Chung Luyen Thap Chop C2H5OH-H2O

Trường Đại học Công Nghiệp HN Khoa Công Nghệ Hóa

BỘ CÔNG THƯƠNG CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

Trường ĐH Công Nghiệp Hà Nội Độc lập – Tự do – Hạnh phúc

Đồ án môn học quá trình và thiết bị

Giáo viên hướng dẫn: NGUYỄN THẾ HỮULớp: LTCĐ- ĐH H3-K3Khoa: Công nghệ HoáHọ và tên sinh viên: NGUYỄN THÙY LINH

I)ĐẦU ĐỀ THIẾT KẾ: Thiết kế tháp chưng liên tục loại tháp chóp để phân tách hỗn hợp C2H5OH - H2O.II) CÁC SỐ LIỆU BAN ĐẦU: + Hỗn hợp cần tách: C2H5OH - H2O + Năng suất tính theo hỗn hợp đầu: F= 6,0 (tấn/h) + Nồng độ cấu tử dễ bay hơi: - Hỗn hợp đầu: aF = 0,30 (phần khối lượng) - Sản phẩm đỉnh: ap = 0,85 (phần khối lượng) - Sản phẩm đáy: aw = 0,05 (phần khối lượng) + Tháp làm việc ở áp suất thường + Hỗn hơp đầu được gia nhiệt đến nhiệt độ sôi.III) NỘI DUNG CÁC PHẦN THUYẾT MINH VÀ TÍNH TOÁN:

1/ Giới thiệu chung: + Mở đầu và giải thích về hỗn hợp được chưng luyện. + Vẽ và thuyết minh dây chuyền sản xuất.

2/ Tính toán thiết bị chính: + Tính toán cân bằng vật liệu toàn thiết bị + Tính đường kính tháp + Tính chiều cao tháp + Tính cân bằng nhiệt + Tính trở lực của tháp

3/ Tính thiết bị phụ: + Thiết bị gia nhiệt hỗn hợp đầu + Tính bơm + Tính thùng cao vị + Tính toán cơ khí và lựa chọn

4/ Kết luận chung. 5/ Tài liệu tham khảo. IV) CÁC BẢN VẼ VÀ ĐỒ THỊ:

+ Bản vẽ dây chuyền sản xuất A4

+ Bản vẽ thiết bị chính và lắp giáp A0

Đồ án môn Quá trình thiết bị Nguyễn Thùy Linh LớpLTCĐ-ĐH Hóa3_K3

1


Nhận Xét Của Giáo Viên Hướng Dẫn

....................................................................................................................................................

....................................................................................................................................................

....................................................................................................................................................

....................................................................................................................................................

....................................................................................................................................................

....................................................................................................................................................

....................................................................................................................................................

....................................................................................................................................................

....................................................................................................................................................

....................................................................................................................................................

....................................................................................................................................................

....................................................................................................................................................

....................................................................................................................................................

....................................................................................................................................................

Hà Nội, ngày … tháng … năm 2011

Người nhận xet


2


MỤC LỤCLời mở đầu ..........................................................................................................5

Phần I: Giới thiệu chung....................................................................................7

I.Giới thiệu về hỗn hợp chưng.............................................................................7

1.Etanol................................................................................................................7

2.Nước.................................................................................................................8

II.Sơ đồ chưng.......................................................................................................9

1.Chú thích các kí hiệu trong quy trình.............................................................9

2.Thuyết minh dây chuyền sản xuất................................................................10

3.Các kí hiệu trước khi tính ............................................................................10

Phần II: Tính toán thiết bị chính...................................................................12

I.Tính cân bằng vật liệu toàn thiết bị.................................................................12

1.Cân bằng vật liệu...........................................................................................12

2.Xác định số bậc thay đổi nồng độ................................................................13

II.Tính đường kính tháp.....................................................................................27

1.Lưu lượng các dòng pha đi trong tháp.........................................................27

2Vận tốc hơi đi trong tháp...............................................................................32

3. Đường kính đoạn luyện ...............................................................................36

4. Đường kính đoạn chưng...............................................................................37

III.Chiều cao tháp...............................................................................................37

1.Hệ số khuếch tán...........................................................................................37

2.Hệ số cấp khối...............................................................................................39

3.Hệ số chuyển khối.........................................................................................45

IV.Tính trở lực của tháp.....................................................................................50

1.Trở lực của đĩa khô.......................................................................................51

2.Trở lực của đĩa do sức căng bề mặt ............................................................52

3.Trở lực của lớp chất lỏng trên đĩa................................................................54

V.Tính cân bằng nhiệt lượng.............................................................................58

1.Cân bằng nhiệt lượng của thiết bị gia nhiệt hỗn hợp đầu...........................58

2.Cân bằng nhiệt lượng của tháp chưng luyện...............................................61


3


3.Cân bằng nhiệt lượng cho thiết bị ngưng tụ................................................64

4.Cân bằng nhiệt lượng tại thiết bị làm lạnh..................................................65

Phần III: Tính thiết bị phụ .............................................................................67

I.Thiết bị gia nhiệt hỗn hợp đầu.........................................................................67

1.Hiệu số nhiệt độ trung bình..........................................................................67

2.Lượng nhiệt trao đổi......................................................................................67

3.Diện tích trao đổi nhiệt.................................................................................68

II.Tính bơm và thùng cao vị...............................................................................75

1.Các trở lực quá trình cấp liệu.......................................................................75

2.Chiều cao thùng cao vị so với đĩa tiếp liệu..................................................85

3.Chiều cao làm việc của bơm.........................................................................86

4. Áp suất toàn phần của bơm và năng suất bơm...........................................87

III.Tính toán cơ khí và lựa chọn........................................................................88

1.Tính toán thân tháp........................................................................................88

2.Tính chóp và kích thước cơ bản của chóp...................................................91

3.Tính đáy và nắp thiết bị................................................................................93

4.Chọn mặt bích................................................................................................95

5. Đường kính các ống dẫn..............................................................................96

6.Khối lượng tháp.............................................................................................99

7.Tính tai treo..................................................................................................102

8.Tính chân đỡ................................................................................................103

Kết luận ............................................................................................................104

Tài liệu tham khảo...........................................................................................105


4


LỜI MỞ ĐẦUChúng ta đang sống trong thế giới với khoa học kỹ thuật ngày càng phát triển.

Trong ngành công nghệ vật liệu mới không thể không nhắc đến ngành công nghiệp

hóa học, bởi công nghệ hoá thuộc lĩnh vực công nghệ đòi hỏi kỹ thuật cao, mức độ

phát triển công nghệ này được coi như một chỉ thị về trình độ phát triển của một đất

nước.

Nhận thấy rõ sự phát triển như vũ bão của ngành công nghệ hóa học, với lối tư

duy nhạy ben và sáng tạo, khoa Công nghệ Hóa Trường Đại Học Công Nghiệp Hà Nội

đã đào tạo ra những sinh viên chuyên ngành Hóa. Điều đó không chỉ cung cấp cho đất

nước đội ngũ những công nhân lành nghề, thợ kỹ thuật có tay nghề cao mà nó còn mở

cơ hội việc làm cho giới trẻ trong lĩnh vực khá mới mẻ này.

Là một sinh viên khoa Công Nghệ Hóa, chúng em được trang bị rất nhiều kiến

thức cơ bản về các quá trình thiết bị của công nghệ sản xuất những sản phẩm hóa học.

Nhận được bản đồ án này là một cơ hội tốt để chúng em được tìm hiểu về các quá trình

công nghệ, được vận dụng những kiến thức đã được học và mở rộng vốn kiến thức của

mình, từ đó giúp chúng em có cái nhìn cụ thể hơn về nghành nghề mình đã lựa chọn.

Công nghệ hóa học là một ngành giữ vị trí, vai trò quan trọng trong việc sản

xuất phục vụ cho nhiều lĩnh vực, cho mọi nghành kinh tế quốc dân, tạo tiền đề cho

nhiều ngành phát triển theo. Với nhiều phương pháp sản xuất khác nhau như lắng, lọc,

đun nóng, làm nguội, chưng luyện, hấp thụ, hấp phụ, trích ly, sấy khô, đông lạnh…đã

tạo ra rất nhiều sản phẩm đa dạng, phong phú đáp ứng nhu cầu ngày càng lớn của con

người. Đặc biệt được ứng dụng nhiều nhất là chưng luyện, nó được ứng dụng trong

nhiều ngành, lĩnh vực, đặc biệt là công nghệ lên men, công nghệ tổng hợp hữu cơ, lọc

- hóa dầu, công nghệ sinh học...

Chưng là phương pháp dùng để tách hỗn hợp khí lỏng thành các cấu tử riêng

biệt dựa vào nhiệt độ sôi khác nhau của các cấu tử trong hỗn hợp. Khi chưng thu được

nhiều sản phẩm và thường có bao nhiêu cấu tử thì có bấy nhiêu sản phẩm. Riêng đối

với phương pháp chưng luyện hai cấu tử thì sản phẩm đỉnh gồm chủ yếu là cấu tử dễ

bay hơi còn sản phẩm đáy là cấu tử khó bay hơi.

Trong sản xuất ta thường gặp các phương pháp chưng khác nhau như: chưng

đơn giản, chưng bằng hơi nước trực tiếp, chưng chân không và đặc biệt hơn là chưng

luyện.


5


Chưng luyện là phương pháp thông dụng dùng để tách hoàn toàn hỗn hợp các cấu tử dễ bay hơi có tính chất hòa tan một phần hoặc hòa tan hoàn toàn vào nhau. Chưng luyện ở áp suất thấp dùng cho các hỗn hợp dễ bị phân hủy nhiệt ở nhiệt độ cao, các cấu tử dễ bay hơi và ngược lại.

ỨNG DỤNG

Tách dầu mỏ tài nguyên khai thác dưới dạng lỏng

Tách các hỗn hợp khí đã hóa lỏng

Tách hỗn hợp chất hữu cơ trong tổng hợp hữu cơ. Trong công nghệ sinh

học, thực phẩm, các quá trình lênmen sản xuất các sản phẩm như: rượu, bia, nước

ngọt…


6


PHẦN I. GIỚI THIỆU CHUNG

I. GIỚI THIỆU VÊ HÔN HƠP CHƯNG:

1. Etanol: (Còn gọi là rượu etylic , cồn êtylic hay cồn thực phẩm).

Etanol có công thức phân tử: CH3-CH2-OH, khối lượng phân tử: 46 đvC. Là chất

lỏng có mùi đặc trưng, không độc, tan nhiều trong nước.

* Một số thông số vật lý và nhiệt động của etanol:

+ Nhiệt độ sôi ở 760(mmHg): 78.3oC.

+ Khối lượng riêng: d420 = 810 (Kg/m3).

* Tính chất hóa học:

Tất cả các phản ứng hoá học xảy ra ở nhóm hydroxyl (-OH) của etanol là thể hiện

tính chất hoá học của nó.

+ Phản ứng của hydro trong nhóm hydroxyl:

CH3-CH2-OH CH3-CH2-O- + H+

Hằng số phân ly của etanol: , cho nên etanol là chất trung tính.

+ Tính acid của rượu thể hiện qua phản ứng với kim loại kiềm, Natri hydrua(NaH),

Natri amid(NaNH2):

CH3-CH2-OH + NaH CH3-CH2-ONa + H2

Natri etylat

Do : tính acid của rượu nhỏ hơn tính acid của nước, nên

khi muối Natri etylat tan trong nước sẽ bị thuỷ phân thành rượu trở lại.

+ Tác dụng với acid tạo ester: Rượu etanol có tính bazơ tương đương với nước. Khi

rượu tác dụng với acid vô cơ H2SO4, HNO3 và acid hữu cơ đều tạo ra ester.

CH3-CH2-OH + HO-SO3-H CH3-CH2O-SO3-H + H2O

CH3-CH2O-H + HO-CO-CH3 CH3-COO-C2H5 + H2O

+ Phản ứng trên nhóm hydroxyl:

▫ Tác dụng với HX: CH3-CH2-OH + HX CH3-CH2-X + H2O

▫ Tác dụng với Triclo Phốt pho:

CH3-CH2-OH + PCl3 CH3-CH2-Cl + POCl + HCl


7

Lạnh

H+


▫ Tác dụng với NH3: CH3-CH2-OH + NH3 C2H5-NH2 + H2O

▫ Phản ứng tạo eter và tách loại nước:

2CH3-CH2-OH (CH3-CH2)2O + H2O

CH3-CH2-OH CH2=CH2 + H2O

+ Phản ứng hydro và oxy hoá:

CH3-CH2-OH CH3-CHO + H2

Ứng dụng: etanol có nhiều ứng dụng hơn metanol, nó đóng một vai trò quan trọng

trong nền kinh tế quốc dân. Nó là nguyên liệu dùng để sản suất hơn 150 mặt hàng khác

nhau và được ứng dụng rộng rãi trong các ngành: công nghiệp nặng, y tế và dược,

quốc phòng, giao thông vận tải, dệt, chế biến gỗ và nông nghiệp.

2. Nước:

Trong điều kiện bình thường: nước là chất lỏng không màu, không mùi, không vị

nhưng khối nước dày sẽ có màu xanh nhạt.

Khi hóa rắn nó có thể tồn tại ở dạng 5 dạng tinh thể khác nhau:

Khối lượng phân tử : 18 g / mol

Khối lượng riêng d40 c : 1 g / ml

Nhiệt độ nóng chảy : 00C

Nhiệt độ sôi : 1000 C

Nước là hợp chất chiếm phần lớn trên trái đất (3/4 diện tích trái đất là nước biển) và

rất cần thiết cho sự sống.

Nước là dung môi phân cực mạnh, có khả năng hoà tan nhiều chất và là dung môi

rất quan trọng trong kỹ thuật hóa học.


8

Al2O3

to

H2SO4

>150oC

H2SO4

>150oC

Cu200-300oC


II. SƠ ĐỒ CHƯNG :

1. Chú thích các kí hiệu trong qui trình:

Trong đó:

1- Thùng chứa hỗn hợp đầu 6- Thiết bị ngưng tụ hồi lưu

2- Bơm 7- Thiết bị làm lạnh sản phẩm đỉnh

3- Thùng cao vị 8- Thùng chứa sản phẩm đỉnh

4- Thiết bị gia nhiệt hỗn hợp đầu 9- Thiết bị gia nhiệt đáy tháp

5- Tháp chưng luyện 10- Thùng chứa sản phẩm đáy

11- Lưu lượng kế


9


2 . Thuyết minh dây chuyền sản xuất:

Dung dịch đầu ở thùng (1) được bơm (2) bơm liên tục lên thùng cao vị (3), mức

chất lỏng cao nhất ở thùng cao vị được khống chế nhờ ống chảy tràn, từ thùng cao vị

dung dịch được đưa vào thiết bị đun nóng (4) qua lưu lượng kế (11), ở đây dung dịch

được đun nóng đến nhiệt độ sôi bằng hơi nước bão hoà, từ thiết bị gia nhiệt (4) dung

dịch được đưa vào tháp chưng luyện (5) nhờ đĩa tiếp liệu, trong tháp hơi đi từ dưới lên

gặp chất nỏng đi từ trên xuống, nhiệt độ và nồng độ các cấu tử thay đổi theo chiều cao

của tháp. Vì vậy hơi từ đĩa phía dưới lên đĩa phía trên, các cấu tử có nhiệt độ sôi cao

(H2O) sẽ được ngưng tụ lại và cuối cùng trên đỉnh ta thu được hỗn hợp gồm hầu hết

các cấu tử dễ bay hơi (C2H5OH ). Hơi đó đi vào thiết bị ngưng tụ hồi lưu (6), ở đây nó

được ngưng tụ lại.

Một phần chất lỏng đi qua thiết bị làm lạnh (7) để làm lạnh đến nhiệt độ cần

thiết rồi đi vào thùng chứa sản phẩm đỉnh (8), một phần khác hồi lưu về tháp ở đĩa trên

cùng.

Chất lỏng đi từ trên xuống gặp hơi có nhiệt độ cao hơn, một phần cấu tử có

nhiệt độ sôi thấp được bốc hơi và do đó nồng độ cấu tử khó bay hơi trong chất lỏng

ngày càng tăng và cuối cùng ở đáy tháp ta thu dược hỗn hợp lỏng gồm hầu hết là cấu

tử khó bay hơi. Chất lỏng đi ra khỏi tháp được làm lạnh rồi đi vào thùng chứa sản

phẩm đáy (10). Như vậy với thiết bị làm việc liên tục thì hỗn hợp đầu được đưa vào

liên tục và sản phẩm cũng được tháo ra liên tục.

3 . Các kí hiệu trước khi tính:

Giả thiết

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

tháp.


10


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

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

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

của hơi đi ra ở đỉnh tháp.

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

Yêu Cầu thiết bị:

F: Năng suất thiết bị tính theo hỗn hợp đầu. F = 6,0(tấn/h)

Thiết bị làm việc ở áp suất thường

Tháp chưng loại: tháp chóp

Điều kiện:

aF : Nồng độ C2H5OH trong hỗn hợp đầu = 0,30(phần khối lượng)

aP: Nồng độ C2H5OH trong sản phẩm đỉnh = 0,85(phần khối lưọng)

aW: Nồng độ C2H5OH trong sản phẩm đáy = 0,05(phần khối lượng)

MA: Khối lượng phân tử của C2H5OH = 46(kg/kmol)

MB: Khối lượng phân tử của H2O = 18(kg/kmol)


11


PHẦN II. TÍNH TOÁN THIẾT BỊ CHÍNH

I. TÍNH CÂN BẰNG VẬT LIỆU TOÀN THIẾT BỊ

1. Tính toán cân bằng vật liệu:

(sơ đồ hệ thống tháp chưng)

Hỗn hợp đầu vào F(C2H5OH-H2O) được tách thành sản phẩm đỉnh P(C2H5OH) và sản

phẩm đáy W(H2O) ở đĩa trên cùng có một lượng lỏng hồi lưu, ở đáy tháp có thiết bị

đun sôi, lượng hơi đi ra đỉnh tháp là D.

+ Theo phương trình cân bằng vật liệu cho toàn tháp:

F = P + W

+ Phương trình cân bằng vật liệu cho riêng cấu tử dễ bay hơi (C2H5OH):

F.aF = P.aP + W.aW

/ Lượng sản phẩm đáy:

W = F . = 6000. = 4125(kg/h)

/ Lượng sản phẩm đỉnh:

P = F - W = 6000 – 4125= 1875(kg/h)

Đổi nồng độ phần khối lượng sang phần mol


12


Áp dụng công thức:

x =

→ xF = = = 0,1436 phần mol

xP = = 0,6892 phần mol

xW = = = 0,0202 phần mol

Đổi lượng F , P , W ra (kmol/h):

F’ = = = 272,4696(kmol/h)

P’ = = = 50,2713(kmol/h)

W’ = = = 222,1851(kmol/h)

2. Xác định số bậc thay đổi nồng độ (số đĩa lý thuyết)

2.1 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 etylic – nước

( Bảng IX. 2a_ 145_STQTTB tập II )

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

y% 0 33,2 44,2 53,1 57,6 61,4 65,4 69,9 75,3 81,8 89,8 100 89,4


13


t0C 100 90,5 86,5 83,2 81,7 80,8 80 79,4 79 78,6 78,4 78,4 78,15

Đồ thị đường cân bằng lỏng hơi:

- Tính yF* có xF = 0,1436 ( 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 = 0,1 ; x2 = 0,2

→ yF* = . (0,1436 – 0,1) + 0,442 = 0,4808 phần mol

Cách 2 : Vẽ đồ thị đường cân bằng lỏng hơi x _ y

Với giá trị xF = 0,1436 ta dóng lên đường cân bằng → yF* = 0,4808

- Chỉ số hồi lưu tối thiểu của tháp chưng luyện Rmin :


14


Rmin = = = 0,6180

- 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 be 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

+ β = 1,2 → Rx = 0,7416. Phương trình đoạn luyện :

y = 0,4258.x + 0,3957


15


→ Số đĩa lý thuyết N = 9


y = 0,4455.x + 0,3822


16




y = 0,4811.x + 0,3576


17




y = 0,5123.x + 0,3361


18




y = 0,5266.x + 0,3263


19




y = 0,5401.x + 0,317


20




y = 0,5648.x + 0,3


21




y = 0,5870.x + 0,2846


22




y = 0,6071.x + 0,2708


23



Từ đó ta có bảng số liệu :

β 1,2 1,3 1,5 1,7 1,8 1,9 2,1 2,3 2,5


24


R 0,7416 0,8034 0,927 1,0506 1,1124 1,1742 1,236 1,4214 1,545

N 9 8 7 7 6 6 6 6 6

N(R+1) 15,6744 14,4272 13,489 14,3542 12,6744 13,0452 13,7868 14,5284 15,27

Xác định đồ thị quan hệ giữa Rx và Nlt.(R+1). Ta thấy Rx = 1,1124 có N.(R+1) giá trị

nhỏ nhất ( thể tích tháp nhỏ nhất ) → Rth = 1,1124

2.2 Phương trình làm việc của đoạn luyện :

y =


25


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.

yl =

→ yl = 0,5266x + 0,3263

2.3 Phương trình làm việc đoạn chưng:

y = –

Trong đó : f = = = 5,42

yc =

→ yc = 3,0924.x – 0,0423

2.4 Số đĩa lý thuyết :

Với Rth = 1,1124 dựa vào đường cân bằng và đường làm việc, ta xác định số đĩa lý

thuyết : Nlt = 6

Trong đó Số đĩa đoạn chưng = 3

Số đĩa đoạn luyện = 3


26


II. TÍNH ĐƯỜNG KÍNH THÁP :

1. Tính lưu lượng các dòng pha đi trong tháp:

1.1 Xác định lưu lượng hơi trung bình đi trong đoạn luyện:

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) = 50,2713.(1,1124+1) = 106,1931 kmol/ h


27

GR

gđ

GF

xF GP

xP

G1’, y1’ = yW

G1

x1 = xF

GW

xW

g1, y1


+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:

g1.y1 = G1 + GP ( 2 )

Phương trình cân bằng nhiệt lượng:

g1. r1 = gđ.rđ ( 3)

Ta có hệ phương trình:

g1 = G1 + GP

g1.y1 = G1.x1 + GP.xP

g1.r1 = gđ.rđ

Trong đó r1: ẩn nhiệt hóa hơi của hỗn hợp đi vào đĩa

rđ: ẩn nhiệt hóa hơi của cấu tử hỗn hợp hơi ra đỉnh tháp

x1 = xF = 0,1436 phần mol.

Từ bảng cân bằng lỏng hơi và nhiệt độ của hỗn hợp 2 cấu tử C2H5OH và H2O ở 1at (II-

146), ta có nhiệt độ sôi của hỗn hợp đầu là tF = 85,0612oC

r1 = rA.y1 + (1–y1).rB

rđ = rA.yđ + (1–yđ).rB

rA : ẩn nhiệt hóa hơi của cấu tử nguyên chất rượu etylic

rB : ẩn nhiệt hóa hơi của cấu tử nguyên chất nước

Từ tF = 85,0612oC tra bảng I.212- STQTQB T1-254, nội suy ta được:

→ r1 = 9198,873.y1 + 9970,8984.(1– y1) = 9970,8984 – 772,0254.y1

- Tính rđ:

Nhiệt độ sôi của hỗn hợp đỉnh (yđ = xP = 0,6892): Từ bảng thành phần cân bằng lỏng-

hơi (C2H5OH-H2O) ở 1at bảng IX2a (II-145), nội suy ta có:


28


t = 79,4 – . (68,92–60) = 79,0432 oC

Nội suy theo bảng r – to (I-254) với to = 79,0432C:

r = 210 – (79,0432–60) = 202,3827 (kcal/kg)

r = 202,3827(kcal/kg)=202,3827.M (kcal/kmol)=9309,6042(kcal/kmol)

r = 579 – (79,0432–60) = 559,9568 (kcal/kg)

r = 559,9568(kcal/kg)=559,9568.M(kcal/kmol)=10079,2224(kcal/kmol)

rđ = rA . yđ + rB (1 – yđ) = 9309,6042.0,6892 + 10079,2224.(1- 0,6892)

= 9548,8015 (kcal/kmol)

Thay các giá trị tính được vào hệ (1) (2) (3)

g1 = G1 + 50,2713

g1. y1 = 0,1436.G1 + 34,6469

9970,8984.g1 – 772,0254.y1.g1 = 1014016,833

G1 = 54,7174 kmol/ h

Giải hệ → g1 = 104,9887 kmol/ h

y1 = 0,4048 phần mol

Thay y1 = 0,4048 vào r1 :

r1 = 9970,8984 – 772,0254.0,4048 = 9658,3825 (kcal/kmol)

Lượng hơi trung bình đi trong đoạn luyện là :

gtbL = = = 105,5909 ( kmol / h )

Lượng lỏng trung bình đi trong đoạn luyện là :

GtbL = = = 55,3196( kmol/ h)

1.2 Lượng hơi trung bình trong đoạn chưng :

g’tb =

Trong đó :


29

F

g’x

g’1

G1, x1

W. xw

1G


: 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 :

( 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 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 = 222,1851 kmol/ h

xW = 0,0202

- 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 = 9658,3825 ( kcal/ kmol )


30


- 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 = 0,0202 nội suy theo bảng cân

bằng lỏng hơi ta được tW = 96,162oC và yW = 0,1341 phần mol.

Với tW = 96,162 oC ta ngoại suy theo số liệu bảng I.212- STQTTB Tập I :

→ = rA. y’1 + ( 1 – y’1 ) . rB

= 8994,6192.0,1341 + (1– 0,1341).9771,084 = 9666,9601 (kcal/kmol)

Từ (3’) g’= g . = 104,9887. = 104,8955(kmol/h)

Từ (1’) G’ = g’ + G =104,9855 + 222,1851 = 327,0806(kmol/h)

→

g’1 = 104,8955 kmol/ h

G’1 = 327,0806 kmol/ h

x’1 = 0,0567 phần mol

Vậy lượng hơi trung bình đi trong đoạn chưng là

= = = 104,9421 (kmol/h)

Lượng lỏng trung bình đi trong đoạn chưng

GtbC = = = 327,1338 (kmol/h)

2. Vận tốc hơi đi trong tháp:

Tốc độ hơi ( khí ) trung bình đi trong tháp chóp xác định theo:

= 0,065. .

Trong đó:


31


: khối lượng riêng trung bình của lỏng (kg/m3)

: khối lượng riêng của hơi (kg/ m3)

h: khoảng cách giữa các đĩa (m)

2.1 Tính khối lượng riêng trung bình của pha lỏng:

ADCT : = [ kg/ m3 ]

Trong đó

: khối lượng riêng trung bình của lỏng [ kg/ m3 ]

, : khối lượng riêng trung bình của rượu etylic và nước trong pha lỏng lấy theo nhiệt độ trung bình [ kg/ m3 ]

atb1: phần khối lượng trung bình của rượu etylic trong pha lỏng

atb1 = = = 0,575 phần mol

a. Khối lượng riêng trung bình của pha lỏng trong đoạn luyện:

= +

Nồng độ trung bình của pha lỏng trong đoạn luyện

xtb1 = = = 0,4164 phần mol

Nội suy từ bảng số liệu trong bảng IX. 2a_STQTTB Tập II_145 ta được:

toxtb = 80,6688oC

Ứng với to = 80,6688oC. Nội suy theo số liệu từ bảng I.2 trong STQTTB Tập I_9 ta

được:

= etylic = 734,3646 kg/ m3

= nước = 971,5318 kg/ m3

Khối lượng riêng trung bình của pha lỏng trong đoạn luyện:

=

= = 819,3744 (kg/ m3)


32


b. Khối lượng riêng trung bình của pha lỏng trong đoạn chưng:

=

Trong đó:

: Khối lượng riêng trung bình pha lỏng ở đoạn chưng [kg/m3 ]

, : Khối lượng riêng trung bình của etylic và nước trong pha lỏng lấy

theo nhiệt độ trung bình [ kg/ m3 ]

atb1: Phần khối lượng trung bình của cấu tử etylic trong pha lỏng

atbC = = = 0,175 phần mol

Nồng độ trung bình của pha lỏng trong đoạn chưng

xtbC = = = 0,0819 phần mol

Với xtbC = 0,0819 phần mol, nội suy từ số liệu trong bảng IX.2a_STQTTB Tập II_145

ta được toxtb = 87,948oC

Ứng với toxtb = 87,948oC, nội suy số liệu ở bảng I.2_STQTTB Tập I_9 ta được

= etylic = 727,4494 ( kg/ m3 )

= nước = 966,4364 ( kg/ m3 )

→ Khối lượng riêng của lỏng trong đoạn chưng là:

=

= = 913,8945 ( kg/ m3 )

2.2 Tính khối lượng trung bình của pha hơi:

a. Khối lượng trung bình pha hơi ở đoạn luyện:

ADCT STQTTB II – 183

= [ kg/ m3 ]

Trong đó


33


MA, MB : khối lượng phân tử của rượu etylic 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

yđL = y1 = 0,4048 phần mol

ycL : Nồng độ pha hơi cuối đoạn luyện

ycL = yP = xP = 0,6892 phần mol

→ ytbL = = = 0,547 phần mol

Khối lượng riêng trung bình của pha hơi đối với đoạn luyện là:

= = =1,1481 kg/m3

b. Khối lượng riêng trung bình của pha hơi ở đoạn chưng:

= [ kg/ m3 ]

ytbC : Nồng độ trung bình pha hơi trong đoạn chưng.

ytbC =

yđC : Nồng độ pha đầu đoạn chưng

yđC = = yW = 0,1341 phần mol

ycC : Nồng độ pha cuối đoạn chưng

ycC = y1 = 0,4048 phần mol

ytbC = = = 0,3 phần mol

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

= = =0,8625 [kg/m3]


34


2.3 Sức căng bề mặt :

Sức căng bề mặt tính theo công thức:

= + (I-299)

Giả sử đường kính tháp nằm trong khoảng 0,6 – 1,2 (m) h = (0,30,35)

chọn: h= 0,3

φ[]: Hệ số tính đến sức căng bề mặt.

Khi <20 dyn/cm thì φ[] = 0,8

Khi >20 dyn/cm thì φ[] = 1,0

+ Đoạn luyện: ttbL = 80,6688oC

(80oC) = 17,3 dyn/cm

(100oC) = 15,5 dyn/cm (I-300)

(ttbL) = 17,2398 (dyn/cm)

(80oC) = 62,6 dyn/cm

(100oC) = 58,9 dyn/cm

(ttbL)=62,4763 (dyn/cm)

= + =13,5114 dyn/cm

=13,5114(dyn/cm) < 20 (dyn/cm) φ[] = 0,8

Tốc độ khí của hơi đoạn luyện:

( .)tb = 0,065. φ[]. (kg/m.s ) (II-184)

Thay số: ( .)tbL = 0,065.0,8. = 0,9 (kg/m.s)

+ Đoạn chưng: t = 87,948oC.

(80oC) = 17,3 dyn/cm

(100oC) = 15,5 dyn/cm (I-300)

(ttbC) = 16,5847 (dyn/cm)

(80oC) = 62,6 dyn/cm

(100oC) = 58,9 dyn/cm

(ttbC) = 61,1296 (dyn/cm)

= + = 13,0454 (dyn/cm )


35


= 13,0454(dyn/cm) < 20(dyn/cm) φ[] = 0,8

Tốc độ khí của hơi đoạn chưng:

(.) = 0,065. φ[] . (kg/ m.s) (II-184)

Thay số: ( .) = 0,065.0,8. =0,7996 (kg/ m.s)

3. Đường kính đoạn luyện:

Đường kính đoạn luyện được tính theo công thức:

DL = 0,0188 .

Trong đó:

Khối lượng mol trung bình của pha hơi đoạn luyện

= [ ytbL . MA + ( 1- ytbL ). MB ] = 33,316 kg/ kmol

Lượng hơi trung bình đi trong đoạn luyện đổi sang kg/ h

gtb = gtbL . = 105,5905.33,316 = 3517,866 (kg/h)

Thay các giá trị vào công thức

DL = 0,0188 . = 0,0188. = 1,1754 ( m )

→ Quy chuẩn DL = 1,2 m

4. Đường kính đoạn chưng :

Đường kính đoạn chưng được tính theo công thức :

DC = 0,0188 . [ m ]

Trong đó

Khối lượng mol trung bình của pha hơi đoạn chưng

= ytbC . MA + (1 – ytbC ) . MB = 26,4 kg/ kmol

Lượng hơi trung bình đi trong đoạn chưng đổi sang kg/ h

gtb = gtbC . = 104,9421. 26,4 = 2772 kg/h

Thay các giá trị vào đường kính tháp


36


DC = 0,0188 . = 0,0188 . = 1,183 ( m )

→ Quy chuẩn DC = 1,2 m

Vì đường kính đoạn chưng, đoạn luyện sai khác không đáng kể, chuẩn hóa ta chọn

đường kính cho cả tháp

D = 1,2 m

III. TÍNH CHIÊU CAO THÁP :

1.Hệ số khuếch tán:

1.1 Hệ số khuếch tán trong pha lỏng:

a. Hệ số khuếch tán trong pha lỏng ở 20oC:

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 = 1,24 ; B = 4,7

MA, MB : Khối lượng mol của etylic và nước [ kg/ kmol ]

: Độ nhớt của dung môi ở 20oC [ kg/ m3 ]

µB,20ºC = 1 cP

vA, vB : Thể tích mol của etylic và nước ( cm3/mol )

= 2.14,8 + 6.3,7 + 7,4 = 59,2 ( cm3/mol )

= 7,4 + 2.3,7 = 14,8 ( cm3/mol )

→ = [ m2/s ]


37


= = 1,1821. 10-9 (m2/s)

b. Hệ số khuếch tán ở nhiệt độ xác định t:

= . (II-134)

Hệ số nhiệt độ được tính theo công thức:

b =

: Độ nhớt của dung môi ở 20oC [ cp ]

: Khối lượng riêng của dung môi ở 20oC [ kg/m3 ]

ρB,20ºC = 998 kg/ m3

→ b = = 0,02

- Hệ số khuếch tán trong pha lỏng đoạn chưng: t = ttbC = 87,948oC

= . [ 1 + b.( t – 20 ) ]

= 1,1821 . 10-9. [ 1 + 0,02. ( 87,948 – 20 ) ]

= 2,7885. 10-9 ( m2/s )

- Hệ số khuếch tán trong pha lỏng đoạn luyện : t = ttbL = 80,6688oC

= . [ 1 + b.( t – 20 ) ]

= 1,1821. 10-9. [ 1 + 0,02. ( 80,6688 – 20 ) ]

= 2,6164 .10-9 ( 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 :

P : Áp suất tuyệt đối của hỗn hợp P = Po = 1 ( at )


38


T : Nhiệt độ tuyệt đối của hỗn hợp ( oK )

- Hệ số khuếch tán trong pha hơi đoạn chưng: t = ttbC = 87,948oC

DyC = = 2,0315. 10-6 ( m2/s )

- Hệ số khuếch tán trong pha hơi đoạn luyện: t = ttbL = 80,6688oC

DyL = .

= 1,9703. 10-6 ( m2/s )

2.Hệ số cấp khối:

2.1 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 = = 0,3 phần mol

Mhh = yC = 26,4 kg/ kmol

Từ t = ttbC = 87,948oC, nội suy theo bảng I _ 113 STQTTB I _ 116 có

= 107,7948.10-7 ( Ns/m2 ) ; = 119,1792.10-7 ( Ns/m2 )

→ Độ nhớt hỗn hợp hơi đoạn chưng là :

=

= 26,4.

= 1,1123. 10-5 ( Ns/ m2 )


39


- Đoạn luyện : y = ytbL = 0,547 phần mol

Mhh = yL = 33,316 kg/ kmol

Từ t = ttbL = 80,6688oC, nội suy theo bảng I _ 121 STQTTB I _ 116 có

= 107,0669. 10-7 ( Ns/m2 ) ; = 116,2675. 10-7 ( Ns/m2 )

→ Độ nhớt hỗn hợp hơi đoạn luyện :

=

= 33,316.

= 1,0918. 10-5 ( Ns/ m2 )

2.2 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 = 0,0819 phần mol

t = ttbC = 87,948oC, nội suy theo bảng I.101 STQTTB I _91:

= 0,3917 cP ; = 0,3280 cP

→ Độ nhớt hỗn hợp lỏng đoạn chưng:

lg = x.

= 0,0819. lg 0,3917 + (1 – 0,0819). lg 0,3280

→ = 0,4016 cP

- Đoạn luyện : x = xtbL = 0,4164 phần mol

t = ttbL = 80,6688oC, nội suy theo bảng I.101 STQTTB I _91:

= 0,4314 cP ; = 0,3546 cP

→ Độ nhớt hỗn hợp lỏng đoạn luyện:


40


lg = x.

=0,4164. lg 0,4314 + ( 1 – 0,4164). lg 0,3546

→ = 0,3848 cP

2.3 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: DL = 0,0188 .

→ wyL = = = 0,7521 ( m/s )

Chuẩn số Reynolt đối với pha hơi đoạn luyện là:

Rey = = = 0,7909.105

- Đoạn chưng :

→ wyC = = = 0,79 ( m/ s)

Chuẩn số Reynolt đối với pha hơi đoạn chưng là :

Rey = = = 0,6126.105

2.4 Chuẩn số Prand đối với pha lỏng:

Theo STQTTB II _ II.165 : Prx =


41


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:

= 913,8945 ( kg/ m3 )

DxC = 2,7885. 10-9 ( m2/ s )

= 0,3328. 10-3 (N.s/m2)

Chuẩn số Pran đối với pha lỏng đoạn chưng là:

Prx = = 130,592

- Đoạn luyện :

= 819,3744 ( kg/ m3 )

DxL = 2,6164. 10-9 ( m2/ s )

= 0,3848. 10-3 ( Ns/ m2 )

Chuẩn số Pran đối với pha lỏng đoạn luyện là :

Prx = = 179,4934

2.5 Hệ số cấp khối trong pha hơi:

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 = 2,0315.10-5 ( m2/ s )

Rey = 0,6126.105


42


Đoạn luyện DyL = 1,9703. 10-5 ( m2/ s )

Rey = 0,7909.105

Hệ số cấp khối trong pha hơi đoạn chưng là :

= = 0,054

Hệ số cấp khối pha hơi đoạn luyện là :

= = 0,065

2.6 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 :

= 913,8945 [ kg/ m3 ]

DxC = 2,7885.10-9 [ m2/ s ]

xtbC = 0,0819 phần mol

→ MxC = 0,0819. 46 + ( 1 – 0,0819 ). 18 = 20,2932 [ kg/ kmol ]

Prx = 130,5920

- Đoạn luyện :

= 819,3744 [ kg/ m3 ]

DxL = 2,6164. 10-9 [ m2/ s ]

xtbL = 0,4164 phần mol


43


→ MxL = 0,4164. 46 + ( 1 – 0,4164 ). 18 = 29,6592 [ kg/ kmol ]

Prx = 179,4934

Hệ số cấp khối pha lỏng đoạn chưng:

= = 0,0978

Hệ số cấp khối pha lỏng đoạn luyện là :

= = 0,0686

3. Hệ số chuyển khối:

Áp dụng công thức II. 162 : Ky =

Trong đó : , : Hệ số cấp khối pha lỏng và hơi

m : Hệ số phân bố vật chất

Ky : Hệ số chuyển khối

3.1 Số đơn vị chuyển khối đối với mỗi đĩa:

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 )

+ F : Mặt cắt tự do của thiết bị


44


F = = = 0,36.π (m2)

+ 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 = = = 2.10-3 ( m2 )

+ m : Số ống chảy truyền trên mỗi đĩa , chọn m = 1

+ Số ống hơi phân bố trên đĩa

n = 0,1. = 0,1. = 57,6 ống ≈ 58 ống

+ 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 = 327,1338.20,2932 = 6638,5916 (kg/h)

Đoạn luyện Gx = GxL. Mx = 55,3196.29,6592 = 1640,7351 (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 :


45


Đường kính ống chảy chuyền đoạn chưng

= = (m)

→ fch: Diện tích mặt cắt ngang của ống chảy truyền.

f = = =0,014 (m)

Vậy : fC = 0,36π - (0,014.1+ 0,002.58) = 1,0004 (m2)

Do đó, số đơn vị chuyển khối:

= = = 34,6027

Đường kính ống chảy chuyền đoạn luyện

= = m

→ fch: Diện tích mặt cắt ngang của ống chảy truyền.

f = = =0,004 (m)

Vậy : fL = 0,36π - (0,004.1+ 0,002.58) = 1,0104 (m2)

Do đó, số đơn vị chuyển khối:

= = . = 34,4846.

3.2 Đường cong động học:

- Vẽ đường cong cân bằng ycb = f (x)

- Xây dựng đường nồng độ làm việc đoạn chưng, đoạn luyện với chỉ số hồi lưu

thích hợp


46


- Dựng các đoạn thẳng vuông góc với ox, các đường này cắt đường làm việc tại:

A1, A2,…A9 ; và cắt đường cân bằng ycb = f(x) tại C1, C2 …C9 từ đó xác định theo

công thức mà = ycb – y

- Tại mỗi giá trị của x 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 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9

xcb 0,0372 0,0914 0,1475 0,2088 0,3370 0,4715 0,5916 0,6908 0,7744

y 0,2669 0,4316 0,4843 0,5369 0,5896 0,6423 0,6949 0,7476 0,8002

ycb 0,442 0,531 0,576 0,614 0,654 0,699 0,753 0,818 0,898

m 2,7882 0,9153 0,6013 0,4032 0,3951 0,4412 0,536 0,645 0,78

0,0213 0,0348 0,0414 0,047 0,0473 0,0458 0,0431 0,0403 0,0374

0,737 1,2 1,4277 1,6208 1,6311 1,5794 1,4863 1,3897 1,29

Cy 2,09 3,3201 4,1691 5,0571 5,1095 4,852 4,4207 4,0136 3,6328

AiCi 0,1751 0,0994 0,0917 0,0771 0,0644 0,0567 0,0581 0,0704 0,0978

BiCi 0,084 0,03 0,022 0,0152 0,0126 0,0117 0,0131 0,0175 0,027


47


Từ đồ thị đường cong động học ta thấy số đĩa thực tế Ntt = 11 trong đó: = 5 và =

6

3.3 Hiệu suất tháp - Chiều cao tháp:

Hiệu suất tháp:

= = 54,55 %

Chiều cao tháp được tính theo công thức IX.54 STQTTB II _ 169

H = Ntt. ( Hđ + ) + (0,8÷1) (m)

Chiều dày của đĩa = 2mm = 0,002 m

Ntt : Số đĩa thực tế của tháp

Hđ : Khoảng cách giữa các đĩa Hđ = 0,4 m

0,8 1 : Khoảng cách cho phep ở đỉnh và đáy thiết bị

Vậy chiều cao tháp là :


48


H = Ntt . ( Hđ + ) + 0,978 = 11. ( 0,4 + 0,002) + 0,978 = 5,4 (m)

→ Chiều cao đoạn chưng:

HC = .(Hđ + ) + 0,489 = 5.(0,4 +

0,002) + 0,489 = 2,499 (m)

Quy chuẩn HC = 2,5 m

→ Chiều cao đoạn luyện:

HL = .(Hđ + ) + 0,489 = 6.(0,4 + 0,002) + 0,489 = 2,901 (m)

Quy chuẩn HL = 2,9 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 )

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 )

Gọi F là mặt cắt tự do của tháp

f là mặt cắt tự do của rãnh . Chọn f = 10% F


49


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 : wTH = = 0,8117 ( m/s )

→ wo = = 8,117 (m)

Đoạn luyện : wTH = = 0,7839 ( m/s)

→ wo = = 7,839 m

Trở lực đĩa khô đoạn luyện là :

PkL = = 176,3766 ( N/ m2 )

Trở lực đĩa khô đoạn chưng là :

PkC = = 142,0660 ( N/ m2 )

2. Trở lực của đĩa do 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

2.1 Sức căng bề mặt của dung dịch trên đĩa:

Theo bảng I.242 tra sức căng bề mặt phụ thuộc nhiệt độ

Đoạn luyện t = ttbL = 80,6688oC

1 = 17,2398. 10-3 ( N/ m2 ) ; 2 = 62,4763. 10-3 ( N/ m2 )


50


Sức căng bề mặt đoạn luyện :

= = 13,5114. 10-3 ( N/ m2 )

Đoạn chưng t = ttbC = 87,948 oC

1 = 16,5847. 10-3 ( N/ m2 ) ; 2 = 61,1296.10-3 ( N/ m2 )

Sức căng bề mặt đoạn chưng :

= = 13,0454.10-3 ( N/ m2 )

2.2 Đường kính tương đương của khe rãnh chóp:

Khi rãnh chóp mở hoàn toàn

dtd =

Chu vi rãnh = 2. ( a + hr )

fx : Diện tích tự do của rãnh . Chọn rãnh hình chữ nhật → fx = a. hr

Với a : chiều rộng khe chóp. Thường a = 2 7 mm chọn a = 5 mm

hr : Chiều cao khe chóp [ mm ]

hr =

: Hệ số trở lực = 1,5 2 . Chọn = 2

: Khối lượng riêng trung bình của hơi ( kg/m3 )

g : Gia tốc trọng trường g = 9,81 m/ s2

ωy =

dh : Đường kính ống hơi [ m ]. dh = 0,05m

n : Số chóp phân bố trên đĩa

- Lưu lượng hơi đi trong tháp đoạn chưng

Vy = = = 0,2844.3600π ( m3/ h)


51


→ ωy = = 7,8455 ( m2/ s)

Chiều cao khe chóp đoạn chưng

→ hr = = 0,0118 m

Quy chuẩn hr = 0,012 m

- Lưu lượng hơi đi trong tháp đoạn luyện

Vy = = = 0,2708.3600.π

→ ωy = = 7,4703 ( m2/ s)

Chiều cao khe chóp đoạn luyện

→ hr = = 0,0159 m

Quy chuẩn hr = 0,016 m

Quy chuẩn chiều cao khe chóp đoạn chưng và đoạn luyện hr = 0,016 (m)

Đường kính tương đương của khe rãnh chóp

Đoạn chưng

dtd = = = 7,0588.10-3 m

Đoạn luyện

dtd = = = 7,619. 10-3 m

Vậy trở lực do sức căng bề mặt là:

- Đoạn chưng: PsC = = 7,3924 ( N/ m2 )

- Đoạn luyện: PsL = = 7,0935 ( N/ m2 )

3. Trở lực của lớp chất lỏng trên đĩa ( trở lực thủy tĩnh ):

Pt = [ N/m2 ]


52


Trong đó:

g : gia tốc trọng trường

hr : Chiều cao khe chóp

: Khối lượng riêng của bọt. Thường = 0,4 0,6

Đoạn chưng = 913,8945 kg/m3 → C = 456,9472 kg/m3

Đoạn luyện = 819,3744 kg/m3 L = 409,6872 kg/m3

3.1 Chiều cao ống chảy chuyền nhô trên đĩa:

hc = ( h1 + hr + S ) - h

Trong đó :

h1 : Chiều cao mức chất lỏng trên khe chóp h1 = 15 40mm, chọn h1 = 20 mm

S : Khoảng cách mặt đĩa đến chân chóp S = 0 25mm, chọn S = 10mm

- Tính chiều cao mức chất lỏng ở bên trên ống chảy chuyền

h =

V : Lưu lượng chất lỏng chảy qua m3/h

dC : Đường kính ống chảy chuyền

+ Chiều cao mức chất lỏng bên trên ống chảy chuyền đoạn chưng

Lưu lượng chất lỏng chảy qua

Vc = = = 7,2641 m3/h

→ h = = 0,02 m = 20 mm

+ Chiều cao mức chất lỏng bên trên ống chảy chuyền đoạn luyện

Lưu lượng chất lỏng chảy qua

Vl = = = 2,0024 m3/h


53


h = = 0,0124 m = 12,4 mm

Vậy chiều cao ống chảy chuyền nhô trên đĩa là:

- Đoạn chưng: hc = ( h1 + hr + S ) - h

hc = (20 + 16 + 10) – 20 = 26 mm

- Đoạn luyện: hc = ( h1 + hr + S ) - h

hc = (20 + 16 + 10) – 12,4 = 33,6 mm

Quy chuẩn chiều cao ống chảy chuyền nhô trên đĩa đoạn chưng và đoạn luyện: hc = 34

(mm)

3.2 Chiều cao lớp chất lỏng không lẫn bọt trên đĩa:

hx =

S : Khoảng cách mặt đĩa đến chân chóp, chọn S = 10 mm

hr : Chiều cao khe chóp

Đoạn chưng

hx = = 10 + = 16 mm

Đoạn luyện

hx = = 10 + = 18 mm

3.3 Phần bề mặt đĩa có gắn chóp:

( Nghĩa là trừ đi 2 phần diện tích đĩa để bố trí ống chảy chuyền ) (II-185)

F = Ftháp – 2.Fvách chảy chuyền =

Đoạn chưng:

= = 1,104


54


Đoạn luyện:

= = 1,1074

3.4 Tổng diện tích các chóp trên đĩa:

f = 0,785. dch.n (II-185)

Trong đó:

n là số chóp trên đĩa. n = = = 57,6

→ Quy chuẩn n = 58

dch là đường kính chóp. dch = chọn δch = 0,002m

→ dch = = 0,0736 m.

Quy chuẩn dch = 0,08 (m)

Vậy: f = 0,785. 0,08. 58 = 0,2914 (m2)

3.5 Chiều cao ống chảy chuyền trên mặt đĩa:

hch = hc + + δch (II-185)

Chọn = 2 mm = 0,002 m

Đoạn chưng hch = 26 + 20 + 2 = 48 mm

Đoạn luyện hch = 34 + 12,4 + 2= 48,4 mm

3.6 Chiều cao lớp bọt trên đĩa:

hb =

- Đoạn chưng :

= +

+ = 0,0568 m

- Đoạn luyện:


55


=

+ = 0,0546 m

Trở lực thủy tĩnh Pt = [ N/m2 ]

- Đoạn chưng :

Pt = 456,9472. 9,81. = 227,7187

- Đoạn luyện :

Pt = 409,6872. 9,81. = 187,2869

TỔNG TRỞ LỰC CỦA MỘT ĐĨA ĐOẠN LUYỆN LÀ:

= 176,3766+7,0935+187,2869 =370,757 N/m2

TRỞ LỰC ĐOẠN LUYỆN LÀ :

= = 52.370,757 = 9268,925 N/m2

TỔNG TRỞ LỰC CỦA MỘT ĐĨA ĐOẠN CHƯNG LÀ :

= 142,0660+7,2934+227,7187 =377,1771 N/m2

TRỞ LỰC ĐOẠN CHƯNG LÀ :

= = 62. 377,1771 = 13578,3756 N/m2

TRỞ LỰC CỦA TOÀN THÁP :

= + = 9268,925+13578,3756 = 22847,3006 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 )


56


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 ts = 119,62oC

1.1 Nhiệt lượng do hơi đốt mang vào:

Theo STQTTB II _ 149: 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

C1 : Nhiệt dung riêng của nước ngưng ( J/ kg.độ )

r1 : Ẩn nhiệt hóa hơi của hơi đốt ( J/ kg )

Theo bảng số liệu nhiệt hóa hơi STQTTB I _ 254 tại to = 119,62oC, nội suy ta được :

r1 = 182,228 (kcal/kg) = 182,228. 4,1868.103 (J/kg)=762,9522.103 (J/kg)

1.2 Nhiệt lượng do hỗn hợp đầu mang vào:

Theo STQTTB II _ 196: Qf = F. Cf. tf (J/h)

Trong đó :

F : lượng hỗn hợp đầu. F= 6000 kg/h

tf : Nhiệt độ đầu của hỗn hợp ( thường lấy ở 20oC )

Cf : Nhiệt dung riêng của hỗn hợp đầu ( J/ kg.độ )

Theo bảng số liệu nhiệt dung riêng STQTTB I _ 171 ta có:

CA = 2480 ( J/ kg.độ ) ; CB = 4180 ( J/ kg.độ )

Nồng độ hỗn hợp đầu af = aF = 0,3



57


Cf = 2480.0,3 + 4180. (1 – 0,3 ) = 3670 ( J/ kg.độ )

Từ đó ta tính được nhiệt lượng do hỗn hợp đầu mang vào :

Qf = F. Cf. tf = 6000. 3670. 20 = 440400.103 ( J/ h )

1.3 Nhiệt lượng do hỗn hợp đầu mang ra:

Theo STQTTB II _ 196: QF = F. CF. tF

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 = 85,0612 oC


CA = 3295,918 ( J/ kg.độ ) ; CB = 4200,1224 ( J/ kg.độ )

Nồng độ hỗn hợp đầu af = aF = 0,3


CF = 3295,918.0,3 + 4200,1224. (1 – 0,3 ) = 3928,8611 ( J/ kg.độ )

Nhiệt lượng do hỗn hợp đầu mang ra

QF = F. CF. tF = 6000. 3928,8611. 85,0612 = 2005161,938.103 ( J/ h )

1.4 Nhiệt lượng do nước ngưng mang ra:

Theo STQTTB II _ 197: 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 tính theo

STQTTB II_197: Qxql = 0,05.D1.r1 (J/h)

1.6 Lượng hơi đốt cần thiết:

Theo STQTTB II _ 97, lượng hơi đốt được tính :


58


D1 = =

= = 2158,8742 ( kg/h )

2. Cân bằng nhiệt lượng của tháp chưng luyện:

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 )

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 :


59


GR : Lượng lỏng hồi lưu ( kg/ h )

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 = 1875 ( kg/ h )

Rx : Chỉ số hồi lưu Rx = 1,1124

→ GR = 2085,75 ( kg/ h)

Lượng lỏng hồi lưu ( sau khi qua thiết bị ngưng tụ ) ở trạng thái sôi, có nồng độ bằng

nồng đố của hơi ở đỉnh tháp x = xp = 0,6892

Theo bảng số liệu nồng độ- nhiệt độ sôi STQTTB II _ 145: tR = tp = 79,0432oC

- Nhiệt dung riêng của lượng lỏng hồi lưu

CR = CA.aR + CB. (1 – aR ) với aR = aP =0,85


CA = 3208,04 ( J/ kg.độ ) ; CB = 4190 ( J/ kg.độ )


CR = 3208,04.0,85 + 4190.( 1 – 0,85 ) = 3355,334 ( J/ kg.độ )

Thay số vào :

QR = GR. CR. tR = 2085,75.3355,334.79,0432= 553174,9737.103 ( 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 )

Rx : Chỉ số hồi lưu thích hợp

Tính theo STQTTB II _ 197 : =

Với : Nhiệt lượng riêng của rượu etylic và nước ( J/ kg )

= r1 + C1. ( J/ kg )


60


= r2 + C2. ( J/ kg )

= = tR = 79,0432 oC

Theo số liệu ở trên ta có

CA = 3208,04 ( J/ kg.độ ) ; CB = 4190 ( J/ kg.độ )

Với tR = 79,0432 oC tra bảng STQTTB I _ 254, nội suy ta được

r1 = 202,3827 kcal/kg = 847,336.103 J/ kg

r2 = 559,9568 kcal/kg = 2344,427.103 J/ kg

=847,336.103 + 3208,04 .79,0432= 1100909,747J/ kg

=2344,427.103 +4190. 79,0432 = 2675618,008J/ kg

a : Nồng độ phần khối lượng a = aP = 0,85

Thay các giá trị vào =

=1100909,747.0,85 + (1 – 0,85).2675618,008 = 1337115,986 (J/kg)

Vậy nhiệt lượng do hơi mang ra ở đỉnh tháp:

Qy = P. ( 1+ Rx ). ( J/ h )

=1875.( 1 + 1,1124 ). 1337115,986 = 5295982142 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 = 4125 ( kg/h )

CW : Nhiệt dung riêng của sản phẩm đáy J/ kg.độ

Từ tW = 96,162oC ta nội suy theo số liệu bảng I.171 ta được

CA = 3462,43 J/ kg.độ ; CB = 4222,324 J/ kg.độ

Nồng độ sản phẩm đáy aW = 0,05

CW = CA. aW + ( 1 - aW ). CB

= 3462,43 . 0,05 +4222,324.( 1 – 0,05 ) = 4184,3293 J/ kg.độ

Thay số vào ta tính được nhiệt lượng do sản phẩm đáy mang ra

QW =4125. 4184,3293.96,162 = 1659790581 ( J/ h )

2.5 Nhiệt lượng mất mát ra ngoài môi trường:


61


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

tính theo STQTTB II _ 198 :

Qxq2 = 0,05. D2. r2 ( 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 )

2.7 Lượng hơi đốt cần thiết để đun sôi dung dịch ở đáy tháp là:

D2 =

=

= 6067,0641 ( 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:

Phương trình cân bằng nhiệt lượng của thiết bị ngưng tụ hoàn toàn theo STQTTB II _

198: 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 = 40 oC ttb = 0,5. ( 40 + 20 ) = 30 oC

Tra bảng I.149 _ 168 ta được Cn = 0,9978. 4,1868. 103 = 4177,5( J/ kg.độ )


62


- Ẩn nhiệt ngưng tụ của hỗn hợp: rng = aP. rA + ( 1- aP ). rB

tP = 79,0432oC tra bảng ta có rA = 202,3827 kcal/kg = 847,336.103 J/kg

rB = 559,9568 kcal/kg = 2344,4271.103 J/kg

Ẩn nhiệt ngưng tụ của hỗn hợp bằng :

rng = 0,85. 847,336.103 + ( 1 – 0,85 ). 2344,4271.103 = 1071,8997.103 J/kg

→ Gn1 = = 26759,0042 ( kg/ h )

3.2. Nếu ngưng tụ hoàn toàn:

Phương trình cân bằng nhiệt lượng của thiết bị ngưng tụ hoàn toàn theo STQTTB II _

198: P. ( Rx + 1). r = Gn. Cn. ( t2 – t1 )

Lượng nước lạnh cần thiết là :

Gn = = = 50814,2039 ( 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 )

Sản phẩm đỉnh sau ngưng tụ ở trạng thái sôi : nhiệt độ vào chính bằng nhiệt độ sôi ở

đỉnh tháp = 79,0432oC

Nhiệt độ sau khi làm lạnh = 25 oC

= 52,0216oC


63


Nhiệt dung riêng của sản phẩm đỉnh đã ngưng tụ theo bảng số liệu nhiệt dung riêng –

nhiệt độ I.153 tại = 52,0216oC, nội suy ta có :

CA = 2866,2808( J/ kg.độ ) ; CB = 4184,0162 ( J/ kg.độ )

Nồng độ sản phẩm đỉnh aP = 0,85 phần khối lượng

CP = CA.ap + CB.(1 – aP)

= 2866,2808.0,85 +4184,0162.( 1 – 0,85 ) = 3063,9411( J/ kg.độ )

Lượng nước lạnh cần thiết là :

P. CP. = Gn2. Cn. ( t2 – t1 )

→ Gn2 = = = 3716,005 ( kg/ h )

PHẦN III. TÍNH THIẾT BỊ PHỤ

I. THIẾT BỊ GIA NHIỆT HÔN HƠP ĐẦU

Để đun nóng hỗn hợp đầu gồm 85% rượu etylic và 5% 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

= 85,0612 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


64


Chiều dày thành ống δ = 2,5 mm

→ Đường kính trong của ống do = 20 mm

Dung dịch đi trong ống , hơi đốt ngoài ống.

Chọn vật liệu chế tạo ống là thep không rỉ 2X13

Theo II_313, 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 ) 119,62 oC

1. Hiệu số nhiệt độ trung bình:

t1 = 119,62 – 20 = 99,62 oC

t2 = 119,4 – 85,0612 = 34,5588 oC

Hiệu số nhiệt độ trung bình giữa hai lưu thể là :

ttb = = = 61,4538 oC

Nhiệt độ trung bình của hơi đốt là ttb1 = 119,62 oC

Nhiệt độ trung bình của dung dịch là

ttb2 = ttb1- ttb = 119,62 – 61,4538 = 58,1662oC

2. Lượng nhiệt trao đổi:

Q = m. CP. ( tc – td ) ( J/ s ) (II_46)

Trong đó :

m : Lượng dung dịch cần đun nóng ( kg/ s )

m = F = 6000 kg/ h = = 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 STQTTB I _ 171 ta có :

CA = 2946,1606 ( J / kg.độ ) ; CB = 4188,6246 ( J / kg.độ )

CP = CA. aF + CB. (1 – aF )


65


= 2946,1606 . 0,3 +4188,6246 . ( 1 – 0,3 ) = 3815,8854( J / kg.độ )

→ Q = m. CP. ( tc – td ) = .3815,8854.( 85,0612–20 ) = 413,7768.103 ( J/ s )

3. Diện tích trao đổi nhiệt:

Ký hiệu :

th : Nhiệt độ hơi đốt – hơi nướcbão hòa ở 2 at ( oC )

th = tbh1 = 119,62 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 )


66

1t

2tTt

qT q2 ,

th

q1,


3.1 Hệ số cấp nhiệt phía hơi ngưng tụ:

1 = 2,04. A. (II-28)

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 = ho = 1m

r : Ẩn nhiệt hóa hơi lấy theo nhiệt độ hơi bão hòa th ( J/ kg )

Theo bảng số liệu Nhiệt hóa hơi – to STQTTB I _ 254, nội suy ở th = 119,62 oC

r = 762,9522.103 ( 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. = = 50. Với Re = 104 dựa vào bảng V.2

STQTTB II _ 15 tra được → = 1

a. 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


67


= A. CP. ( W/ m.độ )

A : Hệ số phụ thuộc mức độ liên kết của dung dịch. Rượu etylic và nước là hỗn

hợp lỏng liên kết A = 3,58.10-8

CP : Nhiệt dung riêng của dung dịch (J/kg.độ) CP = 3815,8854 (J/kg.độ)

Khối lượng riêng của rượu etylic và nước nội suy theo ttb2 = 58,1662oC STQTTB I –

10:

A = 755,6504 ( kg/ m3 )

B = 983,8252 ( kg/ m3 )

Nồng độ khối lượng của dung dịch aF = 0,3

=

Thay số vào ta được = 902,1057 ( kg/ m3 )

Nồng độ phần mol của dung dịch là 0,1436

→ M = 22,0208( kg/ kmol )

= 3,58.10-8. 3851,8854. 902,1057 . = 0,4248

( W/ m.độ )

b. Chuẩn số Reynolt:

Để quá trình truyền nhiệt đạt hiệu quả, dung dịch phải ở chế độ chảy xoáy. Chọn Re

= 10000

c. 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 = 58,1662oC

1 = 0,6112 ( N.s/ m2 )

2 = 0,4837 ( N.s/ m2 )

Theo công thức I.93, ta có :


68


lg =xF.lg( 1)+(1- xF). lg ( 2) = 0,1436.lg 0,6112 + (1– 0,1436).lg 0,4837

= 0,5002 cP = 0,5002. 10-3 ( N.s/ m2 )

Thay số vào ta được Pr = = 4,5356

d. Chuẩn số Prand tính theo nhiệt độ tường:

Prt = = = Với Cp = (II-28)

→ Prt = =

→ Nu = 0,021.

= 0,021. 1. 100000,8. 4,53560,43. = 63,7635.

e. Tổng nhiệt trở thành ống:

= 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 =25,1 ( W/ m.độ )

→ = = 0,72. 10-3 (m2.độ/W )

f. 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. t1 = 5,7oC

Giả thuyết t1 = tbh – tT1


69


Thì tT1 = tbh - t1 = 119,62 – 5,7 = 113,92 oC

→ tm = 0,5. ( 119,62 + 113,92) = 116,77 oC

Theo bảng số liệu A – tm STQTTB II _ 29, nội suy ta được A = 186,5465

Vậy hệ số cấp nhiệt phía hơi nước bão hòa :

= 2,04.186,5465. = 7279,0196 ( W/ m2.độ )

Nhiệt tải riêng bên hơi nước bão hòa:

q1 = 1. t1 =7279,0196. 5,7 = 41490,4117 ( W/ m2 )

Khi đó hiệu số nhiệt độ giữa hai bề mặt thành ống được xác định theo công thức sau :

tT = tT1 – tT2 = q1.

Do đó tT = tT1 – tT2 = q1. = 41490,4117. 0,72.10-3 = 29,8731 oC

tT2 = tT1 - tT = 113,92 – 29,8731 = 84,0469 oC

→ t2 = tT2 – tdd = 84,0469 – 56,1662 = 27,8807 oC

Theo bảng I.101 STQTTB I _ 91, với nhiệt độ dung dịch 84,0469 oC ta được

1 = 0,4129 cP ; 2 = 0,3422 cP

Thay vào công thức

lg t = xF.lg( 1) + (1– xF).lg( 2) = 0,1436.lg 0,4129 + ( 1 – 0,1436 ). lg 0,3422

→ µt = 0,3516 cP

Khối lượng riêng của rượu etylic và nước nội suy theo STQTTB I _ 9 ở

tT2 = 84,0469 oC

A = 731,1554 ( kg/ m3 ); B = 969,1672 ( kg/ m3 )

Theo STQTTB II _ 183 ta có :

= = 882,9405 ( kg/ m3 )

→ Prt = = = 3,2499


70


→ Nu = 63,7635. = 63,7635. = 69,3048

→ ( W/ m2.độ )

→ q2 = = 1472,034.27,8807 = 41041,3383 (W/ m2 )

→ = .100 = 1,0823 < 5%

→ Chấp nhận được

Vậy nhiệt tải trung bình là :

qtb = = = 41265,875 (W/ m2 )

3.3 Diện tích trao đổi nhiệt:

F = = = 10,0271 ( m2 )

Số ống truyền nhiệt cần dùng là :

no = = 159,5863 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 cheo lục giác b = 2. a – 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 = 0,025 m

Bước ống thường chọn là t = 1,2. d =1,2.0,025 = 0,03 m

D = 0,03.(15 –1) + 4. 0,025 = 0,52 m

- Vận tốc dung dịch trong ống


71


Theo giả thiết ( chế độ chảy xoáy với Re = 104 )

wGT = = 0,2772 ( m/ s)

Tốc độ chảy thực tế của thiết bị gia nhiệt được xác định theo công thức sau

wTT =

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 )


wTT = = 0,0348

= = 87,446 %

Vì vậy ta tiến hành chia ngăn ngoài thiết bị gia nhiệt hỗn hợp đầu, số ngăn được xác

định theo công thức sau :

= = 7,9655 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.

Lưu lượng bơm GB = F =6000 kg/h

Ký hiệu:

Ho là chiều cao tính từ mặt thoáng

bể chứa dung dịch đến mặt thoáng

thùng cao vị (m).

Hình vẽ bơm


72


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).

1. Các trở lực của quá trình cấp liệu :

1.1 Trở lực trong ống dẫn 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 = 3 m

Đường kính ống d = 0,15 m

Lưu lượng GF = 6000 ( kg/ h )

- Thế năng vận tốc chất lỏng trong ống :

( N/ m2 )

Nhiệt độ của dung dịch lúc đầu: t = 20oC. Khối lượng riêng của C2H5OH và H2O (I-9)

theo t:

ρA = 789 kg/m3, ρB = 998 kg/m3 → ρ1 = = 924,5298 kg/m3

→ Vận tốc chất lỏng trong ống ( m / s )

wo1 = = = 0,1021 ( m/s )

= = 4,82 ( N/ m2 )


73


- Trở lực ma sát :

Áp suất để thắng trở lực ma sát

= ( 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 = 1,19 cP ; B = 1 cP

lg 1 = xF. lg A + ( 1- xF ). lg B

= 0,1436. lg 1,19 + ( 1 – 0,1436 ). lg 1

→ 1 = 1,0253 cP = 1,0253.10-3 ( Ns/ m2 )

→ Re = = = 1,3809.104 > 104

Chế độ chảy xoáy

Xác định theo công thức II.65 STQTTB _ 380

Chọn ống làm bằng thep không rỉ, ta tra được độ nhám tuyệt đối = 0,1. 10-3m

( STQTTB I _ 381 )

Độ nhám tương đối : = 0,67.10-3 ( STQTTB I _ 380 )

= = 0,0296

Pms1 = 0,0296. . 4,82 = 2,8534

- Trở lực cục bộ


74


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 = 0,475 m

Trở lực đột mở : =

Tiết diện đầu thiết bị chia 8 ngăn là :

f1 = = 0,02214 ( m2 )

Tiết diện ống là :

fo = 0,785. do2 = 0,785. 0,152 = 0,0176

= = = 0,042

+ Trở lực của van :

Số van trên đường ống dẫn 1 van, chọn van mở 50% ta có = 2,1

+ Trở lực do ống chuyển hướng 2 lần với góc chuyển là 90oC = 1,19

= ( 0,5 + 0,042+ 2,1 + 2. 1,19 ). 4,82 = 24,20604 ( N/ m2 )

Trở lực trong ống dân tư thùng cao vị đến thiết bị gia nhiệt :

= 24,20604 + 2,8534 + 4,82 = 31,8794 ( N/ m2 )

Vậy áp suất để thắng trở lực cục bộ và ma sát là :

= = 0,0035

1.2 Trở lực trong ống dẫn tư thiết bị gia nhiệt đến tháp:

Trong đó :

Pm2 : Trở lực ma sát ( N/ m2 )


75


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 = 0,15 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 ).

= = 882,1065

- Vận tốc dung dịch trong ống ( m/ s )

wo2 = = = 0,107 ( m/ s )

Pw2 = = = 5,0496

- Trở lực ma sát

Pms2 = ( N/ m2 )

Trong đó :

: Hệ số ma sát

Nhiệt độ dung dịch trong ống là t = tF = 85,0612oC, xác định độ nhớt theo nhiệt độ

bảng I. 101 STQTTB _ 91, nội suy ta có :

= 0,4074 cP ; = 0,3385 cP

Nồng độ dung dịch x = 0,1436 phần mol

lg = x. lg + ( 1 – x ). lg

= 0,1436. lg 0,4074 + ( 1 – 0,1436 ). lg 0,3385


76


= 0,3476 cP = 0,3476. 10-3 ( N/ m2 )

Re = = 4,073.104 > 104


Xác định theo công thức II _ 464

= = 0,024

Pms2 = = 0,024. . 5,0496 = 0,404 ( N/ m2 )


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 = 0,1526

+ Trở lực cửa ra từ ống vào tháp = 1

+ Trở lực do van : Coi van mở 50% thì = 2,1

+ Trở lực do ống chuyển hướng với góc chuyển là 90oC = 1,19

Pcb2 = ( 0,1526 + 1 + 2,1 + 1,19 ). 5,0496 = 22,4334

Pm2 =5,0496 +0,404 +22,4334 =27,887 ( N/ m2 )

Vậy áp suất để thắng trở lực cục bộ và ma sát là :

= = 0,0032 m

1.3 Trở lực trong thiết bị gia nhiệt:

= ( N/ m2 )


77


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 ).

= 902,1057 kg/m3

w : Vận tốc dung dịch trong ống truyền nhiệt ( m/ s )

Thiết bị chính chia 8 ngăn w = 8. wTT = 8. 0,0348 = 0,2784 ( m/ s )

= = 34,9596 ( N/ m2 )

- 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 = 0,02 m

: Hệ số ma sát

Độ nhớt dung dịch trong ống = 0,5002 cP = 0,5002.10-3 ( N/ m2 )

Re = = = 1,0042.104 > 104


Xác định theo công thức II _ 464

Với loại ống thep không gỉ ta đã chọn, theo bảng I _ 464, ta có độ nhám tuyệt đối =

0,1 mm


78


Độ nhám tương đối = 5. 10-3

= = 0,0319

Pms3 = = 0,0319. = 446,0845


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 = 169 ống chia làm 8 ngăn

Tiết diện chùm ống ở 1 ngăn là :

= 0,0066

= 0,38133

+ Trở lực do đột mở từ chùm ống ra đầu thiết bị :

= ( 1 – 0,2981)2 = 0,4927

+ Trở lực do dòng chuyển hướng 6 lần với góc chuyển là 90oC = 1,19

= ( 8.0,38133 + 8. 0,4927 + 6.1,19 ). 34,9596 = 494,0575 ( N/ m2 )

= 494,0575+ 34,9596+446,0845 = 975,1016 ( N/ m2 )

Áp suất để thắng trở lực cục bộ và ma sát trong thiết bị gia nhiệt :

hm3 = = m

1.4 Xác định trở lực đường ống tư thùng chứa đến thùng cao vị :

Xác định tốc độ chảy từ thùng chứa đến thùng cao vị


79


Trong đó :

F : Năng suất hỗn hợp đầu F = 6000 ( kg/ h)

: Khối lượng riêng dung dịch trước khi gia nhiệt ( kg/ m3 )

Nhiệt độ của dung dịch lúc đầu : t = 20oC

Khối lượng riêng của rượu etylic và nước bảng I.2. STQTTB. I _ 10 theo nhiệt độ ở

20oC :

ρA = 789 kg/m3, ρB = 998 kg/m3 → ρ1 = = 924,5298

Chọn đường kính ống dẫn d = 0,15 m

→ Vận tốc dung dịch trong ống ( m / s )


= = 0,1020 ( 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 :


80


Pđ =

- Áp suất khắc phục trở lực ma sát :

Pm =

L : Chiều dài ống dẫn chọn 3m

dtđ : Đường kính tương đương

: Hệ số trở lực ma sát xác định theo công thức :

( I _ 380 )

Chọn độ dài đường ống là 3m, chất liệu làm bằng thep tráng kẽm = 0,1. 10-3. Trong

đó là độ nhám tương đối : = = 0,67.10-3

cP = 1,0253. 10-3 ( Ns/ m3 )

Chuẩn số Reynolt : Re = = 1,3796.104 > 104

Vậy lưu thể ở chế độ chảy xoáy, hệ số trở lực được xác định theo công thức trên :

= -2. lg

= 0,0296

Pm = = = 2,8472 N/m2

- 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


81


3 : Hệ số trở lực do đột mở

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. = 32,7419

→ Tổng trở lực của hệ thống ống dẫn :

= Pđ + Pm + Pcb = 32,7419+ 2,8472 +4,8094 = 40,3985 ( 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 = = = 0,0045 ( m )

2. 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 = wo2 = 0,107 ( m/ s )

: Khối lượng riêng dung dịch trước khi gia nhiệt =924,5298 kg/m3

: Khối lượng riêng dung dịch sau khi gia nhiệt = 882,1065 kg/m3

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


82


Ptt : Áp suất thủy tĩnh của cột chất lỏng N/ m2. Ptt = . g. H

H : Chiều cao lớn nhất của cột chất lỏng (m). H = 5,4 m

: Khối lượng riêng của chất lỏng ( kg/ m3). = 913,8945 kg/m3

g : Gia tốc trọng trường

=

= 0,0045+0,0035+0,0032 + 0,1102 = 0,1214 m

Ptt = 9,81. 913,8945. 5,4 = 48412,6472 N/ m2

Plv = P1 = Pa = 1 at = 0,9808. 105 N/ m2

P = Ptt + Plv = 48412,6472 + 0,9808. 105 = 1,4649.105 N/ m2

Z =

= =

6,2364 m

3. Chiều cao làm việc bơm:

Chiều cao hút của bơm là: Hh = 5 – 1 = 4 m

Chiều cao đẩy của bơm là: Ho = Z + HC + h’ + hđ

h' khoảng cho phep từ đĩa dưới cùng với nắp, chọn h’ = 0,45 m

hđáy = 0,4 m

→ Ho = 6,2364 + 2,5 + 0,45 + 0,4 = 9,5864 m

Chiều cao làm việc của bơm:

HF = Ho + Hh = 9,5864 + 4 = 13,5864 m

4. Áp suất toàn phần của bơm _ Năng suất của bơm:

- Ap suất toàn phần do bơm tạo ra :

H = HF + h = 13,5864 + 0,0045 = 13,5909 m

→ Quy chuẩn H = 14 m

- Công suất yêu cầu trên trục bơm được xác định theo công thức :


83


N = [STQTTB-I-439]

Q : Lưu lượng thể tích của bơm ( m3/ s )

Q = ( m3/ s )

η: hiệu suất chung của bơm. η = ηo.ηtl.ηck

Trong đó:

ηo: hiệu suất thể tích do hao hụt từ P cao xuống P thấp , ηo = 0,88 .

ηtl: hiệu suất thủy lực tính đến ma sát và sự tạo dòng xoáy trong bơm. ηtl = 0,8 .

ηck: hiệu suất cơ khí ,tính đến ma sát cơ khí ở bị ổ lót trục , ηck = 0,92 .

Vậy hiệu suất toàn phần của bơm:

η = 0,88.0,8.0,92 = 0,64768

- Thay số vào ta có : N = = 0,3535 (kW).

Chọn bơm có công suất : 0,36 (kW).

Công suất của động cơ điện :

Nđc =

ηtr - hiệu suất truyền động: ηtr = 1 .

ηđc- hiệu suất truyền động cơ: ηđc = 0,8 .

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 :

= 2.0,442= 0,884 (kW).

III. TÍNH TOÁN CƠ KHÍ VÀ LỰA CHON:

1. Tính toán thân tháp:

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 rượu etylic và nước , do đó ta chọn loại vật liệu là thep


84


không gỉ với mác thep 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 ]

: 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 phep.

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 =

Với H : Chiều cao lớn nhất 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 = 5,4 m

Khối lượng riêng trung bình của pha lỏng trong tháp : = 913,8945 [ kg/ m3 ]

Do đó : Ptt = = 9,81. 913,8945. 5,4 = 48412,6472 [ N / m2 ]

Plv = 1 at = 0,9808. 105

P = Plv + Ptt = 0,9808. 105 + 48609,884 = 1,4649.105 [ N / m2 ]

Để tính toán sức bền của thiết bị thì trước hết ta phải xác định ứng suất cho phep của

vật liệu thep X18H10T


85


Ứng suất cho phep của thep theo giới hạn bền khi keo 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 keo 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 keo và khi chảy ở STQTTB II _ 310 có :

= 540. 106 N/ m2 ; = 220. 106 N/ m2

Do đó = = 186,9.106 N/ m2

= = 132.106 N/ m2

So sánh hai kết qủa ứng suất cho phep theo giới hạn bền khi keo và giới hạn bền khi

chảy ta chọn theo giá trị be hơn, nên = 132. 106 N/ m2

- Tính

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

- Tính C = C1 + C2 + C3

C : 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 thep 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 = 0,8 mm = 0,8.10-3 m

Khi đó chiều dày của tháp là :


86


= m = 2,5013 mm

Chuẩn hóa chọn S = 3 mm

- Kiêm tra ứng suât thành thiết bị băng nước theo áp suât thư

Theo STQTTB II _ 366 ứng suất theo áp suất thử phải thỏa mãn điều kiện :

Trong đó Po : Áp suất thử tính toán.

Po = Pth + P1 [ N / m2 ]

P1 : Áp suất thủy tĩnh của cột chất lỏng

Tra ở bảng XIII. 5 nên Pth = 1,5. P = 1,5. 1,4649.105 = 2,1974.105 [ N / m2 ]

P1 = = 913,8945. 9,81. 5,4 = 0,4841.105 N / m2

Po = 2,1974.105 + 0,4841.105 = 2,6815.105 N/m2

= N / m2

Ta thấy = 0,1419.106 N/m2 < thỏa mãn điều kiện bền.

Vậy chiều dày của tháp S = 3 mm

2. Tính chóp và kích thước cơ bản của chóp:

Đường kính trong ống hơi dh = 0,05 m.

Số ống chảy truyền trên mỗi đĩa chọn m = 1

Số ống hơi phân bố trên đĩa n = 58 ống

- 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

- Đường kính của chóp


87


m

- Chiều cao khe chóp

+ Chiều cao khe chóp đoạn chưng

hr = 0,0118 m

+Chiều cao khe chóp đoạn luyện

hr = 0,0159 m

Quy chuẩn chung cho cả tháp hr = 0,016 m = 16 mm

- khoảng cách giữa các khe: c = 4 mm

- Số lượng khe hở của mỗi chóp

i = = = 32,1522 mm

Quy chuẩn i = 40 mm

- Đường kính ống chảy chuyền:

Đường kính ống chảy chuyền đoạn chưng

dC = = 0,1311 m

Đường kính ống chảy chuyền đoạn luyện

dL = = 0,1291 m

Quy chuẩn chung cho cả tháp dC = 0,14 m

- Khoảng cách từ đĩa đến chân ống chảy chuyền

S = 0,25. = 0,25.0,14.103 = 35 mm

- Chiều cao ống chảy truyền nhô trên đĩa

Chiều cao mức chất lỏng bên trên ống chảy chuyền đoạn chưng: h = 0,02 m

→ hc = 26mm

Chiều cao mức chất lỏng bên trên ống chảy chuyền đoạn luyện: h = 0,0124 m

→ hc = 34mm


88


Quy chuẩn chung hc = 34mm

- Bước tối thiểu của chóp trên đĩa

Theo STQTTB II _ 237 : tmin = dch + 2. + l2

Trong đó :

dch = 0,08 m

: Chiều dày chóp, thường lấy = 2 3 mm

l2 = 12,5 + 0,25 dch = 12,5 + 0,25. 80 = 21,25 mm

tmin = dch + 2. + l2 = 80 + 2.2 + 22 = 106 mm

Quy chuẩn tmin = 100 mm

- khoảng cách từ tâm ống chảy truyền đến tâm chóp gần nhất:

l1 khoảng cách nhỏ nhất giữa chóp và ống chảy truyền thường chọn l1 = 75 mm

Đoạn chưng:

= 184,5529 = 185 mm

Đoạn luyện:

= 153,549 = 154 mm

Quy chuẩn chung tl = 185 mm

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

Pn = Po = 9,808.105 ( Pa )

Pđ = Ptháp = 1,4649.105 ( Pa )

- Chiều dày của năp


89


Trong đó : Pn = Po = 9,808.105 ( Pa )

: Ứng suất cho phep ( N/ m2 )

: Hệ số bền mối hàn

k : Hệ số hiệu chỉnh

hb : Chiều cao nắp ( m ). hb = 0,025 m

C : Hệ số hiệu chỉnh C = 1,8. 10-3 m và có tăng thêm một chút tùy thuộc chiều dày :

Thêm 2 mm khi S – C < 10 mm

Thêm 1 mm khi 10 mm < S – C < 20 mm

Theo STQTTB II _ 382 :

Chiều cao phần lồi của đáy, với Dt = 1,2 m hb = 250 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 nắp : Đường kính ống tháo sản phẩm đỉnh là 100 mm

Nên k = 1 - = 0,917 → k = 1

Ta xet :Ở nắp : = > 50

Nên ta có thể bỏ p ở mẫu số của công thức tính chiều dày của đáy và nắp


90


Vậy chiều dày của nắp

S = = 5,0365. 10-4 + C

S – C = 5,0365. 10-4

Ta thấy S – C < 10 mm nên ta phải tăng C lên 2 mm, khi đó C = 3,8 mm

Do đó S =0,50365 + 3,8 = 4,304 mm

Chọn S = 5 mm

Kiểm tra áp suất thành ở áp suất thử thủy lực theo công thức :

N/ m2 [ STQTTB II _ 386 ]

Pth = 1,5 Phơi =1,5. 0,9808.105 = 1,4712.105 N/m2

= 83,1.106 N/ m2

Ta thấy = 83,1.106 N/m2 < thỏa mãn điều kiện bền. Vậy

chiều dày của nắp S = 5 mm

- Chiều dày của đáy

S = = 8,8657. 10-4 + C

S – C = 8,8657. 10-4

Ta thấy S – C < 10 mm nên ta phải tăng C lên 2 mm, khi đó C = 3,8 mm

Do đó S =0,88657 + 3,8 = 4,6866 mm

Chọn S = 5 mm

Kiểm tra áp suất thành ở áp suất thử thủy lực theo công thức :

N/ m2 [ STQTTB II _ 386 ]

Kiểm tra đối với nắp


91


= 92,6849.106 < 183,3. 10-6

Thỏa mãn điều kiện bền, vậy chiều dày đáy tháp là 5 mm

Vậy chiều dày nắp và đáy thiết bị là 5 mm, khi đó ta có chiều cao gờ ht = 300 mm và

hb = 250 mm, Dt = 1200 mm

Tra bảng II _ 384 nội suy ta được khối lượng của đáy mđ = 64,2 kg

Tra II _ 382 ta được bề mặt trong F = 1,66 m2

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 thep kiểu I để nối ( nắp, đáy… ) với thân.

Để nối thân tháp và nắp, đáy ta dùng mặt bích liền bằng thep không rỉ, với đường kính

tháp Dt = 1200 mm

Áp suất Py = 0,1.106 N/ m2

Số bích 10 cặp bích

Bước bích 1,4 m

Theo STQTTB II _ 421 ta có :

Dt D Db DI Do

1200 1340 1290 1260 1213

Bulong 28 cái db = M20

Chiều dày bích h = 22 mm

Để nối ống dẫn vào thiết bị ta dùng kiểu bích bằng vật liệu là CT3


92


5. Tính đường kính các ống dẫn :

Đường kính ống dẫn được tính theo công thức sau :

d = = STQTTB II _ 236

Trong đó :

V : Lưu lượng của các chất chuyển động trong ống [ m3/ s ]

w : Vận tốc của các chất trong ống [ m/ s ]

a. Đường kính ống dẫn sản phẩm đinh:

Ống dẫn sản phẩm đỉnh là ống nối giữa nắp tháp và thiết bị ngưng tụ. Hỗn hợp đi ra ở đỉnh tháp có nhiệt độ của hỗn hợp là t = 79,0432oC.

Lượng hơi ở đỉnh tháp : gđ = 106,1931 ( kmol/ h )

Lưu lượng thể tích hơi ở đỉnh tháp:

= = 0,8521

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

Đường kính ống dẫn sản phẩm đỉnh là : d = = 0,19 m

Chọn d1 =190 mm, khi đó chiều dài ống bên ngoài l1 = 130 mm [ II _ 434 ]


93


Vận tốc thực tế hơi ta được: m/s

b. Đường kính ống chảy chuyền:

Chọn vận tốc lỏng qua ống chảy chuyền là w = 0,15 m/s

Chọn số ống chảy chuyền với mỗi đĩa z = 1

Đoạn luyện: m

Đoạn chưng: m

→ Quy chuẩn dc = 140 mm

c. Ống dẫn hỗn hợp đầu vào tháp:

Lượng hỗn hợp đầu vào tháp F = 6000 kg/h.

Nhiệt độ của hỗn hợp đầu: tF = 85,0612oC

Khối lượng riêng của hỗn hợp C2H5OH và H2O được tính theo công thức :

[ I _ 5 ]

Tra khối lượng riêng theo I _ 9 có : = 730,1919 kg/m3, = 968,4572 kg/m3

Do đó = 882,1065 kg/ m3

Chọn vận tốc là 0,3 m/ s

Lưu lượng thể tích của hỗn hợp đầu:

= = 1,889.10-3 (m3/s)

Đường kính ống dẫn hỗn hợp đầu là : d = = 0,09 m

Quy chuẩn d = 100 mm, khi đó chiều dài ống ở bên ngoài l = 120 mm.

Tính lại vận tốc hơi ta được w = 0,2971 m/ s

d. Đường kính ống dẫn sản phẩm đáy:

Hỗn hợp được tháo là hỗn hợp lỏng có nồng độ là x = xW = 0,0202 phần mol; nhiệt độ hỗn hợp là t = tW = 96,162oC.


94


Khối lượng riêng của hỗn hợp lỏng được tính theo công thức :

[ I _ 5 ]

Tra khối lượng riêng theo I _ 9 có : = 719,6461 kg/m3 , = 960,6866 kg/m3

Do đó = 944,8628 kg/ m3

Khối lượng sản phẩm đáy là : GW = 4125 kg/ h

Lưu lượng thể tích của hỗn hợp đầu:

= = 1,2127.10-3 (m3/s)




e. Đường kính ống dẫn hơi ngưng tụ hồi lưu:

Lượng hơi ngưng tụ hồi lưu là: GR = P.R = 0,5794 kg/s

Nhiệt độ của hơi ngưng tụ hồi lưu: tR = 79,0432oC

Khối lượng riêng của hỗn hợp lỏng được tính theo công thức :

[ I _ 5 ]

Tra khối lượng riêng theo I _ 9 có : = 735,909 kg/m3 , = 972,5262 kg/ m3

Do đó = 763,7835 kg/ m3

Lưu lượng thể tích của hơi ngưng tụ:

= = 7,5859.10-4 (m3/s)


khi đó chiều dài ống ở bên ngoài l = 100 mm.


f. Ống dẫn hơi sản phẩm đáy hồi lưu:

Lượng hơi sản phẩm đáy hồi lưu: gđ = 104,8955 kmol/h


95


Nhiệt độ của hơi sản phẩm đáy là t = tW = 96,162oC

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

= = 0,8826 (m3/s)




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 )

a. Khối lượng thân tháp trụ:

Khối lượng riêng của thep là = 7,9.103 kg/ m3

Đường kính trong của thân tháp Dt = 1,2 m

Chiều dày thân tháp 3 mm

Chiều cao thân tháp H = 5,4 m

Khối lượng thân tháp là :

GT = =483,0763 kg

b. Khối lượng năp và đáy tháp:

Theo các thông số của nắp và đáy đã chọn :

Bề mặt trong của nắp, đáy tháp được tra theo II _ 382, ta được F = 1,66 m2


96


Chiều dày của nắp, đáy tháp lấy chung S = 5 mm

Khối lượng nắp và đáy tháp là :

GN-Đ = 2. F. S. = 2.1,66.5.10-3.7,9.103 = 131,14 kg

c. Khối lượng bích:

Các thông số của bích đã chọn :

Đường kính trong của bích Dt = 1,2 m

Đường kính ngoài của bích D = 1340 m

Chiều dày bích : h = 0,022 m

Số bích : n= 10 cặp

Khối lượng bích là :

→ GB = = kg

d. Khối lượng bulông nối bích:

Với 10 cặp bích, mỗi cặp cần 28 bulong các loại M20 ( khối lượng 0,15 kg/cái )

Khối lượng bulông nối bích là : Gbl = 10. 28. 0,15 = 42 kg

e. Khối lượng đĩa trong tháp:

Theo các thông số của đĩa đã chọn :

Đường kính đĩa : D = 1,2 m

Chiều dày đĩa = 0,002 m

Số đĩa 11 đĩa

Khối lượng đĩa trong tháp là :

GĐ = = = 196,5632 kg

f. Khối lượng ống chảy truyền:

Khối lượng một ống chảy truyền là :

mÔ =

Tháp có 11 đĩa ( 6 đĩa luyện và 5 đĩa chưng) thì cứ 1 đĩa lắp 1 ống chảy chuyền. Số ống chảy chuyền là 11 ống.


97


∙ Đoạn chưng:

mÔ = = 1,4754 kg

∙ Đoạn luyện:

mÔ = = 0,783 kg

Khối lượng ống chảy chuyền là :

GÔ = nÔ. mÔ = 1,4754.5 + 0,783.6 = 12,075 kg

g. Khối lượng chất lỏng điền đầy tháp:

Khối lượng riêng trung bình của pha lỏng ở trong tháp: = 913,8945 kg/ m3

GL = kg

→ Khối lượng tháp là :

G = 5578,5583 + 12,075 + 196,5632 + 970,8036 + 42 + 131,14 + 483,0763

G = 7414,2164 kg

7. Tính tai treo:

Trọng lượng tháp là P = G. g = 7414,2164. 9,81 = 72733,4629 kg

Tải trọng tác dụng lên một tai treo là G = P:4 = 18183,3657 N = 1,8183.104 N

Tải trọng cho phep trên1 tai

treo

F.104 q.10-6 L B B1 H S l a d

Khối lượng một tai

treo

2,5.104

m2 N/m2 mm kg

173 1,45 200 120 130 250 8 60 20 23 3,48

Chọn tai treo thiết bị thẳng đứng như hình vẽ :


98


Chọn tấm lót cho tai treo bằng thep:

Tải trọng cho

phep trên1 tai

treo

Chiều dày tối

thiểu của

thành thiết bị

khi không có

lót

Chiều dày tối

thiểu của

thành thiết bị

khi có lót

H B SH

2,5mm

8 4 260 140 6

8. Tính chân đỡ:

Chọn chân thep 4 chân.

Tải trọng cho phep trên1

F.104 q.10-6 L B B1 B2 H h S l d


99


chân đỡ

2,5.104 mm444 0,56 250 180 215 290 350 185 16 90 27

→ Tải trọng của cả 4 chân đỡ: 4.2,5.104 = 100000 (N) > P → Phù hợp


100


KẾT LUẬN

Với quy trình công nghệ tính toán ở trên ta thấy rằng một lượng nhiệt đáng kể

cần giải là ngưng tụ sản đỉnh, giải nhiệt sản phẩm đỉnh và giải nhiệt cho sản phẩm đáy

chưa được tận dụng để gia nhiệt cho dòng nhập liệu. Nhưng trong quá trình tính toán

để gia nhiệt cho dòng nhập liệu tới trạng thái lỏng sôi nếu tận dụng nhiệt thì chưa đủ

để gia nhiệt tới lỏng sôi trong khi đó phải tốn thêm thiết bị, đường ống… làm tăng chi

phí của phân xưởng. Vấn đề tận dụng nhiệt là một vấn đề thực tế rất được quan tâm,

nó như là một giải pháp để năng cao hiệu quả của quá trình và tiết kiệm năng lượng.

Đồ án môn học là một môn học tổng hợp, 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.

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 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 xet

và sửa chữa từ thầy cô để bản đồ án của em được hoàn thiện hơn.

Em xin chân thành cảm ơn!

SVTH

Nguyễn Thuỳ Linh


101


TÀI LIỆU THAM KHẢO

[1]. Trần Hùng Dũng – Nguyễn Văn Lục – Hoàng Minh Nam – Vũ Bá Minh, “Quá trình và Thiết bị trong Công Nghệ Hóa Học – Tập 1, Quyển 2: Phân riêng bằng khí động, lực ly tâm, bơm, quạt, máy nén. Tính hệ thống đường ống”, Nhà xuất bản Đại học Quốc gia TpHCM, 1997, 203tr.

[2]. Võ Văn Bang – Vũ Bá Minh, “Quá trình và Thiết bị trong Công Nghệ Hóa Học – Tập 3: Truyền Khối”, Nhà xuất bản Đại học Quốc gia TpHCM, 2004, 388tr.

[3]. Phạm Văn Bôn – Nguyễn Đình Thọ, “Quá trình và Thiết bị trong Công Nghệ Hóa Học – Tập 5: Quá trình và Thiết bị Truyền Nhiệt”, Nhà xuất bản Đại học Quốc gia TpHCM, 2002, 372tr.

[4]. Phạm Văn Bôn – Vũ Bá Minh – Hoàng Minh Nam, “Quá trình và Thiết bị trong Công Nghệ Hóa Học – Tập 10: Ví dụ và Bài tập”, Nhà xuất bản Đại học Quốc gia TpHCM, 468tr.

[5]. Tập thể tác giả, “Sổ tay Quá trình và Thiết bị Công nghệ Hóa chất – Tập 1”, Nhà xuất bản Khoa học Kỹ thuật Hà Nội, 1999, 626tr.

[6]. Tập thể tác giả, “Sổ tay Quá trình và Thiết bị Công nghệ Hóa chất – Tập 2”, Nhà xuất bản Khoa học Kỹ thuật Hà Nội, 1999, 447tr.

[7]. Hồ Lê Viên, “Thiết kế và Tính toán các thiết bị hóa chất”, Nhà xuất bản Khoa học và Kỹ thuật, Hà Nội, 1978, 286tr.

[8]. Nguyễn Minh Tuyển, “Cơ sở tính toán Máy và Thiết bị Hóa chất – Thực phẩm”, Nhà xuất bản Khoa học và Kỹ thuật, Hà Nội, 1984, 134tr.


102

Documents

Chung Luyen Thap Chop C2H5OH-H2O