Tổng quan I. Giới thiệu về nguyn liệu 1. Methanol Methanol cịn gọi l rượu gỗ, cĩ cơng thức hĩa học CH 3 OH. L chất lỏng khơng mu, dễ bay hơi v rất độc. Cc thơng số của methanol: - Phn tử lượng: 32,04 g/mol. - Khối lượng ring: 0,7918 g/cm 3 . - Nhiệt độ nĩng chảy: -97 o C (176K). - Nhiệt độ sơi: 64,5 o C ( 337,8K). - Độ nhớt: 0,59 Ns/m 2 ở 20 o C. 1.1. Ứng dụng Methanol được dng lm chất chống đơng, lm dung mơi, lm nhin liệu cho động cơ đốt trong, nhưng ứng dụng lớn nhất l lm nguyn liệu để sản xuất cc hĩa chất khc. Khoảng 40% metanol được chuyển thnh forml dehyde, từ đĩ sản xuất ra chất dẻo, sơn…Cc hĩa chất khc được dẫn xuất từ metanol bao gồm dimeylete… 1.2. Sản xuất Methanol được sinh ra từ sự trao đổi chất yếm khí của 1 vi lồi vi khuẩn. Kết quả l 1 lượng nhỏ hơi methanol được tạo thnh trong khơng khí. V sau vi ngy khơng khí cĩ chứa methanol sẽ bị oxy hố bởi O 2 dưới tc dụng của nh sng chuyển thnh CO 2 v H 2 O theo phương trình: 2CH 3 OH + 3O 2 2CO 2 + 4H 2 O Hiện nay methanol được sản xuất bằng cch tổng hợp trực tiếp từ H 2 v CO, gia nhiệt ở p suất thấp cĩ mặt chất xc tc. 2. Nước Trong điều kiện bình thường: nước l chất lỏng khơng mu, khơng mi, khơng vị nhưng khối nước dy sẽ cĩ mu xanh nhạt. Khi hĩa rắn nĩ cĩ thể tồn tại ở dạng 5 dạng tinh thể khc nhau.
This document is posted to help you gain knowledge. Please leave a comment to let me know what you think about it! Share it to your friends and learn new things together.
Transcript
Tổng quan
I. Giới thiệu về nguyn liệu1. Methanol
Methanol cịn gọi l rượu gỗ, cĩ cơng thức hĩa học CH3OH. L chất lỏng khơng mu, dễ bay hơi v rất độc. Cc thơng số của methanol:
- Phn tử lượng: 32,04 g/mol.- Khối lượng ring: 0,7918 g/cm3.- Nhiệt độ nĩng chảy: -97oC (176K).- Nhiệt độ sơi: 64,5oC ( 337,8K).- Độ nhớt: 0,59 Ns/m2 ở 20oC.
1.1. Ứng dụng
Methanol được dng lm chất chống đơng, lm dung mơi, lm nhin liệu cho động cơ đốt trong, nhưng ứng dụng lớn nhất l lm nguyn liệu để sản xuất cc hĩa chất khc.
Khoảng 40% metanol được chuyển thnh forml dehyde, từ đĩ sản xuất ra chất dẻo, sơn…Cc hĩa chất khc được dẫn xuất từ metanol bao gồm dimeylete…
1.2. Sản xuất
Methanol được sinh ra từ sự trao đổi chất yếm khí của 1 vi lồi vi khuẩn. Kết quả l 1 lượng nhỏ hơi methanol được tạo thnh trong khơng khí. V sau vi ngy khơng khí cĩ chứa methanol sẽ 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 p suất thấp cĩ mặt chất xc tc.
2. Nước
Trong điều kiện bình thường: nước l chất lỏng khơng mu, khơng mi, khơng vị nhưng khối nước dy sẽ cĩ mu xanh nhạt.
Khi hĩa rắn nĩ cĩ thể tồn tại ở dạng 5 dạng tinh thể khc nhau.
Tính chất vật lý:
- Khối lượng phn tử : 18 g / mol
- Khối lượng ring d4oC : 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 sự sống.
Nước l dung mơi phn cực mạnh, cĩ khả năng hồ tan nhiều chất v l dung mơi rất quan trọng trong kỹ thuật hĩa học.
3. Hỗn hợp Methanol-nước
Ta cĩ bảng cn bằng lỏng-hơi cho hỗn hợp methanol-nước ở 1 atm
Chưng cất l qu trình dng để tch cc cấu tử của một hỗn hợp lỏng (cũng như hỗn hợp khí lỏng) thnh cc cấu tử ring biệt dựa vo độ bay hơi khc nhau của cc cấu tử trong hỗn hợp (nghĩa l khi ở cng một nhiệt độ, p suất hơi bo hịa của cc cấu tử khc nhau).
Thay vì đưa vo trong hỗn hợp một pha mới để tạo nn sự tiếp xc giữa hai pha như trong qu trình hấp thu hoặc nhả khí, trong qu trình chưng cất pha mới được tạo nn bằng sự bốc hơi hoặc ngưng tụ.
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 cĩ dung 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 bấy nhiu 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 bay hơi 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:
- Sản phẩm đỉnh chủ yếu l methanol.
- Sản phẩm đy chủ yếu l nước.
2. Cc phương php chưng cất:
2.1. Phn loại theo p suất lm việc
- p suất thấp
- p suất thường
- p suất cao
2.2. Phn loại theo nguyn lý lm việc
- Chưng cất đơn giản
- Chưng bằng hơi nước trực tiếp
- Chưng cất đa cấu tử
2.3. 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 yu cầu cơ bản chung của cc thiết bị vẫn giống nhau nghĩa l diện tích bề mặt tiếp xc pha phải lớn, điều ny phụ 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 loại thường 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 pha lỏng 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 chm được 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:
Thp chm Thp mm xuyn lỗ Thp mm chĩp
Ưu điểm
- Cấu tạo kh đơn giản.
- Trở lực thấp.
- Lm việc được với chất lỏng bẩn.
- Trở lực tương đối thấp.
- Hiệu suất kh cao.
- Kh ổn định.
- Hiệu suất cao.
Nhược điểm
- Do cĩ hiệu ứng thnh nn hiệu suất truyền khối thấp.
- Độ ổn định thấp, khĩ vận hnh.
- Khĩ tăng năng suất.
- Thiết bị kh nặng nề.
- Khơng lm việc được với chất lỏng bẩn.
- Kết cấu kh phức tạp.
- Cĩ trở lực lớn.
- Tiu tốn nhiều vật tư, kết cấu phức tạp.
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 độ khoảng 280C tại bình chứa nguyn liệu (13) được bơm (1) bơm ln bồn cao vị (2). Từ đĩ được đưa đến thiết 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. Trong thp, 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 ln trn 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% phần khối lượng). Hơi ny đi vo thiết bị ngưng tụ (7) v được ngưng tụ hồn tồn. Một phần của chất lỏng ngưng tụ được hồn lưu về thp ở đĩa trn cng. Phần cịn lại được lm nguội đến 40 0C, rồi đưa về bình chứa 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 chất lỏng 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 khi trao 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
6. Lưu lượng kế.
7. Thp chưng
8. Thiết bị đun sản phẩm đy
9. Bồn chứa sản phẩm đỉnh.
10. Thiết bị ngưng tụ sản phẩm đỉnh
11. Thiết bị lm nguội sản phẩm đỉnh
12. Bẩy hơi
13. Bồn chứa sản phẩm đy
CHƯƠNG 3
TÍNH TỐN SƠ BỘ
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: = 10% (kg Methanol/ kg hỗn hợp)
Nồng độ sản phẩm đỉnh: = 95% (kg Methanol/ kg hỗn hợp)
Nồng dộ sản phẩm đy: = 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, : 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
Từ số liệu của bảng 1 ta xy dựng đồ thị t-x,y cho hệ Methnol- nước
60
65
70
75
80
85
90
95
100
0.0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1.0x,y
t0C
hôi
loûng
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 = 91,50C
Tra bảng 1.249, trang 310, {1} ta được = 964,25 kg/m3
Tra bảng 1.2, trang 9, {1} ta được = 722.19 kg/m3
Suy ra khối lượng ring của hỗn hợp khi nhập liệu vo thp
kg/m3
Suy ra GF = 933,0 kg/h
Ta cĩ kg/kmol
Nn kmol/h
2. Suất lượng mol của cc dịng
- Phương trình cn bằng vật chất cho tồn thp
F = P + W
F.xF = P.xP + W.xW
- Thế cc gi trị vo ta được hệ phương trình sau
P = 2,67 kmol/h
W= 45,42 kmol/h
- Lại cĩ
kg/kmol
kg/kmol
- Suy ra
GP = P.MP = 2,67.31,30 = 83,57 kg/h
GW = W.MW = 45,42.18,21 = 827,1 kg/h
3. Cc phương trình lm việc
- Từ bảng số liệu 1 ta xy dựng đồ thì cn bằng pha của hệ Methanol-nước ở p suất 1atm
- Với xF = 0,0588 ta nội suy từ đồ thị 2 được = 0,295
+ Tỉ số hồn lưu tối thiểu
Rmin
+ 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
Phương trình đường lm việc của phần chưng:
Hay
Phương trình đường lm việc của phần luyện:
Hay
0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
0.8
0.9
1
0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1x
y
Đồ thị 2: đồ thì cn bằng pha của hệ Methanol-nước ở p suất 1atm
CHƯƠNG 4:
Thiết kế chế tạo thp chưng cấtI. Đường kính thp:
1. Phần luyện:
a. Khối lượng ring trung bình của pha lỏng trong phần luyện:
- Nồng độ phần mol trung bình của pha lỏng trong phần luyện:
mol
- Nội suy từ đồ thị 1 ta được nhiệt độ trung bình của pha lỏng trong phần luyện
TLL = 73,4 oC
- Nồng độ phần khối lượng trung bình của pha lỏng trong luyện:
- Tra bảng 1.249, trang 311, [1]
Khối lượng ring của nước ở 73,4oC: N = 975,76 kg/m3
- Tra bảng 1.2, trang 9, [1] Khối lượng ring của metanol ở 73,4oC: R = 739,77 kg/m3
- p dụng trong cơng thức (1.2), trang 5, [1]
w LL = 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:
- Kiểm tra lại khoảng cch mm h = 0,25m đảm bảo cho điều kiện hoạt động bình
thường của thp: h > ( 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:
m
w̃ 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:
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 định theo biểu thức (5.10), trang 115, [3]:
,mm.chất lỏng
+ QL : lưu lượng của chất lỏng (m3/h).
+ Sd : tiết diện giữa ống chảy chuyền v mm.
Sd = 0,8 . Smm = 0,8. .0,42 = 0,10 m2
Để thp khơng bị ngập lụt khi hoạt động thì: hd £ Dh = 125 mm
6.1. Phần luyện
DhlL = 0,0045. 1000 = 4,5 mm
DPL = mm.chất lỏng
mm.chất
lỏng
Nn: hdL = 30 + 4,5 + 34,92 + 1,11.10-4 = 69,42 mm < 125 mm
Vậy: Khi hoạt động thì mm ở phần luyện sẽ khơng bị ngập lụt.
6.2. Phần chưng
DhlC = 0,0032. 1000 = 3,2 (mm)
DPC = mm.chất lỏng
mm.chất lỏng
Nn: hdC = 30 + 3,2 + 40,02 + 3,89.10-5 = 73,22 mm < 125 mm
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= 100oC
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:
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: (Cơng thức 6.36, trang 100, [8])
Đối với bản cĩ đục lỗ:
S’ mm
Nn: S + Ca = 1,354 mm
Chọn S = 2 mm
Kiểm tra điều kiện bền:
Độ vng cực đại ở tm: (Cơng thức 6.35, trang 100, [8])
Đối với bản cĩ đục lỗ:
Với:
w̃
Để đảm bảo điều kiện bền thì: Wlo < ½ S
< 1,0
w̃ Bề dy S đ chọn thỏa điều kiện.
Vậy: S = 2 mm
VI. Bích ghp thn – đy v nắp :
Mặt bích l bộ phận quan trọng dng để nối cc phần của thiết bị cũng như nối cc bộ phận khc với thiết bị. Cc loại mặt bích thường sử dụng:
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/mm2) w chọn bích cĩ cc thơng số sau:
Dt D Db Dl Do hBu lơng
db Z
(mm) (ci)
400 515 475 450 411 20 M16 20
Tra bảng IX.5, trang 170, [2], với Dh = 250 mm w khoảng cch giữa 2 mặt bích l 1000 mm v số mm giữa 2 mặt bích l 4.
w̃ Số mặt bích cần dng để ghp l: 21/4 + 2 = 8 bích
Độ kín của mối ghp bích chủ yếu do vật đệm quyết định. Đệm lm bằng cc vật liệu mềm hơn so với vật liệu bích. Khi xiết bu lơng, đệm bị biến dạng v điền đầy ln cc chỗ gồ ghề trn bề mặt của bích. Vậy, để đảm bảo độ kín cho thiết bị ta chọn đệm l dy amiăng, cĩ bề dy l 3mm.
VII. Chn đỡ thp :
1. Tính trọng lượng ca tồn thp:
Tra bảng XII.7, trang 313, [2]: w̃ Khối lượng ring của thp CT3 l: rCT3 = 7850 kg/m3
Khối lượng của một bích ghp thn:
mbích ghp thn = kg
Khối lượng của một mm:
mmm = = .0.402.0,002.0,82.7900 = 1,63 kg
Khối lượng của thn thp:
mthn = .(D2ng –D2
t).Hthn . rX18H10T = kg
Khối lượng của đy (nắp) thp:
mđy(nắp) = Sbề mặt .dđy . rX18H10T = 0,20 . 0,002 . 7900 = 3,16 kg
Khối lượng của tồn thp:
m = 8 mbích ghp thn + 21 mmm + mthn + 2 mđy(nắp)
= 8.12,97 + 21.1,63 + 100,56 + 2.3,16 = 243,43 kg
2. Tính chn đỡ thp:
Chọn chn đỡ: thp được đỡ trn bốn chn.
Vật liệu lm chn đỡ thp l thp CT3.
Tải trọng cho php trn một chn: Gc = N
Để đảm bảo độ an tồn cho thiết bị, ta chọn: Gc = 1000 N
Tra bảng XIII.35, trang 437, [2] w chọn chn đỡ cĩ cc thơng số sau:
L B B1 B2 H h s l d
70 60 60 90 150 105 4 30 14
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 ngoại cảnh.
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] w chọn tai treo cĩ cc thơng số sau:
L B B1 H S l a d
80 55 70 125 4 30 10 14
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 để nối 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:
Dy = m
w̃ Chọn ống cĩ Dy = 20 mm
Tra bảng XIII.26, trang 409, [2]
w̃ Cc thơng số của bích ứng với P = 0,055 N/mm2 l:
Dy Dn D Dd Dl hBu lơng
db Z
(mm) (ci)
20 25 90 65 50 12 M10 4
2. Ống hơi ở đỉnh thp:
- Nồng độ trung bình của pha hơi ở đỉnh thp
yP = xP = 0,9144
w Nhiệt độ trung bình của pha hơi ở đỉnh thp: THP = 67,8 oC
- Khối lượng mol trung bình của pha hơi trong phần luyện:
Tra bảng 1.249, trang 310, [1] 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
Nhiệt dung ring của nước ở 65,8oC = 4,184 kJ/kg.KTra bảng 1.154, trang 172, [1] Nhiệt dung ring của methanol ở 91,5oC = 2,920 kJ/kg.K Nhiệt dung ring của methanol ở 98,5oC = 2,958 kJ/kg.K Nhiệt dung ring của methanol ở 65,8oC = 2,788 kJ/kg.K
2. Hiệu số nhiệt độ trung bình :Chọn kiểu truyền nhiệt ngược chiều, nn:
= 31,42 K
3. Hệ số truyền nhiệt :Hệ số truyền nhiệt K được tính theo cơng thức:
,W/m2.K
Với:
n : hệ số cấp nhiệt của dịng nước lạnh ,W/m2.K
ngưng : hệ số cấp nhiệt của dịng hơi ngưng tụ ,W/m2.K
rt : nhiệt trở qua thnh ống v lớp cu.
3.1. Xc định hệ số cấp nhiệt của nước đi trong ống :Nhiệt độ trung bình của dịng nước trong ống: tf = 34oC
Tại nhiệt độ ny thì:
- Khối lượng ring của nước: n = 994,42 kg/m3 - Độ nhớt của nước: n = 7,23.10-7 m2/s - Hệ số dẫn nhiệt của nước: n = 0,626 W/mK - Chuẩn số Prandtl: Prn = 4,9
Chọn vận tốc nước đi trong ống: vn = 1 m/s
Số ống: = 27,53
Tra bảng V.II, trang 48, [2] chọn n = 37 ống
Vận tốc thực tế của nước trong ống:
= 0,744 m/s
Chuẩn số Reynolds :
= 32929,5 > 104 Chế độ chảy rối
p dụng cơng thức (1.74), trang 28, [5] cơng thức xc định chuẩn số Nusselt:
Trong đĩ: 1 – hệ số tính đến ảnh hưởng của hệ số cấp nhiệt theo tỷ lệ giữa chiều di L v đường kính d của ống.
Tra bảng 1.1, trang 29, [5] chọn 1 = 1
Hệ số cấp nhiệt của nước đi trong ống trong: n =
3.2. Nhiệt tải qua thnh ống v lớp cu :
,W/m2
Trong đĩ:
tw1 : nhiệt độ của vch tiếp xc với hơi ngưng tụ, oC
tw2 : nhiệt độ của vch tiếp xc với nước lạnh, oC
Bề dy thnh ống: t = 0,003 m
Hệ số dẫn nhiệt của thp khơng gỉ: t = 16,3 W/mK
Nhiệt trở lớp bẩn trong ống: r1 = 1/5000 m2.K/W
Nhiệt trở lớp cu ngồi ống: r2 =1/5800 m2.K/W
Nn: rt = 5,565.10-4 m2.K/W
3.3. Xc định hệ số cấp nhiệt của hơi ngưng tụ ngồi ống :Điều kiện:
- Ngưng tụ hơi bo hịa.
- Khơng chứa khơng khí khơng ngưng.
- Hơi ngưng tụ ở mặt ngồi ống.
- Mng chất ngưng tụ chảy tầng.
- Ống nằm ngang.
p dụng cơng thức (3.65), trang 120, [4] Đối với ống đơn chiếc nằm ngang thì:
Tra bảng V.II, trang 48, [2] với số ống n = 37 thì số ống trn đường cho của hình 6 cạnh l: b = 7
Tra hình V.20, trang 30, [2] hệ số phụ thuộc vo cch bố trí ống v số ống trong mỗi dy thẳng đứng l tb = 0,72 (vì xếp xen kẽ v số ống trong mỗi dy thẳng đứng l 7)
Hệ số cấp nhiệt trung bình của chm ống: ngưng = tb1 = 0,721
Dng php lặp: chọn tP1 = 59,0 oCNhiệt độ trung bình của mng chất ngưng tụ: tm = ½ (tngưng + tW1) = 62,4 oCTại nhiệt độ ny thì:
Khối lượng ring của nước: N = 982,0 kg/m3
Khối lượng ring của methanol: R = 753,5 kg/m3
Nn khối lượng ring hỗn hợp l
= 762,4 kg/m3
Độ nhớt của nước: N = 4,496.10-4 N.s/m2 Độ nhớt của methanol: R = 3,424.10-4 N.s/m2
Hệ số dẫn nhiệt của nước: N = 0,661 W/mK Hệ số dẫn nhiệt của methanol: R = 0,205 W/mKNn: = = 0,212 W/mK Nhiệt ngưng tụ của dịng hơi: r = rD = 2801100 J/kgNn: 1 = 4295,4 W/m2K
4. Bề mặt truyền nhiệt :Bề mặt truyền nhiệt được xc định theo phương trình truyền nhiệt:
F = = 13,4 m2
5. Cấu tạo thiết bị :Số ống truyền nhiệt: n = 61 (ống). Ống được bố trí theo hình lục gic đều.
Chiều di ống truyền nhiệt: L = = 3,3 m chọn L = 4 m
Số ống trn đường cho: b = 7 ống
Bước ống: t = 48 mm = 0,048 m
p dụng cơng thức (V.140), trang 49, [6]: Đường kính trong của thiết bị: D = t(b-1) + 4dn = 0,44 m
III. THIẾT BỊ LM NGUỘI SẢN PHẨM ĐỈNH :Chọn thiết bị ngưng tụ vỏ – ống loại TH, đặt nằm ngang.
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: t = 3 mm = 0,003 m- Đường kính trong: dtr = 0,032 mChọn- Nước lm lạnh đi trong ống trong với nhiệt độ vo tV = 28oC v nhiệt độ ra tR = 40oC.
- Sản phẩm đy đi trong ống ngồi với nhiệt độ vo tPS = 65,8oC v nhiệt độ ra tPR = 35oC.
1. Suất lượng nước lm lạnh cần dng :Cn bằng nhiệt: Q = GP(hPS – hPR) = Gn (hR – hV)Nhiệt dung ring của nước ở 35oC = 4,178 kJ/kg.KNhiệt dung ring của methanol ở 35oC = 2,645 kJ/kg.KNn: hWR = (0,05. 4,178 + 0,95. 2,645). 35 = 95,26 kJ/kg
Enthalpy của nước ở 28oC = hV = 117,3 kJ/kgEnthalpy của nước ở 40oC = hR = 167,6 kJ/kg
2. Hiệu số nhiệt độ trung bình :Chọn kiểu truyền nhiệt ngược chiều, nn:
= 14,40 K
3. Hệ số truyền nhiệt :Hệ số truyền nhiệt K được tính theo cơng thức:
,W/m2.K
Với:
n : hệ số cấp nhiệt của dịng nước lạnh, W/m2.K. W : hệ số cấp nhiệt của dịng sản phẩm đy, W/m2.K rt : nhiệt trở qua thnh ống v lớp cu.
3.1. Xc định hệ số cấp nhiệt của nước trong ống :Kích thước của ống trong: Đường kính ngồi: dn = 38 (mm) = 0,038 m Bề dy ống: t = 3 (mm) = 0,003 m Đường kính trong: dtr = 0,032 mNhiệt độ trung bình của dịng nước trong ống: tf = ½ (tV + tR) = 34 oC
Tại nhiệt độ ny thì:
Khối lượng ring của nước: n = 994,34 kg/m3 Độ nhớt của nước: n = 7,39.10-7 m2/s Hệ số dẫn nhiệt của nước: n = 0,624 W/mK Chuẩn số Prandtl: Prn = 5,004 Vận tốc nước đi trong ống:
= 0,056 m/s
Chuẩn số Reynolds :
= 2424,9 < 104 : chế độ chảy qu độ
p dụng cơng thức V.44,trang 16, [2] cơng thức xc định chuẩn số Nusselt:
Trong đĩ: 1 – hệ số tính đến ảnh hưởng của hệ số cấp nhiệt theo tỷ lệ giữa chiều di L v đường kính d của ống. Tra bảng V.2, trang 15, [2] . Chọn e1 = 1
ko – hệ số phụ thuộc Re, tra bảng trang 16, [2]. Chọn ko = 1
Hệ số cấp nhiệt của nước trong ống: n =
3.2. Nhiệt tải qua thnh ống v lớp cu :
, W/m2
Trong đĩ:
tP1 : nhiệt độ của vch tiếp xc với sản phẩm đy (trong ống trong), oC tP2 : nhiệt độ của vch tiếp xc với nước lạnh (ngồi ống trong), oC
Bề dy thnh ống: t = 0,003 m Hệ số dẫn nhiệt của thp khơng gỉ: t = 16,3 W/mK Nhiệt trở lớp bẩn trong ống: r1 = 1/5000 m2.K/W Nhiệt trở lớp cu ngồi ống: r2 =1/5800 m2.K/WNn rt = 5,565.10-4 m2.K/W
3.3. Xc định hệ số cấp nhiệt của dịng sản phẩm đy ngồi ống :Kích thước của ống ngồi: Đường kính ngồi: Dn = 57 mm = 0,057 m Bề dy ống: t = 3 mm = 0,003 m Đường kính trong: Dtr = 0,051 mNhiệt độ trung bình của dịng sản phẩm đy ngồi ống:
tP = ½ (tPS + tPR) = 50,4 oC
Tại nhiệt độ ny thì:
Khối lượng ring của nước: N = 987,9 kg/m3
Khối lượng ring của methanol: R = 764,6 kg/m3
Nn: = 773,4 kg/m3
Độ nhớt của nước: N = 5,46.10-4 N.s/m2 Độ nhớt của methanol: R = 3,19.10-4 N.s/m2
Hệ số dẫn nhiệt của nước: N = 0,639 W/mK Hệ số dẫn nhiệt của rượu: R = 0,208 W/mKNn: = 0,214 W/mK Nhiệt dung ring của nước: cN = 4178,0 J/kgK Nhiệt dung ring của rượu: cR = 2865,0 J/kgKNn: cP1 = cR + cN. (1 - ) = 2759,5 J/kgK
p dụng cơng thức (V.35), trang 12, [2]: = 5,73
Gr = 1020040,5Nn NuP = 10,45 aP = 171,8 W/m2K qP = aP (tP – tP1) = 1217,98 W/m2
Nn: = 0,675 (W/mK) (cơng thức 1.37, trang 124,[1])
Nhiệt dung ring của nước: cN = 42,05 J/kgK
Nhiệt dung ring của rượu: cR = 28,99 J/kgK
Nn: c = cR. xW + cN.(1 - xW) = 41,93 J/kgK
p dụng cơng thức (V.35), trang 12, [2]: = 2,55
w̃ NuW = 12,19
Hệ số cấp nhiệt của sản phẩm đy đi trong ống trong:
aW = W/m2độ
w̃ qW = aW. t2 = 257,2.8,25 = 2121,6 W/m2
3.3. Xc định hệ số cấp nhiệt của dịng nhập liệu ngồi ống :
Nhiệt độ trung bình của dịng nhập liệu: tf = ½ (tV + tR) = 44,0 oC
Tại nhiệt độ ny thì:
Khối lượng ring của nước: rN = 990,2 kg/m3
Khối lượng ring của rượu: rR = 768,8 kg/m3
Nn: w r = 962,5 kg/m3
Độ nhớt của nước: mN = 5,68.10-4 N.s/m2
Độ nhớt của rượu: mR = 4,05.10-4 N.s/m2
Nn: lgm = xFlgmR + (1 – xF)lgmN
w m = 5,22.10-4 (N.s/m2)
Hệ số dẫn nhiệt của nước: lN = 0,650 W/mK
Hệ số dẫn nhiệt của rượu: lR = 0,212 W/mK
Nn: l = = 0,482 W/mK (cơng thức 1.37, trang 124,[1])
Nhiệt dung ring của nước: cN = 41,78 J/kgK
Nhiệt dung ring của rượu: cR = 26,86 J/kgK
Nn: c = cR.xF + cN. (1 – xF) = 40,90 J/kgK
p dụng cơng thức (V.35), trang 12, [2]: = 4,43
Đường kính tương đương của khoảng khơng ngồi ống:
Vận tốc thực tế của dịng nhập liệu đi ngồi ống:
m/s
Chuẩn số Reynolds :
< 2300 : chế độ chảy tầng.
p dụng cơng thức (V.56), trang 20, [2] w cơng thức xc định chuẩn số Nusselt:
Chọn t1 = 18oC
Hệ số cấp nhiệt của dịng nhập liệu ngồi ống:
aF = W/m2độ
w̃ qF = aF. t1 = 112,75.18 = 2059,7 W/m2
Kiểm tra sai số:
e = 100% = 2,92% < 5% (thỏa)
3.4. Xc định hệ số truyền nhiệt:
W/m2K
4. Bề mặt truyền nhiệt:
Bề mặt truyền nhiệt được xc định theo phương trình truyền nhiệt:
F = m2
5. Cấu tạo thiết bị:
Số ống truyền nhiệt: n = 127 ống. Ống được bố trí theo hình lục gic đều.
Chiều di ống truyền nhiệt: L = = 2,51 (m) w chọn L = 2,5 m
Số ống trn đường cho: b = 13 ống
Bước ống: t = 48 (mm) = 0,048 m
p dụng cơng thức (V.140), trang 49, [2]:w̃ Đường kính trong của thiết bị: D = t(b-1) + 4dn = 0,7 m.
V. Thiết bị đun sơi dịng nhập liệu:Chọn thiết bị ngưng tụ vỏ – ống, đặt ngang.
Ống truyền nhiệt được lm bằng thp hợp kim X18H10T, kích thước ống 38 x 3:
Đường kính ngồi: dn = 38 mm = 0,038 m
Bề dy ống: dt = 3 mm = 0,003 m
Đường kính trong: dtr = 0,032 m
Nhiệt trở lớp bẩn trong ống: r1 = 1/5000 m2.K/W
Nhiệt trở lớp cu ngồi ống: r2 =1/5800 m2.K/W
Chọn:
Nhập liệu đi trong ống với nhiệt độ vo tV = 60,0oC v nhiệt độ ra tR = 68,5oC.
Dịng hơi ngưng tụ đi ngồi ống với nhiệt độ ngưng tụ tngưng = 126,25oC, cĩ p suất 2at, ẩn nhiệt hĩa hơi r = 2189500 J/kg.
1. Lượng hơi nước cần dng :
Cn bằng nhiệt: Q = GF.cF.(tr – tv) = Gn.rn
Ở nhiệt độ trung bình ttb = 64,25oC thì:
Nhiệt dung ring của nước: cN = 41,83 J/kgK
Nhiệt dung ring của rượu: cR = 28,20 J/kgK
Nn: cF = cR.xF + cN. (1 – xF) = 41,02 J/kgK
Q = 1000.41,02.( 68,5 - 60) = 34,87 kW Gn = 15,93 (kg/h)2. Hiệu số nhiệt độ trung bình :
Chọn kiểu truyền nhiệt ngược chiều, nn:
K
3. Hệ số truyền nhiệt:
Hệ số truyền nhiệt K được tính theo cơng thức:
,W/m2.K
Với:
an : hệ số cấp nhiệt của dịng nước lạnh, W/m2.K
angưng : hệ số cấp nhiệt của dịng hơi ngưng tu, W/m2.K
rt : nhiệt trở qua thnh ống v lớp cu.
Bề dy thnh ống: t = 0,003 m Hệ số dẫn nhiệt của thp khơng gỉ: t = 16,3 W/mK Nhiệt trở lớp cu trong ống: r1 = 1/5800 m2.K/W Nhiệt trở lớp cu ngồi ống: r2 =1/5800 m2.K/WNn: rt = 5,289.10-4 m2.K/W
3.1. Xc định hệ số cấp nhiệt của dịng nhập liệu đi trong ống :
Nhiệt độ trung bình của dịng nhập liệu trong ống: tf = ½ (tV + tR) = 64,25oC
Tại nhiệt độ ny thì:
Khối lượng ring của nước: rN = 979,8 kg/m3
Khối lượng ring của rượu: rR = 746,2 kg/m3
Nn: w r = 950,06 kg/m3
Độ nhớt của nước: mN = 3,88.10-4 N.s/m2
Độ nhớt của rượu: mR = 3,12.10-4 N.s/m2
Nn: lgm = xF.lgmR + (1 – xF).lgmN
w m = 3,65.10-4 N.s/m2
Hệ số dẫn nhiệt của nước: lN = 0,661 W/mK
Hệ số dẫn nhiệt của rượu: lR = 0,105 W/mK
Nn: l = = 0,569 W/mK (cơng thức 1.37, trang 124,[1])
Nhiệt dung ring của nước: cN = 41,83 J/kgK
Nhiệt dung ring của rượu: cR = 28,20 J/kgK
Nn: c = cR.xF + cN. (1 – xF) = 40,475 J/kgK
p dụng cơng thức (V.35), trang 12, [2]: = 2,60
Vận tốc thực tế của dịng nhập liệu trong ống:
m/s
Chuẩn số Reynolds :
< 2300 : chế độ chảy tầng
p dụng cơng thức (1.80), trang 31, [5] w cơng thức xc định chuẩn số Nusselt:
Trong đĩ: e1 – hệ số tính đến ảnh hưởng của hệ số cấp nhiệt theo tỷ lệ giữa chiều di L v đường kính d của ống.
Tra bảng 1.2, trang 31, [5] w chọn e1 = 1
Chọn t2 = 20oC w tw2 = 84,25oC
Tại nhiệt độ ny:
Độ nhớt của nước: mN = 3,03.10-4 N.s/m2
Độ nhớt của rượu: mR = 2,26.10-4 N.s/m2
Nn: lgm = xFlgmR + (1 – xF)lgmN
w m = 2,98.10-4 N.s/m2
Hệ số dẫn nhiệt của nước: lN = 0,677 W/mK
Hệ số dẫn nhiệt của rượu: lR = 0,178 W/mK
Nn: l = = 0,595 W/mK (cơng thức 1.37, trang 124,[1])
Nhiệt dung ring của nước: cN = 4201,8 J/kgK
Nhiệt dung ring của rượu: cR = 2922,0 J/kgK
Nn: c = cR. xF + cN.(1 – xF) = 4126,5 J/kgK
p dụng cơng thức (V.35), trang 12, [2]: = 2,067
w̃ NuF = 11,4
Hệ số cấp nhiệt của dịng nhập liệu đi trong ống trong:
aF = W/m2độ
w̃ qF = aF. t2 = 212,0.20 = 4240,0 W/m2
3.3. Xc định hệ số cấp nhiệt của hơi ngưng tụ ngồi ống :
p dụng cơng thức (1.110), trang 38, [5]w Đối với ống đơn chiếc nằm ngang thì:
Tra bảng V.II, trang 48, [2] w với số ống n = 127 thì số ống trn đường cho của hình 6 cạnh l: b = 13
Tra hình V.18, trang 19, [4] w hệ số phụ thuộc vo cch bố trí ống v số ống trong mỗi dy thẳng đứng l etb = 1,1
w̃ Hệ số cấp nhiệt trung bình của chm ống: angưng = etba1 = 1,1a1
Chọn t1 = 0,2oC w tW1 = 126,05oC
Tra cc thơng số của hơi ngưng tụ:
Khối lượng ring của hơi: rN = 939,16 kg/m3
Độ nhớt của hơi: mN = 2,28.10-4 N.s/m2
Hệ số dẫn nhiệt của hơi: lN = 0,686 W/mK
w a1 = 19886,13 W/m2K
w̃ an = 21874,74 W/m2K
w̃ qn = an (tn – tW1) = 4374,94 W
Kiểm tra sai số:
e = 100% = 3,08% < 5% (thỏa)
3.4. Xc định hệ số truyền nhiệt:
W/m2K
4. Bề mặt truyền nhiệt:
Bề mặt truyền nhiệt được xc định theo phương trình truyền nhiệt:
F = m2
5. Cấu tạo thiết bị:
Số ống truyền nhiệt: n = 127 ống. Ống được bố trí theo hình lục gic đều.
Chiều di ống truyền nhiệt: L = = 0,09 (m) w chọn L = 0,1 m
Số ống trn đường cho: b = 13 ống
Tra bảng trang 21, [3] w Bước ống: t = 48 mm = 0,048 m
p dụng cơng thức (V.140), trang 49, [2]:w̃ Đường kính trong của thiết bị: D = t(b-1) + 4dn = 0,7 m.
VI. Bồn cao vị:1. Tổn thất đường ống dẫn:
Chọn ống dẫn cĩ đường kính trong l dtr = 80 mm
Tra bảng II.15, trang 381, [1] w Độ nhm của ống: e = 0,2 mm = 0,0002 m
Tổn thất đường ống dẫn:
m
Trong đĩ:
l1 : hệ số ma st trong đường ống.
l1 : chiều di đường ống dẫn, chọn l1 = 30 m
d1 : đường kính ống dẫn, d1 = dtr = 0,08 m
x1 : tổng hệ số tổn thất cục bộ.
vF : vận tốc dịng nhập liệu trong ống dẫn
1.1. Xc định vận tốc dịng nhập liệu trong ống dẫn :
Cc tính chất lý học của dịng nhập liệu được tra ở nhiệt độ trung bình:
tF = = 46,9 oC
Tại nhiệt độ ny thì:
Khối lượng ring của nước: rN = 989,2 kg/m3
Khối lượng ring của rượu: rR = 768,4 kg/m3
Nn: w rF = 961,6 kg/m3
Độ nhớt của nước: mN = 5,15.10-4 N.s/m2
Độ nhớt của rượu: mR = 3,75.10-4 N.s/m2
Nn: lgmF = xFlgmN + (1 – xF)lgmA
w mF = 4,65.10-4 N.s/m2
Vận tốc của dịng nhập liệu đi trong ống:
= 0,057 m/s
1.2. Xc định hệ số ma st trong đường ống :
Chuẩn số Reynolds :
= 9429,9 > 4000 : chế độ chảy rối
Chuẩn số Reynolds tới hạn: Regh = 6(d1/e)8/7 = 5648,513
Chuẩn số Reynolds khi bắt đầu xuất hiện vng nhm:
Ren = 220.(d1/e)9/8 = 186097,342
Vì Regh < ReF < Ren w chế độ chảy rối ứng với khu vực qu độ.
p dụng cơng thức (II.64), trang 379, [1]: l1= = 0,035
1.3. Xc định tổng hệ số tổn thất cục bộ :
Chỗ uốn cong :
Tra bảng II.16, trang 382, [1]:
Chọn dạng ống uốn cong 90o cĩ bn kính R với R/d = 2 thì xu1 (1 chỗ) = 0,15.
Đường ống cĩ 6 chỗ uốn w xu1 = 0,15. 6 = 0,9
Van :
Chọn van cầu với độ mở hồn tồn thì xvan (1 ci) = 10.
Đường ống cĩ 2 van cầu w xvan = 10. 2 = 20
Lưu lượng kế : xl1 = 0 (coi như khơng đng kể).
Vo thp : xthp = 1
Tại miệng ra của bồn cao vị: Tra bảng 10, trang 385, [1]: x = 11
Nn: x1 = 33,05
Vậy: = 7,65.10-3 (m)
2. Tổn thất đường ống dẫn trong thiết bị trao đổi nhiệt giữa dịng nhập liệu v sản phẩm đy:
m
Trong đĩ:
l2 : hệ số ma st trong đường ống.
l2 : chiều di đường ống dẫn, l2 = 2,5 m
d2 : đường kính ống dẫn, d2 = dtr = 0,032 m
x2 : tổng hệ số tổn thất cục bộ.
v2 : vận tốc dịng nhập liệu trong ống dẫn
2.1. Vận tốc dịng nhập liệu trong ống d ẫn :v2 = 3,57.10-3 m/s
2.2. Xc định hệ số ma st trong đường ống :
Chuẩn số Reynolds : Re2 = 710,9 < 2300 : chế độ chảy tầng.
Độ nhm: e = 0,0002
p dụng cơng thức (II.64), trang 379, [1]:
2.3. Xc định tổng hệ số tổn thất cục bộ :
Đột thu :
Tra bảng II.16, trang 382, [1]: Khi = 0,160 thì xđột thu 2 (1chỗ) = 0,458
Cĩ 1 chỗ đột thu w xđột thu 1 = 0,458
Đột mở :
Tra bảng II.16, trang 382, [1]: Khi = 0,160 thì xđột mở 2 (1chỗ) = 0,708
Cĩ 1 chỗ đột mở w xđột mở 2 = 0,708
Nn: x2 = xđơt thu 2 + xđột mở 2 = 1,166
Vậy: m
3. Tổn thất đường ống dẫn trong thiết bị đun sơi dịng nhập liệu:
,m
Trong đĩ:
l3 : hệ số ma st trong đường ống.
l3 : chiều di đường ống dẫn, l2 = 0,5 m.
d3 : đường kính ống dẫn, d3 = dtr = 0,032 m.
x3 : tổng hệ số tổn thất cục bộ.
v3 : vận tốc dịng nhập liệu trong ống dẫn
3.1. Vận tốc dịng nhập liệu trong ống dẫn :v2 = 0,003 m/s
3.2. Xc định hệ số ma st trong đường ống :
Chuẩn số Reynolds : Re2 = 250 < 2300: chế độ chảy tầng
Độ nhm: e = 0,0002
p dụng cơng thức (II.64), trang 379, [1]:
3.3. Xc định tổng hệ số tổn thất cục bộ :
Đột thu :
Tra bảng II.16, trang 382, [1]: Khi = 0,160 thì xđột thu 3 (1chỗ) = 0,458
Cĩ 1 chỗ đột thu w xđột thu 3 = 0,458
Đột mở :
Tra bảng II.16, trang 382, [1]: Khi = 0,160 thì xđột mở 3 (1chỗ) = 0,708
Cĩ 1 chỗ đột mở w xđột mở 3 = 0,708
Nn: x3 = xđơt thu 3 + xđột mở 3 = 1,166
Vậy: m
4. Chiều cao bồn cao vị:
Chọn :
Mặt cắt (1-1) l mặt thống chất lỏng trong bồn cao vị.
Mặt cắt (2-2) l mặt cắt tại vị trí nhập liệu ở thp.
Ap dụng phương trình Bernoulli cho (1-1) v (2-2):
z1 + + = z2 + + +hf1-2
z1 = z2 + +hf1-2
Trong đĩ:
z1: độ cao mặt thống (1-1) so với mặt đất, hay xem như l chiều cao bồn cao vị Hcv = z1.
z2: độ cao mặt thống (2-2) so với mặt đất, hay xem như l chiều cao từ mặt đất đến vị trí nhập liệu:
z2 = hchn đỡ + hđy + (nttC – 1).Dh
= 0,105 + 0,02 + (12 – 1).0,25 = 2,875 m
P1 : p suất tại mặt thống (1-1), chọn P1 = 1 at = 9,81.104 N/m2
Chiều di ống 70mm: Chọn tổng chiều di ống dẫn lỏng vo thp l 10m.
Chiều di ống 150mm: Chọn tổng chiều di ống hơi ở đỉnh thp v ống hơi ở đy thp l L4 = 10m.
Chiều di ống 50mm: Chọn tổng chiều di ống chảy trn v ống xả đy từ bồn cao vị, ống nhập liệu v ống hồn lưu l 40m.
Bơm ly tm: chọn 2 bơm ly tm w Nb = 2. 27,3 = 54,6 W
Vật liệu Số lượngĐơn gi
Thnh tiền (đ)
Thp X18H10T 243,43 (kg) 50000 (đ/kg) 12171500
Thp CT3 163,82 (kg) 10000 (đ/kg) 1638200
Bulơng 164 (ci) 2500 (đ/ci) 410000
Ống dẫn 38 x 3mm 837 (m) 50000 (đ/m) 41850000
Ống 70mm 10 (m) 100000 (đ/m) 1000000
Ống 150mm 10 (m) 100000 (đ/m) 1000000
Ống 50mm 40 (m) 100000 (đ/m) 4000000
Bơm ly tm 54,6 (W) 700000 (đ/Hp) 56000
p kế 2 (ci) 200000 (đ/ci) 400000
Nhiệt kế 3 (ci) 150000 (đ/ci) 450000
Lưu lượng kế (³ 50mm) 2 (ci) 1000000 (đ/ci) 2000000
Tổng chi phí vật tư 64975700
Vậy tổng chi phí vật tư l 65 triệu đồng.
Xem tiền cơng chế tạo bằng 200% tiền vật tư.
Vậy: tổng chi phí l 195 triệu đồng.
CHƯƠNG 7:
Kết luận
Với hệ thống chưng cất metanol - nước dng thp mm xuyn lỗ như đ thiết kế, ta thấy bn cạnh những ưu điểm cũng cịn cĩ nhiều nhược điểm. Thiết bị cĩ ưu điểm l năng suất v hiệu suất cao nhưng thiết bị cịn rất cồng kềnh, địi hỏi phải cĩ sự vận hnh với độ chính xc cao. Bn cạnh đĩ, khi vận hnh thiết bị ny ta cũng phải hết sức ch ý đến vấn đề an tồn lao động để trnh mọi rủi