Khối lượng nắp bằng khối lượng đáy (giả sử đường ống dẫn vào nắp, đáy gần như nhau) Với nắp , đáy elip cĩ
Khối lượng mâm Đường kính mâm
- Đường kính bên trong thiết bị: Dt = 1400 (mm ) - Đường kính bên ngồi thiết bị: Dn = 1408 (mm) - Đường ống hơi: dh = 5 (mm)
- Bề dày mâm: (mm) - Số ống hơi: n = 15
- Diện tích ống chảy chuyền hình viên phân:
- Số ống chảy chuyền trên mâm: z = 1 - Số mâm:
♦ Khối lượng mâm
♦ Khối lượng chĩp trên mâm của tồn tháp - Khối lượng chĩp trên mâm của phần cất:
- Khối lượng chĩp trên mâm của phần chưng:
♦ Khối lượng mâm
♦ Khối lượng ống hơi
- Khối lượng ống hơi đoạn cất:
- Khối lượng ống hơi đoạn chưng:
Với:
♦ Khối lượng bích nối thân và nắp
- Đường kính bên trong tháp: Dt = 1400 (mm) - Đường kính bên ngồi tháp: Dn = 1408 (mm) - Đường kính mặt bích của thân: Db = 1540 (mm) - Chiều cao bích: h = 40 (mm)
Chia làm 5 đoạn Số mặt bích là 10
♦ Khối lượng thân của tháp:
♦ Khối lượng dung dịch trong tháp:
Tổng khồi lượng tồn tháp:
I. Cân bằng nhiệt lượng tháp chưng cất
2 2
F D R y W xq ng
Q +Q +Q = Q +Q +Q +Q
- Nhiệt lượng do hơi mang ra ở đỉnh tháp Qy: Qy = GD(1 + Rx)λD.
.Ta cĩ: GD = 7945 kg/h và tD = 80.09 oC. . Nhiệt lượng riêng của hơi ở đỉnh tháp λD:
Nhiệt dung riêng của Benzen: CB = 2043.88 J/Kg.0C Nhiệt dung riêng của Toluen: CT = 1989,4 J/Kg.0C Phương trình đoạn cất: (*)
Thay vào (*) yD = 1
Nhiệt dung riêng của hỗn hợp:
J/Kg.0C J/h.
- Nhiệt lượng do sản phẩm đáy mang ra QW: Ta cĩ: GW= 13655 Kg/h , oCvà
Ở nhiệt độ 110,6 0C.
Nhiệt dung riêng của Benzen: CB = 2149,04 J/Kg.0C Nhiệt dung riêng của Toluen: CT = 2099,04 J/Kg.0C Nhiệt dung riêng của hỗn hợp là:
J/Kg.0C J/h.
- Nhiệt lượng do lượng lỏng hồi lưu mang vào QR
Lượng lỏng hồi lưu:
0C
Nhiệt dung riêng của Benzen: CB = 2043,88 J/Kg.0C Nhiệt dung riêng của Toluen: CT = 1989,4 J/Kg.0C Nhiệt dung riêng của hỗn hợp là:
J/Kg.0C
QR = 80,09 = 182,8.106 J/h
- Nhiệt lượng do hơi đốt mang vào tháp QD2:
Chọn nhiệt độ của nước ngưng là 40oC ⇒ C2 = 4180 J/Kg.0C Dùng hơi nước ở áp suất 2,5at
Nhiệt hố hơi của nước: J/Kg QD2 = D2 ( J/h.
- Nhiệt lượng do nước ngưng mang ra Qng2: J/h.
- Nhiệt lượng tổn thất ra mơi trường xung quanh Qxq2 - lấy bằng 5%: Qxq2 = 0,05.D2.r2 = 0,05 D 2189500 = 2 D 109,475102 3 J/h. - Lượng hơi đốt cần thiết để đun sơi dung dịch trong đáy tháp D2:
⇒ D2 = 55,9 J/h
Vậy: QD2 = 131,75.106 J/h Qng2 = 9,35.106 J/h Qxq2 = 6,12.106 J/h
1. Lượng hơi đốt cần thiết để đun nĩng dung dịch đầu đến nhiệt độ sơi F f 1 1 Q Q D 0,95r − =
(CT IX.155/197 – Sổ tay QT&TB CNHC tập 2) - Qf : nhiệt lượng do hỗn hợp đầu mang vào (J/h)
Trong đĩ:
GF: Lượng hỗn hợp đầu, Kg/h
Cf: Nhiệt dung riêng của hỗn hợp đầu, J/Kg.0C tf : nhiệt độ đầu của hỗn hợp, 0C
- Chọn tf = 30oC
Nhiệt dung riêng của Benzen: CB = 1777,5 J/Kg.0C Nhiệt dung riêng của Toluen: CT = 1755 J/Kg.0C Nhiệt dung riêng của hỗn hợp là:
J/Kg.0C J/h
- Nhiệt lượng do hỗn hợp đầu mang ra
Trong đĩ:
: lượng hỗn hợp đầu, kg/h
CF : nhiệt dung riêng của hỗn hợp khi đi ra khỏi thiết bị đun nĩng, J/kgđộ tF : nhiệt độ của hỗn hợp khi đi ra khỏi thiết bị đun nĩng, oC
Với tF = 97,240C
Nhiệt dung riêng của Benzen: CB = 2108,27 J/Kg.0C Nhiệt dung riêng của Toluen: CT = 2057,58 J/Kg.0C Nhiệt dung riêng của hỗn hợp là:
J/Kg.0C J/h
Dùng hơi nước ở áp suất 2,5at Nhiệt hố hơi của nước: J/Kg
0C Vậy lượng hơi đốt cần thiết D1 là :
Chọn nhiệt độ của nước ngưng là 400C -Nhiệt lượng do hơi đốt mang vào
Trong đĩ: : Lượng hơi đốt, Kg/h r1 : ẩn nhiệt hĩa hơi, J/kg t1 : nhiệt độ nước ngưng, 0C
C1 : nhiệt dung riêng của nước ngưng, J/Kg. 0C Với t1= 400C C1= 4175 J/Kg
J/h
- Nhiệt lượng do nước ngưng mang ra Qng1
J/h
- Nhiệt lượng mất ra mơi trương xung quanh (lấy bằng 5% nhiệt tiêu tốn) Qxq1:
1
xq 1 1
Q =0,05D r , J/h (CT IX. – Sổ tay QT&TB CNHC tập 2) J/h
- Lượng nhiệt hữu ích trong quá trình :
Chọn nhiệt độ vào, ra của nước làm lạnh 0C, 0C 0C
Nhiệt dung riêng của nước ờ nhiệt độ trung bình J/kg.độ Tb = 82,09 oC Ẩn nhiệt hố hơi rB = 392027,88 J/Kg rT = 377436,67 J/Kg rD = .rB + (1- ) .rT J/kg. Nước lạnh cần tiêu tốn
IV. Cân bằng nhiệt lượng của thiết bị làm nguội sản phẩm đáy
Trong đĩ:
- Nhiệt độ đầu của sản phẩm đáy: 0C. - Nhiệt độ cuối của sản phẩm đáy: 0C.
0C.
Với nhiệt độ này:
Nhiệt dung riêng của Benzen: CB = 2055.57 J/Kg.0C Nhiệt dung riêng của Toluen: CT = 2001,78 J/Kg.0C Nhiệt dung riêng của hỗn hợp là:
J/Kg.0C J/h.
En thanpy của nước ở 27 0C KJ/h En thanpy của nước ở 400C KJ/h Suất lượng nước cần dùng:
Phương trình cân bằng năng lượng: Trong đĩ:
Lượng hỗn hợp sản phẩm đỉnh
Nhiệt dung riêng của sản phẩm đỉnh đã ngưng tụ, J/kg.độ Nhiệt độ đầu, cuối của sản phẩm đỉnh đã ngưng tụ, 0C. Lượng nước làm lạnh.
- Nhiệt độ vào của sản phẩm đỉnh: 0C. - Nhiệt độ ra của sản phẩm đỉnh: 0C. - Nước lảm nguội cĩ nhiệt độ vào: 0C. - Nước lảm nguội cĩ nhiệt độ ra: 0C. - Nhiệt độ trung bình nước làm lạnh: 0C. - Nhiệt dung riêng của nước ở 0C là: J/kg.độ. - Nhiệt độ trung bình sản phẩm đỉnh: 0C. Ở 0C.
Nhiệt dung riêng của Benzen: CB = 1909,24 J/Kg.0C Nhiệt dung riêng của Toluen: CT = `1880,225 J/Kg.0C Nhiệt dung riêng của hỗn hợp là:
J/Kg.0C Ẩn nhiệt hố hơi rB = 423460 J/Kg rT = 390400 J/Kg rD = .rB + (1- ) .rT J/kg. Lượng nước cần dùng
CHƯƠNG VII: TÍNH TỐN THIẾT BỊ PHỤ
I. THIẾT BỊ ĐUN SƠI DỊNG NHẬP LIỆU
Chọn thiết bị gia nhệt nhập liệu là thiết bị trao đổi nhiệt kiểu ống chùm. Ống truyền nhiệt được làm bằng thép X18H10T, kích thước ống 25 x 2.
• Đường kính ngồi:
• Đường kính trong:
• Bề dày ống: Chọn:
Dịng nhập liệu đi trong ống cĩ nhiệt độ: 0C. Nhiệt độ ra: 0C.
Hơi đốt là hơi nước cĩ áp suất 2,5at. Hơi nước đi phía ngồi ống từ trên xuống, dịng nhập liệu đi phía trong ống từ dưới lên.
Tra bảng I.125 trang 314 STTB tập 2.
• Nhiệt hố hơi: J/kg.
• Nhiệt độ sơi: 0C.
Quá trình truyền nhiệt là ổn định.
Từ phương trình Newton – Furie (phương trình truyền nhiệt)
Trong đĩ:
Hiệu số nhiệt trung bình của chất tải nhiệt ở hai bên bề mặt tường, 0C. 1. Hiệu số nhiệt độ trung bình
Chọn kiểu truyền nhiêt ngược chiều, nên:
2. Hệ số truyền nhiệt
Hệ số truyền nhiệt K được tính theo cơng thức như đối với tường phẳng: Trong đĩ:
Hệ số cấp nhiệt của hơi đốt, W/m2.độ. Hệ sớ cấp nhiệt dịng nhập liệu, W/m2.độ. Nhiệt trở qua thành ống và lớp cáu.
3. Nhiệt tải qua thành ống và lớp cáu Trong đĩ:
Nhiệt độ của vách tiếp xúc với hơi đốt phía vỏ, 0C
: Nhiệt độ của vách tiếp xúc dịng nhập liệu trong ống, 0C Bề dày thành ống:
Hệ số dẫn nhiệt của thép khơng gỉ: W/m.độ (Tra bảng XII.7 trang 313 STTB tập 2) Nhiệt trở lớp bẩn trong ống: (Tra bảng 31 trang 419 [4]).
Nhiệt trở lớp cáu trong ống: (Tra bảng 31 trang 419 [4]).
3.1
Xác định hệ số cấp nhiệt của dịng nhập liệu trong ống Nhiệt độ trung bình của dịng nhập liệu đi trong ống:
0C Khối lượng riêng của Benzen:
Khối lượng riêng của Toluen:
Khối lượng riêng của dịng nhập liệu là:
Độ nhớt của Benzen: Độ nhớt của Toluen:
Độ nhớt của hỗn hợp:
Hệ số dẫn nhiệt của Benzen: Hệ số dẫn nhiệt của Toleen: Hệ số dẫn nhiệt của hỗn hợp:
Nhiệt dung riêng của Benzen: CB = 1949 J/Kg.0C Nhiệt dung riêng của Toluen: CT = `1914,5J/Kg.0C Nhiệt dung riêng của hỗn hợp là:
J/Kg.0C
Vận tốc dịng nhập liệu trong ống:
Chuẩn số Reynolds
Ta thấy Re > 10000 Chế độ chảy rối
Hệ số hiệu chỉnh phụ thuộc vào Re và tỉ lệ đường ống L và dường kính d của ống. Khi
Hệ số cấp nhiệt của sản phẩm đỉnh ngồi ống:
3.2
Hệ số cấp nhiệt của hơi nước đi ngồi ống
Dùng phép lặp: Chọn 0C
Nhiệt độ trung bình của màng chất ngưng tụ: 0C. Tại nhiệt độ này thì:
Khối lượng riệng của nước: Độ nhớt của nước:
0C.
Tại nhiệt độ 0C.
Khối lượng riêng của Benzen: Khối lượng riêng của Toluen:
Khối lượng riêng của dịng nhập liệu là:
Độ nhớt của Benzen: Độ nhớt của Toluen:
Độ nhớt của hỗn hợp:
Hệ số dẫn nhiệt của Benzen: Hệ số dẫn nhiệt của Toleen: Hệ số dẫn nhiệt của hỗn hợp:
Nhiệt dung riêng của Benzen: CB = 2150 J/Kg.0C Nhiệt dung riêng của Toluen: CT = `2100 J/Kg.0C Nhiệt dung riêng của hỗn hợp là:
J/Kg.0C
Kiểm tra sai số:
Kết luận: chọn C. và 0C. Vậy hệ số truyền nhiệt:
4.
Bề mặt truyền nhiệt.
5. Cấu tạo thiết bị
Số ống truyền nhiệt n = 19 ống. Ống bố trí theo hình lục giác đều. Chiều dài ống truyền nhiệt:
Số ống trên đường chéo: b = 5 ống
Bước ống: t = 1,2b = 1,2.0,025 = 0,03 (m) Đường kính vỏ thiết bị:
II. THIẾT BỊ NGƯNG TỤ SẢN PHẨM ĐỈNH
Chọn thiết bị gia nhệt nhập liệu là thiết bị trao đổi nhiệt kiểu ống chùm. Ống truyền nhiệt được làm bằng thép X18H10T, kích thước ống 25 x 2.
Chọn chiều dài ống L = 1,5 m.
• Đường kính ngồi:
• Đường kính trong:
• Bề dày ống: Chọn:
Nước làm lạnh đi trong ống: 0C. Nhiệt độ ra: 0C. Dịng hơi tại đỉnh đi ngồi ống: 0C.
Quá trình truyền nhiệt là ổn định.
Từ phương trình Newton – Furie (phương trình truyền nhiệt)
Trong đĩ:
K: Hệ số truyền nhiệt, W/m2.độ. F: Bề mặt trao đổi nhiệt, m2.
Hiệu số nhiệt trung bình của chất tải nhiệt ở hai bên bề mặt tường, 0C. 1. Hiệu số nhiệt độ trung bình
Chọn kiểu truyền nhiêt ngược chiều, nên:
Trong đĩ:
Hệ số cấp nhiệt của hơi đốt, W/m2.độ. Hệ sớ cấp nhiệt dịng nhập liệu, W/m2.độ. Nhiệt trở qua thành ống và lớp cáu.
3. Nhiệt tải qua thành ống và lớp cáu
Trong đĩ:
Nhiệt độ của vách tiếp xúc với hơi đốt phía vỏ, 0C
: Nhiệt độ của vách tiếp xúc dịng nhập liệu trong ống, 0C Bề dày thành ống:
Hệ số dẫn nhiệt của thép khơng gỉ: W/m.độ (Tra bảng XII.7 trang 313 STTB tập 2) Nhiệt trở lớp bẩn trong ống: (Tra bảng 31 trang 419 [4]).
Nhiệt trở lớp cáu trong ống: (Tra bảng 31 trang 419 [4]).
3.1
Xác định hệ số cấp nhiệt của nước đi trong ống. Nhiệt độ trung bình của dịng nước đi trong ống: 0C
Tại nhiệt độ này:
Khối lượng riệng của nước: Độ nhớt của nước:
Hệ số dẫn nhiệt của nước: Chuẩn số Pradtl:
Chọn: vận tốc nước đi trong ống : Số ống:
Tra bảng VII trang 48 STTB tập 2 chọn n = 19 ống. Vận tốc thực tế của nước trong ống:
Chuẩn số Reynolds
Ta thấy 2300 < Re < 10000 Chế độ chảy quá độ Áp dụng cơng thức V44 trang 16 STTB tập 2 Hệ số k0 phụ thuộc vào Re , với Re = 8905,8
Hệ số hiệu chỉnh phụ thuộc vào Re và tỉ lệ đường ống L và dường kính d của ống. Khi
Chuần số Prandlt của nước ở nhiệt độ trung bỉnh cùa vách. Hệ số cấp nhiệt của nước trong ống:
3.2 Xác định hệ số cấp nhiệt của hơi ngưng tụ ngồi ống.Điều kiện: Điều kiện:
- Ngưng tụ hơi bão hồ
- Khơng chứa khơng khí khơng ngưng - Hơi ngưng tụ ở mặt ngồi ống
- Màng chất ngưng tụ chảy tầng - Ống nằm ngang
Áp dung cơng thức V.111 trang 30 [6]. Đối với ống đơn chiếc nằm ngang.
Với số ống n = 19 ống thì số đường chéo của hình sáu cạnh b = 5. Hệ số phụ thuộc vào cách bố trí ống và số ống trong mỗi dãy thẳng đứng (vì xếp xen kẽ và số ống trong dãy thẳng đứng là 9)
Hệ số cấp nhiệt trung bình của ống chum:
Dùng phép lặp: Chọn 0C
Nhiệt độ trung bình của màng chất ngưng tụ: 0C. Tại nhiệt độ này thì:
Khối lượng riêng của Benzen: Khối lượng riêng của Toluen:
Khối lượng riêng của dịng nhập liệu là:
Độ nhớt của Benzen: Độ nhớt của Toluen:
Độ nhớt của hỗn hợp:
Hệ số dẫn nhiệt của Benzen: Hệ số dẫn nhiệt của Toleen: Hệ số dẫn nhiệt của hỗn hợp: Ẩn nhiệt ngưng tụ KJ/kg.
0C.
Kiểm tra sai số:
Kết luận: chọn 0C. và 0C. Vậy hệ số truyền nhiệt:
4.
Bề mặt truyền nhiệt.
5. Cấu tạo thiết bị
Số ống truyền nhiệt n = 19 ống. Ống bố trí theo hình lục giác đều. Chiều dài ống truyền nhiệt:
Số ống trên đường chéo: b = 5 ống
Bước ống: t = 1,2b = 1,2.0,025 = 0,03 (m) Đường kính vỏ thiết bị:
III. THIẾT BỊ LÀM NGUỘI SẢN PHẨM ĐỈNH
Chọn thiết bị gia nhệt nhập liệu là thiết bị trao đổi nhiệt kiểu ống chùm. Ống truyền nhiệt được làm bằng thép X18H10T, kích thước ống 25 x 2.
Chọn chiều dài ống L = 1,5 m.
• Đường kính ngồi:
• Đường kính trong:
• Bề dày ống: Chọn:
Nước làm lạnh đi trong ống: 0C. Nhiệt độ ra: 0C. Nhiệt độ đầu, cuối của sản phẩm đỉnh: 0C, 0C.
Từ phương trình Newton – Furie (phương trình truyền nhiệt)
Trong đĩ:
K: Hệ số truyền nhiệt, W/m2.độ. F: Bề mặt trao đổi nhiệt, m2.
Hiệu số nhiệt trung bình của chất tải nhiệt ở hai bên bề mặt tường, 0C. 1. Hiệu số nhiệt độ trung bình
Chọn kiểu truyền nhiêt ngược chiều, nên:
2. Hệ số truyền nhiệt
Hệ số truyền nhiệt K được tính theo cơng thức như đối với tường phẳng: Trong đĩ:
Hệ số cấp nhiệt của hơi đốt, W/m2.độ. Hệ sớ cấp nhiệt dịng nhập liệu, W/m2.độ. Nhiệt trở qua thành ống và lớp cáu.
3. Nhiệt tải qua thành ống và lớp cáu
Trong đĩ:
Nhiệt độ của vách tiếp xúc với hơi đốt phía vỏ, 0C
: Nhiệt độ của vách tiếp xúc dịng nhập liệu trong ống, 0C Bề dày thành ống:
Hệ số dẫn nhiệt của thép khơng gỉ: W/m.độ (Tra bảng XII.7 trang 313 STTB tập 2) Nhiệt trở lớp bẩn trong ống: (Tra bảng 31 trang 419 [4]).
Nhiệt trở lớp cáu trong ống: (Tra bảng 31 trang 419 [4]).
3.1
Xác định hệ số cấp nhiệt của nước đi trong ống. Nhiệt độ trung bình của dịng nước đi trong ống: 0C
Tại nhiệt độ này:
Khối lượng riệng của nước: Độ nhớt của nước:
Chuẩn số Pradtl:
Chọn: vận tốc nước đi trong ống : Chuẩn số Reynolds
Ta thấy Re > 10000 Chế độ chảy rối
Hệ số hiệu chỉnh phụ thuộc vào Re và tỉ lệ đường ống L và dường kính d của ống. Khi
Chuần số Prandlt của nước ở 33,50C
Chuần số Prandlt của nước ở nhiệt độ trung bình cùa vách. Hệ số cấp nhiệt của nước trong ống:
3.2 Xác định hệ số cấp nhiệt của sản phẩm đáy ngồi ống. Nhiệt độ trung bình của dịng nước đi trong ống: 0C
Tại nhiệt độ này:
Khối lượng riêng của Benzen: Khối lượng riêng của Toluen:
Khối lượng riêng của dịng nhập liệu là:
Độ nhớt của Benzen: Độ nhớt của Toluen:
Độ nhớt của hỗn hợp:
Hệ số dẫn nhiệt của Benzen: Hệ số dẫn nhiệt của Toleen: Hệ số dẫn nhiệt của hỗn hợp:
Nhiệt dung riêng của Benzen: CB = 1935,3 J/Kg.0C Nhiệt dung riêng của Toluen: CT = `1904 J/Kg.0C
J/Kg.0C
Chuẩn số Reynolds
Ta thấy Re > 10000 Chế độ chảy rối
Hệ số hiệu chỉnh phụ thuộc vào Re và tỉ lệ đường ống L và dường kính d của ống. Khi
Hệ số cấp nhiệt của sản phẩm đỉnh ngồi ống:
Dùng phép lặp: Chọn 0C Tại nhiệt độ này thì: