đồ án môn học thiết kế hệ thống thiết bị chưng luyện hỗn hợp hai cấu tử benzen tuluen

<span class="text_page_counter">Trang 1</span><div class="page_container" data-page="1">

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI VIỆN KỸ THUẬT HĨA HỌC

BỘ MƠN Q TRÌNH THIẾT BỊ CƠNG NGHỆ HĨA HỌC VÀ THỰC PHẨM<b>- </b>

<i>HÀ NỘI 2022 </i>

</div><span class="text_page_counter">Trang 2</span><div class="page_container" data-page="2">

VIỆN K THU T HỐ HỸ Ậ <b>ỌC BỘ MƠN Q TRÌNH </b>–<b>THI</b>Ế<b>T B CÔNG </b>Ị

Loại tháp: Tháp đĩa lỗ có ống ch y truy n ả ề

<b>II. Các số liệu ban đầu: </b>

- Năng suất thiết bị tính theo hỗn hợp đầu: F = 5300 (kg/h) - Nồng độ tính theo cấu tử dễ bay hơi:

+ Hỗn hợp đầu : a<small>F</small> = 40 (% khối lượng) + Sản phẩm đỉnh : a<small>P</small> = 97 (% khối lượng) + Sản phẩm đáy : a<small>W</small> = 1 (% khối lượng)

<b>III. Nội dung các phần thuyết minh và tính tốn: </b>

1. Phần mở đầu

2. Vẽ và thuyết minh sơ đồ công nghệ (bản vẽ A4) 3. Tính tốn kỹ thuật thiết bị chính

4. Tính và chọn thiết bị phụ5. Kết luận

6. Tài liệu tham khảo

<b>IV. Các bản vẽ </b>

<small></small> Bản vẽ dây chuyền công nghệ: khổ A4

<small></small> Bản vẽ lắp thiết bị chính: khổ A1V. Cán bộ hướng dẫn: TS. Nguyễn Văn Xá VI. Ngày giao nhiệm vụ: ngày 11 tháng 10 năm 2021VI. Ngày phải hoàn thành: ngày 27 tháng 1 năm 2022

<b>Người hướng dẫn </b>

<i>( Họ tên và chữ ký) </i>

</div><span class="text_page_counter">Trang 3</span><div class="page_container" data-page="3">

Đồ án Quá trình-Thi t bế ị trong CNHH-TP GVHD: TS.Nguyễn Văn Xá

SVTH: Đỗ Th Thu Hiị ền - MSSV: 20180714 Trang - - 3

<b>MỤC LỤC </b>

MỤC L C Ụ ... - 3 -

PHẦN 1. MỞ ĐẦU ... 7

-PHẦN 2. SƠ ĐỒ CÔNG NGHỆ ... 9

-2.1. Sơ đồ cơng nghệ, chú thích ... 9

-2.2. Thuyết minh sơ đồ công nghệ ... 9

-PHẦN 3. B N KÊ CÁC KÍ HIỆU VÀ ĐẠI LƯỢNG ... - 12 -Ả3.1. Các kí hiệu và đại lượng ... - 12 -

-Biểu diễn đường cân b ng pha l ng ằ ỏ – hơi... 14

-Xác định chỉ số hồi lưu nhỏ nh t Rấ <small>min</small> ... 16

-Xác định số đĩa lí thuyết nhỏ nhất N<small>Ltmin</small> ... 16

-Xác định N<small>Ltmin</small> ở chế độ hồi lưu hồn tồn bằng cơng th c Fenske ứ ... 16

-Xác định chỉ số hồi lưu thích hợp R <small>th</small>... 17

-Tính cân b ng vằ ật liệu của đoạn chưng và đoạn luyện để xác định lưu lượng các dòng pha đi trong từng đoạn của tháp ... - 20 -

Giải cân b ng vằ ật liệu toàn tháp chưng luyện... 20

Tính tốn lưu lượng các dịng pha đi trong từng đoạn tháp ... 21

-4.2. Xác định đường kính c a tháp ủ chưng luyệ ... - 24 -n Xác định tốc độ làm vi c cệ ủa pha hơi trong đoạn chưng, đoạn luy n ệ .... - 24 -

Khối lượng riêng trung bình ... 24

-Tốc độ khí (hơi) trung bình đi trong đoạn luyện của tháp đĩa lỗ có ống ch y ảtruyền - 26 -Tốc độ hơi trung bình đi trong đoạn chưng của tháp đĩa lỗ có ống ch y ảtruyền - 27 -Tính đường kính đoạn luyện của tháp ... - 27 -

Tính đường kính đoạn chưng của tháp ... 27

-4.3. Xác định chiều cao của tháp chưng luyện ... 28

-Xác định số đĩa lí thuyế ựa vào đồt d thị Mc Cabe – Thiesel ... 30

-Xác định số đĩa thực tế dựa trên hi u su t trung bình ệ ấ ... 30 Chiều cao c a tháp ủ chưng luyệ ... - 32 -n 4.4. Cân b ng nhiằ ệt lượng của tháp chưng luyệ ... - 33 -n

</div><span class="text_page_counter">Trang 4</span><div class="page_container" data-page="4">

-Đồ án Quá trình-Thi t bế ị trong CNHH-TP GVHD: TS.Nguyễn Văn Xá

Cân b ng nhiằ ệt lượng c a thi t bủ ế ị đun nóng hỗn hợp đầu:... 33

Nhiệt lượng hơi đốt mang vào ... 33

-Nhiệt lượng do hỗn hợp đầu mang vào ... 33

-Nhiệt lượng do hỗn hợp đầu mang ra ... 34

Nhiệt lượng do nước ngưng mang ra ... 34

Nhiệt lượng do môi trường xung quanh lấy ... 34

-Cân b ng nhiằ ệt lượng của tháp chưng luyệ ... - 35 -n Nhiệt lượng do hỗn hợp đầu mang vào ... - 35 -

Nhiệt lượng do hơi đốt mang vào đáy tháp ... 35

-Nhiệt lượng do lượng lỏng hồi lưu mang vào ... 36

Nhiệt lượng do hơi mang ra ở đỉnh tháp ... 36

-Nhiệt lượng do sản phẩm đáy mang ra ... 37

Nhiệt lượng do nước ngưng mang ra ... 37

Nhiệt lượng do môi trường xung quanh lấy ... 37

-Cân b ng nhiằ ệt lượng c a thi t bủ ế ị ngưng tụ ... 38

-Nếu chỉ ngưng tụ ồi lưu ... - 38 - hNếu ngưng tụ hoàn toàn... - 39 -

Cân b ng nhiằ ệt lượng c a thi t b làm l nh ủ ế ị ạ ... 39

-Nếu trong thi t bế ị ngưng tụ chỉ ngưng tụ lượng hồi lưu ... 39

Nếu đã ngưng tụ hoàn toàn trong thiết bị ngưng tụ ... 39

-4.5. Tính cơ khí ... 40

-Tính và ch n ọ đường kính c a các ng n i ủ ố ố ... 40

-Ống dẫn nhập liệu đầ ... - 40 -u Ống tháo sản phẩm đáy ... - 41 -

Ống dẫ ấn l y s n phẩm đỉnh ả ... 41

-Ống dẫn hồi lưu lỏng từ thi t bị ngưng tụ về tháp ... - 42 -ếỐng dẫn hồi lưu hơi ở đáy tháp ... - 42 -

Tính chiều dày thành tháp, đáy tháp và nắp tháp... 43

-Tính chi u dày thân tháp ề ... 43

Tính đáy và nắp thiết bị ... 46

-Chọn bích nối gi a thân tháp vữ ới đáy và nắp tháp, v i các ng n i ... ớ ố ố ... 48

-Chọn bích nối gi a thân tháp vữ ới đáy và nắp tháp.... 48

</div><span class="text_page_counter">Trang 5</span><div class="page_container" data-page="5">

-Đồ án Quá trình-Thi t bế ị trong CNHH-TP GVHD: TS.Nguyễn Văn Xá

SVTH: Đỗ Th Thu Hiị ền - MSSV: 20180714 Trang - - 5

Vòng ch u tị ải ở đáy trụ đỡ và các bu-lông định v ị ... 57

-4.6. Tính tr lở ực của tháp chưng luyệ ... - 58 -n Trở l c cự ủa đĩa khô ΔP<small>k</small>... - 58 -

Trở l c do l p ch t lự ớ ấ ỏng ΔP<small>t</small>: ... 59

-Trở l c cự ủa đĩa do sức căng bề ặt ΔP m <small>s</small>... 60

-Trở l c t ng c ng cự ổ ộ ủa tháp chưng luyệ ... - 61 -n PHẦN 5. TÍNH TỐN, L A CH N CÁC THI T BỰ Ọ Ế Ị PHỤ TRỢ ... - 62 -

5.1. Tính tốn thi t bế ị gia nhi t h n hệ ỗ ợp đầ ... - 62 -uTính hiệu s nhiố ệt độ trung bình ... - 62 -

Lượng nhiệt trao đổ ... - 63 -i Tính h s c p nhiệ ố ấ ệt... - 63 -

Xác định chế độ chảy của hỗn hợp chất lỏng trong ng (tính chu n s Re) ố ẩ ố .. -

64 Tính chu n s Pran ẩ ố ... - 64 -

-Tính chu n sẩ ố Nuyxen, xác định h s c p nhiệ ố ấ ệt α<small>2</small>... 65

-Xác định hệ số cấp nhiệt của hơi nước bão hòa α<small>1</small>... 66

-Xác định tổng nhi t tr c a thành ng ệ ở ủ ố Σr... 66

-Xác định hiệu số nhiệt độ giữa hai thành ống ... 67

-Xác định diện tích bề mặt truyền nhiệt ... 67

-Xác định số ống truy n nhi t, ch n các s p x p ng theo hình 6 c nh - 67 -ề ệ ọ ắ ế ố ạ ..

Đường kính trong c a thi t b ủ ế ị ... 68

-Tính l i v n tạ ậ ốc và chia ngăn trong thiết bị ... 68

Tính tốn các thơng s cố ủa bơm li tâm ... 74

-5.3. Tính tốn thi t bế ị ngưng tụ đỉnh tháp ... 75

-Tính lượng nhiệt trao đổi ... 76

-Xác định động l c quá trình truy n nhi t ự ề ệ ... 76

-Lượng nhiệt trao đổ ... - 76 -i Xác định hệ số truyền nhiệt K ... - 76 -

Xác định hệ số cấp nhiệt α<small>2</small>... 77

</div><span class="text_page_counter">Trang 6</span><div class="page_container" data-page="6">

-Đồ án Quá trình-Thi t bế ị trong CNHH-TP GVHD: TS.Nguyễn Văn Xá

Xác định tổng tr nhi t c a thành ở ệ ủ ống Σr... 78

-Xác định hệ số cấp nhiệt của hơi sản phẩm đỉnh α<small>1</small>... 79

-Xác định hệ số truyền nhiệt K ... 79

-Xác định diện tích bề mặt truyền nhiệt ... 80

-Xác định số ống, cách s p x p ng trong thi t bắ ế ố ế ị trao đổi nhi t ệ ... 80

-Đường kính trong c a thi t b ủ ế ị ... 80

-Tính l i v n tạ ậ ốc và chia ngăn trong thiết bị ... 80

-PHẦN 6. KẾT LU N ... - 82 -ẬPHẦN 7. PHỤ L C Ụ ... - 83 -

PHẦN 8. TÀI LI U THAM KHỆ ẢO ... 85

</div><span class="text_page_counter">Trang 7</span><div class="page_container" data-page="7">

-Đồ án Quá trình-Thi t bế ị trong CNHH-TP GVHD: TS.Nguyễn Văn Xá

SVTH: Đỗ Th Thu Hiị ền - MSSV: 20180714 Trang - - 7

<b>PHẦN 1. MỞ ĐẦU </b>

Đồ án này nhằm giúp sinh viên biết vận dụng các ki n th c c a môn hế ứ ủ ọc “Quá trình và thi t b cơng ngh hóa hế ị ệ ọc” và các mơn học khác vào vi c tính tốn và thi t k ệ ế ếthiết b chính và m t sị ộ ố ết b ph trong hthi ị ụ ệ thống. Các kĩ năng sử dụng tài li u tham ệkhảo (tìm, đọc, tra cứu, ghi chép, sắp xếp ...), cùng các kĩ năng tính tốn trình bày kết quả, v n dậ ụng các quy định để hoàn thi n b n vệ ả ẽ kĩ thuật cũng được trau dồi. Từ đó giúp sinh viên nhìn nh n các vậ ấn đề nói chung m t cách có hộ ệ thống và đặc bi t hi u ệ ểsâu sắc hơn các nội dung trình bày trong đồ án để bổ sung các kiến thức, cải thiện các kĩ năng phục vụ cho công việc của một kĩ sư tương lai. Nhiệm vụ của đồ án là tính tốn và thi t kế ế tháp chưng luyệ loại đĩa lỗn có ng ch y truy n làm viố ả ề ệc liên tục ở áp suất khí quy n ể tách hỗn h p g m hai c u t benzen ợ ồ ấ ử –toluen ớ, v i các yêu c u: nầ ăng suất thiết b tính theo h n hị ỗ ợp đầu: F = 5300 (kg/h); nồng độ tính theo c u t dấ ử ễ bay hơi trong: h n hỗ ợp đầu a<small>F</small> = 40 (% khối lượng), sản phẩm đỉnh a = 97 (% kh<small>P</small> ối lượng); sản phẩm đáy a<small>W</small> = 1 (% khối lượng).

Toluen hay còn g i là methylbenzen hay phenylmethan, là m t ch t l ng trong ọ ộ ấ ỏsuốt, khơng hịa tan trong nước. Toluen là m t ộ Hydrocacbon thơm được s d ng ử ụlàm dung môi r ng rãi trong công nghi p. Là m t ộ ệ ộ hydrocacbon thơm, toluen có kh ảnăng tham gia phản ứng thế ái điện t . Nh có nhóm methyl ử ờ mà độ hoạt động hóa học của toluen trong ph n ng này l n g p 25 l n so v i benzen. ả ứ ớ ấ ầ ớ Vì vịng thơm khá bền nên c n áp su t cao khi ti n hành ph n ng hydro hóa toluen thành methylcyclohexan. ầ ấ ế ả ứToluen có th tinh ch b ng cách s d ng các h p chể ế ằ ử ụ ợ ất như CaCl<small>2</small>, CaH , CaSO , P<small>242</small>O<small>5 </small>

hay natri để tách nước. Ngồi ra, kỹ thuật chưng cất chân khơng cũng được sử dụng phổ bi n. Trong kế ỹ thuật này, người ta thường s dử ụng benzophenon và natri để tách khơng khí và hơi ẩm trong toluen, toluen ch yủ ếu được dùng làm dung môi hòa tan nhiều v t liậ ệu sơn, các laoij nhựa để ạo màng cho sơn, mự t c in, ch t hóa h c, cao su, ấ ọmực in, ch t kấ ết dính,... Trong ngành hóa sinh, người ta dùng toluen để tách hemoglobin t t bào h ng c u. Toluen cịn n i ti ng vì t nó có thừ ế ồ ầ ổ ế ừ ể điều ch TNT. ế Benzen là hợp chất vịng thơm, đó là một chất lỏng khơng màu, có mùi thơm đặc trưng, nhẹ hơn nước, tan nhiều trong các dung môi hữu cơ đồng thời là một dung môi tốt cho nhiều chất như Iôt (I2), lưu huỳnh (S), chất béo...,t<small>0</small>_s = 80,10 C 1at, <small>o</small> ở đông đặc ở t<small>0</small>_đ= 5,5<small>0</small>C. Về mặt hóa học, Benzen là một hợp chất vịng bền vững, tương đối dễ tham gia phản ứng thế, khó tham gia các phản ứng cộng và phản ứng oxi hóa. Đặc tính hóa học này gọi là tính thơm. Về ứng dụng: dùng điều chế nitro benzen, anilin, tổng hợp phẩm nhuộm, dược phẩm, dùng làm dung môi... Nguồn cung cấp benzen cho công nghiệp là nhựa chưng cất, than đá, hexan và toluen của dầu mỏ. Khi nung than béo ở nhiệt độ cao để luyện than cốc được nhựa than đá. Trong nhựa than đá có chứa rất nhiều các chất hữu cơ khác nhau khi chưng cất phân đoạn thu được benzen.

</div><span class="text_page_counter">Trang 8</span><div class="page_container" data-page="8">

Đồ án Quá trình-Thi t bế ị trong CNHH-TP GVHD: TS.Nguyễn Văn Xá Chưng cất là phương pháp dùng để tách các hỗn hợp lỏng cũng như các hỗn hợp khí l ng thành các c u t riêng bi t, d– ỏ ấ ử ệ ựa vào độ bay hơi khác nhau của các cấu tử trong h n h p. H n h p này có bao nhiêu c u t ta sỗ ợ ỗ ợ ấ ử ẽ thu được b y nhiêu s n ph m. ấ ả ẩCó nhi u biề ện pháp chưng cất khác nhau như chưng cất gián đoạn, chưng cất liên tục, chưng cất đơn giả , chưng cất đặn c biệt. Trong đó, chưng luyệ là phương pháp chưng n phổ bi n nhế ất đang được ứng dụng rộng rãi trong th c tự ế và đem lại hiệu quả kinh tế cao. Phương pháp hưng luyệc n này là một q trình mà trong đó hỗn hợp được bốc hơimột ph n ầ và ngưng tụ một phần nhiều lần. Quá trình chưng luyện được thực hiện trong các tháp chưng luyện, có nhiều loại tháp chưng luyện như tháp chóp, tháp đĩa lỗ khơng có ống ch y truyả ền, tháp đĩa lỗ có kênh ch y truyả ền, tháp đệm ... v i áp su t làm viớ ấ ệc của thi t bế ị cũng có thể là áp suất cao, áp suất thường, áp suất thấp. Do thiết bị rất đa dạng như vậy nên yêu cầu lựa chọn, thiết kế loại tháp phù h p v i các yêu c u ợ ớ ầ kĩ thuật, cũng như đảm bảo tính kinh k là c n thi t. ế ầ ế

Theo “Sổ tay quá trình thi t bế ị trong Cơng nghi p hóa hệ ọc, tập 2” [2], bảng XII.47 trang 350 và b ng ả XII.50 trang 351, thép CT3 đảm b o các yêu cả ầu kĩ thuật đểchế tạo tháp chưng luyện tách hỗn hợp benzen – toluen (để đảm bảo độ bền, có th ểquét thêm m t lộ ớp sơn chống g bên ngoài vỉ ới điều ki n khơng khí ệ ẩm như ở Việt Nam). Tuy nhiên trong đồ án v t li u ậ ệ được chọn để chế ạ t o tháp là thép X18H10T do đảm bảo cả các yêu cầu về kĩ thuật, tính thẩm mĩ, tính kinh tế, đảm bảo thời gian sử dụng lâu dài.

Đồ án được hoàn thành với các phần chính:

- Phần 1: Mở đầu: Gi i thiớ ệu tóm t t mắ ục đích đề tài, phương pháp công nghệ được giao thi t kế ế, tính chất sản ph m và ng dẩ ứ ụng

- Phần 2: Sơ đồ, mô tả dây chuyền công ngh ệ

- Phần 3: Phương pháp và các kết qu tính thi t b chính v i các n i dung chính: Tính ả ế ị ớ ộcân b ng v t liằ ậ ệu, xác định các thơng số của tháp (đường kính, chi u cao, tr l c, ...), ề ở ựtính cân b ng nhiằ ệt lượng, tính tốn cơ khí

- Phần 4: Tính tốn các thi t b ph : thi t b gia nhi t h n hế ị ụ ế ị ệ ỗ ợp đầu, bơm, thiế ị ngưng t btụ hồi lưu sản phẩm đỉnh.

</div><span class="text_page_counter">Trang 9</span><div class="page_container" data-page="9">

Đồ án Quá trình-Thi t bế ị trong CNHH-TP GVHD: TS.Nguyễn Văn Xá

SVTH: Đỗ Th Thu Hiị ền - MSSV: 20180714 Trang - - 9

PHẦN 2. SƠ ĐỒ<b> CÔNG NGHỆ </b>

<b>2.1. Sơ đồ cơng nghệ, chú thích </b>

<b>STT Kí hi u </b>ệ <b>Tên thi t b </b>ế ị1 E-1 Tháp chưng luyện

2 T-1 Thùng ch a h n hứ ỗ ợp đầu 3 T-2 Thùng ch a s n phứ ả ẩm đáy 4 T-3 Thùng ch a s n phứ ả ẩm đỉnh 5 H-1 Thiết b gia nhi t h n hị ệ ỗ ợp đầu 6 H-2 Thiết b gia nhiị ệt ở đáy tháp 7 C-1 Thiết b làm l nh s n phị ạ ả ẩm đáy 8 C-2 Thiết bị ngưng tụ ồ lưu sả h i n phẩm đỉnh 9 C-3 Thiết b làm l nh s n phị ạ ả ẩm đáy 10 R-1 Cơ cấu hồi lưu sản phẩm đỉnh 11 R-2 Cơ cấu hồi lưu hơi ở đáy tháp

<b>2.2.Thuyết minh sơ đồ công nghệ </b>

Dung dịch đầ ừu t thùng chứa h n hỗ ợp đầu T-1 được bơm P-1 bơm liên tục đưa vào thi t b gia nhi t h n hế ị ệ ỗ ợp đầu H-1 qua van V-2 và lưu lượng k F-1. ế Bơm P-2 được lắp song song dự phòng trường hợp bơm P-1 bị hỏng hóc. Tại thiết bị gia nhiệt H-1, dung dịch được đun nóng đến nhiệt độ sơi t<small>F</small> thì được đưa vào tháp chưng luyện E-1 t i vạ ị trí đĩa tiếp liệu.

Trong tháp chưng luyện E-1, hơi đi từ dưới lên gặp chất lỏng đi từ trên xuống, nồng độ các cấu tử thay đổi theo chiều cao của tháp, nhiệt độ sôi cũng thay đổi tương ứng với sự thay đổ ủa nồng độ. Cụ thể trên mi c ột đĩa chóp c a tháp, ch t l ng có n ng ủ ấ ỏ ồđộ của cấu t dễ bay hơi là x , hơi bốử <small>1</small> c lên có nồng độ y<small>1</small>, trong đó y<small>1</small>>x<small>1</small>. Hơi này qua

</div><span class="text_page_counter">Trang 10</span><div class="page_container" data-page="10">

Đồ án Quá trình-Thi t bế ị trong CNHH-TP GVHD: TS.Nguyễn Văn Xá ống hơi đi lên đĩa trên, qua khe chóp, sục vào (tiếp xúc pha) với lỏng trên đó. Nhiệt độcủa ch t l ng ấ ỏ trên đĩa 2 thấp hơn đĩa 1, nên một phần hơi được ngưng tụ ại, do đó lnồng độ cấu tử dễ bay hơi trên đĩa này là x<small>2</small>>x<small>1</small>. Hơi bốc lên từ đĩa 2 có nồng độ cấu tử dễ bay hơi là y<small>2</small>>x<small>2</small> đi lên đĩa 3, nhiệt độ của lỏng trên đĩa 3 thấp hơn đĩa 2, nên hơi được ngưng tụ một phần và ch t lấ ỏng trên đĩa 3 có nồng độ x<small>3</small>>x<small>2</small> ... Trên mỗi đĩa xảy ra quá trình truy n ch t giề ấ ữa pha lỏng và pha hơi, quá trình bốc hơi và ngưng tụ một phần l p l i nhi u l n, cuặ ạ ề ầ ối cùng trên đỉnh tháp thu được s n phả ẩm đỉnh có nồng độcấu t d bay ử ễ hơi cao và dưới đáy tháp thu được sản phẩm đáy có nồng độ cấu tử khó bay hơi cao.

Lỏng dưới đáy giàu cấu tử khó bay hơi qua cơ cấu hồi lưu đáy tháp R-1, một phần sẽ được đưa ra khỏi thiết bị và làm lạnh ở thiết bị làm l nh C-1ạ , khi đạt đến nhiệt độ cần thiết sẽ được đưa vào thùng chứa sản phẩm đáy T-2. Một phần sản phẩm đáy sẽđược qua thiết b gia nhiệt ở đáy tháp H-2 hồi lưu ị để hơi ở tr về tháp.

Hơi trên đỉnh tháp giàu c u t dấ ử ễ bay hơi đi vào thiết bị ngưng tụ ồi lưu C h -2, ởđây nó được ngưng tụ lại. Qua cơ cấu hồi lưu R-2, một phần ch t l ng hấ ỏ ồi lưu về tháp ở đĩa trên cùng, một phần khác đi qua thiết bị làm l nh C-3 làm lạ để ạnh đến nhiệt độcần thiết rồi đi vào thùng chứa sản phầm đỉnh T-3.

Như vậy với thiết bị làm việc liên tục thì hỗn hợp đầu được đưa vào liên tục và sản phẩm cũng được tháo ra liên tục.

</div><span class="text_page_counter">Trang 11</span><div class="page_container" data-page="11">

Đồ án Quá trình-Thi t bế ị trong CNHH-TP GVHD: TS.Nguyễn Văn Xá

SVTH: Đỗ Th Thu Hiị ền - MSSV: 20180714 Trang - 11 -

</div><span class="text_page_counter">Trang 12</span><div class="page_container" data-page="12">

Đồ án Quá trình-Thi t bế ị trong CNHH-TP GVHD: TS.Nguyễn Văn Xá

<b>PHẦN 3. BẢN KÊ CÁC KÍ HIỆU VÀ ĐẠI LƯỢNG </b>

<b>3.1. Các kí hiệu và đại lượng </b>

x Nồng độ cấu tử dễ bay hơi trong pha lỏng phần mol y Nồng độ cấu tử dễ bay hơi trong pha hơi phần mol y* Nồng độ cấu tử dễ bay hơi trong pha hơi

G<small>P</small> Lưu lượng sản phẩm đỉnh kmol/h, kmol/s

R Chỉ số hồi lưu

α Hệ số bay hơi tương đối N<small>LT</small> Số đĩa lí thuyết N<small>TT</small> Số đĩa thực tế

r Ẩn nhiệt hóa hơi, ẩn nhiệt ngưng tụ kcal/kmol

λ Hàm nhi t (nhiệ ệt lượng riêng) J/kg

</div><span class="text_page_counter">Trang 13</span><div class="page_container" data-page="13">

Đồ án Quá trình-Thi t bế ị trong CNHH-TP GVHD: TS.Nguyễn Văn Xá

SVTH: Đỗ Th Thu Hiị ền - MSSV: 20180714 Trang - 13 -

<b>3.2. Các chỉ số dưới </b>

<b>Kí hi u </b>ệ <b>Tên g i </b>ọBenzen B, cấu tử dễ bay hơi hơn Tuluen T, cấu tử khó bay hơi hơn

A Của (thu c v ) A, c u tộ ề ấ ử dễ bay hơi hơnB Của (thu c v ) B, c u tộ ề ấ ử khó bay hơi hơn F Hỗn hợp đầu

P Sản phẩm đỉnh W Sản phẩm đáy

L Dòng lỏng G Dịng khí/hơi dc Đoạn chưng

dl Đoạn luyện x Thuộc v pha lề ỏngy Thuộc về pha hơi1 Vị trí 1/ đĩa thứ nhất 2 Vị trí 2/ đĩa thứ hai k Vị trí k/ đĩa thứ k k – 1 Vị trí k – 1/ đĩa thứ – 1 k

n Vị trí n/ đĩa thứ n tb Giá tr trung bình ịmin Giá tr nh nh t ị ỏ ấmax Giá tr cị ực đại

bh Hơi nước bão hịa

Các đại lượng, kí hi u khác ho c b trùng sệ ặ ị ẽ được kí hi u riêng t ng ph n. ệ ở ừ ầ

</div><span class="text_page_counter">Trang 14</span><div class="page_container" data-page="14">

Đồ án Quá trình-Thi t bế ị trong CNHH-TP GVHD: TS.Nguyễn Văn Xá

<b>PHẦN 4. TÍNH TỐN KỸ THUẬT THIẾT BỊ CHÍNH </b>

<b>4.1. Tính cân b ng v t li u </b>ằ ậ ệ

<b>Chuyển đổ ồng đội n</b>

<b> Công thức đổ ồng độ % khi n</b> ối lượ<b>ng sang nồng độ phần mol </b>

<b>(phần mol) </b>

Nồng độ mol của benzen trong pha lỏng của hỗn hợp sản phẩm đỉnh

<b>Biểu diễn đường cân b ng pha l ng </b>ằ ỏ <b>– hơi </b>

<b>Bảng thành ph n cân b ng pha l ng (x) </b>ầ ằ ỏ <b>– hơi (y) và nhiệt độ sôi hỗn hợp hai c u t</b>ấ <b>ử ở 760 mmHg (% mol) [2 149, B ng IX.2a.] </b>– ảHỗn hợp

Toluen

Benzen-x 0 5 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 y* 0 11,8 21,4 38 51,1 61,9 71,2 79 85,4 91 95,9 100 t, °C 110,6 108,3 106,1 102,2 98,6 95,2 92,1 89,4 86,8 84,4 82,3 80,2 Bảng 4.1.1.Bảng thành ph n cân b ng pha lầ ằ ỏng–hơi và nhiệt độ sôi h n h p benzen-toluen ỗ ợ

</div><span class="text_page_counter">Trang 15</span><div class="page_container" data-page="15">

Đồ án Quá trình-Thi t bế ị trong CNHH-TP GVHD: TS.Nguyễn Văn Xá

SVTH: Đỗ Th Thu Hiị ền - MSSV: 20180714 Trang - 30 - thiết b [2 171] tìm giá trị – để ị η tương ứng.

<b>Xác định số đĩa lí thuyết d</b>ựa vào đồ<b> thị Mc Cabe Thiesel </b>–

Hình 4.3.1. Đồ thị Mc Cabe xác nh sđị ố đĩa lí thuyết với R<small>th</small>=2,6 Với R<small>th</small>=2,6; phương trình đường nồng độ làm việc của đoạn luyện là:

y 0,722x 0,271và phương trình đường nồng độ làm việc đoạn chưng là: y 1,346x 0,0042 . Dựng đồ thị Mc Cabe – Thiesel như đồ thị hình 4.3.1. Dựa vào đồ thị 4.3.1. xác định được:

- Số đĩa lí thuyết đoạn chưng N<small>LT(c) </small>=8 (đĩa) - Số đĩa lí thuyết đoạn luy n Nệ <small>LT(l) </small>= 5 (đĩa)- Số đĩa lí thuyết tồn tháp N = 13 <small>LT</small> (đĩa)

<b>Xác định số đĩa thực tế dựa trên hi u su t trung bình </b>ệ ấ Xét vị trí đĩa tiếp li u x = 0,44 ệ <small>F </small> (phần mol), <small>00</small>

t 94,5 C.

- N i suy t b ng sộ ừ ả ố liệu 4.3.1 có độ nhớt <small>benzen</small> 0,276 (cP); <small>tuluen</small> 0,2842 (cP)

</div><span class="text_page_counter">Trang 16</span><div class="page_container" data-page="16">

Đồ án Quá trình-Thi t bế ị trong CNHH-TP GVHD: TS.Nguyễn Văn Xá - Độ nh t c a h n h p: ớ ủ ỗ ợ

x 0,012 0,017 0,03 0,057 0,1 0,167 0,25 0,34 0,423 0,44 y* 0,033 0,038 0,075 0,133 0,22 0,335 0,455 0,565 0,645 0,663 t 110,05 109,83 109,22 108,01 106,1 103,49 100,4 99,28 94,49 93,96

<i><small>hh</small></i> 0,251 0,251 0,252 0,254 0,258 0,262 0,268 0,27 0,281 0,282 2,766 2,294 2,622 2,541 2,538 2,513 2,505 2,521 2,478 2,504 . <i>_hh</i> 0,694 0,576 0,661 0,645 0,655 0,658 0,671 0,681 0,696 0,706

</div><span class="text_page_counter">Trang 17</span><div class="page_container" data-page="17">

Đồ án Quá trình-Thi t bế ị trong CNHH-TP GVHD: TS.Nguyễn Văn Xá

Hiệu su t làm vi c trung bình cấ ệ ủa toàn tháp:

... _{53, 23% 0,5323}13

Số đĩa thự ế ủa đoạn chưng:c t c <small>LT(dc)TT(dc)</small>

<b>Chiều cao c a tháp </b>ủ chưng luyệ<b>n </b>

Chiều cao của tháp chưng luyện:

</div><span class="text_page_counter">Trang 18</span><div class="page_container" data-page="18">

Đồ án Quá trình-Thi t bế ị trong CNHH-TP GVHD: TS.Nguyễn Văn Xá Chiều cao của đoạn luy n: ệ

<b>4.4. Cân b ng nhi</b>ằ ệt lượ<b>ng của tháp chưng luyện </b>

<b>Cân b ng nhi</b>ằ ệt lượ<b>ng của thi t b</b>ế <b>ị đun nóng hỗn hợp đầu: </b>

Q<small>D1 </small>+ Q = Q + Q + Q<small>fFng1xq1</small> [2 – 196 IX.149] –Trong đó: +) Q là nhiệt lượng hơi đốt mang vào (J/<small>D1</small> h) +) Q<small>f</small> là nhiệt lượng do hỗn hợp đầu mang vào (J/h) +) Q<small>F</small> là nhiệt lượng do hỗn hợp đầu mang ra (J/h) +) Q<small>ng1</small> là nhiệt lượng do nước ngưng mang ra (J/h) +) Q<small>xq1</small> là nhiệt lượng do môi trường xung quanh lấy (J/h)

<b>Nhiệt lượng hơi đốt mang vào </b>

Q D . D . r C 2 –196 – IX.150 Trong đó: +) Q là nhiệt lượng hơi đốt mang vào (J/h)<small>D1</small>

+) D<small>1</small> là lượng hơi đốt (kg/h) +) r<small>1</small> là ẩn nhiệt hóa hơi (J/kg)

+) λ<small>1</small> là hàm nhiệt (nhiệt lượng riêng) của hơi đốt (J/kg) +) θ<small>1</small> là nhiệt độ nước ngưng

+) C<small>1</small> là nhiệt dung riêng của nước ngưng (J/kg.độ)

Do khơng cần đun nóng q 180 C ở đây ta sử dụng loại hơi đốt phổ biến trong <small>0</small>

cơng nghiệp là hơi nước bão hịa.

Vì nhiệt độ của hỗn hợp đầu là t<small>F</small>=93,96<small>0</small>C nên nhiệt độ của hơi đốt phải cao, chọn 132,9<small>0</small>C tương ứng với áp suất 3 at [1 – 314 – Bảng I.251. Tính chất hóa lý của hơi nước bão hòa phụ thuộc vào áp suất]

Tra bảng tính chất hóa lý của hơi nước bão hịa phụ thuộc áp suất [1 – 314] có nhiệt hóa hơi r<small>1</small> = 518,1 (kcal/kg) = 2171.10<small>3</small> (J/kg); nhiệt lượng riêng (hàm nhiệt) λ<small>1 </small>= 651,6 (kcal/kg) = 2730.10 (J/kg) <small>3 </small>

<b>Nhiệt lượng do hỗn h</b>ợp đầ<b>u mang vào </b>

Q F.C .t – IX.15 1Trong đó: +) Q<small>f</small> là nhiệt lượng do hỗn hợp đầu mang vào (J/h) +) F là lượng hỗn hợp đầu (kg/h)

+) C<small>f</small> là nhiệt dung riêng của hỗn hợp đầu (J/kg.độ) +) t<small>f</small> là nhiệt độ đầu của hỗn hợp (<small>0</small>C)

Bảng nhiệt dung riêng phụ thuộc nhiệt độ của benzen và tuluen

</div><span class="text_page_counter">Trang 19</span><div class="page_container" data-page="19">

Đồ án Quá trình-Thi t bế ị trong CNHH-TP GVHD: TS.Nguyễn Văn Xá

SVTH: Đỗ Th Thu Hiị ền - MSSV: 20180714 Trang - 34 - Chất ^{Nhiệt dung riêng Cp, J/kg ở nhiệt độ}

-20<small>0</small>C 0<small>0</small>C 20<small>0</small>C 40<small>0</small>C 60<small>0</small>C 80<small>0</small>C 100<small>0</small>C 120<small>0</small>C Benzen - 1635 1730 1825 1930 2035 2120 2180 Tuluen 1520 1620 1710 1800 1900 1980 2070 2130 Bảng 4.4.1. Nhiệt dung riêng ph thu c nhiụ ộ ệt độ ủ c a benzen và tuluen

+) C<small>F</small> là nhiệt dung riêng của hỗn hợp khi đi ra (J/kg.độ) +) t<small>f</small> là nhiệt độ hỗn hợp sau khi ra khỏi thiết bị đun nóng (<small>0</small>C) Từ số liệu bảng 4.4.1 sử dụng cơng thức nội suy tìm giá trị nhiệt dung riêng của

benzen và tuluen ở nhiệt độ cuối t<small>F</small>=93,96<small>0</small>C là C = 2094,33; C = 2042,82 _T _T(J/kg)

Sử dụng công thức [1 – 152 – I.42], nhiệt dung riêng của hỗn hợp đầu khi đi ra:

<b>Nhiệt lượng do môi trường xung quanh l y </b>ấ

</div><span class="text_page_counter">Trang 20</span><div class="page_container" data-page="20">

Đồ án Quá trình-Thi t bế ị trong CNHH-TP GVHD: TS.Nguyễn Văn Xá

Q D .C . D .( r ) 386,37 (2730 2171) 10 215980830 (J/h) = 215980,83 (kJ/h) Nhiệt lượng mất ra môi trường xung quanh:

Q<small>xq1</small> 0,05 D r<small>11</small> 0,05 386,37 2171 10³ 41940463,5 (J/h) = 41940,4635 (kJ/h)

<b>Cân b ng nhi</b>ằ ệt lượ<b>ng của tháp chưng luyện </b>

Tổng nhiệt lượng mang vào tháp = Tổng nhiệt lượng mang ra khỏi tháp Q<small>F </small>+ Q<small>D2</small> + Q = Q + Q + Q + Q<small>RyWxq2ng2</small> [2 – 197 IX.156] –Trong đó: +) Q là nhiệt lượng do hỗn hợp đầu mang vào tháp<small>F</small>

+) Q<small>D2</small> là nhiệt lượng hơi đốt mang vào tháp +) Q<small>R</small> là nhiệt lượng do chất lỏng hồi lưu mang vào +) Q<small>y</small> là nhiệt lượng do hơi nước mang ra ở đỉnh tháp +) Q<small>W</small> là nhiệt lượng do sản phẩm mang ra

+) Q<small>xq2</small> là nhiệt lượng tổn thất ra môi trường xung quanh +) Q<small>ng2</small> là nhiệt lượng do nước ngưng mang ra

<b>Nhiệt lượng do hỗn h</b>ợp đầ<b>u mang vào </b>

Q F.C .t – IX.152

Trong đó: +) Q là nhiệt lượng do hỗn hợp đầu mang vào (J/h)<small>F</small>

+) C<small>F</small> là nhiệt dung riêng của hỗn hợp đầu (J/kg.độ) +) t<small>f</small> là nhiệt độ hỗn hợp sau khi ra khỏi thiết bị đun nóng (<small>0</small>C) Từ số liệu bảng 4.4.1 sử dụng cơng thức nội suy tìm giá trị nhiệt dung riêng của

benzen và tuluen ở nhiệt độ cuối t<small>F</small>=93,96<small>0</small>C là C = 2094,33; C = 2042,82 _B _T(J/kg)

Sử dụng công thức [2 – 152 – I.42] tính nhiệt dung riêng của hỗn hợp đầu:

+) D<small>2</small> là lượng hơi đốt cần thiết để đun sôi dung dịch trong đáy

</div><span class="text_page_counter">Trang 21</span><div class="page_container" data-page="21">

Đồ án Quá trình-Thi t bế ị trong CNHH-TP GVHD: TS.Nguyễn Văn Xá

SVTH: Đỗ Th Thu Hiị ền - MSSV: 20180714 Trang - 36 - tháp (kg/h)

+) r<small>2</small> là ẩn nhiệt hóa hơi (J/kg)

+) λ<small>2</small> là hàm nhiệt (nhiệt lượng riêng) của hơi đốt (J/kg) +) θ<small>2</small> là nhiệt độ nước ngưng

+) C<small>2</small> là nhiệt dung riêng của nước ngưng (J/kg.độ)

Sử dụng hơi đốt là hơi nước bão hòa, ở nhiệt độ 132,9 C tương ứng với áp suất <small>0</small>

3 at [1 – 314 – Bảng I.251]

Tra bảng tính chất hóa lý của hơi nước bão hòa phụ thuộc áp suất [1 – 314] có nhiệt hóa hơi r<small>2</small> = 518,1 (kcal/kg) = 2171.10<small>3</small> (J/kg); nhiệt lượng riêng (hàm nhiệt) λ<small>2 </small>= 651,6 (kcal/kg) = 2730.10 (J/kg) <small>3 </small>

<b>Nhiệt lượng do lượng lỏng h</b>ồi lưu mang vào

<small>RRRR</small> 2 – 197 –

Trong đó: +) Q là nhiệt lượng do lượng lỏng hồi lưu (J/h)<small>R</small>

+) G = P.R<small>R x</small> là lượng lỏng hồi lưu (kg/h)

+) C<small>R</small> là nhiệt dung riêng của chất lỏng hồi lưu (J/kg.độ) +) t = t = 80,746<small>R P</small> ⁰C là nhiệt độ chất lỏng hồi lưu (<small>0</small>C) +) P = 2153,125 (kg/h) là lượng sản phẩm đỉnh +) R = 2,6 <small>x</small> là chỉ số hồi lưu

Lượng lỏng hồi lưu: G_R P.R_x 2153,125 2,6 5598,125 (kg/h)

Từ số liệu bảng 4.4.1 sử dụng cơng thức nội suy tìm giá trị nhiệt dung riêng của benzen và tuluen ở nhiệt độ t<small>R</small>=80,746<small>0</small>C là C = 2038,17 (J/<small>B </small> kg) ; C = 1983,375 <small>T </small>

Trong đó: +) Q là nhiệt lượng do hơi mang ra ở đỉnh tháp (J/h)<small>y</small>

+) λ<small>d</small> là hàm nhiệt (nhiệt lượng riêng) của hơi ở đỉnh tháp (J/kg) +) _d a_P _B (1 a )_P _T 2 – 197

Từ số liệu bảng 4.1.6 sử dụng cơng thức nội suy tìm giá trị nhiệt hóa hơi của benzen và tuluen ở nhiệt độ t<small>P </small>=80,746<small>0</small>C là r_B= 94,03(kcal/kg) = 393590,774 (J/kg); r = 90,88 (kcal/kg) = 380405,504 <small>T</small> (J/kg).

Từ số liệu bảng 4.4.1 sử dụng công thức nội suy tìm giá trị nhiệt dung riêng của benzen và tuluen ở nhiệt độ t<small>P</small>=80,746<small>0</small>C là C = 2038,17 (J/kg); C = 1983,375 _B _T(J/kg)

</div><span class="text_page_counter">Trang 22</span><div class="page_container" data-page="22">

Đồ án Quá trình-Thi t bế ị trong CNHH-TP GVHD: TS.Nguyễn Văn Xá Nhiệt lượng riêng của benzenvà tuluen trong hỗn hợp hơi là:

<small>B</small> r<small>B</small> t<small>P</small> C<small>B</small> 393590,774 80,746 2038,17 558164,85 (J/kg)

<small>T</small> r<small>T</small> t<small>P</small> C<small>T</small> 380405,504 80,746 1983,375 540555,1 (J/kg) Nhiệt lượng riêng của hỗn hợp hơi ở đỉnh tháp:

Từ số liệu bảng 4.4.1 sử dụng cơng thức nội suy tìm giá trị nhiệt dung riêng của benzen và tuluen ở nhiệt độ t<small>W </small>= 110,048 C là C = 2150,144 (J/kg); ⁰ <small>B </small>

<b>Nhiệt lượng do môi trường xung quanh l y </b>ấ

</div><span class="text_page_counter">Trang 23</span><div class="page_container" data-page="23">

Đồ án Quá trình-Thi t bế ị trong CNHH-TP GVHD: TS.Nguyễn Văn Xá

SVTH: Đỗ Th Thu Hiị ền - MSSV: 20180714 Trang - 38 - Nên lượng hơi đốt cần thiết để đun sôi dung dịch ở đáy tháp là:

Nhiệt lượng hơi đốt mang vào tháp:

Q<small>D2</small> D .<small>22</small> D . r<small>222 2</small>C 1504,66 2730 10³ 4107721800 (J/h) Nhiệt lượng nước ngưng mang ra:

Q<small>ng2</small> D .C .<small>222</small> 1503,9 (2730 2171) 10³ 840680100 (J/h) Nhiệt lượng mất ra môi trường xung quanh:

+) t , t<small>12</small> là nhiệt độ vào, ra của nước làm lạnh (<small>0</small>C)

Từ số liệu bảng 4.4.1 sử dụng cơng thức nội suy tìm giá trị ẩn nhiệt hóa hơi của benzen và tuluen ở nhiệt độ t<small>P</small>=80,746<small>0</small>C là r_B= 2038,17(J/kg); r = 1983,375 <small>T</small>

đóng cặn và kết tủa các muối trên bề mặt trao đổi nhiệt.

Nội suy dựa vào bảng I.149. Nhiệt dung riêng của nước và hơi nước ở 0-500<small>0</small>C [1 – 168] xác định giá trị nhiệt dung riêng của nước ở nhiệt độ trung bình t=(t<small>1</small>+t<small>2</small>)/2=(20+50)/2=35⁰C là C = 0,<small>n </small> 99725 (cal/kg.độ) = 4175,29 (J/kg.độ) Vậy, lượng nước lạnh cần tiêu tốn là: <small>x</small>

</div><span class="text_page_counter">Trang 24</span><div class="page_container" data-page="24">

Đồ án Quá trình-Thi t bế ị trong CNHH-TP GVHD: TS.Nguyễn Văn Xá Thay số vào công thức trên ta được:

Giả thiết tương tự ới trườ v ng h p chợ ỉ ngưng tụ ồi lưu, tính được lượng nướ h c lạnh c n tiêu t n là: ầ ố <small>x</small>

<small>n 2</small>

2153,125 (2,6 1) 393195, 22

4175, 29 (50 20)

<b>Cân b ng nhi</b>ằ ệt lượ<b>ng của thi t b làm l</b>ế ị <b>ạnh</b>

<b>Nếu trong thi t b</b>ế <b>ị ngưng ụ t chỉ ngưng tụ lượng hồi lưu </b>

P. r C .(t t ) G .C. t t 2 – 198 – IX.166

Trong đó: +) C là nhiệt dung riêng của sản phẩm đỉnh đã ngưng tụ (J/kg.độ)<small>P</small>

+) t’<small>1</small>, t’<small>2</small> là nhiệt độ đầu, cuối của sản phẩm đỉnh đã ngưng tụ (<small>0</small>C) Nhiệt dung riêng của sản phẩm đỉnh đã ngưng tụ chính bằng nhiệt dung riêng

của lỏng hồi lưu vào tháp: C<small>P</small> C<small>R</small> 2036,53(J/kg.độ) Ẩn nhiệt ngưng tụ của hỗn hợp sản phẩm đỉnh là:

Hỗn hợp sản phẩm đỉnh từ t’<small>1</small>=t<small>P</small>=80,746<small>0</small>C, giả sử được làm lạnh đến t’₂=20<small>0</small>C Chọn nhiệt độ vào của nước làm lạnh t<small>1</small>=20<small>0</small>C, nhiệt độ ra là t₂=50<small>0</small>C để tránh

đóng cặn và kết tủa các muối trên bề mặt trao đổi nhiệt.

Nhiệt dung riêng của nước ở nhiệt độ trung bình t=(t<small>1</small>+t<small>2</small>)/2=(20+50)/2=35<small>0</small>C là C<small>n </small>= 0,99725 (cal/kg.độ) = 4175,29 (J/kg.độ)

Vậy, lượng nước làm lạnh cần tiêu tốn là:

</div><span class="text_page_counter">Trang 25</span><div class="page_container" data-page="25">

Đồ án Quá trình-Thi t bế ị trong CNHH-TP GVHD: TS.Nguyễn Văn Xá

Thép X18H10T là thép khơng gỉ trong đó thành phần C<0,1%; crom khoảng 18%, niken khoảng 10% và titan không quá 1-1,5%. Dựa vào số liệu các Bảng XII.4. Tính chất cơ học của thép tấm [2 – 310], Bảng XII.7. Tính chất vật lý của kim loại đen và hợp kim của chúng [2 – 313], ta có bảng số liệu một số tính chất của thép X18H10T như sau:

Vật liệu

Với tấm thép dày 4-25mm Độ nhớt va đập, a<small>k</small>, J/m<small>2</small>

Hệ số giãn khi kéo ở 20-100<small>0</small>C, a<small>t</small>, 1/ C <small>0</small>

Khối lượng riêng, ρ, kg/m<small>3</small>

Hệ số dẫn nhiệt ở 20-100<small>0</small>C, λ, W/m.độ Giới hạn

bền kéo, σ<small>k</small>, N/m <small>2</small>

Giới hạn bền chảy, σ<small>c</small>, N/m<small>2</small>

Thép

X18H10T ^550.10⁶ ^220.10⁶ ^2,0.10^-6 ^16,6.10^-6 ^7,9.10³ ^16,3Bảng 4.5.1. Bảng các thông s tính ch t c a thép X18H10T. ố ấ ủ

</div><span class="text_page_counter">Trang 26</span><div class="page_container" data-page="26">

Đồ án Quá trình-Thi t bế ị trong CNHH-TP GVHD: TS.Nguyễn Văn Xá - Lưu lượng thể tích chất lỏng chảy trong ống:

- Dựa vào Bảng số liệu 4.2.1. Khối lượng riêng phụ thuộc nhiệt độ của benzenvàtuluen, sử dụng công thức nội suy xác định được khối lượng riêng của 2 chất tại nhiệt độ t<small>W </small>=110,15<small>0</small>C: ρ_B= 780,82 (kg/m<small>3</small>); ρ_T= 776,835 (kg/m ) <small>3</small>

- Khối lượng riêng của hỗn hợp lỏng: <small>12</small>

</div><span class="text_page_counter">Trang 27</span><div class="page_container" data-page="27">

Đồ án Quá trình-Thi t bế ị trong CNHH-TP GVHD: TS.Nguyễn Văn Xá

- Đường kính trong của ống dẫn hơi là: d_t(P) ^0,795 = 0,201m0,785 25

- Quy chuẩn đường kính ống lấy sản phẩm đỉnh là: d<small>t(P)</small> = 0,250m = 250 mm. - Vận tốc thực tế: _P ^V ₂ ^0,795 ₂ 16,2 (m/s)

0,785 d 0,785 0, 25

<b>Ống dẫn h i </b>ồ lưu lỏ<b>ng t thi t b</b>ừ ế <b>ị ngưng tụ về tháp </b>

- Nhiệt độ của hỗn hợp lỏng hồi lưu về tháp: <small>00</small>

- Dựa vào Bảng số liệu 4.2.1. Khối lượng riêng phụ thuộc nhiệt độ của benzenvà tuluen, sử dụng công thức nội suy xác định được khối lượng riêng của 2 chất tại nhiệt độ t<small>W </small>= 80,15<small>0</small>C: ρ_B= 814,835 (kg/m<small>3</small>); ρ<small>T</small>= 807,85 (kg/m ) <small>3</small>

- Khối lượng riêng của hỗn hợp lỏng: <small>12</small>

</div><span class="text_page_counter">Trang 28</span><div class="page_container" data-page="28">

Đồ án Quá trình-Thi t bế ị trong CNHH-TP GVHD: TS.Nguyễn Văn Xá - Nhiệt độ của hỗn hợp hơi hồi lưu về đáy tháp: <small>0</small>

t 110,15C T 3 38 ,15K- Nồng độ phần mol của cấu tử phân bố trong pha hơi tại đáy tháp: y = 0,012 <small>W </small>

- Khối lượng riêng của hơi hồi lưu về đáy tháp

- Dựa vào Bảng II.2 [1 – 370], với hơi bão hịa đi trong ống dẫn khí ở áp suất p=1-0,5 at thì ω = 20-40 (m/s). Chọn vận tốc chất khí di chuyển trong ống dẫn là: ω = 25 (m/s)

- Đường kính trong của ống dẫn hơi là: d_t ^0,798 = 0,202m0,785 25

- Quy chuẩn đường kính ống hồi lưu hơi ở đáy tháp là: d = 0,25 m = 250 mm. <small>t</small>

- Vận tốc thực tế: ^V ₂ ^0,798 ₂ 16,265 (m/s)0,785 d 0,785 0,25

<b>Tính chiều dày thành tháp, đáy tháp và nắp tháp Tính chi u dày thân tháp </b>ề

Thân hình trụ là bộ phận chủ yếu để tạo thành thiết bị hóa chất. Tháp chưng luyện hỗn hợp hai cấu tử benzen - tuluen đang thiết kế làm việc ở áp suất khí quyển

p 760 mmHg 1,01 10 (N/m ) là áp suất thấp (<1,6.10<small>6</small> N/m<small>2</small>) nên chọn phương án chế tạo thân tháp hình trụ bằng cách hàn (cuốn các tấm vật liệu với kích thước đã định, sau đó hàn ghép mối lại) và đặt thẳng đứng.

<b> Khi ch t o c n chú ý: </b>ế ạ ầ

- đảm bảo đường hàn càng ngắn càng tốt - chỉ hàn giáp mối

- bố trí các đường hàn dọc (ở các đoạn thân trụ riêng biệt lân cận) cách nhau ít nhất 100mm

- bố trí các mối hàn ở vị trí dễ quan sát- khơng khoan lỗ qua mối hàn

<b> Chiều dày của thân hình tr làm vi c ch u áp su</b>ụ ệ ị <b>ất trong p được xác định theo công thức sau: </b>

<small>t</small>

</div><span class="text_page_counter">Trang 29</span><div class="page_container" data-page="29">

Đồ án Quá trình-Thi t bế ị trong CNHH-TP GVHD: TS.Nguyễn Văn Xá

SVTH: Đỗ Th Thu Hiị ền - MSSV: 20180714 Trang - 44 - Trong đó: +) D là đường kính trong (m)<small>t</small>

+) [σ] là ứng suất cho phép của vật liệu (N/m<small>2</small>) +) φ là hệ số bền của thành hình trụ theo phương dọc

+) C là bổ sung do ăn mòn, bào mòn và dung sai về chiều dày (m) +) p là áp suất trong thiết bị (N/m<small>2</small>)

<b>Áp su t làm vi c: p = p + p </b>ấ ệ <b><small>mtl</small></b>

+) p<small>mt</small> là áp suất của hơi (khí) (N/m<small>2</small>)

+) p<small>l</small> là áp suất thủy tĩnh của cột chất lỏng (N/m<small>2</small>)

Áp suất của hơi (khí): p<small>mt</small>=760 mmHg=1,01.10<small>5</small> N/m<small>2</small>

Áp suất thủy tĩnh tính như sau: p = gρH<small>l l</small>, N/m<small>2</small> [2 – 360 – XIII.10] Với gia tốc trọng trường: g=9,81 (m/s<small>2</small>)

Khối lượng riêng của lỏng trong đoạn luyện: ρ<small>xtb(dl)</small>=804,958 (kg/m<small>3</small>) Khối lượng riêng của lỏng trong đoạn chưng: ρ<small>xtb(dc)</small>=786,4151 (kg/m ) <small>3</small>

Khối lượng riêng của lỏng trong tháp:

<b>Nhiệt độ thành thi t b</b>ế <b>ị </b>

+) Với thiết bị khơng bị đốt nóng, làm lạnh và có cách nhiệt bên ngồi thì lấy nhiệt độ bằng nhiệt độ mơi trường [2 – 361]: t<small>T</small> = t = 20<small>mt</small> ⁰C, ở đây giả sử nhiệt độ môi trường là 20<small>0</small><b>C </b>

<b>Hệ số b n c a thành hình tr </b>ề ủ ụ

+) Tra Bảng XIII.8. Giá trị hệ số bền hàn của thân hình trụ [2–362] ứng với đường kính trong D<small>t</small> = 1,2 m = 1200 mm > 700 mm, xác định được phương pháp hàn là hàn tay bằng hồ quang điện, kiểu hàn: hàn mối giáp hai bên, sử dụng vật liệu là thép X18H10T thì hệ số bền mối hàn φ<small>h</small> = 0,95. Thành có kht lỗ để lắp kính quan sát nhưng được gia cố hoàn toàn nên φ = φ<small>h</small> = 0,95

<b>(đối với mối hàn dọc) </b>

<b>Đại lượng bổ sung C: C = C + C + C , m [2 363 XIII.17] <small>123</small></b> – – C<small>1</small> là bổ sung do ăn mòn xuất phát từ điều kiện môi trường và thời gian làm

việc của thiết bị. Do X18H10T là loại vật liệu bền (0,05 0,1 mm/năm), - nên lấy C<small>1</small> = 1 mm (tính theo thời gian làm việc từ 15 20 năm).-

C<small>2</small> là đại lượng bổ sung do hao mòn khi nguyên liệu chứa các hạt rắn chuyển động với tốc độ lớn trong thiết bị. Nguyên liệu chưng luyện không thuộc trường hợp này nên bỏ qua, coi C<small>2</small> = 0

</div><span class="text_page_counter">Trang 30</span><div class="page_container" data-page="30">

Đồ án Quá trình-Thi t bế ị trong CNHH-TP GVHD: TS.Nguyễn Văn Xá C<small>3</small> là đại lượng bổ sung do dung sai của chiều dày, phụ thuộc vào chiều dày tấm

vật liệu.

<b>Ứng suất cho phép của v t li</b>ậ <b>ệu </b>

Thép X18H10T, t = 20<small>T</small> ⁰C dựa vào Bảng XIII.4.Chọn cơng thức tính ứng suất cho phép đối với một số vật liệu chế tạo cơ bản [2 – 357], xác định được ứng

<b>suất cho phép là giá trị bé nhất tính được từ một trong các công thức sau: </b>

[2 355 XIII.1]n

[2 355 XIII.2]n

σ^t<small>k</small> = 550.10<small>6</small> là giới hạn bền kéo của thép X18H10T [2–310–Bảng XII.4] σ<small>t</small>_c = 220.10<small>6</small> là giới hạn bền chảy của thép X18H10T (ứng với tấm thép

dày 4-25mm) [2 309 – – Bảng XII.4]

n<small>k</small> = 2,6 là hệ số an toàn theo giới hạn bền kéo [2 – 356 – Bảng XIII.3] n<small>k</small> = 1,5 là hệ số an toàn theo giới hạn bền chảy [2 – 356 – Bảng XIII.3] η là hệ số hiệu chỉnh, do thiết bị chưng luyện đang thiết kế thuộc nhóm 2

loại II nên η = 1,0 [2 – 308 – Bảng XII.2]

Nên b qua P ỏ ở dưới m u cơng th c tính chi u dày ẫ ở ứ ề

<b>Kiểm tra ng su</b>ứ ấ<b>t c a thành theo áp su</b>ủ ấ<b>t thử </b>

Áp suất thử tính tốn được xác định theo cơng thức sau:p₀ p_th p _l 2 – 366 Trong đó: p là áp suất thử thủy lực, lấy theo bảng XIII.5 [2 –<small>th</small> 358]; p<small>l</small>là áp suất

p 176129,76 (N/m )

Áp suất tính 0,07.10<small>6</small> < p = 176129,76 (N/m<small>2</small>) < 0,5.10<small>6</small> nên tra bảng XIII.5

</div><span class="text_page_counter">Trang 31</span><div class="page_container" data-page="31">

Đồ án Quá trình-Thi t bế ị trong CNHH-TP GVHD: TS.Nguyễn Văn Xá

+) p là áp suất làm việc bên trong thiết bị

+) [σ<small>c</small>] = 146,667.10<small>6</small> là ứng suất kéo của vật liệu (N/m<small>2</small>)

+) φ<small>h</small> = 0,95 :hệ số bền của mối hàn hướng tâm [2–362–Bảng XIII.8]

</div><span class="text_page_counter">Trang 32</span><div class="page_container" data-page="32">

Đồ án Quá trình-Thi t bế ị trong CNHH-TP GVHD: TS.Nguyễn Văn Xá +) k là hệ số không thứ nguyên xác định qua công thức

dk 1

D +) d là đường kính của lỗ khơng tăng cứng, (m)

+) C là đại lượng bổ sung, tương tự như C trong phần tính chiều dày thân tháp nhưng có tăng thêm 1 ít tùy chiều dày nắp và đáy Để có thể chịu được những sai sót trong hoạt động của thiết bị khi có những trục trặc trong quá trình thực hiện, áp suất thiết kế sẽ lấy cao hơn áp suất làm việc bình thường 5-10% [4 – 474]. Ta chọn áp suất thiết kế cao hơn 10% so với áp suất làm việctính tốn p 1,1 p 1,1 176129,76 =193742,736(N/m <small>2</small>)

Tính tốn nắp thiết bị:

- Đường kính ống lấy sản phẩm đỉnh là: d<small>t(P)</small> = 0,250m = 250 mm. - Do đó hệ số:

- Chiều dày: S = 1,66+3,8=5,46 mm. Quy chuẩn S = 6mm

- Kiểm tra ứng suất thành của nắp thiết bị theo áp suất thủy lực p<small>0</small> = 769542,95 (N/m<small>2</small>) theo công thức XIII.49 [2 – 386]:

Tính tốn đáy thiết bị:

- Đường kính ống tháo sản phẩm đáy là: d<small>t(W)</small> = 0,08m = 80 mm. - Do đó hệ số:

</div><span class="text_page_counter">Trang 33</span><div class="page_container" data-page="33">

Đồ án Quá trình-Thi t bế ị trong CNHH-TP GVHD: TS.Nguyễn Văn Xá

SVTH: Đỗ Th Thu Hiị ền - MSSV: 20180714 Trang - 48 - - Chiều dày: S = 0,942 + 3,8= 4,742 mm. Quy chuẩn S = 5 mm

- Kiểm tra ứng suất thành của nắp thiết bị theo áp suất thủy lực p<small>0</small> = 193742,736 (N/m<small>2</small>) theo công thức XIII.49 [2 – 386]:

<b>Chọn bích nối giữa thân tháp v</b>ới đáy và nắ<b>p tháp, v i các ng n i ... </b>ớ ố ố

<b>Chọn bích nối giữa thân tháp v</b>ới đáy và nắ<b>p tháp </b>

Do không thể chế tạo thân tháp được với chiều dài lớn nên ta buộc phải dùng bích để nối các phần lại với nhau. Với tháp hình trụ làm việc ở điều kiện thường (áp suất thấp và trung bình) chọn mặt bích liền bằng thép X18H10T để nối thân với đáy và nắp thiết bị. Cấu tạo của bích là bích liền phẳng hàn kiểu 1 theo bảng XIII.27 [2 – 417]

Hình 4.5.2 Bích n b. liề ằng thép để ố n i thiế ịt b (ki u I) ểp<small>y</small>.10<small>-6</small>,

= 193742,736 (N/m ) . Tra các thông số của bích ứng với p<small>y </small>= 0,6.10<small>6</small> N/m<small>2</small>; D<small>t</small>=1200mm theo bảng XIII.27 [2 – 423] được các thông số như bảng 4.5.2.

</div><span class="text_page_counter">Trang 34</span><div class="page_container" data-page="34">

Đồ án Quá trình-Thi t bế ị trong CNHH-TP GVHD: TS.Nguyễn Văn Xá Tra bảng IX.5 [2 – 170], ứng với D<small>t</small> = 1200 mm, khoảng cách giữa hai mặt nối bích là 2100 mm, khoảng cách giữa 2 đĩa H<small>đ</small>=350 mm, số đĩa giữa 2 mặt bích n<small>đ</small>= 6 đĩa. Mà số đĩa thực tế N<small>TT</small>=25 đĩa, chiều cao của tháp H=9,625m. Nên số bước bích là: H / 2,1 9,625/ 2,1 4,6 5 bước, hoặc N / 6 25 / 6 4,2 5_TT bước → Số bích cần dùng trên thân tháp là: n<small>b</small> = (5+1).2 = 12 bích (hay 6 cặp bích); để nối thân với đáy và nắp ta cũng cần 4 bích = 2 cặp bích nữa Tổng sử dụng 16 bích (hay 8 cặp bích)..

Giữa hai bích có một lớp lót bề mặt đệm bít kín để đảm bảo độ kín của tháp. Đệm làm bằng các vật liệu mềm hơn so với vật liệu bích. Khi siết bu lông, đệm bị biến dạng và điền đầy lên các chỗ gồ ghề trên mặt bích.

Sản phẩm đỉnh ^0,60

1,00 ^{250 273} ^{390 350 320 M20} ¹² ²⁶Hồi lưu lỏng ở

đỉnh

0,25

0,6 ^{100 106} ^{205 107 148 M16} ⁴ ¹⁸Hồi lưu hơi ở

đáy

0,60

1,00 ^{250 273} ^{390 350 320 M20} ¹² ²⁶Bảng 4.5.3. Bảng ch n thơng s bích n i thân tháp v i các ng d n ọ ố ố ớ ố ẫ

</div><span class="text_page_counter">Trang 35</span><div class="page_container" data-page="35">

Đồ án Quá trình-Thi t bế ị trong CNHH-TP GVHD: TS.Nguyễn Văn Xá

SVTH: Đỗ Th Thu Hiị ền - MSSV: 20180714 Trang - 50 - Hình 4.5.3 Bích li n b ng kim l. ề ằ ại đen để nối các b ph n c a thi t bộ ậ ủ ế ị và ng d n ố ẫ

Nếu sử dụng mối ghép tháo được thì thường làm đoạn ống nối, đó là đoạn ống ngắn có mặt bích hay ren để nối với ống dẫn

- Loại có mặt bích thường dùng với ống có D<small>y</small> > 10 mm.

- Loại ren chủ yếu dùng với ống cóD_y 10 mm, đơi khi có thể dùng với

Bảng 4.5.4. Bảng ch n chiọ ều dài đoạn ống nối v i các ng d n ớ ố ẫNếu cần cắm sâu ống vào thiết bị thì tra bảng số liệu XIII.33 [2 – 435] có:p<small>y</small>.10<small>-6</small>,

D<small>y</small> D<small>n</small> L D<small>y</small> (bích A) Thép bằng cacbon 0,6

0,25 150 200

159 219

105 115

200 250

</div>