Đồ án Hệ thống chưng cất Metanol Nước dùng tháp mâm xuyên lỗ

Đồ án môn học GVHD: Thầy Mai Thanh
Phong


Trang 3
LỜI MỞ ĐẦU




Cơng nghệ hóa học là một trong những ngành đóng góp rất lớn trong sự phát
triển của nền cơng nghiệp nước ta.Trong ngành sản xuất hóa chất cũng như sử dụng
sản phẩm hóa học, nhu cầu sử dụng ngun liệu có độ tinh khiết cao phải phù hợp với
qui trình sản xuất hoặc nhu cầu sử dụng.
Ngày nay, các phương pháp được sủ dụng để nâng cao độ tinh khiết là: chưng cất,
trích ly, cơ đặc, hấp thu ….Tùy theo đặc tính sản phẩm mà ta lựa chọn phương pháp
thích hợp. Hệ methanol – nước là 2 cấu tử tan lẫn hồn tồn, ta dùng phương pháp
chưng cất để nâng cao độ tinh khiết cho methanol.
Đồ án mơn học Q trình và Thiết bị là một mơn học mang tính tổng hợp trong q
trình học tập của các kỹ sư hố- thự c phẩm tương lai. Mơn học giúp sinh viên giải
quyết nhiệm vụ tính tốn cụ thể về: u cầu cơng nghệ, kết cấu, giá thành của một thiết
bị trong sản xuất hố chất - thực phẩm. Đây là bước đầu tiên để sinh viên vận dụng
những kiến thức đã học của nhiều mơn học vào giải quyết những vấn đề kỹ thuật thực tế
một cách tổng hợp.
Em chân thành cảm ơn thầy Mai Thanh Phong và các q thầy cơ bộ mơn Máy &
Thiết Bị, các bạn sinh viên đã giúp em hồn thành đồ án này. Tuy nhiên, trong q trình
hồn thành đồ án khơng thể khơng có sai sót, em rất mong q thầy cơ góp ý, chỉ dẫn.


Tp HCM, ngày 18.1.2010
Đồ án môn học GVHD: Thầy Mai Thanh

Phong


Trang 4
CHƯƠNG 1
Tổng quan

I. Giới thiệu về ngun liệu
1. Methanol
Methanol còn gọi là rượu gỗ, có cơng thức hóa học CH
3
OH. Là chất lỏng
khơng màu, dễ bay hơi và rất độc. Các thơng số của methanol:
- Phân tử lượng: 32,04 g/mol.
- Khối lượng riêng: 0,7918 g/cm
3
.
- Nhiệt độ nóng chảy: -97
o
C (176K).
- Nhiệt độ sơi: 64,5
o
C ( 337,8K).
- Độ nhớt: 0,59 Ns/m
2
ở 20
o
C.

1.1. Ứng dụng

Methanol được dùng làm chất chống đơng, làm dung mơi, làm nhiên liệu
cho động cơ đốt trong, nhưng ứng dụng lớn nhất là làm ngun liệu để sản xuất các hóa
chất khác.
Khoảng 40% metanol được chuyển thành forml dehyde, từ đó sản xuất ra
chất dẻo, sơn…Các hóa chất khác được dẫn xuất từ metanol bao gồm dimeylete…

1.2. Sản xuất
Methanol được sinh ra từ sự trao đổi chất yếm khí của 1 vài lồi vi khuẩn.
Kết quả là 1 lượng nhỏ hơi methanol được tạo thành trong khơng khí. Và sau vài ngày
khơng khí có chứa methanol sẽ bị oxy hố bởi O
2
dưới tác dụng của ánh sáng chuyển thành
CO
2
và H
2
O theo phương trình:
2CH
3
OH + 3O
2
2CO
2
+ 4H
2
O
Hiện nay methanol được sản xuất bằng cách tổng hợp trực tiếp từ H
2
và CO,
gia nhiệt ở áp suất thấp có mặt chất xúc tác.

2. Nước
Trong điều kiện bình thường: nước là chất lỏng khơng màu, khơng mùi, khơng
vị nhưng khối nước dày sẽ có màu xanh nhạt.
Khi hóa rắn nó có thể tồn tại ở dạng 5 dạng tinh thể khác nhau.
Tính chất vật lý:
- Khối lượng phân tử : 18 g / mol
- Khối lượng riêng d
4
o
C
: 1 g / ml
- Nhiệt độ nóng chảy : 0
0
C
- Nhiệt độ sơi : 100
0
C
Nước là hợp chất chiếm phần lớn trên trái đất (3/4 diện tích trái đất là nước biển) và rất
cần thiết cho sự sống.
Nước là dung mơi phân cực mạnh, có khả năng hồ tan nhiều chất và là dung mơi rất
quan trọng trong kỹ thuật hóa học.

3. Hỗn hợp Methanol-nước
Ta có bảng cân bằng lỏng-hơi cho hỗn hợp methanol-nước ở 1 atm
Bảng 1
ẹo aựn moõn hoùc GVHD: Thay Mai Thanh
Phong

Trang 5
t
o
C 100 92,3 87,7 81,7 78 75,3 73,1 71,2 69,3 67,5 66 64,5

x 0 5 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
y 0 26,8 41,8 57,9 66,5

72,9 77,9 82,5 87 91,5 95,8

100
õy
x l thnh phn lng
y l thnh phn hi

II. Lý thuyt v chng ct:
1. Khỏi nim:
Chng ct l quỏ trỡnh dựng tỏch cỏc cu t ca mt hn hp lng (cng nh
hn hp khớ lng) thnh cỏc cu t riờng bit da vo bay hi khỏc nhau ca cỏc cu t
trong hn hp (ngha l khi cựng mt nhit , ỏp sut hi bóo hũa ca cỏc cu t khỏc
nhau).
Thay vỡ a vo trong hn hp mt pha mi to nờn s tip xỳc gia hai pha
nh trong quỏ trỡnh hp thu hoc nh khớ, trong quỏ trỡnh chng ct pha mi c to nờn
bng s bc hi hoc ngng t.
Trong trng hp n gin nht, chng ct v cụ c khụng khỏc gỡ nhau, tuy
nhiờn gia hai quỏ trỡnh ny cú mt ranh gii c bn l trong quỏ trỡnh chng ct dung mụi
v cht tan u bay hi (ngha l cỏc cu t u hin din trong c hai pha nhng vi t l
khỏc nhau), cũn trong quỏ trỡnh cụ c thỡ ch cú dung mụi bay hi cũn cht tan khụng bay
hi.
Khi chng ct ta thu c nhiu cu t v thng thỡ h cú bao nhiờu cu t s

thu c by nhiờu sn phm. Nu xột h n gin ch cú 2 cu t thỡ ta thu c 2 sn
phm:
+ Sn phm nh ch yu gm cu t cú bay hi ln v mt phn rt ớt cỏc cu
t cú bay hi bộ.
+ Sn phm ỏy ch yu gm cu t cú bay hi bộ v mt phn rt ớt cu t cú
bay hi ln.
Vy i vi h methanol - nc thỡ:
- Sn phm nh ch yu l methanol.
- Sn phm ỏy ch yu l nc.

2. Cỏc phng phỏp chng ct:
2.1. Phõn loi theo ỏp sut lm vic
- p sut thp
- p sut thng
- p sut cao
2.2. Phõn loi theo nguyờn lý lm vic
- Chng ct n gin
- Chng bng hi nc trc tip
- Chng ct a cu t
2.3. Phõn loi theo phng phỏp cp nhit ỏy thỏp
- Cp nhit trc tip
- Cp nhit giỏn tip
Vy i vi h methanol - nc, ta nờn chn phng phỏp chng ct liờn tc cp
nhit giỏn tip.

3. Thit b chng ct:
ẹo aựn moõn hoùc GVHD: Thay Mai Thanh
Phong

Trang 6
Trong sn xut thng dựng nhiu loi thit b khỏc nhau tin hnh chng ct.
Tuy nhiờn yờu cu c bn chung ca cỏc thit b vn ging nhau ngha l din tớch b mt
tip xỳc pha phi ln, iu ny ph thuc vo mc phõn tỏn ca mt lu cht ny vo
lu cht kia. Nu pha khớ phõn tỏn vo pha lng ta cú cỏc loi thỏp mõm, nu pha lng
phõn tỏn vo pha khớ ta cú thỏp chờm, thỏp phun, õy ta kho sỏt 2 loi thng dựng
l thỏp mõm v thỏp chờm.
- Thỏp mõm: thõn thỏp hỡnh tr, thng ng phớa trong cú gn cỏc mõm cú cu to khỏc
nhau, trờn ú pha lng v pha hi c cho tip xỳc vi nhau. Tựy theo cu to ca
a, ta cú:
- Thỏp mõm chúp : trờn mõm b trớ cú chúp dng trũn, xupap, ch s
- Thỏp mõm xuyờn l: trờn mõm cú nhiu l hay rónh
- Thỏp chờm (thỏp m): thỏp hỡnh tr, gm nhiu bc ni vi nhau bng mt bớch hay
hn. Vt chờm c cho vo thỏp theo mt trong hai phng phỏp: xp ngu nhiờn hay
xp th t.
So sỏnh u nhc im ca cỏc loi thỏp:

Thỏp chờm Thỏp mõm xuyờn l Thỏp mõm chúp
u
im
- Cu to khỏ n gin.
- Tr lc thp.
- Lm vic c vi cht lng bn.
- Tr lc tng i thp.
- Hiu sut khỏ cao.
- Khỏ n nh.
- Hiu sut cao.
Nhc
im
- Do cú hiu ng thnh nờn hiu

sut truyn khi thp.
- n nh thp, khú vn hnh.
- Khú tng nng sut.
- Thit b khỏ nng n.
- Khụng lm vic c
vi cht lng bn.
- Kt cu khỏ phc tp.
- Cú tr lc ln.
- Tiờu tn nhiu
vt t, kt cu
phc tp.

Trong bỏo cỏo ny ta s dng thỏp mõm xuyờn l chng ct h methanol - nc.










CHNG 2
Quy trỡnh cụng ngh


1. Thuyt minh quy trỡnh cụng ngh:
Hn hp methanol - nc cú nng nhp liu methanol 10% (theo phn hi lng),
nhit khong 28

0
C ti bỡnh cha nguyờn liu (13) c bm (1) bm lờn bn cao v (2).
T ú c a n thit b trao i nhit vi sn phm ỏy (12). Sau ú, hn hp c
ẹo aựn moõn hoùc GVHD: Thay Mai Thanh
Phong


Trang 7
gia nhit n nhit sụi trong thit b un sụi dũng nhp liu (3), ri c a vo thỏp
chng ct (5) a nhp liu.
Trờn a nhp liu, cht lng c trn vi phn lng t on luyn ca thỏp chy
xung. Trong thỏp, hi i t di lờn gp cht lng t trờn xung. õy, cú s tip xỳc v
trao i gia hai pha vi nhau. Pha lng chuyn ng trong phn chng cng xung di
cng gim nng cỏc cu t d bay hi vỡ ó b pha hi to nờn t hi nc c cp
trc tip vo ỏy thỏp lụi cun cu t d bay hi. Nhit cng lờn trờn cng thp, nờn khi
hi i qua cỏc a t di lờn thỡ cu t cú nhit sụi cao l nc s ngng t li, cui
cựng trờn nh thỏp ta thu c hn hp cú cu t methsanol chim nhiu nht (cú nng
95% phn khi lng). Hi ny i vo thit b ngng t (7) v c ngng t hon ton.
Mt phn ca cht lng ngng t c hon lu v thỏp a trờn cựng. Phn cũn li c
lm ngui n 40
0
C, ri a v bỡnh cha sn phm nh.
Mt phn cu t cú nhit sụi thp c bc hi, cũn li cu t cú nhit sụi cao
trong cht lng ngy cng tng. Cui cựng, ỏy thỏp ta thu c hn hp lng hu ht l
cỏc cu t khú bay hi (nc). Hn hp lng ỏy cú nng methanol l 1,5% phn
khi lng, cũn li l nc. Dung dch lng ỏy i ra khi thỏp i vo thit b trao i
nhit vi dũng nhp liu, ri c a qua bn cha sn pham ỏy (11).
H thng lm vic liờn tc cho ra sn phm nh l methanol. Sn phm ỏy l nc
sau khi trao khi trao i nhit vi dũng nhp liu c thi b nhit 60
0

C.
Chỳ thớch cỏc kớ hiu trong qui trỡnh:
1. Bn cha nguyờn liu
2. Bm
3. Bn cao v
4. Thit b trao i nhit.
5. Thit b un sụi dũng nhp liu
6. Lu lng k.
7. Thỏp chng
8. Thit b un sn phm ỏy
9. Bn cha sn phm nh.
10. Thit b ngng t sn phm nh
11. Thit b lm ngui sn phm nh
12. By hi
13. Bn cha sn phm ỏy


Đồ án môn học GVHD: Thầy Mai Thanh
Phong


Trang 8
CHƯƠNG 3
TÍNH TỐN SƠ BỘ


I. Các thơng số ban đầu:
- Chọn loại tháp là tháp mâm xun lỗ. Thiết bị hoạt động liên tục.
- Khi chưng luyện dung dịch metanol thì cấu tử dễ bay hơi là metanol.
- Hỗn hợp:

+ Methanol: CH
3
OH, M
R
= 32 (g/mol)
+ Nước: H
2
O, M
N
= 18 (g/mol)
 Năng suất nhập liệu: G
F
= 1000 (l/h)
 Nồng độ nhập liệu:
F
x = 10% (kg Methanol/ kg hỗn hợp)
 Nồng độ sản phẩm đỉnh:
P
x = 95% (kg Methanol/ kg hỗn hợp)
 Nồng dộ sản phẩm đáy:
W
x
= 1,5% (kg Methanol/ kg hỗn hợp)
 Chọn:
- Nhiệt độ nhập liệu ban đầu: t
BĐ
= 28
o
C
- Nhiệt độ sản phẩm đỉnh sau khi làm nguội: t

PR
= 60
o
C
- Nhiệt độ dòng nước lạnh đi vào: t
V
= 28
o
C
- Nhiệt độ dòng nước lạnh đi ra: t
R
= 40
o
C
- Trạng thái nhập liệu vào tháp chưng cất là trạng thái lỏng sơi.
 Các ký hiệu:
G
F
, F: suất lượng nhập liệu tính theo kg/h, kmol/h.
G
P
, P: suất lượng sản phẩm đỉnh tính theo kg/h, kmol/h.
G
W
, W: suất lượng sản phẩm đáy tính theo kg/h, kmol/h.
L : suất lượng dòng hồn lưu, kmol/h.
x
i
,
i

x : nồng độ phần mol, phần khối lượng của cấu tử i.


II. Cân bằng vật chất:
1. Nồng độ phần mol của Methanol trong tháp

0588.0
18/)1.01(32/1.0
32/1.0
/)1(/
/





NFRF
RF
F
MxMx
Mx
x

9144.0
18/)95.01(32/95.0
32/95.0
/)1(/
/






NPRP
RP
P
MxMx
Mx
x

0085.0
18/)015.01(32/015.0
32/15.0.0
/)1(/
/





NWRW
RW
W
MxMx
Mx
x

Từ số liệu của bảng 1 ta xây dựng đồ thị t-x,y cho hệ Methnol- nước

Đồ án môn học GVHD: Thầy Mai Thanh
Phong


Trang 9
60
65
70
75
80
85
90
95
100
0.0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1.0
x,y
t
0
C
hơi
lỏng

Đồ thị 1 đồ thị t-x,y cho hệ Methnol- nước

Do ta chọn trạng thái nhập liệu vào tháp chưng cất là trạng thái lỏng sơi nên từ đồ thị
1 trên, tại x
F
= 0.0588 ta nội suy ra nhiệt độ nhập liệu vào tháp chưng cất là

T
F
= 91,5
0
C
Tra bảng 1.249, trang 310, {1} ta được
N

= 964,25 kg/m
3

Tra bảng 1.2, trang 9, {1} ta được
R

= 722.19 kg/m
3

Suy ra khối lượng riêng của hỗn hợp khi nhập liệu vào tháp

3
10.072,1
25,964
1.01
19,722
1.0
1
1







N
F
R
F
F
xx




0.933
F

kg/m
3

Suy ra G
F
= 933,0 kg/h

Ta có 4,1918).1,01(32.1,0).1(. 
NFRFF
MxMxM kg/kmol
Nên 093,48
4,19
0,933


F
F
M
G
F kmol/h
ẹo aựn moõn hoùc GVHD: Thay Mai Thanh
Phong


Trang 10

2. Sut lng mol ca cỏc dũng
- Phng trỡnh cõn bng vt cht cho ton thỏp
F = P + W
F.x
F
= P.x
P
+ W.x
W

- Th cỏc giỏ tr vo ta c h phng trỡnh sau






0588,0.093,480085,09144,0
093,48

WP
WP



P = 2,67 kmol/h
W= 45,42 kmol/h
- Li cú
30,3118).95,01(32.95,0).1(.
NPRPP
MxMxM kg/kmol
21,1818).015,01(32.015,0).1(.
NWRWw
MxMxM
kg/kmol
- Suy ra
G
P
= P.M
P
= 2,67.31,30 = 83,57 kg/h
G
W
= W.M
W
= 45,42.18,21 = 827,1 kg/h

3. Cỏc phng trỡnh lm vic
- T bng s liu 1 ta xõy dng thỡ cõn bng pha ca h Methanol-nc
ỏp sut 1atm

- Vi x
F
= 0,0588 ta ni suy t th 2 c
*
F
y = 0,295
+ T s hon lu ti thiu
R
min
62,2
0588,0295,0
295,09144,0
*
*







FF
FP
xy
yx

+ T s hon lu lm vic:
R = 1,3R
min
+ 0,3 = 1,3.2,62 + 0.3 = 3,71

+ Sut lng mol tng i ca dũng nhp liu
01,18
0588,00588,0
0085,09144,0






WF
WP
xx
xx
f
Phng trỡnh ng lm vic ca phn chng:
`031,0.61,40085,0.
171,3
01,181
.
171,3
01,1871,3
1
1
1

xxx
R
f
x
R
fR
y
W

Hay `031,0.61,4


xy

Phng trỡnh ng lm vic ca phn luyn:
194,0.788,09144,0.
171,3
1
.
171,3
71,3
.
1

1
1








xxx
R
x
R
R
y
P

Hay 194,0.788,0


xy

ẹo aựn moõn hoùc GVHD: Thay Mai Thanh
Phong


Trang 11
0
0.1

0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
0.8
0.9
1
0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1
x
y

th 2: thỡ cõn bng pha ca h Methanol-nc ỏp sut 1atm

CHNG 4:

ẹo aựn moõn hoùc GVHD: Thay Mai Thanh
Phong


Trang 12
Thit k ch to thỏp chng ct
I. ng kớnh thỏp:
1. Phn luyn:
a. Khi lng riờng trung bỡnh ca pha lng trong phn luyn:
- Nng phn mol trung bỡnh ca pha lng trong phn luyn:
4866,0
2
0588,09144,0
2





FP
L
xx
x mol
- Ni suy t th 1 ta c nhit trung bỡnh ca pha lng trong phn luyn
T
LL
= 73,4
o

C
- Nng phn khi lng trung bỡnh ca pha lng trong luyn:
525,0
2
1,095,0
2





FP
L
xx
x

- Tra bng 1.249, trang 311, [1]
Khi lng riờng ca nc 73,4
o
C:

N
= 975,76 kg/m
3

- Tra bng 1.2, trang 9, [1]
Khi lng riờng ca metanol 73,4
o
C:

R
= 739,77 kg/m
3

- p dng trong cụng thc (1.2), trang 5, [1]

3
10.196,1
76,957
525,01
77,739
525,0
1
1






N
L
R
L
LL
xx


ị

LL
= 835,78 kg/m
3

b. Khi lng riờng trung bỡnh ca pha hi trong phn luyn:
- Nng trung bỡnh ca pha hi trong phn luyn:
y
L
= 0,788x
L
+ 0.194 = 0,788.0,4866 + 0.194 = 0,5775
ị Nhit trung bỡnh ca pha hi trong phn luyn: T
HL
= 81,6
o
C
- Khi lng mol trung bỡnh ca pha hi trong phn luyn:
M
HL
= y
L
. M
R
+ (1 y
L
). M
N
= 0,5775.32 + (1 0,5775). 18 = 26,085 kg/kmol
- Khi lng riờng trung bỡnh ca pha hi trong phn luyn:
3

/8965,0
)2736,81(
273
4,22
085,26.1
mkg
RT
PM
HL
HL
HL





- Chn khong cỏch mõm h = 250 mm
- Tra hỡnh 2.2, trang 42,[6]: C = 0,028
- Vn tc pha hi i trong phn luyn
smC
HL
LL
L
/855,0
8965,0
78,835
028,0

Lu lng pha hi i trong phn luyn ca thỏp:

sm
TM
TRG
Q
oP
HLP
V
/102,0
3600.273.3,31
)2736,81.(4,22).71,31.(57,83
3600
.4,22).1.(
3









ng kớnh on luyn

m
Q
D

L
V
L
390,0
855,0.14,3
102,0.4
.
.4



ẹo aựn moõn hoùc GVHD: Thay Mai Thanh
Phong


Trang 13

2. Phn chng:
a. Khi lng riờng trung bỡnh ca pha lng trong phn chng:
- Nng phn mol trung bỡnh ca pha lng trong phn chng:
034,0
2
0085,00588,0
2





WF

C
xx
x (mol metanol/mol hn hp)
- Nhit trung bỡnh ca pha lng trong phn chng: T
LC
= 94,6
o
C
- Nng phn khi lng trung bỡnh ca pha lng trong luyn:
0575,0
2
015,01,0
2





WF
C
xx
x kg metanol/ kg hn hp
- Tra bng 1.249, trang 311, [1]
Khi lng riờng ca nc 94,6
o
C:

N
= 962,78 kg/m
3

- Tra bng 1.2, trang 9, [1]
Khi lng riờng ca metanol 94,6
o
C:

R
= 719,18 kg/m
3

- p dng trong cụng thc (1.2), trang 5, [1]

3
10.059,1
78,962
0575,01
18,719
0575,0
1
1






N
C
R
C

LC
xx




LC
= 941,39 (kg/m
3
).
b. Khi lng riờng trung bỡnh ca pha hi trong phn chng
- Nng trung bỡnh ca pha hi trong phn chng
y
C
= 4,61x
C
- 0,031 = 4,61.0,034 0,031 = 0,126
ị Nhit trung bỡnh ca pha hi trong phn chng:
T
HC
= 96,4
o
C
- Khi lng mol trung bỡnh ca pha hi trong phn chng
M
HC
= y
C
. M
R

+ (1 y
C
). M
N
= 0,126.32 + (1 0,126). 18 = 19,76 kg/kmol
- Khi lng riờng trung bỡnh ca pha hi trong phn chng:
3
/566,0
)2734,96(
273
4,22
76,19.1
mkg
RT
PM
HC
HC
HC





- Chn khong cỏch mõm h = 250 mm
- Vn tc pha hi i trong phn chng:
- Tra hỡnh 2.2, trang 42,[6]: C = 0,028
smC
HC
LC
C

/142,1
566,0
39,941
028,0





- Lu lng pha hi i trong thỏp:
sm
TM
TRG
Q
oP
HCP
V
/106,0
3600.273.3,31
)2734,96.(4,22).71,31.(57,83
3600
.4,22).1.(
3

- ng kớnh on chng

m
Q
D
C
V
C
344,0
142,1.14,3
106,0.4
.
.4



Tra bng IX.4a, trang 169, [2], ta chn theo chun D = 400 mm
Kt lun: ng kớnh thỏp l D = 0,4 m
ẹo aựn moõn hoùc GVHD: Thay Mai Thanh
Phong


Trang 14
Vn tc pha hi trong thỏp theo thc t:
sm
D
Q
C
V
C

/844,0
4,0.14,3
106,0.4
14,3
.4
22




sm
D
Q
L
V
L
/812,0
4,0.14,3
102,0.4
14,3
.4
22




II. Chiu cao thỏp:
1. S mõm lý thuyt
Ta dng th 2 ng lm vic vo trong th 2 ( th cõn bng pha).

th 3: th xỏc nh s bc lý thuyt ca thỏp
T th 3 trờn ta suy s mõm lý thuyt ca thỏp l N
lt
= 10 mõm. Nhng do ta dựng
thit b un núng giỏn tip nờn ta xem thit b ny nh l 1 mõm lý thuyt
Vy s mõm trong thỏp l 9 mõm, trong ú
+ S mõm phn chng l 5
+ S mõm phn luyn l 4

2. Xỏc nh s mõm thc t ca thỏp
Đồ án môn học GVHD: Thầy Mai Thanh
Phong


Trang 15
a. Hiệu suất trung bình của tháp
+ Vị trí đỉnh
Nồng độ phần mol: x
P
= 0,9144


t
sơi
= 65,8
o
C

*y

= 0,972
Độ bay hơi tương đối:
250,3
9144,0).972,01(
)9144,01.(972,0
*).1(
)1.(*







xy
xy


Tra bảng 1.104, trang 96, [1] Þ Độ nhớt của nước m
N
= 0,432 cP
Dùng tốn đồ 1.18, trang 90, [1] Þ Độ nhớt của metanol m
R
= 0,325 cP
Cơng thức (I.12), trang 84, [1]
Độ nhớt của hỗn hợp lỏng: lgm
hh
= x
1
lgm

1
+ x
2
lgm
2
Nên: lgm
hh
= 0,9144.lg0,325 + (1 – 0,9144).lg0,432 = -0,478
Þ m
hh
= 0,333 cP
Þ a
L
m
L
= 3,250.0,333 = 1,082
Tra hình IX, trang 171, [2] Þ E = 46%

+ Vị trí nhập liệu
Nồng độ phần mol: x
F
= 0,0588


t
sơi
= 91,5
o
C
*y = 0,305

Độ bay hơi tương đối:
025,7
0588,0).305,01(
)0588,01.(305,0
*).1(
)1.(*







xy
xy


Tra bảng 1.104, trang 96, [1] Þ Độ nhớt của nước m
N
= 0,312 cP
Dùng tốn đồ 1.18, trang 90, [1] Þ Độ nhớt của metanol m
R
= 0,245 cP
Cơng thức (I.12), trang 84, [1]
Độ nhớt của hỗn hợp lỏng: lgm
hh
= x
1
lgm
1

+ x
2
lgm
2
Nên: lgm
hh
= 0,0588.lg0,245 + (1 – 0,0588).lg0,312 = -0,512
Þ m
hh
= 0,308 cP
Þ a
L
m
L
= 7,025.0,308 = 2,161
Tra hình IX, trang 171, [2] Þ E = 41%

+ Vị trí đáy:
Nồng độ phần mol: x
P
= 0,0085


t
sơi
= 98,5
o
C
*y = 0,052
Độ bay hơi tương đối:

40,6
0085,0).052,01(
)0085,01.(052,0
*).1(
)1.(*







xy
xy


Tra bảng 1.104, trang 96, [1] Þ Độ nhớt của nước m
N
= 0,289 cP
Dùng tốn đồ 1.18, trang 90, [1] Þ Độ nhớt của metanol m
R
= 0,215 cP
Cơng thức (I.12), trang 84, [1]
Độ nhớt của hỗn hợp lỏng: lgm
hh
= x
1
lgm
1
+ x

2
lgm
2
Nên: lgm
hh
= 0,0085.lg0,215 + (1 – 0,0085).lg0,289 = -0,541
Þ m
hh
= 0,288 cP
Þ a
L
m
L
= 6,40.0,288 = 1,842
ẹo aựn moõn hoùc GVHD: Thay Mai Thanh
Phong


Trang 16
Tra hỡnh IX, trang 171, [2] ị E = 43%

+ Hiu sut trung bỡnh ca thỏp

%3,43
3
434146

tb
E


b. Chiu cao thỏp
- S mõm thc t ca thỏp

21
433,0
9

tb
lt
tt
E
N
N
mõm
Trong ú

12
433,0
5

tb
C
ttC
E
N
N

mõm

9
433,0
4

tb
L
ttL
E
N
N
mõm
- Chiu cao ton thỏp: S dng cụng thc IX.54, trang 169, [2]
H
thỏp
= N
tt
.(h
mõm
+ d ) = 21.( 0,25 + 0,002 ) + 0,8 = 6,092 m
- Chn ỏy (np) tiờu chun cú
25,0
t
t
D
h
suy ra h
t
= 0,25.D = 0,25.0,4 = 0,10 m

- Chn chiu cao g: h
g
= 25 mm = 0,025 m
- Chiu cao ỏy (np): H
n
= h
t
+ h
g
= 0,1 + 0,025 = 0,125 m
Kt lun: Chiu cao ton thỏp: H = 6,34 m

III. Tr lc thỏp:
Cu to mõm l:
+ Chn thỏp mõm xuyờn l cú ng chy chuyn vi:
- Tit din t do bng 8% din tớch mõm.
- ng kớnh l d
l
= 3 mm = 0,003 m
- Chiu cao g chy trn: h
g
= 30mm = 0,03 m
- Din tớch ca 2 bỏn nguyt bng 20% din tớch mõm.
- L b trớ theo hỡnh lc giỏc u.
- Khong cỏch gia 2 tõm l bng 15 mm.
- B dy mõm bng 2 mm
- Mõm c lm bng thộp khụng g X18H10T.
+ S l trờn 1 mõm:
N =
2

2
003,0
4,0
.08,008,0
%8
















l
t
l
m
d
D
S
S
= 1422 l

Gi a l s hỡnh lc giỏc.
p dng cụng thc (V.139), trang 48, [2]: N = 3a(a-1) +1
Gii phng trỡnh bc 2 ị a = 22,3 ằ 23 ị N = 1519 l
S l trờn ng chộo: b = 2a - 1 = 43 l

2. Tr lc ca a khụ:
p dng cụng thc (IX.140), trang 194, [2]:
Đồ án môn học GVHD: Thầy Mai Thanh
Phong


Trang 17

2
.'
P
H
2
k



Đối với đĩa có tiết diện tự do bằng 10% diện tích mâm thì x = 1,82
2.1. Phần luyện
Vận tốc hơi qua lỗ: 15,10
08,0
812,0
%8
' 
L

L


m/s
Nên: DP
kL
= 05,84
2
8965,0.15,10
.82,1
2
 N/m
2


2.2. Phần chưng
Vận tốc hơi qua lỗ: 55,10
08,0
844,0
%8
' 
C
C


m/s
Nên:
33,57
2
566,0.55,10

.82,1
2

kC
P
N/m
2

3. Trở lực do sức căng bề mặt
Vì đĩa có đường kính lỗ > 1mm
Þ Ap dụng cơng thức (IX.142), trang 194, [2]:

2
lỗlỗ
d08,0d3,1
4
P





3.1. Phần luyện
Tại nhiệt độ trung bình của pha lỏng trong phần luyện T
LL
= 73,4
o
C thì:
· Tra bảng 1.249, trang 310, [1] Þ Sức căng bề mặt của nước s
NL

= 0,6334 N/m
· Tra bảng 1.242, trang 300, [1] Þ Sức căng bề mặt của rượu s
RL
= 0,0184 N/m
Ap dụng cơng thức (I.76), trang 299, [1]:

21
21
21
1
1
1










0179,0
0184,06334,0
0184,0.6334,0



LL


N/m

36,18
003,008,0003,03,1
0179,04
2




L
P

N/m
2


3.2. Phần chưng
Tính tốn tương tự như phần luyện
Tại nhiệt độ trung bình của pha lỏng trong phần luyện T
LL
= 94,6
o
C thì:
· Tra bảng 1.249, trang 310, [1] Þ Sức căng bề mặt của nước s
NL
= 0,5964 N/m
· Tra bảng 1.242, trang 300, [1] Þ Sức căng bề mặt của rượu s
RL
= 0,0160 N/m

Ap dụng cơng thức (I.76), trang 299, [1]:

21
21
21
1
1
1











0126,0
0160,05964,0
0160,0.5964,0



LL

N/m
92,12
003,008,0003,03,1

0126,04
2




L
P

N/m
2


Đồ án môn học GVHD: Thầy Mai Thanh
Phong


Trang 18
4. Trở lực thủy tĩnh do chất lỏng trên đĩa tạo ra:
Ap dụng cơng thức trang 68, [3]
DP
b
= 1,3h
b
Kr
L
g
Với: h
b
= h

gờ
+ Dh
l

3/2
gờ
L
l
KL85,1
Q
h










Trong đó:
L
gờ
: chiều dài của gờ chảy tràn, m
K = r
b
/r
L
: tỷ số giữa khối lượng riêng chất lỏng bọt và khối lượng riêng của chất

lỏng, lấy gần bằng 0,5.

L
LL
L
Mn
Q

.

: suất lượng thể tích của pha lỏng, m
3
/s.
Tính chiều dài gờ chảy tràn:

Ta có: S
quạt
- S
D
= S
bán nguyệt


2
2
2
%20
2
cos
2

sin
2
1
.2
2
RRR
R





a - sina = 0,2p
Dùng phép lặp Þ a = 1,627 rad = 93,32
o

Nên L
gờ
= mD
t
290,0)
2
32,93
sin(.4,0)
2
sin(. 


4.1. Phần luyện:
Khối lượng mol trung bình của pha lỏng trong phần luyện:

M
LL
= 0,4866.32 + (1 – 0,4866).18 = 24,81 kg/kmol
Suất lượng thể tích của pha lỏng trong phần luyện:
Q
LL
=
5
10.17,8
3600.78,835.30,31
81,24.71,3.57,83
.



LLP
LLP
M
MRG

m
3
/s
0045,0
5,0.290,0.85,1
10.17,8
3/2
5












lL
h m
Cho ta: DP
bL
= 1,3.(h
gờ
+ Dh
lL
).Kr
LL
g
= 1,3.(0,03 + 0,0045). 0,5. 835,78. 9,81 = 183,86 N/m
2


4.2. Phần chưng
Đồ án môn học GVHD: Thầy Mai Thanh
Phong


Trang 19

Tính tốn tương tự như phần luyện
Khối lượng mol trung bình của pha lỏng trong phần luyện:
M
LC
= 0,034.32 + (1 – 0,034).18 = 16,54 kg/kmol
Suất lượng thể tích của pha lỏng trong phần luyện:
Q
LC
=
5
10.83,4
3600.39,941.30,31
54,16.71,3.57,83
.



LCP
LCP
M
MRG

m
3
/s
0032,0
5,0.290,0.85,1
10.83,4
3/2
5












lC
h m
Cho ta: DP
bC
= 1,3.(h
gờ
+ Dh
lC
).Kr
LC
g
= 1,3.(0,03 + 0,0032). 0,5. 941,39. 9,81 = 199,29 N/m
2


5. Tổng trở lực thuỷ lực của tháp
Tổng trở lực của 1 mâm trong phần luyện của tháp là:
DP
L

= DP
kL
+ DP
sL
+ DP
bL
= 84,05 + 18,36 + 183,86 = 286,27 N/m
2

Tổng trở lực của 1 mâm trong phần chưng của tháp là:
DP
C
= DP
kC
+ DP
sC
+ DP
bC
= 57,33 + 12,92 + 199,29 = 269,54 N/m
2

Kiểm tra hoạt động của mâm:
- Kiểm tra lại khoảng cách mâm h = 0,25m đảm bảo cho điều kiện hoạt
động bình thường của tháp: h >
g
P
L


8,1

( trang 70, [3] )
Với các mâm trong phần luyện trở lực thuỷ lực qua 1 mâm lớn hơn trở lực thuỷ lực
của mâm trong phần chưng, ta có:
063,0
18,9.78,835
27,286
8,18,1 

g
P
LL
L

m
Þ Điều kiện trên được thỏa.

- Kiểm tra tính đồng nhất của hoạt động của mâm.
Từ cơng thức trang 70, [3] Ta có vận tốc tối thiểu qua lỗ của pha hơi v
min
đủ để cho
các lỗ trên mâm đều hoạt động:
v
min
= 0,67 822,8
8965,0.82,1
)0045,003,0.(78,835.81,9
67,0 


HL

bLLL
hg


m/s < 10,15 m/s
Þ Các lỗ trên mâm đều hoạt động.
Kết luận:
Tổng trở lực thủy lực của tháp:
DP = N
ttL
.DP
L
+ N
ttC
DP
C
= 9. 286,27 + 14. 269,54 = 6350,0 (N/m
2
)

6. Kiểm tra ngập lụt khi tháp hoạt động:
Khoảng cách giữa 2 mâm: Dh = 250 mm
Bỏ qua sự tạo bọt trong ống chảy chuyền, chiều cao mực chất lỏng trong ống chảy
chuyền của mâm xun lỗ được xác định theo biểu thức (5.20), trang 120, [3]:
h
d
= h
gờ
+ Dh
l

+ DP + h
d’
,mm.chất lỏng
Trong đó:
+ h
gờ
: chiều cao gờ chảy tràn ,mm
+ Dh
l
: chiều cao lớp chất lỏng trên mâm ,mm
+ DP: tổng trở lực của 1 mâm ,mm.chất lỏng
Đồ án môn học GVHD: Thầy Mai Thanh
Phong


Trang 20
+ h
d’
: tổn thất thủy lực do dòng lỏng chảy từ ống chảy chuyền vào mâm,
được xác định theo biểu thức (5.10), trang 115, [3]:
2
d
L
'd
S.100
Q
.128,0h










,mm.chất lỏng
+ Q
L
: lưu lượng của chất lỏng (m
3
/h).
+ S
d
: tiết diện giữa ống chảy chuyền và mâm.
S
d
= 0,8 . S
mâm
= 0,8.
4

.0,4
2
= 0,10 m
2

Để tháp khơng bị ngập lụt khi hoạt động thì: h
d
£

2
1
Dh = 125 mm
6.1. Phần luyện
Dh
lL
= 0,0045. 1000 = 4,5 mm
DP
L
=
92,341000
81,9.78,835
27,286
1000
27,286

g
LL

mm.chất lỏng

4
2
5
2
'
10.11,1
10,0.100
3600.10.17,8
.128,0

.100
.128,0





















d
LL
Ld
S
Q
h mm.chất lỏng
Nên: h

dL
= 30 + 4,5 + 34,92 + 1,11.10
-4
= 69,42 mm < 125 mm
Vậy: Khi hoạt động thì mâm ở phần luyện sẽ khơng bị ngập lụt.

6.2. Phần chưng
Dh
lC
= 0,0032. 1000 = 3,2 (mm)
DP
C
= 02,401000
81,9.39,941
54,269
1000
54,269

g
LC

mm.chất lỏng

5
2
5
2
'
10.89,3
10,0.100

3600.10.83,4
.128,0
.100
.128,0





















d
LC
Cd
S
Q

h mm.chất lỏng
Nên: h
dC
= 30 + 3,2 + 40,02 + 3,89.10
-5
= 73,22 mm < 125 mm
Vậy: Khi hoạt động thì mâm ở phần chưng sẽ khơng bị ngập lụt.
Kết luận: Khi hoạt động tháp sẽ khơng bị ngập lụt.

IV. Bề dày tháp :
1. Thân tháp
Vì tháp hoạt động ở áp suất thường nên ta thiết kế thân hình trụ bằng phương pháp hàn
hồ quang điện, kiểu hàn giáp mối 2 phía. Thân tháp được ghép với nhau bằng các mối ghép
bích.
Để đảm bảo chất lượng của sản phẩm ta chọn thiết bị thân tháp là thép khơng gỉ mã
X18H10T.
1.1. Các thơng số cần tra và chọn phục vụ cho q trình tính tốn
Nhiệt độ tính tốn: t = t
max
= 100
o
C
Áp suất tính tốn: vì tháp hoạt động ở áp suất thường nên: P = P
thủy tĩnh
+ DP
Khối lượng riêng trung bình của pha lỏng trong tồn tháp:
r
L
=
85,888

2
78,83539,941
2




LCLL

kg/m
3

Nên: P

= r
L
gH + DP = 888,58. 9,81. 5,17 + 6350,0 = 51416.7 N/m
2

= 0,0514 N/mm
2

ẹo aựn moõn hoùc GVHD: Thay Mai Thanh
Phong


Trang 21
H s b sung do n mũn húa hc ca mụi trng:
Vỡ mụi trng cú tớnh n mũn v thi gian s dng thit b l trong 20 nm
ị C

a
= 1 mm
ng sut cho phộp tiờu chun:
Vỡ vt liu l X18H10T ị [s]
*
= 142 (N/mm
2
) (Hỡnh 1.2, trang 16, [7])
H s hiu chnh:
Vỡ thit b khụng bc lp cỏch nhit ị h = 1 (trang 26, [7])
ng sut cho phộp: [s] = h [s]
*
= 142 (N/mm
2
)
H s bn mi hn:
Vỡ s dng phng phỏp hn h quang in, kiu hn giỏp mi 2 phớa
ị j
h
= 0,95 (Bng XIII.8, trang 362, [2])

1.2. Tớnh b dy
Ta cú: 84,244395,0
0552,0
142][

h
P

> 25
ị S =
077,0
95,01422
0514,0400
][2




h
t
PD

mm ị S + C
a
= 0,077 + 1 = 1,077 mm
Quy trũn theo chun: S = 2 mm (Bng XIII.9, trang 364, [2])
B dy ti thiu: S
min
= 2 mm (Bng 5.1, trang 94, [7])
ị B dy S = 2 mm

1.3. Kim tra bn
iu kin: 1,0


a
CS
1,010.5,2

400
12
3



(tha)
Nờn:
673,0
)12(400
)12(95,01422
)(
)(][2
][






at
at
CSD
CSD
P

> P = 0,09 (tha)
Kt lun: S = 2 mm

2. ỏy v np:

Chn ỏy v np cú dng hỡnh ellip tiờu chun, cú g, lm bng thộp X18H10T
Chn b dy ỏy v np bng vi b dy thõn thỏp: S = 3 mm.
Kim tra iu kin:














P
)CS(R
)CS(][2
]P[
125,0
D
C
S
at
ah
t
a

Vỡ ỏy v np cú hỡnh ellip tiờu chun vi 25,0
t
t
D
h
ị R
t
= D
t

ị iu kin trờn c tha nh ó kim tra phn thõn thỏp.

Kt lun: Kớch thc ca ỏy v np:
ng kớnh trong: D
t
= 400 mm
h
t
= 100 mm
Chiu cao g: h
g
= 25 mm
B dy: S = 2 mm
Din tớch b mt trong: S
b mt
= 0,2 m
2
(Bng XIII.10, trang 382, [2])
Đồ án môn học GVHD: Thầy Mai Thanh
Phong

Trang 22

V. Bề dày mâm :
1. Các thơng số cần tra và chọn phục vụ cho q trình tính tốn
Nhiệt độ tính tốn: t = t
max
= 100 (
o
C)
Áp suất tính tốn: P = P
thủy tĩnh
+ P
g

Chọn bề dày gờ chảy tràn là 3mm.
Thể tích của gờ chảy tràn: V = 0,29.0,03.0,003= 2,61.10
-5
m
3

Tra bảng XII.7, trang 313, [6]:
Þ Khối lượng riêng của thép X18H10T là: r
X18H10T
= 7900 kg/m
3

Khối lượng gờ chảy tràn: m = V.r
X18H10T

= 2,61.10
-5
.7900 = 0,2062 kg
Áp suất do gờ chảy tràn tác dụng lên mâm tròn
60,11
4
4,0
.14,3
81,9.2062,0
4
22

t
g
D
mg
P

N/m
2

Khối lượng riêng của chất lỏng tại đáy tháp:
Ta có x
W
= 0,0085 suy ra T
W
= 98,5
o
C
- Tra bảng 1.249, trang 311, [1]

Khối lượng riêng của nước ở 98,5
o
C:

N
= 959,22 kg/m
3

- Tra bng 1.2, trang 9, [1]
Khối lượng riêng của metanol ở 98,5
o
C:

R
= 715,08 kg/m
3

- Áp dụng trong cơng thức (1.2), trang 5, [1]

3
10.045,1
22,959
0085,01
08,715
0085,0
1
1







N
W
R
W
LW
xx



Suy ra r
LW
= 956,44 kg/m
3

Áp suất thủy tĩnh:
P
thủy tĩnh
= r
LW
g(h
gờ
+ Dh
lC
)
= 956,44. 9,81. (0,03 + 0,0045)
= 326,75 N/m
2

Þ P = 326,75 + 11,06 = 337,81 N/m
2

Hệ số bổ sung do ăn mòn hóa học của mơi trường:
Thời gian sử dụng thiết bị là trong 20 năm
Þ C
a
= 1 mm
Ứng suất cho phép tiêu chuẩn:
Vì vật liệu là X18H10T Þ [s]
*
= 142 N/mm
2
(Hình 1.2, trang 16, [7])
Hệ số hiệu chỉnh: h = 1 (Trang 19, [7])
Ứng suất cho phép: [s] = h [s]
*
= 142 N/mm
2

Mơđun đàn hồi: E = 20.10
6
N/cm
2
(Bảng 2.12, trang 45, [7])
Hệ số Poisson: m = 0,33 (Bảng XII.7, trang 313, [2])
Hệ số điều chỉnh: j
b
= 0,571

2. Tính bề dày:
Đối với bản tròn đặc ngàm kẹp chặt theo chu vi:
Ứng suất cực đại ở vòng chu vi:
2
max
16
3







S
DP

(Cơng thức 6.36, trang 100, [8])
Đồ án môn học GVHD: Thầy Mai Thanh
Phong


Trang 23
Đối với bản có đục lỗ:
][
16
3
2
max

max












S
DP
bb
l

S’ 354,0
571,014216
10.81,3373
400
][16
3
6






b
t
P
D

mm
Nên: S + C
a
= 1,354 mm
Chọn S = 2 mm

Kiểm tra điều kiện bền:
Độ võng cực đại ở tâm:
T
o
D
PR
W
64
4
 (Cơng thức 6.35, trang 100, [8])
Đối với bản có đục lỗ:
Tbb
o
lo
D
PR
W
W


64
4

Với:
)1(12
2
3



ES
D
T

Þ
3
24
3
24
)1(
.
16
3
64
)1(12
ES
PR
ES
PR
W

W
bbb
o
lo









Để đảm bảo điều kiện bền thì: W
lo
< ½ S
050,0
2200000571,0
)33,01(20010.811,337
.
16
3
3
246





lo

W <

2
S
1,0
Þ Bề dày S đã chọn thỏa điều kiện.
Vậy: S = 2 mm

VI. Bích ghép thân – đáy và nắp :
Mặt bích là bộ phận quan trọng dùng để nối các phần của thiết bị cũng như nối các bộ
phận khác với thiết bị. Các loại mặt bích thường sử dụng:
Bích liền: là bộ phận nối liền với thiết bị (hàn, đúc và rèn). Loại bích này chủ yếu
dùng thiết bị làm việc với áp suất thấp và áp suất trung bình.
Bích tự do: chủ yếu dùng nối ống dẫn làm việc ở nhiệt độ cao, để nối các bộ bằng
kim loại màu và hợp kim của chúng, đặc biệt là khi cần làm mặt bích bằng vật liệu bền hơn
thiết bị.
Bích ren: chủ yếu dùng cho thiết bị làm việc ở áp suất cao.
Chọn bích được ghép thân, đáy và nắp làm bằng thép CT3, cấu tạo của bích là bích liền
khơng cổ.

Tra bảng XIII.27, trang 417, [2], ứng với D
t
= f = 400 (mm) và áp suất tính tốn P =
0,055 (N/mm
2
) Þ chọn bích có các thơng số sau:

Bu lơng
D
t

D D
b
D
l
D
o
h
d
b
Z
(mm) (cái)
400 515 475 450 411 20 M16 20

Tra bảng IX.5, trang 170, [2], với Dh = 250 mm Þ khoảng cách giữa 2 mặt bích là 1000
mm và số mâm giữa 2 mặt bích là 4.
ẹo aựn moõn hoùc GVHD: Thay Mai Thanh
Phong


Trang 24
ị S mt bớch cn dựng ghộp l: 21/4 + 2 = 8 bớch
kớn ca mi ghộp bớch ch yu do vt m quyt nh. m lm bng cỏc vt liu
mm hn so vi vt liu bớch. Khi xit bu lụng, m b bin dng v in y lờn cỏc ch
g gh trờn b mt ca bớch. Vy, m bo kớn cho thit b ta chn m l dõy
aming, cú b dy l 3mm.

VII. Chõn thỏp :
1. Tớnh trng lng cựa ton thỏp:
Tra bng XII.7, trang 313, [2]:
ị Khi lng riờng ca thỏp CT3 l: r

CT3
= 7850 kg/m
3

Khi lng ca mt bớch ghộp thõn:
m
bớch ghộp thõn
=




97,12785002,040,0515,0
4

4
22
3
2
2




CTt
hDD kg
Khi lng ca mt mõm:
m
mõm
=

THXmõmt
D
1018
2
%)10%8%100(
4



=
4

.0.40
2
.0,002.0,82.7900 = 1,63 kg
Khi lng ca thõn thỏp:
m
thõn
=
4

.(D
2
ng
D
2
t
).H
thõn
. r

X18H10T
=


56,1007900.042,5.40,0404,0.
4
22


kg
Khi lng ca ỏy (np) thỏp:
m
ỏy(np)
= S
b mt
.d
ỏy
. r
X18H10T
= 0,20 . 0,002 . 7900 = 3,16 kg
Khi lng ca ton thỏp:
m = 8 m
bớch ghộp thõn
+ 21 m
mõm
+ m
thõn
+ 2 m
ỏy(np)

= 8.12,97 + 21.1,63 + 100,56 + 2.3,16 = 243,43 kg
2. Tớnh chõn thỏp:
Chn chõn : thỏp c trờn bn chõn.
Vt liu lm chõn thỏp l thộp CT
3
.
Ti trng cho phộp trờn mt chõn: G
c
= 01,597
4
81,9.43,243
4
4

mgP
N
m bo an ton cho thit b, ta chn: G
c
= 1000

N
Tra bng XIII.35, trang 437, [2] ị chn chõn cú cỏc thụng s sau:

L B B
1
B
2
H h s l d

70 60 60 90 150 105 4 30 14

Khi lng mt chõn : m
chõn
= 3,32 kg

VIII. Tai treo thỏp :
Chn tai treo: tai treo c gn trờn thõn thỏp gi cho thỏp khi b dao ng trong
iu kin ngoi cnh.
Chn vt liu lm tai treo l thộp CT
3
.
Ta chn bn tai treo, ti trng cho phộp trờn mt tai treo: G
t
= G
c
= 1000

(N).

Tra bng XIII.36, trang 438, [2] ị chn tai treo cú cỏc thụng s sau:

L B B
1
H S l a d
ẹo aựn moõn hoùc GVHD: Thay Mai Thanh
Phong


Trang 25

80 55 70 125 4 30 10 14

Khi lng mt tai treo: m
tai treo
= 0,53 kg

IX. Ca ni ng dn vi thit b- bớch ni cỏc b phn ca thit b v
ng dn:

ng dn thng c ni vi thit b bng mi ghộp thỏo c hoc khụng thỏo c.
Trong thit b ny, ta s dng mi ghộp thỏo c.
i vi mi ghộp thỏo c, ngi ta lm on ng ni, ú l on ng ngn cú mt
bớch hay ren ni vi ng dn:
Loi cú mt bớch thng dựng vi ng cú ng kớnh d > 10mm.
Loi ren ch yu dựng vi ng cú ng kớnh d Ê 10mm, ụi khi cú th dựng vi d
Ê 32mm.
ng dn c lm bng thộp X18H10T.
Bớch c lm bng thộp CT
3
, cu to ca bớch l bớch lin khụng c.

1. ng nhp liu:
Khi lng riờng ca hn hp: r
F
= 933,0 kg/m
3

Chn loi ng ni cm sõu vo thit b.
Chn vn tc cht lng trong ng ni l v
F

= 1 m/s
ng kớnh trong ca ng ni:
D
y
=
0188,0
10,9333600
0,933.4
3600
.4




FF
F
v
G
m
ị Chn ng cú D
y
= 20 mm
Tra bng XIII.26, trang 409, [2]
ị Cỏc thụng s ca bớch ng vi P = 0,055 N/mm
2
l:

Bu lụng
D
y

D
n
D D
d
D
l
h
d
b
Z
(mm) (cỏi)
20 25 90 65 50 12 M10 4

2. ng hi nh thỏp:
- Nng trung bỡnh ca pha hi nh thỏp
y
P
= x
P
= 0,9144
ị Nhit trung bỡnh ca pha hi nh thỏp: T
HP
= 67,8
o
C
- Khi lng mol trung bỡnh ca pha hi trong phn luyn:
M
HL
= y
L

. M
R
+ (1 y
L
). M
N
= 0,9144.32 + (1 0,9144). 18 = 30,80 kg/kmol
- Khi lng riờng trung bỡnh ca pha hi trong phn luyn:
3
/101,1
)2738,67(
273
4,22
80,30.1
mkg
RT
PM
HL
HL
HL





Chn vn tc hi ra khi nh thỏp l v
HD
= 50 m/s
ng kớnh trong ca ng ni:
ẹo aựn moõn hoùc GVHD: Thay Mai Thanh

Phong


Trang 26
D
y
= 023,0
50.14,3.101,1.3600
57,83.4
3600
.4

HDHD
HD
v
G

m
ị Chn ng cú D
y
= 25 mm
Tra bng XIII.32, trang 434, [2] ị Chiu di on ng ni l = 90 mm
Tra bng XIII.26, trang 409, [2]
ị Cỏc thụng s ca bớch ng vi P = 0,055 N/mm
2
l:

Bu lụng
D
y

D
n
D D
d
D
l
h
d
b
Z
(mm) (cỏi)
25 32 100 75 60 12 M10 4

3. ng hon lu:
- Nng trung bỡnh ca pha lng nh thỏp
x
P
= 0,9144
ị Nhit trung bỡnh ca pha hi nh thỏp: T
HP
= 65,8
o
C
- Tra bng 1.249, trang 311, [1]
Khi lng riờng ca nc 65,8
o
C:

N
= 981,2 kg/m

3

- Tra bng 1.2, trang 9, [1]
Khi lng riờng ca metanol 65,8
o
C:

R
= 752,8 kg/m
3

- p dng trong cụng thc (1.2), trang 5, [1]

3
10.30,1
2,981
95,01
8,752
95,0
1
1






N
C
R

C
LC
xx




LC
= 768,1 kg/m
3

Chn loi ng ni cm sõu vo thit b.
Chn vn tc cht lng trong ng ni l v
LD
= 0,5 m/s
ng kớnh trong ca ng ni:
D
y
=
017,0
5,01,7683600
71,3.57,83.4
3600
.4




LPLP
LP

v
G
m
ị Chn ng cú D
y
= 20 mm
Tra bng XIII.26, trang 409, [2]
ị Cỏc thụng s ca bớch ng vi P = 0,055 N/mm
2
l:
Bu lụng
D
y
D
n
D D
d
D
l
h
d
b
Z
(mm) (cỏi)
20 25 90 65 50 12 M10 4

4. ng hi ỏy thỏp:
- Nng trung bỡnh ca pha hi ỏy thỏp
y
W

= x
W
= 0,0085
ị Nhit trung bỡnh ca pha hi ỏy thỏp: T
HP
= 99,6
o
C
- Khi lng mol trung bỡnh ca pha hi trong phn luyn:
M
HW
= y
W
. M
R
+ (1 y
W
). M
N
= 0,0085.32 + (1 0,0085).18 = 18,12 kg/kmol
- Khi lng riờng trung bỡnh ca pha hi trong phn luyn:
ẹo aựn moõn hoùc GVHD: Thay Mai Thanh
Phong


Trang 27
3
/593,0
)2736,99(
273

4,22
12,18.1
mkg
RT
PM
HW
HW
HW





Chn vn tc hi vo ỏy thỏp l v
HW
= 120 m/s
ng kớnh trong ca ng ni:
D
y
= 064,0
120 593,0.3600
1,827.4
3600
.4


HWHW
HW
v
G

m
ị Chn ng cú D
y
= 70 mm
Tra bng XIII.32, trang 434, [2] ị Chiu di on ng ni l = 110 mm
Tra bng XIII.26, trang 409, [2]
ị Cỏc thụng s ca bớch ng vi P = 0,055 (N/mm
2
) l:
Bu lụng
D
y
D
n
D D
d
D
l
h
d
b
Z
(mm) (cỏi)
70 76 160 130 110 14 M12 4

5. ng dn lng ra khi ỏy thỏp:
- Nng trung bỡnh ca pha lng ỏy thỏp
x
W
= 0,0085

ị Nhit ca pha lng ỏy thỏp: T
LW
= 98,5
o
C
- Tra bng 1.249, trang 311, [1]
Khi lng riờng ca nc 98,5
0
C:

N
= 959,2 kg/m
3

- Tra bng 1.2, trang 9, [1]
Khi lng riờng ca metanol 98,5
o
C:

R
= 716,8 kg/m
3

- p dng trong cụng thc (1.2), trang 5, [1]

3
10.05,1
2,959
015,01
8,716

015,0
1
1






N
W
R
W
LW
xx




LW
= 954,4 kg/m
3

Chn vn tc cht lng trong ng ni l v
LW
= 0,5 m/s
ng kớnh trong ca ng ni:
D
y
=

025,0
5,0 4,954.3600
1,827.4
3600
.4


LWLW
LW
v
G
m
ị Chn ng cú D
y
= 25 mm
Tra bng XIII.32, trang 434, [2] ị Chiu di on ng ni l = 90 mm
Tra bng XIII.26, trang 409, [6]
ị Cỏc thụng s ca bớch ng vi P = 0,055 N/mm
2
l:

Bu lụng
D
y
D
n
D D
d
D
l

h
d
b
Z
(mm) (cỏi)
25 32 100 75 60 12 M10 4