Thiết Kế Tháp Chưng Cất Hỗn Hợp Acetone – Nước Loại Tháp Đệm Năng Suất 1500 (KgH).doc

Tải tài liệu tại kết bạn zalo : 0973.287.149
MỤC LỤC
LỜI MỞ ĐẦU
CHƯƠNG1 : GIỚI THIỆU CHUNG
Đại học Quốc gia Tp. Hồ Chí Minh
Trường Đại học Bách Khoa
Khoa Công nghệ Hố học & Dầu khí
BỘ MÔN MÁY & THIẾT BỊ
ĐỒ ÁN MÔN HỌC
Quá Trình & Thiết Bị
THIẾT KẾ THÁP CHƯNG CẤT HỖN HỢP
ACETONE – NƯỚC LOẠI THÁP ĐỆM
NĂNG SUẤT : 1500 (Kg/h)
GVHD : Võ Thị Ngọc Tươi
SVTH : Võ Ngọc Tiệp
MSSV : 69902203
Lớp : HC99HL,
Ngành : Công Nghệ Hố Lý
Năm học 2002 – 2003

Viết đề tài giá sinh viên – ZALO:0973.287.149-TEAMLUANVAN.COM
SVTH: Võ Ngọc Tiệp - Trang 2- MSSV:69902203
CHƯƠNG2 : CÂN BẰNG VẬT CHẤT
I. CÂN BẰNG VẬT CHẤT:
1. Đồ thị cân bằng acetone- nước
2. Xác định chỉ số hồi lưu
a) Chỉ số hồi lưu tối thiểu
b) Chỉ số hối lưu thích hợp
II. CÂN BẰNG NĂNG LƯỢNG:
1. Cân bằng năng lượng cho tháp chưng cất:
2. Cân bằng nhiệt lượng cho thiết bị ngưng tụ
3. Cân bằng nhiệt lượng cho thiết bị làm nguội
4. Cân bằng nhiệt lượng cho thiết bị gia nhiệt
CHƯƠNG 3 : TÍNH TỐN THIẾT BỊ CHÍNH
I. ĐƯỜNG KÍNH THÁP:
1. Đường kính đoạn cất:
2. Đường kính đoạn chưng:
II. CHIỀU CAO THÁP:
III. TRỞ LỰC CỦA THÁP:
CHƯƠNG 4 : TÍNH TỐN CƠ KHÍ
I. TÍNH CHIỀU DÀY THÂN THÁP
II. TÍNH ĐÁY, NẮP THIẾT BỊ
1. Nắp
2. Đáy
III. TÍNH ĐƯỜNG KÍNH VÀ BULON ỐNG DẪN
1. Ống dẫn hơi:
2. Ống nhập liệu:
3. Ống dẫn lỏng:
4. Ống hồn lưu:
CHƯƠNG 5 : TÍNH TỐN THIẾT BỊ PHỤ
I. THIẾT BỊ NGƯNG TỤ SẢN PHẨM ĐỈNH
II. THIẾT BỊ GIA NHIỆT NHẬP LIỆU
III. NỒI ĐUN
IV. BƠM
CHƯƠNG 6 : TÍNH GIÁ THÀNH THIẾT BỊ
TÀI LIỆU THAM KHẢO
LỜI GIỚI THIỆU

Trong thực tế, chúng ta sử dụng rất nhiều dạng hố chất khác nhau: hỗn hợp nhiều chất
hay đơn chất tinh khiết. Nhu cầu về một loại hố chất tinh khiết cũng rất lớn. Quá trình
có thể đáp ứng phần nào độ tinh khiết theo yêu cầu là chưng cất: là quá trình tách các
cấu tử trong hỗn hợp lỏng – lỏng, hay hỗn hợp lỏng – khí thành các cấu tử riêng biệt
dựa vào độ bay hơi khác nhau của chúng.
Và đối với hệ acetone – nước, do không có điểm đẳng phí nên có thể đạt được bất kỳ
độ tinh khiết theo yêu cầu nhờ quá trình chưng cất.
Nhiệm vụ thiết kế: tính tốn hệ thống chưng luyện liên tục để tách hỗn hợp hai cấu tử :
acetone – nước với các số liệu sau đây:
Năng suất sản phẩm đỉnh : 1500 Kg/h
Nồng độ sản phẩm đỉnh : 95% theo khối lượng
Nồng độ nhập liệu : 30%
Aùp suất làm việc : áp suất thường.
CHƯƠNG 1 :GIỚI THIỆU CHUNG
1.Giới thiệu sơ bộ :
Acetone có công thức phân tử : CH3COCH3 .Khối lượng phân tử bằng 58 đvC
Acetone là chất lỏng sôi 56.10
C, tan vô hạn trong nước, nó là dung môi cho
nhiều chất hữu cơ… Nó hồ tan tốt tơ axetat, nitrô xenluloz, nhựa phenol focmandehyt,
chất béo, dung môi pha sơn, mực in ống đồng. Acetone là nguyên liệu để tổng hợp
thủy tinh hữu cơ.
Từ Acetone có thể tổng hợp xeten, sumfonal (thuốc ngủ), các halofom….
Tính chất hố học :
Cộng hợp với natri bisunfit:
1
OH
CH3COCH3 + NaHSO3 CH3 - C - SO3Na
3
1
H
C
( 1-metyl-1-hydroxi etan sunfonát natri )
Cộng hợp axit HCN

1
OH
CH3COCH3 + HCN  CH3 - C - CN
3
1
H
C
( pH= 4 -8 )
Phản ứng ngưng tụ :
1
OH
11
O
CH3-CO-CH3 + HCH2C=O  CH3-C-CH2-C-CH3
3
1
H
C 3
1
H
C
( 4-oxy-4-mêtyll-2-pentanon)
Acetone khó bị oxi hóa bởi thuốc thử Pheling, Tôluen, HNO3đđ, KMnO4 ,…
Chỉ bị oxi hóa bởi hỗn hợp KMnO4 + H2SO4, Sunfôcrômic K2Cr2O7 + H2SO4…
Bị gãy mạch cacbon.
Phản ứng khử hố:
CH3COCH3 + H2  CH3CHOH-CH3
Điều chế :
Oxy hóa rượu bậc hai:
CH3CHOH-CH3  CH3COCH3 + H2O
Theo phương pháp Piria : nhiệt phân muối canxi của axit cacboxylic:
(CH3COO)2Ca  CH3COCH3 + CaCO3
Từ dẫn xuất cơ magie:
/
Br
CH3-C-Cl + CH3-MgBr CH3-C-CH3 + Mg
11
O
11
O

Cl
Phản ứng Kucherôv:
CH3-CCH + H2O 


 


H
/
4
HgSO
CH3-C-CH3
11
O
2. Công nghệ chưng cất hỗn hợp Acetone –Nước :
Ta có Acetone là một chất lỏng tan vô hạn trong nước và nhiệt độ sôi của
Acetone ( 56.1 0C ở 760 mmHg) và Nước ( 100 0C ở 760 mmHg) : là khá cách xa
nhau nên phương pháp hiệu quả nhất để thu được Acetone tinh khiết là chưng cất phân
đoạn dựa vào độ bay hơi khác nhau của các cấu tử trong hỗn hợp.
Chọn loại tháp chưng cất và phương pháp chưng cất :
Chưng cất là quá trình phân tách các hỗn hợp lỏng thành các cấu tử riêng biệt
dựa vào sự khác nhau về độ bay hơi của chúng ( hay nhiệt độ sôi ), bằng cách lặp đi
lặp lại nhiều lần quá trình bay hơi – ngưng tụ, trong đó vật chất đi từ pha lỏng vào pha
hơi hoặc ngược lại.
Đối với chưng cất ta có hai phương pháp thực hiện :
Chưng cất đơn giản (dùng thiết bị hoạt động theo chu kỳ):
Phương pháp này sử dụng trong các trường hợp sau :
Khi nhiệt độ sôi của các cấu tử khác xa nhau .

Khi không đòi hỏi sản phẩm có độ tinh khiết cao .
Tách hỗn hợp lỏng ra khỏi tạp chất không bay hơi .
Tách sơ bộ hỗn hợp nhiều cấu tử .
Chưng cất liên tục hỗn hợp hai cấu tử (dùng thiết bị hoạt động liên tục):
là quá trình được thực hiện liên tục, nghịch dòng, nhiều đoạn.
Ngồi ra còn có thiết bị hoạt động bán liên tục .
Trong trường hợp này, do sản phẩm là Acetone – với yêu cầu có độ tinh khiết
cao khi sử dụng , cộng với hỗn hợp Acetone – Nước là hỗn hợp không có điểm đẳng
phí nên chọn phương pháp chưng cất liên tục là hiệu quả nhất.
Chọn loại tháp chưng cất :
Có rất nhiều loại tháp được sử dụng, nhưng đều có chung một yêu cầu cơ bản là diện
tích bề mặt tiếp xúc pha phải lớn, điều này phụ thuộc vào độ phân tán của một lưu chất
này vào lưu chất kia .
Ta khảo sát hai loại tháp chưng cất thường dùng là tháp mâm và tháp chêm:
Tháp mâm gồm thân tháp hình trụ, thẳng đứng, phía trong có gắn các
mâm có cấu tạo khác nhau, trên đó pha lỏng và pha hơi được cho tiếp xúc với nhau.
Gồm có : mâm chóp, mâm xuyên lỗ , mâm van. Thường sử dụng mâm chóp .
Tháp chêm là một tháp hình trụ, gồm nhiều đoạn nối với nhau bằng mặt
bích hay hàn . Vật chêm được đổ đầy trong tháp theo một hay hai phương pháp : xếp
ngẫu nhiên hay xếp thứ tự .
Chọn loại tháp đệm để thực hiện quá trình chưng cất vì những ưu điểm
sau:
Cấu tạo đơn giản
Trở lực thấp
Tuy nhiên tháp đệm cũng có nhược điểm là:
Hiệu suất thấp
Độ ổn định kém.
Thuyết minh quy trình công nghệ:
Hỗn hợp Aceton – nước có nồng độ Aceton 30% (theo số mol), nhiệt độ khoảng
270
C tại bồn chứa nguyên liệu (1), được bơm qua thiết bị gia nhiệt ( trao đổi nhiệt với
sản phẩm đáy)(5). Sau đó được đưa đến thiết bị đun nóng nhập liệu(6) bằng hơi nước
bão hòa, ở đáy nhập liệu được đưa đến nhiệt độ sôi và được đưa vào tháp chưng
cất(11). Trong tháp, hơi đi từ dưới lên gặp chất lỏng từ trên xuống. Ở đây có sự
tiếp xúc và trao đổi nhiệt giữa hai pha với nhau. Pha lỏng chuyển động trong phần
chưng càng xuống dưới càng giảm nồng độ cấu tử dễ bay hơi vì đã bị nồi đun lôi cuốn
các cấu tử. Nhiệt độ càng lên trên càng thấp , nên khi hơi đi từ dưới lên thì cấu tử có
nhiệt độ sôi cao là nước sẽ ngưng tụ lại, cuối cùng trên đỉnh tháp ta thu được hỗn hợp
có cấu tử Aceton chiếm nhiều nhất ( 95% theo phần mol ). Hơi này đi vào thiết bị
ngưng tụ(14 ). Một phần lỏng ngưng được hồi lưu về tháp, một phần chất lỏng ngưng
đi qua thiết bị làm nguội sản phẩm đỉnh (17 ). Một phần cấu tử có nhiệt độ sôi thấp
được bốc hơi, còn lại cấu tử có nhiệt độ sôi cao trong chất lỏng ngày càng tăng. Cuối
cùng, ở đày tháp ta thu được hổn hợp lỏng gồm hầu hết cấu tử khó bay hơi (nước).
Hỗn hợp lỏng ở đáy có nồng độ Aceton là 3% theo phần mol, còn lại là nước. Dung
dịch lỏng ở đáy tháp được đun tại nồi đun (12 ) ,bốc hơi cung cấp lại cho tháp để tiếp
tục làm việc, phần còn lại trao đổi nhiệt với nhâïp liệu.
Hệ thống làm việc liên tục cho ra sản phẩm đỉnh là Aceton, sản phẩm đáy sau
khi trao đổi nhiệt với nhập liệu được thải bỏ.

Sơ đồ quy trình công nghệ chưng cất hỗn hợp Aceton – nước:

1 2
4
3
16
15
14
9
17
15
18
19
20
8
13
12
7
9
10
11
7
6
8
5
CHƯƠNG 2 : CÂN BẰNG VẬT CHẤT
I. Cân bằng vật chất:

Số liệu ban đầu: Năng suất 1500kg/h
Nồng độ dung dịch đầu: xF = 30% mol
Nồng độ đỉnh: xD = 95% mol
Nồng độ dung dịch đáy: xW = 3% mol
Các ký hiệu: F ,

F :lượng nhập liệu ban đầu (kmol/h), (kg/h)
D,

D : lượng sản phẩm đỉnh (kmol/h), (kg/h)
W,

W : lượng sản phẩm đáy (kmol/h), kg/h)
xF: nồng độ mol acetone trong nhập liệu
xD: nồng độ mol acetone trong sản phẩm đỉnh
xW: nồng độ mol của acetone trong sản phẩm đáy
Phương trình cân bằng vật chất:
F = D + W (1)
F xF = D xD + W xW (2)
Tính khối lượng trung bình:
MtbF =xF M1 + (1-xF) M2 =0,3x58+(1-0,3)18=30kg/kmol
MtbD =xD M1 + (1-xD) M2 =0,95x58+(1-0,95)18=56kg/kmol
MtbW =xW M1+ (1-xW) M2 =0,03x58+(1-0,03)18=19,2kg/kmol
Suất lượng sản phẩm đỉnh:
D =
tbD
M
D

= 
56
1500
26,786 (kmol/h)
Từ (1) và (2) ta có:







03
,
0
*
W
95
,
0
*
786
,
26
3
,
0
*
F
W
786
,
26
F
Giải hệ phương trình trên ta được:





h
/
kmol
485
,
64
W
h
/
kmol
27
,
91
F
hay





_
_
W
F
)
h
/
Kg
(
12
.
1238
)
h
/
Kg
(
13
.
2738


1. Đồ thị cân bằng acetone- nước:
Thành phần cân bằng lỏng (x)- hơi (y) tính bằng phần % mol và nhiệt độ sôi
của hỗn hợp 2 cấu tử ở 760 mmHg
Vẽ đồ thị y-x:
x 0 5 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
y 0 60,3 72 80,3 82,7 84,2 85,5 86,9 88,2 90,4 94,3 100
t 100 77,9 69,6 64,5 62,6 61,6 60,7 59,8 59 58,2 57,5 56,9

Ñoà
thòcaâ
n baè
ng aceyone- nöôù
c
0
20
40
60
80
100
0 20 40 60 80 100
Thaø
nh phaà
n pha loû
ng
Thaø
n
h
phaà
n
pha
hôi
Đồ thị T- xy
2. Xác định chỉ số hồi lưu thích hợp:
a) Chỉ số hối lưu tối thiểu:
Ñoà
thòT-xy
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
xy
T

Đường cân bằng vẽ theo số liệu thực nghiệm có khoảng lõm nên để xác định
Rm, từ A(0,95;0,95) vẽ AB tiếp xúc đường cân bằng cắt trục tung tại điểm có tung độ
góc là 0,65. Ta co ù: Rm= 
1
R
x
m
D
0,65  Rm = 0,462
Rm
0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
0.8
0.9
1
0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1
b) Chỉ số hồi lưu thích hợp:
Cho các giá trị Rxi > Rxmin để tìm các giá trị tung độ Bi tương ứng và vẽ các
đường nồng độ làm việc của đoạn luyện ứng với các giá trị Bi đó :
Bi =
1
Rx
x
i
D

Tìm các điểm a ( y= x= xD ), b( y= x= xW ) và đường x = xF ( song song với trục
tung ). Cứ mỗi giá trị Bi ta vẽ được đường nồng độ làm việc của đoạn luyện và đoạn
chưng .
Như vậy ứng với mỗi giá trị Rxi ta có số đơn vị chuyển khối chung tương ứng là
mxi.
Ta có bảng sau :
Rxi Bi mx mx(Rxi+1)
0.600 0.594 11.139 7.2834
0.785 0.532 8.595 7.5321
0.878 0.506 5.934 6.0881
0.970 0.482 5.94 6.7318
1.063 0.460 6.313 7.7737
1.155 0.441 5.928 8.0018
Thể tích tháp là V = f * H
f : tiết diện tháp, m2

H : chiều cao làm việc của tháp, m
Ta biết tiết diện của tháp tỉ lệ thuận với lượng hơi đi trong tháp, mà lượng hơi
lại tỉ lệ thuận với lượng lỏng hồi lưu trong tháp, như vậy tiết diện tháp tỉ lệ với lượng
hồi lưu .
Tức là f  ( Rx + 1 ) * GD
Trong một điều kiện làm việc nhất định thì GD là không đổi,
nên f  ( Rx + 1).
Còn chiều cao tháp tỉ lệ với số đơn vị chuyển khối H  mx , nên cuối cùng ta có
thể viết V = f*H  mx ( Rx + 1)
Từ đó ta sẽ lập được sự phụ thuộc giữa Rx _ mx * ( Rx + 1 ) . Mối quan hệ này
sẽ cho ta tìm được một giá trị Rx mà thể tích của thiết bị chưng cất ứng với nó là tối
ưu Rxth .
Vẽ đồ thị quan hệ giữa (mx i
*(Rxi + 1) _ Rxi ) để tìm Rxth .
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
0 0.5 1 1.5
Đường làm việc :
Phương trình đường làm việc của phần cất : y=
1
R
R

x +
1
R
xD

= 0.474x +0.5
Phương trình đường làm việc của phần chưng : y=
1
R
f
R


x -
1
R
1
f


xW
f =
D
F
=
786
.
26
271
.
91
y= 2.267x -0.038
II. Cân bằng năng lượng:
1. Cân bằng nhiệt lượng cho tháp chưng cất:
Phương trình cân bằng năng lượng :
QF+QD2+QR=Qy+QW+QXq2+QNg2
 Nhiệt lượng do hổn hợp đầu mang vào QF(J/h)
QF=
_
F CFtF
Trong đó:
_
F = 2783.13(Kg/h)
tF = 62.5O
C (Nhiệt độ đi vào của hổn hợp đầu : ở trạng thái lỏng sôi)
CF : Nhiệt dung riêng:
tF = 62.5O
C  CNước = 4188.265(J/Kg.độ)

CAcetone = 2313.125(J/Kg.độ)
CF =
_
X F x CAcetone + (1 -
_
X F ) x CNước
= 0.58 x 2313.125 + (1 – 0.58) x 4188.265
= 3100.684 (J/Kg.độ)
 QF = 2738.13 x 3100.684 x 62.5 = 0.53 x 109
(J/h)
= 147.395(kW)
 Nhiệt lượng do hơi đốt mang vào tháp QD2(J/h)
QD2 = D22 = D2(r2 + C22)
Dùng hơi nước ở As 2at , r2 = 2208 (kJ/Kg) , tO
= 119.6O
C
T2,C2 : tO
và Nhiệt dung riêng của nước ngưng (J/Kg.độ)
 Nhiệt lượng do lưu lượng lỏng hồi lưu mang về:
QR = QR x CR x tR
Trong đó:
CR = CD : Nhiệt dung riêng của sản phẩm đỉnh
tD
O
= 57.5O
C  CAceton = 2296.875 (J/Kg.độ)
CNước = 4188.125 (J/Kg.độ)
CD = CR =
_
x D x CAceton + (1 -
_
x D) x CNước
= 0.984 x 2296.875 + (1 - 0.984) x 4188.125
= 2327.135 (J/KG.độ)
GR =
_
D x R = 1500 x 0.9 = 1350 (Kg/h)
tR = tD = 57.5O
C.
 QR = 1.806 x 108 (J/h) = 50.18(kW)
 Nhiệt lượng do hơi mang ra ở đỉnh tháp Qy :
Qy =
_
D (1 +R) x D
Trong đó:
D : Nhiệt lượng riêng của hơi ở đỉnh tháp
D = Acetone x
_
y D + Nước x (1 -
_
y D)
_
y D = 0.984
Acetone = rAcetone + tD x CAcetone
Nước = rNước + tD x CNước
ở tD = 57.5O
C
rAcetone = 523.35 (kJ/Kg)
rNước = 2426.77 (kJ/Kg)
 Nước = 2667.59 x 103
(J/Kg)
Acetone = 655.42 x 103
(J/Kg)
 D = 687.614 (kJ/Kg)
 Qy = 1.96 x 109
(J/h) = 544.361 (kW)
 Nhiệt lượng do sản phẩm đáy mang ra QW:
Trong đó :
_
W = 1238.12 (Kg/h) ,
_
x W = 0.091
tW = 85O
C  CAcetone = 2386.25 (J/Kg.độ)
CNước = 4200 (J/Kg.độ)
CW = 4034.054 (J/Kg.độ)
 QW = 0.424 x 109
(J/Kg) = 117.93 (kW)

 Nhiệt lượng tổn thất tỏa ra môi trường xung quanh QXq2:
QXq2 = 5% x QD2
Vậy : Lượng hơi đốt cần thiết để đun sôi dung dịch ở đáy tháp:
QD2 - QXq2 = Qy + QW – QF - QR
 D2 =
r
x
95
.
0
Q
Q
Q
Q
2
R
F
w
y 


= 797.57 (Kg/h)
2. Cân bằng nhiệt lượng cho thiết bị ngưng tụ:
Ngưng tụ hồn tồn :
_
D (1 +R) x rD = Gnl x Cn x (t2 – t1)
Trong đó :
t1,t2: Nhiệt độ vào và ra của nước làm lạnh
Chọn nhiệt độ vào và ra của nước làm lạnh là: t1 = 27O
C
t2 = 40O
C

_
t 1,2 =
2
t
t 2
1 
= 33.5O
C  rAcetone = 521.46 (kJ/Kg)
rNước = 2425.60 (kJ/Kg)
 rD =
_
x D x rAcetone + (1 -
_
x D) x CNước
= 551.93 x 103
(J/Kg)
Suất lượng nước cần tiêu tốn:
 Gnl =
)
t
t
(
x
C
r
x
)
1
R
(
x
D
1
2
n
D
_


=
)
27
40
(
94
.
4180
1000
963
.
551
)
1
9
.
0
(
1500


x
x
x
x
= 28940.87 (Kg/h)
3. Cân bằng nhiệt lượng của thiết bị làm lạnh:
Phương trình cân bằng năng lượng :
_
D (rD + CD x (t1’-t2’)) = Gn3 x Cn x (t2-t1)
t1’= 57.5O
C  Nhiệt độ vào của sản phẩm đỉnh.
t2’= 30O
C  Nhiệt độ ra của sản phẩm đỉnh.
t1 = 27O
C  Nhiệt độ vào của nước làm lạnh.
t2 = 40O
C  Nhiệt độ ra của nước làm lạnh.
ttb = 33.5O
C  Nhiệt độ trung bình của nước làm lạnh.
Cn = 4176.625 (J/Kg.độ) ở 33.5O
C
CAcetone =2252.19(J/Kg.độ) ở t =
2
30
5
.
57 
= 43.75O
C
Cn = 4177.625 (J/Kg.độ) ở t=43.75O
C






)
do
.
Kg
/
J
(
563168
r
)
do
.
Kg
/
J
(
2283
C
D
D
Lượng nước cần dùng :
Gn3 =
)
(
))
'
'
(
(
1
2
2
1
_
t
t
C
t
t
C
r
x
x
D
n
D
D



= 17292.684(Kg/h)
4. Cân bằng năng lượng cho thiết bị gia nhiệt (tận dụng nhiệt sản phẩm đáy):
Dùng nhiệt sản phẩm đáy để gia nhiệt cho nhập liệu.
Chọn nhiệt độ ra của sản phẩm đáy là 450
C

Qw = Gw.Cw.(85-45) = 0.344x4034.05x(85-45) = 55508.825(W)
Giả sử nhiệt độ mất mát ra môi trường là 40%
 Qw’ = 95%.Qw = 46131 (W)
Nhiệt độ ra của nhập liệu là :
QF = Qw’ = GF.CF.(t-27)  t = C
13
.
41
27
684
.
3100
x
76
.
0
528
.
55508
27
.C
G
'
Q 0
F
F
w





CHƯƠNG 3 : TÍNH TỐN THIẾT BỊ CHÍNH
I. Đường kính tháp:
Đường kính tháp được xác định theo công thức: D=
tb
tb
V

.
3600
.
.
4

Trong đó: Vtb lượng hơi trung bình đi trong tháp(m3
/h)
 tb tốc độ hơi trung bình đi trong tháp(m/s)
Vì lượng hơi và lượng lỏng thay đổi theo chiều cao tháp và khác nhau trong
mỗi đoạn nên ta phải tính đường kính trung bình riêng cho từng đoạn: chưng và cất.
1. Đường kính đoạn cất:
Nồng độ trung bình của pha lỏng: x’
m= 625
.
0
2
95
.
0
3
.
0
2
x
x D
F




Nồng độ trung bình của pha hơi theo phương trình đường làm việc:
y’
m=0.474x’
m+0.5=0.796
Nhiệt độ trung bình của pha lỏng, pha hơi theo giản đồ T-x
x’
m=0.625 t’
x=590
C
y’
m=0.796 t’
y=650
C
Khối lượng mol trung bình, khối lượng riêng của pha hơi:
M’
m=y’
m.Ma+(1-y’
m).Mn=49.84(kg/kmol)
'
y
 = )
m
/
kg
(
797
.
1
T
4
.
22
T
.
M 3
y
'
0
'
m

Khối lượng riêng của pha lỏng:
x’
m=0.625 843
.
0
'


m
x phần khối lượng
t’
x=590
C 









3
'
n
3
'
a
m
/
kg
45
.
983
m
/
kg
1
.
747
Lượng hơi trung bình đi trong đoạn cất:
gtb=
2
1
g
gd 
* gd : lượng hơi ra của sản phẩm đỉnh
gd=GR+GD=

D (Rx+1)=2850kg/h
* g1: lượng hơi đi vào đoạn cất:
g1=G1+GD=G1+GD=G1+1500
Lượng hơi g1, hàm lượng y1, lượng lỏng G1 được xác định theo:















D
d
d
x
r
g
r
g
D
x
G
y
g
D
G
g
1
1
1
1
1
1
1
1
(x1=

F
x )
r1=ray1+(1-y1)rn

rd=ra n
D
D r
y
y )
1
(




Tại tF=62.50
C 





)
kg
/
kj
(
882
.
2249
r
)
kg
/
kj
(
285
.
516
r
n
a
Tại tD=57.50
C 





)
kg
/
kj
(
466
.
2425
r
)
kg
/
kj
(
257
.
521
r
n
a
Giải hệ trên ta được:











)
h
/
kg
(
83
.
607
G
)
kg
/
kj
(
99
.
745
r
867
.
0
y
)
h
/
kg
(
83
.
2107
g
1
1
1
1
Do đó: gtb= )
/
(
915
.
2478
2
1
h
kg
g
gd


Vận tốc hơi đi trong tháp:
Lg
125
.
0
xtb
ytb
25
.
0
y
x
16
.
0
n
x
xtb
3
d
ytb
d
2
'
s
G
G
75
.
1
A
.
V
.
g
.
.










































'
s
 :Tốc độ bắt đầu tạo nhũ tương(m/s); d
 :Bề mặt riêng của
đệm(m2
/m3
);Vd:Thể tích tự do của đệm(m3
/m3
); g: Gia tốc trọng trường(m/s2
); Gx,Gy:
Lượng lỏng và lượng hơi trung bình(kg/h); ytb
xtb 
 , :Khối lượng trung bình của lỏng
và của hơi(kg/m3
); n
x 
 , :Độ nhớt của pha lỏng ở nhiệt độ trung bình và độ nhớt của
nước ở 200
C(Ns/m2
)
A = 0.125
ytb = 1.797 (Kg/m3
)
sxtb = 776.39 (Kg/m3
)
Chọn đệm vòng Raschig bằng sứ, kích thước 25 x 25 x 3 (mm)
Các thông số đệm:








)
m
600(Kg/
)
m
/
m
0.75(
V
)
m
/
m
195(
3
d
3
3
d
3
2
d
ρ
δ
tx’ = 59  x = 0.2316 x 103
(Ns/m2
)
Gx = 607.83 (Kg/h) = 0.169 (Kg/s)
Gy = 2478.915 (Kg/h) = 0.689 (Kg/s)
n = 1000 (Kg/m3
)
Lg
8
/
1
4
/
1
16
.
0
3
2
s
39
.
776
797
.
1
x
689
.
0
169
.
0
x
75
.
1
125
.
0
1000
10
x
2316
.
0
x
39
.
776
x
76
.
0
x
81
.
9
797
.
1
x
165
x
'
w





























 
 ws’ = 6.11 (m/s)
Chọn tốc độ làm việc w = 0.85.ws
’
=5.19 (m/s)
Đường kính đoạn cất:
Dcất =
tb
tb
xw
3600
x
xV
4

Lượng hơi trung bình đi trong tháp:
Vtb (m3
/h) = gtb (Kg/h) x ytb (Kg/m3
)
= 2478.915 x 1.797 = 1379.47 (m3
/h)

 Dcất =
76
.
5
x
3600
x
47
.
1379
x
4

= 0.3 (m).
2. Đường kính đoạn chưng:
Nồng độ trung bình pha lỏng:
xm” =
2
x
x W
F 
=
2
03
.
0
3
.
0 
= 0.165
Nồng độ trung bình pha hơi theo phương trình đường làm việc:
ym” = 2.267 x xm” - 0.038 = 0.336
Nhiệt độ trung bình của pha lỏng, pha hơi từ giản đồ Txy:
xm” = 0.165  tx” = 65O
C
ym” = 0.336  ty” = 88O
C
Khối lượng mol trung bình và khối lượng riêng pha hơi:
Mm” = ym” x Macetone + (1 – ym”) x Mnước
= 0.336 x 58 + (1 – 0.336) x 18 = 31.44 (Kg/mol)
y” =
"
xT
4
.
22
xT
"
M
y
0
m
=
)
273
88
(
4
.
22
273
44
.
31

x
x
= 1.061 (Kg/m3
)
Khối lượng riêng pha lỏng:
xm” = 0.165  "
_
m
x = 0.389
tx” = 65O
C 









)
m
/
Kg
(
25
.
980
)
m
/
Kg
(
25
.
739
3
"
nuoc
3
"
acetone
"
nuoc
"
m
_
"
acetone
"
m
_
"
x
)
x
1
(
x
1






 x” = 869.93 (Kg/m3
)
Lượng hơi trung bình đi trong đoạn chưng:
gtb’ =
2
'
g
'
g 1
n 
(Kg/h)
Trong đó:
g1’: lượng hơi đi vào đoạn chưng
gn’: lượng hơi ra khỏi đoạn chưng
Vì lượng hơi ra khỏi đoạn chưng bằng lượng hơi đi vào đoạn luyện nên
gn’ = g1
Hay gtb’ =
2
'
g
g 1
1 
Lượng hơi đi vào đoạn chưng g1’ ,lượng hơi lỏng G1’ và hàm lượng lỏng x1’
được xác định theo phương trình cân bằng và cân bằng năng lượng:















1
1
n
n
1
1
w
_
_
w
_
1
1
1
_
1
1
r
.
g
'
r
'.
g
'
r
'.
g
x
.
W
y
.
'
g
'
x
'.
G
W
'
g
'
G
)
/
(
12
.
1238
_
h
Kg
W 
xw = 0.03 
_
x w = 0.091
yw = 0.4 (phần mol) dựa vào đường cân bằng

754
.
0
yw
_
 (phần khối lượng)
g1. r1 = 1572413.4
r1’ = ra .
_
y w + (1 -
_
y w).rb
Tại đáy tháp:
tw = 85O
C 





)
Kg
/
KJ
(
355
.
2361
r
)
Kg
/
KJ
(
893
.
501
r
b
a
r1’= 501.893 x 0.754 + (1 – 0.754) x 2361.355 = 959.32 (kJ/Kg)
g1’ =
32
.
959
4
.
1572413
= 1639.09 (Kg/h)
G1’ = 1639.69 + 1238.12 = 2877.21 (Kg/h)
x1’ = 469
.
0
21
.
2877
091
.
0
12
.
1238
754
.
0
69
.
1639

 x
x
 Lượng hơi trung bình đi trong đoạn chưng:
gtb’ = )
h
/
Kg
(
46
.
1873
2
83
.
2107
09
.
1639


Vận tốc hơi đi trong tháp:
Lg
8
/
1
4
/
1
16
.
0
3
3
2
s
93
.
869
061
.
1
x
52
.
0
799
.
0
x
75
.
1
125
.
0
1000
10
x
2225
.
0
x
93
.
869
x
75
.
0
x
81
.
9
061
.
1
x
195
x
'
w





























 
tx” = 65  x” = 0.2225 x 103 (Ns/m2
)
Gx = 2877.21 (Kg/h) = 0.799 (Kg/s)
Gy = 1837.46 (Kg/h) = .052 (Kg/s)
 ws’ = 6.22
wtb’ = 0.85 x ws’ = 5.29 (m/s)
D =
tb
tb
xw
3600
x
xV
4

=
29
.
5
3600
75
.
1765
4
x
x
x

= 0.344 (m)
Vtb = 1873.46 x 1.061 = 1765.75 (m3
/h)
 Chọn đường kính : D = 400 (mm).
II. Chiều cao tháp:
* Chiều cao của tháp đệm (tồn tháp):
H = N1 x htđ + (0.8  1) (m)
Trong đó: N1: Số đĩa lý thuyết
0.8  1 : Khoảng cách cho phép ở đỉnh và đáy tháp (m)
htđ: Chiều cao tương đương của bậc thay đổi nồng độ, có thể tính
theo các công thức sau:
htđ = K x
a
y
y
y xw










x đ
b
x Vđ
c
x
d
x
y
G
G








x
e
y
x










x
f
y
x










x
x
y
y
x
G
G
m
1
mG
G
log

Trong đó: K : hệ số
a,b,c,d,e,f: các số mũ,tìm bằng thực nghiệm
x,y : Khối lượng riêng trung bình của pha lỏng và pha hơi

(Kg/m3
)
x,y : Độ nhớt trung bình của pha lỏng và pha hơi (Ns/m2
)
(khối lượng riêng, độ nhớt lấy theo nhiệt độ trung bình)
Gx,Gy: Lượng lỏng và lượng hơi trung bình đi trong tháp
m : hệ số góc cân bằng y= f(x) với mặt phẳng ngang (Kg/h)
Ta có : K = 176.4 d = 0.342
a = 0.2 e = 0.19
b = -1.2 f = 0.038
c = 1
Gx =
2
'
G
G 1
1 
=
2
21
.
2877
83
.
607 
= 1742.52 (Kg/s)
Gy =
2
'
g
g 1
d 
=
2
09
.
1639
2850
= 2244.545 (Kg/h)
x =
2
"
' x
x 


=
2
93
.
869
39
.
776 
= 823.16 (Kg/m3
)
y =
2
"
' y
y 


=
2
93
.
869
1797 
= 1.429 (Kg/m3
)
đ = 195 (m2
/m3
)
Vđ = 0.75 (m3
/m3
)
wy =
2
"
' s
s w
w 
=
 
2
85
.
0
22
.
6
11
.
6 x

= 5.24 (m/s)
tO
tb lỏng =
2
"
t
'
t x
x 
=
2
65
59 
= 62O
C
tO
tb hơi =
2
"
t
'
t y
y 
=
2
88
65 
= 76.5O
C
lg hh = x1 x lg 1 + x2 x lg 2
Trong đó: 1,2:độ nhớt động lực của các cấu tử thành phần
x1,x2: nồng độ phần mol của các cấu tử trong hổn hợp
tO
x = 62O
C  1(Acetone) = 0.227.103 (Ns/m2
), x1 = 0.03
2(Nước) = 0.4578.103 (Ns/m2
), x2 = 0.97
lg x = 0.03 lg 0.227.10-3
+ 0.97 lg 0.4578.10-3
= -3.348
 x = 0.4483.10-3 (Ns/m2
)
tO
y = 76.5O
C  1 = 0.2053.10-3
(Ns/m2
), x1 = 0.95
2 = 0.3766.10-3
(Ns/m2
), x2 = 0.05
 lg y = 0.95 x lg 0.2053.10-3
+ 0.05 lg 0.3766.10-3
= -3.6744
 y = 0.2116.10-3
(Ns/m2
)
 htđ = 176.4 x
2
.
0
3
10
.
2116
.
0
24
.
5
429
.
1







x
x 195-1.2
x 0.751
x
52
.
1742
545
.
2244
83
.
3
1
545
.
2244
x
83
.
3
52
.
1742
lg
x
10
.
4483
.
0
10
.
2116
.
0
x
429
.
1
16
.
823
x
52
.
1742
545
.
2244
038
.
0
3
3
19
.
0
342
.
0























= 1.1996 (m)
 H = N1 x htđ + (0.8 1)  8 (m)
* Chiều cao làm việc của tháp:
H’ = hđv x mx (m)
hđv : chiều cao của một đon vị chuyển khối (m)

mx: số đơn vị chuyển khối xác định theo nồng độ pha lỏng
mx = 9
.
5
xcb
x
dx
2
x
1
x



hđv = h1 + 2
x
y
h
G
mG
Trong đó: h1 : chiều cao của 1 đơn vị chuyển khối đối với pha hơi
h2 : chiều cao của 1 đơn vị chuyển khối đối với pha lỏng
h1 = )
m
(
Pr
.
Re
.
a
V 3
/
2
y
25
.
0
y
d
d

h2 = 256. )
m
(
Pr
.
Re
. 5
.
0
x
25
.
0
x
3
/
2
x
x










a: hệ số phụ thuộc vào dạng đệm : đệm vòng a = 0.123
x : độ nhớt pha lỏng (Ns/m2
) ( x = 0.4483.10-9
(Ns/m2
)
Vđ : thể tích tự do của đệm (Vđ = 0.75 (m2
/m3
))
x: Khối lượng riêng pha lỏng (x = 823.16 Kg/m3
)
 :hệ số thấm ướt của đệm ,nó phụ thuộc vào tỷ số giữa mật độ tưới
thực tế lên tiết diện ngang của thép và mật độ tưới thích hợp, xác định bằng đồ thị
(H.IX 16,[5])
Ut =
t
x
F
V
; mật độ tưới thực tế (m3
/m2
h)
Uth = B.đ ; mật độ tưới thích hợp (m3
/m2
.h)
B = 0.065 (m3
/m.h) ( Bảng IX.6,[5])
Ở đây : Vx :lưu lượng thể tích chất lỏng (m3
/h)
Vx =
x
x
G

=
)
m
/
kg
(
16
.
823
)
h
/
Kg
(
52
.
1742
3
= 2.1176 (m3
/h)
Ft : diện tích mặt cắt tháp (m2
)
Ft = 2
D
4

= 2
4
.
0
4
x

= 0.125 (m2
)
đ : diện tích bề mặt riêng của đệm (m2
/m3
)
d
 = 195 (m2
/m3
)
Rey : Chuẩn số Re pha hơi
Ry =
d
y
s
y
.
w
.
.
4
.
0



= 59
.
72
195
10
2116
.
0
24
.
5
429
.
1
4
.
0
3


x
x
x
x
Rex : Chuẩn số Re pha lỏng
Rx =
x
d
t
x
.
.
F
G
.
04
.
0


= 758
.
1
10
.
4483
.
0
195
126
.
6
3600
52
.
1742
04
.
0
3


x
x
x
Dy : hệ số khuếch tán trong pha hơi (m2
/s)
Dy =
2
/
1
B
A
2
3
/
1
B
3
/
1
A
2
/
3
3
M
1
M
1
)
V
V
(
P
T
.
10
.
3
.
4











Trong đó:
T = 273 + 76.5 = 349.5O
K
P = 1 at
MA = MAcetone = 58 (g/mol)

MB = Mhơi nước = 18 (g/mol)
VA,VB :thể tích mol của khí A,B
VA = VAcetone =3 x 14.8 + 6 x 3.7 + 7.4 = 74 (cm3
/mol)
VNước = 18.9 (cm3
/mol)

)
s
/
m
(
10
.
61
.
1
)
s
/
cm
(
161
.
0
18
1
58
1
)
9
.
18
74
(
x
1
5
.
349
.
10
.
3
.
4
D
2
5
2
2
/
1
2
3
/
1
3
/
1
5
.
1
3
y













Dx :hệ số khuếch tán trong pha lỏng:
Dx =
V
'.
T
.
)
M
.
(
10
.
4
.
7
6
.
0
A
5
.
0
B
8



Trong đó:
MB :Khối lượng mol của dung môi, MB = 18 (g/mol)
T: 273 + 62 = 335O
K
’ : độ nhớt của dung dịch (cp)
Nước’ = 0.4578.10-3
(Ns/m2
) = 0.4578 (cp)
: hệ số kết hợp cho dung môi  = 2.6
VA: thể tích mol của dung chất
` VAcetone = 74(cm2
/mol)
 Dx = 6
.
0
5
.
0
8
74
x
4578
.
0
335
x
)
18
x
6
.
2
(
10
x
4
.
7 
= 2.8 x 10-5
(cm2
/s) =2.8 x 10-9
(m2
/s)
Pry : Chuẩn số Pran của pha hơi
Pry =
y
y
y
D
.


= 197
.
9
10
x
61
.
1
x
429
.
1
10
x
2116
.
0
5
3



(N)
Prx : Chuẩn số Pran của pha lỏng
Prx = )
N
(
59
.
194
10
x
8
.
2
x
16
.
823
10
x
4483
.
0
D
. 9
3
x
x
x






Xác định hệ số thấm ướt 
Utt = )
h
.
m
/
m
(
8
.
16
)
m
(
126
.
0
)
h
/
m
(
117
.
2
F
V 2
3
2
3
t
x


Uth = B.đ = 0.065(m3
/m.h) x 195(m2
/m3
) = 12.675(m3
/m2
.h)
32
.
1
675
.
12
8
.
16
U
U
th
tt


Từ bảng IX.6,[5]   = 1
h1 = )
m
(
4
.
0
197
.
9
x
59
.
72
x
195
x
1
x
123
.
0
75
.
0
)
m
(
Pr
.
Re
.
.
.
a
V 3
/
2
25
.
0
3
/
2
y
25
.
0
x
ñ
ñ




h2 = 2.56 Pr
.
Re
. 5
.
0
x
25
.
0
x
3
/
2
x
x










= 2.56 )
m
(
274
.
0
5
.
194
x
758
.
1
x
16
.
823
10
x
4483
.
0 5
.
0
25
.
0
3
/
2
3








 
hđv = h1 + )
m
(
752
.
1
274
.
0
x
52
.
1742
545
.
2244
x
83
.
3
4
.
0
h
.
G
G
.
m
2
x
y



H’ = hđv x mx = 1.752 x 5.9 = 10.34 (m)

III. Phần tính trở lực của tháp:
Đường kính tương đương:
dtđ = 015
.
0
195
75
.
0
x
4
V
.
4
ñ
ñ



Chuẩn số Renoy:
y
ñ
y
tñ
.
V
.
d
.
y
Re




* Phần cất:
8
.
81810
10
.
228
.
0
x
75
.
0
797
.
1
x
015
.
0
x
19
.
5
.
V
.
d
.
Re 3
yc
ñ
yc
tñ
c
yc 




 
2
2
2
1
1
1
yc
hh M
.
m
M
.
m
M





0
0
tby 65
t  
















8
.
49
M
)
m
/
Ns
(
10
.
44
.
0
)
m
/
Ns
(
10
.
22
.
0
hh
2
3
n
2
2
3
n
1
 )
m
/
Ns
(
10
.
228
.
0
10
.
44
.
0
18
x
)
796
.
0
1
(
10
.
22
.
0
58
x
796
.
0
8
.
49 2
5
yc
3
3
yc










3
ñ
2
.
0
yc
2
.
1
ñ
8
.
0
y
8
.
1
'
y
kc
V
.
.
.
H
.
56
.
1
P






22564
73
.
0
)
10
.
22
.
0
(
x
195
x
797
.
1
x
19
.
5
x
7
x
56
.
1
3
2
.
0
5
2
.
1
8
.
0
8
.
1



Pưc = (1+Kc).Pkc
Kc =
038
.
0
y
x
19
.
0
y
x
342
.
0
y
x
2 .
.
G
G
A




























 Kc = 52
.
0
10
.
228
.
0
10
.
3
.
0
.
39
.
776
797
.
1
.
915
.
2478
83
.
607
15
.
5
038
.
0
5
5
19
.
0
342
.
0























t0
= 59  lgx = 0.625lg0.23.10-3
+(1-0.625)lg0.469.10-3
 x = 0.3.10-5
(Ns/m2
))
 Pưc = 34269.92(N/m2
)
* Phần chưng:
9
.
8634
10
.
13
.
0
x
75
.
0
061
.
1
x
015
.
0
x
29
.
5
R 4
)
ch
(
ey 
 
(y(ch) = 0.13.10-4
(Ns/m2
))
)
m
/
Ns
(
4
.
305
75
.
0
)
10
.
13
.
0
(
x
195
x
061
.
1
x
29
.
5
x
5
.
3
x
56
.
1
P 2
3
2
.
0
4
2
.
1
8
.
0
8
.
1
)
ch
(
H 



01
.
1
10
.
13
.
0
10
.
39
.
0
x
93
.
869
061
.
1
x
46
.
1873
21
.
2877
x
15
.
5
)
ch
(
K
038
.
0
4
5
19
.
0
342
.
0





















 

 Pưch =18703.85(N/m2
)
 Tổng trở lực: P = Pưc + Pưch = 52973.77(N/m2
).

CHƯƠNG 4 :TÍNH TỐN CƠ KHÍ
I. Tính chiều dày thân tháp:
Chọn thiết kế thân trụ bằng phương pháp hồ quang. Thân tháp được ghép với nhau
bằng nhiều mối ghép bích.
Chiều cao đệm đoạn chưng :1.752 x 2 =3.5 (m)
Chiều cao đoạn cất : 10.5 – 3.5 = 7.0(m)
Chia tháp làm 3 đoạn :
* Phần chưng:3.5(m)
* Phần cất chia làm 2 đoạn mỗi đoạn là : 3.5(m)
Khoảng cách giữa 2 tầng đệm là :0.35 (m)
Chiều cao tồn thân tháp :
H’ = 0.4+ 3.5+0.35+3.5 +0.6 + 3.5+= 11.85 (m)
Chọn vật liệu làm thân tháp là thép không gỉ X18H10T để thiết kế thân, đáy và nắp.
Các thông số đặc trưng của thép không gỉ là :
Giới hạn bền kéo : k = 550 x 106
(N/m2
)
Giới hạn bền chảy : ch = 220 x 106
(N/m2
)
Hệ số giãn khi kéo 16.6 x 10-6
(1/O
C)
Khối lượng riêng của thép :  = 7.9 x 103
(Kg/m3
)
Hệ số dẫn nhiệt :  = 16.3 (W/mO
C)
Hệ số an tồn bền kéo : nk = 2.6
Hệ số an tồn bền chảy : nch = 1.5
Môdun đàn hồi : C
850
E = 2.01875 x 105
(N/mm2
)

Nhiệt độ nóng chảy : tO
nc = 1400O
C
Hệ số Poatxong :  = 0.33
Ở giữa mỗi đoạn đệm có hai cửa để nhập đệm, tháo đệm và làm vệ sinh. Đường kính
cửa là 100 (mm), các cửa này phân bố dọc theo hai đường sinh của tháp.
Điều kiện làm việc của tháp:
Aùp suất bên trong tháp tính (tại đáy tháp ):
P = Plv + Ptt + Pcư
Ptt = hh.g.H
hh
1
=
5
.
968
)
091
.
0
1
(
5
.
712
091
.
0
O
H
)
'
x
1
(
'
'
x
2
_
acetone
_







 hh = 937.84
 P = 9.81 x104
+ 937.84 x 9.81 x11.85 + 52973.77= 261476.3(N/m2
)=
0.261(N/mm2
)
Tính hệ số bền của thân hình trụ:
n = 0.95 (hàn tay hoặc bằng hồ quang điện, giáp mối hai bên)
 = n x 92
.
0
95
.
0
x
85
.
11
35
.
0
85
.
11
H
d
H





d : Tổng số lớn nhất của các đường kính các lổ trên một đường sinh
 d =0.1x3+0.05 = 0.35 (m)
Ứng suất cho phép :
[K] = )
m
/
N
(
10
x
54
.
211
1
x
6
.
2
10
x
550
x
n
2
6
6
K
K




[ch] = )
m
/
N
(
10
x
67
.
146
1
x
5
.
1
10
x
220
x
n
2
6
6
e
ch




[] = min ([K], [ch]) = 146.47 x106
(N/m2
)
Kiểm tra :
997
.
516
92
.
0
x
261
.
0
67
.
146
.
P
]
[
n 



> 25 nên bề dày thân được tính theo công
thức sau:
S’ = )
mm
(
39
.
0
92
.
0
x
67
.
146
x
2
261
.
0
x
400
].
.[
2
P
.
D
n
t




Bề dày thực tế của thân tháp: S = S’ + C
C : Hệ số bổ sung : C = Ca +Cb + Cc + Co
Ca : Hệ số bổ sung do ăn mòn hố học của môi trường
Cb : Hệ số bổ sung do ăn mòn cơ học của môi trường
Cc : Hệ số bổ sung do sai lệch khi chế tạo, lắp ráp
Co : Hệ số bổ sung để quy tròn kích thước
C = 10 (năm) x 0.1 (mm/năm) + 0.22 + Co =1.22 +Co
S = 0.39+1.22 + Co = 3 (mm)
Kiểm tra bề dày của thân :
)
thoûa
(
1
.
0
10
x
5
400
1
3
D
Ca
S 3
t




 
Kiểm tra áp suất tính tốn cho phép bên trong thiết bị :
[P] = )
thoûa
(
P
)
mm
/
N
(
34
.
1
)
1
3
(
400
)
1
3
(
x
92
.
0
x
67
.
146
x
2
)
C
S
(
D
)
C
S
.(
].
.[
2 2
a
t
a
n











Kiểm tra ứng suất theo áp suất thử:

 =
 
 




)
C
S
(
2
P
C
S
D
a
0
a
t
P0 = Pth+Ptt=0.261x1.5+937.84x9.81x11.85x10-6
=0.5 N/mm2
 =
 
  )
thoaû
(
33
.
183
2
.
1
220
12
62
.
54
92
.
0
)
1
3
(
2
5
.
0
1
3
400








II. Tính đáy, nắp thiết bị:
1. Tính nắp thiết bị:
Chọn nắp Ellipese tiêu chuẩn loại có gờ.
Chiều dày S được tính :
S’ = C
h
.
2
D
.
P
.
k
].
.[
8
.
3
P
.
D
b
t
h
t




hb : Chiều cao phần lồi của đáy (nắp) h1 = 0.25.Dt = 0.25 x 400 =100 (mm)
h : hệ số bền mối hàn
k : hệ số không thứ nguyên, k = 75
.
0
400
100
1
Dt
d
1 



 S’ = C
38
.
0
C
100
x
2
400
.
261
.
0
874
.
0
x
75
.
0
x
54
.
211
x
8
.
3
262
.
0
x
400




C = Ca +Cb + Cc + Co +2(mm) = 1 +0 +0.44 +Co +2 = 3.44 + Co
 S = 0.38 + 3.44 + Co = 4 (mm)
Kiểm tra bề dày : )
thoûa
(
1
.
0
10
x
5
.
7
400
1
4
D
C
S 3
t
a




 
Kiểm tra áp suất tính tốn cho phép:
[P]=
   
 
)
thoaû
(
P
mm
/
N
2
)
1
4
(
400
)
1
4
(
x
92
.
0
x
67
.
146
x
2
C
S
D
C
S
2 2
a
t
a











Kiểm tra ứng suất cho phép theo áp suất thử thuỷ lực:
    )
thoaû
(
33
.
183
12
69
.
46
)
1
4
(
100
x
92
.
0
x
75
.
0
x
6
.
7
5
.
0
)
1
4
(
100
x
2
400
)
C
S
(
h
k
6
.
7
P
)
C
S
(
h
2
D c
2
b
h
0
b
2
t














2. Tính đáy :
Tương tự: D=1200 mm, h=25mm, ht=300, s=5mm
III. Tính đường kính và bulon ống dẫn:
Đường kính ống dẫn :
v
.
Q
.
4
d

 (mm)
Q: lưu lượng thể (m3
/s)
v: vận tốc (m/s)
1. Ống dẫn hơi ra khỏi đỉnh :
Lưu lượng khí đi qua ống:
Gy = )
h
/
Kg
(
2850
1500
x
)
9
.
0
1
(
D
).
R
1
(
_




Chọn v = 20 (m/s)

 167
.
0
797
.
1
x
20
x
x
3600
2850
x
4
d 

 (mm)
 Chọn d = 150 (mm)
2. Ống nhập liệu :
Tính tương tự :











)
s
/
m
(
45
.
0
v
Choïn
)
m
/
Kg
(
93
.
869
)
h
/
Kg
(
13
.
2738
F
3
_
 d = 50 (mm)
3. Ống dẫn lỏng ra ở đáy tháp :
d = 50 (mm)
4. Ống hồn lưu :
d = 50 (mm)
Bích liền bằng kim loại đen:
Dy Dn D Db D1 Db Z
50 57 140 110 90 M12 4
150 159 260 225 202 M16 8
IV. Tính bích nối
Chọn bích liền không cổ. Tính tốn theo phương pháp tải trọng giới hạn. Vật liệu làm
bích cùng loại vật liệu với vật liệu làm thân. Bulon làm bằng thép CT3
T0
= 850
C
Ứng suất cho phép của vật liệu làm bulon, bích:
[]85
= 86.75 (N/mm2
)
[]85
= 108.94 (N/mm2
)
Các thông số của bích tra ở bảng XIII.27,[5]
Đường kính trung bình : Dt = 400 (mm)
Đường kính bích : D = 515 (mm)
Đường kính tâm bulon : Db = 475 (mm)
Đường kính mép vát : D1 = 450 (mm)
Bulon : M16
Chiều cao bích : h = t = 20 (mm)
1. Tính bulon
Xác định lực nén chiều trục : Q1 = Qa + QK
Qa : lực do áp suất trong thiết bị gây nên.
Qa = )
N
(
2
.
32907
262
.
0
x
400
x
4
P
.
D
.
4
2
2
t 



QK : lực cần thiết để giữ được kín trong đệm
QK = .Dtb.b0.m.P
Dtb = Dt + 2.b1 + 2.b/2 = 400 + 2x1.5 + 2x23.5/2 = 426.5 (mm)
b1 = S/2 = 3/2 = 1.5 (mm)
b = 5
.
23
5
.
1
2
400
450
b
2
D
D
1
t
1






b0 = ½.b = 11.75 (mm)
m :hệ số áp suất riêng. Chọn đẹm là amiăng dầy 0 = 3 (mm)
q0 = 10 (N/mm2
), m = 2
QK = x426.5x11.75x2x.062 = 8245.5

 Q1 = Qa + QK = 41152.75 (N)
Lực cần thiết để ép chặt đệm ban đầu:
Q2 = .Dtb.b0.q0 = 3.14x426.5x11.75x10 = 157357.18 (N)
Lực tác dụng lên 1 con bulon:
)
N
(
86
.
7867
20
18
.
157357
Z
)
Q
,
Q
max(
Z
Q
q 2
1
b 



Đường kính chân ren :
der =
  )
mm
(
2
.
15
375
.
43
86
.
7867
x
13
.
1
q
.
13
.
1 b 


[] = k0 .[]’ = 0.5x86.75 = 43.375 (N/mm2)
 Chọn db  16 hay M16.
Kiểm tra lại việc chọn Z
Chu vi vòng bulon : C = .Db = x475 = 1491.5
x = C/Zchọn = 1491.5/20 = 74.575
Kiểm tra : )
5
3
.
4
(
66
.
4
16
575
.
74
d
x
b



 thì P < 0.3 (thỏa)
2. Tính bích :
Xác định:






















)
mm
(
36
2
3
400
475
2
S
D
D
2
S
B
C
l
)
mm
(
5
.
12
2
450
475
2
D
D
l
t
b
2
1
b
1
Bề dày bích :
t1 =
 
  




















2
b
1
2
1
bi
b
d
D
.
P
.
.
7
.
0
Z
.
l
l
.
.
k
.
d
.
61
.
0
k = 1 +
















 









 1
t
D
l
2
1
.
D
D
l
.
2
D
2
c
b
2
t
2
t
638
.
1
1
20
3
475
36
x
2
1
400
515
36
x
2
400
1
2


























2
1
2
1
2
2
1
l
l
.
2
.
0
1
D
l
.
2
C
l
l
1 
















 











246
.
1
36
5
.
12
x
2
.
0
1
450
36
x
2
475
36
5
.
12
1
2
















 








tt =















2
20
450
375
.
43
262
.
0
x
246
.
1
x
7
.
0
20
x
36
5
.
12
94
.
108
x
638
.
1
375
.
43
16
x
61
.
0 = 14.5 (mm)
 Chọn t = 20 (mm)
* Bulon :
Kích thước bulon sinh đầu 6 cạnh theo tiêu chuẩn:dcr = 16 (mm)
Chiều rộng đầu bulon : D = 25 (mm)
Chiều cao đầu bulon : h = 9 (mm)
Chiều dài bulon : l = 70 (mm)
Chiều dài ren : 38(mm)
V. Đĩa phân phối lỏng:

Đường kính tháp : Dt = 400 (mm)
Đường kính đĩa : Dđ = 250 (mm)
Ống dẫn chất lỏng : 19 ống loại 25 x 2 (mm)
Bước ống dẫn lỏng trên đĩa : 48 (mm)
Đĩa được làm bằng thép CT3 có bề dày là 5 (mm)
VI. Lưới đỡ đệm
Đường kính lưới : Dl = 369 (mm)
Chiều rộng bước : b = 23 (mm)
Bề rộng thanh đỡ đệm : 5 (mm)
Xác định bề dày lưới đỡ đệm :
Khối lượng trên lưới : m = mđệm khô + mnước
mệm khô = )
Kg
(
76
.
263
600
x
5
.
3
x
4
4
.
0
.
.
H
.
4
D
.
.
V
2
ñ
ñ
2
ñ
ñ 






mước = 75
.
0
x
5
.
3
x
4
4
.
0
.
x
5
.
968
V
.
V
.
2
ñ
tñ
n


 = 319.314 (Kg)
 m = 583.07 (Kg)
Tải trọng trên lưới :
)
mm
/
N
(
0455
.
0
)
m
/
N
(
45541
4
D
.
g
.
m
P 2
2
2




Chiều dày tính tốn tối thiểu của lỏi ống :
]
.[
P
.
K
.
D
S
u
0
t


 (mm)
n
n
0
D
d
D 



K = 0.45 0.6 , Chọn K = 0.6
d : tổng số dường kính các lổ trong vỏ ống.
P : Áp suất tính tốn vỏ ống.
Dn : Đường kính vỏ ống Dn = 369 (mm)
Gọi x là số thanh trên lưới nên có (x + 1) khe
 5x + 18(x+1) = 369
 x = 15
 d = 16 x 18 = 288
 22
.
0
369
288
369
0 



 S = 400 x 0.45 x 03
.
9
146
x
22
.
0
0455
.
0
 (mm)
Chọn s = 10 (mm)
VII. Tính tai treo, chân đỡ:
1. Tính sơ bộ khối lượng tháp:
G = Gthân +Gđáy + Gnắp + Gbích + Gđệm + Gnước + Glỏng + Gđĩa phân phối +Gnồi đun
Thân : Gthân =     )
Kg
(
4
.
355
7900
x
85
.
11
x
4
.
0
406
.
0
4
.
H
.
D
D
4
2
2
2
t
2
n 






Đáy : Gđ = 64.2 (Kg)  Gđáy = 1.01x64.2 = 64.842 (Kg)
Nắp : Gn = 6.6 (Kg)  Gnắp = 1.01x6.6 = 6.67 (Kg)
Bích : Gbích = Số bích   


.
t
.
2
.
D
A
.
4
. 2
n
2

A : Đường kính ngồi của bích
Dn : Đường kính ngồi của thân tháp
 Gbích =   7850
x
10
.
20
x
2
x
406
.
0
515
.
0
x
4
x
5 3
2
2 


= 123.72 (Kg)
Đệm : Gđệm = 3
.
791
600
x
5
.
10
x
4
.
0
x
4
.
H
.
D
.
4
2
ñ
ñ
2
t 




(Kg)
Lưới :
Khối lượng một thanh : tb
t
2
th .
D
.
D
.
4


Khối lượng một lưới : 15 x tb
t
2
t .
D
.
D
.
4


 Glưới = 3x15x 79
.
2
7850
x
4
.
0
x
005
.
0
x
4
2


(Kg)
Lỏng : Glỏng = 1000
x
10
.
5
.
25
10
.
5
.
11
85
.
11
x
4
.
0
x
4
.
H
.
D
.
4
3
3
2
2
t 










 

= 1754.86 (Kg)
Nồi đun :
Gnồi = Gthân + Glỏng + Gống xoắn + Gbích
Gthân =   2
.
152
7900
x
7
.
1
x
2
.
1
206
.
1
4
2
2



(Kg)
Glỏng = 8
.
1318
1000
x
4
.
1
x
2
.
1
x
4


(Kg)
Gống xoắn =   8
.
237
8500
x
135
x
019
.
0
025
.
0
4
2
2



(kg)
Gbích =   5
.
105
7850
x
10
.
25
x
2
x
206
.
1
340
.
1
4
3
2
2


 
(Kg)
 Gnồi = 1813.8 (Kg)
Đĩa:
)
Kg
(
23
.
56
7850
x
3
10
.
2
x
025
.
0
4
x
19
10
.
3
x
4
.
0
x
4
x
2
.
.
D
.
4
.
n
.
D
4
x
2
G
2
3
2
ñ
2
oáng
2
t
ñóa


























G = 4,969.612 (Kg)
Tải trọng của tháp : Gmax = G x 9.81 = 48752 (N)
2. Tính tai treo:
Chọn vật liệu làm tai treo là thép CT3 , tấm lót là vật liệu làm thân thiết bị.
Chọn số tai treo là 4.
 Tải trọng cho phép lên 1 tai treo là :
G’ = Gmax/4 = 48752/4 = 12188 (N)
Các thông số của tai treo
Tải trọng
cho phép
Trên một
tai treo
G.10-4
(N)
Bề mặt
đỡ
F.104
m2
Tải trọng cho phép
Lên bề mặt đỡ
q.10-6
(N/m2
)
L B B1 H S l a d
2.5 173 1.45 150 120 130 215 8 60 20 30

Tấm lót : Cao : H = 260 (mm)
Bề rộng : B = 140 (mm)
Dầy : S = 6 (mm)
3. Chân đỡ:
Số chân đỡ: 4
Các thông số của chân đỡ
Tải trọng cho
phép trên 1
chân đỡ :
G.10-4
Bề mặt đỡ
F.104
(m2
)
Tải trọng
cho phép
Trên bề mặt đỡ
q.10-6
(N/m2
)
L B B1 B2 H l1 S l d
2.5 444 0.56 250 180 215 290 350 185 16 90 27

CHƯƠNG 5 : TÍNH TỐN THIẾT BỊ PHỤ
I. Thiết bị ngưng tụ sản phẩm đỉnh:
Dòng nước lạnh đi trong ống, dòng sản phẩm đỉnh đi ngồi ống.
Điều kiện nhiệt độ của quá trình:
1
t
 =57.5-27=30.50
C
2
t
 =57.5-40=17.50
C
log
t
 =
2
1
2
1
t
t
Ln
t
t





=23.40
C
Nhiệt lượng cần trao đổi với thiết bị ngưng tụ:
Qnt=

D (R+1)rD= )
W
(
6
.
436944
3600
551930
)
1
9
.
0
(
1500


Lượng nước lạnh cần giải nhiệt:
Gn= )
m
/
kg
(
8
)
27
40
(
94
.
4180
6
.
436944
)
t
t
(
c
Q 3
1
2
n
nt




Chọn thiết bị loại ống chùm, đặt nằm ngang, vật liệu bằng đồng thau, hệ số dẫnnhiệt:

 93 W/mK
3
m
/
kg
8500


Thiết bị gồm 187 ống, xếp thành 7 hình 6 cạnh, số ống ở vòng ngồi cùng là 43 ống.
Chọn ống có đường kính là 25x2mm.
Đường kính trong thiết bị:
Dtb=t(b-1)+4dn=35(15-1)+4x25=625mm
t: bước ống; chọn t=1.4dn=1.4x25=35mm.
b: số ống trên đường chéo của hình 6 cạnh.
a: số ống trên một cạnh của hình 6 cạnh ngồi cùng
b=2a-1=2x8-1=15
Hệ số cấp nhiệt từ sản phẩm đỉnh đến thành thiết bị:
4
td
3
2
1
d
.
t
.
r
28
.
1






Từ tt1=57.50
C tra được :

 748.75(kg/m3
)

 0.23.10-3
(Ns/m2
)
r=523350(J/kg) : ẩn nhiệt ngưng tụ acetone.
C=2296.875(J/kg.đo) ä: nhiệt dung riêng của acetone.

 0.165W/m.độ: hệ số cấp nhiệt của acetone.
dtd= 052
.
0
025
.
0
x
187
625
.
0
025
.
0
x
187
625
.
0
nd
D
nd
D 2
2
2
2






Chọn t
 =30
C
Từ đó ta tính được 2
1 m
/
W
(
3151

 độ).
Hệ số cấp nhiệt trung bình của chùm ống:
ch
 = ch
 =0.6x3151=1890(W/m2
.độ)
Hệ số cấp nhiệt từ thành đến nước:

Từ 5
.
33
2
27
40
t 2
tb 

 0
C tra được: 3
n m
/
kg
95
.
993


2
3
n m
/
Ns
10
.
75
.
0 


625
.
0
n 
 W/m.độ
Vận tốc nước đi trong ống:
2
tr
n
n
d
.
.
n
.
G
.
4



 = )
s
/
m
(
124
.
0
021
.
0
x
x
187
x
95
.
993
8
x
4
2


Re= 


 .
d
.
4199.25  12
Pr
Pr
Pr
Nu
25
.
0
w
43
.
0









Chọn C
9
t 0
n 
 tw= ttb2+ t
 =48.50
C
Tra chuẩn số Pr33.5=5.2
Pr42.5=4.8
Tính được Nu=24.87
d
Nu
n


 =621.86
Nhiệt tải riêng: qn= 

 n
n t 5596.74
qch= ch
 t
 =5671.8
%
3
.
1
q
q
q
ch
n
ch


<5%(thoả)
Hệ số truyền nhiệt K:
K=
2
2
1
1
1
r
r
1
1








=413.68
5800
/
1
r
11600
/
1
r
86
.
621
m
/
W
1890
002
.
0
m
/
W
93
2
1
2
2
1
2
Cu










Bề mặt truyền nhiệt:F= 2
log
m
13
.
45
t
K
Q


Chiều dài ống truyền nhiệt: L= m
3
dn
F


.
II. Thiết bị gia nhiệt nhập liệu:
Sau khi tận dụng nhiệt của sản phẩm đáy để gia nhiệt cho nhập liệu thì nhiệt độ của
nhập liệu 46.50
C, chưa đến nhiệt độ sôi. Vì vậy, tiếp tục gia nhiệt cho nhập liệu bằng hơi nước
bão hòa ở áp suất 2at, T0
C = 119.60
C.
Dòng nóng : 119.60
C  119.60
C.
Dòng lạnh : 41.130
C  62.50
C.
Chọn thiết bị là ống xoắn, bằng đồng thau, đường kính 25x3(mm)
Dòng nhập liệu đi trong ống, dòng nóng đi ngồi ống :
tL = 119.6 – 41.13 = 78.470
C
tN = 119.6 – 62.5 =- 57.10
C

 tcos = C
22
.
67
t
t
ln
t
t 0
N
L
N
L






Nhiệt lượng hơi nước cần cung cấp:
QF = CF.GF.(62.5 – 41.13) = 3100.68x0.76x(62.5 – 41.13) = 50358.76(W)
Giả sử nhiệt mất mát là 5%
 QF’ = 1.05.QF = 52876.7 (W)
Hơi ngưng tụ ngồi ống xoắn:
25
.
0
ng
td
r
.
A
.
725
.
0 







 (W/m2
.0
C)
tng = 119.60
C  r = 470984 (J/Kg)
Chọn t1 = 50
C  tw1 = tng - t1 = 119.6 – 5 = 114.6 0
C
)
ñoä
.
m
/
W
(
7
.
186
A
C
1
.
117
2
t
t
t 2
0
1
w
ng
m 




)
ñoä
.
m
/
W
(
57
.
5963
025
.
0
x
5
470984
.
7
.
186
.
725
.
0 2
25
.
0
ng 








qng = ng.t1 = 29817.85(W/m2
.0
C)
Chất lỏng sôi sủi bọt:
s =
T
C
.
7
.
0
q
.
.
.
10
.
9
.
6 37
.
0
s
117
.
0
f
45
.
0
h
75
.
0
f
33
.
0
f
033
.
0
k
f
h
3























(Kcal/m2
.h.0
C)
r : ẩn nhiệt hố hơi (Kcal/m.h.0
C)
Ts : Nhiệt độ sôi (0
K)
 : Sức căng bề mặt trên mặt giới hạn phân
chia giữa lỏng và hơi (Kg/m)
Cf : Nhiệt dung riêng của chất lỏng (Kcal/Kg.0
C)
f : Khối lượng riêng của hơi (Kg/m3
)
f : Khối lượng riêng của lỏng (Kg/m3
)
f : Độ nhớt động lực học của chất lỏng (Kg.s/m3
)
q : Nhiệt tải (Kcal/m2
.h)
f : Độ dẫn nhiệt của chất lỏng (Kcal/m.h.0
C)
 r = 470.984 (KJ/Kg) = 112.41 (Kcal/Kg)
h = 943.4 (Kg/m3
)
h = 0.232.10-3 (Ns/m2) = 2.35.10-5 (Kg.s/m2
)
Ts = 62.50C = 335.50
K
Cf = 3100.68 (J/Kg.độ) = 0.74 (Kcal/Kg.độ)
f = 827.22 (Kg/m3
)
  )
m
/
Kg
(
27
.
827
625
.
981
58
.
0
1
625
.
742
58
.
0
x
1
x
1 3
n
_
a
a
a
_
f
















f = A.Cp.. )
ñoä
.
m
/
W
(
M
3

)
C
.
h
.
m
/
Kcal
(
2385
.
0
)
ñoä
.
Wm
(
2774
.
0
30
22
.
827
x
22
.
827
x
68
.
3100
x
10
.
58
.
3
0
3
8


 

)
m
/
Kg
(
10
.
46
.
1
)
m
/
N
(
10
.
32
.
14
10
.
75
.
65
1
10
.
3
.
18
1
1
1
1 3
3
3
3
2
1













 s = 4152.2 (Kcal/m2
.h.0
C) = 4828.99 (W/m2
.0
C)
Nhiệt trở của lớp cặn cáu hai phía và bản thân thiết bị:
 



 )
W
/
ñoä
.
m
(
r
r
r 2
2
1
r1 = 1/5800
r2 = 1/11600
 r = 2.91.10-4
93
003
.
0



Nhiệt tải riêng : qnq = qw = qs :

















2
s
s
2
w
1
w
w
nq
t
.
q
r
t
r
t
t
q
85
.
29817
q
Chọn t1 = 5  tw1 = tnq - t1 = 114.60
C
t2 = 6  tw2 = ts - t2 = 68.50
C
t = tw1 –tw2 = 46.10
C
 qs = 4828.99 x 6 = 28973.94
)
thoûa
%(
5
%
8
.
2
q
q
q
nq
s
nq



K = 03
.
1502
99
.
4828
1
10
.
91
.
2
57
.
5963
1
1
1
r
1
1
4
2
w
1









I. F = )
m
(
524
.
0
22
.
67
x
03
.
1502
7
.
52876
Hg
.
.
K
Q 2



Chiều dài tồn bộ của ống : )
m
(
67
.
6
025
.
x
14
.
3
524
.
0
d
.
F
L
x
x 



Chọn đường kính vòng xoắn : D = 0.25(m) = 250 (mm)
 Chiều dài một vòng xoắn : lx = 0.25. = 0.785 (m)
Số vòng xoắn : n = Lx/lx= 8.5 (vòng)  8 (vòng)
Khoảng cách giữa 2 vòng xoắn : hx = 1.5.dx = 1.5 x 0.025 = 0.0375 (m)
Chiều dài một bước xoắn : hbx = hx + dx = 0.0625 (m)
Chiều dài tồn bộ vòngxoắn : H = nx . hbx = 8.5x0.0625 = 0.53(m)
III. Nồi đun
Dùng hơi nước bão hồ có áp suất tuyệt đối là 2 at, T = 119.60
C để cấp nhiệt cho dung
dịch.
Dòng nóng : 119.60
C (hơi)  119.60
C (hơi)
Dòng lạnh : 850
C (lỏng)  990
C
t1 = 119.60C – 850C = 34.60C
t2 = 119.60C – 990C = 20.60C

 C
30
t
t
ln
t
t
t 0
N
L
N
L
loûng 







Nhiệt lượng hơi nước cần cung cấp :
QD2 = 1.05.(Qy + Qw – QF – QR ) = 488 (KW)
Chọn thiết bị là ống xoắn, đường kính d = 25 x 3 (mm)
Hơi ngưng tụ trong ống xoắn :
25
.
0
1
nq
d
.
t
r
.
A
.
725
.
0 









 (W/m2
.0
C)
tnq = 119.60C  r = 470984 (J/Kg)
Chọn t1 = 50C  tw1 = tnq - t1 = 114.60C
)
ñoä
.
m
/
W
(
7
.
186
A
C
1
.
117
2
6
.
114
6
.
119
2
t
t
t 2
0
1
w
nq
m 






 57
.
5963
025
.
0
x
5
470984
x
7
.
186
x
725
.
0
25
.
0
nq 








Chất lỏng sôi ( 3% mol là Aceton, 97% mol nước)
T
C
.
7
.
0
q
.
.
.
10
.
9
.
6 037
.
s
117
.
0
f
45
.
0
h
75
.
0
f
33
.
0
f
033
.
0
h
f
b
3
s























 
(Kcal/m2
.h.0
C)
r = 471.984 (KJ/Kg) = 112.41 (Kcal/Kg)
h = 943.4 (Kg/m3
)
h = 2.35.10-5
(Kg.s/m2
)
Ts = 990
C = 372 0
K
Cf = 4034.05 (J/Kg.độ)
f = 937.84 (Kg/m3)
  84
.
937
5
.
968
091
.
0
1
5
.
712
091
.
0
x
1
x
1
f
n
a
_
a
a
_
f


















f = A.Cp..3
M

)
C
.
h
.
m
/
Kcal
(
871
.
0
)
ñoä
.
m
/
W
(
95
.
0
2
.
19
84
.
937
x
84
.
937
x
05
.
4043
x
10
.
58
.
3
0
3
8


 
)
m
/
Kg
(
10
.
27
.
1
)
m
/
N
(
10
.
451
.
12
10
.
675
.
61
1
10
.
6
.
15
1
1
1
1
3
3
3
3
2
1















 s = 4437.02 (Kcal/m2
.h.0
C)
= 5160,25 (W/m2
.0
C)
Nhiệt trở của lớp cặn cáu 2 phía và bản thân thiết bị:
r = )
W
/
ñoä
.
m
(
r
r 2
2
1 















93
003
.
0
11650
1
r
5800
1
r
2
1
 r = 2.91.10-4

Nhiệt tải riêng:
qnq = qw = qs
qnq = nq.t1 = 29817.85
qw =
r
t
r
t
t 2
w
1
w





qs = s.t2
Chọn t1 = 5  tw1 = tnq - t1 = 114.60C
t2 = 5.5  tw2 = ts + t2 = 99 + 5.5 = 104.50C
t = tw1 – tw2 = 10.10C
 qs = s.t2 = 5160.25x5.5 = 28381.375
%
5
%
8
.
4
q
q
q
nq
s
nq



(thỏa)
K = 63
.
1532
25
.
5160
1
10
.
91
.
2
57
.
5963
1
1
1
r
1
1
4
2
w
1









F = 61
.
10
30
x
63
.
1532
488000
t
.
K
Q
loûng



(m2
)
Chiều dài tồn bộ của ống : )
m
(
135
025
.
0
.
61
.
10
d
.
F
L x 




Vì ống xoắn dài quá thì trở lực lớn, khi ngưng tụ hơi bên trong ống thì nước ngưng dễ
tích lại làm giảm bề mặt truyền nhiệt. Vì vậy, ta có thể chia ống xoắn ra 3 đoạn bố trí theo
dạng 3 trụ đồng tâm.
Chọn vòng ngồi cùng có đường kính: D1 = 1100 (mm)
Chiều dài mỗi vòng : lx1 = .D1 = 3.454 (m)
Số vòng xoắn: n1 = 20 (vòng)
Chiều dài 20 ống: Lx1 = lx1.n1 = 69.08 (m)
Khoảng cách giữa 2 vòng xoắn: hx = 1.5.dx = 37.5 (mm)
Chiều dài một bước xoắn: hbx = hx + dx = 62.5 (mm)
Chiều dài tồn bộ ống trụ vòng xoắn: H = n1.hbx = 1.25 (m)
Chọn vòng thứ 2 có đường kính : D2 = 700 (mm)
Số vòng xoắn: n2 = 19 (vòng)
Chiều dài 20 ống: Lx2 = lx2.n2 = 41.726 (m)
Chọn vòng thứ 3 có đường kính : D3 = 380 (mm)
Chiều dài 20 ống: Lx3 = Lx – Lx1 –Lx2 = 24.158 (m)
Số vòng xoắn: n3 =
38
.
0
x
14
.
3
158
.
24
D
.
L
3
3
x


= 20 (vòng)
IV. Bơm
Aùp dụng phương trình Bernoulli cho 2 mặt cắt 1-1 va 2-2









 f
2
2
2
2
2
1
1
2
1
1
b h
P
g
.
2
V
Z
P
g
.
2
V
Z
H
Mà: P1 = P2 = 1at
1 = 2 (cùng một lưu chất)
V1 = V2
Z1 = 0
 Hb = Z2 +hf = 7000 + hf
hf : tổng trở lực bao gồm :tổn thất dọc đường trong ống dẫn thẳng

tổn thất cục bộ
tổn thất trong ống xoắn
Chọn chiều dài ống dẫn là : L = 11 (m), đường kính D = 25 (mm)
F = 2738.13 (Kg/h),  = 869.3 (Kg/m3
)
Q = 8.75.10-4
(m3
/s)
d1 = 25 (mm)  v1 = 1.8 (m/s)
Q = 8.75.10-4
(m/s)
d2 = 50 (mm)  v2 = 0.45 (m/s)
Ta có :
  





 




D
d
).
54
.
3
1
.(
g
.
2
v
.
d
L
.
g
.
2
v
).
d
L
.
(
g
.
2
v
).
d
L
.
(
h
2
1
1
3
2
2
2
2
2
1
1
1
f
Re = 5
.
175813
10
.
2225
.
0
3
.
869
x
025
.
0
x
8
.
1
.
d
.
V
3





 
0158
.
0
)
5
.
1
5
.
175813
log
.
8
.
1
(
1
5
.
1
Re
log
.
8
.
1
1
2
2






1 = 2 = 3 = 4 = 5 = 6 = 7 = 8 = 9 = 0.5
F1/F2 = d1/d2 = 25/50 = 0.5
10 = 0.25
11 = 1
)
m
(
8
.
3
25
.
0
025
.
0
54
.
3
1
.
81
.
9
x
2
8
.
1
.
025
.
0
2
x
67
.
6
x
0158
.
0
81
.
9
x
2
45
.
0
.
1
25
.
0
050
.
0
075
.
0
x
0158
.
0
.
81
.
9
x
2
8
.
1
.
5
.
0
x
9
025
.
0
11
x
0158
.
0
h
2
2
2
f
































 Hb = 7.0 + 3.8 = 10.8 (m)
 Công suất bơm ly tâm: Nt = )
Kw
(
11
.
0
75
.
0
x
1000
81
.
9
x
3
.
869
x
8
.
10
x
10
.
75
.
8
.
1000
g
.
.
H
.
Q 4
b



 
Công suất động cơ điện : Nđc = 136
.
0
9
.
0
x
9
.
0
11
.
0
.
N
ñc
tr
t




tr : hiệu suất truyền động
đc : hiệu suất động cơ
Đề phòng quá tải, chọn bơm có công suất: N = 2.Nt = 2x0.11 = 0.22 (KW).
CHƯƠNG 6 : TÍNH GIÁ THÀNH THIẾT BỊ
Chi tiết Khối lượng vật liệu (kg)
Thép X18H10T CT3 Đồng thau
Vỏ tháp 355.4
Nắp+ đáy 71.5
Nồi đun 152.2
Oáng xoắn 237.8
Bích nối thân 123.72
Lưới đỡ đệm 2.79
Lưới phân phối 56.23

lỏng
Các ống dẫn 2
 581.1 182.74 273.8
Vật liệu Giá(đồng/ kg) Thành tiền
Thép X18H10T 50000 29055000
CT3 10000 1827400
Đồng thau 15000 3567000
Bulon Số lượng Giá (đồng/ con) Thành tiền
M8 8 5000 740000
M10 8
M12 12
M16 88
M20 32
Chi tiết khác Đồng/đơn vị Thành tiền
Lưu lượng kế 500000 1000000
Nhiệt kế 200000 200000
Bơm 2000000 880000
Tổng tiền vật tư là: 37269400 đồng
Tiền công chế tạo tính bằng 100% tiền vật tư. Do đó tổng số tiền là 74538800 đồng.
TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1]. Võ Văn Ban, Vũ Bá Minh,’’Giáo trình Quá trình và thiết bị công nghệ hóa học
Tập 3’’, ĐHBK Tp.HCM.
[2]. Phạm Văn Bôn, ‘’Giáo trình Quá trình và thiết bị công nghệ hóa học Tập 5’’,
ĐHBK Tp.HCM.
[3]. Phạm Văn Bôn,Vũ Bá Minh, Hồng Minh Nam, ’’Giáo trình Quá trình và thiết bị
công nghệ hóa học Tập 10 – Ví dụ và Bài tập‘’, ĐHBK Tp.HCM.
[4]. ‘’Sổ tay Quá trình và thiết bị công nghệ hóa học Tập 1’’, ĐHBK Hà Nội.
[5]. ‘’Sổ tay Quá trình và thiết bị công nghệ hóa học Tập 2’’, ĐHBK Hà Nội
[6]. Gs,Ts Nguễn Bin, ‘’Thiết bị trong công nghệ hố chất và thực phẩm, Tập 1 và Tập
2’’.
[7]. Phan Văn Thơm,’’ Sổ tay thiết kế thiết bị hố chất và chế biến thực phẩm đa
dụng’’,1992.
[8].Hồ Lê Viên, “Thiết kế và tính tốn các chi tiết thiết bị hố chất”, Nhà xuất bản KH và KT-
Hà Nội, 1978.

[9].Trần Văn Thạnh,’’Hố học hữu cơ’’, ĐHKT Tp. HCM, Bộ môn hữu cơ,1998.

Thiết Kế Tháp Chưng Cất Hỗn Hợp Acetone – Nước Loại Tháp Đệm Năng Suất 1500 (KgH).doc

Recommended

Recommended

More Related Content

What's hot

What's hot (20)

Similar to Thiết Kế Tháp Chưng Cất Hỗn Hợp Acetone – Nước Loại Tháp Đệm Năng Suất 1500 (KgH).doc

Similar to Thiết Kế Tháp Chưng Cất Hỗn Hợp Acetone – Nước Loại Tháp Đệm Năng Suất 1500 (KgH).doc (20)

More from DV Viết Luận văn luanvanmaster.com ZALO 0973287149

More from DV Viết Luận văn luanvanmaster.com ZALO 0973287149 (20)

Recently uploaded

Recently uploaded (11)

Thiết Kế Tháp Chưng Cất Hỗn Hợp Acetone – Nước Loại Tháp Đệm Năng Suất 1500 (KgH).doc