ĐỒ ÁN QUÁ TRÌNH THIẾT BỊ: CHƯNG CẤT ETANOLNƯỚC

92 11 0
  • Loading ...
1/92 trang

Thông tin tài liệu

Ngày đăng: 04/05/2019, 20:39

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÀ RỊA– VŨNG TÀU VIỆN KỸ THUẬT– KINH TẾ BIỂN NGÀNH CƠNG NGHỆ KỸ THUẬT HĨA HỌC ĐỒ ÁN QUÁ TRÌNHTHIẾT BỊ THIẾT KẾ THÁP CHƯNG CẤT HỖN HỢP HAI CẤU TỬ ETANOL– NƯỚC CÔNG SUẤT 3500 KG/H GVHD: Dương Quốc Khanh Nhóm SVTH: Trần Bá Thuần Khóa: 2016 – 2020 Vũng Tàu, tháng 12 năm 2019 TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÀ RỊA VŨNG TÀU VIỆN KỸ THUẬT – KINH TẾ BIỂN NGÀNH CN KỸ THUẬT HĨA HỌC CƠNG HỊA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập – Tự – Hạnh phúc NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN Họ tên sinh viên Trần Bá Thuần MSSV:16031492 Giáo viên hướng dẫn: Thầy Dương Quốc Khanh Tên đồ án: Thiết kế tháp chưng cất hỗn hợp hai cấu tử etanol – nước suất 3500 kg/h Dữ kiện ban đầu + Năng suất nhập liệu 30% khối lượng + Nồng độ ethanol sản phẩm đỉnh 80% khối lượng + Nồng độ ethanol sản phẩm đáy 0,5% khối lượng Nhiệm vụ đồ án Nội dung: - Xây dựng lựa chọn quy trình cơng nghệ dạng thiết bị phù hợp - Tính cân vật chất, cân lượng - Tính thơng số bảng cho thiết bị - Tính tốn lựa chọn thiết bị phụ Bảng vẽ: - 01 bảng A1 vẽ sơ đồ công nghê (vẽ máy) - 01 bảng vẽ A1 chi tiết thiết bị (vẽ tay) Ngày nhận đồ án: 24/12/2019 Ngày hoàn thành: Lãnh đạo Ngành Giáo viên hướng dẫn Dương Quốc Khanh LỜI CÁM ƠN Trên thực tế khơng có thành cơng mà khơng gắn liền với hỗ trợ, giúp đỡ dù hay nhiều, dù trực tiếp hay gián tiếp người khác Trong suốt thời gian từ bắt đầu làm đồ án đến nay, chúng em nhận nhiều quan tâm, giúp đỡ quý Thầy Cô bạn bè đặc biệt Thầy Dương Quốc Khanh thầy quan tâm, động viên giúp đỡ chúng em để chúng em hồn thành đồ án Với lòng biết ơn sâu sắc nhất, chúng em xin gửi đến quý Thầy Cô mà với tri thức tâm huyết truyền đạt vốn kiến thức quý báu cho chúng em suốt thời gian qua Và đặc biệt, học kỳ này, Ngành tổ chức cho chúng em tiếp cận với môn học mà theo em hữu ích sinh viên ngành Công Nghệ Kỹ Thuật Hóa Học Đó “Đồ Án Q TrìnhThiết Bị” Chúng em xin chân thành cảm ơn thầy Dương Quốc Khanh tận tâm hướng dẫn chúng em qua buổi học lớp buổi hướng dẫn riêng Nếu khơng có lời hướng dẫn, chia thầy em nghĩ đồ án chúng em khó hồn thiện Một lần nữa, chúng em xin chân thành cảm ơn thầy Đồ án thực khoảng thời gian gần 10 tuần Lần tiếp xúc với đồ án, kiến thức chúng em hạn chế nhiều bỡ ngỡ Do vậy, khơng tránh khỏi thiếu sót Chúng em mong nhận ý kiến đóng góp q báu q Thầy Cơ bạn học lớp để kiến thức em lĩnh vực hồn thiện Nhóm sinh viên thực Trần Bá Thuần NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN Mức độ hoàn thành yêu cầu Bố cục Nội dung Nhận xét khác GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN (ký ghi rõ họ tên) NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN Mức độ hoàn thành yêu cầu Bố cục Nội dung Nhận xét khác GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN (ký ghi rõ họ tên) CHƯNG LUYỆN ETANOL-NƯỚC GVHD: KS DƯƠNG QUỐC KHANH LỜI MỞ ĐẦU Một ngành có đóng góp to lớn đến ngành cơng nghiệp nước ta nói riêng giới nói chung, ngành cơng nghiệp hóa học Đặc biệt ngành hóa chất Hiện nay, nhiều ngành sản xuất hóa học sử dụng sản phẩm hóa học, nhu cầu sử dụng nguyên liệu sản phẩm có độ tinh khiết cao phải phù hợp với quy trình sản xuất nhu cầu sử dụng Ngày nay, phương pháp sử dụng để nâng cao độ tinh khiết: trích ly, chưng cất, đặc, hấp thu… Tùy theo đặc tính u cầu sản phẩm mà ta có lựa chọn phương pháp thích hợp Đối với hệ Etanol - Nước cấu tử tan lẫn hoàn toàn, ta phải dùng phương pháp chưng cất để nâng cao độ tinh khiết cho Etanol Đồ án môn học Q trình Thiết bị mơn học mang tính tổng hợp q trình học tập kỹ sư hóa học tương lai Mơn học giúp sinh viên giải nhiệm vụ tính tốn cụ thể về: yêu cầu công nghệ, kết cấu, giá thành thiết bị sản xuất hóa chất - thực phẩm Đây bước để sinh viên vận dụng kiến thức học nhiều môn học vào giải vấn đề kỹ thuật thực tế cách tổng hợp Nhiệm vụ Đồ án môn học thiết kế tháp chưng cất hệ Etanol- Nước hoạt động liên tục với suất nhập liệu: 3500 kg/h, suất nhập liệu 30% khối lượng, thu sản phẩm đỉnh có nồng độ 80% khối lượng etanol, sản phẩm đáy có nồng độ 0.5% khối lượng etanol với áp suất làm việc nồi 2,5at Nhóm SVTH: Trần Bá Thuần Trang CHƯNG LUYỆN ETANOL-NƯỚC GVHD: KS DƯƠNG QUỐC KHANH MỤC LỤ LỜI MỞ ĐẦU 1.1 Lý Thuyết Về Chưng Cất .4 1.1.1 Phương pháp chưng cất .4 1.1.2 Thiết bị chưng cất 1.2 Giới Thiệu Sơ Bộ Nguyên Liệu 1.2.1 Dung dịch Etanol (Còn gọi rượu etylic, cồn etylic hay cồn thực phẩm) 1.2.2 Nước 10 1.2.3 Hỗn hợp Etanol – Nước 10 1.3 Công Nghệ Chưng Cất Hệ Etanol – Nước 11 1.3.1 Thuyết minh dây chuyền công nghệ 11 1.3.2 Sơ đồ dây chuyền công nghệ 12 CHƯƠNG 2: CÂN BẰNG VẬT CHẤT 14 2.1 Các Thông Số Ban đầu 14 2.2 Cân vật liệu 15 2.2.1 Tính nồng độ phần mol dựa vào nồng độ khối lượng 15 2.2.2 Phương trình cân vật chất cho toàn tháp 15 2.2.3 Tính khối lượng mol trung bình 16 2.2.4 Chỉ số hồi lưu thích hợp, số đệm lý thuyết 16 2.3 Phương trình đường làm việc số mâm lý thuyết 18 2.3.1 Phương trình đường làm việc đoạn luyện 18 2.3.2 Phương trình đường làm việc đoạn chưng 18 2.4 Xác định số đĩa thực tế 20 3.1 Đường kính tháp 23 3.1.1 Lượng trung bình tháp 23 3.1.2 Tốc độ trung bình tháp 26 3.1.3 Tính lượng trung bình đoạn cất 27 3.1.4 Đường kính đoạn chưng .28 3.2 Mâm Lỗ – Trở Lực Của Mâm 31 Trang Nhóm SVTH: Trần Bá Thuần CHƯNG LUYỆN ETANOL-NƯỚC GVHD: KS DƯƠNG QUỐC KHANH 3.2.1 Cấu tạo mâm lỗ 31 3.2.2 Độ giảm áp pha khí qua mâm .32 3.2.3 Độ giảm áp qua mâm khô 32 3.2.4 Độ giảm áp chiều cao mức chất lỏng mâm 34 3.2.5 Độ giảm áp sức căng bề mặt 35 3.2.6 Kiểm tra ngập lụt tháp hoạt động 36 3.3.1 Bề dày thân tháp 38 3.3.2 Đáy nắp thiết bị 40 3.3.3 Bích ghép thân, đáy nắp 41 3.3.4 Đường kính ống dẫn – Bích ghép ống dẫn 42 CHƯƠNG 4: TÍNH TỐN THIẾT BỊ TRUYỀN NHIỆT- THIẾT BỊ PHỤ .52 4.1 Các Thiết Bị Truyền Nhiệt 52 4.2 Thiết bị ngưng tụ sản phẩm đỉnh .54 4.2.1 Suất lượng nước cần dùng để ngưng tụ sản phẩm đỉnh .54 4.2.2 Xác định bề mặt truyền nhiệt 55 4.3 Thiết bị làm nguội sản phẩm đỉnh .60 4.3.1 Suất lượng nước cần dùng để làm mát sản phẩm đỉnh .60 4.3.2 Xác định bề mặt truyền nhiệt 61 4.4 Nồi đun gia nhiệt sản phẩm đáy 66 4.4.1 Suất lượng nước cần dùng 67 4.4.2 Xác định bề mặt truyền nhiệt 67 4.5 Thiết bị trao đổi nhiệt nhập liệu sản phẩm đáy 71 4.5.1 Nhiệt độ dòng nhập liệu sau trao đổi nhiệt với sản phẩm đáy .71 4.5.2 Xác định bề mặt truyền nhiệu .72 4.6 Thiết gia nhiệt nhập liệu 78 4.6.1 Suất lượng nước cần dùng : 79 4.6.2 Xác định bề mặt truyền nhiệt 79 4.7 Tính chiều cao bồn cao vị 85 4.7.1 Tổn thất đường ống dẫn 86 4.7.2 Tổn thất đường ống dẫn thiết bị trao đổi nhiệt 87 4.7.3 Tổn thất đường ống dẫn thiết bị gia nhiệt nhập liệu 88 Nhóm SVTH: Trần Bá Thuần Trang CHƯNG LUYỆN ETANOL-NƯỚC GVHD: KS DƯƠNG QUỐC KHANH 4.8 Chọn bơm 91 CHƯƠNG : TỔNG QUAN 1.1 Lý Thuyết Về Chưng Cất 1.1.1 Phương pháp chưng cất Chưng cất trình phân tách hỗn hợp lỏng (hoặc khí lỏng) thành cấu tử riêng biệt dựa vào khác độ bay chúng (hay nhiệt độ sôi khác áp suất), cách lặp lặp lại nhiều lần trình bay hơi- ngưng tụ, vật chất từ pha lỏng vào pha ngược lại Khác với đặc, chưng cất q trình dung môi chất tan bay Khi chưng cất ta thu nhiều cấu tử thường cấu tử thu nhiêu sản phẩm Nếu xét hệ đơn giản có hệ cấu tử ta thu sản phẩm: sản phẩm đỉnh chủ yếu gồm cấu tử có độ bay lớn (nhiệt độ sôi nhỏ), sản phẩm đáy chủ yếu gồm cấu tử có độ bay thấp (nhiệt độ sôi lớn) Đối với hệ EtanolNước sản phẩm đỉnh chủ yếu gồm etanol nước, ngược lại sản phẩm đáy chủ yếu gồm nước etanol Các phương pháp chưng cất phân loại theo:  Áp suất làm việc: + Chưng Cất Áp Suất Thấp + Áp Suất Thường + Áp Suất Cao Nguyên tắc phương pháp dựa vào nhiệt độ sôi cấu tử, nhiệt độ sôi cấu tử cao ta giảm áp suất làm việc để giảm nhiệt độ sôi cấu tử  Nguyên lý làm việc: liên tục, gián đoạn (chưng đơn giản) liên tục Nhóm SVTH: Trần Bá Thuần Trang CHƯNG LUYỆN ETANOL-NƯỚC GVHD: KS DƯƠNG QUỐC KHANH – Chưng cất đơn giản (gián đoạn): phương pháp đuợc sử dụng trường hợp sau: + Khi nhiệt độ sôi cấu tử khác xa + Khơng 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 cất hỗn hợp hai cấu tử (dùng thiết bị hoạt động liên tục) trình thực liên tục, nghịch dòng, nhều đoạn  Phương pháp cất nhiệt đáy tháp: cấp nhiệt trực tiếp nước: thường áp dụng trường hợp chất tách không tan nước Vậy: hệ Etanol– Nước, ta chọn phương pháp chưng cất liên tục cấp nhiệt gián tiếp nồi đun áp suất thường 1.1.2 Thiết bị chưng cất Trong sản xuất thường sử dụng nhiều loại tháp chúng có u cầu diện tích bề mặt tiếp xúc pha phải lớn, điều phụ thuộc vào độ phân tán lưu chất vào lưu chất Tháp chưng cất phong phú kích cỡ ứng dụng, tháp lớn thường ứng dụng cơng nghiệp lọc hóa dầu Kích thước tháp: đường kính tháp chiều cao tháp tuỳ thuộc suất lượng pha lỏng, pha khí tháp độ tinh khiết sản phẩm Ta khảo sát loại tháp chưng cất thường dùng tháp mâm tháp chêm  Tháp mâm: thân tháp hình trụ, thẳng đứng phía có gắn mâm có cấu tạo khác để chia thân tháp thành đoạn nhau, mâm pha lỏng pha đựơc cho tiếp xúc với Tùy theo cấu tạo đĩa, ta có: – Tháp mâm chóp: mâm bố trí có chép dạng: tròn, chữ s… Nhóm SVTH: Trần Bá Thuần Trang CHƯNG LUYỆN ETANOL-NƯỚC GVHD: KS DƯƠNG QUỐC KHANH qt = qW =33080,779 (W/m2) Từ (IV.20), ta có tw2 = tw1- =55,087oC Suy ttbw = =oC Các tính chất lý học dòng nhập liệu tra tài liệu tham khảo [4 (tập 1)] ứng với nhiệt độ trung bình ttbw = 63,594 oC: + Nhiệt dung riêng: cR = 3,947 (KJ/kg.độ) + Độ nhớt động lực: R = 0,6987.10-3 (N.s/m2) + Hệ số dẫn nhiệt: R = 0,5479 (W/moK) Khi Prw2 == 5,033 Từ (IV.19) qF = (W/m2) Kiểm tra sai số:  = =0,282% < 5%: thoả Vậy tw1 = 72,1oC tw2 = 55,087oC Nhóm SVTH: Trần Bá Thuần Trang 73 CHƯNG LUYỆN ETANOL-NƯỚC GVHD: KS DƯƠNG QUỐC KHANH Khi (W/m2.oC) (W/m2.oC) Từ (IV.18): (W/m2.oC) Từ (IV.17), bề mặt truyền nhiệt trung bình: = 1,0813 (m2) Suy chiều dài ống truyền nhiệt : L (m) Chọn: L = 18(m),(dự trữ khoảng 20%) Kiểm tra: l = 1: thoả Vậy: thiết bị trao đổi nhiệt dòng nhập liệu thiết bị truyền nhiệt ống lồng ống với chiều dài ống truyền nhiệt L = 18(m), chia thành dãy, dãy dài (m) 4.6 Thiết gia nhiệt nhập liệu Chọn thiết bị gia nhiệt nhập liệu thiết bị truyền nhiệt ống lồng ống Ống truyền nhiệt làm thép X18H10T, kích thước ống trong:25x2; kích thước ống ngồi: 38x2 Dòng nhập liệu ống 25x2 (ống trong) với nhiệt độ đầu: t” F =28oC, nhiệt độ cuối: tF =86,5oC Chọn đốt nước 2,5 at, ống 38x2 (ống ngồi) Tra tài liệu tham khảo [4 (tập 1)], ta có: + Nhiệt độ sôi: tsN = 100oC + Ẩn nhiệt ngưng tụ: rN = 2260 (KJ/kg) Các tính chất lý học dòng nhập liệu tra tài liệu tham khảo [4 (tập 1)] ứng với nhiệt độ trung bình ttbF = =74,033oC: Nhóm SVTH: Trần Bá Thuần Trang 74 CHƯNG LUYỆN ETANOL-NƯỚC GVHD: KS DƯƠNG QUỐC KHANH + Nhiệt dung riêng: cF = 3,968 (KJ/kg.độ) + Khối lượng riêng: F = 937,58 (Kg/m3) + Độ nhớt động lực: F = 0,5786.10-3 (N.s/m2) + Hệ số dẫn nhiệt: F = 0,5652 (W/moK) 4.6.1 Suất lượng nước cần dùng : Lượng nhiệt cần tải cung cấp cho dòng nhập liệu: Qc = cF.(tF – t”F) =.3,968.(86,5 -61,566)=96,189 (KW) Suất lượng nước cần dùng: GhN == 0,043 (Kg/s) 4.6.2 Xác định bề mặt truyền nhiệt Bề mặt truyền nhiệt xác định theo phương trình truyền nhiệt: ,(m2) Ftb = (IV.22) Với: + K : hệ số truyền nhiệt + tlog : nhiệt độ trung bình logarit – Xác định tlog : Chọn kiểu truyền nhiệt ngược chiều, nên: (oK) – Xác định hệ số truyền nhiệt K: Hệ số truyền nhiệt K tính theo cơng thức: ,(W/m2.oK) (IV.23) Với: + F : hệ số cấp nhiệt dòng nhập liệu (W/m2.oK) + N : hệ số cấp nhiệt nước (W/m2.oK) Nhóm SVTH: Trần Bá Thuần Trang 75 CHƯNG LUYỆN ETANOL-NƯỚC GVHD: KS DƯƠNG QUỐC KHANH + rt : nhiệt trở thành ống lớp cáu Xác định hệ số cấp nhiệt dòng nhập liệu ống nhỏ: Vận tốc dòng nhập liệu ống ngồi: = 2,9 (m/s) Chuẩn số Reynolds : > 104 : chế độ chảy rối, công thức xác định chuẩn số Nusselt có dạng: Trong đó: + l : hệ số hiệu chỉnh phụ thuộc vào Re W tỷ lệ chiều dài ống với đường kính ống:ReW=10360,42 ,chọn l =1 + PrF : chuẩn số Prandlt dòng nhập liệu 74,033oC, nên PrF == 4,062 Suy ra: Hệ số cấp nhiệt dòng nhập liệu ống nhỏ: F = Nhiệt tải phía dòng nhập liệu: (W/m2) (IV.24) Với tw2 : nhiệt độ vách tiếp xúc với dòng nhập liệu (trong ống nhỏ) Nhiệt tải qua thành ống lớp cặn: , (W/m2) Trong đó: + tw1 : nhiệt độ vách tiếp xúc với nước (ngồi ống nhỏ) + Nhóm SVTH: Trần Bá Thuần Trang 76 CHƯNG LUYỆN ETANOL-NƯỚC GVHD: KS DƯƠNG QUỐC KHANH Bề dày thành ống: t = 2(mm) Hệ số dẫn nhiệt thép không gỉ: t = 17,5 (W/moK) Nhiệt trở trung bình lớp bẩn ống với nước sạch: r1 = 1/5000 (m2.oK/W) Nhiệt trở lớp cấu phía sản phẩm đỉnh: r2 = 1/5000 (m2.oK/W) Suy ra: rt = 1/1944,444 (m2.oK/W) Vậy: qt = 1944,444.(tw1-tw2) (IV.25) Xác định hệ số cấp nhiệt nước ống nhỏ: Đường kính tương đương: dtd = Dtr –dng = 0,034- 0,025 = 0,009 (m) Hệ số cấp nhiệt nước xác định theo công thức: N= = Với A : hệ số phụ thuộc vào tính chất vật lý nước theo nhiệt độ, tra tài liệu tham khảo [2] Nhiệt tải phía nước: (W/m2) (IV.26) Chọn: tw1 = 97,44oC : Khi đó, nhiệt độ trung bình = 98,72oC ta tra A = 178,36 Từ (IV.26): qN =91,265.178,36.(100 – 96,92)0,75 = 32944,407(W/m2) Xem nhiệt tải mát không đáng kể: qt = qW =32944,407 (W/m2) Từ (IV.25), ta có: tw2 = tw1- =80,497oC Suy ra: ttbw = =oC Nhóm SVTH: Trần Bá Thuần Trang 77 CHƯNG LUYỆN ETANOL-NƯỚC GVHD: KS DƯƠNG QUỐC KHANH Các tính chất lý học dòng nhập liệu tra tài liệu tham khảo [4 (tập 1)] ứng với nhiệt độ trung bình ttbw = 88,969 oC: + Nhiệt dung riêng: cR = 4,0204 (KJ/kg.độ) + Độ nhớt động lực: R = 0,4517.10-3 (N.s/m2) + Hệ số dẫn nhiệt: R = 0,588 (W/moK) Khi đó: Prw2 == 3,088 Từ (IV.24): qF = (W/m2) Kiểm tra sai số:  = =0,6% < 5%: thoả Vậy: tw1 = 97,44oC tw2 = 80,497oC Khi đó: (W/m2.oC) (W/m2.oC) Từ (IV.23): (W/m2.oC) Từ (IV.22), bề mặt truyền nhiệt trung bình: = 0,9103 (m2) Suy chiều dài ống truyền nhiệt : L (m) Chọn: L = 15(m),(dự trữ khoảng 20%) Kiểm tra: l = 1: thoả Vậy: thiết bị gia nhiệt dòng nhập liệu thiết bị truyền nhiệt ống lồng ống với chiều dài ống truyền nhiệt L = 15(m), chia thành 10 dãy, dãy dài 1,5 (m) –Tính Thất Thốt Của Thiết Bị: Nhóm SVTH: Trần Bá Thuần Trang 78 CHƯNG LUYỆN ETANOL-NƯỚC GVHD: KS DƯƠNG QUỐC KHANH Trong trình hoạt động tháp, tháp tiếp xúc với khơng khí nên nhiệt lượng tổn thất môi trường xung quanh ngày lớn Để tháp hoạt động ổn định, với thông số thiết kế, ta phải tăng dần lượng đốt gia nhiệt cho nồi đun để tháp không bị nguội (nhất sản phẩm đỉnh, ảnh hưởng đến hiệu suất tháp) Khi đó, chi phí cho đốt tăng Để tháp khơng bị nguội mà khơng tăng chi phí đốt, ta thiết kế lớp cách nhiệt bao quanh thân tháp Chọn vật liệu cách nhiệt cho thân tháp amiăng có bề dày a Tra tài liệu tham khảo [2], hệ số dẫn nhiệt amiăng a = 0,151 (W/m.oK) Nhiệt lượng tổn thất môi trường xung quanh: Qm = 0,05.Qd = 0,05.265,148 = 13,2574 (KW) Nhiệt tải mát riêng: qm = (W/m2) (IV.27) Với + tv1 : nhiệt độ lớp cách nhiệt tiếp xúc với bề mặt ngồi tháp + tv1 : nhiệt độ lớp cách nhiệt tiếp xúc với không khí + tv : hiệu số nhiệt độ hai bề mặt lớp cách nhiệt Nhận thấy qm = const Nên chọn tv = tmax = tđáy -tkk ,tkk = 28oC Suy tv = 100 – 28 = 72oC + ftb : diện tích bề mặt trung bình tháp (kể lớp cách nhiệt) Nhóm SVTH: Trần Bá Thuần Trang 79 CHƯNG LUYỆN ETANOL-NƯỚC GVHD: KS DƯƠNG QUỐC KHANH ftb = .H.Dtb = .H.(Dt + Sthân + a) Từ (IV.27), ta có phương trình: Suy ra: a = 0,0195(m) Vậy: chọn a = 20 (mm) –Tính Tốn Bơm Nhập Liệu: 4.7 Tính chiều cao bồn cao vị –Chọn đường kính ống dẫn nguyên liệu (nhập liệu): d = 50 (mm), độ nhám ống =0,1(mm) –Các tính chất lý học dòng nhập liệu tra tài liệu tham khảo [4 (tập 1)] ứng với nhiệt độ trung bình ttbF == 57,25 oC: + Khối lượng riêng: F = 947,513 (Kg/m3) + Độ nhớt động lực: F = 0,7978.10-3 (N.s/m2) –Vận tốc dòng nhập liệu ống dẫn: vF == 0,15225 (m/s) 4.7.1 Tổn thất đường ống dẫn (m) Với: + 1 : hệ số ma sát đường ống + l1 : chiều dài đường ống dẫn, chọn l1 = 20(m) + d1 : đường kính ống dẫn, d1 = d = 0,05(m) + 1 : tổng hệ số tổn thất cục + vF : vận tốc dòng nhập liệu ống dẫn, vF = 0,149(m/s) Nhóm SVTH: Trần Bá Thuần Trang 80 CHƯNG LUYỆN ETANOL-NƯỚC GVHD: KS DƯƠNG QUỐC KHANH Xác định 1 : Chuẩn số Reynolds dòng nhập liệu ống: = 32809,03312 Theo tài liệu tham khảo [4 (tập 1)], ta có: + Chuẩn số Reynolds tới hạn Regh1===7289,343 + Chuẩn số Reynolds bắt đầu xuất vùng nhám: Ren1===23,9.104 Suy ra: Regh1 < Re1< Ren1: khu vực chảy độ, (tài liệu tham khảo [4 (tập 1)]): 1= Xác định  1: Hệ số tổn thất dòng nhập liệu qua: + 10 chỗ uốn cong: u1=10.1,1 = 11 + van (van cầu): v1= 3.10 = 30 + lần đột thu: t1 = 0,5 + lần đột mở: m1 = + lưu lượng kế: l1 = (không đáng kể) Suy 1 = u1 + v1 + t 1+ m1 + l1 = 42,5 Vậy Tổn thất đường ống dẫn h1==0,064(m) 4.7.2 Tổn thất đường ống dẫn thiết bị trao đổi nhiệt (m) Nhóm SVTH: Trần Bá Thuần Trang 81 CHƯNG LUYỆN ETANOL-NƯỚC GVHD: KS DƯƠNG QUỐC KHANH Với: + 2 : hệ số ma sát đường ống + l2 : chiều dài đường ống dẫn, l2 = 18(m) + d2 : đường kính ống dẫn, d2 = 0,021(m) + 2 : tổng hệ số tổn thất cục + v2 : vận tốc dòng nhập liệu ống dẫn, v2 = 0,84(m/s) Xác định 2 : Chuẩn số Reynolds dòng nhập liệu:(xem lại mục IV.I.4) Re2= 15888,48 Theo tài liệu tham khảo [4 (tập 1)], ta có: + Chuẩn số Reynolds tới hạn Regh2===2704,68 + Chuẩn số Reynolds bắt đầu xuất vùng nhám: Ren2===90140,38 Suy ra: Regh2 < Re2 < Ren2: khu vực chảy độ, (tài liệu tham khảo [4 (tập 1)]): 2= Xác định  2: Hệ số tổn thất dòng nhập liệu qua: + 11 chỗ ống cong quay ngược: q2=11.2,2 = 24,2 + chỗ uốn cong: u2= 1,1 + lần co hẹp: c2 = 0,385 + lần mở rộng: m2 = Suy 2 = u2 + q2 + c2+ m =26,363 Nhóm SVTH: Trần Bá Thuần Trang 82 CHƯNG LUYỆN ETANOL-NƯỚC GVHD: KS DƯƠNG QUỐC KHANH Vậy:Tổn thất đường ống dẫn thiết bị trao đổi nhiệt: h2==1,978(m) 4.7.3 Tổn thất đường ống dẫn thiết bị gia nhiệt nhập liệu (m) Với: + 3 : hệ số ma sát đường ống + l3 : chiều dài đường ống dẫn, l3 = 15(m) + d3 : đường kính ống dẫn, d3 = 0,021(m) + 3 : tổng hệ số tổn thất cục + v3 : vận tốc dòng nhập liệu ống dẫn, v3 = 0,855(m/s) Xác định 3 : Chuẩn số Reynolds dòng nhập liệu:(xem lại mục IV.I.5) Re3= 29108,41 Theo tài liệu tham khảo [4 (tập 1)], ta có: + Chuẩn số Reynolds tới hạn Regh3===2704,68 + Chuẩn số Reynolds bắt đầu xuất vùng nhám: Ren3===90140,38 Suy ra: Regh3 < Re3 < Ren3: khu vực chảy độ, (tài liệu tham khảo [4 (tập 1)]): 3= Xác định  3: Hệ số tổn thất dòng nhập liệu qua: + chỗ ống cong quay ngược: q3=9.2,2 = 19,8 + chỗ uốn cong: u3= 1,1 Nhóm SVTH: Trần Bá Thuần Trang 83 CHƯNG LUYỆN ETANOL-NƯỚC GVHD: KS DƯƠNG QUỐC KHANH + lần co hẹp: c2 = 0,385 + lần mở rộng: m2 = Suy ra: 3 = u3 + q3 + c3+ m =21,963 Vậy:Tổn thất đường ống dẫn thiết bị gia nhiệt: h3==1,667(m) Chọn – – Mặt cắt (1-1) mặt thống chất lỏng bồn cao vị Mặt cắt (2-2) mặt cắt vị trí nhập liệu tháp Áp dụng phương trình Bernolli cho (1-1) (2-2): z1 + + = z2 + + +hf1-2 hay z1 = z2 + +hf1-2 Với + z1: độ cao mặt thống (1-1) so với mặt đất, hay xem chiều cao bồn cao vị H cv = z1 + z2: độ cao mặt thống (2-2) so với mặt đất, hay xem chiều cao từ vị trí nhập liệu tới mặt đất: z2 = hchân đỡ + hnắp + (Nchưng+1) (h + mâm ) = 0,145 + 0,15 + 11.(0,25 + 0,0018) = 3,0648 (m) + P1 : áp suất mặt thống (1-1), chọn P1 = at + P2 : áp suất mặt thống (2-2) Xem P=P2 –P1 =Ncất htl = 42 379,226 = 15927,492 (N/m2) + v1 : vận tốc mặt thống (1-1), xem v1 = 0(m/s) + v1 : vận tốc vị trí nhập liệu, v1 = vF = 0,149 (m/s) Nhóm SVTH: Trần Bá Thuần Trang 84 CHƯNG LUYỆN ETANOL-NƯỚC GVHD: KS DƯƠNG QUỐC KHANH + hf1-2 : tổng tổn thất ống từ (1-1) đến (2-2): hf1-2 = h1 + h2 + h3 = 0,064 + 1,978 + 1,667 = 3,709(m) Vậy: Chiều cao bồn cao vị: Hcv = z2 + +hf1-2 =2,813 ++ 4,307 = 8,489(m) Chọn Hcv = 10(m) 4.8 Chọn bơm Lưu lượng nhập liệu: VF = (m3/h) Chọn bơm có suất Qb = 3,7 (m3/h).Đường kính ống hút, ống đẩy 21(mm),nghĩa chọn ống 25x2 Các tính chất lý học dòng nhập liệu tra tài liệu tham khảo [4 (tập 1)] ứng với nhiệt độ trung bình t’F = 28 oC: + Khối lượng riêng: F = 964,2 (Kg/m3) + Độ nhớt động lực: F = 1,772.10-3 (N.s/m2) Vận tốc dòng nhập liệu ống hút đẩy: vh = vd = = 2,95934(m/s) Tổng trở lực ống hút ống đẩy: hhd = Với: + lh : chiều dài ống hút, chọn lh = 1,5 (m) + ld : chiều dài ống đẩy, chọn ld = 11,5 (m) + h : tổng tổn thất cục ống hút + d : tổng tổn thất cục ống đẩy +  : hệ số ma sát ống hút ống đẩy Nhóm SVTH: Trần Bá Thuần Trang 85 CHƯNG LUYỆN ETANOL-NƯỚC GVHD: KS DƯƠNG QUỐC KHANH * Xác định : Chuẩn số Reynolds dòng nhập liệu: Re= =33815,1796 Theo tài liệu tham khảo [4 (tập 1)], ta có: + Chuẩn số Reynolds tới hạn Regh===2704,68 + Chuẩn số Reynolds bắt đầu xuất vùng nhám: Ren===90140,38 Suy ra: Regh < Re < Ren: khu vực chảy độ, (tài liệu tham khảo [4 (tập 1)]): = Xác định  h: Hệ số tổn thất cục ống hút qua: + van cầu: vh= 10 + lần vào miệng thu nhỏ: t = Suy ra: h = vh + t =10,5 Xác định  d: Hệ số tổn thất cục ống đẩy qua: + van cầu: vd= 10 + lần uốn góc: u =2ø.1,1 = 2,2 Suy ra: h = vd + u =12,2 Vậy tổn thất ống hút ống đẩy: hhd = Nhóm SVTH: Trần Bá Thuần Trang 86 CHƯNG LUYỆN ETANOL-NƯỚC GVHD: KS DƯƠNG QUỐC KHANH =2,110(m) Chọn + Mặt cắt (1-1) mặt thống chất lỏng bồn chứa nguyên liệu + Mặt cắt (2-2) mặt thống chất lỏng bồn cao vị Áp dụng phương trình Bernolli cho (1-1) (2-2): z1 + + + Hb= z2 + + +hf1-2 Với: + z1: độ cao mặt thống (1-1) so với mặt đất + z2: độ cao mặt thống (2-2) so với mặt đất + P1 : áp suất mặt thống (1-1), chọn P1 = at + P2 : áp suất mặt thống (2-2), chọn P2 = at + v1,v2 : vận tốc mặt thống (1-1) và(2-2), xem v1=v2= 0(m/s) + hf1-2 =hhd: tổng tổn thất ống từ (1-1) đến (2-2) + Hb : cột áp bơm Suy ra: Hb = (z2 – z1) + hhd = Hcv + hhd = 10 +2,11 =12,11(m.chất lỏng) Chọn hiệu suất bơm: b = 0,8 Công suất thực tế bơm: Nb = = 47,73(W) = 0,064 (hp) Tóm lại: Để đảm bảo tháp hoạt động liên tục ta chọn bơm li tâm loại XM Q b = 3,7 (m3/h) rượu chất khơng độc hại Nhóm SVTH: Trần Bá Thuần Trang 87 ... Trang CHƯNG LUYỆN ETANOL-NƯỚC GVHD: KS DƯƠNG QUỐC KHANH MỤC LỤ LỜI MỞ ĐẦU 1.1 Lý Thuyết Về Chưng Cất .4 1.1.1 Phương pháp chưng cất .4 1.1.2 Thiết bị chưng cất. .. lượng Nhiệm vụ đồ án Nội dung: - Xây dựng lựa chọn quy trình cơng nghệ dạng thiết bị phù hợp - Tính cân vật chất, cân lượng - Tính thơng số bảng cho thiết bị - Tính toán lựa chọn thiết bị phụ Bảng... tan lẫn hoàn toàn, ta phải dùng phương pháp chưng cất để nâng cao độ tinh khiết cho Etanol Đồ án mơn học Q trình Thiết bị mơn học mang tính tổng hợp q trình học tập kỹ sư hóa học tương lai Môn
- Xem thêm -

Xem thêm: ĐỒ ÁN QUÁ TRÌNH THIẾT BỊ: CHƯNG CẤT ETANOLNƯỚC, ĐỒ ÁN QUÁ TRÌNH THIẾT BỊ: CHƯNG CẤT ETANOLNƯỚC, Mức độ hoàn thành yêu cầu, CHƯƠNG 2: CÂN BẰNG VẬT CHẤT, CHƯƠNG 3: TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ THIẾT BỊ, CHƯƠNG 4: TÍNH TỐN THIẾT BỊ TRUYỀN NHIỆT- THIẾT BỊ PHỤ

Mục lục

Xem thêm

Gợi ý tài liệu liên quan cho bạn