Thiết kế hệ thống tháp chưng cất benzentoluen loại đệm với năng suất F= 5,0 kgs

CHƯƠNG I: TỔNG QUAN 6 I. Mở đầu và giới thiệu hỗn hợp chưng luyện 6 1.Mở đầu 6 2. Giới thiệu hỗn hợp chưng luyện 7 II. Vẽ và thuyết minh dây chuyền công nghệ 9 1. Sơ đồ dây chuyên công nghệ 9 2. Thuyết minh dây chuyền 10 PHẦN IITÍNH TOÁN THIẾT BỊ CHÍNH 13 I. CÂN BẰNG VẬT LIỆU TOÀN THIẾT BỊ 13 1. Thông số ban đầu: 13 2.Tính cân bằng vật liệu 13 CHƯƠNG I: TỔNG QUAN 6 I. Mở đầu và giới thiệu hỗn hợp chưng luyện 6 1.Mở đầu 6 2. Giới thiệu hỗn hợp chưng luyện 7 II. Vẽ và thuyết minh dây chuyền công nghệ 9 1. Sơ đồ dây chuyên công nghệ 9 2. Thuyết minh dây chuyền 10 PHẦN IITÍNH TOÁN THIẾT BỊ CHÍNH 13 I. CÂN BẰNG VẬT LIỆU TOÀN THIẾT BỊ 13 1. Thông số ban đầu: 13 2.Tính cân bằng vật liệu 13 CHƯƠNG I: TỔNG QUAN 6 I. Mở đầu và giới thiệu hỗn hợp chưng luyện 6 1.Mở đầu 6 2. Giới thiệu hỗn hợp chưng luyện 7 II. Vẽ và thuyết minh dây chuyền công nghệ 9 1. Sơ đồ dây chuyên công nghệ 9 2. Thuyết minh dây chuyền 10 PHẦN IITÍNH TOÁN THIẾT BỊ CHÍNH 13 I. CÂN BẰNG VẬT LIỆU TOÀN THIẾT BỊ 13 1. Thông số ban đầu: 13 2.Tính cân bằng vật liệu 13

TRƯỜNG ĐHCN HÀ NỘI Đồ Án Hóa Cơng Cộng Hòa Xã Hội Chữ Nghĩa Việt Nam Độc Lập - Tự Do - Hạnh Phúc Bộ Công Thương Trường ĐH Công Nghiệp Hà Nội -o0o ĐỒ ÁN MƠN HỌC Q TRÌNH VÀ THIẾT BỊ Sinh viên : Ngyễn Thị Hường Lớp : ĐH CN Hóa 4– K6 Khoa : Cơng Nghệ Hóa Học Giáo viên hướng dẫn : Phan Thị Quyên NỘI DUNG ĐỒ ÁN Thiết kế hệ thống tháp chưng cất benzen-toluen loại đệm với suất F= 5,0 kg/s.Nồng độ đầu a F = 31%, nồng độ đỉnh a P = 97 %, nồng độ đáy aW = 0.5% (tất tính theo phần trăm phần khối lượng ).Hệ thống làm việc áp suất thường GVHD:Phan Thị Quyên SV:Nguyễn Thị Hường TRƯỜNG ĐHCN HÀ NỘI Đồ Án Hóa Cơng MỤC LỤC CHƯƠNG I: TỔNG QUAN I Mở đầu giới thiệu hỗn hợp chưng luyện 1.Mở đầu Giới thiệu hỗn hợp chưng luyện .5 II Vẽ thuyết minh dây chuyền công nghệ .7 Sơ đồ dây chuyên công nghệ Thuyết minh dây chuyền PHẦN II-TÍNH TỐN THIẾT BỊ CHÍNH 11 I CÂN BẰNG VẬT LIỆU TOÀN THIẾT BỊ 11 Thông số ban đầu: 11 2.Tính cân vật liệu .11 Chỉ số hồi lưu tối thiểu (Rmin) 12 4.Xác định số Rth 13 II-TÍNH ĐƯỜNG KÍNH THÁP CHƯNG LUYỆN 14 1.Lượng trung bình tháp 15 1.1.Lượng trung bình đoạn luyện 15 1.2 Lượng trung bình đoạn chưng 16 Tính khối lượng riêng trung bình 17 3.Tính tốc độ khí tháp đệm 20 3.1.Tốc độ khí lỏng đoạn chưng 20 3.2 Tốc độ khí đoạn luyện .21 Đường kính tháp 22 III CHIỀU CAO THÁP CHƯNG LOẠI ĐỆM 23 1.Tính chiều cao đơn vị chuyển khối pha & pha lỏng tháp .23 1.1.Chuẩn số Renold pha pha lỏng 24 1.2 Hệ số khuếch tán pha lỏng pha 25 1.3.Tính chuẩn số Prant(Pr) 27 1.4.Tính hệ số thấm ướt ψ 28 1.5.Tính giá trị h1, h2 29 2) Tính số đơn vị chuyển khối 29 3) Xác định chiều cao đơn vị chuyển khối: 32 4) Chiều cao toàn tháp: .32 IV.TÍNH TRỞ LỰC CỦA THÁP .33 1.Trở lực tháp đệm đoạn chưng 34 2.Trở lực tháp đệm đoạn luyện 34 VI.TÍNH CÂN BẰNG NHIỆT LƯỢNG 35 1.Cân nhiệt lượng thiết bị đun sôi hỗn hợp đầu 35 Cân nhiệt lượng tháp chưng luyện 38 3.Cân nhiệt lượng cho thiết bị ngưng tụ : 40 4.Cân nhiệt lượng thiết bị làm lạnh : 41 PHẦN III-TÍNH TỐN THIẾT BỊ PHỤ 42 I THIẾT BỊ GIA NHIỆT HỖN HỢP ĐẦU .42 1.Hiệu số nhiệt độ trung bình hai lưu thể 42 2.Tính lượng nhiệt trao đổi Q .42 Hệ số cấp nhiệt lưu thể 43 3.1 Hệ số cấp nhiệt phía nước ngưng tụ 43 3.2.Tính hệ số cấp nhiệt (α2) 43 Bề mặt truyền nhiệt 46 GVHD:Phan Thị Quyên SV:Nguyễn Thị Hường TRƯỜNG ĐHCN HÀ NỘI Đồ Án Hóa Cơng Số truyền nhiệt 46 6)Đường kính thiết bị 46 7)Tính lại vận tốc chia ngăn 46 II THIẾT BỊ GIA NHIỆT HỖN HỢP ĐÁY 46 1.Hiệu số nhiệt độ trung bình hỗn hợp là: 46 2.Lượng nhiệt trao đổi : 47 Hệ số cấp nhiệt lưu thể 47 3.1 Hệ số cấp nhiệt phía nước ngưng tụ 47 3.2.Tính hệ số cấp nhiệt (α2) 48 Bề mặt truyền nhiệt 50 Số ống truyền nhiệt 50 6)Đường kính thiết bị 50 7)Tính lại vận tốc chia ngăn 51 III TÍNH TỐN BƠM VÀ THÙNG CAO VỊ 51 1.Chiều cao thùng cao vị 51 1.1.Trở lực ống từ thiết bị gia nhiệt hỗn hợp đầu tới tháp 51 1.2.Trở lực đoạn ống từ thùng cao vị dến thiết bị gia nhiệt hỗn hợp đầu 53 1.3 Trở lực thiết bị gia nhiệt hỗn hợp đầu 55 1.4 Chiều cao thùng cao vị so với đĩa tiếp liệu 57 2.Tính tốn bơm 58 PHẦN IV TÍNH TỐN CƠ KHÍ : 62 Tính tốn thân tháp : .62 1.1 Chọn vật liệu làm thân tháp : 62 1.2.Tính tốn sức bền vật liệu : 62 1.3.Tính chiều dày thân hình trụ hàn: 63 Tính đường kính ống dẫn : .64 2.1.Đường kính ống dẫn sản phẩm đỉnh: 65 2.2.Đường kính ống dẫn hồi lưu sản phẩm đỉnh : 65 2.3 Đường kính ống dẫn hỗn hợp đầu .66 2.4 Đường kính ống dẫn sản phẩm đáy : 67 2.5 Đường kính ống dẫn hồi lưu sản phẩm đáy : 67 Tính chiều dày đáy nắp thiết bị : .68 3.1 Chiều dày nắp : 68 3.2 Chiều dày đáy thiết bị : 69 Tính tốn bích số bulong : 70 5.Tính lưới đỡ đệm,dầm đỡ đệm, đĩa phân phối chất lỏng : 71 5.1 Đoạn chưng, đoạn luyện 71 6.Tính chân đỡ tai treo thiết bị: .77 6.1 Khối lượng đáy nắp: 77 6.2 Khối lượng thân tháp: 77 6.3.Khối lượng cột chất lỏng tháp: 77 6.4.Khối lượng lớp đệm : .77 6.5.Khối lượng bích, bulong, ống nối, đĩa tiếp liệu… 78 6.6.Chọn tai treo chân đỡ: .78 Chọn kính quan sát 79 PHẦN V:KẾT LUẬN 81 Tài liệu tham khảo 82 GVHD:Phan Thị Quyên SV:Nguyễn Thị Hường TRƯỜNG ĐHCN HÀ NỘI Đồ Án Hóa Cơng CHƯƠNG I: TỔNG QUAN I Mở đầu giới thiệu hỗn hợp chưng luyện 1.Mở đầu Ngày với phát triển vượt bậc công nghiệp giới nước nhà, ngánh công nghiệp công nghiệp hóa chất thực phẩm vần thiết nhiều hóa chất có độ tinh khiết cao Để đạt điều người ta thường tiến hành phân tách cấu tử khỏi hỗn hợp đầu, chưng cất phương pháp sử dụng phổ biến a.Khái niệm: Chưng luyện trình dùng nhiệt để tách phần hỗn hợp lỏng thành cấu tử riêng biệt dựa vào độ bay khác chúng hỗn hợp nhiệt độ đo Phương pháp ứng dụng để tách hỗn hợp cấu tử dễ bay có tính chất hòa tan hồn tồn phần vào Hỗn hợp có hai cấu tử nhiều Với hệ hai cấu tử thu sản phẩm đỉnh gồm phần lớn cấu tử dễ bay sản phẩm đáy chứa đa phần cấu tử khó bay - Đối với hệ benzen-toluen: +sản phẩm đỉnh chủ yếu benzen toluen + sản phẩm đáy chủ yếu toluen benzen b.Phương pháp chưng luyện: Trong sản xuất ta thường gặp phương pháp chưng khác : 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 tan hoàn toàn vào nhau.Chưng luyện áp suất thấp dùng cho hỗn hợp dễ bị phân hủy nhiệt nhiệt độ cao ,các cấu tử dễ bay ngược lại c.Điều kiện chưng luyện: - cấu tử dễ bay có tính chất hòa tan vào - cấu tử có nhiệt độ sơi khác xa d.Tháp chưng luyện: tháp đệm: GVHD:Phan Thị Quyên SV:Nguyễn Thị Hường TRƯỜNG ĐHCN HÀ NỘI Đồ Án Hóa Cơng -Cấu tạo: + thân tháp hình trụ có hay nhiều đoạn ghép với mặt bích hay cách hàn + tháp người ta đổ đầy đệm, ngồi có phận phân phối chất lỏng để tránh xảy hiệu ứng - Nguyên lí làm việc: người ta cho chất lỏng chảy từ xuống làm ướt bề mặt đệm tích tụ lớp đệm Khí từ lên tiếp xúc với chất lỏng bề mặt hạt đệm khoảng trống hạt đệm tạo thành bọt khí - Ưu điểm: + có bề mặt tiếp xúc pha lớn, hiệu suất cao + cấu tạo đơn giản + trở lực tháp không lớn + giới hạn làm việc tương đối rộng - Nhược điểm: khó làm ướt đệm tháp cao chất lỏng phân bố khơng - Ứng dụng: sử dụng trình hấp thụ, hấp phụ, chưng luyện trình khác Đồ án mơn Q trình Thiết bị bước đầu giúp sinh viên làm quen với việc tính tốn thiết kế dây chuyền sản xuất, mà cụ thể đồ án hệ thống chưng luyện liên tục Giới thiệu hỗn hợp chưng luyện a Benzen Benzen hợp chất vòng thơm, chất lỏng khơng màu, có mùi thơm nhẹ đặc trưng, nhẹ nước,khơng phân cực tan tốt dung môi hữu không phân cực, đồng thời dung môi tốt cho nhiều chất Iot, lưu huỳnh, chất béo… - Tính chất vật lý: + sơi nhiệt độ tso=80,10C at + đông đặc t0đ=5,5oC + tỷ khối d204=0,879 - Tính chất hóa học: Benzen hợp chất vòng bền vững, tương đối dễ tham gia phản ứng thế, khó tham gia phản ứng cộng, OXH Đặc tính hóa học gọi tính thơm.CTPT C H + phản ứng nguyên tử C H vòng benzen với halogen (Cl, Br, )hoặc với HNO3 VD: C H + Br  C H Br + HBr C H + HNO3  C H NO2 + H O + phản ứng cộng: H , Cl VD: C H + H  C H 12 C H + Cl  C H Cl GVHD:Phan Thị Quyên SV:Nguyễn Thị Hường TRƯỜNG ĐHCN HÀ NỘI Đồ Án Hóa Cơng + phản ứng oxi hóa hồn tồn (phản ứng cháy): C H + 15/2 O2  CO2 +3 H O - Ứng dụng: Benzen dùng để điều chế nitro benzen, anilin, tổng hợp phẩm nhuộm,dược phẩm…Clobenzen dung môi tổng hợp DDT, hexacloaran (thuốc trừ sâu), Stiren (monome để tổng hợp chất dẻo) nhiều sản phẩm quan trọng khác Benzen dùng làm dung môi… - Điều chế: + Từ thiên nhiên: thơng qua hidrocacbon điều chế phòng thí nghiệm nên thu lượng lớn phương pháp chưng cất than đá, dầu mỏ + Đóng vòng đề hidro hóa ankan + Các ankan tham gia đóng vòng đề hidro hóa tạo thành hidrocacbon thơm nhiệt độ cao có mặt xúc tác Cr2 O3 hay kim loại chuyển tiếp Pd, Pt CH (CH )CH  C H + Đề hidro hóa: xicloankan bị đề hidro hóa nhiệt độ cao với có mặt xúa tác kim loại chuyển tiếp tạo thành benzen hay dẫn xuất benzen: C H 12  C H + Đi từ axetilen: đun axetan có mặt xúc tác than hoạt tính hay phức niken Ni (CO )[(C H ) P] thu benzen: C H  C6 H Cả benzen toluen đóng vai trò quan trọng cơng nghiệp hóa học b Toluen Toluen hợp chất dạng vòng dạng lỏng có tính thơm Là chất khơng phân cực toluen tan tốt benzen độc tinhsthaaps nhiều, nên ngày thường sử dụng thay benzen làm dung mơi phòng thiis nghiệ cơng nghiệp - Tính chất vật lý: + sơi nhiệt độ tso= 111 o C + tỷ khối d204=0,866 + nóng chảy t nc =- 95 o C - Tính chất hóa học: CTPT C H CH + toluen có khả làm màu dd KMnO4 + phản ứng với Brom khan : C H CH + Br2  C H CH Br (1) + HBr C H CH + Br2  C H CH Br (2) + HBr Thực nghiệm cho thấy phản ứng vào vòng bnzn toluen dễ benzen neenn phản ứng ưu tiên vào vị trí o-, p- nên toluen có nhóm đẩy e vào vòng benzen làm cho vòng bennzen giàu e nên khả dễ benzen GVHD:Phan Thị Quyên SV:Nguyễn Thị Hường TRƯỜNG ĐHCN HÀ NỘI Đồ Án Hóa Cơng + ankylbenzen phản ứng với clo(khí) brom(khan) (đk: askt) phản ứng vào nhóm ankyl khoongthees vào nhóm benzen: C H CH + Cl  C H CH Cl + HCl + phản ứng nitro hóa: C H CH + HNO3  C H NO2 + H O + phản ứng cộng: C H CH + H  C H 11CH - Ứng dụng: + sơn bề mặt dùng chủ yếu ứng dụng cần khả hòa tan độ bay cao Một ứng dụng sản xuất nhựa tổng hợp Toluen dùng rộng rãi xả sơn xe sơnđồ đạc nhà, sơn tàu biển Nó dùng làm chất pha loãng thành phần sản xuất tẩy rửa + keo dán: toluen có khả hòa tan mạnh nên dùng sản xuất keo dán sản phẩm loại, dùng keo dán cao su, xi măng cao su + phụ gia cho nhiên liệu: toluen dùng làm cải thiện số octan xăng dầu làm chất mang phụ gia cho nhiên liệu thông thường, thêm lượng tương đối nhỏ Toluen vào xăng dầu làm tăng đáng kể số octan nhiên liệu + ứng dụng khác: sản xuất thuốc nhuộm, y khoa, nước hoa, mực in,… - Điều chế: từ benzen ta điều chế dẫn xuất benzen toluen phản ứng Friedel-Craffs (phản ứng ankyl hóa benzen dẫn xuất ankyl halogen với có mặt xúc tác AlCl khan): C H + CH Cl  C H CH + HCl Vì vậy, benzen toluen đóng vai trò quan trọng cơng nghiệp hóa học II Vẽ thuyết minh dây chuyền công nghệ Sơ đồ dây chuyên công nghệ GVHD:Phan Thị Quyên SV:Nguyễn Thị Hường TRƯỜNG ĐHCN HÀ NỘI Đồ Án Hóa Cơng 12 Chú thích: 1:Thùng 2:Bể cao vị chứa dung dịch đầu 3: Thiết bị đun sôi hỗn hợp đầu 7:Thiết 8:Bể 9:Bể bị làm chứa chứa lạnh sản sản phẩm phẩm đỉnh đáy Thuyết minh dây chuyền GVHD:Phan Thị Quyên 4:Lưu lượng kế 5:Tháp chưng luyện 6:Thiết bị ngưng tụ 10:Thiết bị đun sôi đáy tháp 11 Cốc tháo nước ngưng 12 : Bơm li tâm SV:Nguyễn Thị Hường TRƯỜNG ĐHCN HÀ NỘI Đồ Án Hóa Cơng Ngun liệu đầu chứa thùng chứa (2) bơm (12) bơm lên thùng cao vị (1) Hỗn hợp đầu từ thùng cao vị tự chảy xuống thiết bị đun sôi hỗn hợp đầu (3) lưu lượng khống chế cách điều chỉnh hệ thống van lưu lượng kế (4) nước bão hòa từ nồi vào đun sôi hỗn hợp đầu đến nhiệt độ sôi sau đạt tới nhiệt độ sôi hỗn hợp đưa vào đĩa tiếp liệu tháp chưng luyện (5) loại đệm.Trong tháp từ lên tiếp xúc trực tiếp với lỏng chảy từ xuống, xảy trình bốc ngưng tụ nhiều lần Theo chiều cao tháp, lên cao nhiệt độ thấp nên qua tầng đệm từ lên , cấu tử có nhiệt độ sơi cao ngưng tụ.Q trình tiếp xúc lỏng tháp diễn liên tục làm cho pha giầu cấu tử dễ bay Cuối đỉnh tháp ta thu hầu hết cấu tử dễ bay (cụ thể benzen) phần cấu tử khó bay (toluen) Hỗn hợp đưa vào thiết bị ngưng tụ (6) ngưng tụ hồn toàn (tác nhân nước lạnh) Một phần chất lỏng sau ngưng tụ đưa hồi lưu trở tháp chưng luyện khống chế lưu lượng kế , phần lại đạt yêu cầu đưa vào thiết bị làm lạnh (7) để làm lạnh đến nhiệt độ cần thiết sau đưa vào thùng chứa sản phẩm đỉnh (8) Chất lỏng hồi lưu từ xuống dưới, gặp có nhiệt độ cao từ lên, phần cấu tử có nhiệt độ cao tiếp tục ngưng tụ thành lỏng xuống.Do nồng độ cấu tử khó bay pha lỏng ngày nhiều , cuối đáy tháp ta thu hỗn hợp lỏng gồm hầu hết cấu tử khó bay (toluen) phần cấu tử dễ bay (benzen), hỗn hợp lỏng đưa khỏi đáy tháp qua thiết bị phân dòng, phần đưa thùng chứa sản phẩm đáy (9) , phần đưa vào thiết bị đun sôi đáy tháp (10) phần hồi lưu trở lại đáy tháp.Thiết bị có tác dụng đun sơi tuần hồn bốc sản phẩm đáy (tạo dòng từ lên tháp) Nước ngưng thiết bị gia nhiệt tháo qua thiết bị tháo nước ngưng ( 11),Tháp chưng luyện làm việc chế độ liên tục, hỗn hợp đầu vào sản phẩm lấy liên tục Khi vận tốc khí bé lực hút phân tử lớn vượt lực ỳ Lúc trình chuyển khối xác định dòng khuếch tán phân tử Tăng vận tốc lực lỳ trở lên cân với lực hút phân tử Q trình chuyển khối lúc khơng định khuếch tán phân tử mà cả khuếch tán đối lưu Chế độ thủy động gọi chế độ độ Nếu ta GVHD:Phan Thị Quyên SV:Nguyễn Thị Hường TRƯỜNG ĐHCN HÀ NỘI Đồ Án Hóa Cơng tiếp tục tăng vận tốc khí lên chế độ q độ chuyển sang chế độ chảy xốy Trong giai đoạn q trình khuếch tán định khuếch tán đối lưu Nếu ta tăng vận tốc khí lên đến giới hạn xảy tượng đảo pha Lúc chất lỏng chiếm toàn chiều cao tháp trở thành pha liên tục, pha khí khuếch tán vào pha lỏng trở thành pha phân tán Vận tốc khí ứng với thời điểm gọi vận tốc đảo pha Khí sục vào lỏng tạo thành bọt khí giai đoạn chế độ làm việc tháp gọi chế độ sủi bọt Ở chế độ vận tốc chuyển khối nhanh đồng thời trở lực tăng nhanh Trong thực tế, ta thường cho tháp đệm làm việc chế độ màng có vận tốc nhỏ vận tốc đảo pha q trình chuyển khối giai đoạn sủi bọt mạnh giai đoạn khó khống chế q trình làm việc GVHD:Phan Thị Quyên 10 SV:Nguyễn Thị Hường TRƯỜNG ĐHCN HÀ NỘI ⇒ ρy = Đồ Án Hóa Cơng M W T0 91,9174.273 = = 2,92(kg / m ) 22,4.T 22,4.(273 + 110,597) ' g tbC 23610,4725 V= = = 2,246(m / s ) 3600.ρ y 3600.2,92 Chọn w = 25 (m/s) [ STQTTBT2 – 74 ] ⇒ d5 = V 2,246 = = 0,338(m) 0,785.ω 0,785.0,25 Quy chuẩn ta có : Dy = 350 (mm) , Dn = 377 (mm), l=150 mm (Bảng XIII.26 t2-trang409 Bảng XIII.32 T2-trang434) Ta tính lại vận tốc dòng chảy: ω= V 2,246 = = 23,356(m / s ) ∈ 20 → 40(m / s ) 0,785.d 0,785.0,35 Tính chiều dày đáy nắp thiết bị : -Đáy nắp phận quan trọng thiết bị làm vật liệu với thân thép cácbon :CT3 -Ở dây P> 7.104(N/m2) thân hình trụ nên ta chọn nắp loại elip có gờ 3.1 Chiều dày nắp : Sn = Dt Pn D t +C 3.8[σ k ].ϕ h k − Pn 2.hb [STQTTBT2-385] Trong Pn = P = 207140,704(N/m2) - [σk] : ứng suẩt cho phép (N/m2) - ϕ h : hệ số bền mối hàn hướng tâm chọn nắphàn từ hai nửa tấm, hàn điện phía tay Tra bảng STQTTBT2 -362 ta có ϕ h =0.95 - hb=0.25Dt =0,45m: chiều cao phần nồi đáy elip (m) - C: hệ số hiệu chỉnh (m) - k : hệ số không thứ nguyên, xác định: k = 1− d1 Dt Trong đó: - d1=0,3m : đường kính ống dẫn sản phẩm đỉnh k = 1− d1 0,341 = 1− = 0,81056 Dt 1,8 [σ ].θ h k 146,154.10 6.0,95.0,81056 = = 916,3 >> 30 P 207140,704 GVHD:Phan Thị Quyên 68 SV:Nguyễn Thị Hường TRƯỜNG ĐHCN HÀ NỘI Đồ Án Hóa Cơng → bỏ qua đại lượng P mẫu Sn = Dt Pn D t +C 3,8.[σ ].θ h k 2.hb 1,8.207140,704 1,8 + C = 1,57.10 −3 + C 3,8.146,154.10 0,95.0,81056 2.0,45 ⇒ S n − C = 1,57(mm) < 10( mm) = → C tăng thêm 2mm so với giá trị C ta tính chiều dày thân thiết bị S n = 1,57 + 1,5 + = 5,07(mm) Theo bảng XIII.11 STQTTBT2-385 ta quy chuẩn ta lấy S n = (mm), chiều cao h=25mm *Kiểm tra ứng suất thành nắp theo áp suất thủy lực : [ Dt + 2.hb ( S n − C )].P0 σ C ≤ = 200.10 ( N / m ) 7,6.k ϕ h hb ( S n − C ) 1,2 σ= ⇒σ = σ [1,8 + 2.0,45.(5 − 3,5)].422466,723 = 346,65.10 > C = 200.10 ( N / m ) 7,6.0,81056.0,95.0,45.(5 − 3,5) 1,2 [STQTTBT2-386] Vậy Sn=5 mm khơng thỏa mãn Với Sn=6 mm ta có σ = 208,048.10 > 200.10 Với Sn=8 mm ta có σ = 115,65.10 < 200.10 Vậy Sn = (mm) thỏa mãn 3.2 Chiều dày đáy thiết bị : Sđ = Dt Pđ D t +C 3.8[σ k ].ϕ h k − Pđ 2.hb [STQTTBT2-385] Trong Pđ = P = 207140,704(N/m2) - [σk] : ứng suẩt cho phép (N/m2) - ϕ h : hệ số bền mối hàn hướng tâm chọn nắphàn từ hai nửa tấm, hàn điện phía tay Tra bảng STQTTBT2 -362 ta có ϕ h =0,95 - hb=0,25Dt =0,45m: chiều cao phần nồi đáy elip (m) - C: hệ số hiệu chỉnh (m) - k : hệ số không thứ nguyên, xác định: k = 1− d4 Dt Trong đó: - d4=0,12m : đường kính ống dẫn sản phẩm đáy GVHD:Phan Thị Quyên 69 SV:Nguyễn Thị Hường TRƯỜNG ĐHCN HÀ NỘI k = 1− Đồ Án Hóa Công d4 0,137 = 1− = 0,924 Dt 1,8 [σ ].θ h k 146,154.10 6.0,95.0,924 = = 619,357 >> 30 P 207140,704 → bỏ qua đại lượng P mẫu Sđ = Dt Pđ D t +C 3,8.[σ ].θ h k 2.hb 1,8.207140,704 1,8 + C = 1,53.10 −3 + C 3,8.146,154.10 0,95.0,924 2.0,45 ⇒ S đ − C = 1,53(mm) < 10(mm) = → C tăng thêm 2mm so với giá trị C ta tính chiều dày thân thiết bị ⇒ S đ = 1,53 + 1,5 + = 5,03(mm) Theo bảng XIII.11 STQTTBT2-385 ta quy chuẩn ta lấy Sn = (mm), chiều cao h=25mm *Kiểm tra ứng suất thành nắp theo áp suất thủy lực : σ= [ Dt + 2.hb ( S đ − C )].P0 σ C ≤ = 200.10 ( N / m ) 7,6.k ϕ h hb ( S đ − C ) 1,2 σ [1,8 + 2.0,45.(5 − 3,5)].422466,723 ⇒σ = = 304,09.10 > C = 200.10 ( N / m ) −3 1,2 7,6.0,924.0,95.0,45.(5 − 3,5).10 ⇒ Sn = (mm) không thỏa mãn Với Sn =6(mm), ta có σ = 182,51.10 < 200.10 (N/ m ) Vậy Sn = (mm) thỏa mãn Tính tốn bích số bulong : Mặt bích phận quan trọng dùng để nối phần thiết bị nối phận khác với thiết bị Có nhiều kiểu bích khác nhau, tháp làm việc áp suất thường nên ta chọn kiểu mặt bích liền thép loại để nối (nắp, đáy, …) với thân tháp Bích nối thiết bị, Bích nối ống dẫn :tra bảng XIII.27 STQTTBT2-417 với đường kính tháp Dt= 1,8 m py(N/m2) Dt 0,1.10-6 1800 D Db 1940 1890 GVHD:Phan Thị Quyên D1 Mm 1860 70 D0 db h 1815 M20 40 SV:Nguyễn Thị Hường Z 28 TRƯỜNG ĐHCN HÀ NỘI Đồ Án Hóa Cơng 5.Tính lưới đỡ đệm,dầm đỡ đệm, đĩa phân phối chất lỏng : Tra từ bảng IX.22 (STQTTB_Tập 2_trang 230), kết tổng hợp bảng sau: STT dy dn D 350 377 485 150 159 260 200 219 290 150 159 260 350 377 485 5.1 Đoạn chưng, đoạn luyện Dδ mm 445 225 255 225 445 D1 db h 415 202 232 202 415 M20 M16 M16 M16 M20 22 16 16 16 22 *Chọn đĩa phân phối loại - Đường kính đĩa phân phối: Dd= 1100mm - Ống dẫn chất lỏng : GVHD:Phan Thị Quyên 71 SV:Nguyễn Thị Hường Z 12 8 12 TRƯỜNG ĐHCN HÀ NỘI Đồ Án Hóa Cơng + d×S: 60×3 + t =90 mm + Số lượng loại = 85 - Chiều dài đĩa loại =6 mm *Lưới đỡ đệm với đệm vòng loại 25×25×0,8 (đoạn chưng ) 15×15×0,5 (đoạn luyện ) - Đường kính lưới Dl = 1720 mm - Chiều rộng bước đệm nội suy từ bảng IX.32 [STQTTBT2 – 230] b=26 *Cửa ống nối với chiều dài cần nối : * Tính dầm đỡ đệm: - Chọn dầm đỡ hình chũ nhật có chiều cao lần chiều rộng Dầm đỡ làm vật liệu thép CT3, hai đầu dầm hàn vào thân thiết bị - Tính độ bền dầm bị uốn giới hạn đàn hồi từ xác định kích thước dầm Coi dầm bị uốn tuý, sau xác dịnh kích thước ta tiến hành kiểm tra độ bền dầm σ = σ z2 + 3τ y2 ≤ [σ ], ( kN / m ) Trong : σz : ứng suất pháp tuyến, kN/m2 σy : ứng suất tiếp tuyến, kN/m2 - Dầm chịu tác dụng phân bố gây nên khối lượng lớp đệm chất lỏng thành thiết bị - Để đảm bảo độ bền cho dầm, ta coi chất lỏng chốn đầy tháp - Thể tích ngăn đệm : Vđ = π Dt2 Z 3,14 ×1, 62 ×1 = = 2, 0096(m3 ) 4 Ta chọn khoảng cách ngăn đệm Z=1m - Đệm tháp chưng có VtdC=0,73(m3/m3) nên thể tích thực đệm : Vttd = 2,0096 − 2,0096.0,73 = 0,5426(m ) Khối lượng ngăn đệm tháp chưng : mđC = ρ đ Vttđ = 650.0,5426 = 352,69 (kg) - Đệm tháp luyện có VtdL=0,69(m3/m3) nên thể tích thực đệm : Vttd = 2,0096 − 2,0096.0,69 = 0,623(m ) Khối lượng ngăn đệm tháp luyện : GVHD:Phan Thị Quyên 72 SV:Nguyễn Thị Hường TRƯỜNG ĐHCN HÀ NỘI Đồ Án Hóa Cơng mđL = ρ đ Vttđ = 750.0,623 = 467,25 (kg) Khối lượng chất lỏng tháp giả sử chất lỏng toluen Với ρB =807,54(kg/m3) tra nhiệt độ tFo = 80,746o C m B = ρ B Vttđ = 807,54.0,5426 = 438,17( kg ) - Diện tích bao quanh tháp : S C = π DtC HtC = 3,14 1,8.6,16= 34,82 m2 S L = π DtL HtL = 3,14 1,8.7,02= 39,68 m2 - Lực phân bố lên dầm thành thiết bị : qthépC= ρthép S C = 7850.34,82=273337(N/m2) qthépL= ρthép S L = 7850.39,68=311488(N/m2) - Lực phân bố tác dụng lên dầm thiết bị: q C = qthépC + mđC + mth 352,69 + 310,04 10 = 273337 + 10 = 273705,183( N / m) Dt 1,8 ⇒ qC = 273,705183(kN / m) q L = qthépL + mđL + mth 467,25 + 310,04 10 = 311488 + 10 = 311919,83( N / m) Dt 1,8 ⇒ q L = 311,91983(kN / m) - Mômen trục x, Mx : M x = M A + M B = ⇒M 16 q C Dt2 273,705.1,8 = = 55,43(kN ) 16 16 xC = M A + M B = ⇒ M xL = M A + M B = q Dt2 q L Dt2 311,92.1,8 = = 63,164(kN ) 16 16 - Lực cắt ngang dầm hai dầu A B : QyC = (qC Dt ) / = (273,705.1,8) / = 246,3345(kN ) QyL = (q L Dt ) / = (311,92.1,8) / = 280,728(kN ) Vì trạng thái ứng suất đơn nên ta có Mx ≤ [σ ] Wx [σ]: ứng suất cho phép thép CT3 [σ] = 240.106(N/m2) GVHD:Phan Thị Quyên 73 SV:Nguyễn Thị Hường TRƯỜNG ĐHCN HÀ NỘI Đồ Án Hóa Cơng Wx : mơmen tiết diện chống uốn C W xC ≥ W xL ≥ M xC 55,43 = = 2,31.10 −7 (m ) [σ ] 240.10 M xL 63,164 = = 2,63.10 −7 (m ) [σ ] 240.10 bh b.( 2b) 4b Wx = = = 6 6.WxL 6.2,63.10 −7 ⇒b= = = 0,0073(m) 4 ⇒ hL = 0,0146(m) 6.W xC 6.2,31.10 −7 = = 0,007(m) 4 ⇒ hC = 0,014(m) ⇒b=3 - Biểu đồ nội lực : q l A C B Qy Mx → Mặt cắt nguy hiểm B,C,A - Kiểm tra độ bền dầm : sử dụng điều kiện bền theo thuyết bền 3: +Tại A: GVHD:Phan Thị Quyên 74 SV:Nguyễn Thị Hường TRƯỜNG ĐHCN HÀ NỘI Đồ Án Hóa Cơng σ A = σ u2( A) + 3.τ (2A) ≤ [σ ]  q  ⇔ + 3.   2.b.h  σ AC  Q yC = + 3.  bhC 2 ≤ [σ ]   246,3345   = + 3.  = 4,354.10 < [σ ]  0,007.0,014   ⇒ σ AC thỏa mãn điều kiện bền σ AL  Q yL = + 3.  bhL 2   280,728   = + 3.  = 4,56.10 < [σ ]  0,0073.0,0146   σ B ≤ [σ ] thỏa mãn điều kiện bền +Tại B: σ u ( B ) = 0;τ ( C ) = − q.l = Qy 2 σ AC = + 3.Q yC = + 3.246,3345 = 426,664 < [σ ] ⇒ σ AC ≤ [σ ] thỏa mãn điều kiện bền σ AC = + 3.Q yL = + 3.280,728 = 486,24 < [σ ] ⇒ σ AL ≤ [σ ] thỏa mãn điều kiện bền +Tại C: τ C = 0; σu (C ) = σ AC Mx Wx M =  xC  W xC   55,43  + =  −7  2,31.10  M =  xL  W xL   63,164  + =  −7  2,63.10    = 239,96.10 ≤ [σ ]  ⇒ σ AC ≤ [σ ] thỏa mãn điều kiện bền σ AL 2   = 240.10 ≤ [σ ]  ⇒ σ AL ≤ [σ ] thỏa mãn điều kiện bền - Ta chọn khoảng cách hai lớp đệm 300 mm GVHD:Phan Thị Quyên 75 SV:Nguyễn Thị Hường TRƯỜNG ĐHCN HÀ NỘI Đồ Án Hóa Cơng ⇒ Vậy trọng đoạn luyện có số ngăn đệm n L = ta quy chuẩn ngăn ⇒ Vậy trọng đoạn chưng có số HL 7,02 = = 5,4 Z + 0,3 + 0,3 ngăn đệm nC= HC 6,16 = = 4,73 ta quy chuẩn ngăn Z + 0,3 + 0,3 GVHD:Phan Thị Quyên 76 SV:Nguyễn Thị Hường TRƯỜNG ĐHCN HÀ NỘI Đồ Án Hóa Cơng 6.Tính chân đỡ tai treo thiết bị: Thường người ta khơng đặt trực tiếp thiết bị lên bệ đõ mà phải có tai treo hay chân đỡ Để xác định giá đỡ tai treo ta phải xác định khối lượng riêng thiết bị Vì ta tính khối lượng tháp chưng luyện Muốn tính khối lượng tháp người ta cho đầy toluen vào tháp sau xác định khối lượng toluen cho đầy tháp khối lượng tháp khơng có toluen Mtb= M1+M2+M3+M4+M5 6.1 Khối lượng đáy nắp: M1= Mđ+Mn= 165+232=397(kg)( Bảng XIII.11-t2-trang 384) 6.2 Khối lượng thân tháp: M2= Mth= Vth ρ th (kg) ρ th =7850(kg/m3): khối lượng riêng vật liệu làm thân tháp(CT3) Vth: thể tích thân tháp Vth=Hth π ( Dn2 + Dt2 ) Trong đó: - Hth=Hlàm việc=HC+HL+l=6,16+7,02+0,8=13,98(m) Dn=Dt+2 × 0,008=1,816 (m) π ( Dn2 − Dt2 ) 3,14.(1,816 − 1,8 ) = 0,625(m ) =13,98 4 ⇒ M2=Mth=Vth ρ th =0,635.7850=4984,75(kg) Vth=Hth 6.3.Khối lượng cột chất lỏng tháp: M3= π Dt2 ρ xtb H x * Khối lượng cột chất lỏng đoạn luyện : Với ρxtbL=804,6(kg/m3) π Dt 3,14.1,8 ρ xtbL H L = 804,6.7,02 = 14365,866(kg ) ML= 4 * Khối lượng cột chất lỏng đoạn chưng: Với ρxtbC=785,566(kg/m3) π Dt 3,14.1,8 ρ xtbC H C = 785,566.6,16 = 12307,733(kg ) MC= 4 ⇒ Khối lượng cột chất lỏng tháp : M3=ML + MC=14365,866+12307,733=26673,6(kg) 6.4.Khối lượng lớp đệm : GVHD:Phan Thị Quyên 77 SV:Nguyễn Thị Hường TRƯỜNG ĐHCN HÀ NỘI Đồ Án Hóa Cơng - Khối lượng ngăn đệm tháp luyện mđL =467,25 kg.Mà tháp luyện có ngăn(do tính tốn trên) nên khối lượng khối đệm tháp luyện : ⇒ ML= 467,25=2803,5 (kg) - Khối lượng ngăn đệm tháp chưng mđC =352,69 kg.Mà tháp chưng có ngăn(do tính toán trên) nên khối lượng khối đệm tháp chưng : ⇒ MC= 5.352,69=1763,45 (kg ) Vậy tổng khối lượng tháp chưng tháp luyện là: M = M C + M L = 1763,45 + 2803,5 = 4566,95(kg ) 6.5.Khối lượng bích, bulong, ống nối, đĩa tiếp liệu… Ta chọn khối lượng chúng khoảng 1000kg ⇒ M = 1000kg Vậy khối lượng toàn tháp : ⇒ Mtb=397+4984,75+26673,6+4566,95+1000 = 37622,3(kg) Trọng lượng tháp: P=Mtb.g=37622,3×9,81=369074,763(N) 6.6.Chọn tai treo chân đỡ: *Ta sử dụng chân đỡ cho thiết bị thẳng đứng - Tải trọng tác dụng lên mối chân đỡ tai treo, ta chọn chân đỡ tai treo : G= P 369074,763 = = 92268,7( N ) 4 Chọn tai treo.Tra bảng XIII-36 [STQTTBT2-438] ta có: Tải trọng cho phép tai treo G.10-4 (N/m2) 9,0 Bề mặt đỡ F.104 (m2) 827 Tải trọng cho phép lên bề mặt đỡ q.10-6 (N/m2) L B B1 H S l a d GVHD:Phan Thị Quyên 78 1,34 mm 310 280 275 490 16 140 30 38 SV:Nguyễn Thị Hường TRƯỜNG ĐHCN HÀ NỘI Đồ Án Hóa Cơng Khối lượng tai treo(kg) 29,8 Vì thân thiết bị có chiều dày mỏng S=8mm nên ta phải sử dụng lót.thơng số lót ta tra bảng XIII-37 [STQTTBT2-438] ta có: + Tấm lót tai treo H = 500mm, B = 360mm, SH = 6mm - Chọn chân đỡ: Tải trọng cho phép tai treo G.10-4 (N/m2) Bề mặt đỡ F.104 (m2) Tải trọng cho phép lên bề mặt đỡ q.10-6 (N/m2) L B B1 B2 H h S l d 9,0 969 1,08 mm 340 290 285 430 550 324 26 130 40 Chọn kính quan sát Do áp suất thường nên ta chọn kính quan sát làm thuỷ tinh silicat Một số đặc tính vật liệu này: tra bảng XII.18 (STQTTBT2-319) Chiều dày thủy tinh (mm): 10mm Giới hạn bền σ (N/m2): σk=35.106(N/m2) σn= 60.106(N/m2) - σu= 70.10 (N/m ) - - Hệ số giãn kéo nhiệt độ 20-100oC at.106= 0,5(1/oC) Khối lượng riêng ρ = 2,6 × 103(kg/m3) Hệ số dẫn nhiệt độ 20-100oC λ =6,7-9,0(w/m.oC) - Đường kính φ = 300 [mm] GVHD:Phan Thị Quyên 79 SV:Nguyễn Thị Hường TRƯỜNG ĐHCN HÀ NỘI Đồ Án Hóa Cơng Chọn bích lắp kính quan sát Tra bảng (XIII-26) [2-409] Bích liền kim loại đen để nối phận thiết bị ống dẫn ta có bảng sau: Dy Ống Dy Dn mm mm 300 325 Kiểu Kích thước ống bích Bu lông D 435 GVHD:Phan Thị Quyên Dδ 395 80 D1 365 db Z h mm mm M20 12 22 SV:Nguyễn Thị Hường TRƯỜNG ĐHCN HÀ NỘI Đồ Án Hóa Cơng PHẦN V:KẾT LUẬN Sau thời gian cố gắng tìm, đọc, tra cứu số tài liệu tham khảo, với giúp đỡ tận tình thầy cô giáo đặc biệt cô giáo Phan Thị Quyên em hoàn thành nhiệm vụ thiết kế giao Qua trình tiến hành này, em rút số nhận xét sau: - Việc thiết kế tính tốn hệ thống chưng luyện việc làm phức tạp, tỉ mỉ lâu dài Nó khơng yêu cầu người thiết kế phải có kiến thức thực sâu trình chưng luyện mà phải biết số lĩnh vực khác như: cấu tạo thiết bị phụ khác, quy định vẽ kỹ thuật, … - Các công thức tính tốn khơng gò bó mơn học khác mà mở rộng dựa giả thiết điều kiện, chế độ làm việc thiết bị Bởi tính tốn, người thiết kế tính toán đến số ảnh hưởng điều kiện thực tế, nên đem vào hoạt động, hệ thống làm việc ổn định Khơng có vậy, việc thiết kế đồ án mơn học q trình thiết bị giúp em củng cố thêm kiến thức q trình chưng luyện nói riêng q trình khác nói chung; nâng cao kỹ tra cứu, tính tốn, xử lý số liệu; biết cách trình bầy theo văn phong khoa học nhìn nhận vấn đề cách có hệ thống Việc thiết kế đồ án mơn học “q trình thiết bị cơng nghệ hóa chất thực phẩm” hội cho sinh viên ngành hóa nói chung thân em nói riêng làm quen với công việc kỹ sư hóa chất Để hồn thành nhiệm vụ thiết kế giao, em xin chân thành cảm ơn cô giáo Phan Thị Quyên người hướng dẫn em từ đầu đồ án tới em kết thúc giúp em hoàn thành tốt nhiệm vụ thiết kế Mặc dù cố gắng để hoàn thành tốt nhiệm vụ, song hạn chế tài liệu, kinh nghiệm thực tế, nên khơng tránh khỏi thiếu sót trình thiết kế Em mong thầy cô xem xét dẫn thêm Em xin chân thành cảm ơn Sinh Viên Nguyễn Thị Hường GVHD:Phan Thị Quyên 81 SV:Nguyễn Thị Hường TRƯỜNG ĐHCN HÀ NỘI Đồ Án Hóa Cơng Tài liệu tham khảo Tập thể tác giả Sổ tay q trình & thiết bị Cơng nghệ hoá học Nhà xuất Khoa học - Kỹ thuật, 1974, tập Tập thể tác giả Sổ tay q trình & thiết bị Cơng nghệ hố học Nhà xuất Khoa học - Kỹ thuật, 1982, tập Tập thể tác giả Cơ sở trình & thiết bị Cơng nghệ hố học Nhà xuất Khoa học - Kỹ thuật, 2000, tập 1,2,3 Tập thể tác giả Tính tốn q trình & thiết bị Cơng nghệ hố học Nhà xuất Khoa học - Kỹ thuật, 2000, tập 1,2,3 GVHD:Phan Thị Quyên 82 SV:Nguyễn Thị Hường ... NỘI Đồ Án Hóa Cơng PHẦN II-TÍNH TỐN THIẾT BỊ CHÍNH Các số liệu ban đầu: chưng hỗn hợp benzen-toluen( Thiết bị tháp đệm) -Năng suất tính theo hỗn hợp đầu F=5 ,0 kg/s=18000 kg/h -Nồng độ cấu tử... liệu tháp chưng luyện (5) loại đệm. Trong tháp từ lên tiếp xúc trực tiếp với lỏng chảy từ xuống, xảy trình bốc ngưng tụ nhiều lần Theo chiều cao tháp, lên cao nhiệt độ thấp nên qua tầng đệm từ... 3.Tính tốc độ khí tháp đệm 20 3.1.Tốc độ khí lỏng đoạn chưng 20 3.2 Tốc độ khí đoạn luyện .21 Đường kính tháp 22 III CHIỀU CAO THÁP CHƯNG LOẠI ĐỆM 23 1.Tính