Ngày nay cùng với sự phát triển của khoa học kỹ thuật, nền công nghiệp đã mang lại cho con người những lợi ích vô cùng to lớn về vật chất và tinh thần. Để nâng cao đời sống nhân dân, để hòa nhập chung với sự phát triển chung của các nước trong khu vực cũng như trên thế giới Đảng và Nhà nước ta đã đề ra mục tiêu công nghiệp hóa và hiện đại hóa đất nước. Trong tiến trình công nghiệp hóa hiện đại hóa đất nước những ngành mũi nhọn như công nghệ thông tin, công nghệ sinh học, công nghệ điện tử tự động hóa…công nghệ hóa giữ vai trò quan trọng trong việc sản xuất các sản phẩm phục vụ cho nền kinh tế quốc dân, tạo tiền đề cho nhiều ngành khác phát triển. Khi kinh tế phát triển thì nhu cầu của con người ngày càng tăng. Do vậy các sản phẩm cũng đòi hỏi cao hơn, đa dạng hơn, phong phú hơn, theo đó công nghệ sản xuất cũng phải nâng cao. Trong công nghệ hóa học nói chung việc sử dụng hóa chất có độ tinh khiết cao là yếu tố căn bản tạo ra sản phẩm có chất lượng cao. Có nhiều phương pháp khác nhau để làm tăng nồng độ, độ tinh khiết như: chưng cất, cô đặc, trích ly. Tùy vào tính chất của hệ mà ta lựa chọn phương pháp thích hợp.
ĐH Cơng nghiệp Hà Nội – Khoa CN Hóa Đồ án hóa cơng MỤC LỤC LỜI MỞ ĐẦU Chương I: GIỚI THIỆU CHUNG 1.1: LÝ THUYẾT VỀ CHƯNG LUYỆN: 1.1.1: Phương pháp chưng luyện: 1.1.2 Thiết bị chưng luyện: .6 1.2.GIỚI THIỆU VỀ HỖN HỢP CHƯNG LUYỆN: .6 1.2.1.Axit propinic 1.2.2 Nước (H2O) 1.3 DÂY CHUYỀN SẢN XUẤT 11 11 Chương 2: TÍNH TỐN THIẾT BỊ CHÍNH 13 2.1 TÍNH TỐN CÂN BẰNG VẬT LIỆU TỒN THIẾT BỊ: .13 2.1.1.Cân vật liệu 14 2.1.2.Tính số hồi lưu tối thiểu 15 2.1.3.Tính số hồi lưu thích hợp 16 2.1.4.Số đĩa lý thuyết .27 2.1.5.Phương trình đường nồng độ làm việc: 27 2.2 TÍNH ĐƯỜNG KÍNH THÁP 28 2.2.1.Lượng trung bình dòng pha tháp 28 a.Xác định lượng trung bình đoạn luyện: .31 2.2.2.Khối lượng riêng trung bình 35 a.Tính khối lượng riêng trung bình đoạn luyện: 35 2.2.4 Tính đường kính tháp 37 a Đường kính đoạn luyện: .37 b Đường kính đoạn chưng .38 2.3 TÍNH CHIỀU CAO THÁP 38 2.3.1 Hệ số khuếch tán 38 Lê Thị Hiền – Lớp Đại học cơng nghệ Hóa 1-k3 ĐH Cơng nghiệp Hà Nội – Khoa CN Hóa Đồ án hóa cơng a Hệ số khuếch tán pha lỏng (Dx) 38 2.3.2 Hệ số cấp khối .39 2.3.3 Hệ số chuyển khối, đường cong động học, số đĩa thực tế: .42 2.3.4 Hiệu suất tháp, chiều cao tháp 46 2.4 TÍNH TRỞ LỰC THÁP 48 2.4.1 Trở lực đĩa khô 48 2.4.2 Trở lực đĩa sức căng bề mặt 49 2.4.3 Trở lực lớp chất lỏng đĩa .49 2.4.4 Trở lực tháp 50 2.5 TÍNH CÂN BẰNG NHIỆT LƯỢNG 50 2.5.1 Tính cân nhiệt thiết bị gia nhệt hỗn hợp đầu: 51 2.5.2 Tính cân nhiệt lượng tồn tháp chưng luyện 53 2.5.3 Tính cân nhiệt lượng thiết bị ngưng tụ: 56 2.5.4 Tính cân nhiệt lượng thiết bị làm lạnh 57 Chương TÍNH TỐN CƠ KHÍ 59 3.1 TÍNH TOÁN THÂN THÁP: 59 3.1.1 Áp suất thiết bị 59 3.1.2 Ứng suất cho phép 60 3.1.3 Tính hệ số bền thành hình trụ theo phương dọc: 61 3.1.4 Đại lượng bổ sung .61 3.1.5 Chiều dày thân tháp 61 3.2 TÍNH ĐƯỜNG KÍNH CÁC ỐNG DẪN 62 3.2.1 Đường kính ống chảy chuyền .63 3.2.2 Đường kính ống dẫn hỗn hợp đầu vào tháp 63 3.2.3 Đường kính ống dẫn đỉnh tháp 64 3.2.4 Đường kính ống dẫn sản phẩm đáy 64 Nhiệt độ hỗn hợp đáy t = 111,6562C .64 3.2.5.Đường kính ống dẫn ngưng tụ hồi lưu 65 3.2.6 Đường kính ống dẫn sản phẩm đáy hồi lưu 66 3.3 TÍNH ĐÁY VÀ NẮP THIẾT BỊ .66 3.4 CHỌN MẶT BÍCH 71 Lê Thị Hiền – Lớp Đại học công nghệ Hóa 1-k3 ĐH Cơng nghiệp Hà Nội – Khoa CN Hóa Đồ án hóa cơng 3.4.1 Chọn mặt bích để nối thân tháp nắp, đáy .71 3.4.2 Chọn mặt bích để nối ống dẫn thiết bị: 71 3.5 TÍNH VÀ CHỌN GIÁ ĐỠ, TAI TREO 72 3.5.1 Tính khối lượng toàn tháp .72 3.5.2 Tính tai treo 75 Chương TÍNH TỐN THIẾT BỊ PHỤ 77 4.1 TÍNH TỐN THIẾT BỊ GIA NHIỆT HỖN HỢP ĐẦU 77 4.1.1 Tính hiệu số nhiệt độ trung bình 77 4.1.2 Tính lượng nhiệt trao đổi 78 4.1.3 Tính hệ số cấp nhiệt 78 4.2 TÍNH BƠM VÀ THÙNG CAO VỊ 84 4.2.1 Tính trở lực 85 4.2.2 Tính chiều cao thùng cao vị so với đĩa tiếp liệu 91 4.2.3 Tính chọn bơm 92 KẾT LUẬN 96 Lê Thị Hiền – Lớp Đại học cơng nghệ Hóa 1-k3 ĐH Cơng nghiệp Hà Nội – Khoa CN Hóa Đồ án hóa cơng LỜI MỞ ĐẦU Ngày với phát triển khoa học kỹ thuật, công nghiệp mang lại cho người lợi ích vơ to lớn vật chất tinh thần Để nâng cao đời sống nhân dân, để hòa nhập chung với phát triển chung nước khu vực giới Đảng Nhà nước ta đề mục tiêu cơng nghiệp hóa đại hóa đất nước Trong tiến trình cơng nghiệp hóa đại hóa đất nước ngành mũi nhọn cơng nghệ thông tin, công nghệ sinh học, công nghệ điện tử tự động hóa…cơng nghệ hóa giữ vai trò quan trọng việc sản xuất sản phẩm phục vụ cho kinh tế quốc dân, tạo tiền 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 hơn, phong phú hơn, theo cơng nghệ sản xuất phải nâng cao Trong cơng nghệ hóa học nói chung việc sử dụng hóa chất có độ tinh khiết cao yếu tố tạo sản phẩm có chất lượng cao Có nhiều phương pháp khác để làm tăng nồng độ, độ tinh khiết như: chưng cất, đặc, trích ly Tùy vào tính chất hệ mà ta lựa chọn phương pháp thích hợp Lê Thị Hiền – Lớp Đại học cơng nghệ Hóa 1-k3 ĐH Cơng nghiệp Hà Nội – Khoa CN Hóa Đồ án hóa cơng Chương I: GIỚI THIỆU CHUNG 1.1: LÝ THUYẾT VỀ CHƯNG LUYỆN: 1.1.1: Phương pháp chưng luyện: Chưng luyện phương pháp nhằm để phân tách hỗn hợp khí hóa lỏng dựa độ bay tương đối khác cấu tử thành phần áp suất Phương pháp chưng luyện q trình hỗn hợp bốc ngưng tụ nhiều lần Kết cuối đỉnh tháp ta thu hỗn hợp gồm hầu hết cấu tử dễ bay nồng độ đạt yêu cầu Phương pháp chưng luyện cho hiệu suất phân tách cao, sử dụng nhiều thực tế Dựa phương pháp chưng luyện liên tục, người ta đưa nhiều thiết bị phân tách đa dạng tháp chóp, tháp đĩa lỗ khơng có ống chảy truyền, tháp đĩa lỗ có ống chảy truyền, tháp đệm… Cùng với thiết bị ta có phương pháp chưng cất là: a Áp suất làm việc: - Chưng cất áp suất thấp - Chưng cất áp suất thường - Chưng cất áp suất cao Nguyên tắc phương pháp dựa nhiệt độ sôi cấu tử: nhiệt độ sôi cấu tử cao giảm áp suất làm việc để giảm nhệt độ sôi cấu tử b Nguyên lý làm việc: làm việc theo nguyên lý liên tục gián đoạn: • Chưng gián đoạn: phương pháp sử dụng khi: Nhiệt độ sôi cấu tử khác xa Khơng cần đòi hỏi sản phẩm có độ tinh khiết cao Tách hỗn hợp lỏng khỏi tạp chất không bay Tách sơ hỗn hợp nhiều cấu tử • Chưng liên tục: trình thực liên tục nghịch dòng nhiều đoạn Lê Thị Hiền – Lớp Đại học công nghệ Hóa 1-k3 ĐH Cơng nghiệp Hà Nội – Khoa CN Hóa Đồ án hóa cơng 1.1.2 Thiết bị chưng luyện: Trong sản xuất thường sử dụng nhiều loại tháp khác chúng có yêu cầu diện tích tiếp xúc bề mặt pha lớn Tháp chưng cất phong phú kích cỡ ứng dựng Các tháp lớn thường sử dụng cơng nghệ lọc hóa dầu Đường kính tháp phụ thuộc vào lượng pha lỏng lượng pha khí, độ tinh khiết sản phẩm Mỗi loại tháp chưng lại có cấu tạo riêng, có ưu điểm nhược điểm khác nhau, ta phải chọn loại tháp cho phù hợp với hỗn hợp cấu tử cần chưng tính tồn kích cỡ thết bị cho phù hợp với yêu cầu Trong đồ án em giao thiết kế tháp chưng luyện liên tục loại tháp đĩa lỗ có ống chảy truyền để phân tách hỗn hợp hai cấu tử Nước – axitpropionic, chế độ việc áp suất thường với hỗn hợp đầu vào nhiệt độ sôi 1.2.GIỚI THIỆU VỀ HỖN HỢP CHƯNG LUYỆN: 1.2.1.Axit propinic Axít propinic axít cacboxylic có nguồn gốc tự nhiên với cơng thức hóa học CH3CH2COOH Ở trạng thái tinh khiết điều kiện thông thường, chất lỏng khơng màu có tính ăn mòn mùi hăng • Lịch sử: Axít propinic lần Johann Gottlieb miêu tả năm 1844 Ông người tìm thấy số sản phẩm phân hủy đường Trong khoảng thời gian vài năm sau đó, nhà hóa học khác tạo axít propinic theo cách khác nhau, khơng có số họ nhận họ tạo hợp chất Năm 1847, nhà hóa học người Pháp Jean-Baptiste Dumas chứng minh tất axít hợp chất ơng gọi axít propinic, lấy theo tiếng Hy Lạp protos = "đầu tiên" pion = "béo", axít với cơng thức tổng qt H(CH2)nCOOH nhỏ có tính chất axít béo, chẳng hạn tạo lớp váng mỡ bị kết tủa muối có muối với kali có tính chất giống xà phòng • Tính chất: Axít propinic có tính chất vật lý trung gian tính chất axít cacboxylic nhỏ axít fomic axít axetic, với axít béo Lê Thị Hiền – Lớp Đại học công nghệ Hóa 1-k3 ĐH Cơng nghiệp Hà Nội – Khoa CN Hóa Đồ án hóa cơng lớn Nó hòa tan nước với tỉ lệ bị loại khỏi nước cách cho thêm muối Phân tử gam: 74,08 g/ml Tỉ trọng: 0,99 g/cm3 Điểm nóng chảy: -20,70C Điểm sơi: 141,10C Tính chất hóa học: axít propinic thể tính chất chung axít cacboxylic, tương tự phần lớn axít cacboxylic khác, tạo hợp chất amit, este, anhyđrit clorua Nó tham gia phản ứng halơgen hóa pha alpha với brơm có mặt PBr3 làm chất xúc tác (phản ứng HVZ) để tạo CH3CHBrCOOH • Sản xuất: Trong cơng nghiệp, axit propinic thông thường sản xuất từ phản ứng ôxi hóa propionalđehit khơng khí Phản ứng tiến hành pha lỏng, có mặt muối mangan coban, xảy theo chế gốc chuỗi, nhiệt độ 40 – 500C Một lượng lớn axít propionic sản xuất phụ phẩm việc sản xuất axit axetic, ngày nguồn nhỏ sản xuất axít propionic Nhà sản xuất lớn giới BASF, với cơng suất khoảng 80 ktpa Axit propioic sản xuất phương pháp cacbonyl hóa Cho anken tác dụng với nước CO Axit propionic tạo theo phương pháp sinh học từ phân hủy trao đổi chất axít béo chứa số lẻ nguyên tử cacbon, từ phân hủy số axít amin Các vi khuẩn thuộc chi Propionibacterium tạo axít propionic sản phẩm cuối hoạt động trao đổi chất kỵ khí chúng Các vi khuẩn tìm thấy phổ biến dày động vật nhai lại, hoạt động chúng phần nguyên nhân tạo mùi vị mát Thụy Sỹ mồ • Ứng dụng: Lê Thị Hiền – Lớp Đại học cơng nghệ Hóa 1-k3 ĐH Công nghiệp Hà Nội – Khoa CN Hóa Đồ án hóa cơng Axit propionic ngăn cản phát triển mốc số vi khuẩn Do vậy, phần lớn axit propionic sản xuất để sử dụng làm chất bảo quản công nghiệp thực phẩm Đối với thức ăn cho gia súc, dược sử dụng trực tiếp dạng muối amoni Đối với thực phẩm dành cho người, đặc biệt bánh mì sản phẩm nướng khác, dùng dạng muối natri hay canxi Axit propionic hóa chất trung gian có ích Nó sử dụng để thay đổi sợi xenlulozo tổng hợp Nó dùng để sản xuất số thuốc trừ sâu dược phẩm Các este axit propionic dùng làm dung môi hay chất tạo mùi nhân tạo 1.2.2 Nước (H2O) Nước hợp chất hóa học oxy hidro, có cơng thức hóa học H2O Với tính chất lý hóa đặc biệt (ví dụ tính lưỡng cực, liên kết hiđrơ tính bất thường khối lượng riêng) nước chất quan trọng nhiều ngành khoa học đời sống; 70% diện tích Trái Đất nước che phủ 0,3% tổng lượng nước Trái Đất nằm nguồn khai thác dùng làm nước uống • Cấu tạo: Phân tử nước bao gồm hai nguyên tử hidro nguyên tử oxy Về mặt hình học phân tử nước có góc liên kết 104,45° Do cặp điện tử tự chiếm nhiều chỗ nên góc sai lệch so với góc lý tưởng hình tứ diện Chiều dài liên kết O-H 96,84 picomet • Tính lưỡng cực: Oxy có độ âm điện cao hidro Việc cấu tạo thành hình ba góc việc tích điện phần khác nguyên tử dẫn đến cực tính dương ngun tử hiđrơ cực tính âm nguyên tử oxy, gây lưỡng cực Dựa hai cặp điện tử đơn độc nguyên tử ơxy, lý thuyết VSEPR giải thích xếp thành góc hai ngun tử hiđrơ, việc tạo thành mơ men lưỡng cực mà nước có tính chất đặc biệt Vì Lê Thị Hiền – Lớp Đại học cơng nghệ Hóa 1-k3 ĐH Cơng nghiệp Hà Nội – Khoa CN Hóa Đồ án hóa cơng phân tử nước có tích điện phần khác nên số sóng điện từ định sóng cực ngắn có khả làm cho phân tử nước dao động, dẫn đến việc nước đun nóng Hiện tượng áp dụng để chế tạo lò vi sóng • Liên kết hiđrơ: Các phân tử nước tương tác lẫn thông qua liên kết hiđrơ nhờ có lực hút phân tử lớn Đây liên kết bền vững Liên kết phân tử nước thông qua liên kết hidro tồn phần nhỏ giây, sau phân tử nước tách khỏi liên kết liên kết với phân tử nước khác Đường kính nhỏ ngun tử hidro đóng vai trò quan trọng cho việc tạo thành liên kết hidro, có ngun tử hidro đến gần nguyên tử oxy chừng mực đầy đủ Các chất tương đương nước, thí dụ dihidro sulfua (H2S), khơng tạo thành liên kết tương hiệu số điện tích q nhỏ phần liên kết Việc tạo chuỗi phân tử nước thông qua liên kết cầu nối hidro nguyên nhân cho nhiều tính chất đặc biệt nước, thí dụ nước có khối lượng mol nhỏ vào khoảng 18 g/mol thể lỏng điều kiện tiêu chuẩn Ngược lại, H2S tồn dạng khí điều kiện Nước có khối lượng riêng nhỏ độ Celcius nhờ vào mà băng đá lên mặt nước; tượng giải thích nhờ vào liên kết cầu nối hiđrơ • Các tính chất hóa lý nước: Lê Thị Hiền – Lớp Đại học cơng nghệ Hóa 1-k3 ĐH Cơng nghiệp Hà Nội – Khoa CN Hóa Đồ án hóa cơng Cấu tạo phân tử nước tạo nên liên kết hiđrô phân tử sở cho nhiều tính chất nước Cho đến số tính chất nước câu đố cho nhà nghiên cứu nước nghiên cứu từ lâu Nhiệt độ nóng chảy nhiệt độ sôi nước Anders Celsius dùng làm hai điểm mốc cho độ bách phân Celcius Cụ thể, nhiệt độ nóng chảy nước độ Celcius, nhiệt độ sơi (760 mm Hg) 100 độ Celcius Nước đóng băng gọi nước đá Nước hóa gọi nước Nước có nhiệt độ sơi tương đối cao nhờ liên kết hiđrơ Dưới áp suất bình thường nước có khối lượng riêng (tỷ trọng) cao °C: g/cm³ nước tiếp tục giãn nở nhiệt độ giảm xuống °C Điều không quan sát chất khác Điều có nghĩa là: Với nhiệt độ °C, nước có đặc tính giống vật khác nóng nở, lạnh co; với nhiệt độ °C, nước lại lạnh nở, nóng co Do hình thể đặc biệt phân tử nước (với góc liên kết 104,45°), bị làm lạnh phân tử phải dời xa để tạo liên kết tinh thể lục giác mở Vì mà tỉ trọng nước đá nhẹ nước thể lỏng Khi đông lạnh °C, phân tử nước phải dời xa để tạo liên kết tinh thể lục giác mở Nước dung mơi tốt nhờ vào tính lưỡng cực Các hợp chất phân cực có tính ion axít, rượu muối dễ tan nước Tính hòa tan nước đóng vai trò quan trọng sinh học nhiều phản ứng hóa sinh xẩy dung dịch nước Nước tinh khiết không dẫn điện Mặc dù vậy, có tính hòa tan tốt, nước hay có tạp chất pha lẫn, thường muối, tạo ion tự dung dịch nước cho phép dòng điện chạy qua Về mặt hóa học, nước chất lưỡng tính, phản ứng axit hay bazơ Ở pH (trung tính) hàm lượng ion hydroxyt (OH -) cân với hàm lượng hydronium (H 3O+) Khi phản ứng với axit mạnh thí dụ HCl, nước phản ứng chất kiềm: HCl + H2O ↔ H3O+ + ClVới ammoniac nước lại phản ứng axit: NH3 + H2O ↔ NH4+ + OH- Lê Thị Hiền – Lớp Đại học cơng nghệ Hóa 1-k3 10 ĐH Cơng nghiệp Hà Nội – Khoa CN Hóa Đồ án hóa cơng Xét = = 0,22 < 0,05 (chấp nhận được) Vậy lượng nhiệt trung bình truyền cho m thành ống là: q = = = 24783,665 (W/m) h Xác định bề mặt ống truyền nhiệt Bề mặt ống truyền nhiệt thiết bị gia nhiệt xác định: F = Q lượng nhiệt để đun nóng hỗn hợp đầu đến nhiệt độ cần thiết => F = = 35,41 (m) i Tính số ống truyền nhiệt, chọn cách xếp ống theo hình cạnh n = = = 357,820 Ta chọn tổng số ống thiết bị : 358 ống Theo bảng V.11 (Sổ tay II - 48) Số hình cạnh : 10; Số ống đường xuyên tâm hình cạnh là: 21 j Tính đường kính thiết bị gia nhiệt hỗn hợp đầu D = t.(b -1) + 4d (m) (Sổ tay II - 49) Trong đó: t : bước ống t = 1,2.d = 1,2.0,025 = 0,03 (m) d : đường kính ngồi ống: d = 0,025 (m) Số ống đường xuyên tâm là: b = 21 => D = 0,03.(23 - 1) + 4.0,025 = 0,76 (m) k Tính lại vận tốc, chia ngăn: Tính vận tốc thực chất lỏng ống W = (m/s) Với: G = 15000 (kg/m) ρ = 958,338 (kg/m) d = 0,021(m); n = 358 ống W = = 126,229 (m/h) = 0,035 (m/s) Để có vận tốc dòng chất lỏng đạt chế độ chảy xốy cần tăng vận tốc thực dòng W phương pháp chia ngăn Số ngăn thiết bị là: = = 8,57 Lê Thị Hiền – Lớp Đại học công nghệ Hóa 1-k3 83 ĐH Cơng nghiệp Hà Nội – Khoa CN Hóa Đồ án hóa cơng Ta chọn ngăn 4.2 TÍNH BƠM VÀ THÙNG CAO VỊ 1 Z H0 H1 H2 Hình 4.1 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 trình sản xuất, muốn tính tốn đưa hỗn hợp đầu lên thùng cao vị, đảm bảo yêu cầu công 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 định cơng suất, áp suất tồn phần bơm Lê Thị Hiền – Lớp Đại học cơng nghệ Hóa 1-k3 84 ĐH Cơng nghiệp Hà Nội – Khoa CN Hóa Đồ án hóa cơng ΔP = ΔP + ΔP + ΔP + ΔP + ΔP + ΔP (Sổ tay I - 376) Trong đó: 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 khắc 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 =0 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 = Hỗn hợp đầu vào tháp: ρ = 958,338 (kg/m) ω : Tốc độ trung bình dung dịch ống dẫn liệu: ω = = d : Đường kính ống dẫn liệu: chọn d = 150 mm, l = m => ω = = 0,246 (m/s) Vậy: ΔP = = 28,997 (N/m) Tính áp suất để khắc phụ trở lực ma sát: (ΔP) Δp = λ = λ .ΔP Với d : Đường kính ống truyền nhiệt: d = 0,05 (m); chiều dài ống dẫn L = m Tính chuẩn số Re: Re = Với : ω = 0,246 (m/s); ρ = 958,338 (kg/m); μ : Độ nhớt hỗn hợp đầu t = 99,9669C Nội suy theo bảng I.101 (Sổ tay I - 91) ta có: lg μ = x.lgμ + (1 - x).lgμ Lê Thị Hiền – Lớp Đại học cơng nghệ Hóa 1-k3 85 ĐH Cơng nghiệp Hà Nội – Khoa CN Hóa Đồ án hóa cơng μ, μ : độ nhớt nước axit propionic nhiệt độ t Nội suy theo bảng I.101 (Sổ tay I - 91) ta có: lgμ = 0,6152.lg(0,284.10) + (1 - 0,6152).lg(0,46.10) = -3,466 μ = 0,342 (Ns/m) Vậy : Re = = 34466,542 > 10 Chế độ chảy dung dịch ống chế độ chảy xốy Tính chuẩn số Re giới hạn: Re = (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 = = 7289,343 Chuẩn số Re bắt đầu xuất vùng nhám: Re = 220 = 220 = 239201,52 Ta có Re < Re < Re => hệ số ma sát tính theo cơng thức: λ = 0,1 (Sổ tay I - 380) => λ = 0,1 = 0,0276 Chọn L = m Vậy : ΔP = 0,0276 .28,997 = 48,019 (N/m) Tính áp suất để khắc phục trở lực cục ΔP = Σζ = Σζ.ΔP Trở lực cục qua đoạn ống gồm: - Trở lực vào ống ta chọn ζ = 0,5 - Trở lực khuỷu 90, khuỷu khuỷu 30 tạo thành Chọn = => ζ = 0,3 II.16 (Sổ tay I - 394) - Trở lực van: Chọn van tiêu chuẩn với đường kính ống dẫn liệu d = 150 mm Lê Thị Hiền – Lớp Đại học cơng nghệ Hóa 1-k3 86 ĐH Cơng nghiệp Hà Nội – Khoa CN Hóa Đồ án hóa công Tra theo bảng II.16 (Sổ tay I - 397) có ζ = 4,4 Vậy hệ số trở lực cục là: ζ = ζ + ζ + ζ = 0,5 + 2.0,3 + 4,4 = 5,5 => ΔP = 5,5.28,997 = 159,483 (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 = 28,997 + 48,019 + 159,483 = 236,499 N/m Chiều cao cột chất lỏng tương ứng: H = = = 0.025 (m) b Trở lực ống dẫn từ thùng cao vị đến thiết bị gia nhiệt hỗn hợp đầu Tính áp suất động học ΔP = ρ: Khối lượng riêng hỗn hợp đầu 25C = + (I.2 - Sổ tay I - 5) Nội suy theo bảng I.2 (Sổ tay I - 9) ta có khối lượng riêng nước axit propionic nhiệt độ t = 25C ρ = 996,5 (kg/m); ρ = 1042,75 (kg/m) a = 0,28 (phần khối lượng) Vậy : ρ = 1029,372 (kg/m) Tốc độ dung dịch chảy ống: ω = = = 0,229 (m/s) => ΔP = = 26,99 (N/m) Tính áp suất để khắc phụ trở lực ma sát: (ΔP) Δp = λ = λ .ΔP Với d = d = 0,15 m, chiều dài ống dẫn L = m Tính chuẩn số Re: Re = Với : ω = 0,229 (m/s); ρ = 1029,372 (m/s) μ : Độ nhớt hỗn hợp đầu 25C Lê Thị Hiền – Lớp Đại học cơng nghệ Hóa 1-k3 87 ĐH Cơng nghiệp Hà Nội – Khoa CN Hóa Đồ án hóa cơng Tính tương tự độ nhớt ta độ nhớt hỗn hợp 25C là: μ = 0,871.10 (Ns/m) Vậy : Re = = 35821,019 > 10 Chế độ chảy dung dịch ống chế độ chảy xốy Tính chuẩn số Re giới hạn: Re = (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 = = 25584,082 Chuẩn số Re bắt đầu xuất vùng nhám: Re = 220 = 220 = 823237,883 (T I - 379) Ta có Re < Re < Re => hệ số ma sát tính theo công thức: λ = 0,1 (Sổ tay I - 380) => λ = 0,1 = 0,025 Chọn L = m Vậy : ΔP = 0,025 .26,99 = 13,495 (N/m) Tính áp suất để khắc phục trở lực cục ΔP = ζ = ζ.ΔP Trở lực cục qua đoạn ống gồm: - Trở lực vào ống Ta có: = = = 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 = => 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) Lê Thị Hiền – Lớp Đại học công nghệ Hóa 1-k3 88 ĐH Cơng nghiệp Hà Nội – Khoa CN Hóa Đồ án hóa cơng Có : = = = 0,36 d, d đường kính ống dẫn đường kính thiết bị gia nhiệt hỗn hợp đầu Tra bảng II.16 (Sổ tay I - 388) 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 = 5,856.26,99 = 157,243 (N/m) Vậy áp suất toàn phần thắng trở lực cục từ thùng cao vị đến thiết bị gia nhiệt hỗn hợp đầu là: ΔP = ΔP+ΔP + ΔP = 26,99 + 13,495 + 157,243 = 197,692(N/m) Ta có chiều cao cột chất lỏng tương ứng: H = = = 0,0196 (m) c Trở lực thiết bị gia nhiệt hỗn hợp đầu: Tính áp suất động học: ΔP = Hỗn hợp đầu vào tháp t = 71,925C có ρ = 958,338 (kg/m) Tốc độ dung dịch chảy ống: ω = V : Thể tích hỗn hợp nhiệt độ trung bình V = (m/s) f : tiết diện bề mặt truyền nhiệt (m) f = π d n 4.m d : Đường kính ống dẫn liệu : d = 0,021 (m) n : Số ống thiết bị gia nhiệt : n = 358 (ống) m: Số ngăn thiết bị : m = ngăn => f = = 0,014) => ω = 15000 958,338.0,014.3600 = 0,3 (m/s) Vậy ΔP = = 43,125 (N/m) Tính áp suất để khắc phụ trở lực ma sát: (ΔP) Δp = λ = λ .ΔP Với d = d = 0,021 m, chiều dài ống dẫn l = 1,5 m Lê Thị Hiền – Lớp Đại học công nghệ Hóa 1-k3 89 ĐH Cơng nghiệp Hà Nội – Khoa CN Hóa Đồ án hóa cơng Số ngăn chia => chiều dài đoạn ống là: L = l.m = 9.1,5 = 13,5 (m) Tính chuẩn số Re: Re = Với : ω = 0,3 (m/s); ρ = 958,338 (m/s) μ : Độ nhớt hỗn hợp đầu t : μ = 0,437.10 (N.s/m) Vậy : Re = = 13851,856 > 10 Chế độ chảy dung dịch ống chế độ chảy xốy Tính chuẩn số Re giới hạn: Re = (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 = = 2704,682 Chuẩn số Re bắt đầu xuất vùng nhám: Re = 220 = 220 = 90140,38 Ta có Re < Re < Re => hệ số ma sát tính theo cơng thức: λ = 0,1 (Sổ tay I - 380) => λ = 0,1 = 0,035 Vậy : ΔP = 0,035 .43,125 = 970,312 (N/m) Tính áp suất để khắc phục trở lực cục bộ: ΔP = ζ = ζ.ΔP Dòng chất lỏng chảy qua thiết bị gia nhiệt phải qua ngăn, chia ngăn nên có đột mở, đột thu 18 lần đổi chiều 90 (khi chất lỏng chảy từ ngăn sang ngăn khác) Theo TTQT & Tb tập (tr 163):Tiết diện cửa vào thiết bị gia nhiệt tiết diện cửa f f1 = π d π 0,12 = = 0,00785 (m ) 4 Tiết diện khoảng trống đầu thiết bị gia nhiệt ngăn: f= D : Đường kính thiết bị gia nhiệt hỗn hợp đầu: D = 0,76 m => f = = 0,05 m Lê Thị Hiền – Lớp Đại học cơng nghệ Hóa 1-k3 90 ĐH Cơng nghiệp Hà Nội – Khoa CN Hóa Đồ án hóa cơng Tiết diện ngăn: f = = = 0,014 m Khi dòng chảy vào thiết bị từ ống dẫn (đột mở): => ζ = = = 0,71 Khi dòng chảy từ khoảng trống hai đầu thiết bị vào ngăn thiết bị (đột thu lần) => ζ = 0,5 = 0,5 = 0,259 Khi dòng chảy từ ngăn khoảng trống hai đầu thiết bị (đột mở lần) ζ = = 0,518 Khi dòng chảy khỏi thiết bị (đột thu) ζ = 0,5 = 0,355 Khi chất lỏng chảy từ ngăn sang ngăn sử dụng ống khuỷu 180, d = 0,025 m => ζ = 1,1 Vậy Σζ = ζ + 9.ζ + 9.ζ + ζ + 18.ζ = 0,71 + 9.0,259 + 9.0,518 + 0,355 + 18.1,1 = 10,038 ΔP = 10,038.43,125 = 432,888 (N/m) • Tính trở lực thủy tĩnh ΔP = ρ.g.H (N/m) H: Chiều dài ống truyền nhiệt ΔP = 958,338.9,8.1,5 = 14087,568 (N/m) Vậy áp suất toàn phần cần thiết để thắng trở lực thiết bị gia nhiệt ΔP = ΔP + ΔP + ΔP + ΔP = 43,125 + 970,312 + 432,88 + 14087,568 = 15533,893 (N/m) Chiều cao cột chất lỏng tương ứng: H = = = 1,65 (m) 4.2.2 Tính chiều cao thùng cao vị so với đĩa tiếp liệu Theo phương trình becnuli cho mặt cắt - ; - so với mặt cắt chuẩn - (hình 4.1) Coi chất lỏng chảy hết từ thùng cao vị (mặt cắt - 1) Lê Thị Hiền – Lớp Đại học cơng nghệ Hóa 1-k3 91 ĐH Công nghiệp Hà Nội – Khoa CN Hóa H1 + Đồ án hóa cơng ω12 P ω2 P + = H + + + hmm g ρ1.g ρ g ρ g H1 − H = P2 P ω − ω12 + h − + ρ2 g ρ1.g 2g Trong đó: P = P = 9,81.10 (N/m); P = P + ΔP ΔP : trở lực đoạn luyện: có ΔP = 3424,68 (N/m) => P = 9,81.10 + 3424,68 = 101524,68 (N/m) ρ : Khối lượng riêng hỗn hợp đầu 25C : ρ = 1029,372C (kg/m) ρ : Khối lượng riêng hỗn hợp đầu t : ρ = 958,034 (kg/m) ω = (m/s); ω = 0,229 (m/s) h = H + H + H = 0,025 + 0,0196 + 1,65 = 1,692 (m) H - H = - + + 1,692 = 2,781(m) Vậy thùng cao vị đặt cao so với đĩa tiếp liệu 2,781 (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, chọn - làm chuẩn ρ1.ω12 ρ ω22 Z ρ1.g + P1 + = P2 + + ∆Pm 2 Có : 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) ΔP : Trở lực ống dẫn từ thiết bị gia nhiệt đến tháp (N/m) Lê Thị Hiền – Lớp Đại học cơng nghệ Hóa 1-k3 92 ĐH Cơng nghiệp Hà Nội – Khoa CN Hóa Đồ án hóa cơng ΔP : Trở lực thiết bị gia nhiệt (N/m) ΔP = 197,692 + 236,499 + 15533,893 = 15968,084 (N/m) Z= = = 1,92 (m) H = H + h = 5,2 + 0,5 = 5,7 (m) H = (m) => H = 5.7 + + 1,92 = 8,62 (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 = 8,62 + 0,2 = 8,82 (m) - Đường kính ống: d = 0,15 (m) - Lưu lượng : G = 15000 (kg/h) Thế vận tốc chất lỏng ống: ΔP = (N/m) Trong ®ã : ω : Vận tốc dung dich ống (m/s) ω = = = 0,24 (m/s) ΔP = = 29,646 (N/m) Trở lực ma sát: ΔP = λ .ΔP (N/m) Trong đó: λ : Hế số ma sát Độ nhớt dung dịch ống μ = 0,437.10 (Ns/m) Lê Thị Hiền – Lớp Đại học cơng nghệ Hóa 1-k3 93 ĐH Cơng nghiệp Hà Nội – Khoa CN Hóa Re = = Đồ án hóa cơng = 84799,524 > 10 Chế độ chảy xoáy nên λ xác định theo công thức II - 464 6,81 0,9 ∆ = −2.lg + Re , λ Với loại ống thép khonong dỉ ta chọn theo bảng I - 466, ta có độ nhám tuyệt đối ε = 0,1 (mm) Độ nhám tương đối : Δ = ε/d = 0,1/150 = 6,67.10 6,81 0,9 ∆ ⇒ λ = − 2.lg + 3,7 Re −2 = 0,021 Δ P = 0,021 .29,626 = 36,582 (N/m) Trở lực cục bộ: ∆Pcb = ∑ ξ ∆Pω (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).29,626 = 94,803 (N/m) Vậy: Δ P = 36,582 + 94,803 = 131,385 (N/m) Áp suất toàn phần bơm: Lê Thị Hiền – Lớp Đại học cơng nghệ Hóa 1-k3 94 ĐH Cơng nghiệp Hà Nội – Khoa CN Hóa Đồ án hóa cơng PB = ρ1.g.H0 + P m0 = 1029,372.9,81.8,62 + 131,385 = 87177,345 (N/m) Năng suất bơm: N= Q.PB (KW) 1000 η Trong đó: Q : Lưu lượng thể tích bơm (m/s) Q = = = 4,04.10 (m/s) 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: η o = 0,85 ÷ 0,96% → chọn η o = 0,9 η tl = 0,8 ÷ 0,85% → chọn η o = 0,82 η ck = 0,92 ÷ 0,96% → chọn η o = 0,94 η = 0,9.0,82.0,94 = 0,694 N = = 0,507 (Kw) Công suất động điện: N = (Kw) η : Hiệu suất truyền động, chọn η = η : Hiệu suất động điện, chọn η = 0,8 N = = 0,634 (Kw) Thường động có suất lớn so với tính tốn N = β.N với β = 1,5 ÷ Chọn β = 1,5 => N = 1,5.0,634 = 0,951 (Kw) Lê Thị Hiền – Lớp Đại học cơng nghệ Hóa 1-k3 95 ĐH Cơng nghiệp Hà Nội – Khoa CN Hóa Đồ án hóa cơng KẾT LUẬN Do đặc điểm q 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 chưng luyện ln gặp phải khơng có cơng thức chung cho việc tính tốn hệ số động học q trình chưng luện cơng thức chưa phản ánh đầy đủ tác dụng động học, hiệu ứng hóa học, hóa lý,… mà chủ yếu cơng thức thực nhiệm cơng thức tính tốn phần lớn phải tính theo giá trị trung bình, thông số vật lý chủ yếu nội suy, nên khó khăn cho việc tính tốn xác Trong phạm vi khuôn khổ đồ án môn học, thời gian không cho phép động thời hạn chế kiến thức lý thuyết trực tế sản suất lần tiếp xúc với đồ án nên cố 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 thầy cô giáo mơn, đặc biệt thầy Nguyễn Văn Hồn quan tâm, giúp đỡ, bảo tận tình giúp em hoàn thành đồ án, giúp em hiểu rõ mơn học, phương pháp thực tính tốn thiết kế, cách tra cứu số liệu, xử lý số liệu… Em xin chân thành cảm ơn Sinh viên thực Lê Thị Hiền Lê Thị Hiền – Lớp Đại học cơng nghệ Hóa 1-k3 96 ĐH Cơng nghiệp Hà Nội – Khoa CN Hóa Đồ án hóa cơng 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 chất thực phẩm - Tập - NXB khoa học kỹ thuật Lê Thị Hiền – Lớp Đại học cơng nghệ Hóa 1-k3 97 ... THUYẾT VỀ CHƯNG LUYỆN: 1.1.1: Phương pháp chưng luyện: Chưng luyện phương pháp nhằm để phân tách hỗn hợp khí hóa lỏng dựa độ bay tương đối khác cấu tử thành phần áp suất Phương pháp chưng luyện trình... định lượng trung bình tháp chưng luyện a.Xác định lượng trung bình đoạn luyện: Lượng trung bình đoạn luyện tính gần trung bình cộng lượng khỏi đĩa tháp lượng vào đĩa đoạn luyện: gtbL = g d + g1 Trong... truyền, tháp đệm… Cùng với thiết bị ta có phương pháp chưng cất là: a Áp suất làm việc: - Chưng cất áp suất thấp - Chưng cất áp suất thường - Chưng cất áp suất cao Nguyên tắc phương pháp dựa nhiệt