TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP TP HCM KHOA CÔNG NGHỆ HĨA HỌC ĐỒ ÁN CHUN NGÀNH TÍNH TỐN THIẾT KẾ HỆ THỐNG THIẾT BỊ CHƯNG CẤT HOẠT ĐỘNG LIÊN TỤC ĐỂ CHƯNG CẤT HỖN HỢP METANOL – NƯỚC Giảng viên hướng dẫn : Sinh viên thực : Lớp : Khoá : Ths BÙI TẤN NGHĨA DHH07BLT TRƯỜNG ĐẠI HỌC CƠNG NGHIỆP TP HCM KHOA CƠNG NGHỆ HĨA HỌC ĐỒ ÁN CHUN NGÀNH TÍNH TỐN THIẾT KẾ HỆ THỐNG THIẾT BỊ CHƯNG CẤT HOẠT ĐỘNG LIÊN TỤC ĐỂ CHƯNG CẤT HỖN HỢP METANOL – NƯỚC GVHD : Ths BÙI TẤN NGHĨA SVTH : Lớp : DHHO7BLT Khoá : TRƯỜNG ĐẠI HỌC CƠNG NGHIỆP TP.HCM CỘNG HỒ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM KHOA CƠNG NGHỆ HĨA HỌC Độc lập – Tự - Hạnh phúc NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN HỌC PHẦN Họ tên sinh viên: Lớp: DHHO7BLT Chuyên ngành: Cơng nghệ Hóa hữu Tên đồ án: Tính tốn thiết kế hệ thống thiết bị chưng cất hoạt động liên tục, để chưng cất hỗn hợp Methanol – Nước với suất 2500 kg/h theo nhập liệu Nhiệm vụ đồ án: Số liệu ban đầu nội dung: - Số liệu ban đầu: Nồng độ Methanol nhập liệu (khối lượng): 15% Nồng độ Methanol sản phẩm đỉnh (khối lượng): 90% Nồng độ Methanol sản phẩm đáy (khối lượng): 3% Thiết bị loại: Tháp mâm chóp, áp suất làm việc 1,5 at, trao đổi nhiệt - Nội dung: Mở đầu, vẽ thuyết minh quy trình cơng nghệ, tính tốn cơng nghệ thiết bị chính, tính kết cấu thiết bị chính, tính chọn thiết bị phụ, kết luận, tài liệu tham khảo, phụ lục Ngày giao đồ án: Ngày hoàn thành đồ án: Họ tên giáo viên hướng dẫn: Chủ nhiệm môn GVHD: Ths Bùi Tấn Nghĩa LỜI MỞ ĐẦU Cơng nghệ hóa học ngành đóng góp lớn phát triển cơng nghiệp nước ta Trong ngành sản xuất hóa chất sử dụng sản phẩm hóa học, nhu cầu sử dụng nguyên liệu có độ tinh khiết cao phải phù hợp với qui trình sản xuất nhu cầu sử dụng Ngày nay, phương pháp sử dụng để nâng cao độ tinh khiết là: chưng cất, trích ly, đặc, hấp thu … Tùy theo đặc tính sản phẩm mà ta lựa chọn phương pháp thích hợp Hệ Methanol – nước cấu tử tan lẫn hoàn toàn, ta dùng phương pháp chưng cất để nâng cao độ tinh khiết cho Methanol Đồ án môn học Quá trình Thiết bị mơn học mang tính tổng hợp trình học tập kỹ sư hố tương lai Mơn học giúp sinh viên giải nhiệm vụ tính tốn cụ thể về: u cầu công nghệ, kết cấu, giá thành thiết bị sản xuất hoá 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 Em chân thành cảm ơn Thầy Bùi Tấn Nghĩa Q Thầy C mơn Máy & Thiết Bị giúp em hoàn thành đồ án Tuy nhiên, q trình hồn thành đồ án khơng tránh khỏi có sai sót, em mong q thầy góp ý, dẫn Nhóm em xin cám ơn Quý Thầy Cô! GVHD: Ths Bùi Tấn Nghĩa NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN Phần đánh giá: • Ý thức thực hiện: • Nội dung thực hiện: • Hình thức trình bày: • Tổng hợp kết quả: Điểm số: Điểm chữ: Tp Hồ Chí Minh, ngày tháng năm Giáo viên hướng dẫn GVHD: Ths Bùi Tấn Nghĩa NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN Phần đánh giá: • Ý thức thực hiện: • Nội dung thực hiện: • Hình thức trình bày: • Tổng hợp kết quả: Điểm số: Điểm chữ: Tp Hồ Chí Minh, ngày tháng năm Giáo viên phản biện GVHD: Ths Bùi Tấn Nghĩa MỤC LỤC PHẦN 1: MỞ ĐẦU .1 PHẦN 2: TÍNH CƠNG NGHỆ Chương 1: TÍNH SỐ ĐĨA 1.1 Tính lượng hỗn hợp: 1.2 Xác định số đĩa tháp Chương 2: TÍNH ĐƯỜNG KÍNH THIẾT BỊ .15 2.1 Đường kính đoạn luyện: 15 2.2 Đường kính đoạn chưng: 20 Chương 3: CÂN BẰNG NHIỆT LƯỢNG 24 3.1 Cân nhiệt lượng thiết bị đun nóng hỗn hợp đầu: 24 3.2 Cân nhiệt lượng tháp chưng luyện: 26 3.3 Cân nhiệt lượng thiết bị ngưng tu hồi lưu: 28 3.4 Cân nhiệt lượng thiết bị làm lạnh: 29 Chương 4: TÍNH KẾT CẤU CỦA THÁP CHƯNG LUYỆN .31 4.1 Kết cấu dĩa phần luyện: 31 4.2 Kết cấu đĩa đoạn chưng : 34 PHẦN 3: TÍNH CƠ KHÍ THIẾT BỊ CHÍNH .38 I Tính thân thiết bị chính: 38 II Tính đáy nắp thiết bị: 41 III Tính bề dày lớp cách nhiệt: 42 IV Tính đường kính loại ống dẫn: 43 V Chọn bích: 45 VI Tính tải trọng tháp: 47 VII Chọn tai treo, chân đỡ: 49 PHẦN 4: TÍNH THIẾT BỊ PHỤ 51 I Tính tốn thiết bị ngưng tụ hồi lưu: 51 II Thiết bị gia nhiệt nhập liệu: 55 III Nồi đun: 58 7.Điều kiện nhiệt độ trình: 58 Dòng nóng : 109,36oC → 109,36oC 58 IV Thiết bị làm lạnh sản phẩm đỉnh: .60 V Tính chọn bơm: 63 GVHD: Ths Bùi Tấn Nghĩa PHẦN 5: KẾT LUẬN 68 GVHD: Ths Bùi Tấn Nghĩa PHẦN 1: MỞ ĐẦU I Lý thuyết chưng luyện Chưng phương pháp dùng để tách hỗn hợp chất lỏng hỗn hợp khí lỏng thành cấu tử riêng biệt dựa vào độ bay khác cấu tử hỗn hợp, nghĩa nhiệt độ áp suất cấu tử khác Khi chưng ta thu nhiều sản phẩm thường cấu tử sẻ có nhiêu sản phẩm Đối với trưòng hợp hỗn hợp chưng gồm hai cấu tử sản phẩm đỉnh gồm cấu tử có độ bay lớn phần cấu tử có độ bay bé sản phẩm đáy gồm cấu tử có độ bay bé phần cấu tử có độ bay lớn Trong sản xuất có nhiều phương pháp chưng chưng đơn giản, chưng nước trực tiếp, chưng chân không chưng luyện Tùy thuộc vào điều kiện sẵn có, tính chất hỗn hợp, u cầu độ tinh khiết sản phẩm mà ta chọn phương pháp chưng cho thích hợp - Chưng đơn giản dùng để tách hỗn hợp gồm cấu tử có độ bay khác Phương pháp thường dùng để tách sơ làm cấu tử khỏi tạp chất - Chưng nước trực tiềp dùng tách hỗn hợp gồm chất khó bay tạp chất không bay hơi, thường dùng trường hợp chất tách không tan vào nước - Chưng chân không dùng trường hợp cần hạ thấp nhiệt độ sơi cấu tử Ví dụ trường hợp cấu tử hỗn hợp dễ bị phân hủy nhiệt độ cao hay trường hợp cấu tử có nhiệt độ sôi cao - Chưng luyện phương pháp phổ biến để tách hoàn toàn hỗn hợp cấu tử dễ bay có tính chất hòa tan phần hòa tan hồn tồn vào SVTH: Đinh Hoàng Thảo Lê Nhật Tân GVHD: Ths Bùi Tấn Nghĩa - Chưng luyện áp suất thấp dùng cho hỗn hợp dễ bị phân hủy nhiệt độ cao hỗn hợp có nhiệt độ sơi cao - - Chưng luyện áp suất cao dùng cho hỗn hợp khơng hóa lỏng áp suất thường Chưng luyện áp suất thường (áp suất khí ) dùng cho hỗn hợp không thuộc trường hợp Người ta tiến hành chưng luyện hỗn hợp cần chưng tháp chưng luyện, tháp gồm nhiều đĩa, đĩa xảy trình chuyển khối pha lỏng pha Hơi từ lên qua lổ đĩa, lỏng từ xuống theo ống chảy chuyền, nồng độ cấu tử nhiệt độ sôi đĩa thay đổi theo chiều cao tháp Do phàn cấu tử dễ bay chuyển từ pha lỏng vào pha phần chuyển từ pha vào pha lỏng, lặp lại nhiều lần bốc ngưng tụ thế, hay nói cách khác, với số đĩa tương ứng, cuối đỉnh tháp ta thu cấu tử dễ bay dạng nguyên chất tháp ta thu cấu tử khó bay dạng ngun chất Q trình chưng luyện thực thiết bị loại tháp làm việc liên tục gián đoạn Ở ta thiết kế hệ thống chưng luyện tháp mâm chóp làm việc liên tục với hỗn hợp chưng rượu mêtylic nước Khi chưng luyện liên tục, hỗn hợp đầu đưa vào tháp đĩa tiếp liệu (nằm phần thân tháp) cách liên tục, sản phẩm đỉnh sản phẩm đáy lấy liên tục II Ưu, khuyết điểm phương pháp chưng đĩa chóp: Ưu điểm: Tách sản phẩm có độ tinh khiết cao, dễ khống chế trình, bề mặt tiếp xúc pha tương đối lớn, trở lực không cao Khuyết điểm: Tiếp xúc pha không liên tục, cấu tạo phúc tạp a Tính chất lý hóa rượu mêtylic 1.Tính chất lý học: SVTH: Đinh Hoàng Thảo GVHD: Ths Bùi Tấn Nghĩa Với : Prt : Chuẩn số Pran dòng tính theo nhiệt độ trung bình tường.Vì chênh lệch nhiệt độ tường dòng nhỏ nên Pr = Prt Re : Chuẩn số Raynon ,giả sử nước chảy rối với Re = 104 Pr : Chuẩn số Pran , tính theo V.35 trang 12 Sổ tay QTTB tập 2: Pr = C P µ λ CP : Nhiệt dung riêng đẳng áp nước 36,07 0C theo Bảng I.147 trang 165 Sổ tay QTTB tập 1: CP = 4180,98 J/kg.độ µ : Độ nhớt nước 36,070C, theo bảng I.102 trang 94 Sổ tay QTTB tập 1, µ = 0,7075.10-3 N.s/m2 λ : Hệ số dẫn nhiệt nước 36,070C, λ = 0,633 W/m.độ => Pr = 4180,98.0,7075.10 −3 = 4,67 0,633 ε : Hệ số hiệu chỉnh tính đến ảnh hưởng tỉ số chiều dài l đường kính d ống, theo bảng V.2 ε = => Vậy α2 = Nu = 0,021.(104)0,8.4,670,43 = 64,57 64,57.0,633 = 1362,427 W/m2.độ 0,03 Nhiệt tải riêng phía nước: q2 = α2.∆t2 ∆t2 hiệu số nhiệt độ nhiệt độ thành bên tường ống với nhiệt độ dòng nước, chọn ∆t2 = 50C q2 = 1362,427.5 = 6812,135 W/m2 => q= q1 + q = 7865,96 W/m2 Số ống truyền nhiệt cách xếp: Bề mặt truyền nhiệt: SVTH: Đinh Hoàng Thảo 54 GVHD: Ths Bùi Tấn Nghĩa F= Q P.( R X + 1).r 344,83.(2,224 + 1).1222872,17 = = = 48 m2 q q 7865,96.3600 Số ống cần dùng: n= F 48 = 254 π d H π 0,03.2 ống Lấy số ống 241 ống Theo bảng V.11, trg 48, [2], ứng với số ống 241 xếp theo hình cạnh ta bố trí 241 ống thành vòng cạnh với số ống đường chéo hình cạnh 17 ống, số ống hình viên phân dãy thứ ống tổng số ống hình viên phân 24 ống Theo cơng thức V.140, trg 49, [2] đường kính thiết bị tính: D = t.(b -1) + 4.d , m Với d: đường kính ngồi ống truyền nhiệt d = 0,03 + 0,0015.2 = 0,033 m t: bước ống, t = 1,2.d = 0,0396 m b: số ống đường chéo hình cạnh, b = 17 => D = 0,0396.(17-1) + 4.0,033 = 0,7656 m Chọn D = 0,8 m Vậy thiết bị ngưng tụ có đường kính 0,8 m, gồm 241 ống xếp theo hình lục giác gồm vòng Mỗi ống dài m, đường kính 0,03 m, dày 0,0015 m II Thiết bị gia nhiệt nhập liệu: - Để đun sôi dung dịch nhập liệu để đưa vào tháp ta dùng nước bão hòa có - áp suất tuyệt đối 1,5 at Đường lưu chất: Hơi nước bão hòa ngồi ống dòng nhập liệu ống - Dòng nóng : 109,36oC(hơi bão hòa) → 109,36oC (lỏng ngưng) Dòng lạnh : 88oC(lỏng sôi) ← 25oC (dung dịch) Chênh lệch nhiệt độ đầu vào : ∆tv = 109,36 – 88 = 21,36oC Chênh lệch nhiệt độ đầu ra: ∆tr = 109,36 – 25 = 84,36oC Chênh lệch nhiệt độ trung bình: SVTH: Đinh Hoàng Thảo 55 GVHD: Ths Bùi Tấn Nghĩa - Lượng cần cung cấp: D1 = 299,94 kg/h Chọn thiết bị có số ống n = 37 ống , đường kính ống 20x2mm, xếp theo kiểu vòng tròn Hệ số cấp nhiệt từ đốt đến thành ống: Hệ số cấp nhiệt cho bề mặt ống đứng xác định theo cơng thức: α1 = 1,15.4 Trong r.ρ g.λ3 µ.∆t H , W/m2.độ (Cơng thức V.100, trg 28, [2]) r: ẩn nhiệt hóa hơi, r = 532,92 kcal/kg = 2231,2 J/kg (đã tính phần cân lượng) Chọn ∆t = 2oC ρ: khối lượng riêng nước 109,36oC 950,58 kg/m3 H: chiều cao ống, λ: hệ số dẫn nhiệt, nước 109,36oC có λ =0,682 W/m.độ µ: độ nhớt nước, µ = 0,260.10-3 N.s/m2 Vậy hệ số cấp nhiệt: α1 = 1,15.4 2231,2.(950,58) 9,81.(0,682) = 1735,97W / m −3 0,260.10 2.2,3236 Hệ số cấp nhiệt từ thành ống đến dung dịch nhập liệu: Nhiệt độ trung bình dòng lạnh: Tại nhiệt độ ta có thơng số vật lý sau: SVTH: Đinh Hoàng Thảo 56 GVHD: Ths Bùi Tấn Nghĩa Trong đó: λ = 0,597 + 0,045 (31,5 − 20) = 0,623 W/m.độ 20 Tính chuẩn số Reynold: => Chế độ chảy độ, ta áp dụng cơng thức tính Nu: Chuẩn số Pr xác định theo công thức V.35, trg 12, [2]: Chọn ko = 3,8 (tra bảng trg 16, [2]) εl = (tra bảng V.2, trg 15, [2]) Suy hệ số cấp nhiệt từ thành ống đến dung dịch: Hệ số truyền nhiệt: SVTH: Đinh Hoàng Thảo 57 GVHD: Ths Bùi Tấn Nghĩa Bề mặt truyền nhiệt: Chiều dài thiết bị: Chọn số ống n = 187 ống III Nồi đun: Chọn thiết bị đun sôi đáy tháp: nồi đun Kettle Đặt nồi đun riêng biệt với tháp Nồi đun tiếp nhận dòng lỏng bên tháp Nhờ nước bão hòa có nhiệt độ cao nhiệt độ dòng lỏng nên giúp hóa phần lỏng đáy tháp mục đích tạo cho phần có điều kiện lên đỉnh tháp Ống truyền nhiệt làm thép X18H10T, kích thước ống 32 x 3: Đường kính ngồi: dn = 38 mm = 0,038 m Bề dày ống: δt = mm = 0,003 m Đường kính trong: dt = 0,032 m Hơi đốt nước 2,0 at ống 32 x Tra bảng 1.251, trang 314, [1]: Nhiệt hóa hơi: rH O = rn = 2231,2 kJ/kg Nhiệt độ sôi: tH O = tn = 109,36 oC Dòng sản phẩm đáy có nhiệt độ: Trước vào nồi đun (lỏng): tS1 = 88 oC Sau đun sôi (hơi): tS2 = 97 oC Điều kiện nhiệt độ q trình: Dòng nóng : 109,36oC → 109,36oC Dòng lạnh : 88oC → 97oC Chênh lệch nhiệt độ đầu vào : ∆t1 = 109,36 – 88 = 21,36oC Chênh lệch nhiệt độ đầu : ∆t2 = 109,36 – 97 = 12,36oC Nhiệt tải: QD2 = 1480407,801 kj/h (đã tính phần nhiệt lượng) SVTH: Đinh Hoàng Thảo 58 GVHD: Ths Bùi Tấn Nghĩa Xác định hệ số cấp nhiệt dòng lưu chất ngồi ống: Xác định chuẩn số Renold ngưng mặt ống nằm ngang: (Công thức V.58, trg 28, [2]) (N/m2) nhiệt độ 109,6oC Độ nhớt nước ngưng, KJ/kg(nhiệt hóa hơi) Sản phẩm đáy nước nên để tính hệ số cấp nhiệt α ta có cơng thức: ∆t: hiệu số nhiệt độ Chọn ∆t = p: áp suất tuyệt đối mặt thoáng p = 1,5at = 147150 N/m2 10 Hệ số cấp nhiệt đốt ống: Tại nhiệt độ dòng nóng: 109,36oC ta có: ρ: khối lượng riêng nước ngưng ρ = 947 kg/m3 ρ*: khối lượng riêng nước ρ* = 0,618 kg/m3 σ = 0,061N/m Chuẩn số Nuselt: Chuẩn số Reynolds: Chọn Ksb = 400 (W/m2.độ) SVTH: Đinh Hoàng Thảo 59 GVHD: Ths Bùi Tấn Nghĩa Hệ số C = 1,26, l/d = 50 ÷ 225, chọn l/d = 50 Do ta có: Hệ số cấp nhiệt từ nước đến thành ống: 11 Xác định hệ số truyền nhiệt: 12 Bề mặt truyền nhiệt: 13 Chiều dài thiết bị: Chọn số ống n = 187 ống IV Thiết bị làm lạnh sản phẩm đỉnh: Đường dòng lưu chất: Nước làm nguội ống, sản phẩm đỉnh ngồi ống Dòng nóng: 67oC → 35oC Dòng lạnh: 45oC ← 25oC Chênh lệch nhiệt độ đầu vào: ∆tv = 67 – 35 =32oC Chênh lệch nhiệt độ đầu ra: ∆tr = 45 – 25 =20oC SVTH: Đinh Hoàng Thảo 60 GVHD: Ths Bùi Tấn Nghĩa Chênh lệch nhiệt độ trung bình: Chọn ống tiêu chuẩn có đường kính 25 x mm, số ống n = 37 Hệ số cấp nhiệt từ dung dịch đến thành ống: Nhiệt độ trung bình dòng nóng: ttb2 = 51oC Tại nhiệt độ ta có thơng số dòng nóng sau: Hệ số cấp nhiệt tính theo cơng thức V.100, trg 28, [2]: , W/m2.độ Trong r: ẩn nhiệt ngưng, r = 292,078 kcal/kg = 1222872,17 J/kg (đã tính phần tính đường kính đoạn luyện) Vậy hệ số dẫn nhiệt: , W/m2.độ Hệ số cấp nhiệt từ thành ống đến nước: Hệ số cấp nhiệt tính theo cơng thức V.33, trg 11, [2]: α2 = Nu.λ d Nhiệt độ trung bình dòng lạnh: ttb1 = 35oC Tại nhiệt độ ta có thơng số vật lý dòng lạnh sau: SVTH: Đinh Hoàng Thảo 61 GVHD: Ths Bùi Tấn Nghĩa Lượng nước cần giải nhiệt: Gn = 378,2 kg/h = 0,105 kg/s d: Đường kính ống truyền nhiệt, chọn d = 0,03 m Nu: Chuẩn số Nuyxen, tính theo V.40 trang 14 Sổ tay QTTB tập ,8 , 43 Nu = 0,021.ε Re Pr ( Với : Pr 0, 25 ) Prt Prt : Chuẩn số Pran dòng tính theo nhiệt độ trung bình tường.Vì chênh lệch nhiệt độ tường dòng nhỏ nên Pr = Prt Re : Chuẩn số Raynon, giả sử nước chảy rối với Re = 104 Pr : Chuẩn số Pran , tính theo V.35 trang 12 Sổ tay QTTB tập 2: Pr = C P µ λ 4180,89.0,69225.10 −3 = 4,62 = > Pr = 0,626 ε : Hệ số hiệu chỉnh tính đến ảnh hưởng tỉ số chiều dài l đường kính d ống, theo bảng V.2 ε = => Vậy α2 = Nu = 0,021.(104)0,8.4,620,43 = 64,27 64,27.0,626 = 1341,122 W/m2.độ 0,03 Xác định hệ số truyền nhiệt: SVTH: Đinh Hoàng Thảo 62 GVHD: Ths Bùi Tấn Nghĩa Bề mặt truyền nhiệt: Chiều dài thiết bị: Chọn số ống n = 91 ống V Tính chọn bơm: Để vận chuyển hỗn hợp đầu từ bể chứa lên thùng cao vị ta sử dụng bơm ,đó máy thủy lực dùng để truyền động vận chuyển chất lỏng Trong điều kiện suất yêu cầu kinh tế, kỹ thuật để vận chuuyển hỗn hợp metylic - nước nhiệt độ môi trường ta chọn bơm ly tâm Loại bơm có nhiều ưu điểm: - Cung cấp - Quay với tốc độ nhanh(có thể gắn trực tiếp với động cơ) - Thiết bị đơn giản - Khơng có xupap nên bị tắc hư hỏng - Có thể bơm nhiều loại chất lỏng Tính suất bơm: Hỗn hợp đầu 25oC cung cấp cho tháp với lưu lượng 2500kg/h hay 2,75 m3/h hay 7,64.10-4 m3/s với khối lượng riêng hỗn hợp đầu 250C 958,348 kg/m3 Đường kính ống dẫn tính theo cơng thức II.36, trg 369, [1]: d= Trong V ,m 0,785.ω ω : Tốc độ trung bình ,m/s.Chọn ω = 2m/s V: Lưu lượng thể tích , m3/s => d= 7,64.10 −4 = 0.022 m 0,785.2 Áp suất toàn phần cần thiết để khắc phục sức cản thủy lực hệ thống dòng chảy đẳng nhiệt: Áp suất tính theo cơng thức II.53, trg 376, [1]: SVTH: Đinh Hoàng Thảo 63 GVHD: Ths Bùi Tấn Nghĩa ∆P = ∆Pđ + ∆Pm + ∆PH + ∆PC Trong đó: ∆Pđ: Áp suất động học ,là áp suất cần thiết để tạo tốc độ cho dòng chảy ống dẫn ∆Pm: Áp suất để khắc phục trở lực ma sát ∆PH: Áp suất để nâng chất lỏng lên cao ∆PC: Áp suất khắc phục trở lực cục *Tính ∆Pđ: Theo cơng thúc II.54, trg 376, [1]: ρ ω ∆Pd = ,N/m2 ρ: khối lượng riêng hỗn hợp, ρ = 958,348 Kg/m3 ω: vận tốc lưu thể, ω = m/s ∆Pđ = => 958,348.2 = 1916,696 N/m2 *Tính ∆Pm: Theo công thức II.55, trg 377, [1]: ∆Pm = λ L L ρ ω N/m2 d td : chiếu dài ống dẫn, L= 15 m dtđ : đường kính tương đương ống, dtđ = 0,02 m λ : hệ số ma sát, phụ thuộc vào chế độ chuyển động chất lỏng độ nhám thànnh ống Chuẩn số Râynon: Re = ω.d ρ µ µ: độ nhớt chất lỏng Ở 25oC hỗn hợp metylic - nước 15% có độ nhớt là: 0,8886.10-3N/m2 => Re = 2.0,022.958,348 = 47453,65 0,8886.10 −3 SVTH: Đinh Hoàng Thảo 64 GVHD: Ths Bùi Tấn Nghĩa Re > 104 nên chất lỏng chảy xốy Chuẩn số Râynơn giới hạn khu vực nhẵn thủy lực: Regh = 6.( d td ) ε ε: độ nhám tuyệt đối, theo bảng II.15, trg 381, [1] chọn ε = 0,2mm => Re gh = 6.( 0,02 ) = 1158,42 0,0002 Re > Regh Chuẩn số Râynôn bắt đầu xuất vùng nhám: Re n = 220.( d td ) = 39122,15 ε Ta thấy Regh < Ren < Re, nên λ phụ thuộc vào chuẩn số Râynôn độ nhám thành ống, tính theo cơng thức II.63, trg 379, [1]: λ= = => [1,14 + lg(d td / ε )] = [1,14 + lg(0,02 / 0,0002)] 0,1945 ∆Pm = 0,1945 15 958,348.2 = 279598,03 N/m2 0,02 *Tính ∆PC: Theo công thức II.56, trg 377, [1]: ∆PC = ξ ω ρ ξ : hệ số trở lức cục Chọn hệ thống gồm khuỷu ghép 90o hai khuỷu 45o tạo thành, có trở lực ξ1, van chiều trước ống đẩy có hệ số trở lực ξ2, van chắn trước ống đẩy để điều chỉnh lưu lượng có hệ số trở lực ξ3 SVTH: Đinh Hoàng Thảo 65 GVHD: Ths Bùi Tấn Nghĩa Tính ξ1: Với khuỷu ghép 90o hai khuỷu 45o tạo thành, theo bảng II.16-N o29, trg 394, [1], chọn a/b = ξ1 = 0,38 Tính ξ2: Chọn van chiều kiểu đĩa khơng có định hướng phía Với h - chiều cao mở van, b - chiều rộng vành đĩa, Do - đường kính ống trước van, Do = 0,02 m Chọn b/Do = 0,14 ⇒ α = 0,71 Chọn h/Do = 0,14 ⇒ β = 7,9 = > ξ2 = 0,71 + 7,9 = 8,61 Tính ξ3: Chọn van chắn tiêu chuẩn, theo bảng II.16-N037, trg 397, [1] ta có với: D =20 mm ξ3 = Tổng hệ số trở lực cục hệ thống ống dẫn: ξ = 2.ξ1 + ξ2 + ξ3 = 2.0,38 + 8,61 + = 17,37 Vậy áp suất cần thiết để khắc phục trở lực cục hệ thống: ∆PC = 17,37 2.958,348 = 33293,01 N/m2 *Tính ∆PH: Theo cơng thức II.57, trg 377, [1]: ∆PH = ρ.g.H N/m2 với H = 13 m chiều cao cần nâng chất lỏng ∆PH = 958,348.9,81.13 = 122218,12 N/m2 Vậy áp suất toàn phần cần thiết để khắc phục sức cản thủy lực: ∆P = ∆Pđ + ∆Pm + ∆PC + ∆PH = 437025,856 N/m2 Công suất động điện cần trang bị: Chiều cao toàn phần bơm cần tạo ra: SVTH: Đinh Hoàng Thảo 66 GVHD: Ths Bùi Tấn Nghĩa H= ∆P 437025,856 = = 46,48 m ρ g 958,348.9,81 Công suất yêu cầu trục bơm xác định theo công thức II.189, trg 439, [1]: N= Q.ρ g.H , KW 1000.η Q: suất bơm ,Q = 7,64.10-4 m3/s η :hiệu suất chung bơm , η =0,8 7,64.10 −4.958,348.9,81.46,48 = 0,417 KW 1000.0,8 ⇒ N= Công suất động điện: Nđc = N , KW (Công thức II.190, trg 439, [1] η tr η dc ηtr : hiệu suất truyền động, chọn ηtr = 0,95 ηđc : hiệu suất động điện, chọn ηđc = 0,75 => Nđc = 0,417 = 0,585KW 0,95.0,75 Thường chọn động điện có cơng suất lớn cơng suất tính tốn để đề phòng phải làm việc tải, nên công suất động thực tế: Ncđc = β.Nđc β KW (Công thức II.191, trg 439, [1] : hệ số dự trữ công suất, cho bảng II.33, trg 440, [1], ứng với N đc = 0,585 < β = = > Ncđc = 2.0,585 = 1,17 KW Vậy cần sử dụng bơm có suất 7,64.10 -4 m3/s với động điện có cơng suất là: 1,17 KW SVTH: Đinh Hồng Thảo 67 GVHD: Ths Bùi Tấn Nghĩa PHẦN 5: KẾT LUẬN Trên tồn tính tốn đề nghị thiết kế hệ thống chưng cất hỗn hợp metylic nước tháp chóp làm việc liên tục Trong trình tính tốn khơng thể tránh khỏi thiếu sót, nhóm em mong nhận đóng góp ý kiến quý thầy cô Em xin chân thành cảm ơn Thầy Bùi Tấn Nghĩa hướng dẫn nhóm em hồn thành đồ án Các tài liệu tham khảo : [1] Sổ tay Quá trình thiết bị tập -Nhà xuất khoa học kỹ thuật [2] Sổ tay Quá trình thiết bị tập -Nhà xuất khoa học kỹ thuật [3] Quá trình thiết bị truyền khối, Trường Đại Học Công Nghiệp TP.HCM, 2011 [4] Quá trình thiết bị truyền nhiệt, Trường Đại Học Cơng Nghiệp TP.HCM, 2011 SVTH: Đinh Hồng Thảo 68 ... HỌC CÔNG NGHIỆP TP HCM KHOA CÔNG NGHỆ HĨA HỌC ĐỒ ÁN CHUN NGÀNH TÍNH TỐN THIẾT KẾ HỆ THỐNG THIẾT BỊ CHƯNG CẤT HOẠT ĐỘNG LIÊN TỤC ĐỂ CHƯNG CẤT HỖN HỢP METANOL – NƯỚC GVHD : Ths BÙI TẤN NGHĨA SVTH... trình chưng luyện thực thiết bị loại tháp làm việc liên tục gián đoạn Ở ta thiết kế hệ thống chưng luyện tháp mâm chóp làm việc liên tục với hỗn hợp chưng rượu mêtylic nước Khi chưng luyện liên tục, ... NGHỆ HĨA HỌC Độc lập – Tự - Hạnh phúc NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN HỌC PHẦN Họ tên sinh viên: Lớp: DHHO7BLT Chun ngành: Cơng nghệ Hóa hữu Tên đồ án: Tính tốn thiết kế hệ thống thiết bị chưng cất hoạt động liên