đồ án tốt nghiệp thiết bị chưng luyện liên tục hỗn hợp Metylic- Nước để thu được Metanol có nồng độ 96%.

PHẦN MỞ ĐẦU
Metanol là chất lỏng không màu, sôi ở 64
o
C, có tính độc. Metanol tan vô hạn
trong nước , tan nhiều trong dung môi hữu cơ.
Ngày nay, Metanol sử dụng rất rộng rải trong những ngành công nghiệp.
Metanol được dùng để tổng hợp thuốc nhuộm, formaldehit, hương liệu, dùng làm
dung môi pha sơn. Metanol chủ yếu được dùng để sản xuất Andehit Fomic nguyên
liệu cho công nghiệp chất dẻo. Thành phần phần phần trăm của Metanol sử dụng
trong công nghiệp được tổng hợp theo bản sau:
Nguyên liệu để sản xuất HCHO 40-50 %
Nguyên liệu để Metyl hóa 30-40 %
Nguyên liệu sản xuất axit CH
3
COOH 5 %
Làm nhiên liệu và dung môi 5-10 %
Nguyên liệu sản xuất MTBE 3 %
Trong đó có những ngành công nghiệp đòi hỏi phải sử dụng Metanol có
nồng độ tương đối cao. Sau đây em xin giới thiệu thiết bị chưng luyện liên tục hỗn
hợp Metylic- Nước để thu được Metanol có nồng độ 96%.
1
MỤC LỤC
Phần mở đầu 1
Sơ đồ dây chuyền sản xuất 3
Phần 1: Tính các thiết bị chính 5
1/ Đổi thành phần khối lượng sang phần mol 5
2/ Phương trình cân bằng vật liệu toàn tháp 5
3/ Số liệu đường cân bằng lỏng(x)- hơi(y) của Metyl- Nước 5
4/ Tính R
min
6

5/ Xác định số đĩa lí thuyết 6
6/ Giải phương trình cân bằng vật chất và tính đường kính 6
7/ Tính chiều cao tháp 12
8/ Tính trở lực của tháp 20
Phần 2: Tính toán cơ khí 24
1/ Chiều dày của thân 24
2/ Kiểm tra ứng suất của thành theo áp suất thử( dùng H
2
O) 26
3/ Tính đường kính ống dẫn 26
4/ Tính đáy và nắp thiết bị 29
5/ Chọn mặt bích 30
6/ Chọn chân đỡ và tai treo của thiết bị 32
Phần 3: Tính cân bằng nhiệt lượng 35
1/ Cân bằng nhiệt lượng thiết bị gia nhiệt hỗn hợp đầu 35
2/ Cân bằng nhiệt lượng của tháp chưng luyện 36
3/ Cân bằng nhiệt lượng của thiết bị ngưng tụ 37
Phần 4: Tính toán và chọn thiết bị phụ 39
1/ Tính toán và chọn thiết bị gia nhiệt hỗn hợp đầu 39
2/Tính chọn bơm 44
Kết luận 53
Tài liệu tham khảo 54
2
CÁC KÍ HIỆU THƯỜNG DÙNG TRONG QUÁ
TRÌNH TÍNH TOÁN THIẾT KẾ:
a
i
: phần khối lượng của cấu tử thứ i
x
i

:phần mol của pha lỏng của cấu thứ i
y
i
:phần mol của pha hơi của cấu tử thứ i
M
i
: trong lượng phân tử của hỗn hợp có n cấu tử
F: lượng sản phẩm ban đầu (kg/h)
P: lượng sản phẩm định (kg/h)
W: lượng sản phẩm đáy (kg/h)
G
F
: lượng sản phẩm ban đầu(kmol/h)
G
P
: lượng sản phẩm đỉnh(kmol/h)
G
W
: lượng sản phẩm đáy(kmol/h)
R: chỉ số hồi lưu
R
th
:chỉ số hồi lưu thích hợp
N: số đĩa lí thuyết
N
th
: số đĩa lí thuyết ứng với R
th
3
Ta xét tháp chưng luyện loại đĩa lỗ có ống chảy chuyền, làm việc ở áp suất

thường. Nguyên liệu đầu được chứa vào thùng chứa(1 ) vào được bơm ( 2) bơm lên
thùng cao vị ( 3) . Từ thùng cao vị, dung dịch hỗn hợp đầu đi vào thiết bị đun nóng
dung dịch hỗn hợp đầu (4). Ở đây, dung dịch được gia nhiệt bằng hơi nước bảo hòa
có nhiệt độ trung bình t
tb
=119,6
0
C và P=2at rồi sau đó vào tháp chưng luyện(5) ở
đĩa tiếp liệu.
Tháp chưng luyện gồm hai phần:
+ Đoạn chưng: phần từ đĩa tiếp liệu trở xuống.
+ Đoạn luyện: phần từ đĩa tiếp liệu trở lên.
Ở đoạn chưng có bộ phận đun nóng bốc hơi (9). Bộ phận này được gia nhiệt
bằng hơi nước bảo hòa ở t
tb
=119,6
0
C và P=2at. Như vậy trong tháp hơi đi từ
dưới lên tiếp xúc với dòng lỏng đi từ trên xuống. Vì theo chiều cao tháp nhiệt độ
càng lên cao thì càng thấp nên khi hơi đi qua các đĩa từ dưới lên, cấu tử có nhiệt
độ sôi cao sẽ ngưng tụ lại và cuối cùng ở trên đỉnh tháp ta thu được hỗn hợp
gồm hầu hết là các cấu tử dể bay hơi. Ở đây hơi được ngưng tụ bằng thiết bị ống
chùm (6), sau đó cho một phần hồi lưu về đĩa trên cùng của tháp, một phần
khác vào thiết bị làm lạnh đến nhiệt độ cần thiết rồi đi vào thùng chứa sản phẩm
đỉnh.
Trong quá trình chất lỏng đi từ trên xuống gặp hơi có nhiệt độ cao hơn, khi
đó một phần cấu tử có nhiệt độ sôi thấp hơn( các cấu tử dể bay hơi) được bốc
hơi lên và do đó nồng độ cấu tử khó bay hơi trong chất lỏng ngày càng tăng.
Cuối cùng ở đáy tháp ta thu được hỗn hợp lỏng gồm hầu hết các các cấu tử khó
bay hơi là nước. Thiết bị gia nhiệt (9) để đun sôi tuần hoàn và bốc hơi đáy tháp.

Một phần chất lỏng tháo ra ở đáy nồi và được cung cấpvào phần dưới của đáy
tháp. Một phần khác được tháo ra liên tục. Nước ngưng của các thiết bị gia nhiệt
được tháo qua cốc tháo nước ngưng (11).
4
Phần 1: TÍNH TOÁN CÁC THIẾT BỊ CHÍNH
1/ Đổi thành phần khối lượng sang phần mol: [II-126]
/
( . )
j j
j
j j
a M
x
a M
=
∑
x
j
:phần mol của cấu tử thứ j
a
j
:phần khối lượng cấu tử thứ j
M
j
:trọng lượng phân tử của hỗn hợp có n cấu tử
j = 1,2,…n
Phần mol của sản phẩm đầu:
22
32
0,1369

22 78
32 18
F
x = =
+
(kmol/kmol)
Phần mol của sản phẩm đỉnh:
96
32
0,931
96 4
32 18
p
x = =
+
(kmol/kmol)
Phần mol của sản phẩm đáy:
w
0,9
32
0,00508
0,9 99,1
32 18
x = =
+
(kmol/kmol)
2/ Phương trình cân bằng vật liệu toàn tháp: [II-144]
G
W
= G

F
- G
P

Cho cấu tử dể bay hơi:
G
F
.X
F
= G
P
.X
P
+ G
W
.X
W
Từ hai phương trình trên ta suy ra được:
- Sản phẩm đỉnh G
P
:
w
w
( )
(22 0,9)
7920 1757,2( / )
( ) (96 0,9)
F
P F
p

X X
G G kg h
X X
−
−
= = =
− −
với G
F
= 2,2kg/s = 2,2.3600 =7920 kg/h
- Sản phẩm đáy G
W
:
G
W
= G
F
-G
P
= 7920-1757,2 = 6162,8(kg/h)
Ta chuyển đổi từ kg/h sang kmol/h bằng công thức sau:
n = m/M
1757,2
54,91
32
P = =
(kmol/h)
6162,8
W= =342,38
18

(kmol/h)
3/ Số liệu đường cân bằng lỏng(x)- hơi(y) của Metyl- Nước:
Tra bảng [II-149] ta được số liệu đường cân bằng lỏng – hơi của Metyl- Nước
như sau:
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
t 100 92,3 87,7 81,7 78 75,3 73,1 71,2 69,3 67,6 66 64,5
5
4/ Tính R
min
:
Phương trình đường làm việc của đoạn luyện:
1 1
p
x
x x
x
R
y x
R R
= +
+ +
Khi x=0 ta suy ra được:
1
p
x
x
y m
R
= =

+
Vậy khi R
x
= R
min
thì m = m
max
Ta suy ra được:
ax
min
1
p
m
x
m
R
=
+
Hay
min
ax
1
p
m
x
R
m
= −
Từ số liệu của đường ta sẽ vẽ được đường cân bằng, và ta sẽ thu được
m

max
= 41,62 từ đó ta suy được R
min
= 93,1/41,62 -1 = 1,237 theo đồ thị xác định R
min
5/ Xác định số đĩa lí thuyết:
Trong thực tế thì người ta nhận thấy rằng R
x
= (1,25-2,5)R
min
và nó sẽ lớn
hơn R
min
. Do đó ta sẽ cho R
x
với các giá trị ở bảng dưới đây. Từ đó tính được m%,
và cứ mỗi m% ta sẽ vẽ được một đồ thị để xác định được số đĩa N tương ứng.
R
x
m% N V=N(R+1)
1,4 38,8 13 31,2
2 31 10 30
2,3 28,2 9 29,7
3 23,3 8 32
4 18,6 7 35
Từ bản số liệu thu được ở trên ta sẽ vẽ được đồ thị quan hệ giữa R
X
và V,
điểm cực tiểu trên đồ thị sẻ là R
th

và ứng với nó sẽ là N
th
6
Dựa vào đồ thị ta nhận thấy điểm cực tiểu trên đồ thị ứng với R
x
=2,3 và N =
9. Do vậy R
th
=2,3 và N
th
=9
6/ Giải phương trình cân bằng vật chất và tính đường kính:
Đường kính được xác định theo công thức: [2 -181]
0,0188
( )
tb
y y tb
g
D
ρ ω
=
(m)

tb
g
:lượng hơi khí trung bình đi trong tháp ( kg/h)

( )
y y tb
ρ ω

: tốc độ hơi khí trung bình đi trong tháp
(kg/m
2
.s)
Do lượng hơi thay đổi theo chiều cao của tháp
nên ta phải tính lượng hơi trung bình cho riêng từng
đoạn.
6.1/ Tính lượng hơi đi trong tháp:
6.1.1/ Tính lượng hơi đi trong đoạn luyện:
Lượng hơi trung bình đi trong đoạn chưng được
tính dựa theo công thức [II-182]:
d 1
2
L
tb
g g
g
+
=
(kg/h)
Với
d
g
:lượng hơi đi vào đĩa trên cùng của tháp (kg/h)
1
g
:lượng hơi đi vào đĩa dưới cùng của đoạn luyện (kg/h)
- Lượng hơi đi ra khỏi đỉnh tháp :
( 1)
d X P P x

g G G G R= + = +
với
X
G
: lượng lỏng chảy hồi lưu.
d
g =
1757,22(2,3+1) = 5798,83 (kg/h)
Dựa vào đường cân bằng và từ x
p
ta suy ra được y
p
= 0,97
Phân tử lượng trung bình của hỗn hợp hơi ở đỉnh tháp
M
hh
= 32.0,97+ (1- 0,97).18 = 31,58
Vậy lượng hơi đi ra khỏi đỉnh tháp tính theo (kmol/h) là:
5798,83
183,62
31,58
d
g = =
(kmol/h)
- Lượng hơi đi vào đĩa dưới cùng của đoạn luyện:
Phương trình cân bằng vật liệu và cân bằng nhiệt lượng của đoạn luyện:
1 1
1 1 1 1
1 1
.

P
P P
d d
g G G
g y G x G x
g r g r
= +


= +


=

1
G
: lượng chất lỏng đi vào đĩa thứ nhất của đoạn luyện (kmol/h)
1
r
:ẩn nhiệt hóa hơi của hỗn hợp đi vào đĩa thứ nhất của đoạn luyện (J/kmol)
d
r
:ẩn nhiệt hóa hơi đi ra khỏi tháp (J/kmol)
7
với
2
2
1 1 1
(1 )
(1 )

R H O
d R d d H O
r r y y r
r r y y r
= + −
= + −

R
r
,
2
H O
r
: lần lược là ẩn nhiệt hóa hơi
của rượu và nước ở nhiệt độ của hỗn hợp đầu.
Dựa vào đồ thị t-x,y ta tìm được:
w
85,5
65,5
99
o
F
o
P
o
t C
t C
t C

=


=


=

Tính r
1
:
Từ bảng [I-254]
,60
,100
265( / )
242( / )
o
o
R C
R C
r J kmol
r J kmol
=



=


2
2
,60

,100
579( / )
539( / )
o
o
H O C
H O C
r J kmol
r J kmol
=



=


Dùng phương pháp nội suy ta tính được
r
R,tF
= 250,33(kcal/kg) = 250,33.4,1868.10
3
.32=33538,61.10
3
(J/kmol)
Tương tự ta cũng tính được:
r
H2O,tF
= 553,5(kcal/kg) = 553,5.4,1868.10
3
.18=41713,088.10

3
(J/kmol)
Vậy r
1
= 33538,61.10
3
y
1
+ (1-y
1
)41713,088.10
3
Hay r
1
=41713,088.10
3
– 8174,478.10
3
y
1
(J/kmol)
Tính r
d
:
Cũng dùng phương pháp nội suy ta tính được r
R,tP
,
3
261,84( / )
261,84.4,1868.103.32=35080,69.10 ( / )

P
R t
r kcal kg
J kmol
=
=
r
H2O,tP
= 573,5(kcal/kg) = 573,5.4,1868.10
3
.18=43220,33.10
3
(J/kmol)
Vậy:
2
(1 )
d R d d H O
r r y y r= + −
với y
d
= x
p
= 0,93
r
d
= 35080,69.10
3
.0,97 + (1-0,97).43220,33.10
3
=35324,9.10

3
(J/kmol)
Thay các đại lượng đã tính trên vào hệ phương trình và với x
1
= x
F
= 0,1369
1 1
1 1 1
3 3 3
1 1
54,91
.0,1369 54,91.0,93
(41713,088.10 8174,478.10 ) 183,62.35324,9.10
g G
g y G
g y

= +

= +


− =

Giải ra ta được
1
1
1
168,55( / )

113,64( / )
0,395
g kmol h
G kmol h
y
=


=


=

Thay y
1
vào r
1
ta tính được:
r
1
=41713,088.10
3
– 8174,478.10
3
.0,395 = 38484,169.10
3
(J/kmol).
Do vậy lượng hơi trung bình đi trong đoạn luyện là:
8
d 1

183,62 168,55
176,085( / )
2 2
L
tb
g g
g kmol h
+
+
= = =
Nồng độ phần mol trung bình của đoạn luyện:
1
0,395 0,97
0,682
2 2
L
d
tb
y y
y
+
+
= = =
Phân tử lượng trung bình của hơi trong đoạn luyện:
32.0,682+18(1-0,682) = 27,555
Lượng hơi trung bình đi trong đoạn luyện tính theo kg/h
176,085.27,55 4852,022
L
tb
g = =

(kg/h)
6.1.2 Tính lượng hơi đi trong đoạn chưng:
Lượng hơi trung bình đi trong đoạn chưng được tính dựa theo công thức[II-
182]:
, ,
1
2
C
n
tb
g g
g
+
=
(kg/h)
,
1
g
:lượng hơi đi vào đoạn chưng
,
n
g
= g
1
: lượng hơi đi ra khỏi đoạn chưng
Phương trình cân bằng vật liệu và cân bằng nhiệt lượng của đoạn chưng.
Dựa vào công thức [II-182] ta được:
1
1
' ,

1 w
' , ,
1 1 w w
, , , ,
1 1 1 1
.
w
n n
G g G
G x g y G x
g r g r g r

= +


= +


= =



1
'
G
: lượng lỏng đi vào đĩa thứ nhất của đoạn chưng.
,
1
r
:ẩn nhiệt hóa hơi của hỗn hợp hơi đi vào đĩa trên cùng của đoạn chưng

, , 3 9
1 1
. 168,55.38484,169.10 6,286.10 ( / )
n n
g r gr kmol h= = =
Trong đó y
1
’
= y
w
được tìm theo đường cân bằng ứng với x
w
. Từ đồ thị của
đường cân bằng x-y với x
w
=0,00508 suy ra y
w
= 0,0331.
Dựa vào công thức [II-182] ta có:
2
, , ,
1 1 1
(1 )
R H O
r r y y r= + -

Tra bảng [I-254] và nội suy ở t
w
=99
o

C ta được:
w
2
,
3 3
3
, 3 3 3
1
242,35 /
242,35.4,1868.10.32 32469,47.10 ( / )
540 / 40695,696.10 ( / )
32469,47.10 .0,0331 (1 0,0331)40695,696.10 40423,41.10 ( / )
R t
H O
r kcal kg
J kmol
r kcal kg J kmol
r J kmol
=
= =
= =
= + - =
Thay các số liệu vào hệ phương trình ta được:
9
1
1
' ,
1
' , ,
1 1

, 3 9
1
342,38
.0,0331 342,38.0,00508
.40423,41.10 6,4865.10
G g
G x g
g

= +


= +


=


1
'
,
1
,
1
502,84( / )
160,46( / )
0,014
G kmol h
g kmol h
x


=


⇒ =


=


Vây lượng hơi trung bình đi trong đoạn chưng là:
, ,
1
160,46 168,55
164,505( / )
2 2
c
n
tb
g g
g kmol h
+ +
= = =
Nồng độ trung bình của đoạn chưng:
,
1 1
0,395 0,0331
0,21405
2 2
c

tb
y y
y
+ +
= = =
Phân tử lượng trung bình của hơi đi trong đoạn chưng:
M= 32.0,21405+ 18.(1-0,21405) = 20,996
Vậy lượng hơi trung bình chưng tính theo kg/h là:
164,505.20,996 3454,06( / )
c
tb
g kg h= =
6.2 Tính khối lượng riêng trung bình:
6.2.1 Đối với pha khí:
( )
2
1 1
3
. 1 .273
( / )
22,4.
tb
tb R tb H O
y
y M y M
kg m
T
r
é ù
+ -

ê ú
ë û
=
T: nhiệt độ trung bình làm việc của đoạn chưng hay đoạn luyện (
o
K).
1tb
y
: nồng độ phần mol của các cấu tử rượu lấy theo giá trị trung bình
1 1
1
2
d c
tb
y y
y
+
=
1d
y
,
1c
y
: nồng độ tại hai đầu tháp.

Tính cho đoạn luyện:
Ta có:
1
0,6825
L

tb tb
y y= =
Nhiệt độ hỗn hợp trung bình của hỗn hợp trong đoạn luyện:
P
65,5 85,5
75,5
2 2
L O
F
tb
t t
t C
+ +
= = =
Vậy:
( )
[ ]
3
32.0,6825 1 0,6825 18 .273
0,964( / )
22,4.(75,5 273)
y
tb
L
kg mr
+ -
= =
+
Tính cho đoạn chưng :
Ta có:

1
0,21405
c
tb tb
y y= =
Nhiệt độ hỗn hợp trung bình của hỗn hợp trong đoạn luyện:
w
99 85,5
92,25
2 2
c O
F
tb
t t
t C
+ +
= = =
Vậy:
( )
[ ]
3
32.0,21405 1 0,21405 18 .273
0,7006( / )
22,4.(92,25 273)
y
tb
c
kg mr
+ -
= =

+
6.2.2 Đối pha lỏng :
Khối lượng riêng trung bình của pha lỏng:
1 2
1 1
bt tb
xtb xtb xtb
a a
r r r
-
= +
xtb
r
:khối lượng riêng trung bình của lỏng (kg/m
3
).
10
1xtb
r
,
2xtb
r
:khối lượng riêng trung bình của cấu tử rượu, nước của pha
lỏng lấy theo nhiệt độ trung bình ( kg/m
3
).
tb
a
:phần khối lượng của cấu tử rượu trong pha lỏng.
Tính cho đoạn luyện :

Ta có:
F
0,22 0,96
0,59
2 2 2
tb
L
P F P
a a X X
a
+ + +
= = = =
Với
75,5
L o
tb
t C=
, tra bảng I.2[1-9] và nội suy ta được:
3
1,60
3
1;75,5
3
1,80
756( /
751,5( / )
736( /
o
o
o

xtb C
xtb C
xtb C
kg m
kg m
kg m
r
r
r
ì
=
ï
ï
ï
Þ =
í
ï
=
ï
ï
î
3
2,60
3
2;75,5
3
2,80
983( /
974,4( / )
972( /

o
o
o
xtb C
xtb C
xtb C
kg m
kg m
kg m
r
r
r
ì
=
ï
ï
ï
Þ =
í
ï
=
ï
ï
î
Vậy :
3
1 0,59 1 0,59
821,33( / )
740,5 974,4
L

xtb
L
xtb
kg mr
r
-
= + Þ =
Tính cho đoạn chưng :
Ta có:
F W
0,22 0,009
0,1145
2 2 2
tb
c
F W
a a X X
a
+ + +
= = = =
Với
92,25
C o
tb
t C=
, tra bảng [I-9] và nội suy ta được:
3
1,80
3
1,92.25

3
1,100
736( /
722,5( / )
714( /
o
o
o
xtb C
xtb C
xtb C
kg m
kg m
kg m
r
r
r
ì
=
ï
ï
ï
Þ =
í
ï
=
ï
ï
î
3

2,80
3
2,92.25
3
2,100
972( /
963,4( / )
958( /
o
o
o
xtb C
xtb C
xtb C
kg m
kg m
kg m
r
r
r
ì
=
ï
ï
ï
Þ =
í
ï
=
ï

ï
î
Vậy :
3
1 0,1145 1 0,1145
927,97( / )
722,5 963,4
c
xtb
c
xtb
kg mr
r
-
= + Þ =
6.3 Tốc độ hơi đi trong tháp đĩa lưới:
Theo công thức [II-186] ta có công thức sau:
gh
w 0,05
x
y
r
r
=
(m/s)
x
r
,
y
r

: khối lượng riêng của lỏng và hơi (kg/m
3
).

gh
w
: tốc độ giới hạn của khí (m/s).
Tốc độ trung bình của khí:
tb gh
w (0,8 0,9)w= ¸
(m/s)
6.3.1 Xét cho đoạn luyện:
3
3
821,33( / )
0,964( / )
L
xtb
L
ytb
kg m
kg m
r
r
=
=
821,33
w 0,05 1,459( / )
0,964
L

gh
m s= =
6.3.2 Xét cho đoạn chưng:
3
3
927,97( / )
0,7006( / )
c
xtb
c
ytb
kg m
kg m
r
r
=
=
11
927,97
w 0,05 1,8( / )
0,7006
c
gh
m s= =
6.4 Đường kính tháp:
6.4.1Đường kính đối với đoạn luyện:
tb
L L
gh
w 0,9.w 1,459.0,9 1,3131( / )m s= = =

4852,022
0,0188 1,16( )
0,964.1,3131
L
D m= =
6.4.2 Đường kính đối với đoạn chưng:
tb
c C
gh
w 0,8.w 1,8.0,8 1,44( / )m s= = =
3454,06
0,0188 1,1( )
0,7006.1,44
C
D m= =
Quy chuẩn đường kính ta được:
1,2
1,1
L
C
D m
D m
=
=
6.5 Tính lại tốc độ hơi:
6.5.1 Đối với đoạn luyện:
2 2
L
y gh
2 2

(0,0188) 4852,022.(0,0188)
w 1,23( / ) 85%w
1,2.0,964
tb
L
y
g
m s
D r
= = = =
giá
trị tính ở trên.
6.5.2 Đối với đoạn chưng:
2 2
c
y gh
2 2
(0,0188) 3454,06.(0,0188)
w 1,44( / ) 80%w
1,1.0,7006
tb
L
y
g
m s
D r
= = = =
giá trị
tính ở trên.
Vậy với

1,2
1,1
L
C
D m
D m
ì
=
ï
ï
ï
í
ï
=
ï
ï
î
tháp làm việc sẻ không có hiện tượng sặc.
7/ Tính chiều cao tháp:
Tính chiều cao tháp bằng phương pháp đường cong động học.
7.1 Đối với đoạn luyện:
7.1.1 Độ nhớt:
a/ Xét pha hơi:
1 1 2 2
1 2
. .
hh
hh
M m M m M
m m m

= +
hh
M
,
1
M
,
2
M
: khối lượng mol của hỗn hợp khí và cấu tử rượu, nước
trong hỗn hợp (kg/kmol)
hh
m
,
1
m
,
2
m
:lần lượt là độ nhớt của hỗn hợp và của các cấu tử rượu,
nước (Ns/m
2
)
1
m
,
2
m
:nồng độ phần thể tích của từng cấu tử trong pha hơi.
12

Nhưng nồng độ phần thể tích của từng cấu tử trong pha hơi thì bằng
nồng độ phần mol của từng cấu tử trong hỗn hợp.
Do đó
1
0,685
L
tb
m y= =
Với
27,59
hh
M =
Ở
75,5
o o
L
t C=
,ta tra toán đồ [I-117] ta được:
3
1
2
0,0115.10
Ns
m
m
-
=
3
2
2

0,0116.10
Ns
m
m
-
=
Thay số liệu vào công thức trên ta được:
3 3
27,59 0,685.32 (1 0,685).18
0,0115.10 0,0116.10
hh
m
- -
-
= +
3
0,0115.10
hh
m
-
Þ =
(
2
Ns
m
)
b/ Xét pha lỏng:
1 1 2 2
lg lg lg
hh

x xm m m= +
x
1
,x
2
: nồng độ mol của các cấu tử trong hỗn hợp
Với
1
0,1369 0,931
0,533
2 2
F P
x x
x
+ +
= = =
Ở
75,5
o o
L
t C=
, ta tra toán đồ [I-90] ta được:
3
1
2
0,27.10
Ns
m
m
-

=
3
2
2
0,35.10
Ns
m
m
-
=
Thay số liệu vào công thức trên ta được:
3 3
lg 0,533lg0,27.10 (1 0,533)lg0,35.10
hh
m
- -
= + -
3
0,3048.10
hh
m
-
Þ =

2
.
( )
N s
m
7.1.2 Hệ số khuyết tán của khí vào hơi: [II-127]

4 1,5
1/ 3 1/ 3 2
0,0043.10 . 1 1
.( )
y
A B A B
T
D
P v v M M
-
= +
+

2
( / )m s

T: nhiệt độ trung bình của đoạn chưng tính theo K.
P: áp suất chung (at)
M
A
, M
B
:khối lượng mol của khí A,B .
v
A
,v
B
: thể tích mol của khí A và B (cm
3
/mol)

Thể tích mol tính theo công thức:
i
v n V=
å
n: số nguyên tử cùng loại
V
i
: thể tích của nguyên tử thứ i
Ta có:
3
1.14,8 4.3,7 1.7,4 37( / )
R
v cm mol= + + =
2
3
18,9( / )
H O
v cm mol=
Với đoạn luyện nên T= 75,5+273=348,5 K
13
Vậy :
4 1,5
5
1/ 3 1/ 3 2
0,0043.10 .(348,5) 1 1
2,2926.10
1.(37 18,9 ) 32 18
y
D
-

-
= + =
+

2
( / )m s
7.1.3 Hệ số cấp khối:
a/ Hệ số cấp khối pha hơi:[II-164]
(0,79Re 11000)
22,4
y
y y
D
b = +

2
( )
kmol
kmol
m s
kmol

với D
y
: hệ số khuyết tán trung bình của khí vào hơi (m
2
/s)
y
w . .
Re

y
y
y
h r
m
=
với
y
w
:tốc độ hơi tính cho mặt cắt tự do của tháp m/s
h: kích thước dài, chấp nhận h=1
y
r
: khối lượng riêng trung bình của hơi (kg/m
3
)
y
m
:độ nhớt trung bình của hơi
2
.N s
m
3
3
1,23.1.0,964
Re 103,106.10
0,0115.10
y
-
= =

Do đó
4
3
0,22926.10
(0,79.103,106.10 11000) 0,095
22,4
y
b
-
= + =
b/ Hệ số cấp khối pha lỏng: [II-165]
0,62
38000. .
Pr
.
x x
x x
x
D
M h
r
b =

2
( )
. .
kmol
kmol
m s
kmol

M
x
: khối lượng mol trung bình của lỏng (kg/kmol)
M
x
= 0,533.32 + (1-0,533).18 = 25,462 (kg/kmol)
h: kích thước dài,ta chấp nhận h=1
x
r
: khối lượng riêng trung bình của lỏng (kg/m
3
)
D
x
: hệ số khuyết tán trung bình trong pha lỏng (m
2
/s)
Theo công thức[II-134] ta được:
D
x
=D
20
[1+b(t-20)]
Trong đó:
3
0,2
b
m
r
=

m
: là độ nhớt của dung môi ở 20
o
C.
Ở đây dung môi là H
2
O:
2
2
3 2
(20 )
(20 )
10 /
1
o
o
H O C
H O C
Ns m
cp
m
m
-
=
=
r
: khối lượng riêng của dung môi ở 20
o
C ( kg/m
3

)
Tra bảng [I-10] ta có:
r
=998,23 ( kg/m
3
)
3
0,2 1
0,02
998,23
b = =
Theo công thức (II-133) ta được:
14
6
20
1/ 3 1/ 3 2
1 1
1.10
. ( )
A B
B A B
M M
D
A B v vm
-
+
=
+

2

( / )m s
D
20
: hệ số khuyết tán của khí trong lỏng (m
2
/s)
A,B: hệ số hiệu chỉnh của khí khuyết tán và của dung môi.
B
m
: độ nhớt của dung môi ở 20
o
C, cp
v
A
,v
B
: thể tích mol (cm
3
/mol).
Với v
A
=37 cm
3
/mol, v
B
=18,9 cm
3
/mol
Tra bảng [II-133] ta được A = 1,19
Tra bảng [II-134] ta được B = 4,7

Tra bảng [I-92] có
B
m
=1 cp
6
9
20
1/ 3 1/ 3 2
1 1
1.10
32 18
1,4652.10
1,19.4,7 1(37 18,9 )
D
-
-
+
= =
+

2
( / )m s
Vậy D
x
=
9
1,4652.10
-
[1+0,02(75,5-20)] = 3,0917.10
-9

(m
2
/s)
Chuẩn số Pran:
Pr
.
x
x
x x
D
m
r
=
Pr
x
: chuẩn số Pran đối với pha lỏng.
x
m
: độ nhớt trung bình của lỏng
x
r
: khối lượng riêng trung bình của lỏng (kg/m
3
)
Với
x
r
=831,088 (kg/m
3
)

Thay vào ta có:
3
9
0,3048.10
Pr 120,03
821,33.3,0917.10
x
-
-
= =
Thay vào công thức ta có:
9
0,62
38000.821,33.3,0917.10
120,03 0,0737
25,46.1
x
b
-
= =

2
( )
. .
kmol
kmol
m s
kmol
7.1.4 Hệ số chuyển khối:
1

1
y
i
y x
k
m
b b
=
+
i
m
: hệ số phân bố vật chất phụ thuộc vào nhiệt độ, áp suất và nồng độ
Thay các số liệu vào công thức ta được:
1
1
0,095 0,0737
y
i
k
m
=
+
7.1.5 Tính đường kính ống chảy chuyền:
Dựa vào công thức [II-236] ta được:
c
4
3600. . .w .
L
xtb
c

x c
g
d
zr
=
P
(m)
Trong đó:
15
x
r
: khối lượng trung bình của hỗn hợp lỏng ở nhiệt độ trung
bình của đoạn luyện
75,5
o o
L
t C=
,
3
751,5( / )
x
kg mr =
.
c
z
: số ống chảy chuyền, phụ thuộc đường kính tháp,chọn
1
c
z =
L

xtb
g
: lưu lượng lỏng đi trong đoạn luyện (kg/h)
1
2
L
x
xtb
G G
g
+
=
với G
1
= 113,64 (kmol/h)
G
x
= R
x
.G
p
=2,3.54,91=126,293 (kmol/h)
113,64 126,293
119,97
2
L
xtb
g
+
= =

(kmol/h)
119,97.27,24 3267,88
L
xtb
g = =
(kg/h)
c
w
:tốc độ chất lỏng trong ống chảy chuyền (m/s)
Thường
c
w
nằm trong khoảng (0,1- 0,2) m/s, ta chọn
c
w
=0,15 m/s
Thay vào công thức tính đường kính ta có:
4.3267,88
0,097( )
3600. .821,33.0,15.1
c
d m= =
P
Ta chọn đường kính ống chảy chuyền của đoạn luyện là: 100 mm
Tính lại vận tốc hơi đi trong ống chảy chuyền:
L
xtb
2 2
4.g
4.3267,88

w = 0,14
3600.d . . . 3600.0,1 . .821,33.1z
ρ
= =
Π Π
(m/s)
Vậy ta chấp nhận được đường kính ống chảy chuyền là: 100 mm
7.1.6 Tính số đơn vị chuyển khối: [II-173]
.
y L
L
yT
ytb
K f
m
g
=

Trong đó:
ytb
g
: lượng hơi trung bình của đoạn luyện (kmol/h)
176,085( / ) 0,049
ytb
g kmol h= =

( / )kmol s
với
.
L ch

f F m f= -
F: diện tích của mặt cắt ngang của tháp(m
2
)
2 2
. .1,2
4 4
D
F
P P
= =

2
( )m
ch
f
: diện tích mặt cắt ngang của ống chảy chuyền
2 2
. .0,097
4 4
c
L
d
f
P P
= =

2
( )m
Vậy

2 2
.1,2 .0,097
1,1236
4 4
L
f
P P
= - =

2
( )m
Do đó:
.1,1236
22,9.
0,049
y
L
yT y
K
m K= =
7.2 Đối với đoạn chưng:
7.2.1 Độ nhớt:
16
a/ Xét pha hơi:
1 1 2 2
1 2
. .
hh
hh
M m M m M

m m m
= +
hh
M
,
1
M
,
2
M
: khối lượng mol của hỗn hợp khí và cấu tử rượu, nước
trong hỗn hợp (kg/kmol)
hh
m
,
1
m
,
2
m
:lần lượt là độ nhớt của hỗn hợp và của các cấu tử rượu,
nước (Ns/m
2
)
1
m
,
2
m
:nồng độ phần thể tích của các cấu tử trong hỗn hợp

Với
1
0,2115
c
tb
m y= =
Với
20,961
hh
M =
Ở
92,25
o o
c
t C=
,ta tra toán đồ [I-117] ta được:
3
1
2
0,012.10
Ns
m
m
-
=
3
2
2
0,0122.10
Ns

m
m
-
=
Thay số liệu vào công thức trên ta được:
3 3
3
2
20,961 0,2115.32 (1 0,2115).18
0,012.10 0,0122.10
0,0121.10 0,0121
hh
hh
Ns
cp
m
m
m
- -
-
-
= +
Þ = =
b/ Xét pha lỏng:
1 1 2 2
lg lg lg
hh
x xm m m= +
x
1

,x
2
: nồng độ mol của các cấu tử trong hỗn hợp
Với
w
1
0,1369 0,00508
0,07099
2 2
F
x x
x
+ +
= = =
Ở
92,25
o o
c
t C=
,ta tra toán đồ [I-90] ta được:
3
1
2
0,22.10
Ns
m
m
-
=
3

2
2
0,28.10
Ns
m
m
-
=
Thay số liệu vào công thức trên ta được:
3 3
3
2
lg 0,07099lg0,22.10 (1 0,07099)lg0,28.10
.
0,2752.10 ( )
hh
hh
N s
m
m
m
- -
-
= + -
Þ =
7.2.2 Hệ số khuyết tán của khí vào hơi: [II-127]
4 1,5
1/ 3 1/ 3 2
0,0043.10 . 1 1
.( )

y
A B A B
T
D
P v v M M
-
= +
+

2
( / )m s

Với đoạn luyện nên T= 92,25+273=365,25
o
K
Vậy :
4 1,5
4
1/ 3 1/ 3 2
0,0043.10 .(365,25) 1 1
0,246.10
1.(37 18,9 ) 32 18
y
D
-
-
= + =
+

2

( / )m s
7.2.3 Hệ số cấp khối:
a/ Hệ số cấp khối pha hơi: [II-164]
(0,79Re 11000)
22,4
y
y y
D
b = +

2
( )
kmol
kmol
m s
kmol

17
y
3
3
w . .
1,44.1.0,7006
Re 83,377.10
0,0121.10
y
y
y
h r
m

-
= = =
Do đó
4
3
0,246.10
(0,79.83,377.10 11000) 0,0846
22,4
y
b
-
= + =

2
( )
kmol
kmol
m s
kmol
b/ Hệ số cấp khối pha lỏng: theo công thức [II-165] ta được:
0,62
38000. .
Pr
.
x x
x x
x
D
M h
r

b =

2
( )
. .
kmol
kmol
m s
kmol
Theo công thức [II-134] ta có:
D
x
=D
20
[1+b(t-20)]

6
9 2
20
1/ 3 1/ 3 2
1 1
1.10
32 18
1,465.10 ( / )
1,19.4,7 1(37 18,9 )
D m s
-
-
+
= =

+
Vậy D
x
=
9
1,4652.10
-
[1+0,02(92,25-20)] = 3,5824.10
-9
(m
2
/s)
Chuẩn số Pran:
Pr
.
x
x
x x
D
m
r
=
Pr
x
: chuẩn số Pran đối với pha lỏng:
3
9
0,2752.10
Pr 82,78
927,97.3,5824.10

x
-
-
= =
M
x
= 0,07099.32+(1-0,07099).18=18,99
Thay vào công thức ta có:
9
0,62
38000.927,97.3,5824.10
82,78 0,103
18,99.1
x
b
-
= =

2
( )
. .
kmol
kmol
m s
kmol
7.2.4 Hệ số chuyển khối:
1
1
y
i

y x
k
m
b b
=
+
i
m
: hệ số phân bố vật chất phụ thuộc vào nhiệt độ, áp suất và nồng độ
Thay các số liệu vào công thức ta được:
1
1
0,0846 0,103
y
i
k
m
=
+
7.2.5 Tính đường kính ống chảy chuyền:
Đường kính ống chảy chuyền được tính dựa theo công thức [II-236]
c
4
3600. . .w .
c
xtb
c
x c
g
d

zr
=
P
(m)
'
1 1
2
c
F
xtb
G G G
g
+ +
=
18
397,29 502,84 113,64
506,88( / )
2
0,07099.32 (1 0,07099).18 18,99
506,88.18,99 9625,65( / )
c
xtb
x
c
xtb
g kmol h
M
g kg h
+ +
= =

= + - =
= =
c
w
:tốc độ chất lỏng trong ống chảy chuyền (m/s)
Thường
c
w
nằm trong khoảng (0,1
÷
0,2) m/s, ta chọn
c
w
=0,15 m/s
Ta giả thuyết rằng ta dùng 2 ống chảy chuyền ( z = 2) có đường kính như của
đường kính ống chảy chuyền của đoạn chưng:
100( )
c L
d d mm= =
Kiểm tra lại vận tốc lỏng đi trong ống:
0
2 2
4. 4.9625,65
w 0,18( / ) 0,2( / )
.3600. . . 0,1.3600. .927,97.2
tb
c c
g
m s m s
d zr

= = = <
P P
Vậy ta chấp nhận ở mỗi đĩa trong đoạn chưng có 2 ống chảy chuyền có
đường kính 100 (mm)
7.2.6 Tính số đơn vị chuyển khối:
Theo công thức tính số đơn vị chuyển khối [II-173]
.
y c
c
yT
ytb
K f
m
g
=
Trong đó:
ytb
g
: lượng hơi trung bình của đoạn luyện (kmol/h)
164,505( / ) 0,0456( / )
ytb
g kmol h kmol s= =
Vậy
2 2
2
.1,1 .0,156
0,931( )
4 4
c
f m

P P
= - =
Do đó:
.0,931
20,43.
0,0456
y
c
yT y
K
m K= =
7.3 Xác định hệ số phân bố: (m
i
)
Vẽ đường cong cân bằng
Vẽ đường làm việc của đoạn luyện, đoạn chưng
Dựng các đường thẳng vuông góc với Ox tại điểm có hoành độ 0,05; 0,1;
0,2; 0,3; 0,4; 0,5; 0,6; 0,7; 0,8; 0,9 các đường này cắt đường làm việc tại A
1
,A
2
, A
3
,
A
4
, A
5
, A
6

, A
7
, A
8
, A
9
, A
10
và cắt đường cân bằng tại C
1
,C
2
,C
3
,C
4
,…
Tại mỗi giá trị hoành độ x ta tìm tg góc nghiêng của đường cân bằng
theo công thức:
cb
i
cb
y y
m tg
x x
a
-
= =
-
cb

y
,
y
,
,
cb
x x
được xác định từ đường cong cân bằng và đường làm
việc. Kết quả cho ra bảng sau:
x 0.05 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9
y
cb
0.268 0.418 0.579 0.665 0.729 0.779 0.825 0.87 0.915 0.958
y 0.132 0.273 0.421 0.491 0. 561 0.631 0.7 0.77 0.84 0.909
19
x
cb
0.021 0.049 0.102 0.137 0.184 0.255 0.352 0.4808 0.633 0.787
m 4.726 2.823 1.6 1.066 0.78 0.606 0.503 0.4562 0.45 0.431
k
y
0.017 0.025 0.031 0.04 0.047 0.053 0.058 0.0598 0.06 0.061
7.4 Đường cong phụ và số đĩa thực tế:
- Tìm số đơn vị chuyển khối: theo công thức đã tính được ở trên:
20,43.
c
yT y
m K=
22,9.
L

yT y
m K=
- Xác định C
y
theo công thức:
yt
m
y
C e=
- Xác định
BC
theo công thức:
i i
i i
y
AC
B C
C
=
mà
i i cb
AC y y= -
Dựa vào những công thức trên ta tính ra được bảng sau:
x
i
k
i
m
yt
Cy A

i
C
i
B
i
C
i
0.05 0.017 0.354 1.425 0.136 0.096
0.1 0.025 0.521 1.683 0.145 0.086
0.2 0.031 0.71 2.035 0.158 0.077
0.3 0.04 0.916 2.5 0.174 0.07
0.4 0.047 1.085 2.959 0.168 0.057
0.5 0.053 1.221 3.392 0.149 0.044
0.6 0.058 1.32 3.744 0.125 0.033
0.7 0.06 1.37 3.935 0.1 0.025
0.8 0.06 1.377 3.963 0.075 0.019
0.9 0.061 1.398 4.048 0.049 0.012
Dựa vào bảng số liệu trên ta vẽ đường cong phụ, đường cong phụ đi qua các
điểm B
i

Vẽ số bậc nằm giữa đường cong phụ và đường làm việc. Số bậc là số đĩa
thực tế.
Từ đồ thị ta tìm được số đĩa thực tế là N
th
=18
Trong đó có 10 đĩa chưng, 8 đĩa luyện.
7.4 Chiều cao tháp:
Chiều cao tháp chưng luyện loại đĩa lỗ có ống chảy chuyền tính theo công
thức [II-169]:

( ) (0,8 1)
T d
H N h d= + + ¸
(m)
H: chiều cao tháp(m)
d
h
:khoảng cách giữa hai đĩa(m)
với đĩa tháp làm bằng thép và đường kính tháp 1,2 m; 1,1m nên ta
chọn
d
h
= 350 mm = 0,35 m
d
: bề dày của đĩa, chọn
d
=0,005 ( m )
(0,8 1)¸
: khoảng cách cho phép ở đáy và đỉnh thiết bị, chọn khoảng
cách này là 0,8 m.
Vậy:
20
Chiều cao đoạn chưng là: H
c
=10(0,35 + 0,005) + 0,8= 4,35 (m)
Chiều cao đoạn luyện là : H
L
=8(0,35 + 0,005) + 0,8= 3,64 (m)
Chiều cao tháp là : H = H
c

+ H
L
= 4,35 + 3,64 = 7,99 (m)
8/ Tính trở lực của tháp:
Trở lực của tháp đĩa lỗ có ống chảy chuyền được xác định theo công thức[II-
192]
.
tt d
P N PD = D
(N/m
2
)
tt
N
: số đĩa thực tế của tháp
d
PD
: tổng trở lực của một đĩa (N/m
2
)
d k s t
P P P PD = D + D +D
8.1 Trở lực của đĩa khô
k
PD
: [II-192]
0
2
2
y

k
P
r w
xD =
(N/m
2
)
Trong đó:
x
:hệ số trở lực, chọn
x
=1,82
y
r
:khối lượng riêng của pha hơi (kg/m
3
)
0
w
:vận tốc khí qua lỗ (m/s)
với:
2
0
2
D
w w
n.d
=
d: đường kính của lỗ đĩa(m)
Số lỗ của đĩa luyện: n=13,3%.D

2
/d
2
2
2
1,2
0,133. 11970
0,004
n = =
(lỗ)
Số lỗ của đĩa chưng: n=13,3%.D
2
/d
2
2
2
1,1
0,133. 10058
0,004
n = =
(lỗ)
a/ Đoạn luyện:
3
0,964( / )
L
y
kg mr =
L
w 1,23=
(m/s)

Do đó:
2 2
0
2 2
D 1,2
w w 1,23 9,248
n.d 11970.0,004
= = =

( / )m s
2
0,964.9,248
1,82. 75,026
2
k
PD = =

2
( / )N m
b/ Đoạn chưng:
3
0,7006( / )
C
y
kg mr =
c
w 1,44( / )m s=
Do đó:
2 2
0

2 2
D 1,1
w w 1,44 10,827( / )
n.d 10058.0,004
m s= = =
2
0,7006.10,827
1,82. 74,735
2
k
PD = =

2
( / )N m
8.2 Trở lực của đĩa do sức căn bề mặt:
s
PD
Dựa vào công thức [II-194] ta được:
21
2
4.
1,3. 0,08
s
P
d d
d
D =
+

2

( / )N m
d
:sc cn b mt (N/m)
Theo cụng thc [I-299] ta c:
1 2
1 1
tb tb
a a
d d d
-
= +
a/ on luyn:
Vi t
L
=75,5
0
C tra bng [I-301] ta c:
3
,60
3
,75.5
3
,80
19,3.10 ( / )
17,98.10 ( / )
17,6.10 ( / )
R
R
R
N m

N m
N m
d
d
d
-
-
-
ỡ
=
ù
ù
ù
ị =
ớ
ù
=
ù
ù
ợ
2
2
2
3
0,60
3
0,75.5
3
0,80
66,2.10 ( / )

63,41.10 ( / )
62,6.10 ( / )
H
H
H
N m
N m
N m
d
d
d
-
-
-
ỡ
=
ù
ù
ù
ị =
ớ
ù
=
ù
ù
ợ
Thay s ta c:
3 3
3
1 0,59 1 0,59

17,98.10 63,41.10
25,46.10 ( / )N m
d
d
- -
-
-
= +
ị =
Vy:
3
2
4.25,46.10
19,58
1,3.0,004 0,08.0,004
s
P
-
D = =
+

2
( / )N m
b/ on chng:
Vi t
C
=92,25
0
C tra bng [I-301] ta c:
3

,80
3
;92.25
3
,100
17,3.10 ( / )
16,2.10
15,5.10 ( / )
R
R
R
N m
N m
d
d
d
-
-
-
ỡ
=
ù
ù
ù
ị =
ớ
ù
=
ù
ù

ợ

( / )N m
2
2
2
3
0,80
3
0;92.25
3
0,100
62,6.10 ( / )
60,33.10 ( / )
62,6.10 ( / )
H
H
H
N m
N m
N m
d
d
d
-
-
-
ỡ
=
ù

ù
ù
ị =
ớ
ù
=
ù
ù
ợ
Thay s ta c:
3 3
3
1 0,1145 1 0,1145
16,2.10 60,33.10
45,987.10 ( / )N m
d
d
- -
-
-
= +
ị =
Vy:
3
2
4.45,987.10
35,37
1,3.0,004 0,08.0,004
s
P

-
D = =
+

2
( / )N m
8.3 Tr lc ca lp cht lng trờn a:
Da vo cụng thc [II-194]
2
3
1,3 . . .
.
x
t c
c
G
P kh k g
mL
r
ộ ự
ổ ử
ờ ỳ
ữ
ỗ
ữ
D = +
ỗ
ờ ỳ
ữ
ỗ

ữ
ỗ
ờ ỳ
ố ứ
ờ ỳ
ở ỷ

2
( / )N m
h
c
:chiu cao ca chy trn, chn h
c
=0,06m
G
x
: lu lng lng m
3
/h
k: t s gia khi lng riờng ca bt v khi lng riờng ca
lng khụng bt. Chn k = 0,5
22
L
c
:chiu di ca chy trn, chn L
c
=0,8m
m: h s lu lng qua ca chy trn ph thuc G
x
/L

c
a/ on luyn:
3
3
3367,88( / )
3327,53
4,1005( / ) 5
821,33
821,33( / )
xtb
xtb
L
x
G kg h
G m h
kg mr
ỹ
=
ù
ù
ù
ị = = <
ý
ù
=
ù
ù
ỵ
nờn ta
chn m = 6400

Thay s:
2
2
3
4,1005
1,3 0,5.0,06 0,5 .9,81.821,33 176,44( / )
6400.0,8
t
P N m
ộ ự
ổ ử
ờ ỳ
ữ
ỗ
D = + =
ữ
ỗ
ờ ỳ
ữ
ữ
ỗ
ố ứ
ờ ỳ
ở ỷ
b/ on chng:
3
3
9625,65( / )
9625,65
10,372( / ) 5

927,97
927,97( / )
xtb
xtb
L
x
G kg h
G m h
kg mr
ỹ
=
ù
ù
ù
ị = = >
ý
ù
=
ù
ù
ỵ
nờn ta
chn m = 10000
Thay s:
2
3
10,372
1,3 0,5.0,06 0,5 .9,81.927,97 230,026
10000.0,8
t

P
ộ ự
ổ ử
ờ ỳ
ữ
ỗ
D = + =
ữ
ỗ
ờ ỳ
ữ
ữ
ỗ
ố ứ
ờ ỳ
ở ỷ
2
( / )N m
Vy tng tr lc ca mt a
d
PD
:
+ on luyn:
75,026 19,58 176,44 271,046
d
PD = + + =
2
( / )N m
Do ú:
. 8.271,046 2168,368

L L
tt d
P N PD = D = =

2
( / )N m
+ on chng:
74,735 35,37 230,027 340,132
d
PD = + + =

2
( / )N m
Do ú:
. 10.340,132 3401,32
C L
tt d
P N PD = D = =

2
( / )N m
Phn 2: TNH TON C KH
- õy hn hp cn chng l ru Metylic-Nc, thit b lm vic ỏp sut
thng. Chn vt liu lm thõn l thộp X18H10T l thộp khụng r. Thõn thỏp hỡnh
tr, lm vic chu ỏp sut trong.
Khi ch to loi thỏp ny cn chỳ ý:
+ m bo ng hn cng ngn cng tt.
+ Ch hn giỏp mi.
23
+ Bố trí các đường hàn dọc ( ở các đoạn thân trụ riêng biệt lân cận

cách ít nhất là 100 mm.
+ Bố trí mối hàn ở vị trí dể quan sát.
+ Không khoang lỗ qua mối hàn.
- Giới hạn bền của vật liệu tra theo [II-309] :
6 2
6 2
520.10 ( / )
220.10 ( / )
k
ch
N m
N m
d
d
=
=
- Hệ số bền mối hàn ta tra trong bảng [II-362]:
0,95
h
j j= =
- Thiết bị thuộc nhóm loại II.
- Giá trị có hệ số hiệu chỉnh tra trong bảng [II-356]:
1h =
1/ Chiều dày của thân:
Chiều dày của thân hình trụ làm việc chịu áp suất trong được xác định theo công
thức: [II-360]
[ ]
.
2. .
t

D P
S C
Pd r
= +
-

( )m
Trong đó:
t
D
:đường kính trong.
r
:hệ số bền của thành hình trụ theo phương dọc.
C:hệ số bổ sung do ăn mòn, bào mòn và dung sai âm về chiều
dày(m)
P:áp suất trong thiết bị (N/m
2
).
P=P
mt
+P
L
P
mt
:áp suất làm việc thiết bị, P
mt
=1at = 1,03.10
5
(N/m
2

).
P
L
: áp suất thủy tĩnh của nước
Theo công thức [II-360] ta được:
1
. .
L
P gHr=

H: chiều cao của cột chất lỏng ( chiều cao lớn nhất)
với:
( )
d
H N h d= +
+ Hệ số bổ sung ăn mòn, bào mòn và dung sai âm về chiều dài (m)
C = C
1
+ C
2
+ C
3
C
1
:bổ sung do ăn mòn, với thép X18H10T chọn C
1
= 1 mm
C
2
: bổ sung do ăn mòn trong, chọn C

2
= 0
C
3
:dung sai âm do chiều dày. Phụ thuộc vào chiều dày tấm thép
Tra [II-364] ta được C
3
= 0,8mm
Vậy C =1+0+0,8 =1,8 (mm)
+ Ứng suất của thép X18H10T theo giới hạn bền được xác định theo
công thức [II-356]:
c
c
[ ]=
n
c
d
d h
c
b
[ ]=
n
k
d
d h
h
:hệ số hiệu chỉnh
n
b
,n

c
:hệ số an toàn theo giới hạn bền, giới hạn chảy
2,6
1,5
b
c
n
n
ì =
ï
ï
í
ï
=
ï
î
24
Do đó:
6
6 2
6
6 2
220.10
[ ]= .1 146,667.10 ( / )
1,5
550.10
[ ]= .1 211,538.10 ( / )
2,6
k
c

N m
N m
d
d
=
=
Để bảo đảm bền ta lấy giá trị bé hơn trong hai giá trị trên để tính tức
là:
6
[ ]=146,667.10
k
d

2
( / )N m
1.1/ Đoạn luyện:
H
L
= 8(0,35+0,005) = 2,84 (m)
3
821,33( / )
xtb
L
kg mr =
Do đó:
5 2
5 5 5 2
821,33.9,81.2,84 0,2288.10 ( / )
1,03.10 0,2288.10 1,2588.10 ( / )
L

L
L
P N m
P N m
= =
= + =
Vì
[ ]
6
146,667.10
.0,95 30
1,2588
L
P
d
j = >
nên ta bỏ đại lượng P ở mẫu số trong công
thức tính S.
[ ]
5
3 3
6
. 1,2.1,2588.10
1,8.10 2,3.10 ( ) 2,3( )
2. . 2.146,667.10
L
t
D P
S C m mm
d r

- -
= + = + = =
Vậy dựa vào kết quả tính được và bảng[II-380] ta chọn S = 4 mm .
1.2/ Đoạn chưng:
H
c
= 10(0,35+0,005) = 3,55 (m)
3
927,97( / )
xtb
C
kg mr =
Do đó:
5 2
5 5 5 2
927,97.9,81.3,55 0,32317.10 ( / )
1,03.10 0,32317.10 1,353.10 ( / )
C
L
C
P N m
P N m
= =
= + =
Vì
[ ]
6
146,667.10
.0,95 30
1,353

C
P
d
j = >
nên ta cũng bỏ đại lượng P ở mẫu số trong
công thức tính S:
[ ]
5
3 3
6
. 1,1.1,353.10
1,8.10 2,307.10 ( ) 2,307
2. . 2.146,667.10
C
t
D P
S C m
d r
- -
= + = + = =
(
mm
)
Vậy dựa vào kết quả tính được và bảng [II-380] ta chọn S = 4 mm
2/ Kiểm tra ứng suất của thành theo áp suất thử( dùng H
2
O):
2.1/ Đoạn luyện:
- Áp suất thử P được xác định như sau:[II-366]
P

0
= P
th
+ P
L
P
th
:áp suất thử thủy lực N/m
2
.
P
th
được xác định theo bảng [II-358] ta được:
P
th
= 1,5.P
L
= 1,5.1,2588.10
5
= 1,1888.10
5
(N/m
2
)
P
L
= 0,2288.10
5
(N/m
2

)
P
0
= P
th
+ P
l
= 1,1888.10
5
+ 0,2288.10
5
= 1,4176.10
5
(N/m
2
).
25