Đề tài Thiết kế tháp chưng luyện liên tục loại tháp đĩa lỗ có ống chảy truyền để phân tách hỗn hợp hai cấu tử là Nước – axitpropionic, chế độ là việc ở áp suất thường với hỗn hợp đầu vào ở nhiệt độ sôi

Để đun nóng hỗn hợp đầu gồm 0,28 nước và 0,72 axit propionic theo phần khối lượng với năng suất 15000 tấn/h. Ta giả thiết dung dịch đầu có nhiệt độ ban đầu là 25oC, cần đun nóng tới nhiệt độ sôi của hỗn hợp là tF = 99,9669oC. Để đun nóng hỗn hợp đầu ta dùng thiết bị gia nhiệt loại ống chum kiểu đứng, dùng hơi nước bão hòa ở 2 at để đun sôi hỗn hợp. Thiết bị trao đổi nhiệt loại ống chùm thẳng đứng với các thông số: Chiều cao ống: ho = 1,5 (m) Đường kính ống: d = 25 (mm) Chiều dày thành ống: δ = 2 (mm) Đường kính trong của ống là: do = 20 (mm) Dung dịch đi trong ống, hơi đốt đi ngoài ống. Chọn vật liệu chế tạo là thép không gỉ X18H10T Theo XII.7 (Sổ tay II – 313), hệ số dẫn nhiệt của vật liệu là: λ = 16,3 (W/m.độ)

pdf100 trang | Chia sẻ: tueminh09 | Ngày: 27/01/2022 | Lượt xem: 467 | Lượt tải: 0download
Bạn đang xem trước 20 trang tài liệu Đề tài Thiết kế tháp chưng luyện liên tục loại tháp đĩa lỗ có ống chảy truyền để phân tách hỗn hợp hai cấu tử là Nước – axitpropionic, chế độ là việc ở áp suất thường với hỗn hợp đầu vào ở nhiệt độ sôi, để xem tài liệu hoàn chỉnh bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên
‘ = 99,8136 Nhiệt độ ra của sản phẩm lấy là : t 2‘ = 25o C Ö t‘ tb = 62,37o C C p : Nhiệt dung riêng của sản phẩm đỉnh đã ngưng tụ (J/kg.độ) Tra trong toán đồ đồ I.52 (T1 trang 166) tại t‘ tb ta có: C 1 = 1,01 (kcal/kg.độ) = 4228,668 (J/kg.độ) C 2 = 0,53 (kcal/kg.độ) = 2219,004 (J/kg.độ) Có nồng độ sản phẩm đỉnh a P = 0,80 Ö C P = 4228,668.0,80 + 2219,004(1 - 0,80) = 3826,735 (J/kg.độ) C n : Nhiệt dung riêng của nước làm lạnh ở 25o C ĐH Công nghiệp Hà Nội – Khoa CN Hóa Lê Thị Hiền – Lớp Đại học công nghệ Hóa 1-k3. Đồ án hóa công 59 Tra bảng I.125 (Sổ tay QT&TBCNHC- T1 trang 166) ta có C n = 1,0 (kcal/kg.độ) = 4186,8 (J/kg.độ) Ö Lượng nước lạnh cần thiết là: G n2= P.C P.(t 1‘ - t 2‘ ) C n.(t 2 - t 1) = 5000.3826,735.(99,8136 - 25)4186,8.(45 - 25) =17094,906 (kg/h) ĐH Công nghiệp Hà Nội – Khoa CN Hóa Lê Thị Hiền – Lớp Đại học công nghệ Hóa 1-k3. Đồ án hóa công 60 Chương 3. TÍNH TOÁN CƠ KHÍ 3.1. TÍNH TOÁN THÂN THÁP: Thân trụ là bộ phận chủ yếu để tạo thành thiết bị hóa chất. Tùy theo điều kiện ứng dụng làm việc mà người ta chọn loại vật liệu, kiểu đặt và phương pháp chế tạo. Theo điều kiện đầu bài tháp làm việc ở áp suất thường, nhiệt độ khoảng trên dưới 100o C, dung dịch axit là chất ăn mòn. Chọn vật liệu là théo không gỉ X18H10T phù hợp cho chưng luyện Nước - Axit propionic, thân hình trụ đặt thẳng đứng, được chế tạo bằng trụ hàn vì loại này thường dùng với thiết bị làm việc ở áp suất thấp và trung bình. Chiều dày thân tháp hình trụ được tính theo công thức XIII.9 ( Sổ tay QT&TBCNHC - T2 trang 360) (m) C P].[2 P.D S t + +ϕσ = Trong đó: D t : Đường kính trong của tháp (m) P: áp suất trong thiết bị (N/m2 ) [σ] : Ứng suất cho phép với loại vật liệu đã chọn (N/m2 ) φ : Hệ số bền của thành hình trụ theo phương dọc C : Số bổ sung do ăn mòn, bào mòn và dung sai về chiều day (m) 3.1.1. Áp suất trong thiết bị. Môi trường làm việc là hỗn hợp lỏng nên hơi áp suất làm việc phải bằng tổng số áp suất hơi (P mt) và áp suất thủy tĩnh (P 1) của cột chất lỏng: ( )2N / mmt lP P P= + Áp suất hơi : P mt = 1at = 9,81.104 (N/m2 ) Áp suất thủy tĩnh được tính theo công thức: 2. . ( / )l l lP g H N mρ= Trong đó: H l : Chiều cao cột chất lỏng trong tháp (m) lấy : H l = H = 10,2 (m) ρ l : Khối lượng của chất lỏng trong tháp (kg/m3 ) ĐH Công nghiệp Hà Nội – Khoa CN Hóa Lê Thị Hiền – Lớp Đại học công nghệ Hóa 1-k3. Đồ án hóa công 61 ρ 1 = ρ xtbL + ρ xtbC 2 = 958,762 + 957,844 2 = 958,303 (kg/m 3 ) Suy ra: P 1 = g.ρ 1.H 1 = 9,81.958,303.10,2 = 81788,286 (N/m2 ) Áp suất trong thiết bị: P = P mt + P 1 = 9,81.104 + 81788,286 = 189888,286 (N/m2 ) 3.1.2. Ứng suất cho phép Ứng suất cho phép của thép trong giới hạn bền khi kẽo và khi chảy được tính theo công thức: ( )2[ ] . N / mkk kn σ σ η= ( )2[ ] . N / mcc cn σ σ η= Trong đó: η: Hệ số hiệu chỉnh, theo bảng XIII.2 (sổ tay T2 trang 356) đây là thiết bị loại 2 đốt nóng gián tiếp chọn η = 1 n k , n c : Hệ số an toàn theo giới hạn bền và chảy, (XIII.3 - T II - 356) n k = 2,6; n c = 1,5 σ k , σ c : Giới hạn bền khi kéo và chảy (N/m2 ) (bảng XIII.3 - T II - 356) ta có: σk = 550.106 (N/m2) σch = 220.106 (N/m2) => Úng suất giới hạn bền kéo là: [σ k] = σ k n k .η = 550.10 6 2,6 .1 = 211,538.10 6 (N/m2 ) Ö Ứng suất giới hạn bền chảy là: [σ c] = σ c n c .η = 220.10 6 1,5 .1 = 146,666.10 6 (N/m2 ) Ö Chọn ứng suất cho phép là ứng suất nhỏ nhất trong hai ứng suất trên: [σ] = [σ c]= 146,666.106 (N/m2 ) 3.1.3 Tính hệ số bền của thành hình trụ theo phương dọc: Chọn phương pháp chế tạo theo phương pháp hàn tay bằng hồ quan điện kiểu hàn giáp mối 2 bên, thành có lỗ nhưng được gia cố hoàn toàn. Khi đó hệ số mối hàn được chọn như sau: φ = φ h = 0,95 (sổ tay T2 trang 362) ĐH Công nghiệp Hà Nội – Khoa CN Hóa Lê Thị Hiền – Lớp Đại học công nghệ Hóa 1-k3. Đồ án hóa công 62 Lập tỉ số : [σ].φP = 146,666.106 .0,95 189888,286 = 733,761 > 50 như vậy có thể bỏ qua P ở mẫu của công thức tính chiều dày. 3.1.4. Đại lượng bổ sung. Đại lượng bổ sung được tính theo công thức C = C 1 + C 2 + C 3 (m) C 1 : Bổ sung do ăn mòn (m) Vì axit propionic là chất ăn mòn, chọn C 1 = 1(mm) = 10-3 (m) C 2 : Bổ sung do bào mòn (m) Tháp chưng luyện chỉ chứa lỏng và hơi nên ít ăn mòn => C 2 = 0 C 3 : Bổ sung do dung sai về chiều dày (m) Chọn dung sai: C 3 = 0,8 mm = 0,8.10-3 (m) => C = 1,8.10-3 (m) 3.1.5. Chiều dày thân tháp. Đoạn luyện: D = 1,9 m S = D t.P 2.[σ].φ + C = 1,9.189888,2862.146,666.106 .0,95 + 1,8.10-3 = 3,09.10-3 (m) = 3,09 (m) Ö Theo quy chẩu lấy chiều dày tháp là S = 4 mm Kiểm tra ứng suất theo tháp thử: Áp suất thử tính toán: P o = P th + P l (N/m) Trong đó: P th : Áp suất thủy lực (N/m2 ) Theo bảng áp suất thủy lực khi thử (sổ tay T2 trang 358) Ö P th = 1,5P = 1,5.189888,286 = 0,284.106 (N/m2 ) P l : Áp suất cột chất lỏng trong tháp (N/m2 ): P l = g.ρ l.H l (N/m2 ) ρ l : Khối lượng riêng của nước ở nhiệt độ trung bình t tb = t F + t P + t W 3 = 99,9669 + 99,8136 + 111,6562 3 = 103,812 o C ĐH Công nghiệp Hà Nội – Khoa CN Hóa Lê Thị Hiền – Lớp Đại học công nghệ Hóa 1-k3. Đồ án hóa công 63 Ứng với nhiệt đọ trung bình là 103,812o C nội suy theo bảng I.2 (Sổ tay QT&TBCNHC T1 trang 9 ta được: ρ l = 955,141 (kg/m3 ) P l = g.ρ l.H l = 9,81.955,141.8,7 = 81518,41 (N/m2 ) Ö P o = 0,284.106 + 81518,41 = 0,365.106 (N/m2 ) Ứng suất theo áp suất thử: σ = [D t + (S - C)].P o 2.(S - C).φ h = [1,9 + (4 - 1,8).10 -3 ].0,365.106 2.(4 - 1,8).10-3 .0,95 = 166,1.106 (N/m2 ) Ö σ < σ ch 1,2 = 220.106 1,2 = 183,33.10 6 (N/m2 ) Vậy chọn S = 4 mm là phù hợp Đoạn chưng: D = 1,9 (m) S = D t.P 2.[σ].φ + C = 1,9.189888,2862.146,666.106 .0,95 + 1,8.10-3 = 3,09.10-3 (m) = 3,09 (m) Ö Theo quy chuẩn lấy chiều dày tháp là : S = 4 (mm) Kiểm tra ứng suất theo áp suất thử Ứng suất theo áp suất thử : σ = [D t + (S - C)].P o 2.(S - C).φ = [1,9 + (4 - 1,8).10-3 ].0,365.106 2.(4 - 1,8).10-3 .0,95 = 166,1.106 (N/m2 ) Ö σ < σ ch 1,2 = 220.106 1,2 = 183,33.10 6 (N/m2 ) Ö Vậy chọn S = 4mm là phù hợp. 3.2. TÍNH ĐƯỜNG KÍNH CÁC ỐNG DẪN Chọn vật liệu ống dẫn cùng loại vật liệu đáy tháp, dày 3mm. Đường kính các ống dẫn và cửa ra vào tính theo công thức d = V0,785.ω (m) Trong đó: ĐH Công nghiệp Hà Nội – Khoa CN Hóa Lê Thị Hiền – Lớp Đại học công nghệ Hóa 1-k3. Đồ án hóa công 64 V : Lưu lượng thể tích (m3 /s) ω : Tốc độ lưu thể (m/s) 3.2.1. Đường kính ống chảy chuyền Đường kính ống chảy truyền đã tính ở trên d chL = 0,04 m, d chC = 0,25 m Khoảng cách từ chân đĩa đến ống chảy chuyền : S = 0,25.d Đoạn luyện: S l = 0,25.0,04 = 0,01 (m) Đoạn chưng: S c = 0,25.0,25 = 0,0625 (m) 3.2.2. Đường kính ống dẫn hỗn hợp đầu vào tháp Lượng hỗn hợp đầu vào tháp là F = 15 tấn/h Nhiệt độ của hỗn hợp đầu t F = 99,9669o C Ö Khối lượng riêng của nước và axit propionic (bảng I.2, sổ tay T1 trang 9) theo t = t F : ρ A = 958,023 (kg/m3 ); ρ B = 958,038 (kg/m3 ) =>Khối lượng riêng của hỗn hợp đầu là: ρ F = ⎝⎜ ⎛ ⎠⎟ ⎞a F ρ A + 1 - a F ρ B -1 = ⎝⎜ ⎛ ⎠⎟ ⎞0,28 958,023 + 1 - 0,28 958,038 -1 = 958,034 (kg/m3 ) Ö Lưu lượng thể tích của hỗn hợp đầu là: V = F3600.ρ F = 150003600.958,034 = 4,35.10 -3 (m3 /s) Chọn tốc độ hỗn hợp đầu là ω = 0,3 (m/s) Ö Đường kính ống dẫn hỗn hợp đầu là: 34,35.10 0,1359 (m) 0,785.0,3 d − = = Quy chuẩn d = 0,15 (m) = 150 (mm) Theo bảng XIII.32 (T II - 434), chiều dài đoạn ống nối là:l = 130 (mm) Ö Tốc độ thực tế của hỗn hợp đầu: ω TT = V 0,785.d2 = 4,35.10 -3 0,785.0,152 = 0,246 (m/s) ĐH Công nghiệp Hà Nội – Khoa CN Hóa Lê Thị Hiền – Lớp Đại học công nghệ Hóa 1-k3. Đồ án hóa công 65 3.2.3. Đường kính ống dẫn hơi đỉnh tháp. Lượng hơi đỉnh tháp là g đ = 9409,5 (kg/h) M P = 21,21 (kg/kmol) Nhiệt độ của hơi đỉnh tháp t p = 99,8136o C Khối lượng riêng của hơi ở đỉnh tháp: ρ = M P.T o 22,4.T = 21,21.273 22,4.(273 + 99,8136) = 0,693 (kg/m 3 ) => Lưu lượng thể tích của hơi đỉnh tháp là: V = g d 3600.ρ P = 9409,53600.0,693 = 3,77 (m 3 /s) Chọn tốc độ hơi ở đỉnh tháp là ω = 25 (m/s) Ö Đường kính của ống dẫn hơi đỉnh tháp là: d = 3,770,785.25 = 0,43 (m) Quy chuẩn: d = 0,4 (m) = 400 (mm) Theo bảng XIII.32 (T II - 434), chiều dài đoạn ống nối là :l = 150 (m) Ö Tốc độ thực tế của hơi đỉnh tháp: ω tt = V 0,785.d2 = 3,770,785.0,42 = 30,01 (m/s) 3.2.4. Đường kính ống dẫn sản phẩm đáy. Nhiệt độ của hỗn hợp đáy t W = 111,6562o C Ö Khối lượng riêng của nước và axit propionic ρ A = 949,257 (kg/m3 ), ρ B = 937,018 (kg/m3 ) Ö Khối lượng riêng của sản phẩm đáy là: ρ W = ⎝⎜ ⎛ ⎠⎟ ⎞a W ρ A + 1 - a W ρ B -1 = ⎝⎜ ⎛ ⎠⎟ ⎞0,0002 949,257 + 1 - 0,0002 937,018 -1 = 937,02 (kg/m3 ) => Lưu lượng thể tích của sản phẩm đáy là: V = Wρ W = 100003600.937,02 = 2,964.10 -3 (m3 /s) ĐH Công nghiệp Hà Nội – Khoa CN Hóa Lê Thị Hiền – Lớp Đại học công nghệ Hóa 1-k3. Đồ án hóa công 66 Chọn tốc độ sản phẩm đáy là : ω = 0,3 (m/s) Ö Đường kính của ống dẫn sản phẩm đáy là: d = 2,964.10 -3 0,785.0,3 = 0,112 (m) Quy chuẩn d = 0,125 (m) = 125 (mm) Theo bảng XIII.32 (T2 - 434), chiều dài đoạn ống nối là :l = 120 (mm) Ö Tốc độ thực tế của sản phẩm đáy là: ω tt = V 0,785.d2 = 2,964.10 -3 0,785.0,1252 = 0,241 (m/s) 3.2.5.Đường kính ống dẫn hơi ngưng tụ hồi lưu Lượng hơi ngưng tụ hồi lưu là G R = G P.R = 5000.0,8819 = 4409,5 (kg/h) Nhiệt độ của hơi ngưng tụ hồi lưu là t R = t P = 99,8136o C => Khối lượng riêng của nước và axit propionic: ρ A = 958,13 (kg/m3 ); ρ B = 958,214 (kg/m3 ) Nồng độ khối lượng của hơi ngưng tụ hồi lưu là a R = a P = 80% Ö Khối lượng riêng của hơi ngưng tụ hồi lưu là: ρ R = ⎝⎜ ⎛ ⎠⎟ ⎞a R ρ A + 1 - a R ρ B -1 = ⎝⎜ ⎛ ⎠⎟ ⎞0,76 958,130 + 1 - 0,76 958,214 -1 = 958,150 (kg/m3 ) Ö Lưu lượng thể tích của hơi ngưng tụ hồi lưu là: V = G R ρ R = 4409,53600.958,150 = 1,278.10 -3 (m3 /s) Chọn tốc độ hơi ngưng tụ hồi lưu là ω = 0,25 (m/s) Ö Đường kính của ống dẫn hơi ngưng tụ hồi lưu là: d = 1,278.10 -3 0,875.0,25 = 0,0806 (m) Quy chuẩn d = 0,08 (m) = 80 (mm) ĐH Công nghiệp Hà Nội – Khoa CN Hóa Lê Thị Hiền – Lớp Đại học công nghệ Hóa 1-k3. Đồ án hóa công 67 Theo XIII.32 (T2 trang 434), chiều dài đoạn ống nối là : l = 110 (mm) Ö Tốc độ thực tế của hơi ngưng tụ hồi lưu: ω TT = V 0,785.d2 = 1,278.10 -3 0,785.0,082 = 0,25 (m/s) 3.2.6. Đường kính ống dẫn hơi sản phẩm đáy hồi lưu. Lượng hơi sản phẩm đáy hồi lưu là g 1 ́ = 18243,52 (kg/h) Nhiệt độ của hơi sản phẩm đáy hồi lưu t W = 111,6562o C Khối lượng riêng của hơi ở đáy: ρ = M w.T o 22,4.T = 69,6656.273 22,4.(273 + 111,6562) = 2,207 (kg/m 3 ) => Lưu lượng thể tích của hơi sản phẩm đáy hồi lưu là: V = g 1 ́ ρ R = 18243,523600.2,207 = 2,296 (m 3 /s) Chọn tốc độ hơi sản phẩm đáy hồi lưu là: ω = 25 (m/s) Ö Đường kính của ống dẫn hơi sản phẩm đáy hồi lưu là: d = 2,2960,785.25 = 0,342 (m) Quy chuẩn : d = 0,35 (m) = 350 (mm) Theo bảng XIII.32 (T2 - 434), chiều dài đoạn ống nối là : l = 150 (mm) Ö Tốc độ thực tế của hơi sản phẩm đáy: ω TT = V 0,785.d2 = 2,2960,785.0,352 = 23,9(m/s) 3.3. TÍNH ĐÁY VÀ NẮP THIẾT BỊ Đáy và nắp thiết bị cũng là những bộ phận quan trọng của thiết bị và thường được chế tạo cùng loại với vật liệu của than tháp, vì tháp làm việc ở áp suất thường và được thân trụ hàn nên ta chọn đáy và nắp hình elip có gờ. ĐH Công nghiệp Hà Nội – Khoa CN Hóa Lê Thị Hiền – Lớp Đại học công nghệ Hóa 1-k3. Đồ án hóa công 68 . Các kích thước: - Đường kính: D nắp = 1,9 (m); D đáy = 1,9 (m) - Chiều cao phần lồi : h b = 0,25.D nắp = 0,25.1,9 = 0,475 (m) h b = 0,25.D đáy = 0,25.1,9 = 0,475 (m) - Chiều cao gờ : h = 25 (mm) - Đường kính lỗ d đáy = 110 (mm); d nắp = 500 (mm) Chiều dày đáy và nắp: S = D t.P 3,8.[σ k].k.φ h - P . D t 2.h b + C (XIII.47 - Sổ tay T 2 trang 385) Trong đó: φ h : Hệ số bền mối hàn hướng tâm φ h = 0,95 k ; Hệ số không thứ nguyên k = 1 - d/D t : d đáy = 110 (mm) => k = 1 - 110 1900 = 0,942 d nắp = 500 (mm) => k = 1 - 500 1900 = 0,737 P : Áp suất trong: Nắp : P = P hơi = 1 at = 9,81.104 (N/m2 ) Đáy: P = P tháp = 189888,286 (N/m2 ) Có: [σ] P .k.φ k = 146,666.106 189888,286 .0,942.0,95 = 691,20 > 30 D t h h t S ĐH Công nghiệp Hà Nội – Khoa CN Hóa Lê Thị Hiền – Lớp Đại học công nghệ Hóa 1-k3. Đồ án hóa công 69 [σ]P .k.φ k = 146,666.106 189888,286 .0,737.0,95 = 540,782 > 30 Như vậy có thể bỏ qua P ở mẫu trong công thức tính chiều dày • Chiều dày nắp tháp là: S = 1,9.189888,2863,8.146,666.106 .0,942.0,95 . 1,92.0,475 + 1,8 .10 -3 = 3,246.10-3 (m) Ta thấy S - C = 1,446 (mm) < 10 (mm) nên phải tăng C lên 2 mm C = (1,8 + 2).10-3 = 3,8.10-3 (m) Do đó: S = (3,246 + 3,8).10-3 = 7,046.10-3 (m) Quy chuẩn lấy chiều dày nắp tháp là : S = 8 (mm) • Chiều dày đáy tháp là: S = 1,9.189888,2863,8.146,666.106 .0,737.0,95 . 1,92.0,475 + 1,8.10 -3 = 3,649.10-3 (m) Ta thấy S - C = 1,849 mm < 10 mm, nên ta phải tăng C lên 2 mm C = (1,8 + 2).10-3 = 3,8.10-3 Do đó: S = (3,649 + 3,8).10-3 = 7,449.10-3 m Quy chuẩn lấy chiều dày đáy tháp là : S = 8 mm Kiểm tra ứng suất theo áp suất thủy lực: • Với nắp tháp: P o = 1,5.P th = 1,5.189888,286 = 0,285.106 (N/m2 ) σ = [D t 2 + 2.h b.(S - C)].P o 7,6.k.φ h.h b.(S - C) = [1,9 2 + 2.0,475.(8 - 3,8).10-3 ].0,285.106 7,6.0,942.0,95.0,475.(8 - 3,8).10-3 = 75,910.106 (N/m2 ) Ö σ < σ ch 1,2 = 220.106 1,2 = 183,333.10 6 (N/m2 ) => Vậy chọn S = 8 mm là phù hợp. • Với đáy tháp: ĐH Công nghiệp Hà Nội – Khoa CN Hóa Lê Thị Hiền – Lớp Đại học công nghệ Hóa 1-k3. Đồ án hóa công 70 σ = [1,9 2 + 2.0,475.(8 - 3,8).10-3 ].0,285.106 7,6.0,737.0,95.0,475.(8 - 3,8).10-3 = 97,025.106 (N/m2 ) Ö σ < σ ch 1,2 = 220.106 1,2 = 183,333.10 6 (N/m2 ) Ö Vậy chọn S = 8 mm là phù hợp. 3.4 CHỌN MẶT BÍCH Mặt bích là bộ phận quan trọng dùng để nối các phần của thiết bị cũng như các bộ phận khác với thiết bị Có nhiều kiểu bích khác nhau, nhưng do tháp làm việc ở áp suất thường nên ta chọn kiểu mặt bích liền bằng thép loại 1 để nối đáy, nắp với thân. 3.4.1. Chọn mặt bích để nối thân tháp và nắp, đáy Ta dùng mặt bích liền bằng thép không gỉ kiểu 1, (XIII.27 - T II - 417) Ta chọn khoảng cách giữa 2 bích là 2 m, vậy số bích để nối thân thiết bị là: n = 10,2 : 2 = 5,1 => ta chọn số bích n = 5 3.4.2. Chọn mặt bích để nối ống dẫn thiết bị: Ta dùng kiểu mặt bích bằng kim loại đen.Theo bảng XIII.26 (II - )409 ta có bảng bích cho các loại ống với áp suất 0,25.106 N/m2 Py.106 Dt D Db D1 Dδ db h z N/m2 mm C¸i 0,1 1900 2040 1990 1960 1915 M20 28 40 1900 2040 1990 1960 1915 M20 28 40 ĐH Công nghiệp Hà Nội – Khoa CN Hóa Lê Thị Hiền – Lớp Đại học công nghệ Hóa 1-k3. Đồ án hóa công 71 3.5. TÍNH VÀ CHỌN GIÁ ĐỠ, TAI TREO Thường người ta không đặt trực tiếp thiết bị lên mà phải có tai treo hay chân đỡ (trừ trường hợp ngoại lệ). Muốn xác định giá đỡ và tai treo cần phải xác định được khối lượng của toàn thiết bị. 3.5.1. Tính khối lượng toàn bộ tháp Để tính toán khối lượng toàn thiết bị người ta tính khối lượng tháp khi cho nước đầy tháp, và khối lượng của tháp khi không có nước Tên các ống Dy Dn D Dδ D1 db h z mm C¸i Sản phẩm đỉnh 400 426 535 495 465 M20 22 16 Hồi lưu sản phẩm đỉnh 80 89 185 150 128 M16 14 4 Ống dẫn liệu 150 159 260 225 202 M16 16 8 Sản phẩm đáy 125 133 235 200 178 M16 14 8 Hồi lưu đáy 350 377 485 445 415 M20 12 22 ĐH Công nghiệp Hà Nội – Khoa CN Hóa Lê Thị Hiền – Lớp Đại học công nghệ Hóa 1-k3. Đồ án hóa công 72 G = G T + G N-Đ + G B + G bl + G Đ + G Ô + G L (kg) Trong đó: G T : Khối lượng thân tháp trụ (kg) G N-Đ : Khối lượng nắp và đáy tháp (kg) G B : Khối lượng bích (kg) G bl : Khối lượng bu lông nối bích (kg) G Đ : Khối lượng đĩa lỗ trong tháp (kg) G Ô : Khối lượng ống chảy truyền (kg) G L : Khối lượng chất lỏng điền đầy tháp (kg) a. Khối lượng thân tháp trụ: Khối lượng riêng của vật liệu làm thân tháp là ρ th = 7900 (kg/m3 ) Đường kính trong của thân tháp: D L = 1,9 (m); D C = 1,9 (m) Chiều dày thân tháp S = 4 (m) Chiều cao tháp : H L = 4,6 (m); H C = 4,1 (m) => Khối lượng thân tháp là: G TL = π.[(D t + S)2 - D t2 ] 4 .H.ρ th = 3,14.[(1,9 + 4.10 -3 )2 ] - 1,92 ] 4 . 4,6.7900 = 434,065 (kg) G TC = π.[(D t + S)2 - D t2 ] 4 .H.ρ th = 3,14.[(1,9 + 4.10 -3 )2 ] - 1,92 ] 4 .4,1.7900 = 386,884 (kg) G T = G TL + G TC = 434,065 + 386,884 = 820,949 (kg) b. Khối lượng nắp và đáy tháp Chiều dày của nắp : S n = 8 (mm) , của đáy, S đ = 8 (mm) Chiều cao gờ h = 25 (mm) Đường kính D nắp = 1,9 (m); D đáy = 1,9 (m) Theo bảng X.III.11 ( Sổ tay QT&TBCNHC - T2 trang 384) => Khối lượng nắp và đáy tháp là: G N-Đ = 258 + 258 = 516 (kg) ĐH Công nghiệp Hà Nội – Khoa CN Hóa Lê Thị Hiền – Lớp Đại học công nghệ Hóa 1-k3. Đồ án hóa công 73 c. Khối lượng bích Theo các thông số của bích đã chọn: - Đường kính trong của bích : D tL = 1,9 (m); D tC = 1,9 (m) - Đường kính ngoài của bích D L = D C = 1,956 (m) - Chiều dày bích : h L = h C = 28 (mm) = 0,028 (m) - Số bích: n = 5 (cặp) = 10 (chiếc) => Khối lượng bích là: G B = π.[D2 - D t2 ] 4 .h.ρ th.n = 3,14.[1,956 2 - 1,92 ] 4 .0,028.7900.10 = 374,955 (kg) d. Khối lượng bu lông nối bích Theo các thông số của bích đã chọn: Cần 5 cặp bích, mỗi cặp cần 28 bu lông loại M 20 (khối lượng 0,15 kg/cái). => Khối lượng bu lông nối bích là: G bl = 5.28.0,15 = 21(kg) e. Khối lượng đĩa lỗ trong tháp Theo các thông số đĩa đã chọn: - Đường kính đĩa : D L = D C = 1,9 (m) - Chiều dày đĩa δ = 0,002 (m) - Số đĩa n = 14 (chiếc) => Khối lượng đĩa lỗ trong tháp: G Đ = π.D2 4 .δ.ρ th.n = 3,14.1,92 4 .0,002.7900.10 = 626,847 (kg) f. Khối lượng ống chảy chuyền Khối lượng một ống chảy chuyền đoạn luyện: m ÔL = π[(D Ô + S)2 - D Ô2 ] 4 .h Ô.ρ th = 3,14.[(0,04 + 0,002) 2 - 0,042 ] 4 .0,475.7900 = 0,48 (kg) Khối lượng một ống chảy truyền đoạn chưng: ĐH Công nghiệp Hà Nội – Khoa CN Hóa Lê Thị Hiền – Lớp Đại học công nghệ Hóa 1-k3. Đồ án hóa công 74 m ÔC = π[(D Ô + S)2 - D Ô2 ] 4 .h Ô.ρ th = 3,14.[(0,25 + 0,02) 2 - 0,252 ] 4 .0,475.7900 = 2,957 (kg) Tháp có 7 đĩa chưng, 7 đĩa luyện, mối đĩa chưng có 1 ống chảy chuyền, mỗi đĩa luyện có 1 ống chảy chuyền: Ö Khối lượng của ống chảy chuyền là: G Ô = 7.0,48 + 7.2,957 = 24,059 (kg) g. Khối lượng chất lỏng điền đầy tháp Ta lấy theo khối lượng riêng lớn nhất là khối lượng trung bình pha lỏng đoạn chưng: ρ L = ρ xC = 957,844 (kg/m3 ) => Khối lượng chất lỏng chứa trong tháp là: G L = π.D2 4 .H.ρ L = 3,14.1,9 2 4 .8,7.957,844 = 23615,16 (kg) => Khối lượng tháp là: G = 820,949 + 516 + 374,955 + 21 + 626,847 447,748 + 24,059 + 23615,16 = 25999,06 (kg) 3.5.2. Tính tai treo Trọng lượng tháp là: P = G.g = 25816,914.9,81 = 236999,270 (N) Chọn 4 tai treo bằng thép CT3, tải trọng trên tai treo là: 8,0.104 (N) Ö Các thông số của tai treo (Kiểu VIII) (Sổ tay II - 438) ĐH Công nghiệp Hà Nội – Khoa CN Hóa Lê Thị Hiền – Lớp Đại học công nghệ Hóa 1-k3. Đồ án hóa công 75 Tải trọng cho phép trên 1 tai treo G.104 Bề mặt đỡ F.10-4 N/m2 Tải trọng cho phép lên bề mặt đỡ q.106 N/m2 L B B1 H S l a d mm 8 ,0 639 1,25 270 240 240 420 14 120 25 21,5 Tấm lót tai treo bằng thép: bảng XIII.22 (Sổ tay II - 439) Tải trọng cho phép lên một tai treo G.104 N Chiều dày tối thiểu của thành thiết bị khi không có lót Chiều dày tối thiểu của thành thiết bị khi có lót S H B SB mm 8,0 24 10 750 530 10 Chọn chân đỡ thép: bảng XIII.35 (Sổ tay II - 437) Tải trọng cho phép trên 1 chân G.104 N Bề mặt đỡ F.10-4 m2 Tải trọng cho phép lên bề mặt đỡ Q.106 N/m2 L B B1 B2 H h S l d mm 8,0 840 0,96 320 265 270 400 500 275 22 120 34 ĐH Công nghiệp Hà Nội – Khoa CN Hóa Lê Thị Hiền – Lớp Đại học công nghệ Hóa 1-k3. Đồ án hóa công 76 s l s b 1 a l b r d s Tr ô c t h iÕ t b Þ t h e o ® ¸ y t h iÕ t b Þ h ĐH Công nghiệp Hà Nội – Khoa CN Hóa Lê Thị Hiền – Lớp Đại học công nghệ Hóa 1-k3. Đồ án hóa công 77 Chương 4. TÍNH TOÁN THIẾT BỊ PHỤ 4.1 TÍNH TOÁN THIẾT BỊ GIA NHIỆT HỖN HỢP ĐẦU Để đun nóng hỗn hợp đầu gồm 0,28 nước và 0,72 axit propionic theo phần khối lượng với năng suất 15000 tấn/h. Ta giả thiết dung dịch đầu có nhiệt độ ban đầu là 25o C, cần đun nóng tới nhiệt độ sôi của hỗn hợp là t F = 99,9669o C. Để đun nóng hỗn hợp đầu ta dùng thiết bị gia nhiệt loại ống chum kiểu đứng, dùng hơi nước bão hòa ở 2 at để đun sôi hỗn hợp. Thiết bị trao đổi nhiệt loại ống chùm thẳng đứng với các thông số: Chiều cao ống: h o = 1,5 (m) Đường kính ống: d = 25 (mm) Chiều dày thành ống: δ = 2 (mm) Đường kính trong của ống là: d o = 20 (mm) Dung dịch đi trong ống, hơi đốt đi ngoài ống. Chọn vật liệu chế tạo là thép không gỉ X18H10T Theo XII.7 (Sổ tay II – 313), hệ số dẫn nhiệt của vật liệu là: λ = 16,3 (W/m.độ) 4.1.1. Tính hiệu số nhiệt độ trung bình Nhiệt độ vào của dung dịch là t đ = 25o C Nhiệt độ ra của dung dịch là t c = t s = t F = 99,9696o C Hơi đốt là hơi nước bão hòa nên nhiệt độ không thay đổi và là nhiệt độ sôi ở áp suất đã chọn (2 at) : 119,6o C => ⎩⎪ ⎨⎪ ⎧Δ t1 = 119,6 - 25 = 94,6 Δ t2 = 119,6 - 99,9669 = 19,6331o C Hiệu số nhiệt độ trung bình giữa hai lưu thể tích theo công thức: Δ t tb = Δt 1 - Δt 2 lnΔt 1 Δt 2 = 94,6 - 19,6331 ln 94,619,6331 = 47,675o C Vậy nhiệt độ trung bình của dung dịch là: ĐH Công nghiệp Hà Nội – Khoa CN Hóa Lê Thị Hiền – Lớp Đại học công nghệ Hóa 1-k3. Đồ án hóa công 78 t tb = 119,6 - 47,675 = 71,925o C 4.1.2. Tính lượng nhiệt trao đổi Lượng nhiệt cần thiết để đun nóng hỗn hợp đàu từ nhiệt độ 25o C đến nhiệt sôi của hỗn hợp đầu 99,9669o C, tính theo công thức: Q = m.C P.(t c - t đ) (J/s) Trong đó: m: Lượng dung dịch đưa vào (kg/s) m = F = 150003600 = 4,167 (kg/s) C P: Nhiệt dung riêng của dung dịch (J/kg.độ) ở t tb = 71,925o C Nội suy theo bảng I.153 và I.154 (Sổ tay I - 171) ta có: C 1 = 4190 (J/kg.độ); C 2 = 2271,991 (J/kg.độ) Nồng độ đầu hỗn hợp là: a F = 28% Ö C P = C 1.a F + C 2.(1 - a F) = 4190.0,28 + 2251,008.(1 - 0,28) = 2793,925 (J/kg.độ) t đ, t c : Nhiệt độ vào và ra của dung dịch (o C) Vậy : Q = 4,167.2793,925.(99,9669 - 25) = 877506.844 (J/s) 4.1.3. Tính hệ số cấp nhiệt. Quá trình truyền nhiệt gồm 3 phần: • Cấp nhiệt bằng hơi nước bão hòa cho thành ống truyền nhiệt: q 1 = α 1.Δ t 1 (W/m 2 ) α 1 : Hệ số cấp nhiệt của hơi đốt (Wm2 .độ) Δ t 1 : Hiệu số nhiệt độ của hơi đốt và thành ống tiếp xúc với với hơi đốt Δ t 1 = t tb - t T 1 • Dẫn nhiệt từ thành ống phía tiếp xúc với hơi sang thành ống tiếp xúc với lỏng (dẫn nhiệt qua 1m2 thành ống) Lượng nhiệt của quá trình này: ĐH Công nghiệp Hà Nội – Khoa CN Hóa Lê Thị Hiền – Lớp Đại học công nghệ Hóa 1-k3. Đồ án hóa công 79 q o = 1 Σ r .Δt T (W/m2 ) Σ r : Tổng nhiệt trở của thành ống (m2 .độ/W) Δt T = t T 1 - t T 2 : Hiệu số nhiệt độ giữa hai phía thành ống (o C) t T 1, t T 2 : Nhiệt độ hai phía thành ống • Cấp nhiệt từ thành ống phía tiếp với pha lỏng cho hỗn hơi lỏng q 2 = α 2.Δt 2 α 2 : Hệ số cấp nhiệt từ thành ống (W/m2 .độ) Δt 2 = t T 2 - t 2 a. Xác định chế độ chảy của hỗn hợp chất lỏng trong ống (tính chuẩn số Re) Re = W.l.ρμ Trong đó: W : Tốc độ dòng chảy lỏng tự chảy trong ống Ta chọn tốc độ chảy của chất lỏng trong ống là chế độ tự chảy Chọn W = 0,3 (m/s) l : Kích thước hình học l = d tđ μ : Độ nhớt của hỗn hợp ở nhiể độ trung bình t tb trong thiết bị truyền nhiệt μ được xác định theo công thức: lg μ = x F.lgμ 1 + (1 - x F).lg μ 2 μ 1, μ 2 : Độ nhớt của nước và axit propionic ở nhiệt độ t tb Nội suy theo bảng I.101 (Sổ tay I - 91) ta có: ⎩⎪ ⎨⎪ ⎧μ 1 = 0,402.10-3 (N.s/m) μ 2 = 0,616.10-3 (Ns/m) Suy ra: lg μ hh = 0,6152.lg0.402.10-3 + (1 - 0,6152).lg0,616.10-3 = - 3,324 (Ns/m) Ö μ = 0,437.10-3 (Ns/m) ρ : Khối lượng riêng của hỗn hợp ở t tb = 71,925o C ĐH Công nghiệp Hà Nội – Khoa CN Hóa Lê Thị Hiền – Lớp Đại học công nghệ Hóa 1-k3. Đồ án hóa công 80 1ρ x = a F ρ x1 + 1 - a F ρ x2 ρ x1, ρ x2 : Khối lượng riêng của nước và axit propionic ở nhiệt độ t tb Nội suy theo bảng I.2 (Sổ tay I - 9) ta có: ρ x1 = 978,627 (kg/m3 ); ρ x2 = 990,286 (kg/m3 ) Vậy: ρ = ⎝⎜ ⎛ ⎠⎟ ⎞a F ρ x1 + 1 - a F ρ x2 -1 = 958,338 (kg/m3 ) l = d td : Đường kính tương đương của ống truyền nhiệt Chọn kích thước của ống truyền nhiệt là 25 x 2 mm Trong đó 25 là đường kính của ống và 2 là bề dày của ống Vậy đường kính trong của ống là d td = 25-2 2× =21 (mm)= 0,021m Do đó: Re = 0,3.0,021.958,3380,437.10-3 13815,856 > 104 Ö Chế độ chảy của chất lỏng trong ống truyền nhiệt là chế độ chảy xoáy b. Tính chuẩn số Pr Chuẩn số Pr được xác định theo công thức: Pr = C P.μ λ Trong đó: C P, μ đã tính được ở trên λ : Hệ số dẫn nhiệt của dung dịch, xác định theo công thức I.32 (T I - 123) λ = A.C P.ρ. 3 ρ M Trong đó: C P = 2793,925 (J/kg.độ) ρ = 958,338 (kg/m3 ) M : khối lượng mol trung bình của hỗn hợp lỏng M = 39,5488 (kg/kmol) ĐH Công nghiệp Hà Nội – Khoa CN Hóa Lê Thị Hiền – Lớp Đại học công nghệ Hóa 1-k3. Đồ án hóa công 81 A: hệ số phụ thuộc vào mức độ liên kết của chất lỏng Với chất lỏng liên kết có A = 3,58.10-8 (Sổ tay I - 123) Suy ra: λ = 3,58.10-8 .2793,925.958,338. 3 958,388 39,5488 = 0,277 (W/m.độ) Vậy: Pr = 2793,925.0,437.10 -3 0,277 = 4.407 c. Tính hệ số cấp nhiệt về phía dung dịch α 2 (W/m2 .độ) Nu = α 2. d td λ Mà chế độ chất lỏng là chảy xoáy nên: Nu = 0,021.ε 1.Re0,8 .Pr0,43 . ⎝⎜ ⎛ ⎠⎟ ⎞Pr Pr t 0,25 (Sổ tay II-14) ε 1 : Hệ số hiệu chỉnh tính đến ảnh hưởng của tỷ số chiều dài và đường kính d của ống Theo bảng V.2 (Sổ tay II - 15) ld >50 => ε 1 = 1 Pr t : Chuẩn số Prant của hỗn hợp lỏng tính theo nhiệt độ thành ống Pr Pr t : Thể hiện ảnh hưởng của dòng nhiệt (đun nóng hay làm nguội) Khi chênh lệch giữa tường và dòng nhỏ thì PrPr t ≈ 1 (theo Sổ tay II - 15) Do đó hệ số cấp nhiệt về phía hỗn hợp lỏng: α 2 = 0,021. λ d td .ε 1.Re0,8 .Pr0,43 . ⎝⎜ ⎛ ⎠⎟ ⎞Pr Pr t 0,25 = 0,021. 0,2770,021 .1.(13815,856) 0,8 .(4,407)0,43 .1 = 1075,879(W/m2 .độ) d. Tính hệ số cấp nhiệt của hơi bão hòa ĐH Công nghiệp Hà Nội – Khoa CN Hóa Lê Thị Hiền – Lớp Đại học công nghệ Hóa 1-k3. Đồ án hóa công 82 Khi tốc độ hơi trong ống nhỏ (W h < 10 m/s) và màng nước ngưng chuyển động dòng thì hệ số cấp nhiệt α 1 của hơi nước bão hòa đối với ống thẳng đứng α = 2,04.A. 4 r Δ t1.H (W/m2 .độ) (Sổ tay II - 28) H: Chiều cao của ống trong thiết bị gia nhiệt, chọn H = 1,5 m Δt 1 = t n - t T1 : hiệu số nhiệt độ giữa nước ngưng (t bh) và nhiệt độ phía thành ống tiếp xúc (t T1) Ö Δt 1 = t bh - t T1 Giả thiết Δt 1 = 2,7o C r : Ẩn nhiệt ngưng tụ của hơi bão hòa ở t = 119,6o C r = 526,964 (kcal/kg)=2206,29.10 3(J/kg) A: Hệ số phụ thuộc vào nhiệt độ màng nước ngưng t m A = ⎝⎜ ⎛ ⎠⎟ ⎞ρ2 .λ3 μ 0,25 (Sổ tay II - 29) Với: t m = 0,5.(t T1 + t bh) Δt 1 = t bh - t T1 => t T1 = t bh - Δt 1 = 119,6 - 2,7 = 116,9o C Ö t m = 0,5.(116,9 + 119,6) = 118,25o C Suy ra: A = 179 + 188 - 179120 - 100 (118,25 - 100) = 187,213 (Theo Sổ tay II - 19) Do đó: α 1 = 2,04.187,213. 4 2206,29.103 2,7.1,5 = 10375,647 (W/m 2 .độ) Vậy nhiệt lượng cung cấp cho 1 m2 thành ống là: q 1 = α 1.Δt 1 = 10375,547.2,7 = 28014,247 (W/m2 ) e. Tính tổng trở thành ống Σ r Σ r = r 1 + r 2 + δ λ Chọn bề dày thành ống truyền nhiệt δ = 2 mm ( TTQT &TB1- 343) λ : Hệ số dẫn nhiệt ở thành ống, λ = 16,3 (W.m2 .độ), đối với thép X18H10T theo bảng XII.7 (II - 313) ĐH Công nghiệp Hà Nội – Khoa CN Hóa Lê Thị Hiền – Lớp Đại học công nghệ Hóa 1-k3. Đồ án hóa công 83 r T1, r T2 : Nhiệt trở lớp cặn do hơi nước tạo thành ở 2 phía thành ống Với nước có cặn bẩn: 1r T1 = 1r T2 = 2000 (kcal/m3 .h.độ) ( TTQT&TB1- 346) Ö r T1 = r T2 = 12000.1,16 = 4,31.10 -4 (m2 .độ/W) Vậy: Σ r = 2.4,31.10-4 + 2.10-3 16,3 = 9,867.10 -4 f. Tính hiệu số nhiệt độ giữa hai thành ống Nhiệt lượng dẫn qua một m2 thành ống: q o = Δt T. 1 Σ r Ö Δt T = q o.Σ r Do quá trình truyền nhiệt là ổn định nên: q o = q 1 = 28014,247 (W/m2 ) Do đó: Δt T = 28014,247.9,867.10-4 = 27,642o C Lại có: Δt T = t T1 - t T2 ; t T1 = 116,9o C Ö t T2 = 119,6 - 27,642 = 91,958o C Mà: Δt 2 = t T2 - t 2 Với t 2 là nhiệt độ hỗn hợp đầu đun nóng trong ống: t 2 = t bh - Δt tb = 119,6 - 47,675 = 71,925 Ö Δt 2 = 91,958 - 71,925 = 20,033o C g. Tính nhiệt lượng do thành ống cung cấp cho dung dịch q 2 = α 2.Δt 2 = 1075,879.20,033 = 21553,084 (W/m2 ) Xét q 1 - q 2 q 1 = ⎪⎪ ⎪ ⎪⎪ ⎪28014,247 - 21553,084 28014,247 = 0,22 < 0,05 (chấp nhận được) Vậy lượng nhiệt trung bình truyền cho 1 m2 thành ống là: q tb = q 1 + q 2 q 1 = 28014,247 + 21553,08428014,247 = 24783,665 (W/m 2 ) h. Xác định bề mặt ống truyền nhiệt. ĐH Công nghiệp Hà Nội – Khoa CN Hóa Lê Thị Hiền – Lớp Đại học công nghệ Hóa 1-k3. Đồ án hóa công 84 Bề mặt ống truyền nhiệt của thiết bị gia nhiệt được xác định: F = Qq Q là lượng nhiệt để đun nóng hỗn hợp đầu đến nhiệt độ cần thiết => F = 877596,84424783,665 = 35,41 (m 2 ) i. Tính số ống truyền nhiệt, chọn cách sắp xếp ống theo hình 6 cạnh n = Fπ.d td.h = 35,41π.0,021.1,5 = 357,820 Ta chọn tổng số ống trong thiết bị là : 358 ống Theo bảng V.11 (Sổ tay II - 48) Số hình 6 cạnh là : 10; Số ống trên đường xuyên tâm của hình 6 cạnh là: 21 j. Tính đường kính thiết bị gia nhiệt hỗn hợp đầu D = t.(b -1) + 4d (m) (Sổ tay II - 49) Trong đó: t : bước ống t = 1,2.d = 1,2.0,025 = 0,03 (m) d : đường kính ngoài của ống: d = 0,025 (m) Số ống trên đường xuyên tâm là: b = 21 => D = 0,03.(23 - 1) + 4.0,025 = 0,76 (m) k. Tính lại vận tốc, chia ngăn: Tính vận tốc thực của chất lỏng đi trong ống W t = 4.G F ρ.π.d2 .n (m/s) Với: G F = 15000 (kg/m3 ) ρ = 958,338 (kg/m3 ) d = 0,021(m); n = 358 ống W t = 4.15000 958,338.π.0,0212 .358 = 126,229 (m/h) = 0,035 (m/s) Để có vận tốc dòng chất lỏng đạt chế độ chảy xoáy thì cần tăng vận tốc thực của dòng W t bằng phương pháp chia ngăn. ĐH Công nghiệp Hà Nội – Khoa CN Hóa Lê Thị Hiền – Lớp Đại học công nghệ Hóa 1-k3. Đồ án hóa công 85 Số ngăn của thiết bị là: WW t = 0,30,035 = 8,57 Ta chọn là 9 ngăn. 4.2. TÍNH BƠM VÀ THÙNG CAO VỊ Hình 4.1. Sơ đồ bơm và thùng cao vị Ký hiệu: H o : Chiều cao tính từ mặt thoáng của bề chứa dung dịch đến mặt thoáng thùng cao vị (m) H 1 : Chiều cao tính từ đáy tháp đến đĩa tiếp liệu (m) H 2 : Chiều cao tính từ nơi đặt bơm đến đáy tháp (m) Z: Chiều cao tính từ đĩa tiếp liệu đến mặt thoáng thùng cao vị (m) Trong quá trình sản xuất, muốn tính toán đưa hỗn hợp đầu lên thùng cao vị, đảm bảo yêu cầu công nghệ cần phải tính các trở lực của các đường Z H 1 H 2 H 0 1 1 2 2 ĐH Công nghiệp Hà Nội – Khoa CN Hóa Lê Thị Hiền – Lớp Đại học công nghệ Hóa 1-k3. Đồ án hóa công 86 ống dẫn liệu của thiết bị gia nhiệt hỗn hợp đầu từ đó tính chiều cao của thùng cao vị so với vị trí tiếp liệu của tháp và xác định công suất, áp suất toàn phần của bơm. ΔP = ΔP d + ΔP m + ΔP H + ΔP t + ΔP k + ΔP C (Sổ tay I - 376) Trong đó: ΔP d : Áp suất động học hay áp suất cần thiết để tạo tốc độ cho dòng chảy khi ra khỏi ống dẫn ΔP m : Áp suất để khắc phục trở lực ma sát khi dòng ổn định trong ống thẳng ΔP C : Áp suất cần thiết để khắc phục trở lực cục bộ ΔP H : Áp suất cần thiết để nâng chất lỏng lên cao hoặc để khắc phục áp suất thủy tĩnh ΔP t : Áp suất cần thiết để khắc phục trở lực trong thiết bị ΔP k : Áp suất bổ sung ở cuối ống dẫn Trong thiết bị chưng luyện tháp đĩa lỗ có ống chảy truyền thì ΔP t = ΔP k = 0 4.2.1. Tính các trở lực a. Trở lực của đoạn ống từ thiết bị gia nhiệt hỗn hợp đầu đến tháp Tính áp suất động học: ΔP d = ρω2 2 Hỗn hợp đầu vào tháp: ρ = 958,338 (kg/m3 ) ω : Tốc độ trung bình của dung dịch đi trong ống dẫn liệu: ω = 4.Vπd2 .ρ = 4.G F πd2 .ρ d : Đường kính ống dẫn liệu: chọn d = 150 mm, l = 3 m => ω = 4.15000π.0,152 .958,338.3600 = 0,246 (m/s) Vậy: ΔP d = 958,338.0,2462 2 = 28,997 (N/m 2 ) Tính áp suất để khắc phụ trở lực ma sát: (ΔP m) ĐH Công nghiệp Hà Nội – Khoa CN Hóa Lê Thị Hiền – Lớp Đại học công nghệ Hóa 1-k3. Đồ án hóa công 87 Δp m = λ. L d td . ρ.ω 2 2 = λ. L d.ΔP d Với d td : Đường kính trong của ống truyền nhiệt: d td = 0,05 (m); chiều dài ống dẫn L = 3 m Tính chuẩn số Re: Re = ω.d td.ρ μ Với : ω = 0,246 (m/s); ρ = 958,338 (kg/m3 ); μ : Độ nhớt của hỗn hợp đầu tại t F = 99,9669o C Nội suy theo bảng I.101 (Sổ tay I - 91) ta có: lg μ = x F.lgμ 1 + (1 - x F).lgμ 2 μ 1, μ 2 : độ nhớt của nước và axit propionic ở nhiệt độ t F Nội suy theo bảng I.101. (Sổ tay I - 91) ta có: ⎩⎪ ⎨⎪ ⎧μ 1 = 0,284.10-3 (Ns/m) μ 2 = 0,46.10-3 (Ns/m) Ö lgμ hh = 0,6152.lg(0,284.10-3 ) + (1 - 0,6152).lg(0,46.10-3 ) = -3,466 Ö μ = 0,342 (Ns/m) Vậy : Re = 0,246.0,05.958,3380,342.10-3 = 34466,542 > 104 Ö Chế độ chảy của dung dịch trong ống là chế độ chảy xoáy Tính chuẩn số Re giới hạn: Re gh = 6. ⎝⎜ ⎛ ⎠⎟ ⎞d td ε 8/7 (Sổ tay I - 378) Chọn ống tráng kẽm mới bình thường theo bảng II.15, (Sổ tay I - 381) ε : Độ nhám tuyệt đối của ống dẫn ε = 0,1 (mm) => Re gh = 6. ⎝⎜ ⎛ ⎠⎟ ⎞0,05 0,1.10-3 8/7 = 7289,343 Chuẩn số Re khi bắt đầu xuất hiện vùng nhám: Re n = 220. ⎝⎜ ⎛ ⎠⎟ ⎞d td ε 9/8 = 220. ⎝⎜ ⎛ ⎠⎟ ⎞0,05 0,1.10-3 9/8 = 239201,52 Ta có Re gh hệ số ma sát được tính theo công thức: ĐH Công nghiệp Hà Nội – Khoa CN Hóa Lê Thị Hiền – Lớp Đại học công nghệ Hóa 1-k3. Đồ án hóa công 88 λ = 0,1. ⎝⎜ ⎛ ⎠⎟ ⎞1,46. εd td + 100 Re 0,25 (Sổ tay I - 380) => λ = 0,1. ⎝⎜ ⎛ ⎠⎟ ⎞1,46.0,1.10 -3 0,05 + 100 34466,542 0,25 = 0,0276 Chọn L = 3 m Vậy : ΔP m = 0,0276. 3 0,05 .28,997 = 48,019 (N/m 2 ) Tính áp suất để khắc phục trở lực cục bộ ΔP C = Σζ. ρW2 2 = Σζ.ΔP d Trở lực cục bộ qua các đoạn ống gồm: - Trở lực vào ống ta chọn ζ 1 = 0,5 - Trở lực của 2 khuỷu 90o , do 3 khuỷu mỗi khuỷu 30o tạo thành Chọn ab = 1 => ζ 2 = 0,3 II.16 (Sổ tay I - 394) - Trở lực van: Chọn van tiêu chuẩn với đường kính ống dẫn liệu d = 150 mm Tra theo bảng II.16 (Sổ tay I - 397) có ζ 4 = 4,4 Vậy hệ số trở lực cục bộ là: ζ = ζ 1 + ζ 2 + ζ 3 = 0,5 + 2.0,3 + 4,4 = 5,5 => ΔP C = 5,5.28,997 = 159,483 (N/m2 ) Áp suất toàn phần cần thiết để thắng trở lực trong ống dẫn từ thiết bị gia nhiệt hỗn hợp đầu tới đĩa tiếp liệu: ΔP 1 = ΔP d + ΔP m + ΔP C = 28,997 + 48,019 + 159,483 = 236,499 N/m2 Ö Chiều cao cột chất lỏng tương ứng: H 1 = ΔP 1 ρ.g = 236,499 958,338.9,8 = 0.025 (m) b. Trở lực của ống dẫn từ thùng cao vị đến thiết bị gia nhiệt hỗn hợp đầu Tính áp suất động học ΔP d = ρ.ω2 2 ĐH Công nghiệp Hà Nội – Khoa CN Hóa Lê Thị Hiền – Lớp Đại học công nghệ Hóa 1-k3. Đồ án hóa công 89 ρ: Khối lượng riêng của hỗn hợp đầu ở 25o C 1ρ x = a F ρ x + 1 - a F ρ x2 (I.2 - Sổ tay I - 5) Nội suy theo bảng I.2 (Sổ tay I - 9) ta có khối lượng riêng của nước và axit propionic ở nhiệt độ t = 25o C ρ x1 = 996,5 (kg/m3 ); ρ x2 = 1042,75 (kg/m3 ) a F = 0,28 (phần khối lượng) Vậy : ρ = 1029,372 (kg/m3 ) Tốc độ của dung dịch chảy trong ống: ω = 4.G F πd2 .ρ hh = 4.15000π.0,152 ,1029,372.3600 = 0,229 (m/s) => ΔP d = 1029,372.0,2292 2 = 26,99 (N/m 2 ) Tính áp suất để khắc phụ trở lực ma sát: (ΔP m) Δp m = λ. L d td . ρ.ω 2 2 = λ. L d.ΔP d Với d td = d = 0,15 m, chiều dài ống dẫn L = 3 m Tính chuẩn số Re: Re = ω.d td.ρ μ Với : ω = 0,229 (m/s); ρ = 1029,372 (m/s) μ : Độ nhớt của hỗn hợp đầu tại 25o C Tính tương tự độ nhớt ở trên ta được độ nhớt của hỗn hợp ở 25o C là: μ = 0,871.10-3 (Ns/m) Vậy : Re = 0,229.0,15.1029,3720,871.10-3 = 35821,019 > 104 Ö Chế độ chảy của dung dịch trong ống là chế độ chảy xoáy Tính chuẩn số Re giới hạn: Re gh = 6. ⎝⎜ ⎛ ⎠⎟ ⎞d td ε 8/7 (Sổ tay I - 378) Chọn ống tráng kẽm mới bình thường theo bảng II.15, (Sổ tay I - 381) ĐH Công nghiệp Hà Nội – Khoa CN Hóa Lê Thị Hiền – Lớp Đại học công nghệ Hóa 1-k3. Đồ án hóa công 90 ε : Độ nhám tuyệt đối của ống dẫn ε = 0,1 (mm) => Re gh = 6. ⎝⎜ ⎛ ⎠⎟ ⎞0,15 0,1.10-3 8/7 = 25584,082 Chuẩn số Re khi bắt đầu xuất hiện vùng nhám: Re n = 220. ⎝⎜ ⎛ ⎠⎟ ⎞d td ε 9/8 = 220. ⎝⎜ ⎛ ⎠⎟ ⎞0,15 0,1.10-3 9/8 = 823237,883 (T I - 379) Ta có Re gh hệ số ma sát được tính theo công thức: λ = 0,1. ⎝⎜ ⎛ ⎠⎟ ⎞1,46. εd td + 100 Re 0,25 (Sổ tay I - 380) => λ = 0,1. ⎝⎜ ⎛ ⎠⎟ ⎞1,46.0,1.10 -3 0,15 + 100 35821,019 0,25 = 0,025 Chọn L = 3 m Vậy : ΔP m = 0,025. 3 0,15.26,99 = 13,495 (N/m 2 ) Tính áp suất để khắc phục trở lực cục bộ ΔP C = ζ. ρW2 2 = ζ.ΔP d Trở lực cục bộ qua các đoạn ống gồm: - Trở lực vào ống Ta có: f 1 f 2 = ⎝⎜ ⎛ ⎠⎟ ⎞d 1 d cv 2 = ⎝⎜ ⎛ ⎠⎟ ⎞0,15 1,5 2 = 0,01 d cv : Đường kính thùng cao vị chọn d cv = 1,5 (m) Tra bảng II.16 (Sổ tay I - 388) ta được ζ 1 = 0,5 - Trở lực của 2 khuỷu 90o , do 3 khuỷu mỗi khuỷu 30o tạo thành Chọn ab = 1 => ζ 2 = 0,3 II.16 (Sổ tay I - 394) - Trở lực van: Chọn van tiêu chuẩn đường kính ống dẫn liệu d = 150mm Tra theo bảng II.16 (Sổ tay I - 397) có ζ 3 = 4,4 Trở lực từ ống vào thiết bị gia nhiệt hỗn hợp đầu (đột mở) Có : f 1 f 3 = ⎝⎜ ⎛ ⎠⎟ ⎞d 1 d 3 2 = ⎝⎜ ⎛ ⎠⎟ ⎞0,15 0,25 2 = 0,36 ĐH Công nghiệp Hà Nội – Khoa CN Hóa Lê Thị Hiền – Lớp Đại học công nghệ Hóa 1-k3. Đồ án hóa công 91 d 1, d 3 là đường kính ống dẫn và đường kính thiết bị gia nhiệt hỗn hợp đầu. Tra bảng II.16 (Sổ tay I - 388) ta được ζ 4 = 0,356 Vậy hệ số trở lực cục bộ là: ζ = ζ 1 + ζ 2 + ζ 3 + ζ 4 = 0,5 + 2.0,3 + 4,4 + 0,356 = 5,856 => ΔP C = ζ.ΔP d = 5,856.26,99 = 157,243 (N/m2 ) Vậy áp suất toàn phần thắng trở lực cục bộ từ thùng cao vị đến thiết bị gia nhiệt hỗn hợp đầu là: ΔP 2 = ΔP d+ΔP m + ΔP C = 26,99 + 13,495 + 157,243 = 197,692(N/m2 ) Ta có chiều cao cột chất lỏng tương ứng: H 2 = ΔP 2 ρ.g = 197,692 1029,372.9,8 = 0,0196 (m) c. Trở lực trong thiết bị gia nhiệt hỗn hợp đầu: Tính áp suất động học: ΔP d = ρ.ω2 2 Hỗn hợp đầu vào tháp ở t tb = 71,925o C có ρ = 958,338 (kg/m3 ) Tốc độ của dung dịch chảy trong ống: ω = Vf V : Thể tích hỗn hợp ở nhiệt độ trung bình V = Fρ (m 3 /s) f : tiết diện của bề mặt truyền nhiệt (m2 ) 2. . 4. d nf m pi = d : Đường kính ống dẫn liệu : d = 0,021 (m) n : Số ống của thiết bị gia nhiệt : n = 358 (ống) m: Số ngăn của thiết bị : m = 9 ngăn => f = π.0,021 2 .358 4.9 = 0,014 2 ) => ω = 15000 958,338.0,014.3600 = 0,3 (m/s) Vậy ΔP d = 958,338.0,32 2 = 43,125 (N/m 2 ) Tính áp suất để khắc phụ trở lực ma sát: (ΔP m) ĐH Công nghiệp Hà Nội – Khoa CN Hóa Lê Thị Hiền – Lớp Đại học công nghệ Hóa 1-k3. Đồ án hóa công 92 Δp m = λ. L d td . ρ.ω 2 2 = λ. L d.ΔP d Với d td = d = 0,021 m, chiều dài ống dẫn l = 1,5 m Số ngăn chia là 9 => chiều dài đoạn ống là: L = l.m = 9.1,5 = 13,5 (m) Tính chuẩn số Re: Re = ω.d td.ρ μ Với : ω = 0,3 (m/s); ρ = 958,338 (m/s) μ : Độ nhớt của hỗn hợp đầu tại t tb : μ = 0,437.10-3 (N.s/m) Vậy : Re = 0,3.0,021.958,3380,437.10-3 = 13851,856 > 104 Ö Chế độ chảy của dung dịch trong ống là chế độ chảy xoáy Tính chuẩn số Re giới hạn: Re gh = 6. ⎝⎜ ⎛ ⎠⎟ ⎞d td ε 8/7 (Sổ tay I - 378) Chọn ống tráng kẽm mới bình thường theo bảng II.15, (Sổ tay I - 381) ε : Độ nhám tuyệt đối của ống dẫn ε = 0,1 (mm) => Re gh = 6. ⎝⎜ ⎛ ⎠⎟ ⎞0,021 0,1.10-3 8/7 = 2704,682 Chuẩn số Re khi bắt đầu xuất hiện vùng nhám: Re n = 220. ⎝⎜ ⎛ ⎠⎟ ⎞d td ε 9/8 = 220. ⎝⎜ ⎛ ⎠⎟ ⎞0,021 0,1.10-3 9/8 = 90140,38 Ta có Re gh hệ số ma sát được tính theo công thức: λ = 0,1. ⎝⎜ ⎛ ⎠⎟ ⎞1,46. εd td + 100 Re 0,25 (Sổ tay I - 380) => λ = 0,1. ⎝⎜ ⎛ ⎠⎟ ⎞1,46.0,1.10 -3 0,021 + 100 13851,856 0,25 = 0,035 Vậy : ΔP m = 0,035. 13,5 0,021 .43,125 = 970,312 (N/m 2 ) Tính áp suất để khắc phục trở lực cục bộ: ΔP = ζ. ρW 2 2 = ζ.ΔP d ĐH Công nghiệp Hà Nội – Khoa CN Hóa Lê Thị Hiền – Lớp Đại học công nghệ Hóa 1-k3. Đồ án hóa công 93 Dòng chất lỏng chảy qua thiết bị gia nhiệt phải qua các ngăn, chia 9 ngăn nên có 9 đột mở, 9 đột thu và 18 lần đổi chiều 90o (khi chất lỏng chảy từ ngăn này sang ngăn khác) Theo TTQT & Tb tập 1 (tr 163):Tiết diện cửa vào thiết bị gia nhiệt bằng tiết diện cửa ra bằng f 1 00785,0 4 1,0. 4 . 22 1 === pipi df (m 2 ) Tiết diện khoảng trống 2 đầu thiết bị gia nhiệt đối với mỗi ngăn: f 2= π.D2 4 . 1 m D : Đường kính thiết bị gia nhiệt hỗn hợp đầu: D = 0,76 m => f 2 = π.0,762 4 . 1 9 = 0,05 m 2 Tiết diện của 1 ngăn: f 3 = π.d2 4 . n m = π.0,0212 4 . 358 9 = 0,014 m 2 Khi dòng chảy vào thiết bị từ ống dẫn (đột mở): => ζ 1 = ⎝⎜ ⎛ ⎠⎟ ⎞1 - f 1 f 2 2 = ⎝⎜ ⎛ ⎠⎟ ⎞1 - 0,007850,05 2 = 0,71 Khi dòng chảy từ khoảng trống hai đầu thiết bị vào các ngăn của thiết bị (đột thu 9 lần) => ζ 2 = 0,5. ⎝⎜ ⎛ ⎠⎟ ⎞1 - f 3 f 2 2 = 0,5. ⎝⎜ ⎛ ⎠⎟ ⎞1 - 0,0140,05 2 = 0,259 Khi dòng chảy từ các ngăn ra các khoảng trống ở hai đầu thiết bị (đột mở 9 lần) ζ 3 = ⎝⎜ ⎛ ⎠⎟ ⎞1 - f 3 f 2 2 = 0,518 Khi dòng chảy ra khỏi thiết bị (đột thu) Ö ζ 4 = 0,5. ⎝⎜ ⎛ ⎠⎟ ⎞1 - f 1 f 2 2 = 0,355 Khi chất lỏng chảy từ ngăn này sang ngăn kia sử dụng 2 ống khuỷu 180o , d = 0,025 m => ζ 5 = 1,1 Vậy Σζ = ζ 1 + 9.ζ 2 + 9.ζ 3 + ζ 4 + 18.ζ 5 = 0,71 + 9.0,259 + 9.0,518 + 0,355 + 18.1,1 = 10,038 ĐH Công nghiệp Hà Nội – Khoa CN Hóa Lê Thị Hiền – Lớp Đại học công nghệ Hóa 1-k3. Đồ án hóa công 94 Ö ΔP C = 10,038.43,125 = 432,888 (N/m2 ) • Tính trở lực thủy tĩnh ΔP H = ρ.g.H (N/m2 ) H: Chiều dài ống truyền nhiệt ΔP H = 958,338.9,8.1,5 = 14087,568 (N/m2 ) Vậy áp suất toàn phần cần thiết để thắng trở lực trong thiết bị gia nhiệt ΔP = ΔP d + ΔP m + ΔP C + ΔP H = 43,125 + 970,312 + 432,88 + 14087,568 = 15533,893 (N/m2 ) Chiều cao cột chất lỏng tương ứng: H 3 = ΔP ρ.g = 15533,893 958,338.9,8 = 1,65 (m) 4.2.2. Tính chiều cao thùng cao vị so với đĩa tiếp liệu Theo phương trình becnuli cho mặt cắt 1 - 1 ; 2 - 2 so với mặt cắt chuẩn 0 - 0 (hình 4.1). Coi chất lỏng chảy hết từ thùng cao vị (mặt cắt 1 - 1) 2 2 1 1 2 2 1 2 1 22 . . . mm P PH H h g g g g ω ω ρ ρ ρ + + = + + + 2 2 2 1 2 1 1 2 2 1. . 2 P PH H g g g ω ω ρ ρ − − = − + + h mm Trong đó: P 1 = P a = 9,81.104 (N/m2 ); P 2 = P a + ΔP L ΔP L : trở lực đoạn luyện: có ΔP L = 3424,68 (N/m2 ) => P 2 = 9,81.104 + 3424,68 = 101524,68 (N/m2 ) ρ 1 : Khối lượng riêng của hỗn hợp đầu ở 25o C : ρ 1 = 1029,372o C (kg/m3 ) ρ 2 : Khối lượng riêng của hỗn hợp đầu ở t F : ρ 2 = 958,034 (kg/m3 ) ω 1 = 0 (m/s); ω 2 = 0,229 (m/s) h mm = H 1 + H 2 + H 3 = 0,025 + 0,0196 + 1,65 = 1,692 (m) Ö H 1 - H 2 = 101524,68958,034.9,8 - 9,81.104 1029,372.9,8 + 0,0292 2.9,8 + 1,692 = 2,781(m) Vậy thùng cao vị đặt cao hơn so với đĩa tiếp liệu là 2,781 (m) ĐH Công nghiệp Hà Nội – Khoa CN Hóa Lê Thị Hiền – Lớp Đại học công nghệ Hóa 1-k3. Đồ án hóa công 95 4.2.3. Tính và chọn bơm a. Tính chiều cao toàn phần của bơm: H o = H 1 + H 2 + Z Viết phương trình becnuli cho mặt cắt 1 - 1; 2 - 2, chọn 2 - 2 làm chuẩn 2 2 1 1 2 2 1 1 2 . .. . 2 2 m Z g P P Pρ ω ρ ωρ + + = + + ∆ Có : ΔP m : Tổn thất do áp suất trở lực (N/m2 ) ΔP m = ΔP m1 + ΔP m2 + ΔP m3 (N/m2 ) Với : ΔP m1 : Trở lực trong ống dẫn từ thùng cao vị đến thiết bị gia nhiệt (N/m2 ) ΔP m2 : Trở lực trong ống dẫn từ thiết bị gia nhiệt đến tháp (N/m2 ) ΔP m3 : Trở lực trong thiết bị gia nhiệt (N/m2 ) Ö ΔP m = 197,692 + 236,499 + 15533,893 = 15968,084 (N/m2 ) Z = 1ρ 1.g . ⎣⎢ ⎡ ⎦⎥ ⎤(P 2 - P 1) + ρ 2.ω 22 2 + ΔP m = 11029,372.9,8.⎣⎢ ⎡ ⎦⎥ ⎤(101524,68 - 9,81.104 ) + 958,338.0,229 2 2 + 15968,084 = 1,92 (m) H 1 = H c + h đáy = 5,2 + 0,5 = 5,7 (m) H 2 = 1 (m) => H o = 5.7 + 1 + 1,92 = 8,62 (m) b. Áp suất toàn phần của bơm - Năng suất bơm Trở lực trong ống dẫn từ bể chứa lên thùng cao vị: ΔP m0 = ΔP ms0 + P cb0 (N/m2 ) Trong đó: ΔP ms0 : Trở lực ma sát (N/m2 ) ΔP cb0 : Trở lực cục bộ (N/m2 ) Có: ĐH Công nghiệp Hà Nội – Khoa CN Hóa Lê Thị Hiền – Lớp Đại học công nghệ Hóa 1-k3. Đồ án hóa công 96 - Chiều dài ống: L o = H o + 0,2 = 8,62 + 0,2 = 8,82 (m) - Đường kính ống: d o = 0,15 (m) - Lưu lượng : G F = 15000 (kg/h) Thế năng vận tốc trong chất lỏng trong ống: ΔP ω0 = ρ 1.ω o2 2 (N/m 2 ) Trong ®ã : ω o : Vận tốc dung dich trong ống (m/s) ω o = G F ρ 1.0,785.d o2 = 150001029,372.0,785.0,152 .3600 = 0,24 (m/s) ΔP ω0 = 1029,372.0,242 2 = 29,646 (N/m 2 ) Trở lực ma sát: ΔP ms0 = λ. L o d o .ΔP ω0 (N/m2 ) Trong đó: λ : Hế số ma sát Độ nhớt của dung dịch trong ống μ o = 0,437.10-3 (Ns/m2 ) Ö Re = ω o.ρ 1.d o μ o = 0,24.1029,372.0,150,437.10-3 = 84799,524 > 104 Ö Chế độ chảy xoáy nên λ được xác định theo công thức II - 464 ⎥⎥⎦ ⎤ ⎢⎢⎣ ⎡ ∆ +⎟⎠ ⎞⎜⎝ ⎛ −= λ 7,3Re 81,6 lg.2 1 9,0 Với loại ống thép khonong dỉ ta chọn theo bảng I - 466, ta có độ nhám tuyệt đối ε = 0,1 (mm) Độ nhám tương đối : Δ = ε/d o = 0,1/150 = 6,67.10-4 2 9,0 7,3Re 81,6 lg.2 − ⎟⎟⎠ ⎞ ⎜⎜⎝ ⎛ ⎥⎥⎦ ⎤ ⎢⎢⎣ ⎡ ∆ +⎟⎠ ⎞⎜⎝ ⎛ −=λ⇒ = 0,021 ĐH Công nghiệp Hà Nội – Khoa CN Hóa Lê Thị Hiền – Lớp Đại học công nghệ Hóa 1-k3. Đồ án hóa công 97 Ö Δ P ms0 = 0,021. 8,820,15 .29,626 = 36,582 (N/m 2 ) Trở lực cục bộ: 0 0.cbP Pωξ∆ = ∆∑ (N/m2) Trong đó: ξ : Hệ số trở lực cục bộ Các trở lực cục bộ trong ống gồm: - Trở lực do van: Coi van mở 50 % => ξ = 2,1 - Trở lực do ống chuyển hướng với góc chuyển là 90o => ξ = 1,1 => Δ P cb0 = (2,1 + 1,1).29,626 = 94,803 (N/m2 ) Vậy: Δ P m0 = 36,582 + 94,803 = 131,385 (N/m2 ) Áp suất toàn phần của bơm: PB = ρ1.g.H0 + P m0 = 1029,372.9,81.8,62 + 131,385 = 87177,345 (N/m2 ) Năng suất của bơm: η = .1000 P.Q N B (KW) Trong đó: Q : Lưu lượng thể tích của bơm (m3 /s) Q = G F ρ 1.3600 = 150001029,372.3600 = 4,04.10 -3 (m3 /s) η : Hiệu suất của bơm Hiệu suất chung của bơm: η = η o + η tl + η ck η o : Hiếu suất thể tích ảnh hưởng đến sự hao hụt của chất lỏng. η tl : Hiệu suất thủy lực tính đến ma sát và tạo dòng xoáy trong bơm. η ck : Hiệu suất cơ khí tính đến ma sát cơ khí ở bơm Ö η : Phụ thuộc vào loại bơm và năng suất bơm Theo bảng I - 439 chọn bơm li tâm có: →÷= %96,085,0oη chọn 9,0=oη ĐH Công nghiệp Hà Nội – Khoa CN Hóa Lê Thị Hiền – Lớp Đại học công nghệ Hóa 1-k3. Đồ án hóa công 98 →÷= %85,08,0tlη chọn 82,0=oη →÷= %96,092,0ckη chọn 94,0=oη 694,094,0.82,0.9,0 ==η N = 4,04.10 -3 .87177,345 1000.0,694 = 0,507 (Kw) Công suất của động cơ điện: N dc = N b η tr.η dc (Kw) η tr : Hiệu suất truyền động, chọn η tr = 1 η dc : Hiệu suất động cơ điện, chọn η dc = 0,8 Ö N dc = 0,5071.0,8 = 0,634 (Kw) Thường động cơ có năng suất lớn hơn so với tính toán N tt = β.N dc với β = 1,5 ÷ 2 Chọn β = 1,5 => N dc = 1,5.0,634 = 0,951 (Kw) ĐH Công nghiệp Hà Nội – Khoa CN Hóa Lê Thị Hiền – Lớp Đại học công nghệ Hóa 1-k3. Đồ án hóa công 99 KẾT LUẬN Do đặc điểm của quá trình chưng luyện là hệ số phân bố thay đổi theo chiều cao của tháp, đồng thời quá trình truyền nhiệt diễn ra song song với quá trình chuyển khối vì vậy làm cho quá trình tính toán và thiết kế trở nên phức tạp. Một khó khăn nữa mà khi tính toán và thiết kế hệ thống chưng luyện luôn gặp phải là không có công thức chung cho việc tính toán các hệ số động học của quá trình chưng luện hoặc công thức chưa phản ánh được đầy đủ các tác dụng động học, các hiệu ứng hóa học, hóa lý, mà chủ yếu là công thức thực nhiệm và trong các công thức tính toán thì phần lớn phải tính theo giá trị trung bình, các thông số vật lý chủ yếu nội suy, nên rất khó khăn cho việc tính toán chính xác. Trong phạm vi khuôn khổ của đồ án môn học, do thời gian không cho phép động thời do hạn chế về kiến thức lý thuyết cũng như trực tế sản suất và đây cũng là lần đầu tiên tiếp xúc với đồ án nên tuy đã cố gắng tìm tài liệu cũng như tra cứu các số liệu, cố gắng hoàn thành bản đồ án này nhưng vẫn không tránh khỏi những bỡ ngỡ, sai sót. Em kính mong sự giúp đỡ và chỉ bảo của các thầy cô giáo trong bộ môn. Qua bài đồ án này em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến các thầy cô giáo trong bộ môn, đặc biệt là thầy Nguyễn Văn Hoàn đã quan tâm, giúp đỡ, chỉ bảo tận tình giúp em hoàn thành bài đồ án, giúp em hiểu rõ hơn về môn học, phương pháp thực hiện tính toán thiết kế, cách tra cứu số liệu, xử lý số liệu Em xin chân thành cảm ơn. Sinh viên thực hiện Lê Thị Hiền ĐH Công nghiệp Hà Nội – Khoa CN Hóa Lê Thị Hiền – Lớp Đại học công nghệ Hóa 1-k3. Đồ án hóa công 100 TÀI LIỆU THAM KHẢO 1. Sổ tay quá trình và thiết bị công nghệ hóa chất - Tập 1 - NXB khoa học và kỹ thuật. 2. Sổ tay quá trình và thiết bị công nghệ hóa chất - Tập 2 - NXB khoa học và kỹ thuật. 3. Tính toán các quá trình - thiết bị công nghệ hóa chất và thực phẩm - Tập 2 - NXB khoa học và kỹ thuật.

Các file đính kèm theo tài liệu này:

  • pdfde_tai_thiet_ke_thap_chung_luyen_lien_tuc_loai_thap_dia_lo_c.pdf
Luận văn liên quan