Đồ án Phương pháp thiết kế dây truyền tinh chế cồn thương phẩm loại I đi từ nguyên liệu đầu là rỉ đường

h) = 0,02576 (Kmol/s) - Từ đó ta xác định được số đĩa thực tế : NL =9 (đĩa) Ntt =34 (đĩa) NC =25 (đĩa) - Vậy chiều cao của tháp là : H =NttHđ + (0,8¸1) Trong đó: Hđ - Khoảng cách giữa các đĩa Hd =0,25 (m) Ntt - Số đĩa thực tế 0,8¸1 - Khoảng cách cho phép ở đỉnh và đáy tháp, chọn =1(m) H=34.0,25 + 2 =10,5 (m) Suy ra: H =10,5 (m) V. Tính cơ khí tháp thô 1. Tính thân hình trụ - Thân hình trụ là một bộ phận chủ yếu của thiết bị, do tháp làm việc ở áp suất thường nên ta chế tạo thân hình trụ theo phương pháp hàn ,nhiệt độ làm việc không quá lớn ta chọn vật liệu làm tháp là vật liệu dẻo chịu nhiệt .Đối với hệ rượu etylic và nước ta chọn vật liệu làm thép là X18H10T - Khi chế tạo cần phải chú ý: · Tổng chiều dài các mối hàn là bé nhất · Chỉ hàn giáp mối. · Bố trí các đường hàn dọc cách nhau ít nhất 100mm. · Bố trí mối hàn ở chỗ dễ quan sát. · Không khoan lỗ qua mối hàn · Thiết bị hàn bằng hồ 2quang tay · Kiểu hàn giáp mối hai bên a) Tính chiều dày thân hình trụ - Chiều dày của thân hình trụ được tính theo công thức [6-360] trong đó: Dt - Đường kính trong của tháp j - Hệ số bền của thành hình trụ theo phương dọc C - Số bổ sung do ăn mòn, bào mòn và dung sai về chiều dày P - Áp suất trong của thiết bị, N/m2. - Do môi trường làm việc là hỗn hợp lỏng-hơi nên: P=Pmt+ Ptt (N/m2 ) Pmt - Áp suất môi trường, Pmt =105 (N/m2) Ptt - Áp suất thủy tĩnh của cột chất lỏng (N/m2) Ptt =r1.g.H (N/m2) H - Chiều cao cột chất lỏng, H =21,5 (m) r1 - Khối lượng riêng của chất lỏng, (kg/m3) g - Gia tốc trọng trường, g=9,81 (m/s2) - Áp suất trong của thiết bị P =105 + 9,81.10,5.103 =203005 (N/m2) - Đại lượng bổ xung do ăn mòn phụ thuộc vào độ ăn mòn ,bào mòn và dung sai chiều dày C =C1+C2+C3 (m) Trong đó: C1 - Hệ số bổ sung do ăn mòn vật liệu của môi trường C1=2,5 (mm) C2 - Bổ sung do hao mòn, chọn C2=0 C3 - Bổ sung do dung sai của chiều dày, chọn C3=0,5 (mm) - Vậy đại lượng bổ sung là : C =2,5 + 0 + 0,5 =3 (mm) -Ứng suất cho phép của thép X18H10T được xác định theo công thức nk, nc - Là hệ số an toàn theo giới hạn bền và giới hạn chảy; sk, sc - Giới hạn bền khi kéo và khi chảy h - Hệ số hiệu chỉnh, chọn h=1do thiết bị không bị đốt nóng trực tiếp ,không chứa chất cháy nổ độc hại (bảng XIII.2 trang [6-356] nb - Hệ số an toàn , nb =2,6 theo bảng XIII.8 trang [6-356] nc - Hệ số an toàn , nc =1,5 theo bảng XIII.8 trang [6-356] + Ứng suất cho phép với giới hạn chảy (N/m2) + Ứng suất cho phép với giới hạn uốn (N/m2) - Tính chiều dày của tháp (mm) Ta chọn chiều dày của thiết bị, S =3 (mm) b) Kiểm tra ứng suất theo áp suất thử - Công thức kiểm tra Trong đó : Po - Áp suất thử thuỷ lực tính toán Po =Pth+P1 (N/m2) Pth - Áp suất thử thủy lực Pth=1,5.P=1,5. 203005=3,045.105 (N/m2) P1 - Áp suất thủy tĩnh, P1 =210915 (N/m2) (N/m2) Vậy : Po =3,045.105 + 203005=5,0751.105 (N/m2) - Ứng suất khi thử bằng áp suất thuỷ lực (N/m2) Vậy chiều dày của tháp thỏa mãn điều kiện bền. 2. Tính đường kính ống dẫn - Đường kính của ống dẫn được tính theo công thức sau: (m) v - Là lưu lượng của các chất chuyển động trong ống, (m3/s) w - Vận tốc của các chất trong ống, (m/s) a) Đường kính ống dẫn sản phẩm đỉnh - Đường kính của ống dẫn được tính theo công thức sau: (m) w - Vận tốc thích hợp hơi trong ống, chọn w =15 (m/s) vp - Là lưu lượng thể tích hơi chuyển động trong ống, (m3/s) Gd - Lượng hơi ra khỏi tháp Gd =2263,7899 (kg/h) =0,6288 (kg/s) rd - Khối lượng riêng của hơi ở nhiệt độ đỉnh tháp (Kg/m3) yp - Nồng độ sản phẩm đỉnh, yp =0,5515 (phần mol) t - Nhiệt độ sản phẩm đỉnh T=273 + 51,50 =324,50oK Suy ra : (kg/m3) - Đường kính trong của ống dẫn sản phẩm đỉnh là (m) Chọn dp =200 (mm) theo bảng XIII.26 trang [6-416] và bảng XIII.32 trang [6-345] kích thước l =150 (mm) b) Đường kính ống sản phẩm đáy - Lượng hơi sản phẩm đáy Gw =6838,4592 (kg/h) =1,8995 (kg/s) - Khối lượng riêng của hỗn hợp ở nhiệt độ đáy tháp - Chọn vận tốc chảy w=0,2 - Đường kính trong của ống dẫn sản phẩm đáy là: (m) Chọn dw =125 (mm) theo bảng XIII.26 trang [6-416] và bảng XIII.32 trang [6-345] kích thước l =120(mm) c) Đường kính ống hỗn hợp đầu - Vận tốc thích hợp của dung dịch trong ống, chọn w =0,2 (m/s) - Lượng dung dịch trong hỗn hợp đầu GF =8763,53 (kg/h) =2,4343 (kg/s) - Khối lượng riêng của hơi ở nhiệt độ hỗn hợp đầu - Đường kính trong của ống dẫn hỗn hợp là: (m) Chọn dw =125 (mm) theo bảng XIII.26 trang [6-416] và bảng XIII.32 trang [6-345] kích thước l =120 (mm) d) Ống hồi lưu sản phẩm đỉnh - Vận tốc thích hợp của dung dịch trong ống, chọn w =0,2 (m/s) - Lượng lỏng hồi lưu về GR =R.Gp =0,2611 (kg/s) - Khối lượng riêng của sản phẩm hồi lưu đỉnh ở nhiệt độ đỉnh - Đường kính trong của ống hồi lưu sản phẩm đỉnh là: (m) Chọn dr =100 (mm) theo bảng XIII.26 trang [6-416] và bảng XIII.32 trang [6-4345] kích thước l =120 (mm) e) Ống hồi lưu sản phẩm đáy - Vận tốc thích hợp của dung dịch trong ống, chọn w =0,2 (m/s) - Lượng hơi hồi lưu về G’R = 1,8995 (kg/s) - Khối lượng riêng của sản phẩm hồi lưu đáy ở nhiệt độ đỉnh (kg/m3) - Đường kính trong của ống hồi lưu sản phẩm đỉnh là: (m) Chọn drw =250 (mm) theo bảng XIII.26 trang [6-416] và bảng XIII.32 trang [6-445] kích thước l =150 (mm) 3. Tính đáy và nắp a) Xác định chiều dày của đáy và nắp - Chiều dày của đáy và nắp được tính theo công thức: [6-385] (m) Trong đó: C - Đại lượng bổ sung được tính theo công thức, C =3 (mm) hb - Chiều cao phần lồi của đáy và nắp, chọn theo bảng XIII.10 trang (2-384) ta có hb =350 (mm) jh - Hệ số bền hàn của mối hàn hướng tâm, jh =0,95 Dt - Đường kính trong của thiết bị , Dt =1400 (mm) P - Áp suất trong của thiết bị, P=173327,927 (N/m2) [s] - Ứng suất cho phép của giới hạn bền, [s] =146.106 (N/m2) K - Hệ số không thứ nguyên - Chiều dày của đáy và nắp tháp ta chọn chiều dày đáy tháp bằng chiều dày thân tháp S =5 (mm) b) Kiểm tra ứng suất thành ở áp suất thử thủy lực - công thức: - Nhận xét rằng do đường kính và chiều dày của đáy và nắp giống nhau nên ta chỉ kiểm tra ứng suất thử của đáy. + Po áp suất thử thuỷ lực P0=Pth+P1, N/m2 Po =3,045.105 + 203005=5,0751.105 (N/m2) - Ứng suất thử: 3. Chọn bích nối thiết bị - Chọn bích nối đáy nắp và thân tháp bằng thép kiểu I theo bảng XII.27 trang [6-421] - Chọn bích liền nối các ống dẫn kiểu I theo bảng XII.27 trang [6-421] B.Tính toán tháp Aldehyt * Các số liệu tính toán ban đầu Chọn tháp tháp loại đĩa lỗ có ống chảy chuyền: X1w =45%V =39,3% khối lượng =20,21%mol X1f =50%V =44,17% khối lượng =23,64 %mol X1p =95%V =93,45% khối lượng =84,8 %mol Hỗn hợp đầu vào với năng xuất F=1600,7593 Kg/h I. Xác định bậc thay đổi nồng độ: a) Tính Rx + [6-158] · Gx Lượng lỏng hồi lưu về tháp · Gp Lượng sản phẩm đỉnh + Trong tháp andehyt lượng sản phẩm đỉnh lấy ra chỉ chiếm từ 3¸5% [4] lượng sản phẩm đỉnh, do đó Gx =(100- pd2).X Gp =pd2.X X : Lượng sản phẩm đỉnh pd2 : % lượng sản phẩm đỉnh lấy ra từ đỉnh tháp, Pd2=10% [4-197] + Vậy ta có b) Phương trình nồng độ làm việc + Phương trình làm việc đoạn luyện y = 0,9.x + 0,0849 + Phương trình làm việc đoạn chưng y = 1,94.x – 0,01543 II. Cân bằng vật chất của tháp Ta có phương trình cân bằng vật chất của tháp F2 = W2 + P2 Viết cho cấu tủ phân bố : F2.X2F =W2.xw1 + P2.xp2 Giải ra ta được P =140,1222 (kg/h) W =1460,637 (kg/h) III.Tính đường kính tháp 1. Lượng hơi trung bình đi trong tháp a) Trong đoạn luyện -Lượng hơi trung bình đi trong đoạn luyện có thể được tính gần đúng bằng trung bình cộng của lượng hơi đi ra khỏi đia trên cùng của tháp và lượng hơi đi vào dưới cùng của đoạn luyện (Kg/h) [6-181] Trong đó : - g1 : Lượng hơi thứ đi vao đĩa dưới cùng đoạn luyện - gđ : Lượng hơi đi ra khỏi tháp - Để tính lượng hơi đi vào đoạn luyện g1 , hàm lượng hơi y1 , lượng lỏng của đĩa thứ nhất ta dựa vào phương trình cân bằng vật liệu và cân bằng nhiệt lương g1 =G1 + Gp g1.y1 =G1.x1 + Gp.xP g1.r1 =gđ.rđ Trong đó : · x1 = xF · r1 : Ẩn nhiệt hóa hơi của hỗn hợp đi vào đĩa thứ nhất r1 =rr.y1 + (1 - y1).rN =rN - y1(rN - rr) · rđ : Ẩn nhiệt hóa hơi của hỗn hợp đi ra khỏi tháp rđ = rr.yđ + (1 - yđ).rr · rN ,rr : Ẩn nhiệt hóa hơi của các cấu tử nguyên chất + Tại x =xF =0,03326 phần mol và t0 =82,65320C Nội suy từ bảng I.212 [5-310] ta có : rN = 41,9276.106 (J/kmol) rr = 38,699106 (J/kmol) + Tại x =xp =0,2364 (phần mol) và t0 =78,4371C rN = 42,2453.106 (J/kmol) rr = 39,02.106 (J/kmol) + Thay số vào ta được · rđ =39,02.106.0,8814 + (1-0,8814).42,2453.106 Suy ra : rđ =39,406.106 (J/Kmol) · r1 =41,9276.106 – 38,02.106.y1 + Thay số vào hệ phương trình và giải ra ta được g1 =G1 + 3,2831 g1.y1 =0,2021.G1 + 0,8814.3,2831 g1.( 41,9276.106 – 38,02.106.y1) =39,405. 61,734 Suy ra : g1 =63,0243 (Kmol/h) G1 =59,741 (Kmol/h) y1 =0,27 (Phần Mol) + Khối lượng mol trung bình trong đoạn luyện ML =46.ytb + (1 - ytb).18 Suy ra : ML =34,1014 (Kmol/h) + Lượng hơi trung bình trong đoạn luyện (Kg/h) b) Trong đoạn chưng -Lượng hơi trung bình đi trong đoạn chưng có thể được tính gần đúng bằng trung bình cộng của lượng hơi đi vào và đi ra khỏi đoạn chưng. (Kg/h) Trong đó : - g’1 : Lượng hơi đi vào đoạn chưng - g’h : Lượng hơi đi ra khỏi đoạn chưng - Vì lượng hơi ra khỏi đoạn chưng bằng lượng hơi đi vào đoạn luyện nên : g’h =g1 - Lượng hơi đi vào đoạn chưng g1 ,hàm lượng hơi x1 ,lượng lỏng G1 được xác định dựa vào phương trình cân bằng vật liệu và cân bằng nhiệt lượng . g1 =G1 + Gp g1.y1 =G1.x1 + Gp.xP g1.r1 =gđ.rđ Trong đó : · Với xw =0,2021 (phần mol) từ đường cong cân bằng lỏng hơi ta tìm được : yw =0,5319 · r’1 : Ẩn nhiệt hóa hơi đi vào đĩa thứ nhất của đoạn chưng r’1 =rr.y’1 + (1 - y’1).rN + Tại x =xw =0,2021 (phần mol) và t0 =83,1677 0C Nội suy từ bảng I.212 trang (1-310) ta có : rN = 41,8888.106 (J/kmol) rr = 38,659.106 (J/kmol) Suy ra : r’1 =38,659.106. 0,5319 + (1 - 0,5319).41,8888.106 r’1 =40,7027.106 (J/kmol) + Thay số vào hệ phương trình và giải ra ta được G’1 =g1 + 3,2831 G’1.x’1 =0,5319.g1 + 0,5319. 61,7304 g’1.40,7027.106 =65,6628. 39,406.106 Suy ra : g’1 =64,4125 (Kmol/h) G’1 =126,1466 (Kmol/h) X’1 =0,3705 (Phần Mol) + Khối lượng mol trung bình trong đoạn luyện ML =46.y’tb + (1 - y’tb).18 Suy ra : Mc =24,5918 (Kmol/h) + Lượng hơi trung bình trong đoan luyện (Kg/h) 2. Tính khối lượng riêng - Khối lượng riêng trung bình trong pha khí được tính bằng công thức theo [6-183] (Kg/m3) - khối lượng riêng trung bình trong pha lỏng (Kg/m3) a) Đoạn luyện : * Với pha hơi + ytb =0,575 ttb =273 + 79,6464=352,6464 0C + Thay số ta được Suy ra : (Kg/m3) * Với pha lỏng + Với ttb =79,6464 0C ta nội suy từ bảng I.2 khối lượng riêng của một số chất lỏng và dung dịch trang [5-10] rxN =972,1944 (Kg/m3) rxR =735,3358 (Kg/m3) + Phần khối lượng trung bình của Etylic trong đoạn luyện (Phần khối lượng) + Thay số vào ta được Suy ra : (Kg/m3) b) Đoạn chưng * Với pha hơi + y’tb =0,2354 ttb =273 + 82,91=355,91 0C + Thay số ta được Suy ra : (Kg/m3) * Với pha lỏng + Với t’tb =82,91 0C ta nội suy từ bảng I.2 khối lượng riêng của một số chất lỏng và dung dịch trang [5-10] r’xN =969,9620 (Kg/m3) r’xR =732,2349 (Kg/m3) + Phần khối lượng trung bình của Etylic trong đoạn luyện (Phần khối lượng) + Thay số vào ta được Suy ra : (Kg/m3) 3. Tốc độ hơi đi trong tháp a) Tốc độ hơi trong đoạn luyện (m/s) b) Tốc độ hơi trong đoạn chưng (m/s) 4. Tính đường kính tháp a) Đoạn luyện (m) b) Đoạn chưng (m) Quy chuẩn đường kính đoạn luyện và đoạn chưng ta có : D =0,7 (m) 5. Vận tốc hơi theo đường kính tháp quy chuẩn a) Đoạn luyện (m/s) b) Đoạn chưng (m/s) IV. Xác định số đĩa thực tế và chiều cao tháp 1. Xác định độ nhớt a) Với pha lỏng * Đoạn luyện - xtb =0,5589 (phần mol) và ttb =79,64640C Nội suy từ bảng I.101 trang [5-105] ta có mN =0,3766.10-3 (Ns/m2) mr =0,4377.10-3 (Ns/m2) - Thay số vào ta được log mhh =0,5589.log 0,3766.10-3 + (1 - 0,5589).log 0,4377.10-3 Suy ra : mhh =0,4096.10-3 (Ns/m2) * Đoạn chưng - x’tb =0,2192 (phần mol) và t’tb =82,91 0C Nội suy từ bảng I.101 trang (5-105) và toán đồ ta có m’N =0,3617.10-3 (Ns/m2) m’r =0,4191.10-3 (Ns/m2) - Thay số vào ta được log m’hh =0,2192.log 0,4191.10-3+ (1 – 0,2192).log 0,3617.10-3 Suy ra : m’hh =0,3736.10-3 (Ns/m2) b Với pha hơi - Độ nhớt của hỗn hợp được tính theo công thức: [1-94] * Đoạn luyện - ytb =0,5589 (Phần mol) và ttb =79,64640C Dựa vào toán đồ xác định độ nhớt của các chất khí ở áp suất khí quyển trang [5-135] ta được mN =11,8693.10-6 (Ns/m2) mr =10,4893.10-6 (Ns/m2) - Ta có: Suy ra : mhh =10,7366.10-6 (Ns/m2) * Đoạn chưng - y’tb =0,2354 (Phần mol) và t’tb =82,91 0C Dựa vào toán đồ xác định độ nhớt của các chất khí ở áp suất khí quyển trang [5-135] ta được m’N =11,7873.10-6 (Ns/m2) m’r =10,5582.10-6 (Ns/m2) - Ta có: Suy ra : m’hh =11,2125.10-6 (Ns/m2) 2. Hệ số khuếch tán a) Hệ số khuếch tán trong pha hơi * Trong đoạn luyện - Trong đoạn luyện ta có t =79,6464+273=352,64640C tại p =1 at - Hệ số khuếch tán trong đoạn luyện (m2/s) * Trong đoạn chưng - Trong đoạn chưng ta có t’ =82,91+273=355,91 0C tại p =1 at - Hệ số khuếch tán trong đoạn luyện (m2/s) b) Trong pha lỏng - Ở nhiệt độ bất kỳ có Dt =D20(1 + b(t - 20)) vớí b = 0,02 * Hệ số khuếch tán trong đoạn luyện - t =79,64640C - Dx =1,0915.10-9(1 + 0,02(79,6464-20)) =2,3935.10-9 (m2/s) * Hệ số khuếch tán trong đoạn chưng - t =82,91050C - Dx =1,0915.10-9(1 + 0,02.( 82,9105-20)) =2,4648.10-9 (m2/s) 3. Hệ số cấp khối a) Trong pha hơi * Đoạn luyện Ta có : Suy ra : * Đoạn chưng Ta có : Suy ra : b) Hệ số cấp khối trong pha lỏng a) Đoạn luyện: Ta có : Suy ra : b) Đoạn chưng: Ta có : Suy ra : 4. Hệ số chuyển khối - Công thức: [5-162] Trong đó : m- Hệ số phân bố vật chất x,x*,y,y* :Được tìm trên đường cân bằng lỏng-hơi 5. Xây dựng đường cong động học - Để xây dựng đường cong động học ,ta dựng các điểm A1C1 ,A2C2 tại các điểm có hoành độ x ta tìm được các điểm Bi ứng với mỗi đoạn AiCi ,kết hơp sử dụng phần mềm Visual Basic ở phụ lục để trợ giúp việc tính toán. Trong đó : Cy =emyt myt : Số đơn vị chuyển khối Ky : Hệ số chuyển khối tính theo nồng độ pha hơi trên 1m2 của 1 đĩa. F : Diện tích làm việc của đĩa với tháp đĩa lỗ có ống chảy chuyền: f = F - m.fch F : Diện tích mặt cắt tự do của tháp fch : Diện tích mặt cắt ngang của ống chảy chuyền m: Số ồng hơi và số ống chảy chuyền - Tính đường kính ống chảy chuyền: +Ống chảy truyền đươc tính theo công thức [6-236] z - Số ống chảy chuyền ,chọn z =2 wc - Tốc độ chất lỏng trong ống chảy chuyền chọn wc =0,15 (m/s) Gx - Lưu lượng trung bình đi trong tháp + Đoạn luyện (m) + Đoạn chưng (m) Chon đường kính ống chảy truyền Dc=0,04 (m) - Diện tích làm việc của đĩa · Đoạn luyện (m2) · Đoạn chưng (m2) - Gy lượng hơi lỏng đi trong tháp · Gy =1566,952 (Kg/h) · G’y =2194,2975 (Kg/h) - Từ đó ta tính ra được: : NL =25 (đĩa) Ntt =28 (đĩa) NC =3 (đĩa) - Vậy chiều cao của tháp là : H =NttHđ + (0,8¸1) Trong đó: Hđ - Khoảng cách giữa các đĩa Hd =0,25 (m) Ntt - Số đĩa thực tế 0,8¸1 - Khoảng cách cho phép ở đỉnh và đáy tháp, chọn =1(m) H=28.0,25 + 2 = 9 (m) Suy ra: H =9 (m) V. Tính cơ khí tháp aldehyt Chọn vật liêu làm tháp la thép X18H10T. 1. Tính thân hình trụ a) Tính chiều dày thân hình trụ - Áp suất trong của thiết bị P =105 + 9,81.9.103 =188290 (N/m2) - Đại lượng bổ xung do ăn mòn phụ thuộc vào độ ăn mòn ,bào mòn và dung sai chiều dày C =C1+C2+C3 =2 (mm) - Tính chiều dày của tháp (mm) Ta chọn chiều dày của thiết bị, S =3(mm) b) Kiểm tra ứng suất theo áp suất thử - Công thức kiểm tra Trong đó : Po - Áp suất thử thuỷ lực tính toán Po =Pth+P1 (N/m2) Pth - Áp suất thử thủy lực Pth=1,5.P=1,5. 188290=282435 (N/m2) P1 - Áp suất thủy tĩnh, P1 =188290 (N/m2) Vậy : Po =282435+ 188290=470725 (N/m2) - Ứng suất khi thử bằng áp suất thuỷ lực (N/m2) Vậy chiều dày của tháp thỏa mãn điều kiện bền. 2. Tính đường kính ống dẫn a) Đường kính ống dẫn sản phẩm đỉnh - Đường kính của ống dẫn được tính theo công thức sau: (m) w - Vận tốc thích hợp hơi trong ống, chọn w =15 (m/s) vp - Là lưu lượng thể tích hơi chuyển động trong ống, (m3/s) Gd - Lượng hơi ra khỏi tháp Gd =0,7784 (kg/s) rd - Khối lượng riêng của hơi ở nhiệt độ đỉnh tháp (Kg/m3) yp - Nồng độ sản phẩm đỉnh, yp =0,8831 (phần mol) t - Nhiệt độ sản phẩm đỉnh T=273 + 78,4372 =351,4372oK Suy ra : (kg/m3) - Đường kính trong của ống dẫn sản phẩm đỉnh là (m) Chọn dp =200 (mm) theo bảng XIII.26 trang [6-416] và bảng XIII.32 trang [6-345] kích thước l =150 (mm) b) Đường kính ống sản phẩm đáy - Lượng hơi sản phẩm đáy Gw =0,4057 (kg/s) - Khối lượng riêng của hỗn hợp ở nhiệt độ đáy tháp - Chọn vận tốc chảy w=0,2 - Đường kính trong của ống dẫn sản phẩm đáy là: (m) Chọn dw =70 (mm) theo bảng XIII.26 trang [6-416] và bảng XIII.32 trang [6-4345] kích thước l =100 (mm) c) Đường kính ống hỗn hợp đầu - Vận tốc thích hợp của dung dịch trong ống, chọn w =0,2 (m/s) - Lượng dung dịch trong hỗn hợp đầu GF =0,4446 (kg/s) - Khối lượng riêng của hơi ở nhiệt độ hỗn hợp đầu - Đường kính trong của ống dẫn hỗn hợp là: (m) Chọn dw =70 (mm) theo bảng XIII.26 trang [6-416] và bảng XIII.32 trang [6-4345] kích thước l =100 (mm) d) Ống hồi lưu sản phẩm đỉnh - Vận tốc thích hợp của dung dịch trong ống, chọn w =0,2 (m/s) - Lượng lỏng hồi lưu về GR =0,7395(kg/s) - Khối lượng riêng của sản phẩm hồi lưu đỉnh ở nhiệt độ đỉnh - Đường kính trong của ống hồi lưu sản phẩm đỉnh là: (m) Chọn dr =100 (mm) theo bảng XIII.26 trang [6-416] và bảng XIII.32 trang [6-4345] kích thước l =120 (mm) e) Ống hồi lưu sản phẩm đáy - Vận tốc thích hợp của dung dịch trong ống, chọn w =0,2 (m/s) - Lượng hơi hồi lưu về G’R = 0,40573 (kg/s) - Khối lượng riêng của sản phẩm hồi lưu đáy ở nhiệt độ đỉnh (kg/m3) - Đường kính trong của ống hồi lưu sản phẩm đỉnh là: (m) Chọn drw =150 (mm) theo bảng XIII.26 trang [6-416] và bảng XIII.32 trang [6-4345] kích thước l =120 (mm) 3. Tính đáy và nắp a) Xác định chiều dày của đáy và nắp - Chiều dày của đáy và nắp được tính theo công thức: [6-385] +C (m) Trong đó: C - Đại lượng bổ sung được tính theo công thức, C =2 (mm) hb - Chiều cao phần lồi của đáy và nắp, chọn theo bảng XIII.10 trang [6-384] ta có hb =350 (mm) jh - Hệ số bền hàn của mối hàn hướng tâm, jh =0,95 Dt - Đường kính trong của thiết bị , Dt =1400 (mm) P - Áp suất trong của thiết bị, P=173327,927 (N/m2) [s] - Ứng suất cho phép của giới hạn bền, [s] =211.106 (N/m2) K - Hệ số không thứ nguyên - Chiều dày của đáy và nắp tháp ta chọn chiều dày đáy tháp bằng chiều dày thân tháp S =3 (mm) b) Kiểm tra ứng suất thành ở áp suất thử thủy lực - công thức: - Nhận xét rằng do đường kính và chiều dày của đáy và nắp giống nhau nên ta chỉ kiểm tra ứng suất thừ của đáy. + Po áp suất thử thuỷ lực P0=Pth+P1, N/m2 Pth=1,5.P =4,6635.105 (N/m2) P0 =4,6635.105 +210915 =677255 (N/m2) - Ứng suất thử: 3. Chọn bích nối thiết bị - Chọn bích nối đáy nắp và thân tháp bằng thép kiểu I theo bảng XII.27 trang [6-421] - Chọn bích liền nối các ống dẫn kiểu I theo bảng XII.27 trang [6-421] C.Tính tháp tinh chế * Các số liệu tính toán ban đầu Chọn tháp lọai đĩa lỗ có ống chảy chuyền: X1w =0,02%V =1,5828.10-4% khối lượng =6,194.10-5%mol X1f =45%V =39,302% khối lượng =20,21 %mol X1p =95%V =93,47% khối lượng = 84,85 %mol Coi dấm là hỗn hợp của hai cấu tử eltylic-nước với năng xuất F=1460,637 Kg/h I. Xác định bậc thay đổi nồng độ: a) Tính Rmin Với =0,2021 suy ra =0,5319 Suy ra b) Tính Rth + Chỉ số hồi lưu thích hợp được xác định từ điều kiện thể tích nhỏ nhất của tháp (không xét đến các điều kiện kinh tế vận hành) và được các định thông qua chỉ số hồi lưu tối thiểu như sau: Rx = b.Rmin Với b được gọi là chỉ số hồi lưu dư + Cho các già trị của b>1 vơi mỗi giá trị của b ta tìm được một giá trị Rx từ đó ta sử dụng chương trình visual ở [phụ lục] ta xác định được chỉ số hồi lưu thích hợp tương ứng với thể tích nhỏ nhất của thiết bị : Rx =3,52 + Số đĩa lý thuyết là : N = 22 + Phương trình làm việc đoạn luyện y = 0,778.x + 0,1877 + Phương trình làm việc đoạn chưng y = 1,5337.x – 3,306.10-5 II. Cân bằng vật chất của tháp Phương trình cân bằng vật chất của tháp F = W + P (1) Viết cho cấu tủ phân bố : F.XF =W.xw + P.xp (2) Giải hệ phương trình trên ta có P = 604,1596 (kg/h) W = 856,4677 (kg/h) III.Tính đường kính tháp 1. Lượng hơi trung bình đi trong tháp a) Trong đoạn luyện -Lượng hơi trung bình đi trong đoạn luyện có thể được tính gần đúng bằng trung bình cộng của lượng hơi đi ra khỏi đĩa trên cùng của tháp và lượng hơi đi vào dưới cùng của đoạn luyện (Kg/h) [6-181] Trong đó : - g1 : Lượng hơi thứ bắt đầu vào đĩa dưói cùng đoạn luyện - gđ : Lượng hơi đi ra khỏi tháp gđ =Gp(Rx + 1) Suy ra: gđ =14.1551.(3,52 + 1) =65,88(Kmol/h) - Để tính lượng hơi đi vào đoạn luyện g1 , hàm lượng hơi y1 , lượng lỏng của đĩa thứ nhất ta dựa vào phương trình cân bằng vật liệu và cân bằng vật liệu và cân bằng nhiệt lương g1 =G1 + Gp g1.y1 =G1.x1 + Gp.xP g1.r1 =gđ.rđ Trong đó : · x1 = xF · r1 : Ẩn nhiệt hóa hơi của hỗn hợp đi vào đĩa thứ nhất r1 =rr.y1 + (1 - y1).rN =rN - y1(rN - rr) · rđ : Ẩn nhiệt hóa hơi của hỗn hợp đi ra khỏi tháp rđ = rr.yđ + (1 - yđ).rr · rN ,rr : Ẩn nhiệt hóa hơi của các cấu tử nguyên chất + Tại x =xF =0,2021 phần mol và t0 =83,16770C Nội suy từ bảng I.212 trang [5-310] ta có : rN = 42,245.106 (J/kmol) rr = 39,024.106 (J/kmol) + Tại x =xp =0, 8485 (phần mol) và t0 =78,4371C rN = 42,2453.106 (J/kmol) rr = 39,02.106 (J/kmol) + Thay số vào ta được · rđ =39,02.106.0,8814 + (1-0,8814).42,2453.106 Suy ra : rđ =39,406.106 (J/Kmol) · r1 =41,9276.106 – 38,02.106.y1 + Thay số vào hệ phương trình và giải ra ta được g1 =G1 + 14,1551 g1.y1 =0,2021.G1 + 0,8814.14,1551 g1.( 42,245.106 – 38,024.106.y1) =39,405. 89,1413 Suy ra : g1 =63,834 (Kmol/h) G1 =49,267 (Kmol/h) y1 =0,3468 (Phần Mol) + Khối lượng mol trung bình trong đoạn luyện ML =46.ytb + (1 - ytb).18 Suy ra : ML =34,1014 (Kmol/h) + Lượng hơi trung bình trong đoạn luyện (Kg/h) b) Trong đoạn chưng -Lượng hơi trung bình đi trong đoạn chưng có thể được tính gần đúng bằng trung bình cộng của lượng hơi đi vào và đi ra khỏi đoạn chưng. (Kg/h) Trong đó : - g’1 : Lượng hơi đi vào đoạn chưng - g’h : Lượng hơi đi ra khỏi đoạn chưng - Vì lượng hơi ra khỏi đoạn chưng bằng lượng hơi đi vào đoạn luyện nên : g’h =g1 - Lượng hơi đi vào đoạn chưng g’1 ,hàm lượng hơi x’1 ,lượng lỏng G’1 được xác định dựa vào phương trình cân bằng vật liệu và cân bằng nhiệt lượng . g1 =G1 + Gp g1.y1 =G1.x1 + Gp.xP g1.r1 =gđ.rđ Trong đó : · Với xw =6,194.10-5 (phần mol) từ đường cong cân bằng lỏng hơi ta tìm được : yw =4,1129.10-5 · r’1 : Ẩn nhiệt hóa hơi đi vào đĩa thứ nhất của đoạn chưng r’1 =rr.y’1 + (1 - y’1).rN + Tại x =xw =6,194.10-5 (phần mol) và t0 =99,982 0C Nội suy từ bảng I.212 trang [5-310] ta có : rN = 40,6212.106 (J/kmol) rr = 37,364.106 (J/kmol) Suy ra : r’1 =37,364.106. 6,194.10-5 + (1 - 6,194.10-5).40,6212.106 r’1 =40,618.106 (J/kmol) + Thay số vào hệ phương trình và giải ra ta được G’1 =g1 + 14,1551 G’1.x’1 =4,1129.10-5.g1 + 6,194.10-5. 47,5788 g’1.40,618 =39,405. 89,1413 Suy ra : g’1 =64,053 (Kmol/h) G’1 =66,67 (Kmol/h) X’1 =4,873.10-4 (Phần Mol) + Khối lượng mol trung bình trong đoạn luyện ML =46.y’tb + (1 - y’tb).18 Suy ra : Mc =22,341 (Kmol/h) + Lượng hơi trung bình trong đoan chưng (Kg/h) 2. Tính khối lượng riêng a) Đoạn luyện : * Với pha hơi + ytb =0,5957 ttb =273 + 79,7493=352,7493 0C + Thay số ta được Suy ra : (Kg/m3) * Với pha lỏng + Với ttb =79,7493 0C ta nội suy từ bảng I.2 khối lượng riêng của một số chất lỏng và dung dịch trang [5-10] rxN =972,1372 (Kg/m3) rxR =735,2481 (Kg/m3) + Phần khối lượng trung bình của Etylic trong đoạn luyện (Phần khối lượng) + Thay số vào ta được Suy ra : (Kg/m3) b) Đoạn chưng * Với pha hơi + y’tb =0,155 ttb =273 + 86,4636=359,4636 0C + Thay số ta được Suy ra : (Kg/m3) * Với pha lỏng + Với t’tb =86,4635 0C ta nội suy từ bảng I.2 khối lượng riêng của một số chất lỏng và dung dịch trang [5-10] r’xN =967,4755 (Kg/m3) r’xR =728,8596 (Kg/m3) + Phần khối lượng trung bình của Etylic trong đoạn luyện (Phần khối lượng) + Thay số vào ta được Suy ra : (Kg/m3) 3. Tốc độ hơi đi trong tháp Công thức tính tốc độ hơi theo công thức: [6-184] a) Tốc độ hơi trong đoạn luyện (m/s) b) Tốc độ hơi trong đoạn chưng (m/s) 4. Tính đường kính tháp a) Đoạn luyện (m) b) Đoạn chưng (m) Quy chuẩn đường kính đoạn luyện và đoạn chưng ta có : D =0,8 (m) 5. Vận tốc hơi theo đường kính tháp quy chuẩn a) Đoạn luyện (m/s) b) Đoạn chưng (m/s) IV. Xác định số đĩa thực tế và chiều cao tháp 1.