đồ án: thiết kế tháp chưng cất đĩa lỗ để chưng cất hỗn hợp nướcaxit axetic năng xuất 2000kgh theo đáy

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
Thành phố Hồ Chí Minh
Khoa: Kỹ thuật Hóa học
Bộ môn: Quá trình và Thiết bò

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
Độc lập – Tự do – Hạnh phúc

ĐỒ ÁN
MÔN HỌC: ĐỒ ÁN MÔN HỌC QUÁ TRÌNH & THIẾT BỊ
Họ và tên sinh viên
Lớp: HC
Ngành: Quá trình và Thiết bò
1. Đầu đề đồ án: Thiết kế tháp chưng cất đóa lỗ ( không ống chảy chuyền) để
chưng cất hỗn hợp nước - axit axetic có năng suất 2000kg/h theo đáy.
2. Nhiệm vụ ( nội dung yêu cầu và số liệu ban đầu)
- Nồng độ nhập liệu : xF = 40% phần khối lượng
- Nồng độ sản phẩm đỉnh: xD = 99% phần khối lượng
- Nồng độ sản phẩm đáy: xW = 0,5% phần khối lượng
- Hơi đốt tự chọn
3. Nội dung các phần thuyết minh và tính toán:
Xem ở phần mục lục
4. Các bản vẽ và đồ thò ( loại và kích thướt bản vẽ)
Gồm hai bản vẽ A1: bản vẽ quy trình công nghệ và bản vẽ chi tiết thiết bò.
5. Ngày giao đồ án: /10/2015
6. Ngày hoàn thành đồ án: 22/12/2015
7. Ngày bảo vệ hay ngày chấm : 06/01/2016

CHỦ NHIỆM BỘ MÔN

Ngày 22 tháng 12 năm 2015
NGƯỜI HƯỚNG DẪN


NHẬN XÉT ĐỒ ÁN
Cán bộ hướng dẫn. Nhận xét:.....................................................................................................
.......................................................................................................................................................
.......................................................................................................................................................
.......................................................................................................................................................
.......................................................................................................................................................
Điểm..................................................

Chữ kí:.........................................

Cán bộ chấm hay Hội đồng bảo vệ. Nhận xét:..........................................................................
.......................................................................................................................................................
.......................................................................................................................................................
.......................................................................................................................................................
.......................................................................................................................................................
Điểm..................................................

Chữ kí:.........................................

Điểm tổng kết:........................................................


LỜI MỞ ĐẦU............................................................................................................................1
Chương 1: QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ...................................................................................2
Chương 2: GIỚI THIỆU CHUNG.............................................................................................2
I. LÝ THUYẾT VỀ CHƯNG CẤT :....................................................................................2

II. GIỚI THIỆU SƠ BỘ VỀ NGUYÊN LIỆU :...................................................................3
Chương 3: CÂN BẰNG VẬT CHẤT........................................................................................5
I. CÁC THÔNG SỐ BAN ĐẦU :..........................................................................................5
II. XÁC ĐỊNH SUẤT LƯNG SẢN PHẨM ĐỈNH và SẢN PHẨM ĐÁY THU ĐƯC:5
III. XÁC ĐỊNH TỈ SỐ HOÀN LƯU LÀM VIỆC :..............................................................5
IV. XÁC ĐỊNH PHƯƠNG TRÌNH ĐƯỜNG LÀM VIỆC VÀ SỐ MÂM LÝ THUYẾT. .7
V. XÁC ĐỊNH SUẤT LƯNG MOL CỦA CÁC DÒNG PHA :........................................8
Chương 4 :TÍNH THIẾT BỊ CHÍNH (Tháp mâm xuyên lỗ)....................................................9
I. ĐƯỜNG KÍNH THÁP :.....................................................................................................9
Tra bảng 1.2, trang 9, [5] .....................................................................................................9
II. CHIỀU CAO THÁP :......................................................................................................11
Số mâm thực tế của toàn tháp: ntt = nttL + nttC = 35+22 = 57.............................................11
III. TRỞ LỰC THÁP :.........................................................................................................11
IV. TÍNH BỀ DÀY MÂM...................................................................................................14
V. BỀ DÀY THÁP :............................................................................................................14
VI. BÍCH GHÉP THÂN – ĐÁY và NẮP :.........................................................................15
VII. CHÂN ĐỢ THÁP :......................................................................................................16
Tra bảng XII.7, trang 313, [6] ........................................................................................16
VIII. CỬA NỐI ỐNG DẪN VỚI THIẾT BỊ – BÍCH NỐI CÁC BỘ PHẬN CỦA THIẾT
BỊ và ỐNG DẪN :...............................................................................................................18
Chương 5: TÍNH THIẾT BỊ PHỤ............................................................................................21
I. THIẾT BỊ ĐUN SÔI ĐÁY THÁP :.................................................................................21
II. THIẾT BỊ LÀM NGUỘI SẢN PHẨM ĐÁY :..............................................................25
III. THIẾT BỊ NGƯNG TỤ SẢN PHẨM ĐỈNH :..............................................................29
IV. THIẾT BỊ ĐUN SÔI DÒNG NHẬP LIỆU :................................................................32
V. BỒN CAO VỊ :................................................................................................................36
VI. BƠM :.............................................................................................................................38
LỜI KẾT...................................................................................................................................41
TÀI LIỆU THAM KHẢO........................................................................................................42

1


LỜI MỞ ĐẦU

Khoa học kỹ thuật ngày càng phát triển và cùng với nó là nhu cầu ngày càng cao về
độ tinh khiết của các sản phẩm. Vì thế, các phương pháp nâng cao độ tinh khiết luôn luôn
được cải tiến và đổi mới để ngày càng hoàn thiện hơn, như là: cô đặc, hấp thụ, chưng cất,
trích ly,… Tùy theo đặc tính yêu cầu của sản phẩm mà ta có sự lựa chọn phương pháp phù
hợp. Đối với hệ Nước – Axit axetic là 2 cấu tử tan lẫn hoàn toàn, ta phải dùng phương
pháp chưng cất để nâng cao độ tinh khiết.
Đồ án môn học Quá trình và Thiết bò là một môn học mang tính tổng hợp trong quá
trình học tập của các kỹ sư Công nghệ Hóa học tương lai. Môn học giúp sinh viên giải
quyết nhiệm vụ tính toán cụ thể về: quy trình công nghêä, kết cấu, giá thành của một thiết
bò trong sản xuất hóa chất - thực phẩm. Đây là bước đầu tiên để sinh viên vận dụng
những kiến thức đã học của nhiều môn học vào giải quyết những vấn đề kỹ thuật thực tế
một cách tổng hợp.
Nhiệm vụ của Đồ án này là thiết kế hệ thống chưng cất Nước – Axit axetic có năng
suất là 2000 kg/h theo đáy, nồng độ nhập liệu là 40% khối lượng, nồng độ sản phẩm đỉnh
là 99% khối lượng, nồng độ sản phẩm đáy là 0,5% khối lượng. Sử dụng hơi đốt tự chọn.

1


Chương 1: QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ
Hỗn hợp Nước – Axit axetic có nồng độ nước 30% (theo phần khối lượng), nhiệt độ
khoảng 270C tại bình chứa nguyên liệu (1) được bơm (2) bơm lên bồn cao vò (3). Từ đó
được đưa đến thiết bò trao đổi nhiệt với sản phẩm đỉnh (4). Sau đó, hỗn hợp được gia nhiệt
đến nhiệt độ sôi trong thiết bò đun sôi dòng nhập liệu (5), rồi được đưa vào tháp chưng cất
(9) ở đóa nhập liệu.

Trên đóa nhập liệu, chất lỏng được trộn với phần lỏng từ đoạn luyện của tháp chảy xuống.
Trong tháp, hơi đi từ dưới lên gặp chất lỏng từ trên xuống. Ở đây, có sự tiếp xúc và trao
đổi giữa hai pha với nhau. Pha lỏng chuyển động trong phần chưng càng xuống dưới càng
giảm nồng độ các cấu tử dễ bay hơi vì đã bò pha hơi tạo nên từ nồi đun (12) lôi cuốn cấu tử
dễ bay hơi. Nhiệt độ càng lên trên càng thấp, nên khi hơi đi qua các đóa từ dưới lên thì cấu
tử có nhiệt độ sôi cao là axit axetic sẽ ngưng tụ lại, cuối cùng trên đỉnh tháp ta thu được
hỗn hợp có cấu tử nước chiếm nhiều nhất (có nồng độ 95,5% phần khối lượng). Hơi này đi
vào thiết bò ngưng tụ (10) và được ngưng tụ hoàn toàn. Một phần chất lỏng ngưng tụ được
trao đổi nhiệt với dòng nhập liệu trong thiết bò (4) (sau khi qua bồn cao vò). Phần còn lại
của chất lỏng ngưng tụ được hoàn lưu về tháp ở đóa trên cùng. Một phần cấu tử có nhiệt
độ sôi thấp được bốc hơi, còn lại cấu tử có nhiệt độ sôi cao trong chất lỏng ngày càng
tăng. Cuối cùng, ở đáy tháp ta thu được hỗn hợp lỏng hầu hết là các cấu tử khó bay hơi
(axit axetic). Hỗn hợp lỏng ở đáy có nồng độ nước là 0,5% phần khối lượng, còn lại là axit
axetic. Dung dòch lỏng ở đáy đi ra khỏi tháp vào nồi đun (12). Trong nồi đun dung dòch
lỏng một phần sẽ bốc hơi cung cấp lại cho tháp để tiếp tục làm việc, phần còn lại ra khỏi
nồi đun đi qua thiết bò làm nguội sản phẩm đáy (13), được làm nguội đến 35 0C , rồi được
đưa qua bồn chứa sản phẩm đáy (14).
Hệ thống làm việc liên tục cho ra sản phẩm đỉnh là nước, sau khi trao đổi nhiệt với dòng
nhập liệu có nhiệt độ 35oC và được thải bỏ. Sản phẩm đáy là axit axetic được giữ lại.
Chương 2: GIỚI THIỆU CHUNG
I.

LÝ THUYẾT VỀ CHƯNG CẤT :
1. Khái niệm:
Chưng cất là quá trình dùng để tách các cấu tử của một hỗn hợp lỏng cũng như hỗn hợp
khí lỏng thành các cấu tử riêng biệt dựa vào độ bay hơi khác nhau của các cấu tử trong
hỗn hợp (nghóa là khi ở cùng một nhiệt độ, áp suất hơi bão hòa của các cấu tử khác nhau).
Nếu xét hệ đơn giản chỉ có 2 cấu tử thì ta thu được 2 sản phẩm:
 Sản phẩm đỉnh chủ yếu gồm cấu tử có độ bay hơi lớn và một phần rất ít các cấu tử
có độ bay hơi bé.

 Sản phẩm đáy chủ yếu gồm cấu tử có độ bay hơi bé và một phần rất ít cấu tử có độ
bay hơi lớn.
Đối với hệ Nước – Axit axetic thì:
 Sản phẩm đỉnh chủ yếu là nước.
 Sản phẩm đáy chủ yếu là axit axetic.

2. Các phương pháp chưng cất:
2


2.1. Phân loại theo áp suất làm việc:
- Áp suất thấp
- Áp suất thường
- Áp suất cao
2.2. Phân loại theo nguyên lý làm việc:
- Chưng cất đơn giản
- Chưng bằng hơi nước trực tiếp
- Chưng cất
2.3. Phân loại theo phương pháp cấp nhiệt ở đáy tháp :
- Cấp nhiệt trực tiếp
- Cấp nhiệt gián tiếp
Vậy: đối với hệ Nước – Axit axetic, ta chọn phương pháp chưng cất liên tục cấp nhiệt
gián tiếp bằng nồi đun ở áp suất thường.

3. Thiết bò chưng cất:

Trong sản xuất thường dùng nhiều loại thiết bò khác nhau để tiến hành chưng cất như tháp
chêm, tháp mâm xuyên lỗ, tháp mâm chóp…

Ưu

điểm

Nhược
điểm

Tháp chêm
- Cấu tạo khá đơn giản.
- Trở lực thấp.
- Làm việc được với chất lỏng
bẩn nếu dùng đệm cầu có ρ ≈ ρ
của chất lỏng.
- Do có hiệu ứng thành → hiệu
suất truyền khối thấp.
- Độ ổn đònh không cao, khó vận
hành.
- Do có hiệu ứng thành → khi
tăng năng suất thì hiệu ứng thành
tăng → khó tăng năng suất.
- Thiết bò khá nặng nề.

Tháp mâm xuyên lỗ
- Trở lực tương đối thấp.
- Hiệu suất khá cao.

Tháp mâm chóp
- Khá ổn đònh.
- Hiệu suất cao.

- Không làm việc được
với chất lỏng bẩn.

- Kết cấu khá phức tạp.

- Có trở lực lớn.
- Tiêu tốn nhiều
vật tư, kết cấu
phức tạp.

Vậy: ta sử dụng tháp mâm xuyên lỗ để chưng cất hệ Nước – Axit axetic.
II.

GIỚI THIỆU SƠ BỘ VỀ NGUYÊN LIỆU :
1. Axit axetic:
1.1. Tính chất:
Axit axetic nóng chảy ở 16,6oC, điểm sôi 118oC, hỗn hợp trong nước với mọi tỷ lệ. Trong
quá trình hỗn hợp với nước có sự co thể tích, với tỷ trọng cực đại, chứa 73% axit axetic
(D : 1,078 và 1,0553 đối với axit thuần khiết).
Người ta không thể suy ra được hàm lượng axit axetic trong nước từ tỷ trọng của nó, ngoại
trừ đối với các hàm lượng dưới 43%.
Tính ăn mòn kim loại:
3


Axit axetic ăn mòn sắt.
Nhôm bò ăn mòn bởi axit loãng, nó đề kháng tốt đối với axit axetic đặc và thuần
khiết. Đồng và chì bò ăn mòn bởi axit axetic với sự hiện diện của không khí.
 Thiếc và một số loại thép nikel – crom đề kháng tốt đối với axit axetic.
Không màu sắc, vò chua, tan trong nước và cồn etylic.
1.2. Điều chế:
Axit axetic được điều chế bằng cách:
1) Oxy hóa có xúc tác đối với cồn etylic để biến thành andehit axetic, là một giai đoạn

trung gian. Sự oxy hóa kéo dài sẽ tiếp tục oxy hóa andehit axetic thành axit axetic.
CH3CHO + ½ O2 = CH3COOH
C2H5OH + O2 = CH3COOH + H2O
2) Oxy hóa andehit axetic được tạo thành bằng cách tổng hợp từ acetylen.
Sự oxy hóa andehit được tiến hành bằng khí trời với sự hiện diện của coban axetat. Người
ta thao tác trong andehit axetic ở nhiệt độ gần 80oC để ngăn chặn sự hình thành peroxit.
Hiệu suất đạt 95 – 98% so với lý thuyết. Người ta đạt được như thế rất dễ dàng sau khi
chế axit axetic kết tinh được.
Coban axetat ở 80 o C

→ CH3COOH
CH3CHO + ½ O2        
1.3. Ứng dụng:
Axit axetic là một axit quan trọng nhất trong các loại axit hữu cơ. Nguồn tiêu thụ chủ yếu
của axit axetic là:
 Làm dấm ăn (dấm ăn chứa 4,5% axit axetic).
 Làm đông đặc nhựa mủ cao su.
 Làm chất dẻo tơ sợi xenluloza axetat – làm phim ảnh không nhạy lửa.
 Làm chất nhựa kết dính polyvinyl axetat.
 Làm các phẩm màu, dược phẩm, nước hoa tổng hợp.
 Axetat nhôm dùng làm chất cắn màu (mordant trong nghề nhuộm)
 Phần lớn các ester axetat đều là các dung môi, thí dụ: izoamyl axetat hòa tan được
nhiều loại nhựa xenluloza.
2. Nước:
Trong điều kiện bình thường: nước là chất lỏng không màu, không mùi, không vò 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 d40 c

: 1 g / ml
 Nhiệt độ nóng chảy
: 00C
 Nhiệt độ sôi
: 1000 C
Nước là dung môi phân cực mạnh, có khả năng hoà tan nhiều chất và là dung môi rất
quan trọng trong kỹ thuật hóa học.



4


Chương 3: CÂN BẰNG VẬT CHẤT
I.







CÁC THÔNG SỐ BAN ĐẦU :
Năng suất nhập liệu: GW = 2000 (kg/h)
Nồng độ nhập liệu: xF = 40% (kg nước/ kg hỗn hợp)
Nồng độ sản phẩm đỉnh: xD = 99% (kg nước/ kg hỗn hợp)
Nồng độ sản phẩm đáy: xW = 0,5% (kg nước/ kg hỗn hợp)
Áp suất hơi đốt: Ph = 2,5at
Chọn:
 Nhiệt độ nhập liệu: tFV = 30oC

 Nhiệt độ sản phẩm đáy sau khi làm nguội: tWR = 35oC
 Nhiệt độ dòng nước lạnh đi vào: tV = 27oC
 Nhiệt độ dòng nước lạnh đi ra: tR = 43oC
 Trạng thái nhập liệu là trạng thái lỏng sôi.

II.

XÁC ĐỊNH SUẤT LƯNG SẢN PHẨM ĐỈNH và SẢN PHẨM ĐÁY THU
ĐƯC:
G F = G D + G W
Đun gián tiếp : 
G F x F = G D x D + G W x W
⇔

GW
GF
GD
=
=
xD − xW xF − xW xD − xF

G F = 3339(kg/h)
⇔
G D = 1339(kg/h)
III.
XÁC ĐỊNH TỈ SỐ HOÀN LƯU LÀM VIỆC :
1. Nồng độ phần mol:
xF
MN
xF =

= 0,69 (mol nước/ mol hỗn hợp)
x F 1-x F
+
M N MA
xW
MN
xW =
= 0,016 (mol nước/ mol hỗn hợp)
x W 1-x W
+
MN MA
xD
MN
xD =
= 0,997 (mol nước/ mol hỗn hợp)
x D 1-x D
+
M N MA
2. Suất lượng mol tương đối của dòng nhập liệu:
5


f=

x -x
F
= D W = 1,455
D
x F -x W

3. Tỉ số hoàn lưu làm việc:
1
0.9

y*F

0.8
0.7
0.6
0.5
0.4
0.3
0.2
0.1

xF

0
0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

0.8

0.9

1

Hình 1: Đồ thò cân bằng pha của hệ Nước – Axit axetic
Dựa vào hình 1 ⇒ yF* = 0,79
x D -y*F
R
=
= 2.07
Tỉ số hoàn lưu tối thiểu: min
y*F -x F
Tỉ số hoàn lưu làm việc tối ưu:
R ∈ [ 1,1R min ;3R min ]
⇒ R ∈ [2, 277;6, 21]
Khảo sát số đóa lý thuyết tại các giá trò R khác nhau, ta có bảng sau
R
N
N(R+1)

3
50
200

3,5
42
189

4
37
185

4,5
35
192.5

5
33
198

6
31
217

6


Hình 2: đồ thò biểu diễn mỗi quan hệ N(R+1) theo R
Theo đồ thò ta có Rth = 3.9
IV.
XÁC ĐỊNH PHƯƠNG TRÌNH ĐƯỜNG LÀM VIỆC VÀ SỐ MÂM LÝ
THUYẾT
1. Phương trình đường nồng độ làm việc của đoạn cất:
R

x
y=
.x+ D = 0,8.x+0,2
R+1
R+1
2. Phương trình đường làm việc đoạn chưng:
R+f
f-1
y=
.x .x w = 1,09.x - 1,43.10-3
R+1
R+1
x - xW
F
= D
= 1,455
Với: f =
D
xF - xW
3. Số mâm lý thuyết:

7


Hình 3: Đồ thò xác đònh số đóa lý thuyết
Dựa vào đồ thò ta có 35 đóa lý thuyết ( 13 đóa đoạn chưng và 22 đóa đoạn cất)
V.
1.

XÁC ĐỊNH SUẤT LƯNG MOL CỦA CÁC DÒNG PHA :

Tại đỉnh tháp:
nHD
L

nHD

L

Vì tại đỉnh tháp nồng độ phần mol của nước trong pha lỏng và pha hơi bằng nhau.
⇒ Khối lượng của pha hơi và pha lỏng tại đỉnh tháp là bằng nhau:
MHD = MLD = xD. MN + (1 – xD). MA = 18,126 (kg/mol)
Suất lượng mol của dòng hơi tại đỉnh tháp:
G HD
(R+1).G D
=
= 361,96 (kmol/h)
nHD =
M HD
M HD
Suất lượng mol của dòng hoàn lưu:
G LD R.G D
=
= 288,1 (kmol/h)
L=
M LD M LD
2.

Tại mâm nhập liệu:

nHF

nLF

nHF

n’LF

F

Khối lượng mol của dòng nhập liệu:
MF = xF. MN + (1 – xF). MA = 31,02(kg/kmol)
Suất lượng mol của dòng nhập liệu:
GF
= 107,64 (kmol/h)
F=
MF
Và: nLF = L = 288,1 (kmol/h)
n’LF = L + F = 395,74 (kmol/h)
nHF = nHD = 361,96 (kmol/h)
3.

Tại đáy tháp:
8


nHW

nLW

W

Vì tại đáy tháp nồng độ phần mol của nước trong pha lỏng và pha hơi bằng nhau.
⇒ Khối lượng của pha hơi và pha lỏng tại đáy tháp là bằng nhau:
MHW = MLW = xW. MN + (1 – xW). MA = 59,33(kg/mol)
Suất lượng mol của dòng sản phẩm đáy:
GW
W=
=33,71 (kmol/h)
M LW
Và: nLW = n’LF = 395,74(kmol/h)
nHW = nHF = nHD = 361,96 (kmol/h)
Chương 4 :TÍNH THIẾT BỊ CHÍNH (Tháp mâm xuyên lỗ)
I.
ĐƯỜNG KÍNH THÁP :
1. Phần luyện:
1.1. Khối lượng riêng trung bình của pha lỏng trong phần luyện:
Nồng độ phần mol trung bình của pha lỏng trong phần luyện:
x + xF
xL = D
= 0,844(mol nước/ mol hỗn hợp)
2
Dựa vào hình 4 ⇒ Nhiệt độ trung bình của pha lỏng trong phần luyện: TLL = 101 (oC)
Nồng độ phần khối lượng trung bình của pha lỏng trong luyện:
x + xF
xL = D
= 0,695 (kg nước/ kg hỗn hợp)
2
Tra bảng 1.249, trang 310, [5]
⇒ Khối lượng riêng của nước ở 101oC: ρNL = 957,66 (kg/m3)
Tra bảng 1.2, trang 9, [5]
⇒ Khối lượng riêng của axit axetic ở 101oC: ρAL = 956,2(kg/m3)

Áp dụng trong công thức (1.2), trang 5, [5]:
1
x
1 − xL
3
= L +
ρ LL ρ NL ρ AL ⇒ ρLL = 957,2 (kg/m )
1.2. Khối lượng riêng trung bình của pha hơi trong phần luyện:
Nồng độ trung bình của pha hơi trong phần luyện:
yL = 0,8xL + 0,2 = 0,8752
Dự vào hình 4 ⇒ Nhiệt độ trung bình của pha hơi trong phần luyện: THL = 101,18 (oC)
Khối lượng mol trung bình của pha hơi trong phần luyện:
MHL = yL. MN + (1 – yL). MA = 23,24 (kg/kmol)
Khối lượng riêng trung bình của pha hơi trong phần luyện:
9


ρ HL =

PM HL
= 0,76 (kg/m3)
RTHL

1.3. Tính vận tốc pha hơi đi trong phần luyện
Giả sử đường kính đoạn luyện là 1,4m
Tra bảng IX.4a, trang 169, [6] ⇒ Với đường kính tháp trong khoảng 1,4 (m) thì
khoảng cách mâm là: ∆h = 400 (mm) = 0,4 (m)
Tra đồ thò 6.2, trang 256, [4] ⇒ C = 0,057
Vận tốc pha hơi đi trong phần luyện:
ρ

957, 2
ωL = C LL = 0, 057
= 2,02 (m/s)
ρ HL
0, 76
1.4. Tính đường kính phần luyện:
Suất lượng mol của pha hơi trong phần luyện: nHL = nHD = 361,96 (kmol/h)
Suất lượng thể tích của pha hơi trong phần luyện:
22, 4
361,96 ×
× (101,18 + 273)
nHL RTHL
= 3,09 (m3/s)
273
QHL =
=
3600 × P
3600 ×1
4QHL
4 × 1,395
=
Đường kính phần luyện: φL =
= 1,395(m)
πωL
π × 2, 02
1,4-1,395
.100% = 0,36% < 5% ( phù hợp)
Tính sai số: ε =
1,4
2. Phần chưng:

Giả sử đường kính đoạn chưng là 1,6 m và chọn ∆h = 400 (mm) = 0,4 (m).
Tính toán tương tự như phần luyện ⇒ ta có bảng kết quả sau:
xc
xC
TLC
ρNC
ρAC
ρLC
0,353 0,2025 105,06 954,26 947,92
949,2
yc
0,383

THC
108,4

MHC
43,9

ρHC
1,4

ωC
1,484

QHC
3,15

φC
1,63

ε
1,78

Kết luận: Đường kính tháp
θ L = 1, 4m

θC = 1, 6m
Vận tốc pha hơi trong phần chưng và phần luyện theo thực tế:
4Q
4 × 3, 09
ωL = HC
=
=2 (m/s)
2
πφ
π ×1, 42
4Q
4 × 3,15
ωC = HL
=
=1,57 (m/s)
2
πφ
π × 1, 6 2

10


II.

CHIỀU CAO THÁP :
1. Phần luyện:
1.1. Tính hiệu suất mâm:
Ta có xL = 0,844
⇒y*L=0,894

y *(1 − x)
= 1,559
(1 − y*).x
Tại nhiệt độ trung bình của pha lỏng trong phần luyện TLL = 101oC thì:
• Tra bảng 1.104, trang 96, [5] ⇒ Độ nhớt của nước µNL = 0,282 (cP)
• Dùng toán đồ 1.18, trang 90, [5] ⇒ Độ nhớt của axit axetic µAL = 0,46 (cP)
Độ nhớt của hỗn hợp lỏng: lgµhh = x1lgµ1 + x2lgµ2 (công thức (I.12), trang 84, [5])
Nên: lgµL = 0,844. lg0,2815 + (1 – 0,844)lg0,46 ⇒ µL = 0,3 (cP)
⇒ αLµL = 0,47
Tra hình 6.4, trang 257, [4] ⇒ E = 0,55
Vì tháp có đường kính lớn: φ = 1,6m > 0,9m ⇒ phải hiệu chỉnh lại giá trò E.
Tra hình 6.5, trang 258, [4] ⇒ ∆ = 0,16
Nên: EL = E(1 + ∆) = 0,638
1.2. Tính số mâm thực tế phần luyện:
nltL
22
=
Số mâm thực: nttL =
= 34,48 ≈ 35 đóa
EL 0, 638
Nên: độ bay hơi tương đối α L =

2. Phần chưng:
Tính toán tương tự như phần luyện ⇒ ta có bảng kết quả sau:

nltC
x
y*c
αC
µNC
µAC
22
0,353
0,4842
1,72
0,27
0,46
αCµC
0,66

E
0,52

∆
0,14

EC
0,5928

nttC
21,9

µC
0,381

nttC quy tròn
22

3. Chiều cao thân tháp:
Số mâm thực tế của toàn tháp: ntt = nttL + nttC = 35+22 = 57
Chiều cao thân tháp: Hthân = (ntt – 1). Hđ + 3,2 = 25,6m
Trong đó:
Hđ là khoảng cách giữa hai đóa (=400mm)
3,2 khoảng cách cộng thêm ở đỉnh, đáy tháp.
Vì vậy Hthân = 25,6 = HL+Hc =14,6+11
III.
TRỞ LỰC THÁP :
1. Cấu tạo mâm lỗ:
Chọn tháp mâm xuyên lỗ không có ống chảy chuyền với:
Đối với đóa luyện:
 Tiết diện tự do bằng S= 10% diện tích mâm.
 Đường kính lỗ: dlỗ = 8 mm = 0,008 (m).
 Lỗ bố trí theo hình lục giác đều.
 Khoảng cách giữa 2 tâm lỗ bằng t= 20 mm.
 Mâm được làm bằng thép không gỉ X18H10T.
11


 Đường kính đóa được giảm 100mm so với đường kính trong tháp.
Số lỗ trên 1 mâm:
ϕ
10%Smâm
= 0,1
N=
Slỗ

 dlỗ

2

2


 1,4 − 0,1 
÷
÷ = 0,1 0,008 ÷ = 2640,6 lỗ



Gọi a là số hình lục giác.
Áp dụng công thức (V.139), trang 48, [6]: N = 3a(a+1) +1
Giải phương trình bậc 2 ⇒ a = 29,1 ≈ 30 ⇒ N = 2791 (lỗ)
Số lỗ trên đường chéo: b = 2a + 1 = 61 (lỗ)
Chọn số ống trên hình viên phân là 5% => N = 2791.105%=2930 lỗ
Đối với đóa chưng:
Thép

Bố trí

S%

X18H10T

dlỗ
mm
8

t mm

N

Lục giác
10
20
3750
đều
 Kiểm tra ngập lụt:
Tốc độ sặc được tính theo công thức Y=A.exp(-4X); A=10
0,125
0,25
 ws2   ρ k  0.16
 ρk 
L
.
Với Y= 
2 ÷
÷.µl ; X=  G ÷ .  ρ ÷
÷  ρ ÷
÷
g
.
d
.
S
 


 l
 l
S là tiết diện tự do (m2/ m2)

Đoạn
luyện
Đoạn
chưng

d

S

ρy

ρx

µl

1,4

0,1

0,76

957,2

0,3

1,6

0,1

0,9

949,2

0,381

L/G
R
=0,8
R+1
R+ f
= 1,09
R +1

a

b

34

69

ws
20,59
16,63

Kết

luận
Không
20,59>20
sặc
Không
16,43>16
sặc
0.8.ws

2. Trở lực của đóa khô:
ω' 2 .ρ H
p dụng công thức (IX.140), trang 194, [6]: ∆Pk = ξ
2
Đối với đóa có tiết diện tự do bằng 10% diện tích mâm thì ξ = 2,1
2.1. Phần luyện:
ω
2
Vận tốc hơi qua lỗ: ω’L = L =
= 20 (m/s)
10% 0,1
202.0,76
Nên: ∆PkL = 2,1
= 319,2 (N/m2)
2
2.2.

Phần chưng:

Vận tốc hơi qua lỗ: ω’C =

ωC 1,57
=
= 15,7 (m/s)
10% 0,1

12


Nên: ∆PkC = 2,1

15,72.1,4
= 362,34(N/m2)
2

3. Trở lực do sức căng bề mặt:
p dụng công thức (IX.138), trang 192, [6]: ∆Pσ =

4σ
dtd

Đối với tháp đóa lỗ thì dtd= dlỗ
Phần luyện:
Tại nhiệt độ trung bình của pha lỏng trong phần luyện TLL = 101oC thì:
• Tra bảng 1.249, trang 310, [5] ⇒ Sức căng bề mặt của nước σNL = 0,5865 (N/m)
• Tra bảng 1.242, trang 300, [5] ⇒ Sức căng bề mặt của axit σAL = 0,01971 (N/m)
σσ
1 1
1
+
⇒σ= 1 2

p dụng công thức (I.76), trang 299, [5]: =
σ σ1 σ 2
σ1 + σ 2
Nên: σ LL = 0,019 (N/m)
Cho ta: ∆Pσ L = 25,3 (N/m2)
3.1. Phần chưng:
Tính toán tương tự như phần luyện ⇒ ta có bảng kết quả sau:
σNC
σAC
σLC
∆pσC
0,5787
0,01934
0,019
25,3
4. Trở lực thủy tónh do chất lỏng trên đóa tạo ra:
p dụng công thức IX.146, trang 195, [5]
∆Pt = ρ b .g.hb ( N / m 2 )
Trong đó: hb là chiều cao bọt trên đóa
0,2

 ωo2 
hb = 4dtd . 
 g.d ÷
÷
 td 
ρb: khối lượng riêng bọt trên đóa
0,325

0,18

G 
µ
ρ 
ρ b = 0,43.  x ÷ .  y ÷ .  x
ρ ÷ µ
G ÷
 x
 y
 y
Trong đó:
Gx, Gy : lưu lượng dòng lỏng khí
ρx, ρy : khối lượng riêng lỏng khí
µx, µy: độ nhớt lỏng, khí

0,036


÷
÷


4.1. Phần luyện:
Tính toán theo công thức trên ta có bảng sau:
MHL
nHL
Gy
MLL
nLL
Gx

23,24 36196 8411,95 24,55 341,92 8394
µx
µHN
µHA
µy
ρb
hb
0,3
0,383 0,46
0,3
113,8 0,08

.ρ x

ρy
0,76
∆Pt
89,2

ρx
957,2

13


4.2. Phần chưng:
Tính toán theo công thức trên ta có bảng sau
MHC
nHC
Gy

MLC
nHC
Gx
43,9
361,96 17887
45,2
395,74 15890
µx
µHN
µHA
µy
ρb
hb
0,381 0,262 0,46
0,37
949,2 0.08

ρy
ρx
1,4
949,2
∆Pt
95,96

5. Tổng trở lực thuỷ lực của tháp:
Tổng trở lực của 1 mâm trong phần luyện của tháp là:
∆PL = ∆PkL + ∆PσL + ∆PbL = 362,34+25,3+89,2=476,84 (N/m2)
Tổng trở lực của 1 mâm trong phần chưng của tháp là:
∆PC = ∆PkC + ∆PσC + ∆PbC = 319,2+25,3+95,6=440,1 (N/m2)
Tổng trở lực toàn tháp

∆P = nttl. ∆PL + nttc. ∆PC = 35.476,84 +22.440,1= 26371,6 (N/m2) = 0,26at
IV.
TÍNH BỀ DÀY MÂM
Chọn bề dày đóa là 4 mm.
Bề dày đóa
< 0,7 , phù hợp
Ta có : 0,4 <
Đường kính lỗ
V.
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.
Vì tháp hoạt động ở nhiệt độ cao (>100oC) nên ta phải bọc cách nhiệt cho tháp.
Để đảm bảo chất lượng của sản phẩm và khả năng ăn mòn của axit axetic đối với thiết
bò, ta chọn thiết bò thân tháp là thép không gỉ mã X18H10T.
 Nhiệt độ tính toán: t = tmax + 20oC = 108,4 + 20 = 128,4 (oC)
Đoạn luyện
Đoạn chưng
Khối lượng riêng lỏng ρL (Kg/m3)
957,2
952,2
Chiều cao tháp h (m)
25.6
25.6
p suất tính toán P = Pa+ρLgh
0,325
0,325
(N/mm2)

Hệ số bổ xung do ăn mòn hóa
1x2=2
1x2=2
học Ca trong 20 năm (mm)
Ứng suất cho phép tiêu chuẩn
140
140
[σ]*(N/mm2)
Hệ số điều chỉnh η
0,95
0,95
*
Ứng suất cho phép [σ] = η [σ]
133
133
Hệ số mối hàn ϕh
0,95
0,95
14


[σ ]
ϕ
P h
Bề dày S1’=

388,8>25

388,8>25

1,8

2,1

3,8

4,1

4

5

4−2
< 0,1 ( thỏa)
1400

5−2
< 0,1 ( thỏa)
1600

0,36> 0,325( thỏa)

0,473>0,325 ( thỏa)

4

5

φP
mm

2[σ ]ϕ h

Bề dày đã tính hệ số ăn mòn
(mm) S’=S1’ + Ca
Bề dày quy tròn theo chuẩn (mm)
S − Ca
Kiểm
≤ 0,1
tra độ
φ
bền
2[σ ]ϕ h (S − Ca )
[P ] =
>P
φ + ( S − Ca )
Kết luận bề dày S (mm)
2. Đáy và nắp:

Chọn đáy và nắp có dạng hình ellip tiêu chuẩn, có gờ, làm bằng thép X18H10T
Chọn bề dày nắp: Sn=4mm
Chọn bề dày đáy Sđ=5mm
 S − Ca
 D ≤ 0,125
t
Kiểm tra điều kiện: 
2[σ]ϕ h (S − C a )
[P] =
≥P

R t + (S − C a )

Trong đó: Dt = φ

Vì đáy và nắp có hình ellip tiêu chuẩn với

ht
= 0,25 ⇒ Rt = Dt
Dt

⇒ Điều kiện trên được thỏa như đã kiểm tra ở phần thân tháp.
Đoạn luyện
Đường kính trong Dt = φ (mm)
1400
Chiều cao nắp đáy ht=0,25Dt
350
Chiều cao gờ hg (mm)
50
Bề dày S (mm)
4
Diện tích mặt trong ống Sbề mặt
2,35

Đoạn chưng
1600
400
50
5
3,03

VI.
BÍCH GHÉP THÂN – ĐÁY và NẮP :

Mặt bích là bộ phận quan trọng dùng để nối các phần của thiết bò cũng như nối các bộ
phận khác với thiết bò. Các loại mặt bích thường sử dụng:
15


Bích liền: là bộ phận nối liền với thiết bò (hàn, đúc và rèn). Loại bích này chủ yếu
dùng thiết bò 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 bò.
 Bích ren: chủ yếu dùng cho thiết bò 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 không cổ.


Tra bảng XIII.27, trang 417, [6],
 Bích ghép thân – đáy và nắp đoạn luyện: Dtc=1400mm, Py = 0,6 N/mm2
Bu lông
Dt
D
Db
D1
Do
h
db
Z
(mm)
(cái)
1400
1550

1500
1460
1413
30
20
32
Bích ghép thân – đáy và nắp đoạn chưng: Dtc=1600mm, Py = 0,6 N/mm2
Bu lông
Dt
D
Db
D1
Do
h
db
Z
(mm)
(cái)
1700
1770
1660
1615
40
40
30
40
Tra bảng IX.5, trang 170, [6], với Dt=(1,4-1,6) m ;∆h = 400 (mm) ⇒ khoảng cách
giữa 2 mặt bích là 2000mm và số mâm giữa 2 mặt bích là 5.
H
(22 − 1).0.4

= 4,2
Đoạn chưng: thân =
2
2
⇒ Số mặt bích cần dùng để ghép là: (5 + 1).2 = 12 (bích)
Tương tự số mặt bích dùng để ghép cho đoạn cất là: 18 (bích)
Độ kín của mối ghép bích chủ yếu do vật đệm quyết đònh. Đệm làm bằng các vật liệu
mềm hơn so với vật liệu bích. Khi xiết bu lông, đệm bò biến dạng và điền đầy lên các chỗ
gồ ghề trên bề mặt của bích. Vậy, để đảm bảo độ kín cho thiết bò ta chọn đệm là dây
amiăng, có bề dày là 3(mm).


VII. CHÂN ĐỢ THÁP :
1. Tính trọng lượng cùa toàn tháp:
Tra bảng XII.7, trang 313, [6]
⇒ Khối lượng riêng của tháp CT3 là: ρCT3 = 7850 (kg/m3)
16


Khối lượng của một bích ghép thân:
 Phần luyện
π 2
π
D − Dt 2 hρCT 3 = 1,542 − 1,4 2 × 0,03 × 7850 = 76,1 (kg)
mbích ghép thân =
4
4
 Phần chưng
π 2
π

D − Dt 2 hρCT 3 = 1,752 − 1,62 × 0,04 × 7850 = 123,86 (kg)
mbích ghép thân =
4
4

(

)

(

)

(

)

(

)

Khối lượng của một mâm:
 Phần luyện
π
mmâm = Dt 2δ mâm (100% − 10%) ρ X 18 H 10T =
4
 Phần chưng
π
mmâm = Dt 2δ mâm (100% − 10%) ρ X 18 H 10T =
4

π
.1,42.0,004.0,9.7900 = 43,75 (kg)
4
π
.1,62.0,004.0,9.7900 = 57,15 (kg)
4

Khối lượng của thân tháp:
 Phần luyện
π
π
mthân = .(D2ng –D2t).Hthân . ρX18H10T = . 1, 4082 − 1,42 .14,64.7900 = 2318 (kg)
4
4
 Phần chưng:
π
π
mthân = .(D2ng –D2t).Hthân . ρX18H10T = . 1,6102 − 1,62 .(24 − 14,64).7900 = 1863,3 (kg)
4
4

(

)

(

)

Khối lượng của đáy (nắp) tháp:
mđáy+nắp = Sbề mặt đáy+nắp .δ . ρX18H10T =( 2,35.0,004+3,03.0,005) . 7900 = 193,945 (kg)
Khối lượng của toàn tháp:
m =16x76,1+10x123,86+35x43,75+22x57,15+2318+1863,3+193,945
= 9620(kg)=9,62 (tấn)
2. Tính chân đỡ tháp:
Chọn chân đỡ: tháp được đỡ trên bốn chân.
Vật liệu làm chân đỡ tháp là thép CT3.

17


Trục thiết bò

Theo đáy
thiết bò

P mg 9620 × 9,81
=
=
= 2,36.104 (N)
4
4
4
4
Để đảm bảo độ an toàn cho thiết bò, ta chọn: Gc = 4.10 (N)
Tra bảng XIII.35, trang 437, [6] ⇒ chọn chân đỡ có các thông số sau:
Tải trọng cho phép trên một chân: Gc =

L

260

B
200

B1
225

B2
330

H
400

h
225

s
16

l
100

d
27

VIII. CỬA NỐI ỐNG DẪN VỚI THIẾT BỊ – BÍCH NỐI CÁC BỘ PHẬN CỦA
THIẾT BỊ và ỐNG DẪN :

Ống dẫn thường được nối với thiết bò bằng mối ghép tháo được hoặc không tháo được.

Trong thiết bò này, ta sử dụng mối ghép tháo được.
Đối với mối ghép tháo được, người ta làm đoạn ống nối, đó là đoạn ống ngắn có mặt
bích hay ren để nối với ống dẫn:
 Loại có mặt bích thường dùng với ống có đường kính d > 10mm.
 Loại ren chủ yếu dùng với ống có đường kính d ≤ 10mm, đôi khi có thể dùng với d
≤ 32mm.
Ống dẫn được làm bằng thép X18H10T.
Bích được làm bằng thép CT3 , cấu tạo của bích là bích liền không cổ.
18


1. Ống nhập liệu:
Nhiệt độ của chất lỏng nhập liệu là tFS = 102,2 (oC) (xF=0,69)
Tại nhiệt độ này thì:
 Khối lượng riêng của nước: ρN = 956,8 (kg/m3)
 Khối lượng riêng của axit: ρA = 954,04 (kg/m3)
x
1 − xF
1
= F +
Nên:
⇒ ρF = 955,14 (kg/m3)
ρF ρN
ρA
Chọn vận tốc chất lỏng trong ống nối là vF = 0,2 (m/s).
Đường kính trong của ống nối:
Dy =

4.GF
= 0,061 (m) = 61 (mm)

3600 ρ Fπ vF

⇒ Chọn ống có Dy = 70 (mm).
Tính lại vF=0,151(m/s)
Tra bảng XIII.32, trang 434, [6] ⇒ Chiều dài đoạn ống nối l = 150 (mm).
Tra bảng XIII.26, trang 409, [6]
⇒ Các thông số của bích ứng với P = 0,6 (N/mm2) là:
Dy

Dn

D

Db

D1

Bu lông

h
db

70

76

160

(mm)
130

110

16

Z
(cái)
12

4

2. Ống hơi ở đỉnh tháp:
Nhiệt độ của pha hơi tại đỉnh tháp là tHD = 100 (oC).
Khối lượng riêng của pha hơi tại đỉnh tháp:
PM HD
ρ HD =
= 0,592 (kg/m3)
RTHD
Chọn vận tốc hơi ra khỏi đỉnh tháp là vHD = 120 (m/s).
Đường kính trong của ống nối:
Dy =

4.GHD
= 0,018 (m) = 180 (mm)
3600 ρ HDπ vHD

⇒ Chọn ống có Dy = 200 (mm).
Tính lại vHD = 98 (m/s)
Tra bảng XIII.32, trang 434, [6] ⇒ Chiều dài đoạn ống nối l = 130 (mm).
Tra bảng XIII.26, trang 409, [6]

⇒ Các thông số của bích ứng với P = 0,6 (N/mm2) là:
Bu lông
Dy
Dn
D
Dδ
D1
h
db
Z
(mm)
(cái)
200
219
290
255
232
16
16
8
19


3. Ống hoàn lưu:
Nhiệt độ của chất lỏng hoàn lưu là tLD = 100 (oC)
Tại nhiệt độ này thì:
 Khối lượng riêng của nước: ρN = 958,3 (kg/m3)
 Khối lượng riêng của axit: ρA = 957,8 (kg/m3)
x
1 − xD

1
= D +
Nên:
⇒ ρLD = 958,3 (kg/m3)
ρ LD ρ N
ρA
Chọn vận tốc chất lỏng trong ống nối là vLD = 0,2 (m/s).
Đường kính trong của ống nối:
Dy =

4.GLD
= 0,098 (m) = 98 (mm)
3600 ρ LDπ vLD

⇒ Chọn ống có Dy = 100 (mm).
Tính lại vận tốc vLD=0,193 (m/s)
Tra bảng XIII.32, trang 434, [6] ⇒ Chiều dài đoạn ống nối l = 120 (mm).
Tra bảng XIII.26, trang 409, [6]
⇒ Các thông số của bích ứng với P = 0,6 (N/mm2) là:
Bu lông
Dy
Dn
D
Dδ
D1
h
db
Z
(mm)
(cái)

100
108
205
170
148
14
16
4
4. Ống hơi ở đáy tháp:
Nhiệt độ của pha hơi tại đỉnh tháp là tHW = 117,6 (oC).
Chọn vận tốc hơi vào đáy tháp là vHW = 120 (m/s).
Đường kính trong của ống nối:
Dy =

4.nHW RTHW
= 0,185 (m) = 185 (mm)
3600 Pπ vHW

⇒ Chọn ống có Dy = 200 (mm).
Tính lại vận tốc vHW=102,8 (m/s)
Tra bảng XIII.32, trang 434, [6] ⇒ Chiều dài đoạn ống nối l = 130 (mm).
Tra bảng XIII.26, trang 409, [6]
⇒ Các thông số của bích ứng với P = 0,6 (N/mm2) là:
Bu lông
Dy
Dn
D
Dδ
D1
h

db
Z
(mm)
(cái)
200
219
290
255
232
22
16
8
5. Ống dẫn lỏng vào nồi đun:
Nhiệt độ của chất lỏng tại đáy tháp là tLW = 117,24 (oC)
Tại nhiệt độ này thì:
 Khối lượng riêng của nước: ρN = 944,68 (kg/m3)
 Khối lượng riêng của axit: ρA = 925,6 (kg/m3)
20


Nên:

x
1 − xW
1
= W +
⇒ ρLW = 925,7(kg/m3)
ρ LW ρ N
ρA

Chọn vận tốc chất lỏng trong ống nối là vLW = 1 (m/s).
Đường kính trong của ống nối:
Dy =

4.nLW M LW
= 0,0947 (m) = 94,7 (mm)
3600 ρ LW π vLW

⇒ Chọn ống có Dy = 100 (mm).
Tính lại vận tốc vW=0,987 (m/s)
Tra bảng XIII.32, trang 434, [6] ⇒ Chiều dài đoạn ống nối l = 120 (mm).
Tra bảng XIII.26, trang 409, [6]
⇒ Các thông số của bích ứng với P = 0,6 (N/mm2) là:
Dy

100

Dn

D

108

205

Dδ

D1

Bu lông

h
db

(mm)
170

148

18

Z
(cái)
16

4

6. Ống dẫn lỏng ra khỏi nồi đun:
Chọn vận tốc chất lỏng trong ống nối là vW = 0,2 (m/s).
Đường kính trong của ống nối:
Dy =

4.GW
= 0,0618 (m) = 61,8 (mm)
3600 ρ LW π vW

⇒ Chọn ống có Dy = 70 (mm).
Tính lại vận tốc vw=0,156
Tra bảng XIII.32, trang 434, [6] ⇒ Chiều dài đoạn ống nối l = 150 (mm).
Tra bảng XIII.26, trang 409, [6]

⇒ Các thông số của bích ứng với P = 0,6 (N/mm2) là:
Dy

70

Dn

D

76

160

Dδ
(mm)
130

D1

Bu lông

h
db

110

16

Z
(cái)

12

4

Chương 5: TÍNH THIẾT BỊ PHỤ
I.
THIẾT BỊ ĐUN SÔI ĐÁY THÁP :
Chọn thiết bò đun sôi đáy tháp là nồi đun Kettle.
Ống truyền nhiệt được làm bằng thép X18H10T, kích thước ống 38 x 3:
 Đường kính ngoài: dn = 38 (mm) = 0,038 (m)
21


 Bề dày ống: δt = 3 (mm) = 0,003 (m)
 Đường kính trong: dtr = 0,032 (m)
Hơi đốt là hơi nước ở 2,5at đi trong ống 38 x 3. Tra bảng 1.251, trang 314, [5]:
 Nhiệt hóa hơi: rH 2O = rn = 2189500 (J/kg)
 Nhiệt độ sôi: t H 2O = tn = 126,25 (oC)
Dòng sản phẩm tại đáy có nhiệt độ:
 Trước khi vào nồi đun (lỏng): tS1 = 117,24 (oC)
 Sau khi được đun sôi (hơi): tS2 = 117,63 (oC)
1. Suất lượng hơi nước cần dùng:
Cân bằng nhiệt cho toàn tháp: Qđ + GFhFS = (R+1) GDrD + GDhDS + GWhWS + Qm
Giả sử Qm = 0,05Qđ ⇒ 0,95Qđ = (R+1) GDrD + GD(hDS – hFS) + GW(hWS – hFS)
• hFS = cF.tFS = [ x F c N + (1 − x F )c A ]tFS
• hWS = cW.tWS = [ x W c N + (1 − x W )c A ]tWS
• hDS = cD.tDS = [ x D c N + (1 − x D )c A ]tDS
• rD = x D rN + (1 − x D )rA
Thành phần lỏng x (kmol/kmol)
Nhiệt độ sôi ts (OC)

Nhiệt dung riêng nước CN
(KJ/Kg.độ)
Nhiệt dung riêng axit CA
(KJ/Kg.độ)
Etanpy h (KJ/Kg)

F
0,69
102,2
4,22286

D
0,997
100
4,220

W
0,016
118
4,2464

2,43

2,4416

2,5245

321,638

420,22

298,9

1.1. Nhiệt hóa hơi:
Tra bảng 1.250, trang 312, [5]
⇒ Nhiệt hóa hơi của nước ở 100oC = rN = 2260 (kJ/kg)
Dùng toán đồ 1.65, trang 255, [5]
⇒ Nhiệt hóa hơi của axit axetic ở 100oC = rA = 100 (Kcal/kg) = 418,6 (kJ/kg)
Nên: rD = 0,955. 2259,76 + 0,045. 418,6 = 2241,586(kJ/kg)
1.2. Tính lượng hơi nước cần dùng:
Nhiệt lượng cần cung cấp:
(R + 1)G D rD + G D ( h DS − h FS ) + G W ( h WS − h FS )
Qđ =
= 15573759 (kJ/h)
0,95
Nếu dùng hơi nước bão hòa (không chứa ẩm) để cấp nhiệt thì: Qđ = G H 2O . rH 2O
Qđ
Vậy: G H 2O = r
= 7126 (kg/h)
H2O
2. Hiệu số nhiệt độ trung bình:
Chọn kiểu truyền nhiệt ngược chiều, nên:
22