tháp chưng luyện tháp đệm tách etylic nước hồi lưu 1,5r+bản vẽ CAD

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

Trang 1

Viện Khoa học & Công nghệ Môi trường

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

VIỆN KH & CN MÔI TRƯỜNG

THIẾT KẾ THÁP CHƯNG LUYỆN

I ĐẦU ĐỀ BÀI TẬP:

Thiết kế tháp chưng luyện (tháp đệm)

II CÁC SỐ LIỆU BAN ĐẦU:

Chỉ số hồi lưu: 1,5Rmin

Thiết bị chưng luyện: Tháp đệm

Trang 2

1 Lưu lượng trung bình các dòng pha đi trong tháp 6

2 Khối lượng riêng trung bình 8

4 Đường kính tháp 12 III Chiều cao của tháp 12

1 Xác định số đơn vị chuyển khối 12

B Kết lụân

C Tài liệu tham khảo

Trang 3

LỜI MỞ ĐẦUTrong công nghiệp việc phân tích các cấu tử từ hỗn hợp đầu là rất cần thiết nhằm mục đích hoàn thiện khai thác, chế biến , có rất nhiều phương pháp phân tích các cấu tử trong công nghiệp, trong đó chưng luyện là một trong những phương pháp hay được sử dụng Nó được dùng rộng rãi trong nhiều ngành công nghiệp như chế biến dầu mỏ

Chưng là phương pháp tách các cấu tử từ hỗn hợp đầu dụa vào độ bay hơi khác nhau của chúng trong hỗn hợp Hỗn hợp có thể là những chất lỏng hoặcchất khí, thường khi chưng một hỗn hợp có bao nhiêu cấu tử ta sẽ thu được bấy nhiêu sản phẩm Với hốn hợp có hai cấu tử ta sẽ thu được hai sản phẩm là sản phẩm đỉnh gồm phần lớn là cấu tử dễ bay hơi & sản phẩm đáy chứa phần lớn cấu tử khó bay hơi

Trong thực tế có thể gặp rất nhiều kiểu chưng luyện khác nhau như;

chưng bằng hơi nước trực tiếp, chưng đơn giản, chưng luyện Tuy nhiên nhằm mục đích thu được sản phẩm có nồng độ cao, người ta tiến hành chưng nhiều lần hay chưng luyện Chưng luyện là phương pháp chưng phổ biến nhất hay dùng để tách hỗn hợp các cấu tử dễ bay hơi có tính chất hòa tan hoàn toàn hay một phần vào nhau

Có nhiều loại tháp dùng để chưng luyện như tháp đĩa lỗ, đĩa chóp có ống chảy chuyền, tháp đệm, Tháp đệm với ưu điểm cấu tạo đơn giản, làm việc với năng suất lớn, hiệu suất cao, khoảng làm việc rộng, ổn định được ứng dụng rộng rãi trong thực tế đặc biệt là trong chưng luyện hỗn hợp Etylic – nước

Do thời gian có hạn và để đi sâu vào nội dung chính, đồ án chỉ thực hiện

và giải quyết việc tính toán kỹ thuật và thiết kế tháp chưng luyện chưa đi sâu tính toán hết thiết bị phụ

Trang 4

A.TÍNH TOÁN THIẾT BỊ CHÍNH

I CÁC PHƯƠNG TRÌNH CÂN BẰNG VẬT LIỆU VÀ CHỈ SỐ HỒI LƯU:

- Truớc hết ta đổi nồng độ phần thể tích sang nồng độ phần mol

E E E

E E

M

V n M n m

E E

E

E E E

M

V M

V

M

V x

998 13 , 0 1 46

789 13 , 0

46

789 13 , 0 1

E

F

E

E F F

M

V M

998 8 , 0 1 46

789 8 , 0

46

789 8 , 0 1

E

P

E

E P P

M

V M

998 003 , 0 1 46

789 003 , 0

46

789 003 , 0 1

E

W

E

E W W

M

V M

V

M

V x

0442 , 0

F F

M

M x M

x M

Lượng hỗn hợp đầu đi vào tháp tính theo Kmol h

87 , 363 2376 , 19

G M

F G

Kmol h

- Phương trình cân bằng vật liệu:

+ Phương trình cân bằng vật liệu cho toàn tháp:

W P

F G G

Trang 5

Đối với cấu tử dễ bay hơi ta có:

W W P P F

F x G x G x

Theo quy tắc đòn bẩy ta có:

F P

W W

F

P W

P

F

x x

G x

x

G x

00093 , 0 0442 , 0 87 ,

W F F P

x x

x x G

Lượng sản phẩm đáy:

35 , 335 52 , 28 87 ,

x

R

x x R

x

R

L x R

L R x y

- Xác định chỉ số hồi lưu thích hợp:

Theo bảng IX 2a – Sổ tay II – Trang 148

đẳngphí

y 0 33,

2

44,2

53,1

57,6

61,4

65,4

69,9

75,3

81,8

89,8

83,2

81,7

80,8

78,4

78,15

Từ bảng nội suy ta có:

2935 0 0442

x y

y x

R   



Trang 6

041 , 1 0442 , 0 2935 0

2935 0 553 0

F P

x y

y x R

Ta có công thức:

min 55

87 , 363

553 , 0 1

614 , 1

1 76 , 12 1

614 , 1

76 , 12 614 , 1



 



 0 0188 [II – 181]

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

(y.wy)tb :tốc độ hơi trung bình đi trong tháp

1 Lưu lượng trung bình các dòng pha đi trong tháp :

a/ Trong đoạn luyện :

g1 y1 = G1 x1 + GP xP (2)

Trang 7

Phương trình cân bằng nhiệt lượng :

rA : ẩn nhiệt hóa hơi của Etylic

rB : ẩn nhiệt hoá hơi của H2O

Từ đồ thị (t,x,y) ta có :

- Nhiệt độ sôi của hỗn hợp đỉnh (x = xP =0,553): tP = 79,70C

Nội suy theo bảng r – to (I-254) với to = 79,7C :

,10067)

(kcal/kmolM

.518,5(kcal/kg)

559,3r

)(kcal/kmol52

,9297)

(kcal/kmol202,12.M

(kcal/kg)202,12

r

B B

A A

 rđ = rA yđ + rB (1 - yđ) = 9297,52 0,553 + 10067,4 (1- 0,553)

=9641,66 (kcal/kmol)

- Nhiệt độ sôi của hỗn hợp đầu (x = xF =0,0442): tF = 91,6 C

,9853)

(kcal/kmol547,4.M

(kcal/kg)547,4

r

)(kcal/kmol56

,9078)

(kcal/kmol197,36.M

(kcal/kg)197,36

r

B B

A A

, 74 2

35 , 74 5513 , 74 2

2

83 , 45 03 , 46 2

Trang 8

b/ Trong đoạn chưng :

Số liệu :

GW : Lượng sản phẩm đáy (W’) = 335,35(kmol/h)

 Lượng hơi đi vào đoạn chưng ,

' 1

r1’: ẩn nhiệt hoá hơi của hỗn hợp hơi đi vào đĩa chưng thứ nhất

Từ bảng số liệu x – to sôi dd (II-148), nội suy ta có:

Nhiệt độ sôi hỗn hợp đáy (x = xW = 0,00093): tW = 99,82C

,9705)

(kcal/kmol539,18.M

(kcal/kg)539,18

r

)(kcal/kmol312

,8927)

(kcal/kmol194,072.M

(kcal/kg)194,072

r

B B

A A

 ẩn nhiệt hóa hơi của hỗn hợp hơi đi vào đĩa chưng thứ nhất :

rl’ = rA yl’ + rB (1 – yl’) = 8927,312.0,61752 + 9705,24 (1 –

0,61752)

= 9224,854 (kcal/kmol)

(kmol/h)922

,77854,9224

06,9668

35,74)

Trang 9

(kmol/h)272

,41335

,335922

,77)

,762

922,7735,742

' 1

,2292

272,41383

,452

' 1

G tbC

2 Khối lượng riêng trung bình.

a/ Khối lượng riêng trung bình pha lỏng :

2 xtb

1 tb 1

xtb

1 tb xtb

a 1 a

 : Khối lượng riêng trung bình cấu tử 1 (kg/ m3)

2 xtb

 : Khối lượng riêng trung bình cấu tử 2 (kg/ m3)

0 2

553 , 0 0442 ,

x

Nội suy với xtbL theo bảng số liệu nồng độ – t o sôi dung dịch (II-148) :

 Nhiệt độ trung bình đoạn luyện : ttbL = 81,721C

 Khối lượng riêng của Etylic và Nước theo t = ttbL : (I-9)

xL1 = 733,37 (kg/m3) xL2 = 970,8 (kg/m3) Nồng độ khối lượng trung bình của Etylic đoạn luyện

106 , 0 998 ) 13 , 0 1 ( 789 13 , 0

789 13 , 0 )

1 (

F

E F F

v v

v a



(Kg/Kg)

Trang 10

76 , 0 998 ) 8 , 0 1 ( 789 8 , 0

789 8 , 0 )

1 (

P

E P P

v v

v a



(Kg/Kg)

433 , 0 2

76 , 0 106 , 0

8,970

433,0137,733

433,0

2 1

tbL

xL

a a

0442 , 0 00093 ,

Nội suy với xtbC theo bảng số liệu nồng độ – t o sôi dung dịch (II-148) :

 Nhiệt độ trung bình đoạn chưng : ttbC = 95,706C

 Khối lượng riêng của Etylic và Nước theo t = ttbC :(I-9)

08 , 720

1 

xC

 (kg/m3) xC2  961 , 42(kg/m3) Nồng độ khối lượng trung bình của Etylic đoạn luyện :

998 ) 003 , 0 1 ( 789 003 , 0

789 003 , 0 )

1 (

w

E w w

v v

v a

106 , 0 0024 , 0

42,961

0542,0108,720

0542,0

2 1

tbC xC

a a

Nồng độ pha hơi đầu đoạn luyện là : yđL = y1 = 0,239

Nồng độ pha hơi cuối đoạn luyện là : ycL = yP = xP = 0,553

 Nồng độ trung bình pha hơi đoạn luyện :

396,02

553,0239,0

 Khối lượng mol trung bình hơi đoạn luyện :

yL

M = ytbL.M1+(1- ytbL).M2 = 0,396 46 + (1- 0,396).18

Trang 11

= 29,088 (kg/kmol)

 Khối lượng riêng trung bình pha hơi đoạn luyện :

1)721,81273.(

4,22

273 29,088)

.(

4,22

O yL yL

t T

T M

Nồng độ pha hơi cuối đoạn chưng là : ycC = y1 = 0,239

 Nồng độ trung bình pha hơi đoạn luyện :

42826 ,

0 2

239 , 0 61752 ,

y

 Khối lượng mol trung bình hơi đoạn chưng :

yC

M = ytbC.M1+(1-ytbC).M2 = 0,42826.46+(1– 0,42826).18 =30 (kg/kmol)

 Khối lượng riêng trung bình pha hơi đoạn chưng :

99,0)706,95273.(

4,22

273 30)

.(

4,22

O yC yC

t T

T M

1 451

, 74

93 ,

Y L = 1,2.e -4.X = 0,26

Trang 12

16 , 0 3

d

yL d

3 2

) (

.

n

xL yL d

xL d L s

V g Y

10 37 , 0 (

1 165

44 , 851 76 , 0 81 , 9 26 , 0

xC

yC tbC

99 , 0 136

, 76

551 ,

Y C = 1,2.e -4.X = 0,13

16 , 0 3

d

yC d

3 2

) (

.

n

xC yC d

xC d C s

V g Y

) 10 005 , 1

10 3 , 0 (

99 , 0 165

27 , 944 76 , 0 81 , 9 13 , 0

M g D

30 136 , 76 0188

0  = 0,72 (m)

Trang 13

III CHIỀU CAO CỦA THÁP

Chiều cao làm việc của tháp được xác định theo công thức [II – 175]

y

dv m h

Trong đó: - h dv : Chiều cao của một đơn vị chuyển khối

- m y: Số đơn vị chuyển khối

1 Xác định số đơn vị chuyển khối:

y y

dy m

W y y dy

Trang 14

2 Chiều cao của một đơn vị chuyển khối phụ thuộc vào đặc trưng của đệm

 : Là chiều cao của một đơn vị chuyển khối đối

2 0,25 0,5

x x x

: Là chiều cao của một đơn vị chuyển khối

851 Kg m

xL 

 xC  944 , 27Kg m3

Pr

Re, : Chuẩn số Reynol và prand

 : Hệ số thấm ướt của đệm, phụ thuộc vào tỷ số giữa mật độ tưới thực télên tiết diện ngang của tháp và mật độ tưới thích hợp

- Với:

t

x tt

x

x tt

- Đoạn luyện:

372 , 5 4

61 , 0 44 , 851

088 , 29 93 , 45 4

(m3 m2h)

- Đoạn chưng:

Trang 15

4

72 , 0 27 , 944

30 551 , 229 4

Suy ra: 0 , 5 0 , 5

725 , 10

372 , 5

, 1 725 , 10

92 , 17

s y y

083 , 2 1 4 , 0 4

, 0

yL yL yL

0119 , 0

2849 , 1 7242 , 0 4 , 0 4

, 0

yC yC yC

y y

E

y

M M V

5 , 1 4

K T

C

L

0

0 367 273 94

354 273 81

3 3

5 , 1 4

10 8497 , 1 18

1 46

1 9

, 18 2 , 59

354 10

3 3

5 , 1 4

10 9525 , 1 18

1 46

1 9

, 18 2 , 59

367 10

10 0109 , 0

yL yL

D





Trang 16

10 9525 , 1 7242 , 0

10 0119 , 0

yC yC

75 , 0 Pr

d L

a

V h





(m)

0992 , 0 8416 , 0 4 , 160 195 1 123 , 0

75 , 0 Pr

4

x x

d x

G D

8 , 0 14 , 3

4626 , 0 04 , 0 4

04 , 0 Re

3 2

xL xL

8 , 0 14 , 3

1624 , 2 04 , 0 4

04 , 0 Re

3 2

xC xC

x x

6

2 3 3

6

9 , 18 2 , 59 1 24 , 1 7 , 4

18

1 46

1 10

1 1

1 10

H E

V V H

E

M M D

 1

, 0

1409 , 16 053 , 800

10 3847 , 0

xL

xL  D



Trang 17

0953 , 18 10

0313 , 18 517 , 941

10 3072 , 0

xC xC

, 0 053

, 800

10 3847 , 0 256 Pr

xL L

h





0672 , 0 0953 , 18 8726 , 2 517

, 941

10 3072 , 0 256 Pr

xC C

m m

m  

2

F W C

m m

m  

Từ đồ thị ta suy ra:

514 , 1 2

25 , 2 778 , 0

- Chiều cao của một đơn vị chuyển khối:

- Chiều cao của đoạn luyện:

4214 , 0 0718 , 0 4626 , 0

7128 , 0 514 , 1 2539 , 0 2

x

y L L

G

G m h

- Chiều cao của đoạn chưng:

164 , 0 0672 , 0 1624 , 2

4681 , 0 46 , 4 0992 , 0 2 '

G

G m h

Chiều cao của tháp:

- Đoạn luyện: H L h dvLm yL  0 , 4214  7 , 75  3 , 3 (m)

- Đoạn chưng: H C h dvCm yC  0 , 164  2 , 85  0 , 5 (m)Vậy chiều cao làm việc của tháp:

8 , 3 5 , 0 3 ,

x k

u

G

G A p

Trang 18

Trong đó: p u- Tổn thất áp suất khi đệm ướt tại điểm đảo pha có tốc độ củakhí bằng tốc độ của khí đi qua điểm khô (N/m2)

ReyC  <400

Tổn thất áp suất của đệm khô được tính theo công thức:

2 4

2

2 2

, 2

d

d t

y td k

V

H d



L

5 , 0

16 2 , 0 ,

1434 , 1 7933 , 0 75 , 0

195 3 , 3 4

2349 , 5 2

4

2 2

7242 , 0 8234 , 0 75 , 0

195 5 , 0 4

7953 , 5 2

4

2 2



p k

Trang 19

Theo bảng IX.7 giá trị của các hệ số A, m ,n c

, 0

3874 , 0 053

, 800

1434 , 1 7128

, 0

4626 , 0 15 , 5 1 66 , 538

1

038 , 0 19

, 0 342

, 0

038 , 0 19

, 0 342

, 0

x L

x y L

y

G kL

uL

p

G

G A p

, 0

3072 , 0 517

, 941

7242 , 0 4681

, 0

1624 , 2 15 , 5 1 6522 , 61

1

038 , 0 19

, 0 342

, 0

038 , 0 19

, 0 342

, 0

x C

x y C

y

G kC

uC

p

G

G A p

, 216 856 ,

, 1544 3122

Theo bảng tính chất cơ học của vật liệu chọn độ dày trong khoảng (1 – 3mm) ta

có giới hạn bền kéo và bền chảy của vật liệu:

2 6 10

k  

2 6 10

ch  



Trang 20

Theo bảng số liệu XIII.3 hệ số an toàn bền kéo và bền chảy của vật liệu:

6 , 2



k

5 , 1

10 540

m N

10 220

m N

p

p mt     : áp suất trong thíêt bị N m2

mt

p : áp suất hơi trong tháp N m2

Do tháp làm việc ở áp suất thường nên p mt  1amt 9 81  10 4N m2

1 1

p     : áp suất thủy tĩnh của cột chất lỏngN m2

1

 : Khối lượng riêng của chất lỏng trong tháp kg m3

Chọn khối lượng riêng trung bình lớn nhất trong pha lỏng:

1    9 , 81  10  941 , 517  9 , 81  3 , 8  1 , 332  10





 p p mt  g H

Trang 21

  : ứng suất cho phép với loại vật liệu đã chọn (N/m2)

: Hệ số bền của thành hình trụ theo phương dọc vì tháp kín không đục lỗ

C: Đại lượng bổ sung do ăn mòn, bào mòn và dung sai về chiều dày (m)

3 2

Tháp chưng luyện chỉ chứa lỏng và hơi nên ít bào mòn  C2 = 0

C3 : Bổ sung do dung sai về chiều dày (m)

Chọn dung sai (II-364)  Chọn C3 = 0,8 mm = 0,8.10-3 (m)

Suy ra:

mm  m C

C C

3 2

1    0 , 1  0  0 , 8  0 , 9  0 , 9  10 



Chiều dày thân tháp là:

- Đoạn luyện với D t  0 , 8 m

 m

5 6

5

10 38 , 1 10 9 , 0 10 332 , 1 95 , 0 10 132 2

10 332 , 1 8 ,

5

10 38 , 1 10 9 , 0 10 332 , 1 95 , 0 10 132 2

10 332 , 1 8 ,

Chiều dầy trên thiết bị:S S L S C  2mm

+ Kiểm tra ứng súât theo áp suất thử

Trang 22

2 , 1

p C S

, 0 10 9 , 0 2 2

234898 10

9 , 0 2 8 , 0

m N

, 1

10 220 2 ,

- Chọn cùng vật liệu với thân tháp; Thép không gỉ X18H10T

- Chi tiết cấu tạo:

- Đáy và nắp elip có gờ chịu áp suất trong

- Các kích thứoc:

- Đường kính trong tính theo: D t= 0,8 (m)(đáy) ; D t= 0,8(m)(nắp)

- Chiều cao phần lồi : h b= 0,25 D t

Nắp: h b = 0,25 0,8 = 0,2 (m)Đáy: h b= 0,25 0,8 = 0,2 (m)

- Chiều cao gờ : h= 0,025 (m)

- Chiều dày đáy và nắp :

D p k

p D S

b

t h

p p

p thap  hoi   

- Chiều dày nắp:

Trang 23

 m

4 6

4

10 2 , 1 10 9 , 0 225 , 0 2

8 , 0 10 81 , 9 95 , 0 10 132 8 , 3

10 81 , 9 8 ,

4

10 94 , 0 10 9 , 0 225 , 0 2

8 , 0 10 332 , 1 95 , 0 10 132 8 , 3

10 332 , 1 8 ,

p C S h D

b h

b t

2

[II – 387]Với nắp tháp:

4 147150 10

81 , 9 5 , 1 5

10 742 , 18 10

9 , 0 4 225 , 0 95 , 0 1 6 , 7

147150 10

9 , 0 4 225 , 0 2 8 , 0

m N

, 1

10 220 2 ,

10 133 , 44 10

9 , 0 3 225 , 0 95 , 0 1 6 , 7

234898 10

9 , 0 3 225 , 0 2 8 , 0

m N

, 1

10 220 2 ,

Trang 24

t

 930

 880

Z  cai

- Chiều dài bích:

 20

+ Khối lượng riêng của rượi E – H ở 80 0Cvà ở 100 0C

- Đối với rượi E: ở 80 0C: E  735kg m3

Trang 25

Đồ thị biểu diễn mối quan hệ giữa khối lượng riêng theo nhiệt độ

Khối lượng riêng của rượi Etylic và Nước ở t F  99,5 0C

80 100

3 , 90 100 716 80

100

2 1

3 , 90 100 958 80

100

2 1

Trang 26

3 2,1 10

H

V

m s d

Từ đồ thị t – x,y suy ra: t P  78,6279 0C

- Lưu lượng hơi đỉnh tháp:

22, 4 273 273

H

V

m s d

Trang 27

958,34

  0,0048

W W

G V

d



d Ống dẫn hơi ngưng tụ hồi lưu:

Lượng hơi ngưng tụ hồi lưu là:

Nhiệt độ của hơi ngưng tụ hồi lưu tR = tP = 78,6279 oC

Khối lượng riêng của Etylic và Nước (bảng I-10) theo t = tR :

755,3

E

  (kg/m3) H  983, 75(kg/m3)Nồng độ khối lượng của hơi ngưng tụ hồi lưu aR = aP = 0,9192

Khối lượng riêng của hơi ngưng tụ hồi lưu là :

769,74755,3 983,75

Trang 28

Lưu lượng thể tích của hơi ngưng tụ hồi lưu là:

Chọn tốc độ hơi ngưng tụ hồi lưu là : w = 0,3 (m/s)

Đường kính của ống dẫn hơi ngưng tụ hồi lưu là :

3

0,54.10

0,048 (m)0,785.0,3

TT

V w

d



e Ống dẫn hơi sản phẩm đáy hồi lưu:

Lượng hơi sản phẩm đáy hồi lưu là:

,

x

G = 415,115 (kmol/h)Nhiệt độ của hơi sản phẩm đáy hồi lưu:

tW = 99,5166 oCLưu lượng thể tích của hơi sản phẩm đáy hồi lưu là:

273415,115.22, 4.(273 99,5166)

3,5245273.3600

Chọn tốc độ hơi sản phẩm đáy hồi lưu là: w = 30 (m/s)

Đường kính của ống dẫn hơi sản phẩm đáy hồi lưu là:

3,5245

0,387 (m)0,785.30

TT

V w

d

5 Khối lượng tháp:

Trang 29

G = GT + GN-Đ + GB + Gbl + GĐ + GÔ + GL (kg)

Trong đó:

GT: Khối lượng thân tháp trụ (kg)

GN-Đ: Khối lượng nắp và đáy tháp (kg)

GB: Khối lượng bích (kg)

Gbl : Khối lượng bu lông nối bích (kg)

GĐ: Khối lượng đĩa lỗ trong tháp (kg)

GÔ: Khối lượng ống chảy chuyền (kg)

GL: Khối lượng chất lỏng điền đầy tháp (kg)

a Khối lượng thân tháp trụ:

- Khối lượng riêng của thép là T = 7,9.103 (kg/m3) [II - 313]

- Đường kính trong của thân tháp:

Theo các thông số đĩa đã chọn : Dt = 1,4 (m)

- Chiều dày thân tháp : S = 2 (mm)

- Chiều cao thân tháp : H = 3,8 (m)

Khối lượng thân tháp là:

b Khối lượng nắp và đáy tháp:

Theo các thông số của nắp và đáy tháp đã chọn:

- Bề mặt trong của nắp, đáy tháp : F = 0,76 (m2) [II - 382]

- Chiều dày của nắp, đáy tháp lấy chung: S =2 (mm) = 2.10-3 (m)

Khối lượng nắp và đáy tháp là:

Theo các thông số của bích đã chọn:

- Đường kính trong của bích: Dt = 0,8 (m)

- Đường kính ngoài của bích: D = 0,93 (m)

- Chiều dày bích: h = 0,025 (m)

- Số bích: n = 3 (cặp) = 6 (chiếc)

Khối lượng bích là:

Định dạng
Số trang	59
Dung lượng	1,11 MB