BÁO cáo đồ án QUÁ TRÌNH và THIẾT bị THIẾT kế THÁP CHƯNG cất mâm XUYÊN lỗ hệ ACETONE – nước NĂNG SUẤT NHẬP LIỆU 2000 lh

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP THỰC PHẨM TP.HCMKHOA CÔNG NGHỆ HÓA HỌC------ BÁO CÁO ĐỒ ÁN QUÁ TRÌNH VÀ THIẾT BỊ THIẾT KẾ THÁP CHƯNG CẤT MÂM XUYÊN LỖ HỆ ACETONE – NƯỚC NĂNG SUẤT NHẬP LIỆU

TỔNG QUAN

Lý thuyết về chưng cất

Chưng cất là quá trình dùng để tách các cấu tử của một hỗn hợp lỏng – lỏng (cũng như hỗn hợp khí – lỏng) thành các cấu tử riêng biệt dựa vào sự khác biệt về độ bay hơi của từng cấu tử ở cùng điều kiện xác định Quá trình này tận dụng nhiệt độ và áp suất để các cấu tử có độ bay hơi khác nhau được bay hơi, sau đó được ngưng tụ ở các mức nhiệt độ khác nhau, cho phép thu được các thành phần tinh khiết hoặc có hàm lượng mong muốn Chưng cất được ứng dụng rộng rãi trong công nghiệp hóa chất, dầu khí và sản xuất thực phẩm, giúp tách và phân lập các hợp chất dựa trên đặc tính bay hơi của chúng.

Trong quá trình chưng cất, sự tiếp xúc giữa hai pha được hình thành thông qua bốc hơi và ngưng tụ, không cần đưa thêm một pha mới vào hỗn hợp như ở các quá trình hấp thụ hoặc nhả khí Thành phần bay hơi lên và ngưng tụ tại vùng ngưng tụ tạo ra pha mới, từ đó cho phép phân ly và tinh lọc các chất dựa trên nhiệt độ sôi khác nhau Vì vậy, chưng cất khác với hấp thụ ở chỗ cơ chế hình thành pha mới dựa trên quá trình bốc hơi và ngưng tụ thay vì bổ sung một pha thứ cấp vào hệ.

Trong trường hợp đơn giản nhất, chưng cất và cô đặc có thể được coi là hai quá trình tách có chung cơ chế, nhưng giữa chúng tồn tại một ranh giới cơ bản Ở quá trình chưng cất, dung môi và chất tan đều bay hơi, nghĩa là các thành phần xuất hiện ở cả hai pha nhưng với tỷ lệ khác nhau Ngược lại, quá trình cô đặc chỉ có dung môi bay hơi, còn chất tan thì không bay hơi, khiến nồng độ chất tan ở dung dịch còn lại tăng lên.

Trong quá trình chưng cất, số lượng cấu tử càng nhiều sẽ đồng thời cho ra càng nhiều sản phẩm tương ứng; tức là hệ có n cấu tử sẽ cho ra n sản phẩm riêng biệt Ví dụ với một hệ đơn giản chỉ gồm hai cấu tử, ta sẽ thu được hai sản phẩm tương ứng.

Sản phẩm đỉnh chủ yếu chứa các cấu tử có độ bay hơi lớn và chỉ chiếm một phần rất nhỏ các cấu tử có độ bay hơi thấp (nhiệt độ sôi thấp).

 Sản phẩm đáy chủ yếu gồm cấu tử có độ bay hơi bé và một phần rất ít cấu tử có độ bay hơi lớn (nhiệt độ sôi lớn).

Như vậy, khi chưng cất hỗn hợp acetone và nước thì ta sẽ thu được sản phẩm đỉnh là acetone và sản phẩm đáy là nước.

1.1.1 Các phương pháp chưng cất

Phân loại theo áp suất làm việc

Phân loại theo thành phần chưng cất

 Chưng cất hai cấu tử

 Chưng cất đa cấu tử

Phân loại theo phương pháp cấp nhiệt ở đáy tháp

GVHD: TS Trần Lưu Dũng 1

Trường ĐH Công Nghiệp Thực Phẩm TP.HCM Khoa Công nghệ Hóa học

Phân loại theo nguyên lý làm việc

 Chưng cất lôi cuốn hơi nước

Phương pháp chưng cất lôi cuốn hơi nước (chưng cất bằng hơi nước trực tiếp) là kỹ thuật tách các hỗn hợp gồm các chất khó bay hơi và tạp chất không bay hơi Thực tiễn thường dùng phương pháp này để tách các chất không hòa tan vào nước, đặc biệt là chưng cất tinh dầu có nhiệt độ sôi cao hơn nước và ít tan trong nước.

Phương pháp này được áp dụng khi cần hạ thấp nhiệt độ sôi của cấu tử, đặc biệt với những cấu tử có nhiệt độ sôi quá cao hoặc trong trường hợp các thành phần của hỗn hợp dễ bị phân hủy ở nhiệt độ cao.

 Chưng cất theo chu kỳ (chưng cất gián đoạn)

Phương pháp chưng cất gián đoạn được s dụng trong các điều kiện sau:

 Khi nhiệt độ của các cấu t khác xa nhau

 Không đòi hỏi độ tinh khiết cao

 Tách hỗn hợp lỏng ra khỏi tạp chất không bay hơi

 Tách sơ bộ hỗn hợp nhiều cấu tử

Chưng cất liên tục là quy trình được thực hiện liên tục nhờ thiết bị liên tục hoạt động theo nguyên lý nghịch dòng, gồm nhiều đoạn để tối ưu hiệu suất và chất lượng sản phẩm Trong hệ thống này, chất lỏng và hơi được điều khiển chặt chẽ để luân chuyển liên tục qua các giai đoạn, giúp rút sản phẩm ở mức tinh khiết cao và giảm tiêu hao năng lượng Bên cạnh đó, vẫn có các thiết bị hoạt động ở chế độ bán liên tục, kết hợp giữa chu kỳ ngắn và luồng quá trình ổn định nhằm đáp ứng yêu cầu sản xuất linh hoạt và tối ưu hoá chi phí.

Dựa trên yêu cầu acetone có độ tinh khiết cao 90% và thực tế hỗn hợp acetone – nước không có điểm đẳng phí, phương pháp chưng cất liên tục được xem là hiệu quả nhất để thu được sản phẩm tinh khiết.

Trong sản xuất, nhiều loại thiết bị được sử dụng để tiến hành chưng cất, nhưng điểm chung của mọi thiết bị là yêu cầu diện tích bề mặt tiếp xúc giữa hai pha phải lớn để tối ưu hóa quá trình trao đổi, phụ thuộc vào mức độ phân tán của lưu chất này vào lưu chất kia Nếu pha khí phân tán vào pha lỏng, hệ thống tháp mâm được áp dụng phổ biến; ngược lại, khi pha lỏng phân tán vào pha khí, ta gặp các loại tháp chêm, tháp phun và nhiều biến thể khác Trong thực tế công nghiệp chưng cất, hai loại tháp thường dùng và hiệu quả nhất là tháp mâm và tháp chêm.

Tháp mâm là hệ thống tháp chưng cất với thân tháp hình trụ, bên trong lắp đặt các mâm có cấu tạo khác nhau để các pha lỏng và pha hơi tiếp xúc với nhau Tại mỗi mâm, pha lỏng và pha hơi gặp nhau và trao đổi nhiệt, bay hơi và ngưng tụ ở các mức áp suất và nhiệt độ xác định nhằm thực hiện quá trình phân tách thành các thành phần mong muốn Tuỳ theo cấu tạo của đĩa, tháp mâm có nhiều loại đĩa khác nhau, giúp tối ưu hiệu suất phân tách tùy thuộc vào đặc tính của hỗn hợp chất cần xử lý.

 Tháp mâm chóp: trên mâm bố trí có chóp dạng tròn, xupap, chữ S….

 Tháp mâm xuyên lỗ: trên mâm có nhiều lỗ hay rãnh

Tháp chêm (tháp đệm) là một loại tháp hình trụ gồm nhiều bậc được nối tiếp nhau bằng mặt bích hoặc mối hàn Vật chêm được đưa vào tháp theo hai phương pháp chính: xếp ngẫu nhiên hoặc xếp thứ tự, tùy thuộc vào yêu cầu vận hành và thiết kế của hệ thống.

Bảng 1 1 Bảng so sánh ưu và nhược điểm của tháp chêm, tháp mâm xuyên lỗ và tháp mâm chóp

Tháp chêm Tháp mâm xuyên Tháp mâm chóp lỗ

Thiết kế của nó có cấu tạo khá đơn giản, cho phép trở lực tương đối thấp và vận hành khá ổn định Ưu điểm nổi bật là trở lực thấp, hiệu suất cao và khả năng làm việc được với chất lỏng, giúp hệ thống hoạt động hiệu quả ở nhiều điều kiện и tiết kiệm năng lượng.

– Do có hiệu ứng thành nên

– Không làm việc – Có trở lực lớn hiệu suất truyền khối thấp – Tiêu tốn nhiều được với chất lỏng

Nhược – Độ ổn định thấp, khó vận vật tư, kết cấu điểm hành bẩn phức tạp

– Kết cấu khá phức – Khó tăng năng suất

– Thiết bị khá nặng nề tạp

Giới thiệu về nguyên liệu chưng cất

Nguyên liệu dùng để chưng cấ́t là hỗn hợp Acetone và nước; tính chất lý hóa và đặc điểm của nguyên liệu này ảnh hưởng lớn đến việc lựa chọn thiết bị và hiệu suất của quá trình chưng cất Các đặc tính như độ bay hơi của từng thành phần, tỷ lệ Acetone và nước, nhiệt độ sôi và sự phụ thuộc của áp suất sẽ quyết định cách thiết kế hệ thống, điều kiện vận hành và chiến lược điều khiển quá trình Việc hiểu rõ đặc tính vật lý và hóa học của hỗn hợp giúp tối ưu hóa quá trình chưng cất, giảm tiêu hao năng lượng và tăng hiệu quả thu hồi Acetone Do đó, phân tích và đánh giá đặc tính nguyên liệu là yếu tố then chốt khi thiết kế hệ thống chưng cất và lựa chọn thiết bị phù hợp.

1.2.1.1 Tính chất vật lý và nhiệt động của acetone

Acetone là một chất lỏng dễ bay hơi, dễ cháy, không màu và có mùi thơm nhẹ đặc trưng, đồng thời là dạng keton đơn giản nhất Nó hòa tan vô hạn trong nước và trong một số hợp chất hữu cơ như ether, methanol, ethanol và diacetone alcohol.

Acetone có một số đặc điểm sau:

 Công thức phân tử : (CH 3 ) 2 CO

 Khối lượng phân tử : M A = 58,08 đvC

Acetone, còn được biết đến với tên Dimethylketal, 2-propanone hoặc Dimethyl ketone, là dung môi công nghiệp phổ biến Ứng dụng nổi bật nhất của acetone là làm dung môi cho vecni, sơn, sơn mài, cellulose acetate, nhựa và cao su Vì khả năng hòa tan tốt acetate, nitrocellulose và các loại nhựa chứa formaldehyde cũng như chất béo, acetone được dùng rộng rãi làm dung môi cho sơn và mực in ống đồng.

GVHD: Trong bài viết của TS Trần Lưu Dũng, ba nhóm nguyên liệu chính được nhấn mạnh để tổng hợp thủy tinh hữu cơ, tập trung vào các yếu tố tạo nền cho quá trình polymer hóa và hình thành lớp màng bảo vệ cho vật liệu acetone được đề cập như dung môi phổ biến trong quy trình tổng hợp và xử lý, giúp hoà tan và vận chuyển các thành phần giữa các bước phản ứng Các hợp chất liên quan đến acetone được xem xét ở mức khái niệm, nhấn mạnh vai trò của dung môi và hệ xúc tác trong việc kiểm soát độ trong suốt, độ bền và các tính chất quang – cơ của sản phẩm cuối cùng.

Bảng 1 2 Một số tính chất của acetone

3 Nhiệt độ tự bốc cháy 465 o C

1.2.1.2 Tính chất hóa học của acetone

 Phản ứng cộng của nhóm C=O

Trong liên kết C=O của acetone, carbon mang điện tích dương do liên kết C=O phân cực về phía oxy, khiến carbonyl carbon trở thành điểm electrophilic dễ bị tấn công bởi các tác nhân nucleophile Vì vậy acetone có thể cộng với nhiều tác nhân nucleophile khác nhau như H2O, ROH (rượu), HCN hoặc RMgBr, tạo ra các sản phẩm bổ sung và mở đường cho sự hình thành các hợp chất mới sau quá trình làm việc và proton hóa.

 Phản ứng cộng nước tạo thành rượu bậc 2

 Phản ứng cộng natrihydrosulfide tạo hợp chất bisulfide

 Phản ứng cộng hợp với hợp chất cơ Magie

 Phản ứng thế tạo liên kết C=C (phản ứng andol hóa)

Ở sự hiện diện của chất xúc tác bazơ, phân tử acetone có thể tác động với các phân tử khác chứa nhóm –CH2– ở vị trí alpha, đặc biệt khi cạnh nhóm này là các nhóm hút electron như C=O hoặc NO2 Quá trình này điển hình qua sự hình thành enolate từ acetone, làm cho chuỗi –CH2– ở vị trí alpha trở nên linh động và dễ phản ứng với các nhóm nhận electron Việc lựa chọn loại bazơ, nồng độ và điều kiện phản ứng ảnh hưởng đến hiệu suất và độ chọn lọc, từ đó mở rộng phạm vi tổng hợp các hợp chất hữu ích trong hóa hữu cơ và các ứng dụng công nghiệp.

Acetone lần đầu được phát hiện bởi nhà hóa học Libavius vào năm 1595 thông qua chưng cất khan đường Đến năm 1805, Trommsdorff đã sản xuất acetone bằng cách chưng cất axetat của kali và natri (axetates của bồ đặt và soda), cho ra một phân đoạn lỏng nằm giữa các phân đoạn chưng cất rượu và ete.

Ca(CH 3 COO) 2 → CaO + CO 2 ↑ + (CH 3 ) 2 CO

Hiện nay, khoảng 83% acetone được sản xuất thông qua phương pháp oxi hóa cumene (phương pháp Hock) Phương pháp này được sử dụng chủ yếu để sản xuất acetone ở Mỹ và các nước Tây Âu và khi sản xuất acetone theo phương pháp này, phenol được sinh ra đồng thời như sản phẩm phụ Quy trình cumene gồm hai bước chính: alkyl hóa benzene với propen để hình thành cumen, và cumen được oxi hóa để tạo ra acetone và phenol Chính vì có thể đồng thời thu được acetone và phenol, phương pháp Hock mang lại hiệu quả kinh tế cao cho ngành công nghiệp hóa chất ở khu vực này.

Tuy nhiên, công nghệ sản xuất acetone thông qua oxi hóa cumen được thay bằng công nghệ hiệu quả hơn, đó là tổng hợp acetone bằng phương pháp tách nước từ isopropyl alcohol có sử dụng xúc tác Xúc tác được dùng là đồng và hợp kim của đồng, oxit kim loại và muối của nó Ở nhiệt độ 327 °C, hiệu suất tổng hợp của phản ứng khoảng 97%.

Ngoài ra còn một số quá trình sản xuất acetone khác như:

 Oxi hóa cumen hydro peroxide thành phenol và acetone

 Oxi hóa trực tiếp butane và propane

 Lên men carbonhydrate bởi vi khuẩn đặc biệt

1.2.2.1 Tính chất vật lý của nước

Trong điều kiện bình thường: nước là chất lỏng không màu, không mùi, không vị nhưng khối nước dày sẽ có màu xanh nhạt.

Khi hóa rắn nó có thể tồn tại ở dạng 5 dạng tinh thể khác nhau:

Nước là dung môi phân cực mạnh, có khả năng hoà tan nhiều chất (rắn, lỏng và khí) và là dung môi rất quan trọng trong các l nh vực hóa học.

1.2.2.2 Tính chất hóa học của nước

 Tác dụng với kim loại

H 2 O + Na → NaOH + H 2 2H 2 O + Ca → Ca(OH) 2 + H 2

Nước tác dụng được với một số kim loại ở nhiệt độ thường như: Li, Na, K, Ca tạo thành bazo và khí H2.

 Tác dụng với oxit bazơ

Na 2 O + H 2 O → 2NaOH CaO + H 2 O → Ca(OH) 2

Nước tác dụng với oxit bazo tạo thành bazo tương ứng Dung dịc bazo làm quỳ tím hóa xanh.

 Tác dụng với oxit acid

Nước tác dụng với oxit axit tạo thành axit tương ứng Dung dịch axit làm qu tím hóa đỏ.

1.2.3 Hỗn hợp acetone và nước

Sự phân bố của cấu tử dễ bay hơi (acetone) trong pha lỏng và pha hơi thay đổi theo nhiệt độ sôi của hỗn hợp chưng cất.

Bảng 1.3 Thành phần lỏng (x) – hơi (y) tính bằng phần trăm phần mol

(% mol) và nhiệt độ sôi ( o C) của hỗn hợp acetone – nước ở 76 mmHg x 0 5 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 y 0 60,3 72,0 80,3 82,3 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 59,0 58,2 57,5 61,6

Hình 1 1 Đồ thị cân bằng lỏng – hơi của hệ acetone – nước

QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ

Thuyết minh sơ đồ quy trình công nghệ

Phần 3: Tính toán cân bằng vật chất và cân bằng năng lượng

3.1 Tính toán cân bằng vật chất

3.2 Tính toán cân bằng năng lượng

Phần 4: Tính toán thiết bị chính

4.2 Thiết kế kết cấu (cơ khí) thiết bị chính

Phần 5: Tính toán và lựa chọn thiết bị phụ

Tính toán lựa chọn các thiết bị phụ như là: bơm, thiết bị trao đổi nhiệt, thiết bị ngưng tụ, thiết bị làm nguội, ….

IV.Các bản vẽ và đồ thị (loại và kích thước bản vẽ ):

TRƯỞNG BỘ MÔN CÁN BỘ HƯỚNG DẪN

ThS HUỲNH BẢO LONG TS TRẦN LƯU DŨNG

NHẬN XÉT ĐỒ ÁN Cán Bộ hướng dẫn Nhận xét (CBHD ghi rõ đồ án được bảo vệ hay không)

Cán Bộ chấm hay Hội Đồng bảo vệ Nhận xét:

……… Điểm:……… Chữ ký: ……… Điểm tổng kết:………

TP HỒ CHÍ MINH ĐƠN VỊ : KHOA CÔNG NGHỆ HÓA HỌC

BỘ MÔN: QT&TB TRONG CNHH – SH - TP

PHIẾU THEO DÕI TIẾN ĐỘ THỰC HIỆN ĐỒ ÁN

MÔN HỌC: QUÁ TRÌNH VÀ THIẾT BỊ CNHH Sinh viên thực hiện đồ án: Nguyễn Thị Thảo

Cán Bộ hướng dẫn: TS Trần Lưu Dũng

Tên đồ án: Thiết kế tháp chưng cất mâm xuyên lỗ hệ Acetone – Nước năng suất nhập liệu 2000 L/h

STT Ngày Nội dung hướng dẫn CBHD ký tên

(Giấy giao đồ án và phiếu theo dõi tiến độ được đóng vào trang 1,2,3 quyển )

Trong quá trình thực hiện đồ án em đã nhận được sự ủng hộ và giúp đỡ tận tình của quý thầy cô và bạn bè Đó là động lực lớn nhất giúp em hoàn thành đồ án.

Em xin gửi lời cảm ơn chân thành tới Ban Giám hiệu Trường Đại học Công Nghệ Thực Phẩm TP Hồ Chí Minh và tập thể Khoa Công Nghệ Hóa Học đã tạo điều kiện thuận lợi cũng như cung cấp đầy đủ tài liệu cho em trong quá trình làm đồ án Em cũng biết ơn quý thầy cô và toàn thể giảng viên đã tận tình truyền đạt kiến thức, hướng dẫn chuyên môn và đồng hành cùng em suốt thời gian thực hiện Đặc biệt, em xin gửi lời cảm ơn sâu sắc tới TS Trần Lưu Dũng, người thầy hướng dẫn đã tận tình chỉ dẫn và đồng hành cùng em trong suốt quá trình làm đồ án.

Dù hết sức nỗ lực song không tránh khỏi những thiếu sót, em rất mong được sự góp ý để đồ án hoàn thiện hơn.

Chúng ta kính chúc quý thầy cô sức khỏe dồi dào và luôn tràn đầy nhiệt huyết trong công tác giảng dạy, để mỗi giờ lên lớp thật sự truyền cảm hứng cho học trò Thành công ngày càng lớn trong sự nghiệp trồng người sẽ tiếp tục thắp sáng đam mê và đóng góp vào sự phát triển của giáo dục và thế hệ tương lai.

Em xin chân thành cảm ơn!

TP Hồ Chí Minh, ngày 17 tháng 11 năm

Sinh viên: Nguyễn Thị Thảo MSSV: 2004170162

TP.HCM, ngày …….tháng…….năm 2019

( ký tên, ghi rõ họ và tên) ii

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN ii

DANH SÁCH BẢNG BIỂU vi

DANH SÁCH HÌNH ẢNH vi

1.1 Lý thuyết về chưng cất 1

1.1.1 Các phương pháp chưng cất 1

1.2 Giới thiệu về nguyên liệu chưng cất 3

1.2.3 Hỗn hợp acetone và nước 6

CHƯƠNG 2 QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ 7

2.1 Thiết lập sơ đồ quy trình công nghệ 7

2.2 Thuyết minh sơ đồ quy trình công nghệ 8

CHƯƠNG 3 TÍNH TOÁN TOÁN CÂN BẰNG VẬT CHẤT VÀ NĂNG LƯỢNG 9

3.1 Các thông số ban đầu 9

4.2 Chiều cao tháp chưng cất 24 iii

4.3 Mâm lỗ - trở lực của mâm 25

4.3.2 Trở lực của đĩa khô 25

4.3.3 Trở lực do sức căng bề mặt 26

4.3.4 Trở lực thuỷ tỉnh do chất lỏng trên đĩa tạo ra 26

4.3.5 Tổng trở thuỷ lực của tháp 31

4.3.6 Kiểm tra hoạt động của mâm 31

5.3 Bích ghép thân đáy và nắp 36

5.4.1 Tính trọng lượng toàn tháp 37

5.6.Cửa nối ống dẫn với thiết bị - bích nối các bộ phận của thiết bị với ống dẫn 39

5.6.5 Ống dẫn lỏng ra khỏi đáy tháp 42

CHƯƠNG 6 TÍNH TOÁN VÀ LỰA CHỌN THIẾT BỊ PHỤ 44

6.1 Các thiết bị truyền nhiệt: 44

6.1.1 Thiết bị ngưng tụ sản phẩm đỉnh: 44 iv

6.1.2 Thiết bị làm nguội sản phẩm đỉnh 48

6.1.3 Nồi đun gia nhiệt sản phẩm đáy: 53

6.1.4 Thiết bị trao đổi nhiệt giữa nhập liệu và sản phẩm đáy: 57

6.1.5 Thiết gia nhiệt nhập liệu 62

6.2.1 Tổn thất đường ống dẫn 66

6.2.2 Tổn thất đường ống dẫn trong thiết bị đun sôi dòng nhập liệu 68

6.2.3 Chiều cao bồn cao vị: 70

6.4 Tính bảo ôn thiết bị: 74

Bảng 1 1 Bảng so sánh ưu và nhược điểm của tháp chêm, tháp mâm xuyên lỗ và tháp mâm chóp 3

Bảng 1 2 Một số tính chất của acetone 4

Bảng 5 1 Kích thước bích ghép thân đáy và nắp 37

Bảng 5 2 Kích thước chân đỡ tháp 38

Bảng 5 3 Kích thước tai treo tháp 39

Bảng 5 4 Kích thước ống nhập liệu 40

Bảng 5 5 Kích thước ống hơi ở đỉnh tháp (bảng XIII.26, trang 409,2) 40

Bảng 5 6 Kích thước ống hoàn lưu 41

Bảng 5 7 Kích thước ống hơi ở đáy tháp 42

Bảng 5 8 Kích thước ống dẫn lỏng ra khỏi đáy tháp 42

DANH SÁCH HÌNH ẢNH Hình 1 1 Đồ thị cân bằng lỏng – hơi của hệ acetone – nước 6

Hình 4 1 Mâm và gờ chảy tràn 30

Hình 5 2 Bích ghép thân đáy và nắp 36

Hình 5 4 Tai treo tháp 38 vi

Ngành công nghệ hóa chất đóng vai trò quan trọng trong sự phát triển của các ngành công nghiệp nước ta, đặc biệt là sản xuất hóa chất cơ bản có độ tinh khiết cao Để đạt được độ tinh khiết tối ưu phù hợp với yêu cầu sản xuất, phương pháp chưng cất lỏng – lỏng hoặc chưng cất hỗn hợp lỏng – khí dựa trên sự khác biệt về độ bay hơi của các thành phần được sử dụng rộng rãi để tách các cấu tử riêng biệt Quá trình tinh chế này không chỉ nâng cao chất lượng sản phẩm hóa chất mà còn tối ưu hoá quy trình sản xuất và đáp ứng các tiêu chuẩn về tinh khiết và an toàn trong ngành công nghiệp hóa chất.

Acetone là một hóa chất được ứng dụng phổ biến trong nhiều lĩnh vực sản xuất công nghiệp nhờ đặc tính bay hơi nhanh và khả năng hòa tan mạnh Do hỗn hợp acetone và nước không có điểm đẳng phí, người ta có thể đạt được bất kỳ mức độ tinh khiết nào theo yêu cầu thông qua quá trình chưng cất, giúp tối ưu chất lượng sản phẩm và chi phí sản xuất Quy trình chưng cất hiệu quả cho phép tách acetone khỏi nước và tạp chất một cách đáng tin cậy, phù hợp với các tiêu chuẩn chất lượng nghiêm ngặt ở các ngành từ sản xuất nhựa, sơn, dược phẩm đến hoá chất công nghiệp Nhờ đặc tính này, acetone được lựa chọn làm dung môi và nguyên liệu quan trọng trong nhiều chu trình sản xuất hiện đại.

Đồ án Quá trình và thiết bị nhằm thiết kế hệ thống tháp mâm xuyên lỗ cho chưng cất liên tục hệ hai cấu tử acetone và nước theo các yêu cầu đã nêu Nhiệm vụ là xác định cấu hình tháp, số mâm và các tham số vận hành cần thiết để tối ưu khả năng phân ly và đảm bảo tính khả thi kỹ thuật, đồng thời duy trì quá trình vận hành liên tục ổn định Thiết kế còn bao gồm lựa chọn các thiết bị phụ trợ như bình ngưng, hệ thống làm lạnh và hệ thống điều khiển nhằm đảm bảo an toàn, hiệu suất và điều hòa nhiệt độ trong quá trình chưng cất Kết quả mong đợi là bản thiết kế chi tiết tháp mâm xuyên lỗ với các thông số quá trình, tiêu chuẩn chất lượng và các tiêu chí đánh giá hiệu suất như hiệu suất phân ly, tiêu thụ năng lượng và tối ưu chi phí vận hành.

- Thiết bị hoạt động liên tục.

- Nồng độ nhập liệu: 30% khối lượng.

- Nồng độ sản phẩm đỉnh: 98% khối lượng.

- Nồng độ sản phẩm đáy: 1% khối lượng.

- Các số liệu khác tự chọn. vii

1.1 Lý thuyết về chưng cất

Chưng cất là quá trình dùng để tách các cấu tử của một hỗn hợp lỏng – lỏng và cả hỗn hợp khí – lỏng thành các thành phần riêng biệt dựa trên sự khác biệt về độ bay hơi của từng cấu tử ở cùng điều kiện xác định Quá trình này dựa vào nhiệt độ sôi và áp suất để phân biệt và cô lập các thành phần có mức bay hơi khác nhau, từ đó thu được các chất có độ tinh khiết mong muốn Việc phân tích và tối ưu điều kiện chưng cất (như nhiệt độ, áp suất và tần suất gia nhiệt) quyết định hiệu quả tách và chất lượng sản phẩm cuối cùng.

Trong hấp thụ hoặc nhả khí, một pha mới được đưa vào hỗn hợp để tạo tiếp xúc giữa hai pha Ngược lại, trong quá trình chưng cất, pha mới không được thêm vào mà được hình thành từ sự bốc hơi hoặc ngưng tụ.

Ở mức đơn giản nhất, chưng cất và cô đặc có thể xem như hai quá trình liên quan đến thay đổi trạng thái, nhưng giữa chúng tồn tại một ranh giới cơ bản Trong chưng cất, dung môi và chất tan đều bay hơi, nghĩa là các cấu tử hiện diện ở cả hai pha nhưng với tỷ lệ khác nhau Ngược lại, quá trình cô đặc chỉ có dung môi bay hơi, còn chất tan thì không bay hơi, từ đó làm tăng nồng độ chất tan trong dung dịch.

Trong quá trình chưng cất, ta thu được nhiều cấu tử và số cấu tử của hệ quyết định số sản phẩm mà ta thu được Với một hệ đơn giản chỉ có hai cấu tử, ta sẽ thu được hai sản phẩm riêng biệt, tức là hai thành phần tương ứng với từng cấu tử.

Trong quá trình tách chiết, sản phẩm đỉnh chủ yếu gồm các cấu tử có độ bay hơi cao, chiếm phần lớn thành phần, và chỉ có một phần rất nhỏ các cấu tử có độ bay hơi thấp (nhiệt độ sôi nhỏ).

 Sản phẩm đáy chủ yếu gồm cấu tử có độ bay hơi bé và một phần rất ít cấu tử có độ bay hơi lớn (nhiệt độ sôi lớn).

Như vậy, khi chưng cất hỗn hợp acetone và nước thì ta sẽ thu được sản phẩm đỉnh là acetone và sản phẩm đáy là nước.

1.1.1 Các phương pháp chưng cất

Phân loại theo áp suất làm việc

Phân loại theo thành phần chưng cất

 Chưng cất hai cấu tử

 Chưng cất đa cấu tử

Phân loại theo phương pháp cấp nhiệt ở đáy tháp

Phân loại theo nguyên lý làm việc

 Chưng cất lôi cuốn hơi nước

Phương pháp chưng cất lôi cuốn hơi nước, còn gọi là chưng cất bằng hơi nước trực tiếp, được dùng để tách các hỗn hợp chứa các chất dễ bay hơi và tạp chất không bay hơi Nó thường được áp dụng để tách các chất không hòa tan vào nước, đặc biệt trong chưng cất tinh dầu, nơi các hợp chất có nhiệt độ sôi cao hơn nhiệt độ sôi của nước và ít tan trong nước.

Phương pháp này được sử dụng khi mục tiêu là hạ thấp nhiệt độ sôi của các cấu tử, đặc biệt là với những cấu tử có nhiệt độ sôi cao hoặc khi các cấu tử trong hỗn hợp dễ bị phân hủy ở nhiệt độ cao.

 Chưng cất theo chu kỳ (chưng cất gián đoạn)

Phương pháp chưng cất gián đoạn được s dụng trong các điều kiện sau:

 Khi nhiệt độ của các cấu t khác xa nhau

 Không đòi hỏi độ tinh khiết cao

 Tách hỗn hợp lỏng ra khỏi tạp chất không bay hơi

 Tách sơ bộ hỗn hợp nhiều cấu tử

Chưng cất liên tục là quá trình diễn ra liên tục trong hệ thống thiết bị chuyên dụng, thường theo nguyên lý nghịch dòng và trải qua nhiều giai đoạn Thiết bị liên tục được thiết kế để duy trì dòng chảy và tối ưu hóa hiệu suất, đồng thời vẫn có các thiết bị hoạt động bán liên tục nhằm đáp ứng nhu cầu sản xuất linh hoạt và tiết kiệm thời gian vận hành.

Với yêu cầu acetone có độ tinh khiết cao (90%) và hỗn hợp acetone – nước không có điểm đẳng phí, chưng cất liên tục được xem là phương pháp hiệu quả nhất để đạt được chất lượng tinh khiết mong muốn và tối ưu hóa quá trình tách acetone khỏi nước.

TÍNH TOÁN TOÁN CÂN BẰNG VẬT CHẤT VÀ NĂNG LƯỢNG

Các thông số ban đầu

Chọn loại tháp là tháp mâm xuyên lỗ Thiết bị hoạt động liên tục.

Khi chưng cất hệ acetone – nước thì cấu tử dễ bay hơi là acetone.

+ Năng suất nhập liệu: ̅ = 2000 L/h + Nồng độ nhập liệu: ̅̅̅ = 30% theo khối lượng

+ Nồng độ sản phẩm đỉnh:̅̅̅ = 98% theo khối lượng + Nồng độ sản phẩm đáy: ̅̅̅̅ = 1% theo khối lượng.

- G F , F: suất lượng nhập liệu tính theo kg/h, kmol/h

- G D , D: suất lượng sản phẩm đỉnh tính theo kg/h, kmol/h

- G W , W: suất lượng sản phẩm đáy tính theo kg/h, kmol/h

- L: suất lượng dòng hoàn lưu, kmol/h

- x i , ̅ : nồng độ phần mol, phần khối lượng của cấu tử i.

Cân bằng vật chất

3.2.1 Nồng độ phần mol của Acetone trong tháp

 Khối lượng phân tử trung bình dòng nhập liệu:

Với = 0,1174 Tra bảng IX.2a [2] trang 145 ta có: = 68,7 ℃

Tại = 68,7 ℃ Tra bảng I.2 [1] trang 9 ta có:

TIEU LUAN MOI download : skknchat123@gmail.com

3.2.2 Suất lượng sản phẩm đỉnh và đáy

Cân bằng vật chất cho toàn tháp: F=D+W (1)

Cân bằng cấu tử methanol(cấu tử nhẹ) : F.x F = D.x D + W.x W (2)

Khối lượng phân tử trung bình dòng sản phẩm đáy, đỉnh là:

3.2.3 Xác định chỉ số hoàn lưu

Từ bảng số liệu 1.3 để xác định giá trị ∗ x 0 5 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 y 0 60,3 72,0 80,3 82,3 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 59,0 58,2 57,5 61,6

 Chỉ số hoàn lưu tối thiểu(IX.24 trang 158 [2])

- Chỉ số hoàn lưu làm việc: (IX.25b trang 159 [2])

= 1,3 + 0,3 = 1,3.0,3305 + 0,3 = 0,7297 3.2.4 Xác định phương trình làm việc

- Phương trình đường nồng độ làm việc của đoạn cất (IX.20 trang 144 [2]) y = R + R

- Phương trình đường nồng độ làm việc của đoạn chưng (IX.22 trang 158 [2]) y =

- Từ phương trình đường cất ta có x F = 0.1174 thì y F = 0,5920, x D = 0,9383 thì y D = 0.9383

- Từ phương trình đường chưng ta có x F = 0.1174 thì y F = 0.5919, x W = 0,0031 thì y W = 0,0031

- Số mâm lý thuyết được suy ra thông qua đồ thị đường cân bằng

Số mâm lý thuyết là 8 Vị trí mâm nhập liệu là mâm số 3 Số mâm chưng là 3, số mâm cất là 5.

Nlt: số mâm lý thuyết

η_tb là hiệu suất trung bình của thiết bị, là một hàm số của độ bay hơi tương đối của hỗn hợp và độ nhớt của hỗn hợp lỏng Cụ thể, độ bay hơi tương đối của hỗn hợp α và độ nhớt μ của hỗn hợp lỏng ảnh hưởng trực tiếp đến hiệu suất, cho phép η_tb phụ thuộc vào hai tham số này theo mối quan hệ η_tb = f(α, μ) Do đó, để tối ưu η_tb cần xem xét đồng thời độ bay hơi tương đối α và độ nhớt μ của hỗn hợp lỏng.

- Độ bay hơi tương đối của hỗn hợp y ∗ 1 − x α = 1 − y ∗ × x ( [ ]) x: phần mol của rượu trong pha lỏng y ∗ : phần mol của rượu trong pha hơi cân bằng với pha lỏng

- Tính hiệu suất trung bình của tháp

 Tại vị trí nhập liệu

+ Tra bảng IX.2a trang 145 [2] với x F = 0.1174 thì y F ∗ = 0.7344, t F = 68,7°C y ∗ 1 − x F 0,7344 1 − 0.1174

F + Tra bảng I.101 trang 91,92 [1] với t F = 68,7°C ta có: μ) N = 0,00042 (N × s/m 2 ) μ) A = 0,0002 (N × s/m 2 ) lgμ) F = x F × lgμ) A + (1 − x F )lgμ) N ( [ ])

+ Tra hình IX.11 trang 171 [2] ta có  F = 0.31

 Tại vị trí mâm đáy

+ Tra bảng IX.2a trang 145 [2] với x W = 0,0031 thì y W ∗ = 0,0374, t W = 98,6°C

GVHD: TS Trần Lưu Dũng 12 y ∗ 1 − x

W + Tra bảng I.101 trang 91,92 [1] với t W = 98,6°C ta có: μ) = 0,00029 (N × s/m 2 ) μ) A = 0,0002 (N × s/m 2 ) lgμ) W = x W × lgμ) A + (1 − x W )lgμ) N ( [ ])

+ Tra hình IX.11 trang 171 [2] ta có  W = 0.35

 Tại vị trí mâm đỉnh

+ Tra bảng IX.2a trang 145 [2] với x D = 0.9383 thì y D ∗ = 0.9648, t D = 57,3°C y ∗ 1 − x D 0,9648 1 − 0,9383

D + Tra bảng I.101 trang 91,92 [1] với t D = 57,3°C ta có: μ) N = 0,00049 (N × s/m 2 ) μ) A = 0,0002 (N × s/m 2 ) lgμ) D = x D × lgμ) A + (1 − x D )lgμ) N ( [ ])

+ Tra hình IX.11 trang 171 [2] ta có  D = 0.68

⇒ Hiệu suất trung bình của tháp

Vậy số mâm thực tế

Trường ĐH Công Nghiệp Thực Phẩm TP.HCM Khoa Công nghệ Hóa học gồm 12 mâm cất, 6 mâm chưng, nhập liệu ở mâm số 6.

Cân bằng năng lượng

3.3.1 Cân bằng nhiệt lượng của thiết bị đun nóng hỗn hợp đầu a) Tính nhiệt lượng do hơi đốt mang vào:

- r 1 : ẩn nhiệt hoá hơi (J/kg)

- λ 1 : hàm nhiệt của hơi đốt (J/kg)

- 1 à 1 : nhiệt độ(° ) và nhiệt dung riêng (J/kg.độ) của nước ngưng

Chọn hơi đốt là hơi nước bão hòa: p = 2at, ta có:

Nội suy từ (bảng I.212 trang 254, [1]) ở = 1 = 119.62 ° ta được:

Nội suy từ bảng I.148 trang 166 [1] ở t s = θ 1 = 119.62°C ta có:

C 1 = 1.014 (kcal/kg°C) = 4245.4152 (J/kg°C) b) Tính nhiệt lượng do hỗn hợp đầu mang vào

∶ lượng hỗn hợp ầu (kg/h) độ bay hơi tương đối của hỗn hợp và độ nhớt của hỗn hợp lỏng,

Trong mô hình nhiệt động học của hỗn hợp, các tham số chính gồm C_f – nhiệt dung riêng của hỗn hợp (J/kg·K); độ bay hơi tương đối của hỗn hợp và độ nhớt của hỗn hợp lỏng; và t_f – nhiệt độ cuối cùng của hỗn hợp (°C) Những thông số này cho biết khả năng tích nhiệt, mức độ bay hơi và tính chất lưu động của hỗn hợp ở trạng thái lỏng, đồng thời ảnh hưởng đến quá trình gia nhiệt, làm lạnh và trao đổi nhiệt giữa các thành phần.

Chọn nhiệt độ đầu của hỗn hợp là = 30 C tra bảng I.153 trang 171,172, [1] suy ra:

C A = 2210 (J/kg.độ) và C N = 4177,5 (J/kg.độ)

Nhiệt dung riêng của hỗn hợp đầu:

Vậy Q f = 1779,6 3587,25 30 = 191516103 (J/h) = 53,20 (Kw) c) Tính nhiệt lượng do hỗn hợp đầu mang ra

Trong đó: C F : nhiệt dung riêng của hỗn hợp khi đi ra (J/kg.độ)

Tra bảng I.153 trang 171,172, [1] ở 68,7 0 C, suy ra:

C A = 2333,28 (J/kg.độ) và C N = 4190 (J/kg.độ)

= ̅̅̅ +(1−̅̅̅ ) = 0,3.2333,28 + (1 − 0,3) 4190 = 3632,98 ( ộ độ bay hơi tương đối của hỗn hợp và độ nhớt của hỗn hợp lỏng, )

Vậy Q F = 1779,6 3632,98.68,7 = 444162758 (J/h)3,38 (kW) d) Tính lượng hơi đốt cần thiết để đun nóng dung dịch đầu đến nhiệt độ sôi

3.3.2 Cân bằng nhiệt lượng của tháp chưng cất

Theo Định luật bảo toàn năng lượng, tổng lượng nhiệt mang vào tháp bằng tổng lượng nhiệt mang ra khỏi tháp

Q F + Q D2 + Q R = Q y + Q W + Qxq 2 + Q ng2 (IX.156 trang 197, [2]) a) Tính nhiệt lượng do hỗn hợp đầu mang vào tháp

Q F = 444162758 (J/h). b) Tính nhiệt lượng do lượng lỏng hồi lưu mang vào tháp

Trong đó: GR = ̅ R : lượng lỏng hồi lưu về tháp

D, R lần lượt là lượng sản phẩm đỉnh, chỉ số hồi lưu

C R = C D :nhiệt dung riêng của sản phẩm đỉnh : t R = t D nhiệt độ của chất lỏng hồi lưu Ở nhiệt độ t D = 57,3 o C, tra bảng I.153 trang 171,172 [1] C N = 4188 ( J/Kg.độ) và C A 2296,2 ( J/Kg.độ)

= 2412,92 ( ộ) độ bay hơi tương đối của hỗn hợp và độ nhớt của hỗn hợp lỏng,

Trường ĐH Công Nghiệp Thực Phẩm TP.HCM Khoa Công nghệ Hóa học c) Tính nhiệt lượng do hơi mang ra ở đỉnh tháp

Nhiệt lượng riêng của hơi ở đỉnh tháp  D :

 = ̅̅̅  + (1 − ̅̅̅)  : là nhiệt lượng riêng của hơi ở đỉnh tháp (J/kg).

Trong đó:  ,  : lần lượt là nhiệt lượng riêng của acetone và nước ở đỉnh tháp (J/kg).

Tra bảng I.212 trang 254 và I.153 trang 171, 172 [1] ở t D = 57,3 o C, ta được: r N = 579,3 (KJ/kg) C N = 4188 (J/kg.độ) r A = 124,54 (KJ/kg) C A = 2296,2(J/kg.độ)

.( 1+ R). D = 532,19 (1+0,7297).157164 = 144674027 (J/kg) d) Tính nhiệt lượng do sản phẩm đáy mang ra khỏi tháp

QW = ̅̅̅̅ CW tW (IX.160, [2]) Trong đó: ̅̅̅̅ = 1247,44 (Kg/h) lượng sản phẩm đáy t W = 99,6 0 C nhiệt lượng sản phẩm đáy

Tra bảng I.153 trang 171, 172 [1] ở t W = 98,6 0 C ta được:

C N = 4227,2 (J/Kg.độ) và C A = 2430,5 (J/Kg.độ)

= ̅̅̅̅ + (1 − ̅̅̅̅ ) = 0,01.2430,5 + (1 − 0,01) 4227,2 = 4209,2 ( ộ độ bay hơi tương đối của hỗn hợp và độ nhớt của hỗn hợp lỏng, )

Vậy QW = ̅̅̅̅ CW tW = 1247,44.4209,2 98,6 = 517721430 (J/h)3,8 (kW) e) Tính nhiệt lượng do nước ngưng mang ra

Trong đó: G ng2 : lượng nước ngưng tụ (kg/h)

C 2 ,t 2 : nhiệt dung riêng và nhiệt độ của nước ngưng f) Tính lượng nhiệt tổn thất ra môi trường xung quanh

Lấy bằng 5% so với lượng nhiệt tiêu tốn ở đáy tháp

Q xq2 = 0,05.D 2 r 2 (J/h) (IX.162, [2]) g) Tính nhiệt lượng do hơi đốt mang vào tháp

Q D2 = D 2  2 = D 2 (r 2 + C 2 t 2 ) (IX.150, [2]) Trong đó: D 2 : lượng hơi đốt cần thiết để đun sôi dung dịch trong đáy tháp (kg/h).

 2 : hàm nhiệt của hơi đốt (J/kg). r 2 : ẩn nhiệt hoá hơi (J/h).

C 2 , t 2 : nhiệt dung riêng (J/kg.độ) và nhiệt độ ( 0 C) của nước ngưng.

Dùng hơi nước cung cấp ở áp suất 2 at Tra bảng I.148 trang 166, [1] ta được:

Chọn hơi đốt là hơi nước bão hòa: p*t, ta có: = 1 = 119.62 °

Nội suy từ bảng I.212 trang 254 [1],ta được:

Vậy lượng hơi đốt cần thiết để đun sôi dung dịch ở đáy tháp là:

3.3.3 Cân bằng nhiệt lượng của thiết bị truyền nhiệt

Trong hệ thống này ta chỉ ngưng tụ hồi lưu

Trong đó: r : ẩn nhiệt ngưng tụ

C N : Nhiệt dung riêng của nước ở nhiệt độ trung bình t 1 , t 2 :Nhiệt độ vào và ra của nước làm lạnh

Chọn nhiệt độ vào và ra của nước làm lạnh t 1 = 30 0 C, t 2 = 40 0 C

Tra bảng I.153 trang 172, [1] ở t = 35 0 C, ta được:

Nồng độ Acetone trong pha hơi:= 0,9648 →t D = 57,3 o C Ẩn nhiệt ngưng tụ ở nhiệt độ t D = 57,3 o C tra bảng I.212 trang 254, [1] ta được: r N = 2425413 (J/kg) và r A = 521424 (kJ/kg)

Vậy lượng nước lạnh tiêu tốn cần thiết là ̅

3.3.4 Cân bằng nhiệt lượng của thiết bị làm nguội sản phẩm đỉnh ̅ [r D + CD.(t ’ 1 – t ’ 2) = GN3.CN1.(t1 – t2) (IX.166, [1])

Nhiệt vào của sản phẩm: t ’ 1 = t D = 57,3 0 C

Chọn nhiệt độ ra của sản phẩm đỉnh: t ’ 2 = 35 0 C

Chọn nhiệt độ nước làm lạnh sản phẩm đỉnh: t 1 = 30 0 C

Chọn nhiệt độ nước ra: t 2 = 40 0 C ̅ 2+ 1 40+30 0

Tra bảng I.153 trang 171, 172 [1] ở 46,15 0 C ta được:

C N = 4179,6( J/Kg.độ) và C A = 2260 ( J/Kg.độ)

= ̅̅̅ + (1 − ̅̅̅ ) = 0,98.2260 + (1 − 0,98) 4179,6 = 2298,4 ( ộ độ bay hơi tương đối của hỗn hợp và độ nhớt của hỗn hợp lỏng, )

Vậy lượng nước làm lạnh cần dùng: ̅ ′

3.3.5 Cân bằng nhiệt lượng của nồi đun sản phẩm đáy

Q D3 + Q W3 = Q ’ W3 + Q ng + Q xq + Q D2 a) Tính nhiệt lượng do hơi đốt mang vào

Q D3 = D 3  3 = D 3 (r 3 + C 3 t 3 ) Trong đó: D 3 : lượng hơi đốt (kg/h) r 3 : ẩn nhiệt hoá hơi (kg/h)

C 3 , t 3 : nhiệt dung riêng và nhiệt độ của nước ngưng hàm nhiệt của hơi đốt (J/kg)

Chọn áp suất hơi đốt vào là 2at tra bảng I.148 trang 166 [2], ta được:

Chọn hơi đốt là hơi nước bão hòa: p = 2at, ta có: = 3 = 119.62 °

Nội suy từ bảng I.212 trang 254, [1],ta được:

3 = 526.247 (kcal/kg) = 526.247 × 4.1868 × 10 3 = 2203.29 × 10 3 (J/kg) b) Tính nhiệt lượng do sản phẩm đáy mang vào

QW = ̅̅̅̅ CW3 tW (IX.160, [2]) Trong đó: ̅̅̅̅ = 1247,44 (Kg/h) lượng sản phẩm đáy t W = 98,6 0 C nhiệt lượng sản phẩm đáy

Tra bảng I.153 trang 172, [1] ở 98,6 0 C ta được:C N = C w3 = 4227,2 ( J/Kg.độ)

Vậy Q W3 = ̅̅̅̅ C W t W 47,44.4227,2.98,6 = 519935387 (J/h) c) Tính nhiệt lượng do sản phẩm đáy mang ra

Chọn nhiệt độ nước ngưng ở 40 0 C

Q D2 = D 2 (r 3 + C 3 t 3 ) = 2833,08.(2203,29 + 4175.40) R7667120 (J/h) d) Tính nhiệt lượng do nước ngưng tụ mang ra

Q ng3 = G ng3 t 3 = D 3 C 3 t 3 e) Tính nhiệt lượng mất ra môi trường xung quanh

THIẾT BỊ CHÍNH

Đường kính tháp

Tra công thức IX.89,IX.90 trang 181, [2] ta được công thức sau:

V tb : lượng hơi trung bình đi trong tháp (m 3 /h)

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

: lượng hơi trung bình đi trong tháp (Kg/h)

Lượng hơi trung bình đi trong đoạn chưng và đoạn cất khác nhau Do đó, đường kính đoạn chưng và đoạn cất cũng khác nhau

4.1.1 Đường kính đoạn cất a) Lượng hơi trung bình đi trong tháp:

= độ bay hơi tương đối của hỗn hợp và độ nhớt của hỗn hợp lỏng,+

2 1 (kg/h) tra công thức IX.91 trang 181, [2]

Trong đó: g đ : lượng hơi ra khỏi đĩa trên cùng của tháp (kg/h) g l : lượng hơi đi vào đĩa dưới cùng của đoạn cất (kg/h) Xác định g đ : g đ = G D (R+1) tra IX.92 trang 181, [2]

Xác định g l : tra tài liệu IX.93,IX.94,IX.95 trang 182, [2] ta thu được hệ phương trình sau:

Độ bay hơi tương đối của hỗn hợp và độ nhớt của hỗn hợp lỏng là hai tính chất chủ chốt quyết định hiệu quả của các quá trình xử lý và chế biến Độ bay hơi tương đối cho biết sự khác biệt về khả năng bay hơi giữa các thành phần trong hỗn hợp, từ đó ảnh hưởng tới phân lập và tách chiết Độ nhớt của hỗn hợp lỏng thể hiện sự cản trở của dòng chảy, quyết định lưu lượng, điều kiện vận hành và thiết kế thiết bị Việc nắm bắt và tối ưu hai đặc tính này giúp tiết kiệm chi phí, giảm sự cố vận hành và nâng cao chất lượng sản phẩm trong các quy trình như chưng cất, trộn và chiết tách.

G1 là lượng lỏng ở đĩa thứ nhất của đoạn cất, R1 là ẩn nhiệt hoá hơi của hỗn hợp khi đi vào đĩa thứ nhất của đoạn cất, Rd là ẩn nhiệt hoá hơi của hỗn hợp khi ra ở đỉnh tháp Ba tham số này thể hiện quá trình trao đổi nhiệt trong hệ cất và ảnh hưởng trực tiếp tới hiệu suất tách, đồng thời cung cấp cơ sở để tối ưu thiết kế và vận hành tháp cất.

Ta có t 1 = t F = 68,7 o C, tra tài liệu tham khảo bảng I.212 trang 254, [1] ta có:

- Nhiệt hoá hơi của nước là: r N1 = 2387,7 KJ/kg

- Nhiệt hoá hơi của acetone là: r A1 = 509,1 KJ/kg

Ta có t D = 57,3 0 C, tra tài liệu tham khảo bảng I.212 trang 254, [1], ta có:

- Nhiệt hoá hơi của nước là: r Nd = 2425,6 KJ/kg

- Nhiệt hoá hơi của rượu là: r Ad = 521,4 KJ/kg

Giải hệ (*) trên ta được:{ 1 = 0,7572 ( ℎầ ])

Vậy: = độ bay hơi tương đối của hỗn hợp và độ nhớt của hỗn hợp lỏng,+ 1

2 2 ℎ b) Tốc độ trung bình đi trong tháp

Tốc độ giới hạn của hơi đi trong tháp với mâm xuyên lỗ có ống chảy truyền:

Trong đó, hai tham số chính được xem xét là độ bay hơi tương đối của hỗn hợp và độ nhớt của hỗn hợp lỏng Độ bay hơi tương đối cho biết khả năng các thành phần trong hỗn hợp bay hơi ở điều kiện vận hành, từ đó xác định hiệu quả của quá trình cất hoặc tách thành phần Độ nhớt của hỗn hợp lỏng ảnh hưởng đến quá trình vận hành hệ thống như lưu lượng, áp suất và lực cản chảy, qua đó tác động đến thiết kế thiết bị và tiêu thụ năng lượng Việc phân tích đồng thời hai tham số này giúp tối ưu hóa quy trình xử lý, nâng cao hiệu suất tách, giảm thiểu tiêu hao năng lượng và cải thiện chất lượng sản phẩm cuối cùng.

Với: + Nồng độ phần mol trung bình: = 1+ = 0,7572+0,9648

+ Nhiệt độ trung bình đoạn cất: = + =

Nồng độ phần mol trung bình: = + = 0,1174+0,9383

Ta có: x tb = 0,5279 suy ra t tb = 63 0 C, tra bảng I.2 trang 9, [1], ta thu được:

 Khối lượng riêng của nước: = 981,35 ( 3 )

 Khối lượng riêng của rượu: = 741,95 ( 3 ) ̅̅̅̅̅ 1− ̅̅̅̅̅ −1 0,7828 1−0,7828 −1

Vậy: ℎ = 0,05 √ 783,46 1,9021 = 1,015 ( ) Để tránh tạo bọt ta chọn tốc độ hơi trung bình trong tháp:

Vậy đường kính đoạn cất: ấ = 0,0188 √ 1,9021.0,812 801,65 = 0,43 ( )

4.1.2 Đường kính đoạn chưng: a) Lượng hơi trung bình đi trong tháp: ′

= 2 1 (kg/h) tra công thức IX.91 trang 182, [2]

: lượng hơi ra khỏi đoạn chưng (kg/h)

1 ′ : lượng hơi đi vào đoạn chưng (kg/h)

Xác định 1 ′ : tra tài liệu IX.98,IX.99,IX.100 trang 182, [2] ta thu được hệ phương trình sau:

: lượng lỏng ở đĩa thứ nhất của đoạn chưng

1 ′ : ẩn nhiệt hoá hơi của hỗn hợp đi vào đĩa thứ nhất của đoạn chưng

Ta có: x W = 0,0031 , tra đồ thị cân bằng của hệ ta được y W = 0,0374

Ta có 1 ′ = tW = 98,6 o C, tra tài liệu tham khảo bảng I.212 trang 254, [1] ta có:

- Nhiệt hoá hơi của nước là: 1 ′ = 2262,55 KJ/kg

- Nhiệt hoá hơi của rượu là: 1 ′

Giải hệ (**) trên ta được: 1 ′ = 9,75 10 −3 ( ℎầ )

2 2 ℎ b) Tốc độ trung bình đi trong tháp

Tốc độ giới hạn của hơi đi trong tháp với mâm xuyên lỗ có ống chảy truyền:

Trong đó, hệ số h′ biểu diễn độ bay hơi tương đối của hỗn hợp so với hỗn hợp tham chiếu và độ nhớt của hỗn hợp lỏng cho biết khả năng chảy của chất lỏng trong quá trình xử lý Độ bay hơi tương đối của hỗn hợp và độ nhớt của hỗn hợp lỏng là hai đặc tính quan trọng để dự báo hành vi của hỗn hợp trong các chu trình công nghệ như chưng luyện, cô đặc và pha trộn, từ đó hỗ trợ tối ưu thiết kế và vận hành hệ thống.

Với: + Nồng độ phần mol trung bình: ′ =

+ Nhiệt độ trung bình đoạn chưng: ′ =

Nồng độ phần mol trung bình: ′ =

= 83,65 0 C, tra bảng I.2 trang 9, [1], ta thu được:

- Khối lượng riêng của nước: ′ = 969,45 ( 3 )

- Khối lượng riêng của rượu: ′ = 714,26 ( 3 )

TIEU LUAN MOI download : skknchat123@gmail.com ̅̅̅̅̅

Vậy: ℎ = 0,05 √ 1,1380 962,49 = 1,4541 ( ) Để tránh tạo bọt ta chọn tốc độ hơi trung bình trong tháp:

Vậy đường kính đoạn chưng: ℎư = 0,0188√ 1,1380.1,1633 491,48 = 0,36 ( )

Kết luận: hai đường kính đoạn cất và chưng không chênh lệch nhau quá lớn nên ta chọn đường kính của toàn tháp là D t = 0,5 (m).

Khi đó tốc độ làm việc thực ở:

Chiều cao tháp chưng cất

Tra tài liệu IX.54 trang 169, [2] ta có công thức tính chiều cao toàn tháp là:

Trong đó: H tháp : chiều cao của tháp (m)

N tt : số mâm thực tế h mâm : khoảng cách giữa các mâm (m)

0,8 ÷ 1 : khoảng cách cho phép ở đỉnh và đáy thiết bị (m)

Tra bảng IX.4a trang 169, [2] chọn giá trị h mâm = 0,2 (m), chọn = 0,004 ( )

Chọn đáy (nắp) tiêu chuần có:

Vậy chiều cao đáy (nắp): độ bay hơi tương đối của hỗn hợp và độ nhớt của hỗn hợp lỏng, á ( ắ ) = ℎ + ℎ ờ = 0,125 + 0,025 = 0,15 ( )

Kết luận: chiều cao toàn tháp là: H = H tháp + 2.H đáy (nắp) = 4,5 + 2.0,15= 4,8 (m)

Mâm lỗ - trở lực của mâm

Chọn tháp mâm xuyên lỗ có ống chảy truyền:

- Tiết diện tự do bằng 8% diện tích mâm

- Chiều cao gờ chảy tràn : h gờ = 25 mm = 0,025 (m)

- Diện tích của 2 bán nguyệt bằng 20% diện tích mâm

- Lỗ bố trí theo hình lục giác đều

- Khoảng cách giữa 2 tâm lỗ bằng 12 mm

- Bề dày mâm bằng 4 mm

- Mâm được làm bằng thép không rỉ

Gọi a là số hình lục giác

Tra công thức V.139 trang 49, [2] ta có: n = 3a.(a – 1) + 1 (***)

Giải phương trình (***) ta thu được: a = 21

Số lỗ trên đường chéo: b = 2a – 1 = 41 lỗ

4.3.2 Trở lực của đĩa khô

∆ = ′2 tra tài liệu IX.140 trang 194, [2]

Trong đó: ′ : tốc độ hơi qua lỗ (m/s) 2

: khối lượng riêng trung bình của pha khí (hơi) (kg/m 3 )

: hệ số trở lực - = 1,82 (diện tích lỗ từ 7% - 10% diện tích tháp)

- = 1,45 (diện tích lỗ từ 15% - 20% diện tích tháp)

Vận tốc hơi qua lỗ: ′ = ấ

Vận tốc hơi qua lỗ: ′ =

4.3.3 Trở lực do sức căng bề mặt

Do đĩa có đường kính lỗ lớn hơn 1mm nên ta áp dụng công thức IX.142 trang 194, [2] 4 Δ = 1,3 ỗ + 0,08 ỗ 2

Tại nhiệt độ trung bình của pha lỏng trong phần luyện là T = 68,7 o C tra tài liệu I.242 và I.249 trang 300 và 311, [1] thu được:

- Sức căng bề mặt của nước := 0,0646 ( )

- Sức căng bề mặt của acetone := 0,0176( ) Áp dụng công thức I.76 trang 299, [1] ta có:

Tại nhiệt độ trung bình của pha lỏng trong phần luyện là T ,6 0 tra tài liệu I.242 và

- Sức căng bề mặt của nước := 0,0591 ( )

- Sức căng bề mặt của rượu : = 0,014( ) Áp dụng công thức I.76 trang 299, [1] ta có:

4.3.4 Trở lực thuỷ tỉnh do chất lỏng trên đĩa tạo ra Áp dụng công thức IX.143 trang 194, [2] :

−h c : chiều cao ống chảy chuyền nhô lên trên đĩa (chiều cao cửa chảy tràn) (m)

− : khối lượng riêng của chất lỏng

− = 0,5 : tỉ số giữa khối lượng riêng chất lỏng bọt và khối lượng riêng chất lỏng

 Tính chiều cao ống chảy truyền h ℎ : Chiều cao ống chảy chuyền lên trên đĩa: (m) c :

- Chiều cao mức chất lỏng trên mâm:ℎ 1 = 0.015 ÷ 0.04 ( ):

- Khoảng cách từ địa đến chân ống chảy chuyền = 0,25 (IX.218 trang 237, [2])

- Chiều cao mức chất lỏng bên trên ống chảy chuyền: (m)

Trong đó: V : thể tích chất lỏng chảy qua (m 3 /h)

: đường kính ống chảy chuyền (m)

- Bề dày ống chảy chuyền, thường lấy = 0.002 ÷ 0.004 ( ) → Chọn = 0.004 ( )

- Đường kính ống chảy chuyền:

- Lưu lượng lỏng trung bình đi trong tháp:

- Khối lượng riêng của chất lỏng:

- Tốc độ chất lỏng trong ống chảy chuyền thường= 0.1 ÷ 0.2 ( / );

- Thể tích chất lỏng chảy qua:

- Chiều cao ống chảy chuyền lên trên đĩa:

- Chiều cao lớp chất lỏng trên ống chảy : ∆= ∆ℎ = 8,5 10 −3 ( )

- Chiều cao lớp chất lỏng không lẫn bọt trên đĩa: ℎ = 0,015 ( )

- Khối lượng riêng của bọt:

- Diện tích phần bố chí ống chảy chuyền: = ạ −

- Diện tích tam giác OAB: (O là Tâm đĩa)

- Đường kính ống chảy chuyền:

- Lưu lượng lỏng trung bình đi trong tháp:

- Khối lượng riêng của chất lỏng:

- Tốc độ chất lỏng trong ống chảy chuyền, thường= 0.1 ÷ 0.2 ( / );

- Thể tích chất lỏng chảy qua

- Chiều cao ống chảy chuyền lên trên đĩa:

- Chiều cao lớp chất lỏng trên ống chảy : ∆′ = ∆′ = ,( )

- Chiều cao lớp chất lỏng không lẫn bọt trên đĩa: ℎ = 0.015 ( )

- Khối lượng riêng của bọt:

- Chiều cao ống chảy chuyền : chọn khoảng cách từ ống chảy chuyền với mâm dưới là 0.02 (m), ta có:

 Tính chiều cao của gờ chảy tràn:

Hình 4 1 Mâm và gờ chảy tràn

Dùng phép lặp: suy ra = 1,627= 93,23°

Nồng độ mol trung bình của phần cất: = + = 0,1174+0,9383

Khối lượng mol trung bình của phần cất: = 58 + (1 − ) 18

Suất lượng thể tích của pha lỏng trong phần cất là:

Tra bảng thu được các thông số:

Nồng độ mol trung bình của phần cất: = + = 0,1174+0,0031

Khối lượng mol trung bình của phần cất: = 58 + (1 − ) 18

Suất lượng thể tích của pha lỏng trong phần cất là:

Tra bảng thu được các thông số:

4.3.5 Tổng trở thuỷ lực của tháp

4.3.6 Kiểm tra hoạt động của mâm a) Kiểm tra lại khoảng cách mâm h mâm = 0,2 m đảm bảo cho điều kiện hoạt động bình thường của tháp

Với các mâm trong phần chưng trở lực thuỷ lực quá 1 mâm lớn hơn trở lực thuỷ lực của mâm trong phần cất:

Kết luận : Điều kiện trên được thoả b) Kiểm tra tính đồng nhất của hoạt động mâm

Từ công thức trang 70 sách truyền khối, ta có vận tốc tối thiếu qua lỗ của pha hơi V min đủ để cho các lỗ trên mâm đều hoạt động:

Kết luận: Các lỗ trên mâm hoạt động bình thường

Kết luận : Tổng trở lực thuỷ lực của tháp Δ =

TÍNH CƠ KHÍ

Bề dày tháp

Vì tháp hoạt động ở áp suất thường nên thiết kế tháp hình trụ bằng phương pháp hàn hồ quang điện, sử dụng hàn giáp mối hai bên Thân tháp được ghép với nhau bằng các mối ghép bích để đảm bảo liên kết chắc chắn và tính toàn vẹn của kết cấu.

- Để đảm bảo chất lượng của sản phẩm ta chọn thiết bị thân tháp là thép không gỉ mã

 Các thông số cần tra và chọn phục vụ cho tính toán:

- Nhiệt độ tính toán: t = t max = 100 0 C

- Áp suất tính toán : Vì tháp hoạt động ở áp suất thường nên: = ℎ ỷ ĩ ℎ + Δ

- Khối lượng riêng trung bình của pha lỏng trong toàn tháp:

Hệ số bổ sung cho ăn mòn hóa học của môi trường được xác định dựa trên tính chất ăn mòn của môi trường và thời gian sử dụng thiết bị kéo dài 20 năm Do môi trường có tính ăn mòn cao, tốc độ ăn mòn của acetone được chọn là 0,1 mm/năm để phản ánh đúng mức độ ăn mòn dự kiến và đảm bảo độ bền, an toàn và hiệu suất của hệ thống suốt vòng đời vận hành.

- Ứng suất cho phép tiêu chuẩn:

Vì thiết bị không bọc lớp cách nhiệt nên = 1

- Hệ số bền mối hàn

Vì sử dụng phương pháp hàn hồ quang điện, kiểu hàn giáp nối 2 phía:

Nên tra tài liệu XIII.8 trang 362, [2] ta có ℎ = 1,0  Tính bề dày:

tài liệu XIII.8, XIII.9 trang 360, [2]

Ta có: [ ] = 142 1 = 3114,04 ≥ 50 suy ra có thể bỏ qua p ở mẫu số (1) trang

→ Bề dày thực của thân: S = S ’ + C

- C: hệ số bổ sung bề dày

- C b : hệ số bổ sung do bào mòn hoá học, C b = 0 (mm)

- C c : hệ số bổ sung do sai lệch khi chế tạo, C c = 0 (mm)

- C o : hệ số quy tròn, C o = 0,179 (mm)

→ Bề dày thực của thân: S = 0,08 + 4,92= 5 (mm)

 Kiểm tra độ bền Điều kiện: − ≤ 0,1 → 5−4 = 2 10−3 < 0,1 (thoả điều kiện)

- Chọn đáy và nắp có dạn hình elip tiêu chuẩn có gờ, làm bằng thép X18H10T

- Chọn bề dày đáy và nắp bằng với bề dày thân tháp S = 5 mm

Vì đáy và nắp có hình elip tiêu chuẩn với

Suy ra: điều kiện trên được thoả như đã kiểm tra ờ phần thân tháp

 Kích thước của đáy và nắp

- Chiều cao gờ: h gờ = 25 mm

- Diện tích bề mặt trong: Sbề mặt trong = 0,44 m 2 bảng XIII.10 trang 382, [2]

Bề dày mâm

5.2.1 Các thông số cần tra và chọn phục vụ cho quá trình tính toán

- Nhiệt độ tính toán: t = t max = 100 0 C

- Chọn bề dày gờ chảy tràn là 3 mm

- Thể tích gờ chảy tràn: = ờ ℎ ờ 0,003 = 0,3636.0,025.0,003 = 2,73 10 −5 ( 3 )

- Khối lượng riêng của thép X18H10T là: 18 10 = 7900 ( 3 )

- Khối lượng gờ chảy tràn: = 18 10 = 2,73 10 −5 7900 = 0,216( )

- Áp suất do gờ chảy tràn tác dụng lên mâm tròn: = 2 = 0,216.9,81 2 = 10,79 ( ) ờ

 Khối lượng riêng của chất lỏng tại đáy tháp

Ta có: x w = 0,01 suy ra t w = 98,6 0 C bảng I2 trang 9, [1] suy ra:

 Khối lượng riêng của nước: = 958,98 / 3

 Khối lượng riêng của rượu: = 694,82 / 3 Áp dụng công thức I.2 trang 5, [1] ta có:

Ở thiết kế, hệ số bổ sung do ăn mòn hóa học của môi trường được xác định dựa trên mức độ ăn mòn dự kiến và thời gian vận hành thiết bị Với môi trường có tính ăn mòn và thời gian sử dụng thiết bị là 20 năm, tốc độ ăn mòn được giả định là 0,1 mm/năm nên C_a = 2 mm Việc xác định C_a giúp đảm bảo độ dày sau ăn mòn và đạt được mục tiêu về an toàn và tuổi thọ thiết bị, đồng thời làm nền tảng cho lựa chọn vật liệu và lớp bảo vệ phù hợp trong thiết kế và vận hành.

- Ứng suất cho phép tiêu chuẩn: Vì vật liệu là X18H10T → [ ] ∗ = 142 ( 2 )

- Hệ số hiệu chỉnh:Vì thiết bị không bọc lớp cách nhiệt nên = 1

-Ứng suất cực đại ở vòng chu vi

+ Đối với bản tròn đặc ngầm kẹp chặt theo chu vi: = 3 16 ( ) 2

+ Đối với bản có đục lỗ: = = ( ) ≤ [ ]

- Kiểm tra điều kiện bền:

+ Độ vòng cực đại ở tâm: =

+ Đối với bản có lỗ đục: = = ớ = ỗ 64 12.(1− 2 )

- Để đảm bảo điều kiện bền thì: ỗ < 1 2 → ỗ < 1 ỗ =

Kết luận: bề dày S đã chọn thoả độ bền

Bích ghép thân đáy và nắp

Hình 5 2 Bích ghép thân đáy và nắp

- Chọn bích được ghép thân, đáy và nắp làm bằng thép X18H10T, cấu tạo của bích là bích liền không cổ.

- Tra bảng XIII.27 trang 418, [2] với = ∅ = 500 và áp suất tính toán P 0,0456

Chân đỡ tháp

Bảng 5 1 Kích thước bích ghép thân đáy và nắp

Dựa theo bảng IX.5 trang 170, khoảng cách giữa hai mặt bích được suy ra là 1000 mm và số mâm giữa hai mặt bích là 3 Độ kín của mối ghép bích phụ thuộc chủ yếu vào vật liệu đệm Vì vậy, để đảm bảo độ kín cho thiết bị, ta chọn đệm là dây amiăng với bề dày 3 mm.

Số mặt bích cần dùng để ghép là 18 3 + 1 = 7 bích 5.4 Chân đỡ tháp

5.4.1 Tính trọng lượng toàn tháp

Tra sổ tay XII.7 trang 313, [2] ta có khối lượng riêng của tháp X18H10T là 18 10 =

- Khối lượng của một bích ghép thân

- Khối lượng của một mâm

- Khối lượng của thân tháp

Khối lượng đáy (nắp) tháp liên quan đến đặc tính của hỗn hợp lỏng, bao gồm độ bay hơi tương đối và độ nhớt Độ bay hơi tương đối của hỗn hợp là 0,31 và độ nhớt của hỗn hợp lỏng là 0,0025 Pa·s; khi nhân với hệ số 7.900, kết quả là 6,1225 Tính toán này cho thấy mối liên hệ giữa khối lượng đáy tháp, đặc tính bay hơi và độ nhớt trong quá trình tách và thiết kế tháp.

- Khối lượng của toàn tháp

= 9 í ℎ ℎé ℎâ + 18 â + ℎâ + 2 độ bay hơi tương đối của hỗn hợp và độ nhớt của hỗn hợp lỏng, á

- Chọn chân đỡ: tháp được đỡ trên bốn chân

- Vật liệu làm chân đỡ tháp là thép X18H10T

- Tải trọng cho phép trên một chân là: = 4 = 4 = 1265

- Để đảm bảo độ an toàn cho thiết bị ta chọn G C = 2500 N

Tra bảng XIII.35 trang 437, [2] ta thu được bảng số liệu sau:

Bảng 5 2 Kích thước chân đỡ tháp

Tai treo tháp

- Chọn tai treo: tai treo được gắn trên thân tháp để giữ cho tháp khỏi bị dao động trong điều kiện ngoại cảnh

- Chọn vật liệu làm tai treo là thép X18H10T Ta chọn bốn tai treo tải trọng cho phép trên 1 tai treo là: G t = G C = 1000 N

- Tra bảng XIII.36, trang 438, [2] ta thu được các thông số sau:

Bảng 5 3 Kích thước tai treo tháp

- Khối lượng một tai treo là: m tay treo = 0,53 kg

Cửa nối ống dẫn với thiết bị - bích nối các bộ phận của thiết bị với ống dẫn

- Ống dẫn thường được nối với thiết bị bằng mối ghép tháo được hoặc không tháo được.

Trong thiết bị này, ta sử dụng mối ghép tháo được.

- Đối với mối ghép tháo được, người ta làm đoạn ống nối, đó là đoạn ống ngắn có mặt bích hay ren để nối với ống dẫn

- Loại có mặt bích thường dùng với ống có đường kính d > 10 mm

- Loại ren chủ yếu dùng với ống có đường kính ≤ 10, đôi khi có thể dùng với

- Ống dẫn được làm bằng thép CT3

- Bích được làm bằng thép X18H10T, cấu tạo của bích là bích liền không cổ

Ta có:̅̅̅ = 0,3 suy ra t F = 68,7 0 C bảng I2 trang 9, [1] suy ra:

- Khối lượng riêng của nước: = 978,22 3

- Khối lượng riêng của rượu:= 734,26 / 3 Áp dụng công thức I.2 trang 5, [1] ta có:

- Chọn loại ống nối cắm sâu vào thiết bị

- Chọn vận tốc chất lỏng trong ống nối là v F = 0,4 m/s (tra bảng II.2 trang 370, [1])

- Đường kính của ống nối: (II.36, [1])

Suy ra chọn ống có đường kính: ố = 40

Tra bảng XIII.26 trang 419, [2] với ố ℎậ ệ = 40 và áp suất tính toán P = 0,0456 N/mm 2

Bảng 5 4 Kích thước ống nhập liệu

- Nồng độ trung bình của pha hơi ở đỉnh tháp:

Ta có x D = 0,9383 suy ra t D = 57,3 0 C và y D = 0,9648

- Khối lượng mol trung bình của pha hơi trong phần cất

- Khối lượng riêng trung bình của pha hơi trong phần cất là:

- Chọn vận tốc hơi ra khỏi đỉnh tháp là v HD = 20 m/s

- Đường kính trong của ống nối: ố ℎơ ở ỉ ℎ ℎá độ bay hơi tương đối của hỗn hợp và độ nhớt của hỗn hợp lỏng, = √

Suy ra chọn đường kính ống nối là: D y = 70 mm

Tra bảng XIII.32 trang 434, [2] suy ra chiều dài đoạn ống nối là: l = 110 mm

Bảng 5 5 Kích thước ống hơi ở đỉnh tháp (bảng XIII.26, trang 409,2)

Ta có: x D = 0,9383 suy ra t w = 57,3 0 C bảng I2 trang 9, [1] suy ra:

- Khối lượng riêng của nước:= 984,215 / 3

GVHD: TS Trần Lưu Dũng 40 Áp dụng công thức I.2 trang 6, [1] ta có:

- Chọn vận tốc chất lỏng hoàn lưu là v hl = 0,2 m/s (tự chảy từ bộ phận tách lỏng ngưng tụ vào tháp).

- Đường kính trong của ống nối ố ℎ à ư = √

Tra bảng XIII.26, trang 419, [2] với P = 0,0456 N/mm 2 ta thu được bảng số liệu sau:

Bảng 5 6 Kích thước ống hoàn lưu

- Nồng độ trung bình của pha hơi ở đỉnh tháp:

Ta có x W = 0,0031 suy ra t w = 98,6 0 C và y w = 0,0374

- Khối lượng mol trung bình của pha hơi trong phần cất

- Khối lượng riêng trung bình của pha hơi trong phần cất là:

- Chọn vận tốc hơi ra khỏi đỉnh tháp là v HW = 20 m/s

- Dường kính trong của ống nối

TIEU LUAN MOI download : skknchat123@gmail.com ố ℎơ ở á ℎá độ bay hơi tương đối của hỗn hợp và độ nhớt của hỗn hợp lỏng, = √

Tra bảng XIII.32 trang 436, [2] suy ra chiều dài đoạn ống nối là: l = 120 mm

Bảng 5 7 Kích thước ống hơi ở đáy tháp

5.6.5 Ống dẫn lỏng ra khỏi đáy tháp

Ta có: x W = 0,0031 suy ra t w = 98,6 0 C bảng I2 trang 10, [1] suy ra:

- Khối lượng riêng của nước:= 958,98 / 3

- Khối lượng riêng của rượu: = 694,82 3 Áp dụng công thức I.2 trang 6, [1] ta có:

- Chọn vận tốc chất lỏng trong ống nối là v LW = 0,2 m/s

- Đường kính trong của ống nối ố ℎ à ư = √

Bảng 5 8 Kích thước ống dẫn lỏng ra khỏi đáy tháp

Kính quan sát

Chọn đường kính trong của kính quan sát là D tr = 100 mm ta có các thông số sau:

- Đường kính ngoài D ng = 180 mm

- Số bulông gắp kính với tháp z = 16

- Khoảng cách giữa hai bulông là h = 160 mm

TÍNH TOÁN VÀ LỰA CHỌN THIẾT BỊ PHỤ

Định dạng
Số trang	122
Dung lượng	621,42 KB