Đồ án Thiết kế phân xưởng sản xuất nhựa Phenol Fomandehut dạng Rezolic công suất 500 tấn/năm

t và để không ngừng nâng cao hiệu suất của thiết bị. - Hiểu được mục đích, ý nghĩa của việc tính cân bằng vật chất và đưa vào đơn phối liệu, tỷ lệ những hợp phần trong đơn, lượng hao phí trong quá trình sản xuất Tiền Polyme KT thì sẽ tính từng công đoạn sản xuất thực tiễn. 2.2. Tính số ngày làm việc trong năm. + Số ngày trong năm : 365 ngày. + Số ngày nghỉ chủ nhật: 52 ngày. + Số ngày nghỉ tết, lễ: 8 ngày. + Số ngày nghỉ để sửa chữa: 15 ngày. + Số ngày làm việc trong năm: 290 ngày. 2.3. Tính toán cho một công đoạn sản xuất. - Căn cứ vào % trọng lượng của nguyên liệu ban đầu để sản xuất ra Tiền Polyme KT. - Chọn hiệu suất của quá trình tạo ra sản phẩm là 98%. - Hao hụt sản phẩm trong toàn bộ quá trình là: 2%. Trong đó: + Sản phẩm rượu hoá dầu ve là: 1%. + Tiền Polyme KT là: 1%. 2.3.1. Cân bằng vật chất cho 1 năm sản xuất. a) Tính lượng nguyên liệu ban đầu để sản xuất ra 800 tấn Tiền Polyme KT: (tấn) * Tính lượng Tiền Polyme: - Sản phẩm rượu hoá Dầu ve: (tấn) - Nguyên liệu 102 - T : (tấn) - Toluen : (tấn) * Lượng nguyên liệu thực tế để sản xuất ra được 280,82 tấn sản phẩm rượu hoá dầu ve: - Dầu ve: (tấn) - Glyxerin: (tấn) - Toluen : (tấn) b) Để gia công được 1000 kg Tiền Polyme KT cần lượng nguyên liệu ban đầu là: (kg) * Lượng Tiền Polyme KT: + Sản phẩm rượu hoá Dầu ve: (kg) + Nguyên liệu 102 – T: (kg) + Toluen : (kg) * Lượng rượu thực tế đầu vào để tạo ra được 351,01 kg rượu hoá dầu ve: + Dầu ve: (kg) + Glyxerin : (kg) + Toluen: (kg) c) Lập bảng tiêu hao cho 1 tấn sản phẩm (đv: kg) Bảng 5: bảng tiêu hao nguyên liệu cho 1 tấn sp Tên vật liệu Lượng nhập vào Sản xuất (kg) Lượng ra (kg) Lượng tổn hao (kg) Dầu ve Glyxerin Toluen Nguyên liệu 102 - T 265,36 44,22 310,2 359,18 262,71 43,78 304 355,59 2,65 0,44 6,2 3,59 2.3.2. Tính cân bằng vật chất cho một ngày sản xuất. - Năng suất năm: 800 (tấn) - Số ngày làm việc: 290 (ngày) - Năng suất 1 ngày: 2758 (kg) Mỗi ngày làm việc 3 ca, mỗi ca làm việc 8h. Dùng nồi phản ứng nấu Tiền Polyme KT với thời gian 1 mẻ (22 – 24h). * Lượng Dầu ve cần dùng cho 1 mẻ là: (kg) + Lượng ra: (kg) + Lượng tổn hao: (kg) * Lượng Glyxerin cần dùng cho 1 mẻ là: (kg) + Lượng ra: (kg) + Lượng hao tổn: (kg) * Lượng Toluen cần dùng là: (kg) + Lượng ra: (kg) + Lượng hao tổn: (kg) * Lượng nguyên liệu (102 – T) cần dùng cho 1 mẻ là: (kg) + Lượng ra: (kg) + Lượng hao tổn: (kg) * Lập bảng tiêu hao nguyên liệu cho 1 mẻ Tiền Polyme KT bằng 2758 kg : Bảng 6 : bảng cân bằng vật chất cho 1 ngày sx (đơn vị: Kg) Tên vật liệu Lượng nhập vào sản xuất (kg) Lượng ra (kg) Lượng hao tổn (kg) Dầu ve Glyxerin Toluen Nguyên liệu 102 - T 731,86 121,95 855,53 990,62 724,55 120,74 838,43 980,72 7,31 1,21 17,1 9,9 2.3.3. Cân bằng vật chất cho 800 tấn Tiền Polyme trong 1 năm sản xuất. - Lượng nhập vào sản xuất trong 1 năm bằng năng suất một ngày nhân với số ngày làm việc trong năm (290 ngày). - Lượng tiêu hao nguyên liệu trong 1 năm bằng lượng tiêu hao nguyên liệu trong 1 ngày nhân với số ngày làm việc trong 1 năm (290 ngày). Bảng 7 : cân bằng vật chất cho 1 năm sản xuất (Đơn vị tính bằng: Tấn) Tên vật liệu Lượng nhập vào sản xuất (tấn) Lượng ra (tấn) Lượng tổn hao (tấn) Dầu ve Glyxerin Toluen Nguyên liệu 102 - T 212,23 35,31 248,2 287,2 210,11 34,96 243,24 284,48 2,12 0,35 4,96 2,87 Bảng 8 : bảng tổng hợp (Từ các Bảng 1, 2, 3 ta có bảng tổng hợp sau) Nguyên liệu Khối lượng dùng cho 1 tấn sp (kg) Khối lượng dùng cho 1 ngày (kg) Khối lượng dùng cho 1 năm (tấn) Dầu ve Glyxerin Toluen Nguyên liệu 102 - T 265,36 44,22 310,2 359,18 731,86 121,95 855,53 990,62 212,23 35,31 248,2 287,35 2.4. Tính toán kích thước thiết bị phản ứng. 2.4.1. Tính toán vỏ thiết bị chính. 2.4.1.1. Tính thể tích nguyên liệu chiếm chỗ trong nồi. Trong đó: + Gi: Khối lượng cấu tử thứ i trong thiết bị phản ứng : G1(Dầu ve) = 731,86 kg G2(Glyxerin) = 121,95 kg G3( Toluen) = 855,53 kg G4(102- T) = 990,62 kg + i : Khối lượng riêng của các cấu tử : 1(Dầu ve) = 960 kg/m3 2(Glyxerin) = 1261 kg/m3 3 ( Toluen) = 866 kg/m3 4(102- T) = 1220 kg/m3 áp dụng công thức : ị V1 = 2,656 m3 m3 Qui chuẩn: V = 4,2 m3 Dựa vào công thức tính thể tích hình trụ tròn: Quan hệ giữa chiều cao và đường kính trong phải thoả mãn : hb H - Các thông số của thiết bị như sau : Vt: Thể tích hình trụ (Vt = 4,2 m3) Dt: Đường kính trong, Dt = 1,6 m. H: Chiều cao phần hình trụ (H = 2,1 m) S: Diện tích phần elip, S = 2,9 m2 hb: Chiều cao phần lõi của đáy, hb = 0,4 m. V: Thể tích phần lõi của đáyV= 0,578 m3 2.4.1.2. Tính chiều dày của thân thiết bị. - Vì các chất không có tác dụng ăn mòn thiết bị nên chọn vật liệu làm thiết bị là loại thép cacbon CT3 có các thông số như sau [3]: l = 7850 kg/m3 r = 50 W/m.K - Thiết bị chịu áp suất trong do nhiệt độ trong thiết bị cao hơn nhiệt bên ngoài. - Chiều dày của thiết bị được tính theo công thức sau: j: Hệ số bền mối hàn theo phương dọc thiết bị bằng 0,95. {2.XIII.8} Cm: Đại lượng bổ xung P: áp xuất làm việc của thân thiết bị N/m2 [d] : ứng suất cho phép theo giới hạn bé nhất - Môi trường là lỏng và áp suất của thân P tính tại nơi chịu áp suất lớn nhất chính bằng: P = Pkq + P1 Pkq: áp suất khí quyển, N/m2 P1: áp suất thuỷ tĩnh của cột chất lỏng P1 = rhh x g x H1 rhh : Khối lượng riêng của hỗn hợp, g/cm3 H1: Chiều cao của cột chất lỏng, m. Thể tích phần chứa khối chất lỏng trong thân hình trụ là: V = 2,656 m3 - Chiều cao của khối chất lỏng được tính theo công thức sau: - Qui chuẩn : H1 = 1,4 m - Khối lượng riêng của hỗn hợp được tính theo công thức sau: a1, a2, a3, a4: là nồng độ phần trăm khối lượng của Dầu ve, Glyxerin, Toluen, 2,4 TDI. - Dựa vào bảng cân bằng vật chất cho 1 mẻ có: Ta có: rhh = 1010 kg/m3 Vậy P1 = 1010 x 9,81 x 1,4 = 0,01585 x 106 N/m2 Pkq = 1.106 N/m2 Mà P = Pkq + P1 Vậy: P = 1.106 N/m2 + 0,01585 .106 N/m2 P = 1,01585 x 106 N/m2 - ứng suất cho phép của thép CT3 theo giới hạn bền kéo được xác định theo công thức :[2.xiii.1] , [2.xiii.3] - ứng suất cho phép của thép CT3 theo giới hạn chảy được xác định theo công thức :[2.xiii.2] , [2.xiii.3] Trong đó: + dk, dc: Giới hạn bền kéo và giới hạn chảy , cho bằng là 380 x 106 240 x 106 [2] + nk: Hệ số an toàn giới hạn bền khi kéo bằng 2,6 [2] + nc: Hệ số an toàn giới hạn bền chảy bằng 1,5 [2] + h: Hệ số điều chỉnh, thiết bị thuộc nhóm 2 loại II ta chọn h = 0,9 [2] Vậy ứng suất của thân thiết bị là: Ta phải chọn giá trị nhỏ hơn : N/m2 [2.xiii.8] Cm : Là đại lượng được bổ xung trong công thức, nó phụ thuộc vào độ ăn mòn, độ bào mòn và dung saicủa chiều dày. Cm được tính theo công thức : Cm = C1 + C2 + C3 [2.xiii.9] Trong thiết bị được thiết kế là vật liệu bền (0,005 – 0,1 mm/năm) Ta có thể lấy C1 = 1mm =1. 10-3 m Đây là thiết bị hoá chất nên ta có thể chọn C2 = 0 - Thiết bị là vật liệu bền , C3 được tra trong bảng = 0,8 .10-3 m [2.xiii.9] Cm = ( 1 + 0 + 0,8) x 10-3 m Cm = 1,8 x 10-3 m s= 6,53. 10-3 m + 1,8.10-3m S = 0,00833 m = 8,33 mm Qui chuẩn: S = 8 mm Kiểm tra độ bền ứng suất theo áp suất thử P0 theo công thức sau: Trong đó: s: ứng suất theo áp suất thử. P0: áp suất thử. P0 = Pth + P1 [2] Pth: áp suất thuỷ lực, N/m2 P1: áp suất thuỷ tĩnh của nước, N/m2 Pth = 1,5 P = 1,5 x 1,01585 x 106 N/m2 Pth = 1,52378 x 106 N/m2 Vậy P0 = 1,52378 x 106 N/m2 + 0,01585 x 106 N/m2 P0 = 1,5396 .106 N/m2 s = 136,4,18 x 106 N/m2 Ê 200 x 106 N/m2 Vậy với chiều dày là 8 mm thì thân thiết bị là đủ bền. 2.4.1.3. Tính chiều dày, đáy nắp thiết bị. - Đáy nắp thiết bị chịu áp suất trong, chiều dày thiết bị được tính theo công thức sau: Trong đó: [d] : ứng suất cho phép của thép. K: Hệ số không thứ nguyên. jht : Hệ số bền mối hàn hướng tâm. hb: Chiều cao phần nồi của đáy. C: Đại lượng bổ sung (do ăn mòn,độ bào mòn và dung sai của chiều dày) Chọn C = 0,0018m = 1,8 . 10-3 m - Đáy và nắp có gờ, sử dụng vật liệu đồng nhất với thân tháp là thép cacbon CT3. ở tâm đáy có ống tháo sản phẩm. Tra sổ tay ta có: hb = 0,4 m F = bề mặt trong, F = 2,9 m2 K = 1 jht = 0,95 m S =( 0,0034 x 2) m + 1,8. 10-3 m S = 6,8 mm + 0,0018 mm = 8,6 mm Qui chuẩn: S = 8 mm Kiểm tra độ bền ứng suất theo áp suất thử P0 theo công thức sau: s = 143,36 x 106 N/m2 Ê 200 x 106 N/m2 Vậy ta chọn chiều dày đáy là 8 mm là thoả mãn đáy thiết bị có cấu tạo như sau: (hình vẽ) Dt: Đường kính trong của thiết bị, Dt = 1,6 m S: Chiều dày của đáy thiết bị, S = 8 mm hb: Chiều cao phần nồi của đáy thiết bị, hb = 0,4 m * Chọn vật liệu làm nắp giống thân và đáy của thiết bị là thép CT3 có chiều dày bằng chiều dày của thân vì nắp không phải chịu (rất nhỏ) áp suất thuỷ lực. Vậy chọn chiều dày của nắp là 8 mm. 2.4.2. Tính cánh khuấy, môtơ cánh khuấy. [1] Muốn tạo các huyền phù, nhũ tương và những hỗn hợp vật lý đồng nhất trong ngành hoá chất người ta thường dùng các quá trình khuấy trộn. - Ngoài ra người ta còn ứng dụng khuấy trộn để tăng cường các quá trình trao đổi nhiệt và chuyển khối có kèm theo hiện tượng đảo lẫn hoặc cần thiết để thực hiện có hiệu quả nhiều phản ứng hoá học. - Các quá trình khuấy trộn đặc trưng bởi 2 yếu tố: hiệu quả khuấy trộn và tiêu hao năng lượng. Thường người ta quan niệm hiệu quả khuấy trộn là chất lượng của kết quả khuấy trộn đã đạt được theo thời gian. - Trong trường hợp chung khi cánh khuấy quay thì nó thực hiện công dùng để khắc phục trở lực của các lực quán tính và lực ma sát của chất lỏng cần khuấy trộn. Tuy nhiên ảnh hưởng riêng của các lực này khác nhau trong giai đoạn mở máy và giai đoạn làm việc của máy khuấy. Như vậy khi mở máy thì các cánh khuấy gặp một trở lực rất lớn về phía chất lỏng, mà quán tính khối lượng của nó cần phải được khắc phục. Muốn làm chất lỏng chuyển động thì phần lớn công của máy khuấy dùng để thắng các trở lực bên trong chất lỏng (các trở lực ma sát, va đập của các chất lỏng vào thành thiết bị). Vì vậy mà công suất mở máy luôn luôn lớn hơn công suất làm việc. - 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 hao. + Số vòng quay. + Độ lớn của bề mặt truyền nhiệt. Có các loại cánh khuấy sau: + Cánh khuấy kiểu mái chèo: Dùng để khuấy trộn các chất lỏng có độ nhớt thấp, để hoà tan và huyền phù hoá những chất rắn có khối lượng riêng bé và còn dùng để khuấy trộn sơ bộ các chất lỏng có độ nhớt thấp hơn 200000cP. Những cánh khuấy này không dùng để hoà tan nhanh, không làm phân tán mịn và cũng không dùng để tạo những huyền phù chứa pha rắn có khối lượng riêng lớn được. + Cánh khuấy hình khung: Dùng để điều chế huyền phù, nhũ tương. Loại cánh khuấy này dùng không thích hợp đối với chất lỏng có độ nhớt cao hoặc khuấy trộn hỗn hợp, trong đó pha rắn có khối lượng riêng lớn. + Cánh khuấy tuốc bin: Loại này dùng để khuấy chất lỏng có độ nhớt cao (m = 5.105cP), để điều chế huyền phù mịn, để hoà tan nhanh nhất chất rắn hoặc để khuấy trộn chất lỏng đã lắng cặn có nồng độ pha rắn lên đến 80%. + Cánh khuấy đặc biệt: Dùng trong trường hợp không thể dùng các loại cánh khuấy trên. Loại này dùng để khuấy bùn nhão hoặc chất lỏng có độ nhớt rất cao. - Trong phạm vi đồ án này do phản ứng toả nhiệt mạnh, để tránh hiện tượng toả nhiệt cục bộ, đồng đều sản phẩm, tăng cường quá trình nhiệt, ngăn cản quá trình kết tủa và nắng cặn ở thành và đáy, tránh hiện tượng sản phẩm bị vón cục, mặt khác độ nhớt của hỗn hợp phản ứng không lớn lắm do đóta chọn cánh khuấy hình mỏ neo hay cánh khuấy hình khung cho thiết bị phản ứng. d: Đường kính trục cánh khuấy, (m) b: Chiều rộng cánh khuấy, (m) Hkh: Chiều cao của cánh khuấy, (m) DM: Đường kính của cánh khuấy, (m) Chiều ngang của cánh khuấy chọn bằng 0,7 lần đường kính trong của thiết bị DM = 0,7 x 1,6 = 1,12 Làm tròn DM = 1,2 m Khoảng cách cánh khuấy đến đáy thiết bị chọn bằng 0,1 m, chiều cao của cánh khuấy Hkh = (0,9 á 1)DM =(0,9 á1)1,2 Vậy ta chọn Hkh = 1,1 m Bề rộng thanh khuấy chọn đồng đều bằng 0,05 m và làm bằng vật liệu CT3 * Cơ cấu khuấy trộn gồm những phần đối xứng là: + Cánh nằm ngang (I): Kích thước 1100 x 50 x 50 mm + Cánh thẳng đứng (II): Kích thước 1200 x 50x 50 mm + Phần giá đỡ của cánh khuấy (III) có đường kính ngoài R2 = 1200 mm, cũng làm bằng thép góc 50 x 50 mm như cánh khuấy thẳng đứng. Nc = Nng + Nđ + Ngđ (kw) Nng: Công suất làm quay các cánh khuấy nằm ngang. (kw) Nđ: Công suất làm quay các cánh khấy thẳng đứng. (kw) Ngđ: Công suất làm quay phần giá đỡ. (kw) Tính công suất Nng áp dụng công thức: Bề mặt chính diện của cánh khuấy (Fch ) : Fch = b.h = (0,5 – 0,05) x 0,05 = 0,0225 m2 Ta có bảng [2] b/h 1 2 4 10 18 > 18 j 1,1 1,15 1,19 1,29 1,4 2,0 n: Số vòng quay của máy khuấy trong 1 phút, n=50 vòng/phút j: Hệ số phụ thuộc vào cánh khuấy nằm ngang, chọn j =1,28 z: Số đôi cánh khuấy nằm ngang, z = 1 h: Hiệu suất cơ học của cơ cấu chuyển động, = 0,75 r : Khối lượng riêng của hỗn hợp, rhh = 1010 kg/m3 Nng = 0,27 kw * Tính công suất của Nđ: Nđ D1: Đường kính vòng tròn quyết bởi cạnh trong cùng của cánh khuấy, (m). D2: Đường kính vòng tròn quyết bởi cạnh ngoài cùng của cánh khuấy, (m). do đó :j = 1,28 z = 1 Nđkw * Tính công suất Ngđ: Công suất để làm quay phần giá đỡ của cánh khuấy (III) : R2 = 1,2; R1 = R2 – (0,05 x 2) = 1,2 – 0,1 = 1,1 m Ngđ R1, R2: Bán kính đường cong ứng với phần trong và phần ngoài của cánh khuấy: Ngđ Ngđ = 15,72 (kw) Công suất cần thiết dùng cho toàn bộ cánh khuấy chuyển động được là: Nc = 0,27 + 2,7 + 15,72 Nc = 18,69 (Kw) Chuẩn hoá cánh khuấy có những thông số sau: Dm (m) Fch (m2) b/h j n (V/ phút) N (kw) 1,2 0,0225 0,9 1,28 50 18,69 Công suất động cơ: h: Hiệu suất truyền động của động cơ. h = 0,7 Đường kính trục cánh khuấy được xác định như sau: Trong đó: MX : Mômen xoắn được xác định như sau: N: Công suất tiêu tốn (kw) n: Số vòng quay (V/ph) d = 47,78(mm) 2.4.3. Tính lớp vỏ gia nhiệt. - Lớp vỏ gia nhiệt tạo với lớp vỏ trong của thiết bị phản ứng, vỏ làm bằng thép CT3. + Đường kính trong của thiết bị chính là 1,6 (m) nên chọn đường kính trong của vỏ gia nhiệt là 1,8 (m) và chiều dày là 8 (mm). + Chiều cao lớp vỏ gia nhiệt lấy bằng chiều cao của chất lỏng cộng thêm (20 cm) . Vậy chiều cao của cột chất lỏng được tính như sau: Trong đó: hb: Phần cao đáy thiết bị h = 0,4 (m) S : Tiết diện ngang của thiết bị (m2) Vđ : Thể tích phần đáy của thiết bị Vđ = 0,578 (m3) Vngl: Thể tích nguyên liệu, (m3) Qui chuẩn h = 1,4 (m) 2.4.4. Tính chiều dày lớp bảo ôn. - Bảo ôn có tác dụng làm giảm bớt sự truyền nhiệt ra ngoài môi trường từ bề mặt thiết bị phản ứng. Do vậy nó có tác dụng làm giảm nhiệt mất mát ra ngoài, và như vậy làm giảm lượng chất tải nhiệt cần để đun nóng thiết bị phản ứng. Thành của thiết bị bảo ôn như sau: Vật liệu bảo ôn được chọn là bông thuỷ tinh - Có các thông số sau: t1: Nhiệt độ của chất tải nhiệt (0C) t2: Nhiệt độ của không khí, t2 = 25 0C d1: Chiều dày của tấm thép (mm) d2: Chiều dày của lớp bảo ôn. (mm) tT1: Nhiệt độ bề mặt của tấm thép giáp với chất tải nhiệt (0C) tT2: Nhiệt độ bề mặt của bảo ôn giáp với không khí (0C) lt: Hệ số dẫn nhiệt của thép (w/m.độ) l0: Hệ số dẫn nhiệt của bảo ôn (w/m.độ) - Coi quá trình truyền nhiệt từ chất tải nhiệt ra môi trường là truyền nhiệt đẳng nhiệt và ổn định. Như vậy nhiệt tải riêng đến thành thiết bị (q1), nhiệt tải riêng do dẫn nhiệt qua thành (q2) và nhiệt tải riêng do bức xạ từ thành thiết bị vào không khí (q3) sẽ bằng nhau. à q1 = q2 = q3 Ta có: q1 = a1. Dt1= a1. (t1- tT1) q3 = a2. (tT2 – t2) Trong đó: l1: Hệ số dẫn nhiệt của thép CT3 (w/m. độ) l2: Hệ số dẫn nhiệt của bảo ôn (w/m. độ) a1: Hệ số cấp nhiệt của dầu tải nhiệt (w/m. độ) a2: Hệ số cấp nhiệt do tổn thất ra môi trường xung quanh (w/m. độ) a2 = 9,3 + 0,058.tT2 {2 – 311} Chọn: tT2 = 35 (oC) à a2 = 11,33 (w/m. độ) Có q2 = q3 nên : à Bỏ qua nhiệt trở trong vỏ bọc và ngoài lớp bảo ôn . Tính chiều dày lớp bảo ôn (của sản phẩm rượu hoá Dầu ve) TT1 = t1 = 240 (0C) l1 = 50,2 (w/m. độ) l2 = 0,125 (w/m. độ) Thay số vào ta có: Quy chuẩn = 230 (mm) Kiểm tra lại nhiệt độ bảo ôn: Chọn vật liệu bảo ôn là bông thuỷ tinh Các thông số của dầu BOT tại 240 (0C) áp suất 1 (at) + Khối lượng riêng: rhh = 1010 (kg/m3) + Nhiệt dung riêng: CP = 1,8 (kJ/kg.độ) + Chuẩn số Pran: Pr = 18,5 + Hệ số dẫn nhiệt: l = 0,128 (w/m. độ) + Nhiệt độ sôi: 258 (0C) + Độ nhớt: mm = 80,7 . 10-5 (N.s/m2) - Khi đun nóng dầu tải nhiệt chuyển động trong khoảng không gian giữa vỏ áo và thân thiết bị, thiết diện của khoảng không gian hình vành khăn nên chuẩn số Nuxen được xác định như sau: Nu = 0,021 . Re8 .Pr0,4 . {Pr/(D - d)}0,45 (2) W: Vận tốc của dầu, chọn w = 0,25 (m/s) dtđ: Đường kính tương đương với thiết diện hình vành khăn D : Đường kính vỏ áo, D = 1800 (mm) d: Đường kính thân thiết bị = 1600 + (2x8) = 1616 (mm) dtđ = (D – d) : 2 = (1800 – 1616 ) : 2 = 184 : 2 = 0,092 (m) Vậy : Nu = 0,021 . (2,667 . 105)0,8 . (18 . 5)0,4 . Mà : (w/m. độ) Nhiệt độ bảo ôn là: Sai số (35 – 34,86)/ 35 Ê 5% chấp nhận được Chọn tT2 = 35 (0C) 2.4.5. Các ống dẫn nguyên liệu vào nồi phản ứng. - Các ống nối dùng để nối thiết bị với đường ống thiết bị. Đó là một đoạn ống có bích chế tạo bằng vật liệu vỏ được đúc với thân. Đường kính của ống dẫn nguyên liệu được tính theo công thức: Q: Lưu lượng của lưu thể (m3/s) V: Vận tốc của lưu thể trong ống (m/s) Nước chảy do áp lực thì V = 0,8 á 1,5 m/s Giả thiết thời gian nạp liệu là 15 phút * ống dẫn Dầu ve vào nồi phản ứng : md/v = 731,86 kg Do đó: Q = 8,47 . 10-4 (m3/s) Chọn vận tốc lưu thể trong ống là V = 1,5 (m/s) D = 0,0268 (m) = 26,8 mm Qui chuẩn lên: 30 mm Chiều dài ống nối l = 100 mm * ống dẫn Toluen vào nồi phản ứng: mt/l = 855,53 kg Qn: Lưu lượng Toluen cho mỗi mẻ sản xuất (m3/s) rn : Khối lượng riêng của Toluen (kg/m3) (m3/s) Chọn vận tốc lưu thể trong ống là V = 1,5 (m/s) dn: Đường kính ống nối dẫn Toluen vào thiết bị phản ứng (m). dn = 0,031 m = 31 mm Qui chuẩn = 40 mm Chiều dài ống nối l = 100 mm * ống dẫn Glyxerin vào nồi phản ứng : mg = 121,95 kg Qn: Lưu lượng Glyxerin cho mỗi mẻ sản xuất (m3/s) rn : Khối lượng riêng của Glyxerin (kg/m3) (m3/s) Chọn vận tốc lưu thể trong ống là V = 1 (m/s) dn: Đường kính ống nối dẫn Glyxerin vào thiết bị phản ứng (m). dn = 0,012 m = 12 mm Qui chuẩn = 15 mm Chiều dài ống nối l = 100 mm * ống dẫn nguyên liệu 102-T vào nồi phản ứng : m102-T = 990,62kg Qn: Lưu lượng nguyên liệu 102- T cho mỗi mẻ sản xuất (m3/s) rn : Khối lượng riêng của nguyên liệu 102 -T (kg/m3) (m3/s) Chọn vận tốc lưu thể trong ống là V = 1,5 (m/s) dn: Đường kính ống nối dẫn nguyên liệu 102 -T vào thiết bị phản ứng (m). dn = 0,034 m = 34 mm Qui chuẩn = 40 mm Chiều dài ống nối l = 100 mm 2.4.6. Chọn mặt bích, đệm, bulông. - Bích là một bộ phận quan trọng dùng để nối các phần của thiết bị cũng như nối các bộ phận khác của thiết bị lại với nhau. - Công nghệ chế tạo mặt bích phụ thuộc vào vật liệu cấu tạo mặt bích, phương pháp nối và áp suất của môi trường. - Trên hình dưới đây thể hiện kiểu mặt bích được chọn: Do thiết bị làm việc ở áp suất không cao lắm cho nên ta chọn kiểu bích liền là bộ phận nối liền với thân thiết bị. - Đáy của thiết bị được hàn với thân giáp mối hàn, hai bên hàn điện bằng tay. Nắp thiết bị có lỗ để đổ nguyên liệu vào và lắp cánh tay khuấy. Tất cả đều được tăng cường. Nắp nối liền với thân thiết bị bằng mặt bích và bulông. Bulông có vòng đệm bằng đồng.(Hình vẽ ) Chọn bích liền bằng thép kiểu I với thông số sau: áp suất Py = 105 (N/m2) Các thông số của hình vẽ trên như sau: Dt: 1,6 (m) D: 1740 (mm) Db: 1690 (mm) D0: 1614 (mm) Bulông db: M20 z: 32 cái (số bulông cần dùng) h = 28 (mm) 2.4.7. Tính tai treo của thiết bị. - Thiết bị hoá chất đang dùng, tháp, nồi phản ứng hay các thiết bị chứa đều có sức nặng lớn, do bản thân nó cũng có các vật liệu chứa bên trong. Do đó khi lắp đặt cơ cấu giữa chúng phải chịu ứng suất uốn, cắt rất lớn và cũng phải chịu các rung động khi làm việc. - Để giữ các thiết bị này có thể sử dụng chân đỡ hoặc tai treo. Tai treo có ưu điểm gọn nhẹ, không làm vướng các cơ cấu khác, phân bố tải trọng đều, giá thành rẻ, vì vậy ta chọn tai treo. - Để xác định kích thước tai treo phải tính tải trọng cần đỡ. - Khối lượng của toàn bộ thiết bị khi chưa có nguyên liệu là: G1 = Gvỏ + GT/bị + Gb + GCK + Gđc + Gbô Gvỏ: Khối lượng của vỏ gia nhiệt (kg) GT/bị: Khối lượng của thiết bị (kg) Gb: Khối lượng của mặt bích (kg) Gck: Khối lượng của cánh khuấy (kg) Gđc: Khối lượng của động cơ (kg) Gbô: Khối lượng của bảo ôn (kg) GT/bị = Gt + Gn + Gđ Gt: Khối lượng của thân tháp (kg) Gn: Khối lượng của nắp (kg) Gđ: Khối lượng của đáy (kg ) Gt = rt + V rt : Khối lượng riêng của thép (kg/m3) rt = 7,85 . 103 (kg/m3) Dn: Đường kính ngoài của thiết bị (m) Dn = 1,616 (m) Dt: Đường kính trong của thiết bị (m) Dt = 1,6 (m) h: Chiều cao của thân tháp (m) h = 2,1(m) * Khối lượng thân thiết bị : Gt = 7,85 x 103 x 0,044 Gt = 0,3454 x 103 Gt = 345,4 (kg) Gđ = 7,85 x 103 x 0,005 x 2,9 Gđ = 114 (kg) Gn = 7,85 x 103 x 0,004 x 2,9 Gn = 91 (kg) GT/bị = 345,4 + 114 + 91 GT/bị = 550,4 (kg) * Khối lượng vỏ gia nhiệt : Gvỏ = 347,9 (kg) * Khối lượng của bích và bulông: Gb = 57 (kg) * Khối lượng của cánh khuấy: Gck = 100 (kg) * Khối lượng của động cơ và bộ phần chuyển động Gđc = 300 (kg) r: Khối lượng riêng của bông thuỷ tinh , r = 200 (kg/m3) * Khối lượng của bảo ôn : Gbô = 8,86 (kg) Vậy tổng khối lượng thiết bị là: G1 = 347,9 + 550,4 + 57 + 100 +300 + 8,86 G1 = 1364,16 kg mnl = G1 + G2 + G3 + G4 mnl = 731,86 + 121,91 + 855,53 + 990,62 mnl = 2699,92 (kg) Vậy khối lượng toàn bộ thiết bị khi có cả nguyên liệu là: M = 1364,16 + 2699,92 M = 4064,08 (kg) Ta chọn tai treo loại 4 tai, vậy tải trọng đặt lên mỗi tai là: (N) Vật liệu làm tai treo bằng thép CT3 có hình dạng như sau: Trong đó: S = 8(mm) H = 170 (mm) L = 110 (mm) a = 15 (mm) d = 23 (mm) B1 = 90 (mm) l = 45 (mm) 2.5. Tính toán bơm. * Quá trình vận chuyển chất lỏng từ thấp lên cao, từ thiết bị này lên thiết bị khác, hay muốn cung cấp năng lượng cho chất lỏng làm tăng áp suất của nó lên cao. Vì vậy phải dùng bơm. Bơm là máy thuỷ lực để vận chuyển và truyền năng lượng cho chất lỏng. * Có rất nhiều loại bơm với những đặc trưng và cấu tạo tính năng, phạm vi sử dụng khác nhau. Dựa vào nguyên lý làm việc người ta chia bơm làm 3 loại: 1> Bơm thể tích: chất lỏng được hút vào và đẩy ra của bơm do sự thay đổi thể tích trong bơm nhờ một bộ phận chuyển động tịnh tiến hay quăng, do đó thế năng và áp suất của chất lỏng tăng lên. 2> Bơm ly tâm: Chất lỏng được hút vào và đẩy ra của bơm nhờ sức ly tâm tạo nên trong chất lỏng khi guồng quay. 3> Bơm không có bộ phận dẫn động: gồm có một số bơm đặc biệt như: bơm tia, bơm sục khí, thùng nén, xiphông không có bộ phận dẫn động như: động cơ điện, máy hơi nước, mà dùng luồng khí hay hơi làm nguồn động lực để chất lỏng chuyển động. * Với bơm ly tâm có những ưu điểm sau: cung cấp đều, quay nhanh, cấu tạo dơn giản, có thể bơm các chất lỏng không sạch, không có suppap nên ít bị tắc và hư hỏng. - Tính bơm vận chuyển dầu Ve: Trong 1 mẻ sản xuất khối lượng cần bơm lên thùng là: M = 731,86 kg r = 960 kg/m3 M 731,86 v = = r 960 V = 0,762 m2 Thời gian bơm là 5 phút, vậy năng suất của bơm cần có là: G = 0,0025 m/s áp suất toàn phần do bơm tạo ra được xác định theo công thức: Trong đó: H: áp suất toàn phần do bơm tạo ra. p1, p2: áp suất trên bề mặt chất lỏng trong không gian đẩy và hút, N/m2 r : Khối lượng riêng của chất lỏng cần bơm. g: Gia tốc trọng trường, m/s2 H0: Chiều cao nâng chất lỏng, H0 = 10 m. Tính Dp = Dpđ + Dpms + Dpc + DpH + Dptb + Dpk [1] Dp : áp suất toàn phần để khắc phục tất cả trở lực trong hệ thống. Dpđ: áp suất động học tại vận tốc cho dòng, N/m2 Dpms: áp suất để khắc phục trở lực ma sát khi dòng chảy ổn định trong ống thẳng, N/m2 Dpc: áp suất cần thiết để khắc phục trở lực cục bộ. DpH: áp suất cần thiết để nâng chất lỏng lên cao hoặc để khắc phục áp suất thuỷ tĩnh. Trong phạm vi của đồ án này ta bỏ qua áp suất của DpH, Dptb, DpK Do vậy: Dp = Dpđ + Dpms + Dpc + Tính áp suất động lực học: Ta chọn w = 1,5 m/s r = 960 kg/m3 n/m2 Dpđ = 1080 N/ m2 + Tính áp suất để khắc phục trở lực ma sát khi dòng chảy ổn định trong ống thẳng: Dpms l: Hệ số ma sát w: vận tốc dòng chảy Đường kính ống dẫn được tính theo công thức: Trong đó: G: Lưu lượng Dầu ve, G = 0,0025 m/s w: Vận tốc trung bình, w = 1,5 m/s à Qui chuẩn d = 0,04 m = 40 mm + Tính hệ số ma sát l Hệ số ma sát phụ thuộc vào chế độ chảy dòng xác định bằng chuẩn số Raynol Trong đó: dtđ: Đường kính tương đương, dtđ = 0,044 m. r : Khối lượng riêng, r = 960 kg/m3 m: Độ nhớt Dầu ve, m = 0,73 . 10-3 (N.s/m2) Thay số được chuẩn số Raynol Vì Re = 8,6794 . 104 > 104 do đó chế độ chảy dòng trong đường ống là hệ số chảy xoắn. - Tính l + Khu vực nhẵn thuỷ học x: Độ nhẵn tuyệt đối của ống dẫn. x = 0,2 x 10-3 m [1] + Khu vực xuất hiện vù