Thiết kế tháp chưng cất hệ etanol nước hoạt động liên tục với nâng suất nhập liệu 1000 kg

Ket-noi.com diễn đàn cơng nghệ, giáo dục ĐAMH Quá Trình Thiết Bị GVHD : Vũ Bá Minh MỤC LỤC trang LỜI MỞ ĐẦU CHƯƠNG I : TỔNG QUAN I LYÙù THUYẾT VỀ CHƯNG CẤT Phương pháp chưng cất Thiết bị chưng cất: II GIỚI THIỆU SƠ BỘ NGUYÊN LIỆU Etanol Nước Hỗn hợp Etanol – Nước III CÔNG NGHỆ CHƯNG CẤT HỆ ETANOL – NƯỚC CHƯƠNG II : CÂN BẰNG VẬT CHẤT I CÁC THÔNG SỐ BAN ĐẦU II XÁC ĐỊNH SUẤT LƯNG SẢN PHẨM ĐỈNH VÀ SẢN PHẨM ĐÁY III XÁC ĐỊNH TỈ SỐ HOÀN LƯU THÍCH HP Tỉ số hoàn lưu tối thiểu Tỉ số hoàn lưu thích hợp IV PHƯƠNG TRÌNH ĐƯỜNG LÀM VIỆC – SỐ MÂM LÝ TH UYẾT Phương trình đường nồng độ làm việc đoạn cấ t Phương trình đường nồng độ làm việc đoạn chư ng Số mâm lý thuyết V XÁC ĐỊNH SỐ MÂM THỰC TẾ CHƯƠNG III :TÍNH TOÁN –THIẾT KẾ THÁP CHƯNG CẤT I ĐƯỜNG KÍNH THÁP Đường kính đoạn cất Đường kính đoạn chưng II MÂM LỖ – TRỞ LỰC CỦA MÂM Cấu tạo mâm lỗ Ket-noi.com diễn đàn cơng nghệ, giáo dục Độ giảm áp pha khí qua mâm http://www.ebook.edu.vn ĐAMH Quá Trình Thiết Bị GVHD : Vũ Bá Minh Kiểm tra ngập lụt tháp hoạt động : III TÍNH TOÁN CƠ KHÍ CỦA THÁP Bề dày thân tháp : Đáy nắp thiết bị : Bích ghép thân, đáy nắp : Đường kính ống dẫn – Bích ghép ống dẫn : Tai treo chân đỡ: CHƯƠNG IV : TÍNH TOÁN THIẾT BỊ TRUYỀN NHIỆT- THIẾ T BỊ PHỤ I CÁC THIẾT BỊ TRUYỀN NHIỆT Thiết bị ngưng tụ sản phẩm đỉnh Thiết bị làm nguội sản phẩm đỉnh Nồi đun gia nhiệt sản phẩm đáy Thiết bị trao đổi nhiệt nhập liệu sản phẩ m đáy Thiết gia nhiệt nhập liệu II TÍNH BẢO ÔN CỦA THIẾT BỊ III TÍNH TOÁN BƠM NHẬP LIỆU Tính chiều cao bồn cao vị Chọn bơm CHƯƠNG V : GIÁ THÀNH THIẾT BỊ I TÍNH SƠ BỘ GIÁ THÀNH CỦA THIẾT BỊ II KẾT LUẬN TÀI LIỆU THAM KHẢO Ket-noi.com diễn đàn cơng nghệ, giáo dục http://www.ebook.edu.vn ĐAMH Quá Trình Thiết Bị GVHD : Vũ Bá Minh Ket-noi.com diễn đàn cơng nghệ, giáo dục ĐAMH Quá Trình Thiết Bị GVHD : Vũ Bá Minh LỜI MỞ ĐẦU Một ngành có đóng góp to lớn đến ngành cô ng nghiệp nước ta nói riêng giới nói chung, ngành công nghiệp hóa học Đặc biệt ngành hóa chất Hiện nay, nhiều ngành sản suất hóa học sử du ïng sản phẩm hóa học, nhu cầu sử dụng nguyên liệu sản phẩm có độ tinh kh iết cao phải phù hợp với quy trình sản suất nhu cầu sử dụng Ngày nay, phương pháp sử dụng để nâng cao độ tinh khiết: trích ly, chưng cất, cô đặc, hấp thu… Tùy theo đặc tính yêu cầu sản phẩm mà ta có lựa chọn phương pháp thích hợp Đối với hệ Etanol - Nước cấu tư û tan lẫn hoàn toàn, ta phải dùng phương pháp chưng cất để nâng cao độ tinh khiết c ho Etanol Đồ án môn học Quá trình Thiết bị môn học mang tính tổng hợp trình học tập kỹû sư hoá- thự c phẩm tương lai Mô n học giúp sinh viên giải nhiệm vụ tính toán cụ thể về: yêu cầu công nghệ, kết cấu, giá thành thiết bị sản xuất hoá chất - thực phẩm Đây bướ c để sinh viên vận dụng kiến thức học nhiều môn học o giải vấn đề kỹû thuật thực tế cách tổng hợp Nhiệm vụ ĐAMH thiết kế tháp chưng cất hệ Etanol - Nươ ùc hoạt động liên tục với nâng suất nhập liệu : 1000 kg/h có nồng độ 10% mol etan ol ,thu sản Ket-noi.com diễn đàn cơng nghệ, giáo dục phẩm đỉnh có nồng độ 85% mol etanol với độ thu hồi etanol 99% Em chân thành cảm ơn q thầy cô môn Máy & Thiết Bị, bạn sinh viên giúp em hoàn thành đồ án Tuy nhiên, trì nh hoàn thành đồ án sai sót, em mong q thầy cô góp ý, ch ỉ dẫn http://www.ebook.edu.vn ĐAMH Quá Trình Thiết Bị GVHD : Vũ Bá Minh CHƯƠNG I : TỔNG QUAN I LÝù THUYẾT VỀ CHƯNG CẤT: Phương pháp chưng cất : Chưng cất qua ùtrình phân tách hỗn hợp lỏng (hoặc khí lỏ ng) thành cấu tử riêng biệt dựa vào khác độ bay chúng ( hay nhiệt độ sôi khác áp suất), cách lặp lặp lại nhiều lần trình bay - ngưng tụ, vật chất từ pha lỏng vào pha ngược lại Khác với cô đặc, chưng cất trình dung môi chất tan ba y hơi, cô đặc trình có dung môi bay hôi Ket-noi.com diễn đàn công nghệ, giáo dục Khi chưng cất ta thu nhiều cấu tử thường bao nhiê u cấu tử thu nhiêu sản phẩm Nếu xét hệ đơn giản có hệ cấu tử ta thu sản phẩm: sản phẩm đỉnh chủ yếu gồm gồm cấu tử có đ ộ bay lớn (nhiệt độ sôi nhỏ ), sản phẩm đáy chủ yếu gồm cấu tử có độ bay bé(nhiệt độ sôi lớn) Đối với hệ Etanol - Nước sản phẩm đỉnh chủ yếu gồm etanol nước , ngược lại sản phẩm đáy chủ yếu gồm nước etanol Các phương pháp chưng cất: phân loại theo: Áp suất làm việc : chưng cất áp suất thấp, áp suất thươ øng áp suất cao Nguyên tắc phương pháp dựa vào nhiệt độ so âi cấu tử, nhiệt độ sôi cấu tử cao ta giảm áp suất làm việc để giảm nhiệt độ sôi cấu tử Nguyên lý làm việc: liên tục, gián đoạn(chưng đơn giản) va ø liên tục * Chưng cất đơn giản(gián đoạn): phương pháp đïc sư û dụng trường hợp sau: + Khi nhiệt độ sôi cấu tử khác xa + Không đòi hỏi sản phẩm có độ tinh khiết cao + Tách hỗn hợp lỏng khỏi tạp chất không bay + Tách sơ hỗn hợp nhiều cấu tử * Chưng cất hỗn hợp hai cấu tử (dùng thiết bị hoạt động li ên tục) trình thực liên tục, nghịch dòng, nhều đoạn Phương pháp cất nhiệt đáy tháp: cấp nhiệt trực tiếp ba èng nước: thường áp dụng trường hợp chất tách không tan nươ ùc Vậy: hệ Etanol – Nước, ta chọn phương pháp chưng cấ t liên tục cấp nhiệt gián tiếp nồi đun áp suất thường http://www.ebook.edu.vn Ket-noi.com diễn đàn cơng nghệ, giáo dục ĐAMH Quá Trình Thiết Bị GVHD : Vũ Bá Minh Thiết bị chưng cất: Trong sản xuất thường sử dụng nhiều loại tháp chu ùng có yêu cầu diện tích bề mặt tiếp xúc pha phải lớn ,điều na øy phụ thuộc vào độ phân tán lưu chất vaò lưu chất Tháp chưng cất phong phú kích cỡ ứng dụng ,các t háp lớn thường ứng dụng công nghiệp lọc hoá dầu Kích thước t háp : đường kính tháp chiều cao tháp tuỳ thuộc suất lượng pha lỏng, pha khí c tháp độ tinh khiết sản phẩm Ta khảo sát loại tháp chưng cất thường dùng tháp mâm tháp chêm Tháp mâm: thân tháp hình trụ, thẳng đứng phía có g ắn mâm có cấu tạo khác để chia thân tháp thành đoạn bằ ng nhau, mâm Tháp chêm Tháp mâm xuyên Tháp mâm chóp - Hiệu suất tương đố Ưu điểm: - Đơn giản - Hiệu suất cao i cao - Trở lực thấp - Hoạt động ổn- Hoạt động ổn địn định h - Làm việc với chất Nhược điểm: - Hiệu suất thấ- Trở lực cao - Cấu tạo phức tạp - Yêu cầu lắp đặt kh p khe -> lắp đóa thật - Trở lực lớn - Không làm việc vơ - Độ ổn định képhẳng ùi m pha lỏng pha đựơc cho tiếp xúc với Tùy theo cấ u tạo đóa, ta có: * Tháp mâm chóp : mâm bố trí có chép dạng:tròn , xú bắp ,chữ s… * Tháp mâm xuyên lỗ: mâm bố trí lỗ có đườn g kính (3-12) mm Tháp chêm(tháp đệm): tháp hình trụ, gồm nhiều đoạn no với Ket-noi.com diễn đàn cơng nghệ, giáo dục mặt bích hay hàn Vật chêm cho vào tháp theo tro ng hai phương pháp: xếp ngẫu nhiên hay xếp thứ tự tháp mâm chóp Nên ta chọn tháp chưng cất tháp mâm xuyên lỗ Vậy: Chưng cất hệ Etanol - Nước ta dùng tháp mâm xuyên lo ã hoạt động liên tục áp suất thường, cấp nhiệt gián tiếp đáy tháp II GIỚI THIỆU SƠ BỘ NGUYÊN LIỆU : Nguyên liệu hỗn hợp Etanol - Nước http://www.ebook.edu.vn ĐAMH Quá Trình Thiết Bị GVHD : Vũ Bá Minh Etanol: (Còn gọi rượu etylic , cồn êtylic hay cồn thực phẩ m) Etanol có công thức phân tử: CH3-CH2-OH, khối lượng phân tử: 46 đvC Là chất * So sánh ưu nhược điểm lỏng mùi loạicó tháp : đặc trưng, không độc, tan nhiều nước Một số thông số vật lý nhiệt động etanol: o + Nhiệt độ sôi 760(mmHg): 78.3 C + Khối lượng riêng: d420 = 810 (Kg/m ) Tính chất hóa học: Tất phản ứng hoá học xảy nhóm hydroxyl (OH) etanol thể tính chất hoá học * Phản ứng hydro nhóm hydroxyl: + CH3-CH2-OH CH3-CH2-O + H Hằng số phân ly etanol: K CH CH OH  10−18 , cho neân eta nol chất trung tính Nhận xét: tháp mâm xuyên lỗ trạng thái trung gian + Tính acid rượu tháp chêm vàthể qua phản ứng với kim loại kiềm, Natri hydrua(NaH), Natri amid(NaNH2): CH3-CH2-OH + NaH CH3-CH2-ONa + H2 Natri etylat  14 Do K CH CH OH  K H O  10 : tính acid rượu nhỏ tính aci d 2 Ket-noi.com diễn đàn cơng nghệ, giáo dục nước, nên muối Natri etylat tan nước bị thuỷ p hân thành rượu trở lại + Tác dụng với acid tạo ester: Rượu etanol có tính bazơ tươn g đương với nước Khi rượu tác dụng với acid vô H2SO4, HNO3 acid hữu tạo ester Lạnh CH3-CH2-OH + HO-SO3-H CH3-CH2O-SO3-H + H2O H + CH3-CH2O-H + HO-CO-CH3 CH3-COO-C2H5 + H2O * Phản ứng nhóm hydr oxyl: + Tác dụng với HX: CH3-CH2-OH + HXCH3-CH2-X + H2O + Tác dụng với Triclo Phoát pho: CH3-CH2-OH + PCl3 CH3-CH2-Cl + POCl + HCl + Tác dụng với NH3: CH3-CH2-OH Al2O3 o t C2H5-NH2 + H2O + NH3 + Phản ứng tạo eter tách loạ i nước: H2SO4 o >150 C 2CH3-CH2-OH CH3-CH2-OH H2SO4 o >150 C (CH3-CH2)2O + CH2=CH2 + H2O http://www.ebook.edu.vn ĐAMH Quá Trình Thiết Bị H2O GVHD : Vũ Bá Minh * Phản ứng hydro oxy hoá: CH3-CH2-OH Cu o 200-300 C CH3-CHO + H2 Ứng dụng: etanol có nhiều ứng dụng metanol, đóng vai trò quan trọng kinh tế quốc dân Nó nguyên liệu dùng để sản suất 150 mặt hàng khác ứng dụng rộng rãi ngành: công nghiệp nặng, y tế dược, quốc phòng, giao thông vận tải, dệt, c hế biến gỗ nông Ket-noi.com diễn đàn cơng nghệ, giáo dục nghiệp + Công nghiệp cao su tổng hợp + Dung môi hữu cơ:pha sơn + Nguyên liệu + Rượu mùi + Dấm Nhiên liệu Etanol + Động lực + Thuốc trừ sâu Khối lượng riêng d4 c + Thuốc súng không khói + Nhiên liệu hoả tiễn, bom bay : g / ml + Đồ nhựa + Thuốc nhuộm + Tơ nhân tạo + Keo dán + Hương liệu + Sát trùng + Pha chế thuốc + Sơn + Vecni Sơ đồ tóm tắt vị trí etanol ngành côn g nghiệp x(%phân mol) 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 y(%phaân mol) 33,2 44,2 53,1 57,6 61,4 65,4 69,9 75,3 81,8 89,8 100 90,5 86,5 83,2 81,7 80,8 80 79,4 79 78,6 78,4 78,4 o t( C) 100 Phương pháp điều chế: có nhiều phương pháp điều chế eta nol: hydrat hoá etylen với xúc tác H2SO4; thuỷ phân dẫn xuất halogen es ter etanol đun nóng với nước xúc tác dung dịch bazơ; hydro hoá aldyhyt acêtic; từ hợp chất kim… Trong công nghiệp, điều chế etanol phương pháp lên men từ nguồn tinh bột rỉ đường Những năm gần đây, nước ta côn g nghệ sản suất etanol chủ yếu sử dụng chủng nấm men Saccharomyses cerevisia e để lên men tinh bột: C6H6O6 Nấm men Zymaza 2C2H5OH + 2CO2 + 28 Kcal Trong đó: 95% nguyên liệu chuyển thành etanol CO2 http://www.ebook.edu.vn ĐAMH Quá Trình Thiết Bị GVHD : Vũ Bá Minh Ket-noi.com diễn đàn cơng nghệ, giáo dục 2o Từ (IV.22), bề mặt truyền nhiệt trung bình: http://www.ebook.edu.vn ĐAMH Quá TrìnhL  Thiết Bị Ftb   12,598 (m) 55 GVHD : Vũ Bá Minh 27,484.1000 = 0,9103 (m ) 1266,81.23,832 Suy chiều dài ống truyền nhiệt : 0,9103 0,025  0,021 Chọn: L = 15(m),(dự trữ khoảng 20%) Kieåm tr L  15  714,29  50 l = 1: thoả a: dtr 0,021 Vậy: thiết bị gia nhiệt dòng nhập liệu thiết bị truyền nh iệt ống lồng ống với chiều dài ống truyền nhiệt L = 15(m), chia thành 10 dãy, d ãy dài 1,5 (m) II TÍNH BẢO ÔN CỦA THIẾT BỊ: Trong trình hoạt động tháp, tháp tiếp xúc với kho âng khí nên nhiệt lượng tổn thất môi trường xung quanh ngày lớn Để tha ùp hoạt động ổn định, với thông số thiết kế, ta phải tăng dần lư (IV.27)  a (tv1 tv2 )  a tv (W/m ) ợng đốt gia nhiệt cho nồi đun để tháp không bị nguội (nhất 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 thi ết kế lớp cách nhiệt bao quanh thân tháp Chọn vật liệu cách nhiệt cho thân tháp amiăng có bề da øy a Tra tài liệu o tham khảo [2], hệ số dẫn nhiệt amiăng a = 0,151 (W/m K) Nhiệt lượng tổn thất môi trường xung quanh: Qm = 0,05.Qd = 0,05.265,148 = 13,2574 (KW) Nhieät tải mát riêng: Q ftb qm Ket-noi.com diễn đàn cơng nghệ, giáo dục  2 a a Với: + tv1 : nhiệt độ lớp cách nhiệt tiếp xúc với bề mặt tháp + tv1 : nhiệt độ lớp cách nhiệt tiếp xúc với khôn g khí + tv : hiệu số nhiệt độ hai bề mặt lớp h nhiệt o Nhận thấy: qm = const, nên chọn tov = tmax = tđáy -tkk ,tkk = 28 C o = 57,25 C: ứng với nhiệt trung Suy 100 – 28 bìn = 72 C tv =độ h ttbF = + ftb : diện tích bề mặt trung bình tháp (kể lớp cách nhiệt) ftb = H.Dtb = H.(Dt + Sthân + a) QF Từ (IV.27), ta có phương trình: = 0,149 (m/s)  13,2574.1000 0,15 3600 3600.947,513  F d 72 0,052  14,5.(0,500  0,003   a a ) Suy ra: a = 0,0195(m) Vaäy: chọn a = 20 (mm) http://www.ebook.edu.vn ĐAMH Quá Trình Thiết Bị 56 GVHD : Vũ Bá Minh III TÍNH TOÁN BƠM NHẬP LIỆU: Tính chiều cao bồn cao vị: Chọn đường kính ống dẫn nguyên liệu (nhập liệu): d = 50 (m m), độ nhám ống =0,1(mm) Các tính chất lý học dòng nhập liệu tra tài liệu tham khảo [4 (tập 1)] tF  t'F + Khối lượng riêng: F = 947,513 (Kg/m ) -3 + Độ nhớt động lực: F = 0,7978.10 (N.s/m ) Vận tốc dòng nhập liệu ống dẫn: vF = 42 0 Ket-noi.com diễn đàn công nghệ, giáo dục a Tổn thất đường o (m) dẫn: ⎛ ⎝ l d1 ⎞v ⎠ 2.g Với: + 1 : hệ số ma sát đường ống + l1 : chiều dài đường ống dẫn, chọn l1 = 20(m) + d1 : đường kính ống dẫn, d1 = d = 0,05(m) + 1 : tổng hệ số tổn thất cục Vậy:Tổn thất đường ống dẫn: h  42,5⎟ + vF : vận tốc dòng nhập liệu oáng daãn, vF = 0,14 1= ⎜ 0,0345 9(m/s) * Xác định 1 : Chuẩn số Reynolds dòng nhập liệu ống: Re1  F F  0,149.0,05.947,513 = 8848,05 3 0,7978.10 Theo tài liệu tham khảo [4 (tập 1)], ta có: 8 h  ⎜⎜ 1 ⎟   ⎟ F ⎝ ⎠ ⎝ 0,1⎠ + Chuẩn số Reynolds bắt đầu xuất vùng nhá m: 9 ⎝ ⎠ ⎝ 0,1 ⎠ Suy ra: Regh1 < Re1< Ren1: khu vực chảy độ, (ta øi liệu tham d  1)]): khảo [4v (tập 0,25 F ⎛   100 ⎞  0,0345 ⎝ d1 Re1 ⎠ 7 ⎛ 50 ⎞1 6.⎜ + Chuẩn  số Reynolds tới hạn: Regh1= ⎜ ⎟ = ⎛d ⎞ * Xác định 1: =7289,343 Hệ số tổn thất dòng nhập liệu qua: 8 ⎛ 50 ⎞ ⎟ =23,9.10 http://www.ebook.edu.vn ⎛ d1 ⎞ ⎟ Ren1= 220.⎜ ⎟ = 220.⎜ ĐAMH Quá Trình Thiết Bị 57 GVHD : Vũ Bá Minh + 101chỗ ⎜ 1,46 cong:⎟⎟u1=10.1,1 = 11 = 0,1.uốn ⎜ + van (van cầu): v1= 3.10 = 30 + lần đột thu: t1 = 0,5 + lần đột mở: m1 = + lưu lượng kế: l1 = (không đáng kể) Suy ra: 1 = u1 + v1 + t 1+ m1 + l1 = 42,5 ⎛ ⎝ 20 0,05 Ket-noi.com diễn đàn công nghệ, giáo dục ⎞ 0,149 ⎠ 2.9,81 =0,064(m) b Tổn thất đường ống dẫn thiết bị trao đổi nhiệ t: ⎛ ⎝ ⎞ v2 ⎠ 2.g l2 d2 (m) Với: + 2 : hệ số ma sát đường ống + l2 : chiều dài đường ống dẫn, l2 = 18(m) + d2 : đường kính ống dẫn, d2 = 0,021(m) + 2 : tổng hệ số tổn thất cục + v2 : vận tốc dòng nhập liệu ống dẫn, v2 = 0,84 (m/s) h2  ⎜⎜22 :   * Xaùc định  ⎟ Chuẩn số Reynolds dòng nhập liệu:(xem lại mục IV.I.4) ⎟ Re2= 15888,48 Theo tài liệu tham khảo [4 (tập 1)], ta có: 8 + Chuẩn số Reynolds tới hạn: Regh2= 6.⎜ 68 ⎝  ⎠ ⎟ = 6.⎜ ⎟ =2704, ⎝ 0,1⎠ + Chuẩn số Reynolds bắt đầu xuất vùng nhám: 9 Ren2= 220.⎜ ⎟ = 220.⎜ ⎟ =90140,38 ⎝  ⎠ ⎝ 0,1⎠ Suy ra: Regh2 < Re2 < Ren2: khu vực⎛ dchảy ⎛ 21 ⎞ độ, (tài ⎞ liệu tham khảo [4 (taäp 1)]): ⎛ ⎝ ⎟ 0,25  0,0334 ⎛ 21 ⎞  8 ⎛d ⎞ d2 * Xác định 2: Hệ số tổn thất dòng nhập liệu qua: 100 ⎞ ⎜ 1,46.cong + 11 chỗ ống quay ngược: q2=11.2,2 = 24,2 2= 0,1 ⎟ ⎜ Re ⎠ + chỗ uốn cong: u2= 1,1 + lần co heïp: c2 = 0,385 ⎝ http://www.ebook.edu.vn 58 ⎛ 0,021⎜ ⎞ ⎟ + lần mở rộng: m2 = ⎟  0,6783 ĐAMH Quá Trình Thiết Bị GVHD : Vũ Bá Minh 0,052 ⎠ Suy ra: 2 = u2 + q2 + c2+ m =26,363 Vậy:Tổn thất đường ống dẫn thiết bị trao đổi nhiệt: Ket-noi.com diễn đàn cơng nghệ, giáo dục ⎛ ⎞ 0,84 =1,978(m) ⎠ 2.9,81 18 0,021 ⎝ c Tổn thất đường ống dẫn thiết bị gia nhiệt nhậ p liệu: ⎛ l h2= ⎜ 0,0334 d3 ⎝ ⎞ v  26,363⎟ (m) ⎠ 2.g Với: + 3 : hệ số ma sát đường ống ⎜ + l3h3: chiều dài3 đường ống dẫn, l3 = 15(m)   ⎜ ⎟ + d3 : đường kính ⎟ ống dẫn, d3 = 0,021(m) + 3 : tổng hệ số tổn thất cục + v3 : vận tốc dòng nhập liệu ống dẫn, v3 = 0,8 55(m/s) * Xác định 3 : Chuẩn số Reynolds dòng nhập liệu:(xem lại mục IV.I.5) Re3= 29108,41 Theo tài liệu tham khảo [4 (tập 1)], ta có: 8 + Chuẩn số Reynolds tới hạn: Regh3= 6.⎜ 68 ⎛ d ⎠⎞ ⎝ ⎟ = 6.⎜ ⎟ =2704, ⎛ 21⎠ ⎞ ⎝ 0,1 + Chuẩn số Reynolds bắt đầu xuất vùng nhá m: 9 8 ⎛ 21 ⎞ ⎛ 3d ⎞ Ren3= 220.⎜ ⎟ = 220.⎜ ⎟ =90140,38 ⎝ ⎠ ⎝ 0,1⎠ Suy ra: Regh3 < Re3 < Ren3: khu vực chảy độ, (tài liệu tham khảo [4 (taäp 1)]): ⎟ 3= 0,1.⎜⎜1,46 ⎟0,25  0,0319 ⎛   100 ⎞ ⎝ d3 Re3 ⎠ * Xaùc định 3: Hệ số tổn thất dòng nhập liệu qua: + chỗ ống cong quay ngược: q3=9.2,2 = 19,8 + chỗ uốn cong: u3= 1,1 ⎛ 0,021 ⎞ ⎟ + lần co hẹp: c2 = 0,385 0,052 ⎠ + lần mở rộng: m2 = ⎜1  ⎟  0,6783 ⎝ Suy ra: 3 = u3 + q3 + c3+ m =21,963 h3= ⎜ 0,0319  21,963⎟ Vậy:Tổn thất đường ống dẫn thiết bị gia nhiệt: ⎛ ⎝ 15 0,021 ⎞ 0,855 =1,667(m) ⎠ 2.9,81 Ket-noi.com diễn đàn công nghệ, giáo dục http://www.ebook.edu.vn 59 ĐAMH Quá Trình Thiết Bị GVHD : Vũ Bá Minh Chọn : + Mặt cắt (1-1) mặt thoáng chất lỏng bồn cao vị v (2-2) mặt vcắt vị trí nhập liệu tháp cắt + Mặt p dụng phương trình Bernolli cho (1-1) vaø (2-2): z1 + 2 v1 P2 P 1  = z2 + + +hf1-2  F g 2.g 2.g  F g P2 P hay z1 = z2  F g + v 2 +hf1-2 2.g + Với: + z1: độ cao mặt thoáng (1-1) so với mặt đất, hay xem chiều cao bồn cao vị Hcv = z1 + z2: độ cao mặt thoáng (2-2) so với mặt đất, hay xem chiều cao từ vị trí nhập liệu tới mặt đất: z2 = hchân đỡ + hnắp + (Nchưng+1) (h + mâm ) = 0,145 + 0,15 + 11.(0,25 + 0,0018) = 3,0648 (m) + P1 : áp suất mặt thoáng (1-1), chọn P1 = at + P2 : áp suất mặt thoáng (2-2) v1  Xem P=P2 –P1 =Ncaát htl = 42 379,226 = 15927,492 (N/m ) + v1 : vận tốc mặt thoáng (1-1), xem v1 = 0(m/s) + 4,307 + v1 : vận tốc vị trí nhập liệu, v1 = vF = 0,149 (m/s) + hf1-2 : tổng tổn thất ống từ (1-1) ñeán (2-2): hf1-2 = h1 + h2 + h3 = 0,064 + 1,978 + 1,667 = 3,709(m) 2 Vaäy: Chiều cao bồn cao vị: P2 P v +hf1-2 2.g  F g Hcv = z2 + nhập liệu: V  Lưu lượng  1,055 (m /h) F= 0,1492 0 =2,813 15927,492 + 947,513.9,81 2.9,81 = 8,489(m) Choïn Hcv = 10(m) Chọn bơm: GF 1000 947,513 F Chọn bơm có suất Qb = 1,2 (m /h).Đường kính ống hú t, ống đẩy 21(mm),nghóa chọn ống 25x2 Ket-noi.com diễn đàn cơng nghệ, giáo dục Các tính chất lý học dòng nhập liệu tra tài liệu tham khảo [4 (tập 1)] o ứng với nhiệt độ trung bình t’F = 28 C: + Khối lượng riêng: F = 964,2 (Kg/m ) -3 + Độ nhớt động lực: F = 1,772.10 (N.s/m ) Vận tốc dòng nhập liệu ống hút đẩy: hhd = ⎜⎜   h   d ⎟ ⎟ http://www.ebook.edu.vn ĐAMH Quá Trình Thiết Bị vh = vd = 4.Qb 3600 .d h 60 GVHD : Vũ Bá Minh  4.1,2 = 0,962(m/s) 3600 ,0,0212 h F oáng hút ống đẩy: Tổng trở lựch Re= ⎛ lh  ld dh ⎝  ⎞ vh ⎠ 2.g Với: + lh : chiều dài ống hút, choïn ⎛ 21(m) ⎞ ⎛ d l⎞h = 1,5 + ld : chiều dài ống đẩy, chọn ld = 11,5 (m) + h : tổng tổn thất cục ống hút + d : tổng tổn8 thất cục 8bộ ống đẩy ⎛ 21 ⎞ ⎛d ⎞ +  : hệ số ma sát ống hút ống đẩy * Xác định : Chuẩn số Reynolds dòng nhập liệu: v d  0,962.0,021.964,2 =10992,53 3 ⎜  F= 0,1 ⎜1,46.1,772.10 ⎟ Theo tài liệu tham khảo ⎠[4 (tập 1)], ta có: 8 h + Chuẩn số Reynolds tới hạn: Regh= 6.⎜ ⎟ = 6.⎜ ⎟ =2704,68 ⎝  ⎠ ⎝ 0,1⎠ + Chuẩn số Reynolds bắt đầu xuất vùng nhám: 9 h Ren= 220.⎜ ⎟ = 220.⎜ ⎟ =90140,38 ⎝  ⎠ ⎝ 0,1⎠ Suy ra: Regh < Re < Ren: khu vực chảy độ, (tài liệ u tham khảo [4 (tập 1)]): ⎛   100 ⎞ ⎝ dh 0,25  0,0356 Re ⎟ * Xác định h: Hệ số tổn thất cục ống hút qua: + van caàu: vh= 10 Ket-noi.com diễn đàn cơng nghệ, giáo dục + lần vào miệng thu nhoû: t = Suy ra: h = vh + t =10,5 * Xác định d: 10,5  12,2⎟ hhd =thất ⎜ 0,0356 Hệ số tổn cục bộtrong ống đẩy qua: + van caàu: vd= 10 + laàn uốn góc: u =2ø.1,1 = 2,2 Suy ra: h = vd + u =12,2 Vậy:Tổn thất ống hút ống đẩy: v v http://www.ebook.edu.vn 61 ĐAMH Quá Trình Thiết Bị 1,5  11,5 0,021 ⎛ ⎝ GVHD : Vũ Bá Minh ⎞ 0,962 =2,110(m) ⎠ 2.9,81 Chọn : + Mặt cắt (1-1) mặt thoáng chất lỏng bồn chứa nguyên liệu + Mặt cắt (2-2) mặt chất lỏng bồn Q H thoáng g 1,2.12,11.964,2.9,81 Công Nb  cao vị.suất thực tế bơm: 3600 b b F b = p dụng phương trình Bernolli cho (1-1) vaø (2-2): z1 + P + + Hb= z2  F g + P2 + +hf1-2  F g 2.g 2.g Với: + z1: độ cao mặt thoáng (1-1) so với mặt đất + z2: độ cao mặt thoáng (2-2) so với mặt đất + 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 =hhd: tổng tổn thất ống từ (1-1) đến (2-2) + Hb : cột áp bôm Suy ra: Hb = (z2 – z1) + hhd = Hcv + hhd = 10 +2,11 =12,11(m.chất lỏng) Chọn hiệu suất bơm: b = 0,8 3600.0,8 = 47,73(W) = 0,064 (hp) Tóm lại: Để đảm bảo tháp hoạt động liên tục ta chọn bơ m li tâm loại XM Qb = 1,2 (m /h) rượu chất không độc hại Ket-noi.com diễn đàn công nghệ, giáo dục 2 2 (0,140 -0,050 ).0,012 + (0,205 -0,100 ) = 30.18,144 +(2.4 2.2 http://www.ebook.edu.vn ĐAMH Quá Trình Thiết Bị 62 GVHD : Vũ Bá Minh CHƯƠNG V : GIÁ THÀNH THIẾT BỊ I TÍNH SƠ BỘ GIÁ THÀNH CỦA THIẾT BỊ: Lượng thép X18H10T cần dùng: G1 = 53.m2+ m3+ 2.m4 = 53.1,955 + 531,808 + 2.7,347 = 650,117 (Kg) 2 S = 0,1 = 0,0157(m ) Lượng thép CT3 cần dùng: G2 = Gbích ghép thân + Gbích ghép ống dẫn 4 0,014) 7850 = 565,498(Kg) Số lượng bulông cần mua: n = 15.20 + 4.5 = 320 (bulông) Thể tích vật liệu cách nhiệt cần dùng: V = (Dt + St ).a H = (0,5 + 0,003).0,02.14,5 = 0,4583(m ) Chiều dài ống dẫn: * ng 25mm: L1= Lb +LTBTĐN +LTBGN +Lnồi ñun +LTBnt +LTBln = 13 + 18 + 15 + 91.1,5 + 91.1,5 + 20.2 =359(m)~36 0(m) * Oáng (31-50)mm: L2= Ldẫn + LTBGN +LTBTĐN +l1 = 40 +15 +18 +20 = 93(m) ~ 95(m) * ng 100mm: chọn ống dẫn đỉnh đáy tháp: L3 = 10(m) Ket-noi.com diễn đàn cơng nghệ, giáo dục Kính quan sát: đường kính là:100(mm), dày 5(mm) n g: ã o g n g + (c + Vật liệu Số lượng Đơn gía Thép X18H10T 650,117 (kg) 50000 (đ/kg) 32505850 Thép CT3 565,498 (kg) 10000 (đ/kg) 5654980 Bulông Thành tiền 320 (bulông) 3000 (đ/bulông Vật liệu cách nhiệ 0,4583 (m ) ng dẫn 25mm 360 (m) 960000 1833200 4000000 (đ/m 15000 (đ/m) 5400000 ng dẫn (31-50)mm 95 (m) 20000 (đ/m) 1900000 ng dẫn 100mm 10 (m) 40000 (đ/m) 400000 27 (cái) 30000 (đ/cái) 810000 Bộ phận nối (31- 33 (cái) 50000 (đ/cái) 1650000 Bơm 2.0,064 (hp) 700000 (đ/hp) 89600 (cái) 600000 (đ/cái) 600000 Nhiệt kế điện trở tự (cái) 200000 (cái) 1000000 Lưu lượng kế (