Đề tài nghiên cứu khoa học: Đồ án hóa công

ĐH Công nghiệp Hà Nội – Khoa CN Hóa http://www.ebook.edu.vn

MỤC LỤC

LỜI MỞ ĐẦU ............................................................................................ 4

Chương I: GIỚI THIỆU CHUNG .............................................................. 5

1.1: LÝ THUYẾT VỀ CHƯNG LUYỆN: ................................................ 5

1.1.1: Phương pháp chưng luyện:........................................................... 5

1.1.2. Thiết bị chưng luyện: ................................................................... 6

1.2.GIỚI THIỆU VỀ HỖN HỢP CHƯNG LUYỆN: ................................ 6

1.2.1.Axit propinic ................................................................................. 6

1.2.2. Nước (H2O) ................................................................................. 8

1.3. DÂY CHUYỀN SẢN XUẤT ........................................................... 11

Chương 2: TÍNH TOÁN THIẾT BỊ CHÍNH ........................................... 13

2.1. TÍNH TOÁN CÂN BẰNG VẬT LIỆU TOÀN THIẾT BỊ: ............. 13

2.1.1.Cân bằng vật liệu ......................................................................... 14

2.1.2.Tính chỉ số hồi lưu tối thiểu ........................................................ 15

2.1.3.Tính chỉ số hồi lưu thích hợp ...................................................... 17

2.1.4.Số đĩa lý thuyết. .......................................................................... 27

2.1.5.Phương trình đường nồng độ làm việc: ....................................... 27

2.2. TÍNH ĐƯỜNG KÍNH THÁP .......................................................... 28

2.2.1.Lượng hơi trung bình các dòng pha đi trong tháp. ...................... 28

2.2.2.Khối lượng riêng trung bình ........................................................ 33

2.2.3. Vận tốc hơi đi trong tháp ............................................................ 36

2.2.4. Tính đường kính tháp ................................................................. 36

2.3. TÍNH CHIỀU CAO THÁP .............................................................. 37

2.3.1. Hệ số khuếch tán ........................................................................ 37

2.3.2. Hệ số cấp khối ............................................................................ 39

2.3.3. Hệ số chuyển khối, đường cong động học, số đĩa thực tế: ......... 42

2.3.4. Hiệu suất tháp, chiều cao tháp .................................................... 47

2.4. TÍNH TRỞ LỰC THÁP ................................................................... 49 1 Lê Thị Hiền – Lớp Đại học công nghệ Hóa 1-k3. Đồ án hóa công

ĐH Công nghiệp Hà Nội – Khoa CN Hóa http://www.ebook.edu.vn

2.4.1. Trở lực của đĩa khô .................................................................... 49

2.4.2. Trở lực của đĩa do sức căng bề mặt. ........................................... 50

2.4.3. Trở lực của lớp chất lỏng trên đĩa .............................................. 51

2.4.4. Trở lực của tháp ......................................................................... 51

2.5. TÍNH CÂN BẰNG NHIỆT LƯỢNG ............................................... 52

2.5.1. Tính cân bằng nhiệt trong thiết bị gia nhệt hỗn hợp đầu: ........... 52

2.5.2. Tính cân bằng nhiệt lượng toàn tháp chưng luyện ..................... 54

2.5.3. Tính cân bằng nhiệt lượng trong thiết bị ngưng tụ: .................... 57

2.5.4. Tính cân bằng nhiệt lượng trong thiết bị làm lạnh ..................... 58

Chương 3. TÍNH TOÁN CƠ KHÍ ............................................................ 60

3.1. TÍNH TOÁN THÂN THÁP: ............................................................ 60

3.1.1. Áp suất trong thiết bị. ................................................................. 60

3.1.2. Ứng suất cho phép ...................................................................... 61

3.1.3 Tính hệ số bền của thành hình trụ theo phương dọc: ................... 61

3.1.4. Đại lượng bổ sung. ..................................................................... 62

3.1.5. Chiều dày thân tháp. ................................................................... 62

3.2. TÍNH ĐƯỜNG KÍNH CÁC ỐNG DẪN ......................................... 63

3.2.1. Đường kính ống chảy chuyền .................................................... 64

3.2.2. Đường kính ống dẫn hỗn hợp đầu vào tháp................................ 64

3.2.3. Đường kính ống dẫn hơi đỉnh tháp. ............................................ 65

3.2.4. Đường kính ống dẫn sản phẩm đáy. ........................................... 65

3.2.5.Đường kính ống dẫn hơi ngưng tụ hồi lưu .................................. 66

3.2.6. Đường kính ống dẫn hơi sản phẩm đáy hồi lưu. ......................... 67

3.3. TÍNH ĐÁY VÀ NẮP THIẾT BỊ ..................................................... 67

3.4 CHỌN MẶT BÍCH ........................................................................... 70

3.4.1. Chọn mặt bích để nối thân tháp và nắp, đáy ............................... 70

3.4.2. Chọn mặt bích để nối ống dẫn thiết bị: ...................................... 70

3.5. TÍNH VÀ CHỌN GIÁ ĐỠ, TAI TREO .......................................... 71

2 Lê Thị Hiền – Lớp Đại học công nghệ Hóa 1-k3. Đồ án hóa công

ĐH Công nghiệp Hà Nội – Khoa CN Hóa http://www.ebook.edu.vn

3.5.1. Tính khối lượng toàn bộ tháp ..................................................... 71

3.5.2. Tính tai treo ................................................................................ 74

Chương 4. TÍNH TOÁN THIẾT BỊ PHỤ ................................................ 77

4.1 TÍNH TOÁN THIẾT BỊ GIA NHIỆT HỖN HỢP ĐẦU ................... 77

4.1.1. Tính hiệu số nhiệt độ trung bình ................................................ 77

4.1.2. Tính lượng nhiệt trao đổi ............................................................ 78

4.1.3. Tính hệ số cấp nhiệt. .................................................................. 78

4.2. TÍNH BƠM VÀ THÙNG CAO VỊ .................................................. 85

4.2.1. Tính các trở lực .......................................................................... 86

4.2.2. Tính chiều cao thùng cao vị so với đĩa tiếp liệu ......................... 94

4.2.3. Tính và chọn bơm ...................................................................... 95

KẾT LUẬN .............................................................................................. 99

3 Lê Thị Hiền – Lớp Đại học công nghệ Hóa 1-k3. Đồ án hóa công

ĐH Công nghiệp Hà Nội – Khoa CN Hóa http://www.ebook.edu.vn

LỜI MỞ ĐẦU

Ngày nay cùng với sự phát triển của khoa học kỹ thuật, nền công nghiệp đã mang lại cho con người những lợi ích vô cùng to lớn về vật chất và tinh thần. Để nâng cao đời sống nhân dân, để hòa nhập chung với sự phát triển chung của các nước trong khu vực cũng như trên thế giới Đảng và Nhà nước ta đã đề ra mục tiêu công nghiệp hóa và hiện đại hóa đất nước.

Trong tiến trình công nghiệp hóa hiện đại hóa đất nước những ngành mũi nhọn như công nghệ thông tin, công nghệ sinh học, công nghệ điện tử tự động hóa…công nghệ hóa giữ vai trò quan trọng trong việc sản xuất các sản phẩm phục vụ cho nền kinh tế quốc dân, tạo tiền đề cho nhiều ngành khác phát triển.

Khi kinh tế phát triển thì nhu cầu của con người ngày càng tăng. Do vậy các sản phẩm cũng đòi hỏi cao hơn, đa dạng hơn, phong phú hơn, theo đó công nghệ sản xuất cũng phải nâng cao. Trong công nghệ hóa học nói chung việc sử dụng hóa chất có độ tinh khiết cao là yếu tố căn bản tạo ra sản phẩm có chất lượng cao. Có nhiều phương pháp khác nhau để làm tăng nồng độ, độ tinh khiết như: chưng cất, cô đặc, trích ly. Tùy vào tính chất của hệ mà ta lựa chọn phương pháp thích hợp.

4 Lê Thị Hiền – Lớp Đại học công nghệ Hóa 1-k3. Đồ án hóa công

ĐH Công nghiệp Hà Nội – Khoa CN Hóa http://www.ebook.edu.vn

Chương I: GIỚI THIỆU CHUNG

1.1: LÝ THUYẾT VỀ CHƯNG LUYỆN:

1.1.1: Phương pháp chưng luyện:

Chưng luyện là một phương pháp nhằm để phân tách một hỗn hợp khí đã hóa lỏng dựa trên độ bay hơi tương đối khác nhau giữa các cấu tử thành phần ở cùng một áp suất.

Phương pháp chưng luyện này là một quá trình trong đó hỗn hợp được bốc hơi và ngưng tụ nhiều lần. Kết quả cuối cùng ở đỉnh tháp ta thu được một hỗn hợp gồm hầu hết các cấu tử dễ bay hơi và nồng độ đạt yêu cầu. Phương pháp chưng luyện cho hiệu suất phân tách cao, vì vậy nó được sử dụng nhiều trong thực tế.

Dựa trên các phương pháp chưng luyện liên tục, người ta đưa ra nhiều thiết bị phân tách đa dạng như tháp chóp, tháp đĩa lỗ không có ống chảy truyền, tháp đĩa lỗ có ống chảy truyền, tháp đệm… Cùng với các thiết bị ta có các phương pháp chưng cất là:

a. Áp suất làm việc:

- Chưng cất ở áp suất thấp.

- Chưng cất ở áp suất thường.

- Chưng cất ở áp suất cao.

Nguyên tắc của phương pháp này là dựa trên nhiệt độ sôi của các cấu tử: nếu nhiệt độ sôi của các cấu tử quá cao thì giảm áp suất làm việc để giảm nhệt độ sôi của các cấu tử.

b. Nguyên lý làm việc: có thể làm việc theo nguyên lý liên tục hoặc

gián đoạn: • Chưng gián đoạn: phương pháp này được sử dụng khi:

Nhiệt độ sôi của các cấu tử khác xa nhau.

Không cần đòi hỏi sản phẩm có độ tinh khiết cao

Tách hỗn hợp lỏng ra khỏi tạp chất không bay hơi.

Tách sơ bộ hỗn hợp nhiều cấu tử.

• Chưng liên tục: là quá trình được thực hiện liên tục nghịch

dòng và nhiều đoạn.

5 Lê Thị Hiền – Lớp Đại học công nghệ Hóa 1-k3. Đồ án hóa công

ĐH Công nghiệp Hà Nội – Khoa CN Hóa http://www.ebook.edu.vn

1.1.2. Thiết bị chưng luyện:

Trong sản xuất thường sử dụng rất nhiều loại tháp khác nhau nhưng

chúng đều có một yêu cầu cơ bản là diện tích tiếp xúc bề mặt pha lớn.

Tháp chưng cất phong phú về kích cỡ và ứng dựng. Các tháp lớn thường được sử dụng trong công nghệ lọc hóa dầu. Đường kính tháp phụ thuộc vào lượng pha lỏng và lượng pha khí, độ tinh khiết của sản phẩm. Mỗi loại tháp chưng lại có cấu tạo riêng, có ưu điểm và nhược điểm khác nhau, vậy ta phải chọn loại tháp nào cho phù hợp với hỗn hợp cấu tử cần chưng và tính toàn kích cỡ của thết bị cho phù hợp với yêu cầu.

Trong đồ án này em được giao thiết kế tháp chưng luyện liên tục loại tháp đĩa lỗ có ống chảy truyền để phân tách hỗn hợp hai cấu tử là Nước – axitpropionic, chế độ là việc ở áp suất thường với hỗn hợp đầu vào ở nhiệt độ sôi.

1.2.GIỚI THIỆU VỀ HỖN HỢP CHƯNG LUYỆN: 1.2.1.Axit propinic

Axít propinic là một axít cacboxylic có nguồn gốc tự nhiên với công thức hóa học CH3CH2COOH. Ở trạng thái tinh khiết và trong điều kiện thông thường, nó là một chất lỏng không màu có tính ăn mòn và mùi hăng.

• Lịch sử:

Axít propinic lần đầu tiên được Johann Gottlieb miêu tả năm 1844. Ông là người đã tìm thấy nó trong số các sản phẩm phân hủy của đường. Trong khoảng thời gian vài năm sau đó, các nhà hóa học khác cũng tạo ra axít propinic theo các cách khác nhau, nhưng không có ai trong số họ nhận ra rằng họ đã tạo ra cùng một hợp chất. Năm 1847, nhà hóa học người Pháp là Jean-Baptiste Dumas đã chứng minh được tất cả các axít trên đây chỉ là một hợp chất và ông gọi nó là axít propinic, lấy theo tiếng Hy Lạp protos = "đầu tiên" và pion = "béo", do nó là axít với công thức tổng quát H(CH2)nCOOH nhỏ nhất có các tính chất của một axít béo, chẳng hạn như sự tạo ra một lớp váng mỡ khi bị kết tủa bởi muối và có muối với kali có tính chất giống xà phòng.

• Tính chất:

Axít propinic có các tính chất vật lý trung gian giữa các tính chất của các axít cacboxylic nhỏ hơn như axít fomic và axít axetic, với các axít béo

6 Lê Thị Hiền – Lớp Đại học công nghệ Hóa 1-k3. Đồ án hóa công

ĐH Công nghiệp Hà Nội – Khoa CN Hóa http://www.ebook.edu.vn

lớn hơn. Nó hòa tan trong nước với bất kì tỉ lệ nào nhưng có thể bị loại ra khỏi nước bằng cách cho thêm muối.

Phân tử gam: 74,08 g/ml 0,99 g/cm3

Tỉ trọng: Điểm nóng chảy: -20,70C 141,10C Điểm sôi:

Tính chất hóa học: axít propinic thể hiện các tính chất chung của axít cacboxylic, và tương tự như phần lớn các axít cacboxylic khác, nó tạo ra các hợp chất amit, este, anhyđrit và clorua. Nó cũng có thể tham gia phản ứng halôgen hóa pha alpha với brôm khi có mặt PBr3 làm chất xúc tác (phản ứng HVZ) để tạo ra CH3CHBrCOOH.

• Sản xuất:

Trong công nghiệp, axit propinic thông thường được sản xuất từ phản

ứng ôxi hóa của propionalđehit bằng không khí.

Phản ứng được tiến hành trong pha lỏng, có mặt các muối của mangan

hoặc coban, xảy ra theo cơ chế gốc chuỗi, nhiệt độ 40 – 500C

Một lượng lớn axít propionic đã từng được sản xuất như là phụ phẩm của việc sản xuất axit axetic, nhưng ngày nay thì nó chỉ là một nguồn rất nhỏ trong sản xuất axít propionic. Nhà sản xuất lớn nhất thế giới hiện nay là BASF, với công suất khoảng 80 ktpa.

Axit propioic có thể được sản xuất bằng phương pháp cacbonyl hóa.

Cho anken tác dụng với nước và CO.

Axit propionic cũng được tạo ra theo phương pháp sinh học từ sự phân hủy do trao đổi chất của các axít béo chứa số lẻ các nguyên tử cacbon, cũng như từ sự phân hủy của một số axít amin. Các vi khuẩn thuộc chi Propionibacterium cũng tạo ra axít propionic như là sản phẩm cuối cùng trong hoạt động trao đổi chất kỵ khí của chúng. Các vi khuẩn này được tìm thấy rất phổ biến trong dạ dày của các động vật nhai lại, và hoạt động của chúng là một phần nguyên nhân tạo ra mùi vị của cả pho mát Thụy Sỹ và mồ hôi.

• Ứng dụng:

7 Lê Thị Hiền – Lớp Đại học công nghệ Hóa 1-k3. Đồ án hóa công

ĐH Công nghiệp Hà Nội – Khoa CN Hóa http://www.ebook.edu.vn

Axit propionic ngăn cản sự phát triển của mốc và một số vi khuẩn. Do vậy, phần lớn axit propionic được sản xuất để sử dụng làm chất bảo quản trong công nghiệp thực phẩm. Đối với thức ăn cho gia súc, nó dược sử dụng hoặc là trực tiếp hoặc dưới dạng muối amoni. Đối với thực phẩm dành cho con người, đặc biệt là bánh mì và các sản phẩm nướng khác, nó được dùng dưới dạng các muối natri hay canxi.

Axit propionic cũng là một hóa chất trung gian có ích. Nó có thể sử dụng để thay đổi các sợi xenlulozo tổng hợp. Nó cũng được dùng để sản xuất một số thuốc trừ sâu và dược phẩm. Các este của axit propionic đôi khi được dùng làm dung môi hay các chất tạo mùi nhân tạo.

1.2.2. Nước (H2O)

Nước là một hợp chất hóa học của oxy và hidro, có công thức hóa học là H2O. Với các tính chất lý hóa đặc biệt (ví dụ như tính lưỡng cực, liên kết hiđrô và tính bất thường của khối lượng riêng) nước là một chất rất quan trọng trong nhiều ngành khoa học và trong đời sống; 70% diện tích của Trái Đất được nước che phủ nhưng chỉ 0,3% tổng lượng nước trên Trái Đất nằm trong các nguồn có thể khai thác dùng làm nước uống.

• Cấu tạo:

Phân tử nước bao gồm hai nguyên tử hidro và một nguyên tử oxy. Về mặt hình học thì phân tử nước có góc liên kết là 104,45°. Do các cặp điện tử tự do chiếm nhiều chỗ nên góc này sai lệch đi so với góc lý tưởng của hình tứ diện. Chiều dài của liên kết O-H là 96,84 picomet.

• Tính lưỡng cực:

Oxy có độ âm điện cao hơn hidro. Việc cấu tạo thành hình ba góc và việc tích điện từng phần khác nhau của các nguyên tử đã dẫn đến cực tính dương ở các nguyên tử hiđrô và cực tính âm ở nguyên tử oxy, gây ra sự lưỡng cực. Dựa trên hai cặp điện tử đơn độc của nguyên tử ôxy, lý thuyết VSEPR đã giải thích sự sắp xếp thành góc của hai nguyên tử hiđrô, việc tạo thành mô men lưỡng cực và vì vậy mà nước có các tính chất đặc biệt. Vì

8 Lê Thị Hiền – Lớp Đại học công nghệ Hóa 1-k3. Đồ án hóa công

ĐH Công nghiệp Hà Nội – Khoa CN Hóa http://www.ebook.edu.vn

phân tử nước có tích điện từng phần khác nhau nên một số sóng điện từ nhất định như sóng cực ngắn có khả năng làm cho các phân tử nước dao động, dẫn đến việc nước được đun nóng. Hiện tượng này được áp dụng để chế tạo lò vi sóng.

• Liên kết hiđrô:

Các phân tử nước tương tác lẫn nhau thông qua liên kết hiđrô và nhờ vậy có lực hút phân tử lớn. Đây không phải là một liên kết bền vững. Liên kết của các phân tử nước thông qua liên kết hidro chỉ tồn tại trong một phần nhỏ của một giây, sau đó các phân tử nước tách ra khỏi liên kết này và liên kết với các phân tử nước khác.

Đường kính nhỏ của nguyên tử hidro đóng vai trò quan trọng cho việc tạo thành các liên kết hidro, bởi vì chỉ có như vậy nguyên tử hidro mới có thể đến gần nguyên tử oxy một chừng mực đầy đủ. Các chất tương đương của nước, thí dụ như dihidro sulfua (H2S), không tạo thành các liên kết tương tự vì hiệu số điện tích quá nhỏ giữa các phần liên kết. Việc tạo chuỗi của các phân tử nước thông qua liên kết cầu nối hidro là nguyên nhân cho nhiều tính chất đặc biệt của nước, thí dụ như nước mặc dù có khối lượng mol nhỏ vào khoảng 18 g/mol vẫn ở thể lỏng trong điều kiện tiêu chuẩn. Ngược lại, H2S tồn tại ở dạng khí cùng ở trong những điều kiện này. Nước có khối lượng riêng nhỏ nhất ở 4 độ Celcius và nhờ vào đó mà băng đá có thể nổi lên trên mặt nước; hiện tượng này được giải thích nhờ vào liên kết cầu nối hiđrô

• Các tính chất hóa lý của nước:

9 Lê Thị Hiền – Lớp Đại học công nghệ Hóa 1-k3. Đồ án hóa công

ĐH Công nghiệp Hà Nội – Khoa CN Hóa http://www.ebook.edu.vn

Cấu tạo của phân tử nước tạo nên các liên kết hiđrô giữa các phân tử là cơ sở cho nhiều tính chất của nước. Cho đến nay một số tính chất của nước vẫn còn là câu đố cho các nhà nghiên cứu mặc dù nước đã được nghiên cứu từ lâu.

Nhiệt độ nóng chảy và nhiệt độ sôi của nước đã được Anders Celsius dùng làm hai điểm mốc cho độ bách phân Celcius. Cụ thể, nhiệt độ nóng chảy của nước là 0 độ Celcius, còn nhiệt độ sôi (760 mm Hg) bằng 100 độ Celcius. Nước đóng băng được gọi là nước đá. Nước đã hóa hơi được gọi là hơi nước. Nước có nhiệt độ sôi tương đối cao nhờ liên kết hiđrô

Dưới áp suất bình thường nước có khối lượng riêng (tỷ trọng) cao nhất là ở 4 °C: 1 g/cm³ đó là vì nước vẫn tiếp tục giãn nở khi nhiệt độ giảm xuống dưới 4 °C. Điều này không được quan sát ở bất kỳ một chất nào khác. Điều này có nghĩa là: Với nhiệt độ trên 4 °C, nước có đặc tính giống mọi vật khác là nóng nở, lạnh co; nhưng với nhiệt độ dưới 4 °C, nước lại lạnh nở, nóng co. Do hình thể đặc biệt của phân tử nước (với góc liên kết 104,45°), khi bị làm lạnh các phân tử phải dời xa ra để tạo liên kết tinh thể lục giác mở. Vì vậy mà tỉ trọng của nước đá nhẹ hơn nước thể lỏng.

Khi đông lạnh dưới 4 °C, các phân tử nước phải dời xa ra để tạo liên

kết tinh thể lục giác mở.

Nước là một dung môi tốt nhờ vào tính lưỡng cực. Các hợp chất phân cực hoặc có tính ion như axít, rượu và muối đều dễ tan trong nước. Tính hòa tan của nước đóng vai trò rất quan trọng trong sinh học vì nhiều phản ứng hóa sinh chỉ xẩy ra trong dung dịch nước.

Nước tinh khiết không dẫn điện. Mặc dù vậy, do có tính hòa tan tốt, nước hay có tạp chất pha lẫn, thường là các muối, tạo ra các ion tự do trong dung dịch nước cho phép dòng điện chạy qua.

Về mặt hóa học, nước là một chất lưỡng tính, có thể phản ứng như một axit hay bazơ. Ở 7 pH (trung tính) hàm lượng các ion hydroxyt (OH-) cân bằng với hàm lượng của hydronium (H3O+). Khi phản ứng với một axit mạnh hơn thí dụ như HCl, nước phản ứng như một chất kiềm:

HCl + H2O ↔ H3O+ + Cl- Với ammoniac nước lại phản ứng như một axit: + + OH- NH3 + H2O ↔ NH4

10 Lê Thị Hiền – Lớp Đại học công nghệ Hóa 1-k3. Đồ án hóa công

ĐH Công nghiệp Hà Nội – Khoa CN Hóa http://www.ebook.edu.vn

1.3. DÂY CHUYỀN SẢN XUẤT

Hình 1.1. Sơ đồ dây chuyền công nghê chưng luyện liên tục

N−íc

N−íc l¹nh

N−íc

H ¬ i ® è t

N−íc l¹nh

t è ® i ¬ H

N − í c n g − n g

N−íc ng−ng

11 Lê Thị Hiền – Lớp Đại học công nghệ Hóa 1-k3. Đồ án hóa công

ĐH Công nghiệp Hà Nội – Khoa CN Hóa http://www.ebook.edu.vn

CHÚ THÍCH:

1. Thùng chứa hỗn hợp đầu 7. Thiết bị làm lạnh sản phẩm

đỉnh

2. Bơm 8. Thùng chứa sản phẩm đỉnh

3. Thùng cao vị 9. Thiết bị gia nhiệt đáy tháp

4. Thiết bị gia nhiệt hỗn hợp 10. Thùng chứa sản phẩm đáy

đầu

5. Tháp chưng luyện 11. Thiết bị tháo nước ngưng

6. Thiết bị ngưng tụ hồi lưu

THUYẾT MINH:

Dung dịch đầu ở thùng (1) được bơm (2) bơm liên tục lên thùng cao vị (3), mức chất lỏng cao nhất ở thùng cao vị được khống chế nhờ ống chảy tràn, từ thùng cao vị dung dịch được đưa vào thiết bị đun nóng (4) qua lưu lượng kế (11), ở đây dung dịch được đun nóng đến nhiệt độ sôi bằng hơi nước bão hoà, từ thiét bi gia nhiệt (4) dung dịch được đưa vào tháp chưng luyện (5) nhờ đĩa tiếp liệu, trong tháp hơi đi từ dưới lên gặp chất nỏng đi từ trên xuống, nhiệt độ và nồng độ các cấu tử thay đổi theo chiều cao của tháp. Vì vậy hơi từ đĩa phía dưới lên đĩa phía trên, các cấu tử có nhiệt độ sôi cao sẽ được ngưng tụ lại và cuối cùng trên đỉnh ta thu được hỗn hợp gồm hầu hết các cấu tử dễ bay hơi. Hơi đó đi vào thiết bị ngưng tụ hồi lưu (6), ở đây nó được ngưng tụ lại.

Một phần chất lỏng đi qua thiết bị làm lạnh (7) để làm lạnh đến nhiệt độ cần thiết rồi đi vào thùng chứa sản phẩm đỉnh (8), một phần khác hồi lưu về tháp ở đĩa trên cùng.

Chất lỏng đi từ trên xuống gặp hơi có nhiệt độ cao hơn, một phần cấu tử có nhiệt độ sôi thấp được bốc hơi và do đó nồng độ cấu tử khó bay hơi trong chất lỏng ngày càng tăng và cuối cùng ở đáy tháp ta thu dược hỗn hợp lỏng gồm hầu hết là cấu tử khó bay hơi. Chất lỏng đi ra khỏi tháp được làm lạnh rồi đi vào thùng chứa sản phẩm đáy (10). Như vậy với thiết bị làm việc liên tục thì hỗn hợp đầu được đưa vào liên tục và sản phẩm cũng được tháo ra liên tục.

12 Lê Thị Hiền – Lớp Đại học công nghệ Hóa 1-k3. Đồ án hóa công

ĐH Công nghiệp Hà Nội – Khoa CN Hóa http://www.ebook.edu.vn

Chương 2: TÍNH TOÁN THIẾT BỊ CHÍNH

2.1. TÍNH TOÁN CÂN BẰNG VẬT LIỆU TOÀN THIẾT BỊ:

• Kí hiệu các đại lượng như sau:

F : lượng nguyên liệu đầu (kmol/h)

P : lượng sản phẩm đỉnh (kmol/h)

W: lượng sản phẩm đáy (kmol/h)

xF: nồng độ phần mol của cấu tử dễ bay hơi trong hỗn hợp đầu xP: nồng độ phần mol của cấu tử dễ bay hơi trong sản phẩm đỉnh xW: nồng độ phần mol của cấu tử dễ bay hơi trong sản phẩm đáy

• Giả thiết:

+ Số mol pha hơi đi từ dưới lên là bằng nhau trong tất cả mọi tiết diện

của tháp.

+ Số mol chất lỏng không thay đổi theo chiều cao đoạn chưng và đoạn

luyện.

+ Hỗn hợp đầu đi vào tháp ở nhiệt độ sôi.

+ Chất lỏng ngưng tụ trong thiết bị ngưng tụ có thành phần bằng thành

phần của hơi đi ra ở đỉnh tháp.

+ Cấp nhiệt ở đáy tháp băng hơi đốt gián tiếp.

• Yêu Cầu thiết bị:

F: Năng suất thiết bị tính theo hỗn hợp đầu =15(tấn/giờ)

Thiết bị làm việc ở áp suất thường (P = 1 at)

Tháp chưng loại: tháp đĩa lỗ có ống chảy chuyền

• Điều kiện:

aF : Nồng độ nước trong hỗn hợp đầu = 0,28 (phần khối lượng) aP: Nồng độ nước trong sản phẩm đỉnh = 0.80 (phần khối lưọng) aW: Nồng độ nước trong sản phẩm đáy = 0,02 (phần khối lượng) MA: Khối lượng phân tử của nước = 18 (kg/kmol) MB: Khối lượng phân tử của axit propinic = 74 (kg/kmol)

13 Lê Thị Hiền – Lớp Đại học công nghệ Hóa 1-k3. Đồ án hóa công

ĐH Công nghiệp Hà Nội – Khoa CN Hóa http://www.ebook.edu.vn

• Đổi từ phần khối lượng sang phần mol:

F/M a

F)/M B

= = 0,6152 (phần mol) x F = 28 / 18 28 / 18 + 72 / 74

P / M a

x = 0,94267(phần mol) 80 / 18 80 /18 + 20 / 72 = P) / M B

W =

F/M a A A+(100-a P / M a A A + (100 - a W / M a A A + (100 - a

W / M a • Tính khối lượng mol trung bình:

A + (1 - x).M B

x = 0,0774 (phần mol) 2 / 18 2 / 18 + 98 / 74 = W) / M B

Áp dụng công thức: M = x.M Ta có :

F = 0,6152.18 + (1 - 0,6152).74 = 39,5488 (kg / kmol) P = 0,94267.18 + (1 - 0,94267).74 = 21,21 (kg / kmol) W = 0,0774.18 + (1 - 0,0774).74 = 69,6656 (kg/kmol)

M M M

2.1.1.Cân bằng vật liệu

Hỗn hợp đầu vào F (nước – axit propionic) được phân tách thành sản phẩm đỉnh P (nước), và sản phẩm đáy W (axit propionic). Ở đĩa trên cùng có 1 lượng lỏng hồi lưu, ở đáy tháp có thiết bị đun sôi. Lượng hơi đi ra đỉnh tháp Do.

D,yD

P,xP

F,xF

W,xW

Hình 2.1. Sơ đồ hệ thống chưng

14 Lê Thị Hiền – Lớp Đại học công nghệ Hóa 1-k3. Đồ án hóa công

P + G

F là lượng hỗn hợp đầu đi vào tháp (kg / h) P là lượng sản phẩm đỉnh (kg / h) W là lượng sản phẩm đáy (kg / h)

P.aP + G

W.aW

ĐH Công nghiệp Hà Nội – Khoa CN Hóa http://www.ebook.edu.vn

Phương trình cân bằng vật liệu: F = G G Trong đó: - G - G - G Phương trình cân bằng vật liệu cho cấu tử dễ bay hơi (H2O): F.aF = G G Theo đề bài:

Lượng hỗn hợp đầu:

F = 15.103(kg / h)=

G = 379,378 (kmol / h) 15.103 39,5488

F .

P =G

G = 5000 (kg / h) 0,28 - 0,02 0,80 - 0,02

=>G = 235,737 (kmol / h) Lượng sản phẩm đỉnh: F - a a = 15.103. W P - a a W 5000 21,21

W = F.

G = 10000 (kg / h) 0,80 - 0,28 0,80 - 0,02 Lượng sản phẩm đáy: P - a a =15.103. F P - a a W

W =

=> G = 143,543 (kmol / h) 10000 69,6656

2.1.2.Tính chỉ số hồi lưu tối thiểu

Từ số liệu bảng IX.2a (Sổ tay QT&TBCNHC-2 trang 148) ta có thành

100

54,5

74,9

80,5

84,4

87,5

90,3

93,2 100

141,4 117,2 109,0 104,2 102,2 101,1 100,4 100,0 99,7

99,1

99,6 100

phần cân bằng lỏng hơi của nước - axitpropionic được cho theo bảng sau

Từ bảng số liệu trên ta vẽ được đồ thị y - x, từ đó xác định được chỉ số hồi lưu tối thiểu:

15 Lê Thị Hiền – Lớp Đại học công nghệ Hóa 1-k3. Đồ án hóa công

ĐH Công nghiệp Hà Nội – Khoa CN Hóa http://www.ebook.edu.vn

y* F

β max

xF xW

Hình 2.2. Đồ thị y – x xác định số đĩa lý thuyết

= 0,848956. Từ đó ta tính được R

min:

Với giá trị x

F = 0,6152 ta kẻ đường song song với trục y và cắt đường cân bằng, từ đó ta kẻ đường song song với trục x cắt trục y tại B và ta xác định được giá trị y* F P - y* F min = x - x y* F F

R = 0,4009 0,94267 - 0,848956 0,848956 - 0,6152

16 Lê Thị Hiền – Lớp Đại học công nghệ Hóa 1-k3. Đồ án hóa công

ĐH Công nghiệp Hà Nội – Khoa CN Hóa http://www.ebook.edu.vn

2.1.3.Tính chỉ số hồi lưu thích hợp

Rβ= .

Chỉ số hồi lưu làm việc thường được xác định thông qua chỉ số hồi lưu

min

tối thiểu:

Trong đó: β: hệ số dư hay hệ số hiệu chỉnh.

÷ (1, 2 2,5).

min

Tính gần đúng ta lấy chỉ số hồi lưu làm việc bằng:

Ta biết Rmin, cho β biến thiên bất kì trong khoảng (1,2÷2,5), tính được R tương ứng. Ở mỗi R tương ứng ta vẽ đường làm việc và vẽ các bậc thay đổi nồng độ lý thuyết N.

Px ,

bằng, Dưới đây là các đồ thị xác định số đĩa lí thuyết trên cơ sở đường cân Fx , Wx . Đường làm việc đoạn luyện đi qua điểm ( Px , Py ) và cắt

const

trục tung tại điểm có tung độ B = , đường làm việc đoạn chưng đi qua x P R + 1

và điểm

giao điểm của đường làm việc đoạn luyện với đường ( Wx , Wy ). Vẽ các tam giác như hình ta thu được số đĩa lý thuyết.

17 Lê Thị Hiền – Lớp Đại học công nghệ Hóa 1-k3. Đồ án hóa công

ĐH Công nghiệp Hà Nội – Khoa CN Hóa http://www.ebook.edu.vn

y* F

min = 0,48108; B = 0,63647; N = 24

x xF xP

β1 = 1,2; R= β.R

Hình 2.3. Đồ thị y – x xác định số đĩa lý thuyết

18 Lê Thị Hiền – Lớp Đại học công nghệ Hóa 1-k3. Đồ án hóa công

ĐH Công nghiệp Hà Nội – Khoa CN Hóa http://www.ebook.edu.vn

y* F

B 5

x xF xP

th = R

minβ = 0,64144; B = 0,57429; N = 13

β = 1,6; R

Hình 2.4. Đồ thị y – x xác định số đĩa lý thuyết

19 Lê Thị Hiền – Lớp Đại học công nghệ Hóa 1-k3. Đồ án hóa công

ĐH Công nghiệp Hà Nội – Khoa CN Hóa http://www.ebook.edu.vn

y* F

B 7

th = 0,72162; B

xF xP

β = 1,8; R 7 = 0,54755; N = 11 Hình 2.5. Đồ thị y – x xác định số đĩa lý thuyết

20 Lê Thị Hiền – Lớp Đại học công nghệ Hóa 1-k3. Đồ án hóa công

ĐH Công nghiệp Hà Nội – Khoa CN Hóa http://www.ebook.edu.vn

y* F

x xF xP

th = 0,8018; B

9 = 0,52318; N = 10

β = 2,0; R

Hình 2.6. Đồ thị y – x xác định số đĩa lý thuyết

21 Lê Thị Hiền – Lớp Đại học công nghệ Hóa 1-k3. Đồ án hóa công

ĐH Công nghiệp Hà Nội – Khoa CN Hóa http://www.ebook.edu.vn

y* F

B 11

11 = 0,50089; N = 9

th = 0,88198; B

x xF xP

β = 2,2; R Hình 2.7. Đồ thị y – x xác định số đĩa lý thuyết

22 Lê Thị Hiền – Lớp Đại học công nghệ Hóa 1-k3. Đồ án hóa công

ĐH Công nghiệp Hà Nội – Khoa CN Hóa http://www.ebook.edu.vn

y* F

B 12

th = 0,92207; B

x xF xP

β = 2,3; R 12 = 0,590445; N = 9 Hình 2.8. Đồ thị y – x xác định số đĩa lý thuyết

23 Lê Thị Hiền – Lớp Đại học công nghệ Hóa 1-k3. Đồ án hóa công

ĐH Công nghiệp Hà Nội – Khoa CN Hóa http://www.ebook.edu.vn

y* F

B 13

13 = 0,480402; N = 9

th = 0,96216; B

β = 2,4; R Hình 2.9. Đồ thị y – x xác định số đĩa lý thuyết

24 Lê Thị Hiền – Lớp Đại học công nghệ Hóa 1-k3. Đồ án hóa công

ĐH Công nghiệp Hà Nội – Khoa CN Hóa http://www.ebook.edu.vn

y* F

B 14

x xF xP

th = 1,00225; B

14 = 0,470805; N = 9

β = 2,5; R

Hình 2.10. Đồ thị y – x xác định số đĩa lý thuyết

25 Lê Thị Hiền – Lớp Đại học công nghệ Hóa 1-k3. Đồ án hóa công

ĐH Công nghiệp Hà Nội – Khoa CN Hóa http://www.ebook.edu.vn

1,2

1,3

1,4

1,6

1,7

1,8

1,9

0,48108 0,52117 0,56126

0,64144 0,68153 0,72162

0,76171

0,63647 0,61970 0,603787 0,57429 0,56060 0,54755

0,53508

N.(R+1) 35,55

27.38

23.42

21,34

21,86

18,94

19,34

2,0

2,1

2,2

2,3

2,4

2,5

0,8018

0,84189

0,8819

0,92207

0,96216

1,00225

0,52318

0,51179

0,50089

0,490445

0,48042

0,70805

N.(R+1)

18,018

18,419

16,93

17,298

17,659

18,02

Bảng tổng hợp kết quả:

26 Lê Thị Hiền – Lớp Đại học công nghệ Hóa 1-k3. Đồ án hóa công

ĐH Công nghiệp Hà Nội – Khoa CN Hóa http://www.ebook.edu.vn

N. (R + 1)

0,88 R

Hình 2.17. Đồ thị R – N(R+1) xác định chỉ số hồi lưu thích hợp.

Thiết lập quan hệ N(R+1) – R (hình 12) ta xác định được Rth tại giá trị

nhỏ nhất của N(R+1). Kết quả được Rth = 0,8819 tại β = 2,2.

2.1.4.Số đĩa lý thuyết.

Với Rth = 0,8819 xác định được số đĩa lí thuyết Nlt = 9 Trong đó: Số đĩa đoạn chưng là 3

Số đĩa đoạn luyện là 6

2.1.5.Phương trình đường nồng độ làm việc:

27 Lê Thị Hiền – Lớp Đại học công nghệ Hóa 1-k3. Đồ án hóa công

ĐH Công nghiệp Hà Nội – Khoa CN Hóa http://www.ebook.edu.vn

R +

Px + R 1

Phương trình đường nồng độ làm việc đoạn luyện:

Thay số ta được:

y = x + => y = 0,467x + 0,5 0,8819 0,8819 + 1 0,94267 0,8819 + 1

Phương trình đường nồng độ làm việc đoạn chưng:

y = x - x R + f R + 1 f - 1 R + 1

f = = = 1,609 379,378 235,737 Trong đó: G F G P

Thay số ta được:

y = x - x 0,8819 + 1,609 0,8819 + 1 1,609 - 1 0,8819 + 1

=> y = 1,324x - 0,025

2.2. TÍNH ĐƯỜNG KÍNH THÁP

(

)

V 4 tb .3600.

ω tb

Đường kính tháp được xác định theo công thức:

0,0188

(

) m

g )ω

(ρ

y tb

Hay:

(ρ

)ω : tốc độ hơi (khí) trung bình đi trong tháp (kg/m3.s)

y tb

Trong đó: Vtb: lượng hơi khí trung bình đi trong tháp (m3/h) ωtb: tốc độ hơi (khí) trung bình đi trong tháp (m/s) gtb: lượng hơi (khí) trung bình đi trong tháp (kg/h)

2.2.1.Lượng hơi trung bình các dòng pha đi trong tháp.

28 Lê Thị Hiền – Lớp Đại học công nghệ Hóa 1-k3. Đồ án hóa công

ĐH Công nghiệp Hà Nội – Khoa CN Hóa http://www.ebook.edu.vn

Vì lượng hơi và lượng lỏng thay đổi theo chiều cao tháp và khác nhau

trong mỗi đoạn cho nên phải tính lượng hơi trung bình cho từng đoạn.

Hỉnh 2.18.Để xác định lượng hơi trung bình đi trong tháp chưng luyện

a.Xác định lượng hơi trung bình đi trong đoạn luyện:

g 1

tbL

Lượng hơi trung bình đi trong đoạn luyện có thể tính gần đúng bằng trung bình cộng của lượng hơi đi ra khỏi đĩa trên cùng của tháp và lượng hơi đi vào đĩa dưới cùng của đoạn luyện:

Trong đó:

gtbL: lượng hơi (khí) trung bình đi trong đoạn luyện (kg/h hay kmol/h) gđ: lượng hơi đi ra khỏi đĩa trên cùng của tháp (kg/h hay kmol/h)

29 Lê Thị Hiền – Lớp Đại học công nghệ Hóa 1-k3. Đồ án hóa công

ĐH Công nghiệp Hà Nội – Khoa CN Hóa http://www.ebook.edu.vn

g1: lượng hơi đi vào đĩa dưới cùng của đoạn luyện (kg/h hay kmol/h) Lượng hơi ra khỏi tháp gđ:

gđ = GR + GP =GP(R + 1)

Trong đó:

GP: lượng sản phẩm đỉnh (P): GP = 5000 (kg /h) GR: lượng hồi lưu: GR = GP.R(kg/h) = 5000.0,8819 = 4409,5(kg/h) Suy ra:

gđ = GP(R + 1) =5000.(0,8819 + 1) = 9409,5 (kg/h)

P +

G x P

g 1 y g 1 1 g r 1 1

G 1 = G x 1 1 g rd

⎧ ⎪ ⎨ ⎪ ⎩

Lượng hơi đi vào đoạn luyện: lượng hơi g1, hàm lượng hơi y1, và lượng lỏng G1 đối với đĩa thứ nhất của đoạn luyện được xác định theo hệ phương trình của cân bằng vật liệu và cân bằng nhiệt lượng sau:

F (phần khối lượng)

(*)

Trong các phương trình trên coi x1 = a r1: ẩm nhiệt hóa hơi đi vào đĩa luyện thứ nhất (kcal/mol) rđ: ẩm nhiệt hóa hơi của hỗn hợp đi ra khỏi đỉnh tháp (kcal/mol)

r1 = rA.y1 + (1- y1). rB rđ = rA.yđ + (1- yđ). rB yđ = yP (phần khối lượng)

rA: ẩm nhiệt hóa hơi của nước rB: ẩm nhiệt hóa hơi của axit propionic Xác định ẩm nhiệt hóa hơi của hỗn hợp đi ra khỏi đỉnh tháp:

được nhiệt độ sôi của hỗn hợp đầu tF = 99,96690 nhiệt độ sôi của hỗn hợp đỉnh tP = 99,81360 nhiệt độ sôi của sản phẩm đáy tW =111,65620 Từ số liệu bảng IX.2a (Sổ tay QT&TBCNHC-2 trang 149) ta xác định C ứng với yF = xF = 0,6152, C ứng với yP = xP = 0,94267, C ứng với yW = xW = 0,0774.

Xác định ẩm nhiệt hóa hơi của hỗn hợp đi ra khỏi đỉnh tháp:

Áp dụng công thức nội suy:

A = r

1 +

P -t

r r 2 - r (t 1 2 - t t 1

30 Lê Thị Hiền – Lớp Đại học công nghệ Hóa 1-k3. Đồ án hóa công

ĐH Công nghiệp Hà Nội – Khoa CN Hóa http://www.ebook.edu.vn

Nội suy theo bảng I.212 đối với nước bảng I.213 đối với axit axetic

B = 93,086 (kcal/kg)

A = 539,186 (kcal/kg); r

đ + (1 - y

đ)r B

A.y

thay cho axit propinic (Sổ tay QT&TBCNHC-T1) với tP = 99,8136 ta có:

r Suy ra: đ = r r = 539,186.0,80 + (1-0,80).93,086 = 449,966 (kcal/kg)

Xác định ẩm nhiệt hóa hơi của hỗn hợp đi vào đĩa luyện thứ nhất:

Nội suy theo bảng I.212 đối với nước bảng I.213 đối với axit axetic

thay cho axit propinic (Sổ tay QT&TBCNHC-T1) với tF = 99,9669 ta có:

A = 579 +

r (99,9669 - 60) = 539,903 (kcal/kg) 539 - 579 100 - 60

B = 92,4 +

A.y

1).r

1 + (1 - y

B = 539,903.y

r (99,9669 - 90) = 93,097 (kcal/kg) 93,1 - 92,4 100 - 90

tbL =

đ + g g 1 2

g = = 11744,67 (kg/h)

tbL =

R + G 1 2

G = = 6744,68 (kg/h) G Suy ra: 1 + (1 - y 1 = r r 1).93,097 = 93,097 + 446,806.y 1 (kcal.kg) Thay r1, GP , x1, xP, gđ, rđ vào hệ (*), và giải ra ta được: ⎪⎧G 1 = 9079,843(kg/h) g 1 = 14079,843(kg/h) ⎨ ⎩⎪ y 1 = 0,465 r 1 = 93,097 + 446,806.0,465 = 300,862 (kcal/kg) • Lượng hơi trung bình đi trong đoạn luyện: 9409,5 + 14079,843 2 • Lượng lỏng trung bình đi trong đoạn luyện: 4409,5 + 9079,843 2

b.Xác định lượng hơi trung bình đi trong đoạn chưng:

, n

, g 1

, tb

Lượng hơi trung bình đi trong đoạn chưng được xác định gần đúng bằng trung bình cộng của lượng hơi đi ra khỏi đoạn chưng và lượng hơi đi vào đoạn chưng:

31 Lê Thị Hiền – Lớp Đại học công nghệ Hóa 1-k3. Đồ án hóa công

ĐH Công nghiệp Hà Nội – Khoa CN Hóa http://www.ebook.edu.vn

Vì lượng hơi đi ra khỏi đoạn chưng bằng lượng hơi đi vào đoạn luyện

g 1

, g 1

, tb

nên ta có thể viết:

1g , lượng lỏng G1, và hàm lượng lỏng

1x được xác định theo hệ phương trình cân bằng vật liệu và cân bằng nhiệt lượng sau:

' G g G W 1 = ' g y . W 1 = ' ' g r . n n

' 1 ' ' . G x 1 1 ' ' g r . 1 1

G x . W W g r . 1 1

⎧ ⎪ ⎨ ⎪ ⎩

Lượng hơi đi vào đoạn chưng

(**)

' y 1 được y W = 0,307422 (phần mol)

Trong đó: y= ; tìm theo đường cân bằng ứng với xW =0,0774 (phần mol) ta

Đổi yW từ phần mol sang phần khối lượng:

W =

1r : ẩm nhiệt hóa hơi của hỗn hợp đi vào đĩa thứ nhất của đoạn chưng

+ − (1

' r 1

' r y . 1 A

' y r ). 1 B

nr : ẩm nhiệt hóa hơi của hỗn hợp đi vào đĩa trên cùng của đoạn chưng

+ − (1

' r n

r y . A

' n

r ). B

y =0,322 (phần khối lượng) 0,307422.18 0,307422.18 + (1 - 0,307422).74

Xác định ẩm nhiệt hóa hơi của hỗn hợp đi vào đĩa thứ nhất của đoạn

chưng

Nội suy theo bảng I.212 đối với nước bảng I.213 đối với axit axetic thay cho axit propinic (Sổ tay QT&TBCNHC-T1) với nhiệt độ sôi đáy tháp là tW = 111,6562 ta có:

A = 539 +

r (111,6562 - 100) = 531,423 (kcal/kg) 513 - 539 140 - 100

B = 93,4 +

r (111,6562 - 110) = 90,0876 (kcal/kg) 93,2 - 93,4 120 - 110

A.y 1

+ (1 -y ‘ 1

). r ‘

B = 531,423.0,322 + (1 - 0,322).90,0876

Suy ra: = r ‘ r 1

32 Lê Thị Hiền – Lớp Đại học công nghệ Hóa 1-k3. Đồ án hóa công

ĐH Công nghiệp Hà Nội – Khoa CN Hóa http://www.ebook.edu.vn

1 vào hệ (**), và giải ra ta được:

1r , GW , x1, xW, r1, g

‘ =

= 232,197 (kcal/kg)

tbC =

1 + g g 1 2

= 16161,68 (kg/h) g‘

Thay ' ⎪⎧G ‘ = 28243,52(kg/h) 1 ‘ g = 18243,52(kg/h) ⎨ 1 ⎩⎪ ‘ x = 0,208 1 • Lượng hơi trung bình đi trong đoạn chưng là: 14079,843 + 18243,52 2 • Lượng lỏng trung bình đi trong đoạn chưng là:

1 =

tbC =

1 + G F) + G‘ 2

(G G‘ (9079,843 + 15000) + 28243,52 2

= 26161,68 (kg/h)

2.2.2.Khối lượng riêng trung bình

[

]

+ − (1

y M tbA

y M ) tbB

273(

3 kg m /

)

ρ ytb

T 22, 4.

a.Tính khối lượng riêng trung bình của đoạn luyện: • Khối lượng riêng trung bình của đoạn luyện đối với pha hơi:

T: nhiệt độ làm việc trung bình của tháp (0K) ytbA :nồng độ phần mol của cấu tử A tính theo giá trị trung bình Đổi y1 sang nồng độ phần mol:

1 =

y =0,78 (phần mol)

tbAL =

dA + y y cA 2

y = = 0,861 (phần mol) 0,465 / 18 0,465 / 18 + (1 - 0,465) / 74 1 + x y P = 2 0,78 + 0,9426 2

Với yđA, ycA: nồng độ tại 2 đầu đoạn luyện (phần mol) Nội suy từ bảng số liệu IX.2a - T2 với ytbA = 0,861 có tytb = 99,330 C Suy ra khối lượng riêng trung bình của pha hơi đối với đoạn luyện là:

ytbL =

)

ρ .273 = 0,843 (kg/m3 0,861.18 + (1 - 0,861).74 22,4.(99,33 + 273)

• Khối lượng riêng trung bình của đoạn luyện đối với pha lỏng:

33 Lê Thị Hiền – Lớp Đại học công nghệ Hóa 1-k3. Đồ án hóa công

(

kg m /

)

a 1 = tbA ρ ρ

− a tbB ρ

xtb

xtbA

xtbB

ĐH Công nghiệp Hà Nội – Khoa CN Hóa http://www.ebook.edu.vn

Trong đó: ρxtb: khối lượng riêng trung bình trong pha lỏng (kg/m3) ρxtbA, ρxtbB: khối lượng riêng trung bình trong pha lỏng đối với cấu tử A,B lấy theo nhiệt độ trung bình (kg/m3)

atbA: phần khối lượng trung bình của cấu tử A trong pha lỏng

tbA =

a = 0,54 (phần khối lượng) 0,28 + 0,80 2

tbA =

F + a a P = 2 F + x x P 2

x = = 0,779 (phần mol) 0,6152 + 0,94267 2

Nội suy từ bảng số liệu IX.2a - T2 với xtbA = 0,779 có txtb = 99,15830 Nội suy từ bảng số liệu bảng I.2a - T1 có txtb = 99,15830 Khối lượng riêng trung bình trong pha lỏng đối với cấu tử A:

xtbA = 972 +

)

ρ (99,1583 - 80) = 958,589 (kg/m3 958 - 972 100 - 80

Khối lượng riêng trung bình trong pha lỏng đối với cấu tử B:

)

(99,1583 - 80) = 958,967 ( kg /m3 ρ xtbB = 981 + 958 - 981 100 - 80

Vậy khối lượng riêng trung bình của đoạn luyện đối với pha lỏng:

= + 0,54 958,589 1 - 0,54 958,967

1 ρ xtbL xtbL = 958,762 (kg/m3 => ρ

) b.Tính khối lượng riêng trung bình của đoạn chưng

[

]

+ − (1

y M tbA

y M ) tbB

273(

3 kg m /

)

ρ ytb

T 22, 4.

• Khối lượng riêng trung bình của đoạn chưng đối với pha hơi:

T: nhiệt độ làm việc trung bình của tháp (0K) ytbA :nồng độ phần mol của cấu tử A tính theo giá trị trung bình

tbAC =

đA + y y cA 2

W + y y 1 2

y = = = 0,5437 0,3074 + 0,78 2

Với yđA, ycA: nồng độ tại 2 đầu đoạn chưng (phần mol)

34 Lê Thị Hiền – Lớp Đại học công nghệ Hóa 1-k3. Đồ án hóa công

ĐH Công nghiệp Hà Nội – Khoa CN Hóa http://www.ebook.edu.vn

Nội suy từ bảng IX.2a - T2 với ytbA = 0,5437 có tytb = 100,187 0C Suy ra khối lượng riêng trung bình của pha hơi đối với đoạn chưng là:

ytbC =

)

.273 = 1.422 (kg/m3 ρ 0,5437.18 + (1 - 0,5437).74 22,4.(100,187 + 273)

(

kg m /

)

a 1 = tbA ρ ρ

− a tbA ρ

xtb

xtbA

xtbB

• Khối lượng riêng trung bình của đoạn chưng đối với pha lỏng:

atbA: phần khối lượng trung bình của cấu tử A trong pha lỏng

tbA =

F + a a W 2

a = = 0,15 (phần khối lượng) 0,28 + 0,02 2

Với: 1 = x a‘ 1

‘ =

‘ = 0,208 (phần khối lượng) 0,208 18 (1 - 0,208) 74

= 0,519 (phần mol) x 1 +

‘ =

tbA =

x = 0,567 (phần mol) 0,208 18 F + x x 1 2

0,6152 + 0,519 2 Nội suy từ bảng IX.2a - T2 ứng với xtbA = 0,567 có txtb = 100,0970 Nội suy từ bảng I.2a - T1 ứng với txtb = 100,097 0C có: Khối lượng riêng trung bình trong pha lỏng đối với cấu tử A:

)

.(100,097 - 100) = 957,927 (kg/m3 ρ xtbA = 958 + 943 - 958 120 - 100

Khối lượng riêng trung bình trong pha lỏng đối với cấu tử B:

)

.(100,097 - 100) = 957,83 (kg/m3 ρ xtbB = 958 + 922 - 958 120 - 100

Vậy khối lượng riêng trung bình của đoạn chưng đối với pha lỏng:

35 Lê Thị Hiền – Lớp Đại học công nghệ Hóa 1-k3. Đồ án hóa công

ĐH Công nghiệp Hà Nội – Khoa CN Hóa http://www.ebook.edu.vn

-1 ⎞ ⎟ ⎠

+ ρ 0,15 957,927 1 - 0,15 957,83

⎛ xtbC = ⎜ ⎝ xtbC = 957,844 (kg/m3

)

=> ρ

2.2.3. Vận tốc hơi đi trong tháp

0, 05 .

ω gh

ρ x ρ y

Tốc độ hơi trong tháp đĩa được xác định theo công thức:

Trong đó:

ωgh: tốc độ giới hạn trên (m/s) Tốc độ hơi trong đoạn luyện:

ghL = 0,05 .

ω = 0,05 . = 1,686 (m/s) 958,762 0,843 ρ xtbL ρ ytbL

Để tránh tạo bọt ta lấy tốc độ làm việc khoảng (80÷90%)ωgh Ta lấy 80% => ωlv = 0,8.1,686 = 1,3488 (m/s) Tốc độ hơi trong đoạn chưng:

ghC = 0,05 .

ω = 0,05 = 1,297 (m/s) .957,844 1,422 ρ xtbC ρ ytbC

ωlv = 0,8.1,297 = 1,0376 (m/s)

2.2.4. Tính đường kính tháp

ytbL = 0,843 (kg/m3)

a. Đường kính đoạn luyện:

Lượng hơi trung bình: gytbL =11744,67 (kg/h) Khối lượng riêng trung bình của pha hơi: ρ Vậy đường kính đoạn luyện là:

L = 0,0188 .

L = 1,9 (m)

L = 1,364 (m/s)

D = 1,91 (m) = 0,0188 . 11744,67 0,843.1,3488

= 0,81 (thỏa mãn) = 1,368 1,686 g ytbL y) yω (ρ tbL Quy chuẩn đường kính đoạn luyện là D Thử lại điều kiện thực tế : Từ D L = 1,9 => ω ω L ω ghL

36 Lê Thị Hiền – Lớp Đại học công nghệ Hóa 1-k3. Đồ án hóa công

ĐH Công nghiệp Hà Nội – Khoa CN Hóa http://www.ebook.edu.vn

ytbC = 1,422 (kg/m3

)

b. Đường kính đoạn chưng

Lượng hơi trung bình: gytbC = 16161,68 (kg/h) Khối lượng riêng trung bình của pha hơi: ρ Vậy đường kính đoạn chưng là:

C = 0,0188

D = 0,0188. = 1,95 (m) (ρ 16161,68 1,442.1,0376 g ytbC y) yω tbC

C = 1,112 (m/s)

Quy chuẩn đường kính đoạn chưng là D = 1,9 (m)

= =0,857 (thỏa mãn) Thử lại điều kiện thưc tế: C = 1,9 => ω Từ D ω 1,112 C ω 1,297 ghC

2.3. TÍNH CHIỀU CAO THÁP

2.3.1. Hệ số khuếch tán

a. Hệ số khuếch tán trong pha lỏng (Dx)

• Hệ số khuếch tán trong pha lỏng ở 200C:

1.10-6 +

25 =

/s) (SBT II - trang 127)

B.(v A

(m2 D x AB. μ 1 M 1 + v 1/3 B 1 M 2 1/3 )

Trong đó:

A, B: Hệ số liên hợp của chất tan nước và dung môi axit propionic :

B : Độ nhớt của dung môi axit propionic ở 250

C (cP), nội suy từ bảng

A= 1; B =1 μ

I.101 - sổ tay QT&TBCNHC - T1 ta được

axitpropionic = 1,21 +

A, V

B : Thể tích mol của nước và axit propionic (cm3

/mol)

μ (25 - 20) = 1,125 (cP) 1,04 - 1,21 30 - 20

2, của nước là H

V Tra bảng VIII.2 - T2, ta có thể tích nguyên tử của :

A = 18,9 (cm3

B = 90,6 (cm3

C = 14,8; H = 3,7; O =12 (O trong axit) Công thức phân tử của axit propionic là C /mol); V V /mol)

37 Lê Thị Hiền – Lớp Đại học công nghệ Hóa 1-k3. Đồ án hóa công

ĐH Công nghiệp Hà Nội – Khoa CN Hóa http://www.ebook.edu.vn

1.10-6 +

25 =

(m2

/s)

= 4,839 .10-9 D x 1 1 74 18 + 90,61/3 1.1. 1,125.(18,91/3

= D t D x x

25 [1 + b.(t - 20]

• Hệ số khuếch tán ở nhiệt độ xác định t:

Hệ số nhiệt độ:

C (kg/m3

)

3 ρ ρ: Khối lượng riêng của dung môi ở 25o Nội suy từ bảng I.2 - Sổ tay QT&TBCHHC - T 1 ta có:

0,2. μ b =

)

C = 1048 +

(25 - 20) = 1053,25 (kg/m3 ρ axitpropionic,25o 1048 - 1027 40 - 20

3 1053,25

xL = 4,839.10-9

[ 1 + 0,02085.(99,1583 - 25) = 12,321.10-9

(m2

0,2. 1,125 =0,02085 => b =

.[1 + 0,02085.(100,097 - 25) = 12,415.10-9

xtbL = 99,1583o C /s) xtbC = 100,097o (m2

xC = 4,839.10-9

C /s)

=>Hệ số khuếch tán trong pha lỏng đoạn luyện: t = t D =>Hệ số khuếch tán trong pha lỏng đoạn chưng: t = t D

b. Hệ số khuếch tán trong pha hơi:

y =

/s)

.T1,5 0,0043.10-4 )2 1/3 + v 1/3 p.(v B A

. D 1 + M A 1 (m2 M B

K) ytbL = 99,33o

Trong đó: p: áp suất tuyệt đối của hỗn hợp: p = p o = 1 (atm) T: Nhiệt độ tuyệt đối của hỗn hợp : T = 273 + t (o Hệ số khuếch tán trong pha hơi đoạn luyện: t = t

yL =

(m2

/s)

.(273 + 99,33)1,5 1 + 90,61/3 74 ytbC = 100,187o Hệ số khuếch tán trong pha hơi đoạn chưng: t = t

0,0043.10-4 D = 0,159.10-4 + . 1.(18,91/3 1 18

.(273 + 100,187)1,5

yC =

(m2

/s)

+ 90,61/3

0,0043.10-4 D . + = 0,159.10-4 1.(18,91/3 1 74 1 18

38 Lê Thị Hiền – Lớp Đại học công nghệ Hóa 1-k3. Đồ án hóa công

ĐH Công nghiệp Hà Nội – Khoa CN Hóa http://www.ebook.edu.vn

2.3.2. Hệ số cấp khối

a. Độ nhớt của hỗn hợp hơi:

hh = M hh.

⎛ ⎜ ⎝

-1 ⎞ ⎟ ⎠

+ μ Y.M A μ A (1 - y).M B μ B

tbL = 0,861 ; Đoạn chưng: y = y

tbC = 0,5437

hh : Trọng lượng phân tử của hỗn hợp khí:

Trong đó:

y : Nồng độ nước trong pha hơi Đoạn luyện có y = y M Đoạn luyện :

hhL = M

yL = y

tbL.M

A + (1 - y

tbL).M B

= 0,861.18 + (1- 0,861).74 = 25,784 (kg/kmol)

Đoạn chưng

hhC = M

yC = y

tbC.M

A + (1 - y

tbC).M B

A, μ

B : Độ nhớt của nước và axit propionic:

tbL = 99,33 theo toán đồ I.35 - T1 (Ns/m2 )

(Ns/m2

B = 0,0102.10-3 C theo toán đồ hình I.35 - T1 B = 0,0105.10-3

) và μ tbC = 100,187o ) và μ

(Ns/m2

)

= 0,5473.18 + (1 - 0,5437)74 = 43,553 (kg/kmol) μ Đoạn luyện : t = t A = 0,0127.10-3 μ Đoạn chưng: t = t (Ns/m2 A = 0,0129.10-3 μ => Độ nhớt của hỗn hợp hơi đoạn luyện là:

(Ns/m2 )

-1 ⎞ = 1,157.10-5 ⎟ ⎠

+ μ 0,861.18 ⎛ hhL = 25,784. ⎜ 0,0127.10-3 ⎝ (1 - 0,0861).74 0,0102.10-3

-1

=> Độ nhớt hỗn hợp hơi của đoạn chưng là:

(Ns/m2

)

⎛ μ hhC = 43,553. ⎜ ⎝

+ = 1,096.10-5 0,5437.18 0,0129.10-3 (1 - 0,5437).74 ⎞ ⎟ 0,0105.10-3 ⎠

b. Độ nhớt của hỗn hợp lỏng.

hh = x.lg μ

A + (1 - x).lg μ B

lg μ

Trong đó:

x : Nồng độ phần mol của axit propionic trong hỗn hợp:

39 Lê Thị Hiền – Lớp Đại học công nghệ Hóa 1-k3. Đồ án hóa công

tbL = 0,779; Đoạn chưng có x = x

tbC = 0,567

A, μ

B : Độ nhớt động lực của nước và axit propionic

C nội suy theo bảng I.101 - T1:

ĐH Công nghiệp Hà Nội – Khoa CN Hóa http://www.ebook.edu.vn

C nội suy theo bảng I.101 đối với

tbL = 99,1583o B = 0,463 (cP) tbC = 100,097o nước và toán đồ đối với axit ( Sổ tay QT&TBCNHC - T1) ta được:

B = 0,43 (cP)

A = 0,283(cP) và μ

hh = 0,779.lg(0,286) + (1 - 0,779)lg(0,463) = -0,5

hhL = 0,317 (cP) = 0,317.10-3

(Ns/m2

)

hhC = 0,34 (cP) = 0,34 .10-3

hh) = 0,567 . lg(0,283) + (1 - 0,567).lg(0,43) = - 0,44 (Ns/m2

Đoạn luyện có: x = x μ Đoạn luyện: t = t A = 0,286 (cP), μ μ Đoạn chưng có: t = t

y =

y.h.ρ y μ y

y : Tốc độ hơi tính cho mặt cắt tự do của tháp (m/s)

y : Khối lượng riêng trung bình của hơi (kg/m3 ) y : Độ nhớt trung bình của hơi (Ns/m2 )

μ => Độ nhớt hỗn hợp lỏng đoạn luyện: Lgμ μ Độ nhớt hỗn hợp lỏng đoạn chưng: Lg (μ μ ) c. Chuẩn số Reynolt đối với pha hơi ω Re

Trong đó: ω h : Kích thước dài, chấp nhận h = 1 m ρ μ Chuẩn số Reynolt đối với pha hơi đoạn luyện là:

yL =

Re = 0,994.105 1,364.1.0,843 1,157.10-5

Chuẩn số Reynolt đối với pha hơi đoạn chưng là:

yC =

Re = 1,44.105 1,112.1.1,422 1,096.10-5

x =

Pr d. Chuẩn số Prand đối với pha lỏng: μ x x.D ρ x

Trong đó:

40 Lê Thị Hiền – Lớp Đại học công nghệ Hóa 1-k3. Đồ án hóa công

/s)

ĐH Công nghiệp Hà Nội – Khoa CN Hóa http://www.ebook.edu.vn

x : Khối lượng riêng trung bình của lỏng (kg/m3 ρ ) x : Hệ số khuếch tán trung bình trong pha lỏng (m2 D x : Độ nhớt trung bình của lỏng (Ns/m2 μ ) => Chuẩn số Prand đối với pha lỏng đoạn luyện là:

xL =

Pr = 26,84 0,317.10-3 958,762.12,321.10-9

=> Chuẩn số Prand đối với pha lỏng đoạn chưng là:

xC =

Pr = 28,59 0,34.10-3 957,844.12,415.10-9

e. Hệ số cấp khối trong pha hơi

Theo công thức tính cho đĩa lỗ có ống chảy chuyền (II-164):

kmol

y =

⎛ ⎜ y + 11000) ⎝

⎞ ⎟ ⎠

/s)

(0,79.Re β m2 D y 22,4 kmol kmol

Trong đó: D y : Hệ số khuếch tán trong pha hơi (m2 Re y : Chuẩn số Reynolt đối với pha hơi. => Hệ số cấp khối pha hơi đoạn luyện là:

kmol

yL =

+ 11000) = 0,063

⎞ ⎟ ⎠

⎛ ⎜ ⎝

β .(0,79.0,994.105 m2 0,159.10-4 22,4 kmol kmol

=> Hệ số cấp khối pha hơi đoạn chưng là:

kmol

yC =

+ 11000) = 0,089

⎞ kmol ⎟ ⎠ kmol

⎛ ⎜ ⎝

.(0,79.1,44.105 β m2 0,159.10-4 22,4

f. Hệ số cấp khối trong pha lỏng:

Theo công thức tính cho đĩa lỗ có ống chảy chuyền (II-165):

x.D x

kmol

x =

0,62 .Pr x

⎞ ⎟ ⎠

⎛ ⎜ ⎝

β m2 38000.ρ M x.h kmol kmol

x : Hệ số khuếch tán trung bình trong pha lỏng (m2

/s)

Trong đó: D

41 Lê Thị Hiền – Lớp Đại học công nghệ Hóa 1-k3. Đồ án hóa công

x : Khối lượng mol trung bình của pha lỏng (kg/kmol)

tbL = 0,779

xL = 0,779.18 + (1 - 0,779).74 = 30,376 (kg/kmol)

tbC = 0,567

xC = 0,567.18 + (1 - 0,567).74 = 42,23 (kg/kmol)

x : Chuẩn số prand đối với pha lỏng

ĐH Công nghiệp Hà Nội – Khoa CN Hóa http://www.ebook.edu.vn

M Đoạn luyện: x = x => M Đoạn chưng: x = x => M H: Kích thước dài, chấp nhận bằng 1 m Pr => Hệ số cấp khối trong pha lỏng đoạn luyện là:

kmol

xL =

⎛ ⎜ = 0,114 ⎝

⎞ kmol ⎟ ⎠ kmol

β .26,840,62 m2 38000.958,762.12,321.10-9 30,376.1

=> Hệ số cấp khối trong pha lỏng đoạn chưng là:

kmol

xC =

⎛ ⎜ = 0,085 ⎝

⎞ ⎟ ⎠

.28,090.62 β m2 38000.957,844.12,415.10-9 42,23 kmol kmol

2.3.3. Hệ số chuyển khối, đường cong động học, số đĩa thực tế:

a. Hệ số chuyển khối

y =

1 ( sbt II - trang 130) k

+ 1 β y

, áp suất, nồng độ của các

m β x m : Hệ số phân bố vật chất phụ thuộc vào to

pha

m = tg α = y cb - y x - x cb

β: Hệ số cấp khối

=> Hệ số chuyển khối trong đoạn luyện:

yL =

⎞ kmol ⎟ ⎠ kmol

⎛ ⎜ ⎝

kmol 1 K m2 + m 0,114 1 0,063

=> Hệ số chuyển khối trong đoạn chưng:

42 Lê Thị Hiền – Lớp Đại học công nghệ Hóa 1-k3. Đồ án hóa công

ĐH Công nghiệp Hà Nội – Khoa CN Hóa http://www.ebook.edu.vn

yC =

⎞ kmol ⎟ ⎠ kmol

⎛ ⎜ ⎝

kmol 1 K m2 + m 0,085 1 0,089

b. Tính đường kính ống chảy chuyền:

ch =

c.z

xtb : Lưu lượng lỏng đi trong tháp tbL = 6744,68 (kg/h) tbC =26161 (kg/h)

C = 0,15 (m/s)

(m) (sbt II - trang 122) d 4.G xtb x.ω 3600.π.ρ

G Đoạn luyện G Đoạn chưng: G ρ xL: Khối lượng riêng trung bình pha lỏng z : Số ống chảy chuyền phụ thuộc vào đường kính tháp, chọn z = 1 C : Tốc độ chất lỏng trong ống chảy truyền, chọn ω ω => Đường kính ống chảy chuyền trong đoạn luyện:

chL = 0,04 (m)

= 0,0407 (m) d chL = 4.674,68 3600.π.958,762.0,15.1

Quy chuẩn: d Tính ngược lại ta được ω

chL ta tính được f

chL =

(m2

)

cL = 0.155 (m/s) ch)2 π.(d 4

Từ d = 1,26.10-3

=> Đường kính ống chảy truyền trong đoạn chưng:

= 0,254 (m) d chC = 4.26161 3600.π.957,844.1.0,15

Quy chuẩn d chC = 0,25 (m) Tính ngược lại ta được ω

chC ta tính được f

chC =

)

cC = 0,155 (m) ch)2 π.(d 4

= 0,049 (m2 Từ d

ch.m

Diện tích làm việc của đĩa: f = F - f

): F =

F : Diện tích mặt cắt ngang của tháp (m2 (m2 ) π.D2 4

43 Lê Thị Hiền – Lớp Đại học công nghệ Hóa 1-k3. Đồ án hóa công

ĐH Công nghiệp Hà Nội – Khoa CN Hóa http://www.ebook.edu.vn

L =

= 2,83 (m2 )

Đoạn luyện : f - 1.1,26.10-3

C =

)

Đoạn chưng : f - 1.0,049 = 2,79 (m2 π.1,92 4 π.1,92 4

c. Tính số đơn vị chuyển khối

yT =

m k y.f g tb

g tb : Lượng hơi trung bình (kg/h)

tbL = 11744,67 (kg/h) =

Đoạn luyện g = 0,126 (kmol/s) 11744,67 25,784.3600

tbC = 16161,68 (kg/h) =

ch.m

Đoạn chưng g = 0,103 (kmol/s) 16161,68 43,553.3600

k y : Hệ số chuyển khối (kmol/m2 f : Diện tích làm việc của đĩa: f = F - f F : Diện tích mặt cắt ngang của tháp f ch : Diện tích mặt cắt ngang của ống chảy chuyền m: Số ống chảy chuyền trên mỗi đĩa : chọn m = 1

yTL =

=> Số đơn vị chuyển khối đoạn luyện: m = 22,46.k y

yTC =

=> Số đơn vị chuyển khối đoạn chưng: m = 27,087.k k y.2,83 0,126 k y.2,79 0,103

d. Đường cong động học.

Xác định số đĩa thực tế bằng đường cong động học theo các bước sau:

cb = f(x) và vẽ đường làm việc của

- Vẽ đường cong cân bằng y

đoạn chưng, đoạn luyện với R

- Dựng các đường thẳng vuông góc với Ox, các đường này cắt

2; A

9 và cắt đường cân bằng y

cb = f(x) tại C

3;…; A

1; C

đường 1; A

làm việc tại : A ;…; C 9. - Tại mỗi giá trị của x tìm tg góc nghiêng của đường cân bằng:

m = tgα = y cb - y x - x cb

- Tính hệ số chuyển khối ứng với mỗi giá trị của x:

44 Lê Thị Hiền – Lớp Đại học công nghệ Hóa 1-k3. Đồ án hóa công

ĐH Công nghiệp Hà Nội – Khoa CN Hóa http://www.ebook.edu.vn

Hệ số chuyển khối trong đoạn luyện:

yL =

⎛ ⎜ ⎝

⎞ kmol ⎟ ⎠ kmol

kmol 1 K m2 + m 0,114 1 0,063

Hệ số chuyển khối trong đoạn chưng:

yC =

⎞ kmol ⎟ ⎠ kmol

⎛ ⎜ ⎝

kmol 1 K m2 + m 0,085 1 0,089

- Tính đơn vị chuyển khối:

yTL =

y và m

yTC =

Có: m = 22,46.k = 27,087.k k y.2,83 0,126 k y.2,79 0,103

y theo công thức: C

y = e

m yT

- Xác định C

- Với mỗi giá trị của x tương ứng ta có A là điểm thuộc đường làm việc, C là điểm thuộc đường cân bằng và B là điểm thuộc đường cong động

i ( i = 1 ÷ 9)

học cần xác định: Tìm đoạn BC theo công thức: BC = AC C y

- Vẽ đường cong phụ đi qua các điểm B - Vẽ số bậc nằm giữa đường cong phụ và đường làm việc, số bậc là

số đĩa thực tế của tháp.

45 Lê Thị Hiền – Lớp Đại học công nghệ Hóa 1-k3. Đồ án hóa công

ĐH Công nghiệp Hà Nội – Khoa CN Hóa http://www.ebook.edu.vn

xcb

ycb

myT

AiCi

BiCi

Đoạn

0,1

0,0227 0,1071 0,37

3,4

0,022

0,494 1,63

0,263

0,16

chưng

0,2

0,0551 0,2387 0,545 2,11

0,029

0,65

1,915 0,306

0,159

0,3

0,1

0,3703 0,66

1,45

0,035

0,786 2,19

0,289

0,13

0,4

0,1699 0,5019 0,749 1,07

0,0396 0,889 2,43

0,247

0,1

0,5

0,2749 0,6335 0,805 0,76

0,044

0,988 2,686 0,172

0,064

0,6

0,7651 0,7651 0,844 0,45

0,05

1,123 3,07

0,079

0,013

0,7

0,8259 0,8259 0,875 0,33

0,066

1,787 5,97

0,049

0,0082

Đoạn luyện

0,8

0,6967 0,874

0,903 0,28

0,068

1,84

6,297 0,029

0,0046

0,9

0,874

0,9221 0,932 0,38

0,064

1,73

5,64

0,0099 0,0018

Bảng tổng hợp kết quả:

46 Lê Thị Hiền – Lớp Đại học công nghệ Hóa 1-k3. Đồ án hóa công

ĐH Công nghiệp Hà Nội – Khoa CN Hóa http://www.ebook.edu.vn

Hình 2.10 : Xác định số đĩa thực tế

Từ đường nồng độ làm việc và đường cong động học ta vừa vẽ được,

tt = 14. Trong đó:

ta tìm được số đĩa thực tế của tháp là N

Số đĩa đoạn chưng : 7

Số đĩa đoạn luyện: 7

2.3.4. Hiệu suất tháp, chiều cao tháp

a. Hiệu suất tháp

47 Lê Thị Hiền – Lớp Đại học công nghệ Hóa 1-k3. Đồ án hóa công

ĐH Công nghiệp Hà Nội – Khoa CN Hóa http://www.ebook.edu.vn

ŋ = = .100% = 64,43 % 9 14 N LT N TT

đ + δ) + (0,8 ÷ 1)

H = N b. Chiều cao tháp tính theo công thức: TT .(H

TT : Số đĩa thực tế đ : Khoảng cách giữa các đĩa (m). Nội suy theo bảng IX.4a (Sổ tay

Trong đó: N H

L = D

C = 1,9m chọn H

đC = 550 mm

đL = H D (0,8 ÷ 1): khoảng cách cho phép ở đỉnh và đáy thiết bị

QT&TBCNHC - T2)

δ: Chiều dày đĩa (m) chọn δ = 3 mm

Suy ra

L = 7.(0,550 + 0,003) + 1,0 = 5,06 (m) C = 7.(0,550 + 0,003) + 1,0 = 5,06 (m)

C = 10,12 (m)

L + H

Đoạn luyện: H Đoạn chưng: H

L = 5,1 (m); H

C = 5,1 (m)

=> Chiều cao tháp là H = H Quy chuẩn chiều cao tháp là H = 10,2 (m), H

2.3.5. Chọn loại đĩa

Ta chọn loại đĩa với các thông số như sau:

Đoạn luyện:

- Đường kính : D = 1,9 m

c = 0,5 m c = 30 mm

đ = 0,550 m

- Diện tích đĩa: F = = 2,835 m2 π.D2 4

- Diện tích tự do tương đối: ε = 8% - Chiều dài gờ chảy tràn: L - Chiều cao gờ chảy tràn : h - Chiều dày đĩa lỗ δ = 2mm - Khoảng cách giữa các đĩa H - Đường kính lỗ d = 3 mm

- Bước lỗ t = 10 mm

Đoạn chưng:

- Đường kính : D = 1,9 m

48 Lê Thị Hiền – Lớp Đại học công nghệ Hóa 1-k3. Đồ án hóa công

ĐH Công nghiệp Hà Nội – Khoa CN Hóa http://www.ebook.edu.vn

c = 0,5 m c = 30 mm

đ = 0,550 m

- Diện tích đĩa F = = 2,835 m2 π.D2 4

- Bước lỗ t = 10 mm

2.4. TÍNH TRỞ LỰC THÁP

TT .∆P

d (N/m2 )

k + ∆P

∆P = N

d : Tổng trở lực của một đĩa (N/m2 ) d = ∆P t (N/m2 s + ∆P ) k : Trở lực của đĩa khô (N/m2 ) s : Trở lực của đĩa do sức căng bề mặt (N/m2 ) t : Trở lực của lớp chất lỏng trên đĩa (trở lực thủy tĩnh) (N/m2

)

Trong đó: ∆P ∆P ∆P ∆P ∆P

2.4.1. Trở lực của đĩa khô

k = ξ

) (IX.140 - T2 trang 194)

y.ω ρ o 2 (N/m2

∆P

Trong đó:

ξ : Hệ số trở lực, theo thông số của đĩa đã chọn, tiết diện tự do của lỗ là

ε = 8% => ξ = 1,82

o = ω

y /ε (m/s)

o =

Đoạn luyện: ω

o =

o : Tốc độ khí qua lỗ (m/s): ω 1,364 0,08 = 17,05 (m/s) 1,112 0,08 = 13,9 (m/s)

y : Khối lượng riêng trung bình của pha khí (kg/m3 ρ ) => Trở lực đĩa khô đoạn luyện là:

Đoạn chưng: ω ω L 0,08 = ω C 0,08 =

49 Lê Thị Hiền – Lớp Đại học công nghệ Hóa 1-k3. Đồ án hóa công

ĐH Công nghiệp Hà Nội – Khoa CN Hóa http://www.ebook.edu.vn

kL = 1,82.

∆P = 223,006 (N/m2 ) 0,843.17,052 2

=> Trở lực đĩa khô đoạn chưng là:

kC = 1,82.

)

= 250,017 (N/m2 ∆P 1,422.13,92 2

2.4.2. Trở lực của đĩa do sức căng bề mặt.

Đĩa có đường kính lớn hơn 1mm được tính theo công thức:

s =

) (IX.142 - T2 trang 194)

∆P (N/m2 4σ 1,3.d + 0,08.d2

Trong đó:

A; σ

B : Sức căng bề mặt của nước và axitpropionic

σ : Sức căng bề mặt của dung dịch trên đĩa (N/m). Có: 1 σ = 1 + σ A 1 σ B

σ Nội suy theo bảng I.242 của nước và lấy axit axetic thay cho axit

B = 27,126.10-3

(N/m);

xtbL = 99,1583 -3 (N/m); σ xtbC = 100,097 (N/m); σ

B = 26,98.10-3

(N/m)

propionic (Sổ tay QT&TBCNHC - T1) ta được:

Đoạn luyện: t σ A = 59,055.10 Đoạn chưng: t A = 58,88.10-3 σ => Sức căng bề mặt dung dịch đoạn luyện là:

-1 ⎞ ⎟ ⎠

+ = 0,021 (N/m) 1 ⎛ ⎜ σ = ⎝ 59,055.10-3 1 27,126.10-3

=> Sức căng bề mặt dung dịch đoạn chưng là:

(m)

-1 1 ⎞ ⎟ 26,98.10-3 ⎠ d : Đường kính lỗ (m): theo thông số đã chọn d = 3 mm = 3.10-3 => Trở lực do sức căng bề mặt đoạn luyện là:

+ = 0,0185 (N/m) 1 ⎛ ⎜ σ = ⎝ 58,88.10-3

sL =

∆P = 21,53 (N/m2 ) 1,3.3.10-3 4.0,021 + 0,08.(3.10-3

=> Trở lực do sức căng bề mặt đoạn chưng là:

50 Lê Thị Hiền – Lớp Đại học công nghệ Hóa 1-k3. Đồ án hóa công

ĐH Công nghiệp Hà Nội – Khoa CN Hóa http://www.ebook.edu.vn

sC =

)

∆P = 18,97 (N/m2 1,3.3.10-3 4.0,0185 + 0,08.(3.10-3

2.4.3. Trở lực của lớp chất lỏng trên đĩa

x (N/m2

) (IX.143 T II trang 194)

C +

⎛ ⎜ K.⎝

⎞G x ⎟ m.L ⎠ C

⎤ ⎥ ⎥ ⎦

⎡ ⎢ t = 1,3. ⎢ ⎣

∆P .g.ρ K.h

Trong đó:

K : Tỷ số giữa khối lượng riêng của bọt và khối lượng riêng của lỏng

không bọt. Khi tính toán chấp nhận K = 0,5

m : Hệ số lưu lượng chảy qua gờ chảy tràn

⎞m3 ⎞m3 ⎛ ⎜ ⎟ ⎟ m.h => m = 10000 m.h > 5 ⎝ ⎠ ⎠

⎛ ⎜ 0,5.958,762 = 14,07 ⎝

6744,68 = Đoạn luyện: G x L C

⎞m3 ⎟ m.h => m = 10000 ⎠

⎞m3 ⎛ ⎟ ⎜ m.h > 5 ⎝ ⎠

⎛ ⎜ 0,5.957,844 = 54,62 ⎝

26161 = Đoạn chưng G x L C

=> Trở lực thủy tĩnh của đoạn luyện là:

tL = 1,3.

)

⎛ ⎜ 0,5.⎝

⎡ ⎢ ⎢ ⎣

⎤ ⎥ .9,81.958,762 = 244,704(N/m2 ⎥ ⎦

∆P 0,5.0,03 + 5,02 ⎞ ⎟ 10000 ⎠

=> Trở lực thủy tĩnh đoạn chưng là:

)

2 ⎞ ⎟ ⎠

⎡ ⎢ tC =1,3. ⎢ ⎣

⎤ ⎥ .9,81.957,844 = 334,559(N/m2 ⎥ ⎦

∆P 0,5.0,03 + 19,5 ⎛ ⎜ 0,5.⎝ 10000

sL + ∆P

kL + ∆P

dL = ∆P

TTL .∆P

L = N

2.4.4. Trở lực của tháp

dC = ∆P

kC + ∆P

Tổng trở lực của một đĩa đoạn luyện là: ∆P tL = 223,006 + 21,53 + 244,704 = 489,24 (N/m2 ) dL = 7.489,24 = 3424,68 (N/m2 => ∆P ) Tổng trở lực của một đĩa đoạn chưng là: sC + ∆P ∆P

51 Lê Thị Hiền – Lớp Đại học công nghệ Hóa 1-k3. Đồ án hóa công

TTC .∆P

C = N

ĐH Công nghiệp Hà Nội – Khoa CN Hóa http://www.ebook.edu.vn

)

= 250,017 + 18,97 + 334,559 = 603,546 (N/m2 ) dC = 7.603,546 = 3621,276 (N/m2 => ∆P ) => Trở lực toàn tháp là: ∆P = 3424,68 + 3621,276 = 7045,956 (N/m2

2.5. TÍNH CÂN BẰNG NHIỆT LƯỢNG

Mục đích của việc tính toán cân bằng nhiệt lượng là để xác định lượng hơi đốt cần thiết khi đun nóng hỗn hợp đầu, đun bốc hơi ở đáy tháp cũng như xác định lượng nước lạnh cần thiết cho quá trình ngưng tụ làm lạnh.

Chọn nước làm chất tải nhiệt vì nó là nguồn nguyên liệu rẻ tiền, phổ

QD1

QD2

Qng1

biến trong thiên nhiên và có khả năng đáp ứng yêu cầu công nghệ.

xq1 (J/h) (IX.149- Sổ tay QT&TBCHHC -

ng1 + Q

F + Q

f = Q

2.5.1. Tính cân bằng nhiệt trong thiết bị gia nhệt hỗn hợp đầu:

Phương trình cân bằng nhiệt lượng của thiết bị đun nóng hỗn hợp đầu D1 + Q Q T2- trang 196)

D1 : Nhiệt lượng do hơi đốt mang vào (J/h) f : Nhiệt lượng do hỗn hợp đầu mang vào (J/h) F : Nhiệt lượng do hỗn hợp đầu mang ra (J/h) ng1 : Nhiệt lượng do nước ngưng mang ra (J/h)

Trong đó: Q Q Q Q

52 Lê Thị Hiền – Lớp Đại học công nghệ Hóa 1-k3. Đồ án hóa công

xq1 : Nhiệt lượng do mất mát ra môi trường xung quanh (J/h)

ĐH Công nghiệp Hà Nội – Khoa CN Hóa http://www.ebook.edu.vn

sôi = 119,6o

1) (J/h) (IX.150 - T2- trang 196)

1.λ

1.C

1.( r

1 + θ

D1 = D

Q Chọn hơi đốt là hơi nước ở áp suất 2 at, có to

1 = 119,6o

C): θ

= θ

1 ta có: r

1 = 2208.103

a. Nhiệt lượng do hơi đốt mang vào: 1 = D

Q Trong đó: D 1 : Lượng hơi đốt (kg/h) λ 1 : Hàm nhiệt (nhiệt lượng riêng) của hơi đốt (J/h) 1 : Nhiệt độ nước ngưng (o θ C C 1 : Nhiệt dung riêng của nước ngưng (J/kg.độ) 1 : Ẩn nhiệt hóa hơi của hơi đốt (J/kg), tại to r (J/kg)

f = F.C

f .t

f (J/h) (IX.151- T2- trang 196)

b. Nhiệt lượng do hỗn hợp đầu mang vào:

C) t

f = 25o

A = 1 (kcal/kg.độ) = 4186,8 (J/kg.độ) B = 0,49 (kcal/kg.độ) = 2051,53 (J/kg.độ)

F = 28%

f = a f)

f = C

f + C

Q Trong đó:

F: Lượng hỗn hợp đầu (kg/h). Theo đề bài : F = 15000(kg/h) f : Nhiệt độ đầu của hỗn hợp (o t C f : Nhiệt dung riêng của hỗn hợp đầu (J/kg.độ) Tra toán đồ I.52 (Sổ tay QT&TBCNHC- T1 trang 166) ta có: C C Nồng độ hỗn hợp đầu: a B.(1 - a A .a => C = 4186,8.0,28 + 2051,53.(1 - 0,28)

= 2649,4 (J/kg.độ)

f = 15000.2649,4.25 = 933,525.106

Vậy lương nhiệt do hỗn hợp đầu mang vào là: Q

(J/h) c. Nhiệt lượng do hỗn hợp đầu mang ra:

F .t

F = F.C

F (J/h) (IX.152 - T2- trang 196)

C): t

F = 99,9669o

Q Trong đó: F : Nhiệt độ của hỗn hợp đầu sau khi đun nóng (o t

53 Lê Thị Hiền – Lớp Đại học công nghệ Hóa 1-k3. Đồ án hóa công

A = 1,01 (kcal.kg.độ) = 4228,668 (J/kg.độ) B = 0,565 (kcal.kg.độ) = 2365,542 (J/kg.độ)

F = 28% F)

F = C

F + C

ĐH Công nghiệp Hà Nội – Khoa CN Hóa http://www.ebook.edu.vn

C F : Nhiệt dung riêng của hỗn hợp đầu khi đi ra (J/kg.độ) Tra trong toán đồ đồ I.52 (Sổ tay QT&TBCNHC- T1 trang 166) ta có: C C Nồng độ hỗn hợp đầu a B .(1 - a A .a => C = 4228,668.0,28 + (1 - 0,28).2365,542

= 2887,217 (J/kg.độ)

(J/h)

1.θ

1.C

ng1.C

1 = D

1.θ

1 (J/h) (IX.153 - T2- trang 197)

1 (kg.h)

Vậy lượng nhiệt do hỗn hợp đầu mang ra là: F = 15000.2887,217.99,9669 = 4329,392.106 Q

d. Nhiệt lượng do nước ngưng mang ra: ng1 = G Q Trong đó: ng1 : Lượng nước ngưng bằng lượng hơi đốt D G e. Nhiệt lượng mất ra môi trường xung quanh

Lượng nhiệt mất mát ra môi trường xung quanh lấy bằng 5% lượng

1.r

1 (J/h) (IX.154 - T2- trang 197)

nhiệt tiêu tốn: Q

xq1 = 0,05D f. Lượng hơi đốt cần thiết:

F + Q

xq1 - Q f

1 =

ng1 + Q λ 1

Q D =

4329,329.106 = = 1618,899 (kg/h) Thay các giá trị đã tính vào phương trình cân bằng nhiệt lượng ta có: F - Q Q f 0,95r 1 - 933,526.106 0,95.2208.103

R = Q

y + Q

D2 + Q

xq2 + Q

W + Q

ng2 (J/h) (IX.156 - T II - 197)

2.5.2. Tính cân bằng nhiệt lượng toàn tháp chưng luyện

F : Nhiệt lượng do hỗn hợp đầu mang vào tháp (J/h) D2 : Nhiệt lượng do hơi đốt mang vào tháp (J/h)

Phương trình cân bằng nhiệt lượn của tháp chưng luyện : F + Q Q Trong đó: Q Q

54 Lê Thị Hiền – Lớp Đại học công nghệ Hóa 1-k3. Đồ án hóa công

sôi = 119,6o

ĐH Công nghiệp Hà Nội – Khoa CN Hóa http://www.ebook.edu.vn

Q R : Nhiệt lượng do lượng lỏng hồi lưu mang vào (J/h) Q y : Nhiệt lượng do hơi mang ra ở đỉnh tháp (J/h) Q W : Nhiệt lượng do sản phẩm đáy mang ra (J/h) Q xq2 : Nhiệt lượng mất mát ra môi trường xung quanh (J/h) Q ng2 : Nhiệt lượng do nước ngưng mang ra (J/h) Chọn hơi đốt là hơi nước bão hòa ở áp suất 2 at có to a. Nhiệt lượng do hơi đốt mang vào tháp

D2 = D

2.λ

2 = D

2.(r

2 + θ

2.C

2) (J/h)

(IX.157 - Sổ tay II - Q

2 = 119,6o

C): θ

1 = 2208.103

197)

Trong đó: D 2 : Lượng hơi đốt cần thiết λ 2 : Hàm nhiệt (nhiệt lượng riêng) của hơi đốt (J/kg) 2 : Nhiệt độ nước ngưng (o θ r 2 : Ẩn nhiệt hóa hơi của hơi đốt (J/kg) 2 = r r (J/kg) C 2 : Nhiệt dung riêng của nước ngưng (J/kg.độ) b. Nhiệt lượng do lượng lỏng hồi lưu mang vào:

R = G

R.C

R.t

R (J/h)

(IX.158 - Sổ tay II -

x = 5000.0,8819 = 4409,5 (kg/h) C)

P = 99,8136o

A = 0,85 (kcal/kg.độ) = 3558,78 (J/kg.độ) B = 0,56 (kcal/kg.độ) = 2344,608 (J/kg.độ)

Q 197)

R = a

P =

Trong đó: G R : Lượng lỏng hồi lưu (kg/h) G R = P.R R : Nhiệt độ của lượng lỏng hồi lưu (o t R = t t C C R : Nhiệt dung riêng của lượng lỏng hồi lưu (J/kg.độ) Tra trong toán đồ I.52 (Sổ tay I - 166) ta có: C C Nồng độ lượng lỏng hồi lưu bằng nồng độ sản phẩm đỉnh: a

80%

R = C

A.a

R + C

B.(1 - a

(cid:214) C

55 Lê Thị Hiền – Lớp Đại học công nghệ Hóa 1-k3. Đồ án hóa công

ĐH Công nghiệp Hà Nội – Khoa CN Hóa http://www.ebook.edu.vn

= 3558,78.0,80 + 2344,608.(1- 0,8) = 3315,946 (J/kg.độ)

R = 4409,5.3315,946.99,8136 = 1459,441.106

(J/h)

y = P.(1 + R

Vậy nhiệt lượng do lượng lỏng hồi lưu mang vào là: Q

d (J/h) (IX.159 - Sổ tay II - 197)

c. Nhiệt lượng do hơi mang ra ở đỉnh tháp x).λ

Q Trong đó: λ d : Hàm nhiệt (nhiệt lượng riêng) của hơi ở đỉnh tháp (J/kg)

d = λ

1.a + λ

2.(1 - a) (J/kg) ( T2- trang 197)

2 : Nhiệt lượng riêng của nước và axit propionic (J/kg)

1.θ 2.θ

R = 99,8136o

1 + C 2 + C 2 = t

1 (J/kg) 2 (J/kg) C

Với: 1, λ λ ⎪⎧λ 1 = r ⎨ 2 = r λ ⎩⎪ 1 = θ θ Tra trong toán đồ I.52 ( Sổ tay QT&TBCNHC - T1 trang 166) có: C 1 = 1,005 (kcal/kg.độ) = 4207,734 (J/kg.độ) C 2 = 0,56 (kcal/kg.độ) = 2344,608 (J/kg.độ) 1, r r 2 : Nhiệt hóa hơi của nước và axit propionic Nội suy theo bảng I.212 (Sổ tay II - 254) ta có: r 1 = 539,186 (kcal/kg) = 2257463,95 (J/kg) r 2 = 93,086 (kcal/kg) = 389736,45 (J/kg) λ 1 = 2257463,95 + 4207,734.99,8136 = 2298756,968 (J/kg) λ 2 = 389736,45 + 2344,608.99,8136 = 623760,215 (J/kg) (cid:214)

λ d = 2298756,968.0,80 + 623760,215.(1 - 0,80) = 1963757,617 (J/kg)

y = 5000.(1 + 0,8819).1963757,617 = 1847,798.107

(J/h)

Vậy Q

d. Nhiệt lượng do sản phẩm đáy mang ra

W = W.C

W.t

W (J/h) (IX.160 - Sổ tay II - 197)

W : Nhiệt dung riêng của sản phẩm đáy (J/kg.độ)

A = 1,01(kcal/kg.độ) = 4228,668 (J/kg.độ) B = 0,58 (kcal/kg.độ) = 2428,344 (J/kg.độ)

C Tra trong toán đồ I.52 ( Sổ tay II - 166) có: C C

56 Lê Thị Hiền – Lớp Đại học công nghệ Hóa 1-k3. Đồ án hóa công

ĐH Công nghiệp Hà Nội – Khoa CN Hóa http://www.ebook.edu.vn

W + (1 - a

W = C

Nồng độ sản phẩm đáy: a W = 2% W).C A.a (cid:214) C B

= 4228,668.0,02 + (1 - 0,02).2428,344 = 2464,35 (J/kg.độ)

(J/h)

Vậy: Q

W = 10000.2464,35.111,6562 = 2751,5996.106 e.Nhiệt lượng mất mát ra môi trường xung quanh

Lượng nhiệt mất mát ra môi trường lấy bằng 5% lượng nhiệt tiêu tốn ở

đáy tháp:

2 (J/h)

xq2 = 0,05.D

Q (IX.162 - T2 - 198)

2.r g. Nhiệt lượng do nước ngưng mang ra: 2.θ

ng2 = G

2 (J/h)

2 = D

ng2.C

2.C

2.θ

ng2 : Lượng nước ngưng bằng lượng hơi đốt (kg/h)

−

+ QQ y

2ng

2xq

− QQ F

+ QQ y

− QQ F

W r.95,0 2

Trong đó: G h. Lượng hơi đốt cần thiết:

2 = 7363,56 (kg/h)

Thay số vào ta được: D

2.5.3. Tính cân bằng nhiệt lượng trong thiết bị ngưng tụ:

1) (Sổ tay T2 - trang 198)

x + 1).r = G

n.C

n.(t

P.(R Phương trình cân bằng nhiệt lượng của thiết bị ngưng tụ: 2 - t

Trong đó:

đ = t

P = 80%

P = 99,8136o Nội suy theo bảng I.212 (Sổ tay I - 254) ta có: r 1 = 539,186 (kcal/kg) = 2257465,62( J/kg) r 2 = 93,086 (kcal/kg) = 389732,46(J/kg) Nồng độ phần khối lượng của hơi ở đỉnh tháp là: a => r = r

2.(1 - a

p + r

1.a

r : ẩn nhiệt hóa hơi của hơi đỉnh tháp (J/kg) Nhiệt độ của hơi đỉnh tháp là t

= 2257465,62.0,80 + 389732,46.(1 - 0,80) = 1883918,988 (J/kg)

57 Lê Thị Hiền – Lớp Đại học công nghệ Hóa 1-k3. Đồ án hóa công

2 : Nhiệt độ vào và ra của nước làm lạnh (o

1 = 25o

ĐH Công nghiệp Hà Nội – Khoa CN Hóa http://www.ebook.edu.vn

2 = 45o

G n : Lượng nước lạnh tiêu tốn (kg/h) 1, t t Nhiệt độ vào của nước lạnh lấy là nhiệt độ thường: t Nhiệt độ ra của nước lạnh chọn t

tb = 35o n : Nhiệt dung riêng của nước ở nhiệt độ trung bình t

tb (J/kg.độ)

(cid:214) t C

n = 0,99859 (kcal/kg.độ) = 4180,896 (J/kg.độ)

Theo bảng I.147 (Sổ tay QT&TBCNHC - T1 trang 165) có: C

(cid:214) Lượng nước lạnh cần thiết là

G = = 211996,85(kg/h) 5000.(0,8819 + 1).1883918,988 4180,896(45 - 25) P.(R x + 1).r 2 - t n(t C 1)

2.5.4. Tính cân bằng nhiệt lượng trong thiết bị làm lạnh

) = G ‘

n2.C

- t ′ 2

P.(t 1

2 - t

: Nhiệt độ đầu và cuối của sản phẩm đỉnh ngưng tụ (o ‘

‘ = 99,8136

= 25o ‘

tb = 62,37o

p : Nhiệt dung riêng của sản phẩm đỉnh đã ngưng tụ (J/kg.độ)

tb ta có:

P = 0,80

P = 4228,668.0,80 + 2219,004(1 - 0,80) = 3826,735 (J/kg.độ)

Phương trình cân bằng nhiệt lượng của thiết bị làm lạnh: n.(t

n : Nhiệt dung riêng của nước làm lạnh ở 25o

P.C Trong đó: G n2 : Lượng nước lạnh tiêu tốn (kg/h) , t ‘ t 2 1 Sản phẩm đỉnh sau khi ngưng tụ ở trạng thái sôi: (cid:214) Nhiệt độ vào chính bằng nhiệt độ sôi ở đỉnh tháp: t 1 Nhiệt độ ra của sản phẩm lấy là : t 2 (cid:214) t‘ C Tra trong toán đồ đồ I.52 (T1 trang 166) tại t‘ C 1 = 1,01 (kcal/kg.độ) = 4228,668 (J/kg.độ) C 2 = 0,53 (kcal/kg.độ) = 2219,004 (J/kg.độ) Có nồng độ sản phẩm đỉnh a (cid:214) C C

58 Lê Thị Hiền – Lớp Đại học công nghệ Hóa 1-k3. Đồ án hóa công

n = 1,0 (kcal/kg.độ) = 4186,8 (J/kg.độ)

‘ ) =

ĐH Công nghiệp Hà Nội – Khoa CN Hóa http://www.ebook.edu.vn

n2=

=17094,906 (kg/h) G 5000.3826,735.(99,8136 - 25) 4186,8.(45 - 25) P.C C Tra bảng I.125 (Sổ tay QT&TBCNHC- T1 trang 166) ta có C (cid:214) Lượng nước lạnh cần thiết là: - t P.(t ‘ 1 2 2 - t n.(t 1)

59 Lê Thị Hiền – Lớp Đại học công nghệ Hóa 1-k3. Đồ án hóa công

ĐH Công nghiệp Hà Nội – Khoa CN Hóa http://www.ebook.edu.vn

Chương 3. TÍNH TOÁN CƠ KHÍ

3.1. TÍNH TOÁN THÂN THÁP:

Thân trụ là bộ phận chủ yếu để tạo thành thiết bị hóa chất. Tùy theo điều kiện ứng dụng làm việc mà người ta chọn loại vật liệu, kiểu đặt và phương pháp chế tạo. Theo điều kiện đầu bài tháp làm việc ở áp suất thường, nhiệt độ khoảng trên dưới 100o C, dung dịch axit là chất ăn mòn. Chọn vật liệu là théo không gỉ X18H10T phù hợp cho chưng luyện Nước - Axit propionic, thân hình trụ đặt thẳng đứng, được chế tạo bằng trụ hàn vì loại này thường dùng với thiết bị làm việc ở áp suất thấp và trung bình.

Chiều dày thân tháp hình trụ được tính theo công thức XIII.9 ( Sổ tay

(m)

P.D t +ϕσ ].

t : Đường kính trong của tháp (m)

QT&TBCNHC - T2 trang 360)

Trong đó: D P: áp suất trong thiết bị (N/m2 ) [σ] : Ứng suất cho phép với loại vật liệu đã chọn (N/m2 )

φ : Hệ số bền của thành hình trụ theo phương dọc

C : Số bổ sung do ăn mòn, bào mòn và dung sai về chiều day (m)

1) của cột chất lỏng:

3.1.1. Áp suất trong thiết bị.

Môi trường làm việc là hỗn hợp lỏng nên hơi áp suất làm việc phải bằng tổng số áp suất hơi (P mt) và áp suất thủy tĩnh (P (

)2

N / m

= P P mt

P l

)

P l

ρ= . . l

g H N m ( l

l = H = 10,2 (m)

(N/m2 mt = 1at = 9,81.104 Áp suất hơi : P ) Áp suất thủy tĩnh được tính theo công thức:

l : Chiều cao cột chất lỏng trong tháp (m) lấy : H l : Khối lượng của chất lỏng trong tháp (kg/m3 )

Trong đó: H ρ

60 Lê Thị Hiền – Lớp Đại học công nghệ Hóa 1-k3. Đồ án hóa công

ĐH Công nghiệp Hà Nội – Khoa CN Hóa http://www.ebook.edu.vn

xtbL + ρ ρ xtbC 2 1 = g.ρ

1.H

1 = 9,81.958,303.10,2 = 81788,286 (N/m2 )

= ρ 1 = = 958,303 (kg/m3 ) 958,762 + 957,844 2

1 = 9,81.104

+ 81788,286 = 189888,286 (N/m2

)

Suy ra: P Áp suất trong thiết bị: mt + P P = P

3.1.2. Ứng suất cho phép

Ứng suất cho phép của thép trong giới hạn bền khi kẽo và khi chảy

được tính theo công thức:

)2

]

σ [ k

σ [ c

σ ( η= k . N / m kn

σ ( η= c . N / m cn

Trong đó:

η: Hệ số hiệu chỉnh, theo bảng XIII.2 (sổ tay T2 trang 356) đây là thiết

c : Hệ số an toàn theo giới hạn bền và chảy, (XIII.3 - T II - 356)

c = 1,5

bị loại 2 đốt nóng gián tiếp chọn η = 1

c : Giới hạn bền khi kéo và chảy (N/m2

) (bảng XIII.3 - T II - 356)

n k , n n k = 2,6; n k , σ σ

ta có: σk = 550.106 (N/m2) σch = 220.106 (N/m2)

k] =

(N/m2 )

.1 = 211,538.106 .η = [σ => Úng suất giới hạn bền kéo là: 550.106 2,6 σ k n k

c] =

(N/m2 )

.1 = 146,666.106 [σ (cid:214) Ứng suất giới hạn bền chảy là: 220.106 1,5 σ c .η = n c

(cid:214) Chọn ứng suất cho phép là ứng suất nhỏ nhất trong hai ứng suất

trên:

c]= 146,666.106

(N/m2

)

[σ] = [σ

3.1.3 Tính hệ số bền của thành hình trụ theo phương dọc:

Chọn phương pháp chế tạo theo phương pháp hàn tay bằng hồ quan điện kiểu hàn giáp mối 2 bên, thành có lỗ nhưng được gia cố hoàn toàn. Khi đó hệ số mối hàn được chọn như sau: φ = φ h = 0,95 (sổ tay T2 trang 362)

61 Lê Thị Hiền – Lớp Đại học công nghệ Hóa 1-k3. Đồ án hóa công

ĐH Công nghiệp Hà Nội – Khoa CN Hóa http://www.ebook.edu.vn

.0,95

146,666.106 Lập tỉ số : = = 733,761 > 50 như vậy có thể bỏ 189888,286 [σ].φ P

qua P ở mẫu của công thức tính chiều dày.

3 (m)

1 + C

2 + C 1 : Bổ sung do ăn mòn (m)

1 = 1(mm) = 10-3

(m)

2 : Bổ sung do bào mòn (m)

2 = 0

3 : Bổ sung do dung sai về chiều dày (m) (m)

3 = 0,8 mm = 0,8.10-3

3.1.4. Đại lượng bổ sung.

(m)

Đại lượng bổ sung được tính theo công thức C = C C Vì axit propionic là chất ăn mòn, chọn C C Tháp chưng luyện chỉ chứa lỏng và hơi nên ít ăn mòn => C C Chọn dung sai: C => C = 1,8.10-3

3.1.5. Chiều dày thân tháp.

Đoạn luyện: D = 1,9 m

S = + C D t.P 2.[σ].φ

= 3,09.10-3

(m) = 3,09 (m)

.0,95

1,9.189888,286 = + 1,8.10-3 2.146,666.106

o = P

l (N/m)

th : Áp suất thủy lực (N/m2 )

l.H

l (N/m2 )

(cid:214) Theo quy chẩu lấy chiều dày tháp là S = 4 mm

(N/m2 th = 1,5P = 1,5.189888,286 = 0,284.106 ) l = g.ρ ): P l : Áp suất cột chất lỏng trong tháp (N/m2 l : Khối lượng riêng của nước ở nhiệt độ trung bình

Kiểm tra ứng suất theo tháp thử: th + P Áp suất thử tính toán: P Trong đó: P Theo bảng áp suất thủy lực khi thử (sổ tay T2 trang 358) (cid:214) P P ρ

F + t P + t t W 3

= = 103,812o t tb = 99,9669 + 99,8136 + 111,6562 3

62 Lê Thị Hiền – Lớp Đại học công nghệ Hóa 1-k3. Đồ án hóa công

ĐH Công nghiệp Hà Nội – Khoa CN Hóa http://www.ebook.edu.vn

C nội suy theo bảng I.2 (Sổ tay

Ứng với nhiệt đọ trung bình là 103,812o

l = 955,141 (kg/m3 ) l = 9,81.955,141.8,7 = 81518,41 (N/m2 ) (N/m2 + 81518,41 = 0,365.106 )

l.H o = 0,284.106

QT&TBCNHC T1 trang 9 ta được: ρ

P l = g.ρ (cid:214) P Ứng suất theo áp suất thử:

[D σ =

(N/m2

)

].0,365.106 .0,95

= = 166,1.106

(N/m2

)

t + (S - C)].P o 2.(S - C).φ h [1,9 + (4 - 1,8).10-3 2.(4 - 1,8).10-3 220.106 1,2

(cid:214) σ < = = 183,33.106 σ ch 1,2

Vậy chọn S = 4 mm là phù hợp

Đoạn chưng: D = 1,9 (m)

S = + C D t.P 2.[σ].φ

= 3,09.10-3

(m) = 3,09 (m)

.0,95

1,9.189888,286 = + 1,8.10-3 2.146,666.106

(cid:214) Theo quy chuẩn lấy chiều dày tháp là : S = 4 (mm)

Kiểm tra ứng suất theo áp suất thử

].0,365.106 .0,95

[D σ = = = 166,1.106 [1,9 + (4 - 1,8).10-3 2.(4 - 1,8).10-3

(N/m2

)

(cid:214) σ < = = 183,33.106 Ứng suất theo áp suất thử : t + (S - C)].P o 2.(S - C).φ ) σ ch 1,2 220.106 1,2

(cid:214) Vậy chọn S = 4mm là phù hợp.

3.2. TÍNH ĐƯỜNG KÍNH CÁC ỐNG DẪN

Chọn vật liệu ống dẫn cùng loại vật liệu đáy tháp, dày 3mm. Đường

kính các ống dẫn và cửa ra vào tính theo công thức

d = (m) V 0,785.ω

Trong đó:

63 Lê Thị Hiền – Lớp Đại học công nghệ Hóa 1-k3. Đồ án hóa công

/s)

ĐH Công nghiệp Hà Nội – Khoa CN Hóa http://www.ebook.edu.vn

V : Lưu lượng thể tích (m3 ω : Tốc độ lưu thể (m/s)

3.2.1. Đường kính ống chảy chuyền

chL = 0,04 m, d

chC = 0,25

Đường kính ống chảy truyền đã tính ở trên d

l = 0,25.0,04 = 0,01 (m) c = 0,25.0,25 = 0,0625 (m)

Khoảng cách từ chân đĩa đến ống chảy chuyền : S = 0,25.d Đoạn luyện: S Đoạn chưng: S

F = 99,9669o

3.2.2. Đường kính ống dẫn hỗn hợp đầu vào tháp

Lượng hỗn hợp đầu vào tháp là F = 15 tấn/h Nhiệt độ của hỗn hợp đầu t (cid:214) Khối lượng riêng của nước và axit propionic (bảng I.2, sổ tay T1

F : B = 958,038 (kg/m3 ); ρ ρ ) =>Khối lượng riêng của hỗn hợp đầu là:

-1

trang 9) theo t = t A = 958,023 (kg/m3

)

F =

⎛ ⎜ ⎝

⎛ = ⎜ ⎝

+ ρ = 958,034 (kg/m3 0,28 958,023 1 - 0,28 ⎞ ⎟ 958,038 ⎠ a F + ρ A 1 - a ⎞ F ⎟ ρ ⎠ B

(cid:214) Lưu lượng thể tích của hỗn hợp đầu là:

(m3

/s)

= 4,35.10-3 V = 15000 3600.958,034 F = 3600.ρ F

Chọn tốc độ hỗn hợp đầu là ω = 0,3 (m/s)

− 3

0,1359 (m)

4,35.10 0, 785.0,3

(cid:214) Đường kính ống dẫn hỗn hợp đầu là:

Quy chuẩn d = 0,15 (m) = 150 (mm)

Theo bảng XIII.32 (T II - 434), chiều dài đoạn ống nối là:l = 130 (mm)

TT =

ω = 0,246 (m/s) = V 0,785.d2

64 (cid:214) Tốc độ thực tế của hỗn hợp đầu: 4,35.10-3 0,785.0,152 Lê Thị Hiền – Lớp Đại học công nghệ Hóa 1-k3. Đồ án hóa công

ĐH Công nghiệp Hà Nội – Khoa CN Hóa http://www.ebook.edu.vn

đ = 9409,5 (kg/h)

p = 99,8136o

3.2.3. Đường kính ống dẫn hơi đỉnh tháp.

Lượng hơi đỉnh tháp là g M P = 21,21 (kg/kmol) Nhiệt độ của hơi đỉnh tháp t Khối lượng riêng của hơi ở đỉnh tháp:

)

= = 0,693 (kg/m3 ρ = 21,21.273 22,4.(273 + 99,8136) M P.T o 22,4.T

=> Lưu lượng thể tích của hơi đỉnh tháp là:

/s)

V = = = 3,77 (m3 9409,5 3600.0,693 g d 3600.ρ P

Chọn tốc độ hơi ở đỉnh tháp là ω = 25 (m/s)

(cid:214) Đường kính của ống dẫn hơi đỉnh tháp là:

d = = 0,43 (m) 3,77 0,785.25

Quy chuẩn: d = 0,4 (m) = 400 (mm)

Theo bảng XIII.32 (T II - 434), chiều dài đoạn ống nối là :l = 150 (m)

(cid:214) Tốc độ thực tế của hơi đỉnh tháp:

tt =

ω = = 30,01 (m/s) V 0,785.d2 3,77 0,785.0,42

3.2.4. Đường kính ống dẫn sản phẩm đáy.

W = 111,6562o

A = 949,257 (kg/m3

B = 937,018 (kg/m3

)

-1

Nhiệt độ của hỗn hợp đáy t

)

-1 ⎞ ⎟ ⎠

⎛ W = ⎜ ⎝

⎛ = ⎜ ⎝

+ + ρ = 937,02 (kg/m3 0,0002 949,257 1 - 0,0002 ⎞ ⎟ 937,018 ⎠ (cid:214) Khối lượng riêng của nước và axit propionic ), ρ ρ (cid:214) Khối lượng riêng của sản phẩm đáy là: 1 - a W ρ B a W ρ A

=> Lưu lượng thể tích của sản phẩm đáy là:

(m3

/s)

V = = = 2,964.10-3 10000 3600.937,02 W ρ W

65 Lê Thị Hiền – Lớp Đại học công nghệ Hóa 1-k3. Đồ án hóa công

ĐH Công nghiệp Hà Nội – Khoa CN Hóa http://www.ebook.edu.vn

Chọn tốc độ sản phẩm đáy là : ω = 0,3 (m/s)

(cid:214) Đường kính của ống dẫn sản phẩm đáy là:

d = = 0,112 (m) 2,964.10-3 0,785.0,3

Quy chuẩn d = 0,125 (m) = 125 (mm)

Theo bảng XIII.32 (T2 - 434), chiều dài đoạn ống nối là :l = 120 (mm)

(cid:214) Tốc độ thực tế của sản phẩm đáy là:

tt =

ω = = 0,241 (m/s) V 0,785.d2 2,964.10-3 0,785.0,1252

R = G

P.R = 5000.0,8819 = 4409,5 (kg/h) R = t

P = 99,8136o

3.2.5.Đường kính ống dẫn hơi ngưng tụ hồi lưu

A = 958,13 (kg/m3

); ρ

) R = a

P = 80%

Lượng hơi ngưng tụ hồi lưu là G Nhiệt độ của hơi ngưng tụ hồi lưu là t => Khối lượng riêng của nước và axit propionic: B = 958,214 (kg/m3 Nồng độ khối lượng của hơi ngưng tụ hồi lưu là a (cid:214) Khối lượng riêng của hơi ngưng tụ hồi lưu là:

-1 ⎞ ⎟ ⎠

⎛ R = ⎜ ⎝

ρ a R + ρ A 1 - a R ρ B

-1 ⎞ ⎟ ⎠

+ = = 958,150 (kg/m3 ) 1 - 0,76 958,214 0,76 ⎛ ⎜ 958,130 ⎝

(cid:214) Lưu lượng thể tích của hơi ngưng tụ hồi lưu là:

(m3

/s)

= 1,278.10-3 V = 4409,5 3600.958,150 G R = ρ R

Chọn tốc độ hơi ngưng tụ hồi lưu là ω = 0,25 (m/s)

(cid:214) Đường kính của ống dẫn hơi ngưng tụ hồi lưu là:

d = = 0,0806 (m) 1,278.10-3 0,875.0,25

Quy chuẩn d = 0,08 (m) = 80 (mm)

66 Lê Thị Hiền – Lớp Đại học công nghệ Hóa 1-k3. Đồ án hóa công

ĐH Công nghiệp Hà Nội – Khoa CN Hóa http://www.ebook.edu.vn

Theo XIII.32 (T2 trang 434), chiều dài đoạn ống nối là : l = 110 (mm)

(cid:214) Tốc độ thực tế của hơi ngưng tụ hồi lưu:

TT =

ω = = 0,25 (m/s) V 0,785.d2 1,278.10-3 0,785.0,082

3.2.6. Đường kính ống dẫn hơi sản phẩm đáy hồi lưu.

= 18243,52 (kg/h) W = 111,6562o C

Lượng hơi sản phẩm đáy hồi lưu là g 1 Nhiệt độ của hơi sản phẩm đáy hồi lưu t Khối lượng riêng của hơi ở đáy:

)

= = 2,207 (kg/m3 ρ = M w.T o 22,4.T 69,6656.273 22,4.(273 + 111,6562)

=> Lưu lượng thể tích của hơi sản phẩm đáy hồi lưu là: ́

/s)

V = = = 2,296 (m3 18243,52 3600.2,207 g 1 ρ R

Chọn tốc độ hơi sản phẩm đáy hồi lưu là: ω = 25 (m/s)

(cid:214) Đường kính của ống dẫn hơi sản phẩm đáy hồi lưu là:

d = = 0,342 (m) 2,296 0,785.25

Quy chuẩn : d = 0,35 (m) = 350 (mm)

Theo bảng XIII.32 (T2 - 434), chiều dài đoạn ống nối là : l = 150 (mm)

(cid:214) Tốc độ thực tế của hơi sản phẩm đáy:

TT =

ω = = 23,9(m/s) V 0,785.d2 2,296 0,785.0,352

3.3. TÍNH ĐÁY VÀ NẮP THIẾT BỊ

Đáy và nắp thiết bị cũng là những bộ phận quan trọng của thiết bị và thường được chế tạo cùng loại với vật liệu của than tháp, vì tháp làm việc ở áp suất thường và được thân trụ hàn nên ta chọn đáy và nắp hình elip có gờ.

67 Lê Thị Hiền – Lớp Đại học công nghệ Hóa 1-k3. Đồ án hóa công

D t

ĐH Công nghiệp Hà Nội – Khoa CN Hóa http://www.ebook.edu.vn

nắp = 1,9 (m); D

đáy = 1,9 (m)

Các kích thước:

b = 0,25.D b = 0,25.D

nắp = 0,25.1,9 = 0,475 (m) đáy = 0,25.1,9 = 0,475 (m)

- Đường kính: D - Chiều cao phần lồi : h h

đáy = 110 (mm); d

nắp = 500 (mm)

- Chiều cao gờ : h = 25 (mm) - Đường kính lỗ d

h - P

. S = Chiều dày đáy và nắp: D D t.P t + C (XIII.47 - Sổ tay T 2 trang 385) 2.h k].k.φ 3,8.[σ b

h = 0,95 t :

Trong đó: φ h : Hệ số bền mối hàn hướng tâm φ k ; Hệ số không thứ nguyên k = 1 - d/D

= 0,942 d đáy = 110 (mm) => k = 1 - 110 1900

hơi = 1 at = 9,81.104 tháp = 189888,286 (N/m2

(N/m2 ) )

= 0,737 d nắp = 500 (mm) => k = 1 - 500 1900

P : Áp suất trong: Nắp : P = P Đáy: P = P Có:

k =

.k.φ .0,942.0,95 = 691,20 > 30 146,666.106 189888,286 [σ] P

68 Lê Thị Hiền – Lớp Đại học công nghệ Hóa 1-k3. Đồ án hóa công

ĐH Công nghiệp Hà Nội – Khoa CN Hóa http://www.ebook.edu.vn

k =

.k.φ .0,737.0,95 = 540,782 > 30 146,666.106 189888,286 [σ] P

Như vậy có thể bỏ qua P ở mẫu trong công thức tính chiều dày • Chiều dày nắp tháp là:

.0,942.0,95

1,9.189888,286 S = . + 1,8 .10-3 3,8.146,666.106 1,9 2.0,475

(m)

(m) = 7,046.10-3

(m)

= 3,246.10-3

Ta thấy S - C = 1,446 (mm) < 10 (mm) nên phải tăng C lên 2 mm = 3,8.10-3 C = (1,8 + 2).10-3 Do đó: S = (3,246 + 3,8).10-3 Quy chuẩn lấy chiều dày nắp tháp là : S = 8 (mm) • Chiều dày đáy tháp là:

.0,737.0,95

1,9.189888,286 S = . + 1,8.10-3 3,8.146,666.106 1,9 2.0,475

(m)

= 3,649.10-3

= 7,449.10-3

C = (1,8 + 2).10-3 Ta thấy S - C = 1,849 mm < 10 mm, nên ta phải tăng C lên 2 mm = 3,8.10-3

Do đó: S = (3,649 + 3,8).10-3 Quy chuẩn lấy chiều dày đáy tháp là : S = 8 mm

Kiểm tra ứng suất theo áp suất thủy lực: • Với nắp tháp:

th = 1,5.189888,286 = 0,285.106

(N/m2 )

o = 1,5.P + 2.h 2 [D t 7,6.k.φ

σ =

].0,285.106

b.(S - C)].P o h.h b.(S - C) + 2.0,475.(8 - 3,8).10-3 7,6.0,942.0,95.0,475.(8 - 3,8).10-3

(N/m2

)

[1,92 =

(N/m2

)

= = 183,333.106 (cid:214) σ < = 75,910.106 220.106 1,2 σ ch 1,2

=> Vậy chọn S = 8 mm là phù hợp. • Với đáy tháp:

69 Lê Thị Hiền – Lớp Đại học công nghệ Hóa 1-k3. Đồ án hóa công

ĐH Công nghiệp Hà Nội – Khoa CN Hóa http://www.ebook.edu.vn

].0,285.106

+ 2.0,475.(8 - 3,8).10-3 7,6.0,737.0,95.0,475.(8 - 3,8).10-3

[1,92 σ =

(N/m2

)

= 97,025.106

(N/m2

)

(cid:214) σ < = = 183,333.106 σ ch 1,2 220.106 1,2

(cid:214) Vậy chọn S = 8 mm là phù hợp.

3.4 CHỌN MẶT BÍCH

Mặt bích là bộ phận quan trọng dùng để nối các phần của thiết bị cũng

như các bộ phận khác với thiết bị

Có nhiều kiểu bích khác nhau, nhưng do tháp làm việc ở áp suất thường nên ta chọn kiểu mặt bích liền bằng thép loại 1 để nối đáy, nắp… với thân.

3.4.1. Chọn mặt bích để nối thân tháp và nắp, đáy

Py.106 Dt

Dδ

N/m2

C¸i

1900

2040

1990

1960

1915 M20

0,1

1900

2040

1990

1960

1915 M20

Ta dùng mặt bích liền bằng thép không gỉ kiểu 1, (XIII.27 - T II - 417)

Ta chọn khoảng cách giữa 2 bích là 2 m, vậy số bích để nối thân thiết

bị là: n = 10,2 : 2 = 5,1 => ta chọn số bích n = 5

3.4.2. Chọn mặt bích để nối ống dẫn thiết bị:

N/m2

Ta dùng kiểu mặt bích bằng kim loại đen.Theo bảng XIII.26 (II - )409 ta có bảng bích cho các loại ống với áp suất 0,25.106

70 Lê Thị Hiền – Lớp Đại học công nghệ Hóa 1-k3. Đồ án hóa công

Tên các ống

Dδ

C¸i

Sản phẩm đỉnh

400

426

535

495

465 M20

185

150

128 M16

Hồi lưu sản phẩm đỉnh

Ống dẫn liệu

150

159

260

225

202 M16

Sản phẩm đáy

125

133

235

200

178 M16

Hồi lưu đáy

350

377

485

445

415 M20

ĐH Công nghiệp Hà Nội – Khoa CN Hóa http://www.ebook.edu.vn

3.5. TÍNH VÀ CHỌN GIÁ ĐỠ, TAI TREO

Thường người ta không đặt trực tiếp thiết bị lên mà phải có tai treo hay chân đỡ (trừ trường hợp ngoại lệ). Muốn xác định giá đỡ và tai treo cần phải xác định được khối lượng của toàn thiết bị.

3.5.1. Tính khối lượng toàn bộ tháp

Để tính toán khối lượng toàn thiết bị người ta tính khối lượng tháp khi

cho nước đầy tháp, và khối lượng của tháp khi không có nước

71 Lê Thị Hiền – Lớp Đại học công nghệ Hóa 1-k3. Đồ án hóa công

Ô + G

L (kg)

B + G

Đ + G

bl + G

T + G

N-Đ + G

T : Khối lượng thân tháp trụ (kg) N-Đ : Khối lượng nắp và đáy tháp (kg) B : Khối lượng bích (kg) bl : Khối lượng bu lông nối bích (kg) Đ : Khối lượng đĩa lỗ trong tháp (kg) Ô : Khối lượng ống chảy truyền (kg) L : Khối lượng chất lỏng điền đầy tháp (kg)

L = 1,9 (m); D

th = 7900 (kg/m3 ) C = 1,9 (m)

L = 4,6 (m); H

C = 4,1 (m)

ĐH Công nghiệp Hà Nội – Khoa CN Hóa http://www.ebook.edu.vn

TL =

t + S)2 4 3,14.[(1,9 + 4.10-3

] - 1,92 ]

π.[(D G = G Trong đó: G G G G G G G a. Khối lượng thân tháp trụ: Khối lượng riêng của vật liệu làm thân tháp là ρ Đường kính trong của thân tháp: D Chiều dày thân tháp S = 4 (m) Chiều cao tháp : H => Khối lượng thân tháp là: 2 - D ] t .H.ρ G

= . 4,6.7900 = 434,065 (kg)

TC =

t + S)2 4 3,14.[(1,9 + 4.10-3

] - 1,92 ]

π.[(D 4 2 - D ] t G .H.ρ

= .4,1.7900 = 386,884 (kg) 4

T = G

TC = 434,065 + 386,884 = 820,949 (kg)

n = 8 (mm) , của đáy, S

đ = 8 (mm)

nắp = 1,9 (m); D

đáy = 1,9 (m)

TL + G b. Khối lượng nắp và đáy tháp Chiều dày của nắp : S Chiều cao gờ h = 25 (mm) Đường kính D Theo bảng X.III.11 ( Sổ tay QT&TBCNHC - T2 trang 384)

=> Khối lượng nắp và đáy tháp là:

N-Đ = 258 + 258 = 516 (kg)

72 Lê Thị Hiền – Lớp Đại học công nghệ Hóa 1-k3. Đồ án hóa công

ĐH Công nghiệp Hà Nội – Khoa CN Hóa http://www.ebook.edu.vn

tC = 1,9 (m)

tL = 1,9 (m); D L = D

L = h

C = 1,956 (m) C = 28 (mm) = 0,028 (m)

c. Khối lượng bích

2 ]

Theo các thông số của bích đã chọn: - Đường kính trong của bích : D - Đường kính ngoài của bích D - Chiều dày bích : h - Số bích: n = 5 (cặp) = 10 (chiếc)

B =

th.n

G .h.ρ

- 1,92 ]

=> Khối lượng bích là: π.[D2 - D t 4 3,14.[1,9562 = .0,028.7900.10 = 374,955 (kg) 4

d. Khối lượng bu lông nối bích

Theo các thông số của bích đã chọn:

Cần 5 cặp bích, mỗi cặp cần 28 bu lông loại M 20 (khối lượng 0,15

bl = 5.28.0,15 = 21(kg)

kg/cái). => Khối lượng bu lông nối bích là: G

e. Khối lượng đĩa lỗ trong tháp

L = D

C = 1,9 (m)

Theo các thông số đĩa đã chọn:

- Đường kính đĩa : D - Chiều dày đĩa δ = 0,002 (m)

- Số đĩa n = 14 (chiếc)

th.n =

Đ =

G .δ.ρ .0,002.7900.10 = 626,847 (kg) => Khối lượng đĩa lỗ trong tháp: 3,14.1,92 4 π.D2 4

f. Khối lượng ống chảy chuyền

ÔL =

Ô.ρ

Ô + S)2 4

π[(D Khối lượng một ống chảy chuyền đoạn luyện: 2 - D ] Ô m .h

- 0,042 ]

3,14.[(0,04 + 0,002)2 = .0,475.7900 = 0,48 (kg) 4

Khối lượng một ống chảy truyền đoạn chưng:

73 Lê Thị Hiền – Lớp Đại học công nghệ Hóa 1-k3. Đồ án hóa công

ĐH Công nghiệp Hà Nội – Khoa CN Hóa http://www.ebook.edu.vn

2 - D ] Ô

ÔC =

Ô.ρ

Ô + S)2 4

π[(D m .h

- 0,252 ]

3,14.[(0,25 + 0,02)2 = .0,475.7900 = 2,957 (kg) 4

Tháp có 7 đĩa chưng, 7 đĩa luyện, mối đĩa chưng có 1 ống chảy

chuyền, mỗi đĩa luyện có 1 ống chảy chuyền:

(cid:214) Khối lượng của ống chảy chuyền là:

Ô = 7.0,48 + 7.2,957 = 24,059 (kg)

g. Khối lượng chất lỏng điền đầy tháp

Ta lấy theo khối lượng riêng lớn nhất là khối lượng trung bình pha

L = ρ

xC = 957,844 (kg/m3 )

lỏng đoạn chưng: ρ

=> Khối lượng chất lỏng chứa trong tháp là:

L =

G .H.ρ

= .8,7.957,844 = 23615,16 (kg) π.D2 4 3,14.1,92 4

=> Khối lượng tháp là:

G = 820,949 + 516 + 374,955 + 21 + 626,847 447,748 + 24,059 +

23615,16

= 25999,06 (kg)

(N)

3.5.2. Tính tai treo

Trọng lượng tháp là: P = G.g = 25816,914.9,81 = 236999,270 (N) Chọn 4 tai treo bằng thép CT3, tải trọng trên tai treo là: 8,0.104 (cid:214) Các thông số của tai treo (Kiểu VIII) (Sổ tay II - 438)

74 Lê Thị Hiền – Lớp Đại học công nghệ Hóa 1-k3. Đồ án hóa công

Bề mặt đỡ F.10-4 N/m2

Tải trọng cho phép trên 1 tai treo G.104

Tải trọng cho phép lên bề mặt đỡ q.106 N/m2

639

1,25

270

240

420

120

21,5

ĐH Công nghiệp Hà Nội – Khoa CN Hóa http://www.ebook.edu.vn

trọng Tải cho phép lên một tai treo G.104

dày Chiều tối thiểu của thành thiết bị khi không có lót

Chiều dày tối thiểu của thành thiết bị khi có lót S

8,0

750

530

Tấm lót tai treo bằng thép: bảng XIII.22 (Sổ tay II - 439)

Bề mặt đỡ F.10-4 m2

Tải trọng cho phép trên 1 chân G.104 N

Tải trọng cho phép lên bề mặt đỡ Q.106 N/m2

8,0

840

0,96

320 265 270 400 500 275 22

120 34

Chọn chân đỡ thép: bảng XIII.35 (Sổ tay II - 437)

75 Lê Thị Hiền – Lớp Đại học công nghệ Hóa 1-k3. Đồ án hóa công

t h e o ® ¸ y t h iÕ t b Þ

b 1

b t Õ i h t c ô r T

ĐH Công nghiệp Hà Nội – Khoa CN Hóa http://www.ebook.edu.vn

76 Lê Thị Hiền – Lớp Đại học công nghệ Hóa 1-k3. Đồ án hóa công

ĐH Công nghiệp Hà Nội – Khoa CN Hóa http://www.ebook.edu.vn

Chương 4. TÍNH TOÁN THIẾT BỊ PHỤ

C, cần đun nóng tới nhiệt độ sôi của hỗn hợp là t

4.1 TÍNH TOÁN THIẾT BỊ GIA NHIỆT HỖN HỢP ĐẦU

Để đun nóng hỗn hợp đầu gồm 0,28 nước và 0,72 axit propionic theo phần khối lượng với năng suất 15000 tấn/h. Ta giả thiết dung dịch đầu có nhiệt độ ban đầu là 25o F = 99,9669o C. Để đun nóng hỗn hợp đầu ta dùng thiết bị gia nhiệt loại ống chum kiểu đứng, dùng hơi nước bão hòa ở 2 at để đun sôi hỗn hợp.

Thiết bị trao đổi nhiệt loại ống chùm thẳng đứng với các thông số:

Chiều cao ống:

Đường kính ống: h o = 1,5 (m) d = 25 (mm)

Chiều dày thành ống:

Đường kính trong của ống là: δ = 2 (mm) d o = 20 (mm)

Dung dịch đi trong ống, hơi đốt đi ngoài ống.

Chọn vật liệu chế tạo là thép không gỉ X18H10T

Theo XII.7 (Sổ tay II – 313), hệ số dẫn nhiệt của vật liệu là: λ = 16,3

(W/m.độ)

C F = 99,9696o

c = t

đ = 25o Nhiệt độ vào của dung dịch là t s = t Nhiệt độ ra của dung dịch là t Hơi đốt là hơi nước bão hòa nên nhiệt độ không thay đổi và là nhiệt độ

4.1.1. Tính hiệu số nhiệt độ trung bình

⎪⎧Δ => ⎨ Δ ⎩⎪

t1 = 119,6 - 25 = 94,6 t2 = 119,6 - 99,9669 = 19,6331o

sôi ở áp suất đã chọn (2 at) : 119,6o

Hiệu số nhiệt độ trung bình giữa hai lưu thể tích theo công thức:

1 - Δt 2 Δt 1 Δt 2

Δt = = = 47,675o Δ t tb ln ln 94,6 - 19,6331 94,6 19,6331

Vậy nhiệt độ trung bình của dung dịch là:

77 Lê Thị Hiền – Lớp Đại học công nghệ Hóa 1-k3. Đồ án hóa công

tb = 119,6 - 47,675 = 71,925o t

ĐH Công nghiệp Hà Nội – Khoa CN Hóa http://www.ebook.edu.vn

4.1.2. Tính lượng nhiệt trao đổi

C đến

C, tính theo công thức:

Lượng nhiệt cần thiết để đun nóng hỗn hợp đàu từ nhiệt độ 25o

đ) (J/s)

c - t

nhiệt sôi của hỗn hợp đầu 99,9669o P.(t

Q = m.C Trong đó:

tb = 71,925o

m: Lượng dung dịch đưa vào (kg/s) m = F = = 4,167 (kg/s)

2 = 2271,991 (J/kg.độ)

15000 3600 P: Nhiệt dung riêng của dung dịch (J/kg.độ) ở t

P = C

F + C

C Nội suy theo bảng I.153 và I.154 (Sổ tay I - 171) ta có: 1 = 4190 (J/kg.độ); C C Nồng độ đầu hỗn hợp là: a F = 28% 2.(1 - a 1.a (cid:214) C F)

= 4190.0,28 + 2251,008.(1 - 0,28)

c : Nhiệt độ vào và ra của dung dịch (o

đ, t t Vậy :

= 2793,925 (J/kg.độ)

Q = 4,167.2793,925.(99,9669 - 25) = 877506.844 (J/s)

4.1.3. Tính hệ số cấp nhiệt.

Quá trình truyền nhiệt gồm 3 phần: • Cấp nhiệt bằng hơi nước bão hòa cho thành ống truyền nhiệt:

1 = α

1.Δ

t 1

.độ)

1 : Hệ số cấp nhiệt của hơi đốt (Wm2

q (W/m2 )

: Hiệu số nhiệt độ của hơi đốt và thành ống tiếp xúc với với hơi đốt

tb - t T 1

= t

α Δ t 1 Δ t 1 • Dẫn nhiệt từ thành ống phía tiếp xúc với hơi sang thành ống tiếp

thành ống)

xúc với lỏng (dẫn nhiệt qua 1m2

Lượng nhiệt của quá trình này:

78 Lê Thị Hiền – Lớp Đại học công nghệ Hóa 1-k3. Đồ án hóa công

ĐH Công nghiệp Hà Nội – Khoa CN Hóa http://www.ebook.edu.vn

o =

T (W/m2 )

q .Δt 1 Σ r

.độ/W)

Σ r : Tổng nhiệt trở của thành ống (m2

T = t

T 1

Δt : Hiệu số nhiệt độ giữa hai phía thành ống (o - t T 2

: Nhiệt độ hai phía thành ống , t T 2

t T 1 • Cấp nhiệt từ thành ống phía tiếp với pha lỏng cho hỗn hơi lỏng

2 = α

2.Δt

.độ)

2 : Hệ số cấp nhiệt từ thành ống (W/m2 2 = t

T 2

Δt - t 2

a. Xác định chế độ chảy của hỗn hợp chất lỏng trong ống (tính

chuẩn số Re)

Re = W.l.ρ μ

Trong đó:

W : Tốc độ dòng chảy lỏng tự chảy trong ống

tđ

Ta chọn tốc độ chảy của chất lỏng trong ống là chế độ tự chảy

tb trong thiết bị truyền

Chọn W = 0,3 (m/s) l : Kích thước hình học l = d μ : Độ nhớt của hỗn hợp ở nhiể độ trung bình t

F.lgμ

1 + (1 - x 2 : Độ nhớt của nước và axit propionic ở nhiệt độ t

F).lg μ tb

nhiệt

1 = 0,402.10-3 ⎪⎧μ ⎨ 2 = 0,616.10-3 μ ⎩⎪

(N.s/m) (Ns/m)

μ được xác định theo công thức: lg μ = x 1, μ μ Nội suy theo bảng I.101 (Sổ tay I - 91) ta có:

Suy ra:

+ (1 - 0,6152).lg0,616.10-3

hh = 0,6152.lg0.402.10-3 = - 3,324 (Ns/m)

(Ns/m)

lg μ

tb = 71,925o

(cid:214) μ = 0,437.10-3 ρ : Khối lượng riêng của hỗn hợp ở t

79 Lê Thị Hiền – Lớp Đại học công nghệ Hóa 1-k3. Đồ án hóa công

ĐH Công nghiệp Hà Nội – Khoa CN Hóa http://www.ebook.edu.vn

x1, ρ

x2 : Khối lượng riêng của nước và axit propionic ở nhiệt độ t

= + 1 ρ x a F ρ x1 1 - a F ρ x2

ρ Nội suy theo bảng I.2 (Sổ tay I - 9) ta có:

x1 = 978,627 (kg/m3

); ρ

x2 = 990,286 (kg/m3 )

Vậy:

)

-1 ⎞ ⎟ ⎠

⎛ ⎜ ⎝

td : Đường kính tương đương của ống truyền nhiệt

+ ρ = = 958,338 (kg/m3 a F ρ x1 1 - a F ρ x2

l = d Chọn kích thước của ống truyền nhiệt là 25 x 2 mm

Trong đó 25 là đường kính của ống và 2 là bề dày của ống Vậy đường kính trong của ống là d td = 25-2 2× =21 (mm)= 0,021m

Do đó: Re = 13815,856 > 104 0,3.0,021.958,338 0,437.10-3

(cid:214) Chế độ chảy của chất lỏng trong ống truyền nhiệt là chế độ chảy

xoáy

b. Tính chuẩn số Pr

Chuẩn số Pr được xác định theo công thức:

P, μ đã tính được ở trên

Pr = C P.μ λ

Trong đó: C λ : Hệ số dẫn nhiệt của dung dịch, xác định theo công thức I.32 (T I -

123)

P.ρ.

3 ρ M

λ = A.C

P = 2793,925 (J/kg.độ)

Trong đó:

C ρ = 958,338 (kg/m3 )

M : khối lượng mol trung bình của hỗn hợp lỏng

M = 39,5488 (kg/kmol)

80 Lê Thị Hiền – Lớp Đại học công nghệ Hóa 1-k3. Đồ án hóa công

(Sổ tay I - 123)

ĐH Công nghiệp Hà Nội – Khoa CN Hóa http://www.ebook.edu.vn

A: hệ số phụ thuộc vào mức độ liên kết của chất lỏng Với chất lỏng liên kết có A = 3,58.10-8 Suy ra:

.2793,925.958,338.

3 958,388 39,5488

λ = 3,58.10-8

= 0,277 (W/m.độ)

Vậy:

Pr = = 4.407 2793,925.0,437.10-3 0,277

c. Tính hệ số cấp nhiệt về phía dung dịch α

2 (W/m2

.độ)

Nu = α 2. d td λ

Mà chế độ chất lỏng là chảy xoáy nên:

1.Re0,8

.Pr0,43 .

0,25 ⎞Pr ⎛ ⎟ ⎜ Pr ⎠ ⎝ t

Nu = 0,021.ε (Sổ tay II-14)

ε 1 : Hệ số hiệu chỉnh tính đến ảnh hưởng của tỷ số chiều dài và đường kính d của ống

1 = 1

t : Chuẩn số Prant của hỗn hợp lỏng tính theo nhiệt độ thành ống

>50 => ε l Theo bảng V.2 (Sổ tay II - 15) d

Pr Pr : Thể hiện ảnh hưởng của dòng nhiệt (đun nóng hay làm nguội) Pr t

Khi chênh lệch giữa tường và dòng nhỏ thì ≈ 1 (theo Sổ tay II - 15) Pr Pr t

Do đó hệ số cấp nhiệt về phía hỗn hợp lỏng:

2 = 0,021.

1.Re0,8

.Pr0,43 .

0,25 ⎞Pr ⎛ ⎟ ⎜ Pr ⎠ ⎝ t

α λ .ε d td

.(4,407)0,43

.1.(13815,856)0,8 = 0,021. 0,277 0,021

.độ)

= 1075,879(W/m2

d. Tính hệ số cấp nhiệt của hơi bão hòa

81 Lê Thị Hiền – Lớp Đại học công nghệ Hóa 1-k3. Đồ án hóa công

h < 10 m/s) và màng nước ngưng 1 của hơi nước bão hòa đối với

ĐH Công nghiệp Hà Nội – Khoa CN Hóa http://www.ebook.edu.vn

Khi tốc độ hơi trong ống nhỏ (W chuyển động dòng thì hệ số cấp nhiệt α ống thẳng đứng

.độ) (Sổ tay II - 28)

(W/m2 α = 2,04.A. r Δ t1.H

bh) và nhiệt độ phía

n - t

1 = t

1 = t thành ống tiếp xúc (t T1) bh - t T1 1 = 2,7o

H: Chiều cao của ống trong thiết bị gia nhiệt, chọn H = 1,5 m T1 : hiệu số nhiệt độ giữa nước ngưng (t Δt

(cid:214) Δt Giả thiết Δt r : Ẩn nhiệt ngưng tụ của hơi bão hòa ở t = 119,6o r = 526,964 (kcal/kg)=2206,29.10 3(J/kg) A: Hệ số phụ thuộc vào nhiệt độ màng nước ngưng t

.λ3 ρ2 0,25 ⎞ ⎛ ⎟ ⎜ μ ⎠ ⎝ m = 0,5.(t T1 + t bh - t

T1 => t

bh - Δt

1 = 119,6 - 2,7 = 116,9o

(Sổ tay II - 29) A =

Với: t bh) T1 = t 1 = t Δt m = 0,5.(116,9 + 119,6) = 118,25o (cid:214) t Suy ra:

A = 179 + (118,25 - 100) = 187,213 (Theo Sổ tay II - 188 - 179 120 - 100

19)

1 = 2,04.187,213.

.độ)

4 2206,29.103 2,7.1,5

Do đó: α = 10375,647 (W/m2

thành ống là:

Vậy nhiệt lượng cung cấp cho 1 m2

1 = α

1 = 10375,547.2,7 = 28014,247 (W/m2

)

1.Δt e. Tính tổng trở thành ống Σ r

1 + r

Σ r = r δ 2 + λ

.độ), đối với thép

Chọn bề dày thành ống truyền nhiệt δ = 2 mm ( TTQT &TB1- 343) λ : Hệ số dẫn nhiệt ở thành ống, λ = 16,3 (W.m2

82 X18H10T theo bảng XII.7 (II - 313) Lê Thị Hiền – Lớp Đại học công nghệ Hóa 1-k3. Đồ án hóa công

T2 : Nhiệt trở lớp cặn do hơi nước tạo thành ở 2 phía thành ống

ĐH Công nghiệp Hà Nội – Khoa CN Hóa http://www.ebook.edu.vn

T1, r r

.h.độ) ( TTQT&TB1-

Với nước có cặn bẩn: = = 2000 (kcal/m3 1 r T1 1 r T2

346)

T1 = r

T2 =

(m2

.độ/W)

= 4,31.10-4 (cid:214) r 1 2000.1,16

Vậy:

= 9,867.10-4 Σ r = 2.4,31.10-4 2.10-3 16,3

f. Tính hiệu số nhiệt độ giữa hai thành ống

thành ống: q

o = Δt T.

o.Σ r

T = q

o = q

)

1 = 28014,247 (W/m2

= 27,642o

T2 ; t

T = 28014,247.9,867.10-4 T = t T1 = 116,9o T1 - t C T2 = 119,6 - 27,642 = 91,958o C

T2 - t 2

2 = t

tb = 119,6 - 47,675 = 71,925

Nhiệt lượng dẫn qua một m2 1 Σ r

2 là nhiệt độ hỗn hợp đầu đun nóng trong ống: bh - Δt 2 = 91,958 - 71,925 = 20,033o

(cid:214) Δt Do quá trình truyền nhiệt là ổn định nên: q Do đó: Δt Lại có: Δt (cid:214) t Mà: Δt Với t t 2 = t (cid:214) Δt

2.Δt

g. Tính nhiệt lượng do thành ống cung cấp cho dung dịch

2 = 1075,879.20,033 = 21553,084 (W/m2 ) 28014,247 - 21553,084 ⎪ ⎪ = 0,22 < 0,05 (chấp nhận ⎪ ⎪ 28014,247 ⎪ ⎪

2 = α q 1 - q q 2 = q 1

Xét

thành ống là:

được)

tb =

)

1 + q q 2 = q 1

q = 24783,665 (W/m2 Vậy lượng nhiệt trung bình truyền cho 1 m2 28014,247 + 21553,084 28014,247

h. Xác định bề mặt ống truyền nhiệt.

83 Lê Thị Hiền – Lớp Đại học công nghệ Hóa 1-k3. Đồ án hóa công

ĐH Công nghiệp Hà Nội – Khoa CN Hóa http://www.ebook.edu.vn

Bề mặt ống truyền nhiệt của thiết bị gia nhiệt được xác định: F = Q q

Q là lượng nhiệt để đun nóng hỗn hợp đầu đến nhiệt độ cần thiết

)

=> F = = 35,41 (m2 877596,844 24783,665

i. Tính số ống truyền nhiệt, chọn cách sắp xếp ống theo hình 6

cạnh

= = 357,820 n = 35,41 π.0,021.1,5 F π.d td.h

Ta chọn tổng số ống trong thiết bị là : 358 ống

Theo bảng V.11 (Sổ tay II - 48)

Số hình 6 cạnh là : 10; Số ống trên đường xuyên tâm của hình 6 cạnh

là: 21

j. Tính đường kính thiết bị gia nhiệt hỗn hợp đầu

D = t.(b -1) + 4d (m) (Sổ tay II - 49)

Trong đó:

t : bước ống t = 1,2.d = 1,2.0,025 = 0,03 (m)

d : đường kính ngoài của ống: d = 0,025 (m)

Số ống trên đường xuyên tâm là: b = 21

=> D = 0,03.(23 - 1) + 4.0,025 = 0,76 (m)

k. Tính lại vận tốc, chia ngăn:

Tính vận tốc thực của chất lỏng đi trong ống

t =

W (m/s)

4.G F ρ.π.d2 .n F = 15000 (kg/m3 )

Với: G ρ = 958,338 (kg/m3 ) d = 0,021(m); n = 358 ống

t =

.358

4.15000 W = 126,229 (m/h) = 0,035 (m/s) 958,338.π.0,0212

Để có vận tốc dòng chất lỏng đạt chế độ chảy xoáy thì cần tăng vận tốc

t bằng phương pháp chia ngăn.

thực của dòng W

84 Lê Thị Hiền – Lớp Đại học công nghệ Hóa 1-k3. Đồ án hóa công

ĐH Công nghiệp Hà Nội – Khoa CN Hóa http://www.ebook.edu.vn

Số ngăn của thiết bị là: = = 8,57 0,3 0,035 W W t

Ta chọn là 9 ngăn.

H 0

H 1

H 2

4.2. TÍNH BƠM VÀ THÙNG CAO VỊ

Hình 4.1. Sơ đồ bơm và thùng cao vị

o : Chiều cao tính từ mặt thoáng của bề chứa dung dịch đến mặt

Ký hiệu: H

1 : Chiều cao tính từ đáy tháp đến đĩa tiếp liệu (m) 2 : Chiều cao tính từ nơi đặt bơm đến đáy tháp (m)

thoáng thùng cao vị (m)

H H Z: Chiều cao tính từ đĩa tiếp liệu đến mặt thoáng thùng cao vị (m)

Trong quá trình sản xuất, muốn tính toán đưa hỗn hợp đầu lên thùng cao vị, đảm bảo yêu cầu công nghệ cần phải tính các trở lực của các đường

85 Lê Thị Hiền – Lớp Đại học công nghệ Hóa 1-k3. Đồ án hóa công

C (Sổ tay I - 376)

m + ΔP

d + ΔP

H + ΔP

k + ΔP

t + ΔP

ĐH Công nghiệp Hà Nội – Khoa CN Hóa http://www.ebook.edu.vn

d : Áp suất động học hay áp suất cần thiết để tạo tốc độ cho dòng

ống dẫn liệu của thiết bị gia nhiệt hỗn hợp đầu từ đó tính chiều cao của thùng cao vị so với vị trí tiếp liệu của tháp và xác định công suất, áp suất toàn phần của bơm. ΔP = ΔP Trong đó: ΔP

m : Áp suất để khắc phục trở lực ma sát khi dòng ổn định trong ống

C : Áp suất cần thiết để khắc phục trở lực cục bộ H : Áp suất cần thiết để nâng chất lỏng lên cao hoặc để khắc phục

chảy khi ra khỏi ống dẫn

t : Áp suất cần thiết để khắc phục trở lực trong thiết bị k : Áp suất bổ sung ở cuối ống dẫn

ΔP thẳng ΔP ΔP áp suất thủy tĩnh

t =

ΔP ΔP Trong thiết bị chưng luyện tháp đĩa lỗ có ống chảy truyền thì ΔP

k = 0

ΔP

4.2.1. Tính các trở lực

a. Trở lực của đoạn ống từ thiết bị gia nhiệt hỗn hợp đầu đến tháp

Tính áp suất động học:

d =

ΔP ρω2 2

)

Hỗn hợp đầu vào tháp: ρ = 958,338 (kg/m3

= ω : Tốc độ trung bình của dung dịch đi trong ống dẫn liệu: ω = 4.V πd2 .ρ

4.G F πd2 .ρ

d : Đường kính ống dẫn liệu: chọn d = 150 mm, l = 3 m

= 0,246 (m/s) => ω = π.0,152 4.15000 .958,338.3600

d =

)

Vậy: ΔP = 28,997 (N/m2 958,338.0,2462 2

Tính áp suất để khắc phụ trở lực ma sát: (ΔP

86 Lê Thị Hiền – Lớp Đại học công nghệ Hóa 1-k3. Đồ án hóa công

ĐH Công nghiệp Hà Nội – Khoa CN Hóa http://www.ebook.edu.vn

m = λ.

Δp = λ. .ΔP d L d ρ.ω2 L . d 2 td

td : Đường kính trong của ống truyền nhiệt: d

td = 0,05 (m); chiều

Với d

dài ống dẫn L = 3 m

1 + (1 - x

F).lgμ 2

F.lgμ

2 : độ nhớt của nước và axit propionic ở nhiệt độ t F

Tính chuẩn số Re: Re = ω.d td.ρ μ

1 = 0,284.10-3 ⎪⎧μ ⎨ 2 = 0,46.10-3 μ ⎩⎪

Với : ω = 0,246 (m/s); ρ = 958,338 (kg/m3 ); F = 99,9669o μ : Độ nhớt của hỗn hợp đầu tại t Nội suy theo bảng I.101 (Sổ tay I - 91) ta có: lg μ = x 1, μ μ Nội suy theo bảng I.101. (Sổ tay I - 91) ta có:

(Ns/m) (Ns/m) hh = 0,6152.lg(0,284.10-3

) + (1 - 0,6152).lg(0,46.10-3 )

(cid:214) lgμ

= -3,466

(cid:214) μ = 0,342 (Ns/m)

Vậy : Re = = 34466,542 > 104 0,246.0,05.958,338 0,342.10-3

(cid:214) Chế độ chảy của dung dịch trong ống là chế độ chảy xoáy

8/7

Tính chuẩn số Re giới hạn:

⎛ gh = 6. ⎜ ⎝

⎞d td ⎟ ε ⎠

Re (Sổ tay I - 378)

Chọn ống tráng kẽm mới bình thường theo bảng II.15, (Sổ tay I - 381)

8/7

ε : Độ nhám tuyệt đối của ống dẫn ε = 0,1 (mm)

gh = 6.

⎞ ⎟ ⎠

⎛ ⎜ ⎝

= 7289,343 => Re 0,05 0,1.10-3

Chuẩn số Re khi bắt đầu xuất hiện vùng nhám:

n = 220.

9/8 ⎞ ⎟ ⎠

⎛ ⎜ ⎝

= 220. = 239201,52 Re 0,05 ⎛ ⎜ 0,1.10-3 ⎝

⎞d 9/8 td ⎟ ε ⎠ gh < Re < Re

n => hệ số ma sát được tính theo công thức:

Ta có Re

87 Lê Thị Hiền – Lớp Đại học công nghệ Hóa 1-k3. Đồ án hóa công

0,25

ĐH Công nghiệp Hà Nội – Khoa CN Hóa http://www.ebook.edu.vn

⎛ 1,46. ⎜ ⎝

⎞ ⎟ ⎠

+ λ = 0,1. (Sổ tay I - 380) 100 Re ε d td

0,25 100 ⎞ ⎟ 34466,542 ⎠

⎛ => λ = 0,1. ⎜ ⎝

1,46. + = 0,0276 0,1.10-3 0,05

Chọn L = 3 m

m = 0,0276.

)

Vậy : ΔP .28,997 = 48,019 (N/m2 3 0,05

C = Σζ.

ΔP = Σζ.ΔP d Tính áp suất để khắc phục trở lực cục bộ ρW2 2

1 = 0,5 , do 3 khuỷu mỗi khuỷu 30o

tạo thành

Trở lực cục bộ qua các đoạn ống gồm: - Trở lực vào ống ta chọn ζ - Trở lực của 2 khuỷu 90o

2 = 0,3 II.16 (Sổ tay I - 394)

Chọn a = 1 => ζ b

- Trở lực van: Chọn van tiêu chuẩn với đường kính ống dẫn liệu

4 = 4,4

d = 150 mm

2 + ζ

3 = 0,5 + 2.0,3 + 4,4 = 5,5

Tra theo bảng II.16 (Sổ tay I - 397) có ζ Vậy hệ số trở lực cục bộ là: 1 + ζ

ζ = ζ C = 5,5.28,997 = 159,483 (N/m2 )

=> ΔP Áp suất toàn phần cần thiết để thắng trở lực trong ống dẫn từ thiết bị

gia nhiệt hỗn hợp đầu tới đĩa tiếp liệu:

d + ΔP

m + ΔP

C = 28,997 + 48,019 + 159,483 = 236,499

1 = ΔP N/m2

ΔP

(cid:214) Chiều cao cột chất lỏng tương ứng:

1 =

= = 0.025 (m) H ΔP 1 ρ.g 236,499 958,338.9,8

b. Trở lực của ống dẫn từ thùng cao vị đến thiết bị gia nhiệt hỗn

hợp đầu

d =

ΔP Tính áp suất động học ρ.ω2 2

88 Lê Thị Hiền – Lớp Đại học công nghệ Hóa 1-k3. Đồ án hóa công

ĐH Công nghiệp Hà Nội – Khoa CN Hóa http://www.ebook.edu.vn

ρ: Khối lượng riêng của hỗn hợp đầu ở 25o

= 1 ρ x a F + ρ x 1 - a F (I.2 - Sổ tay I - 5) ρ x2

); ρ

x2 = 1042,75 (kg/m3 )

Nội suy theo bảng I.2 (Sổ tay I - 9) ta có khối lượng riêng của nước và

axit propionic ở nhiệt độ t = 25o x1 = 996,5 (kg/m3 F = 0,28 (phần khối lượng) )

ρ a Vậy : ρ = 1029,372 (kg/m3 Tốc độ của dung dịch chảy trong ống:

ω = = = 0,229 (m/s) π.0,152 4.G F .ρ πd2 hh 4.15000 ,1029,372.3600

d =

)

=> ΔP = 26,99 (N/m2 1029,372.0,2292 2

Tính áp suất để khắc phụ trở lực ma sát: (ΔP

m = λ.

td = d = 0,15 m, chiều dài ống dẫn L = 3 m

Δp = λ. .ΔP d L d ρ.ω2 L . d 2 td

Với d Tính chuẩn số Re:

C là:

(Ns/m)

Re = ω.d td.ρ μ

Với : ω = 0,229 (m/s); ρ = 1029,372 (m/s) μ : Độ nhớt của hỗn hợp đầu tại 25o Tính tương tự độ nhớt ở trên ta được độ nhớt của hỗn hợp ở 25o μ = 0,871.10-3 Vậy :

Re = = 35821,019 > 104 0,229.0,15.1029,372 0,871.10-3

(cid:214) Chế độ chảy của dung dịch trong ống là chế độ chảy xoáy

8/7

Tính chuẩn số Re giới hạn:

⎞d td ⎟ ε ⎠

⎛ gh = 6. ⎜ ⎝

Re (Sổ tay I - 378)

Chọn ống tráng kẽm mới bình thường theo bảng II.15, (Sổ tay I - 381)

89 Lê Thị Hiền – Lớp Đại học công nghệ Hóa 1-k3. Đồ án hóa công

ĐH Công nghiệp Hà Nội – Khoa CN Hóa http://www.ebook.edu.vn

8/7

ε : Độ nhám tuyệt đối của ống dẫn ε = 0,1 (mm)

⎞ ⎟ ⎠

⎛ gh = 6. ⎜ ⎝

= 25584,082 => Re 0,15 0,1.10-3

Chuẩn số Re khi bắt đầu xuất hiện vùng nhám:

n = 220.

9/8 ⎞ ⎟ ⎠

⎛ ⎜ ⎝

= 220. = 823237,883 (T I - 379) Re 0,15 ⎛ ⎜ 0,1.10-3 ⎝

n => hệ số ma sát được tính theo công thức:

0,25

Ta có Re

⎛ 1,46. ⎜ ⎝

⎞ ⎟ ⎠

⎞d 9/8 td ⎟ ε ⎠ gh < Re < Re ε d td

0,25

+ (Sổ tay I - 380) λ = 0,1. 100 Re

⎛ => λ = 0,1. ⎜ ⎝

1,46. + = 0,025 0,1.10-3 0,15 100 ⎞ ⎟ 35821,019 ⎠

Chọn L = 3 m

m = 0,025.

Vậy : ΔP .26,99 = 13,495 (N/m2 ) 3 0,15

Tính áp suất để khắc phục trở lực cục bộ

C = ζ.

ΔP = ζ.ΔP d ρW2 2

Trở lực cục bộ qua các đoạn ống gồm:

- Trở lực vào ống

⎞ ⎟ ⎠

⎛ = ⎜ ⎝

⎞d 1 ⎟ d ⎠ cv

cv = 1,5 (m) 1 = 0,5

⎛ = ⎜ ⎝ d cv : Đường kính thùng cao vị chọn d Tra bảng II.16 (Sổ tay I - 388) ta được ζ - Trở lực của 2 khuỷu 90o

, do 3 khuỷu mỗi khuỷu 30o

tạo thành

= 0,01 0,15 1,5 f 1 Ta có: f 2

2 = 0,3 II.16 (Sổ tay I - 394)

Chọn a = 1 => ζ b

- Trở lực van: Chọn van tiêu chuẩn đường kính ống dẫn liệu d =

3 = 4,4

150mm

Tra theo bảng II.16 (Sổ tay I - 397) có ζ Trở lực từ ống vào thiết bị gia nhiệt hỗn hợp đầu (đột mở)

⎞d ⎛ 1 ⎟ ⎜ d ⎠ ⎝ 3

Có : = = = 0,36 0,15 ⎞ ⎛ ⎟ ⎜ 0,25 ⎠ ⎝ f 1 f 3

90 Lê Thị Hiền – Lớp Đại học công nghệ Hóa 1-k3. Đồ án hóa công

ĐH Công nghiệp Hà Nội – Khoa CN Hóa http://www.ebook.edu.vn

3 là đường kính ống dẫn và đường kính thiết bị gia nhiệt hỗn hợp đầu.

4 = 0,356

1, d d

2 + ζ

3 + ζ

4 = 0,5 + 2.0,3 + 4,4 + 0,356 = 5,856

ζ = ζ

d = 5,856.26,99 = 157,243 (N/m2 )

Tra bảng II.16 (Sổ tay I - 388) ta được ζ Vậy hệ số trở lực cục bộ là: 1 + ζ C = ζ.ΔP

=> ΔP Vậy áp suất toàn phần thắng trở lực cục bộ từ thùng cao vị đến thiết bị

d+ΔP

C = 26,99 + 13,495 + 157,243 = 197,692(N/m2 )

m + ΔP ΔP Ta có chiều cao cột chất lỏng tương ứng:

gia nhiệt hỗn hợp đầu là: 2 = ΔP

2 =

H = 0,0196 (m) ΔP 2 = ρ.g 197,692 1029,372.9,8

c. Trở lực trong thiết bị gia nhiệt hỗn hợp đầu:

d =

Tính áp suất động học: ΔP

C có ρ = 958,338 (kg/m3

)

Hỗn hợp đầu vào tháp ở t ρ.ω2 2 tb = 71,925o

Tốc độ của dung dịch chảy trong ống: ω = V f

/s)

V : Thể tích hỗn hợp ở nhiệt độ trung bình V = (m3 F ρ

π 2 . d n . 4. m

f : tiết diện của bề mặt truyền nhiệt (m2 )

d : Đường kính ống dẫn liệu : d = 0,021 (m)

n : Số ống của thiết bị gia nhiệt : n = 358 (ống)

.358

m = 9 ngăn

=> f = = 0,0142 ) m: Số ngăn của thiết bị : π.0,0212 4.9

=> ω = 15000 958,338.0,014.3600 = 0,3 (m/s)

d =

)

= 43,125 (N/m2 Vậy ΔP 958,338.0,32 2

Tính áp suất để khắc phụ trở lực ma sát: (ΔP

91 Lê Thị Hiền – Lớp Đại học công nghệ Hóa 1-k3. Đồ án hóa công

ĐH Công nghiệp Hà Nội – Khoa CN Hóa http://www.ebook.edu.vn

m = λ.

td = d = 0,021 m, chiều dài ống dẫn l = 1,5 m

Δp = λ. .ΔP d L d ρ.ω2 L . d 2 td

Với d Số ngăn chia là 9 => chiều dài đoạn ống là: L = l.m = 9.1,5 = 13,5 (m)

Tính chuẩn số Re: Re = ω.d td.ρ μ

tb : μ = 0,437.10-3

(N.s/m)

Với : ω = 0,3 (m/s); ρ = 958,338 (m/s) μ : Độ nhớt của hỗn hợp đầu tại t

Vậy : Re = = 13851,856 > 104 0,3.0,021.958,338 0,437.10-3

(cid:214) Chế độ chảy của dung dịch trong ống là chế độ chảy xoáy

Tính chuẩn số Re giới hạn:

⎞d 8/7 td ⎟ ε ⎠

⎛ gh = 6. ⎜ ⎝

(Sổ tay I - 378) Re

Chọn ống tráng kẽm mới bình thường theo bảng II.15, (Sổ tay I - 381)

ε : Độ nhám tuyệt đối của ống dẫn ε = 0,1 (mm)

⎛ gh = 6. ⎜ ⎝

8/7 ⎞ ⎟ ⎠

=> Re = 2704,682 0,021 0,1.10-3

n = 220.

9/8 ⎞ ⎟ ⎠

⎛ = 220. ⎜ ⎝

= 90140,38 Re 0,021 0,1.10-3

n => hệ số ma sát được tính theo công thức:

0,25

Ta có Re

⎛ 1,46. ⎜ ⎝

⎞ ⎟ ⎠

0,25

+ λ = 0,1. (Sổ tay I - 380) 100 Re Chuẩn số Re khi bắt đầu xuất hiện vùng nhám: ⎞d 9/8 ⎛ td ⎟ ⎜ ε ⎠ ⎝ gh < Re < Re ε d td

⎛ ⎜ ⎝

1,46. + = 0,035 => λ = 0,1. 0,1.10-3 0,021 100 ⎞ ⎟ 13851,856 ⎠

m = 0,035.

)

Vậy : ΔP .43,125 = 970,312 (N/m2 13,5 0,021

Tính áp suất để khắc phục trở lực cục bộ: ΔP = ζ. = ζ.ΔP d ρW2 2

92 Lê Thị Hiền – Lớp Đại học công nghệ Hóa 1-k3. Đồ án hóa công

ĐH Công nghiệp Hà Nội – Khoa CN Hóa http://www.ebook.edu.vn

Dòng chất lỏng chảy qua thiết bị gia nhiệt phải qua các ngăn, chia 9 (khi chất lỏng chảy ngăn nên có 9 đột mở, 9 đột thu và 18 lần đổi chiều 90o từ ngăn này sang ngăn khác)

Theo TTQT & Tb tập 1 (tr 163):Tiết diện cửa vào thiết bị gia nhiệt

00785

bằng tiết diện cửa ra bằng f

πd . 4

2 1,0. 4

(m 2 )

Tiết diện khoảng trống 2 đầu thiết bị gia nhiệt đối với mỗi ngăn:

. f 2= 1 m π.D2 4

D : Đường kính thiết bị gia nhiệt hỗn hợp đầu: D = 0,76 m

2 =

. => f 1 = 0,05 m2 9 π.0,762 4

3 =

. = . = 0,014 m2 Tiết diện của 1 ngăn: f π.d2 4 π.0,0212 4 n m 358 9

Khi dòng chảy vào thiết bị từ ống dẫn (đột mở):

⎛ 1 = ⎜ ⎝

⎛ ⎜ ⎝

1 - 1 - => ζ = = 0,71 0,00785 ⎞ ⎟ 0,05 ⎠ f ⎞ 1 ⎟ f ⎠ 2

Khi dòng chảy từ khoảng trống hai đầu thiết bị vào các ngăn của thiết

⎞ ⎟ ⎠

⎛ 2 = 0,5. ⎜ ⎝

2 ⎛ = 0,5. ⎜ ⎝

1 - 1 - = 0,259 => ζ 0,014 0,05 bị (đột thu 9 lần) f 3 f 2

Khi dòng chảy từ các ngăn ra các khoảng trống ở hai đầu thiết bị (đột

mở 9 lần)

3 =

⎞ ⎟ ⎠

⎛ ⎜ ⎝

1 - = 0,518 ζ f 3 f 2

Khi dòng chảy ra khỏi thiết bị (đột thu)

⎞ ⎟ ⎠

⎛ 4 = 0,5. ⎜ ⎝

1 - = 0,355 (cid:214) ζ f 1 f 2

180o

5 = 1,1 2 + 9.ζ

4 + 18.ζ 5

3 + ζ

Khi chất lỏng chảy từ ngăn này sang ngăn kia sử dụng 2 ống khuỷu , d = 0,025 m => ζ 1 + 9.ζ Vậy Σζ = ζ

= 0,71 + 9.0,259 + 9.0,518 + 0,355 + 18.1,1 = 10,038

93 Lê Thị Hiền – Lớp Đại học công nghệ Hóa 1-k3. Đồ án hóa công

C = 10,038.43,125 = 432,888 (N/m2

)

ĐH Công nghiệp Hà Nội – Khoa CN Hóa http://www.ebook.edu.vn

(cid:214) ΔP • Tính trở lực thủy tĩnh

H = 958,338.9,8.1,5 = 14087,568 (N/m2 )

H = ρ.g.H (N/m2 ) H: Chiều dài ống truyền nhiệt ΔP Vậy áp suất toàn phần cần thiết để thắng trở lực trong thiết bị gia nhiệt ΔP = ΔP

m + ΔP

C + ΔP

d + ΔP

ΔP

)

= 43,125 + 970,312 + 432,88 + 14087,568 = 15533,893 (N/m2

Chiều cao cột chất lỏng tương ứng:

3 =

H = = 1,65 (m) ΔP ρ.g 15533,893 958,338.9,8

4.2.2. Tính chiều cao thùng cao vị so với đĩa tiếp liệu

h mm

ω 2 1 g

P 1 ρ g . 1

ω 2 P + 2 2 ρ ρ g g . . 2

− ω ω 2 1

2 2

−

Theo phương trình becnuli cho mặt cắt 1 - 1 ; 2 - 2 so với mặt cắt chuẩn 0 - 0 (hình 4.1). Coi chất lỏng chảy hết từ thùng cao vị (mặt cắt 1 - 1)

− H H 1

P 2 ρ . 2

P 1 ρ g . 1

); P

2 = P

a + ΔP

(N/m2

a = 9,81.104

2 = 9,81.104

) => P

+ 3424,68 = 101524,68

C : ρ

1 = 1029,372o

F : ρ

2 = 958,034 (kg/m3

)

+ h

1 + H

3 = 0,025 + 0,0196 + 1,65 = 1,692 (m)

Trong đó: P 1 = P ΔP L : trở lực đoạn luyện: có ΔP L = 3424,68 (N/m2 (N/m2 ) ρ 1 : Khối lượng riêng của hỗn hợp đầu ở 25o (kg/m3 ) 2 : Khối lượng riêng của hỗn hợp đầu ở t ρ 1 = 0 (m/s); ω ω 2 = 0,229 (m/s) mm = H h

1 - H

2 =

2 + H 101524,68 958,034.9,8

(cid:214) H - + + 1,692 = 2,781(m) 9,81.104 1029,372.9,8 0,0292 2.9,8

Vậy thùng cao vị đặt cao hơn so với đĩa tiếp liệu là 2,781 (m)

94 Lê Thị Hiền – Lớp Đại học công nghệ Hóa 1-k3. Đồ án hóa công

ĐH Công nghiệp Hà Nội – Khoa CN Hóa http://www.ebook.edu.vn

4.2.3. Tính và chọn bơm

a. Tính chiều cao toàn phần của bơm:

o = H

1 + H

2 + Z

Viết phương trình becnuli cho mặt cắt 1 - 1; 2 - 2, chọn 2 - 2 làm

+ Δ

ρ + .

P m

g P 1

P 2

ρ ω 2 . 2 2 2

chuẩn

Có : ΔP

ρ ω 2 . 1 1 2 m : Tổn thất do áp suất trở lực (N/m2 ) )

m2 + ΔP

m1 + ΔP

m3 (N/m2

m = ΔP

m1 : Trở lực trong ống dẫn từ thùng cao vị đến thiết bị gia nhiệt

)

ΔP

m2 : Trở lực trong ống dẫn từ thiết bị gia nhiệt đến tháp (N/m2 ) m3 : Trở lực trong thiết bị gia nhiệt (N/m2 )

Với : ΔP (N/m2 ΔP ΔP

)

(cid:214) ΔP

2 - P

1) +

2.ω ρ 2 2

⎤ m ⎥ ⎦

⎡ . ⎢ ⎣

m = 197,692 + 236,499 + 15533,893 = 15968,084 (N/m2 1 ρ 1.g

+ ΔP (P Z =

) +

⎤ ⎥ ⎦

đáy = 5,2 + 0,5 = 5,7 (m)

(101524,68 - 9,81.104 = + 15968,084 958,338.0,2292 2 1 ⎡ . ⎢ 1029,372.9,8 ⎣

o = 5.7 + 1 + 1,92 = 8,62 (m)

= 1,92 (m) 1 = H H c + h H 2 = 1 (m) => H

b. Áp suất toàn phần của bơm - Năng suất bơm

cb0 (N/m2 )

m0 = ΔP

ms0 : Trở lực ma sát (N/m2 ) cb0 : Trở lực cục bộ (N/m2 )

ΔP Trở lực trong ống dẫn từ bể chứa lên thùng cao vị: ms0 + P

Trong đó: ΔP ΔP Có:

95 Lê Thị Hiền – Lớp Đại học công nghệ Hóa 1-k3. Đồ án hóa công

o = H

o + 0,2 = 8,62 + 0,2 = 8,82 (m)

ĐH Công nghiệp Hà Nội – Khoa CN Hóa http://www.ebook.edu.vn

o = 0,15 (m) F = 15000 (kg/h)

- Chiều dài ống: L - Đường kính ống: d - Lưu lượng : G

ω0 =

)

1.ω ρ o 2

Thế năng vận tốc trong chất lỏng trong ống: 2 ΔP (N/m2

o : Vận tốc dung dich trong ống (m/s)

Trong ®ã : ω

o =

.3600

15000 ω = 0,24 (m/s) = 1029,372.0,785.0,152

)

ω0 =

ΔP = 29,646 (N/m2 G F 1.0,785.d ρ 2 o 1029,372.0,242 2

Trở lực ma sát:

ms0 = λ.

ω0 (N/m2

)

ΔP .ΔP L o d o

Trong đó:

o = 0,437.10-3

(Ns/m2 )

λ : Hế số ma sát Độ nhớt của dung dịch trong ống μ

1.d o.ρ o μ o

ω = = 84799,524 > 104 (cid:214) Re = 0,24.1029,372.0,15 0,437.10-3

9,0

−=

lg.2

1 λ

81,6 Re

7,3

⎞ ⎟ ⎠

⎡ ⎛ ⎜ ⎢ ⎝ ⎢ ⎣

⎤ ⎥ ⎥ ⎦

(cid:214) Chế độ chảy xoáy nên λ được xác định theo công thức II - 464

Với loại ống thép khonong dỉ ta chọn theo bảng I - 466, ta có độ nhám

tuyệt đối ε = 0,1 (mm)

o = 0,1/150 = 6,67.10-4

− 2

9,0

−=λ⇒

lg.2

81,6 Re

7,3

⎞ ⎟ ⎠

⎡ ⎛ ⎜ ⎢ ⎝ ⎢ ⎣

⎤ ⎥ ⎥ ⎦

⎛ ⎜ ⎜ ⎝

⎞ ⎟ ⎟ ⎠

Độ nhám tương đối : Δ = ε/d

= 0,021

96 Lê Thị Hiền – Lớp Đại học công nghệ Hóa 1-k3. Đồ án hóa công

ĐH Công nghiệp Hà Nội – Khoa CN Hóa http://www.ebook.edu.vn

ms0 = 0,021.

(cid:214) Δ P .29,626 = 36,582 (N/m2 ) 8,82 0,15

Trở lực cục bộ:

cbP

Δ∑ Pωξ .

(N/m2)

Trong đó:

ξ : Hệ số trở lực cục bộ

=> ξ = 1,1

Các trở lực cục bộ trong ống gồm:

- Trở lực do van: Coi van mở 50 % => ξ = 2,1 - Trở lực do ống chuyển hướng với góc chuyển là 90o cb0 = (2,1 + 1,1).29,626 = 94,803 (N/m2 => Δ P ) Vậy:

m0 = 36,582 + 94,803 = 131,385 (N/m2 )

Δ P

(N/m2

Áp suất toàn phần của bơm: PB = ρ1.g.H0 + P m0 = 1029,372.9,81.8,62 + 131,385 = 87177,345 ) Năng suất của bơm:

P.Q B η 1000 .

/s)

(KW)

(m3

/s)

o + η

tl + η

o : Hiếu suất thể tích ảnh hưởng đến sự hao hụt của chất lỏng. tl : Hiệu suất thủy lực tính đến ma sát và tạo dòng xoáy trong bơm. ck : Hiệu suất cơ khí tính đến ma sát cơ khí ở bơm

Q = = = 4,04.10-3 Trong đó: Q : Lưu lượng thể tích của bơm (m3 G 15000 F ρ 1029,372.3600 1.3600

η : Hiệu suất của bơm Hiệu suất chung của bơm: η = η η η η (cid:214) η : Phụ thuộc vào loại bơm và năng suất bơm

→

85,0

%96,0

9,0=

Theo bảng I - 439 chọn bơm li tâm có:

η o

chọn

97 Lê Thị Hiền – Lớp Đại học công nghệ Hóa 1-k3. Đồ án hóa công

→

%85,08,0

82,0=

ĐH Công nghiệp Hà Nội – Khoa CN Hóa http://www.ebook.edu.vn

η tl

η o

→

92,0

%96,0

94,0=

chọn

η ck

η o

=η

94,0.82,0.9,0

694,0

chọn

.87177,345

4,04.10-3 = 0,507 (Kw) N = 1000.0,694

Công suất của động cơ điện:

dc =

tr = 1

N (Kw)

dc = 0,8

η η N b tr.η η dc tr : Hiệu suất truyền động, chọn η dc : Hiệu suất động cơ điện, chọn η

dc =

dc với β = 1,5 ÷ 2

tt = β.N

(cid:214) N = 0,634 (Kw) 0,507 1.0,8

dc = 1,5.0,634 = 0,951 (Kw)

Thường động cơ có năng suất lớn hơn so với tính toán N Chọn β = 1,5 => N

98 Lê Thị Hiền – Lớp Đại học công nghệ Hóa 1-k3. Đồ án hóa công

ĐH Công nghiệp Hà Nội – Khoa CN Hóa http://www.ebook.edu.vn

KẾT LUẬN

Do đặc điểm của quá trình chưng luyện là hệ số phân bố thay đổi theo chiều cao của tháp, đồng thời quá trình truyền nhiệt diễn ra song song với quá trình chuyển khối vì vậy làm cho quá trình tính toán và thiết kế trở nên phức tạp.

Một khó khăn nữa mà khi tính toán và thiết kế hệ thống chưng luyện luôn gặp phải là không có công thức chung cho việc tính toán các hệ số động học của quá trình chưng luện hoặc công thức chưa phản ánh được đầy đủ các tác dụng động học, các hiệu ứng hóa học, hóa lý,… mà chủ yếu là công thức thực nhiệm và trong các công thức tính toán thì phần lớn phải tính theo giá trị trung bình, các thông số vật lý chủ yếu nội suy, nên rất khó khăn cho việc tính toán chính xác.

Trong phạm vi khuôn khổ của đồ án môn học, do thời gian không cho phép động thời do hạn chế về kiến thức lý thuyết cũng như trực tế sản suất và đây cũng là lần đầu tiên tiếp xúc với đồ án nên tuy đã cố gắng tìm tài liệu cũng như tra cứu các số liệu, cố gắng hoàn thành bản đồ án này nhưng vẫn không tránh khỏi những bỡ ngỡ, sai sót. Em kính mong sự giúp đỡ và chỉ bảo của các thầy cô giáo trong bộ môn.

Qua bài đồ án này em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến các thầy cô giáo trong bộ môn, đặc biệt là thầy Nguyễn Văn Hoàn đã quan tâm, giúp đỡ, chỉ bảo tận tình giúp em hoàn thành bài đồ án, giúp em hiểu rõ hơn về môn học, phương pháp thực hiện tính toán thiết kế, cách tra cứu số liệu, xử lý số liệu…

Em xin chân thành cảm ơn.

Sinh viên thực hiện

Lê Thị Hiền

99 Lê Thị Hiền – Lớp Đại học công nghệ Hóa 1-k3. Đồ án hóa công

ĐH Công nghiệp Hà Nội – Khoa CN Hóa http://www.ebook.edu.vn

TÀI LIỆU THAM KHẢO

1. Sổ tay quá trình và thiết bị công nghệ hóa chất - Tập 1 - NXB

khoa học và kỹ thuật.

2. Sổ tay quá trình và thiết bị công nghệ hóa chất - Tập 2 - NXB

khoa học và kỹ thuật.

3. Tính toán các quá trình - thiết bị công nghệ hóa chất và thực

phẩm - Tập 2 - NXB khoa học và kỹ thuật.

100 Lê Thị Hiền – Lớp Đại học công nghệ Hóa 1-k3. Đồ án hóa công

Đề tài nghiên cứu khoa học: Đồ án hóa công

Nội dung đề tài giới thiệu chung về lý thuyết chưng luyện, hỗn hợp chưng luyện và dây chuyền sản xuất, trình bày các cách tính toán thiết bị chính, tính toán cao áp và tính toán thiết bị phụ.

LỜI MỞ ĐẦU

Chương I: GIỚI THIỆU CHUNG

Hình 1.1. Sơ đồ dây chuyền công nghê chưng luyện liên tục

Chương 2: TÍNH TOÁN THIẾT BỊ CHÍNH

) b.Tính khối lượng riêng trung bình của đoạn chưng

(J/h) c. Nhiệt lượng do hỗn hợp đầu mang ra:

xq1 = 0,05D f. Lượng hơi đốt cần thiết:

W = 10000.2464,35.111,6562 = 2751,5996.106 e.Nhiệt lượng mất mát ra môi trường xung quanh

2.r g. Nhiệt lượng do nước ngưng mang ra: 2.θ

Chương 3. TÍNH TOÁN CƠ KHÍ

)2

)2

)2

TL + G b. Khối lượng nắp và đáy tháp Chiều dày của nắp : S Chiều cao gờ h = 25 (mm) Đường kính D Theo bảng X.III.11 ( Sổ tay QT&TBCNHC - T2 trang 384)

Chương 4. TÍNH TOÁN THIẾT BỊ PHỤ

2 (W/m2

1.Δt e. Tính tổng trở thành ống Σ r

KẾT LUẬN

TÀI LIỆU THAM KHẢO

Có thể bạn quan tâm

Bài giảng Phương pháp luận nghiên cứu khoa học - PGS. TS. Hồ Sỹ Tâm, TS. Trần Duy Quân

Đề tài nghiên cứu khoa học: Đánh giá chất lượng câu hỏi trắc nghiệm khách quan đã sử dụng tại trường Đại học Quảng Nam

Đề tài nghiên cứu khoa học: Phân tích cách chấm điểm đánh giá kết quả học tập Sinh viên tại trường Đại học Quảng Nam

Báo cáo tổng kết đề tài khoa học và công nghệ cấp trường: Tối ưu đường cong NURBS trong tính toán thiết kế cơ cấu cam cần lắc đáy con lăn

Báo cáo tổng kết đề tài khoa học và công nghệ cấp trường: Chính sách chi trả và sự sẵn lòng của người dân địa phương trong việc bảo vệ rừng tự nhiên

Báo cáo tổng kết đề tài khoa học và công nghệ cấp trường: Nghiên cứu, thiết kế hệ thống mô đun thực hành, thí nghiệm sử dụng PLC-S7/1200

Báo cáo tổng kết đề tài khoa học và công nghệ cấp trường: Gia công với bôi trơn làm nguội tối thiểu MQL sử dụng bột Nano SiO2 - Một ứng dụng hiệu quả trong phay cứng thép SKD 11

Báo cáo tổng kết đề tài khoa học và công nghệ cấp trường: Nghiên cứu mòn của điện cực khi xung bề mặt trụ thép 9XC với điện cực graphite

Báo cáo tổng kết đề tài khoa học và công nghệ cấp trường: Nghiên cứu, thiết kế, điều khiển hệ thống lắp ráp bu lông tự động

Báo cáo tổng kết đề tài khoa học và công nghệ cấp trường: Nghiên cứu thực nghiệm sự ảnh hưởng của hình dáng hình học của dụng cụ cắt lên sự hình thành khuyết tật trên bề mặt gia công tấm composite

Báo cáo tổng kết đề tài khoa học và công nghệ cấp trường: Điều khiển nguồn phân tán theo giá điện bậc thang

Báo cáo tổng kết đề tài khoa học và công nghệ cấp trường: Ảnh hưởng các thông số đầu vào đến quá trình mài phẳng thép không gỉ

Báo cáo tổng kết đề tài khoa học và công nghệ cấp trường: Nghiên cứu, thiết kế xe điện chở hàng trong nhà xưởng

Báo cáo tổng kết đề tài khoa học và công nghệ cấp trường: Nghiên cứu, thiết kế Mô hình hệ thống đèn thông minh

Báo cáo tổng kết đề tài khoa học và công nghệ cấp trường: Nghiên cứu và phát triển các thuật toán điều khiển nhóm cho các phương tiện bay không người lái (UAVs)

Báo cáo tổng kết đề tài khoa học và công nghệ cấp trường: Nghiên cứu các nhân tố ảnh hưởng đến năng lực cạnh tranh của ngành lúa gạo Việt Nam

Báo cáo tổng kết đề tài khoa học và công nghệ cấp trường: Hiệu quả của nanofluid MQL trong tiện cứng thép hợp kim P20 sử dụng hạt nano Al2O3

Báo cáo tổng kết đề tài khoa học và công nghệ cấp trường: Nghiên cứu tối ưu quá trình cắt dây hạt cứng thông qua kiểm soát thông số cắt bằng mô hình hóa

Báo cáo tổng kết đề tài khoa học và công nghệ cấp trường: Tối ưu hóa quá trình gia công xung điện chi tiết trụ có biên dạng định hình làm bằng thép SKD11 với dung dịch có trộn bột

Báo cáo tổng kết đề tài khoa học và công nghệ cấp trường: Xấp xỉ nghiệm của bài toán không điểm chung

Tài liêu mới

Bài tập lớn: Tính toán sức kéo xe con

Bài tập lớn: Thiết kế tuyến dây chuyền tổng lắp ô tô tải sát-xi 2,5 tấn

Bài tập lớn: Thiết kế động cơ - nén khí

Bài tập lớn: Nồi hơi - tua bin hơi tàu thủy

Đồ án tốt nghiệp: Tính toán, thiết kế mô phỏng và thi công mô hình xe điện hỗ trợ vận chuyển hàng hóa

Đồ án môn học: Thiết kế hệ thống dẫn động băng tải

Đồ án tốt nghiệp: Thi công mô hình hệ thống phanh đĩa và hệ thống lái thủy lực

Đồ án: Thiết kế hệ thống dẫn động xích tải

Đồ án: Thiết kế hệ thống thiết bị sấy phun cà phê hòa tan

Đồ án môn học: Động cơ xăng GDI

Đồ án: Thiết kế thi công điều khiển máy phay CNC

Đồ án tốt nghiệp: Nghiên cứu và thiết kế mô hình hệ thống phun xăng đánh lửa xe VinFast Fadil 2019

Đồ án môn học: Thiết kế hộp giảm tốc hai cấp

Đồ án: Thiết kế hệ thống đo lường cơ khí

Đồ án môn học: Thiết kế và điều khiển robot ba bậc tự do

AI tóm tắt

Giới thiệu tài liệu

Đối tượng sử dụng

Từ khoá chính

Nội dung tóm tắt

Giới thiệu

Về chúng tôi

Việc làm

Quảng cáo

Liên hệ

Chính sách

Thoả thuận sử dụng

Chính sách bảo mật

Chính sách hoàn tiền

DMCA

Hỗ trợ

Hướng dẫn sử dụng

Đăng ký tài khoản VIP

093 303 0098

support@tailieu.vn

Phương thức thanh toán

Theo dõi chúng tôi