Thiết kế tháp mâm chóp chưng cất ethanol-nước

Chưng cất đơn giảngián đoạn: phương pháp này đuợc sử dụng trong các trường hợp sau: + Khi nhiệt độsôi của các cấu tử khác xa nhau..  Phương pháp cấp nhiệt ở đáy tháp: Sử dụng hơi nước

1

NHẬN XÉT ĐỒ ÁN

Cán bộ hướng dẫn Nhận xét: _

Điểm: _Chữ ký:

Cán bộ chấm hay Hội đồng bảo vệ Nhận xét: _

Điểm: _Chữ ký: _

Điểm tổng kết:

2

MỤC LỤC

CHƯƠNG I : TỔNG QUAN … 5

1 Tổng quan về sản phẩm ………7

2 Phương pháp và thiết bị chưng cất……… 6

3 Công nghệ chưng cất hệ Etanol-Nước……… 9

CHƯƠNG II : TÍNH CÂN BẰNG VẬT CHẤT - NĂNG LƯỢNG 12

1 Tính cân bằng vật chất 12

2 Tính cân bằng năng lượng 17

CHƯƠNG III :TÍNH TOÁN –THIẾT KẾ THÁP CHƯNG CẤT 20

1 Tính đường kính tháp chưng cất 20

2 Tính chiều cao tháp 26

3 Tính toán chóp và ống chảy chuyền 26

4 Tính trở lực tháp 31

CHƯƠNG IV : TÍNH TOÁN CƠ KHÍ CỦA THÁP 36

1 Bề dày thân tháp 38

2 Đáy và nắp thiết bị 38

3 Bích ghép thân, đáy và nắp 36

4 Đường kính các ống dẫn – Bích ghép các ống dẫn 40

5 Tai treo và chân đỡ 45

CHƯƠNG V : TÍNH TOÁN THIẾT BỊ TRUYỀN NHIỆT- THIẾT BỊ PHỤ 52

1 Các thiết bị truyền nhiệt 52

1.1 Thiết bị làm nguội sản phẩm đỉnh 52

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

1.3 Thiết gia nhiệt nhập liệu 65

1.4 Nồi đun gia nhiệt sản phẩm đáy 70

1.5 Thiết gia ngưng tụ sản phẩm đỉnh 73

2 Tính toàn bơm nhập liệu 77

2.1 Tính chiều cao bồn cao vị 77

2.2 Chọn bơm 82

3

CHƯƠNG VI : GIÁ THÀNH THIẾT BỊ 85 CHƯƠNG VII : KẾT LUẬN 87 TÀI LIỆU THAM KHẢO 88

4

gỗ và nông nghiệp

1.2 Nước:

-Nước là một hợp chất hóa học của Hydro và Oxy, công thức hóa học là H2O Nước là một

chất quan trọng trong công nghiệp và đời sống, chiếm 70% diện tích của trái đất

+Nhiệt độ sôi của nước :100oC ( ở 760mmHg)

mol) 0 33,2 44,2 53,1 57,6 61,4 65,4 69,9 75,3 81,8 89,8 100 t(oC) 100 90,5 86,5 83,2 81,7 80,8 80 79,4 79 78,6 78,4 78,4

Các phương pháp chưng cất: được phân loại theo:

Hệ Etanol -Nướ c

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100

x(%mol) y(%mol)

8

 Áp suất làm việc: chưng cất áp suất thấp, áp suất thường và áp suất cao Nguyên tắc của phương pháp này là dựa vào nhiệt độ sôi của các cấu tử, nếu nhiệt độ sôi của các cấu tử quá cao thì ta giảm áp suất làm việc để giảm nhiệt độ sôi của các cấu tử

 Nguyên lý làm việc: liên tục, gián đoạn(chưng đơn giản) và liên tục

Chưng cất đơn giản(gián đoạn): phương pháp này đuợc sử dụng trong các

trường hợp sau:

+ Khi nhiệt độsôi của các cấu tử khác xa nhau

+ Không đòi hỏi sản phẩm có 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 hỗn hợp hai cấu tử (dùng thiết bị hoạt động liên tục) là quá trình

được thực hiện liên tục, nghịch dòng, nhiều đoạn

 Phương pháp cấp nhiệt ở đáy tháp:

Sử dụng hơi nước để cấp nhiệt trực tiếp cho đáy tháp: khi chưng cất hỗn hợp

nhập kiệu thu được nước ở đáy tháp chưng cất, cấu tử còn lại đễ bay hơi thì

ta có thể sử dụng hơi nước để cấp nhiệt trực tiếp cho đáy tháp

Sử dụng nồi đun để cấp nhiệt cho tháp chưng cất: nồi đun cho tháp chưng cất

là thiết bị trao đổi nhiệt được đặt ở đáy tháp, để cung cấp nhiệt cho hệ thống

Có các loại nồi đun cho tháp chưng cất:

- Thiết bị trao đổi nhiệt loại hai vỏ: dùng cho tháp chưng cất năng suất nhỏ

- Thiết bị trao đổ nhiệt dạng ốm chùm

- Nồi đun đặt ngoài Chất tải nhiệt nóng đi trong ống, hơi đi vào tháp cân

bằng với dòng sản phẩm đáy, do đó nồi đun được xem làm một mâm lý thuyết Dùng cho tháp chưng cất năng suất cao

- Thiết bị trao đổi nhiệt đặt đứng Chất tải nhiệt đi ngoài ống, bốc hơi

hoàn toàn phần lỏng đi vào nồi đun Do đó, hơi có cùng thành phần với dòng sản phẩm đáy

- Thiết bị trao đổi nhiệt nhận dòng lỏng từ mâm đáy và nó chỉ bốc hơi

một phần

9

Vậy: đối với hệ Etanol – Nước, ta chọn phương pháp chưng cất liên tục cấp

nhiệt gián tiếp bằng nồi đun đặt ngoài ở áp suất thường

2.2 Thiết bị chưng cất:

Trong sản xuất thường sử dụng rất nhiều loại tháp nhưng chúng đều có một yêu cầu cơ bản

là diện tích bề mặt tiếp xúc pha phải lớn ,điều này phụ thuộc vào độ phân tán của lưu chất này vaò lưu chất kia

Tháp chưng cất rất phong phú về kích cỡ và ứng dụng ,các tháp lớn nhất thường được ứng dụng trong công nghiệp lọc hoá dầu Kích thước của tháp : đường kính tháp và chiều cao tháp tuỳ thuộc suất lượng pha lỏng, pha khí của tháp và độ tinh khiết của sản phẩm Ta khảo sát 2 loại tháp chưng cất thường dùng là tháp mâm và tháp chêm

Tháp mâm: thân tháp hình trụ, thẳng đứng phía trong có gắn các mâm có cấu tạo khác

nhau để chia thân tháp thành những đoạn bằng nhau, trên mâm pha lỏng và pha hơi đựơc cho tiếp xúc với nhau Tùy theo cấu tạo của đĩa, ta có:

 Tháp mâm chóp : trên mâm bố trí có chép dạng:tròn ,xú bắp ,chữ s…

 Tháp mâm xuyên lỗ: trên mâm bố trí các lỗ có đường kính (3-12) mm

Tháp chêm(tháp đệm): tháp hình trụ, gồm nhiều đoạn nối với nhau bằng mặt bích hay

hàn Vật chêm được cho vào tháp theo một trong hai phương pháp: xếp ngẫu nhiên hay xếp thứ tự

So sánh ưu và nhược điểm của các loại tháp :

LỖ

THÁP MÂM CHÓP

- Trở lực thấp

- Hiệu suất tương đối cao

- Làm việc với chất lỏng bẩn

- Hiệu suất cao

Nhược điểm - Hiệu suất thấp

- Độ ổn định kém

- Thiết bị nặng

- Trở lực khá cao - Cấu tạo phức tạp

►Đồ án này sử dụng tháp mâm chóp để chưng cất hỗn hợp Etanol-Nước

3 Công nghệ chưng cất Etanol-Nước:

Etanol là một chất lỏng tan vô hạn trong H2O, nhiệt độ sôi là 78,30C ở 760mmHg, nhiệt

độ sôi của nước là 100oC ở 760mmHg : hơi cách biệt khá xa nên phương pháp hiệu quả để thu etanol có độ tinh khiết cao là phương pháp chưng cất

10

Trong trường hợp này, ta không thể sử dụng phương pháp cô đặc vì các cấu tử đều có khả năng bay hơi, và không sử dụng phương pháp trích ly cũng như phương pháp hấp thụ do

có thể làm cho quá trình phức tạp hơn hay quá trình tách không được hoàn toàn

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

Chú thích các kí hiệu trong qui trình:

1 Bồn chứa nguyên liệu

2 Thiết bị đun sôi dòng nhập liệu

3 Thiết bị trao đổi nhiệt

* Thuyết minh qui trình công nghệ:

Hỗn hợp etanol – nước có nồng độ etanol 11,6% ( theo phân mol), nhiệt độ khoảng 280

C tại bồn chứa nguyên liệu (1) được bơm bơm vào thiết bị trao đổi nhiệt (3) ( trao đổi nhiệt với sản phẩm đáy ) Sau đó, hỗn hợp được đun sôi đến nhiệt độ sôi trong thiết bị đun sôi (2), rồi đưa vào tháp chưng cất ở đĩa nhập liệu

Trên đĩa nhập liệu, chất lỏng được trộn với phần lỏng từ đoạn cất của tháp chưng cất (5) chảy xuống Trong tháp hơi, đi từ dưới lên gặp chất lỏng từ trên xuống Ở đây, có sự tiếp xúc và trao đổi giữa hai pha với nhau Pha lỏng chuyển động trong phần chưng càng xuống dưới càng giảm nồng độ các cấu tử dễ bay hơi vì đã bị pha hơi tạo nên từ nồi đun lôi cuốn cấu tử dễ bay hơi Nhiệt độ càng lên trên càng thấp, nên khi 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 (có nồng độ 78,1% phân mol) Hơi này đi vào thiết bị ngưng tụ (7) và được ngưng tụ hoàn toàn Bộ phận chỉnh dòng (8) chia chất lỏng này

11

làm hai phần: một phần chất lỏng ngưng tụ đi qua thiết bị làm nguội sản phẩm đỉnh, được làm nguội đến 350C , rồi được đưa qua bồn chứa sản phẩm đỉnh (10); phần còn lại của chất lỏng ngưng tụ đựơc hoàn lưu về tháp chưng cất (5) ở đĩa trên cùng với tỉ số hoàn lưu tối ưu Một phần cấu tử ethanol có nhiệt độ sôi thấp được bốc hơi, còn lại cấu tử nước có nhiệt độ sôi cao trong chất lỏng ngày càng tăng Cuối cùng, ở đáy tháp ta thu được hỗn hợp lỏng hầu hết là các cấu tử khó bay hơi (nước) Hỗn hợp lỏng ở đáy có nồng độ etanol là 0,1367% phân mol, còn lại là nước Dung dịch sản phẩm đáy đi ra khỏi tháp vào nồi đun (6) Trong nồi đun dung dịch lỏng một phần sẽ bốc hơi cung cấp lại cho tháp để tiếp tục làm việc, phần còn lại ra khỏi nồi đun được trao đổi nhiệt với dòng nhập liệu trong thiết bị trao đổi nhiệt (3) Sản phẩm đáy sau khi trao đổi nhiệt với nhập liệu có nhiệt độ là 600C được thải bỏ

o Khối lượng phân tử của rượu và nước : MR =46 , MN =18

o Khối lượng riêng của ethanol nguyên chất ở 250

nước nguyên chất có khối lượng 79,77 kg

→ Trong 801,74 kg hỗn hợp ethanol – nước nhập liệu có 721,97 kg ethanol +79,77 kg nước

► Phân khối lượng ethanol trong dòng sản phẩm đỉnh: ̅̅̅ =

► Khối lượng riêng trung bình của dòng sản phẩm đỉnh:

ρD = ̅̅̅ ρethanol + (1- ̅̅̅) ρnước = 0,901 784,75 + (1 – 0,901) 997,08

= 805,771 (kg/m3)

► Suất lượng sản phẩm đỉnh: 1 m3

→ GD = 805,771 (kg/h)

nước nguyên chất có khối lượng 697,956 kg

→ Trong 933,381 kg hỗn hợp ethanol – nước nhập liệu có 235,425 kg ethanol + 697,956 kg nước

► Phân khối lượng ethanol trong dòng nhập liệu: ̅̅̅ =

► Suất lượng dòng nhập liệu

14

 Tính toán dòng sản phẩm đáy:

o Cân bằng vật chất cho toàn tháp : GF = GD + GW (II.1)

o Cân bằng cấu tử etanol (cấu tử nhẹ) : GF ̅̅̅ = GD ̅̅̅ + GW ̅̅̅̅ (II.2)

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

► Suất lượng dòng nhập liệu tính tính theo kmol/h:

 Nhiệt độ nhập liệu trước gia nhiệt: t’F =28oC

 Nhiệt độ sản phẩm đỉnh sau khi làm nguội : t’D =35o

C

 Nhiệt độ sản phẩm đáy sau khi trao đổi nhiệt : t’W = 60oC

 Trạng thái nhập liệu là trạng thái lỏng sôi

→ Nhiệt độ nhập liệu : t’F = 86oC

15

1.3 Tỉ số hoàn lưu:

1.3.1 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 (0,781;0,781) ta kẻ một đường thẳng tiếp tuyến với đường cân bằng tại điểm uốn , cắt trục Oy tại điểm có yo = 0,43

+Theo phương trình đường làm việc đoạn cất , khi xo = 0 thì

yo =

1min

R

x D

= 0,43 Vậy : tỉ số hoàn lưu tối thiểu : Rmin = 0,82

1.3.2 Tỉ số hoàn lưu thực:

Công thức 6.12 trang 255 [2]

R = 1,3 Rmin + 0,3 = 1,3 0,82 + 0,3 = 1,366

1.4 Phương trình đường làm việc Xác định số mâm

1.4.1 Phương trình đường nồng độ làm việc của đoạn cất :

=

1 1,366

781 , 0 1 1,366

1.4.2 Xác định số mâm lý thuyết và số mâm thực tế:

Đồ thị xác định số mâm lý thuyết : Nlt = 15 mâm

Số mâm thực tế tính theo hiệu suất trung bình :

độ nhớt của hỗn hợp lỏng :  = f(,)

Ntt : số mâm thực tế

16

Nlt : số mâm lý thuyết

 Xác định hiệu suất trung bình của tháp tb :

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

x

x1y1

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

* Tại vị trí nhập liệu :

xF = 0,116 ta tra đồ thị cân bằng của hệ : y*F = 0,46

tF = 86 oC

116,0

116,01.46,01

46,0x

x1.y1

yα

F

F

*

* F

* Tại vị trí mâm đáy:

xW = 0,001367 ta tra đồ thị cân bằng của hệ : y*W = 0,01

tW = 100 oC

001367,

0

001367,

01.01,01

01,0x

x1y1

yα

W

W

*

* W

107]:

→ W = 29 10-6 9,81 = 2,845 10-4 = 0,2845 (cP) Suy ra : W W = 7,379 0,2845 = 2,099

Tra hình IX.11- trang 171 [4(tập 2)]: W = 0,41

*Tại vị trí mâm đỉnh :

xD = 0,781 ta tra đồ thị cân bằng của hệ : y*D = 0,8

tD = 79 oC

17

+

781,0

781,01.8,01

8,0x

x1.y1

yα

D

D

*

* D

► Suy ra: hiệu suất trung bình của tháp :

3

55,041,03,0

Ẩn nhiệt hoá hơi của nước: rN = 2316,245 (kJ/kg)

Ẩn nhiệt hoá hơi của rượu: rR = 848,075 (kJ/kg)

Suy ra: r D = r R x D + r N (1- x D) = 848,075 0,901 + 2316,245 (1-0,901)

= 993,424 (kJ/kg)

2 o   

t oC , tra tài liệu tham khảo [4 (tập 1)],

→ Nhiệt dung riêng của rượu: cR = 2879 (J/kg.độ)

→ Nhiệt dung riêng của nước: cN = 4183,414 (J/kg.độ)

=60oC , tra tài liệu tham khảo [4 (tập 1)–trang 172+165]

→ Nhiệt dung riêng của rượu: cR = 2760 (J/kg.độ)

→ Nhiệt dung riêng của nước: cN = 4186,093 (J/kg.độ)

2   

 o

t oC,tra tài liệu tham khảo [4 (tập 1)–trang 172+165]

→ Nhiệt dung riêng của rượu: cR = 2833,5 (J/kg.độ)

→ Nhiệt dung riêng của nước: cN = 4182,263 (J/kg.độ)

1.( Qnt + QW + QD – QF )

=95 , 0

1(1893917,343 + 704001,012 + 141055,674 - 740340,426)

= 2103824,846 (kJ/h) = 584,396 (kW)

20

1 Đường kính tháp (D t )

tb y y tb g

)ω.(0188,0ω.3600

π

4VD

tb

tb

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

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

gtb : 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

1.1 Đường kính đoạn cất :

1.1.1 Lượng hơi trung bình đi trong tháp :

21

g g

tb



 (Kg/h)

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)

► gd = 46,804 (kmol/h) = 1896,358 (kg/h)

21

 Xác định g 1 : Từ hệ phương trình :

g1 = G1 + GD

g1 ̅̅̅= G1 ̅̅̅ + GD ̅̅̅ (III.1) g1 r1 = gd rd

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

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

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

* Tính r1 : t1 = tF = 86oC , tra bảng 45 [7]-trang 38

→ Ẩn nhiệt hoá hơi của nước : rN1 = 2293,61 (kJ/kg)

→ Ẩn nhiệt hoá hơi của rượu : rR1 = 836,35 (kJ/kg)

► r1 = rR1 ̅̅̅ + (1- ̅̅̅) rN1 = 836,35 ̅̅̅ + (1- ̅̅̅) 2293,61

= 2293,61 – 1457,26 ̅̅̅ (kJ/kg)

* Tính rd : tD = 79oC , tra bảng 45 [7]-trang 38

→ Ẩn nhiệt hoá hơi của nước : rNd = 2311,215 (kJ/kg)

→ Ẩn nhiệt hoá hơi của rượu : rRd = 848,075 (kJ/kg)

►

21

g g

,

22

1.1.2 Tốc độ hơi trung bình đi trong tháp :

( y.y )tb = 0,065 √ (kg/m2.s) - Công thức IX.105 trang 184 [4]

ytb : Khối lượng riêng trung bình của pha hơi

 273

.4,22

273.18.146

ytb

t

y y

273.18.146

ytb

t

y y

 = ( )

( ) = 1,303 (kg/m3)

xtb : Khối lượng riêng trung bình của pha lỏng

+ Nồng độ phân khối lượng trung bình pha lỏng:

→ Khối lượng riêng của nước : N = 970,25 (kg/m3)

→ Khối lượng riêng của rượu : R = 732,625 (kg/m3)

23

σr, σn : Sức căng bề mặt của ethanol và nước ở nhiệt độ làm việc (dyn/cm)

 ttb = 82,50C , tra bảng I.242 trang 300 [4]- tập 1

+ Sức căng bề mặt của nước : N = 60,925 (dyn/cm)

+ Sức căng bề mặt của rượu : R = 16,85 (dyn/cm)

822,2181.0188,

g tb n



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

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

1

1 ' 1 1 ' 1 ' 1 '

.'.''.'

'

r g r g r g

x W y g x G

W g G

n n

W

W (III.2)

Với : G’1 : lượng lỏng ở đĩa thứ nhất của đoạn chưng

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

→ Ẩn nhiệt hoá hơi của nước : r’N1 = 2258 (kJ/kg)

→ Ẩn nhiệt hoá hơi của rượu : r’R1 = 812,9 (kJ/kg)

Giải hệ (III.2) , ta được :

̅̅̅̅= 0,0107 (phân khối lượng ethanol)

2467 

517,1854

 (kg/h)

1.2.2 Tốc độ hơi trung bình đi trong tháp :

Xác định 'xtb, 'ytb:

'xtb : khối lượng riêng trung bình của pha lỏng (Kg/m3)

'ytb : khối lượng riêng trung bình của pha hơi (Kg/m3

273.18.'146.''

ytb

t

y y

ytb

t

y y

0252,

→ Khối lượng riêng của nước : ’N = 962,9(kg/m3)

→ Khối lượng riêng của rượu : ’R = 722,65(kg/m3)

►’xtb =

1

'

'1'

 t’tb = 930C , tra bảng I.242 trang 300 [4]- tập 1

+ Sức căng bề mặt của nước : ’N = 57,7 (dyn/cm)

+ Sức căng bề mặt của rượu : ’R = 14,87 (dyn/cm)

→ = 11,823 (dyn/cm) < 20 (dyn/cm)

► = 0,8

 h : khoảng cách mâm ( m ), chọn h = 0,3 m

Kết luận : hai đường kính đoạn cất và đoạn chưng không chênh lệch nhau quá lớn nên

ta chọn đường kính của toàn tháp là : Dt = 1 (m)

Khi đó tốc độ làm việc thực ở :

+ Phần cất : lv =

303,1.1

822,2181.0188,0

.0188,0

2 2 2

2



ytb t

tb D

g

901,0.1

517,1854.0188,0'

'.0188,0

2 2 2

2





ytb t

tb D

 : chiều dày của mâm, chọn  = 4 ( mm ) = 0.004 ( m )

Hđ : khoảng cách giữa các mâm ( m ) , chọn theo bảng IX.4a- [4]-tập 2i,

→ Hđ = 0.3 ( m ) ( 0,8  1,0 ) : khoảng cách cho phép ở đỉnh và đáy tháp → 0,9

D

= 0.1 2

2

05.01 = 40 ( chóp )

27

( D : đường kính trong của tháp )

 Chiều cao chóp phía trên ống dẫn hơi :

= 2065,709 (m

3/h)

→ y =

=

= 7,306 (m/s)

x z

G





.3600 .4

 Gx : lưu lượng lỏng trung bình đi trong tháp (kg/h)

29

► dc =

C x

x z

 h1 : Chiều cao mức chất lỏng trên khe chóp = 30 (mm)

 b : Chiều cao khe chóp = 20 (mm)

 S : Khoảng cách từ mặt đĩa đến chân chóp = 12,5 (mm)

 Δh : Chiều cao mực chất lỏng ở bên trên óng chảy chuyền

Δh = √( )

 V : Thể tích chất lỏng chảy qua (m3

/h)

V = + Lưu lượng lỏng trong phần cất của tháp:

QL = ất

► tmin = 73,6 + 2 2 + 35 = 112,6 (mm)

 Chiều rộng khe chóp : a = 2 : 7 mm ; chọn a = 4 ( mm )

 Khoảng cách từ tâm ống chảy chuyền đến tâm chóp gần nhất:

t1 =

 dc : Đường kính ống chảy chuyền = 0,0717 (m)

 : Bầ dày ống chảy chuyền, thường lấy 2 ÷ 4 mm

V y

→ 0 =

02,0.004,0.39.34

465,0



.4

  : sức căng bề mặt trung bình của hỗn hợp

Ở t’

x = 82,5OC → hh = 13,119 10-3 (N/m)

 dtd : đường kính tương đương của khe rãnh :

dtd =

H

f x

.4

=

).(

2

4

b a

b a



 fx : diện tích tiết diện tự do của rãnh

.4

=

 hr : Chiều cao của khe chóp (m), hr = b = 20 (mm) = 0,02 (m)

 hb : chiều cao lớp bọt trên đĩa (m) – Công thức IX.110 [4]- tập 2 – trang 185

hb =

b

b x ch b

x x

c

F

f h h f h f

F h h h

( )

 F : Phần diện tích bề mặt đĩa có gắn chóp ( nghĩa là trừ hai phần diện tích đĩa để

bố trí ống chảy chuyền - Sd , với Sd = 0,04 F)

Fo = F – 2 Sd = 0,92 F = 0,92 0,785 = 0,722 (m2)

 f : Tổng diện tích các chóp trên đĩa

f = 0.785 dch2 n = 0,785 (0,08)2 40 = 0,201 (m2) Với n = 36 là số chóp trên đĩa

 hch : Chiều cao của chóp

hch = hc + h = 0,061967 + 1,44 10-5 = 0,06198 (m)

► hb =

b

b x ch b

x x

c

F

f h h f h f

F h h h

( )

).(

( ) ( ) ( )

V y

'

 V”y : lưu lượng pha hơi trung bình đi trong phần chưng

V’y = =

= 2058,287 (kg/h) = 0,572 (m

3/s)

→ 0 =

02,0.004,0.39.34

572,0

34

4.2.2 Trở lực do sức căng bề mặt :

Ps =

td d



.4

  : sức căng bề mặt trung bình của hỗn hợp

Ở t”x = 930C hh = 11,823 10-3 (N/m)

 dtd : đường kính tương đương của khe rãnh :

dtd =

H

f x

.4

=

).(

2

4

b a

b a



.4

=

b = 0,5 ’

x = 0,5 923,597 (kg/m3) = 461,799 (kg/m3)

 hr : Chiều cao của khe chóp (m), hr = b = 20 (mm) = 0,02 (m)

 hb : chiều cao lớp bọt trên đĩa (m)

Để đảm bảo chất lượng của sản phẩm và khả năng ăn mòn của etylic đối với thiết bị, ta chọn vật liệu chế tạo thân tháp là thép không gỉ mã X18H10T

 Áp suất tính toán :

Tháp làm việc ở áp suất khí quyển, nên ta chọn áp suất tính toán :

Ptt =Ph+Pcl + P , (N/m2)

 Ph : Áp suất hơi trong tháp = 1at = 9,81.104 (N/m2)

 Pcl : áp suất thủy tĩnh do chất lỏng ở đáy (N/m2)

[]* = 142 (N/mm2)

Đối với rượu hệ số hiệu chỉnh :  = 1

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

37

 Xác định bề dày thân chịu áp suất trong :

Bề dày thực của thân : S t = S’ t + C (mm)

Ta chọn phương pháp chế tạo thân là phương pháp hàn hồ quang điện nên hệ số bền mối hàn : h = 0,95

Xét tỷ số :  

95,0 212121,561

10.142

6



h tt

P  = 669,427 > 25,do đó, bề dày tính toán

của thân được tính theo công thức (5-3) - [5] trang 96

→   2.142.10 0,95

212121,561

1 2

h

tt t t

P D S



 = 7,86 10-4 = 0,786 (mm)

Trong đó : C :hệ số bổ sung bề dày, C = Ca + Cb + Cc + Co

+ Ca : hệ số bổ sung do ăn mòn hoá học, phụ thuộc vào tốc độ ăn mòn của chất lỏng Chọn tốc độ ăn mòn của rượu là 0,1 (mm/năm),thiết bị hoạt động trong

20 năm, do đó Ca = 2 mm

+ 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

C S

= 0,0012 < 0,1

 Kiểm tra áp suất tính toán cho phép :

2186,31000

2186,3.95,0.142.2

2

a t h tt

C S D

C S

38

2 Đáy và nắp thiết bị :

Chọn đáy và nắp có dạng là ellipise tiêu chuẩn, có gờ bằng thép X18H10T

Các kích thước của đáy và nắp ellipise tiêu chuẩn, có gờ ( [4]-tập2- trang 382)

+ Đường kính trong: Dt = 1000 (mm)

+ Chiều cao phần lồi của đáy : hb = 250 (mm)

+ Chiều cao gờ: hgờ = h = 25 (mm) (Bảng XIII.11- [4]-tập2- trang384)

+ Thể tích đáy : V = 151 10-3 (m3)

+ Diện tích bề mặt trong của đáy : Fđáy = 1,16 (m2)

Chiều dày S của đáy và nắp làm việc chịu áp suất trong:

+ Bích ren: chủ yếu dùng cho thiết bị làm việc ở áp suất cao

Bảng IX.5 [4] (tập 2)- trang 170, chọn số mâm giữa hai mặt bích là 6 mâm, ứng với

đường kính trong của tháp Dt =1000m và khoàng cách giữa hai đĩa Hđ = 300mm.Vậy, số bích ghép thân-đáy-nắp là 7 bích

Độ kín của mối ghép bích chủ yếu do vật đệm quyết định Đệm làm 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 độ kín cho thiết bị ta chọn đệm là Paronit, có bề dày là 3(mm)

→ Khối lượng riêng của nước : N = 967,8 (kg/m3)

→ Khối lượng riêng của rượu : R = 729,3 (kg/m3)

G Q



 =

= 3,255 (m

3/h)

► Chọn vận tốc chất lỏng nhập liệu (tự chảy từ bồn cao vị vào mâm nhập liệu): vF = 0,2 (m/s)

► Đường kính ống nhập liệu: dF =  

2,0 3600

255,3.4

.3600

.4



F v F

Q

0759,

0 (m)

 Chọn đường kính ống nhập liệu: dF = 0,08 (m)