bai in nhom 3

MỤC LỤC

MỤC LỤC................................................................................................................... i

DANH MỤC BANG.................................................................................................iii

DANH MỤC HINH...................................................................................................iv

LƠI MƠ ĐÂU.............................................................................................................v

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ QUÁ TRINH CHƯNG CẤT..................................1

1.1 Ly thuyêt vê chưng cât.................................................................................1

1.1.1 Khái niệm..............................................................................................1

1.1.2 Phương pháp chưng cât.........................................................................1

1.1.3 Thiêt bị chưng cât.................................................................................2

1.2 Giơi thiệu vê nguyên liệu.............................................................................3

1.2.1 Benzen & Toluen..................................................................................3

1.2.2 Các phương thức điêu chê....................................................................4

1.2.3 Hỗn hợp benzen – toluen :....................................................................5

1.2.4 Sơ đồ quy trình công nghệ....................................................................5

1.2.5 Thuyêt minh quy trình:.........................................................................6

CHƯƠNG 2 CÂN BẰNG VẬT CHẤT.....................................................................8

2.1 Các thông sô ban đâu...................................................................................8

2.2 Xác định suât lượng san phâm đinh va san phâm đáy.................................8

2.3 Xác định ti sô hoan lưu thich hợp..............................................................10

2.3.1 Ti sô hoan lưu tôi thiểu.......................................................................10

CHƯƠNG 3 TÍNH TOÁN – THIẾT KẾ THÁP CHƯNG CẤT..............................15

3.1 Đương kinh tháp (Dt).................................................................................15

3.1.1 Đương kinh đoạn cât :.........................................................................15

3.1.2 Đương kinh đoạn chưng.....................................................................17

3.2 Chiêu cao tháp chưng cât...........................................................................20

i

3.3 Mâm lỗ – trơ lưc cua mâm.........................................................................20

3.2.1 Câu tạo mâm lỗ...................................................................................20

3.2.2 Độ giam áp cua pha khi qua một mâm...............................................21

3.2.3 Độ giam áp qua mâm khô...................................................................21

3.2.4 Độ giam áp do chiêu cao mức chât lỏng trên mâm............................22

3.2.5 Độ giam áp do sức căng bê mặt..........................................................23

3.4 Kiểm tra ngập lụt khi tháp hoạt động :.......................................................25

3.5 Kich thươc ông chay chuyên:.....................................................................26

3.6 Tinh toán cơ khi cua tháp...........................................................................27

3.4.1 Bê day thân tháp.................................................................................27

3.4.2 Đáy va nắp thiêt bị..............................................................................29

3.4.2.1 Bich ghép thân, đáy va nắp.................................................................29

3.4.2.2 Đương kinh các ông dẫn – Bich ghép các ông dẫn :..........................30

Tai treo va chân đỡ:...........................................................................................35

CHƯƠNG 4 TÍNH TOÁN THIẾT BI TRUYỀN NHIÊT – THIẾT BI PHỤ..........38

4.1 Cân bằng năng lượng cho hệ thông............................................................38

4.2 Tinh toán thiêt bị phụ:................................................................................39

4.2.1 Thiêt bị ngưng tụ san phâm đinh:.......................................................39

4.2.2 Thiêt bị lam nguội san phâm đinh......................................................44

4.2.3 Nồi đun gia nhiệt san phâm đáy..........................................................49

4.2.4 Thiêt bị đun sôi dong nhập liệu..........................................................53

4.2.5 Bồn cao vị...........................................................................................58

4.2.6 Bơm.....................................................................................................62

KẾT LUẬN...............................................................................................................67

TÀI LIÊU THAM KHAO........................................................................................68

ii

DANH MỤC BANG

Bang 2.1. Thanh phân cân bằng lỏng (x), hơi (y) tinh theo % mol va nhiệt độ sôi .. .9

Bang 2.2. Thanh phân Benzen – Toluen trong hỗn hợp.............................................9

Bang 2.3. Quan hệ ti sô hồi lưu thich hợp vơi Ni......................................................10

Bang 2.4. Độ nhơt cua hỗn hợp................................................................................12

Bang 3.1 Kich thươc cua bich ghép thân, đáy nắp....................................................30

Bang 3.2 Các thông sô cua bich ghép ông dẫn nhập liệu.........................................31

Bang 3.3. Các thông sô cua bich ghép ông dẫn hơi ơ đinh tháp:..............................32

Bang 3.4. Các thông sô cua bich ghép ông dẫn hoan lưu:........................................33

Bang 3.5. Các thông sô cua bich ghép ông dẫn hơi vao đáy tháp:...........................34

Bang 3.6. Các thông sô cua bich ghép ông dẫn chât lỏng ơ đáy tháp:......................34

Bang 3.7. Các thông sô cua bich ghép ông dẫn san phâm đáy.................................35

Bang 3.7. Các kich thươc cua chân đỡ: (tinh bằng mm)...........................................36

Bang 3.8. Các kich thươc cua tai treo: (tinh bằng mm)............................................37

iii

DANH MỤC HINH

Hình 2.1 Đồ thị xác định sô mâm ly thuyêt..............................................................11

Hình 2.2 đồ thị biểu diên quan hệ giưa R va N(R+1)...............................................11

iv

LƠI MƠ ĐÂU

Một trong nhưng nganh co sư đong gop to lơn đên nên công nghiệp nươc ta

noi riêng va thê giơi noi chung, đo la nganh Công nghệ Hoa hoc.

Hiện nay, trong nhiêu nganh san xuât hoa chât cung như sư dụng san phâm

hoa hoc, nhu câu sư dụng nguyên liệu hoặc san phâm co độ tinh khiêt cao phai phu

hợp vơi quy trình san xuât hoặc nhu câu sư dụng.

Ngay nay, các phương pháp được sư dụng để nâng cao độ tinh khiêt như trich

ly, chưng cât, cô đặc, hâp thu,... Tuy theo đặc tinh yêu câu cua san phâm ma ta co

sư lưa chon phương pháp thich hợp. Đôi vơi hệ benzen – toluen la hai câu tư hoa

tan vao nhau va co nhiệt độ sôi khác xa nhau nên ta chon phương pháp chưng cât

tách các câu tư trong hỗn hợp va thu được benzen co độ tinh khiêt cao.

Đồ án môn hoc Quá trình va Thiêt bị la môn hoc mang tinhd tông hợp trong

quá trình hoc tập cua các ky sư hoa trong tương lai. Môn hoc giup sinh viên giai

quyêt nhiệm vụ tinh toán cụ thể vê yêu câu công nghệ, kêt câu, điêu kiện vận hanh,

giá thanh cua một thiêt bị trong san xuât hoa chât thưc phâm. Đây la bươc đâu tiên

để sinh viên vận dụng nhưng kiên thức đa hoc cua nhiêu môn vao giai quyêt nhung

vân đê ky thuật trong thưc tê một cách tông quát.

Nhiệm vụ cua môn hoc nay la thiêt kê tháp chưng cât hệ benzen - toluen hoạt

động liên tục vơi năng suât nhập liệu la 2500 kg/h co nồng độ 25% mol benzen, thu

được san phâm đinh co nồng độ 95% mol benzen va san phâm đáy co nồng độ la

5% mol benzen.

Em chân thanh cam ơn các quy thây cô bộ môn Công nghệ Hoa hoc va bộ

môn Công Nghệ Thưc phâm, các bạn sinh viên đa giup em hoan thanh đồ án nay.

Tuy nhiên, trong quá trình hoan thanh đồ án không thể tránh nhưng sai sot, em rât

mong quy thây cô va các bạn gop y, chi dẫn.

v

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ QUÁ TRINH CHƯNG CẤT

1.1 Ly thuyêt vê chưng cât

1.1.1 Khái niệm

Chưng cât la quá trình dung để tách các câu tư cua hỗn hợp lỏng cung như hỗn

hợp khi lỏng thanh các câu tư riêng biệt dưa vao độ bay hơi khác nhau cua các câu

tư trong hỗn hợp (nghĩa la khi ơ cung nhiệt độ, áp suât hơi bao hoa cua các câu tư

khác nhau).

Thay vì đưa vao trong hỗn hợp một pha mơi để tạo nên sư tiêp xuc giưa hai

pha như trong quá trình hâp thu hoặc nha khi, trong quá trình chưng cât pha mơi

được tạo nên bằng sư bôc hơi hoặc ngưng tụ.

Chưng cât va cô đặc khá giông nhau, tuy nhiên sư khác nhau căn ban nhât

cua 2 quá trình nay la trong quá trình chưng cât dung môi va chât tan đêu bay hơi

(nghĩa la các câu tư đêu hiện diện trong ca hai pha nhưng vơi tỷ lệ khác nhau), con

trong quá trình cô đặc thì chi co dung môi bay hơi con chât tan không bay hơi.

Khi chưng cât ta thu được nhiêu câu tư va thương thì bao nhiêu câu tư sẽ

thu được bây nhiêu san phâm. Nêu xét hệ đơn gian chi co 2 câu tư thì ta sẽ thu được

2 san phâm:

San phâm đinh chu yêu gồm câu tư co độ bay hơi lơn (nhiệt độ sôi nhỏ)

San phâm đay chu yêu gồm câu tư co độ bay hơi nhỏ (nhiệt độ sôi lơn)

Đôi vơi hệ Benzen – Toluen

San phâm đinh chu yêu gồm benzen va một it toluen.

San phâm đáy chu yêu la toluen va một it benzen.

1.1.2 Phương pháp chưng cât

Các phương pháp chưng cât được phân loại theo :

Áp suât lam việc

Áp suât thâp

Áp suât thương

Áp suât cao

Đô an Qua trinh va Thiêt bi hoa chât 1

Chương 1 Tông quan vê qua trinh chưng cât

Nguyên tắc lam việc: dưa vao nhiệt độ sôi cua các câu tư, nêu nhiệt độ

sôi cua các câu tư quá cao thì ta giam áp suât lam việc để giam nhiệt độ sôi cua các

câu tư.

Nguyên li lam việc:

Chưng một bậc

Chưng lôi cuôn theo hơi nươc

Chưng cât

Câp nhiệt ơ đáy tháp:

Câp nhiệt trưc tiêp

Câp nhiệt gián tiêp

Vậy: Đôi vơi hệ Benzen – Toluen, ta chon phương pháp chưng cât liên tục

ơ áp suât thương.

1.1.3 Thiêt bị chưng cât

Trong san xuât, ngươi ta thương dung nhiêu loại thiêt bị khác nhau để tiên

hanh chưng cât. Tuy nhiên, yêu câu cơ ban chung cua các thiêt bị vẫn giông nhau

nghĩa la diện tich tiêp xuc pha phai lơn. Điêu nay phụ thuộc vao mức độ phân tán

cua một lưu chât nay vao lưu chât kia. Nêu pha khi phân tán vao pha lỏng ta co các

loại tháp mâm, nêu pha lỏng phân tán vao pha khi ta co tháp chêm, tháp phun,… Ơ

đây ta khao sát 2 loại thương dung la tháp mâm va tháp chêm.

1. Tháp mâm: thân tháp hình trụ, thẳng đứng phia trong co gắn các mâm

co câu tạo khác nhau, trên đo pha lỏng va pha hơi đượ cho tiêp xuc vơi nhau. Tuỳ

theo câu tạo cua đĩa, ta co:

2. Tháp mâm chop: trên mâm bô tri co chop dạng tron, xupap,…

3. Tháp mâm xuyên lỗ: trên mâm co nhiêu lỗ hay ranh.

4. Tháp chêm (tháp đệm): tháp hình trụ, gồm nhiêu bậc nôi vơi nhau

bằng mặt bich hay han. Vật chêm được cho vao tháp theo một trong hai phương

pháp sau : xêp ngẫu nhiên hay xêp thứ tư.

Đô an Qua trinh va Thiêt bi hoa chât2


Tháp chêm Tháp mâm xuyên lỗ Tháp chóp

Ưu

điểm

- Câu tạo khá đơn gian.

- Trơ lưc thâp.

- Lam việc được vơi chât lỏng

bân nêu dung đệm câu co

cua chât lỏng.

- Trơ lưc tương đôi

thâp.

- Hiệu suât khá cao.

- Khá ôn

định.

- Hiệu suât

cao.

Nhược

điểm

- Do co hiệu ứng thanh hiệu

suât truyên khôi thâp.

- Độ ôn định không cao, kho

vận hanh.

- Do co hiệu ứng thanh khi

tăng năng suât thì hiệu ứng

thanh tăng kho tăng năng

suât.

- Thiêt bị khá nặng nê.

- Không lam việc được

vơi chât lỏng bân.

- Kêt câu khá phức tạp.

- Co trơ lưc

lơn.

- Tiêu tôn

nhiêu vật tư,

kêt câu phức

tạp.

Bảng 1.1 so sánh ưu nhược điểm của các loại tháp

Vậy qua phân tich trên ta sư dụng tháp mâm chop để chưng cât hệ Benzen –

Toluen.

1.2 Giơi thiệu vê nguyên liệu

1.2.1 Benzen & Toluen

Benzen la một hợp chât mạch vong, ơ dạng lỏng không mau va co mui thơm

nhẹ.Công thức phận tư la C6H6. Benzen không phân cưc, vì vậy tan tôt trong các

dung môi hưu cơ không phân cưc va tan rât it trong nươc. Trươc đây ngươi ta

thương sư dụng benzen lam dung môi. Tuy nhiên sau đo ngươi ta phát hiện ra rằng

nồng độ benzen trong không khi chi cân thâp khoang 1ppm cung co kha năng gây ra

bệnh bạch câu, nên ngay nay benzen được sư dụng hạn chê hơn

Các tinh chât vật li cua benzen:

Khôi lượng phân tư: 78,11

Ti trong (20oC): 0,879



Nhiệt độ sôi: 80°C

Nhiệt độ nong chay: 5,5°C

Toluen la một hợp chât mạch vong, ơ dạng lỏng va co tinh thơm, công thức

phân tư tương tư như benzen co gắn thêm nhom –CH3. Không phân cưc, do đo

toluen tan tôt trong benzen.Toluen co tinh chât dung môi tương tư benzen nhưng

độc tinh thâp hơn nhiêu, nên ngay nay thương được sư dụng thay benzen lam dung

môi trong phong thi nghiệm va trong công nghiệp.

Các tinh chât vật li cua toluen:

o Khôi lượng phân tư : 92,13

o Ti trong (20oC) : 0,866

o Nhiệt độ sôi : 111oC

o Nhiệt độ nong chay : -95 oC

1.2.2 Các phương thức điêu chê

Đi từ nguồn thiên nhiên

Thông thương các hydrocacbon it được điêu chê trong phong thi nghiệm, vì

co thể thu được lượng lơn no bằng phương pháp chưng cât than đá, dâu mỏ…

Đong vong va dehydro hoa ankan

Các ankan co thể tham gia đong vong va dehydro hoa tạo thanh hydro

cacbon thơm ơ nhiệt độ cao va co mặt xuc tác như Cr2O3, hay các lim loại chuyển

tiêp như Pd, Pt

CH3(CH2)4CH3 C6H6

Dehydro hoa các cycloankan

Các cycloankan co thể bị dehydro hoa ơ nhiệt độ cao vơi sư co mặt cua

các xuc tác kim loại chuyển tiêp tạo thanh benzen hay các dẫn xuât cua benzen

C6H12 C6H6

Đi từ acetylen

Đun acetane trong sư co mặt cau cua xuc tác la than hoạt tinh hay phức cua

niken như Ni(CO)[(C6H5)P] sẽ thu được benzen

3C2H2 C6H6



Từ benzen ta co thể điêu chê được các dẫn xuât cua benzen như toluen

bằng phan ứng Friedel - Crafts (phan ứng ankyl hoa benzen bằng các dẫn xuât ankyl

halide vơi sư co mặt cau xuc tác AlCl3 khan)

C6H6 + CH3- Cl C6H5-CH3

1.2.3 Hỗn hợp benzen – toluen :

Ta co bang thanh phân lỏng (x) – hơi (y) va nhiệt độ sôi cua hỗn hợp Benzen

– Toluen ơ 760 mmHg.[4]

1.2.4 Sơ đồ quy trình công nghệ

Ki hiệu trong quy trình:

1. Bồn chứa nguyên liệu.

2. Bơm.

3. Bồn cao vị.

4. Thiêt bị đun sôi dong nhập liệu.

5. Lưu lượng kê.

6. Nhiệt kê.

7. Tháp chưng cât.

8. Thiêt bị ngưng tụ san phâm đinh.

9. Áp kê.

10. Thiêt bị đun sôi đáy tháp.

11. Bồn chứa san phâm đáy.

12. Thiêt bị lam nguội san phâm đinh.

13. Bồn chứa san phâm đinh.


x (% phân mol)

0 5 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100

y (% phân mol)

0 11,8 21,4 38 51,1 61,9 71,2 79 85,4 91 95,9 100

t (oC) 110,6 108,3 106,1 102,2 98,6 95,2 92,1 89,4 86,8 84,4 82,3 80,2


1.2.5 Thuyêt minh quy trình:

Hỗn hợp Benzen – Toluen co nồng độ Benzen la 25% mol, nhiệt độ nguyên

liệu luc đâu la 30oC tại bình chứa nguyên liệu (1), được bơm (2) bơm lên bồn cao vị

(3). Dong nhập liệu được gia nhiệt tơi nhiệt độ sôi trong thiêt bị truyên nhiệt ông

lồng ông. Sau đo hỗn hợp được đưa vao tháp chưng cât (7) ơ đĩa nhập liệu va bắt

đâu quá trình chưng cât. Lưu lượng dong nhập liệu được kiểm soát qua lưu lượng

kê (5).

Trên đĩa nhập liệu, chât lỏng được trộn vơi phân lỏng từ đoạn luyện cua tháp

chay xuông. Trong tháp, hơi đi dươi lên gặp lỏng đi từ trên xuông. Ơ đây co sư tiêp

xuc va trao đôi giưa hai pha vơi nhau. Pha lỏng chuyển động trong phân chưng cang

xuông phia dươi cang giam nồng độ các câu tư dê bay hơi vì đa bị pha hơi tạo nên

từ nồi đun (10) lôi cuôn câu tư dê bay hơi. Nhiệt độ cang lên trên cang thâp, nên khi

hơi đi qua các đĩa từ dươi lên thì câu tư co nhiệt độ sôi cao la toluen sẽ ngưng tụ lại,

cuôi cung trên đinh tháp ta thu được hỗn hợp co câu tư benzen chiêm nhiêu nhât

(nồng độ 95% mol). Hơi nay đi vao thiêt bị ngưng tụ (8) được ngưng tụ hoan toan.

Một phân chât lỏng ngưng tụ đi qua thiêt bị lam nguội san phâm đinh (12), được

lam nguội bằng thiêt bị trao đôi nhiệt ông lồng ông (12) rồi được đưa qua bồn chứa

san phâm đinh (14). Phân con lại cua chât lỏng ngưng tụ được hoan lưu vê tháp ơ

đĩa trên cung vơi ti sô hoan lưu thich hợp va được kiểm soát bằng lưu lượng kê.

Cuôi cung ơ đáy tháp ta thu được hỗn hợp lỏng hâu hêt la câu tư kho bay hơi

(Toluen). Hỗn hợp lỏng ơ đáy co nồng độ Benzen la 5% mol, con lại la Toluen.

Dung dịch lỏng ơ đáy đi ra khỏi tháp vao nồi đun (10). Trong nồi đun dung dịch

lỏng một phân sẽ bôc hơi cung câp lại cho tháp để tiêp tục lam việc, phân con lại ra

khỏi nồi đun được cho vao bồn chứa san phâm đáy (11).

Hệ thông lam việc liên tục cho ra san phâm đinh la benzen, san phâm đáy la

toluen


Chương 1 Tông quan vê qua trinh chưng cât CBHD: Vu Trương Sơn

Đô an qua trinh thiêt bi _ Nhom 3 7

CHƯƠNG 2 CÂN BẰNG VẬT CHẤT

2.1 Các thông sô ban đâu

Năng suât theo nhập liệu : 2500 kg/giơ

Nồng độ câu tư dê bay hơi trong nhập liệu : 25% mol benzen

Nồng độ câu tư dê bay hơi trong san phâm đinh: 95% mol benzen

Nồng độ câu tư dê bay hơi trong san phâm đáy : 5% mol benzen

Nguyên liệu vao hệ thông ơ nhiệt độ sôi

Quá trình lam việc trong thiêt bị ơ áp suât thương.

Loại thiêt bị sư dụng la tháp mâm xuyên lỗ co ông chay chuyên

Khôi lượng phân tư cua benzen va toluene : MB = 78, MT = 92 .

Chon

+ Nhiệt độ nhập liệu: tF = 30oC .

+ Nhiệt độ san phâm đinh sau khi lam nguội: tD = 35oC .

+ Nhiệt độ san phâm đáy sau khi trao đôi nhiệt: tW = 35oC .

Các ky hiệu:

GF, GD, GW: Lượng nguyên liệu đâu, san phâm đinh, san phâm đáy.

aF, aD, aW: Phân khôi lượng cua Benzen ơ hỗn hợp đâu, đinh va đáy.

xF, xD, xW: Phân mol cua Benzen trong pha lỏng ơ hỗn hợp đâu, đinh va đáy.

yF, yD, yW: Phân mol cua Benzen trong pha hơi ơ hỗn hợp đâu, đinh va đáy.

2.2 Xác định suât lượng sản phâm đinh va sản phâm đáy

Vì đê bai cho theo % mol nên phai đôi sang % khôi lượng để tinh lượng san

phâm đinh va san phâm đáy.

Ta co a = TB

B

MxMx

Mx

).1(.

.

aF = TFBF

BF

MxMx

Mx

).1(.

.

= 9225,0125,0

7825,0

= 0,22

aD = TDBD

BD

MxMx

Mx

).1(.

.

= 92).95,01(78.95,0

78.95,0

= 0,94


Chương 2 Cân băng vât chât CBHD: Vu Trương Sơn

aW = TWBW

BW

MxMx

Mx

).1(.

.

= 92).05,01(78.05,0

78.05,0

= 0,04

Phương trình cân bằng vật chât cho toan tháp

GF = GD + GW (1) [5] trang 144

Phương trình cân bằng vật chât đôi vơi câu tư dê bay hơi (Benzen)

GF .aF = GD .aD + GW .aW (2) [5] trang 144

Giai hệ phương trình (1) va (2) ta được:

Lượng dong san phâm đinh:

GD = 500 kg/h

Lượng dong san phâm đáy:

GW = 2000 kg/h

Bảng 2.1. Thanh phân cân bằng lỏng (x), hơi (y) tính theo % mol va nhiệt độ

sôi của hỗn hợp 2 câu tử Benzen – Toluen ở 760 mmHg.

x 0 0,05 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1

y 0 0,118 0,214 0,38 0,511 0,619 0,712 0,79 0,854 0,91 0,959 1

t 110,6 108,3 106,1 102,2 98,6 95,2 92,1 89,4 86,8 84,4 82,3 80,2

Dưa vao bang nay ta vẽ được đương cân bằng ycb= f(x) va xác định được phân

mol (y) va nhiệt độ sôi tương ứng.

Bảng 2.2. Thanh phân Benzen – Toluen trong hỗn hợp

Nhiệt độ sôi (°C) Thanh phân cua Benzen trong hỗn hợp

% Khôi lượng Phân mol x Phân mol y

tF = 100,4

tD = 81,25

tW =108,3

aF = 0,22

aD = 0,94

aW = 0,04

xF = 0,25

xD = 0,95

xW = 0,05

yF = 0,446

yD = 0,98

yW = 0,118



2.3 Xác định ti sô hoan lưu thích hợp

2.3.1 Ti sô hoan lưu tôi thiểu

2.3.1.1. Xac đinh sô mâm ly thuyêt

Tỉ sô hôi lưu tôi thiểu

Rmin = FF

FD

xy

yx

*

*

= 25,0446,0

446,095,0

= 2,57 [5] trang 158

Trong đo: yF* la nồng độ cân bằng ứng vơi xF

Tỉ sô hôi lưu lam việc

Thương được xác định qua ti sô hồi lưu tôi thiểu

R = b. Rmin Trong đo: hệ sô dư b = 1,2 2,5

Vơi các giá trị Ri > Rmin ta tìm được các giá trị tung độ Bi tương ứng

Bi = 1i

D

R

x

Vẽ các đương lam việc cua đoạn luyện ứng vơi các giá trị Bi đo. Từ đo qua đồ

thị ta tìm được các giá trị Ni tương ứng. Từ các giá trị Ni tìm được ta thanh lập các

giá trị tương ứng Ni(Ri + 1)

Bảng 2.3. Quan hệ ti sô hồi lưu thích hợp vơi Ni

B 1,2 1,4 1,6 1,8 2,0 2,2 2,4 2,5

Ri 3,08 3,6 4,11 4,63 5,14 5,65 6,17 6,43

Bi 0,233 0,207 0,186 0,169 0,155 0,143 0,132 0,128

Ni 14 12 10,5 10 9,2 9 8,7 8,5

Ni(Ri+ 1) 54,63 47,40 46,88 48,82 53,61 58,65 61,10 62,81

Thiêt lập quan hệ phụ thuộc giưa Ri va Ni(Ri+ 1)trên đồ thị. Điểm cưc tiểu cua

đương cong vẽ được cho ta giá trị thể tich thiêt bị bé nhât va ứng vơi điểm đo ta xác

định được ti sô hồi lưu thich hợp Rlt

Từ đồ thị bên dươi ta xác định được:

Rlt = 4,11 ; Blt = 0,186



Từ đo suy ra Nlt = 10,5 mâm

Đồ thị xác định sô mâm ly thuyêt

0

0.2

0.4

0.6

0.8

1

1.2

0 0.2 0.4 0.6 0.8 1

đương cân bằng

đương 45 độ

phân chưng

phân luyện

Hình 2.1 Đồ thị xác định sô mâm ly thuyêt

Hình 2.2 đồ thị biểu diên quan hệ giưa R va N(R+1)


Đồ thị biểu diên quan hệ giưa R va N(R+1)

52

54

56

58

60

62

64

3.0 3.5 4.0 4.5 5.0 5.5 6.0 6.5


2.3.1.2. Xac đinh sô mâm thưc tê

Từ sô liệu ơ [4] trang 92 va thưc hiện phép nội suy ta xác định được độ nhơt

cua Benzen va Toluen ơ nhiệt độ va nồng độ tương ứng.

Bang 2.4. Độ nhơt cua hỗn hợp

Độ nhơt (cP) Đinh tháp Giưa tháp Đáy tháp

B 0,313 0,263 0,244

T 0,316 0,273 0,255

Độ nhơt hỗn hợp được tinh theo công thức:

lg hh = x1. 1 + x2. 2 [4] trang 84

Trong đo:

x1, x2: nồng độ mol cua Benzen va Toluen

1 , 2 : độ nhơt động lưc cua Benzen va Toluen

Độ nhơt san phâm đinh:

lg D = xD. D1 + x2. D2

= 0,95.lg0,313 + (1 – 0,95).lg0,316 = -0,5042

D = 10(-0,5042) = 0,313 CP

Độ nhơt nguyên liệu đâu:

lg F = xF. F1 + x2. F2

= 0,25.lg0,263 + (1 – 0,25).lg0,273 = -0,568

F = 10(-0,568) = 0,27 CP

Độ nhơt san phâm đáy:

lg W = xW. W1 + x2. W2

= 0,05.lg0,244 + (1 – 0,05).lg0,255 = -0,5944

W = 10(-0,5944) = 0,2544 CP

Độ bay hơi tương đôi được tinh theo công thức:

= y

y

1 .x

x1

Trong đo, x,y: nồng độ câu tư dê bay hơi trong pha lỏng va hơi



Độ bay hơi tương đôi cua san phâm đinh:

D = D

D

y

y

1.

D

D

x

x1 = 98,01

98,0

. 95,0

95,01 = 2,579

Độ bay hơi tương đôi cua nguyên liệu đâu:

F = F

F

y

y

1.

F

F

x

x1 = 446,01

446,0

. 25,0

25,01 = 2,415

Độ bay hơi tương đôi cua san phâm đáy:

W = W

W

y

y

1.

W

W

x

x1 = 118,01

118,0

. 05,0

05,01 = 2,542

Sô mâm thưc tê được tinh theo công thức:

Nt = tb

ltN

[5] trang 170

Trong đo: Nlt : sô mâm ly thuyêt

tb : hiệu suât trung bình cua thiêt bị

tb = n

n ...21

Vơi 1 , 2 , n : hiệu suât cua các bậc thay đôi nồng độ

n: sô mâm tinh hiệu suât

Hiệu suât trung bình la ham sô cua độ bay hơi tương đôi cua hỗn hợp va độ nhơt cua hỗn hợp lỏng tb = f( . )

Ta co: D . D = 2,579. 0,313 = 0,807

F . F = 2,415. 0,27 = 0,652

W . W = 2,542. 0,2544 = 0,646

Khi biêt được tich sô ( . ) tra (II – 171) ta xác định được hiệu suât tương

ứng

D = 51,895 % F = 54,42 % W =54,31%

tb = 53,542%

Nt = tb

ltN

= 53542,0

5,10 = 19,6 mâm

Chon Nt = 20 mâm



Sô mâm đoạn chưng: 8 mâm

Sô mâm đoạn cât: 11 mâm

Sô mâm nhập liệu: 1 mâm


CHƯƠNG 3 TÍNH TOÁN – THIẾT KẾ THÁP CHƯNG CẤT

3.1 Đương kính tháp (Dt)

tbyy

tbg

)ω.(0188,0

ω.3600.π

4VD

tb

tbt

(m)

Vtb : lượng hơi trung bình đi trong tháp (m3/h).

tb : tôc độ hơi trung bình đi trong tháp (m/s).

gtb : lượng hơi trung bình đi trong tháp (kg/h).

Lượng hơi trung bình đi trong đoạn chưng va đoạn cât khác nhau. Do đo,

đương kinh đoạn chưng va đoạn cât cung khác nhau .

3.1.1 Đương kinh đoạn cât :

3.1.1.1 Lượng hơi trung binh đi trong thap :

21gg

g dtb

(kg/h)

gd : lượng hơi ra khỏi đĩa trên cung cua tháp (kg/h).

g1 : lượng hơi đi vao đĩa dươi cung cua đoạn cât (kg/h).

Xác định gd : gd = D.(R+1) = 500.(4,11+1) = 2555 (kg/h)

Xác định g1 : Từ hệ phương trình :

dd

D

rgrg

xDxGyg

DGg

..

...

11

1111

11

(III.1)

Vơi G1 : lượng lỏng ơ đĩa thứ nhât cua đoạn cât .

r1 : ân nhiệt hoá hơi cua hỗn hợp hơi đi vao đĩa thứ nhât cua đoạn cât

rd : ân nhiệt hoá hơi cua hỗn hợp hơi đi ra ơ đinh tháp .

* Tinh r1 : t1 = tF = 100,4oC , tra tai liệu tham khao [4] ta co :

Ẩn nhiệt hoá hơi cua benzen: rB1 = 378,57 (kJ/kg) .

Ẩn nhiệt hoá hơi cua toluen: rT1 = 368,19 (kJ/kg) .

Suy ra : r1 = rB1.y1 + (1-y1).rT1 = 368,19 + 10,38.y1 (kJ/kg)

* Tinh rd : tD = 81,25oC , tra tai liệu tham khao [4] ta co :


Chương 3 Tinh toan - thiêt kê thap chưng cât CBHD: Vu Trương Sơn

Ẩn nhiệt hoá hơi cua benzen : rBd = 392,64 (kJ/kg) .

Ẩn nhiệt hoá hơi cua toluen : rTd = 377,86 (kJ/kg) .

Suy ra : rd = rBd.yD + (1-yD).rTd =392,64.0,976 + (1- 0,976).377,86

= 392,29 (kJ/kg)

* x1 = xF = 0,22 (theo phân khôi lượng)

Giai hệ (III.1) , ta được :

G1 = 2195,98 (kg/h)

y1 = 0,35 (phân khôi lượng)

g1 = 2695,98 (kg/h)

Vậy : gtb = 49,26252

98,26952555

(kg/h)

3.1.1.2 Tôc độ hơi trung binh đi trong thap

Tôc độ giơi hạn cua hơi đi trong tháp vơi mâm xuyên lỗ co ông chay chuyên:

ytb

xtbgh

.05,0

Vơi : xtb : khôi lượng riêng trung bình cua pha lỏng (kg/m3) .

ytb : khôi lượng riêng trung bình cua pha hơi (kg/m3) .

Xác định ytb :

273.4,22

273.92.178.

tb

tbtbytb t

yy

Vơi: + Nồng độ phân mol trung bình : ytb =2

1 Dyy =

2

98,039,0 = 0,685

+ Nhiệt độ trung bình đoạn cât : ttb =2

DF tt =

2

25,814,100 = 90,825oC

Suy ra : ytb = 2,76 (kg/m3).

Xác định xtb :

Nồng độ phân mol trung bình : xtb =2

DF xx =

2

95,025,0 = 0,6

Suy ra : 92).1(.78

.78

tbtb

tbtb xx

xx

= 0,56% .



ttb = 90,825oC, [4] trang 9, ta co :

xtb = 800,48 (kg/m3)

Suy ra : 76,2

48,800.05,0gh = 0,85 (m/s)

Để tránh tạo bot ta chon tôc độ hơi trung bình đi trong tháp :

85,0.8,0.8,0 ghh = 0,68 (m/s)

Xác định : hệ sô tinh đên sức căng bê mặt

Ta co:

cmdynmNhhTBhh

/07,10/10.07,10111 3

Vơi: B = 19,95.10-3 N/m, T = 20,36.10-3 N/m (sô liệu tra từ bang I.242

trang 300 tai liệu tham khao [4])

Ta thây hh < 20 theo [5] – tr184 chon = 0,8

smkghw ytbxtbtbyy ./34,176,2.48,800.3,0.8,0.065,0..065,0. 2

Vậy đương kinh đoạn cât :

Dcât = 34,1

38,2624.0188,0 = 0,83 (m).

3.1.2 Đương kinh đoạn chưng

3.1.2.1 Lượng hơi trung binh đi trong thap

21

,,, gg

gn

tb

(kg/h)

g’n : lượng hơi ra khỏi đoạn chưng (kg/h).

g’1 : lượng hơi đi vao đoạn chưng (kg/h).

Xác định g’n : g’n = g1 = 2693,76 (kg/h)

Xác định g’1 : Từ hệ phương trình :

1111

1'

11'

1'

1'

.'.''.'

..'.

rgrgrg

xWygxG

WgG

nn

WW (III.2)



Vơi G’1 : lượng lỏng ơ đĩa thứ nhât cua đoạn chưng .

r’1 : ân nhiệt hoá hơi cua hỗn hợp hơi đi vao đĩa thứ nhât cua đoạn chưng.

* Tinh r’1 : _

wx = 0,04 tra đồ thị cân bằng cua hệ ta co : wy

_

= 0,018

t’1 = tW = 108,3oC , tra tai liệu tham khao [4], ta co :

Ẩn nhiệt hoá hơi cua Benzen : r’B1 = 372,04 (kJ/kg) .

Ẩn nhiệt hoá hơi cua Toluen : r’T1 = 363,31 (kJ/kg) .

Suy ra : r’1 = r’B1. wy_

+ (1-wy

_

).r’T1 = 364,2 (kJ/kg)

* Tinh r1: theo kêt qua trên ta co

r1 = 368,19 + 10,38.y1 = 368,19 + 10,38.0,35 = 371,823 (kJ/kg)

* W = 2000 (kg/h)

Giai hệ (III.2) , ta được : x’1 =0,15 (phân khôi lượng)

G’1 = 4752,4 (kg/h)

g’1 = 2752,4 (kg/h)

Vậy : g’tb = 19,27242

4,275298,2695

2

'1

'

gg n (kg/h)

3.1.2.2 Tôc độ hơi trung binh đi trong thap

Tôc độ giơi hạn cua hơi đi trong tháp vơi mâm xuyên lỗ co ông chay chuyên:

ytb

xtbgh '

'.05,0'

Vơi : 'xtb : khôi lượng riêng trung bình cua pha lỏng (kg/m3) .

'ytb : khôi lượng riêng trung bình cua pha hơi (kg/m3) .

Xác định ’ytb :

273'.4,22

273.92.'178.''

tb

tbtbytb t

yy

Vơi: + Nồng độ phân mol trung bình :

y’tb =2

1 Wyy =

2

118,039,0 = 0,254

+ Nhiệt độ trung bình đoạn chưng : t’tb=2

WF tt =

2

3,1084.100 =104,35oC



Suy ra : ’ytb = 2,86 (kg/m3).

Xác định ’xtb :

Nồng độ phân mol trung bình : x’tb =2

WF xx =

2

05,025,0 = 0,15

Suy ra : 92).'1('78

'.78'

tbtb

tbtb xx

xx

=0,13

t’tb = 104,35oC , tra tai liệu tham khao [4] trang 9, ta co :

Khôi lượng riêng cua benzen: ’B = 787,78 (kg/m3)

Khôi lượng riêng cua toluen: ’T = 783,22 (kg/m3)

Suy ra : ’xtb = 1

'

'1

'

'

T

tb

B

tb xx

= 783,81 (kg/m3)

Suy ra : 86,2

81,783.05,0' gh = 0,828 (m/s)

Để tránh tạo bot ta chon tôc độ hơi trung bình đi trong tháp :

828,0.8,0'.8,0' ghh = 0,662 (m/s)

Xác định : hệ sô tinh đên sức căng bê mặt

Ta co:

cmdynmNhhTBhh

/3,9/10.3,9111 3

Vơi: B =18,278.10-3 N/m, T = 18,94.10-3 N/m (sô liệu tra từ bang I.242

trang 300 [6])

Ta thây hh < 20 theo [5] – tr184 chon = 0,8

35,186,2.81,783.3,0.8,0.065,0..065,0. ytbxtbtbyy hw

mg

tbyy

tb 845,035,1

19,2724.0188,0

)ω.(0188,0D t

Tôc độ hơi trung bình đi trong đoạn chưng:

smw

wytb

tbyy

y /47,086,2

35,1.'

Vậy : đương kinh đoạn chưng Dchưng= 0,845 (m).



Kêt luận : hai đương kinh đoạn cât va đoạn chưng không chênh lệch nhau quá

lơn nên ta chon đương kinh cua toan tháp la : Dt = 0,85 (m).

Khi đo tôc độ lam việc thưc ơ :

+ Phân cât : lv = 465,076,2.85,0

49,2625.0188,0

.

.0188,02

2

2

2

ytbt

tb

D

g

(m/s).

+ Phân chưng :’lv = 466,0746,0.85,0

19,2724.0188,0

'.

'.0188,02

2

2

2

ytbt

tb

D

g

(m/s).

3.2 Chiêu cao tháp chưng cât

(m)

Trong đo:

Nt : sô đĩa thưc tê

: bê day cua đĩa (m)

m = 0,8 1 (m) khoang cách cho phép ơ đinh va đáy thiêt bị

Hđ : khoang cách giưa các đĩa

Chon m = 0,8 (m)

H = 20.(0,3 + 0,0018) + 0,8 = 6,836 (m)

Hđáy = Hnắp = ht + hgơ = 0,15 + 0,05 = 0,2 (m)

Chiêu cao tháp la: H = 6,835 + 0,2. 0,2 = 7,235 (m) (xem phân đáy nắp)

3.3 Mâm lỗ – trở lưc của mâm

3.2.1 Câu tạo mâm lỗ

Chon : + Đương kinh lỗ : dl = 3 (mm).

+ Tông diện tich lỗ bằng 8% diện tich mâm.

+ Khoang cách giưa hai tâm lỗ bằng 2,5 lân đương kinh lỗ (bô tri lỗ

theo tam giác đêu ).

+ Tỷ lệ bê day mâm va đương kinh lỗ la 6/10 .

+ Diện tich danh cho ông chay chuyên la 20% diện tich mâm .

Sô lỗ trên 1 mâm :

N = lo

mâm

S

%.8 S =

22

003,0

85,0.08,0.08,0

l

t

d

D= 6422 lỗ.



Vậy: ta bô tri các lỗ trên 1 hang la 47 lỗ, sô lỗ trên đương chéo la 93 lỗ.

3.2.2 Độ giam áp cua pha khi qua một mâm

Độ giam áp tông cộng cua pha khi (tinh bằng mm.chât lỏng ) la tông các độ

giam áp cua pha khi qua mâm khô va các độ giam áp do pha lỏng:

htl = hk + hl + hR (mm chât lỏng)

Vơi : + hk :độ giam áp qua mâm khô (mm chât lỏng).

+ hl : độ giam áp do chiêu cao lơp chât lỏng trên mâm(mm chât lỏng).

+hR : độ giam áp do sức căng bê mặt (mm chât lỏng).

Trong tháp mâm xuyên lỗ, gradien chiêu cao mưc chât lỏng trên mâm la

không đáng kể nên co thể bỏ qua .

3.2.3 Độ giam áp qua mâm khô

Độ giam áp cua pha khi qua mâm khô được tinh dưa trên cơ sơ tôn thât áp suât

do dong chay đột thu , đột mơ va do ma sát khi pha khi chuyển động qua lỗ.

L

G

o

o

L

G

o

ok

C

u

gC

vh

..0,51..2

.2

2

2

2

(mm chât lỏng)

Vơi : + uo :vận tôc pha hơi qua lỗ (m/s).

+ G : khôi lượng riêng cua pha hơi (kg/m3).

+ L : khôi lượng riêng cua pha lỏng (kg/m3).

+ Co : hệ sô orifice, phụ thuộc vao tỷ sô tông diện tich lỗ vơi diện tich

mâm va tỷ sô giưa bê day mâm vơi đương kinh lỗ.

Ta co : mâmS

S lo=0,08 va

l

mâm

d

=0,6 [1] trang 111

Co = 0,735

Đôi vơi mâm ơ phân cât :

+ Vận tôc pha hơi qua lỗ : uo = 08,0

463,0

%8lv

= 5,788 (m/s).

+ Khôi lượng riêng cua pha hơi : G = ytb = 2,76 (kg/m3).

+ Khôi lượng riêng cua pha lỏng : L = xtb = 800,48 (kg/m3).

Suy ra độ giam áp qua mâm khô ơ phân cât :



48,800

76,2.

735,0

788,5.0,51

2

2

kh =10,9 (mm chât lỏng)

Đôi vơi mâm ở phân chưng :

+ Vận tôc pha hơi qua lỗ : u’o = 08,0

466,0

%8

'lv

= 5,825 (m/s).

+ Khôi lượng riêng cua pha hơi : ’G = ’ytb = 2,86 (kg/m3).

+ Khôi lượng riêng cua pha lỏng : ’L = ’xtb = 783,81 (kg/m3).

Suy ra độ giam áp qua mâm khô ơ phân chưng :

81,783

86,2.

735,0

825,5.0,51'

2

2

kh = 11,69 (mm chât lỏng).

3.2.4 Độ giam áp do chiêu cao mức chât lỏng trên mâm

Phương pháp đơn gian để ươc tinh độ giam áp cua pha hơi qua mâm do lơp

chât lỏng trên mâm hl la từ chiêu cao gơ chay tran hw , chiêu cao tinh toán cua lơp chât lỏng trên gơ chay tran how va hệ sô hiệu chinh theo kinh nghiệm :

hl = .( hw + how ) , (mm.chât lỏng)

Chon : + Hệ sô hiệu chinh : = 0,6

+ Chiêu cao gơ chay tran : hw = 50 (mm)

Chiêu cao tinh toán cua lơp chât lỏng trên gơ chay tran được tinh từ phương

trình Francis vơi gơ chay tran phẳng :

32

.4,43

w

Low L

qh , (mm chât lỏng)

Vơi : + qL : lưu lượng cua chât lỏng (m3/ph).

+ Lw :chiêu dai hiệu dụng cua gơ chay tran (m).

Xác định Lw :

Tinh chiêu dai gơ chay tran:



Diện tich danh cho ông chay chuyên la 20% diện tich mâm, nên ta co phương

trình sau :

.2,0sin

180

. o

o

o

nn

Vơi no la goc ơ tâm chắn bơi chiêu dai đoạn Lw .

Dung phương pháp lặp ta được : no = 93o12’22”

Suy ra: Lw = Dt . sin(no/2) = 0,618 (m).

Xác định qL :

* Phân cât : 48,800.60

500.11,4

.60

..

xtb

DL

MDRq

= 0,0428 (m3/ph).

Suy ra : 3

2

618,0

0428,0.4,43

owh = 7,32 (mm).

Vậy độ giam áp do chiêu cao mức chât lỏng trên mâm ơ phân cât la:

hl = 0,6.(50 + 7,32) = 34,392 (mm chât lỏng).

* Phân chưng : 81,783.60

4,4752

'.60

.' '1

'

xtb

tbGL

MGq

= 0,1 (m3/ph).

Suy ra : 3

2

618,0

1,0.4,43'

owh = 12,89 (mm).

Vậy độ giam áp do chiêu cao mức chât lỏng trên mâm ơ phân chưng :

h’l = 0,6.(50 + 12,89) = 37,734 (mm chât lỏng).

3.2.5 Độ giam áp do sức căng bê mặt

Độ giam áp do sức căng bê mặt được xác định theo biểu thức :

lLR d

h.

.54,625

, (mm.chât lỏng)

Đô an qua trinh thiêt bi _ Nhom 3

Lgơ

R

23


Vơi : + : sức căng bê mặt cua chât lỏng (dyn/cm).

+ L : khôi lượng riêng cua pha lỏng (kg/m3).

Phân cât :

* Khôi lượng riêng cua pha lỏng : L = xtb = 800,48 (kg/m3).

* ttb = 90,825oC, [4 (tập 1)], ta co :

+ Sức căng bê mặt cua benzen : B = 19,95 (dyn/cm).

+ Sức căng bê mặt cua toluen : T = 20,36 (dyn/cm).

Suy ra: Sức căng bê mặt cua chât lỏng ơ phân cât :

TB

TBhh

. = 10,07 (dyn/cm).

Vậy độ giam áp do sức căng bê mặt ơ phân cât la :

3.48,800

07,10.54,625Rh = 2,623 (mm chât lỏng).

Phân chưng :

* Khôi lượng riêng cua pha lỏng : ’L = ’xtb = 783,81 (kg/m3).

* t’tb = 104,35oC ,tra tai liệu tham khao [4], ta co :

+ Sức căng bê mặt cua benzen : ’B = 18,278 (dyn/cm).

+ Sức căng bê mặt cua toluen : ’T = 18,94 (dyn/cm).

Suy ra sức căng bê mặt cua chât lỏng ơ phân chưng:

TB

TBhh ''

'.''

= 9,3 (dyn/cm).

Vậy : Độ giam áp do sức căng bê mặt ơ phân chưng la:

3.81,783

3,9.54,625' Rh = 2,474 (mmchât lỏng).

Tom lại: Độ giam áp tông cộng cua pha khi qua một mâm ơ:

+ Phân cât: htl = 10,94 + 34,932 + 2,623 = 47,955 (mm chât lỏng).

hay htl = 376,58 (N/m2).

+ Phân chưng: h’tl = 11,69 + 37,734 + 2,474 = 51,898 (mm chât lỏng).

hay h’tl = 399,05 (N/m2).



Suy ra: Tông trơ lưc cua toan tháp hay độ giam áp tông cộng cua toan tháp

(xem độ giam áp tông cộng cua pha khi qua mâm nhập liệu bằng độ giam áp tông

cộng cua pha khi qua một mâm ơ phân chưng )

htl = 11. htl + 8. h’tl = 11 . 376,58 + 8. 399,05 = 7334,78 (N/m2)

3.4 Kiểm tra ngập lụt khi tháp hoạt động :

Chon khoang cách giưa hai mâm la hmâm = 300 (mm).

Bỏ qua sư tạo bot trong ông chay chuyên, chiêu cao mưc chât lỏng trong ông

chay chuyên cua mâm xuyên lỗ được xác định theo biểu thức :

hd = hw + how + htl + hd’ , (mm chât lỏng)

Vơi : hd’ la tôn thât thuỷ lưc do dong lỏng chay từ ông chay chuyên vao mâm,

được xác định theo biểu thức sau :2

' .100.128,0

d

Ld S

Qh , (mm chât lỏng)

trong đo : + QL : lưu lượng cua chât lỏng (m3/h).

+ Sd : tiêt diện giưa ông chay chuyên va mâm, khi đo :

Sd = 0,8 . Smâm = 0,8 . . 0,4252 = 0,454 (m2)

Phân cât : QL = 60.qL = 60 . 0,0428 = 2,568 (m3/h).

Suy ra : 2

' 454,0.100

568,2.128,0

dh = 4,095.10-4 (mm chât lỏng).

Vậy chiêu cao mưc chât lỏng trong ông chay chuyên cua mâm xuyên lỗ ơ

phân cât :

hd =50 + 7,32 + 47,955 + 4,095.10-4 =105,275 (mm chât lỏng).

Kiểm tra : hd = 105,275 < 1502

300

2mâm

h (mm) đam bao khi hoạt động các

mâm ơ phân cât sẽ không bị ngập lụt.

Phân chưng : Q’L = 60.q’L = 60 . 0,1= 6 (m3/h).

Suy ra : 2

' 454,0.100

6.128,0'

dh = 2,236.10-3 (mm chât lỏng).

Vậy chiêu cao mưc chât lỏng trong ông chay chuyên cua mâm xuyên lỗ ơ

phân chưng :

h’d =50 + 12,89 + 51,898 + 2,236.10-3 = 114,79 (mm chât lỏng).



Kiểm tra: h’d = 114,79 < 1502

300

2mâm

h (mm): đam bao khi hoạt động các

mâm ơ phân chưng sẽ không bị ngập lụt.

Vậy khi hoạt động đam bao tháp sẽ không bị ngập lụt.

Chiêu cao cua thân tháp: Hthân = Ntt .(hmâm+ mâm ) + 0,8

=20.(0,3 + 0,0018) + 0,8 = 6,835 (m)

Chiêu cao cua đáy va nắp: Hđ = Hn =ht +hgơ =0,15 + 0,05 = 0,2 (m).

(Xem ơ phân : Đáy va Nắp thiêt bị ).

Chiêu cao cua tháp : H = Hthân + Hđ + Hn = 7,235 (m)

3.5 Kích thươc ông chảy chuyên:

- Chon sô ông chay chuyên: z = 1 ông

- Đương kinh ông chay chuyên

Tôc độ chât lỏng chay trong

ông chay chuyên: chon wc = 0,1 m/s

Lưu lượng lỏng trung bình đi

trong tháp: Gx (kg/h).

Khôi lượng riêng trung bình cua lỏng: (kg/m3)

- Lượng lỏng trung bình trong tháp:

Lượng lỏng trung bình trong phân luyện:

Lượng lỏng ơ đĩa thứ nhât đoạn cât: G1 = 2195,98 (kg/h)

Lượng lỏng hoan lưu: Gh = Rth.D = 4,11.500 = 2055 (kg/h)

=> (kg/h)

Lượng lỏng trung bình trong phân chưng:

Lượng san phâm đáy: W = 2000 kg/h

Lượng lỏng mâm nhập liệu: G2 = G1’ + F = 2500 + 4752,4 = 72525,4

kg/h



=> (kg/h)

=> (kg/h)

Đương kinh ông chay chuyên

Khoang cách từ đĩa đên chân ông chay chuyên

h3 = 0,25.dc = 0,25.122 = 30 mm

Chiêu cao ông chay chuyên trên đĩa

hc = hw – h1’ = 50 - 37 = 13 mm

3.6 Tính toán cơ khí của tháp

3.4.1 Bê day thân tháp

Vì tháp chưng cât hoạt động ơ áp suât thương nên ta thiêt kê thân hình trụ

bằng phương pháp han giáp môi (phương pháp hồ quang). Thân tháp được ghép vơi

nhau bằng các môi ghép bich.

Để đam bao chât lượng cua san phâm va kha năng ăn mon cua Benzen đôi vơi

thiêt bị, ta chon vật liệu chê tạo thân tháp la thép không gi ma X18H10T.

3.4.1.1 Áp suât tinh toan :

Tháp lam việc ơ áp suât khi quyển, nên ta chon áp suât tinh toán :

Ptt =Pcl + htl + 9,81.10-2 , (N/mm2)

Vơi : Pcl : áp suât thuy tĩnh do chât lỏng ơ đáy (N/mm2).

Chon áp suât tinh toán sao cho tháp hoạt động ơ điêu kiện nguy hiểm nhât ma

vẫn an toan nên :

Pcl = x .g.H =2

'xtbxtb .g.H =

2

81,78348,800 . 9,81 . 7,235

=56222,77 (N/m2).



Suy ra Ptt = 56222,77 + 3719,92 + 9,81.104 = 158042,68 (N/m2) ~0,158043

(N/mm2).

3.4.1.2 Nhiệt độ tinh toan :

Chon nhiệt độ tinh toán : ttt = tđáy = 108,3oC .

Tra tai liệu tham khao [6], ứng suât tiêu chuân đôi vơi thép X18H10T :

[]* = 142 (N/mm2).

Đôi vơi rượu hệ sô hiệu chinh : = 1

Vậy : ứng suât cho phép : [] = .[]* = 142 (N/mm2).

3.4.1.3 Xac đinh bê day thân chiu ap suât trong

Ta chon phương pháp chê tạo thân la phương pháp han hồ quang điện bằng tay nên hệ sô bên môi han : h = 0,9

Xét tỷ sô :

9,0.158043,0

142. h

ttP

=808,6427 > 25,do đo, bê day tinh toán cua

thân được tinh theo công thức sau :

9,0.142.2

158043,0.850

..2

.'

h

tttt

PDS

= 0,5256 (mm).

Suy ra : bê day thưc cua thân : St = S’t + C ,(mm).

Trong đo : C :hệ sô bô sung bê day, C = Ca + Cb + Cc + Co

Vơi : + Ca : hệ sô bô sung do ăn mon hoá hoc, phụ thuộc vao tôc độ ăn mon

cua chât lỏng. Chon tôc độ ăn mon cua Benzen la 0,1 (mm/năm),thiêt bị hoạt động

trong 20 năm, do đo Ca = 2 mm.

+Cb : hệ sô bô sung do bao mon cơ hoc, chon Cb = 0.

+Cc : hệ sô bô sung do sai lệch khi chê tạo, chon Cc = 0.

+Co : hệ sô bô sung qui tron, chon Co =0,4746 (mm).

Suy ra : C = 2 + 0 + 0 + 0,4746 = 2,4746 (mm).

Vậy : St = 0,5256 + 2,4746 = 3 (mm).

* Kiểm tra công thức tinh toán vơi St = 3 (mm) :

850

23

t

at

D

CS = 0,00176 < 0,1 : đung.

* Kiểm tra áp suât tinh toán cho phép :



23850

23.9,0.142.2...2

att

athtt CSD

CSP

=0,300 > Ptt : đung.

Vậy : Bê day thưc cua thân la St = 3 (mm).

3.4.2 Đáy va nắp thiêt bị

Chon đáy va nắp co dạng la ellipise tiêu chuân, co gơ bằng thép X18H10T.

Nhận thây: công thức tinh toán bê day thân, đáy va nắp chịu áp suât trong la

như nhau. Nên chon bê day cua đáy va nắp la Sđ = Sn = 3 (mm).

Các kich thươc cua đáy va nắp ellipise tiêu chuân, co gơ(tai liệu tham khao

[4(tập 2)]:

+ Đương kinh trong: Dt = 850 (mm).

+ ht =212,5 (mm).

+ Chiêu cao gơ: hgơ = h = 50 (mm).

+Diện tich bê mặt trong: Sđáy = 0,92 (m2).

3.4.2.1 Bich ghép thân, đáy va nắp

Mặt bich la bộ phận quan trong dung để nôi các phân cua thiêt bị cung như nôi

các bộ phận khác vơi thiêt bị. Các loại mặt bich thương sư dụng:

+ Bich liên: la bộ phận nôi liên vơi thiêt bị (han, đuc va rèn). Loại bich nay

chu yêu dung thiêt bị lam việc vơi áp suât thâp va áp suât trung bình.

+ Bich tư do: chu yêu dung nôi ông dẫn lam việc ơ nhiệt độ cao, để nôi các bộ

bằng kim loại mau va hợp kim cua chung, đặc biệt la khi cân lam mặt bich bằng vật

liệu bên hơn thiêt bị.

+ Bich ren: chu yêu dung cho thiêt bị lam việc ơ áp suât cao.

Chon bich được ghép thân, đáy va nắp lam bằng thép X18H10T, câu tạo cua

bich la bich liên không cô.



Theo tai liệu tham khao [5]- trang 417, ứng vơi Dt =850(mm) va áp suât tinh

toán Ptt = 0,158043 (N/mm2) ta chon bich co các thông sô sau :

Bang 3.1 Kich thươc cua bich ghép thân, đáy nắp

Dt D Db D1 h Bu lông

db Z

(mm) (cái)

850 980 930 900 20,58 20 24

Theo tai liệu tham khao [5]- trang 170, chon sô mâm giưa hai mặt bich la 1

mâm.Vậy sô bich ghép thân – đáy - nắp la 40 bich.

Độ kin cua môi ghép bich chu yêu do vật đệm quyêt định. Đệm lam bằng các

vật liệu mêm hơn so vơi vật liệu bich. Khi xiêt bu lông, đệm bị biên dạng va điên

đây lên các chỗ gồ ghê trên bê mặt cua bich. Vậy, để đam bao độ kin cho thiêt bị ta

chon đệm la dây amiăng, co bê day la 3(mm).

3.4.2.2 Đương kinh các ông dẫn – Bich ghép các ông dẫn :

Bich được lam bằng thép CT3 , câu tạo cua bich la bich liên không cô.



Vi tri nhâp liệu :

Suât lượng nhập liệu: GF = 2500 (kg/h).

Khôi lượng riêng cua chât lỏng nhập liệu, tra tai liệu tham khao [4] ơ

tF = 100,4oC va %22Fx : F = 789,1 (kg/m3).

Lưu lượng chât lỏng nhập liệu đi vao tháp: F

FF

GQ

= 3,168 (m3/h).

Chon vận tôc chât lỏng nhập liệu (tư chay từ bồn cao vị vao mâm nhập liệu):

vF = 0,2 (m/s).

Đương kinh ông nhập liệu: dF = 075,02,0..3600

168,3.4

..3600

.4

F

F

v

Q (m).

Suy ra: chon đương kinh ông nhập liệu: dF = 0,080 (m).

Tai liệu tham khao [5], chon chiêu dai đoạn ông nôi để ghép mặt bich: lF = 110

(mm).

Bảng 3.2 Các thông sô của bích ghép ông dẫn nhập liệu

Dt Db Dn D D1 h Bu lông

db Z

(mm) (cái)

80 150 89 185 128 14 16 4



Ống hơi ở đỉnh thap:

Suât lượng hơi ơ đinh tháp: gd = 2555 (kg/h).

Khôi lượng riêng cua hơi ơ đinh tháp được tinh theo công thức (xác định ơ

tD = 81,25oC va yD = 0,986:

273.4,22

273.92.1.78

D

DDh t

yy = 2,693 (kg/m3).

Lưu lượng hơi ra khỏi tháp: h

d

g

Qh = 948,71 (m3/h).

Chon vận tôc hơi ơ đinh tháp: vh = 25 (m/s).

Đương kinh ông dẫn hơi: dh = 1159,025..3600

71,948.4

..3600

.4

h

h

v

Q (m).

Suy ra: chon đương kinh ông dẫn hơi: dh = 0,125 (m).

Tai liệu tham khao [5], chon chiêu dai đoạn ông nôi để ghép mặt bich:

lh = 120 (mm).

Bảng 3.3. Các thông sô cua bich ghép ông dẫn hơi ơ đinh tháp:


db Z

(mm) (cái)

125 200 133 235 178 14 16 1

Ống hoan lưu:

Suât lượng hoan lưu: Ghl =D.R=500 . 4,11 = 2055 (kg/h).

Khôi lượng riêng cua chât lỏng hoan lưu, tra tai liệu tham khao [4] ơ

tD = 81,25oC va %94Dx : hl = 813,21 (kg/m3).

Lưu lượng chât lỏng hoan lưu: hl

hlhl

GQ

= 2,527 (m3/h).

Chon vận tôc chât lỏng hoan lưu (tư chay từ bộ phận tách lỏng ngưng tụ vao

tháp): vhl = 0,15 (m/s).



Đương kinh ông hoan lưu: dhl = 077,015,0..3600

527,2.4

..3600

.4

vhl

Qhl (m).

Suy ra: chon đương kinh ông hoan lưu: dhl = 0,08 (m).


lhl = 110 (mm).

Bảng 3.4. Các thông sô cua bich ghép ông dẫn hoan lưu:


db Z

(mm) (cái)

80 150 89 185 128 14 16 4

Ống dẫn hơi vao đay thap:

Suât lượng hơi vao đáy tháp: g’1 = 2752,4 (Kg/h).

Khôi lượng riêng cua hơi vao đáy tháp được tinh theo công thức (xác định ơ

tW = 108,3oC va yW = 0,118:

273.4,22

273.92.1.78

W

WWdh t

yy = 0,2,918 (Kg/m3).

Lưu lượng hơi ra khỏi tháp: hd

1'

g

Qhd = 943,18 (m3/h).

Chon vận tôc hơi vao đáy tháp: vhd = 25 (m/s).

Đương kinh ông dẫn hơi: dhd = 1155,025..3600

18,943.4

..3600

.4

hl

hl

v

Q (m).

Suy ra: chon đương kinh ông dẫn hơi: dhd = 0,125 (m).


lhd = 120 (mm).



Bảng 3.5. Các thông sô của bích ghép ông dẫn hơi vao đáy tháp:


db Z

(mm) (cái)

125 200 133 235 178 14 16 1

Ống dẫn chât lỏng ở đay thap:

Suât lượng chât lỏng vao nồi đun:

G’1 = 4752,4 (kg/h).

Khôi lượng riêng cua chât lỏng chât lỏng vao nồi đun, tra tai liệu tham khao [4(tập 1)] ơ tW = 108,3oC va x’1=0,089: L = 779,24 (kg/m3).

Lưu lượng chât lỏng vao nồi đun: L

L

GQ

1' = 6,098 (m3/h).

Chon vận tôc chât lỏng vao nồi đun (chât lỏng tư chay vao nồi đun):

vL = 0,2 (m/s).

Đương kinh ông dẫn chât lỏng: dL=2,0..3600

098,6.4

..3600

.4

L

L

v

Q= 0,1(m).

Suy ra chon đương kinh ông dẫn: dL = 0,10 (m).

Tai liệu tham khao [4 (tập 2)], chon chiêu dai đoạn ông nôi để ghép mặt bich:

lL = 120 (mm).

Bảng 3.6. Các thông sô cua bich ghép ông dẫn chât lỏng ơ đáy tháp:


db Z

(mm) (cái)

100 170 108 205 148 14 16 4



Ống dẫn chât lỏng từ nôi đun (sản phẩm đay):

Suât lượng san phâm đáy: GW = 2000 (kg/h).

Khôi lượng riêng cua san phâm đáy, tra tai liệu tham khao [4] ơ

tW= 108,3oC va xW=0,005: W = 778,89 (kg/m3).

Lưu lượng san phâm đáy: W

WW

GQ

= 2,568 (m3/h).

Chon vận tôc san phâm đáy (chât lỏng tư chay): vW = 0,12 (m/s).

Đương kinh ông dẫn san phâm đáy:

dW=12,0..3600

568,2.4

..3600

.4

W

W

v

Q=0,087 (m).

Suy ra: chon đương kinh ông dẫn: dW = 0,090 (m).


lW = 110 (mm).

Bảng 3.7. Các thông sô của bích ghép ông dẫn sản phâm đáy


db Z

(mm) (cái)

90 110 57 140 90 12 12 4

Tai treo va chân đỡ:

Tinh trọng lượng của toan thap:

Khôi lượng cua một bich ghép thân: (thép X18H10T: X18H10T = 7900 (kg/m3)).

m1 = 7900.0258,085,098,0.4

...4

221018

22

THXt hDD = 38,06 (kg).

Khôi lượng cua một mâm: (thép X18H10T: X18H10T = 7900 (kg/m3)).

m2 = THXmâmtD 10182 .7,0...

4

= 4

.0,852.0,0018.0,7.7900 =5,646(kg).

Khôi lượng cua thân tháp:

m3 = 4

.(D2

ng –D2t).Hthân . X18H10T = 7900.235,7.85,0856,0.

422



= 459,500 (kg).

Khôi lượng cua đáy (nắp) tháp:

m4 = Sđáy .đáy . X18H10T = 0,92 . 0,003 . 7900 = 21,804 (kg).

Khôi lượng cua toan tháp: m = 40.m1+20.m2+m3+2.m4=2138,428 (kg).

Suy ra trong lượng cua toan tháp: P = m.g = 20977,98 (N).

Chân đỡ thap:

Chon chân đỡ: tháp được đỡ trên bôn chân. Tai trong cho phép trên một chân:

Gc = = 0,5244.104 (N).

Để đam bao độ an toan cho thiêt bị, ta chon: Gc = 0,6.104 (N).

Tru

ïc th

ieát

bò

Theo ñaùy thieát bò

Bảng 3.7. Các kich thươc cua chân đỡ: (tinh bằng mm)

L B B1 B2 H h s l d

160 110 135 195 240 145 10 55 23

Tai treo:

Chon tai treo: tai treo được gắn trên thân tháp để giư cho tháp khỏi bị dao

động trong điêu kiện ngoại canh. Ta chon bôn tai treo, tai trong cho phép trên một

tai treo la Gt = 0,5244.104 (N).

Để đam bao độ an toan cho thiêt bị, ta chon: Gt = 0,6.104 (N).

Chon tâm lot tai treo khi ghép vao thân co kich thươc sau:



+ Chiêu dai tâm lot: H = 260 (mm).

+ Chiêu rộng tâm lot: B = 140 (mm).

+Bê day tâm lot la 6 (mm).

Bảng 3.8. Các kich thươc cua tai treo: (tinh bằng mm)

L B B1 H S l a d

100 75 85 155 6 40 15 18


CHƯƠNG 4 TÍNH TOÁN THIẾT BI TRUYỀN NHIÊT – THIẾT BI PHỤ

4.1 Cân bằng năng lượng cho hệ thông

Cân bằng nhiệt lượng cho toan tháp chưng cât:

QF + Qđ = QW + QD + Qnt + Qm (IV.1)

Trong đo:

Q nt : nhiệt lượng ngưng tụ do hơi san phâm đinh ngưng tụ thanh lỏng. Chon

hơi san phâm đinh ngưng tụ hoan toan thanh lỏng.

Qnt = D.(R+1).MD . rD , (kJ/h).

Xác định rD (ân nhiệt hoá hơi cua san phâm đinh):

Tra tai liệu tham khao [4], ơ tD = 81,25oC ta co:

Ẩn nhiệt hoá hơi cua benzen: rB = 392,64 (kJ/kg).

Ẩn nhiệt hoá hơi cua toluen: rT = 377,86 (kJ/kg).

Suy ra: rD = rB . Dx +(1- Dx ).rT = 392,64.0,94 + (1-0,94).377,86

= 391,75 (kJ/kg).

Vậy: Qnt = 6,35 .(4,11 + 1) .78,7 . 391,75 = 1000410,78 (kJ/h).

Q F : nhiệt lượng do hỗn hợp nhập liệu mang vao tháp

QF = GF .HF =GF .cF .(tF –to ) ,(kJ/h)

Chon nhiệt độ chuân: to = 30oC.

Ơ 2,652

304,100

2

oF tt oC , tra tai liệu tham khao [4], ta co

Nhiệt dung riêng cua benzen: cB = 1957,3 (J/kg.độ).

Nhiệt dung riêng cua toluen: cT = 1920,8 (J/kg.độ)

Suy ra: cF = Fx .cB +(1- Fx ).cT

= 0,22 . 1957,3 + (1- 0,22) . 1920,8 = 1928,83 (J/kg.độ).

Vậy: QF = 2500 . 1928,83 . (100,4 - 30) = 339474,08 (kJ/h).

Q W : nhiệt lượng do san phâm đáy mang ra từ nồi đun.


Chương 4 Tinh toan thiêt bi truyên nhiệt – thiêt bi phu CBHD: Vu Trương Sơn

QW = GW .HW =W .MW.cW .(tW –to ) ,(kJ/h).


Ơ 15,692

303,108

2

ow tt oC , tra tai liệu tham khao [4], ta co

Nhiệt dung riêng cua benzen: cB = 1978,04 (J/kg.độ).


Suy ra: cF = wx .cB +(1- wx ).cT = 1938,26 (J/kg.độ)

Vậy: QW = 2000 . 1938,26 .(108,3 - 30) = 303531,5(kJ/h).

Q D : nhiệt lượng do san phâm đinh mang ra từ bộ phận tách hoan lưu.

QD = GD .HD =D.MD .cD .(tD –to ) ,(kJ/h).


Ơ 625,552

3025,81

2

oD tt oC , tra tai liệu tham khao [4], ta co:

Nhiệt dung riêng cua benzen: cB = 1907,03 (J/kg.độ)


Suy ra: cD = Dx .cB +(1- Dx ).cT

=0,94 . 1907,03 + (1-0,94). 1878,125 = 1905,55 (J/kg.độ).

Vậy: Từ (IV.1), ta được:

QD = 500 . 1905,55 .(81,25 - 30) = 48829,72 (kJ/h).

Q m : nhiệt lượng tôn thât ra môi trương xung quanh.

Chon: Qm = 0,05.Qđ

Vậy: nhiệt lượng cân cung câp cho nồi đun ơ đáy tháp:

Qđ = 95,0

1.(QW + QD + Qnt – QF )

= 95,0

1(303531,5 + 48829,72 + 1000410,78 – 339474,08)

= 779050,44 (kJ/h) = 216,4 (kW).

4.2 Tính toán thiêt bị phụ:

4.2.1 Thiêt bị ngưng tụ sản phâm đinh:

Chon thiêt bị ngưng tụ vỏ – ông loại TH đặt nằm ngang.



Ông truyên nhiệt được lam bằng thép X18H10T, kich thươc ông 25x2, chiêu

dai ông 1,5 (m)

Chon nươc lam lạnh đi trong ông vơi nhiệt độ đâu: t1 = 30oC, nhiệt độ cuôi: t2=

40oC.

Các tinh chât ly hoc cua nươc lam lạnh được tra ơ tai liệu tham khao [4] ứng

vơi nhiệt độ trung bình ttbN = 2

21 tt = 35oC

+ Nhiệt dung riêng: cN = 4,176 (kJ/kg.độ)

+ Khôi lượng riêng: N = 994,06 (kg/m3)

+ Độ nhơt động lưc: N = 0,7225.10-3 (N.s/m2)

+ Hệ sô dẫn nhiệt: N = 0,6257 (W/m.K)

a . Suât lượng nươc cân dung để ngưng tụ san phâm đinh

GN =)3040.(176,4.3600

78,1000410

).(.3600 12

ttc

Q

N

nt = 6,65 (kg/s)

b . Xác định bê mặt truyên nhiệt :

Bê mặt truyên nhiệt được xác định theo phương trình truyên nhiệt:

Ftb = log. tK

Qnt

,(m2) (IV.2)

Vơi: + K : hệ sô truyên nhiệt

+ tlog : nhiệt độ trung bình logarit

Xác định tlog :

Chon kiểu truyên nhiệt ngược chiêu, nên:

07,45

4025,81

3025,81)4025,81()3025,81(

log

Lnt

(K)

Xác định hệ sô truyên nhiệt K:

Hệ sô truyên nhiệt K được tinh theo công thức:

Rt

N

rK

11

1

,(W/m2.K) (IV.3)

Vơi: + N : hệ sô câp nhiệt cua nươc trong ông (W/m2.K)



+ R : hệ sô câp nhiệt cua hơi ngưng tụ (W/m2.K)

+ rt : nhiệt trơ cua thanh ông va lơp cáu

* Xác định hệ sô câp nhiệt cua nươc trong ông:

Chon vận tôc nươc đi trong ông: vN = 0,75 (m/s).

Sô ông trong một đương nươc:

75,2575,0.021,0.

4.

06,994

65,6

..

4.

22

NtrN

N

vd

Gn (ông)

Tra bang V.II trang 48 tập 2, chon n = 37 ông

Vận tôc thưc tê đi trong ông

52,0021,0.37..06,994

65,6.4

...

422

trN

NN dn

Gv (m/s)

Chuân sô Reynolds :

4,1502410.7225,0

06,994.021,0.52,0.Re

3.

N

NtrNN

dv

> 104 : chê độ chay rôi, công

thức xác định chuân sô Nusselt co dạng:

25,043,08,0 )Pr

Pr.(PrRe..021,0

w

NNNlNNu

Trong đo:

+ l: hệ sô hiệu chinh phụ thuộc vao ReN va tỷ lệ chiêu dai ông vơi đương kinh

ông: ReN = 15024,4 va 50

021,0

5,1

trd

L, nên l =1.

+ PrN : chuân sô Prandlt cua nươc ơ 35oC, nên PrN = 5.

+ Prw : chuân sô Prandlt cua nươc ơ nhiệt độ trung bình cua vách.

Suy ra: 25,0Pr

7,137

w

NNu

Hệ sô câp nhiệt cua nươc trong ông:

N = 25,025,0 Pr

8,4102

021,0.Pr

6257,0.7,137.

NNtr

NN

d

Nu

Nhiệt tai phia nươc lam lạnh:

)35(Pr

8,4102).( 225,02 w

N

tbNwNN tttq (W/m2) (IV.4).



Vơi tw2 : nhiệt độ cua vách tiêp xuc vơi nươc (trong ông).

* Nhiệt tai qua thanh ông va lơp cáu:

t

wwt r

ttq

21 , (W/m2).

Trong đo:

+ tw1 : nhiệt độ cua vách tiêp xuc vơi rượu (ngoai ông).

+ 21 rrrt

tt

Bê day thanh ông: t = 2 (mm).

Hệ sô dẫn nhiệt cua thép không gi: t = 16,3 (W/m.K)

Nhiệt trơ trung bình cua lơp bân trong ông vơi nươc sạch:

r1 = 1/5000 (m2.K/W)

Nhiệt trơ lơp cáu ngoai ông:

r2 = 1/5800 (m2.K/W)

Suy ra: rt = 4,95.10-4 (m2.K/W).

Vậy: qt = 4,95.10-4.(tw1 - tw2) (IV.5)

* Hệ sô câp nhiệt cua hơi ngưng tụ:

25,01

4

1

23

1 )25,81()..(

...725,0

wngwDR

RRR

t

A

dtt

r

Đặt: A= 4

23

.

...725,0

ngR

RRR

d

r

vơi [rR] = [J/kg]

Tra hình V.20, trang 30 [5], hệ sô phụ thuộc vao cách bô tri ông va sô ông trên mỗi day thẳng đứng la: 72,0tb (vì xêp xen kẽ va sô ông trong mỗi day thẳng

đứng la 7 ông).

1. tbR

Ẩn nhiệt ngưng tụ: rR = rD = 391,75 (kJ/kg)

Nhiệt tai ngoai thanh ông:

qR = R.(81,25-tw1) = A.(81,25-tw1)0,75 (IV.6).

Từ (IV.4), (IV.5), (IV.6) ta dung phương pháp lặp để xác định tw1, tw2 :



Chon: tw1 = 50,7oC

Các tinh chât ly hoc cua rượu ngưng tụ được tra ơ tai liệu tham khao [4] ứng

vơi nhiệt độ trung bình ttbD = 975,652

7,505,78

21

wD tt oC:

+ Khôi lượng riêng: R = 829,26 (kg/m3).

+ Độ nhơt động lưc: R = 0,368.10-3 (N.s/m2).

+ Hệ sô dẫn nhiệt: R = 0,116 (W/m.K).

Khi đo: 082,835)..(

...725,0 4

1

23

1

ngwDR

RRR

dtt

r

259,601. 1 tbR

Từ (IV.6): qR = 601,259.(81,25-50,7) = 18368,472 (W/m2).

Xem nhiệt tai mât mát la không đáng kể: qt = qR =18368,472 (W/m2).

Từ (IV.5), ta co: tw2 = tw1-410.95,4.

tq = 41,608oC

Suy ra: ttbw = 2

21 ww tt = 154,46

2

608,417,50

oC

Tra tai liệu tham khao [4 (tập 1)], Prw = 4

Từ (IV.4): qN = 44,19169)35608,41.(4

8,4101225,0

(W/m2).

Kiểm tra sai sô:

= 472,18368

472,1836844,19169

R

RN

q

qq=4,18% < 5% : thoa.

Vậy: tw1 = 50,7oC va tw2 = 41,608oC.

Khi đo: 118,2901N (W/m2.oC).

259,601R (W/m2.oC).

Từ (IV.3): 54,399

259,601

110.95,4

118,2901

11

4

K(W/m2.oC).

Từ (IV.2), bê mặt truyên nhiệt trung bình:

07,45.54,399.3600

1000.78,1000410tbF = 15,43 (m2).

Suy ra chiêu dai ông truyên nhiệt :



(m).

Chon L’= 6 (m)

Sô ông trên đương chéo: b = 7 (ông)

Tra bang trang 21, [3] Bươc ông: t = 32 (mm) = 0,032 (m)

1.1.1Áp dung công thức (V.140), trang 49, [6]:

Đương kinh trong cua thiêt bị: D = t.(b-1) + 4dng = 0,3 (m)

Vậy : Thiêt bị ngưng tụ san phâm đinh la thiêt bị truyên nhiệt vỏ – ông gồm n

= 37 (ông), dai L= 6 (m).

4.2.2 Thiêt bị lam nguội sản phâm đinh

Chon thiêt bị lam nguội san phâm đinh la thiêt bị truyên nhiệt ông lồng ông.

Ông truyên nhiệt được lam bằng thép X18H10T

Chon: + Nươc lam lạnh đi trong ông 38x3 (ông trong) vơi nhiệt độ đâu: t1 =

30oC, nhiệt độ cuôi: t2 = 40oC.

+ San phâm đinh đi trong ông 57x3 (ông ngoai) vơi nhiệt độ đâu: tD = 81,25oC,

nhiệt độ cuôi: t’D = 35oC.

Các tinh chât ly hoc cua nươc lam lạnh được tra ơ tai liệu tham khao [4] ứng

vơi nhiệt độ trung bình ttbN = 2

21 tt = 35oC

+ Nhiệt dung riêng: cN = 4,176 (kJ/kg.độ)

+ Khôi lượng riêng: N = 994,06 (kg/m3)

+ Độ nhơt động lưc: N = 0,7225.10-3 (N.s/m2)

+ Hệ sô dẫn nhiệt: N = 0,6257 (W/m.K)

Các tinh chât ly hoc cua san phâm đinh được tra ơ tai liệu tham khao [4] ứng

vơi nhiệt độ trung bình ttbD = 125,582

3525,81

2

'

DD tt oC

+ Nhiệt dung riêng: cD= 1,918 (kJ/kg.độ)

+ Khôi lượng riêng: D = 837,56 (kg/m3)

+ Độ nhơt động lưc: D = 0,39.10-3 (N.s/m2)

+ Hệ sô dẫn nhiệt: D = 0,1357 (W/m.K)



a . Suât lượng nươc cân dung để lam mát san phâm đinh:

Suât lượng san phâm đinh:

GD = 500 (kg/h) = 0,1389 (kg/s)

Lượng nhiệt cân tai:

Qt = GD.cD.(tD-t’D) = 0,1389 . 1918 . (81,25-35) = 12320,49 (J/s) = 12,32 (kJ/s)

Suât lượng nươc cân dung:

GN =)3840.(176,4

32,12

).( 12

ttc

Q

N

D = 0,295 (kg/s)

b . Xác định bê mặt truyên nhiệt


Ftb = log. tK

Qt

,(m2) (IV.7).

Vơi: + K : hệ sô truyên nhiệt.

+ tlog : nhiệt độ trung bình logarit.

Xác định tlog :


18,17

3035

4025,81)3035()40255,81(

log

Lnt

(K)

Xác định hệ sô truyên nhiệt K


Dt

N

rK

11

1

,(W/m2.K) (IV.8).

Vơi: + N : hệ sô câp nhiệt cua nươc trong ông (W/m2.K).

+ D : hệ sô câp nhiệt cua san phâm đinh (W/m2.K).

+ rt : nhiệt trơ cua thanh ông va lơp cáu.

* Xác định hệ sô câp nhiệt cua san phâm đinh ơ ông ngoai

Vận tôc cua san phâm đinh đi trong ông ngoai:



182,0)038,0051,0.(

4.

56,837

1389,0

)..(

4.

2222

ngtrD

DD dD

Gv (m/s)

Đương kinh tương đương: dtd = Dtr –dng = 0,051- 0,038 = 0,013 (m)


2,508110.39,0

56,837.013,0.182,0.Re

3.

D

DtdDD

dv

< 104 : chê độ chay quá độ,

công thức xác định chuân sô Nusselt co dạng:

25,0

1

43,0 )Pr

Pr.(Pr..

w

DDloD kNu

Trong đo:

+ l : hệ sô hiệu chinh phụ thuộc tỷ lệ chiêu dai ông vơi đương kinh ông,

chon l =1.

+ ko : hệ sô phụ thuộc vao chuân sô Reynolds, ReD = 5081,2 nên

ko = 15,82

+ PrD : chuân sô Prandlt cua san phâm đinh ơ 58,125oC, nên

1357,0

1918.10.39,0.Pr

3

D

DDD

c

= 5,5

+ Prw1 : chuân sô Prandlt cua san phâm đinh ơ nhiệt độ trung bình cua vách.

Suy ra: 25,01Pr

426,50

w

DNu

Hệ sô câp nhiệt cua san phâm đinh trong ông ngoai:

D = 25,01

25,01 Pr

37,526

013,0.Pr

1357,0.426,50.

wwtd

DD

d

Nu

Nhiệt tai phia san phâm đinh:

)125,58(Pr

37,525).( 125,0

1

1 w

w

wtbDDD tttq (W/m2) (IV.9).

Vơi tw1 : nhiệt độ cua vách tiêp xuc vơi san phâm đinh (ngoai ông nhỏ).


t

wwt r

ttq

21 , (W/m2).



Trong đo:

+ tw2 : nhiệt độ cua vách tiêp xuc vơi nươc (trong ông nhỏ).

+ 21 rrrt

tt


Hệ sô dẫn nhiệt cua thép không gi: t = 16,3 (W/m.K).

Nhiệt trơ trung bình cua lơp bân trong ông vơi nươc sạch:

r1 = 1/5000 (m2.K/W).

Nhiệt trơ lơp câu phia san phâm đinh: r2 = 1/5800 (m2.K/W).

Suy ra: rt = 5,56.10-4 (m2.K/W).

Vậy qt = 1838,768 . (tw1-tw2) (IV.10).

* Xác định hệ sô câp nhiệt cua nươc trong ông nhỏ:

Vận tôc nươc đi trong ông:

37,0032,0.

4.

06,994

295,0

.

4.

22

trN

NN d

Gv (m/s)


2,1629010.7225,0

06,994.032,0.37,0.Re

3.

N

NtrNN

dv

> 104 : chê độ chay rôi, công

thức xác định chuân sô Nusselt co dạng:

25,0

2

43,08,0 )Pr

Pr.(PrRe..021,0

w

NNNlNNu

Trong đo:

+ l : hệ sô hiệu chinh phụ thuộc vao ReN va tỷ lệ chiêu dai ông vơi đương

kinh ông: ReN = 16290,2

chon l =1

+ PrN : chuân sô Prandlt cua nươc ơ 35oC, nên PrN = 5.

+ Prw2 : chuân sô Prandlt cua nươc ơ nhiệt độ trung bình cua vách.

Suy ra: 25,02Pr

91,146

w

NNu

Hệ sô câp nhiệt cua nươc trong ông:



N = 25,02

25,02 Pr

55,2872

032,0.Pr

6257,0.91,146.

wwtr

NN

d

Nu

Nhiệt tai phia nươc lam lạnh:

)35(Pr

55,2872).( 225,0

2

2 w

w

tbNwNN tttq (W/m2) (IV.11).

Chon: tw1 = 41,1oC

Các tinh chât ly hoc cua san phâm đinh được tra ơ tai liệu tham khao [4] ứng

vơi nhiệt độ tw1=41,1oC:

+ Nhiệt dung riêng: cR= 1804,929 (J/kg.độ).

+ Độ nhơt động lưc: R = 0,461.10-3 (N.s/m2).

+ Hệ sô dẫn nhiệt: R = 0,1384 (W/moK).

Khi đo xem:Prw1 = 01,61384,0

929,1804.10.1384,0. 3

R

RR c

Từ (IV.9): qD = 32,5723)1,41125,58.(01,6

37,52625,0

(W/m2).

Xem nhiệt tai mât mát la không đáng kể: qt = qD = 5723,32 (W/m2).

Từ (IV.10), ta co: tw2 = tw1 - 410.44,5.

tq = 37,987oC

Suy ra: ttbw = 2

21 ww tt = 360,39

2

069,3665,42

oC

Tra tai liệu tham khao [4], Prw2 = 4,5

Từ (IV.11): qN = 19,5890)35987,38.(5,4

55,287225,0

(W/m2).

Kiểm tra sai sô:

= 32,5723

32,572319,5890

D

DN

q

qq= 2,92% < 5% : thoa.

Vậy: tw1 = 41,1oC va tw2 = 37,987oC.

Khi đo: 26,19725,4

55,287225,0

N (W/m2.oC).

17,33601,6

37,52625,0D (W/m2.oC)

Từ (IV.8): 4,248

17,336

110.44,5

26,1072

11

4

K(W/m2.oC)




18,17.4,248

49,12320tbF = 2,89 (m2)

Suy ra chiêu dai ông truyên nhiệt :

L 38,1

2

032,0038,0.

89,2

n (m).

Chon L = 1,5 m va n = 19 ông

Kiểm tra: thì l = 1 (thoa).

Ông được bô tri theo hình lục giác đêu. Chon bươc ngang giưa 2 ông la 48

(mm) va b = 7 ông

Đương kinh trong cua thiêt bị: D = t.(b-1) + 4.dng = 0,44 (m)

Vậy: thiêt bị lam mát san phâm đinh la thiêt bị truyên nhiệt ông lồng ông vơi

chiêu dai ông truyên nhiệt L = 1,5 (m), gồm 19 ông.

4.2.3 Nồi đun gia nhiệt sản phâm đáy

Chon nồi đun gia nhiệt san phâm đáy la nồi đun, ông truyên nhiệt được lam

bằng thép X18H10T, kich thươc ông 38x3.

Chon hơi đôt la hơi nươc ơ 2 at, đi trong ông 38x3. Tra tai liệu tham khao [4],

ta co:

+ Nhiệt độ sôi: tsN = 119,6oC.

+ Ẩn nhiệt hoa hơi: rN = 2208 (kJ/kg).

San phâm đáy trươc khi vao nồi đun co nhiệt độ la t’1 = 103,34oC (do x1’ =

0,0172), nhiệt độ ra la tW = 108,3oC.

a . Suât lượng hơi nươc cân dùng

Lượng nhiệt cân tai cung câp cho đáy tháp: Qđ = 216,4 (kW)

Suât lượng hơi nươc cân dung:

GhN = 2208

4,216d Nr

Q= 0,098 (kg/s)

b . Xác định bê mặt truyên nhiệt




Ftb = log. tK

Qd

,(m2) (IV.12).

Vơi: + K : hệ sô truyên nhiệt.

+ tlog : nhiệt độ trung bình logarit.

Xác định tlog :


63,13

3,1086,119

34,1036,119)3,1086,119()34,1036,119(

log

Lnt

(K).

Xác định hệ sô truyên nhiệt K:


Dt

N

rK

11

1

,(W/m2.oK) (IV.13).

Vơi: + N : hệ sô câp nhiệt cua hơi nươc (W/m2.K).

+ D : hệ sô câp nhiệt cua san phâm đáy (W/m2.K).

+ rt : nhiệt trơ cua thanh ông va lơp cáu.

* Xác định hệ sô câp nhiệt cua hơi nươc:

Hệ sô câp nhiệt cua hơi nươc được xác định theo công thức:

N = 4

1

32

..

...725,0

trwnn

nnn

dtt

r

(công thức 3.65 tr 120 [2])

Vơi: + tw1 : nhiệt độ cua vách tiêp xuc vơi hơi nươc(trong ông).

Nhiệt tai phia hơi:

)6,119.().( 11 wNwsNNN tttq (W/m2) (IV.14).


t

wwt r

ttq

21 , (W/m2).

Trong đo:

+ tw2 : nhiệt độ cua vách tiêp xuc vơi san phâm đáy (ngoai ông).

+ 21 rrrt

tt




Hệ sô dẫn nhiệt cua thép không gi: t = 16,3 (W/m.K).

Nhiệt trơ trung bình cua lơp bân trong ông vơi nươc sạch: r1 = 1/5000

(m2.K/W).

Nhiệt trơ lơp câu phia san phâm đáy: r2 =1/5800(m2.K/W).

Suy ra: rt = 5,56.10-4 (m2.K/W).

* Xác định hệ sô câp nhiệt cua san phâm đáy:

Hệ sô câp nhiệt cua san phâm đáy được xác định theo công thức (chê độ sôi

sui bot)

s = 7,77 . 10-2. 0,37s

0.11745,0

0,775,00,3330,033

h

h

T.c.q.

..r.

Nhiệt độ sôi trung bình cua dong san phâm ơ ngoai ông:

2

3,10834,103

2

'1

wS

ttt = 105,82oC

TS = 105,82 + 273 = 378,82 (K)

Tại nhiệt độ sôi trung bình thì:

Khôi lượng riêng cua pha hơi trong dong san phâm ơ ngoai ông:

)27382,105(273

4,22348,901

S

HWh RT

PM= 2,91(kg/m3)

Khôi lượng riêng :

B = 786,016 (kg/m3) (Bang 1.249, trang 310, [4])

T = 781,6 (kg/m3) (Bang 1.2, trang 9, [4])

Nên: 6,781

96,0

016,786

04,011

T

W

B

W xx

= 781,78 (kg/m3)

Độ nhơt

B = 2,49.10-4 (N.s/m2) (Bang 1.249, trang 310, [4])

T = 2,6.10-4 (N.s/m2) (Bang 1.101, trang 91, [4])

Nên: lg = xWlgB + (1 - xW)lgT = 0,05.lg(2,49.10-4) + (1 – 0,05).lg(2,6.10-4)

= 2,59.10-4 (N.s/m2)



Hệ sô dẫn nhiệt ;

B = 0,198 (W/m.K) (Bang 1.249, trang 310, [4])

T = 0,114 (W/m.K) (Bang 1.130, trang 134, [4])

Áp dụng công thức (1.33), trang 123, [5]):

= B.xW + T.(1 - xW) – 0,72 wx .(1 - xW).(B - T) = 0,1197 (W/m.K)

Nhiệt dung riêng :

CB = 2137,46 (J/kg.K) (Bang 1.249, trang 310, [4])

CT = 2087,46 (J/kg.K) (Bang 1.154, trang 172, [4])

Nên: c = cB Wx + cT. (1 - Wx ) = 2089,46 (J/kg.K)

Sức căng bê mặt:

B = 18,1.10-3 (N/m) (Bang 1.249, trang 310, [4])

T = 18,79.10-3 (N/m) (Bang 1.242, trang 300, [4])

Nên: TB

TB

= 9,22.10-3 (N/m)

Nhiệt hoa hơi

rB = 374,092.103 (J/kg) (Bang 1.250, trang 312, [4])

rT = 364,84.103 (J/kg) (Toán đồ 1.65, trang 255, [4])

Nên: r = rN Wx + rA. (1 - Wx ) = 365,21.103 (J/kg)

3.1. Xác định hệ sô câp nhiệt cua hơi đôt trong ông :

Áp dụng công thức (3.65), trang 120, [4]: 4

trW1n

32n

).dt-.(t

..r725,0

n

nnn

Dùng phép lặp: chon tW1 = 119 (oC)

Nhiệt độ trung bình cua mang nươc ngưng tụ: tm = ½ (tn + tW1) = 119,3oC

Tại nhiệt độ nay thì:

Khôi lượng riêng cua nươc: n = 943,525 (kg/m3)

Độ nhơt cua nươc: n = 2,34.10-4 (N.s/m2)

Hệ sô dẫn nhiệt cua nươc: n = 0,6862 (W/m.K)

Nên: n = 14060,05 (W/m2.K)



qn = n (tn – tW1) = 8436,03(W/m2)

qt = qn = 8436,03 (W/m2) (xem nhiệt tai mât mát la không đáng kể)

tw2 = tw1 - qtrt = 114,3oC

S = 980,25 (W/m2.K) (vơi q = qt)

qS = S (tW2 – tS) = 8282,648 (W/m2)

Kiểm tra sai số:

= n

Sn

q

qq 100% = 1,82% < 5% (thỏa)

Kết luận: tw1 = 119 oC va tw2 = 114,3 oC

Từ (IV.13): 06,607

25,980

110.56,5

05,14060

11

4

K(W/m2.oC)


63,13.06,607

1000.4,216tbF = 26,15 (m2)

Chon sô ông truyên nhiệt: n = 61 (ông).

Chiêu dai ông truyên nhiệt:

L 9,3

2

032,0038,0.61.

15,26

(m)

Chon: L = 4 (m)

Vậy: nồi đun gia nhiệt san phâm đáy la thiêt bị truyên nhiệt vỏ - ông vơi sô

ông n = 61, chiêu dai ông truyên nhiệt L = 4 (m).

Ông được bô tri theo hình lục giác đêu. Nên ta co sô ông trên đương chéo hình

lục giác: b = 9 (ông). Chon bươc ngang giưa hai ông: t = 0,048 (m).

Đương kinh trong cua thiêt bị: D = t.(b-1)+4.dng = 0,536 (m)

4.2.4 Thiêt bị đun sôi dong nhập liệu

Chon thiêt bị đun sôi dong nhập liệu la thiêt bị truyên nhiệt ông lồng ông.

Ông truyên nhiệt được lam bằng thép X18H10T:

Kich thươc ông trong: 38 x 3



Kich thươc ông ngoai: 57 x 3

Chon:

Dong nhập liệu đi trong ông trong vơi nhiệt độ vao tV = tFV = 25 oC va nhiệt

độ ra tR = tFS = 100,4 oC.

Hơi ngưng tụ đi trong ông ngoai co áp suât 1,2 at:

Nhiệt hoa hơi: OH2r = rn = 2249000 (J/kg)

Nhiệt độ sôi: OH2t = tn = 104,2 (oC)

a) Suât lượng nươc cân dung:

GN = )

b) Hiệu sô nhiệt độ trung bình :


4,1002,104

252,104)4,1002,104()252,104(

log

Lnt

= 24,827 (K)

c) Hệ sô truyên nhiệt :


nt

F

1r

11

K

,(W/m2.K)

Vơi:

F : hệ sô câp nhiệt cua dong nhập liệu trong ông (W/m2.K).

n : hệ sô câp nhiệt cua hơi đôt ngoai ông (W/m2.K).

rt : nhiệt trơ qua thanh ông va lơp cáu.

Xác định hệ sô câp nhiệt cua dong nhập liệu trong ông :

Kich thươc cua ông trong:

Đương kinh ngoai: dn = 38 (mm) = 0,038 (m)

Bê day ông: t = 3 (mm) = 0,003 (m)

Đương kinh trong: dtr = 0,032 (m)

Nhiệt độ trung bình cua dong nhập liệu trong ông: tF = ½ (tV + tR) = 62,7 (oC).




Khôi lượng riêng cua Benzen: B = 833,165 (kg/m3)

Khôi lượng riêng cua Toluen: T = 825,3 (kg/m3)

Nên: 3,825

22,01

165,833

22,011

T

F

B

F

F

xx

F = 827,018 (kg/m3)

Độ nhơt cua Benzen: B = 3,8.10-4 (N.s/m2)

Độ nhơt cua Toluen: T = 3,723.10-4 (N.s/m2)

Nên: lgF = xFlgB + (1 – xF)lgT = 0,25.lg(3,8.10-4) + 0,75.lg(3,273.10-4)

F = 3,7459.10-4 (N.s/m2)

Hệ sô dẫn nhiệt cua Benzen: B = 0,13519 (W/m.K)

Hệ sô dẫn nhiệt cua Toluen: T = 0,1269 (W/m.K)

Nên: F = N.xF + A.(1 - xF) – 0,72 xF.(1 - xF)(N - A) = 0,1276799 (W/m.K)

Nhiệt dung riêng cua Benzen: cB = 1944,175 (J/kg.K)

Nhiệt dung riêng cua toluen: cT = 1910,18 (J/kg.K)

Nên: cF = cN Fx + cA. (1 - Fx ) = 1918,1425 (J/kg.K)

Áp dụng công thức (V.35), trang 12, [4]: F

FFF

cPr

= 5,62376

Vận tôc cua dong nhập liệu đi trong ông:

22 032,008,8273600

25004

3600

4

tr

FF d

Gv = 1,0446 (m/s)


410.7459,3

08,827032,00446,1Re

F

FtrFF

dv

= 73639,11 > 104 : chê độ chay rôi

Áp dụng công thức (3.27), trang 110, [4] công thức xác định chuân sô

Nusselt:25,0

2w

F43,0F

8,0FlF Pr

Pr.PrRe..021,0Nu

Trong đo: 1 – hệ sô tinh đên anh hương cua hệ sô câp nhiệt theo tỷ lệ giưa

chiêu dai L va đương kinh d cua ông.

Tra bảng 3.1, trang 110, [4] chon 1 = 1



Hệ sô câp nhiệt cua dong nhập liệu đi trong ông trong: F = tr

FF

d.Nu

Nhiệt tai qua thanh ông va lơp cáu :

t

2w1wt r

ttq

, (W/m2).

Trong đo:

tw1 : nhiệt độ cua vách tiêp xuc vơi hơi đôt, oC

tw2 : nhiệt độ cua vách tiêp xuc vơi dong nhập liệu, oC

21t

tt rrr

Bê day thanh ông: t = 0,003 (m)

Hệ sô dẫn nhiệt cua thép không gi: t = 16,3 (W/mK)

Nhiệt trơ lơp cáu trong ông: r1 = 1/5800 (m2.K/W)

Nhiệt trơ lơp cáu ngoai ông: r2 =1/5800 (m2.K/W)

Nên: rt = 5,289.10-4 (m2.K/W)

Xác định hệ sô câp nhiệt cua hơi ngưng tụ ngoai ông :

Kich thươc cua ông ngoai:

Đương kinh ngoai: Dn = 57 (mm) = 0,057 (m)

Bê day ông: t = 3 (mm) = 0,003 (m)

Đương kinh trong: Dtr = 0,051 (m)

Áp dụng công thức (3.65), trang 120, [1]: 4

nW1nn

3n

2nn

n ).dt-.(t.g..r

725,0

Dùng phép lặp: chon tW1 = 102,09 (oC)

Nhiệt độ trung bình cua mang nươc ngưng tụ: tm = ½ (tn + tW1) = 103,145 (oC)


Khôi lượng riêng cua nươc: n = 956,0727 (kg/m3)

Độ nhơt cua nươc: n = 2,74767.10-4 (N.s/m2)

Hệ sô dẫn nhiệt cua nươc: n = 0,682629 (W/m.K)

Nên: n = 15217,95721 (W/m2K)



qn = n (tn – tW1) = 32109,88971 (W/m2)

qt = qn = 32109,88971 (W/m2) (xem nhiệt tai mât mát la không đáng kể)

tw2 = tw1 - qtrt = 85,12 (oC)


Độ nhơt cuaBenzen: B = 3,02221.10-4 (N.s/m2)


Nên: lgW2 = xFlgB + (1 – xF)lgT = 0,25.lg(3,0221.10-4) + 0,75.lg(4,7.10-4)

W2 = 3,05604.10-4 (N.s/m2)

Hệ sô dẫn nhiệt cua Benzen: B = 0,1296169 (W/m.K)

Hệ sô dẫn nhiệt cua Tluen: T = 0,1219531 (W/m.K)

Nên: W2 = N.xF + A.(1 - xF) – 0,72 xF.(1 - xF)(N - A) = 0,122604523

(W/m.K)

Nhiệt dung riêng cua Benzen: cB = 2076,705 (J/kg.K)

Nhiệt dung riêng cua Toluen: cT = 2082,982(J/kg.K)

Nên: cW2 = cN Fx + cA. (1 - Fx ) = 2014,801(J/kg.K)

Áp dụng công thức (V.35), trang 12, [4]: 2W

2W2W2W

cPr

= 5,0220918

Nên: NuF = 355,6064494

F = 1418,032391 (W/m2K)

qF =F (tW2 - tF) = 31773,96428 (W/m2)

Kiểm tra sai số:

= n

Fn

q

qq 100% = 1,0462 % < 5% (thỏa)

Kết luận: tw1 = 102,09 oC va tw2 = 85,10707 oC

Xác định hệ sô truyên nhiệt :

95721,15217/110.289,503291,1418/1

14

K = 769,3406364 (W/m2.K)

d) Bê mặt truyên nhiệt :




F = 827,243406364,7693600

1000339474,08

. log

tK

QF= 4,936912 (m2)

e) Câu tạo thiêt bị :

Chon n = 3

Chiêu dai ông truyên nhiệt: L = 2

ddn

F

trn = 11,231 (m) chon L = 12 (m)

Kiểm tra: 032,0

12

trd

L= 375 > 50 l = 1: thỏa

Kết luận: Thiêt bị đun sôi dong nhập liệu la thiêt bị truyên nhiệt ông lồng ông vơi chiêu dai ông truyên nhiệt L = 12 (m), chia thanh 4 day, mỗi day 3m. Đương

kinh trong cua thiêt bị: D = t.(b-1) + 4dng = 0,61 (m)

4.2.5 Bồn cao vị

Tôn thât đương ông dẫn:

Chon ông dẫn co đương kinh trong la dtr = 80 (mm)

Tra bảng II.15, trang 381, [4]

Độ nhám cua ông: = 0,2 (mm) = 0,0002 (m) (ăn mon it)

Tôn thât đương ông dẫn:

g2v

.dl

h2

F1

1

111

(m)

Trong đo:

1 : hệ sô ma sát trong đương ông.

l1 : chiêu dai đương ông dẫn, chon l1 = 30(m).

d1 : đương kinh ông dẫn, d1 = dtr = 0,08(m).

1 : tông hệ sô tôn thât cục bộ.

vF : vận tôc dong nhập liệu trong ông dẫn

Xác định vận tôc dong nhập liệu trong ông dẫn :

Các tinh chât ly hoc cua dong nhập liệu được tra ơ nhiệt độ trung bình:



tF = 2

FSFV tt = 62,7 (oC)




Nên: 3,825

22,01

165,833

22,011

A

F

N

F

F

xx

F = 827,02 (kg/m3)


Độ nhơt cua Toluen: T =3,726.10-4 (N.s/m2)

Nên: lgF = xFlgN + (1 – xF)lgA

= 0,25.lg(3,8.10-4) + 0,75.lg(3,726.10-4)

F =3,744.10-4 (N.s/m2)

Vận tôc cua dong nhập liệu đi trong ông:

22 08,002,8273600

25004

3600

4

trF

FF d

Gv = 0,167 (m/s)

Xác định hệ sô ma sát trong đương ông :


410.726,3

02,82708,0167,0Re

F

FtrFF

dv

= 29511,18

Theo tai liệu tham khao [4 (tập 1)], ta co:

+ Chuân sô Reynolds tơi hạn: Regh1=7

8

1.6

d

=7

8

2,0

80.6

=5648,513

+ Chuân sô Reynolds khi bắt đâu xuât hiện vung nhám:

Ren1=8

9

1.220

d

=8

9

2,0

80.220

=186097,3

Suy ra: Regh1 < Re1< Ren1: khu vưc chay quá độ, khi đo (tai liệu tham khao [4

(tập 1)]):

1= 0296,0Re

100.46,1.1,0

25,0

11

d

Xác định tông hệ sô tôn thât cục bộ :



Chỗ uôn cong :

Tra bảng II.16, trang 382, [4]:

Chon dạng ông uôn cong 90o co bán kinh R vơi R/d = 2 thì u1 (1 chỗ) = 0,15.

Đương ông co 6 chỗ uôn u1 = 0,15. 6 = 0,9

Van :

Tra bảng 9.5, trang 94, [7]:

Chon van câu vơi độ mơ hoan toan thì van (1 cái) = 10.

Đương ông co 2 van câu van = 10. 2 = 20

Lưu lượng kê : l1 = 0 (coi như không đáng kể).

Vao tháp : tháp = 1

Nên: 1 = u1 + van + ll = 21,9

Vậy: 81,92

167,0.9,21

08,0

300296,0

2

1

h = 0,0469 (m)

Tôn thât đương ông dẫn trong thiêt bi đun sôi dòng nhâp liệu;

g2v

.dl

h2

22

2

222

(m)

Trong đo:

2 : hệ sô ma sát trong đương ông.

l2 : chiêu dai đương ông dẫn, l2 = 12 (m).

d2 : đương kinh ông dẫn, d2 = dtr = 0,08(m).

2 : tông hệ sô tôn thât cục bộ.

v2 : vận tôc dong nhập liệu trong ông dẫn

Vận tôc dong nhập liệu trong ông dẫn :v2 = 1,0446 (m/s)

Xác định hệ sô ma sát trong đương ông :

Chuân sô Reynolds : Re2 = 73838,04 > 4000: chê độ chay rôi

Độ nhám: = 0,0002

Chuân sô Reynolds giơi hạn:



Regh = 6(d1/)8/7 = 5648,513

Chuân sô Reynolds khi bắt đâu xuât hiện vung nhám:

Ren = 220(d1/)9/8 = 186097,3

Vì Regh < Re1 < Ren chê độ chay rôi ứng vơi khu vưc quá độ.

Áp dụng công thức (II.64), trang 379, [4]

2 = 25,0

22 Re100

d.46,1.1,0

= 0,0322

Xác định tông hệ sô tôn thât cục bộ :

Chư U :

Tra bảng 9.5, trang 94, [7]: U2 (1 chỗ) = 2,2

Đương ông co (4 – 1) = 3 chư U U2 = 2,2. 3 = 6,6

Đột thu :


Khi 2

2

1

o

08,0032,0

FF

= 0,160 thì đột thu 2 (1chỗ) = 0,458

Co 1 chỗ đột thu đột thu 1 = 0,458

Đột mơ :


Khi 2

2

1

o

08,0032,0

FF

= 0,160 thì đột mơ 2 (1chỗ) = 0,708

Co 1 chỗ đột mơ đột mơ 2 = 0,708

Nên: 2 = U2 + đôt thu 2 + đột mơ 2 = 7,766

Vậy: 81,92

0446,1.766,7

08,0

120322,0

2

2

h = 0,701 (m)

Chiêu cao bôn cao vi:

Chon :

Mặt cắt (1-1) la mặt thoáng chât lỏng trong bồn cao vị.

Mặt cắt (2-2) la mặt cắt tại vị tri nhập liệu ơ tháp.



Aup dụng phương trình Bernoulli cho (1-1) va (2-2):

z1 + g.P

F

1

+ g

v

.2

21 = z2 + g.

P

F

2

+ g

v

.2

22 +hf1-2

z1 = z2 + g.2vv

g.PP 2

12

2

F

12

+hf1-2

Trong đo:

z1: độ cao mặt thoáng (1-1) so vơi mặt đât, hay xem như la chiêu cao bồn cao

vị Hcv = z1.

z2: độ cao mặt thoáng (2-2) so vơi mặt đât, hay xem như la chiêu cao từ mặt

đât đên vị tri nhập liệu:

z2 = hchân đỡ + hnắp + (Nchưng+1) .(h + mâm )

= 0,24 + 0,2625 + 9.(0,25 + 0,0018) = 2,6737 (m).

P1 : áp suât tại mặt thoáng (1-1), chon P1 = 1 at = 9,81.104 (N/m2)

P2 : áp suât tại mặt thoáng (2-2)

Xem P = P2 – P1 = nttL .PL = 11. 376,78 = 4144,58 (N/m2)

v1 : vận tôc tại mặt thoáng (1-1), xem v1 = 0 (m/s).

v2 : vận tôc tại vị tri nhập liệu, v2 = vF = 0,167 (m/s).

hf1-2 : tông tôn thât trong ông từ (1-1) đên (2-2):

hf1-2 = h1 + h2 = 0,747441 (m)

Vậy: Chiêu cao bồn cao vị:

Hcv = z2 + g.2vv

g.PP 2

12

2

F

12

+hf1-2

= 2,6737+81,92

0167,0

81,9018,827

58,4144 2

+ 0,747441

= 3,933416 (m)

Chon Hcv = 5 (m).

4.2.6 Bơm

Năng suât:

Nhiệt độ dong nhập liệu la tF = 25oC.






Nên: 25,861

22,01

75,873

22,011

A

F

N

F

F

xx

F = 863,97 (kg/m3)



Nên: lgF = xFlgN + (1 – xF)lgA = 0,25.lg(6,05.10-4) + 0,75.lg(5,54.10-3)

F =5,66.10-4 (N.s/m2)

Suât lượng thể tich cua dong nhập liệu đi trong ông:

97,863

2500

F

FF

GQ

= 2,894 (m3/h)

Vậy: chon bơm co năng suât Qb = 3 (m3/h)

Cột ap:

Chon :

Mặt cắt (1-1) la mặt thoáng chât lỏng trong bồn chứa nguyên liệu.

Mặt cắt (2-2) la mặt thoáng chât lỏng trong bồn cao vị.

Áp dụng phương trình Bernoulli cho (1-1) va (2-2):

z1 + g

P

F .1

+ g

v

.2

21 + Hb = z2 + g

P

F .2

+ g

v

.2

22 +hf1-2

Trong đo:

z1: độ cao mặt thoáng (1-1) so vơi mặt đât, chon z1 = 1 m.

z2: độ cao mặt thoáng (2-2) so vơi mặt đât, z2 = Hcv = 5 m.

P1 : áp suât tại mặt thoáng (1-1), chon P1 = 1 at.

P2 : áp suât tại mặt thoáng (2-2), chon P2 = 1 at.

v1,v2 : vận tôc tại mặt thoáng (1-1) va(2-2), xem v1= v2 = 0(m/s).

hf1-2 : tông tôn thât trong ông từ (1-1) đên (2-2).

Hb : cột áp cua bơm.

Tinh tông trơ lưc trong ông :



Chon đương kinh trong cua ông hut va ông đây bằng nhau: dtr = 50 (mm)

Tra bảng II.15, trang 381, [4]

Độ nhám cua ông: = 0,2 (mm) = 0,0002 (m) (ăn mon it)

Tông trơ lưc trong ông hut va ông đây

hf1-2 = g2v

.d

ll 2F

ñhtr

ñh

Trong đo:

lh : chiêu dai ông hut.

Chiêu cao hut cua bơm:

Tra bảng II.34, trang 441, [4] hh = 4,5 (m) Chon lh = 6 (m).

lđ : chiêu dai ông đây, chon lđ = 15 (m).

h : tông tôn thât cục bộ trong ông hut.

đ : tông tôn thât cục bộ trong ông đây.

: hệ sô ma sát trong ông hut va ông đây.

vF : vận tôc dong nhập liệu trong ông hut va ông đây (m/s).

22 05,03600

34

3600

4

tr

bF d

Qv = 0,425 (m/s)

Xác định hệ sô ma sát trong ông hut va ông đây :


410.66,5

97,86305,0425,0Re

F

FtrFF

dv

= 32408,67

Chuân sô Reynolds giơi hạn:

Regh = 6(d1/)8/7 = 3301,065

Chuân sô Reynolds khi bắt đâu xuât hiện vung nhám:

Ren = 220(d1/)9/8 = 109674,3

Vì Regh < Re1 < Ren chê độ chay rôi ứng vơi khu vưc quá độ.

Áp dụng công thức (II.64), trang 379, [4]:

2 = 25,0

22 Re100

d.46,1.1,0

= 0,031



Xác định tông tôn thât cục bộ trong ông hut :

Chỗ uôn cong :



Ông hut co 2 chỗ uôn u1 = 0,15. 2 = 0,3

Van :


Chon van câu vơi độ mơ hoan toan thì v1 (1 cái) = 10.

Ông hut co 1 van câu v1 = 10

Nên: h = u1 + v1 = 10,3

Xác định tông tôn thât cục bộ trong ông đây :

Chỗ uôn cong :



Ông đây co 4 chỗ uôn u2 = 0,15. 4 = 0,6

Van :


Chon van câu vơi độ mơ hoan toan thì v2 (1 cái) = 10.

Ông đây co 1 van câu v2 = 10

Vao bôn cao vi : cv = 1

Nên: đ = u1 + v1 + cv = 11,6

Vậy: hf1-2 = 81,92

425,0.6,113,10

05,0

86031,0

2

=0,281 (m)

Tinh cột áp cua bơm :

Hb = (z2 – z1) + hf1-2 = (5 – 1) +0,821= 4,821 (m)

Công suât:

Chon hiệu suât cua bơm: b = 0,8.



Công suât thưc tê cua bơm:

Nb = 8,03600

81,997,863821,43

.3600

.

b

Fbb gHQ

= 42,1702 (W) = 0,0566 (Hp).

Kết luận: Để đam bao tháp hoạt động liên tục ta chon 2 bơm ly tâm loại XM,

co:

- Năng suât: Qb = 3 (m3/h)

- Cột áp: Hb = 4,821(m)

Công suât: Nb = 0,0566 (Hp)


KẾT LUẬN

Sau thơi gian nghiên cứu, em đa tìm hiểu va hoc tập được các vân đê:

+ Thiêt kê được tháp chưng cât benzen – toluen tương đôi hoan chinh khi biêt

trươc năng suât, nồng độ nhập liệu va nồng độ, độ thu hồi cua san phâm đinh.

+ Tinh toán tương đôi chi tiêt quá trình lam việc cua thiêt bị va kha năng chịu

bên cua thiêt bị vê tinh ăn mon cơ hoc va hoá hoc, cung như điêu kiện lam việc cua

thiêt bị.

+ Thiêt bị co ưu điểm la năng suât cao, hoạt động ôn định.

+ Tuy nhiên, khi vận hanh

Ta cân chu y vê độ chinh xác cao, các vân đê an toan lao động để tránh các rui

ro co thể xay ra, gây thiệt hại vê ngươi va cua.


TÀI LIÊU THAM KHAO

[1] . Võ Văn Ban, Vu Bá Minh, “Qua trinh va thiêt bi công nghệ hoa học”,

truyên khôi (tập 3) – Trương Đại Hoc Bách Khoa TP.HCM.

[2] . Phạm Văn Bôn, Vu Bá Minh, Hoang Minh Nam, “Qua trinh va thiêt bi

công nghệ hoa học”, Vi dụ va bai tập (tập 10) - Trương Đại Hoc Bách Khoa

TP.HCM.

[3] . Phạm Văn Bôn, Nguyên Đình Tho, “Qua trinh va thiêt bi công nghệ hoa

học, Qua trinh va thiêt bi truyên nhiệt (tâp 5)”, Nha xuât ban Đại Hoc Quôc Gia

TP.HCM.

[4] . Trân Xoa, Nguyên Trong Khuông,“Sô tay qua trinh va thiêt bi công nghệ

hoa chât tâp 1” – Nha xuât ban khoa hoc va ky thuật.

[5] . Trân Xoa, Nguyên Trong Khuông, Phạm Xuân Toan, “Sô tay qua trinh

va thiêt bi công nghệ hoa chât tâp 2”, Nha xuât ban khoa hoc va ky thuật.

[6] . Hồ Lê Viên, “Thiêt kê va tinh toan cac chi tiêt thiêt bi hoa chât”, Nha

xuât ban khoa hoc va ky thuật Ha Nội 1978.

[7]. Trân Hung Dung – Nguyên Văn Lưc – Hoang Minh Nam – Vu Bá Minh,

“Qua trinh va thiêt bi trong công nghệ hoa học – tâp 1, quyển 2: Phân riêng băng

khi động, lưc ly tâm, bơm, quạt, may nén, tinh hệ thông đương ông”, Nha xuât ban

Đại Hoc Quôc Gia TP.HCM.


bai in nhom 3

Documents