ĐỒ Án kttp

8/18/2019 ĐỒ ÁN KTTP

1/100

SVTH : Trịnh Nguyễn Trọng HiếuNguyễn Thanh Trúc Page 1

BỘ CÔNG THƢƠNG

TRƢỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP THỰC PHẨM TP.HCM

KHOA CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM

MÔN: ĐỒ ÁN KỸ THUẬT THỰC PHẨM

ĐỀ TÀI: THIẾT KẾ THIẾT BỊ CHƢNG CẤT HỖNHỢP ETHANOL - NƢỚC NĂNG SUẤT NHẬP LIỆU

2500KG HỖN HỢP/H

GVHD: ThS. NGUYỄN HỮU QUYỀN

Lớp: 04DHLTP1

SVTH:

NGUYỄN THANH TRÚC 2005140018

TRỊNH NGUYỄN TRỌNG HIẾU 2005140003

Thành phố hồ chí minh, ngày…,tháng…năm


2/100


MỤC LỤC

LỜI MỞ ĐẦU ................................................................................................................................. 4 Mục tiêu nghiên cứu .................................................................................................................... 4

Ý nghĩa đề tài ............................................................................................................................... 4

1.1 LÝ THUYẾT VỀ CHƢNG CẤT .......................................................................................... 5

1.1.1 Khái niệm quá trình chƣng cất ....................................................................................... 5

1.1.2 Đặc điểm của quá trình chƣng cất ................................................................................. 5

1.1.3 Các phƣơng pháp chƣng cất ........................................................................................... 6

1.1.4 Cân bằng lỏng- hơi hỗn hợp 2 cấu tử ............................................................................ 7

1.1.5 Ứng dụng quá trình chƣng cất trong công nghiệp ......................................................... 7 1.1.6 Thiết bị chƣng cất ........................................................................................................... 7

1.2 GIỚI THIỆU SƠ BỘ NGUYÊN LIỆU ................................................................................. 9

1.2.1 Etanol .............................................................................................................................. 9

1.2.2 Nƣớc ............................................................................................................................ 14

1.2.3 Hỗn hợp Etanol – Nƣớc ............................................................................................... 15

1.3 CÔNG NGHỆ CHƢNG CẤT HỆ ETANOL – NƢỚC ..................................................... 15

CHƢƠNG II : CÂN BẰNG VẬT CHẤT ..................................................................................... 18

2.1 CÁC THÔNG SỐ BAN ĐẦU ............................................................................................. 18

2.2 XÁC ĐỊNH SUẤT LƢỢNG SẢN PHẨM ĐỈNH VÀ SẢN PHẨM ĐÁY......................... 18

2.3 XÁC ĐỊNH TỈ SỐ HOÀN LƢU THÍCH HỢP ................................................................... 20

2.3.1 Tỉ số hoàn lƣu tối thiểu ................................................................................................. 20

2.3.2 Tỉ số hoàn lƣu thích hợp ............................................................................................... 20

2.4 PHƢƠNG TRÌNH ĐƢỜNG LÀM VIỆC – SỐ MÂM LÝ THUYẾT ................................ 20

2.4.1 Phƣơng trình đƣờng nồng độ làm việc của đoạn cất ................................................... 20

2.4.2 Phƣơng trình đƣờng nồng độ làm việc của đoạn chƣng ............................................... 20

2.4.3 Số mâm lý thuyết .......................................................................................................... 20

2.5 XÁC ĐỊNH SỐ MÂM THỰC TẾ - BIỂU ĐỒ CHƢNG CẤT ........................................... 21

CHƢƠNG III: TÍNH TOÁN –THIẾT KẾ THÁP CHƢNG CẤT ................................................ 24

3.1 ĐƢỜNG KÍNH THÁP ........................................................................................................ 24

3.1.1 Đƣờng kính đoạn cất .................................................................................................... 24

3.1.2 Đƣờng kính đoạn chƣng ............................................................................................... 29


3/100


3.2 MÂM LỖ – TRỞ LỰC CỦA MÂM ................................................................................... 34

3.2.1 Cấu tạo mâm lỗ ............................................................................................................. 34

3.2.2 Độ giảm áp của pha khí qua một mâm ......................................................................... 35

3.2 3 Kiểm tra ngập lụt khi tháp hoạt động ........................................................................... 41 3.3 TÍNH TOÁN CƠ KHÍ CỦA THÁP .................................................................................... 43

3.3.1 Bề dày thân tháp ........................................................................................................... 43

3.3.2 Đáy và nắp thiết bị ........................................................................................................ 46

3.3.3 Bích ghép thân, đáy và nắp ........................................................................................... 47

3.3.4 Đƣờng kính các ống dẫn – Bích ghép các ống dẫn ...................................................... 48

3.4.5 Tai treo và chân đỡ ....................................................................................................... 56

CHƢƠNG IV: TÍNH TOÁN THIẾT BỊ TRUYỀN NHIỆT- THIẾT BỊ PHỤ ............................. 62

4.1 CÂN BẰNG NĂNG LƢỢNG ............................................................................................. 62

4.2 CÁC THIẾT BỊ TRUYỀN NHIỆT ..................................................................................... 69

4.2.1 Thiết bị ngƣng tụ sản phẩm đỉnh .................................................................................. 69

4.2.2 Thiết bị làm nguội sản phẩm đỉnh ................................................................................ 75

4.2.3 Nồi đun gia nhiệt sản phẩm đáy ................................................................................... 82

4.3 TÍNH TOÁN BƠM NHẬP LIỆU ....................................................................................... 87

4.3.1 Tính chiều cao bồn cao vị ............................................................................................. 87

4.3.2 Chọn bơm ..................................................................................................................... 94

CHƢƠNG V: KẾT LUẬN ............................................................................................................ 99

TÀI LIỆU THAM KHẢO ........................................................................................................... 100


4/100


LỜ I MỞ ĐẦU

Một trong những ngành có sự đóng góp to lớn đến ngành công nghiệp nƣớc ta nói

riêng và thế giới nói chung, đó là ngành công nghiệp hóa học. Đặc biệt là ngành hóa chất

cơ bản,hiện nay trong nhiều ngành sản suất hóa học cũng nhƣ sử dụng sản phẩm hóa học,

nhu cầu sử dụng nguyên liệu hoặc sản phẩm có độ tinh khiết cao phải phù hợ p vớ i quy

trình sản suất hoặc nhu cầu sử dụng. Ngày nay, các phƣơng pháp đƣợ c sử dụng để nâng

cao độ tinh khiết: trích ly, chƣng cất, cô đặc, hấp thu… Tùy theo đặc tính yêu cầu của sản

phẩm mà ta có sự lựa chọn phƣơng pháp thích hợp. Đối vớ i hệ Etanol - Nƣớc là 2 cấu tử

tan lẫn hoàn toàn, ta phải dùng phƣơng pháp chƣng cất để nâng cao độ tinh khiết cho

Etanol.

Mục tiêu nghiên cứ u

Nhiệm vụ của ĐAMH là thiết k ế tháp chƣng cất hệ Etanol - Nƣớ c hoạt động liên

tục với năng suất nhậ p liệu 2500 kg/h ,dòng nhậ p liệu có thành phần 18% khối lƣợ ng

etanol, dòng sản phẩm đỉnh có 82% khối lƣợng ethanol, dòng sản phẩm đáy có 2,2% khối

lƣợ ng etanol

Em chân thành cảm ơn các quý thầy cô bộ môn Máy & Thiết Bị,đặc biệt là thầy

Th.s Nguyễn Hữu Quyền , đã giúp em hoàn thành đồ án này. Tuy nhiên, trong quá trình

hoàn thành đồ án không thể không có sai sót, em rất mong quý thầy cô góp ý, chỉ dẫn.

Ý nghĩa đề tài

Đồ án môn học Quá trình và Thiết bị là một môn học mang tính tổng hợ p trong

quá trình học tậ p của các kỹ sƣ hoá- thực phẩm tƣơng lai. Môn học giúp sinh viên giải

quyết nhiệm vụ tính toán cụ thể về: yêu cầu công nghệ, k ết cấu, giá thành của một thiết

bị trong sản xuất hoá chất - thực phẩm. Đây là bƣớc đầu tiên để sinh viên vận dụng

những kiến thức đã học của nhiều môn học vào giải quyết những vấn đề k ỹ thuật thực tế

một cách tổng hợ p.


5/100


CHƢƠNG I : TỔNG QUAN

1.1 LÝ THUYẾT VỀ CHƢNG CẤT

1.1.1 Khái niệm quá trình chƣng cất

Chƣng cất là quá trình phân tách hỗn hợ p lỏng (hoặc khí lỏng) thành các cấu tử

riêng biệt dựa vào sự khác nhau về độ bay hơi của chúng (hay nhiệt độ sôi khác nhau ở

cùng áp suất), bằng cách lặp đi lặ p lại nhiều lần quá trình bay hơi - ngƣng tụ, trong đó vật

chất đi từ pha lỏng vào pha hơi hoặc ngƣợ c lại. Khác với cô đặc, chƣng cất là quá trình

trong đó cả dung môi và chất tan đều bay hơi, còn cô đặc là quá trình trong đó chỉ có

dung môi bay hơi.

1.1.2 Đặc điểm của quá trình chƣng cất

Khi chƣng cất ta thu đƣợ c nhiều cấu tử và thƣờng thì bao nhiêu cấu tử sẽ thu

đƣợ c bấy nhiêu sản phẩm.

Hỗn hợp đem chƣng cất gọi là dòng nhậ p liệu chứa cấu tử dễ bay hơi và cấu tử

khó bay hơi, thành phần của các cấu tử tùy thuộc vào đặc điểm của nguồn nguyên liệu.

Dòng sản phẩm thu đƣợ c bằng cách bốc hơi và ngƣng tụ gọi là dòng sản phẩmđỉnh chứa chủ yếu cấu tử dễ bay hơi và một phần r ất ít cấu tử khó bay hơi.Dòng sản phẩm

thu đƣợ c ở đáy ở thiết bị gọi là dòng sản phẩm đáy chứa chủ yếu cấu tử khó bay hơi và

một phần r ất ít cấu tử dễ bay hơi.

Dòng hoàn lƣu là dòng ngƣng tụ ở đỉnh của thiết bị đƣợ c cấ p tuần hoàn trở lại

thiết bị nhằm tăng hiệu suất của quá trình chƣng cất. Ngoài ra còn làm tăng độ tinh khiết

của sản phẩm chứa chủ yếu cấu tử dễ bay hơi và một phần r ất ít cấu tử khó bay hơi.

Chú ý: Dòng hoàn lƣu và dòng sản phẩm đỉnh có các thành phần cấu tử đỉnh hoàn

toàn giống nhau


6/100


1.1.3 Các phƣơng pháp chƣng cất

Phân loại theo áp suất làm việc

Áp suất thấ p Áp suất thƣờ ng

Áp suất cao

Nguyên tắc của phƣơng pháp này là dựa vào nhiệt độ sôi của các cấu tử, nếu nhiệt

độ sôi của các cấu tử quá cao thì ta giảm áp suất làm việc để giảm nhiệt độ sôi của

các cấu tử

Phân loại theo nguyên lý làm việc:

Chƣng cất đơn giản (gián đoạn)

Phƣơng pháp này đƣợ c sử dụng trong các trƣờ ng hợ p sau:

+ Khi nhiệt độ sôi của các cấu tử khác xa nhau.

+ Không đòi hỏi sản phẩm có độ tinh khiết cao.

+ Tách hỗn hợ p lỏng ra khỏi tạ p chất không bay hơi.

+ Tách sơ bộ hỗn hợ p nhiều cấu tử.

Chƣng cất hỗn hợ p hai cấu tử (dùng thiết bị hoạt động liên tục) là quá trình

đƣợ c thực hiện liên tục, nghịch dòng, nhều đoạn.

Phân loại theo phƣơng pháp cấp nhiệt ở đáy tháp:

Cấ p nhiệt tr ực tiế p

Cấ p nhiệt gián tiế p Phƣơng pháp cất nhiệt ở đáy tháp thƣờng đƣợc áp dụng trƣờ ng hợ p chất đƣợc tách

không tan trong nƣớ c .


7/100


1.1.4 Cân bằng lỏng- hơi hỗn hợ p 2 cấu tử

Đem đun sôi hỗn hợ p 2 cấu tử A,B, trong đó A là cấu tử dễ bay hơi, B là cấu tử

khó bay hơi, thì trong pha lỏng sôi và pha hơi bão hòa đều có mặ t 2 cấu tử này và luôn

tồn tại mối quan hệ cân bằng giữa nồng độ phần mol của cấu tử dễ bay hơi trong pha lỏng

xA và nồng độ phần mol của cấu tử dễ bay hơi trong pha hơi bão hòa cân bằng vớ i pha

lỏng y*A= f(xA) ứng vớ i mỗi hỗn hợ p lỏng gồm 2 cấu tử.

Vd: hệ etanol- nƣớ c , methanol-nƣớc , nƣớc axetic… thì đều có một hàm lƣợ ng

biểu diễn quan hệ cân bằng vớ i nhau. Ứ ng vớ i mỗi hệ, ở mỗi nồng độ xA1, xA2,…. xAi thì

luôn tồn tại

y* A1, y*A2,….. y*Ai , các số liệu này thành lậ p 1 bảng số liệu trong hỗn hợ p của

hệ chƣng cất.

1.1.5 Ứ ng dụng quá trình chƣng cất trong công nghiệp

Trong công nghệ sản xuất dung môi hữu cơ: benzene, toulen, silen phục vụ cho

sản xuất sơn…

Sản xuất cồn etylic để đáp ứng nhu cầu sản xuất rƣợ u, nƣớ c giải khát có cồn…

Chƣng cất tinh dầu từ thiên nhiên.

Trong nhiều trƣờ ng hợp quá trình chƣng cất là quá trình đơn giản nhất, kinh tế

nhất để tách, làm sạch tinh khiết sản phẩm.

Quá trình chƣng cất có mặt ở hầu hết các quá trình công nghiệ p.

1.1.6 Thiết bị chƣng cất

Trong sản xuất thƣờ ng sử dụng r ất nhiều loại tháp nhƣng chúng đều có một yêu

cầu cơ bản là diện tích bề mặt tiếp xúc pha phải lớn, điều này phụ thuộc vào độ phân tán

của lƣu chất này vào lƣu chất kia . Tháp chƣng cất r ất phong phú về kích cỡ và ứng dụng

các tháp lớ n nhất thƣờng đƣợ c ứng dụng trong công nghiệ p lọc hoá dầu. Kích thƣớ c của


8/100


tháp đƣờng kính tháp và chiều cao tháp tuỳ thuộc suất lƣợ ng pha lỏng, pha khí của tháp

và độ tinh khiết của sản phẩm. Ta khảo sát 2 loại tháp chƣng cất thƣờng dùng là tháp

mâm và tháp chêm.

Tháp mâm: thân tháp hình tr ụ, thẳng đứng phía trong có gắn các mâm có cấu tạo

khác nhau để chia thân tháp thành những đoạn bằng nhau, trên mâm pha lỏng và pha hơi

đựơc cho tiếp xúc với nhau. Tùy theo cấu tạo của đĩa, ta có:

Tháp mâm chóp : trên mâm bố trí có chép dạng:tròn ,xú bắ p ,chữ s…

Tháp mâm xuyên lỗ: trên mâm bố trí các lỗ có đƣờng kính (3-12) mm.

Tháp chêm (tháp đệm): tháp hình trụ, gồm nhiều đoạn nối vớ i nhau bằng mặt bích hayhàn. Vật chêm đƣợc cho vào tháp theo một trong hai phƣơng pháp: xế p ngẫu nhiên hay

xế p thứ tự.

* So sánh ƣu và nhƣợc điểm của các loại tháp :

Tháp chêm Tháp mâm xuyên lỗ Tháp mâm chóp

Ƣu điểm Đơn giản, tr ở lực thấ p

Hiệu suất tƣơng đối

cao, hoạt động khá ổn

định, làm việc vớ i chất

lỏng bẩn

Hiệu suất cao hoạt

động ổn định

Nhƣợc điểmHiệu suất thấp, độ ổn

định kém, thiết bị nặng

Tr ở lực khá cao, yêu

cầu lắp đặt khắc khe…

Lắp đĩa thật phẳng

Cấu tạo phức tạ p,

tr ở lực lớn, không

làm việc vớ i chất

lỏng bẩn

Nhận xét: Tháp mâm xuyên lỗ là trạng thái trung gian giữa tháp chêm và tháp

mâm chóp. Nên ta chọn tháp chƣng cất là tháp mâm xuyên lỗ.

Vậy: Chƣng cất hệ Etanol - Nƣớc ta dùng tháp mâm xuyên lỗ hoạt động liên tục ở

áp suất thƣờng, cấp nhiệt gián tiếp ở đáy tháp.


9/100


1.2 GIỚ I THIỆU SƠ BỘ NGUYÊN LIỆU

1.2.1 Etanol

Định nghĩa (còn gọi là rƣợ u etylic , cồn êtylic hay cồn thực phẩm)

- Ancol là những hợ p chất hữu cơ mà trong phân tử có nhóm hydroxyl (–OH ) liên kết

tr ực tiế p với nguyên tử cacbon no.

- Etanol hay còn đƣợ c gọi là rƣợu etylic là một ancol đơn chức no mạch hở trong phân

tử chứa một nhóm hydroxyl ( – OH ).

C ấ u t ạo c ủa Etanol

Công thức phân tử thu gọn nhất : C2H6O hoặc C2H5OH

Công thức cấu tạo:

C C OH

H

H

H

H

H

Tính chấ t v ật lý

Rƣợ u etylic là một chất lỏng, không màu, trong suốt, mùi thơm dễ chịu và đặctrƣng, vị cay, nhẹ hơn nƣớ c (khối lƣợng riêng 0,7936 g/ml ở 15 độ C)..

Hút ẩm, dễ cháy, khi cháy không có khói và ngọn lửa có màu xanh da trờ i.

Ancol etylic tan vô hạn trong nƣớc và có nhiệt độ sôi cao hơn nhiều so vớ i este

hay aldehyde tƣơng ứng là do sự tạo thành liên kết hydro giữa các phân tử rƣợ u vớ i nhau

và với nƣớ c.


10/100


Etanol là một dung môi linh hoạt, có thể pha tr ộn với nƣớc và với các dung môi

hữu cơ khác nhƣ axit axetic , axeton, benzen , cacbon tetrachlorua, cloroform , dietyl ete,

etylen glycol,…

Tính chất hóa học

Tính chất của một rƣợu đơn chức, no, mạch hở .

o Phản ứ ng thế vớ i kim loại kiề m, kim loại kiề m thổ

2C2H5OH + 2 Na 2 C2H5ONa + H2

o Phản ứng este hóa ( Phản ứng giữa rƣợu và acid với môi trƣờng là acid sulfuric

đặc nóng).

C2H5OH + CH3COOHH2SO4 ,t°

CH3COOC2H5 + H2O

o Phản ứng tách nướ c (trong một phân tử để tạo thành olefin, trong môi trƣờ ng acid

sulfuric đặc ở 170 0C).

C2H5OHH2SO

4 , 170 °C

C2H4 + H2O

o Phản ứng tách nướ c giữa 2 phân tử rượ u

C2H5OH + C2H5OH C2H5-O-C2H5 + H2O

o Phản ứng oxi hóa

Trườ ng hợ p 1 : Trong môi trƣờ ng nhiệt độ cao

CH3-CH2-OH + CuO CH3-CHO + Cu + H2O

Trườ ng hợ p 2 : có xúc tác

CH3-CH2-OH + O2 CH3-COOH + H2O

Trườ ng hợ p 3 : nhiệt độ cháy


11/100


C2H5OH + 3 O2 t°

2 CO2 + 3 H2O

o Phản ứ ng t ạo ra butadien-1,3 (xúc tác Cu + Al2O3 tại 380-4000C).

2 C2H5OH CH2=CH – CH=CH2 + 2 H2O + H2

o Phản ứng lên men giấ m ( oxi hóa rƣợu etylic 10 độ bằng oxi không khí có mặt

men giấm ở nhiệt độ khoảng 250C).

CH3-CH2-OH + O2 CH3-COOH + H2O

Điều ch ế

Etanol 94% "biến tính" đƣợc bán trong các chai lọ an toàn để sử dụng trong gia

đình-không dùng để uống, đƣợ c sản xuất bằng cả công nghiệp hóa dầu, thông qua công

nghệ hyđrat hóa êtylen, và theo phƣơng pháp sinh học, bằng cách lên men đƣờng hay ngũ

cốc với men rƣợ u.

Hyđrat hóa etylen

Etanol đƣợ c sử dụng nhƣ là nguyên liệu công nghiệp và thông thƣờng nó đƣợ c

sản xuất từ các nguyên liệu dầu mỏ, chủ yếu là thông qua phƣơng pháp hyđrat hóa etylen

bằng xúc tác axít, đƣợc trình bày theo phản ứng hóa học sau.

Cho etylen hợp nƣớ c ở 3000C áp suất 70-80 atm vớ i chất xúc tác là acid

wolframic hoặc acid phosphoric:

H2C=CH2 + H2O → CH3CH2OH

Trong công nghệ cũ, lần đầu tiên đƣợ c tiến hành ở mức độ công nghiệp vào năm1930 bởi Union Carbide, nhƣng ngày nay gần nhƣ đã bị loại bỏ thì êtylen đầu tiên đƣợ c

hyđrat hóa gián tiế p bằng phản ứng của nó với axít sulfuric đậm đặc để tạo ra etyl sulfat,

sau đó chất này đƣợ c thủy phân để tạo thành êtanol và tái tạo axít sulfuric:


12/100


H2C=CH2 + H2SO4 → CH3CH2OSO3H

CH3CH2OSO3H + H2O → CH3CH2OH + H2SO4

Lên men

Etanol để sử dụng trong đồ uống chứa cồn cũng nhƣ phần lớ n etanol sử dụng làm

nhiên liệu, đƣợ c sản xuất bằng cách lên men: khi một số loài men rƣợ u nhất định (quan

tr ọng nhất là Saccharomyces cerevisiae) chuyển hóa đƣờng trong điều kiện không có ôxy

(gọi là yếm khí), chúng sản xuất ra êtanol và cacbon điôxít CO2. Phản ứng hóa học tổng

quát có thể viết nhƣ sau:

C6H12O6 → 2 CH3CH2OH + 2 CO2

Quá trình nuôi cấy men rƣợ u theo các điều kiện để sản xuất rƣợu đƣợ c gọi là ủ

rƣợu. Men rƣợu có thể phát triển trong sự hiện diện của khoảng 20% rƣợu, nhƣng nồng

độ của rƣợu trong các sản phẩm cuối cùng có thể tăng lên nhờ chƣng cất.

Để sản xuất êtanol từ các nguyên liệu chứa tinh bột

Tinh bột đầu tiên phải đƣợ c chuyển hóa thành đƣờ ng. Trong việc ủ men bia, theo

truyền thống nó đƣợ c tạo ra bằng cách cho hạt nảy mầm hay ủ mạch nha.

Trong quá trình nảy mầm, hạt tạo ra các enzym có chức năng phá vỡ tinh bột để

tạo ra đƣờ ng.

Để sản xuất êtanol làm nhiên liệu, quá trình thủy phân này của tinh bột thành

glucoza đƣợ c thực hiện nhanh chóng hơn bằng cách xử lý hạt với axít sulfuric loãng,

enzym nấm amylase, hay là tổ hợ p của cả hai phƣơng pháp.

Về tiềm năng, glucoza để lên men thành êtanol có thể thu đƣợ c từ xenluloza.


13/100


Việc thực hiện công nghệ này có thể giúp chuyển hóa một loại các phế thải và phụ phẩm

nông nghiệ p chứa nhiều xenluloza, chẳng hạn lõi ngô, rơm rạ hay mùn cƣa thành các

nguồn năng lƣợng tái sinh.

Cho đến gần đây thì giá thành của các enzym cellulas có thể thủy phân xenluloza

là rất cao. Hãng Iogen ở Canada đã đƣa vào vận hành xí nghiệ p sản xuất êtanol trên cơ sở

xenluloza đầu tiên vào năm 2004.

Phản ứng thủy phân cellulose gồm các bƣớ c.

Bƣớ c 1 : Thủy phân xenluloza thành mantoza dƣới tác dụng của men amylaza.

(C6H10O5)nmen amylaza

C12H22O11

Bƣớ c 2: Thủy phân tiếp mantoza thành glucoza hoặc fructoza dƣới tác dụng của menmantaza.

C12H22O11 men mantaza

C6H12O6

Bƣớ c 3 : Phản ứng lên men rƣợu có xúc tác là men zima.

C6H12O6 men zima

2 C2H5OH + 2 CO2

Ứ ng d ụng

- Đƣợc dùng làm nguyên liệu sản xuất các hợ p chất khác nhƣ: đietyl ete, axit

axetic, etyl axetat,làm dung môi pha chế vecni, dƣợ c phẩm, nƣớ c hoa, làm nhiên

liệu,dùng cho đèn cồn trong phòng thí nghiệm, dùng thay xăng làm nhiên liệu cho độ ng

cơ đốt trong….

- Để điều chế các loại rƣợ u uống nói riêng và các đồ uống có etanol nói chung,

ngƣờ i ta chỉ dùng sản phẩm của quá trình lên men rƣợu các sản phẩm nông nghiệp nhƣ:


14/100


gạo, ngô,sắn, lúa mạch, quả nho.Trong một số trƣờ ng hợp còn phải tinh chế loại bỏ các

chất độc hại đối với cơ thể.

1.2.2 Nƣớ c Cấu tạo

Công thức phân tử thu gọn nhất : H2O

Công thức cấu tạo:

Tính chất vật lý o Là chất lỏng, không màu, không mùi , không vị nhƣng khối nƣớc dày sẽ có màu

xanh nhạt.

o Là chất duy nhất mà chúng ta gặp trên trái đất trong điều kiện tự nhiên ở tr ạng thái

r ắn, lỏng, khí.

o Là một dung môi vạn năng, hòa tan đƣợ c nhiều muối và các chất khác, hơn bất kì

một chất nào khác.

o Nƣớ c hầu hết ăn mòn các kim loại và phá hoại ngay các thạch cứng nhất,khi đóng

bang nó giãn nở và do đó băng nổi trên nƣớ c pha lỏng.

o Khối lƣợng phân tử : 18 g / mol

o Khối lƣợng riêng : d= 1g / ml

o Nhiệt độ nóng chảy: 00C

o Nhiệt độ sôi : 1000C

o Nƣớc là hợ p chất chiếm phần lớn trên trái đất (3/4 diện tích trái đất là nƣớ c biển)

và rất cần thiết cho sự sống. Nƣớc là dung môi phân cực mạnh, có khả năng hoà

tan nhiều chất và là dung môi rất quan tr ọng trong k ỹ thuật hóa học

Tính chất hóa học

o Tác dụng vớ i kim loại : t ạo ra dung d ịch bazo và khí hidro

2Na + 2H2O 2NaOH + H2


15/100


o Tác dụng với oxit bazơ :tạo dung d ịch bazơ, làm quỳ tím chuyển sang mày xanh

CaO + 2H2O Ca(OH)2

o

Tác dụng vớ i oxit axit : t ạo axit tương ứng, làm quỳ tím chuyển sang đỏ.P2O5 + 3H2O 2H3PO4

1.2.3 Hỗn hợ p Etanol – Nƣớ c

Ta có bảng thành phần lỏng (x) – hơi (y) và nhiệt độ sôi của hỗn hợ p Etanol -

Nƣớ c ở 760 mmHg.

1.3 CÔNG NGHỆ CHƢNG CẤT HỆ ETANOL – NƢỚ C

Etanol là một chất lỏng tan vô hạn trong H2O, nhiệt độ sôi là 78,30

C ở 760mmHg, nhiệt độ sôi của nƣớc là 1000C ở 760mmHg : hơi cách biệt khá xa nên

phƣơng pháp hiệu quả để thu etanol có độ tinh khiết cao là phƣơng pháp chƣng cất. Trong

trƣờ ng hợp này, ta không thể sử dụng phƣơng pháp cô đặc vì các cấu tử đều có khả năng

bay hơi, và không sử dụng phƣơng pháp trích ly cũng nhƣ phƣơng pháp hấ p thụ do phải

đƣa vào một khoa mới để tách, có thể làm cho quá trình phức tạp hơn hay quá trình tách

không đƣợc hoàn toàn.

o Sơ đồ qui trình công nghệ chƣng cất hệ Etanol – nƣớ c:

x(%phần

mol)

0 5 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100

y(%phầnmol)

0 33,2 44,2 53,1 57,6 61,4 65,4 69,9 75,3 81,8 89,8 100

t(oC) 100 90,5 86,5 83,2 81,7 80,8 80 79,4 79 78,6 78,4 78,4


16/100


Chú thích các kí hiệu trong qui trình:

1 Bể chứa hỗn hợ p nhậ p liệu

2 Bể chứa cao vị

3 Bơm

4 Lƣu lƣợ ng k ế.

5 Thiết bị truyền nhiệt ống chùm

6 Thiết bị chƣng cất

7 Thiêt bị ngƣng tụ ống chùm

8 Nồi đun dạng kettle

9 Bể chứa sản phẩm đáy

10 Bể chứa sản phẩm đỉnh

11 Thiết bị làm nguội sản phẩm đỉnh.

12 Thiết bị làm nguội sản phẩm đáy


17/100


o Thuyết minh quy trình công nghệ

Kiểm tra van : V1,V2,V8,V9,V12

Van mở : V3,V4,V5,V6,V7,V10

Hỗn hợ p ethanol - nƣớc có nồng độ nhậ p liệu ethanol 18% (theo phần khối lƣợ ng),

nhiệt độ khoảng 28oC tại bình chứa nguyên liệu đƣợ c bơm bơm lên bồn cao vị . Từ đó

đƣợc đƣa đến thiết bị trao đổi nhiệt vớ i sản phẩm đáy . Sau đó, hỗn hợp đƣợ c gia nhiệt

đến nhiệt độ sôi trong thiết bị đun sôi dòng nhậ p liệu , r ồi đƣợc đƣa vào tháp chƣng cất ở

đĩa nhậ p liệu.

Trên đĩa nhậ p liệu, chất lỏng đƣợ c tr ộn vớ i phần lỏng từ đoạn luyện của tháp chảy

xuống. Trong tháp, hơi đi từ dƣới lên gặ p chất lỏng từ trên xuống. Ở đây, có sự tiếp xúc

và trao đổi giữa hai pha vớ i nhau. Pha lỏng chuyển động trong phần chƣng càng xuống

dƣới càng giảm nồng độ các cấu tử dễ bay hơi vì đã bị pha hơi tạo nên từ hơi nƣớc đƣợ c

cấ p tr ực tiếp vào đáy tháp lôi cuốn cấu tử dễ bay hơi. Nhiệt độ càng lên trên càng thấ p,

nên khi hơi đi qua các đĩa từ dƣới lên thì cấu tử có nhiệt độ sôi cao là nƣớ c sẽ ngƣng tụ

lại, cuối cùng trên đỉnh tháp ta thu đƣợ c hỗn hợp có cấu tử ethanol chiếm nhiều nhất (có

nồng độ 82% phần khối lƣợng). Hơi này đi vào thiết bị ngƣng tụ và đƣợc ngƣng tụ hoàn

toàn. Một phần của chất lỏng ngƣng tụ đƣợc hoàn lƣu về tháp ở đĩa trên cùng. Phần còn

lại đƣợc làm nguội đến 400C, r ồi đƣa về bình chứa sản phẩm đỉnh.

Một phần cấu tử có nhiệt độ sôi thấp đƣợ c bốc hơi, còn lại cấu tử có nhiệt độ sôi cao

trong chất lỏng ngày càng tăng. Cuối cùng, ở đáy tháp ta thu đƣợ c hỗn hợ p lỏng hầu hết là

các cấu tử khó bay hơi (nƣớ c). Hỗn hợ p lỏng ở đáy có nồng độ ethanol là 2,2% phần khối

lƣợng, còn lại là nƣớ c. Dung dịch lỏng ở đáy đi ra khỏi tháp đi vào thiết bị trao đổi nhiệt

với dòng nhậ p liệu, r ồi đƣợc đƣa qua bồn chứa sản phẩm đáy.


18/100


CHƢƠNG II : CÂN BẰNG VẬT CHẤT

2.1 CÁC THÔNG SỐ BAN ĐẦU

o

Năng suất nhậ p liệu : GF = 2500 (Kg/h) .

o Nồng độ phần khối lƣợ ng nhậ p liệu : F x = 18% (pkl etanol)

o Nồng độ phần khối lƣợ ng sản phẩm đỉnh : D x = 82% (pkl etanol )

o Nồng độ phần khối lƣợ ng sản phẩm đáy : w x = 2,2% (pkl etanol )

o Khối lƣợng phân tử của rƣợu và nƣớ c: MR =46 , M N =18 .

Các kí hiệu

+ F,D,W,L : suất lƣợng mol của các dòng nhập liệu, sản phẩm đỉnh, sản phẩmđáy,dòng hoàn lƣu ,đơn vị (Kmol/h ).

+ GF, GD, GW, GL: suất lƣợng khối lƣợng của dòng nhập liệu, sản phẩm đỉnh,

sản phẩm đáy, dòng hoàn lƣu, đơn vị (Kg/h)

+ xF, xD, xW, xL : nồng độ phẩn mol của cấu tử dễ bay hơi trong pha lỏng của

các dòng , đơn vị phần khối lƣợng.

F x , D x , x , L x : nồng độ phần khối lƣợng của cấu tử dễ bay hơi trong pha

lỏng của các dòng, đơn vị phần mol.

2.2 XÁC ĐỊNH SUẤT LƢỢ NG SẢN PHẨM ĐỈNH VÀ SẢN PHẨM ĐÁY

Gọi: F là lƣợ ng nhậ p liệu ban đầu (phần mol)

D là lƣợ ng sản phẩm đỉnh (phần mol)

W là lƣợ ng sản phẩm đáy (phần mol)

Áp dụng cân bằng vật chất theo suất lƣợ ng khối lƣợng, và nồng độ phần khối lƣợ ng

Ta có: F x D x w x


19/100


{ { () Tính suất lượ ng mol c ủa các dòng :nhập li ệu, s ản ph ẩm đỉ nh, s ản ph ẩm đáy

̅ ( ̅ ) () ()

̅ ( ̅ )

() ()

̅

( ̅ )

()

(() Tính nồng độ ph ần mol c ủa các dòng : nhập li ệu, s ản ph ẩm đỉ nh, s ản ph ẩm đáy

Chuyển từ phần khối lƣợ ng sang phần mol

MF = 18).1(.46 F F x x = 20,24 (Kg/Kmol).

MD = 18).1(.46 D D x x = 35,92 (Kg/Kmol).


20/100


MW = 18).1(.46 W W x x = 18,28 (Kg/Kmol).

2.3 XÁC ĐỊNH TỈ SỐ HOÀN LƢU THÍCH HỢ P

2.3.1 Tỉ số hoàn lƣu tối thiểu

Tỉ số hoàn lƣu tối thiểu là chế độ làm việc mà tại đó ứng vớ i số mâm lý thuyết là

vô cực . Do đó chi phí cố định là vô cực nhƣng chi phí điều hành (nhiên liệu ,nƣớc và

bơm…) là tối thiểu .

Vớ i xF= 0,08 tra đồ thị T-x,y ta đƣợ c yF* = 0,415

R min= x y

y x F F

F D

* *= 67,0

08,0415,0415,00,64

2.3.2 Tỉ số hoàn lƣu thích hợ p

R X=1,3R min+0,3=1,17

2.4 PHƢƠNG TRÌNH ĐƢỜNG LÀM VIỆC – SỐ MÂM LÝ THUYẾT

2.4.1 Phƣơng trình đƣờ ng nồng độ làm việc của đoạn cất

y =1

.1

R

x x R R D = 29,054,0

117,164,0.

117,117,1

x x

2.4.2 Phƣơng trình đƣờ ng nồng độ làm việc của đoạn chƣng

y =W x

R

f x

R

f R.

1

1.

1

= 04,068,401,0.

117,1

198,8.

117,1

98,817,1

x x

Vớ i : f = 98,877,13

67,123

D

F : chỉ số nhậ p liệu .

2.4.3 Số mâm lý thuyết

Đồ thị xác định số mâm lý thuyết


21/100


Từ đồ thị ta có 6 mâm bao gồm:

3 mâm cất

1 mâm nhậ p liệu

2 mâm chƣng

Tóm lại , số mâm lý thuyết là Nlt = 6 mâm .

2.5 XÁC ĐỊNH SỐ MÂM THỰ C TẾ - BIỂU ĐỒ CHƢNG CẤT

Số mâm thực tế tính theo hiệu suất trung bình : tb

lttt

η

N N

Trong đó:

tb : hiệu suất trung bình của đĩa, là một hàm số của độ bay hơi tƣơng đối và độ nhớ t của

hỗn hợ p lỏng : = f(,).

Ntt: số mâm thực tế.

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100

duong cheo

W

D

duong thang x= xF

duong thang noi diem D va I

F


22/100


Nlt: số mâm lý thuyết.

Xác định hiệu suất trung bình của tháp tb :

Độ bay tƣơng đối của cấu tử dễ bay hơi :

x

x1

y1

y*

*

α

Vớ i : x :phần mol của rƣợ u trong pha lỏng .

y* : phần mol của rƣợu trong pha hơi cân bằng vớ i pha lỏng.

Tại vị trí nhậ p liệu :

xF = 0,08 ta tra đồ thị cân bằng của hệ T-x,y ta đƣợ c : y*F = 0,415

tF = 87,2oC

+ 16,808,0

08,01.

415,01

415,0

x

x1.

y1

yα

F

F

*

*

F

F

F

+ Từ %18 F x và tF = 87,2 oC

(Tra tài liệu tham khảo [STHT và TBCNHC (tậ p 1) – trang 107]: F = 0,412 (cP)

Suy ra: Fα .F =8,16. 0,412= 3,36

Tra tài liệu tham khảo [STHT và TBCNHC (tậ p 2) – trang 171] : F = 0,37

Tại vị trí mâm đáy :

xW = 0,01 ta tra đồ thị cân bằng của hệ : y*W = 0,09

tW = 97,5oC


23/100


+ 79,901,0

01,01.

09,01

09,0

x

x1.

y1

yα

W

W

*

*

W

W

W

+ Từ %2,2

W x và tW = 97,5o

C ,

Tra tài liệu tham khảo [STHT và TBCNHC (tậ p 1) – trang 107] : W =0,294 (Cp)

Suy ra : Wα . W = 9,79.0,294 = 2,88

Tra tài liệu tham khảo [STHT và TBCNHC (tậ p 2) – trang 171] : W = 0,38

Tại vị trí mâm đỉnh :

xD = 0,64 ta tra đồ thị cân bằng của hệ : y*D = 0,72

tD = 79,4oC

+ 45,164,0

64,01.

72,01

72,0

x

x1.

y1

yα

D

D

*

*

D

D

D

+ Từ %82 D x và tD = 79,4oC ,

Tra tài liệu tham khảo [STHT và TBCNHC (tậ p 1) – trang 107] : D = 0,559 (cP)

Suy ra : Dα . D = 1,45.0,559 = 0,81

Tra tài liệu tham khảo [STHT và TBCNHC (tậ p 2) – trang 171] : D = 0,51

Suy ra: hiệu suất trung bình của tháp :

tb = 42,03

51,038,00,373

DW F

Vậy số mâm thự c tế của tháp Ntt :


24/100


CHƢƠNG III: TÍNH TOÁN – THIẾT K Ế THÁP CHƢNG CẤT

3.1 ĐƢỜNG KÍNH THÁP

tb y y

tb g

)ω.(0188,0

ω.3600.π

4VD

tb

tbt

(m)

Vtb: lƣợng hơi trung bình đi trong tháp (m3/h).

tb: tốc độ hơi trung bình đi trong tháp (m/s).

gtb : lƣợng hơi trung bình đi trong tháp (Kg/h).

Lƣợng hơi trung bình đi trong đoạn chƣng và đoạn cất khác nhau,do đó đƣờ ng

kính đoạn chƣng và đoạn cất cũng khác nhau .

3.1.1 Đƣờng kính đoạn cất

a. Lƣợng hơi trung bình đi trong tháp

2

1 g g g d tb

(Kg/h)

gd : lƣợng hơi ra khỏi đĩa trên cùng của tháp (Kg/h).

g1 : lƣợng hơi đi vào đĩa dƣới cùng của đoạn cất (Kg/h).

Xác định gd :

gd = GD.(R+1) =494,99.(1,17+1) = 1074,13 (Kg/h)

Xác định g1 :

)(29,1442,0

6mâm N tt

Chọn số mâm thực tế = 15 mâm


25/100


Từ hệ phƣơng trình

d d

D D

D

r g r g

xG xG y g

GG g

.....

11

1111

11

Vớ i :G1 : lƣợ ng lỏng ở đĩa thứ nhất của đoạn cất .

r 1 : ẩn nhiệt hoá hơi của hỗn hợp hơi đi vào đĩa thứ nhất của đoạn cất

r d : ẩn nhiệt hoá hơi của hỗn hợp hơi đi ra ở đỉnh tháp .

r a: Ẩn nhiệt hóa hơi của rƣợ u etylic

r b: Ẩn nhiệt hóa hơi của nƣớ c

x1= x F = 0,18 (pkl)

Tính r 1

Theo bảng I.212 trang 254 Sổ tay QTTB tập 1, ta có:

- Ở 600C: r a1= 210 (kcal/kg)

r b1= 579 (kcal/kg)

- Ở 1000

C: r a2= 194 (kcal/kg)

r b2= 539 (kcal/kg)

Suy ra: Δr a= r a2− r a1= 194 – 210 = −16 (kcal/kg)


26/100


Δr b = r b2− r b1= 539 − 579 = −40 (kcal/kg)

Δt = t2− t1 = 100 – 60 = 400C

( ) ( )

Theo phƣơng pháp nội suy ta tính r a, r b ở 87,20C:

() ( )

() ( )

Vậy r 1= r a87,2

.y1+ (1 – y1).r b = 199,12.y1+ (1 – y1).551,80 = 551,80 – 352,68.y1

* Tính r d : hơi đi ra đỉnh tháp ở nhiệt độ 79,4oC tƣơng tự nhƣ trên:

() ( )⁄

() ( )⁄ Vậy r d = r a

79,4.yd+ (1 – yd).r b = 202,24.0,82 + (1 – 0,82 ).557,60 = 266,20 kcal/kg


27/100


Suy ra ta có hệ phƣơng trình nhƣ sau:

11

11

111

11

68,35280,551

20,266.13,1047.

82,0.99,49418,0..

99,494

yr

r g

G y g

G g

11

11

111

11

68,35280,551

19,286814.

89,405.18,0.

99,494

yr

r g

G y g

G g

Giải hệ ta đƣợ c:

)(57,0

)/(42,351

)/(16,321

)/(15,816

1

1

1

1

pkl y

kg kcal r

hkg G

hkg g

- Lƣợng hơi trung bình đi trong đoạn luyện là:

( ⁄ ) b. Tốc độ hơi trung bình đi trong tháp

Tốc độ giớ i hạn của hơi đi trong tháp với mâm xuyên lỗ có ống chảy chuyề

ytb

xtb gh

.05,0

Vớ i : xtb : khối lƣợng riêng trung bình của pha lỏng (Kg/m3) .

ytb : khối lƣợng riêng trung bình của pha hơi (Kg/m3) .

Xác định ytb


28/100


273.4,22

273.18.146.

tb

tbtb ytb

t

y y

+ Nồng độ phần mol trung bình : ytb =2

1 D y y = )(54,02

72,035,0 pmol

( Vớ i y1 = 0,57pkl = 0,35pmol )

+ Nhiệt độ trung bình đoạn cất : ttb =2

D F t t = C 03,832

4,792,87

Suy ra : ytb =1,13 (Kg/m

3).

Xác định xtb

Nồng độ phần khối lƣợng trung bình : %50)(50,02

82,018,0

pkl x x x D F tb

Vớ i ttb=83,3 tra bảng I.2 tài liệu tham khảo [Sổ tay QTTB (tậ p 1)-trang 9], dùng phƣơng

pháp nội suy ta có )/(86,870 3 xtb mkg

Suy ra : )/(39,113,1

86,870

.05,0 sm gh

Để tránh tạo bọt ta chọn tốc độ hơi trung bình đi trong tháp

)/(11,139,1.8,0.8,0 sm ghh

Vậy :đƣờng kính đoạn cất

Dcất = )(5,011,1.1,13

945,14.0188,0 m


29/100


3.1.2 Đƣờng kính đoạn chƣng

a.Lƣợng hơi trung bình đi trong tháp

2

1,,

, g g g

ntb

(Kg/h)

g’n : lƣợng hơi ra khỏi đoạn chƣng (Kg/h).

g’1 : lƣợng hơi đi vào đoạn chƣng (Kg/h).

Xác định g’n : g’n = g1 = 816,15(Kg/h)

Xác định g’1 : Từ hệ phƣơng trình ( Sổ tay QTTB tậ p 2 trang 182) :

)2(

)3(.'.''.'

..'.

)1(

1111

1'

11'

1'

1'

r g r g r g

xG y g xG

G g G

nn

W W W

W

Vớ i : G’1 : lƣợ ng lỏng ở đĩa thứ nhất của đoạn chƣng .

r’1 : ẩn nhiệt hoá hơi của hỗn hợp hơi đi vào đĩa thứ nhất của đoạn chƣng.

'

1 y : thành phần cấu tử dể bay hơi (ethanol) trong pha hơi cân bằng vớ i pha lỏng trong sản

phẩm đáy: '1 y = yW.

* Tính r’1 : xW =0,01 pmol tra đồ thị hệ cân bằng của hệ ta có : yW =0,09 pmol.


30/100


Đổi yw = 0,09 pmol ra phần khối lƣợ ng:

)(2,0

18.91,046.09,0

46.09,0 pkl y

W

Theo đồ thị đƣờng cong sôi ta có sản phẩm đáy có nhiệt độ sôi là 97,50C, theo các

số liệu Δr a, Δr b, Δt, r a1, r b1 đã có ở phần tính toán đoạn cất ta có:

() ( )⁄

() ( )⁄ Suy ra: r

’1= r a

97,5.y

’1 + ( 1− y

’1).r b

97,5 =195.0,2 + ( 1− 0,2).541,5 = 472,2 (kcal/kg)

Thay r ’1, g1, r 1 vào (3):

)/(05,623g' 360,48.816,15=.472,2g' 11 hkg

Thay vào (1):

(kg/h)2628,05=2005,01+623,05=G'1

Thay vào (2):

(pkl)0,06x0,0222005,01..0,2607,42628,05.x '

1

'

1


31/100


)(06,0

)/(2,472

)/(05,2628

)/(05,623

1'

1'

1'

'1

pkl x

kg kcal r

hkg G

hkg g

Vậy lƣợng hơi trung bình đi trong đoạn chƣng

Vậy : g’tb = 6,7192

05,62315,168

(Kg/h)

b. Tốc độ hơi trung bình đi trong tháp:

Tốc độ giớ i hạn của hơi đi trong tháp với mâm xuyên lỗ có ống chảy chuyền

ytb

xtb

gh'

'.05,0'

Vớ i: 'xtb : khối lƣợng riêng trung bình của pha lỏng (Kg/m3) .

'ytb : khối lƣợng riêng trung bình của pha hơi (Kg/m3) .

Xác đị nh ' ytb

273'.4,22

273.18.'146.''

tb

tbtb

ytbt

y y

Vớ i:

+ Nồng độ phần mol trung bình

y’tb =2

1 W y y = )(22,02

09,035,0 pmol


32/100


+ Nhiệt độ trung bình đoạn chƣng : t’tb =2

W F t t = C 035,922

5,972,87

Suy ra : )/(81,0' 3mkg ytb

Xác đị nh ' xtb :

%10)(1,02

022,018,0'

pkl x x x W F tb

Vớ i t’tb = 92,350C, Tra tài liệu tham khảo ở bảng I.2 trang 9 Sổ tay QTTB tập 1, ta có khối

lƣợng riêng của etylic và nƣớc là:

73580

1 a 716100

1 a

97280

1 b 958100

1 b

Đơn vị: kg/m3

Suy ra:19735716

12

aaa

kg/m

3

1497295812 bbb kg/m3

Δt = 100 – 80 = 200C

a

⁄ b ⁄


33/100


Bằng phƣơng pháp nội suy ta có:

)/(27,72373,11735)8035,92( 380

1

35,92mkg

t

aaa

)/(35,96365,8972)8035,92( 380

1

35,92mkg

t

bbb

Khối lƣợng riêng trung bình của của lỏng đƣợc tính theo công thức ( IX.104a

trang 183 Sổ tay QTTB tậ p 1)

Vớ i: - khối lƣợng riêng trung bình của các cấu tử pha lỏng lấy theo nhiệt độ

trung bình.

xa, x b : thành phần khối lƣợng trung bình của các cấu tử

() ()

( )⁄

Suy ra : )/(7,181,0

4,932.05,0 sm gh

Để tránh tạo bọt ta chọn tốc độ hơi trung bình đi trong tháp :


34/100


)/(36,17,1.8,0.8,0 sm ghh

)(48,036,1.81,0

6,719

.0188,0 m Dchung

K ết luận : hai đƣờng kính đoạn cất và đoạn chƣng không chênh lệch nhau quálớn nên ta chọn đƣờng kính của toàn tháp là : Dt = 0,5 (m).

Khi đó tốc độ làm việc thực ở :

+ Phần cất : lv = )/(18,113,1.5,0

14,945.0188,0

.

.0188,02

2

2

2

sm D

g

ytbt

tb

+ Phần chƣng :’lv = )/(26,181,0.5,0

6,719.0188,0

'.

'.0188,02

2

2

2

sm D

g

ytbt

tb

3.2 MÂM LỖ – TR Ở LỰ C CỦA MÂM

3.2.1 Cấu tạo mâm lỗ Chọn : + Đƣờng kính lỗ : dl = 3 (mm).

+ Tổng diện tích lỗ bằng 9% diện tích mâm.

+ Khoảng cách giữa hai tâm lỗ bằng 2,5 lần đƣờng kính lỗ (bố trí lỗ theo tam giác

đều ).

+ Tỷ lệ bề dày mâm và đƣờng kính lỗ là 6/10 .

+ Diện tích dành cho ống chảy chuyền là 20% diện tích mâm .

Số lỗ trên 1 mâm :


35/100


N =lo

mâm

S

%.9 S =

22

003,0

5,0.09,0.09,0

l

t

d

D= 2500 lỗ.

3.2.2 Độ giảm áp của pha khí qua một mâm Độ giảm áp tổng cộng của pha khí (tính bằng mm.chất lỏng ) là tổng các độ giảm

áp của pha khí qua mâm khô và các độ giảm áp do pha lỏng :

htl = hk + hl + hR (mm.chất lỏng)

Vớ i : + hk :độ giảm áp qua mâm khô (mm.chất lỏng).

+ hl : độ giảm áp do chiều cao lớ p chất lỏng trên mâm (mm.chất lỏng).

+hR : độ giảm áp do sức căng bề mặt (mm.chất lỏng).

Trong tháp mâm xuyên lỗ, gradien chiều cao mực chất lỏng trên mâm là không

đáng kể nên có thể bỏ qua .

a . Độ giảm áp qua mâm khô

Độ giảm áp của pha khí qua mâm khô đƣợc tính dựa trên cơ sở tổn thất áp suất do

dòng chảy đột thu , đột mở và do ma sát khi pha khí chuyển động qua lỗ.

L

G

o

o

L

G

o

ok

C

u g C

uh

..0,51..2

.2

2

2

2

(mm.chất lỏng)

Vớ i :


36/100


+ uo :vận tốc pha hơi qua lỗ (m/s).

+ G : khối lƣợng riêng của pha hơi (Kg/m3).

+ L : khối lƣợng riêng của pha lỏng (Kg/m3).

+ Co : hệ số orifice, phụ thuộc vào tỷ số tổng diện tích lỗ vớ i diện tích mâm và tỷ số giữa

bề dày mâm với đƣờng kính lỗ.

Ta có : 09,0mâm S

S lo

và 0,6=d lmâm

.Tra tài liệu tham khảo [1 – trang 111] : Co = 0,74

Đối với mâm ở phần cất

+ Vận tốc pha hơi qua lỗ : uo =09,0

18,1

09,0lv

=13,11 (m/s).

+ Khối lƣợng riêng của pha hơi : G = ytb = 1,13 (Kg/m3).

+ Khối lƣợng riêng của pha lỏng : L

= xtb = 870,86 (Kg/m3).

Suy ra độ giảm áp qua mâm khô ở phần cất :

77,2086,870

13,1.

74,0

11,13.0,51

2

2

k h (mm.chất lỏng).

Đối với mâm ở phần chƣng


37/100


+ Vận tốc pha hơi qua lỗ : u’o = )./(1409,0

26,1

09,0

' smlv

+ Khối lƣợng riêng của pha hơi : G' = ’ytb = 0,81 (Kg/m3).

+ Khối lƣợng riêng của pha lỏng : L' = ’xtb = 932,4 (Kg/m3).

Suy ra độ giảm áp qua mâm khô ở phần chƣng :

86,154,932

81,0.74,014.0,51'

2

2

k h (mm.chất lỏng).

b.Độ giảm áp do chiều cao mứ c chất lỏng trên mâm

Phƣơng pháp đơn giản để ƣớc tính độ giảm áp của pha hơi qua mâm do lớ p chất

lỏng trên mâm hl là từ chiều cao gờ chảy tràn hw , chiều cao tính toán của lớ p chất lỏng

trên gờ chảy tràn hw và hiệu số hiệu chỉnh theo kinh nghiệm :

hl = .( hw + how ), (mm.chất lỏng)

Chọn :

+ Hệ số hiệu chỉnh : = 0,6

+ Chiều cao gờ chảy tràn : hw = 50 (mm)


38/100


Chiều cao tính toán của lớ p chất lỏng trên gờ chảy tràn đƣợc tính từ phƣơng trình

Francis vớ i gờ chảy tràn phẳng

32

.4,43

w

Low

L

qh , (mm.chất lỏng)

Vớ i + qL : lƣu lƣợ ng của chất lỏng (m3/ph).

+ Lw :chiều dài hiệu dụng của gờ chảy tràn (m).

Xác định Lw

Diện tích dành cho ống chảy chuyền là 20% diện tích mâm , nên ta có phƣơng trình sau :

.2,0sin180

. o

o

o

nn

Vớ i no : góc ở tâm chắn bở i chiều dài đoạn Lw .

Dùng phƣơng pháp lặp ta đƣợ c : no = 93o12’22”

Suy ra : Lw = Dt . sin(no/2) = 0,363 (m).

Xác định qL

* Phần cất : )./(0111,086,870.60

92,35.77,13.17,1

.60

.. 3 phm

M D Rq

xtb

D L


39/100


Suy ra : ).(24,4363,0

0111,0.4,43

32

mmhow

Vậy : Độ giảm áp do chiều cao mức chất lỏng trên mâm ở phần cất là:

hl = 0,6.(50+4,24) = 32,54 (mm.chất lỏng).

* Phần chƣng : )./(047,04,932.60

05,2628

'.60' 3

1'

phmG

q xtb

L

Suy ra : ).(11,11363,0

047,0.4,43'

32

mmh ow

Vậy : Độ giảm áp do chiều cao mức chất lỏng trên mâm ở phần chƣng

h’l = 0,6.(50+11,11) = 36,67 (mm.chất lỏng)

c . Độ giảm áp do sức căng bề mặt

Độ giảm áp do sức căng bề mặt đƣợc xác định theo biểu thức

l L

Rd

h.

.54,625

, (mm.chất lỏng)

Vớ i + : sức căng bề mặt của chất lỏng (dyn/cm).

+ L : khối lƣợng riêng của pha lỏng (Kg/m3).

Phần cất


40/100


* Khối lƣợng riêng của pha lỏng : L = xtb = 870,86 (Kg/m3).

* ttb = 83,3oC ,tra tài liệu tham khảo [Sổ tay QTTB (tập 1)/301], ta có :

+ Sức căng bề mặt của nƣớ c : N = 61,99 (dyn/cm).

+ Sức căng bề mặt của rƣợ u : R = 17,003 (dyn/cm).

Suy ra :Sức căng bề mặt của chất lỏng ở phần cất

R N

R N

. = 13,34(dyn/cm).

Vậy : Độ giảm áp do sức căng bề mặt ở phần cất là

19,33.86,870

34,13.54,625

Rh (mm.chất lỏng).

Phần chƣng

* Khối lƣợng riêng của pha lỏng : ’L = ’xtb = 932,4 (Kg/m3).

* t’tb = 92,35oC ,tra tài liệu tham khảo [Sổ tay QTTB (tập 1)], ta có

+ Sức căng bề mặt của nƣớ c : ’ N = 60,16 (dyn/cm)

+ Sức căng bề mặt của rƣợ u : ’R = 16,19 (dyn/cm)

Suy ra :Sức căng bề mặt của chất lỏng ở phần chƣng


41/100


R N

R N

''

'.''

= 12,76(dyn/cm)

Vậy : Độ giảm áp do sức căng bề mặt ở phần chƣng là

3.4,932

76,12.54,625'

Rh = 2,85 (mm.chất lỏng).

Tóm lại : Độ giảm áp tổng cộng của pha khí qua một mâm :

+ Phần cất : htl = 20,42+32,54+3,19 = 56,15 (mm.chất lỏng).

hay htl = 56,15.10-3. 9,81 . 870,86 = 479,7 (N/m2).

+ Phần chƣng : h’tl = 14,88 + 36,67 + 2,85 = 54,4 (mm.chất lỏng).

hay h’tl = 54,4.10-3

. 9,81 . 932,4 = 497,59 (N/m2).

Suy ra : Tổng tr ở lực của toàn tháp hay độ giảm áp tổng cộng của toàn tháp là (xemđộ giảm áp tổng cộng của pha khí qua mâm nhậ p liệu bằng độ giảm áp tổng cộng của pha

khí qua một mâm ở phần chƣng ).

htl = 8. htl + 7. h’tl = 8 . 479,7 +7 . 497,59 = 7320,73(N/m2).

3.2 3 Kiểm tra ngập lụt khi tháp hoạt động

Chọn khoảng cách giữa hai mâm là hmâm =250 (mm).

Bỏ qua sự tạo bọt trong ống chảy chuyền, chiều cao mực chất lỏng trong ống

chảy chuyền của mâm xuyên lỗ đƣợc xác định theo biểu thức :

hd = hw + how + htl + hd’ , (mm.chất lỏng)


42/100


Vớ i : hd’ : tổn thất thuỷ lực do dòng lỏng chảy từ ống chảy chuyền vào mâm,

đƣợc xác định theo biểu thức sau :

2

'.100

.128,0

d

Ld

S

Qh , (mm.chất lỏng)

Trong đó :

+ QL : lƣu lƣợ ng của chất lỏng (m3/h).

+ Sd : tiết diện giữa ống chảy chuyền và mâm, khi đó :

Sd = 0,8 . Smâm = 0,8 . .0,2252 = 0,127 (m

2)

Phần cất : QL = 60.qL = 60 . 0,0111= 0,666 (m3/h).

Suy ra : 0004,0127,0.100

666,0.128,0

.100.128,0

22

'

d

Ld

S

Qh (mm.chất lỏng).

Vậy : chiều cao mực chất lỏng trong ống chảy chuyền của mâm xuyên lỗ ở phần cất :

hd =hw+ how + htl + hd’= 50+4,24+56,15+0,0004 =110,39 (mm.chất lỏng).

Kiểm tra : hd = 110,39 < 1252

250

2

mâm h

(mm) : đảm bảo khi hoạt động các mâm ở phần

cất sẽ không bị ngậ p lụt.


43/100


Phần chƣng : Q’L = 60.q’L = 60 . 0,0467 = 2,802 (m3/h).

Suy ra :

22'

'127,0.100

802,2.128,0.100.128,0' d

Ld S

Qh = 0,006 (mm.chất lỏng).

Vậy: chiều cao mực chất lỏng trong ống chảy chuyền của mâm xuyên lỗ ở phần

chƣng h’d =50+11,06+54,4+0,006 =115,47 (mm.chất lỏng).

Kiểm tra : h’d = 115,47 < 1252

250

2

mâm

h (mm) : đảm bảo khi hoạt động các

mâm ở phần chƣng sẽ không bị ngậ p lụt.

Vậy khi hoạt động đảm bảo tháp sẽ không bị ngậ p lụt.

Chiều cao của thân tháp: Hthân =Ntt .(hmâm+mâm ) + 0,8 =15.(0,250+0,0018) +0,8 =4,6(m).

Chọn chiều cao của gờ : hgờ = 25mm = 0,025m.

Chọn đáy nắp tiêu chuẩn có ).(125,0.25,025,0 m Dh D

ht t

t

t

Chiều cao của đáy và nắ p : Hđ = Hn =ht +hgờ =0,125+0,025=0,15(m).

Chiều cao của tháp : H = Hthân + Hđ + Hn = 4,6 + 0,15+ 0,15 = 4,9 (m).

3.3 TÍNH TOÁN CƠ KHÍ CỦA THÁP

3.3.1 Bề dày thân tháp

Vì tháp chƣng cất hoạt động ở áp suất thƣờng nên ta thiết k ế thân hình trụ bằng phƣơng

pháp hàn giáp mối (phƣơng pháp hồ quang ). Thân tháp đƣợc ghép vớ i nhau bằng các mối


44/100


ghép bích.Để đảm bảo chất lƣợ ng của sản phẩm và khả năng ăn mòn của etylic đối vớ i

thiết bị, ta chọn vật liệu chế tạo thân tháp là thép không gỉ mã X18H10T.

Áp suất tính toán

Tháp làm việc ở áp suất khí quyển, nên ta chọn áp suất tính toán :

Ptt =Pcl + htl (N/mm2)

Vớ i: Pcl : áp suất thủy tĩnh do chất lỏng ở đáy (N/mm2).

Chọn áp suất tính toán sao cho tháp hoạt động ở điều kiện nguy hiểm nhất mà vẫn

an toàn nên :

Pcl = x .g.H = )/(45,433409,4.81,9.2

4,93286,870..

2

' 2m N H g xtb xtb

.

Suy ra : Ptt = 43340,45+ 7320,73 = 50661,18(N/m2) ~ 0,051(N/mm

2).

Nhiệt độ tính toán

Chọn nhiệt độ tính toán : ttt = tđáy = 100oC .

Tra tài liệu tham khảo [Thiết k ế và tính toán các chi tiết thiết bị hóa chất], ứng suất

tiêu chuẩn đối với thép X18H10T :

[]* = 142 (N/mm2).

Đối với rƣợ u hệ số hiệu chỉnh : = 1


45/100


Vậy ứng suất cho phép : [] = .[]* = 142 (N/mm2).

Xác định bề dày thân chịu áp suất trong :

Ta chọn phƣơng pháp chế tạo thân là phƣơng pháp hàn hồ quang điện bằng tay

nên hệ số bền mối hàn : h = 0,9

Xét tỷ số :

2588,25059,0.051,0

142. h

tt P

Do đó bề dày tính toán của thân đƣợc tính theo công thức sau :

)(1,09,0.142.2

051,0.500

..2

.' mm

P DS

h

tt t

t

Suy ra : bề dày thực của thân : St = S’t + C ,(mm).

Trong đó: C: hệ số bổ sung bề dày, C = Ca + C b + Cc + Co

+ Ca : hệ số bổ sung do ăn mòn hoá học, phụ thuộc vào tốc độ ăn mòn của chất lỏng. Chọn

tốc độ ăn mòn của rƣợu là 0,1 (mm/năm), thiết bị hoạt động trong 20 năm, do đó Ca = 2

mm.

+C b : hệ số bổ sung do bào mòn cơ học, chọn C b = 0.

+Cc : hệ số bổ sung do sai lệch khi chế tạo, chọn Cc = 0.

+Co : hệ số bổ sung qui tròn, chọn Co =0,5 (mm).


46/100


Suy ra : C = 2 + 0 + 0 + 0,5 = 2,5 (mm).

Vậy : St = 0,1 + 2,5 = 2,6 (mm).

* Kiểm tra công thức tính toán vớ i St = 2,6 (mm) :

500

26,2

t

at

D

C S = 0,0012 < 0,1 : đúng.

* Kiểm tra áp suất tính toán cho phép :

tt at t

at htt

P C S D

C S P

306,0

26,2500

26,2.9,0.142.2...2 : đúng.

Vậy: Bề dày thực của thân là St = 3 (mm).

3.3.2 Đáy và nắp thiết bị

Chọn đáy và nắp có dạng là ellipise tiêu chuẩn, có gờ bằng thép X18H10T.

Nhận thấy: công thức tính toán bề dày thân, đáy và nắ p chịu áp suất trong là nhƣ

nhau. Nên chọn bề dày của đáy và nắp là Sđ = Sn = 3 (mm).

Các kích thƣớ c của đáy và nắp ellipise tiêu chuẩn, có gờ (tài liệu tham khảo [4(tậ p 2)]:


47/100


+ Đƣờng kính trong: Dt = 500 (mm).

+ ht =125 (mm).

+ Chiều cao gờ : hgờ = h = 25 (mm).

+Diện tích bề mặt trong: Sđáy = 0,31 (m2

)

3.3.3 Bích ghép thân, đáy và nắp

Mặt bích là bộ phận quan tr ọng dùng để nối các phần của thiết bị cũng nhƣ nối các bộ

phận khác vớ i thiết bị. Các loại mặt bích thƣờ ng sử dụng:

+ Bích liền: là bộ phận nối liền vớ i thiết bị (hàn, đúc và rèn). Loại bích này chủ yếu dùng

thiết bị làm việc với áp suất thấp và áp suất trung bình.

+ Bích tự do: chủ yếu dùng nối ống dẫn làm việc ở nhiệt độ cao, để nối các bộ bằng kim

loại màu và hợ p kim của chúng, đặc biệt là khi cần làm mặt bích bằng vật liệu bền hơn

thiết bị.

+ Bích ren: chủ yếu dùng cho thiết bị làm việc ở áp suất cao.

Chọn bích đƣợc ghép thân, đáy và nắp làm bằng thép X18H10T, cấu tạo của bích là bích

liền không cổ.


48/100


Theo tài liệu tham khảo [4 (tậ p 2)- trang 417], ứng vớ i Dt =500(mm) và áp suất

tính toán Ptt = 0,051(N/mm2) ta chọn bích có các thông số sau :

Dt D D D1 h Bu lông d b Z

(mm) (cái)

500 630 580 550 20 M20 16

Theo tài liệu tham khảo [4 (tậ p 2)- trang 170], chọn số mâm giữa hai mặt bích là

4 mâm.

Ta có số mặt bích cần dùng để ghép là: 15/4 + 2 = 5,75 ≈ 6 (bích).

Độ kín của mối ghép bích chủ yếu do vật đệm quyết định. Đệm làm bằng các vật

liệu mềm hơn so vớ i vật liệu bích. Khi xiết bu lông, đệm bị biến dạng và điền đầy lên các

chỗ gồ ghề trên bề mặt của bích. Vậy để đảm bảo độ kín cho thiết bị ta chọn đệm là dây

amiăng, có bề dày là 3(mm).

3.3.4 Đƣờng kính các ống dẫn – Bích ghép các ống dẫn

Bích đƣợc làm bằng thép CT3 , cấu tạo của bích là bích liền không cổ.


49/100


a . Vị trí nhập liệu

Suất lƣợ ng nhậ p liệu: GF = 2500 (Kg/h).

Khối lƣợng riêng của chất lỏng nhậ p liệu, tra tài liệu tham khảo [4 (tậ p 1)] ở

tF= 87,20C và %18 F x , F = 933,18 (Kg/m

3).

Lƣu lƣợ ng chất lỏng nhậ p liệu đi vào tháp: F

F F

GQ

2,68 (m

3/h).

Chọn vận tốc chất lỏng nhậ p liệu (tự chảy từ bồn cao vị vào mâm nhậ p liệu):

vF = 0,2 (m/s).

Đƣờng kính ống nhậ p liệu: dF =).(069,0

2,0..3600

68,2.4

..3600

.4m

v

Q

F

F

Suy ra: chọn đƣờng kính ống nhậ p liệu: dF = 0,07 (m).

Tra tài liệu tham khảo [4 (tậ p 2)/434], chọn chiều dài đoạn ống nối để ghép mặt

bích: lF = 110 (mm).

Các thông số của bích ghép ống dẫn nhậ p liệu, tài liệu tham khảo [4 (tậ p 2)/409]:


50/100


b . Ống hơi ở đỉnh tháp

Suất lƣợng hơi ở đỉnh tháp: gd = 1074,13 (Kg/h).

Khối lƣợng riêng của hơi ở đỉnh tháp đƣợc tính theo công thức (xác định ở

tD = 79,40C và yD = 0,72 ).

273.4,22

273.18.1.46

D

D D

h

t

y y 1,320 (Kg/m3).

Lƣu lƣợng hơi ra khỏi tháp: h

d

g Qh 813,73 (m

3/h).

Chọn vận tốc hơi ở đỉnh tháp: vh = 30(m/s).

Đƣờng kính ống dẫn hơi: dh = (m).098,030..3600

73,813.4

..3600

.4

h

h

v

Q

Suy ra: chọn đƣờng kính ống dẫn hơi: dh = 0,10 (m).

Tài liệu tham khảo [4(tậ p 2)/434], chọn chiều dài đoạn ống nối để ghép mặt bích:

lh = 120 (mm).

Dt D Dn D D1 h Bu lông d b Z

(mm) (cái)

70 130 76 160 110 14 M12 4


51/100


Các thông số của bích ghép ống dẫn hơi ở đỉnh tháp

Dt D Dn D D1 h Bu lông d b Z(mm) (cái)

100 170 108 205 148 14 M16 4

c.Ống hoàn lƣu

Suất lƣợng hoàn lƣu: Ghl =D.MD.R= 13,77 . 35,92 . 1,17 = 578,7 (Kg/h).

Khối lƣợng riêng của chất lỏng hoàn lƣu, tra tài liệu tham khảo [4 (tậ p 1)/9] ở

tD = 79,40C và D x = 82% , hl = 791,17 (Kg/m

3).

Lƣu lƣợ ng chất lỏng hoàn lƣu: hl

hl

hl

GQ

0,73 (m3/h).

Chọn vận tốc chất lỏng hoàn lƣu (tự chảy từ bộ phận tách lỏng ngƣng tụ vàotháp): vhl = 0,15 (m/s).

Đƣờng kính ống hoàn lƣu: dhl = )(041,015,0..3600

73,0.4

..3600

.4m

vhl

Qhl

Suy ra: chọn đƣờng kính ống hoàn lƣu: dhl= 0,05 (m).


52/100


Tra tài liệu tham khảo [4 (tậ p 2)], chọn chiều dài đoạn ống nối để ghép mặt bích:lF = 100 (mm).

Các thông số của bích ghép ống dẫn hoàn lƣu:


(mm) (cái)

50 110 57 140 90 12 M12 4

d. Ống dẫn hơi vào đáy tháp

Suất lƣợng hơi vào đáy tháp: g’1 = 623,05 (Kg/h).

Khối lƣợng riêng của hơi vào đáy tháp, tra tài liệu tham khảo [4 (tậ p 1)/9](xác

định ở : tW = 97,2oC và yW = 0,09)

273.4,22

273.18.1.46

W

W W

d ht

y y = 0,676 (Kg/m3).

Lƣu lƣợng hơi ra khỏi tháp:hd

1'

g Qhd = 921,67 (m

3/h).

Chọn vận tốc hơi vào đáy tháp: vhd = 25 (m/s).

Đƣờng kính ống dẫn hơi: dhd = 10,025..3600

67,921.4

..3600

.4

hd

hd

v

Q (m).


53/100


Suy ra: chọn đƣờng kính ống dẫn hơi: dhd = 0,10 (m).

Tra tài liệu tham khảo [4 (tậ p 2)], chọn chiều dài đoạn ống nối để ghép mặt bích:

lhd = 120 (mm).

Các thông số của bích ghép ống dẫn hơi vào đáy tháp :

e . Ống dẫn chất lỏng ở đáy tháp:

Suất lƣợ ng chất lỏng vào nồi đun: G’1 =2628,05 (Kg/h).

Khối lƣợng riêng của chất lỏng chất lỏng vào nồi đun, tra tài liệu tham khảo [4(tậ p 1)] ở

tW = 100oC và x’1=0,06: L = 938,89 (Kg/m3).

Lƣu lƣợ ng chất lỏng vào nồi đun: L

L

GQ

1' = 2,8 (m3/h).


(mm) (cái)

100 170 108 205 148 14 M16 4


54/100


Chọn vận tốc chất lỏng vào nồi đun (chất lỏng tự chảy vào nồi đun):

vL = 0,2 (m/s).

Đƣờng kính ống dẫn chất lỏng: dL= ).(07,02,0..3600

8,2.4

..3600

.4m

v

Q

L

L

Suy ra: chọn đƣờng kính ống dẫn: dL = 0,07 (m).

Tài liệu tham khảo [4 (tậ p 2)/434], chọn chiều dài đoạn ống nối để ghép mặt bích:lL

= 110 (mm).

Các thông số của bích ghép ống dẫn chất lỏng ở đáy tháp :


(mm) (cái)

70 130 76 160 110 14 M12 4

f . Ống dẫn chất lỏng từ nồi đun (sản phẩm đáy)

Suất lƣợ ng sản phẩm đáy: GW = 2005,01(Kg/h).


55/100


Khối lƣợng riêng của sản phẩm đáy, tra tài liệu tham khảo [4 (tậ p 1)] ở tW=

97,5oC và x W = 0,022 ta đƣợ c: W = 932,68 (Kg/m

3).

Lƣu lƣợ ng sản phẩm đáy:W

W

W GQ

= 2,15 (m3/h).

Chọn vận tốc sản phẩm đáy (chất lỏng tự chảy): vW = 0,12 (m/s).

Đƣờng kính ống dẫn sản phẩm đáy: dW= ).(08,012,0..3600

15,2.4

..3600

.4m

v

Q

W

W

Suy ra: chọn đƣờng kính ống dẫn: dW = 0,08 (m).

Tài liệu tham khảo [4 (tậ p 2)], chọn chiều dài đoạn ống nối để ghép mặt bích: lW =110 (mm).

Các thông số của bích ghép ống dẫn sản phẩm đáy:


(mm) (cái)

80 150 89 185 128 14 M16 4


56/100


3.4.5 Tai treo và chân đỡ

Tính trọng lƣợ ng của toàn tháp

Khối lƣợ ng của một bích ghép thân: (thép X18H10T: X18H10T = 7900 (Kg/m3)).

m1 = 7900.02,0.5,063,0.4

...4

22

1018

22

T H X t h D D = 18,23(Kg).

Khối lƣợ ng của một mâm: (thép X18H10T: X18H10T = 7900 (Kg/m3)).

m2 = T H X mâmt D 10182

.7,0...4

=4

.0,52.0,0018.0,7.7900 =1,95(Kg).

Khối lƣợ ng của thân tháp:

m3 = 4

.(D

2

ng – D2

t).Hthân . X18H10T = ).(28,1727900.6,4.5,0506,0.422

Kg

Khối lƣợ ng của đáy (nắp) tháp:

m4 = Sđáy .đáy . X18H10T = 0,31 . 0,003 . 7900 = 7,347 (Kg).

Khối lƣợ ng của toàn tháp: m = 6.m1+15.m2+m3+2.m4

= 6.18,23 + 15.1,95 + 172,28 + 2.7,347 = 325,604(Kg).

Suy ra tr ọng lƣợ ng của toàn tháp: P = m.g = 325,604.9,81= 3194,18 (N).


57/100


Chân đỡ tháp

Chọn chân đỡ: tháp đƣợc đỡ trên bốn chân. Tải tr ọng cho phép trên một chân:

Gc = ).(10.0799,04

18,3194

4

4 N P

Để đảm bảo độ an toàn cho thiết bị, ta chọn: Gc = 0,1.104

(N).

Chọn vật liệu làm chân đỡ tháp là thép CT3.

Theo ñaùythieát bò

T r uï c

t h i e á t b ò

Các kích thƣớ c của chân đỡ: (tính bằng mm)

L B B1 B2 H h s l d


58/100


70 60 60 90 150 105 4 30 14

Tai treo

Chọn tai treo: tai treo đƣợ c gắn trên thân tháp để giữ cho tháp khỏi bị dao động

trong điều kiện ngoại cảnh. Ta chọn bốn tai treo, tải tr ọng cho phép trên một tai

treo là Gt = 0,0799.104 (N).

Để đảm bảo độ an toàn cho thiết bị, ta chọn: Gt = 0,1.104 (N).

Chọn vật liệu làm tai treo là thép CT3

Chọn tấm lót tai treo khi ghép vào thân có kích thƣớ c sau:

+ Chiều dài tấm lót: H = 260 (mm).

+ Chiều r ộng tấm lót: B = 140 (mm).

+Bề dày tấm lót là 6 (mm).


59/100


- Các kích thƣớ c của tai treo: (tính bằng mm)

L B B1 H S l a d

80 55 75 125 4 30 15 14

Ống chảy truyền

Ống chảy truyền có thể có tiết diện là hình viên hay hình tròn và thƣờ ng chiếm từ

10-15% tiết diện tháp và để lại 70-80% tiết diện tháp cho các quá trình tiếp xúc giữa 2

pha.

Đƣờng kính ống chảy truyền

√ () Trong đó:

Gx: lƣu lƣợ ng lỏng trung bình đi trong tháp (kg/h)

Khối lƣợng riêng của lỏng (kg/m3)

z: Số ống chảy truyền, chọn = 1.

: tốc độ chất lỏng trong ống chảy truyền, thƣờ ng lấy


60/100


Tìm Gx

Lƣợ ng lỏng ở đĩa thứ nhất đoạn cất: G1= 321,16 (kg/h).

Lƣợ ng lỏng ở đĩa thứ nhất đoạn chƣng: G1’= 2628,05 (kg/h).

)./(61,14742

'

11 hkg GG

G x

933,18 (kg/m3).Chọn () Vậy:

√ () ()

Khoảng cách từ đĩa đến chân ống chảy truyền

S1= 0,25.dc= 0,25.60 = 15 (mm).

Chọn S1= 15 (mm).

Chiều cao ống chảy truyền trên đĩa

hc= (h1 + S) − ∆h

Trong đó:

h1= 15÷40 mm


61/100


S = 0÷25 mm

∆h : Chiều cao mức chất lỏng ở bên trên ống chảy truyền.

..85,1.3600

2

cd

V h

V: Thể tích chất lỏng chảy qua, m3/h.

).(58,1

18,933

61,1474 3m

GV

F

x

).(7,11)(0117,006,0.85,1.3600

58,12

3 mmmh

Vậy hc= (40 + 10) – 11,7 = 38,3 (mm). Chọn hc = 38 (mm).


62/100


CHƢƠNG IV: TÍNH TOÁN THIẾT BỊ TRUYỀN NHIỆT- THIẾT BỊ PHỤ

4.1 CÂN BẰNG NĂNG LƢỢ NG

Mục đích của việc tính toán cân bằng nhiệt lƣợng là để xác định lƣợng hơi đốtcần thiết khi đun nóng hỗn hợp đầu, đun bốc hơi ở đáy tháp cũng nhƣ xác định lƣợ ng

nƣớ c lạnh cần thiết cho quá trình ngƣng tụ làm lạnh.

Chọn nƣớc làm chất tải nhiệt vì nó là nguồn nguyên liệu r ẻ tiền, phổ biến trong

thiên nhiên và có khả năng đáp ứng yêu cầu công nghệ.

4.1.1 Cân bằng nhiệt lƣợ ng thiết bị đun nóng hỗn hợp đầu

Phƣơng trình cân bằng nhiệt lƣợ ng của thiết bị đun nóng hỗn hợp đầu

QD1 + Qf = QF + QF + Qm (*)

Trong đó:

QD1 - Nhiệt lƣợng hơi nƣớ c cung cấp để đun sôi hỗn hợp đầu, J/h.

Qf - Nhiệt lƣợ ng do hỗn hợp đầu mang vào thiết bị đun sôi, J/h.

QF - Nhiệt lƣợ ng do hỗn hợp đầu mang ra khỏi thiết bị đun sôi, J/h.

Qy : Nhiệt lƣợng do hơi mang ra khỏi tháp chƣng cất J/h.

QR : nhiệt lƣợng do lƣợ ng hồi lƣu mang vào tháp J/h.

Qh : nhiệt lƣợng do hơi mang ra khỏi thiết bị ngƣng thụ hồi tụ J/h.

Qm

: Nhiệt lƣợ ng do tổn thất vào môi trƣờ ng xung quanh, J/h.

QD2 : Nhiệt lƣợng do hơi đốt đun sôi ở đáy tháp mang vào. J/h.

Nhiệt lƣợ ng do hơi đốt mang vào

QD1 = D1 . r 1 (J/h) (công thức IX.150 trang 196 STQTTB tậ p 2 )


63/100


Trong đó: D1 - lƣợng hơi đốt cần thiết để đun sôi hỗn hợp ban đầu, kg/h

r 1 - ẩn nhiệt hóa hơi của hơi nƣớ c J/kg

Vì nhiệt độ sôi của hỗn hợp đầu là 87,20C nên ta chọn nhiệt độ là 1330C tƣơng

ứng với áp suất 3at (Bảng I.97 trang 230 STQTTB tậ p 1 ).

Theo giản đồ xác định nhiệt hóa hơi trang 255 STQTTB tập 2 ta có nhiệt hóa hơi

của nƣớ c ở 1330C là r 1 = 517,55Kcal/kg = 2166,88 KJ/kg.

Nhiệt lƣợ ng do hỗn hợp đầu mang vào thiết bị đun sôi h

ĐỒ Án kttp

Documents