LỜI MỞ ĐẦU Một trong những ngành có sự đóng góp to lớn đến công nghiệp nước ta nói riêng và thế giới nói chung, đó là ngành Công nghệ Dầu khí và khai thác dầu. Hiện nay, trong nhiều ngành sản xuất hóa chất cũng như sử dụng sản phẩm hóa học, nhu cầu sử dụng nguyên liệu hoặc sản phẩm có độ tinh khiết cao phải phù hợp với quy trình sản xuất hoặc nhu cầu sử dụng. Ngày nay, các phương pháp được sử dụng để nâng cao độ tinh khiết như trích ly, chưng cất, cô đặc, hấp thụ,… Tùy theo đặc tính yêu cầu của sản phẩm mà ta có sự lựa chọn phương pháp thích hợp. Đối với môn học Quá trình và thiết bị là môn học mang tính tổng hợp trong quá trình học tập của các kỹ sư hóa trong tương lai. Môn học giúp sinh viên giải quyết nhiệm vụ tính toán cụ thể về yêu cầu công nghệ, kết cấu, điều kiện vận hành, giá thành của một thiết bị trong quá trình thiết kế thiết bị. Đây là bước đầu tiên để sinh viên vận dụng những kiến thức đã học của nhiều môn vào giải quyết những vấn đề kĩ thuật trong thực tế một cách tổng quát. Nhiệm vụ của môn học này là thiết kế tháp chưng cất hệ acetone – benzen hoạt động liên tục với năng suất nhập liệu 30 tấn/ngày, nồng độ nhập liệu là 38%, nồng độ sản phẩm đỉnh là 98% và nồng độ sản phẩm đáy là 1% . LỜI CẢM ƠN Em chân thành cảm ơn các quý thầy cô bộ môn Công nghệ Dầu khí và khai thác dầu, các bạn sinh viên đã giúp em hoàn thành đồ án này. Tuy nhiên, trong quá trình hoàn thành đồ án không thể tránh khỏi những sai sót, em rất mong quý thầy cô và các bạn đã góp ý, chỉ dẫn. CAM ĐOAN Chúng tôi xin cam đoan toàn bộ nội dung dự án do chính chúng tôi tìm kiếm tài liệu và tham khảo trình bày bên dưới là đúng sự thật. Không có sao chép từ bát cứ đồ án nào khá, tất cả những tham khảo và kế thừa đều được trích dẫn và tham chiếu đầy đủ. Chúng tôi chịu trách nhiệm từ cam đoan của mình. MỤC LỤC PHÂN CÔNG LÀM VIỆC CỦA NHÓM Bảng 1: Giản đồ GANTT CHƯƠNG I TỔNG QUAN VỀ SẢN PHẨM, QUÁ TRÌNH CHƯNG CẤT BIỆN LUẬN LỰA CHỌN THÁP CHƯNG CẤT VÀ DÂY CHUYỂN CÔNG NGHỆ I. Tổng quan sản phẩm 1. Acetone a. Công thức cấu tạo, một số tính chất hóa lý đặc trưng - Axeton (bắt nguồn từ từ tiếng Pháp acétone), còn được viết là a-xê-tôn, là hợp chất hữu cơ, có công thức là (CH3)2CO. Axeton là một chất lỏng dễ cháy, không màu và là dạng xeton đơn giản nhất. Axeton tan trong nước và là dung môi chủ yếu dùng để làm sạch trong phòng thí nghiệm, đồng thời là một chất dùng để tổng hợp các chất hữu cơ và còn được sử dụng trong các thành phần hoạt chất của sơn móng tay. 6,7 triệu tấn axeton được sản xuất trên toàn thế giới trong năm 2010, chủ yếu sử dụng làm dung môi và sản xuất metyl metacrilat và bisphenol. - Công thức cấu tạo : H3C – C – CH3 O - Tên gọi: + Danh pháp IUPAC : propanone + Tên thông thường : axetone + Tên khác : dimetyl fomandehit Bảng 2: Tính chất hóa lý của axetone Trạng thái, màu sắc Chất lỏng, không màu Khối lượng mol 58.04 g/mol Khối lượng riêng 0.791 g.cm-3 Điểm nóng chảy -95 đến -930C ( -139 đến -1360F) (178 đến 180K) Điểm sôi 56 đến 570C ( 133 đến 1340F ) (329 đến 330 K) Độ hòa tan trong nước Tan vô hạn Độ axit (pKa) 19.2 Độ bazo (pKb) -5.2 Độ nhớt 0.3075cP Điểm bắt lửa -170C Điểm chớp cháy 3580C Tốc độ bay hơi 0.00143 b. Tính chất hóa học đặc trưng - Cộng H2O tạo rượu bậc 2 - Phản ứng OXH – Khử + Phản ứng Khử • Để thực hiện phản ứng khử aceton có thể dùng H trên xúc tác Ni, Pt hoặc dùng LiAlH4. + Phản ứng OXH • Khi gặp các chất oxi hóa mạnh như KmnO4/ H2SO4.; K2Cr2O7/ H2SO4, … thì aceton bị bẻ gãy các mạch C cạnh nhóm cacbonyl để tạo axit hữu cơ. + Cộng xianua tạo thành xianhydrin c. Phương pháp sản xuất acetone - Trong thời kỳ chiến tranh thế giới thứ nhất do nhu cầu về nguồn aceton rất lớn, nên Hoa Kỳ đã áp dụng phương pháp chưng cất khan Ca(CH3COO)2 để thu được aceton bằng cách lên men rượu có mặt xúc tác của vi khuẩn để chuyển cacbohydrate thành aceton Butyl Alcohol. Công nghệ này được ứng dụng chủ yếu trong suốt cuộc chiến tranh thế giới lần thứ nhất vào những năm 20. Ca(CH3COO)2 → CaO + CO2↑ + (CH3)2CO - Tuy nhiên, đến giữa năm 20 và cho đến nay thì công nghệ trên đã được thay thế bằng công nghệ có hiệu quả hơn, công nghệ này chiếm khoảng ¾ phương pháp sản xuất Aceton của Hoa Kỳ : Dehydro Isopropyl Alcol. - Ngoài ra, còn có một số quá trình sản xuất Aceton khác như : • Oxi hóa Cumen Hydro Peroxide thành Phenol và Acetone • Oxi hóa trực tiếp Butan – Propan • Lên men Carbon Hydrate bởi vi khuẩn đặc biệt (Clostridium acetobutylicum) • Tổng hợp Aceton bằng cách Dehydro Isopropyl Alcol có xúc tác: CH3CHOHCH3 + 15.9 Kcal (ở 3270C ) CH3COCH3 + H2 - Xúc tác sử dụng: đồng và hợp kim của nó, oxit kim loại và muối - Khi nhiệt độ khoảng 325 độ C thì hiệu suất khoảng 97% dòng khí nóng sau phản ứng gồm có: Acetone, lượng Isopropyl Alcol chưa phản ứng, H2 và một phần nhỏ sản phẩm phụ như Propylene, disopropyl eter…. Hỗn hợp này sẽ được làm lạnh và khí không ngừng được lọc bởi nước. Dung dịch lỏng này được đem đi chưng cất phân đoạn sẽ thu được Aceton ở đỉnh và hỗn hợp của nước. Isopropyl Alcol (ít) ở đáy. d. Ứng dụng - Sản xuất sơn và nhựa resin - Dược và mỹ phẩm • Aceton dùng làm chất khử nứơc trong sản xuất thuốc và trong ngành công nghiệp mỹ phẩm và sơn, nước rửa móng tay, chân. - Nén khí Acetylene • Acetylene là một trong những loại khí công nghiệp quan trọng nhưng không thể nén một cách hiệu quả. Vì vậy,để bảo quản tốt các bình hình trụ mà không để xảy ra nguy cơ nổ thì aceton có thể hoà tan một lượng lớn khí Acetylene(khoảng 300 lần thể tích so vơí thể tích của chính nó). Acetylene được dùng trong bình khí cùng với khí acetone ở dạng đất sét hấp thụ. Do acetylene được hấp thụ hết bằng acetone nên khi khí Aceton bay ra sẽ kèm theo khí acetylene. Cho nên, ta cần phải bổ sung khí aceton mới đều đặn. - Ngoài ra còn có: dung môi tẩy rửa, mực in màu khô. 2. Benzen a. Công thức cấu tạo, tính chất hóa lý đặc trưng - Benzene là một hợp chất hữu cơ có công thức hoá học C6H6. Benzen là một hyđrocacbon thơm, trong điều kiện bình thường là một chất lỏng không màu, mùi dịu ngọt dễ chịu, dễ cháy. Benzen tan rất kém trong nước và rượu. Vì chỉ chứa carbon và hydro nên benzene là một hydrocarbon.
LỜI MỞ ĐẦU Một ngành có đóng góp to lớn đến cơng nghiệp nước ta nói riêng giới nói chung, ngành Cơng nghệ Dầu khí khai thác dầu Hiện nay, nhiều ngành sản xuất hóa chất sử dụng sản phẩm hóa học, nhu cầu sử dụng nguyên liệu sản phẩm có độ tinh khiết cao phải phù hợp với quy trình sản xuất nhu cầu sử dụng Ngày nay, phương pháp sử dụng để nâng cao độ tinh khiết trích ly, chưng cất, đặc, hấp thụ,… Tùy theo đặc tính yêu cầu sản phẩm mà ta có lựa chọn phương pháp thích hợp Đối với mơn học Q trình thiết bị mơn học mang tính tổng hợp q trình học tập kỹ sư hóa tương lai Môn học giúp sinh viên giải nhiệm vụ tính tốn cụ thể u cầu cơng nghệ, kết cấu, điều kiện vận hành, giá thành thiết bị trình thiết kế thiết bị Đây bước để sinh viên vận dụng kiến thức học nhiều môn vào giải vấn đề kĩ thuật thực tế cách tổng quát Nhiệm vụ môn học thiết kế tháp chưng cất hệ acetone – benzen hoạt động liên tục với suất nhập liệu 30 tấn/ngày, nồng độ nhập liệu 38%, nồng độ sản phẩm đỉnh 98% nồng độ sản phẩm đáy 1% LỜI CẢM ƠN Em chân thành cảm ơn q thầy mơn Cơng nghệ Dầu khí khai thác dầu, bạn sinh viên giúp em hồn thành đồ án Tuy nhiên, q trình hồn thành đồ án khơng thể tránh khỏi sai sót, em mong q thầy bạn góp ý, dẫn CAM ĐOAN Chúng tơi xin cam đoan toàn nội dung dự án chúng tơi tìm kiếm tài liệu tham khảo trình bày bên thật Khơng có chép từ bát đồ án khá, tất tham khảo kế thừa trích dẫn tham chiếu đầy đủ Chúng chịu trách nhiệm từ cam đoan MỤC LỤC PHÂN CƠNG LÀM VIỆC CỦA NHĨM Bảng 1: Giản đồ GANTT CHƯƠNG I TỔNG QUAN VỀ SẢN PHẨM, QUÁ TRÌNH CHƯNG CẤT BIỆN LUẬN LỰA CHỌN THÁP CHƯNG CẤT VÀ DÂY CHUYỂN CÔNG NGHỆ I Tổng quan sản phẩm Acetone a Cơng thức cấu tạo, số tính chất hóa lý đặc trưng - Axeton (bắt nguồn từ từ tiếng Pháp acétone), cịn viết a-xê-tơn, hợp chất hữu cơ, có cơng thức (CH3)2CO Axeton chất lỏng dễ cháy, không màu dạng xeton đơn giản Axeton tan nước dung môi chủ yếu dùng để làm phịng thí nghiệm, đồng thời chất dùng để tổng hợp chất hữu sử dụng thành phần hoạt chất sơn móng tay 6,7 triệu axeton sản xuất toàn giới năm 2010, chủ yếu sử dụng làm dung môi sản xuất metyl metacrilat bisphenol - Công thức cấu tạo : H3C – C – CH3 O - Tên gọi: + Danh pháp IUPAC : propanone + Tên thông thường : axetone + Tên khác : dimetyl fomandehit Bảng 2: Tính chất hóa lý axetone Trạng thái, màu sắc Chất lỏng, không màu Khối lượng mol 58.04 g/mol Khối lượng riêng 0.791 g.cm-3 Điểm nóng chảy -95 đến -930C ( -139 đến -1360F) (178 đến 180K) Điểm sôi 56 đến 570C ( 133 đến 1340F ) (329 đến 330 K) Độ hòa tan nước Tan vô hạn Độ axit (pKa) 19.2 Độ bazo (pKb) -5.2 Độ nhớt 0.3075cP Điểm bắt lửa -170C Điểm chớp cháy 3580C Tốc độ bay 0.00143 b Tính chất hóa học đặc trưng - Cộng H2O tạo rượu bậc - Phản ứng OXH – Khử + Phản ứng Khử Để thực phản ứng khử aceton dùng H xúc tác Ni, Pt dùng LiAlH4 + Phản ứng OXH Khi gặp chất oxi hóa mạnh KmnO4/ H2SO4.; K2Cr2O7/ H2SO4, … aceton bị bẻ gãy mạch C cạnh nhóm cacbonyl để tạo axit hữu + Cộng xianua tạo thành xianhydrin c Phương pháp sản xuất acetone - Trong thời kỳ chiến tranh giới thứ nhu cầu nguồn aceton lớn, nên Hoa Kỳ áp dụng phương pháp chưng cất khan Ca(CH 3COO)2 để thu aceton cách lên men rượu có mặt xúc tác vi khuẩn để chuyển cacbohydrate thành aceton Butyl Alcohol Công nghệ ứng dụng chủ yếu suốt chiến tranh giới lần thứ vào năm 20 Ca(CH3COO)2 → CaO + CO2↑ + (CH3)2CO - Tuy nhiên, đến năm 20 cơng nghệ thay cơng nghệ có hiệu hơn, cơng nghệ chiếm khoảng ¾ phương pháp sản xuất Aceton Hoa Kỳ : Dehydro Isopropyl Alcol - Ngoài ra, cịn có số q trình sản xuất Aceton khác : Oxi hóa Cumen Hydro Peroxide thành Phenol Acetone Oxi hóa trực tiếp Butan – Propan Lên men Carbon Hydrate vi khuẩn đặc biệt (Clostridium acetobutylicum) Tổng hợp Aceton cách Dehydro Isopropyl Alcol có xúc tác: CH3CHOHCH3 + 15.9 Kcal (ở 3270C ) CH3COCH3 + H2 - Xúc tác sử dụng: đồng hợp kim nó, oxit kim loại muối - Khi nhiệt độ khoảng 325 độ C hiệu suất khoảng 97% dịng khí nóng sau phản ứng gồm có: Acetone, lượng Isopropyl Alcol chưa phản ứng, H2 phần nhỏ sản phẩm phụ Propylene, disopropyl eter… Hỗn hợp làm lạnh khí không ngừng lọc nước Dung dịch lỏng đem chưng cất phân đoạn thu Aceton đỉnh hỗn hợp nước Isopropyl Alcol (ít) đáy d Ứng dụng - Sản xuất sơn nhựa resin - Dược mỹ phẩm Aceton dùng làm chất khử nứơc sản xuất thuốc ngành công nghiệp mỹ phẩm sơn, nước rửa móng tay, chân - Nén khí Acetylene Acetylene loại khí cơng nghiệp quan trọng khơng thể nén cách hiệu Vì vậy,để bảo quản tốt bình hình trụ mà khơng để xảy nguy nổ aceton hồ tan lượng lớn khí Acetylene(khoảng 300 lần thể tích so vơí thể tích nó) Acetylene dùng bình khí với khí acetone dạng đất sét hấp thụ Do acetylene hấp thụ hết acetone nên khí Aceton bay kèm theo khí acetylene Cho nên, ta cần phải bổ sung khí aceton đặn - Ngồi cịn có: dung mơi tẩy rửa, mực in màu khô Benzen a Công thức cấu tạo, tính chất hóa lý đặc trưng - Benzene hợp chất hữu có cơng thức hoá học C6H6 Benzen hyđrocacbon thơm, điều kiện bình thường chất lỏng khơng màu, mùi dịu dễ chịu, dễ cháy Benzen tan nước rượu Vì chứa carbon hydro nên benzene hydrocarbon - Công thức cấu tạo : - Tên gọi : + Danh pháp IUPAC : Benzen + Tên khác : Benzol cyclohexa – 1,3,5 – trien Bảng 3: Tính chất hóa lý Benzen Trạng thái, màu sắc Lỏng, không màu Khối lượng mol 78.1121 g/mol Khối lượng riêng 0.8786 g/cm3 Điểm nóng chảy 5.50C ( 278.6 K) Điểm sôi 80.10C ( 353.2 K) Độ hòa tan nước 1.79 g/L ( 250 Độ nhớt 0.7528 cP ( 100C ) 0.6076 cP ( 250C ) 0.4965 cP ( 400C ) 0.3075 cP ( 800C ) - 110C Điểm bắt lửa b Tính chất hóa học đặc trưng - Phản ứng - Phản ứng cộng + Cộng Cl2/UV cộng H2/Ni - Phản ứng oxi hóa vịng benzen + Vịng benzen bền vững với chất oxi hóa mạnh thường dùng để oxi hóa anken CrO3, H2O2, KMnO4., …Tuy nhiên, có chất xt thích hợp, vịng benzen bị oxi hóa khơng hồn tồn O2 kk c Phương pháp sản xuất benzen - Đi từ thiên nhiên + Thơng thường hydrocacbon điều chế phịng thí nghiệm, thu số lượng lớn phương pháp chưng cất than đá, dầu mỏ… - Đóng vịng dehydro hóa ankan + Các ankan tham gia đóng vịng dehydro hóa tạo thành hydrocacbon thơm nhiệt độ cao có mặt xúc tác Cr2O3, hay kim loại chuyển tiếp Pd, Pt CH3(CH2)4CH3 C6H6 - Dehydro hóa cycloankan + Các cycloankan bị dehydro hóa nhiệt độ cao với có mặt xúc tác kim loại chuyển tiếp tạo thành benzen hay dẫn xuất benzen C6H12 C6H6 - Đi từ acetylen + Đun acetane có mặt xúc tác than hoạt tính hay phức niken Ni(CO)[(C6H5)P] thu benzen C2H2 C6H6 d Ứng dụng - Sản xuất styren cho tổng hợp polymer - Sản xuất cumen cho việc sản xuất lúc axeton phenol - Sản xuất cyclohexan tổng hợp nilon - Làm dung môi, sản xuất dược liệu II Tổng quan trình chưng cất Quá trình chưng cất phương pháp chưng cất 10 Chênh lệch nhiệt độ mặt ống truyền nhiệt nhiệt độ hỗn hợp: Δt 2=t T 2−ttb=106,88−71,385=35,5 ℃C Nhiệt cấp từ ống truyền nhiệt vào hỗn hợp: q2 = Δt α F = 35,5.775,17 = 27518,5 (W/m2) Sai số dòng nhiệt truyền tính theo cơng thức: ∣q 1−q 2∣ ∣27843,42− 27518,5∣ q1 = 27843,42 =1,16% < 5% Vây chọn ∆t1 = 1,72℃C phù hợp Giá trị dòng nhiệt trung bình: q1+q2 27843,42+ 27518,5 = = 27681,97 (W/m2) 2 1 = 1 =>K = = 572,54 (W/m2 K) −4 + r+ + +3,95 t 16188,036 αF ∑ 775,17 ×10 α qtb = V Tính bề mặt truyền nhiệt + Bề mặt truyền nhiệt cần thiết tính theo cơng thức: Q = 3,91 (m2) F = q = 108,25.103 tb 27681,97 + Với chiều cao H, đường kính ống truyền nhiệt chọn d, số ống truyền nhiệt tính theo cơng thức: F 8,96 n= = = 13,83 (ống) π d H π 0,036 2,5 Quy chuẩn nth = 19 ống Ta bố trí ống xếp theo hình cạnh gồm hình Số ống đường xuyên tâm hình cạnh b = ống (tra bảng V.11 (II.48)) + Kiểm tra lại chế độ dòng chảy dòng nguyên liệu Từ số ống thực tế (nth) đường kính ống truyền nhiệt chọn (H) GF ω th = nth ρ π d2 = 4.1250 19 812,36 π 0.0362 3600 Theo lý thuyết ta chọn ω = 0,42 (m/s) = 0,022(m/s) 812,36 ωth d ρ 0,022 0,036 × −4 3,344 10 = = 1882 μ Do lý thuyết lớn thực tế nên ta phải chia ngăn Re th = Số ngăn xác định theo công thức sau: ω0 0,42 = 5,13 (ngăn) m = ωth = 0,022 Theo nguyên tắc số ngăn phải chọn nên ta chọn m = ngăn - Tính tốn đường kính thiết bị: Đường kính ngồi ống truyền nhiệt: dn = d +2δ = 0.036 + 2,5.10-3 = 0,04 (m) Đường kính thiết bị ống xếp theo hình lục giác tính theo công thức: D = t (b - 1) + 4.dn Trong đó: + t: Bước ống, m, thường chọn t = 1,2 dn = 1,2 0,04 = 0,048 + b: Số ống đường xuyên tâm hình cạnh, b= (ống) => D = t ( b - 1) + 4.dn = 0,048 (5-1) + 4.0,04 = 0,352 (m) Đường kính thiết bị ống xếp theo hình trịn tính theo cơng thức: D = t (2n+1) Trong đó: n: Số vòng tròn, n = (vòng) => D = t (2n+1) = 0,048 ( 2.2 + 1) = 0,24 (m) = 240 (mm) Dựa vào bảng XIII.6 để chọn lại đường kính thiết bị D = 400 (mm) = 0.4 (m) Khoảng cách t ống liền gọi bước ống Khi lắp ống cách nong: tmin = 1,5.dn = 1,5.0,04 = 0,06 (m) Khi lắp cách hàn: tmin = 1,2.dn = 1,2 0,04 = 0,048 (m) Khoảng cách từ ống đến vỏ thiết bị: t- dn = 0,06 – 0,04 = 0,02 (m) = 20 (mm) > (mm) Đường kính thiết bị: D = t.(b-1) +2 (t-dn) = 0,06.(5-1) +2.(0,06 - 0,04) = 0,28 (m) Đường kính tính theo cơng thức gần đúng: Chọn K= 0,7: hệ số xếp ống • • Khi xếp hình cạnh: D = 1,05 √ n t = 1,05 K √ 0,06 = 0,106 (m) = 106 (mm) 0,7 Khi xếp ống theo hình vuông: D = 1,13 √ √ n.Kt 0,7 0,06 = 1,13 = 0,115 (m) = 115 (mm) + Lựa chọn chất tải nhiệt hay ống * Chất tải nhiệt ống • • • • Nhiều cặn bẩn hơn; Áp suất lớn hơn; Có tính ăn mịn cao hơn; Có nhiệt độ cao thấp * Chất tải nhiệt ngồi ống • • Có thể tích lớn, đặc biệt lưu thể dạng khí áp suất thường hệ số cấp nhiệt nhỏ; Hơi bảo hịa, dễ tách ngưng tụ CHƯƠNG VI TÍNH TỐN VÀ CHỌN BƠM I Tính bơm Để vận chuyển hỗn hợp đầu từ bể chứa lên thùng cao vị ta phải sử dụng bơm thủy lực Trong điều kiện suất yêu cầu kinh tế, kỹ thuật để vận chuyển hỗn hợp Axit formic- Axit acetic nhiệt độ môi trường ta chọn bơm ly tâm Loại bơm có ưu điểm sau: +Vận chuyển chất lỏng liên tục đặn + Có số vịng quay lớn, truyền động trực tiếp từ động điện + Có thể bơm chất lỏng bẩn nhiều loại chất lỏng khác Tính suất thể tích bơm => đường kính ống bơm Q= GF ρ Trong đó: + GF: Lưu lượng khối lượng hỗn hợp đầu, (kg/s) + ρ: Khối lượng riêng hỗn hợp đầu, (kg/m3) Nội suy bảng I.2 (I.9) nhiệt độ t = 25℃C ta có: ρ A = 785,25 (kg/m3) => aF = ρ ⇒Q= ρA GF ρ ρ B = 873,75 (kg/m3) 1−aF 0.38 1−0.38 → ρ = 837,86 (kg/m3) + = + 785,25 873,75 ρB 1250 = = 4,14 10-4 (m3/s) 3600× 837,86 Đường kính ống bơm: d = √ V ,785 ω Với: + ω: Vận tốc chất lỏng ống (Chọn từ bảng II.2-Tr370/1) ω = (m/s) + V = Q.V 4,14 10 ⇒d= = −4 = 0.016 (m) √ √ ,785 ω 0,785 Quy chuẩn d= 20 (mm) Tính áp suất toàn phần bơm ∆ P = ∆Pđ + ∆Pm + ∆PH +∆PC +∆PT +∆PK Trong đó: + ∆Pđ: Áp suất động lực học, (N/m2) + ∆Pm: Áp suất để thắng trở lực ma sát dòng chảy ổn định ống thẳng, (N/m2) + ∆PH: Áp suất cần thiết để nâng chất lỏng lên cao để thắng áp suất thủy tĩnh, (N/m2) + ∆PC: Áp suất cần thiết để thắng trở lực cục bộ, (N/m2) + ∆PT: Áp suất cần thiết để thắng trở lực thiết bị, (N/m2) + ∆PK: Áp suất bổ sung cuối ống dẫn trường hợp đầu chất lỏng cần áp suất cao hơn, (N/m2) - Áp suất động lực học ∆Pđ = ρ× ω = 837,86 × 22 = 1675,73 (N/m2) - Áp suất để khắc phục trở lực ma sát dòng chảy ổn định ống thẳng Trong đó: ∆ Pm = λ× L d × ρ ×ω 2 + L: Chiều dài ống dẫn, (m), chọn L =15 (m) + d: Đường kính ống dẫn, (m), d = 20 (mm) =0.02 (m) + λ: Hệ số ma sát Hệ số ma sát λ phụ thuộc vào chế độ chuyển động chất lỏng độ nhám thành ống dẫn, phụ thuộc vào chuẩn số Re Re = ω d ρ f μf Nội suy bảng I.101 (I.91) nhiệt độ t = 25 ℃C ta có: μA = 0.3575 10-3 (N.s/m2) μB = 0.605 10-3 (N.s/m2) Độ nhớt hỗn hợp tính theo cơng thức: Lg μhh =xF.lg μA +(1–xF) lg μB= 0.452.lg (0,36 10-3) + (1 - 0.452).lg (0,605 10-3) = -3,32 =>μhh = 4,786.10-4 N.s/m2 ω d ρ f 2.0.02 837,86 =>Re = = = 70026 > 104 Vậy chất lỏng chảy xoáy μf 4,786 10−4 So sánh Re với Regh (Chuẩn số Reynold tới hạn khu vực nhẵn thủy lực - công thức II.60Tr378/1) Ren (Chuẩn số Reynold bắt đầu xuất vùng nhám - công thức II.62Tr379/1) để xác định chế độ chảy dịng => cơng thức tính hệ số ma sát * Chuẩn số Reynold tới hạn khu vực nhẵn thủy lực Regh = 6.( d ε )7 Với ε : độ nhám tuyệt điều kiện ống không hàn, ε = 0,08 (mm) = 0,08.10-3 (m) => Regh = 6.( )7 = 0.02 d )7 = 3301.06 ( 0,08 10−3 ε * Chuẩn số Reynold bắt đầu xuất vùng nhám Ren = 220×( )8 = 220× 0.02 d ( 0.08 × ε 10−3 )8 = 109674.38 => Regh < Re < Ren nên hệ số ma sát λ phụ thuộc vào chuẩn số Re độ nhám thành ống ε 100 λ = ) 0,1.(1,46 d + ℜ ¿> ∆Pm = λ L d ρ ω ,25 0,08 10−3 = 0,1.(1,46 = 0.029 15 , 02 ,02 ) 100 + ,25 = 0.029 70026 837,86 , = 36696 (N/m2) 52 - Áp suất cần thiết để khắc phục trở lực cục ∆ ρ ω2 Pc = ξ Trong đó: l ρ ω2 = λ d + ξ: hệ số trở lực cục + l: chiều dài tương đương, (m) = 9216,53 (N/m2) ρ ¿> ∆Pc = ρ ω = λ ω2 l ξ d - Áp suất cần thiết để nâng chất lỏng lên cao để thắng áp suất thủy tĩnh ∆PH = ρ g H Trong đó: + H: Chiều cao chất lỏng cột chất lỏng, H =15 (m) ¿> ∆PH = ρ g H = 837,86 9.81 15 = 123292,1 (N/m2) - Áp suất cần thiết để khắc phục trở lực thiết bị, Bơm ly tâm có trở lực nhỏ, nên cách gần bỏ qua (∆PT) - Áp suất bổ sung cuối ống dẫn trường hợp cần thiết Thùng cao vị làm việc áp suất khí nên ∆PK = =>∆P=∆Pđ+∆Pm+∆PH+∆PC+∆PT+∆PK= 1675,73 + 36696,5 + 123292,1 + 9216,53=170880 (N/m2) Công suất bơm động điện - Chiều cao toàn phần H bơm cần tạo ra: ∆ 170880 ∆ P = ρ g H => H = = = 20,79 (m) P 837,86 ,81 ρ.g - Công suất yêu cầu trục bơm: Q ρ g H N = η 1000 Trong đó: + Q: Năng suất bơm, (m3 /s), Q = 4,14 10-4(m3/s) + ρ: Khối lượng riêng chất lỏng, (kg/m3) + g: Gia tốc trọng trường, (m/s2) + H: Áp suất toàn phần bơm, (m) + η: Hiệu suất chung bơm, η = 0.85 η= ηo.ηlt.ηck – giá trị η chọn từ bảng II.32-Tr439/1 Chọn: Hiệu suất thể tích ηo = 0.9 Hiệu suất thủy lực ηlt = 0.85 Hiệu suất khí ηck = 0.95 => η= ηo.ηlt.ηck = 0,9 0,85 0,95 = 0,73 Q× ρ× g× H => N = = η 4,14 10−4 837,86 9,81.20,79 0,73× 1000 = 0,097 (KW) - Công suất động điện N đc N = η t × ηđc r Trong đó: +ηtr :Hiệu suất truyền động, ηtr = +ηđc: Hiệu suất đông điện, ηđc = 0,8 N 0,097 => N = = = 0,122 (KW) đc ηt ηđc 1× , r Thông thường người ta chọn động điện có cơng suất lớn cơng suất tính tốn: C Nđ = β× Nđc c Trong + β hệ số dự trữ cơng suất Vì Nđc < 1, ta chọn β = 0,2 => N Cđ = β Nđc = 0,2.0,122 = 0,024 (KW) c * Như dựa vào thông số bơm ta chọn loại bơm ly tâm cấp XM có áp suất tồn phần 20 m, suất 2m3/h, số vòng quay 2900 vòng/phút, nhiệt độ chất lỏng < 40 oC ( tra bảng II.39/447- tập 1) KẾT LUẬN Sau thời gian nghiên cứu, chúng em tìm hiểu học tập vấn đề: - Về kiến thức + Thiết kế tháp chưng cất acetone – benzen tương đối hoàn chỉnh biết trước suất, nồng độ nhập liệu, nồng độ sản phẩm đỉnh nồng độ sản phẩm đáy + Tính tốn tương đối chi tiết trình làm việc thiết bị khả chịu bền vật liệu tính ăn mịn học hóa học, điều kiện làm việc thiết bị + Thiết bị có ưu điểm suất cao, hoạt động ổn định + Tuy nhiên, vận hành ta cần ý độ xác cao, vấn đề an tồn lao động để tránh rủi ro xảy ra, gây thiệt hại người cải + Áp dụng môn nhiệt động học để có tính thành phần cân lỏng – + Ngồi ra, mơn Tốn Chun ngành góp phần giúp chúng em hồn thành tính số đĩa … - Về kỹ + Nâng cao khả tìm kiếm tài liệu, cách sử dụng sổ tay + Kỹ sử dụng Excel, thuyết trình, + Kỹ phối hợp làm việc nhóm TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Trần Xoa, Nguyễn Trọng Khng, “Sổ tay q trình thiết bị cơng nghệ hóa chất tập 1”Nhà xuất Khoa học Kỹ thuật [ ] Trần Xoa, Nguyễn Trọng Khng, Phạm Xn Toản, “Sổ tay q trình thiết bị cơng nghệ hóa chất tập 2”- Nhà xuất Khoa học Kỹ thuật [3] ... thu đáy + Đối với hệ acetone – benzen Sản phẩm đỉnh chủ yếu gồm acetone benzen Sản phẩm đáy chủ yếu gồm benzen acetone - Trong sản xuất ta gặp phương pháp chưng cất sau: + Chưng đơn giản: dùng... nguyên liệu, sản phẩm đỉnh đáy + xF, xP, xw : Phần mol cấu tử nhẹ dòng nguyên liệu, sản phẩm đỉnh đáy Xác định lưu lượng mol sản phẩm đỉnh đáy Ta có: GF = 30 tấn/ ngày 1250 kg / h Gp = GF ( aF –. .. hịa tan hồn tồn vào Hệ thống chưng cất 11 Hình 1 :Hệ thống trình chưng cất - Tháp chưng cất: + Trong sản xuất thường dùng nhiều loại thiết bị khác để tiến hành chưng cất + Yêu cầu thiết bị giống