thap chop NO metylic= bản vẽ CAD

mình có bản vẽ autocad của tháp nhé.liên hệ để lấy ............................................................................................................................................................................

MỞ ĐẦU

Hiện nay , không khí ngày càng bị ô nhiễm nặng nề , rất nhiều loại khí thảikhông ngừng được thải vào không khí từ rất nhiều nguồn khác nhau , một trongnhững khí đó là khí NO Từ đây đặt ra cho chúng ta , nhất là những người làmmôi trường một vấn đề cấp thiết : phương pháp tách các khí thải ra khỏi môitrường ( kk)

Rượu Metylic là chất lỏng không màu, sôi ở 640C, có tính độc Rượu Metylictan vô hạn trong nước, tan nhiều trong dung môi hữu cơ Hơi của rượu Metylictạo với không khí hoặc oxy một hỗn hợp nổ khi bắt lửa

Rượu Metylic là chất không có sẵn, nó thường tồn tại ở dạng hỗn hợp Vì vậychúng ta phải sử dụng phương pháp để tách chúng ra khỏi hỗn hợp, lấy sảnphẩm phục vụ cho công nghệ Muốn tách riêng từng cấu tử ra khỏi hỗn hợp thì

có nhiều phương pháp nhưng :chưng luyện, hấp thụ, hấp phụ Tuỳ thuộc vàođặc điểm của từng hỗn hợp cần tách mà người ta dùng phương pháp cụ thể Ởđây, để tách NO ra khỏi hỗn hợp NO & KK, người ta dùng phương pháp chưngluyện Phương pháp dựa trên cơ sở nhiệt độ bay hơi của NO (cấu tử dễ bay hơi)

và KK là khác nhau:

Nhiệt độ sôi của Metylic: 640C

Nhiệt độ sôi của nước: 1000C

Do đó, mục đích của môn đồ án mà chúng ta cần nghiên cứu là:

Thiết kế tháp chưng luyện loại tháp chóp.

I SƠ ĐỒ DÂY CHUYỀN CÔNG NGHỆ (HÌNH I)

II QUÁ TRÌNH LÀM VIỆC CỦA DÂY CHUYỀN CÔNG NGHỆ

Dung dịch (hỗn hợp) đầu được bơm li tâm (1) bơm từ thùng chứa lênthùng cao vị (2), trên đường ống dẫn người ta có thể lắp thêm van điều chỉnhlưu lượng sao cho lưu lượng chảy là hợp lý và một van một chiều để tránh chấtlỏng có thể chảy ngược trở lại Từ thùng cao vị (2) hỗn hợp đầu tự chảy qua vanđiều chỉnh lưu lượng vào thiết bị đun nóng hỗn hợp (3) từ nhiệt độ ban đầu đếnnhiệt độ sôi nhờ hơi nước bão hoà Hỗn hợp ra khỏi thiết bị trao đổi nhiệt (3)qua van điều chỉnh lưu lượng đi vào tháp chưng (4) Trong tháp hơi được đi lênnhờ thiết bị đun sôi đáy tháp (7) qua ống hơi, rồi qua khe chóp sục vào lớp nướctrên đĩa (được chảy từ trên xuống) tại đây chúng thực hiện quá trình chuyểnkhối Vì nhiệt độ càng lên càng thấp, nên khi hơi đi qua các đĩa (từ dưới lên)cấu tử có nhiệt độ sôi cao sẽ ngưng tụ lại và cuối cùng trên đỉnh ta thu được hỗnhợp gồm hầu hết là cấu tử Metylic Hơi đó được đưa qua thiết bị ngưng tụ hồilưu (5), ở đó nó được ngưng tụ một phần đủ để hồi lưu, phần còn lại đạt nồng

độ yêu cầu cho qua thiết bị ngưng tụ làm lạnh (6), được ngưng tụ và làm lạnhtới nhiệt độ cần thiết rồi đi vào thùng chứa sản phẩm đỉnh Chất lỏng đi từ trênxuống gặp hơi có nhiệt độ cao, một phần rượu Metylic trong chất lỏng ngàycàng giảm và cuối cùng ở đáy tháp thu được hỗn hợp chứa rất ít rượu Metylic.Chất lỏng ra khỏi tháp một phần cho qua thiết bị đun sôi bốc hơi (7), phần cònlại qua thiết bị chứa sản phẩm đáy

F, P, W: Lần lượt là lưu lượng hỗn hợp đầu vào, lưu lượng sản phẩm đỉnh, lưu

lượng sản phẩm đáy tính theo kg (kg/h)

GF, GP,GW: Lần lượt là Lưu lượng hỗn hợp đầu vào, lưu lượng sản phẩm đỉnh,

lưu lượng sản phẩm đáy tính theo mol (kmol/h)

vF, vP,vW: Lần lượt là nồng độ hỗn hợp đầu vào, nồng độ sản phẩm đỉnh, nồng

M

M M

M

v M

M

M M

M

M M

N M

M M

M

v M

v

M v n

n

n x

ρ ρ

ρ

×

− +

×

×

= +

( ) 0 , 25 800 : 32 ( 1 0 , 25 ) 1000 : 18

32 : 800 25 , 0

F

M

v M

v

M

v x

ρ ρ

ρ

xF = 0,1304 (kmol/kmol)

Hoàn toàn tương tự ta có:

xP, xW: Lần lượt là nồng độ phần mol của NO trong hỗn hợp sản phẩm đỉnh

0032 , 0 1304 , 0 6390 ,

W F

F

P

x x

x x

III - Xây dựng đường cân bằng:

Số liệu thành phần cân bằng lỏng - hơi và nhiệt độ sôi của hỗn hợp

0,579

0,665

0,729

0,779

0,825

0,87 0,91

5

0,9581,0

t 100 92,3 87,7 81,7 78 75,3 73,1 71,2 69,3 67,6 66 64,5

[II – 148]

x: nồng độ phần mol của cấu tử trong dung dịch

ycb: nồng độ phần mol của cấu tử bị hấp thụ trong hỗn hợp khi cân bằng với chấtlỏng

t: nhiệt độ sôi

Vẽ đường cân bằng x-y và t-x,y (đồ thị kèm theo)

Tính toán chỉ số hồi lưu:

• Chỉ số hồi lưu tối thiểu của tháp chưng luyện:

F F

F P x

x y

y x R

−

−

= ∗ ∗

y*F : nồng độ cấu tử NOtrong pha hơi cân bằng với nồng độ trong pha lỏng xF

của hỗn hợp đầu (y*F chính là ycb)

Xác định y*F trên đồ thị: từ xF = 0,1304 dóng lên đường cân bằng ta có y*F

y*F = 0,475

1304 , 0 475 , 0

475 , 0 9566 , 0

R

x x R

C x

R L

L y L R

R

x

+

− + +

+

Với L = GF/GP = 7,4953

x = 0,3243yC + 0,0022

Vậy: yC = 3,0836.x - 0,0068

Xây dựng đồ thị đoạn chưng và đoạn luyện trên hình vẽ

IV - Đường kính tháp chưng luyện

Công thức chung:

( y y)tb

tb

g D

ω ρ

0188 , 0

Trong đó:

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

(ρyωy)tb: tốc độ hơi khí trung bình đi trong tháp (kg/m2.s)

Vì lượng hơi và lượng lỏng thay đổi theo chiều cao cua tháp và khác nhau ởmỗi đoạn nên ta phải tính lượng hơi trungbình riêng cho từng đoạn, do đó ứngvới mỗi đoạn ta có đường kính tháp khác nhau

1 Đường kính đoạn luyện:

1.1 Xác định nhiệt độ trung bình của đoạn luyện:

xtbL = (xF + xP) : 2 = 0,5435 (kmol/kmol)

xtbL: nồng độ phần mol trung bình của đoạn luyện

Tra trên đồ thị x-y có ytbL = 0,8 (kmol/kmol)

Tra trên đồ thị t-x-y xác định nhiệt độ của đoạn luyện:

Dóng xtbL lên đường sôi → ts = 720C

ytbL lên đường ngưng tụ → th = 720C

1.2 Lượng hơi khí trung bình đi trong đoạn luyện:

gtbL = (gđ + g1) : 2 [II – 181]

gđ, g1: lần lượt là lượng hơi đi ra khỏi tháp đĩa trên cùng của tháp và lượng hơi

đi vào đĩa dưới cùng của đoạn luyện (kg/h)

Lượng hơi g1, hàm lượng hơi y1 và lượng lỏng G1 đối với đĩa thứ nhất của đoạn luyện được xác định nhờ hệ phương trình cân bằng vật liệu sau:

yđ: nồng độ pha hơi ra khỏi đỉnh tháp;

yđ = yP = 0,985 (kmol/kmol) (xác định trên đường cân bằng)

rM, rN: lần lượt là ẩn nhiệt hóa hơi của rượu NO và KK

Tại ttbL = 720C có: rM = 265 (kcal/kg) [I – 305]

rN = 579 (kcal/kg) [I – 301]

Vậy rđ = rMyđ + (1 - yđ)rN

= 265×0,985 + (1 - 0,985)×579 = 269,71 (kcal/kg)

r P r r x P r g

G

N N M

N N

M P đ

đ

/ 0253

, 1324

579 579 265 1304 , 0

579 5404 , 1267 579

265 9566 , 0 5404 , 1267 71 , 269 7967 , 3950

.

.

1

1

1 1

1.3 Tính toán tốc độ hơi khí trung bình đi trong đoạn luyện:

1 1 1

σ σ

1 5 , 17

1 1 1 1

2 1

= +

= +

=

σ σ

tbL ytbL

T

M y M

y

4 , 22

273 1

Toán tốc độ hơi khí trungbình đi trong đoạn luyện:

(ρyωy)tbL = 0 , 065 ϕ[ ]σ h ρxtbL ρytbL = 0 , 8873 (kg/m2.s)

1.4 Đường kính đoạn luyện:

0188 ,

=

tbL y y

tbL L

g D

ω

2 Đường kính đoạn chưng:

2.1 Xác định nhiệt độ trung bình của đoạn chưng:

xtbC = (xF + xW) : 2 = 0,0668 (kmol/kmol)

xtbL: nồng độ phần mol trung bình của đoạn chưng

Tra trên đồ thị x-y có ytbL = 0,34 (kmol/kmol)

Tra trên đồ thị t-x-y xác định nhiệt độ của đoạn chưng:

Dóng xtbC lên đường sôi → ts = 90,50C

ytbC lên đường ngưng tụ → th = 90,50C

2.2 Lượng hơi khí trung bình đi trong đoạn chưng:

rM = 253 (kcal/kg) [I – 305]

y'1 = yW = 0,01 (kmol/kmol)Vậy r'1 = rMy'1 + (1 - y'1)rN

= 253×0,015 + (1 - 0,015)×539 = 534,71 (kcal/kg)

Tính g'1 = g1r1/r'1

Do g1r1 = gđrđ nên g'1 = gđrđ/r'1 = 3950,7967×269,71/534,71 = 1992,7987 (kg/h)

ρxtbC,ρytbC: khối lượng riêng trung bình của pha lỏng và pha khí theo

nhiệt độ trung bình trong đoạn chưng (kg/m3)

h: khoảng cách giữa các đĩa (m) Chọn h = 0,35 (m)

φ[σ] hệ số tính tới sức căng bề mặt

- Tính hệ số tính tới sức căng bề mặt φ[σ]:

2 1

1 1 1

σ σ

Tại ttbL = 90,50C có: σM = 16.10-3 N/m = 16 đyn/cm [I– 363]

σN = 60,74.10-3 N/m = 60,74 đyn/cm [I – 365]Vậy σhh-1 = σ1-1 + σ2-1 = 16-1 + 60,74-1 = 0,0790

Tính ρytbC theo công thức:

( )

tbC

N tbC M

tbC ytbC

T

M y M

y

4 , 22

273 1

Toán tốc độ hơi khí trungbình đi trong đoạn chưng:

(ρyωy)tbC = 0 , 065 ϕ[ ]σ h ρxtbC ρytbC = 0 , 7968 (kg/m2.s)

2.4 Đường kính đoạn chưng:

0188 ,

=

tbC y y

tbC C

g D

ω

Do trong công thức tính đường kính không tính đến ảnh hưởng của mật

độ nước tưới và trong quá trình tính toán có nhiều sai số dẫn đến sự chênh lệchgiữa đường kính đoạn chưng và đoạn luyện, trong đó DC < DL Vậy ta chọn: DC

S = 0 ÷ 25 mm.

Chọn S = 15 mm

- Chiều dày ống hơi, chọn σh = 2.10-3 (m)

- Chiều cao mức chất lỏng trong khe chóp:

ρ

ρ ξ

.

2

4

2

π

=

Vy: Lưu lượng hơi đi trong tháp m3/h

ξ: Hệ số trở lực của đĩa chóp, thường lấy ξ = 1,5 ÷ 2 Ta chọn ξ = 2

ρx, ρy: Khối lượng riêng TB của pha lỏng và pha hơi ở đoạn luyện kg/mn: số chóp trên đĩa

g: gia tốc trọng trường m2/s

Đối với Đoạn luyện:

6461 , 9 12 1 , 0 14 , 3 3600

1812 , 3271 4

3600

4

V W

9969 , 0 6461 , 9 2

ρ

ρ ξ

(m)Chọn b = 0,03 (m)

Chiều rộng khe chóp, chọn a = 0,005 (m)

Đối với Đoạn chưng:

Để tiện gia công lắp ráp, ta chọn chóp của đoạn chưng và đoạn luyện giống nhau Cũng tương tự với các chi tiết khác

- Số khe hở của mỗi chóp:

1 , 0 15 , 0 0035 , 0 4

2 2

G d

c x

x

4

9216 , 2188 4 3600

4

c x

x c

π

V - thể tích chất lỏng chảy qua (m3/h); V =

x x

G

ρ (m3/h)

Đối với đoạn luyện:

Lượng lỏng trung bình đi trong đoạn luyện:

xL

G = xtbL.MM.Gx + (1-xtbL)MN.Gx = 2188,9216 (kg/h)

0136 , 0 08 , 0 14 , 3 85 , 1 3600

6319 , 834 : 9216 , 2188

85 , 1

2 3

Vậy h cL =(h1+b+S)− ∆h=(0 , 02 + 0 , 03 + 0 , 015)− 0 , 0136 = 0 , 0514 (m)Đối với đoạn chưng:

Lượng lỏng đi trong đoạn chưng:

GxC = GF + RxGP= 302,63 + 2,1169×40,3773 =388,1047 (kmol/h)

Lượng lỏng trung bình đi trong đoạn chưng:

xC

G = xtbC.MM.GxC + (1-xtbC)MN.GxC = 7348,8401 (kg/h)

028 , 0 079 , 0 14 , 3 85 , 1 3600

8138 , 933 : 8401 , 7348

85 , 1

2 3

VI - Chiều cao của tháp đĩa chóp

Tính số đĩa thực tế theo phương pháp vẽ đường cong động học (hay đườngcong phụ):

Giả sử hệ số chuyển khối thay đổi không tính đến ảnh hưởng léo theo chất lỏng.Coi chỉ có sự biến đổi nồng độ hơi hay khí (yn+1 > yn) trên mỗi đĩa, còn nồng

độ chất lỏng xn thực thế coi như không đổi trong tất cả các điểm của đĩa

- Vẽ đường cong cân bằng ycb = f(x) và xây dựng đường nồng độ làm việc ứngvới chỉ số hồi lưu thích hợp

- Dựng các đoạn A1C1, A2C2, A3C3 tại các điểm có hoành độ x tùy ý, songsong với trục tung:

+ Ci nằm trên đường cân bằng

+ Ai nằm trên đường nồng độ làm việc

- Tại mỗi giá trị x tìm tg của góc nghiêng của đường cân bằng:

cb

x x

y y m

11000 Re

79 ,

kmol

.

DyL: hệ số khuyết tán trong pha hơi tại đoạn luyện (m2/s)

tbL yL

M M

u u P

T

.

10 0043 , 0

2 3 / 1 3 / 1

5 , 1 4

+ +

Tính μyL : độ nhớt trungbình của hơi tại đoạn luyện (Ns/m2)

N

N NL

M

M ML

hh

M

µ µ

µ

.

Pr

38000

x x

x x yL

h M

kmol

.

6

.

1 1 10 1

N M N

B A

u u B

A

M M

μN20 : độ nhớt của hơi nước ở 200C; μN20 = 1.10-3 N.s/m2

A, B: lần lượt là hệ số liên hợp, kể đến ảnh hưởng của phẩm chấtcủa cấu tử NO, KK

20

2 , 0

0467 , 137 10

92 , 2 6319 , 834

10 334 , 0

xL xL

.

62

×

− +

h M

kmol

.

11000 Re

79 ,

kmol

.

DyC: hệ số khuyết tán trong pha hơi tại đoạn chưng (m2/s)

tbC yC

M M

u u P

T

.

10 0043 , 0

2 3 / 1 3 / 1

5 , 1 4

+ +

TC: nhiệt độ đoạn luyện TC = 90,50C

Vậy DyC = 2,35.10-5 (m2/s)Tính chuẩn số Rey đối với đoạn chưng:

y

tbyC yC y

M

M MC

hh

M

µ µ

µ

.

Hệ số cấp khối pha lỏng ở đoạn chưng:

62 0

Pr

38000

xC x

x x yC

h M

kmol

.

6

.

1 1 10 1

N M N

B A

u u B

A

M M

45 , 3 8138 , 933

10 277 , 0

xC xL

D

ρ µ

Hệ số cấp khối pha lỏng:

10 45 , 3 8138 , 933 38000 Pr

.

62

×

− +

h M

kmol

.

2

2 Tính hệ số chuyển khối của pha hơi:(K y )

x y

trong đó m - giá trị tg của góc nghiêng của đường cân bằng; βx, βy - lần lượt là

hệ số cấp khối của pha lỏng và pha hơi

Đoạn chưng:

102 , 0 3840 , 20

kmol

.

2

Đoạn luyện:

076 , 0 152 , 15

kmol

.

2

(Các giá trị của Ky được tính toán dưới bảng)

3 Xác định số đơn vị chuyển khối đối với một đĩa trong pha hơi:

y

y

n

n n y

G

f K y

y y m

T T

Ky - hệ số chuyển khối của pha hơi (kmol/m2.s)

f - diện tích làm việc của đĩa (m2)

Gy - Lượng hơi đi trong tháp (kmol/m2.s) Do lượng hơi đi trong tháp làkhông đổi bằng lượng hơi đi ra khỏi đinh tháp, nên ta có:

7699 , 0

×

= y y

K m

T

4 Xác định hệ số C y :

T y

Vẽ đường cong phụ đi qua các điểm B1, B2, ,Bn

Từ các công thức và số liệu trên ta lập bảng 1

35,86.10 3

-40.07.10 3

-43,49.10 3

-46,64.10 3

-47,54.10 3

-47,51.10 3

-48,98.10 3

5 Xác định số đĩa thực tế

Vẽ số bậc nằm giữa đường con phụ và đường làm việc: 19 bậc

Số đĩa ở đoạn chưng: 8 đĩa; đoạn luyện: 11 đĩa

Hđ: khoảng cách giữa các đĩa Hđ = 0,35(m)

(0,8 ÷ 1) khoảng cách cho phép ở đỉnh và đáy thiết bị, Chon 1mVậy H = 19×(0,35+0,005)+1 = 7,745 (m)

ω ρ

ξ y k

đ

S S n S

Với: St - tổng diện tích các khe trong một chóp (m2)

i = 60 khe; a = 0,005 (m); b = 0,03 (m);

St = i×a×b = 60×0,005×0,03 = 0,009 (m2)

Sđ - diện tích làm việc của đĩa (m2); Sđ = 0,7699 (m2)

Vậy 0 , 7699 4 , 5932

009 , 0 15

8054 , 0

ω

58 , 52 2

5932 , 4 9969 , 0 5 2

Đoạn chưng: Số liệu và Tính toán tương tự như trên ta có:

90 , 37 2

5932 , 4 7185 , 0 5 2

2 Trở lực của đĩa do sức căng bề mặt

Đoạn luyện:

tđ s

d

P = 4 σ

σ - sức căng bề mặt của hỗn hợp, Ns/m2

dtđ - đường kính tương đương của khe rãnh chóp, m

Khi khe rãnh chóp mở hoàn toàn:

π

x tđ

, 0

10 5 , 1 4

10 7611 , 13 4

d

(N/m2)Đoạn chưng:

Vì cấu tạo chóp của đoạn chưng và đoạn luyện giống nhau nên ta có:

dtđ = 0,0086 (m)

0086 , 0

10 6641 , 12 4

h h g

hr - chiều cao khe chóp, hr = b = 0,03 (m).

x x x

c b

F

f h h f P h f

F h h

9216 ,

=

xtbL xL

6226 , 2

5 , 2 5

6262 , 2 055 , 1 00284 , 0

00284 ,

ρx - khối lượng riêng trung bình của lòng; ρx = ρxtbL = 834,6319 (kg/m3)

ρb - khối lượng riêng của bọt, thường ρb = (o,4 ÷ 0,6)ρx;

chọn ρb = 0,5ρx = 417,316Chiều cao lớp chất bọt trên đĩa:

316 , 417 018 , 0 03 , 0 145 , 0 018 , 0 316 , 417 03 , 0 6319 , 834 018 , 0 7699 , 0 03 , 0 0064 , 0 0514

,

0

=

− +

+

−

− +

04 , 176 2

03 , 0 058 , 0 81 , 9 316 , 417 2

h h g

Đoạn chưng:

Công thức giống như đoạn luyện, thay số liệu ta được:

hb - chiều cao cảu lớp chất bọt trên đĩa (m)

b

b x ch b

x x x

c b

F

f h h f P h f

F h h

8401 ,

=

xtbC xC

G

84 , 0

87 , 7

5 , 2 5

87 , 7 16 , 1 00284 , 0

00284 ,

ρx - khối lượng riêng trung bình của lòng; ρx = ρxtbC = 933,8138 (kg/m3)

ρb - khối lượng riêng của bọt, thường ρb = (0,4 ÷ 0,6)ρx;

chọn ρb = 0,5ρx = 466,9069 (kg/m3)Chiều cao lớp chất bọt trên đĩa:

) ( 046

,

0

9069 , 466 7699 , 0

9069 , 466 018 , 0 03 , 0 145 , 0 018 , 0 9069 , 466 03 , 0 8138 , 933 018 , 0 7699 , 0 03 , 0 015 , 0

037

,

0

m h

+

−

− +

=

Trở lực của lớp chất lỏng trên đĩa:

99 , 141 2

03 , 0 046 , 0 81 , 9 9069 , 466 2

h h g

4 Trở lực toàn tháp

Tổng trở lực của một đĩa:

I - Thiết bị gia nhiệt hỗn hợp đầu

- Mục đích: thiết kế được thiết bị truyền nhiệt để đun nóng hỗn hợp NO và KK từnhiệt độ đầu 200C đến nhiệt độ sôi 860C (tra theo xF trong bảng t-x-y)

- Chọn thiết bị truyền nhiệt kiểu ống chùm, kiểu đứng, ống làm bằng hợp(60Cu+40Ni), có đường kính d = 40×2 mm, chiều cao H = 1,5 m

- Sử dụng hơi nước bão hoà để đun nóng tới áp suất tuyệt đối P = 2 atm

2 1

lg 3 , 2

t t

t t

C t

t t

C t

t t

tb tb tb

0

0 2

2

0 1

1

83 , 60 62 , 33

62 , 99 lg 3 , 2

62 , 33 62 , 99

62 , 33 86 62 , 119

62 , 99 20 62 , 119

G: lượng dung dịch đầu, kg/s

t1, t2: nhiệt độ vào, ra thiết bị, 0C

C: nhiệt dung riêng của hỗn hợp, J/kg độ

− +

=

M

aM - nồng độ khối lượng của NOtrong hỗn hợp.

CM - nhiệt dung riêng của NO ở 58,790C, J/kg.độ

CM = 0,65 kcal/kg.độ =2721,42 J/kg.độ [I - 200]

(1 0 , 2105) 3877 , 7059 4186

2105 , 0 42 ,

=

(86 20) 426547 , 65 7059

, 3877 3600

M tb

a a

ρ ρ

ρ

− +

• Tính hệ số cấp nhiệt của dung dịch (α2):

Dung dịch chảy trong ống thẳng với chế độ chảy xoáy, chọn chuẩn số Re =3.104, Tính hệ số cấp nhiệt của dung dịch α2 theo công thức:

, 0 8 , 0 1

Pr

Pr Pr Re 021 , 0