Đang tải... (xem toàn văn)
NỘI DUNGI.ĐầU Đề THIếT Kế.Thiết kế và tính toán hệ thống chưng luyện liên tục Tháp đĩa lỗ có ống chảy truyền làm việc ở áp suất thường để phân tách hỗn hợp 2 cấu tử CS2 và CCl4 (Cacbondisunfua và Cacbontetraclorua)Hỗn hợp đầu vào ở nhiệt độ sôi.Tháp loại: Tháp đĩa lỗ có ống chảy truyền.II.CÁC Số LIệU BAN ĐầU.•Năng suất tính theo hỗn hợp đầu: GF = 5,4 kgs•Nồng độ cấu tử dễ bay hơi trong:Hỗn hợp đầu: aF= 30 % khối lượngSản phẩm đỉnh: aP= 97 % khối lượngSản phẩm đáy: aw=0,5 % khối lượng
Khoa Công nghệ Hóa Lớp: Hóa K7 ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐH CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập- Tự do-Hạnh phúc ĐỒ ÁN MÔN HỌC QUÁ TRÌNH THIẾT BỊ Họ tên sinh viên : Nguyễn Thị Lan Mã sinh viên : 0741120304 Lớp : ĐH Công Nghệ Hóa Khóa :7 Khoa : Công nghệ Hóa Giáo viên hướng dẫn: Cô Phan Thị Quyên NỘI DUNG I ĐẦU ĐỀ THIẾT KẾ Thiết kế tính toán hệ thống chưng luyện liên tục Tháp đĩa lỗ có ống chảy truyền làm việc áp suất thường để phân tách hỗn hợp cấu tử CS CCl4 (Cacbondisunfua Cacbontetraclorua) Hỗn hợp đầu vào nhiệt độ sôi Tháp loại: Tháp đĩa lỗ có ống chảy truyền II CÁC SỐ LIỆU BAN ĐẦU • Năng suất tính theo hỗn hợp đầu: GF = 5,4 kg/s • Nồng độ cấu tử dễ bay trong: Hỗn hợp đầu: aF= 30 % khối lượng Sản phẩm đỉnh: aP= 97 % khối lượng Sản phẩm đáy: aw=0,5 % khối lượng TT Tên vẽ Vẽ dây chuyền sản xuất Vẽ hệ thống tháp chưng luyện Sinh viên: Nguyễn Thị Lan Quyên MSV: 0741120304 Khổ giấy A4 A0 Số lượng 01 01 Giáo viên hướng dẫn: Phan Thị Page Khoa Công nghệ Hóa Lớp: Hóa K7 ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI Nhận Xét Của Giáo Viên Hướng Dẫn ∗∗∗∗∗ Hà Nội, ngày … tháng … năm 2015 Người nhận xét MỤC LỤC Sinh viên: Nguyễn Thị Lan Quyên MSV: 0741120304 Giáo viên hướng dẫn: Phan Thị Page Khoa Công nghệ Hóa Lớp: Hóa K7 ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI LỜI MỞ ĐẦU Trong thời kỳ đất nước trình phát triển theo hướng công nghiệp hóa, đại hóa đất nước công nghiệp nước ta phát triển mạnh kéo theo phát triển ngành sản xuất hợp chất hóa học,bởi hợp chất hóa học có ứng dụng vô quan trọng để ngành khác phát triển Khi kinh tế phát triển, nhu cầu người ngày tăng Do vậy sản phẩm đòi hỏi cao hơn, đa dạng hơn, phong phú hơn, theo công nghệ sản xuất phải nâng cao Trong công nghệ hóa học, việc sử dụng hóa chất có độ tinh khiết cao yếu tố tạo sản phẩm có chất lượng cao Có nhiều phương pháp khác để làm tăng nồng độ, độ tinh khiết sản phẩm tạo thành như: chưng cất, cô đặc, trích ly… Tùy vào tính chất hệ mà ta lựa chọn phương pháp thích hợp.Đối với hệ Cacbondisunfua CS Cacbontetraclorua CCl4 sản phẩm ngành công nghiệp tổng hợp hữu Chúng sử dụng rộng rãi công nghiệp hoá học nói chung công nghiệp hữu nói riêng công nghiệp hoá dầu, dược phẩm, phẩm nhuộm,… Thông thường công nghiệp hữu cơ, CS2 CCl4 dạng hỗn hợp nên muốn sử dụng chúng người ta cần thiết phải tách riêng biệt chúng Để thực điều này, người ta tiến hành chưng luyện hỗn hợp tháp chưng luyện liên tục gián đoạn Để bước đầu làm quen với công việc kỹ sư hóa chất thiết kế thiết bị hay hệ thống thực nhiệm vụ sản xuất,em nhận đồ án môn học: “Quá trình thiết bị Công nghệ Hóa học”.Việc thực đồ án điều có ích cho sinh viên việc bước tiếp cận với thực tiễn sau hoàn thành khối lượng kiến thức giáo trình “Cơ sở trình thiết bị Công nghệ Hóa học” Trên sở lượng kiến thức kết hợp với kiến thức số môn khoa học khác có liên quan,mỗi sinh viên tự thiết kế thiết bị, hệ thống thiết bị thực nhiệm vụ kĩ thuật có giới hạn trình công nghệ.Qua việc làm đồ án môn học này, sinh viên phải biết cách sử dụng tài liệu việc tra cứu,vận dụng kiến thức,quy định tính toán thiết kế,tự nâng cao kĩ trình bày thiết kế theo văn khoa học nhìn nhận vấn đề cách có hệ thống Sinh viên: Nguyễn Thị Lan Quyên MSV: 0741120304 Giáo viên hướng dẫn: Phan Thị Page Khoa Công nghệ Hóa Lớp: Hóa K7 ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI PHẦN I: GIỚI THIỆU CHUNG I LÝ THUYẾT VỀ CHƯNG LUYỆN Phương pháp chưng luyện Chưng luyện phương pháp chưng cất nhằm để phân tách hỗn hợp lỏng hay hỗn hợp khí hóa lỏng dựa độ bay tương đối khác cấu tử thành phần áp suất Phương pháp chưng luyện trình chưng luyện hỗn hợp bốc ngưng tụ nhiều lần, kết cuối đỉnh tháp thu hỗn hợp gồm hầu hết cấu tử dễ bay nồng độ đạt yêu cầu, phương pháp chưng luyện cho hiệu suất phân tách cao, vậy sử dụng nhiều thực tế như: sản xuất rượu, tách hỗn hợp dầu mỏ, tài nguyên, sản xuất metanol, propylen… Dựa phương pháp chưng luyện liên tục, người ta đưa nhiều thiết bị phân tách đa dạng tháp chóp, tháp đĩa lỗ có ống chảy truyền, tháp đĩa lỗ ống chảy truyền, tháp đệm… Trong đồ án em giao thiết kế tháp chưng luyện liên tục tháp đĩa lỗ có ống chảy truyền để phân tách cấu tử CS CCl4, chế độ làm việc áp suất thường hỗn hợp đầu gia nhiệt đến nhiệt độ sôi Các phương pháp chưng cất - Áp suất làm việc: Chưng cất áp suất thấp Chưng cất áp suất thường Chưng cất áp suất cao Nguyên tắc phương pháp dựa nhiệt độ sôi cấu tử nhiệt độ sôi cấu tử cao giảm áp suất làm việc để giảm nhiệt độ sôi cấu tử Nguyên lý làm việc: liên tục, gián đoạn • Chưng gián đoạn: phương pháp sử dụng trường hợp : - Nhiệt độ sôi cấu tử khác xa - Không đòi hỏi sản phẩm có độ tinh khiết cao - Tách hỗn hợp lỏng khỏi tạp chất không bay - Tách sơ hỗn hợp nhiều cấu tử • Chưng liên tục: trình thực liên tục nghịch dòng nhiều đoạn Sinh viên: Nguyễn Thị Lan Quyên MSV: 0741120304 Giáo viên hướng dẫn: Phan Thị Page Khoa Công nghệ Hóa Lớp: Hóa K7 ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI Thiết bị chưng luyện Trong sản xuất thường sử dụng nhiều loại tháp khác có yêu cầu diện tích tiếp xúc bề mắt pha lớn, điều phụ thuộc độ phân tán lưu chất vào Tháp chưng cất phong phú kích cỡ ứng dụng tháp lớn thường sử dụng công nghệ lọc hóa dầu, đường kính tháp phụ thuộc lượng pha lỏng luợng pha khí,độ tinh khiết sản phẩm Theo khảo sát thường có loại tháp chưng: tháp đĩa tháp đệm Tháp đĩa: thân tháp hình trụ thẳng đứng bên có gắn đĩa, phân chia thân tháp thành đoạn Trên đĩa, pha lỏng pha khí tiếp xúc với Tùy thuộc vào cấu tạo ta có loại tháp đĩa: Tháp đĩa chóp : Tháp đĩa lỗ: đĩa có lỗ có đường kính (2-12 mm) có loại tháp đĩa lỗ Tháp đĩa lỗ có ống chảy chuyền Tháp đĩa lỗ ống chảy chuyền Tháp đệm: tháp hình trụ gồm nhiều đoạn nối với mặt bích hay hàn Tháp đĩa lỗ có ống chảy truyền có ưu điểm khắc phục nhiều nhược điểm loại tháp khác như: Với chức năng, tổng khối lượng tháp đĩa thường nhỏ tháp đệm tháp đĩa có bề mặt tiếp xúc pha lớn hiệu xuất làm việc cao Tháp đĩa thích hợp trường hợp có số đĩa lý thuyết số đơn vị truyền khối lớn Cấu tạo đơn giản, dễ vệ sinh, sửa chữa, làm Trở lực thiết bị không lớn Làm việc với chất lỏng bẩn, khí bẩn, vận tốc khí lớn Chính nhờ ưu điểm mà tháp đĩa lỗ có ống chảy truyền sử dụng để phân tách hỗn hợp cấu tử CS2 CCl4 trường hợp Sinh viên: Nguyễn Thị Lan Quyên MSV: 0741120304 Giáo viên hướng dẫn: Phan Thị Page Khoa Công nghệ Hóa Lớp: Hóa K7 III ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI GIỚI THIỆU VỀ HỖN HỢP CHƯNG LUYỆN Cacbondisunfua CS2 - Tên khác: Disunfua cacbon, Dithiocacbonic anhidrit, Cacbon bisunfua, Bisunfua cacbon - CTPT: S = C = S - Phân tử khối: 76 kg/kmol a Tính chất vật lý ứng dụng - Tỷ trọng: 1,261g/cm3 - Điểm nóng chảy: -110,8℃ - Độ hòa tan nước: 0,29g/100 ml nước(20℃) - Nhiệt độ sôi: 46,3℃ - Là chất lỏng không màu dễ bay - Hợp chất chất không phân cực, thường sử dụng làm nguyên liệu tổng hợp hóa hữu cấp công nghiệp, làm dung môi cho chất không phân cực brom, iot, cao su, nhựa… - Nó có mùi giống ete - CS2 độc nên làm thuốc trừ sâu nông nghiệp b Tính chất hóa học - Các chất lực hạt nhân amin tạo dithiocacbamat 2R2NH + CS2 → [R2NH2+][R2NCS2−] - Các xanthat tạo thành cách tương tự từ alkoxit RONa + CS2 → [Na+][ROCS2−] Phản ứng tảng sản xuất xenluloza tái sinh, thành phần viscoza, rayon xenlophan Cả xanthat thioxanthat tương ứng (sinh từ xử lý CS với thiolat natri) sử dụng tác nhân tách đãi chế biến, xử lý khoáng vật - Sunfua natri tạo trithiocacbonat: Na2S + CS2 → [Na+]2[CS32−] - Clo hóa CS2 tạo cacbontetraclorua CS2 + Cl2 → CCl4 + S2Cl2 Sinh viên: Nguyễn Thị Lan Quyên MSV: 0741120304 Giáo viên hướng dẫn: Phan Thị Page Khoa Công nghệ Hóa Lớp: Hóa K7 ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI Cacbontetraclorua CCl4 - Tên khác: Tetraclometan, Benifom, Cacbon clorua, Metan tetraclorua, Peclometan, Cacbon tet, Tetrafom - CTCT: a Tính chất vật lývà ứng dụng - Tỷ trọng: 1,5842g/cm3 chất lỏng 1,831g/cm3 -186℃ rắn 1,809 g/cm3 -80℃ rắn - Điểm nóng chảy: -22,92°C (250oK) Độ hòa tan: 785 - 800 mg/l 25°C Điểm sôi: 76,72℃ CCl4 chất lỏng, không màu, dễ bay hơi, tạo có mùi đặc trưng dung môi clo hóa khác - Là chất không phân cực nên sử dụng làm dung môi tốt cho chất không phân cực khác chất béo, dầu mỡ - CCl4 thực tế không cháy nhiệt độ thấp Ở nhiệt độ cao không khí, tạo photgen CCl2O độc hại - Là chất không bắt cháy, dùng làm chất dập lửa, làm lạnh - Là chất độc mạnh gan sử dụng nghiên cứu khoa học để đánh giá chất bảo vệ gan c Tính chất hóa học CCl4 không tham gia trực tiếp phản ứng hóa học mà dung môi cho chất không phân cực phản ứng hóa học Phản ứng quan trọng là: Khi cho toluen vào Br2/CCl4 brom vào vị trí o-, p- vòng, nguyên tử H, khác với dungdịch Br2 H2O dung môi phân cực nên phản ứng với toluen lần vào vị trí o- p- tạo thành dẫn xuất tribrom Sinh viên: Nguyễn Thị Lan Quyên MSV: 0741120304 Giáo viên hướng dẫn: Phan Thị Page Khoa Công nghệ Hóa Lớp: Hóa K7 ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI Đó điểm khác biệt Br2/H2O Br2/CCl4 phản ứng với toluen hay phenol C6H5CH3 + Br2(CCl4) → Br-C6H4-CH3 + HCl C6H5CH3 + Br2(H2O) →Br3-C6H2-CH3 + HCl Với phenol (không có mạch nhánh, giống toluen OH nhóm đẩy e, làm vòng dễ hơn): C6H5OH + Br2(CCl4) →Br-C6H4-OH + HCl C6H5OH + Br2(H2O) → Br3-C6H2-OH + HCl (nếu Br2 dư pư pư cộng thường xét pư này) Thông thường người ta thường điều chế CCl clo hóa CS2 nên việc phân tách hai cấu tử quan trọng có ý nghĩa lớn thực tế Đây hỗn hợp hai cấu tử dạng lỏng tan lẫn vào có nhiệt độ sôi cách xa CS dễ bay CCl4 nên phương pháp chưng luyện ta thu nồng độ sản phẩm đỉnh giàu CS nồng độ sản phẩm đáy giàu CCl4 Sinh viên: Nguyễn Thị Lan Quyên MSV: 0741120304 Giáo viên hướng dẫn: Phan Thị Page Khoa Công nghệ Hóa Lớp: Hóa K7 ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI IV VẼ VÀ THUYẾT MINH DÂY CHUYỀN CÔNG NGHỆ Dây chuyền sản xuất Hình 1.1 Sơ đồ dây chuyền công nghê chưng luyện liên tục Chú thích: 1.Thùng chứa hỗn hợp đầu 6.Thiết bị ngưng tụ 2.Bơm 7.Thiết bị làm lạnh sản phẩm đỉnh 3.Thùng cao vị 8.Thùng chứa sản phẩm đỉnh 4.Thiết bị gia nhiệt hỗn hợp đầu 9.Thiết bị gia nhiệt sản phẩm đáy Sinh viên: Nguyễn Thị Lan Quyên MSV: 0741120304 Giáo viên hướng dẫn: Phan Thị Page Khoa Công nghệ Hóa Lớp: Hóa K7 ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI 5.Tháp chưng luyện 10.Thùng chứa sản phẩm đáy Nguyênlí hoạt động Hỗn hợp CS2 CCl4 từ thùng chứa ban đầu (1) bơm lên thùng cao vị bơm (2) Chất lỏng thùng cao vị vượt mức quy định cho chảy trở lại thùng chứa (1) đầy thùng chứa Hỗn hợp CS2 – CCl4 từ thùng cao vị qua thiết gia nhiệt hỗn hợp đầu Ở hỗn hợp đầu đun nóng đến nhiệt độ sôi nước bão hòa sau vào tháp chưng luyện (5) đĩa tiếp liệu Trong tháp chưng luyện từ lên lỏng từ xuống, lỏng tiếp xúc với trình chuyển khối xảy thiết bị Theo chiều cao tháp lên cao nhiệt độ giảm nên từ lên cấu tử CCl4 có nhiệt độ sôi cao ngưng tụ lại thành lỏng xuống phía đáy tháp đồng thời nhiệt tỏa ngưng tụ giúp làm bay CS2 Hơi đỉnh tháp chứa CCl4 qua thiết bị ngưng tụ sản phẩm đỉnh (6) ngưng tụ thành lỏng nhờ thiết bị phân chia dòng phần sản đỉnh hồi lưu trở lại tháp để tăng độ tinh khiết sản phẩm đỉnh Phần lại nồng độ đạt yêu cầu đưa qua thiết bị làm lạnh (7) để làm lạnh đến nhiệt độ thường trước vào thiết bị chứa sản phẩm đỉnh (8) Hỗn hợp sản phẩm lỏng đáy tháp phần hồi lưu trở lại, đun bốc nhờ thiết bị (9) vào đáy thiết bị chưng luyện Phần lại đưa vào thiết bị chứa sản phẩm đáy (10) Do lên từ đáy tháp chứa chủ yếu CS2 đáy tháp hỗn hợp giàu CCl4.Tháp chưng luyện làm việc chế độ liên tục, hỗn hợp đầu vào sản phẩm cung cấp lấy liên tục Sinh viên: Nguyễn Thị Lan Quyên MSV: 0741120304 Giáo viên hướng dẫn: Phan Thị Page 10 Khoa Công nghệ Hóa Lớp: Hóa K7 ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI = 34,14 N/m2 Vậy: Áp suất khắc phục trở lực ma sát Áp suất để khắc phục trở lực ma sát dòng chảy ổn định ống thẳng (N/m2)(II.55 – 1.trang 377) λ: hệ số ma sát(phụ thuộc vào chế độ chảy) L: chiều dài ống cấp liệu = 2m • • : đường kính tương đương ống = d = 0,15 m • Ở 200C: tra bảng độ nhớt I.101 – 1.trang 90 ta µCS2 = 0,366*10-3 Ns/m2 µCCl4 = 0,97*10-3 Ns/m2 Độ nhớt hỗn hợp tính theo công thức : = 0,46lg(0,366*10-3) + (1 – 0,46)lg(0,97*10-3) = -3,21 ⇒µ = 0,619*10-3Ns/m2 ⇒ = 75205,88>104 Vậychế độ chảy hỗn hợp ống chảy xoáy Hệ số trở lực ma sát: (II.65 – 1.trang 380) Trong đó: ∆: độ nhám tương đối xác định theo công thức: • = độ nhám tuyệt đối ống dẫn (bảng II.15 – 1.trang 381) : d :đường kính tương đương ống d ⇒∆= = (II.66 – 1.trang 380) = 0,2*10 (m) = d =0,15 m *10 Thay vào công thức trêncó Sinh viên: Nguyễn Thị Lan Quyên MSV: 0741120304 Giáo viên hướng dẫn: Phan Thị Page 75 Khoa Công nghệ Hóa Lớp: Hóa K7 ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI = 0,024 = 10,92 N/m2 Vậy : Tính áp suất để khắc phục trở lực cục Áp suất cần thiết để khắc phục trở lực cục (II.56 – 1.trang 377) • • : hệ số trở lực cục Trở lực vào ống có : d : đường kính ống dẫn liệu d = 0,15 m d : đường kính thùng cao vị chọn d2 =1,5 m Ta có Theo bảng f1/f2 - ξ (1.trang 388)ta có trở lực chất lỏng vào ống: chọn ξ1= 0,5 Trở lực khuỷu 900 chia làm khuỷu, khuỷu 300 tạo thành,có hai khuỷu 90o.Chọn a/b =1 (1.trang 394)⇒ξ2= 0,3 Van tiêu chuẩn ξ3 = 4,4 (1.trang 397) ⇒ Hệ số trở lực cục ξ = ξ1 + ξ2 + ξ3 = 0,5 + 0,3 + 4,4 = 5,2 ⇒∆Pc = 5,2*34,14= 177,53 N/m2 Áp suất toàn phần cần thiết để thắng trở lực ống dẫn từ thiết bị gia nhiệt hỗn hợp đầu đến đĩa tiếp liệu ΔP1 = ΔP + ΔP + ΔPC = 34,14 + 10,92 + 177,53 = 222,59 N/m2 Chiều cao cột chất lỏng tương ứng H1 = Sinh viên: Nguyễn Thị Lan Quyên MSV: 0741120304 = 0,016 m Giáo viên hướng dẫn: Phan Thị Page 76 Khoa Công nghệ Hóa Lớp: Hóa K7 ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI as Trở lực ống dẫn từ thùng cao vị đến thiết bị gia nhiệt hỗn hợp đầu Áp suất động học∆Pd = (II.54 – 1.trang 377) ρ: khối lượng riêng chất lỏng 20oC, kg/m3 • ω: vận tốc lưu thể m/s • Theo bảng I.2 – 1.trang ta ρCS2 = 1263 kg/m3 ρCCl4 = 1594 kg/m3 = 6,77*10-4 ⇒ρhh = 1477,81 kg/m3 Tốc độ trung bình lưu thể ống có d = 150 mm = 0,21 m/s = 32,586 N/m2 Vậy: Áp suất khắc phục trở lực ma sát Áp suất để khắc phục trở lực ma sát dòng chảy ổn định ống thẳng (N/m2)(II.55 – 1.trang 377) • • • λ: hệ số ma sát (phụ thuộc vào chế độ chảy) L: chiều dài ống = m : đường kính tương đương ống = d = 0,15 m Ở 200C: tra bảng độ nhớt I.101 – 1.trang 90 ta µCS2 = 0,366*10-3 Ns/m2 µCCl4 = 0,97*10-3 Ns/m2 Độ nhớt hỗn hợp tính theo công thức : = 0,46lg(0,366*10-3) + (1 – 0,46)lg(0,97*10-3) = -3,21 ⇒µ = 0,619*10-3 Ns/m2 ⇒ Sinh viên: Nguyễn Thị Lan Quyên MSV: 0741120304 = 75205,88>104 Giáo viên hướng dẫn: Phan Thị Page 77 Khoa Công nghệ Hóa Lớp: Hóa K7 ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI Vậy chế độ chảy hỗn hợp ống chảy xoáy Hệ số trở lực ma sát: (II.65 – 1.trang 380) Trong đó: ∆: độ nhám tương đối xác định theo công thức: • = độ nhám tuyệt đối ống dẫn (bảng II.15 – 1.trang 381): d :đường kính tương đương ống d (II.66 – 1.trang 380) =0,2*10 (m) = d = 0,15 m ⇒∆ = = *10 Thay vào công thức có = 0,024 = 10,43 N/m2 Vậy : Áp suất để khắc phục trở lực cục Áp suất cần thiết để khắc phục trở lực cục (II,56 – 1.trang 377) • • : hệ số trở lực cục Trở lực vào ống có : d : đường kính ống dẫn liệu d = 0,15 m d3: đường kính thiết bị gia nhiệt hỗn hợp đầu chọn d3 = 0,25 m Ta có Theo bảng f1/f2 - ξ (1.trang 388) ta có trở lực chất lỏng vào ống: chọn ξ1= 0,5 Trở lực khuỷu 900 chia làm khuỷu, khuỷu 30 tạo thành, có hai khuỷu 90o.Chọn a/b =1 (1.trang 394) ⇒ξ2 = 0,3 Sinh viên: Nguyễn Thị Lan Quyên MSV: 0741120304 Giáo viên hướng dẫn: Phan Thị Page 78 Khoa Công nghệ Hóa Lớp: Hóa K7 ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI Van tiêu chuẩn ξ3 = 4,4 (1.trang 397) Nội suy bảng 1.trang 388 ta có ξ4 = 0,38 + = 0,356 ⇒ Hệ số trở lực cục ξ = ξ1 + ξ2 + ξ3+ ξ4 = 0,5 + 0,3 + 4,4 + 0,356 = 5,556 ⇒∆Pc = 5,556*32,586= 181,05 N/m2 Áp suất toàn phần cần thiết để thắng trở lực ống dẫn từ thiết bị gia nhiệt hỗn hợp đầu đến đĩa tiếp liệu ΔP1 = ΔP + ΔP + ΔPC = 32,586 + 10,43 + 181,05 = 224,07 N/m2 Chiều cao cột chất lỏng tương ứng H1 = = 0,015 m at Trở lực thiết bị gia nhiệt hỗn hợp đầu Áp suất động học Tốc độ lưu thể trung bình ống với • ⇒ω = Nhiệt độ trung bình hỗn hợp thiết bị gia nhiệt hỗn hợp đầu Tại ttb =42,250C ⇒ρ = 1438,5 (kg/m3) • f: tiết diện bề mặt truyền nhiệt d: đường kính ống thiết bị gia nhiệt, d= 0,019m n: số ống thiết bị gia nhiệt n = 91 ống m: số ngăn thiết bị gia nhiệt m = ngăn = 0,013 m2 ⇒ = 0,289 m/s Sinh viên: Nguyễn Thị Lan Quyên MSV: 0741120304 Giáo viên hướng dẫn: Phan Thị Page 79 Khoa Công nghệ Hóa Lớp: Hóa K7 ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI = 60,07 N/m2 Do đó: Áp suất khắc phục trở lực ma sát Tại ttb = 42,25oC có: ω = 0,289 m/s ρ = 1438,5 (kg/m3) µ= 0,47*10 ⇒ Ns/m2 = 16805,96> 104 Hệ số tính theo công thức sau: Trong đó: ∆: độ nhám tương đối xác định theo công thức: ∆= độ nhám tuyệt đối ống dẫn d = 0,2*10 :đường kính tương đương ống d Vậy m = 0,019 m = 0,01 Số ngăn chia ⇒ L = 2H = 2*2 = 4m Thayvàocôngthức trêncó = 0,042 Vậy: = 531,14 N/m2 Tính áp suất để khắc phục trở lực cục Áp suất cần thiết để khắc phục trở lực cục bộ: [N/m2] Vì dung dịch chảy thiết bị ống chùm nên hướng dòng chảy vào khỏi ống Sinh viên: Nguyễn Thị Lan Quyên MSV: 0741120304 Giáo viên hướng dẫn: Phan Thị Page 80 Khoa Công nghệ Hóa Lớp: Hóa K7 ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI truyền nhiệt đa dạng tồn nhiều đột mở, đột thu Áp dụng 1.3.32 – 4.trang 62 + 63 ta • Tiết diện ống dẫn dung dịch vào thiết bị: = 0,018 m2 • Tiết diện khoảng trống đầu thiết bị ngăn là: = 0,0628 m2 (Với D: đường kính thiết bị gia nhiệt hỗn hợp đầu D = 0,4 m) • Tiết diện ống truyền nhiệt ngăn là: = 0,013 m2 Trở lực cục tính theo bảng (PL.3) 4.trang 339 XII.16 – 1.trang 382 i Ở cửa vào(đột mở):khi chất lỏng chảy vào thiết bị(khoảng trống ngăn đột mở): = 0,51 ii Ở đầu dung dịch chất lỏng chảy từ khoảng trống vào ngăn ống truyền nhiệt(đột thu): có = 0,207 Nội suy bảng 1.trang 388 ta ζ2 = 0,45 + = 0,4451 iii Ở đầu dung dịch chất lỏng chảy từ ngăn ống truyền nhiệt khoảng trống phần thiết bị(đột mở) = 0,629 iv Ở đầu dung dịch vào ống truyền nhiệt ngăn hai (đột thu)có = 0,207 Nội suy bảng 1.trang 388 ta Sinh viên: Nguyễn Thị Lan Quyên MSV: 0741120304 Giáo viên hướng dẫn: Phan Thị Page 81 Khoa Công nghệ Hóa Lớp: Hóa K7 ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI ζ4 = 0,45 + = 0,4451 v Ở đầu dung dịch từ ống truyền nhiệt phần ngăn hai (đột mở) = 0,629 vi Ở đầu dung dịch chất lỏng chảy khỏi thiết bị (đột thu): có = 0,287 Nội suy bảng 1.trang 388 ta ζ6= 0,45 + = 0,3891 vii Khi chất lỏng chuyển từ ngăn sang ngăn kia,dòng chảy chuyển dòng lần với góc chuyển 90oC có trở lực cục ζ7 = 1,1*2 = 2,2 (4.trang 64) Ở (i) (vi) tổn thất áp suất qua vận tốc tính qua vận tốc dòng chảy cửa vào thiết bị ω = 0,21 m/s ∆Pd = 32,586 N/m2 ζ = (ζ1 + ζ6) = 0,51+0,3891 = 0,8991 ⇒ Tổn thất áp suất điểm ∆Pc1 = ζ*∆Pd = 0,8991*32,586 = 30 N/m2 Tổn thất áp suất điểm lại ω = 0,289 m/s ∆Pd = 60,07 N/m2 Và ζ = ζ2 + ζ + ζ4 + ζ5 +ζ7 = 0,4451 + 0,629 + 0,4451 + 0,629 + 2,2 = 4,35 ⇒ Tổn thất áp suất điểm ∆Pc2 = ζ*∆Pd= 4,35*60,07 = 261,3 N/m2 Vậy tổng trở lực ∆Pc = ∆Pc1 + ∆Pc2= 30 + 261,3 = 291,3 N/m2 Trở lực thuỷ tĩnh ∆PH ∆PH = ρgH = 1438,5*9,81*2 = 28223,37 N/m2 Áp suất toàn phần cần thiết để thắng trở lực thiết bị gia nhiệt ∑∆P = ∆Pd + ∆Pm + ∆Pc +∆PH = 60,07 + 531,14 + 291,3 + 28223,37 = 29105,88 N/m2 Chiều cao cột chất lỏng tương ứng Sinh viên: Nguyễn Thị Lan Quyên MSV: 0741120304 Giáo viên hướng dẫn: Phan Thị Page 82 Khoa Công nghệ Hóa Lớp: Hóa K7 ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI H3 = = 2,06 m Tổng chiều cao H = H1 + H2 + H3 = 0,016 + 0,015 + 2,06 = 2,091 m 47.Tính chiều cao thùng cao vị so với đĩa tiếp liệu Viết phương trình Becnuli cho hai mặt cắt 1-1 2-2 (lấy 2-2 làm mặt chuẩn) Z+ = Trong đó: P1, P2 : áp suất mặt cắt - - (N/m2) P1 = Pa = 9,81*104 (N/m2) ∆PL : Trở lực đoạn luyện = 6628,47 N/m2 P2 = P1 +∆PL= 9,81*104 + 6628,47 = 104728,47 N/m2 ω1: Vận tốc dung dịch mặt cắt - (m/s) Coi ω1 = tiết diện thùng cao vị lớn so với tiết diện ống ω2: Vận tốc dung dịch mặt cắt - có ω2 = 0,22 (m/s) ρ1: Khối lượng riêng hỗn hợp nhiệt độ t = 200C (kg/m3) ρ1 = ρ20 = 1477,81 (kg/m3) ρ2: Khối lượng riêng hỗn hợp nhiệt độ trung bình vào thiết bị nhiệt (kg/m 3) ρ2 = ρ42,25 = 1410,68(kg/m3)k Hm = H1 + H2+ H3 = 2,091 m = 2,89 m Vậy chiều cao thùng cao vị so với đĩa tiếp liệu 2,89m 48.Tính toán bơm Bơm máy thuỷ lực dùng để vận chuyển truyền lượng cho chất lỏng Các đại lượng đặc trưng cho bơm suất, áp suất, công suất tiêu hao hệ số quay nhanh n q Sinh viên: Nguyễn Thị Lan Quyên MSV: 0741120304 Giáo viên hướng dẫn: Phan Thị Page 83 Khoa Công nghệ Hóa Lớp: Hóa K7 ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI ( II.180 – 1.trang 437) Dựa vào hệ số quay nhanh ta chọn bơm phù hợp (bơm li tâm có n q = 40 – 300 vòng/ph) Hiệu suất bơm ly tâm cao hẳn loại khác (0.85 – 0.96) (bảng II.32 – 1.trang 439) Như vậy để chọn bơm việc đưa hỗn hợp đầu lên thùng cao vị đảm bảo yêu cầu công nghệ ta phải tính trở lực đường ống dẫn liệu thiết bị gia nhiệt hỗn hợp đầu từ tính chiều cao thùng cao vị so với vị trí đĩa tiếp liệu vào tháp Vì vậy lạo bơm sử dụng hợp lý BƠM LY TÂM Bơm ly tâm làm việc áp suất thường, to = 20oC Theo bảng II.34 – 1.trang I.441 ta có 20oC Hh = 5m.Ở chiều cao bơm làm việc tuần hoàn đảm bảo không xảy tượng xâm thực Tuy nhiên để loại trừ khả dao động bơm nên giảm chiều cao hút xuống – 1,5 m so với giá trị bảng tức ta lấy Chiều cao hút bơm là: Hh = m Chiều cao đẩy bơm là: Hđ = Hc + Z + Hđáy + Hb HC: chiều cao đoạn chưng = 11,4 m Hb: chiều cao kê tháp Chọn Hb = m Hđáy: chiều cao đáy tháp Chọn Hđáy= 0,5m ⇒ Hđ = 11,4 + 2,89 + 0,5 + = 15,79 m ⇒Chiều cao làm việc bơm : HF = Hđ + Hh = 15,79 + = 19,79 m Ta có:Htp= HF+hm Tổn thất áp suất đường ống ∆Pđ = = 31,14 N/m2 Tính ∆Pm: Ở phần tổn thất áp suất từ thùng cao vị đến thiết bị gia nhiệt hỗn hợp đầu ta tính Re = 75205,88 λ = 0,024 Chọn chiều dài lớn Hđ: L= 16 m; dtđ= 0,15 m Sinh viên: Nguyễn Thị Lan Quyên MSV: 0741120304 Giáo viên hướng dẫn: Phan Thị Page 84 Khoa Công nghệ Hóa Lớp: Hóa K7 ⇒∆Pm = ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI = 79,72 N/m2 Tính trở lực cục bộ∆Pc (N/m2) Trên đường ống có khuỷu 90o, khuỷu khuỷu 30o tạo thành ⇒ξ1 = 3*0,3 = 0,9 Có van tiêu chuẩn: ξ2 = 4,4 ⇒ξ = 2ξ1 + 2ξ2 = 2*0,9 + 2*4,4 = 10,6 N/m2 ⇒∆Pc = 10,6*31,14 = 330,084 N/m2 Vậy ∆P = ∆Pd + ∆Pm +∆Pc = 31,14 + 79,72 + 330,084 = 440,944 N/m2 ⇒ hm = = 0,032 m Áp suất toàn phần bơm Htp = 0,032 + 19,79 = 19,822 m Quy chuẩn lấy H = 20 m Công suất yêu cầu bơm xác định theo công thức II.189 – trang 439 Trong đó: • ρ: khối lượng riêng hỗn hợp chất lỏng, ρ = 1477,81 kg/m3 • Q suất bơm : Q = = 3,65*10-3 m3/s = 13,14 m3/h • H áp suất toàn phần bơm (m) • η: hiệu suấtchung bơm Theo 1.trang 439: • : hiệu suất thể tích tính đến hao hụt chát lỏng từ áp suất cao đến áp suất thấp chất lỏng rò rỉ qua khe hở • • hiệu suất thuỷ lực tính đến ma sát tạo dòng xoáy bơm : hiệu suất khí tính đến ma sát khí bơm Sinh viên: Nguyễn Thị Lan Quyên MSV: 0741120304 Giáo viên hướng dẫn: Phan Thị Page 85 Khoa Công nghệ Hóa Lớp: Hóa K7 ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI Chọn bơm ly tâm theo bảng II.32 – 1.trang 439 ⇒N= = = 1,5 KW Công suất động điện tính theo công thức II.190 – 1.trang 439: N: công suất trục bơm : hiệu suất truyền động,chọn hiệu suất động điện,chọn ⇒ = 1,875 KW Thông thường người ta chọn động điện có công suất lớn so với công suất tính toán(lượng dự trữ phụ thuộc vào khả tải): β: hệ số dự trữ công suất Giá trị β tra theo bảng II.33 - trang 440 với Ndc = 1,875 kW nên β = 1,2 – 1,5 Chọn β = 1,2⇒ = 1,2*1,875 = 2,25 KW Với Q = 13,14 m3/h ta chọn bơm theo bảng II.39 – 1.trang 447 Do bơm ta chọn có thông số sau: Loại bơm: X Năng suất: 3÷288 (m3/h) Áp suất toàn phần: 10÷143 (m) Số vòng quay: 1450÷2900 (vòng/phút) Nhiệt độ chất lỏng: 40÷90 (oC) Sinh viên: Nguyễn Thị Lan Quyên MSV: 0741120304 Giáo viên hướng dẫn: Phan Thị Page 86 Khoa Công nghệ Hóa Lớp: Hóa K7 ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI PHẦN V: KẾT LUẬN Dưới hướng dẫn cô Phan Thị Quyên giúp đỡ thầy cô giáo khoa Công nghệ Hóa trường Đại học Công nghiệp Hà Nội, em hoàn thành đồ án thiết kế “Thiết kế hệ thống chưng luyện liên tục loại tháp đĩa lỗ có ống chảy truyền để tách hỗn hợp Cacbondisunfua Cacbontetraclorua” Thông qua tìm hiểu thiết kế đồ án môn học giúp em tăng thêm nhiều kỹ học tập nghiên cứu, biết cách tra cứu tài liệu, thông số số liệu hiểu trình sát thực với thực tế… Qua trình làm em rút số nhận xét sau: Việc thiết kế dây chuyền có ý nghĩa thực tế sử dụng sản xuất Việc xác định số đĩa thực tế tháp chưng luyện thông qua số thích hợp cho kết có độ xác cao Việc thiết kế tính toán hệ thống chưng luyện việc làm phức tạp, tỉ mỉ lâu dài Nó yêu cầu người thiết kế phải có kiến thức thực sâu trình chưng luyện mà phải biết số lĩnh vực khác như: cấu tạo thiết bị phụ khác, quy định vẽ kỹ thuật, … Các công thức tính toán không gò bó môn học khác mà mở rộng dựa giả thiết điều kiện, chế độ làm việc thiết bị Bởi tính toán, người thiết kế tính toán đến số ảnh hưởng điều kiện thực tế, nên đem vào hoạt động, hệ thống làm việc ổn định Một số thiết bị phụ số liệu nên phải lựa chọn dựa vào cấu trúc toàn hệ thống nên gây nhiều sai số tính toán Không có vậy, việc thiết kế đồ án môn học trình thiết bị giúp em củng cố thêm kiến thức trình chưng luyện nói riêng trình khác nói chung, nâng cao kỹ tra cứu, tính toán, xử lý số liệu, biết cách trình bày theo văn phong khoa học nhìn nhận vấn đề cách có hệ thống Việc thiết kế đồ án môn học “Quá trình thiết bị công nghệ hóa chất thực phẩm” hội cho sinh viên ngành hóa nói chung thân em nói riêng làm quen với công việc kỹ sư hóa chất Sinh viên: Nguyễn Thị Lan Quyên MSV: 0741120304 Giáo viên hướng dẫn: Phan Thị Page 87 Khoa Công nghệ Hóa Lớp: Hóa K7 ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI Một lần em xin chân thành cảm ơn thầy cô giáo đặc biệt cô Phan Thị Quyên giúp em hoàn thành tốt nhiệm vụ thiết kế Mặc dù cố gắng nhiều, song hạn chế tài liệu, kinh nghiệm thực tế, nên không tránh khỏi thiếu sót trình thiết kế Em mong thầy cô xem xét dẫn thêm Em xin chân thành cảm ơn! Sinh viên: Nguyễn Thị Lan Quyên MSV: 0741120304 Giáo viên hướng dẫn: Phan Thị Page 88 Khoa Công nghệ Hóa Lớp: Hóa K7 ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI PHẦN VI: TÀI LIỆUTHAM KHẢO SỔ TAY QUÁ TRÌNH & THIẾT BỊ CÔNG NGHỆ HÓA HỌC Nhà xuất Khoa học - Kỹ thuật, 1978, tập SỔ TAY QUÁ TRÌNH & THIẾT BỊ CÔNG NGHỆ HÓA HỌC Nhà xuất Khoa học - Kỹ thuật, 1978, tập CÁC QUÁ TRÌNH THIẾT BỊ TRONG CÔNG NGHỆ HÓA CHẤT&THỰC PHẨM Nhà xuất Khoa học - Kỹ thuật, 2004, tập 4 TÍNH TOÁN CÁC QUÁ TRÌNH & THIẾT BỊ TRONG CÔNG NGHỆ HÓA HỌC Nhà xuất Khoa học - Kỹ thuật, 2000, tập TÍNH TOÁN CÁC QUÁ TRÌNH & THIẾT BỊ TRONG CÔNG NGHỆ HÓA HỌC Nhà xuất Khoa học - Kỹ thuật, 2000, tập CÁC TÀI LIỆU LIÊN QUAN KHÁC Sinh viên: Nguyễn Thị Lan Quyên MSV: 0741120304 Giáo viên hướng dẫn: Phan Thị Page 89 ... đĩa lỗ: đĩa có lỗ có đường kính (2-12 mm) có loại tháp đĩa lỗ Tháp đĩa lỗ có ống chảy chuyền Tháp đĩa lỗ ống chảy chuyền Tháp đệm: tháp hình trụ gồm nhiều đoạn nối với mặt bích hay hàn Tháp. .. chưng luyện liên tục, người ta đưa nhiều thiết bị phân tách đa dạng tháp chóp, tháp đĩa lỗ có ống chảy truyền, tháp đĩa lỗ ống chảy truyền, tháp đệm… Trong đồ án em giao thiết kế tháp chưng luyện. .. mặt bích hay hàn Tháp đĩa lỗ có ống chảy truyền có ưu điểm khắc phục nhiều nhược điểm loại tháp khác như: Với chức năng, tổng khối lượng tháp đĩa thường nhỏ tháp đệm tháp đĩa có bề mặt tiếp xúc