Đồ án Thiết kế hệ thống chưng cất Aceton -Acid Acetic

Tấm lót tai treo làm bằng vật liệu làm thân tháp có các thông số sau :

+ Chiều cao tấm lót : H = 260 mm

+ Chiều rộng tấm lót : B = 140 mm

+ Chiều dày tấm lót : SH= 6 mm

pdf41 trang | Chia sẻ: netpro | Lượt xem: 2082 | Lượt tải: 1download
Bạn đang xem trước 20 trang tài liệu Đồ án Thiết kế hệ thống chưng cất Aceton -Acid Acetic, để xem tài liệu hoàn chỉnh bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên
hình viên phân Sd = SOAmB - SOAB SOAmB= 4 2 tD = arcsin t w D L . 4 2 tD =arcsin 4 8,0. 8,0 48,0 2 =0,103 (m2) SOAB=h.Lw/2 = 0,32.0,48/2 = 0,0768 (m2) (do h = 4 2 2 w t LR  = 4 48,04,0 2 2  = 0,32 (m) Do đó : Sd = 0,103 – 0,0768 = 0,0262 (m2) Ta có : 052,0 50265,0 0262,0  mam d S S Vậy diện tích hai phần ống chảy chuyền chiếm 10,5% tổng diện tích một mâm A = Smâm – 2Sd =0,50265 – 2.0,0262 = 0,45025 (m2) -Khoảng cách giữa hai gờ chảy tràn l = Dt – 2dw = 0,8 – 2.0,08 = 0,64 (m) Do vậy )(7,0 64,0 45025,0 m l ABm  Giá trị : 1,34 981,4 7,0 602,234,1  m L B Q 0,82 Gyw  = 0,82.0,697. 964,1 = 0,801 Tra giản đồ 5.10 tập 3-truyền khối trang 80 ta có : Cg =0,7 Tính  / : Ta có 4 / = f(hm,QL,Bm,hsc) Trong đó : hm : chiều cao mực chất lỏng trung bình trên mâm hm = hts + hsc + hsr + hso hts : khoảng cách từ mép trên khe chóp đến bề mặt chất lỏng (15-40mm) Chọn hts = 27 (mm) hsc : khoảng cách từ mép dưới chóp đến mâm (0-25 mm) Chọn hsc = 12,5 (mm) hsr : Khoảng cách từ mép dưới khe chóp đến mép dưới chóp . Chọn hsr = 5mm hso : chiều cao khe chóp hm = 27 + 12,5 + 5 + 15,5 = 60 (mm) Tra giản đồ hình 5.13a-truyền khối tập 3 trang 81 ta có : 4 / = 6  / =1,5 m: số hàng chóp phải trải qua của pha lỏng m = 5  = 0,7.1,5.5 = 5,25 (mm) -Độ giảm áp của pha khí trên một mâm ht =hfv + hs + hss + how +/2 mm chất lỏng Trong đó : hfv : độ giảm áp do ma sát nội và biến đổi vận tốc khi pha khí thổi qua chóp lúc không có chất lỏng được xác định theo công thức sau: hfv = 2).()(274 r V GL G S QK    với Sr : tổng diện tích hơi của mỗi mâm , m2 Sr =n.Srj = 4 .. 2 hdn  = 053,0 4 05,0..27 2   (m2) -Diện tích hình vành khăn giữa thân chóp và ống hơi Saj = )(4 22 hch dd   = 3622 10.952,110).505,73( 4    (m2) 1 rj aj S S . Tra đồ thị trang 83 truyền khối –Tập 3 ta có : K=0,65 K: hệ số tổn thất áp suất cho tháp khô hfv = 0,65.274. 2)053,0 296,0).( 964,176,1004 964,1(  =11 mm hss : chiều cao thủy tĩnh lớp chất lỏng trên khe chóp đến gờ chảy tràn Ta có : hw = hss + hso + hsr + hsc Mà : hm= hw + how + /2 hss = hw – ( hso + hsr + hsc ) = hm – ( how + /2 + hso + hsr + hsc ) hss = 60 - (9,07 + 5,25/2 + 15,5 +5 +12,5) = 20,31 (mm) Do đó : ht =hfv + hs + hss + how +/2 = 11 + 14,9 +20,31 + 9,07 + 5,25/2 = 57,9 (mm) -Kiểm tra sự hoạt động ổn định của mâm Điều kiện :   ( hfv + hs )/2 Ta có : (hfv + hs )/2 = (11+14,9)/2 =13 >  . Chứng tỏ mâm hoạt động ổn định -Chiều cao gờ chảy tràn : hw = hm – (how +/2) = 60 - (9,07 + 5,25/2) = 48,3 (mm) -Chiều cao mực chất lỏng không bọt trong ống chảy chuyền hd =hw + how + ht + hd’ +  (mm chất lỏng) Trong đó : hd’ : tổn thất thủy lực do dòng chảy từ trong ống chảy chuyền vào mâm hd’ = 0,128 2)100 ( d L S Q =0,128. 2) 0262,0.100 602,2( = 0,126 (mm) hd = 48,3 + 9,07 + 57,9 + 0,126 + 5,25 =120,6 (mm) Chiều cao hd là thông số để kiểm tra khoảng cách mâm . Nếu hd < H/2 thì mâm hoạt động bình thường không bị ngập lụt (H: khoảng cách giữa các mâm ) Vì H/2 = 175 > hd nên mâm hoạt động bình thường -Chất lỏng chảy vào ống chảy chuyền : Để kiểm tra xem chất lỏng chảy vào ống chảy chuyền có đều hay không và chất lỏng không va đập vào thành bình ta tính thông số dtw = 0,8 oow hh . = 0,8 )( dwow hhHh  = 0,8 )6,1203,48350(07,9  =40,1 dtw < 0,6.dw = 0,6.80 = 48 Điều này chứng tỏ chất lỏng không va đập thành bình và xem như chất lỏng chảy vào ống chảy chuyền là đều -Độ lôi cuốn chất lỏng  = eL e  Trong đó : e: lượng chất lỏng bị lôi cuốn (mol/h) L :lượng chất lỏng chảy xuống (mol/h)  được xác định theo công thức thực nghiệm :  = f( 2/1' ' )( L G G L   ) = f( )073,0()) 8,795 815,2( 1204.815,2 615,4203 2/1 f %7,91%100. 175 5,160%100. 2/  H hd Tra giản đồ 5.15 trang 82 –truyền khối tập 3 ta có :  = 0,1 )/(467 9,0 615,4203.1,0 1 . hkgLe      -Tính toán trở lực của tháp chóp : Trở lực của tháp chóp được xác định theo công thức : p = Nt . pd Với : Nt: số đĩa thực pd : tổng trở lực của một đĩa (N/m2) pd =pk + p + pt pk : trở lực của đĩa khô được xác định theo công thức pk = 2 . . 2 oy w Trong đó :  : hệ số trở lực thường  = 4,5-5 . Chọn  = 5 y: khối lượng riêng trung bình của pha hơi (kg/m3) wo: vân tốc khí qua rãnh chóp được xác định theo công thức : nd Qw h v o ..785,0 2  = 27.05,0.785,0 296,0 2 = 5,59 (m/s) Do vậy : pk= 43,272 59,5.964,1.5  (N/m2) p : trở lực do sức căng bề mặt được xác định theo công thức sau: p = tdd .4 Trong đó: : sức căng bề mặt (N/m).Tra sổ tay ta có  =18,99 (dyn/cm) = 18,99 .10-3 (N/m) dtd = 3 6 10).5,152(2 10.5,15.2.4 )(2 ..4.4       so sox ha haf  =3,5.10-3 (m) =3,5 mm Do vậy : p = 3 3 10.5,3 10.99,18.4   =21,7 (N/m2) pt : trở lực của lớp chất lỏng trên đĩa (trở lực thủy tĩnh) được xác định theo công thức pt =b.g.(hb – hso/2) (N/m2) Trong đó : b : khối lượng riêng của bọt b= (0,4-0,6) L Chọn b= 0,5.L=1004,76/2=502,38 (kg/m3) hb:chiều cao lớp bọt trên đĩa , m được xác định theo công thức : hb = b bxchbxxxc F fhhfhFhh   . .).(..)1)((  Trong đó : hc:chiều cao phần chảy chuyền viên phân trên mâm ,m hx : chiều cao lớp chất lỏng không bọt trên mâm , m : chiều cao mực chất lỏng trên mâm , m F:phần bề mặt đĩa có gắn chóp , m2 f: tổng tiết diện của chóp trên đĩa , m2 f =0,785.dch2.n = 0,785.73,52.27.10-6 = 0,1145 m2 hch: chiều cao của chóp , m Ta có : hh=hsc + hsr + hso + hts - - h2 = 12,5 + 5 + 15,5 + 27- 5,25 –12,5 =42,25(mm) hch = hh +12,5 = 42,25 + 12,5 = 54,75 (mm) Do vậy : hb= 1000.38,502.45025,0 38,502.1145,0).6075,54(1145,0.38,502.6076,1004).145025,0).(6025,540(  hb= 0,05 m =50 mm Vậy: pt = 502,38.9,81.(0,05 –0,0155/2) = 208,22 N/m2 pd = 27,43 + 21,7 + 208,22= 557,35 N/m2 Trở lực của tháp chóp : p = Nt . pd = 29.557,35 =16163 N/m2 VI-TÍNH TOÁN CƠ KHÍ : a-Tính bề dày thân thiết bị : -Nhiệt độ tính toán trong tháp lấy bằng nhiệt độ cao nhất trong thiết bị : T = 117,3oC. -Ap suất tính toán : tính cho trường hợp xấu nhất là chất lỏng dâng lên đầy tháp p= pmt + p +pcl = 105 + 16163 + 10,7.1004,76.9,81 = 221629,643 N/m2 = 0,222 N/mm2 -Điều kiện làm việc của thân tháp : chịu áp suất trong -Chọn vật liệu làm tháp là thép không gỉ với mác thép X18H10T Ở nhiệt độ 117,3oC tra giản đồ 1-2 trang 22-Chế tạo máy hóa chất ta có : []*=140 (N/mm2 ) -Ứng suất cho phép của vật liệu : [] = []* = 0,9.140 = 126 (N/mm2) Với  = 0,9 là hệ số hiệu chỉnh ( chọn cho thiết bị loại I-nhóm II) trang 26 –Chế tạo máy hóa chất –Thiết bị làm việc với chất độc hại , dễ cháy nổ , dễ cháy , khôngtiếp xúc trực tiếp với nguồn đốt nóng -Chọn hệ số bền mối hàn h = 0,95 Ta có : hp   ][ = 2519,539 222,0 95,0.126  Do đó bề dày tối thiểu của thân được tính theo công thức : 742,0 126.95,0.2 222,0.800 ]..[2 .'  h t pDS  (mm) -Chọn hệ số bổ sung : + Do ăn mòn hóa học : Ca = 1 (mm ) + Quy tròn kích thước : Co =0,4 mm Bề dày thân : S = S’ + Ca + Co = 0,742 + 1 + 0,4 = 2,142 (mm) Để an toàn khi tính toán ta chọn S = 4 mm -Kiểm tra bền : + 310.75,3 800 14  t a D CS < 0,1 +Áp suất tính toán cho phép : [p]= 894,0 3800 3.95,0.126.2 )( ).(]..[2      at ah CSD CS (N/mm2) > p b-Tính bề dày đáy nắp : -Chọn đáy nắp ellipse tiêu chuẩn , loại có gờ và làm bằng thép không gỉ X18H10T Tra sổ tay tập II trang 370 với Dt = 800 (mm) ta có : hB = 200 (mm) , h = 50(mm) -Chọn sơ bộ Sn = Sđ = Sth = 4 mm -Kiểm tra bền ta có : + 310.75,3 800 3  t a D CS < 0,125 + Ap suất tính toán cho phép : [p]= 894,0 3800 3.95,0.126.2 )( ).(]..[2      at ah CSD CS (N/mm2) > p Vậy Sn = Sđ = 4 mm c-Tính bích cho thiết bị: Ta tính bích theo phương pháp tải trọng giới hạn : -Chọn vật liệu làm bích là thép CT3 , vật liệu làm bulông là CT4 Dựa vào sổ tay tập II-trang 408 ta chọn các thông số bích như sau : Ký hiệu Dt Db D D1 h db Z mm 800 880 930 850 20 20 24 -Chọn bích liền kiểu phẳng Khi xiết bulông sẽ sinh ra lực nén chịu trục Q1 , lực này nhằm khắc phục tải trọng do áp suất bên trong thiết bị và áp suất phụ sinh ra ở trên đệm để giữ cho mối ghép được kín Q1 = Qa + Qk Trong đó : Qa : lực do áp suất trong thiết bị gây ra (N) Qa = 733,111346643,221629.28,0.4 .. 4 2   pDt (N) Qk : lực cần thiết để giữ được kín trong đệm. Qk = .Dtb.bo.m.p Trong đó : Dtb : đường kính trung bình của đệm -Chọn đường kính ngoài đệm Dn = 847 mm -Chọn đường kính trong đệm =827 mm Dtb = 8372 827847   mm -Bề rộng thật của đệm b = 20 mm bo : bề rộng tính toán của đệm , bo = (0,5-0,8)b . Chọn bo = 0,8b = 0,8.20=16mm m : hệ số áp suất riêng Chọn đệm loại paronit có bề dày o = 3 mm theo bảng 7-2 Hồ Lệ Viên trang 192 ta có : m=2 qo:áp suất riêng cần thiết để làm biến dạng dẻo đệm , qo=10 (N/mm2) Do đó : Qk = .0,837.0,016.2.221629,643 = 18639,443 (N) Q1 = Qa + Qk = 111346,733 + 18639,443 = 129986,176 (N) -Lực cần thiết để ép chặt đệm ban đầu: Q2 = .Dtb.bo. qo = .0,837.0,016.107 = 420722 (N) -Lực tác dụng lên các bulong : Q = max(Q1, Q2) = Q2 = 420722 (N) -Lực tác dụng lên một bulong: qb= 1753024 420722  Z Q (N) -Kiểm tra việc chọn đường kính bulong: + Đường kính bulong được xác định theo công thức : db = 1,13. ][ bq Với [] = ko. [’] [’] : ứng suất cho phép của vật liệu làm bulong , được xác định theo bảng 7-5- Hồ Lệ Viên trang 194 ở T=117,3oC có giá trị là : [’] = 86 (N/mm2) ko: hệ số làm giảm ứng suất chọn theo bảng trang 193 –Hồ Lệ Viên –Chế tạo máy hoá chất ta có ko = 0,8 Do vậy : [] = ko. [’]= 0,8.86 = 68,8 (N/mm2) db = 1,13. 188,68 17530.13,1 ][   bq mm -Kiểm tra ứng suất : 56 20. 4 17530 . 4 22    b b d q (N/mm2) < [’] Nên việc chọn db = 20 mm là hoàn toàn phù hợp -Tính bề dày bích : Bề dày bích được xác định theo công thức : mmt pD dZ D lpDt n b bbi n 2,19]}1 222,0 8,68.) 847 20.(24.57,0.[ 880 5,16.3,71.{ 84,85 222,0.847.41,0 ]}1][.).(.57,0.[.3,71{ ][ ..41,0 2 2     Trong đó : [bi] = ko. [bi’] = 0,8.107,3 = 85,84 (N/mm2) với [bi’] : ứng suất cho phép của vật liệu làm bích (tra ở bảng 7-6 –Hồ Lệ Viên) l: cánh tay đòn được xác định theo công thức : mmDDl nb 5,16 2 847880 2      Chọn t =18,5 mm d-Tính các đường ống dẫn : -Để tính đường kính tối ưu của các đường ống dẫn khí và lỏng , ta có tiêu chuẩn về vận tốc thích hợp của khí và lỏng trong đường ống : Vận tốc khí : 15-30 m/s Vận tốc dòng lỏng : 1-3 m/s -Đường kính ống dẫn được xác định theo công thức : d = v Q .785,0 Trong đó : Q : lưu lượng thể tích (m3/s) v : vận tốc dòng lỏng hoặc khí (m/s)-chọn theo bảng II-2 -Sổ tay tập I trang 369 d: đường kính ống dẫn – Chọn theo bảng XIII-32-Sổ tay tập II trang 422 -Chọn bích nối loại bích liền (kiểu bích phẳng) . Sau khi chọn , tính và qui chuẩn ta có bảng sau: Bulong Tên gọi Dy Dn D Db D1 h db Z Ống dẫn hơi ra ở đỉnh 150 159 260 225 202 16 M16 8 Ống hoàn lưu 25 32 100 75 60 12 M10 4 Ống nhập liệu 50 57 140 110 90 12 M12 4 Ống dẫn lỏng ra ở đáy 50 57 140 110 90 12 M13 5 Ống dẫn hơi vào ở đáy 100 108 205 170 148 14 M16 4 e-Tính tai đỡ , chân treo : e1-Tính khối lượng tháp : G = Gthân + Gđáy + Gnắp + Gmâm + Gchóp + Gbích + Glỏng -Khối lượng thân tháp : Gthân = 4  (Dn2- Dt2).Hthân.thép Với Hthân = Htháp – (hnắp + hđáy) = 10,7 – 0,5 = 10,2 m Gthân = 4  .( 0,8082 – 0,82 ).10,2.7900 = 814 (kg) -Khối lượng đáy và nắp : Gđáy = Gnắp Với ellipse tiêu chuẩn có gờ , Dt = 800 mm , S = 4 mm , h = 20 mm tra bảng XIII-11 trang 373 ta có : Gđáy = Gnắp = 24,2.1,01 = 24,5 (kg) -Khối lượng mâm : Gmâm = Nt. .4  Dt2.mâm . = 29. .4  0,82.0,004.7900 = 461 (kg) -Khối lượng các chóp : Gchóp = Nt.n.G1chóp G1chóp =[     ].).( 4 .... 4 ).( 4 22 , 222 , hhnhsochchchchnch hddahidhdd  kg G chop 394,07900].05475,0).05,0054,0( 4 002,0.0155,0.25002,0.0735,0. 4 05475,0).0735,00775,0( 4 [ 22 222 1     Gchóp = 29.27.0,394 = 308,5 kg -Khối lượng chất lỏng trên mâm: Glỏng,max = kgHND Ltt 494776,1004.35,0.28.8,0.4 .).1.(. 4 22     -Khối lượng bích : Gbích = số mặt bích . 4  .(D2-Dt2).2.h.CT3 = 5. 4  .(0,932-0,82).2.0,02.7850=277,5 kg -Tổng khối lượng của toàn tháp : G = 814 + 2.24,5 + 461 + 308,5 + 277,5 + 4947 = 6857 (kg) e2-Tải trọng của tháp : Gmax = G.9,81 = 6857.9,81 = 67267,2 (N) g-Tính tai treo : -Chọn vật liệu làm tai treo là CT3 , tấm lót là vật liệu làm thân thiết bị -Diện tích tai đỡ : F = 6,33633 2 2,67267max  be G  (mm2) = 0,0336 m2 -Chọn số tai treo n = 4 + Tải trọng lên 1 tai treo là : G* = 25,1714 4 6857  n G (N) + Các thông số của tai treo được chọn theo sổ tay tập II và được lập thành bảng sau: Tải trọng cho phép trên 1 tai treo(N) Bề mặt đỡ ,m2 Tải trọng cho phép lên bề mặt đỡ,q.10-6 N/m2 L B B1 H S l a d Khối lượng 1 tai treo,kg 2,5 173 1,45 150 120 130 215 8 60 20 30 3,48 -Tấm lót tai treo làm bằng vật liệu làm thân tháp có các thông số sau : + Chiều cao tấm lót : H = 260 mm + Chiều rộng tấm lót : B = 140 mm + Chiều dày tấm lót : SH = 6 mm h-Tính chân đỡ : -Chọn số chân đỡ là 4 -Vật liệu chế tạo chân đỡ là CT3 -Chọn chân đỡ có các thông số sau:(chọn theo sổ tay tâp II bảng XIII-35 trang 425) Tải trọng cho phép trên 1 tai treo(N) Bề mặt đỡ ,m2 Tải trọng cho phép lên bề mặt đỡ,q.10- 6 N/m2 L B B1 H S l h d B2 2,5 144 0,56 250 18 21 42 16 90 18 27 290 0 5 2 5 m-Kiểm tra khả năng tăng cứng cho các lỗ : -Đường kính lớn nhất cho phép không cần tăng cứng được xác định theo công thức sau: dmax =2[ aata CCSDS CS   ).()8,0( ' )] dmax = 2.[ mm8,315]1)14.(800).8,0742,0 14(  dmax là đường kính lớn nhất không cần tăng cứng . Ta nhận thấy rằng các lỗ trên thân đều có đường kính nhỏ hơn đường kính dmax , vì thế nên ta không cần tăng cứng Riêng đối với ống dẫn hơi đỉnh và ống dẫn dòng lỏng đáy nếu không cần tăng cứng thì phải thỏa mãn điều kiện sau: 6,0 tD d 05,0 tD S Đối với ống dẫn hơi có dngoài = 0,159 m , S = 4mm thì hai điều kiện trên hiển nhiên thỏa , do đó đối với ống dẫn lỏng có đường kính nhỏ hơn đường kính ống dẫn hơi nên cũng thỏa mãn hai điều kiện trên .Do vậy ta không cần tăng cứng . VII-TÍNH TOÁN THIẾT BỊ TRUYỀN NHIỆT: 1-Tính thiết bị ngưng tụ sản phẩm đỉnh: Đường đi của lưu chất: -Dòng hơi sản phẩm đỉnh đi ngoài vỏ , nước đi trong vỏ do nước bẩn hơn hơi sản phẩm đỉnh Dòng nóng : 57oC (hơi) 57oC (lỏng) Dòng lạnh : 40oC 28oC -Chênh lệch nhiệt độ đầu vào : tv = 57 – 40 =17 oC -Chênh lệch nhiệt độ đầu ra: tr = 57 – 28 = 29 oC -Chênh lệch nhiệt độ trung bình : NÖÔÙC VAØO HÔI SP ÑÆNH NÖÔÙC RA HÔI NGÖNG tlog = 468,22 17 29ln 1729 ln       v r vr t t tt oC -Nhiệt độ trung bình của dòng lạnh : t1= 342 2840   oC . Tại nhiệt độ này ta có các thông số vật lý của dòng lạnh như sau: 1=0,62 (W/m.độ ) C1=4174,1 (J/kg.độ ) 1=0,76.10-3 (N.s/m2) 1= 994,6 (kg/m3) QD = 264 kw : nhiệt trao đổi ở thiết bị ngưng tụ . -Lượng nước cần giải nhiệt : Gn = 3,5)2840.(1,4174 264000 )(1     vaora D ttC Q (kg/s) -Chọn ống tiêu chuẩn có đường kính là :25 x 2mm , ống được xếp thành vòng tròn đồng tâm có số ống n = 37 ống a-Hệ số cấp nhiệt từ ngoài vỏ đến thành ống : Hệ số cấp nhiệt được xác định theo công thức : 25,02 ). .(.28,1 dt rA   -Chọn t2 = 6oC = tngưng – tw2 tw2 = 51oC tmàng = (tw2 + tngưng)/2 =(51+57)/2 =54 Tra sổ tay tập II-trang 28 ta có : A = 150,2 . Do đó : 7826) 025,0.6 527134.(2,150.28,1 25,02  (W/m 2.độ) -Hệ số cấp nhiệt trung bình của chùm ống : ch = tb. 2 Tra tập 10 –Ví Dụ và bài tập trang 121 ta có : tb = 0,7 Do vậy : ch = tb. 2 = 0,7.7826 = 5478,2 (W/m2.độ) b-Hệ số cấp nhiệt từ thành ống đến nước : -Tính chuẩn số Reynoylds: Re =  .10.76,0.37.021,0 3,5.4 ... .4 3nd Gn =11433 > 10.000 nên chuẩn số Nuselt được tính theo công thức : Nu = 0,021.(Re)0,8.(Pr)0,43.(Pr/Prw)0,25 -Tính chính xác nhiệt tải q: Nguyên tắc : Giả sử nhiệt lượng truyền từ ngoài vỏ đến bề mặt bằng tường bằng nhiệt lượng truyền qua bề dày ống và lớp cáu và bằng luôn nhiệt lượng truyền từ mặt trong đến nước . Dựa trên nguyên tắc đó ta có cách tính nhiệt độ tường bên trong thành ống như sau: qngưng= qw = q = ch. t2 =(tw2 – tw1)/rw tw1= tw2 - ch. t2. rw Trong đó : rw: tổng nhiệt trở của thành ống và lớp cáu được xác định theo công thức sau: rw = rcáu1 + rcáu2 + v v   -Dựa vào sổ tay tập II-bảng V-1 trang 4 ta có : rcáu1:nhiệt trở cặn bẩn lấy bằng 0,387.10-3 (m2.độ/W) rcáu2:nhiệt trở của nước thường lấy bằng 0,464.10-3 (m2.độ/W) v: bề dày tường lấy bằng 2 mm v = 93 (W/m.độ) – chọn vật liệu là đồng thau Do đó : rw = rcáu1 + rcáu2 + v v   = (0,387 + 0,464 + 2/93 ).10-3= 0,877.10-3 (m2.độ/W) tw1= tw2 - ch. t2. rw = 51 – 5478,2.6.0,877.10-3 = 22, oC Tại nhiệt độ này ta có : Pr = 5 Prw= 3,6 Do vậy : Nu = 0,021.(Re)0,8.(Pr)0,43.(Pr/Prw)0,25 = 0,021.(11433)0,8.(5)0,43.1,09 = 80,7 Nên hệ số cấp nhiệt từ thành trong của ống đến nước : 1= 6,2582021,0 62,0.7,80. 1  trd Nu  (W/m2.độ) -Chênh lệch nhiệt độ : t1= t1 - tw1 = 34 – 22 = 12 oC -Nhiệt tải q: Dòng lạnh : q1= 1. t1=2582,6.12 = 30991,2 (W/m2) Dòng nóng: q2 = ch. t2 = 5478,2.6 =32069,2 (W/m2) Chênh lệch nhiệt tải q: %5%4,3 2,32069 2,309912,32069 2 12     q qq c-Hệ số truyền nhiệt : -Hệ số truyền nhiệt được xác định theo công thức : K = 4,718)10.877,0 7826 1 6,2582 1()11( 131 21   wr (W/m 2.độ) d-Bề mặt truyền nhiệt: F= 33,16 5,22.4,718 264000 . log  tK Q (m2) e-Chiều dài thiết bị: L= 6,5 .025,0.37 33,16 ..  dn F (m) g-Đường kính trong của thiết bị ngưng tụ : D = t.(2no +1) Trong đó : t = (1,2-1,5).d , chọn t =1,5.d = 1,5.0,025=0,0375 m no : số vòng tròn đồng tâm D = t.(2no +1) = 0,0375.(2.3 +1) = 0,2625 (m) 09,1) 6,3 5() Pr Pr( 25,025,0  w Ta có tỷ số : L/D = 5,6/0,2625 =21,3 > 4 . Do vậy ta thay thiết bị loại 1-1 bằng thiết bị loại 1-2 , chiều dài mỗi pass là 2,8 m 2-Tính thiết bị làm nguội sản phẩm đỉnh: nöôùc va øodung dòch va øo sa ûn pha åm ñænhnöôùc ra Đường đi của lưu chất : Dòng sản phẩm đỉnh đi ngoài vỏ , nước đi trong vỏ do nước bẩn hơn sản phẩm đỉnh Dòng nóng 57oC 40oC Dòng lạnh : 38oC 28oC -Chênh lệch nhiệt độ đầu vào : tv = 57 – 38 = 19 oC -Chênh lệch nhiệt độ đầu ra: tr = 40 – 28 = 12 oC -Chênh lệch nhiệt độ trung bình : tlog = 2,15 12 19ln 1219 ln       v r vr t t tt oC -Nhiệt độ trung bình của dòng lạnh : t1= 332 2838   oC . Tại nhiệt độ này ta có các thông số vật lý của dòng lạnh như sau: 1=0,636 (W/m.độ ) C1=4174,1898 (J/kg.độ ) 1=0,77.10-3 (N.s/m2) 1= 995 (kg/m3) -Lượng nước cần giải nhiệt : Gn = 36,0)2838.(1898,4174 15083 )(1     vaora D ttC Q (kg/s) -Chọn ống tiêu chuẩn có đường kính là :25x2mm , ống được xếp thành vòng tròn đồng tâm có số ống n = 37 ống a-Hệ số cấp nhiệt từ dung dịch đến thành ống : -Nhiệt độ trung bình của dòng nóng : t2tb = 5,482 4057   oC Tại nhiệt độ này ta có các thông số của dòng nóng như sau: 2= 0,165 (W/m.độ ) C2= 2302,7 (J/kg.độ ) 2 = 0,246.10-3 (N.s/m2) 1= 756 (kg/m3) -Tiết diện ngang của khoảng ngoài ống : S = 2222 025,0.372625,0( 4 )..( 4   dnD ) = 0,036 m2 Với : D: đường kính thiết bị D = 1,5.d.( 2no + 1 ) = 1,5.0,025.(2.3+1) = 0,2625 (m) -Tốc độ aceton phía vỏ: v = 310.1,9 036,0.756.3600 462,859 .    S D D (m/s) -Đường kính tương đương của khoảng ngoài ống : dtđ = 0385,0025,0.372625,0 025,0.372625,0 . . 2222       dnD dnD m -Chuẩn số Reynolds: Re = 68,1076 10.246,0 756.0385,0.10.1,9.. 3 3     tddv < 2300 -Chọn t2 = 22,5oC tw2 = t2tb - t2 = 48,5 – 22,5 = 26 oC -Chuẩn số Gr : Gr0,1 = 17,4) 81,9.)10.246,0( 5,22.10.3,1.756.0385,0() . ... ( 1,023 323 1,0 2 23     g td td   Tại nhiệt độ tw2 =26 oC ta có Prw= 6 và xem -Chuẩn số Nuselt: Nu = 0,15.l.Re0,33.Pr0,43.Gr0,1.(Pr/Prw)0,25 = 0,15.1.602,1076,680,33.60,43.4,17.1 = 21,7 -Hệ số cấp nhiệt từ dung dịch đến thành ống : 2= 7,760385,0 136,0.7,21. 2  trd Nu  (W/m2.độ) b-Hệ số cấp nhiệt từ thành ống đến nước: -Chuẩn số Reynolds : Re = 7,881 021,0..37.10.246,0 36,0.4 ... .4 3    tr n dn G < 2300 Ta có: qngưng= qw = q = 2. t2 =(tw2 – tw1)/rw tw1= tw2 - 2. t2. rw tw1= 26 – 37.22,5.0,877.10-3= 25,27oC t1= 33 -25,27 = 7,73 oC Tại nhiệt độ tw1 =25,27 oC ta có Pr = 6,5 và xem : -Chuẩn số Gr: Gr0,1 = 28,2) 81,9.)10.77,0( 73,7.10.314,0.995.021,0() . ... ( 1,023 323 1,0 2 23     g td tr   1) Pr Pr( 25,0  w 1) Pr Pr( 25,0  w -Chuẩn số Nuselt: Nu = 0,15.l.Re0,33.Pr0,43.Gr0,1.(Pr/Prw)0,25 = 0,15.1.8810,33.6,50,43.2,28.1 = 7,17 Nên hệ số cấp nhiệt từ thành trong của ống đến nước : 1= 15,217021,0 636,0.17,7. 1  trd Nu  (W/m2.độ) -Nhiệt tải q: Dòng lạnh : q1= 1. t1=217,15.7,73 = 1678,6 (W/m2) Dòng nóng: q2 = 2. t2 = 76,7.22,5 =2837,9 (W/m2) Chênh lệch nhiệt tải q: %5%7,2 9,2837 6,16789,2837 1 21     q qq c-Hệ số truyền nhiệt : -Hệ số truyền nhiệt được xác định theo công thức : K = 54)10.877,0 7,76 1 15,217 1()11( 131 21   wr (W/m 2.độ) d-Bề mặt truyền nhiệt: F= 38,18 2,15.54 15083 . log  tK Q (m2) e-Chiều dài thiết bị: L= 4,6 .025,0.37 38,18 ..  dn F (m) g-Đường kính trong của thiết bị ngưng tụ : D = 0,2625 m Ta có tỷ số : L/D = 6,4/0,2625 = 24,4 > 4 . Do vậy ta thay thiết bị loại 1-1 bằng thiết bị loại 1-4 , chiều dài mỗi pass là 1,6 m .Lúc này ta có : L1pass/Dtđ = 1,6/1,05 = 1,52 < 4 3-Thiết bị nồi đun: -Thiết bị được chọn là nồi đun Kettle -Để đun sôi đáy tháp ta dùng hơi nước bão hòa có áp suất tuyệt đối là 3 at -Đường đi của lưu chất : Hơi nước bão hòa đi trong ống còn dòng lỏng đáy đi ngoài ống Dòng nóng : 132,9 oC(hơi bão hòa) 132,9oC (lỏng ngưng) Dòng lạnh : 117,3oC(lỏng sôi) 117,3 oC (hơi) -Chênh lệch nhiệt độ trung bình : tlog = 132,9 – 117,3 = 15,6 oC -Lượng hơi cần cung cấp : Gh = 149,010.2171 322410 3 r QD (kg/s) Trong đó : r : ẩn nhiệt hóa hơi của hơi nước ở áp suất bão hòa 3 at -Chọn sơ bộ Ksb = 400 (W/m2.độ) -Chọn ống thép tiêu chuẩn loại thép không gỉ mác thép X18H10T ,số ống n= 130, đường kính 32x2,5mm a-Hệ số cấp nhiệt của dòng hơi đi trong ống : Tại nhiệt độ của dòng nóng T = 132,9oC ta có: 2 = 0,208.10-3 (pa.s) 2 = 0,052 (N/m)  : khối lượng riêng của nước ngưng = 932,65 (kg/m3) *: khối lượng riêng của hơi =1,625 (kg/m3) -Chuẩn số Nuselt: Nu = C.Rek0,5.( 35,03,0* 22 ).() . .. d ldg   -Chuẩn số Reynolds: Rek = 37,0 10.208,0.10.2171 027,0.6,15.400 . .. . . 33 2 log 2     r dtK r dq Hệ số C = 1,26 , l/d = 50 -225 , chọn l/d =50 Do vậy : Nu = 1,26.0,370,5.( 87)50.() 625,1.052,0 027,0.65,932.81,9 35,03,022  -Hệ số cấp nhiệt từ hơi nước đến thành ống : 2= 4,2210027,0 686,0.87. 2  trd Nu  (W/m2.độ) b- Hệ số cấp nhiệt cho dòng lưu chất lỏng đi ngoài ống : Tại nhiệt độ của dòng lỏng đáy T=117,3oC ta có: 1= 0,153 (W/m.độ ) C1= 2485(J/kg.độ ) 1=0,451.10-3 (N.s/m2) 1= 25,6.10-3 (N/m) r1=408413 (j/kg)  : khối lượng riêng của dung dịch đáy = 925,57 (kg/m3) *: khối lượng riêng của hơi *= 874,1 )2733,117.(4,22 273.99,59 )273.(4,22 273.    T M w (kg/m3) Hệ số cấp nhiệt cho dòng lưu chất lỏng đi ngoài ống được xác định theo công thức : 37,0117,045,0 7,075,0 333,0033,0 * * 2 1 .. ..).()..(10.77,7 TC qr           c-Hệ số truyền nhiệt : -Hệ số truyền nhiệt được xác định theo công thức : )./(313)17/0025,010.464,010.116,0 20,496 1 4,2210 1( )11( 2133 1 21 domWK rK w     Ta nhận thấy K  Ksb d-Bề mặt truyền nhiệt: F= 53 2,15.400 322410 . log  tK Q (m2) e-Chiều dài thiết bị: L= 1,4 .032,0.130 53 ..  dn F (m) g-Đường kính trong của thiết bị ngưng tụ : D = t.(2no +1) Trong đó : t = (1,2-1,5).d , chọn t =1,5.d = 1,5.0,032=0,048 m no : số vòng tròn đồng tâm

Các file đính kèm theo tài liệu này:

  • pdfThiết kế hệ thống chưng cất Aceton -Acid Acetic.pdf
Tài liệu liên quan