ĐỒ ÁN QT&TBCNHH SVTH:NGUYỄN ANH TUẤN
GVHD:TRẦN XUÂN NGẠCH Trang1

Axít CH
3
OOH là một tronh những hợp phần không thể thiếu trông công
nghệ thực phẩm cũng như trong một số ngành công nghiệp khác, CH
3
COOH
cũng chiếm một vai trò quan trọng trong cuộc sống.
Để sản xuất axit CH
3
COOH thì có nhiều phương pháp khác nhau nhưng
trong công nghiệp thực phẩm thì nó được sản xuất bằng phương pháp lên men
bởi tác nhân vi sinh vật. Để thu được CH
3
COOH tinh khiết có thể thực hiện
bằng nhiều phương pháp khác nhau nhưng như các phương pháp hoá học, hoá
lý…trong công nghiệp để thu được lượng lớn CH
3
COOH với độ tinh khiết theo
yêu cầu thì người ta thường sửdụng phương pháp chưng cất.
Có nhiều phương pháp chưng cất khác nhau nhưng trong công nghiệp thực
phẩm thường sử dụng phương pháp chưng cất liên tục.
Nguyên tắc phương pháp là dựa vào nhiệt độ bay hơi khác nhau của các cấu
tử trong hổn hợp.Về thiết bị thì có nhiều loại khác nhau, tuỳ thuộc vào yêu cầu
công nghệ mà người ta ch
ọn loại thiết bị phù hợp.Trông công nghệ thực phẩm
thiết bị chưng cất thường dùng là thiết bị loại tháp.
Nội dung của đồ án này là tính toán thiết kế tháp đệm chưng luyện liên tục
hổn hợp hai cấu tử là CH


ĐỒ ÁN QT&TBCNHH SVTH:NGUYỄN ANH TUẤN
GVHD:TRẦN XUÂN NGẠCH Trang2

(7)
H
2
O
H
2
O
S
Å

Â
ÄÖ TÄØNG QUAÏT D
Á
Y CHUYÃÖN CÄNG
ÃÛ
(9)
H
2
O
ĐỒ ÁN QT&TBCNHH SVTH:NGUYỄN ANH TUẤN
GVHD:TRẦN XUÂN NGẠCH Trang3
Chuong 1
TÍNH TOÁN CÔNG NGHỆ
1.Cân bằng vật liệu.
Phương pháp cân bằng vật liệu cho toàn tháp
G
F
= G
p
+G

:phần mol sản phẩm đỉnh.
x
w
:phần mol sản phẩm đáy
Theo giả thiết ta có :
a
F
= 0,75: nồng độ của hổn hợp đầu (phần mol).
a
p
= 0,9:nồng độ của sản phẩm đỉnh (phần mol).
a
w
=0,1:nồng độ phần mol khối lượng sản phẩm đáy.
Suy ra các giá trị của x
F
, x
p
, x
w
:

x
F
=
M
a
M
M
A

= 60 :Phân tử lượng của CH
3
COOH.

x
p
=
60
1
18
18
aa
a
PP
P
−
+
=
60
1,0
18
9,0
18
9,0
+
= 0,968

x
w
=

−
−
=1853,1.
1,09,0
1,075,0
−
−
= 1505,64
Lượng sản phẩm đáy là: (kg/h)
G
w
=G
F
- G
p
= 1853,1-1505,64 = 347,46
Gọi :M là phân tử lượng trung bình của hổn hợp (Kmol/Kg)
M =x
F
.
M
O
H
2
+(1-x
F
).M
A
=0,91.18 + 0,09.60 = 21,78.
F: lượng hổn hợp đầu (Kmol/h)


a(% khối lượng) x(phần mol) y(phần mol) Kg/h Kmol/h Nhiệt độ sôi
a
F
= 0,75 x
F
= 0,91 y
F
= 0.937 1853,1 85,08 100,6
a
p

= 0,9 x
p
= 0,968 y
p
= 0,9776 1505,64 78,01 100,2
a
w
= 0,1 x
w
=0,27 y
w
= 0,3884 347,46 7,07 108,28
Chỉ số hồi lưu thích hợp: R
OPT

R
OPT
= β.R

937,0968,0
=
−
−

R
min
= 1,148
Để xác định số đĩa lý thuyết của tháp bằng cách dựa vào phương trình đường
nồng độ làm việc của đoạn luyện và đoạn chung.
Pương trình làm việc của đoạn luyện:
y =
1
R
OPT
+
R
OPT
.x +
1+
R
OPT
P
x

Phương trình làm việc của đoạn chung :
X =
R
L
R

x
ứng với mổi giá trị của βsẽ là một đĩa
lý thuyết N ở bảng sau
ĐỒ ÁN QT&TBCNHH SVTH:NGUYỄN ANH TUẤN
GVHD:TRẦN XUÂN NGẠCH Trang5

β
1,2 1,4 1,6 1,8 2,1 2,3 2,5
R
OPT
1,378 1,607 1,837 2,066 2,411 2,64 2,87
N 17 15 14 13 13 12 11
N(R+1) 38,048 39,105 39,718 39,858 44,343 43,68 42,57
B 0,407 0,371 0,341 0,316 0,284 0,266 0,25

Lập biểu đồ biểu diển sự phụ thuộc N(R+1) và R . Điểm cực tiểu của giá trị
N(R+1) ứng với R thích hợp nhất là R
x
= 1,378.
Tương ứng với R
x
=1,378 thì số đĩa lý thuyết :
Của tháp là 17 (đĩa)
Đoạn chưng 6 đĩa (11,3)
Đoạn luyện 11 đĩa (5,7)
Phương trình làm việc đoạn luyện
y = 0,579x + 0,407

η
η
η
++
(%) (13-53-QH-TBVNHH II)
η1: hiệu suất đĩa trên cùng (%)
η2: hiệu suất đĩa tiếp liệu (%)
η3: hiệu suất đĩa dưới cùng (%)
a)Hiệu suất đĩa trên cùng:
Các số liệu đã có
X
p
=0,968 ; y
p
=0,9776 ; t
p
=100,2
o
C
Độ nhớt của CH
3
COOH ở nhiệt độ t
1
40
o
C là μ
1
=0,9 (10
-3
.N.S/m

−
−
K
tt
θ
θ

Độ nhớt của CH
3
COOH ở nhiệt độ t
p
=100,2 là:
ĐỒ ÁN QT&TBCNHH SVTH:NGUYỄN ANH TUẤN
GVHD:TRẦN XUÂN NGẠCH Trang6
θ
3
= +
−
6,1
1
tt
p
θ
1
=
4,2
6,1
402,100
+
−

1
hh
=x
p
.lg μ
1
100,2
+(1-x
p
).lg μ
2
100,2
=0,968.lg0,2835 + 0,032lg0,4617
lg μ
1
hh
= -0,54067; μ
1
hh
= 0,288 (10
-3
.N.S/m
3
)
α
1
= 443,1
968,0
032,0
.

C
μ
2
100,6
=0,455(10
-3
.N.S/m
3
)
Độ nhớt của nước ở 100,6
o
C là μ
1
100,6
= 0,283(10
-3
.N.S/m
3
)
Độ nhớt của hổn hợp ở 100,6
o
C là
lg μ
2
hh
=x
F
.lg μ
1
100,6

−
x
x
y
y
F
F
F
F

η
2
=α
2
. μ
2
hh
=1,47.0,296 = 0,435
c)Hiệu suất của đĩa dưới cùng
Độ nhớt của CH
3
COOH ở 108,28
o
C
μ
2
108,28
=0,5304(10
-3
.N.S/m

2
hh
= -0,5378 ;μ
2
hh
=0,4387(10
-3
.N.S/m
3
)
α
3
= 717,1
27,0
73,0
.
6116,0
3884,0
1
.
1
==
−
−
x
x
y
y
w
w

5345,0
17
==
η
N
lt
(đĩa)
Như vậy số đĩa thực tế là 32 đĩa
Trong đó: Chưng :N
c
= 21 đĩa
Luyện: N
l
=11 đĩa
ĐỒ ÁN QT&TBCNHH SVTH:NGUYỄN ANH TUẤN
GVHD:TRẦN XUÂN NGẠCH Trang7
CHƯƠNG II
TÍNH KÍCH THƯỚCTHIẾT BỊ
I.Tính đường kính thiết bị: D
chưng
≥ D
luyện

Đường kính của thiết bị được xác định theo công thức
D = 0,0188.
W
.
y
y
tb

g
tb
: lượng hơi trung bình đi trong đoạn luyện (kg/h, kmol/h)
g
d
: lượng hơi đi ra khỏi điã trên cùng của đoạn luyện.
g
1
: lượng hơi đi vào đĩa dưới cùng của đoạn luyện.
a)Lượng hơi đi ra khỏi đỉnh tháp.
g
d
= G
R
+G
p
= G
p
(R
x
+1) (IX.92 ST-T
II
).
G
p
: lượng sản phẩm đỉnh (kg/h,kmol/h).
G
R
: lượng chất lỏng hồi lưu (kg/h,kmol/h).
R

+G
p
.x
p
(2)
g
1
.r
1
=g
d
.r
d
(3)
trong đó: x
1
= x
F
= 0,91
r
1
ẩn nhiệt hoá hơi của hổn hợp đi vào đĩa thứ nhất của đoạn luyện
(Kcal/kg).
r
d
ẩn nhiệt hóa hơi của hổn hợp đi ra khỏi tháp (Kcal/kg)
r
1
=r
a

2
O trong hổn hợp đầu.
y
1
hàm lượng hơi đối với đĩa 1 của đoạn luyện.
Dựa vào phương pháp nội suy xác định ẩn nhiệt hóa hơi của nước và của
CH
3
COOH ở các nhiệt độ khác nhau:
Ở 100
o
C r
1a
=539(kcal/kg) Ở 140
o
C r
2a
=513(kcal/kg) Ta có ở nhiệt độ t
F
=100,6
o
C (ứng với r
d
) ẩn nhiệt hóa hơi của nước là:

Vậy với nhiệt độ t
F
=100,6 suy ra r
3b
=96,96 (kcal/kg)
Với t
p
=100,2 suy ra r
4b
= 96,98(kcal/kg)
Suy ra r
1
=538,61.y
1
+(1-y
1
).96,96
r
d
= 538,87.0,9776+0,0224.96,98 = 528,97
Giãi hệ 4 phương trình:
g
1
=G
1
+G
p
(1)
g
1

1
=0,87, t
1
=100,8
o
C
G
1
= 296,495(kmol/h)
g
1
= 218,485(kmol/h)
Lượng hơi trung bình đi trong đoạn luyện
g
tbl
= 066,4033
2
1
=
+
gg
d
(kg/h)
g
d
=189,031(kmol/h)
Lượng lỏng trung bình trong đoạn luyện
G
tbl
=

w
16,0
3
2
x
.μ
μ
ρ
ρρ
n
x
g
xtb
d
ytbd
v
= A - 6,75.
)(
)(
8
1
4
1
.
ρ
ρ
x

).
ρ
xtb
: Khối lượng riêng trung bình của lỏng (kg/m
3
).
μ
x
: Độ nhớt của hổn hợp lỏng ở điều kiện trung bình (N.S/m
2
).
μ
n
: Độ nhớt của nước ở 20
o
C (N.S/m
2
).
G
y
:Lượng hơi trung bình đi trong đoạn luyện (kg/h).
G
x
: Lượng lỏng trung bình đi trong doạn luyện (kg/h).
Chọn loại đệm vòng có kích thước chưa có và ρ
d
=310(m
2
/m
3

1
=
+
=
+
yy
p

Suy ra : ρ
ytb
= 646,0
)4,100273.(4,22
273].60.0427,018.9573,0[
=
+
+
(kg/m
3
).

ρρρ
2
1
1
1
1
1
xtb
tb
xtb

trung bình).
Với
x
tb1
: nồng độ trung bình của pha lỏng tương ứng với y
tbl
=0,9573
ρ
xtb1
: Khối lượng riêng của H
2
O tại 100,8
o
C (kg/m
3
).
ρ
xtb2
: Khối lượng riêng của CH
3
COOH tại 100,8
o
C (kg/m
3
).
Dựa vào phương pháp nội suy
Ở 100
o
C ρ
1

Suy ra khối lượng riêng của CH
3
COOH ở 100,8
o
C là
ρ
xtb2
=(922-958):20.0,8+958 =956,56
Vậy
56,956
225,0
79,957
775,01
+=
ρ
xtb

Suy ra
ρ
xtb
=957,51 (kg/m
3
).
Độ nhớt của nước ở 100,8
o
C là
μ
1
100,8
=0,2819 (10

.N.S/m
2
); μ
n
= 1,005 (10
-3
.N.S/m
2
) ở 20
o
C
Thay các giá trị vào công thức (IX.115-ST II)
Ta có : w
x
= 2,79 (m/s).
Vận tốc thực tế chọn là : w
L
= 0,7. w
x
=1,954(m/s).
Đường kính đoạn luyện là:
D
L
=0,0188. 063,1
646,0.954,1
066,4033
.0188,0
.
==
ρ

1
'
gg
n
+
(kg/h).
g
n
'
: lượng hơi đi ra khỏi đọan chưng. (kg/h)
g
n
'
: Lượng hơi đi vào đọa chưng (kg/h)
g
1
:lượng đi vào đoạn chưng trừ G
F
g
1
= g
n
'
=218,485 (kmol/h) - 85,08(kmol/h) = 5730,599(kg/h)
Nên g
'
tb
=
2
'

(2)

r
g
r
g
r
g
n
n
1
1
,
,
,
1
,
1
== (3)

G
,
1
: lượng lỏng đi trong đoạn chưng [kmol/h]

yy
W
=
,
1

O ở 108,3
0
C ,
r
a
= 534,2 [kcal/kg]

r
b
: ẩn nhiệt hóa hơi của CH
3
COOH ở 108,3
0
C ,
r
b
= 96,46 [kcal/kg]

r
,
1
= 267,18 [kcal/kg] =25644,87

r
n
,
: ẩn nhiệt hóa ơi đi vàođĩa trên cùng của đoạn chưng ,
r
n
,

= 0,4058,
t
*
1
= 107,9
0
C

g
,
1
= 161,12. [y
*
1
.18+(1-y
*
1
).60]=6921,135 [kg/h]

G
,
1
= 168,19. [x
'
1
.18+(1- x
'
1
).60] = 8083,11 [kg/h]
Lượng hơi trung bình đi trong đoạn chưng"
G
x
: lượng lỏng đi vào đĩa dưới cùng của đoạn chưng

G
x
=G
w
=347,46 [kg/h]
2
,
1
,
GG
G
x
tb
+
=
=
2
11.808346,347
+
= 4215,285 [kg/h]
b)Xác định vận tốc hơi
b )Xác định vận tốc hơi đi trong đoạn luyện
Ta có
G

24,104273.4,22
273.60.603,018.397,0
,
+
+
=
ρ
ytb
= 0,5364 [kg/m
3
]

()
=
−+
=
60.118.
18.
,
1
,
1
,
1
2
xx
x
a
tbtb
tb

2
,
1
1
xtb
tb
xtb
tb
xtb
aa
−
+=
Vậy
=
ρ
,
xtb
944,6 [kg/m
3
]
Độ nhớt ở nhiệt độ 108,01
0
C
Độ nhớt của H
2
O là
=+
−
= 284,001,8.
20

1
lg).2943,01(lg.2943,0 −+=
x

suy ra
=
μ
x
0,69524 [10
-3
N.s/m
2
]
Thay các giá trị vào công thức (IX.115) ta có
w
y
'
=3,167 [m/s]
Chọn
w
tbc
'
=0,7. w
y
= 0,7.3,167 = 2,217[m/s]
Đường kính đoạn chưng là

=
D
C

y
y
x
td
td
m
m
x
y
y
x
x
y
e
.1
.
.lg
4,8
039,0
19,0
342,0
2,0
−
=
⎟
⎟
⎠
⎞
⎜
⎜

td
V
.4
: đường kính tương đương của đệm [m] μ
ρ
y
d
y
tdy
e
V
dw
R
.

3
= Chuẩn số Reynon
ρ
y
:Khối lượng riêng của hơi [kg/m
3
]
ρ
x
:khối lượng riêng của lỏng [kg/m
3
]

μ
y
: độ nhớt của hơi và lỏng đi trong tháp theo nhiệt độ trung bình [N.s/m
2
]
m : giá trị
α
tg
trung bình trên đường cân bằng
1. Chiều cao đệm của đoạn luyện
Các số liệu đã có :
G
y
= 4033,066[kg/h]
G
x
= 3875,3 [kg/h]
wy =1,954 [m/s]
μ
x
= 0,5937 [10
-3
.N.s/m
2
]
ρ
y
= 0,646 [kg/m
3
]

a
h
= 0,775

μ
1
: độ nhớt của H
2
O ở 100,8
0
C ,
μ
1
= 28,19 [10
-3
.N.s/m
2
]

μ
2
: độ nhớt của CH
3
COOH ở 100,8
0
C ,
μ
2
= 0,4668 [10
-3

Suy ra chiều cao đoạn luyện là H
1
= 0,3178.11 = 3,496 [m]
2. Chiều cao đoạn chưng và toàn tháp
G
x
= 1215,285 [kg/h]
G
y
=6325,867[kg/h]
w
y
= 2,217 [m/s]
μ
x
=0,69524 [10
-3
.N.s/m
2
]
ρ
y
= 0,5364 [kg/m
3
] ;
ρ
x
= 944,6 [kg/m
3
]

1
,μ
2
:là đọ nhớt của H
2
O và CH
3
COOH ở nhiệt độ 108,01
o
C
528,0
83,0
263,0
17,01
+=
μ
y
=>μ
y
=0,45 (10
-3
.N.s/m
2
)

45,0.71,0
5364,0.00916,0.217,2
=
R
e

ĐỒ ÁN QT&TBCNHH SVTH:NGUYỄN ANH TUẤN
GVHD:TRẦN XUÂN NGẠCH Trang14
CHƯƠNG III.
TÍNH TRỢ LỰC CỦA THÁP
Sức cản thủy học của tháp đệm đối với hệ hơi lỏng được xác định theo công thức sau:

⎥
⎥
⎥
⎥
⎦
⎤
⎢
⎢
⎢
⎢
⎣
⎡
+Δ=Δ
⎟
⎟
⎠
⎞
⎜

G
G
pp
kæ
038,0
19,0
342,0
1.
(N/m
2
) (IX.118_sổ tay II)
A = 5,15: hệ số
p
æ
Δ
: tổn thất áp suất khi đệm ướt tại điểm đảo pha có tốc độ của khí đi qua đệm
khô (N/m
2
)
p
k
Δ
: tổn thất áp suất của đệm khô[ N/m
2
]
G
x
,
G
y

2
,
ρ
δ
λ
ρ
λ
y
y
d
d
t
y
td
k
w
V
w
d
p
H
H
==Δ
[N/m
2
] (IX.119_sổ tay II)
Vận tốc thực của khí trong lớp đệm
V
w
w

]
Tổn thất áp suất của đệm khô xác định theo công thức sau ( chọn
R
ey
> 40 nghĩa là
đệm đổ lộn xộn)

V
w
p
d
y
dy
k
H
3
2,0
2,18,1,
56,1
μ
δ
=Δ [N/m
2
] (IX.121_sổ tay II).
I . Trở lực cho đoạn luyện
Các số liệu đã có :
Tốc độ bay hơi
w
y
= 2,79 [m/s]

-3
.N.s/m
2
]
Vận tốc của hơi trong đệm
71,0
79,2
1
=
w
= 3,93 [m/s]
(
)
()
71,0
10
.3095,0
310
646,093,3
3
2,0
2,1
8,08,1
1
3
496,3.56,1
−
=Δ
p
k

⎜
⎝
⎛
3095,0
5937,0
51,957
646,0
066,4033
3,3875
037,019,0342,0
1
15,51215,24478
p
æ

= 54799,26 [N/m
2
]
II . Trở lực của đoạn chung
Vận tốc thực của hơi trong đệm w
1
'
= 4,46[m/s]

(
)
()
71,0
10
.45,0

⎟
⎠
⎞
⎜
⎝
⎛
⎟
⎠
⎞
⎜
⎝
⎛
⎟
⎠
⎞
⎜
⎝
⎛
45,0
69524,0
6,944
5364,0
867,6325
285,4215
038,019,0324,0
2
15,51.76,53447
p
æĐỒ ÁN QT&TBCNHH SVTH:NGUYỄN ANH TUẤN
GVHD:TRẦN XUÂN NGẠCH Trang16
CHƯƠNG 4
CÂN BẰNG NHIỆT LUYỆN CHO QUÁ TRÌNH CHƯNG LUYỆN
I . Cân bằng nhiệt lượng cho thiết bị gia nhiệt hổn hợp

QQQQQ
xqlnglFfD
++=+
1
[J/h]
Trong đó :
* Nhiệt lượng do hơi đốt mang vào
(
)
C
rDD
Q
D
11
11
1
1
1

θ
λ


C
F
: nhiệt dung riêng của hổn hợp khí đi ra [J/kg. độ]

t
F
: nhiệt độ của hổn hợp khí ra khỏi hổn hợp khí đun nóng [
0
C]
* Nhiệt lượng do hổn hợp đầu mang vào
tC
Q
ff
f
F = [J/h]

C
f
: nhiệt dung rieng của hổn hợp đầu [J/kg. độ]

t
f
: nhiệt độ đầu của hổn hợp [
0
C]
* Nhiệt lượng do nước ngưng mang ra
θ
θ
11

D
ffFFfFfxqlnglF
F
11
1
1
.95,0

.95,0
−
=
−
=
−++
=
λ
[kg/h]
Để đảm bảo đun nóng ở đáy tháp được liên tụcvới hiệu suất cao,ta chọn hơi đốt là hơi
nước bảo hoà có nhiệt độ là125
0
C và ở áp suất 2,37 atm
Nhiệt dung riêng của CH
3
COOH ở 100,6
0
C
C
6,100
2
= 2433,2 [J/kg. độ]

2
= 2096,82 [J/kg. độ]
Vậy nhiệt dung riêng của hổn hợp vào thiết bị gia nhiệt là :
C
f
= 0,75.4181,8 + 0,25.2096,82 = 3660,6 (J/kg. độ)
Ở 125
0
C ẩn nhiệt hoá hơi của hơi nước là r
1
= 523,5 (kcal/kg) = 2194.10
3
[J/kg]
Vậy lượng hơi đốt cần để đun hổn hợp đầu đến nhiệt độ sôi là :
ĐỒ ÁN QT&TBCNHH SVTH:NGUYỄN ANH TUẤN
GVHD:TRẦN XUÂN NGẠCH Trang17
D
1
=
10
3
.2194.95,0
28.6,36606,100.85,3772
1,1853
−
−
= 334,193 [kg/h]
Nhiệt lượng do hơi đốt mang vào là:
Q
D1

m
: nhiệt lượng mất mát ra môi trường xung quanh ,
Q
w
= 5%.
Q
m2
[J/h]
Q
x
: nhiệt lượng của lỏng hồi lưu [J/h]
Q
f
: nhiệt lượng do hổn hợp đầu mang vào [J/h]
r
1
: ẩn nhiệt hoá hơi của hơi đốt [J/kg]

1. Nhiệt lượng của hơi mang ra khỏi đỉnh tháp
Hơi ra khỏi đỉnh có nhiêt độ là t
p
= 100,2
0
C
Q
n
= P.(1+ R
x
).
λ

: nhiệt lượng riêng của CH
3
COOH trong hơi [J/kg] ở 100,2
0
C
λ
1
= 2,100.
2,100
1
2,100
1
C
r
+
r
2,100
1
= 538,94 (kcal/kg) = 2256,43.10
3
[J/kg]
C
2,100
1
= 4218,87 [J/kg. độ]

λ
1
= 2256,43.10
3

+ 2430,52.100,2 = 649,608.10
3
[J/kg]

λ
= 0,9.2679,16.10
3
+0,1. 649,608.10
3
= 2458,2048.10
3
[J/kg]
Vậy:
Q
n
= 1505,64.2,378.2458,2048 = 8801,386.10
6
[J/h]
2 . Nhiệt lượng của sản phẩm cháy
Sản phẩm đáy sôi ở 108,3
0
C
ĐỒ ÁN QT&TBCNHH SVTH:NGUYỄN ANH TUẤN
GVHD:TRẦN XUÂN NGẠCH Trang18

Q
W
=
t
C

3,108
2
= 2644,18 [J/kg. độ]
a
2
:nồng độ phần khối lượng của H
2
O trong sản phẩm đáy
C
W
= 0,1.2074,67 + 0,9.2644,18 = 2587,23 [J/kg. độ]
Q
W
= 347,46.2587,23.108.3= 97,3573.10
6
[J/h]
3 . Nhiệt lượng do lỏng hồi lưu mang vào tháp
Ta xem quá trình ngưng tụ của sản phẩm đỉnh là đẳng nhiệt (nghĩa là nhiệt độ của
lỏng hồi lưu vào tháp là100,1
0
C )

=
Q
X
P.R
x
.t
x
.C

1
−−++

D
2
=
10
10101010
3
6666
.2194.95,0
).34,703.76,774193,334.2194.05,0.3573,97.386,8801( −−−+

D
2
= 3560,3 [kg/h]
Nhiệt lượng do hơi đốt mang vào Q
D2
= 3560,3.2194.10
3
= 7811,24.10
6
[J/h]
III . Cân băng nhiệt lượng cho thiết bị ngưng tụ

Dùng chất tải nhiệt là nước lạnh
Chọn : t
vào
=25
o

C ,C
n
= 4181,043 [J/kg. độ]
G
n
: Lượng hơi nước tiêu tốn [kg/h].
r : ẩn nhiệt ngưng tụ của hơi nước
r = x
p
.
r
O
H
2
+(1-x
p
).r
ax
=0,968.
r
O
H
2
+(1-0,968).r
ax

r
ax
= .1868,4.5,1281325,17.
40

TNH TON CC THIT B PH
I . Tớnh thit b gia nhit u :
Chn thit b gia nhit hn hp loi ng chựm v thng ng cú cu to nh hỡnh
v di :
Họựn
hồỹp
vaỡo gia
nhióỷt
Họựn hồỹp
õaợ õổồỹc
õun noùng
Hồi
õọỳt
vaỡo
Nổồùc
ngổng

Trong thit b thỡ hi nc i ngoi ng, cht lng chuyn ng trong ng; sau khi
gia nhit thỡ cht lng c bm vn chuyn vo thỏp .
Tớnh toỏn thit b
* Nhit lng cn cung cp cho cht lng sụi :
Q = G.
t.C [J/h]
G : Lng hn hp u [kg/h]

t : Bin thiờn nhit u v cui [
0
C]
C : Nhit dung riờng ca cht lng [J/kg. ]
Q = 1853,1.(100,8 - 28).3660,55 [J/h]

0
C]

t2
= t
2c
- t
1c
= 125 - 100,6 = 24,4 [
0
C]
Vi t
1d
, t
1c
: Nhit trc v sau khi un núng.
t
2d
, t
2c
: Nhit ca hi ụt v hi ngng ( xem quỏ trỡnh truyn nhit l ng
nhit nờn nhit hi ngng bng nhit hi nc bo ho)
Hiu s nhit trung bỡnh ca hai mụi trng :

t
t
tt
t
2
1


α
1
= 2,04.A.
4
.Ht
r
Δ
[ W/m
2
. độ ] (V.101_sổ tay II)
Trong đó :
A : Hệ số phụ thuộc vào nhiệt độ của màng t
m

t
m
= 0,5.(t
1
+ t
bh
) = (125 + 120).0,5 = 122,5 [
0
C] và A = 188,75
t
1
: Nhiệt độ bề mặt thành , ta chọn t
1
= 120 [
0

= 9470,24 [ W/m
2
. độ ]
* Tính hệ số cấp nhiệt từ thành ống đến chất lỏng
α
2

Ta xem chất lỏng chuyển động trong ống thẳng ở chế độ chảy xoáy (Re >1000)
Ta có

α
2
=
d
N
λ
.
0
[ W/m
2
. độ ] (V.33_sổ tay II)
λ
: hệ số dẩn nhiệt của chất lỏng [ W/m
2
. độ ]
λ
= A.C.
3
.
M

C , C
2
= 2072,5 [J/kg. độ]
C = 0,75.4182,9 + 0,25.2072,5 = 3655,3 [J/kg. độ]

ρ
: khối lượng riêng của chất lỏng ở 48
0
C

ρ
được xác định theo công thức (IX.104a_sổ tay II) với

ρ
1
: khối lượng của H
2
O ở 48
0
C ,
ρ
1
= 988,96 [kg/m
3
]

ρ
2
: khối lượng riêng của CH
3

Pr
Pr
Re
25,0
43,0
8,0
10
021,0
t
N
ε
(V.40_sổ tay II)
Trong đó
N
0
: chuẩn số Nuyxen của chất lỏng
ĐỒ ÁN QT&TBCNHH SVTH:NGUYỄN ANH TUẤN
GVHD:TRẦN XUÂN NGẠCH Trang21
ε
1
: hệ số điều chỉnh tính đến ảnh hưởng của tỉ số giữa chiều cao H và đường kính d
của ống , ta chọn ống có đường kính là d = 30 [mm]
H/d = 40 , tra bảng (V.2-sổ tay II) với Re =10000 ta được
ε
1
= 1,03
Pr : chuẩn số Pran của dòng tính theo nhiệt độ trung bình của dòng tức là 48
0
C
Pr =

= 4,6
Pr
t
: chuẩn số Pran tính theo nhiệt độ trung bình của thành ống
Vì chênh lệch nhiệt độ giữa thành và dòng chất lỏng nhỏ nên ta có thể xem tỉ số
(Pr/Pr
t
)
0,25
= 1
N
0
= 0,021.1,03.10000
0,8
.4,6
0,4
= 66,5

03,0
466,0.5,66
2
=
α
= 1025,2 [ W/m
2
. độ ]
Nhiệt tải riêng từ phía hơi ngưng đến thành ống
q
1
=

[ W/m
2
]
Δ t
3
: hiệu số nhiệt giữa thành ống và dung dịch

Δ t
3
= t
T3
- t
3

t
T3
: nhiệt độ bề mặt tường tiếp xúc với chất lỏng [
0
C]
t
3
: nhiệt độ trung bình của chất lỏng [
0
C]
Hiệu số nhiệt độ giữa hai bề mặt tường

Δ
t
T
= t

2
1
1
11
++++
α
λ
δ
α
(V.3_sổ tay II)

r
1
: nhiệt trở của cặn ở tường phía hơi ngưng chủ yếu là nước, thường ở nhiệt độ
cao nên :

r
1
= 0,725.10
-3
[m
2
. độ/W ] (tra bảng V.1_sổ tay I)

r
2
: nhiệt trở của cặn ở tường phía chất lỏng chủ yếu là nước sạch , ở nhiệt độ cao
nên :
r
2


Δ t
T
= 47351,2.1,38.10
-3
= 65,3 [
0
C]
t
T3
= t
T1
- Δ t
T
= 120 - 65,3 = 54,7 [
0
C]

Δ t
3
= 54,7 - 48 = 6,7 [
0
C]
q
2
= 1025,2.6,7 = 6868,84 [ W/m
2
]
Ta có
q


Δ t
3
= 75,4 - 48 = 27,4 [
0
C]
q
2
= 1025,2.27.4 = 28090,48 [ W/m
2
]

q
qq
1
21
−
= 0,13 = 13% < 50% , kết quả này phù hợp .
Nhiệt tải riêng trung bình q
tb
=
2
21
qq
+
= 30185,65 [ W/m
2
]
* Tính bề mặt truyền nhiệt :
F =

F : bề mặt truyền nhiệt [m
2
]
d
n
: đường kính ngoài của ống truyền nhiệt [m]
H : chiều cao ống truyền nhiệt [m]
n =
2,1.032,0.14,3
544,4
= 37,69 =38 (ống).
Để cho thiết bị làm việc tốt, với hiệu suất cao ta chọn số ống trong thiết bị là 37 ống
theo bảng (V.11_ sổ tay II) chọn cách sắp xếp các ống theo kiểu bàn cờ ta có:
+ tổng số ống trong thiết bị là 37
+ số hình sáu cạnh 3
+ số ống trên đường xuyên tâm 7
+ tổng số ống là 37
+ Số ống ở hình 6 cạnh ngoài cùng 18 ĐỒ ÁN QT&TBCNHH SVTH:NGUYỄN ANH TUẤN
GVHD:TRẦN XUÂN NGẠCH Trang23

Cách bố trí các ống truyền nhiệt theo hình sau cạnh

* Tính đường kính thiết bị :
D = t.(b - l) + 4.d [m] (V.140_sổ tay II)
D : đường kính trong [m]
d : đường kính ngoài của ống [m]
t : bước ống , chọn t = 1,5 , d = 0,048 [m]

Vậy đường kính của ống dẩn hơi là d
1
=
296,1.20
193,334
.0188,0
= 0,0675 [m] . Ta chọn
d
1
= 67,5 (mm) .
2 . Đường kính ống dẩn hơi đun sôi ở đáy tháp
Hơi dùng để đun sôi hổn hợp ở đáy tháp vẩn là hơi dùng trong thiết bị gia nhiệt
(hơi nước bảo hoà) có nhiệt độ là 125
0
C và áp suất là 2,37 atm . Chọn vận tốc hơi đi
trong ống là 20 m/s , ta xác định được đường kính ống đẩn hơi đun sôi hổn hợp đáy là
d
2
= 0,0188.
296,1.20
3,3560
= 0,2203 [m]
Ta chọn d
2
= 0,22(m)
3 . Đường kính ống dẩn hổn hợp đầu tưf thiết bị gia nhiệt vào tháp
Xem sự thay đổi nồng độ các cấu tử trong hổn hợp là không đáng kể sau khi gia
nhiệt đường kính ống là :
d
3

ρ
1
= 957,93 [kg/m
3
]
Khối lượng riêng của CH
3
COOH ở 100,6
0
C là
ρ
2
= 956,92 [kg/m
3
]
Suy ra
ρ
F
= 0,75.957,93 + 0,25.956,92 = 957,7 [kg/m
3
]
d
3
= 0,0188.
7,957.2,2
1,1853
= 0,0176[m]
Ta chọn d
3
= 18 [mm]

0
C [kg/m
3
]

ρ
= 0,1.952,255 + 0,9.943,06 = 943,98 (kg/m
3
)
Đương fkính ống là d
4
= 0,0188.
98,943.4,0
46,347
= 0,018 [m]
Ta chọn d
4
= 18 [mm]
5 . Đường kính ống thu sản phẩm đỉnh
Lượng sản phẩm đỉnh P = 1050,64 [kg/h]
Chọn vận tốc trong ống 10 [m/s]
Khối lượng riêng của sản phẩm đỉnh ở 100,2
0
C là

ρ
=
()
)2,100273.(4,22
273.60.1,018.9,0

= 0,0188.
3,958.5,0
772,2074
= 0,039[m]
7 . Đĩa phân phối chất lỏng và hơi đở đệm
*Đĩa phân phối chất lỏng.
Tra bảng IX.22_sổ tay II ta có :
Đường kính đĩa phân phối loại I D
d
=750 mm.
Kích thước ống dẩn chất lỏng :
Đường kính ống dẩn: 44,5mm
Chiều cao ống dẩn :70mm
Bề dày của thành ống :2,5mm.
Đường kính lưới đở đệm D
L
=1165mm.
Chiều dày của lưới : b =25mm.
ĐỒ ÁN QT&TBCNHH SVTH:NGUYỄN ANH TUẤN
GVHD:TRẦN XUÂN NGẠCH Trang25

CHƯƠNG 6
TÍNH TOÁN CƠ KHÍ
1 . Hình dáng thiết bị và phương thức gia công
Thiết bị làm việc ở áp suất thấp (< 1,6.10
6
N/m
2
) nên chọn thiết bị hình trụ đúng;
thiết bị được chế tạo bằng thép tấm , các tấm được hàn với nhau. Yêu cầu mối hàn :

t
: đường kính trong của thân tháp [m]

σ
: hiệu suất cho phép [N/m
2
]

ϕ
: hệ số bền của thân trụ theo phương dọc , chọn
ϕ
=0,95
( XIII.8_sổ tay II)
C :hệ số bổ sung do ăn mòn và dung sai âm về chiều dày
P : áp suất làm việc của tháp [N/m
2
]
P = P
mt
+ P
1
(XIII.10 sổ tay II )
P
mt
: áp suất của hơi trong tháp [N/m
2
]
P
1
: áp suất của cột chất lỏng trong tháp [N/m

=
+
=
ρρ
ρ
xtbxtb
[kg/m
3
]

ρ
xtb
: khối lượng riêng của lỏng trong đoạn luyện [kg/m
3
]

ρ
,
xtb
: khối lượng riêng của lỏng trong đoạn chưng [kg/m
3
]

p
1
=9,81.951,405.10,04 =93706,1618 [N/m
2
]
Vậy P = P
mt

C
=

Trong đó
[
]
σ
K
và
[
]
σ
C
: ứng suất cho phép khi kéo [N/m
2
]

σ
K
và
σ
C
: giới hạn bền khi kéo và giới hạn chảy [N/m
2
]

n
K
và
n