Đề tài Thiết kế tháp chưng cất hỗn hợp Acetone – Nước loại tháp đệm năng suất: 1500 (kg/h)

Ñaïi hoïc Quoác gia Tp. Hoà Chí Minh Tröôøng Ñaïi hoïc Baùch Khoa Khoa Coâng ngheä Hoaù hoïc & Daàu khí BOÄ MOÂN MAÙY & THIEÁT BÒ ÑOÀ AÙN MOÂN HOÏC Quaù Trình & Thieát Bò THIEÁT KEÁ THAÙP CHÖNG CAÁT HOÃN HÔÏP ACETONE – NÖÔÙC LOAÏI THAÙP ÑEÄM NAÊNG SUAÁT : 1500 (Kg/h) GVHD : Voõ Thò Ngoïc Töôi SVTH : Voõ Ngoïc Tieäp MSSV : 69902203 Lôùp : HC99HL, Ngaønh : Coâng Ngheä Hoaù Lyù Naêm hoïc 2002 – 2003 MUÏC LUÏC LÔØI MÔÛ ÑAÀU CHÖÔNG1 : GIÔÙI THIEÄU CHUNG CHÖÔNG2 : CAÂN BAÈNG VAÄT CHAÁT CAÂN BAÈNG VAÄT CHAÁT: Ñoà thò caân baèng acetone- nöôùc Xaùc ñònh chæ soá hoài löu Chæ soá hoài löu toái thieåu Chæ soá hoái löu thích hôïp CAÂN BAÈNG NAÊNG LÖÔÏNG: Caân baèng naêng löôïng cho thaùp chöng caát: Caân baèng nhieät löôïng cho thieát bò ngöng tuï Caân baèng nhieät löôïng cho thieát bò laøm nguoäi Caân baèng nhieät löôïng cho thieát bò gia nhieät CHÖÔNG 3 : TÍNH TOAÙN THIEÁT BÒ CHÍNH ÑÖÔØNG KÍNH THAÙP: Ñöôøng kính ñoaïn caát: Ñöôøng kính ñoaïn chöng: CHIEÀU CAO THAÙP: TRÔÛ LÖÏC CUÛA THAÙP: CHÖÔNG 4 : TÍNH TOAÙN CÔ KHÍ TÍNH CHIEÀU DAØY THAÂN THAÙP TÍNH ÑAÙY, NAÉP THIEÁT BÒ Naép Ñaùy TÍNH ÑÖÔØNG KÍNH VAØ BULON OÁNG DAÃN OÁng daãn hôi: OÁng nhaäp lieäu: OÁng daãn loûng: OÁng hoaøn löu: CHÖÔNG 5 : TÍNH TOAÙN THIEÁT BÒ PHUÏ THIEÁT BÒ NGÖNG TUÏ SAÛN PHAÅM ÑÆNH THIEÁT BÒ GIA NHIEÄT NHAÄP LIEÄU NOÀI ÑUN BÔM CHÖÔNG 6 : TÍNH GIAÙ THAØNH THIEÁT BÒ TAØI LIEÄU THAM KHAÛO LÔØI GIÔÙI THIEÄU Trong thöïc teá, chuùng ta söû duïng raát nhieàu daïng hoaù chaát khaùc nhau: hoãn hôïp nhieàu chaát hay ñôn chaát tinh khieát. Nhu caàu veà moät loaïi hoaù chaát tinh khieát cuõng raát lôùn. Quaù trình coù theå ñaùp öùng phaàn naøo ñoä tinh khieát theo yeâu caàu laø chöng caát: laø quaù trình taùch caùc caáu töû trong hoãn hôïp loûng – loûng, hay hoãn hôïp loûng – khí thaønh caùc caáu töû rieâng bieät döïa vaøo ñoä bay hôi khaùc nhau cuûa chuùng. Vaø ñoái vôùi heä acetone – nöôùc, do khoâng coù ñieåm ñaúng phí neân coù theå ñaït ñöôïc baát kyø ñoä tinh khieát theo yeâu caàu nhôø quaù trình chöng caát. Nhieäm vuï thieát keá: tính toaùn heä thoáng chöng luyeän lieân tuïc ñeå taùch hoãn hôïp hai caáu töû : acetone – nöôùc vôùi caùc soá lieäu sau ñaây: Naêng suaát saûn phaåm ñænh : 1500 Kg/h Noàng ñoä saûn phaåm ñænh : 95% theo khoái löôïng Noàng ñoä nhaäp lieäu : 30% Aùp suaát laøm vieäc : aùp suaát thöôøng. CHÖÔNG 1 :GIÔÙI THIEÄU CHUNG Giôùi thieäu sô boä : Acetone coù coâng thöùc phaân töû : CH3COCH3 .Khoái löôïng phaân töû baèng 58 ñvC Acetone laø chaát loûng soâi 56.10C, tan voâ haïn trong nöôùc, noù laø dung moâi cho nhieàu chaát höõu cô… Noù hoaø tan toát tô axetat, nitroâ xenluloz, nhöïa phenol focmandehyt, chaát beùo, dung moâi pha sôn, möïc in oáng ñoàng. Acetone laø nguyeân lieäu ñeå toång hôïp thuûy tinh höõu cô. Töø Acetone coù theå toång hôïp xeten, sumfonal (thuoác nguû), caùc halofom…. Tính chaát hoaù hoïc : Coäng hôïp vôùi natri bisunfit: CH3COCH3 + NaHSO3® CH3 - C - SO3Na ( 1-metyl-1-hydroxi etan sunfonaùt natri ) Coäng hôïp axit HCN CH3COCH3 + HCN ® CH3 - C - CN ( pH= 4 -8 ) Phaûn öùng ngöng tuï : CH3-CO-CH3 + HCH2C=O ® CH3-C-CH2-C-CH3 ( 4-oxy-4-meâtyll-2-pentanon) Acetone khoù bò oxi hoùa bôûi thuoác thöû Pheling, Toâluen, HNO3ññ, KMnO4 ,… Chæ bò oxi hoùa bôûi hoãn hôïp KMnO4 + H2SO4, Sunfoâcroâmic K2Cr2O7 + H2SO4… Bò gaõy maïch cacbon. Phaûn öùng khöû hoaù: CH3COCH3 + H2 ® CH3CHOH-CH3 Ñieàu cheá : Oxy hoùa röôïu baäc hai: CH3CHOH-CH3 ® CH3COCH3 + H2O Theo phöông phaùp Piria : nhieät phaân muoái canxi cuûa axit cacboxylic: (CH3COO)2Ca ® CH3COCH3 + CaCO3 Töø daãn xuaát cô magie: CH3-C-Cl + CH3-MgBr® CH3-C-CH3 + Mg Phaûn öùng Kucheroâv: CH3-CºCH + H2O CH3-C-CH3 Coâng ngheä chöng caát hoãn hôïp Acetone –Nöôùc : Ta coù Acetone laø moät chaát loûng tan voâ haïn trong nöôùc vaø nhieät ñoä soâi cuûa Acetone ( 56.1 0C ôû 760 mmHg) vaø Nöôùc ( 100 0C ôû 760 mmHg) : laø khaù caùch xa nhau neân phöông phaùp hieäu quaû nhaát ñeå thu ñöôïc Acetone tinh khieát laø chöng caát phaân ñoaïn döïa vaøo ñoä bay hôi khaùc nhau cuûa caùc caáu töû trong hoãn hôïp. Choïn loaïi thaùp chöng caát vaø phöông phaùp chöng caát : Chöng caát laø quaù trình phaân taùch caùc hoãn hôïp loûng thaønh caùc caáu töû rieâng bieät döïa vaøo söï khaùc nhau veà ñoä bay hôi cuûa chuùng ( hay nhieät ñoä soâi ), baèng caùch laëp ñi laëp laïi nhieàu laàn quaù trình bay hôi – ngöng tuï, trong ñoù vaät chaát ñi töø pha loûng vaøo pha hôi hoaëc ngöôïc laïi. Ñoái vôùi chöng caát ta coù hai phöông phaùp thöïc hieän : Chöng caát ñôn giaûn (duøng thieát bò hoaït ñoäng theo chu kyø): Phöông phaùp naøy söû duïng trong caùc tröôøng hôïp sau : Khi nhieät ñoä soâi cuûa caùc caáu töû khaùc xa nhau . Khi khoâng ñoøi hoûi saûn phaåm coù ñoä tinh khieát cao . Taùch hoãn hôïp loûng ra khoûi taïp chaát khoâng bay hôi . Taùch sô boä hoãn hôïp nhieàu caáu töû . Chöng caát lieân tuïc hoãn hôïp hai caáu töû (duøng thieát bò hoaït ñoäng lieân tuïc): laø quaù trình ñöôïc thöïc hieän lieân tuïc, nghòch doøng, nhieàu ñoaïn. Ngoaøi ra coøn coù thieát bò hoaït ñoäng baùn lieân tuïc . Trong tröôøng hôïp naøy, do saûn phaåm laø Acetone – vôùi yeâu caàu coù ñoä tinh khieát cao khi söû duïng , coäng vôùi hoãn hôïp Acetone – Nöôùc laø hoãn hôïp khoâng coù ñieåm ñaúng phí neân choïn phöông phaùp chöng caát lieân tuïc laø hieäu quaû nhaát. Choïn loaïi thaùp chöng caát : Coù raát nhieàu loaïi thaùp ñöôïc söû duïng, nhöng ñeàu coù chung moät yeâu caàu cô baûn laø dieän tích beà maët tieáp xuùc pha phaûi lôùn, ñieàu naøy phuï thuoäc vaøo ñoä phaân taùn cuûa moät löu chaát naøy vaøo löu chaát kia . Ta khaûo saùt hai loaïi thaùp chöng caát thöôøng duøng laø thaùp maâm vaø thaùp cheâm: Thaùp maâm goàm thaân thaùp hình truï, thaúng ñöùng, phía trong coù gaén caùc maâm coù caáu taïo khaùc nhau, treân ñoù pha loûng vaø pha hôi ñöôïc cho tieáp xuùc vôùi nhau. Goàm coù : maâm choùp, maâm xuyeân loã , maâm van. Thöôøng söû duïng maâm choùp . Thaùp cheâm laø moät thaùp hình truï, goàm nhieàu ñoaïn noái vôùi nhau baèng maët bích hay haøn . Vaät cheâm ñöôïc ñoå ñaày trong thaùp theo moät hay hai phöông phaùp : xeáp ngaãu nhieân hay xeáp thöù töï . Choïn loaïi thaùp ñeäm ñeå thöïc hieän quaù trình chöng caát vì nhöõng öu ñieåm sau: Caáu taïo ñôn giaûn Trôû löïc thaáp Tuy nhieân thaùp ñeäm cuõng coù nhöôïc ñieåm laø: Hieäu suaát thaáp Ñoä oån ñònh keùm. Thuyeát minh quy trình coâng ngheä: Hoãn hôïp Aceton – nöôùc coù noàng ñoä Aceton 30% (theo soá mol), nhieät ñoä khoaûng 270C taïi boàn chöùa nguyeân lieäu (1), ñöôïc bôm qua thieát bò gia nhieät ( trao ñoåi nhieät vôùi saûn phaåm ñaùy)(5). Sau ñoù ñöôïc ñöa ñeán thieát bò ñun noùng nhaäp lieäu(6) baèng hôi nöôùc baõo hoøa, ôû ñaùy nhaäp lieäu ñöôïc ñöa ñeán nhieät ñoä soâi vaø ñöôïc ñöa vaøo thaùp chöng caát(11). Trong thaùp, hôi ñi töø döôùi leân gaëp chaát loûng töø treân xuoáng. ÔÛ ñaây coù söï tieáp xuùc vaø trao ñoåi nhieät giöõa hai pha vôùi nhau. Pha loûng chuyeån ñoäng trong phaàn chöng caøng xuoáng döôùi caøng giaûm noàng ñoä caáu töû deã bay hôi vì ñaõ bò noài ñun loâi cuoán caùc caáu töû. Nhieät ñoä caøng leân treân caøng thaáp , neân khi hôi ñi töø döôùi leân thì caáu töû coù nhieät ñoä soâi cao laø nöôùc seõ ngöng tuï laïi, cuoái cuøng treân ñænh thaùp ta thu ñöôïc hoãn hôïp coù caáu töû Aceton chieám nhieàu nhaát ( 95% theo phaàn mol ). Hôi naøy ñi vaøo thieát bò ngöng tuï(14 ). Moät phaàn loûng ngöng ñöôïc hoài löu veà thaùp, moät phaàn chaát loûng ngöng ñi qua thieát bò laøm nguoäi saûn phaåm ñænh (17 ). Moät phaàn caáu töû coù nhieät ñoä soâi thaáp ñöôïc boác hôi, coøn laïi caáu töû coù nhieät ñoä soâi cao trong chaát loûng ngaøy caøng taêng. Cuoái cuøng, ôû ñaøy thaùp ta thu ñöôïc hoån hôïp loûng goàm haàu heát caáu töû khoù bay hôi (nöôùc). Hoãn hôïp loûng ôû ñaùy coù noàng ñoä Aceton laø 3% theo phaàn mol, coøn laïi laø nöôùc. Dung dòch loûng ôû ñaùy thaùp ñöôïc ñun taïi noài ñun (12 ) ,boác hôi cung caáp laïi cho thaùp ñeå tieáp tuïc laøm vieäc, phaàn coøn laïi trao ñoåi nhieät vôùi nhaâïp lieäu. Heä thoáng laøm vieäc lieân tuïc cho ra saûn phaåm ñænh laø Aceton, saûn phaåm ñaùy sau khi trao ñoåi nhieät vôùi nhaäp lieäu ñöôïc thaûi boû. Sô ñoà quy trình coâng ngheä chöng caát hoãn hôïp Aceton – nöôùc: CHÖÔNG 2 : CAÂN BAÈNG VAÄT CHAÁT Caân baèng vaät chaát: Soá lieäu ban ñaàu: Naêng suaát 1500kg/h Noàng ñoä dung dòch ñaàu: xF = 30% mol Noàng ñoä ñænh: xD = 95% mol Noàng ñoä dung dòch ñaùy: xW = 3% mol Caùc kyù hieäu: F ,:löôïng nhaäp lieäu ban ñaàu (kmol/h), (kg/h) D,: löôïng saûn phaåm ñænh (kmol/h), (kg/h) W,: löôïng saûn phaåm ñaùy (kmol/h), kg/h) xF: noàng ñoä mol acetone trong nhaäp lieäu xD: noàng ñoä mol acetone trong saûn phaåm ñænh xW: noàng ñoä mol cuûa acetone trong saûn phaåm ñaùy Phöông trình caân baèng vaät chaát: F = D + W (1) F xF = D xD + W xW (2) Tính khoái löôïng trung bình: MtbF =xF M1 + (1-xF) M2 =0,3x58+(1-0,3)18=30kg/kmol MtbD =xD M1 + (1-xD) M2 =0,95x58+(1-0,95)18=56kg/kmol MtbW =xW M1+ (1-xW) M2 =0,03x58+(1-0,03)18=19,2kg/kmol Suaát löôïng saûn phaåm ñænh: D ==26,786 (kmol/h) Töø (1) vaø (2) ta coù: Giaûi heä phöông trình treân ta ñöôïc: hay Ñoà thò caân baèng acetone- nöôùc: Thaønh phaàn caân baèng loûng (x)- hôi (y) tính baèng phaàn % mol vaø nhieät ñoä soâi cuûa hoãn hôïp 2 caáu töû ôû 760 mmHg x 0 5 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 y 0 60,3 72 80,3 82,7 84,2 85,5 86,9 88,2 90,4 94,3 100 t 100 77,9 69,6 64,5 62,6 61,6 60,7 59,8 59 58,2 57,5 56,9 Veõ ñoà thò y-x: Ñoà thò T- xy Xaùc ñònh chæ soá hoài löu thích hôïp: Chæ soá hoái löu toái thieåu: Ñöôøng caân baèng veõ theo soá lieäu thöïc nghieäm coù khoaûng loõm neân ñeå xaùc ñònh Rm, töø A(0,95;0,95) veõ AB tieáp xuùc ñöôøng caân baèng caét truïc tung taïi ñieåm coù tung ñoä goùc laø 0,65. Ta co ù: Rm= 0,65 Rm = 0,462 Chæ soá hoài löu thích hôïp: Cho caùc giaù trò Rxi > Rxmin ñeå tìm caùc giaù trò tung ñoä Bi töông öùng vaø veõ caùc ñöôøng noàng ñoä laøm vieäc cuûa ñoaïn luyeän öùng vôùi caùc giaù trò Bi ñoù : Bi = Tìm caùc ñieåm a ( y= x= xD ), b( y= x= xW ) vaø ñöôøng x = xF ( song song vôùi truïc tung ). Cöù moãi giaù trò Bi ta veõ ñöôïc ñöôøng noàng ñoä laøm vieäc cuûa ñoaïn luyeän vaø ñoaïn chöng . Nhö vaäy öùng vôùi moãi giaù trò Rxi ta coù soá ñôn vò chuyeån khoái chung töông öùng laø mxi. Ta coù baûng sau : Rxi Bi mx mx(Rxi+1) 0.600 0.594 11.139 7.2834 0.785 0.532 8.595 7.5321 0.878 0.506 5.934 6.0881 0.970 0.482 5.94 6.7318 1.063 0.460 6.313 7.7737 1.155 0.441 5.928 8.0018 Theå tích thaùp laø V = f * H f : tieát dieän thaùp, m2 H : chieàu cao laøm vieäc cuûa thaùp, m Ta bieát tieát dieän cuûa thaùp tæ leä thuaän vôùi löôïng hôi ñi trong thaùp, maø löôïng hôi laïi tæ leä thuaän vôùi löôïng loûng hoài löu trong thaùp, nhö vaäy tieát dieän thaùp tæ leä vôùi löôïng hoài löu . Töùc laø f ~ ( Rx + 1 ) * GD Trong moät ñieàu kieän laøm vieäc nhaát ñònh thì GD laø khoâng ñoåi, neân f ~ ( Rx + 1). Coøn chieàu cao thaùp tæ leä vôùi soá ñôn vò chuyeån khoái H ~ mx , neân cuoái cuøng ta coù theå vieát V = f*H ~ mx ( Rx + 1) Töø ñoù ta seõ laäp ñöôïc söï phuï thuoäc giöõa Rx _ mx * ( Rx + 1 ) . Moái quan heä naøy seõ cho ta tìm ñöôïc moät giaù trò Rx maø theå tích cuûa thieát bò chöng caát öùng vôùi noù laø toái öu Rxth . Veõ ñoà thò quan heä giöõa (mx*(Rxi + 1) _ Rxi ) ñeå tìm Rxth . Ñöôøng laøm vieäc : Phöông trình ñöôøng laøm vieäc cuûa phaàn caát : y=x + = 0.474x +0.5 Phöông trình ñöôøng laøm vieäc cuûa phaàn chöng : y=x - xW f == Þy= 2.267x -0.038 Caân baèng naêng löôïng: Caân baèng nhieät löôïng cho thaùp chöng caát: Phöông trình caân baèng naêng löôïng : QF+QD2+QR=Qy+QW+QXq2+QNg2 Nhieät löôïng do hoån hôïp ñaàu mang vaøo QF(J/h) QF=CFtF Trong ñoù: = 2783.13(Kg/h) tF = 62.5OC (Nhieät ñoä ñi vaøo cuûa hoån hôïp ñaàu : ôû traïng thaùi loûng soâi) CF : Nhieät dung rieâng: tF = 62.5OC Ž CNöôùc = 4188.265(J/Kg.ñoä) CAcetone = 2313.125(J/Kg.ñoä) CF = F x CAcetone + (1 -F ) x CNöôùc = 0.58 x 2313.125 + (1 – 0.58) x 4188.265 = 3100.684 (J/Kg.ñoä) Þ QF = 2738.13 x 3100.684 x 62.5 = 0.53 x 109 (J/h) = 147.395(kW) Nhieät löôïng do hôi ñoát mang vaøo thaùp QD2(J/h) QD2 = D2l2 = D2(r2 + C2q2) Duøng hôi nöôùc ôû As 2at , r2 = 2208 (kJ/Kg) , tO = 119.6OC T2,C2 : tO vaø Nhieät dung rieâng cuûa nöôùc ngöng (J/Kg.ñoä) Nhieät löôïng do löu löôïng loûng hoài löu mang veà: QR = QR x CR x tR Trong ñoù: CR = CD : Nhieät dung rieâng cuûa saûn phaåm ñænh tDO = 57.5OC Ž CAceton = 2296.875 (J/Kg.ñoä) CNöôùc = 4188.125 (J/Kg.ñoä) CD = CR = D x CAceton + (1 -D) x CNöôùc = 0.984 x 2296.875 + (1 - 0.984) x 4188.125 = 2327.135 (J/KG.ñoä) GR = x R = 1500 x 0.9 = 1350 (Kg/h) tR = tD = 57.5OC. Þ QR = 1.806 x 108 (J/h) = 50.18(kW) Nhieät löôïng do hôi mang ra ôû ñænh thaùp Qy : Qy = (1 +R) x lD Trong ñoù: lD : Nhieät löôïng rieâng cuûa hôi ôû ñænh thaùp lD = lAcetone x D + lNöôùc x (1 - D) D = 0.984 lAcetone = rAcetone + tD x CAcetone lNöôùc = rNöôùc + tD x CNöôùc ôû tD = 57.5OC rAcetone = 523.35 (kJ/Kg) rNöôùc = 2426.77 (kJ/Kg) Þ lNöôùc = 2667.59 x 103 (J/Kg) lAcetone = 655.42 x 103 (J/Kg) Þ lD = 687.614 (kJ/Kg) Þ Qy = 1.96 x 109 (J/h) = 544.361 (kW) Nhieät löôïng do saûn phaåm ñaùy mang ra QW: Trong ñoù : = 1238.12 (Kg/h) , W = 0.091 tW = 85OC Þ CAcetone = 2386.25 (J/Kg.ñoä) CNöôùc = 4200 (J/Kg.ñoä) ÞCW = 4034.054 (J/Kg.ñoä) Þ QW = 0.424 x 109 (J/Kg) = 117.93 (kW) Nhieät löôïng toån thaát toûa ra moâi tröôøng xung quanh QXq2: QXq2 = 5% x QD2 Vaäy : Löôïng hôi ñoát caàn thieát ñeå ñun soâi dung dòch ôû ñaùy thaùp: QD2 - QXq2 = Qy + QW – QF - QR Þ D2 = = 797.57 (Kg/h) Caân baèng nhieät löôïng cho thieát bò ngöng tuï: Ngöng tuï hoaøn toaøn : (1 +R) x rD = Gnl x Cn x (t2 – t1) Trong ñoù : t1,t2: Nhieät ñoä vaøo vaø ra cuûa nöôùc laøm laïnh Choïn nhieät ñoä vaøo vaø ra cuûa nöôùc laøm laïnh laø: t1 = 27OC t2 = 40OC Þ 1,2 = = 33.5OC Þ rAcetone = 521.46 (kJ/Kg) rNöôùc = 2425.60 (kJ/Kg) Þ rD = D x rAcetone + (1 -D) x CNöôùc = 551.93 x 103 (J/Kg) Suaát löôïng nöôùc caàn tieâu toán: Þ Gnl = = = 28940.87 (Kg/h) Caân baèng nhieät löôïng cuûa thieát bò laøm laïnh: Phöông trình caân baèng naêng löôïng : (rD + CD x (t1’-t2’)) = Gn3 x Cn x (t2-t1) t1’= 57.5OC Ž Nhieät ñoä vaøo cuûa saûn phaåm ñænh. t2’= 30OC Ž Nhieät ñoä ra cuûa saûn phaåm ñænh. t1 = 27OC Ž Nhieät ñoä vaøo cuûa nöôùc laøm laïnh. t2 = 40OC Ž Nhieät ñoä ra cuûa nöôùc laøm laïnh. ttb = 33.5OC Ž Nhieät ñoä trung bình cuûa nöôùc laøm laïnh. Cn = 4176.625 (J/Kg.ñoä) ôû 33.5OC CAcetone =2252.19(J/Kg.ñoä) ôû t = = 43.75OC Cn = 4177.625 (J/Kg.ñoä) ôû t=43.75OC Þ Löôïng nöôùc caàn duøng : Gn3 = = 17292.684(Kg/h) Caân baèng naêng löôïng cho thieát bò gia nhieät (taän duïng nhieät saûn phaåm ñaùy): Duøng nhieät saûn phaåm ñaùy ñeå gia nhieät cho nhaäp lieäu. Choïn nhieät ñoä ra cuûa saûn phaåm ñaùy laø 450C Qw = Gw.Cw.(85-45) = 0.344x4034.05x(85-45) = 55508.825(W) Giaû söû nhieät ñoä maát maùt ra moâi tröôøng laø 40% Þ Qw’ = 95%.Qw = 46131 (W) Nhieät ñoä ra cuûa nhaäp lieäu laø : QF = Qw’ = GF.CF.(t-27) Þ t = CHÖÔNG 3 : TÍNH TOAÙN THIEÁT BÒ CHÍNH Ñöôøng kính thaùp: Ñöôøng kính thaùp ñöôïc xaùc ñònh theo coâng thöùc: D= Trong ñoù: Vtb löôïng hôi trung bình ñi trong thaùp(m3/h) tb toác ñoä hôi trung bình ñi trong thaùp(m/s) Vì löôïng hôi vaø löôïng loûng thay ñoåi theo chieàu cao thaùp vaø khaùc nhau trong moãi ñoaïn neân ta phaûi tính ñöôøng kính trung bình rieâng cho töøng ñoaïn: chöng vaø caát. Ñöôøng kính ñoaïn caát: Noàng ñoä trung bình cuûa pha loûng: x’m= Noàng ñoä trung bình cuûa pha hôi theo phöông trình ñöôøng laøm vieäc: y’m=0.474x’m+0.5=0.796 Nhieät ñoä trung bình cuûa pha loûng, pha hôi theo giaûn ñoà T-x x’m=0.625 t’x=590C y’m=0.796 t’y=650C Khoái löôïng mol trung bình, khoái löôïng rieâng cuûa pha hôi: M’m=y’m.Ma+(1-y’m).Mn=49.84(kg/kmol) = Khoái löôïng rieâng cuûa pha loûng: x’m=0.625 phaàn khoái löôïng t’x=590C Löôïng hôi trung bình ñi trong ñoaïn caát: gtb= * gd : löôïng hôi ra cuûa saûn phaåm ñænh gd=GR+GD=(Rx+1)=2850kg/h * g1: löôïng hôi ñi vaøo ñoaïn caát: g1=G1+GD=G1+GD=G1+1500 Löôïng hôi g1, haøm löôïng y1, löôïng loûng G1 ñöôïc xaùc ñònh theo: (x1=) r1=ray1+(1-y1)rn rd=ra Taïi tF=62.50C _ Taïi tD=57.50C _ Giaûi heä treân ta ñöôïc: Do ñoù: gtb= Vaän toác hôi ñi trong thaùp: Lg :Toác ñoä baét ñaàu taïo nhuõ töông(m/s); :Beà maët rieâng cuûa ñeäm(m2/m3);Vd:Theå tích töï do cuûa ñeäm(m3/m3); g: Gia toác troïng tröôøng(m/s2); Gx,Gy: Löôïng loûng vaø löôïng hôi trung bình(kg/h); :Khoái löôïng trung bình cuûa loûng vaø cuûa hôi(kg/m3);:Ñoä nhôùt cuûa pha loûng ôû nhieät ñoä trung bình vaø ñoä nhôùt cuûa nöôùc ôû 200C(Ns/m2) A = 0.125 rytb = 1.797 (Kg/m3) sxtb = 776.39 (Kg/m3) Choïn ñeäm voøng Raschig baèng söù, kích thöôùc 25 x 25 x 3 (mm) Caùc thoâng soá ñeäm: tx’ = 59 " mx = 0.2316 x 103 (Ns/m2) Gx = 607.83 (Kg/h) = 0.169 (Kg/s) Gy = 2478.915 (Kg/h) = 0.689 (Kg/s) rn = 1000 (Kg/m3) Lg Þ ws’ = 6.11 (m/s) Choïn toác ñoä laøm vieäc w = 0.85.ws’=5.19 (m/s) Ñöôøng kính ñoaïn caát: Dcaát = Löôïng hôi trung bình ñi trong thaùp: Vtb (m3/h) = gtb (Kg/h) x rytb (Kg/m3) = 2478.915 x 1.797 = 1379.47 (m3/h) Þ Dcaát = = 0.3 (m). Ñöôøng kính ñoaïn chöng: Noàng ñoä trung bình pha loûng: xm” = = = 0.165 Noàng ñoä trung bình pha hôi theo phöông trình ñöôøng laøm vieäc: ym” = 2.267 x xm” - 0.038 = 0.336 Nhieät ñoä trung bình cuûa pha loûng, pha hôi töø giaûn ñoà Txy: xm” = 0.165 " tx” = 65OC ym” = 0.336 " ty” = 88OC Khoái löôïng mol trung bình vaø khoái löôïng rieâng pha hôi: Mm” = ym” x Macetone + (1 – ym”) x Mnöôùc = 0.336 x 58 + (1 – 0.336) x 18 = 31.44 (Kg/mol) y” = = = 1.061 (Kg/m3) Khoái löôïng rieâng pha loûng: xm” = 0.165 " = 0.389 tx” = 65OC " Þ rx” = 869.93 (Kg/m3) Löôïng hôi trung bình ñi trong ñoaïn chöng: gtb’ = (Kg/h) Trong ñoù: g1’: löôïng hôi ñi vaøo ñoaïn chöng gn’: löôïng hôi ra khoûi ñoaïn chöng Vì löôïng hôi ra khoûi ñoaïn chöng baèng löôïng hôi ñi vaøo ñoaïn luyeän neân gn’ = g1 Hay gtb’ = Löôïng hôi ñi vaøo ñoaïn chöng g1’ ,löôïng hôi loûng G1’ vaø haøm löôïng loûng x1’ ñöôïc xaùc ñònh theo phöông trình caân baèng vaø caân baèng naêng löôïng: xw = 0.03 " w = 0.091 yw = 0.4 (phaàn mol) döïa vaøo ñöôøng caân baèng (phaàn khoái löôïng) g1. r1 = 1572413.4 r1’ = ra .w + (1 - w).rb Taïi ñaùy thaùp: tw = 85OC " r1’= 501.893 x 0.754 + (1 – 0.754) x 2361.355 = 959.32 (kJ/Kg) g1’ = = 1639.09 (Kg/h) G1’ = 1639.69 + 1238.12 = 2877.21 (Kg/h) x1’ = Þ Löôïng hôi trung bình ñi trong ñoaïn chöng: gtb’ = Vaän toác hôi ñi trong thaùp: Lg tx” = 65 " mx” = 0.2225 x 103 (Ns/m2) Gx = 2877.21 (Kg/h) = 0.799 (Kg/s) Gy = 1837.46 (Kg/h) = .052 (Kg/s) Þ ws’ = 6.22 wtb’ = 0.85 x ws’ = 5.29 (m/s) D = = = 0.344 (m) Vtb = 1873.46 x 1.061 = 1765.75 (m3/h) Choïn ñöôøng kính : D = 400 (mm). Chieàu cao thaùp: * Chieàu cao cuûa thaùp ñeäm (toaøn thaùp): H = N1 x htñ + (0.8 ¸ 1) (m) Trong ñoù: N1: Soá ñóa lyù thuyeát 0.8 ¸ 1 : Khoaûng caùch cho pheùp ôû ñænh vaø ñaùy thaùp (m) htñ: Chieàu cao töông ñöông cuûa baäc thay ñoåi noàng ñoä, coù theå tính theo caùc coâng thöùc sau: htñ = K x x dñb x Vñc x x x x Trong ñoù: K : heä soá a,b,c,d,e,f: caùc soá muõ,tìm baèng thöïc nghieäm rx,ry : Khoái löôïng rieâng trung bình cuûa pha loûng vaø pha hôi (Kg/m3) mx,my : Ñoä nhôùt trung bình cuûa pha loûng vaø pha hôi (Ns/m2) (khoái löôïng rieâng, ñoä nhôùt laáy theo nhieät ñoä trung bình) Gx,Gy: Löôïng loûng vaø löôïng hôi trung bình ñi trong thaùp m : heä soá goùc caân baèng y= f(x) vôùi maët phaúng ngang (Kg/h) Ta coù : K = 176.4 d = 0.342 a = 0.2 e = 0.19 b = -1.2 f = 0.038 c = 1 Gx = = = 1742.52 (Kg/s) Gy = = = 2244.545 (Kg/h) rx = = = 823.16 (Kg/m3) ry = = = 1.429 (Kg/m3) dñ = 195 (m2/m3) Vñ = 0.75 (m3/m3) wy = = = 5.24 (m/s) tOtb loûng = = = 62OC tOtb hôi = = = 76.5OC lg mhh = x1 x lg m1 + x2 x lg m2 Trong ñoù: m1,m2:ñoä nhôùt ñoäng löïc cuûa caùc caáu töû thaønh phaàn x1,x2: noàng ñoä phaàn mol cuûa caùc caáu töû trong hoån hôïp tOx = 62OC " m1(Acetone) = 0.227.103 (Ns/m2), x1 = 0.03 m2(Nöôùc) = 0.4578.103 (Ns/m2), x2 = 0.97 Þlg mx = 0.03 lg 0.227.10-3 + 0.97 lg 0.4578.10-3 = -3.348 Þ mx = 0.4483.10-3 (Ns/m2) tOy = 76.5OC " m1 = 0.2053.10-3 (Ns/m2), x1 = 0.95 m2 = 0.3766.10-3 (Ns/m2), x2 = 0.05 Þ lg my = 0.95 x lg 0.2053.10-3 + 0.05 lg 0.3766.10-3 = -3.6744 Þ my = 0.2116.10-3 (Ns/m2) Þ htñ = 176.4 x x 195-1.2 x 0.751 x = 1.1996 (m) Þ H = N1 x htñ + (0.8 ¸1) » 8 (m) * Chieàu cao laøm vieäc cuûa thaùp: H’ = hñv x mx (m) hñv : chieàu cao cuûa moät ñon vò chuyeån khoái (m) mx: soá ñôn vò chuyeån khoái xaùc ñònh theo noàng ñoä pha loûng mx = hñv = h1 + Trong ñoù: h1 : chieàu cao cuûa 1 ñôn vò chuyeån khoái ñoái vôùi pha hôi h2 : chieàu cao cuûa 1 ñôn vò chuyeån khoái ñoái vôùi pha loûng h1 = h2 = 256. a: heä soá phuï thuoäc vaøo daïng ñeäm : ñeäm voøng a = 0.123 mx : ñoä nhôùt pha loûng (Ns/m2) ( mx = 0.4483.10-9 (Ns/m2) Vñ : theå tích töï do cuûa ñeäm (Vñ = 0.75 (m2/m3)) rx: Khoái löôïng rieâng pha loûng (rx = 823.16 Kg/m3) y :heä soá thaám öôùt cuûa ñeäm ,noù phuï thuoäc vaøo tyû soá giöõa maät ñoä töôùi thöïc teá leân tieát dieän ngang cuûa theùp vaø maät ñoä töôùi thích hôïp, xaùc ñònh baèng ñoà thò (H.IX 16,[5]) Ut = ; maät ñoä töôùi thöïc teá (m3/m2h) Uth = B.dñ ; maät ñoä töôùi thích hôïp (m3/m2.h) B = 0.065 (m3/m.h) ( Baûng IX.6,[5]) ÔÛ ñaây : Vx :löu löôïng theå tích chaát loûng (m3/h) Vx = = = 2.1176 (m3/h) Ft : dieän tích maët caét thaùp (m2) Ft = = = 0.125 (m2) dñ : dieän tích beà maët rieâng cuûa ñeäm (m2/m3) = 195 (m2/m3) Rey : Chuaån soá Re pha hôi Ry = = Rex : Chuaån soá Re pha loûng Rx = = Dy : heä soá khueách taùn trong pha hôi (m2/s) Dy = Trong ñoù: T = 273 + 76.5 = 349.5OK P = 1 at MA = MAcetone = 58 (g/mol) MB = Mhôi nöôùc = 18 (g/mol) VA,VB :theå tích mol cuûa khí A,B VA = VAcetone =3 x 14.8 + 6 x 3.7 + 7.4 = 74 (cm3/mol) VNöôùc = 18.9 (cm3/mol) Þ Dx :heä soá khueách taùn trong pha loûng: Dx = Trong ñoù: MB :Khoái löôïng mol cuûa dung moâi, MB = 18 (g/mol) T: 273 + 62 = 335OK m’ : ñoä nhôùt cuûa dung dòch (cp) mNöôùc’ = 0.4578.10-3 (Ns/m2) = 0.4578 (cp) f: heä soá keát hôïp cho dung moâi f = 2.6 VA: theå tích mol cuûa dung chaát ` VAcetone = 74(cm2/mol) Þ Dx = = 2.8 x 10-5(cm2/s) =2.8 x 10-9 (m2/s) Pry : Chuaån soá Pran cuûa pha hôi Pry = = (N) Prx : Chuaån soá Pran cuûa pha loûng Prx = Xaùc ñònh heä soá thaám öôùt j Utt = Uth = B.dñ = 0.065(m3/m.h) x 195(m2/m3) = 12.675(m3/m2.h) Töø baûng IX.6,[5] Þ j = 1 h1 = h2 = 2.56 = 2.56 hñv = h1 + H’ = hñv x mx = 1.752 x 5.9 = 10.34 (m) Phaàn tính trôû löïc cuûa thaùp: Ñöôøng kính töông ñöông: dtñ = Chuaån soá Renoy: * Phaàn caát: " Þ DPöc = (1+Kc).DPkc Kc = Þ Kc = t0 = 59 Þ lgmx = 0.625lg0.23.10-3+(1-0.625)lg0.469.10-3 Þ mx = 0.3.10-5 (Ns/m2)) Þ DPöc = 34269.92(N/m2) * Phaàn chöng: (my(ch) = 0.13.10-4 (Ns/m2)) Þ DPöch =18703.85(N/m2) Þ Toång trôû löïc: DP = DPöc + DPöch = 52973.77(N/m2). CHÖÔNG 4 :TÍNH TOAÙN CÔ KHÍ Tính chieàu daøy thaân thaùp: Choïn thieát keá thaân truï baèng phöông phaùp hoà quang. Thaân thaùp ñöôïc gheùp vôùi nhau baèng nhieàu moái gheùp bích. Chieàu cao ñeäm ñoaïn chöng :1.752 x 2 =3.5 (m) Chieàu cao ñoaïn caát : 10.5 – 3.5 = 7.0(m) Chia thaùp laøm 3 ñoaïn : * Phaàn chöng:3.5(m) * Phaàn caát chia laøm 2 ñoaïn moãi ñoaïn laø : 3.5(m) Khoaûng caùch giöõa 2 taàng ñeäm laø :0.35 (m) Chieàu cao toaøn thaân thaùp : H’ = 0.4+ 3.5+0.35+3.5 +0.6 + 3.5+= 11.85 (m) Choïn vaät lieäu laøm thaân thaùp laø theùp khoâng gæ X18H10T ñeå thieát keá thaân, ñaùy vaø naép. Caùc thoâng soá ñaëc tröng cuûa theùp khoâng gæ laø : Giôùi haïn beàn keùo : sk = 550 x 106 (N/m2) Giôùi haïn beàn chaûy : sch = 220 x 106 (N/m2) Heä soá giaõn khi keùo 16.6 x 10-6 (1/OC) Khoái löôïng rieâng cuûa theùp : r = 7.9 x 103 (Kg/m3) Heä soá daãn nhieät : l = 16.3 (W/mOC) Heä soá an toaøn beàn keùo : nk = 2.6 Heä soá an toaøn beàn chaûy : nch = 1.5 Moâdun ñaøn hoài : = 2.01875 x 105 (N/mm2) Nhieät ñoä noùng chaûy : tOnc = 1400OC Heä soá Poatxong : m = 0.33 ÔÛ giöõa moãi ñoaïn ñeäm coù hai cöûa ñeå nhaäp ñeäm, thaùo ñeäm vaø laøm veä sinh. Ñöôøng kính cöûa laø 100 (mm), caùc cöûa naøy phaân boá doïc theo hai ñöôøng sinh cuûa thaùp. Ñieàu kieän laøm vieäc cuûa thaùp: Aùp suaát beân trong thaùp tính (taïi ñaùy thaùp ): P = Plv + Ptt + DPcö Ptt = rhh.g.H = Þ rhh = 937.84 Þ P = 9.81 x104 + 937.84 x 9.81 x11.85 + 52973.77= 261476.3(N/m2)= 0.261(N/mm2) Tính heä soá beàn cuûa thaân hình truï: jn = 0.95 (haøn tay hoaëc baèng hoà quang ñieän, giaùp moái hai beân) j = jn x Sd : Toång soá lôùn nhaát cuûa caùc ñöôøng kính caùc loå treân moät ñöôøng sinh Þ Sd =0.1x3+0.05 = 0.35 (m) ÖÙng suaát cho pheùp : [sK] = [sch] = [s] = min ([sK], [sch]) = 146.47 x106(N/m2) Kieåm tra : > 25 neân beà daøy thaân ñöôïc tính theo coâng thöùc sau: S’ = Beà daøy thöïc teá cuûa thaân thaùp: S = S’ + C C : Heä soá boå sung : C = Ca +Cb + Cc + Co Ca : Heä soá boå sung do aên moøn hoaù hoïc cuûa moâi tröôøng Cb : Heä soá boå sung do aên moøn cô hoïc cuûa moâi tröôøng Cc : Heä soá boå sung do sai leäch khi cheá taïo, laép raùp Co : Heä soá boå sung ñeå quy troøn kích thöôùc C = 10 (naêm) x 0.1 (mm/naêm) + 0.22 + Co =1.22 +Co S = 0.39+1.22 + Co = 3 (mm) Kieåm tra beà daøy cuûa thaân : Kieåm tra aùp suaát tính toaùn cho pheùp beân trong thieát bò : [P] = Kieåm tra öùng suaát theo aùp suaát thöû: s = P0 = Pth+Ptt=0.261x1.5+937.84x9.81x11.85x10-6 =0.5 N/mm2 s = Tính ñaùy, naép thieát bò: 1. Tính naép thieát bò: Choïn naép Ellipese tieâu chuaån loaïi coù gôø. Chieàu daøy S ñöôïc tính : S’ = hb : Chieàu cao phaàn loài cuûa ñaùy (naép) h1 = 0.25.Dt = 0.25 x 400 =100 (mm) jh : heä soá beàn moái haøn k : heä soá khoâng thöù nguyeân, k = Þ S’ = C = Ca +Cb + Cc + Co +2(mm) = 1 +0 +0.44 +Co +2 = 3.44 + Co Þ S = 0.38 + 3.44 + Co = 4 (mm) Kieåm tra beà daøy : Kieåm tra aùp suaát tính toaùn cho pheùp: [P]= Kieåm tra öùng suaát cho pheùp theo aùp suaát thöû thuyû löïc: 2. Tính ñaùy : Töông töï: D=1200 mm, h=25mm, ht=300, s=5mm Tính ñöôøng kính vaø bulon oáng daãn: Ñöôøng kính oáng daãn : (mm) Q: löu löôïng theå (m3/s) v: vaän toác (m/s) OÁng daãn hôi ra khoûi ñænh : Löu löôïng khí ñi qua oáng: Gy = Choïn v = 20 (m/s) Þ (mm) Þ Choïn d = 150 (mm) OÁng nhaäp lieäu : Tính töông töï : Þ d = 50 (mm) OÁng daãn loûng ra ôû ñaùy thaùp : d = 50 (mm) OÁng hoaøn löu : d = 50 (mm) Bích lieàn baèng kim loaïi ñen: Dy Dn D Db D1 Db Z 50 57 140 110 90 M12 4 150 159 260 225 202 M16 8 Tính bích noái Choïn bích lieàn khoâng coå. Tính toaùn theo phöông phaùp taûi troïng giôùi haïn. Vaät lieäu laøm bích cuøng loaïi vaät lieäu vôùi vaät lieäu laøm thaân. Bulon laøm baèng theùp CT3 T0 = 850C ÖÙng suaát cho pheùp cuûa vaät lieäu laøm bulon, bích: [s]85 = 86.75 (N/mm2) [s]85 = 108.94 (N/mm2) Caùc thoâng soá cuûa bích tra ôû baûng XIII.27,[5] Ñöôøng kính trung bình : Dt = 400 (mm) Ñöôøng kính bích : D = 515 (mm) Ñöôøng kính taâm bulon : Db = 475 (mm) Ñöôøng kính meùp vaùt : D1 = 450 (mm) Bulon : M16 Chieàu cao bích : h = t = 20 (mm) Tính bulon Xaùc ñònh löïc neùn chieàu truïc : Q1 = Qa + QK Qa : löïc do aùp suaát trong thieát bò gaây neân. Qa = QK : löïc caàn thieát ñeå giöõ ñöôïc kín trong ñeäm QK = p.Dtb.b0.m.P Dtb = Dt + 2.b1 + 2.b/2 = 400 + 2x1.5 + 2x23.5/2 = 426.5 (mm) b1 = S/2 = 3/2 = 1.5 (mm) b = b0 = ½.b = 11.75 (mm) m :heä soá aùp suaát rieâng. Choïn ñeïm laø amiaêng daày d0 = 3 (mm) q0 = 10 (N/mm2), m = 2 QK = px426.5x11.75x2x.062 = 8245.5 Þ Q1 = Qa + QK = 41152.75 (N) Löïc caàn thieát ñeå eùp chaët ñeäm ban ñaàu: Q2 = p.Dtb.b0.q0 = 3.14x426.5x11.75x10 = 157357.18 (N) Löïc taùc duïng leân 1 con bulon: Ñöôøng kính chaân ren : der = [s] = k0 .[s]’ = 0.5x86.75 = 43.375 (N/mm2) Þ Choïn db » 16 hay M16. Kieåm tra laïi vieäc choïn Z Chu vi voøng bulon : C = p.Db = px475 = 1491.5 x = C/Zchoïn = 1491.5/20 = 74.575 Kieåm tra : thì P < 0.3 (thoûa) Tính bích : Xaùc ñònh: Beà daøy bích : t1 = k = 1 + tt = = 14.5 (mm) Þ Choïn t = 20 (mm) * Bulon : Kích thöôùc bulon sinh ñaàu 6 caïnh theo tieâu chuaån:dcr = 16 (mm) Chieàu roäng ñaàu bulon : D = 25 (mm) Chieàu cao ñaàu bulon : h = 9 (mm) Chieàu daøi bulon : l = 70 (mm) Chieàu daøi ren : 38(mm) Ñóa phaân phoái loûng: Ñöôøng kính thaùp : Dt = 400 (mm) Ñöôøng kính ñóa : Dñ = 250 (mm) OÁng daãn chaát loûng : 19 oáng loaïi 25 x 2 (mm) Böôùc oáng daãn loûng treân ñóa : 48 (mm) Ñóa ñöôïc laøm baèng theùp CT3 coù beà daøy laø 5 (mm) Löôùi ñôõ ñeäm Ñöôøng kính löôùi : Dl = 369 (mm) Chieàu roäng böôùc : b = 23 (mm) Beà roäng thanh ñôõ ñeäm : 5 (mm) Xaùc ñònh beà daøy löôùi ñôõ ñeäm : Khoái löôïng treân löôùi : m = mñeäm khoâ + mnöôùc meäm khoâ = möôùc = = 319.314 (Kg) Þ m = 583.07 (Kg) Taûi troïng treân löôùi : Chieàu daøy tính toaùn toái thieåu cuûa loûi oáng : (mm) K = 0.45 ¸0.6 , Choïn K = 0.6 åd : toång soá döôøng kính caùc loå trong voû oáng. P : AÙp suaát tính toaùn voû oáng. Dn : Ñöôøng kính voû oáng Dn = 369 (mm) Goïi x laø soá thanh treân löôùi neân coù (x + 1) khe Þ 5x + 18(x+1) = 369 Þ x = 15 Þ åd = 16 x 18 = 288 Þ Þ S = 400 x 0.45 x (mm) Choïn s = 10 (mm) Tính tai treo, chaân ñôõ: Tính sô boä khoái löôïng thaùp: G = Gthaân +Gñaùy + Gnaép + Gbích + Gñeäm + Gnöôùc + Gloûng + Gñóa phaân phoái +Gnoài ñun Thaân : Gthaân = Ñaùy : Gñ = 64.2 (Kg) Þ Gñaùy = 1.01x64.2 = 64.842 (Kg) Naép : Gn = 6.6 (Kg) Þ Gnaép = 1.01x6.6 = 6.67 (Kg) Bích : Gbích = Soá bích A : Ñöôøng kính ngoaøi cuûa bích Dn : Ñöôøng kính ngoaøi cuûa thaân thaùp Þ Gbích = = 123.72 (Kg) Ñeäm : Gñeäm = (Kg) Löôùi : Khoái löôïng moät thanh : Khoái löôïng moät löôùi : 15 x Þ Glöôùi = 3x15x (Kg) Loûng : Gloûng = = 1754.86 (Kg) Noài ñun : Gnoài = Gthaân + Gloûng + Goáng xoaén + Gbích Gthaân = (Kg) Gloûng = (Kg) Goáng xoaén = (kg) Gbích = (Kg) Þ Gnoài = 1813.8 (Kg) Ñóa: åG = 4,969.612 (Kg) Taûi troïng cuûa thaùp : Gmax = åG x 9.81 = 48752 (N) Tính tai treo: Choïn vaät lieäu laøm tai treo laø theùp CT3 , taám loùt laø vaät lieäu laøm thaân thieát bò. Choïn soá tai treo laø 4. Þ Taûi troïng cho pheùp leân 1 tai treo laø : G’ = Gmax/4 = 48752/4 = 12188 (N) Caùc thoâng soá cuûa tai treo Taûi troïng cho pheùp Treân moät tai treo G.10-4 (N) Beà maët ñôõ F.104 m2 Taûi troïng cho pheùp Leân beà maët ñôõ q.10-6(N/m2) L B B1 H S l a d 2.5 173 1.45 150 120 130 215 8 60 20 30 Taám loùt : Cao : H = 260 (mm) Beà roäng : B = 140 (mm) Daày : S = 6 (mm) Chaân ñôõ: Soá chaân ñôõ: 4 Caùc thoâng soá cuûa chaân ñôõ Taûi troïng cho pheùp treân 1 chaân ñôõ : G.10-4 Beà maët ñôõ F.104 (m2) Taûi troïng cho pheùp Treân beà maët ñôõ q.10-6(N/m2) L B B1 B2 H l1 S l d 2.5 444 0.56 250 180 215 290 350 185 16 90 27 CHÖÔNG 5 : TÍNH TOAÙN THIEÁT BÒ PHUÏ Thieát bò ngöng tuï saûn phaåm ñænh: Doøng nöôùc laïnh ñi trong oáng, doøng saûn phaåm ñænh ñi ngoaøi oáng. Ñieàu kieän nhieät ñoä cuûa quaù trình: =57.5-27=30.50C =57.5-40=17.50C ==23.40C Nhieät löôïng caàn trao ñoåi vôùi thieát bò ngöng tuï: Qnt=(R+1)rD= Löôïng nöôùc laïnh caàn giaûi nhieät: Gn= Choïn thieát bò loaïi oáng chuøm, ñaët naèm ngang, vaät lieäu baèng ñoàng thau, heä soá daãnnhieät: 93 W/mK Thieát bò goàm 187 oáng, xeáp thaønh 7 hình 6 caïnh, soá oáng ôû voøng ngoaøi cuøng laø 43 oáng. Choïn oáng coù ñöôøng kính laø 25x2mm. Ñöôøng kính trong thieát bò: Dtb=t(b-1)+4dn=35(15-1)+4x25=625mm t: böôùc oáng; choïn t=1.4dn=1.4x25=35mm. b: soá oáng treân ñöôøng cheùo cuûa hình 6 caïnh. a: soá oáng treân moät caïnh cuûa hình 6 caïnh ngoaøi cuøng b=2a-1=2x8-1=15 Heä soá caáp nhieät töø saûn phaåm ñænh ñeán thaønh thieát bò: Töø tt1=57.50C tra ñöôïc : 748.75(kg/m3) 0.23.10-3(Ns/m2) r=523350(J/kg) : aån nhieät ngöng tuï acetone. C=2296.875(J/kg.ño) ä: nhieät dung rieâng cuûa acetone. 0.165W/m.ñoä: heä soá caáp nhieät cuûa acetone. dtd= Choïn =30C Töø ñoù ta tính ñöôïc ñoä). Heä soá caáp nhieät trung bình cuûa chuøm oáng: ==0.6x3151=1890(W/m2.ñoä) Heä soá caáp nhieät töø thaønh ñeán nöôùc: Töø 0C tra ñöôïc: W/m.ñoä Vaän toác nöôùc ñi trong oáng: = Re=4199.25_ Choïn _tw= ttb2+=48.50C Tra chuaån soá Pr33.5=5.2 Pr42.5=4.8 Tính ñöôïc Nu=24.87 =621.86 Nhieät taûi rieâng: qn=5596.74 qch==5671.8 <5%(thoaû) Heä soá truyeàn nhieät K: K==413.68 Beà maët truyeàn nhieät:F= Chieàu daøi oáng truyeàn nhieät: L=. Thieát bò gia nhieät nhaäp lieäu: Sau khi taän duïng nhieät cuûa saûn phaåm ñaùy ñeå gia nhieät cho nhaäp lieäu thì nhieät ñoä cuûa nhaäp lieäu 46.50C, chöa ñeán nhieät ñoä soâi. Vì vaäy, tieáp tuïc gia nhieät cho nhaäp lieäu baèng hôi nöôùc baõo hoøa ôû aùp suaát 2at, T0C = 119.60C. Doøng noùng : 119.60C " 119.60C. Doøng laïnh : 41.130C " 62.50C. Choïn thieát bò laø oáng xoaén, baèng ñoàng thau, ñöôøng kính 25x3(mm) Doøng nhaäp lieäu ñi trong oáng, doøng noùng ñi ngoaøi oáng : DtL = 119.6 – 41.13 = 78.470C DtN = 119.6 – 62.5 =- 57.10C Þ Dtcos = Nhieät löôïng hôi nöôùc caàn cung caáp: QF = CF.GF.(62.5 – 41.13) = 3100.68x0.76x(62.5 – 41.13) = 50358.76(W) Giaû söû nhieät maát maùt laø 5% Þ QF’ = 1.05.QF = 52876.7 (W) Hôi ngöng tuï ngoaøi oáng xoaén: (W/m2.0C) tng = 119.60C " r = 470984 (J/Kg) Choïn Dt1 = 50C " tw1 = tng - Dt1 = 119.6 – 5 = 114.6 0C qng = ang.Dt1 = 29817.85(W/m2.0C) Chaát loûng soâi suûi boït: as = (Kcal/m2.h.0C) r : aån nhieät hoaù hôi (Kcal/m.h.0C) Ts : Nhieät ñoä soâi (0K) s : Söùc caêng beà maët treân maët giôùi haïn phaân chia giöõa loûng vaø hôi (Kg/m) Cf : Nhieät dung rieâng cuûa chaát loûng (Kcal/Kg.0C) rf : Khoái löôïng rieâng cuûa hôi (Kg/m3) rf : Khoái löôïng rieâng cuûa loûng (Kg/m3) mf : Ñoä nhôùt ñoäng löïc hoïc cuûa chaát loûng (Kg.s/m3) q : Nhieät taûi (Kcal/m2.h) lf : Ñoä daãn nhieät cuûa chaát loûng (Kcal/m.h.0C) Þ r = 470.984 (KJ/Kg) = 112.41 (Kcal/Kg) rh = 943.4 (Kg/m3) mh = 0.232.10-3 (Ns/m2) = 2.35.10-5 (Kg.s/m2) Ts = 62.50C = 335.50K Cf = 3100.68 (J/Kg.ñoä) = 0.74 (Kcal/Kg.ñoä) rf = 827.22 (Kg/m3) lf = A.Cp.r. Þ ls = 4152.2 (Kcal/m2.h.0C) = 4828.99 (W/m2.0C) Nhieät trôû cuûa lôùp caën caùu hai phía vaø baûn thaân thieát bò: r1 = 1/5800 r2 = 1/11600 Þ år = 2.91.10-4 Nhieät taûi rieâng : qnq = qw = qs : Choïn Dt1 = 5 " tw1 = tnq - Dt1 = 114.60C Dt2 = 6 " tw2 = ts - Dt2 = 68.50C Dt = tw1 –tw2 = 46.10C Þ qs = 4828.99 x 6 = 28973.94 K = F = Chieàu daøi toaøn boä cuûa oáng : Choïn ñöôøng kính voøng xoaén : D = 0.25(m) = 250 (mm) " Chieàu daøi moät voøng xoaén : lx = 0.25.p = 0.785 (m) Soá voøng xoaén : n = Lx/lx= 8.5 (voøng) » 8 (voøng) Khoaûng caùch giöõa 2 voøng xoaén : hx = 1.5.dx = 1.5 x 0.025 = 0.0375 (m) Chieàu daøi moät böôùc xoaén : hbx = hx + dx = 0.0625 (m) Chieàu daøi toaøn boä voøngxoaén : H = nx . hbx = 8.5x0.0625 = 0.53(m) Noài ñun Duøng hôi nöôùc baõo hoaø coù aùp suaát tuyeät ñoái laø 2 at, T = 119.60C ñeå caáp nhieät cho dung dòch. Doøng noùng : 119.60C (hôi) ® 119.60C (hôi) Doøng laïnh : 850C (loûng) ® 990C Dt1 = 119.60C – 850C = 34.60C Dt2 = 119.60C – 990C = 20.60C Þ Nhieät löôïng hôi nöôùc caàn cung caáp : QD2 = 1.05.(Qy + Qw – QF – QR ) = 488 (KW) Choïn thieát bò laø oáng xoaén, ñöôøng kính d = 25 x 3 (mm) Hôi ngöng tuï trong oáng xoaén : (W/m2.0C) tnq = 119.60C " r = 470984 (J/Kg) Choïn Dt1 = 50C " tw1 = tnq - Dt1 = 114.60C Þ Chaát loûng soâi ( 3% mol laø Aceton, 97% mol nöôùc) (Kcal/m2.h.0C) r = 471.984 (KJ/Kg) = 112.41 (Kcal/Kg) rh = 943.4 (Kg/m3) mh = 2.35.10-5 (Kg.s/m2) Ts = 990C = 372 0K Cf = 4034.05 (J/Kg.ñoä) rf = 937.84 (Kg/m3) lf = A.Cp.r. Þ as = 4437.02 (Kcal/m2.h.0C) = 5160,25 (W/m2.0C) Nhieät trôû cuûa lôùp caën caùu 2 phía vaø baûn thaân thieát bò: år = Þ år = 2.91.10-4 Nhieät taûi rieâng: qnq = qw = qs qnq = anq.Dt1 = 29817.85 qw = qs = as.Dt2 Choïn Dt1 = 5 " tw1 = tnq - Dt1 = 114.60C Dt2 = 5.5 " tw2 = ts + Dt2 = 99 + 5.5 = 104.50C Dt = tw1 – tw2 = 10.10C Þ qs = as.Dt2 = 5160.25x5.5 = 28381.375 (thoûa) ÞK = F = (m2) Chieàu daøi toaøn boä cuûa oáng : Vì oáng xoaén daøi quaù thì trôû löïc lôùn, khi ngöng tuï hôi beân trong oáng thì nöôùc ngöng deã tích laïi laøm giaûm beà maët truyeàn nhieät. Vì vaäy, ta coù theå chia oáng xoaén ra 3 ñoaïn boá trí theo daïng 3 truï ñoàng taâm. Choïn voøng ngoaøi cuøng coù ñöôøng kính: D1 = 1100 (mm) Chieàu daøi moãi voøng : lx1 = p.D1 = 3.454 (m) Soá voøng xoaén: n1 = 20 (voøng) Chieàu daøi 20 oáng: Lx1 = lx1.n1 = 69.08 (m) Khoaûng caùch giöõa 2 voøng xoaén: hx = 1.5.dx = 37.5 (mm) Chieàu daøi moät böôùc xoaén: hbx = hx + dx = 62.5 (mm) Chieàu daøi toaøn boä oáng truï voøng xoaén: H = n1.hbx = 1.25 (m) Choïn voøng thöù 2 coù ñöôøng kính : D2 = 700 (mm) Chieàu daøi moãi voøng : lx2 = p.D2 = 2.198 (m) Soá voøng xoaén: n2 = 19 (voøng) Chieàu daøi 20 oáng: Lx2 = lx2.n2 = 41.726 (m) Choïn voøng thöù 3 coù ñöôøng kính : D3 = 380 (mm) Chieàu daøi moãi voøng : lx3 = p.D3 = 24.158 (m) Chieàu daøi 20 oáng: Lx3 = Lx – Lx1 –Lx2 = 24.158 (m) Soá voøng xoaén: n3 = = 20 (voøng) Bôm Aùp duïng phöông trình Bernoulli cho 2 maët caét 1-1 va 2-2 Maø: P1 = P2 = 1at g1 = g2 (cuøng moät löu chaát) V1 = V2 Z1 = 0 Þ Hb = Z2 +åhf = 7000 + åhf åhf : toång trôû löïc bao goàm :toån thaát doïc ñöôøng trong oáng daãn thaúng toån thaát cuïc boä toån thaát trong oáng xoaén Choïn chieàu daøi oáng daãn laø : L = 11 (m), ñöôøng kính D = 25 (mm) F = 2738.13 (Kg/h), r = 869.3 (Kg/m3) Q = 8.75.10-4 (m3/s) d1 = 25 (mm) Þ v1 = 1.8 (m/s) Q = 8.75.10-4 (m/s) d2 = 50 (mm) Þ v2 = 0.45 (m/s) Ta coù : Re = x1 = x2 = x3 = x4 = x5 = x6 = x7 = x8 = x9 = 0.5 F1/F2 = d1/d2 = 25/50 = 0.5 x10 = 0.25 x11 = 1 Þ Hb = 7.0 + 3.8 = 10.8 (m) Þ Coâng suaát bôm ly taâm: Nt = Coâng suaát ñoäng cô ñieän : Nñc = htr : hieäu suaát truyeàn ñoäng hñc : hieäu suaát ñoäng cô Ñeà phoøng quaù taûi, choïn bôm coù coâng suaát: N = 2.Nt = 2x0.11 = 0.22 (KW). CHÖÔNG 6 : TÍNH GIAÙ THAØNH THIEÁT BÒ Chi tieát Khoái löôïng vaät lieäu (kg) Theùp X18H10T CT3 Ñoàng thau Voû thaùp 355.4 Naép+ ñaùy 71.5 Noài ñun 152.2 Oáng xoaén 237.8 Bích noái thaân 123.72 Löôùi ñôõ ñeäm 2.79 Löôùi phaân phoái loûng 56.23 Caùc oáng daãn 2 S 581.1 182.74 273.8 Vaät lieäu Giaù(ñoàng/ kg) Thaønh tieàn Theùp X18H10T 50000 29055000 CT3 10000 1827400 Ñoàng thau 15000 3567000 Bulon Soá löôïng Giaù (ñoàng/ con) Thaønh tieàn M8 8 5000 740000 M10 8 M12 12 M16 88 M20 32 Chi tieát khaùc Ñoàng/ñôn vò Thaønh tieàn Löu löôïng keá 500000 1000000 Nhieät keá 200000 200000 Bôm 2000000 880000 Toång tieàn vaät tö laø: 37269400 ñoàng Tieàn coâng cheá taïo tính baèng 100% tieàn vaät tö. Do ñoù toång soá tieàn laø 74538800 ñoàng. TAØI LIEÄU THAM KHAÛO [1]. Voõ Vaên Ban, Vuõ Baù Minh,’’Giaùo trình Quaù trình vaø thieát bò coâng ngheä hoùa hoïc Taäp 3’’, ÑHBK Tp.HCM. [2]. Phaïm Vaên Boân, ‘’Giaùo trình Quaù trình vaø thieát bò coâng ngheä hoùa hoïc Taäp 5’’, ÑHBK Tp.HCM. [3]. Phaïm Vaên Boân,Vuõ Baù Minh, Hoaøng Minh Nam, ’’Giaùo trình Quaù trình vaø thieát bò coâng ngheä hoùa hoïc Taäp 10 – Ví duï vaø Baøi taäp‘’, ÑHBK Tp.HCM. [4]. ‘’Soå tay Quaù trình vaø thieát bò coâng ngheä hoùa hoïc Taäp 1’’, ÑHBK Haø Noäi. [5]. ‘’Soå tay Quaù trình vaø thieát bò coâng ngheä hoùa hoïc Taäp 2’’, ÑHBK Haø Noäi [6]. Gs,Ts Ngueãn Bin, ‘’Thieát bò trong coâng ngheä hoaù chaát vaø thöïc phaåm, Taäp 1 vaø Taäp 2’’. [7]. Phan Vaên Thôm,’’ Soå tay thieát keá thieát bò hoaù chaát vaø cheá bieán thöïc phaåm ña duïng’’,1992. [8].Hoà Leâ Vieân, “Thieát keá vaø tính toaùn caùc chi tieát thieát bò hoaù chaát”, Nhaø xuaát baûn KH vaø KT-Haø Noäi, 1978. [9].Traàn Vaên Thaïnh,’’Hoaù hoïc höõu cô’’, ÑHKT Tp. HCM, Boä moân höõu cô,1998.