Để tránh phân hủy nên ta chọn thời gian lưu trong vùng phản ứng ngắn Ta chọn t =0,015s
Ta có lượng sản phẩm Vsf = 29328,046 (m3/h) Chuyển về điều kiện nhiệt độ 15000C
Vsf = 29328,046.(1753/273)=188322,581 (m3/h)=52,311 (m3/s). Vận tốc phản ứng : Vpu =v.t = 52,311.0,015= 0,78 (m3/h) Do đó chiều dài phản ứng: H= (v/л.r2)=(0,78/3,14.0,92)= 0.306 m => chọn h=0.5 m 5.1.3: Tính toán vùng làm mát: Phản ứng thực hiện ở 15000C .
Ta có công thức tính nhiệt lượng như sau: F.k.∆t= Q.
Hệ số truyền nhiệt 698. Và nhiệt lượng là 294328,67 ta tính được F=8,7 Chọn đường kính ống dẫn nước cho quá trình tôi la 0,2m.
Ta tính được chiều dài của ống là 277,49m. Trong vùng làm mát ta có:
- Lượng sản phẩm :
Vsf=29328,026 (m3/h) Nước tạo ra : 8660,571 m3/h.
Nước làm mát : 8980,941 m3/h.
Suy ra tổng lượng thu được ở buồng làm mát là: 46969,738 m3/h V=46969,738.(353/273)=60733,764 m3/h.
Chọn vận tốc trong vùng làm mát là 3m/s. ta tính được tiết diện vùng làm mát là: F= 60733,764 /(3.3600)= 3,37 m2
Suy ra đường kính vùng làm mát là 2,57m . ta chọn 2,6m.
Đường ống dẫn nước vào làm mát là thiết bị làm mát dạng xoắn ruột gà .
Hệ thống làm mát gồm 3 ống có tiết diện o,2m, chiều dài mỗi ống là 92m, xoắn 10 vòng trong vùng làm mát.
GVHD: Dương Khắc Hồng 46
Đáy thiết bị hình elip , có chiều cao đáy là 0,5m.
5.1.4: Tính toán các ống dẫn: a.Tính ống dẫn oxy vào: a.Tính ống dẫn oxy vào:
Ta có lượng oxy kỹ thuật vào là: 9288,378 m3/h. Lượng khí Nitơ trong oxy kỹ thuật là: 184,567 m3/h.
Vậy tổng lượng khí oxy kỹ thuật vào là: 9472,94 m3/h=2,63 m3/s Vận tốc khí vào : 28 m/s
Ta có: S= Q/v =2,63/28 = 0,094 m2 Suy ra d= 0,4 m.
b.Tính ống dẫn khí thiên nhiên vào
Lượng khí thiên nhiên vào: 24622,76 m3/h=6,83m3/s.
Để đảm bảo cho dòng khí không bị cháy ngược trở lai trong ống thí ta chọn vận tốc dòng khí vào la 6m/s
Tiết diện ống: S= 6,83/6=1,3745m2 Suy ra đường kính ống là: 0,5m
c.Tính ống dẫn sản phẩm ra:
Lượng sản phẩm ra: 24356,45 m3/h=6,67m3/s.
Chọn vận tốc dòng sản phẩm ra la 22m/s. ta tính được tiết diện của ống là :0,307 m2.
Suy ra đường kính ống dẫn sản phẩm ra là 0,7m.
d.Tính toán cửa tháo muội :
Muội tháo ra có lẫn một lượng nước do quá trình làm mát nên ta có lượng muội tháo ra là: 8660,751 kg/h….
Suy ra đường kính cửa tháo muội là 0,5m (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
5.2: Tính toán thiết bị phụ
5.2.1. Tính thiết bị làm lạnh khi cracking
Khí sau khi cracking và được "tôi" bằng nước sau đó sẽ đưa sang thiết bị này để làm lạnh.
Thiết bị này được làm lạnh ở giai đoạn 1 và giai đoạn 3. Khí ở 800C làm lạnh xuống 550C( giai đoạn 1).
GVHD: Dương Khắc Hồng 47
Lượng khí đi vào V = 36659,956 (m3/h) (đktc).
Lượng tác nhân làm lạnh đưa vào V = 381079,365(m3/h). Tháp làm lạnh ta dùng tháp đệm
Ta chọn loại đệm vỉ gỗ có các thông số [12-tr193] Chiều dày thanh đệm: a = 0,01(m).
Khoảng cách giữa các thanh đệm: b = 0,02(m). Chiều cao thanh đệm: c = 0,1(m).
Bề mặt riêng: d = 65(m2/m3). Thể tích tự do: Vd= 0,68(m3/m3).
Khối lượng riêng xốp: d = 145(kg/m3).
[12 – tr126]
5.2.2. Tính đƣờng kính tháp.
Trong đó: d: Đường kính tháp.
Sch:Tiết diện chung của đệm (m2)
a.Tính vận tốc tới hạn của khí ra.
[2 – tr126]
Trong đó: : Độ nhớt khí ra CP.
dtd : Đường kính tương đương của đệm (m). : Mật độ của khí (kg/m3). - Tính độ nhớt: t = 0 + Tính độ nhớt Độ nhớt của khí ra xác định ở T ra (550 C) Áp dụng công thức: 2 / 3 0 T 273 T . C T C 273 . (3) Trong đó: T: Độ nhớt ở nhiệt độ T = 550C, Ns/m2 0: Độ nhớt ở nhiệt độ t = 00C, Ns/m2
GVHD: Dương Khắc Hồng 48
C: Hằng số phụ thuộc của từng loại khí Với 0, C ta tra bảng 1 - 113 [12 -tr113]
Thay các giá trị 0, C của các cấu tử tương ứng trên, ta xác định độ nhớt của cấu tử tại nhiệt độ 550C.
Bảng 17:Độ nhớt của cấu tử tại nhiệt độ 550C.
Cấu tử 10-7 NS/m2 Cấu tử 10-7 NS/m2 C2H2 113,93 Co 190,59 C2H4 116,93 C3H4 94,53 CH4 121,14 H2 96,59 CO2 163,38 N2 189,63 Áp dụng công thức: [12 – tr94] Trong đó
Mhh: Khối lượng phân tử trung bình của khí
hh55: Độ nhớt của khí ra ở 550
C
mi, MI , i : Thành phần mol, khối lượng mol và độ nhớt của các cấu tử tại 550C
Bảng 18: Khối lƣợng riêng của các cấu tử
Cấu tử % thể tích (Kg/h) M i(Kg/Kmol ) C2H2 8,5 1,1708 26 C2H4 0,4 1,2614 28 H2 57 0,0898 2 CH4 4 0,7167 16 CO 25,7 1,2501 28 CO2 3 1,9768 44 N2 1 1,2507 28 C3H4 0,6 1,7858 40 (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
- Khối lượng riêng trung bình của hỗn hợp khí
GVHD: Dương Khắc Hồng 49
+ 0,03 . 44 + 0,01 . 28 + 0,006 . 40 = 13,138 (Kg/Kmol Thay các giá trị Mhh, Mi, Mi55 vào (4) ta tính được):
Tính dtd
dtd = 2 . b = 2 . 0,02 = 0,04 (m) - Tính mật độ của khí ra (550C)
Từ phương trình
Suy ra:
Bề mặt ướt cần thiết của đệm:
+ Tính diện tích chung của đệm, Schung
c u a b S xS b = 0,01 0,02 x5,66 8,495(m) 0.02
Vậy ta tính được đường kính tháp
c 4.S 4.8, 495 D 3,37 m 3,14 Quy chuẩn ta chọn D = 3,4 (m) Tính chiều cao
Khoảng cách phần dưới đến đáy là 1,6 (m) 4 2 7 55 10 . 011 , 151 / 10 . 011 , 151 087 , 0 138 , 13 m Ns hh
GVHD: Dương Khắc Hồng 50
Khoảng cách cho phép ở đỉnh tháp là 1 (m) Chiều cao của đáy elip 0,9 (m ) [12-tr193] Chọn số vòng đệm 8 (vòng)
Suy ra:
H = 1,6 + 0,9 + 1 + 0,1 . 8 = 4,3 (m)
Đối với gia đoạn 3 (đoạn tháp trên ) ta chọn như đoạn dưới. HT = 4,3 . 2 = 8,6 (m)
5.3. Tính tháp hấp thụ
Ta chọn tháp hấp thụ loại đệm vòng Rasiga bằng sứ có các thông số [12-tr193] Đệm có kích thước: 35 x 35 x 4 (mm)
d : Bề mặt riêng của đệm: d = 135 m2/m3 Vd : Thể tích tự do của đệm: Vd = 0,78 m3/m3 Xác định vận tốc của khí đi trong tháp.
Vận tốc của khí đi trong tháp được xác định theo công thức[12-tr187] y = 1,2.e-4x 0,16 2 s d tbk x 3 n d tbk . . y . 6 g.v . 1 / 4 1 / 8 x tbk y tbl G x . 7 G Trong đó: S: Vận tốc sặc (m/s) d: Bề mặt riêng của đệm (m2/m3) g: gia tốc trọng trường (m2/s)
GX, GY lưu lượng lỏng, khí trung bình (kg/s)
tbk, tbl: khối lượng riêng trung bình của khí và lỏng (kg/m3)
x, n: độ nhớt của lỏng ở nhiệt độ trung bình và độ nhớt của nước ở nhiệt độ 20oC, N.s/m2 ( n = 10-3)
Vận tốc làm việc
GVHD: Dương Khắc Hồng 51
Các thông số của tháp
Vào: T = 450C, P = 10atm
Khối lượng riêng của dung môi (2% H2O - 98% NMP) NMP: N - metyl pyrolidon (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
NMP = 1025,1 (kg/m3)
H2O = 1000 (kg/m3)
Ở phần trước ta tính được khối lượng dung môi Vdm= 249,387 (m3/h) Do vậy:
G = 249,387 . 1025,1 = 255647,126 (kg/h) Từ bảng (8) ta có lưu lượng dòng khí đi vào
GKV = 21472,846 (kg/h) Ra T = 500C P = 8atm
GKR=17341,261 (kg/h)
+ Khối lượng riêng của khí vào từ bảng (19) ta có
V = xi. i = 0,5857 (kg/m3) + Khối lượng riêng trung bình của khí ra
R = xi . i = 0,5212 (kg/m3) +khối lượng trung bình của khí:
tbk = ( V + R)/2 = (0,5857 + 0,5212)/2 = 0,5534 (kg/m3) Lưu lượng trung bình của khí (đktc)
GK = (GKV + GKR)/2 = (21472,846 + 17341,216)/2 = 19407,031 (kg/h)
Độ nhớt của chất lỏng (x) (dung môi ra) Áp dụng công thức
lg(lg ) = K . /M - 2,9 Trong đó:
: độ nhớt của chất lỏng hữu cơ
: khối lượng riêng tương đối của chất lỏng (tỷ số so với nước) = 1025,01/1000 = 1,025
GVHD: Dương Khắc Hồng 52
M = 114 (kg/kmol) K: Hằng số phụ thuộc vào cấu trúc chất lỏng
K = A.n + p
Với A: Số nguyên tử cùng tên trong phân tử chất lỏng n: Trị số của hằng số nguyên tử 1 - 95 [11-tr92] P: Hiệu số hiệu chỉnh P = -24
Dựa vào bảng I-95 [11-tr 92]
K = 5 . 5,02 + 9 . 2,7 + 1 . 37 - 24 = 318 Thay các giá trị trên vào công thức độ nhớt ta được:
1 / 4 1 / 8 255647,126. 0,5534 X . 0,744 19407, 031 1024,52 0,16 2 4 s 3 3 .135.0,5534 8,16.10 Y . 10 0,98. 0,78 .1024,52
Thay các giá trị trên vào công thức (6)
Y = 0,024. s2 Thay các giá trị X, Y vào (5) ta được:
0,024. s2 = 1,2 . e-4 . 0,74 Suy ra s = 1,739 (m/s)
Chọn vận tốc làm việc = 0,9. s Vậy s= 1,739.0,9 = 1,565 (m/s)
Đường kính tháp xác định theo công thức [12-tr18]
k y tb 19407, 031 d 0, 0188. 0, 0188. 2,814(m) 0,5534.1.565 . G Quy chuẩn chọn D = 2,8 (m)
Chiều cao của tháp.
Đối với tháp đệm có (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
htd = 200 (Vd/ d)1/2* (v)-0,4[12-tr 168] Trong đó:
GVHD: Dương Khắc Hồng 53 Vd = 0,78 (m3/m3) d: Bề mặt riêng của đệm (m3/m3) v: Vận tốc pha khí trong tháp (m/s) v = 1,565 (m/s) Từ đây ta có: 1,2 td 0,4 0,78 1 h 200. . 0,344(m) 135 1,565
Số đĩa thực tế ta chọn NTT = 15 đĩa chia làm 3 đoạn, mỗi đoạn 5 đĩa. - Ta chọn khoảng cách giữa hai khoảng đệm là 1,5 (m)
- Khoảng cách tới đỉnh và đáy là 3,7 (m) Vậy tổng chiều cao tháp là:
H = 3 . (5 . 0,344) + 2 . 1,5 + 3,7 = 11,86 (m) Qui chuẩn H = 12 (m)
GVHD: Dương Khắc Hồng 54
CHƢƠNG 6: TÍNH TOÁN CƠ KHÍ
Chọn vật liệu là thép CT3 Có các thông số kỹ thuật
+ Ứng suất giới hạn bền kéo k = 380.106 N/m2 + Ứng suất giới hạn bền chảy c = 240 . 106N/m
Ứng suất cho phép giới hạn bền kéo của thép được xác định theo công thức:
K K . 12 tr356 K: Hệ số an toàn giới hạn bền, K = 2,6 : Hệ số hiệu chỉnh = 1 Suy ra 6 6 2 K 380 .10 146.10 N / m 2,6 6 6 2 C 240 .10 160.10 N / m 1,5
C: Hệ số an toàn giới hạn bền chảy C = 1,5 Suy ra:
C
C
. 12 tr356
Để đảm bảo độ bền ta lấy giá trị ứng suất bé hơn để tính. [ ] = [ K] = 146.106 (N/m2)
6.1. Tính thân tháp hấp thụ.
Thân tháp hình trụ trònhàn, chiều dày thân tháp được xác định theo công thức sau:
- [12 – tr136]
Theo bảng XIII-8 [12-tr 362]
Thiết bị hàn bằng hồ quang điện nên = 0,95 P t= Pm + Pu Pm: áp suất làm việc của tháp. Pm = 10 atm
GVHD: Dương Khắc Hồng 55
Pu: áp suất thuỷ tĩnh trong phần dưới của thiết bị Pu = g.h. Với h: là chiều cao chứa chất lỏng của tháp (m)
h = 12 (m)
Pu = 1025,51.9,81.12 = 1,18.105 (N/m2) pt = (1,5 + 10). 105 (N/m2)
C: hệ số bổ sung do ăn mòn và dung sai âm về chiều dày của thép tấm (m). C = C1 + C2 + C3.
C1: Bổ sung do ăn mòn, với thép CT3[12-tr 362] C1 = 1 (mm)
C2 = 0 (mm) C3 = 0,6 (mm) Suy ra C = 1 + 0,6 = 1,6 (mm)
Thiết bị được cách ly với nguồn nóng trực tiếp nên thuộc nhóm 2 loại 2 tra bảng XIII-2 [12-tr356]ta đượ = 1
Để đảm bảo an toàn ta xét tỷ số sau: (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
6 5 t 146.10 . .0,95 130,6 50 11,18.10
Do đó ta có thể bỏ giá trị của Pt ở mẫu khi tính S Suy ra: 6 t o c 6 D S C .P 240.10 200.10 2. S C . 1,2 1,2
Kiểm tra ứng suất thành thiết bị thao áp suất thử. (dùng nước để thử) áp suất thử Po được xác định:
Po = Pth + Pt Pth: áp suất thuỷ lực (thử)
Pth = 1,18. Pt = 1,18. 11,8.105 = 13,192.105 (N/m2) Vậy Po = ( 13,192 + 11,18). 105 = 24,37.105 (N/m2)
kiểm tra ứng suất ở thân thiết bị theo áp suất thử Tính theo công thức:
GVHD: Dương Khắc Hồng 56 5 6 6 2 3 0, 012 0, 0016 .24,37.10 164,648.10 200.10 N / m 2. 0, 012 0, 0016 .0,95 Khi S = 12 (mm). Vậy [ ] < [ c]/2
Như vậy S = 12 (mm) là giá trị phù hợp. Chọn đáy và nắp.
Từ đường kính của tháp Dt = 2,6 (m) tra bảng XIII. 13 [12-tr388] ta được chiều cao đáy và nắp: Hdn =700 (mm)
6.2. Tính đƣờng kính các ống dẫn:
Đường kính các ống dẫn được xác định theo công thức: V
d
0,785. Trong đó: V: Lưu lượng của dòng (m3/s)
: Vận tốc trung bình của lưu thể (m/s) Khí ra ở điều kiện 50oC, 8atm
o o 1 R a 1 0 33278,133. 273 50 V .P .T V 1,269 m / s P .T .3600 8.273.3600 Tra bảng 12.2[11-tr369] Vận tốc khí raP > 1 at thì = 15 25 (m/s) o o 3 v V .P . 273 45 36659,956 273 45 1,178 m / s 10.273.3600 10.273.3600 Ta chọn = 15 (m/s) dkhi ra= 328 (mm) -Khí vào ở điều kiện 50oC, 10 atm
khira 1,269 d 0,328 m 0,785.15 khivao 1,178 d 0,316 m 0,785.15 -chọn vận tốc khí trong ống là V = 15 (m/s)dkhí vào= 316 (mm) - Ống dẫn dung môi vào mv = 255647,126 (kg/h)
3 dmvao
255647,126
V 0, 069 m / s
GVHD: Dương Khắc Hồng 57
Chọn vận tốc lỏng chảy trong ống là V=2 (m/s) ddmvao= 210 (mm)
dmvao 0, 069 d 0,210(m) 0,785.2 - Ống dẫn dung môi ra mra=255647,126 + 3393,604 = 259040,730 (kg/h) Chọn vận tốc lỏng chảy trong ống là 1,8(m/s) 3 dmra 259040,730 V 0,07(m / s) 1025,1.3600 dmra 0, 07 d 0,220(m) 0,785.1,8
* Tính đường kính đoạn tốc của thiết bị Ta chọn d = 2,6 (m)
* Chiều cao của đoạn tốc là: ht = 5 (m)
* Chiều cao của đoạn khuếch tán là: ht = 7 (m) Tổng chiều cao của tháp là:
GVHD: Dương Khắc Hồng 58
KẾT LUẬN
Do Axetylen là sản phẩm có vai trò quan trọng trong đời sống cho nên chúng ta cần phải tập trung nghiên cứu và cải tiến các phương pháp sản xuất Axetylen để thu
được hiệu quả kinh tế cao .
Trong phương pháp sản xuất Axetylen (đi từ khí thiên nhiên ), có xu hướng phát triển mạnh hơn bởi vì do công nghiệp dầu khí phát triển mạnh dẫn đến nguyên liệu cho quá trình sản xuất rẻ và phương pháp này được thực hiện trong pha khí nên năng suất của quá trình lớn quá trình đơn giản hơn …vv (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Trong quá trình nhiệt phân khí tự nhiên để sản xuất ra Axetylen thì phương pháp Oxy hoá không hoàn toàn là có hiệu quả và kinh tế hơn phương pháp nhiệt điện nên sử dụng rộng rãi hơn trong công nghiệp .
Đối với Việt Nam , công nghiệp hoá dầu có tương lai hứa hẹn rất lớn do nguồn dầu khí dồi dào , đất nước đang trên con đường công nghiệp hoá hiện đại hoá nên có nhu cầu về các sản phẩm đi từ axetylen khá cao . Mặt khác các công nghệ sản xuất axetylen đều có giá thành đầu tư khá rẻ nên rất phù họp với chúng ta .
GVHD: Dương Khắc Hồng 59
TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1]. Marcel Dekker- Chemistry of Axetylens – New York- 1975 [2]. Industrial and engineering chemical Research Vol 35- N03 [3]. Hydrocacbon Processing- November 1975
[4]. Hydrocacbon Processing- March 1997
[5]. Kirt- Othmer. Encyclopedia of chemical industry Vol 1- USA 1972
[6]. G.Margaret Wells BSC, FPRI – Handbook and Petrochemicals and Processes [7]. Barbara Elvers, Stephen Hawkins:Ullman’s Ency plopedia of industrial chemitry,VCH Verlagsgesellschaft mBh, D- Weinheim, Federal Republic of Germany- 1991
[8]. PGS.TS Nguyễn Thị Minh Hiền- chế biến khí tự nhiên và khí đồng hành – Trường đại học Bách Khoa- Hà Nội-2000
[9]. Phan Minh Tân- Tổng hợp hữu cơ và hoá dầu Tập 1- Trường đại học Bách Khoa – TP. HCM- 1999
[10]. Bộ môn hoá lý – Sổ tay tóm tắt các đại lượng hoá lý- Trường đại học Bách Khoa- TP.HCM-1983
[11]. Tập thể tác giả- Sổ tay quá trình và thiết bị công nghệ hoá chất Tập 1- NXB khoa học và kĩ thuật-1992
[12]. Trần Xoa, Nguyễn Trọng Khuông, Hồ Lê Viên- Sổ tay qúa trình và thiết bị công nghệ hoá chất Tập2- NXB khoa học và kĩ thuật-1994