chưng cất hỗn hợp methanol-nước

Nước l dung mơi phn cực mạnh, cĩ khả năng hồ tan nhiều chất v l dung mơi rất quan trọng trongThay vì đưa vo trong hỗn hợp một pha mới để tạo nn sự tiếp xc giữa hai pha như trong qutrình

bị oxy hố bởi O2 dưới tc dụng của nh sng chuyển thnh CO2 v H2O theo phương trình:

2CH3OH + 3O2 2CO2 + 4H2O

Hiện nay methanol được sản xuất bằng cch tổng hợp trực tiếp từ H2 v CO, gia nhiệt ở

- Khối lượng phn tử : 18 g / mol

- Khối lượng ring d4C : 1 g / ml

- Nhiệt độ nĩng chảy : 00C

- Nhiệt độ sơi : 1000 C

Nước l hợp chất chiếm phần lớn trn tri đất (3/4 diện tích tri đất l nước biển) v rất cần thiết cho sựsống

Nước l dung mơi phn cực mạnh, cĩ khả năng hồ tan nhiều chất v l dung mơi rất quan trọng trong

Thay vì đưa vo trong hỗn hợp một pha mới để tạo nn sự tiếp xc giữa hai pha như trong qutrình hấp thu hoặc nhả khí, trong qu trình chưng cất pha mới được tạo nn bằng sự bốc hơi hoặc ngưngtụ

Trong trường hợp đơn giản nhất, chưng cất v cơ đặc khơng khc gì nhau, tuy nhin giữa hai

qu trình ny cĩ một ranh giới cơ bản l trong qu trình chưng cất dung mơi v chất tan đều bay hơi (nghĩa l

cc cấu tử đều hiện diện trong cả hai pha nhưng với tỷ lệ khc nhau), cịn trong qu trình cơ đặc thì chỉ cĩdung mơi bay hơi cịn chất tan khơng bay hơi

Khi chưng cất ta thu được nhiều cấu tử v thường thì hệ cĩ bao nhiu cấu tử sẽ thu được bấynhiu sản phẩm Nếu xt hệ đơn giản chỉ cĩ 2 cấu tử thì ta thu được 2 sản phẩm:

+ Sản phẩm đỉnh chủ yếu gồm cấu tử cĩ độ bay hơi lớn v một phần rất ít cc cấu tử cĩ độ bayhơi b

+ Sản phẩm đy chủ yếu gồm cấu tử cĩ độ bay hơi b v một phần rất ít cấu tử cĩ độ bay hơi lớn

Vậy đối với hệ methanol - nước thì:

- p suất thường

- p suất cao2.2 Phn loại theo nguyn lý lm việc

- Chưng cất đơn giản

- Chưng bằng hơi nước trực tiếp

- Chưng cất đa cấu tử2.3 Phn loại theo phương php cấp nhiệt ở đy thp

- Cấp nhiệt trực tiếp

- Cấp nhiệt gin tiếp

Vậy đối với hệ methanol - nước, ta nn chọn phương php chưng cất lin tục cấp nhiệt gin tiếp.

3 Thiết bị chưng cất:

Trong sản xuất thường dng nhiều loại thiết bị khc nhau để tiến hnh chưng cất Tuy nhin yucầu cơ bản chung của cc thiết bị vẫn giống nhau nghĩa l diện tích bề mặt tiếp xc pha phải lớn, điều nyphụ thuộc vo mức độ phn tn của một lưu chất ny vo lưu chất kia Nếu pha khí phn tn vo pha lỏng ta cĩ

cc loại thp mm, nếu pha lỏng phn tn vo pha khí ta cĩ thp chm, thp phun,… Ở đy ta khảo st 2 loạithường dng l thp mm v thp chm

- Thp mm: thn thp hình trụ, thẳng đứng phía trong cĩ gắn cc mm cĩ cấu tạo khc nhau, trn đĩ phalỏng v pha hơi được cho tiếp xc với nhau Ty theo cấu tạo của đĩa, ta cĩ:

- Thp mm chĩp : trn mm bố trí cĩ chĩp dạng trịn, xupap, chữ s…

- Thp mm xuyn lỗ: trn mm cĩ nhiều lỗ hay rnh

- Thp chm (thp đệm): thp hình trụ, gồm nhiều bậc nối với nhau bằng mặt bích hay hn Vật chmđược cho vo thp theo một trong hai phương php: xếp ngẫu nhin hay xếp thứ tự

So snh ưu nhược điểm của cc loại thp:

Trong bo co ny ta sử dụng thp mm xuyn lỗ để chưng cất hệ methanol - nước.

CHƯƠNG 2

Quy trình cơng nghệ

1 Thuyết minh quy trình cơng nghệ:

Hỗn hợp methanol - nước cĩ nồng độ nhập liệu methanol 10% (theo phần hối lượng), nhiệt độkhoảng 280C tại bình chứa nguyn liệu (13) được bơm (1) bơm ln bồn cao vị (2) Từ đĩ được đưa đếnthiết bị trao đổi nhiệt với sản phẩm đy (12) Sau đĩ, hỗn hợp được gia nhiệt đến nhiệt độ sơi trong thiết

bị đun sơi dịng nhập liệu (3), rồi được đưa vo thp chưng cất (5) ở đĩa nhập liệu

Trn đĩa nhập liệu, chất lỏng được trộn với phần lỏng từ đoạn luyện của thp chảy xuống Trongthp, hơi đi từ dưới ln gặp chất lỏng từ trn xuống Ở đy, cĩ sự tiếp xc v trao đổi giữa hai pha với nhau.Pha lỏng chuyển động trong phần chưng cng xuống dưới cng giảm nồng độ cc cấu tử dễ bay hơi vì đ

bị pha hơi tạo nn từ hơi nước được cấp trực tiếp vo đy thp lơi cuốn cấu tử dễ bay hơi Nhiệt độ cng lntrn cng thấp, nn khi hơi đi qua cc đĩa từ dưới ln thì cấu tử cĩ nhiệt độ sơi cao l nước sẽ ngưng tụ lại,cuối cng trn đỉnh thp ta thu được hỗn hợp cĩ cấu tử methsanol chiếm nhiều nhất (cĩ nồng độ 95% phầnkhối lượng) Hơi ny đi vo thiết bị ngưng tụ (7) v được ngưng tụ hồn tồn Một phần của chất lỏngngưng tụ được hồn lưu về thp ở đĩa trn cng Phần cịn lại được lm nguội đến 400C, rồi đưa về bìnhchứa sản phẩm đỉnh

Một phần cấu tử cĩ nhiệt độ sơi thấp được bốc hơi, cịn lại cấu tử cĩ nhiệt độ sơi cao trong chấtlỏng ngy cng tăng Cuối cng, ở đy thp ta thu được hỗn hợp lỏng hầu hết l cc cấu tử khĩ bay hơi (nước).Hỗn hợp lỏng ở đy cĩ nồng độ methanol l 1,5% phần khối lượng, cịn lại l nước Dung dịch lỏng ở đy

đi ra khỏi thp đi vo thiết bị trao đổi nhiệt với dịng nhập liệu, rồi được đưa qua bồn chứa sản phẩm đy(11)

Hệ thống lm việc lin tục cho ra sản phẩm đỉnh l methanol Sản phẩm đy l nước sau khi trao khitrao đổi nhiệt với dịng nhập liệu được thải bỏ ở nhiệt độ 600C

Ch thích cc kí hiệu trong qui trình:

1 Bồn chứa nguyn liệu

2 Bơm

3 Bồn cao vị

4 Thiết bị trao đổi nhiệt

5 Thiết bị đun sơi dịng nhập liệu

I Cc thơng số ban đầu:

- Chọn loại thp l thp mm xuyn lỗ Thiết bị hoạt động lin tục

- Khi chưng luyện dung dịch metanol thì cấu tử dễ bay hơi l metanol

- Hỗn hợp:

+Methanol: CH3OH, MR = 32 (g/mol)

+ Nước: H2O, MN = 18 (g/mol)

 Năng suất nhập liệu: GF = 1000 (l/h)

 Nồng độ nhập liệu: xF = 10% (kg Methanol/ kg hỗn hợp)

 Nồng độ sản phẩm đỉnh: xP= 95% (kg Methanol/ kg hỗn hợp)

 Nồng dộ sản phẩm đy: xW = 1,5% (kg Methanol/ kg hỗn hợp)

 Chọn:

- Nhiệt độ nhập liệu ban đầu: tBĐ = 28oC

- Nhiệt độ sản phẩm đỉnh sau khi lm nguội: tPR = 60oC

- Nhiệt độ dịng nước lạnh đi vo: tV = 28oC

- Nhiệt độ dịng nước lạnh đi ra: tR = 40oC

- Trạng thi nhập liệu vo thp chưng cất l trạng thi lỏng sơi.

 Cc ký hiệu:

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

GP, P: suất lượng sản phẩm đỉnh tính theo kg/h, kmol/h

GW, W: suất lượng sản phẩm đy tính theo kg/h, kmol/h

L : suất lượng dịng hồn lưu, kmol/h

xi, xi: nồng độ phần mol, phần khối lượng của cấu tử i

II Cn bằng vật chất:

1 Nồng độ phần mol của Methanol trong thp

0588 0 18 / ) 1 0 1 ( 32 / 1 0

32 / 1 0 /

) 1 ( /

/

=

− +

=

− +

=

N F R

F

R F F

M x M

x

M x x

9144 0 18 / ) 95 0 1 ( 32 / 95 0

32 / 95 0 /

) 1 ( /

− +

=

− +

=

N P R

P

R P

M x x

0085 0 18 / ) 015 0 1 ( 32 / 015 0

32 / 15 0 0 /

) 1 ( /

/

=

− +

=

− +

=

N W R

W

R W W

M x M

x

M x x

Từ số liệu của bảng 1 ta xy dựng đồ thị t-x,y cho hệ Methnol- nước

Đồ thị 1 đồ thị t-x,y cho hệ Methnol- nước

Do ta chọn trạng thi nhập liệu vo thp chưng cất l trạng thi lỏng sơi nn từ đồ thị 1 trn, tại xF = 0.0588 ta nội suy ra nhiệt độ nhập liệu vo thp chưng cất l

TF = 91,50CTra bảng 1.249, trang 310, {1} ta được ρN= 964,25 kg/m3

Tra bảng 1.2, trang 9, {1} ta được ρR= 722.19 kg/m3

Suy ra khối lượng ring của hỗn hợp khi nhập liệu vo thp

310 072 , 1 25 , 964

1 0 1 19 , 722

1 0 1

N

F R

F F

x x

ρ ρ

ρ

⇒ ρF = 933 0 kg/m3

Suy ra GF = 933,0 kg/h

Ta cĩ MF = xF MR + ( 1 − xF) MN = 0 , 1 32 + ( 1 − 0 , 1 ) 18 = 19 , 4kg/kmol

4 , 19

0 ,

- Thế cc gi trị vo ta được hệ phương trình sau







= +

= +

0588 , 0 093 , 48 0085

, 0 9144 , 0

093 , 48

W P

W P

⇒ P = 2,67 kmol/h

W= 45,42 kmol/h

- Lại cĩ

30 , 31 18 ).

95 , 0 1 ( 32 95 , 0 ).

1 (

015 , 0 1 ( 32 015 , 0 ).

1 (

0588 , 0 295 , 0

295 , 0 9144 , 0

F P

x y

y x

+ Tỉ số hồn lưu lm việc:

R = 1,3Rmin + 0,3 = 1,3.2,62 + 0.3 = 3,71

+ Suất lượng mol tương đối của dịng nhập liệu

0588 , 0 0588 , 0

0085 , 0 9144 ,

W P

x x

x x

f

Phương trình đường lm việc của phần chưng:

` 031 , 0 61 , 4 0085 , 0 1 71 , 3

01 , 18 1 1 71 , 3

01 , 18 71 , 3 1

1

+

− + +

+

=

⋅ +

− +

1

1 71 , 3

71 , 3

= + +

- Nồng độ phần mol trung bình của pha lỏng trong phần luyện:

4866 , 0 2

0588 , 0 9144 , 0

1 , 0 95 , 0

- Tra bảng 1.249, trang 311, [1]

Khối lượng ring của nước ở 73,4oC: ρN = 975,76 kg/m3

- Tra bảng 1.2, trang 9, [1]

Khối lượng ring của metanol ở 73,4oC: ρR = 739,77 kg/m 3

- p dụng trong cơng thức (1.2), trang 5, [1]

310 196 , 1 76 , 957

525 , 0 1 77 , 739

525 , 0 1

N

L R

L LL

x x

ρ ρ ρ

̃ ρLL = 835,78 kg/m3

b Khối lượng ring trung bình của pha hơi trong phần luyện:

- Nồng độ trung bình của pha hơi trong phần luyện:

yL = 0,788xL + 0.194 = 0,788.0,4866 + 0.194 = 0,5775 ̃ Nhiệt độ trung bình của pha hơi trong phần luyện: THL = 81,6 oC

- Khối lượng mol trung bình của pha hơi trong phần luyện:

MHL = yL MR + (1 – yL) MN = 0,5775.32 + (1 – 0,5775) 18 = 26,085 kg/kmol

- Khối lượng ring trung bình của pha hơi trong phần luyện:

3/ 8965 , 0 ) 273 6 , 81 ( 273

4 , 22

085 , 26 1

m kg RT

- Chọn khoảng cch mm h = 250 mm

- Tra hình 2.2, trang 42,[6]: C = 0,028

- Vận tốc pha hơi đi trong phần luyện

s m C

HL

LL

8965 , 0

78 , 835 028 ,

=

= ρ

ρ ω

Lưu lượng pha hơi đi trong phần luyện của thp:

m s

T M

T R

G

Q

o P

HL P

3600 273 3 , 31

) 273 6 , 81 (

4 , 22 ).

71 , 3 1 (

57 , 83 3600

.

4 , 22 ).

1

= +

102 , 0 4

4

=

=

=

ω π

2 Phần chưng:

a Khối lượng ring trung bình của pha lỏng trong phần chưng:

- Nồng độ phần mol trung bình của pha lỏng trong phần chưng:

034 , 0 2

0085 , 0 0588 , 0

- Nhiệt độ trung bình của pha lỏng trong phần chưng: TLC = 94,6 oC

- Nồng độ phần khối lượng trung bình của pha lỏng trong luyện:

0575 , 0 2

015 , 0 1 , 0

- Tra bảng 1.249, trang 311, [1]

Khối lượng ring của nước ở 94,6oC: ρN = 962,78 kg/m 3

- Tra bảng 1.2, trang 9, [1]

Khối lượng ring của metanol ở 94,6oC: ρR = 719,18 kg/m 3

- p dụng trong cơng thức (1.2), trang 5, [1]

78 , 962

0575 , 0 1 18 , 719

0575 , 0 1

N

C R

C LC

x x

ρ ρ

ρ

ρLC = 941,39 (kg/m3)

b Khối lượng ring trung bình của pha hơi trong phần chưng

- Nồng độ trung bình của pha hơi trong phần chưng

yC = 4,61xC - 0,031 = 4,61.0,034 – 0,031 = 0,126 ̃ Nhiệt độ trung bình của pha hơi trong phần chưng:

THC = 96,4 oC

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

MHC = yC MR + (1 – yC) MN = 0,126.32 + (1 – 0,126) 18 = 19,76 kg/kmol

- Khối lượng ring trung bình của pha hơi trong phần chưng:

3/ 566 , 0 ) 273 4 , 96 ( 273

4 , 22

76 , 19 1

m kg RT

- Chọn khoảng cch mm h = 250 mm

- Vận tốc pha hơi đi trong phần chưng:

- Tra hình 2.2, trang 42,[6]: C = 0,028

s m C

HC

LC

566 , 0

39 , 941 028 ,

=

= ρ

ρ ω

- Lưu lượng pha hơi đi trong thp:

T M

T R

G Q

o P

HC P

3600 273 3 , 31

) 273 4 , 96 (

4 , 22 ).

71 , 3 1 (

57 , 83 3600

.

4 , 22 ).

1

= +

106 , 0 4

4

=

=

= ω π

Tra bảng IX.4a, trang 169, [2], ta chọn theo chuẩn D = 400 mm

106 , 0 4 14 , 3

4

2

= ω

s m D

102 , 0 4 14 , 3

4

2

= ω

II Chiều cao thp:

1 Số mm lý thuyết

Ta dựng đồ thị 2 đường lm việc vo trong đồ thị 2 (đồ thị cn bằng pha).

972 , 0 1 (

) 9144 , 0 1 (

972 , 0

*).

1

(

) 1 (

x y

α

Tra bảng 1.104, trang 96, [1] ̃ Độ nhớt của nước mN = 0,432 cP

Dng tốn đồ 1.18, trang 90, [1] ̃ Độ nhớt của metanol mR = 0,325 cP

Cơng thức (I.12), trang 84, [1]

Độ nhớt của hỗn hợp lỏng: lgmhh = x1lgm1 + x2lgm2

Nn: lgmhh = 0,9144.lg0,325 + (1 – 0,9144).lg0,432 = -0,478 ̃ mhh = 0,333 cP

305 , 0 1 (

) 0588 , 0 1 (

305 , 0

*).

1

(

) 1 (

x y

α

Tra bảng 1.104, trang 96, [1] ̃ Độ nhớt của nước mN = 0,312 cP Dng tốn đồ 1.18, trang 90, [1] ̃ Độ nhớt của metanol mR = 0,245 cP Cơng thức (I.12), trang 84, [1]

Độ nhớt của hỗn hợp lỏng: lgmhh = x1lgm1 + x2lgm2

Nn: lgmhh = 0,0588.lg0,245 + (1 – 0,0588).lg0,312 = -0,512 ̃ mhh = 0,308 cP

052 , 0 1 (

) 0085 , 0 1 (

052 , 0

*).

1

(

) 1 (

x y

α

Tra bảng 1.104, trang 96, [1] ̃ Độ nhớt của nước mN = 0,289 cP Dng tốn đồ 1.18, trang 90, [1] ̃ Độ nhớt của metanol mR = 0,215 cP

Cơng thức (I.12), trang 84, [1]

Độ nhớt của hỗn hợp lỏng: lgmhh = x1lgm1 + x2lgm2

Nn: lgmhh = 0,0085.lg0,215 + (1 – 0,0085).lg0,289 = -0,541

̃ mhh = 0,288 cP

̃ aLmL = 6,40.0,288 = 1,842

Tra hình IX, trang 171, [2] ̃ E = 43%

+ Hiệu suất trung bình của thp

%3,433

4341

E

N

9 433 , 0

- Chiều cao đy (nắp): Hđn = ht + hg = 0,1 + 0,025 = 0,125 m

Kết luận: Chiều cao tồn thp: H = 6,34 m

III Trở lực thp:

Cấu tạo mm lỗ:

+ Chọn thp mm xuyn lỗ cĩ ống chảy chuyền với:

- Tiết diện tự do bằng 8% diện tích mm.

- Đường kính lỗ dl = 3 mm = 0,003 m

- Chiều cao gờ chảy trn: hgờ = 30mm = 0,03 m

- Diện tích của 2 bn nguyệt bằng 20% diện tích mm

- Lỗ bố trí theo hình lục gic đều

003,0

4,0.08,008

,0

%8

m

d

D S

2 Trở lực của đĩa khơ:

p dụng cơng thức (IX.140), trang 194, [2]:

2

'

812,0

%8

844,0

%8

C

ω

Nn: 57 , 33

2

566 , 0 55 , 10 82 ,

Tại nhiệt độ trung bình của pha lỏng trong phần luyện TLL = 73,4oC thì:

· Tra bảng 1.249, trang 310, [1] ̃ Sức căng bề mặt của nước sNL = 0,6334 N/m

· Tra bảng 1.242, trang 300, [1] ̃ Sức căng bề mặt của rượu sRL = 0,0184 N/m

Ap dụng cơng thức (I.76), trang 299, [1]:

2 1 2

1

11

1

σ+σ

σσ

=σ

⇒σ

+σ

=σ

0184 , 0 6334 , 0

0184 , 0 6334 ,

0179 , 0 4

2 =

× +

Tính tốn tương tự như phần luyện

Tại nhiệt độ trung bình của pha lỏng trong phần luyện TLL = 94,6oC thì:

· Tra bảng 1.249, trang 310, [1] ̃ Sức căng bề mặt của nước sNL = 0,5964 N/m

· Tra bảng 1.242, trang 300, [1] ̃ Sức căng bề mặt của rượu sRL = 0,0160 N/m

Ap dụng cơng thức (I.76), trang 299, [1]:

2 1 2

1

111

σ+σ

σσ

=σ

⇒σ

+σ

=σ

0160 , 0 5964 , 0

0160 , 0 5964 ,

0126 , 0 4

2 =

× +

×

×

=

4 Trở lực thủy tĩnh do chất lỏng trn đĩa tạo ra:

Ap dụng cơng thức trang 68, [3]

DPb = 1,3hbKrLgVới: hb = hgờ + Dhl

3 / 2

Lgờ : chiều di của gờ chảy trn, m

K = rb/rL : tỷ số giữa khối lượng ring chất lỏng bọt v khối lượng ring của chất lỏng, lấy gầnbằng 0,5

L

L L L

M n

cos 2

sin 2

1 2

R

π α

.4,0)2sin(

QLL = 8 , 17 10 5

3600 78 , 835 30 , 31

81 , 24 71 , 3 57 , 83

LL P

M

M R

G

5,0.290,0.85,1

10.17,

Tính tốn tương tự như phần luyện

Khối lượng mol trung bình của pha lỏng trong phần luyện:

MLC = 0,034.32 + (1 – 0,034).18 = 16,54 kg/kmol

Suất lượng thể tích của pha lỏng trong phần luyện:

3600.39,941.30,31

54,16.71,3.57,83

LC P

LC P

M

M R

G

5,0.290,0.85,1

10.83,

Kiểm tra hoạt động của mm:

- Kiểm tra lại khoảng cch mm h = 0,25m đảm bảo cho điều kiện hoạt động bình thường của thp: h >

1 ( trang 70, [3] )

Với cc mm trong phần luyện trở lực thuỷ lực qua 1 mm lớn hơn trở lực thuỷ lực của mm trong phần chưng, ta cĩ:

0 , 063

18 , 9 78 , 835

27 , 286 8 , 1 8

̃ Điều kiện trn được thỏa

- Kiểm tra tính đồng nhất của hoạt động của mm

Từ cơng thức trang 70, [3] Ta cĩ vận tốc tối thiểu qua lỗ của pha hơi vmin đủ để cho cc lỗ trn

mm đều hoạt động:

8965 , 0 82 , 1

) 0045 , 0 03 , 0 (

78 , 835 81 , 9 67 ,

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

mm xuyn lỗ được xc định theo biểu thức (5.20), trang 120, [3]:

hd = hgờ + Dhl + DP + hd’ ,mm.chất lỏng

Trong đĩ:

+ hgờ : chiều cao gờ chảy trn ,mm+ Dhl : chiều cao lớp chất lỏng trn mm ,mm+ DP: tổng trở lực của 1 mm ,mm.chất lỏng+ hd’ : tổn thất thủy lực do dịng lỏng chảy từ ống chảy chuyền vo mm, được xc địnhtheo biểu thức (5.10), trang 115, [3]:

2

d

L '

d 100.S

Q.128,0h

+ Sd : tiết diện giữa ống chảy chuyền v mm

Sd = 0,8 Smm = 0,8

4

π

.0,42 = 0,10 m2

Để thp khơng bị ngập lụt khi hoạt động thì: hd £

27,2861000

27,

2

10,0.100

3600.10.17,8.128,0

100.128,

54,2691000

54,

2

10,0.100

3600.10.83,4.128,0

100.128,

Vậy: Khi hoạt động thì mm ở phần chưng sẽ khơng bị ngập lụt

Kết luận: Khi hoạt động thp sẽ khơng bị ngập lụt.

IV Bề dy thp :

1 Thn thp

Vì thp hoạt động ở p suất thường nn ta thiết kế thn hình trụ bằng phương php hn hồ quang điện,kiểu hn gip mối 2 phía Thn thp được ghp với nhau bằng cc mối ghp bích

Để đảm bảo chất lượng của sản phẩm ta chọn thiết bị thn thp l thp khơng gỉ m X18H10T

1.1 Cc thơng số cần tra v chọn phục vụ cho qu trình tính tốn

Nhiệt độ tính tốn: t = tmax= 100 oC

p suất tính tốn: vì thp hoạt động ở p suất thường nn: P = Pthủy tĩnh + DP

Khối lượng ring trung bình của pha lỏng trong tồn thp:

rL = 888 , 85

2

78 , 835 39 , 941

Hệ số bổ sung do ăn mịn hĩa học của mơi trường:

Vì mơi trường cĩ tính ăn mịn v thời gian sử dụng thiết bị l trong 20 năm

142 ]

0514 , 0 400 ]

Quy trịn theo chuẩn: S = 2 mm (Bảng XIII.9, trang 364, [2])

Bề dy tối thiểu: Smin = 2 mm (Bảng 5.1, trang 94, [7])

2,5.10 0,1400

) 1 2 ( 95 , 0 142 2 ) (

) (

] [ 2 ]

− +

−

=

a t

a t

C S D

C S D

> P = 0,09 (thỏa)

Kết luận: S = 2 mm

− ϕ σ

=

≤

−

P ) C S ( R

) C S ( ] [ 2 ] P [

125 , 0 D

C S

a t

a h

t a

Vì đy v nắp cĩ hình ellip tiu chuẩn với = 0 , 25

̃ Điều kiện trn được thỏa như đ kiểm tra ở phần thn thp

Kết luận: Kích thước của đy v nắp:

Tra bảng XII.7, trang 313, [6]:

̃ Khối lượng ring của thp X18H10T l: rX18H10T = 7900 kg/m3

Khối lượng gờ chảy trn: m = V.rX18H10T = 2,61.10-5.7900 = 0,2062 kg

p suất do gờ chảy trn tc dụng ln mm trịn

4,0.14,3

81,9.2062,04

Khối lượng ring của metanol ở 98,5oC: ρR = 715,08 kg/m 3

- p dụng trong cơng thức (1.2), trang 5, [1]

22 , 959

0085 , 0 1 08 , 715

0085 , 0 1

N

W R

W

LW

x x

ρ ρ

Hệ số bổ sung do ăn mịn hĩa học của mơi trường:

Thời gian sử dụng thiết bị l trong 20 năm

Mơđun đn hồi: E = 20.106 N/cm2 (Bảng 2.12, trang 45, [7])

Hệ số Poisson: m = 0,33 (Bảng XII.7, trang 313, [2])

Hệ số điều chỉnh: jb = 0,571

2 Tính bề dy:

Đối với bản trịn đặc ngm kẹp chặt theo chu vi:

Ứng suất cực đại ở vịng chu vi:

2 max

b b

l

571 , 0 142 16

10 81 , 337 3 400 ]

[ 16

P D

D

PR W

o lo

D

PR W

3µ

2

16

3 64

) 1 ( 12

ES

PR ES

PR W

W

b b

µ ϕ

200000 571

, 0

) 33 , 0 1 ( 200 10

811 , 337

Bích liền: l bộ phận nối liền với thiết bị (hn, đc v rn) Loại bích ny chủ yếu dng thiết bị lm

việc với p suất thấp v p suất trung bình

Bích tự do: chủ yếu dng nối ống dẫn lm việc ở nhiệt độ cao, để nối cc bộ bằng kim loại mu v

hợp kim của chng, đặc biệt l khi cần lm mặt bích bằng vật liệu bền hơn thiết bị

Bích ren: chủ yếu dng cho thiết bị lm việc ở p suất cao

Chọn bích được ghp thn, đy v nắp lm bằng thp CT3, cấu tạo của bích l bích liền khơng cổ

Tra bảng XIII.27, trang 417, [2], ứng với Dt = f = 400 (mm) v p suất tính tốn P = 0,055 (N/mm 2) ̃chọn bích cĩ cc thơng số sau:

VII Chn đỡ thp :

1 Tính trọng lượng ca tồn thp:

Tra bảng XII.7, trang 313, [2]:

̃ Khối lượng ring của thp CT3 l: rCT3 = 7850 kg/m3

Khối lượng của một bích ghp thn:

mbích ghp thn = ( ) (0,515 0,40 ) 0,02 7850 12,97

4

4

2 2

3 2

π

CT

t h D

Khối lượng của đy (nắp) thp:

P

N

Để đảm bảo độ an tồn cho thiết bị, ta chọn: Gc = 1000N

Tra bảng XIII.35, trang 437, [2] ̃ chọn chn đỡ cĩ cc thơng số sau:

Khối lượng một chn đỡ: mchn đỡ = 3,32 kg

VIII Tai treo thp :

Chọn tai treo: tai treo được gắn trn thn thp để giữ cho thp khỏi bị dao động trong điều kiện ngoạicảnh

Chọn vật liệu lm tai treo l thp CT3

Ta chọn bốn tai treo, tải trọng cho php trn một tai treo: Gt = Gc = 1000(N)

Tra bảng XIII.36, trang 438, [2] ̃ chọn tai treo cĩ cc thơng số sau:

Khối lượng một tai treo: mtai treo = 0,53 kg

IX Cửa nối ống dẫn với thiết bị- bích nối cc bộ phận của thiết bị v ống

dẫn:

Ống dẫn thường được nối với thiết bị bằng mối ghp tho được hoặc khơng tho được Trong thiết bị

ny, ta sử dụng mối ghp tho được

Đối với mối ghp tho được, người ta lm đoạn ống nối, đĩ l đoạn ống ngắn cĩ mặt bích hay ren đểnối với ống dẫn:

Loại cĩ mặt bích thường dng với ống cĩ đường kính d > 10mm

Loại ren chủ yếu dng với ống cĩ đường kính d £ 10mm, đơi khi cĩ thể dng với d £ 32mm.Ống dẫn được lm bằng thp X18H10T

Bích được lm bằng thp CT3 , cấu tạo của bích l bích liền khơng cổ

1 Ống nhập liệu:

Khối lượng ring của hỗn hợp: rF = 933,0 kg/m3

Chọn loại ống nối cắm su vo thiết bị

Chọn vận tốc chất lỏng trong ống nối l vF = 1 m/s

Đường kính trong của ống nối:

1 0 , 933 3600

0 , 933 4 3600

ρF F vF

G

m

̃ Chọn ống cĩ Dy = 20 mm

Tra bảng XIII.26, trang 409, [2]

̃ Cc thơng số của bích ứng với P = 0,055 N/mm2 l:

- Khối lượng mol trung bình của pha hơi trong phần luyện:

MHL = yL MR + (1 – yL) MN = 0,9144.32 + (1 – 0,9144) 18 = 30,80 kg/kmol

- Khối lượng ring trung bình của pha hơi trong phần luyện:

3/ 101 , 1 ) 273 8 , 67 ( 273

4 , 22

80 , 30 1

m kg RT

57 , 83 4 3600

4

=

=

HD HD

Tra bảng XIII.32, trang 434, [2] ̃ Chiều di đoạn ống nối l = 90 mm

Tra bảng XIII.26, trang 409, [2]

̃ Cc thơng số của bích ứng với P = 0,055 N/mm2 l:

- Tra bảng 1.249, trang 311, [1]

Khối lượng ring của nước ở 65,8oC: ρN = 981,2 kg/m 3

- Tra bảng 1.2, trang 9, [1]

Khối lượng ring của metanol ở 65,8oC: ρR = 752,8 kg/m 3

- p dụng trong cơng thức (1.2), trang 5, [1]

2 , 981

95 , 0 1 8 , 752

95 , 0 1

N

C R

C LC

x x

ρ ρ

ρ

71 , 3 57 , 83 4 3600

4

ρLP LP vLP

G

m

̃ Chọn ống cĩ Dy = 20 mm

Tra bảng XIII.26, trang 409, [2]

̃ Cc thơng số của bích ứng với P = 0,055 N/mm2 l:

- Khối lượng mol trung bình của pha hơi trong phần luyện:

MHW = yW MR + (1 – yW) MN = 0,0085.32 + (1 – 0,0085).18 = 18,12 kg/kmol

- Khối lượng ring trung bình của pha hơi trong phần luyện:

3/ 593 , 0 ) 273 6 , 99 ( 273

4 , 22

12 , 18 1

m kg RT

1 , 827 4 3600

4

=

=

π π

ρHW HWvHW

G

m

̃ Chọn ống cĩ Dy = 70 mm

Tra bảng XIII.32, trang 434, [2] ̃ Chiều di đoạn ống nối l = 110 mm

Tra bảng XIII.26, trang 409, [2]

̃ Cc thơng số của bích ứng với P = 0,055 (N/mm2) l:

- Tra bảng 1.249, trang 311, [1]

Khối lượng ring của nước ở 98,50C: ρN = 959,2 kg/m3

- Tra bảng 1.2, trang 9, [1]

Khối lượng ring của metanol ở 98,5oC: ρR = 716,8 kg/m 3

- p dụng trong cơng thức (1.2), trang 5, [1]

2 , 959

015 , 0 1 8 , 716

015 , 0 1

=

N

W R

W LW

x x

ρ ρ

1 , 827 4 3600

4

=

=

π π

Tra bảng XIII.32, trang 434, [2] ̃ Chiều di đoạn ống nối l = 90 mm

Tra bảng XIII.26, trang 409, [6]

̃ Cc thơng số của bích ứng với P = 0,055 N/mm2 l:

CHƯƠNG 5:

Tính thiết bị phụ

I THIẾT BỊ ĐUN SƠI ĐY THP :

Chọn thiết bị đun sơi đy thp l nồi đun Kettle

Ống truyền nhiệt được lm bằng thp X18H10T, kích thước ống 38 x 3:

Đường kính ngồi: dn = 38 mm = 0,038 m

Bề dy ống: δt = 3 mm = 0,003 m

Đường kính trong: dt = 0,032 m

Hơi đốt l hơi nước ở 2,0 at đi trong ống 38 x 3 Tra bảng 1.251, trang 314, [1]:

Nhiệt hĩa hơi: rH2O= rn = 2208 kJ/kg

Nhiệt độ sơi: tH2O= tn = 119,6 oC

Dịng sản phẩm tại đy cĩ nhiệt độ:

Trước khi vo nồi đun (lỏng): tS1 = 98,5 oC

Sau khi được đun sơi (hơi): tS2 = 99,6 oC

1 Suất lượng hơi nước cần dng:

⇒ Nhiệt dung ring của nước ở 91,5oC = 4,210 kJ/kg.K

⇒ Nhiệt dung ring của nước ở 98,5oC = 4,218 kJ/kg.K