Đồ án môn học Quá trình và thiết bị - Tính toán và thiết kế hệ thống chưng cất Benzene-acetic acid

Nội dung text: Đồ án môn học Quá trình và thiết bị - Tính toán và thiết kế hệ thống chưng cất Benzene-acetic acid

1. R x - Phương trình đường làm việc phần cất có dạng: y x D y 0.579x 0.399 R 1 R 1 - Do nhập liệu ở trạng thái lỏng sôi nên phương trình đường nhập liệu có dạng: x 0.275 - Đường làm việc phần chưng là đường nối giữa giao điểm 2 đường làm việc phần cất và đường nhập liệu (0.275;0.558) với điểm cân bằng lỏng hơi của sản phẩm đáy (0.00771;0.00771). y 2.062x 0.00818 1.4. Số mâm lý thuyết, số mâm thực tế, vị trí mâm nhập liệu: 1.4.1. Số mâm lý thuyết: Từ đường làm việc phần chưng, phần cất, đường cân bằng lỏng hơi của hệ Benzene – acid acetic, ta được số bậc lý thuyết của phần chưng và phần cất. Hình: đồ thị biểu diễn số bậc lý thuyết của tháp chưng cất Từ đó, xác định được số đĩa lý thuyết trong quá trình chưng cất hỗn hợp benzene – acid acetic là 8 mâm gồm 5 đĩa cất và 3 đĩa chưng, mâm nhập liệu là mâm số 5. 1.4.2. Số mâm thực tế: - Tính toán hiệu suất trung bình đĩa tại các vị trí nhập liệu, đỉnh và đáy tháp. o Vị trí đỉnh tháp: * Tại đỉnh tháp có xD 0.95 , yD 0.948 y* 1 x 0.948 1 0.95 Độ bay hơi tương đối: D 0.96 D * 1 yD x 1 0.948 0.95 Nhiệt độ sôi của hỗn hợp là T 80.25O C Tra bảng I.101 trang 91, sổ tay tập 1 : BenzeneD 0.3153cP A.AceticD 0.5588 cP Theo công thức I.12, trang 84, sổ tay tập 1: 11
2. QF F.CF .tF 110.8 110.8 CF xF .CB (1 xF ).CAA 0.33 2079 0.67 2486.7 2352.2 , J/kg. độ O F 4200 , kg/h tF 110.8 C QF 1094619.8 , kJ/h • Nhiệt lượng dòng hơi đốt: QD2 D2 r2 C22 r r 2171, kJ/kg c100 4220, J/kg.độ  100O C 2 H2O 2 2 QD2 2593D2 , kJ/h • Nhiệt lượng của dòng hồi lưu: 80.3 80.3 QR L.CD .tDl R.D.CD .tDl R 1.376 D 1414.74 , kg/h 80.3 80.3 80.3 CD xD .CB 1 xD .CAA 0.96 1945 0.04 2317.7 1959.9 , J/kg.độ O tDl 80.3 C QR 306368.8 , kJ/h • Nhiệt lượng hơi mang ra ở đỉnh: Qy D 1 R . 81.4 81.4 B rB tB .CB 391371 81.4 1948.6 549987 , J/kg 81.4 81.4 AA rAA tAA.CAA 383858.5 81.4 2324 573032.1, J/kg  B .xD AA. 1 xD 550908.8 , J/kg Qy 1851837 , kJ/h • Nhiệt lượng do sản phẩm đáy mang ra: QW W.CW .tW 116.9 116.9 CW CB .xW CAA 1 xW 2106 0.01 2518.7 0.99 2514.6 , J/kg.độ O tW 116.9 C QW 818757.7 , kJ/h • Nhiệt lượng do hơi nước ngưng tụ: Qng 2 D2.C2.2 O 2 100 C C2 4220 , J/kg. độ Qng 2 422D2 , kJ/h • Nhiệt lượng hao phí: Qxq2 0.05D2.r2 0.05 2171 D2 108.55D2 , kJ/h 13
3. 80.3 80.3 80.3 CD CB .xD CAA 1 xD 1944 0.96 2318 0.04 1959 , J/kg.độ G 1337 , kg/h H2O CHƯƠNG III: TÍNH TOÁN THÔNG SỐ THIẾT BỊ CHÍNH 1. Tính đường kính tháp: 4V Đường kính được tính theo công thức: D tb .3600.ytb • Đường kính phần cất: x x - Nồng độ trung bình của pha lỏng: F D 0.6117 , phần mol Benzenet 85.3O C 2 tbl - Nồng độ pha hơi tính theo đường làm việc phần cất: y 0.579x 0.399 O ytb 0.756 , phần mol Benzene ttbh 90.9 C - Khối lượng riêng trung bình pha hơi: y .M 1 y .M 273 tb B tb AA 3 ytb 3.4 , kg/m 22.4 ttbh 173 - Khối lượng riêng trung bình pha lỏng: 1 xtb 1 xtb 0.6719 0.3281 85.3 85.3 xtb B AA 809.2 974.9 xtb .78 3 xtb 0.6719 , phần khối lượng Benzene xtb 857 , kg/m xtb .78 1 xtb .60 - Lượng hơi ra khỏi đĩa trên cùng: gd D. R 1 3361.4, kg/h gl Gl D - Lượng lỏng (Gl), lượng hơi (gl)vào đĩa thứ nhất của phần cất: gl .yl Gl .xF D.xD g .r g r l l d d 110.8 110.8 rl rB .yl rAA . 1 yl 368267yl 389924 1 yl xD 0.9486 yD 0.974 yD 0.98 , phần khối lượng Benzene 81.4 81.4 rd rB .yD rAA . 1 yD 391371 0.98 383859 0.02 391221, J/kg Giải hệ trên ta được gl 3434.2 , kg/h Gl 2019.5 , kg/h Phân khối lượng hơi vào phần cất yD 0.5848 , phần khối lượng Benzene G R.D - Lượng lỏng trung bình trong phần cất:G l 1983.1, kg/h x 2 15
4. 102.6 102.6 3 2 log hh xtb .log B 1 xtb log AA 0.423 10 , N.s/m 1/4 1/8 '2 0.16 ' s . d . ytb  G ytb - Tốc độ đảo pha: log . x 0.125 1.75 x 3 3 ' g.Vd . xtb 10 Gy xtb ' ' gtb 3 s 1.156, m/s tb 0.85s 0.983, m/s Vtb 1657.7 , m /h ytb ' 4Vtb D ' 0.772 , m Vậy ta chọn đường kính cho toàn tháp là 0.8 m .3600.ytb 2. Tính chiều cao tháp: Chiều cao toàn tháp được tính theo công thức IX.50, trang 168, [2] H N1.htd (0.8 1) Trong đó: (0.8 1) là khoảng cách cho phép ở đỉnh và đáy tháp N1 là số đĩa lý thuyết htd là chiều cao tương đương của một bậc thay đổi nồng độ Gx a d e f log . G m.G theo công thức IX.52, trang 168, [2] y s b c y x y y htd K. .dVd . .  G  G y x y x 1 m y Gx K a b c d e f 176.4 0.2 -1.2 1 0.342 0.19 0.038 Bảng: giá trị của hệ số K và các số mũ trong phương trình trên 3 x , y : khối lượng riêng trung bình của pha lỏng và pha hơi, kg/m 2 x ,  y : độ nhớt của pha lỏng và pha hơi tính theo nhiệt độ trung bình, N.s/m Gx ,Gy : lượng lỏng và lượng hơi trung bình đi trong tháp, kg/h m : giá trị trung bình của tan góc nghiêng của đường cân bằng y = f(x) với mặt phẳng ngang. 3 3 Vd : thể tích tự do của đệm, m /m 2 3 d : bề mặt riêng của đệm, m /m s : tốc độ của pha khí đi trong tháp, m/s G G' g g ' G l l 4116.7 , kg/h G tb tb 3428.5 , kg/h x 2 y 2 ' ' xtb xtb 888.2 , kg/m3 ytb ytb 2.735 , kg/m3 x 2 y 2   '  tb tb 0.914 , m/s s 2 17
5. 0.342 0.19 0.19 0.342 0.19 3 0.038 G y  1983.1 3.4 0.392 10 k 5.15 x x 5.15 1.51 3 Gy x  y 3397.8 857 0.313 10 2 Puc 7905 , N/m 3.2. Trở lực phần chưng:  tb .dtd . ytb - Chuẩn số Reynol phần chưng: Rechung  yc 3 ytb 2.07 , kg/m M hh yB M B yAA.M AA 110.6 110.6  yc B AA 0.2827 78 0.7173 60 0.2827 78 0.7173 60 3 3  yc 0.239 10 0.46 10 3 2  yc 0.35 10 , N.s/m  tb 0.983, m/s 0.983 0.018 2.07 Re 104.6 cat 0.35 10 3 - Tổn thất của đệm khô: 2 2 tb 0.983 ytb 16 4.68 2.07 V 16 Hcat d 0.76 2 Pkc 0.2 . 0.2 2842 , N/m Recat dtd 2 104.6 0.018 2 - Tổn thất của đệm ướt: Puc 1 k Pkc 0.342 0.19 0.19 0.342 0.19 3 0.038 G y  4477.4 2.07 0.423 10 k 5.15 x x 5.15 1.78 3 Gy x  y 3431.4 919.8 0.35 10 ' 2 Puc 5059 , N/m 3.3. Tổng trở lực: ' 2 P Puc Puc 7905 5059 12964 , N/m CHƯƠNG IV: TÍNH TOÁN CƠ KHÍ 1. Bề dày thân tháp: Vì tháp hoạt động ở áp suất thường nên chọn thiết kế than trụ bằng phương pháp hồ quan, kiểu hàn giáp mối 2 phía. Thân được ghép với nhau bằng các mối ghép bích. Đây là thiết bị loại I ( chứa hóa chất độc ở nhiệt độ thường), thuộc nhóm 2, theo bảng XIII.2/356, giá trị của hệ số điều chỉnh  0.9 Với khoảng nhiệt độ làm việc rộng và cao nên ta phải bọc cách nhiệt cho tháp. Chiều cao đoạn chưng 4.5 m; Chiều cao đoạn cất 9 m. Vậy ta chia tháp thành 3 đoạn với phần chưng 1 đoạn 4.5 m; phần chưng có 2 đoạn, mỗi đoạn 4.5m 19
6. 2 Pl 888.4 9.81 13.5 117655 , N/m 6 6 2 P0 Pth Pl 0.3 10 117655 0.42 10 , N/m Ứng suất ở than thiết bị theo áp suất thử theo công thức XIII.26/365 D S C .P 0.8 4 2.22 10 3 0.42 106  t 0 97.5 106 , N/m2 2 S C 2 4 2.22 10 3 0.97   c 183 106 , N/m2 Do  c nên độ dày S = 4mm thỏa điều kiện bền. 1.2 1.2 2. Bề dày cho đáy và nắp: Chọn đáy và nắp ellipse có gờ, làm bằng thép X18H10T Bề dày của đáy và nắp bằng với bề dày của thân thiết bị: S = 4mm Theo bảng XIII.10/382, với đường kính trong là 800mm thì chiều cao h t = 200mm, chọn chiều cao gờ h = 50mm có diện tích bề mặt trong F = 0.82, m2 Kiểm tra bền cho đáy và nắp: D2 2h S C P 0.82 2 0.2 4 2.22 10 3 0.42 106 t t 0 2  3 102.54 , N/m 7.6 k hht S C 7.6 0.97 0.2 4 2.22 10   c 183 106 , N/m2 Do  c nên độ dày S = 4mm thỏa điều kiện bền. 1.2 1.2 3. Bulong – Bích nối – đệm : Chọn bích được ghép thân, đáy và nắp làm bằng thép CT3, cấu tạo là bích liền không cổ. Tra bảng XIII.27/417, ứng với Dt = 800mm, áp suất bằng với áp suất thử P 0.42 106 , N / m2 ta có được các thông số của bích kiểu 1: Bu lông Dt D Db D1 D0 S1 h Db Z ( mm) (cái) 800 930 880 850 811 18 24 M20 24 21
7. Theo bảng XII.7/ 313, sổ tay tập 2: 3 Khối lượng riêng của thép CT3 CT 3 7850 , kg/m 3 Khối lượng riêng của thép X18H10T X 18H10T 7900 , kg/m 3 Khối lượng riêng của đệm: dem 570 , kg/m - Khối lượng của bích ghép thân: 2 2 2 2 D Dn 0.93 0.8 m n . .h. 8 0.024 7850 266.22 , kg B B 4 CT 3 4 2 2 2 2 Dn Dt 0.804 0.8 - Khối lượng của thân tháp: m .H. 13.5 7900 T 4 X 18H10T 4 mT 537.42, kg - Khối lượng của đáy, nắp: mD N 2F.S. X 18H10T 2 0.82 0.004 7900 51.8, kg - Khối lượng của đệm: m .D2.H. 0.82 13.5 570 3868 , kg dem 4 t dem 4 - Khối lượng của lưới phân phối lỏng Khối lượng 1 lưới: m n. D2.D . 1l 4 l X 18H10T Tổng khối lượng của 3 lưới phân phối lỏng: m 3n. D2.D . 3 35 0.0052 0.7852 7900 10.04, kg 3l 4 l X 18H10T 4 - Khối lượng dung dịch: m D2.H. 0.82 13.5 888.2 6027.18, kg long 4 t l 4 Tổng khối lượng của toàn tháp  m 10760.66 , kg 6.1. Chân đỡ: Số chân đỡ: 4 m.g 10760.66 9.81 - Tải trọng cho phép trên một chân: G 2.64 104 , N 4 4 - Chọn vật liệu làm chân đỡ là CT3, theo bảng XIII.35/437, ta có các thông số của chân đỡ: Tải trọng Tải trọng cho phép cho phép Bề mặt đỡ L B B B H H S L d trên 1 trên bề mặt 1 2 chân đỡ đỡ G.10 4 F.10 4 q.10 6 mm N m2 N / m2 4 514 0.78 260 200 225 330 400 225 16 100 27 23
8. D D D D 2S 2 f D H t n H t n than a H D S  H tb tb 2 2 t than a Q  18562 0.151 Ta có phương trình: xq2 a . t 86.9 f  v 0.8 0.004  13.5  tb a a a Bề dày lớp cách nhiệt  0.025,m 8. Ống dẫn Chọn loại ống dẫn làm bằng thép X18H10T, mặt bích làm bằng thép CT3. V G Theo công thức II.6/369, sổ tay tập 1: D y 0.785  0.785  Dy : đường kính ống nối, m V: lưu lượng thể tích, m3/s  : tốc độ trung bình, m/s 8.1. Ống dẫn dòng nhập liệu: O Nhiệt độ của chất lỏng nhập liệu là: tF 110.8 C 1 xB 1 xB 0.2748 0.7252 Khối lượng riêng của hỗn hợp: 110.8 110.8 110.8 hh B AA 780.04 938.56 110.8 3 hh 888.92 , kg/m Chọn loại ống nối cắm sâu vào thiết bị. Tra bảng II.2/370 sổ tay tập 1, chọn vận tốc chất lỏng tự chảy trong ống: F 0.3, m/s VF GF Đường kính trong của ống nối: Dy 110.8 0.785 3600 F 0.785 3600 hh F 4200 D 0.075 , m y 0.785 3600 888.92 0.3 Theo bảng XIII.32/434, sổ tay tập 2, chọn đường kính chuẩn là Dy = 80, mm 6 2 Với áp suất thử pth 0.42 10 , N/m , ta được chiều dài của ống dẫn l = 110, mm Theo bảng XIII.33/ 435, sổ tay tập 2, có các thông số của bích A và bích B: Bu lông Dy Dn D Db Dl h Db Z mm cái 80 89 185 150 128 14 M16 4 8.2. Ống dẫn hơi ở đỉnh tháp: O Nhiệt độ của dòng hơi ở đỉnh: tDh 81.4 C y .M 1 y .M 273 tb B tb AA 3 Khối lượng riêng của hỗn hợp: yD 3.69 , kg/m 22.4 tDh 173 25
9. 2785.26 D 0.114, m y 0.785 3600 2.52 30 Theo bảng XIII.32/434, sổ tay tập 2, chọn đường kính chuẩn là Dy = 125, mm 6 2 Với áp suất thử pth 0.42 10 , N/m , ta được chiều dài của ống dẫn l = 120, mm Theo bảng XIII.33/ 435, sổ tay tập 2, có các thông số của bích A và bích B Bu lông Dy Dn D Db Dl h Db Z mm cái 125 133 235 200 178 12 M16 8 8.5. Ống dẫn lỏng ra khỏi đáy tháp: O Nhiệt độ của dòng hơi ở đỉnh: tWl 116.9 C 1 xB 1 xB 0.00771 0.99229 Khối lượng riêng của hỗn hợp: 116.9 116.9 116.9 hh B AA 927.58 780.04 116.9 3 hh 780.53 , kg/m Tra bảng II.2/370 sổ tay tập 1, chọn vận tốc chất lỏng tự chảy trong ống: Dl 0.3 , m/s VWl GW Đường kính trong của ống nối: Dy 116.9 0.785 3600 Dl 0.785 3600 hh Dl 2785.26 D 0.065 , m y 0.785 3600 780.53 0.3 Theo bảng XIII.32/434, sổ tay tập 2, chọn đường kính chuẩn là Dy = 70, mm 6 2 Với áp suất thử pth 0.42 10 , N/m , ta được chiều dài của ống dẫn l = 110, mm Theo bảng XIII.33/ 435, sổ tay tập 2, có các thông số của bích A và bích B:\ Bu lông Dy Dn D Db Dl h Db Z mm cái 70 76 160 130 110 16 M12 4 CHƯƠNG V: TÍNH TOÁN THIẾT BỊ PHỤ 1. Nồi đun kettle: - Chọn theo tiêu chuẩn ANSI/ASME 36.19 Ống truyền nhiệt được làm bằng thép INOX 304, kích thước 33.4x1.65 mm Đường kính ngoài : dn 0.0334 , m Bề dày ống: t 0.00165 , m Đường kính trong: d 0.0301, m Hơi đốt: p 3 , atm; r 2171, kJ/kg; t 132.9O C t H2O n - Hiệu số nhiệt độ trung bình kiểu truyền nhiệt ngược chiều: 132.9 116.9 132.9 117.8 t 15.55 , K log 132.9 116.9 ln 132.9 117.8 27
10. - Hệ số truyền nhiệt (tính theo tường phẳng): 1 K 874.7 , W/m2K 1 n  rt 1 s - Bề mặt truyền nhiệt: Q 2593 103 615.6 F d 32.6, m2 K log 3600 1099.92 15.55 Diện tích cần (tính theo hệ số an toàn 20%): Ftt 1.2 F 39.12 - Cấu tạo thiết bị truyền nhiệt: Số ống: 127, bố trí theo hình lục giác đều 2F Chiều dài ống: L tt 3.1, m chọn 3.5m n dn dt Số ống trên đường chéo: b=13 Bước ống: t= 0.047, m (tra bản VII trang 48 sổ tay tập2) Đường kính trong của thiết bị: D t b 1 4dn 0.6976 , m 2. Thiết bị ngưng tụ sản phẩm đỉnh: loại TH – đặt nằm ngang - Chọn theo tiêu chuẩn ANSI/ASME 36.19 Ống truyền nhiệt được làm bằng thép INOX 304, kích thước 33.4x2.77 mm Đường kính ngoài : dn 0.0334 , m Bề dày ống: t 0.00277 , m O O Đường kính trong: dt 0.02786 , m Nước làm lạnh đi trong ống: tv 30 C;tr 50 C - Hiệu số nhiệt độ trung bình (ngược chiều) 80.3 30 80.3 50 t 39.46 K log 80.3 30 ln 80.3 50 - Hệ số cấp nhiệt nước trong ống: o Các thông số tra ở nhiệt độ trung bình của nước trong ống: t f 0.5 50 30 40 C ncn Chọn vận tốc nước trong ống: vn 0.4 m/s ; Pr 4.33 n 4Gn 15736 4 3600 số ống: n 2 2 18.07 chọn theo chuẩn 37 ống n n dt vn 992 0.02786 0.4 4Gn vdt 4 Vận tốc thực tế: v 2 0.195 m/s Re 8217 10 , chế độ chảy chuyển tiếp n n dt n Chuẩn số Nusselt của chế độ chảy chuyển tiếp Nu 0.023Re0.8 Pr1/3 50.78 Nunn Hệ số cấp nhiệt đi trong ống: n 115.58 dt tw1 tw2 - Nhiệt tải qua thành ống: qt  rt 29
11. Đường kính trong: dt 0.02786 , m Số ống: 37, xếp theo hình lục giác, dài 6m - Hiệu số nhiệt độ trung bình (ngược chiều) 132.9 85 132.9 110.8 t 33.35 K log 132.9 85 ln 132.9 110.8 - Hệ số cấp nhiệt dòng nhập liệu: o Các thông số tra ở nhiệt độ trung bình của nước trong ống: tF 0.5 85 110.8 97.9 C 4GF F cF Vận tốc của dòng nhập liệu: vF 2 0.058 m/s ; Pr 4.425 3600n F dt F vF dt F 0.058 0.02786 898.8 4 Re 4 3603.85 10 , chế độ chảy chuyển tiếp F 4.03 10 Chuẩn số Nusselt của chế độ chảy chuyển tiếp Nu 0.023Re0.8 Pr1/3 50.78 Nunn Hệ số cấp nhiệt đi trong ống: n 115.58 dt tw1 tw2 - Nhiệt tải qua thành ống: qt  rt t 0.00277 1 1 4 2  rt r1 r2 5.336 10 , m .K/W t 16.3 5500 5500 t tra bảng XII.7 trang 313, sổ tay tập 2; r1, r2: lớp bẩn và lớp cáu trong ống và ngoài ống. 0.25 r - Hệ số cấp nhiệt hơi nước ngưng tụ ngoài ống: 2.07A n 132.9 tw1 H O O Dùng phép lập chọn tw1 131.3 C A phụ thuộc vào nhiệt độ màng tm 0.5 tk tw1 132.1 C Hệ số cấp nhiệt đi ngoải ống: n 8024.52 2 qt qn n tn tw1 8193 , W/m ( nhiệt tải mất mát là không đáng kể) O 2 2 tw2 tw1 qt  rt 126.92 C F 197.76 , W/m K qF F tw2 tF 8292 , W/m q q Kiểm tra sai số:  n F 100% 1.21% 5% (thỏa) qn O O Vậy tw1 131.3 C,tw2 126.92 C - Hệ số truyền nhiệt (tính theo tường phẳng): 1 K 175 , W/m2K 1 F  rt 1 n Q 105593 - Bề mặt truyền nhiệt: F d 18.1, m2 K log 175 33.35 Diện tích cần (tính theo hệ số an toàn 20%): Ftt 1.2 F 21.72 - Cấu tạo thiết bị truyền nhiệt: 31
12. 4G 4 2785 Vận tốc ngoài ống: v w 1.591m/s 2 2 2 2 3600 w Dt dt 3600 980.8 0.03666 0.02248 vdtd 1.591 0.03666 0.0267 981.2 4 Re 4 26712 10 , chế độ chảy rối n 5.68 10 0.25 0.8 0.43 Pr Chuẩn số Nusselt của chế độ chảy rối Nuw 0.021Re Pr Prw1 Nuww Hệ số cấp nhiệt đi trong ống: n dtd 4 O w1cw1 6.47 10 2274.2 Dùng phép lập chọn tw1 67.1 C Prw1 6.06 w1 0.243 Nuw 146.75 w 3566.95 2 qt qw w tw tw1 40485 , W/m ( nhiệt tải mất mát là không đáng kể) O w2cw2 tw2 tw1 qt  rt 47.67 C Prw2 7 Nun 591.6 w2 2 2 n 5395.273, W/m K qn n tw2 t f 41367 , W/m q q Kiểm tra sai số:  w n 100% 2.2% 5% (thỏa) qw O O Vậy tw1 66.8 C,tw2 47.67 C - Hệ số truyền nhiệt (tính theo tường phẳng): 1 K 1057.42 , W/m2K 1 w  rt 1 n - Bề mặt truyền nhiệt: Q 2785 2514.6 116.9 40 3600 F d 7.49 , m2 K log 1057.42 18.88 Diện tích cần (tính theo hệ số an toàn 20%): Ftt 1.2 F 8.99 - Cấu tạo thiết bị truyền nhiệt: 2F Chiều dài ống: L tt 116.37 , m chọn 120m n dn dt Bố trí: chiều dài ống chuẩn là 2m Số chặng ống là 120/2 = 60 = 10x6 chặng Tiến hành bố trí thành 10 hàng ngang, mỗi hàng có 6 ống thép 5. Thiết bị giải nhiệt sản phẩm đỉnh: kiểu ống lồng ống với kích thước tương tự thiết bị trao đổi nhiệt giữa nhập liệu và sản phẩm đáy O O Nhiệt độ nước vào :tv 30 C Nhiệt độ nước ra: tr 50 C O O Nhiệt độ sản phẩm đỉnh vào: tdv 80.3 C Nhiệt độ sản phẩm đáy ra twr 40 C 33
13. 2 qt qD D tD tw1 30349.4 , W/m ( nhiệt tải mất mát là không đáng kể) O w2cw2 tw2 tw1 qt  rt 50.63 C Prw2 4.11 Nun 149.7 w2 2 2 n 5874.4 , W/m K qn n tw2 t f 14277 , W/m q q Kiểm tra sai số:  w n 100% 0.701% 5% (thỏa) qw O O Vậy tw1 65.2 C,tw2 50.63 C - Hệ số truyền nhiệt (tính theo tường phẳng): 1 K 782.85 , W/m2K 1 D  rt 1 n Q 31025 - Bề mặt truyền nhiệt: F d 2.16 , m2 K log 782.85 18.41 Diện tích cần (tính theo hệ số an toàn 20%): Ftt 1.2 F 2.592 - Cấu tạo thiết bị truyền nhiệt: 2F Chiều dài ống: L tt 32.17 , m chọn 36m n dn dt Bố trí: chiều dài ống chuẩn là 2m Số chặng ống là 36/2 = 18 = 3x6 chặng Tiến hành bố trí thành 3 hàng ngang, mỗi hàng có 6 ống thép 6. Bồn cao vị Chọn ống dẫn có đường kính trong là 80mm, độ nhám của ống  0.0002 m (ăn mòn ít), chiều dài ống dẫn là 15m. Tổn thất trong đường ống dẫn: - Xác định hệ số ma sát trong ống: O Các thông số được tra ở nhiệt độ trung bình của dòng nhập liệu: tF 0.5 30 110.8 70.4 C 4GF 4 4200 Vận tốc của dòng nhập liệu: vF 2 2 0.25 , m/s 3600 F dt 3600 929.94 0.08 8 vF dt F 7 ReF 34764 4000 , chế độ chảy rối. Re tới hạn: Regh 6 dt  5648.5 F 9 Re khi bắt đầu xuất hiện vùng nhám: Re 220 d 8 186097 n  0.25  100 Regh ReF Ren chế độ chảy rối khu vực quá độ  0.1 1.46 0.0284 d1 ReF - Xác định tổng hệ số tổn thất cục bộ: O o Uốn cong 5 chỗ, dạng uốn cong 90 thì  u1 0.9 5 0.45 o Van: đường ống có 1 van  v 10 o Tổn thất khi vào tháp:  thap 1 35
14. 4Gb 4 5 Vận tốc nhập liệu trong ống: vF 2 2 0.276 , m/s 3600 dt 3600 0.08 8 vF dt F 7 ReF 24545 4000 , chế độ chảy rối. Re tới hạn: Regh 6 dt  5648.5 F 9 Re khi bắt đầu xuất hiện vùng nhám: Re 220 d 8 186097 n  0.25  100 Regh ReF Ren chế độ chảy rối khu vực quá độ  0.1 1.46 0.0296 d1 ReF - Xác định tổng hệ số tổn thất cục bộ: O o Uốn cong 5 chỗ, dạng uốn cong 90 thì  u1 0.9 5 0.45 o Van: đường ống có 2 van  v 10 2 20 o Tổn thất khi vào bồn cao vị:  thap 1 Tổng hệ số tổn thất cục bộ: 1 21.45 l v2 11 4 0.2762 1 F , m h1 1 1 0.0296 21.45 0.105 d1 2g 0.08 2 9.81 Tính cột áp của bơm: 2 2 P1 v1 P2 v2 Phương trình Bernulli: z1 Hb z2 h1 F g 2g F g 2g Cột áp của bơm: Hb z2 z1 h1 13.5 0.105 13.605 , mH2O - Công suất bơm: Chọn hiệu suất bơm b 0.8 Qb Hb F g 5 13.605 974.9 9.81 Công suất thực tế của bơm: Nb 225.9W 0.31Hp 3600b 3600 0.8 Tài liệu tham khảo: [1] Hồ Lê Viên, “tính toán, thiết kế các chi tiết thiết bị hóa chất và dầu khí”, Nhà xuất bản khoa học và kỹ thuật, 2006 [2] Phạm Văn Bôn – Nguyễn Đình Thọ, “quá trình và thiết bị trong công nghệ hóa học – tập 5: Truyền khối”, Nhà xuất bản Đại học Quốc gia TPHCM, 2011 [3] Trần Xoa, Nguyễn Trọng Khuông, Hồ Lê Viên, “Sổ tay quá trình và thiết bị công nghệ hóa chất tập 1”, Nhà xuất bản khoa học và kỹ thuật, 2006 [4] Trần Xoa, Nguyễn Trọng Khuông, Hồ Lê Viên , “Sổ tay quá trình và thiết bị công nghệ hóa chất tập 2” , Nhà xuất bản khoa học và kỹ thuật, 2006 [5] Võ Văn Bang, Vũ Bá Minh, “Quá trình và thiết bị trong công nghệ hóa học – tập 3: Truyền Khối”, Nhà xuất bản Đại học Quốc gia TPHCM, 2011 37