thiết kế hệ thống tháp chưng cất

II. 9Tính toán chóp và ống chảy chuyền • Chọn đường kính ống hơi dh = 75( mm ) = 0.075 ( m ) • Số chóp phân bố trên đĩa : N II. 9Tính toán chóp và ống chảy chuyền • Chọn đường kính ống hơi dh = 75( mm ) = 0.075 ( m ) • Số chóp phân bố trên đĩa : N II. 9Tính toán chóp và ống chảy chuyền • Chọn đường kính ống hơi dh = 75( mm ) = 0.075 ( m ) • Số chóp phân bố trên đĩa : N

II Tính tốn chóp ống chảy chuyền • Chọn đường kính ống dh = 75( mm ) = 0.075 ( m ) • Số chóp phân bố đĩa : N = 0.1 D2 d h2 = 0.1× 1, 22 0, 0752 = 26 ( chóp )(IX.212 – II.236) ( D : đường kính tháp ) • Chiều cao chóp phía ống dẫn : h2 = 0.25ìdh = 0.0125 ( m ) ng kính chóp: dch = (IX.213 – II.236) d h2 + (d h + * δ ch ) (IX.214 – II.236) δch : chiều dày chóp, chọn ( mm ) 752 + (75 + 2* 2) ⇒ dch = = 109 ( mm ) Chọn dch = 109 (mm) • Khoảng cách từ mặt đĩa đến chân tháp : S = ÷ 25 ( mm ), chọn S = 12.5 ( mm ) • Chiều cao mực chất lỏng khe chóp : h1 = 15 ÷ 40 ( mm ), chọn h1 = 30 ( mm ) • Tiết diện tháp : D2 1, 22 F = π× = 3,1416× =1,13 ( m2 ) • Bước tối thiểu chóp mâm : tmin = dch + 2×δch + l2 (IX.220 - II.237) l2 : khỏang cách nhỏ chóp chọn l2 = 35 (mm) ⇒ tmin =109 + 2×2 + 35 = 148 (mm) A Tính cho phần cất : Chiu cao khe chúp : b= ì ω y2 × ρ y g × ρx (IX.215 – II.236) ξ : hệ số trở lực đĩa chóp ξ = 1.5 ÷2 , chọn ξ = × Vy ωy = 3600 × π × d h2 × n Vy : lưu lượng tháp Vy = ⇒ ωy = ⇒b= gtb ρtb = 6364,53 1, 796 × 3543, 24 3600 × π × 0, 0752 × 26 × 8, 57 ×1, 796 9,81× 771, 77 = 3543,24 ( m3/h) = 8,57 ( m/s) = 34,84×10-3 ( m ) Chọn b = 35 ( mm ) ( 10 ÷ 50 mm ) • Chiều rộng khe chóp : a = : mm ; chọn a = ( mm ) • Số lượng khe hở chóp : i= d2  π  ×  d ch − h ÷ c  4×b  (IX.216 – II.236) c = ÷ mm ( khoảng cách khe ) , chọn c = ( mm ) ⇒i= 752 ì 109 ữ  × 35  = 72,07 ( khe ) Khi phân bố chóp lên đĩa để thỏa diện tích bề mặt đĩa độ mở lỗ chóp ta chọn số khe 43 chiều rộng 5mm B Tính cho phần chưng : • Chiều cao khe chóp : ξ × ω y2 × ρ y g × ρx b= (IX.215 – II.236) ξ : hệ số trở lực đĩa chóp ξ = 1.5 ÷ , chọn ξ = ω × Vy ' y = 3600 × π × d h2 × n V’y : lưu lượng tháp V ’y = gtb' ρtb' = 3954 1,182 = 3345,35 ( m3/h) ⇒ ωy = × 3345,35 3600 × π × 0, 0752 × 26 = 8,09 ( m/s) ⇒b= × 8, 092 × 1,182 9,81× 830, 63 = 18,99× 10−3 (m) Chọn b = 19 ( mm ) ( 10 ÷ 50 mm ) • Chiều rộng khe chóp : a = : mm ; chọn a = ( mm ) • Số lượng khe hở chóp : i= d2  π  ×  dch h ữ c 4ìb (IX.216 II.236) c = : mm ( khoảng cách khe ) , chọn c = ( mm ) ⇒i= π  752  ×  109 ữ ì19 = 36,64 ( khe ) Chọn i = 37 (khe ) z : số ống chảy chuyền , chọn z = ωc : tốc độ chất lỏng ống chảy chuyền , ωc = 0,1 ÷ 0,2 ( m/s ) Chọn ωc = 0,15 ( m/s ) ρx = 830,63( Kg/m3 ) l1 : khoảng cách nhỏ chóp ống chảy chuyền Chọn l1 = 75 ( mm ) δc : bề dày ống chảy chuyền, chọn δc = ( mm ) • Chiều cao lớp chất lỏng mâm : hm = h1 + ( S + hsr + b ) = 30 + 12.5 + + 19 = 66.5 (mm) hsr : khoảng cách từ mép chóp đến mép khe chóp chọn hsr = mm • Tiết diện ống : π × d ht2 π × 0, 0752 Srj = S1= = • Tiết diện hình vành khăn : π × ( d ch2 − d h2 ) = = 0.004418 (m2) π × ( 1092 − 752 ) Saj = S2 = • Tổng diện tích khe chóp : = 0, 004913 m2 S3 = iìaìb = 34ì0.003ì0.015 =0.00153 m2 Tit din l mở ống : S4 = π.dhơi×h2 = 3.1416 ×0.075×0.0125 = 0.00196 m2 Nên ta có S1 ≅ S2 ≅ S3 ≅ S4 ( hợp lý ) • Lỗ tháo lỏng : Tiết diện cắt ngang tháp F = 1,13 m2 Cứ m2 chọn cm2 lỗ tháo lỏng Do tổng diện tích lỗ tháo lỏng mâm là: 1,13 × = 4,524 cm2 Chọn đường kính lỗ tháo lỏng 5mm = 0.5cm Nên số lỗ tháo lỏng cần thiết mâm : 4,524 ≅4 π × D2 lỗ Vậy khoảng cách hai mâm 0.4 m hợp lý • Độ mở lỗ chóp hs : Phần cất hs = 7.55×  ρy   ρx − ρ y 2 3  V 3 ì H ì G ữ ữ s ữ Ss   Hs = hso = b = 35 (mm) VG = Vy = 0.984 (m3/s) Ss = n×S3= 26×0.004918 = 0.128 (m2) hs = 7.55× 2 1, 796  3  0,984  3 × 35 ì 771, 77 1, 796 ữ ÷    0,195  = 31,55(mm) Nên ta có hs 31,55 = hso 35 ≅ : hợp lý Phần chưng hs = 7.55×  ρy   ρx − ρ y 2 3  V ì H s3 ì G ữ ữ ữ  Ss   Hs = hso = b = 19 (mm) VG = Vy, = 0.929 (m3/s) Ss = n×S3= 26×0.004918 = 0.128 (m2) hs = 7.55× hs 22 = hso 19 Nên ta có 2 1,182  3  0,929  3 × 35 ×  830, 63 − 1,182 ÷  0,128 ÷     = 22(mm) ≅ : hợp lý III Tính chi tiết ống dẫn Đường kính ống dẫn vào thiết bị ngưng tụ : 4Qy d= πv Qy : lưu lượng khỏi đỉnh tháp ( m3/s) Gy Qy = 3600 ρ y = 7981.056 3600 × 2.13 = 1.04 ( m3/s) v : vận tốc qua ống, chọn v = 35 ( m/s ) ⇒ d1 = × 1.04 3.1416 × 30 = 0.195 ( m ) = 91.04 Chọn d1 = 200 ( mm ) Theo sổ tay tập hai – Bảng XIII-32 trang 434 , chọn l = 130 ( mm ) ( chiều dài đoạn nối ống ) Ống dẫn dòng chảy hồn lưu : d= 4Q πv Lượng hoàn lưu G = RxGD = 2494.08x2.2 = 5487 ( Kg/h) Q= G 3600 × ρ x = 5487 3600 × 750 = 0.002 (m3/s) (ρx : khối lượng riêng pha lỏng đoạn cất = ρ’x = 750 Kg/m3 ) Chọn v = 0.6 ( m/s ) ⇒ d2 = × 0.002 3.1416 ×1 = 0.05 ( m ) Chọn d2 = 50 mm Theo sổ tay tập hai – Bảng XIII-32 trang 434 , chọn l2 = 100 ( mm ) Ống dẫn dòng nhập liệu : d= Q= 4Q πv GF 3600 ρ F = 4500 3600 × 844.47 =0.0015 (m3/s) Chọn v = ( m/s ) ⇒ d3 = × 0.0015 3.1416 ×1 = 0.043 ( m ) Chọn d3 = 50 ( mm ) l3 = 100 ( mm ) Ống dẫn dòng sản phẩm đáy : d= Q= 4Q πv G1' 3600 ρW = 5168 3600 × 950.36 = 0.0015 Chọn v = 1.0 ( m/s ) ⇒ d4 = × 0.0015 3.1416 ×1 = 0.044 ( m ) Chọn d3 = 50 ( mm ) l3 = 100 ( mm ) Ống dẫn từ nồi đun qua tháp : 4Q πv d= Q= g1' 3600 ρ "y = 3162 3600 ×1.1 = 1.39 ( m3/s ) Chọn v = 50 ( m/s ) ⇒ d5 = × 1.39 3.1416 × 50 = 188 (m) Chọn d5 = 200 ( mm ) l5 = 130 ( mm ) 4.1 Tính trở lực tháp Trở lực tháp chóp xác định theo cơng thức : ∆P = Ntt × ∆Pđ ( N/m2) (IX.235 – II.192) Ntt: số mâm thực tháp ∆Pđ: tổng trở lực qua mâm Ở phần chưng phần cất, trở lực qua đĩa không đồng Do để xác, trở lực tính riêng cho phần A Tổng trở lực phần cất : Tổng trở lực qua dĩa : ∆Pđ = ∆Pk + ∆Ps +∆Pt Trở lực đĩa khô ∆Pk : ∆Pk = ξ × ρ y × ω02 (IX.136 – II.192) ( N/m2) (IX.137 – II.192) ξ : hệ số trở lực đĩa khô, ξ = 4.5 : , chọn ξ = ρy = ρ’y = 1,796 ( Kg/m3) ωo : vận tốc qua rãnh chóp ( m/s ) ωo = ωmam 10 ⇒ ωO = 8,703 (m/s) ×1, 796 × 8, 7032 ⇒ ∆Pk = Trở lực sức căng bề mặt : ×σ d td ∆Ps = = 340,09 ( N/m2) [II.193] σ : sức căng bề mặt trung bình hỗn hợp σ hh = σ acetone + σ nuoc ⇒ σhh = 0.01464 (N/m) dtd : đường kính tương đương khe rãnh : dtd = f x H = 4.a.b 2.( a + b) = × × 35 × (5 + 35) =8.75 fx : diện tích tiết diện tự rãnh H : chu vi rãnh × 0.01464 0.00875 ⇒ ∆Ps = =6.7 (N/m2) Trở lực lớp chất lỏng đĩa ( Trở lực thủy tĩnh ∆Pt ) ∆Pt = ρb.g.( hb – hr /2) (N/m2) ρb : khối lượng riêng bọt, thường ρb = ( 0.4 ÷ 0.6 )ρx Chọn ρb = 0.5ρx = 0.5x771.77 ( Kg/m3) = 385.88 ( Kg/m3) hr : chiều cao khe chóp (m), hr = b = 35 (mm) hb : chiều cao lớp bọt đĩa (m) hb = (hc + ∆ − hx ).( F − f ) ρ x + hx ρ b f + (hch − hx ) f ρ b F ρ b hc : chiều cao đoạn ống chảy chuyền nhô lên đĩa Chọn hc = 0.05 (m) hx : chiều cao lớp chất lỏng ( không lẫn bọt ) đĩa hx = S + 0.5b = 0.0125 + 0.5x0.035 = 0.03 (m) = 30 (mm) F : phần diện tích bề mặt đĩa có gắn chóp ( nghĩa trừ hai phần diện tích đĩa để bố trí ống chảy chuyền ) Fo = F – 2Sd = 0.905 (m2) f : tổng diện tích chóp đĩa f = 0.785 dch2 n = 0.785x(0.109/1000)2x26 = 0.261 (m2) hch : chiều cao chóp hch = 0.05 + ∆ = 0.05 + 0.0072= 0.0572 (m) ⇒ hb = (0.05 + 0.0072 − 0.03) × (0.905 − 0.261) × 771.77 + 0.03 × 385.88 × 0.261 0.905 × 385.88 + (0.0572 − 0.03) × 0.261 × 385.88 0.905 × 385.88 = 0.04495 (m) ⇒ ∆Pt = 385.88x9.81x(0.0449 – 0.035/2 ) = 103.92 (N/m2) o Tổng trở lực qua đĩa : ∆Pđ = ∆Pk + ∆Ps +∆Pt = 340.09 + 6.69 + 103.92 = 450.7 (N/m2) o Tổng trở lực phần cất: ∆Pcất = Ntt.cất*∆Pđ.cất = 21x450.7 = 9464.7 (N/m2) B Tổng trở lực phần chưng : Tổng trở lực qua dĩa : ∆Pđ = ∆Pk + ∆Ps +∆Pt Trở lực đĩa khô ∆Pk : ∆Pk = ξ × ρ y × ω02 (IX.136 – II.192) ( N/m2) (IX.137 – II.192) ξ : hệ số trở lực đĩa khô, ξ = 4.5 : , chọn ξ = ρy = ρ’y = 1,18 ( Kg/m3) ωo : vận tốc qua rãnh chóp ( m/s ) ωo = ωmam 10 ⇒ ωO = 8,22 (m/s) × 1,18 × 8, 222 ⇒ ∆Pk = Trở lực sức căng bề mặt : = 199,57 ( N/m2) ×σ d td ∆Ps = [II.193] σ : sức căng bề mặt trung bình hỗn hợp σ hh = 1 σ acetone σ nuoc + ⇒ σhh = 0.0133 (N/m) dtd : đường kính tương đương khe rãnh : dtd = f x H = 4.a.b 2.( a + b) = × ×19 × (7 + 19) =10.23 (mm) fx : diện tích tiết diện tự rãnh H : chu vi rãnh × 0.0133 0.01023 ⇒ ∆Ps = =5.2 (N/m2) Trở lực lớp chất lỏng đĩa ( Trở lực thủy tĩnh ∆Pt ) ∆Pt = ρb.g.( hb – hr /2) (N/m2) ρb : khối lượng riêng bọt, thường ρb = ( 0.4 ÷ 0.6 )ρx Chọn ρb = 0.5ρx = 0.5x830.63 ( Kg/m3) = 415.317 ( Kg/m3) hr : chiều cao khe chóp (m), hr = b = 19 (mm) hb : chiều cao lớp bọt đĩa (m) hb = (hc + ∆ − hx ).( F − f ) ρ x + hx ρ b f + (hch − hx ) f ρ b F ρ b hc : chiều cao đoạn ống chảy chuyền nhô lên đĩa Chọn hc = 0.05 (m) hx : chiều cao lớp chất lỏng ( không lẫn bọt ) đĩa hx = S + 0.5b = 0.0125 + 0.5x0.019 = 0.022 (m) F : phần diện tích bề mặt đĩa có gắn chóp ( nghĩa trừ hai phần diện tích đĩa để bố trí ống chảy chuyền ) Fo = F – 2Sd = 0.905 (m2) f : tổng diện tích chóp đĩa f = 0.785 dch2 n ⇒Nhiệt độ tính tốn: t =110 (oC) ⇒ Khối lượng riêng nước 90oC: ρN = 950,36 (kg/m3) Ơ điều kiện nguy hiểm tháp ngập lụt tồn nước Áp suất tính tốn: • Điều kiện làm việc tháp chưng cất : Ap suất bên tháp ( tính đáy tháp ) với mơi trường làm việc lỏng -khí: P = Ph + PL + ∆P Ap suất tháp : Ph = at = 9.81×104 ( N/m2) Ap suất thủy tĩnh cột chất lỏng :PL = ρL×g×H ρL = 950,36 (Kg/m3) H= 1.1×H0 = 1,1×11,7= 12,87 (m) ( Có kể đến cột chất lỏng đáy, nắp ) PL = 119946,4 (N/m2) Tổng trở lực tháp : ∆P = 10914,16 ( N/m2) Do áp suất đáy tháp : P = 228960,56 (N/m2) < 0.25×106 ( N/m2)  Hệ số bổ sung ăn mòn hóa học mơi trường: Vì mơi trường axit có tính ăn mòn thời gian sử dụng thiết bị 20 năm ⇒ Ca = = (mm)  Ứng suất cho phép tiêu chuẩn: Vì vật liệu X18H10T ⇒ [σ]* = 141 (N/mm2) (Hình 1.1, trang 18, [7])  Hệ số hiệu chỉnh: Vì thiết bị có bọc lớp cách nhiệt ⇒ η = 0,95 (trang 26, [7])  Ứng suất cho phép: [σ] = η [σ]* = 134 (N/mm2)  Hệ số bền mối hàn: Vì sử dụng phương pháp hàn hồ quang điện, kiểu hàn giáp mối phía ⇒ ϕh = 0,95 (Bảng XIII.8, trang 362, [6]) 1.2 S’ = Tính bề dày: Dt P 1, × 228960,56 = 2[σ ]φh − P ×134 × 106 × 0,95 − 228960,56 = 0,00108 ⇒ S’ + Ca = 1,08 + = 3,08 (mm) Bề dày tối thiểu: Smin = (mm) (Bảng 5.1, trang 128, [7]) Quy tròn theo chuẩn: S = (mm) (Bảng XIII.9, trang 364, [6]) ⇒ Hệ số quy tròn: 0,92 (mm) 1.3 Kiểm tra độ bền: Điều kiện: [ P] = Nên: S − Ca ≤ 0,1 φ ⇔ 4−2 ≤ 0,1 1200 ⇔ 0,00167 ≤ 0,1 (thỏa) 2[σ ]φh ( S − Ca ) × 134 × 0,95 × (4 − 2) = ϕ + ( S − Ca ) 1200 + (4 − 2) = 0,4236 > P= 0,2290 (thỏa) Kết luận: S = (mm) Đáy nắp: Chọn đáy nắp có dạng hình ellip tiêu chuẩn, có gờ, làm thép X18H10T Chọn bề dày đáy nắp với bề dày thân tháp: S = (mm) Kiểm tra điều kiện:  S − Ca  D ≤ 0,125 t  2[σ]ϕ h (S − C a ) [P] = ≥P R t + (S − C a )  4− 1200 = 0, 0017 ≤ 0,125  [ P ] = 2[σ ]φh ( S − Ca ) = ×134 × 0,95 × = 0, 4236 ≥ 0, 2290 Rt + ( S − Ca ) 1200 +  Trong đó: Dt = φ Vì đáy nắp có hình ellip tiêu chuẩn với ⇒ Điều kiện thỏa kiểm tra phần thân tháp Kết luận: Kích thước đáy nắp: ht = 0,25 Dt ⇒ R t = Dt Đường kính trong: Dt = φ = 1200 (mm) ht = 300(mm) Chiều cao gờ: hgờ = 25 (mm) Bề dày: S = (mm) Diện tích bề mặt trong: Sbề mặt = 1,66 (m2) Chọn bích vòng đệm a Bích đệm để nối bít kín thiết bị : (Bảng XIII.10, trang 382, [6]) Mặt bích phận dùng để nối phần thiết bị nối phận khác với thiết bị Chọn loại bích liền không cổ thép CT3 Bảng XIII-27 trang 417 Sổ tay tập hai Cho kiểu bích liền thép CT3 (Kiểu I )với thiết bị đáy nắp sau : Đường kính bên thiết bị Dt = 1200 (mm) Đường kính bên ngồi thiết bị Dn = 1208 (mm) Đường kính bích D = 1340 (mm) Đường kính tâm bu lơng Db = 1290 (mm) Đường kính mép vát D1 = 1260 (mm) Chiều cao bích h = 25 (mm) Đường kính bu lông db = M20 (mm) Số bu lông z = 32 (cái) • Theo bảng XIII-31 _ trang 433 tương ứng với bảng XIII-27 : kích thước bề mặt đệm bít kín: Dt = 1200 (mm) H = h = 45 (mm) D1 = 1275 (mm) D2 = 1254 (mm) D4 = 1230 (mm) Và Dt > 1000 (mm) nên D3 = D2 +2 = 1256 (mm) D5 = D4 –2 = 1228 (mm) b Bích để nối ống dẫn ( Bảng XIII-26 trang 409 Sổ tay tập hai) • Chọn vật liệu thép CT3 , chọn kiểu Ta có bảng sau : ST T Loại Dy ống (m m) dẫn Kích thước nối Dw D Db D1 Bulông h l (mm ) (mm ) (mm ) (mm ) (mm ) (mm ) db (mm ) z (con ) Vào TBNT 200 219 310 270 242 M20 24 130 Hoàn lưu 50 57 160 125 102 M16 18 100 Nhập liệu 50 57 160 125 102 M16 18 100 Dòng sp đáy 50 57 160 125 102 M16 18 100 Hơi vào đáy 200 219 310 270 242 M20 24 130 • Theo bảng XIII.30 trang 432 tương ứng với bảng XIII-26 : kích thước bề mặt đệm bít kín : D1 tra theo bảng XIII-26 z : số rãnh Ta có bảng sau : ST T D D1 D2 D3 D4 D5 b b1 z f (mm ) (mm ) (mm ) (mm ) (mm ) (mm ) (mm ) (mm ) (mm ) (mm) 200 242 249 250 229 228 4.5 50 102 90 91 66 65 4 50 102 90 91 66 65 4 50 102 90 91 66 65 4 200 242 249 250 229 228 4.5 Chân đỡ tai treo thiết bị a Tính sơ khối lượng tháp : Khối lượng nắp khối lượng đáy ( Giả sử đường ống dẫn vào nắp đáy gần ) ; Với nắp đáy elip có Dt = 1200(mm), chiều dày S = 4(mm), chiều cao gờ h = 25 (mm) Tra bảng XIII.11 trang 384 Sổ tay tập hai , ta có Gnắp = Gđáy = 1,66×7900×0,004 (Kg) = 52,456 (Kg) ⇒ Gnắp – đáy = 2ì52,456 = 104,912 (Kg) Khi lng mõm : ng kính tháp Dt = 1,2 (m) Bề dày mâm δm = 0,004(m) Đường kính ống dh = 0,075 (m) Số ống n = 26 (ống ) Diện tích ống chảy chuyền hình viên phân Sd = 0.02×F Số ống chảy chuyền mâm z=1 Số mâm Nt = 24 mâm Mm =  d2  Nt ×  F − z × Sd − n × π × h ÷× δ × ρ   = 24 × (1,131 − 0, 226 − 26 × π × • =599,1 Khối lượng chóp mâm tồn tháp : Mchóp = = • 0, 0752 ) × 0, 004 × 7900 δ π  Nt × n ×  × dch2 × hch × δ ch + π × dch2 × ch − i × δ ch × b × a ÷ρ 4  0, 002 π  24 × 26 ×  × 0,1092 × 0, 06 × 0, 002 + π × 0,109 × − 40 × 0, 002 × 0, 0269 × 0, 006 ÷× 7900 4  = 33,88 (Kg) Khối lượng tháp : π × ( Dng2 − Dtr2 ) × H th × Mth = ρ π × ( 1, 2082 − 1, 22 ) ×11, 696 × = 7900 = 1397,98(Kg) Khối lượng ống : Mống = π × d h × δ h × n × N tt × ρ = • π × 0, 075 × 0, 002 × 26 × 24 × 7900 = 106,8 (Kg) Khối lượng máng chảy chuyền : Mm = lw×hcc×δcc ×ρ×Nt • ⇒ Mmâm = 142,18( Kg) Khối lượng bích nối thân : Đường kính bên ngồi tháp Dn = 1,208 (m) Đường kính mặt bích thân Db = 1,4(m) Chiều cao bích h = 0.045(m) Số mặt bích l 12 = 7.9ì103 (Kg/m3) Mbớch = 0.785×(1,42 – 1,2082)×12×0.045×7,9×103 = 1677,72 (Kg) Khối lượng bích nối ống dẫn : • Mb= 45,62 (Kg) Khối lượng dung dịch tháp ( xem Vdung dịch = 0,85 Vtháp ) Mdd = 0.85 ( π* D2t Ho/4 + Vđáy ) * ρxtb = 9537,75(Kg) Vậy tổng khối lượng toàn tháp : Mtháp = 13623,1 (Kg) b Chọn tai treo :  Chọn vật liệu làm tai treo thép CT3 Tấm lót vật liệu làm thân: [σCT3]= 130 ×106( N/m2) Chọn số tai treo : n = Tải trọng lên tai treo ( tai treo chân đỡ):   Q0 = Q  13713, × 9.81 = = 33631,55 ( N) Chọn tải trọng cho phép lên tai treo 4×104 N/m2 Theo bảng XIII.36 Sổ tay tập hai : tai treo thiết bị thẳng đứng Bề mặt đỡ F = 173×10-4(m2) Kích thước tai treo : cho bảng sau : Khối Tảitrọng lượng chophép taitreo lênbềmặtđỡ (Kg) q.106(N/m2) 3,48 1,45 L B B1 H S l a d (mm ) (mm ) (mm ) (mm ) (mm ) (mm ) (mm ) (mm) 150 120 130 215 60 20 30 c Chọn chân đỡ : Chọn vật liệu làm tai treo thép CT3 Tải trọng cho phép lên chân đỡ: 4×104 N Theo bảng XIII.35 Sổ tay tập hai Chân thép thiết bị thẳng đứng : Bề mặt đỡ F.10-4m2 514 Tải trọng cho phép lên bề mặt đế q.106(N/m2) 0.78 L B B1 B2 H h 260 200 225 330 400 225 S l d 16 100 27 TÍNH TỐN THIẾT BỊ PHỤ I THIẾT BỊ ĐUN SƠI ĐÁY THÁP : Chọn thiết bị đun sơi đáy tháp nồi đun Kettle Ống truyền nhiệt làm thép X18H10T, kích thước ống 38 x 2: Đường kính ngồi: dn = 38 (mm) = 0,038 (m) Bề dày ống: δt = 2(mm) = 0,002 (m) Đường kính trong: dtr = 0,034 (m) Hơi đốt nước 2at ống 38 x Các dự kiện đầu vào: Nhiệt độ Vào Ra Hơi nước (2at) 119.6 119.6 Dòng làm nguội 90 90 Hiệu số nhiệt độ trung bình: Chọn kiểu truyền nhiệt ngược chiều, nên: ∆tlog = 29,6 (K) Hệ số truyền nhiệt: Hệ số truyền nhiệt K tính theo cơng thức tường phẳng: K= 1 + Σrt + αn αS ,(W/m2.K) Với: αn: hệ số cấp nhiệt đốt (W/m2.K) αS: hệ số cấp nhiệt sản phẩm đáy (W/m2.K) ∑rt: nhiệt trở qua thành ống lớp cáu 3.1 Nhiệt tải qua thành ống lớp cáu: qt = tw1 − tw2 Σrt , (W/m2) Trong đó:  tw1 : nhiệt độ vách tiếp xúc với đốt (trong ống), oC  tw2 : nhiệt độ vách tiếp xúc với sản phẩm đáy (ngoài ống), oC Σrt = δt + r1 + r2 λt  Bề dày thành ống: δt = 0,002 (m)  Hệ số dẫn nhiệt thép không gỉ: λt = 16,3 (W/mK) (Bảng XII.7, trang 313, [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 = 4,675.10-4 (m2.K/W) 3.2 Xác định hệ số cấp nhiệt dòng sản phẩm đáy ngồi ống: Áp dụng cơng thức (V.89), trang 26, [6]: 0,033 0,333  ρ h r  λ0,7 5.q 0,7 ρ     0, 45 0.117 0,37 µ c Ts σ   ρ − ρh  αS = 7,77 10-2 Nhiệt độ sôi trung bình dòng sản phẩm ngồi ống: t S = 90 (oC) Tại nhiệt độ sơi trung bình thì:  Khối lượng riêng pha dòng sản phẩm ngồi ống: ρh = Thơng số Nước Aceton e Khối lượng riêng ρ (kg/m3) 965 721 PM HW 1,15 × 28, = 22, RTS × (90 + 273) 273 = 1,096 (kg/m3) Độ nhớt µ m(N.s/m2) 0.315 Nhiệt dung riêng c (J/kg.K) 4190 Sức căng bề mặt σ (N/m) 0.6075 Nhiệt hóa r (J/kg) 2285000 0.185 2402.5 0.015 484622.1 Khối lượng riêng : Nên: xW − xW 0,06 (1 − 0,06) = + = + ρ ρA ρN 721 965 ⇒ ρ = 945,8 (kg/m3) Độ nhớt lgµ = xWlgµN + (1 - xW)lgµA ⇒ µ = 3,124.10-4 (N.s/m2) Hệ số dẫn nhiệt: nồng độ đáy phần lớn nước nên tra λ = 0,68 (W/mK) Nhiệt dung riêng : xW Nên: c = cN + cA (1 Sức căng bề mặt: σ=  σNσA σN + σA xW ) = 4082,75 (J/kgK) = 0,0146 (N/m) Nhiệt hóa xW xW r = rN + rA (1 ) = 2176977,316 (J/kg) 3.3 Xác định hệ số cấp nhiệt đốt ống:  α n = 0,7254 Áp dụng công thức (3.65), trang 120, [4]: Dùng phép lặp: chọn tW1 = 116,85 (oC) tm = rn ρ 2n g.λ3n µ n (tn - tW1).dtr t n + tW 119 ,6 + 116 ,85 = 2 Nhiệt độ trung bình màng nước ngưng tụ: 118,23 (oC) Tại nhiệt độ thì: Khối lượng riêng nước: ρn = 947,05 (kg/m3) Độ nhớt nước: µn = 0,000248 (N.s/m2) Hệ số dẫn nhiệt nước: λn = 0,685 (W/mK) = Nên: αn = 16657,71 (W/m2K) ⇒ qn = αn (tn – tW1) = 45808,71 (W/m2) Xem: qt = qn (xem nhiệt tải mát không đáng kể) ⇒ tw2 = tw1 - qtΣrt = 95,43 (oC) ⇒ αS = 8818,3 (W/m2K) (với q = qt) ⇒ qS = αS (tW2 – tS) = 47911,5 (W/m2) Kiểm tra sai số: qn − qS ε= qn 100% = 4,59% < 5% (thỏa) Kết luận: tw1 = 116,85 oC tw2 = 95,43 oC 3.4 Xác định hệ số truyền nhiệt: K= 1 + 4,675.10 −4 + 16657,71 8814,38 = 1560,38 (W/m2K) Bề mặt truyền nhiệt: Bề mặt truyền nhiệt xác định theo phương trình truyền nhiệt: F= Qđ 4433730560 = K ∆tlog 3600 × 1560, 04 × 29, = 26,67(m2) Cấu tạo thiết bị: Chọn số ống truyền nhiệt: n = 37 (ống) Ống bố trí theo hình lục giác Chiều dài ống truyền nhiệt: L = F d + dtr nπ n = 6,37 (m) ⇒ chọn L = (m) Tra bảng V.II, trang 48, [6] ⇒ Số ống đường chéo: b = (ống) ⇒ Bước ống: t = 48 (mm) = 0,048 (m) 1.1.1.1 Áp dụng cơng thức (V.140), trang 49, [6]: ⇒ Đường kính thiết bị: D = t(b-1) + 4dn = 0,44 (m) II THIẾT BỊ NGƯNG TỤ SẢN PHẨM ĐỈNH : Chọn thiết bị ngưng tụ vỏ – ống loại TH, đặt nằm ngang Ống truyền nhiệt làm thép X18H10T, kích thước ống 38 x 2: Đường kính ngoài: dn = 38 (mm) = 0,038 (m) Bề dày ống: δt = (mm) = 0,002 (m) Đường kính trong: dtr = 0,034 (m) Thông số đầu vào thiết bị Dòng sản Dòng nước làm Nhiệt độ phẩm nguội Vào 56.3 30 Ra 56.3 40 Hiệu số nhiệt độ trung bình : Chọn kiểu truyền nhiệt ngược chiều, nên: ∆t log = (56,3 − 30) − (56,3 − 40) 56,3 − 30 Ln 56,3 − 40 = 35(K) Hệ số truyền nhiệt: Hệ số truyền nhiệt K tính theo cơng thức: K= 1 + Σrt + αn α ngöng ,(W/m2.K) Với: αn : hệ số cấp nhiệt dòng nước lạnh (W/m2.K) αngưng : hệ số cấp nhiệt dòng ngưng tụ (W/m2.K) ∑rt : nhiệt trở qua thành ống lớp cáu 3.1 Xác định hệ số cấp nhiệt nước ống : tf = Nhiệt độ trung bình dòng nước ống: Tại nhiệt độ thì: t n1 + t n 30 + 40 = 2 = 35 (oC) Khối lượng riêng rnước (kg/m3) 994 Hệ số dẫn nhiệt nước l (W/mK) 0.626 Độ nhớt mnước (Pa.s) 0.0007305 Chuẩn số Prandtl Prn Prw2 4.865 4.31 Chọn vận tốc nước ống: = (m/s) n= ⇒ Số ống: Gn 1170579,49 = ρ N π d tr v n 994 π 0,0342.1 = 31.02 Tra bảng V.II, trang 48, [6] ⇒ chọn n = 127 (ống) ⇒ Vận tốc thực tế nước ống: = 4Gn × 1170579,49 = 3600ρ n nπd tr 994 × 127 × π × 0,0342 = 0,244 (m/s) Chuẩn số Reynolds : Re n = v n d tr 0,244 × 0,034 × 994 = νn 0,731× 10 −3 = 11298,60 > 104 : chế độ chảy rối Áp dụng công thức (3.27), trang 110, [4],công thức xác định chuẩn số Nusselt: Nun = 0,021.ε l Re Pr 0,8 n 0,43 n  Pr   n   Prw2  0,25 Trong đó: L/d>50 Tra bảng 3.1, trang 110, [4] ⇒ chọn ε1 = Hệ số cấp nhiệt nước ống trong: αn = 3.2 Nhiệt tải qua thành ống lớp cáu : qt = tw1 − tw2 Σrt , (W/m2) Nun λ n dtr Trong đó:  tw1 : nhiệt độ vách tiếp xúc với ngưng tụ, oC  tw2 : nhiệt độ vách tiếp xúc với nước lạnh, oC Σrt =     δt + r1 + r2 λt Bề dày thành ống: δt = 0,002 (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 = 4,675.10-4 (m2.K/W) 3.3 Xác định hệ số cấp nhiệt ngưng tụ ống : Điều kiện: - Ngưng tụ bão hòa - Khơng chứa khơng khí khơng ngưng - Hơi ngưng tụ mặt ống - Màng chất ngưng tụ chảy tầng - Ống nằm ngang Áp dụng công thức (3.65), trang 120, [4]⇒ Đối với ống đơn nằm ngang thì: α1 = 0, 725 r.ρ g.λ µ.(t n -t W1 ).d n Tra bảng V.II, trang 48, [6] : Với số ống n = 127 số ống đường chéo hình cạnh là: b = 13 Tra hình V.20, trang 30, [6] ⇒ hệ số phụ thuộc vào cách bố trí ống số ống dãy thẳng đứng εtb = 0,58 (vì xếp xen kẽ số ống dãy thẳng đứng 13 ) ⇒ Hệ số cấp nhiệt trung bình chùm ống: αngưng = εtbα1 = 0,58α1 Dùng phép lặp: chọn tW1 = 47.5 (oC) tm = Nhiệt độ trung bình màng chất ngưng tụ: tn + tW 56, + 47,5 = 2 Tại nhiệt độ thì: Khối lượng riêng Độ nhớt Hệ số dẫn nhiệt nước Nhiệt ngưng tụ = 51,9 (oC) ρ µ λ (kg/m3) 749,1 (Pa.s) 0,0002 (W/mK) 0,165 r (J/kg) 528011,1 Nên: α1 = 2930,01 (W/m2K) ⇒ αngưng = 1700 (W/m2K) ⇒ qngưng = αngưng (tngưng – tW1) = 10366,37 (W/m2) Xét: qt = qngưng (xem nhiệt tải mát không đáng kể) ⇒ tw2 = tw1 - qtΣrt = 42,65 (oC) ⇒ Prw2 = 4,31 ⇒ Nun = 74,69 ⇒ αn = 1375,09 (W/m2K) ⇒ qn = αn (tW2 – tf) = 10524,18 (W/m2) Kiểm tra sai số: qngöng− qn qngöng ε= 100% = 1,5% < 5% (thỏa) Kết luận: tw1 = 47,5 oC tw2 = 42,65 oC 3.4 Xác định hệ số truyền nhiệt: K= 1 + 4, 675.10−4 + 1700 1375, 09 = 560,79 (W/m2K) Bề mặt truyền nhiệt: Bề mặt truyền nhiệt xác định theo phương trình truyền nhiệt: Qnt 1170579, 49 = K ∆tlog 594, 42 × 20,90 F= Cấu tạo thiết bị: = 94,21 (m2) Số ống truyền nhiệt: n = 127 (ống) Ống bố trí theo hình lục giác Chiều dài ống truyền nhiệt: L = F d + dtr nπ n Số ống đường chéo: b = 13 (ống) = 7,1 (m) ⇒ chọn L = (m) Tra bảng trang 21, [3] ⇒ Bước ống: t = 48 (mm) = 0,048 (m) 1.1.1.2 Áp dụng công thức (V.140), trang 49, [6]: ⇒ Đường kính thiết bị: D = t(b-1) + 4dn = 0,728 (m) ... phần chưng: ∆Pchưng = Ntt.chưngx∆Pđ .chưng = 3x483,13 = 1449,4 (N/m2) ** Kiểm tra lại khoảng cách mâm h = 0.4 m đảm bảo điều kiện hoạt động bình thường tháp: h > 1.8* ∆Pd ρ x g Vì ∆Pđ -cất > ∆Pđ -chưng. .. ∆Pđ -cất để kiểm tra : 1.8* 483,13 830*9.81 =0.106 < 0.4 thỏa Vậy chọn h= 0.4 hợp lý TÍNH TỐN CƠ KHÍ THIẾT BỊ CHÍNH I BỀ DÀY THÁP : Thân tháp: Vì tháp hoạt động áp suất thường nên ta thiết kế. .. tháp ghép với mối ghép bích Vì tháp hoạt động nhiệt độ cao (>100oC) nên ta phải bọc cách nhiệt cho tháp Để đảm bảo chất lượng sản phẩm khả ăn mòn axit axetic thiết bị, ta chọn thiết bị thân tháp