Đồ án tách benzen-toluen

Chia sẻ: phungvanhoan

Tài liệu hướng dẫn cách làm luận văn về ngành hoá học. 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 hóa học, đặc biết là ngành sản xuất các hóa chất cơ bản.

Bạn đang xem 20 trang mẫu tài liệu này, vui lòng download file gốc để xem toàn bộ.

Nội dung Text: Đồ án tách benzen-toluen

Đồ án tách benzen-
toluen
Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software
http://www.foxitsoftware.com For evaluation only.



BOÄ GIAÙO DUÏC VAØ ÑAØO TAÏO COÄNG HOØA XAÕ HOÄI CHUÛ NGHÓA VIEÄT NAM
TRÖÔØNG ÑAÏI HOÏC BAÙCH KHOA Ñoäc laäp – Töï do – Haïnh phuùc
Thaønh phoá Hoà Chí Minh
Khoa: Coâng ngheä Hoùa & Thöïc phaåm
Boä moân: Quaù trình vaø Thieát bò

ÑOÀ AÙN
MOÂN HOÏC: ÑOÀ AÙN MOÂN HOÏC QT&TB. MAÕ SOÁ: 605040
Hoï vaø teân sinh vieân: Vũ Tiến Dũng
Lôùp: HC06MB
Ngaønh (neáu coù): Máy & Thiết Bị
1. Ñaàu ñeà ñoà aùn: Thieát keá thaùp mâm chóp chöng caát hoãn hôïp Benzen – Toluen
coù naêng suaát 200 l/h tính theo saûn phaåm ñænh
2. Nhieäm vuï (noäi dung yeâu caàu vaø soá lieäu ban ñaàu):
- Noàng ñoä nhaäp lieäu: = 40%phaàn khoái löôïng
F

- Noàng ñoä saûn phaåm ñænh: = 98% phaàn khoái löôïng
D

- Noàng ñoä saûn phaåm ñaùy: = 1% phaàn khoái löôïng
W

- Nguoàn naêng löôïng vaø caùc thoâng soá khaùc töï choïn
3. Noäi dung caùc phaàn thuyeát minh vaø tính toaùn:
Xem ôû phaàn muïc luïc
4. Caùc baûn veõ vaø ñoà thò (loaïi vaø kích thöôùc baûn veõ):
Goàm 2 baûn veõ A1: baûn veõ quy trình coâng ngheä vaø baûn veõ chi tieát thieát bò
5. Ngaøy giao ñoà aùn: 6/10/2009
6. Ngaøy hoaøn thaønh ñoà aùn: 18/01/2010
7. Ngaøy baûo veä hay chaám: 25/01/2010
Ngaøy 6 thaùng 10 naêm 2009
CHUÛ NHIEÄM BOÄ MOÂN NGÖÔØI HÖÔÙNG DAÃN
(Kyù vaø ghi roõ hoï teân) (Kyù vaø ghi roõ hoï teân)




Trang 1
Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software
http://www.foxitsoftware.com For evaluation only.




NHAÄN XEÙT ÑOÀ AÙN
Caùn boä höôùng daãn. Nhaän xeùt:____________________________________________
___________________________________________________________________
___________________________________________________________________
___________________________________________________________________
Ñieåm: _______________ Chöõ kyù: _____________________

Caùn boä chaám hay Hoäi ñoàng baûo veä. Nhaän xeùt: ______________________________
___________________________________________________________________
___________________________________________________________________
___________________________________________________________________
Ñieåm: _______________ Chöõ kyù: _____________________

Ñieåm toång keát:




Trang 2
Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software
http://www.foxitsoftware.com For evaluation only.




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 benzen – toluen là hệ 2 cấu tử tan lẫn vào
nhau, ta chọn phương pháp chưng cất để nâng cao độ tinh khiết cho benzen.
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
Benzen – Toluen ở áp suất thưởng với năng suất theo sản phẩm đỉnh(Benzene)
là 200 lít/h có nổng độ 98% phần khối lượng benzen, nồng độ sản phẩm đáy là
99% khối lượng Toluene,Nồng độ nhập liệu là 40% khối lượng Benzene, nhập
liệu ở trạng thái lỏng sôi.




Trang 3
Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software
http://www.foxitsoftware.com For evaluation only.




MUÏC LUÏC

Lời mở đầu .................................................................................. 3
CHÖÔNG 1 : TỔNG QUAN ..................................................................................... 4
I. Lý thuyết về chưng cất ...................................................................................... 5
II. Giới thiệu sơ bộ về nguyên liệu ......................................................................... 7

CHÖÔNG 2 : QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ .............................................................. 9

CHÖÔNG 3 : CAÂN BAÈNG VAÄT CHAÁT ................................................................. 10
Caùc thoâng soá ban ñaàu .................................................................................... 10
I.
II. Xaùc ñònh suaát löôïng saûn phaåm ñænh vaø saûn phaåm ñaùy thu ñöôïc ................... 10
III. Xaùc ñònh tæ soá hoaøn löu laøm vieäc .................................................................... 11
IV. Xaùc ñònh phöông trình ñöôøng laøm vieäc – Soá maâm lyù thuyeát .......................... 13
V. Xaùc ñònh soá maâm thöïc teá ................................................................................ 14

CHÖÔNG 4 : TÍNH TOAÙN THAÙP CHÖNG CAÁT ................................................. 16
I. Đường kính đoạn cất ...................................................................................... 16
II. Đường kính đoạn chưng ................................................................................. 18
III. Trở lực của tháp.............................................................................................. 20
CHÖÔNG 5 : CÂN BẰNG NHIỆT LƯỢNG .......................................................... 22
I. Cân bằng nhiệt lượng cho thiết bị ngưng tụ sản phẩm đỉnh .......................... 22
Cân bằng nhiệt lượng cho thiết bị gia nhiệt nhập liệu.................................... 22
II.
III. Cân bằng nhiệt lượng cho thiết bị làm nguội sản phẩm đáy........................... 22
IV. Cân bằng nhiệt lượng cho thiết bị làm nguội sản phẩm đỉnh......................... 22
V. Nhiệt lượng cung cấp cho đáy tháp................................................................. 23
CHƯƠNG 6: TÍNH TOÁN CƠ KHÍ....................................................................... 24
I. Tính toán thân tháp......................................................................................... 24
II. Tính toán chóp ................................................................................................ 24
III. Tính toán đáy nắp thiết bị ............................................................................... 25
IV. Bích ghép thân ................................................................................................ 26
V. Đường kính các ống dẫn – Bích ghép ống dẫn ............................................... 28
VI. Chân đỡ - tai treo ............................................................................................ 31

CHÖÔNG 7 : TÍNH TOAÙN THIEÁT BÒ PHU.......................................................... 33
Thiết bị ngưng tụ sản phẩm đỉnh ................................................................... 33
I.
II. Thieát bò ñun soâi ñaùy thaùp ................................................................................ 36
III. Thieát bò laøm nguoâïi saûn phaåm ñænh ................................................................. 39
IV. Thieát bò laøm nguoäi saûn phaåm ñaùy ................................................................... 43
V. Thiết bị đun sôi nhập liệu................................................................................ 47
Bồn cao vị........................................................................................................ 50
VI.
VII. Bơm................................................................................................................. 52



Trang 4
Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software
http://www.foxitsoftware.com For evaluation only.




Keát luaän .................................................................................................................... 54

Taøi lieäu tham khaûo ................................................................................................... 54




Trang 5
Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software
http://www.foxitsoftware.com For evaluation only.



Chương 1 :
TỔNG QUAN
I. LÝ THUYẾT VỀ CHƯNG CẤT :
1. Khái niệm :
- Chưng cất là quá trình dùng để tách các cấu tử của hỗn hợp lỏng cũng như hỗn hợp
khí lỏng thành các cấu tử riêng biệt dựa vào độ bay hơi khác nhau của các cấu tử trong hỗn
hợp (nghĩa là khi ở cùng nhiệt độ, áp suất hơi bão hoà của các cấu tử khác nhau).
- Thay vì đưa vào trong hỗn hợp một pha mới để tạo nên sự tiếp xúc giữa hai pha
như trong quá trình hấp thu hoặc nhả khí, trong quá trình chưng cất pha mới được tạo nên
bằng sự bốc hơi hoặc ngưng tụ.
- Chưng cất và cô đặc khá giống nhau, tuy nhiên sự khác nhau căn bản nhất của 2
quá trình này là trong quá trình chưng cất dung môi và chất tan đều bay hơi (nghĩa là các cấu
tử đều hiện diện trong cả hai pha nhưng với tỷ lệ khác nhau), còn trong quá trình cô đặc thì
chỉ có dung môi bay hơi còn chất tan không bay hơi.
- Khi chưng cất ta thu được nhiều cấu tử và thường thì bao nhiêu cấu tử sẽ thu được
bấy nhiêu sản phẩm. Nếu xét hệ đơn giản chỉ có 2 cấu tử thì ta sẽ thu được 2 sản phẩm :
 Sản phẩm đỉnh chủ yếu gồm cấu tử có độ bay hơi lớn (nhiệt độ sôi nhỏ)
 Sản phẩm đỉnh chủ yếu gồm cấu tử có độ bay hơi nhỏ (nhiệt độ sôi lớn)
- Đối với hệ Benzen – Toluen
 Sản phẩm đỉnh chủ yếu gồm benzen và một ít toluen.
 Sản phẩm đáy chủ yếu là toluen và một ít benzen.
2. Phương pháp chưng cất :
Các phương pháp chưng cất được phân loại theo :
- Áp suất làm việc :
 Áp suất thấp
 Áp suất thường
 Áp suất cao
 Nguyên tắc làm việc : dựa vào nhiệt độ sôi của các cấu tử, nếu nhiệt độ sôi của
các cấu tử quá cao thì ta giảm áp suất làm việc để giảm nhiệt độ sôi của các cấu tử.
- Nguyên lí làm việc :
 Chưng một bậc
 Chưng lôi cuốn theo hơi nước
 Chưng cất
- Cấp nhiệt ở đáy tháp :
 Cấp nhiệt trực tiếp
 Cấp nhiệt gián tiếp
Vậy : Đối với hệ Benzen – Toluen, ta chọn phương pháp chưng cất liên tục ở áp suất
thường.
3. Thiết bị chưng cất :
Trong sản xuất, người ta thường dùng nhiều loại thiết bị khác nhau để tiến hành
chưng cất. Tuy nhiên, yêu cầu cơ bản chung của các thiết bị vẫn giống nhau nghĩa là diện tích
tiếp xúc pha phải lớn. Điều này phụ thuộc vào mức độ phân tán của một lưu chất này vào lưu
chất kia. Nếu pha khí phân tán vào pha lỏng ta có các loại tháp mâm, nếu pha lỏng phân tán
vào pha khí ta có tháp chêm, tháp phun, …Ở đây ta khảo sát 2 loại thường dùng là tháp mâm
và tháp chêm.




Trang 6
Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software
http://www.foxitsoftware.com For evaluation only.



 Tháp mâm : thân tháp hình trụ, thẳng đứng phía trong có gắn các mâm có cấu tạo
khác nhau, trên đó pha lỏng và pha hơi đượ cho tiếp xúc với nhau. Tuỳ theo cấu tạo của đĩa, ta
có :
- Tháp mâm chóp : trên mâm bố trí có chóp dạng tròn, xupap, ….
- Tháp mâm xuyên lỗ : trên mâm có nhiều lỗ hay rãnh.
 Tháp chêm (tháp đệm) : tháp hình trụ, gồm nhiều bậc nối với nhau bằng mặt bích
hay hàn. Vật chêm được cho vào tháp theo một trong hai phương pháp sau : xếp
ngẫu nhiên hay xếp thứ tự.
So sánh ưu nhược điểm của các loại tháp :
Tháp chêm Tháp mâm xuyên lỗ Tháp chóp
- Cấu tạo khá đơn giản. - Trở lực tương đối thấp. - Khá ổn định.
- Trở lực thấp. - Hiệu suất khá cao. - Hiệu suất cao.
Ưu
- Làm việc được với chất lỏng bẩn
điểm
nếu dùng đệm cầu có    của
chất lỏng.
- Không làm việc được - Có trở lực lớn.
- Do có hiệu ứng thành  hiệu
với chất lỏng bẩn. - Tiêu tốn nhiều
suất truyền khối thấp.
- Kết cấu khá phức tạp. vật tư, kết cấu
- Độ ổn định không cao, khó vận
phức tạp.
hành.
Nhược
điểm - Do có hiệu ứng thành  khi tăng
năng suất thì hiệu ứng thành tăng
 khó tăng năng suất.
- Thiết bị khá nặng nề.

Vậy :qua phân tích trên ta sử dụng tháp mâm chóp để chưng cất hệ Benzen – Toluen.

II. GIỚI THIỆU VỀ NGUYÊN LIỆU :
1. Benzen & Toluen :
Benzen: là một hợp chất mạch vòng, ở dạng lỏng không màu và có mùi thơm nhẹ.Công thức
phận tử là C6 H6. Benzen không phân cực,vì vậy tan tốt trong các dung môi hữu cơ không
phân cực và tan rất ít trong nước. Trước đây người ta thường sử dụng benzen làm dung môi.
Tuy nhiên sau đó người ta phát hiện ra rằng nồng độ benzen trong không khí chỉ cần thấp
khoảng 1ppm cũng có khả năng gây ra bệnh bạch cầu, nên ngày nay benzen được sử dụng hạn
chế hơn
Các tính chất vật lí của benzen:
o Khối lượng phân tử: 78,11
o Tỉ trọng(200C): 0,879
o Nhiệt độ sôi: 80oC
o Nhiệt độ nóng chảy: 5,50C
Toluen: là một hợp chất mạch vòng,ở dạng lỏng và có tính thơm ,công thức phân tử tương tự
như benzen có gắn thêm nhóm –CH3. Không phân cực,do đó toluen tan tốt trong
benzen.Toluen có tính chất dung môi tương tự benzen nhưng độc tính thấp hơn nhiều, nên
ngày nay thường được sử dụng thay benzen làm dung môi trong phòng thí nghiệm và trong
công nghiệp.
Các tính chất vật lí của toluen:
o Khối lượng phân tử : 92,13
o Tỉ trọng (20oC) : 0,866
o Nhiệt độ sôi : 111oC


Trang 7
Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software
http://www.foxitsoftware.com For evaluation only.



o Nhiệt độ nóng chảy : -95 oC
Các phương thức điều chế :
o Đi từ nguồn thiên nhiên
Thông thường các hidrocacbon ít được điều chế trong phòng thí nghiệm, vì có thể thu
được lượng lớn nó bằng phương pháp chưng cất than đá, dầu mỏ….
o Đóng vòng và dehiro hóa ankane
o Các ankane có thể tham gia đóng vòng và dehidro hóa tạo thành hidro cacbon thơm ở
nhiệt độ cao và có mặt xúc tác như Cr2O3, hay các lim loại chuyển tiếp như Pd, Pt
CH3(CH2)4CH3 Cr2O 3  C6H6
 3 / Al2
O

o Dehidro hóa các cycloankane
Các cycloankane có thể bị dehidro hóa ở nhiệt độ cao với sự có mặt của các xúc tác
kim loại chuyển tiếp tạo thành benzen hay các dẫn xuất cảu benzen
C6H12 Pt / C6H6
Pd
o Đi từ acetylen
Đun acetane trong sự có mặt cảu của xúc tác là than hoạt tính hay phức của niken như
Ni(CO)[(C6H5)P] sẽ thu được benzen
3C2H2 xt  C6H6

o Từ benzen ta có thể điều chế được các dẫn xuất của benzen như toluen bằng phản ứng
Friedel-Crafts (phản ứng ankyl hóa benzen bằng các dẫn xuất ankyl halide với sự có
mặt cảu xúc tác AlCl3 khan
AlCl
C6H6 + CH3- Cl  3  C6H5-CH3

2. Hỗn hợp benzen – toluen :
Ta có bảng thành phần lỏng (x) – hơi (y) và nhiệt độ sôi của hỗn hợp Benzen –
Toluen ở 760 mmHg.(Tham khảo STT1)
x (% phân mol) 0 5 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
y (% phân mol) 0 11,8 21,4 38 51,1 61,9 71,2 79 85,4 91 95,9 100
t (oC) 110,6 108,3 106,1 102,2 98,6 95,2 92,1 89,4 86,8 84,4 82,3 80,2




Trang 8
Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software
http://www.foxitsoftware.com For evaluation only.



Chương 2 :


QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ
Hỗn hợp Benzen – Toluen có nồng độ Benzen là 40% (phần khối lượng), nhiệt độ
nguyên liệu lúc đầu là 300C tại bình chứa nguyên liệu (1), được bơm (2) bơm lên bồn cao vị
(3). Dòng nhập liệu được gia nhiệt tới nhiệt độ sôi trong thiết bị truyền nhiệt ống chùm. Sau
đó hỗn hợp được đưa vào tháp chưng cất (6) ở đĩa nhập liệu và bắt đầu quá trình chưng cất.
Lưu lượng dòng nhập liệu được kiểm soát qua lưu lượng kế (14).
Trên đĩa nhập liệu, chất lỏng được trộn với phần lỏng từ đoạn luyện của tháp chảy
xuống. Trong tháp, hơi đi dưới lên gặp lỏng đi từ trên xuống. Ở đây có sự tiếp xúc và trao đổi
giữa hai pha với nhau. Pha lỏng chuyển động trong phần chưng càng xuống phía dưới càng
giảm nồng độ các cấu tử dễ bay hơi vì đã bị pha hơi tạo nên từ nồi đun (10) lôi cuốn cấu tữ dễ
bay hơi. Nhiệt độ càng lên trên càng thấp, nên khi hơi đi qua các đĩa từ dưới lên thì cấu tử có
nhiệt độ sôi cao là toluen sẽ ngưng tụ lại, cuối cùng trên đỉnh tháp ta thu được hỗn hợp có cấu
tử benzen chiếm nhiều nhất (nồng độ 98% phần khối lượng). Hơi này đi vào thiết bị ngưng tụ
(7) được ngưng tụ hoàn toàn. Một phần chất lỏng ngưng tụ đi qua thiết bị làm nguội sản phẩm
đỉnh (8), được làm nguội bằng thiết bị trao đổi nhiệt ống lồng ống(8) rồi được đưa qua bồn
chứa sản phẩm đỉnh (9). Phần còn lại của chất lỏng ngưng tụ được hoàn lưu về tháp ở đĩa trên
cùng với tỉ số hoàn lưu thích hợp và được kiểm soát bằng lưu lượng kế(5). Cuối cùng ở đáy
tháp ta thu được hỗn hợp lỏng hầu hết là cấu tử khó bay hơi (Toluen). Hỗn hợp lỏng ở đáy có
nồng độ Toluene là 99% phần khối lượng, còn lại là Benzene. Dung dịch lỏng ở đáy đi ra khỏi
tháp vào nồi đun (10). Trong nồi đun dung dịch lỏng một phần sẽ bốc hơi cung cấp lại cho
tháp để tiếp tục làm việc, phần còn lại ra khỏi nồi đun được cho qua thiết bị làm nguội sản
phẩm đáy (13) rồi đi vào thiết bị làm nguội sản phẩm đáy(13) sau đó vào bồn chứa sản phẩm
đáy(12).
Hệ thống làm việc liên tục cho ra sản phẩm đỉnh là Benzen, sản phẩm đáy là Toluen




Trang 9
Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software
http://www.foxitsoftware.com For evaluation only.




Chương 3 :


CÂN BẰNG VẬT CHẤT
I. CÁC THÔNG SỐ BAN ĐẦU :
Choïn loaïi thaùp laø thaùp maâm chóp .
Khi chöng luyeän hoãn hôïp Benzen - Toluen thì caáu töû deã bay hôi laø Benzen.
 Benzen: C 6 H 6  M B  78 g / mol
Hoãn hôïp: 
Toluen: C6 H 5CH 3  M T  92 g / mol
Naêng suaát sản phẩm đỉnh : D = 200l/h

Noàng ñoä nhaäp lieäu : xF = 40% phân khối lượng

Noàng ñoä saûn phaåm ñænh : xD = 98% phân khối lượng

Nồng độ sản phẩm đáy: xW = 99% phân khối lượng

Nhieät ñoä nhaäp lieäu: nhập liệu ở trạng thái lỏng sôi

Choïn:

 Nhieät ñoä nhaäp lieäu: tFV = 94oC
 Nhieät ñoä saûn phaåm ñaùy sau khi laøm nguoäi: tWR = 35oC
 Nhieät ñoä doøng nöôùc laïnh ñi vaøo: tV = 30oC
 Nhieät ñoä doøng nöôùc laïnh ñi ra: tR = 40oC
Caùc kyù hieäu:

 F , F: suaát löôïng nhaäp lieäu tính theo kg/h, kmol/h.
 D , D: suaát löôïng saûn phaåm ñænh tính theo kg/h, kmol/h.
 W , W: suaát löôïng saûn phaåm ñaùy tính theo kg/h, kmol/h.
 xi, xi : noàng ñoä phaàn mol, phaàn khoái löôïng cuûa caáu töû i.

II. XAÙC ÑÒNH SUAÁT LÖÔÏNG D ÒNG NHẬP LIỆU VÀ DÒNG SẢN PHẨM
ĐÁY:

MF =xF.MB + (1-xF).MT = 0,4.78 + (1-0.4).92 = 86.4 kg/kmol
MD =xD.MB + (1- xD).MT = 0,98.78 + (1-0,98).92 = 78.28 kg/kmol
MW =xW.MB + (1- xW).MT = 0,01. 78 + (1-0,01).92 =91,86 kg/kmol
xF 0,4
MB 78
xF    0,44
0,4 1  0,4
xF 1  xF 

78 92
MB MT
xW 0,01
MB 78
xW   0,012

0,01 1  0,01
xW 1  xW 

78 92
MB MT



Trang 10
Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software
http://www.foxitsoftware.com For evaluation only.



Dòng sản phẩm đỉnh có nhiệt độ 80 0C nên ta có khối lượng riêng của dòng này:
 kg/m3, kg/m3
x 1  xD
1
  D  809kg / m3
 D
D B T

 D  VD . D  0,2.809  161,8kg / h
D
 D  2,07kmol / h
MD
F  D  W
Phương trình cân bằng vật chất: 
 F .xF  D.xD  W .xW


W  240,6kg / h
W  2,8kmol / h

F  402.4 kg / h
F  4,87 kmol / h

F = 402,4 kg/h D = 161,8 kg/h W = 240,6 kg/h
F = 4,87 kmol/h D = 2,07 kmol/h W = 2,8 kmol/h
x F  0.4 x D  0,98 xW  0,01
x F  0.44 x D  0,983 xW  0,012



III. XAÙC ÑÒNH CHÆ SOÁ HOÀI LÖU THÍCH HÔÏP :
* Chæ soá hoài löu toái thieåu :
Tæ soá hoaøn löu toái thieåu laø cheá ñoä laøm vieäc maø taïi ñoù öùng vôùi soá maâm lyù thuyeát
laø voâ cöïc. Do ñoù, chi phí coá ñònh laø voâ cöïc nhöng chi phí ñieàu haønh (nhieân lieäu,
nöôùc vaø bôm…) laø toái thieåu.




Trang 11
Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software
http://www.foxitsoftware.com For evaluation only.




Hình 1: Ñoà thò caân baèng pha cuûa heä Benzen – Toluen tại P = 1atm

Döïa vaøo hình 1 ta có xF = 0,44 yF* = 0,643
*
x  y F 0,983  0,64.3
= 1,68
Tæ soá hoaøn löu toái thieåu : Rmin  D 
*
yF  xF 0,643  0,44
Tæ soá hoaøn löu laøm vieäc tính theo công thức kinh nghiệm: R = 1,5Rmin = 1,5.1,68 = 2,52
Theo Phương pháp thể tích tháp nhỏ nhất ta có: V = S.H
Với S – diện tích tiết diện ngang của tháp; H – chiều cao tháp. Mặt khác diện tích tiết
diện tháp tỉ lệ vơi lượng hơi, lượng hơi này lại tỉ lệ với lượng hoàn lưu hay S tỉ lệ với R.
Chiều cao tháp tỉ lệ với số đĩa lý thuyết Nlt. Vậy thể tích tháp tỉ lệ với giá trị Nlt.(R+1). Lần
lượt cho các giá trị R và tìm thể tích tháp, ứng với giá trị nào nhỏ nhất của thể tích tháp thì R
đó là tỉ số hoàn lưu tối ưu.


R 5 4.5 4 3.5 3 2.5 2
Nlt 12 13 14 16 15 15 18
(R+1).Nlt 72 71.5 70 72 60 52.5 54

Biểu diễn trên đồ thị:




Trang 12
Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software
http://www.foxitsoftware.com For evaluation only.




(R+1).Nlt




R




Theođđồ thị trên ta chọn giá trị tỉ số hồi lưu thích hợp R = 2,48

IV . PHÖÔNG TRÌNH ÑÖÔØNG LAØM VIEÄC - SOÁ MAÂM LYÙ THUYEÁT:
1 . Phöông trình ñöôøng laøm vieäc cuûa ñoaïn caát:
2,48 0,983
R x
y= x D = x
R 1 R 1 2,48  1 2,48  1
= 0,771.x + 0,284
2 . Phöông trình ñöôøng làm việc phần chưng:
-Phöông trình ñöôøng laøm vieäc cuûa phaàn chöng
R f f 1
y= x- xW =1,37x -0.0044
R 1 R 1
x  xW 0,983  0,012
vôùi f= D = =2,27
0,44  0,012
x F  xW




Trang 13
Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software
http://www.foxitsoftware.com For evaluation only.




y




x




Hình 2: Đồ thị xác định số mâm lý thuyết chưng hệ Benzen – Toluen tại P = 1atm

3 . Soá đĩa lyù thuyeát :
Đồ thị xác định số đĩa lý thuyết :
Döïng ñöôøng laøm vieäc cuûa thaùp bao goàm ñöôøng laøm vieäc phaàn caát vaø phaàn
chöng. Treân ñoà thò y-x ta laàn löôït veõ caùc ñöôøng baäc thang töø ñoù xaùc ñònh ñöôïc soá
đĩa lyù thuyeát laø14.56 đĩa, ta lấy tròn 15
Töø ñoà thò, ta coù : 15 đĩa bao goàm : 6 maâm caát
1 maâm nhaäp lieäu
6 maâm chöng (5 maâm chöng + 1 noài ñun)
Toùm laïi, soá đĩa lyù thuyeát laø Nlt = 15 maâm.

V . XAÙC ÑÒNH SOÁ MAÂM THÖÏC TEÁ:
có nhiều phương pháp xác định số mâm thực của tháp, ngoại trừ các ảnh hưởng của thiết
kế cơ khí tháp thì ta có thể xác định số mâm thực dựa vào hiệu suất trung bình:
Nt = Nlt/tb
Trong đó: Nt – số đĩa thực tế, Nlt - số đĩa lý thuyết, tb – hiệu suất trung bình của thiết bị
n  n2  n3  ....  nn x
tb = 1
n
Trong đó ni - hiệu suất của các bậc thay đổi nồng độ, n - số vị trí tính hiệu suất
Trong trường hợp này ta tính


Trang 14
Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software
http://www.foxitsoftware.com For evaluation only.



nD  nF  nW
tb =
3
Với n D n F nW - lần lượt là hiệu suất ở đĩa trên cùng, hiệu suất ở đĩa nhập liệu và hiệu suất
ở đĩa dưới cùng
- Xác định nD
ta có: Tđ(nhiệt độ đỉnh tháp) = 800C, xD = 0 ,983 suy ra yD = 0,994 sử dụng bảng I.101
trang 91 STT1 tra và nội suy các giá trị độ nhớt B = 0,316.10-3 N.s/m2, T = 0,319.10-3
N.s/m2.
Độ nhớt của hỗn hợp lg hh = xD.lgB – (1- xD).lgT (theo công thức I.12 trang 84
5 )  hh = 0,316. 10-3 N.s/m2 (= 0.316cP)
y 1 x 0.994 1  0.983
.
Và độ bay hơi tương đối   
.
1 y x 1  0.994 0.983
 hh = 2 ,87.0,316 = 0,905, theo hình IX.11 trang 171 thì nD = 0,53
- Xác định nF , tương tự như trên ta có:
TF(nhiệt độ đĩa nhập liệu) = 940C, xf = 0 ,44 suy ra yD = 0,643 sử dụng bảng I.101 trang
91 5 tra và nội suy các giá trị độ nhớt B = 0,277.10-3 N.s/m2, T = 0,291.10 -3 N.s/m2.
Độ nhớt của hỗn hợp lg hh = xD.lgB – (1- xD).lgT (theo công thức I.12 trang 84
STT1)  hh = 0,293. 10-3 N.s/m2 (= 0,293 cP)
y 1 x 0.643 1  0.44
Và độ bay hơi tương đối   
. .
1 y x 1  0.643 0.44
 hh = 2 ,29.0,293 = 0,672, theo hình IX.11 trang 171 thì nD = 0,58
- Xác định nw , tương tự như trên ta có:
Tw(nhiệt độ đĩa dưới cùng) = 1100C, xw = 0,012 suy ra yD = 0,065 sử dụng bảng I.101
trang 91 5 tra và nội suy các giá trị độ nhớt B = 0,239.10-3 N.s/m2, T = 0,250.10-3
N.s/m2.
Độ nhớt của hỗn hợp lg hh = xD.lgB – (1- xD).lgT (theo công thức I.12 trang 84
5 )  hh = 0,249. 10-3 N.s/m2 (= 0,249 cP)
y 1 x 0.0365 1  0.012
.
Và độ bay hơi tương đối   
.
1 y x 1  0.0365 0.012
 hh = 3 ,12.0,249 = 0,777, theo hình IX.11 trang 171 thì nD = 0.62
n  n F  nW 0,53  0,58  0,62
tb = D = = 0.58
3 3
Suy ra số mâm thực :
Nt = Nlt/tb = 15/0,58 = 25,8 lấy tròn 26 mâm




Trang 15
Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software
http://www.foxitsoftware.com For evaluation only.



Chương 4 :

TÍNH TOAÙN THAÙP CHÖNG CAÁT
* Ñöôøng kính thaùp chöng caát (Dt) :

g tb
4Vtb
(m)
Dt   0,0188
(  y .ω y ) tb
π.3600.ω tb
Vtb :löôïng hôi trung bình ñi trong thaùp m3/h.
tb :toác ñoä hôi trung bình ñi trong thaùp m/s.
gtb : löôïng hôi trung bình ñi trong thaùp Kg/h.
Löôïng hôi trung bình ñi trong ñoaïn chöng vaø ñoaïn caát khaùc nhau.Do ñoù, ñöôøng
kính ñoaïn chöng vaø ñoaïn caát cuõng khaùc nhau.
I. Ñöôøng kính ñoaïn caát :
1 . Löôïng hôi trung bình ñi trong thaùp ở đoạn cất:
g  g1
g tb  d kg/h
2
gd : löôïng hôi ra khoûi ñóa treân cuøng cuûa thaùp kg/h
g1 : löôïng hôi ñi vaøo ñóa döôùi cuøng cuûa ñoaïn caát kg/h
 Xaùc ñònh gd:
gd = D.(R+1) =2,07.(2,48+1) = 7,204 kmol/h
= 563,93 kg/h
(Vì MhD =78.yD+(1-yD).92 = 78,28 kg/kmol)
 Xaùc ñònh g1 : Töø heä phöông trình :
 g 1  G1  D

 g 1 . y1  G1 .x1  D.x D (IV.1)
 g .r  g .r
11 dd

Vôùi:
G1 : löôïng loûng ôû ñóa thöù nhaát cuûa ñoaïn caát .
r1 : aån nhieät hoaù hôi cuûa hoãn hôïp hôi ñi vaøo ñóa thöù nhaát cuûa ñoaïn caát
rd : aån nhieät hoaù hôi cuûa hoãn hôïp hôi ñi ra ôû ñænh thaùp .
* Tính r1 : t1 = tFs = 94oC , tra baûng I.212, trang 254, [5] ta coù :
AÅn nhieät hoaù hôi cuûa Benzen : rB1 = 383,1 kJ/kg.
AÅn nhieät hoaù hôi cuûa Toluen : rT1 = 371,3 kJ/kg.
Suy ra : r1 = rB1.y1 + (1-y1).rT1 = 373,1y1 - 11,8y1
 r1 = 373,1y1 - 11,8y1 kJ/kg
* Tính rd : tD = 80 oC , tra baûng I.212, trang 254, [5] ta coù :
AÅn nhieät hoaù hôi cuûa Benzen : rBd = 393,3 kJ/kg.
AÅn nhieät hoaù hôi cuûa Toluen : rTd = 378,3 kJ/kg .
Suy ra : rD = rBd.yD + (1-yD).rTd = 393,3.0,99 + 378,3.0,01
 rD = 393,15 kJ/kg
(với xD = 0 ,983 suy ra yD theo phân khối lượng là 0,99)
* x1 = xF = 0,4(ta coi n)



Trang 16
Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software
http://www.foxitsoftware.com For evaluation only.



Giaûi heä (IV.1) , ta ñöôïc : G1 = 593,3 kg/h
y1 = 0,524 (phaân khối lượng benzen)
g1 = 755,1 kg/h
563,93  755,1
Vaäy : gtb =  659,5 kg/h
2
2 . Toác ñoä hôi trung bình ñi trong thaùp ở đoạn cất:
Vận tốc hơi đi trong tháp ở đoạn cất:
 y .wy tb  0,065.   h. xtb  ytb
Vôùi : xtb : khoái löôïng rieâng trung bình cuûa pha loûng kg/m3 .
ytb : khoái löôïng rieâng trung bình cuûa pha hôi kg/m3 .
h: khoảng cách mâm (chọn h = 0,3 ứng với D = 0,6-1,2m)
   : hệ số tính đến sức căng bề mặt
 Xaùc ñònh ytb :
y .78  1  ytb .92.273
 ytb  tb
22,4.ttb  273
y1  y D 0,468  0,99
Vôùi: + Noàng ñoä phaân mol trung bình : ytb = = = 0,725
2 2
t t 98,5  80,5
= 89,5 oC
+ Nhieät ñoä trung bình ñoaïn caát : ttb = 1 D =
2 2
Suy ra : ytb =2,752 kg/m3.
 Xaùc ñònh xtb :
x  x D 0,44  0,983
Noàng ñoä phaân mol trung bình : xtb = F = = 0,692
2 2
78.xtb
Suy ra : xtb  = 65,5 %.
78.xtb  (1  xtb ).92
ttb = 89,5oC , tra baûng I.2, trang 9, [5], ta coù :
benzen  804kg / m 3 
toluen  798kg / m3 
xtb 1  xtb
1
  
 xtb benzen toluen
xtb = 802 kg/m3
Xác định    : hệ số tính đến sức căng bề mặt
Ta có:
1 1 1 1 1
  hh  10,7.10 3 N / m  10,7dyn / cm
   
3 3
 hh  B  T 21,3.10 21,5.10
Với:  B =21,3.10 N/m,  T = 21,5.10 -3 N/m (số liệu tra từ bảng I.242 trang 300 STT1)
-3

Ta thấy  hh < 20 theo STT2 – tr184 chọn    = 0,8
 .wy tb  0,065.   h. xtb  ytb  0,065.0,8. 0,3.802.2,752  1,33kg / m 2 .s
y

g tb 659,5
 0,419m
D t  0,0188  0,0188.
(  y .ω y ) tb 1,33




Trang 17
Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software
http://www.foxitsoftware.com For evaluation only.



 .w y tb 1,33
y
Tốc độ hơi trung bình đi trong đoạn cất: w' y    0,483m / s
y 2,752
II. Ñöôøng kính ñoaïn chöng :
1 . Löôïng hôi trung bình ñi trong thaùp ở đoạn chưng :
g , n  g ,1
g , tb  ; kg/h
2
g’n : löôïng hôi ra khoûi ñoaïn chöng ; kg/h.
g’1 : löôïng hôi ñi vaøo ñoaïn chöng ; kg/h.
 Xaùc ñònh g’n : g’n = g1 = 755,1 kg/h
 Xaùc ñònh g’1 : Töø heä phöông trình :
G '1  g '1  W
' '
G 1 .x'1  g 1 . yW  W .xW (IV.2)
 g ' .r '  g ' .r '  g .r
11 n n 11

Vôùi : G 1 : löôïng loûng ôû ñóa thöù nhaát cuûa ñoaïn chöng .
r’1 : aån nhieät hoaù hôi cuûa hoãn hôïp hôi ñi vaøo ñóa thöù nhaát cuûa ñoaïn chöng.
* Tính r’1 : xW =0,012(phần mol) tra ñoà thò caân baèng cuûa heä ta coù : y*W
=0,016(phần mol), tương đương với nồng độ khối lượng là y*W = 0,014(phần khối
lượng)
t’1 = tW = 110oC, tra baûng I.212, trang 254, [5], ta coù :
AÅn nhieät hoaù hôi cuûa Benzen : r’B1 = 370,56 kJ/kg.
AÅn nhieät hoaù hôi cuûa Toluen : r’T1 = 362,20 kJ/kg.
 r’1 = r’B1.yW + (1-yW).r’T1 =362,3 kJ/kg
* Tính r1 : t1 = tFs = 94oC , tra baûng I.212, trang 254, [5] ta coù :
AÅn nhieät hoaù hôi cuûa Benzen : rB1 = 383,1 kJ/kg.
AÅn nhieät hoaù hôi cuûa Toluen : rT1 = 371,3 kJ/kg.
r1 = rB1.y1 + (1-y1).rT1 = 378,9 kJ/kg
* W = 240,6 kg/h
Giaûi heä (IV.2) , ta ñöôïc : x’1 = 0,0135 (phaân mol)
G’1 = 1030,3 kg/h
g’1 = 789,7kg/h
789,7  755,1
Vaäy : g’tb =  772,4 kg/h
2
2 . Toác ñoä hôi trung bình ñi trong thaùp ở đoạn chưng:
Vận tốc hơi đi trong tháp ở đoạn chưng:
 y .wy tb  0,065.   h. xtb  ytb
Vôùi : xtb : khoái löôïng rieâng trung bình cuûa pha loûng kg/m3 .
ytb : khoái löôïng rieâng trung bình cuûa pha hôi kg/m3 .
h: khoảng cách mâm (chọn h = 0,3 ứng với D = 0,6-1,2m)
   : hệ số tính đến sức căng bề mặt
 Xaùc ñònh ytb :
ytb .78  1  ytb .92.273
 ytb 
22,4.t tb  273


Trang 18
Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software
http://www.foxitsoftware.com For evaluation only.



y1  y D 0,468  0,014
Vôùi: + Noàng ñoä phaân mol trung bình : ytb = = = 0,241
2 2
t t 98,5  110
= 104,2oC
+ Nhieät ñoä trung bình đoạn chưng : ttb = 1 W =
2 2
Suy ra : ytb =2,96 kg/m3.
 Xaùc ñònh xtb :
x  xW 0,44  0,012
Noàng ñoä phaân mol trung bình : xtb = F = = 0,226
2 2
78.xtb
Suy ra : xtb  = 18,8 %.
78.xtb  (1  xtb ).92
t t 93  110
 101,5oC , tra baûng I.2, trang 9, 5 , ta coù :
ttb = F W =
2 2
 benzen  793kg / m 3 
 toluen  788kg / m 3 
xtb 1  xtb
1
  
 xtb benzen toluen
Suy ra: xtb = 789 kg/m3
Xác định    : hệ số tính đến sức căng bề mặt
Ta có:

1 1 11 1
  hh  10,3.10 3 N / m  10,3dyn / cm
   
3 3
 hh  B  T 18,8.10 21,5.10
Với:  B =18,8.10 N/m,  T = 21,5.10-3 N/m (số liệu tra từ bảng I.242 trang 300 5 )
-3

Ta thấy  hh < 20 theo STT2 – tr184 chọn    = 0,8
 .w y tb  0,065.   h. xtb  ytb  0,065.0,8. 0,3.789,7.2,96  1,38
y

g tb 772,4
 0,444m
D t  0,0188  0,0188.
(  y .ω y ) tb 1,38
 .w y tb 1,38
y
Tốc độ hơi trung bình đi trong đoạn chưng: w' y    0,466m / s
 ytb 2,96

Keát luaän : hai ñöôøng kính ñoaïn caát vaø ñoaïn chöng khoâng cheânh leäch nhau quaù lôùn
neân ta choïn ñöôøng kính cuûa toaøn thaùp laø : Dt = 0,50 m.
Khi ñoù toác ñoä hơi ở chế độ laøm vieäc thöïc:
0,01882.g tb 0,01882.659,5
+ Phaàn caát : lv =   0,339 m/s
2
0,50 2.2,752
Dt . y tb

0,01882.g tb 0,01882.772,4
+ Phaàn chöng : lv =  0,369 m/s.

2
0,50 2.2,96
Dt . y tb
* chiều cao tháp chưng cất (Dt) :
H = Nt(Hđ + ) + (0,8 ÷ 1), m (công thức IX.54- STT2 -Tr.169 )
Trong đó Nt - số đĩa thực tế; bề dày của đĩa, m; 0,8 ÷ 1 – khoảng cách cho phép ở
đỉnh và đáy thiết bị, m; Hđ – khoảng cách giữa các đĩa, m


Trang 19
Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software
http://www.foxitsoftware.com For evaluation only.



H = 26.(0,25 +0,004 ) +0,8 = 7,4 m lấy tròn là H = 7,5 m
Trong đó bề dày đĩa m tính ở phần bề dày đĩa
Vậy kết luận chiều cao tháp H = 7,5 m
III. Trở lực của tháp chóp :
Trở lực của tháp chóp bao gồm: tổn thất áp suất khi dòng khí đi qua đĩa khô, tổn thất
do sức căng bề mặt, tổn thất thất do lớp chất lỏng trên đĩa và bỏ qua sự biến đổi chiều
cao lớp chất lỏng trên đĩa
Trở lực của tháp chóp được xác định the công thức:
P  N tt .Pd , N / m 2
Trong đó Ntt – số đĩa thực tế của tháp; Pd - tổng trở lực của một đĩa, N/m2
Pd = Pk + Ps + Pt
Pk - trở lực đĩa khô, N/m2
Ps - trở lực đĩa do sức căng bề mặt, N/m2
Pt - Trở lực của lớp chất lỏng trên đĩa, N/m2
 Trở lực của đĩa khô Pk :
 y .w 2 0
Pk = 
2
Trong đó:  - hệ số trở lực, thường chọn  = 4,5 – 5(ở đây ta chọn  = 5);  y -
khối lượng riêng của pha hơi, kg/m3; w0 – tốc độ khí qua rãnh chóp, m/s
Với khối lượng riêng pha hơi đi trong toàn tháp:
2,752  2,96
 2,856kg / m 3
y 
2

Vận tốc khí trung bình đi qua một rãnh của chóp(phần tính toán chóp ta chọn một đĩa
10 chóp, một chóp 10 rãnh), vậy:
0,369  0.339 1 1
w0   35,4m / s
2 10 10
 y .w 2 0 2,586.35,4 2
 8045,3N / m 2
Suy ra: Pk =   5.
2 2
 Trở lực do sức căng bề mặt Ps , N/m2
4.
, N/m2
Ps =
d tđ
Trong đó  - sức căng bề mặt, N/m; dtđ – đ ường kính tương đương của khe rãnh
chóp,m
4. f x
Khi rãnh chóp mở hoàn toàn: dtđ =

Ở đây f x - diện tích tiết diện tự do của rãnh. f x = a.b = 5.10 = 50mm2 với a,b là bề
rộng và chiều cao của rãnh chóp, mm.  - chu vi rãnh chóp,  = 2 .(a+b) = 30mm
4. f x 4.50
 6,67mm  6,67.10 3 m
Suy ra: dtđ = 
 30
4. 4.10,5.10 3
 6,296 N / m 2 , với  là sức căng bề mặt trung bình
Vậy Ps = 
6,67.10 3
d tđ
của phần chưng và phần cất, như ta đã tính ở phần vận tốc hơi đi trong tháp thì


Trang 20
Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software
http://www.foxitsoftware.com For evaluation only.



 cất = 10,7.10 -3 N/m,  chưng = 10,3.10-3 N/m,
 cât   chung
 10,5.10 3 N/m
suy ra  =
2
Trở lực của chất lỏng trên đĩa Pt , N/m2 (trở lực thủy tĩnh)

b

Pt =  b .g  hb   , N/m2
2

Trong đó b – chiều cao khe chóp, m;  b - khối lượng riêng bọt, kg/m3; hb – chiều cao
của lớp bọt trên đĩa, m; g – gia tốc trọng trường, m/s2
+ Khối lượng riêng bọt  b = 0,5  x = 0,5.795,5 = 379,75 kg/m3, với  x - khối lượng
riêng trung bình pha lỏng phần chưng và phần cất,
   chung 789  802
 x = cât  795,5kg / m 3

2 2
+ hb – chiều cao lớp bọt lấy bằng hai lần chiều cao lớp chất lỏng trên đĩa, theo phần
tính toán cho đĩa thì chiều cao lớp chất lỏng trên đĩa là 25mm, vậy hb = 50mm
+b – chiều cao khe chóp, tính toán ở phần chóp ta có b = 10mm
Suy ra:
b 0,01 
  2
Pt =  b .g  hb    379,75.9,81 0,05    167,6 N / m
2 2
 
Tổng trở lực của 1 đĩa:
Pd = Pk + Ps + Pt = 8045,3 + 6,296 + 167,6 = 8219,2N/m2
Trở lực của toàn tháp:
P  N tt .Pd  25.8219,2  16438,39 N / m 2
Kết luận: Trở lực của toàn tháp P = 16438,39 N/m2




Trang 21
Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software
http://www.foxitsoftware.com For evaluation only.



CHƯƠNG 5:
CÂN BẰNG NHIỆT LƯỢNG
I. CÂN BẰNG NHIỆT LƯỢNG CHO THIẾT BỊ NGƯNG TỤ :
Qnt =(R+1)D.rD kW
Qnt : nhiệt ngưng tụ, kW
 Vôùi rD = x D .rB + (1- x D ).rT
 Taïi xD = 0,98 tra baûng IX-2a trang 135 STT2 ta coù TD = 80 . Taïi nhieät ñoä naøy ta coù:
rB= 392,4.103 J/kg vaø rT=377,8.103 J/kg
rD = 0,98 x 392,4.103 + 0,02 x 377,8.103 = 392,108.103 J/kg
2,07.78,28
Do ñoù Qnt = . 392,108 (2.48+1) = 61,42 kW
3600
II. CÂN BẰNG NHIỆT LƯỢNG CHO THIẾT BỊ GIA NHIỆT DÒNG NHẬP
LIỆU ĐẾN NHIỆT ĐỘ SÔI :
QF =CF .F(TF - TVào), kW
 Taïi xF = 0,44 nội suy từ bảng IX-2a trang 146 STT2 ta coù TF = 94oC
94  25
=59,5oC
Nhieät dung rieâng cuûa nhaäp lieäu tra ôû nhieät ñoä trung bình t=
2
taïi nhieät ñoä naøy ta coù CB =1930 J/kgñoä , CT=1900 J/kgñoä (Baûng I.153 TR171-172 5 ).
Ta coù CF= x F CB + (1- x F )CT = 0,4.1930+ (1-0,4).1900 = 1913,2 J/kgñoä Do ñoù
4,87.86,4
QF=1913,2. (94 -25) = 15,43 kW
3600
Neáu coi toån thaát treân ñöôøng nhaäp lieäu baèng 5% thì QF = 1,05.15,43=16,2 Kw
III. CÂN BẰNG NHIỆT LƯỢNG CHO THIẾT BỊ LÀM NGUỘI SẢN PHẨM
ĐÁY TỪ NHIỆT ĐỘ 110OC XUỐNG 35OC :

QW = WCW(TW- TWra), kW
110  35
=72,5oC . Taïi nhieät
Nhieät dung rieâng ñöôïc xaùc ñònh ôû nhieät ñoä trung bình T=
2
ñoä này ta nội suy từ baûng I.153 TR171-172- 5 ta coù : CB=1983 J/kgñoä,
CT=1952J/kgñoä
Neân CW = x w CB + (1- x w )CT = 0,01. 1983 + (1-0,01).1952= 1952,31 J/kgñoä
2,8. 91,86
Do ñoù QW= .1952,31.(110-35)=11,86, kW
3600
IV. CÂN BẰNG NHIỆT LƯỢNG CHO THIẾT BỊ LÀM NGUỘI SẢN PHẨM
ĐỈNH TỪ NHIỆT ĐỘ 80OC XUỐNG 35OC :
QD =CD.D(TD- TDra), kW
80  35
=57,5oC . Taïi
Nhieät dung rieâng cuõng ñöôïc xaùc ñònh ôû nhieät ñoä trung bình T=
2
nhieät ñoä naøy ta nội suy các giá trị nhiệt dung riêng ở bảng I.153 TR171-172- 5 :
CB=1877.5 J/kgñoä , CT=1850 J/kgñoä
Töông töï ta tính ñöôïc CD=1877 J/kgñoä


Trang 22
Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software
http://www.foxitsoftware.com For evaluation only.



2,07.86,4
Do ñoù QD = .1877 .(80-35)=5,13 kW
3600
V. NHIỆT LƯỢNG CUNG CẤP CHO ĐÁY THÁP :
Töø caân baèng nhieät löôïng ta coù:
QT = Qnt + QW + QD – QF + Qf=1,05.( 61,42 + 11,86 + 5,13- 16,2 ) = 65,32 kW

Qf : là lượng nhiệt tổn thất, ta lấy khoảng 5% tổng lượng nhiệt có ích cung cấp cho đáy
tháp




Trang 23
Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software
http://www.foxitsoftware.com For evaluation only.



CHƯƠNG 6:
TÍNH TOÁN CƠ KHÍ
I . THÂN THÁP :
1. Beà daøy thaân :
Vì thieát bò hoaït ñoäng ôû aùp suaát thöôøng neân ta thieát keá thaân hình truï baèng phöông
phaùp haøn hoà quang ñieän, kieåu haøn giaùp moái 2 phía. Ñeå ñaûm baûo chaát löôïng cuûa saûn
phaåm vaø khaû naêng aên moøn cuûa benzen ñoái vôùi thieát bò, ta choïn thieát bò thaân thieát bò laø
theùp khoâng gæ maõ X18H10T. Thân tháp được ghép với nhau bằng mối ghép bích. Vì tháp
làm việc với nhiệt độ lớn hơn 1000C nên cần phải bọc cách nhiệt cho tháp.
 Caùc thoâng soá caàn tra vaø choïn phuïc vuï cho quaù trình tính toaùn:
 Nhieät ñoä tính toaùn : t = tmax + 20 = 110 + 20 = 1300C
 AÙp suaát tính toaùn :
Vì tháp hoạt động ở áp suất thường nên ta coi áp suất tính toán bằng với áp suất thủy tĩnh
lớn nhất tác dụng lên đáy tháp. Điều kiện nguy hiểm nhất chọn để tính toán đó là tháp
chứa đầy Toluene ở nhiệt độ 300C khi đó khối lượng riêng của Toluene ρT = 856,5 kg/m3
Nên: P = (Hthaân + 2Hnaép).g.ρT = (7,5 + 2.0,15).9,81.856,5 = 61328 N/m2 ≈ 0,0613 N/mm2
Với dung tích tháp nhỏ hơn 30m3 ta chọn theo bảng 1.1 tr10- Tính toán thiết kế chi tiết thiết
bị hóa chất dầu khí – Hồ Lê Viên thì áp suất tính toán P = 0,01N/mm2, nên ta chọn áp suất
tính toán theo điều kiện nguy hiểm nhất như trên đã tính.
với Hnắp = h + ht = 125 +25 =150 mm(tính ở phần đáy nắp).
Hệ số bổ sung do ăn mòn hóa học của môi trường:
Chọn hệ số bổ sung do ăn mòn hóa học Ca = 1 mm
Ứng suất cho phép tiêu chuẩn: của X18H10T

[] = 140 N/mm2 (Hình 1.2, trang 16, 7 Hệ số hiệu chỉnh: η = 1
*

Ứng suất cho phép: [] =  []* = 140 N/mm2 (chọn  = 1)

Heä soá beàn moái haøn:

Vì dùng phương pháp hàn hồ quang điện kiểu hàn giáp mối hai phía
 h = 0 ,95 (Bảng XIII.8, trang 362, 6 )
Tính bề dày: Cho thân trụ hàn chịu áp suất trong

[ ] 140
h   0,95  1618  25
P 0,061
Nên ta tính bề dày thân theo công thức 5.3 tr96 – 7Bề dày tối thiểu: S’ =
P.Dt 0,105.500
 0,197mm

2[ ] h 2.140.0,95
 S’ + Ca = 0,197 + 1 = 1,197 mm
Quy tròn theo chuẩn: S = 2 mm, tuy nhiên dựa vào bảng 5.1 trg 94 - 7
Tính kiểm tra bền: Cho thân trụ hàn chịu áp suất trong
S  Ca 4 1
Điều kiện:  0,1  0,006  0,1 (thoûa)
 0,1 
Dt 500
2[ ] h (S  Ca ) 2  140  0,95  (4  1)
= 1,586 > P = 0,061 N/mm2 : thoûa
Nên: [ P]  
Dt  (S  Ca ) 500  (4  1)
Vậy kết luận: bề dày thân tháp S = 4mm, đường kính ngoài tháp Dn = 500 + 2.4 =508 mm
II. Tính Toán Chóp :

Trang 24
Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software
http://www.foxitsoftware.com For evaluation only.



Chọn chóp sử dụng trong tháp là chóp tròn
+ Đường kính ống hơi: d h = 26 mm
+ Số chóp phân bố trên đĩa: n = 10 chóp
Chọn số chóp n = 10, với khoảng cách giữa tâm của hai chóp 100mm
+ Chiều cao chóp tính từ mặt đĩa đến đỉnh chóp 70mm
+ Đường kính trong của chóp 46mm
Với:  ch - bề dày chóp, thường lấy 2 mm - 3 mm, ta chọn 2 mm
Suy ra đường kính ngoài của chóp 50mm
+ Khoảng cách từ mặt đĩa đến chân chóp S = 15 mm
+ Chiều cao gờ chảy tràn 45mm
+ Chiều cao khe chóp
w 2 y .  y
b
g . x
4V y 4.245
 3,5 , Vy – lưu lượng hơi đi trong tháp, m3/h; 
Với w y  
2 2
3600. .d h .n 3600. .0,05 .10
- hệ số trở lực của đĩa chóp, thường lấy bằng 1,5 -2;  y  x - khối lượng riêng trung bình
của pha hơi và pha lỏng, kg/m3
2.3,5 2.2,8
Suy ra b   0,0218 m, chọn b = 25 mm
9,81.790
+ Chọn bề rộng khe chóp 5mm
+ Chọn khoảng cách lớn nhất từ gờ chảy chuyền đến thân tháp 60mm(bề dày 4mm)
+ Chọn khoảng cách từ gờ chảy tràn đến thân tháp 80mm(bề dày 4mm)
+ Bố trí các chóp trên đĩa sao cho 3 chóp liên tiếp nhau tạo thành hình tam giác đều
III. Tính Toán Đáy và Nắp Thiết Bị




Choïn ñaùy vaø naép coù daïng hình ellip tieâu chuaån, coù gôø, laøm baèng theùp X18H10T
[ ] 140
h   0,95  940  25
Ta có:
P 0,105
Nên bề dày đáy và nắp chịu áp suất trong tính theo công thức 6.9 (Tính toán các chi tiết
thiết bị hóa chất và dầu khí –Hồ Lê Viên)
Rt .P
S  Ca
2.[ k ]. h
2
Dt
Trong đó S – bề dày đáy nắp, mm; Rt  – b án kính cong bên trong ở đỉnh đáy(nắp),
4.ht
m;  h - hệ số bền mối hàn (lấy bằng 0,95); [ k ] - giới hạn bền kéo của vật liệu với X18H10T
thì [σk] =540.106 N/m2; P – áp suất tính toán N/m2; Ca – hệ số ăn mòn, mm
Rt .P 500.0,105
S  Ca   0,001  0,00105
2.540.10 6.0,95
2.[ k ]. h


Trang 25
Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software
http://www.foxitsoftware.com For evaluation only.




Ta thấy S – Ca = 0,05 < 10mm nên ta cộng thêm 2 mm nữa cho bề dày (theo hướng dẫn
trg 386 – STT2) suy ra S = 3,05 mm lấy theo chuẩn S = 4 mm
h
Vì đáy nắp tiêu chuẩn nên ta có: t = 0,25 do đó Rt = Dt = 500 mm
Dt
Và chọn các kích thước theo STT2 tr382:
+ ht =125 mm
+ Chieàu cao gôø: hgôø = h = 25 mm
+Dieän tích beà maët trong: Sñaùy = 0,31 m2
+Theå tích chöùa cuûa ñaùy(naép):Vñaùy chöùa = 27,6.10-3 m3
 S  Ca 4  1
 D  500  0,006  0,125
 t
Tính kiểm tra bền: 
2[ ] h ( S  C a ) 2.140.0,95(4  1)
[ P]   1,586  P  0,105

 Rt  ( S  C a ) 500  (4  1)

Vậy thỏa điều kiện bền. Kết luận chọn kích thước đáy nắp:
+ ht =125 mm
+ Chieàu cao gôø: hgôø = h = 25 mm
+Dieän tích beà maët trong: Sñaùy = 0,31m2
+Theå tích chöùa cuûa ñaùy(naép):Vñaùy chöùa = 27,6.10-3 m3
+ Rt = Dt = 500 mm

IV.Bích gheùp thaân vaø naép:
Maët bích laø boä phaän quan troïng duøng ñeå noái caùc phaàn cuûa thieát bò cuõng nhö noái caùc boä
phaän khaùc vôùi thieát bò. Caùc loaïi maët bích thöôøng söû duïng:
 Bích lieàn: laø boä phaän noái lieàn vôùi thieát bò (haøn, ñuùc vaø reøn). Loaïi bích naøy chuû yeáu
duøng thieát bò laøm vieäc vôùi aùp suaát thaáp vaø aùp suaát trung bình.
 Bích töï do: chuû yeáu duøng noái oáng daãn laøm vieäc ôû nhieät ñoä cao, ñeå noái caùc boä baèng
kim loaïi maøu vaø hôïp kim cuûa chuùng, ñaëc bieät laø khi caàn laøm maët bích baèng vaät
lieäu beàn hôn thieát bò.
 Bích ren: chuû yeáu duøng cho thieát bò laøm vieäc ôû aùp suaát cao.
Choïn bích ñöôïc gheùp thaân, ñaùy vaø naép laøm baèng theùp CT3, caáu taïo cuûa bích laø bích
phẳng hàn kiểu 1 theo bảng XIII.27 trg417 STT2.




Vôùi Dt = 500 mm vaø aùp suaát tính toaùn P = 0,061 N/mm2  choïn bích coù caùc thoâng soá sau
theo bảng XIII.27 trg418 STT2:




Trang 26
Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software
http://www.foxitsoftware.com For evaluation only.




Bu-loâng
Dt D Db D1 Do h
db Z
(mm) (caùi)
500 630 580 550 511 22 20 16

Trs bảng IX.5 trang 170 6 ứ ng với đường kính trong 500mm ta chọn số đĩa giữa hai bích là
N 25
4, vậy tổng số bích cần dùng là N B  t  1   1  6,25
4 4
Ta chọn 7 bích ghép thân
Ñoä kín cuûa moái gheùp bích chuû yeáu do vaät ñeäm quyeát ñònh. Ñeäm laøm baèng caùc vaät lieäu
meàm hôn so vôùi vaät lieäu bích. Khi xieát bu loâng, ñeäm bò bieán daïng vaø ñieàn ñaày leân caùc choã
goà gheà treân beà maët cuûa bích. Vaäy, ñeå ñaûm baûo ñoä kín cho thieát bò ta choïn ñeäm laø daây
amiaêng, coù beà daøy laø 3 mm.
Tính kiểm tra bề dày của bích theo công thức 7.1 trg 148 Tính toán các chi tiết thiết bị
hóa chất và dầu khí -Hoà Leâ Vieân :

[ ]b  l1 D
P
 ( l )2 

h  t  0,61.d b .    Z  0,7. 
K .[ ]bi  l 2 [ ]b d b 


Cánh tay đòn của môment gây uốn:
580  550
D  D1
l1 = b = = 15 mm
2 2
D  Dt  s 580  500  4
l2 = b = = 38 mm
2 2
S – bề dày thiết bị, mm
P – áp suất của môi trường trong thiết bị N/mm2
db – đường kính ngoài của bulong, mm
[ ]b - ứng suất cho phép của vật liệu làm bulong
[ ]bi - ứng suất cho phép của vật liệu làm bích
K, hệ số. Với
Dt  D 
l S
   (1  2  2 )  ( ) 2  1
K 1
2 .l 2  Dt Db t 

 : hệ số
l  D  2.l 2 2  l 15  580  2.38 2  15
  (1  1 ).( b )  1  0,2  1  (1  ).( )  1  0,2   1,19
l2  Dl l2 38  550 38



Ta thấy rằng trong công thức tính t có K, nên ta chọn trước giá trị t để tính K, giá trị t
được chọn theo STT2.
Chọn t = 20mm suy ra K = 0,887, thay vào tính t = 18,22 ta thấy giá trị t chọn và t tính
toán sai lệch không đáng kể (nhỏ hơn 5%) nên chọn bề dày bích h = t = 20 mm
Tóm lại kích thước bích là:



Trang 27
Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software
http://www.foxitsoftware.com For evaluation only.




Bu-loâng
Dt D Db D1 Do h
db Z
(mm) (caùi)
500 630 580 550 511 22 20 16

V. Ñöôøng kính caùc oáng daãn – Bích gheùp caùc oáng daãn :




OÁng daãn thöôøng ñöôïc noái vôùi thieát bò baèng moái gheùp thaùo ñöôïc hoaëc khoâng thaùo ñöôïc.
Trong thieát bò naøy, ta söû duïng moái gheùp thaùo ñöôïc.
Ñoái vôùi moái gheùp thaùo ñöôïc, ngöôøi ta laøm ñoaïn oáng noái, ñoù laø ñoaïn oáng ngaén coù maët
bích hay ren ñeå noái vôùi oáng daãn:
 Loaïi coù maët bích thöôøng duøng vôùi oáng coù ñöôøng kính d > 10mm.
 Loaïi ren chuû yeáu duøng vôùi oáng coù ñöôøng kính d  10mm, ñoâi khi coù theå duøng vôùi d
 32mm.
OÁng daãn ñöôïc laøm baèng theùp X18H10T.
Bích ñöôïc laøm baèng theùp CT3 , caáu taïo cuûa bích laø bích lieàn khoâng coå.

OÁng dẫn sản phẩm đáy:
1.
Nhieät ñoä cuûa chaát sản phẩm đáy tw = 110 oC
Taïi nhieät ñoä naøy thì:
 Khoái löôïng rieâng cuûa benzen : B = 780,25 kg/m3
 Khoái löôïng rieâng cuûa toluen : T = 778,39 kg/m3
x 1  xF
1 0,01 1  0,99
 F = 778,4 kg/m3
 F
Neân:  
F B T 780,25 778.39
Choïn loaïi oáng noái caém saâu vaøo thieát bò.
Choïn vaän toác chaát loûng trong oáng noái laø vF = 0,32 m/s. (theo bảng 2.2 trg370 STT1 )
Ñöôøng kính trong cuûa oáng noái:
4.GF 4.240,6
Dy = = 0,0189 m = 18,9 mm

3600. F . .vF 3600.778,4. .0,32
 Choïn oáng coù Dy = 25 mm.
Tra baûng XIII.32, trang 434, 6  Chieàu daøi ñoaïn oáng noái l = 90 mm.
Tra baûng XIII.26, trang 410, 6
 Caùc thoâng soá cuûa bích öùng vôùi P = 0,25 N/mm2 laø:




Trang 28
Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software
http://www.foxitsoftware.com For evaluation only.




Bu loâng
Dy Dn D Db D1 h
db
mm caùi
25 32 100 75 60 12 10 4

2. OÁng dẫn nguyên lieäu:
Nhieät ñoä cuûa chaát loûng nhaäp lieäu laø tF = 94 oC
Taïi nhieät ñoä naøy thì:
 Khoái löôïng rieâng cuûa benzen : B = 802,3 kg/m3
 Khoái löôïng rieâng cuûa toluen : T = 780 kg/m3
x 1  xF 0,2665 1  0,2665
1
 F = 789,5 kg/m3
Neân:  F  
F  B T 818,34 810,9
Choïn loaïi oáng noái caém saâu vaøo thieát bò.
Choïn vaän toác chaát loûng trong oáng noái laø vF = 0,32 m/s. (theo bảng 2.2 trg370 STT1 )
Ñöôøng kính trong cuûa oáng noái:
4.GF 4.402,4
Dy = = 0,023 m = 23 mm

3600. F . .vF 3600.789,5. .0,32
 Choïn oáng coù Dy = 25 mm. (theo bảng XIII.32 STT2)
Tra baûng XIII.32, trang 434, [6]  Chieàu daøi ñoaïn oáng noái l = 90 mm.
Tra baûng XIII.26, trang 410, [6]
 Caùc thoâng soá cuûa bích öùng vôùi P = 0,25 N/mm2 laø:

Bu loâng
Dy Dn D Db D1 h
db Z
mm caùi
25 32 100 75 60 12 10 4

3. OÁng daãn hôi ra khỏi tháp :
Nhieät ñoä cuûa pha hôi taïi ñænh thaùp laø tD = 80,5 oC.
Khoái löôïng rieâng cuûa pha hôi taïi ñænh thaùp:
PM HD 1 78,28
= 2,7 kg/m3
 HD  
22,4
RTHD  (80,5  273)
273
Choïn vaän toác hôi ra khoûi ñænh thaùp laø vHD = 20 m/s.(theo bảng 2.2 trg370 STT1)
Lượng hơi vào thiết bị ngưng tụ : GD = D.(R + 1) = 161,8.(2,48 + 1) = 563,06 kg/h
Ñöôøng kính trong cuûa oáng noái:
4.G D 4  563,06
Dy = = 0,031 m = 31 mm

3600  HD .vHD 3600  2,7    20
 Choïn oáng coù Dy = 40 mm.(theo bảng XIII.32 STT2)
Tra baûng XIII.32, trang 434, 6  Chieàu daøi ñoaïn oáng noái l = 100 mm.
Tra baûng XIII.26, trang 411, 6
 Caùc thoâng soá cuûa bích öùng vôùi P = 0,25 N/mm2 laø:



Trang 29
Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software
http://www.foxitsoftware.com For evaluation only.




Bu loâng
Dy Dn D D D1 h
db Z
mm caùi
40 45 130 100 80 12 12 4
4. Ống dẫn hơi vào đáy tháp:
Nhiệt độ tại đáy tháp là 1100C khối lượng riêng của pha hơi tại đáy tháp
PM HW 1  91,86
 2,92kg / m 3
 HW  
22,4
RTHW
 (110  273)
273
Choïn vaän toác hôi vào đáy thaùp laø v HD = 20 m/s.(theo bảng 2.2 trg370 STT1 )
Đường kính trong của ống nối
Với lưu lượng hơi đi vào đáy tháp g’1 = 789,7kg/h = 0,22kg/s = 0,075m3/s
4.0,075
Suy ra Dy =  0,069 m = 69 mm
. .
 Choïn oáng coù Dy = 70 mm.(theo bảng XIII.32 STT2)
Tra baûng XIII.32, trang 434, 6  Chieàu daøi ñoaïn oáng noái l = 110 mm.
Tra baûng XIII.26, trang 412, 6
 Caùc thoâng soá cuûa bích öùng vôùi P = 0,25 N/mm2 laø:
Bu loâng
Dy Dn D D D1 h
db Z
mm caùi
70 76 160 130 110 12 14 8

5. Ống dẫn lỏng hoàn lưu :
Nhiệt độ dòng hoàn lưu tR = 80,5 oC.
Choïn vaän toác của dòng này vào tháp là v = 0,3 m/s. (theo bảng 2.2 trg370 5 )
 Khoái löôïng rieâng cuûa benzen : B = 813,46 kg/m3
 Khoái löôïng rieâng cuûa toluen : T = 806,56 kg/m3
x 1  xD 0,9765 1  0,9765
1
 D = 813,3 kg/m3
Neân:  D  
D B T 813,46 806,56
Ñöôøng kính trong cuûa oáng noái:
4.GD .R 4.416,88
Dy = = 0,023 m = 23 mm

3600. D . .v 3600.812,9. .0,3
 Choïn oáng coù Dy = 25 mm. (theo bảng XIII.32 6 )
Tra baûng XIII.32, trang 434, [6]  Chieàu daøi ñoaïn oáng noái l = 90 (mm).
Tra baûng XIII.26, trang 409, [6]
 Caùc thoâng soá cuûa bích öùng vôùi P = 0,25 N/mm2 laø:

Buloâng
Dy Dn D Db D1 h
db Z
mm caùi
25 32 100 75 60 12 10 4



Trang 30
Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software
http://www.foxitsoftware.com For evaluation only.




VI. Tính toán chân đỡ, tai treo :
1. Tính troïng löôïng củ a toaøn thaùp:

Tra baûng XII.7, trang 313, [6]
 Khoái löôïng rieâng cuûa theùp CT3 laø: CT3 = 7850 kg/m3
Khoái löôïng cuûa tám bích gheùp thaân vaø naép :
 
D  0,630 
2
2 2
 0,500 2  0,022  7850 = 159,3 kg
mbích = 8.  Dt .h. CT 3  8.
4 4
Khoái löôïng cuûa thaân thieát bò :


 
mthaân = .(D2ng –D2t).Hthaân . X18H10T = . 0,508 2  0,500 2 .7,5.7900 = 375 kg
4 4
Khoái löôïng cuûa ñaùy (naép) thaùp:
mñaùy(naép) =2. Sbeà maët .ñaùy . X18H10T = 2.0,31 . 0,004 . 7900 = 19,9 kg
Khối lượng mâm, ta có 25 mâm và thiết bị đun sôi
Mmâm = khối lượng chóp + khối lượng đĩa dưới chóp + khối lượng ống chảy chuyền(bao
gồm cả phần gờ chảy tràn) + khối lượng ống hơi
Ta lấy khối tổng thể của một mâm bằng 2 lần khối lượng mâm không có lỗ và ống chảy
chuyền cùng với bề dày mâm là 4mm, suy ra:
 
Mmâm = 2. . D2t.  1 . X18H10T = 2 . .0,52. 0,004 . 7900 = 12,4 kg
4 4
Tổng khối lượng mâm M = 12,4.25 = 310 kg
Khối lượng Toluene giả sử chứa đầy tháp trong trường hợp nguy hiểm nhất
 
Mtoluene = . D2t. Ht . toluene = . 0,52. 7,5 . 856,5 = 1260 kg
4 4
Khoái löôïng cuûa toaøn thaùp:
m = Mbích + Mthaân + Mñaùy(naép) + Mmâm + Mtoluene = 159,3 +375 +19,9 + 310 +1260
= 2124,2 kg
2. Tính chaân ñôõ thaùp:
Choïn chaân ñôõ: thaùp ñöôïc ñôõ treân boán chaân.
Vaät lieäu laøm chaân ñôõ thaùp laø theùp CT3.
Theo ñaùy
thieát bò
Truïc thieát bò




P mg 2142,2  9,81
= 0,5253.10 4 N
Tải trọng cho phép trên một chân đỡ: Gc =  
4 4 4
Để đảm bảo an toàn ta chọn Gc = 1.10 4 N
Tra bảng XIII.35, trang 437, 6  chọn chân đỡ có các thông số sau:


Trang 31
Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software
http://www.foxitsoftware.com For evaluation only.




F.104 q.10-6 L B B1 B2 H h s l d
m2 N/m2 mm
85,4 0,29 110 80 95 110 180 120 6 40 18

Tính khối lượng gần đúng một chân đỡ:
Thể tích một chân đỡ:
V1 chânđỡ = [2.(H – s).s. B2 + L. s. B].10-9
= [2.(180 – 6).6.110 + 110.6.80].10-9 = 2 ,69.10-3 m3
Khối lượng một chân đỡ:
m1 chânđỡ = V1 chânđỡ . CT3 = 2,69.10-3.7850 = 21,1kg
3. Tính tai treo tháp:
Chọn tai treo: Tai treo được gắn trên thân tháp và tựa vào giàn đỡ để giữ tháp vững trong quá
trình làm việc
Chọn vật liệu làm tai treo là thép CT3
Tải trọng trên một tai treo chọn bằng với tải trọng trên một chân đỡ Gc = 1 .104 N
Tra bảng XIII.36, trang 438, STT2  chọn tai treo có các thông số sau:
F.104 q.10-6 L B B1 H S l a d m
2 2
m N/m mm
57,0 0,44 90 65 75 140 6 35 15 14 1,0

Khoái löôïng moät tai treo: mtai treo = 1,0 kg
Tra baûng XIII.37, trang 439, STT2
 Choïn taám loùt tai treo baèng theùp CT3 coù caùc thoâng soá sau(tra theo Gc = 2,5.104 N):
 Chieàu daøi taám loùt: H = 260 mm
 Chieàu roäng taám loùt: B = 140 mm
 Beà daøy taám loùt: SH =6 mm
Theå tích moät taám loùt tai treo:
Vtaám loùt = B.SH.H
= 140. 6. 260. 10-9 = 0,2184.10-3 m3
Khoái löôïng moät taám loùt tai treo:
mtaám loùt = Vtaám loùt. CT3 = 0,2184.10-3.7850 = 1,714 kg




Trang 32
Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software
http://www.foxitsoftware.com For evaluation only.



Chương 7 :
TÍNH TOÁN THIẾT BỊ PHỤ
I . THIEÁT BÒ NGÖNG TUÏ SAÛN PHAÅM ÑÆNH:
Choïn thieát bò ngöng tuï voû – oáng loaïi TH, ñaët naèm ngang.
OÁng truyeàn nhieät ñöôïc laøm baèng theùp CT3, kích thöôùc oáng 20 x 2:
 Ñöôøng kính ngoaøi: dn = 20 mm = 0,02 m
 Beà daøy oáng: t = 2 mm = 0,002 m
 Ñöôøng kính trong: dtr = 0,016 m
Choïn:
 Nöôùc laøm laïnh ñi trong oáng vôùi nhieät ñoä vaøo tV = 30oC vaø nhieät ñoä ra tR = 40oC.
 Doøng hôi taïi ñænh ñi ngoaøi oáng vôùi nhieät ñoä ngöng tuï tngöng = 80,5 oC
1. Suaát löôïng nöôùc laøm laïnh caàn duøng :
Caân baèng nhieät: Qnt = (R + 1).GD.rD = Gn.(hR – hV) = Gn.CpΔT
Qnt = (R + 1).D.rD = 61,42 kJ/s theo tính toán phần cân bằng nhiệt
61,42
Qnt 2
Löôïng nöôùc caàn duøng: Gn  = = 1,47 kg/s
hR  hV 167,5  125,7
Trong đó hR, hv enthanpy của nước ở nhiệt độ trung bình
1 1
t f  t v  t r   30  40   350 C
2 2
2. Hieäu soá nhieät ñoä trung bình :
Choïn kieåu truyeàn nhieät ngöôïc chieàu, neân:
(80,5  30)  (80,5  40)
= 45,32 K.
tlog 
80,5  30
Ln
80,5  40
3. Heä soá truyeàn nhieät:
Heä soá truyeàn nhieät K ñöôïc tính theo coâng thöùc:
1
, W/m2.K
K
1 1
 rt 
n  ngöng
Vôùi:
 n : heä soá caáp nhieät cuûa doøng nöôùc laïnh W/m2.K
 ngöng : heä soá caáp nhieät cuûa doøng hôi ngöng tuï W/m2.K
 rt : nhieät trôû qua thaønh oáng vaø lôùp caùu.
3.1. Xaùc ñònh heä soá caáp nhieät cuûa nöôùc ñi trong oáng :
1 1
Nhieät ñoä trung bình cuûa doøng nöôùc trong oáng: t f  t v  t r   30  40  .
2 2
Taïi nhieät ñoä naøy thì:
 Khoái löôïng rieâng cuûa nöôùc: n = 994 kg/m3
 Ñoä nhôùt cuûa nöôùc:  n = 7,23.10-7 m2/s
 Heä soá daãn nhieät cuûa nöôùc: n = 0,626 W/mK
 Chuaån soá Prandtl: Prn = 4,90
Choïn vaän toác nöôùc ñi trong oáng: vn = 0,6 m/s


Trang 33
Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software
http://www.foxitsoftware.com For evaluation only.



Gn 4 1,47 4
 Soá oáng: n  = 18,26 ố ng
.  .
 .d tr .v n 994  .0,0162.0,6
2
N
Tra baûng V.II, trang 48, 6  choïn n = 19 oáng
 Vaän toác thöïc teá cuûa nöôùc trong oáng:
4Gn 4  1,47
= 0,39 m/s.
vn  
 n nd tr 994  19    0,016 2
2


Chuaån soá Reynolds :
vd 0,39  0,016
Re n  n. tr  = 8630,7
7,23.10 7
n
Ta thấy 2300 < Ren < 10000 cấp nhiệt xảy ra ở chế độ chảy quá độ
AÙp duïng coâng thöùc (10), trang 6, Hướng dẫn TNQTTB hay công thức V.44 6 trang
16 coâng thöùc xaùc ñònh chuaån soá Nusselt:
0 , 25
 Pr 
0 , 43
Nu n  C. Pr . n   l
 Pr 
n
 v
Trong ñoù: 1 – heä soá tính ñeán aûnh höôûng cuûa heä soá caáp nhieät theo tyû leä giöõa chieàu daøi
L vaø ñöôøng kính d cuûa oáng khi Re < 10000, tương ứng  l = 1,2
Hệ số C phụ thuộc Re, ứng với Re n = 8630,7 ta có C = 30
Tính Prv: Prv đ ược xác định ở nhiệt độ trung bình của thành ống
Nu n . n
Heä soá caáp nhieät cuûa nöôùc ñi trong oáng trong: n =
d tr
3.2. Nhieät taûi qua thaønh oáng vaø lôùp caùu :
t t
qt  w1 w 2 , (W/m2).
rt
Trong ñoù:
 tw1 : nhieät ñoä cuûa vaùch tieáp xuùc vôùi hôi ngöng tuï, oC
 tw2 : nhieät ñoä cuûa vaùch tieáp xuùc vôùi nöôùc laïnh, oC
t
rt   r1  r2
t
 Beà daøy thaønh oáng: t = 0,002 m
 Heä soá daãn nhieät cuûa theùp khoâng gæ: t = 16,3 W/mK
 Nhieät trôû lôùp baån trong oáng: r1 = 1/5000 m2.K/W
 Nhieät trôû lôùp caùu ngoaøi oáng: r2 =1/5800 m2.K/W
Neân: rt = 0,0005 m2.K/W
3.3. Xaùc ñònh heä soá caáp nhieät cuûa hôi ngöng tuï ngoaøi oáng :
Ñieàu kieän:
- Ngöng tuï hôi baõo hoøa.
- Khoâng chöùa khoâng khí khoâng ngöng.
- Hôi ngöng tuï ôû maët ngoaøi oáng.
- Maøng chaát ngöng tuï chaûy taàng.
- OÁng naèm ngang.




Trang 34
Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software
http://www.foxitsoftware.com For evaluation only.



AÙp duïng coâng thöùc (3.65), trang 120, [4] Ñoái vôùi oáng ñôn chieác naèm ngang thì:
r. 2 .g.3
1  0,7254
.(t ngöng - t W1 ).d n
Tra hình V.20, trang 30, STQTTB Tập 6  heä soá phuï thuoäc vaøo caùch boá trí oáng vaø
soá oáng trong moãi daõy thaúng ñöùng laø tb = 0,7 (vì xeáp xen keõ vaø soá oáng trong moãi daõy
thaúng ñöùng laø 9)
 Heä soá caáp nhieät trung bình cuûa chuøm oáng: ngöng = tb1 = 0,71
Duøng pheùp laëp : choïn tW1 = 52 oC
Nhieät ñoä trung bình cuûa maøng chaát ngöng tuï: tm = ½ (tngöng + tW1) = ½ (80,5 + 52) =
66,25 oC
Taïi nhieät ñoä naøy thì:
 Khoái löôïng rieâng cuûa benzene : B = 828,92 kg/m3
 Khoái löôïng rieâng cuûa toluene : T = 820,34 kg/m3
1x 1  xD 0,9765 1  0,9765
  = 828,71 kg/m3
Neân:  D   
 N A 828,92 820,34
Ñoä nhôùt cuûa benzene : B = 3,67.10-4 N.s/m2

Ñoä nhôùt cuûa toluene : T = 3,51.10-4 N.s/m2

Neân: lg = xDlgB + (1 – xD)lgT = 0,98.lg(3,67.10-4) + (1 - 0,98)lg(3,51.10-4)
  = 3,67.10-4 N.s/m2
 Heä soá daãn nhieät cuûa saûn phaåm ñænh : D = 0,1436 W/mK
 Ẩn nhiệt ngưng tụ của sản phẩm đỉnh xác định ở tf: r = 390 kJ/kg
Neân:
r. 2 .g.3 390.103.828,712.0,14363
/ m 2 .K
 1  0,7254  1011,66W
 0,7254
3,67.10-4 .(80,5 - 52).0,02
.(t ngöng - t W1 ).d n
 ngöng = 1 .0,7 = 708,2 W/m2K
 qngöng = ngöng (tngöng – tW1) = 708,2.(80,5 - 52) = 20183,7 W/m2
 qt = qngöng = 20183,7 (W/m2) (xem nhieät taûi maát maùt laø khoâng ñaùng keå)
 tw2 = tw1 - qtrt = 52 – 20183,7.2,867.10-4 = 46,20C
 Prw2 = 3,83
0, 25 0 , 25
 Pr   4,9 
 Nu n  C. Pr . n   l  30.4,9 0, 43.
0 , 43
.1,2  75,83

 Pr 
n
 3,83 
 v
Nu n .n 75,83.0,626
 2966,8W / m 2 K
 n = 
d tr 0,016
 qn = n (tW2 – tf) = 2966,8.(46,2 - 35) = 33228,2 W/m2

Kieåm tra sai soá:
q ngöng  q n 20183,7  33228,2
= 100% = 100% = 55,7% sai số quá
q ngöng 20183,7
lớn, không thỏa ta lập lại các bước tính như trên với các giá trị khác của
tw1




Trang 35
Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software
http://www.foxitsoftware.com For evaluation only.



Số
Hơi Ngưng tụ
Lần
Tính tngưng tw1 tm Δt1 qngưng
ngưng
1 80.5 60 70.25 20.5 1414.474 28996.7191
2 80.5 61 70.75 19.5 1432.27 27929.2597
3 80.5 59 69.75 21.5 1397.732 30051.234




Keát luaän: vậy chọn lần tính lặp lại thứ nhất với: tw1 = 600C để có sai số nhỏ nhất, và tw2 =
45,60C
3.4. Xaùc ñònh heä soá truyeàn nhieät:
1
= 646,742 W/m2K
K
1 1
 0,0005 
2947,8 1414,474
4. Beà maët truyeàn nhieät:
Beà maët truyeàn nhieät ñöôïc xaùc ñònh theo phöông trình truyeàn nhieät:
Qnt 61,42 1000
= 2,1 m2 dự trữ bề mặt truyền nhiệt ta chọn
F= 
K .t log 646,742  45,32
F = 2,5 m2
5. Caáu taïo thieát bò:
Soá oáng truyeàn nhieät: n = 19 oáng. OÁng ñöôïc boá trí theo hình luïc giaùc ñeàu.
F
Chieàu daøi oáng truyeàn nhieät: L = = 0,604 m  choïn L = 0,7 m
d n  d tr
n
2
Soá chaëng : 1 chaëng
Soá oáng treân ñöôøng cheùo: b = 5 oáng
Tra baûng trang 21, [3]  Böôùc oáng: t = 1,2d = 1,2.0.02 = 0,024 m
Soá oáng taát caû : 19
AÙp duïng coâng thöùc (V.140), trang 49, [6]:
 Ñöôøng kính trong cuûa thieát bò: D = t(b-1) + 4dn = 0,024.(5-1) + 4.0.02 = 0,17m lấy
tròn 0,2m
II . THIEÁT BÒ ÑUN SOÂI ÑAÙY THAÙP :
Choïn thieát bò ñun soâi ñaùy thaùp laø noài ñun Kettle.
OÁng truyeàn nhieät ñöôïc laøm baèng theùp X18H10T, kích thöôùc oáng 38 x 3:
 Ñöôøng kính ngoaøi: dn = 38 mm = 0,038 m
 Beà daøy oáng: t = 3 mm = 0,003 m
 Ñöôøng kính trong: dtr = 0,032 m
Hôi ñoát laø hôi nöôùc ôû 2,5at ñi trong oáng 38 x 3. Tra baûng 1.251, trang 314, 6 :


Trang 36
Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software
http://www.foxitsoftware.com For evaluation only.



Nhieät hoùa hôi: rH2 O = rn = 2189500 J/kg

Nhieät ñoä soâi: t H 2O = tn = 126,25 oC

Doøng saûn phaåm taïi ñaùy coù nhieät ñoä:
 Tröôùc khi vaøo noài ñun (loûng): tS1 = 110,2 oC
 Sau khi ñöôïc ñun soâi (hôi): tS2 = 110,6 oC
1. Suaát löôïng hôi nöôùc caàn duøng:
Tra baûng 1.251, trang 314, [5]
 Nhieät hoùa hôi cuûa nöôùc ôû 2,5 at = rH2 O = 2189,5 kJ/kg

Q nt + Q W + Q D - Q F - Q f Q nt + Q W + Q D - Q F - Q f 65,32
D2   0,0315kg / s  113,05kg / h
 
r2 0,95.r2 0,95.2189,5

2. Hieäu soá nhieät ñoä trung bình:
Choïn kieåu truyeàn nhieät ngöôïc chieàu, neân:
(126,25  110,2)  (126,25  110,6)
tlog  = 15,85 K.
126,25  110,2
ln
126,25  110,6
3. Heä soá truyeàn nhieät:
Heä soá truyeàn nhieät K ñöôïc tính theo coâng thöùc nhö ñoái vôùi töôøng phaúng:
1
,W/m2.K
K
1 1
 rt 
n S
Vôùi:
 n : heä soá caáp nhieät cuûa hôi ñoát W/m2.K
 S : heä soá caáp nhieät cuûa saûn phaåm ñaùy W/m2.K.
 rt : nhieät trôû qua thaønh oáng vaø lôùp caùu.

3.1. Nhieät taûi qua thaønh oáng vaø lôùp caùu:
t t
q t  w1 w2 , W/m2.
rt
Trong ñoù:
 tw1 : nhieät ñoä cuûa vaùch tieáp xuùc vôùi hôi ñoát trong oáng, oC
 tw2 : nhieät ñoä cuûa vaùch tieáp xuùc vôùi saûn phaåm ñaùy ngoaøi oáng, oC

rt  t  r1  r2
t
Beà daøy thaønh oáng: t = 0,003 m

Heä soá daãn nhieät cuûa theùp khoâng gæ: t = 16,3 W/mK (Baûng XII.7, trang 313,

STQTTB 6 )
 Nhieät trôû lôùp baån trong oáng: r1 = 1/5800 m2.K/W (Baûng 31, trang 419, [4])
 Nhieät trôû lôùp caùu ngoaøi oáng: r2 =1/5800 m2.K/W
Neân: rt = 5,289.10-4 m2.K/W




Trang 37
Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software
http://www.foxitsoftware.com For evaluation only.



3.2. Xaùc ñònh heä soá caáp nhieät cuûa doøng saûn phaåm ñaùy ngoaøi oáng:
AÙp duïng coâng thöùc (V.89), trang 26, [6]:
0,033 0,333
0,75 .q 0,7
  .r  
S = 7,77 . 10-2.  h  .  . 0 ,45 0.117 0,37
   .c .Ts

 h

Nhieät ñoä soâi trung bình cuûa doøng saûn phaåm ôû ngoaøi oáng:
t t 110,2  110,6
= 110,4 (oC)  tS = 110,4 + 273 = 383,4 K
t S  S1 S 2 
2 2
Taïi nhieät ñoä soâi trung bình thì:
 Khoái löôïng rieâng cuûa pha hôi trong doøng saûn phaåm ôû ngoaøi oáng:
PM HW 1 92
= 2,91 kg/m3
h  
22,4
RTS
 (110,4  273)
273
 Khoái löôïng rieâng cuûa benzen : B = 780,52 kg/m3
 Khoái löôïng rieâng cuûa toluen : T = 781,64 kg/m3
1x 1  xW 0,00365 1  0,00365
 0,00128   = 781,636 kg/m3
Neân:  W   
 B T 780,52 781,64
 Ñoä nhôùt cuûa toluen : T = 2,994.10-4 N.s/m2
 Ñoä nhôùt cuûa benzen : B = 2,71.10-4 N.s/m2
Neân: lg = xWlgB + (1 - xW)lgT = 0,0043.lg(2,71.10-4) + (1 - 0,0043)lg(2,994.10-4)
  = 2,993.10-4 N.s/m2
 Heä soá daãn nhieät cuûa hỗn hợp :  = 0,149 W/mK
 Söùc caêng beà maët cuûa benzen : B = 0,01755 N/m
 Söùc caêng beà maët cuûa toluen : T = 0,0183 N/m
 B T
= 0,009 N/m
Neân:  
 B T
 Nhieät dung rieâng cuûa benzen : cB = 2157,45 J/kg.K
 Nhieät dung rieâng cuûa toluen : cT = 2108,19 J/kg.K
Neân: c = cN x W + cA. (1 - x W ) = 2108,37 J/kgK
 Nhieät hoùa hôi cuûa Benzen: rB = 370636,47 J/kg
 Nhieät hoùa hôi cuûa toluen : rT = 362262,87 J/kg
Neân: r = rN x W + rA. (1 - x W ) = 362293,45 J/kg
3.3. Xaùc ñònh heä soá caáp nhieät cuûa hôi ñoát trong oáng:
rn . 2 .g.3n
n
AÙp duïng coâng thöùc (3.65), trang 120, [4]:  n  0,7254
 n .(t n - t W1 ).d tr
Duøng pheùp laëp : choïn tW1 = 124,8 (oC)
Nhieät ñoä trung bình cuûa maøng nöôùc ngöng tuï: tm = 126,525 oC
Taïi nhieät ñoä naøy thì:
 Khoái löôïng rieâng cuûa nöôùc: n = 937,935 kg/m3
 Ñoä nhôùt cuûa nöôùc: n = 2,25.10-4 (N.s/m2)
 Heä soá daãn nhieät cuûa nöôùc: n = 0,686 W/mK
Neân: n = 10849,76103 (W/m2K)
 qn = n (tn – tW1) = 15732,15 W/m2


Trang 38
Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software
http://www.foxitsoftware.com For evaluation only.



 qt = qn = 15732,15349 W/m2 (xem nhieät taûi maát maùt laø khoâng ñaùng keå)
 tw2 = tw1 - qtrt = 116,68 oC
 S = 2481,544 W/m2K (vôùi q = qt)
 qS = S (tW2 – tS) = 15579,58 W/m2
Kieåm tra sai soá:
qn  qS
= 100% = 0,97% < 5% (thoûa)
qn
Keát luaän: tw1 = 124,8oC vaø tw2 = 116,68oC

3.4. Xaùc ñònh heä soá truyeàn nhieät:
1
= 988,73 W/m2K
K
1 1
 5,289.10 4 
1849,76103 2481,544

4. Beà maët truyeàn nhieät:
Beà maët truyeàn nhieät ñöôïc xaùc ñònh theo phöông trình truyeàn nhieät:
Qđ 65,32 1000
 4,17 m2 lấy dư bề mặt truyền nhiệt F = 4,5 m2
F= 
K .t log 988,73 15,85
5. Caáu taïo thieát bò:
Choïn soá oáng truyeàn nhieät: n = 37 oáng. OÁng ñöôïc boá trí theo hình luïc giaùc ñeàu.
F
Chieàu daøi oáng truyeàn nhieät: L = = 1,107 m  choïn L = 1,2 m
d n  dtr
n
2
Tra baûng V.II, trang 48, STQTTB 6 Soá oáng treân ñöôøng cheùo: b = 7 oáng
Chọn bước oáng: t = 1,2dn = 1,2.0,038 = 0,046 m

AÙp duïng coâng thöùc (V.140), [6]:
 Ñöôøng kính trong cuûa thieát bò: D = t(b-1) + 4dn = 0,43(m)

III . THIEÁT BÒ LAØM NGUOÄI SAÛN PHAÅM ÑÆNH :
Choïn thieát bò laøm nguoäi saûn phaåm ñænh laø thieát bò truyeàn nhieät oáng loàng oáng. OÁng
truyeàn nhieät ñöôïc laøm baèng theùp X18H10T, kích thöôùc oáng trong : 16x1,6; kích thöôùc
oáng ngoaøi : 25x2,5.
Choïn: + Nöôùc laøm laïnh ñi trong oáng 16x1,6 (oáng trong) vôùi nhieät ñoä ñaàu : t1=
27 C, nhieät ñoä cuoái : t2 = 40oC.
o

+ Saûn phaåm ñænh ñi trong oáng 25x2,5 (oáng ngoaøi) vôùi nhieät ñoä ñaàu : tD =
80,5oC, nhieät ñoä cuoái : t’D = 35oC.
Caùc tính chaát lyù hoïc cuûa nöôùc laøm laïnh ñöôïc tra ôû taøi lieäu STQTTB tập 1 öùng vôùi
t t
nhieät ñoä trung bình ttbN = 1 2 =33,5oC:
2
+ Nhieät dung rieâng: cN = 4,181 kJ/kg.ñoä
+ Khoái löôïng rieâng: N = 994,4 (Kg/m3).
+ Ñoä nhôùt ñoäng löïc: N = 0,7371.10-3 (N.s/m2).



Trang 39
Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software
http://www.foxitsoftware.com For evaluation only.



+ Heä soá daãn nhieät: N = 0,6242 (W/moK).
Caùc tính chaát lyù hoïc cuûa saûn phaåm ñænh ñöôïc tra ôû taøi lieäu tham khaûo 6 öùng vôùi
t t ' 80,5  35
 57,75 oC:
nhieät ñoä trung bình ttbD = D D 
2 2
+ Nhieät dung rieâng: cD= 1909,84 (J/kg.ñoä).
+ Khoái löôïng rieâng: D = 837,91 (Kg/m3).
+ Ñoä nhôùt ñoäng löïc: D = 0,407.10-3 (N.s/m2).
+ Heä soá daãn nhieät: D = 0,149 (W/moK).
1 . Suaát löôïng nöôùc caàn duøng ñeå laøm maùt saûn phaåm ñænh:
Suaát löôïng saûn phaåm ñænh:
GD = 161,8 kg/h = 0,045 kg/s.
Löôïng nhieät caàn taûi đã tính ở phần cân bằng nhiệt lượng cho thiết bị làm nguội sản
phẩm đỉnh QD = 5,13 kW :
Suaát löôïng nöôùc caàn duøng:
QD 5,13
GN = = 0,102 kg/s = 368,1 kg/h

c N .(t 2  t1 ) 4,181.( 40  28)
2 . Xaùc ñònh beà maët truyeàn nhieät :
Beà maët truyeàn nhieät ñöôïc xaùc ñònh theo phöông trình truyeàn nhieät:
Qt
,m2
Ftb =
K .t log
Vôùi: + K : heä soá truyeàn nhieät.
+ tlog : nhieät ñoä trung bình logarit.
 Xaùc ñònh tlog :
Choïn kieåu truyeàn nhieät ngöôïc chieàu, neân:
(80,5  40)  (35  27)
 20,038 K.
t log 
80,5  40
ln
35  27
 Xaùc ñònh heä soá truyeàn nhieät K:
Heä soá truyeàn nhieät K ñöôïc tính theo coâng thöùc:
1
,W/m2.oK
K
1 1
 rt 
N D
Vôùi: + N : heä soá caáp nhieät cuûa nöôùc trong oáng W/m2.oK.
+ D : heä soá caáp nhieät cuûa saûn phaåm ñænh W/m2.oK.
+ rt : nhieät trôû cuûa thaønh oáng vaø lôùp caùu.
* Xaùc ñònh heä soá caáp nhieät cuûa saûn phaåm ñænh ôû oáng ngoaøi:
Vaän toác cuûa saûn phaåm ñænh ñi trong oáng ngoaøi:
G 4 0,045 4
vD  D .  0,475 m/s.
.

 D  .( D tr  d ng ). 837,91  .(0,02  0,0162 )
2 2 2


Ñöôøng kính töông ñöông: dtd = Dtr –dng = 0,02- 0,016 = 0,004 (m).
Chuaån soá Reynolds :




Trang 40
Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software
http://www.foxitsoftware.com For evaluation only.



v D. d td . D 0,475.0,004.837,91
 5991,62 < 10000 : cheá ñoä chaûy
Re D  
0,407.10 3
D
chuyển tiếp , coâng thöùc xaùc ñònh chuaån soá Nusselt coù daïng:
0 , 25
 Pr 
0, 43
. D  l
Nu D  C . Pr  Pr 
D
v 
Trong ñoù:
+ l : heä soá hieäu chænh phuï thuoäc tyû leä chieàu daøi oáng vôùi ñöôøng kính ố ng,
choïn l =1. Hệ số C = 19,5
+ PrD : chuaån soá Prandlt cuûa saûn phaåm ñænh ôû 57,75oC, neân
0,407.10 3.1909,84
 .c
PrD  D D  = 5,223.
D 0,149
+ Prw1 : chuaån soá Prandlt cuûa saûn phaåm ñænh ôû nhieät ñoä trung bình cuûa
vaùch.
83,01
Suy ra: Nu D  0 , 25
Prw1
Heä soá caáp nhieät cuûa saûn phaåm ñænh trong oáng ngoaøi:
Nu D . D 83,01.0,149 3095,8
D =  
0 , 25 0, 25
d td Prw1 .0,004 Prw1
Nhieät taûi phía saûn phaåm ñænh:
3095,8
(57,75  t w1 ) W/m2
q D   D .(t tbD  t w1 )  0, 25
Prw1
Vôùi tw1 : nhieät ñoä cuûa vaùch tieáp xuùc vôùi saûn phaåm ñænh (ngoaøi oáng nhoû).
* Nhieät taûi qua thaønh oáng vaø lôùp caùu:
t t
qt  w1 w 2 , W/m2.
rt
Trong ñoù:
+ tw2 : nhieät ñoä cuûa vaùch tieáp xuùc vôùi nöôùc (trong oáng nhoû).
t
+ rt   r1  r2
t
Beà daøy thaønh oáng: t = 1,6 mm.
Heä soá daãn nhieät cuûa theùp khoâng gæ: t = 17,5 W/m.K.
Nhieät trôû trung bình cuûa lôùp baån trong oáng vôùi nöôùc saïch:
r1 = 1/5000 m2.oK/W.
Nhieät trôû lôùp caáu phía saûn phaåm ñænh: r2 = 1/5800 (m2. K/W).
Suy ra: rt = 1/2155,9 (m2. K/W).
Vaäy: qt = 2155,9.(tw1-tw2)
* Xaùc ñònh heä soá caáp nhieät cuûa nöôùc trong oáng nhoû:
Vaän toác nöôùc ñi trong oáng:
G 4 0,102 4
vN  N .  0,798 (m/s).
 .
 N  .d tr 994,4  .0,01282
2


Chuaån soá Reynolds :



Trang 41
Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software
http://www.foxitsoftware.com For evaluation only.



v N . d tr . N 0,798.0,0128.994,4
 13779,94 > 104 : cheá ñoä chaûy
Re N  
0,7371.10 3
N
roái, coâng thöùc xaùc ñònh chuaån soá Nusselt coù daïng:
Pr
0,8 0 , 43
Nu N  0,021. l . Re N PrN .( N ) 0, 25
Prw 2
Trong ñoù:
+ l : heä soá hieäu chænh phuï thuoäc vaøo ReN vaø tyû leä chieàu daøi oáng vôùi
ñöôøng kính oáng : ReN = 13779,94, choïn l =1.
+ PrN : chuaån soá Prandlt cuûa nöôùc ôû 34oC, neân PrN = 5.
+ Prw2 : chuaån soá Prandlt cuûa nöôùc ôû nhieät ñoä trung bình cuûa vaùch.
107,9
Suy ra: Nu N  0 , 25
Prw 2
Heä soá caáp nhieät cuûa nöôùc trong oáng:
Nu N . N 128,49.0,6242 5265,90
N =  
0, 25 0 , 25
d tr Prw 2 .0,0128 Prw2
Nhieät taûi phía nöôùc laøm laïnh:
5265,90
(t w 2  34) W/m2
q N   N .(t w 2  t tbN )  0 , 25
Prw 2

Choïn: tw1 = 50,5oC :
Caùc tính chaát lyù hoïc cuûa saûn phaåm ñænh ñöôïc tra ôû taøi lieäu tham khaûo
5 öùng vôùi nhieät ñoä tw1=50,5oC:
+ Nhieät dung rieâng: c = 1906,38 J/kg.ñoä.
+ Ñoä nhôùt ñoäng löïc:  = 0,423.10-3 N.s/m2.
+ Heä soá daãn nhieät:  = 0,138 W/moK.
 .c 0,423.10 3.1906,38
Khi ñoù : Prw1 =   5,84
 0,138
3095,8
.(57,75  50,5)  14438,02 W/m2.
Töø (IV.9): qD = 0 , 25
5,84
Xem nhieät taûi maát maùt laø khoâng ñaùng keå: qt = qD = 14438,02 W/m2.
qt
= 43,8oC
Töø (IV.10), ta coù: tw2 = tw1 -
2155,9
Tra taøi lieäu tham khaûo [4 (taäp 1)], Prw2 = 4,10
5265,90
.( 43,8  34)  16650,7 W/m2.
Töø (IV.11): qN =
3,95 0,25
Kieåm tra sai soá:
q N  q D 14438,02  16650,7
= = 13,29% sai số này chấp nhận

qD 16650,7
được nên ta chọn
Vaäy: tw1 = 50,5oC vaø tw2 = 43,8oC.
5265,9
 3725,28 W/m2.oC
Khi ñoù:  N  0, 25
3,95


Trang 42
Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software
http://www.foxitsoftware.com For evaluation only.



3095,8
 1991,45 W/m2.oC
D 
5,84 0, 25
1
 810,05 W/m2.oC
K
1 1 1
 
1991,25 3725,28 2155,9
Töø (IV.7), beà maët truyeàn nhieät trung bình:
5,13.103
= 0,316 m2
Ftb 
810,05.20,038
Suy ra chieàu daøi oáng truyeàn nhieät :
0,316
L  6,99 m
0,016  0,0128
.
2
Choïn: L = 8 m,(döï tröõ khoaûng 15%).
L 7,5
Kieåm tra:  625  50 thì l = 1: thoaû.

d tr 0,0128

Vaäy: thieát bò laøm maùt saûn phaåm ñænh laø thieát bò truyeàn nhieät oáng loàng oáng vôùi
chieàu daøi oáng truyeàn nhieät L = 8 m, chia thaønh 2 daõy, moãi daõy 4 ống mỗi ống
1 m.

IV . THIEÁT BÒ LAØM NGUOÄI SAÛN PHAÅM ÑAÙY :
Choïn thieát bò laøm nguoäi saûn phaåm ñaùy laø thieát bò truyeàn nhieät oáng loàng oáng.
OÁng truyeàn nhieät ñöôïc laøm baèng theùp X18H10T:
 Kích thöôùc oáng trong: 16 x 1,6
 Kích thöôùc oáng ngoaøi: 25 x 2,5
Choïn:
 Nöôùc laøm laïnh ñi trong oáng trong vôùi nhieät ñoä vaøo tV = 27oC vaø nhieät ñoä ra tR =
43oC.
 Saûn phaåm ñaùy ñi trong oáng ngoaøi vôùi nhieät ñoä vaøo tWS = 110,2oC vaø nhieät ñoä ra
tW = 35oC.

1. Suaát löôïng nöôùc laøm laïnh caàn duøng:
Như phần cân bằng nhiệt lượng trên đã tính, ta có lượng nhiệt trao đổi QW = 11,86 kW
Tra baûng 1.250, trang 312, ST I  Enthalpy cuûa nöôùc ôû 27oC = hV = 113,13 kJ/kg
 Enthalpy cuûa nöôùc ôû 43oC = hR = 180,17 kJ/kg
11,86.3600
Q
Suaát löôïng nöôùc caàn duøng: Gn  = = 636,8 kg/h
hR  hV 180,17  113,13

2. Hieäu soá nhieät ñoä trung bình:
Choïn kieåu truyeàn nhieät ngöôïc chieàu, neân:
(110,2  43)  (35  27)
tlog  = 27,82 K.
110,2  43
ln
35  27



Trang 43
Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software
http://www.foxitsoftware.com For evaluation only.




3. Heä soá truyeàn nhieät:
Heä soá truyeàn nhieät K ñöôïc tính theo coâng thöùc:
1
W/m2.K
K
1 1
 rt 
n W
Vôùi:
 n : heä soá caáp nhieät cuûa doøng nöôùc laïnh W/m2.K
 W : heä soá caáp nhieät cuûa doøng saûn phaåm ñaùy W/m2.K
 rt : nhieät trôû qua thaønh oáng vaø lôùp caùu.

3.1. Xaùc ñònh heä soá caáp nhieät cuûa nöôùc trong oáng:
Kích thöôùc cuûa oáng trong:
 Ñöôøng kính ngoaøi: dn = 16 mm = 0,016 m
 Beà daøy oáng: t = 1,6 mm = 0,0016 m
 Ñöôøng kính trong: dtr = 0,0128 m
Nhieät ñoä trung bình cuûa doøng nöôùc trong oáng: tf = ½ (tV + tR) = 35 oC
Taïi nhieät ñoä naøy thì:
 Khoái löôïng rieâng cuûa nöôùc: n = 994 kg/m3
 Ñoä nhôùt cuûa nöôùc:  n = 7,23.10-7 m2/s
 Heä soá daãn nhieät cuûa nöôùc: n = 0,626 W/mK
 Chuaån soá Prandtl: Prn = 4,9
Vaän toác nöôùc ñi trong oáng:
4Gn 4  636,8
vn   = 1,383 m/s
3600 nd tr 3600  994    0,01282
2


Chuaån soá Reynolds :
vd 1,383  0,0128
= 24484.65 > 104 : cheá ñoä chaûy roái
Re n  n. tr  7
n 7,23.10
AÙp duïng coâng thöùc (11), trang 7, 6 coâng thöùc xaùc ñònh chuaån soá Nusselt:
0 , 25
 Pr 
0 ,8 0 , 43
Nu n  0,021. l . Re Pr . n 
 Pr 
n n
 w2 
Trong ñoù: 1 – heä soá tính ñeán aûnh höôûng cuûa heä soá caáp nhieät theo tyû leä giöõa chieàu daøi
L vaø ñöôøng kính d cuûa oáng và Re, ta chọn 1 = 1 theo bảng trang 7 - 6
Nu n . n
Heä soá caáp nhieät cuûa nöôùc trong oáng: n =
d tr
3.2. Nhieät taûi qua thaønh oáng vaø lôùp caùu:
t t
q t  w1 w2 , W/m2
rt
Trong ñoù:
 tw1 : nhieät ñoä cuûa vaùch tieáp xuùc vôùi saûn phaåm ñaùy (trong oáng trong), oC
 tw2 : nhieät ñoä cuûa vaùch tieáp xuùc vôùi nöôùc laïnh (ngoaøi oáng trong), oC




Trang 44
Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software
http://www.foxitsoftware.com For evaluation only.



t
rt  r1  r2
t
 Beà daøy thaønh oáng: t = 0,003 m
 Heä soá daãn nhieät cuûa theùp khoâng gæ: t = 16,3 W/mK
 Nhieät trôû lôùp baån trong oáng: r1 = 1/5000 m2.K/W
 Nhieät trôû lôùp caùu ngoaøi oáng: r2 =1/5800 m2.K/W
Neân: rt = 5,565.10-4 m2.K/W

3.3. Xaùc ñònh heä soá caáp nhieät cuûa doøng saûn phaåm ñaùy ngoaøi oáng:
Kích thöôùc cuûa oáng ngoaøi:
 Ñöôøng kính ngoaøi: Dn = 25 mm = 0,025 m
 Beà daøy oáng: t = 2,5 mm = 0,0025 m
 Ñöôøng kính trong: Dtr = 0,02 m
Nhieät ñoä trung bình cuûa doøng saûn phaåm ñaùy ngoaøi oáng: tW = ½ (tWS + tWR) = 72,6 oC.

Taïi nhieät ñoä naøy thì:
 Khoái löôïng rieâng cuûa Benzen : B = 822,029 kg/m3
 Khoái löôïng rieâng cuûa Toluen : T = 814,196 kg/m3
1x 1  xW 0,00365 1  0,00365
 0,001228   = 814,224 kg/m3
Neân:  W   
 N A 822,029 814,196
 Ñoä nhôùt cuûa Benzen : B = 3,409.10-4 N.s/m2
 Ñoä nhôùt cuûa Toluen : T = 3,315.10-4 N.s/m2
Neân: lg = xWlgB + (1 - xW)lgT
  = 3,316.10-4 N.s/m2
 Heä soá daãn nhieät cuûa sản phẩm đáy : W = 0,146 W/mK
 Nhieät dung rieâng cuûa Benzen : cB = 1980,28 J/kgK
 Nhieät dung rieâng cuûa Toluen : cT = 1941,04 J/kgK
Neân: c = cB x W + cT. (1 - x W ) = 1941,18 J/kgK
c
AÙp duïng coâng thöùc (V.35), trang 12, STQTTB 6 : Pr  = 4,42

Vaän toác cuûa doøng saûn phaåm ñaùy ngoaøi oáng:
4GW 4  240,6
= 0,73 m/s
v 
3600  ( Dtr  d n ) 3600  814,224    (0,0202  0,0162 )
2 2


4F
Ñöôøng kính töông ñöông: dtñ =  Dtr – dn = 0,02 – 0,016 = 0,004 m

Chuaån soá Reynolds :
vd  0,73  0,004  814,224
= 7169,89 < 104 : cheá ñoä chaûy chuyển tiếp
Re  tđ  4
 3,316.10
AÙp duïng coâng thöùc (10), trang 6, 6 coâng thöùc xaùc ñònh chuaån soá Nusselt:
0 , 25
 Pr 
0 , 43
NuW  C l . Pr . Pr  
 w1 
Trong ñoù: 1 – heä soá tính ñeán aûnh höôûng cuûa heä soá caáp nhieät theo tyû leä giöõa chieàu daøi
L vaø ñöôøng kính d cuûa oáng.


Trang 45
Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software
http://www.foxitsoftware.com For evaluation only.



Tra baûng 2, trang 6, 6  choïn 1 = 1,9
Tra baûng 2, trang 6, 6  choïn C = 27
Nu W .
Heä soá caáp nhieät cuûa doøng saûn phaåm ñaùy ngoaøi oáng: W =
d tñ
Duøng pheùp laëp : choïn tW1 = 60 oC
Taïi nhieät ñoä naøy thì:
 Ñoä nhôùt cuûa benzen : B = 3,86.10-4 N.s/m2
 Ñoä nhôùt cuûa toluen : T = 3,78.10-4 N.s/m2
Neân: lgW1 = xWlgB + (1 – xW)lgT
 W1 = 3,78.10-4 N.s/m2
 Heä soá daãn nhieät cuûa sản phẩm đáy : W = 0,1275 W/mK
 Nhieät dung rieâng cuûa Benzen : cB = 1935,25 J/kgK
 Nhieät dung rieâng cuûa Toluen : cT = 1904 J/kgK
Neân: cW1 = cB x W + cT. (1 - x W ) = 1904,3 J/kgK
3,78.10 4.1904,3
cW 1 W 1
Ta có : PrW 1   = 5,66

W 1 0,1275
0 , 25 0 , 25
 Pr  0 , 43  4,9 
0 , 43
Neân: NuW  C l . Pr .  Pr   27.1,9.4,88 . 4,71   69,74

 
 w1 
NuW . 101,03.0.1189
 2219 W/m 2 .K
 W = 
d tñ 0,004
 q W =W (tW – tW1) = 2219 (76,2 – 60) = 25740,44 W/m2
 qt = qW = 25740,44 W/m2 (xem nhieät taûi maát maùt laø khoâng ñaùng keå)
 tw2 = tw1 - qtrt = 41,2 oC
 PrW2 = 4,31
 Nun = 153,4
 n = 4801,55 W/m2K
 qn = n (tW2 – tf) = 28809,33 W/m2

Kieåm tra sai soá:
qW  qn
= 100% = 0,106 chọn khoảng ~ 5% là phù hợp nên kết quả
qW
này chấp nhận được
Keát luaän: tw1 = 60 oC vaø tw2 = 41oC

3.4. Xaùc ñònh heä soá truyeàn nhieät:
1
= 798,62 W/m2K
K
1 1
4
 5,565.10 
4081,55 2219

4. Beà maët truyeàn nhieät:
Beà maët truyeàn nhieät ñöôïc xaùc ñònh theo phöông trình truyeàn nhieät:




Trang 46
Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software
http://www.foxitsoftware.com For evaluation only.



Q 11,86 1000
= 0,12 m2
F= 
K .t log 3600  27,82

5. Caáu taïo thieát bò:
F
Chieàu daøi oáng truyeàn nhieät: L = = 2,12 m  choïn L = 2,5 m
d n  d tr
n
2
L 2,5
Kieåm tra: = 195 > 50  l = 1: thoûa

d tr 0,0128
Keát luaän: Thieát bò laøm nguoäi saûn phaåm ñaùy laø thieát bò truyeàn nhieät oáng loàng oáng vôùi
tổng chieàu daøi oáng truyeàn nhieät L = 2,5 m, chia thành 5 hàng ống mỗi hàng có ống dài 0,5 m

V . THIẾT BỊ ĐUN SÔI NHẬP LIỆU
Choïn thieát bò gia nhiệt nhập liệu là thiết bị trao đổi nhiệt kiểu ống chùm.
OÁng truyeàn nhieät ñöôïc laøm baèng theùp X18H10T, kích thöôùc oáng 38 x 3:
 Ñöôøng kính ngoaøi: dn = 38 mm = 0,038 m
 Beà daøy oáng: t = 3 mm = 0,003 m
 Ñöôøng kính trong: dtr = 0,032 m
Hôi ñoát laø hôi nöôùc ôû 2,5at ñi trong oáng 38 x 3. Tra baûng 1.251, trang 314, STQTTB
6:
 Nhieät hoùa hôi: rH2 O = rn = 2189500 J/kg
Nhieät ñoä soâi: t H 2O = tn = 126,25 oC

Doøng saûn phaåm taïi ñaùy coù nhieät ñoä:
 Tröôùc khi vaøo noài ñun (loûng): tF = 30 oC
 Sau khi ñöôïc ñun (lỏng sôi): tS2 = 94 oC
6. Suaát löôïng hôi nöôùc caàn duøng:
Tra baûng 1.251, trang 314, [5]
 Nhieät hoùa hôi cuûa nöôùc ôû 2,5 at = rH2 O = 2189,5 kJ/kg
QF 15,43
D2   0,0074kg / s  74kg / h

r2 0,95.2189,5
7. Hieäu soá nhieät ñoä trung bình:
Choïn kieåu truyeàn nhieät ngöôïc chieàu, neân:
(126,25  30)  (126,25  94)
tlog  = 58,95 K.
126,25  30
ln
126,25  94
8. Heä soá truyeàn nhieät:
Heä soá truyeàn nhieät K ñöôïc tính theo coâng thöùc nhö ñoái vôùi töôøng phaúng:
1
,W/m2.K
K
1 1
 rt 
n F
Vôùi:
 n : heä soá caáp nhieät cuûa hôi ñoát W/m2.K



Trang 47
Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software
http://www.foxitsoftware.com For evaluation only.



 F : heä soá caáp nhieät dòng nhập liệu W/m2.K.
 rt : nhieät trôû qua thaønh oáng vaø lôùp caùu.
3.5. Nhieät taûi qua thaønh oáng vaø lôùp caùu:
t t
qt  F1 F 2 , W/m2.
rt
Trong ñoù:
 tF2 : nhieät ñoä cuûa vaùch tieáp xuùc vôùi hôi ñoát phía vỏ, oC
 tw1 : nhieät ñoä cuûa vaùch tieáp xuùc vôùi nhập liệu trong oáng, oC

rt  t  r1  r2
t
Beà daøy thaønh oáng: t = 0,003 m

Heä soá daãn nhieät cuûa theùp khoâng gæ: t = 16,3 W/mK (Baûng XII.7, trang 313,

STQTTB 6 )
 Nhieät trôû lôùp baån trong oáng: r1 = 1/5800 m2.K/W (Baûng 31, trang 419, [4])
 Nhieät trôû lôùp caùu ngoaøi oáng: r2 =1/5800 m2.K/W
Neân: rt = 5,289.10-4 m2.K/W
3.6. Xaùc ñònh heä soá caáp nhieät cuûa doøng nhập liệu trong ống:
Taïi nhieät ñoä soâi trung bình thì của dòng nhập liệu tFtb = 620C:
 Khoái löôïng rieâng cuûa benzen : B = 836 kg/m3
 Khoái löôïng rieâng cuûa toluen : T = 828 kg/m3
1x 1  xF 0,4 1  0,4
 0,0012   = 831,2 kg/m3
Neân:  F   
 B T 836 828
 Ñoä nhôùt cuûa toluen : T = 3,81.10-4 N.s/m2
 Ñoä nhôùt cuûa benzen : B = 3,9.10-4 N.s/m2
Neân: lg = xFlgB + (1 – xF)lgT = 0,4.lg(3,9.10-4) + (1 - 0,4)lg(3,81.10-4)
  = 3,85.10-4 N.s/m2
 Heä soá daãn nhieät cuûa hỗn hợp :  = 0,149 W/mK
 Nhieät dung rieâng cuûa benzen : cB = 2157,45 J/kg.K
 Nhieät dung rieâng cuûa toluen : cT = 2108,19 J/kg.K
Neân: c = cN x F + cA. (1 - x F ) = 2108,37 J/kgK
c
Áp dụng công thức (V.35), trang 12, 6 ]: PrF  F F = 1,94
F
Vận tốc dòng nhập liệu đi trong ống:
4GF 4  402,4
vF   = 0,167 m/s.
3600 d tr 3600  831,2    0,032 2
2


Chuẩn số Reynolds :
vd 0,167  0,032  831,2
= 11534,71 > 104 : chế độ chảy rối
Re F  F tr F  4
F 3,85.10
Áp dụng công thức (3.27), trang 110, [4]  Công thức xác định chuẩn số Nusselt:
0 , 25
 Pr 
Nu F  0,021. l . Re 0,8 PrF , 43 . F
0

 Pr 
F
 F2 




Trang 48
Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software
http://www.foxitsoftware.com For evaluation only.



Trong đó: 1 – hệ số tính đến ảnh hưởng của hệ số cấp nhiệt theo tỉ lệ chiều dài và đường
kính ống.
3.7. Xác định hệ số cấp nhiệt của hơi nước đi phía vỏ :
rn . n .g.3
2
n
AÙp duïng coâng thöùc (3.65), trang 120, [4]:  n  0,7254
 n .(t n - t W1 ).d tr
Duøng pheùp laëp : choïn tF1 = 122,8 oC
Nhieät ñoä trung bình cuûa maøng nöôùc ngöng tuï: tm = 126,25 oC
Taïi nhieät ñoä naøy thì:
 Khoái löôïng rieâng cuûa nöôùc: n = 937,935 kg/m3
 Ñoä nhôùt cuûa nöôùc: n = 2,25.10-4 N.s/m2
 Heä soá daãn nhieät cuûa nöôùc: n = 0,686 W/mK
Neân: n = 10849,76 W/m2K
 qn = n (tn – tW1) = 16820,49 W/m2
 qt = qn = 16530,1 W/m2 (xem nhieät taûi maát maùt laø khoâng ñaùng keå)
 tF2 = tF1 - qtrt = 116oC
 Với tF2 = 1160C thì tính chất của dòng nhập liệu trong ống
Khoái löôïng rieâng cuûa benzen : B = 775 kg/m3
Khoái löôïng rieâng cuûa toluen : T = 780,5 kg/m3
1x 1  x F 0,4 1  0,4
 0,00128   = 781,25 kg/m3
Neân:  F   
 B T 775 780,5
Ñoä nhôùt cuûa benzene : B = 2,27.10-4 N.s/m2
Ñoä nhôùt cuûa toluene : T = 2,39.10-4 N.s/m2
Neân: lg = xFlgB + (1 – xF)lgT = 0,4.lg(3,9.10-4) + (1 - 0,4)lg(3,81.10-4)
  = 2,32.10-4 N.s/m2
Heä soá daãn nhieät cuûa hỗn hợp :  = 0,128 W/mK
Nhieät dung rieâng cuûa benzen : cB = 2168,45 J/kg.K
Nhieät dung rieâng cuûa toluen : cT = 2118,19 J/kg.K
Neân: cF = cN x F + cA. (1 - x F ) = 2130,37 J/kgK
c
Áp dụng công thức (V.35), trang 12, 6 : PrF  F F = 3 ,31
F

0 , 25
 Pr 
0, 8 0, 43
 Nu F  0,021. l . Re Pr . F  = 704,56
 Pr 
F F
 F2 
2
 F = 2818,23 W/m K (vôùi q = qt)
 qF = F (tF2 – tF) = 17134,8 W/m2
Kieåm tra sai soá:
qn  qS
= 100% = 1,8% < 5% (thoûa)
qn
Keát luaän: tw1 = 122,8oC vaø tw2 = 116 oC

3.8. Xaùc ñònh heä soá truyeàn nhieät:




Trang 49
Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software
http://www.foxitsoftware.com For evaluation only.



1
= 1024,69 W/m2K
K
1 1
 5,289.10 4 
10849,76 2818,23

9. Beà maët truyeàn nhieät:
Beà maët truyeàn nhieät ñöôïc xaùc ñònh theo phöông trình truyeàn nhieät:
Qđ 15,43 1000
 0,25 m2 lấy dư bề mặt truyền nhiệt F = 0,5 m2
F= 
K .t log 1024,69  58,95
10. Caáu taïo thieát bò:
Choïn soá oáng truyeàn nhieät: n = 19 oáng. OÁng ñöôïc boá trí theo hình luïc giaùc ñeàu.
F
Chieàu daøi oáng truyeàn nhieät: L = = 0,523 m  choïn L = 0,6 m
d n  d tr
n
2
Tra baûng V.II, trang 48, 6  Soá oáng treân ñöôøng xuyên tâm của hình sáu cạnh là 3 oán
VI . BOÀNCAO VÒ :
1. Toån thaát ñöôøng oáng daãn:
Choïn oáng daãn coù ñöôøng kính trong laø dtr = 80 mm
Tra baûng II.15, trang 381, [5]  Ñoä nhaùm cuûa oáng:  = 0,2 mm = 0,0002 m (aên moøn
ít)
Toån thaát ñöôøng oáng daãn:
v2
l
h 1    1 1  1 . F m
 2g
d

 1

Trong ñoù:
 1 : heä soá ma saùt trong ñöôøng oáng.
 l1 : chieàu daøi ñöôøng oáng daãn, choïn l1 = 30 m.
 d1 : ñöôøng kính oáng daãn, d1 = dtr = 0,08m.
 1 : toång heä soá toån thaát cuïc boä.
 vF : vaän toác doøng nhaäp lieäu trong oáng daãn

1.1. Xaùc ñònh vaän toác doøng nhaäp lieäu trong oáng daãn :
Caùc tính chaát lyù hoïc cuûa doøng nhaäp lieäu ñöôïc tra ôû nhieät ñoä trung bình:
t t 30  94
= 62 oC
tF = FV FS 
2 2
Taïi nhieät ñoä naøy thì:
 Khoái löôïng rieâng cuûa benzen : B = 836 kg/m3
 Khoái löôïng rieâng cuûa toluen : T = 828 kg/m3
x 1  xF
1 0,4 1  0,4
 F = 832 kg/m3
Neân:  F  
F  N A 843,295 833,149
Ñoä nhôùt cuûa benzen : B = 4,335.10-4 N.s/m2

Ñoä nhôùt cuûa toluen : T = 4,045.10-4 N.s/m2

 F = 4,129.10-4 N.s/m2
Vaän toác cuûa doøng nhaäp lieäu ñi trong oáng:



Trang 50
Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software
http://www.foxitsoftware.com For evaluation only.



4GF 4  1717,56
= 0,114 m/s
vF  
3600 F d tr 3600  832    0,08 2
2




1.2. Xaùc ñònh heä soá ma saùt trong ñöôøng oáng :
Chuaån soá Reynolds :
vd 0,114  0,08  832
= 18461,54 > 4000 : cheá ñoä chaûy roái
Re F  F tr F 
4,129.10 4
F
Chuaån soá Reynolds tôùi haïn: Regh = 6(d1/)8/7 = 5648,513
Chuaån soá Reynolds khi baét ñaàu xuaát hieän vuøng nhaùm: Ren = 220(d1/)9/8 = 186097,342
Vì Regh < ReF < Ren  cheá ñoä chaûy roái öùng vôùi khu vöïc quaù ñoä.
0 , 25
 100 

AÙp duïng coâng thöùc (II.64), trang 379, [5]: 1= 0,1.1,46.  = 0,031

 d 1 Re F 
 

1.3. Xaùc ñònh toång heä soá toån thaát cuïc boä :
 Choã uoán cong :
Tra baûng II.16, trang 382, [5]: Choïn daïng oáng uoán cong 90o coù baùn kính R vôùi R/d =2
thì u1 (1 choã) = 0,15.
Ñöôøng oáng coù 6 choã uoán  u1 = 0,15. 6 = 0,9
 Van :
Tra baûng 9.5, trang 94, [1]: Choïn van caàu vôùi ñoä môû hoaøn toaøn thì van (1 caùi) = 10.
Ñöôøng oáng coù 2 van caàu  van = 10. 2 = 20
 Löu löôïng keá : l1 = 0 (coi nhö khoâng ñaùng keå).
 Vaøo thaùp : thaùp = 1
Neân: 1 = u1 + van + ll = 21,9
 0,1142
30

Vaäy: h1   0,031 = 0,022 m
 21,9 .
0,08  2  9,81

2. Chieàu cao boàn cao vò:
Choïn :
 Maët caét (1-1) laø maët thoaùng chaát loûng trong boàn cao vò.
 Maët caét (2-2) laø maët caét taïi vò trí nhaäp lieäu ôû thaùp.
Aùp duïng phöông trình Bernoulli cho (1-1) vaø (2-2):
2 2
P P
v v
z1 + 1 + 1 = z2 + 2 + 2 +hf1-2
 F .g  F .g
2.g 2.g
2 2
P2  P1 v 2  v1
 z1 = z2 + +hf1-2

 F .g 2.g
Trong ñoù:
 z1: ñoä cao maët thoaùng (1-1) so vôùi maët ñaát, hay xem nhö laø chieàu cao boàn cao vò
Hcv = z1.
 z2: ñoä cao maët thoaùng (2-2) so vôùi maët ñaát, hay xem nhö laø chieàu cao töø maët ñaát
ñeán vò trí nhaäp lieäu:
z2 = hchaân ñôõ + hñaùy + (nttC – 1)h + 0,4
= 0,18 + 0,150 + (14 – 1)0,25 + 0,4 = 3,98 m



Trang 51
Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software
http://www.foxitsoftware.com For evaluation only.



 P1 : aùp suaát taïi maët thoaùng (1-1), choïn P1 = 1 at = 9,81.104 N/m2
 P2 : aùp suaát taïi maët thoaùng (2-2)
Xem P = P2 – P1 = nttL .PL = 12. 2040= 24485 N/m2
 v1 : vaän toác taïi maët thoaùng (1-1), xem v1 = 0 m/s.
 v2 : vaän toác taïi vò trí nhaäp lieäu, v2 = vF = 0,32 m/s.
 hf1-2 : toång toån thaát trong oáng töø (1-1) ñeán (2-2):
hf1-2 = 0,662m
2 2
P  P1 v 2  v1
Vaäy: Chieàu cao boàn cao vò: Hcv = z2 + 2 +hf1-2

 F .g 2.g
0,32 2  0
24485
= 3,98 + + 0,662

9,81.832 2  9,81
= 8,78 m
Choïn Hcv = 10 m.

VII . BÔM :
1. Naêng suaát:
Nhieät ñoä doøng nhaäp lieäu laø tF = 30oC.
Taïi nhieät ñoä naøy thì:
 Khoái löôïng rieâng cuûa benzen : B = 869,25 (kg/m3)
 Khoái löôïng rieâng cuûa toluen : T = 855,39 (kg/m3)
x 1  xF 0,2665 1  0,2665
1
 F = 858,78 (kg/m3)
Neân:  F  
F  N A 869,25 855,39
 Ñoä nhôùt cuûa benzen : B = 5,91.10-4 (N.s/m2)
 Ñoä nhôùt cuûa toluen : T = 5,39.10-3 (N.s/m2)
Neân: lgF = xFlgB + (1 – xF)lgT
 F = 5,541.10-4 (N.s/m2)
Suaát löôïng theå tích cuûa doøng nhaäp lieäu ñi trong oáng:
QF  402,4kg / h = 0,5 m3/h
Vaäy: choïn bôm coù naêng suaát Qb = 0,5 (m3/h)
2. Coät aùp:
Choïn :
 Maët caét (1-1) laø maët thoaùng chaát loûng trong boàn chöùa nguyeân lieäu.
 Maët caét (2-2) laø maët thoaùng chaát loûng trong boàn cao vò.
AÙp duïng phöông trình Bernoulli cho (1-1) vaø (2-2):
2 2
v v
P1 P2
+ 1 + Hb = z2 + + 2 +hf1-2
z1 +
 F .g  F .g
2.g 2.g
Trong ñoù:
 z1: ñoä cao maët thoaùng (1-1) so vôùi maët ñaát, choïn z1 = 1m.
 z2: ñoä cao maët thoaùng (2-2) so vôùi maët ñaát, z2 = Hcv = 10m.
 P1 : aùp suaát taïi maët thoaùng (1-1), choïn P1 = 1 at.
 P2 : aùp suaát taïi maët thoaùng (2-2), choïn P2 = 1 at.
 v1,v2 : vaän toác taïi maët thoaùng (1-1) vaø(2-2), xem v1= v2 = 0 m/s.
 hf1-2 : toång toån thaát trong oáng töø (1-1) ñeán (2-2).


Trang 52
Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software
http://www.foxitsoftware.com For evaluation only.



Hb : coät aùp cuûa bôm.


2.1. Tính toång trôû löïc trong oáng:
Choïn ñöôøng kính trong cuûa oáng huùt vaø oáng ñaåy baèng nhau: dtr = 50 mm
Tra baûng II.15, trang 381, [5]  Ñoä nhaùm cuûa oáng:  = 0,2 mm = 0,0002 m (aên moøn
ít)
Toång trôû löïc trong oáng huùt vaø oáng ñaåy
v2
 l l
hf1-2 =   h ñ   h   ñ . F
  2g
d tr
 
Trong ñoù:
 lh : chieàu daøi oáng huùt.
Chieàu cao huùt cuûa bôm: Tra baûng II.34, trang 441, [5]  hh = 4,3 m
 Choïn lh = 6 m.
 lñ : chieàu daøi oáng ñaåy, choïn lñ = 15 m.
 h : toång toån thaát cuïc boä trong oáng huùt.
 ñ : toång toån thaát cuïc boä trong oáng ñaåy.
  : heä soá ma saùt trong oáng huùt vaø oáng ñaåy.
 vF : vaän toác doøng nhaäp lieäu trong oáng huùt vaø oáng ñaåy m/s.
4Qb 4  2,5
= 0,36 m/s
vF  
3600dtr 3600    0,0502
2


 Xaùc ñònh heä soá ma saùt trong oáng huùt vaø oáng ñaåy :
Chuaån soá Reynolds :
vd 0,36  0,05  858,78
Re F  F tr F  = 27122,63 > 4000 : cheá ñoä chaûy roái
5,541.10 4
F
Chuaån soá Reynolds tôùi haïn: Regh = 6(dtr/)8/7 = 3301,065
Chuaån soá Reynolds khi baét ñaàu xuaát hieän vuøng nhaùm: Ren = 220(dtr/)9/8 = 109674,381
Vì Regh < ReF < Ren  cheá ñoä chaûy roái öùng vôùi khu vöïc quaù ñoä.
0 , 25
100 
 
AÙp duïng coâng thöùc (II.64), trang 379, [5]:  = 0,1.1,46.  = 0,03124

 d tr Re F 
 
 Xaùc ñònh toång toån thaát cuïc boä trong oáng huùt :
 Choã uoán cong :
Tra baûng II.16, trang 382, [5]: Choïn daïng oáng uoán cong 90o coù baùn kính R vôùi R/d = 2
thì u1 (1 choã) = 0,15.
OÁng huùt coù 2 choã uoán  u1 = 0,15. 2 = 0,3
 Van :
Tra baûng 9.5, trang 94, [1]: Choïn van caàu vôùi ñoä môû hoaøn toaøn thì v1 (1 caùi) = 10.
OÁng huùt coù 1 van caàu  v1 = 10
Neân: h = u1 + v1 = 10,3

 Xaùc ñònh toång toån thaát cuïc boä trong oáng ñaåy :
 Choã uoán cong :
Tra baûng II.16, trang 382, [5]: Choïn daïng oáng uoán cong 90o coù baùn kính R vôùi R/d = 2
thì u2 (1 choã) = 0,15.


Trang 53
Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software
http://www.foxitsoftware.com For evaluation only.



OÁng ñaåy coù 4 choã uoán  u2 = 0,15. 4 = 0,6
 Van :
Tra baûng 9.5, trang 94, [1]: Choïn van caàu vôùi ñoä môû hoaøn toaøn thì v2 (1 caùi) = 10.
OÁng ñaåy coù 1 van caàu  v2 = 10
 Vaøo boàn cao vò : cv = 1
Neân: ñ = u1 + v1 + cv = 11,6
 0,322
6  20

Vaäy: hf1-2 =  0,03124 = 0,2 m
 10,3  11,6 .
0,05  2  9,81


2.2. Tính coät aùp cuûa bôm:
Hb = (z2 – z1) + hf1-2 = (10 – 1) + 0,2 = 9,2 m

3. Coâng suaát:
Choïn hieäu suaát cuûa bôm: b = 0,8.
Q H  .g 0,5  9,2  858,78  9,81
Coâng suaát thöïc teá cuûa bôm: Nb = b b F 
3600. b 3600  0,8
= 13,45 W
Keát luaän: Ñeå ñaûm baûo thaùp hoaït ñoäng lieân tuïc ta choïn 2 bôm li taâm loaïi XM, coù:
- Naêng suaát: Qb = 0,5 m3/h
- Coät aùp: Hb = 9,2 m
- Coâng suaát: Nb = 13,45 W

KEÁT LUAÄN
Với quy trình công nghệ tính toán ở trên ta thấy rằng một lượng nhiệt đáng
kể cần giải là ngưng tụ sản đỉnh, giải nhiệt sản phẩm đỉnh và giải nhiệt cho sản
phẩm đáy chưa được tận dụng để gia nhiệt cho dòng nhập liệu. Nhưng trong quá
trình tính toán để gia nhiệt cho dòng nhập liệu tới trạng thái lỏng sôi nếu tận
dụng nhiệt thì chưa đủ để gia nhiệt tới lỏng sôi trong khi đó phải tốn thêm thiết
bị, đường ống… làm tăng chi phí của phân xưởng. Vấn đề tận dụng nhiệt là một
vấn đề thực tế rất được quan tâm, nó như là một giải pháp để năng cao hiệu quả
của quá trình và tiết kiệm năng lượng, nhưng trong giới hạn về thời gian, khả
năng và kinh nghiệm thực tế nên em chưa phân tích tính toán đánh giá đúng
mức các quá trình. Đồ án môn học là một môn học tổng hợp và nó đã mang lại
cho em nhiều kinh nghiệm để tính toán thiết kể hoàn chỉnh một quá trình trong
sản xuất.

TAØI LIEÄU THAM KHAÛO
[1]. Traàn Huøng Duõng – Nguyeãn Vaên Luïc – Hoaøng Minh Nam – Vuõ Baù Minh, “Quaù
trình vaø Thieát bò trong Coâng Ngheä Hoùa Hoïc – Taäp 1, Quyeån 2: Phaân rieâng baèng khí
ñoäng, löïc ly taâm, bôm, quaït, maùy neùn. Tính heä thoáng ñöôøng oáng”, Nhaø xuaát baûn Ñaïi
hoïc Quoác gia TpHCM, 1997, 203tr.
[2]. Voõ Vaên Bang – Vuõ Baù Minh, “Quaù trình vaø Thieát bò trong Coâng Ngheä Hoùa Hoïc –
Taäp 3: Truyeàn Khoái”, Nhaø xuaát baûn Ñaïi hoïc Quoác gia TpHCM, 2004, 388tr.


Trang 54
Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software
http://www.foxitsoftware.com For evaluation only.




[3]. Phaïm Vaên Boân – Nguyeãn Ñình Thoï, “Quaù trình vaø Thieát bò trong Coâng Ngheä Hoùa
Hoïc – Taäp 5: Quaù trình vaø Thieát bò Truyeàn Nhieät ”, Nhaø xuaát baûn Ñaïi hoïc Quoác gia
TpHCM, 2002, 372tr.
[4]. Phaïm Vaên Boân – Vuõ Baù Minh – Hoaøng Minh Nam, “Quaù trình vaø Thieát bò trong
Coâng Ngheä Hoùa Hoïc – Taäp 10: Ví duï vaø Baøi taäp”, Nhaø xuaát baûn Ñaïi hoïc Quoác gia
TpHCM, 468tr.
[5]. Taäp theå taùc giaû, “Soå tay Quaù trình vaø Thieát bò Coâng ngheä Hoùa chaát – Taäp 1”, Nhaø
xuaát baûn Khoa hoïc Kyõ thuaät Haø Noäi, 1999, 626tr.
[6]. Taäp theå taùc giaû, “Soå tay Quaù trình vaø Thieát bò Coâng ngheä Hoùa chaát – Taäp 2”, Nhaø
xuaát baûn Khoa hoïc Kyõ thuaät Haø Noäi, 1999, 447tr.
[7]. Hoà Leâ Vieân, “Thieát keá vaø Tính toaùn caùc thieát bò hoùa chaát”, Nhaø xuaát baûn Khoa hoïc
vaø Kyõ thuaät, Haø Noäi, 1978, 286tr.
[8]. Nguyeãn Minh Tuyeån, “Cô sôû tính toaùn Maùy vaø Thieát bò Hoùa chaát – Thöïc phaåm”, Nhaø
xuaát baûn Khoa hoïc vaø Kyõ thuaät, Haø Noäi, 1984, 134tr.




Trang 55
Đề thi vào lớp 10 môn Toán |  Đáp án đề thi tốt nghiệp |  Đề thi Đại học |  Đề thi thử đại học môn Hóa |  Mẫu đơn xin việc |  Bài tiểu luận mẫu |  Ôn thi cao học 2014 |  Nghiên cứu khoa học |  Lập kế hoạch kinh doanh |  Bảng cân đối kế toán |  Đề thi chứng chỉ Tin học |  Tư tưởng Hồ Chí Minh |  Đề thi chứng chỉ Tiếng anh
Theo dõi chúng tôi
Đồng bộ tài khoản