Tải bản đầy đủ - 0 (trang)
TÍNH TOÁN THIẾT BỊ PHỤ

TÍNH TOÁN THIẾT BỊ PHỤ

Tải bản đầy đủ - 0trang

42 Đồ án Quá trình và Thiết bị



GVHD: Tạ Đăng Khoa



 Hệ số truyền nhiệt K được tính theo cơng thức:

K



1

1

1

 �rt 

n

 nt



Với  n : hệ số cấp nhiệt của nước trong ống (W/m2.K)

 nt : hệ số cấp nhiệt của hơi ngưng tụ (W/m2.K)

�rt : nhiệt trở của thành ống và lớp cáu



 Chọn vận tốc nước trong ống là vn = 0,5m/s

Gn

4

44,77

4







 112

2

2

� số ống: n = n  �dtr �vn 994,9  �0.032 �0.5

ống



Tra bảng, chọn số ống n = 127 ống theo tiêu chuẩn sách



� vận tốc thực tế của nước trong ống: vn = 0.44m/s

 Chuẩn số Reynolds:

Re n 



vn .dtr . n 0, 44.0,032.994,9



 18429  104

3

n

0, 7601.10



� Nước chuyển động ở chế độ chảy rối

 Xác định chuẩn số Nusselt bằng công thức:

Nun  0.021� L �Re n 0,8 �Prn 0,43 �(



Prn 0,25

)

Prw



Trong đó:





 L là hế số hiệu chỉnh tính đến ảnh hưởng của tỉ số chiều dài và đường kính



ống, tra bảng, L = 1



 Prw là hệ số Pr của nước ở nhiệt độ trung bình của vách

 Hệ số cấp nhiệt của nước trong ống:



n 



Nun �n

dtr



Nhiệt tải qua thành ống và lớp cáu bẩn



-Trang 42-



43 Đồ án Quá trình và Thiết bị



GVHD: Tạ Đăng Khoa



qt 



t w1  t w 2

, W / m2

�rt



Trong đó:

-



tv1 là nhiệt độ vách tiếp xúc với hơi ngưng



-



tv2 là nhiệt độ vách tiếp xúc với nươc trong ống



-



�rt 



t

 r1  r2

t







 t là bề dày ống,  t = 0,003m







t là hệ số dẫn nhiệt của thép, t = 17,5 W/(m.độ)



 r1, r2 lần lượt là nhiệt trở lớp cáu trong và ngoài ống, tra bảng ta được:

= 0.172x10-3 (m2.độ)/W, r2 = 0.172x10-3 (m2.độ)/W



r1



� �rt  5,16 �104 (m2.độ/W)

Hệ số cấp nhiệt của hơi ngưng tụ ngoài ống

-



Hệ số cấp nhiệt phía hơi



1 tính theo cơng thức sau, đối với ống đơn:



1  1, 28 4



r� 2 � 3

 �d n �(tngung  tw1 )



Trong đó các thơng số vật lí của lưu chất được tính tốn và tra ở nhiệt độ trung

bình của màng ngưng tm.

-



Hệ số cấp nhiệt trung bình của chùm ống:

Trong đó



 nt   tb �1



 tb là hệ số phụ thuộc vào cách bố trí ống và số ống trong mỗi dãy thẳng



đứng, tra giản đồ, ứng với số ống trên đường chéo hình 6 cạnh là 37:  tb  0.65

Tính lặp để xác định các thơng số trong q trình truyền nhiệt



Để tính được các giá trị hệ số cấp nhiệt và mật độ dòng nhiệt, ta cần biết trước các giá

trị nhiệt độ tại vách trong và ngoài của ống truyền nhiệt

Chọn nhiệt độ vách ngoài tw1 = 480C



tnt  tw1 54, 23  48



 51,120 C

2

2

Nhiệt độ trung bình của màng ngưng: tm =



-Trang 43-



44 Đồ án Quá trình và Thiết bị



GVHD: Tạ Đăng Khoa



Các thơng số vật lí của lưu chất ngưng tụ tại nhiệt độ 51,120C:

Khối lượng riêng hỗn hợp  = 601,4kg/m3

Độ nhớt hỗn hợp được tính theo cơng thức:

0,267.10-3 (N.s)/m2

Hệ số dẫn nhiệt của hỗn hợp

 = 0,098 W/m.K



Nhiệt ngưng tụ dòng hơi r = rD = 345,28 kJ/kg

Hệ số cấp nhiệt hơi ngưng tụ ngoài chùm ống:



r� 2 � 3

 0, 65 �1, 28 4

 �d n �(tngung  tw1 )

 nt   .1



= 1736,46 W/(m2.độ)



Mật độ dòng nhiệt từ màng ngưng vào thành ống:

qngưng =



 nt. (tngung  tw1 )  1736,46 �(54, 23  48)  10818,15



W/m2



Nhiệt độ vách trong ống:

tw2 = tw1 – qt



�rt = 48 – 10818,15 .5,16.10-4 = 42,420C



Giá trị Pr tính theo nhiệt độ vách: Prw = 4,13







Nun  0,021� L �Re n 0,8 Prn 0,43 (



Prn 0,25

)

Prw

= 116,21



Hệ số cấp nhiệt phía nước:



n 



Nun n

 2258,83(W / m2 .K )

dtr



Mật độ dòng nhiệt từ thành trong ống vào dòng nước lạnh:



qn   n �(tw 2  t f )  2258,83 �(42,42  37,5)  11113,4

Sai số giữa mật độ dòng nhiệt qngưng và qn:





qn  qngung

qn



 2, 7



% < 5% (thỏa mãn)



Cấu tạo thiết bị ngưng tụ

Hệ số truyền nhiệt tổng quát:

-Trang 44-



W/m2



45 Đồ án Quá trình và Thiết bị



K



GVHD: Tạ Đăng Khoa



1

1



 651, 64

1

1

1

1

 �rt 

 5,16 �10 4 

n

 A 2258,83

1736, 46

W/(m2K)



Bề mặt truyền nhiệt:

F



Qnt

 206, 72m 2

K tlog



Chiều dài ống truyền nhiệt:

L



F

 14,8m

d n  dtr

n � �

2



Chọn chiều dài ống L = 5m và tổng số ống là 367.

Vậy tổng số ống là 367 ống, đường kính trong 0,032m, dày 0,003m, chiều dài ống 5m.

Sắp xếp ống theo hình sắp cạnh. Số hình sáu cạnh là 6, ống được sắp xếp tại các đỉnh

của hình sáu cạnh và một ống ở tâm.

Đường kính thiết bị được tính theo cơng thức:

D  t �(b  1)  4d ng , m



Trong đó:

 t là bước ống, chọn t = 1.3dng = 0.05m

 b là số ống trên đường chéo của hình sáu cạnh ngoài cùng, b = 23

� D  0.05 �(23  1)  4 �0.038  1, 252m



Chọn đường kính thiết bị D = 1,3 m

6.2. Thiết bị đun sôi đáy tháp

Chọn thiết bị đun sôi đáy tháp là nồi đun Kettle.

Ống truyền nhiệt làm bằng thép X18H10T. Chọn kích thước ống 38x3, đường kính

ngồi d = 38mm, đường kính trong d = 32mm, bề dày ống  t  3mm

n



tr



Hơi nước bão hòa đi trong ống còn dung dịch lỏng đáy tháp đi ngoài ống

Chọn hơi đốt là hơi nước ở 6 atm đi trong ống 38x3

 Nhiệt hóa hơi: r = 2189,5 (kJ/kg)

 Nhiệt độ sơi: t = 152,25 oC

Dòng sản phẩm tại đáy có nhiệt độ:

 Trước khi vào nồi đun (lỏng): tS1 = 109,3oC



-Trang 45-



46 Đồ án Quá trình và Thiết bị



GVHD: Tạ Đăng Khoa



 Sau khi được đun sôi (hơi): tS2 = 113,4oC

Bề mặt truyền nhiệt được xác định theo phương trình truyền nhiệt:

Ftb 



Qnt

K .tlog



Với K: hệ số truyền nhiệt

tlog



: nhiệt độ trung bình logarit



Hiệu số nhiệt độ trung bình:



Hệ số truyền nhiệt K được tính theo cơng thức:

K



1

1

1

 �rt 

n

s



Với  n : hệ số cấp nhiệt của hơi đốt (W/m2.K)

 s : hệ số cấp nhiệt của sản phẩm đáy (W/m2.K)

�rt : nhiệt trở của thành ống và lớp cáu



Nhiệt tải qua thành ống và lớp cáu bẩn

qt 



t w1  t w 2

, W / m2

�rt



Trong đó:

tw1 là nhiệt độ vách tiếp xúc với hơi đốt (trong ống)

tw2 là nhiệt độ vách tiếp xúc với sản phẩm đáy (ngoài ống)

�rt 







t

 r1  r2

t



 t là bề dày ống,  t = 0,003m



-Trang 46-



47 Đồ án Quá trình và Thiết bị







GVHD: Tạ Đăng Khoa



t là hệ số dẫn nhiệt của thép, t = 17,5 W/(m.độ)



 r1, r2 lần lượt là nhiệt trở lớp cáu trong và ngoài ống, tra bảng ta được:

= 0.172x10-3 (m2.độ)/W, r2 = 0.172x10-3 (m2.độ)/W



� �rt  5,16 �104



(m2.độ/W)



Hệ số cấp nhiệt phía lỏng ngồi ống



 s tính theo cơng thức



 h .rw 0.033  0.333

w 0,75 q 0,7

 s  7,77 �10 (

) ( )

w  h

w

 w 0,45Cw 0,117Ts 0,37

2



Nhiệt độ trung bình của dòng sản phẩm ở ngoài ống:



TS 



ts1  ts 2

 111,35( o C )

2



Khối lượng riêng của pha hơi:  h  75 (kg/m3)

Khối lượng riêng của sản phẩm đáy:  W  585,1 (kg/m3)

Độ nhớt của hỗn hợp:  W  0, 00165 (N.s/m2)

Nhiệt dung riêng: CW  2650 (J/kg.K)

Nhiệt hóa hơi: rW = 335,6 (kJ/kg)

Sức căng bề mặt:  w  0, 0103 (N/m)

Hệ số dẫn nhiệt: w  0, 0932 (W/m.K)

Hệ số cấp nhiệt của hơi trong ống:



 n  1, 28 4



r� 2 � 3

 �d n �(tngung  tw1 )



Dùng phép lặp: chọn tW1 = 150oC

Nhiệt độ trung bình của vách:



tm 



tnt  t w1 152, 25  150



 151,13

o

2

2

C



Tại nhiệt độ này thì:

Khối lượng riêng của nước:  n  916,8 (kg/m3)



-Trang 47-



r1



48 Đồ án Quá trình và Thiết bị



GVHD: Tạ Đăng Khoa



3

Độ nhớt của nước: n  0,184.10 (N.s/m2)



Hệ số dẫn nhiệt của nước: n  0, 683 (W/mK)

Nhiệt ngưng tụ của dòng hơi: r = 2149,8 (kJ/kg)



2149,8.103 �916,82 �0, 6833

�  n  1, 28

 17703,8(W / m2 K )

3

0,184.10 �0,038 �(152, 25  150)

4



qt = qnt =  n (tng – tw1) = 17703,8.(152,25-150) = 39833,6 (W/m2)

tw2 = tw1 – qt. �rt = 150 – 39833,6.5,16.10-4 = 129,45oC

 s  7, 77 �102 (



 h .rw 0.033  0.333

w 0,75 q 0,7

) ( )

 2251, 7(W / m 2 .K )

0,45

0,117 0,37

w  h

w

 w Cw Ts



qs   s .(t w 2  t s )  2251, 7.(129, 45  111,35)  40755,8(W / m 2 )



Kiểm tra sai số:







qS  qnt



qs

2,26% < 5% (thỏa mãn)



1

1



 �ri ) 1

K = s n

=983,67 W/(m2.độ)

(



Bề mặt truyền nhiệt: QC = 14805602480 (J/kg)

F=



Qc

14805602480



 102,3m 2

K tlog 3600 �983, 67 �40,87



Chọn số ống truyền nhiệt là 241 ống, chiều dài thiết bị là:

F

102,3

 3,86m

L = n �0.035 = 241�0.035

 chọn L = 4m



Đường kính thiết bị được tính theo cơng thức:

D  t �(b  1)  4d ng , m



Trong đó:

 t là bước ống, chọn t = 1.3dng = 0.05m

 b là số ống trên đường chéo của hình sáu cạnh ngồi cùng, b = 25

� D  0.05 �(25  1)  4 �0.038  1,352m



Chọn đường kính thiết bị D = 1,4 m



-Trang 48-



49 Đồ án Quá trình và Thiết bị



GVHD: Tạ Đăng Khoa



7. KẾT LUẬN

Đồ án này đã trình bày về đề tài thiết kế hệ thống tháp chưng cất để thu hồi naphtha

nặng sau hydrotreating

Qua q trình tính tốn và thiết kế, có thể thấy rằng tháp van đã đáp ứng được yêu

cầu đề ra là tách được các naphtha nặng ra khỏi hỗn hợp sản phẩm sau hydrotreating.

Thiết kế thành cơng và hồn chỉnh quy trình cơng nghệ cũng như hệ thống chưng cất

sơ bộ.

Tuy nhiên trong q trình tính tốn khơng tránh khỏi những sai số do một số nguyên

nhân như thiếu số liệu để tính tốn và các số liệu lấy từ mơ phỏng chưa có cơ sở để

xác minh độ chính xác; quy trình tính tốn dựa trên phương pháp số nên tất nhiên sai

số rất lớn nếu tăng số lần tính. Ngồi ra, tháp mới chỉ được thiết kế thông qua số liệu

thực nghiệm cũng như lý thuyết mà chưa có điều kiện thử nghiệm thực tế để đánh giá

độ ổn định cũng như năng suất đạt được.

Trong tương lai, đồ án nên mở rộng thêm về củng cố số liệu thông qua phương pháp

thực nghiệm để tăng độ tinh cậy. Thực hiện các bài kiểm tra hoạt động của tháp ngoài



-Trang 49-



50 Đồ án Quá trình và Thiết bị



GVHD: Tạ Đăng Khoa



thực tế tại điều kiện vận hành. Tiến hành mô phỏng hệ trên máy tính để tìm ra được

điều kiện thiết kế và làm việc tối ưu.

Em xin gửi lời cảm ơn tới các thầy cơ trong Bộ mơn Q trình và thiết bị, đặc biệt là

thầy Tạ Đăng Khoa đã giúp đỡ, hướng dẫn tận tình trong việc trình bày, chỉnh sửa và

hoàn thiện bài báo cáo cũng như các bản vẽ quy trình và thiết bị.



-Trang 50-



51 Đồ án Quá trình và Thiết bị



GVHD: Tạ Đăng Khoa



8. TÀI LIỆU THAM KHẢO

[1] Võ Thị Ngọc Tươi - Hoàng Minh Nam, Các q trình và thiết bị cơng nghệ hóa học

và thực phẩm, tập 14, Chưng cất hỗn hợp nhiều cấu tử, nhà xuất bản Đại Học Quốc Gia

Thành Phố Hồ Chí Minh, 2012, 216tr.

[2] Phạm Thanh Huyền – Nguyễn Hồng Liên, Cơng nghệ tổng hợp hữu cơ – hóa dầu, nhà

xuất bản Khoa học và Kĩ thuật, 2006, 293tr.

[3] Nguyễn Hữu Tùng, Kỹ thuật tách hỗn hợp nhiều cấu tử, tập 2, Tính tốn và thiết kế,

nhà x́t bản Bách Khoa-Hà Nội, 2011, 563tr.

[4] Tập thể tác giả, Sổ tay Q trình và Thiết bị cơng nghệ hóa chất tập 1, Nhà xuất bản

khoa học và kỹ thuật, 2006, 632tr.

[5] Tập thể tác giả, Sổ tay Quá trình và Thiết bị cơng nghệ hóa chất tập 2, Nhà x́t bản

khoa học và kỹ thuật, 2006, 447tr.

[6] Henry Z.Kister, Chemical Engineering: Distillation Design, Nhà xuất bản McGrowHill, 1992, 711tr.

[7] Hồ Lê Viên, Tính tốn, thiết kế các chi tiết thiết bị hóa chất và dầu khí, Nhà x́t bản

khoa học và kỹ thuật, 2006, 239tr.



-Trang 51-



Tài liệu bạn tìm kiếm đã sẵn sàng tải về

TÍNH TOÁN THIẾT BỊ PHỤ

Tải bản đầy đủ ngay(0 tr)

×