Đồ Án Quá Trình Và Thiết Bị Công Nghệ Hóa Học GVHD: TS Lê Thị Như Ý MỤC LỤC MỤC LỤC .1 LỜI MỞ ĐẦU CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ SẢN PHẨM, QUÁ TRÌNH CHƯNG CẤT, DÂY CHUYỀN CÔNG NGHỆ .2 CHƯƠNG II: TÍNH CÔNG NGHỆ THIẾT BỊ CHÍNH 12 CHƯƠNG III: TÍNH KẾT CẤU CÔNG NGHỆ THIẾT BỊ CHÍNH .36 CHƯƠNG IV: TÍNH THIẾT BỊ PHỤ .56 PHỤ LỤC 66 Xác định số đĩa lý thuyết phương pháp vẽ số bậc thay đổi nồng độ .66 TÀI LIỆU THAM KHẢO 71 LỜI MỞ ĐẦU Trong công nghệ hóa học, để phân riêng hỗn hợp hai hay nhiều cấu tử hòa tan phần hay hoàn toàn vào nhau, ta sử dụng nhiều phương pháp khác như: hấp thụ, hấp phụ, trích ly, chưng cất…Mỗi phương pháp có ưu, nhược điểm định Việc lựa chọn phương pháp thiết bị cho phù hợp tùy thuộc vào hỗn hợp ban đầu, yêu cầu sản phẩm điều kiện kinh tế Đồ án môn học Quá Trình Và Thiết Bị Công Nghệ Hóa Học môn học tổng hợp giúp sinh viên tính toán thiết kế hệ thống thiết bị công nghệ hóa học cụ thể về: yêu cầu công nghệ, kết cấu, giá thành thiết bị dây chuyền công nghệ Nhiệm vụ đồ án là: Tính toán thiết kế hệ thống thiết bị chưng luyện liên tục để phân riêng hỗn hợp Chloroforme-Benzene với: • Năng suất theo hỗn hợp đầu: 66000 kg/ngày SVTH: Nguyễn Hơn Lớp: 09H5 Trang Đồ Án Quá Trình Và Thiết Bị Công Nghệ Hóa Học • • GVHD: TS Lê Thị Như Ý xF = 38 % khối lượng, xP = 92 % khối lượng, xW = 4,8 % khối lượng Tháp đĩa, làm việc áp suất thường Đối với hệ Chloroforme-Benzene hệ hai cấu tử tan lẫn hoàn toàn, có nhiệt độ sôi cách xa nhau, nên ta dùng phương pháp chưng luyện liên tục để phân riêng hỗn hợp CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ SẢN PHẨM, QUÁ TRÌNH CHƯNG CẤT, DÂY CHUYỀN CÔNG NGHỆ I.TỔNG QUAN VỀ SẢN PHẨM: CHLOROFORME-BENZENE 1.Chloroforme Tính chất: a Tính chất vật lý: Chloroforme (CHCl3) gọi tricloromêtan mêtyl triclorua Đây hợp chất hoá học thuộc nhóm trihalomêtan Ở điều kiện thường, chloroforme chất lỏng không màu, không cháy không khí, trừ tạo thành hỗn hợp với chất dễ bắt cháy Người ta sử dụng clorofom làm chất phản ứng dung môi Chloroforme chất độc với môi trường SVTH: Nguyễn Hơn Lớp: 09H5 Trang Đồ Án Quá Trình Và Thiết Bị Công Nghệ Hóa Học - Công thức phân tử: CHCl3 - Khối lượng phân tử: 119,38 g/mol - Tỷ trọng: 1,48 - Điểm nóng chảy: -63,5 0C - Điểm sôi: 61,2 0C áp suất thường 1atm - Độ hòa tan nước: 0,8 g/100 ml at 20 0C GVHD: TS Lê Thị Như Ý b Tính chất hóa học: - Chloroforme không dễ cháy lại dễ bị oxy hóa tác nhân oxy hóa mạnh kèm theo tạo thành khí clo photgen Chloroforme tinh khiết nhạy cảm với ánh sáng - Chloroforme tạo thành hyddrate CHCl3.17H2O bị phân ly 1,6 0C áp suất kPa Khi gặp nước nhiệt độ thường với có mặt oxy, chloroforme trạng thái bền vững nhiệt độ đến 290 0C Đun nóng chloroforme dung dịch kiềm mạnh pha loãng tạo thành acid formic - Nhiệt phân chloroforme 450 0C tạo thành tetrachloroathane, acid hydrochloric hydrocacbon clo hóa Điều chế: Trong công nghiệp, người ta điều chế chloroforme đốt nóng hỗn hợp clo clomêtan hay mêtan Ở nhiệt độ 400-500 °C, phản ứng halogen hóa gốc tự diễn ra, chuyển mêtan hayclomêtan thành hợp chất clo hóa CH4 + Cl2 → CH3Cl + HCl CH3Cl + Cl2 → CH2Cl2 + HCl CH2Cl2 + Cl2 → CHCl3 + HCl Tiếp tục phản ứng clo hóa, clorofom chuyển thành CCl4: CHCl3 + Cl2 → CCl4 + HCl SVTH: Nguyễn Hơn Lớp: 09H5 Trang Đồ Án Quá Trình Và Thiết Bị Công Nghệ Hóa Học GVHD: TS Lê Thị Như Ý Hỗn hợp sản phẩm sau phản ứng gồm chất: clomêtan, diclomêtan, clorofom, cacbon tetraclorua, chúng tách qua trình chưng cất Ứng dụng: Ngày chloroforme sử dụng chủ yếu để tổng hợp chất làm lạnh R-22 cho máy điều hòa không khí Tuy nhiên, R-22 gây suy giảm ozon nên clorofom gần sử dụng cho mục đích - Gây mê: Từ kỷ 18, clorofom chủ yếu sử dụng làm chất gây mê Hơi clorofom ảnh hưởng đến hệ thần kinh trung ương người bệnh, gây chóng mặt, mỏi mệt ngất, cho phép bác sỹ phẫu thuật - Làm dung môi: Clorofom dung môi phổ biến trơ, trộn hợp với hầu hết chất lỏng hữu cơ, dễ bay Trong công nghiệp dược phẩm, người ta sử dụng clorofom làm dung môiđể sản xuất thuốc nhuộm thuốc trừ sâu Clorofom chứadơtơri (hydro nặng), CDCl3, dung môi phổ biến cho phương pháp đo phổ cộng hưởng từ hạt nhân 2.Benzene Tính chất: a Tính chất vật lý: Benzene (C6H6) có tên gọi khác PhH, benzol, cyclohexa-1,3,5trien Đây hợp chất hữu có công thức hoá học C6H6 Benzene hydrocarbon thơm, điều kiện bình thường chất lỏng không màu, mùi dịu dễ chịu mùi có hại cho sức khỏe người (gây bệnh bạch cầu), bốc vào không khí rát nhanh, dễ cháy Benzen tan nước rượu Benzen có khả cháy tạo khí CO2 nước, đặc biệt có sinh muội than - Công thức phân tử: C6H6 - Khối lượng phân tử: 78,1121 g/mol - Tỷ trọng: 0,8786 - Điểm nóng chảy: 5,5 0C (278,6 K) - Điểm sôi: 80,1 0C áp suất thường 1atm - Độ hòa tan nước: 1,79 (g/l) 25 0C - Độ nhớt: 0,652 cP 20 0C SVTH: Nguyễn Hơn Lớp: 09H5 Trang Đồ Án Quá Trình Và Thiết Bị Công Nghệ Hóa Học GVHD: TS Lê Thị Như Ý b Tính chất hóa học: i Phản ứng cộng: Benzen điều kiện có xúc tác niken, nhiệt độ cao cộng với khí hiđrô tạo xiclohexan Khi có chiếu sáng, benzen tác dụng khí clo tạo hexacloran C6H6Cl6 (còn gọi thuốc trừ sâu ba số 6, thuốc trừ sâu 6-6-6), thuốc trừ sâu hoạt tính mạnh, bị cấm ii Phản ứng Friedel-Crafts: Khi có axit Lewis, benzen phản ứng với metylclorua tạo ratoluen iii Phản ứng electrophyl: Benzen phản ứng với halogen (X 2) có sắt axit Lewis (AlCl3) tạo phenyl halogenua (C6H5X), phản ứng với axit nitric đặc có xúc tác axit sulfuric đậm đặc tạo nitro benzen (trong điều kiện ngặt nghèo - axit bốc khói nhiệt độ cao - sinh TNB), phản ứng với axit sulfuric đậm đặc thành axit benzosulfonic Quy tắc chung nói hình iv Phản ứng nhân thơm: Nếu có thêm nhóm phản ứng vào nhân thơm nhanh chậm tuỳ vào chất nhóm thế: Dạng định hướng đồng phân Mức độ mạnh trung Định hướng bình ortho, para yếu yếu Định meta hướng trung bình mạnh SVTH: Nguyễn Hơn Lớp: 09H5 Nhóm tiêu biểu Hoạt Mức hoạt hoá/Phản hoạt hoá hoá -OH, -NH2 Mạnh -OCH3 -CH3 -X (halogen) -CH=CH2 -COOH -NO2, -SO3H Trung bình Hoạt hoá Yếu Yếu Trung bình Phản hoạt hoá Mạnh Trang Đồ Án Quá Trình Và Thiết Bị Công Nghệ Hóa Học GVHD: TS Lê Thị Như Ý Điều chế: Benzene chế tạo phần lớn từ nguồn dầu hỏa Ứng dụng: Ngày lượng lớn benzen chủ yếu để:  Sản xuất styren cho tổng hợp polymer  Sản xuất cumen cho việc sản xuất lúc axeton phenol  Sản xuất cyclohexan tổng hợp tơ nilon  Làm dung môi, sản xuất dược liệu II.TỔNG QUAN VỀ QUÁ TRÌNH CHƯNG CẤT, PHƯƠNG PHÁP CHƯNG, CHƯNG LUYỆN LIÊN TỤC VÀ VIỆC LỰA CHỌN THÁP ĐĨA Trong công nghệ hóa học có nhiều phương pháp để phân riêng hỗn hợp hai hay nhiều cấu tử tan phần hay hoàn toàn vào : hấp thụ, hấp phụ, li tâm, trích li, chưng…Mỗi phương pháp có đặc thù riêng ưu nhược điểm định Việc lựa chọn phương pháp thiết bị cho phù hợp tuỳ thuộc vào hỗn hợp ban đầu, yêu cầu sản phẩm điều kiện kinh tế Đối với hỗn hợp ethanol nước hỗn hợp hai cấu tử tan hoàn toàn vào theo tỷ lệ có nhiệt độ sôi khác biệt phương án tối ưu để tách hỗn hợp chưng cất Quá trình chưng cất bắt đầu với việc sản xuất rượu từ kỷ XI Ngày ứng dụng rộng rãi để tách hỗn hợp:  Dầu mỏ, tài nguyên khai thác dạng lỏng, tỷ tấn/năm  Không khí hóa lỏng chưng cất nhiệt độ -190 0C để sản xuất Oxy Nitơ  Quá trình tổng hợp hữu thường cho sản phẩm dạng hỗn hợp chất lỏng Ví dụ: sản xuất metanol, etylen, propylen, butadien  Công nghệ sinh học thường cho sản phẩm hỗn hợp chất lỏng etylic-nước từ trình lên men Chưng cất phương pháp tách cấu tử khỏi hỗn hợp dựa vào độ bay khác cấu tử (nghĩa nhiệt độ áp suất cấu tử khác nhau) cách thực trình chuyển pha trao đổi nhiệt hai pha lỏng, khí:  Sản đỉnh thu gồm cấu tử có độ bay lớn, phần cấu tử có độ bay thấp (P)  Sản phẩm đáy thu chủ yếu cấu tử khó bay phần cấu tử dễ bay (W) Ở dung môi chất tan bay Đối với hệ Chloroforme-Benzene thì:  Sản phẩm đỉnh chủ yếu cấu tử Chloroforme  Sản phẩm đáy chủ yếu cấu tử Benzene SVTH: Nguyễn Hơn Lớp: 09H5 Trang Đồ Án Quá Trình Và Thiết Bị Công Nghệ Hóa Học GVHD: TS Lê Thị Như Ý Trong sản xuất thường gặp phương pháp chưng cất sau : - Chưng đơn giản : dùng để tách sơ làm cấu tử khỏi tạp chất (yêu cầu cấu tử có độ bay khác xa nhau) - Chưng nước trực tiếp : tách hỗn hợp gồm chất khó bay tạp chất không bay (chất tách không tan nước) - Chưng chân không : trường hợp cần hạ thấp nhiệt độ sôi cấu tử  Chưng luyện : phương pháp phổ biến dùng để tách hoàn toàn hỗn hợp cấu tử dễ bay có tính chất hòa tan phần hay hòa tan hoàn toàn vào Về thực chất trình chưng nhiều lần để thu sản phẩm tinh khiết Để thu sản phẩm đỉnh tinh khiết (chủ yếu cấu tử chloroforme) cần tiến hành chưng nhiều lần, tức trình chưng tiến hành hệ thống thiết bị chưng luyện liên tục Người ta đơn giản hệ thống cách thay hệ thống sơ đồ thiết bị phải chế tạo phức tạp cồng kềnh tháp gọi tháp chưng luyện Trong dòng pha chuyển động ngược chiều Chưng luyện áp suất thấp dùng cho hỗn hợp dễ bị phân hủy nhiệt độ cao hỗn hợp có nhiệt độ sôi cao Chưng luyện áp suất cao dùng cho hỗn hợp không hóa lỏng áp suất thường Quá trình chưng luyện thực thiết bị loại tháp làm việc liên tục hay gián đoạn Thiết bị chưng cất: Trong sản xuất thường dùng nhiều loại thiết bị khác để tiến hành chưng cất Tuy nhiên yêu cầu chung cuả thiết bị giống nghĩa diện tích bề mặt tiếp xúc pha phải lớn, điều phụ thuộc vào mức độ phân tasncuar lưu chất vào lưu chất Nếu pha khí phân tán vào pha lỏng ta có loại tháp mâm, pha lỏng phân tán vào pha khí ta có tháp chêm, tháp phun,…Hai loại tháp thường dùng tháp đĩa (tháp mâm) tháp đệm (tháp chêm)  Tháp đĩa: thân tháp hình trụ, thẳng đứng phía có gắn đĩa (mâm) có cấu tạo khác nhau, pha lỏng pha tiếp xúc Tùy theo cấu tạo đĩa, ta có: - Tháp đĩa chóp : mâm bố trí có chóp dạng tròn, soupape, chữ s… - Tháp đĩa xuyên lỗ: mâm có nhiều lỗ hay rãnh  Tháp đệm: tháp hình trụ, gồm nhiều bậc nối với mặt bích hay hàn Vật chêm ch vào tháp theo hai phương pháp: xếp ngẫu nhiên hay xếp theo thứ tự Một số hình ảnh loại tháp chưng luyện: Tháp đĩa (tháp mâm): SVTH: Nguyễn Hơn Lớp: 09H5 Trang Đồ Án Quá Trình Và Thiết Bị Công Nghệ Hóa Học GVHD: TS Lê Thị Như Ý A Đĩa chóp C Đĩa van tròn B Đĩa lưới có ống chảy truyền D Đĩa van hình chữ nhật Đĩa chóp SVTH: Nguyễn Hơn Lớp: 09H5 Trang Đồ Án Quá Trình Và Thiết Bị Công Nghệ Hóa Học GVHD: TS Lê Thị Như Ý Đĩa van (đĩa soupape) Đĩa van Norton Đĩa van Glitsch Tháp đệm (tháp chêm): SVTH: Nguyễn Hơn Lớp: 09H5 Trang Đồ Án Quá Trình Và Thiết Bị Công Nghệ Hóa Học GVHD: TS Lê Thị Như Ý Quá trình tách Choloroforme – Benzene tiến hành thiết bị chưng luyện loại tháp đĩa (theo yêu cầu đề tài) III.TỔNG QUAN VỀ DÂY CHUYỀN CÔNG NGHỆ 1.Sơ đồ dây chuyền công nghệ Hệ thống thiết bị chưng luyện tổng quát gồm có: - (1): Thùng chứa nguyên liệu - (2): Bơm - (3): Bơm dự phòng - (4): Thùng cao vị - (5): Thiết bị gia nhiệt nhập liệu dùng để đun nóng hỗn hợp đầu Sử dụng thiết bị loại ống chùm dùng nước bão hòa để đun nóng có hệ số cấp nhiệt lớn, ẩn nhiệt tụ cao Hơi nước bão hòa ống, nguyên liệu ống - (6): Lưu lượng kế - (7): Tháp chưng luyện gồm có hai phần: phần kể từ đĩa tiếp liệu trở lên gọi đoạn luyện, phần kể từ đĩa tiếp liệu trở xuống gọi đoạn chưng - (8): Thiết bị ngưng tụ hoàn toàn sản phẩm đỉnh - (9): Bộ phận hồi lưu - (10): Thiết bị làm lạnh sản phẩm đỉnh - (11): Thùng chứa sản phẩm đỉnh - (12): Thiết bị đun sôi lại sản phẩm đáy - (13): Thiết bị làm nguội sản phẩm đáy - (14): Thùng chứa sẩn phẩm đáy 2.Thuyết minh dây chuyền công nghệ Ta có tsChloroforme= 61,2 0C < tsBenzene= 80,1 0C nên độ bay Chloroforme lớn độ bay Benzene, nên sản phẩm đỉnh chủ yếu Chloroforme phần Benzene ngược lại, sản phẩm đáy chủ yếu Benzene phần Chloroforme Hỗn hợp Chloroforme – Benzene có nồng độ Chloroforme 38% (theo khối lượng) thùng chứa nguyên liệu (1) bơm (2) lên thùng cao vị (4) Sự có mặt thùng cao vị đảm bảo cho hỗn hợp đầu vào tháp không dao động, trường hợp công suất bơm lớn, hỗn hợp đầu theo ống tuần hoàn tràn bể chứa hỗn hợp đầu Từ đưa đến thiết bị gia nhiệt (5) để đun nóng dòng nguyên liệu ống đến nhiệt độ sôi SVTH: Nguyễn Hơn Lớp: 09H5 Trang 10 Đồ Án Quá Trình Và Thiết Bị Công Nghệ Hóa Học GVHD: TS Lê Thị Như Ý ⇒ Σr = 0,454.10 −3 (m2.độ/W) 0 ⇒ ∆t T = Σr.q1 = 0,454.10 −3.12731,173 = 5,780 C ⇒ t T = 98,1 − 5,780 = 92,32 C ⇒ ∆t = 92,32 − 77,368 = 14,952 0C ⇒ q = α ∆t = 853,796 14,952 = 12765,958 (W/m2) q1 − q q2 ⇒ qtb = = 12731,173 − 12765,958 12765,958 = 0,00272 = 0,272% < % q1 + q 12731,173 + 12765,958 = = 12748,566 (W/m2) 2 II.TÍNH BỀ MẶT TRUYỀN NHIỆT F= Q qtb Với: Q: lượng nhiệt nước bão hòa cấp cho hỗn hợp đầu để tăng nhiệt độ từ 25 0C đến 77,368 0C: Q = GF C.∆T Trong đó: - C = 1576,104 (J/kg.độ) - ∆T = 77,368 – 25 = 52,368 0C → Q = G F C.∆T = 2750.1576,104 52,368 = 63374,485 (W) 3600 Vậy bề mặt truyền nhiệt : F= Q 63374,485 = = 4,971 (m2) qtb 12748,566 Số ống trao đổi nhiệt: n= F 4,971 = = 106 (ống) πdH π 0,01.1,5 Theo bảng V.11 trang 48 Sổ tay tập II, ta chọn số ống 127 xếp theo hình cạnh ta bố trí 127 ống thành vòng sáu cạnh với số ống đường chéo hình cạnh 13 ống Theo công thức V.140 trang 49 Sổ tay tập II đường kính thiết bị tính : D = t.(b -1) + 4.dn dn : đường kính ống truyền nhiệt SVTH: Nguyễn Hơn Lớp: 09H5 Trang 60 Đồ Án Quá Trình Và Thiết Bị Công Nghệ Hóa Học GVHD: TS Lê Thị Như Ý dn = 0,01 + 0,002.2 = 0,014 (m) t : bước ống, t = 1,2.dn = 1,2.0,014 = 0,0168 (m) b : số ống đường chéo hình sáu cạnh, b = 13 ⇒ D = 0,0168.(13-1) + 4.0,014 = 0,2576 (m) Chọn D = 0,3 m Vậy thiết bị có đường kính 300 mm, gồm 127 ống xếp theo hình lục giác gồm vòng Mỗi ống dài 1,5 m, đường kính 10 mm, dày mm III.TÍNH VÀ CHỌN BƠM Để vận chuyển hỗn hợp đầu từ bể chứa lên thùng cao vị, ta phải sử dụng bơm thủy lực Trong điều kiện suất yêu cầu kinh tế, kỹ thuật để vận chuyển hỗn hợp ethanol - nước nhiệt độ môi trường ta chọn bơm ly tâm Loại bơm có ưu điểm sau: -Vận chuyển chất lỏng liên tục đặn -Có số vòng quay lớn, truyền động trực tiếp từ động điện -Có thể bơm chất lỏng bẩn nhiều chất lỏng khác -Không có suppape nên bị tắc hư hỏng 1.Tính suất thể tích bơm: Hỗn hợp đầu 25 0C có lưu lượng GF = 2750 kg/h ứng với suất bơm : Q= GF ρ Trong đó: ρ ρ : khối lượng riêng hỗn hợp đầu 25 0C aF − aF = + ρ ρ CHCl3 ρ C6 H Khối lượng riêng Chloroforme Benzen 250C + ρCHCl3 = 1479,25 kg/m3 + ρC6H6 = 873,75 kg/m3 ⇒ ρ = 1034,691 (kg/m3) Vậy suất thể tích bơm : Q = 2750 = 7,383.10-4 (m3/s) 1034,691.3600 -Đường kính ống bơm tính theo II-36/369.1 : d= V 0,785ω SVTH: Nguyễn Hơn Lớp: 09H5 Trang 61 Đồ Án Quá Trình Và Thiết Bị Công Nghệ Hóa Học GVHD: TS Lê Thị Như Ý Trong đó: + ω : vận tốc chất lỏng ống [theo bảng II-2/369 Sổ tay tập 1] Ta chọn ω =1,5 m/s ⇒d = 7,383.10 -4 = 0,025 (m) = 25 (mm) 0,785.1,5 Ta chọn ống có kích thước d = 25 mm 2.Tính áp suất toàn phần bơm: Áp suất toàn phần bơm [được tính theo hệ thống công thức I-376/II-54] : ∆P = ∆Pd + ∆Pm + ∆PC + ∆PH + ∆Pk ∆Pd : áp suất động lực học ∆Pm : áp suất để khắc phục lực ma sát dòng chảy ổn định ống thẳng ∆PC : áp suất cần thiết để khắc phục trở lực cục ∆PH : áp suất để nâng chất lỏng lên cao để khắc phục áp suất thủy tĩnh ∆Pk : áp suất để bổ sung cần thiết 2.1.Tính áp suất động lực học ∆Pd : Theo công thức II.54 trang 376 Sổ tay tập ∆Pd = ρ ω2 Trong đó: + ρ : khối lượng riêng hỗn hợp đầu 25 0C, ρ = 1034,691 kg/m3 + ω : vận tốc chất lỏng, theo ω = 1,5 m/s 1,5 ⇒ ∆Pd = 1034,691 = 1164,027 (N/m2) 2.2.Tính áp suất để khắc phục trở lực ma sát ∆Pm : Theo công thức II.55 trang 376 Sổ tay tập ∆Ρm = λ L ∆Pd (N/m ) d Trong đó: SVTH: Nguyễn Hơn Lớp: 09H5 Trang 62 Đồ Án Quá Trình Và Thiết Bị Công Nghệ Hóa Học GVHD: TS Lê Thị Như Ý +L: chiều dài ống dẫn: chọn L = 12 m +d: đường kính ống tương đương: d = 0,03 m = 30 mm + λ : hệ số ma sát phụ thuộc vào độ nhẵn thành ống chế độ chất lỏng, phụ thuộc vào Re Re = ωdρ µ µ : độ nhớt hổn hợp đầu 25oC, tính theo công thức: log µ = a F log µ CHCl3 + (1 − a F ) log µ C6 H Độ nhớt Chloroforme 25 0C µ CHCl3 = 0,54.10-3 N.s/m2 µ C6 H = 0,605.10-3 N/m2 Suy ra: ⇒ µ = 0,579.10-3 (N.s/m2) ⇒ Re = 1,5.0,03.1034,691 = 80416,399 > 10 ⇒ chất lỏng chảy xoáy -3 0,579.10 Tính chuẩn số Râynôn giới hạn khu vực nhẵn thủy lực Regh : Re gh  d 7 = 6  ε  Với ε : độ nhám tuyệt đối, tra bảng II.15 trang 381 Sổ tay tập II với điều kiện ống mới, không hàn: ε = 0,08mm = 0,08.10−3 m  0,03  ⇒ Re gh = 6 = 5247 −3   0,08.10  Tính chuẩn số Râynôn bắt đầu xuất vùng nhám Ren: 9  0,03   d 8 Re n = 220  = 220 = 173064 −3  ε   0,08.10  ⇒ Re gh < Re < Re n nên hệ số ma sát λ phụ thuộc vào chuẩn số Râynôn độ nhám thành ống, tính theo I-380/II.64: ε 100   λ = 0,11,46 +  d Re   0, 25   0,08.10 −3 100  = 0,11,46 + 0,03 80416,399   ⇒ ∆Pm = 0,0268 SVTH: Nguyễn Hơn Lớp: 09H5 , 25 = 0,0268 12 1164,027 = 12478,369 (N/m2) 0,03 Trang 63 Đồ Án Quá Trình Và Thiết Bị Công Nghệ Hóa Học GVHD: TS Lê Thị Như Ý 2.3.Tính tổn thất áp suất trở lực cục ∆PC Theo công thức II.563 trang 377 Sổ tay tập ∆PC = ξρ L ω2 ω2 = λ td ρ d td Trong đó: ξ : hệ số trở lực cục hệ thống ống gồm: đoạn ống dài 1m; đoạn ống dài 10 m; hai khuỷu ghép vuông góc có hệ số trở lực ξ ; van chắn trước ống đẩy để điều chỉnh lưu lượng có hệ số trở lực ξ ; van chiều có hệ số trở lực ξ ; đầu vào thùng cao vị có hệ số trở lực ξ +Tính ξ : khuỷu ghép vuông góc hai khuỷu 45 o tạo thành, theo bảng II.16 trang 394 Sổ tray tập 1, chọn tỷ số: a = ⇒ ξ1 = 0,38 b Tính ξ : chọn van tiêu chuẩn, theo bảng II.16 trang 397 Sổ tray tập 1, ta có:  4,9 −  ξ = + 10 ×   = 6,45  20  +Tính ξ : Chọn van chiều kiểu có đĩa không định hướng phía với thông số sau: h : chiều cao hở van; b: chiều rộng vành đĩa: chọn h = b = 3.10 -3 m Do: đường kính ống dẫn trước van (Do = 0,03 m) ω o : tốc độ dòng mặt cắt trước van b 3.10 −3 = = 0,1 Ta có: Do 0,03 Theo bảng II.16 trang 400 Sổ tray tập 1, xác định α , β sau: α = 0,55 β = 15,5 ⇒ ξ = α + β = 15,5 + 0,55 = 16,05 +Tính ξ : Chọn: δ b = 0,05; = 0,1 d td d td Theo bảng II.16 trang 400 Sổ tay tập 1, ξ = 0,5 SVTH: Nguyễn Hơn Lớp: 09H5 Trang 64 Đồ Án Quá Trình Và Thiết Bị Công Nghệ Hóa Học GVHD: TS Lê Thị Như Ý Vậy tổng trở lực cục hệ thống ống dẫn : ξ = ξ1 + ξ + ξ + ξ = 0,38 + 6,45 + 16,05 + 0,5 = 23,38 ⇒ ∆PC = ξ∆Pd = 23,38.1164,027 = 27214,951 (N/m2) 2.4.Tính áp suất để nâng chất lỏng lên cao ∆PH Theo công thức II.57 trang 377 Sổ tay tập 1: ∆PH = ρgH với H: chiều cao nâng chất lỏng cột chất lỏng, cho H = 15 m ∆PH = 1034,691 9,81.15 = 152254,781 (N/m2) Áp suất toàn phần bơm tạo cần thiết để khắc phục sức cản thủy lực : ∆P = ∆Pd + ∆Pm + ∆PC + ∆PH = 1164,027 + 12478,369 + 27214,951 + 152254,781 = 193112,128 (N/m2) 3.Công suất bơm động điện: - Chiều cao toàn phần H bơm cần tạo : H = ∆P 193112,128 = = 19,025 (m) ρg 1034,691.9,81 Công suất yêu cầu trục bơm [được tính theo công thức II.189 trang 439 Sổ tay tập 1] N= QρgH 1000η với η : hiệu suất bơm, chọn η = 0,85 Q = 7,383.10-4 m3/s ⇒N= 7,383.10 -4 1034,691.9,81.19,025 = 0,168 (kW) 1000.0,85 Công suất động điện tính theo công thức: N dc = N η trη dc η tr : hiệu suất truyền động chọn η tr = 0,95 η dc : hiệu suất động : η dc = 0,75 SVTH: Nguyễn Hơn Lớp: 09H5 Trang 65 Đồ Án Quá Trình Và Thiết Bị Công Nghệ Hóa Học ⇒ N dc = GVHD: TS Lê Thị Như Ý 0,168 = 0,236 (kW) 0,95.0,75 Thông thường, chọn động điện có công suất thực tế lớn công suất tính toán: tt N dc =β N dc β : hệ số dự trữ công suất, với Ndc < kW, ta chọn β = [theo bảng II.33 trang 439 Sổ tay tập 1] ⇒ N dctt = 2.0,236 = 0,472 (kW) -Vậy công suất bơm: N = 0,168 kW -Công suất động cơ: N đc = 0,427 kW Như dựa vào thông số bơm ta chọn loại bơm li tâm X có áp suất toàn phần 10-143 m, suất 3-288 m 3/h, số vòng quay 1450-2900 vòng/phút, nhiệt độ chất lỏng từ 40-90 0C [bảng II.39 trang 447 Sổ tay tập 1] PHỤ LỤC Xác định số đĩa lý thuyết phương pháp vẽ số bậc thay đổi nồng độ Nlt=49 b=1,2 B=0,133 Xw=0,032 SVTH: Nguyễn Hơn Lớp: 09H5 XF=0,286 XP=0,882 Trang 66 Đồ Án Quá Trình Và Thiết Bị Công Nghệ Hóa Học GVHD: TS Lê Thị Như Ý Nlt=33,5 b=1,4 B=0,117 Xw=3,2 XF=28,6 XP=0,882 XF=0,286 XP=0,882 Nlt=27,3 b=1,6 B=0,104 Xw=0,032 SVTH: Nguyễn Hơn Lớp: 09H5 Trang 67 Đồ Án Quá Trình Và Thiết Bị Công Nghệ Hóa Học GVHD: TS Lê Thị Như Ý Nlt=25,8 b=1,7 B=0,099 Xw=0,032 XF=0,286 XP=0,882 XF=0,286 XP=0,882 Nlt=24,3 b=1,9 B=0,089 Xw=0,032 SVTH: Nguyễn Hơn Lớp: 09H5 Trang 68 Đồ Án Quá Trình Và Thiết Bị Công Nghệ Hóa Học GVHD: TS Lê Thị Như Ý Nlt=22,3 b=2,0 B=0,085 Xw=0,032 XF=0,286 XP=0,882 Nlt=20,6 b=2,2 B=0,078 Xw=0,032 SVTH: Nguyễn Hơn Lớp: 09H5 XF=0,286 XP=0,882 Trang 69 Đồ Án Quá Trình Và Thiết Bị Công Nghệ Hóa Học GVHD: TS Lê Thị Như Ý Nlt=20,7 b=2,4 B=0,072 Xw=0,032 SVTH: Nguyễn Hơn Lớp: 09H5 XF=0,286 XP=0,882 Trang 70 Đồ Án Quá Trình Và Thiết Bị Công Nghệ Hóa Học GVHD: TS Lê Thị Như Ý Nlt=20,3 b=2,5 B=0,07 Xw=0,032 XF=0,286 XP=0,882 TÀI LIỆU THAM KHẢO SVTH: Nguyễn Hơn Lớp: 09H5 Trang 71 Đồ Án Quá Trình Và Thiết Bị Công Nghệ Hóa Học GVHD: TS Lê Thị Như Ý [1] GS TSKH Nguyễn Bin, Các trình thiết bị công nghệ hóa chất thực phẩm, Nhà xuất Khoa học Kĩ thuật Hà Nội, 2008, Tập [2] TS Trần Xoa, PGS TS Nguyễn Trọng Khuông, TS Phạm Xuân Toản, Sổ tay Quá trình thiết bị công nghệ hóa chất, 2004, Tập [3] TS Trần Xoa, PGS TS Nguyễn Trọng Khuông, TS Phạm Xuân Toản, Sổ tay Quá trình thiết bị công nghệ hóa chất, 2004, Tập SVTH: Nguyễn Hơn Lớp: 09H5 Trang 72 Đồ Án Quá Trình Và Thiết Bị Công Nghệ Hóa Học SVTH: Nguyễn Hơn Lớp: 09H5 GVHD: TS Lê Thị Như Ý Trang 73 Đồ Án Quá Trình Và Thiết Bị Công Nghệ Hóa Học SVTH: Nguyễn Hơn Lớp: 09H5 GVHD: TS Lê Thị Như Ý Trang 74