Chung cat mam xuyen lo Acetic acidnuoc

Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (765.52 KB, 55 trang )

(1)Chưng luyện Acid acetic - NướcGVHD: Hoàng Minh Nam. 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 bị 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 theå veà: quy trình coâng ngheâä, keát caáu, giaù thaønh cuûa moät thieát 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 500l/h, nồng độ nhập liệu là 8%(kg axit/kg hỗn hợp), nồng độ sản phẩm đỉnh là 95,5%(kg nước/kg hỗn hợp), nồng độ sản phẩm đáy là 28%(kg axit/kg hỗn hợp). Sử dụng hơi đốt có áp suất 2,5at.. Trang 1.

(2) Chưng luyện Acid acetic - NướcGVHD: Hoàng Minh Nam. Chöông 1. GIỚI THIỆU I.. LYÙ THUYEÁT VEÀ CHÖNG CAÁT : 1. Khaùi nieäm:.  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 (nghĩa là khi ở cùng một nhiệt độ, áp suất hơi bão hòa của các cấu tử khác nhau).  Thay vì đưa vào trong hỗn hợp một pha mới để tạo nên sự tiếp xúc giữa hai pha như trong quá trình hấp thu hoặc nhả khí, trong quá trình chưng cất pha mới được tạo nên bằng sự bốc hơi hoặc ngưng tụ.  Trong trường hợp đơn giản nhất, chưng cất và cô đặc không khác gì nhau, tuy nhiên giữa hai quá trình này có một ranh giới cơ bản là trong quá trình chưng cất dung môi và chất tan đều bay hơi (nghĩa là các cấu tử đều hiện diện trong cả hai pha nhưng với tỷ lệ khaùc nhau), coøn trong quaù trình coâ ñaëc thì chæ coù dung moâi bay hôi coøn chaát tan khoâng bay hôi.  Khi chưng cất ta thu được nhiều cấu tử và thường thì bao nhiêu cấu tử sẽ thu được bấy nhiêu sản phẩm. Nếu xét hệ đơn giản chỉ có 2 cấu tử thì ta thu được 2 sản phaåm:  Sản phẩm đỉnh chủ yếu gồm cấu tử có độ bay hơi bé và một phần rất ít các cấu tử có độ bay hơi lớn.  Sản phẩm đáy chủ yếu gồm cấu tử có độ bay hơi lớn và một phần rất ít cấu tử có độ bay hơi bé. Đối với hệ Nước – Axit axetic thì:  Sản phẩm đỉnh chủ yếu là nước.  Sản phẩm đáy chủ yếu là axit axetic.. 2. Caùc phöông phaùp chöng caát:. 2.1. Phân loại theo áp suất làm việc: - AÙp suaát thaáp - Áp suất thường - AÙp suaát cao 2.2. Phân loại theo nguyên lý làm việc: - Chöng caát ñôn giaûn - Chưng bằng hơi nước trực tiếp - Chöng caát 2.3. Phân loại theo phương pháp cấp nhiệt ở đáy tháp: - Cấp nhiệt trực tiếp - Caáp nhieät giaùn tieáp. Trang 2.

(3) Chưng luyện Acid acetic - NướcGVHD: Hoàng Minh Nam 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. Thieát bò chöng caát:. Trong sản xuất thường dùng nhiều loại thiết bị khác nhau để tiến hành chưng cất. Tuy nhieân yeâu caàu cô baûn chung cuûa caùc thieát bò vaãn gioáng nhau nghóa laø dieän tích beà maët tieáp xúc pha phải lớn, điều này phụ thuộc vào mức độ phân tán của một lưu chất này vào lưu chất kia. Nếu pha khí phân tán vào pha lỏng ta có các loại tháp mâm, nếu pha lỏng phân tán vào pha khí ta có tháp chêm, tháp phun,… Ở đây ta khảo sát 2 loại thường dùng là tháp maâm vaø thaùp cheâm.  Tháp mâm: thân tháp hình trụ, thẳng đứng phía trong có gắn các mâm có cấu tạo khác nhau, trên đó pha lỏng và pha hơi được cho tiếp xúc với nhau. Tùy theo cấu tạo của ñóa, ta coù: - Tháp mâm chóp : trên mâm bố trí có chóp dạng tròn, xupap, chữ s… - Thaùp maâm xuyeân loã: treân maâm coù nhieàu loã hay raõnh  Tháp chêm (tháp đệm): tháp hình trụ, gồm nhiều bậc nối với nhau bằng mặt bích hay hàn. Vật chêm được cho vào tháp theo một trong hai phương pháp: xếp ngẫu nhiên hay xếp thứ tự. So sánh ưu nhược điểm của các loại tháp: Thaùp cheâm - Caáu taïo khaù ñôn giaûn. - Trở lực thấp. Öu - Làm việc được với chất lỏng ñieåm bẩn nếu dùng đệm cầu có    cuûa chaát loûng. - Do có hiệu ứng thành  hiệu suaát truyeàn khoái thaáp. - Độ ổn định không cao, khó vận Nhược hành. điểm - Do có hiệu ứng thành  khi tăng năng suất thì hiệu ứng thành taêng  khoù taêng naêng suaát. - Thieát bò khaù naëng neà.. Thaùp maâm xuyeân loã - Trở lực tương đối thấp. - Hieäu suaát khaù cao.. Thaùp maâm choùp - Khaù oån ñònh. - Hieäu suaát cao.. - Không làm việc được với chất lỏng bẩn. - Kết cấu khá phức tạp.. - Có trở lực lớn. - Tieâu toán nhieàu vaät tö, keát caáu 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 chaát:  Là 1 chất lỏng không màu, có mùi sốc đặc trưng, trọng lượng riêng 1,0497 (ở 20 oC)  Khi hạ nhiệt độ xuống 1 ít đã đông đặc thành 1 khối tinh thể có T onc = 16,635 – 0,002o, Tosoâi = upload.123doc.netoC  Tan trong nước, rượu và ete theo bất kỳ tỷ lệ nào. Trang 3.

(4) Chưng luyện Acid acetic - NướcGVHD: Hoàng Minh Nam  Là 1 axit yếu, hằng số phân ly nhiệt động của nó ở 25oC là K = 1,75.10 ❑− 5 Tính ăn mòn kim loại:  Axit axetic aên moøn saét.  Nhôm bị ăn mòn bởi axit loãng, nó đề kháng tốt đối với axit axetic đặc và thuần khiết. Đồng và chì bị 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. 1.2. Ñieàu cheá: 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 80 oC 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. o CH3CHO + ½ O2 ⃗ Coban axetat ở 80 C CH3COOH 3) Tổng hợp đi từ cồn metylic và Cacbon oxit. Hiệu suất có thể đạt 50 – 60% so với lý thuyết bằng cách cố định cacbon oxit trên cồn metylic qua xuùc taùc. Nhiệt độ từ 200 – 500oC, áp suất 100 – 200atm: CH3OH + CO  CH3COOH với sự hiện diện của metaphotphit hoặc photpho – vonframat kim loại 2 và 3 hóa trị (chaúng haïn saét, coban). 1.3. Ứng dụng: Axit axetic là một axit quan trọng nhất trong các loại axit hữu cơ. Axit axetic tìm được rất nhiều ứng dụng vì nó là loại axit hữu cơ rẻ tiền nhất. Nó được dùng để chế tạo rất nhiều hợp chất và ester. 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 nhoâm duøng laøm chaát caén maøu (mordant trong ngheà nhuoäm)  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 vị nhưng khối nước dày sẽ có màu xanh nhạt. Khi hóa rắn nó có thể tồn tại ở dạng 5 dạng tinh thể khác nhau.. Trang 4.

(5) Chưng luyện Acid acetic - NướcGVHD: Hoàng Minh Nam Tính chaát vaät lyù:  Khối lượng phân tử : 18 g / mol 0  Khối lượng riêng d4 c : 1 g / ml  Nhiệt độ nóng chảy : 00C  Nhiệt độ sôi : 1000 C Nước là hợp chất chiếm phần lớn trên trái đất (3/4 diện tích trái đất là nước biển) và rất cần thiết cho sự sống. Nước là dung môi phân cực mạnh, có khả năng hoà tan nhiều chất và là dung môi rất quan troïng trong kyõ thuaät hoùa hoïc.. Chöông 2. QUY TRÌNH COÂNG NGHEÄ Chuù thích caùc kí hieäu trong qui trình: 1. Bồn chứa nguyên liệu. 2. Bôm. 3. Boàn cao vò. 4. Thieát bò ñun soâi doøng nhaäp lieäu. 5. Baåy hôi. 6. Lưu lượng kế. 7. Nhieät keá. 8. Thaùp chöng caát. 9. Thieát bò ngöng tuï saûn phaåm ñænh. 10. AÙp keá. 11. Thiết bị đun sôi đáy tháp. 12. Thiết bị làm nguội sản phẩm đáy. 13. Bồn chứa sản phẩm đáy. 14. Boä phaän chia doøng. 15. Bồn chứa sản phẩm đỉnh.. Trang 5.

(6) Chưng luyện Acid acetic - NướcGVHD: Hoàng Minh Nam. 3 9. t = 40 C. T. Nước làm lạnh t = 25 C. 14. P 10. Hơi đốt P = 2,5at. 4. 8 Nước. 7 5. T. Nước ngưng. 6. T. 1. 2. 11 Hơi đốt P = 2,5at. x = 92% t = 25 C. 12 Nước làm lạn h t = 25 C t = 35 C. 13. Nước ngöng. x =72% t = 40 C. Trang 6.

(7) Chưng luyện Acid acetic - NướcGVHD: Hoàng Minh Nam Hỗn hợp Nước – Axit axetic có nồng độ nước 92% (theo phần khối lượng), nhiệt độ khoảng 250C tại bình chứa nguyên liệu (1) được bơm (2) bơm lên bồn cao vị (3). Sau đó, hỗn hợp được gia nhiệt đến nhiệt độ sôi trong thiết bị đun sôi dòng nhập liệu (4), rồi được đưa vào tháp chưng cất (8) ở đĩa nhập liệu. Trên đĩa 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 bị pha hơi tạo nên từ nồi đun (11) lôi cuốn cấu tử dễ bay hơi. Nhiệt độ càng lên trên càng thấp, nên khi hơi đi qua các đĩa 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 99,5% phần khối lượng). Hơi này đi vào thiết bị ngưng tụ (9) và được ngưng tụ hoàn toàn. Một phần của chất lỏng ngưng tụ được hoàn lưu về tháp ở đĩa 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 72% phần khối lượng, còn lại là axit axetic. Dung dịch lỏng ở đáy đi ra khỏi tháp vào nồi đun (11). Trong nồi đun dung dịch 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 bị làm nguội sản phẩm đáy (12), được làm nguội đến 40 0C, rồi được đưa qua bồn chứa sản phẩm đáy (13). Hệ thống làm việc liên tục cho ra sản phẩm đỉnh là nước được thải bỏ, sản phẩm đáy là axit axetic được giữ lại.. Trang 7.

(8) Chưng luyện Acid acetic - NướcGVHD: Hoàng Minh Nam. Chöông 3. CAÂN BAÈNG VAÄT CHAÁT I.. CÁC THÔNG SỐ BAN ĐẦU : Chọn loại tháp là tháp mâm xuyên lỗ. Khi chưng luyện dung dịch axit axetic thì cấu tử dễ bay hơi là nước. Axit axetic :CH 3 COOH ⇒ M A=60 ( g/mol) Hỗn hợp: Nước : H O ⇒ M =18(g /mol) 2 N. {. Naêng suaát nhaäp lieäu: GF = 0.5 (m3/h) Nồng độ nhập liệu: xF = 92% (kg nước/ kg hỗn hợp) Nồng độ sản phẩm đỉnh: xD = 99.5% (kg nước/ kg hỗn hợp) Nồng độ sản phẩm đáy: xW = 72% (kg nước/ kg hỗn hợp) Choïn:  Nhiệt độ nhập liệu: tFV = 25oC  Traïng thaùi nhaäp lieäu laø traïng thaùi loûng soâi. Đối với thiết bị đun sôi đáy tháp :  Aùp suất hơi đốt : Ph = 2.5at Đối với thiết bị làm nguội sản phẩm đáy :  Nhiệt độ sản phẩm đáy sau khi làm nguội: tWR = 40oC  Nhiệt độ dòng nước lạnh đi vào: tV = 25oC  Nhiệt độ dòng nước lạnh đi ra: tR = 35oC Đối với thiết bị ngưng tụ sản phẩm đỉnh :  Nhiệt độ dòng nước lạnh đi vào: tV = 25oC  Nhiệt độ dòng nước lạnh đi ra: tR = 40oC  Caùc kyù hieäu:  GF, F: suất lượng nhập liệu tính theo kg/h, kmol/h.  GD, D: suất lượng sản phẩm đỉnh tính theo kg/h, kmol/h.  GW, W: suất lượng sản phẩm đáy tính theo kg/h, kmol/h.  xi, xi : nồng độ phần mol, phần khối lượng của cấu tử i.     . II.. XÁC ĐỊNH SUẤT LƯỢNG SẢN PHẨM ĐỈNH và SẢN PHẨM ĐÁY THU ĐƯỢC : Tra baûng 1.249, trang 310, [5]  Khối lượng riêng của nước ở 25oC: N = 996,5 (kg/m3) Tra baûng 1.2, trang 9, [5]  Khối lượng riêng của axit axetic ở 25oC: AL = 1042,75 (kg/m3) Áp dụng trong công thức (1.2), trang 5, [5]: 1 xFN x FA 0 , 92 0 .08 = + = +  hh = 1000 (kg/m3) ρ hh ρN ρ A 996 , 5 1042 , 75 Naêng suaát nhaäp lieäu : GF = 0,5 (m3/h) 1000 (kg/m3) = 500 (kg/h) GF =G D +GW Ñun giaùn tieáp : G F x F =G D x D +GW x W. {. Trang 8.

(9) Chưng luyện Acid acetic - NướcGVHD: Hoàng Minh Nam GF GD GW = = x D − x W  x F − x W x D − x F  x F − x W 92− 72 G F= 500=363 ,64 (kg/h) Neân : GD = 99 ,5 −72 x D − x W Vaø: GW = GF – GD = 500 – 363,64 = 136,36 (kg/h). . III. XÁC ĐỊNH TỈ SỐ HOAØN LƯU LAØM VIỆC : 1. Nồng độ phần mol:. x F 0 , 92 MN 18 xF= = =¿ 0,9746 (mol nước/ mol hỗn hợp) x F 1− x F 0 , 92 + 1 −0 ,92 + 18 60 MN M A x W 0 ,72 MN 18 xW= = =¿ 0,8955 (mol nước/ mol hỗn hợp) x W 1 − x W 0 , 72 + 1− 0 ,72 + 18 60 MN MA x D 0 , 995 MN 18 xD= = =¿ 0,9985 (mol nước/ mol hỗn hợp) x D 1− x D 0 , 995 + 1 −0 ,955 + 18 60 MN M A. 2. Suất lượng mol tương đối của dòng nhập liệu: f=. x D − x W 0 , 9985− 0 , 8955 = = 1,30215 x F − xW 0 , 9746− 0 , 8955. 3. Tỉ số hoàn lưu làm việc:. Trang 9.

(10) Chưng luyện Acid acetic - NướcGVHD: Hoàng Minh Nam. yF ❑❑. xF. Hình 1: Đồ thị cân bằng pha của hệ Nước – Axit axetic Dựa vào hình 1  yF* = 0,9819 ❑ x D − y F 0 , 9985− 0 , 9819 = Tỉ số hoàn lưu tối thiểu: Rmin = ❑ = 2,274 y F − x F 0 , 9819− 0 , 9746 Tỉ số hoàn lưu làm việc: R = 1,3Rmin + 0,3 = 3,2562. IV.. XÁC ĐỊNH SUẤT LƯỢNG MOL CỦA CÁC DÒNG PHA :. Coi lưu lượng mol của các dòng pha đi trong mỗi đoạn tháp (chưng và luyện) là không đổi.. 1. Taïi ñænh thaùp:. nHD. nHD. L. 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 = 0,9985. 18 + (1 – 0,9985). 60 = 18,063 (kg/mol) Suất lượng khối lượng của dòng hơi tại đỉnh tháp: GHD = (R +1)GD = (3,2562 + 1). 363,64 = 1547,71 (kg/h) Suất lượng mol của dòng hơi tại đỉnh tháp:. Trang 10.

(11) Chưng luyện Acid acetic - NướcGVHD: Hoàng Minh Nam G HD 1547 , 71 = = 85,684 (kmol/h) M HD 18 , 063 Suất lượng khối lượng của dòng hoàn lưu: GL = RGD = 3,2562 . 363,64 = 1184,07 (kg/h) Suất lượng mol của dòng hoàn lưu: G L 1184 , 07 = L= = 65,55 (kmol/h) M LD 18 , 063. nHD =. 2. Taïi maâm nhaäp lieäu: nHF. nLF. F. nHF n’LF Khối lượng mol của dòng nhập liệu: MF = xF. MN + (1 – xF). MA = 0,9746.18 + (1 – 0,9746).60 = 19,067 (kg/kmol) Suất lượng mol của dòng nhập liệu: G F 500 = F= = 26,223 (kmol/h) M F 19 , 067 Vaø: nLF = L = 65,55 (kmol/h) n’LF = L + F = 65,55 + 26,223 = 91,773 (kmol/h) nHF = nHD = 85,684 (kmol/h). 3. Tại đáy tháp: 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 = 0,8955. 18 + (1 – 0,8955). 60 = 22,389 (kg/mol) Suất lượng mol của dòng sản phẩm đáy: G W 136 , 36 = W= = 6,09 (kmol/h) M LW 22 ,389 Vaø: nLW = n’LF = 65,55 (kmol/h) nHW = nHF = nHD = 85,684 (kmol/h). Chöông 4. TÍNH CAÂN BAÈNG NHIEÄT Trang 11.

(12) Chưng luyện Acid acetic - NướcGVHD: Hoàng Minh Nam. Chọn hơi đốt là hơi nước ở 2,5at Tra baûng 1.251, trang 314, [5]:  Nhieät hoùa hôi: r H O = rn = 2189500 (J/kg)  Nhiệt độ sôi: t H O = tn = 126,25 (oC) Dòng sản phẩm tại đáy có nhiệt độ:  Trước khi vào nồi đun (lỏng): tS1 = 100,6315 (oC)  Sau khi được đun sôi (hơi): tS2 = 100,966 (oC) Cân bằng nhiệt cho toàn tháp: Qñ + 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− xW ) c A ]tWS x D )c A ]tDS  hDS = cD.tDS = [ x D c N +(1 −  x r +(1− x )r D A  rD =  D N Với xF = 0,9746  tFS = 100,1524 oC xW = 0,8955 tWS = 100,6315 oC xD = 0,9985  tDS = 100,009 oC 1.1. Nhieät dung rieâng: Tra baûng 1.249, trang 310, [5] Nhiệt dung riêng của nước ở 100,009 oC = 4,220012 (kJ/kg.K) Nhiệt dung riêng của nước ở 100,1524 oC = 4,220198 (kJ/kg.K) Nhiệt dung riêng của nước ở 100,6315 oC = 4,220821 (kJ/kg.K) Tra baûng 1.154, trang 172, [5] Nhiệt dung riêng của axit axetic ở 100,009 oC = 2,430047 (kJ/kg.K) Nhiệt dung riêng của axit axetic ở 103,1524 oC = 2,4308 (kJ/kg.K) Nhiệt dung riêng của axit axetic ở 100,6315 oC = 2,433315 (kJ/kg.K) 1.2. Enthalpy:  hFS = ( 0,92 . 4,220198 + 0,08 . 2,4308 ) . 100,1524 = 408,326 (kJ/kg)  hWS = ( 0,72 . 4,220821 + 0,28 . 2,433315 ) . 100,6315 = 374,381 (kJ/kg)  hDS = ( 0,995 . 4,220012 + 0,005 . 2,430047 ) . 100,009 = 421,144 (kJ/kg) 1.3. Nhieät hoùa hôi: Tra baûng 1.250, trang 312, [5] Nhiệt hóa hơi của nước ở 100,009 oC = rN = 2261,326 (kJ/kg) Dùng toán đồ 1.65, trang 255, [5] Nhiệt hóa hơi của axit axetic ở 100,009oC = rA = 100 (Kcal/kg) = 418,6 (kJ/kg) Tra baûng 1.251, trang 314, [5] Nhiệt hóa hơi của nước ở 2,5 at = r H O = 2189,5 (kJ/kg) Neân: rD = 0,995 . 2261,326 + 0,005 . 418,6 = 2252,112 (kJ/kg) Nhiệt lượng cần cung cấp: ( R+1)G D r D + G D (hDS − hFS)+G W (hWS − hFS) Qñ = = 3481914,263 (kJ/h) 0 , 95 Nếu dùng hơi nước bão hòa (không chứa ẩm) để cấp nhiệt thì: Qđ = G H O . r H O 2. 2. 2. 2. Trang 12. 2.

(13) Chưng luyện Acid acetic - NướcGVHD: Hoàng Minh Nam Vậy lượng hơi nước cần dùng là : GH O = 2. Qñ rH O. = 1590,278 (kg/h). 2. Thiết bị làm nguội sản phẩm đáy Choïn:  Nước làm lạnh đi trong ống trong với nhiệt độ vào t V = 25oC và nhiệt độ ra t R = 35oC.  Sản phẩm đáy đi trong ống ngoài với nhiệt độ vào t WS = 100,6315oC và nhiệt độ ra tWR = 40oC. Caân baèng nhieät: Q = GW(hWS – hWR) = Gn (hR – hV) Nhiệt dung riêng của nước ở 40oC = 4,178 (kJ/kg.K) Nhiệt dung riêng của axit ở 40oC = 2,1(kJ/kg.K) Neân: hWR = (0,72. 4,178 + 0,28. 2,1). 40 = 143,8464 (kJ/kg) Tra bảng 1.250, p312, ST I  Enthalpy của nước ở 25oC : hV = 104,75 (kJ/kg)  Enthalpy của nước ở 35oC : hR = 146,65 (kJ/kg) Lượng nhiệt trao đổi: Q = GW(hWS – hWR) = 31435,7 (kJ/h) Q Suất lượng nước lạnh cần dùng: Gn= h − h = 750,255 (kg/h) R V Thieát bò ngöng tuï saûn phaåm ñænh Choïn:  Nước làm lạnh đi trong ống với nhiệt độ vào tV = 25oC và nhiệt độ ra tR = 40oC.  Dòng hơi tại đỉnh đi ngoài ống với nhiệt độ ngưng tụ tngưng = 100,009 (oC) Caân baèng nhieät: Qnt = (R + 1)GDrD = Gn (hR – hV) Neân: Qnt = (R + 1)DrD = 3485616,314 (kJ/h) Tra bảng 1.250, p312, ST I  Enthalpy của nước ở 25oC : hV = 104,75 (kJ/kg)  Enthalpy của nước ở 40oC : hR = 167,6 (kJ/kg) Qnt Lượng nước cần dùng: Gn= = 55459,3 (kg/h) h R − hV. Thieát bò ñun soâi doøng nhaäp lieäu Choïn:  Dòng nhập liệu đi trong ống trong với nhiệt độ vào t V = tFV = 25 oC và nhiệt độ ra tR = tFS = 100,1524 oC.  Hơi ngưng tụ đi trong ống ngoài có áp suất 2,5at:  Nhieät hoùa hôi: r H O = rn = 2189500 (J/kg)  Nhiệt độ sôi: t H O = tn = 126,25 (oC) Tra baûng 1.249, trang 310, [5]  Nhiệt dung riêng của nước ở 25oC = 4,178(kJ/kg.K) 2. 2. Tra baûng 1.154, trang 172, [5]  Nhiệt dung riêng của axit axetic ở 25 oC = 2,0205 (kJ/kg.K)  hFV = cF.tFV = [ x F c N +(1 − x F ) c A ]tFV = (0,92. 4,178 + 0,08. 2,0205). 25 = 100,135 (kJ/kg) Caân baèng nhieät: Q = GF(hFS – hFV) = Gnrn Neân: Q = GF(hFS – hFV) = 500.(408,326 – 100,135) = 154095,5 (kJ/h). Trang 13.

(14) Chưng luyện Acid acetic - NướcGVHD: Hoàng Minh Nam Q Lượng hơi đốt cần dùng: Gn= r = 70,3793 (kg/h) n. Chöông 5. TÍNH THIEÁT BÒ CHÍNH (Thaùp maâm xuyeân loã) Phương trình đường làm việc :. x R 3 ,2562 0 ,9985 x+ D = x+ R+1 R+ 1 3 , 2562+1 3 , 2562+1 = 0,765x + 0,2346 R+ f 1− f 3 ,2562+1 , 30215 1 −1 , 30215 x+ x = x+ × 0 ,8955 Phaàn chöng: y= R+1 R+ 1 W 3 ,2562+1 3 , 2562+1 = 1,071x – 0,06357 Phaàn luyeän:. I.. y=. ĐƯỜNG KÍNH THÁP : 1. Phaàn luyeän:. 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 +x 0 , 9985+0 , 9746 xL= D F = = 0,9865 (mol nước/ mol hỗn hợp) 2 2 Dựa vào hình 2  Nhiệt độ trung bình của pha lỏng trong phần luyện: TLL = 100,08 (oC) Nồng độ phần khối lượng trung bình của pha lỏng trong luyện: x D + x F 0 , 995+ 0 , 92 = = 0,9575 (kg nước/ kg hỗn hợp) x L = 2 2 Tra baûng 1.249, trang 310, [5]  Khối lượng riêng của nước ở 100,08oC: NL = 958,341 (kg/m3) Tra baûng 1.2, trang 9, [5]  Khối lượng riêng của axit axetic ở 100,08oC: AL = 957,856 (kg/m3) Áp dụng trong công thức (1.2), trang 5, [5]: x 1 − x L 0 ,9575 1 − 0 ,9575 1 = L + = +  LL = 958,32 (kg/m3) ρLL ρNL ρAL 958 , 341 957 , 856. 1.2. Khối lượng riêng trung bình của pha hơi trong phần luyện: Nồng độ trung bình của pha hơi trong phần luyện: yL = 0,765xL + 0,2346 = 0,765 . 0,9865 + 0,2346 = 0,98927 Dựa vào hình 2  Nhiệt độ trung bình của pha hơi trong phần luyện: THL = 100,092 (oC) Khối lượng mol trung bình của pha hơi trong phần luyện :. Trang 14.

(15) Chưng luyện Acid acetic - NướcGVHD: Hoàng Minh Nam MHL = yL. MN + (1 – yL). MA = 0,98927.18 + (1 – 0,98927). 60 = 18,45 (kg/kmol) Khối lượng riêng trung bình của pha hơi trong phần luyện: PMHL 1× 18 , 45 ρHL= = = 0,6027 (kg/m3) RT HL 22 , 4 ×(100 , 092+273) 273. Hình 2: Giản đồ T – x,y của hệ Nước – Axit axetic 1.3. Tính vaän toác pha hôi ñi trong phaàn luyeän: Tra bảng IX.4a, trang 169, [6] :Với đường kính tháp trong khoảng 0,8  0,9(m) thì khoảng cách mâm là: h = 300 (mm) = 0,3 (m) Tra đồ thị 6.2, trang 256, [4]  C = 0,032 Vaän toác pha hôi ñi trong phaàn luyeän: ρ 958 , 32 ω L =C LL =0 ,032 = 1,276 (m/s) ρHL 0 ,6027. √. √. 1.4. Tính đường kính phần luyện: Suất lượng mol của pha hơi trong phần luyện: n HL = nHD = 85,684 (kmol/h) Suất lượng thể tích của pha hơi trong phần luyện: 22 , 4 85 , 684 × ×(100 , 092+273) n HL RT HL 273 = 0,7286 (m3/s) QHL= = 3600 × P 3600 ×1. Trang 15.

(16) Chưng luyện Acid acetic - NướcGVHD: Hoàng Minh Nam Đường kính phần luyện: φ L =. √. 4 Q HL 4 ×0 , 7286 = = 0,852657 (m) πωL π × 1, 276. √. 2. Phaàn chöng:. Tính toán tương tự như phần luyện  ta có bảng kết quả sau: xc 0,935. xC 0,82. TLC 100,39. NC AC LC 958,111 957,298 957,96. yc THC MHC HC 0,937815 100,533 20,612 0,67252. C 1,2077. QHC 0,7295. C 0.877. Vì L  C  ta có thể lấy đường kính của toàn tháp là đường kính của phần chưng Choïn 0,85m) Kết luận: đường kính tháp là 0,85m) Vận tốc pha hơi trong phần chưng và phần luyện theo thực tế: 4Q 4 ×0 , 7295 ωC = 2 HC = =1,285575 (m/s) 2 πφ π ×0 , 85 4Q 4 × 0 ,7286 ω L = 2 HL = =1,284 (m/s) 2 πφ π × 0 , 85. Trang 16.

(17) Chưng luyện Acid acetic - NướcGVHD: Hoàng Minh Nam. Phaàn luyeän (phoùng to) Soá maâm lyù thuyeát : 19 Phaàn chöng Soá maâm lyù thuyeát : 7 Phaàn luyeän. Đường chưng : Y = 1,071x – 0,06357. Trang 17.

(18) Đường luyện : Y = 0,765x + 0,2346. Chưng luyện Acid acetic - NướcGVHD: Hoàng Minh Nam. Hình 3: Đồ thị số mâm lý thuyết II.. CHIEÀU CAO THAÙP : 1. Phaàn luyeän:. Dựa vào hình 3  Số mâm lý thuyết phần luyện: nltL = 19 1.1. Tính hieäu suaát maâm: Tại nhiệt độ trung bình của pha hơi trong phần luyện THL = 100 092oC ,  Tra baûng 1.250, trang 312, [5]  Aùp suất hơi bão hòa của nước PNL = 1,03666 at = 761,945 (mmHg)  Tra hình XXIII, trang 466, [4]  Aùp suaát hôi baõo hoøa cuûa axit axetic PAL = 415,73 (mmHg) P NL 761, 945 = Neân: α L = = 1,833 P AL 413 , 73 Tại nhiệt độ trung bình của pha lỏng trong phần luyện TLL = 100,08oC ,  Tra bảng 1.104, trang 96, [5]  Độ nhớt của nước NL = 0,2836344 (cP)  Dùng toán đồ 1.18, trang 90, [5]  Độ nhớt của axit axetic AL = 0,4 (cP)  Độ nhớt của hỗn hợp lỏng: lghh = x1lg1 + x2lg2 (công thức (I.12), trang 84, [5]) Neân: lgL = 0,9865. lg0,2836344+ (1 – 0,9865)lg0,4  L = 0,28495 (cP)  LL = 0,5223 Tra hình 6.4, trang 257, [4]  EL = 0,56 Vì tháp có đường kính  = 0,85m < 0,9m nên không cần hiệu chỉnh lại giá trị EL. 1.2. Tính số mâm thực tế phần luyện: n ltL 19 = Số mâm thực: nttL = = 33,928  34 E CL 0 ,56. 2. Phaàn chöng:. Tính toán tương tự như phần luyện  ta có bảng kết quả sau: nltC PNC PAC C NC AC 7 774,847 422,66 1,833 0,2828406 0,398 CC 0,53. EC 0,55. nttC 12,727. 3. Chieàu cao thaùp:. C 0,2892. nttC quy troøn 13. Số mâm thực tế của toàn tháp: ntt = nttL + nttC = 34 + 13 = 47 Chieàu cao thaân thaùp: Hthaân = (ntt –1)h + 1 = 13,8 (m) ht Chọn đáy (nắp) ellip tiêu chuẩn có = 0,25  ht = 0,25. 0,85 = 0,2125 (m) φ Chọn chiều cao gờ: hg = 50mm = 0,05 (m) Chiều cao đáy (nắp): Hđn = ht+ hg = 0,2625 (m) Keát luaän: Chiều cao toàn tháp: H = Hthân + 2Hđn = 13,8 + 2 . 0,2625 = 14,325 (m). Trang 18.

(19) Chưng luyện Acid acetic - NướcGVHD: Hoàng Minh Nam III. TRỞ LỰC THÁP : 1. Caáu taïo maâm loã:. Chọn tháp mâm xuyên lỗ có ống chảy chuyền với:  Tiết diện tự do bằng 8% diện tích mâm.  Đường kính lỗ: dlỗ = 3mm = 0,003 (m).  Chiều cao gờ chảy tràn: hgờ = 50mm = 0,05 (m).  Dieän tích cuûa 2 baùn nguyeät baèng 20% dieän tích maâm.  Lỗ bố trí theo hình lục giác đều.  Khoảng cách giữa 2 tâm lỗ bằng 7mm.  Mâm được làm bằng thép không gỉ X18H10T. Soá loã treân 1 maâm: 2 2 8%S maâm φ 0 , 85 =0 , 08 =0 , 08 N= = 6422 S loã d loã 0 , 003. ( ). (. ). Goïi a laø soá hình luïc giaùc. Áp dụng công thức (V.139), trang 48, [6]: N = 3a(a+1) +1 Giaûi phöông trình baäc 2  a = 46  N = 6487 (loã) Số lỗ trên đường chéo: b = 2a + 1 = 93 (lỗ). 2. Trở lực của đĩa khô: ω '2. ρH Aùp dụng công thức (IX.140), trang 194, [6]: ΔP k =ξ 2 Đối với đĩa có tiết diện tự do bằng 8% diện tích mâm thì  = 1,82 2.1. Phaàn luyeän: ω L 1 ,284 = Vaän toác hôi qua loã: ’L = = 16,05 (m/s) 8 % 0 , 08 16 , 052 . 0 , 6027 Neân: PkL = 1 ,82 = 141,284 (N/m2) 2 2.2. Phaàn caát: ω C 1 ,285575 = Vaän toác hôi qua loã: ’C = = 16,07 (m/s) 8% 0 ,08 16 , 072 .0 , 67252 Neân: PkC = 1 ,82 = 158,044 (N/m2) 2. 3. Trở lực do sức căng bề mặt:. Vì đĩa có đường kính lỗ > 1mm.  Aùp dụng công thức (IX.142), trang 194, [6]: ΔP σ =. 4σ 2 1,3 d loã + 0 , 08 d loã. 3.1. Phaàn luyeän: Tại nhiệt độ trung bình của pha lỏng trong phần luyện TLL = 100,08oC  Tra baûng 1.249, trang 310, [5]  Sức căng bề mặt của nước NL = 0,58834 (N/m)  Tra baûng 1.242, trang 300, [5]  Sức căng bề mặt của axit AL = 0,019793 (N/m). Trang 19.

(20) Chưng luyện Acid acetic - NướcGVHD: Hoàng Minh Nam Aùp dụng công thức (I.76), trang 299, [5]:. σ 1σ 2 1 1 1 = + ⇒σ= σ σ1 σ 2 σ 1+ σ 2. 0 , 58834 × 0 ,019793 = 0,01915 (N/m) 0 ,58834 × 0 ,19793 4 × 0 , 01915 2 ΔP σL= 2 = 19,6374 (N/m ) 1,3 ×0 , 003+0 , 08 ×0 ,003. Neân: σ LL= Cho ta:. 3.2. Phaàn chöng: Tính toán tương tự như phần luyện  ta có bảng kết quả sau: NC AC LC pC 0,5877356 0,019449 0,018826 19,30517. 4. Trở lực thủy tĩnh do chất lỏng trên đĩa tạo ra:. Aùp dụng công thức trang 285, [4]:Pb = 1,3hbKLg Với: hb = hgờ + hl 2 /3 QL Δh l= 1 , 85 Lgờ K. (. ). Trong đó:  Lgờ : chiều dài của gờ chảy tràn, m  K = b/L : tỷ số giữa khối lượng riêng chất lỏng bọt và khối lượng riêng của chất loûng, laáy gaàn baèng 0,5. nL . M L  QL = : suất lượng thể tích của pha lỏng, m3/s. ρL Tính chiều dài gờ chảy tràn:. R. . Ta coù: Squaït - S = Sbaùn nguyeät R2 1 α α 20 % πR 2  α −2 . R sin R cos = 2 2 2 2 2   - sin = 0,3 Duøng pheùp laëp   = 1,8915 (Rad) α 1 , 8915 Nên: Lgờ = sin = 0,85. sin = 0,6893 (m) 2 2 4.1. Phaàn luyeän: Khối lượng mol trung bình của pha lỏng trong phần luyện: M LD + M F 18 , 063+19 , 067 = MLL = = 18,565 (kg/kmol) 2 2. Trang 20. Lgờ.

(21) Chưng luyện Acid acetic - NướcGVHD: Hoàng Minh Nam Suất lượng mol của pha lỏng trong phần luyện: nLL = L = 65,55 (kmol/h) Suất lượng thể tích của pha lỏng trong phần luyện: nLL . M LL 65 ,55 ×18 , 565 = QLL = = 3,5274.10 ❑− 4 (m3/s) ρLL 958 ,32 ×3600 2 /3. 3 , 5274 .10− 4 = 6,74.10 ❑− 3 (m) 1 , 85× 0 , 6893× 0,5 Cho ta: PbL = 1,3(hgờ + hlL)KLLg = 1,3.(0,05 +6,74.10 ❑− 3 ). 0,5. 958,32. 9,81 = 346,7227 (N/m2) Neân:. (. ). Δh lL=. 4.2. Phaàn chöng: Tính toán tương tự như phần luyện  ta có bảng kết quả sau: MLC 20,728. QLC 1,5761.10 ❑− 4. hlC 3,94.10 ❑− 3. pbC 329,481. 5. Tổng trở lực thuỷ lực của tháp:. Tổng trở lực của 1 mâm trong phần luyện của tháp là: PL = PkL + PL + PbL = 141,284 + 19,6374 + 346,7227 = 490,4024 (N/m2) Tổng trở lực của 1 mâm trong phần chưng của tháp là: PC = PkC + PC + PbC = 158,044 + 19,30517 + 329,481 = 506,83017 (N/m2) Kiểm tra hoạt động của mâm: Kiểm tra lại khoảng cách mâm h = 0,3m đảm bảo cho điều kiện hoạt động bình ΔP thường của tháp: h > 1,8 ρ g L Với các mâm trong phần chưng trở lực thuỷ lực qua 1 mâm lớn hơn trở lực thuỷ lực của ΔPC 506 , 83017 =1,8 maâm trong phaàn luyeän, ta coù: 1,8 = 0,097 < 0,3 ρ LC g 957 , 96× 9 , 81  Điều kiện trên được thỏa. Keát luaän: Tổng trở lực thủy lực của tháp: P = nttL.PL + nttCPC = 34. 490,4024 + 13. 506,83017 = 23262,4738 (N/m2). 6. Kiểm tra ngập lụt khi tháp hoạt động:. Khoảng cách giữa 2 mâm: h = 300 (mm). Bỏ qua sự tạo bọt trong ống chảy chuyền, chiều cao mực chất lỏng trong ống chảy chuyền của mâm xuyên lỗ được xác định theo biểu thức (5.20), trang 120, [2]: hd = hgờ + hl + P + hd’ , (mm.chaát loûng) Trong đó:  hgờ : chiều cao gờ chảy tràn (mm)  hl : chiều cao lớp chất lỏng trên mâm (mm).  P: tổng trở lực của 1 mâm (mm.chất lỏng).. Trang 21.

(22) Chưng luyện Acid acetic - NướcGVHD: Hoàng Minh Nam  hd’ : tổn thất thủy lực do dòng lỏng chảy từ ống chảy chuyền vào mâm, được xác định theo biểu thức (5.10), trang 115, [2]: QL 2 hd ' =0 ,128 . , (mm.chaát loûng) 100 . S d. (. ). QL : lưu lượng của chất lỏng (m3/h). Sd : tiết diện giữa ống chảy chuyền và mâm. π Sd = 0,8 . Smaâm = 0,8. .0,852 = 0,454 (m2) 4 1 Để tháp không bị ngập lụt khi hoạt động thì: hd  h = 150 (mm) 2 6.1. Phaàn luyeän:  hlL = 6,74.10-3 (m) = 6,74 (mm) 490 , 4024 490 , 4024 ×1000= ×1000 = 52,164 (mm.chaát loûng)  pL = ρLL g 958 ,32 × 9 ,81 2 QLL 2 3 ,5274 . 10− 4 ×3600  = 10 ❑− 4 (mm.chaát hd ' L=0 ,128 . =0 , 128 . 100 . S d 100 ×0 , 454  . (. ). (. ). loûng) Neân: hdL = 50 + 6,74 + 52,164 + 10 ❑− 4 = 108,9041 (mm) < 150 (mm) Vậy: Khi hoạt động thì mâm ở phần luyện sẽ không bị ngập lụt. 6.2. Phaàn chöng:  hlC = 3,94.10 ❑− 3 (m) = 3,94 (mm) 506 , 83017 506 , 83017 ×1000= ×1000 = 53,932 (mm.chaát loûng)  PC = ρLL g 957 , 96 ×9 , 81 2 Q LC 2 1, 5761 .10− 4 ×3600  =2.10 ❑− 5 (mm.chaát hd 'C =0 ,128 . =0 , 128 . 100 . S d 100 ×0 , 454. (. ). (. ). loûng) Neân: hdC = 50 + 3,94 + 53,932 + 2.10 ❑− 5 = 107,872 (mm) < 150 (mm) Vậy: Khi hoạt động thì mâm ở phần chưng sẽ không bị ngập lụt. Kết luận: Khi hoạt động tháp sẽ không bị ngập lụt.. 7. Kiểm tra tính đồng nhất của hoạt động của mâm.. Tính vận tốc tối thiểu qua lỗ của pha hơi vmin đủ để cho các lỗ trên mâm đều hoạt động: gρLC h bC 9 , 81 ×957 , 96 ×(0 , 05+3 , 94 . 10− 3) vminC = 0,67 = 13,635 < 16,07 =0 , 67 ξρHC 1 ,82 × 0 ,67252. √ √. √ √. gρLC h bC 9 , 81 ×958 , 32×(0 ,05+ 6 ,74 . 10− 3) = 14,775 < 16,05 =0 , 67 ξρHC 1 , 82× 0 , 6027  Các lỗ trên mâmđều hoạt động.. vminL = 0,67. IV. BEÀ DAØY THAÙP : 1. Thaân thaùp:. 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 gheùp bích.. Trang 22.

(23) Chưng luyện Acid acetic - NướcGVHD: Hoàng Minh Nam 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 bị, ta choïn thieát bò thaân thaùp laø theùp khoâng gæ maõ X18H10T. 1.1. Các thông số cần tra và chọn phục vụ cho quá trình tính toán:  Nhiệt độ tính toán: Từ xWN = 0,8955, Dựa vào hình 2  Nhiệt độ sôi của pha lỏng TSL = 100,6315 (oC) Nhiệt độ sôi của pha hơiTSH = 100,966 (oC)  tmax =100,966 oC) Tra baûng 1.249, trang 310, [5]  Khối lượng riêng của nước ở 100,966oC: N = 957,2755 (kg/m3) Tra baûng 1.2, trang 9, [5]  Khối lượng riêng của axit axetic ở 100,966oC: A = 956,2612(kg/m3) Áp dụng trong công thức (1.2), trang 5, [5]: x 1 − x W 1 0 , 72 1 −0 , 72 = W+ = +  LW = 956,9913 (kg/m3) ρLW ρN ρA 957 , 2755 956 ,2612  t = tmax + 20oC = 100,966 + 20 = 120,966 (oC)  Áp suất tính toán: Vì tháp hoạt động ở áp suất thường nên: P = Pthủy tĩnh + P Khối lượng riêng trung bình của pha lỏng trong toàn tháp: ρLL+ ρLC 958 , 32+957 , 96 = L = = 958,14(kg/m3) 2 2 Neân: P = LgH = 958,14 . 9,81 . 14,325 + 23262,4738 = 157908,21 (N/m2) = 0,1579(N/mm2)  Hệ số bổ sung do ăn mòn hóa học của môi trường : Vì môi trường axit có tính ăn mòn và thời gian sử dụng thiết bị là trong 20 năm  Ca = 1. 2 = 2 (mm)  Ứng suất cho phép tiêu chuẩn: Vì vaät lieäu laø X18H10T  []* = 140 (N/mm2) (Hình 1.1, trang 18, [7])  Heä soá hieäu chænh: Vì thiết bị có bọc lớp cách nhiệt   = 0,95 (trang 26, [7])  Ứng suất cho phép: [] =  []* = 133 (N/mm2)  Heä soá beàn moái haøn: Vì sử dụng phương pháp hàn hồ quang điện, kiểu hàn giáp mối 2 phía  h = 0,95 (Baûng XIII.8, trang 362, [6]) 1.2.. Tính beà daøy: [σ] 133 ϕ= × 0 , 95 = 800,19 > 25 Ta coù: P h 0 ,1579 φP 850 × 0 ,1579  S’ = 2 [ σ ]ϕ = 2 ×133 ×0 , 95 = 0,5311  S’ + Ca = 0,5311 + 2 = 2,5311 (mm) h Quy troøn theo chuaån: S = 3 (mm) (Baûng XIII.9, trang 364, [6]) Beà daøy toái thieåu: Smin = 3 (mm) (Baûng 5.1, trang 128, [7])  Beà daøy S thoûa ñieàu kieän.. Trang 23.

(24) Chưng luyện Acid acetic - NướcGVHD: Hoàng Minh Nam 1.3.. Kiểm tra độ bền: S −C a 3−2 ≤ 0,1  0,001176  0,1 (thoûa) ≤ 0,1  Ñieàu kieän: 850 φ 2[σ ]ϕ h (S − C a) 2× 133× 0 , 95 ×(3 − 2) = Neân: [P]= = 0,297 > P= 0,1579 (thoûa) φ+(S − C a) 850+(3 −2) Keát luaän: S = 3 (mm). 2. Đáy và nắp:. Chọn đáy và nắp có dạng hình ellip tiêu chuẩn, có gờ, làm bằng thép X18H10T Chọn bề dày đáy và nắp bằng với bề dày thân tháp: S = 3 (mm). S −C a ≤ 0 ,125 Dt Kieåm tra ñieàu kieän: 2[ σ ]ϕ h (S −C a) [P ]= ≥P R t +(S − Ca ). {. Trong đó: Dt = . ht =0 , 25  Rt = Dt Dt  Điều kiện trên được thỏa như đã kiểm tra ở phần thân tháp. Kết luận: Kích thước của đáy và nắp:  Đường kính trong: Dt =  = 850 (mm)  ht = 212,5 (mm)  Chiều cao gờ: hgờ = 50 (mm)  Beà daøy: S = 3 (mm)  Dieän tích beà maët trong: Sbeà maët = 0,92 (m2) (Baûng XIII.10, trang 382, [6]). Vì đáy và nắp có hình ellip tiêu chuẩn với. V.. BEÀ DAØY MAÂM : 1. Các thông số cần tra và chọn phục vụ cho quá trình tính toán:  Nhiệt độ tính toán: t = tmax = 100,966 (oC)  Áp suất tính toán: P = Pthủy tĩnh + Pgờ Chọn bề dày gờ chảy tràn là 3mm. Thể tích của gờ chảy tràn: V = 0,6893. (50 + 50 + 300 – 20). 3. 10-6 = 7,858.10 ❑− 4 (m3) Tra baûng XII.7, trang 313, [6]  Khối lượng riêng của thép X18H10T là: X18H10T = 7900 (kg/m3) Khối lượng gờ chảy tràn: m = VX18H10T = 6,2078 (kg). Trang 24.

(25) Chưng luyện Acid acetic - NướcGVHD: Hoàng Minh Nam mg Áp suất do gờ chảy tràn tác dụng lên mâm tròn: φ2 = 107,32 (N/m2) π 4 Khối lượng riêng của chất lỏng tại đáy tháp: LW = 956,9913(kg/m3) AÙp suaát thuûy tónh: Pthủy tĩnh = LWg .(hgờ + hlC) = 956,9913 . 9,81 . (0,05 + 3,94.10 ❑− 3 ) = 506,3933 (N/m2)  P = 506,3933 + 107,32 = 613,71 (N/m2) = 6,137.10 ❑− 4 (N/mm2)  Hệ số bổ sung do ăn mòn hóa học của môi trường : Vì môi trường axit có tính ăn mòn và thời gian sử dụng thiết bị là trong 20 năm  Ca = 1. 2 = 2 (mm)  Ứng suất cho phép tiêu chuẩn: Vì vaät lieäu laø X18H10T  []* = 140 (N/mm2) (Hình 1.1, trang 18, [7])  Heä soá hieäu chænh:  = 1 (trang 26, [7])  Ứng suất cho phép: [] =  []* = 140 (N/mm2)  Môđun đàn hồi: E =199990 (N/mm2) (Bảng 2.12, trang 45, [7])  Heä soá Poisson:  = 0,33 (Baûng XII.7, trang 313, [6]) t −d 7 −3 =  Heä soá ñieàu chænh: b = = 0,571 t 3 2. Tính bề dày: Đối với bản tròn đặc ngàm kẹp chặt theo chu vi: 3P D 2 σ = Ứng suất cực đại ở vòng chu vi: max 16 S (Công thức 6.36, trang 100, [8]) σ max 3 P D 2 = ≤[σ ] Đối với bản có đục lỗ: σ l max = ϕ b 16 ϕ b S Pgờ =. ( ). ( ). 3P 3 ×6 ,137 . 10− 4 =850 S D = 1,0198 (mm) 16 [σ ]ϕ b 16 ×140 ×0 , 571 Neân: S + Ca = 3,0198 (mm) Choïn S = 3 (mm). √. √. Kieåm tra ñieàu kieän beàn: PR 4 (Công thức 6.35, trang 100, [8]) 64 DT W o PR 4 W = = Đối với bản có đục lỗ: lo ϕ b 64 ϕ b DT 3 ES D = Với: T 2 12(1− μ ) W o 12 PR 4 (1 − μ2 ) 3 PR 4 (1 − μ2 ) = = .  W lo= ϕ b 64 ϕ b ES 3 16 ϕ b ES3 Để đảm bảo điều kiện bền thì: Wlo < ½ S −4 4 2 3 6 ,137 . 10 × 425 (1 −0 , 33 ) Maø: W lo= . = 1,085 < ½ . 3 = 1,5 16 0 , 571× 199990× 33  Bề dày S đã chọn thỏa điều kiện. Vaäy: S = 3 (mm) Độ võng cực đại ở tâm: W o =. Trang 25.

(26) Chưng luyện Acid acetic - NướcGVHD: Hoàng Minh Nam VI.. BÍCH GHÉP THÂN – ĐÁY và NẮP :. Mặt bích là bộ phận quan trọng dùng để nối các phần của thiết bị cũng như nối các bộ phận khác với thiết bị. Các loại mặt bích thường sử dụng:  Bích liền: là bộ phận nối liền với thiết bị (hàn, đúc và rèn). Loại bích này chủ yếu dùng thiết bị làm việc với áp suất thấp và áp suất trung bình.  Bích tự do: chủ yếu dùng nối ống dẫn làm việc ở nhiệt độ cao, để nối các bộ bằng kim loại màu và hợp kim của chúng, đặc biệt là khi cần làm mặt bích bằng vật liệu beàn hôn thieát bò.  Bích ren: chủ yếu dùng cho thiết bị làm việc ở áp suất cao. Chọn bích được ghép thân, đáy và nắp làm bằng thép CT3, cấu tạo của bích là bích lieàn khoâng coå.. Tra baûng XIII.27, trang 417, [6]: Ứng với Dt =  = 850 (mm) và áp suất tính toán P = 0,1579 (N/mm 2)  chọn bích có caùc thoâng soá sau: Dt. D. Db. D1. Do. h. Bu loâng db. Z. (mm) 850 980 930 900 861 20 M20 24 Tra bảng IX.5, trang 170, [6], với h = 300 (mm)  khoảng cách giữa 2 mặt bích là 1200mm và số mâm giữa 2 mặt bích là 4. H thaân 13 , 8 = Ta coù: = 6,9 2 2  Số mặt bích cần dùng để ghép là: (7 + 1).2 = 16 (bích) H thaân 13 , 8 = Khoảng cách giữa 2 mặt bích theo thực tế: lbích = = 0,8625 (m) 16 16 Độ kín của mối ghép bích chủ yếu do vật đệm quyết định. Đệm làm bằng các vật liệu mềm hơn so với vật liệu bích. Khi xiết bu lông, đệm bị biến dạng và điền đầy lên các chỗ gồ ghề trên bề mặt của bích. Vậy, để đảm bảo độ kín cho thiết bị ta chọn đệm là dây amiaêng, coù beà daøy laø 3(mm).. VII. CHÂN ĐỠ THÁP : 1. Tính trọng lượng cùa toàn tháp:. Trang 26.

(27) Chưng luyện Acid acetic - NướcGVHD: Hoàng Minh Nam Tra baûng XII.7, trang 313, [6]  Khối lượng riêng của tháp CT3 là: CT3 = 7850 (kg/m3) Khối lượng của một bích ghép thân: π 2 π 2 2 D − Dt ) hρCT3= ( 0 , 98 −0 , 93 ) × 0 , 02×7850 mbích gheùp thaân = 4( 4 Khối lượng của một mâm: π D δ (100 % − 8 % −10 % )ρ X 18 H 10T mmaâm = 4 t mâm π = .0,852.0,003.0,82.7900 = 11,028(kg) 4 2. = 11,776 (kg). 2. Khối lượng của thân tháp: π mthaân = .(D2ng –D2t).Hthaân . X18H10T 4 π 2 2 . ( 0 , 856 −0 ,85 ) . 13 , 8. 7900 = 876,45 (kg) = 4 Khối lượng của đáy (nắp) tháp: mđáy(nắp) = Sbề mặt .đáy . X18H10T = 0,92 . 0,003. 7900 = 21,804 (kg) Khối lượng của toàn tháp: m = 16 mbích ghép thân + 47 mmâm + mthân + 2 mđáy(nắp) = 16. 11,776 + 47. 11,082 + 876,45 + 2. 21,804 = 1626,79(kg). 2. Tính chân đỡ tháp:. Chọn chân đỡ: tháp được đỡ trên bốn chân. Vật liệu làm chân đỡ tháp là thép CT3.. Truïc thieát bò. Theo đáy thieát bò. P mg 1626 , 79 ×9 , 81 = = = 0.399.104 (N) 4 4 4 Để đảm bảo độ an toàn cho thiết bị, ta chọn: Gc = 0,5.104 (N) Tra bảng XIII.35, trang 437, [6]  chọn chân đỡ có các thông số sau: L B B1 B2 H h s l d 160 110 135 195 240 145 10 55 23 Thể tích một chân đỡ: Taûi troïng cho pheùp treân moät chaân: Gc =. Trang 27.

(28) Chưng luyện Acid acetic - NướcGVHD: Hoàng Minh Nam Vchân đỡ  (230. 10. 195. 2 + 160. 10. 110). 10-9 = 0,001073 (m3) Khối lượng một chân đỡ: mchân đỡ = Vchân đỡ. CT3 = 8,423 (kg). VIII. TAI TREO THAÙP : Chọn tai treo: tai treo được gắn trên thân tháp để giữ cho tháp khỏi bị dao động trong điều kiện ngoại cảnh. Choïn vaät lieäu laøm tai treo laø theùp CT3. Ta choïn boán tai treo, taûi troïng cho pheùp treân moät tai treo: Gt = Gc = 0,5.104 (N).. Tra baûng XIII.36, trang 438, [6]  choïn tai treo coù caùc thoâng soá sau: L B B1 H S l a d 100 75 85 155 6 40 15 18 Khối lượng một tai treo: mtai treo = 1,23 (kg) Tra baûng XIII.37, trang 439, [6]  Choïn taám loùt tai treo baèng theùp CT3 coù caùc thoâng soá sau:  Chieàu daøi taám loùt: H = 260 (mm).  Chieàu roäng taám loùt: B = 140 (mm).  Beà daøy taám loùt: SH = 6 (mm). Theå tích moät taám loùt tai treo: Vtaám loùt = 260 .140 .6 .10-9 = 2,184.10 ❑− 4 (m3) Khối lượng một tấm lót tai treo: mtấm lót = Vtấm lót. CT3 = 1,714 (kg). IX.. CỬA NỐI ỐNG DẪN VỚI THIẾT BỊ – BÍCH NỐI CÁC BỘ PHẬN CUÛA THIEÁT BÒ vaø OÁNG DAÃN :. Trang 28.

(29) Chưng luyện Acid acetic - NướcGVHD: Hoàng Minh Nam. Ống dẫn thường được nối với thiết bị bằng mối ghép tháo được hoặc không tháo được. Trong thiết bị 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.. 1. OÁng nhaäp lieäu:. Nhiệt độ của chất lỏng nhập liệu là tFS = 100,1524 (oC) Tại nhiệt độ này thì:  Khối lượng riêng của nước: N = 957,886 (kg/m3)  Khối lượng riêng của axit: A = 957,726 (kg/m3) 1 x F 1 − xF 0 , 92 1 −0 , 92 = + = + Neân:  F = 957,873 (kg/m3) ρF ρ N ρA 957 , 886 957 , 726 Chọn loại ống nối cắm sâu vào thiết bị. Choïn vaän toác chaát loûng trong oáng noái laø vF = 0,2 (m/s). Đường kính trong của ống nối: 4 .G F 4 . 500 = Dy = = 0,0303822 (m) =30,3822 3600 ρ F πv F 3600 ×957 , 873 × π ×0,2 (mm)  Choïn oáng coù Dy = 32 (mm). Tra baûng XIII.26, trang 409, [6]  Các thông số của bích ứng với P = 0,1579 (N/mm2) là:. √. Dy 32. Dn 38. √. D. Db. D1. h. 120. (mm) 90. 70. 12. Trang 29. Bu loâng db M12. Z (caùi) 4.

(30) Chưng luyện Acid acetic - NướcGVHD: Hoàng Minh Nam 2. Ống hơi ở đỉnh tháp:. Nhiệt độ của pha hơi tại đỉnh tháp là tHD = 100,013 (oC). Khối lượng riêng của pha hơi tại đỉnh tháp: PMHD 1×18 , 063 ρHD= = = 0,59017 (kg/m3) RT HD 22, 4 ×(100 , 013+ 273) 273 Choïn vaän toác hôi ra khoûi ñænh thaùp laø vHD = 120 (m/s). Đường kính trong của ống nối: 4 . GHD 4 × 1547 ,71 = Dy = = 0,088 (m) = 88 (mm) 3600 ρ HD πv HD 3600 × 0 ,59017 × π ×120  Choïn oáng coù Dy = 100 (mm). Tra bảng XIII.32, trang 434, [6]  Chiều dài đoạn ống nối l = 120 (mm). Tra baûng XIII.26, trang 409, [6]  Các thông số của bích ứng với P = 0,23134 (N/mm2) là: Bu loâng Dy Dn D D D1 h db Z (mm) (caùi) 100 108 205 170 148 14 M16 4. √. √. 3. Ống hoàn lưu:. Nhiệt độ của chất lỏng hoàn lưu là tLD = 100,009 (oC) Tại nhiệt độ này thì:  Khối lượng riêng của nước: N = 957,99325 (kg/m3)  Khối lượng riêng của axit: A = 957,9838 (kg/m3) x 1− xD  1 0 , 995 1 −0 , 995 = D+ = + Neân:  LD = 957,9932 (kg/m3) ρLD ρ N ρA 957 , 99325 957 , 9838 Chọn loại ống nối cắm sâu vào thiết bị. Choïn vaän toác chaát loûng trong oáng noái laø vLD = 0,2 (m/s). Đường kính trong của ống nối: 4 .G LD 4 ×1184 , 07 = Dy = = 0,0467 (m) = 46,7 (mm) 3600 ρ LD πv LD 3600 ×957 ,9932 × π ×0,2  Choïn oáng coù Dy = 50 (mm). Tra baûng XIII.26, trang 409, [6]  Các thông số của bích ứng với P = 0,23134 (N/mm2) là: Bu loâng Dy Dn D D D1 h db Z (mm) (caùi) 50 57 140 110 90 12 M12 4. √. √. 4. Ống hơi ở đáy tháp:. Nhiệt độ của pha hơi tại đỉnh tháp là tHW = 100,966 (oC). Chọn vận tốc hơi vào đáy tháp là vHW = 120 (m/s).. Trang 30.

(31) Chưng luyện Acid acetic - NướcGVHD: Hoàng Minh Nam Đường kính trong của ống nối: Dy =. √. 22, 4 4 ×85 , 684 × ×(100 , 966+273) 4 . nHW RT HW = 0,088 (m) = 88 273 = 3600 Pπv HW 3600× 1× π ×120. √. (mm)  Choïn oáng coù Dy = 100 (mm). Tra bảng XIII.32, trang 434, [6]  Chiều dài đoạn ống nối l = 120 (mm). Tra baûng XIII.26, trang 409, [6]  Các thông số của bích ứng với P = 0,1579 (N/mm2) là: Bu loâng Dy Dn D D D1 h db Z (mm) (caùi) 100 108 205 170 148 14 M16 4. 5. OÁng daãn loûng vaøo noài ñun:. Nhiệt độ của chất lỏng tại đáy tháp là tLW = 100,6315 (oC) Tại nhiệt độ này thì:  Khối lượng riêng của nước: N = 957,5263 (kg/m3)  Khối lượng riêng của axit: A = 956,8633 (kg/m3) x 1 − x W 1 0 , 8955 1− 0 , 8955 = W+ = + Neân:  LW = 957,457 (kg/m3) ρLW ρN ρA 957 , 5263 956 ,8633 Choïn vaän toác chaát loûng trong oáng noái laø vLW = 1 (m/s). Đường kính trong của ống nối: 4 . n LW M LW 4 × 91, 773 ×22 , 389 = Dy = = 0,02755 (m) = 27,55 (mm) 3600 ρ LW πv LW 3600× 957 , 457 × π ×1  Choïn oáng coù Dy = 32 (mm). Tra bảng XIII.32, trang 434, [6]  Chiều dài đoạn ống nối l = 90(mm). Tra baûng XIII.26, trang 409, [6]  Các thông số của bích ứng với P = 0,1579 (N/mm2) là:. √. Dy 32. √. Dn 38. D. D. D1. h. 120. (mm) 90. 70. 12. 6. OÁng daãn loûng ra khoûi noài ñun:. Bu loâng db M12. Z (caùi) 4. Choïn vaän toác chaát loûng trong oáng noái laø vW = 0,15 (m/s). Đường kính trong của ống nối: 4 .GW 4 ×136 ,36 = Dy = = 0,01832(m) = 18,32 3600 ρ LW πv W 3600 ×957 , 457 × π × 0 , 15 (mm)  Choïn oáng coù Dy = 20 (mm). Tra bảng XIII.32, trang 434, [6]  Chiều dài đoạn ống nối l = 80 (mm). Tra baûng XIII.26, trang 409, [6]. √. √. Trang 31.

(32) Chưng luyện Acid acetic - NướcGVHD: Hoàng Minh Nam  Các thông số của bích ứng với P = 0,1579 (N/mm2) là: Dy 20. Dn 25. D. D. D1. h. 90. (mm) 65. 50. 12. Bu loâng db M10. Z (caùi) 4. Khối lượng một bích ghép ống nhập liệu : π 2 π D − Dt ) hρCT3= ( 0 , 122 − 0 , 0322 ) × 0 , 012× 7850 = 0,9896(kg) mbích = 4( 4 Khối lượng một bích ghép ống hoàn lưu : π 2 π 2 2 D − Dt ) hρCT3= ( 0 , 14 − 0 ,05 ) × 0 , 012×7850 = 1,2651(kg) mbích = 4( 4 Khối lượng một bích ghép ống dẫn lỏng vào nồi đun : π 2 π D − Dt ) hρCT3= ( 0 , 122 − 0 , 0322 ) × 0 , 012× 7850 = 0,9896(kg) mbích = 4( 4 Khối lượng một bích ghép ống dẫn lỏng ra khỏi nồi đun π 2 π 2 2 D − Dt ) hρCT3= ( 0 , 09 −0 , 02 ) ×0 , 012 ×7850 = 0,56968(kg) mbích = 4( 4 Khối lượng một bích ghép ống dẫn hơi : π 2 π 2 2 D − Dt ) hρCT3= ( 0 , 205 −0,1 ) ×0 , 014 × 7850 = 2,7642 (kg) mbích = 4( 4 2. 2. 2. 2. 2. X.. LỚP CÁCH NHIỆT :. Trong quá trình hoạt động của tháp, do tháp tiếp xúc với không khí nên nhiệt lượng tổn thất ra môi trường xung quanh ngày càng lớn. Để tháp hoạt động ổn định, đúng với các thông số đã thiết kế, ta phải tăng dần lượng hơi đốt gia nhiệt cho nồi đun để tháp không bị nguội (nhất là sản phẩm đỉnh, ảnh hưởng đến hiệu suất của tháp). Khi đó, chi phí cho hơi đốt sẽ tăng. Để tháp không bị nguội mà không tăng chi phí hơi đốt, ta thiết kế lớp cách nhiệt bao quanh thaân thaùp. Choïn vaät lieäu caùch nhieät cho thaân thaùp laø amiaêng coù beà daøy laø a . Tra baûng 28, trang 416, [4]: Heä soá daãn nhieät cuûa amiaêng laø a = 0,151 (W/m.K). Nhiệt lượng tổn thất ra môi trường xung quanh: Qm = 0,05.Qñ = 0,05. 3481914,263 = 174095,713 (kJ/h) = 48359,92 (W) Nhieät taûi maát maùt rieâng: Q m λa λ = .(t v 1 − t v 2)= a . Δt v (W/m2) qm = f tb δ a δa Trong đó:  tv1 : nhiệt độ của lớp cách nhiệt tiếp xúc với bề mặt ngoài của tháp.  tv2 : nhiệt độ của lớp cách nhiệt tiếp xúc với không khí.  tv : hiệu số nhiệt độ giữa hai bề mặt của lớp cách nhiệt. Để an toàn ta lấy tv = tmax = tđáy - tkk Choïn tkk = 25oC  tv = tmax = 100,966 – 25 = 75,966 (K)  ftb : diện tích bề mặt trung bình của tháp (kể cả lớp cách nhiệt), m 2.. Trang 32.

(33) Chưng luyện Acid acetic - NướcGVHD: Hoàng Minh Nam D t + Dn D + D n+ 2 S thaân +2 δ a H=π t H = (Dt + Sthaân + a)H 2 2 Ta coù phöông trình: 48359 , 92 0 , 151 = . 75 , 966 δa π ×(0 , 85+0 , 003+δ a )×14 , 325 93 , 67956 1  (0 , 853+δ ) = δ a a −3  a = 9,2.10 ❑ (m) = 9,2 (mm) Vaäy: choïn a = 10 (mm). Theå tích vaät lieäu caùch nhieät caàn duøng: V = (Dt + 2Sthaân + a).a .H = .(0.85 + 2. 0,003 + 0,01).0,01.14,325 = 0,38973 (m3). ftb = DtbH = π. Chöông 6. TÍNH THIEÁT BÒ PHUÏ I.. THIẾT BỊ ĐUN SÔI ĐÁY THÁP :. Chọn thiết bị 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)  Beà daøy oáng: t = 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 baûng 1.251, trang 314, [5]:  Nhieät hoùa hôi: r H O = rn = 2189500 (J/kg)  Nhiệt độ sôi: t H O = tn = 126,25 (oC) Dòng sản phẩm tại đáy có nhiệt độ:  Trước khi vào nồi đun (lỏng): tS1 = 100,6315 (oC)  Sau khi được đun sôi (hơi): tS2 = 100,966 (oC) 2. 2. 1. Hiệu số nhiệt độ trung bình:. Chọn kiểu truyền nhiệt ngược chiều, nên: (126 ,25 −100 , 6315)−(126 , 25 −100 , 966) Δt log = 126 ,25 −100 , 6315 Ln 126 ,25 −100 , 966. 2. Heä soá truyeàn nhieät:. Trang 33. = 25,45 (K)..

(34) Chưng luyện Acid acetic - NướcGVHD: Hoàng Minh Nam Hệ số truyền nhiệt K được tính theo công thức như đối với tường phẳng: 1 K= 1 1 ,(W/m2.K) + Σrt + αn αS Với:  n : hệ số cấp nhiệt của hơi đốt (W/m2.K).  S : hệ số cấp nhiệt của sản phẩm đáy (W/m2.K).  rt : nhiệt trở qua thành ống và lớp cáu. 3.1. Nhiệt tải qua thành ống và lớp cáu: t −t q t= w1 w 2 , (W/m2). Σrt Trong đó:  tw1 : nhiệt độ của vách tiếp xúc với hơi đốt (trong ống), oC  tw2 : nhiệt độ của vách tiếp xúc với sản phẩm đáy (ngoài ống), oC δ Σrt = t +r 1+r 2 λt  Beà daøy thaønh oáng: t = 0,003 (m)  Heä soá daãn nhieät cuûa theùp khoâng gæ: t = 16,3 (W/mK) (Baûng XII.7, trang 313, [6])  Nhiệt trở lớp bẩn trong ống: r1 = 1/5800 (m2.K/W) (Baûng 31, trang 419, [4])  Nhiệt trở lớp cáu ngoài ống: r2 =1/5800 (m2.K/W) Neân: rt = 5,289.10-4 (m2.K/W) 3.2. Xác định hệ số cấp nhiệt của dòng sản phẩm đáy ngoài ống: Áp dụng công thức (V.89), trang 26, [6]: 0 , 75 0,7 ρh .r 0,033 ρ 0,333 λ .q -2 . . S = 7,77 . 10 . ρ− ρh σ μ 0 , 45 . c 0. 117 .T 0,37 s Nhiệt độ sôi trung bình của dòng sản phẩm ở ngoài ống: t +t 100 ,6315+100 , 966 t S= S 1 S 2 = = 100,798 (oC) 100,8 (oC) 2 2  TS = 100,8 + 273 = 373,8 (K) Tại nhiệt độ sôi trung bình thì:  Khối lượng riêng của pha hơi trong dòng sản phẩm ở ngoài ống: PMHW 1 ×22 ,389 ρ h= = = 0,73(kg/m3) RT S 22 , 4 ×(100 , 8+273) 273 Khối lượng riêng :  N = 957,808 (kg/m3) (Baûng 1.249, trang 310, [5])  A = 956,56 (kg/m3) (Baûng 1.2, trang 9, [5]) 1 x W 1 − x W 0 , 72 0 ,28 = + = + Neân:   = 957,458 (kg/m3) ρ ρN ρA 957 , 808 956 , 56 Độ nhớt. (. ) (). Trang 34.

(35) Chưng luyện Acid acetic - NướcGVHD: Hoàng Minh Nam  N = 2,8.10-4 (N.s/m2) (Baûng 1.249, trang 310, [5])  A = 4,6.10-4 (N.s/m2) (Baûng 1.101, trang 91, [5]) Neân: lg = xWlgN + (1 - xW)lgA = 0,8955.lg(2,8.10-4) + (1 - 0,8955).lg(4,6.10-4)   = 2,95.10-4 (N.s/m2) Heä soá daãn nhieät ;  N = 0,68216 (W/mK) (Baûng 1.249, trang 310, [5])  A = 0,15484 (W/mK) (Baûng 1.130, trang 134, [5]) Áp dụng công thức (1.33), trang 123, [5]):  = N.xW + A.(1 - xW) – 0,72 xW.(1 - xW)(N - A) = 0,458 (W/mK) Nhieät dung rieâng :  cN = 4221,04 (J/kgK) (Baûng 1.249, trang 310, [5])  cA = 2434,2 (J/kgK) (Baûng 1.154, trang 172, [5]) Neân: c = cN x W + cA. (1 - x W ) = 3720,725 (J/kgK) Sức căng bề mặt:  N = 0,586932 (N/m) (Baûng 1.249, trang 310, [5])  A = 0,019728 (N/m) (Baûng 1.242, trang 300, [5]) σNσ A Neân: σ = = 0,019086 (N/m) σ N +σ A Nhieät hoùa hôi  rN = 2258080 (J/kg) (Baûng 1.250, trang 312, [5])  rA = 418600 (J/kg) (Toán đồ 1.65, trang 255, [5]) Neân: r = rN x W + rA. (1 - x W ) = 1743025,6 (J/kg) 3.3. Xác định hệ số cấp nhiệt của hơi đốt trong ống: r n . ρ 2n . g . λ 3n 4 Áp dụng công thức (3.65), trang 120, [4]: α n=0 , 725 μn .(t n -t W1 ). d tr o Duøng pheùp laëp: choïn tW1 = 117,5 ( C) Nhiệt độ trung bình của màng nước ngưng tụ: tm = ½ (tn + tW1) = 121,875 (oC) Tại nhiệt độ này thì:  Khối lượng riêng của nước: n = 941,544 (kg/m3)  Độ nhớt của nước: n = 2,23344.10-4 (N.s/m2)  Hệ số dẫn nhiệt của nước: n = 0,686 (W/mK) Neân: n = 2291,9831 (W/m2K)  qn = n (tn – tW1) = 20054,852 (W/m2)  qt = qn = 20054,852 (W/m2) (xem nhiệt tải mất mát là không đáng kể)  tw2 = tw1 - qtrt = 106,893 (oC)  S = 3426,773 (W/m2K) (với q = qt)  qS = S (tW2 – tS) = 30879,328 (W/m2) Kieåm tra sai soá: ¿ q n − q∨ ¿ q 100% = 4,11% < 5% (thoûa) = ¿ Keát luaän: tw1 = 117,5 oC vaø tw2 = 106,893 oC. √. 3.4. Xaùc ñònh heä soá truyeàn nhieät:. Trang 35.

(36) Chưng luyện Acid acetic - NướcGVHD: Hoàng Minh Nam K=. 1 1 1 + 5 ,289 . 10−4 + 2291 , 9831 3426 ,773. = 795,53 (W/m2K). 3. Beà maët truyeàn nhieät:. Bề mặt truyền nhiệt được xác định theo phương trình truyền nhiệt: Qñ 3481914 , 263× 1000 = F= = 49,644 (m2) K . Δt log 3600× 795,53× 25 , 45. 4. Caáu taïo thieát bò:. Chọn số ống truyền nhiệt: n = 127 (ống). Ống được bố trí theo hình lục giác đều. F d +d = 3,555 (m)  choïn L = 4 (m) Chieàu daøi oáng truyeàn nhieät: L = nπ n tr 2 Tra bảng V.II, trang 48, [6]  Số ống trên đường chéo: b = 13 (ống) Tra bảng trang 21, [3]  Bước ống: t = 48 (mm) = 0,048 (m) Áp dụng công thức (V.140), trang 49, [6]:  Đường kính trong của thiết bị: D = t(b-1) + 4dn = 0,728 (m). II.. THIẾT BỊ LAØM NGUỘI SẢN PHẨM ĐÁY : Chọn thiết bị làm nguội sản phẩm đáy là thiết bị truyền nhiệt ống lồng ống. Ống truyền nhiệt được làm bằng thép X18H10T:  Kích thước ống trong: 38 x 3  Kích thước ống ngoài: 57 x 3 Choïn:  Nước làm lạnh đi trong ống trong với nhiệt độ vào t V = 25oC và nhiệt độ ra t R = 35oC.  Sản phẩm đáy đi trong ống ngoài với nhiệt độ vào t WS = 100,6315oC và nhiệt độ ra tWR = 40oC.. 1. Suất lượng nước làm lạnh cần dùng:. Caân baèng nhieät: Q = GW(hWS – hWR) = Gn (hR – hV) Nhiệt dung riêng của nước ở 40oC = 4,178 (kJ/kg.K) Nhiệt dung riêng của axit ở 40oC = 2,1(kJ/kg.K) Neân: hWR = (0,72. 4,178 + 0,28. 2,1). 40 = 143,8464 (kJ/kg) Tra bảng 1.250, p312, ST I  Enthalpy của nước ở 25oC : hV = 104,75 (kJ/kg)  Enthalpy của nước ở 35oC : hR = 146,65 (kJ/kg) Lượng nhiệt trao đổi: Q = GW(hWS – hWR) = 31435,7 (kJ/h) Q Suất lượng nước cần dùng: Gn= h − h = 750,255 (kg/h) R V. 2. Hiệu số nhiệt độ trung bình:. Chọn kiểu truyền nhiệt ngược chiều, nên:. Trang 36.

(37) Chưng luyện Acid acetic - NướcGVHD: Hoàng Minh Nam Δt log =. (100 , 6315 −35) −( 40 −25) 100 , 6315 −35 Ln 40 −25. = 34,303 (K).. 3. Heä soá truyeàn nhieät:. Hệ số truyền nhiệt K được tính theo công thức: 1 K= 1 1 ,(W/m2.K) + Σrt + αn αW Với:  n : hệ số cấp nhiệt của dòng nước lạnh (W/m2.K).  W : hệ số cấp nhiệt của dòng sản phẩm đáy (W/m2.K).  rt : nhiệt trở qua thành ống và lớp cáu. 3.1. Xác định hệ số cấp nhiệt của nước trong ống: Kích thước của ống trong:  Đường kính ngoài: dn = 38 (mm) = 0,038 (m)  Beà daøy oáng: t = 3 (mm) = 0,003 (m)  Đường kính trong: dtr = 0,032 (m) Nhiệt độ trung bình của dòng nước trong ống: tf = ½ (tV + tR) = 30 (oC). Tại nhiệt độ này thì:  Khối lượng riêng của nước: n = 995,7 (kg/m3)  Độ nhớt của nước: n = 8,05.10-7 (m2/s)  Hệ số dẫn nhiệt của nước: n = 0,617 (W/mK)  Chuaån soá Prandtl: Prn = 5,42 Vận tốc nước đi trong ống: 4 Gn 4 × 750 ,255 vn= = = 0,26025 (m/s). 2 2 3600 ρn πd tr 3600 ×995 , 7 × π ×0 , 032 Chuaån soá Reynolds : v d 0 , 26025× 0 , 032 Ren= n. tr = = 10345,3416 > 104 : chế độ chảy rối −7 νn 8 , 05 .10 Áp dụng công thức (3.27), trang 110, [4]  công thức xác định chuẩn số Nusselt: 0 ,25 0,8 0 ,43 Pr n Nun=0 , 021. ε l . Ren Pr n . Pr w 2. ( ). Trong đó: 1 – hệ số tính đến ảnh hưởng của hệ số cấp nhiệt theo tỷ lệ giữa chiều dài L và đường kính d của ống. Tra baûng 3.1, trang 110, [4]  choïn 1 = 1 Nu n . λn Hệ số cấp nhiệt của nước trong ống: n = d tr 3.2. Nhiệt tải qua thành ống và lớp cáu: t w1 −t w 2 q t= , (W/m2). Σrt Trong đó:  tw1 : nhiệt độ của vách tiếp xúc với sản phẩm đáy (trong ống trong), oC. Trang 37.

(38) Chưng luyện Acid acetic - NướcGVHD: Hoàng Minh Nam tw2 : nhiệt độ của vách tiếp xúc với nước lạnh (ngoài ống trong), oC δ Σrt = t +r 1+r 2 λt  Beà daøy thaønh oáng: t = 0,003 (m)  Heä soá daãn nhieät cuûa theùp khoâng gæ: t = 16,3 (W/mK)  Nhiệt trở lớp bẩn trong ống: r1 = 1/5000 (m2.K/W)  Nhiệt trở lớp cáu ngoài ống: r2 =1/5800 (m2.K/W) Neân: rt = 5,565.10-4 (m2.K/W) 3.3. Xác định hệ số cấp nhiệt của dòng sản phẩm đáy ngoài ống: Kích thước của ống ngoài:  Đường kính ngoài: Dn = 57 (mm) = 0,057 (m)  Beà daøy oáng: t = 3 (mm) = 0,003 (m)  Đường kính trong: Dtr = 0,051 (m) Nhiệt độ trung bình của dòng sản phẩm đáy ngoài ống: tW = ½ (tWS + tWR) = 70,31575 (oC). Tại nhiệt độ này thì:  Khối lượng riêng của nước: N = 977,61 (kg/m3)  Khối lượng riêng của axit: A = 992,137 (kg/m3) 1 x W 1 − x W 0 , 72 0 , 28 = + = + Neân:   = 981,6345 (kg/m3) ρ ρN ρA 977 , 61 992, 137  Độ nhớt của nước: N = 3,9767.10-4 (N.s/m2)  Độ nhớt của axit: A = 6,278.10-4 (N.s/m2) Neân: lg = xWlgN + (1 - xW)lgA = 0,8955.lg(3,9767.10-4) + 0,1045.lg(6,278.10-4)   = 4,171.10-4 (N.s/m2)  Hệ số dẫn nhiệt của nước: N = 0,6682 (W/mK)  Heä soá daãn nhieät cuûa axit: A = 0,1617 (W/mK) Neân:  = N. xW + A.(1 - xW) – 0,72 .xW.(1 - xW)(N - A) = 0,45286 (W/mK)  Nhiệt dung riêng của nước: cN = 4187,2526 (J/kgK)  Nhieät dung rieâng cuûa axit: cA = 2263,22 (J/kgK) Neân: c = cN x W + cA. (1 - x W ) = 3641,8616 (J/kgK)  Hệ số dãn nở thể tích của nước : β N = 5,816.10 ❑− 4 (1/độ)  Hệ số dãn nở thể tích của axit : β A = 1,16.10 ❑− 3 (1/độ) Neân : β=x W . β N + ( 1− x W ) β A = 0 8955. 5,816.10 ❑− 4 + 0,1045. 1,16.10 ❑− 3 = 6,42.10 ❑− 4 (1/độ) cμ Áp dụng công thức (V.35), trang 12, [6]: Pr= = 3,3543 λ Vận tốc của dòng sản phẩm đáy ngoài ống: 4 GW 4 ×136 ,36 v= = = 0,042463 (m/s) 2 2 3600ρπ ( D tr − d n ) 3600 ×981 , 6345 × π ×(0 ,0512 −0 , 0382 ) Đường kính tương đương: dtđ = Dtr – dn = 0,051 – 0,038 = 0,013 (m) Chuaån soá Reynolds : vd ρ 0 , 042463 ×0 , 013 ×981 , 6345 Re= tñ = = 1299,165 μ 4 ,171 .10 −4  10< Re <2300: chế độ chảy màng . Trang 38.

(39) Chưng luyện Acid acetic - NướcGVHD: Hoàng Minh Nam Áp dụng công thức (V.45), trang 17, [6]: công thức xác định chuẩn số Nusselt 0 ,25 Pr Nu W =0 , 15. ε l . Re0 ,33 .Gr 0,1 Pr 0 , 43 . Pr w 1. ( ). Trong đó: 1 – hệ số tính đến ảnh hưởng của hệ số cấp nhiệt theo tỷ lệ giữa chiều dài L và đường kính d của ống. Tra baûng 3.1, trang 110, [4]  choïn 1 = 1 Chuaån soá Grashof : gl 3 Δt β Gr = (công thức trang 305, [3]) γ2 Trong đó : ▪ L = dtñ = 0,013 (m) β : hệ số dãn nở thể tích , (1/độ) ▪ γ : độ nhớt động học của lưu chất , (m2/s) ▪ μ 4 , 171. 10− 4 γ= = = 4,33.10 ❑− 8 (m2/s) ρ . g 981, 6345 ×9 , 81 Δt : chênh lệch nhiệt độ giữa thành ống và dòng sản phẩm đáy ▪ Δt = t W 1 −t W , (oC) Nu W . λ Hệ số cấp nhiệt của dòng sản phẩm đáy ngoài ống: W = d tñ o Duøng pheùp laëp: choïn tW1 = 43,5 ( C) Tại nhiệt độ này thì:  Độ nhớt của nước: N = 6,145.10-4 (N.s/m2)  Độ nhớt của axit: A = 8,615.10-4 (N.s/m2) Neân: lgW1 = xWlgN + (1 - xW)lgA = 0,8955.lg(6,145.10-4) + 0,1045.lg(8,615.10-4)  W1 = 6,366.10-4 (N.s/m2)  Hệ số dẫn nhiệt của nước: N = 0,6389 (W/mK)  Heä soá daãn nhieät cuûa axit: A = 0,1672 (W/mK) Neân: W1 = N.xW + A.(1 - xW) – 0,72 xW.(1 - xW)(N - A) = 0,4383 (W/mK)  Nhiệt dung riêng của nước: cN = 4178 (J/kgK)  Nhiệt dung riêng của nước: cA = 2118,425 (J/kgK) Neân: cW1 = cN x W + cA. (1 - x W ) = 3601,403 (J/kgK) cW 1 μW 1 Áp dụng công thức (V.35), trang 12, [6]: Pr W 1= = 5,23078 λW 1 Neân: NuW = 11,69963  W = 407,561 (W/m2K)  qW =W (tW – tW1) = 10929,057(W/m2)  qt = qW = 10929,057 (W/m2) (xem nhiệt tải mất mát là không đáng kể)  tw2 = tw1 - qtrt = 37,418 (oC)  Pr W 2 = 4,614676  Nun = 73,63746  n = 1419,822 (W/m2K)  qn = n (tW2 – tf) = 10532,2396 (W/m2) Kieåm tra sai soá:. Trang 39.

(40) Chưng luyện Acid acetic - NướcGVHD: Hoàng Minh Nam ¿ qW − q∨ ¿ q 100% = 3,63% < 5% (thoûa) = ¿ Keát luaän: tw1 = 43,5oC vaø tw2 = 37,418oC 3.4. Xaùc ñònh heä soá truyeàn nhieät: K=. 1. 1 1 +5 ,565 . 10− 4+ 1419 , 822 407 , 561. = 269,22 (W/m2K). 4. Beà maët truyeàn nhieät:. Lượng nhiệt trao đổi: Q = GW(hWS – hWR) = 31435,7 (kJ/h) Q Suất lượng nước cần dùng: Gn= h − h = 750,255 (kg/h) R V Bề mặt truyền nhiệt được xác định theo phương trình truyền nhiệt: Q 31435 ,7 × 1000 F = K . Δt =3600× 269 , 22× 24 , 303 = 0,94554 (m2) log. 5. Caáu taïo thieát bò: Chieàu daøi oáng truyeàn nhieät: L =. F d +d = 8,6 (m)  choïn L = 9 (m) nπ n tr 2. L 9 = d tr 0 , 032 = 281,25 > 50  l = 1: thoûa Kết luận: Thiết bị làm nguội sản phẩm đáy là thiết bị truyền nhiệt ống lồng ống với chieàu daøi oáng truyeàn nhieät L = 9 (m), chia thaønh 3 daõy, moãi daõy 3m. Kieåm tra:. III.. THIEÁT BÒ NGÖNG TUÏ SAÛN PHAÅM ÑÆNH :. Chọn thiết bị ngưng tụ vỏ – ống loại TH, đặt nằm ngang. Ống truyền nhiệt được làm bằng thép X18H10T, kích thước ống 38 x 3:  Đường kính ngoài: dn = 38 (mm) = 0,038 (m)  Beà daøy oáng: t = 3 (mm) = 0,003 (m)  Đường kính trong: dtr = 0,032 (m) Choïn:  Nước làm lạnh đi trong ống với nhiệt độ vào tV = 25oC và nhiệt độ ra tR = 40oC.  Dòng hơi tại đỉnh đi ngoài ống với nhiệt độ ngưng tụ tngưng = 100,009 (oC). 1. Hiệu số nhiệt độ trung bình :. Chọn kiểu truyền nhiệt ngược chiều, nên: (100 , 009 −25)−( 100 ,009 − 40) Δt log = 100 , 009 −25 = 67,23(K). Ln 100 , 009 − 40. 2. Heä soá truyeàn nhieät: Trang 40.

(41) Chưng luyện Acid acetic - NướcGVHD: Hoàng Minh Nam Hệ số truyền nhiệt K được tính theo công thức: 1 K= 1 1 ,(W/m2.K) + Σrt + αn α ngöng Với:  n : hệ số cấp nhiệt của dòng nước lạnh (W/m2.K).  ngöng : heä soá caáp nhieät cuûa doøng hôi ngöng tuï (W/m2.K).  rt : nhiệt trở qua thành ống và lớp cáu. 3.1. Xác định hệ số cấp nhiệt của nước đi trong ống : Nhiệt độ trung bình của dòng nước trong ống: tf = ½ (tV + tR) = 32,5 (oC). Tại nhiệt độ này thì:  Khối lượng riêng của nước: n = 994,85 (kg/m3)  Độ nhớt của nước: n = 7,64.10-7 (m2/s)  Hệ số dẫn nhiệt của nước: n = 0,6215 (W/mK)  Chuaån soá Prandtl: Prn = 5,16 Chọn vận tốc nước đi trong ống:vn = 1 (m/s) Gn 4 55459 ,3 4 = .  Soá oáng: n= 3600 ρ . 2 3600 ×994 ,85 π . 0 , 0322 .1 = 19,254 N π . d tr . v n Tra baûng V.II, trang 48, [6]  choïn n = 37 (oáng)  Vận tốc thực tế của nước trong ống: 4 Gn 4 ×55459 , 3 vn= = = 0,52 (m/s). 2 2 3600 ρn nπd tr 3600 × 994 , 85 ×37 × π ×0 , 032 Chuaån soá Reynolds : v n. d tr 0 , 52× 0 , 032 Ren= = = 21796,127 > 104 : chế độ chảy rối −7 νn 7 ,64 .10 Áp dụng công thức (3.27), trang 110, [4],công thức xác định chuẩn số Nusselt: 0 ,25 0,8 0 ,43 Pr n Nun=0 , 021. ε l . Ren Pr n . Pr w 2. ( ). Trong đó: 1 – hệ số tính đến ảnh hưởng của hệ số cấp nhiệt theo tỷ lệ giữa chiều dài L và đường kính d của ống. Tra baûng 3.1, trang 110, [4]  choïn 1 = 1 Nu n . λn Hệ số cấp nhiệt của nước đi trong ống trong: n = d tr 3.2. Nhiệt tải qua thành ống và lớp cáu : t −t q t= w1 w 2 , (W/m2). Σrt Trong đó:  tw1 : nhiệt độ của vách tiếp xúc với hơi ngưng tụ, oC  tw2 : nhiệt độ của vách tiếp xúc với nước lạnh, oC δ Σrt = t +r 1+r 2 λt  Beà daøy thaønh oáng: t = 0,003 (m). Trang 41.

(42) Chưng luyện Acid acetic - NướcGVHD: Hoàng Minh Nam  Heä soá daãn nhieät cuûa theùp khoâng gæ: t = 16,3 (W/mK)  Nhiệt trở lớp bẩn trong ống: r1 = 1/5000 (m2.K/W)  Nhiệt trở lớp cáu ngoài ống: r2 =1/5800 (m2.K/W) Neân: rt = 5,565.10-4 (m2.K/W). 3.3. Xác định hệ số cấp nhiệt của hơi ngưng tụ ngoài ống : Ñieàu kieän: - Ngöng tuï hôi baõo hoøa. - Không chứa không khí không ngưng. - Hơi ngưng tụ ở mặt ngoài ống. - Maøng chaát ngöng tuï chaûy taàng. - OÁng naèm ngang. Áp dụng công thức (3.65), trang 120, [4] Đối với ống đơn chiếc nằm ngang thì: r . ρ 2 . g . λ3 α 1=0 , 725 4 μ.( t ngöng -tW1 ). d n Tra baûng V.II, trang 48, [6] : Với số ống n = 37 thì số ống trên đường chéo của hình 6 cạnh là: b = 7 Tra hình V.20, trang 30, [6]  heä soá phuï thuoäc vaøo caùch boá trí oáng vaø soá oáng trong mỗi dãy thẳng đứng là tb = 0,6 (vì xếp xen kẽ và số ống trong mỗi dãy thẳng đứng là 7)  Heä soá caáp nhieät trung bình cuûa chuøm oáng: ngöng = tb1 = 0,61. √. Duøng pheùp laëp: choïn tW1 = 91 (oC) Nhiệt độ trung bình của màng chất ngưng tụ: tm = ½ (tngưng + tW1) = 95,5045 (oC) Tại nhiệt độ này thì:  Khối lượng riêng của nước: N = 961,457 (kg/m3)  Khối lượng riêng của axit: A = 963,17 (kg/m3) xD 1− xD 1  0 , 995 0 , 005 = + = + Neân:   = 961,4655 (kg/m3) ρ ρN ρA 961 , 457 963 ,17  Độ nhớt của nước: N = 2,955.10-4 (N.s/m2)  Độ nhớt của axit: A = 4,825.10-4 (N.s/m2) Neân: lg = xDlgN + (1 – xD)lgA = 0,9985.lg(2,955.10-4) + 0,0015.lg(4,825.10-4)   = 2,957.10-4 (N.s/m2)  Hệ số dẫn nhiệt của nước: N = 0,6811 (W/mK)  Heä soá daãn nhieät cuûa axit: A = 0,156124 (W/mK) Neân:  = N. xD + A.(1 - xD) – 0,72 xD.(1 - xD)(N - A) = 0,6766 (W/mK)  Nhieät ngöng tuï cuûa doøng hôi: r = rD = 2271688,3 (J/kg) Neân: 1 = 11487,63 (W/m2K)  ngöng = 6892,5776 (W/m2K)  qngöng = ngöng (tngöng – tW1) = 62095,23167 (W/m2)  qt = qngöng = 62095,23167(W/m2) (xem nhiệt tải mất mát là không đáng kể)  tw2 = tw1 - qtrt = 56,444 (oC). Trang 42.

(43) Chưng luyện Acid acetic - NướcGVHD: Hoàng Minh Nam  Prw2 = 3,465  Nun = 138,8677  n = 2677,54355 (W/m2K)  qn = n (tW2 – tf) = 64111,10274 (W/m2). Kieåm tra sai soá: ¿ q ngöng −q∨ ¿ q 100% = 3,2464% < 5% (thoûa) ¿ Keát luaän: tw1 = 91 oC vaø tw2 = 56,444 oC =. 3.4. Xaùc ñònh heä soá truyeàn nhieät: K=. 1 1 1 +5 , 565. 10− 4 + 2677 , 54355 6892 ,5776. = 930,18 (W/m2K). 4. Beà maët truyeàn nhieät:. Bề mặt truyền nhiệt được xác định theo phương trình truyền nhiệt: Q nt 3485616 ,314 ×1000 = F= = 15,4827 (m2) K . Δt log 3600× 930 , 18× 67 , 23. 5. Caáu taïo thieát bò:. Số ống truyền nhiệt: n = 37 (ống). Ống được bố trí theo hình lục giác đều. F d +d = 3,8056 (m)  choïn L = 4 (m) Chieàu daøi oáng truyeàn nhieät: L = nπ n tr 2 Số ống trên đường chéo: b = 7 (ống) Tra bảng trang 21, [3]  Bước ống: t = 48 (mm) = 0,048 (m) Áp dụng công thức (V.140), trang 49, [6]:  Đường kính trong của thiết bị: D = t(b-1) + 4dn = 0,44 (m). IV.. THIEÁT BÒ ÑUN SOÂI DOØNG NHAÄP LIEÄU :. Choïn thieát bò ñun soâi doøng nhaäp lieäu laø thieát bò truyeàn nhieät oáng loàng oáng. Ống truyền nhiệt được làm bằng thép X18H10T:  Kích thước ống trong: 38 x 3  Kích thước ống ngoài: 57 x 3 Choïn:  Dòng nhập liệu đi trong ống trong với nhiệt độ vào t V = tFV = 25 oC và nhiệt độ ra tR = tFS = 100,1524 oC.  Hơi ngưng tụ đi trong ống ngoài có áp suất 2,5at:  Nhieät hoùa hôi: r H O = rn = 2189500 (J/kg)  Nhiệt độ sôi: t H O = tn = 126,25 (oC) 2. 2. 1. Hiệu số nhiệt độ trung bình :. Chọn kiểu truyền nhiệt ngược chiều, nên:. Trang 43.

(44) Chưng luyện Acid acetic - NướcGVHD: Hoàng Minh Nam Δt log =. (126 ,25 −25) −(126 ,25 − 100 ,1524) 126 ,25 −25 Ln 126 ,25 −100 , 1524. = 55,4324 (K). 2. Heä soá truyeàn nhieät :. Hệ số truyền nhiệt K được tính theo công thức: 1 K= 1 1 ,(W/m2.K) + Σrt + αF αn Với:  F : heä soá caáp nhieät cuûa doøng nhaäp lieäu trong oáng (W/m2.K).  n : hệ số cấp nhiệt của hơi đốt ngoài ống (W/m2.K).  rt : nhiệt trở qua thành ống và lớp cáu. 3.1. Xaùc ñònh heä soá caáp nhieät cuûa doøng nhaäp lieäu trong oáng: Kích thước của ống trong:  Đường kính ngoài: dn = 38 (mm) = 0,038 (m)  Beà daøy oáng: t = 3 (mm) = 0,003 (m)  Đường kính trong: dtr = 0,032 (m) Nhiệt độ trung bình của dòng nhập liệu trong ống: tF = ½ (tV + tR) = 62,5762 (oC). Tại nhiệt độ này thì:  Khối lượng riêng của nước: N = 981,809 (kg/m3)  Khối lượng riêng của axit: A = 1001,037 (kg/m3) xF 1 x F 1 −  0 ,92 0 ,08 = + = + Neân:  F = 983,32 (kg/m3) ρF ρ N ρA 981 , 809 1001 ,037  Độ nhớt của nước: N = 4,5145.10-4 (N.s/m2)  Độ nhớt của axit: A = 6,8197.10-4 (N.s/m2) Neân: lgF = xFlgN + (1 – xF)lgA = 0,9746.lg(4,5145.10-4) + 0,0254.lg(6,8197.10-4)  F = 4,562.10-4 (N.s/m2)  Hệ số dẫn nhiệt của nước: N = 0,66106 (W/mK)  Heä soá daãn nhieät cuûa axit: A = 0,16305 (W/mK) Neân: F = N.xF + A.(1 - xF) – 0,72 xF.(1 - xF)(N - A) = 0,59483 (W/mK)  Nhiệt dung riêng của nước: cN = 4183 (J/kgK)  Nhiệt dung riêng của nước: cA = 2221,04 (J/kgK) Neân: cF = cN x F + cA. (1 - x F ) = 4026,043(J/kgK) cF μF Áp dụng công thức (V.35), trang 12, [6]: Pr F= = 3,08774 λF Vaän toác cuûa doøng nhaäp lieäu ñi trong oáng: 4 GF 4 ×500 v F= = = 0,1756 (m/s) 2 3600ρπ d tr 3600 ×983 , 32× π × 0 , 0322 Chuaån soá Reynolds : v d ρ 0 , 1756 ×0 , 032 ×983 , 32 Re F= F tr F = = 12113,576 > 104 : chế độ chảy rối −4 μF 4 ,562 .10. Trang 44.

(45) Chưng luyện Acid acetic - NướcGVHD: Hoàng Minh Nam Áp dụng công thức (3.27), trang 110, [4]  công thức xác định chuẩn số Nusselt: 0 ,25 0 ,43 Pr F Nu F=0 ,021 . ε l . Re0,8 Pr . F F Pr w 2. ( ). Trong đó: 1 – hệ số tính đến ảnh hưởng của hệ số cấp nhiệt theo tỷ lệ giữa chiều dài L và đường kính d của ống. Tra baûng 3.1, trang 110, [4]  choïn 1 = 1 Nu F . λ F Heä soá caáp nhieät cuûa doøng nhaäp lieäu ñi trong oáng trong: F = d tr 3.2. Nhiệt tải qua thành ống và lớp cáu : t −t q t= w1 w 2 , (W/m2). Σrt Trong đó:  tw1 : nhiệt độ của vách tiếp xúc với hơi đốt, oC  tw2 : nhiệt độ của vách tiếp xúc với dòng nhập liệu, oC δ Σrt = t +r 1+r 2 λt  Beà daøy thaønh oáng: t = 0,003 (m)  Heä soá daãn nhieät cuûa theùp khoâng gæ: t = 16,3 (W/mK)  Nhiệt trở lớp cáu trong ống: r1 = 1/5800 (m2.K/W)  Nhiệt trở lớp cáu ngoài ống: r2 =1/5800 (m2.K/W) Neân: rt = 5,289.10-4 (m2.K/W) 3.3. Xác định hệ số cấp nhiệt của hơi ngưng tụ ngoài ống : Kích thước của ống ngoài:  Đường kính ngoài: Dn = 57 (mm) = 0,057 (m)  Beà daøy oáng: t = 3 (mm) = 0,003 (m)  Đường kính trong: Dtr = 0,051 (m) 2 3 r n . ρn . g . λ n 4 Áp dụng công thức (3.65), trang 120, [4]: α n=0 , 725 μn .(t n -t W1 ). d n o Duøng pheùp laëp: choïn tW1 = 123,25 ( C) Nhiệt độ trung bình của màng nước ngưng tụ: tm = ½ (tn + tW1) = 124,75 (oC) Tại nhiệt độ này thì:  Khối lượng riêng của nước: n = 939,1575 (kg/m3)  Độ nhớt của nước: n = 2,28.10-4 (N.s/m2)  Hệ số dẫn nhiệt của nước: n = 0,686 (W/mK) Neân: n = 15967,7555 (W/m2K)  qn = n (tn – tW1) = 47903,2664 (W/m2)  qt = qn = 47903,2664 (W/m2) (xem nhiệt tải mất mát là không đáng kể)  tw2 = tw1 - qtrt = 97,914 (oC) Tại nhiệt độ này thì:  Độ nhớt của nước: N = 2,88.10-4 (N.s/m2)  Độ nhớt của axit: A = 4,7.10-4 (N.s/m2) Neân: lgW2 = xFlgN + (1 – xF)lgA = 0,9746.lg(2,88.10-4) + 0,0254.lg(4,7.10-4)  W2 = 2,916.10-4 (N.s/m2). √. Trang 45.

(46) Chưng luyện Acid acetic - NướcGVHD: Hoàng Minh Nam  Hệ số dẫn nhiệt của nước: N = 0,6816 (W/mK)  Heä soá daãn nhieät cuûa axit: A = 0,1555 (W/mK) Neân: W2 = N.xF + A.(1 - xF) – 0,72 xF.(1 - xF)(N - A) = 0,611633 (W/mK)  Nhiệt dung riêng của nước: cN = 4218,33 (J/kgK)  Nhiệt dung riêng của nước: cA = 2418,11 (J/kgK) Neân: cW2 = cN x F + cA. (1 - x F ) = 4074,3124 (J/kgK) cW 2 μW 2 Áp dụng công thức (V.35), trang 12, [6]: Pr W 2= = 1,942455 λW 2 Neân: NuF = 70,74614  F = 1315,03(W/m2K)  qF =F (tW2 - tF) = 46470,24 (W/m2) Kieåm tra sai soá: ¿ q n − q∨ ¿ q 100% = 2,9915% < 5% (thoûa) = ¿ Keát luaän: tw1 = 123,25 oC vaø tw2 = 97,914 oC 3.4. Xaùc ñònh heä soá truyeàn nhieät : K=. 1 = 739,664 (W/m2K) −4 1315 , 03+5 , 289 .10 +15967 , 7555. 3. Beà maët truyeàn nhieät :. Caân baèng nhieät: Q = GF(hFS – hFV) = Gnrn Neân: Q = GF(hFS – hFV) = 500.(408,326 – 100,135) = 154095,5 (kJ/h) Q Lượng hơi đốt cần dùng: Gn= r = 70,3793 (kg/h) n Bề mặt truyền nhiệt được xác định theo phương trình truyền nhiệt: Q 154095,5× 1000 F = K . Δt =3600× 739 , 664 ×55 , 4324 = 1,044 (m2) log. 4. Caáu taïo thieát bò : Chieàu daøi oáng truyeàn nhieät: L =. F d +d = 9,495 (m)  choïn L = 12 (m) nπ n tr 2. L 12 = d tr 0 , 032 = 375 > 50  l = 1: thoûa Kết luận: Thiết bị đun sôi dòng nhập liệu là thiết bị truyền nhiệt ống lồng ống với chieàu daøi oáng truyeàn nhieät L = 12 (m), chia thaønh 4 daõy, moãi daõy 3m. Kieåm tra:. Trang 46.

(47) Chưng luyện Acid acetic - NướcGVHD: Hoàng Minh Nam V.. BOÀN CAO VÒ : 1. Tổn thất đường ống dẫn:. Chọn ống dẫn có đường kính trong là dtr = 80 (mm) Tra baûng II.15, trang 381, [5]  Độ nhám của ống:  = 0,2 (mm) = 0,0002 (m) (ăn mòn ít) Tổn thất đường ống dẫn: v l h1= λ1 1 + Σξ 1 . F (m) d1 2g. (. ). 2. Trong đó:  1 : hệ số ma sát trong đường ống.  l1 : chiều dài đường ống dẫn, chọn l1 = 30(m).  d1 : đường kính ống dẫn, d1 = dtr = 0,08(m).  1 : toång heä soá toån thaát cuïc boä.  vF : vaän toác doøng nhaäp lieäu trong oáng daãn 1.1. Xaùc ñònh vaän toác doøng nhaäp lieäu trong oáng daãn : Các tính chất lý học của dòng nhập liệu được tra ở nhiệt độ trung bình: t FV +t FS tF = = 62,5762 (oC) 2 Tại nhiệt độ này thì:  Khối lượng riêng của nước: N = 981,809 (kg/m3)  Khối lượng riêng của axit: A = 1001,037 (kg/m3) xF 1 x F 1 −  0 ,92 0 ,08 = + = + Neân:  F = 983,32 (kg/m3) ρF ρ N ρA 981 , 809 1001 ,037  Độ nhớt của nước: N = 4,5145.10-4 (N.s/m2)  Độ nhớt của axit: A = 6,8197.10-4 (N.s/m2) Neân: lgF = xFlgN + (1 – xF)lgA = 0,9746.lg(4,5145.10-4) + 0,0254.lg(6,8197.10-4)  F = 4,562.10-4 (N.s/m2) Vaän toác cuûa doøng nhaäp lieäu ñi trong oáng: 4 GF 4 ×500 v F= = = 0,0281 (m/s) 2 3600 ρF πd tr 3600 ×983 , 32× π × 0 , 082 1.2. Xác định hệ số ma sát trong đường ống : Chuaån soá Reynolds : v d ρ 0 , 0281 ×0 , 08 ×983 , 32 Re F= F tr F = = 4845,43 > 4000 : chế độ chảy rối μF 4 ,562 .10− 4 Chuẩn số Reynolds tới hạn: Regh = 6(d1/)8/7 = 5648,5125 Vì 4000 < ReF < Regh  chế độ chảy rối ứng với khu vực nhẵn thủy học Áp dụng công thức (II.61), trang 378, [5]:. Trang 47.

(48) Chưng luyện Acid acetic - NướcGVHD: Hoàng Minh Nam 1,8 lgRe −1 , 64 ¿2 ¿ 1= = 0,04 1 ¿ 1.3. Xaùc ñònh toång heä soá toån thaát cuïc boä :  Choã uoán cong : Tra baûng II.16, trang 382, [5]: Chọn dạng ống uốn cong 90o có bán kính R với R/d = 2 thì u1 (1 chỗ) = 0,15. Đường ống có 6 chỗ uốn  u1 = 0,15. 6 = 0,9  Van : Tra baûng 9.5, trang 94, [1]: Chọn van cầu với độ mở hoàn toàn thì van (1 cái) = 10. Đường ống có 2 van cầu  van = 10. 2 = 20  Lưu lượng kế : l1 = 0 (coi như không đáng kể).  Vaøo thaùp : thaùp = 1 Neân: 1 = u1 + van + ll = 21,9 30 0 ,02812 + 21, 9 . Vaäy: h1= 0 , 04 = 1,485.10 ❑− 3 (m) 0 , 08 2× 9 , 81. (. ). 2. Tổn thất đường ống dẫn trong thiết bị đun sôi dòng nhập liệu;. (. h2= λ 2. v l2 + Σξ 2 . 2 d2 2g. ). 2. (m). Trong đó:  2 : hệ số ma sát trong đường ống.  l2 : chiều dài đường ống dẫn, l2 = 12 (m).  d2 : đường kính ống dẫn, d2 = dtr = 0,032(m).  2 : toång heä soá toån thaát cuïc boä.  v2 : vaän toác doøng nhaäp lieäu trong oáng daãn 2.1. Vaän toác doøng nhaäp lieäu trong oáng daãn :v2 = 0,1756 (m/s) 2.2. Xác định hệ số ma sát trong đường ống : Chuẩn số Reynolds : Re2 = 12113,576 > 4000: chế độ chảy rối Độ nhám:  = 0,0002 Chuẩn số Reynolds giới hạn: Regh = 6(d1/)8/7 = 1982,191 Chuẩn số Reynolds khi bắt đầu xuất hiện vùng nhám: Ren = 220(d1/)9/8 = 66383,120 Vì Regh < Re1 < Ren  chế độ chảy rối ứng với khu vực quá độ. Áp dụng công thức (II.64), trang 379, [5]: ε 100 0 , 25 0,1 . 1 , 46 . + 2 = = 0,0363 d 2 Re2. (. ). 2.3. Xaùc ñònh toång heä soá toån thaát cuïc boä :  Chữ U :. Trang 48.

(49) Chưng luyện Acid acetic - NướcGVHD: Hoàng Minh Nam Tra baûng 9.5, trang 94, [1]: U2 (1 choã) = 2,2 Đường ống có (4 – 1) = 3 chữ U  U2 = 2,2. 3 = 6,6.  Đột thu : Tra baûng II.16, trang 382, [5]: F o 0 , 0322 = Khi = 0,160 thì đột thu 2 (1chỗ) = 0,458 F 1 0 , 082 Có 1 chỗ đột thu  đột thu 1 = 0,458  Đột mở : Tra baûng II.16, trang 382, [5]: F o 0 , 0322 = Khi = 0,160 thì đột mở 2 (1chỗ) = 0,708 F 1 0 , 082 Có 1 chỗ đột mở  đột mở 2 = 0,708 Nên: 2 = U2 + đôt thu 2 + đột mở 2 = 7,766 12 0 , 17562 h = 0 , 0363 +7 , 766 . Vaäy: 2 = 0,19134 (m) 0 ,032 2 × 9 ,81. (. ). 3. Chieàu cao boàn cao vò:. Choïn :  Mặt cắt (1-1) là mặt thoáng chất lỏng trong bồn cao vị.  Mặt cắt (2-2) là mặt cắt tại vị trí nhập liệu ở tháp. Aùp duïng phöông trình Bernoulli cho (1-1) vaø (2-2): P1 P2 v1 v2 z1 + + = z2 + + +hf1-2 ρF . g ρF . g 2.g 2.g P 2 − P1 v 2 − v 1 +  z1 = z2 + +hf1-2 ρF . g 2.g Trong đó:  z1: độ cao mặt thoáng (1-1) so với mặt đất, hay xem như là chiều cao bồn cao vị H cv = z1 .  z2: độ cao mặt thoáng (2-2) so với mặt đất, hay xem như là chiều cao từ mặt đất đến vị trí nhập liệu: z2 = hchân đỡ + hđáy + (nttC – 1)h + 0,5 = 0,24 + 0,2625 + (13 – 1).0,3 + 0,5 = 4,6025 (m)  P1 : áp suất tại mặt thoáng (1-1), chọn P1 = 1 at = 9,81.104 (N/m2)  P2 : áp suất tại mặt thoáng (2-2) Xem P = P2 – P1 = nttL .PL = 34. 490,4024 = 16673,6816 (N/m2)  v1 : vận tốc tại mặt thoáng (1-1), xem v1 = 0 (m/s).  v2 : vaän toác taïi vò trí nhaäp lieäu, v2 = vF = 0,0281 (m/s).  hf1-2 : tổng tổn thất trong ống từ (1-1) đến (2-2): hf1-2 = h1 + h2 = 0,192825 (m) Vaäy: Chieàu cao boàn cao vò: 2. 2. 2. 2. Trang 49.

(50) Chưng luyện Acid acetic - NướcGVHD: Hoàng Minh Nam P2 − P1 v 2 − v 1 + +hf1-2 ρF . g 2.g 16673 ,6816 0 ,02812 −0 + = 4,6025+ + 0,192825 983 , 32× 9 , 81 2× 9 , 81 = 6,523858 (m) Choïn Hcv = 10 (m). 2. Hcv = z2 +. 2. VI. BÔM : 1. Naêng suaát:. Nhiệt độ dòng nhập liệu là tF = 25oC. Tại nhiệt độ này thì:  Khối lượng riêng của nước: N = 996,9 (kg/m3)  Khối lượng riêng của axit: A = 1042,75 (kg/m3) 1 x F 1 − x F 0 , 92 0 , 08 = + = + Neân:  F = 1000,42 (kg/m3) ρF ρ N ρA 996 , 9 1042 , 75  Độ nhớt của nước: N = 8,92.10-4 (N.s/m2)  Độ nhớt của axit: A = 1,125.10-3 (N.s/m2) Neân: lgF = xFlgN + (1 – xF)lgA = 0,9746.lg(8,92.10-4) + 0,0254.lg(1,125.10-3)  F = 8,973.10-4 (N.s/m2) Suất lượng thể tích của dòng nhập liệu đi trong ống: G 500 QF = F = = 0,49979 (m3/h) ρ F 1000 , 42 Vaäy: choïn bôm coù naêng suaát Qb = 0,5 (m3/h). 2. Coät aùp:. Choïn :  Mặt cắt (1-1) là mặt thoáng chất lỏng trong bồn chứa nguyên liệu.  Mặt cắt (2-2) là mặt thoáng chất lỏng trong bồn cao vị. AÙp duïng phöông trình Bernoulli cho (1-1) vaø (2-2): P1 P2 v1 v2 z1 + + + Hb = z2 + + +hf1-2 ρF . g ρF . g 2.g 2.g Trong đó:  z1: độ cao mặt thoáng (1-1) so với mặt đất, chọn z1 = 1m.  z2: độ cao mặt thoáng (2-2) so với mặt đất, z2 = Hcv = 10m.  P1 : áp suất tại mặt thoáng (1-1), chọn P1 = 1 at.  P2 : áp suất tại mặt thoáng (2-2), chọn P2 = 1 at.  v1,v2 : vận tốc tại mặt thoáng (1-1) và(2-2), xem v1= v2 = 0(m/s).  hf1-2 : tổng tổn thất trong ống từ (1-1) đến (2-2).  Hb : coät aùp cuûa bôm. 2. 2. 2.1. Tính tổng trở lực trong ống: Chọn đường kính trong của ống hút và ống đẩy bằng nhau: dtr = 50 (mm) Tra baûng II.15, trang 381, [5]  Độ nhám của ống:  = 0,2 (mm) = 0,0002 (m) (ăn mòn ít). Trang 50.

(51) Chưng luyện Acid acetic - NướcGVHD: Hoàng Minh Nam Tổng trở lực trong ống hút và ống đẩy v l h+ l ñ + Σξ h + Σξ ñ . F hf1-2 = λ d tr 2g. (. ). 2. Trong đó:  lh : chieàu daøi oáng huùt. Chieàu cao huùt cuûa bôm: Tra baûng II.34, trang 441, [5]  hh = 4,5 (m)  Choïn lh = 6 (m).  lđ : chiều dài ống đẩy, chọn lđ = 15 (m).  h : toång toån thaát cuïc boä trong oáng huùt.  đ : tổng tổn thất cục bộ trong ống đẩy.   : hệ số ma sát trong ống hút và ống đẩy.  vF : vận tốc dòng nhập liệu trong ống hút và ống đẩy (m/s). 4 Qb 4 × 0,5 v F= = = 0,0707 (m/s) 2 2 3600 πd tr 3600 × π ×0 , 05  Xác định hệ số ma sát trong ống hút và ống đẩy : Chuaån soá Reynolds : v F d tr ρF 0 , 0707 ×0 ,05 ×1000 , 42 Re F= = = 3943,23 −4 μF 8 , 973 .10 Vì 2320 < ReF < 4000  chế độ chảy quá độ. 0 ,3164 Áp dụng công thức (II.59), trang 378, [5]:  = Re = 0,04 F 0 ,25.  Xaùc ñònh toång toån thaát cuïc boä trong oáng huùt :  Choã uoán cong : Tra baûng II.16, trang 382, [5]: Chọn dạng ống uốn cong 90o có bán kính R với R/d = 2 thì u1 (1 chỗ) = 0,15. OÁng huùt coù 2 choã uoán  u1 = 0,15. 2 = 0,3  Van : Tra baûng 9.5, trang 94, [1]: Chọn van cầu với độ mở hoàn toàn thì v1 (1 cái) = 10. OÁng huùt coù 1 van caàu  v1 = 10 Neân: h = u1 + v1 = 10,3  Xác định tổng tổn thất cục bộ trong ống đẩy :  Choã uoán cong : Tra baûng II.16, trang 382, [5]: Chọn dạng ống uốn cong 90o có bán kính R với R/d = 2 thì u2 (1 chỗ) = 0,15. Ống đẩy có 4 chỗ uốn  u2 = 0,15. 4 = 0,6  Van : Tra baûng 9.5, trang 94, [1]: Chọn van cầu với độ mở hoàn toàn thì v2 (1 cái) = 10. Ống đẩy có 1 van cầu  v2 = 10  Vaøo boàn cao vò : cv = 1. Trang 51.

(52) Chưng luyện Acid acetic - NướcGVHD: Hoàng Minh Nam Neân: ñ = u1 + v1 + cv = 11,6 6 +8 0 , 07072 +10 , 3+11 , 6 . Vaäy: hf1-2 = 0 , 032 =7,862.10 ❑− 3 (m) 0 , 05 2 × 9 ,81. (. ). 8 (mm). 2.2. Tính coät aùp cuûa bôm: Hb = (z2 – z1) + hf1-2 = (10 – 1) +7,862.10 ❑− 3 = 9,007862 (m). 3. Coâng suaát:. Choïn hieäu suaát cuûa bôm: b = 0,8.. Q b H b ρ F . g 0,5 ×9 , 007862 ×1000 , 42 ×9 , 81 = 3600 .η b 3600 × 0,8 = 15,348 (W) = 0,0206 (Hp). Kết luận: Để đảm bảo tháp hoạt động liên tục ta chọn 2 bơm li tâm loại XM, có: - Naêng suaát: Qb = 0,5 (m3/h) - Coät aùp: Hb = 9,007862 (m) - Coâng suaát: Nb = 0,0206 (Hp) Công suất thực tế của bơm: Nb =. Chöông 7. TÍNH KINH TEÁ Lượng thép X18H10T cần dùng: M1 = 47mmâm + mthân + 2mđáy(nắp) = 1438,374 (kg)  Lượng thép CT3 cần dùng: M2 = 16mbích nối thân + 2.( mbích ghép ống nhập liệu + mbích ghép ống hoàn lưu + mbích ghép ống dẫn lỏng vào nồi đun + mbích ghép ống dẫn lỏng ra khỏi nồi đun ) + 2. 2. mbích ghép ống hới + 4. mchân đỡ + 4. mtai treo + 4. mtấm lót = 252,56876 (kg)  Soá buloâng caàn duøng: n = 8. 24 + 4.2 + 4.4 = 216 (caùi)  Chieàu daøi oáng 38 x 3mm: L1 = 127.4 + 9 + 4.37 + 12 = 677 (m)  Chieàu daøi oáng 57 x 3mm: L2 = 9 + 12 = 21 (m)  Chọn tổng chiều dài ống hoàn lưu, ống dẫn lỏng vào nồi đun, ống dẫn lỏng ra khỏi noài ñun laø 30m. Chieàu daøi oáng 32mm: 20 (m) Chieàu daøi oáng 20mm: 10 (m) L3 = 30 + 20 + 10 = 60 (m)  Chiều dài ống 100mm: Chọn tổng chiều dài ống hơi ở đỉnh tháp và ống hơi ở đáy thaùp laø L4 = 10m. . Trang 52.

(53) Chưng luyện Acid acetic - NướcGVHD: Hoàng Minh Nam . .   . Chiều dài ống 50mm: Chọn tổng chiều dài ống chảy tràn và ống xả đáy từ bồn cao vò laø 20m. L5 = 2. 6 + 8 + 20 = 40 (m) Kính quan sát: đường kính là 180mm, dày 20mm π S= . 0,182 = 0,025 (m2) 4 Choïn 2 kính quan saùt  S = 2. 0,025 = 0,051 (m2) Bôm ly taâm: choïn 2 bôm ly taâm  Nb = 2. 0,0206 = 0,0412 (Hp) Cuùt inox 38 x 3mm: n = (1 + 2).2 = 6 (caùi) Cuùt inox 57 x 3mm: n = 6 (caùi). Vaät lieäu Số lượng Theùp X18H10T 1438,374 (kg) Theùp CT3 252,56876(kg) Buloâng 216 (caùi) Vaät lieäu caùch nhieät 0,38973 (m3) OÁng daãn 38 x 3mm 677 (m) OÁng daãn 57 x 3mm 21 (m) OÁng daãn loûng ( L3) 60 (m) OÁng 100mm 10 (m) OÁng 50mm (m) Kính quan saùt 0,051 (m2) Bôm ly taâm 0,0412 (Hp) Áp kế tự động 1 (caùi) Nhiệt kế điện trở tự ghi 3 (caùi) Lưu lượng kế ( 50mm) 2 (caùi) Van inox 50mm 5 (caùi) Van inox 32mm 4 (caùi) Van inox 20mm 2 (caùi) Racco inox 50mm 5 (caùi) Racco inox 32mm 1 (caùi) Racco inox 20mm 1 (caùi) Cuùt inox 38 x 3mm 6(caùi) Cuùt inox 57 x 3mm 6 (caùi) Cuùt inox 32mm,20mm 14 (caùi) Cuùt inox 100mm 3 (caùi) Cuùt inox 50mm 10 (caùi) T inox 50 3 (caùi) Toång chi phí vaät tö Vậy tổng chi phí vật tư là 133 triệu đồng. Xem tieàn coâng cheá taïo baèng 200% tieàn vaät tö. Vậy: tổng chi phí là 400 triệu đồng.. Trang 53. Ñôn giaù 50000 (ñ/kg) 10000 (ñ/kg) 5000 (ñ/caùi) 4000000 (ñ/m3) 50000 (ñ/m) 100000 (ñ/m) 100000 (ñ/m) 100000 (ñ/m) 100000 (ñ/m) 250000 (ñ/m2) 700000 (ñ/Hp) 600000 (ñ/caùi) 200000 (ñ/caùi) 1500000 (ñ/caùi) 150000 (ñ/caùi) 150000 (ñ/caùi) 150000 (ñ/caùi) 150000 (ñ/caùi) 150000 (ñ/caùi) 150000 (ñ/caùi) 15000 (ñ/caùi) 30000 (ñ/caùi) 30000 (ñ/caùi) 30000 (ñ/caùi) 30000 (ñ/caùi) 30000 (ñ/caùi). Thaønh tieàn (ñ) 71918700 2525687,6 1080000 1558920 33850000 2100000 6000000 1000000 4000000 12723 28840 600000 600000 3000000 750000 600000 300000 750000 150000 150000 90000 180000 420000 90000 300000 90000 132144870,6.

(54) Chưng luyện Acid acetic - NướcGVHD: Hoàng Minh Nam. LỜI KẾT Với hệ thống chưng cất Nước – Axit axetic dùng tháp mâm xuyên lỗ như đã thiết kế, ta thấy bên cạnh những ưu điểm cũng còn có nhiều nhược điểm. Thiết bị có ưu điểm là năng suất và hiệu suất cao nhưng thiết bị còn rất cồng kềnh, đòi hỏi phải có sự vận hành với độ chính xác cao. Bên cạnh đó, khi vận hành thiết bị này ta cũng phải hết sức chú ý đến vấn đề an toàn lao động để tránh mọi rủi ro có thể xảy ra, gây thiệt hại về người và cuûa.. TAØI LIEÄU THAM KHAÛO [1].Trần Hùng Dũng – Nguyễn Văn Lục – Hoàng Minh Nam – Vũ Bá Minh, “Quá trình vaø Thieát bò trong Coâng Ngheä Hoùa Hoïc – Taäp 1, Quyeån 2: Phaân rieâng baèng khí động, lực ly tâm, bơm, quạt, máy nén. Tính hệ thống đường ống”, Nhà xuất bản Đại hoïc Quoác gia TpHCM, 1997, 203tr. [2].Voõ Vaên Bang – Vuõ Baù Minh, “Quaù trình vaø Thieát bò trong Coâng Ngheä Hoùa Hoïc – Taäp 3: Truyền Khối”, Nhà xuất bản Đại học Quốc gia TpHCM, 2004, 388tr. [3].Phaïm Vaên Boân – Nguyeãn Ñình Thoï , “Quaù trình vaø Thieát bò trong Coâng Ngheä Hoùa Học – Tập 5: Quá trình và Thiết bị Truyền Nhiệt”, Nhà xuất bản Đại học Quốc gia TpHCM, 2002, 372tr. [4].Phạm Văn Bôn – Vũ Bá Minh – Hoàng Minh Nam, “Quá trình và Thiết bị trong Công Nghệ Hóa Học – Tập 10: Ví dụ và Bài tập”, Nhà xuất bản Đại học Quốc gia TpHCM, 468tr. [5].Taäp theå taùc giaû, “Soå tay Quaù trình vaø Thieát bò Coâng ngheä Hoùa chaát – Taäp 1”, Nhaø xuaát baûn Khoa hoïc Kyõ thuaät Haø Noäi, 1999, 626tr. [6].Taäp theå taùc giaû, “Soå tay Quaù trình vaø Thieát bò Coâng ngheä Hoùa chaát – Taäp 2”, Nhaø xuaát baûn Khoa hoïc Kyõ thuaät Haø Noäi, 1999, 447tr. [7].Hồ Lê Viên, “Thiết kế và Tính toán các thiết bị hóa chất”, Nhà xuất bản Khoa học và Kyõ thuaät, Haø Noäi, 1978, 286tr. [8].Nguyễn Minh Tuyển, “Cơ sờ Tính toán Máy và Thiết bị Hóa chất – Thực phẩm”, Nhà xuaát baûn Khoa hoïc vaø Kyõ thuaät, Haø Noäi, 1984, 134tr. [9].Trần Hữu Quế, “Vẽ kỹ thuật cơ khí – Tập 1”, Nhà xuất bản Đại học và Giáo dục chuyeân nghieäp, 1991, 160tr. [10].Phạm Đình Trị, “380 phương thức điều chế và ứng dụng hóa học trong sản xuất và đời sống”, Nhà xuất bản TpHCM, 1988, 144tr. [11].Nguyễn Thế Đạt, “Khoa học kỹ thuật bảo hộ lao động và một số vấn đề về môi trường”, Nhà xuất bản Khoa học và Kỹ thuật, Hà Nội, 2005, 283tr. [12].Thế Nghĩa, “Kỹ thuật an toàn trong sản xuất và sử dụng hóa chất ”, Nhà xuất bản Khoa hoïc Kyõ thuaät, 2000, 299tr.. Trang 54.

(55) Chưng luyện Acid acetic - NướcGVHD: Hoàng Minh Nam. Trang 55.

(56)

Chung cat mam xuyen lo Acetic acidnuoc

Tài liệu liên quan

Tài liệu bạn tìm kiếm đã sẵn sàng tải về