Tính toán thiết kế tháp mâm

Tính toán thiết kế tháp mâm

LỜI CẢM ƠN Để hoàn thành nhiệm vụ thiết kế giao cho em xin chân thành cảm ơn thầy Trần Hoài Đức giáo viên hướng dẫn trực tiếp thầy môn máy thiết bị tận tình giúp đỡ cung cấp kiến thức trình thiết bị chủ yếu Mặc dù em cố gắng hoàn thành nhiệm vụ khơng tránh khỏi thiếu sót q trình tính tốn thiết kế Em mong thầy xem xét dẫn thêm NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ………………………………………………………… Phần đánh giá: • • • • Ý thức thực hiện: Nội dung thực hiện: Hình thức trình bày: Tổng hợp kết quả: Điểm số :……………………….Điểm chữ:………………………… Tp Hồ Chí Minh, ngày tháng năm 2013 Giáo viên hướng dẫn Trần Hoài Đức NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ………………………… Phần đánh giá: • • • • Ý thức thực hiện: Nội dung thực hiện: Hình thức trình bày: Tổng hợp kết quả: Điểm số :……………………….Điểm chữ:………………………… Tp Hồ Chí Minh, ngày tháng năm 2013 Giáo viên phản biện LỜI NĨI ĐẦU Ngành kỹ thuật nói chung hay ngành Cơng Nghệ Hóa nói riêng có vai trò quan trọng sống Những kiến thức kỹ thuật, cơng nghệ cung cấp mơn “ Q Trình Thiết Bị“ Bộ môn giúp chúng em hiểu thêm nhiều kiến thức quan trọng tảng cho công việc sau trường Đồ án môn học “ Máy Thiết Bị“ giúp em tổng hợp kiến thức học tập vận dụng kiến thức việc tính tốn thiết kế thơng số kỹ thuật thiết bị sản xuất hóa chất thực tế cách tổng quát Trên sở kiến thức nắm bắt qua chương trình giảng dạy hướng dẫn thầy Nguyễn Hoài Đức, em phân cơng tìm hiểu thực đề tài :“ Thiết kế tháp đệm để hấp thu khí Brom khơng khí có nồng độ đầu 8% mol với suất 1500m3/h, hiệu suất hấp thu 60% ” Trong cơng nghiệp hóa học nhiều q trình sản xuất dựa tiếp xúc trực tiếp pha di chuyển vật chất từ pha sang pha khác Hấp thụ trình xảy cấu tử pha khí khuếch tán vào pha lỏng rắn tiếp xúc hai pha khí lỏng (rắn).Q trình truyền khối đóng vai trị quan trọng cơng nghiệp hóa học, thực phẩm ngành công nghiệp khác để tách chất khỏi nguyên liệu, thu hồi làm tinh khiết sản phẩm chính, giảm thiểu chất gây nhiễm dịng nước khí thải Bài báo cáo dựa tra cứu, nghiên cứu tài liệu, sách tham khảo dựa môn học “ Máy & Thiết Bị ” để tính tốn, thiết kế chi tiết thiết bị phần phụ liên quan Vì vậy, trình hồn thành đồ án khơng tránh khỏi sai sót, em mong ý kiến đóng góp từ quý thầy bạn để làm hồn thiện Em xin chân thành cảm ơn ! MỤC LỤC DANH MỤC BẢNG BIỂU DANH MỤC HÌNH ẢNH CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1.1 Giới thiệu chất hấp thu 1.1.1 Brom  Lịch sử Brôm hai nhà hóa học Antoine Balard Carl Jacob Löwig phát độc lập với năm 1825 1826.Balard tìm thấy muối bromua tro tảo biển từ đầm lầy nước mặn Montpellier năm 1826 Tảo biển sử dụng để sản xuất iốt, chứa brôm Balard chưng cất brôm từ dung dịch tro tảo biển bão hòa clo Các tính chất chất thu tương tự chất trung gian clo iốt, với kết ông cố gắng để chứng minh chất monoclorua iot (ICl), sau thất bại việc chứng minh điều ơng tin tìm nguyên tố đặt tên muride, có nguồn gốc từ tiếng Latinh muria để nước mặn Carl Jacob Löwig lập brơm từ suối nước khống q hương ông thị trấn Bad Kreuznach năm 1825 Löwig sử dụng dung dịch muối khống bão hịa clo tách brôm dietylete Sau cho bốc ete chất lỏng màu nâu cịn đọng lại Với chất lỏng mẫu vật cho cơng việc ơng xin vị trí phịng thí nghiệm Leopold Gmelin Heidelberg Sự cơng bố kết bị trì hỗn Balard cơng bố kết trước Sau nhà hóa học Pháp Louis Nicolas Vauquelin, Louis Jacques Thénard Joseph-Louis Gay-Lussac xác nhận thực nghiệm dược sĩ trẻ Balard, kết thể thuyết trình Académie des Sciences công bố Annales de Chimie et Physique Trong cơng bố Balard thơng báo ông đổi tên từ muride thành brôme theo đề nghị M Anglada Các nguồn khác lại cho nhà hóa học nhà vật lý Pháp Joseph-Louis Gay-Lussac gợi ý tên gọi brôme mùi đặc trưng chất Brôm không sản xuất lượng cần thiết tận năm 1860 Sử dụng thương mại đầu tiên, ứng dụng nhỏ y học, sử dụng brôm daguerreotype Năm 1840 người ta phát brôm có số ưu so với iốt sử dụng trước để tạo lớp halua bạc nhạy sáng daguerreotype Bromua kali bromua natri sử dụng thuốc chống co giật giảm đau vào cuối kỷ 19 đầu kỷ 20, chúng bị thay chloral hydrat sau barbiturat  Tính chất hố lí Br2: Brom chất lỏng màu nâu đỏ, dễ bay hơi, thuộc nhóm halogen, có kí hiệu Br số ngun tử 35 Cả nhóm Halogen thuộc nhóm VIIA bảng hệ thống tuần hồn, Br có ngun tử khối 80  Tính chất hóa học Brom chất oxi hóa mạnh Clo Brom phản ứng với khí Hydro đun nóng ( khơng gây nổ khí Clo) H2(k) + Br2(l) →2HBr(k) Brom oxi hóa ion I: Br2 + 2NaI → 2NaBr + I2 Brom tác dụng với nước khó khăn Clo: Br2 + H2O → HBr + HBrO Brom cịn thể tính khử tác dụng với chất oxi hóa mạnh: Br2 + 5Cl2 + 6H2O → 2HBrO3 + 10HCl  Tác hại khí Br2: Ngun tốBromlàchất độc hại Nó gâybỏng nặngkhitiếp xúcvớidavà hơicủa nógây kích thíchmắt, mũi vàcổ họng brom với nồng độ thấp khơng khí gây kích ứng niêm mạc, làm chảy nước mắt, ho, chóng mặt, đau đầu, chảy máu mũi Với nồng độ cao gây viêm khí quản, làm ngạt thở, gây tím tái chết Brom lỏng dính vào da gây bỏng, loét Khi có triệu chứng ngộ độc phải rửa mắt mũi, súc miệng dung dịch natri hidrocacbonat lỗng 1%, uống sữa nóng, cà phê nóng Rửa chỗ bỏng da nhiều lần nước, dung dịch natri hidrocacbonat 2% Khi làm việc với brom phải tiến hành tủ hút, đeo kính gang tay cao su, nồng độ cho phép Brom khơng khí 0,002mg/l khơng khí  Ứng dụng brôm - Hầu hết cácbromsản xuất HoaKỳ đượcsử dụngtrong sản xuấtethylenedibromide(C2H4Br2), hóa chất bổ sung vàoloại xăngpha chìđã ngăn cảnsự tích tụ củacác hợp chất chìtrongđộng cơ.Vớiviệc ngưng sử dụngloại xăngpha chìtrong lợi củaloại xăngkhơng pha chì, nhu cầu bromđã đượcgiảm đáng kể.Bạcbromua (AgBr), hóa chất sử dụng trongnhiếp ảnh,hiện chiếm tớiviệc sử dụnglớn nhấtcủa brôm Các hợp chất brômkhác sử dụngtrongthuốc xông hơi, đại lývàtrongmột số hợp chấtđược sử dụng đểlàm nước Tyriantím,mộtthuốc nhuộmmàu tímtốn biếtđếnnền văn minhcổ đại,được sản xuấttừmột hợp chấtbromhữu cơtiết từmộtcon traibiểnđược gọi làMurex - Bromlàmột chất tẩy trắngvà khử trùngtuyệt vời và, nhưmột chất lỏng, sử dụnglàm thuốc thửcho mục đíchphân tích vàtổng hợp.Bromuaxêzitinh khiếtđểthu đượcđã sử dụngtrongsản xuấtlăng kínhquang họcđược đánh giá caotrong suốt đối vớibức xạ hồng ngoại Cácbromuacủacác nguyên tố kiềmthổ vàkiềmtìm cách sử dụngtrongdược phẩmvìhoạt độngan thầncủa họ, trongnhiếp ảnhđể chuẩn bịnhũ tươngbạcbromide, vàtrongcơng nghiệp sấy khơkhơng khínhưchất làm khơ - Việc sử dụngchính chomethyl bromidenằm trongtiêu diệtcơn trùngvàđộng vật gặm nhấmsâu 10 Công thức 6-11_tr97_[4] N/mm2 = 131014 N/m2 Thiết bị đảm bảo an tồn 5.2.Tính bề dày nắp đáy thiết bị Đối với thiết bị hình trụ nên dùng đáy (nắp) hình elip Do đáy (nắp) hình elip tiêu chuẩn nên chiều sâu bên phần elip tính theo cơng thức: m Bán kính cong bên đỉnh đáy (nắp): Giả sử chọn bề dày đáy (nắp) bề dày thân: S = mm Kiểm tra điều kiện: (Thõa điều kiện) Kiểm tra áp suất cho phép tính tốn thõa điều kiện trên: N/mm2 = 0,692.106N/m2 Vậy bề dày đáy (nắp) S = mm Dt h S hB Hình 5.1 Hình đáy (nắp) elip 5.3 Tính mặt bích Bích dùng đề ghép đáy (nắp) với thân thiết bị nối phần thiết bị với Chọn kiểu bích liền hàn áp suất làm việc khơng cao Chọn mặt bích: Vật liệu thép CT3 5.3.1 Mặt bích nối thân với thiết bị Áp suất mt thiết bị: Py = 0,13 N/mm2 = 0,13.106 N/m2 Đường kính thân: Dt = 800 mm Đường kính ngồi thân: Dn = 800 + 2.3 = 806 mm Kích thước hình học bích: D = 930 mm Db = 880 mm D1 = 850 mm Do = 811 mm Đường kính ngồi bulơng: db = M20 Số bulơng: z = 24 Lượng bích: bích; h = 22 mm Khoảng cách hai bích 1,5 m Khối lượng bích: kg 5.3.2 Mặt bích nối thân với ống dẫn thiết bị Ống dẫn lỏng vào ra: d = 40 mm Chọn bích liền kim loại đen để nối Tra bảng XIII.26_tr409_[3]: Đường kính ngồi ống: Dn = 45 mm Kích thước hình học bích: D = 130 mm Dδ = 100 mm D1 = 80 mm Đường kính bulong: db = M12 Số bulong: z = Chiều cao bích: h = 12 mm Khối lượng bích: m2 = kg Ống dẫn khí vào ra: d = 250 mm Chọn loại bích liền kim loại đen để nối Đường kính ngồi: Dn = 273 mm Kích thước hình học bích: D = 370 mm Dδ = 335 mm D1 = 312 mm Đường kính bulong: db = M16 Số bulong: z = 12 Chiều cao bích: h = 22 mm Khối lượng bích: m3 = kg Tổng khối lượng bích: mb = 3m1 + 2m2 + 2m3 = 3.22,47 + 2.0,92 + 2.8,5 = 86,26 kg 5.4 Chân đỡ Để tính tốn chân đỡ thích hợp trước hết phải tính tải trọng tồn tháp Chọn vật liệu làm chân đỡ thép CT3: Khối lượng riêng thép CT3: = 7,85 103 kg/m3 Khối lượng thân: mt = V.ρt = H.ρt = 3.7,85.103 mt = 178,14 kg Khối lượng đáy nắp: Tra bảng XIII.11_tr384_[3] mđn = 2.8 = 16 kg Khối lượng mâm: Lấy chiều dày đĩa Khối lượng bích: mb=86,26 kg  Khối lượng pha lỏng chứa tháp Với • : khối lượng riêng dịng lỏng kg/m3) • Vx : Thể tích tháp chứa chất lỏng (m3) • H: chiều cao tháp (m), H= m • S : tiết diện tháp (m2) → Khối lượng tổng cộng toàn tháp: mtháp= mt+mđn+m+mmâm +mb= 178,14 + 16+ 1493,66 + 86,26= 1843,46 kg Tải trọng toàn tháp: G tháp = m tháp 9,81 = 1843,46.9,81 = 18084,28 N Ta chọn chân đỡ gồm chân Tải trọng chân đỡ: Thông số chân đỡ tra bảng XIII.35_tr437_[3] Bảng 5.1 Các thơng số kích thước chân đỡ Tải trọng cho phép chân đỡ G.10-4N L 210 B B1 B2 H h s l d 150 180 245 300 160 14 75 23 mm Hình 5.2 Chân đỡ 5.5 Tai treo Tháp có tai treo Tải trọng tai treo : = = 4521,07 N = 0,5.104N Thông số chân đỡ tra bảng XIII.36_tr438_[3] Bảng 5.2 Các thơng số kích thước tai treo Tải trọng cho phép tai treo G.10-4N 0,5 L mm B B1 H s l a d 100 75 85 155 40 15 18 Hình 5.3 Tay treo 5.6.Thiết bị phụ  5.6.1 tính toán chọn bồn cao vị Suất lượng pha lỏng 58,79m3/h trình thực liên tục thể tích bể chứa dung dịch sau hấp thu kích thước Yêu cầu bồn cao vị bể chứa lỏng phải có đáp ứng đủ thể tích cần sử dụng 1h nên Thể tích bể chứa dung môi Vbể = 58,79.24 = 1411,096 (m3) Đối với bồn cao vị, vai trò chủ yếu ổn định lưu lượng pha lỏng vào tháp, u cầu kích thước khơng cần q lớn, với thể tích chất lỏng cần sử dụng 15 phút Ngoài ra, để bảo đảm cho lưu lượng chất lỏng tháp, cần phải chọn chiều cao đặt bồn cao vị hợp lý Dựa vào thiết kế quy trình cơng nghệ, chọn thể tích bồn cao vị khoảng 1500m 3, kích thước m x 2,5m x m; chiều cao bồn cao vị so với mặt đất khoảng 6m  5.6.2Tính tốn chọn bơm (cơng thức 2.1, trang 94, sách q trình thiết bị học)  Công suất trục bơm: Trong đó: N= ρ g.Q.H 1000η ,kw ρ =997 kg/m3 khối lượng riêng chất lỏng Q : Lưu lượng bơm  η - hiệu suất bơm ly tâm chọn theo bảng II.32, trang 439, sổ tay trình thiết bị tập1: Loại bơm Bơm ly tâm Vậy hiệu suất bơm: η0 0,85 – 0,96 ηd η ck 0,8÷0,85 0,92÷0,96 H- cột áp bơm (chiều cao cột áp toàn phần hay áp suất toàn phần bơm) ,m  Áp suất tồn phần bơm Hình 5.5 Sơ đồ hệ thống bơm Gọi:  P1- áp suất mặt thoáng bể chứa số 1, Pa  P2 – áp suất mặt thoáng bể chứa số 2, Pa  Hh – chiều cao hút, m  Hd – chiều cao đẩy, m  H = Hd + Hh – khoảng cách hai mặt thoáng, m  Z1 – khoảng cách tử mặt cắt 1-1 đến mặt chuẩn, m  Z2 – khoảng cách từ mặt cắt 2-2 đến mặt chuẩn, m  Z= Z2-Z1 khoảng cách mặt thống, m Theo phương trình Bernulli cho mặt cắt 1-1 2-2, công thức 2.3, trang 91, sách q trình thiết bị học Trong đó: (Z2 – Z1)= Z = 6m – lượng (cột áp) dùng để khắc phục chiều cao nâng hình học P2 − P1 ρg - lượng dùng để thắng lại chênh lệch áp suất mặt thoáng, trịng P2 = P1= áp suất khí ω22 − ω12 2.g - lượng dùng để khác phục động giữua ống đẩy vào ống hút, ∑h f ω 22 = ω12 - lượng bơm tạo để thắng lại tổng trở lực trê đường ống, m Chọn vận tốc lỏng ống hút bơm ống đẩy bơm m/s (Tra bảng II.2, trang 370, sổ tay trình thiết bị cơng nghệ hóa tập 1) đường kính ống hút đẩy nối với bơm với ống dẫn lỏng: Chọn chiều dài đoạn ống hút L1=1m, chiều dài đoạn ống đẩy L2= 5m  100000< Re : chảy xốy ống nhám (cơng thức 1.129, trang 79, sách trình thiết bị học): 1,11  n  = −1,8 lg  λ  3,7.d  với n= ε r đó, r = 0,036m- bán kính ống dẫn, ε - phụ thuộc vào điều kiện kỹ thuật sữ dụng tăng dần lên theo thời gian (công thức 1.126 bảng 1.1, trang 78, sổ tay trình thiết bị học): ε Loại ống ống thép ống gang Ôang dùng ống sành ống bị ăn mịn mạnh ống bẩn ống nhơm nhẵn ống dẫn khí nén 0,065 ÷ 0,1 mm 0,25 mm 0,5 mm 0,86 ÷ 1mm 0,8 mm ÷2mm 0,015 ÷0,06 mm 0,8 mm Bảng độ nhám thành ống dẫn Vậy ta chọn ống théo với ε = 0,1mm Do đường kính ống đẩy hút nên chuẩn số Re hệ số λ dòng hút đẩy Trên đường ống đẩy hút có co 90 0, hệ số trở lực lấy theo bảng N o34 trang 396 ζ1=1,1 Trên đường ống đẩy có thêm van tiêu chuẩn lấy trở lực theo bảng N o37 trang 397 ζ2=5.5 Hệ số trở lực ống ngã ba (có chỗ): ξ = 0,6 Vậy tổng trở lực ống (cơng thức 1.132, trang 80, sách q trình thiết bị học):  L w h = λ + ξ   ∑ f  D ∑  2g ,m Trong đó: • λ =0,241 hệ số ma sát • L=L1+L2= + 5= 6m – chiều dài ống dẫn, m • D = 0.072 m đường kính ống dẫn • ω = m/s vận tốc chất lịng • ξ = 11 hệ số trở lực cục van, co… Vậy cột áp bơm:H =7,03 + = 13,03 m Công suất trục bơm Công suất động điện theo công thức II.190, trang 439, stt1: N dc = N η trη dc , kw Trong • N =1.68 kw - cơng suất trục bơm • η tr = hiệu suất truyền động • η dc = 0,75 hiệu suất động điện Thường người ta chọn động điện có cơng suất lớn so với cơng suất tính tốn (lượng trữ dựa vào khả tải): c N dc = β N dc , kw β =1,5 hệ số trữ công suất, trang bảng II,33, trang 494, stt1 Trong đó: Chọn bơm với thông số sau (II.36/444 - STTB1): Loại bơm OΠB Các thông số Năng suất, m3/h (2 – 150)103 Vật liệu Áp suất tồn phần, m Số vịng quay, vg/ph Nhiệt độ, 0C - 20 250 960