ĐAMH Quá Trình Thiết Bị MỤC LỤC LỜI MỞ ĐẦU CHƯƠNG I : TỔNG QUAN I LÝ THUYẾT VỀ CHƯNG CẤT Phương pháp chưng cất Thiết bị chưng cất: II GIỚI THIỆU SƠ BỘ NGUYÊN LIỆU Etanol Nước Hỗn hợp Etanol – Nước III CÔNG NGHỆ CHƯNG CẤT HỆ ETANOL – NƯỚC CHƯƠNG II : CÂN BẰNG VẬT CHẤT I CÁC THÔNG SỐ BAN ĐẦU II XÁC ĐỊNH SUẤT LƯỢNG SẢN PHẨM ĐỈNH VÀ SẢN PHẨM ĐÁY III NHIỆT LƯỢNG DÒNG NHẬP LIỆU IV TÍNH TỐN THIẾT BỊ NGƯNG TỤ Tỉ số hoàn lưu tối thiểu Tỉ số hồn lưu thích hợp Nhiệt lượng cần phải lấy thiết bị ngưng tụ Lượng nước cần thiết cho thiết bị Năng lượng nồi đun V XÁC ĐỊNH SỐ MÂM THỰC TẾ CHƯƠNG III :TÍNH TỐN –THIẾT KẾ THÁP CHƯNG CẤT I ĐƯỜNG KÍNH THÁP Đường kính đoạn cất Đường kính đoạn chưng II TÍNH TRỞ LỰC CỦA THÁP Trở lực phần cất Trở lực phần chưng Tổng trở lực tồn tháp CHƯƠNG IV : TÍNH CHĨP VÀ ĐƯỜNG ỐNG I TÍNH CHĨP II TÍNH ỐNG DẪN HƠI Ống dẫn lỏng nhập liêu Ống dẫn dịng khỏi đáy ĐAMH Quá Trình Thiết Bị Ống dẫn sản phẩm đỉnh Ống dẫn dịng hồn lưu Ống dẫn vào đáy tháp CHƯƠNG V : THIẾT BỊ PHỤ I THIẾT BỊ GIA NHIỆT DÒNG NHẬP LIỆU II THIẾT BỊ NGƯNG TỤ SẢN PHẨM ĐỈNH Điều kiện nhiệt độ trình Chọn sơ cấu tạo Chọn thiết bị làm nguội sản phẩm đỉnh III BỒN CAO VỊ CHỌN BƠM CHƯƠNG VI : TÍNH TỐN CƠ KHÍ THIẾT BỊ CHÍNH I TÍNH BỀ DÀY THÂN TRỤ CỦA THÁP Điều kiện làm việc tháp chưng cất Tính hệ số bền thân hình trụ II TÍNH ĐƯỜNG KÍNH VÀ BULONG CÁC ỐNG DẪN III TÍNH ĐÁY VÀ NẮP THIẾT BỊ VI TÍNH BÍCH NỐI V TÍNH KHỐI LƯỢNG THÁP Khối lượng tháp Khối lượng ống Khối lượng mâm VI CHÂN ĐỠ TAI TREO Chân đỡ Tai treo CHƯƠNG VII : TÍNH BẢO ƠN CHƯƠNG VIII : GIÁ THÀNH THIẾT BỊ I TÍNH SƠ BỘ GIÁ THÀNH CỦA THIẾT BỊ II KẾT LUẬN TÀI LIỆU THAM KHẢO ĐAMH Quá Trình Thiết Bị LỜI MỞ ĐẦU Một ngành có đóng góp to lớn đến ngành cơng nghiệp nước ta nói riêng giới nói chung, ngành cơng nghiệp hóa học Đặc biệt ngành hóa chất Hiện nay, nhiều ngành sản suất hóa học sử dụng sản phẩm hóa học, nhu cầu sử dụng nguyên liệu sản phẩm có độ tinh khiết cao phải phù hợp với quy trình sản suất nhu cầu sử dụng Ngày nay, phương pháp sử dụng để nâng cao độ tinh khiết: trích ly, chưng cất, đặc, hấp thu… Tùy theo đặc tính yêu cầu sản phẩm mà ta có lựa chọn phương pháp thích hợp Đối với hệ Etanol - Nước cấu tử tan lẫn hoàn toàn, ta phải dùng phương pháp chưng cất để nâng cao độ tinh khiết cho Etanol Đồ án mơn học Q trình Thiết bị mơn học mang tính tổng hợp q trình học tập kỹ sư hố- thự c phẩm tương lai Môn học giúp sinh viên giải nhiệm vụ tính tốn cụ thể về: u cầu cơng nghệ, kết cấu, giá thành thiết bị sản xuất hoá chất - thực phẩm Đây bước để sinh viên vận dụng kiến thức học nhiều môn học vào giải vấn đề kỹ thuật thực tế cách tổng hợp Nhiệm vụ ĐAMH thiết kế tháp chưng cất hệ Etanol - Nước hoạt động liên tục với nâng suất sản phẩm đỉnh : 1000 lít/h, nhập liệu có nồng độ rượu 300 GL(% thể tích),thu sản phẩm đỉnh có nồng độ 92% mol etanol với độ thu hồi etanol 99% Em chân thành cảm ơn q thầy mơn Máy & Thiết Bị, bạn sinh viên giúp em hoàn thành đồ án Tuy nhiên, q trình hồn thành đồ án khơng thể khơng có sai sót, em mong q thầy góp ý, dẫn ĐAMH Quá Trình Thiết Bị CHƯƠNG I : TỔNG QUAN I LÝ THUYẾT VỀ CHƯNG CẤT: Phương pháp chưng cất : - Chưng cất qua trình phân tách hỗn hợp lỏng (hoặc khí lỏng) thành cấu tử riêng biệt dựa vào khác độ bay chúng (hay nhiệt độ sôi khác áp suất), cách lặp lặp lại nhiều lần trình bay - ngưng tụ, vật chất từ pha lỏng vào pha ngược lại Khác với cô đặc, chưng cất q trình dung mơi chất tan bay hơi, cịn đặc q trình có dung mơi bay - Khi chưng cất ta thu nhiều cấu tử thường cấu tử thu nhiêu sản phẩm Nếu xét hệ đơn giản có hệ cấu tử ta thu sản phẩm: sản phẩm đỉnh chủ yếu gồm gồm cấu tử có độ bay lớn (nhiệt độ sôi nhỏ ), sản phẩm đáy chủ yếu gồm cấu tử có độ bay bé(nhiệt độ sôi lớn) Đối với hệ Etanol - Nước sản phẩm đỉnh chủ yếu gồm etanol nước , ngược lại sản phẩm đáy chủ yếu gồm nước etanol Các phương pháp chưng cất: phân loại theo: • Áp suất làm việc : chưng cất áp suất thấp, áp suất thường áp suất cao Nguyên tắc phương pháp dựa vào nhiệt độ sôi cấu tử, nhiệt độ sơi cấu tử q cao ta giảm áp suất làm việc để giảm nhiệt độ sôi cấu tử • Nguyên lý làm việc: liên tục, gián đoạn(chưng đơn giản) liên tục * Chưng cất đơn giản(gián đoạn): phương pháp đuợc sử dụng trường hợp sau: + Khi nhiệt độ sôi cấu tử khác xa + Khơng địi hỏi sản phẩm có độ tinh khiết cao + Tách hỗn hợp lỏng khỏi tạp chất không bay + Tách sơ hỗn hợp nhiều cấu tử * Chưng cất hỗn hợp hai cấu tử (dùng thiết bị hoạt động liên tục) trình thực liên tục, nghịch dịng, nhều đoạn • Phương pháp cất nhiệt đáy tháp: cấp nhiệt trực tiếp nước: thường áp dụng trường hợp chất tách không tan nước Vậy: hệ Etanol – Nước, ta chọn phương pháp chưng cất liên tục cấp nhiệt gián tiếp nồi đun áp suất thường ĐAMH Quá Trình Thiết Bị Thiết bị chưng cất: -Trong sản xuất thường sử dụng nhiều loại tháp chúng có yêu cầu diện tích bề mặt tiếp xúc pha phải lớn ,điều phụ thuộc vào độ phân tán lưu chất vaò lưu chất - Tháp chưng cất phong phú kích cỡ ứng dụng ,các tháp lớn thường ứng dụng cơng nghiệp lọc hố dầu Kích thước tháp : đường kính tháp chiều cao tháp tuỳ thuộc suất lượng pha lỏng, pha khí tháp độ tinh khiết sản phẩm Ta khảo sát loại tháp chưng cất thường dùng tháp mâm tháp chêm • Tháp mâm: thân tháp hình trụ, thẳng đứng phía có gắn mâm có cấu tạo khác để chia thân tháp thành đoạn nhau, mâm pha lỏng pha đựơc cho tiếp xúc với Tùy theo cấu tạo đĩa, ta có: * Tháp mâm chóp : mâm bố trí có chép dạng:trịn ,xú bắp ,chữ s… * Tháp mâm xun lỗ: mâm bố trí lỗ có đường kính (3-12) mm • Tháp chêm(tháp đệm): tháp hình trụ, gồm nhiều đoạn nối với mặt bích hay hàn Vật chêm cho vào tháp theo hai phương pháp: xếp ngẫu nhiên hay xếp thứ tự * So sánh ưu nhược điểm loại tháp : Tháp chêm Ưu điểm: - Đơn giản - Trở lực thấp Nhược điểm: Tháp mâm xuyên lo - Hiệu suất tương đối cao - Hoạt động ổn định - Làm việc với chất lỏng bẩn - Trở lực cao - Yêu cầu lắp đặt khắt khe -> lắp đĩa thật - Độ ổn định phẳng Tháp mâm chóp - Hiệu suất cao - Hoạt động ổn định - Hiệu suất thấp - Cấu tạo phức tạp - Thiết bị nặng - Trở lực lớn - Không làm việc với chất lỏng bẩn Nhận xét: tháp mâm chóp trạng thái cuối tháp chêm tháp mâm xuyên lỗ Nên ta chọn tháp chưng cất tháp mâm chóp Vậy: Chưng cất hệ Etanol - Nước ta dùng tháp mâm chóp hoạt động liên tục áp suất thường, cấp nhiệt gián tiếp đáy tháp ĐAMH Quá Trình Thiết Bị II GIỚI THIỆU SƠ BỘ NGUYÊN LIỆU : Nguyên liệu hỗn hợp Etanol - Nước Etanol: (Còn gọi rượu etylic , cồn êtylic hay cồn thực phẩm) - Etanol có cơng thức phân tử: CH3-CH2-OH, khối lượng phân tử: 46 đvC Là chất lỏng có mùi đặc trưng, khơng độc, tan nhiều nước • Một số thông số vật lý nhiệt động etanol: + Nhiệt độ sôi 760(mmHg): 78.3oC + Khối lượng riêng: d420 = 810 (Kg/m3) • Tính chất hóa học: Tất phản ứng hố học xảy nhóm hydroxyl (-OH) etanol thể tính chất hố học * Phản ứng hydro nhóm hydroxyl: CH3-CH2-O- + H+ CH3-CH2-OH −18 Hằng số phân ly etanol: K CH −CH −OH = 10 , etanol chất trung tính + Tính acid rượu thể qua phản ứng với kim loại kiềm, Natri hydrua(NaH), Natri amid(NaNH2): CH3-CH2-OH + NaH CH3-CH2-ONa + H2 Natri etylat −14 Do K CH −CH −OH < K H O = 10 : tính acid rượu nhỏ tính acid nước, nên muối Natri etylat tan nước bị thuỷ phân thành rượu trở lại + Tác dụng với acid tạo ester: Rượu etanol có tính bazơ tương đương với nước Khi rượu tác dụng với acid vô H2SO4, HNO3 acid hữu tạo ester 2 CH3-CH2-OH + HO-SO3-H CH3-CH2O-H + HO-CO-CH3 * Phản ứng nhóm hydroxyl: + Tác dụng với HX: CH3-CH2-OH + HX Lạnh CH3-CH2O-SO3-H + H2O H+ CH3-COO-C2H5 + H2O CH3-CH2-X + H2O + Tác dụng với Triclo Phốt pho: ÑAMH Quá Trình Thiết Bị CH3-CH2-OH + PCl3 CH3-CH2-Cl + POCl + HCl + Tác dụng với NH3: CH3-CH2-OH + NH3 Al2O3 to C2H5-NH2 + H2O + Phản ứng tạo eter tách loại nước: 2CH3-CH2-OH CH3-CH2-OH H2SO4 >150oC H2SO4 >150oC (CH3-CH2)2O + CH2=CH2 + H2O H2O * Phản ứng hydro oxy hoá: CH3-CH2-OH Cu 200-300oC CH3-CHO + H2 • Ứng dụng: etanol có nhiều ứng dụng metanol, đóng vai trị quan trọng kinh tế quốc dân Đây nguyên liệu dùng để sản suất 150 mặt hàng khác ứng dụng rộng rãi ngành: công nghiệp nặng, y tế dược, quốc phịng, giao thơng vận tải, dệt, chế biến gỗ nơng nghiệp ĐAMH Quá Trình Thiết Bị + Dung mơi hữu cơ:pha sơn + Nguyên liệu + Công nghiệp cao su tổng hợp + Động lực + Rượu mùi + Dấm Nhiên liệu + Thuốc súng khơng khói + Nhiên liệu hoả tiễn, bom bay Etano l + Động lực + Thuốc trừ sâu + Đồ nhựa + Keo dán + Hương liệu + Thuốc nhuộm + Tơ nhân tạo + Sát trùng + Pha chế thuốc + Sơn + Vecni Sơ đồ tóm tắt vị trí etanol ngành cơng nghiệp - Phương pháp điều chế: có nhiều phương pháp điều chế etanol: hydrat hoá etylen với xúc tác H2SO4; thuỷ phân dẫn xuất halogen ester etanol đun nóng với nước xúc tác dung dịch bazơ; hydro hố aldyhyt acêtic; từ hợp chất kim… - Trong công nghiệp, điều chế etanol phương pháp lên men từ nguồn tinh bột rỉ đường Những năm gần đây, nước ta công nghệ sản suất etanol chủ yếu sử dụng chủng nấm men Saccharomyses cerevisiae để lên men tinh bột: C6H6O6 Nấm men Zymaza 2C2H5OH + 2CO2 + 28 Kcal Trong đó: 95% nguyên liệu chuyển thành etanol CO2 5% nguyên liệu chuyển thành sản phẩm phụ: glyxêrin, acid sucxinic, dầu fusel, metylic acid hữu cơ(lactic, butylic…) Nước: - Trong điều kiện bình thường: nước chất lỏng khơng màu, khơng mùi, khơng vị khối nước dày có màu xanh nhạt - Khi hóa rắn tồn dạng dạng tinh thể khác nhau: Khối lượng phân tử: 18 g / mol ĐAMH Quá Trình Thiết Bị Khối lượng riêng d40 c: Nhiệt độ nóng chảy : Nhiệt độ sơi : g / ml 0C 1000 C - Nước hợp chất chiếm phần lớn trái đất (3/4 diện tích trái đất nước biển) cần thiết cho sống - Nước dung môi phân cực mạnh, có khả hồ tan nhiều chất dung mơi quan trọng kỹ thuật hóa học Hỗn hợp Etanol – Nước: - Ta có bảng thành phần lỏng (x) – (y) nhiệt độ sôi hỗn hợp Etanol - Nước 760 mmHg: x(%phân mol) y(%phân mol) 0 33,2 10 44,2 20 53,1 30 57,6 40 61,4 50 65,4 60 69,9 70 75,3 80 81,8 90 89,8 100 100 t(oC) 100 90,5 86,5 83,2 81,7 80,8 80 79,4 79 78,6 78,4 78,4 ĐAMH Quá Trình Thiết Bị III CƠNG NGHỆ CHƯNG CẤT HỆ ETANOL – NƯỚC: -Etanol chất lỏng tan vô hạn H2O, nhiệt độ sôi 78,30C 760mmHg, nhiệt độ sôi nước 100oC 760mmHg : cách biệt xa nên phương pháp hiệu để thu etanol có độ tinh khiết cao phương pháp chưng cất - Trong trường hợp này, ta sử dụng phương pháp cô đặc cấu tử có khả bay hơi, khơng sử dụng phương pháp trích ly phương pháp hấp thụ phải đưa vào khoa để tách, làm cho q trình phức tạp hay q trình tách khơng hồn tồn * Sơ đồ qui trình cơng nghệ chưng cất hệ Etanol – nước: Chú thích kí hiệu qui trình: Bồn chứa nguyên liệu Bơm Bồn cao vị Thiết bị gia nhiệt nhập liệu Bẩy Lưu lượng kế Nhiệt kế Tháp chưng cất Thiết bị ngưng tụ sản phẩm đỉnh 10 Ap kế 11 Thiết bị đun sôi đáy tháp 12 Bồn chứa sản phẩm đáy 13 Bộ phận phân dòng 14 Thiết bị làm nguội sản phẩm đỉnh 15 Bồn chứa sản phẩm đỉnh 16 Van xả khí khơng ngưng 10 ĐAMH Quá Trình Thiết Bị - Áp suất thủy tĩnh cột chất lỏng: P1 = ρ1 + g H = 14048.104 N/m2 - Trở lực tháp:  N/m2 P = 10991,4 P = 24,95.104 N/m2 Tính hệ số bền thân trụ: - ϕl = 0,95 (hàn tay hồ quang điện, giáp mối hai bên - Do trần có khoét lỗ nên hệ số bền thân hình trụ theo phương dọc tính theo cơng thức: ϕ = ϕh H −∑D H = 0.91 Với tổng số lớn đường kính lỗ đường sinh ∑ D = 0,2 = 0,6 m - Thiết bị chưng cất ethanol – nước đồ án thuộc nhóm η = (TL2) δch = δch η = 146, 67.106 ηch N/m2 [ δ] ϕ = 146, 67.106.0,88 = 517,1 P 24,96.104 > 50 Vậy bề dày thân tháp tính sau: S' = P.Dt = 6,8.10−4 [ δ ] ϕ Bề dày thực thân tháp: S = S’ + C Hệ số bổ sung: C = Ca + Cb + Cc + C0 55 ĐAMH Quá Trình Thiết Bị Ca : hệ số bổ sung ăn mịn hóa học mơi trường Ca = 10 (năm) 0,1 (mm/năm) = mm Cb = : hệ số bổ sung ăn mòn hoc C0 = hệ số bổ sung để làm tròn số nguyên bề dày S = 0,68 + + 2,32 = mm Kiểm tra bề dày thân tháp S − Ca − = = 0, 0043 < 0,1 Dt 700 thỏa Kiểm tra áp suất tính tốn cho phép bên thiết bị [ P] = 2.[ δ ] ϕ.( S − C a ) Dt + ( S − Ca ) [ P ] = 11, 02.105 [ P] > = 2.146, 67.106.0,88.(4 − 1) 700 + (4 − 1) N/m2 P = 24,96.104 N/m2 thỏa Kiểm tra ứng suất theo áp suất thử δ= Dt + ( S − Ca ) [δ ] P0 ≤ c 2.( S − Ca ).ϕ 1, N/mm2 Áp suất thử tra bảng XIII-5 TL2 P0 = 1,5.△ P + H ρ.g = 0, 276 N/mm2 => δ= 700 + (4 − 1).0, 276 [ δ ] 220 = 183,3 = 132, N/mm2 < c = N/mm2 2.(4 − 1).0,88 1, 1, thỏa Vậy ta chọn S = mm II TÍNH ĐƯỜNG KÍNH & BULONG CÁC ỐNG DẪN: - Đường kính ống dẫn: d= 4.Q π v mm 56 ĐAMH Quá Trình Thiết Bị Q : lưu lượng thể tích m3/s v : vận tốc theo loại đường ống bảng II-2(TL1) m/s - Chọn d theo tiêu chuẩn chiều dài ống dẫn bảng XIII-36(TL2) - Chọn loại bích liền (kiểu bích phẳng) có thông số: Tên gọi Dy Dn D Db D1 h Bulon Z db (mm) (cái) Ống dẫn đỉnh 150 159 300 250 218 16 M16 Ống hoàn lưu 32 38 135 150 78 16 M16 Ống nhập liệu 40 45 145 110 88 16 M12 Ống dẫn lỏng đáy 80 89 195 160 138 18 M10 Ống dẫn vào đáy 200 219 375 320 285 16 M16 III TÍNH ĐÁY VÀ NẮP THIẾT BỊ: - Chọn đáy nắp có dạng ellipise tiêu chuẩn, có gờ thép X18H10T - Chiều cao đáy nắp chọn sau hb = 0,25 Dt = 0,25 700 = 175 mm 57 ĐAMH Quá Trình Thiết Bị - Chiều cao gờ đáy nắp h ≥ 2s (nhưng h không bé 25 mm) Nên ta chọn: h = 25 mm - Bề dày đáy nắp thiết bị xác định S= P.Dt D b +C 3,8 [ δ K ] K ϕ − P 2.hb mm Các thông số đáy nắp: tra bảng XIII-15(TL2/360) Bán kính cong tháp Rt = Dt = 700 mm Chiều cao gờ h = 25mm Hệ số vô thứ nguyên K = - d Dt Điều kiện lổ tháo ráp đỉnh dy = 0,2 m , Chọn: d = dy => K = 0,8 S = 0,99 + C = mm Kiểm tra bề dày thành nắp thiết bị: S − Ca − = = 0, 004 Dt 700 thỏa Kiểm tra áp suất tính tốn: 2.[ δ ] ϕ.( S − C a ) 2.146, 67.106.0,88.(4 − 1) = [ P] = Rt + ( S − Ca ) 700 + (4 − 1) [ P] = 11,02.105 N/m2 thỏa Kiểm tra ứng suất cho phép theo áp suất thủy lực, áp suất thử tính tốn P0 = 0,267 N/m2 58 ĐAMH Quá Trình Thiết Bị δ= Dt 2.hb ( S − Ca ) [δ ] P0 ≤ c 7, 6.K ϕh hb ( S − C a ) 1, δ = 179 ≤ [ δc ] = 220 = 183,3 1, 1, thỏa  Vậy bề đáy nắp thiết bị S = mm IV TÍNH BÍNH NỐI: - Mặt bích phận quan trọng dùng để nối phần thiết bị nối phận khác với thiết bị Các loại mặt bích thường sử dụng: + Bích liền: phận nối liền với thiết bị (hàn, đúc rèn) Loại bích chủ yếu dùng thiết bị làm việc với áp suất thấp áp suất trung bình + Bích tự do: chủ yếu dùng nối ống dẫn làm việc nhiệt độ cao, để nối kim loại màu hợp kim chúng, đặc biệt cần làm mặt bích vật liệu bền thiết bị + Bích ren: chủ yếu dùng cho thiết bị làm việc áp suất cao Chọn bích liền ghép thân, đáy nắp làm thép X18H10T, vât liệu chế tạo bulong thép CT3 Cấu tạo bích bích liền khơng cổ tính tốn bích theo phương pháp tải trọng giới hạn - Kích thước bích chọn theo bảng XIII.27 tập trang 419, ứng với Dt = 700 mm áp suất P = 0,2496.106 N/m2 - Chọn đệm hai mặt bích canton amiăng dày δ = mm Ta chọn bích có thơng số sau : 59 ĐAMH Quá Trình Thiết Bị D’ Dn 830 Db D1 h 703 (mm) 780 750 22 Bu lông db Z (cái) 20 24 Cấu tạo bích bích liền khơng cổ: V TÍNH KHỐI LƯỢNG THÁP: Khối lượng tháp: G = Gthân + Gđáy + Gnắp + Gbích + Gđệm + Glỏng +Thân: kg Gthân = π D Ht ρ S = 3,14 0,7 5,6 7900 0,004 ≈ 448,96 kg Trong đó: Ht = Htháp – hđáy = 6,45 m 3 ρ = 7,9.10 kg/m (khối lượng riêng thép không gỉ) Gđáy,nắp = 101 19 = 38.38 kg 1,01 : hệ số nhân thêm thép khơng gỉ Gbích = số mặt bích π (A2 – Dn2) hđáy ρ 60 ĐAMH Quá Trình Thiết Bị A = 780 : đường kính ngồi bích n = : số mặt bích Dn = 704 : đường kính ngồi thân tháp Gbích = 69,5 => kg Tổng số lượng bích 347,5 kg +Chóp: Schóp = π Dch + π d h − i.a.b = 0, 0197 Mchóp = n S δc ρ = 5,3 kg M = 5,3 20 = 104 m2 kg Khối lượng ống hơi: +Ống dẫn đỉnh: md = π π ( D − Dy ).ρd = (0,32 − 0,152 ).0, 01.7850 4 md = 4,2 kg Chọn loại ống giống (đỉnh, đáy, hoàn lưu) M = 4,2 = 12,6 M NL = kg π π ( D − Dy ).ρd = (0,1452 − 0, 04 ).0, 012.7850 4 MNL = 5,7 kg +Ống dẫn đáy: md = π π ( D − Dy ).ρd = (0,1352 − 0, 2 ).0, 016.7850 4 61 ĐAMH Quá Trình Thiết Bị md = 9,9 kg ∑ M ống = 12,6 + 5,7 + 9,9 = 28,2 kg Khối lượng mâm: mmam = = π  ( Dt − n.d n ) − z.dc  ρ.δ.ntt   π  (0, − 20.0, 052 ) − 1.0, 082  7930.0, 02.12   mmâm = 1083 kg Khối lượng dung dịch tháp: ndd = 0,785 Dt H ρ + b = 0,785 0, 6,85 893,5 ndd = 2354 kg  Khối lượng toàn tháp: MTT = 388,96 + 38,38 + 347,5 + 106 + 12,6 + 5,7 + 9,9 + 1083 + 2354 MTT = 4405,1kg VI CHỌN CHÂN ĐỞ TAI TREO: Chân đỡ: - Thiết kế chân đở chịu tải dung dịch đáy M dd = π Dt δ F = 0, 785.0, 2.895 = 344 Mdd = 3440 kg N - Tải trọng cho phép chân đở thiết bị thẳng đứng G= M dd = 860 = 0,086.104 N 62 ĐAMH Quá Trình Thiết Bị Với: +Tải trọng cho phép chân G.10-4 ( N ) = 0,5 +Bề mặt đở F.104 ( m2 ) = 172 +Tải trọng cho phép bề mặt đở q.10-6 ( N/m2 ) = 0,29 Tra bảng XIII.35.trang 437 tập 2: kích thước chân đỡ: (tính mm) L 160 B 110 B1 135 B2 195 H 240 h 145 s 10 l 55 d 23 Trục thiết bị Theo đáy thiết bò Tai treo: - Thiết kế tai treo chịu tải trọng toàn tháp trừ tải trọng dung dịch đáy - Chọn tai treo: tai treo gắn thân tháp để giữ cho tháp khỏi bị dao động điều kiện ngoại cảnh M = 494 – 344 = 150 kg Tải trọng cho phép tai treo: G= M dd 1500 = = 375 = 0,0375.104 4 N Với: +Tải trọng cho phép tai treo G.10-4 ( N ) = 0,5 +Bề mặt đở F.104 ( m2 ) = 72,5 63 ÑAMH Quá Trình Thiết Bị +Tải trọng cho phép bề mặt đở q.10-6 ( N/m2 ) = +Khối lượng 1tai treo (kg) = 1,23 0,69 Các kích thước tai treo: (tính mm) L 100 B 75 B1 85 H 155 S l 40 a 15 d 18 CHƯƠNG VII :TÍNH BẢO ƠN Truyền nhiệt tổng qt qua vách trụ ql = Kl t W/m t : chênh lệch nhiệt độ bên bên thiết bị t = 100 – 40 = 600C Ttrong = 1000C Tngồi = (35 ÷ 450C) => chọn Tngoài = 400C Kl = π d 1 d 1 + ln + + ln α1.d1 λ1 d1 α2 d λ d Trong đó: 64 ĐAMH Quá Trình Thiết Bị d1= Dt = 700 mm : đường kính thiết bị d2= Dn = 700 mm : đường kính ngồi thiết bị d3= δ = 700 mm : đường kính thiết bị cách nhiệt α1 : hệ số cấp nhiệt hổn hợp thiết bị α2 : hệ số cấp nhiệt khơng khí ngồi thiết bị T0(KK) T0 ĐLN Cưỡng ĐLN Tự nhiên α Cao: > 200C 12 ÷ 16 ÷ 11 α1 = C Với: ρ.g λ r v.l.(t s − tv ) Thấp : < 00C ÷ 11 4÷8 Trung bình: (0 – 200C) ÷ 11 ÷ 11 W C = 0,943 : hệ số ống đứng Các thông số tra nhiệt độ tm tm = t s + tv 99,9 + 98, = = 990 C 2 Tra giản đồ x-y, có nhiệt độ: ts = 99,90C : nhiệt độ tv = 98,20C : nhiệt độ lỏng l = 300 mm : chiều cao khoảng cách mâm ν = 0,326 : độ nhớt hỗn hợp, tra bảng tra cứu λ = 59,3 W/m0C: hệ số truyền nhiệt ρ = 959 kg/m2: khối lượng riêng nước r = 2263 KJ/kg: ẩn nhiệt hóa  α1 = 278,37 W/m2 0C QTT = ql L Trong đó: QTT = 647,02 KW = 647020 W 65 ĐAMH Quá Trình Thiết Bị L = 6,1 m : chiều cao thiết bị  ql = Ta có cơng thức: QTT 647020 = = 106068,9 L 6,1 W/m ql = Kl t  Kl = = ql = 17678 W0C/m △t π d 1 d2 1 + ln + + ln α1.d1 λ1 d1 α2 d λ d => Kl ⇔ d3 = e0,1 d2 ⇔ d3 = 1,11 0, ⇔ d3 = (0,777 – 0,704) Ta có: d3 – d2 = ⇔ d3 = [bề dày cách nhiệt] 0, 777 − 0, 704 = 0,037 m Vậy ta chọn bề dày lớp cách nhiệt amiang sợi có bề dày 40 mm CHƯƠNG VIII : GIÁ THÀNH THIẾT BỊ Chi tiết Vỏ tháp Nắp – đáy Mâm Khối lượng vật liệu Giá thành (đồng) (kg) 388,96 90.000 38,38 90.000 1.083,00 90.000 Thành tiền (đồng) 35.006.400 3.454.200 97.470.000 Ghi Thép X18H10T " " 66 ĐAMH Quá Trình Thiết Bị Chóp Ống hơi-bích nối ống dẫn Ống chảy chuyền Bính nối thân Tai treo Chân Tổng 106,00 28,20 31,40 347,50 1,23 6,88 90.000 90.000 90.000 90.000 20.000 20.000 2.031,55 bulong M16 M20 Đồng /con 3.000 3.500 9.540.000 2.538.000 2.826.000 31.275.000 24.600 137.600 " " " " Thép CT3 " 182.271.800 Số lượng Thành tiền 32 24 96.000 84.000 Tổng 180.000 Chi tiết khác Kính thuỷ tinh p kế Nhiệt kế Lưu lượng kế Đệm Đồng/đơn vị 1.000.000 1.200.000 800.000 1.500.000 3.800.000 Số lượng 0,1 0,5 Tổng Thành tiền Ghi 100.000 2.400.000 4.000.000 3.000.000 1.900.000 M2 Cái Cái Cái m3 11.400.000 - Tổng tiền vật tư chế tạo tháp chưng cất là: 193.851.800 đồng - Tiền gia công chế tạo (do gia công phức tạp cần độ xác cao) nên giá gia cơng 250% tiền vật tư: 484.629.500 đồng  Giá thành tạm tính tháp: 678.481.300 đồng Tóm lại: chi phí đầu tư bao gồm tiền vật tư tiền gia công chi phí phát sinh chọn 720 (triệu đồng) 67 ĐAMH Quá Trình Thiết Bị II KẾT LUẬN: - Sau ba tháng nghiên cứu, em nhận thấy: Đồ án môn học giúp cho sinh viên nghiên cứu sâu kiến thức thiết kế, từ có biện pháp lựa chọn thông số cần thiết phù hợp với yêu cầu đề tài: + Thiết kế tháp chưng cất mâm chóp Etanol – Nước tương đối hồn chỉnh biết trước suất, nồng độ nhập liệu nồng độ, độ thu hồi sản phẩm đỉnh + Tính tốn tương đối chi tiết q trình làm việc thiết bịvà khả chịu bền thiết bị tính ăn mịn học hố học, điều kiện làm việc thiết bị + Quá trình chưng cất tháp xảy ngược chiều Thiết kế phải đảm bảo cho tháp hoạt động ổn định Để xác định thông số đặc trưng trình nghiêm ngặt chưa có phương trình thỏa tất yếu tố, việc lựa chọn thơng số thích hợp quan trọng + Các thiết bị hóa chất cách lấp ghép chúng đa dạng đại 68 ĐAMH Quá Trình Thiết Bị TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Võ Văn Ban, Vũ Bá Minh – Q trình thiết bị cơng nghệ hoá học, truyền khối(tập 3) – Trường Đại Học Bách Khoa TP.HCM [2] Phạm Văn Bôn, Vũ Bá Minh, Hồng Minh Nam – Q trình thiết bị cơng nghệ hố học, Ví dụ tập(tập 10) - Trường Đại Học Bách Khoa TP.HCM [3] Phạm Văn Bơn (chủ biên), Nguyễn Đình Thọ - Q trình thiết bị cơng nghệ hố học, Q trình thiết bị truyền nhiệt(tập 5) – Nhà xuất Đại Học Quốc Gia TP.HCM [4] Sổ tay trình thiết bị cơng nghệ hố chất (tập 1, 2) – Nhà xuất khoa học kỹ thuật [5] Hồ Lê Viên – Thiết kế tính tốn chi tiết thiết bị hoá chất – Nhà xuất khoa học kỹ thuật Hà Nội 1978 [6] Trần Hùng Dũng, Nguyễn Văn Lục, Hoàng Minh Nam, Vũ Bá Minh – Q trình thiết bị cơng nghệ hóa học tập – Trường Đại Học Bách Khoa TP.HCM 69 ... ĐAMH thiết kế tháp chưng cất hệ Etanol - Nước hoạt động liên tục với nâng suất sản phẩm đỉnh : 1000 lít/ h, nhập liệu có nồng độ rượu 300 GL(% thể tích),thu sản phẩm đỉnh có nồng độ 92% mol etanol. .. cao - Hoạt động ổn định - Làm việc với chất lỏng bẩn - Trở lực cao - Yêu cầu lắp đặt khắt khe -> lắp đĩa thật - Độ ổn định phẳng Tháp mâm chóp - Hiệu suất cao - Hoạt động ổn định - Hiệu suất. .. : • Năng suất nhập liệu : GF = 1000 (l/h) • Nồng độ nhập liệu : xF = 30%mol etanol • Nồng độ sản phẩm đỉnh : xD = 92%mol etanol • Tỷ lệ thu hồi etanol : h= 99% • Khối lượng phân tử rượu nước