Đề tài Xây dựng nhà máy sản xuất nhựa Ankyt

sai về chiều dày. Ta có : C = C1 + C2 + C3 C1: hệ số bổ xung do ăn mòn có C1ằ 0 C2: Hệ số bổ xung do hao mòn C2 ằ 0,3 C3: Hệ số bổ xung cho sai âm của chiều dày C3 = 1,3. C= 0 + 1,3 + 0,3 = 1,6 ( mm) Tính áp suất làm việc Có P = Pkq + P1 Trong đó P1 là áp suất của cột chất lỏng được xác định. P1 = r.g.H [12- 360-15] Ta có r : là khối lượng riêng của hỗn hợp phản ứng, Kg/ m3 H: là chiều cao của nồi phản ứng, m Có H =2,08 m Có khối lượng riêng của hỗn hợp phản ứng rhh = 0,01.( r1.a1 + r2.a2 +… + rn.an) [ 9- 14- 14] r1, r2,... rn: khối lượng riêng của cấu tử trong hỗn hợp phản ứng (Kg/m3) a1,a2,…an : là nồng độ phần trăm khối lượng của từng cấu tử. Tại nhiệt độ phản ứng tại nhiệt độ 1800C theo [10-7-14] từ bảng 4 ta có bảng sau: Tên nguyên liệu M (Kg) r (g/cm3) %KL Dầu đậu ( nội) 795,3 0,95 0.556 Dầu trẩu ( nội) 74 0,96 0.052 Pentaerytrit 148 1,18 0.103 AP 268,2 1,26 0.187 Xylen 25,2 0,75 0.018 Xăng pha sơ bộ 120 0,8 0.084 Tổng Vậy rhh = 1016 ( Kg/ m3) Vậy P1 = 1016.2,08.9,81 = 20731 (N/m2) Ta có Pkq = 105 N/m2 vậy P = 105 + 20731 =1,21.105 N/m2 - Tính [s] Do môi trường phản ứng có môi trường axit nên ta chọn vật liệu làm nồi phản ứng là thép không gỉ X18H10T. [sk] = [12- 356- 15] [sC] = Trong đó: nK, nC : Hệ số an toàn theo giới hạn bền và giới hạn chảy. sK, sC : Giới hạn bền khi kéo và khi chảy. : Hệ số hiệu chỉnh ( chọn h = 0,9) Tra ở [12- 356 – 15] được: nK = 2,6 nC = 1,5 Tra ở [12- 309- 15] ta có : sK = 540.106 N/m2 sC = 220.106 N/m2 Do đó [sk] = =186,92.106 N/m2 [sC] = =132.106 N/m2 [s ] được chọn theo giá trị nhỏ hơn [s ] = 132.106 N/m2 Vậy chiều dày của bình phản ứng được tính S = + C = = 2,3 (mm) Chọn chiều dày nồi phản ứng s = 5 mm Kiểm tra ứng suất thử. Theo [12- 365 – 15 ] thì ứng suất thử phải thoả mãn điều kiện: Trong đó P0 áp suất thử tính toán. P0 = Pth + P1 , N/m2 [12- 366-15] Pth : là áp suất thử thuỷ lực, Lấy áp suất thử thuỷ lực Pth = 1,5. P = 1,5.1,21.105 = 1,815.105 (N/m2) P1 : là áp suất của cột chất lỏng lấy P1 = r .g. H = 0,21. 105 ( N/m2) Vậy P0 = 1,815.105 + 0,21.105 = 2,025.105 ( N/m2). Do đó s = = = 43,993. 106 Ta thấy s = 43,993.106 Ê = = 183,33.106 Vậy chiều dày của nồi phản ứng s = 5 mm là phù hợp. 2.2.1.3 Tính đáy nắp của nồi phản ứng. Chọn đáy , nắp loại elíp có gờ (phần trước) Vật liệu đồng nhất với vật liệu của thân là thép X18H10T Có khoét lỗ ở tâm đáy để lắp ống tháo sản phẩm đáy. ở tâm của nắp có đục lỗ để đặt trục môtơ cho cánh khuấy và bên cạnh có khoét các lỗ để nạp liệu qua nắp. Tính chiều dày của đáy nắp: Chiều dày của đáy nắp được tính theo công thức: S = + C, mm [ 12- 385-15] Trong đó: C đại lượng bổ xung được tính theo công thức. C = C1 + C2 + C3 , mm C1 : là đại lượng bổ xung do ăn mòn, xuất phát từ điều kiện ăn mòn vật liệu của môi trường và thời gian làm việc của thiết bị. C1 = 0 mm C2 : bổ xung do hao mòn, C2 = 0,3 mm C3: bổ xung do dung sai chiều dày C3 = 1,3 mm Vậy C = 0 + 0,3 + 1,3 = 1,6 mm Và có tăng thêm một chút tuỳ thuộc vào chiều dày: Thêm 2 mm khi S-C < 10 mm Thêm 1 mm khi 10 mm <S-C < 20 mm hb: là chiều cao của phần lồi của đáy. hb = 350 mm (chọn ở trên) - jh là hệ số bền của mối hàn hướng tâm nếu có, chọn hàn theo phương pháp hàn tay bằng hồ quang điện, kiểu hàn giáp mối hai bên chọn theo B12- 362- 15 ta chọn jh = 0,95 k : là hệ số không thứ nguyên, được xác định: k = 1 – [ 12 – 385- 15] Với Dt : là đường kính trong của thiết bị, mm d: là đường kính lớn nhất ( hay kích thước lớn nhất của lỗ không phải hình tròn), của lỗ không tăng cứng. Do đường kính ống có ở đáy và nắp là khác nhau nên ta phải tính hệ số k của đáy và nắp. ở đáy và nắp: đường kính của lỗ khoét là d = 150mm. Nên k = 1- 200/1400 = 0,86 Xác định chiều dày của đáy và nắp. Có áp suất p = 1,21.105 ( N/m2) [s] = 132.106 ( N/m2) Ta có chiều dày của đáy nắp : S = + C = +1,6 = 2,43 mm Có S- C = 0,83 mm < 10 mm nên ta thêm 2mm và chọn chiều dày là S = 5mm. Thử lại với chiều dày đáy nắp là 5mm. s = = = 18,8.106 (N/m2) Ta thấy s < =183,3 (N/m2) Vậy chọn chiều dày của đáy nắp là 5mm. 2.2.1.4 Tính vỏ áo nồi phản ứng. Vỏ đun nóng và làm lạnh chế tạo bằng thép CT3 bằng cách hàn dọc thân. Chiều dày đun nóng ở đây được tính trong trường hợp chịu áp suất trong được tính theo công thức: S = + C Ta có C: là hệ số bổ xung, mm C = C1 + C2 + C3 C1: là đại lượng bổ xung do ăn mòn, xuất phát từ điều kiện ăn mòn vật liệu, chọn C1 = 1 mm. C2 : là đại lượng bổ xung do hao mòn, C2 = 0 C3: là đại lượng bổ xung do dung sai chiều dày chọn C3 = 0,22 mm Vậy C = 1,22 (mm) Thép CT3 có : sK = 380.106 ( N/m2) sC = 240.106 ( N/m2) Hệ số an toàn hK = 2,6 hK = 1,5 Hệ số hiệu chỉnh h = 1 Giới hạn bền kéo, bền chảy cho phép của CT3. [sK] = = = 146,15.106 ( N/m2) [sC] = = = 160.106 ( N/m2) Có công thức tính chiều dày S = + C = = 1,83 mm Chọn chiều dày của thiết bị vỏ bọc áo S = 4 mm Thử lại ứng suất theo áp xuất thử: s = = = 53,78 = 53,78 < = 200 ( N/m2). Vậy chọn chiều dày của lớp vỏ bọc áo là 4 mm 2.2.1.5 Tính cánh khuấy, mô tơ của cánh khuấy Chọn cánh khuấy - Cánh khuấy trong môi trường lỏng thường được sử dụng rộng rãi trong công nghiệp hoá chất, thực phẩm tạo dung dịch huyền phù, để tăng cường quá trình truyền nhiệt, chuyển khối và phản ứng hoá học… -Trong thực tế khi đánh giá một máy khuấy người ta thường chú ý đến những yếu tố sau: Chọn cánh khuấy, thời gian khuấy, công suất tiêu tốn, số vòng quay, độ lớn của bề mặt truyền nhiệt. Có công thức xác định độ nhớt của nhựa ankyt ở 200 C. lg( lg m) = K . ( CT 1.9- 82- 14) Trong đó: m : là độ nhớt chất lỏng (mP) D: khối lượng riêng của nhựa so với nước, có D = 1,088 M: là hằng số phụ thuộc cấu trúc phân tử K = ồAn + ồ P A: là số nguyên tử cùng tên trong phân tử nhựa. n: trị số của hằng số nguyên tử P: là hệ số điều chỉnh chất phụ thuộc các nhóm nguyên tử liên kết giữa chúng. Từ công thức nhựa - OCH2- CH – CH2- OCO CO- OCOR Gốc R có một liên kết đôi và có công thức là - C17H33 Vậy từ công thức nhựa và theo bảng1.95 –82- 14 ta có Số nguyên tử cácbon là 29, có hằng số nguyên tử là 50,2 Số nguyên tử H là 43, có hằng số nguyên tử là 2,7 Số nguyên tử oxy là 6, có hằng số nguyên tử là 29,7 Ta có ồ An = 29.50,2 + 43.2,7 + 6.29,7 = 1750,1 Theo bảng 1.96- 84- 14 Có số nhóm liên kết – COO là 3, có hệ số điều chỉnh p = -19,6 Nhóm vòng 6 C là 1, có p = -17 Số nhóm liên kết đôi là 1 , có p =-15,5 Vậy ta có ồ p = 3.(-19,6) + (-17) + (-15,5) = -91,3 K = ồ An + ồ p = 1750,1 – 91,3 = 1658,8 Có khối lượng phân tử M = 487 Lg (lg m ) = m = 2488334,409 (mP) = 2,488 Ns/m2 Căn cứ vào độ nhớt của hỗn hợp ta khung bản theo bảng IV.7 – 623-14, cánh khuấy có tách dụng đảo toàn bộ thể tích của hỗn hợp để đảm bảo độ đồng đều tăng tốc độ, hiệu suất và tránh hiện tượng gel hoá của phản ứng. Cánh khuấy có ưu điểm: - Tăng cường sự khuấy trộn của chất lỏng theo phương bán kính ở phía thành thiết bị. - ở đáy có hình dạng gần giống đáy nồi nhằm xáo trộn chất lỏng ở đáy nồi, tránh sự lắng đọng, tăng cường quá trình chảy rối bên trong chất lỏng. Trong đó D - Đường kính cánh khuấy. D = ( 0,8 – 0,98 ). Dt Dt : đường kính trong của thân thiết bị. Chọn D = 0,8. Dt = 0,8. 1400 = 1120 mm b - chiều rộng cánh khuấy b = 0,066. D = 0,066. 1120 = 74 mm. Chiều cao chất lỏng có thể tích nguyên vật liệu đưa vào là 2,13 m3 Vậy chiều cao của chất lỏng đưa vào bình là 2,13. = 1,4 m H - Chiều cao cánh khuấy H = ( 0,9 – 1,0 ) .l l : chiều cao chất lỏng cần khuấy H = 0,8. 1,4 = 1,12 (m ) Chọn bề dày cánh khuấy: C = 10 mm Chiều rộng thanh ngang h = 50 mm. Theo bảng IV.7 – 623- 14 với dường kính là 1,12 m Số vòng quay: n = 0,3 - 1,5 v/s Công suất động cơ N = 0,01- 17,8 KW Chọn n = 0,7 v/s N = 4,5 KW Ta có công suất thực của động cơ Ndc = Nc/ h h : là hiệu suất ( khả năng truyền lực từ động cơ sang cánh khuấy), thường thì h = 0,6 – 0,9 ; Nc = (1,5 –2 ). N Ndc = = 9,65 Chọn động cơ nhãn hiệu AO – 32 – 2 ( thích hợp làm trong điều kiện ẩm ướt) n = 1490 v/ phút, h = 0,84 Đường kính trục khuấy được tính theo công thức: d = Trong đó Mx : mômen xoắn, Mx = N : công suất tiêu tốn n : số vòng quay Vậy: d = = 95,7 mm Làm tròn d = 100 mm H1 H2 H3 d Căn cứ vào công suất động cơ ta chọn hệ số dẫn động ‘ p - Pubog 3.11 – 10… 39,7 – MH 5860 – 66 ‘ có các tiêu chuẩn phụ hợp và có các chỉ tiêu sau d = 100 mm H = 1500 mm H1 = 710 mm M = 330 Kg 2.2.1.5 Tính lớp bảo ôn thiết bị. Lớp bảo ôn có tác dụng làm giảm bớt sự truyền nhiệt ra bên ngoài môi trường, nó có tác dụng làm giảm sự mất mát nhiệt ra bên ngoài, như vậy tiết kiệm được nguyên liệu dùng để đốt nóng cung cấp cho thiết bị. t2 t1 t1 : là nhiệt độ của nhựa tT1: là nhiệt độ bề mặt lớp bảo ôn giáp với không khí. St : là chiều dày của tấm thép Sb0 : Chiều dày của lớp bảo ôn. lt : hệ số truyền nhiệt của thép lbo : là hệ số truyền nhiệt của lớp bảo ôn. Chọn lớp cách nhiệt là sợi amiăng có hệ số dẫn nhiệt l = 0,144 w/m.độ Chọn nhiệt độ bên ngoài lớp bảo ôn là 40 0C. Nhiệt độ trung bình của nhựa là 240 0C. Nhiệt tổn thất trên 1 m chiều dài là q = 152 w/m. độ. Coi nhiệt độ môi trường là 25 0C ta có hiệu số nhiệt độ Dt1 = 40-25 = 15 0C Coi lượng nhiệt q sẽ giảm khoảng 3% nên ta có q1 = 97%.q = 0,97.152 = 147,44 (w/m.độ ) Vậy bề dày của lớp cách nhiệt được tính theo công thức = 2,8. (m) Trong đó d : là bề dày của lớp bảo ôn l : là hệ số dẫn nhiệt của sợi bông thuỷ tinh l = 0,144 w/m.độ tN : là nhiệt độ thành ngoài của thiết bị và bỏ qua nhiệt trở của tường ta có tN = 240 0C. d: là đường kính ngoài của thiết bị d = 1410 mm q1 : tổn thất nhiệt trên 1m chiều dài q1 = 147,44 (w/m.độ) Thay số vào ta có = 2,8. = 102 mm Chọn chiều dày của lớp bảo ôn là 100 mm. 2.2.1.6 Chọn bích ghép thiết bị Chọn bích kiểu 1, bích liền bằng thép cùng loại thép làm nồi phản ứng X18H10T. Ta có bảng Py.106 N/m2 Dt Dn Di Db D db H Số bu lông 0,1 1400 1412 1460 1490 1510 M2O 25 32 2.2.1.7 Tính tai treo của thiết bị Thiết bị hoá chất dạng thùng, nồi phản ứng, hay các thiết bị chứa đều có độ nóng cao do quá trình phản ứng ở nhiệt độ cao. Do đó khi lắp đặt cơ cấu giữa chúng phải đảm bảo được các ứng suất uốn, cắt lớn và cũng chịu các rung động khi làm việc. Để có thể giữ các thiết bị này ta dùng giá đỡ, và tai treo. Trong thiết bị này ta chọn tai treo để lắp đặt thiết bị vì nó gọn nhẹ không làm vướng đến các bộ phận khác, phân bố tải trọng đều, và có giá thành rẻ hơn. + Tính khối lượng của thiết bị. Ta có : Gtb = Gth + 2.Gđn + Gv + Gđc + Gbo + Gvl + Gck + Gbx Gth: khối lượng thân thiết bị, Kg Gđn: khối lượng của đáy nắp, Kg Gv: khối lượng vỏ áo, Kg Gđc: khối lượng cánh khuấy, Kg Gbo: khối lượng của lớp bảo ôn, Kg Gvl: khối lượng nguyên liệu, Kg Gck: khối lượng của cánh khuấy, Kg Gbx: khối lượng bổ xung , Kg Chọn khối lượng bổ xung là 300 Kg + Có khối lượng của thân thiết bị. Gth = r .V Có V = ( Dn2 – Dt2). H H: là chiều cao của phần thân của thiết bị, m Có H = 2,08 – 2. ( hb + ht) = 2,08 – 2. ( 0,04 + 0,35) = 1,3 m Dn: là đường kính ngoài của thiết bị, có Dn = 1,410 m Dt: là đường kính trong của thiết bị, có Dt = 1,4 m Có khối lượng riêng của thép X18H10T r = 7,9.103 (Kg/m3) Gth = 7,9.103 .( 1,412 - 1,42).1,3 Gth = 226,5 Kg + Khối lượng đáy nắp Gđ = 183 Kg + Khối lượng của vỏ áo Gv = r . ( Dn2 – Dt2). H Dt : là đường kính trong của thiết bị vỏ áo, m Dn: là đường kính ngoài của thiết bị vỏ áo, m Có đường kính trong của thiết bị vỏ áo là Dt = 1580 mm và chiều dày của thiết bị vỏ áo S = 4mm. Vỏ áo được làm bằng thép CT3 có r = 7,85.103 Kg/m3 Gv = 7850. .( 1,5882 - 1,582).1,3 = 203 Kg Khối lượng của động cơ Gđc = 100 Kg + Khối lượng của nguyên liệu : Gvl = 1839 Kg + Khối lượng của cánh khuấy Cánh khuấy được làm bằng thép 18X10T rỗng có chiều dày của thép là 2 mm được ghép tạo cánh khuấy dạng khung 45 Kg. Trục cánh khuấy làm bằng thép 18X10T có khối lượng là 15 Kg Vậy Gck = 65 Kg + Khối lượng lớp bảo ôn Gbo = r .V rbtt = 600 Kg/m3 có Gbo = r .3,14.( Dn2 – Dt2).H/4 Có chiều dày của lớp bảo ôn là 100 mm Gbo = 600.3,14. ( 1,422 - 1,42) .1,4/4 = 38 (Kg) Vậy khối lượng tổng cộng của thiết bị Gtb = 226,5 + 2.183 + 203 + 100 + 1839 + 38 +65 +300 = 3137,5 Kg Ta chọn 4 tai treo mỗi tai chịu tải trọng là 784 Kg G.10-4 n F ( m2) q.106 (N/m2) L B B1 H S L a d KL 1 tai treo (Kg) 1,0 89,5 1,12 110 85 90 170 8 45 15 23 2,0 B1 S S L H a a B d 2.2.2 Tính toán thiết bị ngưng tụ cho nồi phản ứng. Ngưng tụ, làm lạnh hỗn hợp đẳng phí xylen và nước, để thực hiện quá trình tách nước và xylen. Thiết bị dùng là thiết bị loại ống chùm có chia ngăn . Tính toán lượng nhiệt trao đổi theo phương trình cân bằng nhiệt. Q = G. C .Dt Trong đó: G: là khối lượng chất tải nhiệt, Kg C: nhiệt dung riêng, Kcal/kg. độ Có nhiệt trao đổi Q gồm hai quá trình. Quá trình ngưng tụ Q1 Quá trình làm lạnh Q2 Do đó nhiệt lượng trao đổi là: Q = Q1 +Q2 Tra bảng I- 250- 14 ta có xylen tạo với nước thành hỗn hợp đẳng phí. Nhiệt độ sôi của hỗn hợp là 1310C, phần trăm trong hỗn hợp là 10% nên + Lượng nhiệt ngưng tụ là: Q1= G. ( 0,9.rn + 0,1. rxl) Trong phần trước ta đã tính được lượng nước tạo ra trong một mẻ phản ứng là 32,598 Kg và vì vậy lượng xylen là 4 Kg. Vậy ta có G = 4 + 32,598 = 36,598 Kg Tra bảng I – 250- 14 ta có ẩn nhiệt hoá hơi của nước và xylen tại nhiệt độ là 131 0C là: rn = 554 Kcal/Kg rxl = 97 Kcal/Kg Do đó Q1 = 36,598. ( 0,9.554 – 0,1.97) = 17,563.103 (Kcal/Kg) + Lượng nhiệt làm lạnh tính theo công thức: Q2 = G.C. Dt Trong đó C: là nhiệt dung riêng của hỗn hợp được tính C = x1.C1 + x2C2 C1,C2 : là nhiệt dung riêng của nước và xylen x1, x2: là thành phần của các cấu tử trong hỗn hợp. Tra bảng I-92 – 14 ta có C1 = 1 Kcal/Kg.độ C2 = 0,529 Kcal/Kg.độ Vậy C = 1. 0,9 + 0,1. 0,529 = 0,9529 ( Kcal/Kg.độ) Hỗn hợp hơi Xylen – nước được làm lạnh từ 131 0C xuống 40 0C. Vậy Dt = 131 – 40 = 91 0C Vậy ta có Q2 = 36,598. 0,9529 . 91 = 3173,6 (Kcal) Vậy tổng lượng nhiệt trao đổi là: Q = Q1 + Q2 = 17563 + 3173,6 = 20736,6 ( Kcal) Dùng nước ở 20 0C để làm lạnh nước ra khỏi thiết bị làm lạnh là 35 0C. Nên ta có lượng nước cần để làm lạnh hỗn hợp hơi xylen – nước từ 131 0C xuống 35 0C là: Có Gn = = 1382,44 ( Kg) Tính hiệu số nhiệt độ trung bình Có nếu lg > 2 = [ CTIII.22- 14 ] Nếu lg < 2 = Có Dt1, Dt2 : là hiệu số nhiệt ở hai đầu thiết bị trao đổi nhiệt Có Dt1 = 131 – 20 = 111 0C Dt2 = 131 – 35 = 96 0C Vậy ta có < 2 Nên = = 103,5 0C Tính hệ số cấp nhiệt Hệ số cấp nhiệt phía chất lỏng ngưng tụ ta có a 2 = Nu: là chuẩn số nuyxen. l : là hệ số dẫn nhiệt của hỗn hợp d: là đường kính của ống dẫn. Mặt khác ta có Nu = 0,025. e1. (Re)0,8. (Pr)0,42. Ta có Pr là chuẩn số Pran Pr = ( CT V.34 – 14 ) m : là độ nhớt của hỗn hợp C: là nhiệt dung riêng của hỗn hợp. Tra bảng 7 – 20- 14 ta có tại nhiệt độ 103,5 0C mn = 0,276. 10-3 Ns/m2 mxl = 0,29. 10-3 Ns/m2 Tra bảng 8 – 20 – 14 ta có ở 103,5 0C ta có Cn = 4,21 J/Kg.K Cxl = 2000 J/Kg.K Vậy độ nhớt của hỗn hợp xylen và nước là l mhh = m1. lg mn + m2. lg mxl ( CT I.10 – 20-14 ) m1, m2 : là nồng độ của các cấu tử trong hỗn hợp. Lg m hh = 0,9. Lg (0,276.10-3) + 0,1. Lg (0,29.10-3) Suy ra mhh = 0,277. 10-3 ( Ns/m2) Nhiệt dung riêng của hỗn hợp C = a1. C1 + a2. C2 a1,a2 : là nồng độ các cấu tử C1, C2: là nhiệt dung riêng các cấu tử Do đó C = 0,9.4210 + 0,1.2000 = 3989 ( J/Kg.độ ) Có hệ số dẫn nhiệt của hỗn hợp được tính theo công thức l = A. Cp. r. ( CT I. 32 – 15 ) A : là hệ số phụ thuộc vào mức độ liên kết của các chất lỏng A = 4,22. 10-8 r : là khối lượng riêng của chất lỏng , (Kg/m3) M: Khối lượng phân tử khối của hỗn hợp, Kg/Kmol M = 0,9.18 + 0,1 . 106 = 26,8 (Kg/Kmol ) Có khối lượng riêng của hỗn hợp r = x1.rn + x2 . r xl x1 , x2 : là thành phần phần trăm các cấu tử rn, rxl : là khối lượng riêng của nước và xylen Tra bảng 1.2 – 19 – 14 tại nhiệt độ 103,5 0C ta có: r n = 958 Kg/m3 r xl = 830 Kg/m3 suy ra r = 0,9.958 +0,1.830 = 945,2 (Kg/m3) Vậy l = 4,22. 10-8. 3,989. = 0,52 W/m.độ Vậy Pr = = 2,13 Có Re là chuẩn số đặc trưng cho chế độ chảy của dung dịch, ta chọn là chế độ chảy xoáy hay R³ 104 Giả thiết e1 = 1,03 , ()0,25 ằ 1 Vậy Nu = 0,025 .1,03. (104)0,8. (2,13)0,43 = 56,46 Ta chọn đường kính ống truyền nhiệt d = 32 mm, bề dày ống là d = 2,5 mm Chiều dài ống là l = 1500 mm. Do đó ta có hệ số cấp nhiệt. a2 = = = 917,56 ( W/m2.K) Hệ số cấp nhiệt phía hơi ngưng tụ. a1 = 2,04. A . ( CT 4.47 – 28 – sthc II ) Trong đó r: là ẩn nhiệt ngưng tụ, J/Kg Dt1: chênh lệch nồng độ giữa hỗn hợp và thành ống. Dt1 = th - t1 A: là hệ số được tính A = Trong đó r : là khối lượng riêng của hỗn hợp (Kg/m3) m : là độ nhớt của hỗn hợp Ns/m2 Tại phần trên ta tính được rhh = 945,52 ( Kg/m3) l = 0,272 . 10-3 ( Ns/m2) Vậy A = 202,36 Giả thiết ở nhiệt độ t1 = 130 0C là nhiệt độ của thành ống tiếp xúc với dung dịch. Dt 1 = 131 – 130 = 1 0C ẩn nhiệt của hỗn hợp được tính r = 0,9 . 554 . 4,186 . 103 + 0,1. 97 .4,186 . 103 = 2,12 .103 J/Kg Vậy hệ số cấp nhiệt a 1 là a 1 = 2,04 . 202,36 . = 2531,1 (W/m2.K) Tính hệ số truyền nhiệt K Do ống truyền nhiệt ở dạng tròn nên khi ta tính hệ số truyền nhiệt ở dạng tròn nên khi ta tính hệ số truyền nhiệt K ta tính trong trường hợp là hình trụ. K = Ta dùng thép CT3 để chế tạo thiết bị ngưng tụ do đó theo bản I.VI – 125 –14 ta có hệ số dẫn nhiệt của thép CT3. lCT3 = 54,4 W/m.K Vậy K = = 653,22 W/m2 Tính bề mặt truyền nhiệt và số ống, số ngăn Bề mặt truyền nhiệt F = Q: là lượng nhiệt trao đổi Có Q được tính ở phần trước Q = 20736,6 Kcal = 86679 KJ Có Dt = 103,5 0C Suy ra F = = 1,3 ( m2) Vậy số ống được tính là n = dtb : là đường kính trung bình ,m dtb = = = 0,0345 mp n = = 8 ( ống) Quy chuẩn dựa vào bảng VII – 48 – 15 ta chọn số ống của thiết bị là 9 ống. Số ống trên đường xuyên tâm của hình 6 cạnh là 9 và số vòng 6 cạnh hay số vòng tròn là 4. Số ống vòng ngoài là 25 ống. Đường kính thiết bị trao đổi nhiệt được tính theo công thức D = t (b-1 ) + dn (CT V 140- 15 – 15) t: là bước ống, t được chọn bằng ( 1,25 – 1,5 ).dn dn: là đường kính ngoài của ống , m t = 1,5. Dn = 1,5. 0,037 = 0,056. Do đó đường kính trao đổi nhiệt. D = 0,056. ( 9 – 1) + 4. 0,037 = 0,6 (m) Lấy tròn đường kính của thiết bị ngưng tụ là 0,6 m. 2.2.3 Tính toán thùng phân tầng Thùng phân tầng dùng để tách hỗn hợp xylen và nước ở công đoạn chưa Thùng phân tầng dùng để tách hỗn hợp xylen và nước. Trong phần trước ta đã tính được lượng nước 32, 598 Kg do lượng nước trong hơi bốc lên chiếm 90% phần khối lượng, còn xylen chiếm 10 % phần khối lượng nên lượng xylen là 4 Kg. Tại nhiệt độ của thùng phân tầng là 30 0C. Ta có r n = 995 Kg/m3 r xl = 900 Kg/m3 Vậy thể tích của nguyên liệu vào thùng phân tầng trong 1 mẻ là V = = 0,037 m3 Chọn hệ số điền đầy là 0,7 thì thể tích của thùng chứa cần là: Vt = 0,037/0,7 = 0,053 (m3) Mặt khác ta có Vtb = Với H: là chiều cao của phần trụ, m D: là đường kính của thùng Ta chọn tỉ lệ H/D = 2 Vậy V tb = Vậy D = = 0,323 ( m) Vậy chọn D = 0,4 m H = 0,8 m + Chiều dày thùng phân tầng được tính. Dùng thép CT3 để tạo thân của thùng phân tầng. Tổn hao do rỉ của thép CT3 hàng năm tính là 0,06 mm/năm Ta có đối với thép CT3 ta có theo B XII.4- 309 - 15 sK = 380.106 N/ m2 sC = 240.106 N/ m2 Thân thùng được chế tạo bằng cách hàn dọc thân, nối thân với đáy nón. Hệ số bền hàn jh = 0,95 áp suất tính toán trong thùng được tính P = P1 + Pmt Trong đó P1 : áp suất thuỷ tĩnh do lượng chất lỏng P1 = g . r . H H: là chiều cao của thùng phân tầng, m r : là khối lượng riêng của hỗn hợp xylen nước , Kg/ m3 Ta có khối lượng riêng của hỗn hợp được tính r = 0,9. rn + 0,1. r xl Với rn, r xl : là khối lượng riêng của nước và xylen tại nhiệt độ của thùng phân tầng là 30 0C. Tra bảng II.2 – 14 ta có rn = 995 Kg/ m3 r xl = 900 Kg/m3 Do đó r = 0,9 . 995 + 0,1 . 900 = 985,5 ( Kg/ m3) H = 0,8 m Vậy P1 = 985,5 . 9,81. 0,8 = 7734,2 N/m2 Pmt: là áp suất của môi trường Pmt = 105 (N/m2) Vậy P = 105 + 7734,2 = 1,08. 105 N/ m2 Ta có chiều dày của thiết bị được tính theo công thức: S = ( CT XIII.8- 15 ) Có hệ số an toàn bền hK = 2,6 , h C = 1,5 [B.XIII.3 – 15 ] Hệ số điều chỉnh h = 0,9 Do đó giới hạn bền kẻo, bền chảy của thép CT3 cho phép là: [sK ] = = = 131,54.106 (N/m2) [sC ] = = = 144.106 (N/m2) Dùng [s ] để tính toán Mặt khác ta có = = 1157,2 Do đó có thể bỏ qua P ở mẫu. S = = = 0,176 + C C: là hệ số bổ xung do hao mòn C = C 1 + C 2 + C3 C1: là hệ số bổ xung do hao mòn vật liệu C1 = 1 mm C2: là hệ số bổ xung do ăn mòn vật liệu C2 = 0,06 mm C3 : là hệ số bổ xung dung sai chiều dày C3 = 0,06 mm Vậy C = 1,12 mm Vậy S = 1,85 mm Chọn S = 2 mm Kiểm tra ứng suất thành thùng theo áp suất thử của nước. áp suất thử P0 = P th + P 1 Dùng Pth = 1,5.P ( B.XIII.5- 15) P1: là áp suất thuỷ tĩnh của chất lỏng P1 = 0,08.105 ( N/m2) P = 1,08.105 (N/m2) Pth = 1,5. 1,08. 105 = 1,62.105 (N/m2) Vây P0 = ( 1,62. 105 +0,06 . 105) = 1,68.105 (N/m2) Có ứng suất thành thùng của áp suất thử = = =12,83 (N/m2) Có d < = = 200.106 Vậy chọn s = 4mm. + Tính đáy thùng phân tầng. Tra bảng (XIII.22 – 396 – 15) Dt ,mm H,mm Rd , mm h, mm Ft, m2 V.10-3 m3 KL Kg 400 225 60 40 0,252 16 7,7 Chiều dày của đáy thùng được tính theo công thức: S = ( CT XIII.52- 15 ) Trong đó Y là yếu tố hình dạng của đáy, được xác định trên đồ thị Do = = 0,15 Qua đồ thị ta có Y = 1,2 Vậy S = + 1,12 = 1,33 mm Chọn S = 4 mm Kiểm tra ứng suất của thành theo áp thuỷ lực s = <= ( CT XIII.54 – 15 ) = = 14,7. 106 (N/m2) < = 200. 106 (N/m2) Vậy chọn chiều dày S = 4 mm + Tính tai treo cho thùng phân tầng. Tải trọng của thùng là G = Gvỏ + G nl Ta có G vỏ = r . Vth Có r : là khối lượng riêng của thép CT3 , Kg/m3 Vth : là thể tích của thân thiết bị, m3 Vth = p. (Dn2 – Dt2).H/4 = 3,14. (800+225).(4042- 4002)/4 = 0,003 m3 Có rCT3 = 7850 (Kg/m3) Vậy Gvỏ = 20,48 Kg Coi thùng chứa đầy hỗn hợp xylen, nước. Vậy khối lượng của nguyên liệu là: Gnl = r . H. Dt2/4 Ta có r của hỗn hợp tại 30 0C có r = 985,5 Kg/m3 Vậy Gnl = 985,5 . 1,025 . 0,4 = 317,18 Kg Vậy G = 317,18 + 20,48 = 337,66 Kg Chọn 2 tai treo , tải trọng của từng tai treo là G* = 1688,3 N Theo bảng XIII.36- 438- 15 L,mm B,mm B1,mm H, mm S, mm l, mm A, mm b, mm Kl, kg 90 65 75 140 6 35 15 18 10 2.3 Tính toán cân bằng nhiệt. 30' 1 1,45' 2,15' 4,15' 4,45' 10.45' 11.45' h 30 150 175 240 258 °C Quá trình tổng hợp nhựa ankyt cần phải cấp nhiệt để phản ứng xảy ra. Ta có thể chia quá trình phản ứng làm 7 giai đoạn nhỏ tương ứng với thời gian và nhiệt độ thích hợp. Trong quá trình tổng hợp các nguyên liệu dùng là dầu đậu, dầu chẩu,anhydrit phtalic và pentaeritrit. 2.3.1 Giai đoạn 1 Ta cho hỗn hợp dầu đậu, dầu chẩu vào trước, khuấy hỗn hợp ở tốc độ 50 –60 v/p, và tăng nhiệt độ. Sau đó cho tiếp pentaeritrit vào và khuấy với tốc độ 65 – 75 v/p trong vòng 5 – 10 phút để chuẩn bị cho quá trình monoglyxerit. Nhiệt độ tiếp tục tăng đến 180 0C thì cho PbO, tăng nhiệt lên 260 0C. Như vậy ta cần một nhiệt lượng cung cấp để đưa hỗn hợp từ 30 0C lên 260 0C trong thời gian của giai đoạn này là 1 tiếng. Dầu đậu và dầu chẩu là những monoglyxerit, phản ứng chủ yếu bởi các axit trong dầu. Trong phần trước ta có. Nguyên liệu Công thức ptử Khối lượng ptử Kg/ Kmol Khối lượng Kg % Khối lượng Oleic C17H33COOH 282 264 0,21 Lioleic C16H29COOH 260 414 0,33 Linolenoic C17H29COOH 278 16 0,01 Oleostearic C17H29COOH 278 59 0,05 Stearic C17H35COOH 286 67 0,05 AP C8H4O3 148 268 0,22 Pentaeritrit C5H12O4 136 148 0,13 Tổng 1236 1 Vậy nhiệt lượng cần cung cấp trong giai đoạn này: Q1 = G . C . ( t1 – t0) + Q1tt Trong đó Q1 : là nhiệt lượng cần cung cấp, KJ G: là khối lượng của hỗn hợp nguyên liệu, Kg C: là nhiệt dung riêng của hỗn hợp ở nhiệt độ trung bình trong quá trình này, KJ/Kg.độ Nhiệt dung riêng được tính: C = C1.x1 + C2 . x2 + … Trong đó Ci: là nhiệt dung riêng của từng cấu tử, KJ/Kg.độ xi :là thành phân của các cấu tử trong hỗn hợp Ta có nhiệt dung riêng của hợp chất hoá học được tính. M.C = n1. C1/ + n2. C2/ + n3. C3/ +… [ CT-1.41-152-14 ] M: là khối lượng phân tử khối của các cấu tử, Kg/Kmol Ci/ : là nhiệt dung riêng của các nguyên tố hoá học , KJ/Kg.độ ni: là số nguyên tử của các nguyên tố hoá học Có nhiệt dung riêng của các nguyên tố hoá học [B-1.141-152- 14 ] Nguyên tố Nhiệt dung riêng (J/Kg ntử.độ) C