Thiết kế và tính toán hệ thống chưng luyện liên tục Tháp đĩa lỗ có ống chảy truyền làm việc ở áp suất thường để phân tách hỗn hợp 2 cấu tử CS2 và CCl4 (Cacbondisunfua và Cacbontetraclorua)Hỗn hợp đầu vào ở nhiệt độ sôi.Tháp loại: Tháp đĩa lỗ có ống chảy truyền.
ĐỒ ÁN MƠN HỌC Q TRÌNH THIẾT BỊ NỘI DUNG Đầu đề thiết kế Thiết kế tính tốn hệ thống chưng luyện liên tục Tháp đĩa lỗ có ống chảy truyền làm việc áp suất thường để phân tách hỗn hợp cấu tử CS CCl4 (Cacbondisunfua Cacbontetraclorua) Hỗn hợp đầu vào nhiệt độ sơi Tháp loại: Tháp đĩa lỗ có ống chảy truyền Các số liệu ban đầu Năng suất tính theo hỗn hợp đầu: F = 4,2 tấn/h Nồng độ cấu tử dễ bay trong: Hỗn hợp đầu: aF= 0,331 khối lượng Sản phẩm đỉnh: aP= 0,931 khối lượng Sản phẩm đáy: aw= 0,012 khối lượng Tháp làm việc áp suất thường Hỗn hợp đầu gia nhiệt đến nhiệt độ sôi TT Tên vẽ Khổ giấy Vẽ dây chuyền sản xuất Vẽ hệ thống tháp chưng luyện Số lượng A4 01 A0 01 Nhận Xét Của Giáo Viên Hướng Dẫn Hà Nội, ngày … tháng … năm 2020 Người nhận xét Mục lục LỜI MỞ ĐẦU Phần I GIỚI THIỆU CHUNG I LÝ THUYẾT VỀ CHƯNG LUYỆN Phương pháp chưng luyện Thiết bị chưng luyện II GIỚI THIỆU VỀ HỖN HỢP CHƯNG LUYỆN 10 Cacbondisunfua CS2 .10 Cacbontetraclorua CCl4 11 III VẼ VÀ THUYẾT MINH DÂY CHUYỀN CÔNG NGHỆ 13 Dây chuyền sản xuất 13 Nguyên lí hoạt động 14 Phần II TÍNH TỐN KỸ THUẬT THÁP CHƯNG 15 I TÍNH CÂN BẰNG VẬT LIỆU .15 Hệ cân phương trình vật liệu 15 Chuyển đổi nồng độ 15 II Tính số hồi lưu thích hợp: 17 Tìm số hồi lưu tối thiểu tháp chưng luyện (Rmin) .17 Tìm số hồi lưu thích hợp Rth .17 Phương trình đường nồng độ làm việc: 26 III TÍNH ĐƯỜNG KÍNH THÁP CHƯNG LUYỆN 27 Đường kính đoạn luyện: 27 Đường kính đoạn chưng 32 IV TÍNH CHIỀU CAO THÁP 36 Hệ số khuếch tán 36 Hệ số cấp khối 37 Hệ số chuyển khối, đường cong động học, số đĩa thực tế 41 Hiệu suất tháp, chiều cao tháp 45 Chọn loại đĩa 46 V TÍNH TRỞ LỰC THÁP 47 Trở lực đĩa khô 47 Trở lực đĩa sức căng bề mặt 48 Trở lực lớp chất lỏng đĩa 49 Trở lực tháp .49 VI TÍNH CÂN BẰNG NHIỆT LƯỢNG 50 Tính cân nhiệt thiết bị gia nhệt hỗn hợp đầu: 50 Tính cân nhiệt lượng tồn tháp chưng luyện 52 Tính cân nhiệt lượng thiết bị ngưng tụ: 55 Tính cân nhiệt lượng thiết bị làm lạnh 56 Phần III TÍNH TỐN CƠ KHÍ 57 I TÍNH TỐN THÂN THÁP 57 Áp suất thiết bị .57 Ứng suất cho phép 58 Tính hệ số bền thành hình trụ theo phương dọc 58 Đại lượng bổ sung 59 Chiều dày thân tháp 59 II TÍNH ĐƯỜNG KÍNH CÁC ỐNG DẪN .60 Đường kính ống chảy chuyền 60 Đường kính ống dẫn hỗn hợp đầu vào tháp .61 Đường kính ống dẫn sản phẩm đỉnh: .61 Đường kính ống dẫn sản phẩm đáy: 62 Đường kính ống dẫn hồi lưu sản phẩm đỉnh 63 Đường kính ống dẫn hồi lưu sản phẩm đáy .63 III Tính chiều dày đáy nắp thiết bị: .64 Chiều dày nắp: .64 Chiều dày đáy 65 IV Tra bích 66 Chọn bích để nối thân đáy thiết bị .66 Chọn bích để nối ống dẫn vào thân 67 V Tính giá đỡ tay treo 68 Tính khối lượng tồn tháp 68 Chọn giá đỡ tay treo 70 Phần IV TÍNH TỐN THIẾT BỊ PHỤ 71 I Tính tốn thiết bị gia nhiệt hỗn hợp đầu 71 Xác định lượng nhiệt cần thiết để đun sôi dung dịch đầu 72 Hệ số cấp nhiệt lưu thể 73 Tính tổng trở thành ống 76 Hiệu số nhiệt độ hai bề mặt thành ống 76 Nhiệt lượng thành ống cung cấp cho dung dịch 76 Bề mặt truyền nhiệt 76 Số ống truyền nhiệt 77 Tính đường kính thiết bị gia nhiệt hỗn hợp đầu .77 Vận tốc thực chảy ống 77 II Thiết bị gia nhiệt hỗn hợp đáy .78 Xác định lượng nhiệt cần thiết để đun sôi dung dịch đầu 78 Hệ số cấp nhiệt lưu thể 79 Tính tổng trở thành ống 81 Hiệu số nhiệt độ hai bề mặt thành ống 82 Nhiệt lượng thành ống cung cấp cho dung dịch 82 Bề mặt truyền nhiệt 82 Số ống truyền nhiệt 82 Tính đường kính thiết bị gia nhiệt hỗn hợp đầu .82 Vận tốc thực chảy ống 83 III TÍNH BƠM VÀ THÙNG CAO VỊ .83 Các trở lực trình cấp liệu 84 Tính chiều cao thùng cao vị so với đĩa tiếp liệu 92 Tính tốn bơm 92 Phần V KÊT LUẬN .96 TÀI LIỆUTHAM KHẢO .98 LỜI MỞ ĐẦU Trong thời kỳ đất nước trình phát triển theo hướng cơng nghiệp hóa, đại hóa đất nước cơng nghiệp nước ta phát triển mạnh kéo theo phát triển ngành sản xuất hợp chất hóa học,bởi hợp chất hóa học có ứng dụng vơ cùng quan trọng để ngành khác phát triển Khi kinh tế phát triển, nhu cầu người ngày tăng Do vậy sản phẩm đòi hỏi cao hơn, đa dạng hơn, phong phú hơn, theo cơng nghệ sản xuất phải nâng cao Trong cơng nghệ hóa học, việc sử dụng hóa chất có độ tinh khiết cao yếu tố tạo sản phẩm có chất lượng cao Có nhiều phương pháp khác để làm tăng nồng độ, độ tinh khiết sản phẩm tạo thành như: chưng cất, đặc, trích ly… Tùy vào tính chất hệ mà ta lựa chọn phương pháp thích hợp.Đối với hệ Cacbondisunfua CS2 Cacbontetraclorua CCl4 sản phẩm ngành công nghiệp tổng hợp hữu Chúng sử dụng rộng rãi công nghiệp hố học nói chung cơng nghiệp hữu nói riêng cơng nghiệp hố dầu, dược phẩm, phẩm nhuộm,… Thông thường công nghiệp hữu cơ, CS2 CCl4 dạng hỗn hợp nên muốn sử dụng chúng người ta cần thiết phải tách riêng biệt chúng Để thực điều này, người ta tiến hành chưng luyện hỗn hợp tháp chưng luyện liên tục gián đoạn Để bước đầu làm quen với cơng việc kỹ sư hóa chất thiết kế thiết bị hay hệ thống thực nhiệm vụ sản xuất,em nhận đồ án mơn học: “Q trình thiết bị Cơng nghệ Hóa học”.Việc thực đồ án điều có ích cho sinh viên việc bước tiếp cận với thực tiễn sau hoàn thành khối lượng kiến thức giáo trình “Cơ sở q trình thiết bị Cơng nghệ Hóa học” Trên sở lượng kiến thức kết hợp với kiến thức số mơn khoa học khác có liên quan,mỗi sinh viên tự thiết kế thiết bị, hệ thống thiết bị thực nhiệm vụ kĩ tḥt có giới hạn q trình cơng nghệ.Qua việc làm đồ án môn học này, sinh viên phải biết cách sử dụng tài liệu việc tra cứu,vận dụng kiến thức,quy định tính tốn thiết kế,tự nâng cao kĩ trình bày thiết kế theo văn khoa học nhìn nhận vấn đề cách có hệ thống Phần I GIỚI THIỆU CHUNG I LÝ THUYẾT VỀ CHƯNG LUYỆN Phương pháp chưng luyện Chưng luyện phương pháp chưng cất nhằm để phân tách hỗn hợp lỏng hay hỗn hợp khí hóa lỏng dựa độ bay tương đối khác cấu tử thành phần cùng áp suất Phương pháp chưng luyện q trình chưng luyện hỗn hợp bốc ngưng tụ nhiều lần, kết cuối cùng đỉnh tháp thu hỗn hợp gồm hầu hết cấu tử dễ bay nồng độ đạt yêu cầu, phương pháp chưng luyện cho hiệu suất phân tách cao, vậy sử dụng nhiều thực tế như: sản xuất rượu, tách hỗn hợp dầu mỏ, tài nguyên, sản xuất metanol, propylen… Dựa phương pháp chưng luyện liên tục, người ta đưa nhiều thiết bị phân tách đa dạng tháp chóp, tháp đĩa lỗ có ống chảy truyền, tháp đĩa lỗ khơng có ống chảy truyền, tháp đệm… Trong đồ án em giao thiết kế tháp chưng luyện liên tục tháp đĩa lỗ có ống chảy truyền để phân tách cấu tử CS CCl4, chế độ làm việc áp suất thường hỗn hợp đầu gia nhiệt đến nhiệt độ sôi Các phương pháp chưng cất Áp suất làm việc: - Chưng cất áp suất thấp - Chưng cất áp suất thường - Chưng cất áp suất cao Nguyên tắc phương pháp dựa nhiệt độ sôi cấu tử nhiệt độ sôi cấu tử cao giảm áp suất làm việc để giảm nhiệt độ sôi cấu tử Nguyên lý làm việc: liên tục, gián đoạn Chưng gián đoạn: phương pháp sử dụng trường hợp : - Nhiệt độ sôi cấu tử khác xa - Khơng địi hỏi sản phẩm có độ tinh khiết cao - Tách hỗn hợp lỏng khỏi tạp chất không bay - Tách sơ hỗn hợp nhiều cấu tử Chưng liên tục: trình thực liên tục nghịch dòng nhiều đoạn Thiết bị chưng luyện Trong sản xuất thường sử dụng nhiều loại tháp khác có yêu cầu diện tích tiếp xúc bề mắt pha lớn, điều phụ thuộc độ phân tán lưu chất vào Tháp chưng cất phong phú kích cỡ ứng dụng tháp lớn thường sử dụng cơng nghệ lọc hóa dầu, đường kính tháp phụ thuộc lượng pha lỏng luợng pha khí,độ tinh khiết sản phẩm Theo khảo sát thường có loại tháp chưng: tháp đĩa tháp đệm Tháp đĩa: thân tháp hình trụ thẳng đứng bên có gắn đĩa, phân chia thân tháp thành đoạn Trên đĩa, pha lỏng pha khí tiếp xúc với Tùy thuộc vào cấu tạo ta có loại tháp đĩa: Tháp đĩa chóp : Tháp đĩa lỗ: đĩa có lỗ có đường kính (2-12 mm) có loại tháp đĩa lỗ Tháp đĩa lỗ có ống chảy chuyền Tháp đĩa lỗ khơng có ống chảy chuyền Tháp đệm: tháp hình trụ gồm nhiều đoạn nối với mặt bích hay hàn Tháp đĩa lỗ có ống chảy truyền có ưu điểm khắc phục nhiều nhược điểm loại tháp khác như: Với chức năng, tổng khối lượng tháp đĩa thường nhỏ tháp đệm tháp đĩa có bề mặt tiếp xúc pha lớn hiệu xuất làm việc cao Tháp đĩa thích hợp trường hợp có số đĩa lý thuyết số đơn vị truyền khối lớn Cấu tạo đơn giản, dễ vệ sinh, sửa chữa, làm Trở lực thiết bị không lớn Làm việc với chất lỏng bẩn, khí bẩn, vận tốc khí lớn Chính nhờ ưu điểm mà tháp đĩa lỗ có ống chảy truyền sử dụng để phân tách hỗn hợp cấu tử CS2 CCl4 trường hợp II GIỚI THIỆU VỀ HỖN HỢP CHƯNG LUYỆN Cacbondisunfua CS2 - Tên khác: Disunfua cacbon, Dithiocacbonic anhidrit, Cacbon bisunfua, Bisunfua cacbon - CTPT: S = C = S - Phân tử khối: 76,13 kg/kmol a Tính chất vật lý ứng dụng - Tỷ trọng: 1,261g/cm3 - Điểm nóng chảy: -110,8℃ - Độ hòa tan nước: 0,29g/100 ml nước(20℃) - Nhiệt độ sôi: 46,3℃ - Là chất lỏng không màu dễ bay - Hợp chất chất không phân cực, thường sử dụng làm nguyên liệu tổng hợp hóa hữu cấp công nghiệp, làm dung môi cho chất không phân cực brom, iot, cao su, nhựa… - Nó có mùi giống ete - CS2 độc nên làm thuốc trừ sâu nơng nghiệp b Tính chất hóa học - Các chất lực hạt nhân amin tạo dithiocacbamat 2R2NH + CS2 → [R2NH2+][R2NCS2−] - Các xanthat tạo thành cách tương tự từ alkoxit RONa + CS2 → [Na+][ROCS2−] Phản ứng tảng sản xuất xenluloza tái sinh, thành phần viscoza, rayon xenlophan Cả xanthat thioxanthat tương ứng (sinh từ xử lý CS2 với thiolat natri) sử dụng tác nhân tách đãi chế biến, xử lý khoáng vật - Sunfua natri tạo trithiocacbonat: Na2S + CS2 → [Na+]2[CS32−] - Clo hóa CS2 tạo cacbontetraclorua CS2 + Cl2 CCl4 + S2Cl2 Cacbontetraclorua CCl4 - Tên khác: Tetraclometan, Benifom, Cacbon clorua, Metan tetraclorua, Peclometan, Cacbon tet, Tetrafom - CTCT: a Tính chất vật lý ứng dụng - Tỷ trọng: 1,5842g/cm3 chất lỏng 1,831g/cm3 -186℃ rắn 1,809 g/cm3 -80℃ rắn - Điểm nóng chảy: -22,92°C (250oK) - Độ hòa tan: 785 - 800 mg/l 25°C - Điểm sôi: 76,72℃ - CCl4 chất lỏng, không màu, dễ bay hơi, tạo có mùi đặc trưng dung mơi clo hóa khác - Là chất không phân cực nên sử dụng làm dung môi tốt cho chất không phân cực khác chất béo, dầu mỡ - CCl4 thực tế không cháy nhiệt độ thấp Ở nhiệt độ cao khơng khí, tạo photgen CCl2O độc hại - Là chất không bắt cháy, dùng làm chất dập lửa, làm lạnh - Là chất độc mạnh gan sử dụng nghiên cứu khoa học để đánh giá chất bảo vệ gan b Tính chất hóa học CCl4 khơng tham gia trực tiếp phản ứng hóa học mà dung mơi cho chất không phân cực phản ứng hóa học Phản ứng quan trọng là: Khi cho toluen vào Br2/CCl4 brom vào vị trí o-, p- vịng, 10 Vận tốc giả thiết: Vận tốc dung dịch ống: theo giả thiết (chế độ chảy xoáy với Re = 104 ) Do vận tốc lý thuyết lớn thực tế nên ta phải chia ngăn Vậy thiết bị gia nhiệt hỗn hợp đáy có thơng số sau: F (m2) 2,32 dn (mm) 25 D (mm) 220 n (ống) 19 m (ngăn) L (m) (mm) III TÍNH BƠM VÀ THÙNG CAO VỊ Bơm làm việc liên tục trình chưng luyện, đưa dung dịch từ bể chứa lên thùng cao vị, mức chất lỏng thùng cao vị giữ mức không đổi nhờ ống chảy tràn để trì áp suất ổn định cho trình cấp liệu Lưu lượng bơm GB = GF = 4200 kg/h Ký hiệu: Ho chiều cao tính từ mặt thống bể chứa dung dịch đến mặt thống thùng cao vị (m) H1 chiều cao tính từ đáy tháp đến đĩa tiếp liệu (m) H2 chiều cao tính từ nơi đặt bơm đến 1 đáy tháp (m) Z chiều cao tính từ đĩa tiếp liệu đến Z mặt thoáng thùng cao vị (m) ΔP = ΔP + ΔP + ΔP + ΔP + ΔP + ΔP (II.53 – 1.trang 376) Trong đó: H0 ΔP: Áp suất động học/áp suất cần 2 H1 thiết để tạo tốc độ cho dòng chảy khỏi ống dẫn ΔP: Áp suất để khắc phục trở lực ma H2 sát dòng ổn định ống thẳng ΔP: Áp suất cần thiết để khắc phục trở lực cục ΔP: Áp suất cần thiết để nâng chất lỏng lên cao để khắc phục áp suất thủy tĩnh 73 ΔP: Áp suất cần thiết để khắc phục trở lực thiết bị ΔP: Áp suất bổ sung cuối ống dẫn Trong thiết bị chưng luyện tháp đĩa lỗ có ống chảy truyền ΔP = ΔP = nên ta có ΔP = ΔP + ΔP+ ΔP + ΔP Các trở lực trình cấp liệu a Trở lực ống dẫn thùng cao vị đến thiết bị gia nhiệt Tính áp suất động học Pd = (II.54 – 1.trang 377) : khối lượng riêng chất lỏng, kg/m3 : vận tốc lưu thể m/s Hỗn hợp đầu vào tháp tF = 56,129 0C, nội suy bảng I.2 – 1.trang ta hh = 1402,52 kg/m3 Tốc độ trung bình lưu thể ống dẫn liệu có d = 150 mm Vậy: Áp suất khắc phục trở lực ma sát Áp suất để khắc phục trở lực ma sát dòng chảy ổn định ống thẳng L L Pm Pd 2d td d td (N/m2)(II.55 – 1.trang 377) : hệ số ma sát(phụ thuộc vào chế độ chảy) L: chiều dài ống cấp liệu = 2m : đường kính tương đương ống d = 0,15 m Ở 200C: tra bảng độ nhớt I.101 – 1.trang 90 ta CS2 = 0,366.10-3 Ns/m2 CCl4 = 0,97.10-3 Ns/m2 Độ nhớt hỗn hợp tính theo công thức : = 0,575.10-3 N.s/m2 74 Vậy chế độ chảy hỗn hợp ống chảy xoáy Hệ số trở lực ma sát: 0,9 � � �6,81 � 2.lg � � � � �Re � 3, � � (II.65 – 1.trang 380) Trong đó: : độ nhám tương đối xác định theo công thức:=(II.66 – 1.trang 380) độ nhám tuyệt đối ống dẫn (bảng II.15 – 1.trang 381) := 0,2.10(m) d:đường kính tương đương ống d= d =0,15 m Thay vào cơng thức có: Tính áp suất để khắc phục trở lực cục Áp suất cần thiết để khắc phục trở lực cục PC Pd dtd (II.56 – 1.trang 377) : hệ số trở lực cục Trở lực vào ống có : d: đường kính ống dẫn liệu d= 0,15 m d: đường kính thùng cao vị chọn d2 =1,5 m f1 �d1 � � � 0, 01 f �d � Ta có Theo bảng f1/f2 - (1.trang 388)ta có trở lực chất lỏng vào ống: chọn 1 = 0,5 Trở lực khuỷu 900 chia làm khuỷu, khuỷu 30 tạo thành,có hai khuỷu 90o.Chọn a/b =1 (1.trang 394) 2 = 0,3 Van tiêu chuẩn 3 = 4,4 (1.trang 397) Hệ số trở lực cục = 1 + 2 + 3 = 0,5 + 0,3 + 4,4 = 5,2 Pc = 5,2.1,55= 8,06 N/m2 Áp suất toàn phần cần thiết để thắng trở lực ống dẫn từ thiết bị gia nhiệt hỗn hợp đầu đến đĩa tiếp liệu ΔP1 = ΔP + ΔP + ΔPC = 1,55 + 0,599 + 8,06 = 10,209 N/m2 75 Chiều cao cột chất lỏng tương ứng b Trở lực ống dẫn từ thùng cao vị đến thiết bị gia nhiệt hỗn hợp đầu Áp suất động học: Pd = (II.54 – 1.trang 377) : khối lượng riêng chất lỏng 20oC, kg/m3 : vận tốc lưu thể m/s Theo bảng I.2 – 1.trang ta CS2 = 1263 kg/m3 CCl4 = 1594 kg/m3 Tốc độ trung bình lưu thể ống có d = 150 mm Áp suất khắc phục trở lực ma sát Áp suất để khắc phục trở lực ma sát dòng chảy ổn định ống thẳng Pm L L Pd 2dtd d td (N/m2)(II.55 – 1.trang 377) : hệ số ma sát (phụ thuộc vào chế độ chảy) L: chiều dài ống = m : đường kính tương đương ống d = 0,15 m Ở 200C: tra bảng độ nhớt I.101 – 1.trang 90 ta CS2 = 0,366.10-3 Ns/m2 CCl4 = 0,97.10-3 Ns/m2 Độ nhớt hỗn hợp tính theo cơng thức : = 0,575.10-3 N.s/m2 Vậy chế độ chảy hỗn hợp ống chảy xoáy Hệ số trở lực ma sát: Trong đó: 76 0,9 � � �6,81 � 2.lg � � � � �Re � 3, � � (II.65 – 1.trang 380) : độ nhám tương đối xác định theo công thức:=(II.66 – 1.trang 380) độ nhám tuyệt đối ống dẫn (bảng II.15 – 1.trang 381):=0,2.10(m) d:đường kính tương đương ống d= d = 0,15 m Thay vào cơng thức có Áp suất để khắc phục trở lực cục Áp suất cần thiết để khắc phục trở lực cục PC Pd dtd (II,56 – 1.trang 377) : hệ số trở lực cục Trở lực vào ống có : d: đường kính ống dẫn liệu d= 0,15 m d3: đường kính thiết bị gia nhiệt hỗn hợp đầu chọn d3 = 0,25 m Theo bảng f1/f2 - (1.trang 388) ta có trở lực chất lỏng vào ống: chọn 1= 0,5 Trở lực khuỷu 90 chia làm khuỷu, khuỷu 30 tạo thành, có hai khuỷu 90o.Chọn a/b =1 (1.trang 394) 2 = 0,3 Van tiêu chuẩn 3 = 4,4 (1.trang 397) Nội suy bảng 1.trang 388 ta có: Hệ số trở lực cục = 1 + 2 + 3+ 4 = 0,5 + 0,3 + 4,4 + 0,356 = 5,556 Pc = 5,556.1,48 = 8,22 N/m2 Áp suất toàn phần cần thiết để thắng trở lực ống dẫn từ thiết bị gia nhiệt hỗn hợp đầu đến đĩa tiếp liệu ΔP1 = ΔP + ΔP + ΔPC = 1,48 + 0,572 + 8,22 = 10,273 N/m2 Chiều cao cột chất lỏng tương ứng 77 c Trở lực thiết bị gia nhiệt hỗn hợp đầu Pd Áp suất động học: Tốc độ lưu thể trung bình ống với V GF GF tb = f tb Nhiệt độ trung bình hỗn hợp thiết bị gia nhiệt hỗn hợp đầu Tại ttb = 41,6 0C = 1428,98 (kg/m3) f: tiết diện bề mặt truyền nhiệt f n d 2 (m ) 4m d: đường kính ống thiết bị gia nhiệt, d= 0,019m n: số ống thiết bị gia nhiệt n = 19 ống m: số ngăn thiết bị gia nhiệt m = ngăn Áp suất khắc phục trở lực ma sát Pm L L Pd 2dtd d td Tại ttb = 41,6 oC có: = 0,157 m/s = 1428,98 (kg/m3) = 0,457.10Ns/m2 Hệ số tính theo cơng thức sau: 0,9 � � �6,81 � 2.lg � � � � �Re � 3, � � Trong đó: : độ nhám tương đối xác định theo công thức: = độ nhám tuyệt đối ống dẫn= 0,2.10m d:đường kính tương đương ống d= 0,019 m 78 Số ngăn chia L = 2.H = 2.2 = 4m Thay vào cơng thức có: Tính áp suất để khắc phục trở lực cục Áp suất cần thiết để khắc phục trở lực cục bộ: Pc Pd [N/m2] Vì dung dịch chảy thiết bị ống chùm nên hướng dòng chảy vào khỏi ống truyền nhiệt đa dạng tồn nhiều đột mở, đột thu Áp dụng 1.3.32 – 4.trang 62 + 63 ta Tiết diện ống dẫn dung dịch vào thiết bị: Tiết diện khoảng trống đầu thiết bị ngăn là: (Với D: đường kính thiết bị gia nhiệt hỗn hợp đầu D = 0,28 m) Tiết diện ống truyền nhiệt ngăn là: Phần V Trở lực cục tính theo bảng (PL.3) 4.trang 339 XII.16 – 1.trang 382 i Ở cửa vào(đột mở):khi chất lỏng chảy vào thiết bị(khoảng trống ngăn đột mở): Phần VI ii Ở đầu dung dịch chất lỏng chảy từ khoảng trống vào ngăn ống truyền nhiệt(đột thu): Phần VII Phần VIII iii Ở đầu dung dịch chất lỏng chảy từ ngăn ống truyền nhiệt khoảng trống phần thiết bị(đột mở) Phần IX iv Ở đầu dung dịch vào ống truyền nhiệt ngăn hai (đột thu) Phần X Phần XI v 79 Ở đầu dung dịch từ ống truyền nhiệt phần ngăn hai (đột mở) Phần XII vi Ở đầu dung dịch chất lỏng chảy khỏi thiết bị (đột thu): Phần XIII Phần XIV vii Khi chất lỏng chuyển từ ngăn sang ngăn kia,dòng chảy chuyển dịng lần với góc chuyển 90oC có trở lực cục 7 = 1,1.2 = 2,2 (4.trang 64) Ở (i) (vi) tổn thất áp suất qua vận tốc tính qua vận tốc dịng chảy cửa vào thiết bị = 0,045 m/s Pd = 1,48 N/m2 = (1 + 6) = 0,176 +0,2595 = 0,4355 Tổn thất áp suất điểm Pc1 = .Pd = 0,4355.1,48 = 0,644 N/m2 Tổn thất áp suất điểm lại = 0,302 m/s Pd = 65,16 N/m2 Và = 2 + + 4 + 5 +7 = 0,525+0,834+0,525+0,834+2,2 = 4,918 Tổn thất áp suất điểm Pc2 = .Pd= 4,918.65,16 = 320,46 N/m2 Vậy tổng trở lực Pc = Pc1 + Pc2= 0,644+320,46 = 321,1 N/m2 Trở lực thuỷ tĩnh ∆PH Áp suất toàn phần cần thiết để thắng trở lực thiết bị gia nhiệt ∑P = Pd+Pm+Pc+PH = 65,15 + 570,58 + 321,1 + 28036,59 = 28993,42 N/m2 Chiều cao cột chất lỏng tương ứng Tổng chiều cao H = H1 + H2 + H3 = + + 2,07 = 2,071 m Tính chiều cao thùng cao vị so với đĩa tiếp liệu Viết phương trình Becnuli cho hai mặt cắt 1-1 2-2 (lấy 2-2 làm mặt chuẩn) P1 P2 2 hm g g g g Z+ = Trong đó: P1, P2 : áp suất mặt cắt - - (N/m2) P1 = Pa = 9,81.104 (N/m2) PL : Trở lực đoạn luyện = 6628,47 N/m2 P2 = P1 +PL= 9,81.104 + 6628,47 = 104728,47 N/m2 80 1: Vận tốc dung dịch mặt cắt - (m/s) Coi 1 = tiết diện thùng cao vị lớn so với tiết diện ống 2: Vận tốc dung dịch mặt cắt - có 2 = 0,047 (m/s) 1: Khối lượng riêng hỗn hợp nhiệt độ t = 200C (kg/m3) 1 = 20 = (kg/m3) 2: Khối lượng riêng hỗn hợp nhiệt độ trung bình vào thiết bị nhiệt (kg/m3) 2 = 41,6= 1402,52 (kg/m3)k Hm = H1 + H2+ H3 = 2,071 m Vậy chiều cao thùng cao vị so với đĩa tiếp liệu 2,86m Tính tốn bơm Bơm máy thuỷ lực dùng để vận chuyển truyền lượng cho chất lỏng Các đại lượng đặc trưng cho bơm suất, áp suất, công suất tiêu hao hệ số quay nhanh nq nq 3, 65n Q H3 ( II.180 – 1.trang 437) Dựa vào hệ số quay nhanh ta chọn bơm phù hợp (bơm li tâm có n q = 40 – 300 vòng/ph) Hiệu suất bơm ly tâm cao hẳn loại khác (0.85 – 0.96) (bảng II.32 – 1.trang 439) Như vậy để chọn bơm việc đưa hỗn hợp đầu lên thùng cao vị đảm bảo u cầu cơng nghệ ta phải tính trở lực đường ống dẫn liệu thiết bị gia nhiệt hỗn hợp đầu từ tính chiều cao thùng cao vị so với vị trí đĩa tiếp liệu vào tháp Vì vậy lạo bơm sử dụng hợp lý BƠM LY TÂM Bơm ly tâm làm việc áp suất thường, to = 20oC Theo bảng II.34 – 1.trang I.441 ta có 20 oC Hh = 5m.Ở chiều cao bơm làm việc tuần hồn đảm bảo khơng xảy tượng xâm thực Tuy nhiên để loại trừ khả dao động bơm nên giảm chiều cao hút xuống – 1,5 m so với giá trị bảng tức ta lấy Chiều cao hút bơm là: Hh = m Chiều cao đẩy bơm là: Hđ = Hc + Z + Hđáy + Hb 81 HC: chiều cao đoạn chưng = 4,6 m Hb: chiều cao kê tháp Chọn Hb = m Hđáy: chiều cao đáy tháp Chọn Hđáy= 0,5m Hđ = 4,6 + 2,86 + 0,5 + = 8,96 m Phần XV Chiều cao làm việc bơm : HF = Hđ + Hh = 8,96 + = 12,96 m Ta có:Htp= HF+hm Tổn thất áp suất đường ống Tính Pm: Ở phần tổn thất áp suất từ thùng cao vị đến thiết bị gia nhiệt hỗn hợp đầu ta tính Re = = 0,029 Chọn chiều dài lớn Hđ: L= m; dtđ= 0,15 m Tính trở lực cục bộPc Phần XVI Pc ltd Pd d (N/m2) Trên đường ống có khuỷu 90o, khuỷu khuỷu 30o tạo thành 1 = 3.0,3 = 0,9 Có van tiêu chuẩn: 2 = 4,4 = 21 + 22 = 2.0,9 + 2.4,4 = 10,6 Pc = 10,6.1,55 = 16,43 N/m2 Vậy P = Pd + Pm +Pc = 1,55 + 2,697 + 16,43 = 20,677 N/m2 Áp suất toàn phần bơm Htp = + 12,96 = 12,9615 m Quy chuẩn lấy H = 13 m Công suất yêu cầu bơm xác định theo công thức II.189 – trang 439 N HQg 1000 Phần XVII Trong đó: : khối lượng riêng hỗn hợp chất lỏng, = kg/m3 Q suất bơm : 82 H áp suất toàn phần bơm (m) : hiệu suấtchung bơm Theo 1.trang 439: otlck o : hiệu suất thể tích tính đến hao hụt chát lỏng từ áp suất cao đến áp suất thấp chất lỏng rò rỉ qua khe hở hiệu suất thuỷ lực tính đến ma sát tạo dịng xốy bơm : hiệu suất khí tính đến ma sát khí bơm Chọn bơm ly tâm theo bảng II.32 – 1.trang 439 o 0,9 tl 0,82 � 0, 7011 ck 0,95 Công suất động điện tính theo cơng thức II.190 – 1.trang 439: N dc N tr dc N: công suất trục bơm : hiệu suất truyền động,chọn tr hiệu suất động điện,chọn dc 0,8 Thơng thường người ta chọn động điện có cơng suất lớn so với cơng suất tính tốn(lượng dự trữ phụ thuộc vào khả tải): N dcc N dc : hệ số dự trữ công suất Giá trị tra theo bảng II.33 - trang 440 với Ndc = 0,2625 kW nên = 1,5-2 c Chọn = 1,5⇒ N dc = 1,5.0,2625 = 0,394 KW Với Q =2,86 m3/h ta chọn bơm theo bảng II.39 – 1.trang 447 Do bơm ta chọn có thơng số sau: Loại bơm: XM 83 Năng suất: (m3/h) Áp suất tồn phần: 20 ÷ 35 (m) Số vòng quay: 2900 (vòng/phút) Nhiệt độ chất lỏng: -40 ÷ 80 (oC) 84 Phần XVIII KÊT LUẬN Dưới hướng dẫn thầy giúp đỡ thầy giáo khoa Cơng nghệ Hóa, em hoàn thành đồ án thiết kế “Thiết kế hệ thống chưng luyện liên tục loại tháp đĩa lỗ có ống chảy truyền để tách hỗn hợp Cacbondisunfua Cacbontetraclorua” Thơng qua tìm hiểu thiết kế đồ án môn học giúp em tăng thêm nhiều kỹ học tập nghiên cứu, biết cách tra cứu tài liệu, thông số số liệu hiểu trình sát thực với thực tế… Qua trình làm em rút số nhận xét sau: Việc thiết kế dây chuyền có ý nghĩa thực tế sử dụng sản xuất Việc xác định số đĩa thực tế tháp chưng luyện thơng qua số thích hợp cho kết có độ xác cao Việc thiết kế tính tốn hệ thống chưng luyện việc làm phức tạp, tỉ mỉ lâu dài Nó khơng yêu cầu người thiết kế phải có kiến thức thực sâu trình chưng luyện mà phải biết số lĩnh vực khác như: cấu tạo thiết bị phụ khác, quy định vẽ kỹ tḥt, … Các cơng thức tính tốn khơng cịn gị bó mơn học khác mà mở rộng dựa giả thiết điều kiện, chế độ làm việc thiết bị Bởi tính tốn, người thiết kế tính tốn đến số ảnh hưởng điều kiện thực tế, nên đem vào hoạt động, hệ thống làm việc ổn định Một số thiết bị phụ số liệu nên phải lựa chọn dựa vào cấu trúc tồn hệ thống nên đơi gây nhiều sai số tính tốn Khơng có vậy, việc thiết kế đồ án mơn học q trình thiết bị cịn giúp em củng cố thêm kiến thức q trình chưng luyện nói riêng q trình khác nói chung, nâng cao kỹ tra cứu, tính tốn, xử lý số liệu, biết cách trình bày theo văn phong khoa học nhìn nhận vấn đề cách có hệ thống Việc thiết kế đồ án mơn học “Q trình thiết bị cơng nghệ hóa chất thực phẩm” hội cho sinh viên ngành hóa nói chung thân em nói riêng làm quen với cơng việc kỹ sư hóa chất Một lần em xin chân thành cảm ơn thầy cô giáo giúp em hoàn thành tốt nhiệm vụ thiết kế 85 Mặc dù cố gắng nhiều, song hạn chế tài liệu, kinh nghiệm thực tế, nên khơng tránh khỏi thiếu sót q trình thiết kế Em mong thầy xem xét dẫn thêm Em xin chân thành cảm ơn! 86 TÀI LIỆUTHAM KHẢO SỔ TAY QUÁ TRÌNH & THIẾT BỊ CƠNG NGHỆ HĨA HỌC Nhà xuất Khoa học - Kỹ thuật, 1978, tập SỔ TAY Q TRÌNH & THIẾT BỊ CƠNG NGHỆ HĨA HỌC Nhà xuất Khoa học - Kỹ thuật, 1978, tập CÁC Q TRÌNH THIẾT BỊ TRONG CƠNG NGHỆ HĨA CHẤT&THỰC PHẨM Nhà xuất Khoa học - Kỹ thuật, 2004, tập TÍNH TỐN CÁC Q TRÌNH & THIẾT BỊ TRONG CƠNG NGHỆ HĨA HỌC Nhà xuất Khoa học - Kỹ thuật, 2000, tập TÍNH TỐN CÁC Q TRÌNH & THIẾT BỊ TRONG CƠNG NGHỆ HĨA HỌC Nhà xuất Khoa học - Kỹ thuật, 2000, tập CÁC TÀI LIỆU LIÊN QUAN KHÁC 87 ... gián đoạn Để bước đầu làm quen với cơng việc kỹ sư hóa chất thiết kế thiết bị hay hệ thống thực nhiệm vụ sản xuất,em nhận đồ án mơn học: “Q trình thiết bị Cơng nghệ Hóa học”.Việc thực đồ án. .. phát triển theo hướng cơng nghiệp hóa, đại hóa đất nước cơng nghiệp nước ta phát triển mạnh kéo theo phát triển ngành sản xuất hợp chất hóa học,bởi hợp chất hóa học có ứng dụng vơ cùng quan... dụng nghiên cứu khoa học để đánh giá chất bảo vệ gan b Tính chất hóa học CCl4 khơng tham gia trực tiếp phản ứng hóa học mà dung mơi cho chất khơng phân cực phản ứng hóa học Phản ứng quan trọng