Đang tải... (xem toàn văn)
1. Tên đề tài:Tính toán, thiết kế hệ thống tháp đệm dùng để chưng cất hỗn hợp Aceton Etanol2. Nhiệm vụ (yêu cầu về nội dung và số liệu ban đầu)Năng suất 3500kgh (theo sản phẩm đáy)Thành phần phần mol aceton trong dòng nhập liệu là 25% Quá trình thu hồi được 95% lượng etanol trong dòng nhập liệuSản phẩm đỉnh có thành phần aceton 98% khối lượngTổng quan nguyên liệu, quá trình chưng cấtTính toán công nghệ (cân bằng vật chất, cân bằng năng lượng, điều kiện làm việc….)Xác định kích thước thiết bị. Lựa chọn vật liệu chế tạo, tính bền cho thiết bị (đáy, nắp, mặt bích, thân, chân đỡ, tai treo….)Tính toán, chọn các thiết bị phụ trang bị cho hệ thống (Bơm, bồn cao vị, thiết bị trao đổi nhiệt, nồi đun, hệ thống đường ống….)
LỜI NĨI ĐẦU Cơng nghệ hóa học sản phẩm khác có ảnh hưởng lớn đến nhiều ngành sản xuất khác Trong acetone ethanol sản phẩm quan tâm Trong công nghiệp, hai chất thường sản xuất để có nồng độ cao, nhằm thỏa mãn nhu cầu sử dụng tiết kiệm chi phí vận chuyển, lưu trữ Ngày nay, phương pháp dùng để nâng cao độ tin khiết: trích ly, chưng cất, đặc, hấp phụ… Tùy theo đặc tính yêu cầu sản phẩm mà ta có lựa chọn phương pháp thích hợp Đối với hệ acetone-ethanol gồm hai cấu tử hòa tan lẫn hồn tồn, nên ta chọn phương pháp chưng cất để nâng cao độ tinh khiết cho sản phẩm Nhiệm vụ đề tài tính toán thiết kế hệ thống tháp đệm dùng để chưng cất hỗn hợp acetone ethanol có suất theo sản phẩm đáy 3500kg/h, thành phần phần mol acetone dòng nhập liệu 25%, sản phẩm đáy có 95% lượng ethanol sản phẩm đỉnh có thành phần acetone chiếm 98% khối lượng Đồ án môn học thầy Lê Văn Nhiều trực tiếp hướng dẫn thực hiện, em xin chân thành cảm ơn hướng dẫn giúp đỡ thầy suốt trình em nghiên cứu thực đồ án MỤC LỤC Trang LỜI NÓI ĐẦU MỤC LỤC PHẦN 1: TỔNG QUAN 1.1 LÝ THUYẾT VỀ CHƯNG CẤT 1.1.1 Sơ trình chưng cất 1.1.2 Thiết bị chưng cất 1.2 SƠ LƯỢC VỀ NGUYÊN LIỆU 1.2.1 Acetone 1.2.2 Ethanol 1.2.3 Hỗn hợp acetone – ethanol PHẦN 2: QUY TRÌNH CƠNG NGHỆ 10 2.1 SƠ ĐỒ HỆ THỐNG 10 2.2 QUY TRÌNH CHƯNG CẤT 11 PHẦN 3: TÍNH TỐN THIẾT BỊ CHÍNH 11 3.1 CÂN BẰNG VẬT CHẤT 12 3.1.1 Quy ước 12 3.1.2 thông số ban đầu 12 3.1.3 Xác định suất lượng dòng nhập liệu, sản phẩm đỉnh sản phẩm đáy 13 3.2 XÁC ĐỊNH TỈ SỐ HỒN LƯU THÍCH HỢP 13 3.2.1 Tỉ số hoàn lưu tối thiểu 14 3.2.2 Tỉ số hồn lưu thích hợp 15 3.3 PHƯƠNG TRÌNH ĐƯỜNG LÀM VIỆC VÀ SỐ MÂM THỰC TẾ 17 3.3.1 Phương trình đường làm việc đoạn cất 17 3.3.2 Phương trình làm việc đoạn chưng 17 3.3.3 Số mâm lý thuyết 18 3.3.3 Số mâm thực tế 19 3.3.3.1 Xác định hiệu suất trung bình tháp 19 3.3.3.2 Số mâm thực tế 21 3.4 CÂN BẰNG NĂNG LƯỢNG 21 3.4.1 Cân nhiệt lượng cho thiết bị gia nhiệt hỗn hợp đầu: 22 3.4.1.1 Tính CF, Cf 22 3.4.1.2 Tính r1 23 3.4.1.3 Nhiệt lượng đốt mang vào 23 3.4.1.4 Nhiệt lượng hỗn hợp đầu mang vào 23 3.4.1.5 Nhiệt lượng hỗn hợp đầu mang 24 3.4.1.6 Nhiệt lượng nước ngưng mang khỏi thiết bị 24 3.4.2 Cân nhiệt lượng tháp chưng cất 24 3.4.2.1 Lượng nhiệt lượng lỏng hồi lưu mang vào 25 3.4.2.2 Nhiệt lượng đốt mang đỉnh tháp 25 3.4.2.3 Nhiệt lượng sản phẩm đáy mang ra: 26 3.4.2.4 Nhiệt lượng nước ngưng mang khỏi thiết bị đun (kettle) 26 3.4.2.5 Nhiệt lượng tổn thất môi trường xung quanh 27 3.4.2.6 Nhiệt lượng đốt mang vào tháp 27 3.4.2.7 Lượng đốt cần thiết để đun sôi dung dịch đáy tháp 27 3.4.3 Cân lượng cho thiết bị ngưng tụ 27 3.4.4 Cân lượng cho thiết bị làm nguội 28 3.4.4.1 Thiết bị làm lạnh sản phẩm đỉnh 28 3.4.4.2 Thiết bị làm lạnh sản phẩm đáy 29 3.5 TÍNH ĐƯỜNG KÍNH THÁP ĐỆM 29 3.5.1 Đường kính đoạn cất 30 3.5.1.1 Lượng trung bình đoạn cất 30 3.5.1.2 Khối lượng riêng trung bình 32 3.5.1.3 Tốc độ tháp 34 3.5.2 Đường kính đoạn chưng 36 3.5.2.1 Lượng trung bình đoạn chưng 36 3.5.2.2 Khối lượng riêng trung bình 37 3.5.2.3 Tốc độ tháp 39 3.6 TÍNH CHIỀU CAO THÁP ĐỆM 41 3.6.1 Tính chiều cao đoạn cất 41 3.6.1.1 Tính chiều cao đơn vị chuyển khối 41 3.6.1.2 Tính số đơn vị chuyển khối my 47 3.6.2 Tính chiều cao đoạn chưng 48 3.6.2.1 Tính chiều cao đơn vị chuyển khối đoạn chưng h1, h2 49 3.6.2.2 Tính số đơn vị chuyển khối my 53 3.6.3 Chiều cao thân tháp 54 3.7 TRỞ LỰC CỦA THÁP ĐỆM 55 3.7.1 Trở lực đoạn cất 56 3.7.2 Trở lực đoạn chưng 57 3.7.3 Trở lực toàn tháp 58 3.8 TÍNH TỐN CƠ KHÍ VÀ LỰA CHỌN 58 3.8.1 Tính đường ống dẫn 58 3.8.1.1 Tính đường kính ống dẫn sản phẩm đỉnh 59 3.8.1.2 Tính đường kính ống hồi lưu sản phẩm đỉnh 59 3.8.1.3 Tính đường kính ống dẫn liệu 60 3.8.1.4 Tính đường kính ống dẫn sản phẩm đáy 60 3.8.1.5 Tính đường kính ống hồi lưu sản phẩm đáy 61 3.8.2 Tính bề dày thân tháp 61 3.8.2.1 Chiều dày thiết bị 63 3.8.2.2 Kiểm tra ứng suất theo áp suất thử 64 3.8.3 Tính đáy nắp thiết bị 64 3.8.3.1 Chiều dày nắp 65 3.8.3.2 Chiều dày đáy 66 3.8.4 Tra bích 67 3.8.5 Lưới đỡ đệm, dầm đỡ đệm 69 3.9 TÍNH TAI TREO, TRỤ ĐỠ CHO THÁP 69 3.9.1 Tải trọng tháp 69 3.9.1.1 Tính khối lượng thân tháp 69 3.9.1.2 Tính khối lượng đệm 71 3.9.1.3 Tính khối lượng dung dịch tháp 71 3.9.2 Tính tai treo 72 3.9.3 Tính chân đỡ 73 PHẦN 4: TÍNH TỐN THIẾT BỊ PHỤ 73 4.1 TÍNH CHIỀU CAO BỒN CAO 73 4.2 TÍNH BƠM 75 PHẦN 5: AN TOÀN LAO ĐỘNG 76 5.1 PHÒNG CHỐNG CHÁY NỔ 76 5.1.1 Những nguyên nhân gây cháy trực tiếp 77 5.1.2 Các biện pháp phòng chống cháy nổ 78 5.2 AN TOÀN ĐIỆN 80 5.2.1 Các nguyên nhân gây tai nạn điện 80 5.2.2 Các biện pháp kỹ thuật để phòng tránh tai nạn điện 80 PHẦN 6: KẾT LUẬN 81 TÀI LIỆU THAM KHẢO 82 HÌNH ẢNH Hình 1.1: đồ thị cân lỏng acetone ethanol .9 Hình 2.1: Sơ đồ hệ thống chưng cất 10 Hình 3.1: đồ thị cân lỏng – hỗn hợp 14 Hình 3.2: đồ thị biểu diễn nhiệt độ sôi hỗn hợp theo phần mol ethanol 15 Hình 3.3: đồ thị biểu diễn quan hệ R Nlt*(R+1) 17 Hình 3.4: đồ thị xác định số mâm lý thuyết .18 Hình 3.5: xác định hiệu suất trung bình thiết bị 19 Hình 3.6: sơ đồ tính cân lượng trình chưng cất .21 Hình 3.7: đồ thị xác định nhiệt độ trung bình hỗn hợp đoạn cất 33 Hình 3.8: đồ thị xác định nhiệt độ trung bình hỗn hợp đoạn chưng 38 Hình 3.9: Hệ số thấm ướt đệm 43 Hình 3.10: Độ thị biểu diễn mối quan hệ Hình 3.11: Độ thị biểu diễn mối quan hệ ycb −y ycb −y y .48 y .54 Hình 3.12: bích bulông nối 68 Hình 4.1: Tìm chiều cao bồn cao vị 74 PHẦN 1: TỔNG QUAN 1.1 LÝ THUYẾT VỀ CHƯNG CẤT 1.1.1 Sơ trình chưng cất Chưng cất trình dùng để tiến hành phân tách hỗn hợp lỏng – lỏng, lỏng – khí khí – khí thành cấu tử riêng biệt dựa vào khác độ bay cấu tử hỗn hợp Đối với hệ acetone ethanol ta có sản phẩm đỉnh cấu tử có độ bay lớn (acetone) sản phẩm đáy gồm cấu tử có độ bay thấp (ethanol) Trong trình chưng cất, pha từ lên, pha lỏng di chuyển từ xuống Nồng độ cấu tử thay đổi theo chiều cao tháp, nhiệt độ làm việc thay đổi tương ứng với nồng độ Các phương pháp chưng cất thường phân loại theo áp suất làm việc (áp suất thấp, áp suất thường, áp suất cao), nguyên lý làm việc (chưng cất đơn giản, chưng cất nước trực tiếp, chưng cất) hay dựa vào phương pháp cấp nhiệt (trực tiếp hay gián tiếp) Với hệ acetone ethanol ta chọn phương pháp chưng cất liên tục, cấp nhiệt nước bảo hòa 2at 1.1.2 Thiết bị chưng cất Trong sản xuất thường dùng nhiều loại thiết bị khác để tiến hành chưng cất Tuy nhiên yêu cầu chung thiết bị giống bề mặt tiếp xúc pha phải lớn Điều phụ thuộc vào mự độ phân tán pha vào pha Ta khảo sát hai loại tháp thường dùng tháp mâm tháp chêm Tháp mâm: thân hình trụ, thẳng đứng, phía có gắn mâm có cấu tạo khác pha lỏng pha tiếp xúc Tùy theo cấu tạo mâm ta có tháp mâm chóp hay tháp mâm xuyên lỗ Tháp đệm: tháu trụ gồm nhiều bậc nối với bích hay hàn Vật chêm cho vào tháp hai phương pháp xếp ngẫu nhiên hay có thứ tự Tháp đệm Tháp mâm chóp Tháp mâm xuyên lỗ Ưu điểm - Cấu tạo đơn giản - Khá ổn định - Trở lục tương đối - Trở lực thấp - Hiệu suất cao thấp - Hiệu suất cao - Làm việc với chất lỏng bẩn - Do có hiệu ứng - Trở lực lớn - Khơng làm việc Nhược thành nên hiệu suất - Kết cấu phức tạp với chất lỏng điểm truyền khối thấp bẩn - Độ ổn định không - Kết cấu phức tạp cao, khó vận hành - Thiết bị nặng nề Trong đồ án ta sử dụng tháp đệm với vòng đệm Rasiga sứ xếp ngẫu nhiên với kích thước 15x15x2 1.2 SƠ LƯỢC VỀ NGUYÊN LIỆU Nguyên liệu hỗn hợp acetone với ethanol 1.2.1 Acetone Acetone hợp chất hữu dạng lỏng, suốt, dễ cháy, khơng màu Nó có cơng thức phân tử (CH3)2CO có tính chất lý hóa sau: Nhiệt độ sôi: 56.1oC Khối lượng riêng 28oC: 780 kg/m3 Độ nhớt 28oC: 73,97 10-7 N.s/m2 Nhiệt dung riêng: 541,5 J.kg.K khối lượng phân tử: 58 đvC Trong công nghiệp acetone sử dụng dung mơi để pha lỗng, làm chất tẩy rửa, làm sạch… dùng hóa chất trung gian, ví dụ dùng để tổng hợp metyl metacrilat Trong y dược kỹ thuật làm đẹp, chất acetone sử dụng nhiều thuốc kỹ thuật làm đẹp nói chung, bác sĩ da liễu dùng acetone cồn điều trị mụn trứng cá… Ngoài chất phòng thí nghiệm sử dụng dung môi aprotic phải ứng hữu cơ, với nhiệt độ đóng băng thấp (đến -78oC), acetone dùng để trì nhiệt độ thấp để tiền hành thí nghiệm hóa học cần Bên cạnh acetone thành phần chất tẩy rửa sơn móng tay, keo dính… 1.2.2 Ethanol Ethanol hay gọi rựu etylic, có cơng thức phân tử CH3-CH2-OH Và có tính chất lý hóa sau: Nhiệt độ sôi: 78.3oC Khối lượng riêng 28oC: 781,17 kg/m3 Khối lượng phân tử: 46 đvC Nhiệt dung riêng: 407,3 J.kg.K Độ nhớt 28oC: 8,5 10-7 N.s/m2 Ethanol ứng dụng nhiều lĩnh vực cơng nghiệp, ngun liệu dùng để sản xuất 150 mặt hàng khác ứng dụng rộng rãi ngành: công nghiệp nặng, y tế dược, quốc phòng, giao thơng vận tải, dệt, chế biến dỗ nông nghiệp… 1.2.3 Hỗn hợp acetone – ethanol Ta có bảng thành phần lỏng (x) – (y) nhiệt độ sôi hỗn hợp acetone – ethanol 760 mmHg sau: x 10 y 15.5 26.2 t 78.3 75.4 73 20 30 40 50 60 70 80 90 100 41.7 52.4 60.5 67.4 73.9 80.2 86.5 92.9 100 69 58 65.9 63.6 61.8 60.4 59.1 57 56.1 Hệ acetone - ethanol 100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 x (%mol) Hình 1.1: đồ thị cân lỏng acetone ethanol Hình 3.12: bích bulơng nối Ta chọn bích liền thép kim loại đen để nối phần thiết bị ống dựa vào bảng [XIII.26 - 2, 409]: Dy Dn D Tên ống Dδ d1 db h mm Z sản phẩm đỉnh 200 219 290 255 232 M16 16 hồi lưu đỉnh 100 108 205 170 148 M16 14 ống dẫn liệu 125 133 235 200 178 M16 14 sản phẩm đáy 100 108 205 170 148 M16 14 hồi lưu đáy 200 219 290 255 232 M16 16 Ống dẫn thường nối với thiết bị qua đoạn nối, kích thước chiều dài đoạn nối xác đinh qua bảng [XIII.32 - 2, 434]: 68 l, Py ≤2,5.106 N.m2 Dy Tên ống mm sản phẩm đỉnh 200 130 hồi lưu đỉnh 100 120 ống dẫn liệu 125 120 sản phẩm đáy 100 120 hồi lưu đáy 200 130 3.8.5 Lưới đỡ đệm, dầm đỡ đệm *Lưới đỡ đệm: - Chọn đường kính lưới DL1 = 980mm cho đoạn cất DL2 = 1165mm cho đoạn chưng theo theo bảng [XI.22 - 2, 230] 3.9 TÍNH TAI TREO, TRỤ ĐỠ CHO THÁP 3.9.1 Tải trọng tháp Khối lượng tồn tháp tính sau: M = mthân + mnắp + mđáy + mđệm + mchất lỏng + mbx Trong đó: mbx - hệ số bổ xung bao gồm khối lượng chi tiết phụ tháp bích, bulơng, lưới đỡ đệm, gờ đỡ đệm… 3.9.1.1 Tính khối lượng thân tháp mthân = ρt.Vt , kg Thân tháp làm từ thép X18H10T có khối lượng riêng 7900kg/m3 Ta tích thân tháp: Vt = V1 + V + V 69 Trong đó: V1 - thể tích đoạn cất (tương ứng với chiều cao đệm đoạn cất, tổng chiều cao đĩa phân phối đoạn cất phần không gian đỉnh, H1′ ) V1 = H1′ π.(D2N1 −D21 ) DN1 - đường kính ngồi đoạn cất, DN1 = 1+ 2.0,004= 1,008m V1 = 13,7 π.(1,0082 −12 ) = 0,173 m3 V2 - thể tích đoạn chưng (tương ứng với chiều cao đệm đoạn chưng, tổng chiều cao đĩa phân phối đoạn chưng phần không gian đáy, H2′ ) V2 = π.(DN2 −D2 ) H2′ DN2 - đường kính ngồi đoạn chưng, DN2 = 1,2+ 2.0,004= 1,208m V2 = 3,9 π.(1,2082 −1,22 ) = 0,06 m3 V3 - thể tích đoạn phần chưng phần cất (tương ứng với khoảng cách đoạn chưng cất, HF) V3 = VNgoài - VTrong VNgoài = = π π (R21N +R22N +R1N R 2N ) HF 1,008 [( ) +( 1,208 2 ) + 1,008.1,208 2.2 = 0,9668m3 VTrong = = π π (R21 +R22 +R1 R ) HF 1,2 [(2) + ( ) + 1.1,2 2.2 ].1 = 0,9529m3 V3 = 0,9668- 0,9529 ≈ 0,014m3 Vt = 0,173 +0,06 +0,014 = 0,247m3 70 ] mthân = ρt.Vt = 7900.0,247 = 1951,3 kg 3.9.1.2 Tính khối lượng đệm - Ta chọn đệm Rasiga với kích thước 15x15x2 cho đoạn chưng đoạn cất Theo thơng số đệm ta tính khối lượng đệm cần dùng: mđệm = mđ1 + mđ2 ,kg Trong đó: + mđ1 - khối lượng đệm phần cất π π 4 mđ1 = H1 D12 ρđ = 11,6 12 700 = 6377,4 kg + mđ2 - khối lượng đệm phần chưng π π 4 mđ2 = H2 D22 ρđ = 2,4 1,22 700 =1900 kg mđệm = 6377,4 + 1900 = 8277,4 kg 3.9.1.3 Tính khối lượng dung dịch tháp Khối lượng dung dịch tháp tổng lượng dung dịch đoạn chưng đoạn cất mchất lỏng = mG1 +mG2 ,kg - Trong đó: + mG1 - khối lượng dung dịch đoạn cất + mG2 - khối lượng đệm đoạn chưng - Thể tích viên đệm: Vđ = [(0,015+0,002)2 −0,0152 ].π.0,015 = 7,54.10-7 m3 - Số đệm đoạn chưng (Z2) đoạn cất (Z1): Z1 = V1.[số đệm 1m3] π = H1 D12 210.103 71 π = 11,6 12 210.103 = 1913230 (viên đệm) Z2 = V2.[số đệm 1m3] π = H2 D22 210.103 π = 2,4 1,22 210.103 = 570011 (viên đệm) - Thể tích đệm đoạn cất (Vđ1) đoạn chưng (Vđ2): Vđ1 = Vđ.Z1 = 7,54.10-7 1913230 = 1,44 m3 Vđ2 = Vđ.Z2 = 7,54.10-7 570011 = 0,43 m3 - Thể tích lượng lỏng đoạn cất (VL1) đoạn chưng (VL2) : π VL1 = V1 - Vđ1 = 11,6 12 - 1,44 = 7,67 m3 π VL2 = V2 - Vđ2 = 2,4 1,22 - 0,43 = 2,285 m3 mG1 = VL1 ρxtb1 = 7,67.748 = 5737,16 kg mG2 = VL2 ρxtb2 = 2,285.730 = 1668,04 kg mchất lỏng = mG1 +mG2 = 5737,16+1668,04 = 7405,2 kg Ta có khối lượng tồn tháp: M = mthân + mnắp + mđáy + mđệm + mchất lỏng + mbx = 1951,3 + 47,9 + 64,2 + 8277,4 + 7405,2 + mbx = 17746 + mbx Chọn khối lượng bổ xung là: mbx = 1774 kg M = 17746 + 1774 = 19520 kg 3.9.2 Tính tai treo Ta sử dụng tai treo làm thép CT3 tải trọng lên tai treo là: G= 19520.9,81 = 23936,4 N 72 Tra bảng [XIII.36 - 2, 438] ta chọn tai treo có tải trọng cho phép G= 2,5.104 N; bề mặt treo F= 173.10-4 m2; tải trọng cho phép mặt đỡ q= 1,45.106 N/m2 vài thông số khác tai treo sau: Khối lượng L B B1 H S l a tai treo d mm 150 120 130 215 kg 60 20 30 3,48 3.9.3 Tính chân đỡ Sử dụng thép CT3 làm chân đỡ, với chân đỡ tải trọng lên chân là: G= 19520.9,81 = 38298,24 N Tra bảng [XIII.35 - 2, 437] ta chọn chân đỡ có tải trọng cho phép G= 4,0.104 N; bề mặt đỡ F= 514.10-4 m2; tải trọng cho phép mặt đỡ q= 0,78.106 N/m2 vài thông số khác tai treo sau: L B B1 B2 H h s l d 225 16 100 27 mm 260 200 225 330 400 PHẦN 4: TÍNH TỐN THIẾT BỊ PHỤ 4.1 TÍNH CHIỀU CAO BỒN CAO VỊ 73 Hình 4.1: Tìm chiều cao bồn cao vị Lập phương trình Becnulli cho hai mặt cắt 1-1 (mặt cắt mặt chất lỏng thùng cao vị) 2-2 (mặt cắt vị trí ống dẫn liệu vào tháp) Chọn mặt 2-2 làm chuẩn, ta có: P1 ρ1 g + w21 2g +Z= P2 ρ2 g + w22 2g + Hm Trong đó: + P1, P2 - áp suất tai mặt cắt 1-1 2-2 (N/m2) P1 = Pa = 9,81.104 N/m2 P2 = P1 + ∆Pư1 = 98100+15390 = 113490 N/m2 + w1 - vận tốc dung dịch mặt cắt 1-1, chọn w1= tiết diện bồn cao vị lớn so với tiết diện ống + w2 - vận tốc dung dịch mặt cắt 2-2 Nhiệt độ nhập liệu hỗn hợp tF = 67,34oC, phần tính tốn đường kính ống nhập liệu ta tính ρF = 741,37 kg/m3, dF = 125 mm Vậy tốc độ trung bình lưu chất: 74 w2 = = 4.V [II.56 - 1, 369] π.d2F 3600 ̅ 4.F π.d2F 3600.ρ = 4.4758 π.0,1252 3600.741,37 w2 = 0,145 m/s + ρ1 - khối lượng riêng hỗn hợp trước gia nhiệt (t = 28oC), ta có: ρ1 = x̅F ρA + 1− x̅F ρB , với ρA= 780,3 kg/m3; ρB = 781,17 kg/m3; x̅F= 0,3 kg/kg ρ1 = 780,9 kg/m3 + ρ2 - khối lượng riêng hỗn hợp sau gia nhiệt (t = 67,34oC), ρ2 =ρF = 741,37 kg/m3 + Z - chiều cao từ ống nhập liệu đến vị trí mặt thống chất lỏng bồn cao vị + Hm - chiều cao cột áp tương ứng với trở lực dung dịch Z= = P2 ρ2 g + w22 2g - 113490 741,37.9,81 P1 ρ1 g + - w21 2g 0,1452 2.9,81 - + Hm 98100 780,9.9,81 + Hm = 2,8 + Hm Chọn Hm = 2,2m Z = 5m 4.2 TÍNH BƠM Chọn đường ống từ bơm đến bồn cao vị có chiều dài L= 10m; đường kính ống d= 0,15m; vận tốc dòng lỏng ω = 0,2m/s - Áp suất cần thiết bơm để đưa chất lỏng lên bồn cao vị: P= ρ.g.H + ∆p Với: ∆p - tổng tổn thất áp suất, chọn ∆p = 300 N/m2 ρ - khối lượng riêng hỗn hợp nhiệt độ thường, ρ= 741,37 kg/m3 H - chiều cao từ bơm đến bề mặt nước bồn cao vị, H=L= 10m 75 P = 741,37.9,81.10 + 300 = 73028,4 N/m2 - Lưu lượng bơm: Q= ̅ F ρ.3600 = 4758 741,37.3600 = 0,0018 m3/s - Công suất yêu cầu bơm: N= Q.P 1000.η = 0,0018.73028,4 1000.0,8 = 0,164 kW Với η - hiệu suất bơm, chọn η = 0,8 - Công suất động điện: Nđc = N ηtr ηđc Trong đó: ηtr - hiệu suất truyền động, chọn ηtr = ηđc - hiệu suất động điện, chọn ηđc = 0,8 Nđc = 0,164 1.0,8 = 0,205 kW Trong thực tế thường chọn động điện có cơng suất lớn tính tốn: c Nđc = β.Nđc [II.191 - 1, 439] Dựa vào bảng [II.33 - 1, 440], với Nđc < ta chọn hệ số dự trữ β= 1,8 Nđc = 1,8.0,205 = 0,369 kW Vậy ta chọn công suất động 0,4 kW PHẦN 5: AN TỒN LAO ĐỘNG 5.1 PHỊNG CHỐNG CHÁY NỔ Tất chất lỏng có khả bay nhiệt độ bay phụ thuộc vào nhiệt độ sơi Sự cháy xảy pha bề mặt thoáng chất lỏng Sau bay cháy yếu tố ảnh hưởng đến trình giống cháy hơi, khí 76 Khả cháy chất lỏng có thề xác định thơng số khác nhiệt độ bùng cháy, nhiệt độ bốc cháy, nhiệt độ tự bốc cháy giới hạn nổ, hay dùng nhiệt độ gần nhiệt độ bùng cháy 5.1.1 Những nguyên nhân gây cháy trực tiếp Như ta biết, đám cháy xuất cần có yếu tố: chất cháy, chất oxy hóa với tỷ lệ xác định giữ chúng với mồi bắt cháy Sét: tượng phóng điện đám mây có tích điện trái dấu đám mây với mặt đất điện áp đám mây với mặt đất đạt đến hàng triệu hay hàng trăm triệu vôn Nhiệt độ sét đánh cao, vượt xa nhiệt độ tự bắt cháy chất cháy Hiện tượng tĩnh điện: tĩnh điện sinh ma sát vật thể Hiện tượng hay gặp bơm, rót (tháo, nạp) chất lỏng chất lỏng có chứa hợp chất có cực xăng dầu,… tượng tĩnh điện tạo lớp điện tích kép trái dấu điện áp lớp điện tích đạt tới giá trị định phát sinh tia lửa điện gây cháy Mồi cháy sinh hồ quang điện, chập mạch điện, đóng cầu dao điện Năng lượng giải phóng trường hợp thường đủ để gây cháy nhiều hỗn hợp Tia lửa điện mồi phổ biến lĩnh vực sử dụng điện Tia lửa sinh ma sát, va đập vật rắn Trong công nghiệp hay dùng thiệt bị có nhiệt độ cao, mồi bắt cháy thường xuyên lò đất, lò nung, thiết bị hay sử dụng nhiên liệu than, sản phẩm dầu mỏ, loại khí cháy tự nhiên, nhân tạo Do thiết bị hở mà khơng phát để xử lý kịp thới gây cháy nổ nguy hiểm Đôi cháy nổ xảy độ bền thiết bị không đảm bảo, chẳng hạn áp suất bình khí nén gây nổ độ bền bình khơng đảm bảo Trong sản xuất nhiệt độ gia nhiệt chất cháy lớn nhiệt độ bùng cháy gây cháy, nổ Một số chất tiếp xúc với nước 77 cacbua canxi (CaC2) gây cháy nổ; Nhiều chất tiếp xúc với lửa trần hay tàn lửa dễ gây cháy nổ, chẳng hạn thuốc nổ clorat kali (KClO3)… Nhiều cháy nổ xảy người sản xuất thao tác không quy trình, chẳng hạn dung chất dễ cháy để nhóm lò gây cháy, khơng thực trình tự thao tác,… Có thể thấy nguyên nhân cháy nổ đa dạng từ thiết kế, công nghệ, quản lý, tra, kiểm tra sản xuất 5.1.2 Các biện pháp phòng chống cháy nổ - Ngọn lửa trần: Đơi người ta sử dụng lửa trần (không che chắn kín) để chưng cất chất lỏng dễ cháy Những vụ cháy nổ thường xuyên xảy với thiết bị kiểu chứng nguy hiểm chúng Một mặt, nguy cháy nổ xuất q trình rót nạp chất lỏng thiết bị chứa chất lỏng thiết bị chứa chất lỏng khơng kín Mặt khác có nguy chưng cất bốc lên lắng xuống phí tiếp xúc với lửa Khi làm việc với lửa trần phải thường xuyên kiểm tra độ kín ống dẫn khí (hoặc hơi) cách dung dung dịch chất có bọt (như dung dịch xà phòng) phết lên chổ cần kiểm tra để phát xem khí (hoặc hơi) có rò rỉ ngồi không Chỉ thực công việc hàn cơng việc có sử dụng lửa trần dây chuyền sản xuất có nguy hiểm cháy nổ đồng ý cho phép cấp thẩm quyền văn thức, đồng thời phải thực biện pháp phòng chống cháy nổ thích hợp trường hợp cần thiết phải có đội cứu hỏa trực chổ - Hoạt động xe, máy có động điện Hoạt động xe, máy chạy động điện phải quy định đặc biệt xe, máy không hoạt động khu vực nguy hiểm hoạt động gần phải giứ mơt khoảng cách an tồn 10m (đối với khu vực có dễ cháy khoảng cách an toàn 20m) Những khu vực nguy hiểm 78 khu vực có khả xuất hỗn hợp dễ cháy nổ khí, bụi với khơng khí, ví dụ khu vực kho có chất dễ cháy nổ, khu vực có thao tác pha trộn, rót, nạp khí chất lỏng dễ cháy nổ Đối với khu vực lưu giữ lượng nhỏ khí chất lỏng dễ cháy (ví dụ: 10 bình khí cỡ nhỏ) khơng cần giữ khoảng cách an toàn Xung quanh khu vực có nguy hiểm cháy nổ phải có biển cảnh báo đặt vị trí dễ thấy - Hút thuốc lá, bật diêm, đốt lửa Lệnh cấm hút thuốc phải tuân thủ tuyệt đối khu vực có nguy hiểm cháy nổ Mặt khác cần quy định nơi phép hút thuốc có điều kiện bố trí phòng phép hút thuốc Việc khơng có có q phòng phép hút thuốc dẫn đến vi phạm lệnh cấm hút thuốc với hậu nặng Các hành động bật diêm, đốt lủa phải cấm hoàn toàn - Các thiết bị điện Trong khu vực có nguy hiểm nổ, thiết bị điện phải thiết kế lắp đặt cho: + Nhiệt độ cao thiết bị điện thấp nhiệt độ bùng cháy hỗn hợp nguy hiểm + Các phận có phát tia lửa điện bảo vệ che chắn - Các nguồn gây tác nhân cháy khác + Tia lửa hàn điện, mài va đập + Tĩnh điện + Các khí có nhiệt bùng cháy thấp bốc cháy gặp vật thể nóng + Các phản ứng tỏa nhiệt trở nên nguồn tác nhân đốt nóng gây cháy nguy hiểm nhiệt độ phản ứng cao 79 5.2 AN TOÀN ĐIỆN 5.2.1 Các nguyên nhân gây tai nạn điện Tai nạn điện giật xảy thể người tiếp xúc với điểm điện khác khiến cho dòng điện chạy qua thể Có thể xảy tình huồng sau: + Chạm vào dây điện mạng điện; mạng điện pha chạm vào dây nóng thể chịu điện dây, chạm vào dây nóng dây nguội thể chịu điện áp pha Điện áp dây có giá trị 1,73 lần điện áp pha nên mức đô nguy hiểm cao + Chạm dây nóng mạng pha trung tính nối đất (mạng sao): thể không cách điện với đất chịu điện áp pha + Chạm dây nóng mạng pha trung tính khơng nối đất (mạng tam giác): Dòng điện qua thể phụ thuộc vào điện trở rò điện dung ký sinh mạng + Rò điện vỏ thiết bị: Vỏ thiết bị, động cơ,… thường không mang điện Khi chất lượng cách điện giảm hay dẫn điện thiết bị bị chạm vô làm vỏ thiết bị mang điện (tương tự dây nóng mạng điện), người chạm vào vỏ thiết bị bị điện giật + Do điện áp bước + Do phóng điện cao áp + Do hồ quang 5.2.2 Các biện pháp kỹ thuật để phòng tránh tai nạn điện + Nối đất bảo vệ + Nối đất trung tính (còn gọi nối khơng) + Nối đẳng + Dùng điện áp thấp + Biến áp cách ly + Cắt điện bảo vệ + Cách điện + Ngăn chặn che chắn 80 PHẦN 6: KẾT LUẬN Chưng cất trình phân riêng hai chất tác dụng nhiệt, ứng dụng rộng rãi ngành hóa chất thực phảm, số nghành chế biến có liên quan khác Trong trình chưng, cấu tử bay dựa độ bay khác cấu tử hỗn hợp nên ta tách hỗn hợp thành cách cấu tử riêng biệt Qua thời gian dài làm việc, nghiên cứu với hướng dẫn trực tiếp nhiệt tình thầy Lê Văn Nhiều, em hồn thành xong đồ án mơn học “Máy thiết bị”, với nội dung “Tính tốn, thiết kế hệ thống tháp đệm dùng để chưng cất hỗn hợp acetone - ethanol” Các cơng thức tính tốn tra cứu sổ tay Quá trình thiết bị cơng nghệ hóa chất tài liệu quy định, đảm bảo việc tính tốn xác hợp lý Trong q trình tính tốn thiết kế, em cố gắng, song kết tính tốn thiết kế vẽ thuyết trình có sai sót, khiếm khuyết không mong muốn Tuy nhiên, lần đầu làm quen với việc thiết kế thiết bị nên mắc sai lầm điều không tránh khỏi Em mong thầy thông cảm bỏ qua Việc làm đồ án môn học “Máy thiết bị” thực đem lại hiệu cho em nói riêng cho sinh viên khoa nói chung Qua đó, em sinh viên khác nâng cao kĩ tính tốn; biết cách nhìn nhận vấn đề thiết kế cách hệ thống, đặc biệt giúp cho sinh viên biết cách sử dụng, tra cứu tài liệu Có thể coi bước tập dượt, chuẩn bị tốt giúp ích nhiều cho việc làm đồ án tốt nghiệp tới sinh viên Bên cạnh đó, hạn chế thời gian, trình độ thân nên đồ án em thiếu rõ ràng rành mạch việc trình bày, khơng tránh khỏi thiếu sót Em mong nhận ý kiến đóng góp thầy (cơ) để em nắm vững kiến thức 81 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Tập thể tác giả, “ sổ tay Q trình Cơng Nghệ Hóa Chất tập 1”, Nhà xuất Khoa học Kỹ Thuật, Hà Nội, 1999, 632tr [2] Tập thể tác giả, “ sổ tay Q trình Cơng Nghệ Hóa Chất tập 2”, Nhà xuất Khoa học Kỹ Thuật, Hà Nội, 1999, 448tr [3] Hồ Lê Viên, “Tính tốn, Thiết Kế Các Chi Tiết Thiết Bị Hóa Chất Dầu Khí”, Nhà xuất Khoa học Kỹ thuật, Hà Nội, 2006, 240tr [4] Tập thể tác giả, “Bảng tra cứu Quá Trình Cơ Học Truyền Nhiệt - Truyền Khối”, Nhà xuất Đại học Quốc Gia, TP Hồ Chí Minh, 2004, 67tr 82