Đồ án thiết kế hệ thống và thiết bị nhiệt đề tài thiết kế hệ thống chưng cất etylic nước với năng suất 800lh

TRƯỜNG CƠ KHÍ – ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI KHOA NĂNG LƯỢNG NHIỆT ĐỒ ÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG VÀ THIẾT BỊ NHIỆT Đề tài THIẾT KẾ HỆ THỐNG CHƯNG CẤT ETYLIC NƯỚC VỚI NĂNG SUẤT 800L/H MỤC LỤC CHƯƠNG I TỔNG QUAN[.]

1.1 TRƯỜNG CƠ KHÍ – ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

KHOA NĂNG LƯỢNG NHIỆT

ĐỒ ÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG VÀ

THIẾT BỊ NHIỆT

NĂNG SUẤT 800L/H

MỤC LỤC

CHƯƠNG I TỔNG QUAN 6

1.1 RƯỢU ETYLIC 6

1.1.1 Khái niệm 6

1.1.2 Thông số nhiệt vật lí của rượu ethylic 6

1.1.3 Ứng dụng của rượu ethylic 6

1.2 CÔNG NGHỆ CHƯNG CẤT RƯỢU ETYLIC 6

CHƯƠNG II CÂN BẰNG VẬT CHẤT 9

2.1 CÁC THÔNG SỐ ĐẦU VÀO 9

2.2 XÁC ĐỊNH LƯỢNG SẢN PHẨM ĐỈNH VÀ SẢN PHẨM ĐÁY 9

2.3 XÁC ĐỊNH TỈ SỐ HOÀN LƯU THÍCH HỢP 10

2.4 PHƯƠNG TRÌNH ĐƯỜNG LÀM VIỆC 10

2.5 XÁC ĐỊNH SỐ MÂM LÝ THUYẾT SỐ MÂM THỰC TẾ 10

2.5.1 Số mâm lý thuyết 10

2.5.2 Số mâm thực tế 11

CHƯƠNG III TÍNH TOÁN – THIẾT KẾ THÁP CHƯNG CẤT 14

3.1 ĐƯỜNG KÍNH THÁP (D t ) 14

3.1.1 Đường kính đoạn cất 14

3.1.2 Đường kính đoạn chưng 16

3.2 MÂM LỖ - TRỞ LỰC CỦA MÂM: 18

3.2.1 Cấu tạo mâm lỗ 18

3.2.2 Độ giảm áp của pha khí qua một mâm 19

3.2.3 Kiểm tra ngập lụt khi tháp hoạt động: 22

3.3 TÍNH TOÁN CƠ KHÍ CỦA THÁP 23

3.3.1 Bề dày thân tháp: 23

3.3.2 Đáy và nắp thiết bị: 25

3.3.3 Bích ghép thân, đáy, nắp: 25

3.3.4 Đường kính các ống dẫn – Bích ghép các ống dẫn: 26

CHƯƠNG IV: TÍNH TOÁN THIẾT BỊ TRUYỀN NHIỆT-THIẾT BỊ PHỤ 30

4.1 CÁC THIẾT BỊ TRUYỀN NHIỆT: 30

4.1.1 Thiết bị ngưng tụ sản phẩm đỉnh: 32

4.1.2 Thiết bị làm nguội sản phẩm đỉnh: 36

4.1.3 Nồi đun gia nhiệt sản phẩm đáy 40

4.1.4 Thiết bị trao đổi nhiệt giữa nhập liệu và sản phẩm đáy: 43

4.1.5 Thiết bị gia nhiệt nhập liệu 48

4.2 TÍNH TOÁN BƠM NHẬP LIỆU: 53

4.2.1 Tính bồn cao vị 53

4.2.2 Chọn bơm: 56

TÀI LIỆU THAM KHẢO 57

CHƯƠNG I TỔNG QUAN

1.2 RƯỢU ETYLIC 1.2.1 Khái niệm

Rượu ethylic (hay còn gọi là ethanol, alcohol ethylic, rượu ngũ cốc hay cồnthực phẩm) là một chất lỏng, không màu, trong suốt, mùi thơm dễ chịu và đặc trưng, vị cay, tan trong nước vô hạn

Rượu ethylic có công thức hóa học là C2H5OH Nó có khả năng hút ẩm, dễ cháy, khi cháy không có khói và ngọn lửa có màu xanh da trời

1.2.2 Thông số nhiệt vật lí của rượu ethylic

 Nhiệt độ sôi ở 760mmHg: 78,3oC

 Khối lượng riêng 𝜌 = 967,45 kg/m3

 Nhiệt dung riêng 0,548 KJ/kg.độ (ở 20oC) và 0,769 KJ/kg.độ (ở 60oC)

1.2.3 Ứng dụng của rượu ethylic

 Là nguyên liệu để sản xuất dược phẩm, rượu bia, cao su tổng hợp, axit axetic

 Dùng làm dung môi để pha chế vecni, nước hoa

 Ngoài ra etanol (rượu etylic) còn có thể sử dụng như là nhiên liệu cồn (thường được trộn lẫn với xăng) và trong hàng loạt các quy trình công nghiệp khác Etanol(rượu etylic) cũng còn có thể dùng trong các sản phẩm chống đông lạnh vì điểm đóng băng thấp của nó

 Dung dịch chứa 70% etanol (rượu etylic) dùng làm tẩy uế Các gel vệ sinh kháng khuẩn phổ biến nhất ở nồng độ 62% Khử trùng rất tốt khi sử dụng etanol ở dung dịch khoảng 70%, nồng độ cao hơn hay thấp hơn lại có khả năng kháng khuẩn kém hơn Etanol giết chết các sinh vật chủ yếu bằng cách biến tính protein của chúng và hòa tan lipit của chúng Ngoài ra, etanol (rượu etylic) còn có hiệu quả trong việc chống lại các loại vi khuẩn và nấm cùng với nhiều loại virus nhưng lại kém hiệu quả trong việc chống lại các bào tử vi khuẩn

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

760mmHg, nhiệt độ sôi của nước là 100oC ở 760mmHg Nhiệt độ sôi của 2 chât cách biệt khá xa nên để thu etanol có độ tinh khiết cao từ hỗn hợp etanol – nước ta

sử dụng phương pháp chưng cất

* Sơ đồ qui trình công nghệ chưng cất hệ Etanol – nước:

Hình 1 Sơ đồ qui trình công nghệ chưng cất hệ Etanol – nước

12 Nồi đun.

13 Thiết bị trao đổi nhiệt với sản phẩm đáy

14 Thiết bị gia nhiệt nhập liệu

Hỗn hợp etanol – nước có nồng độ etanol 15% với nhiệt độ đầu vào 250C tại bìnhchứa nguyên liệu (1) được bơm (2) bơm lên bồn cao vị (3) Từ đó được đưa đến thiết bịtrao đổi nhiệt (13) ( trao đổi nhiệt với sản phẩm đáy ) Sau đó, hỗn hợp được đun sôiđến nhiệt độ sôi trong thiết bị gia nhiệt (14), hỗn hợp được đưa vào tháp chưng cất (7) ởđĩa nhập liệu Trên đĩa nhập liệu, chất lỏng được trộn với phần lỏng từ đoạn cất củatháp chảy xuống Trong tháp, hơi đi từ dưới lên gặp chất lỏng từ trên xuống Ở đây, có

sự tiếp xúc và trao đổi cân bằng giữa hai pha với nhau Pha lỏng chuyển động trongphần chưng càng xuống dưới càng giảm nồng độ các cấu tử dễ bay hơi vì đã bị pha hơitạo nên từ nồi đun (12) lôi cuốn cấu tử dễ bay hơi Nhiệt độ càng lên trên càng thấp, nênkhi hơi đi qua các đĩa từ dưới lên thì cấu tử có nhiệt độ sôi cao là nước sẽ ngưng tụ lại,cuối cùng trên đỉnh tháp ta thu được hỗn hợp có cấu tử etanol chiếm nhiều nhất (cónồng độ 85% phân mol) Hơi này đi vào thiết bị ngưng tụ (8) và được ngưng tụ mộtphần (chỉ ngưng tụ hồi lưu) Một phần chất lỏng ngưng tụ đi qua thiết bị làm nguội sảnphẩm đỉnh (10), được làm nguội rồi được đưa qua bồn chứa sản phẩm đỉnh (11) Phầncòn lại của chất lỏng ngưng tụ đựơc hoàn lưu về tháp ở đĩa trên cùng với tỉ số hoàn lưutối ưu Một phần cấu tử có nhiệt độ sôi thấp được bốc hơi, còn lại cấu tử có nhiệt độ sôicao trong chất lỏng ngày càng tăng Cuối cùng, ở đáy tháp ta thu được hỗn hợp lỏnghầu hết là các cấu tử khó bay hơi (nước) Hỗn hợp lỏng ở đáy có nồng độ etanol là 0,19

% phân mol, còn lại là nước Dung dịch lỏng đáy đi ra khỏi tháp vào nồi đun (12).Trong nồi đun dung dịch lỏng một phần sẽ bốc hơi cung cấp lại cho tháp để tiếp tục làmviệc, phần còn lại ra khỏi nồi đun được trao đổi nhiệt với dòng nhập liệu trong thiết bị(13) (sau khi qua bồn cao vị)

Hệ thống làm việc liên tục cho ra sản phẩm đỉnh là etanol, sản phẩm đáy sau khitrao đổi nhiệt với nhập liệu có nhiệt độ là 600C được thải bỏ

CHƯƠNG II CÂN BẰNG VẬT CHẤT

1.4 2.1 CÁC THÔNG SỐ ĐẦU VÀO

 Năng suất sản phẩm đỉnh thu được: VD = 800 l/h = 0,8 m3/h

 Nồng độ nhập liệu: xF = 15% mol etanol

 Nồng độ sản phẩm đỉnh: xD = 85% mol etanol

 Nồng độ sản phẩm đáy: xW = 0,19% mol etanol

 Nhiệt độ nhập liệu: t F ' = 25oC

 Nhiệt độ sản phẩm đỉnh sau khi làm nguội: 35oC

 Nhiệt độ sản phẩm đáy sau khi trao đổi nhiệt 60oC

 Khối lượng phân tử của rượu và nước: Mr = 46 (Kg/kmol), MN = 18 (Kg/kmol)

1.5 2.2 XÁC ĐỊNH LƯỢNG SẢN PHẨM ĐỈNH VÀ SẢN PHẨM ĐÁY

 Cân bằng vật chất cho toàn tháp: F = D + W

 Cân bằng cấu tử etanol: F.xF = D.xD + W.xW

 Phân mol nhập liệu: xF = 0,15 (mol etanol)

x F = 46.x F

46 x F +(1−x F).18=31% (theo khối lượng)

 Khối lượng phân tử trung bình dòng nhập liệu:

MF = 46 x F  (1  x F ).18 = 46.0,15  (1 0,15).18

= 22,2 (Kg/Kmol)

 Phân mol sản phẩm đỉnh: xD = 0,85 (mol etanol)

 Khối lượng phân tử trung bình dòng sản phẩm đỉnh:

 Phân mol sản phẩm đáy: xW = 0,19% (mol etanol)

 Khối lượng phân tử trung bình dòng sản phẩm đáy:

1.6 2.3 XÁC ĐỊNH TỈ SỐ HOÀN LƯU THÍCH HỢP

 Tỉ số hoàn lưu tối thiểu

Tỉ số hoàn lưu tối thiểu là chế độ làm việc mà tại đó ứng với số mâm lý thuyết là

vô cực Do đó, chi phí cố định là vô cực nhưng chi phí điều hành (nhiên liệu , nước

và bơm…) là tối thiểu

Do đồ thị cân bằng của hệ Etanol-Nước có điểm uốn, nên xác định tỉ số hoàn lưu tối thiểu bằng cách :

+ Trên đồ thị cân bằng y-x ,từ điểm (0,85;0,85) ta kẻ một đường thẳng tiếp tuyến với đường cân bằng tại điểm uốn , cắt trục Oy tại điểm có yo = 0,26

+ Theo phương trình đường làm việc đoạn cất, khi xo = 0 ta có:

y o= x D

R min=0,26

 Tỉ số hoàn lưu tối thiểu : Rmin = 2,269

 Tỉ số hoàn lưu làm việc

R x= 1,3 R xmin+0,3=1,3.2,269+0,3=3,2497

1.7 2.4 Phương trình đường làm việc

Phương trình đường làm việc của đoạn cất

Hình 2 Đồ thị xác định số mâm lý thuyết

Dựa vào đồ thị trên hình 2, ta xác định được có 22 mâm lý thuyết, trong đó gồm:

 Mâm đoạn chưng: 2 mâm

 Mâm đoạn cất: 19 mâm

 Mâm nhập liệu: 1 mâm

2.5.2 Số mâm thực tế

 Xác định hiệu suất trung bình của tháp htb :

+ Độ bay hơi tương đối của cấu tử dễ bay hơi:

α= y¿

1− y¿ 1−x x

Với: x là phân mol của rượu trong pha lỏng

y* là phân mol của rượu trong pha hơi cân bằng với pha lỏng

* Tại vị trí nhập liệu :

xF = 0,15 ta tra đồ thị cân bằng của hệ : y*

F = 0,5

tF = 84,85oC

Tra tài liệu tham khảo [2] : hF = 0,4

* Tại vị trí mâm đáy :

xW = 0,0019 ta tra đồ thị cân bằng của hệ : y*

Tra tài liệu tham khảo [2] : hD = 0,600

 Hiệu suất trung bình của tháp :

h tb=η F +η W +η D

3 = 0,441+0,42+0,6003 =0,487

1mâm nhập liệu 5mâm chưng

CHƯƠNG III TÍNH TOÁN – THIẾT KẾ THÁP CHƯNG CẤT

1.9 3.1 ĐƯỜNG KÍNH THÁP (D t )

D t=√ 4.V tb

π 3600 ω tb=0,0188√ g tb

π 3600 (ρ y ω y)tb (m)

Trong đó: V tb là lượng hơi trung bình đi trong tháp (m3/h)

g tb là lượng hơi trung bình đi trong tháp (Kg/h)

ω tb là tốc độ hơi trung bình đi trong tháp (m/s)

1.10 3.1.1 Đường kính đoạn cất

a Lượng hơi trung bình đi trong tháp

g tb=g d +g2 1(Kg/h)

Trong đó: g d là lượng hơi ra khỏi đĩa trên cùng của tháp (Kg/h)

g1 là lượng hơi đi vào đĩa dưới cùng của đoạn cất (Kg/h)

r1 là nhiệt ẩn hóa hơi của hỗn hợp hơi đi vào đĩa thứ nhất của đoạn cất

r d là nhiệt ẩn hóa hơi của hỗn hợp hơi đi ra ở đỉnh tháp

 Tính r1

t1 = tF = 84,85oC, tra tài liệu tham khảo [1] ta có:

Nhiệt ẩn hóa hơi của nước: rN1 = 41346 (KJ/kmol)

Nhiệt ẩn hóa hơi của rượu: rR1 = 37490 (KJ/kmol)

 r1 = rR1.y1 + (1-y1).rN1 = 41346 – 3856.y1 (KJ/kmol)

 Tính r d: tD = 78,5oC, tra tài liệu tham khảo [1] ta có:

Nhiệt ẩn hóa hơi của nước: rNd = 41628 (KJ/kmol)

Nhiệt ẩn hóa hơi của rượu: rRd = 37988 (KJ/kmol)

 rd = rRd.yD + (1-yD).rNd = 37988.0,858 + (1-0,858).41628

= 38504,88 (KJ/kmol)Giải hệ (III.1) ta có:

b Lượng hơi trung bình đi trong tháp

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

ω gh=0,05.√ρ xtb

ρ ytb

Trong đó: ρ xtb là khối lượng riêng trung bình của pha lỏng (Kg/m3)

ρ ytb là khối lượng riêng trung bình của pha hơi (Kg/m3)

 Tínhρ ytb

ρ ytb=[y tb.46+(1− y tb).18].273

22,4.(t tb+273)

Trong đó: Nồng độ phân mol trung bình: y tb=y1+ y2 D= 0,332+0,8582 =0,595

Nhiệt độ trung bình đoạn cất: t tb=t F +t2 D= 84,85+78,52 =81,675

1.11 3.1.2 Đường kính đoạn chưng

a Lượng hơi trung bình đi trong tháp

g tb ' =g n

' +g1'

2 ( Kg/h)

Trong đó: g n ' là lượng hơi ra khỏi đoạn chưng (Kg/h)

g1' là lượng hơi đi vào đoạn chưng (Kg/h)

Với: G1' là lượng lỏng ở đĩa thứ nhất của đoạn chưng

r1' nhiệt ẩn hóa hơi của hỗn hợp hơi đi vào đĩa thứ nhất của đoạn chưng

 Tính r1'

x W=0,0019 tra đồ thị cân bằng ta có y W=0,0126

 M tbg ' =46 y W+(1− y W).18=46.0,0126+ ( 1−0,0126 ) 18

¿18,35(Kg/kmol)

t1' =t w= 100oC, tra tài liệu tham khảo [1] ta có:

Nhiệt ẩn hóa hơi của nước: r ' N 1 = 40680 (KJ/kmol)

Nhiệt ẩn hóa hơi của rượu: r ' R1= 36394,3(KJ/kmol)

 r1' = r ' R 1.y W + (1-y W) r ' N 1 = 40626 (KJ/kmol)

 Tính r1:

r1 = rR1.y1 + (1-y1).rN1 = 41346 – 3856.y1 = 41346 – 3856.0,322

= 40104,37(KJ/kmol) Giải hệ (III.2) ta có: {x1'=0,0068 (phân mol etanol) = ¿M tb G '=18,19

b Lượng hơi trung bình đi trong tháp

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

ω gh ' =0,05.√ρ xtb '

ρ ' ytb

Trong đó: ρ ' xtb là khối lượng riêng trung bình của pha lỏng (Kg/m3)

ρ ' ytblà khối lượng riêng trung bình của pha hơi (Kg/m3)

 x tb ' = 46.x tb '

46.x tb ' +(1−x tb ' ).18=17,36 %

t tb ' = 92,425 oC, tra tài liệu tham khảo [1], ta có:

Khối lượng riêng của nước: ρ ' N =963(Kg/m3 )

Khối lượng riêng của rượu: ρ ' R =723,20( Kg/m3 )

+ Phần chưng: ω lv ' =0,0188

2.g xtb '

D t2 ρ ' ytb = 0,0188

2 1699,06 0,92.0,756 =0,981(m/s)

1.12 3.2 MÂM LỖ - TRỞ LỰC CỦA MÂM:

1.13 3.2.1 Cấu tạo mâm lỗ

Ta lựa chọn:

 Đường kính lỗ: d1= 5 (mm)

 Tổng diện tích lỗ bằng 9% diện tích mâm

 Khoảng cách giữa hai tâm lỗ bằng 2,5 lần đường kính lỗ (bố trí lỗ theo tam giác đều)

 Tỷ lệ bề dày mâm và đường kính lỗ là 6/10

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

1.14 3.2.2 Độ giảm áp của pha khí qua một mâm

Độ giảm áp tổng cộng của pha khí là tổng các độ giảm áp của pha khí qua mâm khô

và các độ giảm áp do pha lỏng:

htl = hk + hl + hR (mm.chất lỏng)

Với: hk là độ giảm áp qua mâm khô (mm.chất lỏng)

hl là độ giảm áp do chiều cao lớp chất lỏng trên mâm (mm.chất lỏng)

hR là độ giảm áp do sưc căng bề mặt (mm.chất lỏng)

Trong tháp mâm xuyên lỗ, gradien chiều cao mực chất lỏng trên mâm ∆ là không đáng kể nên ta có thể bỏ qua

a Độ giảm áp qua mâm khô

Độ giảm áp của pha khí qua mâm khô được tính dựa trên tổn thất áp suất do dòngchảy đột thu, đột mở và do ma sát khi pha khí chuyển động qua lỗ

ρ G là khối lượng riêng của pha hơi (Kg/m3)

ρ L là khối lượng riêng của pha lỏng (Kg/m3)

C0 là hệ số Orifice, phụ thuộc vào tỷ số tổng diện tích lỗ với diện tích mâm và

tỷ số giữa bề dày mâm với đường kính lỗ

Ta có: ∑S lỗ

S mâm = 0,09 và δ mâm

d l = 0,6 Tra tài liệu tham khảo [1] ta có: C0=0,74

 Với mâm ở đoạn cất:

Vận tốc pha hơi qua lỗ: u0=ω lv

9 %= 0,9800,09 =10,89(m/s)Khối lượng riêng của pha hơi: ρ G =ρ ytb=1,191(Kg/m3)

Khối lượng riêng của pha lỏng: ρ L = ρ xtb=821,25(Kg/m3)

 Độ giảm áp qua mâm khô ở đoạn chưng là:

h k=51.(10,89 2

0,74 2 ) 1,191

821,25=16,02(mm.chất lỏng)

 Với mâm ở đoạn chưng:

Vận tốc pha hơi qua lỗ: u0'=ω lv '

9 %= 0,9810,09 =10,9(m/s)

Khối lượng riêng của pha hơi: ρ G ' =ρ ' ytb=0,756(Kg/m3)

Khối lượng riêng của pha lỏng: ρ ' L = ρ xtb ' =910,58(Kg/m3)

 Độ giảm áp qua mâm khô ở đoạn chưng là:

h ' k=51.(10,9 2

0,74 2) 0,756

910,58=9,19(mm chất lỏng)

b Độ giảm áp do chiều cao mức chất lỏng trên mâm

Phương pháp đơn giản để ước tính độ giảm áp của pha hơi qua mâm do lớp chất lỏng

trên mâm h1 là từ chiều cao gờ chảy tràn hw, chiều cao tính toán của lớp chất lỏng trên

gờ chảy tràn how và hệ số hiệu chỉnh theo kinh nghiệm β:

Trong đó: q L là lưu lượng của chất lỏng (m3/ph)

L w là chiều dài hiệu dụng của gờ chảy tràn (m)

Trong đó: σ là sức căng bề mặt của chất lỏng (dyn/cm)

ρ L là khối lượng riêng của pha lỏng (Kg/m3)

 Đoạn cất:

- Khối lượng riêng của pha lỏng: ρ L = ρ xtb =821,25(Kg/m3 )

- t tb= ¿81,675oC, tra tài liệu tham khảo [1] ta có

+ Sức căng bề mặt của nước: σ N =62,138(dyn cm)

+ Sức căng bề mặt của nước: σ R=17,075 (dyn.cm)

 Sức căng bề mặt của chất lỏng ở đoạn cất:

- Khối lượng riêng của pha lỏng: ρ ' L = ρ xtb ' =910,58(Kg/m3 )

- t tb ' = ¿92,425 oC, tra tài liệu tham khảo [1] ta có

+ Sức căng bề mặt của nước: σ N ' =60,149(dyn cm)

+ Sức căng bề mặt của nước:σ R ' =16,108 (dyn.cm)

 Sức căng bề mặt của chất lỏng ở đoạn chưng:

1.15 3.2.3 Kiểm tra ngập lụt khi tháp hoạt động:

Chọn khoảng cách giữa hai mâm là h mâm=300 (mm)

Bỏ qua sự tao bọt trong ống chảy truyền, chiều cao mực chất lỏng trong ống chảychuyền của mâm xuyên lỗ được xác định theo công thức:

h d =h w +h ow +h tl +h d'(mm chất lỏng)Với h d': tổn thất thủy lực do ống chảy chuyền vào mâm, được xác định theo côngthức: h d'=0,128.( Q L

Vậy chiều cao mực chất lỏng trong ống chảy chuyền của mâm xuyên lỗ ở phần cấtlà: h d=50+7,92+52,811+0,00046=110,73 (mm.chất lỏng)

Kiểm tra: h d ≤ h mâm

2 =3002 =150 (mm): đảm bảo khi hoạt động các mâm ở phần cất sẽkhông bị ngập lụt

d '=103,28<h mâm

2 = 3002 =150(mm): đảm bảo khi hoạt động các mâm ởphần chưng sẽ không bị ngập lụt

Vậy đảm bảo tháp sẽ không bị ngập lụt khi hoạt động

Chiều cao của thân tháp: H thân =N tt .(h¿¿mâm+δ mâm)+0,8 ¿

¿ 46 ( 0,3+0,003 )+0,8=14,738(m)

Chiều cao của đáy và nắp: H đ =H n =h t +h gờ=0,175+0,04

¿ 0,2150 (m)Chiều cao của tháp: H=H thân + H đ +H n

Do etylic có khả năng ăn mòn đối với thiết bị nên để đảm bảo chất lượng của thiết

bị ta chọn vật liệu chế tạo thân tháp là thép không gỉ mã hiệu X18H10T

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

Chọn nhiệt độ tính toán: t tt =t đáy =100℃

Tra tài liệu tham khảo [3], ứng suất tiêu chuẩn đối với thép X18H10T

[σ¿* = 142 ( N

mm2)

Đối với rượu hệ số hiệu chỉnh η=1

Vậy, ứng suất cho phép :[ σ¿=η [σ¿*=142( N

mm2)

 Xác định bề dày thân chịu áp suất trong:

Ta chọn phương pháp chế tạo thân là phương pháp hàn hồ quang điện bằng tay,nên hệ số bền mối hàn là φ h=0,9

 Bề dày thực của thân S t =S t , +C(mm)

Trong đó, C: hệ số bổ sung bề dày, C=C a +C b +C c +C0

 C a: hệ số bổ sung do ăn mòn hóa học, phụ thuộc vào tốc độ ăn mòn củachất lỏng, chọn tốc độ ăn mòn của rượu là 0,1(mm/năm), thiết bị hoạtđộng trong 20 năm, nên C a= 2mm

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

 C c: hệ số bổ sung do sai lệch khi chế tạo, chọn C c=0

D l

mm d b Bu lôngZ(cái)

900 1030 980 950 20 M20 24

Theo [2], chọn số mâm giữa 2 mặt bích là 4 mâm Vậy, số bích ghép thân - đáy - nắp là (12.2) bích

Độ kín của mối ghép chủ yếu do vật đệm quyết định Đệm bằng các vật liệu mềm hơn so với vật liệu bích Khi xiết bu lông, đệm bị biến dạng và điền đầy lên các chỗ gồ ghề trên bề mặt của bích Vậy, để đảm bảo sộ kín cho thiết bị, ta chọn đệm là dây amiăng có bề dày 3mm

Theo [2], chọn chiều dài đoạn ống nối để ghép mặt bích: l F=100 (mm)

Các thông số của bích ghép ống nhập liệu:

3

h

Suất lượng chất lỏng vào nồi đun: G1' =162,12 M G '=162,12.18,19

Theo [2], chọn chiều dai đoạn ống nối để ghép mặt bích: l L=100 (mm)

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

D t

mm

D b mm

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

Suất lượng nhiệt liệu: G W =W M W=87,53.18,1=1584,293(kg

3

h )

Chọn vận tốc sản phẩm đáy (chất lỏng tự chảy): v w=0,12(m

s )

Đường kính ống dẫn sản phẩm đáy: d w=√ 4.Q w

3600.π v w=√ 4.1,654

3600 π.0,12=0,069(m) Chọn đường kính ống nhập liệu: d w =0,08(m)

Theo [2], chọn chiều dai đoạn ống nối để ghép mặt bích: l w=100 (mm)

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

D t

mm

D b mm

 Tính trọng lượng của toàn tháp:

Khối lượng của một bích ghép thân: (thép X18H10T: X18H10T = 7900 (Kg/m3))

m1 = π4 .(D2−D t2).h ρ X18 H10 T = π4.(1,03 2−0,92).0,02.7900 = 31,14(Kg)

Khối lượng của một mâm: (thép X18H10T: X18H10T = 7900 (Kg/m3))

m2 = π4 .D t2.δ mâm .0,8.0,9 ρ X18 H10 T= π4.0,92.0,03.0,72.7900 =10,86 (Kg)Khối lượng của thân tháp:

m3 = π4.(D2

ng –D2

t).Hthân X18H10T =π4.(0,90 6 2−0 ,92).14,738 7900

= 990,89 (Kg)Khối lượng của đáy (nắp) tháp:

m4 = Sđáy .đáy X18H10T = 0,62 0,003708 7900 = 15,076 (Kg)Khối lượng của toàn tháp: m = 24.m1+46.m2+m3+2.m4= 2267,64 (Kg)

Suy ra trọng lượng của toàn tháp: P = m.g = 2267,64 9,81= 22245,52 (N) Chọn chân đỡ: tháp được đỡ trên bốn chân Tải trọng cho phép trên một chân:

Gc = P4=22245,52

4 = 0,5561.104 (N)

Để đảm bảo độ an toàn cho thiết bị, ta chọn: Gc = 0,6.104 (N)

Các kích thước của chân đỡ: (tính bằng mm)

L B B 1 B 2 H H s l d

CHƯƠNG IV: TÍNH TOÁN THIẾT BỊ TRUYỀN

NHIỆT-THIẾT BỊ PHỤ

1.21 4.1 CÁC THIẾT BỊ TRUYỀN NHIỆT:

Cân bằng nhiệt lượng toàn tháp chưng cất:

Q F +Q đ =Q w +Q D +Q nt +Q m

Trong đó

 Q nt: nhiệt lượng ngưng tụ do hơi sản phẩm đỉnh ngưng tụ thành lỏng

Chọn hơi sản phẩm đỉnh ngưng tụ hoàn toàn thành lỏng

Q nt =D.(R+1) M D .r D ,(KJ /h)

Xác định r D, Theo [1], ở t D =78,5 ℃, ta có:

Nhiệt ẩn hóa hơi của nước: r N=2346,253 (kJ/kg)

Nhiệt ẩn hóa hơi của rượu: r R=848,084 (kJ/kg)