Ồ ÁN CHUYÊN NGÀNH CH4659 THIẾT KẾ HỆ THỐNG CHƯNG LUYỆN LIÊN TỤC HỖN HỢP HAI CẤU TỬ ETHANOLNƯỚC

208 4 0
Ồ ÁN CHUYÊN NGÀNH CH4659 THIẾT KẾ HỆ THỐNG CHƯNG LUYỆN LIÊN TỤC HỖN HỢP HAI CẤU TỬ ETHANOLNƯỚC

Đang tải... (xem toàn văn)

Tài liệu hạn chế xem trước, để xem đầy đủ mời bạn chọn Tải xuống

Thông tin tài liệu

Ồ ÁN CHUYÊN NGÀNH CH4659 THIẾT KẾ HỆ THỐNG CHƯNG LUYỆN LIÊN TỤC HỖN HỢP HAI CẤU TỬ ETHANOLNƯỚC Chưng cất từ lâu đã là một phương pháp phổ biến dùng để tách hỗn hợp các cấu tử để thu được những sản phẩm có nồng độ cao.Trong một số dây chuyền sản xuất trong công nghiệp,chưng cất là một khâu quan trọng quyết định chất lượng sản phẩm . Đối với quá trình công nghệ yêu cầu tách hỗn hợp nhiều cấu tử với năng suất lớn và độ tinh khiết cao,người ta thường tiến hành quá trình chưng luyện liên tục Và để hiểu rõ hơn về quá trình chưng luyện,em được giao đề tài tính toán thiết kế tháp chưng luyện liên tục loại tháp đĩa lỗ có kênh chảy truyền để tách hỗn hợp hai cấu tử Ethanol (C 2 H 5 OH)Nước (H 2 O) với năng suất đầu 3,6 kgs , nồng độ hỗn hợp đầu 24% khối lượng , nồng độ sản phẩm đỉnh 92% khối lượng ,nồng độ sản phẩm đáy 1,2% khối lượng Việc làm đồ án giúp sinh viên từng bước tiếp cận với thực tiễn sau khi đã hoàn thành khối lượng kiến thức của 3 học phần “ Quá trình thiết bị I,II,III” cùng với một số kiến thức của các môn cơ sở ngành khác. Qua việc làm đồ án, sinh viên biết cách tìm và sử dụng tài liệu tham khảo để tra cứu, vận dụng những kiến thức, quy định thiết kế, tự nâng cao kỹ năng vận dụng, tính toán, trình bày nội dung bản thiết kế theo văn phong khoa học và nhìn nhận vấn đề một cách có hệ thống. Em xin chân thành cảm ơn thầy Đỗ Xuân Trường đã tận tình giúp đỡ, hướng dẫn và truyền đạt những kinh nghiệm quý báu để em hoàn thành đồ án. Trong quá trình làm đồ án do còn thiếu kinh nghiệm và không tránh khỏi các sai lầm, thiếu sót, kính mong sự đóng góp nhiệt tình của quý thầy, cô để đồ án của em được hoàn thiện hơn.

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI VIỆN KỸ THUẬT HÓA HỌC BỘ MÔN QUÁ TRÌNH -THIẾT BỊ CÔNG NGHỆ HÓA HỌC VÀ THỰC PHẨM - - ĐỒ ÁN CHUYÊN NGÀNH CH4659 THIẾT KẾ HỆ THỐNG CHƯNG LUYỆN LIÊN TỤC HỖN HỢP HAI CẤU TỬ ETHANOL-NƯỚC Sinh viên thực hiện : Trần Xuân Thành Mã số sinh viên : 20180938 Lớp : Quá trình Thiết bị – K63 Giảng viên hướng dẫn : TS Đỗ Xuân Trường Hà Nội, 07/2022 VIỆN KỸ THUẬT HOÁ HỌC CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM BỘ MÔN QUÁ TRÌNH –THIẾT BỊ CÔNG NGHỆ HOÁ VÀ THỰC PHẨM Độc lập – Tự do – Hạnh phúc NHIỆM VỤ THIẾT KẾ ĐỒ ÁN MÔN HỌC CH4659 Họ và tên: Trần Xuân Thành MSSV:20180938 Lớp: Quá trình -Thiết bị K63 Khóa: K63 I Đầu đề thiết kế Thiết kế hệ thống chưng luyện liên tục loại tháp đĩa lỗ có kênh chảy truyền để tách hỗn hợp hai cấu tử Ethanol (C2H5OH)-Nước (H2O) II Các số liệu ban đầu -Năng suất hỗn hợp đầu : 3,6 kg/s -Nồng độ cấu tử dễ bay hơi:  Hỗn hợp đầu : 24 % khối lượng  Sản phẩm đỉnh : 92 % khối lượng  Sản phẩm đáy : 1,2 % khối lượng III Nội dung các phần thuyết minh và tính toán: 1 Giới thiệu chung 2 Vẽ và thuyết minh sơ đồ công nghệ, Sơ đồ P&I 3 Tính toán thông số công nghệ, cơ khí thiết bị chính thiết bị chính 4 Tính toán thông số công nghệ, cơ khí thiết bị phụ 5 Kết luận 6 Tài liệu tham khảo IV Các bản vẽ - Bản vẽ dây chuyền công nghệ: Khổ A4 - Bản vẽ P&I Khổ A4 -Bản vẽ mặt bằng hệ thống Khổ A3 - Bản vẽ lắp thiết bị chính Khổ A1 -Bản vẽ lắp thiết bị ngưng tụ đỉnh tháp Khổ A1 -Bản vẽ lắp thiết bị đun sôi đáy tháp Khổ A1 -Bản vẽ lắp thiết bị gia nhiệt hỗn hợp đầu Khổ A1 V Cán bộ hướng dẫn: TS Đỗ Xuân Trường VI Ngày giao nhiệm vụ: ngày 14 tháng 04 năm 2022 VII Ngày phải hoàn thành: ngày 22 tháng 07 năm 2022 Phê duyệt của Bộ môn Ngày tháng năm 2022 Người hướng dẫn MỤC LỤC PHẦN I GIỚI THIỆU CHUNG .2 1.Tổng quan về quá trình chưng luyện 2 1.1.Khái niệm về chưng cất 2 1.2.Thiết bị chưng luyện .3 2 Hỗn hợp cần tách 4 2.1 Các tính chất của nước 4 2.2 Các tính chất của Etanol .4 2.3 Ứng dụng Ethanol trong công nghiệp 4 PHẦN II.SƠ ĐỒ HỆ THỐNG CHƯNG LUYỆN LIÊN TỤC .6 1.Sơ đồ công nghệ (PFD) 6 2.Sơ đồ P&I 8 3.Sơ đồ mặt bằng hệ thống (Plant layout) .10 Phần III.TÍNH TOÁN THÔNG SỐ CÔNG NGHỆ THIẾT BỊ CHÍNH 12 1.Tính cân bằng vật chất và chuyển đổi nồng độ 12 1.1 Cân bằng vật chất 12 1.2.Chuyển đổi nồng độ phần khối lượng sang nồng độ phần mol .12 2.Xác định chỉ số hồi lưu thích hợp 14 2.1 Xác định chỉ số hồi lưu nhỏ nhất 14 2.2 Xác định số đĩa lý thuyết tối thiểu NLTmin 16 2.3 Xác định chỉ số hồi lưu thích hợp Rth .17 3.Tính toán đường kính tháp 28 3.1 Tính toán lưu lượng các dòng pha đi trong từng đoạn tháp 28 3.1.1.Lượng hơi trung bình đi trong đoạn luyện 28 3.1.2.Lượng lỏng trung bình đi trong đoạn luyện 31 3.1.3.Lượng hơi trung bình đi trong đoạn chưng 31 3.1.4.Lượng lỏng trung bình đi trong đoạn chưng 32 3.2.Xác đinh tốc độ làm việc của pha hơi trong đoạn chưng,đoạn luyện .33 3.2.1 Khối lượng riêng trung bình của pha hơi đi trong đoạn luyện .33 3.2.2 Khối lượng riêng trung bình của pha lỏng đi trong đoạn luyện 33 3.2.3 Khối lượng riêng trung bình pha hơi đi trong đoạn chưng 34 3.2.4 Khối lượng riêng pha lỏng trong đoạn chưng 35 3.3.Vận tốc dòng hơi đi trong tháp 36 3.3.1.Vận tốc hơi đi trong đoạn luyện 36 3.3.2.Vận tốc hơi đi trong đoạn chưng 36 3.4.Tính đường kính tháp 37 3.4.1 Đường kính đoạn luyện 37 3.4.2 Đường kính đoạn chưng .37 4.Tính chiều cao tháp .38 4.1.Xác định số đĩa thực tế của tháp 38 4.2 Chiều cao của tháp .42 5 Tính trở lực của tháp 43 5.1 Chọn thông số đĩa .43 5.1.1 Chọn thông số đĩa 43 5.1.2.Tải trọng ngưỡng chảy tràn 45 5.1.3.Tải trọng kênh chảy truyền .47 5.1.4.Kiểm tra tốc độ rò rỉ lỏng qua lỗ đĩa 47 5.2.Trở lực của tháp 51 5.2.1.Trở lực đĩa khô ∆𝑷𝒌 52 5.2.2 Trở lực của đĩa do sức căng bề mặt 53 5.2.3 Trở lực của lớp chất lỏng trên đĩa 𝚫𝑷𝒕 .54 6.Tính cân bằng nhiệt lượng 56 6.1Tính cân bằng nhiệt lượng của thiết bị gia nhiệt hỗn hợp đầu 56 6.1.1 Nhiệt lượng do hơi đốt mang vào .56 6.1.2 Nhiệt lượng do hỗn hợp đầu mang vào .57 6.1.3 Nhiệt do hỗn hợp đầu mang ra 58 6.1.4 Nhiệt lượng do nước ngưng mang ra 59 6.1.5 Nhiệt lượng mất mát ra môi trường xung quanh 59 6.1.6 Lượng hơi đốt cần thiết để dun nóng 59 6.2 Cân bằng nhiệt lượng của tháp chưng luyện 59 6.2.1 Nhiệt lượng do hỗn hợp đầu mang vào .60 6.2.2 Nhiệt lượng do hơi đốt mang vào đáy tháp 60 6.2.3 Nhiệt lượng do lỏng hồi lưu mang vào 60 6.2.4 Nhiệt lượng do hơi mang ra ở đỉnh tháp 61 6.2.5 Nhiệt lượng do sản phẩm đáy mang ra .62 6.2.6 Nhiêt lượng mất mát ra môi trường xung quanh 62 6.3 Cân bằng nhiệt lượng thiết bị ngưng tụ 63 6.4 Cân bằng nhiệt lượng của thiết bị làm lạnh 64 PHẦN IV.TÍNH CƠ KHÍ THÁP CHƯNG LUYỆN 65 1 Tính bề dày thân tháp .65 1.1.Xác định ứng suất cho phép [𝝈] 66 1.2 Xác định áp suất làm việc của tháp .66 1.3.Chiều dày thân tháp 68 1.3.1.Chiều dày đoạn chưng 68 1.3.2.Chiều dày đoạn luyện 69 2.Tính đáy và nắp thiết bị 71 2.1.Tính chiều dày đáy tháp .71 2.2 Tính chiều dày nắp tháp 75 3.Tính đường kính ống dẫn .78 3.1 Ống dẫn hơi ở đỉnh tháp 78 3.2 Ống dẫn hồi lưu sản phẩm đỉnh 79 3.3.Ống dẫn hỗn hợp nguyên liệu đầu .80 3.4.Ống dẫn hỗn hợp lỏng ra 81 3.5 Ống dẫn hồi lưu hơi sản phẩm đáy 81 4 Chọn bích nối giữa thân tháp với đáy và nắp 83 4.1.Số bích nối cần thiết ở đoạn chưng 83 4.2 Số bích nối cần thiết đoạn luyện 84 5.Trụ đỡ của thiết bị .84 5.1.Tải trọng của tháp .84 5.1.1.Khối lượng thân tháp 84 5.1.2 Khối lượng của nắp và đáy tháp 86 5.1.3.Khối lượng bích nối 87 5.1.4 Khối lượng đĩa 88 5.1.5.Khối lượng lớp cách nhiệt 89 5.1.6.Khối lượng khi tháp đầy nước 90 5.2 Trụ đỡ của tháp 91 5.2.1 Momen uốn tại đường chân đáy trụ đỡ 91 5.2.2.Phân tích ứng suất 92 5.3 Vòng chịu tải ở đáy trụ đỡ và các bulong định vị .93 PHẦN V.TÍNH THÔNG SỐ CÔNG NGHỆ VÀ CƠ KHÍ THIẾT BỊ PHỤ 96 1.Thiết bị gia nhiệt hỗn hợp đầu .96 1.1.Tính lượng nhiệt trao đổi .96 1.2 Nhiệt độ trung bình lưu thể .96 1.3 Hệ số cấp nhiệt cấp nhiệt về phía hơi ngưng tụ .97 1.4 Tính nhiệt tải riêng về phía hơi ngưng tụ 98 1.5 Tính hệ số cấp nhiệt phía hỗn hợp chảy xoáy 98 1.6.Nhiệt tải riêng về phía hỗn hợp chảy xoáy 100 1.7.Tính bề mặt truyền nhiệt 101 1.8.Tính số ống truyền nhiệt 102 1.9.Tính đường kính thiết bị gia nhiệt 102 1.10.Chọn vận tốc và chia ngăn .103 1.11.Tinh toán cơ khí thiết bị gia nhiệt 104 1.11.1.Chiều dày của thân thiết bị .106 1.11.2 Tính chiều dày lưới đỡ ống 108 1.11.3 Tính chiều dày đáy thiết bị 110 1.11.4.Tính chiều dày nắp thiết bị gia nhiệt 113 1.11.5.Tính đường kính ống dẫn 115 1.11.6.Tính và chọn tai treo 121 1.11.7 Tính bề dày lớp cách nhiệt .124 2.Tính và chọn bơm 126 2.1.1 Áp suất cần thiết để khắc phục trở lực trên đường ống đẩy đến thiết bị gia nhiệt hỗn hợp đầu 126 2.1.1.1 Áp suất động lực học 127 2.1.1.2 Áp suất khắc phục trở lực do ma sát 127 2.1.1.3 Áp suất khắc phục trở lực cục bộ 128 2.1.2 Áp suất toàn phần để thắng trở lực trong thiết bị gia nhiệt hỗn hợp đầu 129 2.1.2.1.Áp suất động lực học .130 2.1.2.2 Áp suất khắc phực trở lực do ma sát 130 2.1.2.3 Áp suất khắc phục trở lực cục bộ 131 2.1.3 Áp suất toàn phần để thắng trở lực từ cửa ra thiết bị gia nhiệt hỗn hợp đầu đến tháp chưng 134 2.1.3.1 Áp suất động lực học 134 2.1.3.2 Áp suất khắc phục trở lực do ma sát 134 2.1.3.3 Áp suất khắc phục trở lực cục bộ 135 2.2 Chọn bơm 137 2.2.1.Chiều cao hút của bơm 137 2.2.2.Áp suất toàn phần do bơm tạo ra .137 2.2.3.Công suất yêu cầu trên trục động cơ của bơm 137 2.2.4.Chọn bơm 138 3.Thiết bị ngưng tụ sản phẩm đỉnh .142 3.1.Tính lượng nhiệt trao đổi 142 3.2 Nhiệt độ trung bình lưu thể .142 3.3 Hệ số cấp nhiệt cấp nhiệt cho từng lưu thể 143 3.4 Tính nhiệt tải riêng về phía hơi ngưng tụ 144 3.5 Tính hệ số cấp nhiệt phía hỗn hợp chảy xoáy 144 3.6.Nhiệt tải riêng về phía hỗn hợp chảy xoáy 145 3.7.Tính bề mặt truyền nhiệt 147 3.8.Tính số ống truyền nhiệt 147 3.9.Tính đường kính thiết bị ngưng tụ 148 3.10.Chọn vận tốc và chia ngăn .148 3.11.Tinh toán cơ khí thiết bị ngưng tụ 149 3.11.1.Chiều dày của thân thiết bị .151 3.11.2 Tính chiều dày lưới đỡ ống 153 3.11.3 Tính chiều dày đáy và nắp thiết bị 155 3.11.4.Tính đường kính ống dẫn 158 3.11.5.Tính và chọn gối đỡ 162 4.Thiết bị đun sôi đáy tháp 167 4.1.Tính nhiệt lượng trao đổi 167 4.2 Nhiệt độ trung bình lưu thể .168 4.3.Hệ số cấp nhiệt khi hơi ngưng tụ trong ống nằm ngang 168 4.4.Tải nhiệt riêng về phía hơi ngưng tụ 169 4.5.Hệ số cấp nhiệt cho chất lỏng sôi .169 4.6.Nhiệt tải riêng về phía chất lỏng sôi 171 4.7.Tính bề mặt truyền nhiệt 171 4.8.Tính số ống truyền nhiệt 172 4.9.Thể tích không gian hơi 172 4.10.Tính toán cơ khí thiết bị đun sôi đáy tháp 175 4.10.1.Tính bề dày thân thiết bị 175 4.10.2 Tính chiều dày vỉ ống 179 4.10.3 Tính chiều dày nắp và nắp thiết bị 180 4.10.4.Chiều dày đáy thiết bị 183 4.10.5.Tính đường kính ống dẫn 186 4.10.6.Tính tải trọng và chọn gối đỡ 193 KẾT LUẬN .198 DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO 199 Đồ án chuyên ngành QTTB GVHD: TS Đỗ Xuân Trường LỜI MỞ ĐẦU Chưng cất từ lâu đã là một phương pháp phổ biến dùng để tách hỗn hợp các cấu tử để thu được những sản phẩm có nồng độ cao.Trong một số dây chuyền sản xuất trong công nghiệp,chưng cất là một khâu quan trọng quyết định chất lượng sản phẩm Đối với quá trình công nghệ yêu cầu tách hỗn hợp nhiều cấu tử với năng suất lớn và độ tinh khiết cao,người ta thường tiến hành quá trình chưng luyện liên tục Và để hiểu rõ hơn về quá trình chưng luyện,em được giao đề tài tính toán thiết kế tháp chưng luyện liên tục loại tháp đĩa lỗ có kênh chảy truyền để tách hỗn hợp hai cấu tử Ethanol (C2H5OH)-Nước (H2O) với năng suất đầu 3,6 kg/s , nồng độ hỗn hợp đầu 24% khối lượng , nồng độ sản phẩm đỉnh 92% khối lượng ,nồng độ sản phẩm đáy 1,2% khối lượng Việc làm đồ án giúp sinh viên từng bước tiếp cận với thực tiễn sau khi đã hoàn thành khối lượng kiến thức của 3 học phần “ Quá trình thiết bị I,II,III” cùng với một số kiến thức của các môn cơ sở ngành khác Qua việc làm đồ án, sinh viên biết cách tìm và sử dụng tài liệu tham khảo để tra cứu, vận dụng những kiến thức, quy định thiết kế, tự nâng cao kỹ năng vận dụng, tính toán, trình bày nội dung bản thiết kế theo văn phong khoa học và nhìn nhận vấn đề một cách có hệ thống Em xin chân thành cảm ơn thầy Đỗ Xuân Trường đã tận tình giúp đỡ, hướng dẫn và truyền đạt những kinh nghiệm quý báu để em hoàn thành đồ án Trong quá trình làm đồ án do còn thiếu kinh nghiệm và không tránh khỏi các sai lầm, thiếu sót, kính mong sự đóng góp nhiệt tình của quý thầy, cô để đồ án của em được hoàn thiện hơn Em xin chân thành cảm ơn! SVTH: Trần Xuân Thành – 20180938 1

Ngày đăng: 16/03/2024, 16:48

Tài liệu cùng người dùng

  • Đang cập nhật ...

Tài liệu liên quan