TỔNG QUAN
1.1 Giới thiệu về BD
1.1.1 Sơ lược về BD
1.1.1.1 Khái niệm về Diesel:
BD đã manh nha từ rất sớm năm 1853 nhờ công trình nghiên cứu của E.Dufy và J.Patrick về chuyển hóa este của dầu thực vật, nhưng BD chỉ được chính thức ghi nhận vào ngày 10/08/1893, ngày mà kỹ sư người Đức Rudolf Christian Karl Diesel cho ra mắt động cơ Diesel chạy bằng dầu lạc, sau đó ngày 10/08 được chọn là Ngày BD quốc tế ( International BD Day). Đến năm 1907 Herry Ford, người sáng lập công ty đa quốc gia Ford Motor Company, cho ra đời chiếc xe bằng Etanol. Nhưng do xăng dầu có nguồn gốc từ nhiên liệu hóa thạch có giá rẻ hơn nên nhiên liệu sinh học chưa được coi trọng. Nhưng trong thời gian gần đây, do giá xăng dầu tăng nhanh, nguy cơ cạn kiệt nhiên liệu hóa thạch đe dọa và yêu cầu bức thiết về chống sự biến đổi khí hậu toàn cầu mà nhiên liệu sinh học trở thành một nhu cầu thiết thực của nhân loại, nhất là khi các công nghệ biết đổi gen góp phần làm tăng đột biến sản lượng một số sản phẩm nông lâm nghiệp.
Tóm lại, có thể hiểu một cách tổng quát Diesel là loại nhiên liệu bất kì dùng cho động cơ Diesel. Dựa theo nguồn gốc, có thể chia Diesel thành 2 loại:
Petrodiesel ( thường được gọi tắt là Diesel) là 1 loại nhiên liệu lỏng thu được khi chưng cất dầu mỏ ở phân đoạn có nhiệt độ từ 175 0C đến 370 0C, thành phần chủ yếu là hidrocacbon từ C16 – C21.
Biodiesel: có nguồn gốc từ dầu thực vật ( cỏ, tảo, cây Jatropha, cây cao su ) hay mỡ động vật. Các loại dầu mỡ động thực vật, dầu mỡ thải tuy rằng có thể cháy ở điều kiện thường nhưng vì có độ nhớt cao, một số loại có chỉ số acid lớn nên chúng không thể dùng trực tiếp cho các động cơ mà chúng cần phải được chuyển hoá thành Monoankyl – Este rồi mới đem đi sử dụng. Theo phương diện hóa học, BD là metyl este của những acid béo ( trong đó, thành phần tạo năng lượng chủ yếu là gốc hidrocacbon).
TÀI LIỆU THAM KHẢO:
[1]: hội thảo khoa học
[2]: Báo cáo kết quả
[3]: Lê Duy Hùng, Thiết kế phân xưởng chế biến Biodiesel từ mỡ cá da trơn (60 tấn dầu cá ngày), Luận văn tốt nghiệp, 2008.
[4]: Sản xuất
[5]: Nguyễn Minh Tuyển, Quá trình và thiết bị khuấy trộn trong công nghệ.
[6]: Nguyễn Văn Lụa, Quá trình và thiết bị công nghệ hóa học và thực phẩm, tập 1 các quá trình và thiết bị cơ học, quyển 1 khuấy lắng lọc.
[7]: Nguyễn Bin (chủ biên), Sổ tay Quá trình và Thiết bị hóa chất tập 1, NXB Khoa học & Kỹ thuật, Hà Nội, 2004.
[8]: Nguyễn Bin (chủ biên), Sổ tay Quá trình và Thiết bị hóa chất tập 2, NXB Khoa học & Kỹ thuật, Hà Nội, 2004.
[9]:Hồ Lê Viên, tính toán thiết kế các chi tiết thiết bị hóa chất và dầu khí, ĐH Bách Khoa Hà Nội.
[10]:Bảng tra cứu quá trình cơ học và truyền nhiệt.
[11]: Quá trình và thiết bị truyền nhiệt,tập 5 quá trình và thiết bị truyền nhiệt, quyển 1 truyền nhiệt ổn định.
[12]: Nguyễn Thị Hồng Nơ (2005). Nghiên cứu tổng hợp biodiesel từ dầu thực vật với xúc tác rắn. Luận văn tốt nghiệp, trường Đại học Bách Khoa TPHCM.
[13]: Phan Ngọc Anh (2002). Nghiên cứu cơng nghệ sản xuất biodiesel từ dầu ăn phế thải. Luận văn cao học, trường Đại học Bách Khoa TPHCM.
[14]: 10. Nguyễn Thị Phương Thoa (2005). Điều chế nhiên liệu diesel sinh học (biodiesel) từ dầu thực vật phế thải theo cơng nghệ hĩa siêu âm. Báo cáo tổng kết đề tài nghiên cứu khoa học, trường Đại học Khoa học Tự nhiên, Đại học Quốc Gia TPHCM.
[15]: Nguyễn Hữu Lương, Tổng quan tài liệu về các nghiên cứu sản xuất biodiesel, Trường Đại học Bách Khoa Tp.HCM, 2005.
[16]:Phạm Văn Bôn, Quá trình và thiết bị trong công nghệ hoá học & thực phẩm - Tập 5 - Quyển 1,Bài tập truyền nhiệt, NXB ĐHQGTPHCM, 2004
Đồ án dài 56 trang, chia làm 3 chương
68 trang |
Chia sẻ: banmai | Lượt xem: 2084 | Lượt tải: 3
Bạn đang xem trước 20 trang tài liệu Đồ án Tính toán thiết kế hệ thống sản xuất biodiesel từ hạt cao su, để xem tài liệu hoàn chỉnh bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên
cuûa thieát bò (döôùi taùc duïng cuûa ñieåm nhieät) ñeàu giaûm.
Choïn thieát bò thieát keá
Caùc quaù trình caàn caáp nhieät: quaù trình taêng nhieät ñoä cuûa hoãn hôïp doøng vaøo, quaù trình phaûn öùng, quaù trình bay hôi cuûa Methanol vaø toån thaát nhieät qua voû thieát bò... Nhieät löôïng caàn cung caáp ôû thieát bò phaûn öùng 2 vaø ôû thieát bò 14(theo sô ñoà nguyeân lyù ôû treân) laø lôùn nhaát. Tuy nhieân, theå tích löôïng loûng trong thieát bò 14 nhieàu hôn ôû thieát bò 2 neân ta seõ thöïc hieän tính toaùn thieát keá vaø kieåm tra caùc ñieàu kieän beàn cuõng nhö quaù trình khuaáy troän, trao ñoåi nhieät treân thieát bò naøy. Caùc thoâng soá thu ñöôïc cuõng seõ laø thoâng soá thieát keá cho caùc thieát bò töông töï coøn laïi trong heä thoáng.
CHƯƠNG 3: TÍNH TOÁN THIẾT BỊ
Thiết bị phản ứng chính
Caùc thoâng soá kyõ thuaät phuïc vuï cho tính toaùn thieát keá
STT
Chæ tieâu phaân tích
Phöông phaùp
Keát quaû
Ñôn vò
1
FFA
AOCS CD 3d – 93
28.58(Theo axit Oleic)
2
Thaønh phaàn axit beùo (theo keát quaû phaân tích saéc kí)
AOCS Ce 1e - 91
A. Palmitic (C16H32O2)
6.84
A. Palmitoleic (C16H30O2)
0.12
A. Stearic (C18H36O2)
9.15
A. Oleic (C18H34O2)
24.99
A. Linoleic (C18H32O2)
39.64
A. Linolenic (C18H30O2)
19.26
Baûng 1.9: Thaønh phaàn vaø haøm löôïng axit beùo coù trong daàu haït cao su.
( Theo [3] )
Phaân töû löôïng trung bình cuûa axit beùo: Mtb = 278,81 Kg/Kmol.
TryGlyxerit quy ñoåi cuøng axit beùo trung bình:MTG = 874,42 Kg/Kmol
Daàu cao su coù phaân töû löôïng trung bình laø Md = 551.78 Kg/Kmol.
Ta coù:
→ FFFA = 0,5417
→ % FFFA =
Daàu cao su ôû nöôùc ta % FFFA khoaûng 27,37%. Do khoâng coù ñieàu kieän thöïc hieän thí nghieäm, neân toâi seõ laáy keát quaû dựa theo baùo caùo “saûn xuaát BD töø daàu haït cao su coù haøm löôïng FFA cao” cuûa nhoùm taùc giaû A.S. Ramadhas, S. Jayaraj, C.Muraleedharan.
Caùc thoâng soá hoaù lyù:
Thoâng soá hoùa lyù
Daàu nhaäp lieäu
Methanol
Glyxerin
Daàu BD
Phaân töû löôïng trung bình Mi,Kg/Kmol
551,78
32
92
287,41
Khoái löôïng rieâng ρi, Kg/m3
1000,6*
770,0
1260,0
904,3
Nhieät dung rieâng Ci, J/Kg.K
2820
2715
3520
3110
Heä soá daãn nhieät λi, W/m.K
0,1100
0,2068
0,285
0,1722
Ñoä nhôùt µi, N.s/m2
35,6 10 -3
0,40 10 -3
2,6 10 -3
3,9 10 -3
Vôùi i laø d,m,g,b,n,a töông öùng vôùi thoâng soá cuûa daàu haït cao su, metanol, glycerin, BD, nöôùc vaø acid.
Kí hieäu F, m, X, x... vôùi caùc soá keøm theo i mang yù nghóa laø ta ñang ñeà caäp ñeán thaønh phaàn cuûa chaát naøo ñoù trong hoãn hôïp vaøo cuûa thieát bò i.
Chaúng haïn nhö : soá mol BD trong hoãn hôïp ñaàu vaøo cuûa thieát bò 6 _bình chöùa 6.
Doøng nöôùc giaûi nhieät:
Nhieät ñoä doøng vaøo: T1 = 300C
Nhieät ñoä doøng ra: T2 = 340C
Nhieät ñoä trung bình: Tn tb = 320C
Nhieät dung rieâng trung bình: Cn = 4181 J/Kg.K
Khoái löôïng rieâng:
Ñoä nhôùt:
Heä soá daãn nhieät:
ρd ñöôïc tính döïa theo [3], cuï theå nhö sau:
Khi daàu nhaäp lieäu coù chæ soá acid laø 34 thì hoãn hôïp coù %FFA laø 17%
(%FFA : khoái löôïng (g)FFA trong 100 mL nguyeân lieäu)
Chæ soá acid laø löôïng base ñöôïc bieåu dieãn theo löôïng mg KOH caàn phaûi coù ñeå trung hoøa caùc thaønh phaàn acid trong 1 g maãu thöû.
Trong 1 g maãu thöû
mol
→=0,169 g
→ Trong 1g daàu coù 0,169 g FFA (a)
Trong 100 mL daàu coù 17g FFA → coù 0,169 g FFA trong (b)
Töø (a)& (b), ta coù 1g daàu töông öùng vôùi 0,994 mL,do ñoù
Tính cân bằng vật chất
Phản ứng chuyển vị este ở giai ñoïan 1 duôùi taùc duïng cuûa xuùc taùc acid H2SO4
RCOOH+ CH3OH → RCOOCH3+ H2O
Xeùt 1 L daàu haït cao su nhaäp lieäu cho heä thoáng trong 1 ñôït nhaäp lieäu :
Vôùi daàu nhaäp lieäu coù %FFA laø 17%
=
Với dầu nhập liệu coù %FFA laø 27,37%
Dầu nhập liệu coù haøm lượng FFA 17%, thể tích Metanol cần duøng laø 0,2 L
Dầu nhập liệu coù haøm lượng FFA 27,37%, thể tích Metanol cần duøng laø
0,2 +
Giai ñoaïn 1
Theå tích methanol söû duïng
0.2 L
Giai ñoaïn 2
Theå tích methanol söû duïng
0.3 L
Ta xem theå tích xuùc taùc söû duïng xem nhö khoâng ñaùng keå:
1 L daàu haït cao su + 200 mL metanol (chöùa trongthieát bò 5) →taùch pha
Hoãn hôïp thu ñöôïc ñem ñi thöïc hieän tieáp giai ñoaïn 2 coù theå tích phuï thuoäc vaøo khaû naêng taùch pha vaø phuï thuoäc vaøo yeâu caàu veà ñoä tinh khieát cuûa saûn phaåm. Moät caùch töông ñoái, ôû ñaây ta choïn löôïng loûng thu ñöôïc laø 1 L
Thieát bò 13 chöùa löôïng loûng = 1 L hoãn hôïp (töø giai ñoaïn 1) + 300 mL metanol = 1,3 L.
Vôùi 1 L haït daàu cao su, theå tích laøm vieäc cuûa thieát bò 13 caàn laø 1.3 L.
Thieát bò phaûn öùng chính coù dung tích laøm vieäc laø 30 L (dung tích thieát keá laø 50)
Theå tích daàu cao su nhaäp lieäu töông öùng laø
Xeùt töông quan thôøi gian phaûn öùng giöõa 2 giai ñoaïn(theo [4] ):
Giai ñoaïn 1: 30 phuùt
Giai ñoaïn 2: 30 phuùt
→ Moät daõy ñôn nguyeân thieát bò ôû giai ñoaïn 1 töông öùng vôùi moät daõy ñôn nguyeân thieát bò ôû giai ñoaïn 2.
Sau khi hỗn hợp ở mẻ thứ i được tháo ra khỏi 1 thiết bị, hỗn hợp ở mẻ thứ i+1 được bơm ngay vào. Thời gian nhập và tháo hỗn hợp ra khỏi thiết bị ngắn. Tùy theo mục đích làm thí nghiệm khảo sát hay thực hiện qui trình sản xuất thử mà ta quyết định xem có rửa thiết bị giữa các mẻ hay không.
Xét năng suất của hệ thống khi thực hiện qui trình sản xuất thử:
Trong 1h ta nhaäp lieäu ñöôïc meû neân naêng suaát heä thoáng (tính theo daàu haït cao su):
Naêng suaát daàu haït cao su nhaäp lieäu G ñeå thöïc hieän phaûn öùng:
Thieát bò hoaït ñoäng 8 giôø/ngaøy.
G = L/ngaøy
Caùc ñieàu kieän phaûn öùng:
Daàu haït cao su ban ñaàu coù %FFA laø 27,37%, sau khi chuyeån hoùa este baèng acid thì %FFA coøn 2% laø ñaït yeâu caàu ñeå thöïc hieän tieáp giai ñoaïn 2
Hieäu suaát chuyeån hoùa FFA
% (ma pu/ma) =
Tyû leä metanol/ daàu haït cao su ( theo thể tích)
0,5:1
Giai ñoaïn 1
Tyû leä metanol/ daàu haït cao su ( theo theå tích)
0,2:1
Nhieät ñoä phaûn öùng, 0C
50
Thôøi gian phaûn öùng, phuùt
30
Haøm löôïng xuùc taùc,%( mxt/md)
0,5
Hieäu suaát chuyeån hoùa acid töï do,% (ma pu/ma)
92,7
Giai ñoïan 2
Tyû leä metanol/ daàu haït cao su ( theo theå tích)
0,3:1
Nhieät ñoä phaûn öùng,0C
45
Thôøi gian phaûn öùng, phuùt
30
Haøm löôïng xuùc taùc,%( mxt/md)
0,5
Hiệu suất các phản ứng
90%
Tyû leä thu hoài khoâng chæ phuï thuoäc nguyeân lieäu, ñieàu kieän phaûn öùng…maø coøn phuï thuoäc vaøo ñoä tinh khieát cuûa saûn phaåm (aûnh höôûng tröïc tieáp ñeán chæ soá hoài löu trong thieát bò taùch pha).Vôùi nhieàu yeáu toá taùc ñoäng phöùc taïp, vieäc xaùc ñònh tyû soá thu hoài chæ coù yù nghóa töông ñoái.ÔÛ ñaây ta choïn %( mBD/mTG)= 90%
Thoâng soá nhaäp lieäu:
Heä thoáng hoaït ñoäng theo cheá ñoä nhaäp lieäu giaùn ñoaïn, vì theá ôû ñaây ta tính toaùn caùc thoâng soá ôû thieát bò phaûn öùng chuyeån hoùa este baèng acid ( thuoäc giai ñoaïn 1 trong heä thoáng saûn xuaát) theo töøng meû.
Löôïng daàu nhaäp lieäu :
Löôïng metanol nhaäp lieäu :
Số mol acid H2SO4 nhaäp lieäu :
Phaàn mol cuûa daàu haït cao su Fd:
Löôïng acid beùo töï do trong daàu nhaäp lieäu:
Kg
Giai ñoaïn 1:
Phản ứng chuyển vị este ở giai ñoïan 1 duôùi taùc duïng của acid H2SO4:
RCOOH+ CH3OH → RCOOCH3+ H2O
Löôïng FFA tham gia phaûn öùng chuyeån hoùa este :
Löôïng BD taïo thaønh trong hoãn hôïp ra khoûi thieát bò 5
Sau phản ứng hỗn hợp trong thiết bị gồm Metyl este (BD), xuùc taùc acid H2SO4 ,metanol dư, triglycerit, acid beùo tự do chưa phản ứng . Thực ra ở giai ñoïan naøy,1 phần triglycerit cũng ñaõ chuyển thaønh BD, nhưng ở ñaây, do quaù trình diễn ra rất phức tạp vaø vieäc xaùc ñònh nồng ñoä caùc chất trong hỗn hợp rất khoù khăn neân vieäc xaùc ñònh lượng chính xaùc caùc chất trong hỗn hợp sau phản ứng laø ñieàu khoâng thể. Chính vì thế, ở giai ñoïan naøy toâi xem phản ứng chuyển hoùa triglycerit thaønh BD laø khoâng xảy ra.
Sau phaûn öùng
Löôïng BD:
Lượng glyceride: khoâng ñoåi
Löôïng acid (ta xem nhö löôïng acid bay hôi khoâng ñaùng keå):
Löôïng Metanol dö:
Lượng nước:
Löôïng FFA dư:
Hoãn hôïp ra khoûi thieát bò 5 ñöôïc daãn vaøo thieát bò taùch pha. Lôùp treân chuû yeáu goàm metanol dö, acid sunfuric vaø taïp chaát ñöôïc taùch boû. Pha döôùi chöùa chuû yeáu laø triglyceride, BD ñöôïc phaân taùch vaø söû duïng cho giai ñoaïn 2_ chuyeån hoùa este baèng xuùc taùc kieàm. ÔÛ ñaây, ta xem löôïng: metanol, acid sunfuric, taïp chaát…coøn soùt laïi trong hoãn hôïp pha döôùi khoâng ñaùng keå; löôïng triglyceride vaø BD thu hoài vôùi hieäu suaát 90%; löôïng FFA coøn laïi trong hoãn hôïp vaøo thieát bò taùch raát ít, qua quaù trình taùch pha löôïng FFA giaûm ñaùng keå, do ñoù ta xem nhö löôïng FFA0
Giai ñoaïn 2:
Nguyeân lieäu vaøo thieát bò 13 goàm:
Löôïng TG:
Löôïng BD:
Löôïng metanol:
Löôïng xuùc taùc kiềm:
(1)
Hieäu suaát phaûn öùng (1): 90%
Khi thöïc hieän giai ñoaïn taùch pha, hieäu suaát taùch pha ñaït 90%.
Khi thöïc hieän giai ñoaïn röûa, hieäu suaát thu hoài BD cuûa quaù trình taùch ñaït 90% .
Löôïng BD thu ñöôïc do phaûn öùng chuyeån hoùa este baèng acid
Löôïng BD thu ñöôïc khi thực hiện phaûn öùng chuyeån hoùa este baèng kieàm
g
Lượng TG dư:
Lượng Metanol dư:
Hoãn hôïp trong thieát bò 14 goàm:
Thaønh phaàn
Tröôùc khi thöïc hieän phaûn öùng
Sau khi thöïc hieän phaûn öùng
FTriglyceride, Kmol
FBD, Kmol
1,88
6,52
FMetanol, Kmol
Daàu sau phaûn öùng coù thaønh phaàn FFA khaùc vôùi daàu nhaäp lieäu (ñoä cheânh leäch khoâng lôùn laém). Tuy nhieân, do soá lieäu thu ñöôïc töø caùc thí nghieäm laø raát haïn cheá, neân ta xem nhö .
Thaønh phaàn
Tröôùc khi thöïc hieän phaûn öùng
Sau khi thöïc hieän phaûn öùng
mTriglyceridKg
15,04
15,04
mBDKg
5,23
18,74
mMetanolKg
5,31
3,83
Löôïng Glycerine vaøo thieát bò 16:
Tröôùc khi thöïc hieän phaûn öùng:
+
Phaàn khoái löôïng cuûa daàu haït cao su( xem khoái löôïng xuùc taùc laø khoâng ñaùng keå):
Sau khi thöïc hieän phaûn öùng
+
Hỗn hợp vào thiết bị 16 gồm Metanol dư , Glycerine và Triglyceride:
Tính chaát hoaù lyù cuûa hoãn hôïp phaûn öùng thay ñoåi theo thôøi gian phaûn öùng. Vôùi heä thoáng phaûn öùng hoaït ñoäng giaùn ñoaïn thì thoâng soá hoaù lyù seõ thay ñoåi theo vò trí löu chaát trong töøng thieát bò. Choïn thoâng soá hoaù lyù cuûa hoãn hôïp theo giaù trò trung bình coäng cuûa hoãn hôïp doøng löu chaát nhaäp lieäu ban ñaàu vaø hoãn hôïp löu chaát ra khoûi heä thoáng thieát bò keát thuùc phaûn öùng vaø taïm coi ñaây laø giaù trò duøng ñeå tính thieát keá cho thieát bò.
Nhieät dung rieâng cuûa hoãn hôïp ñaàu:
Nhieät dung rieâng cuûa hoãn hôïp cuoái:
Nhieät dung rieâng trung bình cuûa hoãn hôïp phaûn öùng:
Ñoä nhôùt cuûa hoãn hôïp cuoái giai ñoaïn 1: theo [5,(I.12),tr84]
0,09
→
Ñoä nhôùt cuûa hoãn hôïp cuoái:
0,01
→
Ñoä nhôùt trung bình cuûa hoãn hôïp trong thieát bò:
Tính kích thước thiết bị
23 L daàu ban ñaàu + 4,6L Metanol → phaûn öùng→ taùch pha
Vì khoâng coù soá lieäu thöïc nghieäm neân ôû ñaây toâi xem löôïng dung dòch thu ñöôïc ñem thöïc hieän phaûn öùng ôû giai ñoïan 2 coù theå tích 23 L, löôïng dung dòch loaïi boû ( chöùa phaàn lôùn Metanol dö, xuùc taùc vaø taïp chaát) coù theå tích 4 L.
Theå tích laøm vieäc: Vlv = 30 L
Theå tích thieát keá: Vtt thuoäc khoûang laân caän 50 L
Thieát bò coù:
Chieàu cao : H
Ñöôøng kính trong : Dt
(a)
Vôùi thieát bò coù duøng caùnh khuaáy, ñeå thieát bò caân ñoái, ta choïn Dt = H
Khi Vñ =0,→
h
Choïn giaù trò ñöôøng kính quy chuaån Dt= 0,4 m.
ht
Ñaùy naép elíp tieâu chuaån coù gôø:
ht = 0,1 m
h = 25 m
Thay Vñ, Dt vaøo (a), tìm laïi H = 0,215m
Qui chuaån chieàu cao thieát bò H = 0,25 m.
Tæ soá khaù nhoû laøm thieát bò maát caân ñoái.
Choïn giaù trò ñöôøng kính quy chuaån Dt= 0,3 m
Choïn ht = 0,1 m vaø h = 40
→
Qui chuaån chieàu cao thieát bò Ht = 0,55 m.
Chieàu cao thuyû tónh cuûa hoãn hôïp chaát loûng trong thieát bò 5:
0,33 m
= 25= 0,46 m
Ta thaáy khi Dt= 0,30 m, chieàu cao thieát bò vaø chieàu cao möïc chaát loûng trong thieát bò ñeàu caân ñoái. Do ñoù choïn Dt = 0,30 m.
Aùp suaát tính toùan Ptt = Pth + Ph
Aùp suaát treân maët thoaùng Pth :
Thieát bò coù gaén sinh haøn (ñeå hoài löu hôi Metanol) thoâng tröïc tieáp vôùi khí quyeån, do ñoù aùp suaát treân maët thoaùng chaát loûng baèng aùp suaát khí quyeån
Pth = 1 at = 9,81
Aùp suaát Ph do löôïng loûng trong thieát bò gaây ra: Ph =
Khoái löôïng rieâng cuûa hoãn hôïp chaát loûng trong thieát bò 13 trước khi xảy ra phản ứng:
Khoái löôïng rieâng cuûa hoãn hôïp chaát loûng trong thieát bò 13 sau khi xảy ra phản ứng:
→ Ptt = Ph = 0,46
=0,4
Nhieät ñoä laøm vieäc Tlv :nhieät ñoä cao nhaát cuûa moâi tröôøng beân trong thieát bò
Tlv = 50 0C
Nhieät ñoä tính toùan Ttt :
Thieát bò ñöôïc gia nhieät baèng ñieän trôû ngoøai. Do ñoù ta laáy nhieät ñoä tính toaùn laø nhieät ñoä cao nhaát cuûa ñieän trôû trong luùc hoaït ñoäng.
Nhieät ñoä hoaït ñoäng cuûa ñieän trôû tuøy thuoäc vaøo giaù trò ñieän trôû, dieän tích tieáp xuùc giöõa ñieän trôû vaø thaân thieát bò, hieäu suaát nhieät, nhieät ñoä caàn ñaït ñeán sau khi gia nhieät, thôøi gian ñeå hoãn hôïp loûng ñaït ñöôïc nhieät ñoä yeâu caàu…
Ñieän trôû gia nhieät ta söû duïng daïng voøng nhieät, nhieät ñoä hoãn hôïp loûng caàn ñaït ñeán khoâng cao (50 0C), do ñoù ta laáy soá lieäu giaû ñònh nhieät ñoä ñieän trôû TR = 200 0C.
Ttt = TR+ 50 = 200 + 50=250 0C
Ñieän trôû gia nhieät ñöôïc thieát keá tuøy vaøo yeâu caàu cuûa khaùch haøng. Do ñoù, ta hoaøn toaøn coù theå choïn giaù trò giaû ñònh ñeå tính toaùn maø vaãn ñaûm baûo tính thöïc teá cuûa qui trình.
Vì moâi tröôøng hoaït ñoäng coù taùc nhaân aên moøn vaät lieäu neân phaûi duøng vaät lieäu laø theùp khoâng ræ, choïn vaät lieäu laø X18H10T. Moät soá tính chaát cuûa theùp X18H10T:
Beà daøy,mm
Giôùi haïn beàn
Ñoä daõn daøi töông ñoái khi keùo d,%
Ñoä nhôùt va ñaäp
sk
sc
1_3
540
220
40
2,0
4_25
550
220
38
2,0
Heä soá an toaøn khi cheá taïo thieát bò baèng phöông phaùp caùn vaø reøn : theo baûng 1.6,tr 14, [9]
Aùp suaát dö trong TB < 0,5 N/mm2
Heä soá beàn keùo nB
2,6
Heä soá beàn chaûy nBc
1,65
Heä soá moûi nm
1,5
Heä soá bieán daïng deûo nd
1,0
Giôùi haïn beàn moûi cuûa vaät lieäu, [sm]* = 450 x 106 N/m2
Heä soá hieäu chænh: hhc = 0,9. Thieát bò chöùa hoaù chaát ñoäc vôùi moâi tröôøng vaø khoâng bò ñoát noùng tröïc tieáp bôûi nguoàn ñoát.
Heä soá beàn moái haøn jh: theo baûng 1.8, tr 19, [9]
Thieát bò coù Dt=0,3 m , khoâng coù khaû naêng haøn giaùp moái 2 phía
→jh = 0,8
Khoái löôïng rieâng
Heä soá daãn nhieät
ÖÙng suaát cho pheùp tieâu chuaån: s*= 134 N/mm2 ( theo hình 1.2, tr 16, [9])
ÖÙng suaát cho pheùp : N/mm2
Beà daøy toái thieåu S’ cuûa thaân thieát bò :
Do Dt = 300 mm < 400 mm neân choïn sô boä S’ = 2 mm
Heä soá boå sung beà daøy tính toaùn:
Trong ñoù:
Ca: heä soá boå sung do aên moøn hoaù hoïc cuûa moâi tröôøng, mm
Choïn toác ñoä aên moøn v = 0,1 mm/naêm; thôøi gian söû duïng thieát bò laø 10 naêm neân Ca = v.t = 0,1.10 = 1 mm
Cb: heä soá boå sung do baøo moøn cô hoïc cuûa moâi tröôøng, mm
Choïn Cb= 0, do moâi tröôøng chaát loûng.
Cc: heä soá boå sung do sai leäch khi cheá taïo, laép raùp, mm.
Choïn Cc = 0 mm
C0: heä soá boå sung ñeå quy troøn kích thöôùc:
Co = 0 mm
⇒ C = 1 mm
Beà daøy tính toaùn cuûa thaân thieát bò:
S = S’ + C = 2 + 1 = 3 mm
Kieåm tra ñieàu kieän beàn:
⇒ Thoaû maõn ñieàu kieän beàn.
Choïn kích thöôùc ñaùy vaø naép nhö nhau.
Beà daøy ñaùy vaø naép baèng beà daøy thaân: S = 3 mm.
Kieåm tra aùp suaát cho pheùp tính toaùn ñoái vôùi ñaùy vaø naép khi chòu aùp suaát trong:
Trong ñoù Rt – baùn kính cong beân trong ôû ñænh ñaùy (naép), mm
Ñoái vôùi ñaùy (naép) eclipse tieâu chuaån thì Rt = Dt = 300 mm.
Do ñoù:
Vaäy vôùi beà daøy S = 3 mm thì thieát bò thoaû caùc yeâu caàu veà ñoä beàn.
Treân naép, ta caàn khoeùt caùc loã:
Loã ñeå gaén hoäp ñeäm (ñeå gaén truïc khuaáy) : ñöôøng kính 34 mm
2 loã ñeå gaén oáng nhaäp lieäu daàu haït cao su vaø Methanol: ñöôøng kính 25 mm (ñöôøng kính trong 20 m + 2 2 mm + khoaûng ñeå laøm kín choã noái ( baèng keo).
Loã gaén oáng dẫn nước để rửa thiết bị: ñöôøng kính 25 mm.
Loã ñeå gaén sinh haøn: ñöôøng kính 25 mm.
(chọn ống thép tiêu chuẩn Fd = 21,2 1,83 theo [15]
Áp suất làm việc của thiết bị là áp suất khí quyển, do đó khi khoét lỗ ở đáy và nắp ta không cần phải tăng cứng. tr125, HLV
Khoảng cách cho phép bé nhất A0 giữa 2 tâm lỗ gần nhau:
A0
Chọn A0 = 80 mm
Tính cân bằng năng lượng
Q = Q1+Q2+Q3+ Q4
Q: Nhieät löôïng do ñieän trôû cung caáp
Q1:Nhieät löôïng coù ích laøm noùng hoãn hôïp trong thieát bò 14 töø nhieät ñoä T1 ñeán 455 0C.
Q2: Nhieät löôïng cung caáp ñeå phaûn öùng xaûy ra.
Q3: Nhieät löôïng laøm bay hôi Metanol.
Q4 :Nhieät löôïng hao phí do :laøm noùng thaân thieát bò, thaát thoùat qua thaân thieát bò …
Tìm Q1:
T1 laø nhieät ñoä cuûa hoãn hôïp goàm:
Daàu ôû giai ñoïan 1: vì thôøi gian taùch pha laâu (khoaûng 4h). Nhieät ñoä daàu thay ñoåi tuøy vaøo heä soá hoài löu, tuøy thuoäc vaøo söï maát maùt nhieät qua thaân cuûa thieát bò taùch. ÔÛ ñaây ta xem T1= 250C
Metanol ôû nhieät ñoä 25 0C
Aùp duïng ñònh luaät baûo toøan nhieät naêng:
Nhieät löôïng daàu toûa ra khi giaûm nhieät ñoä = Nhieät löôïng do Metanol haáp thu ñeå taêng nhieät ñoä
J J
Tìm Q2:
Hieän taïi ta chöa xaùc ñònh coù giaù trò khoaûng bao nhieâu. ÔÛ ñaây toâi giaû ñònh
=
= 41,8
Tìm Q3 vaøQ4
Metanol trong hoãn hôïp boác hôi döôùi aùp suaát khí quyeån ôû nhieät ñoä nhoû hôn nhieät ñoä soâi cuûa dung dòch Metanol baõo hoøa. Löôïng Metanol bay hôi leân sinh haøn raát khoù (neáu noùi laø khoâng theå) xaùc ñònh ñöôïc. Nhieät löôïng hao phí ra moâi tröôøng cuõng khoâng theå tính toaùn moät caùch chính xaùc ñöôïc. Vì theá ta laáy Q3 =Q4= 5% Q
→ Q = Q1+Q2+Q3+ Q4= Q1+Q2+ (5%+5%)Q
→
→ Q3 =Q4= 5% Q =5%0,12
Xaùc ñònh coâng suaát nhieät cuûa ñieän trôû theo lyù thuyeát:
Thôøi gian ñieän trôû cung caáp nhieät cho thieát bò 14: t = 30 phuùt
Thôøi gian naâng nhieät ñoä hoãn hôïp töø nhieät ñoä ban ñaàu leân nhieät ñoä yeâu caàu: döôùi 5 phuùt.
phuùt
Trong 5 phuùt ñaàu, ñieän trôû cung caáp löôïng nhieät:
Q1 ñeå laøm noùng hoãn hôïp
Nhieät ñeå cung caáp cho phaûn öùng xaûy ra 1 phaàn vaø nhieät hao phí trong 5 phuùt ñaàu vôùi.
Luùc ñaàu noàng ñoä taùc chaát cao, sau khi gia nhieät toác ñoä phaûn öùng ñöôïc taêng cöôøng. Do ñoù ta raát khoù ñeå xaùc ñònh löôïng nhieät caàn cung caáp cho phaûn öùng taïi moãi khoaûng thôøi gian xaùc ñònh.
Löôïng nhieät thaát thoaùt cuõng raát khoù xaùc ñònh khi xeùt moät khoaûng thôøi gian xaùc ñònh trong quaù trình ôû thieát bò 15.
Ta xem löôïng nhieät löôïng cung caáp cho phaûn öùng vaø nhieät löôïng hao phí trong khoaûng thôøi gian t’ laø nhö nhau khi xeùt taïi baát kì thôøi ñieåm naøo cuûa quaù trình phaûn öùng taïi thieát bò 14.
Coâng suaát ñieän trôû:
Coâng suaát nhieät khi xeùt caû quaù trình : t = 30 phuùt
Choïn coâng suaát ñieän trôû P = max (P1;Ptb) = max(
Heä thoáng thieát bò ta thieát keá ôû ñaây coù theå duøng ñeå khaûo saùt tyû leä daàu haït cao su vaø Methanol toái öu. Hoãn hôïp tröôùc phaûn öùng caøng chöùa nhieàu Methanol, löôïng nhieät maát maùt do Methanol caøng nhieàu, tyû leä caøng lôùn
→ Tuøy vaøo khoaûng khaûo saùt cuûa tyû leä daàu vaø Methanol, heä soá tröø hao coâng suaát cuûa ñieän trôû caøng lôùn.
Choïn
→
Các thiết bị kèm theo
Tính toaùn choïn caùnh khuaáy:
Vaät lieäu laøm caùnh khuaáy, truïc khuaáy:
Do hoãn hôïp trong thieát bò ñöôïc gia nhieät, coù tính aên moøn cao (Metanol vaø base) neân theo baûng XII.45, tr 348,[8] vaø baûng XII.50, tr 352 ta choïn vaät lieäu cheá taïo caùc chi tieát tieáp xuùc tröïc tieáp vôùi moâi tröôøng trong thieát bò (nhö caùnh khuaáy, truïc khuaáy, boä phaän laøm kín…) laø theùp khoâng gæ X18H10T.
Choïn daïng caùnh khuaáy: döïa vaøo ñoä nhôùt
Chaát loûng trong thieát bò coù ñoä nhôùt , thuoäc daïng chaát loûng coù ñoä nhôùt thaáp, do ñoù coù theå khuaáy ñöôïc vôùi toác ñoä cao (chaát loûng trong thieát bò caàn ñöôïc khuaáy vôùi toác ñoä töông ñoái ñeå ñaûm baûo quaù trình troän laãn 2 pha khoù tan) maø khoâng ñoøi hoûi coâng suaát thieát bò khuaáy quaù lôùn.
Vôùi ñoä nhôùt cuûa chaát loûng nhö treân, theo hình 2.5 a, tr 31,[5], ta coù theå söû duïng caùnh khuaáy chaân vòt hoaëc caùnh khuaáy turbin hôû.Tuy nhieân, caùnh khuaáy turbin hôû coù khaû naêng pha troän caùc chaát khoâng tan vaøo nhau toát hôn, san baèng nhieät ñoä toát hôn, naêng löôïng söû duïng ít hôn nhieàu..khi so saùnh vôùi caùnh khuaáy chaân vòt.
→ Ta choïn caùnh khuaáy turbin hôû.
Kích thöôùc hình hoïc, vò trí laép ñaët caùnh khuaáy:
Theo baûng 2.9, tr 37, [5], caùch khuaáy turbin hôû coù 6 caùnh coù caùc thoâng soá hình hoïc sau:
dk
s1
b
dtr
a
0,75dk
d0
→
→ Choïn m
→
→
→
Chiều cao từ đáy thiết bị đến điểm thấp nhất của cánh khuấy hk:
→
→ Choïn
Kích thöôùc hình hoïc cuûa taám chaén vaø vò trí laép ñaët
Toác ñoä khuaáy n= 2 voøng/s thuoäc loaïi khuaáy nhanh. Ñeå taêng cöôøng söï chaûy xoaùy (töùc laø khaû naêng khuaáy troän doïc) vaø ñeå giaûm khaû naêng taïo pheãu, ta boá trí taám chaën. Caùc taám chaën naøy coù theå phaân boá ngay caïnh thaønh thieát bò hoaëc caùch thaønh thieát bò 1 ñoaïn. Khi boá trí ngay caïnh thaønh thieát bò seõ deã daãn ñeán vieäc hình thaønh vuøng öù ñoïng quanh taám chaén.Maëc duø chaát loûng ôû ñaây coù ñoä nhôùt khoâng cao, nhöng do ta söû duïng ñieän trôû ngoaøi ñeå gia nhieät, chaát loûng seõ raát deã bò quaù nhieät (nhieät ñoä cao hôn so vôùi nhieät ñoä caàn ñeå tieán haønh phaûn öùng), laøm taêng khaû naêng taïo saûn phaåm phuï ( taïo xaø phoøng, caùc saûn phaåm oxy hoùa khaùc….)…Do ñoù, toâi seõ choïn caùch boá trí taám chaën caùch thaønh thieát bò 1 ñoaïn.
Số tấm chặn:
Beà roäng taám chaën B:
→
→ Choïn
Bề dày tấm chặn:
→ Choïn
Khoaûng caùch töø taám chaën ñeán thaân thieát bò:
→ Choïn
Chieàu cao taám chaën baèng kích thöôùc thaân. Nhöng khi vaän haønh chieàu cao laøm vieäc cuûa taám chaën baèng vôùi möïc hoãn hôïp chaát loûng öùng vôùi phaàn thaân thieát bò:
→=
Chiều cao tấm chặn:
b/ Vaät lieäu cheá taïo:
Hoãn hôïp trong thieát bò coù tính aên moøn cao
Thieát bò ñöôïc gia nhieät baèng ñieän trôû ngoaøi
Toác ñoä khuaáy:
Vôùi moãi thí nghieäm khaûo saùt tæ leä caùc chaát phaûn öùng, nhieät ñoä, ñoä chuyeån hoùa cuûa caùc chaát…ñeàu öùng vôùi 1 toác ñoä khuaáy cuï theå. Theo baùo caùo khoa hoïc ta choïn laøm cô sôû ñeå tính toaùn caân baèng vaät chaát ôû treân thì toác ñoä khuaáy n= 2 voøng/s.
Chuaån soá Reynold khuaáy:
>
Theo tr 66, [5], vôùi giaù trò Rek nhö treân, ta xaùc ñònh ñöôïc cheá ñoä thuûy ñoäng cuûa hoãn hôïp laø cheá ñoä chaûy roái .
Coâng suaát khuaáy:
Theo IV.7a, tr 618, [7], coâng suaát khuaáy:
Coâng suaát khôûi ñoäng ñoäng cô thöôøng gaáp 2-3 laàn coâng suaát laøm vieäc:
W
Choïn N = 0,10 KW
Choïn maùy khuaáy coù coâng suaát :
Trong ñoù:
Heä soá döï truø laø 0,25
Hieäu suaát truyeàn löïc töø ñoäng cô sang maùy khuaáy . Choïn
Coâng suaát theå tích :
=
Thông thường, động cơ khuấy với công suất nhỏ thường đi kèm với bộ giảm tốc.
Với các thông số trên của động cơ khuấy, ta có thể chọn động cơ Varimot:
Hãng sản xuất Sew-Eurodrive.
Xuất xứ Đức
Công suất nhỏ nhất: 120 W.
Công suất lớn nhất 11 KW.
Giá tham khảo: 11 USD.
Tính thôøi gian khuấy ñeå ñaït ñöôïc möùc ñoä ñoàng nhaát xaùc ñònh:
Vaän toác doøng chaûy doïc truïc theo (3.35),tr135,[6]
Trong ñoù:
Soá löôïng caùnh khuaáy laép treân truïc khuaáy Zk =1
Heä soá trôû löïc caùnh khuaáy cuûa Tuabin hôû theo Baûng 3.1,tr118,[6]
Thoâng soá chöùa ñaày cuûa thieát bò theo (3.11),tr121,[6]
→
Heä soá khueách taùn theo 3.67, tr 153, [6]
Khi boá trí taám chaën trong thieát bò, theo [6] thì toác ñoä doïc truïc giöõ vai troø chuû yeáu trong thieát bò.Theo 3.68, tr 153, [6] thôøi gian khuấy ñeå hỗn hợp trong thiết bị ñaït ñöôïc ñoä ñoàng nhất
Vôùi laø chuaån soá Furie
laø ñoä ñoàng nhaát. Choïn
Tính beàn truïc:
Tính truïc khuaáy theo ñieàu kieän beàn: tính toaùn theo 5.1.2, tr 134, [5]
Tính toaùn ñöôøng kính truïc sô boä:
ÖÙng suaát xoaén cho pheùp:
Moâmen xoaén cuûa truïc khuaáy:
Trong đñoù:
- Coâng suaát ñoäng cô, W
- Heä soá dao ñoäng taûi, coù giaù trò töø 1,1 ñeán 1,6. Choïn Cx = 1,2
Qui chuaån
Löïc höôùng kính baèng löïc taùc duïng leân 1 caùnh cuûa cô caáu khuaáy (coù ñieåm ñaët löïc naèm caùch ñöôøng truïc cuûa truïc khuaáy moät ñoaïn rF):
Nc: soá caùnh cuûa cô caáu khuaáy, Nc = 6
rF: khoaûng caùch töø ñieåm ñaët löïc FC ñeán truïc quay.
rF = (0,7 _ 0,805)dk = (0,7 _ 0,805)0,1=(0,07 _ 0,08) m
Choïn rF = 0,07 m
Truïc ra cuûa boä truyeàn ñoäng laø truïc maùy khuaáy. Hộp đệm đặt ngay nắp thiết bị. Khoảng cách trục từ cánh khuấy đến hộp đệm
+0,55 - 0,10= 0,58 m
→ Choïn caùch boá trí caû 2 oå ñôõ ñeàu ôû phía döôùi boä bieán toác vaø ngay treân hoäp ñeäm
Khoảng cách giữa 2 ổ đỡ m.
Chọn a = 0,10 m
Khoaûng caùch töø hoäp ñeäm ñeán oå ñôõ thöù nhất .
Chọn
OÅ ñôõ thöù nhaát ñaët ngay phía treân naép thieát bò.
→ Chieàu daøi truïc khuaáy ñeán oå ñôõ thöù nhaát = 0,58 + 0,03 = 0,61 m
OÅ ñôõ thöù hai ñaët ngay phía treân naép thieát bòMoment uoán ñaït cöïc ñaïi taïi vò trí oå thöù nhaát:
ÖÙng suaát moûi cho pheùp:
128 x 106 N/m2
Trong ñoù:
sm – giôùi haïn beàn moûi, N/m2
nm : heä soá an toaøn moûi, nm = 2_3. Choïn nm = 3
bb : heä soá taùc duïng baäc. Choïn bb = 1,2
kñ : heä soá ñoä lôùn, choïn sô boä ñöôøng kính truïc khuay dt = 12 mm, suy ra kñ = 1,02.
Tính ñöôøng kính truïc theo xoaén vaø moûi ñoàng thôøi coù tính ñeán söï moûi:
Vaäy ta choïn ñöôøng kính truïc khuaáy laø dtr = 14 mm.
Lẽ ra ta phải tính lại a, , L, L1, nhưng do độ chênh lệch d tr sb và d tr không lớn, mặc khác các thông số trên đều được chọn theo dtr với hệ số tỷ lệ thuộc khoảng xác định. Do đó ta không cần tính toán lại.
Kieåm tra öùng suaát töông ñöông:
=130.106 N/m2 ( thoûa)
Kieåm tra beàn cho truïc theo ñieàu kieän cöùng.
Ñoä voõng cuûa truïc taïi caùc oå ñôõ:
f0 = 6.10-4.dtr = 6.10-4.0,014 = 8,4.10-6 m
Ñoä voõng toång cuûa truïc taïi tieát dieän coù cô caáu khuaáy: theo (5-40, tr 144, [5])
Trong ñoù:
f0 : ñoä voõng cuûa truïc taïi caùc oå truïc
E = 2,05.1011 N/m2 : Moâñun ñaøn hoài cuûa vaät lieäu.
J: moment quaùn tính cuûa truïc:
= 1,8910-9 Nm
= 0,0096 m
Ñoä voõng cuûa truïc taïi tieát dieän coù hoäp ñeäm:
=> fC’ = 10-3 m
Kieåm tra ñieàu kieän cöùng:
Vôùi cô caáu khuaáy:
0,10 m > fk = 0,0092 m
Vôùi hoäp ñeäm:
= 10-3 m
Vaäy vôùi ñöôøng kính truïc khuaáy dtl = 14 mm thì ñieàu kieän cöùng ñöôïc ñaûm baûo.
Toùm laïi, truïc khuaáy coù kích thöôùc nhö sau:
Chieàu daøi truïc töø cô caáu khuaáy ñeán oå ñôõ thöù nhaát: L = 0,61 m
Khoaûng caùch giöõa hai oå ñôõ laø: a = 0,10 m
Khoaûng caùch töø hoäp ñeäm ñeán oå ñôõ thöù nhaát: = 0,03 m
Ñöôøng kính truïc: dtr = 0,014 m
Thiết bị khác trong qui trình
Thieát bò ngöng tuï hoaøn löu methanol bay hôi:
Heä thoáng ta thieát keá duøng ñeå khaûo saùt caùc heä soá thöïc nghieäm ôû caùc cheá ñoä vôùi tyû leä daàu cao su vaø Methanol khaùc nhau. Sinh haøn söû duïng caàn ñaûm baûo hoaït ñoäng toát vôùi moïi tyû leä mol daàu haït cao su vaø Methanol (töø 1:4 ñeán 1:20, thaäm chí cao hôn). Khi löôïng Methanol caøng chieám ña soá trong hoãn hôïp nhaäp lieäu, löôïng nhieät hao phí cho
Ñieän trôû ta söû duïng ñeå caáp nhieät cho thieát bò coù coâng suaát thöïc laø 6 KW. Tröôøng hôïp trong thieát bò chöùa 100% Methanol, löôïng nhieät do ñieän trôû cung caáp ñöôïc chuyeån tröïc tieáp sang Methanol. Khi đó nhieät löôïng toái ña maø nöôùc caàn laáy baèng nhieät löôïng do Methanol nhaän tröïc tieáp töø ñieän trôû ( ôû ñaây ta xem nhieät maát maùt qua thaân thieát bò baèng 0, Methanol nhaän nhieät ñeàu hoùa hôi hoaøn toaøn)
Trong ñoù, choïn nhieät ñoä nöôùc vaøo giaûi nhieät T1 = 270C; nhieät ñoä nöôùc ra T2 = 310C. Nhiệt độ hơi Metanol khoảng 50 đến 65 0C, thời gian lưu trung bình của nước trong sinh hàn không lớn
- Löu löôïng hôi methanol ñi vaøo thieát bò ngöng tuï trong 1 giaây:
Gh = 5,4.10-3 kg/s
vôùi aån nhieät ngöng tuï cuûa methanol laø : rmethanol = 1118 kJ/kg.
- Choïn thieát bò ngöng tuï kieåu voû oáng ñaët ñöùng. Caùc doøng löu chaát ñöôïc boá trí nhö sau: hôi ñi trong caùc oáng truyeàn nhieät, coøn nöôùc ñi ôû phía voû oáng .
- OÁng truyeàn nhieät ñöôïc laøm baèng theùp X18H10T, kích thöôùc oáng laø 25 x 2 mm.
Ñöôøng kính ngoaøi cuûa oáng laø dng = 25 mm = 0,025 m.
Beà daøy oáng laø δ = 2 mm = 0,002 m.
Ñöôøng kính trong cuûa oáng laø dtr = 21 mm = 0,021 m
Chieàu cao oáng truyeàn nhieät laø lo = 30 cm = 0,3 m
- Nöôùc ñi trong oáng coù nhieät ñoä vaøo laø T1 = 270C; nhieät ñoä nöôùc ra laø T2 = 410C.
- Nhieät ñoä phía vaùch tieáp xuùc vôùi hôi methanol ngöng tuï laø Tw1; Nhieät ñoä phía vaùch tieáp xuùc vôùi nöôùc laø Tw2
- Löu löôïng nöôùc toái thieåu caàn duøng ñeå ngöng tuï löôïng methanol bay hôi:
0,1 kg/s
- Choïn löu löôïng nöôùc thöïc teá duøng cho quaù trình giaûi nhieät gaáp khoaûng 2 laàn löu löôïng nöôùc toái thieåu:
GNthöïc = 2 x 0,1 = 0,2 kg/s
- Boá trí hai doøng löu chaát chuyeån ñoäng ngöôïc chieàu nhau neân cheânh leäch nhieät ñoä trung bình ñöôïc tính nhö sau:
30,47 K
Trong ñoù:
∆T1 = Tnt – T1 = 65 – 27 = 38 K
∆T2 = Tnt – T2 = 65 – 41 = 24 K
- Heä soá truyeàn nhieät toång quaùt K ñöôïc tính nhö sau :
Vôùi : - Heä soá caáp nhieät cuûa nöôùc chaûy ngoaøi oáng; W/m2.K
- Heä soá caáp nhieät cuûa hôi ngöng tuï trong oáng; W/m2.K
- Nhieät trôû cuûa thaønh oáng vaø lôùp caùu ; m2.K/W
Xaùc ñònh heä soá caáp nhieät phía nöôùc giaûi nhieät ñi ngoaøi oáng:
- Nhieät ñoä trung bình cuûa nöôùc ñi trong oáng : Ttb = 0,5.(T1 + T2) = 0,5.(27 + 41) = 340C.
- Taïi nhieät ñoä naøy thì:
Khoái löôïng rieâng cuûa nöôùc: rn = 994 (kg/m3)
Ñoä nhôùt cuûa nöôùc: nn = 7,23.10-7 (m2/s)
Heä soá daãn nhieät cuûa nöôùc: ln = 0,626 (W/mK)
Chuaån soá Prandtl: Prn = 4,9
- Theo [9, trang 176], vaän toác nöôùc ñi trong oáng ñöôïc choïn töø 0,3 ñeán 2 m/s.
- Vaän toác thöïc teá cuûa nöôùc trong oáng:
vn = 0,1 m/s
Chuaån soá Reynolds:
3458 > 2300 =) nöôùc ñi ngoaøi oáng ôû cheá ñoä chaûy quaù ñoä
AÙp duïng coâng thöùc [V.44, trang 16, 9] ñeå tính chuaån soá Nusselt phía nöôùc:
Nu =
Trong ñoù:
k0 – heä soá phuï thuoäc Reynolds.
Vôùi Re = 3458 , tra baûng [trang 16, 9], k0 = 10.
- heä soá tính ñeán aûnh höôûng cuûa heä soá caáp nhieät theo tyû leä giöõa chieàu daøi l vaø ñöôøng kính d cuûa oáng.
Ta coù: 12 , tra baûng V.2 [trang 15,9], = 1,2.
Heä soá caáp nhieät phía nöôùc:
Nhieät taûi cuûa nöôùc laøm laïnh :
Xaùc ñònh nhieät trôû cuûa lôùp caùu:
Trong ñoù:
rcaùu 1 – nhieät trôû cuûa lôùp caùu phía hôi methanol ngöng tuï , m2.K/W
δ = 0,002 m – chieàu daøy thaønh oáng theùp
λ = 16,3 W/m.K – ñoä daãn nhieät cuûa theùp X18H10T.
rcaùu 2 – nhieät trôû cuûa lôùp caùu phía nöôùc, m2.K/W
Theo phuï luïc baûng 31, baûng tra cöùu quaù trình cô hoïc – truyeàn nhieät:
rcaùu 1 = rcaùu 2 = m2.K/W
⇒ 5,23.10-4 m2.K/W
Nhieät taûi qua thaønh oáng vaø lôùp caùu:
Xaùc ñònh heä soá caáp nhieät cuûa hôi methanol ngöng tuï phía trong oáng:
AÅn nhieät ngöng tuï : rmethanol = 1118 kJ/kg.
Caùc thoâng soá hoaù lyù coøn laïi tra taïi nhieät ñoä trung bình Tm =
Trong tröôøng hôïp naøy, caùc nhieät ñoä vaùch Tw1 vaø Tw2 ñeàu chöa bieát neân caàn choïn tröôùc giaù trò ñeå thöïc hieän vieäc tính toaùn. Quaù trình tính toaùn döïa treân söï caân baèng nhieät löôïng: löôïng nhieät truyeàn töø hôi methanol ngöng tuï ñeán vaùch ngoaøi qS, phaûi baèng vôùi löôïng nhieät truyeàn qua töôøng vaø lôùp caùu qw, vaø baèng vôùi löôïng nhieät truyeàn töø töôøng ñeán nöôùc qn.
Choïn Tw1 = 630C (< TS = 650C):
Tm = 0,5.(TS + Tw1) = 0,5.(65 + 63) = 640C.
∆T2 = TS – Tw1 = 65 – 63 = 20C
4511 W/m2.K
qS = = 9021 W/m2
∆Tw = qS.∑rw = 9021 x 5,23.10-4 = 4,7 K
Tw2 = Tw1 - ∆Tw = 63 – 4,7 = 58,30C
= 0,5.(63+ 58,3) = 60,60C ⇒ Prw = 2,98
αn = 674 W/m2.K
qn = 16361 W/m2
Do qS vaø qn caùch nhau raát xa neân caàn tính laïi laàn 2.
Chọn Tw1 = 600C (∆T1 = 3 K)
Quaù trình tính toaùn töông töï laàn thöù nhaát thu ñöôïc keát quaû nhö baûng sau:
Tw1
as
qs
DTw
Tw2
an
qn
∆q
60
3588
17940
9,4
50,6
55,3
659
10955
0,64
Keát quaû sai soá ∆q luùc naøy vaãn raát lôùn, caàn tính laëp laàn 3.
ÔÛ laàn naøy, ta coù theå veõ ñöôøng thaúng noái 2 ñieåm öùng vôùi qS va øqn ñeå tìm giao ñieåm chính xaùc.
Töø ñoà thò, ta coù theå choïn chính xaùc hôn Tw1 = 61,50C. Sau ñoù, tính toaùn kieåm tra xaùc ñònh laïi caùc thoâng soá chöa bieát thu ñöôïc baûng sau:
Tw1
as
qs
DTw
Tw2
an
qn
∆q
61,5
3922,5
13729
7,2
54,3
57,9
666
13536
0,014
Nhö vaäy sai soá trong tröôøng hôïp naøy laø 1,4% < 5%, coù theå chaáp nhaän ñöôïc.
Khi ñoù, an = 3922,5 W/m2.K vaø as = 666 W/m2.K
Heä soá truyeàn nhieät toång quaùt K:
439 W/m2.K
Dieän tích beà maët truyeàn nhieät :
0,45 m2
Soá oáng trong chuøm oáng laø:
n = 14
Vaäy thieát bò ngöng tuï loaïi voû oáng coù caáu taïo nhö sau:
Soá oáng truyeàn nhieät laø 14 oáng.
Kích thöôùc oáng truyeàn nhieät: 25 x 2mm, chieàu cao oáng laø 0,4 m.
Kích thước hình học của sinh hàn: tính toán theo tr 176, [9]
Các ống truyền nhiệt được bố trí theo đỉnh tam giác đều.
Ống truyền nhiệt được gắn chặt vào vỉ ống nhờ các mối hàn.
Khe hở giữa ống và lỗ trên vỉ ống:
mm
Chọn
Đường kính khoét lổ trên vỉ ống: d =+2 = 25,4 mm
Số ống nằm trên đường chéo của hình 6 cạnh: b = 5
Trị số bước tối thiểu t giữa các ống trong vỉ ống:
mm
Ống truyền nhiệt được gắn chặt vào vỉ ống nhờ các mối hàn.
Khe hở giữa ống và lỗ trên vỉ ống:
mm
Chọn
Thieát bò ngöng tuï nhaèm thu hoài Metanol töø pha glycerine:
- Khi tieán haønh phaûn öùng xong moät meû (thôøi gian thöïc hieän phaûn öùng laø t1 = 60 phuùt) thì thöïc hieän quaù trình taùch pha ester vaø pha glycerine. Do baûn chaát hoaù hoïc cuûa methanol laø moät röôïu, neân coù khuynh höôùng di chuyeån vaøo pha glycerine khi thöïc hieän söï taùch pha.
mmethanol dö = 3,83 Kg
- Giaû ñònh thôøi gian chöng thu hoài methanol (töông öùng vôùi moät meû) laø t2 = 18 phuùt, vaø löôïng methanol bay hôi trong thôøi gian naøy baèng 80% löôïng methanol lyù thuyeát naèm trong pha glycerine.
- Löu löôïng hôi methanol ñi vaøo thieát bò ngöng tuï:
G’methanol = 2,8.10-3 kg/s
- Löu löôïng nöôùc caàn thieát ñeå ngöng tuï methanol ñöôïc xaùc ñònh töø phöông trình caân baèng nhieät:
G’methanol.rS = G’N.CN.(tNR – tNV)
Trong ñoù: G’N - löu löôïng nöôùc caàn thieát , kg/s
tNV = 270C - nhieät ñoä nöôùc ñi vaøo thieát bò ngöng tuï, 0C
tNR = 410C - nhieät ñoä nöôùc ra khoûi thieát bò ngöng tuï, 0C
→ 0,054 kg/s
- Choïn löôïng nöôùc thöïc teá caàn söû duïng ñeå ngöng tuï hôi methanol gaáp 1,5 laàn löôïng nöôùc caàn thieát:
G’Ntt = 1,5.G’N = 1,5 . 0,054 = 0,081 kg/s
- Choïn thieát bò ngöng tuï laø thieát bò trao ñoåi nhieät loaïi voû oáng ñaët ñöùng, oáng truyeàn nhieät ñöôïc laøm baèng theùp X18H10T.
Ñöôøng kính ngoaøi cuûa oáng laø d’ng = 25 mm = 0,025 m.
Beà daøy oáng laø δ’ = 2 mm = 0,002 m.
Ñöôøng kính trong cuûa oáng laø d’tr = 21 mm = 0,021 m
Chieàu cao oáng truyeàn nhieät laø l’o = 30 cm = 0,3 m
- Boá trí caùc doøng löu chaát chuyeån ñoäng nhö sau: hôi methanol ngöng tuï phía ngoaøi oáng coøn nöôùc di chuyeån phía trong oáng. Cheânh leäch nhieät ñoä trung bình ñöôïc tính nhö sau:
30,47 K
Trong ñoù:
T1 = Tnt – TNV = 65 – 27 = 38 K
T2 = Tnt – TNR = 65 – 41 = 24 K
- Goïi nhieät ñoä phía vaùch tieáp xuùc vôùi hôi methanol ngöng tuï laø Tv1; nhieät ñoä phía vaùch tieáp xuùc vôùi nöôùc laø Tv2.
- Heä soá truyeàn nhieät toång quaùt K ñöôïc tính nhö sau :
Vôùi : - Heä soá caáp nhieät cuûa nöôùc chaûy ngoaøi oáng; W/m2.K
- Heä soá caáp nhieät cuûa hôi ngöng tuï trong oáng; W/m2.K
- Nhieät trôû cuûa thaønh oáng vaø lôùp caùu ; m2.K/W
Xaùc ñònh heä soá caáp nhieät phía nöôùc giaûi nhieät :
- Nhieät ñoä trung bình cuûa nöôùc ñi trong oáng : Ttb = 0,5.(T1 + T2) = 0,5.(27 + 41) = 340C.
- Taïi nhieät ñoä naøy thì:
Khoái löôïng rieâng cuûa nöôùc: rn = 994 (kg/m3)
Ñoä nhôùt cuûa nöôùc: nn = 7,23.10-7 (m2/s)
Heä soá daãn nhieät cuûa nöôùc: ln = 0,626 (W/mK)
Chuaån soá Prandtl: Prn = 4,9
- Vaän toác thöïc teá cuûa nöôùc trong oáng:
vn = 0,24 m/s
Chuaån soá Reynolds cuûa nöôùc ñi trong oáng:
6880 > 2300
=) nöôùc ñi ngoaøi oáng ôû cheá ñoä chaûy quaù ñoä
AÙp duïng coâng thöùc [V.44, trang 16, 9] ñeå tính chuaån soá Nusselt phía nöôùc:
Nu =
Trong ñoù:
k0 – heä soá phuï thuoäc Reynolds
Vôùi Re = 6880 , tra baûng [trang 16, 9], k0 = 22.
- heä soá tính ñeán aûnh höôûng cuûa heä soá caáp nhieät theo tyû leä giöõa chieàu daøi l vaø ñöôøng kính d cuûa oáng.
Choïn sô boä = 1
Heä soá caáp nhieät an phía nöôùc:
Nhieät taûi cuûa nöôùc laøm laïnh :
Xaùc ñònh nhieät trôû cuûa lôùp caùu:
Trong ñoù:
rcaùu 1 – nhieät trôû cuûa lôùp caùu phía hôi methanol ngöng tuï , m2.K/W
δ = 0,002 m – chieàu daøy thaønh oáng theùp
λ = 16,3 W/m.K – ñoä daãn nhieät cuûa theùp X18H10T.
rcaùu 2 – nhieät trôû cuûa lôùp caùu phía nöôùc, m2.K/W
Theo phuï luïc baûng 31, baûng tra cöùu quaù trình cô hoïc – truyeàn nhieät:
rcaùu 1 = rcaùu 2 = m2.K/W
⇒ 5,23.10-4 m2.K/W
Nhieät taûi qua thaønh oáng vaø lôùp caùu:
Xaùc ñònh heä soá caáp nhieät cuûa hôi methanol ngöng tuï phía ngoaøi oáng:
AÅn nhieät ngöng tuï : rmethanol = 1118 kJ/kg.
Caùc thoâng soá hoaù lyù coøn laïi tra taïi nhieät ñoä trung bình Tm =
Trong tröôøng hôïp naøy, caùc nhieät ñoä vaùch Tv1 vaø Tv2 ñeàu chöa bieát neân caàn choïn tröôùc giaù trò ñeå thöïc hieän vieäc tính toaùn. Quaù trình tính toaùn döïa treân söï caân baèng nhieät löôïng: löôïng nhieät truyeàn töø hôi methanol ngöng tuï ñeán vaùch ngoaøi qS, phaûi baèng vôùi löôïng nhieät truyeàn qua töôøng vaø lôùp caùu qw, vaø baèng vôùi löôïng nhieät truyeàn töø töôøng ñeán nöôùc qn.
Choïn Tv1 = 630C (< TS = 650C):
Trong tröôøng hôïp naøy, caùc nhieät ñoä vaùch Tv1 vaø Tv2 ñeàu chöa bieát neân caàn choïn tröôùc giaù trò ñeå thöïc hieän vieäc tính toaùn. Quaù trình tính toaùn döïa treân söï caân baèng nhieät löôïng: löôïng nhieät truyeàn töø hôi methanol ngöng tuï ñeán vaùch ngoaøi qS, phaûi baèng vôùi löôïng nhieät truyeàn qua töôøng vaø lôùp caùu qw, vaø baèng vôùi löôïng nhieät truyeàn töø töôøng ñeán nöôùc qn.
Choïn Tv1 = 630C (< TS = 650C):
Tm = 0,5.(TS + Tv1) = 0,5.(65 + 63) = 640C.
∆T1 = TS – Tw1 = 65 – 63 = 20C
4221,7 W/m2.K
qS = = 8443,5 W/m2
∆Tv = qS.∑rw = 8443,5 x 5,23.10-4 = 4,4 K
Tv2 = Tv1 - ∆Tw = 63 – 4,4 = 58,60C
= 0,5.(63+ 58,6) = 60,80C ⇒ Prw = 2,97
αn = 1471,4 W/m2.K
qn = 36177 W/m2
Do qS vaø qn caùch nhau raát xa neân caàn tính laïi laàn 2.
Chọn Tv1 = 550C (∆T1 = 10 K)
Quaù trình tính toaùn töông töï laàn thöù nhaát thu ñöôïc keát quaû nhö baûng sau:
Tv1
as
qs
DTv
Tv2
an
qn
∆q
55
2823,3
28232,5
14,8
40,2
47,6
1398
8725,3
0,69
Keát quaû sai soá ∆q luùc naøy vaãn raát lôùn, caàn tính laëp laàn 3.
ÔÛ laàn naøy, ta coù theå veõ ñöôøng thaúng noái 2 ñieåm öùng vôùi qS va øqn ñeå tìm giao ñieåm chính xaùc.
Töø ñoà thò, ta coù theå choïn chính xaùc hôn tw1 = 58,50C (sai soá laø 3,57 %)
Khi ñoù, an = 1426 W/m2.K vaø as = 3144 W/m2.K
Heä soá truyeàn nhieät toång quaùt K:
648,4 W/m2.K
Dieän tích beà maët truyeàn nhieät :
0,16 m2
Toång chieàu daøi truyeàn nhieät :
L = 2,2 m
Kieåm tra laïi: L/d’tr = 4,1/0,021 = 195 > 50 neân choïn εl = 1 laø phuø hôïp.
Vaäy thieát bò ngöng tuï loaïi voû oáng coù caáu taïo nhö sau:
Soá oáng truyeàn nhieät laø 7 oáng.
Kích thöôùc oáng truyeàn nhieät: 21 x 2mm, chieàu daøi oáng laø 0,35 m.
Böôùc oáng: t = 1,35.d’ng = 1,35 . 25 = 34 mm
Thiết bị tách pha:
Hỗn hợp trong thiết bị có thể tích 30L.
Hệ số chứa đầy: 0,8
→Thể tích thiết bị 37,5L
Chọn thiết bị có đường kính 400 mm, đáy nón tiêu chuẩn, nắp phẳng.
Đáy:
Đáy góc 600:
2.R
s
2.rđ r
hđ r
ht r
Thể tích đáy nón:
Đáy nón 600 tiêu chuẩn đường kính 400 mm có thể tích đáy là
Qui chuẩn
Chiều cao thiết bị tách pha:
Thieát bò thu hoài Methanol töø pha Glycerine:
Theå tích hoãn hôïp trong thieát bò
Do theå tích hoãn hôïp G-M cuûa 1 meû khaù beù, neân ta doàn nhieàu meû laïi roài môùi xöû lí. Choïn soá meû laø 4.
Theå tích laøm vieäc cuûa thieát bò laø 4
Choïn sô boä heä soá chöùa ñaày laø 0,7.
Theå tích thieát bò sô boä laø
Choïn thieát bò coù ñöôøng kính trong laø 300 mm, ñaùy naép elip.
Caùc thoâng soá hình hoïc cuûa thieát bò nhaèm thu hoài Metanol töø pha Glycerine ñeàu gioáng nhö thieát bò phaûn öùng chính ñaõ tính ôû treân, chæ khaùc ôû chieàu cao thaân thieát bò.
→
Qui chuaån chieàu cao thieát bò Ht = 0,400 m.
Chieàu cao thuyû tónh cuûa hoãn hôïp chaát loûng trong thieát bò 5:
0,307 m
= 25= 0,432 m
Bôm:
i. Naêng suaát:
- Theå tích hoãn hôïp loûng nhaäp lieäu:
GF = 30 lít = 0,03 m3
- Thời gian bơm nhập liệu: = 2 phuùt
- Suaát löôïng theå tích cuûa doøng nhaäp lieäu ñi trong oáng:
QF = 1,8 (m3/h)
Vaäy choïn bôm coù naêng suaát Qb = 2 (m3/h)
ii. Coät aùp:
- Choïn :
Maët caét (1-1) laø maët thoaùng chaát loûng trong thieát bò khuaáy troän sô boä
Maët caét (2-2) laø maët thoaùng chaát loûng trong thieát bò phaûn öùng
- AÙp duïng phöông trình Bernoulli cho caùc maët caét (1-1) vaø (2-2):
z1 + + + Hb = z2 + + +åhf1-2
Trong ñoù:
z1: ñoä cao tính töø maët ñaát ñeán meùp treân thaân thieát bò 8.
Choïn z1 = 20 mm
z2: ñoä cao tính töø maët ñaát ñeán meùp treân thaân thieát bò 11.
Choïn z2 = 240 + 50 = 290 mm
v1,v2 : vaän toác taïi maët thoaùng chaát loûng ôû thieát bò 8 (maët 1-1) vaø maët thoaùng chaát loûng ôû thieát bò 11(2-2)
Xem v1= v2 = 0(m/s).
åhf1-2 : toång toån thaát trong oáng töø (1-1) ñeán (2-2).
Hb : coät aùp cuûa bôm.
Tính toång trôû löïc trong oáng:
- Choïn ñöôøng kính trong cuûa oáng huùt vaø oáng ñaåy baèng nhau: dtr = 21 mm
- Tra baûng II.15, trang 381, [8] Þ Ñoä nhaùm cuûa oáng: e = 0,1(mm) = 0,0001(m)
- Toång trôû löïc trong oáng huùt vaø oáng ñaåy
åhf1-2 =
Trong ñoù:
lh : chieàu daøi oáng huùt.
Þ Choïn lh = 0,5 (m).
lñ : chieàu daøi oáng ñaåy, choïn lñ = 3 (m).
åxh : toång toån thaát cuïc boä trong oáng huùt.
åxñ : toång toån thaát cuïc boä trong oáng ñaåy.
l : heä soá ma saùt trong oáng huùt vaø oáng ñaåy.
vF : vaän toác doøng nhaäp lieäu trong oáng huùt vaø oáng ñaåy (m/s).
= 1,6 m/s
Xaùc ñònh heä soá ma saùt trong oáng huùt vaø oáng ñaåy :
= 39568 > 4000 => cheá ñoä chaûy xoaùy roái
- Chuaån soá Reynolds giôùi haïn treân thuoäc khu vöïc nhaün thuyû hoïc:
Regh = 37581
Trong ñoù: ε = 0,0001 m – ñoä nhaùm tuyeät ñoái
- Chuaån soá Reynolds khi baét ñaàu xuaát hieän vuøng nhaùm:
Ren = 90140
- Do Regh < ReF < Ren neân heä soá ma saùt λ ñöôïc tra theo baûng II.14, trang 379, [8] laø λ = 0,033.
Xaùc ñònh toång toån thaát cuïc boä treân ñöôøng oáng huùt :
Choã uoán cong :
Tra baûng II.16, trang 382, [8]:
Choïn daïng oáng uoán cong 90o coù baùn kính R vôùi R/d = 2 thì xu1 (1 choã) = 0,15
OÁng huùt coù 1 choã uoán Þ xu1 = 0,15. 1 = 0,15
Van :
Tra baûng 9.5, trang 110, [16]: Choïn van caàu vôùi ñoä môû hoaøn toaøn thì xv1 (1 caùi) = 10.
OÁng huùt coù 1 van caàu Þ xv1 = 10
Do ñoù, toång toån thaát cuïc boä treân ñöôøng oáng huùt laø:
åxh = xu1 + xv1 = 10,15
Xaùc ñònh toång toån thaát cuïc boä treân ñöôøng oáng ñaåy :
Choã uoán cong :
Tra baûng II.16, trang 382, [8]: Choïn daïng oáng uoán cong 90o coù baùn kính R vôùi R/d = 2 thì xu2 (1 choã) = 0,15.
OÁng ñaåy coù 3 choã uoán Þ xu2 = 0,15. 3 = 0,45
Van :
Tra baûng 9.5, trang 110, [1]: Choïn van caàu vôùi ñoä môû hoaøn toaøn thì xv2 (1 caùi) = 10.
OÁng ñaåy coù 1 van caàu Þ xv2 = 10
Vaøo thieát bò phaûn öùng : xcv = 1
Neân: åxñ = xu2 + xv2 + xcv = 0,45 + 10 + 1 = 11,45
Vaäy toång trôû löïc trong oáng huùt vaø oáng ñaåy laø:
åhf1-2 == 0,019 m
Tính coät aùp cuûa bôm:
Hb = (z2 – z1) + åhf1-2 = (3 – 1) + 0,019 = 2,019 m
3. Coâng suaát:
Choïn hieäu suaát cuûa bôm: hb = 0,9.
Coâng suaát thöïc teá cuûa bôm: Nb = = 31,86 W
Keát luaän: Bôm ly taâm ñöôïc choïn coù caùc thoâng soá sau:
Naêng suaát: Qb = 2 (m3/h)
Coät aùp: Hb = 2,02 (m)
Coâng suaát: Nb = 50 W
Tính toaùn tai ñôõ thieát bò:
Tải trọng tối đa:
Khoái löôïng thieát bò phaûn öùng:
22,91 Kg
Khối lượng chất lỏng chứa trong thiết bị 14:
Khối lượng 4 tấm chặn:
Ngoài chịu tải trọng từ vật liệu làm thân thiết bị, làm tấm chặn, khối lượng hỗn hợp lỏng trong thiết bị..., tai đỡ còn chịu các tải trọng của các chi tiết đi kèm như ống nối, sinh hàn…
Khối lượng trừ hao:
1,2
9,81
Tải trọng cho phép trên 1 tai treo
Bệ đỡ: chọn vật liệu làm bệ đỡ là thép CT3
Theo bảng XIII.36, tr 438, [8], khi G = 1000 N, ta xác định được các kích thước hình học của tai đỡ như sau:
F,m2
Q,
L,mm
Btđ, mm
B1,mm
Htđ,mm
Stđ,mm
l,mm
mtđ, Kg
42,5
0,24
80
55
70
125
4
30
0,53
Trong đó:
Bề mặt đỡ : F
Tải trọng cho phép lên bề mặt đỡ: q
Khối lượng 1 tai đỡ: mtđ
Btđ
Htđđđ
đ
l
L
stđđđ
Htđđđ
B1đđ
Vị trí đặt tai đỡ:
Htđ
Ht
Thiết bị được gia nhiệt bằng vòng nhiệt, do đó vị trí gắn tai treo cần cao hơn vị trí mép trên của vòng nhiệt.
Chiều cao mực lỏng trong thiết bị
Chọn chiều cao mép trên của vòng nhiệt:
Ở đây ta chọn vị trí tai đỡ:
Boä phaän ñieàu khieån vaø ñieàu chænh nhieät ñoä cho voøng nhieät:
PC, Win XP
Mạch biến đổi
Mạch công suất
Vòng nhiệt
Nhieät ñoä ñieän trôû aûnh höôûng tröïc tieáp ñeán nhieät ñoä hoãn hôïp trong thieát bò. Nhieät ñoä ñoù coù theå ñöôïc ñieàu khieån töï ñoäng baèng 2 caùch:
Ñieàu khieån cheá ñoä ON-OFF:
Phöông phaùp ñieàu khieån ON-OFF coøn ñöôïc goïi laø phöông phaùp ñoùng ngaét, töùc laø cô caáu chaáp haønh seõ ñoùng nguoàn ñeå cung caáp naêng löôïng ôû möùc toái ña cho thieát bò tieâu thuï nhieät neáu nhieät ñoä ñaët ( nhieät ñoä cuûa loûng caàn ñaït ñöôïc) lôùn hôn nhieät ñoä ño ( nhieät ñoä cuûa loûng ñöôïc xaùc ñònh nhôø vaøo thieát bò laáy tín hieäu nhieät ñoä). Ngöôïc laïi, maïch ñieàu khieån seõ ngaét maïch cung caáp naêng löôïng khi nhieät ñoä ñaët nhoû hôn nhieät ñoä ño.
Moät vuøng treã ñöôïc ñöa vaøo ñeå haïn cheá taàn soá ñoùng ngaét nhö sô ñoà khoái:
Vòng nhiệt
Nguoàn chæ ñoùng khi sai soá e(k) = | nhieät ñoä ñaët – nhieät ñoä ño | Δ vaø ngaét khi |nhieät ñoä ñaët – nhieät ñoä ño| Δ. Nhö vaäy, nhieät ñoä ño seõ dao ñoäng quanh giaù trò ñaët vaø 2 Δ coøn ñöôïc goïi laø vuøng treã cuûa Rô le.
Ñieàu khieån ON-OFF
Öu ñieåm laø:
Thieát bò tin caäy, ñôn giaûn, chaéc chaén, heä thoùng luoân hoaït ñoäng ñöôïc vôùi moïi taûi.
Tính toaùn thieát keá ít phöùc taïp, deã daøng.
Nhöôïc ñieåm: nhieät ñoä dao ñoäng quanh giaù trò ñaët, do ñoù khoâng duøng cheá ñoä ñieàu khieån ON-OFF khi caàn gia nhieät hoãn hôïp coù khoaûng sai soá nhieät ñoä nhoû. Tuy nhiên khuyết điểm này có thể hạn chế khi dùng phần tử đóng ngắt điện tử ở mạch công suất.
Điện tử công suất là công nghệ biến đổi điện năng từ dạng này sang dạng khác trong đó các phần tử bán dẫn công suất đóng vai trò trung tâm.
Bộ biến đổi điện tử công suất còn được gọi là bộ biến đổi tĩnh (static converter) để phân biệt với các máy điện truyền thống (electric machine) biến đổi điện dựa trên nguyên tắc biến đổi điện từ trường.
Theo nghĩa rộng, nhiệm vụ của điện tử công suất là xử lý và điều khiển dòng năng lượng điện bằng cách cung cấp điện áp và dòng điện ở dạng thích hợp cho các tải. Tải sẽ quyết định các thông số về điện áp, dòng điện, tần số, và số pha tại ngõ ra của bộ biến đổi. Thông thường, một bộ điều khiển có hồi tiếp sẽ theo dõi ngõ ra của bộ biến đổi và cực tiểu hóa sai lệch giữa giá trị thực của ngõ ra và giá trị mong muốn (hay giá trị đặt).
Ñieàu khieån PID (proportional integral derivative controller):
Boä ñieàu khieån PID ñöôïc söû duïng raát roäng raõi trong thöïc teá ñeå ñieàu khieån nhieàu loaïi ñoái töôïng khaùc nhau nhö nhieät ñoä loø nhieät, toác ñoä ñoäng cô, möïc loûng trong boàn chöùa…Lyù do boä ñieàu khieån naøy ñöôïc söû duïng roäng raõi laø vì noù coù khaû naêng laøm giaûm (hoaëc trieät tieâu) ñoä giao ñoäng nhieät ñoä quanh giaù trò ñaët. Do söï thoâng duïng cuûa noù neân ngaøy caøng coù nhieàu haõng saûn xuaát thieát bò ñieàu khieån cho ra ñôøi caùc boä ñieàu khieån thöông maïi raát thoâng duïng.
Vòng nhiệt
Vôùi heä thoáng ta ñang thieát keá, ta choïn boä ñieàu khieån PID ñeå ñieàu khieån.
Caøi ñaët ban ñaàu: nhieät ñoä ñaët vaø thôøi gian ñeå ñaït ñöôïc nhieät ñoä treân.
Tín hieäu ñieàu khieån: laáy tín hieäu nhieät ñoä loûng trong thieát bò.
Nguyeân lí hoaït ñoäng :
Baét ñaàu
Ñoïc nhieät ñoä ñaët
Ñoïc giaù trò nhieät ñoä hieän taïi cuûa loø
Tính sai soá :
e = nhieät ñoä ñaët – nhieät ñoä ño
Xöû lyù PID
Coâng suaát caáp cho loø
Keát thuùc
TAØI LIEÄU THAM KHAÛO:
[1]: hoäi thaûo khoa hoïc
[2]: Baùo caùo keát quaû
[3]: Leâ Duy Huøng, Thieát keá phaân xöôûng cheá bieán Biodiesel töø môõ caù da trôn (60 taán daàu caù ngaøy), Luaän vaên toát nghieäp, 2008.
[4]: Saûn xuaát
[5]: Nguyeãn Minh Tuyeån, Quaù trình vaø thieát bò khuaáy troän trong coâng ngheä.
[6]: Nguyeãn Vaên Luïa, Quaù trình vaø thieát bò coâng ngheä hoùa hoïc vaø thöïc phaåm, taäp 1 caùc quaù trình vaø thieát bò cô hoïc, quyeån 1 khuaáy laéng loïc.
[7]: Nguyeãn Bin (chuû bieân), Soå tay Quaù trình vaø Thieát bò hoùa chaát taäp 1, NXB Khoa hoïc & Kyõ thuaät, Haø Noäi, 2004.
[8]: Nguyeãn Bin (chuû bieân), Soå tay Quaù trình vaø Thieát bò hoùa chaát taäp 2, NXB Khoa hoïc & Kyõ thuaät, Haø Noäi, 2004.
[9]:Hoà Leâ Vieân, tính toaùn thieát keá caùc chi tieát thieát bò hoùa chaát vaø daàu khí, ÑH Baùch Khoa Haø Noäi.
[10]:Bảng tra cứu quá trình cơ học và truyền nhiệt.
[11]: Quá trình và thiết bị truyền nhiệt,tập 5 quá trình và thiết bị truyền nhiệt, quyển 1 truyền nhiệt ổn định.
[12]: Nguyễn Thị Hồng Nơ (2005). Nghiên cứu tổng hợp biodiesel từ dầu thực vật với xúc tác rắn. Luận văn tốt nghiệp, trường Đại học Bách Khoa TPHCM.
[13]: Phan Ngọc Anh (2002). Nghiên cứu công nghệ sản xuất biodiesel từ dầu ăn phế thải. Luận văn cao học, trường Đại học Bách Khoa TPHCM.
[14]: 10. Nguyễn Thị Phương Thoa (2005). Điều chế nhiên liệu diesel sinh học (biodiesel) từ dầu thực vật phế thải theo công nghệ hóa siêu âm. Báo cáo tổng kết đề tài nghiên cứu khoa học, trường Đại học Khoa học Tự nhiên, Đại học Quốc Gia TPHCM.
[15]: Nguyeãn Höõu Löông, Toång quan taøi lieäu veà caùc nghieân cöùu saûn xuaát biodiesel, Tröôøng Ñaïi hoïc Baùch Khoa Tp.HCM, 2005.
[16]:Phaïm Vaên Boân, Quaù trình vaø thieát bò trong coâng ngheä hoaù hoïc & thöïc phaåm - Taäp 5 - Quyeån 1,Baøi taäp truyeàn nhieät, NXB ÑHQGTPHCM, 2004.