đồ án quá trình thiết bị tính toán tháp chóp

ẹO AN MON HOẽC GVHD:
TNH TOAN
THIET Bề CHNH
Trang 1
ĐỒ ÁN MÔN HỌC GVHD:
I. Kích thước tháp
Đường kính tháp được xác đònh theo công thức sau :
D = 0.0188
tbyy
tb
g
)*(
ωρ
Trong đó g
tb
: lượng hơi trung bình đi trong tháp ( Kg/h )
(ρ
tb
* ω
y
)
tb
: tốc độ hơi trung bình đi trong tháp ( Kg/h )
Vì rằng lượng hơi và lượng lỏng thay đổi theo chiều cao của tháp và
khác nhau trong mỗi đoạn cho nên ta phải tính đường kính trung bình
riêng cho từng đoạn : đoạn chưng và đoạn cất .
1. Đường kính đoạn cất :
• Nồng độ trung bình của pha lỏng :
x
’
m

= ( x
F
+ x
D
)/2 = (0.7692 + 0.9845 )/2 = 0.8768
Nồng độ trung bình của pha hơi theo phương trình đường làm việc
y
’
m
= 0.649 * x
’
m
+ 0.3454
= 0.649 *0.8768 + 0.3454
= 0.9144
• Nhiệt độ trung bình của pha hơi, pha lỏng từ giãn đồ t-x,y:
x
’
m
=0.8768 → t
’
x
= 100.85
O
C
y
’
m
=0.9144 → t
’

y
= 100.25
O
C
Khối lượng mol trung bình của pha hơi trong phần luyện
M
’
m
= y
’
m
** M
nước
+ ( 1 – y
’
m
) * M
axit
= 0.9144* 18 + ( 1 –0.9144) * 60
= 21.5929( Kg/ Kmo)
khối lượng riêng pha hơi hơi trong phần luyện
Trang 2
ĐỒ ÁN MÔN HỌC GVHD:
ρ
’
y
= P
'
'
*4.22

*
y
Om
T
TM
=
)
)52.100273(*4.22
273*5929.21
+
= 0.7046( Kg/m
3
)
• Khối lượng riêng pha lỏng :
Nồng dộ phần khối lượng trung bình trong phần luyện
x
’
m
x
’
m
= 0.8766→
x
’
m
=
60*)8766.01(18*8766.0
18*8766.0
−+
= 0.681( phần khối lượng )

t
’
x
=100.85
O
C →ρ
axicetic
= 975.21 ( Kg/m
3
) Bảng 1.2,tramg 9,[5]
ρ
’
nước
= 957.21( Kg/m
3
) Bảng 1249,tramg 310,[5]
⇒
'
1
x
ρ
=
nuoc
x
m
ρ
'
+
'
'

)1(
axitacetic
m
x
ρ
−
=
21.957
681.0
+
47.956
)681.01( −
⇒ρ = 956.947
• Lượng hơi trung bình đi trong đoạn luyện :
ρ
tb
= ( g
đ
+ g
1
)/2 ( Kg/h )
g
đ
: lượng hơi ra khỏi đóa trên cùng
g
đ
= G
R
+ G
D

= G
D
( R
x
+ 1)
=
D
( R
x
+1 ) = 121.543( 1.85+ 1)
= 346.397( Kmol/h ) = 346.397*18.651=6460.65(kg/h)
Vì M
thD
=18.651
g
1 :
lượng hơi đi vào đóa dưới cùng của đoạn cất
g
1
= G
1
+ G
D
= G
1
+
D
= G
1
+ 121.543 (Kg/h )

Trang 3
ĐỒ ÁN MÔN HỌC GVHD:
• Lượng hơi g
1
, hàm lượng y
1
, lượng lỏng G
1
được xác đònh theo hệ
phương
trình sau :







=
+=
+=
dd
D
rgrg
xDxGyg
DGg
**
***
11
1111

11
( x
1
=
F
x
)
r
1
= r
nuoc
* y
1
+ ( 1 - y
1
) * r
axitacetic
r
đ
= r
nuoc
*
D
y
+ ( 1 -
D
y
) * r
axitacetic
Tại vò trí nhập liệu :

t
F
= 101.6→ r
nước
= 40617( Kj/Kmol )
r
axitacetic
= 24855.41( Kj/ Kmol )
Bảng 1251,tramg 314,[5]
⇒ r
1
= r
nuoc
* y
1
+ ( 1 - y
1
) * r
axitacetic
= 24855.41+15761.59* y
1
Tại vò trí đỉnh tháp :
t
D
= 100.5070
O
C tra Bảng 1251,tramg 314,[5]
r
nước
= 40906.6274( Kj/ Kmol )

r
axitacetic
=23499.4972 ( Kj/Kmol )
r
p
= r
nuoc
* y
p
+ ( 1 – y
p
) * r
axitacetic
= 40906.6274*0.9845+(1-0.9845)*23499.4972 = 40636.8169
x
1
=x
F
= 0.7692 suy ra Mtb =0.7692*18 +( 1-0.7692)*60= 27.693
⇒





=+
+=
+=
8169.40636*397.346159.1576141.24855(*
9845.0*543.1217692.0**

543.121
1
111
11
yg
Gyg
Gg
Trang 4
ĐỒ ÁN MÔN HỌC GVHD:
⇒





=
==
=
)/(15.248
)/(516.8171)/(695.369
9023.0
1
1
1
hkmolG
hkghkmolg
y
⇒ g
tb
= ( g

1
+ g
đ
) /2
= (6460.65+ 8187.51 )/2 = 7316.03( Kg/h)
• Vận tốc hơi trung bình đi trong tháp :
• ω
gh
= 0.05
y
xp
'
'
ρ
• ρ
x
tb
: khối lượng riêng trung bình của pha lỏng:
ρ
’
x
=956.947 ( Kg/m
3
)
ρ
y
tb
:
khối lượng riêng trung bình của pha hơi:
ρ

’
y
= 0.7046 ( Kg/ m
3
)
ω
gh
=0.05
y
xp
'
'
ρ
=0.05
7406.0
947.956
=2.0587(m/s)
Đê tránhtốc độ tạo bọt trong tháp
ω
h
= 0.8*ω
gh
= 0.8*2.058 = 1.477 (m/s)
⇒ Đường kính đoạn cất :
D
cất
= 0.0188 *
474.1*7406.0
03.7316
= 1.7( m )

Chọn D
cất
theo tiêu chuẩn : 1.7 ( m)
2. Đường kính đoạn chưng :
g
’
tb
= ( g
’
n
+ g
’
1
)/2 ( Kg/h )
g
’
1
: lượng hơi đi vào đoạn chưng (kg/h)
g
’
n
: lượng hơi ra khỏi đoạn chưng(kg/h)
g
’
n
= g
1
= 8171.516 ( Kg/h)
Trang 5
ĐỒ ÁN MÔN HỌC GVHD:

g
’
1
: được xác đònh theo hệ phương trình





==
+=
+=
11
'''
1
'
1
'
1
'
1
'
1
'
1
'
1
***
***
rgrgrg

xWygxG
WgG
nn
WW
G
’
1
: lượng lỏng ởđóa thứ nhấta đoạn chưng
Tính r
’
1:
x
w
= 0.1492 tra đồ thị can bằng của hệ ta co: y
w
=0.243
suy ra: M
tb
=18*y
w
+(1- y
w
)*60
=18*0.243+(1-0.243)*60 = 49.79
t
w
=112.5
O
C tra tai lieu tham khảo ta co
ẩn nhiệt hoa hơi của nước r’

nuoc
= 40131.23
ẩn nhiệt hoa hơi của axitacetic r’
axitacetic
=24549.16
suy ra: r
’
1
= r’
nuoc
* y
w
– (1- y
w
)* r’
axitacetic
r
’
1
= 40131.23*0.243 –(1-0.243) *24529.16 = 28335.603
tính r
1
= r’
nuoc
* y
1
+( 1 - y
1
) * r’
axitacetic

= 24549.16 + 15582.07* y
1
= 38608.8( Kj/Kmol )
W= G
W
/L
LW
=
4676.46
204 787
= 16.7472
Giải hệ





==
+=
+=
11
'''
1
'
1
'
1
'
1
'

1
'
1
'
1
***
***
rgrgrg
xWygxG
WgG
nn
WW
suy ra





=
+=
+=
8.38608*695.369603.28335*
1492.0*7572.16243.0**
7472.16
'
1
'
1
'
1

'
1
'
1
'
1
g
gxG
gG
Suy ra





==
=
=
)/(317.25148)/(73.503
2399.0
)/(477.520
'
1
'
1
'
1
hkghkmolg
x
hkmolG

Mtb= 49.9242(kg/h)
Vậy g
’
tb
= ( g
’
n
+ g
’
1
)/2 = (25148.317+= 8171.516)/2 = 16659.9(kg/h)
tốc độ hơi trung bình đi trong thap ω’
gh
=
ρ’
x
tb
: khối lượng rieng trung bình của pha lỏng (kg/)
Trang 6
ĐỒ ÁN MÔN HỌC GVHD:
ρ’
y
tb
: khối lượng rieng trung bình của pha hơi (kg/)
Xac định = *273
+ với phần mol trung bình y’
tb
= = (0.9023+0.243)/2 = 0.5726
+ nhiệt độ trung bình đoạn chưng t’
tb

= = = 107.5
= *273 = = *273 = 1.153
Xac định
+ nồng độ mol trung bình x’
tb
= = ( 0.7692 + 0.1492) = 0.4592
Suy ra
tbx'
= = = 0.203
t’
tb
=107.05 tra tai
TÍNH TOAN CHIỀU CAO THIẾT BỊ
1. Xác đònh số mâm lý thuyết
Từ đồ thị
Tổng số mâm lí thuyết là : N
lt
= 18 (mâm)

Số mâm thực tế tính theo cơng thức trung bình
N
lt
=
Trong đó :
η
tb
: là hiệu suất trung bình của đỉa, là một hàm số của đọ bay hơi tương đối
và độ nhớt của hổn hợp
η
tb

= f ( α , µ )
Xác đònh hiệu suất trung bình của tháp η
tb
:
α =
*1
*
y
y
−
x
x
−
1
: độ bay hơi tương đối
x, y : nồng độ phần mol của cấu tử dễ bay hơi trong pha lỏng, pha hơi
Độ nhớt của hỗn hợp lỏng µ : tra theo nhiệt độ
µ
tb
= (η
1
+ η
2
+ η
3
) / 3
η
1
, η
2

, η
3
: lần lượt là hiệu suất ở mâm đỉnh, mâm đáy, mâm nhập
liệu.
Từ giãn đồ x-y, t-x,y : tìm nhiệt độ tại các vò trí và nồng độ pha
hơi cân bằng với pha lỏng :
Trang 7
ĐỒ ÁN MÔN HỌC GVHD:
Vò trí mâm đỉnh :
x
D
= 0.9845
tra đồ thị cân bằng hệ ta có
y*
D
= 0.9850
t
D
= 100.507
O
C
suy ra α
p
= = = 1.0021
Vò trí mâm nhập liệu :
x
F
= 0.7692
tra đồ thị cân bằng hệ ta có
y*

F
= 0.845
t
F
= 101.6
O
C
suy ra α
F
= * = * = 1.6357
Vò trí mâm đáy :
x
W
= 0.1492
tra đồ thị cân bằng hệ ta có
y*
W
= 0.21
t
W
= 112.5
O
C
suy ra α
W
= * = * = 1.518
Xác đònh độ nhớt, độ bay hơi tương đối, hiệu suất tại các vò trí :
Vò trí mâm đỉnh :
t
D

= 100.507 ⇒ µ
nước
= 0.2820 (c
p
)
µ
axitacetic
= 0.4390 (c
p
)
( Tra bảng I.102 và I.101 – Sổ tay tập một )
⇒ lg µ
hh
= x
D
* lg µ
n
ướ
c
+ ( 1 – x
D
) * lg µ
ãaxitacetic
⇒ µ
hh
=0.4422

Ns/m
2

α = 1.0021
α*µ = 1.0021*0.4422 = 0.4431
⇒ η
1
= 0.63 ( Hình IX.11- Sổ tay tập 2 )
Vò trí mâm nhập liệu :
t
F
= 101.6
O
C ⇒ µ
nước
= 0.802 (c
p
)
µ
axitacetic
= 0.4547(c
p
)
( Tra bảng I.102 và I.101 – Sổ tay tập một )
Trang 8
ĐỒ ÁN MÔN HỌC GVHD:
⇒ lg µ
hh
= x
F
* lg µ
acetone
+ ( 1 – x

F
) * lg µ
nước
⇒ µ
hh
= 0.3133

α*µ = 1.6357*0.3133 = 0.5124
⇒ η
2
= 0.5541 ( Hình IX.11- Sổ tay tập 2 )
Vò trí mâm đáy :
t
W
= 112.5
O
C ⇒ µ
nước
= 0.205 (c
p
)
µ
axitacetic
= 0.4
( Tra bảng I.102 và I.101 – Sổ tay tập một )
⇒ lg µ
hh
= x
W
* lg µ

acetone
+ ( 1 – x
W
) * lg µ
nước
⇒ µ
hh
= 0.362

α*µ = 1.5158*0.362 = 0.5487
⇒ η
3
= 0.5190 ( Hình IX.11- Sổ tay tập 2 )
⇒ µ
hh
= ( µ
1
+ µ
2
+ µ
3
)/3
= ( 0.5541+0.3693+0.519)/3 = 0.4786
⇒ N
tt
=
4786.0
18
= 37 ( mâm )
⇒ Số mâm thực tế cho phần cất : 21

Số mâm thực tế cho phần chưng : 16
Và nhập liệu ở mâm số : 18
• Chiều cao tháp được xác đònh theo công thức sau :
H = N
tt
* ( H
đ
+ δ ) + ( 0.8 ÷ 1.0 ) ( m )
Với N
tt
: số đóa thực tế = 37
δ : chiều dày của mâm, chọn δ = 4 ( mm ) = 0.004 ( m )
H
đ
: khoảng cách giữa các mâm ( m ) , chọn theo bảng IX.4a-
Sổ tay tập hai, H
đ
= 0.3 ( m )
( 0.8 ÷ 1.0 ) : khoảng cách cho phép ở đỉnh và đáy tháp
⇒ H = 37* ( 0.3 + 0.004 ) + ( 0.8 ÷ 1.0 ) = 12.248( m )
** Kiểm tra khoảng cách giữa các mâm :
h
min
= 23300*
2
,
*
*
* *
y y

x ch t
F
n d
ρ ω
ρ π
 
 
 
 
Trang 9
ĐỒ ÁN MÔN HỌC GVHD:
ρ
y
, ρ
x
: khối lượng riêng trung bình của pha hơi, pha lỏng
ρ
y
= (ρ
'
y
+ ρ
"
y
)/2 = (0.7046+0.5726)/2= 0.6593( Kg/m
3
)
ρ
x
= (ρ'

x
+ ρ
"
x
)/2 = (956.947+943.068)/2 = 950.022(Kg/m
3
)
ω
y
: vận tốc hơi trung bình đi trong tháp
ω
y
=
( ) ( )
'
' "
* *
2
y y y y
tb tb
y y
ρ ω ρ ϖ
ρ ρ
 
 
+
 
 
 
 

 
 
= 0.7441 (m/s)
h
min
= 23300*
2
1.3775 0.5026*0.7441
*
854.005 29* *0.071
π
 
 
 
= 0.12 (m) < 0.3 (m)
Vậy khoảng cách giữa hai mâm là 0.3 m là hợp lý.
Tính toán chóp và ống chảy chuyền
• Chọn đường kính ống hơi d
h
= 75 ( mm ) = 0.075 ( m )
• Số chóp phân bố trên đóa :
N = 0.1 *
2
2
h
d
D
= 0.1 *
2
2

075.0
776.1
= 56( chóp )
( D : đường kính trong của tháp )
• Chiều cao chóp phía trên ống dẫn hơi :
h
2
= 0.25 * d
h
= 0.01875( m )
• Đường kính chóp:
d
ch
=
22
)*2(
chhh
dd
δ
++
δ
ch
: chiều dày chóp, chọn bằng 2 ( mm )
⇒ d
ch
=
22
)2*275(75 ++
= 109( mm )
Chọn d

ch
= 109 (mm)
Trang 10
ĐỒ ÁN MÔN HỌC GVHD:
• Khoảng cách từ mặt đóa đến chân tháp :
S = 0 ÷25 ( mm ), chọn S = 12.5 ( mm )
• Chiều cao mực chất lỏng trên khe chóp :
h
1
= 15 ÷40 ( mm ), chọn h
1
= 30 ( mm )
• Tiết diện ngang cuatháp :
F = π * D
2
/4 = 3.1416 * 1.776
2
/4 =2.476 ( m
2
)
• Bước tối thiểu của chóp trên mâm :
t
min
= d
ch
+ 2*δ
ch
+ l
2
l

2
: khỏang cách nhỏ nhất giữa các chóp
l
2
= 12.5 + 0.25*d
ch
= 12.5 + 0.25*109 = 39(mm)
chọn l
2
= 35 (mm)
⇒ t
min
=109 + 2*2 + 35 = 148 (mm)
• Chiều cao khe chóp :
b = (ξ * ω
2
y
* ρ
y
)/ (g * ρ
x
)
ξ : hệ số trở lực của đóa chóp ξ = 1.5 ÷2 , chọn ξ = 2
ω
y
= ( 4* V
y
)/ ( 3600 * π * d
2
h

* n )
V
y
: lưu lượng hơi trung binh đi trong tháp
V
y
=( g
tb
+ g’
tb
) /(ρ
tb
y
+ρ’
tb
y
)
=(7316.03+16659.916)/(0.74046+1.153) = 12906.95
⇒ω
y
= ( 4*12906.95) / ( 3600 * 3.14 * 0.075
2
* 56 )
= 14.499( m/s)
⇒ b = ( 2 *14.499
2
* 0.6593 ) / ( 9.81 * 95022 )
= 0.03 ( m )
Chọn b = 30 ( mm ) ( 10 ÷ 50 mm )
• Chiều rộng khe chóp : a = 2 : 7 mm ; chọn a = 2 ( mm )

• Số lượng khe hở của mỗi chóp :
i = π/c * ( d
ch
–
b
d
h
*4
2
)
Trang 11
ĐỒ ÁN MÔN HỌC GVHD:
c = 3 ÷ 4 mm ( khoảng cách giữa các khe ) , chọn c = 3 ( mm)
⇒ i = 3.1416/3 * ( 109 -
30*4
75*75
= 65( khe
Chọn i = 65 ( khe )
• Chiều cao lớp chất lỏng trên mâm :
h
m
= h
1
+ ( S + h
sr
+ b )
= 30 + 12.5 + 5 + 30
• Chiều caochóp h
ch
= h

ố
ng h
ơ
i
+ h
2
= 70 + 18.75 = 88.75( mm)
• chiều cao ống dẩn hơi
chọn h
ố
ng h
ơ
i
= 70 (mm)
= 77.5 (mm)
h
sr
: khoảng cách từ mép dưới của chóp đến mép dưới của khe chóp
chọn h
sr
= 5 mm
• Tiết diện ống hơi :
• S
rj
= S
1
= π*
2
,h t
d

/4 = 3.1416*0.075
2
/4 = 0.0044 m
2
S
rj
= S
1
= π*
2
,h t
d
/4 = 3.1416*0.075
2
/4 = 0.0044 m
2
• Tiết diện hình vành khăn :
S
aj
= S
2
= π*( d
2
ch,t
- d
2
h,n
)/4 = 3.1416*(0.109
2
- 0.075

2
)
= 0.005 (m
2
)
• Tổng diện tích các khe chóp :
S
3
= i.a.b = 65*0.002*0.03 =0.0039m
2
Trang 12
ĐỒ ÁN MÔN HỌC GVHD:
• Tiết diện lỗ mở trên ống hơi :
S
4
= π .d
hơi
.h
2
= 3.1416 * 0.075*0.01875
= 0.00138 m
2
Nên ta có S
1
≅ S
2
≅ S
3
≅ S
4

( hợp lý )
• Lỗ tháo lỏng :
Tiết diện cắt ngang của tháp F = 2.476m
2
Cứ 1 m
2
chọn 4 cm
2
lỗ tháo lỏng . Do đó tổng diện tích lỗ tháo lỏng
trên một mâm là: 2.476*4 /1 = 9.904cm
2
Chọn đường kính lỗ tháo lỏng là 5mm = 0.5cm
Nên số lỗ tháo lỏng cần thiết trên một mâm là :
2
2.0104
*
4
d
π
≅
10 lỗ
• Độ mở lỗ chóp h
s
:
h
s
= 7.55*
1/ 3
2/3
2/3

* *
y
G
s
x y s
V
H
S
ρ
ρ ρ
 
 
 
 
 
−
 
 
H
s
= h
so
= b = 30 (mm)
V
G
= 12906.85/3600= 3.585(m
3
/s)
S
s

= n * S
3
= 56*0.0039 = 0.2184(m
2
)
Vậy h
s
= 15 (mm)
• TÍNH CHO ỐNG CHẢY CHUYỀN
• Lượng lỏng trung bình di trong thap G
L
=( G’
1
*M
tbG
+ G
1
*M
tbG
)/2 =
( 520.477*49.9242+248.15*22.1034)/2
= 15734.678
• Khối lượngρ
Ltb
= (956.947+ 943.068)/2 = 950.022 (kg/h)
Z la sốống chảy chuyền chọn Z = 2
ω
c
la tốc độ chất lỏng trrong ống chảy chuyền, ta chọn ω
c

= 0.2(m/s)
Trang 13
ĐỒ ÁN MÔN HỌC GVHD:
• Đường kinh ống chảy chuyền
d
c =
= = 175 (mm)
• Khoảng cách từ mâm ống chảy chuyền đến tâm ống gần nhất
S
1
= 0.25*d
c
= 0.25*d
c
= 0.25*175 = 43.75(mm) = 0.04375(m)
• Bề day của ống chảy chuyền : 0.002(m)
• Khoảng cách từ mâm ống chảy chuyền đến tâm ống gần nhất
t
1
= + 0.002 + l
1
chọn l
1
= 75 (mm)
t
1
= + 0.002 + + 0.002 + 0.075 = 0.221 (m)
• Lưu lượng thể tích trung bỉnh di trong tháp
Q
L

=V
x
= ( G
x
/ρ
tb
) = (15734.678/950.022) = 16.562 (m
3
/ h)
• chiều cao mực chất lỏng trên gờ chảytran = = = 0.041
TÍNH TỔN THẤT QUA TỒN THÁP
∆ = C
g
*∆*n
h
+ Diện tích của ống chảy chuyền
S
d
= 10%*F = 0.1*2.476 = 0.2476(m
2
)
+ Khoảng cách giữa hai gờ chảy tràn
l = = 1.2558
+ Diện tích giữa hai gờ chảy tràn
A = F - 2*S
d
=2.476 – 2*0.2476 = 1.983
Chieu rộng trung bình B
m
= = = 1.5769

Hệ sốđiều chỉnh tốc độ pha khí phụ thuộc vào hai giá trị
X = 1.34* = ( 1,34*16.562)/1.5769 = 14.0738
Trang 14
ĐỒ ÁN MÔN HỌC GVHD:
Ta có v= = ( 4* 3.585)/(3.14*1.776
2
) = 1.447
+ 0.82* v*
G
ρ
= 0.82*1.447*0.8119 = 0.9834
Tra đồ thò hình 5.10 trang 80 Tập 3 (Kỹ thuật phân riêng ) được
+ C
g
= 0.7
+ Giá trò 4* ∆
'
tra từ hình 5.14a trang 81 Tập 3 với:
x = 4.02
h
sc
= 12.5
h
m
= 62.5
Ta co 4* ∆ = 6.8 suy ra ∆ = = 1.7
+Số hàng chop n
h
= 5
+ khi đó∆ = 0.7*1.75 = 5.95

+Chiều cao gờ chảy tràn h
w
:
Do h
m
= h
w
+ h
ow
+ 0.5∆ = 62.5–41-0.5*5.956= 25.025(mm)
h
ow
=∆
h
- h
w
= 44 – 25.025 = 15.957 (mm)
Kiểm tra sự ổn đònh của mâm :
∆< 0.5 ( h
fv
+ h
s
)
Độ giảm áp do ma sát và biến đổi vận tốc pha khí thổi qua chóp khi
không có chất lỏng, h
fv
h
fv
=274* E *
2

*
y
G
x y r
V
S
ρ
ρ ρ
 
 
−
 
S
aj
/S
rj
≅1 , nên theo hình 5.16 trang 83 Tập 3 được E= 0.65
S
r
= n*S
rj
= 56*0.0044 = 0.2464(m
2
)
Nên h
fv
= 274* 0.65 ** = 26.1825
Do đó 0.5*(h
fv
+ h

s
) = 0.5 * (26.1825 + 15 ) = 26.591>∆
Vậy mâm ổn đònh .
• Độ giảm áp của pha khí qua một mâm h
t
:
• Chiều cao thủy tónh lớp chất lỏng trên lỗ chóp gờ chảy tràn h
ss
:
Trang 15
ĐỒ ÁN MÔN HỌC GVHD:
+h
ss
= h
w
- (h
sc
+ h
sr
+ H
s
)
= 20( mm)
+Độ giảm áp của pha khí qua một mâm :
h
t
= h
fv
+ h
s

+ h
ss
+ h
ow
+ 0.5
=2666.1825 + 15+ 20 + 15.957 + 0.5
= 77.6395
• Chiều cao lớp chất lỏng không bọt trên ống chảy chuyền :
h
d
= h
w
+ h
ow
+ ∆ + h
'
d
+h
t
- Tổn thất thủy lực do dòng lỏng chảy từ ống chảy chuyền vào
mâm h
'
d
được xác đònh theo biểu thức sau :
h'
d
= 0.128*
2
100*
L

d
Q
S
 
 
 
, mm chất lỏng
= 0.128* = 0.45 (mm)
Vậy h
d
= 25.025 + 15.957 + 5.95 +0.45 + 77.6395 = 125.0215 (mm)
** Chiều cao h
d
dùng để kiểm tra mâm : Để đảm bảo điều kiện
tháp không bò ngập lụt khi hoạt động, ta có :
h
d
= 147.10 < 0.5 H = 150
• Chất lỏng chảy vào ống chảy chuyền t
c
:
d
tw
= 0.8*
*
ow o
h h
+Khoảng cách rơi tự do trong ống chảy chuyền :
h
o

= H + h
w
- h
d
= 300 +525.025-125.0125 = 200 mm
+h
ow
= 20(mm)
Suy ra d
tw
= 0.8* = 51(mm)
- Đại lượng này để kiểm tra chất lỏng chảy vào tháp có đều không
• Độ giảm áp tổng cộng của pha hơi giữa tháp :
H
t
= N
t
* h
t
= 37*77.6395*10
-3
=2.872mchất lỏng
Vậy ổng trở lực toàn tháp :
∆P = ρ*g*H
t
= 950.022*9.81*2.872 = 26766.23N/m
2
= 0.27at
Trang 16
ĐỒ ÁN MÔN HỌC GVHD:

CHƯƠNG 6 TÍNH TỐN CƠ KHÍ
1. Tính bề dày thân trụ của tháp
Thân của tháp được chế tạo bằng phương pháp hàn hồ quang. Thân
tháp được ghép từ nhiều đoạn bằng mối ghép bích.
Tra bảng IX.5 ta chọn với đường kính trong của tháp D =1776(mm),
khoảng cách giữa các đóa H
đ
=600 (mm), chọn khoảng cách giữa hai mặt
nối bích 4200(mm), số đóa giữa hai mặt bích n
đ
= 7
Chọn vật liệu làm thân là thép không gỉ X18H10T. Ở nhiệt độ làm
việc
t =
0
C .
Tốc độ ăn mòn của thép ≤ 0.1 mm/năm .
Dựa vào bảng XII.4 và bảng XII.7 ( Tính chất vật lý của kim loại đen
và hợp kim của chúng ), các thông số đặc trưng của X18H10T ( với chiều
dày tấm thép 4 ÷ 25 mm):
Giới hạn bền kéo : δ
k
= 550.10
6
N/m
2
Giới hạn bền chảy : δch = 550.106 N/m2
Hệ sốdãn khi kéo ở nhiệt độ 20 ÷ 100 0C là 16.6*10-6 1/0 C
Khối lượng riêng ρ = 7.9*103 ( Kg/m3)
Hệ số an toàn bền kéo : nk = 2.6

Hệ số an toàn bền chảy : nch = 2.6
Nhiệt độ nóng chảy : t = 1400 0C
Mô đun đàn hồi : E = 2.1*105 N/mm2
Hệ số Poatxông µ = 0.33
• Điều kiện làm việc của tháp chưng cất :
p suất bên trong tháp ( tính tại đáy tháp ) với môi trường làm việc
lỏng -khí:
P = P
L
+ ∆P
p suất hơi trong tháp : P
h
= 1 at = 9.81*10
4
( N/m
2
)
p suất thủy tónh của cột chất lỏng :P
L
= ρ
L
. g .H
ρ
L
= 950.022(Kg/m
3
)
H= 1.1 H
0
= 13.4708 (m) ( Có kể đến cột chất lỏng ở đáy, nắp )

Trang 17
ĐỒ ÁN MÔN HỌC GVHD:
P
L
= 950.022 *9.81 * 13.4708 = 125562.667(N/m
2
)
Tổng trở lực của tháp : ∆P = 26766.23N/m2)
áp suất tính P =26766.23 + 125562.667 = 152328.897Theo bảng
XIII.8 : giá trò bền hàn của thân hình trụ, hàn hồ quang điện,
Dt = 1776 (mm), thép hợp kim ϕh = 0.95
Do trên thân có khoét lỗ nên hệ số bền của thành hình trụ theo
phương dọc được tính theo công thức :
Ứng suất cho phép [δ
k
] của vật liệu được tính :
[δ
k
] =
6
6 2
550.10
. .0.95 200.95*10 ( /
2.6
k
k
N m
n
δ
η

= =
)
[δ
ch
] =
6
6 2
220.10
. *0.95 139.33*10 ( / )
1.5
ch
ch
N m
n
δ
η
= =
Chọn [δ]= Min ( [δ
k
], [δ
ch
]) = 139.33 *10
6
( N/m
2
)
• Bề dày tháp được tính theo công thức :
S’=
P
DP

t
−
ϕσ
].[2
.
Do
897.152328
95.0*10*33.139].[
6
=
P
ϕσ
=868.93> 25 nên :
S’=
ϕσ
].[2
.
t
DP
=
95.0*10*33.139*2
776.1*897.152328
6
= 0.001( m)
= 1 (mm)
• Bề dày thực tế của thân tháp :
S = S’ + C
Trong đó C = C
a
+ C

b
+ C
o
Chọn thiết bò làm việc trong 15 năm : Hệ số bổ sung do ăn mòn :
C
a
= 15*0.1 = 1.5 (mm)
Hệ số bổ sung do bào mòn cơ học của môi trường Cb = 0
Hệ số quy tròn C
0
= 1
Do đó C = 1.5 + 0 + 1 = 2.5(mm)
Khi đó S = S’ +C = 3.4 (mm)
• Kiểm tra bề dày của thân :
- Kiểm tra điều kiện :
Trang 18
ĐỒ ÁN MÔN HỌC GVHD:
1.0009.0
1776
5.14.3
1.0
<=
−
≤
−
D
CS
a
( thỏa )
- Kiểm tra áp suất tính toán bên trong thiết bò :

[P] =
)/(4.297797
)5.14.3(1776
)5.14.3(*95 0*10*33.139*2
)(
).(] [2
2
6
mN
CSD
CS
a
a
=
−+
−
=
−+
−
ϕσ
Như vậy [P] > P (hợp lý)
Nên chiều dày của thân S = 3(mm)
2. Tính - chọn bề dày đáy và nắp thiết bò
Đáy và nắp cũng là một bộ phận quan trọng thường được chế tạo cùng
loại vật liệu với thân thiết bò . Sử dụng thép không gỉ X18H10T .
- Chọn loại đáy nắp hình elip có gờ
- Tính bề dày đáy và nắp giống nhau :
Các thông số đáy và nắp :
Đáy- nắp elip có :
25.0=

t
t
D
h
⇒ h
t
= 0.25 * D
t
= 0.25 * 1.776 = 0.444 (m) = 444(mm)
Chọn chiều cao gờ h = 25 (mm)
Nên diện tích bề mặt trong 3.5583(m
2
) tra bảng XIII.10 trang 382
Sổ tay tập 2
D = 800
25h = 2 00
Bán kính cong bên trong đáy- nắp tháp : R
t
=D
t
= 1776(mm)
Chiều dày đáy và nắp elip của thiết bò chòu áp suất trong :
Trang 19
ĐỒ ÁN MÔN HỌC GVHD:
Do
897.152328
95.0*10*33.139].[
6
=
P

ϕσ
=868.93> 25 nên
S’ =
h
t
PD
ϕσ
].[*2
.
=
ϕσ
].[2
.
t
DP
=
95.0*10*33.139*2
776.1*897.152328
6
= 0.001( m)
• Bề dày thực tế của nắp tháp :
S = S’ + C
Trong đó C = C
a
+ C
b
+ C
o
Chọn thiết bò làm việc trong 15 năm : Hệ số bổ sung do ăn mòn :
C

a
= 15*0.1 = 1.5 (mm)
Hệ số bổ sung do bào mòn cơ học của môi trường Cb = 0
Hệ số quy tròn C
0
= 1
Do đó C = 1.5 + 0 + 1 = 2.5(mm)
Khi đó S = S’ +C = 3.4 (mm)
• Kiểm tra bề dày của nắp:
- Kiểm tra điều kiện :
125.1.0009.0
1776
5.14.3
125.0
<=
−
≤
−
D
CS
a
( thỏa )
Kiểm tra áp suất dư cho phép tính toán :
. Bề dày đáy nắp cần thỏa biểu thức sau :
125.0≤
−
t
a
D
CS

125.0009.0
1776
5.14.3
<=
−
(thỏa)
. Do đó áp suất dư cho phép tính theo công thức :
[P] =
)/(4.297797
)5.14.3(1776
)5.14.3(*95 0*10*33.139*2
)(
).(] [2
2
6
mN
CSD
CS
a
a
=
−+
−
=
−+
−
ϕσ
Vậy bề dày đáy nắp thiết bò là 5 (mm)
Trang 20
ĐỒ ÁN MÔN HỌC GVHD:

3. Chọn bích và vòng đệm
a. Bích và đệm để nối và bít kín thiết bò :
Mặt bích là bộ phận dùng để nối các phần của thiết bò cũng như nối
các bộ phận khác với thiết bò .
Chọn loại bích liền không cổ bằng thép CT3 .
Bảng XIII-27 trang 417 Sổ tay tập hai . Cho các kiểu bích liền bằng
thép CT3 (Kiểu I )với thiết bò đáy nắp như sau :
Đường kính bên trong của thiết bò D
t
= 1776 (mm)
Đường kính bên ngoài của thiết bò D
n
=1776+3.4*2 = 1728.8(mm)
Đường kính tâm bu lông D
b
= 1848 (mm)
Đường kính mép vát D
1
= 1836 (mm)
Đường kính bích D = 19034(mm)
Chiều cao b1ch h = 28 (mm)
Đường kính bu lông d
b
= M20 (mm)
Số bu lông z = 32 (cái)
• Theo bảng XIII-31 _ Tương ứng với bảng XIII-27 : kích thước bề mật
đệm bít kín :
D
t
= 1776 (mm)

H = h = 28 (mm)
D
1
= 1836 (mm)
D
2
= 1830 (mm)
D
4
= 1806 (mm)
Và do D
t
> 1000 (mm) nên D
3
= D
2
+2 = 1830+2 = 1832(mm)
D
5
= D
4
– 2 = 1804 (mm)
II. Tính chi tiết ống dẫn
1. Đường kính ống dẫn hơi vào thiết bò ngưng tụ :
d =
v
Q
y
*
*4

π
Q
y
: lưu lượng hơi đi ra khỏi đỉnh tháp ( m
3
/s)
Trang 21
ĐỒ ÁN MÔN HỌC GVHD:
Q
y
=
*3600
y
y
G
ρ
=
7046.0*3600
65.6466
= 2.547 ( m
3
/s)
v : vận tốc hơi đi qua ống, chọn v = 40 ( m/s )
⇒ d
1
=
40*14.3
547.2*4
= 284 ( mm )
Chọn d

1
= 280( mm )
Theo sổ tay tập hai – Bảng XIII-32 trang 434 , chọn l
1
= 140 ( mm )
( chiều dài đoạn nối ống )
2. Ống dẫn dòng chảy hoàn lưu :
d =
v
Q
*
*4
π
Lượng hoàn lưu G = G
D
* R = 2266.915*1.85=4193.79 ( Kg/h)
Q =
x
G
ρ
*3600
=
947.956*3600
97.4193
=1.217*( m
3
/h )
(ρ
x
: khối lượng riêng pha lỏng trong đoạn cất = ρ

’
x
= 956.947Kg/m
3
)
Chọn v = 0.2 ( m/s )
⇒ d
2
=
2.0*14.3
001.0*217.1*4
=0.00423 (m) =42.3 (m)
Chọn d
2
= 50(mm)
Theo sổ tay tập hai – Bảng XIII-32 trang 434 , chọn l
2
= 100 ( mm )
3. Ống dẫn dòng nhập liệu :
d =
v
Q
*
*4
π
Q =
F
F
G
ρ

*3600
=
01.1018*3600
12.3054
Chọn v = 0.2 ( m/s )
⇒ d
3
= = 0.08( m ) = 80 ( mm )
Chọn d
3
= 80 ( mm )
Trang 22
ĐỒ ÁN MÔN HỌC GVHD:
l
3
= 110 ( mm )
4. Ống dẫn dòng sản phẩm đáy :
d =
v
Q
*
*4
π
Q =
W
W
G
ρ
*3600
=

96.957*3600
204.787
Chọn v = 0.2 ( m/s )
⇒ d
4
= = 50 ( mm )
Chọn d
3
= 50 ( mm )
l
3
= 100 ( mm )
5. Ống dẫn từ nồi đun qua tháp :
d =
v
Q
*
*4
π
Q =
"
*3600
y
W
G
ρ
=
"
6593.0*3600
204.787

=
Chọn v = 30( m/s )
⇒ d
5
=
4*1.039
3.1416*35
= 0.194 ( m ) = 194 ( mm )
Chọn d
5
= 70 ( mm )
b. Bích để nối các ống dẫn ( Bảng XIII-26 trang 409 Sổ tay tập hai )
• Chọn vật liệu là thép CT3 , chọn kiểu 1
Ta có bảng sau :
ST
T
Loại
ống
D
y
Kích thước nối H l
(mm
)
D
w
D D
b
D
1
Bulông

Trang 23
ĐỒ ÁN MÔN HỌC GVHD:
dẫn (mm
)
(mm
)
(mm
)
(mm
)
(mm
)
(mm
)
d
b
(mm
)
z
(con
)
1 Vào
TBNT
2250 273 370 335 312 M16 12 22 140
2 Hoàn lưu 50 57 140 110 90 M12 4 12 100
3 Nhập liệu 80 89 185 150 128 M16 4 12 110
4 Dòngspđá
y
50 57 140 110 90 M12 4 12 100
5 Hơivàá

y
70 76 160 130 110 M12 4 14 130
• Theo bảng XIII.30 tương ứng với bảng XIII-26 : kích thước bề mặt
đệm bít kín :
D
1
tra theo bảng XIII-26 .
z : số rãnh
Ta có bảng sau :
ST
T
D
(mm
)
D
1
(mm
)
D
2
(mm
)
D
3
(mm
)
D
4
(mm
)

D
5
(mm
)
B
(mm
)
b
1
(mm
)
z
(rãnh
)
F
(mm
)
1 250 312 303 304 283 282 5 1 3 4.5
2 50 90 90 91 66 65 4 1 2 4
3 80 128 115 116 101 100 5 1 3 4
4 50 90 90 91 66 65 4 1 2 4
5 70 110 101 86 85 228 4 1 2 4.5
4. Tính mâm
a. Tính sơ bộ khối lượng tháp :
Với nắp đáy elip có D
t
= 1776(mm), chiều dày S = 4(mm), chiều cao
gờ
h = 25 (mm) .Tra bảng XIII.11 trang 384 Sổ tay tập hai , ta có
G

nắp
= G
đáy
= 1.01*30.2 (Kg) = 30.504 (Kg)
⇒ G
nắp – đáy
= 2*30.502 = 61 (Kg)
Trang 24
ĐỒ ÁN MÔN HỌC GVHD:
• Khối lượng mâm :
Đường kính trong của tháp D
t
= 1.776 (m)
Bề dày mâm δm = 0.004(m)
Đường kính ống hơi dh = 0.057 (m)
Số ống hơi n = 56 (ống )
Diện tích ống chảy chuyền hình viên phân Sd = 0.1*F
Số ống chảy chuyền trên mỗi mâm z = 1
Số mâm Nt = 37 mâm
M
m
= N
t
.(F – z.S
d
– n.π.d
2
h
/4) * δ*ρ
=37* = 42.37(kg)

• Khối lượng chóp trên mâm của toàn tháp :
M
chóp
=N
t
*n*(π*d
2
ch
*h
ch
+i*b*a)7.9*10
3
*δ
ch
=37.56*(3.14*0.109*0.0875+65*0.03*0.0012)*0.002*7.9*10
3
= 1209.141(kg)
Khối lượng than tháp
M
thanthap
= π* D*H
thânthap
* δ
thân
* δ
= 3.14* 1.776*13.4728* 0.003*7.9*10
3
= 1780.65(Kg)
• Khối lượng ống hơi :
M

ống hơi
= π*d
h
*h
hơi
* δ
h
*n * N
tt
* ρ
= 3.1416*0.075*0.007*0.002*56*37*7.9*10
3
= 539.679(Kg)
Với h
h
= h
chóp
– h
2
- δ
chóp
+δ
hơi
= 0.0657 – 0.01175 +2 – 2 = 0.054 (m)
và h
2
: chiều cao chóp phía trên ống hơi
• Khối ong chảy chuyền :
M
ong

= ( h-h
4
)*25*3.14*d
c
*
h
cc
= h – S
1
+ h
w
+δ
mâm
= 0.3 – 0.0375 + 0.05 + 0.004 = 0.316 (m)
⇒ M
mâm
= 0.48*0.3165*0.002*0.004 * 7.9*10
3
= 31.20( Kg)
• Khối lượng bích nối thân :
Đường kính bên ngoài của tháp D
n
= 17.828 (m)
Đường kính mặt bích của thân D
b
= 1.904(m)
Trang 25