file word đồ án môn học khoa công nghệ hóa học tháp mân chóp chưng cất Acetone nước. Bao gồm giới thiệu về Acetone nước và qui trình công nghệ, cân bằng vật chất cân bằng năng lượng, tính toán thiết bị chính, tính toán cơ khí
ĐỒ ÁN MÔN HỌC GVHD: Bộ Công Thương Trường Đại Học Công Nghiệp Thực Phẩm TP Hồ Chí Minh ĐỒ ÁN CÁC QUÁ TRÌNH VÀ THIẾT BỊ Đề tài: Chưng cất Acetone Nước Khoa: Công nghệ hóa học GVHD: SVTH : MSSV : SVTH: Trang ĐỒ ÁN MÔN HỌC GVHD: TP.Hồ Chí Minh, ngày 12 tháng 06 năm 2015 SVTH: Trang ĐỒ ÁN MÔN HỌC GVHD: MỤC LỤC Lời mở đầu CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU VỀ ACETONE VÀ QUI TRÌNH CÔNG NGHỆ Giới thiệu sơ Sản xuất Aceton Coâng nghệ chưng cất hỗn hợp Acetone –Nước .9 Chọn loại tháp chưng cất phương pháp chưng cất Sơ đồ qui trình công nghệ thuyết minh qui trình công nghệ 10 CHƯƠNG 2: CÂN BẰNG VẬT CHẤT – CÂN BẰNG NĂNG LƯNG 13 Cân vật chất 14 1.1 Đồ thò cân Acetone – Nước 15 1.2 Xác đònh số hồi lưu thích hợp 15 1.3 Vẽ đường làm việc 16 1.4 Xaùc đònh số mâm lý thuyết số mâm thực tế 16 Cân lượng .18 2.1 Cân nhiệt lượng tháp chưng cất 18 2.2 Cân nhiệt lượng thiết bò ngưng tụ .20 2.3 Cân nhiệt lượng thiết bò làm lạnh sản phẩm đỉnh 20 2.4 Cân nhiệt lượng thiết bò gia nhiệt dòng nhập liệu .21 CHƯƠNG 3: TÍNH TOÁN THIẾT BỊ CHÍNH .22 I Kích thước tháp .23 Đường kính đoạn cất 23 SVTH: Trang ĐỒ ÁN MÔN HỌC GVHD: Đường kính đoạn chưng .25 Chiều cao tháp 27 II Tính toán chóp ống chảy chuyền 28 A Tính cho phần cất .28 B Tính cho phần chưng 29 III Tính chi tiết ống dẫn 34 Đường kính ống dẫn vào thiết bò ngưng tụ 34 Ống dẫn dòng chảy hoàn lưu .35 Ống dẫn dòng nhập liệu .35 Ống dẫn dòng sản phẩm đáy .35 Ống dẫn từ nồi đun qua tháp 36 IV Tính trở lực tháp 36 A Tổng trở lực phần cất 36 Trở lực đóa khô Pk 36 Trở lực sức căng bề mặt 37 Trở lực lớp chất lỏng đóa ( Trở lực thủy tónh Pt ) 37 B Tổng trở lực phần chưng .38 Trở lực đóa khô Pk 38 Trở lực sức căng bề mặt 38 Trở lực lớp chất lỏng đóa ( Trở lực thủy tónh Pt ) 39 CHƯƠNG 4: TÍNH CƠ KHÍ 41 Tính bề dày thân trụ tháp 42 Tính - chọn bề dày đáy nắp thiết bò .44 Chọn bích vòng đệm 45 Tính mâm 46 Chân đỡ tai treo thiết bò 47 Tính bảo ôn 50 SVTH: Trang ĐỒ ÁN MÔN HỌC GVHD: CHƯƠNG 5: TÍNH THIẾT BỊ PHỤ 55 I Thiết bò gia nhiệt hỗn hợp đầu hay thiết bò làm nguội sản phẩm đáy .56 Điều kiện nhiệt độ trình 56 Nhiệt tải 56 Chọn thiết bò 56 II Thiết bò làm nguội sản phẩm đỉnh .61 Điều kiện nhiệt độ trình 61 Nhiệt taûi 62 Chọn thiết bò 62 III Thiết bò ngưng tụ hồi lưu .66 Điều kiện nhiệt độ trình 66 Nhiệt tải 67 Chọn thiết bò 67 Xác đònh hệ số cấp nhiệt từ dòng sản phẩm đỉnh đến thành ống 67 Xác đònh hệ số cấp nhiệt từ thành ống đến nước .68 Nhiệt tải riêng .69 Hệ số truyền nhiệt .69 Bề mặt truyền nhiệt 69 Chiều dài ống .69 IV Thieát bò đun nóng dòng nhập liệu 70 Điều kiện nhiệt độ trình 70 Nhiệt tải 70 Chọn thiết bò 71 V Thiết bò nồi đun .75 Điều kiện nhiệt độ trình 75 Nhiệt tải 76 Chọn thiết bò 76 Xaùc đònh hệ số cấp nhiệt từ dòng sản phẩm đỉnh đến thành ống 76 SVTH: Trang ĐỒ ÁN MÔN HỌC GVHD: Tính hệ số cấp nhiệt sản phẩm đáy nồi 77 Hệ số truyền nhiệt .77 Bề mặt truyền nhieät 77 Chiều dài ống .77 VI Tính bồn cao vò- Bơm 78 Tính bồn cao vò .78 Tính bơm 80 TÀI LIỆU THAM KHẢO 82 SVTH: Trang ĐỒ ÁN MÔN HỌC GVHD: LỜI MỞ ĐẦU Một ngành có đóng góp to lớn đến ngành công nghiệp nước ta nói riêng giới nói chung ngành công nghệ hoá học Đặc biệt ngành hóa chất Trong thực tế, sử dụng nhiều dạng hoá chất khác nhau: hỗn hợp nhiều chất hay đơn chất tinh khiết Mà nhu cầu loại hoá chất tinh khiết lớn Quá trình đáp ứng phần độ tinh khiết theo yêu cầu chưng cất: la trình tách cấu tử hỗn hợp lỏng – lỏng, hay hỗn hợp lỏng – khí thành cấu tử riêng biệt dựa vào độ bay khác chúng Và hệ acetone – nước, điểm đẳng phí nên đạt độ tinh khiết theo yêu cầu nhờ trình chưng cất Nhiệm vụ thiết kế: tính toán hệ thống chưng luyện liên tục để tách hỗn hợp hai cấu tử : acetone – nước với số liệu sau đây: Suất lượng nhập liẹu : 1800 Kg/h Nồng độ sản phẩm đỉnh : 92% phần mol acetone Nồng độ nhập liệu : 25% phần mol acetone Nồng độ sản phẩm đáy : 4% phần mol acetone p suất làm việc : áp suất thường SVTH: Trang ĐỒ ÁN MÔN HỌC GVHD: CHƯƠNG GIỚI THIỆU VỀ ACETONE VÀ QUI TRÌNH CÔNG NGHỆ SVTH: Trang ĐỒ ÁN MÔN HỌC GVHD: Giới thiệu sơ : Acetone có công thức phân tử : CH3COCH3 Khối lượng phân tử 58.079 đvC Là chất lỏng không màu, dễ lưu động dễ cháy, với cách êm dòu có mùi thơm Nó hòa tan vô hạn nước số hợp chất hữu : eter, metanol, etanol, diacetone alcohol… Ứng dụng : Acetone ứng dụng nhiều làm dung môi cho công nghiệp, ví dụ cho vecni, sơn, sơn mài, cellulose acetate, nhựa, cao su … Nó hoà tan tốt tơ acetate, nitroxenluloz, nhựa phenol focmandehyt, chất béo, dung môi pha sơn, mực in ống đồng Acetone nguyên liệu để tổng hợp thủy tinh hữu Từ Acetone tổng hợp ceten, sumfonat (thuốc ngủ), holofom Được tìm thấy vào năm 1595 Libavius, chưng cất khan đường, đến năm 1805 Trommsdorff tiến hành sản xuất Acetone cách chưng cất Acetat bồ tạt sa : phân đoạn lỏng nằm phân đoạn rượu eter Một số thông số vật lý nhiệt động Acetone : Nhiệt độ nóng chảy : -94.6 0C ; Nhiệt độ sôi : 56.9 0C ; Tỷ trọng : d 20 ; Nhiệt dung riêng Cp : 22 Kcal/mol (chuẩn 1020C) Độ nhớt : 0.316 cp ( 250C) Nhiệt trò : 0.5176 cal/g ( 200C) Tính chất hoá học : Cộng hợp với natri bisunfit: OH CH3COCH3 + H2O CH3 - C - SO3Na CH3 ( 1-metyl-1-hydroxi etan sunfonát natri ) Cộng hợp axit HCN: OH CH3CO + HCN CH3-C-CN CH3 ( pH= 4-8 ) Phản ứng ngưng tụ : SVTH: Trang ĐỒ ÁN MÔN HỌC GVHD: OH O CH3-CO-CH3 + HCH2C=O CH3-C-CH3-C-CH3 CH3 CH3 ( 4-oxy-4-mêtyll-2-pentanon) Acetone khó bò oxi hóa thuốc thử Pheling, Tôluen, HNO3đđ, KMnO4 ,… Chỉ bò oxi hóa hỗn hợp KMnO + H2SO4, Sunfôcrômic K2Cr2O7 + H2SO4… Bò gãy mạch cacbon CH3-C-CH3 CH3-C-CH2-OH CH3-C-CH=O CH3COOH + HCOOH O O O Phaûn ứng khử hoá : CH3COCH3 + H2 CH3CHOH-CH3 Điều chế : Oxy hóa rượu bậc hai: CH3CHOH-CH3 CH3COCH3 + H2O Theo phương pháp Piria : nhiệt phân muối canxi axit cacboxylic: (CH3COO)2Ca CH3COCH3 + CaCO3 Từ dẫn xuất magiê : O O CH3-C-Cl + CH3-MgBr CH3-C-CH3 + Mg-Br Cl Sản xuất Acetone : Trong thời kỳ chiến tranh giới lần thứ nhất, nhu cầu nguồn Acetone lớn, tong có giới hạn việc thu dược Acetone từ chưng cất gỗ, nên để bổ sung nguồn Acetone Hoa Kỳ áp dụng phương pháp chưng cất khan Ca(CH3COO)2 – thu cách lên men rượu có mặt xúc tác vi khuẩn để chuyển carbohydrate thành Acetone Butyl Alcohol.Công nghệ ứng dụng chủ yếu suốt chiến tranh giới lần thứ năm 20 Tuy nhiên, đến năm 20 công nghệ thay công nghệ có hiệu (chiếm khoảng ¾ phương pháp sản xuất Acetone Hoa Kỳ) : Dehydro Isopropyl Alcol Ngoài ra, số qúa trình sản xuất Acetone khác : - Oxi hóa Cumene Hydro Peroxide thành Phenol Acetone - Oxi hóa trực tiếp Butan – Propan - Lên men Carbo hydrate vi khuẩn đặc biệt SVTH: Trang ĐỒ ÁN MÔN HỌC GVHD: : hệ số giãn nở thể tích, = 0.33*10-3 (1/độ) (tra bảng 33 trang 420 tập 10) Gr = 1798796.549 (Gr)0.1 = 4.22 - Chuẩn số Nu : Nu = 0.15* 2* Re033 * Pr0.43 *Gr0.1(Pr/Prt )0.25 (V.45 Sổ tay tập 2) 2 : hệ số hiệu chỉnh tra theo bảng V.2 trang 15 , sổ tay tập hai (l/d > 50 nên chọn 2 = 1) Nu = 11.78 Nu. 284.08 (W/m2.độ ) - Hệ số cấp nhiệt 2 = d ( nước tra 33.5 C 0.627 W/m2.độ) Nhiệt tải riêng - q1 = ch* t1 = 2573.4*2 = 5146.8 (W/m2) - q2 = 2* t2 = 284.08*18 = 5113.4 (W/m2) Sai số q1 q2 : q2 q1 0.0065 < 0.05 ( 5% ) q2 Hệ số truyền nhiệt -1 r1 r2 K=[ ] 1 2 = Cu = 93 (W/m2.độ) = (mm)= 0.003 (m) 1 = 2573.4 (W/m2.độ ) 2 = 280.08 ( W/m2.độ) Hệ số nước bẩn r1 = 0.387*10-3 (W/m2.độ) Hệ số nước thường r2 = 0.464*10-3 (W/m2.độ) K=[ 0.003 0.387 *103 0.464*103 ]-1 2573.4 93 280.08 = 230.1 (W/m2.độ ) Bề mặt truyền nhiệt Q 68827.776 F = K t 230.1* 23.20 12.9 (m2) log Chieàu dài ống L= SVTH: F 12.9 3.5 (m) n. d h 3.1416*0.032*37 Trang 76 ĐỒ ÁN MÔN HỌC GVHD: Tóm lại : Thiết bò ngưng tụ hồi lưu – Thiết bò chùm ống có : Đường kính thiết bò D = 0.5 = 500(mm) Số ống n = 37 ống Chiều dài ống L = 3.5 (m), đường kính d = 32(mm) = 0.032 (m) Nước ống, dòng sản phẩm đỉnh ống, thiết bò đặt nằm ngang IV Thiết bò gia nhiệt dòng nhập liệu Điều kiện nhiệt độ trình 1000C 700C 63.5 50C 270C Chênh lệch nhiệt độ đầu nhỏ : tn = 100 – 63.55= 36.450C Chênh lệch nhiệt độ đầu lớn : tL = 70 – 27 = 43 0C t L 43 1.18 < nên tính hiệu tn 36.45 t t n ttb L số nhiệt độ trung bình : =39.7250C Tỷ số Nhiệt độ trung bình lưu thể : Do T1 - T2 < t2 - t1 neân : Ttb = ( T1 + T2)/2 = 850C ttb = Ttb - tb = 85 - 39.725 = 45.2750C Nhiệt tải : Nhiệt lượng cần thiết đun nóng nhập liệu: QF GF CF (t2 t1 ) = 1800*3219.9*( 63.55 - 27) = 2.1184*108 (J/h) =58.84(KW) SVTH: Trang 77 ĐỒ ÁN MÔN HỌC Lượng nước GVHD: cần thiết để gia nhiêt: Gn = QF 2.1184*10 Cn *(T1 T2 ) 968.5*(100 70) 7291 (kg/h) = 2.025 (kg/s) Choïn thiết bò : a Chọn loại thiết bò ống chùm, đặt nằm ngang vật liệu đồng thau, hệ số dẫn nhiệt = 93 W/m.độ Thiết bò gồm 91 ống, xếp thành hình sáu cạnh, số ống vòng 31 ống Chọn đường kính ống dh = 0.025m, loại ống 25x2mm Đường kính thiết bò : Dtr =T.(b –1) +4.dh t : bước ống, chọn t =1.2dh =1.2*0.025 = 0.03 (m) b = 2.a –1 =2.6 –1 =11 (a =6 :số ống cạnh hình sáu cạnh cuøng Dtr = 0.03*(11-1) + 4*0.025 = 0.4(m) b Các lưu chất trạng thái lỏng Vì dòng nhập liệu có độ bẩn cao nên cho chảy bên ống, nước gia nhiệt cho ống c Xác đònh hệ số cấp nhiệt từ thành ống đến dòng nhập liệu : - Tiết diện ngang khoảng ống : S = 0.785*(D2tr – n.d2) = 0.785*(0.42 – 91.0.0252) = 0.081 m2 - Tốc độ chảy dòng nhập liệu : w= GF 3600* F * S Ở nhiệt độ trung bình cuả dòng nhập liệu t tb = 45.275 C, ta tra thông số: acetone =759.48 (Kg/m3) nưóc =988.51 (Kg/m3) F =855.445 ( Kg/m3) acetone = 0.251*10-3(Ns.m2) nước = 0.573*10-3(Ns.m2) F = 0.268*10-3(Ns.m2) w = 0.0072 (m/s) - Đường kính tương đương khoảng ống : SVTH: Trang 78 ĐỒ ÁN MÔN HỌC dtđ = GVHD: D n.d 0.4 91 * 0025 = = 0.038 (m) D n.d 0.4 91 * 0025 - Tính chuẩn số Re : d td Re = = 873.32 F - Tính chuẩn số Pr : + Chọn t1 = 0C tt1 = ttb + t1 = 45.275 + = 49.275 0C Tra hình V.12 trang 12 Sổ tay tập hai : Pr45.275 = 3.65 Pr49.275 = 3.55 Pr 46.75 Pr51.75 0.25 3.55 3.45 0.25 1.007 - Chuẩn số Gr : g d td3 t1 Gr 2 : heä số giãn nở thể tích, = 0.574*10-3 (1/độ) (tra bảng 33 trang 420 tập 10) Gr 9.81 * 0.038 * 919.80 * 0.574 *10 * = 3866978.92 (0.052 * 10 ) (Gr)0.1 = 4.56 - Chuẩn số Nu : Nu = 0.15* 1* Re033 * Pr0.43 *Gr0.1(Pr/Prt )0.25 1 : hệ số hiệu chỉnh tra theo bảng V.2 trang 15 , sổ tay tập hai (l/d > 50 nên chọn 1 = 1) Nu = 0.15* 1* 1277.110.33*3.6560.43*4.56*1.007 = 11.00 Nu. 11 00 * 0.591 171.08 (W/m2.độ ) - Hệ số cấp nhiệt 1 = d td 0.038 ( tra 47.75 0C 0.591 W/m.độ) d Xác đònh hố cấp nhiệt từ dòng sản phẩm đáy đến thành ống : Ttb = 83 0C , tra thông số : acetone =571 (Kg/m3) nưóc =969.9 (Kg/m3) w =964.8 ( Kg/m3) acetone = 0.20*10-3(Ns.m2) nước = 0.35*10-3(Ns.m2) SVTH: Trang 79 ĐỒ ÁN MÔN HỌC GVHD: w = 0.349*10-3(Ns.m2) - Vận tốc dòng oáng : w= W' 2184.86 w * n * 0.785 * d 3600 * 960.86 * 91 * 0.785 * 0.0212 w = 0.02 (m/s) - Tính chuẩn số Re : d Re = = 1163.97 w 10 < Re 50 nên chọn 2 = 1) Nu = 0.15* 1* 1163.970.33*2.60.43*4.27*0.995 = 9.875 Nu. 9.875 * 0.673 316.47 (W/m2.độ ) - Hệ số cấp nhiệt 2 = d 0.021 ( tra 47.75 C 0.673 W/m.độ) e Nhiệt tải riêng : q1 = 1* t1 = 171.08*4 = 648.32 (W/m2) q2 = 2* t2 = 361.47*4 = 1265.88 ( W/m2) Sai số q1 q2 : SVTH: Trang 80 ĐỒ ÁN MÔN HOÏC GVHD: q q1 1265.88 684.32 0.495 > 0.05 ( 5% ) , Nên ta phải q2 1265.88 tính lặp o Tính lặp lần : Choïn t1 = 4.(1 + 0.459) = 0C tt1 = 47.75 + = 53.75 0C Pr53.75 = 3.35 Pr47.75 = 3.55 Pr 47.75 Pr53.75 0.25 3.55 3.35 0.25 1.015 - (Gr)0.1 = 4.75 Nu = 13.2 1 = 205.29 (W/m2.độ) q’1 = 205.26*6 = 1231.72 (W/m2) - q q1' 1265.88 1231 0.0265 < 0.05 (Hợp lý ) q2 1265.88 f Hệ số truyền nhiệt tổng quát : -1 r1 r2 K=[ ] 1 2 = Cu = 93 (W/m2.độ) = (mm)= 0.002 (m) 1 = 205.29 (W/m2.độ ) 2= 316.47 ( W/m2.độ) Xem hệ số cáu bẩn nước bẩn r = 0.8455*10-3 (W/m2.độ) Xem hệ số cáu bẩn nước thường r = 0.5945*10-3 (W/m2.độ) K=[ 0.002 0.8455* 10 0.5945* 10 ]-1 205.29 93 316.47 = 105.11 g Bề mặt truyền nhiệt : Q 65.64 * 1000 F = K t 105.11 * 35.25 17.72 (m2) log h Chiều dài ống : L= F 17.72 2.48 (m) n.d h 3.1416 * 0.025 * 91 Chọn L = 2.5 (m) SVTH: Trang 81 ĐỒ ÁN MÔN HỌC GVHD: V Thiết bò nồi đun Điều kiện nhiệt độ trình Đá y thá p (hơi) Hơi Nướ c Đá y thá p Sả n phẩ m đá y 119.60C Nướ c 119.60C 1000C 82.320C Ta dùng nước bão hòa có áp suất tuyệt đối 2at, nhiệt độ sôi 119.6 0C, để cấp nhiệt cho dung dòch Dòng nóng 119.6 0C (hơi ) 119.6 0C (hơi ) Dòng lạnh 82.32 0C (lỏng ) 1000C (hơi ) (Tra nhiệt độ sôi Acetone áp suất 2at Bảng I.207 trang 246 Sổ tay tập 1) Chênh lệch nhiệt độ đầu vào : tn = 37.28 0C Chênh lệch nhiệt độ đầu : tL = 19.6 0C Hiệu số nhiệt độ trung bình : tlog SVTH: 37.28 19.6 27.5 � 37.28 � C ln � � 13.119.6 � � Trang 82 ĐỒ ÁN MÔN HỌC GVHD: Nhiệt tải Nhiệt lượng nước cần cung cấp (tiếp theo phần cân nhiệt ): QD2 = Qy + Qw + Qxq2 + Qng2 – QF - QR = 226184.17 (W) Hay QD2 = 1.05 ( Qy + Qw – QF - QR ) = 1.05* ( 245.88*103 + 87319.28 - 102312.3225 -16996.69) = 224584.68 (W) Chọn thiết bò Đặt nồi đun Kette riêng biệt với tháp Nồi đun tiếp nhận dòng lỏng bên tháp Nhờ nước bão hòa có nhiệt độ cao nhiệt độ dòng lỏng giúp hóa phần lỏng đáy tháp mục đích tạo cho phần có điều kiện lên đỉnh tháp Ống dùng ttrong nồi có kích thước : đường kính ống dh = 0.032m, loại ống 32x3mm Thiết bò gồm 91 ống, xếp thành hình sáu cạnh, số ống vòng 31 ống Xác đònh hệ số cấp nhiệt từ dòng sản phẩm đỉnh đến thành ống - Xác đònh chuẩn số Re : Khi ngưng mặt ống nằm ngang : d z.q Rem = ( V.98 Trang 28 Sổ tay tập 2) 2. r Độ nhớt nước ngưng : = 0.233*10-3(Ns.m2) nhiệt độ 119.6 0C r = 2173*103 ( nhiệt hóa ) z : số ống dãy ống ( ống xếp lên ống ), z = ống Chọn Ksb = 800 (W/m2.độ ) qsb = K.tlog = 800*27.5 = 22000 (W/m2) Rem = 3.14*0.032*8* 22000 13.1 < 50 2*0.233*103 * 2173*103 Vaø Pr119.6 = 2.5 > 0.5 Do hệ số cấp nhiệt 1 xác đònh theo công thức : r * * 3 2173 * 10 * 944 * 0.684 4 1.28 * 1 = 1.28* * t * d td 0.208 *10 * * 0.032 = 14952.27 (W/m2.độ ) Trong 1 = 944 (Kg/m3) SVTH: Trang 83 ĐỒ ÁN MÔN HỌC GVHD: = 0.684 (W/m.độ ) Chọn t1 = 0C Tính hệ số cấp nhiệt sản phẩm đáy nồi - Xem sản phẩm đáy nước nồng độ Acetone nhỏ Khi tính hệ số cấp nhiệt theo công thức V.90 Sổ tay tập 2 = 0.56* q0.7 *p0.15 (W/m2.độ) Với p = 1.5 at : áp suất làm việc bề mặt thoáng dung dòch q = q1 :giả thiết truyền nhiệt ổn đònh q = q1 = 1 * t1 =44856.81 ( W/m2) 2 = 0.56 * 44856.810.7 *1.50.15 1535.24(W/m2.độ) - Chọn t2 = 28 0C q2 = 1535.24*28 = 42986.72 (W/m2) Sai số q1 q2 : q2 q1 0.04 < 0.05 ( 5% ) q2 Vậy thông số chọn phù hợp Hệ số truyền nhiệt -1 r1 r2 K=[ ] 1 2 = Cu = 93 (W/m2.độ) = (mm)= 0.002 (m) 1 = 14952.27 (W/m2.độ ) 2 = 1535.24 ( W/m2.độ) Xem hệ số cáu bẩn nước bẩn r1 = 0.387*10-3 (W/m2.độ) Xem hệ số cáu bẩn nước thường r = 0.464*10-3 (W/m2.độ) K=[ 0.002 0.387 *103 0.464*103 ]-1 14952.27 93 1535.24 = 628.6 (W/m2.độ ) Bề mặt truyền nhiệt Q 224584.68 F = K t 628.6* 27.5 13 (m2) log Chiều dài ống SVTH: Trang 84 ĐỒ ÁN MÔN HỌC L= GVHD: F 13 1.42 (m) n. d h 3.1416*0.032*91 Chọn L = 1.5 (m) VI Tính bồn cao vò- Bơm Tính bồn cao vò: (xem trang sau) - Tính sơ z2 : ( chiều cao từ đế chân đỡ đến vò trí nhập liệu ) z2 = Ho – [ l1 + ht + h + 900 + 5*(H + m ) + 200 ] (mm) Với Ho : chiều cao tháp so với đế chân đỡ, H o = 7495 (mm) l1 : chiều cao ống dẫn đỉnh, l = 120 (mm) ht , h : chiều cao đáy gờ , h t = 150 (mm), h = 25(mm) 900 : chieàu cao mâm thứ H, m : khoảng cách mâm chiều dày mâm H = 400, m = (mm) : số mâm (tính đến vò trí nhập liệu) 200 : khoảng cách từ mâm thứ đến vò trí nhập liệu z2 = 7495 – [ 120 + 150 + 25 + 900 + 5( 400 + ) + 200] = 4890 (mm) - Xét phương trình Bernulli : P1 v 21 P v22 z2 hw1 2g 2g P P v 2 v 21 hw1 z1= z2 + 2g z1 + Trong : v1 =0(m/s) P2 P1 Pcat 5513.794 0.656 (m) = 656 (mm) 856.37 *9.81 C = F64.05 = 856.37 (Kg/m3 ) Chọn đường kính ống dẫn : d = 40 (mm) = 0.04 (m) v2 = 4QF 4*5.8386*104 0.465 (m/s) d 3.1416*0.042 Tổng trở lực đường ống : SVTH: Trang 85 ĐỒ ÁN MÔN HOÏC GVHD: l v 22 hw1 ( i ) d 2.g i 1 Chọn sơ chiều dài chiều dài ống dẫn l = 15 (m) + Tính hệ số : v2 d F 0.465*0.04*856.37 42172.3 104 Re = F 3.777 *104 100 0.25 ) Neân (1.46. Re Chọn = 0.2 (mm) ( độ nhám tuyệt đối ống dẫn ) 0.005 d 40 100 0.25 ) 0.31 (1.46*0.005 42172.3 + Các hệ số tổn thất cục : Hệ số trở qua thiết bò gia nhiệt nhập liệu : 1 (6 * m)( S / d ) 0.03 * Re 0.26 Số dãy ống m = 11 dống = 0.025 (m) Khoảng cách hai tâm ống :S = t.cos30 = 26 (mm) 1 (6 9*11)(26 / 25) 0.03 *118601.40.26 4.79 Hệ số trở lực qua đoạn uốn ống : ’ = 2 = 4 = 5 = 6 = 7 = 11 = 12 = 13 = 14 = 14 = 15 = 17 = A.B.C Góc uốn = 900 A = a a = 40 (mm) = B = 0.21 d R 1 C = d 1' = * 0.21 * = 0.21 Hệ số trở lực lưu lượng kế không đáng kể : 20 = Hệ số trở lực van côn ống tròn thẳng : ” = 3 = 18 = 19 = 21 = 0.05 Hệ số đột mở 24 = 0.57 : Re= 42172.3 104 24 SVTH: Trang 86 ĐỒ ÁN MÔN HỌC GVHD: F0 d 02 0.04 0.25 F1 d12 0.08 Hệ số đột mở trước vào thiết bò gia nhiệt : 7 = 0.31 : Re= 42172.3 104 F0 d 02 0.04 0.44 F1 d12 0.06 ( Chọn đường kính lỗ mở thiết bò gia nhiệt 60 (mm)) Hệ số đột thu sau thiết bò gia nhiệt : 10 = 0.32 : Re= 42172.3 104 F0 d 02 0.04 0.44 F1 d12 0.06 Chọn đường kính lỗ mở bồn cao vò : 100(mm) Hệ số ñoät thu 1 = 0.46 : Re= 42172.3 104 F0 d 02 0.04 0.16 F1 d12 0.12 Hệ số tổn thất ống ngaõ : 16 = 23 = n = A.’ + o F3 0.5 A 0.72 F2 V3 0.5 Tyû số lưu lượng V2 F3 Và F2 Do ’ = 1.63 0 = 0.53 16 = 23 = 0.72*1.63 + 0.53 = 1.70 cb = 1 + 7 + 10 + 2.n + + 11 ’ + ” = 0.46 + 0.31 + 0.32 + 2*1.7 + 4.79 + 11*0.21 + 4*0.05 = 11.79 0.31*0.465 0.4652 ) 0.17(m) 170(mm) 0.04 2*9.81 0.4652 0.17 = 5.64 (m) = 5640 (mm) z1 = 4.890 + 0.568 + 2*9.81 �hw12 (11.79 SVTH: Trang 87 ĐỒ ÁN MÔN HỌC GVHD: Khoảng cách từ mâm nhập liệu đến đế chân thiết bò : 4890mm o H1 = z2 = 4890 (mm) Vậy khoảng cách từ mực chất lỏng bồn cao vò đến bơm ( giả sử đặt đế chân đỡ ) H cv = z1 = 5640 (mm) Tính bơm Áp dụng phương trình Bernulli: o v32 P3 v12 P1 h1 Hb + z + = z1 + g 2.g 1 Trong : P1 = P3 = at 1 = 3 v1 = v3 : chọn đường kính ống hút đường kính ống đẩy Hb = z1 – z3 + h1-3 + Chọn chiều cao mực chất lỏng bồn chứa nguyên liệu cao đế chân đỡ 0.3 (m) = 300 (mm) 11 .l v h1-3 = ( i ) d i 1 - 2.g Chọn chiều dài ống dẫn l= (m) Chọn đường kính ống dẫn d = 40 (mm) Vận tốc v= 1.5 (m/s) Tính hệ số : v.d 1.5*0.04*856.37 65874.62 104 Re = 0.78*103 Neân (1.46. 100 0.25 ) Re Choïn = 0.2 (mm) ( độ nhám tuyệt đối ống dẫn ) d 40 0.005 (1.46*0.005 - 100 )0.25 0.306 65874.62 Tương tự tính bồn cao vò ta có hệ số trở lực cục : 1 = 0.32 ; 2 = 4 = 6 = 7 = 9 = 10 = 0.21 ; 3 = 5 = 0.05 ; 8 = 1.7; 10 = 0.31 SVTH: Trang 88 ĐỒ ÁN MÔN HỌC GVHD: cb = 0.32 + 6*0.21 + 2*0.05 + 1.7 + 0.31 = 3.69 h1-3 = ( 3.69 + 0.306* 0.4652 )* 0.715(m) = 715 (mm) 0.04 2*9.81 Hb= 5640 – 300 + 715 = 6055 (mm) = 6.055 (m) Công suất bơm ly tâm : Q.H b g Nt = 1000. Q = d2 0.042 v 3.1416* *0.465 5.85*104 (m3/s) 4 Hb = 6.055 (m) = 856.37 (Kg/m3) = 75% (Hiệu suất bơm) Nt = 5.85*104 *6.055*856.37 *9.81 = 0.04( KW) 1000*0.75 Công suất động điện : Ndc = Nt 0.04 = 0.05 (KW) tr dc 0.9*0.9 Với tr : hiệu suất truyền động đc : hiệu suất động Đề phòng tải, ta chọn bơm có công suất N = 2*Nt = 2*0.05 = 0.1 (KW) TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Võ Văn Ban, Vũ Bá Minh,Giáo trình Quá trình thiết bò công nghệ hóa học Tập 3, ĐHBK Tp.HCM SVTH: Trang 89 ĐỒ ÁN MÔN HỌC GVHD: [2] Phạm Văn Bôn, Giáo trình Quá trình thiết bò công nghệ hóa học Tập 5, ĐHBK Tp.HCM [3] Giáo trình Quá trình thiết bò công nghệ hóa học Tập 10 – Ví dụ Bài tập , ĐHBK Tp.HCM [4] Sổ tay Quá trình thiết bò công nghệ hóa học Tập Tập 2, ĐHBK Hà Nội [5] Gs,Ts Nguễn Bin, Thiết bò công nghệ hoá chất thực phẩm, Tập Taäp [6] Raymond E.KIPK and Donald F.Othmer, Encyclopedia of Chemcial technology SVTH: Trang 90 Volume 1,