Chưng luyện Nước – Acid acetic GVHD: Hồng Trung Ngơn LỜI MỞ ĐẦU Một ngành có đóng góp to lớn đến ngành cơng nghiệp nước ta nói riêng giới nói chung, ngành cơng nghiệp hóa học Đặc biệt ngành hóa chất Đi đơi với phát triển khoa học kỹ thuật nhu cầu độ tinh khiết sản phẩm ngày cao Vì phương pháp nâng cao độ tinh khiết ln cải tiến đổi để ngày hồn thiện hơn, là: đặc, hấp thụ, chưng cất, trích ly, Tùy theo đặc tính, u cầu sản phẩm mà ta có lựa chọn phương pháp phù hợp Đối với hệ Nước- Acid acetic hai cấu tử tan lẫn hồn tồn, ta dùng phương pháp chưng cất để nâng cao độ tinh khiết Đồ án mơn học Q trình Thiết bị mơn học mang tính tổng hợp q trình học tập kỹ sư Cơng nghệ hóa học tương lai Mơn học giúp sinh viên giải nhiệm vụ tính tốn cụ thể về: quy trình cơng nghệ, kết cấu, giá thành thiết bị sản xuất hóa chất - thực phẩm Đây bước để sinh viên vận dụng kiến thức học nhiều mơn học vào giải vấn đề kỹ thuật thực tế cách tổng hợp Nhiệm vụ Đồ án thiết kế hệ thống chưng cất Nước – Acid acetic có suất 3000 kg/h, nồng độ nhập liệu 30% khối lượng, nồng độ sản phẩm đỉnh 95% khối lượng, nồng độ sản phẩm đáy 0,5% khối lượng Sử dụng đốt có áp suất 3,0 at Chưng luyện Nước – Acid acetic GVHD: Hồng Trung Ngơn CHƯƠNG I: GIỚI THIỆU I.1 LÝ THUYẾT VỀ CHƯNG CẤT : I.1.1 Khái niệm: Chưng cất q trình dùng để tách cấu tử hỗn hợp lỏng hỗn hợp khí lỏng thành cấu tử riêng biệt dựa vào độ bay khác cấu tử hỗn hợp Trong trường hợp đơn giản nhất, chưng cất đặc khơng khác nhau, nhiên hai q trình có ranh giới q trình chưng cất dung mơi chất tan bay hơi, q trình đặc có dung mơi bay chất tan khơng bay I.1.2 Các phương pháp chưng cất: a Phân loại theo áp suất làm việc: - Áp suất thấp - Áp suất thường - Áp suất cao b Phân loại theo ngun lý làm việc: - Chưng cất đơn giản - Chưng nước trực tiếp c Phân loại theo phương pháp cấp nhiệt đáy tháp: - Cấp nhiệt trực tiếp - Cấp nhiệt gián tiếp Vậy: hệ Nước – Acid acetic, ta chọn phương pháp chưng cất liên tục cấp nhiệt gián tiếp nồi đun áp suất thường I.1.3 Thiết bị chưng cất Trong sản xuất thường dùng nhiều loại thiết bị khác để tiến hành chưng cất Tuy nhiên u cầu chung thiết bị giống nhau: diện tích bề mặt tiếp xúc pha phải lớn, điều phụ thuộc vào mức độ phân tán lưu chất vào lưu chất Nếu pha khí phân tán vào pha lỏng ta có loại tháp mâm, pha lỏng phân tán vào pha khí ta có tháp chêm, tháp phun,… Ở ta khảo sát loại thường dùng tháp mâm tháp chêm  Tháp mâm: thân tháp hình trụ, thẳng đứng phía có gắn mâm có cấu tạo khác nhau, pha lỏng pha cho tiếp xúc với Tùy theo cấu tạo đĩa, ta có: - Tháp mâm chóp : mâm bố trí có chóp dạng tròn, xupap, chữ s… - Tháp mâm xun lỗ: mâm có nhiều lỗ hay rãnh  Tháp chêm (tháp đệm): tháp hình trụ, gồm nhiều bậc nối với mặt bích hay hàn Vật chêm cho vào tháp theo hai phương pháp: xếp ngẫu nhiên hay xếp thứ tự Ở ta sử dụng tháp mâm xun lỗ để chưng cất hệ Nước – Acid acetic Chưng luyện Nước – Acid acetic I.2 GVHD: Hồng Trung Ngơn GIỚI THIỆU SƠ BỘ VỀ NGUN LIỆU : I.2.1 Acid acetic: Acid acetic nóng chảy 16,6oC, điểm sơi 118oC, hỗn hợp nước với tỷ lệ - Tính ăn mòn kim loại:  Acid acetic ăn mòn sắt  Nhơm bị ăn mòn acid lỗng, đề kháng tốt acid acetic đặc khiết Đồng chì bị ăn mòn acid acetic với diện khơng khí  Thiếc số loại thép nikel – crom đề kháng tốt acid acetic - Acid acetic khiết gọi acid glaxial dễ dàng đơng đặc kết tinh nước đá 17oC, đước điều chế chủ yếu oxy hóa andehit axetic Khơng màu sắc, vị chua, tan nước cồn etylic - I.3 Nước: - Trong điều kiện bình thường: nước chất lỏng khơng màu, khơng mùi, khơng vị khối nước dày có màu xanh nhạt - Khi hóa rắn tồn dạng dạng tinh thể khác - Tính chất vật lý:  Khối lượng phân tử : 18 g / mol  Khối lượng riêng d40 c : g / ml  Nhiệt độ nóng chảy : 00C  Nhiệt độ sơi : 1000 C - Nước dung mơi phân cực mạnh, có khả hồ tan nhiều chất dung mơi quan trọng kỹ thuật hóa học Chưng luyện Nước – Acid acetic GVHD: Hồng Trung Ngơn CHƯƠNG 2: QUY TRÌNH CƠNG NGHỆ Chú thích kí hiệu qui trình: Bồn chứa ngun liệu Bơm Bồn cao vị Thiết bị trao đổi nhiệt với sản phẩm đỉnh Thiết bị đun sơi dòng nhập liệu Bẩy Lưu lượng kế Nhiệt kế Tháp chưng cất 10 Thiết bị ngưng tụ sản phẩm đỉnh 11 Áp kế 12 Thiết bị đun sơi đáy tháp 13 Thiết bị làm nguội sản phẩm đáy 14 Bồn chứa sản phẩm đáy 15 Bồn chứa sản phẩm đỉnh Chưng luyện Nước – Acid acetic GVHD: Hồng Trung Ngơn φ1 50 φ 80 404 φ1408 1017 50 1933 20 400 20 5600 I A-A TL 1:1 II φ3 I T L 4:1 10 10 φ 1550 M10x25 φ 1500 11 M24x100 35 T III V 50 x 50 II TL 1:1 12 III TL :2 φ8 15 T M20x45 A 180 330 400 12500 13 11 T P φ 15 10 TL 1:5 φ 80 15 14 T 225 400 225 260 16 460 250 10 11 TL 1:10 25 φ 30 160 20 T 10 16 10 190 25 170 15 10 320 12 16 16 TL 1:10 φ 27 16 15 14 13 12 11 10 Cha ân đ ỡ Đáy th iết bò Ốn g da ãn l ỏng Ốn g da ãn h v Ốn g da ãn n hập liệu Ta i tr eo Bích nố i thân Máng ch ảy c huye àn Ma âm xu yên lỗ Gơ ø cha ûy tr àn Th ân th iết bò Kính qu an sát Ống hoa øn lưu Bíc h no na ép ( đáy) t hân Nắp th iết bò Ốn g da ãn h STT TÊN GỌI CT3 X1 8H1 0T X1 8H1 0T X1 8H1 0T X18 H10 T CT3 X18 H10 T X1 8H1 0T X1 8H1 0T X18 H10 T X18 H10 T Thu ûy t inh X18 H10 T X18 H10 T X18 H10 T X18 H10 T 1 1 14 71 71 71 2 1 V ẬT L IỆU SL 13 14 GHI CHÚ Tr ườ ng Đ ại h ọc B ác h K hoa Tp H Ch í Minh K hoa Côn g ng hệ Hóa học BỘ MÔ N MÁY VÀ THI ẾT BỊ 200 15 14 13 12 11 10 Bồn chư ùa sản pha åm đỉnh Bồn chư ùa sản pha åm đáy Thi ết bò làm ng uội sản phẩm đ áy Thi ết bò đu n so âi đáy th áp Áp ke Thi ết bò ng ưng tu ï sản ph ẩm đ ỉnh Tha ùp chư ng c ất Nh ie ät kế Lưu lư ợng kế Bẩy Thi ết bò đu n so âi dòng nhập lie äu TB tr ao đổi n hie ät với sản ph ẩm đỉ nh Bồn cao vò Bơm Bo àn chư ùa n guyên liệu STT Đồ a ùn m ôn học Qua ù trình Th iết b ò : TÊN GỌI SVT H Nguyễn T Hiền Lương G VHD Nguy ễn Văn Lục C NBM Vu õ BáMin h C hức Họ tên Tỉ lệ BẢN VẼ LẮP ĐẶT Chữ k ý Bản v ẽ số ĐA ËC TÍNH KỸ T HUẬT SL G HI CHÚ Tr ườn g Đại h ọc Ba ùc h Khoa Tp Hồ Ch í Minh Khoa Công ng hệ Hóa h ọc B Ộ MÔN MÁY VÀ THIẾT BỊ T HIẾT KẾ HỆ THỐNG CHƯNG CẤT NƯỚC - AXIT AXETIC DÙNG THÁP MÂM XUYÊN LỖ 1:10 Đồ a ùn môn học Q uá tr ình v Th iết b ò : THIẾT KẾ HỆ THỐNG CHƯNG CẤT NƯỚC -AXIT AXETIC DÙNG THÁP MÂM XUYÊN LỖ 2/ Ngày HT 25/06 /05 Ngày BV 28/06 /05 SVTH Nguyễn T Hiền L ương GVHD Nguye ãn Văn L ục CN BM Vũ BáMinh Chức H ọtên Tỉ le ä QUY T RÌNH CÔNG NGHỆ Chữ ký B ản vẽ so 1/2 N gàyHT 25/06/05 N gàyBV 28/06/05 11 T P 12 13 14 Chưng luyện Nước – Acid acetic GVHD: Hồng Trung Ngơn Hỗn hợp Nước – Acid acetic có nồng độ nước 30% (theo phần khối lượng), nhiệt độ khoảng 300C bình chứa ngun liệu (1) bơm (2) bơm lên bồn cao vị (3) Từ đưa đến thiết bị trao đổi nhiệt với sản phẩm đỉnh (4) Sau đó, hỗn hợp gia nhiệt đến nhiệt độ sơi thiết bị đun sơi dòng nhập liệu (5), đưa vào tháp chưng cất (9) đĩa nhập liệu Trên đĩa nhập liệu, chất lỏng trộn với phần lỏng từ đoạn luyện tháp chảy xuống Trong tháp, từ lên gặp chất lỏng từ xuống Ở đây, có tiếp xúc trao đổi hai pha với Pha lỏng chuyển động phần chưng xuống giảm nồng độ cấu tử dễ bay bị pha tạo nên từ nồi đun (12) lơi cấu tử dễ bay Nhiệt độ lên thấp, nên qua đĩa từ lên cấu tử có nhiệt độ sơi cao acid acetic ngưng tụ lại, cuối đỉnh tháp ta thu hỗn hợp có cấu tử nước chiếm nhiều (có nồng độ 95% phần khối lượng) Hơi vào thiết bị ngưng tụ (10) ngưng tụ hồn tồn Một phần chất lỏng ngưng tụ trao đổi nhiệt với dòng nhập liệu thiết bị (4) (sau qua bồn cao vị) Phần lại chất lỏng ngưng tụ hồn lưu tháp đĩa Một phần cấu tử có nhiệt độ sơi thấp bốc hơi, lại cấu tử có nhiệt độ sơi cao chất lỏng ngày tăng Cuối cùng, đáy tháp ta thu hỗn hợp lỏng hầu hết cấu tử khó bay (acid acetic) Hỗn hợp lỏng đáy có nồng độ nước 0,5% phần khối lượng, lại acid acetic Dung dịch lỏng đáy khỏi tháp vào nồi đun (12) Trong nồi đun dung dịch lỏng phần bốc cung cấp lại cho tháp để tiếp tục làm việc, phần lại khỏi nồi đun qua thiết bị làm nguội sản phẩm đáy (13), làm nguội đến 350C , đưa qua bồn chứa sản phẩm đáy (14) Hệ thống làm việc liên tục cho sản phẩm đỉnh nước, sau trao đổi nhiệt với dòng nhập liệu có nhiệt độ 35oC thải bỏ Sản phẩm đáy acid acetic giữ lại Trang Chưng luyện Nước – Acid acetic GVHD: Hồng Trung Ngơn Chương CÂN BẰNG VẬT CHẤT III.1 CÁC THƠNG SỐ BAN ĐẦU : Chọn loại tháp tháp mâm xun lỗ Khi chưng luyện dung dịch acid acetic cấu tử dễ bay nước Axit axetic : CH COOH ⇒ M A = 60 (g / mol) Nước : H O ⇒ M N = 18 (g / mol) Hỗn hợp:        Năng suất nhập liệu: GF = 3000 (kg/h) Nồng độ nhập liệu: xF = 30% (kg nước/ kg hỗn hợp) Nồng độ sản phẩm đỉnh: xD = 95% (kg nước/ kg hỗn hợp) Nồng độ sản phẩm đáy: xW = 0,5% (kg nước/ kg hỗn hợp) Áp suất đốt: Ph = 3,0at Chọn:  Nhiệt độ nhập liệu: tFV = 30oC  Nhiệt độ sản phẩm đáy sau làm nguội: tWR = 35oC  Nhiệt độ dòng nước lạnh vào: tV = 30oC  Nhiệt độ dòng nước lạnh ra: tR = 45oC  Trạng thái nhập liệu trạng thái lỏng sơi  Các ký hiệu:  GF, F: suất lượng nhập liệu tính theo kg/h, kmol/h  GD, D: suất lượng sản phẩm đỉnh tính theo kg/h, kmol/h  GW, W: suất lượng sản phẩm đáy tính theo kg/h, kmol/h  xi, xi : nồng độ phần mol, phần khối lượng cấu tử i I XÁC ĐỊNH SUẤT LƯỢNG SẢN PHẨM ĐỈNH SẢN PHẨM ĐÁY THU ĐƯỢC : G F = G D + G W G F x F = G D x D + G W x W Đun gián tiếp :  GW GF GD = = xD − xW xF − xW xD − xF xF − xW 30 − 0,5 GF = 3000 = 931,579 (kg/h) Nên : GD = xD − xW 95,5 − 0,5 ⇔ Và: GW = GF – GD = 3000 – 931,579 = 2068,421 (kg/h) II XÁC ĐỊNH TỈ SỐ HỒN LƯU LÀM VIỆC : Nồng độ phần mol: Trang Chưng luyện Nước – Acid acetic GVHD: Hồng Trung Ngơn xF 0,3 MN 18 xF = = = 0,588 (mol nước/ mol hỗn hợp) xF − xF 0,3 − 0,3 + + 18 60 MN MA xW 0,005 MN 18 xW = = = 0,016 (mol nước/ mol hỗn hợp) xW − xW 0,005 − 0,005 + + 18 60 MN MA xD 0,955 MN 18 xD = = = 0,986 (mol nước/ mol hỗn hợp) xD − xD 0,955 − 0,955 + + 18 60 MN MA Suất lượng mol tương đối dòng nhập liệu: f= x D − x W 0,98606 − 0,01647 = = 1,696 x F − x W 0,58824 − 0,01647 Tỉ số hồn lưu làm việc: 0,9 0,8 yF* 0,7 0,6 0,5 0,4 0,3 0,2 0,1 xF 0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 Hình 1: Đồ thị cân pha hệ Nước – Acid acetic Dựa vào hình ⇒ yF* = 0,705 Trang Chưng luyện Nước – Acid acetic Tỉ số hồn lưu tối thiểu: R = GVHD: Hồng Trung Ngơn x D − y *F 0,98606 − 0,705 = = 2,407 y *F − x F 0,705 − 0,58824 Tỉ số hồn lưu làm việc: R = 1,3Rmin + 0,3 = 3,429 III XÁC ĐỊNH SUẤT LƯỢNG MOL CỦA CÁC DỊNG PHA : Coi lưu lượng mol dòng pha đoạn tháp (chưng luyện) khơng đổi Tại đỉnh tháp: nHD L nHD L Vì đỉnh tháp nồng độ phần mol nước pha lỏng pha ⇒ Khối lượng pha pha lỏng đỉnh tháp nhau: MHD = MLD = xD MN + (1 – xD) MA = 0,986 18 + (1 – 0,986) 60 = 18,585 (kg/mol) Suất lượng khối lượng dòng đỉnh tháp: GHD = (R +1)GD = (3,429 + 1) 931,579 = 4126,142 (kg/h) Suất lượng mol dòng đỉnh tháp: nHD = G HD 4126,142 = = 222,009 (kmol/h) M HD 18,585 Suất lượng khối lượng dòng hồn lưu: GL = RGD = 3,429 931,579 = 3194,563 (kg/h) Suất lượng mol dòng hồn lưu: L= GL 3194,563 = = 171,885 (kmol/h) M LD 18,585 Tại mâm nhập liệu: nHF nLF nHF n’LF F Khối lượng mol dòng nhập liệu: MF = xF MN + (1 – xF) MA = 0,588 18 + (1 – 0,588) 60 = 35,294 (kg/kmol) Suất lượng mol dòng nhập liệu: F= GF 3000 = = 256,885 (kmol/h) M F 35,294 Và: nLF = L = 171,885 (kmol/h) Trang Chưng luyện Nước – Acid acetic GVHD: Hồng Trung Ngơn n’LF = L + F = 171,885 + 256,885 = 428,770 (kmol/h) nHF = nHD = 222,009 (kmol/h) Tại đáy tháp: nHW nLW W Vì đáy tháp nồng độ phần mol nước pha lỏng pha ⇒ Khối lượng pha pha lỏng đáy tháp nhau: MHW = MLW = xW MN + (1 – xW) MA = 0,016 18 + (1 – 0,016) 60 = 59,308 (kg/mol) Suất lượng mol dòng sản phẩm đáy: W= GW 2086,421 = = 34,876 (kmol/h) M LW 59,308 Và: nLW = n’LF = 428,770 (kmol/h) nHW = nHF = nHD = 222,009 (kmol/h) Chương Trang 10 Chưng luyện Nước – Acid acetic GVHD: Hồng Trung Ngơn Áp dụng cơng thức (3.27), trang 110, [4] ⇒ cơng thức xác định chuẩn số Nusselt: Nu F = 0,021.ε l Re ,8 F , 43 F Pr  Pr  F  Prw    ,25 Trong đó: ε1 – hệ số tính đến ảnh hưởng hệ số cấp nhiệt theo tỷ lệ chiều dài L đường kính d ống Tra bảng 3.1, trang 110, [4] ⇒ chọn ε1 = Hệ số cấp nhiệt dòng nhập liệu ống trong: αF = Nu F λ F d tr 3.2 Nhiệt tải qua thành ống lớp cáu : qt = t w1 − t w , (W/m2) Σrt Trong đó:  tw1 : nhiệt độ vách tiếp xúc với đốt, oC  tw2 : nhiệt độ vách tiếp xúc với dòng nhập liệu, oC Σrt = δt + r1 + r2 λt  Bề dày thành ống: δt = 0,003 (m)  Hệ số dẫn nhiệt thép khơng gỉ: λt = 16,3 (W/mK)  Nhiệt trở lớp cáu ống: r1 = 1/5800 (m2.K/W)  Nhiệt trở lớp cáu ngồi ống: r2 =1/5800 (m2.K/W) Nên: ∑rt = 5,289.10-4 (m2.K/W) 3.3 Xác định hệ số cấp nhiệt ngưng tụ ngồi ống : Kích thước ống ngồi:  Đường kính ngồi: Dn = 57 (mm) = 0,057 (m)  Bề dày ống: δt = (mm) = 0,003 (m)  Đường kính trong: Dtr = 0,051 (m) rn ρ 2n g.λ3n Áp dụng cơng thức (3.65), trang 120, [4]: α n = 0,725 µ n (t n - t W1 ).d n Dùng phép lặp: chọn tW1 = 123,232701 (oC) Nhiệt độ trung bình màng nước ngưng tụ: tm = ½ (tn + tW1) = 124,7413505 (oC) Tại nhiệt độ thì:  Khối lượng riêng nước: ρn = 939,1646791 (kg/m3)  Độ nhớt nước: µn = 2,28.10-4 (N.s/m2)  Hệ số dẫn nhiệt nước: λn = 0,686 (W/mK) Nên: αn = 15945,030 (W/m2K) ⇒ qn = αn (tn – tW1) = 48110,923 (W/m2) ⇒ qt = qn = 48110,923 (W/m2) (xem nhiệt tải mát khơng đáng kể) ⇒ tw2 = tw1 - qtΣrt = 97,788 (oC) Tại nhiệt độ thì:  Độ nhớt nước: µN = 2,87.10-4 (N.s/m2)  Độ nhớt acid: µA = 4,71.10-4 (N.s/m2) Nên: lgµW2 = xFlgµN + (1 – xF)lgµA = 0,588.lg(2,87.10-4) + (1 - 0,588)lg(4,71.10-4) Trang 47 Chưng luyện Nước – Acid acetic GVHD: Hồng Trung Ngơn = -3,454 ⇒ µW2 = 3,519.10-4 (N.s/m2)  Hệ số dẫn nhiệt nước: λN = 0,682 (W/mK)  Hệ số dẫn nhiệt acid: λA = 0,156 (W/mK) Nên: λW2 = λN.xF + λA.(1 - xF) – 0,72 xF.(1 - xF)(λN - λA) = 0,234 (W/mK)  Nhiệt dung riêng nước: cN = 4220,461 (J/kgK)  Nhiệt dung riêng nước: cA = 2417,391 (J/kgK) Nên: cW2 = cN x F + cA (1 - x F ) = 2958,312 (J/kgK) Áp dụng cơng thức (V.35), trang 12, [6]: PrW = c W2 µ W2 = 4,453 λ W2 Nên: NuF = 361,817 ⇒ F = 2675,614 (W/m2K) ⇒ qF =F (tW2 - tF) = 48110,909 (W/m2) Kiểm tra sai số: ε= qn − qF qn 100% = 0,00003% < 5% (thỏa) Kết luận: tw1 = 123,232701oC tw2 = 97,788oC 3.4 Xác định hệ số truyền nhiệt : K= = 1035,907 (W/m2K) 2675,614 + 5,289.10 − + 15945,030 Bề mặt truyền nhiệt : Bề mặt truyền nhiệt xác định theo phương trình truyền nhiệt: Q 455077,044 × 1000 F = K.∆t = 3600 × 1026,311 × 42,128 = 2,897 (m2) log Cấu tạo thiết bị : Chiều dài ống truyền nhiệt: L = Kiểm tra: F nπ d n + d tr = 26,343 (m) ⇒ chọn L = 27 (m) L 27 = = 843,75 > 50 ⇒ εl = 1: thỏa d tr 0,032 Kết luận: Thiết bị trao đổi nhiệt dòng nhập liệu sản phẩm đỉnh thiết bị truyền nhiệt ống lồng ống với chiều dài ống truyền nhiệt L = 27 (m), chia thành dãy, dãy 3m VI BỒN CAO VỊ : Tổn thất đường ống dẫn: Chọn ống dẫn có đường kính dtr = 80 (mm) Tra bảng II.15, trang 381, [5] ⇒ Độ nhám ống: ε = 0,2 (mm) = 0,0002 (m) (ăn mòn ít) Tổn thất đường ống dẫn: Trang 48 Chưng luyện Nước – Acid acetic GVHD: Hồng Trung Ngơn  l v h =  λ 1 + Σξ1  F  d1  2g (m) Trong đó:  λ1 : hệ số ma sát đường ống  l1 : chiều dài đường ống dẫn, chọn l1 = 30(m)  d1 : đường kính ống dẫn, d1 = dtr = 0,08(m)  ∑ξ1 : tổng hệ số tổn thất cục  vF : vận tốc dòng nhập liệu ống dẫn 1.1 Xác định vận tốc dòng nhập liệu ống dẫn : Các tính chất lý học dòng nhập liệu tra nhiệt độ trung bình: tF = t FV + t FS 27 + 103,4 = = 65,4 (oC) 2 Tại nhiệt độ thì:  Khối lượng riêng nước: ρN = 980,392 (kg/m3)  Khối lượng riêng acid: ρA = 998,02 (kg/m3) Nên: x − xF 0,3 − 0,3 = F + = + = 0,001 ⇒ ρF = 992,665 (kg/m3) ρF ρN ρA 980,392 998,02  Độ nhớt nước: µN = 4,33.10-4 (N.s/m2)  Độ nhớt acid: µA = 6,64.10-4 (N.s/m2) Nên: lgµF = xFlgµN + (1 – xF)lgµA = 0,588.lg(4,33.10-4) + (1 - 0,588)lg(6,64.10-4) = -3,287 ⇒ µF = 5,159.10-4 (N.s/m2) Vận tốc dòng nhập liệu ống: vF = 4G F × 3000 = = 0,167 (m/s) 3600ρ F πd tr 3600 × 992,665 × π × 0,08 1.2 Xác định hệ số ma sát đường ống : Chuẩn số Reynolds : Re F = v F d tr ρ F 0,196 × 0,08 × 992,665 = = 25706,225 > 4000 : chế độ chảy rối µF 5,159.10 − Chuẩn số Reynolds tới hạn: Regh = 6(d1/ε)8/7 = 5648,513 Chuẩn số Reynolds bắt đầu xuất vùng nhám: Re n = 220(d1/ε)9/8 = 186097,342 Vì Regh < ReF < Ren ⇒ chế độ chảy rối ứng với khu vực q độ  ε 100   Áp dụng cơng thức (II.64), trang 379, [5]: λ1= 0,1.1,46 + d Re F   , 25 = 0,029 1.3 Xác định tổng hệ số tổn thất cục :  Chỗ uốn cong : Tra bảng II.16, trang 382, [5]: Chọn dạng ống uốn cong 90o có bán kính R với R/d = ξu1 (1 chỗ) = 0,15 Đường ống có chỗ uốn ⇒ ξu1 = 0,15 = 0,9  Van : Trang 49 Chưng luyện Nước – Acid acetic GVHD: Hồng Trung Ngơn Tra bảng 9.5, trang 94, [1]: Chọn van cầu với độ mở hồn tồn ξvan (1 cái) = 10 Đường ống có van cầu ⇒ ξvan = 10 = 20  Lưu lượng kế : ξl1 = (coi khơng đáng kể)  Vào tháp : ξtháp = Nên: ∑ξ1 = ξu1 + ξvan + ξll = 21,9   Vậy: h =  0,029 30  0,167 + 21,9  = 0,047 (m) 0,08  × 9,81 Tổn thất đường ống dẫn thiết bị trao đổi nhiệt dòng nhập liệu sản phẩm đỉnh:   v22 l2  h2 = λ2 + Σξ  d   2g (m) Trong đó:  λ2 : hệ số ma sát đường ống  l2 : chiều dài đường ống dẫn, l2 = 45(m)  d2 : đường kính ống dẫn, d2 = dtr = 0,032(m)  ∑ξ2 : tổng hệ số tổn thất cục  v2 : vận tốc dòng nhập liệu ống dẫn 2.1 Vận tốc dòng nhập liệu ống dẫn :v2 = 1,021 (m/s) 2.2 Xác định hệ số ma sát đường ống : Chuẩn số Reynolds : Re2 = 45588,056 > 4000: chế độ chảy rối Độ nhám: ε = 0,0002 Chuẩn số Reynolds giới hạn:Regh = 6(d1/ε)8/7 = 1982,191 Chuẩn số Reynolds bắt đầu xuất vùng nhám: Re n = 220(d1/ε)9/8 = 66383,120 Vì Regh < Re1 < Ren ⇒ chế độ chảy rối ứng với khu vực q độ  ε 100   Áp dụng cơng thức (II.64), trang 379, [5]: λ2= 0,1.1,46 + d Re   ,25 = 0,022 2.3 Xác định tổng hệ số tổn thất cục :  Chữ U : Tra bảng 9.5, trang 94, [1]: ξU2 (1 chỗ) = 2,2 Đường ống có (15 – 1) = 14 chữ U ⇒ ξU2 = 2,2 14 = 30,8  Đột thu : Fo 0,032 = Tra bảng II.16, trang 382, [5]: Khi = 0,160 ξđột thu (1chỗ) = 0,458 F1 0,08 Có chỗ đột thu ⇒ ξđột thu = 0,458  Đột mở : Fo 0,032 = Tra bảng II.16, trang 382, [5]: Khi = 0,160 ξđột mở (1chỗ) = 0,708 F1 0,08 Có chỗ đột mở ⇒ ξđột mở = 0,708 Trang 50 Chưng luyện Nước – Acid acetic GVHD: Hồng Trung Ngơn Nên: ∑ξ2 = ξU2 + ξđơt thu + ξđột mở = 31,966   Vậy: h =  0,022 45  1,021 + 31,966  = 3,316 (m) 0,032  × 9,81 Tổn thất đường ống dẫn thiết bị trao đổi nhiệt dòng nhập liệu sản phẩm đỉnh:  l3  v32 h =  λ + Σξ   d3  2g (m) Trong đó:  λ3 : hệ số ma sát đường ống  l3 : chiều dài đường ống dẫn, l2 = 27(m)  d3 : đường kính ống dẫn, d3 = dtr = 0,032(m)  ∑ξ3 : tổng hệ số tổn thất cục  v3 : vận tốc dòng nhập liệu ống dẫn 3.1 Vận tốc dòng nhập liệu ống dẫn :v2 = 1,059 (m/s) 3.2 Xác định hệ số ma sát đường ống : Chuẩn số Reynolds : Re2 = 77226,631 > 4000: chế độ chảy rối Độ nhám: ε = 0,0002 Chuẩn số Reynolds giới hạn: Regh = 6(d1/ε)8/7 = 1982,191 Chuẩn số Reynolds bắt đầu xuất vùng nhám: Re n = 220(d1/ε)9/8 = 66383,120 Vì Re > Ren ⇒ chế độ chảy rối ứng với vùng nhám Áp dụng cơng thức (II.64), trang 379, [5]: λ3= = 0,032 [1,14 + lg(d / ε)]2 3.3 Xác định tổng hệ số tổn thất cục :  Chữ U : Tra bảng 9.5, trang 94, [1]: ξU2 (1 chỗ) = 2,2 Đường ống có (9 – 1) = chữ U ⇒ ξU2 = 2,2 = 17,6  Đột thu : Tra bảng II.16, trang 382, [5]: Khi Fo 0,032 = = 0,160 ξđột thu (1chỗ) = 0,458 F1 0,08 Có chỗ đột thu ⇒ ξđột thu = 0,458  Đột mở : Fo 0,032 = Tra bảng II.16, trang 382, [5]: Khi = 0,160 ξđột mở (1chỗ) = 0,708 F1 0,08 Có chỗ đột mở ⇒ ξđột mở = 0,708 Nên: ∑ξ3 = ξU3 + ξđơt thu + ξđột mở = 18,766 27   1,059 + 18,766  Vậy: h =  0,032 = 2,640 (m) 0,032   × 9,81 Chiều cao bồn cao vị: Trang 51 Chưng luyện Nước – Acid acetic GVHD: Hồng Trung Ngơn Chọn :  Mặt cắt (1-1) mặt thống chất lỏng bồn cao vị  Mặt cắt (2-2) mặt cắt vị trí nhập liệu tháp Ap dụng phương trình Bernoulli cho (1-1) (2-2): 2 P1 P2 v1 v2 z1 + + = z2 + + +∑hf1-2 ρ F g ρ F g 2.g 2.g 2 P − P v − v1 ⇔ z1 = z2 + + +∑hf1-2 ρ F g 2.g Trong đó:  z1: độ cao mặt thống (1-1) so với mặt đất, hay xem chiều cao bồn cao vị Hcv = z1  z2: độ cao mặt thống (2-2) so với mặt đất, hay xem chiều cao từ mặt đất đến vị trí nhập liệu: z2 = hchân đỡ + hđáy + (nttC – 1)∆h + 0,4 = 0,4 + 0,4 + (31 – 1)0,4 + 0,5 = 13,3 (m)  P1 : áp suất mặt thống (1-1), chọn P1 = at = 9,81.104 (N/m2)  P2 : áp suất mặt thống (2-2) Xem ∆P = P2 – P1 = nttL ∆PL = 40 577,638 = 23105,533 (N/m2)  v1 : vận tốc mặt thống (1-1), xem v1 = (m/s)  v2 : vận tốc vị trí nhập liệu, v2 = vF = 0,167 (m/s)  ∑hf1-2 : tổng tổn thất ống từ (1-1) đến (2-2): ∑hf1-2 = h1 + h2 + h3 = 6,002 Vậy: Chiều cao bồn cao vị: Hcv P − P v − v1 = z2 + + +∑hf1-2 ρ F g 2.g 23105,533 0,167 − + = 13,3 + + 6,015 992,665 × 9,81 = 21,676 (m) Chọn Hcv = 25 (m) VII BƠM : Năng suất: Nhiệt độ dòng nhập liệu tF = 27oC Tại nhiệt độ thì:  Khối lượng riêng nước: ρN = 996,42 (kg/m3)  Khối lượng riêng acid: ρA = 1040,65 (kg/m3) Nên: x − xF 0,3 − 0,3 = F + = + = 0,001 ⇒ ρF = 1026,974 (kg/m3) ρF ρN ρA 996,42 1040,65  Độ nhớt nước: µN = 8,56.10-4 (N.s/m2)  Độ nhớt acid: µA = 1,18.10-3 (N.s/m2) Nên: lgµF = xFlgµN + (1 – xF)lgµA = 0,588.lg(8,56.10-4) + (1 - 0,588)lg(1,18.10-3) = -3,011 ⇒ µF = 9,753.10-4 (N.s/m2) Suất lượng thể tích dòng nhập liệu ống: Trang 52 Chưng luyện Nước – Acid acetic QF = GVHD: Hồng Trung Ngơn GF 3000 = = 2,921 (m3/h) ρ F 1026,974 Vậy: chọn bơm có suất Qb = (m3/h) Cột áp: Chọn :  Mặt cắt (1-1) mặt thống chất lỏng bồn chứa ngun liệu  Mặt cắt (2-2) mặt thống chất lỏng bồn cao vị Áp dụng phương trình Bernoulli cho (1-1) (2-2): 2 P1 P2 v1 v2 z1 + + + Hb = z + + +∑hf1-2 ρ F g ρ F g 2.g 2.g Trong đó:  z1: độ cao mặt thống (1-1) so với mặt đất, chọn z1 = 1m  z2: độ cao mặt thống (2-2) so với mặt đất, z2 = Hcv = 25m  P1 : áp suất mặt thống (1-1), chọn P1 = at  P2 : áp suất mặt thống (2-2), chọn P2 = at  v1,v2 : vận tốc mặt thống (1-1) và(2-2), xem v1= v2 = 0(m/s)  ∑hf1-2 : tổng tổn thất ống từ (1-1) đến (2-2)  Hb : cột áp bơm 2.1 Tính tổng trở lực ống: Chọn đường kính ống hút ống đẩy nhau: dtr = 50 (mm) Tra bảng II.15, trang 381, [5] ⇒ Độ nhám ống: ε = 0,2 (mm) = 0,0002 (m) (ăn mòn ít) Tổng trở lực ống hút ống đẩy  l h + lđ  vF   λ + Σ ξ + Σ ξ ∑hf1-2 =  h đ  d tr   2g Trong đó:  lh : chiều dài ống hút Chiều cao hút bơm: Tra bảng II.34, trang 441, [5] ⇒ hh = 4,3 (m) ⇒ Chọn lh = (m)  lđ : chiều dài ống đẩy, chọn lđ = 20 (m)  ∑ξh : tổng tổn thất cục ống hút  ∑ξđ : tổng tổn thất cục ống đẩy  λ : hệ số ma sát ống hút ống đẩy  vF : vận tốc dòng nhập liệu ống hút ống đẩy (m/s) vF = 4Q b 4×3 = = 0,424 (m/s) 3600 πd tr 3600 × π × 0,050  Xác định hệ số ma sát ống hút ống đẩy : Chuẩn số Reynolds : Re F = v F d tr ρ F 0,424 × 0,05 × 1026,974 = = 22344,356 > 4000 : chế độ chảy rối µF 9,753.10 − Trang 53 Chưng luyện Nước – Acid acetic GVHD: Hồng Trung Ngơn Chuẩn số Reynolds tới hạn: Regh = 6(dtr/ε)8/7 = 3301,065 Chuẩn số Reynolds bắt đầu xuất vùng nhám: Re n = 220(dtr/ε)9/8 = 109674,381 Vì Regh < ReF < Ren ⇒ chế độ chảy rối ứng với khu vực q độ  ε 100 Áp dụng cơng thức (II.64), trang 379, [5]: λ = 0,1.1,46 + d tr Re F     ,25 = 0,032  Xác định tổng tổn thất cục ống hút :  Chỗ uốn cong : Tra bảng II.16, trang 382, [5]: Chọn dạng ống uốn cong 90o có bán kính R với R/d = ξu1 (1 chỗ) = 0,15 Ống hút có chỗ uốn ⇒ ξu1 = 0,15 = 0,3  Van : Tra bảng 9.5, trang 94, [1]: Chọn van cầu với độ mở hồn tồn ξv1 (1 cái) = 10 Ống hút có van cầu ⇒ ξv1 = 10 Nên: ∑ξh = ξu1 + ξv1 = 10,3  Xác định tổng tổn thất cục ống đẩy :  Chỗ uốn cong : Tra bảng II.16, trang 382, [5]: Chọn dạng ống uốn cong 90o có bán kính R với R/d = ξu2 (1 chỗ) = 0,15 Ống đẩy có chỗ uốn ⇒ ξu2 = 0,15 = 0,6  Van : Tra bảng 9.5, trang 94, [1]: Chọn van cầu với độ mở hồn tồn ξv2 (1 cái) = 10 Ống đẩy có van cầu ⇒ ξv2 = 10  Vào bồn cao vị : ξcv = Nên: ∑ξđ = ξu1 + ξv1 + ξcv = 11,6   Vậy: ∑hf1-2 =  0,032 + 20  0,424 + 10,3 + 11,6  = 0,353 (m) 0,05  × 9,81 2.2 Tính cột áp bơm: Hb = (z2 – z1) + ∑hf1-2 = (25 – 1) + 0,353 = 24,353 (m) Cơng suất: Chọn hiệu suất bơm: ηb = 0,8 Cơng suất thực tế bơm: Nb = Q b H b ρ F g × 24,353 × 1026,974 × 9,81 = 3600.η b 3600 × 0,8 = 255,572 (W) = 0,343 (Hp) Kết luận: Để đảm bảo tháp hoạt động liên tục ta chọn bơm li tâm loại XM, có: - Năng suất: Qb = (m3/h) - Cột áp: Hb = 24,353 (m) - Cơng suất: Nb = 0,343 (Hp) Trang 54 Chưng luyện Nước – Acid acetic GVHD: Hồng Trung Ngơn Chương AN TỒN TỰ ĐỘNG HĨA I AN TỒN LAO ĐỘNG : Phòng chống cháy nổ: Tất chất lỏng có khả bay nhiệt độ bay phụ thuộc vào nhiệt độ sơi Sự cháy xảy pha bề mặt thống chất lỏng Sau bay cháy yếu tố ảnh hưởng đến q trình giống cháy hơi, khí Khả cháy chất lỏng xác định thơng số khác nhiệt độ bùng cháy, nhiệt độ bốc cháy, nhiệt độ tự bốc cháy giới hạn nổ, hay dùng nhiệt độ bùng cháy Chất lỏng dễ cháy nhiệt độ bùng cháy thấp nhiệt độ bốc cháy gần nhiệt độ bùng cháy Acid acetic chất có nhiệt độ bốc cháy 35oC áp suất khí 1.1 Những ngun nhân gây cháy nổ trực tiếp: Như tabiết, đám cháy xuất cần có yếu tố: chất cháy, chất oxy hóa với tỷ lệ xác định chúng với mồi bắt cháy Mồi bắt cháy thực tế phong phú Sét tượng phóng điện đám mây có tích điện trái dấu đám mây với mặt đất Điện áp đám mây với mặt đất đạt hàng triệu hay hàng trăm triệu vơn Nhiệt độ sét đánh cao, hàng chục nghìn độ, vượt q xa nhiệt độ tự bắt cháy chất cháy Trang 55 Chưng luyện Nước – Acid acetic GVHD: Hồng Trung Ngơn Hiện tượng tĩnh điện: tĩnh điện sinh ma sát vật thể Hiện tượng hay gặp bơm rót (tháo, nạp) chất lỏng chất lỏng có chứa hợp chất có cực xăng, dầu,… Hiện tượng tĩnh điện tạo lớp điện tích kép trái dấu Khi điện áp lớp điện tích đạt tới giá trị định phát sinh tia lửa điện gây cháy Mồi cháy sinh hồ quang điện, chập mạch điện, đóng cầu dao điện Năng lượng giải phóng trường hợp thường đủ để gây cháy nhiều hỗn hợp Tia lửa điện mồi phổ biến lĩnh vực sử dụng điện Tia lửa sinh ma sát, va đập vật rắn Trong cơng nghiệp hay dùng thiết bị có nhiệt có nhiệt độ cao, mồi bắt cháy thường xun lò đốt, lò nung; thiết bị hay sử dụng nhiên liệu than, sản phẩm dầu mỏ, loại khí cháy tự nhiên, nhân tạo; thiết bị hở mà khơng phát để xử lý kịp thời gây cháy nổ nguy hiểm Đơi cháy nổ xảy độ bền thiết bị khơng đảm bảo, chẳng hạn áp suất bình khí nén gây nổ độ bền bình khơng đảm bảo Trong sản xuất nhiệt độ gia nhiệt chất cháy lớn nhiệt độ bùng cháy gây cháy, nổ Một số chất tiếp xúc với nước cacbua canxi (CaC2) gây cháy nổ; nhiều chất tiếp xúc với lửa trần hay tàn lửa dễ gây cháy nổ, chẳng hạn thuốc nổ clorat kali (KClO3)… Nhiều cháy nổ xảy người sản xuất thao tác khơng quy trình, chẳng hạn dùng chất dễ cháy để nhóm lò gây cháy, khơng thực trình tự thao tác… Có thể thấy ngun nhân cháy nổ đa dạng từ thiết kế, cơng nghệ, quản lý, tra, kiểm tra sản xuất 1.2 Các biện pháp phòng chống cháy nổ: a) Ngọn lửa trần: Đơi người ta sử dụng lửa trần (khơng che chắn kín) để chưng cất chất lỏng dễ cháy Những vụ cháy nổ thường xun xảy với thiết bị kiểu chứng nguy hiểm chúng Một mặt, nguy cháy nổ xuất q trình rót nạp chất lỏng thiết bị chứa chất lỏng khơng kín Mặt khác có nguy chưng cất bốc lên lắng xuống phía tiếp xúc với lửa Khi làm việc với lửa trần phải thường xun kiểm tra độ kín ống dẫn khí (hoặc hơi) cách dùng dung dịch chất có bọt (như dung dịch xà phòng) phết lên chỗ cần kiểm tra để phát xem khí (hoặc hơi) có rò rỉ ngồi khơng Chỉ thực cơng việc hàn cơng việc có sử dụng lửa trần dây chuyền sản xuất có nguy hiểm cháy nổ đước đồng ý cho phép cấp thẩm quyền văn thức, đồng thời phải thực biện pháp phòng chống cháy nổ thích hợp Trong trường hợp cần thiết phải có đội cứu hỏa trực chỗ b) Hoạt động xe, máy có động điện: Hoạt động xe, máy có chạy động điện phải quy định đặc biệt Các xe, máy khơng hoạt động khu vực nguy hiểm hoạt động gần phải giữ khoảng cách an tồn 10m (đối với khu vực có dễ cháy khoảng cách an tồn 20m) Những khu vực nguy hiểm khu vực có khả xuất hỗn hợp dễ cháy nổ khí, bụi với khơng khí, ví dụ Trang 56 Chưng luyện Nước – Acid acetic GVHD: Hồng Trung Ngơn khu vực kho có chất dễ cháy nổ, khu vực có thao tác pha trộn, rót, nạp khí chất lỏng dễ cháy nổ Đối với khu vực lưu giữ lượng nhỏ khí chất lỏng dễ cháy (ví dụ 10 bình khí cỡ nhỏ) khơng cần giữ khoảng cách an tồn Xung quanh khu vực có nguy hiểm cháy nổ phải có biển cảnh báo đặt vị trí dễ thấy c) Hút thuốc lá, bật diêm, đốt lửa: Lệnh cấm hút thuốc phải tn thủ tuyệt đối khu vực có nguy hiểm cháy nổ Mặt khác cần quy định nơi đước phép hút thuốc có điều kiện bố trí phòng phép hút thuốc Việc khơng có có q phòng phép hút thuốc dẫn đến vi phạm lệnh cấm hút thuốc với hậu nặng Các hành động bật diêm, đốt lửa phải đươc cấm hồn tồn d) Các thiết bị điện: Trong khu vực có nguy hiểm nổ, thiết bị điện phải thiết kế lắp đặt cho: - Nhiệt độ cao phần thiết bị điện ln thấp nhiệt độ bùng cháy hỗn hợp nguy hiểm - Các phận có phát tia lửa điện bảo vệ che chắn - e) Các nguồn gây tác nhân cháy khác: Tia lửa hàn điện, mài va đập Tĩnh điện Các khí có nhiệt độ bùng cháy thấp bốc cháy gặp vật thể nóng Các phản ứng tỏa nhiệt trở nên nguồn tác nhân đốt nóng gây cháy nguy hiểm nhiệt độ phản ứng tăng q cao An tồn điện: 2.1 Các ngun nhân gây tai nạn điện : Tai nạn điện giật xảy thể người tiếp xúc với điển điện khác khiến cho dòng điện chạy qua thể Có thể xảy tình sau: a) Chạm vào dây điện mạng điện: Đối với mạng điện pha chạm vào dây nóng thể chịu điện áp dây, chạm vào dây nóng dây nguội thể chịu điện áp pha Điện áp dây có giá trị 1,73 lần điện áp pha nên mức độ nguy hiểm cao b) Chạm dây nóng mạng pha trung tính nối đất (mạng sao): Nếu thể khơng cách điện với đất chịu điện áp pha c) Chạm dây nóng mạng pha trung tính khơng nối đất (mạng tam giác): Dòng điện qua thể phụ thuộc giá trị điện trở rò điện dung ký sinh mạng Trang 57 Chưng luyện Nước – Acid acetic GVHD: Hồng Trung Ngơn d) Rò điện vỏ thiết bị: Vỏ thiết bị, động cơ,… thường khơng mang điện Khi chất lượng cách điện giảm hay dây dẫn điện thiết bị chạm vỏ làm vỏ thiết bị mang điện (tương tự dây nóng mạng điện), người chạm vào vỏ thiết bị bị điện giật e) Do điện áp bước: f) Do phóng điện cao áp: g) Do hồ quang: 2.2 Các biện pháp kỹ thuật đề phòng tai nạn điện : - Nối đất bảo vệ - Nối đất trung tính (còn gọi nối khơng) - Nối đẳng - Dùng điện áp thấp - Biến áp cách ly - Cắt điện bảo vệ - Cách điện - Ngăn chặn che chắn II TỰ ĐỘNG HĨA : Tự động hóa vấn đề quan trọng sản xuất Nó giúp tiết kiệm nhân cơng cho suất cao Trong hệ thống chưng cất Nước – Acid acetic này, ta cần phải tự động hóa khâu sao: - Nhập liệu - Hồn lưu - Cung cấp đốt nước làm lạnh Đồng thời phải có hệ thống an tồn, tự động đóng ngắt có cố xảy Chương TÍNH KINH TẾ  Lượng thép X18H10T cần dùng: M1 = 71mmâm + mthân + 2mđáy(nắp) = 7730,671 (kg)  Lượng thép CT3 cần dùng: M2 = 32mbích nối thân + mbích ghép ống lỏng + 2 mbích ghép ống hới + mchân đỡ + mtai treo + mtấm lót = 3322,338 (kg)  Số bulơng cần dùng: n = 16 40 + 4 + = 672 (cái)  Chiều dài ống 38 x 3mm: L1 = 1657 + 57 + 61 + 45 + 27 = 10437 (m)  Chiều dài ống 57 x 3mm: L2 = 57 + 45 + 27 = 129 (m)  Chiều dài ống 80mm: Chọn tổng chiều dài ống hồn lưu, ống dẫn lỏng vào nồi đun, ống dẫn lỏng khỏi nồi đun ống dẫn sản phẩm đỉnh vào thiết bị trao đổi nhiệt 30m Trang 58 Chưng luyện Nước – Acid acetic GVHD: Hồng Trung Ngơn L3 = 30 + 30 = 60 (m)  Chiều dài ống 150mm: Chọn tổng chiều dài ống đỉnh tháp ống đáy tháp L4 = 10m  Chiều dài ống 50mm: Chọn tổng chiều dài ống chảy tràn ống xả đáy từ bồn cao vị 50m L5 = + 20 + 50 = 82 (m)  Kính quan sát: đường kính 180mm, dày 20mm S= π 0,182 = 0,025 (m2) Chọn kính quan sát ⇒ S = 0,025 = 0,051 (m2)  Bơm ly tâm: chọn bơm ly tâm ⇒ Nb = 0,343 = 0,685 (Hp)  Cút inox 38 x 3mm: n = (18 + 14 + 8).2 = 80 (cái)  Cút inox 57 x 3mm: n = (18 + 14 + 8).2 = 80 (cái) Vật liệu Số lượng Thép X18H10T 7730,671 (kg) Thép CT3 3322,338 (kg) Bulơng 672 (cái) Vật liệu cách nhiệt 1,998 (m3) Ống dẫn 38 x 3mm 10437 (m) Ống dẫn 57 x 3mm 129 (m) Ống 80mm 60 (m) Ống 150mm 10 (m) Ống 50mm 82 (m) Kính quan sát 0,051 (m2) Bơm ly tâm 0,685 (Hp) Áp kế tự động (cái) Nhiệt kế điện trở tự ghi (cái) Lưu lượng kế (≥ 50mm) (cái) Van inox 50mm (cái) Van inox 80mm (cái) Racco inox 50mm (cái) Racco inox 80mm (cái) Cút inox 38 x 3mm 80 (cái) Cút inox 57 x 3mm 80 (cái) Cút inox 80mm 14 (cái) Cút inox 150mm (cái) Cút inox 50mm 10 (cái) T inox 50 (cái) Tổng chi phí vật tư Vậy tổng chi phí vật tư tỷ đồng Xem tiền cơng chế tạo 200% tiền vật tư Vậy: tổng chi phí tỷ đồng Trang 59 Đơn giá Thành tiền (đ) 50000 (đ/kg) 386533562 10000 (đ/kg) 33223379 5000 (đ/cái) 3360000 4000000 (đ/m ) 7993230 50000 (đ/m) 521850000 100000 (đ/m) 12900000 100000 (đ/m) 6000000 100000 (đ/m) 1000000 100000 (đ/m) 8200000 250000 (đ/m2) 12723 700000 (đ/Hp) 479626 600000 (đ/cái) 600000 200000 (đ/cái) 600000 1500000 (đ/cái) 3000000 150000 (đ/cái) 750000 150000 (đ/cái) 900000 150000 (đ/cái) 750000 150000 (đ/cái) 300000 15000 (đ/cái) 1200000 30000 (đ/cái) 2400000 30000 (đ/cái) 420000 30000 (đ/cái) 90000 30000 (đ/cái) 300000 30000 (đ/cái) 90000 992.952.521 Chưng luyện Nước – Acid acetic GVHD: Hồng Trung Ngơn LỜI KẾT Với hệ thống chưng cất Nước – Acid acetic dùng tháp mâm xun lỗ thiết kế, ta thấy bên cạnh ưu điểm có nhiều nhược điểm Thiết bị có ưu điểm suất hiệu suất cao thiết bị cồng kềnh, đòi hỏi phải có vận hành với độ xác cao Bên cạnh đó, vận hành thiết bị ta phải ý đến vấn đề an tồn lao động để tránh rủi ro xảy ra, gây thiệt hại người TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Trần Hùng Dũng – Nguyễn Văn Lục – Hồng Minh Nam – Vũ Bá Minh, “Q trình Thiết bị Cơng Nghệ Hóa Học – Tập 1, Quyển 2: Phân riêng khí động, lực ly tâm, bơm, quạt, máy nén Tính hệ thống đường ống”, Nhà xuất Đại học Quốc gia TpHCM, 1997, 203tr [2] Võ Văn Bang – Vũ Bá Minh, “Q trình Thiết bị Cơng Nghệ Hóa Học – Tập 3: Truyền Khối”, Nhà xuất Đại học Quốc gia TpHCM, 2004, 388tr [3] Phạm Văn Bơn – Nguyễn Đình Thọ, “Q trình Thiết bị Cơng Nghệ Hóa Học – Tập 5: Q trình Thiết bị Truyền Nhiệt”, Nhà xuất Đại học Quốc gia TpHCM, 2002, 372tr [4] Phạm Văn Bơn – Vũ Bá Minh – Hồng Minh Nam, “Q trình Thiết bị Cơng Nghệ Hóa Học – Tập 10: Ví dụ Bài tập”, Nhà xuất Đại học Quốc gia TpHCM, 468tr [5] Tập thể tác giả, “Sổ tay Q trình Thiết bị Cơng nghệ Hóa chất – Tập 1”, Nhà xuất Khoa học Kỹ thuật Hà Nội, 1999, 626tr [6] Tập thể tác giả, “Sổ tay Q trình Thiết bị Cơng nghệ Hóa chất – Tập 2”, Nhà xuất Khoa học Kỹ thuật Hà Nội, 1999, 447tr [7] Hồ Lê Viên, “Thiết kế Tính tốn thiết bị hóa chất”, Nhà xuất Khoa học Kỹ thuật, Hà Nội, 1978, 286tr [8] Nguyễn Minh Tuyển, “Cơ sờ Tính tốn Máy Thiết bị Hóa chất – Thực phẩm”, Nhà xuất Khoa học Kỹ thuật, Hà Nội, 1984, 134tr Trang 60 Chưng luyện Nước – Acid acetic GVHD: Hồng Trung Ngơn [9] Trần Hữu Quế, “Vẽ kỹ thuật khí – Tập 1”, Nhà xuất Đại học Giáo dục chun nghiệp, 1991, 160tr [10] Phạm Đình Trị, “380 phương thức điều chế ứng dụng hóa học sản xuất đời sống”, Nhà xuất TpHCM, 1988, 144tr [11] Nguyễn Thế Đạt, “Khoa học kỹ thuật bảo hộ lao động số vấn đề mơi trường”, Nhà xuất Khoa học Kỹ thuật, Hà Nội, 2005, 283tr [12] Thế Nghĩa, “Kỹ thuật an tồn sản xuất sử dụng hóa chất ”, Nhà xuất Khoa học Kỹ thuật, 2000, 299tr Trang 61 [...]... phần luyện: MHL = yL MN + (1 – yL) MA = 0,832 18 + (1 – 0,832) 60 = 25,054 (kg/kmol) Khối lượng riêng trung bình của pha hơi trong phần luyện: ρ HL = PM HL 1 × 25,054 = 22 , 4 = 0,815 (kg/m3) RTHL × (101,6 + 273) 273 Trang 11 Chưng luyện Nước – Acid acetic GVHD: Hồng Trung Ngơn 118 116 114 112 110 108 106 104 102 100 0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 Hình 2: Giản đồ T – x,y của hệ Nước – Acid acetic. .. 0,8 0,9 1 Chưng luyện Nước – Acid acetic GVHD: Hồng Trung Ngơn 1 Phần luyện: Dựa vào hình 3 ⇒ Số mâm lý thuyết phần luyện: nltL = 19 1.1 Tính hiệu suất mâm: Tại nhiệt độ trung bình của pha hơi trong phần luyện THL = 101,6oC thì: • Tra bảng 1.250, trang 312, [5] ⇒ Ap suất hơi bão hòa của nước PNL = 1,09668 at = 806,060 (mmHg) • Tra hình XXIII, trang 466, [4] ⇒ Ap suất hơi bão hòa của acid acetic PAL... Nhiệt hóa hơi của nước ở 100,1oC = rN = 2259,76 (kJ/kg) Dùng tốn đồ 1.65, trang 255, [5] ⇒ Nhiệt hóa hơi của acid acetic ở 100,1oC = rA = 100 (Kcal/kg) = 418,6 (kJ/kg) Tra bảng 1.251, trang 314, [5] ⇒ Nhiệt hóa hơi của nước ở 2,5 at = rH O = 2189,5 (kJ/kg) Nên: rD = 0,955 2259,76 + 0,045 418,6 = 2176,908 (kJ/kg) 2 1.4 Tính lượng hơi nước cần dùng: Trang 30 Chưng luyện Nước – Acid acetic GVHD: Hồng... nhiệt độ này thì:  Khối lượng riêng của nước: ρn = 937,935 (kg/m3)  Độ nhớt của nước: µn = 2,25.10-4 (N.s/m2)  Hệ số dẫn nhiệt của nước: λn = 0,686 (W/mK) Nên: αn = 45649,776 (W/m2K) ⇒ qn = αn (tn – tW1) = 2458,642 (W/m2) ⇒ qt = qn = 2458,642 (W/m2) (xem nhiệt tải mất mát là khơng đáng kể) ⇒ tw2 = tw1 - qtΣrt = 124,896 (oC) Trang 32 Chưng luyện Nước – Acid acetic GVHD: Hồng Trung Ngơn ⇒ αS = 325,828... pha hơi đi trong phần luyện: Trang 12 0,9 1 Chưng luyện Nước – Acid acetic GVHD: Hồng Trung Ngơn Tra bảng IX.4a, trang 169, [6] ⇒ Với đường kính tháp trong khoảng 1,4 ÷ 1,6 (m) thì khoảng cách mâm là: ∆h = 400 (mm) = 0,4 (m) Tra đồ thị 6.2, trang 256, [4] ⇒ C = 0,057 Vận tốc pha hơi đi trong phần luyện: ωL = C ρ LL 956,661 = 0,057 = 1,953 (m/s) ρ HL 0,815 1.4 Tính đường kính phần luyện: Suất lượng mol.. .Chưng luyện Nước – Acid acetic GVHD: Hồng Trung Ngơn TÍNH THIẾT BỊ CHÍNH (Tháp mâm xun lỗ) Phương trình đường làm việc : x R 3,429 0,986 x+ D = x+ = 0,774x + 0,223 R +1 R + 1 3,429 + 1 3,429 + 1 R+f 1− f 3,429 + 1,696 1 − 1,696 x+ xW = x+ × 0,016 Phần chưng: y = R +1 R +1 3,429 + 1 3,429 + 1 Phần luyện: y = = 1,157x – 0,003 I ĐƯỜNG KÍNH THÁP : 1 Phần luyện: 1.1 Khối lượng riêng... (kJ/kg.K) Nên: hWR = (0,005 4,178 + 0,995 2,0735) 35 = 72,940788 (kJ/kg) Trang 33 Chưng luyện Nước – Acid acetic GVHD: Hồng Trung Ngơn Tra bảng 1.250, p312, ST I ⇒ Enthalpy của nước ở 27oC = hV = 113,13 (kJ/kg) ⇒ Enthalpy của nước ở 43oC = hR = 180,17 (kJ/kg) Lượng nhiệt trao đổi: Q = GW(hWS – hWR) = 461537,184 (kJ/h) Suất lượng nước cần dùng: G n = Q = 6884,505 (kg/h) hR − hV 2 Hiệu số nhiệt độ trung bình:... (W/mK)  Hệ số dẫn nhiệt của acid: λA = 0,161 (W/mK) Nên: λ = λN.xW + λA.(1 - xW) – 0,72 xW.(1 - xW)(λN - λA) = 0,161 (W/mK)  Nhiệt dung riêng của nước: cN = 4191,84 (J/kgK)  Nhiệt dung riêng của nước: cA = 2294,4725 (J/kgK) Nên: c = cN x W + cA (1 - x W ) = 2303,959 (J/kgK) Áp dụng cơng thức (V.35), trang 12, [6]: Pr = Trang 35 cµ = 6,757 λ Chưng luyện Nước – Acid acetic GVHD: Hồng Trung Ngơn... luyện: Tại nhiệt độ trung bình của pha lỏng trong phần luyện TLL = 101,4oC thì: • Tra bảng 1.249, trang 310, [5] ⇒ Sức căng bề mặt của nước σNL = 0,585756 (N/m) • Tra bảng 1.242, trang 300, [5] ⇒ Sức căng bề mặt của acid σAL = 0,019674 (N/m) Ap dụng cơng thức (I.76), trang 299, [5]: σσ 1 1 1 = + ⇒σ= 1 2 σ σ1 σ 2 σ1 + σ 2 Trang 16 Chưng luyện Nước – Acid acetic GVHD: Hồng Trung Ngơn 0,585756 × 0,019674 =... ρL Tính chiều dài gờ chảy tràn: R α Lgờ Ta có: Squạt - S∆ = Sbán nguyệt R2 1 α α 20% 2 − 2 R sin R cos = πR ⇔α 2 2 2 2 2 ⇔ α - sinα = 0,2π Dùng phép lặp ⇒ α = 1,626753345 (Rad) Nên: Lgờ = φsin α 1,626753345 = 1,4 sin = 1,017 (m) 2 2 4.1 Phần luyện: Khối lượng mol trung bình của pha lỏng trong phần luyện: Trang 17 Chưng luyện Nước – Acid acetic MLL = GVHD: Hồng Trung Ngơn M LD + M F 18,585 + 35,294 ... dụng tháp mâm xun lỗ để chưng cất hệ Nước – Acid acetic Chưng luyện Nước – Acid acetic I.2 GVHD: Hồng Trung Ngơn GIỚI THIỆU SƠ BỘ VỀ NGUN LIỆU : I.2.1 Acid acetic: Acid acetic nóng chảy 16,6oC,... N gàyHT 25/06/05 N gàyBV 28/06/05 11 T P 12 13 14 Chưng luyện Nước – Acid acetic GVHD: Hồng Trung Ngơn Hỗn hợp Nước – Acid acetic có nồng độ nước 30% (theo phần khối lượng), nhiệt độ khoảng 300C... xF 0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 Hình 1: Đồ thị cân pha hệ Nước – Acid acetic Dựa vào hình ⇒ yF* = 0,705 Trang Chưng luyện Nước – Acid acetic Tỉ số hồn lưu tối thiểu: R = GVHD: Hồng Trung