Thiết kế hệ thống tháp chưng cất benzen-toluen loại đệm với năng suất F= 5,0 kg/s.Nồng độ đầu = 31%, nồng độ đỉnh = 97 %, nồng độ đáy = 0.5% (tất cả tính theo phần trăm phần khối lượng ).Hệ thống làm việc ở áp suất thường. Mở đầu Ngày nay cùng với sự phát triển vượt bậc của nền công nghiệp thế giới và nước nhà, các ngánh công nghiệp nhất là công nghiệp hóa chất và thực phẩm vần thiết nhiều hóa chất có độ tinh khiết cao. Để đạt được điều này người ta thường tiến hành phân tách các cấu tử ra khỏi hỗn hợp đầu, trong đó chưng cất là một trong những phương pháp được sử dụng phổ biến hiện nay. a.Khái niệm: Chưng luyện là quá trình dùng nhiệt để tách một phần hỗn hợp lỏng ra thành các cấu tử riêng biệt dựa vào độ bay hơi khác nhau của chúng trong hỗn hợp ở cùng nhiệt độ đo. Phương pháp này ứng dụng để tách hỗn hợp các cấu tử dễ bay hơi có tính chất hòa tan hoàn toàn hoặc một phần vào nhau. Hỗn hợp này có thể chỉ có hai cấu tử hoặc nhiều hơn. Với hệ hai cấu tử sẽ thu được sản phẩm đỉnh gồm phần lớn là cấu tử dễ bay hơi và sản phẩm đáy chứa đa phần là cấu tử khó bay hơi. - Đối với hệ benzen-toluen: +sản phẩm đỉnh chủ yếu là benzen và một ít toluen + sản phẩm đáy chủ yếu là toluen và một ít benzen. b.Phương pháp chưng luyện: Trong sản xuất ta thường gặp các phương pháp chưng khác nhau như : chưng đơn giản, chưng bằng hơi nước trực tiếp, chưng chân không và đặc biệt hơn là chưng luyện. Chưng luyện là phương pháp thông dụng dùng để tách hoàn toàn hỗn hợp các cấu tử dễ bay hơi có tính chất hòa tan một phần hoặc hòa tan hoàn toàn vào nhau.Chưng luyện ở áp suất thấp dùng cho các hỗn hợp dễ bị phân hủy nhiệt ở nhiệt độ cao ,các cấu tử dễ bay hơi và ngược lại. c.Điều kiện chưng luyện: - các cấu tử dễ bay hơi có tính chất hòa tan vào nhau - các cấu tử có nhiệt độ sôi khác xa nhau. d.Tháp chưng luyện: tháp đệm: -Cấu tạo: + thân tháp hình trụ có thể có một hay nhiều đoạn ghép với nhau bằng mặt bích hay bằng cách hàn + trong tháp người ta đổ đầy đệm, ngoài ra còn có bộ phận phân phối chất lỏng để tránh xảy ra hiệu ứng - Nguyên lí làm việc: người ta cho chất lỏng chảy từ trên xuống sẽ làm ướt bề mặt đệm và tích tụ trong lớp đệm. Khí đi từ dưới lên tiếp xúc với chất lỏng ở bề mặt các hạt đệm và ở khoảng trống giữa các hạt đệm tạo thành các bọt khí. - Ưu điểm: + có bề mặt tiếp xúc pha lớn, hiệu suất cao + cấu tạo đơn giản + trở lực trong tháp không lớn lắm + giới hạn làm việc tương đối rộng - Nhược điểm: khó làm ướt đều đệm do đó nếu tháp cao thì chất lỏng phân bố không đều. - Ứng dụng: sử dụng trong quá trình hấp thụ, hấp phụ, chưng luyện và các quá trình khác. Đồ án môn Quá trình và Thiết bị bước đầu giúp sinh viên làm quen với việc tính toán và thiết kế một dây chuyền sản xuất, mà cụ thể trong đồ án này là hệ thống chưng luyện liên tục. MỤC LỤC CHƯƠNG I: TỔNG QUAN 6 I. Mở đầu và giới thiệu hỗn hợp chưng luyện 6 1.Mở đầu 6 2. Giới thiệu hỗn hợp chưng luyện 7 II. Vẽ và thuyết minh dây chuyền công nghệ 9 1. Sơ đồ dây chuyên công nghệ 9 2. Thuyết minh dây chuyền 10 PHẦN II-TÍNH TOÁN THIẾT BỊ CHÍNH 13 I. CÂN BẰNG VẬT LIỆU TOÀN THIẾT BỊ 13 1. Thông số ban đầu: 13 2.Tính cân bằng vật liệu 13 3. Chỉ số hồi lưu tối thiểu (Rmin) 14 4.Xác định chỉ số Rth 15 II-TÍNH ĐƯỜNG KÍNH THÁP CHƯNG LUYỆN 16 1.Lượng hơi trung bình đi trong tháp 16 1.1.Lượng hơi trung bình đi trong đoạn luyện 16 1.2. Lượng hơi trung bình đi trong đoạn chưng 18 2. Tính khối lượng riêng trung bình 19 3.Tính tốc độ của khí và hơi đi trong tháp đệm 21 3.1.Tốc độ khí và lỏng đi trong đoạn chưng 21 3.2. Tốc độ của khí hơi đi trong đoạn luyện 22 4. Đường kính của tháp 23 III. CHIỀU CAO THÁP CHƯNG LOẠI ĐỆM 24 1.Tính chiều cao của 1 đơn vị chuyển khối đối với pha hơi & pha lỏng của tháp 24 1.1.Chuẩn số Renold của pha hơi và pha lỏng 25 1.2. Hệ số khuếch tán của pha lỏng và pha hơi 26 1.3.Tính chuẩn số Prant(Pr) 28 1.4.Tính hệ số thấm ướt ψ 29 1.5.Tính giá trị h1, h2 30 2) Tính số đơn vị chuyển khối 30 3) Xác định chiều cao của một đơn vị chuyển khối: 33 4) Chiều cao toàn tháp: 33 IV.TÍNH TRỞ LỰC CỦA THÁP 34 1.Trở lực tháp đệm của đoạn chưng 35 2.Trở lực tháp đệm của đoạn luyện 35 V.TÍNH CÂN BẰNG NHIỆT LƯỢNG 36 1.Cân bằng nhiệt lượng của thiết bị đun sôi hỗn hợp đầu 36 2. Cân bằng nhiệt lượng của tháp chưng luyện 39 3.Cân bằng nhiệt lượng cho thiết bị ngưng tụ : 41 4.Cân bằng nhiệt lượng tại thiết bị làm lạnh : 41 PHẦN III-TÍNH TOÁN THIẾT BỊ PHỤ 43 I. THIẾT BỊ GIA NHIỆT HỖN HỢP ĐẦU 43 1.Hiệu số nhiệt độ trung bình giữa hai lưu thể 43 2.Tính lượng nhiệt trao đổi Q 43 3. Hệ số cấp nhiệt từng lưu thể 44 3.1. Hệ số cấp nhiệt phía hơi nước ngưng tụ 44 3.2.Tính hệ số cấp nhiệt (α2) 44 4. Bề mặt truyền nhiệt 47 5. Số truyền nhiệt 47 6)Đường kính trong của thiết bị 47 7)Tính lại vận tốc và chia ngăn 47 II. THIẾT BỊ GIA NHIỆT HỖN HỢP ĐÁY 47 1.Hiệu số nhiệt độ trung bình của hỗn hợp là: 47 2.Lượng nhiệt trao đổi : 48 3. Hệ số cấp nhiệt từng lưu thể 48 3.1. Hệ số cấp nhiệt phía hơi nước ngưng tụ 48 3.2.Tính hệ số cấp nhiệt (α2) 49 4. Bề mặt truyền nhiệt 51 5. Số ống truyền nhiệt 51 6)Đường kính trong của thiết bị 51 7)Tính lại vận tốc và chia ngăn 52 III. TÍNH TOÁN BƠM VÀ THÙNG CAO VỊ 52 1.Chiều cao thùng cao vị 52 1.1.Trở lực của ống từ thiết bị gia nhiệt hỗn hợp đầu tới tháp 52 1.2.Trở lực của đoạn ống từ thùng cao vị dến thiết bị gia nhiệt hỗn hợp đầu 54 1.3. Trở lực của thiết bị gia nhiệt hỗn hợp đầu 56 1.4. Chiều cao của thùng cao vị so với đĩa tiếp liệu. 58 2.Tính toán bơm 59 PHẦN IV . TÍNH TOÁN CƠ KHÍ : 63 1. Tính toán thân tháp : 63 1.1. Chọn vật liệu làm thân tháp : 63 1.2.Tính toán sức bền vật liệu : 63 1.3.Tính chiều dày thân hình trụ hàn: 64 2. Tính đường kính ống dẫn : 65 2.1.Đường kính ống dẫn sản phẩm đỉnh: 66 2.2.Đường kính ống dẫn hồi lưu sản phẩm đỉnh : 66 2.3. Đường kính ống dẫn hỗn hợp đầu 67 2.4. Đường kính ống dẫn sản phẩm đáy : 68 2.5. Đường kính ống dẫn hồi lưu sản phẩm đáy : 68 3. Tính chiều dày đáy và nắp thiết bị : 69 3.1. Chiều dày nắp : 69 3.2. Chiều dày đáy thiết bị : 70 4. Tính toán bích và số bulong : 71 5.Tính lưới đỡ đệm,dầm đỡ đệm, đĩa phân phối chất lỏng : 72 5.1. Đoạn chưng, đoạn luyện. 72 6.Tính chân đỡ và tai treo của thiết bị: 77 6.1. Khối lượng của đáy và nắp: 77 6.2. Khối lượng của thân tháp: 77 6.3.Khối lượng của cột chất lỏng ở trong tháp: 77 6.4.Khối lượng của lớp đệm : 78 6.5.Khối lượng của bích, bulong, ống nối, đĩa tiếp liệu 78 6.6.Chọn tai treo và chân đỡ: 78 7. Chọn kính quan sát 79 PHẦN V:KẾT LUẬN 81 Tài liệu tham khảo 82
