Đề tài Thiết kế tháp chưng cất hệ acid axetic

MUÏC LUÏC trang LÔØI MÔÛ ÑAÀU CHÖÔNG I : TOÅNG QUAN I . LYÙù THUYEÁT VEÀ CHÖNG CAÁT 3 II . GIÔÙI THIEÄU SÔ BOÄ NGUYEÂN LIEÄU 4 III . COÂNG NGHEÄ CHÖNG CAÁT HEÄ ACID AXETIC– NÖÔÙC 6 CHÖÔNG II : CAÂN BAÈNG VAÄT CHAÁT I . CAÙC THOÂNG SOÁ BAN ÑAÀU 8 II . XAÙC ÑÒNH SUAÁT LÖÔÏNG SAÛN PHAÅM ÑÆNH VAØ SAÛN PHAÅM ÑAÙY 8 III . XAÙC ÑÒNH TÆ SOÁ HOAØN LÖU THÍCH HÔÏP 9 IV . PHÖÔNG TRÌNH ÑÖÔØNG LAØM VIEÄC – SOÁ MAÂM LYÙ THUYEÁT 9 V . XAÙC ÑÒNH SOÁ MAÂM THÖÏC TEÁ 10 CHÖÔNG III :TÍNH TOAÙN –THIEÁT KEÁ THAÙP CHÖNG CAÁT I . ÑÖÔØNG KÍNH THAÙP 12 II . MAÂM LOÃ – TRÔÛ LÖÏC CUÛA MAÂM 15 III . TÍNH TOAÙN CÔ KHÍ CUÛA THAÙP 19 CHÖÔNG IV : TÍNH TOAÙN THIEÁT BÒ TRUYEÀN NHIEÄT- THIEÁT BÒ PHUÏ I . CAÙC THIEÁT BÒ TRUYEÀN NHIEÄT 27 II. TÍNH BAÛO OÂN CUÛA THIEÁT BÒ 38 III . TÍNH TOAÙN BÔM NHAÄP LIEÄU 39 CHÖÔNG V : GIAÙ THAØNH THIEÁT BÒ I . TÍNH SÔ BOÄ GIAÙ THAØNH CUÛA THIEÁT BÒ 45 II . KEÁT LUAÄN 46 TAØI LIEÄU THAM KHAÛO LÔØI MÔÛ ÑAÀU Moät trong nhöõng ngaønh coù söï ñoùng goùp to lôùn ñeán ngaønh coâng nghieäp nöôùc ta noùi rieâng vaø theá giôùi noùi chung, ñoù laø ngaønh coâng nghieäp hoùa hoïc. Ñaëc bieät laø ngaønh hoùa chaát cô baûn. Ngaøy nay, caùc phöông phaùp ñöôïc söû duïng ñeå naâng cao ñoä tinh khieát: trích ly, chöng caát, coâ ñaëc, haáp thu… Tuøy theo ñaëc tính yeâu caàu cuûa saûn phaåm maø ta coù söï löïa choïn phöông phaùp thích hôïp. Ñoái vôùi heä acid axetic- Nöôùc laø 2 caáu töû tan laãn hoaøn toaøn, ta phaûi duøng phöông phaùp chöng caát ñeå naâng cao ñoä tinh khieát cho acid axetic. Nhieäm vuï cuûa ÑAMH laø thieát keá thaùp chöng caát heä acid axetic - Nöôùc hoaït ñoäng lieân tuïc vôùi naâng suaát nhaäp lieäu : 5m3/h coù noàng ñoä 8% mol acid axetic ,thu ñöôïc saûn phaåm ñænh coù noàng ñoä 0.5% mol acid axetic vôùi nồng ñoä dung dịch ñaùy acid axetic laø 30%. Em chaân thaønh caûm ôn caùc quí thaày coâ boä moân Maùy & Thieát Bò, caùc baïn sinh vieân ñaõ giuùp em hoaøn thaønh ñoà aùn naøy. Tuy nhieân, trong quaù trình hoaøn thaønh ñoà aùn khoâng theå khoâng coù sai soùt, em raát mong quí thaày coâ goùp yù, chæ daãn. CHÖÔNG I : TOÅNG QUAN. I . LYÙù THUYEÁT VEÀ CHÖNG CAÁT: 1 . Phöông phaùp chöng caát : Chöng caát laø qua ùtrình phaân taùch hoãn hôïp loûng (hoaëc khí loûng) thaønh caùc caáu töû rieâng bieät döïa vaøo söï khaùc nhau veà ñoä bay hôi cuûa chuùng (hay nhieät ñoä soâi khaùc nhau ôû cuøng aùp suaát), 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. Khaùc vôùi coâ ñaëc, chöng caát laø quaù trình trong ñoù caû dung moâi vaø chaát tan ñeàu bay hôi, coøn coâ ñaëc laø quaù trình trong ñoù chæ coù dung moâi bay hôi. Khi chöng caát ta thu ñöôïc nhieàu caáu töû vaø thöôøng thì bao nhieâu caáu töû seõ thu ñöôïc baáy nhieâu saûn phaåm. Neáu xeùt heä ñôn giaûn chæ coù 2 heä caáu töû thì ta thu ñöôïc 2 saûn phaåm: saûn phaåm ñænh chuû yeáu goàm goàm caáu töû coù ñoä bay hôi lôùn (nhieät ñoä soâi nhoû ), saûn phaåm ñaùy chuû yeáu goàm caáu töû coù ñoä bay hôi beù(nhieät ñoä soâi lôùn) .Ñoái vôùi heä acid axetic - nöôùc saûn phaåm ñænh chuû yeáu goàm nöôùc vaø moät ít acid axetic , ngöôïc laïi saûn phaåm ñaùy chuû yeáu goàm acid axetic vaø moät ít nöôùc. Caùc phöông phaùp chöng caát: ñöôïc phaân loaïi theo: AÙp suaát laøm vieäc : chöng caát aùp suaát thaáp, aùp suaát thöôøng vaø aùp suaát cao. Nguyeân taéc cuûa phöông phaùp naøy laø döïa vaøo nhieät ñoä soâi cuûa caùc caáu töû, neáu nhieät ñoä soâi cuûa caùc caáu töû quaù cao thì ta giaûm aùp suaát laøm vieäc ñeå giaûm nhieät ñoä soâi cuûa caùc caáu töû. Nguyeân lyù laøm vieäc: lieân tuïc, giaùn ñoaïn(chöng ñôn giaûn) vaø lieân tuïc. * Chöng caát ñôn giaûn(giaùn ñoaïn): phöông phaùp naøy ñuôïc söû duïng trong caùc tröôøng hôïp sau: + Khi nhieät ñoä soâi cuûa caùc caáu töû khaùc xa nhau. + 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 hoãn hôïp hai caáu töû (duøng thieát bò hoaït ñoäng lieân tuïc) laø quaù trình ñöôïc thöïc hieän lieân tuïc, nghòch doøng, nheàu ñoaïn. Phöông phaùp caáp nhieät ôû ñaùy thaùp: caáp nhieät tröïc tieáp baèng hôi nöôùc: thöôøng ñöôïc aùp duïng tröôøng hôïp chaát ñöôïc taùch khoâng tan trong nöôùc . Vaäy: ñoái vôùi heä acid axetic – Nöôùc, ta choïn phöông phaùp chöng caát lieân tuïc caáp nhieät giaùn tieáp baèng noài ñun ôû aùp suaát thöôøng. 2 . Thieát bò chöng caát: Trong saûn xuaát thöôøng söû duïng raát nhieàu loaïi thaùp nhöng chuùng ñeàu coù moät yeâu caàu cô baûn laø dieän tích beà maët tieáp xuùc pha phaûi lôùn ,ñieàu naøy phuï thuoäc vaøo ñoä phaân taùn cuûa löu chaát naøy vaoø löu chaát kia . Thaùp chöng caát raát phong phuù veà kích côõ vaø öùng duïng ,caùc thaùp lôùn nhaát thöôøng ñöôïc öùng duïng trong coâng nghieäp loïc hoaù daàu. Kích thöôùc cuûa thaùp : ñöôøng kính thaùp vaø chieàu cao thaùp tuyø thuoäc suaát löôïng pha loûng, pha khí cuûa thaùp vaø ñoä tinh khieát cuûa saûn phaåm. Ta khaûo saùt 2 loaïi thaùp chöng caát thöôøng duøng laø thaùp maâm vaø thaùp cheâm. Thaùp maâm: thaân thaùp hình truï, thaúng ñöùng phía trong coù gaén caùc maâm coù caáu taïo khaùc nhau ñeå chia thaân thaùp thaønh nhöõng ñoaïn baèng nhau, treân maâm pha loûng vaø pha hôi ñöïôc cho tieáp xuùc vôùi nhau. Tuøy theo caáu taïo cuûa ñóa, ta coù: * Thaùp maâm choùp : treân maâm coù choùp daïng troøn hay moät daïng khaùc,coù raõnh xung quanh ñeå pha khí ñi qua va oáng chaûy chuyeàn coù hình tron * Thaùp maâm xuyeân loã: treân maâm boá trí caùc loã coù ñöôøng kính 3-12mm ñöôïc boá trí treân caùc ñænh tam giaùc,böôùc loå baèng 2,5 ñeán 5 laàn ñöôøng kính Thaùp cheâm(thaùp ñeäm): thaùp hình truï, goàm nhieàu ñoaïn noái vôùi nhau baèng maët bích hay haøn. Vaät cheâm ñöôïc cho vaøo thaùp theo moät trong hai phöông phaùp: xeáp ngaãu nhieân hay xeáp thöù töï. So saùnh öu vaø nhöôïc ñieåm cuûa caùc loaïi thaùp : Thaùp cheâm. Thaùp maâm xuyeân lo.ã Thaùp maâm choùp. Öu ñieåm: Ñôn giaûn. Trôû löïc thaáp. Hieäu suaát töông ñoái cao. Hoaït ñoäng khaù oån ñònh. Laøm vieäc vôùi chaát loûng baån. Hieäu suaát cao. Hoaït ñoäng oån ñònh. Nhöôïc ñieåm: Hieäu suaát thaáp Thieát bò naëng. Ñoä oån ñònh keùm. Trôû löïc khaù cao. Yeâu caàu laép ñaët khaét khe -> laép ñóa thaät phaúng Caáu taïo phöùc taïp. Khoâng laøm vieäc vôùi chaát loûng baån. Trôû löïc lôùn. Nhaän xeùt: thaùp maâm xuyeân loã laø traïng thaùi trung gian giöõa thaùp cheâm vaø thaùp maâm choùp. Neân ta choïn thaùp chöng caát laø thaùp maâm xuyeân loã. Vaäy: Chöng caát heä acid axetic - Nöôùc ta duøng thaùp maâm xuyeân loã hoaït ñoäng lieân tuïc ôû aùp suaát thöôøng, caáp nhieät giaùn tieáp ôû ñaùy thaùp. II . GIÔÙI THIEÄU SÔ BOÄ NGUYEÂN LIEÄU : Nguyeân lieäu laø hoãn hôïp acid axetic - Nöôùc. 1 . Acid acetic: Axit acetic laø chaát loûng khoâng maøu , coù muøi thôm ñaëc tröng , vò chua . Khoái löôïng rieâng cuûa axit acetic ôû 20oC laø 1,0498 kg/cm3 ,nhieät ñoä soâi ôû aùp suaát thöôøng laø 118oC , tan voâ haïn trong nöôùc.Dung dòch axít acetic 2-15% ñöôïc duøng laøm giaám. Nhaân daân ta thöôøng laøm giaám aên baèng caùch leân men nöôùc mía, nöôùc maät, chuoái chín … Caùc chaát ñöôøng trong mía, chuoái leân men thaønh röôïu roài thaønh giaám. Ñieàu kieän thuaän lôïi cho söï leân men giaám laø nhieät ñoä töø 25 ñeán 50oC vaø men giaám phaûi ñöôïc tieáp xuùc vôùi khoâng khí. * ÖÙng duïng : Noù laø nguyeân lieäu duøng ñeå saûn suaát nhieàu maët haøng khaùc nhau vaø ñöôïc öùng duïng roäng raõi trong caùc ngaønh: coâng nghieäp naëng, y teá vaø döôïc, quoác phoøng, giao thoâng vaän taûi, deät, cheá bieán goã vaø noâng nghieäp.Töø ñoù ta coù theå ñieàu cheá 1 soá döôïc phaåm, phaåm nhuoäm, thuoác tröø coû, sôïi nhaân tao, chaát deûo, dung moâi … 2 . Nöôùc: Trong ñieàu kieän bình thöôøng: nöôùc laø chaát loûng khoâng maøu, khoâng muøi, khoâng vò nhöng khoái nöôùc daøy seõ coù maøu xanh nhaït. Khi hoùa raén noù coù theå toàn taïi ôû daïng 5 daïng tinh theå khaùc nhau: Khoái löôïng phaân töû : 18 g / mol Khoái löôïng rieâng d40 c : 1 g / ml Nhieät ñoä noùng chaûy : 00C Nhieät ñoä soâi : 1000 C Nöôùc laø hôïp chaát chieám phaàn lôùn treân traùi ñaát (3/4 dieän tích traùi ñaát laø nöôùc bieån) vaø raát caàn thieát cho söï soáng. Nöôùc laø dung moâi phaân cöïc maïnh, coù khaû naêng hoaø tan nhieàu chaát vaø laø dung moâi raát quan troïng trong kyõ thuaät hoùa hoïc. 3 . Hoãn hôïp Acid acetic – Nöôùc: Ta coù baûng thaønh phaàn loûng (x) – hôi (y) vaø nhieät ñoä soâi cuûa hoãn hôïp Acid acetic - Nöôùc ôû 760 mmHg: x(%phaân mol) 0 5 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 y(%phaân mol) 0 9.2 16.7 30.3 42.5 53 62.6 71.6 79.5 86.4 93 100 t(oC) 118.4 115.4 113.8 110.1 107.5 105.8 104.4 103.3 102.1 101.3 100.6 100 III. COÂNG NGHEÄ CHÖNG CAÁT HEÄ ACID ACETIC – NÖÔÙC: * Sô ñoà qui trình coâng ngheä chöng caát heä Acid acetic – nöôùc: Chuù thích caùc kí hieäu trong qui trình: 1 . Boàn chöùa nguyeân lieäu. 2 . Bôm. 3 . Boàn cao vò. 4 . Löu löôïng keá. 5 . Thieát bò trao ñoåi nhieät vôùi saûn phaåm ñaùy. 6 . Thieát bò gia nhieät nhaäp lieäu. 7 . Baåy hôi. 8 . Thaùp chöng caát. 9 . Nhieät keá. 10 . Aùp keá. 11 . Thieát bò ngöng tuï saûn phaåm ñænh. 12 . Noài ñun. 13 . Boàn chöùa saûn phaåm ñænh. 14 . Boàn chöùa saûn phaåm ñaùy. 15 . Boä phaän phaân doøng. * Thuyeát minh qui trình coâng ngheä: Hoãn hôïp acid acetic – nöôùc nhieät ñoä khoaûng 280C taïi bình chöùa nguyeân lieäu (1) ñöôïc bôm (2) bôm leân boàn cao vò (3). Töø ñoù ñöôïc ñöa ñeán thieát bò trao ñoåi nhieät (5) ( trao ñoåi nhieät vôùi saûn phaåm ñaùy ). Sau ñoù, hoãn hôïp ñöôïc ñun soâi ñeán nhieät ñoä soâi trong thieát bò gia nhieät(6)ù, hoãn hôïp ñöôïc ñöa vaøo thaùp chöng caát (8) ôû ñóa nhaäp lieäu. Treân ñóa nhaäp lieäu, chaát loûng ñöôïc troän vôùi phaàn loûng töø ñoaïn caát cuûa thaùp chaûy xuoáng. Trong thaùp hôi, ñi töø döôùi leân gaëp chaát loûng töø treân xuoáng. ÔÛ ñaây, coù söï tieáp xuùc vaø trao ñoåi giöõa hai pha vôùi nhau. Pha loûng chuyeån ñoäng trong phaàn chöng caøng xuoáng döôùi caøng giaûm noàng ñoä caùc caáu töû deã bay hôi vì ñaõ bò pha hôi taïo neân töø noài ñun (12) loâi cuoán caáu töû deã bay hôi.Nhieät ñoä caøng leân treân caøng thaáp, neân khi hôi ñi qua caùc ñóa 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 nöôùc chieám nhieàu nhaát . Hôi naøy ñi vaøo thieát bò ngöng tuï (11) vaø ñöôïc ngöng tuï hoaøn toaøn. Moät phaàn chaát loûng ngöng tuï ñöôïc trao ñoåi nhieät vôùi doøng nhaäp lieäu trong thieát bò (5) roài vaøo boàn chöùa saûn phaåm ñænh (13). Phaàn coøn laïi cuûa chaát loûng ngöng tuï ñöïôc hoaøn löu veà thaùp ôû ñóa treân cuøng vôùi tæ soá hoaøn löu toái öu. 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 ñaùy thaùp ta thu ñöôïc hoãn hôïp loûng haàu heát laø caùc caáu töû khoù bay hôi acid acetic . Dung dòch loûng ñaùy ñi ra khoûi thaùp vaøo noài ñun (12). Trong noài ñun dung dòch loûng moät phaàn seõ boác hôi cung caáp laïi cho thaùp ñeå tieáp tuïc laøm vieäc, phaàn coøn laïi ra khoûi noài ñun ñöôïc ñöa vaøo boàn chöùa saûn phaåm ñaùy . CHÖÔNG II : CAÂN BAÈNG VAÄT CHAÁT . I . CAÙC THOÂNG SOÁ BAN ÑAÀU : Naêng suaát nhaäp lieäu: (=x1*M1/(x1*M1+(1-x1)*M2)=0.92*18/(0.92*18+0.08*60)=0.775 1/=0.775/995.6 +(1-0.775)/1039.6,=1005.17kg/m3) GF=QF*=5*1005.17=5025.86(kg/h). Noàng ñoä nhaäp lieäu : 8% mol acid axetic (xF=0.92) Noàng ñoä saûn phaåm ñænh : 0.5% mol acid axetic( xD=0.995) Noàng ñoä saûn phaåm ñaùy : 30% mol acid axetic.(xW=0.7) Khoái löôïng phaân töû cuûa acid axetic vaø nöôùc : MA =60 kg/kmol , MN =18 kg/kmol . Choïn : + Nhieät ñoä nhaäp lieäu : t’F =28oC . + Nhieät ñoä saûn phaåm ñænh sau khi laøm nguoäi : t’D =35oC . + Nhieät ñoä saûn phaåm ñaùy sau khi trao ñoåi nhieät : t’W = 35oC . +Traïng thaùi nhaäp lieäu laø traïng thaùi loûng soâi . Caùc kí hieäu : + GF , F : suaát löôïng nhaäp lieäu tính theo Kg/h , Kmol/h . + GD , D : suaát löôïng saûn phaåm ñænh tính theo Kg/h , Kmol/h . + GW ,W : suaát löôïng saûn phaåm ñaùy tính theo Kg/h , Kmol/h . + xi ,: phaân mol , phaân khoái löôïng cuûa caáu töû i . II . XAÙC ÑÒNH SUAÁT LÖÔÏNG SAÛN PHAÅM ÑÆNH VAØ SAÛN PHAÅM ÑAÙY : Caân baèng vaät chaát cho toaøn thaùp : F = D + W (II.1) Caân baèng caáu töû : F.xF = D.xD + W.xW (II.2) Vôùi : Khoái löôïng phaân töû trung bình doøng nhaäp lieäu : MF = = 21.36 (Kg/Kmol). F = = =235.29 (Kmol/h) Khoái löôïng phaân töû trung bình doøng saûn phaåm ñaùy : MW = = 30.6 (Kg/Kmol). Khoái löôïng phaân töû trung bình doøng saûn phaåm ñænh : MD = =18.21 (Kg/Kmol). Giaûi 2 phöông trình (II.1),(II.2)ta coù : D =175.47 (Kmol/h) W = 59.819 (Kmol/h) III . XAÙC ÑÒNH TÆ SOÁ HOAØN LÖU THÍCH HÔÏP: 1 . Tæ soá hoaøn löu toái thieåu: Tæ soá hoaøn löu toái thieåu laø cheá ñoä laøm vieäc maø taïi ñoù öùng vôùi soá maâm lyù thuyeát laø voâ cöïc .Do ñoù ,chi phí coá ñònh laø voâ cöïc nhöng chi phí ñieàu haønh (nhieân lieäu ,nöôùc vaø bôm…) laø toái thieåu . Rmin===2 Tæ soá hoaøn löu thích hôïp:RX=1.3Rmin+0.3=2.9 IV . PHÖÔNG TRÌNH ÑÖÔØNG LAØM VIEÄCSOÁ MAÂM LYÙ THUYEÁT: 1 . Phöông trình ñöôøng noàng ñoä laøm vieäc cuûa ñoaïn caát : y = = =0,7436.x + 0.2551 2 . Phöông trình ñöôøng noàng ñoä laøm vieäc cuûa ñoaïn chöng : y = = = 1.087x + 0.0612 Vôùi : f = = 1.341 : chæ soá nhaäp lieäu . 3 . Soá maâm lyù thuyeát : Ñoà thò xaùc ñònh soá maâm lyù thuyeát soá maâm lyù thuyeát laø Nlt = 27maâm .20 maâm caát,6 maâm chöng,1 maâm nhaäp lieäu V . XAÙC ÑÒNH SOÁ MAÂM THÖÏC TEÁ: Soá maâm thöïc teá tính theo hieäu suaát trung bình : (st2/170) trong ñoù: htb : hieäu suaát trung bình cuûa ñóa, laø moät haøm soá cuûa ñoä bay hôi töông ñoái vaø ñoä nhôùt cuûa hoãn hôïp loûng : h = f(a,m). Ntt : soá maâm thöïc teá. Nlt : soá maâm lyù thuyeát. Xaùc ñònh hieäu suaát trung bình cuûa thaùp htb : + Ñoä bay töông ñoái cuûa caáu töû deã bay hôi : Vôùi : x :phaân mol cuûa nöôùc trong pha loûng . y* : phaân mol cuûa nöôùc trong pha hôi caân baèng vôùi pha loûng. Lgmhh =x1lgm1 + x2lgm2 ,taøi lieäu [4(taäp 1) – trang 84] * Taïi vò trí nhaäp lieäu : xF = 0.92 ta tra ñoà thò caân baèng cuûa heä : y*F = 0.945 tF = 100.52 oC + = 1.494 + tF = 100.52 oC , ma = 0.46.10-3 Ns/m2 ; mn=0.284.10-3 Ns/m2(t2/91,92) mF =0.443.10-3 (N.s/m2) =0,443 (cP) Suy ra : aF . mF = 1.494*0.443 =0.662 Tra taøi lieäu tham khaûo [(taäp 2) – trang 171] : hF = 0.55 * Taïi vò trí maâm ñaùy : xW = 0.7 ta tra ñoà thò caân baèng cuûa heä : y*W = 0.795 tW = 102.1 oC + = 1.662 + vaø tW =102.1oC,ma = 0.46.10-3 Ns/m2 ; mn=0.284.10-3 Ns/m2 mW =0.443.10-3 (N.s/m2) =0,443 (cP) Suy ra : aW . mW = 1.662*0.443 = 0.736 Tra taøi lieäu tham khaûo [4(taäp 2) – trang 171] : hW = 0.53 *Taïi vò trí maâm ñænh : xD = 0.995 ta tra ñoà thò caân baèng cuûa heä : y*D = 0.997 tD = 100.22 oC + = 1.67 + tD = 100.22oC , ,ma = 0.46.10-3 Ns/m2 ; mn=0.284.10-3 Ns/m2 mD =0.443.10-3 (N.s/m2) =0,443 (cP) Suy ra : aD . mD = 1.67*0.443 = 0.74 Tra taøi lieäu tham khaûo [4(taäp 2) – trang 171] : hD = 0.53 Suy ra: hieäu suaát trung bình cuûa thaùp : htb = Soá maâm thöïc teá cuûa thaùp Ntt : =50.28 maâm Vaäy choïn Ntt = 50 maâm 37 maâm caát,12 maâm chöng 1 mam nhaäp lieäu CHÖÔNG III :TÍNH TOAÙN –THIEÁT KEÁ THAÙP CHÖNG CAÁT . I . ÑÖÔØNG KÍNH THAÙP :(Dt) (m)(t2 tr181) Vtb :löôïng hôi trung bình ñi trong thaùp (m3/h). wtb :toác ñoä hôi trung bình ñi trong thaùp (m/s). gtb : löôïng hôi trung bình ñi trong thaùp (Kg/h). Löôïng hôi trung bình ñi trong ñoaïn chöng vaø ñoaïn caát khaùc nhau.Do ñoù, ñöôøng kính ñoaïn chöng vaø ñoaïn caát cuõng khaùc nhau . Ñöôøng kính ñoaïn caát : a . Löôïng hôi trung bình ñi trong thaùp : (Kg/h) gd : löôïng hôi ra khoûi ñóa treân cuøng cuûa thaùp (Kg/h). g1 : löôïng hôi ñi vaøo ñóa döôùi cuøng cuûa ñoaïn caát (Kg/h). Xaùc ñònh gd : gd = D.(R+1) =175.47(2,9+1) = 684.333 (Kmol/h) = 12404.22(Kg/h) (Vì MthD =18.yD+(1-yD).60 = 18.126(Kg/Kmol). Xaùc ñònh g1 : Töø heä phöông trình : (III.1) Vôùi : G1 : löôïng loûng ôû ñóa thöù nhaát cuûa ñoaïn caát . r1 : aån nhieät hoaù hôi cuûa hoãn hôïp hôi ñi vaøo ñóa thöù nhaát cuûa ñoaïn caát rd : aån nhieät hoaù hôi cuûa hoãn hôïp hôi ñi ra ôû ñænh thaùp . * Tính r1 : t1 = tF = 100.52oC , tra taøi lieäu tham khaûo [4 (taäp 1)] ta coù : Aån nhieät hoaù hôi cuûa nöôùc : rN1 = 40512.96 (KJ/kmol) . Aån nhieät hoaù hôi cuûa acid : ra1 = 24195.24 (KJ/kmol) . Suy ra : r1 = rN1.y1 + (1-y1).ra1 = 24195.24 + 16317.72y1 (KJ/kmol) * Tính rd : tD = 100.22oC , tra taøi lieäu tham khaûo IV (taäp 1) ta coù : Aån nhieät hoaù hôi cuûa nöôùc : rNd = 40512.96 (KJ/kmol) . Aån nhieät hoaù hôi cuûa acid : rad = 24195.24(KJ/kmol) . Suy ra : rd = rNd.yD + (1-yD).rad =40512.96*0.997 + (1- 0.997)*24195.24 = 40464 (KJ/kmol) * x1 = xF = 0.92 Giaûi heä (III.1) , ta ñöôïc : G1 = 525.316 (Kmol/h) y1 = 0.939 (phaân mol ) _ M1 =20.1 g1 = 700.786 (Kmol/h) = 14085.799(Kg/h) Vaäy : gtb = =13245.01(Kg/h) b . Toác ñoä hôi trung bình ñi trong thaùp : Toác ñoä giôùi haïn cuûa hôi ñi trong thaùp vôùi maâm xuyeân loã coù oáng chaûy chuyeàn : Vôùi : rxtb : khoái löôïng rieâng trung bình cuûa pha loûng (Kg/m3) . rytb : khoái löôïng rieâng trung bình cuûa pha hôi (Kg/m3) . Xaùc ñònh rytb : Vôùi: + Noàng ñoä phaân mol trung bình : ytb ===0.968 + Nhieät ñoä trung bình ñoaïn caát : ttb ===100.37oC Suy ra : rytb =0.631 (Kg/m3). Xaùc ñònh rxtb : Noàng ñoä phaân mol trung bình : xtb = == 0.4577 Suy ra : ttb = 100.37oC , tra taøi lieäu tham khaûo [4 (taäp 1)-trang 9], ta coù : ra=958kg/m3 rn =958 kg/m3 1/ rxtb = 958 (Kg/m3) Suy ra : =1.948 (m/s) Ñeå traùnh taïo boït ta choïn toác ñoä hôi trung bình ñi trong thaùp : = 1.559 (m/s) Vaäy :ñöôøng kính ñoaïn caát : Dcaát ==2.181 (m). Ñöôøng kính ñoaïn chöng : a . Löôïng hôi trung bình ñi trong thaùp : (Kg/h) g’n : löôïng hôi ra khoûi ñoaïn chöng (Kg/h). g’1 : löôïng hôi ñi vaøo ñoaïn chöng (Kg/h). Xaùc ñònh g’n : g’n = g1 =700.786 (Kmol/h) = 14085.799(Kg/h) Xaùc ñònh g’1 : Töø heä phöông trình : (III.2) Vôùi : G’1 : löôïng loûng ôû ñóa thöù nhaát cuûa ñoaïn chöng . r’1 : aån nhieät hoaù hôi cuûa hoãn hôïp hôi ñi vaøo ñóa thöù nhaát cuûa ñoaïn chöng. * Tính r’1 : xW =0.7 tra ñoà thò caân baèng cuûa heä ta coù : yW =0.795 Suy ra :Mtbg’ =18.yW +(1-yW).60=26.61 (Kg/kmol) t’1 = tW = 102.1oC , tra taøi lieäu tham khaûo [4 (taäp 1)], ta coù : Aån nhieät hoaù hôi cuûa nöôùc : r’N1 = 40512.96 (KJ/kmol) . Aån nhieät hoaù hôi cuûa röôïu : r’R1 =24195.24 (KJ/kmol) . Suy ra : r’1 = r’N1.yW + (1-yW).r’R1 = 37167.83 (KJ/kmol) * Tính r1: r1 = rN1.y1 + (1-y1).ra1 = 24195.24 + 16317.72y1 =39517.579(KJ/kmol) * W = 59.819 (Kmol/h) Giaûi heä (III.2) , ta ñöôïc : x’1 =0.788_ MtbG’ =26.9 G’1 =804.91 (Kmol/h) g’1 = 745.09 (Kmol/h) = 20042.921(Kg/h) Vaäy : g’tb = =17064.36 (Kg/h) b . Toác ñoä hôi trung bình ñi trong thaùp : Toác ñoä giôùi haïn cuûa hôi ñi trong thaùp vôùi maâm xuyeân loã coù oáng chaûy chuyeàn : Vôùi : r'xtb : khoái löôïng rieâng trung bình cuûa pha loûng (Kg/m3) . r'ytb : khoái löôïng rieâng trung bình cuûa pha hôi (Kg/m3) . Xaùc ñònh r’ytb : Vôùi: + Noàng ñoä phaân mol trung bình : y’tb ===0.867 + Nhieät ñoä trung bình ñoaïn chöng :t’tb===101.31oC Suy ra : r’ytb =0.768 (Kg/m3). Xaùc ñònh r’xtb : Noàng ñoä phaân mol trung bình : x’tb = ==0.81 Suy ra : =0.5612 t’tb = 101.31oC , tra taøi lieäu tham khaûo [4 (taäp 1)-trang 9], ta coù : Khoái löôïng rieâng cuûa nöôùc : r’N = 958(Kg/m3) Khoái löôïng rieâng cuûa röôïu : r’a = 958(Kg/m3) Suy ra :r’xtb = =958 (Kg/m3) Suy ra : =1.766 (m/s) Ñeå traùnh taïo boït ta choïn toác ñoä hôi trung bình ñi trong thaùp : 0.8*1.766= 1.413 (m/s) Vaäy :ñöôøng kính ñoaïn caát : Dchöng==2.36 (m). Keát luaän : hai ñöôøng kính ñoaïn caát vaø ñoaïn chöng khoâng cheânh leäch nhau quaù lôùn neân ta choïn ñöôøng kính cuûa toaøn thaùp laø : Dt = 2.2(m). Khi ñoù toác ñoä laøm vieäc thöïc ôû : + Phaàn caát : wlv =1.533(m/s). + Phaàn chöng :w’lv = 1.623(m/s). II . MAÂM LOÃ – TRÔÛ LÖÏC CUÛA MAÂM : 1 . Caáu taïo maâm loã : Choïn : + Ñöôøng kính loã : dl = 8 (mm). + Toång dieän tích loã baèng 10% dieän tích maâm. + Khoaûng caùch giöõa hai taâm loã baèng 3 laàn ñöôøng kính loã (boá trí loã theo tam giaùc ñeàu ). + Tyû leä beà daøy maâm vaø ñöôøng kính loã laø 6/10 . + Dieän tích daønh cho oáng chaûy chuyeàn laø 20% dieän tích maâm . Soá loã treân 1 maâm : N = ==7562.5 loã. 2 . Ñoä giaûm aùp cuûa pha khí qua moät maâm : Ñoä giaûm aùp toång coäng cuûa pha khí (tính baèng mm.chaát loûng ) laø toång caùc ñoä giaûm aùp cuûa pha khí qua maâm khoâ vaø caùc ñoä giaûm aùp do pha loûng : htl = hk + hl + hR (mm.chaát loûng) Vôùi : + hk :ñoä giaûm aùp qua maâm khoâ (mm.chaát loûng). + hl : ñoä giaûm aùp do chieàu cao lôùp chaát loûng treân maâm(mm.chaát loûng). +hR : ñoä giaûm aùp do söùc caêng beà maët (mm.chaát loûng). Trong thaùp maâm xuyeân loã ,gradien chieàu cao möïc chaát loûng treân maâm D laø khoâng ñaùng keå neân coù theå boû qua . a . Ñoä giaûm aùp qua maâm khoâ : Ñoä giaûm aùp cuûa pha khí qua maâm khoâ ñöôïc tính döïa treân cô sôû toån thaát aùp suaát do doøng chaûy ñoät thu , ñoät môû vaø do ma saùt khi pha khí chuyeån ñoäng qua loã. (mm.chaát loûng) Vôùi : + uo :vaän toác pha hôi qua loã (m/s). + rG : khoái löôïng rieâng cuûa pha hôi (Kg/m3). + rL : khoái löôïng rieâng cuûa pha loûng (Kg/m3). + Co :heä soá orifice ,phuï thuoäc vaøo tyû soá toång dieän tích loã vôùi dieän tích maâm vaø tyû soá giöõa beà daøy maâm vôùi ñöôøng kính loã. Ta coù : =0.1vaø =0,6 .Tra taøi lieäu tham khaûo [1 – trang 111] : Co = 0,7 Ñoái vôùi maâm ôû phaàn caát : + Vaän toác pha hôi qua loã : uo ==15.33 (m/s). + Khoái löôïng rieâng cuûa pha hôi : rG = rytb = 0.631 (Kg/m3). + Khoái löôïng rieâng cuûa pha loûng : rL = rxtb = 958 (Kg/m3). Suy ra ñoä giaûm aùp qua maâm khoâ ôû phaàn caát : =16.11(mm.chaát loûng). Ñoái vôùi maâm ôû phaàn chöng : + Vaän toác pha hôi qua loã : u’o ==16.23 (m/s). + Khoái löôïng rieâng cuûa pha hôi : r’G = r’ytb = 0.768 (Kg/m3). + Khoái löôïng rieâng cuûa pha loûng : r’L = r’xtb = 958 (Kg/m3). Suy ra ñoä giaûm aùp qua maâm khoâ ôû phaàn chöng : = 21.98 (mm.chaát loûng). b . Ñoä giaûm aùp do chieàu cao möùc chaát loûng treân maâm : Phöông phaùp ñôn giaûn ñeå öôùc tính ñoä giaûm aùp cuûa pha hôi qua maâm do lôùp chaát loûng treân maâm hl laø töø chieàu cao gôø chaûy traøn hw , chieàu cao tính toaùn cuûa lôùp chaát loûng treân gôø chaûy traøn how vaø heä soá hieäu chænh theo kinh nghieäm b : hl = b.( hw + how ) , (mm.chaát loûng) Choïn : + Heä soá hieäu chænh : b = 0,6 + Chieàu cao gôø chaûy traøn : hw = 50 (mm) Chieàu cao tính toaùn cuûa lôùp chaát loûng treân gôø chaûy traøn ñöôïc tính töø phöông trình Francis vôùi gôø chaûy traøn phaúng : , (mm.chaát loûng) Vôùi : + qL : löu löôïng cuûa chaát loûng (m3/ph). + Lw :chieàu daøi hieäu duïng cuûa gôø chaûy traøn (m). Xaùc ñònh Lw : Dieän tích daønh cho oáng chaûy chuyeàn laø 20% dieän tích maâm , neân ta coù phöông trình sau : Vôùi : no :goùc ôû taâm chaén bôûi chieàu daøi ñoaïn Lw . Duøng phöông phaùp laëp ta ñöôïc : no = 93o12’22” Suy ra : Lw = Dt . sin(no/2) = 1.6 (m). Xaùc ñònh qL : Phaàn caát : = 0.175 (m3/ph).(T10/285) Vôùi: Mtb=0.9575*18+(1-.9575)*60=19.785 Suy ra : = 9.926 (mm). Vaäy :Ñoä giaûm aùp do chieàu cao möùc chaát loûng treân maâm ôû phaàn caát laø: hl = 0.6.(50+9.926) = 35.956 (mm.chaát loûng). Phaàn chöng : =0.336 (m3/ph). Vôùi:Mtb=0.81*18+(1-0.81)*60=25.98 Suy ra : = 15.333 (mm). Vaäy :Ñoä giaûm aùp do chieàu cao möùc chaát loûng treân maâm ôû phaàn chöng : h’l = 0.6.(50+15.333) = 39.2 (mm.chaát loûng). c . Ñoä giaûm aùp do söùc caêng beà maët : Ñoä giaûm aùp do söùc caêng beà maët ñöôïc xaùc ñònh theo bieåu thöùc : , (mm.chaát loûng) Vôùi : + s : söùc caêng beà maët cuûa chaát loûng (dyn/cm). + rL : khoái löôïng rieâng cuûa pha loûng (Kg/m3). Phaàn caát : * Khoái löôïng rieâng cuûa pha loûng : rL = rxtb = 958 (Kg/m3). * ttb = 100.37oC ,tra taøi lieäu tham khaûo [4 (taäp 1)], ta coù : + Söùc caêng beà maët cuûa nöôùc : sN = 58.9 (dyn/cm). + Söùc caêng beà maët cuûa acid : sa = 19.8 (dyn/cm). Suy ra :Söùc caêng beà maët cuûa chaát loûng ôû phaàn caát : = 14.819 (dyn/cm). Vaäy : Ñoä giaûm aùp do söùc caêng beà maët ôû phaàn caát laø : = 1.212 (mm.chaát loûng). Phaàn chöng : * Khoái löôïng rieâng cuûa pha loûng : r’L = r’xtb = 958 (Kg/m3). * t’tb = 101.31oC ,tra taøi lieäu tham khaûo [4 (taäp 1)], ta coù : + Söùc caêng beà maët cuûa nöôùc : s’N = 58.9 (dyn/cm). + Söùc caêng beà maët cuûa acid : s’a = 19.8 (dyn/cm). Suy ra :Söùc caêng beà maët cuûa chaát loûng ôû phaàn chöng : = 14.819 (dyn/cm). Vaäy : Ñoä giaûm aùp do söùc caêng beà maët ôû phaàn chöng laø : = 1.212 (mm.chaát loûng). Toùm laïi : Ñoä giaûm aùp toång coäng cuûa pha khí qua moät maâm ôû : + Phaàn caát : htl = 16.11+35.956+1.212 = 53.278 (mm.chaát loûng). hay htl = 53.278 . 10-3 . 9.81 . 958 = 500.71 (N/m2). + Phaàn chöng : h’tl = 21.98+39.2+1.212 = 62.392 (mm.chaát loûng). hay h’tl = 62.392 . 10-3 . 9.81 . 958 = 586.36 (N/m2). Suy ra :Toång trôû löïc cuûa toaøn thaùp hay ñoä giaûm aùp toång coäng cuûa toaøn thaùp laø :(xem ñoä giaûm aùp toång coäng cuûa pha khí qua maâm nhaäp lieäu baèng ñoä giaûm aùp toång coäng cuûa pha khí qua moät maâm ôû phaàn chöng ) åhtl = 37. htl + 13. h’tl = 37 . 500.71+13 .586.36 =26148.95 (N/m2). 3 . Kieåm tra ngaäp luït khi thaùp hoaït ñoäng : Choïn khoaûng caùch giöõa hai maâm laø hmaâm =0.4 (m). Boû qua söï taïo boït trong oáng chaûy chuyeàn, chieàu cao möïc chaát loûng trong oáng chaûy chuyeàn cuûa maâm xuyeân loã ñöôïc xaùc ñònh theo bieåu thöùc : hd = hw + how + htl + hd’ , (mm.chaát loûng) Vôùi : hd’ : toån thaát thuyû löïc do doøng loûng chaûy töø oáng chaûy chuyeàn vaøo maâm, ñöôïc xaùc ñònh theo bieåu thöùc sau : , (mm.chaát loûng) trong ñoù : + QL : löu löôïng cuûa chaát loûng (m3/h). + Sd : tieát dieän giöõa oáng chaûy chuyeàn vaø maâm, khi ñoù : Sd = 0.8 . Smaâm = 0.8 . p.1.12 =2.76 (m2) Phaàn caát : QL = 60.qL = 60 . 0.175 =10.5 (m3/h). Suy ra : = 0.00018 (mm.chaát loûng). Vaäy : chieàu cao möïc chaát loûng trong oáng chaûy chuyeàn cuûa maâm xuyeân loã ôû phaàn caát : hd =50+9.926+53.278+0.00018 =113.204 (mm.chaát loûng). Kieåm tra : hd = 113.204 < (mm) : ñaûm baûo khi hoaït ñoäng caùc maâm ôû phaàn caát seõ khoâng bò ngaäp luït. Phaàn chöng : Q’L = 60.q’L = 60 .0.336 = 20.16 (m3/h). Suy ra : = 0.00068 (mm.chaát loûng). Vaäy : chieàu cao möïc chaát loûng trong oáng chaûy chuyeàn cuûa maâm xuyeân loã ôû phaàn chöng : h’d =50+15.333+62.392+0,00068 =127.726 (mm.chaát loûng). Kieåm tra : h’d = 127.726 < (mm) : ñaûm baûo khi hoaït ñoäng caùc maâm ôû phaàn chöng seõ khoâng bò ngaäp luït. Vaäy : khi hoaït ñoäng ñaûm baûo thaùp seõ khoâng bò ngaäp luït. Chieàu cao cuûa thaân thaùp :Hthaân =Ntt .(hmaâm+dmaâm ) + 0,8 =50.(0.4+0.0064) +0,8 =21.12(m). Chieàu cao cuûa ñaùy vaø naép : Hñ = Hn =ht +hgôø =0.55+0.025=0.575(m). (Xem ôû phaàn (III.2) : Ñaùy vaø Naép thieát bò ). Chieàu cao cuûa thaùp : H = Hthaân + Hñ + Hn = 21.695(m). III . TÍNH TOAÙN CÔ KHÍ CUÛA THAÙP : 1 . Beà daøy thaân thaùp : Vì thaùp chöng caát hoaït ñoäng ôû aùp suaát thöôøng neân ta thieát keá thaân hình truï baèng phöông phaùp haøn giaùp moái (phöông phaùp hoà quang ). Thaân thaùp ñöôïc gheùp vôùi nhau baèng caùc moái gheùp bích. Ñeå ñaûm baûo chaát löôïng cuûa saûn phaåm vaø khaû naêng aên moøn cuûa acid ñoái vôùi thieát bò, ta choïn vaät lieäu cheá taïo thaân thaùp laø theùp khoâng gæ maõ X18H10T. Aùp suaát tính toaùn : Thaùp laøm vieäc ôû aùp suaát khí quyeån, neân ta choïn aùp suaát tính toaùn : Ptt =Pcl + åhtl , (N/mm2) Vôùi : Pcl : aùp suaát thuûy tónh do chaát loûng ôû ñaùy (N/mm2). Choïn aùp suaát tính toaùn sao cho thaùp hoaït ñoäng ôû ñieàu kieän nguy hieåm nhaát maø vaãn an toaøn neân : Pcl = rx .g.H =.g.H=958. 9.81 . 21.695 =203889.18 (N/m2). Suy ra : Ptt = 203889.18 + 26148.95 =230038.12 (N/m2) ~0.23(N/mm2). Nhieät ñoä tính toaùn : Choïn nhieät ñoä tính toaùn : ttt = tñaùy = 102.1oC . Tra taøi lieäu tham khaûo [5], öùng suaát tieâu chuaån ñoái vôùi theùp X18H10T : [s]* = 142 (N/mm2).(t22) Ñoái vôùi acid heä soá hieäu chænh : h = 1 Vaäy : öùng suaát cho pheùp : [s] = h.[s]* = 142 (N/mm2). Xaùc ñònh beà daøy thaân chòu aùp suaát trong : Ta choïn phöông phaùp cheá taïo thaân laø phöông phaùp haøn hoà quang ñieän baèng tay neân heä soá beàn moái haøn : jh = 0,95 Xeùt tyû soá : =586.52 > 25,do ñoù, beà daøy tính toaùn cuûa thaân ñöôïc tính theo coâng thöùc sau : =1.87 (mm). Suy ra : beà daøy thöïc cuûa thaân : St = S’t + C ,(mm). Trong ñoù : C :heä soá boå sung beà daøy, C = Ca + Cb + Cc + Co Vôùi : + Ca : heä soá boå sung do aên moøn hoaù hoïc, phuï thuoäc vaøo toác ñoä aên moøn cuûa chaát loûng. Choïn toác ñoä aên moøn cuûa acid laø 0,1 (mm/naêm),thieát bò hoaït ñoäng trong 20 naêm, do ñoù Ca = 2 mm. +Cb : heä soá boå sung do baøo moøn cô hoïc, choïn Cb = 0. +Cc : heä soá boå sung do sai leäch khi cheá taïo, choïn Cc = 0. +Co : heä soá boå sung qui troøn, choïn Co =1 (mm). Suy ra : C = 2 + 0 + 0 + 1 = 3 (mm). Vaäy : St = 1.87 + 3 = 4.87 (mm). * Kieåm tra coâng thöùc tính toaùn vôùi St = 4.87 (mm) : = 0.0013< 0,1 : ñuùng. * Kieåm tra aùp suaát tính toaùn cho pheùp : =0.394 > Ptt : ñuùng. Vaäy : Beà daøy thöïc cuûa thaân laø St = 4.87 (mm). Choïn beà daøy St=5mm 2 . Ñaùy vaø naép thieát bò : Choïn ñaùy vaø naép coù daïng laø ellipise tieâu chuaån, coù gôø baèng theùp X18H10T. Nhaän thaáy: coâng thöùc tính toaùn beà daøy thaân, ñaùy vaø naép chòu aùp suaát trong laø nhö nhau. Neân choïn beà daøy cuûa ñaùy vaø naép laø Sñ = Sn = 5(mm). Caùc kích thöôùc cuûa ñaùy vaø naép ellipise tieâu chuaån, coù gôø(taøi lieäu tham khaûo [4(taäp 2)]: + Ñöôøng kính trong: Dt = 2200 (mm). + ht =550(mm). + Chieàu cao gôø: hgôø = h = 25 (mm). +Dieän tích beà maët trong: Sñaùy = 4.48 (m2). 3 . Bích gheùp thaân, ñaùy vaø naép : Maët bích laø boä phaän quan troïng duøng ñeå noái caùc phaàn cuûa thieát bò cuõng nhö noái caùc boä phaän khaùc vôùi thieát bò. Caùc loaïi maët bích thöôøng söû duïng: + Bích lieàn: laø boä phaän noái lieàn vôùi thieát bò (haøn, ñuùc vaø reøn). Loaïi bích naøy chuû yeáu duøng thieát bò laøm vieäc vôùi aùp suaát thaáp vaø aùp suaát trung bình. + Bích töï do: chuû yeáu duøng noái oáng daãn laøm vieäc ôû nhieät ñoä cao, ñeå noái caùc boä baèng kim loaïi maøu vaø hôïp kim cuûa chuùng, ñaëc bieät laø khi caàn laøm maët bích baèng vaät lieäu beàn hôn thieát bò. + Bích ren: chuû yeáu duøng cho thieát bò laøm vieäc ôû aùp suaát cao. Choïn bích ñöôïc gheùp thaân, ñaùy vaø naép laøm baèng theùp X18H10T, caáu taïo cuûa bích laø bích lieàn khoâng coå. Theo taøi lieäu tham khaûo [4 (taäp 2)- trang 423], öùng vôùi Dt =2200(mm) vaø aùp suaát tính toaùn Ptt = 0.23(N/mm2) ta choïn bích coù caùc thoâng soá sau : Dt D Db D1 Do h Bu loâng db Z mm (caùi) 2200 2360 2300 2260 2215 40 27 56 Theo taøi lieäu tham khaûo [4 (taäp 2)- trang 170], choïn soá maâm giöõa hai maët bích laø10 maâm.Vaäy, soá bích gheùp thaân-ñaùy-naép laø 6 bích. Ñoä kín cuûa moái gheùp bích chuû yeáu do vaät ñeäm quyeát ñònh. Ñeäm laøm baèng caùc vaät lieäu meàm hôn so vôùi vaät lieäu bích. Khi xieát bu loâng, ñeäm bò bieán daïng vaø ñieàn ñaày leân caùc choã goà gheà treân beà maët cuûa bích. Vaäy, ñeå ñaûm baûo ñoä kín cho thieát bò ta choïn ñeäm laø daây amiaêng, coù beà daøy laø 3(mm). 4 . Ñöôøng kính caùc oáng daãn – Bích gheùp caùc oáng daãn : Bích ñöôïc laøm baèng theùp CT3 , caáu taïo cuûa bích laø bích lieàn khoâng coå. a . Vò trí nhaäp lieäu : Suaát löôïng nhaäp lieäu: QF = 5 (m3/h). Choïn vaän toác chaát loûng nhaäp lieäu (töï chaûy töø boàn cao vò vaøo maâm nhaäp lieäu): vF = 0.2 (m/s). Ñöôøng kính oáng nhaäp lieäu: dF = (m). Suy ra: choïn ñöôøng kính oáng nhaäp lieäu: dF = 0.1(m). Taøi lieäu tham khaûo [4 (taäp 2)t434], choïn chieàu daøi ñoaïn oáng noái ñeå gheùp maët bích: lF = 120 (mm). Caùc thoâng soá cuûa bích gheùp oáng daãn nhaäp lieäu: Dy D Dn Db D1 h Bu loâng db Z mm (caùi) 100 205 108 170 148 14 16 4 b . Oáng hôi ôû ñænh thaùp: Suaát löôïng hôi ôû ñænh thaùp: gd = 12404.22 (Kg/h). Khoái löôïng rieâng cuûa hôi ôû ñænh thaùp ñöôïc tính theo coâng thöùc (xaùc ñònh ôû tD = 100.220oC vaø yD = 0.997): = 0.592 (Kg/m3). Löu löôïng hôi ra khoûi thaùp: = 20953.07 (m3/h). Choïn vaän toác hôi ôû ñænh thaùp: vh = 30 (m/s). Ñöôøng kính oáng daãn hôi: dh = (m). Suy ra: choïn ñöôøng kính oáng daãn hôi: dh = 0.25 (m). Taøi lieäu tham khaûo [4(taäp 2)], choïn chieàu daøi ñoaïn oáng noái ñeå gheùp maët bích: lh = 140 (mm). Caùc thoâng soá cuûa bích gheùp oáng daãn hôi ôû ñænh thaùp: Dy Db Dn D D1 h Bu loâng db Z (mm) (caùi) 250 335 273 370 312 22 16 12 c . Oáng hoaøn löu: Suaát löôïng hoaøn löu: Ghl =D.MD.R=175.47 . 2.9.18.21 = 9266.3 (Kg/h). Khoái löôïng rieâng cuûa chaát loûng hoaøn löu, tra taøi lieäu tham khaûo [4 (taäp 1)] ôû tD = 100.22oC: rhl = 958 (Kg/m3). Löu löôïng chaát loûng hoaøn löu: = 9.67 (m3/h). Choïn vaän toác chaát loûng hoaøn löu (töï chaûy töø boä phaän taùch loûng ngöng tuï vaøo thaùp): vhl = 0.4 (m/s). Ñöôøng kính oáng hoaøn löu: dhl = (m). Suy ra: choïn ñöôøng kính oáng hoaøn löu: dhl = 0.1 (m). Taøi lieäu tham khaûo [4 (taäp 2)], choïn chieàu daøi ñoaïn oáng noái ñeå gheùp maët bích: lhl = 120 (mm). Caùc thoâng soá cuûa bích gheùp oáng daãn hoaøn löu: Dy D Dn Db D1 h Bu loâng db Z mm (caùi) 100 205 108 170 148 14 16 4 d . Oáng daãn hôi vaøo ñaùy thaùp: Suaát löôïng hôi vaøo ñaùy thaùp: g’1 = 20042.921 (Kg/h). Khoái löôïng rieâng cuûa hôi vaøo ñaùy thaùp ñöôïc tính theo coâng thöùc (xaùc ñònh ôû tW = 102.1oC vaø yW = 0.795: = 0.865 (Kg/m3). Löu löôïng hôi vaøo thaùp: = 23171 (m3/h). Choïn vaän toác hôi vaøo ñaùy thaùp: vhd = 30 (m/s). Ñöôøng kính oáng daãn hôi: dhd = (m). Suy ra: choïn ñöôøng kính oáng daãn hôi: dhd = 0.25 (m). Taøi lieäu tham khaûo [4 (taäp 2)], choïn chieàu daøi ñoaïn oáng noái ñeå gheùp maët bích: lhd = 150 (mm). Caùc thoâng soá cuûa bích gheùp oáng daãn hôi vaøo ñaùy thaùp: Dy Db Dn D D1 h Bu loâng db Z (mm) (caùi) 250 335 273 370 312 22 16 12 e . Oáng daãn chaát loûng ôû ñaùy thaùp: Suaát löôïng chaát loûng vaøo noài ñun: G’1 =804.91*26.9 =21652.08 (Kg/h). Khoái löôïng rieâng cuûa chaát loûng chaát loûng vaøo noài ñun, tra taøi lieäu tham khaûo [4(taäp 1)] ôû tW = 102.1oC : rL = 958 (Kg/m3). Löu löôïng chaát loûng vaøo noài ñun: = 22.6 (m3/h). Choïn vaän toác chaát loûng vaøo noài ñun (chaát loûng töï chaûy vaøo noài ñun): vL = 0.8 (m/s). Ñöôøng kính oáng daãn chaát loûng: dL==0.099(m). Suy ra: choïn ñöôøng kính oáng daãn: dL = 0.1 (m). Taøi lieäu tham khaûo [4 (taäp 2)], choïn chieàu daøi ñoaïn oáng noái ñeå gheùp maët bích: lL = 130 (mm). Caùc thoâng soá cuûa bích gheùp oáng daãn chaát loûng ôû ñaùy thaùp: Dy D Dn Db D1 h Bu loâng db Z mm (caùi) 100 205 108 170 148 14 16 4 f . Oáng daãn chaát loûng töø noài ñun (saûn phaåm ñaùy): Suaát löôïng saûn phaåm ñaùy: GW = W.MW = 59.819*30.6=1830.46(Kg/h). Khoái löôïng rieâng cuûa saûn phaåm ñaùy, tra taøi lieäu tham khaûo [4 (taäp 1)] ôû tW= 102.1oC : rW = 958 (Kg/m3). Löu löôïng saûn phaåm ñaùy: = 1.91 (m3/h). Choïn vaän toác saûn phaåm ñaùy (chaát loûng töï chaûy): vW = 0.08 (m/s). Ñöôøng kính oáng daãn saûn phaåm ñaùy: dW==0.091(m). Suy ra: choïn ñöôøng kính oáng daãn: dW = 0.1 (m). Taøi lieäu tham khaûo [4 (taäp 2)], choïn chieàu daøi ñoaïn oáng noái ñeå gheùp maët bích: lW = 100 (mm). Caùc thoâng soá cuûa bích gheùp oáng daãn saûn phaåm ñaùy: Dy D Dn Db D1 h Bu loâng db Z mm (caùi) 100 205 108 170 148 14 16 4 5 . Tai treo vaø chaân ñôõ: Tính troïng löôïng cuûa toaøn thaùp: Khoái löôïng cuûa moät bích gheùp thaân: (theùp X18H10T: rX18H10T = 7900 (Kg/m3)). m1 = = 51.08(Kg). Khoái löôïng cuûa moät maâm: (theùp X18H10T: rX18H10T = 7900 (Kg/m3)). m2 = = .2.22.0.0064.0.9.7900 =62.2(Kg). Khoái löôïng cuûa thaân thaùp: m3 = .(D2ng –D2t).Hthaân . rX18H10T = = 21053.18 (Kg). Khoái löôïng cuûa ñaùy (naép) thaùp: m4 = Sñaùy .dñaùy . rX18H10T = 4.48 . 0.005 . 7900 = 86.96 (Kg). Khoái löôïng cuûa toaøn thaùp: m =2. 6.m1+50.m2+m3+2.m4=24647.72(Kg). Suy ra troïng löôïng cuûa toaøn thaùp: P = m.g = 241794.13(N). Chaân ñôõ thaùp: Choïn chaân ñôõ: thaùp ñöôïc ñôõ treân boán chaân. Taûi troïng cho pheùp treân moät chaân: Gc =P/4=241794.13/4 =6.0448.5.104 (N). Ñeå ñaûm baûo ñoä an toaøn cho thieát bò, ta choïn: Gc = 6.104 (N). Caùc kích thöôùc cuûa chaân ñôõ: (tính baèng mm) L B B1 B2 H H s L d 300 240 260 370 450 226 18 110 34 Tai treo: Choïn tai treo: tai treo ñöôïc gaén treân thaân thaùp ñeå giöõ cho thaùp khoûi bò dao ñoäng trong ñieàu kieän ngoaïi caûnh. Ta choïn boán tai treo, taûi troïng cho pheùp treân moät tai treo laø Gt = 6.045.104 (N). Ñeå ñaûm baûo ñoä an toaøn cho thieát bò, ta choïn: Gt = 6.104 (N). Choïn taám loùt tai treo khi gheùp vaøo thaân coù kích thöôùc sau: + Chieàu daøi taám loùt: H = 740 (mm). + Chieàu roäng taám loùt: B = 550 (mm). +Beà daøy taám loùt laø SH = 10 (mm). Caùc kích thöôùc cuûa tai treo: (tính baèng mm) L B B1 H S l a d 230 200 205 350 12 100 25 34 CHÖÔNG IV: TÍNH TOAÙN THIEÁT BÒ TRUYEÀN NHIEÄT- THIEÁT BÒ PHUÏ. I . CAÙC THIEÁT BÒ TRUYEÀN NHIEÄT: Caân baèng nhieät löôïng cho toaøn thaùp chöng caát: QF + Qñ = QW + QD + Qnt + Qm (IV.1) Trong ñoù: Qnt : nhieät löôïng ngöng tuï hôi saûn phaåm ñænh ngöng tuï thaønh loûng. Choïn hôi saûn phaåm ñænh ngöng tuï hoaøn toaøn thaønh loûng. Qnt = D.(R+1).MD . rD , (KJ/h). Xaùc ñònh rD (aån nhieät hoaù hôi cuûa saûn phaåm ñænh): Tra taøi lieäu tham khaûo [4 (taäp 1)], ôû tD = 100.22oC ta coù: Aån nhieät hoaù hôi cuûa nöôùc: rN = 2256.254 (KJ/kg). Aån nhieät hoaù hôi cuûa acid: ra = 406.042 (KJ/kg). =0.995*18/(0.995*18+(1-0.995)*60)=0.984 Suy ra: rD = rN .+(1-).ra = 2256.254*0.984+(1-0.984).406.042 = 2226.65 (KJ/kg). Vaäy: Qnt =175.47 .(2.9+1) . 18.21.2226.65=27747853.06 (KJ/h). QF : nhieät löôïng do hoãn hôïp acid nhaäp lieäu mang vaøo thaùp(nhieät löôïng gia nhieät doøng nhaäp lieäu ñeán traïng thaùi loûng soâi). QF = GF .HF =GF .cF .(tF –to ) (KJ/h). Choïn nhieät ñoä chuaån: to = 20oC. ÔÛ( tF+to)/2=(100.52+20)/2=60.26 oC , tra taøi lieäu tham khaûo [4 (taäp 1)], ta coù nhieät dung rieâng cuûa acid: ca =2207 (J/kg.ñoä). Suy ra: cF = .4190 +(1-).Ca =0.775.4190+(1-0.775).2207 = 3743.825(J/kg.ñoä). Vaäy: QF =5025.86.3743.825.(100.52-20) = 1515059.514 (KJ/h). QW : nhieät löôïng do saûn phaåm ñaùy mang ra töø noài ñun. QW = GW .HW =W .MW.cW .(tW –to ) ,(KJ/h). (tw+to)/2=(102.1+20)/2=61.05 Tra taäp1 Ca=2207 (J/kg.ñoä) Choïn nhieät ñoä chuaån: to = 20oC. =0.7*18/(0.7*18+0.3*60)=0.412 cW =.4190+ (1-).Ca=0.412*4190+(1-0.412).2207=3023.996 (J/kg.ñoä). Vaäy: QW =59.819*30.6.3023.996.(102.1-20)=454448.783(KJ/h). QD : nhieät löôïng do saûn phaåm ñænh mang ra töø boä phaän taùch hoaøn löu. QD = GD .HD =D.MD .cD .(tD –to ) ,(KJ/h). Choïn nhieät ñoä chuaån: to = 20oC. ÔÛ = 60.11oC , tra taøi lieäu tham khaûo [4 (taäp 1)], ta coù nhieät dung rieâng cuûa acid: ca =2207 (J/kg.ñoä). Suy ra: cD = .4190 +(1-).Ca =0.984*4190+(1-0.984).2207 = 4158.27 (J/kg.ñoä). Vaäy: Töø (IV.1), ta ñöôïc: QD = 175.47*18.21*4158.27 .(100.22-20) =1065880.148 (KJ/h). Qm : nhieät löôïng toån thaát ra moâi tröôøng xung quanh. Choïn: Qm = 0,05.Qñ Vaäy: nhieät löôïng caàn cung caáp cho noài ñun ôû ñaùy thaùp: Qñ = .(QW + QD + Qnt – QF ) =(27747853.06 -1515059.514+454448.783+1065880.148) = 29213813.13 (KJ/h) =8115kw. Choïn: + Nhieät ñoä nguyeân lieäu ban ñaàu: t’F = 28oC. + Nhieät ñoä saûn phaåm ñænh sau khi laøm nguoäi: t’D = 35oC. + Nhieät ñoä saûn phaåm ñaùy sau khi trao ñoåi nhieät vôùi nguyeân lieäu ban ñaàu: t’W = 60oC. 1 . Thieát bò ngöng tuï saûn phaåm ñænh: Choïn thieát bò ngöng tuï voû – oáng loaïi TH ñaët naèm ngang. Oáng truyeàn nhieät ñöôïc laøm baèng theùp X18H10T, kích thöôùc oáng: 57x3, chieàu daøi oáng laø L = 6(m). Choïn nöôùc laøm laïnh ñi trong oáng vôùi nhieät ñoä ñaàu: t1 = 28oC, nhieät ñoä cuoái: t2 = 50oC. Caùc tính chaát lyù hoïc cuûa nöôùc laøm laïnh ñöôïc tra ôû taøi lieäu tham khaûo [4 (taäp 1)] öùng vôùi nhieät ñoä trung bình ttbN = =39oC: + Nhieät dung rieâng: cN = 4.175 (KJ/kg.ñoä). + Khoái löôïng rieâng: rN = 992 (Kg/m3). + Ñoä nhôùt ñoäng löïc: mN = 0.656.10-3 (N.s/m2). + Heä soá daãn nhieät: lN = 0.642 (W/moK). a . Suaát löôïng nöôùc caàn duøng ñeå ngöng tuï saûn phaåm ñænh: GN == 57.69 (Kg/s). b . Xaùc ñònh beà maët truyeàn nhieät : Beà maët truyeàn nhieät ñöôïc xaùc ñònh theo phöông trình truyeàn nhieät: Ftb = ,(m2) (IV.2). Vôùi: + K : heä soá truyeàn nhieät. + Dtlog : nhieät ñoä trung bình logarit. Xaùc ñònh Dtlog : Choïn kieåu truyeàn nhieät ngöôïc chieàu, neân: =66.56(oK). Xaùc ñònh heä soá truyeàn nhieät K: Heä soá truyeàn nhieät K ñöôïc tính theo coâng thöùc: ,(W/m2.oK) (IV.3). Vôùi: + aN : heä soá caáp nhieät cuûa nöôùc trong oáng (W/m2.oK). + aA : heä soá caáp nhieät cuûa hôi ngöng tuï (W/m2.oK). + årt : nhieät trôû cuûa thaønh oáng vaø lôùp caùu. * Xaùc ñònh heä soá caáp nhieät cuûa nöôùc trong oáng:(tr110taäp10) Choïn vaän toác nöôùc ñi trong oáng: vN = 0.5 (m/s). Soá oáng trong moät ñöôøng nöôùc: =60 (oáng). Chuaån soá Reynolds : =38560.98> 10000 : cheá ñoä chaûy roái, coâng thöùc xaùc ñònh chuaån soá Nusselt coù daïng: Trong ñoù: + el : heä soá hieäu chænh phuï thuoäc vaøo ReN vaø tyû leä chieàu daøi oáng vôùi ñöôøng kính oáng:ReN=38560.98 vaø,neân el =1. + PrN : chuaån soá Prandlt cuûa nöôùc ôû 39oC, neân PrN = 4.31. + Prw : chuaån soá Prandlt cuûa nöôùc ôû nhieät ñoä trung bình cuûa vaùch. Choïn :Nhieät ñoä trung bình cuûa vaùch ngoaøi tW1 =550C ,vaùch trong tW2=500C tWtb=(tW1 +tW2)/2 = 52.5 neân PrN= 3.15 Suy ra: =198.61 Heä soá caáp nhieät cuûa nöôùc trong oáng: aN = 198.61*0.642/0.051=2500.17 W/m2 ñoä * Nhieät taûi qua thaønh oáng vaø lôùp caùu: + Beà daøy thaønh oáng: dt = 3 (mm). Heä soá daãn nhieät cuûa theùp khoâng gæ: lt = 17.5 (W/moK). Nhieät trôû trung bình cuûa lôùp baån trong vaø ngoaøi oáng oáng vôùi nöôùc saïch: r = 1/5000 (m2.oK/W). Suy ra: årt = 1/2692.31 (m2.oK/W). * Heä soá caáp nhieät cuûa hôi ngöng tuï: (taäp 10 tr119) Saûn phaåm ñænh chuû yeáu laø nöôc neân: Aån nhieät ngöng tuï: rD = rN = 2256.254 (KJ/kg). ôû tm = ( tngt + tW1)/2= (100.22+55)/2=77.61oC ta coù A=167.327 aHN =0.725*167.327*(2256.254*103/(100.22-55)*57)0.25 =1173.4 W/m2 ñoä Töø (IV.3): = 615.9(W/m2.oK). Töø (IV.2), beà maët truyeàn nhieät trung bình: = 188 (m2). Suy ra chieàu daøi oáng truyeàn nhieät : L’= = 18.15(m). So vôùi L=6 (m) ta coù =3laàn. Khi ñoù soá oáng taêng leân 3 laàn: n=60*3 =180 (oáng) ~ choïn n=187(oáng). * Kieåm tra heä soá caáp nhieät cuûa röôïu khi coù keå ñeán söï aûnh höôûng cuûa söï saép seáp, boá trí oáng. Choïn caùch xeáp oáng thaúng haøng, boá trí theo daïng luïc giaùc ñeàu,vaäy vôùi 187 oáng thì ta seáp ñöôïc 31 hình luïc giaùc ñeàu coù cuøng taâm. Khi ñoù: chieàu daøi oáng truyeàn nhieät: L’= < 6(m) : thoaû. Vaäy : Thieát bò ngöng tuï saûn phaåm ñænh laø thieát bò truyeàn nhieät voû – oáng goàm n=187(oáng), daøi L=6(m). Oáng ñöôïc boá trí theo hình luïc giaùc ñeàu. Neân ta coù soá oáng treân ñöôøng cheùo hình luïc giaùc: b = 63(oáng). Choïn böôùc oáng: t=0.0684 (m). Ñöôøng kính voû thieát bò: Dv = t.(2no +1)=0.0684*(2*31+1)=4.3 (m) 2 . Noài ñun gia nhieät saûn phaåm ñaùy: Choïn noài ñun gia nhieät saûn phaåm ñaùy laø noài ñun Kettle, oáng truyeàn nhieät ñöôïc laøm baèng theùp X18H10T, kích thöôùc oáng 57x3. Choïn hôi ñoát laø hôi nöôùc 2 at, ñi trong oáng. Tra taøi lieäu tham khaûo [4(taäp1)], ta coù: + Nhieät ñoä soâi: tsN = 120oC. + Aån nhieät ngöng tuï: rN = 2239.51 (KJ/kg). Saûn phaåm ñaùy tröôùc khi vaøo noài ñun coù nhieät ñoä laø t’1 = 100oC, nhieät ñoä ra laø tW = 102.1oC. a . Suaát löôïng hôi nöôùc caàn duøng : Löôïng nhieät caàn caáp cho ñaùy thaùp: Qñ = 29213813.13 (KJ/h) =8115kw. Suaát löôïng hôi nöôùc caàn duøng: GhN == 3.624 (Kg/s). b . Xaùc ñònh beà maët truyeàn nhieät : Beà maët truyeàn nhieät ñöôïc xaùc ñònh theo phöông trình truyeàn nhieät: Ftb = ,(m2) (IV.12). Vôùi: + K : heä soá truyeàn nhieät. + Dtlog : nhieät ñoä trung bình logarit. Xaùc ñònh Dtlog : Choïn kieåu truyeàn nhieät ngöôïc chieàu, neân: (oK). Xaùc ñònh heä soá truyeàn nhieät K: Heä soá truyeàn nhieät K ñöôïc tính theo coâng thöùc: ,(W/m2.oK) (IV.13). Vôùi: + aN : heä soá caáp nhieät cuûa hôi nöôùc (W/m2.oK). + aD : heä soá caáp nhieät cuûa saûn phaåm ñaùy (W/m2.oK). + årt : nhieät trôû cuûa thaønh oáng vaø lôùp caùu. Xaùc ñònh heä soá caáp nhieät cuûa hôi nöôùc: Choïn nhieät ñoä cuûa vaùch tieáp xuùc vôùi hôi nöôùc(trong oáng) tw1=115o C nhieät ñoä cuûa vaùch tieáp xuùc vôùi saûn phaåm ñaùy (ngoaøi oáng) tw2=105o C nhieät ñoä trung bình tm =(115+105)/2=110o C. tra baûng trang 120 taäp 10 ta coù A=183.5 Heä soá caáp nhieät cuûa hôi nöôùc ñöôïc xaùc ñònh theo coâng thöùc: aN = =7242.31(W/m2.oK). * Nhieät taûi qua thaønh oáng vaø lôùp caùu: Beà daøy thaønh oáng: dt = 3 (mm). Heä soá daãn nhieät cuûa theùp khoâng gæ: lt = 17,5 (W/moK). Nhieät trôû trung bình cuûa lôùp baån trong oáng vôùi nöôùc saïch: r1 = 1/5000 (m2.oK/W). Nhieät trôû lôùp caáu phía saûn phaåm ñaùy: r2 =1/5800(m2.oK/W). Suy ra: årt = 1/1838.77 (m2.oK/W). * Xaùc ñònh heä soá caáp nhieät cuûa saûn phaåm ñaùy: Heä soá caáp nhieät cuûa saûn phaåm ñaùy ñöôïc xaùc ñònh theo coâng thöùc (cheá ñoä soâi suûi boït vaø xem saûn phaåm ñaùy nhö laø nöôùc): aD = .39.p0,6.(105 – 102.1)2,33 Vôùi: + p: aùp suaát ñeå ñaït nhieät ñoä soâi cuûa saûn phaåm ñaùy, khi ñoù p = 1 at = 105 (N/m2). Suy ra: aD = 242120.55(W/m2.oK) Töø (IV.13): (W/m2.oC). Töø (IV.12), beà maët truyeàn nhieät trung bình: = 268.19 (m2). Choïn soá oáng truyeàn nhieät: n = 187 (oáng). Chieàu daøi oáng truyeàn nhieät: L 8.45(m). Choïn: L = 9(m) Vaäy: noài ñun gia nhieät saûn phaåm ñaùy laø thieát bò truyeàn nhieät voû - oáng vôùi soá oáng n =187, chieàu daøi oáng truyeàn nhieät L = 9(m). Oáng ñöôïc boá trí theo hình luïc giaùc ñeàu. Neân ta coù soá oáng treân ñöôøng cheùo hình luïc giaùc: b = 63(oáng). Choïn böôùc oáng: t=0.0684 (m). Ñöôøng kính voû thieát bò: Dv = t.(2no +1)=0.0684*(2*31+1)=4.3 (m) 3.Thieát bò trao ñoåi nhieät saûn phaåm ñænh vaø nhaäp lieäu: Choïn thieát bò thieát bò trao ñoåi nhieät giöõa nhaäp lieäu vaø saûn phaåm ñænh laø thieát bò truyeàn nhieät oáng loàng oáng. Oáng truyeàn nhieät ñöôïc laøm baèng theùp X18H10T, kích thöôùc oáng trong: 38x2 ; kích thöôùc oáng ngoaøi: 57x3. Doøng nhaäp lieäu ñi trong oáng 38x2 (oáng trong) vôùi nhieät ñoä ñaàu: t’F = 28oC. Saûn phaåm ñænh ñi trong oáng 57x3 (oáng ngoaøi)vôùi nhieät ñoä ñaàu: td = 100.22oC, nhieät ñoä cuoái: t’d = 60oC. Caùc tính chaát lyù hoïc cuûa saûn phaåm ñænh ñöôïc tra ôû taøi lieäu tham khaûo [4 (taäp 1)] öùng vôùi nhieät ñoä trung bình ttbD = =80.11oC: + Nhieät dung rieâng: cD = 4.195 (KJ/kg.ñoä). + Khoái löôïng rieâng: rD = 971.8 (Kg/m3). + Ñoä nhôùt ñoäng löïc: mD = 0.355.10-3 (N.s/m2). + Heä soá daãn nhieät: lD = 0.675 (W/moK). a . Nhieät ñoä doøng nhaäp lieäu sau khi trao ñoåi nhieät vôùi saûn phaåm ñaùy: Suaát löôïng saûn phaåm ñænh: GD = D.MD = 175.47.18.21 = 3195.31 (Kg/h). Löôïng nhieät caàn taûi: Qt = .cD.(tD-t’D) = .4.195.(100.22-60)=149.76(KW). ÔÛ 28oC, ta xem nhieät dung rieâng cuûa nhaäp lieäu laø haèng soá, hay nhieät dung rieâng cuûa acid ca = 2.04 (KJ/kg.ñoä). Suy ra: cF = 4.18 .+(1-). ca = 4.18.0.775+(1-0.775).2.04 = 3. 699 (KJ/kg.ñoä). Nhieät ñoä nhaäp lieäu sau khi trao ñoåi nhieät vôùi saûn phaåm ñaùy: t”F = = 57oC. Caùc tính chaát lyù hoïc cuûa saûn phaåm ñænh ñöôïc tra ôû taøi lieäu tham khaûo [4 (taäp 1)] öùng vôùi nhieät ñoä trung bình ttbF = oC: + Khoái löôïng rieâng: rF = 998.17 (Kg/m3). + Ñoä nhôùt ñoäng löïc: mF = 0.65.10-3 (N.s/m2). + Heä soá daãn nhieät: lF = 0.51 (W/moK). b . Xaùc ñònh beà maët truyeàn nhieät : Beà maët truyeàn nhieät ñöôïc xaùc ñònh theo phöông trình truyeàn nhieät: Ftb = ,(m2) (IV.17). Vôùi: + K : heä soá truyeàn nhieät. + Dtlog : nhieät ñoä trung bình logarit. Xaùc ñònh Dtlog : Choïn kieåu truyeàn nhieät ngöôïc chieàu, neân: (oK). Xaùc ñònh heä soá truyeàn nhieät K: Heä soá truyeàn nhieät K ñöôïc tính theo coâng thöùc: ,(W/m2.oK) (IV.18). Vôùi: + aF : heä soá caáp nhieät cuûa doøng nhaäp lieäu (W/m2.oK). + aW : heä soá caáp nhieät cuûa saûn phaåm ñænh (W/m2.oK). + årt : nhieät trôû cuûa thaønh oáng vaø lôùp caùu. Xaùc ñònh heä soá caáp nhieät cuûa doøng nhaäp lieäu ôû oáng trong: Vaän toác doøng nhaäp lieäu ñi trong oáng: =1.53(m/s). Chuaån soá Reynolds : > 104 : cheá ñoä chaûy roái, coâng thöùc xaùc ñònh chuaån soá Nusselt coù daïng: Trong ñoù: + el : heä soá hieäu chænh phuï thuoäc vaøo ReF vaø tyû leä chieàu daøi oáng vôùi ñöôøng kính oáng: choïn el =1. + PrF : chuaån soá Prandlt cuûa doøng nhaäp lieäu ôû 42.5oC, neân PrF = = 4.71. cF = 4.19 .+(1-). ca=4.19*0.775+(1-0.775)*2.2288= 3.75KJ/ Kg ñoä + Prw2 : chuaån soá Prandlt cuûa doøng nhaäp lieäu ôû nhieät ñoä trung bình cuûa vaùch. Choïn nhieät ñoä tieáp xuùc vaùch trong tw2 = 58 ,vaùch ngoaøi tw1 =70 ttbw =(58 +70)/2 =64oC + Khoái löôïng rieâng: rF = 984.92 (Kg/m3). + Ñoä nhôùt ñoäng löïc: mF = 0.462.10-3 (N.s/m2). + Heä soá daãn nhieät: lF = 0.61 (W/moK). Prw2 = =2.84 Suy ra: NuF =0.021*1*79884.310.84.170.43 *(4.17/2.84)0.25=356.9 Heä soá caáp nhieät cuûa doøng nhaäp lieäu trong oáng: anl = 356.9*0.5/0.034=5248.59(W/m2.oK) * Nhieät taûi qua thaønh oáng vaø lôùp caùu: + Beà daøy thaønh oáng: dt = 2(mm). Heä soá daãn nhieät cuûa theùp khoâng gæ: lt = 17,5 (W/moK). Nhieät trôû trung bình cuûa lôùp baån trong oáng vôùi nöôùc saïch: r1 = 1/5000 (m2.oK/W). Nhieät trôû lôùp caáu phía saûn phaåm ñænh: r2 = 1/5800 (m2.oK/W). Suy ra: årt = 1/2054.66 (m2.oK/W). * Xaùc ñònh heä soá caáp nhieät cuûa saûn phaåm ñænh ngoaøi oáng nhoû: Vaän toác nöôùc ñi trong oáng ngoaøi: =1.01(m/s). Ñöôøng kính töông ñöông: dtd = Dtr –dng = 0.051- 0.038 = 0.013 (m). Chuaån soá Reynolds : > 104 : cheá ñoä chaûy roái, coâng thöùc xaùc ñònh chuaån soá Nusselt coù daïng: Trong ñoù: + el : heä soá hieäu chænh phuï thuoäc vaøo ReW vaø tyû leä chieàu daøi oáng vôùi ñöôøng kính oángø,choïn el =1. + PrD : chuaån soá Prandlt cuûa saûn phaåm ñænh ôû ˆ80.11oC PrD = 0.355.10-3*4195/0.675=2.2 Prw1 =2.81 Suy ra: NuD =0.021*1*35942.910.8 2.20.43 *(2.2/2.81)0.25=122.29 Heä soá caáp nhieät cuûa saûn phaåm ñaùy trong oáng ngoaøi: aD = 122.29*0.657/0.013=6180.2(W/m2.oK) Töø (IV.18): (W/m2.oC). Töø (IV.17), beà maët truyeàn nhieät trung bình: = 3.37 (m2). Suy ra chieàu daøi oáng truyeàn nhieät : L (m). Choïn: L = 32(m). Vaäy: thieát bò trao ñoåi nhieät giöõa doøng nhaäp lieäu laø thieát bò truyeàn nhieät oáng loàng oáng vôùi chieàu daøi oáng truyeàn nhieät L = 32(m), chia thaønh 8 daõy, moãi daõy daøi 4 (m). 4 .thieát bò gia nhieät nhaäp lieäu : Choïn thieát bò gia nhieät nhaäp lieäu laø thieát bò truyeàn nhieät oáng loàng oáng. Oáng truyeàn nhieät ñöôïc laøm baèng theùp X18H10T, kích thöôùc oáng trong:38x2; kích thöôùc oáng ngoaøi: 57x3. Doøng nhaäp lieäu ñi trong oáng 38x2 (oáng trong) vôùi nhieät ñoä ñaàu: t”F =57oC ,nhieät ñoä cuoái: tF =100.52oC. Choïn hôi ñoát laø hôi nöôùc 1.5 at, ñi trong oáng 57x3(oáng ngoaøi). Tra taøi lieäu tham khaûo [4 (taäp 1)], ta coù: + Nhieät ñoä soâi: tsN = 110.05oC. + Aån nhieät ngöng tuï: rN = 2219.32 (KJ/kg). Caùc tính chaát lyù hoïc cuûa doøng nhaäp lieäu ñöôïc tra ôû taøi lieäu tham khaûo [4 (taäp 1)] öùng vôùi nhieät ñoä trung bình ttbF = =78.76oC: + Nhieät dung rieâng: cF = 3.767 (KJ/kg.ñoä). + Khoái löôïng rieâng: rF =974.86 (Kg/m3). + Ñoä nhôùt ñoäng löïc: mF = 0.377.10-3 (N.s/m2). + Heä soá daãn nhieät: lF = 0.62 (W/moK). a . Suaát löôïng hôi nöôùc caàn duøng : Löôïng nhieät caàn taûi cung caáp cho doøng nhaäp lieäu: Qc = .cF.(tF – t”F) =.3.767.(100.52 -57)=228.87 (KW). Suaát löôïng hôi nöôùc caàn duøng: GhN == 0.1 (Kg/s). b . Xaùc ñònh beà maët truyeàn nhieät : Beà maët truyeàn nhieät ñöôïc xaùc ñònh theo phöông trình truyeàn nhieät: Ftb = ,(m2) (IV.22). Vôùi: + K : heä soá truyeàn nhieät. + Dtlog : nhieät ñoä trung bình logarit. Xaùc ñònh Dtlog : Choïn kieåu truyeàn nhieät ngöôïc chieàu, neân: (oK). Xaùc ñònh heä soá truyeàn nhieät K: Heä soá truyeàn nhieät K ñöôïc tính theo coâng thöùc: ,(W/m2.oK) (IV.23). Vôùi: + aF : heä soá caáp nhieät cuûa doøng nhaäp lieäu (W/m2.oK). + aN : heä soá caáp nhieät cuûa hôi nöôùc (W/m2.oK). + årt : nhieät trôû cuûa thaønh oáng vaø lôùp caùu. * Xaùc ñònh heä soá caáp nhieät cuûa doøng nhaäp lieäu trong oáng nhoû: Vaän toác doøng nhaäp lieäu ñi trong oáng : =1.53(m/s). Chuaån soá Reynolds : > 104 : cheá ñoä chaûy roái, coâng thöùc xaùc ñònh chuaån soá Nusselt coù daïng: Trong ñoù: + el : heä soá hieäu chænh phuï thuoäc vaøo ReW vaø tyû leä chieàu daøi oáng vôùi ñöôøng kính oáng ø,choïn el =1. + PrF : chuaån soá Prandlt cuûa doøng nhaäp lieäu ôû 78.76oC, neân PrF == 2.29 Choïn tw2 =95o C: nhieät ñoä cuûa vaùch tieáp xuùc vôùi doøng nhaäp lieäu tw1 =105o C: nhieät ñoä cuûa vaùch tieáp xuùc vôùi hôi nöôùc ttbw =(95+105)/2=100oC + Nhieät dung rieâng: cF = 3.825 (KJ/kg.ñoä). + Khoái löôïng rieâng: rF =958 (Kg/m3). + Ñoä nhôùt ñoäng löïc: mF = 0.295.10-3 (N.s/m2). + Heä soá daãn nhieät: lF = 0.628 (W/moK). Prw2 ==1.797 Suy ra: NuF =0.021*1*35680.420.8 *2.290.43 *(2.29/1.797)0.25 =139.7 Heä soá caáp nhieät cuûa doøng nhaäp lieäu trong oáng nhoû: aF = 139.7*0.628/0.034=2580.45(W/m2.oK). * Nhieät taûi qua thaønh oáng vaø lôùp caùu: + Beà daøy thaønh oáng: dt = 2(mm). Heä soá daãn nhieät cuûa theùp khoâng gæ: lt = 17.5 (W/moK). Nhieät trôû trung bình cuûa lôùp baån trong oáng vôùi nöôùc saïch: r1 = 1/5000 (m2.oK/W). Nhieät trôû lôùp caáu phía nhaäp lieäu: r2 = 1/5800 (m2.oK/W). Suy ra: årt = 1/2054.66 (m2.oK/W). * Xaùc ñònh heä soá caáp nhieät cuûa hôi nöôùc ngoaøi oáng nhoû: Ñöôøng kính töông ñöông: dtd = Dtr –dng = 0.051- 0.038 = 0.013 (m) Heä soá caáp nhieät cuûa hôi nöôùc ñöôïc xaùc ñònh theo coâng thöùc: aN= Vôùi: + A : heä soá phuï thuoäc vaøo tính chaát vaät lyù nöôùc theo nhieät ñoä, ñöôïc tra ôû taøi lieäu tham khaûo [2]ôû tm=(110.05+(105+95)/2)/2=105.025 ta ñöôïc A=181.27 aN= 7889.89 (W/m2.oK). Töø (IV.23): =999.03(W/m2.oC). Töø (IV.22), beà maët truyeàn nhieät trung bình: =9.04 (m2). Suy ra chieàu daøi oáng truyeàn nhieät : L (m). Choïn: L = 92(m) Vaäy: thieát bò gia nhieät doøng nhaäp lieäu laø thieát bò truyeàn nhieät oáng loàng oáng vôùi chieàu daøi oáng truyeàn nhieät L =92 (m), chia thaønh 23 daõy, moãi daõy daøi 4(m). II. TÍNH BAÛO OÂN CUÛA THIEÁT BÒ: Trong quaù trình hoaït ñoäng cuûa thaùp, do thaùp tieáp xuùc vôùi khoâng khí neân nhieät löôïng toån thaát ra moâi tröôøng xung quanh ngaøy caøng lôùn. Ñeå thaùp hoaït ñoäng oån ñònh, ñuùng vôùi caùc thoâng soá ñaõ thieát keá, ta phaûi taêng daàn löôïng hôi ñoát gia nhieät cho noài ñun ñeå thaùp khoâng bò nguoäi (nhaát laø saûn phaåm ñænh, aûnh höôûng ñeán hieäu suaát cuûa thaùp). Khi ñoù, chi phí cho hôi ñoát seõ taêng. Ñeå thaùp khoâng bò nguoäi maø khoâng taêng chi phí hôi ñoát, ta thieát keá lôùp caùch nhieät bao quanh thaân thaùp. Choïn vaät lieäu caùch nhieät cho thaân thaùp laø amiaêng coù beà daøy laø da .Tra taøi lieäu tham khaûo [2], heä soá daãn nhieät cuûa amiaêng laø la = 0.151 (W/m.oK). Nhieät löôïng toån thaát ra moâi tröôøng xung quanh: Qm = 0,05.Qd = 0.05.8115 = 405.57 (KW). Nhieät taûi maát maùt rieâng: qm = (W/m2). (IV.27) Vôùi: + tv1 : nhieät ñoä cuûa lôùp caùch nhieät tieáp xuùc vôùi beà maët ngoaøi cuûa thaùp. + tv1 : nhieät ñoä cuûa lôùp caùch nhieät tieáp xuùc vôùi khoâng khí. + Dtv : hieäu soá nhieät ñoä giöõa hai beà maët cuûa lôùp caùch nhieät. Nhaän thaáy: qm = const, neân choïn Dtv = Dtmax = tñaùy -tkk ,tkk = 28oC. Suy ra Dtv = 100.52 – 28 = 72.52oC. + ftb : dieän tích beà maët trung bình cuûa thaùp (keå caû lôùp caùch nhieät). ftb = p.H.Dtb = p.H.(Dt + Sthaân + da) Töø (IV.27), ta coù phöông trình: Suy ra: da = 0.0041(m). Vaäy: choïn da = 5(mm). III . TÍNH TOAÙN BÔM NHAÄP LIEÄU: 1 . Tính chieàu cao boàn cao vò: Choïn ñöôøng kính oáng daãn nguyeân lieäu (nhaäp lieäu): d = 50 (mm), ñoä nhaùm cuûa oáng e=0,1(mm). Caùc tính chaát lyù hoïc cuûa doøng nhaäp lieäu ñöôïc tra ôû taøi lieäu tham khaûo [4 (taäp 1)] öùng vôùi nhieät ñoä trung bình ttbF == 64.26 oC: + Khoái löôïng rieâng: rF = 984.74(Kg/m3) + Ñoä nhôùt ñoäng löïc: mF = 0.46.10-3 (N.s/m2). Vaän toác cuûa doøng nhaäp lieäu trong oáng daãn: vF == 0.7 (m/s). a . Toån thaát ñöôøng oáng daãn: (m). Vôùi: + l1 : heä soá ma saùt trong ñöôøng oáng. + l1 : chieàu daøi ñöôøng oáng daãn, choïn l1 = 20(m). + d1 : ñöôøng kính oáng daãn, d1 = d = 0.05(m). + åx1 : toång heä soá toån thaát cuïc boä. + vF : vaän toác doøng nhaäp lieäu trong oáng daãn, vF = 0.7(m/s). * Xaùc ñònh l1 : Chuaån soá Reynolds cuûa doøng nhaäp lieäu trong oáng: = 77066.6 Theo taøi lieäu tham khaûo [4 (taäp 1)tr378], ta coù: + Chuaån soá Reynolds tôùi haïn: Regh1===7289,343 + Chuaån soá Reynolds khi baét ñaàu xuaát hieän vuøng nhaùm: Ren1===23.9.104. Suy ra: Regh1 < Re1< Ren1: khu vöïc chaûy quaù ñoä, khi ñoù (taøi lieäu tham khaûo [4 (taäp 1)]): l1=0.0255 * Xaùc ñònh åx1: Heä soá toån thaát cuûa doøng nhaäp lieäu qua: + 10 choã uoán cong: xu1=10.1,1 = 11. + 3 van (van thaúng): xv1= 3.0.79 =2.37. + 1 löu löôïng keá: xl1 = 0 (khoâng ñaùng keå). Suy ra: åx1 = xu1 + xv1 + xt 1+ xm1 + xl1 = 13.37. Vaäy:Toån thaát ñöôøng oáng daãn: h1==0.623(m). b . Toån thaát ñöôøng oáng daãn trong thieát bò trao ñoåi nhieät: (m). Vôùi: + l2 : heä soá ma saùt trong ñöôøng oáng. + l2 : chieàu daøi ñöôøng oáng daãn, l2 = 32(m). + d2 : ñöôøng kính oáng daãn, d2 = 0.034(m). + åx2 : toång heä soá toån thaát cuïc boä. + v2 : vaän toác doøng nhaäp lieäu trong oáng daãn, v2 =1.53(m/s). * Xaùc ñònh l2 : Chuaån soá Reynolds cuûa doøng nhaäp lieäu: Re2= 79884.31 Theo taøi lieäu tham khaûo [4 (taäp 1)], ta coù: + Chuaån soá Reynolds tôùi haïn: Regh===4691.05. + Chuaån soá Reynolds khi baét ñaàu xuaát hieän vuøng nhaùm: Ren===155001.7. Suy ra: Regh1 < Re1< Ren1: khu vöïc chaûy quaù ñoä, khi ñoù (taøi lieäu tham khaûo [4 (taäp 1)]): l2=0.029 * Xaùc ñònh åx2: Heä soá toån thaát cuûa doøng nhaäp lieäu qua: + 9 choã oáng cong quay ngöôïc: xq2=9*0.7 = 3.6. + 1 laàn co heïp: xc2 = 0.2 + 1 laàn môû roäng: xm2 =0.16 Suy ra: åx2 = xq2 + xc2+ xm 2 =3.96 Vaäy:Toån thaát ñöôøng oáng daãn trong thieát bò trao ñoåi nhieät: h2==4.67(m). c . Toån thaát ñöôøng oáng daãn trong thieát bò gia nhieät nhaäp lieäu: (m). Vôùi: + l3 : heä soá ma saùt trong ñöôøng oáng. + l3 : chieàu daøi ñöôøng oáng daãn, l3 = 92(m). + d3 : ñöôøng kính oáng daãn, d3 = 0.038(m). + åx3 : toång heä soá toån thaát cuïc boä. + v3 : vaän toác doøng nhaäp lieäu trong oáng daãn, v3 = 1.53(m/s). * Xaùc ñònh l3 : Chuaån soá Reynolds cuûa doøng nhaäp lieäu Re3=35680.42 Theo taøi lieäu tham khaûo [4 (taäp 1)], ta coù: + Chuaån soá Reynolds tôùi haïn: Regh===4691.05. + Chuaån soá Reynolds khi baét ñaàu xuaát hieän vuøng nhaùm: Ren===155001.7. Suy ra: Regh1 < Re1< Ren1: khu vöïc chaûy quaù ñoä, khi ñoù (taøi lieäu tham khaûo [4 (taäp 1)]): l3=0.029 * Xaùc ñònh åx3: Heä soá toån thaát cuûa doøng nhaäp lieäu qua: + 22 choã oáng cong quay ngöôïc: xq3=22.0.7 = 15.4. + 1 laàn co heïp: xc2 = 0.2. + 1 laàn môû roäng: xm2 =0.16 Suy ra: åx3 = xq3 + xc3+ xm 3 =15.76. Vaäy:Toån thaát ñöôøng oáng daãn trong thieát bò gia nhieät: h3==11.52(m). Choïn : + Maët caét (1-1) laø maët thoaùng chaát loûng trong boàn cao vò. + Maët caét (2-2) laø maët caét taïi vò trí nhaäp lieäu ôû thaùp. Aùp duïng phöông trình Bernolli cho (1-1) vaø (2-2): z1 + + = z2 + + +åhf1-2 hay z1 = z2 + +åhf1-2 Vôùi: + z1: ñoä cao maët thoaùng (1-1) so vôùi maët ñaát, hay xem nhö laø chieàu cao boàn cao vò Hcv = z1. + z2: ñoä cao maët thoaùng (2-2) so vôùi maët ñaát, hay xem nhö laø chieàu cao töø vò trí nhaäp lieäu tôùi maët ñaát: z2 = hchaân ñôõ + hñaùy + (Nchöng+1) .(h + dmaâm ) = 0.226+0.575 + 13(0.4+0.0064)= 6.0842 (m). + P1 : aùp suaát taïi maët thoaùng (1-1), choïn P1 = 1 at. + P2 : aùp suaát taïi maët thoaùng (2-2). Xem DP=P2 –P1 =Ncaát .htl = 37 . 500.71 = 18526.27 (N/m2). + v1 : vaän toác taïi maët thoaùng (1-1), xem v1 = 0(m/s). + v1 : vaän toác taïi vò trí nhaäp lieäu, v1 = vF = 0.2 (m/s). + åhf1-2 : toång toån thaát trong oáng töø (1-1) ñeán (2-2): åhf1-2 = h1 + h2 + h3 = 0.623+4.67+11.52 = 16.813(m). Vaäy: Chieàu cao boàn cao vò: Hcv = z2 + +åhf1-2 =6.0842 ++ 16.813 = 24.82(m). Choïn Hcv = 25(m). 2 . Choïn bôm: Löu löôïng nhaäp lieäu: QF = 5(m3/h). Choïn bôm coù naêng suaát laø Qb = 5.2 (m3/h). choïn oáng huùt , ñaåy 38x2. Caùc tính chaát lyù hoïc cuûa doøng nhaäp lieäu ñöôïc tra ôû taøi lieäu tham khaûo [4 (taäp 1)] öùng vôùi nhieät ñoä trung bình t’F = 28 oC: + Khoái löôïng rieâng: rF = 1005.17 (Kg/m3). + Ñoä nhôùt ñoäng löïc: mF = 0.857.10-3 (N.s/m2). Vaän toác doøng nhaäp lieäu trong oáng huùt vaø ñaåy: vh = vd = = 1.53(m/s). Toång trôû löïc trong oáng huùt vaø oáng ñaåy: hhd = Vôùi: + lh : chieàu daøi oáng huùt, choïn lh = 2 (m). + ld : chieàu daøi oáng ñaåy, choïn ld = 26 (m). + åxh : toång toån thaát cuïc boä trong oáng huùt. + åxd : toång toån thaát cuïc boä trong oáng ñaåy. + l : heä soá ma saùt trong oáng huùt vaø oáng ñaåy. * Xaùc ñònh l: Chuaån soá Reynolds cuûa doøng nhaäp lieäu: Re==61013.94. Theo taøi lieäu tham khaûo [4 (taäp 1)], ta coù: + Chuaån soá Reynolds tôùi haïn: Regh===4691.05. + Chuaån soá Reynolds khi baét ñaàu xuaát hieän vuøng nhaùm: Ren===155001.7. Suy ra: Regh1 < Re1< Ren1: khu vöïc chaûy quaù ñoä, khi ñoù (taøi lieäu tham khaûo [4 (taäp 1)]): l3=0.029 * Xaùc ñònh åxh: Heä soá toån thaát cuïc boä trong oáng huùt qua: + 1 laàn vaøo mieäng thu nhoû: xt = 0.2. Suy ra: åxh = xt =0.2. * Xaùc ñònh åxd: Heä soá toån thaát cuïc boä trong oáng ñaåy qua: + 2 laàn uoán goùc: xu =2ø.1.6 = 3.2. Suy ra: åxh = xu =3.2. Vaäy:Toån thaát trong oáng huùt vaø oáng ñaåy: hhd ==2.96(m). Choïn : + Maët caét (1-1) laø maët thoaùng chaát loûng trong boàn chöùa nguyeân lieäu. + Maët caét (2-2) laø maët thoaùng chaát loûng trong boàn cao vò. Aùp duïng phöông trình Bernolli cho (1-1) vaø (2-2): z1 + + + Hb= z2 + + +åhf1-2 Vôùi: + z1: ñoä cao maët thoaùng (1-1) so vôùi maët ñaát(choïn =2m). + z2: ñoä cao maët thoaùng (2-2) so vôùi maët ñaát. + P1 : aùp suaát taïi maët thoaùng (1-1), choïn P1 = 1 at. + P2 : aùp suaát taïi maët thoaùng (2-2), choïn P2 = 1 at. + v1,v2 : vaän toác taïi maët thoaùng (1-1) vaø(2-2), xem v1=v2= 0(m/s). + åhf1-2 =hhd: toång toån thaát trong oáng töø (1-1) ñeán (2-2). + Hb : coät aùp cuûa bôm. Suy ra: Hb = (z2 – z1) + hhd = (25-2) +2.96 =25.96(m.chaát loûng) Choïn hieäu suaát cuûa bôm: hb = 0,8. Coâng suaát thöïc teá cuûa bôm: Nb = =444.42(W)=0.659(hp) Toùm laïi: Ñeå ñaûm baûo thaùp hoaït ñoäng lieân tuïc ta choïn 2 bôm li taâm loaïi 1.5(0)-4x2(3) vì Qb = 5 (m3/h) CHÖÔNG V : GIAÙ THAØNH THIEÁT BÒ. TÍNH SÔ BOÄ GIAÙ THAØNH CUÛA THIEÁT BÒ: Löôïng theùp X18H10T caàn duøng: G1 = 50.m2+ m3+ 2.m4 = 50.62.2+21053.18+2.86.96= 24337.1(Kg). Löôïng theùp CT3 caàn duøng: G2 = Gbích gheùp thaân + Gbích gheùp oáng daãn = 2. 6 .51.08 +(2.4..(0.2052-0.12).0.014 + 2.2. . (0.372-0.252) . .0.022). 7850 = 675.4082(Kg). Soá löôïng buloâng caàn mua: n = 56*6 +12*2+4*4 = 376 (buloâng). Theå tích vaät lieäu caùch nhieät caàn duøng: V = p.(Dt + St ).da .H = p.(2.2 + 0.005).0.005.21.695 = 0.751(m3). Chieàu daøi oáng daãn: * Oáng töø 31-50 mm: L1=l1 +Lb +LTBTÑN +LTBGN = 20+28 + 32 + 92 =172 (m). OÁng 100mm:choïn oáng daãn hôi ôû ñænh vaø ñaùy thaùp: 10(m). Oáng >=50mm: L2 =Ldn +LNT +LND+LTBTDN+LTBGN =10+ 6*187+9*187+32+92=2939(m) Kính quan saùt: ñöôøng kính laø:100(mm), daøy 5(mm). S = 2.0,12 = 0,0157(m2). Vaät lieäu Soá löôïng Ñôn gía Thaønh tieàn Theùp X18H10T 24337.1 (kg) 50000 (ñ/kg) 1216855000 Theùp CT3 675.4082 (kg) 10000 (ñ/kg) 6754082 Buloâng 376 (buloâng) 3000 (ñ/buloâng) 1128000 Vaät lieäu caùch nhieät 0.751 (m3) 3000000 (ñ/m3) 2253000 Oáng daãn 31-50 mm 172 (m) 20000 (ñ/m) 3440000 Oáng daãn >=50mm 2939 (m) 30000 (ñ/m) 88170000 Bôm 0.659x2 700000 (ñ/hp) 922600 Aùp keá töï ñoäng 1 (caùi) 600000 (ñ/caùi) 600000 Nhieät keá ñieän trôû töï ghi 3 (caùi) 200000 (caùi) 600000 Löu löôïng keá (>=50mm) 2 (caùi) 1000000 (ñ/caùi) 2000000 Kính quan saùt daøy 5mm 6.0.0157 (m2) 120000 (ñ/m2) 11304 Van theùp >=50mm 5 (caùi) 50000 (ñ/caùi) 250000 Van theùp (31-50)mm 8 (caùi) 30000 (ñ/caùi) 240000 Racco noái oáng 8 (caùi) 30000 (ñ/caùi) 240000 Toång coäng 1323463986 Vaäy: soá tieàn mua vaät tö cheá taïo thieát bò laø 1323463986 (ñoàng). Tieàn gia coâng cheá taïo thieát bò(gia coâng ñôn giaûn , ñoä chính xaùc thaáp) baèng 100% tieàn vaät tö: 100%.1323463986 = 1323463986 (ñoàng). Toùm laïi: Chi phí ñaàu tö: 2* 276974670 = 2646927972 (ñoàng). KEÁT LUAÄN: + Thieát keá ñöôïc thaùp chöng caát Acid acetic– Nöôùc töông ñoái hoaøn chænh khi bieát tröôùc naêng suaát , noàng ñoä nhaäp lieäu vaø noàng ñoäi cuûa saûn phaåm ñænh saûn phaåm ñaùy . + Tính toaùn töông ñoái chi tieát quaù trình laøm vieäc cuûa thieát bòvaø khaû naêng chòu beàn cuûa thieát bò veà tính aên moøn cô hoïc vaø hoaù hoïc, cuõng nhö ñieàu kieän laøm vieäc cuûa thieát bò. + Sô boä tính ñöôïc chi phí ñaàu tö ban ñaàu cho thaùp chöng caát. Ñaëc tính kyõ thuaät cuûa thieát bò chöng caát ñaõ thieát keá öùng vôùi caùc thoâng soá ñaõ cho ban ñaàu: + Tæ soá hoaøn löu thích hôïp: R = 2.9. + Soá maâm chöng caát thöïc teá: 50 maâm. + Ñöôøng kính thaùp chöng caát: 2.2m. + Ñöôøng kính loã treân maâm: 8 mm. + Beà daøy maâm: 6.4 mm. + Soá loã treân moät maâm: 7562.5 loã. + Khoaûng caùch giöõa hai maâm: 400 mm. + Chieàu cao thaùp: 21.695 m. + Thaân – ñaùy – naép laøm baèng theùp X18H10T, coù beà daøy: 5 mm. + Bích gheùp thaân – ñaùy – naép laøm baèng theùp X18H10T, loaïi bích lieàn khoâng coå. + Bích gheùp oáng daãn laøm baèng theùp CT3, loaïi bích lieàn khoâng coå. + Ñöôøng kính oáng daãn chaát loûng: 50 mm. + Ñöôøng kính oáng daãn hôi: 100 mm. TAØI LIEÄU THAM KHAÛO [1] . Voõ Vaên Ban, Vuõ Baù Minh – Quaù trình vaø thieát bò coâng ngheä hoaù hoïc, truyeàn khoái(taäp 3) – Tröôøng Ñaïi Hoïc Baùch Khoa TP.HCM. [2] . Phaïm Vaên Boân, Vuõ Baù Minh, Hoaøng Minh Nam – Quaù trình vaø thieát bò coâng ngheä hoaù hoïc, Ví duï vaø baøi taäp(taäp 10) - Tröôøng Ñaïi Hoïc Baùch Khoa TP.HCM. [3] . Phaïm Vaên Boân, Nguyeãn Ñình Thoï - Quaù trình vaø thieát bò coâng ngheä hoaù hoïc, Quaù trình vaø thieát bò truyeàn nhieät(taäp 5) – Nhaø xuaát baûn Ñaïi Hoïc Quoác Gia TP.HCM. [4] . Soå tay quaù trình vaø thieát bò coâng ngheä hoaù chaát (taäp 1, 2) – Nhaø xuaát baûn khoa hoïc vaø kyõ thuaät. [5] . Hoà Leâ Vieân – Thieát keá vaø tính toaùn caùc chi tieát thieát bò hoaù chaát – Nhaø xuaát baûn khoa hoïc vaø kyõ thuaät Haø Noäi 1978.