Download - Cluyen Thap Chop Rượi Isopropylic-H2O
Trường Đại học Công nghiệp Hà Nội Đồ án môn QTTB Khoa Công nghệ hóa
NhËn xÐt cña gi¸o viªn híng dÉn
....................................................................................................................
....................................................................................................................
....................................................................................................................
....................................................................................................................
....................................................................................................................
....................................................................................................................
....................................................................................................................
....................................................................................................................
....................................................................................................................
....................................................................................................................
....................................................................................................................
....................................................................................................................
....................................................................................................................
....................................................................................................................
Hà Nội, ngày … tháng … năm 2010
ĐỒ ÁN MÔN QUÁ TRÌNH THIẾT BỊ
GVHD: Nguyễn Thế Hữu - 1 - SVTH: Lê Thị Quỳnh CĐ-ĐH HOÁ – K3
Trường Đại học Công nghiệp Hà Nội Đồ án môn QTTB Khoa Công nghệ hóa
Giáo viên hướng dẫn :NGUYỄN THẾ HỮUHọ và tên sinh viên : LÊ THỊ QUỲNHLớp : LT-CĐĐH Hóa 3-K3Khoa : CÔNG NGHỆ HÓA
I.ĐẦU ĐỀ THIẾT KẾ :Thiết kế hệ thống chưng luyện liên tục loại tháp chóp để phân tách hỗn hợp hai cấu tử : Rượu izo propylic - Nước.II. CÁC SỐ LIỆU BAN ĐẦU :+ Hỗn hợp cần tách : C3H7OH-H2O.+Năng suất thiết bị tính theo hỗn hợp đầu : F = 6,0 (tấn/giờ).+Nồng độ cấu tử dễ bay hơi trong : -Hỗn hợp đầu : aF = 25 % khối lượng.
-Hỗn hợp đầu : ap = 83 khối lượng.-Hỗn hợp đầu : aw = 0,5 % khối lượng.
+Tháp làm việc ở áp suất thường.+Hỗn hợp đầu được gia nhiệt đến nhiệt độ sôi.
MỤC LỤC
GVHD: Nguyễn Thế Hữu - 2 - SVTH: Lê Thị Quỳnh CĐ-ĐH HOÁ – K3
Trường Đại học Công nghiệp Hà Nội Đồ án môn QTTB Khoa Công nghệ hóa
PHẦN I. GIỚI THIỆU CHUNGI. GIỚI THIỆU VỀ HỖN HỢP CHƯNG………………………………………7II. SƠ ĐỒ CHƯNG1. Sơ đồ thiết bị....................................................................................................72. Thuyết minh dây chuyền. ................................................................................83. Các ký hiệu. .....................................................................................................8
PHẦN II. TÍNH TOÁN THIẾT BỊ CHÍNH.I. TÍNH CÂN BẰNG VẬT LIỆU TOÀN THIẾT BỊ…………………………...91. Tính toán cân bằng vật liệu…………………………………………………...92. Xác định số bậc thay đổi nồng độ (số đĩa lý thuyết)…………………………113. Phương trình đường nồng độ làm việc đoạn luyện…………………………..234. Phương trình đường nồng độ làm việc đoạn chưng………………………….235. Số đĩa lý thuyết……………………………………………………………….23II. TÍNH ĐƯỜNG KÍNH THÁP………………………………………………..241. Tính lưu lượng các dòng pha đi trong tháp…………………………………...242. Vận tốc hơi đi trong tháp……………………………………………………..302.1. Tính khối lượng riêng trung bình của pha lỏng ………………………312.2. Tính khối lượng trung bình của pha hơi. …………………………………..332.3. Sức căng bề mặt. …………………………………………………………..342.4. Khoảng cách giữa các đĩa (h)……………………………………………….353. Đường kính đoạn luyện…………………………………………………………4. . Đường kính đoạn chưng………………………………………………………..III. TÍNH CHIỀU CAO THÁP…………………………………………………….
1. Hệ số khuếch tán …………………………………………………………..1.1. Hệ số khuếch tán trong pha lỏng………………………………………….1.2. Hệ số khuếch tán trong pha hơi…………………………………………….1.3. Độ nhớt của hỗn hợp hơi………………………………………………….1.4. Chuẩn số Reynolt đối với pha hơi…………………………………………1.5 Chuẩn số Prand đối với pha lỏng………………………………………….1.6 Hệ số cấp khối trong pha hơi………………………………………………1.7 Hệ số chuyển khối…………………………………………………………2. Số đơn vị chuyển khối đối với mỗi đĩa trong pha hơi………………………3. Đường cong động học………………………………………………………4. Hiệu suất tháp – Chiều cao tháp…………………………………………….IV.TÍNH TRỞ LỰC CỦA THÁP………………………………………………1. Trở lực của đĩa khô…………………………………………………………2. Trở lực của sức căng bề mặt…………………………………………………3. Trở lực của chất lỏng trên đĩa (trở lực thủy lực)………………………….V .TÍNH CÂN BẰNG NHIỆT LƯỢNG……………………………………..1. Cân bằng nhiệt lượng của thiết bị gia nhiệt hỗn hợp đầu………………….2. Cân bằng nhiệt lượng của tháp chưng luyện…………………………………
GVHD: Nguyễn Thế Hữu - 3 - SVTH: Lê Thị Quỳnh CĐ-ĐH HOÁ – K3
Trường Đại học Công nghiệp Hà Nội Đồ án môn QTTB Khoa Công nghệ hóa
3. Cân bằng nhiệt lượng của thiết bị ngưng tụ…………………………………4. Cân bằng nhiệt lượng của thiết bị làm lạnh………………………………….
PHẦN III. TÍNH THIẾT BỊ PHỤI.THIẾT BỊ GIA NHIỆT HỖN HỢP ĐẦU…………………………………….2. Lượng nhiệt trao đổi…………………………………………………………3. Diện tích trao đổi…………………………………………………………….II. TÍNH BƠM VÀ THÙNG CAO VỊ…………………………………………1. Các trở lực của quá trình cấp liệu………………………………………….
Xác định trở lực đường ống từ thùng chứa đến thùng cao vị…………………..2. Trở lực trong ống dẫn từ thùng cao vị đến thiết bị gia nhiệt……………….2.1 Trở lực ma sát……………………………………………………………..2.2 Trở lực cục bộ………………………………………………………………3. Trở lực trong ống dẫn từ thiết bị gia nhiệt đến tháp…………………………3.1 Trở lực ma sát……………………………………………………………..3.2 Trở lực cục bộ………………………………………………………………4. Trở lực trong thiết bị gia nhiệt……………………………………………….II. TÍNH CHIỀU CAO CỦA THÙNG CAO VỊ SO VỚI ĐĨA TIẾP LIỆU.III. CHIỀU CAO CẦN BƠM H0.
IV. ÁP SUẤT TOÀN PHẦN CỦA BƠM. III. TÍNH TOÁN CƠ KHÍ VÀ LỰA CHỌNIII.1. Tính toán thân tháp………………………………………………………..III.2. Tính chóp và kích thước cơ bản của chóp………………………………2.1 Chiều cao của chop phía trên ống dẫn hơi…………………………………2.2 Đường kính của chóp………………………………………………………2.3 Chiều cao khe chóp………………………………………………………..2.4 Số lượng khe hở của mỗi chóp……………………………………………..2.5 Đường kính ống chảy chuyền………………………………………………2.6 Khoảng cách từ đĩa đến chân ống chảy chuyền……………………………2.7 Chiều cao ống chảy chuyền nhô trên đĩa……………………………………III.3 Tính đáy và nắp thiết bị……………………………………………………
Chiều dày của nắp…………………………………………………………… Chiều dày của đáy……………………………………………………………
III.4 Chọn mặt bích…………………………………………………………..III.5 Tính đường kính các ống dẫn…………………………………………….5.1 Đường kính ống dẫn sản phẩm đỉnh………………………………………..5.2 Đường kính ống hồi lưu sản phẩm đỉnh…………………………………….5.3. Đường kính ống tháo sản phẩm đáy……………………………………….5.4 Đường kính ống dẫn nguyên liệu đầu……………………………………..5.5 Đường kính ống hồi lưu sản phẩm đáy……………………………………..III.6 Khối lượng tháp…………………………………………………….6.8 Tính tai treo……………………………………………………………..
GVHD: Nguyễn Thế Hữu - 4 - SVTH: Lê Thị Quỳnh CĐ-ĐH HOÁ – K3
Trường Đại học Công nghiệp Hà Nội Đồ án môn QTTB Khoa Công nghệ hóa
6.9 Tính chân đế…………………………………………………………….
PHẦN IV : KẾT LUẬNTài liệu tham khảo.
GVHD: Nguyễn Thế Hữu - 5 - SVTH: Lê Thị Quỳnh CĐ-ĐH HOÁ – K3
Trường Đại học Công nghiệp Hà Nội Đồ án môn QTTB Khoa Công nghệ hóa
LỜI MỞ ĐẦU
Kỹ thuật hóa học hiện đại có nhiệm vụ nghiên cứu các quá trình sản xuất sản phẩm hóa học mới, cải tiến quá trình cũ nhằm tăng năng suất chất lượng trong các ngành hóa học rất khác nhau. Nhưng nhìn chung các quá trình chế biến hóa học đều trải qua một số quá trình vật lý, hóa học nói chung như lắng, lọc, đun nóng, làm nguội, chưng luyện…Chưng là phương pháp tách hỗn hợp hai hay nhiều cấu tử thành các cấu tử riêng biệt dựa trên độ bay hơi khác nhau của các cấu tử trong hỗn hợp. Khi chưng ta thu được nhiều sản phẩm , thường có bao nhiêu cấu tử sẽ có bấy nhiêu sản phẩm. Với trường hợp hỗn hợp gồm 2 cấu tử ta sẽ thu được sản phẩm đỉnh gồm cấu tử dễ bay hơi và một phần cấu tử khó bay hơi, sản phẩm đáy chứa đa số là sản phẩm khó bay hơi và một phần cấu tử dễ bay hơi.Trong sản xuất có rất nhiều phương pháp chưng như : chưng đơn giản, chưng bằng hơi nước trực tiếp, chưng liên tục, gián đoạn, chưng, trích ly, chưng luyện…Chưng luyện là phương pháp chưng phổ biến nhất dùng để tách gần như hoàn toàn cấu tử dễ bay hơi, hòa tan một phần hoặc hòa tan hoàn toàn vào các cấu tử khác.Trong đồ án này em xin trình bày về chưng luyện liên tục làm việc ở áp suất thường để tách hỗn hợp hai cấu tử rượu izo propylic và nước bằng tháp chóp.
Bản đồ án này giúp em củng cố thêm kiến thức đã được học, cũng như phát
huy trình độ độc lập sáng tạo. Bản đồ án này không chỉ để làm sáng tỏ thêm lý
thuyết, nắm vững phương pháp tính toán và nguyên lý vận hành thiết bị, và đây
chính là cơ hội tốt để chúng em tập dượt giải quyết những vấn đề cụ thể trong
thực tế sản xuất.
Để hoàn thành bản đồ án này, em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến các
thầy cô khoa Công Nghệ Hóa. Em xin cảm ơn thầy Vũ Minh Khôi là thầy dạy bộ
môn Các Quá Trình Thiết Bị. Đặc biệt em xin cảm ơn thầy Nguyễn Thế Hữu đã
giành cho chúng em sự ưu đãi đặc biệt, tận tình hướng dẫn, chỉ bảo, tạo điều kiện
thuận lợi cho chúng em làm đồ án.
Do thời gian và kiến thức bản thân em còn hạn chế nên bản đồ án không
tránh khỏi những thiếu sót. Em rất mong nhận được sự góp ý chân thành, những
lời nhận xét và sửa chữa từ thầy cô để bản đồ án của em được hoàn thiện hơn.
Em xin chân thành cảm ơn !Hà nội, ngày 10 tháng 01 năm2011.
GVHD: Nguyễn Thế Hữu - 6 - SVTH: Lê Thị Quỳnh CĐ-ĐH HOÁ – K3
Trường Đại học Công nghiệp Hà Nội Đồ án môn QTTB Khoa Công nghệ hóa
PHẦN I. GIỚI THIỆU CHUNG
I. GIỚI THIỆU VÊ HÔN HƠP CHƯNG
1 . Rượu Izo propylic 2. Nước
II. SƠ ĐỒ CHƯNG :
1. Sơ đồ thiết bị :
Chú thích các ký hiệu trong quy trình:
1- Thùng chứa hỗn hợp đầu 2- Bơm3- Thùng cao vị 4- Thiết bị gia nhiệt hỗn hợp đầu
GVHD: Nguyễn Thế Hữu - 7 - SVTH: Lê Thị Quỳnh CĐ-ĐH HOÁ – K3
12
Trường Đại học Công nghiệp Hà Nội Đồ án môn QTTB Khoa Công nghệ hóa
5- Tháp chưng luyện 6- Thiết bị ngưng tụ hồi lưu7- Thiết bị làm lạnh sản phẩm đỉnh 8- Thùng chứa sản phẩm đỉnh9- Thiết bị gia nhiệt đáy tháp 10- Thùng chứa sản phẩm đáy11- Thiết bị tháo nước ngưng 12-Lưu lượng kế
2 . Thuyết minh dây chuyền sản xuất .
Tháp chưng luyện liên tục là tháp đĩa chóp làm việc ở áp suất thường.Sơ đồ nguyên lý của dây chuyền được trình bày như hình vẽ.Nguyên tắc làm việc:Nguyên liệu đầu được chứa ở thùng chứa (1) được bơm (2) bơm liên tục lên thùng cao vị (3). Mức chất lỏng ở trong thùng cao vị được khống chế nhờ gờ chảy tràn. Từ thùng cao vị dung dịch được đưa vào tháp thiết bị đun nóng (4) qua lưu lượng kế (12), ở đây dung dịch được đun nóng đến nhiệt độ sôi bằng hơi nước bão hòa, rồi qua đĩa tiếp liệu vào tháp chưng luyện (5). Tháp chưng luyện gồm 2 phần: Phần từ đĩa tiếp liệu trở lên gọi là đoạn luyện, phần còn lại từ đĩa tiếp liệu trở xuống gọi là đoạn chưng.Trong tháp hơi đi từ dưới lên gặp chất lỏng đi từ trên xuống, tại mỗi đĩa xảy ra quá trình bốc hơi và ngưng tụ, quá trình tiếp xúc hơi lỏng xảy ra liên tục và làm cho pha hơi ngày càng giàu thêm cấu tử dễ bay hơi và càng lên cao nhiệt độ càng giảm, cấu tử ở nhiệt độ sôi cao(nước) sẽ ngưng tụ lại, cấu tử dễ bay hơi càng giàu thêm. Cuối cung trên đỉnh tháp ta thu được gần như hoàn toàn cấu tử rượu bay hơi( C3H7OH) và ở đáy là thiết bị khó bay hơi.Hơi ở đỉnh được đưa qua thiết bị ngưng tụ hồi lưu (6) (hơi đi ngoài ống, nước lạnh đi trong ống) hơi được ngưng tụ lại, qua thiết bị phân dòng , một phần chất lỏng được hồi lưu về tháp ở đĩa trên cùng, một phần khác đi qua thiết bị làm lạnh (7) để làm lạnh đến nhiệt độ cần thiết rồi đi vào thùng chứa sản phẩm đỉnh (8).Chất lỏng đi từ trên xuống gặp hơi có nhiệt độ sôi cao hơn, một phần cấu tử có nhiệt độ sôi thấp (cấu tử dễ bay hơi) được bay hơi và do đó nồng độ cấu tử khó bay hơi trong chất lỏng ngày càng tăng. Cuối cùng ở đáy tháp ta thu được hỗn hợp lỏng gồm hầu hết cấu tử khó bay hơi là nước.Chất lỏng tháo ra ở đáy tháp một phần được cung cấp vào phần dưới của tháp, một phần khác được tháo ra liên tục đưa vào thùng chứa sản phẩm đáy (10) và một phần được đưa vào thiết bị gia nhiệt đáy tháp (9) đun sôi tuần hoàn bốc hơi đáy tháp. Lượng chất lỏng tháo ra được khống chế bởi các van.Nước ngưng của các thiết bị gia nhiệt được tháo qua thiết bị tháo nước ngưng (11) .
Thiết bị chưng luyện liên tục vì vậy hỗn hợp đầu được đưa vào liên tục và các sản
phẩm đỉnh và sản phẩm đáy cũng được lấy ra liên tục.
3 .Các kí hiệu :
- F : Lượng hỗn hợp đầu , Kg/ h (hoặc Kg/s ,Kmol/h )
GVHD: Nguyễn Thế Hữu - 8 - SVTH: Lê Thị Quỳnh CĐ-ĐH HOÁ – K3
Trường Đại học Công nghiệp Hà Nội Đồ án môn QTTB Khoa Công nghệ hóa
- P : Lượng sản phẩm đỉnh ,Kg/h (hoặc Kg/s ,Kmol/h )
- W: Lượng sản phẩm đáy ,Kg/h (hoặc Kg/s ,Kmol/h )
Các chỉ số F, P W, R, N : tương ứng chỉ đại lượng thuộc về hỗn hợp đầu ,sản
phẩm đỉnh , sản phẩm đáy , rượu izo propylic- nước.
- a : nồng độ phần khối lượng Kg izo propylic/Kg hỗn hợp .- x : nồng độ phần mol : Kmol izo propylic /Kmol hỗn hợp .
- : độ nhớt Ns/m .
- : khối lượng riêng Kg/m .
PHẦN II. TÍNH TOÁN THIẾT BỊ CHÍNH
I. TÍNH CÂN BẰNG VẬT LIỆU TOÀN THIẾT BỊ
1. Tính toán cân bằng vật liệu
Phương trình cân bằng vật liệu chung cho toàn tháp:
GF = GP + GW
Đối với các cấu tử dễ bay hơi
GF. xF = GP. xp + GW. xW
Lượng sản phẩm đỉnh:
GP = GF .
Lượng sản phẩm đáy:
GW = GF - GP
Ký hiệu các đại lượng như sau:
GF: lượng nguyên liệu đầu [ kmol/ h]
GP: lượng sản phẩm đỉnh [kmol/ h]
GW: lượng sản phẩm đáy [kmol/ h]
xF: nồng độ phần mol của cấu tử dễ bay hơi trong hỗn hợp đầu [phần mol]
xP: nồng độ phần mol của cấu tử dễ bay hơi trong sản phẩm đỉnh [phần mol]
xW: nồng độ phần mol của cấu tử dễ bay hơi trong sản phẩn đáy [phần mol]
GVHD: Nguyễn Thế Hữu - 9 - SVTH: Lê Thị Quỳnh CĐ-ĐH HOÁ – K3
Trường Đại học Công nghiệp Hà Nội Đồ án môn QTTB Khoa Công nghệ hóa
Người ta dùng các đại lượng bằng mol vì rằng nhiệt hóa hơi của chất lỏng
tính theo mol không khác nhau mấy.
Đổi nồng độ phần khối lượng sang phần mol
Áp dụng công thức:
x =
Trong đó: aR, aN là nồng độ phần khối lượng rượu izo propylic- nước.
MR, MN là khối lượng mol phân tử của rượu izo propylic- nước.
Giả thiết cho F = 6,0 tấn/ h
aF = 0,25 phần khối lượng
aP = 0,83 phần khối lượng
aW = 0,005 phần khối lượng
xF = = = 0,091( phần mol)
xP = = 0,5943 (phần mol)
xW = = = 0,0015 (phần mol)
GF = F . ( ) = 6000 . ( ) = 275( kmol/ h )
GP = GF . ( ) = 275 . ( ) = 41,52 ( Kmol/ h)
GVHD: Nguyễn Thế Hữu - 10 - SVTH: Lê Thị Quỳnh CĐ-ĐH HOÁ – K3
Trường Đại học Công nghiệp Hà Nội Đồ án môn QTTB Khoa Công nghệ hóa
GW = GF - GP = 275 – 41,52 = 233,48 ( kmol / h )
2) Xác định số bậc thay đổi nồng độ (số đĩa lý thuyết)
a) Xác định chỉ số hồi lưu tối thiểu
Dựng đường cân bằng theo số liệu đường cân bằng tra ở đường cân bằng lỏng-
hơi và nhiệt độ sôi của 2 cấu tử ở 760 mmHg ( tính theo % số mol ) của rượu izo
propylic- nước ( Bảng IX. 2a_ 148_STQTTB tập II )
x 0 5 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 Hỗn hợp
đẳng phí
y 0 48,5 53 60 64 66.5 68 68,4 70 77 83 100 68,5
t 100 84,4 82,5 81,2 81 80,6 80,5 80,4 80,5 81 82,3 82,4 80,4
Tính yF*
xF = 0,091 ( phần mol)
Cách 1: Từ bảng số liệu ta dùng công thức nội suy tìm yF* theo công thức:
yF* = . (xF – x1) + y1
Trong đó x1 = 0,05 ; x2 = 0,1
→ yF* = . (0,091– 0,05) + 0,485
= 0,522 phần mol
Cách 2 : Vẽ đồ thị đường cân bằng lỏng hơi x _ y
Với giá trị xF = 0,091 ta dóng lên đường cân bằng → yF* = 0,522
Chỉ số hồi lưu tối thiểu của tháp chưng luyện Rmin
Được tính theo công thức
Rmin = = = 0,168
GVHD: Nguyễn Thế Hữu - 11 - SVTH: Lê Thị Quỳnh CĐ-ĐH HOÁ – K3
Trường Đại học Công nghiệp Hà Nội Đồ án môn QTTB Khoa Công nghệ hóa
Tính chỉ số hồi lưu thích hợp
Vấn đề chọn chỉ số hồi lưu thích hợp rất quan trọng, vì khi chỉ số hồi lưu bé thì số
bậc của tháp lớn hơn nhưng tiêu tốn lượng hơi đốt ít, ngược lại khi chỉ số hồi lưu
lớn thì số bậc tháp ít hơn nhưng tiêu tốn hơi đốt lớn
Rth : chỉ số hồi lưu thích hợp được tính theo tính chất thể tích tháp nhỏ nhất
Nlt : số bậc thay đổi nồng độ ( số đĩa lý thuyết )
→ Chỉ số hồi lưu thích hợp Rx = β. Rmin
β : hệ số hiệu chỉnh ( 1,2 → 2,5 )
Ứng với mỗi giá trị R > Rmin, ta dựng một đường làm việc tương ứng và tìm
được một giá trị Nlt.
- Phương trình đường nồng độ làm việc đoạn luyện :
y =
GVHD: Nguyễn Thế Hữu - 12 - SVTH: Lê Thị Quỳnh CĐ-ĐH HOÁ – K3
Trường Đại học Công nghiệp Hà Nội Đồ án môn QTTB Khoa Công nghệ hóa
+ β =1,2→ Rx = 0,202
Phương trình đường nồng độ làm việc đoạn luyện :y = 0,168x + 0,494
Có đồ thị sau :
GVHD: Nguyễn Thế Hữu - 13 - SVTH: Lê Thị Quỳnh CĐ-ĐH HOÁ – K3
Nlt= 6
Trường Đại học Công nghiệp Hà Nội Đồ án môn QTTB Khoa Công nghệ hóa
+ β =1,4→ Rx = 0,235
Phương trình đường nồng độ làm việc đoạn luyện :y = 0,190x + 0,481
Có đồ thị sau :
GVHD: Nguyễn Thế Hữu - 14 - SVTH: Lê Thị Quỳnh CĐ-ĐH HOÁ – K3
Nlt = 5
Trường Đại học Công nghiệp Hà Nội Đồ án môn QTTB Khoa Công nghệ hóa
+ β =1,6→ Rx = 0,269
Phương trình đường nồng độ làm việc đoạn luyện :y = 0,212x + 0,468
Có đồ thị sau :
GVHD: Nguyễn Thế Hữu - 15 - SVTH: Lê Thị Quỳnh CĐ-ĐH HOÁ – K3
Nlt = 5
Trường Đại học Công nghiệp Hà Nội Đồ án môn QTTB Khoa Công nghệ hóa
+ β =1,8→ Rx = 0,302
Phương trình đường nồng độ làm việc đoạn luyện :y = 0,232x + 0,456
Có đồ thị sau :
GVHD: Nguyễn Thế Hữu - 16 - SVTH: Lê Thị Quỳnh CĐ-ĐH HOÁ – K3
Nlt = 5
Trường Đại học Công nghiệp Hà Nội Đồ án môn QTTB Khoa Công nghệ hóa
+ β =2,0→ Rx = 0,336
Phương trình đường nồng độ làm việc đoạn luyện :y = 0,251x + 0,445
Có đồ thị sau :
GVHD: Nguyễn Thế Hữu - 17 - SVTH: Lê Thị Quỳnh CĐ-ĐH HOÁ – K3
Nlt = 4
Trường Đại học Công nghiệp Hà Nội Đồ án môn QTTB Khoa Công nghệ hóa
+ β =2,2→ Rx = 0,37
Phương trình đường nồng độ làm việc đoạn luyện :y = 0,270x + 0,434
Có đồ thị sau :
GVHD: Nguyễn Thế Hữu - 18 - SVTH: Lê Thị Quỳnh CĐ-ĐH HOÁ – K3
Nlt = 4
Trường Đại học Công nghiệp Hà Nội Đồ án môn QTTB Khoa Công nghệ hóa
+ β =2,3→ Rx = 0,386
Phương trình đường nồng độ làm việc đoạn luyện :y = 0,278x + 0,429
Có đồ thị sau :
GVHD: Nguyễn Thế Hữu - 19 - SVTH: Lê Thị Quỳnh CĐ-ĐH HOÁ – K3
Nlt = 4
Trường Đại học Công nghiệp Hà Nội Đồ án môn QTTB Khoa Công nghệ hóa
+ β =2,4→ Rx = 0,403
Phương trình đường nồng độ làm việc đoạn luyện :y = 0,287x + 0,424
Có đồ thị sau :
GVHD: Nguyễn Thế Hữu - 20 - SVTH: Lê Thị Quỳnh CĐ-ĐH HOÁ – K3
Nlt = 4
Trường Đại học Công nghiệp Hà Nội Đồ án môn QTTB Khoa Công nghệ hóa
+ β =2,5→ Rx = 0,42
Phương trình đường nồng độ làm việc đoạn luyện :y = 0,296x + 0,419
Có đồ thị sau :
GVHD: Nguyễn Thế Hữu - 21 - SVTH: Lê Thị Quỳnh CĐ-ĐH HOÁ – K3
Nlt = 4
Trường Đại học Công nghiệp Hà Nội Đồ án môn QTTB Khoa Công nghệ hóa
- Từ đó ta có bảng số liệu :
β 1,2 1,4 1,6 1,8 2,0 2,2 2,3 2,4 2,5
Rx 0,202 0,235 0,269 0,302 0,336 0,37 0,386 0,403 0,42
Nlt 6 5 5 5 4 4 4 4 4
Nlt(Rx+1) 7,212 6,175 6,345 6,51 5,344 5,48 5,544 5,612 5,68
- Dựng đồ thị quan hệ giữa Rx và Nlt. ( Rx+1 ). Theo đồ thị ta có Rth =0,338 , ứng
với giá trị cực tiểu của đồ thị ( thể tích tháp nhỏ nhất), Nlt = 4.
GVHD: Nguyễn Thế Hữu - 22 - SVTH: Lê Thị Quỳnh CĐ-ĐH HOÁ – K3
Đồ thị quan hệ Rx và Nlt.( Rx+1)
Trường Đại học Công nghiệp Hà Nội Đồ án môn QTTB Khoa Công nghệ hóa
3) Phương trình làm việc của đoạn luyện
y =
y : nồng độ phần mol cấu tử dễ bay hơi trong pha hơi đi từ dưới lên.
x : nồng độ phần mol cấu tử dễ bay hơi trong pha lỏng chảy từ đĩa xuống.
Rx : chỉ số hồi lưu.
Thay số liệu :
yL =
yL = 0,253x + 0,444.
4) Phương trình làm việc đoạn chưng
y =( 1
Rx
fRx ).x -
Trong đó :
f = = = 6,6235
Thay số yC =
= 5,2029. x – 0,0063.
5) Số đĩa lý thuyết
Với Rth = 0,338 dựa vào đường cân bằng và đường làm việc, ta xác định số đĩa lý
thuyết Nlt = 4.
Trong đó Số đĩa đoạn chưng = 3
Số đĩa đoạn luyện = 1
GVHD: Nguyễn Thế Hữu - 23 - SVTH: Lê Thị Quỳnh CĐ-ĐH HOÁ – K3
Kmol h2 đầuKmol sp đỉnh
Trường Đại học Công nghiệp Hà Nội Đồ án môn QTTB Khoa Công nghệ hóa
II. Tính đường kính tháp
Đường kính tháp được tính theo công thức :
D = = 0,0188 . (II-181)
gtb : lượng hơi ( khí ) trung bình đi trong tháp [kg/h]
( py.wy )tb : tốc độ hơi ( khí ) trung bình đi trong tháp [kg/m2.s]
Vì lượng hơi và lỏng thay đổi theo chiều cao tháp và khác nhau trong mỗi giai
đoạn cho nên ta tính lượng hơi trung bình riêng cho từng đoạn.
Xác định nhiệt độ đầu vào, nhiệt độ sản phẩm đỉnh và đáy
Từ bảng cân bằng lỏng hơi, nội suy ta xác định được tF = 84,34 oC ; tP = 80,41 oC ; tW = 95,32 oC.
1) Tính lưu lượng các dòng pha đi trong tháp
a) Xác định lưu lượng hơi trung bình đi trong đoạn luyện
GVHD: Nguyễn Thế Hữu - 24 - SVTH: Lê Thị Quỳnh CĐ-ĐH HOÁ – K3
GR
gđ
GF
xF GP
xP
G1’, y1’ = yW
G1
x1 = xF
GW
xW
g1, y1
Trường Đại học Công nghiệp Hà Nội Đồ án môn QTTB Khoa Công nghệ hóa
Lượng hơi trung bình đi trong tháp chưng luyện có thể tính gần đúng bằng trung
bình cộng của lượng hơi đi ra khỏi đĩa trên cùng của tháp và đĩa dưới cùng của
đoạn luyện
gtb =
gtb: lượng hơi trung bình đi trong đoạn luyện [ kmol/ h ]
gđ: lượng hơi đi ra khỏi đĩa trên cùng của tháp [kmol/ h]
g1: lượng hơi đi vào đĩa dưới cùng của đoạn luyện [ kmol/ h]
Lượng hơi ra khỏi đỉnh tháp
gđ = GR + GP = GP. ( Rx + 1 )
GP: lượng sản phẩm đỉnh [ kmol/h ]
GR: lượng chất lỏng hồi lưu [ kmol/ h ]
Rx: chỉ số hồi lưu thích hợp
gđ = GP. ( Rth + 1)
= 41,52.(0,338+1)
= 55,543 (Kmol/h)
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 phương trình cân bằng vật liệu:
g1 = G1 + GP ( 1 )
Phương trình cân bằng vật liệu đối với cấu tử dễ bay hơi (C3H7OH)
g1.y1 = G1. x1+ GP. xP ( 2 )
Phương trình cân bằng nhiệt lượng:
g1. r1 = gđ.rđ ( 3)
Ta có hệ phương trình:
g1 = G1 + GP
GVHD: Nguyễn Thế Hữu - 25 - SVTH: Lê Thị Quỳnh CĐ-ĐH HOÁ – K3
Trường Đại học Công nghiệp Hà Nội Đồ án môn QTTB Khoa Công nghệ hóa
g1.y1 = G1.x1 + GP.xP
g1.r1 = gđ.rđ
Trong đó r1: ẩn nhiệt hóa hơi của hỗn hợp đi vào đĩa thứ nhất (kcal/kmol).
rđ: ẩn nhiệt hóa hơi của cấu tử hỗn hợp hơi ra đỉnh tháp (kcal/kmol).
x1 = xF = 0,091 ( phần mol)
r1 = ra . y1 + (1 – y1 ). rb ( 4 )
rđ = ra . yđ + (1 – yđ ). rb ( 5 )
ra : ẩn nhiệt hóa hơi của C3H7OH
rb : ẩn nhiệt hóa hơi của H2O
Từ tF = 84,340C tra bảng I.212- STQTQB T1-254, nội suy theo công thức:
ra =
Với r1 = 167 (kcal/ kg ) ; r2 = 152 (kcal/ kg ) ; tF = 84,340C
ra =
= 157,873( kcal/ kg) = 157,873. MR( kcal/ kmol) = 9472,38 ( kcal/ kmol)
Tương tự rb = 9983,88 ( kcal/ kmol)
Thay vào (4)
r1 = ra . y1 + (1 – y1 ). rb
= 9472,38. y1 + ( 1 – y1) . 9983,88
Tính rđ ADCT : rđ = ra . yđ + (1 – yđ ) . rđ
Trong đó ra: ẩn nhiệt hóa hơi cấu tử C3H7OH ở to2 = tp
rb: ẩn nhiệt hóa hơi của các cấu tử H2O ở to2 = tp
yđ: hàm lượng hơi đi ra khỏi đỉnh tháp (yđ = xp)[ phần mol ]
Từ tP = 80,41oC tra bảng I.212- STQTTB Tập I- 254, nội suy ta có
GVHD: Nguyễn Thế Hữu - 26 - SVTH: Lê Thị Quỳnh CĐ-ĐH HOÁ – K3
Trường Đại học Công nghiệp Hà Nội Đồ án môn QTTB Khoa Công nghệ hóa
ra = =
= 159,346 ( kcal/ kg ) = 159,346.MR( kcal/ kmol) = 9560,76 ( kcal/ kmol)
Tương tự rb = 558,59 ( kcal/ kg ) = 10054,62 ( kcal/ kmol)
rđ = ra . yđ + (1 – yđ ) . rb = 9560,76. 0,5943 + (1 - 0,5943) . 10054,62
= 9761,12 ( kcal/ kmol)
Thay các giá trị tính được vào hệ (1) (2) (3)
g1 = G1 + GP
g1. y1 = G1. x1 + GP. xP
g1. r1 = gđ. rđ
G1 = 14,121 kmol/ h
Giải hệ g1 = 55,633 kmol/ h
y1 = 0,466 phần mol
Thay y1 = 0,4352 vào r1
r1 = ra . y1 + (1 – y1 ). rb
= 9472,38. 0,466 + ( 1 – 0,466) . 9983,88
= 9745,52 ( kcal/ kmol )
Vậy :
Lượng hơi trung bình đi trong đoạn luyện là :
gtbL = = = 55,588 ( kmol / h )
Lượng lỏng trung bình đi trong đoạn luyện là :
Gtbl = = = 14,076( kmol/ h)
b) Lượng hơi trung bình trong đoạn chưng
g’tb =
GVHD: Nguyễn Thế Hữu - 27 - SVTH: Lê Thị Quỳnh CĐ-ĐH HOÁ – K3
F
g’x
g’1
G1, x1
W. xw
1G
Trường Đại học Công nghiệp Hà Nội Đồ án môn QTTB Khoa Công nghệ hóa
Trong đó :
: lượng hơi đi ra khỏi đoạn
chưng ( kmol/ h )
: lượng hơi đi vào đoạn chưng
( kmol/ h )
Vì lượng hơi đi ra khỏi đoạn chưng bằng lượng hơi đi vào đoạn luyện = g1 ,
nên ta có thể viết :
gtb =
Phương trình cân bằng vật liệu :
( 1’ )
Phương trình cân bằng vật liệu với cấu tử dễ bay hơi (C3H7OH):
( 2’)
Phương trình cân bằng nhiệt lượng :
g’1 . r’1 = g1 . r1
Lượng hơi đi vào đoạn chưng, lượng lỏng G’1 và hàm lượng lỏng x’1 được xác
định theo hệ phương trình cân bằng vật liệu và cân bằng nhiệt lượng như sau :
G’1 = g’1 + GW
G’1 . x’1 = g’1 . yW + GW . xW
g’1 . r’1 = g1 . r1
Trong đó :
r’1: ẩn nhiệt hóa hơi của hỗn hợp hơi đi vào đĩa thứ nhất của đoạn chưng.
xW: thành phần cấu tử dễ bay hơi trong sản phẩm đáy.
r1: ẩn nhiệt hóa hơi của hỗn hợp đi vào đĩa trên cùng của đoạn chưng.
Ta có : GW = 233,44 kmol/ h
xW = 0,0015 phần mol
GVHD: Nguyễn Thế Hữu - 28 - SVTH: Lê Thị Quỳnh CĐ-ĐH HOÁ – K3
Trường Đại học Công nghiệp Hà Nội Đồ án môn QTTB Khoa Công nghệ hóa
Tính r1
Ẩn nhiệt hóa hơi của hỗn hợp đi vào đĩa trên cùng đoạn chưng bằng ẩn nhiệt hóa
hơi đi vào đoạn luyện
r1 = 9745,52 ( kcal/ kmol )
Tính r’1
r’1 = ra. y’1 + ( 1 – y’1 ) . rb
ra, rb : ẩn nhiệt hóa hơi của cấu tử nguyên chất ở to = tW
r’1 : ẩn nhiệt hóa hơi của hỗn hợp ra khỏi đoạn chưng
◘ y’1 = yW xác định theo đường cân bằng ứng với xW = 0,0015
Hoặc dùng công thức nội suy :
yW = + y1
Với xW = 0,0015 ; x1 = 0 ; x2 = 0,05 ; y1 = 0 ; y2 = 0,485
yW = 0,0975 phần mol
◘ ra, rb = ?
Với xW = 0,0015 phần mol, theo đồ thị ta xác định được tW = 95,32 oC
Từ tW = 95,32 oC ta ngoại suy theo số liệu bảng I.212- STQTTB T1-254, nội suy
theo công thức:
ra =
= = 153,755 kcal/ kg
= 153,755 . MR = 9225,3 kcal/ kmol
Tương tự rb = = 503,68 kcal/ kg
= 503,68 . MN = 9786,24 kcal/ kmol
= ra. y’1 + ( 1 – y’1 ) . rb
= 9225,3 . 0,0975 + (1 – 0,0975) . 9786,24
GVHD: Nguyễn Thế Hữu - 29 - SVTH: Lê Thị Quỳnh CĐ-ĐH HOÁ – K3
Trường Đại học Công nghiệp Hà Nội Đồ án môn QTTB Khoa Công nghệ hóa
= 9731,55 kcal/ kmol
Giải hệ G’1 = g’1 + GW
G’1 . x’1 = g’1 . yW + GW . xW
g’1 . r’1 = g1 . r1
G’1 = g’1 + 233,44
G’1 . x’1 = g’1 . 0,0975+ 233,44 . 0,0015
g’1 . 9731,55 =55,633. 9745,52
g’1 = 57,713 kmol/ h
G’1 = 289,153 kmol/ h
x’1 = 0,02 phần mol
Vậy lượng hơi trung bình đi trong đoạn chưng là
= = = 56,673( kmol/ h )
Lượng lỏng trung bình đi trong đoạn chưng
Gxc = Gc = = = 289,137 ( kmol/ h )
2. Vận tốc hơi đi trong tháp
Tốc độ hơi ( khí ) trung bình đi trong tháp
= 0,065. .
Trong đó:
: khối lượng riêng trung bình của lỏng ( kg/ m3 )
: khối lượng riêng của hơi ( kg/ m3 )
h: khoảng cách giữa các đĩa ( m )
:hệ số tính đến sức căng bề mặt.
2.1. Tính khối lượng riêng trung bình của pha lỏng
GVHD: Nguyễn Thế Hữu - 30 - SVTH: Lê Thị Quỳnh CĐ-ĐH HOÁ – K3
Trường Đại học Công nghiệp Hà Nội Đồ án môn QTTB Khoa Công nghệ hóa
ADCT : = [ kg/ m3 ]
Trong đó
: khối lượng riêng trung bình của lỏng [ kg/ m3 ]
, : khối lượng riêng trung bình của izo propylic và nước trong pha lỏng
lấy theo nhiệt độ trung bình [ kg/ m3 ]
atb1: phần khối lượng trung bình của izo propylic trong pha lỏng
atb1 = = = 0,54 phần khối lượng
a) Khối lượng riêng trung bình của pha lỏng trong đoạn luyện
= +
Nồng độ trung bình của pha lỏng trong đoạn luyện
xtb1 = = = 0,3427 phần mol
Nội suy từ bảng số liệu trong bảng IX. 2a_STQTTB Tập II_148 ta được
toxtb = 80,829 oC
Ứng với to = 80,8 29oC . Nội suy theo số liệu từ bảng I.2 trong STQTTB Tập I_9
ta được:
= izo propylic = 734,295 kg/ m3
= nước = 971,420 kg/ m3
Vậy:
Khối lượng riêng trung bình của pha lỏng trong đoạn luyện:
=
= = 1,21.10-3
= 827,176 kg/ m3
GVHD: Nguyễn Thế Hữu - 31 - SVTH: Lê Thị Quỳnh CĐ-ĐH HOÁ – K3
Trường Đại học Công nghiệp Hà Nội Đồ án môn QTTB Khoa Công nghệ hóa
b) Khối lượng riêng trung bình của pha lỏng trong đoạn chưng
=
Trong đó:
: Khối lượng riêng trung bình của pha lỏng ở đoạn chưng [kg/ m3 ]
, : Khối lượng riêng trung bình của izo propylic và nước trong pha lỏng
lấy theo nhiệt độ trung bình [ kg/ m3 ]
atb1: Phần khối lượng trung bình của cấu tử izo propylic trong pha lỏng
atb1 = = = 0,1275 phần mol
Nồng độ trung bình của pha lỏng trong đoạn chưng
xtb1 = = = 0,0463 phần mol
Với xtb1 = 0,04625 phần mol, nội suy từ số liệu trong bảng IX.2a_STQTTB Tập
II_145 ta được toxtb = 85,554oC
Ứng với toxtb = 85,554oC, nội suy số liệu ở bảng I.2_STQTTB Tập I_9 ta được
= izo propylic = 730,279 ( kg/ m3 )
= nước = 968,112 ( kg/ m3 )
Khối lượng riêng của lỏng trong đoạn chưng là:
=
= = 1,0758. 10-3
= 929,515 kg/ m3
2.2 Tính khối lượng riêng trung bình của pha hơi
2.2.1 Khối lượng riêng trung bình pha hơi ở đoạn luyện
ADCT STQTTB II – 183
= [ kg/ m3 ]
GVHD: Nguyễn Thế Hữu - 32 - SVTH: Lê Thị Quỳnh CĐ-ĐH HOÁ – K3
Trường Đại học Công nghiệp Hà Nội Đồ án môn QTTB Khoa Công nghệ hóa
Trong đó
MA, MB : khối lượng phân tử của izo propylic và nước.
T : nhiệt độ làm việc trung bình của tháp ( oK )
ytbL: Nồng độ trung bình pha hơi trong đoạn luyện
ytbL = ( STQTTB II _ 183 )
yđL : Nồng độ pha hơi đầu đoạn luyện
ycL : Nồng độ pha hơi cuối đoạn luyện
Nồng độ pha hơi đầu đoạn luyện
yđL = y1 = 0,466 phần mol
Nồng độ pha hơi cuối đoạn luyện
yđC = yP = xP = 0,5943 phần mol
ytbL =
= = 0,5302 phần mol
ytbL = 0,530 nội suy từ số liệu trong bảng IX.2a STQTTB II _ 148 ta được totbL =
82,5 oC T = 355,5 oK
Khối lượng riêng trung bình của pha hơi đối với đoạn luyện là:
=
=
= 1,387kg/ m3
2.2.2 Khối lượng riêng trung bình của pha hơi ở đoạn chưng
= [ kg/ m3 ]
Trong đó:
GVHD: Nguyễn Thế Hữu - 33 - SVTH: Lê Thị Quỳnh CĐ-ĐH HOÁ – K3
Trường Đại học Công nghiệp Hà Nội Đồ án môn QTTB Khoa Công nghệ hóa
MA, MB : Khối lượng phân tử của izo propylic và nước.
T : Nhiệt độ làm việc trung bình của tháp ( oK )
ytbC : Nồng độ trung bình pha hơi trong đoạn chưng.
ytbC = ( STQTTB II _ 183 )
yđC : Nồng độ pha đầu đoạn chưng
ycC : Nồng độ pha cuối đoạn chưng
Nồng độ pha đầu đoạn chưng
yđC = = yW = 0,0975 phần mol
Nồng độ pha cuối đoạn chưng
ycC = y1 = 0,466 phần mol
ytbC = = = 0,2818 phần mol
Với nồng độ ytbC = 0,2818 phần mol, nội suy từ số liệu trong bảng IX.2a STQTTB
II _ 14 8ta được:
totbC = 90,93 oC T = 363,93oK
Khối lượng riêng trung bình của pha hơi đối với đoạn chưng là:
=
= = 1,01 [ kg/ m3 ]
2.3. Khoảng cách giữa các đĩa ( h )
Giá trị h được chọn theo đường kính tháp như sau:
D ( m ) 0 > 1,8
h ( m ) 0,25
( Theo STQTTB II _ 184 )
Giả sử đường kính tháp nằm trong khoảng 0,6 1,2(m) h = (0,3 0,35),
chọn h = 0,3.
GVHD: Nguyễn Thế Hữu - 34 - SVTH: Lê Thị Quỳnh CĐ-ĐH HOÁ – K3
Trường Đại học Công nghiệp Hà Nội Đồ án môn QTTB Khoa Công nghệ hóa
: Hệ số tính đến sức căng bề mặt.
Khi < 20 dyn/cm thì = 0,8
Khi >20 dyn/cm thì = 1
2.4. Sức căng bề mặt
ADCT = +
Đoạn luyện: totbL = 80,829 oC Theo STQTTB I _ 299. Nội suy ta có :
Sức căng bề mặt của izo propylic = 16,938
Sức căng bề mặt của nước = 62,447
Thay vào công thức trên ta được
= +
= 0,075
= 13,324 < 20 đyn. Vậy hệ số tính đến sức căng bề mặt = 0,8
Với = 827,176 kg/m3
= 1,387kg/m3
Tốc độ khí của hơi đoạn luyện :
= 0,065. .
= 0,065.0,8. = 0,964 kg/ m2.s
Đoạn chưng: totbC = 85,554 oC Theo STQTTB I _ 299. Nội suy ta có :
Sức căng bề mặt của izo propylic = 16,583
Sức căng bề mặt của nước = 61,573
Thay vào công thức trên ta được
= +
= 0,0765
= 13,064 < 20 đyn. Vậy hệ số tính đến sức căng bề mặt = 0,8
GVHD: Nguyễn Thế Hữu - 35 - SVTH: Lê Thị Quỳnh CĐ-ĐH HOÁ – K3
Trường Đại học Công nghiệp Hà Nội Đồ án môn QTTB Khoa Công nghệ hóa
Với = 929,515 kg/ m3
= 1,01 kg/ m3
Tốc độ khí của hơi đoạn luyện :
= 0,065. .
= 0,065.0,8. = 0,8
3. Đường kính đoạn luyện
[ ]tbL = 0,065 . . [ kg/ m3 ]
Đường kính đoạn luyện được tính theo công thức:
DL = 0,0188 .
Trong đó:
Lượng hơi trung bình đi trong đoạn luyện :
gtbL = = = 55,588 kmol/ h
Khối lượng mol trung bình của pha hơi đoạn luyện
= [ ytbL . MA + ( 1- ytbL ). MB ]
= 0,5302.60 + ( 1 – 0,5302) . 18
= 40,2684 kg/ kmol
Lượng hơi trung bình đi trong đoạn luyện đổi sang kg/ h
gtb = gtbL .
= 55,588. 40,2684 = 2238,440 kg/h
Thay các giá trị vào công thức
DL = 0,0188 .
= 0,0188. = 0,91( m )
GVHD: Nguyễn Thế Hữu - 36 - SVTH: Lê Thị Quỳnh CĐ-ĐH HOÁ – K3
Trường Đại học Công nghiệp Hà Nội Đồ án môn QTTB Khoa Công nghệ hóa
4. Đường kính đoạn chưng
Tốc độ hơi của đoạn chưng
( )tbC = 0,065 . .
Đường kính đoạn chưng được tính theo công thức :
DC = 0,0188 . [ m ]
Trong đó
Lượng hơi trung bình đi trong đoạn chưng
= = = 55,673 kmol/ h
Khối lượng mol trung bình của pha hơi đoạn chưng
= ytbC . MA + (1 – ytbC ) . MB
= 0,2818 . 60 + (1 – 0,2818). 18 = 29,8356 kg/ kmol
Lượng hơi trung bình đi trong đoạn chưng đổi sang kg/ h
gtb = gtbC . = 55,673. 29,8356 = 1662,037 kg/h
Thay các giá trị vào đường kính tháp
DC = 0,0188 .
= 0,0188 . = 0,90 ( m )
Vì đường kính đoạn chưng, đoạn luyện sai khác không đáng kể, chuẩn hóa ta
chọn đường kính cho cả tháp : D = 1,0 m
III. TÍNH CHIÊU CAO THÁP
GVHD: Nguyễn Thế Hữu - 37 - SVTH: Lê Thị Quỳnh CĐ-ĐH HOÁ – K3
Trường Đại học Công nghiệp Hà Nội Đồ án môn QTTB Khoa Công nghệ hóa
Trong kỹ thuật người ta tính chiều cao theo 3 phương pháp sau đây :
Theo phương trình chuyển khối
Theo số bậc thay đổi nồng dộ
Theo số đơn vị chuyển khối
Trong bản đồ án này em xin trình bày cách tính chiều cao theo số bậc thay đổi
nồng độ, xác định số đĩa thực tế bằng cách vẽ đường cong động học
Chiều cao tháp theo công thức IX. 54 STQTTB II _ 169
H = Nt . ( Hđ + ) + ( 0,8 ) [ m ]
Trong đó:
Nt : số đĩa thực tế
: chiều dày của đĩa [ m ]
0,8 1 : khoảng cách cho phép ở đỉnh và đáy thiết bị
Hđ : khoảng cách giữa các đĩa [ m ]
1 Hệ số khuếch tán
1.1 Hệ số khuếch tán trong pha lỏng
= . [ 1 + b.( t – 20 ) ]
Hệ số khuếch tán trong pha lỏng ở 20oC theo STQTTB II _ 133
= [ m2/ s ]
A, B : Hệ số liên hợp của chất tan và dung môi
A = 1,16 ; B = 1,36
MA, MB : Khối lượng mol của izo propylic và nước [ kg/ kmol ]
: Độ nhớt của dung môi ở 20oC [ kg/ m3 ]
= 1,0 cp
GVHD: Nguyễn Thế Hữu - 38 - SVTH: Lê Thị Quỳnh CĐ-ĐH HOÁ – K3
Trường Đại học Công nghiệp Hà Nội Đồ án môn QTTB Khoa Công nghệ hóa
vA, vB : Thể tích mol của izo propylic và nước ( cm3/mol )
= 14,8.3 + 3,7.8 + 7,4 = 81,4 ( cm3/mol )
= 3. 3,7 + 7,4 = 18,9 ( cm3/mol )
= [ m2/s ]
=
= 1,52. 10-10
Hệ số nhiệt độ được tính theo công thức:
b =
: Độ nhớt của dung môi ở 20oC = 1,0[ cp ]
: Khối lượng riêng của dung môi ở 20oC = 998 [ kg/ m3 ]
Thay vào công thức b =
b = = 0,0197
Hệ số khuếch tán trong pha lỏng đoạn chưng
t = ttbC = 85,554oC
= . [ 1 + b.( t – 20 ) ]
= 1,52. 10-10. [ 1 + 0,0197. ( 85,554 – 20 ) ]
= 3,48. 10-10 ( m2/s )
Hệ số khuếch tán trong pha lỏng đoạn luyện
= . [ 1 + b.( t – 20 ) ]
GVHD: Nguyễn Thế Hữu - 39 - SVTH: Lê Thị Quỳnh CĐ-ĐH HOÁ – K3
Trường Đại học Công nghiệp Hà Nội Đồ án môn QTTB Khoa Công nghệ hóa
= 1,52. 10-10. [ 1 + 0,0197. ( 80,829 – 20 ) ]
= 3,34 .10-10 ( m2/s )
1.2 Hệ số khuếch tán trong pha hơi
Hệ số khuếch tán của khí trong khí, theo STQTTB II _ 127
Dy = [ m2/s ]
Trong đó :
MA, MB : Khối lượng mol của izo propylic và nước [ kg/ kmol ]
vA, vB : Thể tích mol của izo propylic và nước ( cm3/mol )
p : Áp suất tuyệt đối của hỗn hợp p = po = 1 ( atm )
T : Nhiệt độ tuyệt đối của hỗn hợp ( oK )
Hệ số khuếch tán trong pha hơi đoạn chưng
t = ttbC = 85,554 oC T = 273 + 85,554 = 358,554 oK
DyC =
=
= 7,02. 10-7 ( m2/s )
Hệ số khuếch tán trong pha hơi đoạn luyện
t = ttbL = 80,829 oC T = 353,829 oK
DyL =
=
GVHD: Nguyễn Thế Hữu - 40 - SVTH: Lê Thị Quỳnh CĐ-ĐH HOÁ – K3
Trường Đại học Công nghiệp Hà Nội Đồ án môn QTTB Khoa Công nghệ hóa
= 6,88. 10-7 ( m2/s )
2. Hệ số cấp khối
2.3 Độ nhớt của hỗn hợp hơi
ADCT STQTTB I _ 85 : =
Trong đó:
, , : Độ nhớt của hỗn hợp khí và các cấu tử thành phần.
Mhh : Trọng lượng phân tử của hỗn hợp khí.
M1, M2 : Trọng lượng phân tử hỗn hợp khí thành phần.
y : Nồng độ cấu tử tính bằng thể tích.
Đoạn chưng : y = ytbC = 0,2818phần mol
Mhh = yC = 29,8356 kg/ kmol
Từ t = ttbC = 85,554oC, nội suy theo bảng I _ 113 STQTTB I _ 116 có
= 93,53. 10-7 ( Ns/m2 ) ; = 1,21. 10-5 ( Ns/m2 )
Đoạn luyện : y = ytbL = 0,5302 phần mol
Mhh = yL = 40,2684 kg/ kmol
Từ t = ttbL = 80,829 oC, nội suy theo bảng I _ 113 STQTTB I _ 116 có
= 92,23. 10-7 ( Ns/m2 ) ; = 1,19. 10-5 ( Ns/m2 )
Độ nhớt hỗn hợp hơi đoạn chưng là :
=
= 29,8356.
=1,037. 10-5 ( Ns/ m2 )
Độ nhớt hỗn hợp hơi đoạn luyện
GVHD: Nguyễn Thế Hữu - 41 - SVTH: Lê Thị Quỳnh CĐ-ĐH HOÁ – K3
Trường Đại học Công nghiệp Hà Nội Đồ án môn QTTB Khoa Công nghệ hóa
=
= 40,2684.
= 0,968. 10-5 ( Ns/ m2 )
1.3.1 Độ nhớt của hỗn hợp lỏng
Theo STQTTB I _ I.93 _84 : lg = x.
Trong đó :
, , : Độ nhớt động lực của hỗn hợp khí và các cấu tử thành phần.
x : Nồng độ mol của các cấu tử trong hỗn hợp
Đoạn chưng: x = xtbC = 0,0463 phần mol
t = ttbC = 85,554oC, nội suy theo bảng I.101 STQTTB I _91:
= 0,442. 10-3 ( Ns/ m2 ) ; = 0,337. 10-3 ( Ns/ m2 )
Đoạn luyện : x = xtbL = 0,3427 phần mol
t = ttbL = 80,829 oC, nội suy theo bảng I.101 STQTTB I _91:
= 0,508. 10-3 ( Ns/ m2 ) ; = 0,354. 10-3 ( Ns/ m2 )
Độ nhớt hỗn hợp lỏng đoạn chưng:
lg = x.
= 0,0463. lg (0,442. 10-3 ) + (1 – 0,0463). lg (0,337. 10-3)
=0,341. 10-3 ( Ns/ m2 )
= 0,341 cP
Độ nhớt hỗn hợp lỏng đoạn luyện:
lg = x.
= 0,3427. lg (0,508. 10-3) + ( 1 – 0,3427). lg (0,354. 10-3)
= 0,401. 10-3 ( Ns/ m2 )
= 0,401 cP
GVHD: Nguyễn Thế Hữu - 42 - SVTH: Lê Thị Quỳnh CĐ-ĐH HOÁ – K3
Trường Đại học Công nghiệp Hà Nội Đồ án môn QTTB Khoa Công nghệ hóa
1.4 Chuẩn số Reynolt đối với pha hơi
Theo STQTTB II _ 164: Rey =
Trong đó :
wy : Tốc độ hơi tính cho mặt cắt tự do của tháp ( m/s )
h: Kích thước dài, chấp nhận bằng 1 m
: Khối lượng riêng trung bình của hơi ( kg/ m3 )
: Độ nhớt trung bình của hơi ( Ns/m2 )
Đoạn luyện :
Từ công thức tính đường kính đoạn luyện
DL = 0,0188 .
wL =
= = 0,704 ( m/s )
Chuẩn số Reynolt đối với pha hơi đoạn luyện là:
Rey =
= = 10,04. 104
Đoạn chưng :
wyC =
= = 0,715 ( m/ s)
Chuẩn số Reynolt đối với pha hơi đoạn chưng là :
Rey =
GVHD: Nguyễn Thế Hữu - 43 - SVTH: Lê Thị Quỳnh CĐ-ĐH HOÁ – K3
Trường Đại học Công nghiệp Hà Nội Đồ án môn QTTB Khoa Công nghệ hóa
= = 6,99. 104
1.5 Chuẩn số Prand đối với pha lỏng
Theo STQTTB II _ II.165 : Prx =
Trong đó :
: Khối lượng riêng trung bình của lỏng ( kg/ m3 )
Dx : Hệ số khuếch tán trung bình cho pha lỏng ( m2/ s )
: Độ nhớt trung bình của lỏng ( Ns/ m2 )
Đoạn chưng:
= 929,515 ( kg/ m3 )
DxC = 3,48. 10-10 ( m2/ s )
= 0,341. 10-3
Đoạn luyện :
= 827,176 ( kg/ m3 )
DxL = 3,34. 10-10 ( m2/ s )
= 0,401. 10-3 ( Ns/ m2 )
Chuẩn số Pran đối với pha lỏng đoạn chưng là:
Prx =
= = 1054,19
Chuẩn số Pran đối với pha lỏng đoạn luyện là :
Prx =
= = 1451,44
1.6 Hệ số cấp khối trong pha hơi
GVHD: Nguyễn Thế Hữu - 44 - SVTH: Lê Thị Quỳnh CĐ-ĐH HOÁ – K3
Trường Đại học Công nghiệp Hà Nội Đồ án môn QTTB Khoa Công nghệ hóa
Theo công thức tính cho đĩa chóp STQTTB II _ II.164
=
Trong đó:
Dy : Hệ số khuếch tán trong pha hơi ( m2/ s )
Rey : Chuẩn số Reynolt đối với pha hơi
Đoạn chưng DyC = 7,02.10-7 ( m2/ s )
Rey = 6,99.104
Đoạn luyện DyL = 6,88. 10-7 ( m2/ s )
Rey = 10,09. 104
Hệ số cấp khối trong pha hơi đoạn chưng là :
= = 2,075. 10-3
Hệ số cấp khối pha hơi đoạn luyện là :
= = 2,786. 10-3
1.6.1 Hệ số cấp khối trong pha lỏng
Theo công thức tính cho đĩa chóp II.165 _ STQTTB II
=
Trong đó :
: Khối lượng riêng trung bình của lỏng [ kg/ m3 ]
Dx : Hệ số khuếch tán trung bình pha lỏng [ m2/ s ]
Mx : Khối lượng mol trung bình của lỏng [ kg/ kmol ]
Đoạn chưng :
GVHD: Nguyễn Thế Hữu - 45 - SVTH: Lê Thị Quỳnh CĐ-ĐH HOÁ – K3
Trường Đại học Công nghiệp Hà Nội Đồ án môn QTTB Khoa Công nghệ hóa
= 929,515 [ kg/ m3 ]
DxC = 3,48.10-10 [ m2/ s ]
xtbC = 0,0463 phần mol
MxC = 0,0463. 60 + ( 1 –0,0463 ). 18 = 19,9446 [ kg/ kmol ]
Prx = 1054,19
Đoạn luyện :
= 827,176 [ kg/ m3 ]
DxL = 3,34. 10-10 [ m2/ s ]
xtbL = 0,3427 phần mol
MxL = 0,3427. 60 + ( 1 – 0,3427). 18 = 32,3934[ kg/ kmol ]
Prx = 1451,44
Hệ số cấp khối pha lỏng đoạn chưng
= = 0,046
Hệ số cấp khối pha lỏng đoạn luyện là :
= = 0,030
1.7 Hệ số chuyển khối
Áp dụng công thức II. 162 : Ky =
Đoạn luyện : KCy =
Đoạn luyện : KLy =
GVHD: Nguyễn Thế Hữu - 46 - SVTH: Lê Thị Quỳnh CĐ-ĐH HOÁ – K3
Trường Đại học Công nghiệp Hà Nội Đồ án môn QTTB Khoa Công nghệ hóa
Trong đó : , : Hệ số cấp khối pha lỏng và hơi
m : Hệ số phân bố vật chất
Ky : Hệ số chuyển khối
1. Số đơn vị chuyển khối đối với mỗi đĩa trong pha hơi
myT = =
Trong đó : Ttb : Nhiệt độ trung bình [ oC ]
P , Po : Áp suất ở điều kiện 0oC và ở Ttb
P = Po vì tháp làm việc ở áp suất thường
Wy : Tốc độ hơi qua mặt cắt tự do của thiết bị
= : Tỉ số chênh lệch diện tích làm việc và mặt cắt tự do của tháp (%)
Đối với tháp chóp f = F – ( fn. N +m. fch )
fh : Mặt cắt ngang của ống hơi ( m2 )
fh =
dh : Đường kính ống hơi của chóp
Chọn đường kính ngoài dhN = 0,054 m , chiều dày = 2mm
Vậy dh = 0,05 m
fh = = = 1,96.10-3 ( m2 )
m : Số ống chảy truyền trên mỗi đĩa , chọn m = 1
n : Số ống hơi phân bố trên đĩa
n = 0,1. = 0,1. = 40 ống
GVHD: Nguyễn Thế Hữu - 47 - SVTH: Lê Thị Quỳnh CĐ-ĐH HOÁ – K3
Trường Đại học Công nghiệp Hà Nội Đồ án môn QTTB Khoa Công nghệ hóa
fch : Tiết diện ngang của ống chảy chuyền
fch = ( m2 )
Đường kính ống chảy chuyền được tính theo công thức :
dC =
Trong đó:
Gx : Lưu lượng lỏng trung bình đi trong tháp kg/ h
Đoạn chưng Gx = GxC. Mx
= 289,133. 19,9446 = 5766,243 kg/h
Đoạn luyện Gx = GxL. Mx
= 14,076. 32,3934 = 455,969 kg/ h
: Khối lượng riêng của lỏng kg/ m3
wlc : Tốc độ lỏng trong ống chảy chuyền
Thường lấy 0,1 0,2 . Chọn 0,15
z = 1 : Số ống chảy chuyền
Thay số vào ta có :
Đường kính ống chảy chuyền đoạn chưng
dC = = 0,121 m
Quy chuẩn : dC = 0,12m
Đường kính ống chảy chuyền đoạn luyện
dC = = 0,036m
Quy chuẩn : dC = 0,04m
Tiết diện ngang của ống chảy chuyền :
GVHD: Nguyễn Thế Hữu - 48 - SVTH: Lê Thị Quỳnh CĐ-ĐH HOÁ – K3
Trường Đại học Công nghiệp Hà Nội Đồ án môn QTTB Khoa Công nghệ hóa
fchC = = = 0,0113 m2
fchL = = = 0,00126 m2
F : Diện tích mặt cắt ngang của tháp.
F = = = 0,785 m2
Diện tích làm việc:
f C= F – ( fh. n + m. fch ) [ m2 ]
= 0,785 – ( 1,96.10-3. 40 + 1. 0,0113 )
= 0,695 m2
f L= F – ( fh. n + m. fch ) [ m2 ]
= 0,785 – ( 1,96.10-3. 40 + 1. 0,00126 )
= 0,705 m2
Tỷ lệ diện tích làm việc và diện tích đĩa:
= = 88,5 %
= = 89,8 %
Do đó :
Đoạn chưng : mcyT = = = 36,129 C
Đoạn luyện : mLyT = = = 37,013 L
2. Đường cong động học
- Vẽ đường cong cân bằng ycb = f (x)
- Xây dựng đường nồng độ làm việc với chỉ số hồi lưu thích hợp
- Dựng các đoạn thẳng A1C1, A2C2… tại các diểm có hoành độ x tùy ý,
song song với trục tung
GVHD: Nguyễn Thế Hữu - 49 - SVTH: Lê Thị Quỳnh CĐ-ĐH HOÁ – K3
Trường Đại học Công nghiệp Hà Nội Đồ án môn QTTB Khoa Công nghệ hóa
- Tại mỗi giá trị của x tìm góc nghiêng của đường cân bằng:
m =
- Tại mỗi giá trị x, tương ứng có A là điểm thuộc đường làm việc, C là điểm
thuộc đường cân bằng và B là điểm thuộc đường cong động học ( chưa biết ) thì :
= Cy =
- Cho x các giá trị, với mỗi giá trị của x tính hệ số phân bố vật chất m ( m
chính bằng hệ số góc của đường cân bằng, tính hệ số chuyển khối Ky, tính số đơn
vị chuyển khối myT và tỷ số Cy tương ứng. Từ đó tìm được các điểm B thuộc
đường cong động học, nằm giữa A và C.
- Nối chúng lại ta được đường cong động học của quá trình :
BẢNG SỐ LIỆU VẼ ĐƯỜNG CONG ĐỘNG HỌC
x 0,025 0,05 0,075 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5
xcb0,0026 0,0128 0,031 0,047 0,061 0,088 0,119 0,969
y 0,123 0,254 0,384 0,469 0,495 0,520 0,545 0,570
GVHD: Nguyễn Thế Hữu - 50 - SVTH: Lê Thị Quỳnh CĐ-ĐH HOÁ – K3
Trường Đại học Công nghiệp Hà Nội Đồ án môn QTTB Khoa Công nghệ hóa
ycb0,348 0,477 0,508 0,53 0,60 0,64 0,665 0,679
m 10,0446 5,9946 2,8182 1,1509 0,7554 0,556 0,427 0,315
0,046 0,046 0,046 0,030 0,030 0,030 0,030 0,030
0,00207
5
0,002075 0,002075 0,002786 0,002786 0,002786 0,002786 0,002786
Ky0,00144 0,00179 0,00221 0,00251 0,00260 0,00265 0,00268 0,00271
myT0,052 0,065 0,0798 0,0929 0,0962 0,0981 0,0992 0,1003
Cy1,0534 1,0672 1,0813 1,0974 1,101 1,1031 1,1043 1,1055
GVHD: Nguyễn Thế Hữu - 51 - SVTH: Lê Thị Quỳnh CĐ-ĐH HOÁ – K3
Trường Đại học Công nghiệp Hà Nội Đồ án môn QTTB Khoa Công nghệ hóa
Ntt = 27 NttC = 15 Ntt
L = 12
6. Hiệu suất tháp - Chiều cao tháp
Chiều cao tháp được tính theo công thức IX.54 STQTTB II _ 169
H = Ntt. ( Hđ + ) + (0,8 1 )
Chiều dày của đĩa = 2mm = 0,002mm
Ntt : Số đĩa thực tế của tháp
Hđ : Khoảng cách giữa các đĩa Hđ = 0,30 m
0,8 1 : Khoảng cách cho phép ở đỉnh và đáy thiết bị
Vậy chiều cao tháp là :
H = Ntt. ( Hđ + ) + 1
= 27. ( 0,30 + 0,002) + 1 = 9,154 m
Quy chuẩn H = 9,15 m
IV. TÍNH TRỞ LỰC CỦA THÁP
Theo STQTTB II _ 192 : Ntt .
Trong đó :
Ntt : Số đĩa thực tế của tháp
: Tổng trở lực của một đĩa ( N/ m2 )
= Pk + Ps + Pt
Pk : Trở lực của đĩa khô ( N/ m2 )
Ps : Trở lực của đĩa do sức căng bề mặt ( N/ m2 )
Pt : Trở lực của lớp chất lỏng trên đĩa ( trở lực thủy tĩnh ) ( N/ m2 )
1.Trở lực của đĩa khô
Theo STQTTB II _ 194 : Pk = ( N/ m2 )
GVHD: Nguyễn Thế Hữu - 52 - SVTH: Lê Thị Quỳnh CĐ-ĐH HOÁ – K3
Trường Đại học Công nghiệp Hà Nội Đồ án môn QTTB Khoa Công nghệ hóa
Trong đó :
: Hệ số trở lực, thường = 4,5 5 . Chọn = 5
wo : Tốc độ khí qua rãnh chóp ( m/ s)
: Khối lượng riêng của pha hơi ( kg/ m3 )
= 1,014 kg/ m3 = 1,387 kg/ m3
Gọi F là mặt cắt tự do của tháp
f là mặt cắt tự do của rãnh . Chọn f = 10% F
Theo phương trình dòng liên tục ta có lưu lượng đi trong tháp bằng lưu lượng đi
trong tất cả các rãnh, vì vậy ta có wTH. F = wo.f
Với wTH : Tốc độ khí qua rãnh của chóp
Theo tính toán ở phần đường kính ta có :
Đoạn chưng : wo = = 0,715 m/ s
Đoạn luyện : wo = = 0,704 m/ s
Trở lực đĩa khô đoạn luyện là :
PkL = = 171,855( N/ m2 )
Trở lực đĩa khô đoạn chưng là :
PkC = = 250,659 ( N/ m2 )
2.Trở lực của sức căng bề mặt
Theo STQTTB II _ 192: Ps =
Trong đó :
: Sức căng bề mặt ( N/ m2 )
dtd : Đường kính tương đương khe rãnh chóp
1.1. Sức căng bề mặt của dung dịch trên đĩa
GVHD: Nguyễn Thế Hữu - 53 - SVTH: Lê Thị Quỳnh CĐ-ĐH HOÁ – K3
Trường Đại học Công nghiệp Hà Nội Đồ án môn QTTB Khoa Công nghệ hóa
STQTTB I _ 299
Theo bảng I.242 tra sức căng bề mặt phụ thuộc nhiệt độ
Đoạn luyện t = tTBL = 80,829oC
1 = 16,94. 10-3 ( N/ m2 ) ; 2 = 62,45. 10-3 ( N/ m2 )
Sức căng bề mặt đoạn luyện :
= = 13,33. 10-3 ( N/ m2 )
Đoạn chưng t = tTBC = 85,554 oC
1 = 16,58.10-3 ( N/ m2 ) ; 2 = 61,57. 10-3 ( N/ m2 )
Sức căng bề mặt đoạn chưng :
= = 13,06. 10-3 ( N/ m2 )
1.2. Đường kính tương đương của khe rãnh chóp
Khi rãnh chóp mở hoàn toàn
dtd =
Chu vi rãnh = 2. ( a + b )
Đoạn chưng : = 40
Đoạn luyện : = 50
fx : Diện tích tự do của rãnh . Chọn rãnh hình chữ nhật fx = a. b
Với a : chiều rộng khe chóp. Thường a = 2 7 mm , Chọn a = 5 mm
b : Chiều cao khe chóp , Thường b = 10 50 mm ,
Đoạn chưng : fx = a.b = 5.15 = 75
Đoạn luyện : fx = a.b = 5.20 = 100
2.2.2 Đường kính tương đương của khe rãnh chóp
GVHD: Nguyễn Thế Hữu - 54 - SVTH: Lê Thị Quỳnh CĐ-ĐH HOÁ – K3
Trường Đại học Công nghiệp Hà Nội Đồ án môn QTTB Khoa Công nghệ hóa
Đoạn chưng
dtd = =
= 7,5.10-3 m
Đoạn luyện
dtd = =
= 8,0. 10-3 m
1.3. Trở lực do sức căng bề mặt
Ps =
Đoạn chưng PsC = = 6,665 ( N/ m2 )
Đoạn luyện PsL = = 6,665 ( N/ m2 )
2. Trở lực của lớp chất lỏng trên đĩa ( trở lực thủy lực )
Pt = [ N/m2 ]
Trong đó:
g : gia tốc trọng trường
b : Chiều cao khe chóp
: Khối lượng riêng của bọt
Thường = 0,4 0,6 , chọn = 0,5
Đoạn chưng = 929,515 kg/m3 C = 464,7575 kg/m3
Đoạn luyện = 827,176 kg/m3 L = 413,588 kg/m3
3.1. Chiều cao lớp bọt trên đĩa
hb =
GVHD: Nguyễn Thế Hữu - 55 - SVTH: Lê Thị Quỳnh CĐ-ĐH HOÁ – K3
Trường Đại học Công nghiệp Hà Nội Đồ án môn QTTB Khoa Công nghệ hóa
3.1.1. Chiều cao ống chảy chuyền nhô trên đĩa
Đoạn chưng hc = ( h1 + hr + S ) - h = 0,027 m
Đoạn luyện hc = ( h1 + hr + S ) - h = 0,0424 m
3.1.2. Chiều cao lớp chất lỏng không lẫn bọt trên đĩa
hx =
S : Khoảng cách mặt đĩa đến chân chóp
hr : Chiều cao khe chóp
Đoạn chưng
hx = = 0,015 + = 0,0225m
Đoạn luyện
hx = = 0,015 + = 0,025m
3.1.3.Phần bề mặt đĩa có gắn chóp
( Nghĩa là trừ đi 2 phần diện tích đĩa để bố trí ống chảy chuyền )
F = FD – 2.Ftr lấy Ftr = 0,06 m2
F = 0,785. 1,02 – 2.0,0113 =0,7624 m2
3.1.4. Tổng diện tích các chóp trên đĩa
f = 0,785. dch
= 0,785. 0,0752 = 0,00442 m2
3.1.5. Chiều cao ống chảy chuyền trên mặt đĩa
Chiều cao mức chất lỏng ở bên trong ống chảy chuyền
Đoạn chưng : = 18 mm
Đoạn luyện : = 7,6 mm
hch = hc + +
GVHD: Nguyễn Thế Hữu - 56 - SVTH: Lê Thị Quỳnh CĐ-ĐH HOÁ – K3
Trường Đại học Công nghiệp Hà Nội Đồ án môn QTTB Khoa Công nghệ hóa
Chọn = 2 mm = 0,002 m
Đoạn chưng hch = 0,027 + 0,018 + 0,002
= 0,047 m
Đoạn luyện hch = 0,0424 + 0,0076 + 0,002
= 0,052 m
Vậy chiều cao lớp bọt trên đĩa
hb =
Đoạn chưng :
hb = 0,045147 m
Đoạn luyện
hb = 0,050145 m
Trở lực thủy tĩnh Pt = [ N/m2 ]
Đoạn chưng :
Pt = 171, 643 N/m2
Đoạn luyện :
Pt = 162,88 N/m2
TỔNG TRỞ LỰC CỦA MỘT ĐĨA ĐOẠN LUYỆN LÀ:
= 341,4 N/m2
TRỞ LỰC ĐOẠN LUYỆN LÀ :
=
= 122. 341,4= 4096, 8 N/m2
TỔNG TRỞ LỰC CỦA MỘT ĐĨA ĐOẠN CHƯNG LÀ :
= 308,204 N/m2
GVHD: Nguyễn Thế Hữu - 57 - SVTH: Lê Thị Quỳnh CĐ-ĐH HOÁ – K3
Trường Đại học Công nghiệp Hà Nội Đồ án môn QTTB Khoa Công nghệ hóa
TRỞ LỰC ĐOẠN CHƯNG LÀ :
=
= 152. 308,204 = 4623,06 N/m2
TRỞ LỰC CỦA TOÀN THÁP
= +
= 4096, 8 + 4623,06= 8719,86 N/m2
V. TÍNH CÂN BẰNG NHIỆT LƯƠNG
1. Cân bằng nhiệt lượng của thiết bị gia nhiệt hỗn hợp đầu
Phương trình cân bằng nhiệt lượng của thiết bị đun nóng hỗn hợp đầu
Theo STQTTB II _ 196 : QD1 + Qf = QF + Qng1 + Qxq1 ( J/h )
Trong đó :
QD1 : Nhiệt lượng do hơi đốt mang vào ( J/ h )
Qf : Nhiệt lượng do hỗn hợp đầu mang vào ( J/ h )
QF : Nhiệt lượng do hỗn hợp đầu mang ra ( J/ h )
Qng1 : Nhiệt lượng do nước ngưng mang ra ( J/ h )
Qxq1 : Nhiệt lượng mất mát ra môi trường xung quanh ( J/ h )
Chọn hơi đốt là hơi nước bão hòa ở áp suất 2 at, dựa vào toán đồ hình I.62
STQTTB I _ 250 để xác định nhiệt độ sôi của dung dịch. Ta có nhiệt độ sôi =
119,4oC
1.1. Nhiệt lượng do hơi đốt mang vào
Theo STQTTB II _ 196:
QD1 = D1. = D1. ( r1 + ) ( J/ h )
Trong đó :
D1 : Lượng hơi đốt ( kg/h )
: Hàm nhiệt ( nhiệt lượng riêng ) của hơi đốt ( J/ kg )
: Nhiệt độ nước ngưng = 119,62oC
GVHD: Nguyễn Thế Hữu - 58 - SVTH: Lê Thị Quỳnh CĐ-ĐH HOÁ – K3
Trường Đại học Công nghiệp Hà Nội Đồ án môn QTTB Khoa Công nghệ hóa
C1 : Nhiệt dung riêng của nước ngưng ( J/ kg.độ )
r1 : Ẩn nhiệt hóa hơi của hơi đốt ( J/ kg )
Tính r1
Theo bảng số liệu nhiệt hóa hơi STQTTB I _ 254 tại to = 119,62oC, nội suy ta
được
r1 = 526,247 ( kcal/ kg ) = 526,247. 4,18.103 (J/ kg) = 2199,7. 103 kcal/ kmol
1.2. Nhiệt lượng do hỗn hợp đầu mang vào
Theo STQTTB II _ 196
Qf = F. Cf. tf
Trong đó :
F : lượng hỗn hợp đầu
tf : Nhiệt độ đầu của hỗn hợp ( thường lấy ở 20oC )
Cf : Nhiệt dung riêng của hỗn hợp đầu ( J/ kg.độ )
Tính Cf
Cf = CA.af + CB. (1 – af )
Theo bảng số liệu nhiệt dung riêng I.154 và I.153 STQTTB I _ 171 ta có:
CA = 4363 ( J/ kg.độ ) ; CB = 4180 ( J/ kg.độ )
Nồng độ hỗn hợp đầu af = aF = 0,25 phần mol
Thay số vào ta có :
Cf = 4363.0,25 + 4180. (1 – 0,25 ) = 4225,75 ( J/ kg.độ )
Từ đó ta tính được nhiệt lượng do hỗn hợp đầu mang lại
Qf = F. Cf. tf
= 6000. 4225,75. 20 = 507090000 ( J/ h )
1.3. Nhiệt lượng do hỗn hợp đầu mang ra
Theo STQTTB II _ 196
QF = F. CF. tF
GVHD: Nguyễn Thế Hữu - 59 - SVTH: Lê Thị Quỳnh CĐ-ĐH HOÁ – K3
Trường Đại học Công nghiệp Hà Nội Đồ án môn QTTB Khoa Công nghệ hóa
Trong đó
F : Lượng hỗn hợp đầu ( kg/h )
CF : Nhiệt dung riêng của hỗn hợp đầu khi đi ra ( J/ kg.độ )
tF : Nhiệt độ của hỗn hợp đầu sau khi đun nóng tF = 84,34 oC
Theo bảng số liệu nhiệt dung riêng I.154 và I.153 STQTTB I _ 171 ta có:
CA = 3854,714 ( J/ kg.độ ) ; CB = 4198,68 ( J/ kg.độ )
Nồng độ hỗn hợp đầu af = aF = 0,25 phần mol
Thay số vào ta có :
Cf = 3854,714.0,25 + 4198,68. (1 – 0,25 ) = 4112,689( J/ kg.độ )
Nhiệt lượng do hỗn hợp đầu mang ra
QF = F. CF. tF
= 6000. 4112,689. 84,34 = 2,081.109 ( J/ h )
1.4. Nhiệt lượng do nước ngưng mang ra
Theo STQTTB II _ 97
Qng1 = Gng1. C1. = D1. C1.
Trong đó :
Gng1 : Lượng nước ngưng, bằng lượng hơi đốt D1 ( kg/ h )
: Nhiệt độ nước ngưng
1.5. Nhiệt lượng mất mát ra ngoài môi trường xung quanh
Lượng nhiệt mất mát ra ngoài môi trường lấy bằng 5% lượng nhiệt tiêu tốn
Theo STQTTB II _ 97, lượng hơi đốt cần thiết được tính :
D1 = =
= = 755,336( kg/h )
2. Cân bằng nhiệt lượng của tháp chưng luyện
GVHD: Nguyễn Thế Hữu - 60 - SVTH: Lê Thị Quỳnh CĐ-ĐH HOÁ – K3
Trường Đại học Công nghiệp Hà Nội Đồ án môn QTTB Khoa Công nghệ hóa
Phương trình cân bằng nhiệt lượng của tháp chưng luyện STQTTB II _ 197
QF + QD2 + QR = Qy + QW + Qxq2 + Qng2 ( J/ h )
Trong đó:
QF : Nhiệt lượng do hỗn hợp đầu mang vào tháp ( J/ h )
QD2 : Nhiệt lượng do hơi đốt mang vào tháp ( J/ h )
QR : Nhiệt lượng do lượng lỏng hồi lưu mang vào ( J/ h )
Qy : Nhiệt lượng do hơi mang ra ở đỉnh tháp ( J/ h )
QW : Nhiệt lượng do sản phẩm đáy mang ra ( J/ h )
Qxq2 : Nhiệt lượng do hơi mang ra môi trường xung quanh ( J/ h )
Qng2 : Nhiệt lượng do nước ngưng mang ra ( J/ h )
Chọn hơi đốt là hơi nước bão hòa ở áp suất 2 at, có nhiệt độ sôi = 119,62 oC
2.1. Nhiệt lượng do hơi đốt mang vào tháp
QD2 = D2. = D2. ( r2 + )
Trong đó:
D2 : Lượng hơi đốt ( kg/ h )
: Hàm nhiệt của hơi đốt (nhiệt lượng riêng ) ( J/ kg )
: Nhiệt độ nước ngưng ( oC )
r2 : Ẩn nhiệt hóa hơi của hơi đốt ( J/ kg )
r2 = r1 =2199.7.103 ( J/ kg )
C2 : Nhiệt dung riêng của nước ngưng ( J/ kg.độ )
2.2. Nhiệt lượng do lượng lỏng hồi lưu mang vào
Theo STQTTB II _ 197 :
QR = GR. CR. tR
Trong đó :
GR : Lượng lỏng hồi lưu ( kg/ h )
GVHD: Nguyễn Thế Hữu - 61 - SVTH: Lê Thị Quỳnh CĐ-ĐH HOÁ – K3
Trường Đại học Công nghiệp Hà Nội Đồ án môn QTTB Khoa Công nghệ hóa
tR : Nhiệt độ của lượng lỏng hồi lưu ( oC )
CR : Nhiệt dung riêng của lượng lỏng hồi lưu
GR = P. Rx
P : Lượng sản phẩm đỉnh; P = 1781,818 ( kg/ h )
Rx : Chỉ số hồi lưu Rx = 0,338
GR = 1781,818. 0,338= 602,254 ( kg/ h)
Lượng lỏng hồi lưu ( sau khi qua thiết bị ngưng tụ ) ở trạng thái sôi, có nồng độ
bằng nồng độ của hơi ở đỉnh tháp x = xp = 0,5943
Theo bảng số liệu nồng độ- nhiệt độ sôi STQTTB II _ 145
tR = tp = 80,41 oC
Nhiệt dung riêng của lượng lỏng hồi lưu
CR = CA.aR + CB. (1 – aR ) với aR = aP =0,83
Theo bảng số liệu nhiệt dung riêng I.154 và I.153 STQTTB I _ 171 ta có:
CA = 3885,76 ( J/ kg.độ ) ; CB = 4190,80 ( J/ kg.độ )
Thay số vào ta có :
CR = 3885,76. 0,83 + 4190,80. ( 1 – 0,83 )
= 3937,62 ( J/ kg.độ )
Thay số vào
QR = GR. CR. tR
= 602,254. 3937,62. 80,41 = 0,191.109 ( J/ h )
2.3. Nhiệt lượng do hơi mang ra ở đỉnh tháp
Theo STQTTB II _ 197
Qy = P. ( 1+ Rx ). ( J/ h )
Trong đó:
: Hàm nhiệt, nhiệt lượng riêng của hơi ở đỉnh tháp ( J/ kg )
P : Lượng sản phẩm đỉnh ( kg/ h )
GVHD: Nguyễn Thế Hữu - 62 - SVTH: Lê Thị Quỳnh CĐ-ĐH HOÁ – K3
Trường Đại học Công nghiệp Hà Nội Đồ án môn QTTB Khoa Công nghệ hóa
Rx : Chỉ số hồi lưu thích hợp
Tính
Theo STQTTB II _ 197 : =
Với : Nhiệt lượng riêng của izo propylic và nước ( J/ kg )
= r1 + C1. ( J/ kg )
= r2 + C2. ( J/ kg )
= = tR = 80,41 oC
Theo số liệu ở trên ta có
CA = 3885,76 ( J/ kg.độ ) ; CB = 4190,80 ( J/ kg.độ )
Với tR = 80,41 oC tra bảng I.212 STQTTB I _ 254, nội suy ta được
r1 = 159,346 kcal/kg = 667,151.103 J/ kg
r2 = 558,59 kcal/kg = 2338,705.103 J/ kg
= 667,151.103 + 3885,76. 80,41 = 979604,962 J/ kg
= 2338,705.103+ 4190,80. 80,41 = 2,676. 106 J/ kg
a : Nồng độ phần khối lượng a = aP = 0,83
Thay các giá trị vào =
= 979604,962. 0,83 + ( 1 – 0,83 ). 2,676. 106 = 1,268.106 J/ kg
Vậy Nhiệt lượng do hơi mang ra ở đỉnh tháp
Qy = P. ( 1+ Rx ). ( J/ h )
= 1781,818,4715. ( 1 + 0,338 ). 1,268.106 = 3,023.109 J/ h
2.4. Nhiệt lượng do sản phẩm đáy mang ra
Theo STQTTB II _ 197
QW = W. CW. tW
Trong đó :
W : lượng sản phẩm đáy; W = 4218,182 ( kg/h )
CW : Nhiệt dung riêng của sản phẩm đáy J/ kg.độ
GVHD: Nguyễn Thế Hữu - 63 - SVTH: Lê Thị Quỳnh CĐ-ĐH HOÁ – K3
Trường Đại học Công nghiệp Hà Nội Đồ án môn QTTB Khoa Công nghệ hóa
Từ tW = 95,32 oC ta nội suy theo số liệu bảng I.153 và I. 154 ta được
C1 = 3769,972 J/ kg.độ ; C2 = 4205,32 J/ kg.độ
Nồng độ sản phẩm đáy aW = 0,005
CW = C1. aW + ( 1 - aW ). C2
= 3769,972. 0,005+ 4205,32. ( 1 – 0,005 )
= 4203,143J/ kg.độ
Thay số vào ta tính được nhiệt lượng do sản phẩm đáy mang ra
QW = 4218,182. 4203,143. 95,32 = 1,69.109 ( J/ h )
2.5. Nhiệt lượng mất mát ra ngoài môi trường
Lượng nhiệt mất mát ra ngoài môi trường lấy bằng 5% lượng nhiệt tiêu tốn ở đáy
tháp :
Theo STQTTB II _ 198 :
Qxq2 = 0,05. D2. r2 ( J/ h )
r2 : Ẩn nhiệt hóa hơi của hơi đốt ( J/ kg )
r2 = r1 = 2199,7. 103 ( J/ kg )
Qxq2 = 0,05. 2199,7. 103 . D2 = 10,9985. D2 ( J/ h )
2.6. Nhiệt lượng do nước ngưng mang ra ngoài
Theo STQTTB II _ 198 :
Qng2 = Gng2. C2. = D2. C2.
Trong đó :
Gng2 : Lượng nước ngưng, bằng lượng hơi đốt ( kg/ h )
: Nhiệt độ nước ngưng ( oC )
C2 : Nhiệt dung riêng của nước ngưng ( J/ kg.độ )
Vậy lượng hơi đốt cần thiết để đun sôi dung dịch ở đáy tháp là :
D2 =
=
GVHD: Nguyễn Thế Hữu - 64 - SVTH: Lê Thị Quỳnh CĐ-ĐH HOÁ – K3
Trường Đại học Công nghiệp Hà Nội Đồ án môn QTTB Khoa Công nghệ hóa
= 1168,102 ( kg/ h )
3. Cân bằng nhiệt lượng cho thiết bị ngưng tụ
Thiết bị ngưng tụ ở điều kiện áp suất thường p = 1 at
3.1. Nếu chỉ ngưng tụ hồi lưu thì :
P. Rx. rng = Gn1. Cn. ( t2 – t1 )
Lượng nước lạnh cần tiêu tốn là :
Gn1 = [ II _ 198 ]
Trong đó :
Gn1 : Lượng nước lạnh cần tiêu tốn ( kg/h )
t1 , t2 : Nhiệt độ vào và ra của nước làm lạnh ( oC )
Cn : Nhiệt dung riêng của nước ở nhiệt độ trung bình ( J/ kg.độ )
rng : Ẩn nhiệt ngưng tụ của hỗn hợp ( J/ kg )
Nhiệt dung riêng của nước ở nhiệt độ trung bình
ttb = 0,5. (t1 + t2 )
Chọn t2 = 60 oC ttb = 0,5. ( 40 + 20 ) = 30 oC
Tra bảng I.149 _ 168 ta được Cn = 0,998. 4,1868. 103 = 4178,4262 ( J/ kg.độ )
Ẩn nhiệt ngưng tụ của hỗn hợp
rng = aP. rA + ( 1- aP ). rB
tP = 80,41 oC tra bảng ta có rA = 667,151.103 KJ/ kg
rB = 2338,705. 103 KJ/ kg
Ẩn nhiệt ngưng tụ của hỗn hợp bằng :
rng = 667,151.103. 0,83 + ( 1 – 0,83 ). 2338,705. 103 = 951,315.103 KJ/ kg
Gn1 = = 27145,469 ( kg/ h )
3.2. Nếu ngưng tụ hoàn toàn
Phương trình cân bằng nhiệt lượng của thiết bị ngưng tụ hoàn toàn
GVHD: Nguyễn Thế Hữu - 65 - SVTH: Lê Thị Quỳnh CĐ-ĐH HOÁ – K3
Trường Đại học Công nghiệp Hà Nội Đồ án môn QTTB Khoa Công nghệ hóa
Theo STQTTB II _ 198
P. ( Rx + 1). r = Gn. Cn. ( t2 – t1 )
Lượng nước lạnh cần thiết là :
Gn =
= = 13569,727 ( kg/ h )
4. Cân bằng nhiệt lượng tại thiết bị làm lạnh
Phương trình cân bằng nhiệt lượng của thiết bị làm lạnh ( coi là làm lạnh sau khi
đã ngưng tụ hoàn toàn )
Theo STQTTB II _ 198
P. CP. = Gn2. Cn. ( t2 – t1 )
Trong đó :
Gn2 : Lượng nước lạnh tiêu tốn ( kg/h )
t1 , t2 : Nhiệt độ vào và ra của nước làm lạnh ( oC )
, : Nhiệt độ đầu và cuối của sản phẩm đỉnh đã ngưng tụ ( oC )
CP : Nhiệt dung riêng của sản phẩm đỉnh đã ngưng tụ ( J/ kg.độ )
Cn : Nhiệt dung riêng của nước ở nhiệt độ trung bình ttb
Chọn t1 = 20 ( oC ), t2 = 40 ( oC )
Nhiệt độ vào chính bằng nhiệt độ sôi ở đỉnh tháp : = tp = 80,41 oC
Chọn = 25 oC
= 52,705oC
Nhiệt dung riêng của sản phẩm đỉnh đã ngưng tụ
Theo bảng số liệu nhiệt dung riêng – nhiệt độ I.153 tại = 52,705oC, nội suy ta
có :
CA = 4041,63 ( J/ kg.độ ) ; CB = 4184,53 ( J/ kg.độ )
GVHD: Nguyễn Thế Hữu - 66 - SVTH: Lê Thị Quỳnh CĐ-ĐH HOÁ – K3
Trường Đại học Công nghiệp Hà Nội Đồ án môn QTTB Khoa Công nghệ hóa
Nồng độ sản phẩm đỉnh aP = 0,83 phần khối lượng
CP = CA. a + CE. ( 1 – aP )
= 4041,63. 0, 83 + 4184,53. ( 1 – 0,83 ) = 4118,213 ( J/ kg.độ )
Lượng nước lạnh cần thiết là :
P. CP. = Gn2. Cn. ( t2 – t1 )
Gn2 = =
= 4866,468 ( kg/ h )
PHẦN III. TÍNH THIẾT BỊ PHỤ
I. THIẾT BỊ GIA NHIỆT HÔN HƠP ĐẦU
Để đun nóng hỗn hợp đầu izo propylic và nước với năng suất 6000 kg/h. Giả thiết
dung dịch đầu có nhiệt độ ban đầu t = 20 oC, cần đun nóng đến nhiệt độ sôi tF =
84,34 oC . Để đun nóng hỗn hợp đầu ta dùng thiết bị gia nhiệt loại ống chùm
thẳng đứng, dùng hơi nước bão hòa để đun nóng hỗn hợp đầu.
Thiết bị gia nhiệt loại ống chùm thẳng đứng với các thông số :
Chiều cao ống ho = 1 m
Đường kính ống d = 25 mm
Chiều dày thành ống = 2,5 mm
Đường kính trong của ống d0 = 20 mm
Dung dịch đi trong ống , hơi đốt ngoài ống.
Chọn vật liệu chế tạo ống là thép không rỉ 2X13
Theo I _ 148, hệ số dẫn nhiệt của vật liệu là - 25,1( W/ m.độ )
Chọn hơi đốt là hơi nước bão hòa nên nhiệt độ không thay đổi và là nhiệt độ sôi ở
áp suất đã chọn ( 2 at ) 119,4 oC
t1 = 119,4 – 20 = 99,4 oC
t2 = 119,4 – 84,34 = 35,09 oC
GVHD: Nguyễn Thế Hữu - 67 - SVTH: Lê Thị Quỳnh CĐ-ĐH HOÁ – K3
Trường Đại học Công nghiệp Hà Nội Đồ án môn QTTB Khoa Công nghệ hóa
Hiệu số nhiệt độ trung bình giữa hai lưu thể là :
ttb = = = 61,982 oC
Nhiệt độ trung bình của hơi đốt là ttb1 = 119,4 oC
Nhiệt độ trung bình của dung dịch là
ttb2 = ttb1- ttb = 119,4 - 61,982 = 57,638 oC
2. Lượng nhiệt trao đổi
Q = m. CP. ( tc – td ) ( J/ s )
Trong đó :
m : Lượng dung dịch cần đun nóng ( kg/ s )
m = F = 6000 kg/ h = = 1,667 kg/ s
CP : Nhiệt dung riêng của dung dịch ( J / kg.độ )
td , tc : Nhiệt độ vào và ra của dung dịch ( oC )
Theo bảng số liệu bảng I.153 STQTTB I _ 171 ta có :
C1 = 4065,66 ( J / kg.độ ) ; C2 = 4188,23 ( J / kg.độ )
CP = C1. aF + C2. (1 – aF )
= 4065,66. 0,25 + 4188,23 . ( 1 – 0,25 ) = 4157,588 ( J / kg.độ )
Q = m. CP. ( tc – td )
= 1,667. 4157,588. ( 84,34 – 20 ) = 445,921.103 ( J/ s )
3. Diện tích trao đổi nhiệt
GVHD: Nguyễn Thế Hữu - 68 - SVTH: Lê Thị Quỳnh CĐ-ĐH HOÁ – K3
1t
2tTt
qT q2 ,
th
q1,
Trường Đại học Công nghiệp Hà Nội Đồ án môn QTTB Khoa Công nghệ hóa
Ký hiệu :
th : Nhiệt độ hơi đốt – hơi nướcbão hòa ở 2 at ( oC )
th = tbh1 = 119,4 oC
tT1 : Nhiệt độ mặt ngoài ống ( oC )
tT2 : Nhiệt độ mặt trong ống ( oC )
tdd : Nhiệt độ dung dịch ( oC )
t1 : Hiệu nhiệt độ giữa hơi đốt và mặt ngoài ống ( oC )
t2 : Hiệu nhiệt độ giữa mặt trong ống và dung dịch ( oC )
tT : : Hiệu nhiệt độ giữa mặt ngoài ống và mặt trong ống ( oC )
t1 = th - tT1 ; t2 = tT2 - tdd
tT = tT1 - tT2
: Chiều dày thành ống ( m )
tm : Nhiệt độ màng nước ngưng ( oC ) tm = 0,5. (th + tT1 )
q1 : Nhiệt tải riêng phía hơi ngưng tụ ( W/ m2 )
q2 : Nhiệt tải riêng phía dung dịch ( W/ m2 )
1 : Hệ số cấp nhiệt phía hơi ngưng tụ ( W/ m2.độ )
2 : Hệ số cấp nhiệt phía dung dịch ( W/ m2.độ )
3.1 Hệ số cấp nhiệt phía hơi ngưng tụ
1 = 2,04. A.
Trong đó :
A : Phụ thuộc nhiệt độ màng nước ngưng tm
t : Hiệu nhiệt độ giữa hơi đốt và mặt ngoài ống ( oC )
H : Chiều cao ống H = h0
r : Ẩn nhiệt hóa hơi lấy theo nhiệt độ hơi bão hòa th ( J/ kg )
GVHD: Nguyễn Thế Hữu - 69 - SVTH: Lê Thị Quỳnh CĐ-ĐH HOÁ – K3
Trường Đại học Công nghiệp Hà Nội Đồ án môn QTTB Khoa Công nghệ hóa
Theo bảng số liệu Nhiệt hóa hơi – to I.212 STQTTB I _ 254, nội suy ở th = 119,4 oC
r = 526,39 kcal/ kg = 526,39. 4,1868.103 = 2203,9. 103 ( J/ kg )
3.2. Hệ số cấp nhiệt phía dung dịch
Để xác định được hệ số cấp nhiệt phía dung dịch thì cần phải dựa vào chế độ chảy
của dung dịch và cấu tạo của thiết bị.
Chọn chế độ chảy xoáy Re = 104
Phương trình chuẩn số cấp nhiệt đối lưu cưỡng bức STQTTB II _ 14
Nu = 0,021.
Trong đó :
: Hệ số hiệu chỉnh
Với Re = 104 dựa vào bảng V.2 STQTTB II _ 15 tra được = 1
3.2.1. Chuẩn số Nuytxen :
Nu =
: Hệ số cấp nhiệt phía dung dịch ( W/ m2.độ ) = 2
l : Kích thước hình học chủ yếu ( m )
: Hệ số dẫn nhiệt của dung dịch ( W/ m.độ )
Theo công thức I.32 STQTTB _ 123
= A. CP. ( W/ m.độ )
A : Hệ số phụ thuộc mức độ liên kết của dung dịch
Izo propylic – nước là hỗn hợp lỏng không liên kết A = 3,58.10-8
CP : Nhiệt dung riêng của dung dịch ( J/ kg.độ ) CP = 4157,588 ( J/ kg.độ )
Khối lượng riêng của Izo propylic – nước nội suy theo t tb2 = 57,638 oC STQTTB
I – 10:
GVHD: Nguyễn Thế Hữu - 70 - SVTH: Lê Thị Quỳnh CĐ-ĐH HOÁ – K3
Trường Đại học Công nghiệp Hà Nội Đồ án môn QTTB Khoa Công nghệ hóa
A = 753,89 ( kg/ m3 )
B = 984,063 ( kg/ m3 )
Nồng độ khối lượng của dung dịch aF = 0,25
=
Thay số vào ta được = 914,278 ( kg/ m3 )
M : Khối lượng mol phân tử của dung dịch ( kg/ kmol )
Nồng độ phần mol của dung dịch là 0,091
M =
= 60. 0,091 + 60. (1 – 0,091) = 21,822 ( kg/ kmol )
= 4,22.10-8. 4157,588. 914,278.
= 0,473 ( W/ m.độ )
3.2.2. Chuẩn số Reynolt
Để quá trình truyền nhiệt đạt hiệu quả, dung dịch phải ở chế độ chảy xoáy. Chọn
Re = 10000
3.2.3 Chuẩn số Prand của dòng tính theo nhiệt độ dòng :
Pr =
: Độ nhớt của dung dịch ( N.s/ m2 )
Theo bảng I.101 STQTTB I – 91, với nhiệt độ dung dịch ttb2 = 57,638oC
1 = 0,854.10-3 ( N.s/ m2 )
2 = 0,488.10-3 ( N.s/ m2 )
Theo công thức I.93, ta có :
lg = xF. lg( 1 ) + ( 1- xF ). lg ( 2 )
= 0,091. lg 0,854.10-3+ ( 1 – 0,091 ). lg 0,488.10-3
= 0,513. 10-3 ( N.s/ m2 )
GVHD: Nguyễn Thế Hữu - 71 - SVTH: Lê Thị Quỳnh CĐ-ĐH HOÁ – K3
Trường Đại học Công nghiệp Hà Nội Đồ án môn QTTB Khoa Công nghệ hóa
Thay số vào ta được Pr = = 4,509
3.2.4. Chuẩn số Prand tính theo nhiệt độ tường
Prt = = = Với Cp =
Prt = =
Nu = 0,021. = 63,602.
3.2.5. Tính nhiệt tải trung bình
Gọi t1 là nhiệt độ chênh lệch giữa thành ống và nhiệt độ trung bình của hơi nước
bão hòa.
Giả thuyết t1 = tbh – tT1 = 4,55
Thì tT1 = tbh - t1 = 119,62 – 4,55= 115,07 oC
tm = 0,5. ( 119,4 + 115,07) = 117,345 oC
Theo bảng số liệu A – tm STQTTB II _ 29, nội suy ta được A = 186,8
Vậy hệ số cấp nhiệt phía hơi nước bão hòa :
= 2,04. 187. = 10048,639 ( W/ m2.độ )
Nhiệt tải riêng bên hơi nước bão hòa:
q1 = 1. t1 = 10048,639. 4,55 = 45721,309 ( W/ m2 )
Khi đó hiệu số nhiệt độ giữa hai bề mặt thành ống được xác định theo công thức
sau :
GVHD: Nguyễn Thế Hữu - 72 - SVTH: Lê Thị Quỳnh CĐ-ĐH HOÁ – K3
Trường Đại học Công nghiệp Hà Nội Đồ án môn QTTB Khoa Công nghệ hóa
tT = tT1 – tT2 = q1.
Tổng nhiệt trở thành ống :
= r1 + r2 + r3
= r1 + r2 + (m2.độ/ W )
Tra ở bảng V.1 STQTTB II _ 4
r1: Nhiệt trở do lớp cặn bám bên ngoài thành ống r1 = 0,232. 10-3(m2.độ/W )
r2 : Nhiệt trở do lớp cặn bám bên trong thành ống r2 = 0,387.10-3(m2.độ/W )
: Chiều dày thành ống = 2,5 mm = 2,5. 10-3 m
: Hệ số dẫn nhiệt của thành ống =25,4 ( W/ m.độ )
= = 0,72. 10-3 (m2.độ/W )
Do đó tT = tT1 – tT2 = q1.
= 27438,3829. 0,72. 10-3 = 32,919 oC
tT2 = 117,197 – 32,919 =84,429 oC
Theo bảng I.101 STQTTB I _ 91, với nhiệt độ dung dịch tT2 ta được
1 = 0,458 cP ; 2 = 0,341 cP
Thay vào công thức
lg t = xF. lg 1 + ( 1 – xF ).lg 2
= 0,091. lg 0,458 + ( 1 – 0,091 ). lg 0,341 t = 0,35.10-3 cP
Khối lượng riêng của izo propylic và nước nội suy theo STQTTB I _ 9 ở
tT2 = 84,426 oC
A = 731,238 ( kg/ m3 )
B = 968,902 ( kg/ m3 )
Theo STQTTB II _ 183 ta có :
= = 896,091 ( kg/ m3 )
GVHD: Nguyễn Thế Hữu - 73 - SVTH: Lê Thị Quỳnh CĐ-ĐH HOÁ – K3
Trường Đại học Công nghiệp Hà Nội Đồ án môn QTTB Khoa Công nghệ hóa
Nu = 67,5187.
= 67,5187. = 62,502
Tính = A. CP. . với nhiệt độ dung dịch tT2 = 84,426 oC
t2 = 26,788 oC
q2 = 44032,346
Vậy nhiệt tải trung bình là :
qtb = = = 44876,828 (W/ m2 )
Vậy nhiệt tải trung bình là :
qtb = = = 44876,828 (W/ m2 )
3.3. Diện tích trao đổi nhiệt
F = = = 9,937 ( m2 )
Số ống truyền nhiệt cần dung là :
no = = 63 ống
Chọn cách sắp xếp theo hình lục giác, gọi a là số ống trên một cạnh hình lục giác
a = 8
Số ống trên dường chéo lục giác b = 2. 8 – 1 = 15 ống
Theo STQTTB II _ 48
Tổng số ống là no = 3.a. ( a – 1 ) + 1 = 3. 8. 7+ 1 = 169 ống
Đường kính trong của thiết bị trao đổi nhiệt tính theo công thức:
D = t. ( b – 1 ) + 4.d STQTTB II _ 49
Trong đó :
Đường kính ngoài của ống d = 0,03 m
GVHD: Nguyễn Thế Hữu - 74 - SVTH: Lê Thị Quỳnh CĐ-ĐH HOÁ – K3
Trường Đại học Công nghiệp Hà Nội Đồ án môn QTTB Khoa Công nghệ hóa
Bước ống thường chọn là t = 1,3. d = 0,03. 1,3 = 0,039 m
D = 0,039. ( 15 – 1 ) + 4. 0,03 = 0,666 m
Vận tốc dung dịch trong ống
Theo giả thiết ( chế độ chảy xoáy với Re = 104 )
wGT = = 0,281 ( m/ s)
Tốc độ chảy thực tế của thiết bị gia nhiệt được xác định theo công thức sau
wt =
Trong đó :
G : Lượng hỗn hợp đầu ( kg/ h )
: Khối lượng riêng trung bình của hỗn hợp đầu ( kg/ m3 )
d : Đường kính trong của ống chảy chuyền ( m )
Thay số vào ta có :
wt = = 0,034
= = 87,9 %
Vì vậy ta tiến hành chia ngăn ngoài thiết bị gia nhiệt hỗn hợp đầu, số ngăn được
xác định theo công thức sau :
= = 8,26 ngăn
Quy chuẩn ta chia thiết bị làm 8 ngăn
II. TÍNH BƠM VÀ THÙNG CAO VỊ
Bơm làm việc liên tục trong quá trình chưng luyện, đưa dung dịch từ bể chứa lên
thùng cao vị, mức chất lỏng trong thùng cao vị được giữ ở mức không đổi nhờ
ống chảy tràn để duy trì áp suất ổn định cho quá trình cấp liệu.
GVHD: Nguyễn Thế Hữu - 75 - SVTH: Lê Thị Quỳnh CĐ-ĐH HOÁ – K3
Trường Đại học Công nghiệp Hà Nội Đồ án môn QTTB Khoa Công nghệ hóa
1. Các trở lực của quá trình cấp liệu
1.1. Xác định trở lực đường ống từ thùng chứa đến thùng cao vị
Xác định tốc độ chảy từ thùng chứa đến thùng cao vị
Xác định tốc độ chảy từ thùng chứa đến thùng cao vị
Trong đó :
F : Năng suất hỗn hợp đầu F = 6000 ( kg/ h)
Hình vẽ bơm
: Khối lượng riêng dung dịch trước khi gia nhiệt ( kg/ m3 )
Nhiệt độ của dung dịch lúc đầu : t = 20oC
Khối lượng riêng của izopropylic và nước bảng I.2. STQTTB. I _ 10 theo nhiệt
độ ở 20oC :
GVHD: Nguyễn Thế Hữu - 76 - SVTH: Lê Thị Quỳnh CĐ-ĐH HOÁ – K3
0-0
1 1
2 2
H
H11
H2
H1
Trường Đại học Công nghiệp Hà Nội Đồ án môn QTTB Khoa Công nghệ hóa
A = 785( kg/ m3 ) ; B = 998 ( kg/ m3 )
Nồng độ khối lượng của dung dịch a = aF = 0,25 phần khối lượng
Khối lượng riêng của dung dịch lúc đầu là :
= = 934,602 ( kg/ m3 )
Chọn đường kính ống dẫn d = 0,15 m
Thay số vào ta có :
= = 0,101 ( m/ s )
Trở lực tiêu tốn để thắng toàn bộ trở lực trên đường ống đẩy và hút:
hm0 = ( I _ 485 )
Trong đó :
: Áp suất toàn phần để thắng tất cả sức cản thủy lực trên đường ống khi dòng
chảy đẳng nhiệt
= Pđ + Pm + Pcb + Pt + Pk
Pđ : Áp suất đẩy cần thiết để tạo tốc độ cho dòng chảy ra khỏi ống dẫn
Pm : Áp suất để khắc phục trở lực ma sát khi dòng chảy ổn định trong ống thẳng
Pcb : Áp suất cần thiết để khắc phục trở lực cục bộ
Pt : Áp suất cần thiết để khắc phục trở lực trong thiết bị
Pk : Áp suất bổ sung cuối đường ống Pk = 0
Áp suất động học :
Pđ = N/m2
Áp suất khắc phục trở lực ma sát :
Pm =
L : Chiều dài ống dẫn chọn 11m
GVHD: Nguyễn Thế Hữu - 77 - SVTH: Lê Thị Quỳnh CĐ-ĐH HOÁ – K3
Trường Đại học Công nghiệp Hà Nội Đồ án môn QTTB Khoa Công nghệ hóa
dtđ : Đường kính tương đương
: Hệ số trở lực ma sát xác định theo công thức :
( I _ 380 )
Chọn độ dài đường ống là 11m, chất liệu làm bằng thép tráng kẽm = 0,1. 10-3.
Trong đó là độ nhám tương đối : = = 1,11. 10-3
cP = 0,9293. 10-3 ( Ns/ m3 )
Chuẩn số Reynolt : Re = = 2,7487.10-4
Vậy lưu thể ở chế độ chảy xoáy, hệ số trở lực được xác định theo công thức trên :
= -2. lg = 6,1226
= 0,03
Pm =
= = 10,468
Áp suất cần thiết để khắc phục trở lực cục bộ :
Pcb =
: Hệ số trở lực cục bộ của toàn bộ đường ống được xác định :
= 1 + 2 + 3 + 2. 4
1 : Hệ số trở lực do các van
2 : Hệ số trở lực do đột thu
3 : Hệ số trở lực do đột mở
GVHD: Nguyễn Thế Hữu - 78 - SVTH: Lê Thị Quỳnh CĐ-ĐH HOÁ – K3
Trường Đại học Công nghiệp Hà Nội Đồ án môn QTTB Khoa Công nghệ hóa
4 : Hệ số trở lực của trục khuỷu
Tra STQTTB I _ 388 ; I _ 394 ta có :
1 = 2,025 ; 2 = 1,647 ; 3 = 0,9359 ; 4 = 1,1
= 1 + 2 + 3 + 2. 4
= 2,025 + 1,647 + 0,9359 + 2. 1,1 = 6,8079
Pcb =
= 6,8079. = 32,453
Tổng trở lực của hệ thống ống dẫn :
= Pđ + Pm + Pcb = 41,055 + 552,87 + 32,453 = 626,378 ( N/ m2 )
Vậy tổn thất áp suất để khắc phục trở lực trong hệ thống ống dẫn từ nguyên liệu
đầu vào thùng cao vị :
hm0 = = = 0,0683 ( m )
2. Trở lực trong ống dẫn từ thùng cao vị đến thiết bị gia nhiệt
+ ( N/ m2 )
: Trở lực ma sát ( N/ m2 )
: Trở lực cục bộ ( N/ m2 )
Chọn chiều dài ống L1 = 2 m
Đường kính ống d = 0,1 m
Lưu lượng GF = 6000 ( kg/ h )
Thế năng vận tốc chất lỏng trong ống
( N/ m2 )
= = 934,062 ( kg/ m3 )
Vận tốc dung dịch trong ống ( m / s )
GVHD: Nguyễn Thế Hữu - 79 - SVTH: Lê Thị Quỳnh CĐ-ĐH HOÁ – K3
Trường Đại học Công nghiệp Hà Nội Đồ án môn QTTB Khoa Công nghệ hóa
w01 = 8.0,034 = 0,272 ( m/ s )
= = 127,106 ( N/ m2 )
2.1. Trở lực ma sát
Áp suất để thắng trở lực ma sát là :
= ( N/ m2 )
Trong đó :
: Hệ số ma sát
Nhiệt độ dung dịch trong ống là t = 20 oC
Theo bảng I. 101 STQTTB _ 91 xác định độ nhớt theo nhiệt độ t = 20 oC ta có :
A = 2,39 cP ; B = 1,0 cP
lg 1 = xF. lg A + ( 1- xF ). lg B
= 0,091. lg 2,39 + ( 1 – 0,091 ). lg 1,0 = 0,0344
1 = 1,0814 cP = 1,0814. 10-3 ( Ns/ m2 )
Xác định
Re =
= = 23507,76 > 104
Chế độ chảy xoáy
Xác định theo công thức II.65 STQTTB _ 380
Chọn ống làm bằng thép không rỉ, ta tra được độ nhám tuyệt đối = 0,1. 10-3m
( STQTTB I _ 381 )
Độ nhám tương đối : = 1,1.10-3
GVHD: Nguyễn Thế Hữu - 80 - SVTH: Lê Thị Quỳnh CĐ-ĐH HOÁ – K3
Trường Đại học Công nghiệp Hà Nội Đồ án môn QTTB Khoa Công nghệ hóa
( STQTTB II _ 380 )
= = 0,0259
Pms1 = 0,0259. . 26,95 = 13,9601
2.2. Trở lực cục bộ
Trong đó :
: Hệ số trở lực cục bộ
Các trở lực cục bộ trong ống gồm :
Trở lực cửa vào từ thùng cao vị vào ống, với cạnh nhăn = 0,5
Trở lực do đột mở từ ống vào thiết bị gia nhiệt
Thiết bị có đường kính d = 0,49m
Trở lực đột mở : =
Tiết diện đầu thiết bị chia 8 ngăn là :
f1 = = 0,0236 ( m2 )
Tiết diện ống là :
f0 = 0,785. do2 = 0,785. 0,12 = 0,00785
=
= = 0,5021
Trở lực của van :
Số van trên đường ống dẫn 1 van, chọn van mở 50% ta có = 2,025
GVHD: Nguyễn Thế Hữu - 81 - SVTH: Lê Thị Quỳnh CĐ-ĐH HOÁ – K3
Trường Đại học Công nghiệp Hà Nội Đồ án môn QTTB Khoa Công nghệ hóa
Trở lực do ống chuyển hướng 2 lần với góc chuyển là 90oC
= 0,6
= ( 0,5 + 0,5021 + 2.025 + 2. 1,1 ). 26,95 = 140,87 ( N/ m2 )
Trở lực trong ống dẫn từ thùng cao vị đến thiết bị gia nhiệt :
= 10,468 +13,9601 + 26,95 = 181,78 ( N/ m2 )
Vậy áp suất để thắng trở lực cục bộ và ma sát là :
= = 0,0198
3. Trở lực trong ống dẫn từ thiết bị gia nhiệt đến tháp
Trong đó :
Pm2 : Trở lực ma sát ( N/ m2 )
Pms2 : Trở lực cục bộ ( N/ m2 )
Pcb2 : Trở lực cục bộ ( N/ m2 )
Các số liệu : Chiều dài ống L2 = 0,5 m
Đường kính ống do = 0,1 m
Lưu lượng GF = 6000 kg/ h
Thế năng vận tốc của chất lỏng trong ống :
Pw2 = ( N/ m2 )
Trong đó :
: Khối lượng riêng dung dịch sau khi gia nhiệt ( kg/ m3 )
Nhiệt độ của dung dịch sau khi gia nhiệt ts = tF = 84,34 oC
Khối lượng riêng của izopropylic và nước bảng I.2 STQTTB _ 10 theo tF
GVHD: Nguyễn Thế Hữu - 82 - SVTH: Lê Thị Quỳnh CĐ-ĐH HOÁ – K3
Trường Đại học Công nghiệp Hà Nội Đồ án môn QTTB Khoa Công nghệ hóa
= 731,31 ( kg/ m3 )
= 968,962 ( kg/ m3 )
Nồng độ khối lượng của dung dịch a = aF = 0,25 phần khối lượng
Khối lượng riêng của dung dịch là :
= = = 886,157 ( kg/ m3 )
Vận tốc dung dịch trong ống ( m/ s )
w02 = = = 0,24 ( m/ s )
Pw2 = = = 25,52
3.1. Trở lực ma sát
Pms2 = ( N/ m2 )
Trong đó :
: Hệ số ma sát
Nhiệt độ dung dịch trong ống là t = tF = 84,34oC, xác định độ nhớt theo nhiệt độ
bảng I. 101 STQTTB _ 91, nội suy ta có :
= 0,46 cP ; = 0,356 cP
Nồng độ dung dịch x = 0,091 phần mol
lg = x. lg + ( 1 – x ). lg
= 0,091. lg 0,46 + ( 1 – 0,091 ). lg 0,356
= 0,35 cP = 0,35.10-3 ( N/ m2 )
Re = = 60765,05 > 104
Chế độ chảy xoáy
Xác định theo công thức II _ 464
GVHD: Nguyễn Thế Hữu - 83 - SVTH: Lê Thị Quỳnh CĐ-ĐH HOÁ – K3
Trường Đại học Công nghiệp Hà Nội Đồ án môn QTTB Khoa Công nghệ hóa
= = 0,00147
Pms2 =
= 0,00147. . 25,52 = 0,188 ( N/ m2 )
3.2. Trở lực cục bộ
Pcb2 = ( N/ m2 )
Trong đó :
: Hệ số trở lực cục bộ
Các trở lực cục bộ trong ống gồm :
Trở lực do đột thu từ thiết bị gia nhiệt vào ống :
nội suy theo STQTTB I _ 388
= 0,386
Trở lực cửa ra từ ống vào tháp = 1
Trở lực do van : Coi van mở 50% thì = 2,025
Pcb2 = ( 0,386 + 1 + 2,025 + 1,1 ). 25,52 = 115,121
Pm2 = 0,188 + 115,121+ 25,52 = 140,829 ( N/ m2 )
Vậy áp suất để thắng trở lực cục bộ và ma sát là :
= = 0,0162 m
4. Trở lực trong thiết bị gia nhiệt
= ( N/ m2 )
GVHD: Nguyễn Thế Hữu - 84 - SVTH: Lê Thị Quỳnh CĐ-ĐH HOÁ – K3
Trường Đại học Công nghiệp Hà Nội Đồ án môn QTTB Khoa Công nghệ hóa
Trong đó :
Pcb3 : Trở lực cục bộ ( N/ m2 )
Pms3 : Trở lực ma sát ( N/ m2 )
Thế năng vận tốc của chất lỏng trong ống truyền nhiệt :
( N/ m2 )
Trong đó :
: Khối lượng riêng dung dịch trong ống ( kg/ m3 )
w : Vận tốc dung dịch trong ống truyền nhiệt ( m/ s )
Thiết bị chính chia 8 ngăn w = 8. wTT = 8. 0,034 = 0,272 ( m/ s )
= = 32,781 ( N/ m2 )
4.1. Trở lực ma sát
Pms3 = ( N/ m2 )
Trong đó :
L : Chiều dài ống truyền nhiệt do chia 8 ngăn L = 8. 1 = 8 m
do : Đường kính ống truyền nhiệt do = 0,025 m
: Hệ số ma sát
Độ nhớt dung dịch trong ống = 0,5044 cP = 0,5044 ( N/ m2 )
Re = = = 11956,09 > 104
Chế độ chảy xoáy
Xác định theo công thức II _ 464
Với loại ống thép không gỉ ta đã chọn, theo bảng I _ 464, ta có độ nhám tuyệt đối
= 0,1 mm
GVHD: Nguyễn Thế Hữu - 85 - SVTH: Lê Thị Quỳnh CĐ-ĐH HOÁ – K3
Trường Đại học Công nghiệp Hà Nội Đồ án môn QTTB Khoa Công nghệ hóa
Độ nhám tương đối = 4. 10-3
= = 0,0358
Pms3 =
= 0,0358. = 375,539
4.2. Trở lực cục bộ
Trong đó : : Hệ số trở lực cục bộ
Các trở lực cục bộ trong thiết bị gia nhiệt gồm :
Trở lực do đột thu từ đầu thiết bị vào chùm ống
Thiết bị có số ống truyền nhiệt no =168 ống chia làm 8 ngăn
Tiết diện chùm ống ở 1 ngăn là :
= 0,0103
Trở lực do đột mở từ chùm ống ra đầu thiết bị :
= ( 1 – 0,382 )2 = 0,382
Trở lực do dòng chuyển hướng 6 lần với góc chuyển là 90oC = 1,1
= ( 8. 0,3678 + 8. 0,4484 + 12.1,1 ). 32,781 = 646,756 ( N/ m2 )
= 646,756 + 375,539+ 32,781 = 1055,076 ( N/ m2 )
Áp suất để thắng trở lực cục bộ và ma sát trong thiết bị gia nhiệt :
GVHD: Nguyễn Thế Hữu - 86 - SVTH: Lê Thị Quỳnh CĐ-ĐH HOÁ – K3
Trường Đại học Công nghiệp Hà Nội Đồ án môn QTTB Khoa Công nghệ hóa
hm3 = =
GVHD: Nguyễn Thế Hữu - 87 - SVTH: Lê Thị Quỳnh CĐ-ĐH HOÁ – K3
Trường Đại học Công nghiệp Hà Nội Đồ án môn QTTB Khoa Công nghệ hóa
II.. Tính chiều cao của thùng cao vị so với đĩa tiếp liệu
Viết phương trình Becnuli cho hai mặt cắt 1-1 và 2-2 ( lấy 2-2 làm mặt chuẩn )
Z + =
Trong đó :
P1, P2 : Áp suất tại mặt cắt 1 và 2
w1 : Vận tốc dung dịch tại mặt cắt 1-1
Coi w1 = 0 vì tiết diện thùng cao vị rất lớn so với tiết diện ống.
w2 : Vận tốc dung dịch tại mặt cắt 2 ; w2 = w02 = 0,034 ( m/ s )
: Khối lượng riêng dung dịch trước khi gia nhiệt = 929,062 ( kg/ m3 )
: Khối lượng riêng dung dịch sau khi gia nhiệt = 886,157 ( kg/ m3 )
=
= 0,0683 + 0,0198 + 0,0192 + 0,121 = 0,2283m
Do môi trường làm việc là hỗn hợp lỏng – hơi nên :
P = Plv + Ptt N/ m2
Với Plv : Áp suất hơi làm việc N/ m2
Ptt : Áp suất thủy tĩnh của cột chất lỏng N/ m2
Tính Ptt
Ptt = . g. H
H : Chiều cao max của cột chất lỏng (m)
: Khối lượng riêng của chất lỏng ( kg/ m3 )
g : Gia tốc trọng trường
Ptt = 9,81. 827,176. 9,15 = 74248,56 N/ m2
Plv = P1 = Pa = 1 at = 0,981. 105
P = Ptt + Plv = 74248,56 + 0,981. 105 = 172348,56 N/ m2
GVHD: Nguyễn Thế Hữu - 88 - SVTH: Lê Thị Quỳnh CĐ-ĐH HOÁ – K3
Trường Đại học Công nghiệp Hà Nội Đồ án môn QTTB Khoa Công nghệ hóa
Z =
= = 8,45 m
III. Chiều cao cần bơm Ho
Ho =H1 + H2 + Z ( m )
Ho : Chiều cao tính từ mặt thoáng bể chứa đến mặt thoáng thùng cao vị ( m )
H1 : Chiều cao tính từ đáy tháp đến đĩa tiếp liệu ( m )
H2 : Chiều cao tính từ nơi đặt bơm đến đáy tháp ( m )
Z : Chiều cao tính từ đĩa tiếp liệu đến mặt thoáng thùng cao vị ( m )
H1 = HC + hđáy ( m )
Hc = 27. ( 0,3 + 0,002 ) = 8,15 m
H1 = 8,15 + 0,4 = 8,55 m
H2 = 0,5 m
Ho = 8,55 + 0,5 + 8,45 =17,5 m
IV. Áp suất toàn phần của bơm _ Năng suất của bơm
4.1. Áp suất toàn phần do bơm tạo ra :
H = + H + h
Trong đó : P = P = P .
: khối lượng riêng của chất lỏng ở 20 C , = 927,602 (kg/m ).
H = H = 17,5 (m).
h : áp suất cần thiết để lắng trở lực cần thiết trên ống đẩy của bơm .
H = H + h = 17,5 + 0,2238 = 17,7238 m
Công suất yêu cầu trên trục bơm được xác định theo công thức :
N = (kW) [STQTTB-I-439].
Q : Lưu lượng thể tích của bơm ( m3/ s )
GVHD: Nguyễn Thế Hữu - 89 - SVTH: Lê Thị Quỳnh CĐ-ĐH HOÁ – K3
Trường Đại học Công nghiệp Hà Nội Đồ án môn QTTB Khoa Công nghệ hóa
Q = ( m3/ s )
: hiệu suất chung của bơm . = . .
Trong đó :
: hiệu suất thể tích do hao hụt từ P cao xuống P thấp , = 0,9 .
: hiệu suất thủy lực tính đến ma sát và sự tạo dòng xoáy trong bơm .
= 0,9 .
: hiệu suất cơ khí ,tính đến ma sát cơ khí ở bị ổ lót trục , = 0,95 .
Vậy hiệu suất toàn phần của bơm : = 0,77 .
- Thay số vào ta có : N = = 0,0212 (kW).
Chọn bơm có công suất : 0,0212 (kW).
Công suất của động cơ điện :
Nđc =
- hiệu suất truyền động : = 1 .
- hiệu suất truyền động cơ : = 0,85 .
Nđc = (kW).
Thông thường để đảm an toàn người ta chọn động cơ công suất động cơ lớn hơn
công suất tính toán lượng dự trữ và khả năng quá tải của bơm :
= 1,5. 0,025= 0,0375 (kW).
III. TÍNH TOÁN CƠ KHÍ VÀ LỰA CHỌN
III.1. Tính toán thân tháp
GVHD: Nguyễn Thế Hữu - 90 - SVTH: Lê Thị Quỳnh CĐ-ĐH HOÁ – K3
Trường Đại học Công nghiệp Hà Nội Đồ án môn QTTB Khoa Công nghệ hóa
Chọn vật liệu làm thân tháp
Thân hình trụ là bộ phận chủ yếu của để tạo thành thiết bị hóa chất. Tùy theo điều
kiện làm việc mà người ta lựa chọn vật liệu và phương pháp chế tạo. Do điều kiện
đồ án là thân tháp làm việc ở áp suất thường nhiệt độ làm việc không cao lắm,
dung dịch chứa izo propylic và nước, do đó ta chọn loại vật liệu là thép không gỉ
với mác thép là X18H10T làm thân
tháp, đó là vật liệu bền chịu nhiệt. Nó được chế tạo bằng cách cuốn tấm vật liệu
với kích thước đã định sau đó hàn giáp mối lại.
Chiều dày của thân hình trụ được tính theo công thức :
[ m ]
Trong đó :
Dt : đường kính trong của thân hình trụ [ m ] Dt = 1,0 m
: Hệ số bền của thành hình trụ theo phương dọc
C : Số bổ sung do ăn mòn, bào mòn và dung sai về chiều dày [ m ]
P : Áp suất trong của thiết bị [ N / m2 ]
: Ứng suất cho phép.
Do môi trường làm việc là hỗn hợp lỏng hơi nên :
P = Plv + Ptt [ N / m2 ]
Với Plv : Áp suất hơi làm việc [ N / m2 ] = 105 (N/m2)
Ptt : Áp suất thủy tĩnh của cột chất lỏng [ N / m2 ]
Tính Ptt =
Với H : Chiều cao max của cột chất lỏng [ m ]
: Khối lượng riêng của chất lỏng [ kg/ m3 ]
g : Gia tốc trọng trường g = 9,81 m / s2
Ta có chiều cao cột chất lỏng HL= H = 9,15 m (chiều cao lớn nhất là chiều cao
tháp)
GVHD: Nguyễn Thế Hữu - 91 - SVTH: Lê Thị Quỳnh CĐ-ĐH HOÁ – K3
Trường Đại học Công nghiệp Hà Nội Đồ án môn QTTB Khoa Công nghệ hóa
Ta lấy theo khối lượng riêng lớn nhất là khối lượng riêng trung bình pha lỏng
đoạn luyện = = 827,176[ kg/ m3 ]
Do đó : Ptt =
= 827,176.9,81.9,15= 74248,559 [ N / m2 ]
Plv = 1 at = 105
P = Plv + Ptt
= 105 + 74248,559 = 174248,559 [ N / m2 ]
Để tính toán sức bền của thiết bị thì trước hết ta phải xác định ứng suất cho phép
của vật liệu thép X18H10T
Ứng suất cho phép của thép theo giới hạn bền khi kéo và khi chảy được tính theo
công thức trên như sau :
Trong đó : nk, nc là hệ số an toàn theo giới hạn bền và giới hạn chảy
: giới hạn bền khi kéo và khi chảy
: Hệ số hiệu chỉnh, đáy là thiết bị loại II, đốt nóng trực tiếp chọn = 0,9
Tra ở bảng XIII.3. STQTTB II _ 356 ta có nk = 2,6 ; nc = 1,5
Tra giới hạn bền khi kéo và khi chảy ở STQTTB II _ 310 có :
= 550. 106 N/ m2 ; = 220. 106 N/ m2
Do đó = = 190,38. 106 N/ m2
= = 132. 106 N/ m2
So sáng hai kết qủa ứng suất cho phép theo giới hạn bền khi kéo và giới hạn bền
khi chảy ta chọn theo giá trị bé hơn, nên = 132. 106 N/ m2
Tính
GVHD: Nguyễn Thế Hữu - 92 - SVTH: Lê Thị Quỳnh CĐ-ĐH HOÁ – K3
Trường Đại học Công nghiệp Hà Nội Đồ án môn QTTB Khoa Công nghệ hóa
Ta thiết kế chọn hàn theo phương pháp hàn tay bằng hồ quang điện, kiểu hàn giáp
mối hai bên thành có lỗ nhưng được gia cố hoàn toàn khi đó = = 0,95 tra ở
STQTTB II _ 362
Ta lập tỷ số > 50
Do vậy ta có thể bỏ qua p ở dưới công thức tính chiều dày
Tính C = C1 + C2 + C3
C1 : Bổ sung ăn mòn, xuất phát từ điều kiện ăn mòn vật liệu của môi trường và
thời gian làm việc của thiết bị.
C1 = 1mm = 0,001m ( do thép trên có tốc độ ăn mòn 0,05 – 0,1 mm/ năm )
C2 : Bổ sung do hao mòn.
C2 = 0 ( vì nguyên liệu đầu là lỏng – hơi không phải chất rắn )
C3 : Bổ sung do dung sai của chiều dày.
Chọn C3 = 0,4mm = 0,4. 10-3 m
Khi đó chiều dày của tháp là :
=
Chuẩn hóa chọn s = 4 mm
Kiểm tra ứng suất thành thiết bị bằng nước theo áp suất thư
Theo STQTTB II _ 366 ứng suất theo áp suất thử phải thỏa mãn điều kiện :
Trong đó P0 : Áp suất thử tính toán.
P0 = Pth + P1 [ N / m2 ]
P1 : Áp suất thủy tĩnh của cột chất lỏng
Với Pth : Áp suất thử thủy lực , vì P = 174248,559 [ N / m2 ]
Tra ở bảng XIII. 5 nên Pth = 1,5. P = 1,5. 174248,559 = 2,778.105 [ N / m2 ]
GVHD: Nguyễn Thế Hữu - 93 - SVTH: Lê Thị Quỳnh CĐ-ĐH HOÁ – K3
Trường Đại học Công nghiệp Hà Nội Đồ án môn QTTB Khoa Công nghệ hóa
Tính P1 theo công thức II _ 360 :
P1 =
: Khối lượng riêng của chất lỏng ở nhiệt độ trung bình.
Ta lấy theo khối lượng riêng lớn nhất là khối lượng riêng trung bình pha lỏng
đoạn luyện : = 827,176 kg/m3
g : Gia tốc trọng trường g =9,81 m/ s2
Nên P1 = = 827,176 . 9,81.9,15 = 742448,559 N / m2
Áp suất thử tính toán
P0 = Pth + P1 = 2,778.105 + 742448,559 = 352048,559 N / m2
Do đó :
= N / m2
Ta thấy = 128,78. 106 N / m2 < thỏa mãn điều kiện
bền. Vậy chiều dày của tháp S = 4 mm
III.2. Tính chóp và kích thước cơ bản của chóp
Theo trang 46 đã tính phần trên ta có các số liệu như sau :
Đường kính ngoài ống hơi của chóp dhN = 0,054 m với chiều dày = 2 mm.
Đường kính trong ống hơi dh = 0,05 m.
Số ống chảy truyền trên mỗi đĩa chọn m = 1
Đường kính cua tháp : D = 1 m
Số chóp phân bố trên đĩa n = 0,1 = 0,1 = 40 ống
2.1 Chiều cao của chóp phía trên ống dẫn hơi
h2 = 0,25. dh ( STQTTB II _ 236 )
= 0,25. 0,05 = 0,0125 m = 12,5 mm
2.2. Đường kính của chóp
GVHD: Nguyễn Thế Hữu - 94 - SVTH: Lê Thị Quỳnh CĐ-ĐH HOÁ – K3
Trường Đại học Công nghiệp Hà Nội Đồ án môn QTTB Khoa Công nghệ hóa
m =75 mm
2.3. Chiều cao khe chóp
Chiều cao khe chóp :
Vy : Lưu lượng hơi đi trong tháp m3/h
: Trở lực của tháp , =1 2, chọn = 2
: Khối lượng riêng trung bình của pha lỏng và pha hơi
Chiều cao khe chóp đoạn chưng
b = 0,019 m
Lưu lượng hơi đi trong tháp đoạn luyện
Chiều cao khe chóp đoạn luyện
b = 0,020 m
Quy chuẩn chung cho cả tháp hr = 0,020 m
2.4. Số lượng khe hở của mỗi chóp
i = = = 35
Quy chuẩn i = 40
2.5. Đường kính ống chảy truyền
Đường kính ống chảy chuyền đoạn chưng
dC = 0,105 m
Đường kính ống chảy chuyền đoạn luyện
dC = 0,090 m
Quy chuẩn chung cho cả tháp dC = 0,100 m
2.6. Khoảng cách từ đĩa đến chân ống chảy truyền
S1 = 0,25. dC = 0,25. 120 = 35 mm
GVHD: Nguyễn Thế Hữu - 95 - SVTH: Lê Thị Quỳnh CĐ-ĐH HOÁ – K3
Trường Đại học Công nghiệp Hà Nội Đồ án môn QTTB Khoa Công nghệ hóa
2.7. Chiều cao ống chảy truyền nhô trên đĩa
Chiều cao mức chất lỏng bên trên ống chảy chuyền đoạn chưng
h = 0,015 m
Chiều cao mức chất lỏng bên trên ống chảy chuyền đoạn luyện
h = 0,015m
2.8. Bước tối thiểu của chóp trên đĩa
Theo STQTTB II _ 237 : tmin = dch + 2. + l2
Trong đó :
dch : Đường kính ống chảy truyền dch = 0,075 m
: Chiều dày chóp, thường lấy = 2 3 mm
l2 = 12,5 + 0,25 dch = 12,5 + 0,25. 0,075 = 31,25 mm
tmin = dch + 2. + l2 = 75 + 2.2 + 31, 25 = 110,25 mm
III.3. Tính đáy và nắp thiết bị
Đáy và nắp thiết bị là một bộ phận quan trọng của thiết bị và thường được chế tạo
cùng loại vật liệu với thân tháp.Vì tháp làm việc ở áp suất thường và thân trụ hàn
nên ta chọn đáy và nắp thiết bị hình elip có gờ đối với thiết bị thẳng đứng có P >
7. 104
3.1. Chiều dày của nắp
Trong đó : Pn = Po = 9,81.104 ( Pa )
: Ứng suất cho phép ( N/ m2 )
: Hệ số bền mối hàn
k : Hệ số hiệu chỉnh
hb : Chiều cao nắp ( m )
C : Hệ số hiệu chỉnh C = 1,4. 10-3 m và có tăng thêm một chút tùy thuộc chiều
dày : Thêm 2 mm khi S – C < 10 mm
GVHD: Nguyễn Thế Hữu - 96 - SVTH: Lê Thị Quỳnh CĐ-ĐH HOÁ – K3
Trường Đại học Công nghiệp Hà Nội Đồ án môn QTTB Khoa Công nghệ hóa
Thêm 1 mm khi 10 mm < S – C < 20 mm
Theo STQTTB II _ 382 :
Chiều cao phần lồi của đáy, với Dt = 1,0 m hb = 225 mm
: Hệ số bền mối hàn hướng tâm nếu có.
Chọn hàn theo phương pháp hàn bằng tay bằng hồ quang điện, kiểu hàn giáp mối
hai bên.
Tra II _ 362 được = 0,95
k hệ số không thứ nguyên, được xác định:
k = 1 - [ II _ 385 ]
Với d đường kính lớn nhất ( hay kích thước lớn nhất của lỗ không phải hình
tròn ), của lỗ không tăng cứng.
Do đường kính ống có ở đáy và nắp là khác nhau nên ta phải tính hệ số k của đáy
và nắp.
Ở đáy : Đường kính ống tháo sản phẩm đáy là d = 100 mm
Nên k = 1 - = 0,9
Ở nắp : Đường kính ống tháo sản phẩm đỉnh là 150 mm
Nên k = 1 - = 0,85
Áp suất p = 1,852.105 ( N/ m2 ) ta có = 132. 106 ( N/ m2 )
Ta xét :
Ở đáy : = > 30
Ở nắp : = > 50
Nên ta có thể bỏ p ở mẫu số của công thức tính chiều dày của đáy và nắp
GVHD: Nguyễn Thế Hữu - 97 - SVTH: Lê Thị Quỳnh CĐ-ĐH HOÁ – K3
Trường Đại học Công nghiệp Hà Nội Đồ án môn QTTB Khoa Công nghệ hóa
Vậy chiều dày của nắp
S = = 4,25.10-4 + C
S – C = 3,375. 10-3
Ta thấy S – C < 10 mm nên ta phải tăng C lên 2 mm, khi đó C = 3,4 mm
Do đó S = 8,25. 10-4 + 3,4 = 4,225 mm
Chọn S = 5 mm
Kiểm tra áp suất thành ở áp suất thử thủy lực theo công thức :
N/ m2 [ STQTTB II _ 386 ]
Po : Áp suất thử tính toán
Kiểm tra đối với nắp
Po = Pth + P1 = 248417,9 + 77381 = 325798,9 N/ m2 [ II _ 366 ]
Nên
= 70,156.106 N/ m2
N/ m2
58,4639 .106< 183,3.106L
Thỏa mãn điều kiện bền, vậy chiều dày là 5 mm
3.2 Chiều dày của đáy
Tương tự ta có p = 165611,93 N/ m2 và k = 0,9167 ; C = 3,4 mm
S = = 7,87.10-4 + C
Ta chọn S = 5 mm
Kiểm tra áp suất thành ở áp suất thử thủy lực theo công thức :
GVHD: Nguyễn Thế Hữu - 98 - SVTH: Lê Thị Quỳnh CĐ-ĐH HOÁ – K3
Trường Đại học Công nghiệp Hà Nội Đồ án môn QTTB Khoa Công nghệ hóa
N/ m2 [ STQTTB II _ 386 ]
Kiểm tra đối với nắp
= 129,928.106 < 183,3. 10-6
Thỏa mãn điều kiện bền, vậychiều dày là 5 mm
Vậy chiều dày nắp và đáy thiết bị là 5 mm, khi đó ta có chiều cao gờ h = 25 mm
và hb = 225 mm, Dt = 1000 mm
Tra II _ 382 ta được bề mặt trong F = 1,40 m2
III. 4. Chọn mặt bích
Bích là bộ phận quan trọng dùng để nối các phần của thiết bị cũng như nối 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 kiểu I để nối ( nắp, đáy… ) với thân.
Để nối thân tháp và nắp, đáy ta dùng mặt bích liền bằng thép không rỉ, với đường
kính tháp Dt = 1000 mm
Áp suất py = 0,1.106 N/ m2
Số bích 6 cặp bích
Bước bích 1,5 m
Theo STQTTB II _ 421 ta có :
Dt D Db DI Do
1000 1140 1090 1060 1013
Bulong db = M20 ,Z = 24 cái
Chiều dày bích h = 23 mm
GVHD: Nguyễn Thế Hữu - 99 - SVTH: Lê Thị Quỳnh CĐ-ĐH HOÁ – K3
Trường Đại học Công nghiệp Hà Nội Đồ án môn QTTB Khoa Công nghệ hóa
Để nối ống dẫn vào thiết bị ta dùng kiểu bích bằng vật liệu là CT3
III.5. Tính đường kính các ống dẫn
Đường kính ống dẫn được tính theo công thức sau :
d = STQTTB I _ 369
Trong đó :
V : Lưu lượng của các chất chuyển động trong ống [ m3/ s ]
w : Vận tốc của các chất trong ống [ m/ s ]
5.1. Đường kính ống dẫn sản phẩm đỉnh
Ống dẫn sản phẩm đỉnh là ống nối giữa nắp tháp và thiết bị ngưng tụ. Hỗn hợp đi ra ở đỉnh tháp có nồng độ cấu tử dễ bay hơi, nhiệt độ của hỗn hợp là t = 80,41 oC.
Khối lượng của hỗn hợp đi ra ở đỉnh tháp :
gđ = 55,543 ( kmol/ h )
Lưu lượng thể tích của hơi ở đỉnh tháp :
V = 0,447 m3/s
Tháp làm việc ở áp suất thường với hơi quá nhiệt chọn w = 30 50 ( m/ s )
Chọn vận tốc hơi là w = 30 m/ s
GVHD: Nguyễn Thế Hữu - 100 - SVTH: Lê Thị Quỳnh CĐ-ĐH HOÁ – K3
Trường Đại học Công nghiệp Hà Nội Đồ án môn QTTB Khoa Công nghệ hóa
Đường kính ống dẫn sản phẩm đỉnh là :
d = = 0,138 m
Chọn d1 =150 mm, khi đó chiều dài ống bên ngoài l1 = 165 mm [ II _ 434 ]
Tính lại vận tốc hơi ta được w = 26 m/ s
5.2. Đường kính ống hồi lưu sản phẩm đỉnh
Hỗn hợp trong ống là hỗn hợp lỏng có nồng độ x = xP = 0,5943 phần mol
aP = 0,83 ; nhiệt độ của hỗn hợp là t =txP = 80,41 oC.
Khối lượng riêng của hỗn hợp lỏng được tính theo công thức :
[ I _ 5 ]
Tra khối lượng riêng ở nhiệt độ đó theo STQTTB I _ 9
= 734,652 kg/ m3
= 971,713 kg/ m3
= 766,439 kg/ m3
Lưu lượng sản phẩm đỉnh hồi lưu là :
V = =2,18. 10-4 ( m3/ s )
Ta coi như chất lỏng tự chảy nên w = 0,1 0,5 m/ s.
Chọn vận tốc là w = 0,3 m/s
Đường kính ống hồi lưu sản phẩm đỉnh
d = = 0,0624 m
Chọn d2 = 70 m, khi đó chiều dài ống ở bên ngoài l2 = 120 mm.
Tính lại vận tốc hơi ta được w = 0,271 m/ s
5.3. Đường kính ống tháo sản phẩm đáy
Hỗn hợp được tháo là hỗn hợp lỏng có nồng độ là x = xW = 0,0015 phần mol; nhiệt độ hỗn hợp là t = tW = 95,32oC.
Khối lượng riêng của hỗn hợp lỏng được tính theo công thức :
GVHD: Nguyễn Thế Hữu - 101 - SVTH: Lê Thị Quỳnh CĐ-ĐH HOÁ – K3
Trường Đại học Công nghiệp Hà Nội Đồ án môn QTTB Khoa Công nghệ hóa
[ I _ 5 ]
Tra khối lượng riêng theo I _ 9 có :
= 721,978 kg/ m3
= 961,276 kg/ m3
Do đó = 959,686 kg/ m3
Khối lượng sản phẩm đáy là :
GW = 233,44. 59,969 = 4218,182 kg/ h
Chọn vận tốc là 0,3 m/ s
Đường kính ống tháo sản phẩm đáy là :
d = = 0,088 m
Chọn d3 = 100 mm, khi đó chiều dài ống ở bên ngoài l3 = 120 mm.
Tính lại vận tốc hơi ta được w = 0,155m/ s
5.4. Đường kính ống dẫn nguyên liệu đầu
Nồng độ hỗn hợp đầu x = xF = 0,091 phần mol
Nhiệt độ của hỗn hợp t = tF = 84,34oC
aF = 0,25 tra khối lượng riêng ta được
= 731,311 kg/ m3
= 968,962 kg/ m3
Do đó = 896,157 kg/ m3
Chọn vận tốc là w = 0,3 m/ s
Ta có d = = 0,089 m
Chọn d4 = 100 mm, , khi đó chiều dài ống ở bên ngoài l4 = 120 mm.
Tính lại vận tốc hơi ta được w = 0,237 m/ s
5.5. Đường kính ống hồi lưu sản phẩm đáy
Nhiệt độ của hỗn hợp là tW = 95,32 oC
GVHD: Nguyễn Thế Hữu - 102 - SVTH: Lê Thị Quỳnh CĐ-ĐH HOÁ – K3
Trường Đại học Công nghiệp Hà Nội Đồ án môn QTTB Khoa Công nghệ hóa
Lượng sản phẩm đáy hồi lưu là = 55,713 kmol/ h
Chọn vận tốc hơi là w = 30 m /s
Đường kính ống hồi lưu sản phẩm đáy :
d = = 0,141
Chọn d5 = 150 mm, khi đó chiều dài ống nối ở bên ngoài l5 = 130 mm.
III.6. Khối lượng tháp
G = GT + GN-Đ + GB + Gbl + GĐ + GÔ + GL ( Kg )
Trong đó :
GT : Khối lượng thân tháp trụ ( kg )
GN-Đ : Khối lượng nắp và đáy tháp ( kg )
GB : Khối lượng bích ( kg )
Gbl : Khối lượng bulông nối bích ( kg )
GĐ : Khối lượng đĩa trong tháp ( kg )
GÔ : Khối lượng ống chảy chuyền ( kg )
GL : Khối lượng chất lỏng điền đầy tháp ( kg )
2.1. Khối lượng thân tháp trụ
Khối lượng riêng của thép là = 7850 kg/ m3
Đường kính trong của thân tháp Dt = 1,0 m
Chiều dày thân tháp 4 mm
Chiều cao thân tháp H = 9,15 m
Khối lượng thân tháp là :
GT =
=455,088 kg
2.2. Khối lượng nắp và đáy tháp
Theo các thông số của nắp và đáy đã chọn :
GVHD: Nguyễn Thế Hữu - 103 - SVTH: Lê Thị Quỳnh CĐ-ĐH HOÁ – K3
Trường Đại học Công nghiệp Hà Nội Đồ án môn QTTB Khoa Công nghệ hóa
Bề mặt trong của nắp, đáy tháp được tra theo II _ 382, ta được F = 1,16 m2
Chiều dày của nắp, đáy tháp lấy chung S =5mm
Khối lượng nắp và đáy tháp là :
GN-Đ = 2. F. S. = 2. 1,16. 5. 10-3. 7850 = 91,64 kg
2.3. Khối lượng bích
Các thông số của bích đã chọn :
Đường kính trong của bích Dt = 1,0 m
Đường kính ngoài của bích D = 1140 m
Chiều dày bích : h = 0,022 m
Số bích : n= 6 cặp
Khối lượng bích là :
GB =
=
2.4. Khối lượng bulông nối bích
Với 6 cặp bích, mỗi cặp cần 24 bulong các loại M20 ( khối lượng 0,15 kg/ cái )
Khối lượng bulông nối bích là
Gbl = 6. 24. 0,15 =21,6 kg
2.5. Khối lượng đĩa trong tháp
Theo các thông số của đĩa đã chọn :
Đường kính đĩa : D = 1,0 m
Chiều dày đĩa = 0,002 m
Số đĩa 27 đĩa
Khối lượng đĩa trong tháp là :
GĐ =
= = 335,0509 kg
GVHD: Nguyễn Thế Hữu - 104 - SVTH: Lê Thị Quỳnh CĐ-ĐH HOÁ – K3
Trường Đại học Công nghiệp Hà Nội Đồ án môn QTTB Khoa Công nghệ hóa
2.6. Khối lượng ống chảy truyền
Khối lượng một ống chảy truyền là :
mÔ =
Tháp có 27 đĩa thì cứ 1 đĩa lắp 1 ống chảy chuyền. Số ống chảy chuyền là 27 ống
Khối lượng ống chảy chuyền là :
GÔ = nÔ. mÔ = 27. 1,351 =36.477 kg
6.7. Khối lượng chất lỏng điền đầy tháp
Khối lượng riêng trung bình của pha lỏng ở trong tháp :
= 827,176 kg/ m3
GL = kg
Khối lượng tháp là : 455,088 + 91,64 + 412,336 + 21,16 + 355,0509 + 36,477 + 5941,1398 = 7312,8917 kg
6.8. Tính tai treo
Trọng lượng tháp là P = G. g = 7312,8917. 9,81 = 71739,46758 kg
Tải trọng tác dụng lên một tai treo là G = P : 4 = 8,0.104 N
Tai trong cho
phep trên 1
tai treo G.10-
4N
Bề mặt đỡ
F.104
m2
Tai trong cho phep
trên bề mặt đỡ
1. q.10-6
N/m2
L B B1 H S l a d
m2 N/m2 mm
8,0 639 1,25 270 240
240 420 14 120 5 34
Chọn tai treo thiết bị thẳng đứng như hình vẽ :
GVHD: Nguyễn Thế Hữu - 105 - SVTH: Lê Thị Quỳnh CĐ-ĐH HOÁ – K3
Trường Đại học Công nghiệp Hà Nội Đồ án môn QTTB Khoa Công nghệ hóa
Chon tâm lot cho tai treo băng thep
Tai trong cho phep trên1 tai
treo G.10-4N
Chiều day tôi thiêu cua
thanh thiêt bi
khi không co
lot
Chiều day tôi thiêu cua thanh thiêt bi khi co lot
S
H
mm
b sH
2,5.104 24 10 490 250 10
6.9. Tính chân đỡ
Tai trong cho
phep trên 1 chân
G.10-4N
Bề mặt đỡ
F.104
m2
Tai trong cho
phep trên bề mặt đỡq.10-6
N/m2
L B B1
mmB2 H h S l d
GVHD: Nguyễn Thế Hữu - 106 - SVTH: Lê Thị Quỳnh CĐ-ĐH HOÁ – K3
Trường Đại học Công nghiệp Hà Nội Đồ án môn QTTB Khoa Công nghệ hóa
8,0 840 0,96 320
265 270 400 500
275 22 120
34
s
l
s
b1
a l
b
r
dTr
ôc
th
iÕt
bÞ
t heo ® y t hiÕt bÞ
h
GVHD: Nguyễn Thế Hữu - 107 - SVTH: Lê Thị Quỳnh CĐ-ĐH HOÁ – K3
Trường Đại học Công nghiệp Hà Nội Đồ án môn QTTB Khoa Công nghệ hóa
KẾT LUẬNChưng luyện la quá trình tiên hanh đa sô trong tháp co các dòng
chuyên động ngược chiều nhau.Trong đo phai co các chi tiêt đam
bao sự tiêp xúc pha tôt nhât (các loại đĩa…). Phương pháp tính
toán va thiêt kê một hệ thông chưng luyện liên tục va hâp thụ co
nhiều điêm giông nhau. Tuy nhiên do đặc điêm cua quá trình
chưng luyện la hệ sô phân bô thay đổi theo chiều cao cua tháp,
đồng thời quá trình truyền nhiệt diễn ra song song với quá trình
chuyên khôi vì vậy lam cho quá trình tính toán va thiêt kê trở
nên phức tạp.
Một kho khăn nữa la khi tính toán va thiêt kê hệ thông chưng
luyện luôn gặp phai đo la không co công thức chung cho việc
tính toán các hệ thông động hoc cua quá trình chưng luyện hoặc
công thức chưa phan ánh được đầy đu các tác dụng động hoc,
các hiệu ứng hoa hoc, lý hoc…ma chu yêu la công thức thực
nghiệm va trong các công thức tính toán thì phần lớn phai tính
theo giá tri trung bình, các thông sô vật lý chu yêu nội suy, nên
rât kho khăn trong tính toán chính xác.
Trong phạm vi khuôn khổ cua đồ án môn hoc , do thời gian
không cho phep đồng thời do những hạn chê trong thực tê san
xuât, đây cũng la lần đầu tiên tiêp xúc với cách lam đồ án nên
em cũng không tránh khỏi những bỡ ngỡ, sai sot. Mặt khác quá
trình tính toán thiêt kê trên chỉ la những tính toán lý thuyêt, các
kêt qua đã được quy chuẩn. Do vậy khi áp dụng vao thực tê đòi
hỏi phai co sự tính toán cụ thê va rõ rang hơn đê phù hợp với
thực tê san xuât. La một sinh viên nhưng em cũng chưa được
tiêp xúc với thực tê san xuât vì vậy việc tính toán cơ khí va tính
GVHD: Nguyễn Thế Hữu - 108 - SVTH: Lê Thị Quỳnh CĐ-ĐH HOÁ – K3
Trường Đại học Công nghiệp Hà Nội Đồ án môn QTTB Khoa Công nghệ hóa
bền cua các chi tiêt cũng không tránh khỏi những thiêu sot.
Nhưng nhờ sự chỉ bao tận tình cua các thầy giáo trong khoa, đặc
biệt la thầy Nguyễn Thê Hữu đã giúp em hiêu rõ hơn cũng như
phương pháp thực hiện tính toán thiêt kê, cách tra cứu sô liệu, xử
lý sô liệu đồ án cua em được hoan thanh tôt hơn.
Em xin chân thanh cam ơn !
Ha nội, ngay 20 tháng 01 năm 2011
TÀI LIỆU THAM KHẢO
I. Sổ tay quá trình và thiết bị công nghệ hóa chất và thực phẩm - tập 1.
( nhà xuất bản khoa học và kỹ thuật)
II. Sổ tay quá trình và thiết bị công nghệ hóa chất và thực phẩm – tập 2
( nhà xuất bản khoa học và kỹ thuật)
III. Tính toán các quá trình – thiết bị công nghệ hóa chất và thực phẩm .
( nhà xuất bản khoa học kỹ thuật)
IV. Các tài liệu khác liên quan.
GVHD: Nguyễn Thế Hữu - 109 - SVTH: Lê Thị Quỳnh CĐ-ĐH HOÁ – K3