Tải bản đầy đủ - 0 (trang)
Hình 3: Đồ thị số mâm lý thuyết phần cất

Hình 3: Đồ thị số mâm lý thuyết phần cất

Tải bản đầy đủ - 0trang

Trường Đại học Công nghiệp Thực phẩm TPHCM



αL =

N:



Khoa Công nghệ Hóa học



PNL 806,060

=

PAL

150

= 5,374



Tại nhiệt độ trung bình của pha lỏng trong phần luyện TLL = 101,4 (oC)

Tra bảng I.104, trang 96, [1] ⇒ Độ nhớt của nước µNL = 0,2808 (cP)

Dùng toán đồ I.18, trang 90, [1] ⇒ Độ nhớt của axit axetic µAL = 0,42 (cP)

⇒ Độ nhớt của hỗn hợp lỏng:

Áp dụng trong công thức (I.12), trang 84, [1]

lgµhh = x1lgµ1 + x2lgµ2

Nên: lgµL = - 0,541

⇒ µL = 0,306 (cP)

⇒ αLµL = 1,644

Tra hình 6.4, trang 257, [3] ⇒ EL = 0,42

Vì tháp có đường kính φ = 1,4m > 0,9m nên phải hiệu chỉnh lại giá trị EL.

Tra hình 6.5, trang 258, [3] ⇒ ∆ = 0,14

Nên: ECL = EL(1 + ∆) = 0,479

Tính số mâm thực tế phần luyện:

Số mâm thực:

• Phần chưng:

Tính tốn tương tự như phần luyện ⇒ ta có bảng kết quả sau:



7



1066,63

2



190



GVHD: Th.S Võ P. Phương Trang



5,614



0,2632



0,39



-0,461



0,346



28



Trường Đại học Cơng nghiệp Thực phẩm TPHCM



1,944



0,4



0,456



Khoa Cơng nghệ Hóa học



30,702



13



• Chiều cao tháp

- Số mâm lý thuyết của toàn tháp: nlt = nltL + nltC = 19 + 7 = 25

- Số mâm thực tế của toàn tháp: ntt = nttL + nttC = 40 + 13 = 53

- Chiều cao thân tháp: Hthân = (ntt –1)∆h + 1 = 29 (m)



-



ht

φ



Chọn đáy (nắp) ellip tiêu chuẩn có

= 0,25 ⇒ ht = 0,35 (m)

Chọn chiều cao gờ: hg = 50mm = 0,05 (m)

Chiều cao đáy (nắp): Hđn = ht+ hg = 0,4 (m)



Kết luận

Chiều cao toàn tháp: H = Hthân + 2Hđn = 29 + 2.0,4 = 29,8 (m)

5.3. Trở lực tháp

• Cấu tạo mâm lỗ

Chọn tháp mâm xun lỗ có ống chảy chuyền với

-



Tiết diện tự do bằng 8% diện tích mâm.

Đường kính lỗ: dlỗ = 3mm = 0,003 (m).

Chiều cao gờ chảy tràn: hgờ = 50mm = 0,05 (m).

Diện tích của 2 bán nguyệt bằng 20% diện tích mâm.

Lỗ bố trí theo hình lục giác đều.

Khoảng cách giữa 2 tâm lỗ bằng 7mm.

Mâm được làm bằng thép không gỉ X18H10T.

Số lỗ trên 1 mâm

2



N=



 φ 

8%Smaâm

1,4 

 = 0,08

= 0,08



Slỗ

 0,03

 dlỗ



2



= 17422,222



Gọi a là số hình lục giác.

Áp dụng công thức (V.139), trang 48, [2]

N = 3a(a+1) +1

Giải phương trình bậc 2 ⇒ a = 75,706 ≈ 76 ⇒ N = 17557 (lỗ)

Số lỗ trên đường chéo: b = 2a + 1 = 153 (lỗ)

• Trở lực của đĩa khô

GVHD: Th.S Võ P. Phương Trang



29



Trường Đại học Công nghiệp Thực phẩm TPHCM



Áp dụng công thức (IX.140), trang 194, [2]:



Khoa Cơng nghệ Hóa học



ω'2 .ρ H

∆Pk = ξ

2



Đối với đĩa có tiết diện tự do bằng 8% diện tích mâm thì ξ = 1,82

-



Phần chưng



Vận tốc hơi qua lỗ: ω’L =



Nên: ∆PkL =

-



ω L 1,284

=

8% 0,08

= 16,05 (m/s).



15,3922.0,815

1,82

2



= 175,724 (N/m2).



Phần cất



ωC 1,256

=

8% 0,08

Vận tốc hơi qua lỗ: ω’C =

= 15,696 (m/s).



Nên: ∆PkC =



15,6962.1,449

1,82

2



= 324,829 (N/m2).



• Trở lực do sức căng bề mặt

Vì đĩa có đường kính lỗ > 1 (mm)

∆Pσ =

Áp dụng cơng thức (IX.142), trang 194, [2]:

-





1,3dlỗ+ 0,08d2lỗ



Phần cất



Tại nhiệt độ trung bình của pha lỏng trong phần luyện TLL = 100,08 (oC)

Tra bảng I.249, trang 310, [1]

⇒ Sức căng bề mặt của nước σNL = 0,585756 (N/m)

Tra bảng I.242, trang 300, [1]

⇒ Sức căng bề mặt của axit σAL = 0,019674 (N/m)



GVHD: Th.S Võ P. Phương Trang



30



Trường Đại học Cơng nghiệp Thực phẩm TPHCM



Khoa Cơng nghệ Hóa học



Áp dụng cơng thức (I.76), trang 299, [1]:



0,585756

× 0,019674

0,585756+ 0,019674



σ LL =

Nên:



∆PσL =

Cho ta:

-



σσ

1 1

1

=

+

⇒σ= 1 2

σ σ1 σ 2

σ1 + σ 2



= 0,019 (N/m)



4× 0,019

1,3× 0,003+ 0,08× 0,0032



= 19,519 (N/m2)



Phần chưng



Tính tốn tương tự như phần luyện ⇒ ta có bảng kết quả sau:

σNC



σAC



σLC



∆pσC



0,573996



0,01913

4



0,019



18,988



• Trở lực thủy tĩnh do chất lỏng trên đĩa tạo ra

Áp dụng công thức trang 285, [3]:∆Pb = 1,3hbKρLg

Với: hb = hgờ + ∆hl



 QL





∆hl = 

 1,85L K 

gờ 





2/ 3



Trong đó:

-



Lgờ : chiều dài của gờ chảy tràn, m

K = ρb/ρL : tỷ số giữa khối lượng riêng chất lỏng bọt và khối lượng riêng của



-



chất lỏng, lấy gần bằng 0,5.

nL .M L

ρL

QL =

: suất lượng thể tích của pha lỏng, m3/s.



GVHD: Th.S Võ P. Phương Trang



31



Trường Đại học Công nghiệp Thực phẩm TPHCM



Khoa Cơng nghệ Hóa học



• Tính chiều dài gờ chảy tràn



Ta có: Squạt - S∆ = Sbán nguyệt







R2

1

α

α 20% 2

α

− 2. R sin R cos =

πR

2

2

2

2

2



⇔ α - sinα = 0,2π

Dùng phép lặp ⇒ α = 1,626753345 (Rad)

α

2



Nên: Lgờ = φsin = 1,4. sin

-



1,626753345

2



= 1,017 (m)



Phần cất



Khối lượng mol trung bình của pha lỏng trong phần luyện



MLL =



M LD + M F 18,585+ 35,294

=

2

2



= 26,940 (kg/kmol)



Suất lượng mol của pha lỏng trong phần luyện: nLL = L = 171,885 (kmol/h)

Suất lượng thể tích của pha lỏng trong phần luyện



GVHD: Th.S Võ P. Phương Trang



32



Trường Đại học Công nghiệp Thực phẩm TPHCM



QLL =



Nên:



Khoa Cơng nghệ Hóa học



nLL .M LL 171,885× 26,940

=

ρ LL

956,661



= 0,00134 (m3/s)



0,00134 



∆hlL = 



 1,85× 1,017× 0,5



2/ 3



= 0,01269 (m)



Cho ta: ∆PbL = 1,3(hgờ + ∆hlL)KρLLg

= 1,3.(0,05 + 0,01269). 0,5. 956,661. 9,81 = 382,396 (N/m2)

-



Phần chưng



Tính tốn tương tự như phần luyện ⇒ ta có bảng kết quả sau:



MLC



QLC



∆hlC



∆pbC



47,301



0,00357



0,02432



448,26

1



• Tổng trở lực thuỷ lực của tháp

Tổng trở lực của 1 mâm trong phần luyện của tháp là

∆PL = ∆PkL + ∆PσL + ∆PbL = 175,724 + 19,519 + 382,396 = 577,638 (N/m2)

Tổng trở lực của 1 mâm trong phần chưng của tháp là

∆PC = ∆PkC + ∆PσC + ∆PbC = 324,829 + 18,988 + 448,261 = 792,078 (N/m2)

Kiểm tra hoạt động của mâm

Kiểm tra lại khoảng cách mâm ∆h = 0,4m đảm bảo cho điều kiện hoạt động bình



1,8

thường của tháp: ∆h >



∆P

ρL g



GVHD: Th.S Võ P. Phương Trang



33



Trường Đại học Công nghiệp Thực phẩm TPHCM



Khoa Công nghệ Hóa học



Với các mâm trong phần chưng trở lực thuỷ lực qua 1 mâm lớn hơn trở lực thuỷ



1,8

lực của mâm trong phần luyện, ta có:



∆PC

792,078

= 1,8

ρ LC g

945,928× 9,18



= 0,154 < 0,3



⇒ Điều kiện trên được thỏa.

Kết luận

Tổng trở lực thủy lực của tháp

∆P = nttL.∆PL + nttC∆PC = 40. 577,638 + 31. 792,078 = 47659,953 (N/m2).

• Kiểm tra ngập lụt khi tháp hoạt động

Khoảng cách giữa 2 mâm: ∆h = 300 (mm).

Bỏ qua sự tạo bọt trong ống chảy chuyền, chiều cao mực chất lỏng trong ống chảy

chuyền của mâm xuyên lỗ được xác định theo biểu thức (5.20), trang 120, [2]

hd = hgờ + ∆hl + ∆P + hd’



(mm.chất lỏng)



Trong đó

+ hgờ : chiều cao gờ chảy tràn (mm).

+ ∆hl : chiều cao lớp chất lỏng trên mâm (mm).

+ ∆P: tổng trở lực của 1 mâm (mm.chất lỏng).

+ hd’ : tổn thất thủy lực do dòng lỏng chảy từ ống chảy chuyền vào mâm, được xác

định theo biểu thức (5.10), trang 115, [2]



 QL 



hd' = 0,128.

100

.

S

d 





2



(mm.chất lỏng)



+ QL : lưu lượng của chất lỏng (m3/h).

+ Sd : tiết diện giữa ống chảy chuyền và mâm.



Sd = 0,8 . Smaâm = 0,8.



GVHD: Th.S Võ P. Phương Trang



π

4



.1,42 = 1,232 (m2)



34



Trường Đại học Công nghiệp Thực phẩm TPHCM



+ Để tháp không bị ngập lụt khi hoạt động thì: hd ≤

-



Khoa Cơng nghệ Hóa học

1

2



∆h = 200 (mm)



Phần cất



+ ∆hlL = 0,01269. 1000 = 12,69 (mm).



+ ∆PL =



577,638

577,638

× 1000=

× 1000

ρ LL g

956,661× 9,81



= 61,550 (mm.chất lỏng).



2



hd'L

+



 QLL 

 0,00134× 3600

 = 0,128.

= 0,128.



 100× 1,232 

 100.Sd 



2



= 0,0002 (mm.chất lỏng).



Nên: hdL = 50 + 12,69 + 61,550 + 0,0002 = 124,237 (mm) < 200 (mm).

Vậy: Khi hoạt động thì mâm ở phần luyện sẽ khơng bị ngập lụt.

-



Phần chưng



+ ∆hlC = 0,02432. 1000 = 24,32 (mm).



577,638

792,078

× 1000=

× 1000

ρ LL g

945,928× 9,81

+ ∆PC =

= 85,357 (mm.chất lỏng).

2



hd'C

+



 Q



 0,00357× 3600

= 0,128. LC  = 0,128.



 100× 1,232 

 100.Sd 



2



= 0,0014 (mm.chất lỏng).



Nên: hdC = 50 + 24,32 + 85,357 + 0,0014 = 159,676 (mm) < 200 (mm).

Vậy: Khi hoạt động thì mâm ở phần chưng sẽ khơng bị ngập lụt.

Kết luận: Khi hoạt động tháp sẽ không bị ngập lụt.

5.4. Bề dày tháp

• Thân tháp

Vì tháp hoạt động ở áp suất thường nên ta thiết kế thân hình trụ bằng phương pháp

hàn hồ quang điện, kiểu hàn giáp mối 2 phía. Thân tháp được ghép với nhau bằng các

mối ghép bích.

Vì tháp hoạt động ở nhiệt độ cao (>100oC) nên ta phải bọc cách nhiệt cho tháp.

GVHD: Th.S Võ P. Phương Trang



35



Trường Đại học Công nghiệp Thực phẩm TPHCM



Khoa Cơng nghệ Hóa học



Để đảm bảo chất lượng của sản phẩm và khả năng ăn mòn của axit axetic đối với

thiết bị, ta chọn thiết bị thân tháp là thép khơng gỉ mã X18H10T.

• Các thơng số cần tra và chọn phục vụ cho q trình tính tốn

- Nhiệt độ tính tốn: Từ xWN = 0,8955

⇒ Nhiệt độ sôi của pha lỏng TSL = 100,6315 (oC).

Nhiệt độ sôi của pha hơi TSH = 100,966 (oC).

⇒ tmax =100,966 (oC).

Tra bảng I.249, trang 310, [1]



⇒ Khối lượng riêng của nước ở 100,966 (oC): ρN = 957,2755 (kg/m3).

Tra bảng I.2, trang 9, [1]

⇒ Khối lượng riêng của axit axetic ở 100,966 (oC): ρA = 956,2612(kg/m3).

Áp dụng trong công thức (I.2), trang 5, [1]



1



ρ LW



=



xW 1 − xW

0,72

1 − 0,72

+

=

+

ρN

ρA

957,2755 956,2612



⇒ ρLW = 956,9913 (kg/m3).



⇒ t = tmax + 20oC = 100,966 + 20 = 120,966 (oC).

-



Áp suất tính tốn

Vì tháp hoạt động ở áp suất thường nên: P = Pthủy tĩnh + ∆P



Khối lượng riêng trung bình của pha lỏng trong toàn tháp

ρ LL + ρ LC 956,661+ 945,928

=

2

2

ρL =

= 951,295 (kg/m3).



Nên: P = ρLgH = 951,295. 9,81. 29,8 + 47659,953 = 325759,532 (N/m2)

= 0,326 (N/mm 2).

-



Hệ số bổ sung do ăn mòn hóa học của mơi trường



Vì mơi trường axit có tính ăn mòn và thời gian sử dụng thiết bị là trong 20 năm

⇒ Ca = 1. 2 = 2 (mm).

GVHD: Th.S Võ P. Phương Trang



36



Trường Đại học Công nghiệp Thực phẩm TPHCM



-



Khoa Cơng nghệ Hóa học



Ứng suất cho phép tiêu chuẩn



Vì vật liệu là X18H10T ⇒ [σ]* = 140 (N/mm2)

-



(Hình 1.1, trang 18, [4])



Hệ số hiệu chỉnh



Vì thiết bị có bọc lớp cách nhiệt ⇒ η = 0,95 (trang 26, [4])

-



Ứng suất cho phép

[σ] = η [σ]* = 133 (N/mm2).

Hệ số bền mối hàn



Vì sử dụng phương pháp hàn hồ quang điện, kiểu hàn giáp mối 2 phía

⇒ ϕh = 0,95 (Bảng XIII.8, trang 362, [2])

• Tính bề dày



Ta có:



⇒ S’ =



[σ]

133

ϕh =

× 0,95

P

0,326



= 387,863 > 25



φP

1400× 0,326

=

2[σ]ϕ h 2× 133× 0,95



= 1,805 ⇒ S’ + Ca = 1,805 + 2 = 3,805 (mm).



Quy tròn theo chuẩn: S = 4 (mm)

Bề dày tối thiểu: Smin = 4 (mm)



(Bảng XIII.9, trang 364, [2])

(Bảng 5.1, trang 128, [4])



⇒ Bề dày S thỏa điều kiện.

• Kiểm tra độ bền



Điều kiện:



[P] =

Nên:



S − Ca

≤ 0,1

φ







4− 2

≤ 0,1

1400



⇔ 0,001 ≤ 0,1 (thỏa)



2[σ]ϕ h (S − C a ) 2× 133× 0,95× (4 − 2)

=

φ + (S − C a )

1400+ (4 − 2)



= 0,360 > P = 0,326 (thoả)



Kết luận: S = 4 (mm)

• Đáy và nắp



GVHD: Th.S Võ P. Phương Trang



37



Trường Đại học Cơng nghiệp Thực phẩm TPHCM



Khoa Cơng nghệ Hóa học



Chọn đáy và nắp có dạng hình ellip tiêu chuẩn, có gờ, làm bằng thép X18H10T.

Chọn bề dày đáy và nắp bằng với bề dày thân tháp: S = 4 (mm).



Kiểm tra điều kiện:



 S − Ca

 D ≤ 0,125

t



2[σ]ϕ h (S − C a )

[P] =

≥P



R t + (S − C a )



Trong đó: Dt = φ



ht

= 0,25

Dt

Vì đáy và nắp có hình ellip tiêu chuẩn với

⇒ Rt = Dt

⇒ Điều kiện trên được thỏa như đã kiểm tra ở phần thân tháp.

Kết luận: Kích thước của đáy và nắp

+ Đường kính trong: Dt = φ = 1400 (mm)

+ ht = 350 (mm)

+ Chiều cao gờ: hgờ = 50 (mm)

+ Bề dày: S = 4 (mm)

+ Diện tích bề mặt trong: Sbề mặt = 2,35 (m2)



(Bảng XIII.10, trang 382, [2])



5.5. Bề dày mâm

• Các thơng số cần tra và chọn phục vụ cho q trình tính tốn

Nhiệt độ tính tốn: t = tmax = 117,6 (oC)

Áp suất tính tốn: P = Pthủy tĩnh + Pgờ

Chọn bề dày gờ chảy tràn là 3mm.

GVHD: Th.S Võ P. Phương Trang



38



Tài liệu bạn tìm kiếm đã sẵn sàng tải về

Hình 3: Đồ thị số mâm lý thuyết phần cất

Tải bản đầy đủ ngay(0 tr)

×