ĐỒ ÁN MÔN HỌC GVHD: LÊ XUÂN HẢI MỤC LỤC Lời mở đầu CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU VỀ ACETONE VÀ QUI TRÌNH CÔNG NGHỆ Giới thiệu sơ Sản xuất Aceton Công nghệ chưng cất hỗn hợp Acetone –Nước .9 Chọn loại tháp chưng cất phương pháp chưng cất Sơ đồ qui trình công nghệ thuyết minh qui trình công nghệ 10 CHƯƠNG 2: CÂN BẰNG VẬT CHẤT – CÂN BẰNG NĂNG LƯNG 14 Cân vật chất 15 1.1 Đồ thò cân Acetone – Nước 16 1.2 Xác đònh số hồi lưu thích hợp 17 1.3 Vẽ đường làm việc 19 1.4 Xác đònh số mâm lý thuyết số mâm thực tế 19 Cân lượng .21 2.1 Cân nhiệt lượng tháp chưng cất 21 2.2 Cân nhiệt lượng thiết bò ngưng tụ .23 2.3 Cân nhiệt lượng thiết bò làm lạnh sản phẩm đỉnh 23 2.4 Cân nhiệt lượng thiết bò làm nguội sản phẩm đáy (trao đổi nhiệt với nhập liệu ban đầu) 24 CHƯƠNG 3: TÍNH TOÁN THIẾT BỊ CHÍNH .25 I Kích thước tháp .26 Đường kính đoạn cất 26 SVTH: TRẦN VĂN PHÚC Trang ĐỒ ÁN MÔN HỌC GVHD: LÊ XUÂN HẢI Đường kính đoạn luyện 28 Chiều cao tháp 30 II Tính toán chóp ống chảy chuyền 31 A Tính cho phần cất .31 B Tính cho phần chưng 32 III Tính chi tiết ống dẫn 37 Đường kính ống dẫn vào thiết bò ngưng tụ 37 Ống dẫn dòng chảy hoàn lưu .38 Ống dẫn dòng nhập liệu .38 Ống dẫn dòng sản phẩm đáy .38 Ống dẫn từ nồi đun qua tháp 39 IV Tính trở lực tháp 39 A Tổng trở lực phần cất 39 Trở lực đóa khô ∆Pk 39 Trở lực sức căng bề mặt 40 Trở lực lớp chất lỏng đóa ( Trở lực thủy tónh ∆Pt ) 40 B Tổng trở lực phần chưng .41 Trở lực đóa khô ∆Pk 41 Trở lực sức căng bề mặt 41 Trở lực lớp chất lỏng đóa ( Trở lực thủy tónh ∆Pt ) 42 CHƯƠNG 4: TÍNH CƠ KHÍ 44 Tính bề dày thân trụ tháp 45 Tính - chọn bề dày đáy nắp thiết bò .47 Chọn bích vòng đệm 48 Tính mâm 49 Chân đỡ tai treo thiết bò 50 Tính bảo ôn 53 SVTH: TRẦN VĂN PHÚC Trang ĐỒ ÁN MÔN HỌC GVHD: LÊ XUÂN HẢI CHƯƠNG 5: TÍNH THIẾT BỊ PHỤ 58 I Thiết bò gia nhiệt hỗn hợp đầu hay thiết bò làm nguội sản phẩm đáy .59 Điều kiện nhiệt độ trình 59 Nhiệt tải 60 Chọn thiết bò 60 II Thiết bò làm nguội sản phẩm đỉnh .64 Điều kiện nhiệt độ trình 64 Nhiệt tải 65 Chọn thiết bò 65 III Thiết bò ngưng tụ hồi lưu .69 Điều kiện nhiệt độ trình 69 Nhiệt tải 70 Chọn thiết bò 70 Xác đònh hệ số cấp nhiệt từ dòng sản phẩm đỉnh đến thành ống 70 Xác đònh hệ số cấp nhiệt từ thành ống đến nước .71 Nhiệt tải riêng .72 Hệ số truyền nhiệt .72 Bề mặt truyền nhiệt 72 Chiều dài ống .72 IV Thiết bò nồi đun 73 Điều kiện nhiệt độ trình 73 Nhiệt tải 74 Chọn thiết bò 74 Xác đònh hệ số cấp nhiệt từ dòng sản phẩm đỉnh đến thành ống 74 Tính hệ số cấp nhiệt sản phẩm đáy nồi 75 Hệ số truyền nhiệt .75 Bề mặt truyền nhiệt 75 Chiều dài ống .75 SVTH: TRẦN VĂN PHÚC Trang ĐỒ ÁN MÔN HỌC GVHD: LÊ XUÂN HẢI V Tính bồn cao vò- Bơm 76 Tính bồn cao vò .76 Tính bơm 79 CHƯƠNG 6: TÍNH GIÁ THÀNH THIẾT BỊ .81 TÀI LIỆU THAM KHẢO 83 LỜI MỞ ĐẦU SVTH: TRẦN VĂN PHÚC Trang ĐỒ ÁN MÔN HỌC GVHD: LÊ XUÂN HẢI Một ngành có đóng góp to lớn đến ngành công nghiệp nước ta nói riêng giới nói chung ngành công nghệ hoá học Đặc biệt ngành hóa chất Trong thực tế, sử dụng nhiều dạng hoá chất khác nhau: hỗn hợp nhiều chất hay đơn chất tinh khiết Mà nhu cầu loại hoá chất tinh khiết lớn Quá trình đáp ứng phần độ tinh khiết theo yêu cầu chưng cất: la trình tách cấu tử hỗn hợp lỏng – lỏng, hay hỗn hợp lỏng – khí thành cấu tử riêng biệt dựa vào độ bay khác chúng Và hệ acetone – nước, khômg có điểm đẳng phí nên đạt độ tinh khiết theo yêu cầu nhờ trình chưng cất Nhiệm vụ thiết kế: tính toán hệ thống chưng luyện liên tục để tách hỗn hợp hai cấu tử : acetone – nước với số liệu sau đây: Năng suất sản phẩm đỉnh : 1500 Kg/h Nồng độ sản phẩm đỉnh : 98% theo khối lượng Nồng độ nhập liệu : 30% p suất làm việc : áp suất thường CHƯƠNG SVTH: TRẦN VĂN PHÚC Trang ĐỒ ÁN MÔN HỌC GVHD: LÊ XUÂN HẢI GIỚI THIỆU VỀ ACETONE VÀ QUI TRÌNH CÔNG NGHỆ Giới thiệu sơ : Acetone có công thức phân tử : CH3COCH3 Khối lượng phân tử 58.079 đvC SVTH: TRẦN VĂN PHÚC Trang ĐỒ ÁN MÔN HỌC GVHD: LÊ XUÂN HẢI Là chất lỏng không màu, dễ lưu động dễ cháy, với cách êm dòu có mùi thơm Nó hòa tan vô hạn nước số hợp chất hữu : eter, metanol, etanol, diacetone alcohol… Ứng dụng : Acetone ứng dụng nhiều làm dung môi cho công nghiệp, ví dụ cho vecni, sơn, sơn mài, cellulose acetate, nhựa, cao su … Nó hoà tan tốt tơ acetate, nitroxenluloz, nhựa phenol focmandehyt, chất béo, dung môi pha sơn, mực in ống đồng Acetone nguyên liệu để tổng hợp thủy tinh hữu Từ Acetone tổng hợp ceten, sumfonat (thuốc ngủ), holofom Được tìm thấy vào năm 1595 Libavius, chưng cất khan đường, đến năm 1805 Trommsdorff tiến hành sản xuất Acetone cách chưng cất Acetat bồ tạt sa : phân đoạn lỏng nằm phân đoạn rượu eter Một số thông số vật lý nhiệt động Acetone : • Nhiệt độ nóng chảy : -94.6 0C ; • Nhiệt độ sôi : 56.9 0C ; • Tỷ trọng : d 20 ; • Nhiệt dung riêng Cp : 22 Kcal/mol (chuẩn 102 0C) • Độ nhớt µ : 0.316 cp ( 250C) • Nhiệt trò : 0.5176 cal/g ( 200C) Tính chất hoá học : Cộng hợp với natri bisunfit: OH CH3COCH3 + H2O → CH3 - C - SO3Na CH3 ( 1-metyl-1-hydroxi etan sunfonát natri ) Cộng hợp axit HCN: OH CH3CO + HCN → CH3-C-CN CH3 ( pH= 4-8 ) Phản ứng ngưng tụ : OH O CH3-CO-CH3 + HCH2C=O → CH3-C-CH3-C-CH3 CH3 CH3 ( 4-oxy-4-mêtyll-2-pentanon) SVTH: TRẦN VĂN PHÚC Trang ĐỒ ÁN MÔN HỌC GVHD: LÊ XUÂN HẢI Acetone khó bò oxi hóa thuốc thử Pheling, Tôluen, HNO3đđ, KMnO4 ,… Chỉ bò oxi hóa hỗn hợp KMnO + H2SO4, Sunfôcrômic K2Cr2O7 + H2SO4… Bò gãy mạch cacbon CH3-C-CH3 → CH3-C-CH2-OH → CH3-C-CH=O → CH3COOH + HCOOH O O O Phản ứng khử hoá : CH3COCH3 + H2 → CH3CHOH-CH3 Điều chế : Oxy hóa rượu bậc hai: CH3CHOH-CH3 → CH3COCH3 + H2O Theo phương pháp Piria : nhiệt phân muối canxi axit cacboxylic: (CH3COO)2Ca → CH3COCH3 + CaCO3 Từ dẫn xuất magiê : O O CH3-C-Cl + CH3-MgBr → CH3-C-CH3 + Mg-Br Cl Sản xuất Acetone : Trong thời kỳ chiến tranh giới lần thứ nhất, nhu cầu nguồn Acetone lớn, tong có giới hạn việc thu dược Acetone từ chưng cất gỗ, nên để bổ sung nguồn Acetone Hoa Kỳ áp dụng phương pháp chưng cất khan Ca(CH3COO)2 – thu cách lên men rượu có mặt xúc tác vi khuẩn để chuyển carbohydrate thành Acetone Butyl Alcohol.Công nghệ ứng dụng chủ yếu suốt chiến tranh giới lần thứ năm 20 Tuy nhiên, đến năm 20 công nghệ thay công nghệ có hiệu (chiếm khoảng ¾ phương pháp sản xuất Acetone Hoa Kỳ) : Dehydro Isopropyl Alcol Ngoài ra, số qúa trình sản xuất Acetone khác : - Oxi hóa Cumene Hydro Peroxide thành Phenol Acetone - Oxi hóa trực tiếp Butan – Propan - Lên men Carbo hydrate vi khuẩn đặc biệt - Công ty Shell sử dụng sản phẩm phụ Tổng hợp Acetone cách Dehydro Isopropyl Alcol có xúc tác: • CH3CHOHCH3 + 15.9 Kcal (ở 3270C ) xuctac → CH3COCH3 + H2 SVTH: TRẦN VĂN PHÚC Trang ĐỒ ÁN MÔN HỌC GVHD: LÊ XUÂN HẢI • Xúc tác sử dụng : đồng hợp kim nó, oxit kim loại muối • Ở nhiệt độ khoảng 325 0C , hiệu suất khoảng 97% • Dòng khí nóng sau phản ứng gồm có : Acetone, lượng Isopropyl Alcol chưa phản ứng, H phần nhỏ sản phẩm phụ ( Propylene, diisopropyl eter …) Hỗn hợp làm lạnh khí không ngưng lọc nước Dung dòch lỏng đem chưng cất phân đoạn, thu Acetone đỉnh hỗn hợp nước, Isopropyl Alcol ( ) đáy Công nghệ chưng cất hỗn hợp Acetone –Nước : Ta có Acetone chất lỏng tan vô hạn nước nhiệt độ sôi Acetone ( 56.9 0C 760 mmHg) Nước ( 100 0C 760 mmHg) : cách xa nên phương pháp hiệu để thu Acetone tinh khiết chưng cất phân đoạn dựa vào độ bay khác cấu tử hỗn hợp Trong trường hợp ta sử dụng phương pháp cô đặc cấu tử có khả bay hơi, không sử dụng phương pháp trích ly hấp thụ phải đưa vào pha để tách chúng, làm cho trình phức tạp hơn, hay trìng tách không hoàn toàn Chọn loại tháp chưng cất phương pháp chưng cất : • Chưng cất trình phân tách hỗn hợp lỏng thành cấu tử riêng biệt dựa vào khác độ bay chúng ( hay nhiệt độ sôi ), cách lặp lặp lại nhiều lần trình bay – ngưng tụ, vật chất từ pha lỏng vào pha ngược lại • Đối với chưng cất ta có hai phương pháp thực : Chưng cất đơn giản (dùng thiết bò hoạt động theo chu kỳ): Phương pháp sử dụng trường hợp sau : + Khi nhiệt độ sôi cấu tử khác xa + Khi không đòi hỏi sản phẩm có độ tinh khiết cao + Tách hỗn hợp lỏng khỏi tạp chất không bay SVTH: TRẦN VĂN PHÚC Trang ĐỒ ÁN MÔN HỌC GVHD: LÊ XUÂN HẢI Tách sơ hỗn hợp nhiều cấu tử Chưng cất liên tục hỗn hợp hai cấu tử (dùng thiết bò hoạt động liên tục): trình thực liên tục, nghòch dòng, nhiều đoạn Ngoài có thiết bò hoạt động bán liên tục • Trong trường hợp này, sản phẩm Acetone – với yêu cầu có độ tinh khiết cao sử dụng , cộng với hỗn hợp Acetone – Nước hỗn hợp điểm đẳng phí nên chọn phương pháp chưng cất liên tục hiệu • Chọn loại tháp chưng cất : Có nhiều loại tháp sử dụng, có chung yêu cầu diện tích bề mặt tiếp xúc pha phải lớn, điều phụ thuộc vào độ phân tán lưu chất vào lưu chất Ta khảo sát hai loại tháp chưng cất thường dùng tháp mâm tháp chêm: - Tháp mâm gồm thân tháp hình trụ, thẳng đứng, phía có gắn mâm có cấu tạo khác nhau, pha lỏng pha cho tiếp xúc với Gồm có : mâm chóp, mâm xuyên lỗ , mâm van Thường sử dụng mâm chóp - Tháp chêm tháp hình trụ, gồm nhiều đoạn nối với mặt bích hay hàn Vật chêm đổ đầy tháp theo hay hai phương pháp : xếp ngẫu nhiên hay xếp thứ tự Chọn loại mâm chóp để thực trình chưng cất ưu điểm sau: - Dễ dàng làm vệ sinh thông qua cửa sữa chữa - Với chức năng, tổng khối lượng tháp mâm thường nhỏ so với tháp chêm - Hiệu suất mâm không đổi khoảng vận tốc dòng lỏng khí - Có thể lắp đặt ống xoắn giải nhiệt mâm cần thiết - Tháp mâm thích hợp trường hợp có số mâm lý thuyết số đơn vò truyền khối lớn - Tháp thiết kế để giữ lượng lỏng đònh mâm - Chi phí tháp mâm có đường kính lớn rẻ so với tháp đệm - Dễ dàng đưa vào loại bỏ dòng bên + - SVTH: TRẦN VĂN PHÚC Trang 10 ĐỒ ÁN MÔN HỌC GVHD: LÊ XUÂN HẢI - q’1 = 369.58 (W/m2) - q − q1' = 0.024 < 0.05 (Hợp lý ) q2 Vậy thông số chọn phù hợp III Thiết bò ngưng tụ hồi lưu Điều kiện nhiệt độ trình N ươ ù c S ả n phẩ m đỉ nh Nươ ù c S ả n phẩ m đỉ nh 57.30C 57.30C 400C 270C Thông thường người ta chọn loại thiết bò ngưng tụ với chất làm lạnh nước để ngưng tụ Dòng nóng 57.3 0C (hơi ) → 57.3 0C (lỏng ) Dòng lạnh 27 0C (lỏng ) → 40 0C (lỏng ) Chênh lệch nhiệt độ đầu nhỏ : ∆tn = 57.3 – 40 = 17.3 0C Chênh lệch nhiệt độ đầu lớn : ∆tL = 57.3 –27 = 30.3 0C Hiệu số nhiệt độ trung bình : ∆t log = 30.3 − 17.3 = 23.20  30.3  C ln   17.3  Nhiệt độ trung bình lưu thể : tt1 = 57.3 = 33.5 0C SVTH: TRẦN VĂN PHÚC Trang 73 ĐỒ ÁN MÔN HỌC GVHD: LÊ XUÂN HẢI tt2 = 57.3 – 23.2 = 34.1 0C Nhiệt tải Nhiệt lượng cần thiết để ngưng tụ sản phẩm đỉnh tháp ( phần cân nhiệt ): Q = 1500 *0.92 *544.31 *1000/3600 = 208652.17(W) Chọn thiết bò Chọn loại thiết bò ống chùm, đặt nằm ngang vật liệu đồng thau, hệ số dẫn nhiệt λ = 93 W/h.độ Thiết bò gồm 187 ống, xếp thành hình sáu cạnh, số ống vòng 43 ống Chọn đường kính ống dh = 0.032m, loại ống 32x3mm Đường kính thiết bò : Dtr =t.(b –1) +4.dh t : bước ống, chọn t =1.5dh =1.5*0.032 = 0.048 (m) b = 2.a –1 =2.8 –1 =15 (a = :số ống cạnh hình sáu cạnh ) ⇒ Dtr = 0.048*(15-1) + 4*0.032 = 0.8(m) Xác đònh hệ số cấp nhiệt từ dòng sản phẩm đỉnh đến thành ống Ở nhiệt độ trung bình cuả dòng nóng t t1 = 57.3 0C, ta tra thông số : ρ =748.97 (Kg/m3) µ = 0.23*10-3(Ns.m2) r = 521.42 *10-3 : ẩn nhiệt ngưng tụ Acetone c = 2296.22 J/Kg : nhiệt dung riêng Acetone λ = 0.165 W/m.độ : hệ số cấp nhiệt Acetone dtđ = D − n.d 0.8 − 187 * 0.032 = = 0.066 (m) D + n.d 0.8 + 187 * 0.032 + Chọn ∆t = 0C → tw1 = 57.3 - = 54.3 0C - Hệ số cấp nhiệt α1 = r * ρ * λ3 521.42 * 10 * 784.97 * 0.165 = 1.28 * 28* µ * ∆t * d td 0.23 *10 −3 * * 0.066 = 2966.56 (W/m2.độ ) - Hệ số cấp nhiệt trung bình chùm ống : αch = ε * α1 Tra đồ thò V.18 trang 29 Sổ tay tập : ε = 0.90 SVTH: TRẦN VĂN PHÚC Trang 74 ĐỒ ÁN MÔN HỌC GVHD: LÊ XUÂN HẢI → αch = 0.90*2966.56 = 2669.90 ( W/m2.độ ) Xác đònh hệ số cấp nhiệt từ thành ống đến nước - Nhiệt độ trung bình dòng lạnh t tb2 = (40 + 27)/2 = 33.5 0C , tra thông số : ρnưóc =993.95 (Kg/m3) µnước = 0.75*10-3(Ns.m2) - Vận tốc nước ống : w= Gn 3.893 = ρ n * n * 0.785 * d 993.95 * 187 * 0.785 * 0.032 Trong Gn = 3.893 (Kg/s) → w = 0.039 (m/s) - Tính chuẩn số Re : ϖ d ρ Re = = 1343.46 µ 10 < Re 50 nên chọn ε2 = 1) → Nu = 22.69 Nu.λ = 547.18 (W/m2.độ ) - Hệ số cấp nhiệt α2 = d ( λnước tra 33.5 0C 0.627 W/m2.độ) Nhiệt tải riêng SVTH: TRẦN VĂN PHÚC Trang 75 ĐỒ ÁN MÔN HỌC GVHD: LÊ XUÂN HẢI - q1 = αch* ∆t1 = 2669.90*3 = 8009.7 (W/m2) - q2 = α2* ∆t2 = 547.18*15 = 8207.67 (W/m2) Sai số q1 q2 : q − q1 = 0.024 < 0.05 ( 5% ) q2 Hệ số truyền nhiệt δ -1 + r1 + + r2 + K=[ ] α1 λ α2 λ = λCu = 93 (W/m2.độ) δ = (mm)= 0.003 (m) α1 = 2966.56 (W/m2.độ ) α2= 547.18 ( W/m2.độ) Xem hệ số cáu bẩn nước bẩn r = 0.387*10-3 (W/m2.độ) Xem hệ số cáu bẩn nước thường r = 0.464*10-3 (W/m2.độ) →K = [ 0.003 + 0.387 *10 −3 + + 0.464 * 10 −3 + ]-1 2966.56 93 547.18 = 328.09 (W/m2.độ ) Bề mặt truyền nhiệt Q 208652.17 F = K ∆t = 328.09 * 23.20 = 27.41 (m2) log Chiều dài ống L= F 27.41 = = 1.489 (m) n.π d h 3.1416 * 0.032 * 187 Chọn L = 1.5 (m) Tóm lại : Thiết bò ngưng tụ hồi lưu – Thiết bò chùm ống có : Đường kính thiết bò D = 0.8 (marketing) = 800(mm) Số ống n = 187 ống Chiều dài ống L = 1.5 (m), đường kính d = 32(mm) = 0.032 (m) Nước ống, dòng sản phẩm đỉnh ống , thiết bò đặt nằm ngang IV Thiết bò nồi đun Điều kiện nhiệt độ trình SVTH: TRẦN VĂN PHÚC Trang 76 ĐỒ ÁN MÔN HỌC GVHD: LÊ XUÂN HẢI Đá y thá p (hơi) Hơi N ướ c Đá y thá p Sả n phẩ m đá y 119.60C Nướ c 119.60C 106.50C 90.60C Ta dùng nước bão hòa có áp suất tuyệt đối 2at, nhiệt độ sôi 119.6 0C, để cấp nhiệt cho dung dòch Dòng nóng 119.6 0C (hơi ) → 119.6 0C (hơi ) Dòng lạnh 96 0C (lỏng ) → 106.5 0C (hơi ) (Tra nhiệt độ sôi Acetone áp suất 2at Bảng I.207 trang 246 Sổ tay tập 1) Chênh lệch nhiệt độ đầu vào : ∆tn = 23.6 0C Chênh lệch nhiệt độ đầu : ∆tL = 13.1 0C Hiệu số nhiệt độ trung bình : ∆t log = 23.6 − 13.1 = 17.84  23.6  C ln   13.1  Nhiệt tải Nhiệt lượng nước cần cung cấp (tiếp theo phần cân nhiệt ): QD2 = Qy + Qw + Qxq2 + Qng2 – QF - QR = 208652.17(W) SVTH: TRẦN VĂN PHÚC Trang 77 ĐỒ ÁN MÔN HỌC GVHD: LÊ XUÂN HẢI Hay QD2 = 1.05 ( Qy + Qw – QF - QR ) = 1.05* ( 1.95*10 + 1.465*109 –1.280*109 – 1.844*108 ) = 2.048*109 (J/h) = 5,689*105 (J/s) Chọn thiết bò Đặt nồi đun Kette riêng biệt với tháp Nồi đun tiếp nhận dòng lỏng bên tháp Nhờ nước bão hòa có nhiệt độ cao nhiệt độ dòng lỏng giúp hóa phần lỏng đáy tháp mục đích tạo cho phần có điều kiện lên đỉnh tháp Ống dùng ttrong nồi có kích thước : đường kính ống dh = 0.032m, loại ống 32x3mm Thiết bò gồm 187 ống, xếp thành hình sáu cạnh, số ống vòng 43 ống Xác đònh hệ số cấp nhiệt từ dòng sản phẩm đỉnh đến thành ống - Xác đònh chuẩn số Re : Khi ngưng mặt ống nằm ngang : π d z.q Rem = ( Trang 27 Sổ tay tập 2) 2.µ r Độ nhớt nước ngưng :µ = 0.233*10-3(Ns.m2) nhiệt độ 119.0 0C r = 2173 *10-3 ( nhiệt hóa ) z : số ống dãy ống ( ống xếp lên ống ), z = ống Chọn Ksb = 700 (W/m2.độ ) qsb = K.∆tlog = 700*17.84 = 12488 (W/m2) → Rem = 3.14 * 0.032 * * 12488 = 9.94 < 50 * 0.233 * 10 −3 * 2173 * 10 Và Pr119.6 = 2.5 > 0.5 Do hệ số cấp nhiệt α1 xác đònh theo công thức : r * ρ * λ3 2173 * 10 * 944 * 0.684 = 1.28 * α1 = 1.28* µ * ∆t * d td 0.208 *10 −3 * * 0.032 = 16513.77 (W/m2.độ ) Trong ρ1 = 944 (Kg/m3) λ = 0.684 (W/m.độ ) Chọn ∆t1 = 0C SVTH: TRẦN VĂN PHÚC Trang 78 ĐỒ ÁN MÔN HỌC GVHD: LÊ XUÂN HẢI Tính hệ số cấp nhiệt sản phẩm đáy nồi - Hệ số cấp nhiệt α2 cho chế độ sủi bọt áp dụng theo công thức V.94 Sổ tay tập2 - Xem sản phẩm đáy nước nồng độ Acetone nhỏ Khi tính hệ số cấp nhiệt theo công thức V.95 Sổ tay tập α2 = 0.56* q0.7 *p0.5 (W/m2.độ) Với p = 1.114 at : áp suất làm việc bề mặt thoáng dung dòch q = q1 :giả thiết truyền nhiệt ổn đònh q = q1 = α * ∆t1 = 16513.77 * = 49541.31(W / m ) ⇒ α2 = 0.56 * 49541.310.7 * 1.114 0.15 = 1100 77 (W/m2.độ) - Chọn ∆t2 = 14.5 0C → ttw2 = (96 +106.5)/2 + 14.5 = 115.75 0C ⇒ q2 = 1100.77*14.5 = 15961.165 (W/m2) Sai số q1 q2 : q − q1 = 0.033 < 0.05 ( 5% ) q2 Vậy thông số chọn phù hợp Hệ số truyền nhiệt δ -1 + r1 + + r2 + K=[ ] α1 λ α2 λ = λCu = 93 (W/m2.độ) δ = (mm)= 0.002 (m) α1 = 16513.77 (W/m2.độ ) α2= 1100.77 ( W/m2.độ) Xem hệ số cáu bẩn nước bẩn r1 = 0.387*10-3 (W/m2.độ) Xem hệ số cáu bẩn nước thường r = 0.464*10-3 (W/m độ) →K = [ 0.002 + 0.387 * 10 −3 + + 0.464 * 10 −3 + ]-1 16513.77 93 1100 77 = 539.88 (W/m2.độ ) Bề mặt truyền nhiệt F= Q 5.689 * 10 = = 59.067 (m2) K ∆t log 539.88 * 17,84 Chiều dài ống L= F 59.067 = = 3.142 (m) n.π d h 3.1416 * 0.032 * 187 SVTH: TRẦN VĂN PHÚC Trang 79 ĐỒ ÁN MÔN HỌC GVHD: LÊ XUÂN HẢI Chọn L = 3.25 (m) V Tính bồn cao vò- Bơm Tính bồn cao vò: (xem trang sau) - Tính sơ z2 : ( chiều cao từ đế chân đỡ đến vò trí nhập liệu ) z2 = Ho – [ l1 + ht + h + 386 + 8*(H + δm ) + 100 ] (mm) Với Ho : chiều cao tháp so với đế chân đỡ , Ho = 5105 (mm) l1 : chiều cao ống dẫn đỉnh ,l1 = 130 (mm) ht , h : chiều cao đáy gờ , ht = 200 (mm), h = 25(mm) 386 : chiều cao mâm thứ SVTH: TRẦN VĂN PHÚC Trang 80 ĐỒ ÁN MÔN HỌC GVHD: LÊ XUÂN HẢI H, δm: khoảng cách mâm chiều dày mâm H = 300, δm = (mm) : số mâm (tính đến vò trí nhập liệu) 100 : khoảng cách từ mâm thứ đến vò trí nhập liệu ⇒ z2 = 5105 – [ 130 + 200 + 25 + 386 + 8( 300 + ) + 100] = 1832 (mm) - Xét hai mặt cắt 1-1 2-2 : P1 v 21 P2 v 2 + = z2 + + + ∑ hw1−2 z1 + γ 2g γ 2g P − P v 2 − v 21 + ∑ hw1− ⇒ z1= z2 + + γ 2g Trong : v1 =0(m/s) P2 − P1 ∆Pcat 5297.9 = = = 0.568 (m) = 568 (mm) γ γ 949.8 * 9.81 ρ = ρ F68.5 = 949.8 (Kg/m3 ) Chọn đường kính ống dẫn : d = 40 (mm) = 0.04 (m) C v2 = 4QF *1.505 * 10 −3 = = 1.2 (m/s) π d 3.1416 * 0.04 Tổng trở lực đường ống : 24 λ l v ∑ hw1−2 = (∑ ξ i + ) i =1 d 2.g Chọn sơ chiều dài chiều dài ống dẫn l = 15 (m) + Tính hệ số λ : v d ρ F 1.2 * 0.04 * 949.8 = = 118601 > 104 Re = µF 0.3844 * 0.04 Nên λ = (1.46.∆ + 100 0.25 ) Re Chọn ε = 0.2 (mm) ( độ nhám tuyệt đối ống dẫn ) ε 0.2 ∆= d = 40 = 0.005 ⇒ λ = (1.46 * 0.005 + 100 ) 0.25 = 0.03 118601 + Các hệ số tổn thất cục :  Hệ số trở qua thiết bò gia nhiệt nhập liệu : ξ1 = (6 + * m)( S / d ) −0.03 * Re −0.26 Số dãy ống m = 11 SVTH: TRẦN VĂN PHÚC Trang 81 ĐỒ ÁN MÔN HỌC GVHD: LÊ XUÂN HẢI dống = 0.021 (m) Khoảng cách hai tâm ống :S = t.cos30 = 26 (mm) ⇒ ξ1 = (6 + * 11)(26 / 21) −0.03 * 118601 −0.26 = 4.79  Hệ số trở lực qua đoạn uốn ống : ξ’ = ξ2 = ξ4 = ξ5 = ξ6 = ξ7 = ξ11 = ξ12 = ξ13 = ξ14 = ξ14 = ξ15 = ξ17 = A.B.C Góc uốn θ = 900 → A = a = 40 (mm) → a = → B = 0.21 d R =1→ C = d → ζ 1' = * 0.21 * = 0.21  Hệ số trở lực lưu lượng kế không đáng kể : ξ20 =  Hệ số trở lực van côn ống tròn thẳng : ξ” = ξ3 = ξ18 = ξ19 = ξ21 = 0.05  Hệ số đột mở ξ24 = 0.57 : Re= 118601.4 > 104 F0 d 02 0.04 = = = 0.25 F1 d12 0.08  Hệ số đột mở trước vào thiết bò gia nhiệt : ξ7 = 0.31 : Re= 118601.4 > 104 F0 d 02 0.04 = = = 0.44 F1 d12 0.06 ( Chọn đường kính lỗ mở thiết bò gia nhiệt 60 (mm))  Hệ số đột thu sau thiết bò gia nhiệt : ξ10 = 0.32 : Re= 118601.4 > 104 F0 d 02 0.04 = = = 0.44 F1 d12 0.06  Chọn đường kính lỗ mở bồn cao vò : 100(mm) Hệ số đột thu ξ1 = 0.46 : Re= 118601.4 > 104 F0 d 02 0.04 = = = 0.16 F1 d12 0.12  Hệ số tổn thất ống ngã : SVTH: TRẦN VĂN PHÚC Trang 82 ĐỒ ÁN MÔN HỌC GVHD: LÊ XUÂN HẢI ξ16 = ξ23 = ξn = A.ξ’ + ξo F3 = 0.5 → A = 0.72 F2 V3 = 0.5 Tỷ số lưu lượng V2 F3 = 0.5 Và F2 Do → ξ’ = 1.63 ξ0 = 0.53 ⇒ ξ16 = ξ23 = 0.72*1.63 + 0.53 = 1.70 ⇒ ∑ ξcb = ξ1 + ξ7 + ξ10 + 2.ξn + ξ + 11 ξ’ + ξ” = 0.46 + 0.31 + 0.32 + 2*1.7 + 4.79 + 11*0.21 + 4*0.05 = 11.79 0.03 * 1.5 1.2 ) = 1.691(m) = 1691(mm) 0.04 2.9.81 1.2 ⇒ z1 = 1.832 + 0.568 + + 1.691 = 4.164 (m) = 4164 * 9.81 ⇒ ∑ hw1−2 = (11 79 + (mm) o Khoảng cách từ mâm nhập liệu đến đế chân thiết bò : o H1 = z2 = 1832 (mm) Vậy khoảng cách từ mực chất lỏng bồn cao vò đến bơm ( giả sử đặt đế chân đỡ ) H cv = z1 = 4164 (mm) Tính bơm Áp dụng phương trình Bernulli cho mặt cắt (1-1) (33) : v32 P3 v12 P + + + ∑ h1−3 Hb + z + = z1 + 2.g γ 2.g γ Trong : P1 = P3 = at γ1 = γ3 v1 = v3 : chọn đường kính ống hút đường kính ống đẩy ⇒ Hb = z1 – z3 + ∑h1-3 + Chọn chiều cao mực chất lỏng bồn chứa nguyên liệu cao đế chân đỡ 0.3 (m) = 300 (mm) 11 λ.l v h1-3 = (∑ ξ i + ) i =1 d SVTH: TRẦN VĂN PHÚC 2.g Trang 83 ĐỒ ÁN MÔN HỌC - GVHD: LÊ XUÂN HẢI Chọn chiều dài ống dẫn l= (m) Chọn đường kính ống dẫn d = 40 (mm) Vận tốc v= 1.5 (m/s) Tính hệ số λ : v.d ρ 1.5 * 0.04 * 978.98 = = 74690.77 > 104 Re = −3 µ 0.78 * 10 Nên λ = (1.46.∆ + 100 0.25 ) Re Chọn ε = 0.2 (mm) ( độ nhám tuyệt đối ống dẫn ) ε 0.2 ∆= d = 40 = 0.005 ⇒ λ = (1.46 * 0.005 + - 100 ) 0.25 = 0.03 74690.77 Tương tự tính bồn cao vò ta có hệ số trở lực cục : ξ1 = 0.32 ; ξ2 = ξ4 = ξ6 = ξ7 = ξ9 = ξ10 = 0.21 ; ξ3 = ξ5 = 0.05 ; ξ8 = 1.7; ξ10 = 0.31 ⇒ ∑ξcb = 0.32 + 6*0.21 + 2*0.05 + 1.7 + 0.31 = 3.69 ⇒ ∑h1-3 = ( 3.69 + 0.03* 1.5 = 1.111(m) = 1111 )* 0.04 * 9.81 (mm) ⇒ Hb= 4164 – 300 + 1111 = 4975 (mm) = 4.975 (m) • Công suất bơm ly tâm : Q.H b ρ g Nt = 1000.η Q = π d2 0.04 v = 3.1416 * * 1.5 = 1.855 *10 −3 (m3/s) 4 Hb = 4.975 (m) ρ = 970.98 (Kg/m3) η = 75% (Hiệu suất bơm) ⇒ Nt = 1.885 * 10 −3 * 4.975 * 970.98 * 9.81 = 0.12( KW) 1000 * 0.75 • Công suất động điện : Ndc = Nt 0.12 = = 0.15 (KW) η tr η dc 0.9 * 0.9 Với ηtr : hiệu suất truyền động ηđc : hiệu suất động SVTH: TRẦN VĂN PHÚC Trang 84 ĐỒ ÁN MÔN HỌC GVHD: LÊ XUÂN HẢI Đề phòng tải, ta chọn bơm có công suất N = 2.Nt = 2*0.12 = 0.24 (KW) CHƯƠNG TÍNH GIÁ THÀNH THIẾT BỊ SVTH: TRẦN VĂN PHÚC Trang 85 ĐỒ ÁN MÔN HỌC GVHD: LÊ XUÂN HẢI Khối lượng vật liệu (Kg) Thép X18H10T Thép CT3 351.03 61 17.54 98.26 47.49 Chi tiết Vỏ tháp Nắp-đáy Mâm Chóp ng ng chảy chuyền Bích nối thân Bích nối ống dẫn Tổng 31.20 229.96 12.56 Vật liệu Thép X18H10T Thép CT3 Bulông M5 M8 M16 M20 Chi tiết khác 606.52 242.52 Giá vật liệu ( Đồng/Kg) 50000 10000 Thành tiền ( Đồng) 30326000 2425200 Đồng/con 500 1000 2000 2500 Đồng/Đơnvò Số lượng ( Con) 150 857 48 360 Đơn vò Thành tiền (Đồng) 75000 857000 96000 900000 Thành tiền ( Đồng) Kiếng thủy 250000/m2 0.318 m2 80000 tinh p kế 600000/cái 1200000 Nhiệt kế 150000/cái 600000 Lưu lượng kế 1000000/cái 1000000 Vật liệu cách 4000000/m3 0.44m3 1750000 nhiệt - Tổng tiền vật tư chế tạo tháp thiết bò có liên quan đến họat động tháp : 39309000 ( Đồng ) SVTH: TRẦN VĂN PHÚC Trang 86 ĐỒ ÁN MÔN HỌC - GVHD: LÊ XUÂN HẢI Tiền gia công chế tạo lắp đặt :( lấy 1.5 tiền vật tư ) : 58963500 ( Đồng ) Vậy giá thành tháp chưng : 98272500 ( Đồng) TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Võ Văn Ban, Vũ Bá Minh,Giáo trình Quá trình thiết bò công nghệ hóa học Tập 3, ĐHBK Tp.HCM [2] Phạm Văn Bôn, Giáo trình Quá trình thiết bò công nghệ hóa học Tập 5, ĐHBK Tp.HCM [3] Giáo trình Quá trình thiết bò công nghệ hóa học Tập 10 – Ví dụ Bài tập , ĐHBK Tp.HCM [4] Sổ tay Quá trình thiết bò công nghệ hóa học Tập Tập 2, ĐHBK Hà Nội [5] Gs,Ts Nguễn Bin, Thiết bò công nghệ hoá chất thực phẩm, Tập Tập [6] Raymond E.KIPK and Donald F.Othmer, Encyclopedia of Chemcial technology SVTH: TRẦN VĂN PHÚC Volume 1, Trang 87 ... …) Hỗn hợp làm lạnh khí không ngưng lọc nước Dung dòch lỏng đem chưng cất phân đoạn, thu Acetone đỉnh hỗn hợp nước, Isopropyl Alcol ( ) đáy Công nghệ chưng cất hỗn hợp Acetone Nước : Ta có Acetone. .. nhiều đoạn Ngoài có thiết bò hoạt động bán liên tục • Trong trường hợp này, sản phẩm Acetone – với yêu cầu có độ tinh khiết cao sử dụng , cộng với hỗn hợp Acetone – Nước hỗn hợp điểm đẳng phí... acetone = racetone + tD Cacetone nước = rnước + tD Cnước rnước, racetone , Cacetone , C nước tra bảng I.212 bảng I.153 (Sổ tay tập ) tD=57.3 oC Cacetone = 2296.06 ( J/Kg.độ ) Cnước = 4187.94