đồ án chưng cất đa cấu tử hệ etane, propane, butane, isopentane và nhexane sản phẩm đỉnh 99,99% butane sản phẩm đáy 0.01% pentane. Đồ án chưng cất đa cấu tử trường đại học bách khoa khoa kĩ thuật hóa học. Đồ án nêu rõ các công thức tính và áp dụng phần mềm hysys hỗ trợ quá trình tính toán, với sơ đồ qui trình công nghệ rõ ràng dễ hiểu,..
ĐAMH Quá trình & Thiết bị GVHD: Tạ Đăng khoa MỞ ĐẦU Cùng với phát triển xã hội nhu cầu chất lượng sống người ngày cao vật chấn lẫn tinh thần Để đáp ứng điều ngành khoa học cơng nghệ khơng ngừng phát triển Trong ngành cơng nghiệp hóa chất khơng ngoại lệ, thay đổi để phù hợp với nhu cầu thị trường Đây ngành công nghiệp mũi nhọn nước ta Nó khơng đem lại lợi nhuận cao mà cịn tảng để phát triển ngành công nghiệp khác Đồ án mơn học Qúa trình thiết bị mơn học mang tính tổng hợp q trình học tập kỹ sư hố học Mơn học cung cấp giúp sinh viên giải toán yêu cầu công nghệ, kết cấu giá thành thiết bị trình sản xuất Nhiệm vụ Đồ Án Môn Học (ĐAMH) thiết kế tháp chưng cất LPG từ Condensate với suất nhập liệu 70000 kg/h Em chân thành cảm ơn quí thầy cô môn Máy & Thiết Bị bạn sinh viên giúp em hoàn thành đồ án Tuy nhiên, q trình hồn thành đồ án khơng thể khơng có sai sót, em mong q thầy góp ý, dẫn SVTH: Nguyễn Thị Cẩm Tú i ĐAMH Quá trình & Thiết bị GVHD: Tạ Đăng khoa MỤC LỤC MỞ ĐẦU i PHỤ LỤC BẢNG v PHỤ LỤC HÌNH vi CHƯƠNG :TỔNG QUÁT 1.1 Lí thuyết chưng cất 1.2 Giới thiệu Condensate Định nghĩa Thành phần condensate Ứng dụng condensate .4 1.3 Thuyết minh qui trình cơng nghệ CHƯƠNG : CÂN BẰNG VẬT CHẤT .6 2.1 Dữ liệu đầu vào 2.2 Cân vật chất 2.3 Tính độ bay tương đối .8 2.4 Xác định Nmin theo công thức Fenske .10 2.5 Tính số hồi lưu tối thiểu 11 2.6 Xác định bậc lý thuyết N tương ứng với số R hợp lý 13 2.7 Xác định số đĩa thực tế 14 Tính tốn hiệu suất đĩa 14 Tính số đĩa thực tế 15 CHƯƠNG : TÍNH TỐN CÂN BẰNG NĂNG LƯỢNG 16 3.1 Cân nhiệt lượng thiết bị ngưng tụ 16 3.2 Cân nhiệt lượng thiết bị đun sôi đáy tháp 16 SVTH: Nguyễn Thị Cẩm Tú ii ĐAMH Quá trình & Thiết bị GVHD: Tạ Đăng khoa CHƯƠNG : TÍNH TỐN THIẾT BỊ CHÍNH 18 4.1 Tính sơ đường kính đĩa 20 4.2 Sắp đặt sơ mặt đĩa 22 Số đường lỏng 22 Khoảng cách mâm 23 Các kích thước khác .23 Bước lỗ 23 Chiều dài ngưỡng chảy tràn chiều rộng kênh chảy truyền 24 4.3 Vòng tính lặp 25 Kiểm tra sặc đĩa 25 Kiểm tra tắt nghẽn kênh chảy truyền lỏng 26 4.4 Vịng tính lặp số 28 Sắp xếp lại mặt đĩa .28 Chiều dài ngưỡng chảy tràn chiều rộng kênh chảy truyền 28 Kiểm tra sặc đĩa 29 Kiểm tra tắc nghẽn kênh chảy truyền 30 4.5 Kiểm tra thủy lực 30 Chế độ làm việc mâm 30 Xác định lượng lỏng theo 32 Trở lực mâm 33 Kiểm tra chiều cao mực chất lỏng kênh chảy truyền : 35 4.6 Kiểm tra mức độ kín kênh chảy truyền lỏng 37 4.7 Chiều cao tháp .37 CHƯƠNG TÍNH TỐN CƠ KHÍ 38 5.1 Tính bề dày thân 38 SVTH: Nguyễn Thị Cẩm Tú iii ĐAMH Quá trình & Thiết bị GVHD: Tạ Đăng khoa 5.2 Tính nắp đáy 41 5.3 Bích ghép thân, đáy nắp 44 5.4 Đường kính ống dẫn bích ghép ống dẫn 45 Ống dẫn dòng nhập liệu 45 Ống đỉnh tháp 46 Ống dẫn lỏng hoàn lưu 46 Ống dẫn chất lỏng vào nồi đun .47 Ống dẫn vào đáy tháp .48 Ống dẫn chất lỏng từ nồi đun .48 5.5 Trụ đỡ tháp 49 Tính trọng lượng tồn tháp 49 Tính vịng chịu tải đáy trụ đỡ bu lông định vị .52 5.6 Tai treo 53 CHƯƠNG TÍNH TỐN THIẾT BỊ PHỤ 55 6.1 Thiết bị ngưng tụ sản phẩm đỉnh 55 6.2 Thiết bị đun sôi đáy tháp .60 LỜI KẾT 65 TÀI LIỆU THAM KHẢO 66 SVTH: Nguyễn Thị Cẩm Tú iv ĐAMH Quá trình & Thiết bị GVHD: Tạ Đăng khoa PHỤ LỤC BẢNG Bảng 1 So sánh ưu nhược điểm loại tháp Bảng Phân bố thành phần nhập liệu Bảng Thành phần sản phẩm đỉnh .7 Bảng Thành phần sản phẩm đáy .7 Bảng Bảng tính tốn độ bay tương đối đỉnh tháp Bảng Bảng tính tốn độ bay tương đối đáy tháp Bảng Bảng tính tốn độ bay tương đối nơi nhập liệu 10 Bảng Bảng tính tốn độ bay tương đối trung bình 10 Bảng Cách tính l .13 Bảng 10 Xác định li 13 Bảng 11 Tính tốn hiệu suất mâm .15 Bảng Tải trọng tháp tính chất vật lí 20 Bảng Tính tốn sơ đường kính đĩa 22 Bảng Tính tốn tải trọng lỏng theo đơn vị chiều dài ngưỡng chảy tràn 22 Bảng 4 Tổng kết diện tích mặt đĩa .23 Bảng Bảng tính tốn đường lỗ mâm .25 Bảng Kiểm tra sặc đĩa 26 Bảng Kiểm tra tắc nghẽn kênh chảy truyền lỏng 27 Bảng Sắp xếp kênh chảy truyền lần hai 28 Bảng Chiều dài ngưỡng chảy tràn chiều rộng kênh chảy truyền .29 Bảng 10 Kiểm tra sặc đĩa lần 30 Bảng 11 Kiểm tra tắc nghẽn kênh chảy truyền lần .30 Bảng 12 Chế độ làm việc đĩa 32 Bảng 13 Lượng lỏng theo 32 Bảng 14 Trở lực đĩa khô 34 Bảng 15 Trở lực đĩa ướt 34 Bảng 16 Trở lực tổng .35 SVTH: Nguyễn Thị Cẩm Tú v ĐAMH Quá trình & Thiết bị GVHD: Tạ Đăng khoa Bảng 17 Chiều cao cột bọt kênh chảy truyền 36 Bảng Bảng thơng số vật lí vật liệu X18H10T 38 Bảng Áp suất tính tốn tháp 39 Bảng Kích thước đáy nắp 44 Bảng Thông số bích liền để nối thiết bị 44 Bảng 5 Thông số bích liền để ghép ống dẫn nhập liệu 46 Bảng Thông số bích liền để ghép ống dẫn đỉnh tháp 46 Bảng Thông số bích liền để ghép ống dẫn lỏng hồn lưu 47 Bảng Thơng số bích liền để ghép ống dẫn lỏng vào nồi đun 48 Bảng Thơng số bích liền để ghép ống dẫn vào đáy tháp 48 Bảng 10 Thơng số bích liền để ghép ống dẫn lỏng từ nồi đun 49 Bảng 11 Khối lượng toàn tháp 51 PHỤ LỤC HÌNH Hình Đồ thị biểu diễn mối liên hệ % diện tích đĩa kích thướccủa kênh chảy truyền hình viên phân 24 Hình Đồ thị biểu diễn mối liên hệ hiệu số khối lượng riêng 27 SVTH: Nguyễn Thị Cẩm Tú vi ĐAMH Quá trình & Thiết bị GVHD: Tạ Đăng khoa CHƯƠNG :TỔNG QUÁT 1.1 Lí thuyết chưng cất Phương pháp chưng cất Khái niệm - Chưng cất trình dùng để tách cấu tử hỗn hợp lỏng hỗn hợp khí – lỏng thành cấu tử riêng biệt dựa vào độ bay khác cấu tử hỗn hợp (nghĩa nhiệt độ, áp suất bão hòa cấu tử khác nhau) - Thay đưa vào hỗn hợp pha để tạo nên tiếp xúc hai pha trình hấp thu nhả khí, q trình chưng cất pha tạo nên bốc ngưng tụ - Quá trình chưng cất đơn giản q trình đặc có chất tương tự nhau, nhiên có khác biệt q trình chưng cất dung mơi chất tan bay hơi, cịn q trình đặc có dung mơi bay cịn chất tan khơng bay (nếu có bay điều không mong muốn) - Đối với sản phẩm q trình chưng cất, thường hệ có cấu tử ta thu nhiêu sản phẩm Nếu hệ đơn giản có cấu tử ta thu sản phẩm Thiết bị chưng cất Yêu cầu thiết bị chưng cất diện tích bề mặt tiếp xúc pha phải lớn, điều phụ thuộc vào mức độ phân tán lưu chất vào lưu chất Ta có hai loại tháp chính: ➢ Tháp mâm: tháp có thân hình trụ, thẳng đứng, phía bên có gắn mâm tạo điều kiện cho hai pha tiếp xúc với Tùy theo cấu tạo ta có loại mâm sau: SVTH: Nguyễn Thị Cẩm Tú ĐAMH Quá trình & Thiết bị GVHD: Tạ Đăng khoa • Mâm chóp: mâm có bố trí chóp (gồm ống mũ chóp) dạng trịn, vng • Mâm xuyên lỗ: mâm có nhiều lỗ rãnh ➢ Tháp chêm (tháp đệm): tháp có thân hình trụ, gồm nhiều bậc nối với mặt bích hay hàn Vật chêm cho vào tháp theo hai phương pháp: xếp ngẫu nhiên hay xếp thứ tự Tương tự chọn phương pháp chưng cất, chọn thiết bị chưng cất cần tùy thuộc vào điều kiện sẵn có, tính chất hỗn hợp, u cầu độ tinh khiết mà ta chọn phương pháp cho phù hợp Tháp chêm Ưu điểm Tháp mâm xuyên lỗ Tháp mâm chóp - Cấu tạo đơn giản - Trở lực tương - Khá ổn định - Trở lực thấp đối thấp - Hiệu suất cao - Làm việc với - Hiệu suất chất lỏng bẩn cao -Ít tốn nguyên liệu tháp chóp Nhược điểm - Hiệu ứng thành nên - Khơng làm việc - Có trở lực lớn hiệu suất thấp với chất - Tiêu tốn nhiều - Độ ổn định thấp khó lỏng bẩn vật tư, kết cấu vận hành - Kết cấu phức tạp - Khó tăng suất phức tạp - Thiết bị nặng nề Bảng 1 So sánh ưu nhược điểm loại tháp SVTH: Nguyễn Thị Cẩm Tú ĐAMH Quá trình & Thiết bị GVHD: Tạ Đăng khoa 1.2 Giới thiệu Condensate Định nghĩa Về bản, condensate hỗn hợp hydrocarbon lỏng tách từ khí đồng hành khí thiên nhiên Thành phần condensate chủ yếu hydrocarbon mạch thẳng, bao gồm pentane hydrocarbon nặng (C5+) Condensate có điểm sôi nằm dải điểm sôi xăng Tỷ trọng condensate vào khoảng 80 API Cụ thể, condensate cịn gọi khí ngưng tụ hay lỏng đồng hành, dạng trung gian dầu khí có màu vàng rơm Condensate hỗn hợp hydrocarbon lỏng tỷ trọng thấp có mặt thành phần thể khí (người ta thường gọi phần lỏng ngưng khí) đặc trưng cho phân đoạn C5+ Condensate không thu từ q trình khai thác dầu mỏ, mà cịn đươc hình thành chất lỏng ngưng tụ, từ dịng khí đường ống Trong trình khai thác dầu khí, condensate bị lơi theo khí đồng hành hay khí thiên nhiên, ngưng tụ thu hồi sau qua bước xử lý, tách khí phương pháp làm lạnh ngưng tụ, chưng cất nhiệt độ thấp, hấp thụ dầu Tính chất cịn tùy thuộc vào nguồn, ứng dụng nó: nhà máy lọc dầu, tùy vào tính chất condensate, tốt làm cấu tử pha trộn xăng, xấu người ta trộn với dầu thơ chưng cất lại Thành phần condensate Thành phần condensate hydrocarbon no pentane, hexane, heptane (C5+), ngồi cịn có hydrocarbon mạch vòng, nhân thơm số tạp chất khác Condensate sử dụng chủ yếu để pha chế xăng, dung môi pha sơn, dung môi công nghiệp Thành phần condensate hydrocacbon no có phân tử lượng tỷ trọng lớn butan pentane, hexane, heptane Ngồi cịn chứa hydrocacbon mạch vòng, nhân thơm, số tạp chất khác Chất lượng SVTH: Nguyễn Thị Cẩm Tú ĐAMH Quá trình & Thiết bị GVHD: Tạ Đăng khoa phụ thuộc vào mỏ khai thác, cơng nghệ chế độ vận hành q trình tách khí Ứng dụng condensate Condensate dùng để chế biến sản phẩm sau: - Naphtha: xăng gốc, dùng để pha xăng - White spirit: dung môi pha sơn - IK (Illuminat kerosene): dung môi, dầu hỏa - Diesel oil - Fuel oil 1.3 52Thuyết minh qui trình cơng nghệ Hình 1 Qui trình cơng nghệ SVTH: Nguyễn Thị Cẩm Tú ĐAMH Quá trình & Thiết bị GVHD: Tạ Đăng khoa Đường kính bu lơng: 𝐷𝑏 = √ 𝐴𝑏 = 22 𝑚𝑚 𝜋 Chọn bu lông định vị loại M36 Tải trọng nén tổng cộng tác dụng lên vòng đáy trụ đỡ: 𝐹𝑏 = ( 4𝑀𝑠 𝜋 𝐷𝑠 2+ 𝐺 ) = 354735 𝑁/𝑚 𝜋 𝐷𝑠 Chọn khả chịu áp suất nén móng bê tơng fc = 3,5 N/mm2, chiều rộng vịng đỡ trụ: 𝐿𝑏 = 𝐹𝑏 = 101 𝑚𝑚 𝑓𝑐 Đây chiều rộng tối thiểu vòng đáy trụ đỡ Chiều rộng thực tế vòng đáy phụ thuộc vào thiết kế cụ thể giá đỡ Theo Hình 8.20, p.494, [3], chiều rộng thực tế vòng đáy trụ: Lb = Lr + ts + 50 = 102 + 30 + 50 = 182 mm Ta tính áp suất nén thực tế tác dụng lên móng bê tông: 𝑓𝑐 ′ = 𝐹𝑏 = 1,97 𝑁/𝑚𝑚2 𝐿𝑏 Chiều dày nhỏ vịng đáy trụ tính theo công thức: 𝑡𝑏 = 𝐿𝑟 √ 𝑓𝑐 ′ = 22 𝑚𝑚 𝑓𝑟 Ở fr = 135 N/mm2 - ứng suất thiết kế cho phép CT3 5.6 Tai treo Tháp gắn thêm tai treo Chọn GC = 8.104 (N) SVTH: Nguyễn Thị Cẩm Tú 53 ĐAMH Quá trình & Thiết bị GVHD: Tạ Đăng khoa Ta có kích thước tai treo sau: [5] Bảng 4.13 Kích thước tai treo (mm) L B B1 H s l a d 270 240 240 420 14 120 25 34 SVTH: Nguyễn Thị Cẩm Tú 54 ĐAMH Quá trình & Thiết bị GVHD: Tạ Đăng khoa CHƯƠNG TÍNH TỐN THIẾT BỊ PHỤ 6.1 Thiết bị ngưng tụ sản phẩm đỉnh Chọn thiết bị ngưng tụ kiểu vỏ - ống loại TH đặt nằm ngang Ống truyền nhiệt làm thép X18H10T, kích thước ống: 57x3, đường kính ngồi dn = 57mm, đường kính dtr = 51 mm, bề dày ống = (mm) Chọn nước làm lạnh ống với t1 = 20oC t2 = 30oC Các tính chất nước làm lạnh ứng với ttb = 25 oC - Nhiệt dung riêng: Cn = 4,178 (kJ/kg.K) (tr 172, [4]) - Khối lượng riêng: 𝜌𝑛 = 997(kg/m3) (tr 9, [4]) - Độ nhớt động lực: 𝜇𝑛 = 0,892 10−3 (N.s/m2) (tr 92, [4]) - Hệ số dẫn nhiệt: 𝜆𝑛 = 0,608(W/m.K) (tr 133, [4]) - Chuẩn số Prn = 6,28 (tr 310, [1]) Suất lượng nước cần dùng để ngưng tụ sản phẩm đỉnh: Gn = 722610,63 (kg/h) = 200,77 (kg/s) Dòng đỉnh ống với nhiệt độ ngưng tụ tngưng = 34 oC Xác định bề mặt truyền nhiệt Ftb = Qnt K tlog Với K: hệ số truyền nhiệt tlog : nhiệt độ trung bình logarit Xác định tlog: Chọn kiểu truyền nhiệt ngược chiều, nên: ∆𝑡𝑙𝑜𝑔 = SVTH: Nguyễn Thị Cẩm Tú (34 − 20) − (34 − 30) = 𝑜C 34 − 20 ) ln ( 34 − 30 55 ĐAMH Quá trình & Thiết bị GVHD: Tạ Đăng khoa Hệ số truyền nhiệt K tính theo công thức: K= 1 n + rt + (W/m2 oC) nt Với n : hệ số cấp nhiệt nước ống (W/m2.K) nt : hệ số cấp nhiệt ngưng tụ (W/m2.K) rt : nhiệt trở thành ống lớp cáu Xác định hệ số cấp nhiệt nước ống Chọn vận tốc nước ống = 0,2 m/s số ống: n= Gn 200,77 = = 493 ống ρn π d2tr ϑn 997 π 0,0512 0,2 Ta trang bảng V.II, trang 48, [5] => Chọn n = 547 ống vận tốc thực tế nước ống: ϑn = Gn 200,77 = = 0,18 m/s ρn π d2tr n 997 π 0,0512 547 Chuẩn số Reynolds: Ren = ϑn dtr ρn 0,18.0,051.997 = = 10260,6 > 104 −3 µn 0,892 10 Nước chuyển động chế độ chảy rối Xác định chuẩn số Nusselt công thức: Nun = 0.021 L Ren 0,8 Prn 0,43 ( SVTH: Nguyễn Thị Cẩm Tú Prn 0,25 ) (p.110, [8]) Prw 56 ĐAMH Quá trình & Thiết bị GVHD: Tạ Đăng khoa Trong đó: + L hệ số tính đến ảnh hưởng hệ số cấp nhiệt theo tỷ lệ chiều dài L đường kính d ống Giả sử L/d > 50 Tra bảng V.2, trang 15, [5]: Chọn L = + Prw hệ số Pr nước nhiệt độ trung bình vách Hệ số cấp nhiệt nước ống: n = Nun n dtr Nhiệt tải qua thành ống lớp cáu bẩn qt = tw1 − tw , W / m2 rt Trong đó: tv1 nhiệt độ vách tiếp xúc với ngưng tv2 nhiệt độ vách tiếp xúc với nước ống rt = t + r1 + r2 t t bề dày ống, t = 0,003 m Tra bảng XII.7, trang 313, [5]: Hệ số dẫn nhiệt thép không gỉ t = 16,3 W/(m.K) r1, r2 nhiệt trở lớp cáu ống Tra Bảng 31, trang 30, [9]: ta được: r1 = 1/5800 (m2.K)/W, r2 = 1/5800 (m2.K)/W r = 5,289.10-4 (m2.K/W) Hệ số cấp nhiệt ngưng tụ ống SVTH: Nguyễn Thị Cẩm Tú 57 ĐAMH Quá trình & Thiết bị GVHD: Tạ Đăng khoa Hệ số cấp nhiệt phía 1 , áp dụng công thức (3.65), trang 120, [8], ống đơn nằm ngang: 𝑟×𝜌2 ×𝜆3 𝛼1 = 1,28 √ 𝜇×𝑑𝑛 ×(𝑡𝑛𝑔𝑢𝑛𝑔 −𝑡𝑤1 ) Trong thơng số vật lí lưu chất tính tốn tra nhiệt độ trung bình màng ngưng tm=0,5(tngung + tw) Tra bảng V.II, trang 48, [5]: Với số ống n = 547 số ống đường thẳng đứng 27 Tra hình 3-7, trang 121, [8]: Hệ số phụ thuộc vào cách bố trí ống số ống dãy thẳng đứng tb= 0,6 Hệ số cấp nhiệt trung bình chùm ống: nt = tb 1 Tính lặp để xác định thơng số q trình truyền nhiệt Để tính giá trị hệ số cấp nhiệt mật độ dòng nhiệt, ta cần biết trước giá trị nhiệt độ vách ống truyền nhiệt Chọn nhiệt độ vách tw1 =28,8 0C Nhiệt độ trung bình màng ngưng: t tb = t ngưng + t w1 34 + 28,8 = = 31,4 2 Tại nhiệt độ này, theo tài liệu tham khảo [10] thì: Khối lượng riêng hỗn hợp = 559,6 kg/m3 Độ nhớt hỗn hợp tính theo cơng thức: 𝜇 = 0,1488.10-3 (N.s)/m2 Hệ số dẫn nhiệt hỗn hợp: = 0,0907 W/m.K Nhiệt ngưng tụ dòng hơi: r = rD = 369,5.103 J/kg SVTH: Nguyễn Thị Cẩm Tú 58 ĐAMH Quá trình & Thiết bị GVHD: Tạ Đăng khoa Hệ số cấp nhiệt ngưng tụ chùm ống: 𝛼𝑛𝑡 𝑟 𝜌2 𝜆3 = 𝜀 𝛼1 = 0,6.1,28 √ = 508,63 (𝑊 ⁄𝑚2 ℃) 𝜇 𝑑𝑛 (𝑡𝑛𝑔ư𝑛𝑔 − 𝑡𝑤𝑙 ) Mật độ dòng nhiệt từ màng ngưng vào thành ống: qngưng = αnt (t ngưng − t wl ) = 508,63 (34 − 28,8) = 2644,87 (W⁄m2 ) Nhiệt độ vách ống: qngưn=qt (xem nhiệt tải mát không đáng kể) tw2 = tw1 – qt rt = 28,8 – 2644,87.5,289.10-4 = 27,4 0C Giá trị Pr tính theo nhiệt độ vách: Prw = 5,87 (p.311, [4]) Nun = 0,021 L Ren 0,8 Prn 0,43 ( Prn 0,25 ) = 76,23 Prw Hệ số cấp nhiệt phía nước: αn = Nun λn 76,25.0,608 = = 1103,84 (W⁄m2 ℃) dtr 0,051 Mật độ dòng nhiệt từ thành ống vào dòng nước lạnh: 𝑞𝑛 = 𝛼𝑛 (𝑡𝑤2 − 𝑡𝑓 ) = 1103,84 (27,4 − 25) = 2650,47 ( 𝑊 ⁄𝑚2 ) Kiểm tra sai số mật độ dòng nhiệt qngưng qn: ε= qn −qngưng 2650,47 − 2644,87 = = 0,2% < 5% (thỏa) qn 2650,47 Kết luận: tw1 = 28,8 0C tw2= 27,4 0C Hệ số truyền nhiệt tổng quát: SVTH: Nguyễn Thị Cẩm Tú 59 ĐAMH Quá trình & Thiết bị K= 1 + ∑ rt + αn αngưng = GVHD: Tạ Đăng khoa 1 + 5,298 10−4 + 1103,84 508,63 = 294,0 (W⁄m2 K) Bề mặt truyền nhiệt: 𝐹= 𝑄𝑛𝑡 30197898 103 = = 3542 𝑚2 𝐾 ∆𝑡𝑙𝑜𝑔 3600.294,8.8 Chiều dài ống truyền nhiệt: 𝐿= 𝐹 3542 = = 38 𝑚 𝑑𝑛 + 𝑑𝑡𝑟 0,051 + 0,057 547 𝜋 𝑛 𝜋 2 Chọn chiều dài ống L = 12,5 m với tổng số ống 1657 Vậy tổng số ống 1657 ống, đường kính 0,051 m, dày 0,003m, chiều dài ống 12,5 m Sắp xếp ống theo hình cạnh Số hình sáu cạnh 23, ống xếp đỉnh hình sáu cạnh ống tâm Đường kính thiết bị tính theo cơng thức: [11] D = t (b − 1) + 4d ng , m Trong đó: - t bước ống, chọn t = 1,4dng = 0,0714 m - b số ống đường chéo hình sáu cạnh ngồi cùng, b = 47 => 𝐷 = 0,0714 (47 − 1) + 4.0,057 = 3,5 𝑚 Chọn đường kính thiết bị D = m (p.175, [11]) Dựa vào tài liệu tham khảo (tr159, [11]) ứng với đường kính D =4000 mm, ta chọn bề dày tối thiểu vỏ TBNT kiểu TH: Smin = mm 6.2 Thiết bị đun sôi đáy tháp Chọn thiết bị đun sôi đáy tháp nồi đun Kettle SVTH: Nguyễn Thị Cẩm Tú 60 ĐAMH Quá trình & Thiết bị GVHD: Tạ Đăng khoa Ống truyền nhiệt làm thép X18H10T Chọn kích thước ống 57x3, đường kính ngồi dn = 57 mm, đường kính dtr = 51 mm, bề dày ống = (mm) Hơi nước bão hòa ống dung dịch lỏng đáy tháp ống Chọn đốt nước 2,75 atm ống 57x3 - Nhiệt hóa hơi: r = 2179 (kJ/kg) - Nhiệt độ sôi: t = 130 oC Dịng sản phẩm đáy có nhiệt độ: - Trước vào nồi đun (lỏng): tL = 83,74oC - Sau đun sôi (hơi + lỏng): tS1 = 89,45oC Ts = tS1 +273 = 362,45 0K Bề mặt truyền nhiệt xác định theo phương trình truyền nhiệt: Ftb = Qnt K tlog Với K: hệ số truyền nhiệt ∆𝑡𝑙𝑜𝑔 : nhiệt độ trung bình logarit Hiệu số nhiệt độ trung bình: Chọn kiểu truyền nhiệt ngược chiều, nên: ∆𝑡𝑙𝑜𝑔 = (130 − 83,74) − (130 − 89,45) = 43,34 𝑜 C 130 − 83,74 ) ln ( 130 − 89,45 Hệ số truyền nhiệt K tính theo cơng thức: K= 1 n + rt + s Với 𝛼𝑛 : hệ số cấp nhiệt đốt (W/m2.K) s : hệ số cấp nhiệt sản phẩm đáy (W/m2.K) SVTH: Nguyễn Thị Cẩm Tú 61 ĐAMH Quá trình & Thiết bị GVHD: Tạ Đăng khoa rt : nhiệt trở thành ống lớp cáu Nhiệt tải qua thành ống lớp cáu bẩn qt = tw1 − tw , W / m2 rt Trong đó: tw1 nhiệt độ vách tiếp xúc với đốt (trong ống) tw2 nhiệt độ vách tiếp xúc với sản phẩm đáy (ngoài ống) rt = t + r1 + r2 t t bề dày ống, t = 0,003 m Tra bảng XII.7, trang 313, [5]: Hệ số dẫn nhiệt thép không gỉ 𝜆𝑡 = 16,3 W/(m.K) r1, r2 nhiệt trở lớp cáu ống Tra Bảng 31, trang 30, [9]: ta được: r1 = 1/5800 (m2.K)/W, r2 = 1/5800 (m2.K)/W r = 5,289.10-4 (m2.K/W) Áp dụng công thức (V.89), trang 26, [5]: 𝜌ℎ 𝑟𝑤 0.033 𝜌𝑤 0.333 𝜆𝑤 0,75 𝑞0,7 𝛼𝑠 = 7,77 × 10 ( ) ( ) 𝜌𝑤 − 𝜌ℎ 𝜎𝑤 𝜇𝑤 0,45 𝐶𝑤 0,117 𝑇𝑠 0,37 −2 Nhiệt độ trung bình dịng sản phẩm ngồi ống: [10] 𝑇𝑓 = 𝑡𝑠1 + 𝑡𝑠2 83,74 + 89,45 = = 86,6 ℃ 2 Khối lượng riêng pha hơi:𝜌ℎ =11,17 (kg/m3) Khối lượng riêng sản phẩm đáy: 𝜌𝑤 = 565,05 (kg/m3) Độ nhớt hỗn hợp: 𝜇𝑤𝑓 = 0,14.10-3 (N.s/m2) SVTH: Nguyễn Thị Cẩm Tú 62 ĐAMH Quá trình & Thiết bị GVHD: Tạ Đăng khoa Nhiệt dung riêng: 𝐶𝑤𝑓 = 2007 (J/kg.oC) Nhiệt hóa hơi: rW = 324,5 (kJ/kg) Sức căng bề mặt: 𝜎𝑤 = 0,00917 (N/m) Hệ số dẫn nhiệt: 𝜆𝑤𝑓 = 0,00867 (W/m.oC) Hệ số cấp nhiệt ống: Áp dụng công thức (3.65), trang 120, [8]: 𝑟× 𝜌2 × 𝜆3 𝛼𝑛 = 1,28√ = 229,34 𝜇 × 𝑑𝑛 × (𝑡𝑛𝑔𝑢𝑛𝑔 − 𝑡𝑤1 ) qt = qnt = 𝛼𝑛 (tng – tw1) = 229,34.(130-121) = 2064,05 (W/m2) tw2 = tw1 – qt ∑𝑟𝑡 = 121 – 2064,05.5,289.10-4 = 119,9oC αs = 61,1 (W/m2.K) 𝑞𝑠 = 𝛼𝑠 (𝑡𝑤2 − 𝑡𝑓 ) = 61,1 (119,9 − 86,6) = 2035,11 (𝑊 ⁄𝑚2 ) Kiểm tra sai số: 𝜀 = K=( 𝛼𝑠 + 𝛼𝑛 |𝑞𝑆 −𝑞𝑛𝑡 | 𝑞𝑠 =1,4 % < 5% (thỏa mãn) + ∑𝑟𝑖 )−1 = 47,05 W/(m2.độ) Bề mặt truyền nhiệt: QC = 34397,3.103 (J/kg) 𝐹= 𝑄𝐶 34397,3.1000 = = 4087,1 𝑚2 𝐾 ∆𝑡𝑙𝑜𝑔 47,05.43,34.3600 Chọn số ống truyền nhiệt 1657 ống, chiều dài thiết bị là: 𝐿= 𝐹 4087,1 = = 14,1 𝑛 0,035 𝜋 1657 𝜋 0,035 ➔ chọn L = 14 m Đường kính thiết bị tính theo cơng thức: SVTH: Nguyễn Thị Cẩm Tú 63 ĐAMH Quá trình & Thiết bị GVHD: Tạ Đăng khoa D = t (b − 1) + 4d ng , m Trong đó: t bước ống, chọn t = 1,3dng = 0,0754 m b số ống đường chéo hình sáu cạnh ngồi cùng, b = 47 𝐷 = 0,0754 (47 − 1) + 4.0,057 = 3,7 𝑚 Chọn đường kính thiết bị D = 3,8 m Dựa vào tài liệu tham khảo (tr159, [11]) ứng với đường kính D =3800 mm, ta chọn bề dày tối thiểu vỏ: Smin = mm SVTH: Nguyễn Thị Cẩm Tú 64 ĐAMH Quá trình & Thiết bị GVHD: Tạ Đăng khoa LỜI KẾT Đồ án trình bày đề tài thiết kế hệ thống tháp chưng cất để thu hồi LPG (cụ thể butane).Qua q trình tính tốn thiết kế, thấy tháp van đáp ứng yêu cầu đề tách LPG từ condensate Thiết kế thành cơng hồn chỉnh quy trình cơng nghệ hệ thống chưng cất sơ Tuy nhiên q trình tính tốn khơng tránh khỏi sai số số nguyên nhân thiếu số liệu để tính tốn số liệu lấy từ mơ chưa có sở để xác minh độ xác; quy trình tính tốn dựa phương pháp số nên tất nhiên sai số lớn tăng số lần tính Ngồi ra, tháp thiết kế thông qua số liệu thực nghiệm lý thuyết mà chưa có điều kiện thử nghiệm thực tế để đánh giá độ ổn định suất đạt Trải qua thời gian nghiên cứu làm việc với hướng dẫn tận tình Thầy Tạ Đăng Khoa với giúp đỡ Thầy Cô giáo môn, đồ án em hoàn thành Việc thực đồ án giúp em có nhìn tồng qt mối quan hệ mặt lý thuyết thực hành thiết kế Tuy nhiên hạn chế thời gian kiến thức nên đồ án khơng tránh khỏi sai sót áp dụng thực tế, em mong nhận bảo Thầy Cô để đồ án em hoàn thiện Em xin cám ơn Thầy Đạ Đăng Khoa, Thầy Cô mơn Q Trình & Thiết Bị tận tình hướng dẫn em để em có kiến thức quý báo thời gian qua SVTH: Nguyễn Thị Cẩm Tú 65 ĐAMH Quá trình & Thiết bị GVHD: Tạ Đăng khoa TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Võ Thị Ngọc Tươi - Hồng Minh Nam, Các q trình thiết bị cơng nghệ hóa học thực phẩm, tập 14, Chưng cất hỗn hợp nhiều cấu tử, nhà xuất Đại Học Quốc Gia Thành Phố Hồ Chí Minh, 2012, 216tr [2] Nguyễn Hữu Tùng, Kỹ Thuật Tách Hỗn Hợp Nhiểu Cấu Tử, tập 1- Tính tốn thiết kế Nhà xuất Bách Khoa Hà Nội, 2012, 400tr [3] Nguyễn Hữu Tùng, Kỹ thuật tách hỗn hợp nhiều cấu tử, tập 2, Tính tốn thiết kế Nhà xuất Bách Khoa-Hà Nội, 2011, 563tr [4] Tập thể tác giả, Sổ tay Q trình Thiết bị cơng nghệ hóa chất tập 1, Nhà xuất khoa học kỹ thuật, 2006, 632tr [5] Tập thể tác giả, Sổ tay Q trình Thiết bị cơng nghệ hóa chất tập 2, Nhà xuất khoa học kỹ thuật, 2006, 447tr [6] Henry Z.Kister, Chemical Engineering: Distillation Design, Nhà xuất McGrowHill, 1992, 711tr [7] Hồ Lê Viên, Tính tốn, thiết kế chi tiết thiết bị hóa chất dầu khí, Nhà xuất khoa học kỹ thuật, 2006, 239tr [8] Phạm Văn Bơn, Vũ Bá Minh, Hồng Minh Nam, “Q Trình Và Thiết Bị Cơng Nghệ Hóa Học – T10 – Ví dụ Bài tập”, Nhà xuất Trường Đại Học Bách Khoa TP.Hồ Chí Minh, 468tr [9] Tập thể tác giả, “Bảng tra cứu Quá Trình Cơ Học – Truyền Nhiệt – Truyền Khối”, Nhà xuất Đại Học Quốc Gia TP.Hồ Chí Minh, 2004, 69tr [10] Phần mềm mô Hysys, sản phẩm công ty Hyprotech-Canada thuộc công ty AEA Technologie Engineering Software - Hyprotech Ltd [11] Phạm Văn Bơn – Nguyễn Đình Thọ, “Q trình Thiết bị Cơng Nghệ Hóa Học – Tập 5: Quá trình Thiết bị Truyền Nhiệt – Quyển Truyền nhiệt ổn định”, Nhà xuất Đại Học Quốc gia TpHCM, 2002, 372tr SVTH: Nguyễn Thị Cẩm Tú 66 ĐAMH Quá trình & Thiết bị SVTH: Nguyễn Thị Cẩm Tú GVHD: Tạ Đăng khoa 67 ... Trong đó: Zi nồng độ cấu tử i hỗn hợp ban đầu i độ bay tương đối trung bình cấu tử i so với cấu tử khóa nặng iV, iL cấu tử trung gian nhẹ nặng Ta bảng sau: Nhập liệu dạng Cấu tử zi i lỏng sôi... - Đối với sản phẩm trình chưng cất, thường hệ có cấu tử ta thu nhiêu sản phẩm Nếu hệ đơn giản có cấu tử ta thu sản phẩm Thiết bị chưng cất Yêu cầu thiết bị chưng cất diện tích bề mặt tiếp... Nguyễn Thị Cẩm Tú vi ĐAMH Quá trình & Thiết bị GVHD: Tạ Đăng khoa CHƯƠNG :TỔNG QUÁT 1.1 Lí thuyết chưng cất Phương pháp chưng cất Khái niệm - Chưng cất trình dùng để tách cấu tử hỗn hợp lỏng hỗn