Thiết kế thiết bị ngưng tụ trong hệ thống tháp mâm xuyên lỗ hoạt động liên tục ở áp suất thường chưng cất hỗn hợp acetonnước

KHOA CƠNG NGHỆ HĨA HỌC VÀ THỰC PHẨM BỘ MƠN CƠNG NGHỆ HĨA HỌC  ĐỒ ÁN THIẾT KẾ MÁY VÀ THIẾT BỊ THIẾT KẾ THIẾT BỊ NGƯNG TỤ TRONG HỆ THỐNG THÁP MÂM XUYÊN LỖ CHƯNG CẤT HỖN HỢP ACETON – NƯỚC HOẠT ĐỘNG LIÊN TỤC Ở ÁP SUẤT THƯỜNG GVHD: PGS.TS Vũ Bá Minh SVTH: MSSV Nguyễn Yến Nhi 17128047 Trương Thị Khánh Vân 17128085 TP Hồ Chí Minh – 07/2020 TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP.HCM KHOA CƠNG NGHỆ HĨA HỌC VÀ THỰC PHẨM BỘ MƠN CƠNG NGHỆ KỸ THUẬT HĨA HỌC -oOo - NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN MÔN HỌC THIẾT KẾ MÁY VÀ THIẾT BỊ Giáo viên hướng dẫn: PGS.TS Vũ Bá Minh Họ tên sinh viên thực hiện: MSSV Nguyễn Yến Nhi Trương Thị Khánh Vân 17128047 17128085 Tên đồ án: THIẾT KẾ THIẾT BỊ NGƯNG TỤ TRONG HỆ THỐNG THÁP MÂM XUYÊN LỖ HOẠT ĐỘNG LIÊN TỤC CHƯNG CẤT HỖN HỢP ACETON NƯỚC Ở ÁP SUẤT THƯỜNG Nhiệm vụ đồ án: Giới thiệu tổng quan, tính tốn cân vật chất, cân lượng, tính tốn thiết kế hệ thống, thiêt bị phụ Các số liệu ban đầu: Năng suất nguyên liệu: 4.000 kg/h Nhập liệu có nồng độ 25 % mol Aceton Nồng độ sản phẩm đỉnh 95% mol Aceton Tỷ lệ thu hồi Aceton 99% Các số liệu khác tự chọn u cầu phần thuyết minh tính tốn: Tổng quan sản phẩm trình – thiết bị chưng cất, thiết bị ngưng tụ Đề nghị quy trình chưng cất Tính cân vật chất, lượng Tính tốn số mâm lý thuyết tháp chưng cất Tính tốn cấu tạo thiết bị ngưng tụ Tính thiết bị phụ có quy trình Tính khối lượng vật tư chi phí chế tạo thiết bị ngưng tụ Yêu cầu trình bày vẽ: 01 vẽ qui trình khổ A1 (bản khổ A4 kẹp tập thuyết minh) vẽ cấu tạo thiết bị ngưng tụ khổ A1 Yêu cầu khác: Thực thông qua đồ án tiến độ Ngày giao nhiệm vụ đồ án: 05/04/2020 Ngày hoàn thành đồ án: 31/01/2020 Nội dung yêu cầu đồ án thông qua Bộ môn Ngày 31 tháng 07 năm 2020 CHỦ NHIỆM BỘ MÔN (Ký ghi rõ họ tên) GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN (Ký ghi rõ họ tên ) PGS TS Vũ Bá Minh TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP HCM KHOA CƠNG NGHỆ HĨA HỌC VÀ THỰC PHẨM BỘ MƠN CƠNG NGHỆ HĨA HỌC -oOo - NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN Giáo viên hướng dẫn: PGS.TS Vũ Bá Minh Họ tên sinh viên thực hiện: Nguyễn Yến Nhi Trương Thị Khánh Vân MSSV 17128047 17128085 Tên đồ án: THIẾT KẾ THIẾT BỊ NGƯNG TỤ TRONG HỆ THỐNG THÁP MÂM XUYÊN LỖ HOẠT ĐỘNG LIÊN TỤC CHƯNG CẤT HỖN HỢP ACETON - NƯỚC Ở ÁP SUẤT THƯỜNG Nhận xét nội dung phần thuyết minh: Nhận xét vẽ thiết kế: Nhận xét trình thực thiết kế sinh viên (kỹ năng, thái độ): Điểm số: 1……………………………………………… Điểm: ………………… 2……………………………………………… Điểm: ………………… Kết luận (cho phép bảo vệ/không cho phép bảo vệ): TP Hồ Chí Minh, ngày tháng năm 2020 GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN PGS.TS Vũ Bá Minh TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP HCM KHOA CƠNG NGHỆ HĨA HỌC VÀ THỰC PHẨM BỘ MƠN CƠNG NGHỆ HĨA HỌC -oOo - NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN Giáo viên hướng dẫn: PGS.TS Vũ Bá Minh Họ tên sinh viên thực hiện: Nguyễn Yến Nhi Trương Thị Khánh Vân MSSV 17128047 17128085 Tên đồ án: THIẾT KẾ THIẾT BỊ NGƯNG TỤ TRONG HỆ THỐNG THÁP MÂM XUYÊN LỖ HOẠT ĐỘNG LIÊN TỤC CHƯNG CẤT HỖN HỢP ACETON - NƯỚC Ở ÁP SUẤT THƯỜNG Nhận xét nội dung phần thuyết minh: Nhận xét vẽ thiết kế: Nhận xét kỹ trình bày: Điểm số: 1……………………………………………… Điểm: ………………… 2……………………………………………… Điểm: ………………… Kết luận (cho phép bảo vệ/không cho phép bảo vệ): TP Hồ Chí Minh, ngày tháng năm 2020 GIẢNG VIÊN PHẢN BIỆN TS Lê Thị Duy Hạnh LỜI CẢM ƠN Sau thời gian tìm hiểu phối hợp với hướng dẫn tận tâm thầy Vũ Bá Minh, chúng em hoàn thành đồ án Chúng em xin chân thành cảm ơn thầy Vũ Bá Minh truyền đạt kiến thức dẫn tận tình suốt trình hoàn thành đồ án Đồ án tâm huyết cố gắng không ngừng nghỉ hai thành viên nhóm Tuy vậy, dự chi phối nhiều môn học khác song song, với hiểu biết chưa đầy đủ rõ ràng chắn q trình hồn thành đồ án khơng thể khơng có sai sót Chúng em mong nhận đóng góp ý kiến từ thầy Vũ Bá Minh giảng viên phản biện để chúng em hoàn thành đồ án cách tốt Chúng em xin chân thành cảm ơn ! MỤC LỤC DANH MỤC BẢNG Bảng 2.1 Thành phần cân lỏng (x), (y) tính %mol nhiệt độ sôi hỗn hợp hai cấu tử 760 mmHg ( Acetone – Nước) 16 Bảng 3.1 Cân vật chất cho tháp chưng cất .21 Bảng 3.2 Mối quan hệ R Nlt 23 Bảng 3.3 Bảng giá trị cần thiết để tính toán số mâm thực tế 27 Bảng 4.1 Nhiệt dung riêng Aceton Nước nhiệt độ .28 Bảng 4.2 Nhiệt hóa Aceton Nước nhiệt độ đỉnh 28 Bảng 5.1 Thông số vật lý nước nhiệt độ trung bình 35,4 oC 34 Bảng 5.2 Các thông số mặt bích 45 Bảng 5.3 Thơng số bích ghép ống dẫn 49 Bảng 5.2 Các thông số chân đỡ thiết bị .50 Bảng 7.1 Bảng tính khối lượng vật tư chi phí .74 DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình 1.1 Bình ngưng ống chùm nằm ngang NH3 Hình 1.2 Bình ngưng Freon .8 Hình 1.3 Bình ngưng ống vỏ thẳng đứng 10 Hình 1.4 Thiết bị ngưng tụ kiểu ống lồng ống 11 Hình 1.5 Thiết bị ngưng tụ kiểu 11 Hình 1.6 Thiết bị ngưng tụ kiểu bay 12 Hình 1.7 Dàn ngưng kiểu tưới 13 Hình 1.8 Dàn ngưng khơng khí đối lưu tự nhiên .14 Hình 1.9 Dàn ngưng khơng khí đối lưu cưỡng 15 Hình 2.1 Đồ thi quan hệ thành phần nhiệt độ Aceton – Nước 16 Hình 2.2 Đồ thị đường cân Aceton – Nước .17 Hình 3.1 Đồ thị xác định Rmin theo phương pháp vẽ tiếp tuyến .21 Hình 3.2 Đồ thị phụ thuộc R theo Nlt(R+1) 23 Hình 3.3 Đồ thị xác định số mâm lý thuyết R tối ưu 0,9 24 Hình 5.1 Chân đỡ thiết bị nằm ngang 50 LỜI MỞ ĐẦU Cơng nghiệp hóa chất ngành công ngiệp tương đối trẻ phát triền nhanh đóng vai trị ngành sản xuất mũi nhọn hệ thống ngành cơng nghiệp nước ta nói riêng giới nói chung Đặc biệt ngành cơng nghiệp hóa chất Hiện nay, lượng hóa chất sử dụng ngày tăng mạnh phát triển ngành dược mỹ phẩm, thức ăn gia súc, nghiên cứu sản phẩm… Các ngành yêu cầu loại hóa chất có độ tinh khiết cao, hoạt tính ổn định độ bền Vì nhu cầu sản xuất hóa chất tinh khiết theo mà tăng cao Ngày nay, có nhiều phương pháp để nâng cao độ tinh khiết: trích ly, chưng cất, đặc, hấp thu… Tùy theo đặc tính yêu cầu sản phẩm mà ta lựa chọn phương pháp cho phù hợp Đối với hỗn hợp hệ Aceton-Nước hai cấu tử tan lẫn hoàn toàn ta phải áp dụng phương pháp chưng cất để nâng cao độ tinh khiết cho Aceton Thiết bị ngưng tụ thiết bị quy trình chưng cất Aceton Ngồi thiết bị ngưng tụ cịn đóng vài trò quan trọng nhiều ngành khác như: chưng cất rượu, tinh dầu, chưng cất thành phần đa cấu tử tinh luyện chế biến dầu khí, ứng dụng ngành kỹ thuật lạnh dùng để ngưng tụ môi chất lạnh phục vụ cho hệ thống lạnh làm việc, ứng dụng lĩnh vực cô đặc dùng để ngưng tụ dung môi trước bơm hút chân không thải ngồi, ngồi cịn ứng dụng cơng, nơng nghiệp,… Đồ án mơn học q trình thiết bị mơn học mang tính tổng hợp trình học tập để trở thành kỹ sư cơng nghệ kỹ thuật hóa học tương lai Mơn học giúp 10 Re > 10000: chế độ chảy rối Tại tNv = 38,4 oC chuẩn số Chuẩn số Nu dòng nước giải nhiệt (Tài liệu tham khảo [2] trang 14 cơng thức V.40) Trong – hệ số hiệu chỉnh phụ thuộc vào Re tỉ lệ chiều dài ống với đường kính ống, chọn = Nhiệt tải dòng nước giải nhiệt W/m2 Kiểm tra điều kiện sai số < 0,05 thỏa mãn Hệ số truyền nhiệt K ứng với Diện tích bề mặt truyền nhiệt Chiều dài ống ứng với diện tích F Vậy, để dự trữ 15% diện tích bề mặt truyền nhiệt an toàn chọn chiều dài ống truyền nhiệt 24,4 m 6.4 Thiệt bị trao đổi nhiệt nhập liệu sản phẩm đáy Chọn thiệt bị dạng ống lồng, dòng nhập liệu vào không gian ống (ống trong), Cịn dịng sản phẩm đáy vào khơng gian ống ống (ống ngoài) Ống truyền nhiệt làm thép INOX 304 (X18H10T) Ống 1: Đường kính ngồi dng1 = 38 mm = 0,038m Bề dày ống t = mm = 0,002 m Đường kính dtr1 = 34 mm = 0,034 m Hệ số dẫn nhiệt ống thép λ = 16,3 (w/m.độ) Ống 2: 61 Đường kính ngồi dng2 = 57 mm = 0,057m Bề dày ống t = mm = 0,003 m Đường kính dtr2 = 51 mm = 0,051 m Hệ số dẫn nhiệt ống thép λ = 16,3 (w/m.độ) Dịng nhập liệu có: Dịng nhập liệu có nhiệt độ vào = 35, nhiệt độ tF = 52,3 0C Suất lượng GF = 4000 kg/h Dịng sản phẩm đáy có: Dịng sản phẩm đáy có nhiệt độ vào tW = 98,51 nhiệt độ = 45 oC Suất lượng GW = 1915,37 kg/h Nhiệt lượng trao đổi hai dòng Q = J/h Xác định ngược chiều Nhiệt độ trung bình dịng nhập liệu: OC Tại tFtb ta có ( tài liệu tham khảo [1]) Khối lượng riêng dòng nhập liệu F = 873,06 (kg/m3 ) (bảng I.2/9) Độ nhớt dòng nhập liệu μF = 0,000394 (N.s/m2 ) (bảng I.101/92) Hệ số dẫn nhiệt dòng nhập liệu λF = 0,396 (W/m.độ) (bảng I.130/134) Nhiệt dung riêng dòng nhập liệu CF = 3180,23 (J/kg.độ) (bảng I.153/172) Chuẩn số Pr dịng nhập liệu Nhiệt độ trung bình dịng sản phảm đáy o C Tại tWtb ta có : Khối lượng riêng dòng sản phẩm đáy W = 976,31 (kg/m3 ) (bảng I.2/9) Độ nhớt dòng sản phẩm đáy μW = 0,000425 (N.s/m2 ) (bảng I.101/92) Hệ số dẫn nhiệt dòng sản phẩm đáy λW = 0,658 (W/m.độ) (bảng I.130/134) Nhiệt dung riêng dòng sản phẩm đáy CW = 4169,9 (J/kg.độ) (bảng I.153/172) Chuẩn số Pr dòng sản phẩm đáy Hệ số cấp nhiệt dịng sản phẩm đáy, Đường kính tương đương : 62 ttd = ttr2 – tng1 = 0,051 – 0,038 = 0,013 m Vận tốc đòng sản phẩm đáy Chuẩn số Re dòng sản phẩm đáy Ta thấy Re > 10000: chế đô chảy rối Giả sử chọn nhiệt độ bề mặt thành ống t Wv = 61,3oC, nhiệt độ tWv ta có (tài liệu tham khảo [1]) Khối lượng riêng Wv = 974,52 (kg/m3 ) (bảng I.2/9) Độ nhớt μWv = 0,000407 (N.s/m2 ) (bảng I.101/92) Hệ số dẫn nhiệt λWv = 0,65 (W/m.độ) (bảng I.130/134) Nhiệt dung riêng CWv = 4170,01 (J/kg.độ) (bảng I.153/172) Chuẩn số Pr dòng sản phẩm đáy Chuẩn số Nu dòng sản phẩm đáy (Tài liệu tham khảo [2] trang 14 cơng thức V.40) Trong – hệ số hiệu chỉnh phụ thuộc vào Re tỉ lệ chiều dài ống với đường kính ống, chọn = Nhiệt tải dòng sản phẩm đáy W/m2 Nhiệt tải qua thành ống lớp cáu: Nhiệt trở cặn bẩn thành ống 1: r1 = (m2.độ/W) Nhiệt trở cặn bẩn thành ống 1: r2 = (m2.độ/W) Nhiệt độ bề mặt thành ống o C Hệ số cấp nhiệt dòng nhập liệu, Vận tốc đòng nước giải nhiệt Chuẩn số Re dòng nước giải nhiệt Re > 10000: chế độ chảy rối 63 Tại tFv = 49,4 oC, ta có (tài liệu tham khảo [1]) Khối lượng riêng dòng nhập liệu Fv = 868,33 (kg/m3 ) (bảng I.2/9) Độ nhớt dòng nhập liệu μFv = 0,000367(N.s/m2 ) (bảng I.101/92) Hệ số dẫn nhiệt dòng nhập liệu λFv = 0,398 (W/m.độ) (bảng I.130/134) Nhiệt dung riêng dòng nhập liệu CFv = 3191,89 (J/kg.độ) (bảng I.153/172) Chuẩn số Pr dòng nhập liệu Chuẩn số Nu dòng nước giải nhiệt (Tài liệu tham khảo [2] trang 14 công thức V.40) Trong – hệ số hiệu chỉnh phụ thuộc vào Re tỉ lệ chiều dài ống với đường kính ống, chọn = Nhiệt tải dòng nước giải nhiệt W/m2 Kiểm tra điều kiện sai số Hệ số truyền nhiệt K ứng với Diện tích bề mặt truyền nhiệt Chiều dài ống ứng với diện tích F Vậy, để dự trữ 15% diện tích bề mặt truyền nhiệt an toàn chọn chiều dài ống truyền nhiệt 45,8 m 6.5 Bồn cao vị Tổn thất đường ống dẫn tính theo cơng thức: Trong đó: : hệ số ma sát đường ống l1: chiều dài đường ống dẫn, chọn l1 = 25 m 64 d1 : đường kính ống dẫn, d1 = dtr = 0,08m : tổng hệ số tổn thất cục Tổn thất đường ống dẫn từ bồn chứa nguyên liệu đến bồn cao vị Chọn đường kính ống dẫn nhập liệu từ bồn chưa nguyên liệu đến bồn cao vị d tr= 80 mm Độ nhám ống là:  = 0,2 (mm) tra theo bảng II.15/381, tài liệu tham khảo [1] theo chất ăn mịn Chiều dài tổng đường ống dẫn l1= 25 m Nhiệt độ chất bồn chứa: tF’= 35 oC Các thơng số vật lí dòng nhập liệu tra tài liệu tham khảo [1] với =35 OC Độ nhớt Acetone:  = 0.000331 ( / 2) Độ nhớt nước:  = 0,000729 ( /2) Độ nhớt hỗn hợp: lgF = lg+(1 − )lg =0,518.lg0,000331+(1-0,518).lg0,000729 => F = 0,000484 ( /2) Khối lượng riêng Acetone: ρA =773,78 (Kg/m3) Khối lượng riêng nước: ρB = 993,5 (Kg/m3) Khối lượng riêng hỗn hợp: = 879,7 (Kg/m3) Vận tốc dòng nhập liệu ống dẫn: Xác định hệ số ma sát đường ống λ1: Chuẩn số Reynolds dòng nhập liệu ống dẫn Chuẩn số Reymolds tới hạn (công thức II.59/378, tài liệu tham khảo [1]): Chuẩn số Reynolds nhám (công thức II.62/379, tài liệu tham khảo [1]): Ta có Regh < ReF < Ren khu vực độ ( nằm khu vực nhẵn thủy lực khu vực nhám) 65 Hệ số ma sát khu vực chảy độ phụ thuộc vào chuẩn số Reynolds độ nhám thành ống Tỷ số = = 0,0025 => 0,00008 < < 0,0125 Nên hệ số ma sát xác định theo công thức 11.64/380, tài liệu tham khảo [1]: Xác định trở lực cục ∑ξ1: Chỗ uốn cong Tham khảo tài liệu [1] trang 393 cho đoạn ống cong có góc uốn θ=90 o , bán kính R cho = 2, tỷ lệ = ta ξ = 1.0,15.1=0,15 Đường ống có tổng cộng chỗ uốn cong nên ξ1 = 0,154=0,6 Van Van tiêu chuẩn với độ mở hoàn toàn tra tài liệu tham khảo [1] trang 397 với D = 80 mm ta có ξ = Van chiều tra tài liệu tham khảo [1] trang 399 với D = 80 mm ta có ξ = 1,43 Đường ống có van tiêu chuẩn van chiều nên ξ2 = Do đó, ∑ξ1 =ξ1 +ξ2 = 0,6 + 5,43 = 6,03 Tổn thất đường ống dẫn: Tổn thất đường ống dẫn đoạn qua thiết bị trao đổi nhiệt sản phẩm đáy sản phẩm đỉnh Chọn đường kính ống dẫn từ bồn cao vị qua thiết bị đun sôi nhập liệu d tr = 150 mm chiều dài ống l2 = 10 m Độ nhám ống là:  = 0,2 (mm) tra theo bảng II.15/381, tài liệu tham khảo [1] theo chất ăn mịn Xác định vận tốc ống dẫn 2: Dòng nhập liệu có nhiệt độ vào = 35, nhiệt độ tF = 52,3 0C Nhiệt độ trung bình dịng nhập liệu: OC Tại tFtb ta có (tài liệu tham khảo [1]) Khối lượng riêng dòng nhập liệu F = 873,06 (kg/m3 ) (bảng I.2/9) 66 Độ nhớt dòng nhập liệu μF = 0,000394 (N.s/m2 ) (bảng I.101/92) Vận tốc dòng nhập liệu ống dẫn: Xác định hệ số ma sát đường ống λ1: Chuẩn số Reynolds dòng nhập liệu ống dẫn: Chuẩn số Reymolds tới hạn (công thức II.59/378, tài liệu tham khảo [1]): Chuẩn số Reynolds nhám (công thức II.62/379, tài liệu tham khảo [1]): Ta có Regh < ReF < Ren khu vực độ (nằm khu vực nhẵn thủy lực khu vực nhám) Hệ số ma sát khu vực chảy độ phụ thuộc vào chuẩn số Reynolds độ nhám thành ống Tỷ số = = 0,0013 => 0,00008 < < 0,0125 nên hệ số ma sát xác định theo công thức 11.64/380, tài liệu tham khảo [1]: Xác định trở lực cục ∑ξ2: Chỗ uốn cong Tham khảo tài liệu [1] trang 393 cho đoạn ống cong có góc uốn θ=90 o , bán kính R cho = 4, tỷ lệ = 0,5 ta ξ = 10,111,45=0,16 Đường ống có tổng cộng chỗ uốn cong nên ξ1 = 0,162=0,32 Van Van tiêu chuẩn với độ mở hoàn toàn tra tài liệu tham khảo [1] trang 397 với D = 150 mm ta có ξ = 4,4 Đường ống có van tiêu chuẩn nên ξ2 = Do đó, ∑ξ =ξ1 +ξ2 = 0,32 + 4,4 = 4,7 Tổn thất đường ống dẫn: 67 Chiều cao từ cửa nhập liệu đến mặt thoáng bồn cao vị: Trong đó: Z1: độ cao mặt thống (1-1) so với mặt đất, hay xem chiều cao đặt bồn cao vị Hcv = Z1 Z2: độ cao mặt thoáng (2-2) so với mặt đất, hay xem chiều cao từ mặt đất đến vị trí nhập liệu: Z2 = 2,5 m P1 = at: áp suất mặt thoáng (1-1) P2 = at: áp suất mặt thoáng (2-2) W1 : vận tốc mặt thoáng (1-1), xem w1 = m/s W2: vận tốc vị trí nhập liệu, w2 = vF = 0,25 m/s h : tổn thất đường ống dẫn m Vậy chiều cao bồn cao vị: Để đảm bảo cho hệ thống chọn Hcv = m 6.6 Bơm Năng suất Nhiệt độ nhiệt độ dòng nhập liệu: tF’= 35 oC Các thơng số vật lí dịng nhập liệu tra tài liệu tham khảo [1] với =35 OC Độ nhớt Acetone: = 0.000331 ( /2) Độ nhớt nước: = 0,000729 ( /2) Độ nhớt hỗn hợp: lgF = lg+(1 − )lg =0,518.lg0,000331+(1-0,518).lg0,000729 => F = 0,000484 ( /2) Khối lượng riêng Acetone: ρA =773,78 (Kg/m3) Khối lượng riêng nước: ρB = 993,5 (Kg/m3) Khối lượng riêng hỗn hợp: = 879,7 (Kg/m3) 68 Suất lượng thể tích dịng nhập liệu ống: Vậy chọn ống có suất Cột áp Chọn : Mặt cắt (1-1) mặt thoáng chất lỏng bồn chứa nguyên liệu Mặt cắt (2-2) mặt thoáng chất lỏng bồn cao vị Áp dụng phương trình Bernoulli cho (1-1) (2-2): Trong đó: Z1: độ cao mặt thoáng (1-1) so với mặt đất, chọn Z1 = 1m Z2: độ cao mặt thoáng (2-2) so với mặt đất, Z= Hcv = m P1: áp suất mặt thoáng (1-1), chọn P1 = at P1: áp suất mặt thoáng (2-2), chọn P2 = at w1,w2: vận tốc mặt thoáng (1-1) và(2-2), xem w1 = w2 = m/s h : tổng tổn thất ống từ (1-1) đến (2-2) Hb : cột áp bơm Trở lực ống Chọn đường kính ống hút ống đẩy nhau: dtr = 50 mm Tra bảng II.15/381, tài liệu tham khảo [1] ta có: Độ nhám ống: = 0,2 mm = 0,0002 m (ăn mịn ít) Tổng trở lực ống hút ống đẩy: Trong đó: Lh : chiều dài ống hút Tra bảng II.34/441 tài liệu tham khảo [1], ta có: Chiều cao hút bơm: hh = 3,5 m ⇒ Chọn lh = m lđ : chiều dài ống đẩy, chọn lđ = m : tổng tổn thất cục ống hút : tổng tổn thất cục ống đẩy 69 : hệ số ma sát ống hút ống đẩy VF : vận tốc dòng nhập liệu ống hút ống đẩy m/s Xác định hệ số ma sát ống hút ống đẩy : Chuẩn số Reynolds Chuẩn số Reymolds tới hạn (công thức II.59/378, tài liệu tham khảo [1]): Chuẩn số Reynolds nhám (công thức II.62/379, tài liệu tham khảo [1]): Ta có Regh < ReF < Ren khu vực độ Hệ số ma sát tính theo công thức II.64/379, tài liệu tham khảo [1]: Xác định tổng tổn thất cục ống hút : Chỗ uốn cong Tham khảo tài liệu [1] trang 393 cho đoạn ống cong có góc uốn θ=90 o , bán kính R cho = 2, tỷ lệ = ta ξ = 1.0,15.1=0,15 Ống hút có chỗ uốn ξ1 = 0,152=0,3 Van Van tiêu chuẩn với độ mở hoàn toàn tra tài liệu tham khảo [1] trang 397, ta có van ξ2 = Do đó, ∑ξh =ξ1 +ξ2 = 0,3 + = 4,3 Xác định tổng tổn thất cục ống đẩy: Chỗ uốn cong Tham khảo tài liệu [1] trang 393 cho đoạn ống cong có góc uốn θ=90 o , bán kính R cho = 2, tỷ lệ = ta ξ = 1.0,15.1=0,15 Đường ống có tổng cộng chỗ uốn cong nên ξ1 = 0,154=0,6 Van Van tiêu chuẩn với độ mở hoàn toàn tra tài liệu tham khảo [1] trang 397 với D = 80 mm ta có ξ = 70 Đường ống có van tiêu chuẩn nên ξ2 = Vào bồn cao vị : ξcv = Do đó, ∑ξđ =ξ1 +ξ2 +ξcv = 0,6 + 4+1 = 5,6 Vậy tổng trở lực ống hút ống đẩy là: Cột áp bơm Công suất bơm Chọn hiệu suất bơm: ηb = 0,8 Công suất thực tế bơm: Kết luận: Để đảm bảo tháp hoạt động liên tục ta chọn bơm li tâm loại SM, có: Năng suất: Qb = 4,5 m3 /h Cột áp: Hb = 4,6 m Công suất: Nb = 75,8 W = 0,1Hp 71 CHƯƠNG : TÍNH KHỐI LƯỢNG VẬT TƯ VÀ CHI PHÍ Khối lượng riêng thép X18H10T : Khối lượng riêng thép CT3 : Khối lượng bích ghép thân nắp (đáy) : Khối lượng thân thiết bị : Khối lượng vỉ ống : Khối lượng chùm ống truyền nhiệt : Khối lượng ống dẫn nước vào bích ghép : Khối lượng ống dẫn nước bích ghép : Khối lượng ống dẫn lỏng ngưng khỏi thiết bị bích ghép : Khối lượng ống dẫn vào thiết bị ngưng tụ bích ghép : Vậy khối lượng tồn thiết bị, M : M = m thân + 2m bích + 2m vỉ + 2m nắp + mống + m1 + m2 + m3 + m4 M Khối lượng thép X18H10T cần dùng: Lượng ống thép X18H10T không hàn cần dùng : m Lượng ống nối thép X18H10T () cần dùng : m Số lượng bulong cần dùng: 48 bulong M20 Bảng 7.1 Bảng tính khối lượng vật tư chi phí Vật liệu Số lượng Đơn giá 72 Giá thành Thép 304 428,9 kg 100.000 (đ/kg) Thép 304 723 m 87.000 (đ/m) Thép 304 () 0,37 m 87.000 (đ/m) Bulong 48 7.000 (đ/cái) Tổng cộng Tiền gia công thiết bị 200% tiền vật tư : 42.890.000 đ 62.901.000 đ 29.580 đ 336.000 đ 106.156.580 đ Chi phí đầu tư = KẾT LUẬN Qua trình thực đồ án, chúng em áp dụng kiến thức học vào đồ án, nghiên cứu thêm nhiều tài liệu, tham khảo đồ án anh chị khóa trước với hướng dẫn nhiệt tình thầy Vũ Bá Minh học nhiều điều như: Tìm hiểu thiết bị ngưng tụ, biết ưu nhược điểm loại Hiểu quy trình cơng nghệ chưng cất hỗn hợp tháp mâm xun lỗ Tính tốn sơ tháp chưng cất quy trình chưng cất hệ Acetone-Nước Tính tốn lựa chọn thiết bị phụ quy trình sản xuất như: ống dẫn, thiết bị ngưng tụ, bồn cao vị, bơm,… Học hỏi cách trình bày vẽ kỹ thuật: vẽ vẽ chi tiết, vẽ quy trình cơng nghệ Tính tốn sơ thiết bị ngưng tụ đẻ chưng cất hỗn hợp hỗn hợp Aceton-Nước làm thép X18H10T có suất nhập liệu 4000 kg/h, nồng độ nhập liệu 25%, nồng độ sản phẩm đỉnh 95% tỷ lệ thu hồi 99% có kích thước sau: Chiều dài thân thiết bị: 3000 mm Chiều dài tổng thiết bị: 3668 mm Đường kính thiết bị: 700 mm Đường kính ngồi thiết bị: 708 mm Thân - đáy- nắp thiết bị có chiều dày: 4mm Số ống truyền nhiệt: 241 ống làm thép X18H10T Loại ống truyền nhiệt: 252 mm Chiều dài ống truyền nhiệt: 3000 mm Số chặng phía vỏ: chặng Số chặng phía ống: chặng Số vỉ ống: Bề dày vỉ ống: 20 mm Gia cố ống truyền nhiệt vào vỉ ống phương pháp hàn Hơi ngưng tụ bên ống, nước giải nhiệt bên ống Bích ghép thân-đáy-nắp loại bích phẳng hàn làm thép X18H10T 73 ống dẫn nước vào mm, ống dẫn nước ramm, ống dẫn vàomm, ống dẫn lỏng ngưng ramm chân đỡ, cách nhau: 1947 mm Với thiết bị quy trình tính tốn đồ án mơn học để áp dụng vào sản xuất thực tế chưa khả thi, cịn nhiều thiếu sót tính tốn cịn gặp nhiều khó khăn, số vấn đề chưa giải quyết, sai số lớn như: Tính hiệu suất thiết bị phương pháp hiệu suất trung bình, phương pháp có độ sai số lớn Các số liệu đa phần tra sổ tay, thiếu kinh nghiệm thực tế Nhiều hệ số tự chọn số liệu dựa nhiều nguồn tài liệu tham khảo khác khơng đồng Tài liệu tham khảo cịn hạn chế, kiến thức cịn hạn hẹp Phần quy trình chế tạo, lắp ráp vận hành thiết bị chưa thật kĩ Chưa tính tốn tối ưu quy trình, phần giá thành chưa thực xác giao động giá thị trường 74 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Sổ tay q trình thiết bị cơng nghệ hóa học (tập 1); NXB Khoa học kỹ thuật [2] Sổ tay q trình thiết bị cơng nghệ hóa học (tập 2); NXB Khoa học kỹ thuật [3] Nguyễn Tấn Dũng; Quá trình thiết bị cơng nghệ hóa học thực phẩm (tập – phần 2); NXB Đại học quốc gia TP Hồ Chí Minh [4] Phạm Văn Bơn, Vũ Bá Minh, Hồng Minh Nam; Q trình thiết bị cơng nghệ hóa học (tập 10) Ví dụ tập; NXB Đại học quốc gia TP Hồ Chí Minh [5] Hồ Lê Viên; “ Thiết kế tính tốn chi tiết thiết bị hóa chất “; NXB Khoa học kỹ thuật Hà Nội [6] Võ Văn Bang, Vũ Bá Minh; “Q trình thiết bị cơng nghệ hóa học thực phẩm” (tập 3) Truyền khối; NXB Đại học quốc gia TP Hồ Chí Minh [7] Phạm Văn Bơn – Nguyễn Đình Thọ, “Qúa trình Thiết bị Cơng nghệ Hóa học & Thực phẩm – Tập : Qúa trình Thiết bị truyền nhiệt”, Nhà xuất Đại học Quốc gia TPHCM,2013 [8] R.K.Sinnott “Chemical Engineering Design”, Volume 6, Fourth edition 75 ... Khánh Vân 17128047 17128085 Tên đồ án: THIẾT KẾ THIẾT BỊ NGƯNG TỤ TRONG HỆ THỐNG THÁP MÂM XUYÊN LỖ HOẠT ĐỘNG LIÊN TỤC CHƯNG CẤT HỖN HỢP ACETON NƯỚC Ở ÁP SUẤT THƯỜNG Nhiệm vụ đồ án: Giới thiệu tổng... Vân MSSV 17128047 17128085 Tên đồ án: THIẾT KẾ THIẾT BỊ NGƯNG TỤ TRONG HỆ THỐNG THÁP MÂM XUYÊN LỖ HOẠT ĐỘNG LIÊN TỤC CHƯNG CẤT HỖN HỢP ACETON - NƯỚC Ở ÁP SUẤT THƯỜNG Nhận xét nội dung phần thuyết... MSSV 17128047 17128085 Tên đồ án: THIẾT KẾ THIẾT BỊ NGƯNG TỤ TRONG HỆ THỐNG THÁP MÂM XUYÊN LỖ HOẠT ĐỘNG LIÊN TỤC CHƯNG CẤT HỖN HỢP ACETON - NƯỚC Ở ÁP SUẤT THƯỜNG Nhận xét nội dung phần thuyết minh: