ĐỒ ÁN THIẾT KẾ KỸ THUẬT HÓA HỌC THIẾT KẾ THIẾT BỊ CHƯNG CẤT HỖN HỢP BENZENE – TOLUEN SỬ DỤNG THÁP MÂM CHÓP VỚI NĂNG SUẤT 5m3/h GVHD: Thầy Nguyễn Sĩ Xuân Ân Lớp: HC17HLY TP. HCM, 2020 MỤC LỤC LỜI MỞ ĐẦU6 1.Chương I: Giới thiệu7 2.Chương 2: Tổng quan7 2.1Giới thiệu nguyên liệu:7 2.1.1Benzen:7 2.1.2Toluen:8 2.2Tổng quan về quá trình chưng cất:8 2.2.1Khái niệm:8 2.2.2Các phương pháp chưng cất:9 2.2.3Các thiết bị chưng cất:9 3.Chương 3: Quy trình công nghệ11 4.Chương 4: Cân bằng vật chất và năng lượng12 4.1Cân bằng vật chất:12 4.1.1Xác định suất lượng sản phẩm đỉnh và sản phẩm đáy thu được:12 4.1.2Xác định tỷ số hoàn lưu:14 4.1.3Xác định phương trình đường làm việc:15 4.1.4Xác định số mâm lý thuyết:15 4.1.5Xác định số mâm thực tế16 4.2Cân bằng năng lượng:19 4.2.1Cân bằng nhiệt lượng của thiết bị đun nóng hỗn hợp đầu:19 4.2.2Cân bằng nhiệt lượng cho tháp chưng cất:21 4.2.3Cân bằng nhiệt lượng của thiết bị ngưng tụ25 4.2.4Cân bằng nhiệt lượng của thiết bị làm nguội:26 5.Chương 5: Tính toán thiết bị chính26 5.1Tính đường kính tháp:26 5.1.1Tính đường kính đoạn cất:27 5.1.2Tính đường kính đoạn chưng:30 5.2Tính chiều cao tháp:33 5.3Tính kết cấu của tháp mâm chóp:34 5.3.1Phần chưng:34 5.3.1 Phần cất:37 5.4Tính trở lực của tháp:39 5.5Kiểm tra sự hoạt động của chóp:42 6.Chương 6: Tính toán cơ khí43 6.1Các thông số ban đầu:43 6.2Tính bền thân chịu áp suất trong:44 6.3Tính bền đáy và nắp:44 6.4Tính toán mặt bích nối thân nắp đáy:45 6.5Đường kính các ống dẫn – Bích ghép các ống dẫn:46 6.6Tính toán chân đỡ49 6.6.1Tính trọng lượng tháp:49 6.6.2Tính chân đỡ tháp:50 7.Chương 7: Tính toán thiết bị phụ51 7.1Thiết bị ngưng tụ sản phẩm đỉnh:51 7.2Thiết bị làm nguội sản phẩm đỉnh:54 7.3Thiết bị đun sôi đáy tháp:57 7.4Thiết bị đun sôi nhập liệu:60 7.5 Bơm:63 KẾT LUẬN68 TÀI LIỆU THAM KHẢO69 DANH MỤC BẢNG Bảng 1: So sánh ưu nhược điểm các loại tháp10 Bảng 2:thị thành phần cân bằng lỏng - hơi và nhiệt độ sôi của hỗn hợp Benzen – Toluen ở 760 mmHg14 Bảng 3: Trở lực mâm khô40 Bảng 4: Trở lực mâm do sức căng bề mặt41 Bảng 5: Trở lực lớp chất lỏng trên mâm42 Bảng 6: Thông số mặt bích nối thân nắp đáy45 Bảng 7: Thông số mặt bích nối ống dẫn sản phẩm đáy46 Bảng 8:Thông số mặt bích nối ống dẫn nhập liệu47 Bảng 9: Thông số mặt bích nối ống dẫn hơi ra khỏi thiết bị48 Bảng 10: Thông số mặt bích nối ống dẫn hơi vào đáy tháp48 Bảng 11: Thông số mặt bích nối ống dẫn lỏng hoàn lưu49 Bảng 12: Thông số của chân đỡ50 DANH MỤC HÌNH Hình 1: Đồ thị thị thành phần cân bằng lỏng - hơi và nhiệt độ sôi của hỗn hợp Benzen – Toluen ở 760 mmHg15 Hình 2: Đồ thị xác định số mâm lý thuyết16 Hình 3: Giản đồ xác định hiệu suất trung bình của thiết bị17 Hình 4: Kết cấu chóp34 Hình 5: Kết cấu chân đỡ50 LỜI MỞ ĐẦU Khoa học kỹ thuật ngày càng phát triển đóng góp to lớn cho nền công nghiệp nước ta nói riêng và thế giới nói chung. Một trong những ngành có đóng góp vô cùng to lớn đó là ngành công nghiệp hoá học, đặc biệt là ngành sản xuất các hoá chất cơ bản. Hiện nay, các ngành công nghiệp cần sử dụng rất nhiều hoá chất có độ tinh khiết cao. Nhu cầu này đặt ra cho các nhà sản xuất hoá chất sử dụng nhiều phương pháp để nâng cao độ tinh khiết của sản phẩm như : trích ly, chưng cất, cô đặc, hấp thu … Tuỳ theo đặc tính yêu cầu của sản phẩm mà ta có sự lựa chọn phương pháp cho phù hợp. Đối với hệ benzene –toluene là hệ 2 cấu tử tan lẫn vào nhau, ta chọn phương pháp chưng cất để nâng cao độ tinh khiết cho benzene. Đồ án môn học Quá trình & Thiết bị là một môn học mang tính tổng hợp trong quá trình học tập của các kỹ sư Công nghệ Hoá học tương lai. Môn học này giúp sinh viên có thể tính toán cụ thể : quy trình công nghệ, kết cấu, giá thành của một thiết bị trong sản xuất hoá chất - thực phẩm. Đây là lần đầu tiên sinh viên được vận dụng các kiến thức đã học để giải quyết các vấn đề kỹ thuật thực tế một cách tổng hợp. Nhiệm vụ của đồ án là thiết kế tháp mâm chóp để chưng cất hỗn hợp Benzene – Toluene ở áp suất thường với năng suất nhập liệu là 0,5 m3/h có nồng độ 20% phần khối lượng benzene, nồng độ sản phẩm đáy là 1% khối lượng benzene, nồng độ sản phẩm đỉnh là 95% khối lượng benzene, nhập liệu ở trạng thái lỏng sôi.
ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA KHOA KỸ THUẬT HÓA HỌC BỘ MƠN Q TRÌNH & THIẾT BỊ ĐỒ ÁN THIẾT KẾ KỸ THUẬT HÓA HỌC THIẾT KẾ THIẾT BỊ CHƯNG CẤT HỖN HỢP BENZENE – TOLUEN SỬ DỤNG THÁP MÂM CHÓP VỚI NĂNG SUẤT 5m3/h GVHD: Thầy Nguyễn Sĩ Xuân Ân Lớp: HC17HLY TP HCM, 2020 Đồ án Thiết kế KTHH GVHD: thầy Nguyễn Sĩ Xuân Ân MỤC LỤC LỜI MỞ ĐẦU Chương I: Giới thiệu Chương 2: Tổng quan 2.1 Giới thiệu nguyên liệu: 2.1.1 Benzen: 2.1.2 Toluen: 2.2 Tổng quan trình chưng cất: 2.2.1 Khái niệm: 2.2.2 Các phương pháp chưng cất: 2.2.3 Các thiết bị chưng cất: Chương 3: Quy trình cơng nghệ 11 Chương 4: Cân vật chất lượng 12 4.1 Cân vật chất: 12 4.1.1 Xác định suất lượng sản phẩm đỉnh sản phẩm đáy thu được: .12 4.1.2 Xác định tỷ số hoàn lưu: 14 4.1.3 Xác định phương trình đường làm việc: 15 4.1.4 Xác định số mâm lý thuyết: 15 4.1.5 Xác định số mâm thực tế 16 4.2 Cân lượng: 19 4.2.1 Cân nhiệt lượng thiết bị đun nóng hỗn hợp đầu: 19 4.2.2 Cân nhiệt lượng cho tháp chưng cất: 21 4.2.3 Cân nhiệt lượng thiết bị ngưng tụ 25 4.2.4 Cân nhiệt lượng thiết bị làm nguội: 26 Chương 5: Tính tốn thiết bị 26 5.1 Tính đường kính tháp: 26 5.1.1 Tính đường kính đoạn cất: 27 5.1.2 Tính đường kính đoạn chưng: 30 Đồ án Thiết kế KTHH GVHD: thầy Nguyễn Sĩ Xuân Ân 5.2 Tính chiều cao tháp: 33 5.3 Tính kết cấu tháp mâm chóp: 34 5.3.1 Phần chưng: 34 5.3.1 Phần cất: 37 5.4 Tính trở lực tháp: 39 5.5 Kiểm tra hoạt động chóp: 42 Chương 6: Tính tốn khí 43 6.1 Các thông số ban đầu: 43 6.2 Tính bền thân chịu áp suất trong: 44 6.3 Tính bền đáy nắp: 44 6.4 Tính tốn mặt bích nối thân nắp đáy: 45 6.5 Đường kính ống dẫn – Bích ghép ống dẫn: 46 6.6 Tính toán chân đỡ 49 6.6.1 Tính trọng lượng tháp: 49 6.6.2 Tính chân đỡ tháp: 50 Chương 7: Tính tốn thiết bị phụ 51 7.1 Thiết bị ngưng tụ sản phẩm đỉnh: 51 7.2 Thiết bị làm nguội sản phẩm đỉnh: 54 7.3 Thiết bị đun sôi đáy tháp: 57 7.4 Thiết bị đun sôi nhập liệu: 60 7.5 Bơm: 63 KẾT LUẬN 68 TÀI LIỆU THAM KHẢO 69 DANH MỤC BẢNG Bảng 1: So sánh ưu nhược điểm loại tháp 10 Bảng 2:thị thành phần cân lỏng - nhiệt độ sôi hỗn hợp Benzen – Toluen 760 mmHg 14 Bảng 3: Trở lực mâm khô 40 Bảng 4: Trở lực mâm sức căng bề mặt 41 Bảng 5: Trở lực lớp chất lỏng mâm 42 Bảng 6: Thông số mặt bích nối thân nắp đáy 45 Bảng 7: Thơng số mặt bích nối ống dẫn sản phẩm đáy 46 Bảng 8:Thơng số mặt bích nối ống dẫn nhập liệu 47 Bảng 9: Thơng số mặt bích nối ống dẫn khỏi thiết bị 48 Bảng 10: Thơng số mặt bích nối ống dẫn vào đáy tháp 48 Bảng 11: Thơng số mặt bích nối ống dẫn lỏng hoàn lưu 49 Bảng 12: Thông số chân đỡ 50 DANH MỤC HÌNH Hình 1: Đồ thị thị thành phần cân lỏng - nhiệt độ sôi hỗn hợp Benzen – Toluen 760 mmHg 15 Hình 2: Đồ thị xác định số mâm lý thuyết 16 Hình 3: Giản đồ xác định hiệu suất trung bình thiết bị 17 Hình 4: Kết cấu chóp 34 Hình 5: Kết cấu chân đỡ 50 LỜI MỞ ĐẦU Khoa học kỹ thuật ngày phát triển đóng góp to lớn cho cơng nghiệp nước ta nói riêng giới nói chung Một ngành có đóng góp vơ to lớn ngành cơng nghiệp hố học, đặc biệt ngành sản xuất hoá chất Hiện nay, ngành công nghiệp cần sử dụng nhiều hố chất có độ tinh khiết cao Nhu cầu đặt cho nhà sản xuất hoá chất sử dụng nhiều phương pháp để nâng cao độ tinh khiết sản phẩm : trích ly, chưng cất, đặc, hấp thu … Tuỳ theo đặc tính u cầu sản phẩm mà ta có lựa chọn phương pháp cho phù hợp Đối với hệ benzene – toluene hệ cấu tử tan lẫn vào nhau, ta chọn phương pháp chưng cất để nâng cao độ tinh khiết cho benzene Đồ án mơn học Q trình & Thiết bị mơn học mang tính tổng hợp trình học tập kỹ sư Cơng nghệ Hố học tương lai Mơn học giúp sinh viên tính tốn cụ thể : quy trình cơng nghệ, kết cấu, giá thành thiết bị sản xuất hoá chất - thực phẩm Đây lần sinh viên vận dụng kiến thức học để giải vấn đề kỹ thuật thực tế cách tổng hợp Nhiệm vụ đồ án thiết kế tháp mâm chóp để chưng cất hỗn hợp Benzene – Toluene áp suất thường với suất nhập liệu 0,5 m 3/h có nồng độ 20% phần khối lượng benzene, nồng độ sản phẩm đáy 1% khối lượng benzene, nồng độ sản phẩm đỉnh 95% khối lượng benzene, nhập liệu trạng thái lỏng sôi Chương I: Giới thiệu Nhiệm vụ đồ án môn học: Thiết kế tháp chưng cất hệ Benzene-Toluene hoạt động liên tục với thơng số sau: - Tháp chưng cất: Tháp mâm chóp, hoạt động liên tục Các thông số ban đầu: - Năng suất nhập liệu: F= m3/h - Nồng độ nhập liệu: xF= 0,2 phần khối lượng benzene - Nồng độ sản phẩm đỉnh: xD= 0,95 phần khối lượng benzene - Nồng độ sản phẩm đáy: xW= 0,01 phần khối lượng benzene Lựa chọn thơng số để tính tốn: - Nhiệt độ nhập liệu ban đầu: tbđ= 30oC - Nhiệt độ sản phẩm đỉnh sau làm nguội: tpn=30oC - Nhiệt độ dòng nước lạnh vào: tdlv=40oC - Trạng thái nhập liệu: lỏng sôi Chương 2: Tổng quan 2.1 Giới thiệu nguyên liệu: 2.1.1 Benzen: Benzen hidrocacbon thơm có cơng thức phân tử C6H6, điều kiện thường chất lỏng không màu, dễ cháy có mùi thơm Benzen tan nước, tan nhiều dung môi hữu cơ, đặc biệt benzen dung mơi tốt, hịa tan chất mỡ, cao su, hắc ín, Benzen thường tìm thấy dầu thơ sản phẩm phụ q trình lọc dầu Trong cơng nghiệp, benzen thường dùng làm dung mơi, chất trung gian hóa học sử dụng nhiều trình tổng hợp hóa chất Tính chất vật lý: Khối lượng mol: 78,1121 g/mol Khối lượng riêng: 0,8786 g/cm3 Nhiệt độ nóng chảy: 5,5°C Nhiệt độ sôi: 80,1°C 2.1.2 Toluen: Toluen hidrocacbon thơm bao gồm vòng benzen liên kiết với gốc methyl (C6H5CH3) Toluen chất lỏng suốt khơng màu, có mùi thơm đặc trưng, khơng hịa tan nước Toluen thường dùng làm nhiên liệu hàng không, ô tô, làm dung môi để tổng hợp chất khác Tính chất vật lý: Khối lượng mol: 92,14g/mol Khối lượng riêng: 0,8669 g/cm3 Nhiệt độ nóng chảy: -93°C Nhiệt độ sôi: 110,6°C 2.2 Tổng quan trình chưng cất: 2.2.1 Khái niệm: Chưng cất trình dùng để tách cấu tử hỗn hợp lỏng hỗn hợp khí – lỏng thành cấu tử riêng biệt dựa vào độ bay khác cấu tử hỗn hợp Khi chưng cất, ta thu nhiều sản phẩm thơng thường có cấu tử thu nhiêu sản phẩm Sản phẩm đỉnh gồm chủ yếu có độ bay lớn phần cấu tử có độ bay bé Sản phẩm đáy chủ yếu gồm cấu tử có độ bay bé phần cấu tử có độ bay lớn Đối với hệ benzen – toluen: Sản phẩm đỉnh gồm chủ yếu benzen lẫn toluen Sản phẩm gồm chủ yếu toluen lẫn benzen 2.2.2 Các phương pháp chưng cất: Các phương pháp chưng cất phân loại theo nhiều tiêu chí khác Theo áp suất làm việc: Áp suất cao: tiến hành hỗn hợp khơng hóa lỏng nhiệt độ thường Áp suất thường: hay sử dụng đơn giản Áp suất thấp: dùng cho hỗn hợp bị phân hủy nhiệt độ cao Theo phương pháp cấp nhiệt: Cấp nhiệt trực tiếp Cấp nhiệt gián tiếp Theo số bậc: Chưng cất đơn giản: bậc Chưng cất: nhiều bậc Ngồi ta phân loại chưng cất theo số cấu tử (hai hay nhiều cấu tử), theo phương pháp chưng ( trích ly, muối, đẳng phí), Lựa chọn chưng cất hệ Benzen – Toluen phương pháp chưng cất liên tục áp suất thường 2.2.3 Các thiết bị chưng cất: Trong sản xuất thường dùng nhiều loại thiết bị khác để thực trình chưng cất Tuy nhiên, yêu cầu chung cho thiết bị giống nhau, nghĩa diện tích bề mặt tiếp xúc pha phải lớn, điều tùy thuộc vào mức độ phân tán lưu chất vào lưu chất khác Q trình phân tán lưu chất dùng thiết bị tháp phun, tháp mâm, tháp chêm, Trong đó, tháp mâm tháp chêm hai loại tháp thường dùng Tháp mâm: gồm thân tháp hình trụ thẳng đứng có gắn mâm có cấu tạo khác pha lỏng pha tiếp xúc Tùy vào cấu tạo mâm mà ta có tháp mâm chóp, mâm xuyên lỗ Tháp mâm chóp: mâm có gắn chóp, chóp có rãnh xung quanh để pha khí qua, rãnh có hình chữ nhật, tam giác hay hình trịn Tháp mâm xun lỗ: mâm có nhiều lỗ hay rãnh lỗ thường bố trí đỉnh tam giác Tháp chêm: tháp hình trụ gồm nhiều bậc nối với mặt bích hay hàn Vật chêm đổ đầy tháp theo phương pháp xếp ngẫu nhiên hay xếp thứ tự Các pha tiếp xúc bề mặt vật chêm Vật chêm có nhiều hình dạng vịng rasching, hình yên ngựa, vòng xoắn, Bảng 1: So sánh ưu nhược điểm loại tháp Tháp Ưu điểm Nhược điểm Tháp mâm chóp Hiệu suất truyền khối cao, ổn Chế tạo phức tạp, trở lực lớn định, tiêu hao lượng nên có số mâm Tháp mâm xuyên lỗ Chế tạo đơn giản, vệ sinh dễ Yêu cầu kĩ thuật lắp đặt cao dàng, trở lực thấp mâm mâm phải thật ngang bằng, chóp, đường kính tháp lớn chất lỏng khơng phân phối mâm Tháp chêm Chế tạo đơn giản, trở lực thấp, Hiệu suất thấp có hiệu ứng thành, ổn định, hiệu ứng thành tăng tăng suất khó chế tạo tháp có kích thước lớn Lựa chọn chưng cất hệ Benzen – Toluen tháp mâm chóp Vậy �� = 119,56oC ��2 = 117,73oC Ta có: K=382,474 (W/m2 oC) Bề mặt truyền nhiệt: � = = 164,97 (m2) 589,33.1000 382,474 9,34 Chọn chiều dài trung bình m (phần thẳng 3m cho chiều phần cong với bán kính cong=1 khoảng cách ống thẳng) Số ống truyền nhiệt 164,97 = 300,1 � n= L.π.d = 7.π.0,0 n 25 Tra bảng V.11, trang 48, Sổ tay QT&TB CNHH tập Chọn số ống 331 ống a= 11: số ống cạnh hình sáu cạnh b= 2a-1=21: số ống đường chéo hình sáu cạnh Bước ống t=1,5 dn =0,0375 m Khi đó,đường kính thiết bị D= t.(b+1)+4dn = 0,925m 7.4 Thiết bị đun sôi nhập liệu: Chọn thiết bị đun sôi nhập liệu thiết bị trao đổi nhiệt kiểu ống chùm Ống truyền nhiệt làm thép X18H10T, kích thước ống 25x2 Các thơng số ống: - Đường kính ngồi: dn= 25 mm = 0,025 m; - Bề dày ống: δt = mm = 0,002 m; - Đường kính trong: dtr = 0,021 m; Hơi đốt nước at, ống 25x2 Ta thông số: - Nhiệt độ hóa hơi: �� 2� = �� = 2205,6 (kJ/kg) - Nhiệt độ sôi: ��2� = �� = 119,62 o C Dịng nhập liệu có nhiệt độ: - Trước vào nồi đun (lỏng): 25oC - Sau đun (lỏng sôi): 101,19oC Suất lượng nước cần dùng: � = 345,06 (kg/h) ��1 = 936298421,5(� /ℎ) = 260,083 (kW) Hiệu số nhiệt độ trung bình: Chọn kiểu truyền nhiệt ngược chiều, nên: (119,62 − 25) − (119,62 − 101,19) = 46,574 ∆tlog 119,62 − 25 = ln ( ) 119,62 − 101,19 Hệ số truyền nhiệt: 1 +Σrt+ K = αn Với: W/m2.K αF αn hệ số cấp nhiệt đốt W/m2.K αF hệ số cấp nhiệt dòng nhập liệu W/m2.K Σrt nhiệt trở qua thành ống lớp cáu Nhiệt tải qua thành ống lớp cáu: q = tF1−tF2 t (W/m2) Σrt Trong đó: Σr = t δt λt +r +r Bề dày thành ống: δt = (mm); Hệ số dẫn nhiệt thép không gỉ: λt = 16,3 (W/mK) Nhiệt trở lớp bẩn ống: r1 = 1/5000 (m2.K/W) Nhiệt trở lớp cáu ống: r2 = 1/5800 (m2.K/W) Suy Σrt = 4,95.10-4 (m2.K/W) Vậy qt= 2019,74 (tF1 − tF2) Xác định hệ số cấp nhiệt dòng nhập liệu ống: Tại nhiệt độ sơi trung bình dịng nhập liệu: ��� = 63,1oC �� = 832,745 kg/m3; �� = 824,9 kg/m3 � = �̅� �� + − − ̅�) (1 � � = 826,46 kg/m3 �� μB = 0,3785.10-3N.s/m2; μT = 0.3714.10-3 N.s/m2 log(μ) = xF log (μ� ) + (1 − xF) log (μT) � μ = 0,373.10-3 N.s/m2 � � = 0,1351 W/mK; �� = 0,1268 W/mK �ℎℎ = 0,1294 W/mK � � = 1946,275 J/kg.K; �� = 1912,4 J/kg.K �ℎℎ = 1919,175 J/kg.K Áp dụng công thức (V.35) trang 12, [2] ta ��� � � � � = = 5,532 �� Vận tốc dòng nhập liệu ống: � = = 4.4318,6 � � = 4,191 (m/s) 3600 3600.826,46 0,0212 νF.dtr.� 4,191 0,021.826,46 Re = = = 195006,89 > 104 � Chế độ chảy rối F 0,373.10−3 μ F Nu = 0,021 ε Re 1146,62 0,25 = F l F F 0,8 Pr 0,43 ( PrF ) PrF20.25 P r F Xác định hệ số cấp nhiệt nước phía vỏ: rN.g.λ3 ρ2 αN = 0,725 √ N N μN.(tN−tF1).dng Dùng phép lặp, chọn tF1=104oC Nhiệt độ trung bình màng nước ngưng tụ: tm= 111,81oC Tại nhiệt độ này: �� = 949,552 kg/m3; μn = 0,252.103 N.s/m2; �� = 0,6852 W/mK αN = 14356,89 W/m2.K � qn = αN.(tn-tF1) = 112127 W/m2 � qt=qn= 112127 W/m2 tF2 = tF1 – qt Σrt = 48,497oC Tại nhiệt độ này: �� = 848,653 kg/m3; �� = 838,928 kg/m3 � = �̅� �� + − −̅�) (1 � � = 840,855 kg/m3 �� μB = 0,4487.10-3 N.s/m2; μT = 0.4299.10-3 N.s/m2 log(μ) = xF log (μ�) + (1 − xF) log (μT) � μ = 0,4341.10-3 N.s/m2 �� = 0,1383 W/mK; �� = 0,1295 W/mK �ℎℎ = 0,1323 W/mK �� = 1869,61 J/kg.K; �� = 1842,48 J/kg.K �ℎℎ = 1847,91 J/kg.K Áp dụng công thức (V.35) = trang 12, [2] ta ��� ��.� �� = 6,064 � NuF = 730,681 � αF = 4602,7 W/m2.K (với q=qt) � qF = αF.(tF2-25) = 108150 W/m2 Kiểm tra sai số �= |� � − �| = 3,55% < 5% (thỏa) �� Vậy ��1 = 104oC ��2 = 48,497oC Ta có: K = 1386,61 (W/m2.oC) Bề mặt truyền nhiệt trung bình: ��� 260,083 = 1000 1386,61 46,574 4,027 ′ = 4,027 (m2) Chọn số ống 19 Khi đó, chiều dài ống truyền nhiệt: � = � �� �� � 0,025+0,021 19 ~2,93 (m) Lấy m = 0,02 = 142,86 > 50 nên εl = 1 7.5 Bơm: Năng suất bơm Tại nhiệt độ nhập liệu tF=25oC: �� = 873,75 kg/m3; �� = 861,25 kg/m3 � = �̅� �� + − −̅�) (1 � � = 863,72 kg/m3 �� μB = 0,605.10-3N.s/m2; μT = 0.554.10-3 N.s/m2 log(μ) = xF log (μ�) + (1 − xF) log (μT) � μ = 0,565.10-3 N.s/m2 �� = 0,1445 W/mK; �� = 0,1348 W/mK �ℎℎ = 0,1379 W/mK �� = 1753,75 J/kg.K; �� = 1732,5 J/kg.K �ℎℎ = 1736,75 J/kg.K Suất lượng thể tích dịng nhập liệu ống: Vậy chọn bơm có suất Qb= (m3/h) Cột = áp � 4318,6 =Chọn: = m3/h � � 863,72 - Mặt cắt (1-1) mặt thoáng chất lỏng bồn chứa nguyên liệu - Mặt cắt (2-2) mặt thống chất lỏng từ vị trí nhập liệu Áp dụng phương trình Bernouli cho (1-1) (2-2) � + Trong đó: � �1 + + � �� � =� + � �� � � + �22 + Σℎ �1 −2 �1 độ cao mặt thoáng (1-1) so với mặt đất, chọn �1 = m �2 độ cao mặt thoáng (2-2) so với mặt đất, z2 = 10 m P1 áp suất mặt thoáng (1-1), chọn P1 = 1at = 9,81.104 N/m2 P2 áp suất mặt cắt (2-2), chọn P2 = 1at = 9,81.104 N/m2 v1 vận tốc mặt thoáng (1-1), xem v1 = m/s v2 vận tốc mặt cắt (2-2) (vận tốc dòng nhập liệu vào tháp), xem v2 = 0,6 m/s Hb cột áp bơm Tổng trở lực đường ống Chọn đường kính ống hút ống đẩy d = 100 mm Tra bảng II.15, trang 381, Sổ tay QT&TB CNHH tập 1, ta có độ nhám ống ε = 0,2 mm Σℎ�1− = ( � Trong đó: + �ℎ + Σℎ �đ � �� + Σđ � Tra bảng II.34, trang 441, Sổ tay QT&TB CNHH tập lh: chiều dài đường ống hút, chọn lh = m lđ: chiều dài đường ống đẩy, chọn lđ = 15m ∑ξh: tổng hệ số tổn thất cục ống hút ∑ξđ: tổng hệ số tổn thất cục ống đẩy �: hệ số ma sát ống hút ống đẩy vF: vận tốc dòng nhập liệu ống ) �� 4.4318,6 � �� = 3600 � 2= = 0,185 (m/s) 3600.826,46 0,12 Chuẩn số Reynolds: Re = νF.dtr.� F = 0,639 0,1.826,46 = 50913,1 > 104 � Chế độ chảy rối 0,373.10−3 μF Chuẩn số Re tới hạn: �� �� � 8/7 �ℎ = 6( ) = 7289,34 � = 220( � �) � 9/8 � Chuẩn số Re bắt đầu xuất vùng nhám: ��� = 239201,52 Vì ���ℎ < ��� < ��� nên chế độ chảy rối ứng với khu vực độ Áp dụng CT II.64, trang 380, Sổ tay QT&TB CNHH tập 1, ta có: λ ≈ 0,1 � (1,46 100 + �� đ �� 0,25 =0,0264 ) Tổn thất áp suất cục ống hút: Chỗ uốn cong: Tra bảng II.16, trang 393, Sổ tay QT&TB CNHH tập 1: chọn dạng ống uốn cong 90o có bán kính R với R/d = � �1 (1 �ℎỗ) = 0,15 Ống hút có chỗ uốn � ��1 = 0,15.2=0,3 Van: Tra bảng 9.5, trang 399, Sổ tay QT&TB CNHH tập 1: chọn van chiều với độ mở hồn tồn ��1 (1 �ℎỗ)=1,5 Ống đẩy có van � ��1 = Nên: Σ� ℎ = ��1 + ��1 = 3,3 Tổn thất áp suất cục ống đẩy: - Chỗ uốn cong: Tra bảng II.16, trang 393, Sổ tay QT&TB CNHH tập 1: chọn dạng ống uốn cong 90o có bán kính R với R/d = ��2 (1 �ℎỗ) = 0,15 Ống đẩy có chỗ uốn � ��1 = 0,15.5=0,75 - Van: Tra bảng 9.5, trang 94, [1]: Chọn van chiều với độ mở hồn tồn ��2 (1 ℎỗ)=1,5 Ống đẩy có van � ��2 = Nên: Σđ = ��2 + ��2 = 3,75 Vậy: Σℎ � 1−2 = (0,0264 Cột áp bơm 6+15 0, + 3,3 + 3,75) 2.9,81 Hb = (z2-z1) + Σℎ�1−2 = (10-2)+0,022 = 8,02 m 0,185 = 0,02 m Công suất: Chọn hiệu suất bơm � = � � � = 5.8,02.826,46.9,81 = 112,9 � 3600.0,8 36 00 � W KẾT LUẬN Với hệ thống tháp chưng cất hỗn hợp Benzene – Toluene sử dụng mâm chóp thiết kế, bên cạnh ưu điểm nêu có khơng nhược điểm cần phải khắc phục Tuy thiết bị có suất, hiệu suất cao, hoạt dộng ổn định cồng kềnh, tiêu tốn nhiều vật tư Bên cạnh với quy trình cơng nghệ tính tốn ta thấy lượng nhiệt đáng kể cần giải ngưng tụ sản đỉnh, giải nhiệt sản phẩm đỉnh giải nhiệt cho sản phẩm đáy chưa tận dụng để gia nhiệt cho dòng nhập liệu Nhưng q trình tính tốn để gia nhiệt cho dịng nhập liệu tới trạng thái lỏng sơi tận dụng nhiệt chưa đủ để gia nhiệt tới lỏng sơi phải tốn thêm thiết bị, đường ống… làm tăng chi phí phân xưởng Vấn đề tận dụng nhiệt vấn đề thực tế quan tâm, giải pháp để cao hiệu trình tiết kiệm lượng, giới hạn thời gian, khả kinh nghiệm thực tế nên em chưa phân tích tính tốn đánh giá mức q trình TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Sổ tay trình thiết bị cơng nghệ hố chất (tập 1) – Nhà xuất khoa học kỹ thuật [2] Sổ tay q trình thiết bị cơng nghệ hố chất (tập 2) – Nhà xuất khoa học kỹ thuật [3] Hồ Lê Viên – Thiết kế tính toán chi tiết thiết bị hoá chất – Nhà xuất khoa học kỹ thuật Hà Nội 1978 [4] Võ Văn Ban, Vũ Bá Minh – Quá trình thiết bị cơng nghệ hố học, truyền khối(tập 3) – Trường Đại Học Bách Khoa TP.HCM [5] Bảng tra cứu Quá trình học – Truyền nhiệt- Truyền khối – Bộ môn Máy Thiết bị, Nhà xuất Đại học Quốc gia Thành phố Hồ Chí Minh ... 21 18, 520 8(/ °) (/ �? ?2 = ? ?2 ? ?2 = ? ?2 (2 + ? ?2 ? ?2) = 822 ,11 (22 05,6 103 + 119, 62 21 18, 520 8) = 20 215 828 42 (/ℎ) ��? ?2 = 0,05 ? ?2 ? ?2 = 0,05 822 ,11 22 05,6 103 = 906 622 90, (8(/ℎ) ��? ?2 = ��? ?2 ? ?2 ? ?2. .. 2. 1 .2 Toluen: 2. 2 Tổng quan trình chưng cất: 2. 2.1 Khái niệm: 2. 2 .2 Các phương pháp chưng cất: 2. 2.3 Các thiết bị chưng cất: ... ��? ?2 = ��? ?2 ? ?2 ? ?2 = ? ?2 ? ?2 ? ?2 Nhiệt lượng tổn thất môi trường xung quanh: ��? ?2 = 0,05 ? ?2 ? ?2 Lượng đốt cần thiết để đun sôi hỗn hợp đáy tháp: Chọn đốt nước bão hòa áp suất p =2at, ts= 119,62oC