Tính toán hệ thống chưng luyện liên tục để tách hỗn hợp hai cấu tử: acetone – nước - Năng suất sản phẩm đỉnh: 1500 Kg/h

MÔÛ ÑAÀU Ngaøy nay cuøng vôùi söï phaùt trieån vöôït baäc cuûa neàn coâng nghieäp theá giôùi vaø nöôùc nhaø, caùc ngaønh coâng nghieäp caàn raát nhieàu hoaù chaát coù ñoä tinh khieát cao . Chöng caát laø moät trong caùc quaù trình hay duøng ñeå laøm saïch caùc chaát loûng. Vieäc thieát keá heä thoáng chöng caát, vôùi muïc ñích laø taùch aceton ra khoûi hoãn hôïp Aceton – Acid Acetic laø moät trong caùc nhieäm vuï cuûa kyõ sö ngaønh coâng ngheä hoùa hoïc . Vì theá, ñeà taøi ( Thieát keá heä thoáng chöng caát Aceton –Acid Acetic ( cuûa moân ( Ñoà Aùn Moân Hoïc Quaù Trình Thieát Bò ( cuõng laø moät böôùc giuùp cho sinh vieân taäp luyeän vaø chuaån bò cho vieäc thieát keá quaù trình & thieát bò coâng ngheä trong lónh vöïc naøy. Taäp thuyeát minh ñoà aùn moân hoïc naøy goàm 7 phaàn : Phaàn I : Toång quan Phaàn II : Thuyeát minh qui trình coâng ngheä Phaàn III : Caân baèng vaät chaát vaø naêng löôïng Phaàn IV : Tính toaùn caùc kích thöôùc cô baûn cuûa thaùp Phaàn V : Tính choùp vaø trôû löïc cuûa thaùp Phaàn V I : Tính toaùn cô khí Phaàn VII : Tính thieát bò truyeàn nhieät Phaàn VIII : Tính chieàu cao boàn cao vò Phaàn IX : Tính caùch nhieät Phaàn X : Tính toaùn giaù thaønh cho thieát bò Taøi lieäu tham khaûo Ñeå hoaøn thaønh ñoà aùn naøy , thöïc söï em ñaõ coá gaéng raát nhieàu . Song , vì ñaây laø böôùc ñaàu laøm quen vôùi coâng taùc thieát keá neân chaéc haún khoâng traùnh khoûi nhöõng sai soùt. Cuoái cuøng , em xin chaân thaønh caûm ôn caùc thaày coâ trong boä moân Maùy – Thieát Bò , ñaëc bieät laø thaày Traàn Taán Vieät , ngöôøi ñaõ tröïc tieáp höôùng daãn vaø giuùp ñôõ em raát nhieàu trong suoát thôøi gian thöïc hieän ñoà aùn thieát keá naøy . I-TOÅNG QUAN: Aceton vaø acid acetic laø hai loaïi hoaù chaát quan troïng trong nghaønh coâng nghieäp hoùa chaát. Aceton : Phaàn lôùn ñöôïc duøng laøm dung moâi nhaát laø trong coâng nghieäp saûn xuaát nhöïa, vecni, chaát deûo. Aceton laøm dung moâi toát ñoái vôùi caùc nitro xeluloza, acetyl xenluloza. Noù ít ñoäc neân ñöôïc duøng laøm dung moâi caû trong coâng nghieäp döôïc phaåm vaø thöïc phaåm. Aceton coøn ñöôïc duøng laøm nguyeân lieäu ñeå toång hôïp moät soá lôùn caùc hôïp chaát xeten, izopren, oxit mezytyl, röôïu diacetomic… Acid acetic: laø moät loaïi acid quan troïng nhaát trong caùc loaïi acid höõu cô. Noù reû neân ñöôïc öùng duïng roäng raõi vaø laø hoaù chaát cô baûn ñeå ñieàu cheá nhieàu hôïp chaát quan troïng. Acid acetic ñöôïc öùng duïng trong caùc nghaønh : + Laøm daám aên. + Ñaùnh ñoâng muû cao su + Laøm chaát deûo tô luïa xeluloza acetat . + Laøm phim aûnh khoâng nhaïy löûa. + Laøm chaát keát dính polyvinyl acetat . + Laøm phaåm maøu, döôïc phaåm, nöôùc hoa toång hôïp. Chöng caát laø quaù trình duøng nhieät ñeå taùch moät hoãn hôïp loûng ra thaønh caùc caáu töû rieâng bieät döïa vaøo ñoä bay hôi khaùc nhau cuûa caùc caáu töû trong hoãn hôïp ôû cuøng moät nhieät ñoä Veà thieát bò : coù theå söû duïng caùc loaïi thaùp chöng caát sau : -Thaùp chöng caát duøng maâm xuyeân loã hoaëc maâm ñóa löôùi -Thaùp chöng caát duøng maâm choùp -Thaùp ñeäm (thaùp chöng caát duøng vaät cheâm ) Nhaän xeùt veà öu khuyeát ñieåm cuûa töøng loaïi thaùp : -Thaùp maâm xuyeân loã Öu ñieåm : cheá taïo ñôn giaûn , veä sinh deã daøng , trôû löïc thaáp hôn thaùp choùp , ít toán kim loaïi hôn thaùp choùp Nhöôïc ñieåm : yeâu caàu laép ñaët cao : maâm laép phaûi raát phaúng , ñoái vôùi nhöõng thaùp coù ñöôøng kính quaù lôùn (>2.4m) ít duøng maâm xuyeân loã vì khi ñoù chaát loûng phaân phoái khoâng ñeàu treân maâm -Thaùp choùp Öu ñieåm : hieäu suaát truyeàn khoái cao , oån ñònh , ít tieâu hao naêng löôïng hôn neân coù soá maâm ít hôn Nhöôïc ñieåm : cheá taïo phöùc taïp , trôû löïc lôùn -Thaùp ñeäm : Öu ñieåm :cheá taïo ñôn giaûn , trôû löïc thaáp Nhöôïc ñieåm :hieäu suaát thaáp , keùm oån ñònh do söï phaân boá caùc pha theo tieát dieän thaùp khoâng ñeàu , söû duïng thaùp cheâm khoâng cho pheùp ta kieåm soaùt quaù trình chöng caát theo khoâng gian thaùp trong khi ñoù ôû thaùp maâm thì quaù trình theå hieän qua töøng maâm moät caùch roõ raøng , thaùp cheâm khoù cheá taïo ñöôïc kích thöôùc lôùn ôû qui moâ coâng nghieäp Ñeà taøi cuûa ñoà aùn moân hoïc : Ñeà taøi cuûa ñoà aùn moân hoïc laø :Thieát keá thaùp chöng caát duøng maâm choùp vôùi nhöõng döõ kieän cô baûn sau: Nguyeân lieäu ñaàu vaøo (nhaäp lieäu ) laø hoãn hôïp Aceton – Acid acetic Noàng ñoä Aceton trong nhaäp lieäu laø 30% khoái löôïng. Naêng suaát nhaäp lieäu laø 3000 kg /h Noàng ñoä Aceton trong saûn phaåm ñænh laø 97% khoái löôïng. Noàng ñoä Aceton trong saûn phaåm ñaùy laø 0,5 % khoái löôïng. Thaùp hoaït ñoäng lieân tuïc , chöng caát ôû aùp suaát thöôøng II-THUYEÁT MINH QUI TRÌNH COÂNG NGHEÄ: Nhaäp nguyeân lieäu laø hoãn hôïp Aceton – Acide acetic ñöôïc ñöa vaøo boàn chöùa nguyeân lieäu. Sau ñoù nhaäp lieäu ñöôïc bôm ñöa leân boàn cao vò. Töø ñaây nhaäp lieäu qua thieát bò gia nhieät baèng hôi nöôùc baõo hoøa ñöa nhieät ñoä nhaäp lieäu töø 30oC leân nhieät ñoä soâi 85,8oC vaø ñöa vaøo thaùp chöng caát taïi maâm nhaäp lieäu. -Hôi ra ôû ñænh thaùp ñöôïc daãn qua thieát bò ngöng tuï, taïi ñaây hôi ñöôïc ngöng tuï hoaøn toaøn thaønh loûng baõo hoøa , ñöôïc hoaøn löu vaøo thaùp vôùi tyû soá hoaøn löu R vaø phaàn coøn laïi ñöa ñi laøm nguoäi baèng thieát bò laøm nguoäi saûn phaåm ñænh -Loûng ôû ñaùy thaùp ñöôïc daãn qua noài ñun kieåu Kettle ñöôïc ñun noùng giaùn tieáp baèng hôi nöôùc baõo hoøa, hôi ôû noài ñun daãn vaøo thaùp ñeå caáp nhieät cho thaùp. Löôïng loûng ñi ra khoûi noài ñun ñöôïc laøm nguoäi laøm saûn phaåm ñaùy. -Trong thaùp, coù quaù trình tieáp xuùc pha vaø truyeàn khoái giöõa hai pha loûng vaø hôi. Thieát bò ngöng tuï, laøm nguoäi ñöôïc duøng nöôùc ñeå trao ñoåi nhieät giaùn tieáp. -Heä thoáng laøm vieäc lieân tuïc cho ra saûn phaåm ñænh laø Aceton vaø saûn phaåm ñaùy laø Acid acetic . III. CAÂN BAÈNG VAÄT CHAÁT NAÊNG LÖÔÏNG A-CAÂN BAÈNG VAÄT CHAÁT: a-Xaùc ñònh caùc thoâng soá Kyù hieäu: xF , xD , xW :phaân mol Aceton trong nhaäp lieäu, saûn phaåm ñænh, saûn phaåm ñaùy F,D,W :suaát löôïng mol cuûa doøng nhaäp lieäu, saûn phaåm ñænh, saûn phaåm ñaùy (kmol/h) MA , MB :laàn löôït laø phaân töû löôïng cuûa Aceton vaø Axit Acetic (kg/kmol) -Phaân töû löôïng trung bình cuûa caùc doøng MF =xF.MA + (1-xF).MB = 0,3.58 + (1-0.3).60 = 59,4 (kg/kmol) MD =xD.MA + (1- xD).MB = 0,97.58 + (1-0,97).60 = 58,06 (kg/kmol) MW =xW.MA + (1- xW).MB = 0,005. 58 + (1-0,005).60 =59,99 (kg/kmol) -Suaát löôïng doøng nhaäp lieäu F =
=
=50,505 (kmol/h) Caân baèng vaät chaát cho toaøn thaùp ta coù heä sau:
F = D + W F.xF =D.xD + W.xW D =
= 50,505
15,439 (kmol/h) W= F -D =50,505 -15,439 = 35,066 (kmol/h) Toùm laïi ta coù baûng sau: F  xF  D  xD  W  xW   50,505  0,3  15,439  0,97  35,066  0,005   -Tính chæ soá hoài löu thích hôïp: Söû duïng coâng thöùc thöïc nghieäm : R =1,3.Rmin + 0,3 (CT IX-25b tr149-STT2) Vôùi Rmin=

(CT IX-24 Tr 149 STT2) Vôùi yF* laø phaân mol Aceton trong pha hôi caân baèng vôùi xF . Töø soá lieäu baûng tra IX-2a /tr135 STT2 , thaønh phaàn loûng – hôi caân baèng ta coù : xF = 0,3 thì y*F = 0,725. Do ñoù Rmin=
=0,576 Vaäy R=1,3 Rmin + 0,3 =1,3.0,576 + 0,3 = 1,049 b-Xaùc ñònh soá maâm lyù thuyeát : Vieäc xaùc ñònh soá maâm lyù thuyeát ñöôïc tieán haønh treân ñoà thò y-x -Phöông trình ñöôøng laøm vieäc cuûa phaàn caát y=
+
=
+
=0,512x + 0,473 -Phöông trình ñöôøng laøm vieäc cuûa phaàn chöng y=
-
xW =
+
=2,108x – 0,0055 vôùi f=
=
=3,271 Döïng ñöôøng laøm vieäc cuûa thaùp bao goàm ñöôøng laøm vieäc cuûa phaàn caát vaø phaàn chöng . Treân ñoà thò y-x ta laàn löôït veõ caùc ñöôøng baäc thang töø ñoù xaùc ñònh ñöôïc soá maâm lyù thuyeát laø 12 maâm B-CAÂN BAÈNG NHIEÄT LÖÔÏNG: a-Nhieät trao ñoåi ôû thieát bò ngöng tuï QD =(R+1)D.rD (CT 6.15 /TR 256- T10) Vôùi rD = xD.MA.rA + (1-xD)MB.rB Taïi xD = 0,97 tra baûng IX-2a trang 135 STT2 ta coù TD = 56,96oC . Taïi nhieät ñoä naøy ta coù: rA= 522,146 (kj/kg) vaø rB=373,023(kj/kg) (baûng 45 tr.431 T10) rD = 0,97 x 522,146 x 58 + 0,03 x 373,023 x 60 = 30047,376(kj/kmol) Do ñoù QD = 2,049.15,437.30047,376 = 264 (kw) b-Nhieät trao ñoåi ôû thieát bò gia nhieät cho nhaäp lieäu töø nhieät ñoä 30oC ñeán nhieät ñoä soâi QF =CF .F(TF - 30) Taïi xF = 0,3 tra baûng IX-2a trang 135 STT2 ta coù TF = 85,8oC Nhieät dung rieâng cuûa nhaäp lieäu tra ôû nhieät ñoä trung bình T=
=57,9oC taïi nhieät ñoä naøy ta coù CA =2,298 (kj/kgñoä) , CB=2,196 (kj/kgñoä) (Baûng I.153 TR171-STT1). Ta coù CF=xFCAMA + (1-xF)CBMB = 0,3.2,298.58 + (1-0,3).2,196.60 = 132,217 (kj/kmolñoä) Do ñoù QF=132,217.50,505 (85,8 -30) = 104(kw) Neáu coi toån thaát treân ñöôøng nhaäp lieäu baèng 5% thì QF = 1,05.104=109,2(kw) c-Nhieät laøm nguoäi saûn phaåm ñaùy töø nhieät ñoä soâi laø 117,3oC xuoáng 30oC QW = WCW(TW-30) Nhieät dung rieâng ñöôïc xaùc ñònh ôû nhieät ñoä trung bình T=
=73,65oC . Taïi nhieät ñoä naøy tra baûng I.153 TR171-STT1 ta coù : CA=2,349(kj/kgñoä) , CB=2,281(kj/kgñoä) Neân CW = xWMACA + (1-xW)MBCB = 0,005.58.2,349 + (1-0,005).60.2,281 = 136,857 (kj/kmolñoä) Do ñoù QW=35,066.136,857.(117,3-30)=116,4(kw) d-Nhieät laøm nguoäi saûn phaåm ñænh töø 56,96oC xuoáng 30oC Qsp =CD.D(TD-30) Nhieät dung rieâng cuõng ñöôïc xaùc ñònh ôû nhieät ñoä trung bình T=
=43,48oC . Taïi nhieät ñoä naøy ta coù : CA=2,251 (kj/kgñoä) , CB=2,119 (kj/kgñoä) Töông töï ta tính ñöôïc CD=130,455(kj/kmolñoä) Do ñoù Qsp = 130,455.15,439.(56,96-30)=15,083(kw) e-Nhieät löôïng cung caáp cho ñaùy thaùp Töø caân baèng nhieät löôïng ta coù Qñ = DCDTD + WCWTW + QD – FCFTF=15,439.130,455.56,96 + 35,066.136,857.117,3 + 2,049.15,437.30047,376 – 50,505.132,217.85,8 = 293,1 (kw) Tuy nhieân neáu coi toån thaát nhieät chieám khoaûng 10% nhieät löôïng ta coù Qñ = 1,1.293,1 = 322,41 (kw) IV. TÍNH TOAÙN CAÙC KÍCH THÖÔÙC CÔ BAÛN CUÛA THAÙP a-Khoái löôïng rieâng trung bình cuûa pha hôi Phaàn caát : goïi xpcaát laø noàng ñoä phaàn mol trung bình cuûa caáu töû A(benzen) trong pha loûng cuûa phaàn caát Ta coù : xpcaát =
=
=0,635 (phaân mol) Töø ñöôøng laøm vieäc cuûa phaàn caát ta coù noàng ñoä cuûa pha hôi töông öùng laø ypcaát = 0,512 xpcaát + 0,473 = 0,512 x 0,635 + 0,473 = 0,798 (phaân mol) Phaàn chöng : goïi xpchöng laø noàng ñoä phaân mol trung bình cuûa caáu töû A trong pha loûng cuûa phaàn chöng Ta coù : xpchöng =
=
=0,153 (phaân mol) Do ñoù ypchöng=2,108xpchöng – 0,0055 = 2,108 x 0,153 – 0,0055 = 0,317(phaân mol) Tra ñoà thò T-xy ta coù nhieät ñoä cuûa pha hôi töông öùng laø Töø ypcaát = 0,798 (phaân mol) TG(caát) = 82oC Töø ypchöng = 0,317 (phaân mol) TG(chöng) = 103,3oC Khoái löôïng phaân töû trung bình cuûa pha hôi trong phaàn chöng vaø phaàn caát laø Mpcaát = ypcaátMA + (1-ypcaát)MB = 0,798.58 +(1-0,798)60 = 58,404 (kg/kmol) Mpchöng = ypchöngMA + (1-ypchöng)MB =0,317.58 + (1-0,317)60 = 59,366 (kg/kmol) Giaû thieát raèng hôi trong thaùp laø khí lyù töôûng , khoái löôïng rieâng trung bình cuûa pha hôi trong phaàn chöng vaø phaàn caát laø : Phaàn caát : (G(caát) =
=
= 2,005 (kg/m3) Phaàn chöng : (G(chöng) =
=
=1,923 (kg/m3) Do ñoù khoái löôïng rieâng trung bình cuûa pha hôi trong toaøn thaùp laø : (G = ( (G(caát) + (G(chöng) )/2 =(2,005 + 1,923)/2 = 1,964 (kg/m3) b-Khoái löôïng rieâng trung bình cuûa pha loûng
ÔÛ ñænh : öùng vôùi xD= 0,97 tra ñoà thò T-xy ta coù TD = 56,96oC . ÔÛ nhieät ñoä naøy , khoái löôïng rieâng cuûa aceton vaø axit acetic laø: (A=749,3 (kg/m3) vaø (B = 807,2(kg/m3) . Khoái löôïng rieâng cuûa saûn phaåm ñænh laø (L(ñænh) = xD . (A + (1- xD) (B = 0,97.814,2 + (1-0,97)807,2 = 1083,95 (kg/m3) ÔÛ ñaùy : öùng vôùi xW= 0,005 tra ñoà thò T-xy ta coù TW = 117,3oC . ÔÛ nhieät ñoä naøy , khoái löôïng rieâng cuûa aceton vaø acid acetic laø: (A=668,78 (kg/m3) vaø (B = 926,86(kg/m3) . Khoái löôïng rieâng cuûa saûn phaåm ñaùy laø (L(ñaùy) = xW . (A + (1- xW) (B = 0,005. 668,78 + (1-0,005). 926,86= 925,57 (kg/m3) Do ñoù khoái löôïng rieâng trung bình cuûa pha loûng trong toaøn thaùp tính gaàn ñuùng laø : (L =( (L(ñænh) + (L(ñaùy))/2=(1083,95 + 925,57)/2=1004,76 (kg/m3) c-Vaän toác hôi trung bình trong toaøn thaùp Theo soå tay taäp II trang 175 coâng thöùc (IX-105) ta coù ((G(y)tb =0,065([(]
Trong ñoù (y : vaän toác trung bình cuûa pha hôi (m/s) (G , (L: khoái löôïng rieâng trung bình cuûa pha hôi vaø pha loûng (kg/m3) h: khoaûng caùch giöõa caùc maâm (m). Giaù trò h ñöôïc choïn sao cho ñeå giaûm ñeán möùc thaáp nhaát löôïng loûng bò hôi cuoán theo ([(] laø heä soá coù tính ñeán söùc caêng beà maët Khi ( < 20 (dyn/cm) thì ([(] = 0,8 ( > 20 (dyn/cm) thì ([(] = 1 ÔÛ ñaây ta tra baûng coù ñöôïc ( = 18,99 (dyn/cm) < 20 neân ([(] = 0,8 Choïn khoaûng caùch giöõa caùc maâm laø h=0,35 (m) Do ñoù ((G(y)tb =0,065([(]
(1,958. (y) = 0,065 .0,8 .
(y = 0,697 (m/s) d-Löu löôïng hôi qua thaùp : Phöông trình caân baèng vaät chaát cho bao hình ta coù: gF + gy = Lx + D gtl = Lx + D Phöông trình caân baèng cho caáu töû deã bay hôi ta coù : gtlytl = LxxF + DxD (2) ÔÛ ñaây coi nhieät ñoä trung bình trong toaøn thaùp laø nhieät ñoä trung bình cuûa ñænh vaø ñaùy thaùp T =
= 87,13oC -Löôïng hôi ra khoûi ñænh thaùp : gñænh = D + Lo = D(R+1) = 15,439.(1,049 +1) = 31,635 (kmol/h) Caân baèng naêng löôïng ta coù : gtlrtl = gñænhrñænh (3) vôùi rtl = ytlrAMA + (1-ytl)rBMB = ytl.522,146.58 + (1-ytl).373,023.60 = 7903,088ytl +22381,38 (kj/kmol) rñænh = xDrAMA + (1-xD)rBMB = 0,97.522,146.58 + (1-0,97).373,023.60 =30047,375 (kj/kmol) Toùm laïi ta coù heä phöông trình sau : Lx = gtl –15,439 (1) gtlytl = Lx.0,3 + 15,439.0,97 (2) gtl. (7903,088ytl +22381,38) = 31,635 . 30047,375 (3) gtl = 35,1 (kmol/h) ytl = 0,595 (mol) Lx = 19,661 (kmol/h) e-Löôïng hôi vaøo phaàn chöng : Caân baèng vaät chaát vaø naêng löôïng ta coù heä sau : Lñaùy = gñaùy + W Lñaùyxñaùy = gñaùyyñaùy + WxW gtlrtl = gñaùyrñaùy Vôùi rñaùy = yñaùyrAMA + (1-yñaùy)rBMB = 0,005.522,146.58 + (1-0,005)373,023.60 = 22420,9 (kj/kmol) Lñaùy = gñaùy + 35,066 Lñaùyxñaùy = 0,005gñaùy + 0,175 22420,9.gñaùy = 950556,524 Lñaùy = 77,462 (kmol/h) gdaùy = 42,396 (kmol/h) f-Löu löôïng hôi trung bình trong toaøn thaùp : -Löu löôïng hôi trung bình trong phaàn caát : gpcaát =
=
= 33,368 (kmol/h) -Löu löôïng hôi trung bình trong phaàn chöng : gpchöng =
=
=38,748(kmol/h) -Löu löôïng hôi trung bình trong toaøn thaùp : g =
=
= 36,058 (kmol/h) ÔÛ nhieät ñoä trung bình laø 87,13oC thì löu löôïng hôi trung bình (m3/h) laø : Qv =
=
=1065,482(m3/h) g-Ñöôøng kính thaùp : D=
=
= 0,736 (m) Döïa vaøo baûng ñöôøng kính tieâu chuaån cuûa caùc loaïi thaùp chöng luyeän ta choïn D = 0,8(m) h-Xaùc ñònh soá ñóa thöïc vaø chieàu cao thaùp : Taïi ñænh : Ta coù xD = 0,97 TD = 56,96oC yD* = 0,998(phaân mol) -Ñoä bay hôi töông ñoái : (D =
=
=15,433 -Ñoä nhôùt ñoäng hoïc Taïi nhieät ñoä ñænh ta coù : (A = 0,235 (Cp) , (B = 0,727 (Cp) lg( = xDlg(A + (1-xD)lg(B lg( = 0,97lg(0,235) + (1-0,97)lg(0,727) = -0,614 ( = 0,243 (Cp) Vaäy (D(D = 15,433.0,243 = 3,754.Tra giaûn ñoà Taäp 3-Truyeàn khoái trang 93 ta coù E1 = 0,38 Taïi ñaùy : Töông töï ta coù : Ñoä bay hôi töông ñoái : (W = 3,277 Ñoä nhôùt ñoäng hoïc : ( = 0,373 (W(W =1,223 E2 = 0,49 Taïi maâm nhaäp lieäu : Töông töï ta coù : Ñoä bay hôi töông ñoái : (F = 6,152 Ñoä nhôùt ñoäng hoïc : ( = 0,390 (F(F =2,401 E3 = 0,42 i-Hieäu suaát trung bình cuûa toaøn thaùp : E =
=
=0,43 j-Soá maâm thöïc teá : Nth=
=
= 29 (maâm) k- Soá maâm thöïc teá phaàn caát : Nthpc=
=
= 7 (maâm) l- Soá maâm thöïc teá phaàn chöng: Nthpch = Nth – Nthpc = 29 -7 = 22 (maâm) m-Chieàu cao thaùp : H = (Nth –1)h + Nth( + (0,8-1) Choïn ( :chieàu daøy maâm (( =4mm) , h:khoaûng caùch giöõa caùc maâm (h=0,35m) Do ñoù : H = 28.0,35 + 29.0,004 + 0,8 = 10,7 (m) V-TÍNH CHOÙP VAØ TRÔÛ LÖÏC CUÛA THAÙP : -Choïn ñöôøng kính trong cuûa oáng hôi theo tieâu chuaån laø: dh= 50(mm ) -Soá choùp phaân boá treân moät maâm : Trong thöïc teá thöôøng choïn toång tieát dieän oáng hôi treân moãi maâm =10% . tieát dieän thaùp neân ta coù: n.
= 0,1
n = 0,1
= 0,1
= 25,6 Choïn thieát keá n = 27 choùp / maâm -Chieàu cao choùp treân oáng daãn hôi h2 = 0,25dh = 0,25.50 = 12,5(mm) -Ñöôøng kính choùp : dch =
=
= 73,5(mm) -Khoaûng caùch töø chaân choùp ñeán maët maâm hsc : choïn hsc = 12,5(mm) -Chieàu cao möïc chaát loûng treân khe choùp hts = 15-40(mm) choïn hts=29(mm) -Chieàu cao hình hoïc cuûa khe choùp : hso =
Trong ñoù :
:heä soá trôû löïc cuûa maâm choùp
= 1,5-2 , choïn
=2 (y: vaän toác pha hôi (m/s) (y =
=
= 5,59 (m/s) (x,(y : Khoái löôïng rieâng cuûa pha loûng vaø pha hôi (kg/m3) Do ñoù : hso =
= 0,0125(m) = 12,5(mm) choïn hso = 15,5 mm -Soá löôïng khe treân moãi choùp : i=
=
= 25 khe Vôùi c:khoaûng caùch giöõa caùc khe (3-4mm) . Choïn c=3 mm -Chieàu roäng khe choùp ñöôïc xaùc ñònh töø lieân heä : i(c+a) = (dch a =
- c =
- 3 = 7 (mm) -Khoaûng caùch töø maâm ñeán chaân oáng chaûy chuyeàn Choïn S1 = 28 (mm) -Chieàu cao oáng chaûy chuyeàn hc = (hts + hso + hsc) - (h + hsr Trong ñoù : (h : chieàu cao möïc chaát loûng beân treân oáng chaûy chuyeàn . Choïn (h = 17 (mm) Do ñoù : hc = (27 + 12,5 + 12,5 + 5) – 17 = 40 (mm) . -Böôùc toái thieåu cuûa choùp treân maâm : tmin = dch + 2(ch + l2 Trong ñoù : (ch : beà daøy cuûa choùp (mm) .Choïn (ch = 2(mm) l2 : khoaûng caùch nhoû nhaát giöõa caùc choùp ñöôïc xaùc ñònh theo coâng thöùc sau : l2 = 12,5 + 0,25dch = 12,5 + 0,25.73,5 = 31 (mm) tmin = 73,5 + 2.2 + 31 = 108 (mm) -Choïn loã choùp hình chöõ nhaät , ñoä môû loã choùp ñöôïc xaùc ñònh theo coâng thöùc sau: hs =
Trong ñoù : Qv : löu löôïng pha hôi (m3/s) Ss : toång dieän tích caùc loã choùp treân moät maâm , m2 Ss = n.i.hso.a = 27.25.12,5.7.10-6 = 0,059 (m2) Do ñoù : hs=7,55
=14,9 (mm) -Phaàn traêm ñoä môû loã choùp :
-Chieàu cao möïc chaát loûng treân gôø chaûy traøn : how = 2,84.E.(
Trong ñoù: QL : löu löôïng loûng (m3/h) E : heä soá hieäu chænh cho gôø chaûy traøn E = f(
Lw : chieàu daøi gôø chaûy traøn Choïn Lw = 0,6D = 0,6.0.8 = 0,48 (m) Tính QL: -Löu löôïng loûng phaàn chöng : Qch = (RD + F).
= (1,049.15,439 + 50,505).
= 3,862 (m3/h) -Löu löôïng loûng phaàn caát: Qcaát =
=1,409.15,439.
= 1,343 (m3/h) Do ñoù : QL=
(m3/h) Tra baûng phuï luïc IX-22 –Soå tay quaù trình vaø thieát bò taäp II trang 177 ta coù : E=1,035 Do ñoù : how = 2,84.1,035.(
(mm) -Gradient chieàu cao möïc chaát loûng treân maâm : ( = Cg. (
.m Trong ñoù : Cg : heä soá hieäu chænh cho suaát löôïng pha khí Cg = f(1,34
) Bm: beà roäng trung bình cuûa maâm Bm =
. Vôùi A: phaàn dieän tích maâm naèm giöõa hai hình vieân phaân chaûy chuyeàn A = Smaâm – 2Sd Smaâm =
=
=0,50265 (m2) Sd : dieän tích oáng chaûy chuyeàn hình vieân phaân Sd = SOAmB - S(OAB SOAmB=
= arcsin
.
=arcsin
=0,103 (m2) S(OAB=h.Lw/2 = 0,32.0,48/2 = 0,0768 (m2) (do h =
=
= 0,32 (m) Do ñoù : Sd = 0,103 – 0,0768 = 0,0262 (m2) Ta coù :
Vaäy dieän tích hai phaàn oáng chaûy chuyeàn chieám 10,5% toång dieän tích moät maâm A = Smaâm – 2Sd =0,50265 – 2.0,0262 = 0,45025 (m2) -Khoaûng caùch giöõa hai gôø chaûy traøn l = Dt – 2dw = 0,8 – 2.0,08 = 0,64 (m) Do vaäy
Giaù trò : 1,34
0,82
= 0,82.0,697.
= 0,801 Tra giaûn ñoà 5.10 taäp 3-truyeàn khoái trang 80 ta coù : Cg =0,7 Tính (
: Ta coù 4(
= f(hm,QL,Bm,hsc) Trong ñoù : hm : chieàu cao möïc chaát loûng trung bình treân maâm hm = hts + hsc + hsr + hso hts : khoaûng caùch töø meùp treân khe choùp ñeán beà maët chaát loûng (15-40mm) Choïn hts = 27 (mm) hsc : khoaûng caùch töø meùp döôùi choùp ñeán maâm (0-25 mm) Choïn hsc = 12,5 (mm) hsr : Khoaûng caùch töø meùp döôùi khe choùp ñeán meùp döôùi choùp . Choïn hsr = 5mm hso : chieàu cao khe choùp hm = 27 + 12,5 + 5 + 15,5 = 60 (mm) Tra giaûn ñoà hình 5.13a-truyeàn khoái taäp 3 trang 81 ta coù : 4(
= 6 (
=1,5 m: soá haøng choùp phaûi traûi qua cuûa pha loûng m = 5 ( = 0,7.1,5.5 = 5,25 (mm) -Ñoä giaûm aùp cuûa pha khí treân moät maâm ht =hfv + hs + hss + how +(/2 mm chaát loûng Trong ñoù : hfv : ñoä giaûm aùp do ma saùt noäi vaø bieán ñoåi vaän toác khi pha khí thoåi qua choùp luùc khoâng coù chaát loûng ñöôïc xaùc ñònh theo coâng thöùc sau: hfv =
vôùi Sr : toång dieän tích hôi cuûa moãi maâm , m2 Sr =n.Srj =
=
(m2) -Dieän tích hình vaønh khaên giöõa thaân choùp vaø oáng hôi Saj =
=
(m2)
. Tra ñoà thò trang 83 truyeàn khoái –Taäp 3 ta coù : K=0,65 K: heä soá toån thaát aùp suaát cho thaùp khoâ hfv = 0,65.274.
=11 mm hss : chieàu cao thuûy tónh lôùp chaát loûng treân khe choùp ñeán gôø chaûy traøn Ta coù : hw = hss + hso + hsr + hsc Maø : hm= hw + how + (/2 hss = hw – ( hso + hsr + hsc ) = hm – ( how + (/2 + hso + hsr + hsc ) hss = 60 - (9,07 + 5,25/2 + 15,5 +5 +12,5) = 20,31 (mm) Do ñoù : ht =hfv + hs + hss + how +(/2 = 11 + 14,9 +20,31 + 9,07 + 5,25/2 = 57,9 (mm) -Kieåm tra söï hoaït ñoäng oån ñònh cuûa maâm Ñieàu kieän : ( ( ( hfv + hs )/2 Ta coù : (hfv + hs )/2 = (11+14,9)/2 =13 > ( . Chöùng toû maâm hoaït ñoäng oån ñònh -Chieàu cao gôø chaûy traøn : hw = hm – (how +(/2) = 60 - (9,07 + 5,25/2) = 48,3 (mm) -Chieàu cao möïc chaát loûng khoâng boït trong oáng chaûy chuyeàn hd =hw + how + ht + hd’ + ( (mm chaát loûng) Trong ñoù : hd’ : toån thaát thuûy löïc do doøng chaûy töø trong oáng chaûy chuyeàn vaøo maâm hd’ = 0,128
=0,128.
= 0,126 (mm) hd = 48,3 + 9,07 + 57,9 + 0,126 + 5,25 =120,6 (mm) Chieàu cao hd laø thoâng soá ñeå kieåm tra khoaûng caùch maâm . Neáu hd < H/2 thì maâm hoaït ñoäng bình thöôøng khoâng bò ngaäp luït (H: khoaûng caùch giöõa caùc maâm ) Vì H/2 = 175 > hd neân maâm hoaït ñoäng bình thöôøng -Chaát loûng chaûy vaøo oáng chaûy chuyeàn : Ñeå kieåm tra xem chaát loûng chaûy vaøo oáng chaûy chuyeàn coù ñeàu hay khoâng vaø chaát loûng khoâng va ñaäp vaøo thaønh bình ta tính thoâng soá dtw = 0,8
= 0,8
= 0,8
=40,1 dtw < 0,6.dw = 0,6.80 = 48 Ñieàu naøy chöùng toû chaát loûng khoâng va ñaäp thaønh bình vaø xem nhö chaát loûng chaûy vaøo oáng chaûy chuyeàn laø ñeàu -Ñoä loâi cuoán chaát loûng ( =
Trong ñoù : e: löôïng chaát loûng bò loâi cuoán (mol/h) L :löôïng chaát loûng chaûy xuoáng (mol/h) ( ñöôïc xaùc ñònh theo coâng thöùc thöïc nghieäm : ( = f(
) = f(

Tra giaûn ñoà 5.15 trang 82 –truyeàn khoái taäp 3 ta coù : ( = 0,1
-Tính toaùn trôû löïc cuûa thaùp choùp : Trôû löïc cuûa thaùp choùp ñöôïc xaùc ñònh theo coâng thöùc : (p = Nt . (pd Vôùi : Nt: soá ñóa thöïc (pd : toång trôû löïc cuûa moät ñóa (N/m2) (pd =(pk + (p( + (pt (pk : trôû löïc cuûa ñóa khoâ ñöôïc xaùc ñònh theo coâng thöùc (pk =
Trong ñoù : ( : heä soá trôû löïc thöôøng ( = 4,5-5 . Choïn ( = 5 (y: khoái löôïng rieâng trung bình cuûa pha hôi (kg/m3) wo: vaân toác khí qua raõnh choùp ñöôïc xaùc ñònh theo coâng thöùc :
=
= 5,59 (m/s) Do vaäy : (pk=
(N/m2) (p( : trôû löïc do söùc caêng beà maët ñöôïc xaùc ñònh theo coâng thöùc sau: (p( =
Trong ñoù: (: söùc caêng beà maët (N/m).Tra soå tay ta coù ( =18,99 (dyn/cm) = 18,99 .10-3 (N/m) dtd =
=3,5.10-3 (m) =3,5 mm Do vaäy : (p( =
=21,7 (N/m2) (pt : trôû löïc cuûa lôùp chaát loûng treân ñóa (trôû löïc thuûy tónh) ñöôïc xaùc ñònh theo coâng thöùc (pt =(b.g.(hb – hso/2) (N/m2) Trong ñoù : (b : khoái löôïng rieâng cuûa boït (b= (0,4-0,6) (L Choïn (b= 0,5.(L=1004,76/2=502,38 (kg/m3) hb:chieàu cao lôùp boït treân ñóa , m ñöôïc xaùc ñònh theo coâng thöùc : hb =
Trong ñoù : hc:chieàu cao phaàn chaûy chuyeàn vieân phaân treân maâm ,m hx : chieàu cao lôùp chaát loûng khoâng boït treân maâm , m (: chieàu cao möïc chaát loûng treân maâm , m F:phaàn beà maët ñóa coù gaén choùp , m2 f: toång tieát dieän cuûa choùp treân ñóa , m2 f =0,785.dch2.n = 0,785.73,52.27.10-6 = 0,1145 m2 hch: chieàu cao cuûa choùp , m Ta coù : hh=hsc + hsr + hso + hts -( - h2 = 12,5 + 5 + 15,5 + 27- 5,25 –12,5 =42,25(mm) hch = hh +12,5 = 42,25 + 12,5 = 54,75 (mm) Do vaäy : hb=
hb= 0,05 m =50 mm Vaäy: (pt = 502,38.9,81.(0,05 –0,0155/2) = 208,22 N/m2 (pd = 27,43 + 21,7 + 208,22= 557,35 N/m2 Trôû löïc cuûa thaùp choùp : (p = Nt . (pd = 29.557,35 =16163 N/m2 VI-TÍNH TOAÙN CÔ KHÍ : a-Tính beà daøy thaân thieát bò : -Nhieät ñoä tính toaùn trong thaùp laáy baèng nhieät ñoä cao nhaát trong thieát bò : T = 117,3oC. -Aùp suaát tính toaùn : tính cho tröôøng hôïp xaáu nhaát laø chaát loûng daâng leân ñaày thaùp p= pmt + (p +pcl = 105 + 16163 + 10,7.1004,76.9,81 = 221629,643 N/m2 = 0,222 N/mm2 -Ñieàu kieän laøm vieäc cuûa thaân thaùp : chòu aùp suaát trong -Choïn vaät lieäu laøm thaùp laø theùp khoâng gæ vôùi maùc theùp X18H10T ÔÛ nhieät ñoä 117,3oC tra giaûn ñoà 1-2 trang 22-Cheá taïo maùy hoùa chaát ta coù : [(]*=140 (N/mm2 ) -ÖÙng suaát cho pheùp cuûa vaät lieäu : [(] = ([(]* = 0,9.140 = 126 (N/mm2) Vôùi ( = 0,9 laø heä soá hieäu chænh ( choïn cho thieát bò loaïi I-nhoùm II) trang 26 –Cheá taïo maùy hoùa chaát –Thieát bò laøm vieäc vôùi chaát ñoäc haïi , deã chaùy noå , deã chaùy , khoângtieáp xuùc tröïc tieáp vôùi nguoàn ñoát noùng -Choïn heä soá beàn moái haøn (h = 0,95 Ta coù :
=
Do ñoù beà daøy toái thieåu cuûa thaân ñöôïc tính theo coâng thöùc :
(mm) -Choïn heä soá boå sung : + Do aên moøn hoùa hoïc : Ca = 1 (mm ) + Quy troøn kích thöôùc : Co =0,4 mm Beà daøy thaân : S = S’ + Ca + Co = 0,742 + 1 + 0,4 = 2,142 (mm) Ñeå an toaøn khi tính toaùn ta choïn S = 4 mm -Kieåm tra beàn : +
< 0,1 +AÙp suaát tính toaùn cho pheùp : [p]=
(N/mm2) > p b-Tính beà daøy ñaùy naép : -Choïn ñaùy naép ellipse tieâu chuaån , loaïi coù gôø vaø laøm baèng theùp khoâng gæ X18H10T Tra soå tay taäp II trang 370 vôùi Dt = 800 (mm) ta coù : hB = 200 (mm) , h = 50(mm) -Choïn sô boä Sn = Sñ = Sth = 4 mm -Kieåm tra beàn ta coù : +
< 0,125 + Aùp suaát tính toaùn cho pheùp : [p]=
(N/mm2) > p Vaäy Sn = Sñ = 4 mm c-Tính bích cho thieát bò: Ta tính bích theo phöông phaùp taûi troïng giôùi haïn : -Choïn vaät lieäu laøm bích laø theùp CT3 , vaät lieäu laøm buloâng laø CT4 Döïa vaøo soå tay taäp II-trang 408 ta choïn caùc thoâng soá bích nhö sau : Kyù hieäu  Dt Db D D1 h db Z   mm  800 880 930 850 20 20 24   -Choïn bích lieàn kieåu phaúng Khi xieát buloâng seõ sinh ra löïc neùn chòu truïc Q1 , löïc naøy nhaèm khaéc phuïc taûi troïng do aùp suaát beân trong thieát bò vaø aùp suaát phuï sinh ra ôû treân ñeäm ñeå giöõ cho moái gheùp ñöôïc kín Q1 = Qa + Qk Trong ñoù : Qa : löïc do aùp suaát trong thieát bò gaây ra (N) Qa =
(N) Qk : löïc caàn thieát ñeå giöõ ñöôïc kín trong ñeäm. Qk = (.Dtb.bo.m.p Trong ñoù : Dtb : ñöôøng kính trung bình cuûa ñeäm -Choïn ñöôøng kính ngoaøi ñeäm Dn = 847 mm -Choïn ñöôøng kính trong ñeäm =827 mm Dtb =
mm -Beà roäng thaät cuûa ñeäm b = 20 mm bo : beà roäng tính toaùn cuûa ñeäm , bo = (0,5-0,8)b . Choïn bo = 0,8b = 0,8.20=16mm m : heä soá aùp suaát rieâng Choïn ñeäm loaïi paronit coù beà daøy (o = 3 mm theo baûng 7-2 Hoà Leä Vieân trang 192 ta coù : m=2 qo:aùp suaát rieâng caàn thieát ñeå laøm bieán daïng deûo ñeäm , qo=10 (N/mm2) Do ñoù : Qk = (.0,837.0,016.2.221629,643 = 18639,443 (N) Q1 = Qa + Qk = 111346,733 + 18639,443 = 129986,176 (N) -Löïc caàn thieát ñeå eùp chaët ñeäm ban ñaàu: Q2 = (.Dtb.bo. qo = (.0,837.0,016.107 = 420722 (N) -Löïc taùc duïng leân caùc bulong : Q = max(Q1, Q2) = Q2 = 420722 (N) -Löïc taùc duïng leân moät bulong: qb=
(N) -Kieåm tra vieäc choïn ñöôøng kính bulong: + Ñöôøng kính bulong ñöôïc xaùc ñònh theo coâng thöùc : db = 1,13.
Vôùi [(] = ko. [(’] [(’] : öùng suaát cho pheùp cuûa vaät lieäu laøm bulong , ñöôïc xaùc ñònh theo baûng 7-5-Hoà Leä Vieân trang 194 ôû T=117,3oC coù giaù trò laø : [(’] = 86 (N/mm2) ko: heä soá laøm giaûm öùng suaát choïn theo baûng trang 193 –Hoà Leä Vieân –Cheá taïo maùy hoaù chaát ta coù ko = 0,8 Do vaäy : [(] = ko. [(’]= 0,8.86 = 68,8 (N/mm2) db = 1,13.
mm -Kieåm tra öùng suaát :
(N/mm2) < [(’] Neân vieäc choïn db = 20 mm laø hoaøn toaøn phuø hôïp -Tính beà daøy bích : Beà daøy bích ñöôïc xaùc ñònh theo coâng thöùc :
Trong ñoù : [(bi] = ko. [(bi’] = 0,8.107,3 = 85,84 (N/mm2) vôùi [(bi’] : öùng suaát cho pheùp cuûa vaät lieäu laøm bích (tra ôû baûng 7-6 –Hoà Leä Vieân) l: caùnh tay ñoøn ñöôïc xaùc ñònh theo coâng thöùc :
Choïn t =18,5 mm d-Tính caùc ñöôøng oáng daãn : -Ñeå tính ñöôøng kính toái öu cuûa caùc ñöôøng oáng daãn khí vaø loûng , ta coù tieâu chuaån veà vaän toác thích hôïp cuûa khí vaø loûng trong ñöôøng oáng : Vaän toác khí : 15-30 m/s Vaän toác doøng loûng : 1-3 m/s -Ñöôøng kính oáng daãn ñöôïc xaùc ñònh theo coâng thöùc : d =
Trong ñoù : Q : löu löôïng theå tích (m3/s) v : vaän toác doøng loûng hoaëc khí (m/s)-choïn theo baûng II-2 -Soå tay taäp I trang 369 d: ñöôøng kính oáng daãn – Choïn theo baûng XIII-32-Soå tay taäp II trang 422 -Choïn bích noái loaïi bích lieàn (kieåu bích phaúng) . Sau khi choïn , tính vaø qui chuaån ta coù baûng sau: Teân goïi  Dy  Dn  D  Db  D1  h  Bulong          db  Z   OÁng daãn hôi ra ôû ñænh  150  159  260  225  202  16  M16  8   OÁng hoaøn löu  25  32  100  75  60  12  M10  4   OÁng nhaäp lieäu  50  57  140  110  90  12  M12  4   OÁng daãn loûng ra ôû ñaùy  50  57  140  110  90  12  M13  5   OÁng daãn hôi vaøo ôû ñaùy  100  108  205  170  148  14  M16  4   e-Tính tai ñôõ , chaân treo : e1-Tính khoái löôïng thaùp : G = Gthaân + Gñaùy + Gnaép + Gmaâm + Gchoùp + Gbích + Gloûng -Khoái löôïng thaân thaùp : Gthaân =
(Dn2- Dt2).Hthaân.(theùp Vôùi Hthaân = Hthaùp – (hnaép + hñaùy) = 10,7 – 0,5 = 10,2 m
Gthaân =
.( 0,8082 – 0,82 ).10,2.7900 = 814 (kg) -Khoái löôïng ñaùy vaø naép : Gñaùy = Gnaép Vôùi ellipse tieâu chuaån coù gôø , Dt = 800 mm , S = 4 mm , h = 20 mm tra baûng XIII-11 trang 373 ta coù : Gñaùy = Gnaép = 24,2.1,01 = 24,5 (kg) -Khoái löôïng maâm : Gmaâm = Nt.
Dt2.(maâm .( = 29.
0,82.0,004.7900 = 461 (kg) -Khoái löôïng caùc choùp : Gchoùp = Nt.n.G1choùp G1choùp =[

Gchoùp = 29.27.0,394 = 308,5 kg -Khoái löôïng chaát loûng treân maâm: Gloûng,max =
-Khoái löôïng bích : Gbích = soá maët bích .
.(D2-Dt2).2.h.(CT3 = 5.
.(0,932-0,82).2.0,02.7850=277,5 kg -Toång khoái löôïng cuûa toaøn thaùp : G = 814 + 2.24,5 + 461 + 308,5 + 277,5 + 4947 = 6857 (kg) e2-Taûi troïng cuûa thaùp : Gmax = G.9,81 = 6857.9,81 = 67267,2 (N) g-Tính tai treo : -Choïn vaät lieäu laøm tai treo laø CT3 , taám loùt laø vaät lieäu laøm thaân thieát bò -Dieän tích tai ñôõ : F =
(mm2) = 0,0336 m2 -Choïn soá tai treo n = 4 + Taûi troïng leân 1 tai treo laø : G* =
(N) + Caùc thoâng soá cuûa tai treo ñöôïc choïn theo soå tay taäp II vaø ñöôïc laäp thaønh baûng sau: Taûi troïng cho pheùp treân 1 tai treo(N)  Beà maët ñôõ ,m2  Taûi troïng cho pheùp leân beà maët ñôõ,q.10-6 N/m2  L  B  B1  H  S  l  a  d  Khoái löôïng 1 tai treo,kg   2,5  173  1,45  150  120  130  215  8  60  20  30  3,48   -Taám loùt tai treo laøm baèng vaät lieäu laøm thaân thaùp coù caùc thoâng soá sau : + Chieàu cao taám loùt : H = 260 mm + Chieàu roäng taám loùt : B = 140 mm + Chieàu daøy taám loùt : SH = 6 mm h-Tính chaân ñôõ : -Choïn soá chaân ñôõ laø 4 -Vaät lieäu cheá taïo chaân ñôõ laø CT3 -Choïn chaân ñôõ coù caùc thoâng soá sau:(choïn theo soå tay taâp II baûng XIII-35 trang 425) Taûi troïng cho pheùp treân 1 tai treo(N)  Beà maët ñôõ ,m2  Taûi troïng cho pheùp leân beà maët ñôõ,q.10-6 N/m2  L  B  B1  H  S  l  h  d  B2   2,5  144  0,56  250  180  215  422  16  90  185  27  290   m-Kieåm tra khaû naêng taêng cöùng cho caùc loã : -Ñöôøng kính lôùn nhaát cho pheùp khoâng caàn taêng cöùng ñöôïc xaùc ñònh theo coâng thöùc sau: dmax =2[
)] dmax = 2.[
dmax laø ñöôøng kính lôùn nhaát khoâng caàn taêng cöùng . Ta nhaän thaáy raèng caùc loã treân thaân ñeàu coù ñöôøng kính nhoû hôn ñöôøng kính dmax , vì theá neân ta khoâng caàn taêng cöùng Rieâng ñoái vôùi oáng daãn hôi ñænh vaø oáng daãn doøng loûng ñaùy neáu khoâng caàn taêng cöùng thì phaûi thoûa maõn ñieàu kieän sau:

Ñoái vôùi oáng daãn hôi coù dngoaøi = 0,159 m , S = 4mm thì hai ñieàu kieän treân hieån nhieân thoûa , do ñoù ñoái vôùi oáng daãn loûng coù ñöôøng kính nhoû hôn ñöôøng kính oáng daãn hôi neân cuõng thoûa maõn hai ñieàu kieän treân .Do vaäy ta khoâng caàn taêng cöùng . VII-TÍNH TOAÙN THIEÁT BÒ TRUYEÀN NHIEÄT: 1-Tính thieát bò ngöng tuï saûn phaåm ñænh: Ñöôøng ñi cuûa löu chaát: -Doøng hôi saûn phaåm ñænh ñi ngoaøi voû , nöôùc ñi trong voû do nöôùc baån hôn hôi saûn phaåm ñænh Doøng noùng : 57oC (hôi) 57oC (loûng) Doøng laïnh : 40oC 28oC -Cheânh leäch nhieät ñoä ñaàu vaøo : (tv = 57 – 40 =17 oC -Cheânh leäch nhieät ñoä ñaàu ra: (tr = 57 – 28 = 29 oC -Cheânh leäch nhieät ñoä trung bình : (tlog =
oC -Nhieät ñoä trung bình cuûa doøng laïnh : t1=
oC . Taïi nhieät ñoä naøy ta coù caùc thoâng soá vaät lyù cuûa doøng laïnh nhö sau: (1=0,62 (W/m.ñoä ) C1=4174,1 (J/kg.ñoä ) (1=0,76.10-3 (N.s/m2) (1= 994,6 (kg/m3) QD = 264 kw : nhieät trao ñoåi ôû thieát bò ngöng tuï . -Löôïng nöôùc caàn giaûi nhieät : Gn =
(kg/s) -Choïn oáng tieâu chuaån coù ñöôøng kính laø :25 x 2mm , oáng ñöôïc xeáp thaønh voøng troøn ñoàng taâm coù soá oáng n = 37 oáng a-Heä soá caáp nhieät töø ngoaøi voû ñeán thaønh oáng : Heä soá caáp nhieät ñöôïc xaùc ñònh theo coâng thöùc :
-Choïn (t2 = 6oC = tngöng – tw2 tw2 = 51oC tmaøng = (tw2 + tngöng)/2 =(51+57)/2 =54 Tra soå tay taäp II-trang 28 ta coù : A = 150,2 . Do ñoù :
(W/m2.ñoä) -Heä soá caáp nhieät trung bình cuûa chuøm oáng : (ch = (tb. (2 Tra taäp 10 –Ví Duï vaø baøi taäp trang 121 ta coù : (tb = 0,7 Do vaäy : (ch = (tb. (2 = 0,7.7826 = 5478,2 (W/m2.ñoä) b-Heä soá caáp nhieät töø thaønh oáng ñeán nöôùc : -Tính chuaån soá Reynoylds: Re =
=11433 > 10.000 neân chuaån soá Nuselt ñöôïc tính theo coâng thöùc : Nu = 0,021.(Re)0,8.(Pr)0,43.(Pr/Prw)0,25 -Tính chính xaùc nhieät taûi q: Nguyeân taéc : Giaû söû nhieät löôïng truyeàn töø ngoaøi voû ñeán beà maët baèng töôøng baèng nhieät löôïng truyeàn qua beà daøy oáng vaø lôùp caùu vaø baèng luoân nhieät löôïng truyeàn töø maët trong ñeán nöôùc . Döïa treân nguyeân taéc ñoù ta coù caùch tính nhieät ñoä töôøng beân trong thaønh oáng nhö sau: qngöng= qw = q = (ch. (t2 =(tw2 – tw1)/(rw tw1= tw2 - (ch. (t2. (rw Trong ñoù : (rw: toång nhieät trôû cuûa thaønh oáng vaø lôùp caùu ñöôïc xaùc ñònh theo coâng thöùc sau: (rw = rcaùu1 + rcaùu2 +
-Döïa vaøo soå tay taäp II-baûng V-1 trang 4 ta coù : rcaùu1:nhieät trôû caën baån laáy baèng 0,387.10-3 (m2.ñoä/W) rcaùu2:nhieät trôû cuûa nöôùc thöôøng laáy baèng 0,464.10-3 (m2.ñoä/W) (v: beà daøy töôøng laáy baèng 2 mm (v = 93 (W/m.ñoä) – choïn vaät lieäu laø ñoàng thau Do ñoù : (rw = rcaùu1 + rcaùu2 +
= (0,387 + 0,464 + 2/93 ).10-3= 0,877.10-3 (m2.ñoä/W) tw1= tw2 - (ch. (t2. (rw = 51 – 5478,2.6.0,877.10-3 = 22, oC Taïi nhieät ñoä naøy ta coù : Pr = 5 Prw= 3,6 Do vaäy : Nu = 0,021.(Re)0,8.(Pr)0,43.(Pr/Prw)0,25 = 0,021.(11433)0,8.(5)0,43.1,09 = 80,7 Neân heä soá caáp nhieät töø thaønh trong cuûa oáng ñeán nöôùc : (1=
(W/m2.ñoä) -Cheânh leäch nhieät ñoä : (t1= t1 - tw1 = 34 – 22 = 12 oC -Nhieät taûi q: Doøng laïnh : q1= (1. (t1=2582,6.12 = 30991,2 (W/m2) Doøng noùng: q2 = (ch. (t2 = 5478,2.6 =32069,2 (W/m2) Cheânh leäch nhieät taûi q:
c-Heä soá truyeàn nhieät : -Heä soá truyeàn nhieät ñöôïc xaùc ñònh theo coâng thöùc : K =
(W/m2.ñoä) d-Beà maët truyeàn nhieät: F=
(m2) e-Chieàu daøi thieát bò: L=
(m) g-Ñöôøng kính trong cuûa thieát bò ngöng tuï : D = t.(2no +1) Trong ñoù : t = (1,2-1,5).d , choïn t =1,5.d = 1,5.0,025=0,0375 m no : soá voøng troøn ñoàng taâm D = t.(2no +1) = 0,0375.(2.3 +1) = 0,2625 (m) Ta coù tyû soá : L/D = 5,6/0,2625 =21,3 > 4 . Do vaäy ta thay thieát bò loaïi 1-1 baèng thieát bò loaïi 1-2 , chieàu daøi moãi pass laø 2,8 m 2-Tính thieát bò laøm nguoäi saûn phaåm ñænh:
Ñöôøng ñi cuûa löu chaát : Doøng saûn phaåm ñænh ñi ngoaøi voû , nöôùc ñi trong voû do nöôùc baån hôn saûn phaåm ñænh Doøng noùng 57oC 40oC Doøng laïnh : 38oC 28oC -Cheânh leäch nhieät ñoä ñaàu vaøo : (tv = 57 – 38 = 19 oC -Cheânh leäch nhieät ñoä ñaàu ra: (tr = 40 – 28 = 12 oC -Cheânh leäch nhieät ñoä trung bình : (tlog =
oC -Nhieät ñoä trung bình cuûa doøng laïnh : t1=
oC . Taïi nhieät ñoä naøy ta coù caùc thoâng soá vaät lyù cuûa doøng laïnh nhö sau: (1=0,636 (W/m.ñoä ) C1=4174,1898 (J/kg.ñoä ) (1=0,77.10-3 (N.s/m2) (1= 995 (kg/m3) -Löôïng nöôùc caàn giaûi nhieät : Gn =
(kg/s) -Choïn oáng tieâu chuaån coù ñöôøng kính laø :25x2mm , oáng ñöôïc xeáp thaønh voøng troøn ñoàng taâm coù soá oáng n = 37 oáng a-Heä soá caáp nhieät töø dung dòch ñeáùn thaønh oáng : -Nhieät ñoä trung bình cuûa doøng noùng : t2tb =
oC Taïi nhieät ñoä naøy ta coù caùc thoâng soá cuûa doøng noùng nhö sau: (2= 0,165 (W/m.ñoä ) C2= 2302,7 (J/kg.ñoä ) (2 = 0,246.10-3 (N.s/m2) (1= 756 (kg/m3) -Tieát dieän ngang cuûa khoaûng ngoaøi oáng : S =
) = 0,036 m2 Vôùi : D: ñöôøng kính thieát bò D = 1,5.d.( 2no + 1 ) = 1,5.0,025.(2.3+1) = 0,2625 (m) -Toác ñoä aceton phía voû: v =
(m/s) -Ñöôøng kính töông ñöông cuûa khoaûng ngoaøi oáng : dtñ =
m -Chuaån soá Reynolds: Re =
< 2300 -Choïn (t2 = 22,5oC tw2 = t2tb - (t2 = 48,5 – 22,5 = 26 oC -Chuaån soá Gr : Gr0,1 =
Taïi nhieät ñoä tw2 =26 oC ta coù Prw= 6 vaø xem -Chuaån soá Nuselt: Nu = 0,15.(l.Re0,33.Pr0,43.Gr0,1.(Pr/Prw)0,25 = 0,15.1.602,1076,680,33.60,43.4,17.1 = 21,7 -Heä soá caáp nhieät töø dung dòch ñeán thaønh oáng : (2=
(W/m2.ñoä) b-Heä soá caáp nhieät töø thaønh oáng ñeán nöôùc: -Chuaån soá Reynolds : Re =
< 2300 Ta coù: qngöng= qw = q = (2. (t2 =(tw2 – tw1)/(rw tw1= tw2 - (2. (t2. (rw tw1= 26 – 37.22,5.0,877.10-3= 25,27oC (t1= 33 -25,27 = 7,73 oC Taïi nhieät ñoä tw1 =25,27 oC ta coù Pr = 6,5 vaø xem : -Chuaån soá Gr: Gr0,1 =
-Chuaån soá Nuselt: Nu = 0,15.(l.Re0,33.Pr0,43.Gr0,1.(Pr/Prw)0,25 = 0,15.1.8810,33.6,50,43.2,28.1 = 7,17 Neân heä soá caáp nhieät töø thaønh trong cuûa oáng ñeán nöôùc : (1=
(W/m2.ñoä) -Nhieät taûi q: Doøng laïnh : q1= (1. (t1=217,15.7,73 = 1678,6 (W/m2) Doøng noùng: q2 = (2. (t2 = 76,7.22,5 =2837,9 (W/m2) Cheânh leäch nhieät taûi q:
c-Heä soá truyeàn nhieät : -Heä soá truyeàn nhieät ñöôïc xaùc ñònh theo coâng thöùc : K =
(W/m2.ñoä) d-Beà maët truyeàn nhieät: F=
(m2) e-Chieàu daøi thieát bò: L=
(m) g-Ñöôøng kính trong cuûa thieát bò ngöng tuï : D = 0,2625 m Ta coù tyû soá : L/D = 6,4/0,2625 = 24,4 > 4 . Do vaäy ta thay thieát bò loaïi 1-1 baèng thieát bò loaïi 1-4 , chieàu daøi moãi pass laø 1,6 m .Luùc naøy ta coù : L1pass/Dtñ = 1,6/1,05 = 1,52 < 4 3-Thieát bò noài ñun: -Thieát bò ñöôïc choïn laø noài ñun Kettle -Ñeå ñun soâi ñaùy thaùp ta duøng hôi nöôùc baõo hoøa coù aùp suaát tuyeät ñoái laø 3 at -Ñöôøng ñi cuûa löu chaát : Hôi nöôùc baõo hoøa ñi trong oáng coøn doøng loûng ñaùy ñi ngoaøi oáng Doøng noùng : 132,9 oC(hôi baõo hoøa) 132,9oC (loûng ngöng) Doøng laïnh : 117,3oC(loûng soâi) 117,3 oC (hôi) -Cheânh leäch nhieät ñoä trung bình : (tlog = 132,9 – 117,3 = 15,6 oC -Löôïng hôi caàn cung caáp : Gh =
(kg/s) Trong ñoù : r : aån nhieät hoùa hôi cuûa hôi nöôùc ôû aùp suaát baõo hoøa 3 at -Choïn sô boä Ksb = 400 (W/m2.ñoä) -Choïn oáng theùp tieâu chuaån loaïi theùp khoâng gæ maùc theùp X18H10T ,soá oáâng n= 130, ñöôøng kính 32x2,5mm a-Heä soá caáp nhieät cuûa doøng hôi ñi trong oáng : Taïi nhieät ñoä cuûa doøng noùng T = 132,9oC ta coù: (2 = 0,208.10-3 (pa.s) (2 = 0,052 (N/m) ( : khoái löôïng rieâng cuûa nöôùc ngöng = 932,65 (kg/m3) (*: khoái löôïng rieâng cuûa hôi =1,625 (kg/m3) -Chuaån soá Nuselt: Nu = C.Rek0,5.(
-Chuaån soá Reynolds: Rek =
Heä soá C = 1,26 , l/d = 50 -225 , choïn l/d =50 Do vaäy : Nu = 1,26.0,370,5.(
-Heä soá caáp nhieät töø hôi nöôùc ñeán thaønh oáng : (2=
(W/m2.ñoä) b- Heä soá caáp nhieät cho doøng löu chaát loûng ñi ngoaøi oáng : Taïi nhieät ñoä cuûa doøng loûng ñaùy T=117,3oC ta coù: (1= 0,153 (W/m.ñoä ) C1= 2485(J/kg.ñoä ) (1=0,451.10-3 (N.s/m2) (1= 25,6.10-3 (N/m) r1=408413 (j/kg) ( : khoái löôïng rieâng cuûa dung dòch ñaùy = 925,57 (kg/m3) (*: khoái löôïng rieâng cuûa hôi (*=
(kg/m3) Heä soá caáp nhieät cho doøng löu chaát loûng ñi ngoaøi oáng ñöôïc xaùc ñònh theo coâng thöùc :
c-Heä soá truyeàn nhieät : -Heä soá truyeàn nhieät ñöôïc xaùc ñònh theo coâng thöùc :
Ta nhaän thaáy K ( Ksb d-Beà maët truyeàn nhieät: F=
(m2) e-Chieàu daøi thieát bò: L=
(m) g-Ñöôøng kính trong cuûa thieát bò ngöng tuï : D = t.(2no +1) Trong ñoù : t = (1,2-1,5).d , choïn t =1,5.d = 1,5.0,032=0,048 m no : soá voøng troøn ñoàng taâm D = t.(2no +1) = 0,048.(2.6 +1) = 0,624 (m) Ta coù tyû soá : L/D = 3,2/0,624 = 5 > 4 (phuø hôïp ) 4-Thieát bò laøm nguoäi saûn phaåm ñaùy: -Ñöôøng ñi cuûa löu chaát : Doøng noùng laø doøng dung dòch ñaùy ñi ngoaøi oáng , doøng laïnh ñi trong oáng Doøng noùng : 117,3oC 40oC Doøng laïnh : 38oC 27oC -Cheânh leäch nhieät ñoä ñaàu vaøo : (tv = 117,3 – 38 = 79,3 oC -Cheânh leäch nhieät ñoä ñaàu ra: (tr = 40 – 27 = 13 oC -Cheânh leäch nhieät ñoä trung bình : (tlog =
oC -Nhieät ñoä trung bình cuûa doøng laïnh : t1=
oC . Taïi nhieät ñoä naøy ta coù caùc thoâng soá vaät lyù cuûa doøng laïnh nhö sau: (1=0,6246 (W/m.ñoä ) C1=4175,05 (J/kg.ñoä ) (1=0,63.10-3 (N.s/m2) (1= 994,8035 (kg/m3) -Löôïng nöôùc caàn giaûi nhieät : Gn =
(kg/s) -Choïn oáng tieâu chuaån coù ñöôøng kính laø :32x2,5mm , oáng ñöôïc xeáp thaønh voøng troøn ñoàng taâm coù soá oáng n = 130 oáng a-Heä soá caáp nhieät töø dung dòch ñeáùn thaønh oáng : -Nhieät ñoä trung bình cuûa doøng noùng : t2tb =
oC Taïi nhieät ñoä naøy ta coù caùc thoâng soá cuûa doøng noùng nhö sau: (2= 0,1612 (W/m.ñoä ) C2= 2297 (J/kg.ñoä ) (2 = 0,53.10-3 (N.s/m2) (1= 978,31 (kg/m3) -Tieát dieän ngang cuûa khoaûng ngoaøi oáng : S =
) = 0,201 m2 Vôùi : D: ñöôøng kính thieát bò D = 1,5.d.( 2no + 1 ) = 1,5.0,032.(2.6+1) = 0,624 (m) -Toác ñoä doøng saûn phaåm ñaùy phía voû: v =
(m/s) -Ñöôøng kính töông ñöông cuûa khoaûng ngoaøi oáng : dtñ =
m -Chuaån soá Reynolds: Re =
< 2300 -Choïn (t2 = 36oC tw2 = t2tb - (t2 = 78,65 – 36 =42,65 oC -Chuaån soá Gr : Gr0,1 =
Taïi nhieät ñoä tw2 = 42,65oC ta coù Pr = 12,125 vaø xem : -Chuaån soá Nuselt: Nu = 0,15.(l.Re0,33.Pr0,43.Gr0,1.(Pr/Prw)0,25 = 0,15.1.(293,37)0,33.(12,125)0,43.(4,35).0,96 Nu = 10,04 -Heä soá caáp nhieät töø dung dòch ñeán thaønh oáng : (2=
(W/m2.ñoä) b-Heä soá caáp nhieät töø thaønh oáng ñeán nöôùc: -Chuaån soá Reynolds : Re =
< 2300 Ta coù: qngöng= qw = q = (ch. (t2 =(tw2 – tw1)/(rw tw1= tw2 - (2. (t2. (rw tw1= 48,65 – 55,27.36.0,877.10-3=40,9oC (t1= 40,9 – 32,5 =8,4 oC Taïi nhieät ñoä tw1 =40,9 oC ta coù Pr = 4,528 vaø xem : -Chuaån soá Gr: Gr0,1 =
-Chuaån soá Nuselt: Nu = 0,15.(l.Re0,33.Pr0,43.Gr0,1.(Pr/Prw)0,25 = 0,15.1.(1732,48)0,33.(3,95)0,43.(2,6733).1,01 Nu= 8,566 Neân heä soá caáp nhieät töø thaønh trong cuûa oáng ñeán nöôùc : (1=
(W/m2.ñoä) -Nhieät taûi q: Doøng laïnh : q1= (1. (t1=198,16.8,4 = 1667,54 (W/m2) Doøng noùng: q2 = (2. (t2 = 53,27.36 = 1673,28 (W/m2) Cheânh leäch nhieät taûi q:
c-Heä soá truyeàn nhieät : -Heä soá truyeàn nhieät ñöôïc xaùc ñònh theo coâng thöùc : K =
(W/m2.ñoä) d-Beà maët truyeàn nhieät: F=
(m2) e-Chieàu daøi thieát bò: L=
(m) g-Ñöôøng kính trong cuûa thieát bò ngöng tuï : D = 0,624 m Ta coù tyû soá : L/D = 5,6/0,624 = 8,97 > 4 . Do vaäy ta thay thieát bò loaïi 1-1 baèng thieát bò loaïi 1-2 , chieàu daøi moãi pass laø 2,8m .Luùc naøy ta coù : L1pass/Dtñ = 2,8/2.0,624 = 2,24 <4 (phuø hôïp) 5-Thieát bò gia nhieät cho nhaäp lieäu : -Ñeå ñun soâi dung dòch nhaäp lieäu ñeå ñöa vaøo thaùp ta duøng hôi nöôùc baõo hoøa coù aùp suaát tuyeät ñoái laø 3 at