mình có bản vẽ autocad của tháp nhé.liên hệ để lấy ............................................................................................................................................................................
Dương Lê Minh - CNMT K47 Đồ án Môn học MỞ ĐẦU Hiện , khơng khí ngày bị nhiễm nặng nề , nhiều loại khí thải khơng ngừng thải vào khơng khí từ nhiều nguồn khác , khí khí NO Từ đặt cho , người làm môi trường vấn đề cấp thiết : phương pháp tách khí thải khỏi mơi trường ( kk) Rượu Metylic chất lỏng không màu, sơi 64 0C, có tính độc Rượu Metylic tan vô hạn nước, tan nhiều dung môi hữu Hơi rượu Metylic tạo với khơng khí oxy hỗn hợp nổ bắt lửa Rượu Metylic chất khơng có sẵn, thường tồn dạng hỗn hợp Vì phải sử dụng phương pháp để tách chúng khỏi hỗn hợp, lấy sản phẩm phục vụ cho công nghệ Muốn tách riêng cấu tử khỏi hỗn hợp có nhiều phương pháp :chưng luyện, hấp thụ, hấp phụ Tuỳ thuộc vào đặc điểm hỗn hợp cần tách mà người ta dùng phương pháp cụ thể Ở đây, để tách NO khỏi hỗn hợp NO & KK, người ta dùng phương pháp chưng luyện Phương pháp dựa sở nhiệt độ bay NO (cấu tử dễ bay hơi) KK khác nhau: Nhiệt độ sôi Metylic: 640C Nhiệt độ sôi nước: 1000C Do đó, mục đích mơn đồ án mà cần nghiên cứu là: Thiết kế tháp chưng luyện loại tháp chóp Dương Lê Minh - CNMT K47 Đồ án Môn học I SƠ ĐỒ DÂY CHUYỀN CÔNG NGHỆ (HÌNH I) II QUÁ TRÌNH LÀM VIỆC CỦA DÂY CHUYỀN CÔNG NGHỆ Dung dịch (hỗn hợp) đầu bơm li tâm (1) bơm từ thùng chứa lên thùng cao vị (2), đường ống dẫn người ta lắp thêm van điều chỉnh lưu lượng cho lưu lượng chảy hợp lý van chiều để tránh chất lỏng chảy ngược trở lại Từ thùng cao vị (2) hỗn hợp đầu tự chảy qua van điều chỉnh lưu lượng vào thiết bị đun nóng hỗn hợp (3) từ nhiệt độ ban đầu đến nhiệt độ sơi nhờ nước bão hồ Hỗn hợp khỏi thiết bị trao đổi nhiệt (3) qua van điều chỉnh lưu lượng vào tháp chưng (4) Trong tháp lên nhờ thiết bị đun sôi đáy tháp (7) qua ống hơi, qua khe chóp sục vào lớp nước đĩa (được chảy từ xuống) chúng thực trình chuyển khối Vì nhiệt độ lên thấp, nên qua đĩa (từ lên) cấu tử có nhiệt độ sôi cao ngưng tụ lại cuối đỉnh ta thu hỗn hợp gồm hầu hết cấu tử Metylic Hơi đưa qua thiết bị ngưng tụ hồi lưu (5), ngưng tụ phần đủ để hồi lưu, phần lại đạt nồng độ yêu cầu cho qua thiết bị ngưng tụ làm lạnh (6), ngưng tụ làm lạnh tới nhiệt độ cần thiết vào thùng chứa sản phẩm đỉnh Chất lỏng từ xuống gặp có nhiệt độ cao, phần rượu Metylic chất lỏng ngày giảm cuối đáy tháp thu hỗn hợp chứa rượu Metylic Chất lỏng khỏi tháp phần cho qua thiết bị đun sơi bốc (7), phần lại qua thiết bị chứa sản phẩm đáy Dương Lê Minh - CNMT K47 Đồ án Môn học \ A - Tính tốn thiết bị I - Các ký hiệu M : khí NO N: khơng khí (KK) F, P, W: Lần lượt lưu lượng hỗn hợp đầu vào, lưu lượng sản phẩm đỉnh, lưu lượng sản phẩm đáy tính theo kg (kg/h) GF, GP, GW: Lần lượt Lưu lượng hỗn hợp đầu vào, lưu lượng sản phẩm đỉnh, lưu lượng sản phẩm đáy tính theo mol (kmol/h) vF, vP, vW: Lần lượt nồng độ hỗn hợp đầu vào, nồng độ sản phẩm đỉnh, nồng độ sản phẩm đáy tính theo phẩn thể tích (m3/m3 hỗn hợp) MM, MN: khối lượng mol phân tử khí NO khơng khí (kg/kmol) MM = 46 kg/kmol MN = 29 kg/kmol ρM, ρN : khối lượng riêng khí NO khơng khí (kg/m3) ρM = 800 kg/m3 [I - 7] ρN = 1000 kg/m3 [I - 12] II - Cân vật liệu cho toàn tháp nM = mM v ρ = M M MM MM m M = v M ρ M Gọi xM nồng độ phần mol NO hỗn hợp xM vM × ρ M nM MM = = v M × ρ M (1 − v M ) × ρ N nM + n N + MM MN (kmol/kmol) Từ có: xF: Nồng độ phần mol NO hỗn hợp đầu (kmol/kmol) Dương Lê Minh - CNMT K47 Đồ án Môn học -vF × ρ M MM 0,25 × 800 : 32 xF = = v F × ρ M (1 − v F ) × ρ N 0,25 × 800 : 32 + (1 − 0,25) × 1000 : 18 + MM MN xF = 0,1304 (kmol/kmol) Hoàn tồn tương tự ta có: xP, xW: Lần lượt nồng độ phần mol NO hỗn hợp sản phẩm đỉnh sản phẩm đáy (kmol/kmol) xP = 0,9566 (kmol/kmol) xw = 0,0032 (kmol/kmol) Tính GF, GP, GW: MF: Khối lượng mol phân tử hỗn hợp đầu (kg/kmol) MF = xF×MM + (1 - xF)×MN = 0,1304×32 + (1-0,1304)×18 = 19,8256 (kg/kmol) Tương tự với MP, MW: Khối lượng mol phân tử hỗn hợp sản phẩm đỉnh hỗn hợp sản phẩm đáy (kg/kmol) MP = xP×MM + (1 – xP)×MN = 0,9566×32 + (1-0,9566)×18 = 31,3924 (kg/kmol) MW = xW×MM + (1 – xW)×MN = 0,0032×32 + (1-0,0032)×18 = 18,0448 (kg/kmol) Có : GF = F/MF = 6000/19,8256 = 302,6390 (kmol/h) Phương trình cân vật liệu GF = GP + GW [II – 144] Đối với cấu tử NO: GF × xF = GP × xP + GW × xW [II – 144] Vậy lượng sản phẩm đỉnh: GP = GF × x F − xW 0,1304 − 0,0032 = 302,6390 × = 40,3773 (kmol/h) x P − xW 0,9566 − 0,0032 Lượng sản phẩm đáy: GW = GF – GP GW = 302,6390 - 40,3773 = 262,2617 Chuyển đổi nồng độ: P = MP × GP = 1267,5404 (kg/h) W = MW × GW = 4732,4599 (kg/h) [II – 144] [II – 144] (kmol/h) Dương Lê Minh - CNMT K47 Đồ án Môn học III - Xây dựng đường cân bằng: Số liệu thành phần cân lỏng - nhiệt độ sôi hỗn hợp NOKK áp suất khí quyển: x ycb 0 0,05 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1.0 0,26 0,41 0,57 0,66 0,72 0,77 0,82 0,87 0,91 0,95 1,0 8 9 5 t 100 92,3 87,7 81,7 78 75,3 73,1 71,2 69,3 67,6 66 64,5 [II – 148] x: nồng độ phần mol cấu tử dung dịch ycb: nồng độ phần mol cấu tử bị hấp thụ hỗn hợp cân với chất lỏng t: nhiệt độ sôi Vẽ đường cân x-y t-x,y (đồ thị kèm theo) Tính tốn số hồi lưu: • Chỉ số hồi lưu tối thiểu tháp chưng luyện: R x = x P − y F∗ y F∗ − x F [II – 158] y*F : nồng độ cấu tử NO pha cân với nồng độ pha lỏng xF hỗn hợp đầu (y*F ycb) Xác định y*F đồ thị: từ xF = 0,1304 dóng lên đường cân ta có y*F y*F = 0,475 Vậy: R x = 0,9566 − 0,475 = 1,3976 0,475 − 0,1304 Chỉ số hồi lưu: Rx = 1,3.Rx + 0,3 = 2,1169 Phương trình đường nồng độ làm việc đoạn luyện: yL = Rx xP x+ Rx + Rx + [II – 159] [II – 144] yL = 0,6792x + 0,3069 Phương trình đường nồng độ làm việc đoạn chưng: x= Rx + L −1 yC + xW Rx + L L + Rx [II – 158] Với L = GF/GP = 7,4953 Dương Lê Minh - CNMT K47 Đồ án Môn học x = 0,3243yC + 0,0022 Vậy: yC = 3,0836.x - 0,0068 Xây dựng đồ thị đoạn chưng đoạn luyện hình vẽ IV - Đường kính tháp chưng luyện Cơng thức chung: D = 0,0188 g tb ( ρ yω y ) tb (m) [II – 181] Trong đó: gtb: lượng khí trung bình tháp (kg/h) (ρyωy)tb: tốc độ khí trung bình tháp (kg/m2.s) Vì lượng lượng lỏng thay đổi theo chiều cao cua tháp khác đoạn nên ta phải tính lượng trungbình riêng cho đoạn, ứng với đoạn ta có đường kính tháp khác Đường kính đoạn luyện: 1.1 Xác định nhiệt độ trung bình đoạn luyện: xtbL = (xF + xP) : = 0,5435 (kmol/kmol) xtbL: nồng độ phần mol trung bình đoạn luyện Tra đồ thị x-y có ytbL = 0,8 (kmol/kmol) Tra đồ thị t-x-y xác định nhiệt độ đoạn luyện: → ts = 720C Dóng xtbL lên đường sơi ytbL lên đường ngưng tụ → th = 720C 1.2 Lượng khí trung bình đoạn luyện: gtbL = (gđ + g1) : [II – 181] gđ, g1: lượng khỏi tháp đĩa tháp lượng vào đĩa đoạn luyện (kg/h) Tìm gđ: gđ = R + P = P.(Rx + 1) = 1267,5404 (2,1169 + 1) = 3950,7967 (kg/h) Trong đó: R lượng chất lỏng hồi lưu (kg/h) Tìm g1: [II – 181] Dương Lê Minh - CNMT K47 Đồ án Môn học Lượng g1, hàm lượng y1 lượng lỏng G1 đĩa thứ đoạn luyện xác định nhờ hệ phương trình cân vật liệu sau: g1 = G1 + P [II – 182] g1y1 = G1x1 + PxP [II – 182] g1r1 = gđrđ [II – 182] Với: x1 = xF = 0,1304 (kmol/kmol) r1: ẩn nhiệt hóa hỗn hợp vào đĩa thứ r1 = rMy1 + (1 - y1)rN rđ: ẩn nhiệt hóa hỗn hợp khỏi tháp rđ = rMyđ + (1 - yđ)rN yđ: nồng độ pha khỏi đỉnh tháp; yđ = yP = 0,985 (kmol/kmol) (xác định đường cân bằng) rM, rN: ẩn nhiệt hóa rượu NO KK Tại ttbL = 720C có: rM = 265 (kcal/kg) [I – 305] rN = 579 (kcal/kg) [I – 301] Vậy rđ = rMyđ + (1 - yđ)rN = 265×0,985 + (1 - 0,985)×579 = 269,71 (kcal/kg) Ta có: g1r1 = g1(rMy1 + (1 - y1)rN) = g1y1(rM - rN) + g1rN = (G1x1 + PxP).(rM - rN) + g1rN = (G1x1 + PxP).(rM - rN) + (G1 + P)rN = [x1.(rM - rN) + rN].G1 + PxP.(rM - rN) + P.rN Mặt khác: g1r1 = gđrđ Vậy: [x1.(rM - rN) + rN].G1 + PxP.(rM - rN) + P.rN = gđrđ G1 = g đ rđ − P.x P ( rM − rN ) − P.rN x1 ( rM − rN ) + rN 3950,7967 × 269,71 − 1267,5404 × 0,9566 × ( 265 − 579 ) − 1267,5404 × 579 0,1304 × ( 265 − 579 ) + 579 ( kg / h ) G1 = 1324,0253 G1 = Vậy g1 = G1 + P = 1324,0253 + 1267,5404 = 2591,5657 (kg/h) Vậy lượng khí trung bình đoạn luyện: gtbL = (gđ + g1) : = 3271,1812 (kg/h) Dương Lê Minh - CNMT K47 Đồ án Môn học 1.3 Tính tốn tốc độ khí trung bình đoạn luyện: (ρ ω ) y y tbL = 0,065.ϕ [σ ] h.ρ xtb ρ ytb (kg/m2.s) [II – 184] Trong đó: ρxtb,ρytb: khối lượng riêng trung bình pha lỏng pha khí theo nhiệt độ trung bình (kg/m3) h: khoảng cách đĩa (m) Chọn h = 0,35 (m) φ[σ] hệ số tính tới sức căng bề mặt - Tính hệ số tính tới sức căng bề mặt φ[σ]: 1 = + σ hh σ σ [I – 360] σ1, σ2: sức căng bề mặt cấu từ thành phần Tại ttbL = 720C có: σM = 17,5.10-3 N/m = 17,5 đyn/cm σN = 64,41.10-3 N/m = 64,41 đyn/cm 1 1 [I – 363] [I – 365] Vậy σ = σ + σ = 17,5 + 64,41 = 0,0727 hh σhh = 13,7611 đyn/cm Do σhh = 13,7611 đyn/cm < 20 đyn/cm nên chọn φ[σ] = 0,8 - Tính ρxtbL,ρytbL: ρxtbL = ρtbM×vtbL + (1 - vtbL)×ρtbN [II - 183] ρtbM, ρtbN: khối lượng riêng trung bình NO KK tra theo nhiệt độ trung bình ttbL = 720C ρtbM = 745 kg/m3 [I - 7] ρtbN = 977,81 kg/m3 [I - 13] vtbL: phần thể tích trung bình cấu tử NO pha lỏng vtbL = (vP + vF) : = 0,615 Vậy ρxtbL = 745×0,615 + (1 - 0,615)×977,81 = 834,6319 (kg/m3) ρ ytbL = [ ytbL M M + (1 − ytbL ) M N ].273 22,4.TtbL ytbL = (yF + yP) : = (0,475 + 0,985) : = 0,73 TtbL = 720C Vậy ρytbL = 0,9969 (kg/m3) [II - 183] (kmol/kmol) Dương Lê Minh - CNMT K47 Đồ án Môn học Tốn tốc độ khí trungbình đoạn luyện: (ρ ω ) y y tbL = 0,065.ϕ [σ ] h.ρ xtbL ρ ytbL = 0,8873 (kg/m2.s) 1.4 Đường kính đoạn luyện: DL = 0,0188 g tbL ( ρ yω y ) tbL = 1,1415 (m) Đường kính đoạn chưng: 2.1 Xác định nhiệt độ trung bình đoạn chưng: xtbC = (xF + xW) : = 0,0668 (kmol/kmol) xtbL: nồng độ phần mol trung bình đoạn chưng Tra đồ thị x-y có ytbL = 0,34 (kmol/kmol) Tra đồ thị t-x-y xác định nhiệt độ đoạn chưng: → ts = 90,50C Dóng xtbC lên đường sơi ytbC lên đường ngưng tụ → th = 90,50C 2.2 Lượng khí trung bình đoạn chưng: gtbC = (g1 + g1' ) : [II – 182] g1, g1': lượng khỏi đoạn chưng tháp lượng vào đoạn chưng (kg/h) Tìm g1': Lượng vào đoạn chưng g1', hàm lượng lỏng x1' lượng lỏng G1' xác định nhờ hệ phương trình cân vật liệu sau: G'1 = g'1 + W [II – 182] G'1x'1 = g'1yW + WxW [II – 182] g'1r'1 = g1r1 = gđrđ [II – 182] Với: r'1: ẩn nhiệt hóa hỗn hợp vào đĩa thứ đoạn chưng: r'1 = rMy'1 + (1 - y'1)rN Tại ttbC = 90,50C có: rM = 253 (kcal/kg) [I – 305] rN = 539 (kcal/kg) [I – 375] y'1 = yW = 0,01 (kmol/kmol) Vậy r'1 = rMy'1 + (1 - y'1)rN = 253×0,015 + (1 - 0,015)×539 = 534,71 (kcal/kg) Dương Lê Minh - CNMT K47 Đồ án Môn học Tính g'1 = g1r1/r'1 Do g1r1 = gđrđ nên g'1 = gđrđ/r'1 = 3950,7967×269,71/534,71 = 1992,7987 Có G'1 = g'1 + W = 6725,2586 (kg/h) Lượng khí trung bình đoạn chưng: gtbC = (g1 + g1' ) : = 2292,1822 (kg/h) (kg/h) 2.3 Tính tốn tốc độ khí trungbình đoạn chưng: (ρ ω ) y y tbC = 0,065.ϕ [σ ] h.ρ xtbC ρ ytbC (kg/m2.s) [II – 184] Trong đó: ρxtbC,ρytbC: khối lượng riêng trung bình pha lỏng pha khí theo nhiệt độ trung bình đoạn chưng (kg/m3) h: khoảng cách đĩa (m) Chọn h = 0,35 (m) φ[σ] hệ số tính tới sức căng bề mặt - Tính hệ số tính tới sức căng bề mặt φ[σ]: 1 = + σ hh σ σ Tại ttbL = 90,50C có: – 363] [I – 360] σM = 16.10-3 N/m = 16 đyn/cm σN = 60,74.10-3 N/m = 60,74 đyn/cm Vậy σhh-1 = σ1-1 + σ2-1 = 16-1 + 60,74-1 = 0,0790 σhh = 12,6641 đyn/cm Do σhh = 12,6641 đyn/cm < 20 đyn/cm nên chọn φ[σ] = 0,8 [I [I – 365] - Tính ρxtbC,ρytbC: ρxtbC = ρtbM×vtbC + (1 - vtbC)×ρtbN [II - 183] ρtbM, ρtbN: khối lượng riêng trung bình NO KK tra theo nhiệt độ trung bình ttbL = 90,50C ρtbM = 720 kg/m3 [I - 7] ρtbN = 965,34 kg/m [I - 13] vtbC = (vW + vF) : = 0,1285 Vậy ρxtbC = 720×0,1285 + (1 - 0,1285)×965,34 = 933,8138 (kg/m3) 10 Dương Lê Minh - CNMT K47 Đồ án Môn học ⇒ Re = w.d ρ 0,5 × 0,07 × 906,28 = = 110908,39 > 10000 µ 0,286.10 −3 Ta chọn ống giống ống từ thùng cao vị tới thiết bị gia nhiệt nên có độ nhám tương đối ∆ = 1,43.10-3 6,81 0,9 ∆ = −2 lg + Vây 3,7 λ Re [I- 464] Thay vào tính λ = 0,023 Tổng chiều dài ống: L = (m) Vậy ∆Pm = λ ∆Pc = L w2 0,5 ρ = 0,023 × × 906,28 × = 148,89 (N/m2) d td 0,07 Σξ w ρ [I - 459] Chọn van tiêu chuẩn đường ống có khuỷu: ∆Pc = Σξ w ρ ( 4,4 + 3.0,6 ) × 906,28 × 0,5 = = 702,37 (N/m2) 2 Vậy trở lực từ thiết bị gia nhiệt vào tháp: ∆Ρgn = ∆Ρd + ∆Ρm + ∆Ρc = 113,29 + 148,89 + 702,37 = 964,55 (N/m2) ⇒ hm3 - áp suất tiêu tốn để thắng trở lực đường ống: hm = ∆Ptn 964,55 = = 0,108 (m) ρ g 906,28 × 9,81 Viết phương trình Becnuly cho mặt cắt sơ đồ: Để đơn giản, coi ρ1, ρ2, ρ3 khoảng thay đổi nhiệt độ từ 20 ÷ 860C không đổi hay ρ1 = ρ2 = ρ3 = const - Viết phương trình cho mặt cắt 0-0 1-1: P1 P0 w02 w12 + + Z0 = + + Z1 + hm 0−1 ρ1 g 2.g ρ1 g 2.g - Viết phương trình cho mặt cắt 1-1 2-2: P2 P1 w12 w22 + + Z1 = + + Z + hm1−2 ρ1 g 2.g ρ g 2.g - Viết phương trình cho mặt cắt 2-2 3-3: P3 w32 P2 w22 + + Z2 = + + Z + hm 2−3 ρ g 2.g ρ g 2.g 37 Dương Lê Minh - CNMT K47 Đồ án Môn học -∆P3 P + ∆PL = a ρ g ρ g Mặt cắt 0-0 ứng với điều kiện gần cạn bể có chất lỏng chảy vào tháp Rút gọn phương trình ta có: P P0 w2 w ∆PL + + Z = + + + Z + ( hm 0−1 + hm1−2 + hm 2−3 ) ρ1 g 2.g ρ g 2.g ρ g Với w0 = ⇒ Z0 - Z3 = H0 Với H0 - vị trí tối thiểu đặt thùng cao vị so với đĩa tiếp liệu H0 = w32 ∆PL P P + + ( hm1 + hm + hm ) − + a 2.g ρ g ρ1 g ρ g Với ∆PL - trở lực đoạn luyện: ΔPL = 52,58 + 6,4 + 176,04 = 235,02 (N/m2) ρ3 - khối lượng riêng hỗn hợp 860C, ρ3 = 906,28 kg/m3 ρ1 - khối lượng riêng hỗn hợp 200C, ρ1 = 950,01 kg/m3 P0 = Pa áp suất khí = 1,01.105 N/m2 - Tính w3 vận tốc chất lỏng từ thiết bị gia nhiệt chảy vào tháp: V0−1 = Từ F ρ hh với ρhh - KLR hỗn hợp 200C ⇒ V0-1 = 1,75.10-3 (m3/s) ⇒ D0−1 = V 1,75.10 −3 = = 0,067 (m) 0,785.w 0,785 × 0,5 Qui chuẩn D0-1 = D2-3 V2 − = F 6000 = = 1,94.10 −3 (m3/s) ρ hh 3600 × 906,28 ⇒ w3 = V 1,94.10 −3 = = 0,56 (m/s) 0,785.D22−3 0,785 × 0,067 Thay vào tính được: 0,56 235,02 1,01.10 1,01.10 H0 = + + ( 0,119 + 0,403 + 0,108) − + = 1,18 (m) 2.9,81 906,28 × 9,81 950,01× 9,81 906,28 × 9,81 Vậy vị trí đặt thùng tiếp liệu so với thùng cao vị đĩa tiếp liệu 1,18 m 38 Dương Lê Minh - CNMT K47 Đồ án Môn học Tính tốn chiều cao thùng cao vị cho điện dù khơng có chất lỏng bơm vào thùng làm việc ⇒ Vcao vị = τ QF = τ F = 1× 6000 = 6,32 (m3) 950,01 với τ = h Chọn đường kính thùng cao vị D = m ⇒ H cv = 4.V × 6,32 = = 1,006 (m) π D π 2 Chiều cao chất lỏng đoạn chưng: HC = Ntt(0,35 + 0,005) +1 = 3,85 ⇒ Z3 = HC + = 4,85 (m) Vậy áp suất toàn phần bơm tạo ra: H = H0 + Hcv + Z3 = 1,18 +1,006+ 4,85 = 7,036 (m) Chọn H = m Công suất yêu cầu trục bơm xác định theo công thức: N= Q.ρ g.H 1000.η (kW) [I - 535] Trong đó: N - hiệu suất bơm, kW Q - công suất bơm, m3/s ρ - KLR chất lỏng cần bơm, kg/m3 g - gia tốc trọng trường, m/s2 H - áp suất tồn phần bơm tính mặt cắt cột chất lỏng bơm η - hiệu suất chung bơm η = η0 ηtl ηck η0 - hiệu suất thể tích tính đến hao hụt chất lỏng chất lỏng rò qua lỗ hở bơm ηtl - hiệu suất thuỷ lực tính đến ma sát tạo dòng xốy bơm ηck - hiệu suất khí tính đến ma sát khí ổ bi lót trục Chọn η0 = 0,7; ηtl = 0,85; ηck = 0,8 Vậy η = 0,476 ⇒N= 6000 × 950,01× 9,81× = 0,275 (kW) 3600 × 950,01× 1000 × 0,476 39 Dương Lê Minh - CNMT K47 Đồ án Môn học N = 275 (W) Tóm tắt thông số để chọn bơm ly tâm: Q = 6,3 m3/h H=8m N = 275 W C - TÍNH TỐN CƠ KHÍ I - Xác định chiều dày thân tháp Thiết bị làm việc áp suất khí (p = 1atm) dùng để chưng sản phẩm Metylic - Chọn thân tháp làm vật liệu X18H10T - Chọn thép không gỉ, bền nhiệt chịu nhiệt - Thông số giới hạn bền kéo giới hạn bền chảy thép loại X18H10T: σk = 540.106 N/m2 [II - 310] σc = 220.10 N/m [II - 310] - Độ giãn tương đối: δ = 40% [II - 310] - Độ nhớt va đập: ak = 2.106 J/m2 [II 310] Chọn chiều dày thân hình trụ, làm việc với áp suất bên P xác định theo cơng thức: S= Dt × P + C (m) × [σ k ] × ϕ − P [II - 360] Dt - Đường kính tháp, m ϕ - hệ số bền thành thân trụ theo phương dọc C - hệ ố bổ sung ăn mòn dung sai chiều dài, m [σk] - ứng suất cho phép loại thép X18H10T P - áp suất thiết bị ứng với chênh lệch áp suất lớn bên bên tháp, N/m2 P = Pmt + P1 Trong : Pmt - áp suất làm việc, Pmt = atm = 105 N/m2 P1 - áp suất thuỷ tĩnh cột chất lỏng P1 = ρ.g.H (N/m2) [II 360] với ρ - KLR chất lỏng cần bơm, kg/m3 40 Dương Lê Minh - CNMT K47 Đồ án Môn học ρ= ρ tbL + ρ tbC 834,6319 + 933,8138 = = 884,2229 (kg/m3) 2 H - chiều cao tháp, H = m P1 = ρ.g.H = 884,2229× 9,81× = 69393,81 (N/m2) P = Pmt + P1 = 169393,81 (N/m2) Với thân kín hay có lỗ gia cố hồn tồn ϕ = ϕh mối hàn dọc (với hàn tay hồ quang điện, thép không gỉ thép cácbon, lớp) ϕ = ϕh = 0,95 [II - 362] Tính C - hệ số bổ sung ăn mòn dung sai chiều dài C = f(độ ăn mòn, độ mài mòn, dung sai) C = C1 + C2 + C3 [II - 363] C1 - hệ số bổ sung ăn mòn Đối với vật liệu bền lấy C1 = mm Tính theo đơn vị thời gian làm việc từ 15 - 20 năm C2 - đại lượng bổ sung cho ăn mòn, bỏ qua C2 = C3 - đại lượng bổ sung cho dung sai chiều dày phụ thuộc vào chiều dày vật liệu C3 = 0,22 mm thép X18H10T [II 364] Vậy C = + 0,22 = 1,22 (mm) Tính [σk] - ứng suất cho phép loại thép X18H10T [σ k ] = σ k η [II - 355] ηk đó: η - hệ số hiệu chỉnh, η = σk = 540.106 (N/m2) ηk - hệ số an toàn, ηk = 2,6 ⇒ [σ k ] = [II - 356] [II - 356] σ k η 540.10 × = = 207.10 (N/m2) ηk 2,6 Ứng suất cho phép giới hạn chảy [σc]: [σ c ] = σ c η ηc đó: η - hệ số hiệu chỉnh, η = σc = 220.106 (N/m2) 41 [II - 356] Dương Lê Minh - CNMT K47 Đồ án Môn học ηc - hệ số chảy, ηc = 1,5 [II - 356] σ η 220.10 ⇒ [σ c ] = c = ηc ×1 21,5 = 146,7.10 (N/m2) Ta lấy giá trị bé bé hai kết vừa tính ứng suất để tính tiếp: Do [σ c ] × ϕ P h = 146,7.10 × 0,95 = 822,73 > 50 169393,81 bỏ qua giá trị P mẫu số cơng thức tính bề dày tháp [II - 360] D ×P 1,2 × 169393,81 −3 −3 t Vậy S = × [σ ] × ϕ + C = × 146,7.10 × 0,95 + 1,22.10 = 1,95.10 (m) k Chọn S = mm Trước đưa vào sử dụng, thiết bị phải qua kiểm tra với mức độ tối đa mà chịu được: Kiểm tra ứng suất thành theo áp suất thử (dùng nước) σ= [ Dt + ( S − C ) ].P0 2( S − C )ϕ ≤ σc 1,2 [II - 363] P0 - áp suất thử, N/m2 P0 = Pth + P1 Pth - áp suất thử thuỷ lực P1 - áp suất thuỷ tĩnh cột nước Chọn Pth = 1,5P = 1,5× 169393,81 = 254090,72 (N/m2) P1 = 69393,81 (N/m2) ⇒ P0 = 323484,53 (N/m2) đó: ⇒σ = [ Dt + ( S − C ) ].P0 2( S − C )ϕ = [1,2 + ( − 1,22)10 ]323484,53 = 262.10 −3 2( − 1,22 ).10 −3.0,95 ≥ σ c 220.10 = 1,2 1,2 Như chiều dày thân tháp = mm chưa phù hợp Chọn lại S = 3mm Thử lại: σ= [ Dt + ( S − C ) ].P0 2( S − C )ϕ = [1,2 + ( − 1,22)10 ]323484,53 = 115.10 −3 2( − 1,22 ).10 −3.0,95 Vậy chọn S = 3mm II – Tính đường kính ống dẫn - Đường kính ống dẫn khỏi tháp 42 ≤ σ c 220.10 = = 183.10 1,2 1,2 Dương Lê Minh - CNMT K47 Đồ án Môn học -d= đó: V= G yL 3600.ρ yL V 0,785.w [I – 449] V - lượng ống, m3/s w - tốc độ ống, m3/s d - đường kính ống dẫn, m = 3271,1812 = 0,91 (m3/s) 3600 × 0,9969 Ở P = 1atm, chọn w = 20 m/s 449] [I – V 0,91 = = 0,24 (m) 0,785.w 0,785 × 20 d= Chọn d = 240 mm - Đường kính ống dẫn sản phẩm đáy Cơng thức tương tự tính đường kính ống dẫn sản phẩm đỉnh d= V= V 0,785.w [I – 449] G xC 7348,8401 = = 2,19.10 −3 (m3/s) 3600.ρ xC 3600 × 933,8138 Chọn w = 0,1 m/s vận tốc chất lỏng tự chảy [I – 449] V 2,19.10 −3 = = 0,167 (m) 0,785.w 0,785 × 0,1 d= Quy chuẩn d = 170 mm - Đường kính ống dẫn hỗn hợp đầu vào tháp Công thức tương tự d= V= V 0,785.w [I – 449] F (m /s) 3600.ρ Trong đó: F - lưu lượng vào, kg/h ρ - khối lượng riêng hỗn hợp 860C, ρ = 906,28 kg/m3 Chọn w = 0,2 m/s [I – 449] 43 Dương Lê Minh - CNMT K47 Đồ án Môn học -V 6000 = = 0,108 (m) 0,785.w 3600 × 906,28 × 0,785 × 0,2 d= Quy chuẩn d = 110 mm - Đường kính ống dẫn hồi lưu sản phẩm đỉnh Tính tốn tương tự d= V 0,785.w Trong đó: V= [I – 449] V - lượng đoạn luyện, m3/s w - tốc độ ống, chọn w = 0,2 m/s G xL (m3/s) 3600.ρ GxL - Lượng lỏng đoạn luyện, GxL = 2188,9216 (kg/h) ρ - khối lượng riêng trung bình hỗn hợp sản phẩm đỉnh 720C ρ = ρM×vM + (1 - vM)×ρN [II - 183] Tra ρM = 745 kg/m [I – 7] ρN = 977,81 kg/m3 [I – 13] 3 vM = 0,25 (m /m ) - nồng độ sản phẩm đỉnh phần thể tích Vậy ρ = 919,61 kg/m3 V 2188,9216 = = 0,065 (m) 0,785.w 3600 × 919,61× 0,785 × 0,2 d= Quy chuẩn d = 70 mm - Đường kính ống đun sơi tháp Tính tốn tương tự d= V 0,785.w Trong đó: V= G yC 3600.ρ [I – 449] V - lượng đoạn chưng, m3/s w - tốc độ ống, chọn w = 20 m/s (m3/s) GyC - Lượng đoạn chưng, GyC = 2292,1822 (kg/h) ρ - khối lượng riêng trung bình đoạn chưng, ρ = 0,7185 kg/m3 44 Dương Lê Minh - CNMT K47 Đồ án Môn học -d= V 2292,1822 = = 0,237 (m) 0,785.w 3600 × 0,7185 × 0,785 × 20 Quy chuẩn d = 240 mm III - Tính chiều dày nắp đáy thiết bị Chọn đáy nắp có gờ, thiết bị làm việc chịu áp suất trong, chiều dày S xác định công thức: S= Dt × P D × t + C (m) 3,8 × [σ k ] × k ×ϕ h − P 2hb [II – 385] Trong đó: P - áp suất thiết bị; P = 169393,81 (N/m2) hb - chiều cao phần lồi đáy nắp, hb = 0,30 [II – 382] [σk] - ứng suất cho phép thiết bị; [σk] = 146,7.106 (N/m2) ϕh - hệ số bền mối hàn hướng tâm Với mối hàn tay hồ quang điện, vật liệu thép Cacbon không gỉ, lớp chọn ϕh = 0,95 [II – 362] C - đại lượng bổ sung k - hệ số không thứ nguyên k = 1− d Dt [II – 385] d - đường kính lớn lỗ không tăng cứng; d = 0,36 (m) Dt - đường kính thiết bị (m) Vậy k = 0,7 Vì [σ c ] × k × ϕ P h = 575,91 > 30 [II – 385] nên đại lượng P mẫu cơng thức tính S bỏ qua Vậy chiều dày đáy nắp tính: S= Dt × P D 1,2 × 169393,81 1,2 × t +C = × +C 3,8 × [σ k ] × k ×ϕ h 2hb 3,8 × 146,7.10 × 0,7 × 0,95 × 0,3 S = 1,1.10 −3 + C ( m) ( m) Xét S - C = 1,1 mm < 10 mm ⇒ tăng thêm mm so với giá trị C (hệ số bổ sung tính phần S thân) C = (1,22 + 2).10-3 = 3,22.10-3 Vậy S = (1,1 +3,22).10-3 = 4,32.10-3 (m) Quy chuẩn S = (mm) 45 Dương Lê Minh - CNMT K47 Đồ án Môn học Kiểm tra ứng suất đáy, nắp thiết bị theo áp suất thử: σ= [D ] [ ] + 2hb ( S − C ) P0 1,2 + × 0,3( − 3,22)10 −3 323484,53 σ c 220.10 6 = = 172 , 10 ≤ = 7,6k ϕ k hb ( S − C ) 1,2 1,2 7,6 × 0,7 × 0,95 × 0,3 × ( − 3,22 ).10 −3 t Vậy S = mm phù hợp IV - Chọn bích nối Mặt bích phận để nối phần thiết bị, nối phận khác với thiết bị Cơng nghệ chế tạo mặt bích phụ thuộc vào vật liệu cấu tạo mặt bích, phương pháp nối áp suất môi trường Đối với thiết bị thiết kế có H = m, tương ứng với 19 đĩa, ta chia tháp làm đoạn (trong có đoạn đĩa) để thuận lợi cho việc tu sửa bảo dưỡng Ta dùng bích nối để nối thiết bị Chọn loại bích liền thép kiểu I để nối thiết bị Các thông số bích: Py Dt Kiểu bích Kiểu Bulơng bích N/m2 mm D Db DI Do mm h db Z 0,1.106 1200 1340 1290 1260 1213 22 M20 28 [II – 421] V - Tính tốn tai treo Thơng thường người ta không đặt trực tiếp thiết bị lên bề mặt mà phải có tai treo hay chân đỡ để giữ thiết bị Muốn chọn tai treo thích hợp ta phải tính tải trọng tháp Tải trọng tháp: Ptháp = Pthân + Pđáy nắp + Pchất lỏng + Pbổ sung đó: Pthân - trọng tải thân tháp, N Pđáy, nắp - trọng tải đáy nắp tháp, N Pchất lỏng - trọng tải cột chất lỏng, N Pbổ sung - trọng tải bulơng, đinh vít, bích, đêm , N - Khối lượng thân thiết bị Mth = V.ρ = S.H.ρ = π( Dn2 − Dt2 ).H.ρ Mth - khối lượng thân thiết bị, kg 46 Dương Lê Minh - CNMT K47 Đồ án Môn học Dn, Dt - đường kính ngồi thiết bị, kg H - chiều cao tháp, m ρ - khối lượng riêng thép X18H10T, kg/m3 ρ = 7,9.103 kg/m3 M th = [ ] [II – 385] π (1,2 + × 0,003) − 1,2 × × 7,9.10 = 716,20 (kg) 2 - Khối lượng đáy nắp tháp Đáy nắp làm giống ⇒ Mđáy,nắp = 2.Mđáy Chiều dày đáy (nắp) tháp S = mm ⇒ chiều cao gờ h = 25 mm ⇒ Khối lượng đáy (nắp) elip có gờ: Mđáy = 62,4 (kg) 384] ⇒ Mđáy, nắp = 2× 62,4 = 124,8 (kg) - Khối lượng chất lỏng thiết bị M L = ρ π D H Trong đó: ρ - KLR hỗn hợp 860C; ρ = 906,28 kg/m3 D - đường kính tháp, m H - chiều cao tháp Vậy ML = 8195,67 (kg) - Khối lượng đĩa Mđĩa = Ntt×σ đ× Với π D ×ρ Ntt - Số đĩa thực tế σđ - chiều dày đĩa; σđ = 0,005 m ρ - KLR thép X18H10T Mđĩa = 19× 0,005× π 1,2 × 7,9.103 = 848,37 (kg) Khối lượng bổ sung Chọn khối lượng bổ sung bulơng ốc vít, đệm, bích 1200 kg - Trọng tải toàn tháp Khối lượng toàn thân tháp Mtt = 716,20 + 124,80 +8195,67 + 848,37 + 1200 = 11085,04 kg 47 [II – 384] [II – Dương Lê Minh - CNMT K47 Đồ án Môn học Trọng tải tồn tháp: P = Mtt× g = 11085,04× 9,81 = 108744,24 (N) Sử dụng tai treo trọng tải tai treo: P = 18124,04 (N) Bảng thông số tai treo: Tải Bề Tải trọng trọng mặt cho phép cho đỡ lên bề mặt phép đỡ q.10-6 N/m2 tai G.10-4 N 2,5 173 1,45 L B B1 H S l a d Khối lượng tai treo kg 60 20 30 3,48 mm 15 120 130 21 [II - 438] BẢNG THÔNG SỐ MÔ PHỎNG 48 Dương Lê Minh - CNMT K47 Đồ án Môn học Trong trình thiết kế, người thiết kế ln tìm cách tính tốn cho chi phí đầu tư nhất, phù hợp với chi phí vận hành để: hình thức, hoạt động thiết bị phải đẹp, tốt, thòi gian sử dụng phải lâu dài Để thiết kế tháp chưng luyện (loại tháp chóp) có lưu lượng vào, có thành phần xác định (làm việc loại tháp chóp) có phương án thiết kế sau: Tiến hành chọn số β công thức: Rmin = 1,3976 β Rx gđ (kg/h) DC DL Dqc HC HL ∆P (N/m2) (m) (m) (m) (m) (m) 1,3 1,8169 3570.53 0,96 1,09 1,1 3,55 4,62 3746,16 1,5 2,0964 3924,81 1,01 1,14 1,2 2,84 3,91 3989,78 1,7 2,3759 4279,09 1,04 1,18 1,2 2,49 3,20 4218,57 1,9 2,6554 4633,37 1,08 1,23 1,3 2,13 3,20 4397,81 2,1 2,9350 4987,77 1,12 1,27 1,3 1,78 2,84 4562,19 Rx = β.Rmin [II – 158] Trong đó: DC, DL - đường kính đoạn chưng, đoạn luyện (m) HC, HL - chiều cao đoạn chưng, đoạn luyện (m) Rmin - số hồi lưu tối thiểu Rx - số hồi lưu ∆P - Trở lực toàn tháp, (N/m2) Nhận xét: Từ bảng số liệu ta thấy: Khi R x tăng chi phí cho vận hành tăng lên, chi phí cho đầu tư tăng không đáng kể (do trở lực tháp tăng) Nếu Rx nhỏ thiết bị cao Do người thiết kế phải tìm số hồi lưu thích hợp Trong phạm vi đồ án môn học, thiết kế dựa công thức: Rx = 1,3.Rx + 0,3 [II – 159] Theo công thức trên, Rx có giá trị xấp xỉ Rx với hệ số chọn β = 1,5 49 Dương Lê Minh - CNMT K47 Đồ án Môn học KẾT LUẬN Từ nội dung q trình thực đồ án rút kết luận sau: Trong trình thực thiết kế thiết bị, lần đầu làm quen với công việc tra cứu số liệu, công thức, tham khảo tài liệu, khơng thể tránh khỏi khó khăn sai sót giúp em ban đầu hiểu hiểu cách thức vận dụng, tổng hợp kiến thức học vào thực tế Đồng thời đồ án môn học giúp em làm quen với công việc tra cứu tài liệu công việc trình thiết kế kĩ sư 50 Dương Lê Minh - CNMT K47 Đồ án Môn học TÀI LIỆU THAM KHẢO [I] PTS Trần Xoa, PGS Nguyễn Trọng Khng, KS Hồ Lê Viên Sổ tay q trình thiết bị cơng nghệ hố chất, tập Nhà XB Khoa học Kỹ thuật 1978 [II] PTS Trần Xoa, PGS Nguyễn Trọng Khuông, KS Hồ Lê ViênSổ tay q trình thiết bị cơng nghệ hố chất, tập Nhà XB Khoa học Kỹ thuật 1978 [III] Đỗ Văn Đài, Nguyễn Trọng Khuông, Trần Quan Thảo, Võ Thị Tươi, Trần Xoa; Cơ sở trình thiết bị cơng nghệ hố học, tập Nhà xuất trường Đại học Bách Khoa - Hà Nội 1974 [IV] Cnpabor xuμuka - Tom V; Uзgameλbcmbo "XuμuЯ" Mockba - 1968 [V] Đỗ Văn Đài, Nguyễn Trọng Khuông, Trần Quan Thảo, Võ Thị Tươi, Trần Xoa; Cơ sở trình thiết bị cơng nghệ hố học, tập Nhà xuất trường Đại học Bách Khoa - Hà Nội 1974 51 ... sản phẩm đỉnh Chất lỏng từ xuống gặp có nhiệt độ cao, phần rượu Metylic chất lỏng ngày giảm cuối đáy tháp thu hỗn hợp chứa rượu Metylic Chất lỏng khỏi tháp phần cho qua thiết bị đun sôi bốc (7),... tích (m3/m3 hỗn hợp) MM, MN: khối lượng mol phân tử khí NO khơng khí (kg/kmol) MM = 46 kg/kmol MN = 29 kg/kmol ρM, ρN : khối lượng riêng khí NO khơng khí (kg/m3) ρM = 800 kg/m3 [I - 7] ρN = 1000... m M = v M ρ M Gọi xM nồng độ phần mol NO hỗn hợp xM vM × ρ M nM MM = = v M × ρ M (1 − v M ) × ρ N nM + n N + MM MN (kmol/kmol) Từ có: xF: Nồng độ phần mol NO hỗn hợp đầu (kmol/kmol) Dương Lê Minh