Tài liệu ĐỒ ÁN" Thiết kế tháp đệm chưng luyện liên tục hổn hợp CH3COOH và H20 pdf

ĐỒ ÁN QT&TBCNHH SVTH:NGUYỄN ANH TUẤN
GVHD:TRẦN XUÂN NGẠCH Trang1

Axít CH
3
OOH là một tronh những hợp phần không thể thiếu trông công
nghệ thực phẩm cũng như trong một số ngành công nghiệp khác, CH
3
COOH
cũng chiếm một vai trò quan trọng trong cuộc sống.
Để sản xuất axit CH
3
COOH thì có nhiều phương pháp khác nhau nhưng
trong công nghiệp thực phẩm thì nó được sản xuất bằng phương pháp lên men
bởi tác nhân vi sinh vật. Để thu được CH
3
COOH tinh khiết có thể thực hiện
bằng nhiều phương pháp khác nhau nhưng như các phương pháp hoá học, hoá
lý…trong công nghiệp để thu được lượng lớn CH
3
COOH với độ tinh khiết theo
yêu cầu thì người ta thường sửdụng phương pháp chưng cất.
Có nhiều phương pháp chưng cất khác nhau nhưng trong công nghiệp thực
phẩm thường sử dụng phương pháp chưng cất liên tục.
Nguyên tắc phương pháp là dựa vào nhiệt độ bay hơi khác nhau của các cấu
tử trong hổn hợp.Về thiết bị thì có nhiều loại khác nhau, tuỳ thuộc vào yêu cầu
công nghệ mà người ta ch
ọn loại thiết bị phù hợp.Trông công nghệ thực phẩm
thiết bị chưng cất thường dùng là thiết bị loại tháp.
Nội dung của đồ án này là tính toán thiết kế tháp đệm chưng luyện liên tục
hổn hợp hai cấu tử là CH

3
COOH và H
2
O.
Các số liệu ban đầu :
Năng suất theo hổn hợp đầu: 1800(l/h).
Nồng độ hổn hợp đầu là: 75%.
Nồng độ sản phẩm đỉnh là : 90%.
Nồng độ sản phẩm đáy là: 10%.
(Các số liệu trên được cho theo cấu tử dể bay hơi)

ĐỒ ÁN QT&TBCNHH SVTH:NGUYỄN ANH TUẤN
GVHD:TRẦN XUÂN NGẠCH Trang2

(4)
Håi âäút
(3)
(6)
(5)
(8)
(1)
(2)
(F)
(P)
Næåïc ngæng

(7)
H
2
O
H
2
O
S
Å

Â
ÄÖ TÄØNG QUAÏT D
Á
Y CHUYÃÖN CÄNG
ÃÛ
(9)
H
2
O
ĐỒ ÁN QT&TBCNHH SVTH:NGUYỄN ANH TUẤN
GVHD:TRẦN XUÂN NGẠCH Trang3
Chuong 1
TÍNH TOÁN CÔNG NGHỆ
1.Cân bằng vật liệu.
Phương pháp cân bằng vật liệu cho toàn tháp
G
F
= G
p
+G

w
(kg/h).
G
F
: lưu lượng hổn hợp đầu.
G
p
:lưu lượng hổn hợp đỉnh.
G
w
:lưu lượng sản phẩm đáy.
Cân bằng vật liệu cho cấu tử dể bay hơi
G
F
.x
F
= G
P
.x
p
+G
w
.x
w
(kg/h).
x
F
:phần mol hổn hợp đầu.
x
p

:phần mol sản phẩm đỉnh.
x
w
:phần mol sản phẩm đáy
Theo giả thiết ta có :
a
F
= 0,75: nồng độ của hổn hợp đầu (phần mol).
a
p
= 0,9:nồng độ của sản phẩm đỉnh (phần mol).
a
w
=0,1:nồng độ phần mol khối lượng sản phẩm đáy.
Suy ra các giá trị của x
F
, x
p
, x
w
:

x
F
=
M
a
M
M
A

F
OH
OH
a
a
F
F
)1(
2
2
−
+
=
60
25,0
18
75,0
18
75,0
+
= 0,91


M
O
H
2
:phân tử lượng của nước.
M
A

= 60 :Phân tử lượng của CH
3
COOH.

x
p
=
60
1
18
18
aa
a
PP
P
−
+
=
60
1,0
18
9,0
18
9,0
+
= 0,968

x
w
=

60
1
18
18
aa
a
WW
W
−
+
=
60
9,0
18
1,0
18
1,0
+
= 0, 27

Lượng sản phẩm đỉnh: (kg/h)
G
p
= G
F
.
aa
aa
wp
wF

−
−
=1853,1.
1,09,0
1,075,0
−
−
= 1505,64
Lượng sản phẩm đáy là: (kg/h)
G
w
=G
F
- G
p
= 1853,1-1505,64 = 347,46
Gọi :M là phân tử lượng trung bình của hổn hợp (Kmol/Kg)
M =x
F
.
M
O
H
2
+(1-x
F
).M
A
=0,91.18 + 0,09.60 = 21,78.
F: lượng hổn hợp đầu (Kmol/h)

ĐỒ ÁN QT&TBCNHH SVTH:NGUYỄN ANH TUẤN
GVHD:TRẦN XUÂN NGẠCH Trang4
P:lượng sản phẩm đỉnh
W:Lượng sản phẩm đáy.
F =
M
G
F
=
78,21
1,1853
= 85,08
P =F.
xx
xx
wp
wF
−
−
= 85,08.
27,0968,0
27,091,0
−
−
= 78,01
=> W = F-P = 85,05- 78,01 =7,07
2. Xác định chỉ số hồi lưu - số đĩa lý thuyết .
Gọi x: nồng độ cấu tử dể bay hơi trong pha lỏng
y: nồng độ cấu tử dể bay hơi trong pha hơi.
t: nhiệt độ sôi của hổn hợp hai cấu tử ở áo suất 760 mmHg

a(% khối lượng) x(phần mol) y(phần mol) Kg/h Kmol/h Nhiệt độ sôi
a
F
= 0,75 x
F
= 0,91 y
F
= 0.937 1853,1 85,08 100,6
a
p

= 0,9 x
p
= 0,968 y
p
= 0,9776 1505,64 78,01 100,2
a
w
= 0,1 x
w
=0,27 y
w
= 0,3884 347,46 7,07 108,28
Chỉ số hồi lưu thích hợp: R
OPT

R
OPT
= β.R

min

β: hệ số hiệu chỉnh ; β = (1,2 ÷ 2,5)
R
min
: chỉ số hồi lưư tối thiểu
Dựa vào bảng (IX. 2a, trang 148- T
2
) kết hợp với nội suy ta suy ra : y
F
= 0,937
là nồng độ cân bằng ứng giá trị x
F
= 0,91.
Suy ra chỉ số hồi lưu tối thiểu là:
R
min
=
x
y
y
x
F
F
p
p
−
−
= 148,1
91.0937,0

937,0968,0
=
−
−

R
min
= 1,148
Để xác định số đĩa lý thuyết của tháp bằng cách dựa vào phương trình đường
nồng độ làm việc của đoạn luyện và đoạn chung.
Pương trình làm việc của đoạn luyện:
y =
1
R
OPT
+
R
OPT
.x +
1+
R
OPT
P
x

Phương trình làm việc của đoạn chung :
X =
R
L
R

OPT
OPT
+
+1
.y +
R
L
OPT
L
+
−1
.
Với: L =
P
F
=
09,1
01,78
08,85
=

Mà: R
OPT
= β.R
min
: đặt B =
1+
OPT
p
R

x
ứng với mổi giá trị của βsẽ là một đĩa
lý thuyết N ở bảng sau



ĐỒ ÁN QT&TBCNHH SVTH:NGUYỄN ANH TUẤN
GVHD:TRẦN XUÂN NGẠCH Trang5

β
1,2 1,4 1,6 1,8 2,1 2,3 2,5
R
OPT
1,378 1,607 1,837 2,066 2,411 2,64 2,87
N 17 15 14 13 13 12 11
N(R+1) 38,048 39,105 39,718 39,858 44,343 43,68 42,57
B 0,407 0,371 0,341 0,316 0,284 0,266 0,25

Lập biểu đồ biểu diển sự phụ thuộc N(R+1) và R . Điểm cực tiểu của giá trị
N(R+1) ứng với R thích hợp nhất là R
x
= 1,378.
Tương ứng với R
x
=1,378 thì số đĩa lý thuyết :
Của tháp là 17 (đĩa)
Đoạn chưng 6 đĩa (11,3)
Đoạn luyện 11 đĩa (5,7)
Phương trình làm việc đoạn luyện
y = 0,579x + 0,407

Phương trình đường làm việc đoạn chưng
X = 0,964y + 0,036
3.Xác định số đĩa thực tế
Hiệu suất làm việc của tháp được tính theo biểu thức:
η=α.μ
η:hiệu suất của tháp (%).
α: độ bay hơi của h
ổn hợp.
μ:độ nhớt của hổn hợp: (10
-3
N.S/m
2
).
α=
x
x
y
y
−
−
1
.
1
(13-34- QT-TBCNHH II )
Vì hiệu suất thay đổi theo chiều cao tháp nên để xác định hiệu xuất của toàn
tháp ta xac định hiệu xuất trung của tháp.
Hiệu xuất trung bình của tháp được xác định:
η =
3
321

η
η
η
++
(%) (13-53-QH-TBVNHH II)
η1: hiệu suất đĩa trên cùng (%)
η2: hiệu suất đĩa tiếp liệu (%)
η3: hiệu suất đĩa dưới cùng (%)
a)Hiệu suất đĩa trên cùng:
Các số liệu đã có
X
p
=0,968 ; y
p
=0,9776 ; t
p
=100,2
o
C
Độ nhớt của CH
3
COOH ở nhiệt độ t
1
40
o
C là μ
1
=0,9 (10
-3
.N.S/m

3
)
ở nhiệt độ t
2
là μ
2
=0,56 (10
-3
.N.S/m
3
).
Độ nhớt của nước ở nhiệt độ θ
1
=24
o
C là 0,9, θ
2
=49
o
C là 0,56
Theo công thức páp lốp:
6,1
4924
8040
21
21
=
−
−
==

−
−
K
tt
θ
θ

Độ nhớt của CH
3
COOH ở nhiệt độ t
p
=100,2 là:
ĐỒ ÁN QT&TBCNHH SVTH:NGUYỄN ANH TUẤN
GVHD:TRẦN XUÂN NGẠCH Trang6
θ
3
= +
−
6,1
1
tt
p
θ
1
=
4,2
6,1
402,100
+
−

= 61,625 (
o
C)
Tra bảng độ nhớt của CH
3
COOH ta có
μ
2
100,2
= 0,4617 (10
-3
.N.S/m
3
)
Độ nhớt của H
2
O ở 100,2
o
C là : μ
1
100,2
=0,2835(10
-3
.N.S/m
3
)
Độ nhớt của hổn hợp ở 100,2
o
C là
lg μ

1
hh
=x
p
.lg μ
1
100,2
+(1-x
p
).lg μ
2
100,2
=0,968.lg0,2835 + 0,032lg0,4617
lg μ
1
hh
= -0,54067; μ
1
hh
= 0,288 (10
-3
.N.S/m
3
)
α
1
= 443,1
968,0
032,0
.

0224,0
9776,0
1
.
1
==
−
−
x
x
y
y
p
p
p
p

η
1
=α
1
. μ
1
hh
=1,443.0,288 = 0,4156
b)Hiệu suất của đĩa tiếp liệu
Độ nhớt của CH
3
COOH ở 100,6
o

C
μ
2
100,6
=0,455(10
-3
.N.S/m
3
)
Độ nhớt của nước ở 100,6
o
C là μ
1
100,6
= 0,283(10
-3
.N.S/m
3
)
Độ nhớt của hổn hợp ở 100,6
o
C là
lg μ
2
hh
=x
F
.lg μ
1
100,6

+(1-x
F
).lg μ
2
100,6
=0,91.lg0,283 + 0,09lg0,455
lg μ
2
hh
= -0,529 ;μ
2
hh
=0,296(10
-3
.N.S/m
3
)
α
2
= 47,1
91,0
09,0
.
063,0
937,0
1
.
1
==
−

−
x
x
y
y
F
F
F
F

η
2
=α
2
. μ
2
hh
=1,47.0,296 = 0,435
c)Hiệu suất của đĩa dưới cùng
Độ nhớt của CH
3
COOH ở 108,28
o
C
μ
2
108,28
=0,5304(10
-3
.N.S/m

3
)
Độ nhớt của nước ở 108,28
o
C là μ
1
100,6
= 0,2625(10
-3
.N.S/m
3
)
Độ nhớt của hổn hợp ở 108,28
o
C là
lg μ
3
hh
=x
w
.lg μ
1
108,28
+(1-x
w
).lg μ
2
108,28
=0,27.lg0,2625 + 0,73lg0,5304
lg μ

2
hh
= -0,5378 ;μ
2
hh
=0,4387(10
-3
.N.S/m
3
)
α
3
= 717,1
27,0
73,0
.
6116,0
3884,0
1
.
1
==
−
−
x
x
y
y
w
w

w
w

η
3
=α
3
. μ
3
hh
=1,717.0,4387 = 0,753
Vậy hiệu suất trung bình của tháp là:
η=
5345,0
3
4156,0435,0753,0
3
321
=
++
=
++
η
η
η

Từ đây ta tính được số đĩa thực tế là:
N
tt
= 8,31

5345,0
17
==
η
N
lt
(đĩa)
Như vậy số đĩa thực tế là 32 đĩa
Trong đó: Chưng :N
c
= 21 đĩa
Luyện: N
l
=11 đĩa
ĐỒ ÁN QT&TBCNHH SVTH:NGUYỄN ANH TUẤN
GVHD:TRẦN XUÂN NGẠCH Trang7
CHƯƠNG II
TÍNH KÍCH THƯỚCTHIẾT BỊ
I.Tính đường kính thiết bị: D
chưng
≥ D
luyện

Đường kính của thiết bị được xác định theo công thức
D = 0,0188.
W
.
y
y
tb

g
ρ
(m) (IX.90-sô tay T
II
)
Trong đó : g
tb
lượng hơi trung bình đi trong tháp
ρ
y
khối lượng riêng trung bình của pha hơi đi trong tháp (Kg/m
3
)
w
y
vận tốc trung bình của hơi đi trong tháp(m/s)
Vì lượng hơi và lượng lỏng thay đổi theo chiều cao tháp và khác nhau trong
mỗi đoạn của tháp nên phải tính lượng hơi lỏng cho từng đoạn.
1. Đường kính đoạn luyện.
g
tb
=
2
1
gg
d
+
(IX.91.ST-T
II
)

g
tb
: lượng hơi trung bình đi trong đoạn luyện (kg/h, kmol/h)
g
d
: lượng hơi đi ra khỏi điã trên cùng của đoạn luyện.
g
1
: lượng hơi đi vào đĩa dưới cùng của đoạn luyện.
a)Lượng hơi đi ra khỏi đỉnh tháp.
g
d
= G
R
+G
p
= G
p
(R
x
+1) (IX.92 ST-T
II
).
G
p
: lượng sản phẩm đỉnh (kg/h,kmol/h).
G
R
: lượng chất lỏng hồi lưu (kg/h,kmol/h).
R

x
: Chỉ số hồi lưu.
Mà G
p
= 1505,64.2,378 = 3580,4 (kg/h).
b)Lượng hơi đi vào đoạn luyện.
Giữa lượng hơi g
1
hàm lượng hơi y
1
và lượng hơi G
1
đối với đĩa thứ nhất của
đoạn luyện được xác định theo hệ phương trình cân bằng vật liệu và cân bằng
nhiệt lượng sau:
g
1
=G
1
+G
p
(1)
g
1
.y
1
=G
1
.x
1

+G
p
.x
p
(2)
g
1
.r
1
=g
d
.r
d
(3)
trong đó: x
1
= x
F
= 0,91
r
1
ẩn nhiệt hoá hơi của hổn hợp đi vào đĩa thứ nhất của đoạn luyện
(Kcal/kg).
r
d
ẩn nhiệt hóa hơi của hổn hợp đi ra khỏi tháp (Kcal/kg)
r
1
=r
a

.y
1
+(1-y
1
).r
b
(đĩa thứ nhất)
r
d
= r
a
.y
d
+(1-y
1
).r
b
(đĩa trên cùng)
trong đó: r
a,
r
b
ẩn nhiệt hóa hơi của H
2
O và CH
3
COOH nguyên chất
y
d
nồng độ của H

2
O trong hổn hợp đầu.
y
1
hàm lượng hơi đối với đĩa 1 của đoạn luyện.
Dựa vào phương pháp nội suy xác định ẩn nhiệt hóa hơi của nước và của
CH
3
COOH ở các nhiệt độ khác nhau:
Ở 100
o
C r
1a
=539(kcal/kg)


Ở 140
o
C r
2a
=513(kcal/kg)


Ta có ở nhiệt độ t
F
=100,6
o
C (ứng với r
d
) ẩn nhiệt hóa hơi của nước là:

ĐỒ ÁN QT&TBCNHH SVTH:NGUYỄN ANH TUẤN
GVHD:TRẦN XUÂN NGẠCH Trang8
r
3a
= 539 - 0,65.0,6 = 538,61 (kcal/kg)
ở nhiệt độ t
p
=100,2
o
C (ứng với r
d
) ẩn nhiệt hóa hơi của nước là:
r
4a
= 539 - 0,65.0,2 = 538,87 (kcal/kg)
Ẩn nhiệt hóa hơi của CH
3
COOH : r
b
(kcal/kg)
Ở 100
o
C có r
1b
=97(kcal/kg)
Ở 140
o
C có r
2b
=94,4(kcal/kg)

Vậy với nhiệt độ t
F
=100,6 suy ra r
3b
=96,96 (kcal/kg)
Với t
p
=100,2 suy ra r
4b
= 96,98(kcal/kg)
Suy ra r
1
=538,61.y
1
+(1-y
1
).96,96
r
d
= 538,87.0,9776+0,0224.96,98 = 528,97
Giãi hệ 4 phương trình:
g
1
=G
1
+G
p
(1)
g
1

.y
1
=G
1
.x
1
+G
p
.x
p
(2)
g
1
.r
1
=g
d
.r
d
(3)
r
1
= 538,61.y
1
+(1-y
1
).96,96 (4)
Ta có: y
1
= 0,91 tương ứng: x

1
=0,87, t
1
=100,8
o
C
G
1
= 296,495(kmol/h)
g
1
= 218,485(kmol/h)
Lượng hơi trung bình đi trong đoạn luyện
g
tbl
= 066,4033
2
1
=
+
gg
d
(kg/h)
g
d
=189,031(kmol/h)
Lượng lỏng trung bình trong đoạn luyện
G
tbl
=

2
378,1.01,78495,296
2
.
1
+
=
+
R
GG
x
p

G
tbl
=202(kmol/h) = 2875,3(kg/h).
c) Vận tỗc hơi đi trong đoạn luyện
Vận tốc hơi được xác định theo công thức
Lg
⎥
⎥
⎥
⎦
⎤
⎢
⎢
⎢
⎣
⎡
)(

w
16,0
3
2
x
.


μ
μ
ρ
ρρ
n
x
g
xtb
d
ytbd
v
= A - 6,75.
)(
)(
8
1
4
1
.
ρ
ρ
x

tb
ytb
g
x
G
G
.
(Sổ tay II-IX.115)
Trong đó : A hằng số A= -0,125.
w
x
: vận tốc đặc pha (m/s).
ρ
d
:Bề mặt tự do của đệm (m
2
/m
3
).
V
d
: Thể tích tự do của đệm (m
3
/m
3
).
ρ
ytb
:khối lượng riêng trung bình của hơi.(kg/m
3

).
ρ
xtb
: Khối lượng riêng trung bình của lỏng (kg/m
3
).
μ
x
: Độ nhớt của hổn hợp lỏng ở điều kiện trung bình (N.S/m
2
).
μ
n
: Độ nhớt của nước ở 20
o
C (N.S/m
2
).
G
y
:Lượng hơi trung bình đi trong đoạn luyện (kg/h).
G
x
: Lượng lỏng trung bình đi trong doạn luyện (kg/h).
Chọn loại đệm vòng có kích thước chưa có và ρ
d
=310(m
2
/m
3

),
V
d
=0,71(m
3
/m
3
).
ĐỒ ÁN QT&TBCNHH SVTH:NGUYỄN ANH TUẤN
GVHD:TRẦN XUÂN NGẠCH Trang9
Xác định khối lượng riêng:
ρ
ytb
=
)4,100273.(4,22
273].60).1(18.[
+
−+
yy
tbltbl
(IX.102-ST T
II
).
với y
tbl
=
9573,0
2
9776,0937,0
2

1
=
+
=
+
yy
p

Suy ra : ρ
ytb
= 646,0
)4,100273.(4,22
273].60.0427,018.9573,0[
=
+
+
(kg/m
3
).

ρρρ
2
1
1
1
1
1
xtb
tb
xtb

tb
xtb
aa
−
+=
(IX.104a-ST T
II
).


a
tb1
= 775,0
60.08,018.92,0
18.92,0
60).1(18.
18.
11
1
=
+
=
−+
xx
x
tbtb
tb

(phần khối lượng ứng với t
o

trung bình).
Với
x
tb1
: nồng độ trung bình của pha lỏng tương ứng với y
tbl
=0,9573
ρ
xtb1
: Khối lượng riêng của H
2
O tại 100,8
o
C (kg/m
3
).
ρ
xtb2
: Khối lượng riêng của CH
3
COOH tại 100,8
o
C (kg/m
3
).
Dựa vào phương pháp nội suy
Ở 100
o
C ρ
1

của nước là 958,38 (kg/m
3
).
ρ
1
của CH
3
COOH là 958 (kg/m
3
).
Ở 110
o
C ρ
2
của nước là 951 (kg/m
3
).
Khối lượng riêng của nước tại 100,8
o
C là
ρ
xtb1
= (951- 958)/10 .0,8+958,38 = 957,79
Ở 120
o
C khối lượng riêng của là ρ
2
= 922(kg/m
3
).

Suy ra khối lượng riêng của CH
3
COOH ở 100,8
o
C là
ρ
xtb2
=(922-958):20.0,8+958 =956,56
Vậy
56,956
225,0
79,957
775,01
+=
ρ
xtb

Suy ra
ρ
xtb
=957,51 (kg/m
3
).
Độ nhớt của nước ở 100,8
o
C là
μ
1
100,8
=0,2819 (10

-3
.N.S/m
2
)
Độ nhớt của CH
3
COOH ở 100,8
o
C là
μ
2
100,8
=0,4668 (10
-3
.N.S/m
2
)
Lgμ
x
=0,78.lgμ
1
100,8
+0,13.lgμ
2
100,8
=0,78.lg0,2819 +0,13.lg0,4668
μ
x
=0,5937 (10
-3

.N.S/m
2
); μ
n
= 1,005 (10
-3
.N.S/m
2
) ở 20
o
C
Thay các giá trị vào công thức (IX.115-ST II)
Ta có : w
x
= 2,79 (m/s).
Vận tốc thực tế chọn là : w
L
= 0,7. w
x
=1,954(m/s).
Đường kính đoạn luyện là:
D
L
=0,0188. 063,1
646,0.954,1
066,4033
.0188,0
.
==
ρ

yl
L
L
w
G
(m).
ĐỒ ÁN QT&TBCNHH SVTH:NGUYỄN ANH TUẤN
GVHD:TRẦN XUÂN NGẠCH Trang10
2. Đường kính đoạn chưng.
D
c
=0,0188.
w
g
ytb
ytb
tb
'
'
'
.
ρ
(m)
a)Lượng hơi đi trong đoạn chưng
g
'
tb
=
2
'

1
'
gg
n
+
(kg/h).
g
n
'
: lượng hơi đi ra khỏi đọan chưng. (kg/h)
g
n
'
: Lượng hơi đi vào đọa chưng (kg/h)
g
1
:lượng đi vào đoạn chưng trừ G
F
g
1
= g
n
'
=218,485 (kmol/h) - 85,08(kmol/h) = 5730,599(kg/h)
Nên g
'
tb
=
2
'

11
gg
+

Ta có hệ phương trình sau

G
g
G
W
+=
,
1
,
1
(1)

xG
yg
xG
WW
W

'
1
,
1
,
1
+=

(2)

r
g
r
g
r
g
n
n
1
1
,
,
,
1
,
1
== (3)

G
,
1
: lượng lỏng đi trong đoạn chưng [kmol/h]

yy
W
=
,
1

: hàm lượng hơi đi vào đoạn chưng

r
yy
r
r
b
a
.1
,
1
,
1
,
1
.
⎟
⎠
⎞
⎜
⎝
⎛
−+=
: ẩn nhiệt hóa hơi của hơi đi vào đĩa thứ nhất của đoạn
chưng.

r
a
: ẩn nhiệt hóa hơi của H
2

O ở 108,3
0
C ,
r
a
= 534,2 [kcal/kg]

r
b
: ẩn nhiệt hóa hơi của CH
3
COOH ở 108,3
0
C ,
r
b
= 96,46 [kcal/kg]

r
,
1
= 267,18 [kcal/kg] =25644,87

r
n
,
: ẩn nhiệt hóa ơi đi vàođĩa trên cùng của đoạn chưng ,
r
n
,

=
r
1


G
W
: lượng sản phẩm đáy [kmol/h]
Giãi hệ phương trình trên ta có:

g
,
1
= 161,12 [kmol/h]

G
,
1
= 168,19 [kmol/h]

x
,
1
= 0,2843 [phần mol] , nồng độ pha lỏng hơi cân bằng ứng với
x
,
1
là
y
*

= 0,4058,
t
*
1
= 107,9
0
C

g
,
1
= 161,12. [y
*
1
.18+(1-y
*
1
).60]=6921,135 [kg/h]

G
,
1
= 168,19. [x
'
1
.18+(1- x
'
1
).60] = 8083,11 [kg/h]
Lượng hơi trung bình đi trong đoạn chưng"

=
+
=
+
=
2
599,5730153,6921
2
,
11
,
gg
g
tb
6325,867 [kg/h]
ĐỒ ÁN QT&TBCNHH SVTH:NGUYỄN ANH TUẤN
GVHD:TRẦN XUÂN NGẠCH Trang11
Lượng lỏng trung bình đi trong đoạn chưng

2
,
1
,
GG
G
x
tb
+
=

G
x
: lượng lỏng đi vào đĩa dưới cùng của đoạn chưng

G
x
=G
w
=347,46 [kg/h]
2
,
1
,
GG
G
x
tb
+
=
=
2
11.808346,347
+
= 4215,285 [kg/h]
b)Xác định vận tốc hơi
b )Xác định vận tốc hơi đi trong đoạn luyện
Ta có
G

x
,
=4215,285 [kg/h] lượng lỏng trungbình trong đọan chưng

G
y
,
= 6325,867 [kg/h] lượng hơi trung bình đi trong đoạn chưng
xác định khối lượng riêng của hổn hợplỏng và hơi

=
+
=
+
=
2
3884,04058,0
2
'
1
,
1
yy
y
W
tb
0,397

()
()

24,104273.4,22
273.60.603,018.397,0
,
+
+
=
ρ
ytb
= 0,5364 [kg/m
3
]

()
=
−+
=
60.118.
18.
,
1
,
1
,
1
2
xx
x
a
tbtb
tb

tb
0,103
Ở nhiệt độ108,01
0
C :
Khối lượng riêng của H
2
O là
ρ
,
1xtb
= 952,47 [kg/m
3
]
Khối lượng riêng của CH
3
COOH là
ρ
,
2xtb
= 943,58 [kg/m
3
]
suy ra
ρρρ
,
2
2
,
1

2
,
1
1
xtb
tb
xtb
tb
xtb
aa
−
+=
Vậy
=
ρ
,
xtb
944,6 [kg/m
3
]
Độ nhớt ở nhiệt độ 108,01
0
C
Độ nhớt của H
2
O là
=+
−
= 284,001,8.
20

284,0232,0
01,108
1
μ
0,263 [10
-3
N.s/m
2
]
Độ nhớt của CH
3
COOH là
=+
−
= 46,001,8.
20
46,063,0
01,108
2
μ
0,528 [10
-3
N.s/m
2
]
Vậy lg
μμμ
01,108
2
01,108

1
lg).2943,01(lg.2943,0 −+=
x

suy ra
=
μ
x
0,69524 [10
-3
N.s/m
2
]
Thay các giá trị vào công thức (IX.115) ta có
w
y
'
=3,167 [m/s]
Chọn
w
tbc
'
=0,7. w
y
= 0,7.3,167 = 2,217[m/s]
Đường kính đoạn chưng là

=
D
C

0,0188.
5364,0.217,2
867,6325
= 1,371 [m]
II . Tính chiều cao của tháp
H = N
tt
.H
td
(10_40_QT&TBCNHH II)
N
tt
: số đĩa thực tế
H
td
: chiều cao của bậc thay đổi nồng độ [m]
ta có
ĐỒ ÁN QT&TBCNHH SVTH:NGUYỄN ANH TUẤN
GVHD:TRẦN XUÂN NGẠCH Trang12
()
G
G
G
G
G
G
R
d
h
x

y
y
x
td
td
m
m
x
y
y
x
x
y
e
.1
.
.lg
4,8
039,0
19,0
342,0
2,0
−
=
⎟
⎟
⎠
⎞
⎜
⎜

⎝
⎛
⎟
⎟
⎠
⎞
⎜
⎜
⎝
⎛
⎟
⎟
⎠
⎞
⎜
⎜
⎝
⎛
μ
μ
ρ
ρ

(10_41_QT&TBCNHH II)
trond đó
d
td
=
δ
d

td
V
.4
: đường kính tương đương của đệm [m]


μ
ρ
y
d
y
tdy
e
V
dw
R
.

3
= Chuẩn số Reynon
ρ
y
:Khối lượng riêng của hơi [kg/m
3
]
ρ
x
:khối lượng riêng của lỏng [kg/m
3
]

w
y
: Vận tốc hơi đi trong tháp

δ
d
: bề mặt riêng của đệm[m
2
/m
3
]

V
d
: thể tích tự do của đệm [m
3
/m
3
]

G
y
,
G
x
: lượng lỏng và hơi trung bình đi trong tháp [kg/h]

μ
x

μ
y
: độ nhớt của hơi và lỏng đi trong tháp theo nhiệt độ trung bình [N.s/m
2
]
m : giá trị
α
tg
trung bình trên đường cân bằng
1. Chiều cao đệm của đoạn luyện
Các số liệu đã có :
G
y
= 4033,066[kg/h]
G
x
= 3875,3 [kg/h]
wy =1,954 [m/s]
μ
x
= 0,5937 [10
-3
.N.s/m
2
]
ρ
y
= 0,646 [kg/m
3
]

ρ
x
=957,51 [kg/m
3
]
Độ nhớt của pha hơi :
μ
y


μμ
μ
21
1
1
aa
hh
y
−
+=


a
h
:Nồng độ phần khối lượng của H
2
O trong pha hơi ở nhiệt độ 100,8
o
C

a
h
= 0,775

μ
1
: độ nhớt của H
2
O ở 100,8
0
C ,
μ
1
= 28,19 [10
-3
.N.s/m
2
]

μ
2
: độ nhớt của CH
3
COOH ở 100,8
0
C ,
μ
2
= 0,4668 [10
-3

.N.s/m
2
]
suy ra
μ
y
= 0,3095 [10
-3
.N.s/m
2
]


ĐỒ ÁN QT&TBCNHH SVTH:NGUYỄN ANH TUẤN
GVHD:TRẦN XUÂN NGẠCH Trang13


3095,0.71,0
646,0.00916,0.954,1
=
R
e
.10
3
= 52,618
m = 0,81
Thay các thông số vào công thức (10_41)
ta có H
td
=34,6912.0,00916 = 0,3178 [m]

Suy ra chiều cao đoạn luyện là H
1
= 0,3178.11 = 3,496 [m]
2. Chiều cao đoạn chưng và toàn tháp
G
x
= 1215,285 [kg/h]
G
y
=6325,867[kg/h]
w
y
= 2,217 [m/s]
μ
x
=0,69524 [10
-3
.N.s/m
2
]
ρ
y
= 0,5364 [kg/m
3
] ;
ρ
x
= 944,6 [kg/m
3
]

m = 0,69,d
td
=0,00916
độ nhớt của pha hơi

60.5942,018.4058,0
18.4058,0
,
+
=
a
h
= 0,17

μμ
μ
2
'
1
'
1
1
aa
hh
y
−
+=

Với
μ

1
,μ
2
:là đọ nhớt của H
2
O và CH
3
COOH ở nhiệt độ 108,01
o
C
528,0
83,0
263,0
17,01
+=
μ
y
=>μ
y
=0,45 (10
-3
.N.s/m
2
)

45,0.71,0
5364,0.00916,0.217,2
=
R
e

.10
3
= 34,094
Thay các giá trị vào công thức (10_41) ta có
024,34=
d
h
td
td
=> h
td
=34,024.0,00916 = 0,31166 (m)
Chiều cao của đoạn nhưng là H
c
= 0,31166.21 = 6,545 (m)
Vậy chiều cao của toàn tháp là H = H
c
+H
L
+h = 6,545 + 3,496 +0,8=10,84 (m).
Chọn h=0,8 :chiều cao cho phép ở đỉnh và đáy H=10,84(m).

ĐỒ ÁN QT&TBCNHH SVTH:NGUYỄN ANH TUẤN
GVHD:TRẦN XUÂN NGẠCH Trang14
CHƯƠNG III.
TÍNH TRỢ LỰC CỦA THÁP
Sức cản thủy học của tháp đệm đối với hệ hơi lỏng được xác định theo công thức sau:

⎥
⎥
⎥
⎥
⎦
⎤
⎢
⎢
⎢
⎢
⎣
⎡
+Δ=Δ
⎟
⎟
⎠
⎞
⎜

⎜
⎝
⎛
⎟
⎟
⎠
⎞
⎜
⎜
⎝
⎛
⎟
⎟
⎠
⎞
⎜
⎜
⎝
⎛
μ
μ
ρ
ρ
y
x
x
y
y
x
A

G
G
pp
kæ
038,0
19,0
342,0
1.
(N/m
2
) (IX.118_sổ tay II)
A = 5,15: hệ số
p
æ
Δ
: tổn thất áp suất khi đệm ướt tại điểm đảo pha có tốc độ của khí đi qua đệm
khô (N/m
2
)
p
k
Δ
: tổn thất áp suất của đệm khô[ N/m
2
]
G
x
,
G
y

: lượng lỏng, hơi trung bình đi trong tháp [kg/s]
μ
x
μ
y
: độ nhớt trung bình của lỏng, hơi [N.S/m
2
]
ρ
x
,
ρ
y
:khối lượng riêng trung bình của lỏng,hơi [kg/m
3
]

Tổn thât áp suất của đệm kho tính theo công thức :

2
.
.
.
.
42
.

2
3
,

2
,
ρ
δ
λ
ρ
λ
y
y
d
d
t
y
td
k
w
V
w
d
p
H
H
==Δ
[N/m
2
] (IX.119_sổ tay II)
Vận tốc thực của khí trong lớp đệm
V
w
w

d
y
t
,
= (IX.120_sổ tay II)
Trong đó H : chiều cao tháp đệm [m]
λ
,
:hệ số trở lực của đệm bao gồm cả trở lực ma sát và trở lực cục bộ,với các
loại đệm khác nhau thì xác định theo công thức thực nghiệm khác nhau

w
y
,
: Tốc độ của hơi tính trên toàn bộ tiết diện của tháp [m/s]

δ
d
: bề mặt riêng của đệm [m
2
/m
3
]

V
d
: thể tích tự do của đệm [m
3
/m
3

]
Tổn thất áp suất của đệm khô xác định theo công thức sau ( chọn
R
ey
> 40 nghĩa là
đệm đổ lộn xộn)

V
w
p
d
y
dy
k
H
3
2,0
2,18,1,
56,1
μ
δ
=Δ [N/m
2
] (IX.121_sổ tay II).
I . Trở lực cho đoạn luyện
Các số liệu đã có :
Tốc độ bay hơi
w
y
= 2,79 [m/s]

G
x
= 3875,3 [kg/h]

G
y
= 4033,066 [kg/h]
ρ
x
= 975,51 [kg/m
3
]
ρ
y
= 0,3095 [kg/m
3
]
μ
x
= 0,5937 [10
-3
.N.s/m
2
]
ĐỒ ÁN QT&TBCNHH SVTH:NGUYỄN ANH TUẤN
GVHD:TRẦN XUÂN NGẠCH Trang15
μ
y
= 0,3095 [10

-3
.N.s/m
2
]
Vận tốc của hơi trong đệm
71,0
79,2
1
=
w
= 3,93 [m/s]
(
)
()
71,0
10
.3095,0
310
646,093,3
3
2,0
2,1
8,08,1
1
3
496,3.56,1
−
=Δ
p
k

=24478,215 [N/m
2
]

⎥
⎥
⎥
⎦
⎤
⎢
⎢
⎢
⎣
⎡
+=Δ
⎟
⎠
⎞
⎜
⎝
⎛
⎟
⎠
⎞
⎜
⎝
⎛
⎟
⎠
⎞

⎜
⎝
⎛
3095,0
5937,0
51,957
646,0
066,4033
3,3875
037,019,0342,0
1
15,51215,24478
p
æ

= 54799,26 [N/m
2
]
II . Trở lực của đoạn chung
Vận tốc thực của hơi trong đệm w
1
'
= 4,46[m/s]

(
)
()
71,0
10
.45,0

5364,0
310
46,4
3
2,0
8,0
2,1
8,1
2
3
45,6.56,1
−
=Δ
p
k
= 53447,76 [N/m
2
]

⎥
⎥
⎥
⎦
⎤
⎢
⎢
⎢
⎣
⎡
+=Δ

⎟
⎠
⎞
⎜
⎝
⎛
⎟
⎠
⎞
⎜
⎝
⎛
⎟
⎠
⎞
⎜
⎝
⎛
45,0
69524,0
6,944
5364,0
867,6325
285,4215
038,019,0324,0
2
15,51.76,53447
p
æ

= 112754 [N/m
2
]
Vậy trở lực của toàn tháp là :

ppp
æææ 21
Δ+Δ=Δ
= 53447,76 +112754 = 167553,27 [N/m
2
]

ĐỒ ÁN QT&TBCNHH SVTH:NGUYỄN ANH TUẤN
GVHD:TRẦN XUÂN NGẠCH Trang16
CHƯƠNG 4
CÂN BẰNG NHIỆT LUYỆN CHO QUÁ TRÌNH CHƯNG LUYỆN
I . Cân bằng nhiệt lượng cho thiết bị gia nhiệt hổn hợp

QQQQQ
xqlnglFfD
++=+
1
[J/h]
Trong đó :
* Nhiệt lượng do hơi đốt mang vào
(
)
C
rDD
Q
D
11
11
1
1
1

θ
λ

+== [J/h]

D
1
: lượng hơi đốt [kg/h]

r
1
: Ẩn nhiệt hoá hơi của hơi đốt [J/kg]

λ
1
: hàm nhiệt (nhiệt lượng riêng) của hơi đốt [J/kg]

θ
1
: nhiệt độ nước nhưng [
0
C]

C
1
: nhiệt dung riêng của nước ngưng [J/kg.âäü]
* Nhiệt lượng do hổn hợp đầu mang ra
tC
Q
FF
F
F = [J/h]
F : lượng hổn hợp đầu [kg/h]

C
F
: nhiệt dung riêng của hổn hợp khí đi ra [J/kg. độ]

t
F
: nhiệt độ của hổn hợp khí ra khỏi hổn hợp khí đun nóng [
0
C]
* Nhiệt lượng do hổn hợp đầu mang vào
tC
Q
ff
f
F = [J/h]

C
f
: nhiệt dung rieng của hổn hợp đầu [J/kg. độ]

t
f
: nhiệt độ đầu của hổn hợp [
0
C]
* Nhiệt lượng do nước ngưng mang ra
θ
θ
11

1
11

C
D
CG
Q
ngl
ngl
== [J/h]

G
ngl
: lượng nước ngưng ,bằng lượng hơi đốt [kg/h]
* Nhiệt lượng mất ra môi trường xung quanh lấy bằng 5% nhiệt tiêu tốn
rD
Q
xql
11
05,0=
[J/h]
*Lượng hơi đốt (lượng hơi nước) cần thiết để đun nóng dung dịch đầu đến nhiệt
độ sôi là :

(
)
r
tCtC
r
QQQQQQ

D
ffFFfFfxqlnglF
F
11
1
1
.95,0

.95,0
−
=
−
=
−++
=
λ
[kg/h]
Để đảm bảo đun nóng ở đáy tháp được liên tụcvới hiệu suất cao,ta chọn hơi đốt là hơi
nước bảo hoà có nhiệt độ là125
0
C và ở áp suất 2,37 atm
Nhiệt dung riêng của CH
3
COOH ở 100,6
0
C
C
6,100
2
= 2433,2 [J/kg. độ]

Nhiệt dung riêng cuar H
2
O ở 100,6
0
C
C
6.100
1
= 4219,4 [J/kg.âäü]
Nhiệt dung riêng của hổn hợp ra khỏi thiết bị đun nóng
C
F
= 0,75.4219,4 + 0,25.2433,2 = 3772,85 [J/kg. độ]
Chọn nhiệt độ của hổn hợp đẩu trước khi vào thiết bị đun nóng là 28
0
C , ta có :
Nhiệt dung riêng của nước ở 28
0
C là (áp suất kq)
C
28
1
= 4181,8 [J/kg. độ]
Nhiệt dung riêng của CH
3
COOH ở 28
0
C là (áp suất kq)
C
28

2
= 2096,82 [J/kg. độ]
Vậy nhiệt dung riêng của hổn hợp vào thiết bị gia nhiệt là :
C
f
= 0,75.4181,8 + 0,25.2096,82 = 3660,6 (J/kg. độ)
Ở 125
0
C ẩn nhiệt hoá hơi của hơi nước là r
1
= 523,5 (kcal/kg) = 2194.10
3
[J/kg]
Vậy lượng hơi đốt cần để đun hổn hợp đầu đến nhiệt độ sôi là :
ĐỒ ÁN QT&TBCNHH SVTH:NGUYỄN ANH TUẤN
GVHD:TRẦN XUÂN NGẠCH Trang17
D
1
=
10
3
.2194.95,0
28.6,36606,100.85,3772
1,1853
−
−
= 334,193 [kg/h]
Nhiệt lượng do hơi đốt mang vào là:
Q
D1

= D
1
.r
1
= 234,193.2194.10
3
= 733219315 [J/h]
II . Cân bằng nhiệt lượng cho tháp chưng luyện
Lượng hơi đốt cần thiết để đun sôi hổn hợp ở đáy tháp được xác định theo biểu
thức sau :
D
2
=
r
QQQQQ
xfmWn
1
−−++
[kg/h]
Trong đó
D
2
:lượng hơi đốt cần thiết [kg/h]
Q
n
: Nhiệt lượng của hơi mang ra khỏi đỉnh tháp [J/h]
Q
W
: nhiệt lượng của sản phẩm đáy [J/h]
Q

m
: nhiệt lượng mất mát ra môi trường xung quanh ,
Q
w
= 5%.
Q
m2
[J/h]
Q
x
: nhiệt lượng của lỏng hồi lưu [J/h]
Q
f
: nhiệt lượng do hổn hợp đầu mang vào [J/h]
r
1
: ẩn nhiệt hoá hơi của hơi đốt [J/kg]

1. Nhiệt lượng của hơi mang ra khỏi đỉnh tháp
Hơi ra khỏi đỉnh có nhiêt độ là t
p
= 100,2
0
C
Q
n
= P.(1+ R
x
).
λ

[J/h]
P = 1505,64 [kg/h] : lượng sản phẩm đỉnh .
R
x
: chỉ số hồi lưu (R
x
= 1,378)
λ
: nhiệt lượng riêng của hổn hợp hơi [J/kg]
(
)
λ
λ
λ
2111
.1.
aa
−+=
Với :
a
1
,
λ
1
: là nồng độ phần khối và nhiệt lượng riêng của H
2
O trong hơi

λ
2

: nhiệt lượng riêng của CH
3
COOH trong hơi [J/kg] ở 100,2
0
C
λ
1
= 2,100.
2,100
1
2,100
1
C
r
+
r
2,100
1
= 538,94 (kcal/kg) = 2256,43.10
3
[J/kg]
C
2,100
1
= 4218,87 [J/kg. độ]

λ
1
= 2256,43.10
3

+ 4218,87.100,2 = 2679,16.10
3
[J/kg]
2,100.
2,100
2
2,100
2
2
C
r
+=
λ

r
2,100
2
= 96,99.4,181.0
3
= 406,07.10
3
[J/kg]
C
2,100
2
= 2430,52 [J/kg. độ]
λ
2
= 406,07.10
3

+ 2430,52.100,2 = 649,608.10
3
[J/kg]

λ
= 0,9.2679,16.10
3
+0,1. 649,608.10
3
= 2458,2048.10
3
[J/kg]
Vậy:
Q
n
= 1505,64.2,378.2458,2048 = 8801,386.10
6
[J/h]
2 . Nhiệt lượng của sản phẩm cháy
Sản phẩm đáy sôi ở 108,3
0
C
ĐỒ ÁN QT&TBCNHH SVTH:NGUYỄN ANH TUẤN
GVHD:TRẦN XUÂN NGẠCH Trang18

Q
W
=
t
C

WW
W [J/h]
mà:
()
C
a
C
a
C
W
3,108
22
3,108
12
.1. −+=
Nhiệt dung riêng của H
2
O ở 108,3
0
C là:
C
3,108
1
= 2,07467 [J/kg. độ]
Nhiệt dung riêng của CH
3
COOH ở 108,3
0
C :
C

3,108
2
= 2644,18 [J/kg. độ]
a
2
:nồng độ phần khối lượng của H
2
O trong sản phẩm đáy
C
W
= 0,1.2074,67 + 0,9.2644,18 = 2587,23 [J/kg. độ]
Q
W
= 347,46.2587,23.108.3= 97,3573.10
6
[J/h]
3 . Nhiệt lượng do lỏng hồi lưu mang vào tháp
Ta xem quá trình ngưng tụ của sản phẩm đỉnh là đẳng nhiệt (nghĩa là nhiệt độ của
lỏng hồi lưu vào tháp là100,1
0
C )

=
Q
X
P.R
x
.t
x
.C

x
[J/h]
R
x
=1,378, P = 1505,64 [kg/h]
C
x
= 0,968.4207,82 + 0,032.2373 = 4149,106 [J/kg. độ]
=
Q
X
1505,64.1,378.90.4149,106 = 774,76.10
6
[J/h]
Nhiệt lượng của hổn hợpđầu mang vào tháp
Q
f
= 1853,1.3772,85.106 = 703,34.10
6
[J/h]
C
F
:nhiệt dung riêng của hổn hợp ra khỏi thiết bị đun nóng.
Lượng hơi đốt cần thiết để đun sôi hổn hợp ở đáy tháp
D
2
=
r
QQQQQ
xfmwn

1
−−++

D
2
=
10
10101010
3
6666
.2194.95,0
).34,703.76,774193,334.2194.05,0.3573,97.386,8801( −−−+

D
2
= 3560,3 [kg/h]
Nhiệt lượng do hơi đốt mang vào Q
D2
= 3560,3.2194.10
3
= 7811,24.10
6
[J/h]
III . Cân băng nhiệt lượng cho thiết bị ngưng tụ

Dùng chất tải nhiệt là nước lạnh
Chọn : t
vào
=25
o

C ,t
ra
=50
o
C
Theo nguyên tắc ngược chiều ta có: G
p
.R
x
.r = G
n
.C
n
.Δt
Nhiệt đọ trung bình: t
tb
=
5,37
2
2550
=
+
o
C
C
n
:Nhiệt dung riêng của H
2
O ở 27,5
o

C ,C
n
= 4181,043 [J/kg. độ]
G
n
: Lượng hơi nước tiêu tốn [kg/h].
r : ẩn nhiệt ngưng tụ của hơi nước
r = x
p
.
r
O
H
2
+(1-x
p
).r
ax
=0,968.
r
O
H
2
+(1-0,968).r
ax

r
ax
= .1868,4.5,1281325,17.
40

132124
=+
−
10
3
= 538003,8 [J/kg]
r
O
H
2
= 8,5815845,17.
40
594579
=+
−
[Kcal/kg] =2435932,6 [J/kg]

r = 2358.10
3
+ 17,2.10
3
=2375,2.10
3
[J/kg]
Lượng nước tiêu tốn là : G
n
= 31430,74 [J/kg]
N QT&TBCNHH SVTH:NGUYN ANH TUN
GVHD:TRN XUN NGCH Trang19
CHNG V

TNH TON CC THIT B PH
I . Tớnh thit b gia nhit u :
Chn thit b gia nhit hn hp loi ng chựm v thng ng cú cu to nh hỡnh
v di :
Họựn
hồỹp
vaỡo gia
nhióỷt
Họựn hồỹp
õaợ õổồỹc
õun noùng
Hồi
õọỳt
vaỡo
Nổồùc
ngổng

Trong thit b thỡ hi nc i ngoi ng, cht lng chuyn ng trong ng; sau khi
gia nhit thỡ cht lng c bm vn chuyn vo thỏp .
Tớnh toỏn thit b
* Nhit lng cn cung cp cho cht lng sụi :
Q = G.
t.C [J/h]
G : Lng hn hp u [kg/h]

t : Bin thiờn nhit u v cui [
0
C]
C : Nhit dung riờng ca cht lng [J/kg. ]
Q = 1853,1.(100,8 - 28).3660,55 [J/h]

t =t
F
-t
d
:
t
F
=100,8
o
C : Nhit ca hn hp sau khi dc gia nhit .
t
d
=28
o
C : Nhit ca hn hp trc khi vo gia nhit.
C = 3660,55[J/kg. ụ.] :Nhit dung riờng ca hn hp cht lng 28
o
C
Q = 493,83.10
6
[J/h] .
* Nhit trung bỡnh ca cht lng v ca hi t
t
1
= t
2d
- t
1d
= 125 - 28 = 97 [

0
C]

t2
= t
2c
- t
1c
= 125 - 100,6 = 24,4 [
0
C]
Vi t
1d
, t
1c
: Nhit trc v sau khi un núng.
t
2d
, t
2c
: Nhit ca hi ụt v hi ngng ( xem quỏ trỡnh truyn nhit l ng
nhit nờn nhit hi ngng bng nhit hi nc bo ho)
Hiu s nhit trung bỡnh ca hai mụi trng :

t
t
tt
t
2
1

21
ln



=
= 52,6 [
0
C]
Nhit trung bỡnh ca cht lng
t
tb1
= 100,6 - 52,6 = 48 [
0
C]
Nhit trung bỡnh ca hi ngng
t
tb2
= 125 - 52,6 = 72,4 [
0
C]
* Tớnh h s cp nhit t hi bo ho n thnh ng:

1

ĐỒ ÁN QT&TBCNHH SVTH:NGUYỄN ANH TUẤN
GVHD:TRẦN XUÂN NGẠCH Trang20
Đây là quá trình cấp nhiệt khi ngưng tụ hơi bảo hoà khô không chứa không khí và
nước ngưng tạo thành thành màng phủ kín bề mặt truyền nhịêt đứng, trong trường hợp
này nước ngưng chuyển động trên bề mặt màng ở chế độ chảy dòng . Ta có :

α
1
= 2,04.A.
4
.Ht
r
Δ
[ W/m
2
. độ ] (V.101_sổ tay II)
Trong đó :
A : Hệ số phụ thuộc vào nhiệt độ của màng t
m

t
m
= 0,5.(t
1
+ t
bh
) = (125 + 120).0,5 = 122,5 [
0
C] và A = 188,75
t
1
: Nhiệt độ bề mặt thành , ta chọn t
1
= 120 [
0

C]
t
bh
: Nhiệt độ hơi bảo hoà,t
bh
= 25 [
0
C]
r : ẩn nhiệt ngưng tụ của nước ngưng lấy theo nhiệt hơi độ báo hoà,
r = 2195,47.10
3
[J/kg]

Δ t = t
n
- t = 125 - 120 = 5 [
0
C]
tn : Nhiệt độ nước ngưng (nhiệt độ bảo hoà).
t : Nhiệt độ phía thành ống tiếp xúc với hơi ngưng.
H : Chiều cao ống truyền nhiệt, ta chọn H = 1,2 [m]

α
1
= 2,04.188,75.
4
2,1.5
47,2195
.10
0,75

= 9470,24 [ W/m
2
. độ ]
* Tính hệ số cấp nhiệt từ thành ống đến chất lỏng
α
2

Ta xem chất lỏng chuyển động trong ống thẳng ở chế độ chảy xoáy (Re >1000)
Ta có

α
2
=
d
N
λ
.
0
[ W/m
2
. độ ] (V.33_sổ tay II)
λ
: hệ số dẩn nhiệt của chất lỏng [ W/m
2
. độ ]
λ
= A.C.
3
.
M

ρ
ρ
[ W/m
2
. độ ] (I.32_sổ tay I)
Với A : hệ số phụ thuộc mức độ liên kết của chất lỏng,hổn hợp ở dạng liên kết nên
A = 3,58.10
-8

C : nhiệt dung riêng đẳng áp của chất lỏng [J/kg. độ]
C = 0,75.C
1
+ 0,25.C
2

C
1
: nhiệt dung riêng của H
2
O ở 48
0
C , C
1
= 4182,9 [J/kg. độ]
C
2
: nhiệt dung riêng của CH
3
COOH ở 48
0

C , C
2
= 2072,5 [J/kg. độ]
C = 0,75.4182,9 + 0,25.2072,5 = 3655,3 [J/kg. độ]

ρ
: khối lượng riêng của chất lỏng ở 48
0
C

ρ
được xác định theo công thức (IX.104a_sổ tay II) với

ρ
1
: khối lượng của H
2
O ở 48
0
C ,
ρ
1
= 988,96 [kg/m
3
]

ρ
2
: khối lượng riêng của CH
3

COOH ở 48
0
C ,
ρ
2
= 1018,37 [kg/m
3
]
=>
ρ
= 996,15 [kg/m
3
]
λ
= 3,58.10
-8
.3655,3.996,15.
18
15,996
= 0,466 [ W/m. độ ]
⎟
⎟
⎠
⎞
⎜
⎜
⎝
⎛
=
Pr

Pr
Pr
Re
25,0
43,0
8,0
10
021,0
t
N
ε
(V.40_sổ tay II)
Trong đó
N
0
: chuẩn số Nuyxen của chất lỏng
ĐỒ ÁN QT&TBCNHH SVTH:NGUYỄN ANH TUẤN
GVHD:TRẦN XUÂN NGẠCH Trang21
ε
1
: hệ số điều chỉnh tính đến ảnh hưởng của tỉ số giữa chiều cao H và đường kính d
của ống , ta chọn ống có đường kính là d = 30 [mm]
H/d = 40 , tra bảng (V.2-sổ tay II) với Re =10000 ta được
ε
1
= 1,03
Pr : chuẩn số Pran của dòng tính theo nhiệt độ trung bình của dòng tức là 48
0
C
Pr =

λ
μ
.C
(V.35_sổ tay II)
C : nhiệt dung riêng của chất lỏng ở 48
0
C , C = 3655,3 [J/kg]

μ
: độ nhớt của chất lỏng ở 48
0
C ,
μ
= 0,587.10
-3
[N.s/m
2
]

λ
: hệ số dẩn nhiệt của chất lỏng ở 48
0
C ,
λ
= 0,466 [ W/m. độ ]
Pr =
466,0
587,0.3,3655
.10
-3

= 4,6
Pr
t
: chuẩn số Pran tính theo nhiệt độ trung bình của thành ống
Vì chênh lệch nhiệt độ giữa thành và dòng chất lỏng nhỏ nên ta có thể xem tỉ số
(Pr/Pr
t
)
0,25
= 1
N
0
= 0,021.1,03.10000
0,8
.4,6
0,4
= 66,5

03,0
466,0.5,66
2
=
α
= 1025,2 [ W/m
2
. độ ]
Nhiệt tải riêng từ phía hơi ngưng đến thành ống
q
1
=

α
1
. Δ t
1
[ W/m
2
]
Δ t
1
: hiệu số nhiệt độ giữa nước ngưng và mặt tường tiếp xúc với nước ngưng

Δ t
1
= 5
0
C
q
1
= 9470,24.5 = 47351,2 [ W/m
2
]
Nhiệt tải riêng từ tường ống đến chất lỏng
q
2
=
Δ.
2
α
t
3

[ W/m
2
]
Δ t
3
: hiệu số nhiệt giữa thành ống và dung dịch

Δ t
3
= t
T3
- t
3

t
T3
: nhiệt độ bề mặt tường tiếp xúc với chất lỏng [
0
C]
t
3
: nhiệt độ trung bình của chất lỏng [
0
C]
Hiệu số nhiệt độ giữa hai bề mặt tường

Δ
t
T
= t

T1
- t
T3

t
T1
: nhiệt độ thành ống với hơi ngưng , t
T1
= 120
0
C
t
T3
: nhiệt độ thành ống phía chất lỏng [
0
C]

Δ t
T
= q.R
q :nhiệt tải riêng từ hơi ngưng đến thành ống [ W/m
2
]
R : tổng trở nhiệt của thành ống [ m
2
. độ/W ]
R =
rr
2
22

2
1
1
11
++++
α
λ
δ
α
(V.3_sổ tay II)

r
1
: nhiệt trở của cặn ở tường phía hơi ngưng chủ yếu là nước, thường ở nhiệt độ
cao nên :

r
1
= 0,725.10
-3
[m
2
. độ/W ] (tra bảng V.1_sổ tay I)

r
2
: nhiệt trở của cặn ở tường phía chất lỏng chủ yếu là nước sạch , ở nhiệt độ cao
nên :
r
2

= 0,464.10
-3
[m
2
. độ/W ] (tra bảng V.1_sổ tay I)

δ
2
: chiều dày của thành ống , chọn
δ
2
= 0,002 [m]

λ
2
: hệ số dẩn nhiệt của tường , chọn vật liệu làm ống là đồng có

λ
2
= 385 [ W/m
2
. độ ]
ĐỒ ÁN QT&TBCNHH SVTH:NGUYỄN ANH TUẤN
GVHD:TRẦN XUÂN NGẠCH Trang22
Thay các số liệu vào công thức ta có
R = 1,38.10
-3
[ m
2
. độ/W ]

Δ t
T
= 47351,2.1,38.10
-3
= 65,3 [
0
C]
t
T3
= t
T1
- Δ t
T
= 120 - 65,3 = 54,7 [
0
C]

Δ t
3
= 54,7 - 48 = 6,7 [
0
C]
q
2
= 1025,2.6,7 = 6868,84 [ W/m
2
]
Ta có
q

qq
1
21
−
= 0,85 = 85% > 50%, nên phải tính lại các thông số trên
Chọn lại
Δ t
1
= 3
0
C

α
1
= 10760,27 , q1 = 10760,27.3 = 32280,81 [ W/m
2
]

Δ t
T
= 32280,81.1,38.10
-3
= 44,6 [
0
C]
t
T3
= 120 - 44,6 = 75,4 [
0
C]

Δ t
3
= 75,4 - 48 = 27,4 [
0
C]
q
2
= 1025,2.27.4 = 28090,48 [ W/m
2
]

q
qq
1
21
−
= 0,13 = 13% < 50% , kết quả này phù hợp .
Nhiệt tải riêng trung bình q
tb
=
2
21
qq
+
= 30185,65 [ W/m
2
]
* Tính bề mặt truyền nhiệt :
F =

q
tb
Q
[m
2
]
Q : lượng nhiệt truyền qua tường phẳng trong một giây [ W ]
q
tb
: nhiệt tải riêng trung bình [ W/m
2
]
F =
3600.65,30185
83,493
.10
6
= 4,544 [m
2
]

* Tính số ống truyền nhiệtiãût
n =
H
F
d
n

π

F : bề mặt truyền nhiệt [m
2
]
d
n
: đường kính ngoài của ống truyền nhiệt [m]
H : chiều cao ống truyền nhiệt [m]
n =
2,1.032,0.14,3
544,4
= 37,69 =38 (ống).
Để cho thiết bị làm việc tốt, với hiệu suất cao ta chọn số ống trong thiết bị là 37 ống
theo bảng (V.11_ sổ tay II) chọn cách sắp xếp các ống theo kiểu bàn cờ ta có:
+ tổng số ống trong thiết bị là 37
+ số hình sáu cạnh 3
+ số ống trên đường xuyên tâm 7
+ tổng số ống là 37
+ Số ống ở hình 6 cạnh ngoài cùng 18


ĐỒ ÁN QT&TBCNHH SVTH:NGUYỄN ANH TUẤN
GVHD:TRẦN XUÂN NGẠCH Trang23

Cách bố trí các ống truyền nhiệt theo hình sau cạnh

* Tính đường kính thiết bị :
D = t.(b - l) + 4.d [m] (V.140_sổ tay II)
D : đường kính trong [m]
d : đường kính ngoài của ống [m]
t : bước ống , chọn t = 1,5 , d = 0,048 [m]

b : số bước trên đường chéo của hình sáu cạnh
b = 2.a - 1 (V.139_sổ tay II)
a : số ống trên một cạnh của hình sáu cạnh ở ngoài cùng , a = 4
D = 0,048.6 + 1,5.6.0.032 = 0,576[m] .
II . Tính các đường kính dẩn
1 . Đường kính ống dẩn hơi thiết bị gia nhiệt hổn hợp đầu:
Sử
dụng hơi đốt là hơi nước bảo hoà có nhiệt độ là 125
0
C và có áp suất là 2,37 atm
Đường kính ống được xác định:
d
1
=
ρ
w
D
.
.0188,0
1
[m]
Với: lượng hơi đốt sử dụng [kg/h]
w : vận tốc hơi đi trong ống , ta chọn w= 20 m/s .

ρ
: khối lượng riêng của hơi đốt ,
ρ
= 1,296 (kg/m
3
)

Vậy đường kính của ống dẩn hơi là d
1
=
296,1.20
193,334
.0188,0
= 0,0675 [m] . Ta chọn
d
1
= 67,5 (mm) .
2 . Đường kính ống dẩn hơi đun sôi ở đáy tháp
Hơi dùng để đun sôi hổn hợp ở đáy tháp vẩn là hơi dùng trong thiết bị gia nhiệt
(hơi nước bảo hoà) có nhiệt độ là 125
0
C và áp suất là 2,37 atm . Chọn vận tốc hơi đi
trong ống là 20 m/s , ta xác định được đường kính ống đẩn hơi đun sôi hổn hợp đáy là
d
2
= 0,0188.
296,1.20
3,3560
= 0,2203 [m]
Ta chọn d
2
= 0,22(m)
3 . Đường kính ống dẩn hổn hợp đầu tưf thiết bị gia nhiệt vào tháp
Xem sự thay đổi nồng độ các cấu tử trong hổn hợp là không đáng kể sau khi gia
nhiệt đường kính ống là :
d
3

= 0,0188.
ρ
F
F
w
F
.
Chọn
w
F
= 2,2 m/s
F =1853,1 [kg/m
3
]
ĐỒ ÁN QT&TBCNHH SVTH:NGUYỄN ANH TUẤN
GVHD:TRẦN XUÂN NGẠCH Trang24
ρ
F
= 0,75.
ρ
1
+ 0,25.
ρ
2

Khối lượng riêng của H
2
O ở 100,6
0
C là

ρ
1
= 957,93 [kg/m
3
]
Khối lượng riêng của CH
3
COOH ở 100,6
0
C là
ρ
2
= 956,92 [kg/m
3
]
Suy ra
ρ
F
= 0,75.957,93 + 0,25.956,92 = 957,7 [kg/m
3
]
d
3
= 0,0188.
7,957.2,2
1,1853
= 0,0176[m]
Ta chọn d
3
= 18 [mm]

4 . Đường kính ống tháo sản phẩm đáy
Lượng sản phẩm đáy W = 347,46 [kg/h]
Chọn vận tốc tháo là 0,4 [m/s]
Khối lượng riêng của sản phẩm đáy ở 108,3
o
C là

ρ = 0,1.
ρ
1
+0,9.
ρ
2


ρ
1
Khối lượng riêng của H
2
O ở 108,3
0
C [kg/m
3
]

ρ
2
Khối lượng riêng của CH
3
COOH ở 108,3

0
C [kg/m
3
]

ρ
= 0,1.952,255 + 0,9.943,06 = 943,98 (kg/m
3
)
Đương fkính ống là d
4
= 0,0188.
98,943.4,0
46,347
= 0,018 [m]
Ta chọn d
4
= 18 [mm]
5 . Đường kính ống thu sản phẩm đỉnh
Lượng sản phẩm đỉnh P = 1050,64 [kg/h]
Chọn vận tốc trong ống 10 [m/s]
Khối lượng riêng của sản phẩm đỉnh ở 100,2
0
C là

ρ
=
()
)2,100273.(4,22
273.60.1,018.9,0

+
+
= 0,725 [kg/m
3
]
Đường kính ống là d
5
=0,0188.
725,0.10
64,1505
= 0,2709 [m]
6 . Đường kính ống hồi lưu
Lượng hồi lưu G
x
= R
x
.P= 1050,64.1,378 = 2074,772 [kg/h]
Chọn vận tốc hồi lưu
w
X
= 0,5 [m/s]
Khối lượng riêng của lỏng hồi lưu ở 90
o
C là
ρ
= 958,3 [kg/m
3
]
Suy ra d
6

= 0,0188.
3,958.5,0
772,2074
= 0,039[m]
7 . Đĩa phân phối chất lỏng và hơi đở đệm
*Đĩa phân phối chất lỏng.
Tra bảng IX.22_sổ tay II ta có :
Đường kính đĩa phân phối loại I D
d
=750 mm.
Kích thước ống dẩn chất lỏng :
Đường kính ống dẩn: 44,5mm
Chiều cao ống dẩn :70mm
Bề dày của thành ống :2,5mm.
Đường kính lưới đở đệm D
L
=1165mm.
Chiều dày của lưới : b =25mm.
ĐỒ ÁN QT&TBCNHH SVTH:NGUYỄN ANH TUẤN
GVHD:TRẦN XUÂN NGẠCH Trang25

CHƯƠNG 6
TÍNH TOÁN CƠ KHÍ
1 . Hình dáng thiết bị và phương thức gia công
Thiết bị làm việc ở áp suất thấp (< 1,6.10
6
N/m
2
) nên chọn thiết bị hình trụ đúng;
thiết bị được chế tạo bằng thép tấm , các tấm được hàn với nhau. Yêu cầu mối hàn :

+ Đường hàn càng ngắn càng tốt.
+ chỉ hàn giáp mối.
+ bố trí các đường hàn dọc dể quan sát.
+ không khoan lổ qua mối hàn.
2 . Chọn vật liệu
Chọn thép không ghỉ : OX21H6M2T
Thép có các tính chất :
+ độ bền hoá học, độ bền nhiệt, khả năng chịu mài mòn cao .
+ độ
bền cơ học, độ dẻo lớn, độ giòn thấp
3. Chiều dày của tháp
Chiều dày của thân tháp chịu áp suất trong được tính theo công thức sau:

[]
C
p
p
S
D
t
+
−
=
ϕσ
2
.
[m] (XIII.8_sổ tay II)
Trong đó S : bề dày của vỏ thân tháp [m]

D

t
: đường kính trong của thân tháp [m]

σ
: hiệu suất cho phép [N/m
2
]

ϕ
: hệ số bền của thân trụ theo phương dọc , chọn
ϕ
=0,95
( XIII.8_sổ tay II)
C :hệ số bổ sung do ăn mòn và dung sai âm về chiều dày
P : áp suất làm việc của tháp [N/m
2
]
P = P
mt
+ P
1
(XIII.10 sổ tay II )
P
mt
: áp suất của hơi trong tháp [N/m
2
]
P
1
: áp suất của cột chất lỏng trong tháp [N/m

2
]
P
1
= g.
ρ
1
.H
1

g : gia tốc trọng trường , g = 9,81 [m/s
2
]

ρ
1
: khối lượng riêng của chất lỏng [kg/m
3
]
H
1
: chiều cao của cột chất lỏng(chiều cao làm việc của tháp) [m]
408,951
2
3,94551,957
2
,
1
=
+

=
+
=
ρρ
ρ
xtbxtb
[kg/m
3
]

ρ
xtb
: khối lượng riêng của lỏng trong đoạn luyện [kg/m
3
]

ρ
,
xtb
: khối lượng riêng của lỏng trong đoạn chưng [kg/m
3
]

p
1
=9,81.951,405.10,04 =93706,1618 [N/m
2
]
Vậy P = P
mt

+ P
1
= 0,937.10
5
+ 1,033.10
5
= 1,970.10
5
[N/m
2
]
Ta có
[]
η
σ
σ
.
n
K
K
K
= và
[]
η
σ
σ
.
n
C
C

C
=

Trong đó
[
]
σ
K
và
[
]
σ
C
: ứng suất cho phép khi kéo [N/m
2
]

σ
K
và
σ
C
: giới hạn bền khi kéo và giới hạn chảy [N/m
2
]

n
K
và
n

C
: hệ số an toàn theo giới hạn bền và giới hạn chảy