năm trong công nghệ sản xuất Bio─Ethanol từ sắn

Quá trình chưng bằng hơi nước trực tiếp hợp lý nhất là chỉ dùng để tách cấu tử không tan trong nước ra khỏi tạp chất không bay hơi, trường hợp này sản phẩm ngưng sẽ phân lớp: cấu tử bay [r]

(1)

Đồ án tốt nghiệp

Tính tốn thiết kế hệ thống chưng cất

ethanol với công suất 100000 m3/năm trong

(2)

MỤC LỤC

MỤC LỤC

LỜI CẢM ƠN

MỞ ĐẦU

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ BIO─ETHANOL VÀ CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT BIO─ETHANOL TRONG CÔNG NGHIỆP

1.1 Tổng quan Bio─Ethanol

1.1.1 Khái niệm Bio─Ethanol

1.1.2 Lịch sử phát triển ứng dụng Bio─Ethanol

1.2 Tổng quan Công nghệ sản xuất Bio─Ethanol

1.2.1 Các phương pháp sản xuất Ethanol

1.2.2 Các nguồn nguyên liệu sản xuất Bio─Ethanol 10

1.2.3 Sự khác công nghệ sản xuất cồn thực phẩm Bio─Ethanol 11

1.3 Công nghệ sản xuất Bio─Ethanol từ tinh bột 12

1.3.1 Giới thiệu nguyên liệu tinh bột sử dụng chủ yếu Việt Nam 12

1.3.2 Giới thiệu nguyên liệu sắn 13

1.3.3 Các dây chuyền công nghệ sản xuất Bio─Ethanol giới 15

1.3.4 Công Nghệ sản xuất Bio─Ethanol Việt nam 24

CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN VỀ QUÁ TRÌNH CHƯNG LUYỆN 33

(3)

Đồ án tốt nghiệp Mục lục

2.1.1 Khái niệm chưng cất 33

2.1.2 Khái niệm cân lỏng – 34

2.1.3 Hỗn hợp hai cấu tử 35

2.2 Các phương pháp chưng cất 35

2.2.1 Chưng đơn giản 35

2.2.2 Chưng nước trực tiếp 37

2.2.3 Chưng luyện liên tục 38

2.2.4 Các phương pháp chưng khác 41

2.3 Cở sở tính tốn cơng nghệ chưng luyện liên tục hỗn hợp hai cấu tử 44

2.3.1 Cân pha 44

2.3.2 Cân vật liệu 45

2.3.3 Chỉ số hồi lưu thích hợp 47

2.4 Quy trình cơng nghệ hệ thống chưng cất ethanol 49

CHƯƠNG 3: TÍNH TỐN CƠNG NGHỆ THÁP CHƯNG LUYỆN 52

3.1 Các thơng số ban đầu 52

3.2 Cân pha lỏng – hệ Ethanol – water áp suất làm việc 52

3.3 Cân vật chất 54

3.3.1 Nồng độ phần mol Ethanol tháp 54

3.3.2 Suất lượng mol dòng 55

3.3.3 Phương trình đường làm việc cho đoạn chưng đoạn luyện 56

CHƯƠNG 4: TÍNH TỐN KẾT CẤU CHO THÁP CHƯNG LUYỆN 61

4.1 Chiều cao tháp chưng luyện 61

(4)

4.1.2 Số đĩa thực tế tháp chưng luyện 61

4.1.3 Chiều cao tháp chưng luyện 63

4.2 Đường kính tháp 64

4.3 Thiết kế sơ đĩa dự đoán điểm sặc đĩa 68

4.3.1 Chọn thiết kế sợ đĩa cho tháp chưng luyện 68

4.3.2 Dự đoán điểm sặc đĩa 68

4.4 Trở lực đĩa 69

4.4.1 Trở lực đĩa khô 69

4.4.2 Trở lực lớp hỗn hợp lỏng – khí đĩa 71

4.4.3 Tính kiểm tra kênh chảy truyền lỏng 73

4.5 Tính tốn bề dày thiết bị chi tiết khác 75

4.5.1 Tính tốn bề dày thiết bị 75

4.5.2 Tính tốn chân đỡ tháp 82

4.5.3 Cửa nối ống dẫn với thiết bị bích nối tương ứng 85

CHƯƠNG 5: TÍNH TỐN CÁC THIẾT BỊ PHỤ TRỢ 90

5.1 Thơng số hai dịng lưu thể 90

5.2 Cân nhiệt lượng cho thiết bị 90

5.3 Hệ số cấp nhiệt cho lưu thể 91

5.3.1 Hệ số cấp nhiệt cho nước bão hịa khơ ngưng tụ 92

5.3.2 Hệ số cấp nhiệt cho hỗn hợp lỏng etanol – nước 93

5.3.3 Bề mặt truyền nhiệt đáng giá độ dài ống 94

5.4 Tính tốn kết cấu cho thiết bị gia nhiệt đáy tháp 96

(5)

Đồ án tốt nghiệp Mục lục

5.4.2 Bề dày đáy nắp thiết bị gia nhiệt 98

5.4.3 Chọn mặt bích ghép nối thân – đáy nắp thiết bị 98

5.4.4 Bù giãn nở nhiệt bề dày vỉ ống 99

5.4.5 Tính tốn chân đỡ thiết bị gia nhiệt đáy tháp 99

5.4.6 Cửa nối ống dẫn với thiết bị bích nối tương ứng 104

CHƯƠNG 6: QUY TRÌNH CHẾ TẠO, LẮP RÁP VÀ VẬN HÀNH THÁP CHƯNG LUYỆN 107

6.1 Quy trình chế tạo số chi tiết thiết bị 107

6.1.1 Quy trình chế tạo thân tháp chưng cất 107

6.1.2 Quy trình chế tạo đáy nắp thiết bị hình elip 108

6.1.3 Quy trình chế tạo đĩa van chuyển động 109

6.2 Quy trình lắp ráp tháp chưng cất 111

6.2.1 Quy trình lắp đặt thiết bị 111

6.2.2 Quy trình lắp đặt đĩa van vào thân thiết bị 113

6.3 Quy trình vận hành thiết bị 114

6.3.1 Công tác chuẩn bị 114

6.3.2 Công tác vận hành 114

6.3.3 Ngừng hệ thống gặp cố 115

6.3.4 Xử lý cố vận hành 116

KẾT LUẬN 117

(6)

LỜI CẢM ƠN

Em xin gửi lời cảm ơn chân thành tới TS Nguyễn Đặng Bình Thành, người trực tiếp hướng dẫn em tận tình, chu đáo mặt chuyên môn, động viên em mặt tinh thần để em hoàn thành đồ án tốt nghiệp

Em xin gửi lời cảm ơn tới tất thầy cô giáo môn Máy Thiết bị Công nghiệp Hóa Chất, Viện Kỹ thuật Hóa học, Trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội tận tình dạy dỗ, bảo em suốt thời gian năm năm học tập rèn luyện trường

Em xin chân thành cảm ơn anh chị phòng Kỹ Thuật tồn thể Cơng ty Cổ phần Nhiên liệu Sinh học Miền trung cho phép em thực tập Quý Cơng ty, từ tạo tiền đề cho em hoàn thành đồ án tốt nghiệp

Sau em xin gửi lời cảm ơn tới gia đình, người thân bạn bè ln động viên giúp đỡ em suốt trình học tập Trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội thời gian thực đồ án tốt nghiệp

Hà Nội, Ngày 02 Tháng 06 Năm 2012 Sinh viên

(7)

Đồ án tốt nghiệp Mở đầu

MỞ ĐẦU

Thế giới phải đương đầu với hai khủng hoảng lớn – ấm lên toàn cầu giá tăng cao loại nhiên liệu không tái tạo Tuy nhiên, hai vấn đề có giải pháp thơng thường – nhiên liệu thay nguồn lượng tái tạo hạn chế loại khí thải gây tương nóng lên tồn cầu Trên phương hướng đó, nhà nghiên cứu nhà khoa học giới tìm nguồn nhiêu liệu tốt thân thiện với môi trường – Ethanol sinh học Là nguồn nhiên liệu thay với lợi ích tuyệt vời nó, đồng thời đánh giá nguồn nhiên liệu tiềm với nhiều nước giới Mặc dù có nhiều thuận lợi khó khăn sản xuất ethanol sinh học ethanol sinh học sử dụng nhiên liệu phụ số nước

Trong nhiều năm qua, công nghệ sản xuất ethanol sinh học phát triển, đổi vượt bậc, đem lại hiệu cao Công nghệ trọng dây chuyền việc chưng cất ethanol từ giấm chín sau lên men Vì vấn đề tính tốn, thiết kế cải tiến cơng đoạn chưng cất tồn q trình nói chung điều tất yếu

Bản đồ án em với đề tài là:

“Tính tốn thiết kế hệ thống chưng cất ethanol với công suất 100000 m3/năm trong công nghệ sản xuất Bio─Ethanol từ sắn”

Trong gồm phần sau:

+ Chương 1: Tổng quan Bio─Ethanol công nghệ sản xuất Bio─Ethanol công nghiệp

+ Chương 2: Tổng quan trình chưng luyện

(8)

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ BIO─ETHANOL VÀ CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT BIO─ETHANOL TRONG

CÔNG NGHIỆP

1.1 Tổng quan Bio─Ethanol.

1.1.1 Khái niệm Bio─Ethanol.

Bio─Ethanol (ethanol sinh học) ethanol sản xuất từ loại nguyên liệu thực vật chứa đường phương pháp lên men vi sinh từ loại nguyên liệu chứa tinh bột cellulose thông qua phản ứng trung gian thủy phân thành đường

Hiện giới, nguyên liệu chứa đường tinh bột sử dụng phổ biết chi phí sản xuất thấp

Xăng sinh học hỗn hợp pha trộn theo tỷ lệ xác định ethanol xăng Một số loại xăng sinh học sử dụng giới E5, E10, E85… Ở Việt nam, đưa thị trường loại xăng E5 Cty PV oil cung cấp [1]

1.1.2 Lịch sử phát triển ứng dụng Bio─Ethanol.

Từ năm 1973 trở trước, Bio─Ethanol không phát triển nhiều, đương thời, cơng nghệ Hóa dầu phát triển, trữ lượng xăng dầu lớn, nên giá thành thấp

Sau năm 1973, khủng hoảng dầu mỏ toàn giới xảy [2], khiến giá thành xăng dầu lên cao, nên nước phát triển Mỹ, Braxin số nước châu Âu bắt đầu khởi động lại nghiên cứu Bio─Ethanol Sau đó, Bio─Ethanol phát triển mạnh, đưa vào dụng thực tế số nước Mỹ, Braxin, Nhật Bản…

(9)

Đồ án tốt nghiệp Chương 1: Tổng quan Bio-Ethanol

Ưu điểm xăng sinh học xăng cháy triệt để hơn, loại bỏ phụ gia chống kích nổ chứa chì, giảm phát thải CO2 khơng khí đáng kể so với xăng thường

Nhược điểm lớn xăng sinh học nồng độ cao Bio─Ethanol làm hỏng chi tiết lăng cao su, nhưa động

Những loại xăng sinh học sử dụng giới [3]:

+ E5, E10: Bio─Ethanol pha 5%, 10% thể tích vào xăng, sử dụng thông dụng, không ảnh hưởng đến động xe

+ E25: Bio─Ethanol pha 25% thể tích vào xăng, động xe cần phải cải tiến số chi tiết, điề chỉnh thời gian phun nhiên liệu Braxin quốc gia sử dụng nhiều loại xăng

+E85: Bio─Ethanol pha 85% thể tích vào xăng, sử dụng cho động chế tạo riêng Tiêu biểu dòng xe Ford focus sản xuất Mỹ

Thực tế, người ta không pha Bio─Ethanol với xăng theo tỷ lệ trung bình 40 đến 60% tỷ lệ này, xăng sau pha bị phân lớp nhanh trình lưu trữ

Hiệu dùng xăng sinh học thay thế:

+ Xăng pha 5% Bio─Ethanol tiết kiêm 5% nhiên liệu so với xăng thường

+ Công suất động cải thiện + Khi thải CO Hidrocacbon giảm 10% + Khả tăng tốc đông tốt

1.2 Tổng quan Công nghệ sản xuất Bio─Ethanol.

1.2.1 Các phương pháp sản xuất Ethanol.

(10)

+ Công nghệ sản xuất ethanol tổng hợp:

Tổng hợp ethanol có nghĩa sản xuất ethanol phương pháp hoá học, giới người ta sản xuất ethanol nhiều phương pháp khác Trong công nghệ tổng hợp hoá dầu ethanol sản xuất dây chuyền cơng nghệ hydrat hố khí etylen cơng nghệ cacbonyl hoá với methanol

Hydrat hoá: CH2=CH2 + H2O C2H5OH

Cacbonyl: CH3OH + CO + H2 C2H5OH + H2O + Công nghệ sản xuất ethanol sinh học:

Công nghệ dựa trình lên men nguồn hydratcacbon có tự nhiên như: nước đường ép, ngô, sắn, mùn, gỗ

(C6H10O5)n + nH2O nC6H12O6 2C2H5OH + 2CO2 + Q Trong q trình sản xuất ethanol sinh học phân thành công đoạn công đoạn lên men nhằm sản xuất Bio─Ethanol có nồng độ thấp công đoạn chưng cất -làm khan để sản xuất ethanol có nồng độ cao để phối trộn vào xăng

Hiện sản xuất cồn chủ yếu phổ biến sản xuất theo phương pháp sinh học

1.2.2 Các nguồn nguyên liệu sản xuất Bio─Ethanol.

Nguồn nguyên liệu để sản xuất Bio─Ethanol chủ yếu từ:

+ Các loại nguyên liệu chứa đường: mía, củ cải đường, nốt … + Các loại nguyên liệu chứa tinh bột: sắn, ngơ, gạo, lúa mạch, lúa mì… + Các loại nguyên liệu chứa cellulose

(11)

1.2.3 Sự khác công nghệ sản xuất cồn thực phẩm Bio─Ethanol. 1.2.3.1 Mục đích sử dụng.

+ Cồn thực phẩm:

Người ta sản xuất cồn thực phẩm để pha chế thành rượu loại đồ uống có cồn Các loại đồ uống dùng trực tiếp cho người nên thành phẩm cồn thực phẩm bao gồm chủ yếu etanol Các loại cồn đầu, dầu fusel, andehyt, axit, este… có hại cho sức khoẻ phải tốt không vượt ngưỡng qui định

Ngồi ra, phải pha lỗng pha chế, nên khơng bắt buộc phải sản xuất cồn có nồng độ cao

+ Cồn nhiên liệu:

Cồn nhiên liệu sản xuất để dùng làm chất đốt Khi sản xuất cồn nhiên liệu người ta không cần phải tách bỏ cồn tạp thân chúng cháy tạo lượng

Trái với cồn thực phẩm, cồn nhiên liệu bắt buộc phải tách nước triệt để, hàm lượng nước có cồn cao làm giảm hiệu trình cháy ảnh hưởng đến động thiết bị, đồng thời pha cồn vào xăng dẫn đến phân tách pha Cũng mà sản xuất nhiên liệu, người ta phải chọn giải pháp cơng nghệ thích hợp để loại bỏ nước cồn, tạo cồn có nồng độ cao

1.2.3.2 Sự khác công nghệ sản xuất ethanol thực phẩm ethanol nhiên liệu.

(12)

Công đoạn Ethanol thực phẩm Ethanol nhiên liệu

Chưng cất

Phức tạp cần tách triệt để chất có hại cho sức khỏe người: cồn đầu, dầu fusel, adehyt…

Không cần loại bỏ cồn tạp

Tách nước Không cần phải tách nước nâng nồng độ ethanol

Phải tách nước nâng nồng độ ethanol lên 99.8% Ngoài ra, để tránh sử dụng ethanol nhiên liệu cho mục đích khác, cồn nhiên liệu sau tách nước biến tính cách thêm vào 1,96 – 5%v/v chất biến tính Khi ethanol dùng làm nhiên liệu gọi ethanol biến tính Chất biến tính dùng xăng khơng chì, naphta…

1.3 Công nghệ sản xuất Bio─Ethanol từ tinh bột.

1.3.1 Giới thiệu nguyên liệu tinh bột sử dụng chủ yếu Việt Nam.

(13)

 Sắn:

- Hiện nay, diện tích trồng sắn nước ta khoảng gần 500.000 phân bố chủ yếu Tây Nguyên Đông Nam Năng suất thu hoạch sắn nước ta trung bình 15-20 tấn/ha tăng qua năm.[5]

- Hàm lượng tinh bột sắn tươi nước ta khoảng 25-35% Cứ 2,3 kg sắn tươi thu 1kg sắn lát.[5]

- Với giá việc sử dụng sắn để sản xuất xăng sinh học khả thi

 Ngô:

- Năng suất ngô nước ta thấp, đạt mức 3.7 – 3.8 tấn/ha Để sản xuất lít Bio─Ethanol, cần 2,4 đến 2,6 kg ngô giá ngô 4.100 đồng/kg, đồng thời hàng năm Việt Nam phải nhập khoảng 400 – 500 nghìn ngơ Chính vậy, việc sản xuất Bio─Ethanol từ ngô giai đoạn khơng khả thi giá ngơ q cao so với sắn lát, hàm lượng tinh bột thấp (65%) [6]

Vì vậy, nguồn nguyên liệu chọn lựa cho công nghệ sản xuất Bio─Ethanol sắn

1.3.2 Giới thiệu nguyên liệu sắn.

- Về củ sắn gồm phần chính: vỏ, thịt củ lõi (ngồi cịn có cuống rê củ)

- Vỏ sắn gồm có phần vỏ gỗ vỏ cùi:

+ Vỏ gỗ có tác dụng bảo vệ củ chống nước củ, nhiên vỏ gỗ dê bị thu hoạch vận chuyển

(14)

+ Phần thịt củ có chứa nhiều tinh bột, protein chất dầu, polyphenol,

độc tố enzim

+ Lõi sắn nằm tâm củ dọc suốt chiều dài,thành phần chủ yếu xenluloza Lõi có chức dẫn nước chất dinh dưỡng củ đồng thời giúp thoát nước phơi sấy sắn

- Thành phần sắn tươi dao động giới hạn lớn: tinh bột 20 - 34%, protein 0,8 1,2%, chất béo 0,3 0,4%, xenluloza 3,1%, chất tro 0,54%, polyphenol 0,1 -0,3% nước 60 - 74,2% [5] Ngồi sắn cịn chứa lượng Vitamin độc tố Vitamin sắn thuộc nhóm B Các Vitamin bị phần chế biến nấu sản xuất rượu

- Độc tố sắn có tên chung phazéolunatin gồm glucozit Linamarin Lotaustralin Các độc tố thường tập chung vỏ cùi Bình thường phazéolunatin khơng độc bị thuỷ phân glucozit giải phóng axit HCN Sắn tươi thái lát phơi khô giảm đáng kể hàm lượng glucozit gây độc kể Đặc biệt sản xuất rượu, nấu nhiệt độ cao pha lỗng nước nên với hàm lượng chưa ảnh hưởng đến nấm men Hơn muối xyanat chưng cất không bay nên bị loại bã rượu [5]

- Tiêu chuẩn sắn lát sử dụng cho cơng nghệ [4]:

+ Hình dạng lát sắn: đường kính 30 – 70 mm, bề dày: 20 – 30 mm + Độ ẩm: 12 – 14 %kl

+ Hàm lượng tinh bột: 70 – 75 %kg

+ Protein: 1,5 – 1,8 %kg

+ Hàm lượng tro: 1,8 – 3,0 %kg

(15)

+ Các tạp chất khác: ≤ 3,0 %kg

1.3.3 Các dây chuyền công nghệ sản xuất Bio─Ethanol giới.

Trên giới, có nhiều nhà cung cấp công nghệ sản xuất Bio─Ethanol nhiên liệu Có thể kể số nhà cung cấp công nghệ sản xuất Bio─Ethanol nhiên liệu hàng đầu giới gồm:

+ Lurgi AG, Frankfurt, Đức

+ Technip-Coflexip, Paris, Pháp + Delta-T Corporation, Virginia, Mỹ

+ Katzen International INC., Cincinnati, Ohio, Mỹ + Tomsa Destil S.L, Madrid, Tây Ban Nha

+ Vogelbusch GmbH, Vienna, Áo

Ngồi nhà cung cấp quyền cơng nghệ kể trên, lĩnh vực sản xuất Bio─Ethanol nhiên liệu cịn có số nhà cung cấp cơng nghệ, thiết bị mua quyền công nghệ hãng nêu tự nghiên cứu phát triển công nghệ như:

+ Praj Industries Limited, Pune, Ấn Đô + Alfa Laval (India) Limited, Pune, Ấn Độ

+ Filli impianti, Monteriggioni, Italia

+ Kolon Engineering & Construction Co Ltd., Kyunggi-Do, Hàn Quốc + Changhae Engineering Co.Ltd, Jeonju, Hàn Quốc

+ Rushan Risheng Machinery Manufacture Co., Ltd, Trung Quốc

Trong phạm vi đồ án tốt nghiệp, em xin trình bày mơ hình, dây chuyền cơng nghệ nhà cung cấp công nghệ sau:

(16)

+ Praj Industries Limited, Pune, Ấn Đô + Delta-T Corporation, Virginia, Mỹ 1.3.3.1 Công nghệ Vogelbusch.

(17)

(18)

1 Công đoạn nghiền

Sắn lát đến nhà máy xe tải đổ xuống phêu tiếp nhận Sau sắn tách bỏ tạp chất kim loại đến kho chứa

Từ kho chứa, sắn làm sơ cấp cho thùng chứa trung gian trước vào máy nghiền búa

Sản phẩm sau nghiền phân loại sàng phân loại, sản phẩm có kích thước chưa đạt quay lại thùng chứa trung gian trước máy nghiền, bột sắn với kích thước đạt yêu cầu chứa thùng chứa bột

Bụi sinh xử lý hệ thống lọc đặc biệt với hỗ trợ máy thổi khí

2 Cơng đoạn hồ hóa – đường hóa

Bột sắn hịa trộn với nước sạch, ngưng dịch hèm loãng sau ly tâm Tinh bột chuyển hóa/cắt mạch thành dextrin, đường đa enzyme Alpha amylaza nhiệt độ, áp suất pH thích hợp

Q trình nấu sử dụng phun trực tiếp Dịch sau hồ hóa làm mát thiết bị làm lạnh nhanh hoạt động điều kiện chân không

Dịch sau làm lạnh nhanh cấp cho thùng đường hóa Tại đây, phần dịch hèm lỗng sau ly tâm bổ sung, dung dịch H2SO4 điều chỉnh pH enzyme Gluco-amylaza chuyển hóa dextrin, đường đa thành đường Glucô

3 Công đoạn lên men

Vogelbusch sử dụng công nghệ lên men liên tục Kết việc sử dụng công nghệ giảm lao động, giảm lượng dung dịch CIP (kết giảm hóa chất chi phí), cơng suất lên men tăng khoảng 130% so với hệ thống lên men theo mẻ làm tăng sản lượng ethanol

(19)

nhau Dòng dịch chảy qua thùng lên men giấm chín lấy từ bồn cuối

Trong thiết kế dây chuyền này, q trình lên men thực gián đoạn cách đóng van kết nối thùng lên men để cách ly thùng với Khi thùng nạp liệu lấy giấm chín cách độc lập (lên men gián đoạn thùng)

4 Công đoạn chưng cất – tách nước

Sử dụng công nghệ chưng cất đa áp suất, hệ thống chưng cất hệ thống chưng cất sử dụng nhiệt tối ưu giảm lượng tiêu thụ

Hệ thống tháp gồm: - Tháp cất I với khử khí phần - Tháp cất II

- Tháp khử Anđehyt - Tháp cất tinh I - Tháp cất tinh II

Các tháp hoạt động mức áp suất khác để tháp gia nhiệt đỉnh tháp khác

Cồn từ khu vực chưng cất gia nhiệt siêu tốc nhằm nâng nhiệt độ lên khoảng 115oC hóa hồn tồn Sau cồn tách nước rây phân tử 3A Sản phẩm cồn khan đưa ngưng tụ, làm mát tồn chứa

(20)

5 Công đoạn xử lý dịch hèm

Dịch hèm thải từ tháp chưng cất đưa đến máy ly tâm nhằm tách bỏ thành phần rắn lơ lửng Dịch hèm loãng sau ly tâm, phần hồi lưu lại q trình cơng nghệ, phần cịn lại đưa đặc bốc

Bã ẩm tách từ máy ly tâm trộn với phần cặn đáy từ thiết bị cô đặc, sau đưa sấy làm thức ăn gia súc

Hơi sinh từ thiết bị sấy, cô đặc thu hồi quay trở lại q trình cơng nghệ

1.3.3.2 Cơng nghệ Praj.

Dây chuyền công nghệ Praj Industries Limited, Pune, Ấn Độ [8]

Quá trình sản xuất ethanol từ sắn lát dựa theo phương pháp chưng cất bao gồm nghiền, loại bỏ cát đá, hồ hoá, lên men, chưng cất - tách nước Xử lý nước thải theo phương pháp gạn lắng, xử lý bio-gas phương pháp xử lý xục khí phương pháp xử lý lần hai

(21)

- Nghiền sắn tách cát: Trong khu vực này, sắn lát làm sạch, nghiền hoà bột để tạo thành dịch bột sắn (slury)

- Hồ hoá: Trong khu vực này, tinh bột hồ hoá khoảng 115oC với có mặt enzym

- Đường hoá lên men “HIFERM-NM”: Trong khu vực này, dịch hồ hoá chuyển hoá thành đường, sau đường lên men được lên men đồng thời nấm men khô hoạt động tạo thành ethanol

- Chưng cất “ECOFINE MPR”: Trong khu vực này, dịch bột sau lên men chưng cất hai hệ thống tháp chưng cất để tạo thành ethanol ngậm nước 93% Trong trường hợp cần tăng nồng độ lên 95% sử dụng nhiều

- Tách bã xử lý nước thải theo phương pháp xử lý methanol ECOMET XPD Dịch hèm sản xuất sản phẩm phụ khu chưng cất, tách máy tách ly tâm để tạo thành bã ẩm dịch hèm lỗng

1 Cơng đoạn hồ hóa

Bột sắn xử lý khu vực xử lý sơ sắn để tạo thành dịch bột Cát loại bỏ giai đoạn xử lý Dịch bột sử dụng làm nguyên liệu cho cơng đoạn hồ hóa Dịch bột khu xử lý sơ sắn hòa với dòng khỏi đáy tháp tinh

Dịng dịch hèm tuần hồn dịch bột hòa trộn thùng chuẩn bị dịch Nó gia nhiệt đến 105oC Dịch đưa vào thùng hồ hóa Trong thùng hồ hóa này, dịch bột trì 85oC.

Enzym hồ hóa thêm vào với enzym giảm độ nhớt Sau hồ hóa, dịch bột làm mát bơm đến khu vực đường hóa lên men

2 Cơng đoạn đường hố lên men

(22)

thiết bị làm mát nước Các thành phần bình chuẩn bị men chuyển đến thùng lên men sơ

Thùng lên men sơ làm đầy dịch bột nạp chất thùng nhân men Mục đích việc lên men sơ có sục khí (aerated) cho phép tế bào nấm men phát triển nhiều giảm nhiêm khuẩn thùng nhân men Khi chất thùng lên men sơ chuyển đến thùng nhân men chính, nồng độ nấm men đủ cao giảm thời gian trê liên quan đến phát triển nấm men q trình lên men

Enzym đường hóa thêm vào thùng lên men Chúng chuyển hóa tinh bột thành đường Ở chuyển hóa dextrin thành dextroza Mục đích q trình lên men chuyển chất lên men thành cồn

pH dịch bột điều chỉnh nhờ dịch hèm tuần hoàn (cũng để cung cấp chất dinh dưỡng) thêm axit vào Nấm men có hiệu lực lượng vừa đủ để khởi đầu trình lên men nhanh kết thúc vịng 60

Tại giai đoạn đầu chu kỳ, thùng lên men nạp liệu với dịch bột chất thùng lên men sơ Lên men trình sinh nhiệt Nhiệt sinh loại bỏ cách tuần hoàn làm mát thiết bị trao đổi nhiệt bên Bơm tuần hoàn cung cấp để bơm dịch lên men (giấm chín) đến thùng giấm chín Sau thùng lên men làm với nước dung dịch xút, khử trùng cho mẻ

3 Công đoạn rửa CO2

CO2 rút suốt trình lên men kéo theo lượng ethanol CO2 đưa vào thiết bị rửa CO2 nước loại bỏ lượng ethanol bị kéo theo

4 Công đoạn chưng cất

(23)

- Tháp thô kết hợp tách khí đỉnh tháp: vận hành chân khơng - Tháp tinh: vận hành áp suất dư

Dịch sau lên men gia nhiệt thiết bị gia nhiệt sơ đưa vào đỉnh tháp tách khí đỉnh tháp thơ Một khu vực nhỏ cung cấp đỉnh tháp thô gọi tháp tách khí Dấm chín đưa vào tháp dịng xuống tháp thơ

Hơi đỉnh tháp thô chứa ethanol chuyển đến tháp tinh sau ngưng tụ Một phần nhỏ dòng nạp vào tháp tách khí Trong tháp tách khí khí hịa tan với số tạp chất tách đỉnh tháp Hơi ngưng tụ thiết bị ngưng tụ tháp tách khí thành phần ngưng tụ đưa đến khu vực thấp tháp tinh để thu hồi ethanol

Phần cịn lại dấm chín tách khỏi dịng ethanol xuống tháp thơ lấy dịng nước thải từ đáy tháp thơ Tháp thô vận hành chân không đảm bảo nhiệt độ vận hành thấp Ở nhiệt độ thấp, độ hòa tan muối canxi cao nên chúng không kết tủa tháp Vì tháp thơ đóng cặn

Tháp tinh vận hành áp suất tăng Hơi đưa vào thiết bị đun sôi đáy tháp, cung cấp đáy tháp

Cồn làm giàu đỉnh có nồng độ khoảng 95% v/v Cồn sau tinh chế khỏi tháp đưa lưu trữ

Dòng dầu fusel từ tháp tinh đưa đến thiết bị tách dầu fusel, nơi mà dịng hồ tan với nước lớp giàu dầu fusel tách Nước rửa dầu fusel tuần hoàn trở lại tháp

(24)

5 Công đoạn tách nước

Quá trình tạo thành cồn tinh chế thơng qua lớp hút ẩm Hai tháp hút ẩm cung cấp phép vận hành liên tục: tháp thực trình hấp phụ tháp tiến hành tái sinh

Nguyên liệu nhiệt tháp tinh, gia nhiệt siêu tốc để đảm bảo nhiệt độ vận hành, tuần hoàn đến tháp rây phân tử giả định giai đoạn tách nước Sau qua thiết bị làm khô, ngưng tụ, làm mát đưa đến bể chứa sản phẩm

Một phần nhỏ sản phẩm đưa đến tháp giai đoạn tái sinh, áp suất chân không, để tiến hành tái sinh

Giai đoạn tái sinh hút nước từ mao quản rây phân tử, giúp cho tháp sẵn sàng cho chu kỳ Nồng độ dòng thu hồi thấp, ngưng tụ tuần hồn trở lại tháp tinh

6 Cơng đoạn ly tâm tách bã

Quá trình tách thực máy tách ly tâm liên tục để tách bã ẩm Dịng chất lỏng dịch hèm lỗng từ thiết bị tách đưa qua phân huỷ kỵ khí, theo sau phân huỷ hiếu khí

1.3.3.3 Cơng nghệ Applied Process Technology International - APTI (Delta-T).

(25)

1.3.4 Công Nghệ sản xuất Bio─Ethanol Việt nam. 1.3.4.1 Sơ đồ khối công nghệ sản xuất ethanol

Dây chuyền công nghệ Applied Process Technology International - APTI (Delta-T) [4]

Công nghệ sản xuất Bio─Ethanol với nguyên liệu sắn lát (cassava chips), sắn lát đưa đến khu vực nghiền, chuẩn bị dịch tách cát, tạo thành dung dịch bột đồng (cassava slurry) Tinh bột dung dịch bột chuyển hóa thành đường có khả lên men dựa hoạt động enzyme (cơng đoạn hồ hóa nấu) sau đường chuyển hóa thành Ethanol CO2 hoạt động men (công đoạn lên men)

(26)

Dịch sau lên men (giấm chín) có nồng độ Ethanol thấp (9 ÷ 14%v/v), cần phải loại bỏ tối đa lượng nước phương pháp chưng cất, tinh luyện Tuy nhiên tượng điểm đẳng phí hỗn hợp Ethanol nước nên sau công đoạn chưng cất Bio─Ethanol thu đạt nồng độ 95-96 %v/v Để sử dụng làm nhiên liệu, Bio─Ethanol tiếp tục đưa qua công đoạn tách nước để đạt nồng độ tối thiểu 99,8 %v/v

Dịch hèm thải từ đáy hai tháp chưng cất thô đưa đến Decanter (máy ly tâm) để tách thành phần rắn có dịch hèm Các bước xử lý sấy bã xử lý nước thải có thu hồi Methane

Hiệu suất cơng đoạn chính: - Hiệu suất lên men: 94%

- Hiệu suất chưng cất: 99% - Hiệu suất tách nước: 99,5%

(27)

1.3.4.2 Sơ đồ dòng khu vực chuẩn bị dịch tách cát.

Bột sắn sau nghiền hòa trộn với dòng dịch từ thùng TK-1101 gồm nước cơng nghệ, dịch hèm lỗng dịng dịch Grits hồi lưu từ đỉnh hệ thống cyclone cấp hệ thống cyclone tách cát Dịch bột sau đưa đến thùng TK-1102 Cả thùng TK-1101 TK-1102 trang bị cánh khuấy

(28)

1.3.4.3 Sơ đồ dòng khu vực hồ hóa nấu

Dịch bột từ cụm cơng nghệ chuẩn bị dịch tách cát tiếp tục hòa trộn với nước ngưng cơng nghệ thùng hịa trộn dịch TK-2101 Thùng trì nhiệt độ khoảng 82oC Thời gian lưu dịch thùng 30 phút Enzyme Alpha-amylaza đưa vào nhằm bẻ gãy tinh bột thành đường có khả lên men NH3 thêm vào để điều chỉnh pH, đồng thời cung cấp dinh dưỡng cho men Một phần dịch hèm lỗng bổ sung vào thùng hịa trộn

Dịch sau hòa trộn bơm đến thùng hồ hóa TK-2201 Thời gian lưu dịch thùng hồ hóa 120 phút để đủ thời gian cho enzyme Alpha-amylaza tiếp tục bẻ gãy chuỗi tinh bột thành đường đơn Sau dịch gia nhiệt thiết bị trao đổi nhiệt nhằm chuyển hóa tinh bột triệt để tiệt trùng dòng dịch Hệ thống gồm nồi nấu dạng ống cung cấp nhằm tạo thời gian lưu cần thiết (15 phút) để tiệt trùng Sau nấu, dịch làm lạnh cấp giấm chín nước làm mát đến nhiệt độ 32OC cung cấp cho khu vực lên men.

(29)

vào vị trí để giảm pH, điều làm giảm lượng H2SO4 tiêu thụ làm tăng thành phần chất rắn dịch

Trong thời gian dài dừng nhà máy, thùng hòa trộn, thùng hồ hóa đường ống liên quan vệ sinh làm hệ thống CIP

1.3.4.4 Sơ đồ dòng khu vực nhân men giống lên men.

Hệ thống lên men gồm thùng, thùng thùng nhân giống, thùng lên men kích thước thùng chứa giấm chín Nhà máy sử dụng q trình lên men theo mẻ để chuyển hóa đường có khả lên men thành Ethanol CO2 dựa hoạt động men

Quá trình nhân men giống diên thùng nhân men TK-3102 Thùng nhân men trang bị cánh khuấy làm lạnh bên bơm tuần hoàn thiết bị làm lạnh

Quá trình nhân men theo mẻ tồn mẻ nhân men cấp cho thùng lên men hoạt động men đạt điểm tối ưu (được định nhân viên phân tích), bình thường thời gian lưu dịch thùng nhân men 12h/mẻ Sau mẻ, thùng nhân men, thiết bị làm lạnh đường ống liên quan vệ sinh làm hệ thống CIP để ngăn ngừa nhiêm khuẩn

Quá trình lên men theo mẻ với hiệu suất 94% thời gian lưu 48h/mẻ Quá trình lên men sinh nhiệt nên phải tuần hoàn dịch lên men qua thiết bị làm mát bên ngồi để trì nhiệt độ thùng lên men khoảng 32OC

(30)

Khí CO2 thơ rửa sơ nước để tách lượng cồn bị theo, sau CO2 đưa đến phẩn xưởng thu hồi hóa lịng CO2 Khí CO2 sinh tạo bọt thùng lên men, thùng lên men trang bị đầu phun chất chống tạo bọt cần

(31)

1.3.4.5 Sơ đồ dòng khu vực chưng cất.

Chưng cất q trình làm bay ethanol có giấm chín đặc đến nồng độ xấp xỉ 95 %v

Ethanol giấm chín tách khỏi dịch hèm sử dụng hệ thống với tháp chưng cất Ba tháp chưng tháp thô 1, tháp tinh

Hệ thống chưng cất gồm ba tháp, bao gồm hai tháp chưng cất thơ tháp chưng cất tinh Tháp chưng cất thô vận hành áp suất khí Tháp chưng cất thô vận hành áp suất chân không tháp tinh vận hành áp suất xấp xỉ 3,4 bar

(32)

Ethanol khỏi tháp tinh đưa sang hệ thống tách nước Dòng khỏi đáy tháp tinh chủ yếu nước với lượng nhỏ ethanol chất hữu dê bay quay lại q trình cơng nghệ

Hệ thống chưng cất tính tốn để hiệu suất sử dụng lượng lớn Phần cất đỉnh tháp tinh sử dụng để cung cấp nhiệt cho tháp thơ Hơi ngưng tụ tuần hồn lại tháp tinh làm dòng hồi lưu đỉnh Độ axit sản phẩm điều khiển cách loại bỏ khí khơng tan ethanol với q trình riêng

1.3.4.6 Sơ đồ dòng khu vực tách nước.

(33)

thốt ngồi Nước bị hấp phụ loại bỏ suốt giai đoạn tái sinh đưa trở lại hệ thống chưng cất để thu hồi ethanol

Quá trình tái sinh đạt sử dụng hệ thống chuyển đổi áp suất Sự giảm áp suất đạt nhờ hệ thống chân khơng Q trình hấp phụ thực áp suất dư tái sinh thực áp suất chân không

(34)

CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN VỀ QUÁ TRÌNH CHƯNG LUYỆN

2.1 Cơ sở lý thuyết trình chưng cất.

2.1.1 Khái niệm chưng cất.

Chưng phương pháp 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 hịa cấu tử khác nhau) Thay đưa vào hỗn hợp pha để tạo nên tiếp xúc hai pha trình hấp thụ nhả khí, q trình chưng cất pha tạo nên bốc ngưng tụ [9, tr49]

− Sự khác chưng cô đặc:

+ Chưng: dung môi chất tan bay hơi;

+ Cơ đặc: có dung mơi bay cịn chất tan khơng bay − Khi chưng hỗn hợp cấu tử [9, tr50]:

+ Sản phẩm đỉnh gồm cấu tử có độ bay lớn phần cấu tử có độ bay bé

+ Sản phẩm đáy gồm cấu tử có độ bay bé phần cấu tử có độ bay lớn

 Phân loại phương pháp chưng:

Trong sản xuất, thường gặp phương pháp chưng sau: − Chưng đơn giản:

+ Dùng để tách hỗn hợp gồm cấu tử có độ bay khác

(35)

Đồ án tốt nghiệp Chương 2: Tổng quan trình chưng luyện

− Chưng nước trực tiếp:

+ Tách hỗn hợp gồm chất khó bay tạp chất khơng bay

+ Thường dùng trường hợp chất tách không tan vào nước

− Chưng chân không: Dùng trường hợp cần hạ thấp nhiệt độ sôi cấu tử (đối với cấu tử hỗn hợp dê bị phân huỷ nhiệt độ cao hay có nhiệt độ sơi q cao)

− Chưng luyện: Là phương pháp phổ biến dùng để tách hoàn toàn hỗn hợp cấu tử dê bay có tính chất hịa tan phần hịa tan hoàn toàn vào

+ Chưng luyện áp suất thấp dùng cho hỗn hợp dê bị phân huỷ nhiệt độ cao

+ Chưng luyện áp suất cao dùng cho hỗn hợp khơng hóa lỏng áp suất thường

2.1.2 Khái niệm cân lỏng – hơi.

Cân lỏng trạng thái mà pha lỏng pha (pha khí) cân với nhau, tốc độ bay tốc độ ngưng tụ mức độ phân tử lúc đó, xem khơng có chuyển pha lỏng – Mặc dù, theo lý thuyết, q trình chuyển pha ln đạt đến cân bằng, thực tế, cân thiết lập hệ tương đối kín, chất lỏng tiếp xúc với thời gian đủ dài khơng có tác động từ bên tác động từ từ

(36)

trị không đổi, phụ thuộc vào nồng độ cấu tử pha lỏng nhiệt độ Ngược lai, pha có nồng độ cấu tử hay áp suất riêng phần khơng đổi trạng thái cân bằng, pha lỏng có nồng độ khơng đổi, phụ thuộc vào nồng độ pha nhiệt độ

Nồng độ cân cấu tử pha lỏng thường khác với nồng độ hay áp suất pha hơi, chúng có tương quan Nồng độ cân lỏng – thường xác định qua thực nghiệm cho hỗn hợp lỏng – có nhiều cấu tử Trong số trường hợp, số liệu cân lỏng – xác định nhờ Định luật Raoult, Định luật Dalton hay Định luật Henry

Cân lỏng ứng dụng nhiều việc thiết kế tháp chưng cất, đặc biệt tháp đĩa

2.1.3 Hỗn hợp hai cấu tử.

Phân loại hỗn hợp hai cấu tử:

− Dung dịch lý tưởng [9, tr52]: dung dịch mà lực liên kết phân tử loại lực liên kết phân tử khác loại nhau, cấu tử hịa tan vào theo tỷ lệ Cân lỏng hoàn toàn tuân theo định luật Raoult

− Dung dịch thực [9, tr52]: dung dịch khơng hồn toàn tuân theo định luật Raoult, sai lệch với định luật Raoult dương lực liên kết phân tử loại lớn lực liên kết phân tử khác loại, ngược lai, sai lệch âm lực liên kết phân tử loại nhỏ lực liên kết phân tử khác loại Trường hợp lực liên kết phân tử khác loại bé so với lực liên kết phân tử loại dung dịch phân lớp, nghĩa cấu tử khơng hịa tan vào hịa tan khơng đáng kể

Căn vào mức độ hịa tan, chia dung dịch hai cấu tử thành loại sau:

(37)

Đồ án tốt nghiệp Chương 2: Tổng quan q trình chưng luyện

+Chất lỏng hịa tan phần vào

+Chất lỏng khơng hịa tan vào

2.2 Các phương pháp chưng cất.

2.2.1 Chưng đơn giản.

Nguyên tắc sơ đồ chưng đơn giản:

Trong trình chưng đơn giản lấy cho ngưng tụ Ta xem diên biến q trình đồ thị t-y-x (hình 2.1):

Hình 2.1 Cân pha cho trường hợp chưng đơn giản

Lúc đầu dung dịch có thành phần biểu thị điểm C, đun đến nhiệt độ sôi bốc lên có thành phần ứng với điểm P, có cấu tử dê bay lỏng nên thời gian chưng cất thành phần lỏng chuyển dần phía cấu tử khó bay Cuối ta có chất lỏng cịn lại nồi chưng với thành phần Cn thu hỗn hợp P, P1, P2, , Pn, thành phần trung bình hỗn hợp biểu thị điểm Ptb [9, trupload.123doc.net]

(38)

Hình 2.2 Sơ đồ chưng đơn giản

Chưng đơn giản thường ứng dụng cho trường hợp sau: − Khi nhiệt độ sôi hai cấu tử khác xa

− Khi khơng địi hỏi sản phẩm có độ tinh khiết cao − Tách hỗn hợp lỏng khỏi tạp chất không bay − Tách sơ hỗn hợp nhiều cấu tử

2.2.2 Chưng nước trực tiếp.  Nguyên lý:

Nếu có hai chất lỏng A B khơng hịa tan vào trộn lẫn, áp suất chúng hỗn hợp không phụ thuộc vào thành phần A B áp suất chung tổng áp suất bão hòa cấu tử nhiệt độ [9, tr60]

 Sơ đồ chưng cất nước trực tiếp

Khi chưng nứớc trực tiếp người ta phun nước qua lớp chất lỏng phận phun Hơi nước bão hịa hay nhiệt Trong trình tiếp xúc nước lớp chất lỏng, cấu tử cần chưng khuếch tán vào Hỗn hợp nước cấu tử bay ngưng tụ tách thành sản phẩm [9, tr61]

Quá trình chưng nước trực tiếp hợp lý dùng để tách cấu tử không tan nước khỏi tạp chất không bay hơi, trường hợp sản phẩm ngưng phân lớp: cấu tử bay nước, lấy sản phẩm cách dê dàng Ưu điểm trình chưng nước trực tiếp giảm nhiệt độ sôi hỗn hợp nghĩa ta chưng nhiệt độ sơi thấp bình thường Điều có lợi với chất dê bị phân hủy nhiệt độ cao chất có nhiệt độ sơi

1 Nồi chưng

(39)

quá cao mà chưng cất gián tiếp đòi hỏi dùng áp suất cao Chưng nước trực tiếp tiến hành gián đoạn hay liên tục (hình 2.3) Trong hai trường hợp người ta phải dùng cách đốt gián tiếp để đun bốc hỗn hợp Lượng nước trực tiếp vào hỗn hợp có nhiệm vụ mang cấu tử dê bay mà thơi [9,p62]

Hình 2.3: Sơ đồ chưng nước trực tiếp

 Căn vào trạng thái nước khỏi thiết bị người ta phân biệt [9,p62]: − Chưng nước nhiệt áp suất riêng phần nước hỗn hợp khỏi thiết bị bé áp suất nước bão hòa nhiệt độ − Chưng nước bão hòa áp suất riêng phần nước hỗn hợp khỏi thiết bị áp suất nước bão hòa nhiệt độ 2.2.3 Chưng luyện liên tục.

Phương pháp chưng đơn giản không cho phép ta thu sản phẩm có độ tinh khiết cao Muốn thu sản phẩm có độ tinh khiết cao người ta phải tiến hành chưng nhiều lần, sơ đồ chưng cất thể hình 2.4 [9, tr71]

(40)

Hỗn hợp đầu liên tục vào nồi chưng thứ Một phần chất lỏng bốc thành sản phẩm đỉnh, ống tháo sản phẩm đỉnh đồng thời ống để trì mực chất lỏng nồi không đổi C trạng thái cân với lỏng B Hơi C thu ngưng tụ lại thành chất lỏng D vào nồi chưng thứ hai Trong nồi chưng thứ hai ta thu F chất lỏng E tương tự trình lặp lại nồi thứ ba Ở nồi có phận đốt riêng biệt Kết ta thu sản phẩm đáy B, E, H sản phẩm đỉnh I chứa nhiều cấu tử dê bay [9, tr71]

Người ta thay đổi sơ đồ sản xuất để thu sản phẩm đáy có chứa nhiều cấu tử bay Để đạt mục đích ta cho sản phẩm đáy nồi thứ hai trở nồi thứ sản phẩm đáy nồi thứ ba trở nồi thứ hai,… Dĩ nhiên trạng thái cân nồi không giống sơ đồ Nếu ta khống chế q trình đốt nóng tốt ta liên tục ổn định thu sản phẩm đỉnh I sản phẩm đáy B

Ta lắp thêm nồi hay nhiều vào trước nồi thứ với nguyên liệu đầu vào sản phẩm đáy B nồi thứ nhất, thực trình chưng ta thu sản phẩm đáy K chứa nhiều cấu tử khó bay

Thiết bị làm việc thu sản phẩm có độ tinh khiết cao có nhược điểm tốn đốt nhiều

(41)

Nhìn vào đồ thị hình 2.5 ta thấy nồi trước có nhiệt độ cao nhiệt độ chất lỏng nồi sau Đằng ngưng tụ thành lỏng để vào nồi sau, khơng cần thiết phải ngưng tụ thiết bị ngưng tụ gián tiếp để tiết kiệm đốt giảm bớt thiết bị ngưng tụ người ta cho nồi trước trực tiếp vào nồi sau qua phận phun Phương pháp cho phép ta tiết kiệm đốt nhiều, trừ nồi thứ tất nồi cịn lại đun trực tiếp từ bốc từ nồi chưng Một vấn đề đặt lấy lỏng đâu vào nồi phía sau nồi cho hỗn hợp đầu vào Chỉ có cách sau ngưng tụ nồi ta cho phần chất lỏng ngưng quay lại nồi Lượng chất lỏng gọi lượng hồi lưu [9, tr72]

Trạng thái cân nồi chưng thể đồ thị hình 2.6

Hình 2.6: Sơ đồ chưng nhiều lần có hồi lưu

Tuy nhiên sơ đồ thiết bị có nhược điểm chế tạo phức tạp cồng kềnh Người ta đơn giản hệ thống cách thay tháp gọi tháp chưng luyện trình chưng nhiều lần gọi trình chưng luyện

(42)

Trên đĩa chất lỏng chứa cấu tử dê bay nồng độ x1, bốc lên từ đĩa có nồng độ cân với x1 y1 > x1, qua lỗ lên đĩa tiếp xúc với chất lỏng Nhiệt độ đĩa thấp đĩa phần ngưng lại, nồng độ x2 > x1 Hơi bốc lên từ đĩa có nồng độ cân với x2 y2 > x2, lên đĩa tiếp xúc với chất lỏng nhiệt độ đĩa thấp đĩa 2, phần ngưng lại, chất lỏng đĩa có nồng độ x3 > x2

Trên đĩa xảy trình chuyển khối pha lỏng pha hơi, phần cấu tử dê bay chuyển từ pha lỏng vào pha phần chuyển từ pha vào pha lỏng, lặp lại nhiều lần bốc ngưng tụ hay nói cách khác, với số đĩa tương ứng, cuối đỉnh tháp ta thu cấu tử dê bay dạng nguyên chất đáy tháp ta thu cấu tử khó bay dạng nguyên chất

Theo lý thuyết đĩa tháp bậc thay đổi nồng độ: thành phần khỏi đĩa thành phần cân với chất lỏng vào đĩa Do theo lý thuyết số đĩa số bậc thay đổi nồng độ Thực tế đĩa trình chuyển khối hai pha thường khơng đạt cân

Quá trình chưng luyện thực thiết bị loại tháp làm việc liên tục hay gián đoạn

2.2.4 Các phương pháp chưng khác.

2.2.4.1 Chưng luyện trích ly chưng luyện đẳng phí.

Đối với hỗn hợp gồm cấu tử có nhiệt độ sôi gần giống gần hay gồm cấu tử tạo thành dung dịch đẳng phí ta khơng thể dùng

(43)

phương pháp chưng luyện thông thường nghiên cứu để tách chúng dạng gần nguyên chất có dùng tháp vô cao với lượng hồi lưu lớn Để tách hỗn hợp phải dùng phương pháp chưng luyện đặc biệt, thông thường người ta hay dùng phương pháp chưng luyện trích ly chưng luyện đẳng phí

1 Chưng luyện trích ly

Phương pháp dựa sở thêm cấu tử vào hỗn hợp đĩa tháp, cấu tử gọi cấu tử dê phân ly có độ bay bé, có tác dụng làm thay đổi độ bay cấu tử khác hỗn hợp Tất nhiên ta phải chọn cấu tử phân ly để thêm vào hoh cần chưng làm tăng độ bay cấu tử hỗn hợp

Nếu hỗn hợp tạo thành dung dịch đẳng phí, điểm đẳng phí thêm cấu tử phân ly vào

(44)

Hình 2.8: Sơ đồ thiết bị chưng luyện trích ly

Q trình chưng luyện trích ly gần giống trích ly: cấu tử phân ly R kéo cấu tử B giải phóng cấu tử A; q trình gọi chưng luyện trích ly

2 Chưng luyện đẳng phí

Phương pháp dựa nguyên tắc thêm vào cấu tử phân ly Quá trình khác với chưng luyện trích ly cấu tử phân ly phải có độ bay lớn độ bay cấu tử hỗn hợp Tác dụng tương tự trường hợp chưng luyện trích ly, nghĩa làm thay đổi độ bay tương đối cấu tử hỗn hợp Thêm vào tạo thành với cấu tử dê bay (hay hai cấu tử) dung dịch đẳng phí có độ bay lớn Như kết chưng luyện sản phẩm đỉnh tháp hỗn hợp dẳng phí sản phẩm đáy cấu tử dạng n guyên chất Phương pháp tiện lợi tiết kiệm trường hợp cấu tử phân ly không tan vào cấu tử dê bay

(45)

Hình 2.9: Sơ đồ thiết bị chưng luyện đẳng phí So sánh chưng luyện trích ly chưng luyện đẳng phí

Khi chưng luyện trích ly khơng cần phải bốc cấu tử phân ly, lượng đốt tốn Trong hai trường hợp yêu cầu cấu tử phân ly phải làm tăng độ bay cấu tử hỗn hợp Đối với chưng luyện trích ly u cầu độ bay cấu tử phân ly bé tốt ngược lại chưng luyện đẳng phí độ bay cấu tử phân ly phải lớn

2.2.4.2 Chưng luyện nhiều cấu tử.

Hệ thống gồm ba cấu tử trở lên gọi hệ nhiều cấu tử Hệ nhiều cấu tử chia làm hai loại: loại thứ hỗn hợp chứa cấu tử tuân theo định luật Raoult gọi hỗn hợp lý tưởng (hỗn hợp hydrocarbon); loại thứ hai hỗn hợp chứa cấu tử không tuân theo định luật Raoult, gọi hỗn hợp thực (hỗn hợp rượu)

 Có hai cách chưng hỗn hợp nhiều cấu tử:

− Chưng cho hai sản phẩm đỉnh đáy có mặt tất cấu tử, dùng cách để tách sơ

− Chưng cho nhiều cấu tử khơng có mặt sản phẩm Khi chưng luyện tháp có hai sản phẩm, để tách hỗn hợp nhiều cấu tử ta cần nhiều tháp Theo nguyên tắc để tách n cấu tử ta cần có (n-1) tháp Trong thực tế để tách n cấu tử người ta thường ghép nhiều tháp lại thành

2.3 Cở sở tính tốn cơng nghệ chưng luyện liên tục hỗn hợp hai cấu tử

2.3.1 Cân pha.

(46)

bh

pp x

Trong đó: p – áp suất riêng phần cấu tử phân bố pha bên chất lỏng điều kiện cân bằng; pbh – áp suất bão hòa cấu tử nhiệt độ; x – nồng độ phần mol cấu tử dung dịch

Mặt khác, áp suất riêng phần xác định theo phương trình:[11, tr143] bh

cb

x p p

y

P P

 

Nếu hệ gồm hai cấu tử A B, theo định luật Dalton, ta có áp suất chung là:

A B

P p  p

Hay: P pAbh.x p Bbh.(1 x)

Thay vào phương trình trên, ta có với cấu tử A:

.(1 )

Abh Acb

Abh Bbh p x y

p x p x



 

Trong đó: pA, pB áp suất riêng phần cấu tử A B

Abh

p , pBbh áp suất bão hòa cấu tử A B.

Gọi: Abh Bbh p p  

độc bay tương đối cấu tử A hỗn hợp, ta có:

( 1)

Acb x y x     

(47)

2.3.2 Cân vật liệu.

Ký hiệu đại lượng sau:

F

G - lượng nguyên liệu đầu, kmol/s;

D

G - lượng nguyên liệu đỉnh, kmol/s;

B

G - lượng nguyên liệu đáy, kmol/s;

F

x - nồng độ phần mol cấu tử dê bay hỗn hợp đầu.

D

x - nồng độ phần mol cấu tử dê bay sản phẩm đỉnh.

B

x - nồng độ phần mol cấu tử dê bay sản phẩm đáy.

Phương trình cân vật liệu toàn tháp: [11, tr144]

F B D

G G G

Đối với cấu tử dê bay hơi: G xF F G xD D G xB B

Lượng sản phẩm đỉnh:

.( F B) D F

D B x x G G

x x  



Lượng sản phẩm đáy: GB GF  GD

 Phương trình đường nồng độ làm việc đoạn luyện có dạng: [11, tr144]

1

x D

x x

R x

y x

R R

 

 

Trong đó:

(48)

x x D G R G 

− số hồi lưu

x

G − lượng lỏng hồi lưu tháp, kmol/s.

Trong phương trình trường hợp cụ thể Rx xD đại

lượng không đổi, phương trình có dạng đường thẳng.[11, tr 144]

y A x B

 Phương trình đường nồng độ làm việc đoạn chưng có dạng:[11, tr158]

1 x B x x R L

y x x

R L L R

      Trong đó: F D G L G 

Phương trình đường nồng độ làm việc đoạn chưng có dạng đường thẳng: y A x B 

2.3.3 Chỉ số hồi lưu thích hợp.

 Chỉ số hồi lưu tối thiểu tháp chưng luyện [11, tr158]: * * D F x F F x y R y x   

Trong đó: y − nồng độ cấu tử dê bay tron pha cân nồng độ pha*F lỏng xF hỗn hợp đầu

 Chỉ số hồi lưu làm việc thường xác định qua số hồi lưu tối thiểu [11, tr158]:

min

x x

(49)

Vấn đề chợn số hồi lưu thích hợp quan trọng, số hồi lưu bé số bậc tháp lớp tiêu tốn đốt ít, ngược lại số hồi lưu lớn số bậc tháp có tiêu tốn đốt lại lớn

 Trong tính tốn cơng nghiệp, tùy theo u cầu mức độ xác ta có ba cách xác định số hồi lưu sau [11, tr158]:

+ Để tính gần ta lấy số hồi lưu làm việc [11, tr159]:

min

(1, 2,5)

x x

R   R

Hay Rx 1,3Rxmin 0,3

+ Xác định số hồi lưu từ điều kiện thể tích tháp nhỏ ( khơng tính đến

chỉ tiêu kinh tế vận hành) Trong trường hợp ta cần thiết lập quan hệ số hồi lưu thể tích tháp Rx V [11, tr 159]

Cũng dê dàng thấy rằng, thể thích làm việc tháp tỉ lệ với tích số m R x( x 1)

hay tích số m R y( x 1), mx hay my số đơn vị chuyển khối

Vấn đề phải xác định trị số mx hay my ứng với giá trị Rx khác

để thiết lập quan hệ phụ thuộc Rxhay m R x( x 1) đồ thị Điểm cực tiểu

(50)

Hình 2.10: Đồ thị xác định số hồi lưu thích hợp.

Ví dụ Rx1Rxmin ta vẽ đường làm việc hai đoạn tháp ( hình 2.10), từ

đó ta xác định số đơn vị chuyển khối mx1 phương pháp đồ thị thích phân theo

cơng thức:

D B

x x x

cb dx m

x x 





Cho giá trị Rx khác ta thu giá trị mx tương ứng

Quan hệ phụ thuộc Rx m Rx( x 1) biểu thị đồ thị hình 2.10 Điểm cực tiểu

điểu ứng với số hồi lưu thích hợp Rxth mà ta cần tìm

(51)

Quan hệ chi phí sản xuất số hồi lưu biểu thị hình 2.11 Điểm cực tiểu đường tổng chi phí  ứng với số hồi lưu thích hợp tổng chi phí bé nhất.

Hình 2.11: Xác định số hồi lưu thích hợp kinh tế nhất.

2.4 Quy trình công nghệ hệ thống chưng cất ethanol.

Ethanol chất lỏng tan vô hạn nước, nhiệt độ sôi 78,30C ở 760mmHg, nhiệt độ sôi nước 1000C 760mmHg: cách biệt xa nên phương pháp hiệu để thu ethanol có độ tinh khiết cao phương pháp chưng cất

Trong trường hợp này, ta sử dụng phương pháp cô đặc cấu tử có khả bay hơi, khơng sử dụng phương pháp trích ly phương pháp hấp thụ phải đưa vào cấu tử để tách, làm cho trình phức tạp hay q trình tách khơng hồn tồn

(52)

Thuyết minh quy trình cơng nghệ:

Mục đích phân xưởng chưng cất phân tách ethanol khỏi giấm chín (dịch sau lên men) nâng nồng độ ethanol sản phẩm lên 95%tt

Phân xưởng chưng cất thiết kế theo tiêu chí sử dụng lượng tiết kiệm Các thiết bị phân xưởng chưng cất bao gồm:

- 02 tháp cất thô: 01 tháp C-4101 hoạt động áp suất thường (tháp thô 1), 01 tháp C-4102 hoạt động áp suất chân không (tháp thô 2);

- 01 tháp cất tinh C-4201 hoạt động áp suất dư (tháp tinh) Điều kiện vận hành phân xưởng chưng cất:

Thông số Tháp thô 1 Tháp thô 2 Tháp tinh

Áp suất (bar) 0.97 0.21 3.4

(53)

Giấm chín trước vào tháp thơ gia nhiệt sơ chuổi thiết bị thu hồi nhiệt Nhiệt độ giấm chín vào tháp thơ đạt khoảng 88oC nhiệt độ giấm chín đi vào tháp thô đạt khoảng 75oC

Trong tháp cất thơ, cồn tách khỏi giấm chín qua khay tháp, thiết kế chống cáu cặn có dịch bia bám bề mặt Sản phẩm đáy tháp thô dịch hèm thu gom Stillage Tank để chuẩn bị cho trình lắng gạn sản suất DDFS

Hỗn hợp ethanol - nước từ đỉnh tháp thơ ngưng tụ đưa vào phần tháp tinh Sản phẩm đáy tháp tinh chủ yếu nước đưa thùng hịa bột Hơi ethanol đỉnh tháp cất tinh có nồng độ khoảng 95% tt (ethanol bán luyện) ngưng tụ cấp vào hệ thống tách nước rây phân tử

(54)

CHƯƠNG 3: TÍNH TỐN CƠNG NGHỆ THÁP CHƯNG LUYỆN

3.1 Các thông số ban đầu.

 Năng suất nhập liệu: GF 22625(kg h/ )

 Nồng độ nhập liệu: x F 50% (m /m )3

 Nồng độ sản phẩm đỉnh: x D 95% (m /m )3

 Nồng độ sản phẩm đáy: x B 0,005% (m /m )3

 Khối lượng phân tử Ethanol: M E 46, nước M W 18

 Nhiệt độ nhập liệu:

0 112,3 C F

T 

 Nhiệt độ sản phẩm đỉnh sau làm nguội:

0 B

T 35 C

 Nhiệt độ sản phẩm đáy sau làm nguội:

0 D

T 35 C  Trạng thái nhập liệu trạng thái

 Các kí hiệu:

+ G , F:F suất lượng nhập liệu tính theo kg/h, kmol/h

+ G , B:B suất lượng sản phẩm đáy tính theo kg/h, kmol/h

+ G , D:D suất lượng sản phẩm đỉnh tính theo kg/h, kmol/h

+ L : suất lượng dịng hồn lưu, kmol/h

+ x xi, :i nồng độ phần mol, phần khối lượng cấu tử i

3.2 Cân pha lỏng – hệ Ethanol – water áp suất làm việc.

(55)

Đồ án tốt nghiệp Chương 3: Tính tốn cơng nghệ tháp chưng luyện

Sử dụng phần mềm DDBST 2006, tra cứu bảng số liệu cân lỏng – hệ Ethanol – water áp suất 3.4 bar:

STT X Y T[K] STT X Y T[K]

1 0.00000 0.00000 410.94 51 0.50001 0.64407 387.65

2 0.01000 0.09336 407.80 52 0.51001 0.64922 387.54

3 0.02000 0.16353 405.30 53 0.52001 0.65441 387.44

4 0.03000 0.21780 403.28 54 0.53001 0.65965 387.34

5 0.04000 0.26081 401.62 55 0.54001 0.66493 387.24

6 0.05000 0.29561 400.24 56 0.55001 0.67026 387.15

7 0.06000 0.32429 399.08 57 0.56001 0.67564 387.05

8 0.07000 0.34830 398.10 58 0.57001 0.68107 386.96

9 0.08000 0.36869 397.25 59 0.58001 0.68655 386.87

10 0.09000 0.38625 396.52 60 0.59001 0.69209 386.78

11 0.10000 0.40154 395.88 61 0.60001 0.69767 386.69

12 0.11000 0.41501 395.32 62 0.61001 0.70332 386.61

13 0.12000 0.42700 394.82 63 0.62001 0.70902 386.53

14 0.13000 0.43778 394.37 64 0.63001 0.71478 386.44

15 0.14000 0.44756 393.97 65 0.64001 0.72060 386.37

16 0.15000 0.45650 393.60 66 0.65001 0.72648 386.29

17 0.16000 0.46476 393.27 67 0.66001 0.73242 386.22

18 0.17000 0.47243 392.96 68 0.67001 0.73843 386.15

19 0.18000 0.47962 392.67 69 0.68001 0.74450 386.08

20 0.19000 0.48640 392.41 70 0.69001 0.75065 386.01

21 0.20000 0.49283 392.16 71 0.70001 0.75686 385.94

22 0.21000 0.49896 391.92 72 0.71001 0.76315 385.88

23 0.22000 0.50485 391.70 73 0.72001 0.76951 385.82

24 0.23000 0.51052 391.49 74 0.73001 0.77596 385.76

25 0.24000 0.51602 391.29 75 0.74001 0.78248 385.71

26 0.25000 0.52137 391.10 76 0.75001 0.78909 385.66

27 0.26000 0.52660 390.91 77 0.76001 0.79578 385.61

28 0.27000 0.53172 390.73 78 0.77001 0.80257 385.56

29 0.28000 0.53675 390.56 79 0.78001 0.80945 385.51

30 0.29000 0.54171 390.39 80 0.79001 0.81643 385.47

31 0.30000 0.54662 390.23 81 0.80001 0.82351 385.43

32 0.31000 0.55148 390.07 82 0.81001 0.83070 385.39

33 0.32000 0.55630 389.92 83 0.82001 0.83801 385.36

34 0.33000 0.56110 389.77 84 0.83001 0.84543 385.33

35 0.34000 0.56589 389.63 85 0.84001 0.85299 385.30

36 0.35000 0.57066 389.48 86 0.85001 0.86067 385.28

37 0.36000 0.57543 389.34 87 0.86001 0.86850 385.26

38 0.37000 0.58019 389.21 88 0.87002 0.87648 385.24

39 0.38000 0.58497 389.07 89 0.88002 0.88462 385.22

40 0.39000 0.58976 388.94 90 0.89002 0.89292 385.21

41 0.40000 0.59456 388.81 91 0.90002 0.90141 385.21

42 0.41000 0.59938 388.69

(Azeo)9

2 0.91002 0.91010 385.20

43 0.42000 0.60422 388.56 93 0.92002 0.91899 385.21

44 0.43000 0.60909 388.44 94 0.93002 0.92811 385.21

(56)

46 0.45000 0.61891 388.20 96 0.95002 0.94709 385.24

47 0.46000 0.62387 388.09 97 0.96002 0.95700 385.26

48 0.47000 0.62886 387.98 98 0.97002 0.96721 385.29

49 0.48000 0.63389 387.87 99 0.98002 0.97776 385.32

50 0.49000 0.63896 387.76 100 0.99002 0.98868 385.36

101 1.00002 1.00000 385.41

Bảng 3.1: Cân pha lỏng – hệ Ethanol – water 3,4 bar.

3.3 Cân vật chất.

3.3.1 Nồng độ phần mol Ethanol tháp.

0,240673

F

x 

0,857594

D

x 

0,000159

B

x 

(57)

Đồ thị 3.1: đồ thị t-x,y hệ Ethanol – water 3.4bar.

Do ta chọn trạng thái nhập liệu vào tháp chưng cất trạng thái lỏng sôi nên từ đồ thị 3.1 trên, x F 0,240673 ta nội suy nhiệt độ tháp chưng cất T F 391,277

Nội suy theo phụ lục 3, ta được: W 944, 42 kg/m3

Nội suy theo phụ lục 4, ta được: E 693,81 kg/m3

Suy khối lượng riêng hỗn hợp nhập liệu vào tháp theo công thức I.2- tr 5- [10]

3 1 0,240673 0, 240673

1,156.10 693,81 944,42

F F

F E W

x x            (3.1) 865,07 F 

  kg/m3.

Ta có: MF x MF E (1 xF).MW 0, 240673.46 (1 0, 240673).18 24,739  

(kg/kmol) Nên: 22625 914,554 24,739 F F G F M    (kmol/h) 3.3.2 Suất lượng mol dịng.

Phương trình cân vật chất cho tồn tháp, theo cơng thức 3.12-tr 143-[12]:

F D B F D B

F x D x B x  

  (3.2)

Thế giá trị vào ta hệ phương trình sau: 914,554

(58)

Khối lượng mol trung bình hỗn hợp đỉnh đáy là:

(1 ) 0,857594.46 (1 0,857594).18 42,013

D D E D W

M x M   x M    

(kg/kmol)

(1 ) 0,000159.46 (1 0,000159).18 18,004

B B E B W

M x M   x M     (kg/kmol

)

Suy ra:

256,536.42,013 10778

D D

G D M   kg/h

568,014.18,004 11847

B B

G B M   kg/h

3.3.3 Phương trình đường làm việc cho đoạn chưng đoạn luyện.

(59)

Đồ thị 3.2: Đồ thị x-y hệ Ethanol – water 3,4 bar.

Với x F 0,240673 nội suy

* 0,515380 F

y 

Tỉ số hồi lưu ngoại tháp tối thiểu theo công thức 3.32- tr 154- [12]: *

min *

0,857594 0,51538

1,237596 0,51638 0,240673

D F F F x y R

y x

 

  

  (3.3)

(60)

giữa số hồi lưu thể tích tháp Rx V , sử dụng vòng lặp với R0,05, so

sánh kết theo phụ lục 2, ta tìm giá trị tỉ số hồi lưu ngoại tháp thích hợp:

3,1826

R 

Phương trình đường làm việc phần chưng theo công thức 3.19b- tr 145- [12]:

/ /

1 B

R F D F D

y x x

R R

 

 

  (3.4)

Mặt khác theo công thức 3.13b- tr 143- [12]:

3,565 D B

F B F x x D x x



 

 (3.5)

Thay số vào phương trình 3-4 ta có phương trình đường làm việc đoạn chưng:

1,613257 0,0001

y x

(3.6) Phương trình đường làm việc phần luyện theo công thức 3.17- tr 144- [12]:

1

1 D

R

y x x

R R

 

  (3.7)

Thay số được: y0,760914.x0, 205038 (3.8)

Từ đường làm việc trên, ta dựng đồ thị đường làm việc tính số đĩa lý thuyết Qua việc vẽ số bậc thay đổi nồng độ đoạn chưng đoạn luyện, ta thu kết ( Đồ thị 3.3):

(61)

Đồ án tốt nghiệp Chương 3: Tính tốn công nghệ tháp chưng luyện

(62)

Đồ thị 3.3b: Đồ thị xác định số lý thuyết ( phóng to x=0,6 ÷ 0,9) Bảng cân pha đĩa theo số đĩa lý thuyết

x y T

Luyện y=0.760914x+0.205038

D 0.857594 0.866608 385.26

1 0.846005 0.857594 385.29

2 0.834435 0.848776 385.32

3 0.822655 0.839972 385.35

(63)

5 0.797464 0.821707 385.44

6 0.783434 0.811840 385.50

7 0.767941 0.801165 385.57

8 0.750437 0.789375 385.66

9 0.730158 0.776056 385.76

10 0.705997 0.760626 385.90

11 0.676290 0.742242 386.11

12 0.638356 0.719637 386.38

13 0.587632 0.690772 386.80

14 0.515705 0.652176 387.48

15 0.405987 0.597446 388.74

16 0.236255 0.513960 391.36

Chưng y=1.613257x-0.0001

F 16 0.240673 0.516380 391.28

17 0.240673 0.388170 391.28

18 0.091256 0.147121 396.44

19 0.017662 0.028395 405.88

20 0.003041 0.004809 409.98

(64)

CHƯƠNG 4: TÍNH TỐN KẾT CẤU CHO THÁP CHƯNG LUYỆN

Trong chương 3, đề cập đến cân vật chất tháp chưng luyện, từ tính tốn số đĩa lý thuyết tháp Trong phần này, em tiến hành tính tồn kết cấu khí tháp chưng luyện Do yêu cầu toán đăt thiết kế tháp với suất cao, hiệu suất cao, cần khoảng làm việc rộng, nên em chọn loại đĩa thiết kế tháp loại đĩa van chuyển động

4.1 Chiều cao tháp chưng luyện.

4.1.1 Số đĩa lý thuyết tháp chưng luyện.

Theo đồ thị 3.3 ta có số đĩa lý thuyết tồn tháp là: 21 đĩa, có:

+ Số đĩa lý thuyết đoạn luyện: 16 + Số đĩa lý thuyết đoạn chưng:

4.1.2 Số đĩa thực tế tháp chưng luyện.

Phương pháp chọn để xác đinh số đĩa thực tế phương pháp xác định số đĩa thực tế theo hiệu suất trung bình theo cơng thức IX.59- tr 170- 11:

lt tt

tb N N





(4.1)

Trong đó: Nlt số đĩa lý thuyết tt

N số đĩa thực tế.

tb

 hiệu suất trung bình thiết bị theo cơng thức IX.60- tr 171- 11

3 tb

      

(4.2)

1, ,2

(65)

Đồ án tốt nghiệp Chương 4: Tính tốn kết cấu tháp chưng luyện

 Vị trí đỉnh tháp:

Nồng độ phần mol: x D 0,857594;y D 0.866608;TD 385, 26K

Độ bay tương đối theo công thức IX.61- tr 171- 11:

1,079

1

D D

y x

   

 (4.3)

Nội suy theo phụ lục 3: E 0,3008 mPa.s

Nội suy theo phụ lục 4: W 0, 2571 mPa.s

Độ nhớt hỗn hợp vị trí đỉnh tháp theo công thức I.12- tr 84- 10

lghh xD.lgE (1 xD) lgW (4.4) Suy ra: hh 0, 2942 mPa.s

Tích số:   hh 1,079.0,2942 0,3174

Tra theo hình IX.11- tr 171- 11, ta được: 165%

 Vị trí nhập liệu tháp:

Nồng độ phần mol: x F 0,240673;y F 0,516380;TF 391, 28K

Độ bay tương đối theo công thức IX.61- tr 171- 11:

3,369

1

F F

y x

    

Nội suy theo phụ lục 4: W 0,2454 mPa.s

Độ nhớt hỗn hợp vị trí đỉnh tháp theo cơng thức I.12- tr 84- 10

lghh xF.lgE (1 xF)lgW Suy ra: hh 0, 2897 mPa.s

Tích số:   hh 3,369.0,2897 0,9760

Tra theo hình IX.11- tr 171- 11, ta được: 2 49%

(66)

Nồng độ phần mol: x B 0,000159;y B 0,001484;TB 410,89K

Độ bay tương đối theo công thức IX.61- tr 171- 11: 9,348 B B B B y x y x     

Nội suy theo phụ lục 4: W 0,2128 mPa.s

Độ nhớt hỗn hợp vị trí đỉnh tháp theo công thức I.12- tr 84- 10

lghh xB.lgE (1 xB) lgW Suy ra: hh 0, 2128 mPa.s

Tích số:   hh 9,348.0,2128 1,989

Tra theo hình IX.11- tr 171- 11, ta được: 2 42%

 Hiệu suất trung bình tồn tháp là: 65 49 42

52%

tb

     Số đĩa thực tế tháp là:

21 40,38 0,52 lt tt tb N N     đĩa Chọn: N tt 41 đĩa, đó:

5 9,62 0,52 C ttC tb N N    

đĩa, chọn: NttC 10 đĩa

16 30,77 0,52 L ttL tb N N    

đĩa, chọn: N ttL 31 đĩa

4.1.3 Chiều cao tháp chưng luyện.

Chiều cao tồn tháp chưng luyện tính theo cơng thức IX.54- tr 169- 11:

.( ) (0,8 1)

tt d

(67)

Trong đó: Hd khoảng cách đĩa Chọn:H d 0,5 (m)  chiều dày đĩa Chọn:  0,002 (m)

Vậy: H 41.(0,5 0,002) 0,8 21,382   (m)

4.2 Đường kính tháp.

Đường kính tháp xác định theo công thức 7.2- tr 6- 13

max

.v v V D

U

 



(4.6)

Trong đó: Vmax - lưu lượng tối đa pha (kg/s)

v

 - khối lượng riêng pha (kg/m3).

v

U - tốc độ tối đa cho phép pha tính theo tiết diện ngang tồn tháp (m/s)

Đường kính tháp tính theo phương pháp dự đốn sặc đĩa tia lỏng theo khí

Lưu lượng dòng đoạn luyện:

.( 1) 256,536.(3,1826 1) 1072,99

V D R    (kmol/h)

Lưu lượng dòng lỏng đoạn luyện:

3,1826.256,536 816, 45

LR D  (kmol/h)

Hệ số góc đường làm việc đoạn chưng ( phương trình 3.6) là: '

'

1,613

L tg

(68)

Suy ra: ' ' 1073,44 kmol/h 1731,46 kmol/h V L       

 Ở đáy tháp, áp suất 3,4 bar, tra cứu theo Data of Aspen được:

+ Khối lượng riêng hơi:  V' 1,79 kg/m3

+ Khối lượng riêng lỏng:  L' 927,51 kg/m3

+ Khối lượng phân tử: M B 18,004 kg/kmol

+ Sức căng bề mặt: ' 0,0509 N/m

 Ở đỉnh tháp, áp suất 3,4 bar, tra cứu theo Data of Aspen được:

+ Khối lượng riêng hơi: V 4,63 kg/m3

+ Khối lượng riêng lỏng: L 702,79 kg/m3

+ Khối lượng phân tử: M D 42,013 kg/kmol

+ Sức căng bề mặt:  0,0202 N/m

Thơng số dịng khơng thứ nguyên theo công thức 7.17- tr 36- 13 0,5 V LG L L F V       

  (4.7)

Đoạn chưng:

' '

1731, 46 1,79

0,071 1073, 44 927,51

V LGC L L F V      Đoạn luyện: 816,45 4,63 0,062 1072,99 702,79 V LGL L L F V     

Thông số suất tính theo cơng thức 7.18- tr 40- 13

4 0,755 0,842

0,0105 8,127.10 ( ) exp[ 1, 463.( ) ]

sbf d LG

C  H F

   (4.8)

(69)

Đỉnh tháp: Csbf 0,0105 8,127.10 500 4 0,755.exp[ 1, 463.0,062 0,842] 0,0875

Tốc độ tối đa cho phép qua diện tích tự đĩa theo công thức 7.19- tr 40- 13 0,5 0,2 10 20 L V nf sbf V

U C   



 

  

    

    (4.9)

Đoạn chưng: UnfC 2,363 (m/s) Đoạn luyện: UnfL 1,077 (m/s)

Tốc độ làm việc dòng hơi, ta chọn tốc độ làm việc 85% tốc độ tối đa:

Đoạn chưng: UVC 0,85.UnfC 0,85.2,363 2,009 (m/s) Đoạn luyện: UVL 0,85.UnfL 0,85.1,077 0,916 (m/s) Lưu lượng thể tích lớn dịng hơi:

Đoạn chưng: ' max ' 1073,44.18,004 2,999 3600 1,79.3600 B C V V M V    

(m3/s)

Đoạn luyện: max

1072,99.42,013 2,705 3600 4,63.3600 D L V V M V    

(m3/s) Diện tích làm việc thực đĩa:

Đoạn chưng:

max 2,999 1, 493 2,009 C nC NC VC V A S U    

(m2)

Đoạn luyện:

max 2,705 2,953 0,916 L nL NL VL V A S U    

(m2)

(70)

Đoạn chưng:

1,493

1,697 (1 0,12) 0,88

NC TC

S

S   

 (m2)

Đoạn luyện:

2,953

3,359 (1 0,12) 0,88

NL TL

S

S   

 (m2)

Đường kính tháp:

Đoạn chưng: 1,697.4 1,470 3,14 TC C S D     (m) Đoạn luyện: 3,359.4 2,068 3,14 TL L S D     (m)

Chuẩn hóa đường kính: D T 2200 mm

Vận tốc pha tháp theo thực tế:

Đoạn chưng: max 4.2,999 1,737 3,14.2,2 C VC T V U D     (m/s) Đoạn luyện: max 4.2,705 1,566 3,14.2,2 L VL T V U D     (m/s) Tính chọn mơ hình dòng lỏng đĩa:

2200 mm 7, 22 ft

T

D  

Lưu lượng dòng lỏng tối đa đĩa: ' max ' 1731,46.18,004 9,34.10 3600 3600.927,51 B L L M L     

(m3/s) (4.10)

max 148

L  (gal/min)

(71)

Hình 4.1: Mơ hình dịng lỏng đơn giản.

4.3 Thiết kế sơ đĩa dự đoán điểm sặc đĩa.

4.3.1 Chọn thiết kế sợ đĩa cho tháp chưng luyện. Đường kính tháp: D T 2200 mm

Tra theo bảng 7.28- tr 198- 13, ta thông số đĩa van chuyển động sau:

Tiết diện tự tháp: A c 3,80 m2

Diện tích làm việc đĩa: A a 2,76 m2

Chiều dài ngưỡng chảy tràn:L C 1,74 m

Diện tích chảy chuyền lỏng:A d 0,52 m2

Diện tích thực đĩa: A n 3, 28 m2

Bước van: t 50mm Số lượng van: 432

(72)

4.3.2 Dự đốn điểm sặc đĩa.

Vận tốc dịng điều kiện thiết kế, theo diện tích tự đĩa An

3600 n

L M U A   (4.11) Đoạn chưng: ' '

1731, 46.18,004

1, 475 3600 3600.1,79.3, 28

B C V n L M U A     (m/s) Đoạn luyện:

816, 45.42,013

0,628 3600 3600.4,63.3,28

D L V n L M U A     (m/s) Yếu tố C tính theo cơng thức 7.4- tr 29- 13

V

L V C U 

    (4.12) Đoạn chưng: ' ' ' 1,79

1,475 0,065

927,51 1,79 V

C C

L V

C U 

 

  

 

Đoạn luyện:

4,63

0,628 0,051

702,79 4,63 V

L L

L V

C U 

 

  

 

Nhận thấy giá trị yếu tố C 80%.Csbf điểm sặc Nên tháp với thơng số đã chọn hồn tồn thích hợp với điều kiện làm việc theo yêu cầu đặt

4.4 Trở lực đĩa.

Trở lực đĩa có ảnh hưởng tới cơng suất thiết bị đun sôi đáy tháp, thiết bị tạo áp tải trọng cần thiết tháp Vì vậy, thực tế cần giải pháp để giảm trở lực đĩa đến mức thấp

Trở lực đĩa gồm hợp phần sau theo công thức 7.27- tr 52- 13

t d L

(73)

Trong đó: hd- trở lực đĩa khô (do van khô đĩa tạo ra), mm cột chất lỏng L

h - trở lực lớp hỗn hợp lỏng – khí tạo ra, mm cột chất lỏng

4.4.1 Trở lực đĩa khô.

Trở lực đĩa khơ tính theo phương trình chuyển động khí qua van, cơng thức 7.28- tr 52- 13:

2 V

d h

L h K  U



 

  

  (4.14)

Trong đó: Uh- tốc độ dịng khí qua rãnh van, m/s

K - hệ số

Tốc độ dịng khí vào thời điểm van bắt đầu mở theo công thức 7.33- tr 54- 13: 0,5

1,14 vw M

hc v

c V R

U t

K 



 

  

  (4.15)

Trong đó: tv - chiều dày van, chọn t v 2mm vw

R - tỷ số khối lượng van có chân van khơng có chân, tra theo

bảng 7.8- tr 57- 13, được: R vw c

K - hệ số lỗ tất van đóng, tra theo tr 54- 13, ta được:

1683

c

K  (mm.s2/m2).

V

 - khối lương riêng khí

M

(74)

Đoạn chưng:

0,5 0,5

'

1 8000

1,14 1,14 2,639

1683 1,79 vw M hcC v c V R U t K               

  (m/s)

Đoạn luyện:

0,5 0,5

1 8000

1,14 1,14 1,641

1683 4,63 vw M hcL v c V R U t K               

  (m/s)

Tốc độ dịng khí tất van mở tính theo cơng thức 7.34- tr 54- 13: 0,5 c ho hc o K U U K     

  (4.16)

Trong đó: Ko - hệ số lõ tất van mở, tra theo tr 54- 13, ta được:

0,5 2,64 254,5 o t K t     

  (4.17)

Với: tt - chiều dày đĩa, chọn t t 3mm

Vậy: 0,5 2,64 254,5 238,7 o

K    

  Đoạn chưng: 0,5 1683 2,639 7,007 238,7 hoC

U    

  (m/s)

Đoạn luyện: 0,5 1683 1,641 4,357 238,7 hoL

U    

  (m/s)

Trở lực đĩa khô tất van mở:

Đoạn chưng:

'

2

'

1,79

238,7 .7,007 22,618 927,51

V

dC o hoC L

h K  U



 

    

  mm

Đoạn luyện:

2 4,63

238,7 .4,357 29,853 702,79

V

dL o hoC L

h K  U



 

    

(75)

Đồ án tốt nghiệp Chương 4: Tính toán kết cấu tháp chưng luyện

4.4.2 Trở lực lớp hỗn hợp lỏng – khí đĩa.

Trở lực lớp hỗn hợp lỏng – khí đĩa tạo tính theo cơng thức 7.38-tr 55- 13

L ds

h  h (4.18)

Trong đó:  - hệ số sục khí (khơng thứ nguyên)

ds

h - chiều cao tính tốn lớp chất lỏng khí, mm.

 Yếu tố sục khí  :

Yếu tố F, với vận tốc dịng U tính theo tiết diện tự đĩa An tính

theo công thức 7.3- tr 29- 13:

F U  (4.19)

Đoạn chưng: FC UC V' 1,475 1,79 1,973 (kg1/2/m1/2.s)

1,619

C

F  (lb1/2/ft1/2.s)

Tra theo đồ thị 7.26- tr 56-13, ta được: C 0,56

Đoạn luyện: FL UL V 0,628 4,63 1,351 (kg1/2/m1/2.s)

1,108

L

F  (lb1/2/ft1/2.s)

Tra theo đồ thị 7.26- tr 56-13, ta được: L 0,6

 Chiều cao tính tốn chất lỏng khí hds:

Được xác định theo công thức 7.40- tr 55- 13:

0,5

ds w ow hg

h h h  h (4.20)

(76)

ow

h - chiều cao lớp bọt phía ngưỡng chảy tràn, mm cột chất lỏng.

hg

h - gradien thủy lực theo phương ngang đĩa, mm cột chất lỏng.

Chiều cao ngưỡng chảy tràn, chọn h w 50 mm

Chiều cao lớp bọt phía ngưỡng chảy tràn hình viên phân tính theo cơng thức7.41- tr 56- 13:

2/3 664 ow w Q h L     

  (4.21)

Đoạn chưng:

2/3 2/3

' '

1731,46.18,004

664 664 20,351

3600 3600.927,51.1,74 B owC L w L M h L                 Đoạn luyện: 2/3 2/3 816,45.42,013

664 664 26,097

3600 3600.702,79.1,74 D owL L w L M h L                

Riêng gradien thủy lực theo phương ngang đĩa thường nhỏ nên bỏ qua

Vậy trở lực hỗn hợp lỏng – khí đĩa tạo nên, kết hợp cơng thức 4.18 4.20 ta có:

.( )

L w ow

h  h h (4.22)

Đoạn chưng: hLC C.(hwhowC) 0,56.(50 20,351) 39,397   (mm.ccl)

Đoạn luyện: hLL L.(hwhowL) 0,6.(50 26,097) 45,658   (mm.ccl)

 Trở lực tổng cổng đĩa:

Đoạn chưng: htC hdC hLC 22,618 39,397 62,015  (mm.ccl)

(77)

4.4.3 Tính kiểm tra kênh chảy truyền lỏng.

Chọn khoảng cách mép kênh chảy truyền lỏng mặt đĩa:

10 50 10 40

ap w

h h     (mm)

Diện tích lỏng qua phía kênh chảy truyền:

0,04.1,74 0,0696

ap ap w

A h L   (m2)

Do diện tích lớn diện tích kênh chảy truyền (Aap Ad 0,52 m2) nên ta chọn diện tích để tính trở lực kênh chảy truyền theo công thức 7.44- tr 64- 13:

2 165, da d Q h A     

  (4.23)

Đoạn chưng:

2

' '

1731,46.18,004

165,2 165, 2,972

3600 3600.927,51.0,0696 B daC L d L M h A              

  (mm)

Đoạn luyện:

2

816, 45.42,013

165,2 165,2 6, 268

3600 3600.702,79.0,0696 D daL L d L M h A              

  (mm)

Chiều cao mức lỏng kênh chảy truyền tính theo cơng thức 7.20a- tr 42- 13:

( )

dc w ow t da

h  h h h h (4.24)

Đoạn chưng: hdcC hwhowC htC hdaC 50 20,351 62,015 2,972 135,338   

Đoạn luyện: hdcL hwhowL htL hdaL 50 26,097 75,511 6,268 157,876   

(78)

1 dc h 

(khoảng cách đĩa + chiều cao ngưỡng chảy tràn)

Xét:

1

0,135338 (0,5 0,05) 0, 275

dcC

h    

Thỏa mãn

0,157876 (0,5 0,05) 0,275

dcL

h    

Thỏa mãn Vì vậy, khoảng cách đĩa 0,5m chọn ban đầu thỏa mãn tính tốn

Kiểm tra thời gian lưu lỏng kênh chảy truyền: 3600

d dc L d dc L

m

A h A h t

L L M

     (4.25) Đoạn chưng: ' '

.3600 0,52.0,135338.927,51.3600

7,538 1731, 46.18,004

d dcC L C B A h t L M       Đoạn luyện:

.3600 0,52.0,157876.702,79.3600

6,055

816, 45.42,013

d dcL L L D A h t L M      

Tra theo bảng 7.6, thấy thời gian lưu tính thỏa mãn điều kiện thời gian lưu nhỏ

4.5 Tính tốn bề dày thiết bị chi tiết khác.

4.5.1 Tính tốn bề dày thiết bị. 4.5.1.1 Bề dày thân tháp.

Thiết bị chưng luyện thiết kế thiết bị hình trụ dạng vỏ mỏng, chịu áp suất Bề dày thân tháp tính tốn thiết kế theo phương pháp thiết kế bề dày thiết bị chịu tải trọng tổng hợp Ngồi tải trọng áp suất làm việc, cịn phải xem xét tải trọng do:

+ Trọng lượng tĩnh thiết bị phận bên thiết bị

(79)

+ Động đất

+ Các tải trọng đường ống nối thiết bị liên quan tạo

Trong toán đề ra, ta xét đến tải trọng áp suất làm việc, tải trọng tổng trọng lượng thiết bị tải trọng gió gây

1 Áp suất làm việc vật liệu chế tạo

Áp suất làm việc: P 3,4 bar 0,34 (N/mm ) Nhiệt độ làm việc tối đa: max 410K 137 C

o

t  

Chọn áp suất thiết kế lớn áp suất làm việc 10%:

1,1 1,1.0,34 0,374

t

P  P  (N/mm2)

Chọn vật liệu chế tạo thép không gỉ 18Cr/8Ni (SUS304), tra bảng 8.2, tr 475-13, ta được:

+ Độ bền kéo: T 510 (N/mm2)

+ Ứng suất thiết kế: f 135(N/mm2)

Chọn kiểu mối hàn kép nối đỉnh, với mức độ siêu âm kiểu tra 100%, tra bảng 8.3- tr 476- 13, ta có hệ số hàn: J 1

2 Hệ số bổ sung chiều dày thiết bị

Hệ số bổ sung chiều dày thiết bị tính theo cơng thức 2.23- tr 74- 14:

1

C C C C (mm) (4.26)

Trong đó: C1 - độ dư ăn mòn, với tuổi thọ thiết bị 20 năm, chọn C 1

2

C - độ dư bù cho sai số chế tao, gia công, chọn C 2

3

C - độ dư ăn mịn hóa chất, mơi chất khơng ăn mịn nên C 3

(80)

3 Chiều dày thân thiết bị

Chiều dày nhỏ thân thiết bị tính theo công thức 8.36a- tr 478- 13: t t t P D S C

J f P

 

 (4.27)

Trong đó: Dt - đường kính thiết bị, D t 2200 (mm)

Vậy:

0,374.2200

3 6,052 2.1.135 0,374

S   

 (mm)

Chiều dày thân tháp phải lớn nhiều so với chiều dày nhỏ để chịu tải trọng gió trọng lượng tháp gây

Chọn chiều dày tháp để bắt đầu vòng lặp tính chọn chiều dày thích hợp là:

10

S  (mm)

4 Trọng lượng tĩnh thiết bị  Trọng lượng thân tháp:

Chọn hệ số:

1,15

v

C  tháp chưng cất

2210

m t

D D S  mm

21,382

v

H  m

Khi trọng lượng tháp theo công thức 8.54a- tr 495- 13:

 

0,8

v M v m v m

G   g C D H  D S (4.28)

 

3,14.8000.9,81.1,15.2, 21 21,382 0,8.2,21 10.10 144987

v

G 

   N

145

v

G  (kN)

(81)

Diện tích đĩa:

2 3,14.2,2 3,78 4 t p D

S   

(m2)

Trọng lượng đĩa (bao gồm dầm đỡ phụ kiện) tính gần theo cơng thức 8.54c- tr 495- 13:

1 1, 1, 2.3,78 4,536

P P

G  S   (kN)

Trọng lượng toàn đĩa:

1

41.4,536 186

P tt P

G N G   (kN)

 Trọng lượng lớp cách nhiệt

Khối lượng riêng sợi khoáng:  130 (kg/m3)

Chọn bề dày lớp cách nhiệt: t in 50 (mm)

Thể tích gần lớp cách nhiệt:

3

.( ) 3,14.(2,2 2.0,01).21,382.5.10 0,745

in t v in

V  D  S H t     (m3) Trọng lượng lớp cách nhiệt:

0,745.130.9,81 950

in in

G V  g   (N)0,95 (kN)

Tính phần phụ kiện cho lớp cách nhiệt chọn:

2.0,95 1,9

in

G   (kN)

 Trọng lượng lỏng tháp

Trọng lượng tĩnh tối đa tháp xuất tháp chứa đầy lỏng, lấy với chất lỏng có khối lượng riêng lớn nước, tra theo phụ lục 4,  958 (kg/m3)

2

3,14.2,2

.21,382.958.9,81 763180

4

t

L v

D

G  H  g  

(82)

763

L

G  (kN)

 Tổng khối lượng thiết bị:

145 1,9 186 763 1095,9

v in P L

G G G G G      (kN)

5 Tải trọng gió

Chọn áp suất gió tạo bằng: P w 1280(N/m2) (tương đương tốc độ gió 160

km/h)

Đường kính ngồi tháp (bao gồm lớp cách nhiệt):

3

2.( ) 2, 2.(10.10 50.10 ) 2,32

ef t in

D D S t  

       (m)

Tải trọng gió tính theo đơn vị chiều dài tính theo cơng thức 8.64- tr 503-13:

1280.2,32 2967

w w ef

F P D  

(N/m) (4.29)

Mơmen uốn đáy tháp tính theo cơng thức 8.60- tr 501- 13: 2 . 2 w v v F H W x

M M  

(4.30) 2967.21,382 678241 v

M M  

(N.m) Phân tích ứng suất

 Tại mặt đáy tháp:

Ứng suất áp suất theo chu vi theo hướng trục tính theo cơng thức 8.5 8.6- tr 466- 13:

2 0,374.2200 41,14 2.10 t t h P D S     

(83)

Đồ án tốt nghiệp Chương 4: Tính tốn kết cấu tháp chưng luyện 0,374.2200 20,57 4.10 t t L P D S     

(N/mm2) (4.32) Ứng suất tổng trọng lượng tháp gây (ứng suất nén) tính theo cơng thức 8.67- tr 507- 13:

3 1095,9.10

15,79 ( ) 3,14.(2200 10).10

w

t G D S S 



  

  (N/mm2) (4.33)

Ứng suất uốn (nén căng) tính theo cơng thức 8.68- tr 507- 13:

2 v t b v M D S I     

  (4.34)

Trong đó: Mv - mômen uốn tổng cộng mặt xét v

I - mômen thứ cấp diện tích tiết diện tháp mặt tác dụng mơmen uốn tính theo cơng thức 8.69- tr 508- 13:

 4 4 10

0

3,14

(2220 2200 ) 4,24.10

64 64

v t

I  D  D   

(mm4) (4.35) 10 678241.10 2200 10 17,76 4,24.10 b     

  (N/mm2)

Ứng suất tổng hợp theo hướng dọc trục:

z L w b

    (4.36)

Ở đây,  ứng suất nén nên có giá trị âm.w

Khi gió thổi hướng lên trên:

20,57 15,79 17,76 22,54

z L w b

         (N/mm2) Khi gió thổi hướng xuống dưới:

20,57 15,79 17,76 12,98

z L w b

(84)

Do khơng có ứng suất xoắn nên ứng suất ứng suất tiếp tuyến theo chu vi  ứng suất tổng theo hướng dọc trục h  z

Đối với tháp, ứng suất theo hướng kính tính gần theo công thức 8.70-tr 508- 13:

3

0,374

0,187

2

t r

P

    

(N/mm2) (4.37)

Có giá nhỏ nên ta bỏ qua ứng suất

Theo lý thuyết ứng suất cắt cực đại áp dụng cho thiết kế tháp, giá trị lớn ứng suất điểm xét sau sử dụng cho mục đích thiết kế:

     

 

max max , ,

          

(4.38) Trong trường hợp xét, hiệu số lớn ứng suất đạt trường hợp gió thổi xuống dưới:

max 41,14 ( 12,98) 54,12

     (N/mm2)

max f 135

   (N/mm2)

Ứng suất cắt cực đại thỏa mãn yêu cầu thiết kế thép không gỉ SUS304 Kiểm tra độ bền đàn hồi

Ứng suất uốn đàn hồi tới hạn tính theo cơng thức 8.72- tr 509-13:

4 10

2.10 2.10 90,91 2200

c

t

S D

       

  (N/mm2) (4.39)

Ứng suất nén tổng cộng:

15,79 17,76 33,55

ct w b

      (N/mm2)

(85)

Vậy với S 10 (mm) giá trị bề dày tháp nhỏ nên chọn, ta thỏa mãn điều kiện thiết kế, nên dừng vịng lặp tính tốn kết luận S 10 (mm) bề dày thiết bị

4.5.1.2 Bề dày đáy nắp thiết bị.

Đáy nắp thiết bị sử dụng vật liệu chế tạo thân thiết bị, thép khơng gỉ SUS304 Hình dạng đáy nắp thiết bị chọn hình elip tiêu chuẩn, có gờ Tra theo bảng XIII.10- tr 382- 11, với D t 2, m, ta được:

550

H  mm

60 h  mm

Chọn chiều dày đáy nắp: S 10.103 (m).

Kiểm nghiệm độ bền cho đáy nắp thiết bị theo công thức 2.33- tr 94- 14:

 

2

8 1,

t t T

z P D H S C

H S C J

        

 (4.29)

Ứng suất với chiều dày thiết bị tính phía trên:

6 3

6

3

0,374.10 2,2 2.0,55.(10.10 3.10 )

58,86.10 8.0,55.(10.10 3.10 ).1

            

 (N/m2)

6

6 515.10

429.10 1, 1,

T



 

(N/m2)

Nhận thấy: 1,2 T

  

(86)

4.5.1.3 Chọn mặt bích ghép nối thân – đáy nắp thiết bị.

Chọn bích ghép liền kiểu I theo bảng XIII.27- tr 417- 11, theo đường kính

của thiết bị D t 2, m áp suất làm việc P 3,4 bar 0,34.10 N/m 2, ta được:

Kích thước bích nối:

2360

D  (mm) 2000

b

D  (mm)

1 2260

D  (mm)

0 2215

D  (mm)

Bu lông: M27

56

Z  (cái)

40

h  (mm)

Để đảm bảo độ bít kín, sử dụng đệm bít kín amiang dày mm, đường kính 2230 mm, đường kính ngồi 2260 mm

4.5.2 Tính tốn chân đỡ tháp.

Chọn chân đỡ tháp kiểu trụ đỡ, theo phương pháp hàn phẳng với vỏ thiết bị Trụ

đỡ dạng trụ ( góc s 90o) vật liệu chế tạo SUS304 có:

+ Ứng suất thiết kế: f 135 (N/mm2)

+ Mô đun Young : E 200000 (N/mm2) theo [15]

Chọn chiều cao trụ đỡ là: (m)

(87)

4.5.2.1 Chiều dày trụ đỡ. Tải trọng gió tạo

Mơmen uốn chân đáy trụ đỡ theo công thức 8.56- tr 496- 13:

2

w . 2967(21,382 2) 811056

2

s F

M  H   

(N.m) (4.30) Phân tích ứng suất

Lần tính vòng lặp, chọn chiều dày trụ đỡ t 10(mm) Ứng suất uốn tính theo cơng thức 8.46- tr 490- 13:

4 .( ) s bs t t M D t t D

    (4.31) 4.811056.10 21,25 3,14.(2200 10).10.2200 bs   

 (N/mm2)

Ứng suất trọng lượng tối đa tạo tính theo cơng thức 8.47-tr 490- 13:

.( ) ws

t G D t t

    (4.32) 1095,9.10 15,79 3,14.(2200 10).10 ws   

 (N/mm2)

Ứng suất nén lớn theo công thức 8.45- tr 490- 13:

max( ) 21,25 15,79 37,04

s nen bs ws

      (N/mm2) (4.33)

Ứng suất căng nhỏ theo công thức 8.44- tr 490- 13:

max( ) 21, 25 15,79 5, 46

s cang bs ws

      (N/mm2) (4.34)

Tiêu chuẩn kiểm tra thiết kế theo 8.48 8.49- tr491- 13:

max( ) 5,46 sin 135.1.sin 90 135 o

s cang f J s

(88)

max( ) 37,04 0,125 .sin 90 113,64 o s t t nen E D     Thỏa mãn Nhận xét: hai tiêu chí thỏa mãn chiều dày trụ đỡ là:

10

t  (mm)

4.5.2.2 Vòng chịu tải đáy trụ đỡ bu lơng đinh vị.

Chọn gần đường kính vịng trịn tâm lỗ lắp bu lơng:

3 3

50.10 2,2 10.10 50.10 2, 26 b t

D D t   

       (m)

Chu vi đường trịn tâm lỗ lắp bu lơng:

3,14.2,26 7,096

b b

C  D   (m)

Chọn bước bu lông: P b 0,3 (m)

Số bu lông cần thiết để định vị:

7,096 23,6 0,3 b b C N P   

Chọn số bu lông bội số chung gần 4: N b 24

Chọn vật liệu chế tạo bu lông thép cácbon, tra bảng 8.2- tr475- 13, ứng suất thiết kế là: f b 135 (N/mm2)

Diện tích tiết diện ngang bu lơng tính theo cơng thức 8.50- tr 491- 13:

4

s b

b b b

M

A G

N f D

 

   

  (4.35)

3 4.811056

1095,9.10 104,81 24.135 2, 26

b

A    

  (mm2)

Chọn bu lơng M24 có diện tích A b 353 (mm2) (Kích thước bu lơng tối thiểu

(89)

Tải trọng nén tổng cộng tác dụng lên vịng đáy trụ đỡ ( tính theo đơn vị chiều dài) tính theo cơng thức 8.51- tr 492- 13:

2 s b b b M G F D D     (4.36) 4.811056 1095,9.10 356716 3,14.2,26 3,14.2, 26

b

F   

(N/m)

Chọn áp suất đỡ tối đa tác dụng lên móng bê tơng: f c 5(N/mm2)

Chiều rộng vịng đáy trụ tính theo cơng thức 8.52- tr 493- 13:

3 356716 71,34 10 5.10 b b c F L f    (mm) (4.37)

Chọn kích thước thiết kế trụ đỡ theo bảng 8.20- tr 494- 13:

Bu lông Tiết diện A B C D E F G

M24 353 45 76 64 13 19 30 36

Chiều rộng thực tế vòng đáy trụ:

50 76 10 50 136

b

L   B t     (mm)

Áp suất thực tế tác dụng lên móng bê tơng:

' 3 356716 2,62 10 136.10 b c b F f L   

(N/mm2)

Chiều dày nhỏ vịng đáy trụ tính theo cơng thức 8.53- tr 493- 13: '

3 3.2,62

76 18,34

135 c b b f t B f    (mm)

(90)

4.5.3 Cửa nối ống dẫn với thiết bị bích nối tương ứng. 4.5.3.1 Ống nhập liệu.

Lưu lượng hỗn hợp: G F 22625 (kg/h)

Chọn loại ống nối cắm sâu vào thiết bị

Khối lượng riêng hỗn hợp lỏng, nội suy theo phụ lục 4, ta được:

693,81

E

  (kg/m3)

944,42

W

  (kg/m3)

Theo công thức I.2- tr 5- 10:

1 F F

hh E W

x x

  



 

Vậy: hh 868,89 (kg/m3)

Chọn vận tốc chất lỏng chảy ống nối là: v F (m/s)

Đường kính ống nối:

4 4.22625

0,096 3600 3600.868,89.3,14.1

F F

F F G D

v

 

  

(m)

Chọn: D F 0,1(m) = 100 (mm)

Chọn bích liền kim loại đen, kiểu tra bảng XIII.26- tr 409- 11:

F

D Dn D Dt D1 h Bu lông

100 108 205 170 148 14 db z

(91)

4.5.3.2 Ống đỉnh tháp.

Lưu lượng hỗn hợp: G D 10777,75 (kg/h)

Khối lượng riêng hỗn hợp hơi: V 4,63 (kg/m3)

Chọn vận tốc chất chảy ống nối là: v D 25 (m/s)

4 4.10777,75

0,182 3600 3600.4,63.3,14.25

D D

V D G D

v

 

  

(m)

Chọn: D D 0, 2(m) = 200 (mm)

Chọn bích liền kim loại đen kiểu 1, tra bảng XIII.26- tr 409- 11:

D

200 219 290 255 232 16 db z

M16

4.5.3.3 Ống hoàn lưu đỉnh tháp

Lưu lượng hỗn hợp: G D 10777,75 (kg/h)

(92)

694,81

E

  (kg/m3)

949,37

W

  (kg/m3)

1 D D

D E W

x x

  



 

Vậy: D 702,79 (kg/m3)

Chọn vận tốc chất lỏng chảy ống nối là: vLD 1 (m/s)

4 4.10777,75.3,1826

0,131 3600 3600.702,79.3,14.1

D th LD

D D G R D

v

 

  

(m)

Chọn: D LD 0,15(m) = 150 (mm)

LD

150 159 260 225 202 16 db z

M16

4.5.3.4 Ống lỏng đáy tháp.

Lưu lượng hỗn hợp: G 11847, 25 (kg/h)

Do sử dụng thiết bị gia nhiệt đun sôi lại 50% để gia nhiệt đáy tháp nên lưu lượng dòng thực tế là: G B 150%.11847,25 17771

693,81

E

(93)

927,64

W

  (kg/m3)

1 B B

B E W

x x

  



 

Vậy: B 927,51 (kg/m3)

Chọn vận tốc chất lỏng chảy ống nối là: v B (m/s)

4 4.17771

0,082 3600 3600.927,51.3,14.1

B B

B B G D

v

 

  

(m)

Chọn: D B 0,1(m) = 100 (mm)

B

80 89 185 150 128 14 db z

M16

4.5.3.5 Ống vào đáy tháp.

Lưu lượng hỗn hợp: G 11847, 25 (kg/h)

Sau qua thiết bị gia nhiệt đáy tháp, hồi lưu 50% lưu lượng để gia nhiệt cho hỗn hợp đáy, nên lưu lượng dòng thực tế là:

50%.11847,25 5924

VB

G   (kg/h)

Chọn vận tốc chất chảy ống nối là: v VB 25 (m/s)

(94)

4 4.5924

0, 216 3600 3600.1,79.3,14.25

VB VB

V VB G D

v

 

  

(m)

Chọn: D D 0,25(m) = 250 (mm)

VB

250 273 370 350 312 22 db z

M16 12

4.5.3.6 Cửa người đỉnh tháp đáy tháp.

Chọn cửa người đường kính 600 mm Cửa người thiết kế cái, đỉnh tháp, đãy tháp

Chọn bích liền thép kiểu 1, tra bảng XIII.27- tr 417- 11:

600 740 690 650 611 20 db z

(95)

Đồ án tốt nghiệp Chương 5: Tính tốn thiết bị phụ trợ

CHƯƠNG 5: TÍNH TỐN CÁC THIẾT BỊ PHỤ TRỢ Thiết bị phụ trợ chọn lựa tính tốn cho đồ án thiết bị gia nhiệt đáy tháp dạng ống chùm thẳng đứng

Hình 5.1: Thiết bị gia nhiệt đáy tháp ống chùm dạng thẳng đứng.

5.1 Thơng số hai dịng lưu thể.

 Lưu thể lạnh: dung dịch hỗn hợp etanol – nước nhiệt độ T l 410,89K áp

suất P l 0,34.106 (N/m2) gia nhiệt cho bay hoàn toàn điều kiện

 Lưu thể nóng: nước bão hịa khơ nhiệt độ T n 442,75 K áp suất

6 0.8.10 n

P  (N/m2) nhường nhiệt thành bão hòa ẩm điều kiện.

(96)

5.2 Cân nhiệt lượng cho thiết bị.

Nhiệt lượng mà hỗn hợp etanol – nước nhận là:

VB l

Q G r (5.1)

Trong đó: GVB - lưu lượng hỗn hợp etanol – nước, kg/s

5924 (kg/h) 1,646 (kg/s)

VB

G  

l

r - ẩn nhiệt hóa hỗn hợp etanol – nước nhiệt độ T l 410,89K

và áp suất P l 0,34.106(N/m2), tra theo data of Aspen với nông độ phần mol etanol x B 0,000159 ta được:

2302

l

r  (kJ/kg)

Vậy: Q 1,646.2302.103 3,79.106 (W)

5.3 Hệ số cấp nhiệt cho lưu thể.

Thiết bị gia nhiệt đáy tháp gia nhiệt làm bay hỗn hợp etanol – nước hoạt động hình 5.2 Phần thân thiết bị chia thành hai phần với công dụng tương ứng Đoạn BC ứng với việc gia nhiệt hỗn hợp etanol – nước tới nhiệt độ sôi hỗn hợp Đoạn CD gia nhiệt để hóa hỗn hợp etanol – nước

(97)

5.3.1 Hệ số cấp nhiệt cho nước bão hịa khơ ngưng tụ.

Nhiệt lượng cung cấp cho thiết bị lấy từ trình ngưng tụ nước bão hịa bên ngồi thành ống thẳng đứng.Ta chọn bố trí ống tam giác, sole để đạt hiệu tra đổi nhiệt lớn

Chọn vận tốc hỗn hợp etanol – nước ống (đoạn CD) với vận tốc:

10

gt

w  (m/s)

Chọn kích thước ống: d 30X2 (mm)

0,03

N

d  (m)

0,026

T

d  (m)

0,028

tb

d  (m)

 Số ống thiết bị tính theo cơng thức 2.98- tr 81- 16:

2 '

VB T V gt

G m

d w

 



(5.2)

2

4.1,646

173,3 3,14.0,026 1,79.10

m  

(ống) Làm trịn: m 173 (ống)

Chọn sơ ngăn: N 1

Số ống thiết bị: n N m 1.173 173 (ống)

Tra theo bảng V.11- tr 48- 11 chọn theo chuẩn: n 217 (ống) Với số ống xuyên tâm: z 17

(98)

Tổng số ống là: 241 ống

 Hệ số truyền nhiệt nước ngưng tụ  tính theo cơng thức V.101- tr1

28- 11: 1 2,04 n r A t H  

 (W/m2.K) (5.3)

Trong đó: rn - ẩn nhiệt ngưng tụ bão hòa điều kiện làm việc

6 0.8.10 n

P  (N/m2), tra bảng I.251- tr 314-10: r n 2057 (kJ/kg) A - hệ số tra theo bảng 1.64- tr 40- 17, được: A = 198

Chọn:  t1 6,2 (K)

10

H  (m)

Giải toán cân nhiệt giả thiết chiều dài ống, chiều dài ống tính lại sau tìm diện tích truyền nhiệt Nếu đạt sai số bé 3% sử dụng vòng lặp với giá trị chiều dài ống khác

Vậy: 2057.10 2,04.198 5451 6,2.10   

(W/m2.K) Nhiệt tải riêng nước ngưng tụ:

1 6,2.5451 33799

q t   (W/m2)

5.3.2 Hệ số cấp nhiệt cho hỗn hợp lỏng etanol – nước.

Vì chất lỏng chạy ống chất lỏng đạt nhiệt độ sôi, nhiêm vụ thiết bị gia nhiệt gia nhiệt cho chất lỏng sôi Chọn chế độ sôi hỗn hợp lỏng chế độ sôi sủi bọt Hệ số cấp nhiệt xác đinh theo công thức gần V.93- tr 26- 11:

1,3 ' 0,5 ' 0,06 0,6 2 '0,5 0,5 0,66 0,3 0,3

(99)

Trong đó: q2 - Nhiệt tải riêng hỗn hợp etanol – nước

2 48370

q q  (W/m2)

r - Ẩn nhiệt hóa hỗn hợp etanol – nước tra theo data of Aspen điều kiện làm việc, r 2302.103 (J/kg)

 - Độ nhớt hỗn hợp etanol – nước tra theo data of Aspen điều

kiện làm việc,  0,213.103 (N.s/m2) p

C - Nhiệt dung riêng hỗn hợp etanol – nước tra theo data of Aspen

tại điều kiện làm việc, C p 4228 (J/kg.K)

o

 - Khối lượng riêng áp suất 9,81.104 (N/m2), tra theo data of Aspen, o 0,52 (kg/m3)

 - Hệ số dẫn nhiệt hỗn hợp etanol – nước tính theo cơng

thức I.32- tr 123- 10: '

8 '

3 4, 22.10 L

p L B C

M

    

(5.5)

8 3 927,51

4,22.10 4228.927,51 0,616 18,004

   

(W/m.K)

Vậy:

1,3 0,5 0,06 0,6

2 0,5 0,5 0,66 0,3 0,3

0,616 927,51 1,79 33799

780 31724

0,0509 (2302.10 ) 0,52 4228 (0,213.10 )

   

5.3.3 Bề mặt truyền nhiệt đáng giá độ dài ống.

 Nhiệt trở bám cặn thành ống tra theo bảng V.1- tr 4- 11:

Hơi nước: r1 0,464.10 

(100)

Etanol – nước: r2 0,116.10 

 (m2.K/W)

Chọn vật liệu chế tạo ống thép khơng gỉ SUS304 có hệ số dẫn nhiệt tra theo bảng I.125- tr 127-10:

16,

  (W/m.K)

Tổng nhiệt trở thành ống là:

1

r r  r



  



(5.6)

3 0,002 3

0, 464.10 0,116.10 0,702.10 16,4

r   

   



(m2.K/W)

Vậy: tt q1 r 33799.0,702.10 23,73



     (K)

2 t 31,86 6,2 23,73 1,93

t t t t

          (K)

1 1 442,75 6, 436,55

t

T T   t   (K)

2 1 442,75 6, 23,73 412,82

t t

T T     t t    (K)

 Bề mặt truyền nhiệt 3,79.10 112,14 33799 Q F q   

(m2) (5.7)

Chiều dài thực tế ống: 112,14

10,043 tb 3,14.127.0,028

F H n d     (m) (5.8)

Đánh giá sai số:

10,043 10 0,43% 3% 10 tt H H H       

(101)

Thực tế, để tính kết với sai số xác trên, giải sử dụng phương pháp lặp để tìm kết hợp lý gồm yếu tố:

+ Chiều dài ống bé

+ Hiệu nhiệt độ hỗn hợp etanol – nước thành ống phải lớn

Các số liệu chi tiết phương pháp lặp tính tốn rõ file excel kèm theo (sheet: phu tro) phụ lục 5.

5.4 Tính tốn kết cấu cho thiết bị gia nhiệt đáy tháp.

5.4.1 Bề dày thiết bị gia nhiệt đáy tháp. 5.4.1.1 Đường kính vỏ thiết bị.

Theo công thức V.140- tr 49- 11:

( 1) N

D t z   d (5.9)

Trong đó: t - bước ống, mm

(1,2 1,5) N (1, 1,5).30 (36 45)

t   d     (mm)

Chọn: t 45(mm)

Vậy: D 45(17 1) 4.30 840   (mm)

Tra bảng XIII.6- tr 359- 11, chọn đường kính theo chuẩn:

900

t

D  (mm)

5.4.1.2 Áp suất làm việc vật liệu chế tạo.

Áp suất làm việc lấy theo áp suất lớn áp suất nước bão hịa khơ:

8 bar 0,8 (N/mm )

P  

Nhiệt độ làm việc tối đa: tmax 442,75K

(102)

1,1 1,1.0,8 0,88

t

P  P  (N/mm2)

Chọn vật liệu chế tạo thép không gỉ 18Cr/8Ni (SUS304), tra bảng 8.2, tr 475-13, ta được:

+ Độ bền kéo: T 510 (N/mm2)

+ Ứng suất thiết kế: f 135(N/mm2)

Chọn kiểu mối hàn kép nối đỉnh, với mức độ siêu âm kiểu tra 100%, tra bảng 8.3- tr 476- 13, ta có hệ số hàn: J 1

5.4.1.3 Hệ số bổ sung chiều dày thiết bị.

Hệ số bổ sung chiều dày thiết bị tính theo cơng thức 2.23- tr 74- 14:

1

C C C C (mm)

Trong đó: C1 - độ dư ăn mòn, với tuổi thọ thiết bị 20 năm, chọn C 1

2

C - độ dư bù cho sai số chế tao, gia công, chọn C 2

3

C - độ dư ăn mịn hóa chất, mơi chất khơng ăn mòn nên C 3

Vậy: C C 1C2C3 3 (mm)

5.4.1.4 Chiều dày thân thiết bị.

Chiều dày nhỏ thân thiết bị tính theo công thức 8.36a- tr 478- 13:

2 t t

t P D

S C

J f P

 



Trong đó: Dt - đường kính thiết bị, D t 900 (mm)

Vậy:

0,8.900

3 5,675 2.1.135 0,8

S   

(103)

Chiều dày thân tháp phải lớn nhiều so với chiều dày nhỏ để chịu tải trọng gió trọng lượng tháp gây Chọn:

7

S  (mm)

5.4.2 Bề dày đáy nắp thiết bị gia nhiệt.

Đáy nắp thiết bị sử dụng vật liệu chế tạo thân thiết bị, thép khơng gỉ SUS304 Hình dạng đáy nắp thiết bị chọn hình elip tiêu chuẩn, có gờ Tra theo bảng XIII.10- tr 382- 11, với D t 900 mm, ta được:

225

H  mm

50 h  mm

Chọn chiều dày đáy nắp: S 7.103 (m).

Kiểm nghiệm độ bền cho đáy nắp thiết bị theo công thức 2.33- tr 94- 14:

 

2

8 1,

t t T

z P D H S C

H S C J

        



Ứng suất với chiều dày thiết bị tính phía trên:

6 3

6

3

0,8.10 0,9 2.0,225.(7.10 3.10 )

90, 2.10 8.0,225.(7.10 3.10 ).1

            

 (N/m2)

6

6 515.10

429.10 1, 1,

T



 

(N/m2)

Nhận thấy: 1,2 T

  

(104)

5.4.3 Chọn mặt bích ghép nối thân – đáy nắp thiết bị.

Chọn bích ghép liền kiểu I theo bảng XIII.27- tr 417- 11, theo đường kính

của thiết bị D t 900 mm áp suất làm việc P 8 bar 0,8.10 N/m 2, ta được: t

D D Db D1 Do h Bu lông

900 1060 1000 960 913 35 db z

M27 28

Để đảm bảo độ bít kín, sử dụng đệm bít kín amiang dày mm, đường kính 913 mm, đường kính ngồi 960 mm

5.4.4 Bù giãn nở nhiệt bề dày vỉ ống. 5.4.4.1 Bù giãn nở nhiệt.

Do hiệu nhiệt độ hai dòng lưu thể:  t 31,86 40 K vật liệu chế tạo

của vỏ thiết bị hệ thống ống loại (SUS304) nên ta bỏ qua sai lệch giãn nở nhiệt vỏ thiết bị hệ thống ống

5.4.4.2 Bề dày vỉ ống.

Vỉ ống cố định vào thiết bị phương pháp kẹp chặt hai mặt bích vỏ thiết bị nắp, đáy thiết bị

Ống cố định vào vỉ ống phương pháp hàn

Chọn bề dày vỉ ống: S v 30mm

5.4.5 Tính tốn chân đỡ thiết bị gia nhiệt đáy tháp.

Chọn chân đỡ tháp kiểu trụ đỡ, theo phương pháp hàn phẳng với vỏ thiết bị Trụ

đỡ dạng trụ ( góc s 90o) vật liệu chế tạo SUS304 có:

+ Ứng suất thiết kế: f 135 (N/mm2)

(105)

Chọn chiều cao trụ đỡ là: (m)

5.4.5.1 Trọng lượng tĩnh thiết bị gia nhiệt đáy tháp.  Trọng lượng thân thiết bị:

Chọn hệ số:

1,15

v

C  thiết bị có nhiều phận bên trong

907

m t

D D S  mm

10

v

H  m

Khi trọng lượng tháp theo công thức 8.54a- tr 495- 13:

 

0,8

v M v m v m

G   g C D H  D S

 

3,14.8000.9,81.1,15.0,907 10 0,8.0,907 7.10 19298

v

G 

   N

19,3

v

G  (kN)

 Trọng lượng ống thiết bị

 2 2 2

3,14.(0,03 0,026 ).10

241 .8000.9,81 33258

4

N T

P M

d d H

G n    g   

33,26

p

G  (kN)

 Trọng lượng lớp cách nhiệt

Khối lượng riêng sợi khoáng:  130 (kg/m3)

Chọn bề dày lớp cách nhiệt: t in 50 (mm)

Thể tích gần lớp cách nhiệt:

3

.( ) 3,14.(0,9 2.7.10 ).10.5.10 0,1435

in t v in

(106)

0,1435.130.9,81 527

in in

G V  g  (N)0,53 (kN)

Tính phần phụ kiện cho lớp cách nhiệt chọn:

2.0,57 1,14

in

G   (kN)

 Trọng lượng lỏng tháp

Trọng lượng tĩnh tối đa tháp xuất tháp chứa đầy lỏng, lấy với chất lỏng có khối lượng riêng lớn nước, tra theo phụ lục 4,  958 (kg/m3)

2

3,14.0,9

.10.958.9,81 59757

4

t

L v

D

G  H  g 

(N)

59,76

L

G  (kN)

 Tổng khối lượng thiết bị:

19,3 1,14 33,26 59,76 113, 46

v in P L

G G G G G      (kN)

5.4.5.2 Chiều dày trụ đỡ. Tải trọng gió tạo

Chọn áp suất gió tạo bằng: P w 1280(N/m2) (tương đương tốc độ gió 160

km/h)

Đường kính ngồi tháp (bao gồm lớp cách nhiệt):

3

2.( ) 0,9 2.(7.10 50.10 ) 1,014

ef t in

D D S t  

       (m)

Tải trọng gió tính theo đơn vị chiều dài tính theo cơng thức 8.64- tr 503-13:

1280.1,014 1298

w w ef

F P D   (N/m)

(107)

2

w . 1298(10 2) 93456

2

s F

M  H   

(N.m) Phân tích ứng suất

Lần tính vòng lặp, chọn chiều dày trụ đỡ t 10(mm) Ứng suất uốn tính theo cơng thức 8.46- tr 490- 13:

4 .( ) s bs t t M D t t D

    4.93456.10 14,54 3,14.(900 10).10.900 bs   

 (N/mm2)

Ứng suất trọng lượng tối đa tạo tính theo cơng thức 8.47-tr 490- 13:

.( ) ws

t G D t t

    113, 46.10 3,97 3,14.(900 10).10 ws   

 (N/mm2)

Ứng suất nén lớn theo công thức 8.45- tr 490- 13:

max( ) 14,54 3,97 18,51

s nen bs ws

      (N/mm2)

Ứng suất căng nhỏ theo công thức 8.44- tr 490- 13:

max( ) 14,54 3,97 10,57

s cang bs ws

      (N/mm2)

Tiêu chuẩn kiểm tra thiết kế theo 8.48 8.49- tr491- 13:

max( ) 10,57 sin 135.1.sin 90 135 o

s cang f J s

      Thỏa mãn

(108)

10

t  (mm)

5.4.5.3 Vòng chịu tải đáy trụ đỡ bu lông đinh vị.

Chọn gần đường kính vịng trịn tâm lỗ lắp bu lông:

3 3

2( 50.10 ) 0,9 2.(10.10 50.10 ) 1,02 b t

D D t   

       (m)

Chu vi đường trịn tâm lỗ lắp bu lơng:

3,14.1,02 3, 2028

b b

C  D   (m)

Chọn bước bu lông: P b 0,3 (m)

Số bu lông cần thiết để định vị:

3,2028 10,676 0,3 b b C N P   

Chọn số bu lông bội số chung gần 4: N b 12

Chọn vật liệu chế tạo bu lông thép cácbon, tra bảng 8.2- tr475- 13, ứng suất thiết kế là: f b 135 (N/mm2)

Diện tích tiết diện ngang bu lơng tính theo cơng thức 8.50- tr 491- 13:

4

s b

b b b

M

A G

N f D

        4.93456 113,46.10 156,2 12.135 1,02 b

A    

  (mm2)

Chọn bu lơng M24 có diện tích A b 353 (mm2) (Kích thước bu lơng tối thiểu

để định vị trụ đỡ thiết bị)

(109)

Đồ án tốt nghiệp Chương 5: Tính tốn thiết bị phụ trợ s b b b M G F D D     (4.36)

4.93456 113, 46.10

114465 3,14.1,02 3,14.1,02

b

F   

(N/m)

Chọn áp suất đỡ tối đa tác dụng lên móng bê tơng: f c 5(N/mm2)

Chiều rộng vịng đáy trụ tính theo cơng thức 8.52- tr 493- 13:

3 114465 22,89.10 5.10 b b c F L f     (m) (4.37)

Chọn kích thước thiết kế trụ đỡ theo bảng 8.20- tr 494- 13:

Bu lông Tiết diện A B C D E F G

M24 353 45 76 64 13 19 30 36

Chiều rộng thực tế vòng đáy trụ:

50 76 10 50 136

b

L   B t     (mm)

Áp suất thực tế tác dụng lên móng bê tơng:

' 3 114465 0,84 10 136.10 b c b F f L   

(N/mm2)

Chiều dày nhỏ vịng đáy trụ tính theo cơng thức 8.53- tr 493- 13: '

3 3.0,84

76 10,83

124 c b b f t B f    (mm)

(110)

5.4.6 Cửa nối ống dẫn với thiết bị bích nối tương ứng. 5.4.6.1 Ống lỏng vào đáy thiết bị gia nhiệt đáy tháp.

Thiết bị gia nhiệt đun sôi lại 50% để gia nhiệt đáy tháp nên lưu lượng dòng thực tế là: G B 50%.11847,25 5924

Khối lượng riêng hỗn hợp lỏng: B 927,51 (kg/m3)

Chọn vận tốc chất lỏng chảy ống nối là: v B (m/s)

4 4.5924

0,048 3600 3600.927,51.3,14.1

B B B G D

v

 

  

(m) Chọn: D 0,05(m) = 50 (mm)

B

50 57 140 110 90 12 db z

M12

5.4.6.2 Ống đỉnh thiết bị gia nhiệt.

Lưu lượng bốc thiết bị gia nhiệt đáy tháp:

50%.11847,25 5924

VB

G   (kg/h)

Chọn vận tốc chất chảy ống nối là: v VB 25 (m/s)

(111)

4 4.5924

0, 216 3600 3600.1,79.3,14.25

VB VB V VB G D v      (m)

Chọn: D D 0,25(m) = 250 (mm)

VB

250 273 370 350 312 22 db z

M16 12

5.4.5.3 Ống bão hòa vào thiết bị. Lưu lượng bão hòa:

6 3,79.10 1,8425 2057.10 H n Q G r    (kg/s) Chọn loại ống nối cắm sâu vào thiết bị

Khối lượng riêng nước bão hòa áp suất 8bar: Vn 4,075 (kg/m3)

Chọn vận tốc chất lỏng chảy ống nối là: v Vn 20 (m/s)

4 4.1,8425

0,169 4,075.3,14.20

H Vn Vn G D v      (m) Chọn: D 0, 2(m) = 200 (mm)

F

200 219 310 270 242 24 db z

M20

(112)

6 3,79.10

1,8425 2057.10

H n Q G

r

  

(kg/s) Chọn loại ống nối cắm sâu vào thiết bị

Khối lượng riêng nước ngưng áp suất 8bar: Ln 927,56 (kg/m3)

Chọn vận tốc chất lỏng chảy ống nối là: v Ln (m/s)

4 4.1,8425

0,50 927,56.3,14.1

H Ln Ln

G D

v

 

  

(m) Chọn: D 0,05(m) = 50 (mm)

F

50 57 160 125 102 18 db z

(113)

Đồ án tốt nghiệp Chương 6: Quy trình chế tạo, lắp ráp vận hành

CHƯƠNG 6: QUY TRÌNH CHẾ TẠO, LẮP RÁP VÀ VẬN HÀNH THÁP CHƯNG LUYỆN

6.1 Quy trình chế tạo số chi tiết thiết bị.

6.1.1 Quy trình chế tạo thân tháp chưng cất. Phương pháp chế tạo: hàn từ thép Vật liệu chế tạo: thép khơng gỉ SUS304

Kích thước thép đặt mua: 7000x3000x10 (mm)  Chế tạo thân trụ cách hàn cần ý điểm sau:

- Tổng chiều dài mối hàn bé nhất, cần chọn thép có kích thước

hợp lý: Chiều dài phù hợp với chu vi thiết bị (6,91 m), chiều rộng lớn đặt mua (3 m)

- Thân theo chiều ngang thép

- Mối hàn dọc mối hàn ngang cần phải hàn giáp mối, hàn tự động, được

kiểm tra siêu âm (mức độ siêu âm 100%) Quy trình bước chế tạo thân tháp chưng cất

STT Nguyên công chế tạo Phương tiện gia công

1 Thép 7000x3000x10 Đặt mua

2 Cắt thành kích thước6910x3000x10 Máy cắt chuyên dụng

3 Làm thép Máy phun áp suất cao

4 Hàn kín thép theo bềdài thép với nhau Hàn tự động

(114)

6 Hàn dọc thân thiết bị Hàn tự động

7

Khoan cắt cửa người, lỗ hoàn lưu đỉnh tháp vào

đáy tháp, lỗ nhập liệu

Máy khoan cắt chuyên dụng

8 Hàn bích hai đầu thân thiết bị Hàn tự động

9 Hàn bích cho cửa người

các lỗ Hàn tự động

10 Hàn vành đỡ đĩa vào

thân thiết bị Hàn tay

11 Làm thân thiết bị Máy phun áp suất cao

12 Kiểm tra mối hàn Siêu âm

6.1.2 Quy trình chế tạo đáy nắp thiết bị hình elip. Phương pháp chế tạo: hàn từ thép

Vật liệu chế tạo: thép khơng gỉ SUS304

Kích thước thép đặt mua: 3000x3000x10 (mm) Quy trình bước chế tạo đáy nắp tháp chưng cất

2 Cắt thành kích thước2670x2670x10 Máy cắt chuyên dụng

4 Dập, vê đáy nắp thiết bị Máy vê chỏm cầu

5 Cắt viền Máy cắt

(115)

7 Khoan cắt lỗ đỉnh thápvà lỗ lỏng đáy tháp Máy khoan cắt chuyêndụng

8 Hàn bích cho đáy nắp thiết

bị Hàn tự động

9 Hàn bích cho lỗ Hàn tự động

10 Làm thiết bị Máy phun áp suất cao

11 Kiểm tra mối hàn Siêu âm

6.1.3 Quy trình chế tạo đĩa van chuyển động. Vật liệu chế tạo: thép không gỉ SUS304

Kích thước thép đặt mua: 7000x3000x10 (mm)

Phương pháp chế tạo: phân đĩa thành phần kênh chảy chuyền hình 6.1

(116)

2 Cắt thành kích thước phù hợpvới phần Máy cắt chuyên dụng

4 Đục lỗ van (hình 6.3)theo vị trí định sẵn Máy chun dụng

5 Khoan lỗ bắt bu lông cốđinh với nhau Máy khoan

6 Làm Máy phun áp suất cao

7 Chế tạo van phươngpháp đúc (hình 6.2) Đúc theo khn

8 Ghép van vào lỗ van Ghép tay

10 Làm thiết bị Máy phun áp suất cao

9 Kiểm tra vấn đề ghép van Kiêm tra tay

(117)

Hình 6.3: Mơ hình lỗ van theo vị trí định sẵn

6.2 Quy trình lắp ráp tháp chưng cất.

6.2.1 Quy trình lắp đặt thiết bị.

Thiết bị gồm ba phần lớn: nắp thiết bị, thân thiết bị, đáy thiết bị kèm theo trụ đỡ hàn liền lắp đặt theo bước trình tự sau:

 Đặt thiết bị nằm mặt thi công, ghép thân vào đáy tháp mặt bích, ghép nắp vào thân tháp mặt bích

(118)

 Sử dụng cần cẩu, dưới, đưa tháp vào vị trí bê tơng móng, lắp ghép xác với bu lơng móng Sau đặt vị trí, kiếm tra lại vị trí , góc đặt Khi hồn chỉnh, bắt đầu xiết bu lơng móng, giữ tháp (hình 6.4)

(119)

6.2.2 Quy trình lắp đặt đĩa van vào thân thiết bị.

Đĩa van lắp vào thiết bị theo hướng từ lên trên, đĩa gồm phần kênh chảy chuyền Đĩa van cố định vào thiết bị cách sử dụng dạng bu lông, đai ốc, đệm lót, liên kết với liên kết với vành đỡ (đã hàn vào thân thiết bị) Thứ tự lắp ráp phần đĩa 1, kênh chảy chuyền, 7, 6, 5,

Phương pháp lắp đặt mơ hình hóa chi tiết hình 6.5

(120)

Các chi tiết bu lơng, đai ốc, đệm lót… đặt mua với lượng dư 5% cho đĩa

6.3 Quy trình vận hành thiết bị.

6.3.1 Cơng tác chuẩn bị.

1 Kiểm tra kỹ hạng mục hệ thống, xác định tồn cơng việc hoàn tất Kiểm tra toàn thiết bị động trang thái dự phịng, vị trí cơng tác van hệ thống phải xác Các đồng hồ đo có đủ điều kiện mở máy trạng thái sẵn sang vận hành

3 Phịng phân tích, điều khiển chuẩn bị đủ điều kiện để khởi động hệ thống Kiểm tra van đóng van mở quy định

(121)

1 Khởi động hệ thống chưng cất, chạy với 50% công suất

2 Khởi động bơm, bơm dịch beer vào hai tháp thô C-4101 C-4102

3 Mở van bơm thiết bị gia nhiệt khởi động bơm PC-4101 PC-4102 tạo động lực cho thiết bị gia nhiệt đáy E-4101 E-4102 hoạt động

4 Khởi động hệ thống tạo chân không (gồm hai bơm chân không ) tạo áp suất làm việc cho hai tháp thơ

5 Mở dịng lỏng từ đáy tháp tinh C-4201 vào thiết bị gia nhiệt đáy nước bão hòa E-4201

6 Mở dòng từ đinh tháp tinh C-4201 gia nhiệt cho thiết bị gia nhiệt đáy cho tháp thô C-4101 E-4201

7 Mở dịng từ đỉnh tháp thơ C-4101 gia nhiệt cho thiết bị gia nhiệt đáy tháp thơ C-4102 E-4102

8 Mở dịng đỉnh hai tháp thô sang thiết bị ngưng tụ đưa sang tháp tinh C-4201 Đo nồng độ đáy tháp thô tinh, đạt nồng độ yêu cầu Khởi động bơm PC-4105, PC-4106 bơm bã hèm quay thùng chứa dịch sau lên men Khởi động bơm PC-4201 sản phẩm đáy tháp tinh khu vực nước ngưng

10 Đô nồng độ đỉnh tháp tinh C-4201, đạt nồng độ yêu cầu, mở dòng đưa qua thiết bị ngưng tụ sau đưa sang khu vực tách nước xúc tác

11 Kiểm tra độ ổn định thông số kĩ thuật dịng, đạt u cầu bắt đầu nâng cơng suất lên dần, tới đạt 100% công suất

6.3.3 Ngừng hệ thống gặp cố.

1 Ngừng cấp beer từ thùng chứa dịch beer sang hai tháp thô Ngừng bơm PC-4105, PC-4106,PC-4201

(122)

4 Ngừng cấp cho E-4201, tiếp ngừng dòng từ tháp tinh gia nhiệt cho tháp thơ C-4101

5 Dừng bơm PC-4101, tiếp ngắt dịng từ tháp thơ C-4101 gia nhiệt cho tháp thơ C-4202

5 Dừng bơ PC-4102, tiếp dừng hệ thống tạo chân không 6.3.4 Xử lý cố vận hành.

ST

T Nguyên nhân Hiện tượng Xử lý

1 Mất điện, nước Hệ thống điện, nước có liên quan gặp cố

Thao tác ngừng máy theo trình tự bình thường

2 Áp suất bơm không tăng lên

Có khí bơm bơm bị hỏng

Mở van khí thải bơm để thải khí, ngừng bơm để

kiểm tra sửa chữa

4 Thiết bị, đường ống bị rạn nứt, vỡ

Bị vượt áp lâu ngày không bảo dưỡng,

sửa chữa

Nhanh chóng ngừng hệ thống để sửa chữa, thay

5 Bơm tự ngừng Bơm bị q dịng, điện,

Nhanh chóng chạy bơm dự phòng

6 Van tự động điều chỉnh khơng nhạy

Mất khơng khí nén, đồng hồ đo bị trục trặc

Đổi sang thao tác tay,liên hệ với đội sửa chữa

(123)

Đồ án tốt nghiệp Kết luận

KẾT LUẬN

Qua thời gian làm đồ án tốt nghiệp em rút kết luận sau:

1 Đã nghiên cứu, tổng hợp tài liệu liên quan đến công nghệ sản xuất etanol từ nguồn nguyên liệu tinh bột nước giới

2 Đã tìm hiểu, nắm bắt kỹ thuật phân tách hỗn hợp hai nhiều câu tử, đặc biệt phương pháp chưng cất liên tục

3 Đã tính tốn thơng số cơng nghệ:

 Cân lỏng hỗn hợp etanol – nước áp suất làm việc  Chỉ số hồi lưu thích hợp cho q trình chưng luyện

 Chọn loại đĩa van chuyển động phù hợp với yêu cầu suất, nồng độ  Số đĩa lý thuyết xác định theo phương pháp vẽ đồ thị

4 Đã tính tốn thơng số khí:

 Hiệu suất thiết bị, từ suy số đĩa thực tế  Chiều cao thiết bị

 Bề dày thiết bị  Các chi tiết phụ trợ khác

5 Đã tính tốn cơng nghệ kết cấu thiết bị gia nhiệt đáy tháp

6 Nêu quy trình chế tạo, lắp ráp thiết bị chưng luyện, đưa phương pháp vận hành xử lý cố cho dây chuyền công nghệ

Những vấn đề giải chưa thỏa đáng:

1 Tính hiệu suất thiết bị phương pháp hiệu suất trung bình, phương pháp có độ sai số lớn

(124)

TÀI LIỆU THAM KHẢO

[1] http://www.pvoil.com.vn/vi-vn/default.aspx, truy cập cuối ngày 20/03/2012 [2] http://en.wikipedia.org/wiki/1973_oil_crisis, truy cập cuối ngày 20/03/2012 [3] http://en.wikipedia.org/wiki/Bio-ethanol, truy cập cuối ngày 20/03/2012 [4] Thuyết minh thiết kế sở ( Design feasibility story) dự án Bio−Ethanol Dung Quất, 2009

[5] http://vi.wikipedia.org/wiki/S%E1%BA%AFn, truy cập cuối ngày 20/03/2012 [6] http://vi.wikipedia.org/wiki/Ng%C3%B4, truy cập cuối ngày 20/03/2012 [7] http://www.vogelbusch-biocommodities.com/en/, truy cập cuối ngày 24/03/2012

[8] http://www.praj.net/default.asp, truy cập cuối ngày 24/03/2012

[9] GS TSKH Nguyên Bin, Các q trình, thiết bị cơng nghiệp hóa chất và thực phẩm, tập 4, Nhà xuất Khoa học Kỹ thuật, 2008.

[10] Bộ mơn q trình thiết bị cơng nghệ hóa chất, Sổ tay q trình thiết bị cơng nghiệp hóa chất, tập 1, Nhà xuất Khoa học Kỹ thuật, 2006.

[11] Bộ mơn q trình thiết bị cơng nghệ hóa chất, Sổ tay q trình thiết bị cơng nghiệp hóa chất, tập 2, Nhà xuất Khoa học Kỹ thuật, 2006.

[12] Nguyên Hữu Tùng, Kỹ thuật tách hỗn hợp nhiều cấu tử, tập 1, Nhà xuất Bách Khoa, 2010

[13] Nguyên Hữu Tùng, Kỹ thuật tách hỗn hợp nhiều cấu tử, tập 2, Nhà xuất Bách Khoa, 2010

[14] Hồ Hữu Phương, Cơ sở tính tốn thiết bị hóa chất, Nhà xuất Bách Khoa, 1976

(125)

Đồ án tốt nghiệp Tài liệu tham khảo

[16] Bùi Hải, Dương Đức Hồng, Hà Mạnh Thư, Thiết bị trao đổi nhiệt, Nhà xuất bản Bách Khoa, 1996

(126)

PHỤ LỤC

Phụ lục 1: Thuật toán Pascal thực nội suy tìm tỷ số hồi lưu thích hợp

Program chungluyen_1; uses crt;

Type

mX=array [1 1000] of real; mXX=array [1 1000] of integer; Var

T,X,Y,RR,VV:mX; NN,NNC,NNL:mXX;

F,P,W,xF,xP,xW,R,Rmin,Ropt,V,Vmin,deltaR:real; xs,ys,yF,yFCB:real;

NLT,NLTC,NLTL,NLTLeff,NLTCeff,NLTeff,n,i,j,k:integer; Procedure NOISUY(xs:real; var ys:real; Y,X:mX);

Var k:integer; Begin

k:=0; Repeat k:=k+1;

Until (xs<x[k]) or (k>=1000); if k>= 1000 then

writeln('so lan tim kiem qua lon');

ys:=y[k-1]+(y[k]-y[k-1])*(xs-x[k-1])/(x[k]-x[k-1]); End;

Function DLVL(xs:real):real; Begin

DLVL:=R*xs/(R+1)+xP/(R+1); End;

Function DLVC(xs:real):real; Begin

DLVC:=(R+F/P)*xs/(R+1)+(1-F/P)*xW/(R+1); End;

Procedure NLTR(R:real; var NLT:integer); Begin

(127)

Đồ án tốt nghiệp Phụ lục

NLTL:=0; Repeat

NOISUY(ys,xs,X,Y); ys:=DLVL(xs); NLTL:=NLTL+1; Until xs<=xF;

{Xac dinh so dia ly thuyet doan chung} ys:=DLVC(xF);

NLTC:=0; Repeat

NOISUY(ys,xs,X,Y); ys:=DLVC(xs); NLTC:=NLTC+1; Until xs<=xW;

{Xac dinh tong so dia ly thuyet toan thap} NLT:=NLTL+NLTC;

End;

{Chuong trinh chinh} BEGIN

clrscr;

{Nhap cac so lieu dau}

{write ('Nhap so diem thuc nghiem can bang pha, n = ');readln(n); For i:=1 to n

Begin

write ('X[',i,'] = ');readln(x[i]); End;

For i:=1 to n Begin

write ('Y[',i,'] = ');readln(y[i]); End;}

n:=101;

(128)

X[31]:=0.3;X[32]:=0.31;X[33]:=0.32;X[34]:=0.33;X[35]:=0.34; X[36]:=0.35;X[37]:=0.36;X[38]:=0.37;X[39]:=0.38;X[40]:=0.39; X[41]:=0.4;X[42]:=0.41;X[43]:=0.42;X[44]:=0.43;X[45]:=0.44; X[46]:=0.45;X[47]:=0.46;X[48]:=0.47;X[49]:=0.48;X[50]:=0.49;

X[51]:=0.50001;X[52]:=0.51001;X[53]:=0.52001;X[54]:=0.53001;X[55]:=0.54001; X[56]:=0.55001;X[57]:=0.56001;X[58]:=0.57001;X[59]:=0.58001;X[60]:=0.59001; X[61]:=0.60001;X[62]:=0.61001;X[63]:=0.62001;X[64]:=0.63001;X[65]:=0.64001; X[66]:=0.65001;X[67]:=0.66001;X[68]:=0.67001;X[69]:=0.68001;X[70]:=0.69001; X[71]:=0.70001;X[72]:=0.71001;X[73]:=0.72001;X[74]:=0.73001;X[75]:=0.74001; X[76]:=0.75001;X[77]:=0.76001;X[78]:=0.77001;X[79]:=0.78001;X[80]:=0.79001; X[81]:=0.80001;X[82]:=0.81001;X[83]:=0.82001;X[84]:=0.83001;X[85]:=0.84001; X[86]:=0.85001;X[87]:=0.86001;X[88]:=0.87002;X[89]:=0.88002;X[90]:=0.89002; X[91]:=0.90002;X[92]:=0.91002;X[93]:=0.92002;X[94]:=0.93002;X[95]:=0.94002;

X[96]:=0.95002;X[97]:=0.96002;X[98]:=0.97002;X[99]:=0.98002;X[100]:=0.99002;X[101]:=1.00002; Y[1]:=0;Y[2]:=0.09336;Y[3]:=0.16353;Y[4]:=0.2178;Y[5]:=0.26081;

Y[6]:=0.29561;Y[7]:=0.32429;Y[8]:=0.3483;Y[9]:=0.36869;Y[10]:=0.38625; Y[11]:=0.40154;Y[12]:=0.41501;Y[13]:=0.427;Y[14]:=0.43778;Y[15]:=0.44756; Y[16]:=0.4565;Y[17]:=0.46476;Y[18]:=0.47243;Y[19]:=0.47962;Y[20]:=0.4864; Y[21]:=0.49283;Y[22]:=0.49896;Y[23]:=0.50485;Y[24]:=0.51052;Y[25]:=0.51602; Y[26]:=0.52137;Y[27]:=0.5266;Y[28]:=0.53172;Y[29]:=0.53675;Y[30]:=0.54171; Y[31]:=0.54662;Y[32]:=0.55148;Y[33]:=0.5563;Y[34]:=0.5611;Y[35]:=0.56589; Y[36]:=0.57066;Y[37]:=0.57543;Y[38]:=0.58019;Y[39]:=0.58497;Y[40]:=0.58976; Y[41]:=0.59456;Y[42]:=0.59938;Y[43]:=0.60422;Y[44]:=0.60909;Y[45]:=0.61399; Y[46]:=0.61891;Y[47]:=0.62387;Y[48]:=0.62886;Y[49]:=0.63389;Y[50]:=0.63896; Y[51]:=0.64407;Y[52]:=0.64922;Y[53]:=0.65441;Y[54]:=0.65965;Y[55]:=0.66493; Y[56]:=0.67026;Y[57]:=0.67564;Y[58]:=0.68107;Y[59]:=0.68655;Y[60]:=0.69209; Y[61]:=0.69767;Y[62]:=0.70332;Y[63]:=0.70902;Y[64]:=0.71478;Y[65]:=0.7206; Y[66]:=0.72648;Y[67]:=0.73242;Y[68]:=0.73843;Y[69]:=0.7445;Y[70]:=0.75065; Y[71]:=0.75686;Y[72]:=0.76315;Y[73]:=0.76951;Y[74]:=0.77596;Y[75]:=0.78248; Y[76]:=0.78909;Y[77]:=0.79578;Y[78]:=0.80257;Y[79]:=0.80945;Y[80]:=0.81643; Y[81]:=0.82351;Y[82]:=0.8307;Y[83]:=0.83801;Y[84]:=0.84543;Y[85]:=0.85299; Y[86]:=0.86067;Y[87]:=0.8685;Y[88]:=0.87648;Y[89]:=0.88462;Y[90]:=0.89292; Y[91]:=0.90141;Y[92]:=0.9101;Y[93]:=0.91899;Y[94]:=0.92811;Y[95]:=0.93747;

Y[96]:=0.94709;Y[97]:=0.957;Y[98]:=0.96721;Y[99]:=0.97776;Y[100]:=0.98868;Y[101]:=1; T[1]:=410.94;T[2]:=407.8;T[3]:=405.3;T[4]:=403.28;T[5]:=401.62;

(129)

T[16]:=393.6;T[17]:=393.27;T[18]:=392.96;T[19]:=392.67;T[20]:=392.41; T[21]:=392.16;T[22]:=391.92;T[23]:=391.7;T[24]:=391.49;T[25]:=391.29; T[26]:=391.1;T[27]:=390.91;T[28]:=390.73;T[29]:=390.56;T[30]:=390.39; T[31]:=390.23;T[32]:=390.07;T[33]:=389.92;T[34]:=389.77;T[35]:=389.63; T[36]:=389.48;T[37]:=389.34;T[38]:=389.21;T[39]:=389.07;T[40]:=388.94; T[41]:=388.81;T[42]:=388.69;T[43]:=388.56;T[44]:=388.44;T[45]:=388.32; T[46]:=388.2;T[47]:=388.09;T[48]:=387.98;T[49]:=387.87;T[50]:=387.76; T[51]:=387.65;T[52]:=387.54;T[53]:=387.44;T[54]:=387.34;T[55]:=387.24; T[56]:=387.15;T[57]:=387.05;T[58]:=386.96;T[59]:=386.87;T[60]:=386.78; T[61]:=386.69;T[62]:=386.61;T[63]:=386.53;T[64]:=386.44;T[65]:=386.37; T[66]:=386.29;T[67]:=386.22;T[68]:=386.15;T[69]:=386.08;T[70]:=386.01; T[71]:=385.94;T[72]:=385.88;T[73]:=385.82;T[74]:=385.76;T[75]:=385.71; T[76]:=385.66;T[77]:=385.61;T[78]:=385.56;T[79]:=385.51;T[80]:=385.47; T[81]:=385.43;T[82]:=385.39;T[83]:=385.36;T[84]:=385.33;T[85]:=385.3; T[86]:=385.28;T[87]:=385.26;T[88]:=385.24;T[89]:=385.22;T[90]:=385.21; T[91]:=385.21;T[92]:=385.2;T[93]:=385.21;T[94]:=385.21;T[95]:=385.22;

T[96]:=385.24;T[97]:=385.26;T[98]:=385.29;T[99]:=385.32;T[100]:=385.36;T[101]:=385.41; {write ('Nhap luu luong vao F = ');readln(F);}F:=914.553647;

{write ('Nhap ham luong long xF = ');readln(xF);}xF:=0.240673; {write ('Nhap ham luong SP dinh xP = ');readln(xP);}xP:=0.857594; {write ('Nhap ham luong SP day xW = ');readln(xW);}xW:=0.000159; {Xac dinh Rmin}

NOISUY(xF,yFCB,Y,X); Rmin:=(xP-yFCB)/(yFCB-xF);

writeln('Chi so hoi luu toi thieu Rmin = ',Rmin:4:2); {write ('Nhap chi so hoi luu R = ');readln(R);} {Tinh toan can bang vat lieu cho toan thap} P:=F*(xF-xW)/(xP-xW);

W:=F-P;

{Xac dinh so dia ly thuyet doan luyen} deltaR:=0.05;

Vmin:=1e15; R:=1.40*Rmin; j:=0;

Repeat j:=j+1;

(130)

R:=R+deltaR; writeln('R = ',R:8:4); {readln;}

NLTR(R,NLT); writeln('NLT = ',NLT); {readln;}

V:=NLT*(R+1); RR[j]:=R; VV[j]:=V; NNC[j]:=NLTC; NNL[j]:=NLTL; NN[j]:=NLT; writeln('V = ',V:8:4); If V<=Vmin then Begin

Vmin:=V; Ropt:=R;

NLTCeff:=NLTC; NLTLeff:=NLTL; NLTeff:=NLT; End;

writeln('NLT = ',NLT); Until (R>=5*Rmin) or (j>=500); {In ket qua}

writeln ('So dia ly thuyet doan luyen NLTL = ',NLTLeff); writeln ('So dia ly thuyet doan chung NLTC = ',NLTCeff); writeln ('So dia ly thuyet toan thap NLT = ',NLTeff); writeln ('Chi so hoi luu thich hop Ropt = ',Ropt:8:4); readln;

For i:=1 to j Begin

write('V[',i,'] = ',VV[i]:8:4,' NLT[',i,'] = ',NN[i]);

write(' NLTC[',i,'] = ',NNC[i],' NLTL[',i,'] = ',NNL[i],' R[',i,'] = ',RR[i]:8:4); writeln;

if (i mod 10) = then readln; End;

(131)

(132)

Phụ lục 3: Tính chất vật lý etanol theo nhiệt độ (tại áp suất 3,4 bar)

(133)

Định dạng
Số trang	127
Dung lượng	4,29 MB