CHƯƠNG : TỔNG QUAN LÝ THUYẾT VỀ CHƯNG CẤT 1.1 Khái niệm 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 - ngưng tụ, vật chất từ pha lỏng vào pha ngược lại Khác với cô đặc, chưng cất trình dung môi chất tan bay hơi, cô đặc trình có dung môi 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 gồm cấu tử có độ bay lớn (nhiệt độ sôi nhỏ ), sản phẩm đáy chủ yếu gồm cấu tử có độ bay bé (nhiệt độ sôi lớn) Đối với hệ Aceton- Nước sản phẩm đỉnh chủ yếu gồm aceton nước, ngược lại sản phẩm đáy chủ yếu gồm nước aceton 1.2 Các phương pháp chưng cất 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 Chưng cất đơn giản (gián đoạn): phương pháp đuợc sử dụng trường hợp sau: + Khi 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 cất hỗn hợp hai cấu tử (dùng thiết bị hoạt động liên tục) trình thực liên tục, nghịch dòng, nhiều đoạn Phương pháp cấp nhiệt đáy tháp: cấp nhiệt trực tiếp nước: thường áp dụng trường hợp chất tách không tan nước Vậy: hệ Aceton- Nước ta chọn phương pháp chưng cất liên tục cấp nhiệt gián tiếp nồi đun áp suất thường 1.3 Thiết bị chưng cất Có nhiều loại tháp sử dụng, phải có điểm chung diện tích tiếp xúc bề mặt pha phải lớn, điều phụ thuộc vào độ phân tán lưu chất vào lưu chất khác 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 tiếp xúc với Gồm có: mâm chóp, mâm xuyên lỗ, mâm van Thường sử dụng mâm chóp -Tháp chêm loại tháp hình trụ, gồm nhiều đoạn nối với mặt bích hay hàn Vật chêm đỗ đầy tháp theo hay hai phương pháp: xếp ngẫu nhiên hay xếp thứ tự So sánh ưu nhược điểm loại tháp: Tháp chêm - Đơn giản - Trở lực thấp Tháp mâm xuyên lỗ Tháp mâm chóp Ưu điểm: - Hiệu suất tương đối cao - Hiệu suất cao - Hoạt động ổn định - Hoạt động ổn định - Làm việc với chất lỏng bẩn Nhược điểm: - Hiệu suất thấp - Trở lực cao - Cấu tạo phức tạp - Yêu cầu lắp đặt khắt khe - Độ ổn định - Trở lực lớn -> lắp đĩa thật phẳng - Không làm việc với - Thiết bị nặng chất lỏng bẩn Nhận xét: tháp mâm chóp có hiệu suất cao nên ta chọn chưng cất tháp mâm chóp Chưng luyện hệ Aceton –nước ta dùng tháp chóp hoạt động liên tục áp suất thường, cấp nhiệt gián tiếp đáy tháp Giới thiệu nguyên liệu 2.1 Aceton Acetone có công thức phân tử : CH 3COCH3 Khối lượng phân tử 58.079 đvC Là chất lỏng không màu, dễ lưu động dễ cháy, với cách êm dịu có mùi thơm Nó hòa tan vô hạn nước số hợp chất hữu như: eter, metanol, etanol, diacetone alcohol Ứng dụng: Acetone ứng dụng nhiều làm dung mội cho công nghiệp, ví dụ cho vecni, sơn mài,cellose acetate, nhựa,cao su Nó hòa tan tốt tơ actate, nitroxenluloz, nhựa phênol focmande hyt, chất béo, dung môi pha sơn, mực in ống đồng Acetone nguyên liệu để 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 soda: phân đoạn lỏng nằm phân đoạn rượu eter Một số thông số vật lý nhiệt động Acetone : • Nhiệt độ nóng chảy : -94.6 oC • Nhiệt độ sôi : 56.1oC • Tỷ trọng : • Nhiệt dung riêng Cp 102oC) d420 : 22 Kcal/mol (chuẩn • Độ nhớt μ : 0.316 Cp (ở 250oC) • Nhiệt trị : 0.5176 cal/g (ở 20oC) Tính chất hóa học : Cộng hợp với natri bisunfit: OH CH3COCH3 + NaHSO3 → CH3-C-SO3Na CH3 (1-metyl-1-hydroxi etan sunfonat natri) Cộng hợp axit HCN OH CH3COCH3 + HCN →CH3-C-CN CH3 Acetone đ,KMnO4, khó bị oxi hóa thuốc thử pheling,Tôluen,HNO 3đ Chỉ bị oxi hóa hỗn hợp KMnO +H2SO4,Sunfocromic K2Cr2O7 + H2SO4 Bị gãy mạch cácbon Phản ứng khử hóa: CH3COCH3 + H2 → CH3CHOHCH3 Điều chế: Oxi hóa rượu bậc hai: CH3CHOH-CH3 → CH3COCH3 + H2O Theo phương pháp Piria: nhiệt phân muối canxi axit cacboxylic: (CH3COO)2Ca → CH3COCH3 + CaCO3 2.1 Nước Trong điều kiện bình thường: nước chất lỏng không màu, không mùi, không vị khối nước dày có màu xanh nhạt Khi hóa rắn tồn dạng tinh thể khác Tính chất vật lý:  Khối lượng phân tử : 18g/mol  Khối lượng riêng d40C : 1g/ml  Nhiệt độ nóng chảy : 00C  Nhiệt độ sôi : 1000C Nước hợp chất có chiếm phần lớn trái đất (3/4 diện tích trái đất nước biển) cần thiết cho sống Nước dung môi phân cực mạnh, có khả hòa tan nhiều chất dung môi quan trọng kỹ thuật hóa học 1.3 Công nghệ chưng cất hỗn hợp Aceton-Nước Acetone chất lỏng tan vô hạn nước nhiệt độ sôi Acetone (56.10C 760 mmHg) nước (100 0C 760mmHg): cách xa nên phương pháp hiệu để thu Acetone tinh khiết chưng cất phân đoạn dựa vào độ bay khác cấu tử hỗn hợp 1.4 Sơ đồ quy trình công nghệ thuyết minh quy trình công nghệ Thuyết minh qui trình công nghệ: Hỗn hợp Acetone – nước có nồng độ Acetone 30% ( theo phân mol), nhiệt độ khoảng 250C bình chứa nguyên liệu (1) bơm (2) (3) bơm lên bồn cao vị (4) Từ đưa đến thiết bị gia nhiệt nhập liệu (6) Sau đó, hỗn hợp đun sôi đến nhiệt độ sôi thiết bị gia nhiệt(6), hỗn hợp đưa vào tháp chưng cất (7) đĩa nhập liệu, điều chỉnh lưu lượng kế (5) Trên đĩa nhập liệu, chất lỏng trộn với phần lỏng từ đoạn luyện tháp chảy xuống Trong tháp từ lên gặp chất lỏng từ xuống Ở đây, có tiếp xúc trao đổi hai pha với Pha lỏng chuyển động phần chưng xuống giảm nồng độ cấu tử dễ bay bị pha tạo nên từ nồi đun (12) lôi cấu tử dễ bay Nhiệt độ lên thấp, nên qua đĩa từ lên cấu tử có nhiệt độ sôi cao nước ngưng tụ lại, cuối đỉnh tháp ta thu hỗn hợp có cấu tử Acetone chiếm nhiều (có nồng độ 98% phân mol) Hơi vào thiết bị ngưng tụ (8) ngưng tụ hoàn toàn Một phần chất lỏng ngưng tụ qua thiết bị làm nguội sản phẩm đỉnh (10), đưa qua bồn chứa sản phẩm đỉnh (11) Phần lại chất lỏng ngưng tụ hoàn lưu tháp đĩa với tỉ số hoàn lưu tối ưu Một phần cấu tử có nhiệt độ sôi thấp bốc hơi, lại cấu tử có nhiệt độ sôi cao chất lỏng ngày tăng Cuối cùng, đáy tháp ta thu hỗn hợp lỏng hầu hết cấu tử khó bay ( nước) Hỗn hợp lỏng đáy có nồng độ Acetone % phân mol, lại nước Dung dịch lỏng đáy khỏi tháp vào nồi đun (12) Trong nồi đun dung dịch lỏng phần bốc cung cấp lại cho tháp để tiếp tục làm việc, phần lại khỏi nồi đun trao đổi nhiệt với dòng nhập liệu thiết bị (7) (sau qua bồn cao vị) Hệ thống làm việc liên tục cho sản phẩm đỉnh Acetone , sản phẩm đáy sau trao đổi nhiệt với nhập liệu thải bỏ  Chú thích kí hiệu qui trình: Bồn chứa nguyên liệu Bơm Bồn cao vị Thiết bị đun sôi dòng nhập liệu Bẩy Lưu lượng kế Nhiệt kế Tháp chưng cất Thiết bị ngưng tụ sản phẩm đỉnh 10 Áp kế 11 Thiết bị đun sôi đáy tháp 12 Thiết bị làm nguội sản phẩm đáy 13 Bồn chứa sản phẩm đáy 14 Bộ phận chi dòng 15 Bồn chứa sản phẩm CHƯƠNG 2: CÂN BẰNG VẬT CHẤT 2.1 Cân Bằng Vật Chất Thông số ban đầu - GF: lưu lượng khối lượng dòng nguyên liệu kg/h - Gp: lưu lượng khối lượng dòng sản phẩm đỉnh kg/h - Gw: lưu lượng khối lượng dòng sản phẩm đáy kg/h - F: lưu lượng mol dòng nguyên liệu kmol/h - P: lưu lượng mol dòng sản phẩm đỉnh kmol/h - W: lưu lượng mol dòng sản phẩm đáy kmol/h - aF: phần khối lượng cấu tử nhẹ dòng nguyên liệu % khối lượng - ap: phần khối lượng cấu tử nhẹ dòng sản phẩm đỉnh % khối lượng - aw: phần khối lượng cấu tử nhẹ dòng sản phẩm đáy % khối lượng - xF: phần mol cấu tử nhẹ pha lỏng dòng nguyên liệu %mol - xP: phần mol cấu tử nhẹ pha lỏng dòng sản phẩm đỉnh % mol - xw: phần mol cấu tử nhẹ pha lỏng dòng sản phẩm đáy % mol - yF: phần mol cấu tử nhẹ pha dòng nguyên liệu % mol - yP: phần mol cấu tử nhẹ pha dòng sản phẩm đỉnh % mol yw: phần mol cấu tử nhẹ pha dòng sản phẩm đáy % mol Kí hiệu: A: cấu tử Aceton, MA = 58 B: nước, MB = 18 Năng suất nhập liệu GF =1500 Kg/h Nồng độ dung dịch đầu : aF= 30%khối lượng Aceton/hỗn hợp Nồng độ sản phẩm đỉnh : aP = 98%khối lượng Aceton/hỗn hợp Phương trình cân vật chất cho tháp chưng F=P+W(1) F * xF = P * x P + W * xW ( )  Chuyển phần khối lượng sang phần mol Thành phần mol Aceton hổn hợp đầu: aF M1 XF = aF (1 − aF ) + M1 M2 = 0.30 58 = 0.117 0.30 (1 − 0.30) + 58 18 phân mol aceton Thành phần mol aceton sản phẩm đỉnh: aP M1 XP = aP (1 − aP ) + M1 M2 = 0.98 58 = 0.938 0.98 (1 − 0.98) + 58 18 phần mol aceton Thành phần mol aceton sản phẩm đáy: aw 0.02 M1 58 XW = = 0.006 aw (1 − aw ) 02 (1 − 0.02) + + M1 M = 58 18 phần mol Acetone (chọn sản phẩm đáy có hàm lượng aceton 2%) - Tính phân tử lượng trung bình hổn hợp theo công thức: MK= xK* MA+ (1- xK) * MB  Trong hổn hợp đầu: M F = xF * M1 + (1- xF ) * M2 = 0.117 * 58 + (1 – 0.117 ) * 18 = 22.69 Kg/Kmol  Trong sản phẩm đỉnh: MP = xP* M1 + (1- xD ) * M2 = 0.938* 58 + (1 – 0.938) * 18 = 55.52 Kg/Kmol  Trong sản phẩm đáy M W = xW * M1 + (1- xW ) * M2 = 0.006 * 58 + (1 – 0.006 ) * 18 = 18.24 ( Kg/Kmol)  Suất lượng sản phẩm đỉnh : GF 1500 F= M = = 66.09 ( Kmol/h ) 22.69 F Từ ( ) (2) ta có ⇔ Ta có: F = P + W  F * x F = P * x P + W * x W  P = 7.87( Kmol / h)  W = 58.21( Kmol / h) GP= 436,94 (Kg/h) Gw= 1061.75 Kg/h q1 − q2 = 0,0228 < 0,05 ( 5% ) thỏa (CT VIII.12, 235, [3]) q2 6.2.7 Hệ số truyền nhiệt : δ 1 K = [ α + r1 + λ + r2 + α ]-1 (CT V.5, 3, [2]) λ = λ2X13 = 22.2 W/m2.độ δ = mm = 0,003 m Hệ số cáu bẩn nước bẩn r1 = 0,387.10-3 W/m2.độ Hệ số cáu bẩn nước thường r2 = 0,464.10-3 W/m2.độ (Bảng V.1, 4, [2]) →K = [ 0,003 + 0,387.10− + + 0,464.10− + ]-1 21668.5 22.2 304.44 = 231.6W/m2.độ 6.2.8 Bề mặt truyền nhiệt: Q 78285.4 F = K ∗ ∆t = 231.6 ∗ 70.486 = 4.795 m2 (CT VIII.4, 232, [3]) log Vậy: thiết bị gia nhiệt dòng nhập liệu thiết bị truyền nhiệt dạng ống chùm thẳng đứng với chiều cao H=1.2m số ống 127 đường kính ống 25*2mm 6.3 Thiết bị làm nguội sản phẩm đỉnh: 6.3.1 Điều kiện nhiệt độ trình: 57.2720C 400C 300C 250C Chênh lệch nhiệt độ đầu nhỏ: ∆tn = 30 - 25= 50C Chênh lệch nhiệt độ đầu lớn: ∆tL =57,272 - 40 = 17.2720C Hiệu số nhiệt độ trung bình: ∆tlog = 17.272 − = 9.9  17.272  C (CT V.8, 5, [2]) ln    6.3.2 Nhiệt tải: Nhiệt lượng cần thiết để làm nguội sản phẩm đỉnh: QP = GP CP (t − t1 ) = 436.94 * 2333.970 ∗ (57.272 − 30) = 7725.588 J/s 3600 6.3.3 Chọn thiết bị;; Chọn theo tiêu chuẩn: thiết bị ống chùm, đặt nằm ngang vật liệu 2X13 hệ số dẫn nhiệt λ = 22.2 W/m0C (Bảng XII.7, 313, [2]) Thiết bị gồm 127 ống, xếp thành hình sáu cạnh, số ống vòng 13 ống Chọn đường kính ống dh = 0,032m, loại ống 32 ∗ 3mm + Đường kính thiết bị: Dtr =t.(b –1) + 4.dh (CT V.140, 49, [2]) t: bước ống, chọn t =1,5 ∗ dh =1,5 ∗ 0,032 = 0,048 m b = ∗ a – = ∗ – =13 (CT V.139, 48, [2]) (a = : số ống cạnh hình sáu cạnh cùng) ⇒ Dtr = 0,048 ∗ (13- 1) + ∗ 0,032 = 0,704 m 6.3.4 Xác định hệ số cấp nhiệt từ dòng sản phẩm đỉnh đến thành ống : - Nhiệt độ trung bình dòng sản phẩm đỉnh ttb1 = (57.272 + 30)/2 = 43.6360C ρP = 760.7 kg/m3 µP = 0.202.10-3 Ns.m2 CP = 2261.6 J/kg độ λP = 0.165 W/m2 độ - Đường kính tương đương khoảng ống: Dtr − n ∗ d 0,7042 − 127 ∗ 0,0322 dtđ = = = 0,076 m Dtr + n ∗ d 0,704 + 127 ∗ 0,032 - Tiết diện ngang khoảng ống là: S= 3,1416 π ∗ (D2tr – n.d2)= ∗ (0,7042 – 127 ∗ 0,0322) = 0,287 m2 4 - Tốc độ chảy dòng sản phẩm đỉnh: GP 436.94 w = 3600 ∗ ρ ∗ S = = 1.812.10-4 m/s 3600 ∗ 2333 97 ∗ 287 P - Tính tổng số Re: w ∗ dtd ∗ ρ 1.812.10-4 ∗ 0,075 ∗ 2333.97 = Re= =157.017(CT V.36, 13, [2]) µD 0,202.10−3 10 < Re < 2000: chế độ chảy dòng - Tính chuần số Pran ; + Chọn ∆t1 = 12 0C → tt1 = t1tb - ∆t1 = 43.636 - 12 = 31.636 0C Tra (HìnhV.12, 12, [2]): Prt = + Pr = CD ∗ µ D 2261.6 ∗ 0,202.10−3 = = 2.768 λD 0,165 (CT V.35, 12, [2]) - Chuẩn số Gr: β : hệ số giản nở thể tích, β = 0.323*10-3 (1/ độ) (Bảng 33, 420, [4]) g ∗ d td3 ∗ ρ D ∗ β ∗ ∆t1 Gr = → Gr = µD (Trang 17, [2]) 9,81 ∗ 0,0753 ∗ 2333.97 ∗ 0.323 *10−3 ∗ 12 =2141*106 −3 (0,202 *10 ) - Chuẩn số Nuyxen; + ε1 : hệ số hiệu chỉnh tra (Bảng V.2, 15, [2]) (l/d > 50 nên chọn ε1 = 1) Nu = 0.15 ∗ ε1 ∗ Re0.33 ∗ Pr0.43 ∗ Gr0.1 ∗ (Pr/Prt )0.25 (CT V.45, 17, [2]) Nu=0.15 ∗ ∗ 157.0170,33 ∗ 2.7680,43 ∗ (2141 ∗ 106)0,1 ∗ (2.768/4)0,25 =7,542 - Hệ số cấp nhiệt α1 = Nu ∗ λD 7.542 ∗ 0,165 = = 16.31 W/m2.độ dtd 0,075 (Trang 17, [2]) 6.3.5 Xác định hệ số cấp nhiệt từ thành ống đến nước: ttb2 = (40 + 25)/2 = 32,5 0C, tra thông số: ρN =994,9 kg/m3 µN = 0,76.10-3 Ns.m2 CN = 4181 J/kg.độ λN = 0,624 W/m2 độ - Vận tốc nước ống: Gn 0.123 = = 1.2 *104 w = ρ ∗ n ∗ π ∗ d 994,9 ∗127 ∗ 3,1416 ∗ 0,0322 m/s n 4 - Tính tổng số Re : Re = w ∗ d ∗ ρ 1.2 *103 ∗ 0,032 ∗ 994,9 = = 50.75 (CT V.36, 13, [2]) µ 0,76.10−3 10 < Re 50 nên chọn ε2 = 1) Nu = 0,15 ∗ ε2 ∗ Re0.33 ∗ Pr0.43 ∗ Gr0.1 ∗ (Pr/Prt )0.25 (CT V.45, 17, [2]) = 0,15 ∗ ∗ 50.750,33 ∗ 5.10,43 ∗ (0,36.106)0,1 ∗ (5.1/3.6)0.25 = 4.86 - Hệ số cấp nhiệt α2 = Nu ∗ λ 4.86 ∗ 0,624 = = 94.8 W/m2.độ d 0,032 (Trang 17, [2]) 6.3.6 Nhiệt tải riêng q1 = α1 ∗ ∆t1 = 16.31 ∗ 12 = 195.72 W/m2 q2 = α2 ∗ ∆t2 = 94.8 ∗ = 189.6 W/m2 (CT VIII.11a, 234, [3]) (CT VIII.11c, 235, [3]) Sai số q1 q2: q1 − q2 = 0.031 < 0,05 ( 5% ) thỏa (CT VIII.12, 235, [3]) q2 1.2.7 Hệ số truyền nhiệt : δ K = [ α + r1 + λ + r2 + α ]-1 (CT V.5, 3, [2]) λ = λ2X13 = 22.2 W/m2.độ δ = mm = 0,003 m Hệ số cáu bẩn nước bẩn r1 = 0,387.10-3 W/m2.độ Hệ số cáu bẩn nước thường r2 = 0,464.10-3 W/m2.độ (Bảng V.1, 4, [2]) →K = [ 0,003 + 0,387.10− + + 0,464.10− + ]-1 37,18 22.2 225,81 = 30.95 W/m2.độ 1.2.8 Bề mặt truyền nhiệt: Q 9089,78 F = K ∗ ∆t = 30.95 ∗ 14,94 = 20.27 m2 (CT VIII.4, 232, [3]) log 1.2.9 Chiều dài ống: F 20.27 L = n ∗ π ∗ d = 169 ∗ 3,1416 ∗ 0,032 = 1.`19 m (CT VIII.19, 236, [3]) h Chọn L = 1.19m 6.4 Tính bồn cao vị Ta thiết kế đường ống dẫn hỗn hợp từ bồn cao vị chảy đến cửa nạp liệu có đường kính đường kính ống dẫn hỗn hợp đầu d = 60 (mm) = 0.05 (m) Hỗn hợp đầu nhiệt độ 25oC có khối lượng riêng ρn =996.5 ρA =785.23 ρ x = 1/ 0.3 − 0.3 = /( + ) = 922.073 (kg/m3) ρx 785.23 996.5 Như vận tốc lỏng là: ω= 4.GF * 1500 = = 0.23(m/s) ρ π d * 3600 922.073 * π * 0.052.3600 Công thức tính chiều cao bồn cao vị so với cửa nạp liệu: h= ∆Ρd + ∆Ρm + ∆Ρc + ∆Ρtt ρ g 6.4.1 Áp suất động học: ∆Pd Áp suất động lực học áp suất cần thiết để tạo tốc độ cho dòng chảy khỏi ống dẫn: ∆Ρd = ρ ω 922.073 * 0.232 = = 24.39(N/m2) 2 6.4.2Áp suất khắc phục trở lực ma sát Áp suất để khắc phục trở lực ma sát dòng chảy ổn định ống: ∆Ρm = λ L ρ ω d td L: chiều dài ống dẫn, chọn L = 15 (m) dtd: đường kính ống dẫn, dtd = 0.06 (m) ω: vận tốc hỗn hợp chảy ống λ: hệ số ma sát phụ thuộc vào độ nhẵn thành ống chế độ chảy chất lỏng phụ thuộc vào Re: Re = ω.d ρ µ µ: độ nhớt hỗn hợp 25oC: µaceton = 0.3575*10-3 Ns/m2 µnước = 0.9005*10-3 Ns/m2 lgµF= xF.lgµaceton + (1-xF)lgµnước (CT: I.12,trang 84,[1]) Suy µp= 0.16*10-3 Ns/m2 ⇒ Re = 0.23 * 0.05 * 922.073 = 66273.9 ⇒ chế độ chảy độ 0.16.10−3 Hệ số ma sát xác định theo công thức:  6.81  = −2 lg  λ  Re  0,9 + ∆ 3.7 (CT II.65; trang 380; [1]) Trong đó: ∆ - độ nhám tương đối, xác định theo công thức: ∆ = ε d ε - độ nhám tuyệt đối, tra bảng II-5; trang 381; [1] với điều kiện ống không hàn: ε = 0.06 (mm) = 0.06.10-3 (m) ⇒ ∆ = 1,2.10-3       1    ⇒λ = 0,9 0,  = −3  − lg 6,81  + ∆   − lg 6.81  + 1.2.10 3.7   3.7  Re   66273.9   ⇒ ∆Ρm = 0.0194 15 922.073 * 0.23 = 0.06 2     = 0.0194   514.286 (N/m2) 6.4.3 Áp suất khắc phục trở lực cục ∆Ρc = ξ ω ρ Trên đường ống từ bồn cao vị đến đĩa nạp liệu, ta bố trí van ống tròn có hệ số trở lực ξ1, khúc ngoặc 900 hai khủy 450 tạo thành hệ thống trở lực ξ2 Van đơn giản ống tròn có ξ1 tương ứng với độ mở van 50% ξ1= 2,1 (Bảng II.16; trang 398; [1]) Khủy ghép 900 hai khủy 450 tạo thành, theo bảng II.16; trang 394; [1] chọn a/b = 1, ta ξ = 0,38 ∆Ρc = ξ ω ρ = ξ ∆Ρd = (2.1 + * 0.38) * 24.39 = 116.78 (N/m2) 6.4.4 Áp suất khắc phục trở lực qua thiết bị đun nóng hỗn hợp đầu Thường chọn ∆Ρtt = 0.4.10 (N/m) Như chiều cao thùng cao vị là: h= ∆Ρd + ∆Ρm + ∆Ρc + ∆Ρtt 24.39 + 514.286 + 116 78 + 0.4.105 = = 4.5 (m) ρ g 922.073 * 9.81 Tháp cao 6.051 m vị trí nạp liệu nằm tháp Vì để đảm bảo an toàn thỏa mãn yêu cầu đặt cho bồn cao vị Ta chọn chiều cao bồn cao vị so với vị trí thùng chứa hỗn hợp đầu 10 m 6.5 Chọn bơm Bơm làm việc liên tục đưa dung dịch từ bể chứa lên bồn cao vị ,và giữ cho mực chất lỏng bồn không đổi Chọn bơm ly tâm Công suất bơm lượng tiêu hao để tạo lưu lượng Q cột cao áp bơm Chọn bơm ly tâm với chiều cao hút (m).chiều cao ống đẩy 10m Chiều dài ống 20(m) Công suất bơm tính theo công thức: n= Với: HQ ρ g HGg = (CTII.189,STQTTB,T1/Trang 439) 1000η 1000η η : hiệu suất bơm, chọn η = 0.85 ρ : khối lượng riêng dung dịch ρ = 922.073 (kg/m3) Q: suất bơm (m3/s) G: lưu lượng bơm (Kg/s) H : áp suất cần thiết để dung dịch chuyển động ống H= Hm+ Hc+Ho Với: Hm: trở lực mạng ống Hc: chênh lệch áp suất cuối ống đẩy, đầu ống hút Ho: chiều cao ống đẩy, chọn: Ho=10 (m) Tính Hm:  l ω H m =  λ + ∑ξ  (m)  d  2.g Chọn đường kính ống hút đẩy dung dịch lên thùng cao vị d=20 (mm) ν= GF 1500 = = 0.36(m / s) ρ * π * d * 3600 π * 0.022 * 3600 µ dd = 0.16*10-3 (N.s/m2) Hệ số ma sát tính qua chế độ chảy Re: ωdρ 0.36 * 0.02 * 922.073 = = 4149.33 > 104( Chế độ chảy xoáy) µ 1.6 *10 − Re = Có chế độ chảy xoáy, suy ra:       λ =  = 0.159 (W/m.độ)  6,81 0,9 *10−3     − lg  4149.33  + 3.7        Với: ∆= ε 0.1 * 10 −3 = = 5.10 −3 d 0.02 Tổng trở lực: theo bảng II.16,STQTTB,T1/Trang 382,ta có: ∑ ξ cửa vào= 0.5 (Bảng N010) ∑ ξ cửa ra= (Bảng N010) ξ Co 900= 0.6 (3 cái) (Bảng N034) ξ van tiêu chuẩn= 4.9 (Bảng N037) ξ van chiều= 6.84 (Bảng N047) → ∑ ξ = 0.5 + + × 0.6 + 4.9 + 6.84 = 15.04 Vậy: 20   0.36 H m =  0.159 * + 15.04  = 1.1496(m) 0.02   * 9.81 Tính Hc: Hc = Vì P2=P1=1(at) nên Hc=0(m) P2 − P1 ρg Áp suất toàn phần bơm: H= 1.496+10 = 11.1496(m) Công suất bơm: n= N= HQ ρ g HGg = 1000η 1000η 11 1496 * 450 * 9.81 = 1.6( KW ) 1000 * 0.85 * 3600 Công suất động điện: N dc = N 1.6 = η dc ηtv 0.98 * 0.95 = 1.727(KW) Người ta thường lấy động có công suất lớn công suất tính toán để tránh tượng tải Vì N dc