Đồ án môn học quá trình thiết bị

Trường Đại Học Công Nghiệp Hà Nội Khoa Công nghệ Hóa BỘ CƠNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC CƠNG NGHIỆP HÀ NỘI Đồ án mơn học Q trình thiết bị CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM ĐỘC LẬP- TỰ DO- HẠNH PHÚC ĐỒ ÁN MƠN HỌC Q TRÌNH THIẾT BỊ Họ tên SV: Đào Thị Xuân MSV: 0941120189 Lớp: ĐH Cơng Nghệ Hóa Khóa: Khoa: Cơng nghệ Hóa – ĐH Cơng Nghiệp Hà Nội Giáo viên hướng dẫn: Trịnh Thị Hải Nội dung: Thiết kế hệ thống chưng luyện liên tục loại tháp đĩa lỗ có ống chảy truyền để phân tách hỗn hợp: Axeton – Axit axetic với số li ệu sau: - Năng suất hỗn hợp đầu = 6,78 tấn/giờ - Nồng độ cấu tử dễ bay trong:  hỗn hợp đầu aF=31,8%  hỗn hợp đầu ap=95,4%  hỗn hợp đầu aw=1,2% Tháp làm việc điều kiện áp suất thường, hỗn hợp đầu gia nhiệt đến nhiệt độ sôi GVHD: TRỊNH THỊ HẢI SVTH: ĐÀO THỊ XUÂN Trường Đại Học Công Nghiệp Hà Nội Khoa Công nghệ Hóa TT Đồ án mơn học Q trình thiết bị TÊN BẢN VẼ Vẽ dây chuyền sản xuất Vẽ hệ thống tháp chưng luyện KHỔ GIẤY A4 A0 SỐ LƯỢNG 01 01 NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN *** Ngày BAN CHỦ NHIỆM KHOA (Ký ghi rõ họ tên ) GVHD: TRỊNH THỊ HẢI SVTH: ĐÀO THỊ XUÂN tháng năm 2017 GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN (Ký ghi rõ họ tên) Trường Đại Học Công Nghiệp Hà Nội Khoa Cơng nghệ Hóa GVHD: TRỊNH THỊ HẢI SVTH: ĐÀO THỊ XUÂN Đồ án môn học Quá trình thiết bị Trường Đại Học Cơng Nghiệp Hà Nội Khoa Cơng nghệ Hóa Đồ án mơn học Q trình thiết bị MỤC LỤC ĐỒ ÁN MƠN HỌC Q TRÌNH THIẾT BỊ NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN .6 LỜI NÓI ĐẦU Phần I: GIỚI THIỆU CHUNG 1.1 LÝ THUYẾT VỀ CHƯNG LUYỆN: .8 1.1.1 Phương pháp chưng luyện: 1.1.2 Thiết bị chưng luyện: 1.2 GIỚI THIỆU VỀ HỖN HỢP ĐƯỢC CHƯNG LUYỆN: 1.2.1 Axeton 1.2.2 Axit axetic 10 1.2.3 Lựa chọn thiết bị chưng luyện: 11 1.3 Vẽ thuyết minh dây chuyền sản xuất: 14 1.3.1 Dây chuyền sản xuất: 14 1.3.2 Thuyết minh: 15 PHẦN II: TÍNH TỐN THIẾT BỊ CHÍNH .16 2.1 Tính tốn cân vật liệu toàn thiết bị: 16 2.2 CÂn vật liệu : 17 2.3 Tính số hồi lưu tối thiểu: 19 2.3.1 Tính số hồi lưu thích hợp: 20 2.3.2 Số đĩa lý thuyết 34 2.3.3 Phương trình đường nồng độ làm việc: 35 2.4 TÍNH ĐƯỜNG KÍNH THÁP 35 GVHD: TRỊNH THỊ HẢI SVTH: ĐÀO THỊ XUÂN Trường Đại Học Cơng Nghiệp Hà Nội Khoa Cơng nghệ Hóa Đồ án mơn học Q trình thiết bị 2.4.1 Lượng trung bình dòng pha tháp 36 2.4.2 Khối lượng riêng trung bình .40 2.4.3 Vận tốc tháp 43 2.4.4 Tính đường kính tháp .44 2.5 TÍNH CHIỀU CAO THÁP .45 2.5.1 Hệ số khuếch tán 45 2.5.2 Hệ số cấp khối 46 2.5.3 Hệ số chuyển khối, đường cong động học, số đĩa thực tế: .50 2.5.4 Hiệu suất tháp, chiều cao tháp 55 2.5.5 Chọn loại đĩa 55 2.6 TÍNH TRỞ LỰC THÁP 56 2.6.1 Trở lực đĩa khô 56 2.6.2 Trở lực đĩa sức căng bề mặt 57 2.6.3 Trở lực lớp chất lỏng đĩa .58 2.6.4 Trở lực tháp 60 2.7 TÍNH CÂN BẰNG NHIỆT LƯỢNG .60 2.7.1 Tính cân nhiệt thiết bị gia nhệt hỗn hợp đầu: 61 2.7.2 Tính cân nhiệt lượng tồn tháp chưng luyện 63 2.7.3 Tính cân nhiệt lượng thiết bị ngưng tụ: 66 2.7.4 Tính cân nhiệt lượng thiết bị làm lạnh 67 Chương TÍNH TỐN CƠ KHÍ 68 3.1 TÍNH TỐN THÂN THÁP: 68 3.1.1 Áp suất thiết bị 68 3.1.2 Ứng suất cho phép 69 3.1.3 Tính hệ số bền thành hình trụ theo phương dọc: .69 3.1.4 Đại lượng bổ sung 70 GVHD: TRỊNH THỊ HẢI SVTH: ĐÀO THỊ XUÂN Trường Đại Học Cơng Nghiệp Hà Nội Khoa Cơng nghệ Hóa Đồ án mơn học Q trình thiết bị 3.1.5 Chiều dày thân tháp 70 3.2 TÍNH ĐƯỜNG KÍNH CÁC ỐNG DẪN .71 3.2.1 Đường kính ống chảy chuyền 71 3.2.2 Đường kính ống dẫn hỗn hợp đầu vào tháp .72 3.2.3 Đường kính ống dẫn đỉnh tháp 72 3.2.4 Đường kính ống dẫn sản phẩm đáy 73 3.2.5 Đường kính ống dẫn ngưng tụ hồi lưu .74 3.2.6 Đường kính ống dẫn sản phẩm đáy hồi lưu .74 3.3 TÍNH ĐÁY VÀ NẮP THIẾT BỊ 75 3.4 CHỌN MẶT BÍCH 78 3.4.1 Chọn mặt bích để nối thân tháp nắp, đáy 78 3.4.2 Chọn mặt bích để nối ống dẫn thiết bị: 79 3.5 TÍNH VÀ CHỌN GIÁ ĐỠ, TAI TREO 80 3.5.1 Tính khối lượng tồn tháp 80 3.5.2 Tính tai treo 82 Chương TÍNH TỐN THIẾT BỊ PHỤ 85 4.1 TÍNH TỐN THIẾT BỊ GIA NHIỆT HỖN HỢP ĐẦU 85 4.1.1 Tính hiệu số nhiệt độ trung bình .85 4.1.2 Tính lượng nhiệt trao đổi 85 4.1.3 Tính hệ số cấp nhiệt 86 4.2 TÍNH BƠM VÀ THÙNG CAO VỊ 94 4.2.1 Tính trở lực 95 4.2.2 Tính chiều cao thùng cao vị so với đĩa tiếp liệu .103 4.2.3 Tính chọn bơm 104 KẾT LUẬN .109 TÀI LIỆU THAM KHẢO 110 GVHD: TRỊNH THỊ HẢI SVTH: ĐÀO THỊ XUÂN Trường Đại Học Công Nghiệp Hà Nội Khoa Cơng nghệ Hóa GVHD: TRỊNH THỊ HẢI SVTH: ĐÀO THỊ XN Đồ án mơn học Q trình thiết bị Trường Đại Học Công Nghiệp Hà Nội Khoa Cơng nghệ Hóa Đồ án mơn học Q trình thiết bị LỜI CẢM ƠN Ngày nay, với phát triển khoa học kỹ thuật, n ền công nghiệp mang lại cho người lợi ích vô to lớn vật ch ất tinh thần Để nâng cao đời sống nhân dân, để hòa nhập chung v ới s ự phát triển chung nước khu vực nh gi ới, Đ ảng Nhà nước ta đề mục tiêu cơng nghiệp hóa đ ại hóa đ ất nước Một ngành có đóng góp to lớn đến cơng nghiệp nước ta nói riêng giới nói chung, ngành Cơng ngh ệ Hóa h ọc Khi mà khoa học kỹ thuật phát triển, nhu cầu đồ dùng ph ương tiện phục vụ lớn đòi hỏi đến sản phẩm hóa học nhiều Nhận thấy rõ phát triển vũ bão ngành công nghệ hóa h ọc v ới lối tư nhạy bén sáng tạo, khoa Cơng nghệ Hóa h ọc tr ường Đ ại h ọc Công 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 vi ệc làm cho giới trẻ lĩnh vực mẻ Là sinh viên khoa Công nghệ Hóa trường, chúng em trang bị nhiều kiến thức trình thiết b ị cơng nghệ sản xuất sản phẩm hóa học, để củng cố nh ững kiến thức học, để phát huy trình độ độc lập sáng tạo gi ải quy ết vấn đề cụ thể sinh viên thực tế sản xuất, Đ án mơn học Q trình Thiết bị mơn học mang tính tổng h ợp trình học tập kỹ sư hóa tương lai Mơn học giúp sinh viên giải nhiệm vụ tính tốn cụ thể u cầu công nghệ, kết cấu, điều kiện vận hành, giá thành thiết bị sản xuất hóa ch ất th ực phẩm Đây bước để sinh viên vận dụng nh ững kiến th ức h ọc nhiều môn vào giải vấn đề kỹ thuật thực tế cách tổng quát Để hoàn thành đồ án em xin gửi lời cám ơn chân thành đến thầy khoa Cơng Nghệ Hóa, đặc biệt giáo Trịnh Th ị Hải tận tình hướng dẫn, bảo, tạo điều kiện thuận lợi cho chúng em GVHD: TRỊNH THỊ HẢI SVTH: ĐÀO THỊ XUÂN Trường Đại Học Cơng Nghiệp Hà Nội Khoa Cơng nghệ Hóa Đồ án mơn học Q trình thiết bị làm đồ án Tuy nhiên, q trình hồn thành đồ án khơng th ể tránh sai sót, em mong quý thầy góp ý dẫn Nh ững l ời nhận xét sửa chữa thầy cô để đồ án em hoàn chỉnh h ơn Một lần em xin chân thành cám ơn! GVHD: TRỊNH THỊ HẢI SVTH: ĐÀO THỊ XUÂN Trường Đại Học Cơng Nghiệp Hà Nội Khoa Cơng nghệ Hóa Đồ án mơn học Q trình thiết bị LỜI NĨI ĐẦU Chúng ta sống kinh tế hậu công nghiệp hay g ọi kinh tế mới, kinh tế tri thức Đặc trưng chủ yếu kinh t ế xuất ngành cơng nghệ cao, cơng nghệ tự động hóa người máy, công nghệ thông tin, công nghệ vật liệu mới… Trong ngành công nghệ vật liệu không nh ắc tới ngành cơng nghệ hóa học, cơng nghệ hóa học thuộc nghành cơng nghệ đòi h ỏi kỹ thuật cao, mức độ phát triển khoa học đất nước Trong tiến trình cơng nghiệp hóa đại hóa đất n ước nh ững nghành mũi nhọn công nghệ thông tin, công nghệ sinh h ọc, cơng nghệ điện tử tự động hóa…cơng nghệ hóa giữ vai trò quan tr ọng việc sản xuất sản phẩm phục vụ cho kinh tế quốc dân, tạo ti ền đề cho nhiều ngành khác phát triển Khi kinh tế phát triển nhu cầu người ngày tăng Do sản phẩm đòi hỏi cao hơn, đa dạng h ơn, phong phú h ơn, theo cơng nghệ sản xuất phải nâng cao Trong cơng ngh ệ hóa học nói chung việc sử dụng hóa chất có đ ộ tinh ết cao y ếu t ố tạo sản phẩm có chất lượng cao Có nhiều ph ương pháp khác để làm tăng nồng độ, độ tinh khiết như: chưng luyện, chưng cất, đặc, trích ly Tùy vào tính chất hệ mà ta lựa chọn ph ương pháp thích hợp Đồ án gồm phần chính:  Phần 1: Giới thiệu chung phương pháp chưng  Phần 2: Dây chuyền sản xuất  Phần 3: Tính tốn thiết bị  Phần 4: Tính thiết bị phụ  Phần 5: Bản vẽ thiết bị lắp ráp A Dưới chi tiết nội dung vừa nêu GVHD: TRỊNH THỊ HẢI SVTH: ĐÀO THỊ XUÂN 10 Trường Đại Học Công Nghiệp Hà Nội Khoa Công nghệ Hóa Đồ án mơn học Q trình thiết bị Hình 4.2 Sơ đồ bơm thùng cao vị Ký hiệu: H : Chiều cao tính từ mặt thống bề chứa dung dịch đến mặt thoáng thùng cao vị (m) H : Chiều cao tính từ đáy tháp đến đĩa tiếp liệu (m) H : Chiều cao tính từ nơi đặt bơm đến đáy tháp (m) Z: Chiều cao tính từ đĩa tiếp liệu đến mặt thoáng thùng cao vị (m) Trong q trình sản xuất, muốn tính tốn đưa hỗn h ợp đ ầu lên thùng cao vị, đảm bảo u cầu cơng nghệ cần phải tính trở lực đường ống dẫn liệu thiết bị gia nhiệt hỗn hợp đầu từ tính chiều cao thùng cao vị so với vị trí tiếp liệu tháp xác đ ịnh công suất, áp suất toàn phần bơm ΔP = ΔP + ΔP + ΔP + ΔP + ΔP + ΔP (Sổ tay I - 376) Trong đó: GVHD: TRỊNH THỊ HẢI SVTH: ĐÀO THỊ XUÂN 100 Trường Đại Học Công Nghiệp Hà Nội Khoa Cơng nghệ Hóa Đồ án mơn học Q trình thiết bị ΔP : Áp suất động học hay áp suất cần thiết để tạo tốc độ cho dòng chảy khỏi ống dẫn ΔP : Áp suất để khắc phục trở lực ma sát dòng ổn định ống thẳng ΔP : Áp suất cần thiết để khắc phục trở lực cục ΔP : Áp suất cần thiết để nâng chất lỏng lên cao để kh ắc phục áp suất thủy tĩnh ΔP : Áp suất cần thiết để khắc phục trở lực thiết bị ΔP : Áp suất bổ sung cuối ống dẫn Trong thiết bị chưng luyện tháp đĩa lỗ có ống chảy truyền ΔP = ΔP = 4.2.1 Tính trở lực a Trở lực đoạn ống từ thiết bị gia nhiệt hỗn hợp đầu đến tháp - Tính áp suất động học: ΔP = \f(ρω,2 Hỗn hợp đầu vào tháp: ρ = 907,3128 (kg/m) ω : Tốc độ trung bình dung dịch ống dẫn li ệu: ω = \f(4.V,πd.ρ = \f(4.G,πd.ρ d : Đường kính ống dẫn liệu: chọn d = 150 mm, l = m => ω = = 0,1175 (m/s) Vậy: ΔP = = 6,2633(N/m) Tính áp suất để khắc phụ trở lực ma sát: (ΔP) Δp = λ \f(L,d \f(ρ.ω,2 = λ \f(L,d.ΔP Với d : Đường kính ống truyền nhiệt: d = 0,05 (m); chi ều dài ống dẫn L = m - Tính chuẩn số Re: Re = \f(ω.d.ρ,μ Với : ω = 0,1175 (m/s); ρ = 907,3128 (kg/m); μ : Độ nhớt hỗn hợp đầu t = 84,2506C GVHD: TRỊNH THỊ HẢI SVTH: ĐÀO THỊ XUÂN 101 Trường Đại Học Công Nghiệp Hà Nội Khoa Cơng nghệ Hóa Đồ án mơn học Quá trình thiết bị lg μ = x.lgμ + (1 - x).lgμ μ, μ : độ nhớt axeton axit axetic nhiệt độ t Nội suy theo bảng I.101 (Sổ tay I - 91) ta có: μ=0,1936.10-3(N.s/m) μ=0,5387.10-3(N.s/m) Suy ra: lg μ = 0,3254.lg (0,1936.10 ) + (1 - 0,3254) lg (0,5387.10) = - 3,413(Ns/m)  μ = 0,3861.10-3 (Ns/m) Vậy : Re = = 1,3806.104 > 10  Chế độ chảy dung dịch ống chế độ ch ảy xốy - Tính chuẩn số Re giới hạn: Re = \f(d,ε (Sổ tay I - 378) Chọn ống tráng kẽm bình thường theo bảng II.15, (Sổ tay I 381) ε : Độ nhám tuyệt đối ống dẫn ε = 0,1 (mm) => Re = \f(, = 7289,343 - Chuẩn số Re bắt đầu xuất vùng nhám: Re = 220 \f(d,ε = 220 \f(, = 239201,52 Ta có Re < Re < Re => hệ số ma sát tính theo công th ức: λ = 0,1 \f(ε,d\f(100,Re (Sổ tay I - 380) => λ = 0,032 Chọn L = m Vậy : ΔP = 0,032 \f(3, 6,2633 = 12,0255 (N/m) Tính áp suất để khắc phục trở lực cục ΔP = Σζ \f(ρW,2 = Σζ.ΔP Trở lực cục qua đoạn ống gồm: GVHD: TRỊNH THỊ HẢI SVTH: ĐÀO THỊ XUÂN 102 Trường Đại Học Công Nghiệp Hà Nội Khoa Cơng nghệ Hóa Đồ án mơn học Quá trình thiết bị - Trở lực vào ống ta chọn ζ = 0,5 - Trở lực khuỷu 90, khuỷu khuỷu 30 tạo thành Chọn \f(a,b = => ζ = 0,3 (bảng II.16 Sổ tay I - 394) - Trở lực van: Chọn van tiêu chuẩn với đường kính ống dẫn liệu d = 150 mm Tra theo bảng II.16 (Sổ tay I - 397) có ζ3 = 4,4 Vậy hệ số trở lực cục là: ζ = ζ + ζ + ζ = 0,5 + 2.0,3 + 4,4 = 5,5 => ΔP = 5,5 6,2633 = 34,4482 (N/m) Áp suất toàn phần cần thiết để thắng trở lực ống dẫn từ thiết bị gia nhiệt hỗn hợp đầu tới đĩa tiếp liệu: ΔP = ΔP + ΔP + ΔP = 6,2633 + 12,0255 + 34,4482 = 52,737 N/m  Chiều cao cột chất lỏng tương ứng: H = \f(ΔP,ρ.g = = 5,925.10-3 (m) b Trở lực ống dẫn từ thùng cao vị đến thiết bị gia nhi ệt hỗn hợp đầu - Tính áp suất động học ΔP = \f(ρ.ω,2 ρ: Khối lượng riêng hỗn hợp đầu 20C \f(1,ρ = \f(a,ρ + \f(1-a,ρ (I.2 - Sổ tay I - 5) Theo bảng I.2 (Sổ tay I - 9) ta có khối lượng riêng axeton axit axetic nhiệt độ t = 20C ρ = 791 (kg/m); ρ = 1048 (kg/m) a = 0,318 (phần khối lượng) Vậy : ρ = 949,861(kg/m) Tốc độ dung dịch chảy ống: ω = \f(4.G,πd.ρ = = 0,1122(m/s) => ΔP = = 5,9788 (N/m) Tính áp suất để khắc phụ trở lực ma sát: (ΔP) GVHD: TRỊNH THỊ HẢI SVTH: ĐÀO THỊ XUÂN 103 Trường Đại Học Công Nghiệp Hà Nội Khoa Cơng nghệ Hóa Đồ án mơn học Quá trình thiết bị Δp = λ \f(L,d \f(ρ.ω,2 = λ \f(L,d.ΔP Với d = d = 0,15 m, chiều dài ống dẫn L = m - Tính chuẩn số Re: Re = \f(ω.d.ρ,μ Với : ω = 0,1122 (m/s); ρ = 949,861 (m/s) μ : Độ nhớt hỗn hợp đầu 20C lg μ = x.lgμ + (1 - x).lgμ μ, μ : độ nhớt axeton axit axetic nhiệt độ 20 0C Theo bảng I.101 (Sổ tay I - 91) ta có: μ=0,322.10-3(N.s/m), μ=1,21.10-3(N.s/m) Vậy: μ = 0,7865.10 (Ns/m) Vậy : Re = = 2,0326.104> 10  Chế độ chảy dung dịch ống chế độ ch ảy xốy - Tính chuẩn số Re giới hạn: Re = \f(d,ε (Sổ tay I - 378) Chọn ống tráng kẽm bình thường theo bảng II.15, (Sổ tay I 381) ε : Độ nhám tuyệt đối ống dẫn ε = 0,1 (mm) => Re = \f(, = 25584,082 - Chuẩn số Re bắt đầu xuất vùng nhám: Re = 220 \f(d,ε = 220 \f(, = 823237,883 (T I - 379) Ta có Re < Re < Re => hệ số ma sát tính theo cơng th ức: λ = 0,1 \f(ε,d\f(100,Re (Sổ tay I - 380) => λ = 0,0277 Chọn L = m Vậy : ΔP = 0,0277 \f(3,.5,9788= 3,3123(N/m) Tính áp suất để khắc phục trở lực cục GVHD: TRỊNH THỊ HẢI SVTH: ĐÀO THỊ XUÂN 104 Trường Đại Học Công Nghiệp Hà Nội Khoa Cơng nghệ Hóa Đồ án mơn học Q trình thiết bị ΔP = ζ \f(ρW,2 = ζ.ΔP Trở lực cục qua đoạn ống gồm: - Trở lực vào ống Ta có: \f(f,f = \f(d,d = \f(, = 0,01 d : Đường kính thùng cao vị chọn d = 1,5 (m) Tra bảng II.16 (Sổ tay I - 388) ta ζ = 0,5 - Trở lực khuỷu 90, khuỷu khuỷu 30 tạo thành Chọn \f(a,b = => ζ = 0,3 II.16 (Sổ tay I - 394) - Trở lực van: Chọn van tiêu chuẩn đường kính ống dẫn liệu d = 150mm Tra theo bảng II.16 (Sổ tay I - 397) có ζ = 4,4 Trở lực từ ống vào thiết bị gia nhiệt hỗn hợp đầu (đột mở) Có : \f(f,f = \f(d,d = \f(, = 0,36 d, d đường kính ống dẫn đường kính thiết bị gia nhiệt hỗn h ợp đầu Tra bảng II.16 (Sổ tay I - 388), nội suy ta ζ = 0,356 Vậy hệ số trở lực cục là: ζ = ζ + ζ + ζ + ζ = 0,5 + 2.0,3 + 4,4 + 0,356 = 5,856 => ΔP = ζ.ΔP = 5,856.5,9788 = 35,0119 (N/m) Vậy áp suất toàn phần thắng trở lực cục từ thùng cao v ị đến thiết bị gia nhiệt hỗn hợp đầu là: ΔP = ΔP+ΔP + ΔP = 5,9788+3,3123+35,0119= 44,303(N/m) Ta có chiều cao cột chất lỏng tương ứng: H = \f(ΔP,ρ.g = = 4,7545.10-3(m) c Trở lực thiết bị gia nhiệt hỗn hợp đầu: Tính áp suất động học: ΔP = \f(ρ.ω,2 Hỗn hợp đầu vào tháp t = 57,5749C có ρ = 907,3128 (kg/m) Tốc độ dung dịch chảy ống: ω = \f(V,f GVHD: TRỊNH THỊ HẢI SVTH: ĐÀO THỊ XUÂN 105 Trường Đại Học Cơng Nghiệp Hà Nội Khoa Cơng nghệ Hóa Đồ án mơn học Q trình thiết bị V : Thể tích hỗn hợp nhiệt độ trung bình V = \f(F,ρ (m/s) f : tiết diện bề mặt truyền nhiệt (m)  d n f  4.m d : Đường kính ống dẫn liệu : n : Số ống thiết bị gia nhiệt : m: Số ngăn thiết bị : d = 0,021 (m) n = 75 (ống) m = ngăn => f = = 0,0065 => ω = = 0,319 (m/s) Vậy ΔP = = 46,1645 (N/m) Tính áp suất để khắc phụ trở lực ma sát (ΔP) Δp = λ \f(L,d \f(ρ.ω,2 = λ \f(L,d.ΔP Với d = d = 0,021 m, chiều dài ống dẫn l = 1,5 m Số ngăn chia => chiều dài đoạn ống là: L = l.m = 1,5 4= 6,0 (m) - Tính chuẩn số Re: Re = \f(ω.d.ρ,μ Với : ω = 0,3707 (m/s); ρ = 907,3128 (m/s) μ : Độ nhớt hỗn hợp đầu t : lg μ = x.lgμ + (1 - x).lgμ μ, μ : độ nhớt axeton axit axetic nhiệt độ ttb0C Theo bảng I.101 (Sổ tay I - 91), nội suy ta có: μ=0,2339.10-3(N.s/m), μ=0,7218.10-3(N.s/m) Vậy: μ = 0,500.10 (Ns/m) Vậy : Re = = 1,216.104> 10  Chế độ chảy dung dịch ống chế độ ch ảy xoáy GVHD: TRỊNH THỊ HẢI SVTH: ĐÀO THỊ XUÂN 106 Trường Đại Học Công Nghiệp Hà Nội Khoa Cơng nghệ Hóa Đồ án mơn học Q trình thiết bị - Tính chuẩn số Re giới hạn: Re = \f(d,ε (Sổ tay I - 378) Chọn ống tráng kẽm bình thường theo bảng II.15, (Sổ tay I 381) ε : Độ nhám tuyệt đối ống dẫn ε = 0,1 (mm) => Re = \f(, = 2704,682 - Chuẩn số Re bắt đầu xuất vùng nhám: Re = 220 \f(d,ε = 220 \f(, = 90140,38 Ta có Re < Re < Re => hệ số ma sát tính theo công th ức: λ = 0,1 \f(ε,d\f(100,Re (Sổ tay I - 380) => λ = 0,1.(1,46 = 0,0351 Vậy : ΔP =0,0351 46,1645 = 462,964 (N/m) - Tính áp suất để khắc phục trở lực cục bộ: ΔP = ζ \f(ρW,2 = ζ.ΔP Dòng chất lỏng chảy qua thiết bị gia nhiệt phải qua ngăn, chia ngăn nên có đột mở, đột thu lần đổi chiều 90 (khi ch ất l ỏng chảy từ ngăn sang ngăn khác) Theo TTQT & Tb tập (tr 163):Tiết diện cửa vào thiết bị gia nhiệt tiết diện cửa f (m) Tiết diện khoảng trống đầu thiết bị gia nhiệt ngăn: f= \f(π.D,4.\f(1,m D : Đường kính thiết bị gia nhiệt hỗn hợp đầu: D = 0,76 m => f = \f(,4 = 0,1134 m Tiết diện ngăn: f = \f(π.d,4 \f(n,m = \f(,4 = 0,0065 (m ) Khi dòng chảy vào thiết bị từ ống dẫn (đột mở): => ζ = \f(f,f =(1- ) = 0,8663 Khi dòng chảy từ khoảng trống hai đầu thiết bị vào ngăn c thiết bị (đột thu lần) GVHD: TRỊNH THỊ HẢI SVTH: ĐÀO THỊ XUÂN 107 Trường Đại Học Công Nghiệp Hà Nội Khoa Cơng nghệ Hóa Đồ án mơn học Quá trình thiết bị => ζ = 0,5 \f(f,f = 0,5 (1- = 0,4443 Khi dòng chảy từ ngăn khoảng trống hai đầu thiết bị (đột mở lần) ζ = \f(f,f = 0,8886 Khi dòng chảy khỏi thiết bị (đột thu)  ζ = 0,5 \f(f,f = 0,4332 Khi chất lỏng chảy từ ngăn sang ngăn sử dụng ống khuỷu 180, d = 0,025 m => ζ = 1,1 Vậy Σζ = ζ + 4.ζ + 4.ζ + ζ + 8.ζ =15,4311  ΔP = 15,4311 46,1645 = 712,369 (N/m)  Tính trở lực thủy tĩnh ΔP = ρ.g.H (N/m) H: Chiều dài ống truyền nhiệt ΔP =907,3128 9,81 1,5 = 13351,1079 (N/m) Vậy áp suất toàn phần cần thiết để thắng trở lực thiết bị gia nhiệt ΔP = ΔP + ΔP + ΔP + ΔP = 46,1645 + 462,964 + 712,369 + 13351,1079 = 14572,6054 (N/m) Chiều cao cột chất lỏng tương ứng: H = \f(ΔP,ρ.g = = 1,6372(m) 4.2.2 Tính chiều cao thùng cao vị so với đĩa ti ếp liệu Theo phương trình becnuli cho mặt cắt - ; - so v ới m ặt c chuẩn - Coi chất lỏng chảy hết từ thùng cao vị (m ặt c - 1) 12 P1 22 P H1    H2    hmm g 1.g  g  g H1  H  P2 P   12    g 1.g 2g +h Trong đó: GVHD: TRỊNH THỊ HẢI SVTH: ĐÀO THỊ XUÂN 108 Trường Đại Học Công Nghiệp Hà Nội Khoa Công nghệ Hóa P = P = 9,81.10 (N/m); Đồ án mơn học Q trình thiết bị P = P + ΔP ΔP : trở lực đoạn luyện: ΔP = 1708,5552 (N/m) => P = 9,81.10 +1708,5552 = 99808,5552(N/m) ρ : Khối lượng riêng hỗn hợp đầu 20C : ρ = 949,861 (kg/m) ρ : Khối lượng riêng hỗn hợp đầu t : ρ = 873,8228 (kg/m) ω : Vận tốc dung dịch mặt cắt 1-1 Coi ω = tiết diện thùng cao vị lớn so với tiết diện ống ω : Vận tốc dung dịch mặt cắt Vậy ω = (m/s); ω = 0,1122 (m/s) h = H + H + H = 5,925.10-3 +4,7545.10-3 + 1,6372 = 1,6479(m)  H - H = - + + 1,6479 =2,7639 (m) Vậy thùng cao vị đặt cao so với đĩa tiếp liệu 2,7639 (m) 4.2.3 Tính chọn bơm a Tính chiều cao tồn phần bơm: H=H+H+Z Viết phương trình becnuli cho mặt cắt - 1; - 2, ch ọn - làm chuẩn 1.12  22 Z 1.g  P1   P2   Pm 2 ΔP : Tổn thất áp suất trở lực (N/m) ΔP = ΔP + ΔP + ΔP (N/m) Với : ΔP: Trở lực ống dẫn từ thùng cao vị đến thiết bị gia nhiệt (N/m) GVHD: TRỊNH THỊ HẢI SVTH: ĐÀO THỊ XUÂN 109 Trường Đại Học Công Nghiệp Hà Nội Khoa Công nghệ Hóa Đồ án mơn học Q trình thiết bị ΔP: Trở lực ống dẫn từ thiết bị gia nhiệt đến tháp (N/m) ΔP: Trở lực thiết bị gia nhiệt (N/m)  ΔP =52,737+ 44,303 + 14572,6054 = 14669,6454 (N/m) Z = \f(1,ρ.g \f(ρ.ω,2 = = 1,7583 (m) H = H + h = 5,6 + 0,275 = 5,875(m) H chiều cao bệ đặt Chọn H2 = (m) => H = 5,875+ + 1,7583 = 8,6333 (m) b Áp suất toàn phần bơm - Năng suất bơm Trở lực ống dẫn từ bể chứa lên thùng cao vị: ΔP = ΔP + P (N/m) Trong đó: ΔP : Trở lực ma sát (N/m) ΔP : Trở lực cục (N/m) Có: - Chiều dài ống: L = H + 0,2 = 8,6333+ 0,2 = 8,8333 (m) - Đường kính ống: d = 0,15 (m) - Lưu lượng : G = 6780 (kg/h) Thế vận tốc chất lỏng ống: ΔP = \f(ρ.ω,2 (N/m) Trong : ω : Vận tốc dung dich ống (m/s) ω = \f(G, = = 0,1123(m/s) ΔP = = 5,9895 (N/m) Trở lực ma sát: GVHD: TRỊNH THỊ HẢI SVTH: ĐÀO THỊ XUÂN 110 Trường Đại Học Cơng Nghiệp Hà Nội Khoa Cơng nghệ Hóa Đồ án mơn học Q trình thiết bị ΔP = λ \f(L,d ΔP (N/m) Trong đó: λ : Hế số ma sát Độ nhớt dung dịch ống μ = 0,500.10 (Ns/m)  Re = \f(ω.ρ.d,μ = = 3,20.104 > 10  Chế độ chảy xoáy nên λ xác định theo công thức I - 380  - độ nhám tương đối xác định theo công thức(I-380) Tra bảng II.15 (I-381) ta có  = 0,1  0,15 (mm), chọn  = 0,1 (mm) = 0,025  Δ P = 0,025 .5,9895 = 8,8178 (N/m) Trở lực cục bộ: Pcb  � P (N/m2) Trong đó: ξ : Hệ số trở lực cục Các trở lực cục ống gồm: - Trở lực van: Coi van mở 50 % => ξ = 2,1 - Trở lực ống chuyển hướng với góc chuyển 90 => ξ = 1,1 => Δ P = (2,1 + 1,1) 5,9895 = 19,1664(N/m) Vậy: Δ P = 8,8178 + 19,1664 = 27,9842 (N/m) Áp suất toàn phần bơm: PB = 1.g.H0 + P m0 =949,861.9,81 8,6333+27,9842 = 80474,2513(N/m) Năng suất bơm: (KW) Trong đó: Q : Lưu lượng thể tích bơm (m/s) Q = \f(G,ρ.3600 = = 1,9827.10 (m/s) GVHD: TRỊNH THỊ HẢI SVTH: ĐÀO THỊ XUÂN 111 Trường Đại Học Công Nghiệp Hà Nội Khoa Cơng nghệ Hóa Đồ án mơn học Quá trình thiết bị η : Hiệu suất bơm Hiệu suất chung bơm: η = η + η + η η : Hiếu suất thể tích ảnh hưởng đến hao hụt chất lỏng η : Hiệu suất thủy lực tính đến ma sát tạo dòng xốy bơm η : Hiệu suất khí tính đến ma sát khí bơm  η : Phụ thuộc vào loại bơm suất bơm Theo bảng I - 439 chọn bơm li tâm có: chọn chọn chọn N = = 0,2299 (Kw) Công suất động điện: N = \f(N,η.η (Kw) η : Hiệu suất truyền động, chọn η = η : Hiệu suất động điện, chọn η = 0,8  N = = 0,2874 (Kw) Thường động có suất lớn so với tính tốn N = β.N với β = 1,5 ÷ Chọn β = 1,5 => N = 1,5.0,2874 = 0,4311 (Kw) Ta chọn công suất bơm 0,5 (Kw) GVHD: TRỊNH THỊ HẢI SVTH: ĐÀO THỊ XUÂN 112 Trường Đại Học Công Nghiệp Hà Nội Khoa Cơng nghệ Hóa Đồ án mơn học Q trình thiết bị KẾT LUẬN Do 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 thiết kế trở nên phức tạp Một khó khăn mà tính tốn thiết kế hệ thống ch ưng luyện ln gặp phải khơng có cơng thức chung cho vi ệc tính tốn hệ số động học q trình chưng luện cơng thức ch ưa phản ánh đầy đủ tác dụng động học, hiệu ứng hóa học, hóa lý,… mà chủ yếu công thức thực nhiệm công th ức tính tốn phần lớn phải tính theo giá trị trung bình, thơng số vật lý ch ủ y ếu nội suy, nên khó khăn cho việc tính tốn xác Trong phạm vi khn khổ đồ án môn học, th ời gian không cho phép động thời hạn chế kiến thức lý thuyết nh th ực tế sản suất lần tiếp xúc với đồ án nên c ố gắng tìm tài liệu tra cứu số liệu, cố gắng hoàn thành đồ án không tránh khỏi bỡ ngỡ, sai sót Em kính mong giúp đỡ bảo thầy cô giáo môn Qua đồ án em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến th ầy cô giáo môn, đặc biệt cô Trịnh Thị Hải quan tâm, giúp đ ỡ, bảo tận tình giúp em hồn thành đồ án, giúp em hiểu rõ h ơn môn học, phương pháp thực tính tốn thiết kế, cách tra c ứu s ố li ệu, xử lý số liệu… Em xin chân thành cảm ơn Sinh viên thực Đào Thị Xuân GVHD: TRỊNH THỊ HẢI SVTH: ĐÀO THỊ XUÂN 113 Trường Đại Học Cơng Nghiệp Hà Nội Khoa Cơng nghệ Hóa Đồ án mơn học Q trình thiết bị TÀI LIỆU THAM KHẢO Sổ tay trình thiết bị cơng nghệ hóa chất - Tập - NXB khoa học kỹ thuật Sổ tay trình thiết bị cơng nghệ hóa chất - Tập - NXB khoa học kỹ thuật Tính tốn q trình - thiết bị cơng nghệ hóa ch ất th ực phẩm - Tập - NXB khoa học kỹ thuật GVHD: TRỊNH THỊ HẢI SVTH: ĐÀO THỊ XUÂN 114