Đề tài Thiết kế tháp chưng cất cồn thô với năng xuất theo nguyên liệu đầu vào 5000 kg/H

ĐỀ TÀI THIẾT KẾ THÁP CHƯNG CẤT CỒN THÔ VỚI NĂNG XUẤT THEO NGUYÊN LIỆU ĐẦU VÀO 5000 KG/H Giáo viên thực hiện : Sinh viên thực hiện : Phần 1: giới thiệu sơ lược về etanol Phần 2: Thuyết minh quy trình Phần 3: Cân bằng vật chất Phần 4: Tính kích thước tháp Phần 5: Tính cơ khí Phần 6: Tính cân bằng năng lượng Phần 7: Tính các thiết bị phụ Kết luận Tài liệu tham khảo MỞ ĐẦU Trong nhiều ngành sản xuất hoá học cũng như sử dụng, nguyên liệu cần có độ tinh khiết cao .Để có được sản phẩm có độ tinh khiết cao, ta cần tách chúng từ hỗn hợp nguyên liệu, thường hỗn hợp lỏng hoặc hỗn hợp khí Các phương pháp phổ biến để tách riêng hỗn hợp cũng như nâng cao nồng độ gồm: chưng cất , trích ly ,cô đặc ,hấp thu … Tuỳ theo đặc tính của hỗn hợp cũng như yêu cầu của ssản phẩm mà ta chọn phương pháp tách phù hợp .Đối với hệ etanol-nước để tách cồn và nước , nâng cao nồng độ cồn ta dùng phương pháp chưng cất. Chưng cất là quá trình tách các cấu tử của một hỗn hợp lỏng hoặc hỗn hợp khí thành những cấu tử riêng biệt dựa vào độ bay hơi khác nhau của chúng trong hỗn hợp. Có nhiều phương pháp chưng cất khác nhau: Chưng cất đơn giản Chưng bằng hơi nước trực tiếp Chưng gián đoạn … Thiết bị chưng cất có nhiều loại: Tháp mâm chóp Tháp đệm Tháp mâm xuyên lỗ Qúa trinh chưng cất được ứng dụng rộng rãi và có ý nghĩa quan trọng trong kĩ thuật hóa học. Tuỳ theo tính chất của hệ cấu tử đem chưng cất, độ tinh khiết của sản phẩm, hiệu suất chưng cất, … mà ta chọn phương pháp và thiết kế tháp cho phù hợp. Vì vậy việc thiết kế tháp chưng cất cho phù hợp với yêu cầu sản xuất, đáp ứng yêu cầu kĩ thuật và quan tâm đến tính kinh tế là vấn đề quan trọng. Đồ án môn học này thiết kế tháp chưng cất cồn thô với năng xuất theo nguyên liệu đầu vào 5000 kg/h. Nồng độ dung dịch đầu 35% (khối lượng), sản phẩm đỉnh có độ thu hồi 99.5% Tháp chưng loại mâm chóp tròn , đun bằng cách sục hơi nước trực tiếp, đáy chủ yếu là nước. Áp suất hơi đốt :2.5 at PHẦN 1: SƠ LƯỢC VỀ ETANOL (hỏi thằng Trí thêm) Tính chất vật lý cơ bản của Etanol: Hệ số bay hơi K của etylic % khối lượng rượu Hệ số bay hơi % khối lượng rượu Hệ số bay hơi 10 8 6 4 2 5.16 5.78 6.63 7.80 9.25 0.9 0.7 0.5 0.3 0.1 10.6 11.1 11.3 11.2 11.0 Quan hệ giữa nồng độ rượu và nhiệt độ sôi % khối lượng Nhiệt độ sôi oC 99.8 99.3 98.75 91.3 89.0 87 85.7 84.7 83.1 81.9 80.96 80.2 79.5 78.5 % phân tử Thể lỏng Thể hơi Thể lỏng Thể hơi 0.1 0.5 1.0 10 15 20 25 30 40 50 60 70 80 90 1.3 6.1 10.75 52.2 60 65 68.7 71.3 74.6 77 79.5 82.1 85.8 91.3 0.04 0.19 0.39 4.16 6.46 8.92 11.55 14.35 20.68 28.12 36.98 47.72 61.02 77.8 0.51 2.48 4.51 29.92 36.98 42.09 46.08 49.16 53.46 56.71 60.29 64.21 70.09 80.42 Khối lượng riêng và thể tích riêng của hỗn hợp etilic-nước ở áp suất P= 1 & 1.1 at % khối lượng trong hơi Nhiệt độ sôi, oC Khối lượng 1 m3 ở P=1.1 at Thể tích của 1 Kg , m3 Nhiệt độ sôi, oC Khối lượng 1 m3 ở P=1.0 at Thể tích của 1 Kg , m3 0 5 10 25 50 75 100 100.0 99.5 99.0 98.0 92.4 84.5 78.4 0.638 0.670 0.693 0.768 0.95 1.247 1.75 1.567 1.492 1.443 1.302 1.052 0.802 0.571 100.0 95.0 91.5 85.8 81.9 79.7 78.2 0.589 0.620 0.643 0.722 0.887 1.145 1.592 1.697 1.513 1.555 1.385 1.127 0.812 0.622 Các nguồn điều chế Etanol : Hidrat hóa anken: Đun nóng anken với nước CH2 =CH2 + H-OH à CH3-CH2-OH Phương pháp này được dùng phổ biến trong sản xuất công nghiệp Thuỷ phân dẫn xuất halogen trong dung dich kiềm C2H5-Br + NaOH à C2H5-OH + NaBr Phương pháp này chỉ dùg trong phòng thí nghiệm. Ứng dụng của Etanol: Là nghuyên liệu để sản xuất cao su tổng hợp . Rượu etylic dùng để điều chế một số hợp chất hữu cơ như acid acetic, dietyl ete, etylacetat… Do có khả năng hoà tan tốt một số chất hữu cơ nên rượu etylic dùng để pha vecni, dược phẩm , nước hoa… Khi cháy toả nhiều nhiệt nên rượu etylic còn được dùng làm nhiên liệu PHẦN 2: THUYẾT MINH QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ Chưng cất được ứng dụng rộng rãi trong công nghiệp hóa học và có khả năng tách hoàn toàn hỗn hợp các cấu tử dễ bay hơi có tính chất hòa tan một phần hoặc hoàn toàn. Hỗn hợp cần chưng cất là etanol-nước. Để cho qúa trình chưng cất được liên tục cần cho hỗn hợp đi vào phân li tiếp xúc trực tiếp với luồng hơi có nộng độ cấu tử khó bay hơi lớn hơn so với dung dịch. Do đó trong hệ thống thiết bị để chưng cất liên tục, tháp gồm hai phần đoạn chưng và đoạn luyện. Ơ đoạn chưng của tháp xảy ra: cấu tử dễ bay hơi được tách ra khỏi chất lỏng chảy ở trên xuống, còn ở đoạn cất thì hơi đi lên càng giàu cấu tử dễ bay hơi. Hệ thống thiết bị chưng cất (xem sơ đồ) : Hỗn hợp etanol-nước có nồng độ 35%(khối lượng) etanol tại bình chứa 3 có nhiệt độ 25 0C được bơm vào thiết bị gia nhiệt 2. Ở đó hỗn hợp được làm nóng lên đến nhiệt độ sôi của nhập liệu (tF =83.8oC), sau đó được đưa vào tháp chưng cất. Từ thiết bị gia nhiệt, hỗn hợp đi vào tháp chưng cất 1, ở đĩa nhập liệu (đĩa trên cùng của đoạn chưng). Tại đây qúa trình chưng cất xảy ra. Trên đĩa nhập liệu , chất lỏng được trộn lẫn với phần lỏng từ đoạn cất của tháp chảy xuống. Trong tháp hơi đi từ dưới lên gặp chất lỏng đi từ trên xuống. Hơi từ đĩa dưới đi vào các ống hơi của các chóp, vào trục qua lớp chất lỏng, một phần chóp ngập vào chất lỏng , chóp có răng cưa , hơi đi qua đó, tạo thành những tia rất nhỏ để làm tăng bề mặt tiếp xúc giữa hơi và lỏng. Vì nhiệt độ càng lên trên càng thấp nên phần dưới là cấu tử có nhiệt độ bay hơi cao. Trên đỉnh, ta thu được hỗn hợp hơi gồm etanol chiếm tỉ lệ cao. Hơi đó đi vào thiết bị ngưng tụ 5 và được ngưng tụ hoàn toàn, thiết bị ngưng tụ với chất làm lạnh là nước, nhiệt độ vào là 25 oC , nhiệt độ ra là 45oC Một phần chất lỏng ngưng đi qua thiết bị làm nguội sản phẩm 4, phần còn lại của chất lỏng ngưng được hồi lưu về tháp ở đĩa trên cùng với chỉ số hồi lưu R= 2.5 Chất lỏng đi từ trên xuống gặp hơi có nhiệt độ cao hơn , một phần cấu tử có nhiệt độ sôi thấp : etanol được bốc hơi ra do đó nồng độ cấu tử khó bay hơi trong chất lỏng ngày càng tăng và cuối cùng ở đáy thápthu được hỗn hợp lỏng hầu hết là nước. Dung dịch lỏng ở đáy tháp ra khỏi tháp một phần dược đưa vào thiết bị nồi hơi để đung bốc hơi cung cấp cho tháp, một phần qua thết bị làm nguội sau đó đưa vào bình chứa. Hệ thống làm việc liên tục cho etanol ở đỉnh tháp PHẦN 1: TÍNH TOÁN THÁP Cân bằng vật chất và năng lượng cho toàn tháp trong trường hợp đun bằng hơi nước trực tiếp: Cồn loại 1 theo tiêu chuẩn Việt Nam (TCVN-71) > = 96%(tt) Chọn xD= 96%(tt) . Đổi ra 92.8% (khối lượng) F + Gn+1 = D + W FxF + 0 = DxD + WxW FhF +Gn+1HG n+1= DHD + WHW + QC QC = (R+1)D (HG – HD) R = 1.3 Rm + 0.3 Lượng Etanol có trong nhập liệu: 5000* 0.35= 1750 kg/h Lượng Etanol có trong sản phẩm đỉnh: 0.995*1750=1741.25 kg/h Suất lượng sản phẩm đỉnh: D= kg/h Đổi ra phân mol: xF = = = 0.174 xD= =0.834 xF = 0.174 từ đồ thị T-x,y => yF* = 0.51 Từ đồ thị, kẻ tiếp tuyến => yo = 0.31 Ta có = yo => Rmin = 1.69 R = 1.3 Rm + 0.3 = 1.3* 1.69 + 0.3 = 2.4974 , lấy Rmin = 2.5 MtbF = xF* M etanol + (1- xF) Mnước = 0.174*46 + (1- 0.174)*18 = 22.872 kg/ kmol F = F/Mtb,F = 5000/ 22.872 = 218.6 kmol/h D = D/ Mtb,D= 1876.35/ 41.352= 45.375 kmol/h Mtb,D = 0.834 *46 +(1-0.834) *18 = 41.352 kg/kmol Mtb,W= 18.02 kg/kmol Từ giản đồ (T-xy) xF= 0.174 => tF,L= 83.8oC xD= 0.834 => tD,L= 78.6oC CF= 3.81 kj/kgoC CD= 3.325 kj/kgoC Cw= 4.18 kj/kgoC (Sản phẩm đáy xem như là nước nguyên chất ). Hơi nước bão hoà ở Pt d = 2 at. Có HG h= 2710 kj/kg. Qui về to = 20oC : HG h= [2710 kj/kg -4.18 kj/kg(20oC -0OC) ]-18kg/kmol = 47275.2 kj/kmol. Sản phẩm đáy xem như là nước nguyên chất , sôi ở 1 at => Hw=415,2 kj/kg Hw = 415.2 kj/kg ×18 kg/kmol =7473.6 kj/kmol (t chuẩn = 20oC) Quy về 20oC : Hw =7473.6 -18×4.18×20 = 5968.8kj/kmol. HF = CF( tF-to)×Mtb,F + DHs Xem CF = const , DHs = 0, HF = 3.81 kj/kgoC×(83.8 oC -20oC)×22.872 kg/kmol = 4640.36 kj/kmol. HD = 3.325 kj/kgoC×(78,6oC – 20oC)× 40.344 kg/kmol = 7860.8 kj/kmol Như vậy hệ phương trình (I) được viết lại : 218.6 + Gn+1 = 45.375 +W 218.6 *0.174 = 45.375*0.834 + W 218.6*4640.36 + 45275.2 Gn1 = 45.375*7860.8 + 5968.8*W+4565857.7 QC = (R+1)*D*(HG – HD) = (2.4974 +1)*45.375*(47275.2-7860.8) = 4565857.7 kj/kmol. Giải hệ phương trình trên ta được : Gn= 119.645 kmol/h W = 292.87 kmol/h XW = 0.00066 Nồng độ Suất lượng Đỉnh Nhập liệu Đáy Phần mol Phần khối lượng Phần mol Phần khối lượng 0.834 0.9277 45.375 1876.35 0.174 0.35 218.6 5000 0.00066 0.00168 292.87 5277.5 Phương trình đường làm việc phần luyện biểu thị quan hệ giữa nồng độ của cấu tử có nhiệt độ sôi thấp; trong hơi đi lên (y) ,trong chất lỏng chảy xuống (x), trong sản phẩm (xD) chỉ số hổi lưu R và được biểu diễn bằng phương trình: Ym+1= xM + = 0.714 x M + 0.238 Phương trình đường làm việc phần chưng : Ym+1= x + Phương trình đường làm việc biểu diễn sự ra , vào khỏi một mâm trên tháp. Việc xác định phương trình hai đường làm việc giúp ta xác định số mâm lý thuyết & vị trí mâm nhập liệu . Số mâm lý thuyết : Vẽ hai đường làm việc trên đồ thị xy. Hai đường này cắt nhau tại một điểm chính là vị trí mâm nhập liệu. Vẽ các đường bậc thang tạo bởi hai đường làm việc và đường can bằng (hình vẽ) , ta xác định được số mâm lý thuyết cũng là số bậc thang :15 mâm Xác định số mâm thực tế Công thức xác định số mâm thực tế : Nt = Nlt/h h: hiệu suất trung bình của đãi Ntt: số mâm thực tế Nlt: số mâm lý thuyết Hiệu suất mâm h phụ thuộc vào độ bay hơi tương đối & độ nhớt m của hỗn hợp : h = f(a,m) Độ bay hơi tương đối : a = = vị trí mâm nhập liệu : to = 83.8oC [1] xo = xF = 0.174 yo* = 0.31 a = = 2.133 độ nhớt m = 0.6 Ns / m2 a*m= 2.133*0.6 = 1.28 tra đồ thị ta được ho = 0.47 [3] đồ thị IX-11 tại đỉnh tháp : tD= 78.6oC xD= 0.834oC yD= 0.835oC m = 0.5025oC a = = 1 => a*m = 0.505 hD = 0.585 [3] tại đáy tháp : tW = 99.2oC xW = 0.00066 yW = 0.06 m = 0.284 Ns/ m2 a = = 96.65 hm = 27.448 hW = 0.3 hiệu suất trung bình: h = (ho + hD +hW)*1/3 = (0.47 + 0.585 + 0.3) *1/3= 0.452 số mâm thực tế : Ntt = Nlt/ h = 15 / 0.452 = 33.21 Chọn Nt = 34 mâm Tính riêng cho phần cất : Nt cất = = 28.7 Tính riêng cho phần cất : Nt chưng = = 4.4 Vị trí mâm nhậo liệu tại giao điểm đường làm việc phần chưng & phần cất. Đối với mâm lý thuyết, vị trí mâm nhập liệu là mâm thứ 14. Đối với thực tế nhập liệu ở mâm thứ 30 đếm từ trên xuống Vậy: số mâm thực là 33 mâm (trừ 1 mâm làm nồi đun) Vị trí nhập liệu trên mâm thứ 30 (tính từ trên xuống) Phần cất có 28 đĩa Phần chưng có 5 đĩa PHẦN III: KÍCH THƯỚC THÁP Đường kính tháp được xác định theo công thức sau: D = , m = 0.0188,m trong đó : Vtb: lượng hơi (khí ) trung bình đi trong tháp , m3/h wtb: tốc độ hơi (khí ) trung bình đi trong tháp , m/s gtb: lượng hơi (khí ) trung bình đi trong tháp , kg/h (ry wy )tb : tốc độ (khí ) trung bình đi trong tháp , m3/h lượng hơi (khí ) trung bình đi qua tháp luyện có thể tính gần đúng b82ng trung bình cộng của lượng hơi đi ra khỏi đĩa trên cùng của tháp & lượng hơi đi vào đĩa dưới cùng của đoạn luyện gtb = 0.5(g1+gd) lượng hơi đi ra khỏi đĩa trên cùng của tháp: gD = GR + GD = GD + (1+ R) = 1876.35(1+2.5) = 6557.225 kg/h lượng hơi đi vào đĩa dưới cùng của đoạn luyện: g1 = G1+ GD Lượng hơi g1, hàm lượng hơi y1 & lượng lỏng G1 đối với đĩa thứ nhất của đoạn luyện được xác định theo hệ phương trình can bằng vật chất và cân bằng nhiệt: g1 = G1 + GD g1y1= g1x1 + GDxD g1r1 = gdrd xem x1 = xF r1: ẩn nhiệt hoá hơi của hỗn hợp hơi đi vào đĩa thứ nhất Ở t = 83.8oC (tại vị trí mâm nhập lịêu ) r1 = retanol y1 + (1-y1)rnước retanol= 852.72 kj/kg [2]/ 256 rnước = 2303.5 kj/kg [4]/441 thay vào : r1 = 852.72 y1 + (1-y1) 2303.5 = 957.2 kj/kg r1= 2303.5 – 1450.78 y1 Ở t = 78.6 oC (mâm trên cùng của tháp) retanol = 869.44 kj/kg [2]/ 269 rnước = 2315.5 kj/kg [4]/ 441 rD = 869.44* 0.9277 + (1- 0.9277) 2315.5 = 974 kj/ kg Ta có: g1 = G1 + 1876.35 (1) g1y1= 0.35G1 + 1740.69 (2) 3203.5g1- 1450.78g1y1 = 6567.225*974 (3) Giải hệ 3 phương trình trên ta được G1 = 2561.48 kg/h y1 = 0.594 g1 = 4437.8 kg/h r1 = 1441.35 kj/kg gtb = 0.5(gd + g1) = 0.5(6567.225 + 4437.8) = 5502.5 kg/h Xác định vận tốc hơi đi trong phần cất : (rywy)tb = 0.065 js Do shh > 20 dyn/ cm => js = 1 Chọn chiều cao moat đĩa (khoảng cách giữa hai mâm ) H = 400 mm Tính rh : rh = ytb: phân mol pha hơi trung bìmh trong phần cất T: nhiệt độ tuyệt đối (oK) ytb = 0.5(ydt + ytl) ydt , ytl : nồng độ phần mol của pha hơi tại đỉnh tháp và đĩa tiếp liệu ytb = = 0.673 T = 273+ ttb ttb = 0.5(78.6 + 83.8) = 81.2 T = 273 + 81.2 = 354.2 oK rh = = 1.268 = + xtb : phần khối lượng trung bình trong phần cất xtb = 0.5(xF + xD ) = 0.5(0.35 + 0.9277)= 0.693 Ở ttb = 81.2 oC: retanol = 897 kg/m3 rnước = 972 kg/m3 = + rL = 922.7 kg/m3 Vậy (rywy)tb = 0.065*1* = 1.406 (kg/m3.h) Dluyện = 0.0188 = 1.176 m 2. Phần chưng: Dchưng = 0.0188 Lượng hơi trung bình: gtb = 0.5(g’1 + g’c) Lượng hơi ra khỏi đoạn chưng bằng với lượng hơi vào đoạn cất g’c = g1= 4437.8 kg/h G’1 + Gnước = g’1+ W (1) G’1 x’1 = g’1yW + WyW (2) g’1r’1 = g’cr c + Gnước rnước (3) Ở đáy: tW = 99.2oC ; yW = 0.03 retanol = 823.46 kj/kg [2]/ 256 rnước = 2260 kj/kg [4]/ 441 r’1 = y’1retanol + (1- y’1) rnước y’1: phần khối lượng của hơi tại đáy tháp y’1 = yw = Metanolyw / Mtb,M = 46*0.055/18.02 = 0.14 yc = y1= 0.594 (Lượng hơi ra khỏi đoạn chưng bằng với lượng hơi vào đoạn cất) r’1= 0.14*823.46 +(1-0.14) 2260 = 2059.2 kj/kg Gnước rnước = (119.465*18)2207 = 4745866.6 kj/h Ap suất hơi nước sục vào là 2.5 at (tuyệt đối) t = 120 oC [4]/427 , rnước = 2207 kj/kg G’1 + 2150.37 = g’1 + 5277.5 g’1x’1 = 0.14 g’1+ 8.866 2059.2g’1= 4437.8 * 1406.7 + 4745866.6 r’c = 0.594*823.46 + (1- 0.594) 2260 = 1406.7 kj/ kg giải hệ ba phương trình trên ta được: g’1 = 5336.3 kg/h G’1= 8463.43 kg/h x’1= 0.089 gtb = 0.5( g’1+ g’c) = 0.5(5336.3 + 4437.8) = 4887.05 kg/h Xác định vận tốc hơi đi trong phần chưng : (rywy)tb = 0.065 js Tính rh : rh = ytb: phân mol pha hơi trung bình của pha hơi đi trong phần chưng T: nhiệt độ tuyệt đối (oK) ytb = 0.5(y1 + y2) ydt , ytl : nồng độ phần mol của pha hơi tại đáy tháp và đĩa tiếp liệu ytb = 0.5(yd + ytl) = 0.5(0.51 + 0.031) = 0.27 ttb: nhiệt độ trung bình của phần chưng ttb = 0.5( tw + tF ) = 0.5(99.2 + 83.8) = 91.5 oC = 91.5 + 273 = 364.5 o K rh = = 0.855 kg/m3 = + xtb : phần khối lượng trung bình trong phần chưng xtb = 0.5(xW + xF ) = 0.5(0.00168 + 0.35)= 0.176 Ở ttb = 91.5 oC: retanol = 928 kg/m3 [4]/397 rnước = 956 kg/m3 [4]/397 = + rL = 958.28 kg/m3 Ở 91.5oC shh> 20 dyn/cm [2]/299 => js = 1 Vậy (rywy)tb = 0.065*1* = 1.2 (kg/m3.h) Dchưng= 0.0188 = 1.2 m Chọn D = 1.2 m cho toàn tháp PHẦN IV: TÍNH CHIỀU CAO THÁP VÀ TÍNH CHÓP Chiều cao tháp: H = Nt(h + d) + (0.8¸ 1)m d: chiều dày của đĩa(3¸5) mm Chọn d= 5 mm Nt : số mâm thực h: khoảng cách giữa hai đĩa H = 33(0.4 + 0.005)+ 1 = 14.365 m Kiểm tra khoảng cách của đĩa : Hmin = 23300 () W: vận tốc hpa hơi ,m/s F: tiết diện mặt cắt ngang của tháp, m2 n: số chóp trên moat mâm dch: đường kính chóp, m Phần cất: Hmin= 2330 ()2 = 0.31 m Phần chưng: Hmin= 2330 ()2 = 0.349 m Thấy rằng trong cả hai phần, Hmin < 400 mm (thỏa) Tính chóp: Đường kính ống hơi: Chọn: dh = 75 mm Số chóp phân bố trên đĩa: n = 0.1D2/ d2h = 0.1*1.22 /0.0752 = 25.6 chọn : n = 26 chóp Chiều cao chóp phía trên ống dẫn hơi: h2 = 0.25dh = 0.25*75 = 18.75 mm Đường kính chóp: dch = dch: chiều dài của chóp 2¸3 mm chọn : dch = 3 mm dch = = 110.39 mm chọn dch = 120 mm Khoảng cách từ mặt đĩa đến mép dưới của chân chóp: h = 0¸25 mm . Chọn = 12.5 mm Chiều cao mức chất lỏng trên khe chóp: hl = 15¸40 mm ; chọn hl = 40 mm Chiều cao khe chóp : hSO = x x: hệ số trở lực của đĩa chóp; x= 1.5¸2 ; chọn x= 2 rh, rl: khối lượng riêng trung bình của pha hơi & pha lỏng, kg/m3 wh: vận tốc pha hơi trong tháp, m/s wh= Vh: lưu lượng hơi đi trong tháp , m3/h n: số chóp trên một đĩa dh: đường kính ống hơi Vh= = ghtb= 0.5(5502.5+ 4887.05) = 5194.775 kg/h rhtb= 0.5(1.268 + 0.855) = 1.06 kg/m3 Vh= = 4900.7 m3/h wy= = 11.857 m/s hso= = 0.0323 m = 32.3 mm; chọn hso= 35 mm Số khe hở mỗi chóp: i = c= 3¸4 mm khoảng cách giữa các khe chọn : c = 4 mm i = = 62.6 khe; chọn 63 khe Bề rộng khe: i ( a+c) = pdch a= pdch/ i – c = 3.14*120/63 – 4= 1.98 mm chọn : a= 2 mm Đường kính ống chảy chuyền: dc= Gltb: lưu lượng lỏng trung bình đi trong tháp, kg/h z: số ống chảy chuyền rltb: khối lượng riêng trung bình của pha lỏng , kg/m3 rltb= 940.49 kg/m3 wc: vận tốc dòng lỏng trong ống chảy chuyền wc= 0.1¸ 0.2 m/s chọn wc=0.2 m/s z = 1 Phần chưng: G1= 0.5(G’1+W)= 0.5(8463.43 + 5277.5) = 6870.465 kg/h Phần cất: G’1 = 0.5( G1+ GD R) = 0.5(2561.48 + 1876.35* 2.5) = 3626.177 kg/h Gtb = 0.5(6870.465 + 3626.177) = 5248.32 kg/h dc= = 0.1 m = 100 mm Khoảng cách từ đĩa đến chân ống chảy chuyền: hc = 0.25dc= 0.25*100 = 25 mm Chiều cao mực chất lỏng trên ống chảy chuyền: h = Vltb: lưu lượng thể tích trung bình trong tháp , m3/h Phần cất: Vl= = = 3.39 m3/h Phần chưng: Vltb= 0.5(3.93 + 7.71)= 5.55 V’l= = = 7.17 m3/h how = = 0.0192 m = 19.2 mm Chiều cao gờ chảy tràn: how= 40 + 35 +12.5 + 5 – 19.2 = 73.3 mm lấy tròn 73 mm Độ mở lỗ chóp : hs = 7.55hso2/3( Ss: tổng diện tích các lỗ chóp trên mỗi mâm Ss= n*i*a*hso n: số chóp trên mỗi mâm (26 chóp) i: số khe mỗi chóp (87 khe) a: chiều rộng khe chóp (2 mm) hso: chiều cao khe chóp (35 mm) Ss= 26*87*2*35*10-6 = 0.1583 m2 hs = 7.55( = 35 mm thấy rằng hs » hso , xem như chóp mở hoàn toàn Gradien chiều cao mực chất lỏng trên mâm: D= Cg. D’.n n : số hàng chóp trên mỗi mâm Cg: hệ số hiệu chỉnh cho suất lượng pha khí D’: gradient chiều cao mực chất lỏng qua một hàng chóp Tính D’: x = 1.34 ; Bm= 0.84D = 0.84*1.2 = 1.0 m x = 1.34* 5.55 = 7.437 Chiều cao mực chất lỏng trên mâm: hm = 40 + 12.5 + 25 + 35 = 112.5 mm tra đồ thị 5.13 [5]/81 4D’ = 2 => D’= 0.5 Tính Cg: Cg = 0.82wg Ứng với khoảng cách mâm là 400 mm ; Ta có: c=0.025 wg = 0.025 = 0.7513 m/s Cg = 0.28 *0.75= 0.633 số hàng chóp trên mỗi mâm: n = 7 D= 0.633* 0.5* 7= 2.216 mm Độ giảm áp do ma sát & biến đổi vận tốc pha khí thổi qua chóp khi không có chất lỏng : hfv = 274K( S: tổng diện tích ống hơi mỗi mâm, m2 K: hệ số tra theo tỷ số (Saj/Srj) đồ thị 5.16 [5]/83 = = = 1.56 => K= 0.43 S= m2 hfv= 274*0.43*(mm Chiều cao thủy tĩnh lớp chất lỏng trên lỗ chóp đến gờ chảy tràn: hss = hW – hso – hsr – hsc = 73 – 35 – 15 – 12.5 = 10.5 mm Độ giảm áp tổng cộng qua một mâm: ht = hfv + hs + hss + how + ½ D = 15 + 35 + 10.5 + 19.2 + ½ 2.2 = 80.8 mm Chiều cao mực chất lỏng không bọt trong ống chảy chuyền: hd= hw + how + D + ht + hd’ hd’: tổn that thủy lực do dòng lỏng chảy từ ống chảy chuyền vào hd’= 0.128 ( Sd : tiết diện giữa ống chảy chuyền & mâm Sd= p*dc*hc = p*0.1**0.025 = 0.00785 m2 hd’= 0.128 (= 6.4 mm hd= 73 + 19.2 + 2.2 + 80.8 + 6.4 = 181.6 mm hd= 181.6 £ = 400/ 2 ® tháp làm việc không ngập lục BẢNG TÓM TẮT: STT Tên gọi Kí hiệu Kích thước(mm) Số lượng (cái) 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 Đường kính trong của ống hơi của chóp Số chóp phân bố trên mâm Đường kính trong của chóp Chiều cao mực chất lỏng trên khe chóp Chiều cao chóp phía trên ống dẫn hơi Khoảng cách từ mặt đĩa đến mép dưới chân chóp Chiều cao khe chóp Số lượng khe hở của mỗi chóp Chiều rộng khe chóp Khoảng cách giữa các khe Đường kính ống chảy chuyền Khoảng cách từ đĩa đến chân ống chảy chuyền Chiều cao ống chảy chuyền trên đĩa Chiều cao mực chất lỏng trên ống chảy chuyền Bước tối thiểu của chóp trên đĩa Số lượng ống chảy chuyền K/c từ tâm ống chảy chuyền đến tâm chóp gần nhất Chiều dày chóp Chiều dày đĩa Chiều dày ống chảy chuyền Chiều cao gờ chảy tràn Độ mở của chóp Gradien chiều cao mực chất lỏng trên mâm Độ giảm áp do ma sát và biến đổi vận tốc pha khí dh n dch hl h2 h hso i a c dc hc how Nt*z t1 d1 d2 d3 hw hs D hfv 75 120 40 18.75 12.5 35 2 4 100 25 19.2 3 5 3 73 35 2.216 15 26 63 33*2 PHẦN V: TÍNH TRỞ LỰC CỦA THÁP Trở lực toàn tháp: Dp = Ntt. Dpd Ntt: số đĩa thực của tháp Dpd: tổng trở lực 1 đĩa Dbd = Dpk + Dps + Dpt Phần cất: Trở lực đĩa khô: Dpk = x x: hệ số trở lực ; x = 4.5¸5; chọn x = 5 rh: khối lượng riêng của pha hơi, rh = 1.268 kg/m3 wo: vận tốc qua rãnh chóp wo = Vy = = = 1.282 m3/s wo= = 11.18 m/s Dpk= 5= 369.29 N/ m2 Trở lực do sức căng bề mặt: Dps = = s : sức căng bề mặt (N/m2) Ở 81.2oC : s = 2 dyn / cm [2,301] dtd : đường kính tương đương của khe rãnh chóp (m) dtd = = = 3.784*10-3 (m) Dps = = 22.2 N/ m2 Trở lực lớp chất lỏng trên đĩa: Dpt= rb*g(hb – hso/ 2) rb: khối lượng riêng của bọt, kg/ m3 hb: chiều cao lớp bọt trên đĩa, m hx: chiều cao lớp chất lỏng không lẫn bọt trên đĩa, m hx = hsc + hso/ 2 = 12.5 + 35/2 = 30 mm rb = (0.4¸0.6) rx = 0.5*922.7 = 461.35 kg/ m3 hb = hch: chiều cao chóp hch = hsr + hsc + hso + h1 + h2 = 5 + 12.5 + 35 + 40 + 18.75 = 111.25 mm F: phần bề mặt của đĩa có gắn chóp, m2 Tổng diện tích hình viên phân trên đĩa: Svp = 0.5R2 (a- sina ), a (rad) = 0.5*0.62( 2.071- 0.9) = 0.2 m2 Diện tích của đĩa: SD = pD2/ 4 = p 1.22 / 4 = 1.13 m2 f: tổng diện tích các chóp trên đĩa, m2 f = 0.785 D2ch*n = 0.785*0.122*26 = 0.3 m2 F = 1.13- 2*0.2 = 0.73 m2 hb= = 0.736 m Dpt = 461.35*9.81 ( 0.0736 - 35*10-3 / 2) = 254.1 (N/m2) Trở lực một đĩa: Dpd = Dpk + Dps + Dpt = 396.29 + 22.2 + 254.1 = 672.6 N/ m2 Tổng trở lực phần cất: Dpc = 28*672.6 = 18832.8 N/ m2 Phần chưng: Trở lực đĩa khô: Vy = = m3/ s wo = = 21.22 m/ s Dpk = = 962.49 N/ m2 Trở lực của đĩa do sức căng bề mặt: Dps = = = 31.71 N/ m2 Trở lực lớp chất lỏng trên đĩa: Dpt = rb = 0.5*958.28 = 479.14 kg/ m3 hb = = 0.0722 m Dpt = 497.14*9.81(0.0722-0.035/ 2) = 266.77 N/ m2 Trở lực một đĩa: Dpd = Dpk + Dps + Dpt = 962.49 + 31.71 + 266.77 = 1261 N/ m2 Tổng trở lực phần chưng: Dpc = 5*1261 = 6304.844 N/ m2 Trở lực toàn tháp: Dp = 18832.8 + 6304.844 = 25137.6 N/ m2 = 0.25 at PHẦN VI: TÍNH CÁC THIẾT BỊ TRAO ĐỔI NHIỆT Nhiệt lượng cần cung cấp cho dòng nhập liệu đến trạng thái lỏng bảo hoà: QF = F*HF F: suất lượng nhập liệu (kmol/ s) HF : enthalpy của dòng nhập liệu ở trạng thái lỏng bảo hòa (kj/ kmol) QF = = 281 kw Nhiệt lượng sản phẩm đáy: QW = W HW = = 485.58 Kw Nhiệt lượng do hơi nước cung cấp: QH = Gn+1 + HG n+1 Gn+1 : suất lượng hơi nước bảo hoà sục vào đáy tháp, kmol/ s HG n+1: enthalpy của hơi nước QH = = 1571.2 kw Nhiệt lượng làm nguội sản phẩm đỉnh: QLN = GD CD ( tD – tra ) CD : nhiệt dung riêng của sản phẩm đỉnh, kj/ kg.độ ttb = 0.5 ( tD + tra ) = 0.5 ( 78.6 + 30) = 54.3 o C ttb = 54.3 oC Cetanol = 3.480 kj/ kg.độ [2,172] Cnước = 4.177 kj/ kg.độ [2,165] CD = xD Cetanol + ( 1 – 0.9277 ) *4.177 = 3.53 kj/ kg.độ QH = 89.42 kw Thiết bị gia nhiệt: Chọn thiết bị gia nhiệt có dạng ống chùm Đường kính ống d = 16 x 1.6 Tổng số ống: n = 37 ống Số ống trên một cạnh của hình sáu cạnh r : Số ống trên đường chéo của hình sáu cạnh: b = 2* a – 1 = 2*4 – 1 = 7 Bước ống t: t = 1.5 d = 1.5*16 = 24 mm Đường kính trong của thiết bị trao đổi nhiệt: D = t ( b – 1 ) + 4*dn = 24 ( 7 – 1 ) + 4*16 = 208 Nhiệt độ ra của dòng nóng sau khi trao đổi nhiệt: Q = GW CW ( tW – tra ) = 281 kw Với : tW = 99.2 oC tra = 99.2 - = 53.3 oC Dòng nóng: 99.2 oC à 53.3 oC Dòng lạnh : 83.8 oC ß 30 oC )tlog = = 19.078 oC Dòng lạnh đi phía vỏ: ttb1 = 0.5 ( 83.8 + 30 ) = 26.9 o C Dtd = f: tiết diện dòng chảy B: chu vi thấm ước của dòng , m f = B = BDt + B n dn Dtd = = 0.04224 m Độ nhớt của dòng chảy: log: = x log:etanol + ( 1 –x ) log:nước x : phân mol của etanol, x = 0.174 Ở ttb1 = 26.9o C :etanol = 2.02*10-3 Ns / m2 [2,92] :nước = 0.801*10-3 Ns / m2 [2,92] log: = 0.174 log 2.02*10-3 + ( 1 – 0.174 ) log 0.801*10-3 : = 0.94*10-3 Ns / m2 Hệ số dẫn nhiệt của dòng lạnh: 8 = x 8etanol + ( 1 - x ) 8nước x : phân khối lượng etanol Ở ttb1 = 26.9o C 8etanol = 0.3985 W/ m.độ [2,135] 8nước = 0.62 W/ m.độ [2,135] 8 = 0.174*0.3985 + ( 1 – 0.174 ) 0.62 = 0.58 W/ m.độ Khối lượng riêng của dòng lạnh: : phân khối lượng của etanol = 0.35 Ở ttb1 = 26.9o C: Detanol = 929 kg/m3 Detanol = 995 kg/m3 Dhh = 970.86 kg/m3 Vận tốc của dòng lạnh đi phía ngoài ống: wF = = 1.02 m/s Chuẩn số Reynolds: Re = = 44452 Chuẩn số Prant: Pr = CP : nhiệt dung riêng của dòng lạnh ( j/ kg.độ ) CP = xCPetanol + ( 1 – x ) CP nước x: phân khối lượng etanol x = 0.35 Ở ttb1 = 26.9o C: CP etanol = 3582.5 j / kg.độ [2,172] CP nước = 4.175*103 j / kg.đo [2,165] CP = 0.35*3582.5 + ( 1- 0.35) 4175 = 3967.6 J/kg.độ Pr = = 6.437 Chuẩn số Nuyxen: Nu = 1.16 = 1.16*0.042240.6*444520.6*6.437 0.33 = 197.466 Hệ số cấp nhiệt: Dòng nóng đi phía ống: ttb = 0.5 ( 99.2 + 53.3 ) = 76.25 oC Độ nhớt của dòng nóng: logm = x logmetanol + ( 1-x ) logmnước x: phân mol etanol có trong sản phẩm đáy xw = 0.00066 Ở ttb2 = 76.25 oC metanol = 0.51*10-3 Ns/ m2 [2,92] mnước = 0.377*10-3 Ns/ m2 [2,92] logm = 0.00066 log (0.51*10-3) + ( 1- 0.00066 )log(0.377*10-3) = 0.377*10-3 Khối lượng riêng của dòng nóng: : phân khối lượng của etanol = 0.00168 Ở ttb2 = 76.25 oC retanol = 934 kg/ m3 [2,9] rnước = 972 kg/ m3 [2,9] à r = 972 kg/ m3 Hệ số dẫn nhiệt của dòng nóng l = lnước = 0.0669 W/ m.độ [2,135] Vận tốc của dòng nóng đi trong ống: w = = 1.3 m/ s Chuẩn số Reynol: Re = à chế độ chảy rối à Nu = Pr = 2.4 tra tại ttb = 76.25 oC Thực hiện tính lặp ta được kết quả sau: Dòng lạnh đi phía ngoài ống: ttb1 (oC) tt1 (oC) a1 q1= (tt1 - ttb1 ) a1 årcáu 26.9 33.0 8947.6 5580.35 0.6575*10-3 26.9 32.5 8947.6 50106.56 0.6575*10-3 Dòng nóng đi phía ngoài ống: Dt =qårcáu ttb2 (oC) tt2 (oC) Pr Prt Nu a2 q2=(ttb2– t2) 35.9 76.25 68.9 2.4 2.6 152 7944.37 58391.1 32.94 76.25 65.45 2.4 2.8 149.9 7833.6 844603 t1 = 33 o C: ta có Sai số giũa q1 & q2 là không lớn lắm, vậy ta chọn trường hợp này qtb = 0.5( q1+ q2 ) = 0.5 ( 58391.1 + 54580.35) = 56485.725 Diện tích bề mặt truyền khối: F = m2 Chiều dài ống: l = = 2.6 m THIẾT BỊ LÀM NGUỘI SẢN PHẨM ĐỈNH: Chọn thiết bị truyền nhiệt có dạng ống chùm, 6 pass phía ống Đường kính ống: d = 16 * 1.6 Tổng số ống: n = 19 ống. Số ống trên một cạnh của hình sáu cạnh ngoài cùng: a = 3 Số ống trên đường chéo của hình sáu cạnh: b = 2a – 1 = 2*3 – 1 = 5 Bước ống t : t = 1.5d = 1.5* 16 = 24 mm Đường kính trong của thiết bị trao đổi nhiệt, D: D = t ( b – 1 ) + 4dn = 24*4 + 4*16 = 160 mm Lượng nhiệt cần thiết để làm nguội sản phẩm đỉnh xuống tới 30 oC: Q = 89.42 kw Dòng nóng: 78.6 oC à 30 oC Dòng lạnh: 40 oC ß 27 oC Dtlog = Dòng sản phẩm đỉnh đi phía vỏ: ttb = 0.5( 78.6 + 30 ) = 54.3 oC Dtd = f: tiết diện dòng chảy m2 p: chu vi thấm ước của dòng (m) f = p = pDt + npdn Dtd = m Độ nhớt của dòng sản phẩm đỉnh: logm = 0.834 log(0.6*10-3 )+ (1-0.834)log(0.509*10-3) à m = 0.05*10-3 Ns/ m2 Hệ số dẫn nhiệt của dòng sản phẩm đỉnh: l = x letanol + ( 1 – x ) lnước Ở ttb = 54.3 oC : letanol = 0.164 (W/ m.độ ) [2,135] lnước = 0.6645 (W/ m.độ ) [2,135] l = 0.834*0.164 + ( 1 – 0.834 ) 0.6645 = 0.247 W/ m.độ Khối lượng riêng của dòng sản phẩm đỉnh: Ở ttb1 = 54.3 oC: retanol = 763 kg/m3 [2,9] rnước = 987 kg/m3 [2,9] à rhh = 792.87 kg/ m3 Vận tốc của dòng sản phẩm đi ngoài ống: WD = m/s Chuẩn số Reynol: Chuẩn số Prant: CP: nhiệt dung riêng của dòng lạnh (j/kg.độ ) CP = CP etanol + (1- )CP nước Ở ttb1 = 54.3 oC: CP etanol = 3095 J/ kg.độ [2,172] CPnước = 4180 J/ kg.độ [2,165] à CP = 3173.445 j/ kg.độ Chuẩn số Nuyxen: Hệ số cấp nhiệt: Dòng nước đi phía ống: ttb2 = 0.5 ( 60 + 27 ) = 43.5 oC Ở ttb2 = 43.5 oC: mnước = 0.656*10-3 Ns/m3 [2,92] rnước = 992 kg/ m3 [2,9] lnước = 0.642 W/ m.độ [2,135] CW = 4.18*103 j/ kg.độ Lượng nước cần để làm nguội sản phẩm đỉnh: kg/s Vận tốc của nướn đi trong ống: m/s Chuẩn số Reynol: Pr = 4.3 tra tại ttb2 = 43.5oC Prt tra tại nhiệt độ tường phía ống tt2 Chọn: l/ d > 50 à e1 = 1 Thực hiện tính lặp: Dòng sản phẩm đỉnh đi phía ngoài ống: ttb1 (oC) tt1 (oC) a1 q1= (tt1 - ttb1 ) a1 årcáu 54.3 43.5 381.35 4118.6 0.6575*10-3 54.3 44 381.35 3927.905 0.6575*10-3 Dòng nóng đi phía ngoài ống: Dt =qårcáu ttb2 (oC) tt2 (oC) Pr Prt Nu a2 q2=(ttb2– t2) 2.71 43.5 40.79 4.3 5.1 35.25 1768 4787.7 2.5826 43.5 41.41 4.3 5 35.42 1776.8 3700.3 Chọn : tt1 = 44 oC Sai số giữa q1 & q2 khônglớn lắm, vậy ta chọn trường hợp này Tính diện tích bề mặt truyền nhiệt: m2 Chiều dài của ống: m THIẾT BỊ NGƯNG TỤ: Thiết bị ngưng tụ có tác dụng ngưng tụ hơi C2H5OH đi ra ở đỉnh tháp chưng cất. Rượu ngưng ra ở trang thaí lỏng, một phần được hồi lưu trở lại tháp, một phần qua thiết bị làm nguội thu hồi sản phẩm. Thiết bị ngưng tụ là thiết bị nằm ngang, dòng lạnh là nước đi trong ống, dòng nóng là rượu đi ngoài ống. Nhiệt lượng cần trao đổi: Qc = 4565857.5 kj/ h = 1268.3 kw Lượng nước tối thiểu cung cấp cho thiết bị ngưng tụ: = 15.2 kg/ s Chênh lệch nhiệt độ vào: Dt1= 78.6 – 25 = 53.6 o C Chênh lệch nhiệt độ vào: Dt2 = 78.6 – 45 = 33.6 oC Chênh lệch nhiệt độ trung bình: Dlog = K: hệ số truyền nhiệt cuả thiết bị ngưng tụ K = 340¸870 W/ m2.độ bảng V-9 [3] Chọn sơ bộ giá trị K, sau đó tính và thử lại giá trị K sao cho sai lệch < 5%. Sau khi tính lặp nhiều lần ta được kết quả cuối cùng. Chọn Ksb = 500 W/m2.độ F: bề mặt truyền nhiệt sơ bộ. Chọn ống truyền nhiệt là ống đồng có đường kính d = 25 x 2 mm Nhiệt tải riêng : q = 500* 42.82 = 21465 W/ m2 m: độ nhớt của rượu m = 0.546 * 10-3 Pa.s [1] r : ẩn nhiệt ngưng tụ r = 1040.4 kj/ kg [1] Chọn số ống trong thiết bị là: 2*130 ống, xếp theo kiểu hình tròn n = 130*2 Nu = 0.72*Ga*Pr*K Hoặc tính a theo: với: l =0.244 W/ m2.độ = 2583.6 W/ m2.độ Tính hệ số cấp nhiệt của nước đi trong ống: Nhiệt độ trung bình: t = 0.5 ( 25 + 45) = 35 oC Vận tốc của nước vào và ra: Tra bảng chuẩn số Prant: Pr = 5.25 Prw = 3.7 = 91.3 a2 = = 1060.8 w/m2. độ Trở lực lớp cáu của nước và rượu: Lớp bẩn do nước: r2 = 2900-1 Chọn ống đồng thau, có hệ số dẫn nhiệt: l = 93 W/m.độ Hệ số truyền nhiệt: = 535.2 Xét: Vậy kết quả K là chấp nhận được: K = 535.2 W/ m2.độ à Bề mặt truyền nhiệt: Chọn: F = 56 m2 để bù tổn thất nhiệt Đường kính ngoài của thiết bị trao đổi nhiệt: D = t ( 2no + ) t = ( 1.2 ¸ 1.5 ) d Chọn t = 1.4 d = 1.4*25 = 35 mm no: số vòng tròn của ống chùm với n = 30 thì no = 9 , [2] à D = 35 ( 2*9 + 1) = 665 mm Chiều cao của ống chùm: Vậy chọn đường kính: D = 670 mm L = 2.7 m PHẦN 9: TÍNH TOÁN CƠ KHÍ Tính bề dày thân trụ tháp chưng: * Thân của t háp chưng được chế tạo bằng phương pháp hàn hồ quang. Thân tháp được ghép nhiều đoạn bằng mối ghép bích. * Vật liệu làm thân chọn loại thép không ghỉ để không ảnh hưởng lên chất lượng sản phẩm. Tra bảng XII – 46a[3,439], cho thiết bị chịu ăn mòn, chọn thép không ghỉ OX18H125. Điều kiện làm việc của tháp chưng : Ap suất: Môi trường làm việc của tháp là hỗn hợp khí-lỏng. Ap suất bên trong tháp (tính tại đáy tháp) P = Ph + Pl + )P Ph : áp suất khí bên trong tháp Ph = 1 at = 9.81*104 N/ m2 Pl = DgH = 9.81*990*14.5 = 14.08 *104 N/ m2 )P: tổng trở lực của tháp: )P = 0.25*9.81*104 N/ m2 Vậy áp suất tại đáy tháp: P = 9.81*104 + 14.08*104 + .025*9.81*104 = 26.34*104 N/ m2 Xét điều kiện: với : nh: hệ số bền mối hàn; tra bảng: nh = 0.8 [F]: ứng suất cho phép của vật liệu được tính thông qua: [F]k = = 187 N/ m2 [F]c = 144*106 N/ m2 nk, nc : hệ số an toàn bền ( bảng XIII – 3 ) [3] Chọn: [F] = min {[F]k;[F]c} = 144*106 N/ m2 Vậy: 437.35 > 50 Bề dày thân được tính: S= Trong đó: C = C1 + C2 + C3 + C0 C1: hệ số bổ sung ăn mòn . Chọn thiết bị làm việc trong 10 năm à C1 = 10*0.1 = 1.0 mm C2 : hệ số bổ sung do bào mòn; C2 = 0 C3: hệ số bổ sung do sai lệch kích thước Co: hệ số bổ sung qui tròn = 4 mm Kiểm tra điều kiện: Vậy điều kiện thoả. Ap suất cho phép trong thiết bị: = 57.456*104 N/ m2 [P] > P : Vậy thoả điều kiện cho phép của áp suất Tính đáy & nắp thiết bị: Với điều kiện làm việc áp suất P = 39*104 N/ m2 Chiều dày đáy ( nắp) thiết bị: với C chọn như trên; hl: chiều cao phần lõi của nắp elip hl = 0.25Dt = 0.25*1.2 =0.3 m k: hệ số không thứ nguyên k = Bề dày đáy ( nắp): S = 0.00139 + 0.001 + 0.0004 + 0.00067 = 4 mm Trên đỉnh tháp khoét một lỗ tại tâm để thoát hơi, đường kính lỗ: Qv = Gd = GD + GR = ( R + 1) = 1876.35 ( 2.5 + 1 0) = 6567.225 kg/ h Qv = m/ s v: vận tốc hơi ra, chọn v = 20 m/s m Đáy có khoét một lỗ tròn để tháo sản phẩm đáy, đường kính lỗ tháo liệu: Q = m3/ s vtl: vận tốc tháo liệu, chọn vtl = 0.5 m/s à dtl = = 0.0624 m/s Các cửa nhập liệu, hồi lưu, cửa hơi: Các cửa nhập liệu, hồi lưu, cửa hơi: Lưu lượng nhập liệu: + nước *(1 – ) = 897*0.35 + 972*(1 – 0.35) = 945.75kg/m3 à QF = = 5.287 m3/h = 0.11165 m/s v = 0.15 m/s (chọn): tốc độ nhập liệu * Cửa hồi lưu: = 1876.35*25 = 4690.875 kg/h rR = 766*0.972 + ( 1 – 0.972 )*972 = 771.768 kg/m3 với tD = 78.6 oC retanol = 766 kg/m3 [2,93] rnước = 972 kg/ m3 [2,93] = 6.078 m3/s v » 0.15 m/ s Cửa hơi: Cung cấp hơi nước để đốt nóng lượng lỏng ở đáy tháp: Ghơi = 21536 kg/h rhơi = 958 kg/m3 m3/s vh = 20 m/s (chọn) dh = Tính các bích: Bích để ghép đáy, nắp với thân & các đọan thân tháp nối với nhau. Vì Dt = 1.2 m nên chọn lọai bích liền. Các thông số tra ở bảng XIII-27, [3,420] (hình vẽ) P 10-6(N/m2) Dt (mm) D Db D1 Do db Số lượng h 0.3 1200 1340 1290 1260 1213 M 20 32 25 Khoảng cách giữa hai mặt bích liền nhau là 800 mm Số mâm giữa hai mặt bích là 4 mâm Mâm tháp với tháp bằng vành Tính chân đỡ, tai treo: Tính khối lượng sơ bộ của tháp: Khối lượng nắp: mn = F.r.s rthép = 7.9*103 kg/m3 mn = ( 1.22 – 0.332 ) **7.9*103*4*10-3 = 33 kg Khối lượng đáy: mn = ( 1.22 – 0.0622 ) **7.9*103*4*10-3 = 35.65 kg Khối lượng thân trụ hàn: mt = p.Dt.Hth.r.S = p*1.2*14.365*7.9*103*4*10-3 = 1711.3 kg Khối lượng mâm: mm = Nt.Fm.s.r = 33 (1.22 )5*10-3*7.9*103 = 1474.2 kg Khối lượng chóp : + Đối với một chóp: mch = p.dch.hch.r.5*10-3 = p*0.12*0.11125*7.9*103*5*10-3 = 1.6566 kg/chóp + Toàn tháp: Mch = 1.65*26*33 = 1421 kg Khối lượng ống dẫn hơi: + Tính cho 1 ống: mch = p.dh.hh.r.s = p*75*10-3*111.25*10-3*7.9*103*3*10-3 = 0.62 kg + Tính cho toàn tháp: mh = Nt.n.mh = 33*26*0.62 = 533 kg Khối lượng ống chảy chuyền: + Tính cho 1 ống: m’c = p.dc.h.r.s = p*0.1*25*10-3*7.9*103*3*10-3 = 0.186 kg + Tính cho toàn tháp: mc = Nt.z.m’c = 33*2*0.186 kg = 12.285 kg Tổng khối lượng toàn tháp: M = åmi = 3800.8 kg Tải trọng tháp: Đối với tháp khô: Gk = M.g = 3800.8*9.81 = 37278 N Đối với tháp ướt: Giả sử tháp chứa đầy lỏng: G ướt = Gkhô + = 37278 + = 176733.3 N Các loại chân đỡ: [3,437] Chọn 3 chân đờ; khi đó chọn G = 6.0*104 N Các thông số của chân đỡ loại này: Tải trọng cho phép trên một chân: G = 6.0*104 Bề mặt đỡ: F = 711*10-4 m2 Tải trọng cho phép trên bề mặt đỡ: q = 0.84*106 N/m2 L = 300 mm B = 240 mm B1 = 260 mm B2 = 370 mm H = 450 mm h = 226 mm s = 18 mm l = 110 mm d = 34 mm Chọn 3 tai treo; khi đó chọn G = 6.0*104 N Các thông số của tai treo loại này: Tải trọng cho phép trên một tai: G = 6.0*104 Bề mặt đỡ: F = 451*10-4 m2 Tải trọng cho phép trên bề mặt đỡ: q = 1.33*106 N/m2 L = 230 mm B = 200 mm B1 = 205 mm H = 350 mm s = 12 mm l = 100 mm a = 25 mm d = 34 mm.