Chung cat mam xuyen lo acid acetic nuoc

Trong công nghiệp hay dùng các thiết bị có nhiệt có nhiệt độ cao, đó là các mồi bắt cháy thường xuyên như lò đốt, lò nung; các thiết bị này hay sử dụng các nhiên liệu như than, sản phẩm [r]

LỜI MỞ ĐẦU Khoa học kỹ thuật ngày càng phát triển và cùng với nó là nhu cầu ngày càng cao độ tinh khiết các sản phẩm Vì thế, các phương pháp nâng cao độ tinh khiết luôn luôn cải tiến và đổi để ngày càng hoàn thiện hơn, là: cô đặc, hấp thụ, chưng cất, trích ly,… Tùy theo đặc tính yêu cầu sản phẩm mà ta có lựa chọn phương pháp phù hợp Đối với hệ Nước – Axit axetic là cấu tử tan lẫn hoàn toàn, ta phải dùng phương pháp chưng cất để nâng cao độ tinh khiết Đồ án môn học Quá trình và Thiết bị là môn học mang tính tổng hợp quá trình học tập các kỹ sư Công nghệ Hóa học tương lai Môn học giúp sinh viên giải nhiệm vụ tính toán cụ theå veà: quy trình coâng ngheâä, keát caáu, giaù thaønh cuûa moät thieát bò sản xuất hóa chất - thực phẩm Đây là bước đầu tiên để sinh viên vận dụng kiến thức đã học nhiều môn học vào giải vấn đề kỹ thuật thực tế cách tổng hợp Nhiệm vụ Đồ án này là thiết kế hệ thống chưng cất Nước – Axit axetic có suất là 3000 kg/h, nồng độ nhập liệu là 30% khối lượng, nồng độ sản phẩm đỉnh là 95,5% khối lượng, nồng độ sản phẩm đáy là 0,5% khối lượng Sử dụng đốt có áp suất 2,5at Chöông GIỚI THIỆU I LYÙ THUYEÁT VEÀ CHÖNG CAÁT : Khaùi nieäm: Chưng cất là quá trình dùng để tách các cấu tử hỗn hợp lỏng hỗn hợp khí lỏng thành các cấu tử riêng biệt dựa vào độ bay khác các cấu tử hỗn hợp (nghĩa là cùng nhiệt độ, áp suất bão hòa các cấu tử khác nhau) Thay vì đưa vào hỗn hợp pha để tạo nên tiếp xúc hai pha quá trình hấp thu nhả khí, quá trình chưng cất pha tạo nên bốc ngưng tụ Trong trường hợp đơn giản nhất, chưng cất và cô đặc không khác gì nhau, nhiên hai quá trình này có ranh giới là quá trình chưng cất dung môi và chất tan bay (nghĩa là các cấu tử diện hai pha với tỷ lệ khaùc nhau), coøn quaù trình coâ ñaëc thì chæ coù dung moâi bay hôi coøn chaát tan khoâng bay hôi Khi chưng cất ta thu nhiều cấu tử và thường thì bao nhiêu cấu tử thu nhiêu sản phẩm Nếu xét hệ đơn giản có cấu tử thì ta thu sản phẩm:  Sản phẩm đỉnh chủ yếu gồm cấu tử có độ bay lớn và phần ít các cấu tử có độ bay bé  Sản phẩm đáy chủ yếu gồm cấu tử có độ bay bé và phần ít cấu tử có độ bay lớn Đối với hệ Nước – Axit axetic thì:  Sản phẩm đỉnh chủ yếu là nước  Sản phẩm đáy chủ yếu là axit axetic Caùc phöông phaùp chöng caát: 2.1 Phân loại theo áp suất làm việc: - AÙp suaát thaáp - Áp suất thường - AÙp suaát cao 2.2 Phân loại theo nguyên lý làm việc: - Chöng caát ñôn giaûn - Chưng nước trực tiếp - Chöng caát 2.3 Phân loại theo phương pháp cấp nhiệt đáy tháp: - Cấp nhiệt trực tiếp - Caáp nhieät giaùn tieáp Vậy: hệ Nước – Axit axetic, ta chọn phương pháp chưng cất liên tục cấp nhiệt gián tiếp nồi đun áp suất thường Thieát bò chöng caát: Trong sản xuất thường dùng nhiều loại thiết bị khác để tiến hành chưng cất Tuy nhieân yeâu caàu cô baûn chung cuûa caùc thieát bò vaãn gioáng nghóa laø dieän tích beà maët tieáp xúc pha phải lớn, điều này phụ thuộc vào mức độ phân tán lưu chất này vào lưu chất Nếu pha khí phân tán vào pha lỏng ta có các loại tháp mâm, pha lỏng phân tán vào pha khí ta có tháp chêm, tháp phun,… Ở đây ta khảo sát loại thường dùng là tháp maâm vaø thaùp cheâm  Tháp mâm: thân tháp hình trụ, thẳng đứng phía có gắn các mâm có cấu tạo khác nhau, trên đó pha lỏng và pha cho tiếp xúc với Tùy theo cấu taïo cuûa ñóa, ta coù: - Tháp mâm chóp : trên mâm bố trí có chóp dạng tròn, xupap, chữ s… - Thaùp maâm xuyeân loã: treân maâm coù nhieàu loã hay raõnh  Tháp chêm (tháp đệm): tháp hình trụ, gồm nhiều bậc nối với mặt bích hay hàn Vật chêm cho vào tháp theo hai phương pháp: xếp ngẫu nhiên hay xếp thứ tự So sánh ưu nhược điểm các loại tháp: Thaùp cheâm - Caáu taïo khaù ñôn giaûn - Trở lực thấp Öu - Làm việc với chất lỏng ñieåm bẩn dùng đệm cầu có    cuûa chaát loûng - Do có hiệu ứng thành  hiệu suaát truyeàn khoái thaáp - Độ ổn định không cao, khó vận Nhược hành điểm - Do có hiệu ứng thành  tăng suất thì hiệu ứng thành taêng  khoù taêng naêng suaát - Thieát bò khaù naëng neà Thaùp maâm xuyeân loã - Trở lực tương đối thấp - Hieäu suaát khaù cao Thaùp maâm choùp - Khaù oån ñònh - Hieäu suaát cao - Không làm việc với chất lỏng bẩn - Kết cấu khá phức tạp - Có trở lực lớn - Tieâu toán nhieàu vaät tö, keát caáu phức tạp Vậy: ta sử dụng tháp mâm xuyên lỗ để chưng cất hệ Nước – Axit axetic II GIỚI THIỆU SƠ BỘ VỀ NGUYÊN LIỆU : Axit axetic: 1.1 Tính chaát: Axit axetic nóng chảy 16,6oC, điểm sôi upload.123doc.netoC, hỗn hợp nước với tỷ lệ Trong quá trình hỗn hợp với nước có co thể tích, với tỷ trọng cực đại, chứa 73% axit axetic (D : 1,078 và 1,0553 axit khiết) Người ta không thể suy hàm lượng axit axetic nước từ tỷ trọng nó, ngoại trừ các hàm lượng 43% Tính ăn mòn kim loại:  Axit axetic aên moøn saét  Nhôm bị ăn mòn axit loãng, nó đề kháng tốt axit axetic đặc và khiết Đồng và chì bị ăn mòn axit axetic với diện không khí  Thiếc và số loại thép nikel – crom đề kháng tốt axit axetic Axit axetic khiết còn gọi là axit glaxial vì nó dễ dàng đông đặc kết tinh nước đá 17oC, đước điều chế chủ yếu oxy hóa andehit axetic Không màu sắc, vị chua, tan nước và cồn etylic 1.2 Ñieàu cheá: Axit axetic điều chế cách: 1) Oxy hóa có xúc tác cồn etylic để biến thành andehit axetic, là giai đoạn trung gian Sự oxy hóa kéo dài tiếp tục oxy hóa andehit axetic thành axit axetic CH3CHO + ½ O2 = CH3COOH C2H5OH + O2 = CH3COOH + H2O 2) Oxy hóa andehit axetic tạo thành cách tổng hợp từ acetylen Sự oxy hóa andehit tiến hành khí trời với diện coban axetat Người ta thao tác andehit axetic nhiệt độ gần 80 oC để ngăn chặn hình thành peroxit Hiệu suất đạt 95 – 98% so với lý thuyết Người ta đạt dễ dàng sau chế axit axetic kết tinh CH3CHO + ½ O2 ⃗ Coban axetat 80 o C CH3COOH 3) Tổng hợp từ cồn metylic và Cacbon oxit Hiệu suất có thể đạt 50 – 60% so với lý thuyết cách cố định cacbon oxit trên cồn metylic qua xuùc taùc Nhiệt độ từ 200 – 500oC, áp suất 100 – 200atm: CH3OH + CO  CH3COOH với diện metaphotphit photpho – vonframat kim loại và hóa trị (chaúng haïn saét, coban) 1.3 Ứng dụng: Axit axetic là axit quan trọng các loại axit hữu Axit axetic tìm nhiều ứng dụng vì nó là loại axit hữu rẻ tiền Nó dùng để chế tạo nhiều hợp chất và ester Nguồn tiêu thụ chủ yếu axit axetic là:        Làm dấm ăn (dấm ăn chứa 4,5% axit axetic) Làm đông đặc nhựa mủ cao su Làm chất dẻo tơ sợi xenluloza axetat – làm phim ảnh không nhạy lửa Làm chất nhựa kết dính polyvinyl axetat Làm các phẩm màu, dược phẩm, nước hoa tổng hợp Axetat nhoâm duøng laøm chaát caén maøu (mordant ngheà nhuoäm) Phần lớn các ester axetat là các dung môi, thí dụ: izoamyl axetat hòa tan nhiều loại nhựa xenluloza Nước: Trong điều kiện bình thường: nước là chất lỏng không màu, không mùi, không vị khối nước dày có màu xanh nhạt Khi hóa rắn nó có thể tồn dạng dạng tinh thể khác Tính chaát vaät lyù:  Khối lượng phân tử : 18 g / mol  Khối lượng riêng d4 c : g / ml  Nhiệt độ nóng chảy : 00C  Nhiệt độ sôi : 1000 C Nước là hợp chất chiếm phần lớn trên trái đất (3/4 diện tích trái đất là nước biển) và cần thiết cho sống Nước là dung môi phân cực mạnh, có khả hoà tan nhiều chất và là dung môi quan troïng kyõ thuaät hoùa hoïc Chöông QUY TRÌNH COÂNG NGHEÄ Chuù thích caùc kí hieäu qui trình: Bồn chứa nguyên liệu Bôm Boàn cao vò Thiết bị trao đổi nhiệt với sản phẩm đỉnh Thieát bò ñun soâi doøng nhaäp lieäu Baåy hôi Lưu lượng kế Nhieät keá Thaùp chöng caát 10 Thieát bò ngöng tuï saûn phaåm ñænh 11 AÙp keá 12 Thiết bị đun sôi đáy tháp 13 Thiết bị làm nguội sản phẩm đáy 14 Bồn chứa sản phẩm đáy 15 Bồn chứa sản phẩm đỉnh  1017  404 1 408 50 1933 20 400 20 5600 I A -A TL 1:10 II 3 I TL 4:1 10 10 M10x25    11 M24x10 35 T III V 50 x 50 II TL 1:1 12 III TL :2  15 T M20x45 A 180 330 400 12500 13 11 T P  10 TL 1:5  15 14 T 20 12 400 10 225 260 16 25 460 250 11 13 10 16 11 TL :10 T P 14 10  160 20 T 225 10 190 25 170 15 12 16 16 TL 1:10  16 15 14 13 12 11 10 STT Cha ân ñô õ Ña ùy thi eát bò OÁn g da ãn lo ûng OÁn g da ãn hô i va øo OÁn g da ãn nh aäp lieäu Tai tre o Bích n oái th aân Maùn g cha ûy chu yeàn Maâm x uy eân loã Gờ chảy tr àn Tha ân thieát bò Kín h qua n saùt OÁn g hoa øn löu Bích noái naép (ñ aùy) v aø t haân Na ép thi eát bò OÁn g da ãn hô i r a TEÂN GOÏI C T3 X 18H10T X 18H10T X 18H10T X18 H10 T C T3 X18 H10 T X 18H10T X 18H10T X18 H10 T X18 H10 T Th uûy tinh X18 H10 T X18 H10 T X18 H10 T X18 H10 T 1 1 14 71 71 71 2 1 VAÄT LIEÄU SL 13 14 GHI CH UÙ Trường Đại học B ác h Kho a Tp Hồ Chí Minh Khoa Coân g ng heä Hoùa hoïc B OÄ MOÂ N MAÙY VAØ THIEÁT BÒ 200 THIEÁT KEÁ HE Ä TH OÁNG CHÖ N G CAÁT N ÖÔ ÙC - AX IT A XETIC DU ØN G TH AÙP MAÂM XU YE ÂN LOÃ SVTH Ng uyeãn T H ieànL öôn g GVHD N guy eãn Vaên Lu ïc CNBM Vuõ BaùMinh Chö ùc naên g H oï teân Tæ leä BA ÛN VE Õ LA ÉP ÑAËT C hữ k ý 15 14 13 12 11 10 STT Ñ oà a ùn moân hoïc Qua ù tr ình vaø Th ieát bò : Baûn veõ so á 1:10 25 / 06/ 05 Nga øy BV 28 / 06/ 05 TEÂN GOÏI ÑAËC TÍNH KY Õ THUAÄT SL G HI CHUÙ Trư ờng Đại ho ïc Bá ch Kh oa Tp Hồ Ch í Minh Kho a Co âng nghe ä Ho ùa h oïc BOÄ MOÂN M AÙY VA Ø THI EÁT BÒ Đồ án môn ho ïc Qu á tr ìn h va ø Thie át b ị : /2 Nga øy HT Bồn chứa sản pha åm đỉnh Bồn chứa sản pha åm đáy Thie át bò laøm ng uoäi saûn phaå m ñ aùy Thie át bị đu n sôi đáy tha ùp AÙp keá Thie át bò ng öng tu ï saûn ph aåm ñæn h Thaùp chö ng ca át Nh ieät keá Lưu lư ợng k ế Baåy hôi Thie át bò ñu n so âi d oøng n haäp lieäu TB t o đổi nh ie ät với sản ph ẩm đỉn h Boàn cao vò Bôm Bồ n ch ứa n guyên l iệu TH IE ÁT K EÁ HEÄ THOÁN G CH Ö NG C AÁT NÖ Ô ÙC - AX IT AX ETIC DU ØNG THA ÙP MAÂM X UY EÂN LO Ã SV TH Ng uyeãn T Hieàn Löôn g GV HD Nguye ãnVaên Lu ïc CN BM Vu õ Baù Minh Chức Ho ï teân Tæ leä QU Y TR ÌN H CO ÂN G NGH EÄ Ch ữky ù Baûn veõ soá 1/2 Ngaøy HT 25 / 06/0 Ngaøy BV 28 / 06/0 Hỗn hợp Nước – Axit axetic có nồng độ nước 30% (theo phần khối lượng), nhiệt độ khoảng 270C bình chứa nguyên liệu (1) bơm (2) bơm lên bồn cao vị (3) Từ đó đưa đến thiết bị trao đổi nhiệt với sản phẩm đỉnh (4) Sau đó, hỗn hợp gia nhiệt đến nhiệt độ sôi thiết bị đun sôi dòng nhập liệu (5), đưa vào tháp chưng cất (9) đĩa nhập liệu Trên đĩa nhập liệu, chất lỏng trộn với phần lỏng từ đoạn luyện tháp chảy xuống Trong tháp, từ lên gặp chất lỏng từ trên xuống Ở đây, có tiếp xúc và trao đổi hai pha với Pha lỏng chuyển động phần chưng càng xuống càng giảm nồng độ các cấu tử dễ bay vì đã bị pha tạo nên từ nồi đun (12) lôi cấu tử dễ bay Nhiệt độ càng lên trên càng thấp, nên qua các đĩa từ lên thì cấu tử có nhiệt độ sôi cao là axit axetic ngưng tụ lại, cuối cùng trên đỉnh tháp ta thu hỗn hợp có cấu tử nước chiếm nhiều (có nồng độ 95,5% phần khối lượng) Hơi này vào thiết bị ngưng tụ (10) và ngưng tụ hoàn toàn Một phần chất lỏng ngưng tụ trao đổi nhiệt với dòng nhập liệu thiết bị (4) (sau qua bồn cao vị) Phần còn lại chất lỏng ngưng tụ hoàn lưu tháp đĩa trên cùng Một phần cấu tử có nhiệt độ sôi thấp bốc hơi, còn lại cấu tử có nhiệt độ sôi cao chất lỏng ngày càng tăng Cuối cùng, đáy tháp ta thu hỗn hợp lỏng hầu hết là các cấu tử khó bay (axit axetic) Hỗn hợp lỏng đáy có nồng độ nước là 0,5% phần khối lượng, còn lại là axit axetic Dung dịch lỏng đáy khỏi tháp vào nồi đun (12) Trong nồi đun dung dịch lỏng phần bốc cung cấp lại cho tháp để tiếp tục làm việc, phần còn lại khỏi nồi đun qua thiết bị làm nguội sản phẩm đáy (13), làm nguội đến 35 0C , đưa qua bồn chứa sản phẩm đáy (14) Hệ thống làm việc liên tục cho sản phẩm đỉnh là nước, sau trao đổi nhiệt với dòng nhập liệu có nhiệt độ 35oC và thải bỏ Sản phẩm đáy là axit axetic giữ lại Chöông CAÂN BAÈNG VAÄT CHAÁT I CÁC THÔNG SỐ BAN ĐẦU : Chọn loại tháp là tháp mâm xuyên lỗ Khi chưng luyện dung dịch axit axetic thì cấu tử dễ bay là nước Axit axetic : CH COOH ⇒ M A=60 (g/ mol) Hỗn hợp: Nước : H O ⇒ M =18(g /mol) N {        II Naêng suaát nhaäp lieäu: GF = 3000 (kg/h) Nồng độ nhập liệu: xF = 30% (kg nước/ kg hỗn hợp) Nồng độ sản phẩm đỉnh: xD = 95,5% (kg nước/ kg hỗn hợp) Nồng độ sản phẩm đáy: xW = 0,5% (kg nước/ kg hỗn hợp) Áp suất đốt: Ph = 2,5at Choïn:  Nhiệt độ nhập liệu: tFV = 27oC  Nhiệt độ sản phẩm đáy sau làm nguội: tWR = 35oC  Nhiệt độ dòng nước lạnh vào: tV = 27oC  Nhiệt độ dòng nước lạnh ra: tR = 43oC  Traïng thaùi nhaäp lieäu laø traïng thaùi loûng soâi Caùc kyù hieäu:  GF, F: suất lượng nhập liệu tính theo kg/h, kmol/h  GD, D: suất lượng sản phẩm đỉnh tính theo kg/h, kmol/h  GW, W: suất lượng sản phẩm đáy tính theo kg/h, kmol/h  xi, xi : nồng độ phần mol, phần khối lượng cấu tử i XÁC ĐỊNH SUẤT LƯỢNG SẢN PHẨM ĐỈNH và SẢN PHẨM ĐÁY THU ĐƯỢC : GF =G D +GW G F x F =G D x D +GW x W GF GD GW = =  x D − x W x F − x W x D − x F xW x F −  30 − 0,5 G = 3000=931 , 579 (kg/h) Neân : GD = x D − x W F 95 ,5 − 0,5  Vaø: GW = GF – GD = 3000 – 931,579 = 2068,421 (kg/h) Ñun giaùn tieáp : III { XÁC ĐỊNH TỈ SỐ HOAØN LƯU LAØM VIỆC : Nồng độ phần mol: x F 0,3 MN 18 xF = = =¿ 0,588 (mol nước/ mol hỗn hợp) x F 1− x F 0,3 + 1− 0,3 + 18 60 MN M A x W , 005 MN 18 xW= = =¿ 0,016 (mol nước/ mol hỗn hợp) x W − x W , 005 + −0 , 005 + 18 60 MN MA x D , 955 MN 18 xD = = =¿ 0,986 (mol nước/ mol hỗn hợp) x D 1− x D , 955 −0 ,955 + + 18 60 MN M A Suất lượng mol tương đối dòng nhập liệu: f= x D − x W , 98606− , 01647 = = 1,696 x F − xW ,58824 − , 01647 Tỉ số hoàn lưu làm việc: 0,9 0,8 yF* 0,7 0,6 0,5 0,4 0,3 0,2 0,1 xF 0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 Hình 1: Đồ thị cân pha hệ Nước – Axit axetic Dựa vào hình  yF* = 0,705 x D − y ❑F , 98606− , 705 = Tỉ số hoàn lưu tối thiểu: = 2,407 ,705 − ,58824 y❑ F − xF Tỉ số hoàn lưu làm việc: R = 1,3Rmin + 0,3 = 3,429 Rmin = IV XÁC ĐỊNH SUẤT LƯỢNG MOL CỦA CÁC DÒNG PHA : Coi lưu lượng mol các dòng pha đoạn tháp (chưng và luyện) là không đổi Taïi ñænh thaùp: nHD L nHD L Vì đỉnh tháp nồng độ phần mol nước pha lỏng và pha  Khối lượng pha và pha lỏng đỉnh tháp là nhau: MHD = MLD = xD MN + (1 – xD) MA = 0,986 18 + (1 – 0,986) 60 = 18,585 (kg/mol) Suất lượng khối lượng dòng đỉnh tháp: GHD = (R +1)GD = (3,429 + 1) 931,579 = 4126,142 (kg/h) Suất lượng mol dòng đỉnh tháp: G HD 4126 , 142 = nHD = = 222,009 (kmol/h) M HD 18 , 585 Suất lượng khối lượng dòng hoàn lưu: GL = RGD = 3,429 931,579 = 3194,563 (kg/h) Suất lượng mol dòng hoàn lưu: GL 3194 ,563 = L= = 171,885 (kmol/h) M LD 18 , 585 Taïi maâm nhaäp lieäu: nHF nLF F nHF n’LF Khối lượng mol dòng nhập liệu: MF = xF MN + (1 – xF) MA = 0,588 18 + (1 – 0,588) 60 = 35,294 (kg/kmol) Suất lượng mol dòng nhập liệu: G F 3000 = F= = 256,885 (kmol/h) M F 35 , 294 Vaø: nLF = L = 171,885 (kmol/h) n’LF = L + F = 171,885 + 256,885 = 428,770 (kmol/h) nHF = nHD = 222,009 (kmol/h) Tại đáy tháp: nHW nLW W Vì đáy tháp nồng độ phần mol nước pha lỏng và pha  Khối lượng pha và pha lỏng đáy tháp là nhau: MHW = MLW = xW MN + (1 – xW) MA = 0,016 18 + (1 – 0,016) 60 = 59,308 (kg/mol) Suất lượng mol dòng sản phẩm đáy: G W 2086 , 421 = W= = 34,876 (kmol/h) M LW 59 , 308 Vaø: nLW = n’LF = 428,770 (kmol/h) nHW = nHF = nHD = 222,009 (kmol/h) Chöông TÍNH THIEÁT BÒ CHÍNH (Thaùp maâm xuyeân loã) Phương trình đường làm việc : Phaàn luyeän: Phaàn chöng: I x R , 429 , 986 x+ D = x+ = 0,774x + 0,223 R+1 R+ , 429+1 , 429+1 R+ f 1− f , 429+1 ,696 −1 , 696 y= x+ x = x+ × , 016 R+1 R+ W , 429+1 , 429+1 = 1,157x – 0,003 y= ĐƯỜNG KÍNH THÁP : Phaàn luyeän: 1.1 Khối lượng riêng trung bình pha lỏng phần luyện: Nồng độ phần mol trung bình pha lỏng phần luyện: x + x , 986+ ,588 x L= D F = = 0,787 (mol nước/ mol hỗn hợp) 2 Dựa vào hình  Nhiệt độ trung bình pha lỏng phần luyện: TLL = 101,4 (oC) Nồng độ phần khối lượng trung bình pha lỏng luyện: x D + x F , 955+ 0,3 = = 0,628 (kg nước/ kg hỗn hợp) x L = 2 Tra baûng 1.249, trang 310, [5]  Khối lượng riêng nước 101,4oC: NL = 957,364 (kg/m3) Tra baûng 1.2, trang 9, [5]  Khối lượng riêng axit axetic 101,4oC: AL = 955,480 (kg/m3) Áp dụng công thức (1.2), trang 5, [5]: xL x L −  , 628 −0 , 628 = + = + =0 , 001  LL = 956,661 (kg/m3) ρ LL ρNL ρAL 957 , 364 955 , 480 1.2 Khối lượng riêng trung bình pha phần luyện: Nồng độ trung bình pha phần luyện: yL = 0,774xL + 0,223 = 0,832 Dựa vào hình  Nhiệt độ trung bình pha phần luyện: THL = 101,6 (oC) Khối lượng mol trung bình pha phần luyện: MHL = yL MN + (1 – yL) MA = 0,832 18 + (1 – 0,832) 60 = 25,054 (kg/kmol) Khối lượng riêng trung bình pha phần luyện: PMHL 1× 25 , 054 ρHL= = = 0,815 (kg/m3) RT HL 22 , ×(101 , 6+273) 273 118 116 114 112 110 108 106 104 102 100 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 Hình 2: Giản đồ T – x,y hệ Nước – Axit axetic 1.3 Tính vaän toác pha hôi ñi phaàn luyeän: 0,9 Tra bảng IX.4a, trang 169, [6]  Với đường kính tháp khoảng 1,4  1,6 (m) thì khoảng cách mâm là: h = 400 (mm) = 0,4 (m) Tra đồ thị 6.2, trang 256, [4]  C = 0,057 Vaän toác pha hôi ñi phaàn luyeän: ρ 956 ,661 ω L =C LL =0 ,057 = 1,953 (m/s) ρHL , 815 √ √ 1.4 Tính đường kính phần luyện: Suất lượng mol pha phần luyện: n HL = nHD = 222,009 (kmol/h) Suất lượng thể tích pha phần luyện: 22, 222 ,009 × ×(101 ,6+ 273) n HL RT HL 273 = 1,895 (m3/s) QHL= = 3600 × P 3600 ×1 QHL ×1 , 895 = Đường kính phần luyện: φ L = = 1,112 (m) πω L π × ,953 √ √ Phaàn chöng: Tính toán tương tự phần luyện  ta có bảng kết sau: xc 0,302 xC 0,153 TLC 107,4 yc 0,347 THC 109 MHC 45,415 NC AC 952,924 944,680 HC 1,449 C 1,456 1/LC 0,001 QHC 1,933 LC 945,928 C 1,300 Vì L  C  ta có thể lấy đường kính toàn tháp là đường kính phần chưng Chọn theo chuẩn  1,4m) (phù hợp với điều kiện 1,4  1,6m) Kết luận: đường kính tháp là 1,4m) Vận tốc pha phần chưng và phần luyện theo thực tế: 4Q ×1 , 933 ωC = HC = =1,256 (m/s) πφ π × 1,42 4Q × 1, 895 ω L = HL = =1,231 (m/s) πφ π ×1,4 0,9 0,8 0,7 0,6 0,5 0,4 0,3 0,2 0,1 0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 Hình 3: Soá maâm lyù thuyeát II CHIEÀU CAO THAÙP : 0,7 0,8 0,9 Phaàn luyeän: Dựa vào hình  Số mâm lý thuyết phần luyện: nltL = 19 1.1 Tính hieäu suaát maâm: Tại nhiệt độ trung bình pha phần luyện THL = 101,6oC thì:  Tra bảng 1.250, trang 312, [5]  Aùp suất bão hòa nước PNL = 1,09668 at = 806,060 (mmHg)  Tra hình XXIII, trang 466, [4]  Aùp suaát hôi baõo hoøa cuûa axit axetic PAL = 150 (mmHg) P NL 806 , 060 = Neân: α L = = 5,374 P AL 150 Tại nhiệt độ trung bình pha lỏng phần luyện TLL = 101,4oC thì:  Tra bảng 1.104, trang 96, [5]  Độ nhớt nước NL = 0,2808 (cP)  Dùng toán đồ 1.18, trang 90, [5]  Độ nhớt axit axetic AL = 0,42 (cP) Độ nhớt hỗn hợp lỏng: lghh = x1lg1 + x2lg2 (công thức (I.12), trang 84, [5]) Neân: lgL = 0,787 lg0,2808 + (1 – 0,787)lg0,42 = -0,514  L = 0,306 (cP)  LL = 1,644 Tra hình 6.4, trang 257, [4]  EL = 0,42 Vì tháp có đường kính lớn:  = 1,4m > 0,9m  phải hiệu chỉnh lại giá trị EL Tra hình 6.5, trang 258, [4]   = 0,14 Neân: ECL = EL(1 + ) = 0,479 1.2 Tính số mâm thực tế phần luyện: n ltL 19 = Số mâm thực: nttL = = 39,683  40 E CL , 479 Phaàn chöng: Tính toán tương tự phần luyện  ta có bảng kết sau: nltC PNC PAC C NC AC 14 1066,632 190 5,614 0,2632 0,39 CC 1,944 EC 0,4 ECC 0,456 Chieàu cao thaùp: nttC 30,702 lgC -0,461 nttC quy troøn 31 Số mâm thực tế toàn tháp: ntt = nttL + nttC = 40 + 31 = 71 Chieàu cao thaân thaùp: Hthaân = (ntt –1)h + = 29 (m) ht Chọn đáy (nắp) ellip tiêu chuẩn có = 0,25  ht = 0,25 1,4 = 0,35 (m) φ Chọn chiều cao gờ: hg = 50mm = 0,05 (m) Chiều cao đáy (nắp): Hđn = ht+ hg = 0,4 (m) Kết luận: Chiều cao toàn tháp: H = Hthân + 2Hđn = 29 + 2.0,4 = 29,8 (m) III TRỞ LỰC THÁP : Caáu taïo maâm loã: C 0,346 Chọn tháp mâm xuyên lỗ có ống chảy chuyền với:  Tiết diện tự 8% diện tích mâm  Đường kính lỗ: dlỗ = 3mm = 0,003 (m)  Chiều cao gờ chảy tràn: hgờ = 50mm = 0,05 (m)  Dieän tích cuûa baùn nguyeät baèng 20% dieän tích maâm  Lỗ bố trí theo hình lục giác  Khoảng cách tâm lỗ 7mm  Mâm làm thép không gỉ X18H10T Soá loã treân maâm: 8%S maâm φ 1,4 =0 , 08 =0 , 08 N= = 17422,222 S loã d loã , 03 ( ) ( ) Goïi a laø soá hình luïc giaùc Áp dụng công thức (V.139), trang 48, [6]: N = 3a(a+1) +1 Giaûi phöông trình baäc  a = 75,706  76  N = 17557 (loã) Số lỗ trên đường chéo: b = 2a + = 153 (lỗ) Trở lực đĩa khô: ω ' ρH Đối với đĩa có tiết diện tự 8% diện tích mâm thì  = 1,82 2.1 Phaàn luyeän: ω L ,231 = Vaän toác hôi qua loã: ’L = = 15,392 (m/s) % ,08 15 , 3922 , 815 Neân: PkL = ,82 = 175,724 (N/m2) Aùp dụng công thức (IX.140), trang 194, [6]: ΔP k =ξ 2.2 Phaàn caát: ω C ,256 = = 15,696 (m/s) % , 08 15 , 6962 , 449 Neân: PkC = ,82 = 324,829 (N/m2) Vaän toác hôi qua loã: ’C = Trở lực sức căng bề mặt: Vì đĩa có đường kính lỗ > 1mm  Aùp dụng công thức (IX.142), trang 194, [6]: ΔP σ = 4σ 1,3 d loã + , 08 d2loã 3.1 Phaàn luyeän: Tại nhiệt độ trung bình pha lỏng phần luyện TLL = 101,4oC thì:  Tra bảng 1.249, trang 310, [5]  Sức căng bề mặt nước NL = 0,585756 (N/m)  Tra bảng 1.242, trang 300, [5]  Sức căng bề mặt axit AL = 0,019674 (N/m) σ 1σ 1 = + ⇒σ= Aùp dụng công thức (I.76), trang 299, [5]: σ σ1 σ σ 1+ σ , 585756 ×0 , 019674 Neân: σ LL= = 0,019 (N/m) ,585756 +0 , 019674 Cho ta: ΔP σL= × , 019 = 19,519 (N/m2) 1,3 ×0 , 003+0 , 08 ×0 ,0032 3.2 Phaàn chöng: Tính toán tương tự phần luyện  ta có bảng kết sau: NC AC LC pC 0,573996 0,019134 0,019 18,988 Trở lực thủy tĩnh chất lỏng trên đĩa tạo ra: Aùp dụng công thức trang 285, [4]:Pb = 1,3hbKLg Với: hb = hgờ + hl /3 QL Δh l= , 85 Lgờ K ( ) Trong đó:  Lgờ : chiều dài gờ chảy tràn, m  K = b/L : tỷ số khối lượng riêng chất lỏng bọt và khối lượng riêng chất loûng, laáy gaàn baèng 0,5 nL M L  QL = : suất lượng thể tích pha lỏng, m3/s ρL Tính chiều dài gờ chảy tràn: R  Lgờ Ta coù: Squaït - S = Sbaùn nguyeät R2 α α 20 % πR  α −2 R sin R cos = 2 2   - sin = 0,2 Duøng pheùp laëp   = 1,626753345 (Rad) α , 626753345 Nên: Lgờ = sin = 1,4 sin = 1,017 (m) 2 4.1 Phaàn luyeän: Khối lượng mol trung bình pha lỏng phần luyện: M LD + M F 18 , 585+ 35 ,294 = MLL = = 26,940 (kg/kmol) 2 Suất lượng mol pha lỏng phần luyện: nLL = L = 171,885 (kmol/h) Suất lượng thể tích pha lỏng phần luyện: nLL M LL 171 , 885 ×26 , 940 = QLL = = 0,00134 (m3/s) ρLL 956 , 661 /3 , 00134 Neân: Δh lL= = 0,01269 (m) , 85× ,017 × 0,5 Cho ta: PbL = 1,3(hgờ + hlL)KLLg = 1,3.(0,05 + 0,01269) 0,5 956,661 9,81 = 382,396 (N/m2) ( ) 4.2 Phaàn chöng: Tính toán tương tự phần luyện  ta có bảng kết sau: MLC 47,301 QLC hlC pbC 0,00357 0,02432 448,261 Tổng trở lực thuỷ lực tháp: Tổng trở lực mâm phần luyện tháp là: PL = PkL + PL + PbL = 175,724 + 19,519 + 382,396 = 577,638 (N/m2) Tổng trở lực mâm phần chưng tháp là: PC = PkC + PC + PbC = 324,829 + 18,988 + 448,261 = 792,078 (N/m2) Kiểm tra hoạt động mâm:  Kiểm tra lại khoảng cách mâm h = 0,4m đảm bảo cho điều kiện hoạt động bình ΔP thường tháp: h > 1,8 ρ g L Với các mâm phần chưng trở lực thuỷ lực qua mâm lớn trở lực thuỷ lực ΔPC 792 , 078 =1,8 maâm phaàn luyeän, ta coù: 1,8 = 0,154 ρ LC g 945 , 928 × ,18  Điều kiện trên thỏa  Kiểm tra tính đồng hoạt động mâm Tính vận tốc tối thiểu qua lỗ pha vmin đủ các lỗ trên mâm hoạt gρLC h bC , 81 ×945 , 928 ×(0 , 05+0 , 02432) =0 , 67 động: vmin = 0,67 = 10,835 < ξρHC , 82 ×1 , 449 15,696  Các lỗ trên mâmđều hoạt động Keát luaän: Tổng trở lực thủy lực tháp: P = nttL.PL + nttCPC = 40 577,638 + 31 792,078 = 47659,953 (N/m2) √ √ Kiểm tra ngập lụt tháp hoạt động: Khoảng cách mâm: h = 400 (mm) Bỏ qua tạo bọt ống chảy chuyền, chiều cao mực chất lỏng ống chảy chuyền mâm xuyên lỗ xác định theo biểu thức (5.20), trang 120, [2]: hd = hgờ + hl + P + hd’ , (mm.chaát loûng) Trong đó:     hgờ : chiều cao gờ chảy tràn (mm) hl : chiều cao lớp chất lỏng trên mâm (mm) P: tổng trở lực mâm (mm.chất lỏng) hd’ : tổn thất thủy lực dòng lỏng chảy từ ống chảy chuyền vào mâm, xác định theo biểu thức (5.10), trang 115, [2]: QL hd ' =0 ,128 , (mm.chaát loûng) 100 S d ( ) QL : lưu lượng chất lỏng (m3/h) Sd : tiết diện ống chảy chuyền và mâm π Sd = 0,8 Smaâm = 0,8 .1,42 = 1,232 (m2) Để tháp không bị ngập lụt hoạt động thì: hd  h = 200 (mm) 6.1 Phaàn luyeän:  hlL = 0,01269 1000 = 12,69 (mm) 577 , 638 577 ,638 ×1000= × 1000 = 61,550 (mm.chaát loûng)  PL = ρLL g 956 , 661× ,81 Q LL , 00134 ×3600  = 0,0002 (mm.chaát loûng) hd ' L=0 ,128 =0 , 128 100 S d 100 ×1 , 232   ( ) ( ) Neân: hdL = 50 + 12,69 + 61,550 + 0,0002 = 124,237 (mm) < 200 (mm) Vậy: Khi hoạt động thì mâm phần luyện không bị ngập lụt 6.2 Phaàn chöng:  hlC = 0,02432 1000 = 24,32 (mm) 577 , 638 792 , 078 ×1000= × 1000 = 85,357 (mm.chaát loûng)  PC = ρLL g 945 , 928× , 81 QLC , 00357× 3600  = 0,0014 (mm.chaát loûng) hd 'C =0 ,128 =0 , 128 100 S d 100 ×1 , 232 ( ) ( ) Neân: hdC = 50 + 24,32 + 85,357 + 0,0014 = 159,676 (mm) < 200 (mm) Vậy: Khi hoạt động thì mâm phần chưng không bị ngập lụt Kết luận: Khi hoạt động tháp không bị ngập lụt IV BEÀ DAØY THAÙP : Thaân thaùp: Vì tháp hoạt động áp suất thường nên ta thiết kế thân hình trụ phương pháp hàn hồ quang điện, kiểu hàn giáp mối phía Thân tháp ghép với các mối gheùp bích Vì tháp hoạt động nhiệt độ cao (>100oC) nên ta phải bọc cách nhiệt cho tháp Để đảm bảo chất lượng sản phẩm và khả ăn mòn axit axetic thiết bò, ta choïn thieát bò thaân thaùp laø theùp khoâng gæ maõ X18H10T 1.1 Các thông số cần tra và chọn phục vụ cho quá trình tính toán:  Nhiệt độ tính toán: t = tmax + 20oC = 117,6 + 20 = 137,6 (oC)  Áp suất tính toán: vì tháp hoạt động áp suất thường nên: P = Pthủy tĩnh + P Khối lượng riêng trung bình pha lỏng toàn tháp: ρLL+ ρLC 956 , 661+945 , 928 = L = = 951,295 (kg/m3) 2 Neân: P = LgH = 951,295 9,81 29,8 + 47659,953 = 325759,532 (N/m2) = 0,326 (N/mm2)  Hệ số bổ sung ăn mòn hóa học môi trường : Vì môi trường axit có tính ăn mòn và thời gian sử dụng thiết bị là 20 năm  Ca = = (mm)  Ứng suất cho phép tiêu chuẩn: Vì vaät lieäu laø X18H10T  []* = 140 (N/mm2) (Hình 1.1, trang 18, [7])  Heä soá hieäu chænh: Vì thiết bị có bọc lớp cách nhiệt   = 0,95 (trang 26, [7])  Ứng suất cho phép: [] =  []* = 133 (N/mm2)  Heä soá beàn moái haøn: Vì sử dụng phương pháp hàn hồ quang điện, kiểu hàn giáp mối phía  h = 0,95 (Baûng XIII.8, trang 362, [6]) 1.2 Tính beà daøy: [σ ] 133 ϕ= ×0 , 95 = 387,863 > 25 Ta coù: P h ,326 φP 1400 × ,326  S’ = [σ ] ϕ = ×133 ×0 , 95 = 1,805  S’ + Ca = 1,805 + = 3,805 (mm) h Quy troøn theo chuaån: S = (mm) (Baûng XIII.9, trang 364, [6]) Beà daøy toái thieåu: Smin = (mm) (Baûng 5.1, trang 128, [7])  Beà daøy S thoûa ñieàu kieän 1.3 Kiểm tra độ bền: S −C a −2 ≤0,1  0,001  0,1 (thoûa) ≤ 0,1  Ñieàu kieän: 1400 φ 2[σ ]ϕ h (S − C a) 2× 133× , 95 ×(4 − 2) = Neân: [P]= = 0,360 > P = 0,326 (thoûa) φ+(S − C a) 1400+(4 − 2) Keát luaän: S = (mm) Đáy và nắp: Chọn đáy và nắp có dạng hình ellip tiêu chuẩn, có gờ, làm thép X18H10T Chọn bề dày đáy và nắp với bề dày thân tháp: S = (mm) Kieåm tra ñieàu kieän: S −C a ≤ ,125 Dt 2[σ ]ϕ h (S −C a) [P ]= ≥P R t +( S − Ca ) { Trong đó: Dt =  ht =0 , 25  Rt = Dt Dt  Điều kiện trên thỏa đã kiểm tra phần thân tháp Kết luận: Kích thước đáy và nắp:  Đường kính trong: Dt =  = 1400 (mm)  ht = 350 (mm)  Chiều cao gờ: hgờ = 50 (mm)  Beà daøy: S = (mm)  Dieän tích beà maët trong: Sbeà maët = 2,35 (m2) (Baûng XIII.10, trang 382, [6]) Vì đáy và nắp có hình ellip tiêu chuẩn với V BEÀ DAØY MAÂM : Các thông số cần tra và chọn phục vụ cho quá trình tính toán:  Nhiệt độ tính toán: t = tmax = 117,6 (oC)  Áp suất tính toán: P = Pthủy tĩnh + Pgờ Chọn bề dày gờ chảy tràn là 3mm Thể tích gờ chảy tràn: V = 1,017 (50 + 50 + 400 – 20) 10-6 = 0,00146 (m3) Tra baûng XII.7, trang 313, [6]  Khối lượng riêng thép X18H10T là: X18H10T = 7900 (kg/m3) Khối lượng gờ chảy tràn: m = VX18H10T = 11,572 (kg) mg Pgờ = Áp suất gờ chảy tràn tác dụng lên mâm tròn: φ2 = 73,747 (N/m2) π Khối lượng riêng chất lỏng đáy tháp: LW = 927,309 (kg/m3) AÙp suaát thuûy tónh: Pthủy tĩnh = LWg(hgờ + hlC) = 927,309 9,81 (0,05 + 0,02432) = 676,059 (N/m2)  P = 73,747 + 676,059 = 749,806 (N/m2) = 0,0007 (N/mm2)  Hệ số bổ sung ăn mòn hóa học môi trường : Vì môi trường axit có tính ăn mòn và thời gian sử dụng thiết bị là 20 năm  Ca = = (mm)  Ứng suất cho phép tiêu chuẩn: Vì vaät lieäu laø X18H10T  []* = 141 (N/mm2) (Hình 1.1, trang 18, [7])  Heä soá hieäu chænh:  = (trang 26, [7])  Ứng suất cho phép: [] =  []* = 141 (N/mm2)  Môđun đàn hồi: E = 199824 (N/mm2) (Bảng 2.12, trang 45, [7])  Heä soá Poisson:  = 0,33 (Baûng XII.7, trang 313, [6])  Heä soá ñieàu chænh: b = t −d −3 = = 0,571 t Tính bề dày: Đối với tròn đặc ngàm kẹp chặt theo chu vi: 3P Ứng suất cực đại vòng chu vi: σ max = 16 σ max P = Đối với có đục lỗ: σ l max = ϕ b 16 ϕ b 3P ×0 , 0007 =1400 S D 16 [σ ]ϕ b 16× 141× , 571 Neân: S + Ca = 3,849 (mm) Choïn S = (mm) D (Công thức 6.36, trang 100, [8]) S D ≤[σ ] S ( ) ( ) √ √ = 1,849 (mm) Kieåm tra ñieàu kieän beàn: PR (Công thức 6.35, trang 100, [8]) 64 D T W o PR4 W = = Đối với có đục lỗ: lo ϕ b 64 ϕ b D T ES D = Với: T 12(1− μ ) W o 12 PR (1 − μ2 ) PR (1 − μ2 ) W = = =  lo ϕ b 64 ϕ b ES3 16 ϕ b ES Để đảm bảo điều kiện bền thì: Wlo < ½ S 00007 ×700 (1 −0 , 33 ) Maø: W lo = = 2,107 < ½ = 2,5 16 , 571×199824 ×  Bề dày S đã chọn thỏa điều kiện Vaäy: S = (mm) Độ võng cực đại tâm: W o = VI BÍCH GHÉP THÂN – ĐÁY và NẮP : Mặt bích là phận quan trọng dùng để nối các phần thiết bị nối các phận khác với thiết bị Các loại mặt bích thường sử dụng:  Bích liền: là phận nối liền với thiết bị (hàn, đúc và rèn) Loại bích này chủ yếu dùng thiết bị làm việc với áp suất thấp và áp suất trung bình  Bích tự do: chủ yếu dùng nối ống dẫn làm việc nhiệt độ cao, để nối các kim loại màu và hợp kim chúng, đặc biệt là cần làm mặt bích vật liệu beàn hôn thieát bò  Bích ren: chủ yếu dùng cho thiết bị làm việc áp suất cao Chọn bích ghép thân, đáy và nắp làm thép CT3, cấu tạo bích là bích lieàn khoâng coå Tra bảng XIII.27, trang 417, [6], ứng với Dt =  = 1400 (mm) và áp suất tính toán P = 0,326 (N/mm2)  choïn bích coù caùc thoâng soá sau: Dt D Db D1 Do h Bu loâng Z (mm) (caùi) 1400 1550 1500 1460 1413 35 24 40 Tra bảng IX.5, trang 170, [6], với h = 400 (mm)  khoảng cách mặt bích là 2000mm và số mâm mặt bích là H thaân 29 = Ta coù: = 14,5 2  Số mặt bích cần dùng để ghép là: (15 + 1).2 = 32 (bích) H thaân 29 = Khoảng cách mặt bích theo thực tế: lbích = = 1,933 (m) 15 15 Độ kín mối ghép bích chủ yếu vật đệm định Đệm làm các vật liệu mềm so với vật liệu bích Khi xiết bu lông, đệm bị biến dạng và điền đầy lên các chỗ gồ ghề trên bề mặt bích Vậy, để đảm bảo độ kín cho thiết bị ta chọn đệm là dây amiaêng, coù beà daøy laø 3(mm) VII CHÂN ĐỠ THÁP : Tính trọng lượng cùa toàn tháp: db Tra baûng XII.7, trang 313, [6]  Khối lượng riêng tháp CT3 là: CT3 = 7850 (kg/m3) Khối lượng bích ghép thân: π π 2 D − Dt ) hρCT3= ( , 55 − 1,4 ) ×0 , 035 ×7850 = 95,486 (kg) mbích gheùp thaân = ( 4 Khối lượng mâm: π π D t δ mâm (100 % − % −10 % )ρ X 18 H 10T = mmaâm = 1,42.0,005.0,82.7900 = 49,861 4 (kg) 2 Khối lượng thân tháp: π π ( , 4082 −1,4 2) 29 7900 = 4042,054 (kg) mthaân = (D2ng –D2t).Hthaân X18H10T = 4 Khối lượng đáy (nắp) tháp: mđáy(nắp) = Sbề mặt đáy X18H10T = 2,35 0,004 7900 = 74,26 (kg) Khối lượng toàn tháp: m = 32 mbích ghép thân + 71 mmâm + mthân + mđáy(nắp) = 10786,231 (kg) Tính chân đỡ tháp: Chọn chân đỡ: tháp đỡ trên bốn chân Vật liệu làm chân đỡ tháp là thép CT3 Truïc thieát bò Theo đáy thieát bò P mg 10805 , 694 × ,81 = = = 2,645.104 (N) 4 Để đảm bảo độ an toàn cho thiết bị, ta chọn: Gc = 4.104 (N) Tra bảng XIII.35, trang 437, [6]  chọn chân đỡ có các thông số sau: Taûi troïng cho pheùp treân moät chaân: Gc = L 260 B 200 B1 225 B2 330 H 400 h 225 s 16 l 100 d 27 Thể tích chân đỡ: Vchân đỡ  (384 16 330 + 260 16 200) 10-9 = 0,005 (m3) Khối lượng chân đỡ: mchân đỡ = Vchân đỡ CT3 = 38,363 (kg) VIII TAI TREO THAÙP : Chọn tai treo: tai treo gắn trên thân tháp để giữ cho tháp khỏi bị dao động điều kiện ngoại cảnh Choïn vaät lieäu laøm tai treo laø theùp CT3 Ta choïn boán tai treo, taûi troïng cho pheùp treân moät tai treo: Gt = Gc = 4.104 (N) Tra baûng XIII.36, trang 438, [6]  choïn tai treo coù caùc thoâng soá sau: L 190 B 160 B1 170 H 280 S 10 l 80 a 25 d 30 Khối lượng tai treo: mtai treo = 7,35 (kg) Tra baûng XIII.37, trang 439, [6]  Choïn taám loùt tai treo baèng theùp CT3 coù caùc thoâng soá sau:  Chieàu daøi taám loùt: H = 460 (mm)  Chieàu roäng taám loùt: B = 320 (mm)  Beà daøy taám loùt: SH = (mm) Theå tích moät taám loùt tai treo: Vtaám loùt = 460 320 10-9 = 0,001 (m3) Khối lượng lót tai treo: mtấm lót = Vtấm lót CT3 = 9,244 (kg) IX CỬA NỐI ỐNG DẪN VỚI THIẾT BỊ – BÍCH NỐI CÁC BỘ PHẬN CUÛA THIEÁT BÒ vaø OÁNG DAÃN : Ống dẫn thường nối với thiết bị mối ghép tháo không tháo Trong thiết bị này, ta sử dụng mối ghép tháo Đối với mối ghép tháo được, người ta làm đoạn ống nối, đó là đoạn ống ngắn có mặt bích hay ren để nối với ống dẫn:  Loại có mặt bích thường dùng với ống có đường kính d > 10mm Loại ren chủ yếu dùng với ống có đường kính d  10mm, đôi có thể dùng với d  32mm Ống dẫn làm thép X18H10T Bích làm thép CT3 , cấu tạo bích là bích liền không cổ  OÁng nhaäp lieäu: Nhiệt độ chất lỏng nhập liệu là tFS = 103,4 (oC) Tại nhiệt độ này thì:  Khối lượng riêng nước: N = 955,884 (kg/m3)  Khối lượng riêng axit: A = 951,880 (kg/m3) xF x F −  0,3 −0,3 = + = + =0 ,001  F = 953,078 (kg/m3) Neân: ρF ρ N ρA 980 , 392 998 , 02 Chọn loại ống nối cắm sâu vào thiết bị Choïn vaän toác chaát loûng oáng noái laø vF = 0,2 (m/s) Đường kính ống nối: G F 3000 = Dy = = 0,075 (m) = 75 (mm) 3600 ρ F πv F 3600 ×953 , 078 × π ×0,2  Choïn oáng coù Dy = 80 (mm) Tra baûng XIII.26, trang 409, [6]  Các thông số bích ứng với P = 0,326 (N/mm2) là: √ Dy 80 √ Dn D 89 185 Ống đỉnh tháp: Db (mm) 150 D1 128 Bu loâng h db 18 Z (caùi) 16 Nhiệt độ pha đỉnh tháp là tHD = 100,1 (oC) Khối lượng riêng pha đỉnh tháp: PMHD ×18 , 585 ρHD= = = 0,607 (kg/m3) RT HD 22, ×(100 ,1+273) 273 Choïn vaän toác hôi khoûi ñænh thaùp laø vHD = 120 (m/s) Đường kính ống nối: GHD × 4126 , 142 = Dy = = 0,142 (m) = 142 (mm) 3600 ρ HD πv HD 3600 × ,607 × π ×120  Choïn oáng coù Dy = 150 (mm) Tra bảng XIII.32, trang 434, [6]  Chiều dài đoạn ống nối l = 130 (mm) Tra baûng XIII.26, trang 409, [6]  Các thông số bích ứng với P = 0,326 (N/mm2) là: Bu loâng Dy Dn D D D1 h db Z (mm) (caùi) √ √ 150 159 260 225 202 20 16 Ống hoàn lưu: Nhiệt độ chất lỏng hoàn lưu là tLD = 100,1 (oC) Tại nhiệt độ này thì:  Khối lượng riêng nước: N = 958,326 (kg/m3)  Khối lượng riêng axit: A = 957,820 (kg/m3) x − x D , 955 1− , 955 = D+ = + =0 , 001  LD = 958,303 (kg/m3) Neân: ρLD ρ N ρA 958 , 326 957 ,820 Chọn loại ống nối cắm sâu vào thiết bị Choïn vaän toác chaát loûng oáng noái laø vLD = 0,2 (m/s) Đường kính ống nối: G LD ×3194 ,563 = Dy = = 0,077 (m) = 77 (mm) 3600 ρ LD πv LD 3600 ×958 , 303 × π ×0,2  Choïn oáng coù Dy = 80 (mm) Tra baûng XIII.26, trang 409, [6]  Các thông số bích ứng với P = 0,326 (N/mm2) là: Bu loâng Dy Dn D D D1 h db Z (mm) (caùi) 80 89 185 150 128 18 16 √ √ Ống đáy tháp: Nhiệt độ pha đỉnh tháp là tHW = 117,6 (oC) Chọn vận tốc vào đáy tháp là vHW = 120 (m/s) Đường kính ống nối: 22 , 4 ×222 , 009× ×(117 ,6+ 273) nHW RT HW Dy = = 0,145 (m) = 145 (mm) 273 = 3600 Pπv HW 3600× 1× π ×120  Choïn oáng coù Dy = 150 (mm) Tra bảng XIII.32, trang 434, [6]  Chiều dài đoạn ống nối l = 130 (mm) Tra baûng XIII.26, trang 409, [6]  Các thông số bích ứng với P = 0,326 (N/mm2) là: Bu loâng Dy Dn D D D1 h db Z (mm) (caùi) 150 159 260 225 202 20 16 √ √ OÁng daãn loûng vaøo noài ñun: Nhiệt độ chất lỏng đáy tháp là tLW = 117,1 (oC) Tại nhiệt độ này thì:  Khối lượng riêng nước: N = 945,391 (kg/m3)  Khối lượng riêng axit: A = 927,220 (kg/m3) x − x W ,005 − ,005 = W+ = + =0 , 001  LW = 927,309 (kg/m3) ρLW ρN ρA 945 , 391 927 , 220 Choïn vaän toác chaát loûng oáng noái laø vLW = (m/s) Đường kính ống nối: n LW M LW × 256 , 885 ×59 , 308 = Dy = = 0,076 (m) = 76 (mm) 3600 ρ LW πv LW 3600× 927 , 309 × π ×  Choïn oáng coù Dy = 80 (mm) Tra bảng XIII.32, trang 434, [6]  Chiều dài đoạn ống nối l = 110 (mm) Tra baûng XIII.26, trang 409, [6]  Các thông số bích ứng với P = 0,326 (N/mm2) là: Neân: √ Dy √ Dn 80 D 89 D 185 (mm) 150 D1 Bu loâng h 128 db 18 Z (caùi) 16 OÁng daãn loûng khoûi noài ñun: Choïn vaän toác chaát loûng oáng noái laø vW = 0,15 (m/s) Đường kính ống nối: GW ×2068 , 421 = Dy = = 0,073 (m) = 73 (mm) 3600 ρ LW πv W 3600 ×927 ,309 × π ×0 , 15  Choïn oáng coù Dy = 80 (mm) Tra bảng XIII.32, trang 434, [6]  Chiều dài đoạn ống nối l = 110 (mm) Tra baûng XIII.26, trang 409, [6]  Các thông số bích ứng với P = 0,326 (N/mm2) là: √ Dy 80 √ Dn D 89 D 185 (mm) 150 D1 128 Bu loâng h db 18 Z (caùi) 16 Khối lượng bích ghép ống dẫn lỏng: π π D − Dt ) hρCT3= ( , 1852 −0 , 082 ) ×0 , 018 ×7850 = 3,088 (kg) mbích gheùp oáng loûng = ( 4 Khối lượng bích ghép ống dẫn hơi: π π D − Dt ) hρCT3= ( , 2602 −0 , 1502 ) ×0 , 02 ×7850 = 5,561 (kg) mbích ghép ống nước = ( 4 2 X LỚP CÁCH NHIỆT : Trong quá trình hoạt động tháp, tháp tiếp xúc với không khí nên nhiệt lượng tổn thất môi trường xung quanh ngày càng lớn Để tháp hoạt động ổn định, đúng với các thông số đã thiết kế, ta phải tăng dần lượng đốt gia nhiệt cho nồi đun để tháp không bị nguội (nhất là sản phẩm đỉnh, ảnh hưởng đến hiệu suất tháp) Khi đó, chi phí cho đốt tăng Để tháp không bị nguội mà không tăng chi phí đốt, ta thiết kế lớp cách nhiệt bao quanh thaân thaùp Choïn vaät lieäu caùch nhieät cho thaân thaùp laø amiaêng coù beà daøy laø a Tra baûng 28, trang 416, [4]: Heä soá daãn nhieät cuûa amiaêng laø a = 0,151 (W/m.K) Nhiệt lượng tổn thất môi trường xung quanh: Qm = 0,05.Qñ = 0,05.265,148 = 452734,492 (kJ/h) = 125759,581 (W) Nhieät taûi maát maùt rieâng: Q m λa λ = (t v − t v 2)= a Δt v (W/m2) qm = f tb δ a δa Trong đó:  tv1 : nhiệt độ lớp cách nhiệt tiếp xúc với bề mặt ngoài tháp  tv2 : nhiệt độ lớp cách nhiệt tiếp xúc với không khí  tv : hiệu số nhiệt độ hai bề mặt lớp cách nhiệt Để an toàn ta lấy tv = tmax = tđáy - tkk Choïn tkk = 27oC  tv = tmax = 117,6 – 27 = 90,6 (K)  ftb : diện tích bề mặt trung bình tháp (kể lớp cách nhiệt), m Dt + Dn D + D n+ S thaân +2 δ a H=π t H = (Dt + Sthaân + a)H ftb = DtbH = π 2 Ta coù phöông trình: 125759 ,581 , 151 = 90 ,6 δa π ×(1,4+0 , 004 +δ a) ×29 , 98 , 191 =  (1 , 404+ δ a ) δ a  98,191a = 1,404 + a  a = 0,01445 (m) = 14,45 (mm) Vaäy: choïn a = 15 (mm) Theå tích vaät lieäu caùch nhieät caàn duøng: V = (Dt + 2Sthaân + a).a H = .(1,4 + 0,004 + 0,015).0,015 29,8 = 1,998 (m3) Chöông TÍNH THIEÁT BÒ PHUÏ I THIẾT BỊ ĐUN SÔI ĐÁY THÁP : Chọn thiết bị đun sôi đáy tháp là nồi đun Kettle Ống truyền nhiệt làm thép X18H10T, kích thước ống 38 x 3:  Đường kính ngoài: dn = 38 (mm) = 0,038 (m)  Beà daøy oáng: t = (mm) = 0,003 (m)  Đường kính trong: dtr = 0,032 (m) Hơi đốt là nước 2,5at ống 38 x Tra bảng 1.251, trang 314, [5]:  Nhieät hoùa hôi: r H O = rn = 2189500 (J/kg)  Nhiệt độ sôi: t H O = tn = 126,25 (oC) Dòng sản phẩm đáy có nhiệt độ:  Trước vào nồi đun (lỏng): tS1 = 117,1 (oC)  Sau đun sôi (hơi): tS2 = 117,6 (oC) 2 Suất lượng nước cần dùng: Cân nhiệt cho toàn tháp: Qđ + GFhFS = (R+1) GDrD + GDhDS + GWhWS + Qm Giả sử Qm = 0,05Qđ  0,95Qđ = (R+1) GDrD + GD(hDS – hFS) + GW(hWS – hFS)  hFS = cF.tFS = [ x F c N +(1 − x F )c A ]tFS  hWS = cW.tWS = [ x W c N +(1− xW ) c A ]tWS x D )c A ]tDS  hDS = cD.tDS = [ x D c N +(1 −  x D )r A  rD = x D r N +(1−  Với xF = 0,588  tFS = 103,4oC xW = 0,016  tWS = 117,1oC xD = 0,986  tDS = 100,1oC 1.1 Nhieät dung rieâng: Tra baûng 1.249, trang 310, [5]  Nhiệt dung riêng nước 100,1oC = 4,22013 (kJ/kg.K)  Nhiệt dung riêng nước 103,4oC = 4,22442 (kJ/kg.K)  Nhiệt dung riêng nước 117,1oC = 4,24507 (kJ/kg.K) Tra baûng 1.154, trang 172, [5]  Nhiệt dung riêng axit axetic 100,1oC = 2,430525 (kJ/kg.K)  Nhiệt dung riêng axit axetic 103,4oC = 2,44785(kJ/kg.K)  Nhiệt dung riêng axit axetic 117,1oC = 2,519775 (kJ/kg.K) 1.2 Enthalpy:  hFS = (0,3 4,22442 + 0,7 2,44785) 103,4 = 308,217 (kJ/kg)  hWS = (0,005 4,24507 + 0,995 2,519775) 117,1 = 296,076 (kJ/kg)  hDS = (0,955 4,22013 + 0,045 2,430525) 100,1 = 414,374 (kJ/kg) 1.3 Nhieät hoùa hôi: Tra baûng 1.250, trang 312, [5]  Nhiệt hóa nước 100,1oC = rN = 2259,76 (kJ/kg) Dùng toán đồ 1.65, trang 255, [5]  Nhiệt hóa axit axetic 100,1oC = rA = 100 (Kcal/kg) = 418,6 (kJ/kg) Tra baûng 1.251, trang 314, [5]  Nhiệt hóa nước 2,5 at = r H O = 2189,5 (kJ/kg) Neân: rD = 0,955 2259,76 + 0,045 418,6 = 2176,908 (kJ/kg) 1.4 Tính lượng nước cần dùng: Nhiệt lượng cần cung cấp: ( R+1)G D r D + GD (hDS − hFS)+GW ( hWS − hFS) Qñ = = 9054689,833 (kJ/h) , 95 Nếu dùng nước bão hòa (không chứa ẩm) để cấp nhiệt thì: Qđ = GH Qñ Vaäy: GH O = = 4135,506 (kg/h) rH O O rH O 2 2 Hiệu số nhiệt độ trung bình: Chọn kiểu truyền nhiệt ngược chiều, nên: (126 ,25 −117 ,1) −(126 ,25 −117 , 6) Δt log = 126 ,25 −117 , Ln 126 ,25 −117 , = 8,898 (K) Heä soá truyeàn nhieät: Hệ số truyền nhiệt K tính theo công thức tường phẳng: K= 1 ,(W/m2.K) + Σrt + αn αS Với:  n : hệ số cấp nhiệt đốt (W/m2.K)  S : hệ số cấp nhiệt sản phẩm đáy (W/m2.K)  rt : nhiệt trở qua thành ống và lớp cáu 3.1 Nhiệt tải qua thành ống và lớp cáu: t w1 −t w q t= , (W/m2) Σrt Trong đó:  tw1 : nhiệt độ vách tiếp xúc với đốt (trong ống), oC  tw2 : nhiệt độ vách tiếp xúc với sản phẩm đáy (ngoài ống), oC δt Σrt = +r 1+r λt  Beà daøy thaønh oáng: t = 0,003 (m)  Heä soá daãn nhieät cuûa theùp khoâng gæ: t = 16,3 (W/mK) (Baûng XII.7, trang 313, [6])  Nhiệt trở lớp bẩn ống: r1 = 1/5800 (m2.K/W) (Bảng 31, trang 419, [4])  Nhiệt trở lớp cáu ngoài ống: r2 =1/5800 (m2.K/W) Neân: rt = 5,289.10-4 (m2.K/W) 3.2 Xác định hệ số cấp nhiệt dòng sản phẩm đáy ngoài ống: Áp dụng công thức (V.89), trang 26, [6]: ρh r ρ− ρh 0,033 ( ρ σ 0,333 , 75 0,7 λ q S = 7,77 10 , 45 117 0,37 μ c T s Nhiệt độ sôi trung bình dòng sản phẩm ngoài ống: t +t 117 , 1+117 , t S= S S = = 117,35 (oC)  TS = 117,35 + 273 = 390,35 (K) 2 Tại nhiệt độ sôi trung bình thì:  Khối lượng riêng pha dòng sản phẩm ngoài ống: PMHW 1× 59 ,308 ρh= = = 1,852 (kg/m3) RT S 22 , ×(117 ,35+273) 273  Khối lượng riêng nước: N = 945,1935 (kg/m3) (Bảng 1.249, trang 310, [5])  Khối lượng riêng axit: A = 926,77 (kg/m3) (Bảng 1.2, trang 9, [5]) x W − x W , 005 1− , 005 = + = + =0 , 001   = 926,860 (kg/m3) Neân: ρ ρN ρA 945 , 1935 926 ,77  Độ nhớt nước: N = 2,43.10-4 (N.s/m2) (Bảng 1.249, trang 310, [5])  Độ nhớt axit: A = 3,60.10-4 (N.s/m2) (Bảng 1.101, trang 91, [5]) Neân: lg = xWlgN + (1 - xW)lgA = 0,016.lg(2,43.10-4) + (1 - 0,016)lg(3,60.10-4) = -3,447   = 3,577.10-4 (N.s/m2)  Hệ số dẫn nhiệt nước: N = 0,68547 (W/mK) (Bảng 1.249, trang 310, [5])  Heä soá daãn nhieät cuûa axit: A = 0,15153 (W/mK) (Baûng 1.130, trang 134, [5]) Áp dụng công thức (1.33), trang 123, [5]):  = N.xW + A.(1 - xW) – 0,72 xW.(1 - xW)(N - A) = 0,152 (W/mK)  Nhiệt dung riêng nước: cN = 4245,495 (J/kgK) (Bảng 1.249, trang 310, [5])  Nhieät dung rieâng cuûa axit: cA = 2521,0875 (J/kgK) (Baûng 1.154, trang 172, [5]) Neân: c = cN x W + cA (1 - x W ) = 2529,7095 (J/kgK)  Sức căng bề mặt nước: N = 0,5542 (N/m) (Bảng 1.249, trang 310, [5])  Sức căng bề mặt axit: A = 0,0182385 (N/m) (Bảng 1.242, trang 300, [5]) σNσ A Neân: σ = = 0,018 (N/m) σ N +σ A  Nhiệt hóa nước: rN = 2214420 (J/kg) (Bảng 1.250, trang 312, [5])  Nhiệt hóa axit: rA = 606460,6 (J/kg) (Toán đồ 1.65, trang 255, [5]) Neân: r = rN x W + rA (1 - x W ) = 415500,397 (J/kg) 3.3 Xác định hệ số cấp nhiệt đốt ống: r n ρ 2n g λ 3n Áp dụng công thức (3.65), trang 120, [4]: α n=0 , 725 μn (t n -t W1 ) d tr o Duøng pheùp laëp: choïn tW1 = 126,1961412( C) Nhiệt độ trung bình màng nước ngưng tụ: tm = ½ (tn + tW1) = 126,223 (oC) Tại nhiệt độ này thì:  Khối lượng riêng nước: n = 937,935 (kg/m3)  Độ nhớt nước: n = 2,25.10-4 (N.s/m2)  Hệ số dẫn nhiệt nước: n = 0,686 (W/mK) Neân: n = 45649,776 (W/m2K)  qn = n (tn – tW1) = 2458,642 (W/m2) -2 ) () √  qt = qn = 2458,642 (W/m2) (xem nhiệt tải mát là không đáng kể)  tw2 = tw1 - qtrt = 124,896 (oC)  S = 325,828 (W/m2K) (với q = qt)  qS = S (tW2 – tS) = 2458,641 (W/m2) Kieåm tra sai soá: ¿ q n − q∨ ¿ q 100% = 0,00004% < 5% (thoûa) = ¿ Keát luaän: tw1 = 126,1961412oC vaø tw2 = 124,896oC 3.4 Xaùc ñònh heä soá truyeàn nhieät: K= 1 +5 , 289 10 −4 + 45649 , 776 325 , 828 = 276,252 (W/m2K) Beà maët truyeàn nhieät: Bề mặt truyền nhiệt xác định theo phương trình truyền nhiệt: Qñ 9054689,833 ×1000 = F= = 1023,270 (m2) K Δt log 3600× 276,252× 8,898 Caáu taïo thieát bò: Chọn số ống truyền nhiệt: n = 1657 (ống) Ống bố trí theo hình lục giác F d +d = 5,616 (m)  choïn L = (m) Chieàu daøi oáng truyeàn nhieät: L = nπ n tr Tra bảng V.II, trang 48, [6]  Số ống trên đường chéo: b = 47 (ống) Tra bảng trang 21, [3]  Bước ống: t = 48 (mm) = 0,048 (m) Áp dụng công thức (V.140), trang 49, [6]:  Đường kính thiết bị: D = t(b-1) + 4dn = 2,36 (m) II THIẾT BỊ LAØM NGUỘI SẢN PHẨM ĐÁY : Chọn thiết bị làm nguội sản phẩm đáy là thiết bị truyền nhiệt ống lồng ống Ống truyền nhiệt làm thép X18H10T:  Kích thước ống trong: 38 x  Kích thước ống ngoài: 57 x Choïn:  Nước làm lạnh ống với nhiệt độ vào t V = 27oC và nhiệt độ tR = 43oC  Sản phẩm đáy ống ngoài với nhiệt độ vào t WS = 117,1oC và nhiệt độ tWR = 35oC Suất lượng nước làm lạnh cần dùng: Caân baèng nhieät: Q = GW(hWS – hWR) = Gn (hR – hV) Nhiệt dung riêng nước 35oC = 4,178 (kJ/kg.K) Nhiệt dung riêng axit 35oC = 2,0735 (kJ/kg.K) Neân: hWR = (0,005 4,178 + 0,995 2,0735) 35 = 72,940788 (kJ/kg) Tra bảng 1.250, p312, ST I  Enthalpy nước 27oC = hV = 113,13 (kJ/kg)  Enthalpy nước 43oC = hR = 180,17 (kJ/kg) Lượng nhiệt trao đổi: Q = GW(hWS – hWR) = 461537,184 (kJ/h) Q Suất lượng nước cần dùng: Gn= h − h = 6884,505 (kg/h) R V Hiệu số nhiệt độ trung bình: Chọn kiểu truyền nhiệt ngược chiều, nên: (117 , 1− 43)−(35 −27) Δt log = 117 , 1− 43 = 29,695 (K) Ln 35 − 27 Heä soá truyeàn nhieät: Hệ số truyền nhiệt K tính theo công thức: K= 1 ,(W/m2.K) + Σrt + αn αW Với:  n : hệ số cấp nhiệt dòng nước lạnh (W/m2.K)  W : hệ số cấp nhiệt dòng sản phẩm đáy (W/m2.K)  rt : nhiệt trở qua thành ống và lớp cáu 3.1 Xác định hệ số cấp nhiệt nước ống: Kích thước ống trong:  Đường kính ngoài: dn = 38 (mm) = 0,038 (m)  Beà daøy oáng: t = (mm) = 0,003 (m)  Đường kính trong: dtr = 0,032 (m) Nhiệt độ trung bình dòng nước ống: tf = ½ (tV + tR) = 35 (oC) Tại nhiệt độ này thì:  Khối lượng riêng nước: n = 994 (kg/m3)  Độ nhớt nước: n = 7,23.10-7 (m2/s)  Hệ số dẫn nhiệt nước: n = 0,626 (W/mK)  Chuaån soá Prandtl: Prn = 4,9 Vận tốc nước ống: Gn × 6884 , 505 vn= = 2 = 2,392 (m/s) 3600 ρn πd tr 3600 ×994 × π × , 032 Chuaån soá Reynolds : v d ,392 ×0 , 032 Ren= n tr = = 105877,980 > 104 : chế độ chảy rối −7 νn ,23 10 Áp dụng công thức (3.27), trang 110, [4]  công thức xác định chuẩn số Nusselt: 0,8 n Nun=0 , 021 ε l Re Pr ,43 n Pr n Pr w ,25 ( ) Trong đó: 1 – hệ số tính đến ảnh hưởng hệ số cấp nhiệt theo tỷ lệ chiều dài L và đường kính d ống Tra baûng 3.1, trang 110, [4]  choïn 1 = Nu n λn Hệ số cấp nhiệt nước ống: n = d tr 3.2 Nhiệt tải qua thành ống và lớp cáu: t −t q t= w1 w , (W/m2) Σrt Trong đó:  tw1 : nhiệt độ vách tiếp xúc với sản phẩm đáy (trong ống trong), oC  tw2 : nhiệt độ vách tiếp xúc với nước lạnh (ngoài ống trong), oC δ Σrt = t +r 1+r λt  Beà daøy thaønh oáng: t = 0,003 (m)  Heä soá daãn nhieät cuûa theùp khoâng gæ: t = 16,3 (W/mK)  Nhiệt trở lớp bẩn ống: r1 = 1/5000 (m2.K/W)  Nhiệt trở lớp cáu ngoài ống: r2 =1/5800 (m2.K/W) Neân: rt = 5,565.10-4 (m2.K/W) 3.3 Xác định hệ số cấp nhiệt dòng sản phẩm đáy ngoài ống: Kích thước ống ngoài:  Đường kính ngoài: Dn = 57 (mm) = 0,057 (m)  Beà daøy oáng: t = (mm) = 0,003 (m)  Đường kính trong: Dtr = 0,051 (m) Nhiệt độ trung bình dòng sản phẩm đáy ngoài ống: tW = ½ (tWS + tWR) = 76,05 (oC) Tại nhiệt độ này thì:  Khối lượng riêng nước: N = 974,17 (kg/m3)  Khối lượng riêng axit: A = 985,5425 (kg/m3) x W − x W , 005 −0 , 005 = + = + =0 ,001   = 985,485 (kg/m3) Neân: ρ ρN ρA 974 ,17 985 , 5425  Độ nhớt nước: N = 3,73.10-4 (N.s/m2)  Độ nhớt axit: A = 4,75.10-4 (N.s/m2) Neân: lg = xWlgN + (1 - xW)lgA = 0,016.lg(3,73.10-4) + (1 - 0,016)lg(4,75.10-4) = -3,325   = 4,734.10-4 (N.s/m2)  Hệ số dẫn nhiệt nước: N = 0,672 (W/mK)  Heä soá daãn nhieät cuûa axit: A = 0,161 (W/mK) Neân:  = N.xW + A.(1 - xW) – 0,72 xW.(1 - xW)(N - A) = 0,161 (W/mK)  Nhiệt dung riêng nước: cN = 4191,84 (J/kgK)  Nhiệt dung riêng nước: cA = 2294,4725 (J/kgK) Neân: c = cN x W + cA (1 - x W ) = 2303,959 (J/kgK) cμ Áp dụng công thức (V.35), trang 12, [6]: Pr= λ = 6,757 Vận tốc dòng sản phẩm đáy ngoài ống: GW × 2068 , 421 v= = = 0,642 (m/s) 2 2 3600ρπ ( D tr − d n ) 3600 ×985 , 485 × π ×(0 , 051 − , 038 ) Đường kính tương đương: dtđ = Dtr – dn = 0,051 – 0,038 = 0,013 (m) Chuaån soá Reynolds : vd ρ , 642× , 013 ×985 , 485 Re= tñ = = 17362,792 > 104 : chế độ chảy rối −4 μ ,734 10 Áp dụng công thức (3.27), trang 110, [4]  công thức xác định chuẩn số Nusselt: ,25 0,8 , 43 Pr Nu W =0 , 021 ε l Re Pr Pr w1 ( ) Trong đó: 1 – hệ số tính đến ảnh hưởng hệ số cấp nhiệt theo tỷ lệ chiều dài L và đường kính d ống Tra baûng 3.1, trang 110, [4]  choïn 1 = Nu W λ Hệ số cấp nhiệt dòng sản phẩm đáy ngoài ống: W = d tñ o Duøng pheùp laëp: choïn tW1 = 54,361476 ( C) Tại nhiệt độ này thì:  Độ nhớt nước: N = 5,12.10-4 (N.s/m2)  Độ nhớt axit: A = 7,51.10-4 (N.s/m2) Neân: lgW1 = xWlgN + (1 - xW)lgA = 0,016.lg(5,12.10-4) + (1 - 0,016)lg(7,51.10-4) = -3,127  W1 = 7,460.10-4 (N.s/m2)  Hệ số dẫn nhiệt nước: N = 0,652 (W/mK)  Heä soá daãn nhieät cuûa axit: A = 0,165 (W/mK) Neân: W1 = N.xW + A.(1 - xW) – 0,72 xW.(1 - xW)(N - A) = 0,165 (W/mK)  Nhiệt dung riêng nước: cN = 4178 (J/kgK)  Nhiệt dung riêng nước: cA = 2176,834 (J/kgK) Neân: cW1 = cN x W + cA (1 - x W ) = 2186,840 (J/kgK) cW μW Áp dụng công thức (V.35), trang 12, [6]: Pr W 1= = 9,860 λW Neân: NuW = 107,074  W = 1329,497 (W/m2K)  qW =W (tW – tW1) = 28834,837 (W/m2)  qt = qW = 28834,837 (W/m2) (xem nhiệt tải mát là không đáng kể)  tw2 = tw1 - qtrt = 38,316 (oC)  PrW2 = 4,509  Nun = 444,512  n = 8695,774 (W/m2K)  qn = n (tW2 – tf) = 28834,837 (W/m2) Kieåm tra sai soá: = ¿ qW − q∨ ¿ q 100% = 0,000001% < 5% (thoûa) ¿ Keát luaän: tw1 = 54,361476oC vaø tw2 = 38,316oC 3.4 Xaùc ñònh heä soá truyeàn nhieät: K= 1 +5 , 565 10− + 8695 , 774 1329 , 497 = 702,432 (W/m2K) Beà maët truyeàn nhieät: Bề mặt truyền nhiệt xác định theo phương trình truyền nhiệt: Q 61537 ,184 × 1000 F = K Δt =3600× 02 , 432× 29 , 695 = 6,146 (m2) log Caáu taïo thieát bò: Chieàu daøi oáng truyeàn nhieät: L = F d n +d tr = 55,899 (m)  choïn L = 57 (m) nπ L 57 = d tr , 032 = 1781,250 > 50  l = 1: thoûa Kết luận: Thiết bị làm nguội sản phẩm đáy là thiết bị truyền nhiệt ống lồng ống với chieàu daøi oáng truyeàn nhieät L = 57 (m), chia thaønh 19 daõy, moãi daõy 3m Kieåm tra: III THIEÁT BÒ NGÖNG TUÏ SAÛN PHAÅM ÑÆNH : Chọn thiết bị ngưng tụ vỏ – ống loại TH, đặt nằm ngang Ống truyền nhiệt làm thép X18H10T, kích thước ống 38 x 3:  Đường kính ngoài: dn = 38 (mm) = 0,038 (m)  Beà daøy oáng: t = (mm) = 0,003 (m)  Đường kính trong: dtr = 0,032 (m) Choïn:  Nước làm lạnh ống với nhiệt độ vào tV = 27oC và nhiệt độ tR = 43oC  Dòng đỉnh ngoài ống với nhiệt độ ngưng tụ tngưng = 100,1 (oC) Suất lượng nước làm lạnh cần dùng : Caân baèng nhieät: Qnt = (R + 1)GDrD = G2 (hR – hV) Neân: Qnt = (R + 1)DrD = 8982230,942 (kJ/h) Q nt Lượng nước cần dùng: G n= = 133983,158 (kg/h) h R − hV Hiệu số nhiệt độ trung bình : Chọn kiểu truyền nhiệt ngược chiều, nên: Δt log = (100 , −27)−(100 , −43) 100 , −27 Ln 100 , −43 = 64,771 (K) Heä soá truyeàn nhieät: Hệ số truyền nhiệt K tính theo công thức: K= 1 ,(W/m2.K) + Σrt + αn α ngöng Với:  n : hệ số cấp nhiệt dòng nước lạnh (W/m2.K)  ngöng : heä soá caáp nhieät cuûa doøng hôi ngöng tuï (W/m2.K)  rt : nhiệt trở qua thành ống và lớp cáu 3.1 Xác định hệ số cấp nhiệt nước ống : Nhiệt độ trung bình dòng nước ống: tf = ½ (tV + tR) = 35 (oC) Tại nhiệt độ này thì:  Khối lượng riêng nước: n = 994 (kg/m3)  Độ nhớt nước: n = 7,23.10-7 (m2/s)  Hệ số dẫn nhiệt nước: n = 0,626 (W/mK)  Chuaån soá Prandtl: Prn = 4,9 Chọn vận tốc nước ống:vn = (m/s) Gn 133983 ,158 =  Soá oáng: n= 3600 ρ 3600 ×994 π ,0322 = 46,556 N π d tr v n Tra baûng V.II, trang 48, [6]  choïn n = 61 (oáng)  Vận tốc thực tế nước ống: Gn ×133983 , 158 = = = 0,763 (m/s) 3600 ρn nπd tr 3600 × 994 ×61 × π ×0 , 0322 Chuaån soá Reynolds : v d , 763× , 032 Ren= n tr = = 33779,509 > 104 : chế độ chảy rối −7 νn , 23 10 Áp dụng công thức (3.27), trang 110, [4]  công thức xác định chuẩn số Nusselt: ,25 0,8 ,43 Pr n Nu n=0 , 021 ε l Ren Pr n Pr w ( ) Trong đó: 1 – hệ số tính đến ảnh hưởng hệ số cấp nhiệt theo tỷ lệ chiều dài L và đường kính d ống Tra baûng 3.1, trang 110, [4]  choïn 1 = Nu n λn Hệ số cấp nhiệt nước ống trong: n = d tr 3.2 Nhiệt tải qua thành ống và lớp cáu : t −t q t= w1 w , (W/m2) Σrt Trong đó: tw1 : nhiệt độ vách tiếp xúc với ngưng tụ, oC tw2 : nhiệt độ vách tiếp xúc với nước lạnh, oC δ Σrt = t +r 1+r λt  Beà daøy thaønh oáng: t = 0,003 (m)  Heä soá daãn nhieät cuûa theùp khoâng gæ: t = 16,3 (W/mK)  Nhiệt trở lớp bẩn ống: r1 = 1/5000 (m2.K/W)  Nhiệt trở lớp cáu ngoài ống: r2 =1/5800 (m2.K/W) Neân: rt = 5,565.10-4 (m2.K/W)   3.3 Xác định hệ số cấp nhiệt ngưng tụ ngoài ống : Ñieàu kieän: - Ngöng tuï hôi baõo hoøa - Không chứa không khí không ngưng - Hơi ngưng tụ mặt ngoài ống - Maøng chaát ngöng tuï chaûy taàng - OÁng naèm ngang Áp dụng công thức (3.65), trang 120, [4] Đối với ống đơn nằm ngang thì: r ρ g λ3 α 1=0 , 725 μ.( t ngöng -tW1 ) d n Tra bảng V.II, trang 48, [6]  với số ống n = 61 thì số ống trên đường chéo hình caïnh laø: b = Tra hình V.20, trang 30, [6]  heä soá phuï thuoäc vaøo caùch boá trí oáng vaø soá oáng dãy thẳng đứng là tb = 0,62 (vì xếp xen kẽ và số ống dãy thẳng đứng là 9)  Heä soá caáp nhieät trung bình cuûa chuøm oáng: ngöng = tb1 = 0,621 √ Duøng pheùp laëp: choïn tW1 = 89,915675 (oC) Nhiệt độ trung bình màng chất ngưng tụ: tm = ½ (tngưng + tW1) = 95,008 (oC) Tại nhiệt độ này thì:  Khối lượng riêng nước: N = 961,795 (kg/m3)  Khối lượng riêng axit: A = 963,741 (kg/m3) x D − x D , 955 −0 ,955 = + = + =0 , 001   = 961,882 (kg/m3) Neân: ρ ρN ρA 961 ,795 963 , 741  Độ nhớt nước: N = 2,97.10-4 (N.s/m2)  Độ nhớt axit: A = 4,85.10-4 (N.s/m2) Neân: lg = xDlgN + (1 – xD)lgA = 0,986.lg(2,97.10-4) + (1 - 0,986)lg(4,85.10-4) = -3,524   = 2,990.10-4 (N.s/m2)  Hệ số dẫn nhiệt nước: N = 0,681 (W/mK)  Heä soá daãn nhieät cuûa axit: A = 0,156 (W/mK) Neân:  = N.xD + A.(1 - xD) – 0,72 xD.(1 - xD)(N - A) = 0,641 (W/mK)  Nhieät ngöng tuï cuûa doøng hôi: r = rD = 2176,908 (kJ/kg) = 2176908 (J/kg) Neân: 1 = 10559,531 (W/m2K)  ngöng = 6546,909 (W/m2K)  qngöng = ngöng (tngöng – tW1) = 66675,849 (W/m2)  qt = qngưng = 66675,849 (W/m2) (xem nhiệt tải mát là không đáng kể)  tw2 = tw1 - qtrt = 52,813 (oC)  Prw2 = 3,393  Nun = 191,340  n = 3743,093 (W/m2K)  qn = n (tW2 – tf) = 66675,863 (W/m2) Kieåm tra sai soá: ¿ q ngöng −q∨ ¿ q 100% = - 0,00002% < 5% (thoûa) ¿ Keát luaän: tw1 = 89,915675oC vaø tw2 = 52,813oC = 3.4 Xaùc ñònh heä soá truyeàn nhieät: K= 1 +5 , 565 10− + 66675 , 863 66675 , 849 = 1024,207 (W/m2K) Beà maët truyeàn nhieät: Bề mặt truyền nhiệt xác định theo phương trình truyền nhiệt: Qnt 982230 ,942 ×1000 = F= = 37,611 (m2) K Δt log 3600× 024 , 207 ×64 , 771 Caáu taïo thieát bò: Số ống truyền nhiệt: n = 61 (ống) Ống bố trí theo hình lục giác F d +d = 5,607 (m)  choïn L = (m) Chieàu daøi oáng truyeàn nhieät: L = nπ n tr Số ống trên đường chéo: b = (ống) Tra bảng trang 21, [3]  Bước ống: t = 48 (mm) = 0,048 (m) Áp dụng công thức (V.140), trang 49, [6]:  Đường kính thiết bị: D = t(b-1) + 4dn = 0,536 (m) IV THIẾT BỊ TRAO ĐỔI NHIỆT GIỮA DÒNG NHẬP LIỆU và SẢN PHAÅM ÑÆNH : Chọn thiết bị trao đổi nhiệt dòng nhập liệu và sản phẩm đỉnh là thiết bị truyền nhieät oáng loàng oáng Ống truyền nhiệt làm thép X18H10T:  Kích thước ống trong: 38 x  Kích thước ống ngoài: 57 x Choïn:  Dòng nhập liệu ống với nhiệt độ vào tFV = 27oC  Sản phẩm đỉnh ống ngoài với nhiệt độ vào t DS = 100,1oC và nhiệt độ tDR = 35oC Nhiệt độ đầu dòng nhập liệu : Caân baèng nhieät: Q = GF(hFR – hFV) = GD(hDS – hDR) Tại nhiệt độ 27oC thì:  Nhiệt dung riêng nước: cN = 4,178 (kJ/kgK)  Nhiệt dung riêng nước: cA = 2,0311 (kJ/kgK)  hFV = cF.tFV = [ x F c N +(1 − x F )c A ]tFV = 72,230 (kJ/kg) Tại nhiệt độ 35oC thì:  Nhiệt dung riêng nước: cN = 4,178 (kJ/kg.K)  Nhieät dung rieâng cuûa axit: cA = 2,0735 (kJ/kg.K)  hDR = cD.tDR = [ x D c N +(1 − x D )c A ]tDR = 142,915 (kJ/kg) Neân: Q = GD(hDS – hDR) = 461537,184 (kJ/h) Q  hFR = G +h FV = 156,525 (kJ/kg) F Duøng pheùp laëp  tFR = 56,2134 (oC) Hiệu số nhiệt độ trung bình : Chọn kiểu truyền nhiệt ngược chiều, nên: (100 , −56 , 2134)−(35 − 27) Δt log = 100 , −56 , 2134 = 21,083 (K) Ln 35 − 27 Heä soá truyeàn nhieät : Hệ số truyền nhiệt K tính theo công thức: K= 1 ,(W/m2.K) + Σrt + αF αD Với:  F : heä soá caáp nhieät cuûa doøng nhaäp lieäu oáng (W/m2.K)  D : hệ số cấp nhiệt dòng sản phẩm đỉnh ngoài ống (W/m 2.K)  rt : nhiệt trở qua thành ống và lớp cáu 3.1 Xaùc ñònh heä soá caáp nhieät cuûa doøng nhaäp lieäu oáng: Kích thước ống trong:  Đường kính ngoài: dn = 38 (mm) = 0,038 (m)  Beà daøy oáng: t = (mm) = 0,003 (m)  Đường kính trong: dtr = 0,032 (m) Nhiệt độ trung bình dòng nhập liệu ống: tF = ½ (tFV + tFR) = 41,6067 (oC) Tại nhiệt độ này thì:  Khối lượng riêng nước: N = 991,525 (kg/m3)  Khối lượng riêng axit: A = 1025,152 (kg/m3) x F − x F 0,3 −0,3 = + = + =0 , 001  F = 1014,827 (kg/m3) Neân: ρF ρ N ρA 991 ,525 1025 ,152  Độ nhớt nước: N = 6,35.10-4 (N.s/m2)  Độ nhớt axit: A = 8,82.10-4 (N.s/m2) Neân: lgF = xFlgN + (1 – xF)lgA = 0,588.lg(6,35.10-4) + (1 - 0,588)lg(8,82.10-4) = -3,138  F = 7,273.10-4 (N.s/m2)  Hệ số dẫn nhiệt nước: N = 0,636 (W/mK)  Heä soá daãn nhieät cuûa axit: A = 0,168 (W/mK) Neân: F = N.xF + A.(1 - xF) – 0,72 xF.(1 - xF)(N - A) = 0,237 (W/mK)  Nhiệt dung riêng nước: cN = 4178 (J/kgK)  Nhiệt dung riêng nước: cA = 2729,417 (J/kgK) Neân: cF = cN x F + cA (1 - x F ) = 2303,959 (J/kgK) cF μ F Áp dụng công thức (V.35), trang 12, [6]: Pr F= = 8,363 λF Vận tốc dòng sản phẩm đáy ống: GF ×3000 v F= = = 1,021 (m/s) 2 3600ρπ d tr 3600 ×1014 , 827 × π ×0 , 032 Chuaån soá Reynolds : v d ρ , 021× , 032×1014 , 827 Re F= F tr F = = 45588,056 > 104 : chế độ chảy rối −4 μF , 273 10 Áp dụng công thức (3.27), trang 110, [4]  công thức xác định chuẩn số Nusselt: ,25 0,8 ,43 Pr F Nu F=0 ,021 ε l ReF Pr F Pr w ( ) Trong đó: 1 – hệ số tính đến ảnh hưởng hệ số cấp nhiệt theo tỷ lệ chiều dài L và đường kính d ống Tra baûng 3.1, trang 110, [4]  choïn 1 = Nu F λ F Heä soá caáp nhieät cuûa doøng nhaäp lieäu oáng: F = d tr 3.2 Nhiệt tải qua thành ống và lớp cáu: t −t q t= w1 w , (W/m2) Σrt Trong đó:  tw1 : nhiệt độ vách tiếp xúc với sản phẩm đỉnh, oC  tw2 : nhiệt độ vách tiếp xúc với dòng nhập liệu, oC δ Σrt = t +r 1+r λt  Beà daøy thaønh oáng: t = 0,003 (m)  Heä soá daãn nhieät cuûa theùp khoâng gæ: t = 16,3 (W/mK)  Nhiệt trở lớp cáu ống: r1 = 1/5800 (m2.K/W)  Nhiệt trở lớp cáu ngoài ống: r2 =1/5800 (m2.K/W) Neân: rt = 5,289.10-4 (m2.K/W) 3.3 Xác định hệ số cấp nhiệt dòng sản phẩm đỉnh ngoài ống : Kích thước ống ngoài:  Đường kính ngoài: Dn = 57 (mm) = 0,057 (m)  Beà daøy oáng: t = (mm) = 0,003 (m)  Đường kính trong: Dtr = 0,051 (m) Nhiệt độ trung bình dòng sản phẩm đỉnh ngoài ống: tD = ½ (tDS + tDR) = 67,55 (oC) Tại nhiệt độ này thì:  Khối lượng riêng nước: N = 979,123 (kg/m3)  Khối lượng riêng axit: A = 995,3175 (kg/m3) x D − x D , 955 −0 , 955 = + = + =0 ,001  D = 979,840 (kg/m3) Neân: ρD ρ N ρA 979 ,123 995 , 3175  Độ nhớt nước: N = 4,16.10-4 (N.s/m2)  Độ nhớt axit: A = 5,94.10-4 (N.s/m2) Neân: lgD = xDlgN + (1 – xD)lgA = 0,986.lg(4,16.10-4) + (1 - 0,986)lg(5,94.10-4) = -3,379  D = 4,182.10-4 (N.s/m2)  Hệ số dẫn nhiệt nước: N = 0,666 (W/mK)  Heä soá daãn nhieät cuûa axit: A = 0,162 (W/mK) Neân: D = N.xD + A.(1 - xD) – 0,72 xD.(1 - xD)(N - A) = 0,627 (W/mK)  Nhiệt dung riêng nước: cN = 4185,04 (J/kgK)  Nhiệt dung riêng nước: cA = 2248,1475 (J/kgK) Neân: cD = cN x D + cA (1 - x D ) = 4097,88 (J/kgK) cD μD Áp dụng công thức (V.35), trang 12, [6]: Pr D= = 2,732 λD Vận tốc dòng sản phẩm đỉnh ngoài ống: GD × 931 ,579 v D= = = 0,291 (m/s) 2 3600 ρπ ( Dtr − d n) 3600 ×979 , 840 × π ×( , 0512 −0 , 0382 ) Đường kính tương đương: dtđ = Dtr – dn = 0,051 – 0,038 = 0,013 (m) Chuaån soá Reynolds : v d ρ ,291 ×0 , 013 ×979 , 840 Re D= D tñ D = = 8851,772 −4 μD , 182 10  2300 < Re < 10000  Chế độ chảy quá độ Áp dụng công thức (V.44), trang 16, [6]  công thức xác định chuẩn số Nusselt: Pr , 25 Nu D=k o ε l Pr 0D, 43 D Pr w ( ) Trong đó:  1 – hệ số tính đến ảnh hưởng hệ số cấp nhiệt theo tỷ lệ chiều dài L và đường kính d ống Tra baûng 3.1, trang 110, [4]  choïn 1 =  ko – heä soá phuï thuoäc vaøo Re Tra baûng trang 16, [6]  ko = 29,683 Nu D λ D Hệ số cấp nhiệt dòng sản phẩm đỉnh ngoài ống: D = d tñ o Duøng pheùp laëp: choïn tW1 = 59,24484523 ( C) Tại nhiệt độ này thì:  Độ nhớt nước: N = 4,76.10-4 (N.s/m2)  Độ nhớt axit: A = 7,07.10-4 (N.s/m2) Neân: lgW1 = xDlgN + (1 – xD)lgA = 0,986.lg(4,76.10-4) + (1 - 0,986)lg(7,07.10-4) = -3,320  W1 = 4,782.10-4 (N.s/m2)  Hệ số dẫn nhiệt nước: N = 0,658 (W/mK)  Heä soá daãn nhieät cuûa axit: A = 0,164 (W/mK) Neân: W1 = N.xD + A.(1 - xD) – 0,72 xD.(1 - xD)(N - A) = 0,621 (W/mK)  Nhiệt dung riêng nước: cN = 4182,245 (J/kgK)  Nhiệt dung riêng nước: cA = 2202,960 (J/kgK) Neân: cW1 = cN x D + cA (1 - x D ) = 4093,177 (J/kgK) cW μW Áp dụng công thức (V.35), trang 12, [6]: Pr W 1= = 3,154 λW Neân: NuD = 44,115  D = 2128,781 (W/m2K)  qD =D (tD – tW1) = 17679,854 (W/m2)  qt = qD = 17679,854 (W/m2) (xem nhiệt tải mát là không đáng kể)  tw2 = tw1 - qtrt = 49,894 (oC) Tại nhiệt độ này thì:  Độ nhớt nước: N = 5,50.10-4 (N.s/m2)  Độ nhớt axit: A = 7,91.10-4 (N.s/m2) Neân: lgW2 = xFlgN + (1 – xF)lgA = 0,588.lg(5,50.10-4) + (1 - 0,588)lg(7,91.10-4) = -3,195  W2 = 6,388.10-4 (N.s/m2)  Hệ số dẫn nhiệt nước: N = 0,647 (W/mK)  Heä soá daãn nhieät cuûa axit: A = 0,166 (W/mK) Neân: W2 = N.xF + A.(1 - xF) – 0,72 xF.(1 - xF)(N - A) = 0,237 (W/mK)  Nhiệt dung riêng nước: cN = 4178 (J/kgK)  Nhiệt dung riêng nước: cA = 2152,935 (J/kgK) Neân: cW2 = cN x F + cA (1 - x F ) = 2760,454 (J/kgK) cW μW Áp dụng công thức (V.35), trang 12, [6]: Pr W 2= = 7,430 λW Neân: NuF = 287,590  F = 2133,269 (W/m2K)  qF =F (tW2 - tF) = 17679,854 (W/m2) Kieåm tra sai soá: ¿ q D −q∨ ¿ q 100% = 0,0000001% < 5% (thoûa) ¿ Keát luaän: tw1 = 59,24484523oC vaø tw2 = 49,894oC = 3.4 Xaùc ñònh heä soá truyeàn nhieät: K= 1 −4 +5 , 289 10 + 2133 , 269 2128 ,781 Beà maët truyeàn nhieät: = 681,481 (W/m2K) Bề mặt truyền nhiệt xác định theo phương trình truyền nhiệt: Q 252884 , 860 ×1000 F = K Δt =3600× 681 , 481× 21 ,083 = 4,889 (m2) log Caáu taïo thieát bò: Chieàu daøi oáng truyeàn nhieät: L = F d +d = 44,465 (m)  choïn L = 45 (m) nπ n tr L 45 = d tr , 032 = 1406,250 > 50  l = 1: thoûa Kết luận: Thiết bị trao đổi nhiệt dòng nhập liệu và sản phẩm đỉnh là thiết bị truyền nhiệt ống lồng ống với chiều dài ống truyền nhiệt L = 45 (m), chia thành 15 dãy, moãi daõy 3m Kieåm tra: V THIEÁT BÒ ÑUN SOÂI DOØNG NHAÄP LIEÄU : Choïn thieát bò ñun soâi doøng nhaäp lieäu laø thieát bò truyeàn nhieät oáng loàng oáng Ống truyền nhiệt làm thép X18H10T:  Kích thước ống trong: 38 x  Kích thước ống ngoài: 57 x Choïn:  Dòng nhập liệu ống với nhiệt độ vào t V = tFR = 56,2134oC và nhiệt độ tR = tFS = 103,4oC  Hơi ngưng tụ ống ngoài có áp suất 2,5at:  Nhieät hoùa hôi: r H O = rn = 2189500 (J/kg)  Nhiệt độ sôi: t H O = tn = 126,25 (oC) 2 Suất lượng đốt cần dùng : Caân baèng nhieät: Q = GF(hFS – hFR) = Gnrn Neân: Q = GF(hFS – hFR) = 455077,044 (kJ/h) Q Lượng đốt cần dùng: Gn= r = 207,845 (kg/h) n Hiệu số nhiệt độ trung bình : Chọn kiểu truyền nhiệt ngược chiều, nên: (126 ,25 −56 , 2134)−(126 , 25− 103 , 4) Δt log = 126 ,25 −56 ,2134 Ln 126 ,25 −103 , Heä soá truyeàn nhieät : = 42,128 (K) Hệ số truyền nhiệt K tính theo công thức: K= 1 ,(W/m2.K) + Σrt + αF αn Với:  F : heä soá caáp nhieät cuûa doøng nhaäp lieäu oáng (W/m2.K)   n : hệ số cấp nhiệt đốt ngoài ống (W/m2.K) rt : nhiệt trở qua thành ống và lớp cáu 3.1 Xaùc ñònh heä soá caáp nhieät cuûa doøng nhaäp lieäu oáng: Kích thước ống trong:  Đường kính ngoài: dn = 38 (mm) = 0,038 (m)  Beà daøy oáng: t = (mm) = 0,003 (m)  Đường kính trong: dtr = 0,032 (m) Nhiệt độ trung bình dòng nhập liệu ống: tF = ½ (tV + tR) = 79,8067 (oC) Tại nhiệt độ này thì:  Khối lượng riêng nước: N = 971,916 (kg/m3)  Khối lượng riêng axit: A = 981,222 (kg/m3) x F − x F 0,3 − 0,3 = + = + =0 ,001  F = 978,412 (kg/m3) Neân: ρF ρ N ρA 971 , 916 981 , 222  Độ nhớt nước: N = 3,56.10-4 (N.s/m2)  Độ nhớt axit: A = 5,61.10-4 (N.s/m2) Neân: lgF = xFlgN + (1 – xF)lgA = 0,588.lg(3,56.10-4) + (1 - 0,588)lg(5,61.10-4) = -3,367  F = 4,294.10-4 (N.s/m2)  Hệ số dẫn nhiệt nước: N = 0,675 (W/mK)  Heä soá daãn nhieät cuûa axit: A = 0,160 (W/mK) Neân: F = N.xF + A.(1 - xF) – 0,72 xF.(1 - xF)(N - A) = 0,237 (W/mK)  Nhiệt dung riêng nước: cN = 4194,845 (J/kgK)  Nhiệt dung riêng nước: cA = 2314,947 (J/kgK) Neân: cF = cN x F + cA (1 - x F ) = 2878,916 (J/kgK) cF μ F Áp dụng công thức (V.35), trang 12, [6]: Pr F= = 5,223 λF Vaän toác cuûa doøng nhaäp lieäu ñi oáng: GF ×3000 v F= = = 1,059 (m/s) 2 3600ρπ d tr 3600 ×978 , 412 × π ×0 , 032 Chuaån soá Reynolds : v F d tr ρF , 059× , 032× 978 , 412 Re F= = = 77226,631 > 104 : chế độ chảy rối −4 μF , 294 10 Áp dụng công thức (3.27), trang 110, [4]  công thức xác định chuẩn số Nusselt: ,25 0,8 ,43 Pr F Nu F=0 ,021 ε l ReF Pr F Pr w ( ) Trong đó: 1 – hệ số tính đến ảnh hưởng hệ số cấp nhiệt theo tỷ lệ chiều dài L và đường kính d ống Tra baûng 3.1, trang 110, [4]  choïn 1 = Nu F λ F Heä soá caáp nhieät cuûa doøng nhaäp lieäu ñi oáng trong: F = d tr 3.2 Nhiệt tải qua thành ống và lớp cáu : t w1 −t w q t= , (W/m2) Σrt Trong đó: tw1 : nhiệt độ vách tiếp xúc với đốt, oC tw2 : nhiệt độ vách tiếp xúc với dòng nhập liệu, oC δ Σrt = t +r 1+r λt  Beà daøy thaønh oáng: t = 0,003 (m)  Heä soá daãn nhieät cuûa theùp khoâng gæ: t = 16,3 (W/mK)  Nhiệt trở lớp cáu ống: r1 = 1/5800 (m2.K/W)  Nhiệt trở lớp cáu ngoài ống: r2 =1/5800 (m2.K/W) Neân: rt = 5,289.10-4 (m2.K/W)   3.3 Xác định hệ số cấp nhiệt ngưng tụ ngoài ống : Kích thước ống ngoài:  Đường kính ngoài: Dn = 57 (mm) = 0,057 (m)  Beà daøy oáng: t = (mm) = 0,003 (m)  Đường kính trong: Dtr = 0,051 (m) r n ρ2n g λ 3n Áp dụng công thức (3.65), trang 120, [4]: α n=0 , 725 μn (t n -t W1 ) d n o Duøng pheùp laëp: choïn tW1 = 123,232701 ( C) Nhiệt độ trung bình màng nước ngưng tụ: tm = ½ (tn + tW1) = 124,7413505 (oC) Tại nhiệt độ này thì:  Khối lượng riêng nước: n = 939,1646791 (kg/m3)  Độ nhớt nước: n = 2,28.10-4 (N.s/m2)  Hệ số dẫn nhiệt nước: n = 0,686 (W/mK) Neân: n = 15945,030 (W/m2K)  qn = n (tn – tW1) = 48110,923 (W/m2)  qt = qn = 48110,923 (W/m2) (xem nhiệt tải mát là không đáng kể)  tw2 = tw1 - qtrt = 97,788 (oC) Tại nhiệt độ này thì:  Độ nhớt nước: N = 2,87.10-4 (N.s/m2)  Độ nhớt axit: A = 4,71.10-4 (N.s/m2) Neân: lgW2 = xFlgN + (1 – xF)lgA = 0,588.lg(2,87.10-4) + (1 - 0,588)lg(4,71.10-4) = -3,454  W2 = 3,519.10-4 (N.s/m2)  Hệ số dẫn nhiệt nước: N = 0,682 (W/mK)  Heä soá daãn nhieät cuûa axit: A = 0,156 (W/mK) Neân: W2 = N.xF + A.(1 - xF) – 0,72 xF.(1 - xF)(N - A) = 0,234 (W/mK)  Nhiệt dung riêng nước: cN = 4220,461 (J/kgK)  Nhiệt dung riêng nước: cA = 2417,391 (J/kgK) Neân: cW2 = cN x F + cA (1 - x F ) = 2958,312 (J/kgK) cW μW Áp dụng công thức (V.35), trang 12, [6]: Pr W 2= = 4,453 λW Neân: NuF = 361,817  F = 2675,614 (W/m2K)  qF =F (tW2 - tF) = 48110,909 (W/m2) √ Kieåm tra sai soá: ¿ q n − q∨ ¿ q 100% = 0,00003% < 5% (thoûa) = ¿ Keát luaän: tw1 = 123,232701oC vaø tw2 = 97,788oC 3.4 Xaùc ñònh heä soá truyeàn nhieät : K= = 1035,907 (W/m2K) −4 2675 , 614+ ,289 10 + 15945, 030 Beà maët truyeàn nhieät : Bề mặt truyền nhiệt xác định theo phương trình truyền nhiệt: Q 55077 , 044 ×1000 F = K Δt =3600× 026 ,311× 42 , 128 = 2,897 (m2) log Caáu taïo thieát bò : F d +d = 26,343 (m)  choïn L = 27 (m) nπ n tr Chieàu daøi oáng truyeàn nhieät: L = L 27 = d tr , 032 = 843,75 > 50  l = 1: thoûa Kết luận: Thiết bị trao đổi nhiệt dòng nhập liệu và sản phẩm đỉnh là thiết bị truyền nhiệt ống lồng ống với chiều dài ống truyền nhiệt L = 27 (m), chia thành dãy, moãi daõy 3m Kieåm tra: VI BOÀN CAO VÒ : Tổn thất đường ống dẫn: Chọn ống dẫn có đường kính là dtr = 80 (mm) Tra bảng II.15, trang 381, [5]  Độ nhám ống:  = 0,2 (mm) = 0,0002 (m) (ăn moøn ít) Tổn thất đường ống dẫn: v l h1= λ1 + Σξ F (m) d1 2g ( ) Trong đó:  1 : hệ số ma sát đường ống  l1 : chiều dài đường ống dẫn, chọn l1 = 30(m)  d1 : đường kính ống dẫn, d1 = dtr = 0,08(m)  1 : toång heä soá toån thaát cuïc boä  vF : vaän toác doøng nhaäp lieäu oáng daãn 1.1 Xaùc ñònh vaän toác doøng nhaäp lieäu oáng daãn : Các tính chất lý học dòng nhập liệu tra nhiệt độ trung bình: t FV +t FS 27+ 103 , = tF = = 65,4 (oC) 2 Tại nhiệt độ này thì: Khối lượng riêng nước: N = 980,392 (kg/m3) Khối lượng riêng axit: A = 998,02 (kg/m3) x F − x F 0,3 −0,3 = + = + =0 ,001  F = 992,665 (kg/m3) Neân: ρF ρ N ρA 980 , 392 998 , 02  Độ nhớt nước: N = 4,33.10-4 (N.s/m2)  Độ nhớt axit: A = 6,64.10-4 (N.s/m2) Neân: lgF = xFlgN + (1 – xF)lgA = 0,588.lg(4,33.10-4) + (1 - 0,588)lg(6,64.10-4) = -3,287  F = 5,159.10-4 (N.s/m2) Vaän toác cuûa doøng nhaäp lieäu ñi oáng: GF ×3000 v F= = = 0,167 (m/s) 3600 ρF πd tr 3600 ×992 , 665× π × , 082   1.2 Xác định hệ số ma sát đường ống : Chuaån soá Reynolds : v d ρ , 196 ×0 , 08 × 992, 665 Re F= F tr F = = 25706,225 > 4000 : chế độ chảy rối μF , 159 10− Chuẩn số Reynolds tới hạn: Regh = 6(d1/)8/7 = 5648,513 Chuẩn số Reynolds bắt đầu xuất vùng nhám: Ren = 220(d1/)9/8 = 186097,342 Vì Regh < ReF < Ren  chế độ chảy rối ứng với khu vực quá độ ε 100 , 25 0,1 , 46 + Áp dụng công thức (II.64), trang 379, [5]: 1= = 0,029 d ReF ( ) 1.3 Xaùc ñònh toång heä soá toån thaát cuïc boä :  Choã uoán cong : Tra bảng II.16, trang 382, [5]: Chọn dạng ống uốn cong 90o có bán kính R với R/d = thì u1 (1 choã) = 0,15 Đường ống có chỗ uốn  u1 = 0,15 = 0,9  Van : Tra bảng 9.5, trang 94, [1]: Chọn van cầu với độ mở hoàn toàn thì van (1 cái) = 10 Đường ống có van cầu  van = 10 = 20  Lưu lượng kế : l1 = (coi không đáng kể)  Vaøo thaùp : thaùp = Neân: 1 = u1 + van + ll = 21,9 30 , 1672 +21 , Vaäy: h1= , 029 = 0,047 (m) , 08 × ,81 ( ) Tổn thất đường ống dẫn thiết bị trao đổi nhiệt dòng nhập lieäu vaø saûn phaåm ñænh: ( h2= λ v l2 + Σξ d2 2g ) (m) Trong đó:  2 : hệ số ma sát đường ống  l2 : chiều dài đường ống dẫn, l2 = 45(m)    d2 : đường kính ống dẫn, d2 = dtr = 0,032(m) 2 : toång heä soá toån thaát cuïc boä v2 : vaän toác doøng nhaäp lieäu oáng daãn 2.1 Vaän toác doøng nhaäp lieäu oáng daãn :v2 = 1,021 (m/s) 2.2 Xác định hệ số ma sát đường ống : Chuẩn số Reynolds : Re2 = 45588,056 > 4000: chế độ chảy rối Độ nhám:  = 0,0002 Chuẩn số Reynolds giới hạn:Regh = 6(d1/)8/7 = 1982,191 Chuẩn số Reynolds bắt đầu xuất vùng nhám: Ren = 220(d1/)9/8 = 66383,120 Vì Regh < Re1 < Ren  chế độ chảy rối ứng với khu vực quá độ ε 100 , 25 0,1 , 46 + Áp dụng công thức (II.64), trang 379, [5]: 2= = 0,022 d Re2 ( ) 2.3 Xaùc ñònh toång heä soá toån thaát cuïc boä :  Chữ U : Tra baûng 9.5, trang 94, [1]: U2 (1 choã) = 2,2 Đường ống có (15 – 1) = 14 chữ U  U2 = 2,2 14 = 30,8  Đột thu : F o , 0322 = Tra baûng II.16, trang 382, [5]: Khi = 0,160 thì đột thu (1chỗ) = 0,458 F , 082 Có chỗ đột thu  đột thu = 0,458  Đột mở : F o , 0322 = Tra baûng II.16, trang 382, [5]: Khi = 0,160 thì đột mở (1chỗ) = 0,708 F , 082 Có chỗ đột mở  đột mở = 0,708 Nên: 2 = U2 + đôt thu + đột mở = 31,966 45 ,0212 + 31, 966 Vaäy: h2= , 022 = 3,316 (m) , 032 ×9 , 81 ( ) Tổn thất đường ống dẫn thiết bị trao đổi nhiệt dòng nhập lieäu vaø saûn phaåm ñænh: ( h3= λ v l3 + Σξ d3 2g ) (m) Trong đó:  3 : hệ số ma sát đường ống  l3 : chiều dài đường ống dẫn, l2 = 27(m)  d3 : đường kính ống dẫn, d3 = dtr = 0,032(m)  3 : toång heä soá toån thaát cuïc boä  v3 : vaän toác doøng nhaäp lieäu oáng daãn 3.1 Vaän toác doøng nhaäp lieäu oáng daãn :v2 = 1,059 (m/s) 3.2 Xác định hệ số ma sát đường ống : Chuẩn số Reynolds : Re2 = 77226,631 > 4000: chế độ chảy rối Độ nhám:  = 0,0002 Chuẩn số Reynolds giới hạn: Regh = 6(d1/)8/7 = 1982,191 Chuẩn số Reynolds bắt đầu xuất vùng nhám: Ren = 220(d1/)9/8 = 66383,120 Vì Re > Ren  chế độ chảy rối ứng với vùng nhám ,14 +2 lg(d /ε )¿2 ¿ Áp dụng công thức (II.64), trang 379, [5]: 3= = 0,032 ¿ 3.3 Xaùc ñònh toång heä soá toån thaát cuïc boä :  Chữ U : Tra baûng 9.5, trang 94, [1]: U2 (1 choã) = 2,2 Đường ống có (9 – 1) = chữ U  U2 = 2,2 = 17,6  Đột thu : F o , 0322 = Tra baûng II.16, trang 382, [5]: Khi = 0,160 thì đột thu (1chỗ) = 0,458 F , 082 Có chỗ đột thu  đột thu = 0,458  Đột mở : F o , 0322 = Tra baûng II.16, trang 382, [5]: Khi = 0,160 thì đột mở (1chỗ) = 0,708 F , 082 Có chỗ đột mở  đột mở = 0,708 Nên: 3 = U3 + đôt thu + đột mở = 18,766 27 ,059 +18 ,766 Vaäy: h3= , 032 = 2,640 (m) , 032 ×9 , 81 ( ) Chieàu cao boàn cao vò: Choïn :  Mặt cắt (1-1) là mặt thoáng chất lỏng bồn cao vị  Mặt cắt (2-2) là mặt cắt vị trí nhập liệu tháp Aùp duïng phöông trình Bernoulli cho (1-1) vaø (2-2): P1 P2 v1 v2 z1 + + = z2 + + +hf1-2 ρF g ρF g 2.g 2.g P2 − P1 v − v +  z1 = z2 + +hf1-2 ρF g 2.g Trong đó:  z1: độ cao mặt thoáng (1-1) so với mặt đất, hay xem là chiều cao bồn cao vị H cv = z1  z2: độ cao mặt thoáng (2-2) so với mặt đất, hay xem là chiều cao từ mặt đất đến vị trí nhập liệu: z2 = hchân đỡ + hđáy + (nttC – 1)h + 0,4 = 0,4 + 0,4 + (31 – 1)0,4 + 0,5 = 13,3 (m)  P1 : áp suất mặt thoáng (1-1), chọn P1 = at = 9,81.104 (N/m2)  P2 : áp suất mặt thoáng (2-2) 2 2 Xem P = P2 – P1 = nttL PL = 40 577,638 = 23105,533 (N/m2)  v1 : vận tốc mặt thoáng (1-1), xem v1 = (m/s)  v2 : vaän toác taïi vò trí nhaäp lieäu, v2 = vF = 0,167 (m/s)  hf1-2 : tổng tổn thất ống từ (1-1) đến (2-2): hf1-2 = h1 + h2 + h3 = 6,002 P2 − P1 v − v + Vaäy: Chieàu cao boàn cao vò: Hcv = z2 + +hf1-2 ρF g 2.g 23105 ,533 ,167 −0 + = 13,3 + + 6,015 992 , 665 ×9 , 81 = 21,676 (m) Choïn Hcv = 25 (m) 2 VII BÔM : Naêng suaát: Nhiệt độ dòng nhập liệu là tF = 27oC Tại nhiệt độ này thì:  Khối lượng riêng nước: N = 996,42 (kg/m3)  Khối lượng riêng axit: A = 1040,65 (kg/m3) x F − xF 0,3 1− 0,3 = + = + =0 , 001  F = 1026,974 (kg/m3) Neân: ρF ρ N ρA 996 , 42 1040 , 65  Độ nhớt nước: N = 8,56.10-4 (N.s/m2)  Độ nhớt axit: A = 1,18.10-3 (N.s/m2) Neân: lgF = xFlgN + (1 – xF)lgA = 0,588.lg(8,56.10-4) + (1 - 0,588)lg(1,18.10-3) = -3,011  F = 9,753.10-4 (N.s/m2) Suất lượng thể tích dòng nhập liệu ống: G 3000 QF = F = = 2,921 (m3/h) ρ F 1026 , 974 Vaäy: choïn bôm coù naêng suaát Qb = (m3/h) Coät aùp: Choïn :  Mặt cắt (1-1) là mặt thoáng chất lỏng bồn chứa nguyên liệu  Mặt cắt (2-2) là mặt thoáng chất lỏng bồn cao vị AÙp duïng phöông trình Bernoulli cho (1-1) vaø (2-2): P1 P2 v1 v2 z1 + + + Hb = z2 + + +hf1-2 ρF g ρF g 2.g 2.g Trong đó:  z1: độ cao mặt thoáng (1-1) so với mặt đất, chọn z1 = 1m  z2: độ cao mặt thoáng (2-2) so với mặt đất, z2 = Hcv = 25m  P1 : áp suất mặt thoáng (1-1), chọn P1 = at  P2 : áp suất mặt thoáng (2-2), chọn P2 = at  v1,v2 : vận tốc mặt thoáng (1-1) và(2-2), xem v1= v2 = 0(m/s)  hf1-2 : tổng tổn thất ống từ (1-1) đến (2-2)  Hb : coät aùp cuûa bôm 2 2.1 Tính tổng trở lực ống: Chọn đường kính ống hút và ống đẩy nhau: dtr = 50 (mm) Tra bảng II.15, trang 381, [5]  Độ nhám ống:  = 0,2 (mm) = 0,0002 (m) (ăn moøn ít) Tổng trở lực ống hút và ống đẩy v l h+ l ñ + Σξ h + Σξ ñ F hf1-2 = λ d tr 2g ( ) Trong đó:  lh : chieàu daøi oáng huùt Chieàu cao huùt cuûa bôm: Tra baûng II.34, trang 441, [5]  hh = 4,3 (m)  Choïn lh = (m)  lđ : chiều dài ống đẩy, chọn lđ = 20 (m)  h : toång toån thaát cuïc boä oáng huùt  đ : tổng tổn thất cục ống đẩy   : hệ số ma sát ống hút và ống đẩy  vF : vận tốc dòng nhập liệu ống hút và ống đẩy (m/s) Qb 4×3 v F= = = 0,424 (m/s) 2 3600 πd tr 3600 × π ×0 , 050  Xác định hệ số ma sát ống hút và ống đẩy : Chuaån soá Reynolds : v d ρ , 424 × , 05 ×1026 , 974 Re F= F tr F = = 22344,356 > 4000 : chế độ chảy rối −4 μF , 753 10 Chuẩn số Reynolds tới hạn: Regh = 6(dtr/)8/7 = 3301,065 Chuẩn số Reynolds bắt đầu xuất vùng nhám: Ren = 220(dtr/)9/8 = 109674,381 Vì Regh < ReF < Ren  chế độ chảy rối ứng với khu vực quá độ ε 100 , 25 Áp dụng công thức (II.64), trang 379, [5]:  = 0,1 , 46 d + Re = 0,032 tr F ( )  Xaùc ñònh toång toån thaát cuïc boä oáng huùt :  Choã uoán cong : Tra bảng II.16, trang 382, [5]: Chọn dạng ống uốn cong 90o có bán kính R với R/d = thì u1 (1 choã) = 0,15 OÁng huùt coù choã uoán  u1 = 0,15 = 0,3  Van : Tra bảng 9.5, trang 94, [1]: Chọn van cầu với độ mở hoàn toàn thì v1 (1 cái) = 10 OÁng huùt coù van caàu  v1 = 10 Neân: h = u1 + v1 = 10,3  Xác định tổng tổn thất cục ống đẩy :  Choã uoán cong : Tra bảng II.16, trang 382, [5]: Chọn dạng ống uốn cong 90o có bán kính R với R/d = thì u2 (1 choã) = 0,15 Ống đẩy có chỗ uốn  u2 = 0,15 = 0,6  Van : Tra bảng 9.5, trang 94, [1]: Chọn van cầu với độ mở hoàn toàn thì v2 (1 cái) = 10 Ống đẩy có van cầu  v2 = 10  Vaøo boàn cao vò : cv = Neân: ñ = u1 + v1 + cv = 11,6 6+ 20 , 424 +10 , 3+11 , Vaäy: hf1-2 = , 032 = 0,353 (m) , 05 2× , 81 ( ) 2.2 Tính coät aùp cuûa bôm: Hb = (z2 – z1) + hf1-2 = (25 – 1) + 0,353 = 24,353 (m) Coâng suaát: Choïn hieäu suaát cuûa bôm: b = 0,8 Q b H b ρ F g ×24 ,353 ×1026 , 974 × , 81 = 3600 η b 3600 × 0,8 = 255,572 (W) = 0,343 (Hp) Kết luận: Để đảm bảo tháp hoạt động liên tục ta chọn bơm li tâm loại XM, có: - Naêng suaát: Qb = (m3/h) - Coät aùp: Hb = 24,353 (m) - Coâng suaát: Nb = 0,343 (Hp) Công suất thực tế bơm: Nb = Chöông AN TOAØN và TỰ ĐỘNG HÓA I AN TOAØN LAO ĐỘNG : Phoøng choáng chaùy noå: Tất các chất lỏng có khả bay và nhiệt độ bay phụ thuộc vào nhiệt độ sôi nó Sự cháy nào xảy pha và trên bề mặt thoáng chất lỏng Sau đã bay thì cháy và các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình giống cháy hơi, khí Khaû naêng chaùy cuûa chaát loûng coù theå xaùc ñònh baèng caùc thoâng soá khaùc nhö nhieät độ bùng cháy, nhiệt độ bốc cháy, nhiệt độ tự bốc cháy giới hạn nổ, hay dùng là nhiệt độ bùng cháy Chất lỏng càng dễ cháy thì nhiệt độ bùng cháy càng thấp và nhiệt độ bốc cháy càng gần nhiệt độ bùng cháy Axit axetic là chất có nhiệt độ bốc cháy là 35 oC áp suất khí 1.1 Những nguyên nhân gây cháy nổ trực tiếp: Như tabiết, đám cháy xuất cần có yếu tố: đó là chất cháy, chất oxy hóa với tỷ lệ xác định chúng với mồi bắt cháy Mồi bắt cháy thực tế phong phú Sét là tượng phóng điện các đám mây có tích điện trái dấu đám mây với mặt đất Điện áp đám mây với mặt đất có thể đạt hàng triệu hay hàng trăm triệu vôn Nhiệt độ sét đánh cao, hàng chục nghìn độ, vượt quá xa nhiệt độ tự bắt cháy các chất cháy Hiện tượng tĩnh điện: tĩnh điện sinh ma sát các vật thể Hiện tượng này hay gặp bơm rót (tháo, nạp) các chất lỏng là các chất lỏng có chứa hợp chất có cực xăng, dầu,… Hiện tượng tĩnh điện tạo lớp điện tích kép trái dấu Khi điện áp các lớp điện tích đạt tới giá trị định phát sinh tia lửa điện và gaây chaùy Mồi cháy có thể sinh hồ quang điện, chập mạch điện, đóng cầu dao điện Năng lượng giải phóng các trường hợp trên thường đủ để gây cháy nhiều hỗn hợp Tia lửa điện là mồi khá phổ biến lĩnh vực sử dụng điện Tia lửa có thể sinh ma sát, va đập các vật rắn Trong công nghiệp hay dùng các thiết bị có nhiệt có nhiệt độ cao, đó là các mồi bắt cháy thường xuyên lò đốt, lò nung; các thiết bị này hay sử dụng các nhiên liệu than, sản phẩm dầu mỏ, các loại khí cháy tự nhiên, nhân tạo; đó thiết bị hở mà không phát để xử lý kịp thời gây cháy nổ nguy hiểm Đôi cháy nổ xảy độ bền thiết bị không đảm bảo, chẳng hạn áp suất bình khí nén có thể gây nổ độ bền bình không đảm bảo Trong sản xuất nhiệt độ gia nhiệt chất cháy nào đó lớn nhiệt độ bùng cháy gây cháy, nổ Một số chất tiếp xúc với nước cacbua canxi (CaC 2) gây cháy nổ; nhiều chất tiếp xúc với lửa trần hay tàn lửa dễ gây cháy nổ, chẳng haïn nhö thuoác noå clorat kali (KClO3)… Nhiều cháy nổ xảy người sản xuất thao tác không đúng quy trình, chẳng hạn dùng chất dễ cháy để nhóm lò gây cháy, không thực đúng trình tự thao tác… Có thể thấy nguyên nhân cháy nổ đa dạng từ thiết kế, công nghệ, quản lý, tra, kieåm tra saûn xuaát 1.2 Caùc bieän phaùp phoøng choáng chaùy noå: a) Ngọn lửa trần: Đôi người ta sử dụng lửa trần (không che chắn kín) để chưng cất các chất lỏng dễ cháy Những vụ cháy nổ thường xuyên xảy với các thiết bị kiểu này là chứng nguy hiểm chúng Một mặt, nguy cháy nổ có thể xuất quá trình rót nạp chất lỏng thiết bị chứa chất lỏng không kín Mặt khác có nguy là chưng cất bốc lên và lắng xuống phía tiếp xúc với lửa Khi làm việc với lửa trần phải thường xuyên kiểm tra độ kín các ống dẫn khí (hoặc hơi) cách dùng dung dịch chất có bọt (như dung dịch xà phòng) phết lên các chỗ cần kiểm tra để phát xem khí (hoặc hơi) có rò rỉ ngoài không Chỉ thực các công việc hàn các công việc có sử dụng lửa trần dây chuyền sản xuất có nguy hiểm cháy nổ đước đồng ý và cho phép cấp thẩm quyền văn chính thức, đồng thời phải thực các biện pháp phòng chống cháy nổ thích hợp Trong trường hợp cần thiết phải có đội cứu hỏa trực choã b) Hoạt động xe, máy có động điện: Hoạt động các xe, máy có chạy động điện phải quy định đặc biệt Các xe, máy này không hoạt động khu vực nguy hiểm và hoạt động gần đó thì phải giữ khoảng cách an toàn là 10m (đối với khu vực có dễ cháy thì khoảng cách an toàn là 20m) Những khu vực nguy hiểm đây là khu vực có khả xuất hỗn hợp dễ cháy nổ khí, bụi với không khí, ví dụ khu vực kho có chất dễ cháy nổ, khu vực có thao tác pha trộn, rót, nạp các khí và chất lỏng dễ cháy nổ Đối với khu vực lưu giữ lượng nhỏ khí chất lỏng dễ cháy (ví dụ 10 bình khí cỡ nhỏ) thì không cần giữ khoảng cách an toàn trên Xung quanh các khu vực có nguy hiểm cháy nổ phải có biển cảnh báo đặt vị trí dễ thaáy c) Hút thuốc lá, bật diêm, đốt lửa: Lệnh cấm hút thuốc lá phải tuân thủ tuyệt đối các khu vực có nguy hiểm cháy nổ Mặt khác cần quy định nơi đước phép hút thuốc lá và có điều kiện thì bố trí các phòng phép hút thuốc lá Việc không có có quá ít các phòng phép hút thuốc lá có thể dẫn đến vi phạm lệnh cấm hút thuốc với hậu naëng Các hành động bật diêm, đốt lửa phải đươc cấm hoàn toàn d) Caùc thieát bò ñieän: Trong khu vực có nguy hiểm nổ, các thiết bị điện phải thiết kế lắp đặt cho: - Nhiệt độ cao các phần thiết bị điện luôn thấp nhiệt độ bùng cháy hỗn hợp nguy hiểm - Các phận có phát tia lửa điện bảo vệ che chắn - e) Caùc nguoàn gaây taùc nhaân chaùy khaùc: Tia lửa hàn điện, mài va đập Tónh ñieän Các khí và có nhiệt độ bùng cháy thấp có thể bốc cháy gặp các vật thể noùng Các phản ứng tỏa nhiệt có thể trở nên nguồn tác nhân đốt nóng và gây cháy nguy hiểm nhiệt độ phản ứng tăng quá cao An toàn điện: 2.1 Caùc nguyeân nhaân gaây tai naïn ñieän : Tai nạn điện giật xảy thể người tiếp xúc với điển điện khác khieán cho moät doøng ñieän chaïy qua cô theå Coù theå xaûy caùc tình huoáng sau: a) Chaïm vaøo daây ñieän maïng ñieän: Đối với mạng điện pha cùng chạm vào dây nóng thể chịu điện áp daây, neáu chaïm vaøo daây noùng vaø daây nguoäi cô theå seõ chòu ñieän aùp pha Ñieän aùp daây coù giá trị 1,73 lần điện áp pha nên mức độ nguy hiểm cao b) Chạm dây nóng mạng pha trung tính nối đất (mạng sao): Nếu thể không cách điện với đất chịu điện áp pha c) Chạm dây nóng mạng pha trung tính không nối đất (mạng tam giác): Dòng điện qua thể phụ thuộc giá trị điện trở rò và điện dung ký sinh mạng d) Roø ñieän voû thieát bò: Vỏ thiết bị, động cơ,… thường không mang điện Khi chất lượng cách điện giảm hay dây dẫn điện thiết bị chạm vỏ làm vỏ thiết bị mang điện (tương tự dây nóng mạng điện), người chạm vào vỏ thiết bị bị điện giật e) Do điện áp bước: f) Do phoùng ñieän cao aùp: g) Do hoà quang: 2.2 Các biện pháp kỹ thuật đề phòng tai nạn điện : - Nối đất bảo vệ - Nối đất trung tính (còn gọi là nối không) - Noái ñaúng theá - Duøng ñieän aùp thaáp - Bieán aùp caùch ly - Caét ñieän baûo veä - II Caùch ñieän Ngaên chaën vaø che chaén TỰ ĐỘNG HÓA : Tự động hóa là vấn đề quan trọng sản xuất Nó giúp tiết kieäm nhaân coâng vaø cho naêng suaát cao hôn Trong hệ thống chưng cất Nước – Axit axetic này, ta cần phải tự động hóa các khaâu sao: - Nhaäp lieäu - Hoàn lưu - Cung cấp đốt và nước làm lạnh Đồng thời phải có hệ thống an toàn, tự động đóng ngắt có cố xảy Chöông TÍNH KINH TEÁ            Lượng thép X18H10T cần dùng: M1 = 71mmâm + mthân + 2mđáy(nắp) = 7730,671 (kg) Lượng thép CT3 cần dùng: M2 = 32mbích nối thân + mbích ghép ống lỏng + 2 mbích ghép ống hới + mchân đỡ + mtai treo + mtấm lót = 3322,338 (kg) Soá buloâng caàn duøng: n = 16 40 + 4 + = 672 (caùi) Chieàu daøi oáng 38 x 3mm: L1 = 1657 + 57 + 61 + 45 + 27 = 10437 (m) Chieàu daøi oáng 57 x 3mm: L2 = 57 + 45 + 27 = 129 (m) Chiều dài ống 80mm: Chọn tổng chiều dài ống hoàn lưu, ống dẫn lỏng vào nồi đun, ống dẫn lỏng khỏi nồi đun và ống dẫn sản phẩm đỉnh vào thiết bị trao đổi nhieät laø 30m L3 = 30 + 30 = 60 (m) Chiều dài ống 150mm: Chọn tổng chiều dài ống đỉnh tháp và ống đáy thaùp laø L4 = 10m Chiều dài ống 50mm: Chọn tổng chiều dài ống chảy tràn và ống xả đáy từ bồn cao vò laø 50m L5 = + 20 + 50 = 82 (m) Kính quan sát: đường kính là 180mm, dày 20mm π S= 0,182 = 0,025 (m2) Choïn kính quan saùt  S = 0,025 = 0,051 (m2) Bôm ly taâm: choïn bôm ly taâm  Nb = 0,343 = 0,685 (Hp) Cuùt inox 38 x 3mm: n = (18 + 14 + 8).2 = 80 (caùi)  Cuùt inox 57 x 3mm: n = (18 + 14 + 8).2 = 80 (caùi) Vaät lieäu Số lượng Theùp X18H10T 7730,671 (kg) Theùp CT3 3322,338 (kg) Buloâng 672 (caùi) Vaät lieäu caùch nhieät 1,998 (m3) OÁng daãn 38 x 3mm 10437 (m) OÁng daãn 57 x 3mm 129 (m) OÁng 80mm 60 (m) OÁng 150mm 10 (m) OÁng 50mm 82 (m) Kính quan saùt 0,051 (m2) Bôm ly taâm 0,685 (Hp) Áp kế tự động (caùi) Nhiệt kế điện trở tự ghi (caùi) Lưu lượng kế ( 50mm) (caùi) Van inox 50mm (caùi) Van inox 80mm (caùi) Racco inox 50mm (caùi) Racco inox 80mm (caùi) Cuùt inox 38 x 3mm 80 (caùi) Cuùt inox 57 x 3mm 80 (caùi) Cuùt inox 80mm 14 (caùi) Cuùt inox 150mm (caùi) Cuùt inox 50mm 10 (caùi) T inox 50 (caùi) Toång chi phí vaät tö Vậy tổng chi phí vật tư là tỷ đồng Xem tieàn coâng cheá taïo baèng 200% tieàn vaät tö Vậy: tổng chi phí là tỷ đồng Ñôn giaù 50000 (ñ/kg) 10000 (ñ/kg) 5000 (ñ/caùi) 4000000 (ñ/m3) 50000 (ñ/m) 100000 (ñ/m) 100000 (ñ/m) 100000 (ñ/m) 100000 (ñ/m) 250000 (ñ/m2) 700000 (ñ/Hp) 600000 (ñ/caùi) 200000 (ñ/caùi) 1500000 (ñ/caùi) 150000 (ñ/caùi) 150000 (ñ/caùi) 150000 (ñ/caùi) 150000 (ñ/caùi) 15000 (ñ/caùi) 30000 (ñ/caùi) 30000 (ñ/caùi) 30000 (ñ/caùi) 30000 (ñ/caùi) 30000 (ñ/caùi) Thaønh tieàn (ñ) 386533562 33223379 3360000 7993230 521850000 12900000 6000000 1000000 8200000 12723 479626 600000 600000 3000000 750000 900000 750000 300000 1200000 2400000 420000 90000 300000 90000 992.952.521 LỜI KẾT Với hệ thống chưng cất Nước – Axit axetic dùng tháp mâm xuyên lỗ đã thiết kế, ta thấy bên cạnh ưu điểm còn có nhiều nhược điểm Thiết bị có ưu điểm là suất và hiệu suất cao thiết bị còn cồng kềnh, đòi hỏi phải có vận hành với độ chính xác cao Bên cạnh đó, vận hành thiết bị này ta phải chú ý đến vấn đề an toàn lao động để tránh rủi ro có thể xảy ra, gây thiệt hại người và cuûa TAØI LIEÄU THAM KHAÛO [1].Trần Hùng Dũng – Nguyễn Văn Lục – Hoàng Minh Nam – Vũ Bá Minh, “Quá trình vaø Thieát bò Coâng Ngheä Hoùa Hoïc – Taäp 1, Quyeån 2: Phaân rieâng baèng khí động, lực ly tâm, bơm, quạt, máy nén Tính hệ thống đường ống”, Nhà xuất Đại hoïc Quoác gia TpHCM, 1997, 203tr [2].Voõ Vaên Bang – Vuõ Baù Minh, “Quaù trình vaø Thieát bò Coâng Ngheä Hoùa Hoïc – Taäp 3: Truyền Khối”, Nhà xuất Đại học Quốc gia TpHCM, 2004, 388tr [3].Phaïm Vaên Boân – Nguyeãn Ñình Thoï, “Quaù trình vaø Thieát bò Coâng Ngheä Hoùa Học – Tập 5: Quá trình và Thiết bị Truyền Nhiệt”, Nhà xuất Đại học Quốc gia TpHCM, 2002, 372tr [4].Phạm Văn Bôn – Vũ Bá Minh – Hoàng Minh Nam, “Quá trình và Thiết bị Công Nghệ Hóa Học – Tập 10: Ví dụ và Bài tập”, Nhà xuất Đại học Quốc gia TpHCM, 468tr [5].Taäp theå taùc giaû, “Soå tay Quaù trình vaø Thieát bò Coâng ngheä Hoùa chaát – Taäp 1”, Nhaø xuaát baûn Khoa hoïc Kyõ thuaät Haø Noäi, 1999, 626tr [6].Taäp theå taùc giaû, “Soå tay Quaù trình vaø Thieát bò Coâng ngheä Hoùa chaát – Taäp 2”, Nhaø xuaát baûn Khoa hoïc Kyõ thuaät Haø Noäi, 1999, 447tr [7].Hồ Lê Viên, “Thiết kế và Tính toán các thiết bị hóa chất”, Nhà xuất Khoa học và Kyõ thuaät, Haø Noäi, 1978, 286tr [8].Nguyễn Minh Tuyển, “Cơ sờ Tính toán Máy và Thiết bị Hóa chất – Thực phẩm”, Nhà xuaát baûn Khoa hoïc vaø Kyõ thuaät, Haø Noäi, 1984, 134tr [9].Trần Hữu Quế, “Vẽ kỹ thuật khí – Tập 1”, Nhà xuất Đại học và Giáo dục chuyeân nghieäp, 1991, 160tr [10].Phạm Đình Trị, “380 phương thức điều chế và ứng dụng hóa học sản xuất và đời sống”, Nhà xuất TpHCM, 1988, 144tr [11].Nguyễn Thế Đạt, “Khoa học kỹ thuật bảo hộ lao động và số vấn đề môi trường”, Nhà xuất Khoa học và Kỹ thuật, Hà Nội, 2005, 283tr [12].Thế Nghĩa, “Kỹ thuật an toàn sản xuất và sử dụng hóa chất ”, Nhà xuất Khoa hoïc Kyõ thuaät, 2000, 299tr