đồ án công nghệ thiết kế hệ thống chưng cất nước – axit axetic có năng suất là 500 lít trên giờ

LỜI MỞ ĐẦU Khoa học kỹ thuật ngày càng phát triển và cùng với nó là nhu cầu ngày càng cao về độ tinh khiết của các sản phẩm. Vì thế, các phương pháp nâng cao độ tinh khiết luôn luôn được cải tiến và đổi mới để ngày càng hoàn thiện hơn, như là: cô đặc, hấp thụ, chưng cất, trích ly, Tùy theo đặc tính yêu cầu của sản phẩm mà ta có sự lựa chọn phương pháp phù hợp. Đối với hệ Nước – Axit axetic là 2 cấu tử tan lẫn hoàn toàn, ta phải dùng phương pháp chưng cất để nâng cao độ tinh khiết. Đồ án môn học Quá trình và Thiết bị là một môn học mang tính tổng hợp trong quá trình học tập của các kỹ sư Công nghệ Hóa học tương lai. Môn học giúp sinh viên giải quyết nhiệm vụ tính toán cụ thể về: quy trình công nghêä, kết cấu, giá thành của một thiết bị trong sản xuất hóa chất thực phẩm. Đây là bước đầu tiên để sinh viên vận dụng những kiến thức đã học của nhiều môn học vào giải quyết những vấn đề kỹ thuật thực tế một cách tổng hợp. Nhiệm vụ của Đồ án này là thiết kế hệ thống chưng cất Nước – Axit axetic có năng suất là 3000 kgh, nồng độ nhập liệu là 30% khối lượng, nồng độ sản phẩm đỉnh là 95,5% khối lượng, nồng độ sản phẩm đáy là 0,5% khối lượng. Sử dụng hơi đốt có áp suất 2,5at. MỤC LỤC Lời mở đầu1 CHƯƠNG I: GIỚI THIỆU .2 I.Lý thuyết về chưng cất2 1.Khái niệm2 2.Các phương pháp chưng cất.2 3.Thiết bị chưng cất3 II.Giới thiệu sơ bộ về nguyên liệu.3 1.Axit axetic3 2.Nước.4 CHƯƠNG II: QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ5 CHƯƠNG III: CÂN BẰNG VẬT CHẤT8 I.Các thông số ban đầu.8 II.Xác định suất lượng sản phẩm đỉnh và sản phẩm đáy thu được8 III. Xác định tỉ số hoàn lưu làm việc9 IV. Xác định suất lượng mol các dòng pha10 CHƯƠNG IV: TÍNH CÂN BẰNG NHIỆT12 CHƯƠNG V: TÍNH THIẾT BỊ CHÍNH.14 I. Đường kính tháp .14 II.Chiều cao tháp18 III. Trở lực tháp19 IV. Bề dày tháp23 V. Bề dày mâm25 VI.Bích ghép thân – đáy và nắp26 VII.Chân đỡ tháp27 VIII.Tai treo tháp28 IX.Cửa nối ống dẫn với thiết bị – bích nối các bộ phận của thiết bị và ống dẫn .29 1.Ống nhập liệu30 2.Ống hơi ở đỉnh tháp.30 3.Ống hoàn lưu31 4.Ống hơi ở đáy tháp.31 5.Ống dẫn lỏng vào nồi đun.31 6.Ống dẫn lỏng ra khỏi nồi đun.32 X.Lớp cách nhiệt33 CHƯƠNG V: TÍNH THIẾT BỊ PHỤ.34 I. Thiết bị đun sôi đáy tháp .34 II.Thiết bị làm nguội sản phẩm đáy37 III. Thiết bị ngưng tụ sản phẩm đỉnh41 IV. Thiết bị đun sôi dòng nhập liệu44 V.Bồn cao vị48 VI.Bơm.51 CHƯƠNG VII: TÍNH KINH TẾ.53

MỤC LỤC

Lời mở đầu

CHƯƠNG I: TỔNG QUAN 1

I.Lý thuyết về chưng cất 1

1 Khái niệm 1

2 Các phương pháp chưng cất 2

3 Thiết bị chưng cất 2

II Giới thiệu sơ bộ về nguyên liệu 3

4 Axit axetic 3

5 Nước 5

CHƯƠNG II: CÂN BẰNG VẬT CHẤT 7

I. Các thông số ban đầu 7

II. Xác định suất lượng sản phẩm đỉnh và sản phẩm đáy thu được 8 III Xác định tỉ số hoàn lưu làm việc 8

IV Phương trình đường làm việc –số mâm lý thuyết 11

V Xác định số mâm thực tế 11

CHƯƠNG III:TÍNH TOÁN THẾT KẾ THÁP CHƯNG CẤT 14

I Đường kính tháp… 14

1 Đường kính đoạn cất: 14

2 Đường kính đạon chưng: 16

II Mâm lỗ - trở lực của mâm 18

1 Cấu tạo mâm lỗ: 18

2 Kiểm tra ngập lụt khi tháp hoạt động 23

III Tính toán cơ khí của tháp 24

1 Bề dày của tháp: 24

2 Đáy và lắp: 26

IV BÍCH GHÉP THÂN – ĐÁY VÀ NẮP: 26

V CỬA NỐI ỐNG DẪN VỚI THIẾT BỊ - BÍCH NỐI CÁC BỘ PHẬN CỦA THIẾT BỊ VÀ ỐNG DẪN: 28

1 Ống nhập liệu: 28

2 Ống hơi ở đỉnh tháp: 29

3 Ống hoàn lưu: 29

4 Ống hơi ở đáy tháp: 30

5 Ống dẫn lỏng vào nồi đun: 31

6 Ống dẫn lỏng vào đáy tháp: 31

CHƯƠNG V: TÍNH THIẾT BỊ PHỤ- THIẾT BỊ PHỤ 34

CHƯƠNG VII: TÍNH KINH TẾ 53

I, Các thiết bị truyền nhiệt.

II, tính toán bơm nhập liệu

Lời kết… ……… 55 Tài liệu tham khảo 55

LỜI MỞ ĐẦU

Khoa học kỹ thuật ngày càng phát triển và cùng với nó là nhu cầu ngày càng cao về độ tinh khiết của các sản phẩm Vì thế, các phương pháp nâng cao độ tinh khiết luôn luôn được cải tiến và đổi mới để ngày càng hoàn thiện hơn, như là: cô đặc, hấp thụ, chưng cất, trích ly,… Tùy theo đặc tính yêu cầu của sản phẩm mà ta có sự lựa chọn phương pháp phù hợp Đối với hệ Nước – Axit axetic là 2 cấu tử tan lẫn hoàn toàn, ta phải dùng phương pháp chưng cất để nâng cao độ tinh khiết.

Đồ án môn học Quá trình và Thiết bị là một môn học mang tính tổng hợp trong quá trình học tập của các kỹ sư Công nghệ Hóa học tương lai Môn học giúp sinh viên giải quyết nhiệm vụ tính toán cụ thể về: quy trình công nghêä, kết cấu, giá thành của một thiết bị trong sản xuất hóa chất - thực phẩm Đây là bước đầu tiên để sinh viên vận dụng những kiến thức đã học của nhiều môn học vào giải quyết những vấn đề kỹ thuật thực tế một cách tổng hợp.

Nhiệm vụ của Đồ án này là thiết kế hệ thống chưng cất Nước – Axit axetic có năng suất là 500l/h, nồng độ nhập liệu là 8%(kg axit/kg hỗn hợp), nồng độ sản phẩm đỉnh là 95,5%(kg nước/kg hỗn hợp), nồng độ sản phẩm đáy là 28%(kg axit/kg hỗn hợp) Sử dụng hơi đốt có áp suất 2,5at.

giữa hai pha như trong quá trình hấp thu hoặc nhả khí, trong quá trình chưngcất pha mới được tạo nên bằng sự bốc hơi hoặc ngưng tụ.

nhau, tuy nhiên giữa hai quá trình này có một ranh giới cơ bản là trong quátrình chưng cất dung môi và chất tan đều bay hơi (nghĩa là các cấu tử đều hiệndiện trong cả hai pha nhưng với tỷ lệ khác nhau), còn trong quá trình cô đặcthì chỉ có dung môi bay hơi còn chất tan không bay hơi

tử sẽ thu được bấy nhiêu sản phẩm Nếu xét hệ đơn giản chỉ có 2 cấu tử thì tathu được 2 sản phẩm:

các cấu tử có độ bay hơi lớn

cấu tử có độ bay hơi bé

Đối với hệ Nước – Axit axetic thì:

2.2.Phân loại theo nguyên lý làm việc :

- Chưng cất đơn giản

- Chưng bằng hơi nước trực tiếp

- Chưng cất

2.3.Phân loại theo phương pháp cấp nhiệt ở đáy tháp :

- Cấp nhiệt trực tiếp

- Cấp nhiệt gián tiếp

Vậy: đối với hệ Nước – Axit axetic, ta chọn phương pháp chưng cất liên tục cấp nhiệt gián tiếp bằng nồi đun ở áp suất thường.

3.Thiết bị chưng cất:

Trong sản xuất thường dùng nhiều loại thiết bị khác nhau để tiến hànhchưng cất Tuy nhiên yêu cầu cơ bản chung của các thiết bị vẫn giống nhaunghĩa là diện tích bề mặt tiếp xúc pha phải lớn, điều này phụ thuộc vào mức

độ phân tán của một lưu chất này vào lưu chất kia Nếu pha khí phân tán vàopha lỏng ta có các loại tháp mâm, nếu pha lỏng phân tán vào pha khí ta cótháp chêm, tháp phun,… Ở đây ta khảo sát 2 loại thường dùng là tháp mâm vàtháp chêm

có cấu tạo khác nhau, trên đó pha lỏng và pha hơi được cho tiếp xúc với nhau.Tùy theo cấu tạo của đĩa, ta có:

- 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) : tháp hình trụ, gồm nhiều bậc nối với nhau bằngmặt bích hay hàn Vật chêm được cho vào tháp theo một trong hai phươngpháp: xếp ngẫu nhiên hay xếp thứ tự

So sánh ưu nhược điểm của các loại tháp:

- Hiệu suất khá cao

tăng năng suất thì hiệu ứng

thành tăng  khó tăng năng

suất

- Thiết bị khá nặng nề

- Không làm việc được với chất lỏng bẩn

- Kết cấu khá phứctạp

- Có trở lực lớn

- Tiêu tốn nhiềuvật tư, kết cấuphức tạp

Vậy: ta sử dụng tháp mâm xuyên lỗ để chưng cất hệ Nước – Axit axetic.

II GIỚI THIỆU SƠ BỘ VỀ NGUYÊN LIỆU :

1 Axit axetic :

1.1.Tính chất :

 Là 1 chất lỏng khơng màu, cĩ mùi sốc đặc trưng, trọng lượng riêng1,0497 (ở 20oC)

 Khi hạ nhiệt độ xuống 1 ít đã đơng đặc thành 1 khối tinh thể cĩ To

nc =16,635 – 0,002o, Tosơi = 118oC

 Tan trong nước, rượu và ete theo bất kỳ tỷ lệ nào

 Là 1 axit yếu, hằng số phân ly nhiệt động của nĩ ở 25oC là K = 1,75.10

−5

Tính ăn mịn kim loại:

 Axit axetic ăn mịn sắt

 Nhơm bị ăn mịn bởi axit lỗng, nĩ đề kháng tốt đối với axit axetic đặc

và thuần khiết Đồng và chì bị ăn mịn bởi axit axetic với sự hiện diệncủa khơng khí

 Thiếc và một số loại thép nikel – crom đề kháng tốt đối với axit axetic

1.2.Điều chế :

Axit axetic được điều chế bằng cách:

1) Oxy hĩa cĩ xúc tác đối với cồn etylic để biến thành andehit axetic, là một giai đoạn trung gian Sự oxy hĩa kéo dài sẽ tiếp tục oxy hĩa andehit axetic thành axit axetic.

CH3CHO + ½ O2 = CH3COOH

C2H5OH + O2 = CH3COOH + H2O

2) Oxy hĩa andehit axetic được tạo thành bằng cách tổng hợp từ acetylen.

Sự oxy hĩa andehit được tiến hành bằng khí trời với sự hiện diện củacoban axetat Người ta thao tác trong andehit axetic ở nhiệt độ gần 80oC đểngăn chặn sự hình thành peroxit Hiệu suất đạt 95 – 98% so với lý thuyết.Người ta đạt được như thế rất dễ dàng sau khi chế axit axetic kết tinh được

CH3CHO + ½ O2 ⃗Coban axetat ở 80 o C CH3COOH

3) Tổng hợp đi từ cồn metylic và Cacbon oxit.

Hiệu suất có thể đạt 50 – 60% so với lý thuyết bằng cách cố định cacbonoxit trên cồn metylic qua xúc tác.

Nhiệt độ từ 200 – 500oC, áp suất 100 – 200atm:

 Làm chất dẻo tơ sợi xenluloza axetat – làm phim ảnh không nhạy lửa

 Làm chất nhựa kết dính polyvinyl axetat

 Phần lớn các ester axetat đều là các dung môi, thí dụ: izoamyl axetathòa tan được nhiều loại nhựa xenluloza

 Khối lượng riêng d40 c : 1 g / ml

 Nhiệt độ nóng chảy : 00C

 Nhiệt độ sôi : 1000 C

Nước là hợp chất chiếm phần lớn trên trái đất (3/4 diện tích trái đất là nướcbiển) và rất cần thiết cho sự sống.

Nước là dung mơi phân cực mạnh, cĩ khả năng hồ tan nhiều chất và làdung mơi rất quan trọng trong kỹ thuật hĩa học

CHƯƠNG II:CÂN BẰNG VẬT CHẤT

I CÁC THƠNG SỐ BAN ĐẦU :

Chọn loại tháp là tháp mâm xuyên lỗ

Khi chưng luyện dung dịch axit axetic thì cấu tử dễ bay hơi là nước

Hỗn hợp: {Axit axetic : CH 3 COOH ⇒ M A=60 (g /mol )

Nước : H2O ⇒ M N=18 (g /mol )

 Năng suất nhập liệu: GF = 3.5 (m3/h)

 Nồng độ nhập liệu: xF= 0.92 (mol nước/ mol hỗn hợp)

 Nồng độ sản phẩm đỉnh: xP = 0.995 (mol nước/ mol hỗn hợp)

 Nồng độ sản phẩm đáy: xW = 0.70 (mol nước/ mol hỗn hợp)

 Nhiệt độ nhập liệu: tFV = 25oC

 Trạng thái nhập liệu là trạng thái lỏng sơi

Đối với thiết bị đun sơi đáy tháp :

 Áp suất hơi đốt : Ph = 2.5at

Đối với thiết bị làm nguội sản phẩm đáy :

 Nhiệt độ sản phẩm đáy sau khi làm nguội: tWR = 40oC

 Nhiệt độ dịng nước lạnh đi vào: tV = 25oC

 Nhiệt độ dịng nước lạnh đi ra: tR = 35oC

Đối với thiết bị ngưng tụ sản phẩm đỉnh :

 Nhiệt độ dịng nước lạnh đi vào: tV = 25oC

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

 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 đáy tính theo kg/h, kmol/h

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

II XÁC ĐỊNH SUẤT LƯỢNG SẢN PHẨM ĐỈNH và SẢN PHẨM ĐÁY THU ĐƯỢC :

1 Phần khối lượng cấu tử:

775 0 60

* 08 0 18

* 92 0

18

* 92 0 ).

1 (

f

N f

M x x

(kg nước/ kg hỗn hợp)

Tra bảng 1.249, trang 310, [5]

 Khối lượng riêng của nước ở 25oC: N = 996,5 (kg/m3)

Tra bảng 1.2, trang 9, [5]

 Khối lượng riêng của axit axetic ở 25oC: AL = 1042,75 (kg/m3)

Áp dụng trong công thức (1.2), trang 5, [5]:

Đun gián tiếp : { G F=G p+G W

III XÁC ĐỊNH TỈ SỐ HOÀN LƯU LÀM VIỆC

1 Suất lượng mol tương đối của dòng nhập liệu:

f = x p−x W

x F−x W=

0 , 995−0,7

0 , 92−0,7 = 1.341

2 Tỉ số hoàn lưu làm việc:

Tỉ số hoàn lưu tối thiểu: Rmin=

3 Xác định suất lượng mol các dòng pha:

Coi lưu lượng mol của các dòng pha đi trong mỗi đoạn tháp (chưng và luyện)

2 Tại mâm nhập liệu :

Khối lượng mol của dòng nhập liệu:

= 0,7 18 + (1 – 0,7) 60 = 30.6 (kg/mol)Suất lượng mol của dòng sản phẩm đáy:

nHW = nHF = nHP =478.57 (kmol/h)

IV PH ƯƠNG TRÌNH ĐƯỜNG LÀM VIỆC SỐ MÂM LÝ THUYẾT: 1.Phương trình đường nồng độ làm việc của đoạn luyện:

+ xác định hiệu suất trung bình của tháp ƞtb:

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

α= y

¿

1− y¿

1−x x

Với : x:phần mol của nước trong pha lỏng

Y* là phần mol của nước trong pha hơi cân bằng với pha lỏng

Lgµ).hh =x1lgµ).1+x2lgµ).2 (tài liệu [4 tập 1, trang 4])

tra tài liệu tham khảo[tập 2, trang171]:µ).f =0.55

tại vị trí mâm đáy:

xw =0.7 ta tra đồ thị cân bằng của hệ: y*w =0.795

tra tài liệu được: ƞP=0.53

suy ra hiệu suất trung bình của tháp:

η tb=η F+η w+η P

0 53+0 53+0 55

3 =0 537

CHƯƠNG III: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ

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

Ωtb : tốc độ hơi đi trong tháp (m/s)

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

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

gd : lượng hơi ra khỏi đĩa trên cùng của tháp (kg/h)

g1: lượng hơi đi vào đĩa dưới cùng của đoạn cất (kg/h)

Xác định gd : gd = P.(R+1) = 122.76(2.9+1)= 748.764 (kmol/h) = 8678.07(kg/h)

với G1 : lượng lỏng ở đĩa thứ nhất của đoạn cất

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

rd : ẩn nhiệt hóa hơi của hỗn hợp hơi đi ra ở đỉnh tháp

* Tính r1 : t1 = tF =100.52oC (tài liệu 4 tập 1) ta có :

ẩn nhiệt hóa hơi của nước : rN1 = 40512.96 (KJ/kmol)

ẩn nhiệt hóa hơi của acid : ra1 = 24195.24 (KJ/kmol)

suy ra : r1 = rN1.y1 + (1-y1).ra1 = 24195.24 + 16317.72y1 (KJ/kmol)

*Tính rp : tP = 100.22oC (tra tài liệu tham khảo 4 tap 1)ta có:

ẩn nhiệt hóa hơi của nước : rNp = 40512.96 (KJ/kmol)

ẩn nhiệt hóa hơi của acid : raP = 24195.24 (KJ/kmol)

b.Tốc độ 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

Với : ρxtb : khối lượng riêng trung bình của pha lỏng(Kg/m3)

Ρytb: khối lượng riêng trung bình của pha hơi (Kg/m3)

2 Đường kính đoạn chưng:

a lượng hơi trung bình đi trong tháp:

g’tb=

g' n+g'1

g’n : lượng hơi ra khỏi đoạn chưng (kg/ h)

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

+xác định g’n : g’n=g1 = 515,73( kmol/h) = 10366,17 (kg/h)+xác định g’1 : từ hệ phương trình:

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

* Tính r’1 : xw =0,7 tr đồ thị cân bằng của hệ ta có: yw= 0,795

Suy ra: Mtbg’ =18.yw + (1-yw).60= 26,61 (kg/kmol)

t’1 = tw = 102,1oC, tra tài liệu tham khảo [tập 1] ta có:

ẩn nhiệt hóa hơi của nước: r’n1 = 40512,96 (KJ/Kmol)

ẩn nhiệt hóa hơi của acid: r’a1 = 24195,24 (KJ/Kmol)

Suy ra: r’1 = r’n1.yw +(1- yw).r’a1= 37167,83(KJ/Kmol)

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

với : ρ’xtb: khối lượng riêng trung bình của pha lỏng( Kg/m3)

ρ’ytb: khối lượng riêng trung bình của pha hơi (kg/m3)

+ Nhiệt độ trung bình đoạn chưng : t’tb =

t’tb= 101.31oC , tra tài liệu tham khảo [tập 1, trang 9], ta có:

Khối lượng riêng của nước: ρ’n= 958(kg/m3)

Khối lượng riêng của acid: ρ’a=958(kg/m3)

0,01882.12558,18

1,8 2.0,85 =1,61 (m)

II MÂM LỖ - TRỞ LỰC CỦA MÂM:

1 Cấu tạo mâm lỗ :

Chọn tháp mâm xuyên lỗ có ống chảy chuyền với:

 Tiết diện tự do bằng 10% diện tích mâm

 Đường kính lỗ: dlỗ = 8mm = 0,008 (m)

 Chiều cao gờ chảy tràn: hgờ = 50mm = 0,05 (m)

Số lỗ trên đường chéo: b = 2a + 1 = 81 (lỗ)

A độ giảm áp qua mâm khô.:

Độ giảm áp của pha khi qua mâm khô được tính dựa trên cơ sở tổn thất

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

+ ρG : khối lượng riêng của pha hơi (Kg/m3) mâm với đường kính lỗ

ΡL : khối lượng riêng của pha lỏng (Kg/m3)

+ Co : hệ số orfice, phụ thuộc vào tỉ số tổng diện tích lỗ với diện tích mâm và tỉ số giữa bề dày mâm với đường kính lỗ

Khối lượng riêng của pha lỏng : ρL= ρxtb=958(kg/m3)

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

h k=51.(14,50,722).0,7136

958 =16,3 (m/s)+ Đối với mâm ở phần chưng:

Vận tốc pha hơi qua lỗ: u’o =

ω' lv

10%=

1,61

0,1 = 16,1 (m/s)Khối lượng riêng pha hơi:ρ’G=ρ’ytb=0,85(kg/m3)

Khối lượng riêng pha lỏng : ρ’L=ρ’xtb = 958 (kg/m)

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

h' k=51.(16,10,722).0,85

958 =23,94 (mm.chất lỏng)

B độ giảm áp đo chiều cao mức chất lỏng trên mâm:

Phương pháp đơn giản để ước tính độ giảm áp của pha hoi qua mâm dolớp chất lỏng trên mâm h1 là từ chiều cao gờ chảy tràn hw, chiều cao tính toáncủa lớp chất lỏng trên gờ chảy tràn how, và hệ số hiệu chỉnh theo kinh nghiệmβ:

Chiều cao tính toán của lớp chất lỏng trên gờ chảy tràn được tính từ phương trình Francis với gờ chảy tràn phẳng:

how= 43,4 (q L

L w)23

(mm Chất lỏng)với

+ qL :Lưu lượng của chất lỏng( m3/phut)

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

Với :no : góc ở tâm chắn bởi chiều dài đoạn Lw.

Dung phương pháp lặp ta được: no = 93o12’22”

Suy ra: Lw = 1,8.sinn(no/2)=1,3 (m)

Với :Mtb = 0,9575.18+(1-0,9575)=19,785

Suy ra : how= 43,4 (0,1221,3 )23

= 8,962(mm)Vậy : độ giảm áp do chiều cao mức chất lỏng trên mâm ở phần cất là:

Vậy : độ giảm áp do chiều cao mức chất lỏng trên mâm ở phần chưng:h’1=0,6.(50+13,87)=38,322(mm chất lỏng)

C độ giảm áp do suc căng bề mặt:

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

h R=625,54. σ

ρ L d1,( mm chất lỏng)Với : +σ : sức căng bề mặt của chất lỏng(dyn/cm)

+ρL: khối lượng riêng của pha lỏng ( Kg/m3)

* Phần cất:

Khối lượng riêng của pha lỏng: ρL=ρxtb= 958 (kg/m3)

+ ttb = 100,37oC, tra tài liệu tham khảo [tập 1], ta có:

- Sức căng bề mặt của nước: σn= 58,9(dyn/cm)

- Sức căng bề mặt của acid: σa= 19,8(dyn/cm)

Suy ra : sức căng bề mặt chất lỏng ở phần chưng:

Khối lượng riêng của pha lỏng: ρ’L=ρ’xtb= 958

+ttb = 100,37oC, tra tài liệu tham khảo [tập 1], ta có:

- Sức căng bề mặt của nước: σ’n= 58,9(dyn/cm)

- Sức căng bề mặt của acid: σ’a= 19,8(dyn/cm)

Suy ra : sức căng bề mặt chất lỏng ở phần chưng:

∑htl = 37.htl + 13.h’tl= 37.496,98 + 13.596,49= 26142,63 (N/m3)

2 Kiểm tra ngập lụt khi tháp hoạt động:

Chọn khoảng cách giữa hai mâm la hmâm= 0,4(m)

Bỏ qua sự tạo bọt trong ống chảy chuyền, chiều cao mực chất lỏng trong ống chảy chuyền của mâm xuyên lỗ được xác định theo biểu thức :

Trong đó : QL : lưu lượng của chất lỏng ( m3/h)

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

các mâm ở phần chưng sẽ không bị ngập lụt.

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

Chiều cao thân tháp : Hthân=(Ntt -1).∆h= (50-1).0,4= 19,6(m)

Chiều cao của đáy và nắp: Hđ=Hn=ht+hgờ=0,45+0,025=0,475

Chiều cao của tháp : H = Hthân+ Hđ + Hn=20,55(m)

III Tính toán cơ khí của tháp:

1 Bề dày tháp :

1.1 Thân tháp:

Vì tháp hoạt động ở áp suất thường nên ta thiết kế thân hình trụ bằngphương pháp hàn hồ quang điện, kiểu hàn giáp mối 2 phía Thân tháp đượcghép với nhau bằng các mối ghép bích

Vì tháp hoạt động ở nhiệt độ cao (>100oC) nên ta phải bọc cách nhiệt chotháp

Để đảm bảo chất lượng của sản phẩm và khả năng ăn mòn của axit axetic đốivới thiết bị, ta chọn thiết bị thân tháp là thép không gỉ mã X18H10T

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

 Nhiệt độ tính toán :

Chọn nhiệt độ tính toán : ttt=tđáy= 102,1oC.

Tra tài liệu tham khảo [5], ứng suất tiêu chuẩn đối với thép X18H10T:[σ]*= 142 (N/mm2)

Đối với acid hệ số hiệu chỉnh: ƞ= 1

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

Áp suất tính toán :

Vì tháp hoạt động ở áp suất thường nên: Ptt = Pcl + ∑htl, (N/m2)

Với :Pcl: áp suất tính toán sao cho tháp hoạt động ở ngay điều kiện nguyhiểm nhất mà vẫn an toàn nên:

Pcl= ρx.g.H=

ρ xtb+ρ' xtb

2 g H=958 9 , 81 20 55=193128 , 49

Suy ra: Ptt=193128,49 + 26142,63=219270,79(N/m2)~0,22(N/mm2)

Xác định bề dày thân chịu áp suất trong:

Vì sử dụng phương pháp hàn hồ quang điện, kiểu hàn giáp mối 2 phía  h = 0,95 (Bảng XIII.8, trang 362, [6])

Với: +Ca: hệ số bổ sung do ăn mòn hóa học phụ thuộc vào tốc độ ăn mòncủa chất lỏng Chọn tốc độ ăn mòn của aicd là 0,1 (mm/năm), thiết bị hoạtđộng trong 20 năm, do đó Ca=2mm

+Cb: hệ số bổ sung do bào mòn cơ học, chọn Cb=0

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

2 Đáy và nắp:

Chọn đáy và nắp có dạng hình ellip tiêu chuẩn, có gờ, làm bằng thépX18H10T

Chọn bề dày đáy và nắp bằng với bề dày thân tháp: S = 5(mm)

Kích thước của đáy và nắp: