Đang tải... (xem toàn văn)
Đồ án quá trình thiết bị (hóa dầu) Đồ án quá trình thiết bị (hóa dầu) Đồ án quá trình thiết bị (hóa dầu) Đồ án quá trình thiết bị (hóa dầu) Đồ án quá trình thiết bị (hóa dầu) Đồ án quá trình thiết bị (hóa dầu) Đồ án quá trình thiết bị (hóa dầu) Đồ án quá trình thiết bị (hóa dầu) Đồ án quá trình thiết bị (hóa dầu)
Đồ án Q trình thiết bị GVHD: Ths.Tạ Đăng Khoa Đồ án Q trình thiết bị GVHD: Ths.Tạ Đăng Khoa Phụ lục LỜI MỞ ĐẦU PHẦN 1:TỔNG QUAN .6 Giới thiệu cơng nghiệp thu hồi Xylene từ Reformate 1.1 Tính chất vai trò Xylene 1.2 Q trình Reforming xúc tác .7 1.3 Thu hồi Xylene từ dòng Reformate .7 Giới thiệu phương pháp chưng cất đa cấu tử 2.1 Khái niệm chưng cất 2.2 Sơ lược tính tốn chưng cất đa cấu tử 2.3 Lựa chọn thiết bị chưng cất .10 Sơ đồ quy trình cơng nghệ thu hồi Xylene từ dòng Reformate: 11 PHẦN 2:CÂN BẰNG VẬT CHẤT 13 Cân vật chất: 13 1.1 Các số liệu ban đầu 13 1.2 Các quy ước ký hiệu 13 1.3 Cân vật chất-Xác định thành phần cấu tử 13 Chuẩn bị kiện giả thuyết: 16 2.1 Chọn cấu tử khóa .16 2.2 Tính độ bay tương đối .16 Xác định Nmin theo cơng thức Fenske 18 Xác định Rmin theo phương pháp đơn giản hóa Gililand 19 Xác định số bậc lý thuyết N số hồn lưu R .21 PHẦN 3: CÂN BẰNG NĂNG LƢỢNG 22 PHẦN 4: TÍNH TỐN SƠ BỘ THIẾT BỊ CHÍNH 24 Tính sơ đường kính mâm 24 1.1 Diện tích mâm 24 Đồ án Q trình thiết bị GVHD: Ths.Tạ Đăng Khoa 1.2 Đường kính tháp 26 Sắp đặt sơ mặt đĩa 27 2.1 Số đường lỏng mâm 27 2.2 Khoảng cách mâm 27 2.3 Các kích thước khác 27 2.4 Bước lỗ .27 2.5 Sắp xếp kênh chảy truyền .28 2.6 Chiều dài ngưỡng chảy tràn chiều rộng kênh chảy truyền 28 Tổng kết xếp mặt đĩa 29 Kiểm tra chế độ làm việc tháp 29 4.1 Kiểm tra sặc đĩa 29 4.2 Kiểm tra khả tắt nghẽn kênh chảy truyền lỏng .30 4.3 Kiểm tra chế độ làm việc mâm 31 4.4 Thời gian lưu lỏng kênh chảy truyền .32 4.5 Trở lực mâm 33 4.6 Kiểm tra chiều cao mực lỏng kênh chảy truyền .34 4.7 Kiểm tra rò rỉ lỏng qua lỗ .35 4.8 Kiểm tra mức độ kín kênh chảy truyền 35 Hiệu suất chiều cao tháp .36 5.1 Hiệu suất tháp: 36 5.2 Chiều cao tháp: .36 Tính tốn khí cho tháp 37 6.1 Bề dày thân tháp 37 6.2 Bề dày đáy nắp thiết bị .39 6.3 Đường kính ống dẫn-Bích ghép ống dẫn 40 6.4 Tính tốn trụ đỡ tháp 45 PHẦN 5:TÍNH TỐN THIẾT BỊ PHỤ 47 Đồ án Q trình thiết bị GVHD: Ths.Tạ Đăng Khoa Thiết bị ngưng tụ sản phẩm đỉnh 47 Thiết bị gia nhiệt đáy tháp 52 Bơm nhập liệu 57 LỜI KẾT 60 TÀI LIỆU THAM KHẢO .61 Đồ án Q trình thiết bị GVHD: Ths.Tạ Đăng Khoa LỜI MỞ ĐẦU Một ngành có đóng góp to lớn đến ngành cơng nghiệp nƣớc ta nói riêng giới nói chung,đó ngành cơng nghiệp hóa chất Các hóa chất ngày đƣợc ứng dụng rộng rãi đời sống,sản xuất cơng nghiệp.Có thể kể đến Xylene với ứng dụng nhƣ: làm dung mơi,sản xuất nhựa PET,sợi Polyester Xylene đƣợc sản xuất chủ yếu cơng nghiệp Lọc-Hóa dầu.Đi từ phân đoạn dầu mỏ,trải qua q trình phản ứng chƣng tách thu đƣợc hỗn hợp Xylene mong muốn Nội dung đồ án thiết kế tháp RSU để tách hỗn hợp Xylene từ dòng Reformate,với suất nhập liệu 15000 kg/h Đồ án hội để em vận dụng kiến thức học,cũng nhƣ rèn luyện tƣ nâng cao khả giải vấn đề.Đây bƣớc đầu để em tiếp cận với thực tế tập kỹ để trở thành ngƣời Kỹ sƣ Em xin chân thành cảm ơn q thầy mơn Q trình Thiết bị,đặc biệt Thầy Tạ Đăng Khoa tận tình hƣớng dẫn để em hồn thành đồ án Trong q trình hồn thành đồ án khơng thể tránh khỏi sai sót,em mong q thầy góp ý,chỉ dẫn Đồ án Q trình thiết bị GVHD: Ths.Tạ Đăng Khoa PHẦN 1:TỔNG QUAN Giới thiệu cơng nghiệp thu hồi Xylene từ Reformate 1.1 Tính chất vai trò Xylene Xylene , hay gọi xylol dimethylbenzene hydrocarbon thơm hỗn hợp gồm benzen nhân với hai nhóm methyl vị trí thay khác Ba đồng phân xylen có cơng thức phân tử C8H10 Hỗn hợp chất lỏng khơng màu nhờn thƣờng gặp phải nhƣ dung mơi Xylene lần đƣợc phân lập đặt tên vào năm 1850 nhà hóa học ngƣời Pháp Auguste Các tính chất vật lý Xylene: Bảng Tính chất vật lý Xylene Các tính chất Khối lƣợng phân tử Tỉ trọng Nhiệt độ sơi Nhiệt độ nóng chảy o-Xylene 106 g/mol 0,88 g/ml 144 oC -25 oC m-Xylene 106 g/mol 0,86 g/ml 139 oC -48 oC p-Xylene 106 g/mol 0,86 g/ml 138 oC 13 oC Độ hòa tan Độ nhớt (20 oC) Khơng 0,812 cP Khơng 0,62 cP Khơng 0,34 cP Ứng dụng: Axit terephthalic dẫn xuất liên quan: P -Xylene tiền chất để tổng hợp terephthalic axit dimethyl terephthalate, hai monome đƣợc sử dụng việc sản xuất polyethylene terephthalate (PET) chai nhựa polyester quần áo 98% p sản xuất -xylene, nửa số tất xylene sản xuất đƣợc tiêu thụ theo cách Ứng dụng dung mơi: Xylene dung mơi thƣờng có chứa tỷ lệ phần trăm nhỏ ethylbenzene Giống nhƣ đồng phân cá nhân, hỗn hợp khơng màu, có mùi thơm, dễ cháy Lĩnh vực áp dụng bao gồm in, cao su, da cơng nghiệp Nó thành phần phổ biến mực in, cao su, chất kết dính Trong nha khoa, xylene đƣợc sử dụng để hòa tan gutta percha, loại vật liệu đƣợc sử dụng cho nội nha (điều trị tủy răng) Trong ngành cơng nghiệp dầu khí, xylene thành phần thƣờng xun dung mơi parafin, sử dụng ống trở nên cồng kềnh với sáp paraffin Đồ án Q trình thiết bị GVHD: Ths.Tạ Đăng Khoa Sử dụng phòng thí nghiệm: Xylene đƣợc sử dụng phòng thí nghiệm để làm cho để làm mát đựng phản ứng Xylene đƣợc sử dụng để loại bỏ dầu hỏa từ kính hiển vi khơ trƣớc nhuộm Sau nhuộm, kính hiển vi đƣợc đặt xylen trƣớc gắn với bao ngồi Độc tính: Các tác dụng hít phải khí xylen trầm cảm hệ thần kinh trung ƣơng (CNS), với triệu chứng nhƣ đau đầu, chóng mặt, buồn nơn ói mửa Tại tiếp xúc 100ppm, ngƣời ta cảm thấy buồn nơn đau đầu Tại tiếp xúc 200-500ppm, triệu chứng bao gồm cảm giác "cao", chóng mặt, yếu, dễ bị kích thích, nơn, giảm thời gian phản ứng 1.2 Q trình Reforming xúc tác Q trình Reforming xúc tác bao gồm phản ứng biến đổi cấu trúc phân tử Hydrocacbon từ mạch thẳng sang mạch nhánh.Từ cấu trúc vòng no sang cấu trúc thơm Đối với cơng nghiệp sản xuất Benzen,Toluen Xylene Các vòng thơm đƣợc tạo từ Qúa trình Reforming xúc tác với nhập liệu phân đoạn Naptha nặng ( chứa chủ yếu vòng no Napthene) Q trình xảy nhiệt độ từ 500-525oC Xúc tác sử dụng thƣờng tâm kim loại Pt chất mang Alumina 1.3 Thu hồi Xylene từ dòng Reformate Dòng Reformate ngồi chứa chủ yếu Benzen,Toluen hỗn hợp Xylene lẫn Parrafin,Cyclo Paraffin,Olefins,cặn nhựa,cốc Vì vậy,dòng Reformate đƣợc đƣa qua hệ thống trích ly làm Sử dụng dung mơi thích hợp để thu cấu tử thơm loại cấu tử khộng thơm Dòng Reformate đƣợc làm sau đƣợc đƣa qua tháp chƣng cất để thu hồi Xylene Giới thiệu phương pháp chưng cất đa cấu tử 2.1 Khái niệm chưng cất - Chưng cất q trình dùng để tách cấu tử hỗn hợp lỏng nhƣ hỗn hợp khí-lỏng thành cấu tử riêng biệt dựa vào độ bay khác cấu tử hỗn hợp (nghĩa nhiệt độ, áp suất bão hòa cấu tử khác Đồ án Q trình thiết bị GVHD: Ths.Tạ Đăng Khoa nhau) Thay đƣa vào hỗn hợp pha để tạo nên tiếp xúc hai pha nhƣ q trình hấp thu nhả khí, q trình chƣng cất pha đƣợc tạo nên bốc ngƣng tụ - Khi chƣng cất ta thu đƣợc nhiều cấu tử thƣờng cấu tử thu đƣợc nhiêu sản phẩm Nếu xét hệ đơn giản có cấu tử q trình chƣng cất cho: Sản phẩm đỉnh chủ yếu gồm cấu tử có độ bay lớn (nhiệt độ sơi nhỏ) phần cấu tử có độ bay bé Sản phẩm đáy chủ yếu gồm cấu tử có độ bay bé (nhiệt độ sơi lớn) phần cấu tử có độ bay hơÁp suất làm việc: Chƣng cất áp suất thấp, áp suất thƣờng áp suất cao Ngun tắc phƣơng pháp dựa vào nhiệt độ sơi cấu tử, cấu tử hỗn hợp dễ bị phân hủy nhiệt độ cao hỗn hợp có nhiệt độ sơi q cao ta giảm áp suất làm việc để giảm nhiệt độ sơi cấu tử - Các phương pháp chưng cất phân loại theo: Áp suất làm việc: Chƣng cất áp suất thấp, áp suất thƣờng áp suất cao Ngun tắc phƣơng pháp dựa vào nhiệt độ sơi cấu tử, cấu tử hỗn hợp dễ bị phân hủy nhiệt độ cao hỗn hợp có nhiệt độ sơi q cao ta giảm áp suất làm việc để giảm nhiệt độ sơi cấu tử Ngun lý làm việc: liên tục, gián đoạn (chƣng đơn giản) bán liên tục Chƣng cất đơn giản (gián đoạn): phƣơng pháp đuợc sử dụng trƣờng hợp sau: Khi nhiệt độ sơi cấu tử khác xa Khơng đòi hỏi sản phẩm có độ tinh khiết cao Tách hỗn hợp lỏng khỏi tạp chất khơng bay Tách sơ hỗn hợp nhiều cấu tử Đồ án Q trình thiết bị GVHD: Ths.Tạ Đăng Khoa Chƣng cất hỗn hợp hai cấu tử (dùng thiết bị hoạt động liên tục) q trình đƣợc thực liên tục, nghịch dòng, nhều đoạn Chƣng nƣớc trực tiếp: Dùng để tách hỗn hợp gồm chất khó bay tạp chất khơng bay hơi, thƣờng đƣợc áp dụng trƣờng hợp chất đƣợc tách khơng tan nƣớc Như vậy, hệ: Benzene, Toluene,Xylene: ta dùng hệ thống chưng luyện hoạt động liên tục áp suất thường, cấp nhiệt gián tiếp đáy tháp nồi đun 2.2 Sơ lược tính tốn chưng cất đa cấu tử Từ có máy tính với cấu hình mạnh, nhiều mơ hình có độ phức tạp cao dùng để mơ xác tháp chƣng luyện đƣợc phát triển Hầu hết mơ hình đƣợc xây dựng dựa vào khái niệm đĩa lý thuyết [Thiele – Geddes,1993] Tuy nhiên, quan điểm số đơn vị chuyển khối ngày trở nên quan trọng đƣợc ý phát triển nhiều năm gần [Krishana-Murthy Taloa, 1985; Taylor cộng sự, 1993; Gorak, 1990] Trong mơ xác tháp chƣng luyện phải tiến hành thơng số nhiệt động tháp Các kết nhận đƣợc mơ tháp chƣng luyện phụ thuộc phân bố nồng độ cấu tử, phân bố nhiệt độ lƣu lƣợng dòng lỏng dòng tháp vào số bậc cân (đĩa lý thuyết) Để mơ xác tháp chƣng luyện, tác giả [Wang Henke 1966, Holland 1963, Goldstein Stanfield 1970, Naphtail Sandholm 1971, Block Hegner 1976 1977] có đóng góp quan trọng việc xây dựng mơ hình xác tháp chƣng luyện Cho tới thời điểm tại, mơ hình tháp đƣợc phát triễn khác việc sử dụng phƣơng pháp tính lặp cụ thể việc chọn biến lặp Mơ xác tháp chƣng luyện nhiều cấu tử mặt tốn học phức tạp Vì vậy, việc tự viết phƣơng trình tính tháp theo mơ hình gặp nhiều khó khăn Một số cơng ty phát triễn phần mềm mơ tháp chƣng luyện nhƣ cơng ty Aspen, Science Simulation, Process, Design 2000… Để tính tháp chƣng luyện hỗn hợp nhiều cấu tử, có nhiều chƣng trình tính máy tính đƣa kết xác, nhƣng số phƣơng pháp tính gần tháp chƣng luyện hỗn hợp có ích tiếp tục đƣợc sử dụng số lý do: Đồ án Q trình thiết bị GVHD: Ths.Tạ Đăng Khoa +Do số liệu cân pha nhƣ số liệu enthalpy khơng có đƣợc độ xác đủ cao, sử dụng phƣơng pháp tính xác, nhƣng kéo dài máy tính khơng nhận đƣợc kết xác +Các phƣơng pháp tính gần cho phép tính nhanh tốn kém, phƣơng pháp dễ dàng xác định đƣợc vùng tối ƣu thơng số tháp khảo sát vùng phƣơng pháp tính xác máy tính Trong phạm vi đồ án này, sử dụng cách tính gần với hỗ trợ cơng cụ mơ HYSYS 2006 2.3 Lựa chọn thiết bị chưng cất Trong sản xuất thƣờng sử dụng nhiều loại tháp nhƣng chúng có u cầu diện tích bề mặt tiếp xúc pha phải lớn, điều phụ thuộc vào độ phân tán lƣu chất vào lƣu chất Nếu pha khí phân tán vào pha lỏng ta có loại tháp mâm, pha lỏng phân tán vào pha khí ta có tháp chêm, tháp phun, tháp phun… Tháp chƣng cất phong phú kích cỡ ứng dụng, tháp lớn thƣờng đƣợc ứng dụng cơng nghiệp lọc hố dầu Lớn phức tạp tháp dùng để chƣng cất dung mơi, khơng khí lỏng cơng nghiệp hóa chất nói chung Tùy theo suất đƣờng kính tháp từ 0,3 m đến 9m, số mâm từ vài mâm đến nhiều Khoảng cách mâm từ 150mm hay đến khoảng 1m Tháp hoạt động áp suất cao hay thấp Hỗn hợp đƣợc chƣng cất thay đổi nhiều độ nhớt, hệ số khuếch tán, tính ăn mòn, khuynh hƣớng tạo bọt tính phức tạp nồng độ Tháp mâm sử dụng đƣợc cho q trình chƣng cất hấp thu - Tháp đĩa: 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 đĩa chóp : đĩa bố trí có chép dạng:tròn, xú bắp, chữ s… Tháp đĩa xun lỗ: đĩa bố trí lỗ có đƣờng kính (3-12) mm 10 Đồ án Q trình thiết bị GVHD: Ths.Tạ Đăng Khoa PHẦN 5:TÍNH TỐN THIẾT BỊ PHỤ Thiết bị ngưng tụ sản phẩm đỉnh Chọn thiết bò ngưng tụ vỏ – ống loại TH đặt nằm ngang Ống truyền nhiệt làm thép CT3, kích thước ống: 38x3, chiều dài ống L = (m) Nhiệt độ sản phẩm đỉnh sau ngưng tụ trạng thái lỏng sôi, tD = 97 oC Nước làm mát ống với nhiệt độ đầu: t1 = 25oC, nhiệt độ cuối: t2 = 40oC Các tính chất hóa lý nước làm mát tra Tài liệu [10] ứng với nhiệt độ trung bình ttbN = t1 t =32,5 oC : + Nhiệt dung riêng: cN = 4178 (J/kg.độ) + Khối lượng riêng: N = 995,2 (Kg/m3) + Độ nhớt động lực: N = 0,72310-3 (N.s/m2) + Chuẩn số Prandtl: PrN = 4,9 + Suất lƣợng nƣớc cần dùng 99526 kg/h Xác đònh bề mặt truyền nhiệt Bề mặt truyền nhiệt xác đònh theo phương trình truyền nhiệt: Ftb = Qnt K tlog (m2) Với: + K : hệ số truyền nhiệt + tlog : nhiệt độ trung bình logarit Xác đònh tlog : Chọn kiểu truyền nhiệt ngược chiều, nên: 47 Đồ án Q trình thiết bị GVHD: Ths.Tạ Đăng Khoa (97 25) (97 40) 64,2 (K) 97 25 Ln 97 40 tlog Xác đònh hệ số truyền nhiệt K: Hệ số truyền nhiệt K tính theo công thức: K N rt (W/m2.K) R Với: + N : hệ số cấp nhiệt nước ống (W/m2.K) + R : hệ số cấp nhiệt ngưng tụ (W/m2.K) + rt : nhiệt trở thành ống lớp cáu Xác đònh hệ số cấp nhiệt nước ống N : Chọn vận tốc nước ống: vN = (m/s) Số ống đường nước: n GN N d vN tr 28 ~ 40 (ống) 995,2 0,0162 1 Chuẩn số Reynolds : ReN vN dtr N N 1 0,032 995 > 104 : chế độ chảy rối 3 43519,1 0,72310 Công thức xác đònh chuẩn số Nusselt có dạng: NuN 0,021 l ReN 0,8 PrN 0,43 ( PrN 0,25 ) Prw Trong đó: 48 Đồ án Q trình thiết bị GVHD: Ths.Tạ Đăng Khoa + l : hệ số hiệu chỉnh phụ thuộc vào ReN tỷ lệ chiều dài ống với đường kính ống : ReN = 43519,1 L 50 , nên l =1 dtr 0,032 + PrN : chuẩn số Prandlt nước 32,5 oC, nên PrN = 4,9 + Prw : chuẩn số Prandlt nước nhiệt độ trung bình vách Suy ra: NuN 318 Prw 0,25 Hệ số cấp nhiệt nước ống: aN NuN 318 0,7 695,6 0,25 0,25 dtr Prw 0,032 Prw W / m C o Nhiệt tải phía nước làm lạnh: qN N (tw2 ttbN ) 695,6 0,25 (tw 32,5) W / m Prw Với tw2 : nhiệt độ vách tiếp xúc với nước (trong ống) Nhiệt tải qua thành ống lớp cáu: qt t w1 t w , (W/m2) rt Trong đó: + tw1 : nhiệt độ vách tiếp xúc với rượu (ngoài ống) + rt t rc t Bề dày thành ống: t = 3(mm) Hệ số dẫn nhiệt thép không gỉ: t = 17,5 (W/moK) Nhiệt trở trung bình lớp bẩn ống với nước sạch: rc = 1/5000 (m2.K/W) 49 Đồ án Q trình thiết bị GVHD: Ths.Tạ Đăng Khoa Suy ra: rt = 1/2692,3 (m2.K/W) Hệ số cấp nhiệt ngưng tụ: R 0,725 rR R R A R (t D tw ) dng (97 tw )0,25 Đặt: A 0,725 rR R R R dng W / m C o với [rR]=[J/kg] Ẩn nhiệt ngưng tụ: rR = rD = 375 ( kJ/Kg) Nhiệt tải thành ống: qR = R (tD - tw1) = A (97 - tw1)0,75 Ta dùng phương pháp lặp để xác đònh tw1, tw2 : *Tính lặp để tìm giá trò tw1 tối ưu Thực sau: Chọn trước giá trò tw1 Tra tính chất hóa lý dòng nóng (sản phẩm đỉnh ngưng tụ)ï áp dụng công thức thích hợp ứng với nhiệt độ trung bình tm = 0,5 (tD + tw1) Tính nhiệt ống qR Xem nhiệt tải mát không đáng kể nên qt = qR , từ ta tính giá trò tw tw qR 2692,3 ng với giá trò ttbw = 0,5 (tw1+tw2) ta tìm giá trò Prw Thay vào ta tìm nhiệt tải phía dòng lạnh Kiểm tra sai số: qN q R qR 100 Nếu < 5% : thỏa (Chấp nhận giá trò tw1) Ta chọn nhiệt độ tw1 = 89 độ C Với ẩn nhiệt hóa r dòng sản phẩm đỉnh 375kJ/kg 50 Đồ án Q trình thiết bị GVHD: Ths.Tạ Đăng Khoa Hệ số dẫn nhiệt dòng sản phẩm đỉnh 0,13 W/m.K Khối lƣợng riêng 798,4 kg/m3 Độ nhớt 0,0003 N.s/m2 A=1123 qR = R (tD - tw1) = A (97 - tw1)0,75 = 54319 (W/m2) tw tw + N Khi đó: qR =85,98 độ C 2692,3 1327,4 1055,6 W / m2 o C 0,25 2, qN N (tw ttbN ) 1055,6 (tw 32,5) W / m2 56423 (W / m2 ) Kiểm tra sai số: = qN q R qN 56423 54319 56423 3, 7% < 5%: thoả Suy ra: Hệ số truyền nhiệt: K 1 R rt N =681 W / m2 o C 1 6676 2692,3 1055,6 Bề mặt truyền nhiệt : F Qnt 6796703,9.1000 =43 m2 K tlog 681.64,2.3600 Chiều dài ống truyền nhiệt : 51 Đồ án Q trình thiết bị L' GVHD: Ths.Tạ Đăng Khoa 43 =9,78 m 0,038 0,032 40 Với chiều dài L ban đầu m => L'/L=2,5 Vậy số ống ứng với chiều dài L =4 m là: N=40 2,5= 100 ( ống) => chọn 130 ống theo tiêu chuẩn Chọn kiểu ống chùm xếp theo vòng tròn.Tổng số ống 130, số ống vòng ngồi 37 Đƣờng kính thiết bị ngƣng tụ là: D=t.(2no+1)=1,2.0,038.(2.6+1)=0,6 (m) Thiết bị gia nhiệt đáy tháp Chọn thiết bị đun sơi đáy tháp nồi đun ống chùm Ống truyền nhiệt làm thép X18H10T Kích thƣớc ống 40x4 Chọn đốt nƣớc 10 atm.Tra tài liệu tham khảo : + Nhiệt độ sơi nƣớc tS 179 độ C +Ẩn nhiệt ngƣng tụ: rN=2024 kJ/kg Nhiệt độ sản phẩm đáy (lỏng) trƣớc vào thiết bị gia nhiệt 158 độ C Nhiệt độ dòng rời nồi đun vào tháp 164 độ C Bề mặt truyền nhiệt xác đònh theo phương trình truyền nhiệt: Ftb Qc K tlog ,(m2) Với: + K : hệ số truyền nhiệt 52 Đồ án Q trình thiết bị GVHD: Ths.Tạ Đăng Khoa + tlog : nhiệt độ trung bình logarit Xác đònh tlog : Chọn kiểu truyền nhiệt ngược chiều, nên: tlog (179 158) (179 164) 17,83 K 179 158 ln( ) 179 164 Xác đònh hệ số truyền nhiệt K: Hệ số truyền nhiệt K tính theo công thức: K 1 N rt ,(W/m2.K) D Với: + N : hệ số cấp nhiệt nước (W/m2.K) + D : hệ số cấp nhiệt sản phẩm đáy (W/m2.K) + rt : nhiệt trở thành ống lớp cáu Xác đònh hệ số cấp nhiệt nước: Hệ số cấp nhiệt nước xác đònh theo công thức: rN N N g N 0,725 N (t sN tw1 ) dtr W / m C o với [rN]=2024103 (J/Kg) dtr = 0,032 (m) Các tính chất vật lý nước tra tài liệu [10] ứng với tm =0,5(tsN+tw1) Nhiệt tải phía hơi: qN N (t sN tw ) A (179 tw )0,75 W / m 53 Đồ án Q trình thiết bị GVHD: Ths.Tạ Đăng Khoa Nhiệt tải qua thành ống lớp cáu: qt t w1 t w , (W/m2) rt Trong đó: + tw2 : nhiệt độ vách tiếp xúc với sản phẩm đáy (ngoài ống) + rt t r1 r2 t Bề dày thành ống: t = (mm) Hệ số dẫn nhiệt thép không gỉ: t = 16,3 (W/m.K) Nhiệt trở trung bình lớp bẩn ống với nước sạch: r1 = 1/5800 (m2.K/W) Nhiệt trở lớp cấu phía sản phẩm đáy: r2 =1/5000(m2.K/W) Suy ra: rt = 1/1618,6 (m2.K/W) Vậy: qt = 1618,6(tw1-tw2) Xác đònh hệ số cấp nhiệt sản phẩm đáy: Hệ số cấp nhiệt sản phẩm đáy xác đònh theo công thức : Trong l hệ số dẫn nhiệt sản phẩm đáy,tính cơng thức: 54 Đồ án Q trình thiết bị A.C p GVHD: Ths.Tạ Đăng Khoa M Với Khối lƣợng riêng pha sản phẩm đáy 5,65 kg/m3 Khối lƣợng riêng pha lỏng sản phẩm đáy 734 kg/m3 Ẩn nhiệt hóa r sản phẩm đáy 412,3 kJ/kg Độ nhớt lỏng đáy 0,0002523 N.s/m2 A hệ số phụ thuộc vào mức độ liên kết chất lỏng,đối với hệ Aromatic ta thƣờng chọn A =4,22.10-8 Thay vào,ta tính đƣợc l=0,13 (W/m.K);aS=1574 W/m2K Tiến hành tính lặp ta chọn tw1 = 171,2 oC : Khi đó, nhiệt độ trung bình tm 171,2 179 175,1 oC , ta tra + Khối lượng riêng nƣớc: h = 5,037 (Kg/m3) + Độ nhớt động lực: N = 0,000153(N.s/m2) + Hệ số dẫn nhiệt: N = 0,67 (W/m.K) Ta tính : rN N N 2024000 5,0372 0,673 9,81 N 0,725 = 0,725 N (t sN tw ) dtr 0,000153 0,032 (179 171,2) 1023,21 W / m2 o C qN 1023,21 (179 171,2)= 7981 W / m2 Xem nhiệt tải mát không đáng kể: qt = qN =7981 (W/m2) 55 Đồ án Q trình thiết bị GVHD: Ths.Tạ Đăng Khoa Ta có: tw2 = tw1- qt =166,2 oC 1618, Ta có: qS 1574 (166,2 161)=8184,8 W / m Kiểm tra sai số: qN q D qD 100% 2,5% 5% 7981 8184,8 8184,8 100% 2,5% thỏa Vậy: tw1 = 171,2oC tw2 = 166,2 oC Khi đó: N 1023,21 W / m C o S =1574 (W/m2.oC) Suy ra: Hệ số truyền nhiệt: K 1 1 1574 1618,6 1023, 21 448 W / m2 o C Bề mặt truyền nhiệt trung bình: Ftb 9618165,2 1000 335 (m2 ) 448 17,83 3600 Chọn số ống truyền nhiệt: n = 341(ống) Chiều dài ống truyền nhiệt: L 335 8,7 (m) 0,04 0,032 341 56 Đồ án Q trình thiết bị GVHD: Ths.Tạ Đăng Khoa Chọn: L = 9(m) Vậy: nồi đun gia nhiệt sản phẩm đáy thiết bò truyền nhiệt vỏ - ống với số ống n = 341, chiều dài ống truyền nhiệt L = 9(m) Ống bố trí theo vòng tròn Nên ta có số ống vòng ngồi 62 (ống) Chọn bước ngang hai ống: t = 1,2dng = 1,20,04 = 0,048 (m) Đường kính vỏ thiết bò: D= t.(2n0+1) = 1(m) Với n0= 10 vòng tròn ứng với số ống 341 Bơm nhập liệu Lƣu lƣợng nhập liệu : VF=19,35 m3/h Chọn bơm có suất Qb=20 m3/h Đƣờng kính ống hút ống đẩy 150 mm Các tính chất vật lý dòng nhập liệu nhiệt độ 120 độ C (Lấy số liệu từ mơ Hysys) : +Khối lƣợng riêng :F=775,4 kg/m3 +Độ nhớt động lực :F =0,00018N.s/m2 +Vận tốc dòng nhập liệu ống hút đẩy: Vh Vd 4.Qb 4.20 = 0,315 (m/s) 3600. dh 3600. 0,152 +Tổng trở lực ống hút ống đẩy: hhd =( lh ld v2 + h +d ) h dh 2g Với : +lh : chiều dài ống hút,chọn lh = 2(m) + ld : chiều dài ống đẩy, chọn ld=18 (m) + h : tổn thất cục ống hút 57 Đồ án Q trình thiết bị GVHD: Ths.Tạ Đăng Khoa +d : tổn thất cục ống đẩy +l : hệ số ma sát ống hút ống đẩy Xác định l: Chuẩn số Reynolds dòng nhập liệu: v d 0,315.0,15.775,4 Re= h h F 203542,5 F 0,00018 Theo tài liệu tham khảo,ta có : +Chuẩn số Reynolds tới hạn: 8/7 150 dh Reth =6 25584,1 0,1 + Chuẩn số Reynolds bắt đầu xuất vùng nhám : d Ren =220 h 9/8 150 220 0,1 9/8 823237,9 Suy : Regh < Re < Ren : Khu vực chảy q độ,khi đó: 100 0,25 =0,1.(1,46 ) 0,02 dh Re Chọn h = 10,5 Chọn đ= 13 Vậy tổn thất ống hút ống đẩy: 18 0,3152 hhd =(0,02 10,5 13) 0,14 m 0,15 2.9,81 +Chọn mặt cắt (1-1) vị trí ống dẫn lỏng dƣới mặt đất 58 Đồ án Q trình thiết bị GVHD: Ths.Tạ Đăng Khoa +Chọn Mặt cắt (2-2) mặt cắt vị trí nhập liệu vào tháp Áp dụng phƣơng trình Bernoulli cho (1-1) (2-2): z1 p1 v p v Hb z2 hhd 12 F g 2.g F g 2.g Với: + z1 độ cao mặt cắt (1-1) so với mặt đất + z2 độ cao mặt cắt (2-2) so với mặt đất + P1 áp suất mặt thống (1-1), chọn atm + P2 áp suất mặt thống (2-2) 1,5 atm + v1 vận tốc mặt thống (1-1) ,xem v1= (m/s) + v2 vận tốc mặt thống (2-2) v2=0,4 (m/s) +Hb cột áp bơm Suy ra: p2 v2 150.103 0,42 Hb (z2 z1 ) h 15 0,14 35 (m) F g 2.g hd 775,4.9,81 2.9,81 Chọn hiệu suất bơm :=0,8 Cơng suất thực tế bơm : N Qb Hb F g 20.35.775,4.9,81 1850(W ) 2,5(Hp) 3600. 3600.0,8 Vậy: ta chọn bơm ly tâm HVP-240 có gắn hệ thống biến tần để điều chỉnh,ổn định lƣu lƣợng theo u cầu 59 Đồ án Q trình thiết bị GVHD: Ths.Tạ Đăng Khoa LỜI KẾT Trên tồn phần tính tốn tháp chưng cất mâm xun lỗ RSU dùng để tách hỗn hợp Xylene từ dòng Reformate Ngồi vấn đề tính tốn cho tháp hoạt động tốt làm việc cần phải quan tâm đến tính kinh tế thiết bị,tính khả thi để chế tạo an tồn cho người vận hành Đồ án giúp em giải số vấn đề: +Có thể thiết kế tháp RSU biết trước thành phần nhập liệu u cầu phân tách +Cần ứng dụng Mơ vào thiết kế để có kết khách quan xác +Thiết kế tổng quan chi tiết khí tháp chưng cất cần tính đến ăn mòn khả chống chịu thiết bị đặt ngồi trời 60 Đồ án Q trình thiết bị GVHD: Ths.Tạ Đăng Khoa TÀI LIỆU THAM KHẢO [1].Võ Văn Bang,Vũ Bá Minh,"Q trình Thiết bị Cơng nghệ Hóa học-Tập 3: Truyền Khối",Nhà xuất ĐHQG TpHCM [2].Võ Thị Ngọc Tƣơi,Hồng Minh Nam,"Q trình Thiết bị Cơng nghệ Hóa học-Tập 14: Chưng cất hỗn hợp nhiều cấu tử",Nhà xuất ĐHQG TpHCM [3].Nguyễn Hữu Tùng,"Kỹ thuật tách hỗn hợp nhiều cấu tử-Tính tốn thiết kế",Nhà xuất Bách Khoa-Hà Nội [4].Hồ Lê Viên,"Tính tốn,thiết kế chi tiết thiết bị Hóa chất Dầu khí",Nhà xuất Khoa học Kỹ thuật [5]Tập thể tác giả,"Sổ tay Q trình thiết bị Cơng nghệ Hóa chất-Tập 1",Nhà xuất Khoa học Kỹ thuật [6]Tập thể tác giả,"Sổ tay Q trình thiết bị Cơng nghệ Hóa chất-Tập 2",Nhà xuất Khoa học Kỹ thuật [7].Phạm Văn Bơn,"Q trình Thiết bị Cơng nghệ Hóa học-Tập 5: Truyền Nhiệt",Nhà xuất ĐHQG TpHCM [8].Phạm Hùng Việt,"Bài tập Hóa kỹ thuật-Tập 1",Nhà xuất Khoa học Kỹ thuật [9] Coulson,Richardson,"Chemical Engineering Design",Đại học Oxford [10] Tập thể tác giả,"Q trình thiết bị Cơng nghệ hóa học-Bảng tra cứu Các Q trình Cơ học-Truyền Nhiệt-Truyền Khối",Nhà xuất ĐHQG TpHCM 61 [...]... năng lượng cho thiết bị ngưng tụ: (R 1).D.MtbD rD mH2O (40 25).4,18 Suy ra: Lƣợng nƣớc cần dùng cho thiết bị ngƣng tụ là 99526 kg/h 23 Đồ án Quá trình và thiết bị GVHD: Ths.Tạ Đăng Khoa PHẦN 4: TÍNH TOÁN SƠ BỘ THIẾT BỊ CHÍNH 1 Tính sơ bộ đường kính mâm 1.1 Diện tích mâm Phƣơng pháp thƣờng dùng để tính toán là phƣơng pháp sử dụng phƣơng trình để xác định chế độ sặc đĩa chỉ do lỏng bị cuốn theo hơi... qua thiết bị tái sinh dung môi,tại đây,Aromatic sẽ đƣợc cho bay hơi hoàn toàn,sau đó dẫn qua thiết bị ngƣng tụ và đƣợc bơm vào tháp chƣng cất mâm xuyên lỗ RSU (4) Tháp RSU chƣng cất thu Xylene chiếm 99,5% khối lƣợng ở đáy,trong khi ở đỉnh 11 Đồ án Quá trình và thiết bị GVHD: Ths.Tạ Đăng Khoa lƣợng Xylene chiếm 1,5 % khối lƣợng trong hỗn hợp với Benzen và Toluen Dòng ra ở đỉnh tháp RSU đƣợc đƣa qua thiết. .. 0.880359698 17 Đồ án Quá trình và thiết bị GVHD: Ths.Tạ Đăng Khoa 3 Xác định Nmin theo công thức Fenske Số bậc biến đổi nồng độ tối thiểu Nmin tƣơng ứng trong trƣờng hợp hồi lƣu toàn phần Đối với hệ 2 cấu tử, đại lƣợng Nmin có thể xác định dễ dàng bằng đồ thị Nói chung, trong mọi trƣờng hợp đều có thể sử dụng công thức Fenske để xác định số bậc biến đổi nồng độ tối thiểu Nmin Trong đồ án này ta xét... vào đồ thị biểu diễn mối quan hệ ( N ) và ( R ) p.43, 2 , Suy ra: N=24,9 Gọi n và m là số bậc biến đổi nồng độ của đoạn luyện và đoạn chƣng ta có: nmin n nmin n N 10 Đoạn luyện: N N min N min Đoạn chƣng: m m mmin m N min 16 N N min N min 21 Đồ án Quá trình và thiết bị GVHD: Ths.Tạ Đăng Khoa PHẦN 3: CÂN BẰNG NĂNG LƯỢNG Cân bằng nhiệt lượng của tháp chưng cất: Phƣơng trình. .. Qng QF QC 9618165, 2 kJ / h Lƣợng hơi đốt cần thiết để đun sôi dung dịch ở đáy tháp mh: mh QC 4646 kg / h rhd Với: rhd là Ẩn nhiệt ngƣng tụ của hơi nƣớc bão hòa ở điều kiện đã cho rhd= 2070 kJ/kg Lƣợng nƣớc cần thiết để ngƣng tụ hơi ở đỉnh: Chọn nhiệt độ nƣớc vào :25 độ C Chọn nhiệt độ nƣớc ra : 40 độ C 22 Đồ án Quá trình và thiết bị GVHD: Ths.Tạ Đăng Khoa Nhiệt dung riêng của nƣớc :... sở chính yếu cho việc tính toán -Việc hồi lƣu các cấu tử nhẹ và nặng vẫn có tác dụng trực tiếp lên toàn hỗn hợp, do đó tính toán bổ sung dƣới dạng các đại lƣợng hiệu chỉnh -Trạng thái nhập liệu ứng với hai trƣờng hợp biên nhƣ sau: -Nhập liệu ở trạng thái lỏng: tuy nhiên không phải hoàn toàn lỏng vì có các cấu tử nhẹ hơn cấu tử khóa nhẹ bay hơi 19 Đồ án Quá trình và thiết bị GVHD: Ths.Tạ Đăng Khoa -Nhập... Đƣờng kính tháp Dt, ft 5,66 5,66 Đƣờng kính tháp Dt, m theo tiêu chuẩn 1,8 1,8 26 Đồ án Quá trình và thiết bị GVHD: Ths.Tạ Đăng Khoa 2 Sắp đặt sơ bộ mặt đĩa 2.1 Số đường đi của lỏng trên mâm Ở giai đoạn đầu cần tiến hành sắp đặt sơ bộ diện tích mặt đĩa, vì sắp đặt mặt đĩa sẽ ảnh hƣởng tới kích thƣớc của tháp Trong đồ án này, sắp đặt sơ bộ mặt đĩa sẽ dựa vào hƣớng dẫn chi tiết sắp đặt mặt đĩa của các.. .Đồ án Quá trình và thiết bị - GVHD: Ths.Tạ Đăng Khoa Tháp chêm (tháp đệm): tháp hình trụ, gồm nhiều đoạn nối với nhau bằng mặt bích hay hàn Vật chêm đƣợc cho vào tháp theo một trong hai phƣơng pháp: xếp ngẫu nhiên hay xếp thứ tự Bảng 0.1 So sánh ưu và nhược điểm của các loại tháp : Tháp chêm Tháp mâm xuyên lỗ Tháp mâm chóp... 0,98915192 Từ (1) và (2) ta giải ra đƣợc a0,6 và Nmin 10,43 Từ Nmin và a đã tính đƣợc ta tiếp tục tính phân bố nồng độ của các cấu tử còn lại Kết quả phân bố nồng độ tính toán đƣợc cho ở bảng: 18 Đồ án Quá trình và thiết bị GVHD: Ths.Tạ Đăng Khoa Nhập liệu Cấu tử Sản phẩm đỉnh Sản phẩm đáy kmol/h 52,26 tỉ lệ mol kmol/h tỉ lệ mol kmol/h Benzen tỉ lệ mol 0,325 0,56 52,26 0 0 Toluen 0,255 41,07 0,43... khối lƣợng trong hỗn hợp với Benzen và Toluen Dòng ra ở đỉnh tháp RSU đƣợc đƣa qua thiết bị ngƣng tụ (2) để ngƣng tụ hoàn toàn,một phần sẽ đƣợc dùng làm sản phẩm đỉnh,một phần hoàn lƣu lại tháp.Ở đáy đƣợc gia nhiệt bằng nồi đun ống chùm ,sử dụng hơi nƣớc bảo hòa ở 10 atm để cấp nhiệt 12 Đồ án Quá trình và thiết bị GVHD: Ths.Tạ Đăng Khoa PHẦN 2:CÂN BẰNG VẬT CHẤT 1 Cân bằng vật chất: 1.1 Các số liệu ban