Tinh toan va thiet ke thap dem chung luyen lien tuc hon hop 2 cau tu CH3COOH va h2o

Đ

ÁN QT&TBCNHH

SVTH:NGUYỄN ANH TU N

Axít CH​3​OOH là một tronh những hợp ph n không thể thiếu trông công nghệ
thực ph m cũng như trong một số ngành công nghiệp khác, CH​3​COOH cũng
chiếm một vai trò quan trọng trong cuộc sống.
Để sản xu t axit CH​3​COOH thì có nhiều phương pháp khác nhau nhưng trong
cơng nghiệp thực ph m thì nó được sản xu t bằng phương pháp lên men b i 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 hố học, hố lýầtrong cơng
nghiệp để thu được lượng lớn CH​3 COOH với độ tinh khiết theo yêu c u thì ngư i
ta thư ng sửdụng phương pháp chưng c t.
Có nhiều phương pháp chưng c t khác nhau nhưng trong công nghiệp thực
ph m thư ng sử dụng phương pháp chưng c t liên tục.
Nguyên tắc phương pháp là dựa vào nhiệt độ bay hơi khác nhau của các c u tử
trong hổn hợp.Về thiết bị thì có nhiều lo i khác nhau, tuỳ thuộc vào yêu c u công
nghệ mà ngư i ta chọn lo i thiết bị phù hợp.Trông công nghệ thực ph m thiết bị
chưng c t thư ng dùng là thiết bị lo i tháp.
Nội dung của đồ án này là tính tốn thiết kế tháp đệm chưng luyện liên tục hổn
hợp hai c u tử là CH​3​COOH và H​2​O.
Các số liệu ban đ u :
Năng su t theo hổn hợp đ u: 1800(l/h).
Nồng độ hổn hợp đ u là: 75%.
Nồng độ sản ph m đỉnh là : 90%.
Nồng độ sản ph m đáy là: 10%.
(Các số liệu trên được cho theo c u tử dể bay hơi)

GVHD:TR N XUÂN NG CH

​Trang1


Đ

ÁN QT&TBCNHH

SVTH:NGUYỄN ANH TU N

SÅ ÂÄÖ TÄØNG QUAỉT DÁY CHUYÃÖN CÄNG NGHÃÛ
(7)
(8)
H​2​O
H​2​O
(P)

(1)

Håi ơƯút
(F)
(5)
Næåïc ngæng

(2)

(6)
(9)
H​2​O
(3)

GVHD:TR N XUÂN NG CH

​Trang2


Đ

ÁN QT&TBCNHH

SVTH:NGUYỄN ANH TU N

(4)
Chuong 1
TệNH TOÁN CỌNG NGH
1.Cơn b ng vật li u.
Phương pháp cân bằng vật liệu cho toàn tháp
G​F ​= G​p​+G​w​ (kg/h).
G​F​: lưu lượng hổn hợp đ u.
G​p​ :lưu lượng hổn hợp đỉnh.
G​w​ :lưu lượng sản ph m đáy.
Cân bằng vật liệu cho c u tử dể bay hơi
G​F​.x​F​ = G​P​.x​p​+G​w​.x​w​ (kg/h).
x​F​:ph n mol hổn hợp đ u.
x​p​:ph n mol sản ph m đỉnh.
x​w​:ph n mol sản ph m đáy
Theo giả thiết ta có :
a​F =
​ 0,75: nồng độ của hổn hợp đ u (ph n mol).
a​p =

​ 0,9:nồng độ của sản ph m đỉnh (ph n mol).
a​w =0,1:nồng
độ ph n mol khối lượng sản ph m đáy.
​
Suy ra các giá trị của x​F​, x​p​, x​w​:
= = = 0,91
:phân tử lượng của nước.
M​A​= 60 :Phân tử lượng của CH​3​COOH.
= = = 0,968
= = = 0, 27
Lượng sản ph m đỉnh: (kg/h)
G​p​ = G​F​. =1853,1. = 1505,64
Lượng sản ph m 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​. +(1-x​F​).M​A​ =0,91.18 + 0,09.60 = 21,78.
F: lượng hổn hợp đ u (Kmol/h)
P:lượng sản ph m đỉnh
W:Lượng sản ph m đáy.
F = = = 85,08
P =F. = 85,08. = 78,01
=> W = F-P = 85,05- 78,01 =7,07
2. Xác đ nh ch s h i l u - s đĩa lỦ thuy t .
Gọi x: nồng độ c u tử dể bay hơi trong pha lỏng
y: nồng độ c u tử dể bay hơi trong pha hơi.
t: nhiệt độ sôi của hổn hợp hai c u tử áo su t 760 mmHg
GVHD:TR N XUÂN NG CH

​Trang3

Đ

ÁN QT&TBCNHH

SVTH:NGUYỄN ANH TU N

a(% khối lượng) x(ph n mol)
y(ph n 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 =
x​p​ = 0,968
y​p​ = 0,9776 1505,64 78,01
100,2
​ 0,9
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​ = ​฀​.R​min
฀​: hệ số hiệu chỉnh ; ​฀​ = (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​ = =
R​min​ = 1,148
Để xác định số đĩa lý thuyết của tháp bằng cách dựa vào phương trình đư ng nồng
độ làm việc của đo n luyện và đo n chung.
Pương trình làm việc của đo n luyện:
y = .x +
Phương trình làm việc của đo n chung :
X = .y + .
Với: L = =
Mà: R​OPT​ = ​฀​.R​min​ : đặt B = ứng với mổi giá trị của ​฀​sẽ là một đĩa
lý thuyết N bảng sau

฀
R​OPT
N
N(R+1)
B

1,2
1,378
17
38,048
0,407

1,4
1,607
15
39,105

0,371

1,6
1,837
14
39,718
0,341

1,8
2,066
13
39,858
0,316

2,1
2,411
13
44,343
0,284

2,3
2,64
12
43,68
0,266

2,5
2,87
11
42,57

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 nh t là R​x​= 1,378.
Tương ứng với R​x​ =1,378 thì số đĩa lý thuyết :
Của tháp là 17 (đĩa)
Đo n chưng 6 đĩa (11,3)
Đo n luyện 11 đĩa (5,7)
Phương trình làm việc đo n luyện
y = 0,579x + 0,407
Phương trình đư ng làm việc đo n chưng
X = 0,964y + 0,036
3.Xác đ nh s đĩa th c t
GVHD:TR N XUÂN NG CH

​Trang4


Đ

ÁN QT&TBCNHH

SVTH:NGUYỄN ANH TU N

Hiệu su t làm việc của tháp được tính theo biểu thức:
฀​=​฀​.​฀
฀​:hiệu su t của tháp (%).
฀​: độ bay hơi của hổn hợp.
฀​:độ nhớt của hổn hợp: (10​-3 ​ N.S/m​2​ ).
฀​= (13-34- QT-TBCNHH II )

Vì hiệu su t thay đổi theo chiều cao tháp nên để xác định hiệu xu t của toàn tháp
ta xac định hiệu xu t trung của tháp.
Hiệu xu t trung bình của tháp được xác định:
฀​ = (%) (13-53-QH-TBVNHH II)
฀​1: hiệu su t đĩa trên cùng (%)
฀​2: hiệu su t đĩa tiếp liệu (%)
฀​3: hiệu su t đĩa dưới cùng (%)
a)Hiệu su t 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 nhiệt độ t​1​ 40​o​C là ​฀1​​ =0,9 (10 -3​​ .N.S/m​3​)
nhiệt độ t​2 ​là ​฀2​​ =0,56 (10 -3​​ .N.S/m​3​).
Độ nhớt của nước nhiệt độ ​฀1​​ =24​o​C là 0,9, ​฀2​​ =49​o​C là 0,56
Theo công thức páp lốp:
Độ nhớt của CH​3​COOH nhiệt độ t​p​=100,2 là:
฀​3​=​฀​1​ = = 61,625 (​o​C)
Tra bảng độ nhớt của CH​3​COOH ta có
฀​2​100,2​ = 0,4617 (10 -3​​ .N.S/m​3​)
Độ nhớt của H​2​O 100,2 o​​ C là : ​฀​1​100,2​ =0,2835(10 -3​​ .N.S/m​3​)
Độ nhớt của hổn hợp 100,2​o​C là
lg ​฀1​​ hh​=x​p​.lg ​฀​1​100,2​ +(1-x​p​).lg ​฀​2​100,2 ​=0,968.lg0,2835 + 0,032lg0,4617
lg ​฀1​​ hh​= -0,54067; ​฀1​​ hh​= 0,288 (10 -3​​ .N.S/m​3​)
฀​1​=
฀​1​=​฀1​​ . ​฀1​​ hh​=1,443.0,288 = 0,4156
b)Hiệu su t của đĩa tiếp liệu
Độ nhớt của CH​3​COOH 100,6​o​C

฀​2​100,6​=0,455(10 -3​​ .N.S/m​3​)
Độ nhớt của nước 100,6​o​C là ​฀​1​100,6​= 0,283(10 -3​​ .N.S/m​3​)
Độ nhớt của hổn hợp 100,6 o​​ C là
lg ​฀2​​ hh​=x​F​.lg ​฀​1​100,6​ +(1-x​F​).lg ​฀​2​100,6 ​=0,91.lg0,283 + 0,09lg0,455
lg ​฀2​​ hh​= -0,529 ;​฀2​​ hh​=0,296(10 -3​​ .N.S/m​3​)
฀​2​=
฀​2​=​฀​2​. ​฀2​​ hh​=1,47.0,296 = 0,435
c)Hiệu su t của đĩa dưới cùng
Độ nhớt của CH​3​COOH 108,28​o​C
฀​2​108,28​=0,5304(10 -3​​ .N.S/m​3​)
Độ nhớt của nước 108,28​o​C là ​฀​1​100,6​= 0,2625(10 -3​​ .N.S/m​3​)
GVHD:TR N XUÂN NG CH

​Trang5


Đ

ÁN QT&TBCNHH

SVTH:NGUYỄN ANH TU N

Độ nhớt của hổn hợp 108,28 o​​ C là
lg ​฀3​​ hh​=x​w​.lg ​฀​1​108,28​ +(1-x​w​).lg ​฀​2​108,28 ​=0,27.lg0,2625 + 0,73lg0,5304
lg ​฀2​​ hh​= -0,5378 ;​฀2​​ hh​=0,4387(10 -3​​ .N.S/m​3​)
฀​3​=
฀​3​=​฀​3​. ​฀3​​ hh​=1,717.0,4387 = 0,753
Vậy hiệu su t trung bình của tháp là:
฀​=
Từ đây ta tính được số đĩa thực tế là:

N​tt​= (đĩa)
Như vậy số đĩa thực tế là 32 đĩa
Trong đó: Chưng :N​c​ = 21 đĩa
Luyện: N​l​ =11 đĩa
CH
NG II
TệNH KệCH TH
CTHI T B
I.Tính đ ờng kính thi t b : D​ch ng ฀​
D​luy n
​
Đư ng kính của thiết bị được xác định theo công thức
D = 0,0188. (m) (IX.90-sô tay T​II​)
Trong đó : g​tb​ lượng hơi trung bình đi trong tháp
฀​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
đo n của tháp nên phải tính lượng hơi lỏng cho từng đo n.
1. Đư ng kính đo n luyện.
g​tb​= (IX.91.ST-T​II​)
g​tb​: lượng hơi trung bình đi trong đo n luyện (kg/h, kmol/h)
g​d​ : lượng hơi đi ra khỏi điã trên cùng của đo n luyện.
g​1​ : lượng hơi đi vào đĩa dưới cùng của đo n 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 ph m đỉnh (kg/h,kmol/h).
G​R​: lượng ch t 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 đo n luyện.

Giữa lượng hơi g​1 hàm lượng hơi y​1 và lượng hơi G​1 đối với đĩa thứ nh t của đo n
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 n nhiệt hố hơi của hổn hợp đi vào đĩa thứ nh t của đo n luyện
(Kcal/kg).
r​d​ n nhiệt hóa hơi của hổn hợp đi ra khỏi tháp (Kcal/kg)
GVHD:TR N XUÂN NG CH

​Trang6


Đ

ÁN QT&TBCNHH

SVTH:NGUYỄN ANH TU N

r​1​=r​a​.y​1​+(1-y​1​).r​b
(đĩa thứ nh t)
r​d​= r​a​.y​d​+(1-y​1​).r​b
(đĩa trên cùng)
trong đó: r​a,​r​b​ n nhiệt hóa hơi của H​2​O và CH​3​COOH nguyên ch t

y​d​ nồng độ của H​2​O trong hổn hợp đ u.
y​1​ hàm lượng hơi đối với đĩa 1 của đo n luyện.
Dựa vào phương pháp nội suy xác định n nhiệt hóa hơi của nước và của
CH​3​COOH các nhiệt độ khác nhau:
100​o​C r​1a​ =539(kcal/kg)
140​o​C r​2a​ =513(kcal/kg)
Ta có nhiệt độ t​F​=100,6​o​C (ứng với r​d​) n nhiệt hóa hơi của nước là:
r​3a​= 539 - 0,65.0,6 = 538,61 (kcal/kg)
nhiệt độ t​p​=100,2​o​C (ứng với r​d​) n nhiệt hóa hơi của nước là:
r​4a​= 539 - 0,65.0,2 = 538,87 (kcal/kg)
n nhiệt hóa hơi của CH​3​COOH : r​b​ (kcal/kg)
100​o​C có r​1b​ =97(kcal/kg)
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 đo n luyện

g​tbl​ = (kg/h)
g​d​ =189,031(kmol/h)
Lượng lỏng trung bình trong đo n luyện
G​tbl​ =
G​tbl​ =202(kmol/h) = 2875,3(kg/h).
c) Vận tỗc hơi đi trong đo n luyện
Vận tốc hơi được xác định theo công thức
Lg = A - 6,75..
(Sổ tay II-IX.115)
Trong đó : A hằng số A= -0,125.
w​x​: vận tốc đặc pha (m/s).
฀​d​ :Bề mặt tự do của đệm (m​2​/m​3​).
V​d​: Thể tích tự do của đệm (m​3​/m​3​).
฀​ytb​ :khối lượng riêng trung bình của hơi.(kg/m​3​).
฀​xtb​ : Khối lượng riêng trung bình của lỏng (kg/m​3​).
GVHD:TR N XUÂN NG CH

​Trang7


Đ

ÁN QT&TBCNHH

SVTH:NGUYỄN ANH TU N

฀​x​: Độ nhớt của hổn hợp lỏng điều kiện trung bình (N.S/m​2​).
฀​n​ : Độ nhớt của nước 20​o​C (N.S/m​2​).
G​y​ :Lượng hơi trung bình đi trong đo n luyện (kg/h).
G​x​ : Lượng lỏng trung bình đi trong do n luyện (kg/h).

Chọn lo i đệm vịng có kích thước ​ ​chưa có​ v​ à ​฀​d​ =310(m​2​/m​3​),
V​d​ =0,71(m​3​/m​3​).
Xác định khối lượng riêng:
฀​ytb​ =
(IX.102-ST T​II​).
với y​tbl​ =
Suy ra : ​฀​ytb​ =(kg/m​3​).
(IX.104a-ST T​II​).
=
(ph n khối lượng ứng với t​o​ trung bình).
Với : nồng độ trung bình của pha lỏng tương ứng với y​tbl​ =0,9573
฀​xtb1​ : Khối lượng riêng của H​2​O t i 100,8 o​​ C (kg/m​3​).
฀​xtb2 ​: Khối lượng riêng của CH​3​COOH t i 100,8 o​​ C (kg/m​3​).
Dựa vào phương pháp nội suy
100​o​C ฀​1​ của nước là 958,38 (kg/m​3​).
฀​1​ của CH​3​COOH là 958 (kg/m​3​).
110​o​C ​฀​2​ của nước là 951 (kg/m​3​).
Khối lượng riêng của nước t i 100,8​o​C là
฀​xtb1​= (951- 958)/10 .0,8+958,38 = 957,79
120​o​C khối lượng riêng của là ​฀​2​ = 922(kg/m​3​).
Suy ra khối lượng riêng của CH​3​COOH 100,8​o​C là
฀​xtb2​ =(922-958):20.0,8+958 =956,56
Vậy
Suy ra =957,51 (kg/m​3​).
Độ nhớt của nước 100,8​o​C là
฀​1​100,8​=0,2819 (10​-3​.N.S/m​2​)
Độ nhớt của CH​3​COOH 100,8​o​C là
฀​2​100,8​=0,4668 (10​-3​.N.S/m​2​)
Lg​฀x​​ =0,78.lg​฀1​​ 100,8​+0,13.lg​฀2​​ 100,8​ =0,78.lg0,2819 +0,13.lg0,4668
฀​x​ =0,5937 (10​-3​.N.S/m​2​); ​฀n​​ = 1,005 (10​-3​.N.S/m​2​) 20​o​C

Thay các giá trị vào cơng 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).
​
Đư ng kính đo n luyện là:
D​L​ =0,0188. (m).
2. Đ ờng kính đoạn ch ng.
D ​c​ =0,0188. (m)
a)Lượng hơi đi trong đo n chưng
g​'​tb​ = (kg/h).
g​n​'​ : lượng hơi đi ra khỏi đọan chưng. (kg/h)
GVHD:TR N XUÂN NG CH

​Trang8


Đ

ÁN QT&TBCNHH

SVTH:NGUYỄN ANH TU N

g​n​' ​: Lượng hơi đi vào đọa chưng (kg/h)
g​1​ :lượng đi vào đo n chưng trừ G​F
g​1​= g​n​'​=218,485 (kmol/h) - 85,08(kmol/h) = 5730,599(kg/h)
Nên g​'​tb​ =
Ta có hệ phương trình sau
(1)
(2)
(3)

: lượng lỏng đi trong đo n chưng [kmol/h]
: hàm lượng hơi đi vào đo n chưng
: n nhiệt hóa hơi của hơi đi vào đĩa thứ nh t của đo n chưng.
: n nhiệt hóa hơi của H​2​O 108,3 0​​ C , = 534,2 [kcal/kg]
: n nhiệt hóa hơi của CH​3​COOH 108,3 0​​ C , = 96,46 [kcal/kg]
= 267,18 [kcal/kg] =25644,87
: n nhiệt hóa ơi đi vàođĩa trên cùng của đo n chưng , =
: lượng sản ph m đáy [kmol/h]
Giãi hệ phương trình trên ta có:
= 161,12 [kmol/h]
= 168,19 [kmol/h]
= 0,2843 [ph n mol] , nồng độ pha lỏng hơi cân bằng ứng với là

y​*​= 0,4058,= 107,9​0​C
= 161,12. [​y*​​ 1​.18+(1-​y*​​ 1​).60]=6921,135 [kg/h]

= 168,19. [​x'​​ 1​.18+(1-​ x​'​1​).60] = 8083,11 [kg/h]
Lượng hơi trung bình đi trong đo n chưng"
6325,867 [kg/h]
Lượng lỏng trung bình đi trong đo n chưng
: lượng lỏng đi vào đĩa dưới cùng của đo n chưng

=​G​w​=347,46 [kg/h]
= = 4215,285 [kg/h]
b)Xác định vận tốc hơi
b )Xác định vận tốc hơi đi trong đo n luyện
Ta có =4215,285 [kg/h] lượng lỏng trungbình trong đọan chưng
= 6325,867 [kg/h] lượng hơi trung bình đi trong đo n chưng
xác định khối lượng riêng của hổn hợplỏng và hơi
0,397

= 0,5364 [kg/m​3​]
0,103
nhiệt độ108,01 0​​ C :
Khối lượng riêng của H​2​O là = 952,47 [kg/m​3​]
Khối lượng riêng của CH​3​COOH là = 943,58 [kg/m​3​]
suy ra
Vậy 944,6 [kg/m​3​]
Độ nhớt nhiệt độ 108,01 0​​ C
GVHD:TR N XUÂN NG CH

​Trang9


Đ

ÁN QT&TBCNHH

SVTH:NGUYỄN ANH TU N

Độ nhớt của H​2​O là 0,263 [10​-3​N.s/m​2​]
Độ nhớt của CH​3​COOH là 0,528 [10​-3​N.s/m​2​] Vậy lg
suy ra 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]
Đư ng kính đo n chưng là
0,0188. = 1,371 [m]
II . Tính chiều cao c a 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
(10_41_QT&TBCNHH II)
trond đó = : đư ng kính tương đương của đệm [m]
Chu n số Reynon
:Khối lượng riêng của hơi [kg/m​3​]
:khối lượng riêng của lỏng [kg/m​3​]
: Vận tốc hơi đi trong tháp
: bề mặt riêng của đệm[m​2​/m​3​]
: thể tích tự do của đệm [m​3​/m​3​]
,: lượng lỏng và hơi trung bình đi trong tháp [kg/h]
: độ nhớt của hơi và lỏng đi trong tháp theo nhiệt độ trung bình [N.s/m​2​]
m : giá trị trung bình trên đư ng cân bằng
1. Chiều cao đ m c a đoạn luy n
Các số liệu đã có :
= 4033,066[kg/h]
= 3875,3 [kg/h]
w​y =1,954 [m/s]
= 0,5937 [10​-3​.N.s/m​2​]
= 0,646 [kg/m​3​]
=957,51 [kg/m​3​]
Độ nhớt của pha hơi :
:Nồng độ ph n khối lượng của H​2​O trong pha hơi nhiệt độ 100,8​o​C
= 0,775
: độ nhớt của H​2​O 100,8​0​C , = 28,19 [10​-3​.N.s/m​2​]
: độ nhớt của CH​3​COOH 100,8 0​​ C , = 0,4668 [10​-3​.N.s/m​2​]
suy ra = 0,3095 [10​-3​.N.s/m​2​]

GVHD:TR N XUÂN NG CH

​Trang10


Đ

ÁN QT&TBCNHH

SVTH:NGUYỄN ANH TU N

.10​3​ = 52,618
m = 0,81
Thay các thơng số vào cơng thức (10_41)
ta có H​td​ =34,6912.0,00916 = 0,3178 [m]
Suy ra chiều cao đo n luyện là H​1​ = 0,3178.11 = 3,496 [m]
2. Chiều cao đoạn ch ng vƠ toƠn tháp
= 1215,285 [kg/h]
=6325,867[kg/h]
w​y​ = 2,217 [m/s]
=0,69524 [10​-3​.N.s/m​2​]
= 0,5364 [kg/m​3​] ; = 944,6 [kg/m​3​ ]
m = 0,69,d​td​ =0,00916
độ nhớt của pha hơi
= 0,17
Với ​฀​1​ ,​฀​2​ :là đọ nhớt của H​2​O và CH​3​COOH nhiệt độ 108,01​o​C
=>​฀​y​ =0,45 (10​-3​.N.s/m​2​)
.10​3​ = 34,094
Thay các giá trị vào cơng thức (10_41) ta có
=> h

​ ​td​ =34,024.0,00916 = 0,31166 (m)
Chiều cao của đo n 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 đỉnh và đáy H=10,84(m).

CH

NG III.

TệNH TR L C C A THÁP
Sức cản thủy học của tháp đệm đối với hệ hơi lỏng được xác định theo công thức sau:
(N/m​2​) (IX.118_sổ tay II)
A = 5,15: hệ số
GVHD:TR N XUÂN NG CH

​Trang11


Đ

ÁN QT&TBCNHH

SVTH:NGUYỄN ANH TU N

: tổn th t áp su t khi đệm ướt t i điểm đảo pha có tốc độ của khí đi qua đệm khơ
(N/m​2​)
: tổn th t áp su t của đệm khô[ N/m​2​]
,: lượng lỏng, hơi trung bình đi trong tháp [kg/s]
: độ nhớt trung bình của lỏng, hơi [N.S/m​2​]
,:khối lượng riêng trung bình của lỏng,hơi [kg/m​3​]

Tổn thât áp su t của đệm kho tính theo cơng thức :
[N/m​2​]
(IX.119_sổ tay II)
Vận tốc thực của khí trong lớp đệm
(IX.120_sổ tay II)
Trong đó H : chiều cao tháp đệm [m]
:hệ số tr lực của đệm bao gồm cả tr lực ma sát và tr lực cục bộ,với các lo i
đệm khác nhau thì xác định theo cơng thức thực nghiệm khác nhau
: Tốc độ của hơi tính trên toàn bộ tiết diện của tháp [m/s]
: bề mặt riêng của đệm [m​2​/m​3​]
: thể tích tự do của đệm [m​3​/m​3​]
Tổn th t áp su t của đệm khô xác định theo công thức sau ( chọn > 40 nghĩa là đệm đổ
lộn xộn)
[N/m​2​] (IX.121_sổ tay II).
I . Trở l c cho đoạn luy n
Các số liệu đã có :
Tốc độ bay hơi w
​ ​y=
​ 2,79 [m/s]
= 3875,3 [kg/h]
= 4033,066 [kg/h]
= 975,51 [kg/m​3​]
= 0,3095 [kg/m​3​]
= 0,5937 [10​-3​.N.s/m​2​]
= 0,3095 [10​-3​.N.s/m​2​]
Vận tốc của hơi trong đệm = 3,93 [m/s]
=24478,215 [N/m​2​]
= 54799,26 [N/m​2​]
II . Trở l c c a đoạn chung
Vận tốc thực của hơi trong đệm w​1​'​= 4,46[m/s]

= 53447,76 [N/m​2​]
= 112754 [N/m​2​]
Vậy tr lực của toàn tháp là :
= 53447,76 +112754 = 167553,27 [N/m​2​]

GVHD:TR N XUÂN NG CH

​Trang12


Đ

ÁN QT&TBCNHH

SVTH:NGUYỄN ANH TU N

CH
NG 4
CÂN B NG NHI T LUY N CHO QUÁ TRỊNH CH NG LUY N
I . Cơn b ng nhi t l ng cho thi t b gia nhi t hổn h p
[J/h]
Trong đó :
* Nhiệt lượng do hơi đốt mang vào [J/h]
: lượng hơi đốt [kg/h]
: n nhiệt hoá hơi của hơi đốt [J/kg]
: hàm nhiệt (nhiệt lượng riêng) của hơi đốt [J/kg]
: nhiệt độ nước nhưng [​0​C]
: nhiệt dung riêng của nước ngưng [J/kg.âäü]
* Nhiệt lượng do hổn hợp đ u mang ra
[J/h]

F : lượng hổn hợp đ u [kg/h]
: nhiệt dung riêng của hổn hợp khí đi ra [J/kg. độ]
: nhiệt độ của hổn hợp khí ra khỏi hổn hợp khí đun nóng [​0​C]
* Nhiệt lượng do hổn hợp đ u mang vào
[J/h]
: nhiệt dung rieng của hổn hợp đ u [J/kg. độ]
: nhiệt độ đ u của hổn hợp [​0​C]
* Nhiệt lượng do nước ngưng mang ra
[J/h]
: lượng nước ngưng ,bằng lượng hơi đốt [kg/h]
* Nhiệt lượng m t ra môi trư ng xung quanh l y bằng 5% nhiệt tiêu tốn
[J/h]
*Lượng hơi đốt (lượng hơi nước) c n thiết để đun nóng dung dịch đ u đến nhiệt
độ sơi là :
[kg/h]
GVHD:TR N XUÂN NG CH

​Trang13


Đ

ÁN QT&TBCNHH

SVTH:NGUYỄN ANH TU N

Để đảm bảo đun nóng đáy tháp được liên tụcvới hiệu su t cao,ta chọn hơi đốt là hơi
nước bảo hồ có nhiệt độ là125 0​​ C và áp su t 2,37 atm
Nhiệt dung riêng của CH​3​COOH 100,6 0​​ C = 2433,2 [J/kg. độ]
Nhiệt dung riêng cuar H​2​O 100,6 0​​ C = 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 đ u trước khi vào thiết bị đun nóng là 28 0​​ C , ta có :
Nhiệt dung riêng của nước 28 0​​ C là (áp su t kq) = 4181,8 [J/kg. độ]
Nhiệt dung riêng của CH​3​COOH 28 0​​ C là (áp su t kq)
= 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)
0​
125 ​ C n nhiệt hoá hơi của hơi nước là r​1​ = 523,5 (kcal/kg) = 2194.10​3​ [J/kg]
Vậy lượng hơi đốt c n để đun hổn hợp đ u đến nhiệt độ sôi là :
D​1​== 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 . Cơn b ng nhi t l ng cho tháp ch ng luy n
Lượng hơi đốt c n thiết để đun sôi hổn hợp đáy tháp được xác định theo biểu thức
sau :
D​2​ = [kg/h]
Trong đó
D​2​ :lượng hơi đốt c n thiết [kg/h]
: Nhiệt lượng của hơi mang ra khỏi đỉnh tháp [J/h]
: nhiệt lượng của sản ph m đáy [J/h]
: nhiệt lượng m t mát ra môi trư ng xung quanh , = 5%. [J/h]
: nhiệt lượng của lỏng hồi lưu [J/h]
: nhiệt lượng do hổn hợp đ u mang vào [J/h]
: n nhiệt hoá hơi của hơi đốt [J/kg]
1. Nhi t l ng c a h i mang ra khỏi đ nh tháp
Hơi ra khỏi đỉnh có nhiêt độ là t​p​ = 100,2 0​​ C
= P.(1+ R​x​). [J/h]
P = 1505,64 [kg/h] : lượng sản ph m đỉnh .

R​x​ : chỉ số hồi lưu (R​x​ = 1,378)
: nhiệt lượng riêng của hổn hợp hơi [J/kg]
Với :
,: là nồng độ ph n khối và nhiệt lượng riêng của H​2​O trong hơi
: nhiệt lượng riêng của CH​3​COOH trong hơi [J/kg] 100,2​0​C
=
= 538,94 (kcal/kg) = 2256,43.10​3​ [J/kg]
= 4218,87 [J/kg. độ]
= 2256,43.10​3​ + 4218,87.100,2 = 2679,16.10​3​ [J/kg]
GVHD:TR N XUÂN NG CH

​Trang14


Đ

ÁN QT&TBCNHH

SVTH:NGUYỄN ANH TU N

= 96,99.4,181.0​3​ = 406,07.10​3​ [J/kg]
= 2430,52 [J/kg. độ]
= 406,07.10​3​ + 2430,52.100,2 = 649,608.10​3​ [J/kg]
= 0,9.2679,16.10​3​ +0,1. 649,608.10​3​ = 2458,2048.10​3​ [J/kg]
Vậy:
= 1505,64.2,378.2458,2048 = 8801,386.10​6​ [J/h]
2 . Nhi t l ng c a s n phẩm cháy
Sản ph m đáy sôi 108,3 0​​ C
= [J/h]
mà:

Nhiệt dung riêng của H​2​O 108,3 0​​ C là: = 2,07467 [J/kg. độ]
Nhiệt dung riêng của CH​3​COOH 108,3 0​​ C : = 2644,18 [J/kg. độ]
:​nồng độ ph n khối lượng của H​2​O trong sản ph m đáy
= 0,1.2074,67 + 0,9.2644,18 = 2587,23 [J/kg. độ]
= 347,46.2587,23.108.3= 97,3573.10​6​ [J/h]
3 . Nhi t l ng do lỏng h i l u mang vƠo tháp
Ta xem quá trình ngưng tụ của sản ph m đỉnh là đẳng nhiệt (nghĩa là nhiệt độ của lỏng
hồi lưu vào tháp là100,1 0​​ C )
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]
1505,64.1,378.90.4149,106 = 774,76.10​6​ [J/h]
Nhiệt lượng của hổn hợpđ u mang vào tháp
= 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 c n thiết để đun sôi hổn hợp đáy tháp
D​2​ =
D​2​=
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 . Cơn băng nhi t l ng cho thi t b ng ng t
Dùng ch t tải nhiệt là nước l nh
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​.​฀​t
Nhiệt đọ trung bình: t​tb​ =​o​C
C​n​ :Nhiệt dung riêng của H​2​O 27,5​o​C ,C​n​ = 4181,043 [J/kg. độ]
G​n​ : Lượng hơi nước tiêu tốn [kg/h].
r​ : n nhiệt ngưng tụ của hơi nước

r​ = x​p​.+(1-x​p​).r​ax​ =0,968. +(1-0,968).r​ax

r​ax​ =10​3​ = 538003,8 [J/kg]
=[Kcal/kg] =2435932,6 [J/kg]
GVHD:TR N XUÂN NG CH

​Trang15


Đ

ÁN QT&TBCNHH

SVTH:NGUYỄN ANH TU N

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]
CH
NG V
TệNH TỐN CÁC THI T B PH
I . Tính thi t b gia nhi t đầu :
Chọn thiết bị gia nhiệt hổn hợp lo i ống chùm và thẳng đứng có c u t o như hình vẽ
dưới :
Trong thiết bị thì hơi nước đi ngồi ống, ch t lỏng chuyển động trong ống; sau khi gia
nhiệt thì ch t lỏng được bơm vận chuyển vào tháp .
Tính tốn thi t b
* Nhiệt lượng c n cung c p cho ch t lỏng sôi :
Q = G.t.C
[J/h]
G : Lượng hổn hợp đ u [kg/h]
t : Biến thiên nhiệt độ đ u và cuối [​0​C]

C : Nhiệt dung riêng của ch t lỏng [J/kg. độ]
Q = 1853,1.(100,8 - 28).3660,55 [J/h]
t =t​F​ -t​d​ :
t​F​ =100,8​o​C : Nhiệt độ của hổn hợp sau khi dược gia nhiệt .
t​d​ =28​o​C : Nhiệt độ của hổn hợp trước khi vào gia nhiệt.
C = 3660,55[J/kg. đô.] :Nhiệt dung riêng của hổn hợp ch t lỏng 28​o​C
Q = 493,83.10​6 ​[J/h] .
* Nhiệt độ trung bình của ch t lỏng và của hơi đốt
t​1​ = t​2d​- t​1d​= 125 - 28 = 97 [​0​C]
0​
t2​ = t​2c​ - t​1c​ = 125 - 100,6 = 24,4 [​ C]
Với t​1d​, t​1c​ : Nhiệt đọ trước và sau khi đun nóng.
t​2d​, t​2c : Nhiệt độ của hơi đôt và hơi ngưng ( xem quá trình truyền nhiệt là đẳngnhiệt
nên nhiệt độ hơi ngưng bằng nhiệt độ hơi nước bảo hoà)
Hiệu số nhiệt trung bình của hai mơi trư ng :
= 52,6 [​0​C]
Nhiệt độ trung bình của ch t lỏng = 100,6 - 52,6 = 48 [​0​C]
Nhiệt độ trung bình của hơi ngưng = 125 - 52,6 = 72,4 [​0​C]
* Tính hệ số c p nhiệt từ hơi bảo hoà đến thành ống:
Đây là quá trình c p nhiệt khi ngưng tụ hơi bảo hồ khơ khơng chứa khơng khí và nước
ngưng t o thành thành màng phủ kín bề mặt truyền nhịêt đứng, trong trư ng hợp này nước
ngưng chuyển động trên bề mặt màng chế độ chảy dịng . Ta có :
= 2,04.A. [ 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 : n nhiệt ngưng tụ của nước ngưng l y theo nhiệt hơi độ báo hoà,
r = 2195,47.10​3​ [J/kg]

GVHD:TR N XUÂN NG CH

​Trang16


Đ

ÁN QT&TBCNHH

SVTH:NGUYỄN ANH TU N

t = t​n​ - t = 125 - 120 = 5 [​0​C]
tn : Nhiệt độ nước ngưng (nhiệt độ bảo hồ).
t : Nhiệt độ phía thành ống tiếp xúc với hơi ngưng.
H : Chiều cao ống truyền nhiệt, ta chọn H = 1,2 [m]
= 2,04.188,75..10 0,75​
​ = 9470,24 [ W/m​2​. độ ]
* Tính hệ số c p nhiệt từ thành ống đến ch t lỏng
Ta xem ch t lỏng chuyển động trong ống thẳng chế độ chảy xốy (Re >1000)
Ta có
=
[ W/m​2​. độ ] (V.33_sổ tay II)
: hệ số d n nhiệt của ch t lỏng [ W/m​2​. độ ]
= A.C. [ W/m​2​. độ ] (I.32_sổ tay I)
Với A : hệ số phụ thuộc mức độ liên kết của ch t lỏng,hổn hợp d ng liên kết nên
A = 3,58.10​-8
C : nhiệt dung riêng đẳng áp của ch t lỏng [J/kg. độ]
C = 0,75.C​1​ + 0,25.C​2
C​1​ : nhiệt dung riêng của H​2​O 48 0​​ C , C​1​ = 4182,9 [J/kg. độ]
C​2​ : nhiệt dung riêng của CH​3​COOH 48 0​​ C , C​2​ = 2072,5 [J/kg. độ]

C = 0,75.4182,9 + 0,25.2072,5 = 3655,3 [J/kg. độ]
: khối lượng riêng của ch t lỏng 48 0​​ C
được xác định theo công thức (IX.104a_sổ tay II) với
: khối lượng của H​2​O 48 0​​ C , = 988,96 [kg/m​3​]
: khối lượng riêng của CH​3​COOH 48 0​​ C , = 1018,37 [kg/m​3​]
=> = 996,15 [kg/m​3​]
= 3,58.10​-8​.3655,3.996,15.= 0,466 [ W/m. độ ]
(V.40_sổ tay II)
Trong đó
: chu n số Nuyxen của ch t lỏng
: hệ số điều chỉnh tính đến ảnh hư ng của tỉ số giữa chiều cao H và đư ng kính d của
ống , ta chọn ống có đư ng kính là d = 30 [mm]
H/d = 40 , tra bảng (V.2-sổ tay II) với Re =10000 ta được = 1,03
Pr : chu n số Pran của dịng tính theo nhiệt độ trung bình của dịng tức là 48 0​​ C
Pr = (V.35_sổ tay II)
C : nhiệt dung riêng của ch t lỏng 48 0​​ C , C = 3655,3 [J/kg]
: độ nhớt của ch t lỏng 48 0​​ C , = 0,587.10​-3​ [N.s/m​2​]
: hệ số d n nhiệt của ch t lỏng 48 0​​ C , = 0,466 [ W/m. độ ]
Pr = .10​-3​ = 4,6
Pr​t​ : chu n số Pran tính theo nhiệt độ trung bình của thành ống
Vì chênh lệch nhiệt độ giữa thành và dòng ch t lỏng nhỏ nên ta có thể xem tỉ số
(Pr/Pr​t​)​0,25​ = 1
= 0,021.1,03.10000 0,8​
​ .4,6 0,4
​ ​= 66,5
= 1025,2 [ W/m​2​. độ ]
Nhiệt tải riêng từ phía hơi ngưng đến thành ống
q​1​ = .t​1​ [ W/m​2​ ]
t​1​: hiệu số nhiệt độ giữa nước ngưng và mặt tư ng tiếp xúc với nước ngưng
GVHD:TR N XUÂN NG CH

​Trang17


Đ

ÁN QT&TBCNHH

SVTH:NGUYỄN ANH TU N

t​1​ = 5 0​​ C
q​1​ = 9470,24.5 = 47351,2 [ W/m​2​ ]
Nhiệt tải riêng từ tư ng ống đến ch t lỏng
q​2​ = t​3 ​[ W/m​2​ ]
t​3 ​: hiệu số nhiệt giữa thành ống và dung dịch
t​3​ = t​T3​ - t​3
t​T3​ : nhiệt độ bề mặt tư ng tiếp xúc với ch t lỏng [​0​C]
t​3​ : nhiệt độ trung bình của ch t lỏng [​0​C]
Hiệu số nhiệt độ giữa hai bề mặt tư ng
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 ch t lỏng [​0​C]
t​T​ = q.R
q :nhiệt tải riêng từ hơi ngưng đến thành ống [ W/m​2​ ]
R : tổng tr nhiệt của thành ống [ m​2​. độ/W ]
R = (V.3_sổ tay II)
: nhiệt tr của cặn tư ng phía hơi ngưng chủ yếu là nước, thư ng nhiệt độ cao nên :
= 0,725.10​-3​ [m​2​. độ/W ] (tra bảng V.1_sổ tay I)
: nhiệt tr của cặn tư ng phía ch t lỏng chủ yếu là nước s ch , nhiệt độ cao nên :=
0,464.10​-3​ [m​2​. độ/W ] (tra bảng V.1_sổ tay I)

: chiều dày của thành ống , chọn = 0,002 [m]
: hệ số d n nhiệt của tư ng , chọn vật liệu làm ống là đồng có
= 385 [ W/m​2​. độ ]
Thay các số liệu vào cơng thức ta có
R = 1,38.10​-3​ [ m​2​. độ/W ]
t​T​ = 47351,2.1,38.10​-3​ = 65,3 [​0​C]
t​T3​ = t​T1​ - t​T​ = 120 - 65,3 = 54,7 [​0​C]
t​3​ = 54,7 - 48 = 6,7 [​0​C]
q​2​= 1025,2.6,7 = 6868,84 [ W/m​2​ ]
Ta có = 0,85 = 85% > 50%, nên phải tính l i các thông số trên
Chọn l i t​1​ = 3 0​​ C
= 10760,27 , q1 = 10760,27.3 = 32280,81 [ W/m​2​ ]
t​T​ = 32280,81.1,38.10​-3​ = 44,6 [​0​C]
t​T3​ = 120 - 44,6 = 75,4 [​0​C]
t​3​ = 75,4 - 48 = 27,4 [​0​C]
q​2​ = 1025,2.27.4 = 28090,48 [ W/m​2​ ]
= 0,13 = 13% < 50% , kết quả này phù hợp .
Nhiệt tải riêng trung bình q​tb​ = = 30185,65 [ W/m​2​ ]
* Tính bề mặt truyền nhiệt :
F = [m​2​]
Q : lượng nhiệt truyền qua tư ng phẳng trong một giây [ W ]
q​tb​ : nhiệt tải riêng trung bình [ W/m​2​ ]
F = .10​6​ = 4,544 [m​2​]
GVHD:TR N XUÂN NG CH

​Trang18


Đ

ÁN QT&TBCNHH

SVTH:NGUYỄN ANH TU N

* Tính số ống truyền nhiệtiãût
n=
F : bề mặt truyền nhiệt [m​2​]
d​n​ : đư ng kính ngoài của ống truyền nhiệt [m]
H : chiều cao ống truyền nhiệt [m]
n = = 37,69 =38 (ống).
Để cho thiết bị làm việc tốt, với hiệu su t 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 c ta có:
+ tổng số ống trong thiết bị là
37
+ số hình sáu c nh
3
+ số ống trên đư ng xuyên tâm
7
+ tổng số ống là
37
+ Số ống hình 6 c nh ngồi cùng
18

Cách bố trí các ống truyền nhiệt theo hình sau c nh
* Tính đư ng kính thiết bị :
D = t.(b - l) + 4.d [m]
(V.140_sổ tay II)
D : đư ng kính trong [m]
d : đư ng kính ngồi của ống [m]
t : bước ống , chọn t = 1,5 , d = 0,048 [m]

b : số bước trên đư ng chéo của hình sáu c nh
b = 2.a - 1
(V.139_sổ tay II)
a : số ống trên một c nh của hình sáu c nh ngoài cùng , a = 4
D = 0,048.6 + 1,5.6.0.032 = 0,576[m] .
II . ​Tính các đ ờng kính dẩn
1 . Đ ờng kính ng dẩn h i thi t b gia nhi t hổn h p đầu:
Sử dụng hơi đốt là hơi nước bảo hồ có nhiệt độ là 125 0​C và có áp su t là 2,37 atm
Đư ng kính ống được xác định:
d​1​ = [m]
Với: lượng hơi đốt sử dụng [kg/h]
w : vận tốc hơi đi trong ống , ta chọn w= 20 m/s .
: khối lượng riêng của hơi đốt , = 1,296 (kg/m​3​)
Vậy đư ng kính của ống d n hơi là d​1​ = = 0,0675 [m] . Ta chọn
d​1​ = 67,5 (mm) .
2 . Đ ờng kính ng dẩn h i đun sơi ở đáy tháp
Hơi dùng để đun sôi hổn hợp đáy tháp v n là hơi dùng trong thiết bị gia nhiệt (hơi
nước bảo hồ) có nhiệt độ là 125 0​C và áp su t là 2,37 atm . Chọn vận tốc hơi đi trong
ống là 20 m/s , ta xác định được đư ng kính ống đ n hơi đun sôi hổn hợp đáy là
d​2​ = 0,0188. = 0,2203 [m]
Ta chọn d​2​ = 0,22(m)
GVHD:TR N XUÂN NG CH

​Trang19


Đ

ÁN QT&TBCNHH

SVTH:NGUYỄN ANH TU N

3 . Đ ờng kính ng dẩn hổn h p đầu t f thi t b gia nhi t vƠo tháp
Xem sự thay đổi nồng độ các c u tử trong hổn hợp là không đáng kể sau khi gia nhiệt
đư ng kính ống là :
d​3​ = 0,0188.
Chọn = 2,2 m/s
3​
F =1853,1 [kg/m​ ]
= 0,75. + 0,25.
Khối lượng riêng của H​2​O 100,6 0​​ C là = 957,93 [kg/m​3​]
Khối lượng riêng của CH​3​COOH 100,6 0​​ C là = 956,92 [kg/m​3​]
Suy ra= 0,75.957,93 + 0,25.956,92 = 957,7 [kg/m​3​]
d​3​ = 0,0188. = 0,0176[m]
Ta chọn d​3​ = 18 [mm]
4 . Đ ờng kính ng tháo s n phẩm đáy
Lượng sản ph m đáy W = 347,46 [kg/h]
Chọn vận tốc tháo là 0,4 [m/s]
Khối lượng riêng của sản ph m đáy 108,3​o​C là

฀​ ​= 0,1. +0,9.

Khối lượng riêng của H​2​O 108,3 0​​ C [kg/m​3​]
Khối lượng riêng của CH​3​COOH 108,3 0​​ C [kg/m​3​]
= 0,1.952,255 + 0,9.943,06 = 943,98 (kg/m​3​)
Đương fkính ống là d​4​ = 0,0188. = 0,018 [m]
Ta chọn d​4​ = 18 [mm]
5 . Đ ờng kính ng thu s n phẩm đ nh
Lượng sản ph m đỉnh P = 1050,64 [kg/h]
Chọn vận tốc trong ống 10 [m/s]

Khối lượng riêng của sản ph m đỉnh 100,2 0​​ C là
= = 0,725 [kg/m​3​]
Đư ng kính ống là d​5​ =0,0188. = 0,2709 [m]
6 . Đ ờng kính ng h i l u
Lượng hồi lưu G​x​ = R​x​.P= 1050,64.1,378 = 2074,772 [kg/h]
Chọn vận tốc hồi lưu = 0,5 [m/s]
Khối lượng riêng của lỏng hồi lưu 90​o​C là = 958,3 [kg/m​3​]
Suy ra d​6​ = 0,0188. = 0,039[m]
​7 . Đĩa phơn ph i ch t lỏng vƠ h i đở đ m
*​Đĩa phân phối ch t lỏng.
Tra bảng IX.22 _sổ tay II ta có :
Đư ng kính đĩa phân phối lo i I D​d​ =750 mm.
Kích thước ống d n ch t lỏng :
Đư ng kính ống d n: 44,5mm
Chiều cao ống d n :70mm
Bề dày của thành ống :2,5mm.
Đư ng kính lưới đ đệm D​L​ =1165mm.
Chiều dày của lưới : b =25mm.
CH
GVHD:TR N XUÂN NG CH

NG 6
​Trang20


Đ

ÁN QT&TBCNHH

SVTH:NGUYỄN ANH TU N

TệNH TỐN C KHệ
1 . Hình dáng thi t b vƠ ph ng thức gia công
Thiết bị làm việc áp su t th p (< 1,6.10​6 N/m​2​) nên chọn thiết bị hình trụ đúng; thiết
bị được chế t o bằng thép t m , các t m được hàn với nhau. Yêu c u mối hàn :
+ Đư ng hàn càng ngắn càng tốt.
+ chỉ hàn giáp mối.
+ bố trí các đư ng hàn dọc dể quan sát.
+ không khoan lổ qua mối hàn.
​2​ . ​Ch n vật li u
Chọn thép khơng ghỉ : OX21H6M2T
Thép có các tính ch t :
+ độ bền hố học, độ bền nhiệt, khả năng chịu mài mòn cao .
+ độ bền cơ học, độ dẻo lớn, độ giòn th p
​3. Chiều dƠy c a tháp
Chiều dày của thân tháp chịu áp su t trong được tính theo cơng thức sau:
[m] (XIII.8_sổ tay II)
Trong đó S : bề dày của vỏ thân tháp [m]
: đư ng kính trong của thân tháp [m]
: hiệu su t cho phép [N/m​2​]
: hệ số bền của thân trụ theo phương dọc , chọn =0,95
( XIII.8_sổ tay II)
C :hệ số bổ sung do ăn mòn và dung sai âm về chiều dày
P : áp su t làm việc của tháp [N/m​2​]
P = P​mt +
​ P​1​ (XIII.10 sổ tay II )
P​mt​ : áp su t của hơi trong tháp [N/m​2​]
P​1​ : áp su t của cột ch t lỏng trong tháp [N/m​2​]
P​1​ = g..H​1
g : gia tốc trọng trư ng , g = 9,81 [m/s​2​]

: khối lượng riêng của ch t lỏng [kg/m​3​]
H​1​: chiều cao của cột ch t lỏng(chiều cao làm việc của tháp) [m]
[kg/m​3​]
: khối lượng riêng của lỏng trong đo n luyện [kg/m​3​]
: khối lượng riêng của lỏng trong đo n chưng [kg/m​3​]
=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
và
Trong đó và : ứng su t cho phép khi kéo [N/m​2​]
và : giới h n bền khi kéo và giới h n chảy [N/m​2​]
và : hệ số an toàn theo giới h n bền và giới h n chảy
=2,6 vaì =1,5 (bảng XIII.3_sổ tay II)
: hệ số điều chỉnh , với thiết bị này thì = 1
Với thép OX21H6M2T thì = 600.10​6​ [N/m​2​]
= 300.10​6​ [N/m​2​] (bảng XII.4_sổ tay II)
Ta có = 230,77.10​6​ [N/m​2​] ,= 180.10​6​ [N/m​2​] .
Trong 2 giá trị trên ta chỉ chọn giá trị nhỏ hơn là = 180.10​6​ [N/m​2​]
GVHD:TR N XUÂN NG CH

​Trang21


Đ

ÁN QT&TBCNHH

SVTH:NGUYỄN ANH TU N

Hệ số C = C​1​ + C​2​ + C​3​ [m]

C​1​ : hệ số bổ sung ăn mòn [m] . thép này thuộc lo i vật liệu bền nên C​1​ = 1[mm]
C​2​ : đ i lượng bổ sung do ăn mòn , C​2​ = 0
C​3 : đ i lượng bổ sung do sai âm về chiều dày và phụ thuộc vào t m vật liệu , chọn
C​3​ = 0,8 [mm]
Vậy C = 1,8.10​-3​ [m]
Suy ra S = =0,0025[m], S= 2,5 [mm]
(D​t​ = )
* Kiểm tra ứng su t của thép :
(XIII.26_sổ tay II)
Mà áp su t thử P​0​ = P​th​ + P​1​ (N/m​2​)
P​th :​ áp su t thử thuỷ lực l y theo bảng (XIII.10_sổ tay II) , P​th​ = 1,5.P​mt
P​1​ : áp su t thuỷ tỉnh của H​2​O (N/m​2​)
P​1​ = g..H​1
Với : khối lượng riêng trung bình của H​2​O
== 955,29 (kg/m​3​)
฀​L​ :khối lượng riêng của nước t i đo n chưng.
฀​C​ :khối lượng riêng của nước đo n luyện.
P​1​ = 9,81.955,29.10,04 =45263,74 (N/m​2​)
P​0​ = ( 1,033.1,5 + 0,453 ).10​5​ = 2.​105​ (N/m​2​)
Suy ra ​฀​ =
฀​= 24,4.10​6​ < = .10​6 ​ (N/m​2​)
Vậy chiều dày của tháp là 2,5mm .
4 . Đáy vƠ n p thi t b .
Chọn lo i nắp và đáy elip có g được chế t o b i cùng một lo i thép giống như tháp .
Chiều dày của đáy và nắp thiết bị chịu áp su t trong tính theo cơng thức :
S = (m)
(XIII.47_sổ tay II)
Trong đó :chiều cao ph n lồi của nắp chọn theo đư ng kính tháp bảng (XIII.8_sổ tay
II) (m)
: hệ số bền của mối hàn, = 0,95

K : hệ số khơng thứ ngun , vì đáy của thiết bị có lổ được tăng cứng hồn
tồn nên K = 1
Tra bảng ta chọn = 0,475 (m) (bảng XIII,10_sổ tay II)
Vì > 30 nên P m u số được bỏ qua nên chiều dày của đáy và nắp là
S=
S = 0,00216[m] =2,16 [mm] .
Chọn chiều dày của đáy và nắp là 2 [mm].
* Kiểm tra ứng su t của nắp thiết bị
< = 200.10​6​ (N/m​2​)
Vậy chiều dày của đáy và nắp thiết bị 2(mm) là đ t yêu c u .
5 . Ch n mặt bích vƠ Bulong
Mặt bích là một bộ phận quan trọng để nối các ph n cảu thiết bị. Để phù hợp với chế
GVHD:TR N XUÂN NG CH

​Trang22


Đ

ÁN QT&TBCNHH

SVTH:NGUYỄN ANH TU N

độ làn việc thì ta chọn mặt bích kiểu liền làm bằng thép khơng gỉ.
Áp su t toàn ph n của tháp:
Ta chọn áp su t toàn ph n của tháp bằng áp su t thử.
P​th ​฀​0,15 .10​6​ (N/m​2​)
Căn cứ vào bảng (XIII.27_sổ tay II) ta chọn mặt bích và bu long với các thơng số kỷ
thuật như sau:
P​th​ [N/m​2​]

D​t​(mm)

0,15.10​

6

Kích
nối (mm)
D
D​b

D​1

D​0
d​b

Bulong
Z

h

1570
1700 1650
M20
32
28
1850
2000 1950
M20

40
28
​Hình 3 bích và Bulong nối
6 . Chiều dƠy l p cách nhi t
Chọn vật liệu chế t o lớp cách nhiệt là : Amiăng các tơng có = 0,144 [ W/m. độ ] và =
2600 [kg/m​3​]
Tổng nhiệt tr của lớp cách nhiệt được xác định như sau :
R= r​cặn​+
r​cặn :​ nhiêtj tr của lớp cặn , r​cặn​ = 0,387.10​-3​ [m2. độ/W ]
: chiều dày lớp cách nhiệt [m]
: chiều dày của thân tháp , = 0,0025 [m]
: hệ số d n nhiệt của vật liệu chế t o tháp, = 12,5 [ W/m. độ ]
(bảng XII_sổ tay II )
R==
t​T​: hiệu số nhiệt độ giữa lớp cách nhiệt và dung dịch, t​T​ = t​T1​ - t​T2
t​T1​ : nhiệt độ làm việc cao nh t của tháp , chọn t​T1​ = 115 0​​ C
t​T2​ : nhiệt độ mặt ngoài của lớp cách nhiệt , chọn t​T2​ = 50 0​​ C
t​T​ = 115 - 50 = 65 [​0​C]
q : nhiệt tải riêng của lớp cách nhiệt [ W/m​2​ ]
: hệ số c p nhiệt chung từ bề mặt lớp cách nhiệt ra ngồi khơng khí, khi t​T2​= 50 0​​ C
2​
= 9,3 + 0,058. t​T2 =
​ ​9 ,3 + 0,058.50 = 12,2 [ W/m​ . độ ] (V.136_sổ tay II)
t : chênh lệch nhiệt độ giữa lớp cách nhiệt và khơng khí
t = t​T2​ - t​kk​ = 50 - 25 = 25 [​0​C]
R = = 0,213 [m​2​. độ/W ]
Suy ra = 30 [mm]
7 . T i tr ng c a tháp vƠ ch n tai treo , tr đở cho tháp
​Tải trọng cực đ i mà đế đ phải chịu được tính theo cơng thức sau :
G​max​ = G​vỏ +

[kg]
​ G​đáy​ + G​nắp​ + G​dd +
​ G​đệm​ + G​CN​ + G​bích​ + G​bb
​
​* Khối lượng vỏ tháp
G​vỏ​ = [kg]
GVHD:TR N XUÂN NG CH

​Trang23


Đ

ÁN QT&TBCNHH

SVTH:NGUYỄN ANH TU N

: Đư ng kính ngồi của tháp , = + S [m]
: Đư ng kính trong của tháp [m]
: Khối lư ngiêng của vật liệu chế t o , = 7,7.10​3​ [kg/m​3​]
S : Chiều dày của thân tháp , S = 3.10​-3​ [m]
H : Chiều cao của tháp [m]
G​vỏ​ = 3,14. .10​3​ = 369,66 [kg]
* Khối lượngcủa đáy và nắp
G​đáy​ + G​nắp​ = 285 [kg] (XIII.11_sổ tay II)
* Khối lượng dung dịch
Thể tích của tồn tháp V​T​ = V​L​ + V​C
Thể tích đo n luyện V​L​ = = 3,1 [m​3​]
Thể tích đo n chưng V​C​ = = 9,657 [m​3​]
Vậy V​T​ = 12,76 [m​3​]

Khối lượng dung dịch của toàn tháp
G​dd​ = V​C​. + V​C​.= 3,1.957,51+9,657.944,6 = 12090,28 [kg]
* Khối lượng đệm:
Thể tích đệm V​đ ​ = 9,28 [m​3​]
Khối lượng đệm G​đ​ = 9,28.750 = 6960 [kg]
฀​đ​ =750 [kg/m​3​].
* Khối lượng của lớp cách nhiệt:

CH

NG 7

TệNH VÀ CH N B M
Chọn bơm ly tâm để bơm nguyên liệu lên thùng cao vị cao 10 m.
1​.Năng su t c a b m.
Khối lượng riêng của hổn hợp 28​o​C là :
GVHD:TR N XUÂN NG CH

​Trang24


Đ

ÁN QT&TBCNHH

SVTH:NGUYỄN ANH TU N

;
[kg/m​3​].
[kg/m​3​].

Suy ra [kg/m​3​].
Do đó năng su t bơm là : Q =
Với V = [m​3​]. => Q = [m​3​/s]
2.Ch n đ ờng kính ng dẩn.
Chọn vận tốc của ch t lỏng là ​w =​ 1m/s
Đư ng kính ống d n là: d = 0,0188. [m]
3. Áp su t toƠn phần c a b m.
H=
áp su t trên bề mặt ch t lỏng trong không gian hút.g

GVHD:TR N XUÂN NG CH

​Trang25