Đồ án Thiết kế hệ thống chưng cất Nước – Axit axetic có năng suất là 3000 kg/giờ

LÔØI MÔÛ ÑAÀU Khoa hoïc kyõ thuaät ngaøy caøng phaùt trieån vaø cuøng vôùi noù laø nhu caàu ngaøy caøng cao veà ñoä tinh khieát cuûa caùc saûn phaåm. Vì theá, caùc phöông phaùp naâng cao ñoä tinh khieát luoân luoân ñöôïc caûi tieán vaø ñoåi môùi ñeå ngaøy caøng hoaøn thieän hôn, nhö laø: coâ ñaëc, haáp thuï, chöng caát, trích ly,… Tuøy theo ñaëc tính yeâu caàu cuûa saûn phaåm maø ta coù söï löïa choïn phöông phaùp phuø hôïp. Ñoái vôùi heä Nöôùc – Axit axetic laø 2 caáu töû tan laãn hoaøn toaøn, ta phaûi duøng phöông phaùp chöng caát ñeå naâng cao ñoä tinh khieát. Ñoà aùn moân hoïc Quaù trình vaø Thieát bò laø moät moân hoïc mang tính toång hôïp trong quaù trình hoïc taäp cuûa caùc kyõ sö Coâng ngheä Hoùa hoïc töông lai. Moân hoïc giuùp sinh vieân giaûi quyeát nhieäm vuï tính toaùn cuï theå veà: quy trình coâng ngheâä, keát caáu, giaù thaønh cuûa moät thieát bò trong saûn xuaát hoùa chaát - thöïc phaåm. Ñaây laø böôùc ñaàu tieân ñeå sinh vieân vaän duïng nhöõng kieán thöùc ñaõ hoïc cuûa nhieàu moân hoïc vaøo giaûi quyeát nhöõng vaán ñeà kyõ thuaät thöïc teá moät caùch toång hôïp. Nhieäm vuï cuûa Ñoà aùn naøy laø thieát keá heä thoáng chöng caát Nöôùc – Axit axetic coù naêng suaát laø 3000 kg/h, noàng ñoä nhaäp lieäu laø 30% khoái löôïng, noàng ñoä saûn phaåm ñænh laø 95,5% khoái löôïng, noàng ñoä saûn phaåm ñaùy laø 0,5% khoái löôïng. Söû duïng hôi ñoát coù aùp suaát 2,5at. Chöông 1 GIÔÙI THIEÄU LYÙ THUYEÁT VEÀ CHÖNG CAÁT : Khaùi nieäm: Chöng caát laø quaù trình duøng ñeå taùch caùc caáu töû cuûa moät hoãn hôïp loûng cuõng nhö hoãn hôïp khí loûng thaønh caùc caáu töû rieâng bieät döïa vaøo ñoä bay hôi khaùc nhau cuûa caùc caáu töû trong hoãn hôïp (nghóa laø khi ôû cuøng moät nhieät ñoä, aùp suaát hôi baõo hoøa cuûa caùc caáu töû khaùc nhau). Thay vì ñöa vaøo trong hoãn hôïp moät pha môùi ñeå taïo neân söï tieáp xuùc giöõa hai pha nhö trong quaù trình haáp thu hoaëc nhaû khí, trong quaù trình chöng caát pha môùi ñöôïc taïo neân baèng söï boác hôi hoaëc ngöng tuï. Trong tröôøng hôïp ñôn giaûn nhaát, chöng caát vaø coâ ñaëc khoâng khaùc gì nhau, tuy nhieân giöõa hai quaù trình naøy coù moät ranh giôùi cô baûn laø trong quaù trình chöng caát dung moâi vaø chaát tan ñeàu bay hôi (nghóa laø caùc caáu töû ñeàu hieän dieän trong caû hai pha nhöng vôùi tyû leä khaùc nhau), coøn trong quaù trình coâ ñaëc thì chæ coù dung moâi bay hôi coøn chaát tan khoâng 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 caáu töû thì ta thu ñöôïc 2 saûn phaåm: Saûn phaåm ñænh chuû yeáu goàm caáu töû coù ñoä bay hôi lôùn vaø moät phaàn raát ít caùc caáu töû coù ñoä bay hôi beù. Saûn phaåm ñaùy chuû yeáu goàm caáu töû coù ñoä bay hôi beù vaø moät phaàn raát ít caáu töû coù ñoä bay hôi lôùn. Ñoái vôùi heä Nöôùc – Axit axetic thì: Saûn phaåm ñænh chuû yeáu laø nöôùc. Saûn phaåm ñaùy chuû yeáu laø axit axetic. Caùc phöông phaùp chöng caát: Phaân loaïi theo aùp suaát laøm vieäc: AÙp suaát thaáp AÙp suaát thöôøng AÙp suaát cao Phaân loaïi theo nguyeân lyù laøm vieäc: Chöng caát ñôn giaûn Chöng baèng hôi nöôùc tröïc tieáp Chöng caát Phaân loaïi theo phöông phaùp caáp nhieät ôû ñaùy thaùp: Caáp nhieät tröïc tieáp Caáp nhieät giaùn tieáp Vaäy: ñoái vôùi heä Nöôùc – Axit axetic, ta choïn phöông phaùp chöng caát lieân tuïc caáp nhieät giaùn tieáp baèng noài ñun ôû aùp suaát thöôøng. Thieát bò chöng caát: Trong saûn xuaát thöôøng duøng nhieàu loaïi thieát bò khaùc nhau ñeå tieán haønh chöng caát. Tuy nhieân yeâu caàu cô baûn chung cuûa caùc thieát bò vaãn gioáng nhau nghóa laø dieän tích beà maët tieáp xuùc pha phaûi lôùn, ñieàu naøy phuï thuoäc vaøo möùc ñoä phaân taùn cuûa moät löu chaát naøy vaøo löu chaát kia. Neáu pha khí phaân taùn vaøo pha loûng ta coù caùc loaïi thaùp maâm, neáu pha loûng phaân taùn vaøo pha khí ta coù thaùp cheâm, thaùp phun,… ÔÛ ñaây ta khaûo saùt 2 loaïi 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, treân ñoù pha loûng vaø pha hôi ñöôïc cho tieáp xuùc vôùi nhau. Tuøy theo caáu taïo cuûa ñóa, ta coù: Thaùp maâm choùp : treân maâm boá trí coù choùp daïng troøn, xupap, chöõ s… Thaùp maâm xuyeân loã: treân maâm coù nhieàu loã hay raõnh Thaùp cheâm (thaùp ñeäm): thaùp hình truï, goàm nhieàu baäc 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 nhöôïc ñieåm cuûa caùc loaïi thaùp: Thaùp cheâm Thaùp maâm xuyeân loã Thaùp maâm choùp Öu ñieåm - Caáu taïo khaù ñôn giaûn. - Trôû löïc thaáp. - Laøm vieäc ñöôïc vôùi chaát loûng baån neáu duøng ñeäm caàu coù r » r cuûa chaát loûng. - Trôû löïc töông ñoái thaáp. - Hieäu suaát khaù cao. - Khaù oån ñònh. - Hieäu suaát cao. Nhöôïc ñieåm - Do coù hieäu öùng thaønh ® hieäu suaát truyeàn khoái thaáp. - Ñoä oån ñònh khoâng cao, khoù vaän haønh. - Do coù hieäu öùng thaønh ® khi taêng naêng suaát thì hieäu öùng thaønh taêng ® khoù taêng naêng suaát. - Thieát bò khaù naëng neà. - Khoâng laøm vieäc ñöôïc vôùi chaát loûng baån. - Keát caáu khaù phöùc taïp. - Coù trôû löïc lôùn. - Tieâu toán nhieàu vaät tö, keát caáu phöùc taïp. Vaäy: ta söû duïng thaùp maâm xuyeân loã ñeå chöng caát heä Nöôùc – Axit axetic. GIÔÙI THIEÄU SÔ BOÄ VEÀ NGUYEÂN LIEÄU : Axit axetic: Tính chaát: Axit axetic noùng chaûy ôû 16,6oC, ñieåm soâi 118oC, hoãn hôïp trong nöôùc vôùi moïi tyû leä. Trong quaù trình hoãn hôïp vôùi nöôùc coù söï co theå tích, vôùi tyû troïng cöïc ñaïi, chöùa 73% axit axetic (D : 1,078 vaø 1,0553 ñoái vôùi axit thuaàn khieát). Ngöôøi ta khoâng theå suy ra ñöôïc haøm löôïng axit axetic trong nöôùc töø tyû troïng cuûa noù, ngoaïi tröø ñoái vôùi caùc haøm löôïng döôùi 43%. Tính aên moøn kim loaïi: Axit axetic aên moøn saét. Nhoâm bò aên moøn bôûi axit loaõng, noù ñeà khaùng toát ñoái vôùi axit axetic ñaëc vaø thuaàn khieát. Ñoàng vaø chì bò aên moøn bôûi axit axetic vôùi söï hieän dieän cuûa khoâng khí. Thieác vaø moät soá loaïi theùp nikel – crom ñeà khaùng toát ñoái vôùi axit axetic. Axit axetic thuaàn khieát coøn goïi laø axit glaxial bôûi vì noù deã daøng ñoâng ñaëc keát tinh nhö nöôùc ñaù ôû döôùi 17oC, ñöôùc ñieàu cheá chuû yeáu baèng söï oxy hoùa ñoái vôùi andehit axetic. Khoâng maøu saéc, vò chua, tan trong nöôùc vaø coàn etylic. Ñieàu cheá: Axit axetic ñöôïc ñieàu cheá baèng caùch: Oxy hoùa coù xuùc taùc ñoái vôùi coàn etylic ñeå bieán thaønh andehit axetic, laø moät giai ñoaïn trung gian. Söï oxy hoùa keùo daøi seõ tieáp tuïc oxy hoùa andehit axetic thaønh axit axetic. CH3CHO + ½ O2 = CH3COOH C2H5OH + O2 = CH3COOH + H2O Oxy hoùa andehit axetic ñöôïc taïo thaønh baèng caùch toång hôïp töø acetylen. Söï oxy hoùa andehit ñöôïc tieán haønh baèng khí trôøi vôùi söï hieän dieän cuûa coban axetat. Ngöôøi ta thao taùc trong andehit axetic ôû nhieät ñoä gaàn 80oC ñeå ngaên chaën söï hình thaønh peroxit. Hieäu suaát ñaït 95 – 98% so vôùi lyù thuyeát. Ngöôøi ta ñaït ñöôïc nhö theá raát deã daøng sau khi cheá axit axetic keát tinh ñöôïc. CH3CHO + ½ O2 CH3COOH Toång hôïp ñi töø coàn metylic vaø Cacbon oxit. Hieäu suaát coù theå ñaït 50 – 60% so vôùi lyù thuyeát baèng caùch coá ñònh cacbon oxit treân coàn metylic qua xuùc taùc. Nhieät ñoä töø 200 – 500oC, aùp suaát 100 – 200atm: CH3OH + CO ® CH3COOH vôùi söï hieän dieän cuûa metaphotphit hoaëc photpho – vonframat kim loaïi 2 vaø 3 hoùa trò (chaúng haïn saét, coban). ÖÙng duïng: Axit axetic laø moät axit quan troïng nhaát trong caùc loaïi axit höõu cô. Axit axetic tìm ñöôïc raát nhieàu öùng duïng vì noù laø loaïi axit höõu cô reû tieàn nhaát. Noù ñöôïc duøng ñeå cheá taïo raát nhieàu hôïp chaát vaø ester. Nguoàn tieâu thuï chuû yeáu cuûa axit axetic laø: Laøm daám aên (daám aên chöùa 4,5% axit axetic). Laøm ñoâng ñaëc nhöïa muû cao su. Laøm chaát deûo tô sôïi xenluloza axetat – laøm phim aûnh khoâng nhaïy löûa. Laøm chaát nhöïa keát dính polyvinyl axetat. Laøm caùc phaåm maøu, döôïc phaåm, nöôùc hoa toång hôïp. Axetat nhoâm duøng laøm chaát caén maøu (mordant trong ngheà nhuoäm) Phaàn lôùn caùc ester axetat ñeàu laø caùc dung moâi, thí duï: izoamyl axetat hoøa tan ñöôïc nhieàu loaïi nhöïa xenluloza. 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. Tính chaát vaät lyù: 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. Chöông 2 QUY TRÌNH COÂNG NGHEÄ Chuù thích caùc kí hieäu trong qui trình: Boàn chöùa nguyeân lieäu. Bôm. Boàn cao vò. Thieát bò trao ñoåi nhieät vôùi saûn phaåm ñænh. Thieát bò ñun soâi doøng nhaäp lieäu. Baåy hôi. Löu löôïng keá. Nhieät keá. Thaùp chöng caát. Thieát bò ngöng tuï saûn phaåm ñænh. AÙp keá. Thieát bò ñun soâi ñaùy thaùp. Thieát bò laøm nguoäi saûn phaåm ñaùy. Boàn chöùa saûn phaåm ñaùy. Boàn chöùa saûn phaåm ñænh. Hoãn hôïp Nöôùc – Axit axetic coù noàng ñoä nöôùc 30% (theo phaàn khoái löôïng), nhieät ñoä khoaûng 270C 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 vôùi saûn phaåm ñænh (4). Sau ñoù, hoãn hôïp ñöôïc gia nhieät ñeán nhieät ñoä soâi trong thieát bò ñun soâi doøng nhaäp lieäu (5), roài ñöôïc ñöa vaøo thaùp chöng caát (9) ôû ñóa nhaäp lieäu. Treân ñóa nhaäp lieäu, chaát loûng ñöôïc troän vôùi phaàn loûng töø ñoaïn luyeän 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 axit axetic seõ ngöng tuï laïi, cuoái cuøng treân ñænh thaùp ta thu ñöôïc hoãn hôïp coù caáu töû nöôùc chieám nhieàu nhaát (coù noàng ñoä 95,5% phaàn khoái löôïng). Hôi naøy ñi vaøo thieát bò ngöng tuï (10) vaø ñöôïc ngöng tuï hoaøn toaøn. Moät phaàn chaát loûng ngöng tuï ñöôïc trao ñoåi nhieät vôùi doøng nhaäp lieäu trong thieát bò (4) (sau khi qua boàn cao vò). Phaàn coøn laïi cuûa chaát loûng ngöng tuï ñöôïc hoaøn löu veà thaùp ôû ñóa treân cuøng. 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 (axit axetic). Hoãn hôïp loûng ôû ñaùy coù noàng ñoä nöôùc laø 0,5% phaàn khoái löôïng, coøn laïi laø axit axetic. Dung dòch loûng ôû 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 ñi qua thieát bò laøm nguoäi saûn phaåm ñaùy (13), ñöôïc laøm nguoäi ñeán 350C , roài ñöôïc ñöa qua boàn chöùa saûn phaåm ñaùy (14). Heä thoáng laøm vieäc lieân tuïc cho ra saûn phaåm ñænh laø nöôùc, sau khi trao ñoåi nhieät vôùi doøng nhaäp lieäu coù nhieät ñoä 35oC vaø ñöôïc thaûi boû. Saûn phaåm ñaùy laø axit axetic ñöôïc giöõ laïi. Chöông 3 CAÂN BAÈNG VAÄT CHAÁT CAÙC THOÂNG SOÁ BAN ÑAÀU : Choïn loaïi thaùp laø thaùp maâm xuyeân loã. Khi chöng luyeän dung dòch axit axetic thì caáu töû deã bay hôi laø nöôùc. Hoãn hôïp: Naêng suaát nhaäp lieäu: GF = 3000 (kg/h) Noàng ñoä nhaäp lieäu: `xF = 30% (kg nöôùc/ kg hoãn hôïp) Noàng ñoä saûn phaåm ñænh: `xD = 95,5% (kg nöôùc/ kg hoãn hôïp) Noàng ñoä saûn phaåm ñaùy: `xW = 0,5% (kg nöôùc/ kg hoãn hôïp) AÙp suaát hôi ñoát: Ph = 2,5at Choïn: Nhieät ñoä nhaäp lieäu: tFV = 27oC Nhieät ñoä saûn phaåm ñaùy sau khi laøm nguoäi: tWR = 35oC Nhieät ñoä doøng nöôùc laïnh ñi vaøo: tV = 27oC Nhieät ñoä doøng nöôùc laïnh ñi ra: tR = 43oC Traïng thaùi nhaäp lieäu laø traïng thaùi loûng soâi. Caùc kyù 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, `xi : noàng ñoä phaàn mol, phaàn khoái löôïng cuûa caáu töû i. XAÙC ÑÒNH SUAÁT LÖÔÏNG SAÛN PHAÅM ÑÆNH vaø SAÛN PHAÅM ÑAÙY THU ÑÖÔÏC : Ñun giaùn tieáp : Û Neân : GD = (kg/h) Vaø: GW = GF – GD = 3000 – 931,579 = 2068,421 (kg/h) XAÙC ÑÒNH TÆ SOÁ HOAØN LÖU LAØM VIEÄC : Noàng ñoä phaàn mol: 0,588 (mol nöôùc/ mol hoãn hôïp) 0,016 (mol nöôùc/ mol hoãn hôïp) 0,986 (mol nöôùc/ mol hoãn hôïp) Suaát löôïng mol töông ñoái cuûa doøng nhaäp lieäu: = 1,696 Tæ soá hoaøn löu laøm vieäc: yF* xF Hình 1: Ñoà thò caân baèng pha cuûa heä Nöôùc – Axit axetic Döïa vaøo hình 1 Þ yF* = 0,705 Tæ soá hoaøn löu toái thieåu: = 2,407 Tæ soá hoaøn löu laøm vieäc: R = 1,3Rmin + 0,3 = 3,429 XAÙC ÑÒNH SUAÁT LÖÔÏNG MOL CUÛA CAÙC DOØNG PHA : Coi löu löôïng mol cuûa caùc doøng pha ñi trong moãi ñoaïn thaùp (chöng vaø luyeän) laø khoâng ñoåi. Taïi ñænh thaùp: nHD L nHD L Vì taïi ñænh thaùp noàng ñoä phaàn mol cuûa nöôùc trong pha loûng vaø pha hôi baèng nhau. Þ Khoái löôïng cuûa pha hôi vaø pha loûng taïi ñænh thaùp laø baèng nhau: MHD = MLD = xD. MN + (1 – xD). MA = 0,986. 18 + (1 – 0,986). 60 = 18,585 (kg/mol) Suaát löôïng khoái löôïng cuûa doøng hôi taïi ñænh thaùp: GHD = (R +1)GD = (3,429 + 1). 931,579 = 4126,142 (kg/h) Suaát löôïng mol cuûa doøng hôi taïi ñænh thaùp: nHD = = 222,009 (kmol/h) Suaát löôïng khoái löôïng cuûa doøng hoaøn löu: GL = RGD = 3,429. 931,579 = 3194,563 (kg/h) Suaát löôïng mol cuûa doøng hoaøn löu: L = = 171,885 (kmol/h) Taïi maâm nhaäp lieäu: nHF nLF F nHF n’LF Khoái löôïng mol cuûa doøng nhaäp lieäu: MF = xF. MN + (1 – xF). MA = 0,588. 18 + (1 – 0,588). 60 = 35,294 (kg/kmol) Suaát löôïng mol cuûa doøng nhaäp lieäu: F = = 256,885 (kmol/h) Vaø: nLF = L = 171,885 (kmol/h) n’LF = L + F = 171,885 + 256,885 = 428,770 (kmol/h) nHF = nHD = 222,009 (kmol/h) Taïi ñaùy thaùp: nHW nLW W Vì taïi ñaùy thaùp noàng ñoä phaàn mol cuûa nöôùc trong pha loûng vaø pha hôi baèng nhau. Þ Khoái löôïng cuûa pha hôi vaø pha loûng taïi ñaùy thaùp laø baèng nhau: MHW = MLW = xW. MN + (1 – xW). MA = 0,016. 18 + (1 – 0,016). 60 = 59,308 (kg/mol) Suaát löôïng mol cuûa doøng saûn phaåm ñaùy: W = = 34,876 (kmol/h) Vaø: nLW = n’LF = 428,770 (kmol/h) nHW = nHF = nHD = 222,009 (kmol/h) Chöông 4 TÍNH THIEÁT BÒ CHÍNH (Thaùp maâm xuyeân loã) Phöông trình ñöôøng laøm vieäc : Phaàn luyeän: = 0,774x + 0,223 Phaàn chöng: = 1,157x – 0,003 ÑÖÔØNG KÍNH THAÙP : Phaàn luyeän: Khoái löôïng rieâng trung bình cuûa pha loûng trong phaàn luyeän: Noàng ñoä phaàn mol trung bình cuûa pha loûng trong phaàn luyeän: = 0,787 (mol nöôùc/ mol hoãn hôïp) Döïa vaøo hình 2 Þ Nhieät ñoä trung bình cuûa pha loûng trong phaàn luyeän: TLL = 101,4 (oC) Noàng ñoä phaàn khoái löôïng trung bình cuûa pha loûng trong luyeän: = 0,628 (kg nöôùc/ kg hoãn hôïp) Tra baûng 1.249, trang 310, [5] Þ Khoái löôïng rieâng cuûa nöôùc ôû 101,4oC: rNL = 957,364 (kg/m3) Tra baûng 1.2, trang 9, [5] Þ Khoái löôïng rieâng cuûa axit axetic ôû 101,4oC: rAL = 955,480 (kg/m3) AÙp duïng trong coâng thöùc (1.2), trang 5, [5]: Þ rLL = 956,661 (kg/m3) Khoái löôïng rieâng trung bình cuûa pha hôi trong phaàn luyeän: Noàng ñoä trung bình cuûa pha hôi trong phaàn luyeän: yL = 0,774xL + 0,223 = 0,832 Döïa vaøo hình 2 Þ Nhieät ñoä trung bình cuûa pha hôi trong phaàn luyeän: THL = 101,6 (oC) Khoái löôïng mol trung bình cuûa pha hôi trong phaàn luyeän: MHL = yL. MN + (1 – yL). MA = 0,832. 18 + (1 – 0,832). 60 = 25,054 (kg/kmol) Khoái löôïng rieâng trung bình cuûa pha hôi trong phaàn luyeän: = 0,815 (kg/m3) Hình 2: Giaûn ñoà T – x,y cuûa heä Nöôùc – Axit axetic Tính vaän toác pha hôi ñi trong phaàn luyeän: Tra baûng IX.4a, trang 169, [6] Þ Vôùi ñöôøng kính thaùp trong khoaûng 1,4 ¸ 1,6 (m) thì khoaûng caùch maâm laø: Dh = 400 (mm) = 0,4 (m) Tra ñoà thò 6.2, trang 256, [4] Þ C = 0,057 Vaän toác pha hôi ñi trong phaàn luyeän: = 1,953 (m/s) Tính ñöôøng kính phaàn luyeän: Suaát löôïng mol cuûa pha hôi trong phaàn luyeän: nHL = nHD = 222,009 (kmol/h) Suaát löôïng theå tích cuûa pha hôi trong phaàn luyeän: = 1,895 (m3/s) Ñöôøng kính phaàn luyeän: = 1,112 (m) Phaàn chöng: Tính toaùn töông töï nhö phaàn luyeän Þ ta coù baûng keát quaû sau: xc `xC TLC rNC rAC 1/rLC rLC 0,302 0,153 107,4 952,924 944,680 0,001 945,928 yc THC MHC rHC wC QHC fC 0,347 109 45,415 1,449 1,456 1,933 1,300 Vì fL » fC Þ ta coù theå laáy ñöôøng kính cuûa toaøn thaùp laø ñöôøng kính cuûa phaàn chöng. Choïn theo chuaån Þ f = 1,4 (m) (phuø hôïp vôùi ñieàu kieän f = 1,4 ¸ 1,6 m) Keát luaän: ñöôøng kính thaùp laø f = 1,4 (m) Vaän toác pha hôi trong phaàn chöng vaø phaàn luyeän theo thöïc teá: =1,256 (m/s) =1,231 (m/s) Hình 3: Soá maâm lyù thuyeát CHIEÀU CAO THAÙP : Phaàn luyeän: Döïa vaøo hình 3 Þ Soá maâm lyù thuyeát phaàn luyeän: nltL = 19 Tính hieäu suaát maâm: Taïi nhieät ñoä trung bình cuûa pha hôi trong phaàn luyeän THL = 101,6oC thì: · Tra baûng 1.250, trang 312, [5] Þ Aùp suaát hôi baõo hoøa cuûa nöôùc PNL = 1,09668 at = 806,060 (mmHg) · Tra hình XXIII, trang 466, [4] Þ Aùp suaát hôi baõo hoøa cuûa axit axetic PAL = 150 (mmHg) Neân: = 5,374 Taïi nhieät ñoä trung bình cuûa pha loûng trong phaàn luyeän TLL = 101,4oC thì: · Tra baûng 1.104, trang 96, [5] Þ Ñoä nhôùt cuûa nöôùc mNL = 0,2808 (cP) · Duøng toaùn ñoà 1.18, trang 90, [5] Þ Ñoä nhôùt cuûa axit axetic mAL = 0,42 (cP) Ñoä nhôùt cuûa hoãn hôïp loûng: lgmhh = x1lgm1 + x2lgm2 (coâng thöùc (I.12), trang 84, [5]) Neân: lgmL = 0,787. lg0,2808 + (1 – 0,787)lg0,42 = -0,514 Þ mL = 0,306 (cP) Þ aLmL = 1,644 Tra hình 6.4, trang 257, [4] Þ EL = 0,42 Vì thaùp coù ñöôøng kính lôùn: f = 1,4m > 0,9m Þ phaûi hieäu chænh laïi giaù trò EL. Tra hình 6.5, trang 258, [4] Þ D = 0,14 Neân: ECL = EL(1 + D) = 0,479 Tính soá maâm thöïc teá phaàn luyeän: Soá maâm thöïc: nttL = = 39,683 » 40 Phaàn chöng: Tính toaùn töông töï nhö phaàn luyeän Þ ta coù baûng keát quaû sau: nltC PNC PAC aC mNC mAC lgmC mC 14 1066,632 190 5,614 0,2632 0,39 -0,461 0,346 aCmC EC ECC nttC nttC quy troøn 1,944 0,4 0,456 30,702 31 Chieàu cao thaùp: Soá maâm thöïc teá cuûa toaøn thaùp: ntt = nttL + nttC = 40 + 31 = 71 Chieàu cao thaân thaùp: Hthaân = (ntt –1)Dh + 1 = 29 (m) Choïn ñaùy (naép) ellip tieâu chuaån coù = 0,25 Þ ht = 0,25. 1,4 = 0,35 (m) Choïn chieàu cao gôø: hg = 50mm = 0,05 (m) Chieàu cao ñaùy (naép): Hñn = ht+ hg = 0,4 (m) Keát luaän: Chieàu cao toaøn thaùp: H = Hthaân + 2Hñn = 29 + 2.0,4 = 29,8 (m) TRÔÛ LÖÏC THAÙP : Caáu taïo maâm loã: Choïn thaùp maâm xuyeân loã coù oáng chaûy chuyeàn vôùi: Tieát dieän töï do baèng 8% dieän tích maâm. Ñöôøng kính loã: dloã = 3mm = 0,003 (m). Chieàu cao gôø chaûy traøn: hgôø = 50mm = 0,05 (m). Dieän tích cuûa 2 baùn nguyeät baèng 20% dieän tích maâm. Loã boá trí theo hình luïc giaùc ñeàu. Khoaûng caùch giöõa 2 taâm loã baèng 7mm. Maâm ñöôïc laøm baèng theùp khoâng gæ X18H10T. Soá loã treân 1 maâm: N = = 17422,222 Goïi a laø soá hình luïc giaùc. AÙp duïng coâng thöùc (V.139), trang 48, [6]: N = 3a(a+1) +1 Giaûi phöông trình baäc 2 Þ a = 75,706 » 76 Þ N = 17557 (loã) Soá loã treân ñöôøng cheùo: b = 2a + 1 = 153 (loã) Trôû löïc cuûa ñóa khoâ: Aùp duïng coâng thöùc (IX.140), trang 194, [6]: Ñoái vôùi ñóa coù tieát dieän töï do baèng 8% dieän tích maâm thì x = 1,82 Phaàn luyeän: Vaän toác hôi qua loã: w’L = = 15,392 (m/s) Neân: DPkL = = 175,724 (N/m2) Phaàn caát: Vaän toác hôi qua loã: w’C = = 15,696 (m/s) Neân: DPkC = = 324,829 (N/m2) Trôû löïc do söùc caêng beà maët: Vì ñóa coù ñöôøng kính loã > 1mm Þ Aùp duïng coâng thöùc (IX.142), trang 194, [6]: Phaàn luyeän: Taïi nhieät ñoä trung bình cuûa pha loûng trong phaàn luyeän TLL = 101,4oC thì: · Tra baûng 1.249, trang 310, [5] Þ Söùc caêng beà maët cuûa nöôùc sNL = 0,585756 (N/m) · Tra baûng 1.242, trang 300, [5] Þ Söùc caêng beà maët cuûa axit sAL = 0,019674 (N/m) Aùp duïng coâng thöùc (I.76), trang 299, [5]: Neân: = 0,019 (N/m) Cho ta: = 19,519 (N/m2) Phaàn chöng: Tính toaùn töông töï nhö phaàn luyeän Þ ta coù baûng keát quaû sau: sNC sAC sLC DpsC 0,573996 0,019134 0,019 18,988 Trôû löïc thuûy tónh do chaát loûng treân ñóa taïo ra: Aùp duïng coâng thöùc trang 285, [4]:DPb = 1,3hbKrLg Vôùi: hb = hgôø + Dhl Trong ñoù: Lgôø : chieàu daøi cuûa gôø chaûy traøn, m K = rb/rL : tyû soá giöõa khoái löôïng rieâng chaát loûng boït vaø khoái löôïng rieâng cuûa chaát loûng, laáy gaàn baèng 0,5. QL = : suaát löôïng theå tích cuûa pha loûng, m3/s. Tính chieàu daøi gôø chaûy traøn: a R Lgôø Ta coù: Squaït - SD = Sbaùn nguyeät Û Û a - sina = 0,2p Duøng pheùp laëp Þ a = 1,626753345 (Rad) Neân: Lgôø = fsin= 1,4. sin= 1,017 (m) Phaàn luyeän: Khoái löôïng mol trung bình cuûa pha loûng trong phaàn luyeän: MLL = = 26,940 (kg/kmol) Suaát löôïng mol cuûa pha loûng trong phaàn luyeän: nLL = L = 171,885 (kmol/h) Suaát löôïng theå tích cuûa pha loûng trong phaàn luyeän: QLL = = 0,00134 (m3/s) Neân: = 0,01269 (m) Cho ta: DPbL = 1,3(hgôø + DhlL)KrLLg = 1,3.(0,05 + 0,01269). 0,5. 956,661. 9,81 = 382,396 (N/m2) Phaàn chöng: Tính toaùn töông töï nhö phaàn luyeän Þ ta coù baûng keát quaû sau: MLC QLC DhlC DpbC 47,301 0,00357 0,02432 448,261 Toång trôû löïc thuyû löïc cuûa thaùp: Toång trôû löïc cuûa 1 maâm trong phaàn luyeän cuûa thaùp laø: DPL = DPkL + DPsL + DPbL = 175,724 + 19,519 + 382,396 = 577,638 (N/m2) Toång trôû löïc cuûa 1 maâm trong phaàn chöng cuûa thaùp laø: DPC = DPkC + DPsC + DPbC = 324,829 + 18,988 + 448,261 = 792,078 (N/m2) Kieåm tra hoaït ñoäng cuûa maâm: Kieåm tra laïi khoaûng caùch maâm Dh = 0,4m ñaûm baûo cho ñieàu kieän hoaït ñoäng bình thöôøng cuûa thaùp: Dh > Vôùi caùc maâm trong phaàn chöng trôû löïc thuyû löïc qua 1 maâm lôùn hôn trôû löïc thuyû löïc cuûa maâm trong phaàn luyeän, ta coù: = 0,154 Þ Ñieàu kieän treân ñöôïc thoûa. Kieåm tra tính ñoàng nhaát cuûa hoaït ñoäng cuûa maâm. Tính vaän toác toái thieåu qua loã cuûa pha hôi vmin ñuû ñeå cho caùc loã treân maâm ñeàu hoaït ñoäng: vmin = 0,67= 10,835 < 15,696 Þ Caùc loã treân maâmñeàu hoaït ñoäng. Keát luaän: Toång trôû löïc thuûy löïc cuûa thaùp: DP = nttL.DPL + nttCDPC = 40. 577,638 + 31. 792,078 = 47659,953 (N/m2) Kieåm tra ngaäp luït khi thaùp hoaït ñoäng: Khoaûng caùch giöõa 2 maâm: Dh = 400 (mm). 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 (5.20), trang 120, [2]: hd = hgôø + Dhl + DP + hd’ , (mm.chaát loûng) Trong ñoù: hgôø : chieàu cao gôø chaûy traøn (mm) Dhl : chieàu cao lôùp chaát loûng treân maâm (mm). DP: toång trôû löïc cuûa 1 maâm (mm.chaát loûng). hd’ : toån thaát thuûy löïc do doøng loûng chaûy töø oáng chaûy chuyeàn vaøo maâm, ñöôïc xaùc ñònh theo bieåu thöùc (5.10), trang 115, [2]: , (mm.chaát loûng) QL : löu löôïng cuûa chaát loûng (m3/h). Sd : tieát dieän giöõa oáng chaûy chuyeàn vaø maâm. Sd = 0,8 . Smaâm = 0,8. .1,42 = 1,232 (m2) Ñeå thaùp khoâng bò ngaäp luït khi hoaït ñoäng thì: hd £ Dh = 200 (mm) Phaàn luyeän: DhlL = 0,01269. 1000 = 12,69 (mm) DPL = = 61,550 (mm.chaát loûng) = 0,0002 (mm.chaát loûng) Neân: hdL = 50 + 12,69 + 61,550 + 0,0002 = 124,237 (mm) < 200 (mm) Vaäy: Khi hoaït ñoäng thì maâm ôû phaàn luyeän seõ khoâng bò ngaäp luït. Phaàn chöng: DhlC = 0,02432. 1000 = 24,32 (mm) DPC = = 85,357 (mm.chaát loûng) = 0,0014 (mm.chaát loûng) Neân: hdC = 50 + 24,32 + 85,357 + 0,0014 = 159,676 (mm) < 200 (mm) Vaäy: Khi hoaït ñoäng thì maâm ôû phaàn chöng seõ khoâng bò ngaäp luït. Keát luaän: Khi hoaït ñoäng thaùp seõ khoâng bò ngaäp luït. BEÀ DAØY THAÙP : Thaân thaùp: Vì thaùp hoaït ñoäng ôû aùp suaát thöôøng neân ta thieát keá thaân hình truï baèng phöông phaùp haøn hoà quang ñieän, kieåu haøn giaùp moái 2 phía. Thaân thaùp ñöôïc gheùp vôùi nhau baèng caùc moái gheùp bích. Vì thaùp hoaït ñoäng ôû nhieät ñoä cao (>100oC) neân ta phaûi boïc caùch nhieät cho thaùp. Ñeå ñaûm baûo chaát löôïng cuûa saûn phaåm vaø khaû naêng aên moøn cuûa axit axetic ñoái vôùi thieát bò, ta choïn thieát bò thaân thaùp laø theùp khoâng gæ maõ X18H10T. Caùc thoâng soá caàn tra vaø choïn phuïc vuï cho quaù trình tính toaùn: Nhieät ñoä tính toaùn: t = tmax + 20oC = 117,6 + 20 = 137,6 (oC) AÙp suaát tính toaùn: vì thaùp hoaït ñoäng ôû aùp suaát thöôøng neân: P = Pthuûy tónh + DP Khoái löôïng rieâng trung bình cuûa pha loûng trong toaøn thaùp: rL = = 951,295 (kg/m3) Neân: P = rLgH = 951,295. 9,81. 29,8 + 47659,953 = 325759,532 (N/m2) = 0,326 (N/mm2) Heä soá boå sung do aên moøn hoùa hoïc cuûa moâi tröôøng: Vì moâi tröôøng axit coù tính aên moøn vaø thôøi gian söû duïng thieát bò laø trong 20 naêm Þ Ca = 1. 2 = 2 (mm) ÖÙng suaát cho pheùp tieâu chuaån: Vì vaät lieäu laø X18H10T Þ [s]* = 140 (N/mm2) (Hình 1.1, trang 18, [7]) Heä soá hieäu chænh: Vì thieát bò coù boïc lôùp caùch nhieät Þ h = 0,95 (trang 26, [7]) ÖÙng suaát cho pheùp: [s] = h [s]* = 133 (N/mm2) Heä soá beàn moái haøn: Vì söû duïng phöông phaùp haøn hoà quang ñieän, kieåu haøn giaùp moái 2 phía Þ jh = 0,95 (Baûng XIII.8, trang 362, [6]) Tính beà daøy: Ta coù: = 387,863 > 25 Þ S’ = = 1,805 Þ S’ + Ca = 1,805 + 2 = 3,805 (mm) Quy troøn theo chuaån: S = 4 (mm) (Baûng XIII.9, trang 364, [6]) Beà daøy toái thieåu: Smin = 4 (mm) (Baûng 5.1, trang 128, [7]) Þ Beà daøy S thoûa ñieàu kieän. Kieåm tra ñoä beàn: Ñieàu kieän: Û Û 0,001 £ 0,1 (thoûa) Neân: = 0,360 > P = 0,326 (thoûa) Keát luaän: S = 4 (mm) Ñaùy vaø naép: Choïn ñaùy vaø naép coù daïng hình ellip tieâu chuaån, coù gôø, laøm baèng theùp X18H10T Choïn beà daøy ñaùy vaø naép baèng vôùi beà daøy thaân thaùp: S = 4 (mm). Kieåm tra ñieàu kieän: Trong ñoù: Dt = f Vì ñaùy vaø naép coù hình ellip tieâu chuaån vôùi Þ Rt = Dt Þ Ñieàu kieän treân ñöôïc thoûa nhö ñaõ kieåm tra ôû phaàn thaân thaùp. Keát luaän: Kích thöôùc cuûa ñaùy vaø naép: Ñöôøng kính trong: Dt = f = 1400 (mm) ht = 350 (mm) Chieàu cao gôø: hgôø = 50 (mm) Beà daøy: S = 4 (mm) Dieän tích beà maët trong: Sbeà maët = 2,35 (m2) (Baûng XIII.10, trang 382, [6]) BEÀ DAØY MAÂM : Caùc thoâng soá caàn tra vaø choïn phuïc vuï cho quaù trình tính toaùn: Nhieät ñoä tính toaùn: t = tmax = 117,6 (oC) AÙp suaát tính toaùn: P = Pthuûy tónh + Pgôø Choïn beà daøy gôø chaûy traøn laø 3mm. Theå tích cuûa gôø chaûy traøn: V = 1,017. (50 + 50 + 400 – 20). 3. 10-6 = 0,00146 (m3) Tra baûng XII.7, trang 313, [6] Þ Khoái löôïng rieâng cuûa theùp X18H10T laø: rX18H10T = 7900 (kg/m3) Khoái löôïng gôø chaûy traøn: m = VrX18H10T = 11,572 (kg) AÙp suaát do gôø chaûy traøn taùc duïng leân maâm troøn: = 73,747 (N/m2) Khoái löôïng rieâng cuûa chaát loûng taïi ñaùy thaùp: rLW = 927,309 (kg/m3) AÙp suaát thuûy tónh: Pthuûy tónh = rLWg(hgôø + DhlC) = 927,309. 9,81. (0,05 + 0,02432) = 676,059 (N/m2) Þ P = 73,747 + 676,059 = 749,806 (N/m2) = 0,0007 (N/mm2) Heä soá boå sung do aên moøn hoùa hoïc cuûa moâi tröôøng: Vì moâi tröôøng axit coù tính aên moøn vaø thôøi gian söû duïng thieát bò laø trong 20 naêm Þ Ca = 1. 2 = 2 (mm) ÖÙng suaát cho pheùp tieâu chuaån: Vì vaät lieäu laø X18H10T Þ [s]* = 141 (N/mm2) (Hình 1.1, trang 18, [7]) Heä soá hieäu chænh: h = 1 (trang 26, [7]) ÖÙng suaát cho pheùp: [s] = h [s]* = 141 (N/mm2) Moâñun ñaøn hoài: E = 199824 (N/mm2) (Baûng 2.12, trang 45, [7]) Heä soá Poisson: m = 0,33 (Baûng XII.7, trang 313, [6]) Heä soá ñieàu chænh: jb = = 0,571 Tính beà daøy: Ñoái vôùi baûn troøn ñaëc ngaøm keïp chaët theo chu vi: ÖÙng suaát cöïc ñaïi ôû voøng chu vi: (Coâng thöùc 6.36, trang 100, [8]) Ñoái vôùi baûn coù ñuïc loã: Û S = 1,849 (mm) Neân: S + Ca = 3,849 (mm) Choïn S = 5 (mm) Kieåm tra ñieàu kieän beàn: Ñoä voõng cöïc ñaïi ôû taâm: (Coâng thöùc 6.35, trang 100, [8]) Ñoái vôùi baûn coù ñuïc loã: Vôùi: Þ Ñeå ñaûm baûo ñieàu kieän beàn thì: Wlo < ½ S Maø: = 2,107 < ½ . 5 = 2,5 Þ Beà daøy S ñaõ choïn thoûa ñieàu kieän. Vaäy: S = 5 (mm) 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 CT3, caáu taïo cuûa bích laø bích lieàn khoâng coå. Tra baûng XIII.27, trang 417, [6], öùng vôùi Dt = f = 1400 (mm) vaø aùp suaát tính toaùn P = 0,326 (N/mm2) Þ choïn bích coù caùc thoâng soá sau: Dt D Db D1 Do h Bu loâng db Z (mm) (caùi) 1400 1550 1500 1460 1413 35 24 40 Tra baûng IX.5, trang 170, [6], vôùi Dh = 400 (mm) Þ khoaûng caùch giöõa 2 maët bích laø 2000mm vaø soá maâm giöõa 2 maët bích laø 5. Ta coù: = 14,5 Þ Soá maët bích caàn duøng ñeå gheùp laø: (15 + 1).2 = 32 (bích) Khoaûng caùch giöõa 2 maët bích theo thöïc teá: Dlbích = = 1,933 (m) 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). CHAÂN ÑÔÕ THAÙP : Tính troïng löôïng cuøa toaøn thaùp: Tra baûng XII.7, trang 313, [6] Þ Khoái löôïng rieâng cuûa thaùp CT3 laø: rCT3 = 7850 (kg/m3) Khoái löôïng cuûa moät bích gheùp thaân: mbích gheùp thaân = = 95,486 (kg) Khoái löôïng cuûa moät maâm: mmaâm = = .1,42.0,005.0,82.7900 = 49,861 (kg) Khoái löôïng cuûa thaân thaùp: mthaân = .(D2ng –D2t).Hthaân . rX18H10T == 4042,054 (kg) Khoái löôïng cuûa ñaùy (naép) thaùp: mñaùy(naép) = Sbeà maët .dñaùy . rX18H10T = 2,35 . 0,004 . 7900 = 74,26 (kg) Khoái löôïng cuûa toaøn thaùp: m = 32 mbích gheùp thaân + 71 mmaâm + mthaân + 2 mñaùy(naép) = 10786,231 (kg) Tính chaân ñôõ thaùp: Choïn chaân ñôõ: thaùp ñöôïc ñôõ treân boán chaân. Vaät lieäu laøm chaân ñôõ thaùp laø theùp CT3. Taûi troïng cho pheùp treân moät chaân: Gc = = 2,645.104 (N) Ñeå ñaûm baûo ñoä an toaøn cho thieát bò, ta choïn: Gc = 4.104 (N) Tra baûng XIII.35, trang 437, [6] Þ choïn chaân ñôõ coù caùc thoâng soá sau: L B B1 B2 H h s l d 260 200 225 330 400 225 16 100 27 Theå tích moät chaân ñôõ: Vchaân ñôõ » (384. 16. 330. 2 + 260. 16. 200). 10-9 = 0,005 (m3) Khoái löôïng moät chaân ñôõ: mchaân ñôõ = Vchaân ñôõ. rCT3 = 38,363 (kg) TAI TREO THAÙP : Choïn tai treo: tai treo ñöôïc gaén treân thaân thaùp ñeå giöõ cho thaùp khoûi bò dao ñoäng trong ñieàu kieän ngoaïi caûnh. Choïn vaät lieäu laøm tai treo laø theùp CT3. Ta choïn boán tai treo, taûi troïng cho pheùp treân moät tai treo: Gt = Gc = 4.104 (N). Tra baûng XIII.36, trang 438, [6] Þ choïn tai treo coù caùc thoâng soá sau: L B B1 H S l a d 190 160 170 280 10 80 25 30 Khoái löôïng moät tai treo: mtai treo = 7,35 (kg) Tra baûng XIII.37, trang 439, [6] Þ Choïn taám loùt tai treo baèng theùp CT3 coù caùc thoâng soá sau: Chieàu daøi taám loùt: H = 460 (mm). Chieàu roäng taám loùt: B = 320 (mm). Beà daøy taám loùt: SH = 8 (mm). Theå tích moät taám loùt tai treo: Vtaám loùt = 460. 320. 8. 10-9 = 0,001 (m3) Khoái löôïng moät taám loùt tai treo: mtaám loùt = Vtaám loùt. rCT3 = 9,244 (kg) CÖÛA NOÁI OÁNG DAÃN VÔÙI THIEÁT BÒ – BÍCH NOÁI CAÙC BOÄ PHAÄN CUÛA THIEÁT BÒ vaø OÁNG DAÃN : OÁng daãn thöôøng ñöôïc noái vôùi thieát bò baèng moái gheùp thaùo ñöôïc hoaëc khoâng thaùo ñöôïc. Trong thieát bò naøy, ta söû duïng moái gheùp thaùo ñöôïc. Ñoái vôùi moái gheùp thaùo ñöôïc, ngöôøi ta laøm ñoaïn oáng noái, ñoù laø ñoaïn oáng ngaén coù maët bích hay ren ñeå noái vôùi oáng daãn: Loaïi coù maët bích thöôøng duøng vôùi oáng coù ñöôøng kính d > 10mm. Loaïi ren chuû yeáu duøng vôùi oáng coù ñöôøng kính d £ 10mm, ñoâi khi coù theå duøng vôùi d £ 32mm. OÁng daãn ñöôïc laøm baèng theùp X18H10T. Bích ñöôïc laøm baèng theùp CT3 , caáu taïo cuûa bích laø bích lieàn khoâng coå. OÁng nhaäp lieäu: Nhieät ñoä cuûa chaát loûng nhaäp lieäu laø tFS = 103,4 (oC) Taïi nhieät ñoä naøy thì: Khoái löôïng rieâng cuûa nöôùc: rN = 955,884 (kg/m3) Khoái löôïng rieâng cuûa axit: rA = 951,880 (kg/m3) Neân: Þ rF = 953,078 (kg/m3) Choïn loaïi oáng noái caém saâu vaøo thieát bò. Choïn vaän toác chaát loûng trong oáng noái laø vF = 0,2 (m/s). Ñöôøng kính trong cuûa oáng noái: Dy = = 0,075 (m) = 75 (mm) Þ Choïn oáng coù Dy = 80 (mm). Tra baûng XIII.26, trang 409, [6] Þ Caùc thoâng soá cuûa bích öùng vôùi P = 0,326 (N/mm2) laø: Dy Dn D Db D1 h Bu loâng db Z (mm) (caùi) 80 89 185 150 128 18 16 4 OÁng hôi ôû ñænh thaùp: Nhieät ñoä cuûa pha hôi taïi ñænh thaùp laø tHD = 100,1 (oC). Khoái löôïng rieâng cuûa pha hôi taïi ñænh thaùp: = 0,607 (kg/m3) Choïn vaän toác hôi ra khoûi ñænh thaùp laø vHD = 120 (m/s). Ñöôøng kính trong cuûa oáng noái: Dy = = 0,142 (m) = 142 (mm) Þ Choïn oáng coù Dy = 150 (mm). Tra baûng XIII.32, trang 434, [6] Þ Chieàu daøi ñoaïn oáng noái l = 130 (mm). Tra baûng XIII.26, trang 409, [6] Þ Caùc thoâng soá cuûa bích öùng vôùi P = 0,326 (N/mm2) laø: Dy Dn D Dd D1 h Bu loâng db Z (mm) (caùi) 150 159 260 225 202 20 16 8 OÁng hoaøn löu: Nhieät ñoä cuûa chaát loûng hoaøn löu laø tLD = 100,1 (oC) Taïi nhieät ñoä naøy thì: Khoái löôïng rieâng cuûa nöôùc: rN = 958,326 (kg/m3) Khoái löôïng rieâng cuûa axit: rA = 957,820 (kg/m3) Neân: Þ rLD = 958,303 (kg/m3) Choïn loaïi oáng noái caém saâu vaøo thieát bò. Choïn vaän toác chaát loûng trong oáng noái laø vLD = 0,2 (m/s). Ñöôøng kính trong cuûa oáng noái: Dy = = 0,077 (m) = 77 (mm) Þ Choïn oáng coù Dy = 80 (mm). Tra baûng XIII.26, trang 409, [6] Þ Caùc thoâng soá cuûa bích öùng vôùi P = 0,326 (N/mm2) laø: Dy Dn D Dd D1 h Bu loâng db Z (mm) (caùi) 80 89 185 150 128 18 16 4 OÁng hôi ôû ñaùy thaùp: Nhieät ñoä cuûa pha hôi taïi ñænh thaùp laø tHW = 117,6 (oC). Choïn vaän toác hôi vaøo ñaùy thaùp laø vHW = 120 (m/s). Ñöôøng kính trong cuûa oáng noái: Dy = = 0,145 (m) = 145 (mm) Þ Choïn oáng coù Dy = 150 (mm). Tra baûng XIII.32, trang 434, [6] Þ Chieàu daøi ñoaïn oáng noái l = 130 (mm). Tra baûng XIII.26, trang 409, [6] Þ Caùc thoâng soá cuûa bích öùng vôùi P = 0,326 (N/mm2) laø: Dy Dn D Dd D1 h Bu loâng db Z (mm) (caùi) 150 159 260 225 202 20 16 8 OÁng daãn loûng vaøo noài ñun: Nhieät ñoä cuûa chaát loûng taïi ñaùy thaùp laø tLW = 117,1 (oC) Taïi nhieät ñoä naøy thì: Khoái löôïng rieâng cuûa nöôùc: rN = 945,391 (kg/m3) Khoái löôïng rieâng cuûa axit: rA = 927,220 (kg/m3) Neân: Þ rLW = 927,309 (kg/m3) Choïn vaän toác chaát loûng trong oáng noái laø vLW = 1 (m/s). Ñöôøng kính trong cuûa oáng noái: Dy = = 0,076 (m) = 76 (mm) Þ Choïn oáng coù Dy = 80 (mm). Tra baûng XIII.32, trang 434, [6] Þ Chieàu daøi ñoaïn oáng noái l = 110 (mm). Tra baûng XIII.26, trang 409, [6] Þ Caùc thoâng soá cuûa bích öùng vôùi P = 0,326 (N/mm2) laø: Dy Dn D Dd D1 h Bu loâng db Z (mm) (caùi) 80 89 185 150 128 18 16 4 OÁng daãn loûng ra khoûi noài ñun: Choïn vaän toác chaát loûng trong oáng noái laø vW = 0,15 (m/s). Ñöôøng kính trong cuûa oáng noái: Dy = = 0,073 (m) = 73 (mm) Þ Choïn oáng coù Dy = 80 (mm). Tra baûng XIII.32, trang 434, [6] Þ Chieàu daøi ñoaïn oáng noái l = 110 (mm). Tra baûng XIII.26, trang 409, [6] Þ Caùc thoâng soá cuûa bích öùng vôùi P = 0,326 (N/mm2) laø: Dy Dn D Dd D1 h Bu loâng db Z (mm) (caùi) 80 89 185 150 128 18 16 4 Khoái löôïng moät bích gheùp oáng daãn loûng: mbích gheùp oáng loûng = = 3,088 (kg) Khoái löôïng moät bích gheùp oáng daãn hôi: mbích gheùp oáng nöôùc = = 5,561 (kg) LÔÙP CAÙCH NHIEÄT : 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 baûng 28, trang 416, [4]: Heä soá daãn nhieät cuûa amiaêng laø la = 0,151 (W/m.K). Nhieät löôïng toån thaát ra moâi tröôøng xung quanh: Qm = 0,05.Qñ = 0,05.265,148 = 452734,492 (kJ/h) = 125759,581 (W) Nhieät taûi maát maùt rieâng: qm = (W/m2) Trong ñoù: tv1 : nhieät ñoä cuûa lôùp caùch nhieät tieáp xuùc vôùi beà maët ngoaøi cuûa thaùp. tv2 : nhieät ñoä cuûa lôùp caùch nhieät tieáp xuùc vôùi khoâng khí. Dtv : hieäu soá nhieät ñoä giöõa hai beà maët cuûa lôùp caùch nhieät. Ñeå an toaøn ta laáy Dtv = Dtmax = tñaùy - tkk Choïn tkk = 27oC Þ Dtv = Dtmax = 117,6 – 27 = 90,6 (K) ftb : dieän tích beà maët trung bình cuûa thaùp (keå caû lôùp caùch nhieät), m2. ftb = pDtbH = = p(Dt + Sthaân + da)H Ta coù phöông trình: Û Û 98,191da = 1,404 + da Û da = 0,01445 (m) = 14,45 (mm) Vaäy: choïn da = 15 (mm). Theå tích vaät lieäu caùch nhieät caàn duøng: V = p(Dt + 2Sthaân + da).da .H = p.(1,4 + 2. 0,004 + 0,015).0,015. 29,8 = 1,998 (m3). Chöông 5 TÍNH THIEÁT BÒ PHUÏ THIEÁT BÒ ÑUN SOÂI ÑAÙY THAÙP : Choïn thieát bò ñun soâi ñaùy thaùp laø noài ñun Kettle. OÁng truyeàn nhieät ñöôïc laøm baèng theùp X18H10T, kích thöôùc oáng 38 x 3: Ñöôøng kính ngoaøi: dn = 38 (mm) = 0,038 (m) Beà daøy oáng: dt = 3 (mm) = 0,003 (m) Ñöôøng kính trong: dtr = 0,032 (m) Hôi ñoát laø hôi nöôùc ôû 2,5at ñi trong oáng 38 x 3. Tra baûng 1.251, trang 314, [5]: Nhieät hoùa hôi: = rn = 2189500 (J/kg) Nhieät ñoä soâi: = tn = 126,25 (oC) Doøng saûn phaåm taïi ñaùy coù nhieät ñoä: Tröôùc khi vaøo noài ñun (loûng): tS1 = 117,1 (oC) Sau khi ñöôïc ñun soâi (hôi): tS2 = 117,6 (oC) Suaát löôïng hôi nöôùc caàn duøng: Caân baèng nhieät cho toaøn thaùp: Qñ + GFhFS = (R+1) GDrD + GDhDS + GWhWS + Qm Giaû söû Qm = 0,05Qñ Þ 0,95Qñ = (R+1) GDrD + GD(hDS – hFS) + GW(hWS – hFS) · hFS = cF.tFS = []tFS · hWS = cW.tWS = []tWS · hDS = cD.tDS = []tDS · rD = Vôùi xF = 0,588 Þ tFS = 103,4oC xW = 0,016 Þ tWS = 117,1oC xD = 0,986 Þ tDS = 100,1oC Nhieät dung rieâng: Tra baûng 1.249, trang 310, [5] Þ Nhieät dung rieâng cuûa nöôùc ôû 100,1oC = 4,22013 (kJ/kg.K) Þ Nhieät dung rieâng cuûa nöôùc ôû 103,4oC = 4,22442 (kJ/kg.K) Þ Nhieät dung rieâng cuûa nöôùc ôû 117,1oC = 4,24507 (kJ/kg.K) Tra baûng 1.154, trang 172, [5] Þ Nhieät dung rieâng cuûa axit axetic ôû 100,1oC = 2,430525 (kJ/kg.K) Þ Nhieät dung rieâng cuûa axit axetic ôû 103,4oC = 2,44785(kJ/kg.K) Þ Nhieät dung rieâng cuûa axit axetic ôû 117,1oC = 2,519775 (kJ/kg.K) Enthalpy: · hFS = (0,3. 4,22442 + 0,7. 2,44785). 103,4 = 308,217 (kJ/kg) · hWS = (0,005. 4,24507 + 0,995. 2,519775). 117,1 = 296,076 (kJ/kg) · hDS = (0,955. 4,22013 + 0,045. 2,430525). 100,1 = 414,374 (kJ/kg) Nhieät hoùa hôi: Tra baûng 1.250, trang 312, [5] Þ Nhieät hoùa hôi cuûa nöôùc ôû 100,1oC = rN = 2259,76 (kJ/kg) Duøng toaùn ñoà 1.65, trang 255, [5] Þ Nhieät hoùa hôi cuûa axit axetic ôû 100,1oC = rA = 100 (Kcal/kg) = 418,6 (kJ/kg) Tra baûng 1.251, trang 314, [5] Þ Nhieät hoùa hôi cuûa nöôùc ôû 2,5 at = = 2189,5 (kJ/kg) Neân: rD = 0,955. 2259,76 + 0,045. 418,6 = 2176,908 (kJ/kg) Tính löôïng hôi nöôùc caàn duøng: Nhieät löôïng caàn cung caáp: Qñ = = 9054689,833 (kJ/h) Neáu duøng hôi nöôùc baõo hoøa (khoâng chöùa aåm) ñeå caáp nhieät thì: Qñ = . Vaäy: = 4135,506 (kg/h) Hieäu soá nhieät ñoä trung bình: Choïn kieåu truyeàn nhieät ngöôïc chieàu, neân: = 8,898 (K). Heä soá truyeàn nhieät: Heä soá truyeàn nhieät K ñöôïc tính theo coâng thöùc nhö ñoái vôùi töôøng phaúng: ,(W/m2.K) Vôùi: an : heä soá caáp nhieät cuûa hôi ñoát (W/m2.K). aS : heä soá caáp nhieät cuûa saûn phaåm ñaùy (W/m2.K). årt : nhieät trôû qua thaønh oáng vaø lôùp caùu. Nhieät taûi qua thaønh oáng vaø lôùp caùu: , (W/m2). Trong ñoù: tw1 : nhieät ñoä cuûa vaùch tieáp xuùc vôùi hôi ñoát (trong oáng), oC tw2 : nhieät ñoä cuûa vaùch tieáp xuùc vôùi saûn phaåm ñaùy (ngoaøi oáng), oC Beà daøy thaønh oáng: dt = 0,003 (m) Heä soá daãn nhieät cuûa theùp khoâng gæ: lt = 16,3 (W/mK) (Baûng XII.7, trang 313, [6]) Nhieät trôû lôùp baån trong oáng: r1 = 1/5800 (m2.K/W) (Baûng 31, trang 419, [4]) Nhieät trôû lôùp caùu ngoaøi oáng: r2 =1/5800 (m2.K/W) Neân: årt = 5,289.10-4 (m2.K/W) Xaùc ñònh heä soá caáp nhieät cuûa doøng saûn phaåm ñaùy ngoaøi oáng: AÙp duïng coâng thöùc (V.89), trang 26, [6]: aS = 7,77 . 10-2. Nhieät ñoä soâi trung bình cuûa doøng saûn phaåm ôû ngoaøi oáng: = 117,35 (oC) Þ TS = 117,35 + 273 = 390,35 (K) Taïi nhieät ñoä soâi trung bình thì: Khoái löôïng rieâng cuûa pha hôi trong doøng saûn phaåm ôû ngoaøi oáng: = 1,852 (kg/m3) Khoái löôïng rieâng cuûa nöôùc: rN = 945,1935 (kg/m3) (Baûng 1.249, trang 310, [5]) Khoái löôïng rieâng cuûa axit: rA = 926,77 (kg/m3) (Baûng 1.2, trang 9, [5]) Neân: Þ r = 926,860 (kg/m3) Ñoä nhôùt cuûa nöôùc: mN = 2,43.10-4 (N.s/m2) (Baûng 1.249, trang 310, [5]) Ñoä nhôùt cuûa axit: mA = 3,60.10-4 (N.s/m2) (Baûng 1.101, trang 91, [5]) Neân: lgm = xWlgmN + (1 - xW)lgmA = 0,016.lg(2,43.10-4) + (1 - 0,016)lg(3,60.10-4) = -3,447 Þ m = 3,577.10-4 (N.s/m2) Heä soá daãn nhieät cuûa nöôùc: lN = 0,68547 (W/mK) (Baûng 1.249, trang 310, [5]) Heä soá daãn nhieät cuûa axit: lA = 0,15153 (W/mK) (Baûng 1.130, trang 134, [5]) AÙp duïng coâng thöùc (1.33), trang 123, [5]): l = lN.`xW + lA.(1 - `xW) – 0,72 `xW.(1 - `xW)(lN - lA) = 0,152 (W/mK) Nhieät dung rieâng cuûa nöôùc: cN = 4245,495 (J/kgK) (Baûng 1.249, trang 310, [5]) Nhieät dung rieâng cuûa axit: cA = 2521,0875 (J/kgK) (Baûng 1.154, trang 172, [5]) Neân: c = cN + cA. (1 - ) = 2529,7095 (J/kgK) Söùc caêng beà maët cuûa nöôùc: sN = 0,5542 (N/m) (Baûng 1.249, trang 310, [5]) Söùc caêng beà maët cuûa axit: sA = 0,0182385 (N/m) (Baûng 1.242, trang 300, [5]) Neân: = 0,018 (N/m) Nhieät hoùa hôi cuûa nöôùc: rN = 2214420 (J/kg) (Baûng 1.250, trang 312, [5]) Nhieät hoùa hôi cuûa axit: rA = 606460,6 (J/kg) (Toaùn ñoà 1.65, trang 255, [5]) Neân: r = rN + rA. (1 - ) = 415500,397 (J/kg) Xaùc ñònh heä soá caáp nhieät cuûa hôi ñoát trong oáng: AÙp duïng coâng thöùc (3.65), trang 120, [4]: Duøng pheùp laëp: choïn tW1 = 126,1961412(oC) Nhieät ñoä trung bình cuûa maøng nöôùc ngöng tuï: tm = ½ (tn + tW1) = 126,223 (oC) Taïi nhieät ñoä naøy thì: Khoái löôïng rieâng cuûa nöôùc: rn = 937,935 (kg/m3) Ñoä nhôùt cuûa nöôùc: mn = 2,25.10-4 (N.s/m2) Heä soá daãn nhieät cuûa nöôùc: ln = 0,686 (W/mK) Neân: an = 45649,776 (W/m2K) Þ qn = an (tn – tW1) = 2458,642 (W/m2) Þ qt = qn = 2458,642 (W/m2) (xem nhieät taûi maát maùt laø khoâng ñaùng keå) Þ tw2 = tw1 - qtSrt = 124,896 (oC) Þ aS = 325,828 (W/m2K) (vôùi q = qt) Þ qS = aS (tW2 – tS) = 2458,641 (W/m2) Kieåm tra sai soá: e = 100% = 0,00004% < 5% (thoûa) Keát luaän: tw1 = 126,1961412oC vaø tw2 = 124,896oC Xaùc ñònh heä soá truyeàn nhieät: = 276,252 (W/m2K) Beà maët truyeàn nhieät: Beà maët truyeàn nhieät ñöôïc xaùc ñònh theo phöông trình truyeàn nhieät: F = = 1023,270 (m2) Caáu taïo thieát bò: Choïn soá oáng truyeàn nhieät: n = 1657 (oáng). OÁng ñöôïc boá trí theo hình luïc giaùc ñeàu. Chieàu daøi oáng truyeàn nhieät: L = = 5,616 (m) Þ choïn L = 6 (m) Tra baûng V.II, trang 48, [6] Þ Soá oáng treân ñöôøng cheùo: b = 47 (oáng) Tra baûng trang 21, [3] Þ Böôùc oáng: t = 48 (mm) = 0,048 (m) AÙp duïng coâng thöùc (V.140), trang 49, [6]: Þ Ñöôøng kính trong cuûa thieát bò: D = t(b-1) + 4dn = 2,36 (m) THIEÁT BÒ LAØM NGUOÄI SAÛN PHAÅM ÑAÙY : Choïn thieát bò laøm nguoäi saûn phaåm ñaùy laø thieát bò truyeàn nhieät oáng loàng oáng. OÁng truyeàn nhieät ñöôïc laøm baèng theùp X18H10T: Kích thöôùc oáng trong: 38 x 3 Kích thöôùc oáng ngoaøi: 57 x 3 Choïn: Nöôùc laøm laïnh ñi trong oáng trong vôùi nhieät ñoä vaøo tV = 27oC vaø nhieät ñoä ra tR = 43oC. Saûn phaåm ñaùy ñi trong oáng ngoaøi vôùi nhieät ñoä vaøo tWS = 117,1oC vaø nhieät ñoä ra tWR = 35oC. Suaát löôïng nöôùc laøm laïnh caàn duøng: Caân baèng nhieät: Q = GW(hWS – hWR) = Gn (hR – hV) Nhieät dung rieâng cuûa nöôùc ôû 35oC = 4,178 (kJ/kg.K) Nhieät dung rieâng cuûa axit ôû 35oC = 2,0735 (kJ/kg.K) Neân: hWR = (0,005. 4,178 + 0,995. 2,0735). 35 = 72,940788 (kJ/kg) Tra baûng 1.250, p312, ST I Þ Enthalpy cuûa nöôùc ôû 27oC = hV = 113,13 (kJ/kg) Þ Enthalpy cuûa nöôùc ôû 43oC = hR = 180,17 (kJ/kg) Löôïng nhieät trao ñoåi: Q = GW(hWS – hWR) = 461537,184 (kJ/h) Suaát löôïng nöôùc caàn duøng: = 6884,505 (kg/h) Hieäu soá nhieät ñoä trung bình: Choïn kieåu truyeàn nhieät ngöôïc chieàu, neân: = 29,695 (K). Heä soá truyeàn nhieät: Heä soá truyeàn nhieät K ñöôïc tính theo coâng thöùc: ,(W/m2.K) Vôùi: an : heä soá caáp nhieät cuûa doøng nöôùc laïnh (W/m2.K). aW : heä soá caáp nhieät cuûa doøng saûn phaåm ñaùy (W/m2.K). årt : nhieät trôû qua thaønh oáng vaø lôùp caùu. Xaùc ñònh heä soá caáp nhieät cuûa nöôùc trong oáng: Kích thöôùc cuûa oáng trong: Ñöôøng kính ngoaøi: dn = 38 (mm) = 0,038 (m) Beà daøy oáng: dt = 3 (mm) = 0,003 (m) Ñöôøng kính trong: dtr = 0,032 (m) Nhieät ñoä trung bình cuûa doøng nöôùc trong oáng: tf = ½ (tV + tR) = 35 (oC). Taïi nhieät ñoä naøy thì: Khoái löôïng rieâng cuûa nöôùc: rn = 994 (kg/m3) Ñoä nhôùt cuûa nöôùc: nn = 7,23.10-7 (m2/s) Heä soá daãn nhieät cuûa nöôùc: ln = 0,626 (W/mK) Chuaån soá Prandtl: Prn = 4,9 Vaän toác nöôùc ñi trong oáng: = 2,392 (m/s). Chuaån soá Reynolds : = 105877,980 > 104 : cheá ñoä chaûy roái AÙp duïng coâng thöùc (3.27), trang 110, [4] Þ coâng thöùc xaùc ñònh chuaån soá Nusselt: Trong ñoù: e1 – heä soá tính ñeán aûnh höôûng cuûa heä soá caáp nhieät theo tyû leä giöõa chieàu daøi L vaø ñöôøng kính d cuûa oáng. Tra baûng 3.1, trang 110, [4] Þ choïn e1 = 1 Heä soá caáp nhieät cuûa nöôùc trong oáng: an = Nhieät taûi qua thaønh oáng vaø lôùp caùu: , (W/m2). Trong ñoù: tw1 : nhieät ñoä cuûa vaùch tieáp xuùc vôùi saûn phaåm ñaùy (trong oáng trong), oC tw2 : nhieät ñoä cuûa vaùch tieáp xuùc vôùi nöôùc laïnh (ngoaøi oáng trong), oC Beà daøy thaønh oáng: dt = 0,003 (m) Heä soá daãn nhieät cuûa theùp khoâng gæ: lt = 16,3 (W/mK) Nhieät trôû lôùp baån trong oáng: r1 = 1/5000 (m2.K/W) Nhieät trôû lôùp caùu ngoaøi oáng: r2 =1/5800 (m2.K/W) Neân: årt = 5,565.10-4 (m2.K/W) Xaùc ñònh heä soá caáp nhieät cuûa doøng saûn phaåm ñaùy ngoaøi oáng: Kích thöôùc cuûa oáng ngoaøi: Ñöôøng kính ngoaøi: Dn = 57 (mm) = 0,057 (m) Beà daøy oáng: dt = 3 (mm) = 0,003 (m) Ñöôøng kính trong: Dtr = 0,051 (m) Nhieät ñoä trung bình cuûa doøng saûn phaåm ñaùy ngoaøi oáng: tW = ½ (tWS + tWR) = 76,05 (oC). Taïi nhieät ñoä naøy thì: Khoái löôïng rieâng cuûa nöôùc: rN = 974,17 (kg/m3) Khoái löôïng rieâng cuûa axit: rA = 985,5425 (kg/m3) Neân: Þ r = 985,485 (kg/m3) Ñoä nhôùt cuûa nöôùc: mN = 3,73.10-4 (N.s/m2) Ñoä nhôùt cuûa axit: mA = 4,75.10-4 (N.s/m2) Neân: lgm = xWlgmN + (1 - xW)lgmA = 0,016.lg(3,73.10-4) + (1 - 0,016)lg(4,75.10-4) = -3,325 Þ m = 4,734.10-4 (N.s/m2) Heä soá daãn nhieät cuûa nöôùc: lN = 0,672 (W/mK) Heä soá daãn nhieät cuûa axit: lA = 0,161 (W/mK) Neân: l = lN.`xW + lA.(1 - `xW) – 0,72 `xW.(1 - `xW)(lN - lA) = 0,161 (W/mK) Nhieät dung rieâng cuûa nöôùc: cN = 4191,84 (J/kgK) Nhieät dung rieâng cuûa nöôùc: cA = 2294,4725 (J/kgK) Neân: c = cN + cA. (1 - ) = 2303,959 (J/kgK) AÙp duïng coâng thöùc (V.35), trang 12, [6]: = 6,757 Vaän toác cuûa doøng saûn phaåm ñaùy ngoaøi oáng: = 0,642 (m/s) Ñöôøng kính töông ñöông: dtñ = Dtr – dn = 0,051 – 0,038 = 0,013 (m) Chuaån soá Reynolds : = 17362,792 > 104 : cheá ñoä chaûy roái AÙp duïng coâng thöùc (3.27), trang 110, [4] Þ coâng thöùc xaùc ñònh chuaån soá Nusselt: Trong ñoù: e1 – heä soá tính ñeán aûnh höôûng cuûa heä soá caáp nhieät theo tyû leä giöõa chieàu daøi L vaø ñöôøng kính d cuûa oáng. Tra baûng 3.1, trang 110, [4] Þ choïn e1 = 1 Heä soá caáp nhieät cuûa doøng saûn phaåm ñaùy ngoaøi oáng: aW = Duøng pheùp laëp: choïn tW1 = 54,361476 (oC) Taïi nhieät ñoä naøy thì: Ñoä nhôùt cuûa nöôùc: mN = 5,12.10-4 (N.s/m2) Ñoä nhôùt cuûa axit: mA = 7,51.10-4 (N.s/m2) Neân: lgmW1 = xWlgmN + (1 - xW)lgmA = 0,016.lg(5,12.10-4) + (1 - 0,016)lg(7,51.10-4) = -3,127 Þ mW1 = 7,460.10-4 (N.s/m2) Heä soá daãn nhieät cuûa nöôùc: lN = 0,652 (W/mK) Heä soá daãn nhieät cuûa axit: lA = 0,165 (W/mK) Neân: lW1 = lN.`xW + lA.(1 - `xW) – 0,72 `xW.(1 - `xW)(lN - lA) = 0,165 (W/mK) Nhieät dung rieâng cuûa nöôùc: cN = 4178 (J/kgK) Nhieät dung rieâng cuûa nöôùc: cA = 2176,834 (J/kgK) Neân: cW1 = cN + cA. (1 - ) = 2186,840 (J/kgK) AÙp duïng coâng thöùc (V.35), trang 12, [6]: = 9,860 Neân: NuW = 107,074 Þ aW = 1329,497 (W/m2K) Þ qW = aW (tW – tW1) = 28834,837 (W/m2) Þ qt = qW = 28834,837 (W/m2) (xem nhieät taûi maát maùt laø khoâng ñaùng keå) Þ tw2 = tw1 - qtSrt = 38,316 (oC) Þ PrW2 = 4,509 Þ Nun = 444,512 Þ an = 8695,774 (W/m2K) Þ qn = an (tW2 – tf) = 28834,837 (W/m2) Kieåm tra sai soá: e = 100% = 0,000001% < 5% (thoûa) Keát luaän: tw1 = 54,361476oC vaø tw2 = 38,316oC Xaùc ñònh heä soá truyeàn nhieät: = 702,432 (W/m2K) Beà maët truyeàn nhieät: Beà maët truyeàn nhieät ñöôïc xaùc ñònh theo phöông trình truyeàn nhieät: F = = 6,146 (m2) Caáu taïo thieát bò: Chieàu daøi oáng truyeàn nhieät: L = = 55,899 (m) Þ choïn L = 57 (m) Kieåm tra: = 1781,250 > 50 Þ el = 1: thoûa Keát luaän: Thieát bò laøm nguoäi saûn phaåm ñaùy laø thieát bò truyeàn nhieät oáng loàng oáng vôùi chieàu daøi oáng truyeàn nhieät L = 57 (m), chia thaønh 19 daõy, moãi daõy 3m. 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 38 x 3: Ñöôøng kính ngoaøi: dn = 38 (mm) = 0,038 (m) Beà daøy oáng: dt = 3 (mm) = 0,003 (m) Ñöôøng kính trong: dtr = 0,032 (m) Choïn: Nöôùc laøm laïnh ñi trong oáng vôùi nhieät ñoä vaøo tV = 27oC vaø nhieät ñoä ra tR = 43oC. Doøng hôi taïi ñænh ñi ngoaøi oáng vôùi nhieät ñoä ngöng tuï tngöng = 100,1 (oC) Suaát löôïng nöôùc laøm laïnh caàn duøng : Caân baèng nhieät: Qnt = (R + 1)GDrD = G2 (hR – hV) Neân: Qnt = (R + 1)DrD = 8982230,942 (kJ/h) Löôïng nöôùc caàn duøng: = 133983,158 (kg/h) Hieäu soá nhieät ñoä trung bình : Choïn kieåu truyeàn nhieät ngöôïc chieàu, neân: = 64,771 (K). Heä soá truyeàn nhieät: Heä soá truyeàn nhieät K ñöôïc tính theo coâng thöùc: ,(W/m2.K) Vôùi: an : heä soá caáp nhieät cuûa doøng nöôùc laïnh (W/m2.K). angöng : heä soá caáp nhieät cuûa doøng hôi ngöng tuï (W/m2.K). årt : nhieät trôû qua thaønh oáng vaø lôùp caùu. Xaùc ñònh heä soá caáp nhieät cuûa nöôùc ñi trong oáng : Nhieät ñoä trung bình cuûa doøng nöôùc trong oáng: tf = ½ (tV + tR) = 35 (oC). Taïi nhieät ñoä naøy thì: Khoái löôïng rieâng cuûa nöôùc: rn = 994 (kg/m3) Ñoä nhôùt cuûa nöôùc: nn = 7,23.10-7 (m2/s) Heä soá daãn nhieät cuûa nöôùc: ln = 0,626 (W/mK) Chuaån soá Prandtl: Prn = 4,9 Choïn vaän toác nöôùc ñi trong oáng:vn = 1 (m/s) Þ Soá oáng: = 46,556 Tra baûng V.II, trang 48, [6] Þ choïn n = 61 (oáng) Þ Vaän toác thöïc teá cuûa nöôùc trong oáng: = 0,763 (m/s). Chuaån soá Reynolds : = 33779,509 > 104 : cheá ñoä chaûy roái AÙp duïng coâng thöùc (3.27), trang 110, [4] Þ coâng thöùc xaùc ñònh chuaån soá Nusselt: Trong ñoù: e1 – heä soá tính ñeán aûnh höôûng cuûa heä soá caáp nhieät theo tyû leä giöõa chieàu daøi L vaø ñöôøng kính d cuûa oáng. Tra baûng 3.1, trang 110, [4] Þ choïn e1 = 1 Heä soá caáp nhieät cuûa nöôùc ñi trong oáng trong: an = Nhieät taûi qua thaønh oáng vaø lôùp caùu : , (W/m2). Trong ñoù: tw1 : nhieät ñoä cuûa vaùch tieáp xuùc vôùi hôi ngöng tuï, oC tw2 : nhieät ñoä cuûa vaùch tieáp xuùc vôùi nöôùc laïnh, oC Beà daøy thaønh oáng: dt = 0,003 (m) Heä soá daãn nhieät cuûa theùp khoâng gæ: lt = 16,3 (W/mK) Nhieät trôû lôùp baån trong oáng: r1 = 1/5000 (m2.K/W) Nhieät trôû lôùp caùu ngoaøi oáng: r2 =1/5800 (m2.K/W) Neân: årt = 5,565.10-4 (m2.K/W) Xaùc ñònh heä soá caáp nhieät cuûa hôi ngöng tuï ngoaøi oáng : Ñieàu kieän: Ngöng tuï hôi baõo hoøa. Khoâng chöùa khoâng khí khoâng ngöng. Hôi ngöng tuï ôû maët ngoaøi oáng. Maøng chaát ngöng tuï chaûy taàng. OÁng naèm ngang. AÙp duïng coâng thöùc (3.65), trang 120, [4]Þ Ñoái vôùi oáng ñôn chieác naèm ngang thì: Tra baûng V.II, trang 48, [6] Þ vôùi soá oáng n = 61 thì soá oáng treân ñöôøng cheùo cuûa hình 6 caïnh laø: b = 9 Tra hình V.20, trang 30, [6] Þ heä soá phuï thuoäc vaøo caùch boá trí oáng vaø soá oáng trong moãi daõy thaúng ñöùng laø etb = 0,62 (vì xeáp xen keõ vaø soá oáng trong moãi daõy thaúng ñöùng laø 9) Þ Heä soá caáp nhieät trung bình cuûa chuøm oáng: angöng = etba1 = 0,62a1 Duøng pheùp laëp: choïn tW1 = 89,915675 (oC) Nhieät ñoä trung bình cuûa maøng chaát ngöng tuï: tm = ½ (tngöng + tW1) = 95,008 (oC) Taïi nhieät ñoä naøy thì: Khoái löôïng rieâng cuûa nöôùc: rN = 961,795 (kg/m3) Khoái löôïng rieâng cuûa axit: rA = 963,741 (kg/m3) Neân: Þ r = 961,882 (kg/m3) Ñoä nhôùt cuûa nöôùc: mN = 2,97.10-4 (N.s/m2) Ñoä nhôùt cuûa axit: mA = 4,85.10-4 (N.s/m2) Neân: lgm = xDlgmN + (1 – xD)lgmA = 0,986.lg(2,97.10-4) + (1 - 0,986)lg(4,85.10-4) = -3,524 Þ m = 2,990.10-4 (N.s/m2) Heä soá daãn nhieät cuûa nöôùc: lN = 0,681 (W/mK) Heä soá daãn nhieät cuûa axit: lA = 0,156 (W/mK) Neân: l = lN.`xD + lA.(1 - `xD) – 0,72 `xD.(1 - `xD)(lN - lA) = 0,641 (W/mK) Nhieät ngöng tuï cuûa doøng hôi: r = rD = 2176,908 (kJ/kg) = 2176908 (J/kg) Neân: a1 = 10559,531 (W/m2K) Þ angöng = 6546,909 (W/m2K) Þ qngöng = angöng (tngöng – tW1) = 66675,849 (W/m2) Þ qt = qngöng = 66675,849 (W/m2) (xem nhieät taûi maát maùt laø khoâng ñaùng keå) Þ tw2 = tw1 - qtSrt = 52,813 (oC) Þ Prw2 = 3,393 Þ Nun = 191,340 Þ an = 3743,093 (W/m2K) Þ qn = an (tW2 – tf) = 66675,863 (W/m2) Kieåm tra sai soá: e = 100% = - 0,00002% < 5% (thoûa) Keát luaän: tw1 = 89,915675oC vaø tw2 = 52,813oC Xaùc ñònh heä soá truyeàn nhieät: = 1024,207 (W/m2K) Beà maët truyeàn nhieät: Beà maët truyeàn nhieät ñöôïc xaùc ñònh theo phöông trình truyeàn nhieät: F = = 37,611 (m2) Caáu taïo thieát bò: Soá oáng truyeàn nhieät: n = 61 (oáng). OÁng ñöôïc boá trí theo hình luïc giaùc ñeàu. Chieàu daøi oáng truyeàn nhieät: L = = 5,607 (m) Þ choïn L = 6 (m) Soá oáng treân ñöôøng cheùo: b = 9 (oáng) Tra baûng trang 21, [3] Þ Böôùc oáng: t = 48 (mm) = 0,048 (m) AÙp duïng coâng thöùc (V.140), trang 49, [6]: Þ Ñöôøng kính trong cuûa thieát bò: D = t(b-1) + 4dn = 0,536 (m) THIEÁT BÒ TRAO ÑOÅI NHIEÄT GIÖÕA DOØNG NHAÄP LIEÄU vaø SAÛN PHAÅM ÑÆNH : Choïn thieát bò trao ñoåi nhieät giöõa doøng 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: 38 x 3 Kích thöôùc oáng ngoaøi: 57 x 3 Choïn: Doøng nhaäp lieäu ñi trong oáng trong vôùi nhieät ñoä vaøo tFV = 27oC. Saûn phaåm ñænh ñi trong oáng ngoaøi vôùi nhieät ñoä vaøo tDS = 100,1oC vaø nhieät ñoä ra tDR = 35oC. Nhieät ñoä ñaàu ra cuûa doøng nhaäp lieäu : Caân baèng nhieät: Q = GF(hFR – hFV) = GD(hDS – hDR) Taïi nhieät ñoä 27oC thì: Nhieät dung rieâng cuûa nöôùc: cN = 4,178 (kJ/kgK) Nhieät dung rieâng cuûa nöôùc: cA = 2,0311 (kJ/kgK) Þ hFV = cF.tFV = []tFV = 72,230 (kJ/kg) Taïi nhieät ñoä 35oC thì: Nhieät dung rieâng cuûa nöôùc: cN = 4,178 (kJ/kg.K) Nhieät dung rieâng cuûa axit: cA = 2,0735 (kJ/kg.K) Þ hDR = cD.tDR = []tDR = 142,915 (kJ/kg) Neân: Q = GD(hDS – hDR) = 461537,184 (kJ/h) Þ = 156,525 (kJ/kg) Duøng pheùp laëp Þ tFR = 56,2134 (oC) Hieäu soá nhieät ñoä trung bình : Choïn kieåu truyeàn nhieät ngöôïc chieàu, neân: = 21,083 (K). Heä soá truyeàn nhieät : Heä soá truyeàn nhieät K ñöôïc tính theo coâng thöùc: ,(W/m2.K) Vôùi: aF : heä soá caáp nhieät cuûa doøng nhaäp lieäu trong oáng (W/m2.K). aD : heä soá caáp nhieät cuûa doøng saûn phaåm ñænh ngoaøi oáng (W/m2.K). årt : nhieät trôû qua thaønh oáng vaø lôùp caùu. Xaùc ñònh heä soá caáp nhieät cuûa doøng nhaäp lieäu trong oáng: Kích thöôùc cuûa oáng trong: Ñöôøng kính ngoaøi: dn = 38 (mm) = 0,038 (m) Beà daøy oáng: dt = 3 (mm) = 0,003 (m) Ñöôøng kính trong: dtr = 0,032 (m) Nhieät ñoä trung bình cuûa doøng nhaäp lieäu trong oáng: tF = ½ (tFV + tFR) = 41,6067 (oC). Taïi nhieät ñoä naøy thì: Khoái löôïng rieâng cuûa nöôùc: rN = 991,525 (kg/m3) Khoái löôïng rieâng cuûa axit: rA = 1025,152 (kg/m3) Neân: Þ rF = 1014,827 (kg/m3) Ñoä nhôùt cuûa nöôùc: mN = 6,35.10-4 (N.s/m2) Ñoä nhôùt cuûa axit: mA = 8,82.10-4 (N.s/m2) Neân: lgmF = xFlgmN + (1 – xF)lgmA = 0,588.lg(6,35.10-4) + (1 - 0,588)lg(8,82.10-4) = -3,138 Þ mF = 7,273.10-4 (N.s/m2) Heä soá daãn nhieät cuûa nöôùc: lN = 0,636 (W/mK) Heä soá daãn nhieät cuûa axit: lA = 0,168 (W/mK) Neân: lF = lN.`xF + lA.(1 - `xF) – 0,72 `xF.(1 - `xF)(lN - lA) = 0,237 (W/mK) Nhieät dung rieâng cuûa nöôùc: cN = 4178 (J/kgK) Nhieät dung rieâng cuûa nöôùc: cA = 2729,417 (J/kgK) Neân: cF = cN + cA. (1 - ) = 2303,959 (J/kgK) AÙp duïng coâng thöùc (V.35), trang 12, [6]: = 8,363 Vaän toác cuûa doøng saûn phaåm ñaùy ñi trong oáng: = 1,021 (m/s) Chuaån soá Reynolds : = 45588,056 > 104 : cheá ñoä chaûy roái AÙp duïng coâng thöùc (3.27), trang 110, [4] Þ coâng thöùc xaùc ñònh chuaån soá Nusselt: Trong ñoù: e1 – heä soá tính ñeán aûnh höôûng cuûa heä soá caáp nhieät theo tyû leä giöõa chieàu daøi L vaø ñöôøng kính d cuûa oáng. Tra baûng 3.1, trang 110, [4] Þ choïn e1 = 1 Heä soá caáp nhieät cuûa doøng nhaäp lieäu trong oáng: aF = Nhieät taûi qua thaønh oáng vaø lôùp caùu: , (W/m2). Trong ñoù: tw1 : nhieät ñoä cuûa vaùch tieáp xuùc vôùi saûn phaåm ñænh, oC tw2 : nhieät ñoä cuûa vaùch tieáp xuùc vôùi doøng nhaäp lieäu, oC Beà daøy thaønh oáng: dt = 0,003 (m) Heä soá daãn nhieät cuûa theùp khoâng gæ: lt = 16,3 (W/mK) Nhieät trôû lôùp caùu trong oáng: r1 = 1/5800 (m2.K/W) Nhieät trôû lôùp caùu ngoaøi oáng: r2 =1/5800 (m2.K/W) Neân: årt = 5,289.10-4 (m2.K/W) Xaùc ñònh heä soá caáp nhieät cuûa doøng saûn phaåm ñænh ngoaøi oáng: Kích thöôùc cuûa oáng ngoaøi: Ñöôøng kính ngoaøi: Dn = 57 (mm) = 0,057 (m) Beà daøy oáng: dt = 3 (mm) = 0,003 (m) Ñöôøng kính trong: Dtr = 0,051 (m) Nhieät ñoä trung bình cuûa doøng saûn phaåm ñænh ngoaøi oáng: tD = ½ (tDS + tDR) = 67,55 (oC). Taïi nhieät ñoä naøy thì: Khoái löôïng rieâng cuûa nöôùc: rN = 979,123 (kg/m3) Khoái löôïng rieâng cuûa axit: rA = 995,3175 (kg/m3) Neân: Þ rD = 979,840 (kg/m3) Ñoä nhôùt cuûa nöôùc: mN = 4,16.10-4 (N.s/m2) Ñoä nhôùt cuûa axit: mA = 5,94.10-4 (N.s/m2) Neân: lgmD = xDlgmN + (1 – xD)lgmA = 0,986.lg(4,16.10-4) + (1 - 0,986)lg(5,94.10-4) = -3,379 Þ mD = 4,182.10-4 (N.s/m2) Heä soá daãn nhieät cuûa nöôùc: lN = 0,666 (W/mK) Heä soá daãn nhieät cuûa axit: lA = 0,162 (W/mK) Neân: lD = lN.`xD + lA.(1 - `xD) – 0,72 `xD.(1 - `xD)(lN - lA) = 0,627 (W/mK) Nhieät dung rieâng cuûa nöôùc: cN = 4185,04 (J/kgK) Nhieät dung rieâng cuûa nöôùc: cA = 2248,1475 (J/kgK) Neân: cD = cN + cA. (1 - ) = 4097,88 (J/kgK) AÙp duïng coâng thöùc (V.35), trang 12, [6]: = 2,732 Vaän toác cuûa doøng saûn phaåm ñænh ngoaøi oáng: = 0,291 (m/s) Ñöôøng kính töông ñöông: dtñ = Dtr – dn = 0,051 – 0,038 = 0,013 (m) Chuaån soá Reynolds : = 8851,772 Þ 2300 < Re < 10000 Þ Cheá ñoä chaûy quaù ñoä. AÙp duïng coâng thöùc (V.44), trang 16, [6] Þ coâng thöùc xaùc ñònh chuaån soá Nusselt: Trong ñoù: e1 – heä soá tính ñeán aûnh höôûng cuûa heä soá caáp nhieät theo tyû leä giöõa chieàu daøi L vaø ñöôøng kính d cuûa oáng. Tra baûng 3.1, trang 110, [4] Þ choïn e1 = 1 ko – heä soá phuï thuoäc vaøo Re Tra baûng trang 16, [6] Þ ko = 29,683 Heä soá caáp nhieät cuûa doøng saûn phaåm ñænh ngoaøi oáng: aD = Duøng pheùp laëp: choïn tW1 = 59,24484523 (oC) Taïi nhieät ñoä naøy thì: Ñoä nhôùt cuûa nöôùc: mN = 4,76.10-4 (N.s/m2) Ñoä nhôùt cuûa axit: mA = 7,07.10-4 (N.s/m2) Neân: lgmW1 = xDlgmN + (1 – xD)lgmA = 0,986.lg(4,76.10-4) + (1 - 0,986)lg(7,07.10-4) = -3,320 Þ mW1 = 4,782.10-4 (N.s/m2) Heä soá daãn nhieät cuûa nöôùc: lN = 0,658 (W/mK) Heä soá daãn nhieät cuûa axit: lA = 0,164 (W/mK) Neân: lW1 = lN.`xD + lA.(1 - `xD) – 0,72 `xD.(1 - `xD)(lN - lA) = 0,621 (W/mK) Nhieät dung rieâng cuûa nöôùc: cN = 4182,245 (J/kgK) Nhieät dung rieâng cuûa nöôùc: cA = 2202,960 (J/kgK) Neân: cW1 = cN + cA. (1 - ) = 4093,177 (J/kgK) AÙp duïng coâng thöùc (V.35), trang 12, [6]: = 3,154 Neân: NuD = 44,115 Þ aD = 2128,781 (W/m2K) Þ qD = aD (tD – tW1) = 17679,854 (W/m2) Þ qt = qD = 17679,854 (W/m2) (xem nhieät taûi maát maùt laø khoâng ñaùng keå) Þ tw2 = tw1 - qtSrt = 49,894 (oC) Taïi nhieät ñoä naøy thì: Ñoä nhôùt cuûa nöôùc: mN = 5,50.10-4 (N.s/m2) Ñoä nhôùt cuûa axit: mA = 7,91.10-4 (N.s/m2) Neân: lgmW2 = xFlgmN + (1 – xF)lgmA = 0,588.lg(5,50.10-4) + (1 - 0,588)lg(7,91.10-4) = -3,195 Þ mW2 = 6,388.10-4 (N.s/m2) Heä soá daãn nhieät cuûa nöôùc: lN = 0,647 (W/mK) Heä soá daãn nhieät cuûa axit: lA = 0,166 (W/mK) Neân: lW2 = lN.`xF + lA.(1 - `xF) – 0,72 `xF.(1 - `xF)(lN - lA) = 0,237 (W/mK) Nhieät dung rieâng cuûa nöôùc: cN = 4178 (J/kgK) Nhieät dung rieâng cuûa nöôùc: cA = 2152,935 (J/kgK) Neân: cW2 = cN + cA. (1 - ) = 2760,454 (J/kgK) AÙp duïng coâng thöùc (V.35), trang 12, [6]: = 7,430 Neân: NuF = 287,590 Þ aF = 2133,269 (W/m2K) Þ qF = aF (tW2 - tF) = 17679,854 (W/m2) Kieåm tra sai soá: e = 100% = 0,0000001% < 5% (thoûa) Keát luaän: tw1 = 59,24484523oC vaø tw2 = 49,894oC Xaùc ñònh heä soá truyeàn nhieät: = 681,481 (W/m2K) Beà maët truyeàn nhieät: Beà maët truyeàn nhieät ñöôïc xaùc ñònh theo phöông trình truyeàn nhieät: F = = 4,889 (m2) Caáu taïo thieát bò: Chieàu daøi oáng truyeàn nhieät: L = = 44,465 (m) Þ choïn L = 45 (m) Kieåm tra: = 1406,250 > 50 Þ el = 1: thoûa Keát luaän: Thieát bò trao ñoåi nhieät giöõa doøng nhaäp lieäu vaø saûn phaåm ñænh laø thieát bò truyeàn nhieät oáng loàng oáng vôùi chieàu daøi oáng truyeàn nhieät L = 45 (m), chia thaønh 15 daõy, moãi daõy 3m. THIEÁT BÒ ÑUN SOÂI DOØNG NHAÄP LIEÄU : Choïn thieát bò ñun soâi doøng nhaäp lieäu laø thieát bò truyeàn nhieät oáng loàng oáng. OÁng truyeàn nhieät ñöôïc laøm baèng theùp X18H10T: Kích thöôùc oáng trong: 38 x 3 Kích thöôùc oáng ngoaøi: 57 x 3 Choïn: Doøng nhaäp lieäu ñi trong oáng trong vôùi nhieät ñoä vaøo tV = tFR = 56,2134oC vaø nhieät ñoä ra tR = tFS = 103,4oC. Hôi ngöng tuï ñi trong oáng ngoaøi coù aùp suaát 2,5at: Nhieät hoùa hôi: = rn = 2189500 (J/kg) Nhieät ñoä soâi: = tn = 126,25 (oC) Suaát löôïng hôi ñoát caàn duøng : Caân baèng nhieät: Q = GF(hFS – hFR) = Gnrn Neân: Q = GF(hFS – hFR) = 455077,044 (kJ/h) Löôïng hôi ñoát caàn duøng: = 207,845 (kg/h) Hieäu soá nhieät ñoä trung bình : Choïn kieåu truyeàn nhieät ngöôïc chieàu, neân: = 42,128 (K) Heä soá truyeàn nhieät : Heä soá truyeàn nhieät K ñöôïc tính theo coâng thöùc: ,(W/m2.K) Vôùi: aF : heä soá caáp nhieät cuûa doøng nhaäp lieäu trong oáng (W/m2.K). an : heä soá caáp nhieät cuûa hôi ñoát ngoaøi oáng (W/m2.K). årt : nhieät trôû qua thaønh oáng vaø lôùp caùu. Xaùc ñònh heä soá caáp nhieät cuûa doøng nhaäp lieäu trong oáng: Kích thöôùc cuûa oáng trong: Ñöôøng kính ngoaøi: dn = 38 (mm) = 0,038 (m) Beà daøy oáng: dt = 3 (mm) = 0,003 (m) Ñöôøng kính trong: dtr = 0,032 (m) Nhieät ñoä trung bình cuûa doøng nhaäp lieäu trong oáng: tF = ½ (tV + tR) = 79,8067 (oC). Taïi nhieät ñoä naøy thì: Khoái löôïng rieâng cuûa nöôùc: rN = 971,916 (kg/m3) Khoái löôïng rieâng cuûa axit: rA = 981,222 (kg/m3) Neân: Þ rF = 978,412 (kg/m3) Ñoä nhôùt cuûa nöôùc: mN = 3,56.10-4 (N.s/m2) Ñoä nhôùt cuûa axit: mA = 5,61.10-4 (N.s/m2) Neân: lgmF = xFlgmN + (1 – xF)lgmA = 0,588.lg(3,56.10-4) + (1 - 0,588)lg(5,61.10-4) = -3,367 Þ mF = 4,294.10-4 (N.s/m2) Heä soá daãn nhieät cuûa nöôùc: lN = 0,675 (W/mK) Heä soá daãn nhieät cuûa axit: lA = 0,160 (W/mK) Neân: lF = lN.`xF + lA.(1 - `xF) – 0,72 `xF.(1 - `xF)(lN - lA) = 0,237 (W/mK) Nhieät dung rieâng cuûa nöôùc: cN = 4194,845 (J/kgK) Nhieät dung rieâng cuûa nöôùc: cA = 2314,947 (J/kgK) Neân: cF = cN + cA. (1 - ) = 2878,916 (J/kgK) AÙp duïng coâng thöùc (V.35), trang 12, [6]: = 5,223 Vaän toác cuûa doøng nhaäp lieäu ñi trong oáng: = 1,059 (m/s) Chuaån soá Reynolds : = 77226,631 > 104 : cheá ñoä chaûy roái AÙp duïng coâng thöùc (3.27), trang 110, [4] Þ coâng thöùc xaùc ñònh chuaån soá Nusselt: Trong ñoù: e1 – heä soá tính ñeán aûnh höôûng cuûa heä soá caáp nhieät theo tyû leä giöõa chieàu daøi L vaø ñöôøng kính d cuûa oáng. Tra baûng 3.1, trang 110, [4] Þ choïn e1 = 1 Heä soá caáp nhieät cuûa doøng nhaäp lieäu ñi trong oáng trong: aF = Nhieät taûi qua thaønh oáng vaø lôùp caùu : , (W/m2). Trong ñoù: tw1 : nhieät ñoä cuûa vaùch tieáp xuùc vôùi hôi ñoát, oC tw2 : nhieät ñoä cuûa vaùch tieáp xuùc vôùi doøng nhaäp lieäu, oC Beà daøy thaønh oáng: dt = 0,003 (m) Heä soá daãn nhieät cuûa theùp khoâng gæ: lt = 16,3 (W/mK) Nhieät trôû lôùp caùu trong oáng: r1 = 1/5800 (m2.K/W) Nhieät trôû lôùp caùu ngoaøi oáng: r2 =1/5800 (m2.K/W) Neân: årt = 5,289.10-4 (m2.K/W) Xaùc ñònh heä soá caáp nhieät cuûa hôi ngöng tuï ngoaøi oáng : Kích thöôùc cuûa oáng ngoaøi: Ñöôøng kính ngoaøi: Dn = 57 (mm) = 0,057 (m) Beà daøy oáng: dt = 3 (mm) = 0,003 (m) Ñöôøng kính trong: Dtr = 0,051 (m) AÙp duïng coâng thöùc (3.65), trang 120, [4]: Duøng pheùp laëp: choïn tW1 = 123,232701 (oC) Nhieät ñoä trung bình cuûa maøng nöôùc ngöng tuï: tm = ½ (tn + tW1) = 124,7413505 (oC) Taïi nhieät ñoä naøy thì: Khoái löôïng rieâng cuûa nöôùc: rn = 939,1646791 (kg/m3) Ñoä nhôùt cuûa nöôùc: mn = 2,28.10-4 (N.s/m2) Heä soá daãn nhieät cuûa nöôùc: ln = 0,686 (W/mK) Neân: an = 15945,030 (W/m2K) Þ qn = an (tn – tW1) = 48110,923 (W/m2) Þ qt = qn = 48110,923 (W/m2) (xem nhieät taûi maát maùt laø khoâng ñaùng keå) Þ tw2 = tw1 - qtSrt = 97,788 (oC) Taïi nhieät ñoä naøy thì: Ñoä nhôùt cuûa nöôùc: mN = 2,87.10-4 (N.s/m2) Ñoä nhôùt cuûa axit: mA = 4,71.10-4 (N.s/m2) Neân: lgmW2 = xFlgmN + (1 – xF)lgmA = 0,588.lg(2,87.10-4) + (1 - 0,588)lg(4,71.10-4) = -3,454 Þ mW2 = 3,519.10-4 (N.s/m2) Heä soá daãn nhieät cuûa nöôùc: lN = 0,682 (W/mK) Heä soá daãn nhieät cuûa axit: lA = 0,156 (W/mK) Neân: lW2 = lN.`xF + lA.(1 - `xF) – 0,72 `xF.(1 - `xF)(lN - lA) = 0,234 (W/mK) Nhieät dung rieâng cuûa nöôùc: cN = 4220,461 (J/kgK) Nhieät dung rieâng cuûa nöôùc: cA = 2417,391 (J/kgK) Neân: cW2 = cN + cA. (1 - ) = 2958,312 (J/kgK) AÙp duïng coâng thöùc (V.35), trang 12, [6]: = 4,453 Neân: NuF = 361,817 Þ aF = 2675,614 (W/m2K) Þ qF = aF (tW2 - tF) = 48110,909 (W/m2) Kieåm tra sai soá: e = 100% = 0,00003% < 5% (thoûa) Keát luaän: tw1 = 123,232701oC vaø tw2 = 97,788oC Xaùc ñònh heä soá truyeàn nhieät : = 1035,907 (W/m2K) Beà maët truyeàn nhieät : Beà maët truyeàn nhieät ñöôïc xaùc ñònh theo phöông trình truyeàn nhieät: F = = 2,897 (m2) Caáu taïo thieát bò : Chieàu daøi oáng truyeàn nhieät: L = = 26,343 (m) Þ choïn L = 27 (m) Kieåm tra: = 843,75 > 50 Þ el = 1: thoûa Keát luaän: Thieát bò trao ñoåi nhieät giöõa doøng nhaäp lieäu vaø saûn phaåm ñænh laø thieát bò truyeàn nhieät oáng loàng oáng vôùi chieàu daøi oáng truyeàn nhieät L = 27 (m), chia thaønh 9 daõy, moãi daõy 3m. BOÀN CAO VÒ : Toån thaát ñöôøng oáng daãn: Choïn oáng daãn coù ñöôøng kính trong laø dtr = 80 (mm) Tra baûng II.15, trang 381, [5] Þ Ñoä nhaùm cuûa oáng: e = 0,2 (mm) = 0,0002 (m) (aên moøn ít) Toån thaát ñöôøng oáng daãn: (m) Trong ñoù: l1 : heä soá ma saùt trong ñöôøng oáng. l1 : chieàu daøi ñöôøng oáng daãn, choïn l1 = 30(m). d1 : ñöôøng kính oáng daãn, d1 = dtr = 0,08(m). åx1 : toång heä soá toån thaát cuïc boä. vF : vaän toác doøng nhaäp lieäu trong oáng daãn Xaùc ñònh vaän toác doøng nhaäp lieäu trong oáng daãn : Caùc tính chaát lyù hoïc cuûa doøng nhaäp lieäu ñöôïc tra ôû nhieät ñoä trung bình: tF = = 65,4 (oC) Taïi nhieät ñoä naøy thì: Khoái löôïng rieâng cuûa nöôùc: rN = 980,392 (kg/m3) Khoái löôïng rieâng cuûa axit: rA = 998,02 (kg/m3) Neân: Þ rF = 992,665 (kg/m3) Ñoä nhôùt cuûa nöôùc: mN = 4,33.10-4 (N.s/m2) Ñoä nhôùt cuûa axit: mA = 6,64.10-4 (N.s/m2) Neân: lgmF = xFlgmN + (1 – xF)lgmA = 0,588.lg(4,33.10-4) + (1 - 0,588)lg(6,64.10-4) = -3,287 Þ mF = 5,159.10-4 (N.s/m2) Vaän toác cuûa doøng nhaäp lieäu ñi trong oáng: = 0,167 (m/s) Xaùc ñònh heä soá ma saùt trong ñöôøng oáng : Chuaån soá Reynolds : = 25706,225 > 4000 : cheá ñoä chaûy roái Chuaån soá Reynolds tôùi haïn: Regh = 6(d1/e)8/7 = 5648,513 Chuaån soá Reynolds khi baét ñaàu xuaát hieän vuøng nhaùm: Ren = 220(d1/e)9/8 = 186097,342 Vì Regh < ReF < Ren Þ cheá ñoä chaûy roái öùng vôùi khu vöïc quaù ñoä. AÙp duïng coâng thöùc (II.64), trang 379, [5]: l1== 0,029 Xaùc ñònh toång heä soá toån thaát cuïc boä : Choã uoán cong : Tra baûng II.16, trang 382, [5]: Choïn daïng oáng uoán cong 90o coù baùn kính R vôùi R/d = 2 thì xu1 (1 choã) = 0,15. Ñöôøng oáng coù 6 choã uoán Þ xu1 = 0,15. 6 = 0,9 Van : Tra baûng 9.5, trang 94, [1]: Choïn van caàu vôùi ñoä môû hoaøn toaøn thì xvan (1 caùi) = 10. Ñöôøng oáng coù 2 van caàu Þ xvan = 10. 2 = 20 Löu löôïng keá : xl1 = 0 (coi nhö khoâng ñaùng keå). Vaøo thaùp : xthaùp = 1 Neân: åx1 = xu1 + xvan + xll = 21,9 Vaäy: = 0,047 (m) Toån thaát ñöôøng oáng daãn trong thieát bò trao ñoåi nhieät giöõa doøng nhaäp lieäu vaø saûn phaåm ñænh: (m) Trong ñoù: l2 : heä soá ma saùt trong ñöôøng oáng. l2 : chieàu daøi ñöôøng oáng daãn, l2 = 45(m). d2 : ñöôøng kính oáng daãn, d2 = dtr = 0,032(m). åx2 : toång heä soá toån thaát cuïc boä. v2 : vaän toác doøng nhaäp lieäu trong oáng daãn Vaän toác doøng nhaäp lieäu trong oáng daãn :v2 = 1,021 (m/s) Xaùc ñònh heä soá ma saùt trong ñöôøng oáng : Chuaån soá Reynolds : Re2 = 45588,056 > 4000: cheá ñoä chaûy roái Ñoä nhaùm: e = 0,0002 Chuaån soá Reynolds giôùi haïn:Regh = 6(d1/e)8/7 = 1982,191 Chuaån soá Reynolds khi baét ñaàu xuaát hieän vuøng nhaùm: Ren = 220(d1/e)9/8 = 66383,120 Vì Regh < Re1 < Ren Þ cheá ñoä chaûy roái öùng vôùi khu vöïc quaù ñoä. AÙp duïng coâng thöùc (II.64), trang 379, [5]: l2== 0,022 Xaùc ñònh toång heä soá toån thaát cuïc boä : Chöõ U : Tra baûng 9.5, trang 94, [1]: xU2 (1 choã) = 2,2 Ñöôøng oáng coù (15 – 1) = 14 chöõ U Þ xU2 = 2,2. 14 = 30,8 Ñoät thu : Tra baûng II.16, trang 382, [5]: Khi = 0,160 thì xñoät thu 2 (1choã) = 0,458 Coù 1 choã ñoät thu Þ xñoät thu 1 = 0,458 Ñoät môû : Tra baûng II.16, trang 382, [5]: Khi = 0,160 thì xñoät môû 2 (1choã) = 0,708 Coù 1 choã ñoät môû Þ xñoät môû 2 = 0,708 Neân: åx2 = xU2 + xñoât thu 2 + xñoät môû 2 = 31,966 Vaäy: = 3,316 (m) Toån thaát ñöôøng oáng daãn trong thieát bò trao ñoåi nhieät giöõa doøng nhaäp lieäu vaø saûn phaåm ñænh: (m) Trong ñoù: l3 : heä soá ma saùt trong ñöôøng oáng. l3 : chieàu daøi ñöôøng oáng daãn, l2 = 27(m). d3 : ñöôøng kính oáng daãn, d3 = dtr = 0,032(m). åx3 : toång heä soá toån thaát cuïc boä. v3 : vaän toác doøng nhaäp lieäu trong oáng daãn Vaän toác doøng nhaäp lieäu trong oáng daãn :v2 = 1,059 (m/s) Xaùc ñònh heä soá ma saùt trong ñöôøng oáng : Chuaån soá Reynolds : Re2 = 77226,631 > 4000: cheá ñoä chaûy roái Ñoä nhaùm: e = 0,0002 Chuaån soá Reynolds giôùi haïn: Regh = 6(d1/e)8/7 = 1982,191 Chuaån soá Reynolds khi baét ñaàu xuaát hieän vuøng nhaùm: Ren = 220(d1/e)9/8 = 66383,120 Vì Re > Ren Þ cheá ñoä chaûy roái öùng vôùi vuøng nhaùm. AÙp duïng coâng thöùc (II.64), trang 379, [5]: l3== 0,032 Xaùc ñònh toång heä soá toån thaát cuïc boä : Chöõ U : Tra baûng 9.5, trang 94, [1]: xU2 (1 choã) = 2,2 Ñöôøng oáng coù (9 – 1) = 8 chöõ U Þ xU2 = 2,2. 8 = 17,6 Ñoät thu : Tra baûng II.16, trang 382, [5]: Khi = 0,160 thì xñoät thu 3 (1choã) = 0,458 Coù 1 choã ñoät thu Þ xñoät thu 3 = 0,458 Ñoät môû : Tra baûng II.16, trang 382, [5]: Khi = 0,160 thì xñoät môû 3 (1choã) = 0,708 Coù 1 choã ñoät môû Þ xñoät môû 3 = 0,708 Neân: åx3 = xU3 + xñoât thu 3 + xñoät môû 3 = 18,766 Vaäy: = 2,640 (m) Chieàu cao boàn cao vò: 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 Bernoulli cho (1-1) vaø (2-2): z1 + + = z2 + + +åhf1-2 Û z1 = z2 + +åhf1-2 Trong ñoù: 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 maët ñaát ñeán vò trí nhaäp lieäu: z2 = hchaân ñôõ + hñaùy + (nttC – 1)Dh + 0,4 = 0,4 + 0,4 + (31 – 1)0,4 + 0,5 = 13,3 (m) P1 : aùp suaát taïi maët thoaùng (1-1), choïn P1 = 1 at = 9,81.104 (N/m2) P2 : aùp suaát taïi maët thoaùng (2-2) Xem DP = P2 – P1 = nttL .DPL = 40. 577,638 = 23105,533 (N/m2) v1 : vaän toác taïi maët thoaùng (1-1), xem v1 = 0 (m/s). v2 : vaän toác taïi vò trí nhaäp lieäu, v2 = vF = 0,167 (m/s). åhf1-2 : toång toån thaát trong oáng töø (1-1) ñeán (2-2): åhf1-2 = h1 + h2 + h3 = 6,002 Vaäy: Chieàu cao boàn cao vò: Hcv = z2 + +åhf1-2 = 13,3 ++ 6,015 = 21,676 (m) Choïn Hcv = 25 (m). BÔM : Naêng suaát: Nhieät ñoä doøng nhaäp lieäu laø tF = 27oC. Taïi nhieät ñoä naøy thì: Khoái löôïng rieâng cuûa nöôùc: rN = 996,42 (kg/m3) Khoái löôïng rieâng cuûa axit: rA = 1040,65 (kg/m3) Neân: Þ rF = 1026,974 (kg/m3) Ñoä nhôùt cuûa nöôùc: mN = 8,56.10-4 (N.s/m2) Ñoä nhôùt cuûa axit: mA = 1,18.10-3 (N.s/m2) Neân: lgmF = xFlgmN + (1 – xF)lgmA = 0,588.lg(8,56.10-4) + (1 - 0,588)lg(1,18.10-3) = -3,011 Þ mF = 9,753.10-4 (N.s/m2) Suaát löôïng theå tích cuûa doøng nhaäp lieäu ñi trong oáng: = 2,921 (m3/h) Vaäy: choïn bôm coù naêng suaát Qb = 3 (m3/h) Coät aùp: 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 Bernoulli cho (1-1) vaø (2-2): z1 + + + Hb = z2 + + +åhf1-2 Trong ñoù: z1: ñoä cao maët thoaùng (1-1) so vôùi maët ñaát, choïn z1 = 1m. z2: ñoä cao maët thoaùng (2-2) so vôùi maët ñaát, z2 = Hcv = 25m. 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 : toång toån thaát trong oáng töø (1-1) ñeán (2-2). Hb : coät aùp cuûa bôm. Tính toång trôû löïc trong oáng: Choïn ñöôøng kính trong cuûa oáng huùt vaø oáng ñaåy baèng nhau: dtr = 50 (mm) Tra baûng II.15, trang 381, [5] Þ Ñoä nhaùm cuûa oáng: e = 0,2 (mm) = 0,0002 (m) (aên moøn ít) Toång trôû löïc trong oáng huùt vaø oáng ñaåy åhf1-2 = Trong ñoù: lh : chieàu daøi oáng huùt. Chieàu cao huùt cuûa bôm: Tra baûng II.34, trang 441, [5] Þ hh = 4,3 (m) Þ Choïn lh = 6 (m). lñ : chieàu daøi oáng ñaåy, choïn lñ = 20 (m). åxh : toång toån thaát cuïc boä trong oáng huùt. åxñ : toång toån thaát cuïc boä trong oáng ñaåy. l : heä soá ma saùt trong oáng huùt vaø oáng ñaåy. vF : vaän toác doøng nhaäp lieäu trong oáng huùt vaø oáng ñaåy (m/s). = 0,424 (m/s) Xaùc ñònh heä soá ma saùt trong oáng huùt vaø oáng ñaåy : Chuaån soá Reynolds : = 22344,356 > 4000 : cheá ñoä chaûy roái Chuaån soá Reynolds tôùi haïn: Regh = 6(dtr/e)8/7 = 3301,065 Chuaån soá Reynolds khi baét ñaàu xuaát hieän vuøng nhaùm: Ren = 220(dtr/e)9/8 = 109674,381 Vì Regh < ReF < Ren Þ cheá ñoä chaûy roái öùng vôùi khu vöïc quaù ñoä. AÙp duïng coâng thöùc (II.64), trang 379, [5]: l == 0,032 Xaùc ñònh toång toån thaát cuïc boä trong oáng huùt : Choã uoán cong : Tra baûng II.16, trang 382, [5]: Choïn daïng oáng uoán cong 90o coù baùn kính R vôùi R/d = 2 thì xu1 (1 choã) = 0,15. OÁng huùt coù 2 choã uoán Þ xu1 = 0,15. 2 = 0,3 Van : Tra baûng 9.5, trang 94, [1]: Choïn van caàu vôùi ñoä môû hoaøn toaøn thì xv1 (1 caùi) = 10. OÁng huùt coù 1 van caàu Þ xv1 = 10 Neân: åxh = xu1 + xv1 = 10,3 Xaùc ñònh toång toån thaát cuïc boä trong oáng ñaåy : Choã uoán cong : Tra baûng II.16, trang 382, [5]: Choïn daïng oáng uoán cong 90o coù baùn kính R vôùi R/d = 2 thì xu2 (1 choã) = 0,15. OÁng ñaåy coù 4 choã uoán Þ xu2 = 0,15. 4 = 0,6 Van : Tra baûng 9.5, trang 94, [1]: Choïn van caàu vôùi ñoä môû hoaøn toaøn thì xv2 (1 caùi) = 10. OÁng ñaåy coù 1 van caàu Þ xv2 = 10 Vaøo boàn cao vò : xcv = 1 Neân: åxñ = xu1 + xv1 + xcv = 11,6 Vaäy: åhf1-2 == 0,353 (m) Tính coät aùp cuûa bôm: Hb = (z2 – z1) + åhf1-2 = (25 – 1) + 0,353 = 24,353 (m) Coâng suaát: Choïn hieäu suaát cuûa bôm: hb = 0,8. Coâng suaát thöïc teá cuûa bôm: Nb = = 255,572 (W) = 0,343 (Hp). Keát luaän: Ñeå ñaûm baûo thaùp hoaït ñoäng lieân tuïc ta choïn 2 bôm li taâm loaïi XM, coù: Naêng suaát: Qb = 3 (m3/h) Coät aùp: Hb = 24,353 (m) Coâng suaát: Nb = 0,343 (Hp) Chöông 6 AN TOAØN vaø TÖÏ ÑOÄNG HOÙA AN TOAØN LAO ÑOÄNG : Phoøng choáng chaùy noå: Taát caû caùc chaát loûng ñeàu coù khaû naêng bay hôi vaø nhieät ñoä bay hôi phuï thuoäc vaøo nhieät ñoä soâi cuûa noù. Söï chaùy khi naøo cuõng xaûy ra trong pha hôi vaø treân beà maët thoaùng cuûa chaát loûng. Sau khi ñaõ bay hôi thì söï chaùy vaø caùc yeáu toá aûnh höôûng ñeán quaù trình ñeàu gioáng nhö söï chaùy cuûa hôi, khí. Khaû naêng chaùy cuûa chaát loûng coù theå xaùc ñònh baèng caùc thoâng soá khaùc nhau nhö nhieät ñoä buøng chaùy, nhieät ñoä boác chaùy, nhieät ñoä töï boác chaùy hoaëc giôùi haïn noå, nhöng hay duøng nhaát laø nhieät ñoä buøng chaùy. Chaát loûng caøng deã chaùy thì nhieät ñoä buøng chaùy caøng thaáp vaø nhieät ñoä boác chaùy caøng gaàn nhieät ñoä buøng chaùy. Axit axetic laø chaát coù nhieät ñoä boác chaùy laø 35oC ôû aùp suaát khí quyeån. Nhöõng nguyeân nhaân gaây chaùy noå tröïc tieáp: Nhö tabieát, moät ñaùm chaùy xuaát hieän caàn coù 3 yeáu toá: ñoù laø chaát chaùy, chaát oxy hoùa vôùi tyû leä xaùc ñònh giöõa chuùng vôùi moài baét chaùy. Moài baét chaùy trong thöïc teá cuõng raát phong phuù. Seùt laø hieän töôïng phoùng ñieän giöõa caùc ñaùm maây coù tích ñieän traùi daáu hoaëc giöõa ñaùm maây vôùi maët ñaát. Ñieän aùp giöõa ñaùm maây vôùi maët ñaát coù theå ñaït haøng trieäu hay haøng traêm trieäu voân. Nhieät ñoä do seùt ñaùnh raát cao, haøng chuïc nghìn ñoä, vöôït quaù xa nhieät ñoä töï baét chaùy cuûa caùc chaát chaùy ñöôïc. Hieän töôïng tónh ñieän: tónh ñieän sinh ra do söï ma saùt giöõa caùc vaät theå. Hieän töôïng naøy raát hay gaëp khi bôm roùt (thaùo, naïp) caùc chaát loûng nhaát laø caùc chaát loûng coù chöùa nhöõng hôïp chaát coù cöïc nhö xaêng, daàu,… Hieän töôïng tónh ñieän taïo ra moät lôùp ñieän tích keùp traùi daáu. Khi ñieän aùp giöõa caùc lôùp ñieän tích ñaït tôùi moät giaù trò nhaát ñònh seõ phaùt sinh tia löûa ñieän vaø gaây chaùy. Moài chaùy cuõng coù theå sinh ra do hoà quang ñieän, do chaäp maïch ñieän, do ñoùng caàu dao ñieän. Naêng löôïng giaûi phoùng ra cuûa caùc tröôøng hôïp treân thöôøng ñuû ñeå gaây chaùy nhieàu hoãn hôïp. Tia löûa ñieän laø moài khaù phoå bieán trong moïi lónh vöïc söû duïng ñieän. Tia löûa coù theå sinh ra do ma saùt, va ñaäp giöõa caùc vaät raén. Trong coâng nghieäp hay duøng caùc thieát bò coù nhieät coù nhieät ñoä cao, ñoù laø caùc moài baét chaùy thöôøng xuyeân nhö loø ñoát, loø nung; caùc thieát bò naøy hay söû duïng caùc nhieân lieäu nhö than, saûn phaåm daàu moû, caùc loaïi khí chaùy töï nhieân, nhaân taïo; do ñoù neáu thieát bò hôû maø khoâng phaùt hieän ñöôïc ñeå xöû lyù kòp thôøi seõ gaây chaùy noå nguy hieåm. Ñoâi khi chaùy noå xaûy ra do ñoä beàn cuûa thieát bò khoâng ñaûm baûo, chaúng haïn aùp suaát trong bình khí neùn coù theå gaây noå neáu nhö ñoä beàn cuûa bình khoâng ñaûm baûo. Trong saûn xuaát neáu nhieät ñoä gia nhieät cuûa moät chaát chaùy naøo ñoù lôùn hôn nhieät ñoä buøng chaùy cuõng gaây ra chaùy, noå. Moät soá chaát khi tieáp xuùc vôùi nöôùc nhö cacbua canxi (CaC2) gaây chaùy noå; nhieàu chaát khi tieáp xuùc vôùi ngoïn löûa traàn hay taøn löûa raát deã gaây chaùy noå, chaúng haïn nhö thuoác noå clorat kali (KClO3)… Nhieàu khi chaùy noå xaûy ra do ngöôøi saûn xuaát thao taùc khoâng ñuùng quy trình, chaúng haïn duøng chaát deã chaùy ñeå nhoùm loø gaây chaùy, khoâng thöïc hieän ñuùng trình töï thao taùc… Coù theå thaáy raèng nguyeân nhaân chaùy noå raát ña daïng töø thieát keá, coâng ngheä, quaûn lyù, thanh tra, kieåm tra trong saûn xuaát. Caùc bieän phaùp phoøng choáng chaùy noå: Ngoïn löûa traàn: Ñoâi khi ngöôøi ta vaãn söû duïng ngoïn löûa traàn (khoâng che chaén kín) ñeå chöng caát caùc chaát loûng deã chaùy. Nhöõng vuï chaùy noå thöôøng xuyeân xaûy ra vôùi caùc thieát bò kieåu naøy laø baèng chöùng veà söï nguy hieåm cuûa chuùng. Moät maët, nguy cô chaùy noå coù theå xuaát hieän trong quaù trình roùt naïp chaát loûng hoaëc do thieát bò chöùa chaát loûng khoâng kín. Maët khaùc coù nguy cô laø hôi chöng caát boác leân vaø laéng xuoáng phía döôùi tieáp xuùc vôùi löûa. Khi laøm vieäc vôùi ngoïn löûa traàn phaûi thöôøng xuyeân kieåm tra ñoä kín cuûa caùc oáng daãn khí (hoaëc hôi) baèng caùch duøng dung dòch cuûa chaát coù boït (nhö dung dòch xaø phoøng) pheát leân caùc choã caàn kieåm tra ñeå phaùt hieän xem khí (hoaëc hôi) coù roø ræ ra ngoaøi khoâng. Chæ ñöôïc thöïc hieän caùc coâng vieäc haøn hoaëc caùc coâng vieäc coù söû duïng ngoïn löûa traàn trong nhöõng daây chuyeàn saûn xuaát coù nguy hieåm chaùy noå neáu ñöôùc söï ñoàng yù vaø cho pheùp cuûa caáp thaåm quyeàn baèng vaên baûn chính thöùc, ñoàng thôøi phaûi thöïc hieän caùc bieän phaùp phoøng choáng chaùy noå thích hôïp. Trong tröôøng hôïp caàn thieát phaûi coù ñoäi cöùu hoûa tröïc taïi choã. Hoaït ñoäng cuûa xe, maùy coù ñoäng cô ñieän: Hoaït ñoäng cuûa caùc xe, maùy coù chaïy baèng ñoäng cô ñieän phaûi ñöôïc quy ñònh ñaëc bieät. Caùc xe, maùy naøy khoâng ñöôïc hoaït ñoäng trong khu vöïc nguy hieåm vaø neáu hoaït ñoäng gaàn ñoù thì phaûi giöõ moät khoaûng caùch an toaøn laø 10m (ñoái vôùi khu vöïc coù khi deã chaùy thì khoaûng caùch an toaøn laø 20m). Nhöõng khu vöïc nguy hieåm ôû ñaây laø nhöõng khu vöïc coù khaû naêng xuaát hieän hoãn hôïp deã chaùy noå giöõa khí, hôi hoaëc buïi vôùi khoâng khí, ví duï nhöõng khu vöïc kho coù chaát deã chaùy noå, nhöõng khu vöïc coù thao taùc pha troän, roùt, naïp caùc khí vaø chaát loûng deã chaùy noå. Ñoái vôùi nhöõng khu vöïc chæ löu giöõ löôïng nhoû khí hoaëc chaát loûng deã chaùy (ví duï 10 bình khí côõ nhoû) thì khoâng caàn giöõ khoaûng caùch an toaøn treân. Xung quanh caùc khu vöïc coù nguy hieåm chaùy noå phaûi coù bieån caûnh baùo ñaët ôû vò trí deã thaáy. Huùt thuoác laù, baät dieâm, ñoát löûa: Leänh caám huùt thuoác laù phaûi ñöôïc tuaân thuû tuyeät ñoái trong caùc khu vöïc coù nguy hieåm chaùy noå. Maët khaùc caàn quy ñònh nhöõng nôi ñöôùc pheùp huùt thuoác laù vaø neáu coù ñieàu kieän thì boá trí caùc phoøng ñöôïc pheùp huùt thuoác laù. Vieäc khoâng coù hoaëc coù quaù ít caùc phoøng ñöôïc pheùp huùt thuoác laù coù theå daãn ñeán söï vi phaïm leänh caám huùt thuoác vôùi nhöõng haäu quaû raát naëng. Caùc haønh ñoäng baät dieâm, ñoát löûa cuõng phaûi ñöôc caám hoaøn toaøn. Caùc thieát bò ñieän: Trong nhöõng khu vöïc coù nguy hieåm noå, caùc thieát bò ñieän phaûi ñöôïc thieát keá laép ñaët sao cho: Nhieät ñoä cao nhaát cuûa caùc phaàn thieát bò ñieän luoân thaáp hôn nhieät ñoä buøng chaùy cuûa hoãn hôïp nguy hieåm. Caùc boä phaän coù phaùt ra tia löûa ñieän ñeàu ñöôïc baûo veä che chaén. Caùc nguoàn gaây taùc nhaân chaùy khaùc: Tia löûa do haøn ñieän, maøi hoaëc va ñaäp. Tónh ñieän. Caùc khí vaø hôi coù nhieät ñoä buøng chaùy thaáp coù theå seõ boác chaùy khi gaëp caùc vaät theå noùng. Caùc phaûn öùng toûa nhieät coù theå trôû neân nguoàn taùc nhaân ñoát noùng vaø gaây chaùy nguy hieåm neáu nhieät ñoä phaûn öùng taêng quaù cao. An toaøn ñieän: Caùc nguyeân nhaân gaây ra tai naïn ñieän : Tai naïn ñieän giaät xaûy ra khi cô theå con ngöôøi tieáp xuùc vôùi 2 ñieån ñieän theá khaùc nhau khieán cho moät doøng ñieän chaïy qua cô theå. Coù theå xaûy ra caùc tình huoáng sau: Chaïm vaøo 2 daây ñieän trong maïng ñieän: Ñoái vôùi maïng ñieän 3 pha neáu cuøng chaïm vaøo 2 daây noùng cô theå seõ chòu moät ñieän aùp daây, neáu chaïm vaøo 1 daây noùng vaø 1 daây nguoäi cô theå seõ chòu ñieän aùp pha. Ñieän aùp daây coù giaù trò baèng 1,73 laàn ñieän aùp pha neân möùc ñoä nguy hieåm cuõng cao hôn. Chaïm moät daây noùng trong maïng 3 pha trung tính noái ñaát (maïng sao): Neáu cô theå khoâng caùch ñieän vôùi ñaát seõ chòu moät ñieän aùp pha. Chaïm moät daây noùng trong maïng 3 pha trung tính khoâng noái ñaát (maïng tam giaùc): Doøng ñieän qua cô theå phuï thuoäc giaù trò ñieän trôû roø vaø ñieän dung kyù sinh cuûa maïng. Roø ñieän ra voû thieát bò: Voû thieát bò, ñoäng cô,… thöôøng khoâng mang ñieän. Khi chaát löôïng caùch ñieän giaûm hay daây daãn ñieän cuûa thieát bò chaïm voû seõ laøm voû thieát bò mang ñieän (töông töï nhö moät daây noùng trong maïng ñieän), neáu ngöôøi chaïm vaøo voû thieát bò seõ bò ñieän giaät. Do ñieän aùp böôùc: Do phoùng ñieän cao aùp: Do hoà quang: Caùc bieän phaùp kyõ thuaät ñeà phoøng tai naïn ñieän : Noái ñaát baûo veä. Noái ñaát trung tính (coøn goïi laø noái khoâng). Noái ñaúng theá. Duøng ñieän aùp thaáp. Bieán aùp caùch ly. Caét ñieän baûo veä. Caùch ñieän. Ngaên chaën vaø che chaén. TÖÏ ÑOÄNG HOÙA : Töï ñoäng hoùa laø moät vaán ñeà raát quan troïng trong saûn xuaát hieän nay. Noù seõ giuùp tieát kieäm nhaân coâng vaø cho naêng suaát cao hôn. Trong heä thoáng chöng caát Nöôùc – Axit axetic naøy, ta caàn phaûi töï ñoäng hoùa trong caùc khaâu sao: Nhaäp lieäu. Hoaøn löu. Cung caáp hôi ñoát vaø nöôùc laøm laïnh Ñoàng thôøi phaûi coù heä thoáng an toaøn, töï ñoäng ñoùng ngaét khi coù söï coá xaûy ra. Chöông 7 TÍNH KINH TEÁ Löôïng theùp X18H10T caàn duøng: M1 = 71mmaâm + mthaân + 2mñaùy(naép) = 7730,671 (kg) Löôïng theùp CT3 caàn duøng: M2 = 32mbích noái thaân + 4. 2. mbích gheùp oáng loûng + 2. 2. mbích gheùp oáng hôùi + 4. mchaân ñôõ + 4. mtai treo + 4. mtaám loùt = 3322,338 (kg) Soá buloâng caàn duøng: n = 16. 40 + 4. 4 + 2. 8 = 672 (caùi) Chieàu daøi oáng 38 x 3mm: L1 = 1657. 6 + 57 + 61. 6 + 45 + 27 = 10437 (m) Chieàu daøi oáng 57 x 3mm: L2 = 57 + 45 + 27 = 129 (m) Chieàu daøi oáng 80mm: Choïn toång chieàu daøi oáng hoaøn löu, oáng daãn loûng vaøo noài ñun, oáng daãn loûng ra khoûi noài ñun vaø oáng daãn saûn phaåm ñænh vaøo thieát bò trao ñoåi nhieät laø 30m. L3 = 30 + 30 = 60 (m) Chieàu daøi oáng 150mm: Choïn toång chieàu daøi oáng hôi ôû ñænh thaùp vaø oáng hôi ôû ñaùy thaùp laø L4 = 10m. Chieàu daøi oáng 50mm: Choïn toång chieàu daøi oáng chaûy traøn vaø oáng xaû ñaùy töø boàn cao vò laø 50m. L5 = 2. 6 + 20 + 50 = 82 (m) Kính quan saùt: ñöôøng kính laø 180mm, daøy 20mm S = . 0,182 = 0,025 (m2) Choïn 2 kính quan saùt Þ S = 2. 0,025 = 0,051 (m2) Bôm ly taâm: choïn 2 bôm ly taâm Þ Nb = 2. 0,343 = 0,685 (Hp) Cuùt inox 38 x 3mm: n = (18 + 14 + 8).2 = 80 (caùi) Cuùt inox 57 x 3mm: n = (18 + 14 + 8).2 = 80 (caùi) Vaät lieäu Soá löôïng Ñôn giaù Thaønh tieàn (ñ) Theùp X18H10T 7730,671 (kg) 50000 (ñ/kg) 386533562 Theùp CT3 3322,338 (kg) 10000 (ñ/kg) 33223379 Buloâng 672 (caùi) 5000 (ñ/caùi) 3360000 Vaät lieäu caùch nhieät 1,998 (m3) 4000000 (ñ/m3) 7993230 OÁng daãn 38 x 3mm 10437 (m) 50000 (ñ/m) 521850000 OÁng daãn 57 x 3mm 129 (m) 100000 (ñ/m) 12900000 OÁng 80mm 60 (m) 100000 (ñ/m) 6000000 OÁng 150mm 10 (m) 100000 (ñ/m) 1000000 OÁng 50mm 82 (m) 100000 (ñ/m) 8200000 Kính quan saùt 0,051 (m2) 250000 (ñ/m2) 12723 Bôm ly taâm 0,685 (Hp) 700000 (ñ/Hp) 479626 AÙp keá töï ñoäng 1 (caùi) 600000 (ñ/caùi) 600000 Nhieät keá ñieän trôû töï ghi 3 (caùi) 200000 (ñ/caùi) 600000 Löu löôïng keá (³ 50mm) 2 (caùi) 1500000 (ñ/caùi) 3000000 Van inox 50mm 5 (caùi) 150000 (ñ/caùi) 750000 Van inox 80mm 6 (caùi) 150000 (ñ/caùi) 900000 Racco inox 50mm 5 (caùi) 150000 (ñ/caùi) 750000 Racco inox 80mm 2 (caùi) 150000 (ñ/caùi) 300000 Cuùt inox 38 x 3mm 80 (caùi) 15000 (ñ/caùi) 1200000 Cuùt inox 57 x 3mm 80 (caùi) 30000 (ñ/caùi) 2400000 Cuùt inox 80mm 14 (caùi) 30000 (ñ/caùi) 420000 Cuùt inox 150mm 3 (caùi) 30000 (ñ/caùi) 90000 Cuùt inox 50mm 10 (caùi) 30000 (ñ/caùi) 300000 T inox 50 3 (caùi) 30000 (ñ/caùi) 90000 Toång chi phí vaät tö 992.952.521 Vaäy toång chi phí vaät tö laø 1 tyû ñoàng. Xem tieàn coâng cheá taïo baèng 200% tieàn vaät tö. Vaäy: toång chi phí laø 3 tyû ñoàng. LÔØI KEÁT Vôùi heä thoáng chöng caát Nöôùc – Axit axetic duøng thaùp maâm xuyeân loã nhö ñaõ thieát keá, ta thaáy beân caïnh nhöõng öu ñieåm cuõng coøn coù nhieàu nhöôïc ñieåm. Thieát bò coù öu ñieåm laø naêng suaát vaø hieäu suaát cao nhöng thieát bò coøn raát coàng keành, ñoøi hoûi phaûi coù söï vaän haønh vôùi ñoä chính xaùc cao. Beân caïnh ñoù, khi vaän haønh thieát bò naøy ta cuõng phaûi heát söùc chuù yù ñeán vaán ñeà an toaøn lao ñoäng ñeå traùnh moïi ruûi ro coù theå xaûy ra, gaây thieät haïi veà ngöôøi vaø cuûa. TAØI LIEÄU THAM KHAÛO Traàn Huøng Duõng – Nguyeãn Vaên Luïc – Hoaøng Minh Nam – Vuõ Baù Minh, “Quaù trình vaø Thieát bò trong Coâng Ngheä Hoùa Hoïc – Taäp 1, Quyeån 2: Phaân rieâng baèng khí ñoäng, löïc ly taâm, bôm, quaït, maùy neùn. Tính heä thoáng ñöôøng oáng”, Nhaø xuaát baûn Ñaïi hoïc Quoác gia TpHCM, 1997, 203tr. Voõ Vaên Bang – Vuõ Baù Minh, “Quaù trình vaø Thieát bò trong Coâng Ngheä Hoùa Hoïc – Taäp 3: Truyeàn Khoái”, Nhaø xuaát baûn Ñaïi hoïc Quoác gia TpHCM, 2004, 388tr. Phaïm Vaên Boân – Nguyeãn Ñình Thoï, “Quaù trình vaø Thieát bò trong Coâng Ngheä Hoùa Hoïc – Taäp 5: Quaù trình vaø Thieát bò Truyeàn Nhieät”, Nhaø xuaát baûn Ñaïi hoïc Quoác gia TpHCM, 2002, 372tr. Phaïm Vaên Boân – Vuõ Baù Minh – Hoaøng Minh Nam, “Quaù trình vaø Thieát bò trong Coâng Ngheä Hoùa Hoïc – Taäp 10: Ví duï vaø Baøi taäp”, Nhaø xuaát baûn Ñaïi hoïc Quoác gia TpHCM, 468tr. Taäp theå taùc giaû, “Soå tay Quaù trình vaø Thieát bò Coâng ngheä Hoùa chaát – Taäp 1”, Nhaø xuaát baûn Khoa hoïc Kyõ thuaät Haø Noäi, 1999, 626tr. Taäp theå taùc giaû, “Soå tay Quaù trình vaø Thieát bò Coâng ngheä Hoùa chaát – Taäp 2”, Nhaø xuaát baûn Khoa hoïc Kyõ thuaät Haø Noäi, 1999, 447tr. Hoà Leâ Vieân, “Thieát keá vaø Tính toaùn caùc thieát bò hoùa chaát”, Nhaø xuaát baûn Khoa hoïc vaø Kyõ thuaät, Haø Noäi, 1978, 286tr. Nguyeãn Minh Tuyeån, “Cô sôø Tính toaùn Maùy vaø Thieát bò Hoùa chaát – Thöïc phaåm”, Nhaø xuaát baûn Khoa hoïc vaø Kyõ thuaät, Haø Noäi, 1984, 134tr. Traàn Höõu Queá, “Veõ kyõ thuaät cô khí – Taäp 1”, Nhaø xuaát baûn Ñaïi hoïc vaø Giaùo duïc chuyeân nghieäp, 1991, 160tr. Phaïm Ñình Trò, “380 phöông thöùc ñieàu cheá vaø öùng duïng hoùa hoïc trong saûn xuaát vaø ñôøi soáng”, Nhaø xuaát baûn TpHCM, 1988, 144tr. Nguyeãn Theá Ñaït, “Khoa hoïc kyõ thuaät baûo hoä lao ñoäng vaø moät soá vaán ñeà veà moâi tröôøng”, Nhaø xuaát baûn Khoa hoïc vaø Kyõ thuaät, Haø Noäi, 2005, 283tr. Theá Nghóa, “Kyõ thuaät an toaøn trong saûn xuaát vaø söû duïng hoùa chaát ”, Nhaø xuaát baûn Khoa hoïc Kyõ thuaät, 2000, 299tr.