chung cat thap mam chop he Etanolnuoc

Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (205.48 KB, 37 trang )

(1)MỞ ĐẦU. Trong nhiều ngành sản xuất hoá học cũng như sử dụng, nguyên liệu cần có độ tinh khiết cao .Để có được sản phẩm có độ tinh khiết cao, ta cần tách chúng từ hỗn hợp nguyên liệu, thường hỗn hợp lỏng hoặc hỗn hợp khí Các phương pháp phổ biến để tách riêng hỗn hợp cũng như nâng cao nồng độ gồm: chưng cất , trích ly ,cô đặc ,hấp thu … Tuỳ theo đặc tính của hỗn hợp cũng như yêu cầu của ssản phẩm mà ta chọn phương pháp tách phù hợp .Đối với hệ etanol-nước để tách cồn và nước , nâng cao nồng độ cồn ta duøng phöông phaùp chöng caát. Chưng cất là quá trình tách các cấu tử của một hỗn hợp lỏng hoặc hỗn hợp khí thành những cấu tử riêng biệt dựa vào độ bay hơi khác nhau của chúng trong hỗn hợp. Coù nhieàu phöông phaùp chöng caát khaùc nhau:  Chöng caát ñôn giaûn  Chưng bằng hơi nước trực tiếp  Chưng gián đoạn … Thiết bị chưng cất có nhiều loại:  Thaùp maâm choùp  Tháp đệm  Thaùp maâm xuyeân loã Qúa trinh chưng cất được ứng dụng rộng rãi và có ý nghĩa quan trọng trong kĩ thuật hóa học. Tuỳ theo tính chất của hệ cấu tử đem chưng cất, độ tinh khiết cuûa saûn phaåm, hieäu suaát chöng caát, … maø ta choïn phöông phaùp vaø thieát keá thaùp.

(2) cho phù hợp. Vì vậy việc thiết kế tháp chưng cất cho phù hợp với yêu cầu sản xuất, đáp ứng yêu cầu kĩ thuật và quan tâm đến tính kinh tế là vấn đề quan troïng. Đồ án môn học này thiết kế tháp chưng cất cồn thô với năng xuất theo nguyên liệu đầu vào 5000 kg/h. Nồng độ dung dịch đầu 35% (khối lượng), sản phẩm đỉnh có độ thu hồi 99.5% Tháp chưng loại mâm chóp tròn , đun bằng cách sục hơi nước trực tiếp, đáy chủ yếu là nước. Áp suất hơi đốt :2.5 at. Tập đồ án môn học này gồm 7 phần :. Phần 1: giới thiệu sơ lược về etanol Phaàn 2: Thuyeát minh quy trình Phaàn 3: Caân baèng vaät chaát Phần 4: Tính kích thước tháp Phaàn 5: Tính cô khí Phần 6: Tính cân bằng năng lượng Phaàn 7: Tính caùc thieát bò phuï Keát luaän Taøi lieäu tham khaûo PHẦN 1: SƠ LƯỢC VỀ ETANOL (hỏi thằng Trí thêm) 1. Tính chaát vaät lyù cô baûn cuûa Etanol: Heä soá bay hôi K cuûa etylic % khối lượng rượu. Heä soá bay hôi. % khối lượng rượu. Heä soá bay hôi.

(3) 10 8 6 4 2. 5.16 5.78 6.63 7.80 9.25. 0.9 0.7 0.5 0.3 0.1. 10.6 11.1 11.3 11.2 11.0. Quan hệ giữa nồng độ rượu và nhiệt độ sôi % khối lượng Theå Theå loûng hôi 0.1 0.5 1.0 10 15 20 25 30 40 50 60 70 80 90. 1.3 6.1 10.75 52.2 60 65 68.7 71.3 74.6 77 79.5 82.1 85.8 91.3. Nhieät % phân tử độ Theå loûng Theå hôi o soâi C 99.8 99.3 0.04 0.51 98.75 0.19 2.48 91.3 0.39 4.51 89.0 4.16 29.92 87 6.46 36.98 85.7 8.92 42.09 84.7 11.55 46.08 83.1 14.35 49.16 81.9 20.68 53.46 80.96 28.12 56.71 80.2 36.98 60.29 79.5 47.72 64.21 78.5 61.02 70.09 77.8 80.42. Khối lượng riêng và thể tích riêng của hỗn hợp etilic-nước ở áp suaát. P= 1 & 1.1 at. % khoái Nhieät lượng độ sôi, o trong C. Khoái lượng 1 m3 ở. Theå tích cuûa 1. Nhieät độ sôi, o C. Khoái lượng 1 m3 ở. Theå tích cuûa 1 Kg ,.

(4) hôi 0 5 10 25 50 75 100. 100.0 99.5 99.0 98.0 92.4 84.5 78.4. P=1.1 at 0.638 0.670 0.693 0.768 0.95 1.247 1.75. Kg , m3 1.567 1.492 1.443 1.302 1.052 0.802 0.571. 100.0 95.0 91.5 85.8 81.9 79.7 78.2. P=1.0 at 0.589 0.620 0.643 0.722 0.887 1.145 1.592. m3 1.697 1.513 1.555 1.385 1.127 0.812 0.622. 2. Caùc nguoàn ñieàu cheá Etanol : a. Hidrat hóa anken: Đun nóng anken với nước CH2 =CH2 + H-OH  CH3-CH2-OH Phương pháp này được dùng phổ biến trong sản xuất công nghiệp b. Thuyû phaân daãn xuaát halogen trong dung dich kieàm C2H5-Br + NaOH  C2H5-OH + NaBr Phöông phaùp naøy chæ duøg trong phoøng thí nghieäm. 3. Ứng dụng của Etanol: - Là nghuyên liệu để sản xuất cao su tổng hợp . - Rượu etylic dùng để điều chế một số hợp chất hữu cơ như acid acetic, dietyl ete, etylacetat… - Do có khả năng hoà tan tốt một số chất hữu cơ nên rượu etylic dùng để pha vecni, dược phẩm , nước hoa… - Khi cháy toả nhiều nhiệt nên rượu etylic còn được dùng làm nhiên lieäu PHAÀN 2: THUYEÁT MINH QUY TRÌNH COÂNG NGHEÄ Chưng cất được ứng dụng rộng rãi trong công nghiệp hóa học và có khả năng tách hoàn toàn hỗn hợp các cấu tử dễ bay hơi có tính chất hòa tan một phần hoặc hoàn toàn. Hỗn hợp cần chưng cất là etanol-nước. Để cho qúa trình chưng cất được liên tục cần cho hỗn hợp đi vào phân li tiếp xúc trực tiếp với luồng hơi có nộng độ cấu tử khó bay hơi lớn hơn so với dung dịch. Do đó trong hệ thống thiết bị để chưng cất liên tục, tháp gồm hai phần đoạn chưng và đoạn luyện..

(5) Ơû đoạn chưng của tháp xảy ra: cấu tử dễ bay hơi được tách ra khỏi chất lỏng chảy ở trên xuống, còn ở đoạn cất thì hơi đi lên càng giàu cấu tử dễ bay hôi. Hệ thống thiết bị chưng cất (xem sơ đồ) : Hỗn hợp etanol-nước có nồng độ 35%(khối lượng) etanol tại bình chứa 3 có nhiệt độ 25 0C được bơm vào thiết bị gia nhiệt 2. Ở đó hỗn hợp được làm nóng lên đến nhiệt độ sôi của nhập liệu (tF =83.8oC), sau đó được đưa vào tháp chưng cất. Từ thiết bị gia nhiệt, hỗn hợp đi vào tháp chưng cất 1, ở đĩa nhập liệu (đĩa trên cùng của đoạn chưng). Tại đây qúa trình chưng cất xảy ra. Trên đĩa nhập liệu , chất lỏng được trộn lẫn với phần lỏng từ đoạn cất của tháp chảy xuống. Trong tháp hơi đi từ dưới lên gặp chất lỏng đi từ trên xuống. Hơi từ đĩa dưới đi vào các ống hơi của các chóp, vào trục qua lớp chất lỏng, một phần chóp ngập vào chất lỏng , chóp có răng cưa , hơi đi qua đó, tạo thành những tia rất nhỏ để làm tăng bề mặt tiếp xúc giữa hơi và lỏng. Vì nhiệt độ càng lên trên càng thấp nên phần dưới là cấu tử có nhiệt độ bay hơi cao. Trên đỉnh, ta thu được hỗn hợp hơi gồm etanol chiếm tỉ lệ cao. Hơi đó đi vào thiết bị ngưng tụ 5 và được ngưng tụ hoàn toàn, thiết bị ngưng tụ với chất làm lạnh là nước, nhiệt độ vào là 25 oC , nhiệt độ ra là 45oC Moät phaàn chaát loûng ngöng ñi qua thieát bò laøm nguoäi saûn phaåm 4, phaàn coøn lại của chất lỏng ngưng được hồi lưu về tháp ở đĩa trên cùng với chỉ số hồi lưu R= 2.5 Chất lỏng đi từ trên xuống gặp hơi có nhiệt độ cao hơn , một phần cấu tử có nhiệt độ sôi thấp : etanol được bốc hơi ra do đó nồng độ cấu tử khó bay hơi trong chất lỏng ngày càng tăng và cuối cùng ở đáy thápthu được hỗn hợp lỏng hầu hết là nước. Dung dịch lỏng ở đáy tháp ra khỏi tháp một phần dược đưa vào thiết bị nồi hơi để đung bốc hơi cung cấp cho tháp, một phần qua thết bị làm nguội sau đó đưa vào bình chứa. Hệ thống làm việc liên tục cho etanol ở đỉnh tháp PHẦN 1: TÍNH TOÁN THÁP Cân bằng vật chất và năng lượng cho toàn tháp trong trường hợp đun bằng hơi nước trực tiếp: Cồn loại 1 theo tiêu chuẩn Việt Nam (TCVN-71) > = 96%(tt) Chọn xD= 96%(tt) . Đổi ra 92.8% (khối lượng) F + Gn+1 = D + W FxF + 0 = DxD + WxW.

(6) FhF +Gn+1HG n+1= DHD + WHW + QC QC = (R+1)D (HG – HD) R = 1.3 Rm + 0.3 Lượng Etanol có trong nhập liệu: Lượng Etanol có trong sản phẩm đỉnh: Suất lượng sản phẩm đỉnh: Đổi ra phân mol:. 5000* 0.35= 1750 kg/h 0.995*1750=1741.25 kg/h 1741. 25 D= 0. 928 kg/h ¿❑ ❑. x F M E tan ol 0 .35 46 = = 0.174 0. 35 46+ 0. 65 18 x F M E tan ol +(1− x F ) M nuoc 0 .928 46 xD= =0.834 0. 928 46 +0 .072 18 xF = 0.174 từ đồ thị T-x,y => yF* = 0.51 Từ đồ thị, kẻ tiếp tuyến => yo = 0.31 xD Ta coù = yo => Rmin = 1.69 ( R+1) R = 1.3 Rm + 0.3 = 1.3* 1.69 + 0.3 = 2.4974 , laáy Rmin = 2.5 MtbF = xF* M etanol + (1- xF) Mnước = 0.174*46 + (1- 0.174)*18 = 22.872 kg/ kmol F = F/Mtb,F = 5000/ 22.872 = 218.6 kmol/h D = D/ Mtb,D= 1876.35/ 41.352= 45.375 kmol/h Mtb,D = 0.834 *46 +(1-0.834) *18 = 41.352 kg/kmol Mtb,W= 18.02 kg/kmol Từ giản đồ (T-xy) xF= 0.174 => tF,L= 83.8oC xD= 0.834 => tD,L= 78.6oC CF= 3.81 kj/kgoC CD= 3.325 kj/kgoC Cw= 4.18 kj/kgoC (Sản phẩm đáy xem như là nước nguyên chất ). Hơi nước bão hoà ở Pt d = 2 at. Coù HG h= 2710 kj/kg. Qui veà to = 20oC : HG h= [2710 kj/kg -4.18 kj/kg(20oC -0OC) ]-18kg/kmol = 47275.2 kj/kmol. Sản phẩm đáy xem như là nước nguyên chất , sôi ở 1 at => Hw=415,2 kj/kg  Hw = 415.2 kj/kg ×18 kg/kmol =7473.6 kj/kmol (t chuaån = 20oC) Quy veà 20oC : Hw =7473.6 -18×4.18×20 xF =.

(7) = 5968.8kj/kmol. HF = CF( tF-to)×Mtb,F + Hs  ¿ Xem CF = const , ¿ Hs = 0, ¿ HF = 3.81 kj/kgoC×(83.8 oC -20oC)×22.872 kg/kmol = 4640.36 kj/kmol. HD = 3.325 kj/kgoC×(78,6oC – 20oC)× 40.344 kg/kmol  = 7860.8 kj/kmol Như vậy hệ phương trình (I) được viết lại : ¿ 218.6 + Gn+1 = 45.375 +W 218.6 *0.174 = 45.375*0.834 + W 218.6*4640.36 + 45275.2 Gn1 = 45.375*7860.8 + 5968.8*W+4565857.7 QC = (R+1)*D*(HG – HD)  = (2.4974 +1)*45.375*(47275.2-7860.8) = 4565857.7 kj/kmol. Giải hệ phương trình trên ta được : Gn= 119.645 kmol/h W = 292.87 kmol/h XW = 0.00066 Nồng độ Suất lượng Phaàn mol Phần khối lượng Phần mol Phaàn khoái Ñænh lượng Nhaäp lieäu 0.834 0.9277 45.375 1876.35 Đáy 0.174 0.35 218.6 5000 0.00066 0.00168 292.87 5277.5. - Phương trình đường làm việc phần luyện biểu thị quan hệ giữa nồng độ của cấu tử. có nhiệt độ sôi thấp; trong hơi đi lên (y) ,trong chất lỏng chảy xuống (x), trong sản phẩm (xD) chỉ số hổi lưu R và được biểu diễn bằng phương trình: R xD Ym+1= x + R+ 1 M R+ 1 = 0.714 x M + 0.238 Phương trình đường làm việc phần chưng : R+ f f −1 xW x+ R+ 1 R+ 1 Phương trình đường làm việc biểu diễn sự ra , vào khỏi một mâm trên tháp. Việc xác định phương trình hai đường làm việc giúp ta xác định số mâm lý thuyết & vị trí mâm nhập lieäu . - Soá maâm lyù thuyeát : Ym+1=.

(8) - Vẽ hai đường làm việc trên đồ thị xy. Hai đường này cắt nhau tại một điểm chính. . là vị trí mâm nhập liệu. Vẽ các đường bậc thang tạo bởi hai đường làm việc và đường can bằng (hình vẽ) , ta xác định được số mâm lý thuyết cũng là số bậc thang :15 maâm - Xác định số mâm thực tế Công thức xác định số mâm thực tế : Nt = Nlt/ : hiệu suất trung bình của đãi Ntt: số mâm thực tế Nlt: soá maâm lyù thuyeát Hiệu suất mâm  phụ thuộc vào độ bay hơi tương đối & độ nhớt  của hỗn hợp :  = f(,) Độ bay hơi tương đối : y∗ 1−x  = = 1− y ∗ x ¿ vò trí maâm nhaäp lieäu : to = 83.8oC [1] xo = xF = 0.174 yo* = 0.31 0. 31 1 −0 . 174 = = 2.133 1 −0 . 31 0. 174. độ nhớt  = 0.6 Ns / m2  *= 2.133*0.6 = 1.28 tra đồ thị ta được o = 0.47 [3] đồ thị IX-11 taïi ñænh thaùp :  tD= 78.6oC xD= 0.834oC yD= 0.835oC  = 0.5025oC 0. 835 1 −0 . 834 = =1 1 −0 . 835 0. 835 => * = 0.505 D = 0.585 [3] tại đáy tháp :  tW = 99.2oC xW = 0.00066 yW = 0.06  = 0.284 Ns/ m2 0. 06 1 −0 . 00066 = = 96.65 1 −0 . 06 0. 00066  = 27.448.

(9) W = 0.3 hieäu suaát trung bình:  = (o + D +W)*1/3 = (0.47 + 0.585 + 0.3) *1/3= 0.452 số mâm thực tế : Ntt = Nlt/  = 15 / 0.452 = 33.21 Choïn Nt = 34 maâm. 13 = 28.7 0. 452 2 Tính rieâng cho phaàn caát : Nt chöng = = 4.4 0. 452 Vị trí mâm nhậo liệu tại giao điểm đường làm việc phần chưng & phần cất. Đối với mâm lý thuyết, vị trí mâm nhập liệu là mâm thứ 14. Đối với thực tế nhập liệu ở mâm thứ 30 đếm từ trên xuống Vậy: số mâm thực là 33 mâm (trừ 1 mâm làm nồi đun) Vị trí nhập liệu trên mâm thứ 30 (tính từ trên xuống) Phaàn caát coù 28 ñóa Phaàn chöng coù 5 ñóa Tính rieâng cho phaàn caát : Nt caát =. PHẦN III: KÍCH THƯỚC THÁP Đường kính tháp được xác định theo công thức sau: 4 Vtb D= ,m 3 . 14 ∗3600 ∗ wtb. √. = 0.0188. √. gtb ,m (ρy ∗ wy) tb. trong đó : Vtb: lượng hơi (khí ) trung bình đi trong tháp , m3/h wtb: tốc độ hơi (khí ) trung bình đi trong tháp , m/s gtb: lượng hơi (khí ) trung bình đi trong tháp , kg/h (y wy )tb : tốc độ (khí ) trung bình đi trong tháp , m3/h lượng hơi (khí ) trung bình đi qua tháp luyện có thể tính gần đúng b82ng trung bình cộng của lượng hơi đi ra khỏi đĩa trên cùng của tháp & lượng hơi đi vào đĩa dưới cùng của đoạn luyeän gtb = 0.5(g1+gd) - lượng hơi đi ra khỏi đĩa trên cùng của tháp: gD = GR + GD = GD + (1+ R) = 1876.35(1+2.5) = 6557.225 kg/h.

(10) - lượng hơi đi vào đĩa dưới cùng của đoạn luyện:. g1 = G1+ GD Lượng hơi g1, hàm lượng hơi y1 & lượng lỏng G1 đối với đĩa thứ nhất của đoạn luyện được xaùc ñònh theo heä phöông trình can baèng vaät chaát vaø caân baèng nhieät: g1 = G1 + GD g1y1= g1x1 + GDxD g1r1 = gdrd xem x1 = xF r1: ẩn nhiệt hoá hơi của hỗn hợp hơi đi vào đĩa thứ nhất Ở t = 83.8oC (tại vị trí mâm nhập lịêu ) r1 = retanol y1 + (1-y1)rnước retanol= 852.72 kj/kg [2]/ 256 rnước = 2303.5 kj/kg [4]/441 thay vaøo : r1 = 852.72 y1 + (1-y1) 2303.5 = 957.2 kj/kg r1= 2303.5 – 1450.78 y1 Ở t = 78.6 oC (mâm trên cùng của tháp) retanol = 869.44 kj/kg [2]/ 269 rnước = 2315.5 kj/kg [4]/ 441 rD = 869.44* 0.9277 + (1- 0.9277) 2315.5 = 974 kj/ kg Ta coù: g1 = G1 + 1876.35 (1) g1y1= 0.35G1 + 1740.69 (2) 3203.5g1- 1450.78g1y1 = 6567.225*974 (3) Giải hệ 3 phương trình trên ta được G1 = 2561.48 kg/h y1 = 0.594 g1 = 4437.8 kg/h r1 = 1441.35 kj/kg gtb = 0.5(gd + g1) = 0.5(6567.225 + 4437.8) = 5502.5 kg/h Xaùc ñònh vaän toác hôi ñi trong phaàn caát : (ywy)tb = 0.065  √ H ρρ Do hh > 20 dyn/ cm =>  = 1 Chọn chiều cao moat đĩa (khoảng cách giữa hai mâm ) H = 400 mm Tính h :.

(11) [ytbMe tan ol+(1− ytb)Mnuoc ]273 22. 4 T ytb: phaân mol pha hôi trung bìmh trong phaàn caát T: nhiệt độ tuyệt đối (oK) ytb = 0.5(ydt + ytl) ydt , ytl : nồng độ phần mol của pha hơi tại đỉnh tháp và đĩa tiếp liệu h =. 0. 835+0 . 51 = 0.673 2 T = 273+ ttb ttb = 0.5(78.6 + 83.8) = 81.2 T = 273 + 81.2 = 354.2 oK [0 .673 ∗ 46+(1− 0 .673)∗18]273 h = 22. 4 ∗354 . 2 ytb =. = 1.268. 1 xtb 1 − xtb = + ρ ρ ρ xtb : phần khối lượng trung bình trong phần cất xtb = 0.5(xF + xD ) = 0.5(0.35 + 0.9277)= 0.693 Ở ttb = 81.2 oC: etanol = 897 kg/m3 nước = 972 kg/m3 1− 0 .693 1 0. 693 = + 972 ρ 897 ¿❑ ❑  L = 922.7 kg/m3 Vaäy (ywy)tb = 0.065*1* √ 0 . 4 ∗922 . 7 ∗1 .268 = 1.406 (kg/m3.h) 5502. 5 Dluyeän = 0.0188 = 1.176 m 1. 406 2. Phaàn chöng:. √. gtb (ρw )tb Lượng hơi trung bình: gtb = 0.5(g’1 + g’c) Lượng hơi ra khỏi đoạn chưng bằng với lượng hơi vào đoạn cất g’c = g1= 4437.8 kg/h G’1 + Gnước = g’1+ W (1) G’1 x’1 = g’1yW + WyW (2) g’1r’1 = g’cr c + Gnước rnước (3) Ở đáy: tW = 99.2oC ; yW = 0.03 Dchöng = 0.0188. √.

(12) retanol = 823.46 kj/kg [2]/ 256 rnước = 2260 kj/kg [4]/ 441 r’1 = y’1retanol + (1- y’1) rnước y’1: phần khối lượng của hơi tại đáy tháp y’1 = yw = Metanolyw / Mtb,M = 46*0.055/18.02 = 0.14 yc = y1= 0.594 (Lượng hơi ra khỏi đoạn chưng bằng với lượng hơi vào đoạn cất)  r’1= 0.14*823.46 +(1-0.14) 2260 = 2059.2 kj/kg Gnước rnước = (119.465*18)2207 = 4745866.6 kj/h Aùp suất hơi nước sục vào là 2.5 at (tuyệt đối) t = 120 oC [4]/427 , rnước = 2207 kj/kg G’1 + 2150.37 = g’1 + 5277.5 g’1x’1 = 0.14 g’1+ 8.866 2059.2g’1= 4437.8 * 1406.7 + 4745866.6 r’c = 0.594*823.46 + (1- 0.594) 2260 = 1406.7 kj/ kg giải hệ ba phương trình trên ta được: g’1 = 5336.3 kg/h G’1= 8463.43 kg/h x’1= 0.089 gtb = 0.5( g’1+ g’c) = 0.5(5336.3 + 4437.8) = 4887.05 kg/h Xaùc ñònh vaän toác hôi ñi trong phaàn chöng : (ywy)tb = 0.065  √ H ρρ Tính h : h =. [ytbMe tan ol+(1− ytb)Mnuoc ]273 22. 4 T. ytb: phaân mol pha hôi trung bình cuûa pha hôi ñi trong phaàn chöng T: nhiệt độ tuyệt đối (oK) ytb = 0.5(y1 + y2) ydt , ytl : nồng độ phần mol của pha hơi tại đáy tháp và đĩa tiếp liệu ytb = 0.5(yd + ytl) = 0.5(0.51 + 0.031) = 0.27 ttb: nhiệt độ trung bình của phần chưng ttb = 0.5( tw + tF ) = 0.5(99.2 + 83.8) = 91.5 oC = 91.5 + 273 = 364.5 o K [0 .27 ∗ 46+(1− 0 .27)∗18 ]273 = 0.855 kg/m3 22. 4 ∗364 . 5 1 xtb 1 − xtb = + ρ ρ ρ xtb : phần khối lượng trung bình trong phần chưng h =.

(13) xtb = 0.5(xW + xF ) = 0.5(0.00168 + 0.35)= 0.176 Ở ttb = 91.5 oC: etanol = 928 kg/m3 [4]/397 nước = 956 kg/m3 [4]/397 1− 0 .176 1 0. 176 = + 965 ρ 928 ¿❑ ❑  L = 958.28 kg/m3 Ở 91.5oC hh> 20 dyn/cm [2]/299 =>  = 1 Vaäy (ywy)tb = 0.065*1* √ 0 . 4 ∗958 . 28 ∗0 . 855 = 1.2 (kg/m3.h) 4887 . 05 Dchöng= 0.0188 = 1.2 m 1. 2 Chọn D = 1.2 m cho toàn tháp. √. PHAÀN IV: TÍNH CHIEÀU CAO THAÙP VAØ TÍNH CHOÙP 1. Chieàu cao thaùp: H = Nt(h + ) + (0.8 1)m : chieàu daøy cuûa ñóa(35) mm Choïn = 5 mm Nt : số mâm thực h: khoảng cách giữa hai đĩa H = 33(0.4 + 0.005)+ 1 = 14.365 m 2. Kiểm tra khoảng cách của đĩa : ρ FW Hmin = 23300 ( ) ρ 3 . 14 nd W: vaän toác hpa hôi ,m/s F: tieát dieän maët caét ngang cuûa thaùp, m2 n: soá choùp treân moat maâm dch: đường kính chóp, m Phaàn caát: 1. 268 3 . 14 ∗1 . 2∗ 1. 2∗ 1. 406 ∗ 1000 2 Hmin= 2330 ( ) 992 .7 4 ∗3 . 14 ∗1 .268 ∗ 26 ∗150 = 0.31 m Phaàn chöng: 0. 855 3 . 14 ∗1 . 2∗ 1. 2∗ 1. 2 ∗1000 2 Hmin= 2330 ( ) 958 .28 4 ∗ 3. 14 ∗ 0 .855 ∗ 26∗ 150 = 0.349 m Thaáy raèng trong caû hai phaàn, Hmin < 400 mm (thoûa).

(14) 3. Tính choùp: 3.1 Đường kính ống hơi: Choïn: dh = 75 mm 3.2 Soá choùp phaân boá treân ñóa: n = 0.1D2/ d2h = 0.1*1.22 /0.0752 = 25.6 choïn : n = 26 choùp 3.3 Chieàu cao choùp phía treân oáng daãn hôi: h2 = 0.25dh = 0.25*75 = 18.75 mm 3.4 Đường kính chóp: dh ¿ ¿ 2 dch = ¿ ¿ √¿ ch: chieàu daøi cuûa choùp 23 mm choïn : ch = 3 mm 75 ¿ ¿ 2 = 110.39 mm dch = ¿ ¿ √¿ choïn dch = 120 mm 3.5 Khoảng cách từ mặt đĩa đến mép dưới của chân chóp: h = 025 mm . Choïn = 12.5 mm 3.6 Chiều cao mức chất lỏng trên khe chóp: hl = 1540 mm ; choïn hl = 40 mm 3.7 Chieàu cao khe choùp : w y ρh hSO =  gρtb : hệ số trở lực của đĩa chóp; = 1.52 ; chọn = 2 h, l: khối lượng riêng trung bình của pha hơi & pha lỏng, kg/m3 h: vaän toác pha hôi trong thaùp, m/s 4∗Vh h= 2 3600 ∗3 .14 d n Vh: lưu lượng hơi đi trong tháp , m3/h n: soá choùp treân moät ñóa dh: đường kính ống hơi gh g h + gh Vh= = ρh 2 2. h. tb. tb (luyen). tb (chung ). tb. ghtb= 0.5(5502.5+ 4887.05) = 5194.775 kg/h htb= 0.5(1.268 + 0.855) = 1.06 kg/m3.

(15) 5194 .775 = 4900.7 m3/h 1 . 06 4 ∗ 4900 .7 y= = 11.857 m/s 3600 ∗3 .14 ∗26 ∗ 0. 0752 2 ∗11 . 8572 ∗1 . 06 hso= = 0.0323 m = 32.3 mm; choïn hso= 35 mm 9 . 81 ∗940 . 49 Vh=. 3.8 Số khe hở mỗi chóp: π d2 (d − ) i= c ch 4 hkc c= 34 mm khoảng cách giữa các khe choïn : c = 4 mm π 752 (120 − ) = 62.6 khe; choïn 63 khe i= 4 4 ∗ 35 h. 3.9 Beà roäng khe: i ( a+c) = dch a= dch/ i – c = 3.14*120/63 – 4= 1.98 mm choïn : a= 2 mm 3.10 Đường kính ống chảy chuyền: 4 Gl dc= 3600 πρlt ωc. √. tb. tb. Gltb: lưu lượng lỏng trung bình đi trong tháp, kg/h z: soá oáng chaûy chuyeàn ltb: khối lượng riêng trung bình của pha lỏng , kg/m3 ltb= 940.49 kg/m3 c: vaän toác doøng loûng trong oáng chaûy chuyeàn c= 0.1 0.2 m/s choïn c=0.2 m/s z=1 Phaàn chöng: G1= 0.5(G’1+W)= 0.5(8463.43 + 5277.5) = 6870.465 kg/h Phaàn caát: G’1 = 0.5( G1+ GD R) = 0.5(2561.48 + 1876.35* 2.5) = 3626.177 kg/h Gtb = 0.5(6870.465 + 3626.177) = 5248.32 kg/h 4 ∗ 5248 .32 dc= = 0.1 m = 100 mm 3600 π ∗940 . 49 ∗ 0. 2. √. 3.11. Khoảng cách từ đĩa đến chân ống chảy chuyền:.

(16) 3.12. hc = 0.25dc= 0.25*100 = 25 mm Chiều cao mực chất lỏng trên ống chảy chuyền: V ltb 3 h= 3600∗ 1. 85 ∗ π ∗d c Vltb: lưu lượng thể tích trung bình trong tháp , m3/h Phaàn caát: G1 3626 .177 Vl= = = 3.39 m3/h 922 .7 ρl Phaàn chöng: Vltb= 0.5(3.93 + 7.71)= 5.55 G1 6870 . 465 V’l= = = 7.17 m3/h 958 .28 ρl 5 . 55∗ 100 2 ¿ 3600 ∗1 .85 π ∗100 how = = 0.0192 m = 19.2 mm ¿ 3 √¿. √. '. 3.13. 3.14. Chiều cao gờ chảy tràn: how= 40 + 35 +12.5 + 5 – 19.2 = 73.3 mm laáy troøn 73 mm Độ mở lỗ chóp : ρh V h 2/ 3 ¿1/ 3 ¿ 2/3 hs = 7.55 ρl − ρ h hso ( S s ¿ ¿ Ss: toång dieän tích caùc loã choùp treân moãi maâm Ss= n*i*a*hso n: soá choùp treân moãi maâm (26 choùp) i: soá khe moãi choùp (87 khe) a: chieàu roäng khe choùp (2 mm) hso: chieàu cao khe choùp (35 mm) Ss= 26*87*2*35*10-6 = 0.1583 m2 4900 . 7 ¿2 /3 3600∗ 0 .15834 hs = 7.55( = 35 mm 1 . 06 ¿1 /3 352 /3 ¿ 958 .28 − 1. 06 thấy rằng hs  hso , xem như chóp mở hoàn toàn tb. tb. 3.15. tb. tb. Gradien chiều cao mực chất lỏng trên mâm: = Cg. ’.n n : soá haøng choùp treân moãi maâm Cg: hệ số hiệu chỉnh cho suất lượng pha khí ’: gradient chiều cao mực chất lỏng qua một hàng chóp.

(17) Tính ’:. Vl ; Bm= 0.84D = 0.84*1.2 = 1.0 m Bm x = 1.34* 5.55 = 7.437 Chiều cao mực chất lỏng trên mâm: hm = 40 + 12.5 + 25 + 35 = 112.5 mm tra đồ thị 5.13 [5]/81 4’ = 2 => ’= 0.5 Tính Cg: Cg = 0.82g √ ρh Ứng với khoảng cách mâm là 400 mm ; Ta coù: c=0.025 958 .28 −1 . 06 g = 0.025 = 0.7513 m/s 1 .06 Cg = 0.28 *0.75 √ 1. 06 = 0.633 soá haøng choùp treân moãi maâm: n = 7 = 0.633* 0.5* 7= 2.216 mm x = 1.34. tb. tb. √. 3.16 Độ giảm áp do ma sát & biến đổi vận tốc pha khí thổi qua chóp khi không có chaát loûng : Vh 2 ¿ S hfv = 274K( ρh ( )¿ ρl − ρh tb. tb. tb. tb. S: toång dieän tích oáng hôi moãi maâm, m2 K: hệ số tra theo tỷ số (Saj/Srj) đồ thị 5.16 [5]/83 π ∗ d ch − π ∗ d h S aj 1202 − 752 = = = 1.56 => K= 0.43 2 S rj 752 π ∗d 2 d h +2 δ ¿ ¿ 75 ∗10− 3+2∗ 2∗ 10−3 ¿2 S= m2 ¿ 26 ∗3 . 14 ¿ π ∗n ¿ ¿ 4900 . 7 ¿2=15 3600 ∗0 . 127 hfv= 274*0.43*( mm 1 . 06 ¿¿ 958 .28 − 1. 06 2. 2. h. 3.17. Chiều cao thủy tĩnh lớp chất lỏng trên lỗ chóp đến gờ chảy tràn: hss = hW – hso – hsr – hsc = 73 – 35 – 15 – 12.5.

(18) 3.18. 3.19. = 10.5 mm Độ giảm áp tổng cộng qua một mâm: ht = hfv + hs + hss + how + ½  = 15 + 35 + 10.5 + 19.2 + ½ 2.2 = 80.8 mm Chiều cao mực chất lỏng không bọt trong ống chảy chuyền: hd= hw + how +  + ht + hd’ hd’: tổn that thủy lực do dòng lỏng chảy từ ống chảy chuyền vào Vl ¿2 hd’= 0.128 ( 100 S d Sd : tiết diện giữa ống chảy chuyền & mâm Sd= *dc*hc = *0.1**0.025 = 0.00785 m2 5. 55 ¿2 = 6.4 mm hd’= 0.128 ( 100 ∗0 . 00785 hd= 73 + 19.2 + 2.2 + 80.8 + 6.4 = 181.6 mm hmam hd= 181.6  = 400/ 2  thaùp laøm vieäc khoâng ngaäp luïc 2 tb. BAÛNG TOÙM TAÉT: STT Teân goïi 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19. Đường kính trong của ống hơi của chóp Soá choùp phaân boá treân maâm Đường kính trong của chóp Chiều cao mực chất lỏng trên khe chóp Chieàu cao choùp phía treân oáng daãn hôi Khoảng cách từ mặt đĩa đến mép dưới chân chóp Chieàu cao khe choùp Số lượng khe hở của mỗi chóp Chieàu roäng khe choùp Khoảng cách giữa các khe Đường kính ống chảy chuyền Khoảng cách từ đĩa đến chân ống chảy chuyền Chieàu cao oáng chaûy chuyeàn treân ñóa Chiều cao mực chất lỏng trên ống chảy chuyền Bước tối thiểu của chóp trên đĩa Số lượng ống chảy chuyền K/c từ tâm ống chảy chuyền đến tâm chóp gần nhất Chieàu daøy choùp Chieàu daøy ñóa. Kí hieäu dh n dch hl h2 h hso i a c dc hc. Kích Số lượng thước(mm) (cái) 75 26 120 40 18.75 12.5 35 63 2 4 100 25. how. 19.2. Nt*z t1 1 2. 33*2 3 5.

(19) 20 21 22 23 24. Chieàu daøy oáng chaûy chuyeàn Chiều cao gờ chảy tràn Độ mở của chóp Gradien chiều cao mực chất lỏng trên mâm Độ giảm áp do ma sát và biến đổi vận tốc pha khí. 3 hw hs  hfv. 3 73 35 2.216 15. PHẦN V: TÍNH TRỞ LỰC CỦA THÁP Trở lực toàn tháp: p = Ntt. pd Ntt: số đĩa thực của tháp pd: tổng trở lực 1 đĩa bd = pk + ps + pt Phaàn caát: Trở lực đĩa khô: ρh ω o pk =  2 : hệ số trở lực ;  = 4.55; chọn  = 5 h: khối lượng riêng của pha hơi, h = 1.268 kg/m3 o: vaän toác qua raõnh choùp Vy o = n. i . a . hso G D (R+ 1)∗22 . 4 T m 1876 .35 (2. 5+1)∗ 22. 4 (273+81 . 2) Vy = = M D T o 3600 41 .352 ∗273 ∗ 3600 1. 282 o= = 11.18 m/s 26 ∗63 ∗ 2∗ 35∗ 10−6 2 1 . 268∗ 11 .18 pk= 5 = 369.29 N/ m2 2 Trở lực do sức căng bề mặt: 4σ ps = d = td  : sức căng bề mặt (N/m2) Ở 81.2oC :  = 2 dyn / cm [2,301] dtd : đường kính tương đương của khe rãnh chóp (m) 4 ah so 4 ∗ 2∗ 35 dtd = = = 3.784*10-3 (m) 2(2+35) 2( a+hso ) 4 ∗ 21 ps = = 22.2 N/ m2 −3 3 3 . 784 ∗10 ∗ 10 . 2. = 1.282 m3/s.

(20) Trở lực lớp chất lỏng trên đĩa: pt= b*g(hb – hso/ 2) b: khối lượng riêng của bọt, kg/ m3 hb: chiều cao lớp bọt trên đĩa, m hx: chiều cao lớp chất lỏng không lẫn bọt trên đĩa, m hx = hsc + hso/ 2 = 12.5 + 35/2 = 30 mm b = (0.40.6) x = 0.5*922.7 = 461.35 kg/ m3 (h w −h ow − h x )(F − f ) ρx +h x ρb f +(h ch −h x )fρ b hb = Fρ b hch: chieàu cao choùp hch = hsr + hsc + hso + h1 + h2 = 5 + 12.5 + 35 + 40 + 18.75 = 111.25 mm F: phaàn beà maët cuûa ñóa coù gaén choùp, m2 Toång dieän tích hình vieân phaân treân ñóa: Svp = 0.5R2 (- sin ),  (rad) = 0.5*0.62( 2.071- 0.9) = 0.2 m2 Dieän tích cuûa ñóa: SD = D2/ 4 =  1.22 / 4 = 1.13 m2 f: toång dieän tích caùc choùp treân ñóa, m2 f = 0.785 D2ch*n = 0.785*0.122*26 = 0.3 m2 F = 1.13- 2*0.2 = 0.73 m2 hb= 3 −6 (73 −19 .2 −30)(0 . 73 ∗10 −300)∗ 922 .7 ∗ 10 +0 . 03 ∗ 461. 35 ∗0 . 3+(0 . 111− 0. 03) ∗0 . 3∗ 461 . 4 0 .73 ∗ 461. 35 = 0.736 m pt = 461.35*9.81 ( 0.0736 - 35*10-3 / 2) = 254.1 (N/m2) Trở lực một đĩa: pd = pk + ps + pt = 396.29 + 22.2 + 254.1 = 672.6 N/ m2 Tổng trở lực phần cất: pc = 28*672.6 = 18832.8 N/ m2 Phaàn chöng: Trở lực đĩa khô: G w 22 . 4 T m Vy = M w T o 3600 . =. 5277 .5 ∗ 22. 4 (273+91 .5) =2. 433 18 .02 ∗273 ∗ 3600. m3/ s.

(21) Vy 2 . 433 = = 21.22 m/ s n. i. a . hso 26 ∗63 ∗2 ∗35 ∗ 10−6 5 ∗ 0 .855 ∗ 21. 222 pk = = 962.49 N/ m2 2 Trở lực của đĩa do sức căng bề mặt: 4σ 4 ∗ 30 ps = d = = 31.71 N/ m2 3 . 784 td Trở lực lớp chất lỏng trên đĩa: hso pt = ρb g (hb − ) 2 b = 0.5*958.28 = 479.14 kg/ m3 hb = −6 (73 −19 .2 −30)(730 −300) 958 .28 ∗ 10 +0 . 03 ∗ 479. 14 ∗ 0. 3+(0 .111 −0 . 03)0 . 3 ∗479 . 14 0 .73 ∗ 497 .14 = 0.0722 m pt = 497.14*9.81(0.0722-0.035/ 2) = 266.77 N/ m2 Trở lực một đĩa: pd = pk + ps + pt = 962.49 + 31.71 + 266.77 = 1261 N/ m2 Tổng trở lực phần chưng: pc = 5*1261 = 6304.844 N/ m2 Trở lực toàn tháp: p = 18832.8 + 6304.844 = 25137.6 N/ m2 = 0.25 at wo =. PHẦN VI: TÍNH CÁC THIẾT BỊ TRAO ĐỔI NHIỆT. . . Nhiệt lượng cần cung cấp cho dòng nhập liệu đến trạng thái lỏng bảo hoà: QF = F*HF F: suất lượng nhập liệu (kmol/ s) HF : enthalpy của dòng nhập liệu ở trạng thái lỏng bảo hòa (kj/ kmol) 4640 . 36 ∗218 .6 QF = = 281 kw 3600 Nhiệt lượng sản phẩm đáy: QW = W HW 292. 87 * 5968 . 8 = 3600 = 485.58 Kw Nhiệt lượng do hơi nước cung cấp:.

(22) QH = Gn+1 + HG n+1 Gn+1 : suất lượng hơi nước bảo hoà sục vào đáy tháp, kmol/ s HG n+1: enthalpy của hơi nước 119 . 645∗ 47275 . 2 QH = = 1571.2 kw 3600 . Nhiệt lượng làm nguội sản phẩm đỉnh: QLN = GD CD ( tD – tra ) CD : nhiệt dung riêng của sản phẩm đỉnh, kj/ kg.độ ttb = 0.5 ( tD + tra ) = 0.5 ( 78.6 + 30) = 54.3 o C ttb = 54.3 oC Cetanol = 3.480 kj/ kg.độ [2,172] Cnước = 4.177 kj/ kg.độ [2,165] CD = xD Cetanol + ( 1 – 0.9277 ) *4.177 = 3.53 kj/ kg.độ 1876 .35 ∗ 3. 53(78 . 6 −30) QH = 3600 89.42 kw. I. Thieát bò gia nhieät: Choïn thieát bò gia nhieät coù daïng oáng chuøm Đường kính ống d = 16 x 1.6 Toång soá oáng: n = 37 oáng Soá oáng treân moät caïnh cuûa hình saùu caïnh r : Số ống trên đường chéo của hình sáu cạnh: b = 2* a – 1 = 2*4 – 1 = 7 Bước ống t: t = 1.5 d = 1.5*16 = 24 mm Đường kính trong của thiết bị trao đổi nhiệt: D = t ( b – 1 ) + 4*dn = 24 ( 7 – 1 ) + 4*16 = 208 Nhiệt độ ra của dòng nóng sau khi trao đổi nhiệt: Q = GW CW ( tW – tra ) = 281 kw Với : tW = 99.2 oC 281∗ 3600. tra = 99.2 - 5277 .5 ∗ 4 . 18. = 53.3 oC.

(23) 99.2 oC 83.8 oC. Doøng noùng: Doøng laïnh : tlog =. . . 53.3 oC 30 oC. (53 .3 − 30) −(99 .2 − 83. 8) (53 .3 −30) ln (99 . 2− 83 .8). = 19.078 oC. Doøng laïnh ñi phía voû: ttb1 = 0.5 ( 83.8 + 30 ) = 26.9 o C Dtd =. 4f π. f: tieát dieän doøng chaûy : chu vi thấm ước của dòng , m f=. 2. πd πD 2 −n n 4 4.  = Dt +  n dn Dtd =. D2t −nπd 2n 0 .208 2 −37 ∗ 0 . 0162 = = 0.04224 m Dt +nd n 0 . 208+37 ∗0 . 016. Độ nhớt của dòng chảy: log = x logetanol + ( 1 –x ) lognước x : phaân mol cuûa etanol, x = 0.174 Ở ttb1 = 26.9o C etanol = 2.02*10-3 Ns / m2 [2,92]. nước = 0.801*10-3 Ns / m2 [2,92] -3 log = 0.174 log 2.02*10 + ( 1 – 0.174 ) log 0.801*10-3  = 0.94*10-3 Ns / m2 Heä soá daãn nhieät cuûa doøng laïnh:  = x etanol + ( 1 - x ) nước x : phân khối lượng etanol Ở ttb1 = 26.9o C etanol = 0.3985 W/ m.độ [2,135] nước = 0.62 W/ m.độ [2,135]  = 0.174*0.3985 + ( 1 – 0.174 ) 0.62 = 0.58 W/ m.độ Khối lượng riêng của dòng lạnh: −. 1 x 1− x = + ρhh ρe tan ol ρnuoc −. x : phân khối lượng của etanol −. x = 0.35 Ở ttb1 = 26.9o C:.

(24) etanol = 929 kg/m3 etanol = 995 kg/m3  hh = 970.86 kg/m3 Vận tốc của dòng lạnh đi phía ngoài ống: 4 GF 4 ∗ 5000 = wF = = 1.02 m/s 2 3600 ρhh πD td 3600 ∗ 970. 86 π ∗0 . 042242 Chuaån soá Reynolds: w F D tñ ρhh 1. 02∗ 0 . 04224 ∗970 . 86 = Re = = 44452 −3 μ 0 . 941 ∗10 Chuaån soá Prant: CP μ Pr = λ CP : nhiệt dung riêng của dòng lạnh ( j/ kg.độ ) CP = xCPetanol + ( 1 – x ) CP nước x: phân khối lượng etanol x = 0.35 Ở ttb1 = 26.9o C: CP etanol = 3582.5 j / kg.độ [2,172] 3 CP nước = 4.175*10 j / kg.đo [2,165] CP = 0.35*3582.5 + ( 1- 0.35) 4175 = 3967.6 J/kg.độ 3967 .6 ∗ 0 . 941∗ 10−3 Pr = = 6.437 0 .58 Chuaån soá Nuyxen: 0 .6 0 .6 0 . 33 Nu = 1.16 Dtd Re Pr = 1.16*0.042240.6*444520.6*6.437 0.33 = 197.466 Heä soá caáp nhieät: Nu λ 197 . 466 ∗ 0. 58 α= = =8947 .6 dt 0 .0128 Doøng noùng ñi phía oáng: ttb = 0.5 ( 99.2 + 53.3 ) = 76.25 oC Độ nhớt của dòng nóng: log = x logetanol + ( 1-x ) lognước x: phân mol etanol có trong sản phẩm đáy xw = 0.00066 Ở ttb2 = 76.25 oC etanol = 0.51*10-3 Ns/ m2 [2,92] nước = 0.377*10-3 Ns/ m2 [2,92] log = 0.00066 log (0.51*10-3) + ( 1- 0.00066 )log(0.377*10-3)  = 0.377*10-3 Khối lượng riêng của dòng nóng:.

(25) −. −. 1 x 1−x = + ρ ρ etan ol ρnuoc −. x : phân khối lượng của etanol −. x = 0.00168 Ở ttb2 = 76.25 oC etanol = 934 kg/ m3 [2,9] nước = 972 kg/ m3 [2,9] 3   = 972 kg/ m Heä soá daãn nhieät cuûa doøng noùng  = nước = 0.0669 W/ m.độ [2,135] Vaän toác cuûa doøng noùng ñi trong oáng: Gw 5277 .5 = w = (n− 1) = 1.3 m/ s (37 −1) 3 . 14 ∗0 . 01282 S ong 3600 ρ 3600 ∗ 972 4 4 4 Chuaån soá Reynol: wd t ρ 1 .3 ∗ 0. 0128 ∗ 972 = Re = −3 μ 0 .377 ∗10  chế độ chảy rối Pr 0 .25 ¿ t Pr  Nu = 0. 8 0. 43 0 . 021 ε 1 Re Pr ¿ Pr = 2.4 tra taïi ttb = 76.25 oC Thực hiện tính lặp ta được kết quả sau: Dòng lạnh đi phía ngoài ống: ttb1 (oC) tt1 (oC) 1 q1= (tt1 - ttb1 ) 1 rcaùu 26.9 33.0 8947.6 5580.35 0.6575*10-3 26.9 32.5 8947.6 50106.56 0.6575*10-3 Dòng nóng đi phía ngoài ống: t =qrcaùu ttb2 (oC) tt2 (oC) 35.9 76.25 68.9 32.94 76.25 65.45. Pr Prt 2.4 2.6 2.4 2.8. Nu 152 149.9. 2 q2=(ttb2– t2) 7944.37 58391.1 7833.6 844603. t1 = 33 o C: ta coù q2 − q 1 58391 .1 −54580 . 35 = =0. 065 q2 58391 .1 Sai số giũa q1 & q2 là không lớn lắm, vậy ta chọn trường hợp này qtb = 0.5( q1+ q2 ) = 0.5 ( 58391.1 + 54580.35) = 56485.725.

(26) Dieän tích beà maët truyeàn khoái: Q 281000 F = q =56485 .725 =4 .975 m2 tb Chieàu daøi oáng: F 4 . 975 l = nπd =37 ∗ π ∗ 0 .016 = 2.6 m n THIEÁT BÒ LAØM NGUOÄI SAÛN PHAÅM ÑÆNH: Choïn thieát bò truyeàn nhieät coù daïng oáng chuøm, 6 pass phía oáng Đường kính ống: d = 16 * 1.6 Toång soá oáng: n = 19 oáng. Số ống trên một cạnh của hình sáu cạnh ngoài cùng: a = 3 Số ống trên đường chéo của hình sáu cạnh: b = 2a – 1 = 2*3 – 1 = 5 Bước ống t : t = 1.5d = 1.5* 16 = 24 mm Đường kính trong của thiết bị trao đổi nhiệt, D: D = t ( b – 1 ) + 4dn = 24*4 + 4*16 = 160 mm Lượng nhiệt cần thiết để làm nguội sản phẩm đỉnh xuống tới 30 oC: Q = 89.42 kw Doøng noùng: 78.6 oC  30 oC Doøng laïnh: 40 oC  27 oC (78 .6 − 40)−(30 − 27) =37. 4 (78 .6 − 40) tlog = ln (30 −27) Doøng saûn phaåm ñænh ñi phía voû: ttb = 0.5( 78.6 + 30 ) = 54.3 oC 4f Dtd = π f: tieát dieän doøng chaûy m2 : chu vi thấm ước của dòng (m) 2 πD2 nπd n f= − 4 4  = Dt + ndn 2 2 D t − ndn 0 .16 2 − 19∗ 0 .016 2 = =0 .0447 m Dtd = D t +nd n 0 . 16+19 ∗0 . 016 Độ nhớt của dòng sản phẩm đỉnh: log = 0.834 log(0.6*10-3 )+ (1-0.834)log(0.509*10-3)   = 0.05*10-3 Ns/ m2 Heä soá daãn nhieät cuûa doøng saûn phaåm ñænh:  = x etanol + ( 1 – x ) nước Ở ttb = 54.3 oC : etanol = 0.164 (W/ m.độ ) [2,135].

(27) nước = 0.6645 (W/ m.độ ) [2,135]  = 0.834*0.164 + ( 1 – 0.834 ) 0.6645 = 0.247 W/ m.độ Khối lượng riêng của dòng sản phẩm đỉnh: 1 x 1− x = + ρhh ρe tan ol ρnuoc Ở ttb1 = 54.3 oC: etanol = 763 kg/m3 [2,9] nước = 987 kg/m3 [2,9]  hh = 792.87 kg/ m3 Vận tốc của dòng sản phẩm đi ngoài ống: 4 GD 4 ∗1876 . 35 = =0 . 019 m/s WD = 2 3600 ρ hh πD td 3600 ∗792 . 87 π ∗ 0 .0477 Chuaån soá Reynol: w D ρ 0 . 019 ∗0 . 0447 ∗775 .17 Re= D td hh = =1323. 16 μ 0 . 495∗ 10−3 Chuaån soá Prant: C μ Pr= P λ CP: nhiệt dung riêng của dòng lạnh (j/kg.độ ) CP =. −. x CP etanol + (1-. −. x )CP nước. Ở ttb1 = 54.3 C: CP etanol = 3095 J/ kg.độ [2,172] CPnước = 4180 J/ kg.độ [2,165]  CP = 3173.445 j/ kg.độ 3173 . 445 ∗ 0. 495 ∗ 10−3 Pr= =6 .36 0. 247 Chuaån soá Nuyxen: Nu=1. 16 D0td.6 Re0 .6 Pr 0 .33=1 . 16∗ 0 . 04470 .6 ∗1323 0. 6 ∗ 6 .36 0 .33=24 . 7 Heä soá caáp nhieät: Nu λ 24 . 7 ∗0 . 247 α= = =381. 35 dn 0 .016 Dòng nước đi phía ống: ttb2 = 0.5 ( 60 + 27 ) = 43.5 oC Ở ttb2 = 43.5 oC: nước = 0.656*10-3 Ns/m3 [2,92] nước = 992 kg/ m3 [2,9] nước = 0.642 W/ m.độ [2,135] 3 CW = 4.18*10 j/ kg.độ Lượng nước cần để làm nguội sản phẩm đỉnh: o.

(28) 3. Q 89 . 42∗ 10 = =0 . 648 kg/s C W (t ra −t vao ) 4 .18 ∗ 103 (60 −27) Vận tốc của nướn đi trong ống: Gw 0 .648 ω= = =0 . 267 nSong ρ m/s 3. 14 ∗ 0 .0128 2 19 992 4 Chuaån soá Reynol: 0 0 . 267 ∗0 . 0128 ∗992 ωd t ρ ❑ −3 Re= = 0 .656 ∗ 10 =5174 .14 ❑ μ Pr 0 .25 ¿ Pt t 0 .8 0 . 43 Nu=0 .021 ε 1 Re Pr ¿ Pr = 4.3 tra taïi ttb2 = 43.5oC Prt tra tại nhiệt độ tường phía ống tt2 Choïn: l/ d > 50  1 = 1 Thực hiện tính lặp: Gtr =. Dòng sản phẩm đỉnh đi phía ngoài ống: ttb1 (oC) tt1 (oC) 1 q1= (tt1 - ttb1 ) 1 54.3 43.5 381.35 4118.6 54.3 44 381.35 3927.905 Dòng nóng đi phía ngoài ống: t =qrcaùu ttb2 (oC) tt2 (oC) 2.71 43.5 40.79 2.5826 43.5 41.41. Pr Prt 4.3 5.1 4.3 5. Nu 35.25 35.42. rcaùu 0.6575*10-3 0.6575*10-3. 2 q2=(ttb2– t2) 1768 4787.7 1776.8 3700.3. Choïn : tt1 = 44 oC q2 − q 1 =0 . 061 q2 Sai số giữa q1 & q2 khônglớn lắm, vậy ta chọn trường hợp này q +q 3927 . 905+3700 . 3 q tb = 1 2 = =3814 . 1 2 2 Tính dieän tích beà maët truyeàn nhieät: Q 89420 F= = =23 . 44 m2 qtb 3814 . 1 Chieàu daøi cuûa oáng: F 23. 44 l= = =4 m nπd n 6 ∗ 19∗ 3 .14 ∗ 0 . 016.

(29) THIEÁT BÒ NGÖNG TUÏ:. Thiết bị ngưng tụ có tác dụng ngưng tụ hơi C2H5OH đi ra ở đỉnh tháp chưng cất. Rượu ngưng ra ở trang thaí lỏng, một phần được hồi lưu trở lại tháp, một phaàn qua thieát bò laøm nguoäi thu hoài saûn phaåm. Thiết bị ngưng tụ là thiết bị nằm ngang, dòng lạnh là nước đi trong ống, dòng nóng là rượu đi ngoài ống. Nhiệt lượng cần trao đổi: Qc = 4565857.5 kj/ h = 1268.3 kw Lượng nước tối thiểu cung cấp cho thiết bị ngưng tụ: 3 Qc 1268 .3 ∗10 G n= = = 15.2 kg/ s C w (45 −25) 4 . 18 ∗103 ( 45− 27) Chênh lệch nhiệt độ vào: t1= 78.6 – 25 = 53.6 o C Chênh lệch nhiệt độ vào: t2 = 78.6 – 45 = 33.6 oC Chênh lệch nhiệt độ trung bình: 53 .6 − 33. 6 =42 . 82 log = ln 53 .6 33 .6 K: heä soá truyeàn nhieät cuaû thieát bò ngöng tuï K = 340870 W/ m2.độ baûng V-9 [3] Chọn sơ bộ giá trị K, sau đó tính và thử lại giá trị K sao cho sai lệch < 5%. Sau khi tính lặp nhiều lần ta được kết quả cuối cùng. Chọn Ksb = 500 W/m2.độ F: beà maët truyeàn nhieät sô boä. Qc 1268 . 3 Fsb= = =59 .2 m 2 KΔt log 500 ∗ 42 .82 Chọn ống truyền nhiệt là ống đồng có đường kính d = 25 x 2 mm Nhieät taûi rieâng : q = 500* 42.82 = 21465 W/ m2 : độ nhớt của rượu  = 0.546 * 10-3 Pa.s [1] r : aån nhieät ngöng tuï r = 1040.4 kj/ kg [1] Choïn soá oáng trong thieát bò laø: 2*130 oáng, xeáp theo kieåu hình troøn n = 130*2 π 0. 025( 2∗ 130) 21465 π dzq Rem = = =385 . 8 2 μr 2 ∗0 . 546 ∗10− 3 ∗ 1040. 4 ∗ 103 Nu = 0.72*Ga*Pr*K Hoặc tính  theo:.

(30) α =1 .28. √ 4. rρ2 λ 3 μ ∗ Δt ∗ d. với:  =0.244 W/ m .độ 3 0. 244 ¿ ¿ W/ m2.độ 1040. 4 ∗103 8002 ¿ = 2583.6 ¿ 4 α =1. 28 √ ¿  Tính hệ số cấp nhiệt của nước đi trong ống: 2. Nhiệt độ trung bình: t = 0.5 ( 25 + 45) = 35 oC Vận tốc của nước vào và ra: G 15. 2 w= = =0 . 34 m/s nS ρ π 0. 021 130 992 4 ω ∗ d ∗ ρ 0 .34 ∗ 0 . 021∗ 992 Re= = =12977 μ 0 .546 ∗10 −3 Tra baûng chuaån soá Prant: Pr = 5.25 Prw = 3.7 Pr 0 .25 ¿ Pr w = 91.3 Nu=0 .021 ε 1 Re0 .8 Pr 0 . 43 ¿ Nu α 91 . 3∗ 0 .244 = 2 = = 1060.8 w/m2. độ d 0 . 021 Trở lực lớp cáu của nước và rượu: Lớp bẩn do nước: r2 = 2900-1 Chọn ống đồng thau, có hệ số dẫn nhiệt:  = 93 W/m.độ Heä soá truyeàn nhieät: 1 1 K= = 1 δ 1 1 1 2 ∗10− 3 1 1 + r1 + + r2 + + + + + α1 λ α 2 2583 . 6 5800 93 2900 1060 . 8 = 535.2 K sb − K 500 −535 . 2 = =0. 07<10 % Xeùt: K sb 500 Vậy kết quả K là chấp nhận được: K = 535.2 W/ m2.độ  Beà maët truyeàn nhieät:.

(31) 3. Q 1268. 3 ∗10 = =55 . 3 m2 K ∗ Δt log 535. 2∗ 42 . 82 Chọn: F = 56 m2 để bù tổn thất nhiệt Đường kính ngoài của thiết bị trao đổi nhiệt: D = t ( 2no + ) t = ( 1.2  1.5 ) d Choïn t = 1.4 d = 1.4*25 = 35 mm no: soá voøng troøn cuûa oáng chuøm với n = 30 thì no = 9 , [2]  D = 35 ( 2*9 + 1) = 665 mm Chieàu cao cuûa oáng chuøm: F 55 .3 L= = =2. 7 m π ∗ d ∗ n π ∗ 0 .025 ∗ 2∗ 130 Vậy chọn đường kính: D = 670 mm L = 2.7 m F=. PHẦN 9: TÍNH TOÁN CƠ KHÍ 1. Tính beà daøy thaân truï thaùp chöng: * Thân của t háp chưng được chế tạo bằng phương pháp hàn hồ quang. Thân tháp được ghép nhiều đoạn bằng mối ghép bích. * Vật liệu làm thân chọn loại thép không ghỉ để không ảnh hưởng lên chất lượng saûn phaåm. Tra baûng XII – 46a[3,439], cho thieát bò chòu aên moøn, choïn theùp khoâng ghæ OX18H125.  Ñieàu kieän laøm vieäc cuûa thaùp chöng : - Aùp suaát: Môi trường làm việc của tháp là hỗn hợp khí-lỏng. Aùp suất bên trong tháp (tính tại đáy tháp) P = Ph + Pl + P Ph : aùp suaát khí beân trong thaùp Ph = 1 at = 9.81*104 N/ m2 Pl = gH = 9.81*990*14.5 = 14.08 *104 N/ m2 P: tổng trở lực của tháp: P = 0.25*9.81*104 N/ m2 Vậy áp suất tại đáy tháp: P = 9.81*104 + 14.08*104 + .025*9.81*104 = 26.34*104 N/ m2 Xeùt ñieàu kieän: [σ ]ϕ h P.

(32) với :. h: heä soá beàn moái haøn; tra baûng: h = 0.8 []: ứng suất cho phép của vật liệu được tính thông qua: 6 σk 540 ∗10 η= 0 . 9 = 187 N/ m2 []k = nk 2.6 σc 240 η= 0 .9=¿ 144*106 N/ m2 []c = nc 1. 5 nk, nc : hệ số an toàn bền ( bảng XIII – 3 ) [3] Choïn: [] = min {[]k;[]c} = 144*106 N/ m2 [σ ]ϕ h 144 ∗106 ∗ 0. 8 = =¿ 437.35 > 50 Vaäy: P 26 .34 ∗ 104 Bề dày thân được tính: PD t +C S= 2 [σ ]ϕh Trong đó: C = C1 + C2 + C3 + C0 C1: heä soá boå sung aên moøn . Choïn thieát bò laøm vieäc trong 10 naêm  C1 = 10*0.1 = 1.0 mm C2 : heä soá boå sung do baøo moøn; C2 = 0 C3: hệ số bổ sung do sai lệch kích thước Co: heä soá boå sung qui troøn 26 . 34 ∗ 104 ∗1 .2 S= +0 . 001+0 . 00123 = 4 mm 2 ∗144 ∗ 106 ∗ 0 . 8 Kieåm tra ñieàu kieän: S −C 1 4 −1 = <0 . 1 D 1200 Vậy điều kiện thoả. Aùp suaát cho pheùp trong thieát bò: 2[σ ]ϕ h (S − C1 ) 2 ∗144 ∗ 106 ∗0 . 8( 4 −1)10 −3 [P]= = = 57.456*104 N/ m2 D t +( S −C 1) 1 . 2+(0 . 004 − 0. 001) [P] > P : Vậy thoả điều kiện cho phép của áp suất 2. Tính đáy & nắp thiết bị: Với điều kiện làm việc áp suất P = 39*104 N/ m2 Chiều dày đáy ( nắp) thiết bị: Dt P Dt S= +C 3 . 8[σ ]ϕ h 2 hb với C chọn như trên; hl: chieàu cao phaàn loõi cuûa naép elip hl = 0.25Dt = 0.25*1.2 =0.3 m k: hệ số không thứ nguyên.

(33) 0.3 =0 . 75 1. 2 Bề dày đáy ( nắp): 1. 2 ∗26 . 34 ∗10 4 1 .2 S= +(0 .001+ 0. 0004+ Co ) 6 4 2∗ 0 .3 3 . 8∗ 144 ∗10 ∗ 0. 75 ∗0 . 8 −26 . 34 ∗10 S = 0.00139 + 0.001 + 0.0004 + 0.00067 = 4 mm Trên đỉnh tháp khoét một lỗ tại tâm để thoát hơi, đường kính lỗ: 4 Qv d l= πv G hoi Qv = ρ y 3600 k = 1−. √. Gd = GD + GR =. −. D ( R + 1). = 1876.35 ( 2.5 + 1 0). = 6567.225 kg/ h 6567 .225 =1 .7185 Qv = m/ s 1 . 065∗ 3600 v: vaän toác hôi ra, choïn v = 20 m/s 4 ∗ 1. 7185 d l= =0 . 33 m π ∗ 20 Đáy có khoét một lỗ tròn để tháo sản phẩm đáy, đường kính lỗ tháo liệu: 4Q d tl = πv tl. √. √. −. w 5277 . 5 Q= = =0 . 00153 ρl 3600 958. 28 ∗3600 vtl: vaän toác thaùo lieäu, choïn vtl = 0.5 m/s 4 ∗0 . 00153  dtl = = 0.0624 m/s π ∗ 0 .5. √. 3. Các cửa nhập liệu, hồi lưu, cửa hơi: Các cửa nhập liệu, hồi lưu, cửa hơi: Lưu lượng nhập liệu: ❑ ¿ F ρF QF =¿ ❑. ρF = ρE tan ol ∗ x F + ρ nước *(1 – = 897*0.35 + 972*(1 – 0.35) = 945.75kg/m3. ❑. xF ). m3 / s.

(34) 5000 = 5.287 m3/h 945 .75 4 QF 4 ∗ 1. 469 ∗10 −3 = 0.11165 m/s dF= = π .v π ∗0 . 15 v = 0.15 m/s (chọn): tốc độ nhập liệu * Cửa hồi lưu:  QF =. √ √. ❑ ¿ = 1876.35*25 = 4690.875 kg/h GR =D R R = 766*0.972 + ( 1 – 0.972 )*972 = 771.768 kg/m3 với tD = 78.6 oC etanol = 766 kg/m3 [2,93] 3 nước = 972 kg/ m [2,93] −. G 4690. 875 = 6.078 m3/s QR = R = ρ R 771 .786 v  0.15 m/ s 4 QR 4 ∗6 . 078 dR= = =0 . 12m π .v π ∗ 0 .15  Cửa hơi: Cung cấp hơi nước để đốt nóng lượng lỏng ở đáy tháp: Ghôi = 21536 kg/h hôi = 958 kg/m3 G 21536 Q h= h = =6 . 24 ∗10− 3 m3/s ρ h 958 ∗3600 vh = 20 m/s (choïn) 4 Qh 4 ∗6 . 24 ∗10 −3 dh = = =0 . 02m π .v π ∗ 20. √ √. √ √. 4. Tính caùc bích: Bích để ghép đáy, nắp với thân & các đọan thân tháp nối với nhau. Vì Dt = 1.2 m neân choïn loïai bích lieàn. Các thông số tra ở bảng XIII-27, [3,420] (hình veõ) P 10 Dt (mm) D Db D1 Do db Số lượng 6 (N/m2) 0.3 1200 1340 1290 1260 1213 M 20 32 Khoảng cách giữa hai mặt bích liền nhau là 800 mm Số mâm giữa hai mặt bích là 4 mâm Mâm tháp với tháp bằng vành. h 25.

(35) 5. Tính chân đỡ, tai treo: Tính khối lượng sơ bộ của tháp: - Khối lượng nắp: mn = F..s theùp = 7.9*103 kg/m3 π mn = ( 1.22 – 0.332 ) * *7.9*103*4*10-3 4 = 33 kg - Khối lượng đáy: π mn = ( 1.22 – 0.0622 ) * *7.9*103*4*10-3 4 = 35.65 kg - Khối lượng thân trụ hàn: mt = .Dt.Hth..S = *1.2*14.365*7.9*103*4*10-3 = 1711.3 kg - Khối lượng mâm: mm = Nt.Fm.s. π = 33 (1.22 )5*10-3*7.9*103 4 = 1474.2 kg - Khối lượng chóp : + Đối với một chóp: mch = .dch.hch..5*10-3 = *0.12*0.11125*7.9*103*5*10-3 = 1.6566 kg/choùp + Toàn tháp: Mch = 1.65*26*33 = 1421 kg - Khối lượng ống dẫn hơi: + Tính cho 1 oáng: mch = .dh.hh..s = *75*10-3*111.25*10-3*7.9*103*3*10-3 = 0.62 kg + Tính cho toàn tháp: mh = Nt.n.mh = 33*26*0.62 = 533 kg - Khối lượng ống chảy chuyền: + Tính cho 1 oáng: m’c = .dc.h..s.

(36) = *0.1*25*10-3*7.9*103*3*10-3 = 0.186 kg + Tính cho toàn tháp: mc = Nt.z.m’c = 33*2*0.186 kg = 12.285 kg Tổng khối lượng toàn tháp: M = mi = 3800.8 kg Taûi troïng thaùp: - Đối với tháp khô: Gk = M.g = 3800.8*9.81 = 37278 N - Đối với tháp ướt: Giả sử tháp chứa đầy lỏng: 2 πD t G ướt = Gkhô + H th gρ 4 π ∗1 . 22 ∗14 . 365∗ 9 . 81∗ 875 = 37278 + 4 = 176733.3 N Các loại chân đỡ: [3,437] Chọn 3 chân đờ; khi đó chọn G = 6.0*104 N Các thông số của chân đỡ loại này: Taûi troïng cho pheùp treân moät chaân: G = 6.0*104 Bề mặt đỡ: F = 711*10-4 m2 Tải trọng cho phép trên bề mặt đỡ: q = 0.84*106 N/m2 L = 300 mm B = 240 mm B1 = 260 mm B2 = 370 mm H = 450 mm h = 226 mm s = 18 mm l = 110 mm d = 34 mm 4 Chọn 3 tai treo; khi đó chọn G = 6.0*10 N Các thông số của tai treo loại này: Taûi troïng cho pheùp treân moät tai: G = 6.0*104 Bề mặt đỡ: F = 451*10-4 m2 Tải trọng cho phép trên bề mặt đỡ: q = 1.33*106 N/m2 L = 230 mm B = 200 mm B1 = 205 mm.

(37) H s l a d. = 350 = 12 = 100 = 25 = 34. mm mm mm mm mm.

(38)

chung cat thap mam chop he Etanolnuoc

Tài liệu liên quan

Tài liệu bạn tìm kiếm đã sẵn sàng tải về