phương pháp công nghệ chưng luyện liên tục để tách hỗn hợp benzen toluen
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (269.89 KB, 35 trang )
Đồ án môn học Quá trình & thiết bị công nghệ hoá và thực phẩm
Mục lục
phần mở đầu. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .4
sơ đồ - mô tả dây chuyền sản xuất. . . . . . . . . . . . . . . . . . . .5
tính thiết bị chính. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7
cân bằng vật liệu và chỉ số hồi lu. . . . . . . . . . . . . . .7
đờng kính thiết bị. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11
chiều cao thiết bị. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15
tính toán cơ khí. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20
Trở lực của tháp. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28
Tính thiết bị phụ. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .30
Thiết bị gia nhiệt hỗn hợp đầu. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .30
Bơm. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37
Kết Luận. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .39
Tài liệu tham khảo. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40
3
Đồ án môn học Quá trình & thiết bị công nghệ hoá và thực phẩm
Phần mở đầu
Trờng Đại học Bách Khoa Hà Nội là trờng khoa học công nghệ đào tạo
các kỹ s hoạt động trong các ngành công nghiệp. Đồ án môn học giúp cho sinh
viên làm quen và biết cơ bản cách thiết kế và tính toán một dây chuyền công
nghệ trong công nghiệp. Đồ án môn học Quá trình và thiết bị công nghệ hoá học
giúp cho sinh viên các nghành hoá học biết cách tính toán một dây chuyền công
nghệ trong nghành hoá học.
Trong đồ án này chúng ta làm quen với phơng pháp công nghệ chng
luyện liên tục để tách hỗn hợp Benzen - Toluen. Chng luyện là phơng pháp dùng
để tách các hỗn hợp chất lỏng cũng nh các hỗn hợp khí lỏng thành các cấu tử
riêng biệt dựa vào độ bay hơi khác nhau của các cấu tử trong hỗn hợp. Sản phẩm
đỉnh gồm cấu tử có độ bay hơi lớn và một phần nhỏ cấu tử có độ bay hơi bé còn
sản phẩm đáy gồm cấu tử có độ bay hơi bé và một phần ít cấu tử có độ bay hơi
lớn.
Benzen & Toluen là các chất lỏng độc nhng có ứng dụng rất lớn trong
công nghệ tổng hợp hữu cơ cũng nh các ngành công nghiệp khác. Hai chất lỏng
này thờng có mặt đồng thời khi tổng hợp, sản xuất. Là những chất lỏng không
có lợi cho sức khoẻ nên khi sản xuất cần chú ý đảm bảo sức khoẻ cho con ngời
cũng nh giữ gìn môi trờng. Do là những chất hoá học nên những thiết bị phải đợc cấu tạo từ những vật liệu có khả năng chịu đợc hoá chất.
4
Đồ án môn học Quá trình & thiết bị công nghệ hoá và thực phẩm
Sơ đồ & mô tả dây chuyền sản xuất
3
7
8
5
4
9
1
6
2
5
Đồ án môn học Quá trình & thiết bị công nghệ hoá và thực phẩm
Sơ đồ & mô tả dây chuyền sản xuất
1 - Thùng chứa hỗn hợp đầu.
2 - Bơm.
3 - Thùng cao vị.
4 - Thiết bị đun nóng dùng để gia nhiệt hỗn hợp đầu.
5 - Tháp chng luyện.
6 - Thùng chứa sản phẩm đáy.
7 - Thiết bị ngng tụ hồi lu để ngng tụ hơi, hơi đi ngoài ống, nớc lạnh
đi trong ống.
8 - Thiết bị làm lạnh dùng để làm lạnh sản phẩm đỉnh.
9 - Thùng chứa sản phẩm đỉnh.
Dung dịch đầu ở thùng 1 đợc bơm 2 bơm lên thùng cao vị 3, từ thùng
cao vị dung dịch đợc đa vào thiết bị đun nóng 4, ở đấy dung dịch đợc đun
nóng đến nhiệt độ sôi bằng hơi nớc bão hoà. Từ thiết bị gia nhiệt 4 dung dịch
đi vào tháp chng luyện 5 ở đĩa tiếp liệu. Trong tháp hơi đi từ dới lên gặp chất
lỏng đi từ trên xuống. Vì nhiệt độ càng lên càng thấp nên khi hơi đi qua các
đĩa từ dới lên cấu tử có nhiệt độ sôi cao (Toluen) sẽ ngng tụ lại và cuối cùng ở
trên đỉnh ta thu đợc hỗn hợp gồm hầu hết là cấu tử dễ bay hơi (Benzen). Hơi
đó đi vào thiết bị ngng tụ hồi lu 7, ở đấy nó đợc ngng tụ lại.
Một phần chất lỏng đi qua thiết bị làm lạnh 8 để làm lạnh đến nhiệt độ
cần thiết rồi đi vào thùng chứa sản phẩm đỉnh 9. Một phần khác hồi lu về
tháp ở đĩa trên cùng.
Chất lỏng đi từ trên xuống gặp hơi có nhiệt độ cao hơn, một phần cấu
tử có nhiệt độ sôi thấp đợc bốc hơi và do đó nồng độ cấu tử khó bay hơi trong
chất lỏng ngày càng tăng, và cuối cùng ở đáy tháp ta thu đợc hỗn hợp lỏng
gồm hầu hết là cấu tử khó bay hơi. Chất lỏng ở đáy tháp đi ra khỏi tháp đợc
làm lạnh rồi đi vào thùng chứa sản phẩm đáy 6.
6
Đồ án môn học Quá trình & thiết bị công nghệ hoá và thực phẩm
Tính toán thiết bị chính.
I.
Cân bằng vật liệu & Chỉ số hồi lu thích hợp.
1. Cân bằng vật liệu.
F = 9500kg/h
aF = 0,5
aP = 0,97
aW = 0,02
*) Đổi sang thành phần phần mol. MB = 78; MT =92;
a MB
;
a M B + (1 a) M T
a M
0,5 78
xF G
= = G F (aFP aBF ) = 9500=(0,97 0,5) = 4700
= 0,5412
Wa
a F ) M T 0,970,5 078
+ 0,5 92 , kg / h.
F Ma
B +(1
a
,
02
P
W
aP M B
0,97 78
x PP == GF GW = 9500 4700= = 4800, kg / h.
= 0,97445
G
a P M B + (1 a P ) M T 0,97 78 + 0,03 92
GF
9500
a M
F=
=
= 112,53, kmol / h
0,02 78
xW =x F M B + (1W x F B) M T 0,=
5412.78 + 0,4588.92 = 0,0235
aW M B + (1 aW ) M T 0,02 78 + 0,98 92
G
4800
P == G + G P
=
= 61,26, kmol / h
G
F xP M
P B +W
(1 x P ) M T 0,97445.78 + 0,02555.92
a F GF = a P GPG+W aW GW
4700
W=
=
= 51,27, kmol / h
xW M B + (1 xW ) M T 0,0235.78 + 0,9765.92
x=
2. Tính chỉ số hồi lu thích hợp.
a) Đờng cân bằng lỏng - hơi:
x%
0
5
10
20
30 40 50 60 70 80 90 100
y%
0
11,8 21,4
38 51,1 61,9 71,2 79 85,4 91 95,9 100
toC 110,6 108,3 106,1 102,2 98,6 95,2 92,1 89,4 86,8 84,4 82,3 80,2
y*F=0,7441
b) Chỉ số hồi lu tối thiểu của tháp chng luyện.
Rmin =
x P y F* 97,445 74,41
=
= 1,135
74,41 54,12
y F x F
Phơng trình đờng làm việc của đoạn luyện:
y=
Rx
x
x+ P ;
Rx + 1
Rx + 1
Phơng trình đờng làm việc của đoạn chng:
y=
Rx + f
1 f
x+
xW ;
Rx + 1
Rx + 1
f =F/P. (F - Lợng hỗn hợp đầu; P - Lợng sản phẩm đỉnh;).
f = 112,258/61,258 = 1,8325.
c) Chỉ số hồi lu làm việc thờng đợc xác định qua chỉ số hồi lu tối thiểu:
Rx = .Rmin
Trong đó - hệ số d.
Vấn đề chọn chỉ số hồi lu thích hợp rất quan trọng, vì khi chỉ số hồi lu bé thì
số bậc của tháp lớn nhng tiêu tốn hơi đốt ít, ngợc lại khi chỉ số hồi lu lớn thì số bậc
của tháp có ít hơn nhng tiêu tốn hơi đốt lại rất lớn.
Cũng dễ nhận thấy rằng thể tích làm việc của tháp tỉ lệ với tích số N(Rx+1), trong đó
N là số đơn vị chuyển khối.
7
Đồ án môn học Quá trình & thiết bị công nghệ hoá và thực phẩm
Cho lần lợt các giá trị Rx>Rmin ta vẽ đờng làm việc của hai đoạn tháp, từ đó ta
xác định số đơn vị chuyển khối N bằng phơng pháp đồ thị tích phân.
- R = 1,4
Phơng trình đờng làm việc của đoạn chng:
y = 1,3487.x - 0,0082.
Phơng trình đờng làm việc của đoạn luyện:
y = 0,5833.x + 0,406.
Số đĩa xác định đợc:
N =17,5.
- R = 1,5
Phơng trình đờng làm việc của đoạn chng:
y = 1,3348.x - 0,0079.
Phơng trình đờng làm việc của đoạn luyện:
y = 0,6.x + 0,3898.
Số đĩa xác định đợc:
N =16,5.
- R = 1,7
Phơng trình đờng làm việc của đoạn chng:
y = 1,31.x - 0,0073.
Phơng trình đờng làm việc của đoạn luyện:
y = 0,6296.x + 0,3609.
Số đĩa xác định đợc:
N =15.
- R = 1,8
Phơng trình đờng làm việc của đoạn chng:
y = 1,2989.x - 0,007.
Phơng trình đờng làm việc của đoạn luyện:
y = 0,6429.x + 0,348.
Số đĩa xác định đợc:
N = 14.
- R=2
Phơng trình đờng làm việc của đoạn chng:
y = 1,279.x - 0,0066.
Phơng trình đờng làm việc của đoạn luyện:
y = 0,6667.x + 0,3248.
Số đĩa xác định đợc:
N =13,5.
- R = 2,2
Phơng trình đờng làm việc của đoạn chng:
y = 1,2616.x - 0,0061.
Phơng trình đờng làm việc của đoạn luyện:
y = 0,6875.x + 0,3045.
Số đĩa xác định đợc:
N =13.
- R = 2,4
Phơng trình đờng làm việc của đoạn chng:
y = 1,2462.x - 0,0058.
Phơng trình đờng làm việc của đoạn luyện:
y = 0,7059.x + 0,2866.
Số đĩa xác định đợc:
N =12,5.
R
N
N(R+1)
1,4
1,234
17,5
42
1,5
1,322
16,5
41,25
1,7
1,498
15
40,5
1,8
1,586
14
39,2
2
1,76
13,5
40,5
2,2
1,94
13
41,6
2,4
2,11
12,5
42,5
8
Đồ án môn học Quá trình & thiết bị công nghệ hoá và thực phẩm
Vẽ đồ thị phụ thuộc giữa N(R+1) và R từ đó ta xác định giá trị Rth ứng với giá
trị nhỏ nhất của N(R+1).
Rth=1,8
3. Nhiệt độ trung bình, khối lợng mol trung bình ...
a) Đoạn luyện:
a P + a F 97 + 50
=
= 73,5%
2
2
x + x F 0,97445 + 0,5412
xtbL = P
=
= 0,7578
2
2
atbL =
xP = 0,97445 yP = 0,9895
xF = 0,5412 yF = 0,7441
y P + y F 0,9895 + 0,7441
=
= 0,8668
2
2
M tbL = xtbL .M B + (1 xtbL ).M T = 0,7578.78 + 0,2422.92 = 81,39kg / kmol.
ytbL =
tLtb = 86oC
b) Đoạn chng:
atbC =
a F + aW 50 + 2
=
= 26%
2
2
xtbC =
x F + xW 0,5412 + 0,0235
=
= 0,28234
2
2
xW = 0,0235 yW = 0,555
tCtb = 100oC
yW + y F 0,555 + 0,7441
=
= 0,64265
2
2
M tbC = xtbC .M B + (1 xtbC ).M T = 0,28234.78 + 0,71766.92 = 88,05kg / kmol
ytbC =
9
Đồ án môn học Quá trình & thiết bị công nghệ hoá và thực phẩm
II.
Đờng kính tháp chng luyện.
1. Đờng kính của tháp:
D = 0,0188
Gtb
( y y ) tb
m;
[2 181]
Gtb - lợng hơi trung bình đi trong tháp, kg/h;
(yy)tb - tốc độ hơi trung bình đi trong tháp, kg/m2.s.
2. Lợng hơi trung bình đi trong tháp chng luyện:
a) Lợng hơi trung bình đi trong đoạn luyện có thể tính gần đúng bằng trung bình
cộng của lợng hơi đi ra khỏi đĩa trên cùng của tháp và lợng hơi đi vào đĩa dới
cùng của đoạn luyện:
GtbL =
GD + G1
2
[ 2 181]
GLtb - Lợng hơi trung bình đi trong đoạn luyện, kg/h hay kmol/h.
GD - Lợng hơi đi ra khỏi đĩa trên cùng của tháp, kg/h hay kmol/h.
G1 - Lợng hơi đi vào đĩa dới cùng của đoạn luyện, kg/h hay kmol/h.
GD = GR + GP = GP ( R + 1)
-
[ 2 181]
Lợng hơi ra khỏi đỉnh tháp:
GD = 4800(1,8+1) = 13440 kg/h.
= 61,26(1,8+1) = 171,528 kmol/h.
Lợng hơi đi vào đoạn luyện:
Lợng hơi G1 , hàm lợng hơi y1 và lợng lỏng L1 đối với đĩa thứ nhất của đoạn
luyện đợc xác định theo hệ phơng trình cân bằng vât liệu và cân bằng nhiệt lợng
sau:
G1 = L1 + P
G1 . y1 = L1 .x1 + P.x P
[2 182]
G1 .r1 = GD .rD
x1 = xF
r1 - ẩn nhiệt hoá hơi của hỗn hợp đi vào đĩa thứ nhất;
rD - ẩn nhiệt hoá hơi của hỗn hợp đi ra khỏi đỉnh tháp.
r1 = rB . y1 + (1 y1 ).rT
rD = rB . y D + (1 y D ).rT
rB , rT - ẩn nhiệt hoá hơi của Benzen và Toluen.
Từ hệ ba phơng trình trên ta xác định các đại lợng cha biết G1 , L1 , y1.
L1 = G1 - P G1.y1 = G1.x1 + P(xP - x1)
P ( x P x1 )
G1
G1 .rB .x1 + P ( x P x1 ).rB + G1 .rT G1 .rT .x1 P ( x P x1 ).rT = GD .rB . y D + GD .(1 y D ).rT
y1 = x1 +
G1 (rB .x1 + rT rT .x1 ) = P.( x P x1 ).(rT rB ) + GD .[rB . y D + (1 y D ).rT ]
rB (60oC) = 97,5 kcal/kg.
rB (100oC) = 90,5 kcal/kg.
rB (86oC) = 92,95 kcal/kg. = 7250,1 kcal/kmol.
rT (60oC) = 92,5 kcal/kg.
rT (100oC) = 88 kcal/kg.
rT (86oC) = 89,575 kcal/kg = 8240,9 kcal/kmol.
[1-254]
[1-254]
[1-254]
[1-254]
x1 = xF = 0,5412.
yD = yP = 0,9895.
G1 =
P.( x P x F ).(rT rB ) + G D .[ rB . y P + (1 y P ).rT ]
= 165,05kmol / h
rB .x F + rT rT .x F
G + G1 171,52 + 165,05
G = D
=
= 168,28kmol / h.
2
2
L
tb
10
Đồ án môn học Quá trình & thiết bị công nghệ hoá và thực phẩm
GLtb = 168,28.MLtb = 13696,7 kg/h.
b) Lợng hơi trung bình đi trong đoạn chng đợc xác định gần đúng bằng trung bình
cộng của lợng hơi đi ra khỏi đoạn chng và lợng hơi đi vào đoạn chng:
Vì lợng hơi đi ra khỏi đoạn chng bằng lợng hơi đi vào đoạn luyện nên ta có:
G1 + G1'
2
[2 182]
L1' = G1' + W
L1' .x1' = G1' . yW + W .xW
G1' .r1' = G1 .r1
[2 182]
GtbC =
Lợng hơi đi vào đoạn chng G1 , lợng lỏng L1 và hàm lợng lỏng x1 đợc xác định
theo hệ phơng trình cân bằng vật liệu và cân bằng nhiệt lợng sau:
trong đó y1 = yW - tìm theo đờng cân bằng ứng với xW ;
r1 = rB.y1 + (1-y1).rT - ẩn nhiệt hoá hơi của hỗn hợp đi vào đĩa thứ nhất của đoạn
chng;
rn = rB.yn + (1-yn).rT - ẩn nhiệt hoá hơi của hỗn hợp đi vào đĩa trên cùng của
đoạn chng;
xW - thành phần cấu tử dễ bay hơi trong sản phẩm đáy;
Gn = G1 - vì lợng hơi bốc lên từ đĩa trên cùng của đoạn chng bằng lợng hơi đi vào
đĩa thứ nhất của đoạn luyện.
rB(100oC) = 90,5 kcal/kg =7059 kcal/kmol.
y1 = x1 +
P
( x P x1 ) = 0,702
G1
rT(100oC) = 88 kcal/kg =8096 kcal/kmol.
r1 = 7368,04 kcal/kmol.
G1' =
GtbC =
G1 .r1
G1 .r1
165,05.7368,04
=
=
= 151,28kmol / h.
'
rB . yW + (1 yW ).rT 7059.0,0555 + 0,9445.8096
r1
G1 + G1' 165,05 + 151,28
=
= 158,16kmol / h.
2
2
GCtb = 158,16.MCtb = 13925,82 kg/h.
3. Khối lợng riêng trung bình.
a) Đối với pha khí (hơi).
ytb =
-
[ ytb .M B + (1 ytb ).M T ].273
, kg / m 3 ;
22,4.T
[2 183]
Đoạn luyện:
yLtb = 0,8668
L
ytb
=
[0,8668.78 + (1 0,8668).93].273
= 2,7113kg / m 3
22,4.(273 + 86)
-
Đoạn chng:
yCtb = 0,3998
b) Đối với pha lỏng.
a [0,3998
1 a.tb78 + (1 0,3998).93].273
1
=Cytb =tb +
= 2,823kg / m 3
xtb xtbB xtbT22,4.(273 + 100)
-
Đoạn luyện:
xB (80oC) = 815 kg/m3.
xB (100oC) = 793 kg/m3.
xB (86oC) = 808,4 kg/m3.
[2 183]
[1-9]
[1-9]
11
Đồ án môn học Quá trình & thiết bị công nghệ hoá và thực phẩm
xT (80oC) = 808 kg/m3.
xT (100oC) = 788 kg/m3.
xT (86oC) = 802 kg/m3.
xB . xT
808,4.802
=
= 806,7kg / m 3 .
L
a . xT + (1 atb ). xB 0,735.802 + 0,265.808,4
Đoạn chng:
L
xtb
=
-
[1-9]
[1-9]
C
xtb
=
L
tb
xB . xT
793.788
=
= 789,3kg / m 3 .
C
a . xT + (1 atb ). xB 0,26.788 + 0,74.793
C
tb
4. Tốc độ của khí (hơi) đi trong tháp.
( y y ) tb = 0,065 h. xtb . ytb , kg / m 2 .s;
[2 184]
Giả sử đờng kính tháp nằm trong khoảng 1,21,8m h=0,350,45 ; chọn
h=0,45.
- hệ số tính đến sức căng bề mặt:
khi <20 dyn/cm thì = 0,8;
khi >20 dyn/cm thì = 1;
Sức căng bề mặt của hỗn hợp:
.
1
1
1
=
+
hh = B T
[1 299]
hh B T
B +T
a) Đoạn luyện.
B(80oC) =21,3 dyn/cm.
[1-300]
oC
B(100 ) =18,8 dyn/cm.
[1-300]
oC
B(86 ) =20,55 dyn/cm.
T(80oC) =21,5 dyn/cm.
[1-301]
oC
T(100 ) =19,4 dyn/cm.
[1-301]
oC
T(86 ) =20,87 dyn/cm.
hh = 10,35 dyn/cm. = 0,8
(yy)Ltb = 1,63137 kg/m2.s
b) Đoạn chng.
hh = 9,55 dyn/cm. = 0,8
(yy)Ctb = 1,64663 kg/m2.s
5. Đờng kính các đoạn trong tháp.
a) Đoạn luyện:
DL = 1,723 m.
b) Đoạn chng:
DC = 1,729 m.
Quy chuẩn chọn đờng kính thiết bị là 1,8 m.
12
Đồ án môn học Quá trình & thiết bị công nghệ hoá và thực phẩm
III.
Chiều cao của tháp chng luyện.
1. Tính chiều cao thiết bị theo số bậc thay đổi nồng độ. Xác định số đĩa thực tế theo
phơng pháp vẽ đờng cong động học. Đờng cong động học dựa vào hiệu suất
chuyển khối chung theo Murphrey Emy .Ta chấp nhận mô hình đẩy lý tởng cho
pha hơi và khuấy trộn lý tởng cho pha lỏng đi trong tháp. Nh vậy ta đã đơn giản
bỏ qua lợng chất lỏng bị cuốn theo hơi, bỏ qua ảnh hởng của hiện tợng khuấy
trộn ngợc và rẽ nhánh của lỏng. Trong trờng hợp này hiệu suất chuyển khối
chung theo Murphrey đợc tính theo công thức:
Emy = 1- enoy
trong đó noy - số đơn vị chuyển khối.
Hệ số chuyển khối:
[4-132]
22,4 273 + t
Ky
3600. 273
noy =
Ky = 1/(1/y + m/x) , kmol.m2.h
[4-132]
trong đó m - hệ số phân bố ( tang góc nghiêng của đờng cân bằng tại điểm lấy x
để tính Ky ).
y , x - hệ số cấp khối pha hơi và pha lỏng đợc tính:
Nu y .D y
Nu x . x .D y
[4-132]
y =
x =
22,4.h
h.M x
Nuy = 0,79.Re +11100 - chuẩn số Nusselt khuyếch tán;
Re = (.h.y)/ày - chuẩn số Reynolds ;
Dy - hệ số khuếch tán phân tử trong pha hơi, m2/h ;
- vận tốc trung bình của pha hơi, m/s ;
h = 1m - kích thớc hình học đặc trng (chọn theo thực nghiệm) ;
ày - độ nhớt của hơi, kg/ms ;
y - khối lợng riêng pha hơi, kg/m3 ;
Nux = 38000.Prx0,62
Prx = (3600.àx)/(x.Dx)
àx - độ nhớt của lỏng cho từng đoạn tháp, đợc tính:
lgàx = xtb.lgàxB + (1 - xtb). lgàxT
[1-84]
Mx - khối lợng mol trung bình của lỏng (tính theo nồng độ trung bình):
Mx = xtb.MB + (1 - xtb).MT
Độ nhớt trung bình của hơi đợc tính:
ở đây
ày =
y.M B
M hh
à B + (1 y ).M T à T
[4-126]
Vì hệ số chuyển khối thay đổi dọc theo chiều cao của tháp do phụ thuộc vào
độ cong của đờng cân bằng (có nghĩa là phụ thuộc vào hệ số phân bố), nên để
dựng đợc đờng cong động học cần phải tính một số giá trị của hệ số chuyển khối
trong khoảng thay đổi nồng độ (từ xW đến xP).
Dựa vào kết quả của Ky tính noy theo công thức:
Tính hệ số Fy = enoy ứng với từng giá trị của điểm để tính Ky .
Biết Fy ta dẽ dàng xác định đợc vị trí điểm B trên đờng cong phụ:
AC = CB.Fy
2. Hệ số khuyếch tán trong pha khí: Dy .
Dy =
0,00155.T 1,5
P(v 1B/ 3 + vT1 / 3 ) 2
1
1
+
M B MT
m2 / h
[ 4 16]
trong đó Dy - hệ số khuyếch tán, m2/h;
T - nhiệt độ, oK;
P - áp suất, at;
13
Đồ án môn học Quá trình & thiết bị công nghệ hoá và thực phẩm
MB,MT - khối lợng mol của khí Benzen và Toluen, kg/kmol;
vB,vT - thể tích mol của khí Benzen và Toluen, cm3/mol;
Thể tích mol của Benzen:
vB = 6.14,8 + 6.3,7 - 15 = 96 cm3/mol;
Thể tích mol của Toluen:
vB = 7.14,8 + 8.3,7 - 15 = 118,2 cm3/mol;
1, 5
0,00155.TLtb
D =
P.(v1B/ 3 + vT1 / 3 ) 2
L
y
D yC =
1
MB
1, 5
0,00155.TCtb
P.(v1B/ 3 + vT1 / 3 ) 2
1
MB
+
1
MT
0,00155.(359)1,5
=
1,033.(961 / 3 + 118,21 / 3 ) 2
1
1
+
= 0,017456(m 3 / h)
78 92
0,00155.(373)1,5
1,033.(961 / 3 + 118,21 / 3 ) 2
1
1
+
= 0,018487(m 3 / h)
78 92
+ M1T =
3. Hệ số khuếch tán trong pha lỏng:Dx.
Hệ số khuếch tán Dxt ở nhiệt độ toC của lỏng đợc tính:
Dxt = Dx20.[1 + b(t - 20)].
Hệ số nhiệt độ b đợc tính theo công thức:
b=
0,2. à
3
[4-18]
[4-18]
trong đó à - độ nhớt của chất lỏng ở 20oC , cP ;
- khối lợng riêng của chất lỏng ở 20oC , kg/m3 ;
Hệ số khuếch tán Dx20 ở 20oC đợc tính:
Dx 20 =
0,00278
E. à (v1B/ 3 + vT1 / 3 ) 2
1
1
+
, m 2 / h.
M B MT
[4-18]
trong đó à - độ nhớt của chất lỏng, cP ;
vB , vT - thể tích mol của Benzen và Toluen;
E - hệ số đặc trng tính chất của lỏng. Đối với chất lỏng không liên kết
E = 1,0 ;
a) Hệ số khuếch tán trong pha lỏng của đoạn luyện (DxL):
Khối lợng riêng trung bình của lỏng đoạn luyện ở 20oC:
B(20oC) = 879 kg/m3.
[1-9]
oC
3
T(20 ) = 866 kg/m .
[1-9]
B . T
879.866
xL = L
=
= 875,52kg / m 3
L
atb . T + (1 atb ). B 0,735.866 + (1 0,735).879
Độ nhớt trung bình của lỏng đoạn luyện ở 20oC:
àB(20oC) = 0,65.10-3 Ns/m2 = 0,65 cP.
[1-91]
oC
-3
2
àT(20 ) = 0,586.10 Ns/m = 0,586 cP.
[1-91]
lg à xL = xtbL . lg à B + (1 xtbL ). lg à T = 0,7578. lg(0,65) + 0,2422. lg(0,586) = 0,19799
àxL = 0,634 cP.
0,00278
DxL20 =
b=
E à (v1B/ 3 + vT1 / 3 ) 2
0,2. à xL
3
1
1
+
M B MT
xL
=
0,2. 0,634
3
875,52
1
1
+
78 92
=
= 5,972.10 6 m 2 / h.
1/ 3
1/ 3
1. 0,634 (96 + 118,2 )
0,00278
= 0,016645
DxL = DxL20 .[1 + b(t tbL 20)] = 5,972.10 6.[1 + 0,016645.(86 20)] = 1,25324.10 5 m 2 / h.
b) Hệ số khuếch tán trong pha lỏng của đoạn chng (DxC):
14
Đồ án môn học Quá trình & thiết bị công nghệ hoá và thực phẩm
Khối lợng riêng trung bình của lỏng đoạn chng ở 20oC:
B(20oC) = 879 kg/m3.
T(20oC) = 866 kg/m3.
xC = 869,343 kg/m3.
Độ nhớt trung bình của lỏng đoạn luyện ở 20oC:
àB(20oC) = 0,65.10-3 Ns/m2 = 0,65 cP.
àT(20oC) = 0,586.10-3 Ns/m2 = 0,586 cP.
[1-9]
[1-9]
[1-91]
[1-91]
lg à xC = xtbC . lg à B + (1 xtbC ). lg à T = 0,2823. lg(0,65) + 0,7177. lg(0,586) = 0,2194
àxC = 0,6034 cP.
0,00278
DxC20 =
b=
E à (v1B/ 3 + vT1 / 3 ) 2
0,2. à xC
3
1
1
+
M B MT
xC
=
0,2. 0,6034
3
869,343
1
1
+
78 92
=
= 6,121.10 6 m 2 / h.
1/ 3
1/ 3
1. 0,6034 (96 + 118,2 )
0,00278
= 0,01628
DxC = DxC20 .[1 + b(t tbC 20)] = 6,121.10 6.[1 + 0,01628.(100 20)] = 1,4092.10 5 m 2 / h.
4. Hệ số cấp khối trong pha hơi.
a) Hệ số cấp khối trong pha hơi của đoạn luyện:
Tốc độ hơi, vận tốc hơi trung bình đi trong đoạn luyện:
D = 1,8 m.
GtbL = 13696,7 kg/h.
(yy)tbL = 1,494 kg/m2s.
yL = 2,7113 kg/m3.
yL = (yy)tbL / yL = 0,5511 m/s.
Độ nhớt trung bình của hơi đi trong đoạn luyện:
àyB(86oC) = 9.10-6 N.s/m2.
àyT(86oC) = 8,4.10-6 N.s/m2.
[1-117]
[1-117]
M tbL
81,39
à = L
=
= 9,0725.10 6 N .s / m 2 .
L
0,8668.78 0,1332.92
ytb .M B (1 ytb ).M T
+
+
L
L
9.10 6
8,4.10 6
à yB
à yT
y .h. y 0,5511.1.2,7113
Re =
=
= 164686,7
ày
9,0725.10 6
(0,79. Re+ 11100).D yL (0,79.164686,7 + 11100).0,017456
yL =
=
= 110,04
22,4.h
22,4.1
L
y
b) Hệ số cấp khối trong pha hơi của đoạn chng:
Tốc độ hơi, vận tốc hơi trung bình đi trong đoạn chng:
D = 1,8 m.
GtbC = 13925,82 kg/h.
(yy)tbC = 1,519 kg/m2s.
yC = 2,8231 kg/m3.
yC = (yy)tbC / yC = 0,5381 m/s.
Độ nhớt trung bình của hơi đi trong đoạn luyện:
àyB(100oC) = 9,5.10-6 N.s/m2.
àyT(100oC) = 8,7.10-6 N.s/m2.
[1-117]
[1-117]
15
Đồ án môn học Quá trình & thiết bị công nghệ hoá và thực phẩm
àyC = 9,1435.10-6 N.s/m2.
Cy .h. Cy 0,5381.1.2,8231
C
Re =
=
= 166142
à Cy
9,1435.10 6
=
C
y
(0,79. Re + 11100).D yC
22,4.h
=
(0,79.166142 + 11100).0,018487
= 117,49
22,4.1
5. Hệ số cấp khối trong pha lỏng.
a) Hệ số cấp khối trong pha lỏng của đoạn luyện:
Độ nhớt lỏng trung bình của đoạn luyện:
àxB(80oC) = 0,316.10-3 N.s/m2.
[1-91]
B
oC
-3
2
àx (100 ) = 0,261.10 N.s/m .
[1-91]
B
oC
-3
2
àx (86 ) = 0,2995.10 N.s/m .
àxT(80oC) = 0,319.10-3 N.s/m2.
[1-92]
T
oC
-3
2
àx (100 ) = 0,271.10 N.s/m .
[1-92]
T
oC
-3
2
àx (86 ) = 0,3046.10 N.s/m .
àxL = 0,30073.10-3 N.s/m2.
3600.à L 3600.0,30073.10 3
PrxL = L Lx =
= 107,09
x .Dx
806,7.1,25324.10 5
L .D L .38000. Prx0,62 806,7.1,25324.10 5.38000.(107,09) 0,62
xL = x x
=
= 85,6
L
1.81,4
h.M tb
b) Hệ số cấp khối trong pha lỏng của đoạn chng:
Độ nhớt lỏng trung bình của đoạn chng:
àxB(100oC) = 0,261.10-3 N.s/m2.
[1-91]
T
oC
-3
2
àx (100 ) = 0,271.10 N.s/m .
[1-92]
C
-3
2
àx = 0,268.10 N.s/m .
3600.à C
3600.0,268.10 3
PrxC = C Cx =
= 97,336
x .Dx
789,3.1,4092.10 5
xC .DxC .38000. Prx0,62 789,3.1,4092.10 5.38000.(97,336) 0,62
C
x =
=
= 82,04
C
1.88,05
h.M tb
6. Xây dựng đờng cong phụ.
Chọn các giá trị của x để tính: 0,05; 0,1; 0,2; 0,3; 0,4; 0,5; 0,6; 0,7; 0,8; 0,9;
Góc nghiêng của đờng cân bằng:
m = (ycb-y)/(x-xcb)
[2-173]
Các giá trị tính đợc đợc tổng hợp trong bảng sau:
x
0.05
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
0.8
0.9
xcb
0.0245
0.0525
0.1233
0.202
0.3014
0.4251
0.5278
0.6125
0.7148
0.8338
noy =
y
0.0579
0.1229
0.2527
0.3826
0.5125
0.6424
0.7337
0.798
0.8623
0.9266
ycb
0.118
0.214
0.38
0.511
0.619
0.712
0.79
0.854
0.91
0.959
m
2.357
1.918
1.66
1.31
1.08
0.93
0.78
0.64
0.56
0.49
22,4.(273 + t tb ).P0 . .K y
y .273.P
x
82.04
82.04
82.04
82.04
82.04
82.04
85.6
85.6
85.6
85.6
y
117.49
117.49
117.49
117.49
117.49
117.49
110.04
110.04
110.04
110.04
Ky
26.85
31.36
34.79
40.84
46.13
50.4
54.95
60.36
63.98
67.54
noy
0.4242
0.4954
0.5497
0.6453
0.7288
0.7964
0.8159
0.8963
0.9499
1.0028
Fy
1.5284
1.6412
1.7327
1.9066
2.0726
2.2175
2.2611
2.4505
2.5857
2.7259
AC
6.01
9.11
12.73
12.84
10.65
6.96
5.63
5.6
4.77
3.24
[2-173]
CB
3.93
5.55
7.35
6.73
5.14
3.14
2.49
2.29
1.84
1.19
16
Đồ án môn học Quá trình & thiết bị công nghệ hoá và thực phẩm
= f/F; f = F-(n.fh + z.fch) = 2,54 - (70.0,004 + 0,25) = 2,01 m2.
0,8.
Từ các giá trị tính đợc ta xây dựng đờng cong phụ và từ đó tính ra số đĩa thực tế.
Ntt = 32;
Số đĩa doạn luyện: NL = 13;
Số đĩa doạn chng: NC = 19;
Chiều cao của tháp chng luyện loại chóp:
H = (Ntt - 1).Hđ + ZL + ZC , m
[4-132]
Hđ - khoảng cách giữa các đĩa, m;
ZL , ZC - khoảng cách từ đĩa trên cùng tới nắp và từ đĩa dới cùng đến đáy.
ZC = (1ữ1,5)m; ZL = (1ữ2,5)m;
Chọn Hđ = 500 mm;
[2-169]
H = (32-1).0,5 + 1 +1 = 17,5 m;
17
Đồ án môn học Quá trình & thiết bị công nghệ hoá và thực phẩm
IV.
Tính toán cơ khí của tháp.
1. ống hơi.
Nhiệt độ đỉnh tháp: xP = 0,97445 t = 80,7oC.
Khối lợng riêng của hơi ở đỉnh tháp (yP = 0,9895).
y =
[ y P .M B + (1 y P ).M T ].273 [0,9895.78 + 0,0105.92].273
=
= 2,69kg / m 3
22,4.T
22,4.(273 + 80,7)
Lu lợng hơi: VD = GD/(.3600) , m3/s.
Tiết diện ống hơi: f = VD/ = (.d2)/4.
d =
4.GD
4. f
4.V
=
=
.
3600. . .
Chọn vận tốc hơi = 10 m/s.
d=
4.GD
4.13440
=
= 0,42m
3600. . .
3600.2,69.3,1416.10
Qui chuẩn chọn d = 400mm; l = 150mm;
2. ống hồi lu.
t = 80,7oC.
B(80oC) = 815 kg/m3.
B(100oC) = 793 kg/m3.
B(80,7oC) = 814,23 kg/m3.
T(80oC) = 808 kg/m3.
T(100oC) = 788 kg/m3.
T(80,7oC) = 807,3 kg/m3.
Khối lợng riêng của lỏng hồi lu:
=
[2-434]
[1-9]
[1-9]
[1-9]
[1-9]
B . T
814,23.807,3
=
= 812,382kg / m 3 .
a F . T + (1 a F ). B 0,735.807,3 + 0,265.814,23
Chọn vận tốc hồi lu của lỏng = 0,3 m/s.
Đờng kính ống nối hồi lu:
d=
4.R.P
4.1,8.4800
=
= 0,112m.
3600. . .
3600.3,1416.812,382.0,3
Qui chuẩn chọn d = 125mm; l = 120mm;
3. ống tiếp liệu.
Nhiệt độ hỗn hợp đầu: xF = 0,5412 t = 91oC.
B(80oC) = 815 kg/m3.
B(100oC) = 793 kg/m3.
B(91oC) = 802,9 kg/m3.
T(80oC) = 808 kg/m3.
T(100oC) = 788 kg/m3.
T(91oC) = 797 kg/m3.
Khối lợng riêng của lỏng ở đĩa tiếp liệu:
=
[2-434]
[1-9]
[1-9]
[1-9]
[1-9]
B . T
802,9.797
=
= 801,328kg / m 3 .
a F . T + (1 a F ). B 0,735.797 + 0,265.802,9
Chọn vận tốc hỗn hợp đầu vào = 1,5 m/s.
Đờng kính ống tiếp liệu:
d=
4.F
4.9500
=
= 0,05287 m.
3600. . .
3600.801,328.3,1416.1,5
18
Đồ án môn học Quá trình & thiết bị công nghệ hoá và thực phẩm
Qui chuẩn chọn d = 50mm; l = 100mm;
4. ống sản phẩm đáy.
Nhiệt độ hỗn hợp sản phẩm đáy: xW = 0,0235 t = 109,52oC.
B(120oC) = 769 kg/m3.
B(100oC) = 793 kg/m3.
B(109,52oC) = 781,576 kg/m3.
T(120oC) = 766 kg/m3.
T(80oC) = 788 kg/m3.
T(109,52oC) = 777,528 kg/m3.
Khối lợng riêng của sản phẩm đáy:
=
[2-434]
[1-9]
[1-9]
[1-9]
[1-9]
B . T
781,576.777,528
=
= 777,60855kg / m 3 .
aW . T + (1 aW ). B 0,02.777,528 + 0,98.781,576
Chọn vận tốc ra của sản phẩm đáy = 0,3 m/s.
Đờng kính ống tiếp liệu:
d=
4.W
4.4700
=
= 0,0844m.
3600. . .
3600.777,60855.3,1416.0,3
Qui chuẩn chọn d = 80mm; l = 110mm;
[2-434]
5. Kích thớc chóp.
Số chóp phân bố trên đĩa:
n = 0,1.
D2
d h2
[2-236]
D - đờng kính trong của tháp, m.
dh - đờng kính ống hơi, m. thờng chọn: 50; 75; 100; 125; 150mm.
Chọn dh = 75 mm.
n = 0,1.(1,8)2/(0,075)2 = 57,6 chóp.
Chọn n = 70 chóp.
Chiều cao chóp phía trên ống dẫn hơi:
h2 = 0,25.dh = 0,25.75 = 18,75 mm. Lấy h2 = 20 mm.
Đờng kính chóp:
d ch = d h2 + (d h + 2. ch ) 2
[2-236]
ch - chiều dày chóp, lấy ch = 2 mm.
d ch = 75 2 + (75 + 2.2) 2 = 108,9mm 110mm.
Khoảng cách từ mặt đĩa đến chân chóp: S = 0 ữ 25 mm.
Chọn S = 10 mm.
[2-236]
Chiều cao mức chất lỏng trên khe chóp: h1 = 15 ữ 40 mm.
Chọn h1 = 40mm.
Chiều cao khe chóp:
. y2 . y
b=
g . x
trong đó
[2-236]
y =
4.V y
3600. .d h2 .n
=
[2-236]
4.G y
3600. .d h2 .n. y
Vy - lu lợng hơi đi trong tháp, m3/h;
19
Đồ án môn học Quá trình & thiết bị công nghệ hoá và thực phẩm
- hệ số trở lực của đĩa chóp, thờng lấy = 1,5 ữ 2;
x , y - khối lợng riêng trung bình của pha lỏng và hơi, kg/m3;
Gy - lu lợng hơi đi trong tháp, kg/h;
Gy = 0,5.(GLtb + GCtb) = 0,5.(13696,7 + 13925,82) = 13811,26 kg/h.
Nhiệt độ trung bình của tháp ttb = 91oC.
Chọn = 2;
x 800 kg/m3.
y = 2,83 kg/m3.
y =
b=
4.13811,26
= 4,38m / s.
3600.3,1416.(0,075) 2 .70.2,83
2.( 4,38) 2 .2,83
= 0,014m
9,81.800
Lấy b = 20 mm.
Số lợng khe hở của mỗi chóp:
d2
.( d ch h )
c
4.b
c - khoảng cách giữa các khe, c = 3 ữ 4mm.
b - chiều cao khe chóp, b = 10 ữ 50mm.
a - chiều rộng khe chóp, a = 2 ữ 7mm.
Chọn c = 3mm.
i=
i=
3,1416
75 2
.(110
) 42khe
3
4.20
Chiều rộng khe chóp:
.d h2 3,1416.75 2
a=
[2-236]
4.b.i
=
4.20.42
5mm.
[4-139]
Đờng kính ống chảy chuyền:
dc =
4.G x
3600. . x . c .z
trong đó Gx - lu lợng lỏng trung bình đi trong tháp, kg/h.
Gx = G1 - GP = 13435 - 4800 = 8635 kg/h.
x - khối lợng riêng của lỏng x = 800kg/m3.
z - số ống chảy chuyền. Chọn z = 2;
c - tốc độ chất lỏng trong ống chảy chuyền, thờng lấy c = 0,1 ữ 0,2m/s.
Lấy c = 0,1m/s.
dc =
4.8635
= 0,138m.
3600.3,1416.800.0,1.2
Lấy dc = 140mm.
Khoảng cách từ đĩa đến chân ống chảy chuyền:
S1 = 0,25.dc = 35mm.
Chiều cao ống chảy chuyền trên đĩa:
hc = (h1 + b + S) - h;
h - chiều cao mức chất lỏng ở bên trên ông chảy truyền:
V
h = 3
3600.1,85. .d c
[2-237]
2
20
Đồ án môn học Quá trình & thiết bị công nghệ hoá và thực phẩm
ở đây V - thể tích chất lỏng chảy qua, m3/h.
V Gx /x = 8635/800 = 10,8m3/h.
h 25mm.
hc = (40 + 20 + 10) - 25 = 45 mm.
Bớc tối thiểu của chóp trên đĩa:
tmin = dch + 2.ch + l2;
l2 = 12,5 + 0,25.dch = 12,5 + 0,25.110 = 40 mm.
tmin = 110 + 2.2 + 40 = 154 mm.
Chọn khoảng cách giữa các chóp là 160mm.
Khoảng cách từ tâm ống chảy chuyền đến tâm chóp gần nhất:
t1 =0,5.dc + c + 0,5.dch + ch + l1 ;
Lấy c = 2 mm ; l1 = 75 mm.
t1 = 0,5.140 + 2 + 0,5.110 + 2 +75 = 204mm.
Ta chọn máng chảy chuyền thay cho ống chảy truyền để làm giảm trở lực. Do
tiết diện máng chảy chuyền là toàn bộ diện tích hình viên phân lớn hơn nhiều so
với tổng diện tích các ống chảy chuyền nên vận tốc lỏng xuống đĩa dới nhỏ.
Khi đó diện tích chảy chuyền là: 0,253 m2.
Chu vi thấm ớt của ống chảy chuyền: 2,76 m.
Dờng kính tơng đơng của ống chảy chuyền: dtđ = 4.0,253/2,76 = 0,36 m.
Vận tốc chảy chuyền: c = V/fc = 10,8/(3600.0,253) = 0,012 m/s.
6. Thân tháp.
Tháp làm việc với hoá chất là Benzen và Toluen nên ta chọn vật liệu là thép
không gỉ X18H10T có các thông số sau:
Giới hạn bền:
k = 550.106N/m2.
ch = 220.106N/m2.
Độ giãn dài tơng đối: = 38%.
Độ nhớt va đập: ak = 2.10-6 J/m2.
Khối lợng riêng: = 7900 kg/m3.
Tính theo thân hình trụ làm việc chịu áp suất trong:
Chiều dày của thân hình trụ làm việc chịu áp suất trong p đợc xác định theo công
thức sau:
trong đó Dt - đờng kính trong, m.
S=
Dt . p
+C
2.[ ]. p
- hệ số bền của thành hình trụ theo phơng dọc.
C - số bổ sung do ăn mòn, bào mòn, dung sai về chiều dày, m.
p - áp suất trong thiết bị, N/m2.
p = pmt + p1
Thiết bị làm việc ở áp suất thờng pmt = 1.105 N/m2.
p1 - áp suất thuỷ tĩnh của cột chất lỏng.
p1 = g.1.H1
trong đó 1 - khối lợng riêng của chất lỏng, kg/m3.
H1 - chiều cao lớn nhất của cột chất lỏng, m.
H1 = 17m.
1 = 800kg/m3.
p1 = 9,81.800.17 = 133416 N/m2.
p = pmt + p1 = 2,348.105 N/m2.
Chọn nhiệt độ thành thiết bị theo nhiệt độ cao nhất của hỗn hợp tT = 110oC.
Coi nh thành thiết bị kín, các lỗ đợc gia cố hoàn toàn ta có hệ số bền của thành
hình trụ theo phơng dọc bằng hệ số bền mối hàn: = h.
Hàn tay bằng hồ quang điện, hàn giáp mối hai mặt h = 0,95. [2-262]
21
Đồ án môn học Quá trình & thiết bị công nghệ hoá và thực phẩm
Đại lợng bổ xung C phụ thuộc vào độ ăn mòn, độ bào mòn và dung sai của chiều
dày:
C = C1 + C2 + C3 , m;
Thép không gỉ là vật liệu bền (0,05 ữ 0,1 mm/năm) ta lấy C1 = 1 mm (tính theo
thời gian làm việc từ 15 ữ 20 năm).
Trong hỗn hợp không có các hạt rắn C2 = 0.
Đại lợng bổ xung do dung sai của chiều dày C3 phụ thuộc vào chiều dày tấm.
C3 = 0,4 mm.
[2-364]
-3
C = 1,4.10 m.
ứng suất cho phép của vật liệu xác định theo giới hạn bền và giới hạn chảy:
nk = 2,6; nch = 1,5;
[2-356]
Thiết bị thuộc nhóm 2 loại I = 0,9.
550.10 6
[ k ] = k . =
.0,9 = 190,4.10 6 N / m 2 .
nk
2,6
ch
220
.10 6
6
=
.
=
.0,9 = 132.10 6 N / m 2 .
[ ch
]
132
.
10
ch
=nch
1
,
.
5
0
,
95
= 534 > 50
p
2,348.10 5
Ta lấy giá trị bé hơn trong hai giá trị trên để tính toán tiếp.
S=
Dt . p
1,8.2,348.10 5
+C =
+ 1,4.10 3 = 3,09.10 3 m.
2.[ ch ]. h
2.132.10 6.0,95
do đó có thể bỏ qua đại lợng p ở mẫu số.
Lấy S = 4 mm.
Kiểm tra ứng suất của thành theo áp suất thử po = pth + p1
po = 1,5.p + p1 = 1,5.1.105 + 1,348.105 = 2,848.105 N/m2.
Xác định ứng suất ở thân thiết bị theo áp suất thử tính toán:
[ Dt + ( S C )]. po [1,8 + (4 1,4).10 3 ].2,838.10 5
=
= 103,56.10 6 N / m 2 .
3
2.( S C ). h
2.(4 1,4).10 .0,95
220.10 6
= 103,56.10 6 < ch =
= 183,33N / m 2 .
1,2
1,2
=
7. Đáy và nắp thiết bị.
S=
Dt . p
Dt
+ C , m.
3,8.[ ch ].k . h p 2.hb
[ Dt2 + 2.hb ( S C )] po ch
=
7,6.k . h .hb .( S C )
1,2
[2-385]
[2-386]
a) Nắp thiết bị.
Dt = 1800 mm. hb = 450 mm.
[2-382]
nắp có lỗ không đợc tăng cứng d = 400 mm. Nắp đợc hàn từ hai tấm, hàn điện
hai phía bằng tay h = 0,95.
[ch] = 132.106 N/m2.
p = 2,348.105 N/m2.
po = 2,548.105 N/m2.
k = 1 - (d/Dt) = 1 - (400/1800) = 0,78.
[ ch ]
132.10 6
.k . h =
0,78.0,95 = 416 > 30
p
2,348.10 5
22
Đồ án môn học Quá trình & thiết bị công nghệ hoá và thực phẩm
đại lợng p ở mẫu số có thể bỏ qua. Chiều dày nắp đợc tính:
S - C = 2,3.10-3 < 0,01 C = 3,8.10-3 mm.
S = 6,1.10-3 m.
Chọn S = 8 mm.
[2-384]
Dt . p
Dt
1,8.2,348.10 5
1,8
+
C
=
+ C = 2,35 .10 3 + C , m.
6
2
2
3
3[ ,D
8t.[+ ch2.]hkb..(hS 2.hCb )]. po 3[1,8,8.132
2
.
0
,
45
.
10
.
0
,
78
.
0
,
95
+ 2.0,45.(8 3,8).10 ]2,838.10
=
=
= 86,5.10 6 N / m 2 .
3
7,6.k . h .hb .( S C )
7,6.0,78.0,95.0,45.(8 3,8).10
S=
ch 220.10 6
=
= 183,3.10 6 N / m 2 .
1,2
1,2
h = 25 mm.
<
b) Đáy thiết bị.
Dt = 1800 mm. hb =450 mm.
[2-382]
đáy có lỗ không đợc tăng cứng d = 80 mm. Đáy đợc hàn từ hai tấm, hàn điện hai
phía bằng tay h = 0,95.
[ch] = 132.106 N/m2.
p = 2,348.105 N/m2.
po = 2,548.105 N/m2.
k = 1 - (d/Dt) = 1 - (80/1800) = 0,955.
[ ch ]
132.10 6
.k . h =
0,955.0,95 = 510 > 30
p
2,348.10 5
đại lợng p ở mẫu số có thể bỏ qua. Chiều dày đáy đợc tính:
S=
Dt . p
Dt
1,8.2,348.10 5
1,8
+C =
+ C = 1,86.10 3 + C , m.
6
3,8.[ ch ]k . h 2.hb
3,8.132.10 .0,955.0,95 2.0,45
S - C = 1,86.10-3 < 0,01 C = 3,8.10-3 mm.
S = 5,66.10-3 m.
Chọn S = 8 mm.
h = 25 mm.
=
<
[2-384]
[ Dt2 + 2.hb .( S C )]. po [1,8 2 + 2.0,45.(8 3,8).10 3 ]2,838.10 5
=
= 70,6.10 6 N / m 2 .
7,6.k . h .hb .( S C )
7,6.0,955.0,95.0,45.(8 3,8).10 3
ch 220.10 6
=
= 183,3.10 6 N / m 2 .
1,2
1,2
8. Mặt bích.
a) Bích liền bằng thép để nối thiết bị.
Chọn bích nối thiết bị với áp suất py = 0,3.106 N/m2.
D = 1950 mm.
Db = 1900 mm.
D1 = 1860 mm.
Do = 1815 mm.
Bulong M24
Số lợng Z = 48 cái.
db
h
h = 35 mm.
b) Bích liền nối các ống dẫn.
- ống hơi Dy = 400 mm.
Dn = 426 mm.
D = 535 mm.
D
Db
D1
D0
Dt
23
Đồ án môn học Quá trình & thiết bị công nghệ hoá và thực phẩm
Db = 495 mm.
D1 = 465 mm.
Bulông M20 số lợng z = 16 cái.
h = 22 mm.
- ống hỗn hợp đầu Dy = 50 mm.
Dn = 57 mm.
D = 140 mm.
Db = 110 mm.
D1 = 90 mm.
Bulông M12 số lợng z = 4 cái.
h = 12 mm.
- ống hồi lu Dy = 125 mm.
Dn = 133 mm.
D = 235 mm.
Db = 200 mm.
D1 = 178 mm.
Bulông M16 số lợng z = 8 cái.
h = 14 mm.
- ống sản phẩm đáy Dy = 80 mm.
Dn = 89 mm.
D = 185 mm.
Db = 150 mm.
D1 = 128 mm.
Bulông M16 số lợng z = 4 cái.
h = 14 mm.
9. Tai treo.
Khối lợng toàn tháp:
m = mđ + mđ,n + mhh + mt
mđ - khối lợng các đĩa và chóp.
mđ,n - khối lợng đáy và nắp.
mhh - khối lợng hỗn hợp.
mt - khối lợng thân tháp.
mhh = (.D2.(28.).)/4 = (3,1416.(1,8)2.(28.0,1).800)/4 = 5700 kg.
- chiều cao lớp chất lỏng trên một đĩa.
mt = .D.H.St.t = 3,1416.1,8.17.4.10-3.7900 = 3040 kg.
mđ,n = 2.F.S. = 2.3,65.8.10-3.7900 = 460 kg.
mđ = 28.(.D2.0,25.. +70.mch) 350 kg.
m = 9550 kg.
Chọn tai cho phép tải trọng trên một tai là 4.104N.
số tai n = (g.m)/4.104 = 2,4.
Chọn số tai là n = 4.
B1
L = 190 mm.
h = 280 mm.
B1 = 170 mm.
b = 160 mm.
l = 80 mm.
a = 25 mm.
l
H
h
d = 30 mm.
d
S = 10 mm.
H = 460 mm.
B = 320 mm.
SH = 8 mm.
b
L
SH
B
a
S
24
Đồ án môn học Quá trình & thiết bị công nghệ hoá và thực phẩm
V.
trở lực của tháp.
Trở lực của tháp đợc tính theo công thức sau:
P = Ntt.Pđ ,N/m2;
[2-192]
trong đó Ntt - số đĩa thực tế của tháp; Pđ - tổng trở lực cảu một đĩa, N/m2.
Pđ = Pk + Ps + Pt
[2-192]
1. Trở lực đĩa khô.
y . o2
[2-192]
, N / m2 ;
2
trong đó - hệ số trở lực, thờng = 4,5 ữ 5; y - khối lợng riêng của pha hơi
(khí), kg/m3; o - tốc độ khí qua rãnh chóp, m/s.
với số lợng và kích thớc ống hơi nh phần trên ta có:
o = 4,38 m/s.
y = 2,83 kg/m3.
lấy = 5.
Pk = 136 N/m2.
2. Trở lực của đĩa do sức căng bề mặt.
Ps = 4./dtd , N/m2.
[2-192]
trong đó - sức căng bề mặt, N/m ; dtd - đờng kính tơng đơng của khe rãnh chóp,
m.
sức căng bề mặt của hỗn hợp 10-2 N/m.
Khi rãnh chóp mở hoàn toàn:
dtd = 4.fx/;
[2-194]
ở đây f - diện tích tiết diện tự do của rãnh f = a.b = 5.10-3.20.10-3 = 10-4 m2.
- chu vi rãnh, = 2.(a + b) = 2.(5 + 20).10-3 = 0,05 m.
dtd = 4.fx/ = 4.10-4/ 0,05 = 8.10-3 m.
Ps = 4./dtd = 4.10-2/ 8.10-3 = 5 N/m2.
3. Trở lực của lớp chất lỏng trên đĩa.
Pk =
b
Pt = b .g.(hb ), N / m 2 ;
2
[2-194]
trong đó b - chiều cao khe chóp, b = 20 mm.
b - khối lợng riêng của bọt, thờng b = (0,4 ữ 0,6)x ,kg/m3.
lấy b = 0,5.x = 400 kg/m3.
g - gia tốc trọng trờng, m/s2.
hb - chiều cao lớp bọt trên trên đĩa.
ở đây
hc - chiếu cao đoạn ống chảy chuyền nhô lên trên đĩa, hc = 45 mm.
(h + h hx ).( F f ) x + hx b + (hch hx ) f b
[2-185]
hb = c
F b
h - chiều cao của lớp chất lỏng trên ống chảy chuyền, h = 25 mm.
hx - chiều cao lớp chất lỏng (không lẫn bọt) trên đĩa:
hx S + b/2 20 mm.
F - phần bề mặt đĩa có gắn chóp, F = 2,04 m2.
f - tổng diện tích các chóp trên đĩa, f = 0,785.n.d2ch = 0,665 m2.
hch - chiều cao chóp, hch = hh - S + h2 ;
hh - chiều cao ống hơi trên đĩa, lấy hh 1,2.dh = 90 mm.
hch = 90 - 10 + 20 = 100 mm.
hb = 70.10-3 m.
Pt = 235 N/m2.
Tổng trở lực của một đĩa:
25
Đồ án môn học Quá trình & thiết bị công nghệ hoá và thực phẩm
Pđ = Pk + Ps + Pt = 136 + 5 + 235 = 376 N/m2.
Trở lực của tháp:
P = Ntt.Pđ = 32.404 = 12032 N/m2.
Trơ lực của tháp tơng ứng với cột chất lỏng:
H = P/(.g) = 12032/(9,81.800) = 1,53 m.
26
Đồ án môn học Quá trình & thiết bị công nghệ hoá và thực phẩm
Tính và chọn các thiết bị phụ.
Thiết bị gia nhiệt hỗn hợp đầu.
Chọn thiết bị gia nhiệt hỗn hợp đầu là thiết bị đun nóng loại ống chùm ngợc
chiều dùng hơi nớc bão hoà ở áp suất 3at, hơi nớc đi ngoài ống từ trên xuống, hỗn
hợp nguyên liệu đi trong ống từ dới lên.
Hỗn hợp đầu đi vào thiết bị gia nhiệt ở nhiệt độ phòng (25oC) đi ra ở nhiệt độ sôi
của hỗn hợp: xF = 0,5412 tsôi = 91oC.
Chọn loại ống bằng đồng 25x2mm. = 385 W/m.độ.
[1-125]
oC
p = 3at t1 = 132,9 .
t2đ = 25oC ; t2c = 91oC.
1. Hiệu số nhiệt độ trung bình giữa hai lu thể:
I.
t
t1 ,1
t2 ,2
tt2
t1
tt1
tt
q
t2
tc
tđ
F
tđ = t1 - t2đ = 132,9 - 25 = 105,9oC.
tc = t1 - t2c = 132,9 - 91 = 41,9oC.
t tb =
t d t c 105,9 41,9
=
= 69 oC
t d
105,9
ln
ln
41,9
t c
nhiệt độ trung bình của hỗn hợp t2tb = t1 - ttb = 132,9 - 69 =63,9oC.
2. Lợng nhiệt trao đổi (nhiệt tải).
Q = G2.C2.(t2c - t2đ).
[2-11]
trong đó Q - nhiệt lợng trao đổi, J/h.
G2 - lu lợng hỗn hợp đầu, kg/h.
C2 - nhiệt dung riêng của hỗn hợp lỏng, J/kg.độ.
Nhiệt dung riêng của hỗn hợp:
1 kcal/kg.độ = 4,1868.103J/kg.độ
[1-151]
Chh = aF.CB + (1-aF).CT
[1-152]
CB(60oC) = 1930 J/kg.độ
[1-180]
CB(80oC) = 2035 J/kg.độ
[1-180]
oC
CB(63,9 ) = 1950,475=0,46586295 kcal/kg.độ
CT(60oC) = 1900 J/kg.độ
[1-181]
CT(80oC) = 1980 J/kg.độ
[1-181]
oC
CT(63,9 ) = 1915,6 J/kg.độ = 0,457533199 kcal/kg.độ.
Chh = 0,5.1950,475 + 0,5.1915,6 = 1933,0375 J/kg.độ.
Q = 9500.1933.(91-25) = 1212014512,5 J/h.
= 289484.693 kcal/h.
= 336670.698 J/s.
3. Hệ số cấp nhiệt cho từng lu thể.
a) Hệ số cấp nhiệt của hỗn hợp chất lỏng chuyển động trong ống thẳng:
Chọn chế độ chuyển động của hỗn hợp là chế độ chảy xoáy (Re > 1.104). Do ở
chế độ chảy xoáy cấp nhiệt tốt hơn.
.d
C P .à
Pr = .d .;
Re =
;
à
Nu =
[2-11]
[2-12]
[2-13]
27
