kính ống dẫn Dy  Vg 0,785.  Qv 1925,1   0,189m 3600.0,785.. 3600.0,785.5.3,56 Trang 45 ĐAMH CN Quá Trình & Thiết Bị GVHD: Lê Xuân Hải Chọn đường kính ống 200mm, vận tốc ống Vg 1925,1    4,78m / s 0,785.D 3600.3,56.0,785.0,152 Tra bảng XIII.33 [2] ứng với p suất P = 0,25N/mm2 ta có chiều dài đoạn ống l =90mm Tra bảng XIII.26 [2] ứng với p suất P = 0,25N/mm Bu lông Dy Dn D D D1 h db mm 200 290 255 232 Z 202 16 16 Tính chân đỡ tai treo cho thp Tính trọng lượng tồn thp M   M T  M Z  2.M b  2.M dn Trong đó: MT: khối lượng thn thp, kg MZ: khối lượng zeolite, kg Mb: khối lượng bích, kg Mdn: khối lượng đáy nắp, kg Khối lượng thn thiết bị   2 M T  VT   Dn  Dt H   0,808  0,800 .2,5.7900  199 kg 4   Khối lượng zeolite: MZ = 1040 kg Khối lượng đáy nắp 2.M dn  S    0,76.0,004.7900  24kg Vậy khối lượng tổng cộng tồn thp: M   M T  M Z  2.M b  2.M dn  199  1040  20  1260 kg Chọn chân đỡ: tháp đỡ trn ba chn Vật liệu làm chân đỡ tháp thép CT Trang 46 ĐAMH CN Quá Trình & Thiết Bị GVHD: Lê Xn Hải Trục thiết bò Theo đáy thiết bò Tải trọng cho php trn chân đỡ: Gc  P M  g 1310,8.9,81    4286,3N 3 Để đảm bảo an tồn ta chọn Gc = 0,25.10 N Tra bảng XIII.35[2],  chọn chân đỡ có thơng số sau: F.104 q.10-6 m2 N/m2 85,5 0,29 L B B1 B2 H h s l d 120 40 18 mm 110 80 95 110 180 Tính khối lượng gần chân đỡ: Thể tích chân đỡ: V1chân = [2.(H - s).s B2 + L s B].10 -9 V1chân = [2.(180 - 6).6 110 + 110 80].10 -9  2,69.10 3 m Khối lượng chân đỡ: m1 chânđỡ = V1 chânđỡ CT3 = 2,69.10 -3.7850 = 21,1kg Trang 47 ĐAMH CN Quá Trình & Thiết Bị GVHD: Lê Xuân Hải 4.1 Tính tai treo Chọn tai treo: Tai treo gắn trn thn thp v tựa vào giàn đỡ để giữ thp vững qu trình lm việc Chọn vật liệu lm tai treo l thp CT3 Tải trọng trn tai treo chọn với tải trọng trn chân đỡ Gc = 0,25.104 N Tra bảng XIII.36 [2]  chọn tai treo có thơng số sau: F.10 q.10-6 m2 N/m2 57,0 0,44 Kh L B H S l a d m 35 15 14 1,0 mm 90 il B1 65 ng m 75 140 t tai treo: mtai treo = 1,0 kg Tra bảng XIII.37, trang 439, STT2  Chọn lót tai treo thép CT3 có thơng số sau(tra theo Gc = 2,5.104 N): Chiều dài lót: H = 260 mm Chiều rộng lót: B = 140 mm Bề dày lót: SH =6 mm Thể tích lót tai treo: Vtấm lót = B.SH.H = 140 260 10-9 = 0,2184.10-3 m3 Trang 48 ĐAMH CN Quá Trình & Thiết Bị GVHD: Lê Xuân Hải Khối lượng lót tai treo: mtấm lót = Vtấm lót CT3 = 0,2184.10 -3.7850 = 1,714 kg Chương TÍNH TỐN THIẾT BỊ PHỤ I Tính tốn nồi đun Sử dụng nồi đun kettel , Ống truyền nhiệt lm thp với kích thước 38x3 Đường kính ngồi: dn = 38 mm = 0,038 m Bề dy ống: t = mm = 0,003 m Đường kính trong: dtr = 0,032 m Hơi đốt nước 2,0at, đốt ống Nhiệt độ đốt 119,60C Ẩn nhiệt ngưng tụ 2208 kJ/kg Dịng cồn nguyn liệu có nhiệt độ Trước vào nồi đun t1 = 300C (trạng thi lỏng) Sau rời nồi đun t2 = 800C (hơi nhiệt) Lượng đốt cần dng Nhiệt lượng để bốc lượng cồn nhập liệu từ nhiệt độ ban đầu Q = G∑V.Cl.DT1 + G∑V.r + G∑V.Ch DT2 Trong Cl, Ch – lân lượt l nhiệt dung ring cồn lỏng, v hỗn hợp cồn nhập liệu, kJ/kg.độ; DT1, DT2 – l chnh lệch nhiệt độ hỗn hợp lỏng nhập liệu – nhiệt Trang 49 ĐAMH CN Quá Trình & Thiết Bị GVHD: Lê Xuân Hải độ sơi v nhiệt độ sơi – nhiệt độ qu nhiệt vào máy nén, 0C; r – nhiệt hóa cồn nhập liệu Cl = Cle.(1-xc) + Cln.xc = 2,71.(1- 0,08) + 4,18.0,08 = 2,83kJ/kg.độ r = re.( 1-xc) + rln.xc = 826.(1 – 0,08) + 2264.0,08 = 941kJ/kg Q = 1925,1.2,83(78,4-30) + 1925,1.941 + 1925,1.3,5.(83,4-78.4) = 585,8 kW Lượng đốt cần dng GD  Q 585,8   0,28kg / s 0,95r 0,95.2208 Hiệu nhiệt độ trung bình tlog  (119,6  30)  (119,6  83,4)  58,9 119,6  30 Ln 119,6  83,4 Hệ số cấp nhiệt cồn sơi sủi bọt thiết bị đun sôi   r  S = 7,77 10 -  h    h    0,033      0,333 0, 75 q 0,7  0, 45 c 0.117 Ts0,37 Khối lượng ring cồn nhiệt độ sơi PM C 1 ( 46.0,92  18.0,08) h    1,51kg / m 22 , RTS  (78,4  273) 273 Khối lượng ring hỗn hợp   (1  x). E  x. N  (1  0,08).735  0,08.998  756kg / m Sức căng bề mặt hỗn hợp   (1  x). E  x. N  (1  0,08).19,5.10 3  0,08.64,41.10 3  23.10 3 N / m Độ nhớt hỗn hợp lg   (1  x) lg  E  x lg  N  (1  0,08) lg(0,453.103 )  0,08 lg( 0,357.103 )    0,44.103 N s / m Nhiệt dung ring hỗn hợp cồn lỏng C  (1  x).C E  x.C N  (1  0,08).3,22  0,08.4,19  3,3kJ / kg.K Ẩn nhiệt hóa hỗn hợp r  (1  x).rE  x.rN  (1  0,08).812  0,08.2597  954,8kJ / kg Hệ số dẫn nhiệt hỗn hợp Trang 50 ĐAMH CN Quá Trình & Thiết Bị GVHD: Lê Xuân Hải   (1  x).E  x.N  (1  0,08).0,1635  0,08.0,672  0,204W / m.K Hệ số cấp nhiệt ngưng tụ phía ống  n  0,7254 rn  n2 g.3n  n (t n - t W1 ).d tr  Dùng phương pháp lặp ta chọn nhiệt độ vch tw1 = 1100C, nhiệt độ nước ngưng 119,6 0C tính chất vật lý dịng nước ngưng ống Ẩn nhiệt ngưng tụ rn = 2208 kJ/kg Khối lượng ring màng nước ngưng rn = 926,1 kg/m3 Hệ số dẫn nhiệt màng nước ngưng ln = 0,686 W/m.độ Độ nhớt màng nước ngưng mn = 0,237.10 -3 N.s/m2 2208.926,12.9,81.0,6863 rn  n2 g.3n  n  0,725  0,725  2184W / m K -3  n (t n - t W1 ).d tr 0,237.10 (119,6 - 110).0,032 Mật độ dịng nhiệt truyền qua vch qt = qn = an.(tn – tw1) = 2184.(119,6-110) =20966,4 W/m2 qt  t w1  t w  t w1  t w2  qt rt  20966, 4.5,289 10 4  11,1 rt Trong nhiệt trở qua thnh ống v lớp cáu tính theo công thức  rt  t  r1  r2 t Bề dy thnh ống: t = 0,003 m Hệ số dẫn nhiệt thp khơng rỉ: t = 16,3 W/mK Nhiệt trở lớp bẩn ống: r1 = 1/5800 m2.K/W Nhiệt trở lớp cu ngồi ống: r2 =1/5800 m2.K/W Nn: rt = 5,289.10-4 m2.K/W Nhiệt độ vch ngồi tw2 = 110-11,1= 98,9 Suy ra: Trang 51 ĐAMH CN Quá Trình & Thiết Bị   r  S = 7,77 10  h    h -2     1,51.954,8   7,77 10    765  1,51  0,033 0,033 -2      0,333 GVHD: Lê Xuân Hải 0 ,75 q 0,7  0, 45 c0.117 Ts0,37  765   3   23.10  0,333 0,2040, 75.20996,4 0,7 0,44.10 3 , 45 0.117 3,3 392,6 0,37  1020,5W / m K Kiể m tra lại gi trị q: q = aS.(tw2 - tn) = 1020,5.(98,9 – 78,4) = 20920,25 W/m2 Gi trị q không thay đổi nhiều (không 5%) nhiệt độ tw1 ban đầu ta giả sử chấp nhận Hệ số truyền nhiệt tổng qut K K 1  rt  n S  508,5W / m K 1  5, 289.10 4  2184 1020,5 Bề mặt truyền nhiệt F Qđ 585,8 1000   4,17  19,6m K tlog 508,5  58,9 II Năng suất nhiệt caloriphe Nhiệt độ khí nitơ vào, tv = 35 0C Nhiệt độ khí nitơ khỏi caloriphe, tr = 300 0C Lưu lượng khí vào, G = 381,1kg/h Nhiệt dung ring trung bình nitơ nhiệt độ 167,5 0C, c = 1163J/kg.độ Năng suất nhiệt caloriphe Q = G.C.Dt = 381,1.1163.265 = 32,6kW III Tính tốn thiết bị ngưng tụ sản phẩm Chọn thiết bị ngưng tụ kiểu vỏ ống đứng, với thơng số: Ống truyền nhiệt lm thép CT3, kích thước 20x2 Đường kính ngồi ống d ng = 20mm = 0,02m Trang 52 ĐAMH CN Quá Trình & Thiết Bị GVHD: Lê Xuân Hải Chiều cao ống truyền nhiệt 1m Hơi cồn ngưng tụ p suất 3,2 at, nhiệt độ 94,5 0C Ẩn nhiệt ngưng tụ cồn khan nhiệt độ 94,5 0C: r = 781kJ/kg Nước giải nhiệt ống, nhiệt độ nước vào 280C, nhiệt độ nước 400C Lượng nước cần dùng để giải nhiệt Lượng nhiệt ngưng tụ tỏa Q  G R r  1780 781  386 kW 3600 Trong G∑R – lưu lượng cồn khan ngưng tụ, kg/h Lượng nước giải nhiệt cần dng GD  Q 386   7,68kg / s C T 4,187.(40  28) Hiệu nhiệt độ trung bình tlog  (94,5  28)  (94,5  40)  60,3 94,5  28 Ln 94,5  40 Hệ số cấp nhiệt cồn tình khiết ngưng tụ trn bề mặt ống đứng  n  1,154 rn  n g.n  n (t n - t W1 ).H Trong a – hệ số cấp nhiệt, W/m2.K; H – chiều cao ống, m; l – hệ số dẫn nhiệt cồn ngưng, W/m.K; r – khối lượng ring cồn lỏng, kg/m3; m - độ nhớt cồn ngưng, N.s/m2, tn – nhiệt độ ngưng tụ, K; tw1 – nhiệt độ vch tiếp xc với cồn ngưng tụ, K Hệ số cấp nhiệt nước giải nhiệt ống Nhiệt độ trung bình nước giải nhiệt 1 t f  tv  tr   28  40   34 2 Tại nhiệt độ : Khối lượng ring nước: n = 994 kg/m3 Độ nhớt động lực học nước: n = 7,23.10 -7 m2/s Hệ số dẫn nhiệt nước: n = 0,626 W/mK Chuẩn số Prant: Prn = 4,90 Trang 53 ĐAMH CN Quá Trình & Thiết Bị GVHD: Lê Xuân Hải Chọn vận tốc nước ống: = 0,6 m/s Chuẩn số Renold: v d 0,6  0,016 Re n  n tr   13278 n 7, 23.10 7 Ta thấy chuẩn số Re > 10000 q trình cấp nhiệt xảy chế độ chảy xốy rối, ta có 0, Nu  0,021. Re Pr , 43  Pr   Prt    , 25 Hệ số cấp nhiệt nước ống Nun n H Dùng phương pháp lặp ta chọn nhiệt độ vch ngồi tw1 = 78,50C Tại nhiệt độ 94,5 0C dịng cồn ngưng có tính chất vật lý Ẩn nhiệt ngưng tụ rn = 781 kJ/kg Khối lượng ring mng cồn ngưng rn = 680 kg/m hệ số dẫn nhiệt mng cồn ngưng ln = 0,153 W/m.độ độ nhớt mng cồn ngưng mn = 0,45.10-3 N.s/m2  n  n  1,154 rn  n g.n 7812.680 2.9,81.0,1533  1,154  1245,6W / m K  n (t n - t W1 ).H 0,45.10-3.(94,5 - 78,5).1 Mật độ dịng nhiệt truyền qua vch qt = q n = an.(tn – tw1) = 1245,6.(94,5-78,5) =19929,6 W/m2 t t qt  w1 w  t w1  t w  qt rt  19929,6.5, 289.10 4  10,5 rt Suy nhiệt độ vch tw2 = 78,5-10,5 = 60 Trong nhiệt trở qua thnh ống v lớp cáu tính theo công thức  rt  t  r1  r2 t Bề dy thnh ống: t = 0,003 m Hệ số dẫn nhiệt thp khơng rỉ: t = 16,3 W/mK Nhiệt trở lớp bẩn ống: r1 = 1/5800 m2.K/W Nhiệt trở lớp cu ngồi ống: r2 =1/5800 m2.K/W Nn: rt = 5,289.10-4 m2.K/W Nhiệt độ trung bình vch Trang 54 ĐAMH CN Quá Trình & Thiết Bị t GVHD: Lê Xuân Hải t w1  t w   78,5  60  69,250 C 2 Chuẩn số Pr nước nhiệt độ trung bình vch Prt = 2,55 Hệ số cấp nhiệt phía nước giải nhiệt , 25 Nu  0,021  Re ,8  Pr   4,9    0,021.1.13278 0,8.4,9 ,43. Pr   Pr  2,55   t Nu  1220.0,626  n n n   763,72 H , 43 0, 25  1220 Kiểm tra lại gi trị q: q = an.(tw2 – tf) = 763,72.(60 – 34) = 19856,72 W/m2 Gi trị q khơng thay đổi nhiều (khơng q 5%) nhiệt độ tw1 ban đầu ta giả sử chấp nhận Hệ số truyền nhiệt tổng qut K  378,5W / m K 1  5, 298.10 4  763,72 1254,6 Bề mặt truyền nhiệt F Qđ 386  1000   16,58m K tlog 378,5  60,3 Trang 55 ĐAMH CN Quá Trình & Thiết Bị GVHD: Lê Xuân Hải KẾT LUẬN Với quy trình cơng nghệ tính tốn trn sử dụng chất hấp phụ zeolite 4A ngồi cịn sử dụng chất hấp phụ zeolite 3A chưa có tài liệu no chứng minh 4A, hay 3A có khả hấp phụ chọn lọc nước cồn tốt Cồn tinh luyện khơng dùng để pha xăng mà nhiều lĩnh vực có nhu cầu loại cồn với điều kiện l nước nơng nghiệp nước ta có nhiều thuận lợi để pht triển ngnh công nghiệp Trong qu trình tính tốn tc giả chưa đề cập đến tính kinh tế đề ti nhiều lý hạn chế khả thời gian thực nên chưa đưa việc tính tốn mang tính học thuật gắn với thực tế Việc xy dựng đường cn cho zeolite 4A để thực qu trình tính tốn chưa có nên q trình thực cịn có số qu trình tính chưa xc Tc giả chưa kết hợp tính tốn thiết kế với điều khiển qu trình đề ti Trang 56 ĐAMH CN Quá Trình & Thiết Bị TÀI LI U THAM KH GVHD: Lê Xuân Hải O [1] Trần Hùng Dũng – Nguyễn Văn Lục – Hoàng 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, “Q trình Thiết bị Cơng 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 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 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 Q trình Thiết bị Cơng nghệ Hóa chất – Tập 1”, Nhà xuất Khoa học Kỹ thuật Hà Nội, 1999, 626tr Trang 57 ĐAMH CN Quá Trình & Thiết Bị GVHD: Lê Xuân Hải [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 sở tính tốn Máy Thiết bị Hóa chất – Thực phẩm”, Nhà xuất Khoa học Kỹ thuật, Hà Nội, 1984, 134tr Trang 58 ... khan cồn tốt Khi nhả hấp phụ dùng khí Nitơ nóng dng trực tiếp cồn khan để nhả hấp Trong công nghệ lm khan cồn chất hấp phụ lại thực nhiều cách: hấp phụ cồn dạng hơi, cồn dạng lỏng, thực hấp phụ. .. Ethanol pha xăng từ phụ phẩm sản xuất nơng nghiệp Việt Nam l khả thi Vì lý trn, đề ti “ Thiết kế phân xưởng tinh luyện cồn tuyệt đối dùng để pha xăng công đoạn cuối cng dy chuyền sản xuất cồn pha xăng. .. hành loại xăng pha cồn E5, E7, E10, E15, E20, E85, E95, E100 Ký hiệu E có nghóa xăng pha cồn cịn số có nghóa l phần trăm thể tích cồn xăng Ưu nhược điểm xăng pha cồn với xăng truyền thống Ethanol