Chào bạn, Tạo tài khoản để download tài liệu
  • Đăng nhập:

Chào mừng đến với luận văn tốt nghiệp, khoá luận, Báo cáo thực tập, tiểu luận.

Hãy sử dụng công cụ tìm kiếm tài liệu để tìm kiếm tài liệu bạn đang cần !

Kết quả 1 đến 1 của 1
  1. #1
    Vip I

    Ngày tham gia
    Sep 2011
    Bài viết
    1

    thiết kế chưng cất hỗn hợp acetone- nước loại tháp mâm năng suất 200kg/h

    LỜI NÓI ĐẦU

    Trong nền công nghiệp hóa chất, thực phẩm và các ngành công nghiệp khác hiện nay, vấn đề tách các chất ra khỏi nguyên liệu, thu hồi và làm tinh khiết sản phẩm chính, giảm thiểu các chất gây ô nhiễm trong nước hoặc khí thải ngày càng được quan tâm. Để đạt được những mục đích này, người ta sử dụng các quá trình phân riêng khác nhau như hấp thụ, chưng cất …..Một trong những phương pháp trên thì quá trình chưng cất được ứng dụng rộng rãi trong việc làm tinh khiết sản phẩm.
    Cùng với sự phát triển mạnh mẽ của khoa học và kỹ thuật, việc tạo ra những thiết bị hiện đại nhằm nâng cao năng suất trong việc sản xuất không chỉ là nhiệm vụ của những kỹ sư công nghệ thực phẩm hiện tại mà còn của những sinh viên đang theo học ngành này.
    Em đang là sinh viên năm thứ 2, ngành Công nghệ thực phẩm, với những kiến thức đã học được và sự giúp đỡ của Thầy Vũ Trường Sơn cùng các bạn, em xin đưa ra bảng thiết kế về hệ thống chưng cất tháp mâm xuyên lỗ không có ống chảy chuyền. Em hy vọng đồ án này có thể đóng góp một phần nhỏ vào hệ thống thiết bị đa dạng trong ngành chế biến thực phẩm.
    Em đã cố gắng rất nhiều trong việc thực hiện đồ án, tuy nhiên với kiến thức còn hạn chế và đây là lần đầu tiên thiết kế một hệ thống chưng cất, chỉ áp dụng lý thuyết để thiết kế cho nên quyển đồ án này còn có những thiếu sót không mong muốn. Em rất mong nhận được sự đóng góp của thầy cô cũng như các bạn trong ngành Công Nghệ Thực Phẩm để rút kinh nghiệm trong đồ án này và thành công hơn trong những đề tài tiếp theo. Em xin chân thành cảm ơn.



    Sinh viên


    Nguyễn Thị Hồng Luyến

    LỜI CẢM ƠN

    Em xin chân thành cảm ơn các thầy cô trong bộ môn Công Nghệ Thực Phẩm, khoa Nông Ngiệp và SHƯD trường Đại Học Cần Thơ đã tạo điều kiện cho em thực hiện đồ án này. Điều này đã giúp em có nhiều kinh nghiệm và kiến thức trong việc nghiên cứu khoa học.
    Đồ án môn học này được hoàn thành là nhờ vào sự giúp đỡ tận tình của Thầy Vũ Trường Sơn và các thầy cô bộ môn Công Nghệ Thực Phẩm. Em cũng xin cảm ơn các bạn lớp Công Nghệ Thực Phẩm đã nhiệt tình giúp đỡ em trong thời gian thực hiện đồ án.

    MỤC LỤC
    LỜI NÓI ĐẦU 1
    LỜI CẢM ƠN 2
    Phần I: GIỚI THIỆU 4
    1. TỔNG QUAN VỀ SẢN PHẨM 4
    1.1. Tính chất của Acetone 4
    1.2. Ứng dụng của Acetone 4
    2. QUÁ TRÌNH CHƯNG CẤT 4
    3. QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ 5
    3.1. Thuyết minh quy trình 5
    3.2. Sơ đồ công nghệ 6
    Phần II: THIẾT BỊ CHÍNH 7
    1. CÁC SỐ LIỆU BAN ĐẦU: 7
    2. CÂN BẰNG VẬT CHẤT 7
    2.1. Các ký hiệu 7
    2.2. Cân bằng vật chất 7
    3. CÂN BẰNG NĂNG LƯỢNG 11
    3.1. Cân bằng năng lượng toàn tháp: 11
    3.2. Cân bằng nhiệt lượng thiết bị làm nguội sản phẩm đỉnh: 13
    3.3. Cân bằng nhiệt lượng thiết bị gia nhiệt nhập liệu đến lỏng sôi: 14
    3.4. Kết quả: 14
    4. TÍNH TOÁN-THIẾT KẾ THÁP CHƯNG CẤT 15
    4.1. Đường kính tháp 15
    4.2. Chiều cao tháp: 19
    4.3. Mâm lỗ và trở lực của mâm 19
    PHẦN III. TÍNH CƠ KHÍ 22
    1. BỀ DÀY THÂN THÁP 22
    2. ĐÁY VÀ NẮP THIẾT BỊ : 23
    3. BÍCH GHÉP THÂN, ĐÁY VÀ NẮP 23
    Phần IV THIẾT BỊ PHỤ 27
    1. Nồi đun dung dịch ở đáy tháp : 27
    2. THIẾT BỊ NGƯNG TỤ SẢN PHẨM ĐỈNH 30
    3. Thiết bị làm nguội sản phẩm đỉnh 34
    4. Thiết bị gia nhiệt dòng nhập liệu 35
    Phần V. TÍNH BẢO ÔN CHO THÁP: 39
    Phần VI. TÍNH BỒN CAO VỊ VÀ BƠM: 40
    1. Tính bồn cao vị: 40
    2. Tính chọn bơm: 43
    3. Tính cột áp của bơm: 45
    KẾT LUẬN 46


    Phần I: GIỚI THIỆU
    

    1. TỔNG QUAN VỀ SẢN PHẨM
    1.1. Tính chất của Acetone
    Acetone (2-propanone, dimethyl ketone, CH3COCH3) là ketone đơn giản và quan trọng nhất. Nó là một chất lỏng không màu, dễ cháy, có mùi cay và thơm nhẹ, tan vô hạn trong nước và hầu hết các dung môi hữu cơ. Acetone là một dung môi xuất sắc được dùng trong nhiều lĩnh vực như keo dán, sáp, nhựa, chất béo, mỡ động vật, dầu, thuốc nhuộm và cellulosic.
    1.2. Ứng dụng của Acetone
     Acetone là một dung môi được sử dụng rất phổ biến trong công nghệp cũng như trong cuộc sống. Một lượng lớn acetone được dùng trong thành phần một số loại sơn và làm dung môi để tẩy rửa và pha loãng các loại sơn acrylic và nitrocellulose. Nó cũng được sử dụng làm dung môi trong sản xuất dược phẩm và mỹ phẩm, trong sợi chỉ cellulose acetate, trong bình khí chứa acetylene một cách an toàn, trong keo, trong quá trình chiết và trong sản xuất phấn không bụi. Acetone là một dung môi rửa trong sản xuất sợi thủy tinh, là một dung môi để lau chùi trong công nghiệp điện tử, và là một dung môi tẩy nhờn cho len và lụa.
     Nó được dùng làm chất mang cho acetylene trong sản xuất sơn, nhựa và cũng được dùng như là một vật liệu thô cho quá trình hóa tổng hợp nhiều sản phẩm như ketene, methyl methacrylate, bisphenol A, diacetone alcohol, methyl isobutyl ketone, hexylene glycol (2-methyl-2,4-pentanediol) và isophorone.
    2. QUÁ TRÌNH CHƯNG CẤT
     Chưng cất là quá trình dung để tách các cấu tử của một hỗn hợp lỏng cũng như của hỗn hợp khí-lỏng thành các cấu tử riêng biệt nhờ vào độ bay hơi khác nhau của các cấu tử trong hỗn hợp.
     Bản chất của quá trình chưng luyện là phân tách các hỗn hợp lỏng thành các cấu tử riêng biệt dựa vào độ bay hơi khác nhau của các cấu tủ trong hỗn hợp. Hỗn hợp ban đầu có bao nhiêu cấu tử thì sẽ có bấy nhiêu sản phẩm. Thường trong quá trình chưng cất sản phẩm đỉnh gồm các cấu tử có độ bay hơi lớn và một phần rất ít cấu tử có độ bay hơi bé, sản phẩm đáy chủ yếu là các cấu tử có độ bay hơi bé và một phần nhỏ các cấu tử có độ bay hơi lớn.
     Các quá trình chưng cất có thể được thực hiện liên tục hay gián đoạn, có thể được thực hiện ở áp suất thấp nếu các cấu tử của hỗn hợp dễ bị phân hủy ở nhiệt độ cao, hoặc hỗn hợp có nhiệt độ sôi quá cao. Và cũng có thể thực hiện ở áp suất cao nếu các cấu tử của hỗn hợp không bị hóa lỏng ở áp suất thường.
     Quá trình mà ta đang xét là chưng cất liên tục hỗn hợp hai cấu tử ở áp suất thường tan hoàn toàn vào nhau và không tạo dung dịch đẳng phí. Là quá trình thực hiện liên tục, nghịch dòng, nhiều đoạn và cho sản phẩm có độ tinh khiết mong muốn.
    3. QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ
    3.1. Thuyết minh quy trình
    Nguyên liệu từ thùng chứa được bơm lên bồn cao vị sau đó qua thiết bị đun nóng. Tại đây dung dịch được gia nhiệt bằng hơi đốt (hơi nước bão hòa). Từ thiết bị gia nhiệt dung dịch được đưa vào thiết bị chưng luyện tại mâm nhập liệu. Trong tháp hơi đi từ dưới lên do được đun nóng ở đáy tháp, còn lỏng đi từ trên xuống được chuyển từ nhập liệu và hoàn lưu một phần sản phẩm đỉnh. Càng lên cao nhiệt độ giảm dần và nồng độ cấu tử dể bay hơi tăng dần. Trong quá trình pha hơi đi từ mâm dưới lên tiếp xúc với pha lỏng có nhiệt độ thấp hơn sẽ ngưng tụ một phần. Như vậy qua mỗi mâm pha hơi sẽ ngưng tụ một phần chủ yếu là các cấu tử có nhiệt độ sôi cao và nhận thêm một lượng hơi do pha lỏng bốc hơi ra.
    Ở đỉnh nồng độ cấu tử dễ bay hơi cao nhất, lượng hơi này được đi vào thiết bị ngưng tụ, ở đây hơi được ngưng tụ thành pha lỏng, một phần chất lỏng được hồi lưu về tháp, một phần qua thiết bị làm lạnh để làm lạnh đến nhiệt độ cần thiết rồi đi vào thùng chứa sản phẩm đỉnh.
    Trong quá trình pha lỏng đi từ trên xuống gặp pha hơi có nhiệt độ sôi cao sẽ nhận nhiệt làm cho một phần cấu tử có nhiệt sôi thấp trong pha lỏng bốc hơi lên. Như vậy qua mỗi mâm pha lỏng sẽ bốc hơi một phần chủ yếu là các cấu tử có nhiệt độ sôi thấp và nhận thêm một lượng lỏng được ngưng tụ từ một phần pha hơi gồm các cấu tử có nhiệt độ sôi cao.
    Cuối cùng, ở đáy tháp ta thu được hỗn hợp lỏng gồm các cấu tử khó bay hơi. Chất lỏng ở đáy tháp đi ra khỏi tháp dược làm lạnh rồi đi vào thùng chứa sản phẩm đáy.
    Sản phẩm đỉnh là cấu tử có nhiệt độ sôi thấp là Acetone và cấu tử có nhiệt độ sôi cao là Nước.

    3.2. Sơ đồ công nghệ




    1. Thùng chứa hỗn hợp đầu
    2. Bơm
    3. Bồn cao vị
    4. Thiết bị đun nóng dòng nhập liệu
    5. Tháp chưng cất
    6. Thiết bị ngưng tụ sản phẩm đỉnh
    7. Thùng chứa hỗn hợp đỉnh
    8. Thiết bị đun sôi đáy tháp
    9. Thùng chứa hỗn hợp đáy.

    Phần II: THIẾT BỊ CHÍNH
    
    1. CÁC SỐ LIỆU BAN ĐẦU:
     Năng suất theo nhập liệu: 2000 kg/h
     Nồng độ cấu tử dễ bay hơi trong nhập liệu: 25% mol
     Nồng độ cấu tử dễ bay hơi trong sản phẩm đỉnh: 95% mol
     Nồng độ cấu tử dễ bay hơi trong sản phẩm đáy: 5% mol
     Áp suất: 1at
     Khối lượng phân tử acetone: MA = 58
     Khối lượng phân tử nước: MN = 18
    Chọn:
     Nhiệt độ ban đầu của dòng nhập liệu: 25 oC
     Nhiệt độ sản phẩm đỉnh sau khi làm nguội: 30 oC
     Nhiệt độ sản phẩm đáy sau khi trao đổi nhiệt: 35 oC
     Nhiệt độ dòng nước lạnh đi vào: 25 oC
     Nhiệt độ dòng nước lạnh đi ra: 35 oC
     Trạng thái nhập liệu: trạng thái lỏng – sôi
    2. CÂN BẰNG VẬT CHẤT
    2.1. Các ký hiệu
     F, D, W, GF, GD, Gw: Năng suất nhập liệu, sản phẩm đỉnh, sản phẩm đáy.
     XF, XD, Xw: phân khối lượng hổn hợp nhập liệu, sản phẩm, sản phẩm đáy.
     xF, xD, xw: phân mol hổn hợp nhập liệu, sản phẩm, sản phẩm đáy.
    Phân tử lượng các dòng:
     Dòng nhập liệu:
    MtbF = xF.MA + (1-xF).MN = 0.25 x 58 + (1-0.25) x 18 = 28
     Dòng sản phẩm đỉnh:
    MtbD = xD.MA + (1-xD).MN = 0.95 x 58 + (1-0.95)x18 = 56
     Dòng sản phẩm đáy:
    Mtbw = xw.MA + (1-xw).MN = 0.05 x 58 + (1-0.05) x 18 = 20
     Năng suất trung bình dòng nhập liệu theo kmol/h

    2.2. Cân bằng vật chất


    Cân bằng vật chất tổng quát:
    F = D + W = 71.429 (1)
    Cân bằng tổng quát theo cấu tử acetone:
    0.95D + 0.05W = 0.25F (2)
    (1), (2)  

    2.2.1. Vẽ đường cân bằng:

    Tra bảng IX_2a sổ tay quá trình & thiết bị công nghệ hóa chất tập 2 (ST.T2) trang 145, ta có bảng cân bằng lỏng hơi cho hỗn hợp acetone - nước (760 mmHg).
    Với x là phân mol hỗn hợp trạng thái lỏng hơi
    Với y là phân mol hỗn hợp ở trạng thái hơi
    Ta có bảng số liệu về thành phần cân bằng lỏng - hơi và nhiệt độ sôi của hỗn hợp acetone – nước
    X 0 5 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
    Y 0 60.3 72 80.3 82.7 84.2 85.5 86.9 88.2 90.4 94.3 100
    T 100 77.9 69.6 64.5 62.6 61.6 60.7 59.8 59 58.2 57.5 56.9

    Dựa vào giản đồ T – XY ta có được các thông số sau:
    XF = 0.25 phân mol yF* = 0.815 phân mol TF = 63.55 oC
    XD = 0.95 phân mol yD* = 0.9715 phân mol TD = 57.2 oC
    Xw = 0.05 phân mol yw* = 0.603 phân mol Tw = 77.9 oC
    YF là phân mol nồng độ cấu tử dễ bay hơi trong pha hơi cân bằng với nồng độ trong pha lỏng xF của hỗn hợp ban đầu
    Xác định chỉ số hồi lưu R:
    Chỉ số hoàn lưu tối thiểu:


    Chỉ số hoàn lưu thực:
    R=1.3xRmin + 0.3 (công thức IX.25b trang 158_sổ tay quá trình & thiết bị công nghệ hóa chất tập 2)
    Vẽ đồ thị cân bằng lỏng – hơi:
    Phương trình đường làm việc phần cất:

    Phương trình đường làm việc phần chưng:

    Với 4.5
    GIẢN ĐỒ X-Y


    2.2.2. Xác định số mâm:
    Xác định số mâm lý thuyết:
    Từ đồ thị ta được số mâm lý thuyết là:10
     Mâm cất:8
     Mâm chưng:2
     Nhập liệu mâm thứ:9
    Xác định số mâm thực
    Hiệu suất trung bình của thiết bị:

    Trong đó:
    :là hiệu suất của mâm nhập liệu, mâm đỉnh và mâm đáy
    : một hàm số của độ bay hơi tương đối của hỗn hợp và độ nhớt của hỗn hợp lỏng,
    Tính độ bay hơi tương đối:

    x, y là nồng độ phần mol của acetone trong pha hơi
    Tính độ nhớt của hỗn hợp:

    Các số liệu về độ nhớt của acetone-nước tra bảng I.101, trang 91 và bảng I.102, trang 94 STT1
    Khi tính được tích số ( ), ta tra đồ thị IX.11 trang 171, STT2 để tìm hiệu suất
    Bảng kết quả:
    Vị trí mâm Mâm đỉnh Mâm nhập liệu Mâm đáy
    Nhiệt độ 57.2 63.55 77.9
    Phần mol trong pha lỏng x 0.95 0.25 0.05
    Phần mol trong pha hơi y 0.9715 0.815 0.603
    .103 Cp

    0.483
    0.2598 0.44912
    0.2462 0.3688
    0.2156

    0.26796 0.38646 0.35899

    1.79409 13.21622 28.85894

    0.4807 5.1076 10.36

    0.6 0.586 0.3108
    Hiệu suất trung bình của tháp:

    Số mâm thực tế: = 16 mâm
    3. CÂN BẰNG NĂNG LƯỢNG
    3.1. Cân bằng năng lượng toàn tháp:
    QF + Qđs = QD + Qw + Qnt + Qmt
    Trong đó:
    QF : Nhiệt lượng do hỗn hợp đầu mang vào
    QD : Nhiệt lượng do sản phẩm đỉnh mang ra.
    Qw : Nhiệt lượng do sản phẩm đáy mang ra.
    Qđs: Nhiệt lượng cung cấp cho thiết bị đun sôi.
    Qnt: Nhiệt lượng để ngưng tụ sản phẩm đỉnh.
    Qmt: Nhiệt lượng tổn thất ra môi trường xung quanh. Qmt = 0,05Qđs
    • Nhiệt lượng do hỗn hợp đầu mang vào:
    QF = GF.CF.tF
    Với: GF : lượng nhập liệu; GF = 2000 kg/h
    tF = 63.55 oC
    = 0.518 %khối lượng
    CF : Nhiệt dung riêng của hỗn hợp đầu
    CF = Cacetone . + Cnước (1 - )
    Cacetone ,Cnước : nhiệt dung riêng của ethanol, nước ứng với nhiệt độ và nồng độ tương ứng ( J/kg.độ )
    Tra sổ tay sổ tay quá trình và thiết bị tập 1(trang 176) và dùng phương pháp nội suy
    => Cacetone = 2316.538 J/kg.độ (nhiệt dung riêng của acetone không chứa nước ở 63.55oC )
    Cnước = 4188.793J/kg.độ ( trang 165 )
    CF = 2316.538 x0.518 + (1-0.518) x 4188.793=3219.232 J/kg.độ
    QF = 2000 x3219.232 x 63.55 = 409164429.764 J = 113.657 kW
    • Nhiệt lượng do sản phẩm đỉnh mang ra:
    QD = GD . CD . tD
    Với: GD : Lượng sản phẩm đỉnh; GD = 888.888 kg/h
    tD = 57.2oC
    % khối lượng
    CD : Nhiệt dung riêng của sản phẩm đỉnh
    CD = Cacetone . + Cnước (1 – )
    Dựa vào tD và xD, tra sổ tay quá trình và thiết bị tập 1
    Cacetone =2295.900 J/kg.độ
    Cnước = 4185.963 J/kg.độ
    CD = 2295.900 x0.984+ (1- 0.984)x 4185.963=2326.276J/kg.độ
    QD = 888.888x 2326.276x 57.2 = 118278092.908J =32.855 kW

    • Nhiệt lượng do sản phẩm đáy mang ra:
    Qw = Gw.Cw.tw
    Với: Gw : lượng sản phẩm đáy; Gw = 1117,1187 kg/h
    tw = 77.9oC
    =0.145 % khối lượng
    Cw = Cacetone . + Cnước (1 – )
    Dựa vào tw và xw, tra sổ tay quá trình và thiết bị tập 1, ta được
    Cacetone = 2363.175 J/kg.độ
    Cnước = 4197.531 J/kg.độ
    Cw =2363.175x0.145 + (1 – 0.145)x4197.513 =3931.549 J/kg.độ
    Qw = 1111.12x 3931.549x77.9 = 340300146.020 J = 94.53kW
    • Nhiệt lượng để ngưng tụ sản phẩm đỉnh:
    Qnt = GD.(R+1)rD=GN1CN1(t2N1-t1N1)
    t1 nhiệt độ nước lạnh vào
    t2 nhiệt độ nước lạnh ra
    Chọn: t1=25 oC, t2=35 oC
    oC
    CN1: Nhiệt dung riêng của nước làm lạnh tại ttb=30 oC
    CN1=0.99866 4186.8=4181.19 (J/kg.độ) (bảng I.147,trang 165 stt1)

    Với yD= 0.9715  thơi=57.2 oC
    Với: rD : ẩn nhiệt ngưng tụ của dòng hơi vào thiết bị ngưng tụ
    rD = .racetone + (1 - ).rnước
    Tra bảng STT1 trang 260 và 312, ta có:
    Racetone = 519.773 kJ/kg và rnước =2425.6 kJ/kg
     rD = 0.991x519.773+(1 – 0.991) x2425.6=536.925 KJ/kg
     Qnt = 888.888x(0.6106+1) x536.925=768685.56kJ =213.5 kW
    Khối lượng riêng của nước ở nhiệt độ trung bình là 995.68 (kg/m3)
    Lượng nước lạnh tiêu tốn là:
    Gnl
    (m3/h)
    • nhiệt lượng cung cấp cho thiết bị đun sôi:
    kW
    Lượng hơi đốt cần thiết để đun sôi dung dịch ở đáy tháp:
    kg/h
    Với r =2264 kJ/kg (do chọn hơi đốt là hơi nước bão hòa P=1at)
    (kg/m3) là khối lượng riêng của hơi nước bão hòa ở 1at
    Hay m3/h
    3.2. Cân bằng nhiệt lượng thiết bị làm nguội sản phẩm đỉnh:
    Gọi: t1 là nhiệt độ vào của nước làm lạnh
    t2 là nhiệt độ ra của nước làm lạnh
    tD1,tD2 là nhiệt độ vào và ra của sản phẩm đỉnh đã ngưng tụ
    CN là nhiệt dung riêng của nước tại nhiệt độ trung bình ttb
    CA là nhiệt dung riêng của acetone tại nhiệt độ trung bình tDtb=43.6 oC
    GDCD(tD1-tD2¬)=GN2CN(t¬2-t1)
    Chọn:
    t1=25 0C, t2=35 0C  0C
    tD1=57.2 0C, tD2=300C  0C
    Tra STT1 ta có:
    CA=2.253586 (kJ/kg)
    CN=4.181315 (kJ/kg)
    (kJ/kg)
    Lượng nước lạnh cần tiêu tốn:
    kg/h
    Hay :
    GN2=1320.92/995.68=1.3227 (m3/h)
    Cân bằng nhiệt lượng của thiết bị trao đổi nhiệt giữa sản phẩm đáy và nhập liệu:
    Qw=QF
    GFCF(tF1-tF2)=GwCw(tw1-tw2)
    Gọi: tF1 là nhiệt độ ban đầu dòng nhập liệu
    tF2 là nhiệt độ dòng nhập liệu sau trao đổi nhiệt
    tw1là nhiệt độ sản phẩm đáy sau khi trao đổi nhiệt
    tw2là nhiệt độ sản phẩm đáy trước khi trao đổi nhiệt.
     Dòng sản phẩm đáy:
    Chọn: tw1=35 0C, tw2=77.9 0C  0C
    Tại twtb=56.45 oC
    CA =2.293463 (kJ/kg.độ)
    CN= 4.185672 (kJ/kg.độ)
    kJ/kg.độ
     Dòng nhập liệu:
    Chọn: tF1=25 oC
    CA = 2191.250
    CN =4.1882
    kJ/kg.độ
    Nhiệt độ dòng nhập liệu sau khi trao đổi nhiệt:

    oC
    3.3. Cân bằng nhiệt lượng thiết bị gia nhiệt nhập liệu đến lỏng sôi:
    Lượng nhiệt cần cung cấp cho dòng nhập liệu:
    QC=GFCF(tF2-tF1)
    Ta có: tF1=63.55 oC, tF2=54.545, tFtb=59.0475 oC
    Tại tFtb=59.0475 oC
    CA = 2.301904 kJ/kg.độ
    CN= 4.1867kJ/kg.độ
    (kJ/kg.độ)
    QC=2000 3.21 (63.55-54.545)=57812.1 kJ/h
    Vậy lượng hơi đốt cần thiết để đun sôi hỗn hợp nhập liệu:
    kg/h
    Với r=2264 (kJ/kg) (do hơi đốt là hơi nước bão hòa ở 1at) (bảng I.251,trang 314 stt1)
    Hay GD2=25.54/0.579=44.1 m3/h
    Với (kg/m3) là khối lượng riêng của hơi nước bão hòa ở áp suất P=1at
    • nhiệt lượng tổn thất ra môi trường xung quanh:
    Qmt = 0,1Qđs = 0,1x 252.54=25.254 kW
    3.4. Kết quả:
     Tổng năng lượng giải nhiệt:
    GN=GN1+GN2=18384.37+1320.92=19705.29 kg/h
    Hay GN= GN1+GN2 =1.3227+18.464=19.7867 m3/h
     Tổng lượng nước cấp nhiệt:
    GD=GD1+GD2=401.463+25.54=427 kg/h
    GD=GD1+GD2= 693.38+44.1=737.48 m3/h
    4. TÍNH TOÁN-THIẾT KẾ THÁP CHƯNG CẤT
    4.1. Đường kính tháp
    (m) (CT IX.90, trang 181 stt2)
    Trong đó: Wtb tốc độ hơi trung bình đi trong tháp (m/s)
    : khối lượng riêng trung bình của pha hơi
     Đường kính đoạn cất:
    Lượng hơi trung bình đi trong tháp:
    kg/h
    gđ: lượng hơi ra khỏi đĩa trên cùng của tháp (kg/h)
    g1: lượng hơi đi vào đĩa dưới cùng của đoạn cất (kg/h)
    gđ=D(R+1)=15.873x(0.6106+1)=25.565 (kmol/h)=1453.63 kg/h
    Cân bằng vật liệu và cân bằng nhiệt lượng ta có hệ phương trình:
    (I) (công thức IX.93-95, trang 181,stt2)
    • Tại vị trí nhập liệu:
    t1=tF=63.55 oC
    rA =29766.19 kJ/kmol
    rN =42234.66 kJ/kmol
    32073 kJ/kmol
    • Tại vị trí đỉnh tháp
    tD=57.2 oC
    rA = 30147 kJ/kmol
    rN = 42538 kJ/kmol
    30500 kJ/kmol
    Giải hệ (I) ta được:

    (kg/h)
    Tốc độ hơi trung bình đi trong tháp:
    Tốc độ giới hạn của hơi đi trong tháp với mâm xuyên lỗ không có ống chảy chuyền

    Tốc độ giới hạn trên của tháp:


    Với: Gx=GF: lưu lượng lỏng đi trong tháp (kg/h)
    Gy=GD: lưu lượng hơi đi trong tháp (kg/h)
    ρy= khối lượng riêng trung bình của pha hơi đi trong tháp (kg/m3)
    ρx= khối lượng riêng trung bình của pha lỏng đi trong tháp (kg/m3)
     Pha lỏng:
    Ta có:
    (phần mol acetone)
    Từ giản đồ T-x-y
    xtb=0.6 ttb= 59.8 oC
    ρA= 746 (kg/m3)
    ρN= 983.24 (kg/m3)
    (phần khối lượng)
    Với: (CT IX.104a, trang 183, stt2)
    ρxtb= 778.183 (kg/m3)
     Pha hơi:
    Nồng độ trung bình pha hơi theo phương trình làm việc đoạn cất:

    ytb=0.379x0.6+0.59=0.8174
    Từ giản đồ T-x-y→ ttb=63.36 oC
    Khối lượng riêng trung bình của pha hơi:
    , kg/m3 (CT IX.102,trang 183,stt2)
    (kg/m3)

    (m/s)
    Để tránh tạo bọt ta chọn tốc độ hơi trung bình đi trong tháp:
    (m/s)
    Vậy đường kính đoạn cất:
    (m)

     Đường kính đoạn chưng
    Lượng hơi trung bình đi trong tháp:
    (Kg/h) (CT IX.96, trang 182 stt2)
    Với : lượng hơi ra khỏi đoạn chưng (Kg/h)
    : lượng hơi đi vào đoạn chưng (Kg/h)
    Vì lượng hơi đi ra khỏi đoạn chưng bằng lượng hơi đi vào đoạn cất:
    (Kg/h) (CT IX.97, trang 182 stt2)
    Ta có hệ phương trình: (II)
    : lượng lỏng ở đĩa thứ nhất của đoạn chưng.
    : ẩn nhiệt hóa hơi của hỗn hợp hơi đi vào đĩa thứ nhất của đoạn chưng.
    Phương trình làm việc phần chưng:
    y = 3.1731x – 0.1087
    Ta có : (Kmol/h)=1125.142(kg/h)
    Với xw =0.05  yw = 0.603 (phần mol)
    tw =77.9 0C  (KJ/Kmol)
     (KJ/Kmol)
     (Kmol/h)


    Tốc độ hơi trung bình đi trong tháp
    Tốc độ giới hạn của hơi đi trong tháp mâm xuyên lỗ không có ống chảy chuyền:
    -Tốc độ giới hạn trên: Y = ώyt = 10.e-4x (CT IX.112, trang 186 stt2)
    -Tốc độ giới hạn dưới: Y = 2.95e-4x (CT IX.113, trang 187 stt2)
    Với:
    Gx = Gf: lưu lượng lỏng đi trong tháp (Kg/h)
    Gy = Gw: lưu lượng hơi đi trong tháp (Kg/h)
     Khối lượng riêng trung bình
    o Đối với pha khí:


    o Đối với pha lỏng:
    (CT IX.104a, trang 183, STT2)
    Tại:
    Tra bảngI.2 STT1 trang 9



    ð
    ð
    ð =10.e-4x0.5289=1.2056 (m/s)
    Để tránh tạo bọt ta chọn tốc độ hơi đi trong tháp:
    =0.8x1.2056=0.9645 (m/s)
    Vậy đường kính đoạn chưng:
    (m)
    Kết luận: hai đường kính đoạn chưng và đoạn cất không chênh lệch nhau quá lớn nên ta chọn đường kính của toàn tháp là Dt =0.6 (m).
    Khi đó tốc độ làm việc thực ở:
     Phần cất:

     Phần chưng:

    4.2. Chiều cao tháp
    Chiều cao tháp được tính theo công thức sau:
    H = Hthân + Hđ + Hn
    • Chiều cao của thân tháp:
    (m) (CT IX.54, trang 169, stt2)
    Với: Ntt: số mâm thực tế:16
    δ chiều dày của mâm, chọn δ = 0.003m = 3mm
    h khoảng cách giữa các mâm, chọn h = 300mm

    Kiểm tra đảm bảo phần chưng không bị ngập lụt:

    • Chiều cao của đáy và nắp:
    Hđ=Hn=ht+hgờ=0.15+0.025=0.175
     Chiều cao của tháp: H=5.648+0.175+0.175=6.0(m)
    Vậy chọn chiều cao của tháp là H=6.0(m)
    4.3. Mâm lỗ và trở lực của mâm
     Cấu tạo mâm lỗ
    Chọn đường kính lỗ
    Tổng diện tích lỗ bằng 10% diện tích mâm
    Khoảng cách giữa 2 tâm lỗ bằng 2.5 lần đường kính lỗ:
    Vậy số lỗ trên một mâm là:
    =3362 (lỗ)
     Trở lực của mâm:
    Trở lực của phần cất
     Trở lực khô:
    (CT IX144, trang 195, stt2)
    Trong đó:
    ξ : Hệ số trở lực, chọn ξ=2.1
    ρy: khối lượng riêng của hơi (kg/m3)
    ω0: tốc độ hơi qua lỗ của đĩa (m/s)
    Ta có

     Trở lực do sức căng bề mặt:
    (N/m2)
    dtd: Đường kính tương đương của lỗ chọn dtd = 5 (mm)
    σ : Sức căng bề mặt (N/m)
    Tại t = 59.8 oC 
    (bảng II.27-28,trang 59&61, STTK P.V.Thơm)
     (N/m)
     (N/m2)
     Trở lực thủy tỉnh của lớp chất lỏng trên đĩa :
    (N/m2)
    + Chiều cao lớp bọt trên đĩa : hb
    (m)
    + ρb : khối lượng riêng của bọt trên đĩa.

    Trong đó: Gx, Gy lưu lượng lỏng và hơi (kg/s)
    ρx, ρy khối lượng riêng lỏng và hơi (kg/m3)
    μx, μy độ nhớt của lỏng và hơi (N.s/m2)
    Tại: t=59.8 oC
    μN=0.0004688
    μA=0.00023
    với :
    Pha hơi


    Trở lực phần chưng
     Trở lực khô:
    (CT IX144, trang 195, stt2)
    Trong đó:
    ξ: Hệ số trở lực, chọn ξ=2.1
    ρy: Khối lượng riêng của hơi (kg/m3)
    ω0: Tốc độ hơi qua lỗ của đĩa (m/s)
    Ta có

     Trở lực do sức căng bề mặt:
    (N/m2)
    dtd: Đường kính tương đương của lỗ chọn dtd = 5 (mm)
    σ : Sức căng bề mặt (N/m)
    Tại t = 70.725 oC 
    (bảng II.27-28,trang 59&61, STTK Phan Văn Thơm)
     (N/m)
     (N/m2)
     Trở lực thủy tỉnh của lớp chất lỏng trên đĩa :
    (N/m2)
    + chiều cao lớp bọt trên đĩa : hb
    (m)
    + ρb : khối lượng riêng của bọt trên đĩa.

    Trong đó: Gx, Gy lưu lượng lỏng và hơi (kg/s)
    ρx, ρy khối lượng riêng lỏng và hơi (kg/m3)
    μx, μy độ nhớt của lỏng và hơi (N.s/m2)
    Tại : t=70.725 oC
    μN=0.000402
    μA= 0.000214

    với :
    Pha hơi


     Tổng trở lực của tháp :
     Tổng trở lực của phần cất

     Tổng trở lực của phần chưng

     Tổng trở lực của tháp

    PHẦN III. TÍNH CƠ KHÍ

    1. BỀ DÀY THÂN THÁP
    Vì thiết bị làm việc ở áp suất thường, nên ta thiết kế thân hình trụ hàn
    Ta có đường kính trong của hình trụ (Dt = 400 1000 mm).
    Bề dáy thân tháp được tính theo công thức
    S = Smin + C (VIII – 76) (STTK Phan Văn Thơm, trang 259)
    Trong đó: Smin: chiều dàu tối thiểu của thân hình trụ (mm)
    Ta có: D = 800 mm chọn Smin = 3 mm; C = 1mm.
    S = 4 mm
    Với C : hệ số bổ sung bề dày C=Ca+Cb+Cc+C0
    Ca : hệ số bổ sung ăn mòn hóa học, chọn tốc độ ăn mòn của rượu là 0.1(mm/năm), do đó Ca=0.1 mm
    Cb : hệ số bổ sung do ăn mòn cơ học, chọn Cb=0
    Cc : hệ số bổ sung sai lệch do chế tạo, chọn Cc=0
    C0 : hệ số bổ sung qui tròn, chọn C0=0.9 (mm)
    C=0.1+0+0+0.9=1mm
    - Kiểm tra bề dày
    thỏa
    - Kiểm tra áp suất tính toán cho phép

     Vậy bề dày của thân là : S=4mm
    2. ĐÁY VÀ NẮP THIẾT BỊ :
    Chọn đáy và nắp có dạng là elip tiêu chuẩn, có gờ bằng thép X18H10T
    Nhận thấy : công thức tính toán bề dày thân, đáy và nắp chịu áp suất trong là như nhau, nên bề dày của đáy và nắp: Sđ=Sn=4 mm
    Các kích thước tiêu chuẩn của đáy và nắp elip tiêu chuẩn có gờ (bảng XIII.11, trang 384, STT2)
    + Đường kính trong : Dt=600mm
    + Chiều cao gờ : hgờ=25mm
    + Chọn khoảng cách giữa hai mâm là hmâm=250mm. Kiểm tra đảm bảo hoạt động các mâm ở phần cất và phần chưng sẽ không bị ngập lụt : ht=250/2=125mm
    Đáy và nắp thiết bị
    Ta chọn loại nắp elips có gờ làm bằng thép X18H10T
    Tra (III - 383) ta được
    Dt (mm) ht (mm) h(mm) S (mm)
    600 150 25 4






    3. BÍCH GHÉP THÂN, ĐÁY VÀ NẮP
    Mặt bích là bộ phận quan trọng dùng để nối các phần của thiết bị cũng như nối các bộ phận khác với thiết bị. Các loại mặt bích thường sử dụng : bích liền, bích tự do, bích ren.
    Với đường kính tháp là 600mm, ta tra bảng XIII.27 STT2, trang 417 được các thông số sau :


    Dt
    (mm) D
    (mm) Db (mm) D1
    (mm) D0 (mm) h
    (mm) bulon
    db(mm) Z(cái)
    600 750 700 660 613 25 M24 20







    Trong đó :
    Dt : đường kính trong của thiết bị (mm)
    Db : đường kính tâm bulon (mm)
    D1 : đường kính mép vách (mm)
    db : đường kính bulon (mm)
    h : chiều cao bích (mm)
    Z : số bulon (cái)
     CHỌN BÍCH NỐI CÁC ĐƯỜNG ỐNG
    Bích được làm bằng thép CT3, cấu tạo của bích là bích liền không cổ
    Ống nhập liệu
    Suất lượng nhập liệu: GF=2000 (kg/h)
    Tại: tF=63.55 oC  ρF=857.41 (kg/m3)
    Với:
    Lưu lượng dòng lỏng đi vào tháp :
    Chọn vận tốc chất lỏng nhập liệu (tự chảy từ bồn cao vị vào mâm nhập liệu)
    vF=0.2 (m/s)
    Đường kính ống nhập liệu

    Chọn đường kính ống nhập liệu : dF=0.07m
    Chọn chiều dài đoạn ống nối để ghép mặt bích : lF=110mm (bảng XIII.32, trang 434, STT2)
    Ống hơi ở đỉnh tháp
    Ta có : gđ=1453.63 (kg/h)
    Tại tD=57.2 oC và yd=0.9715

    Lưu lượng hơi ra khỏi tháp
    Chọn vận tốc hơi ở đỉnh tháp : vh=25(m/s)
    Đường kính ống dẫn hơi :

    Chọn đường kính ống hơi dh=0.1m, chọn chiều dài đoạn nối để ghép mặt bích lh=120mm (bảng XIII.32, trang 434, stt2)
    Ống hoàn lưu
    Suất lượng hoàn lưu: Ghl=D.MD.R=15.873x56.86x0.6106=551.20(kg/h)
    Tại: tD=57.2 oC và
    ρhl= 752.85(kg/m3)
    Lưu lượng chất lỏng hoàn lưu [4,stt1]

    Chọn vận tốc chất lỏng hoàn lưu (chất lỏng tự chảy từ bộ phận tách lỏng ngưng tụ vào tháp) : vhl=0.2(m/s)
    Đường kính ống hoàn lưu:

     chọn đường kính ống hoàn lưu dhl=0.04m, chọn chiều dài đoạn ống nối để ghép mặt bích: lhl=100mm (bảng XIII.32, trang 434, stt2)
    Ống dẫn hơi vào đáy tháp
    Suất lượng hơi vào đáy tháp :
    Khối lượng riêng của hơi vào đáy tháp được tính theo công thức :
    Tại: tw=77.9 oC và yw=0.603

    Lưu lượng hơi ra khỏi tháp :

    Chọn vận tốc hơi đi vào vhd=20(m/s)
    Đường kính ống dẫn hơi:

     chọn đường kính ống dẫn hơi dhd=0.8m, chọn chiều dài đoạn ống nối để ghép mặt bích : lhl=110mm (bảng XIII.32, trang 434, stt2)
    Ống dẫn chất lỏng ở đáy tháp
    Suất lượng chất lỏng vào nồi đun:
    Tại tw=77.9 oC và  ρL=924.89 (kg/m3)
    Lưu lượng chất lỏng đi vào nồi :

    Chọn vận tốc chất lỏng vào nồi đun : vL=0.2(m/s)
    Đường kính ống dẫn :

     chọn đường kính ống dẫn hơi dL=0.06m, chọn chiều dài đoạn ống nối để ghép mặt bích : lL=100mm (bảng XIII.32, trang 434, stt2)
    Ống dẫn chất lỏng từ nồi đun (sản phẩm đáy)
    Suất lượng sản phẩm đáy : Gw=1111.12 (kg/h)
    Tại tw=77.9 oC và xw=0.05 ρw=960.55 (kg/m3)
    Lưu lượng sản phẩm đáy :

    Chọn vận tốc sản phẩm đáy : vw=0.15(m/s)
    Đường kính ống dẫn :

     chọn đường kính ống dẫn hơi dL=0.05m, chọn chiều dài đoạn ống nối để ghép mặt bích : lL=100mm (bảng XIII.32, trang 434, stt2)
    BÍCH VÀ NỐI CÁC ĐƯỜNG ỐNG
    Loại ống dẫn Dt Dn D Db D1 db Z(cái) l h
    Ống dẫn nhập liệu 70 76 180 145 122 M16 4 110 24
    Ống dẫn hơi 100 108 215 180 158 M16 8 120 26
    Ống hoàn lưu 40 45 145 110 88 M16 4 100 18
    Ống dẫn hơi vào đáy tháp 80 89 195 160 138 M16 8 110 24
    Ống dẫn chất lỏng ở đáy tháp 70 76 180 145 122 M16 4 110 20
    Ống dẫn chất lỏng từ nồi đun 50 57 160 125 102 M16 4 100 24
    Tra bảng XIII.26, stt2, trang 409, stt2


    Phần IV THIẾT BỊ PHỤ
    

    1. NỒI ĐUN DUNG DỊCH Ở ĐÁY THÁP
    Chọn thiết bị đun sôi đáy tháp là nồi đun kettle. Ống truyền nhiệt được làm bằng thép X18H10T. Kích thước ống 25x2
    Đường kính ngoài : dn=25mm=0.025m
    Bề dày ống : σt=5mm=0.005m
    Đường kính trong : dtr=0.02m
    Hơi đốt là hơi nước ở 1at đi trong ống 25x2. tra bảng I.251, trang 314 stt2
    Nhiệt hóa hơi :rN=2264 (kJ/kg)
    Nhiệt độ sôi : tN=99.1oC
    Dòng sản phẩm tại đáy có nhiệt độ
    Trước khi vào nồi đun (lỏng) ts1=77.9 oC
    Sau khi được đun sôi (hơi) ts2=77.9 oC
    Suất lượng hơi nước cần dùng :
    Lượng nhiệt cần tải cung cấp cho đáy tháp : Qđ=94.53 kW
    Dòng hơi nước bão hòa (không chứa ẩm) để cấp nhiệt
    Lượng hơi đốt cần thiết để đun sôi dung dịch ở đáy tháp DW=401.463 (kg/h)
    Điều kiện nhiệt độ của quá trình






    Hiệu số nhiệt độ trung bình :
    Dòng nóng : 99.1 oC (hơi bão hòa) → 99.1 oC (lỏng ngưng)
    Dòng lạnh : 77.9 oC (hơi) ← 77.9 oC (lỏng sôi)
    ∆ttb=99.1-77.9=21.2 oC
    Hệ số truyền nhiệt
    Hệ số truyền nhiệt k được tính theo công thức :

    Với : αn : hệ số cấp nhiệt của hơi đốt (W/m2K)
    αS : hệ số tỏa nhiệt của sản phẩm đáy (W/m2K).
    ∑rt : nhiệt trở qua thành ống và lớp cáu
    Nhiệt tải qua thành ống và lớp cấu :

    tw1 : nhiệt độ của vách tiếp xúc với hơi đốt (trong ống) oC
    tw1 : nhiệt độ của vách tiếp xúc với sản phẩm đáy (ngoài ống) oC

    σt : Bề dày thành ống, σt=0.005 (m)
    λt : Hệ số dẫn nhiệt của thép không gỉ, λt =23.2 (W/mK) (bảng 1.1, trang 8, các quá trình thiết bị trong CN hóa chất và thực phẩm, tập 3 Phạm Xuân Toản)
    ∑rt : nhiệt trở lớp cao cặn hai phía và bản thân thành ống (m2w/độ)
    r1 , r2 : nhiệt trở lớp cao cặn trên bề mặt hai phía thành thiết bị (m2.độ/w)
    Chọn: r1 = 0,232.10-3 (m2.độ/w)
    r2 = 0,232.10-3 (m2.độ/w)

     Xác định hệ số cấp nhiệt của dòng sản phẩm đáy ngoài ống :

    Nhiệt độ sôi trung bình của dòng sản phẩm ở ngoài ống
    tS=77.9 oC  TS=350.9 (K)
    Tại nhiệt độ trung bình thì :
    + Khối lượng riêng của pha hơi trong dòng sản phẩm ở ngoài ống :

    + Khối lượng riêng lỏng sôi : ρ=973.3 (kg/m3)
    + Hệ số dẫn nhiệt dung dịch : λ=0.673 (W/mK)
    + Độ nhớt :μ=0.3665x10-3 (Ns/m2)
    + Sức căng bề mặt : σ=66.04x10-3 (N/m)
    + Nhiệt dung riêng dung dịch : C=4193 (J/kg)
    + Nhiệt hóa hơi dung dịch r=2314.620 (kJ/kg)
    Nhiệt tải phía sản phẩm đáy:
    (W/m2)

     Xác định hệ số cấp nhiệt của hơi đốt trong ống

    Chọn tW1=94.9 oC
    Nhiệt độ trung bình của màng nước ngưng tụ tm=0.5(tn+ tW1)= 97oC
    Tại nhiệt độ này
    + Khối lượng riêng của nước : ρn= 960.44 (kg/m3)
    + Độ nhớt của nước : μn= 0.00029 (Ns/m2)
    + Hệ số dẫn nhiệt của nước: λn= 0.6814 (W/m2K)
    + Nhiệt hóa hơi của nước : rn= 2267.8 (kJ/kg)
     αn=2926.85 (W/m2K)
    qn= αn(tn-tW1)= 12292.8 (W/m2)
    qn= qt= 12292.8 (W/m2)
    tW2= tW1-qt∑rt =86.5409oC
    αS=1389.08 (W/m2K), (với qn= q)
    (W/m2)
    Xác định hệ số truyền nhiệt

     Bề mặt truyền nhiệt

    Cấu tạo thiết bị
    Chọn số ống truyền nhiệt n=23 ống dài L=1.5m
    Khi đó
    (đường nước) ≈ 2 (đường nước)
    Ống được bố trí theo hình lục giác đều → số ống trên đường chéo hình lục giác : b= 5 (bảng V.11, trang 48, stt2). Chọn bước ngang giữa 2 ống :
    t=1.5dng =1.5x0.025=0.0375(m)
     Đường kính của thiết bị D=t(b-1)+4dng (CT V.140, trang 49, stt2)
    D=0.0375x(5-1)+4x0.025=0.25 (m)
    2. THIẾT BỊ NGƯNG TỤ SẢN PHẨM ĐỈNH
    Ta có Qnt = 213.5 kW
    Chọn thiết bị ngưng tụ ống chùm đặt ngang. Ống truyền nhiệt làm bằng thép X18H10T, kích thước ống 25x2 (mm), dng=0.025mm, dtr=0.02mm

    Điều kiện nhiệt độ của quá trình





    Hiệu số nhiệt độ trung bình

    Trong đó: Δtd = t1d – t2d = 57.2 – 25 =32.2 0C
    Δtc = t1c – t2c =57.2 –35 = 22.2 OC
    t1d = t1c = t1 : nhiệt độ của hơi nước bão hòa (0C)
    t2d : Nhiệt độ đầu của hỗn hợp Acetone¬- Nước (0C)
    t2c : Nhiệt độ cuối của hỗn hợp Acetone¬- Nước (0C)
    => Δttb =27 0C
    Chọn nước đi trong ống nhiệt độ đầu và nhiệt độ cuối: t1=25oC, t2=35oC→ ttb=30 oC
    Các tính chất lý học của nước lạnh ở t2=30oC là:
    + Nhiệt dung riêng: Cn=4178 (J/kg.độ)
    + Khối lượng riêng: ρn=995.7 (kg/m3)
    + Độ nhớt động lực: μn=0.801x10-3 (N.s/m2)
    + Hệ số dẫn nhiệt: λn=0.617(W/mK)
    Xác định bề mặt truyền nhiệt


     Xác định hệ số truyền nhiệt k

    Với :
    αN : Hệ số cấp nhiệt của nước trong ống (W/m2 oK)
    αR : Hệ số cấp nhiệt của hơi ngưng tụ (W/m2 oK)
    ∑rt : nhiệt trở lớp cao cặn hai phía và bản thân thành ống (m2w/độ)

    r1 , r2 : nhiệt trở lớp cao cặn trên bề mặt hai phía thành thiết bị (m2.độ/w)
    Chọn r1 = 0,232.10-3 (m2.độ/w)
    r2 = 0,232.10-3 (m2.độ/w)


     Xác định hệ số cấp nhiệt của hơi ngưng tụ

    Đặt với r=[J/kg]
    Giả sử tW1= 44.8 oC
    Các tính chất lý học của hỗn hợp acetone ngưng tụ ở nhiệt độ trung bình oC
    Khối lượng riêng : ρN= 987.55 (kg/m3), ρA= 755.790 (kg/m3)
    Nên (kg/m3)
    Độ nhớt : μN=0.00053976 (N.s/m2) ; μA= 0.000244 (N.s/m2)
    Nên logμ=xDlgμA+(1-xD)lgμN → μ= 0.00036 (N.s/m2)
    Hệ số dẫn nhiệt : λN=0.64832 (W/moK), λA= 0.165 (W/moK)
    Nên λ=λA.xD+(1- xD).λN=0.39803(W/moK)
    Với r=rD=536.925 KJ/kg
    Khi đó A=1651.91
    → αR= 880.3 (W/m2 oK)
    →qR= 10916 (W/m2 )
    Nhiệt tải qua thành ống và lớp cấu :
    (W/m2 )

    Xem nhiệt tải tổn thất không đáng kể : qt=qR=10916 (W/m2 )
    → tW2= 37.377 oC
     Tính αN
    (w/m2.độ)
    Trong đó:
    d : đường kính trong của một ống truyền nhiệt (m) d = 0,02

    εx : hệ số hiệu chỉnh (chọn εx = 1)
    Chuẩn số Nu, Pr, PrT tra theo nhiệt độ trung bình của lưu thẻ nóng
    PrT : chuẩn số Prant tính theo nhiệt độ của tường ống (tT2)

    Trong đó:
    U: tốc độ chuyển động của nước (m/s) U = 0.3 m/s
    µ : độ nhớt của nước (N.s/m2):μn=0.801x10-3 (N.s/m2)
    ρ : khối lượng riêng của nước (kg/m3)
    Tra (III – 37) => ρ = 995.7 kg/m3


    Trong đó:
    Cp : nhiệt dung riêng của nước (J/kg.độ)
    CN = 4178 J/kg.độ
    λ : hệ số dẫn nhiệt của nước (w/m.độ)
    Tra (III – 37) => λ = 0.617 w/m.độ


    Trong đó:
    CN : nhiệt dung riêng của nước (J/kg.độ) CN = 4178 J/kg.độ
    μ : độ nhớt của nước (N.s/m2)
    Từ số liệu ở (III – 37) => µ =0.9536x10 -3 N.s/m2
    λ : hệ số dẫn nhiệt của nước (w/m.độ)
    Từ số liệu ở (III – 37) => λ = 0,6024 w/m.độ


    (w/m2.độ)

    Hệ số k0 phụ thuộc vào Re, với Re=7458.43 → k0=24.969
    Nhiệt tải phía nước làm lạnh :
    qn=αN(tW2-ttbN) (W/m2 )
    → qN= 11184 (W/m2 )
    Ta có:
    => Giả thuyết ΔtW1 = 44.8 0C là đúng

    Xác định hệ số truyền nhiệt

    Bề mặt truyền nhiệt

     Thiết kế và gia công thiết bị
    Số ống theo lý thuyết

    => Theo qui chuẩn ta có nTT =127 ống
    Số ống trên đường chéo lục giác b = 13 ống
    Số ống trên một cạnh mặt ngoài cùng của hình lục giác a = (b + 1)/2 = 7ống
    Sử dụng 120 ống 25x2 dài 1.5m.
    Chọn kiểu bố trí theo hình lục giác với số ống trên đường xuyên tâm của hình lục giác là b=13 ống → t=1.2dng=0.03m
    → Đường kính trong của thiết bị : D=t(b-1)+4dng= 0.46m≈0.5m
    → Thiết bị ngưng tụ sản phẩm đỉnh là thiết bị truyền nhiệt : n= 127 ống
    3. THIẾT BỊ LÀM NGUỘI SẢN PHẨM ĐỈNH

    Điều kiện nhiệt độ của quá trình :

    Chọn kiểu truyền nhiệt ngược chiều :
    ∆tlog =27 oC với 27oC ; 5
    Nhiệt độ trung bình của trừng lưu thể
    t1 =25 oC
    t2 = 25+27=52oC
    Nhiệt tải :
    - Nhiệt lượng cần thiết để làm lạnh sản phẩm đỉnh :

    GN = 19705.29 kg/h
    Chọn thiết bị nhiệt :
    Chọn k = 300 (W/m2.độ)
    Bề mặt truyền nhiệt :

    Mà F = 3.14 x d x n x L
    Chọn L = 1.5 (m)
    d = 0.035 (m)
     n =14 ống
    Chọn thiết bị trao đổi nhiệt giữa dòng nhập liệu và sản phẩm đỉnh là thiết bị truyền nhiệt ống chùm. Ống truyền nhiệt được làm bằng thép X18H10T.
    + Đường kính ngoài : 57x3
    + Đường kính trong : 38x3
    + Chọn đường kính ngoài ống : dh = 0.038 (m)
     Đường kính trong thiết bị : Dtr = t(m-1)+4dh = 0.34
    Với : t = 1.5 dh
    = 4.28
    Vậy đường kính vỏ trong thiết bị là 400mm
    4. THIẾT BỊ GIA NHIỆT DÒNG NHẬP LIỆU
    Chọn thiết bị gia nhiệt nhập liệu là thiết bị truyền nhiệt ống chùm đặt đứng. Dùng hơi nước bảo hòa có áp suất 1at ngưng tụ ngoài ống, dòng nhập liệu đi trong ống. Ống truyền nhiệt được làm bằng thép X18H10T, kích thước ống 38x3 (mm) dài 2,0 (m).
    Điều kiện nhiệt độ của quá trình

    Hiệu số nhiệt độ trung bình
    Chọn kiểu truyền nhiệt ngược chiều :
    ∆tmax = 99.1 – 25 = 74.1
    ∆tmin = 99.1 – 54.545 = 44.555

    + Nhiệt độ ngưng tụ :tN1=99.1oC
    Dòng nhập liệu
    + Nhiệt độ vào : tF1 = 25
    + Nhiệt độ ra : tF2 = 54.545
    - Nhiệt độ trung bình của dòng nhập liệu trong ống :
    oC
    - Các thông số của hơi ngưng tụ
    + Ẩn nhiệt ngưng tụ : rh = 2264x103 J/kg
    - Các thông số của dòng nhập liệu :
    + Lưu lượng GF = 2000 (kg/h)
    Tại tF = 40 oC  (kg/m3)
     ρ = 861.87 (kg/m3)
    + Độ nhớt (N.s/m2)
    Nên lgμF = xF.lgμE + (1-xF).lgμN  μF = 0.00052 (N.s/m2)
    + Hệ số dẫn nhiệt : (W/m.độ)
    Nên λF = λE xF + λN (1-xF) = 0.39106 (W/m.độ)
    + Nhiệt dung riêng : (J/kg.độ)
    Nên (J/kg.độ)
    + PrF =4.31
    + Hệ số giản nở thể tích : B =3.95x10-4 độ-1
    Suất lượng hơi đốt cần dùng :
    - Lượng hơi đốt sử dụng : QD2=25.54 (kW)
    - Suất lượng hơi đốt cần dùng :
    Hệ số truyền nhiệt :
    - Hệ số truyền nhiệt K được tính theo công thức :
    (W/m2.K)
    Với αF : hệ số tải nhiệt của dòng nhập liệu trong ống (W/m2.K)
    αn : hệ số cấp nhiệt của hơi đốt ngoài ống (W/m2.K)
    ∑r : nhiệt trở lớp cao cặn hai phía và bản thân thành ống (m2w/độ)

    r1 , r2 : nhiệt trở lớp cao cặn trên bề mặt hai phía thành thiết bị (m2.độ/w)
    Chọn r1 = 0,232.10-3 (m2.độ/w)
    r2 = 0,232.10-3 (m2.độ/w)


    Trong đó:
    U: tốc độ chuyển động của nước (m/s) U = 0.1 m/s
    µ : độ nhớt của nước (N.s/m2):μn=0.801x10-3 (N.s/m2)
    ρ : khối lượng riêng của nước (kg/m3)
    Tra (III – 37) => ρ = kg/m3

    → 2300<Re<10000 : chế độ chảy quá độ
    + Chuẩn số Nusselt có dạng :

    Trong đó :
    εl : hệ số hiệu chỉnh phụ thuộc vào ReN và tỷ lệ chiều dài ống với đường kính ống :
    ReN = 3314.9 và nên εl = 1
    Hệ số k0 phụ thuộc vào Re, với Re=3314.9→k0=10.5

    Trong đó:
    CN : nhiệt dung riêng của nước (J/kg.độ) CN = 4178 J/kg.độ
    μ : độ nhớt của nước (N.s/m2)
    Từ số liệu ở (III – 37) => µ =0.000484 N.s/m2
    λ : hệ số dẫn nhiệt của nước (w/m.độ)
    Từ số liệu ở (III – 37) => λ = 65.6696w/m.độ



    Chọn tW1=92.8 oC
    Nhiệt độ của màng nước ngưng

    Tra (III – 238) theo tm => A = 176.53
    W/m2độ
    => qn = αn(tn-tW1) =11772W/m2
    Nhiệt tải qua thành ống và lớp cấu :
    (W/m2 )

    Xem nhiệt tải tổn thất không đáng kể : qt=qn= 11772 (W/m2 )
    → tW2= 84.8 oC

     Hệ số tải nhiệt của acetone trong ống :

    + Nhiệt tải :
    qF = αF.(tW2-ttb)= 261.89x(84.8-40)=11731 (W/m2 )
    Ta có:
     =198.66

     Bề mặt truyền nhiệt

    Thiết kế và gia công thiết bị
    Số ống theo lý thuyết

    => Theo qui chuẩn ta có nTT =37 ống
    Số ống trên dường chéo lục giác b = 7 ống
    Số ống trên một cạnh mặt ngoài cùng của hình lục giác a = (b + 1)/2 = 4 ống
    Đường kính trong của thiết bị
    Dt = 1,2d(b - 1) + 4d = 1.2 x 0.038(7 – 1) + 4 x 0.038 = 0.43 m


    Phần V. TÍNH BẢO ÔN CHO THÁP
    - Chọn vật liệu cách nhiệt cho thân tháp là amiăng có bề dày là σa. Tra bảng 28, trang 416[4]  hệ số dẫn nhiệt của amiăng là λa = 0.151(W/moK)
    - Nhiệt lượng tổn thất ra môi trường xung quanh.

    - Nhiệt tải mất mát riêng:

    Với: tv1: nhiệt độ của lớp cách nhiệt tiếp xúc với bề mặt ngoài của tháp.
    tv2: nhiệt độ của lớp cách nhiệt tiếp xúc với không khí.
    Δtv: hiệu số nhiệt độ giũa hai bề mặt của lớp cách nhiệt.
    - Nhận thấy: qm = const, nên chọn Δtv= Δtmax=tđáy-tkk , tkk = 27oC
     Δtv=77.9 – 27 =50.9 oC
    : diện tích bề mặt trung bình của tháp(kể cả lớp cách nhiệt).

    Ta có phương trình:

     σa=0.0029 (m) =3 (mm)
    Vậy chọn σa=3 (mm)

    Phần VI. TÍNH BỒN CAO VỊ VÀ BƠM
    1. TÍNH BỒN CAO VỊ
    Tổn thất đường ống dẫn:
    - Chọn ống dẫn có đường kính trong là dtr = 100 (mm)
    Tra bảng II.15, trang 381[5] ð độ nhám của ống: ε = 0.2 (mm), (ăn mòn ít). Tổn thất đường ống dẫn là:

    Trong đó:
    λ1: hệ số ma sát trong đường ống.
    l1: chiều dài đường ống dẫn, chọn l1=20(m)
    : tổng hệ số tổn thất cục bộ
    VF: vận tốc dòng nhập liệu trong ống dẫn
    Xác định vận tốc dòng nhập liệu trong ống dẫn.
    - Nhiệt độ trung bình của dòng nhập liệu trong ống:
    tF = 0.5(tv + tR) =40 oC
    + Độ nhớt (N.s/m2)
    Nên lgμF = xF.lgμE + (1-xF).lgμN  μF = 0.00052 (N.s/m2)
     (kg/m3)
     ρ = 861.87 (kg/m3)
    Vận tốc của dòng nhập liệu:

    Xác định hệ số ma sát trong đường ống:
    - chuẩn số Reynolds:

    + Chuẩn số Reynold tới hạn: (CT II.60,stt1, trang 378)
    + Chuẩn số Reynold khi bắt đầu xuất hiện vùng nhám:
    CT II.62,stt1, trang 379)
    Vì Regh1<ReF<Ren1 ð chế độ chảy rối ứng với khu vực quá độ.
    Áp dụng CT (II.64), trang 380,[5]:
    Xác định tổng hệ số tổn thất cục bộ:
    - Chỗ uốn cong: Tra bảng II.16, trang 382,ST.t1: chọn dạng ống uốn cong 90o, có bán kính R với R/d = 2 thì ξu1(1 chỗ)= 0.15. Đường ống có 4 chỗ uốn ð ξu1= 0.15x4 = 0.6
    + Tra bảng 9, STT1, trang 94: chọn van cầu với độ mở hoàn toàn thì ξvan(1 cái)=10. Đường ống có 2 van cầu ð ξvan= 10 x 2 = 20.
    - Lưu lượng kế: ξl1=0 (coi như không đáng kể).
    - Vào tháp: ξtháp=1 nên
    Vậy tổn thất đường ống:

    Tổn thất đường ống dẫn trong thiết bị gia nhiệt nhập liệu:

    Với: λ2: hệ số ma sát trong đường ống.
    l2: chiều dài đường ống dẫn, l2=61x2 (m)
    d2: đường kính ống dẫn. d2=0.032 (m)
    : Tổng hệ số tổn thất cục bộ.
    V2: vận tốc dòng nhập liệu trong ống dẫn, V2=0.1 (m/s)
    Xác định λ2:
    + Chuẩn số Re của dòng nhập liệu:
    + Chuẩn số Re tới hạn:

    + Chuẩn số Reynold khi bắt đầu xuất hiện vùng nhám:

    Vì Regh2<Re2<Ren2 ð khô vực chảy quá độ.

    Xác định ξ2:
    + Đột thu: bảng II.31, trang 68, ST Phan Văn Thơm
    Khi
    Thì ξđột thu 2 (1 chỗ)=0.372 có 1 chỗ độ thu ð ξđột thu 1=0.372
    + Đột mở:
    Khi
    Thì ξđột mở 2 (1 chỗ)=0.472 có 1 chỗ đột mở ð ξđột mở 2=0.472
    Nên
    Vậy:
    - Mặt cắt: (2-2) là mặt cắt tại vị trí nhập liệu ở tháp
    Áp dụng phương trình Bernouli cho (1-1) và (2-2)

    ó
    Trong đó:
    + z1: độ cao mặt thoáng (1-1) so với mặt đất, hay xem như là chiều cao bồn cao vị: Hcv=z1
    + z2: độ cao mặt thoáng (2-2) so với mặt đất, hay xem như là chiều từ mặt đất đến vị trí nhập liệu.
    H1=Ntt chưng.Hđ+ht+h+500+A
     H1= 1x175+125+25+500+300=1125 (mm)
    z2=hc đỡ+hđáy+(Ntt chưng+1)(h+σmâm)
    ó z2=175+(1+1)(25+6)=237(mm)
    + P1: áp suất tại mặt thoáng (1-1) chọn P1=1at=9.81x104(N/m2)
    + P2: áp suất tại mặt thoáng (2-2)
    Xem ΔP = P2-P1=nttL. ΔP¬C = 16x223.9=3582.4(N/m2)
    + v1: vận tốc tại mặt thoáng (1-1). Xem v1=0 (m/s)
    + v1: vận tốc tại vị trí nhập liệu. v2=vF=0.082 (m/s)
    + : Tổng tổn thất trong ống từ (1-1) đến (2-2)
    = h1+h2=0.0083+0.04=0.0483m
    Vậy chiều cao bồn cao vị: Hcv=0.75m
    Chọn hcv=0.8m
    2. TÍNH CHỌN BƠM
    Năng suất:
    + Suất lượng thể tích đi trong ống của dòng nhập liệu:

    ð Qb= 2.4(m3/h)
    - Chọn: Mặt cắt (1-1) là mặt thoáng chất lỏng trong bồn chứa nguyên liệu
    Mặt cắt (2-2) là mặt thoáng chất lỏng trong bồn cao vị.
    Áp dụng phương trình Bernoulli cho (1-1) và (2-2).

    Trong đó:
    + z1: độ cao mặt thoáng (1-1) so với mặt đất. chọn z1=0 (m)
    + z2: độ cao mặt thoáng (2-2) so với mặt đất. z2 = Hcv=0.8
    + P1: áp suất tại mặt thoáng (1-1) chọn P1=1at
    + P2: áp suất tại mặt thoáng (2-2) chọn P2=1at
    + v1, v2: vận tốc tại mặt thoáng (1-1) và (2-2). Xem v1=v2=0 (m/s)
    + : Tổng tổn thất trong ống từ (1-1) đến (2-2)
    + Hb: Cột áp của bơm.
    Tính tổng trở lực trong ống:
    - Chọn đường kính trong của ống hút và ống đẩy bằng nhau: dtr=50 (mm)
    - Độ nhám của ống: ε = 0.2 (mm) = 0.0002 (m) (ăn mòn ít)
    + Tổng trở lực trong ống hút và đẩy:

    Trong đó:
    + lh: Chiều dài ống hút.
    Chiều cao của bơm. Tra bảng II.34, trang 441,[5] ðhh=4.3m, chọn 4m
    → chọn lh=4m
    + lđ: chiều dài ống đẩy, chọn lđ =9m
    + : Tổng tổn thất cục bộ trong ống hút.
    + : Tổng tổn thất cục bộ trong ống đẩy.
    + λ: hệ số ma sát trong ống hút và đẩy.
    + vF: vận tốc dòng nhập liệu trong ống hút và đẩy.

    Xác định hệ số ma sát trong ống hút và đẩy:
    ð chế độ chảy rối
    + Chuẩn số Re tới hạn:
    + Chuẩn số Reynold khi bắt đầu xuất hiện vùng nhám:

    Vì Regh<ReF<Ren ð chế độ chảy rối ứng với khô vực quá độ.
    Áp dụng CT (II.64), trang 380, STT2:
    Xác định tổng hệ số tổn thất cục bộ trong ống hút:
    - Chỗ uốn cong: Tra bảng II.16, trang 382, [5]: chọn dạng ống uốn cong 90o, có bán kính R với R/d = 2 thì ξu1(1 chỗ)= 0.15. Đường ống có 2 chỗ uốn ð ξu1= 0.15x2= 0.3
    - Van:
    + Tra bảng 9.5, trang 94, [1]: chọn van cầu với độ mở hoàn toàn thì ξvan(1 cái)=10.
    Đường ống có 1 van cầu ð ξvan1= 10
    ð
    Xác định tổng tổn thất cục bộ trong ống đẩy:
    + Chổ uốn cong: chọn dạng uốn cong 90o có bán kính R với R/d=2 thì ξu2(1 chỗ)= 0.15. Ống đẩy có 4 chỗ uốn ð ξu2= 0.15x4 = 0.6
    + Van: Chọn van cầu với độ mở hoàn toàn thì ξvan2=10, ống đẩy có một van cầu
    ð ξvan2=10
    + Vào bồn cao vị: ξcv=1
    ð

    3. TÍNH CỘT ÁP CỦA BƠM
    Hb=(z2-z1)+ =(0.237-0)+0.2=0.437m
    Chọn Hb=0.5m
    Công suất
    + Chọn hiệu suất của bơm: ηb=0.8
    + Chọn công suất thực tế của bơm:

    KẾT LUẬN
    Đồ án môn học này là thiết kế hệ thống chưng cất hỗn hợp Acetone-nước, loại tháp mâm xuyên lỗ không ống chảy chuyền.
    Cần sử dụng tháp có đường kính Dt=0.55m và chiều cao tháp là 6m. Các chi tiết được gia công chủ yếu là hàn.
    Đồ án này giúp em tự tổng hợp lại tất cả các kiến thức một cách linh động, chính xác và hợp lý. Đồng thời nó cũng giúp em bước đầu tiếp cận với thiết kế, nghiên cứu sâu hơn về các kiến thức cơ bản, biết đưa ra những giải pháp, cách tính toán và đặc biệt là cách lựa chọn các thông số cần thiết và phù hợp với yêu cầu ban đầu.
    Tuy nhiên, do đây là tập thiết kế đầu tiên nên việc tiếp nhận các kiến thức chưa được đầy đủ và chưa được chính xác, cộng với hạn chế và ít tiếp xúc với thực tế do đố việc tính toán đôi khi không đạt được điều kiện tối ưu nên những sai sót trong đồ án này là không thể tránh khỏi.
    Kính mong sự đóng góp ý kiến và hướng dẫn của thầy cô để em có thêm kinh nghiệm trong việc thiết kế thực tế sau này.




 

 

Đề tài tuơng tự

  1. Trả lời: 0
    Bài viết cuối: 07-30-2011, 12:33 AM
  2. Trả lời: 0
    Bài viết cuối: 06-14-2011, 05:06 PM
  3. Trả lời: 0
    Bài viết cuối: 05-28-2011, 09:10 AM
  4. LUẬN VĂN Thiết kế máy sấy trà với năng suất 200kg/h
    By Spambook in forum Cơ Khí
    Trả lời: 0
    Bài viết cuối: 05-27-2011, 12:08 AM
  5. Trả lời: 0
    Bài viết cuối: 04-26-2011, 10:13 AM

Từ khóa vào site

do an thap chung cat

chon h trong chung cat aceton- nuoc

Thiet bi chung cat acetone-nuoc mam chop

bang can bang long hoi cua he etanol va nuoc

chung cat aceton nuoc

http:bookluanvan.vnf49thiet-ke-chung-cat-hon-hop-acetone-nuoc-loai-thap-mam-nang-suat-200kg-h-29573

duong can bang cua aceton va nuoc

an nhiet ngung tu axeton

do an qua trinh va thiet bi thap mam xuyen lo he aceton nuoc

thiet ke he thong chung cat thap mam xuyen lo cho hon hop aceton va nuoc

bản vẽ tháp chưng cất acetone - nước

nhiet dung rieng cua aceton

vẽ đường cân bằng trong chưnh cất

đồ án chưng luyện tháp chóp

cong thuc doi tu kmolh sang kgh

hình vẽ thiết bị chưng cất tháp mâm xuyen lo

Tag của Chủ đề này

Quyền viết bài

  • Bạn Không thể gửi Chủ đề mới
  • Bạn Không thể Gửi trả lời
  • Bạn Không thể Gửi file đính kèm
  • Bạn Không thể Sửa bài viết của mình
  •  

Search Engine Friendly URLs by vBSEO 3.6.1