ẹO AN MON HOẽC GVHD:
TNH TOAN
THIET Bề CHNH
Trang 1
ĐỒ ÁN MÔN HỌC GVHD:
I. Kích thước tháp
Đường kính tháp được xác đònh theo công thức sau :
D = 0.0188
tbyy
tb
g
)*(
ωρ
Trong đó g
tb
: lượng hơi trung bình đi trong tháp ( Kg/h )
(ρ
tb
* ω
y
)
tb
: tốc độ hơi trung bình đi trong tháp ( Kg/h )
Vì rằng lượng hơi và lượng lỏng thay đổi theo chiều cao của tháp và
khác nhau trong mỗi đoạn cho nên ta phải tính đường kính trung bình
riêng cho từng đoạn : đoạn chưng và đoạn cất .
1. Đường kính đoạn cất :
• Nồng độ trung bình của pha lỏng :
x
’
m

y
= 100.25
O
C
Khối lượng mol trung bình của pha hơi trong phần luyện
M
’
m
= y
’
m
** M
nước
+ ( 1 – y
’
m
) * M
axit
= 0.9144* 18 + ( 1 –0.9144) * 60
= 21.5929( Kg/ Kmo)
khối lượng riêng pha hơi hơi trong phần luyện
Trang 2
ĐỒ ÁN MÔN HỌC GVHD:
ρ
’
y
= P
'
'
*4.22

t
’
x
=100.85
O
C →ρ
axicetic
= 975.21 ( Kg/m
3
) Bảng 1.2,tramg 9,[5]
ρ
’
nước
= 957.21( Kg/m
3
) Bảng 1249,tramg 310,[5]
⇒
'
1
x
ρ
=
nuoc
x
m
ρ
'
+
'
'

= G
D
( R
x
+ 1)
=
D
( R
x
+1 ) = 121.543( 1.85+ 1)
= 346.397( Kmol/h ) = 346.397*18.651=6460.65(kg/h)
Vì M
thD
=18.651
g
1 :
lượng hơi đi vào đóa dưới cùng của đoạn cất
g
1
= G
1
+ G
D
= G
1
+
D
= G
1
+ 121.543 (Kg/h )

11
( x
1
=
F
x
)
r
1
= r
nuoc
* y
1
+ ( 1 - y
1
) * r
axitacetic
r
đ
= r
nuoc
*
D
y
+ ( 1 -
D
y
) * r
axitacetic
Tại vò trí nhập liệu :

r
axitacetic
=23499.4972 ( Kj/Kmol )
r
p
= r
nuoc
* y
p
+ ( 1 – y
p
) * r
axitacetic
= 40906.6274*0.9845+(1-0.9845)*23499.4972 = 40636.8169
x
1
=x
F
= 0.7692 suy ra Mtb =0.7692*18 +( 1-0.7692)*60= 27.693
⇒





=+
+=
+=
8169.40636*397.346159.1576141.24855(*
9845.0*543.1217692.0**

1
+ g
đ
) /2
= (6460.65+ 8187.51 )/2 = 7316.03( Kg/h)
• Vận tốc hơi trung bình đi trong tháp :
• ω
gh
= 0.05
y
xp
'
'
ρ
• ρ
x
tb
: khối lượng riêng trung bình của pha lỏng:
ρ
’
x
=956.947 ( Kg/m
3
)
ρ
y
tb
:
khối lượng riêng trung bình của pha hơi:
ρ

Chọn D
cất
theo tiêu chuẩn : 1.7 ( m)
2. Đường kính đoạn chưng :
g
’
tb
= ( g
’
n
+ g
’
1
)/2 ( Kg/h )
g
’
1
: lượng hơi đi vào đoạn chưng (kg/h)
g
’
n
: lượng hơi ra khỏi đoạn chưng(kg/h)
g
’
n
= g
1
= 8171.516 ( Kg/h)
Trang 5
ĐỒ ÁN MÔN HỌC GVHD:

xWygxG
WgG
nn
WW
G
’
1
: lượng lỏng ởđóa thứ nhấta đoạn chưng
Tính r
’
1:
x
w
= 0.1492 tra đồ thị can bằng của hệ ta co: y
w
=0.243
suy ra: M
tb
=18*y
w
+(1- y
w
)*60
=18*0.243+(1-0.243)*60 = 49.79
t
w
=112.5
O
C tra tai lieu tham khảo ta co
ẩn nhiệt hoa hơi của nước r’

= 24549.16 + 15582.07* y
1
= 38608.8( Kj/Kmol )
W= G
W
/L
LW
=
4676.46
204 787
= 16.7472
Giải hệ





==
+=
+=
11
'''
1
'
1
'
1
'
1
'

'
1
'
1
'
1
g
gxG
gG
Suy ra





==
=
=
)/(317.25148)/(73.503
2399.0
)/(477.520
'
1
'
1
'
1
hkghkmolg
x
hkmolG

= = = 107.5
= *273 = = *273 = 1.153
Xac định
+ nồng độ mol trung bình x’
tb
= = ( 0.7692 + 0.1492) = 0.4592
Suy ra
tbx'
= = = 0.203
t’
tb
=107.05 tra tai
TÍNH TOAN CHIỀU CAO THIẾT BỊ
1. Xác đònh số mâm lý thuyết
Từ đồ thị
Tổng số mâm lí thuyết là : N
lt
= 18 (mâm)

Số mâm thực tế tính theo cơng thức trung bình
N
lt
=
Trong đó :
η
tb
: là hiệu suất trung bình của đỉa, là một hàm số của đọ bay hơi tương đối
và độ nhớt của hổn hợp
η
tb

, η
3
: lần lượt là hiệu suất ở mâm đỉnh, mâm đáy, mâm nhập
liệu.
Từ giãn đồ x-y, t-x,y : tìm nhiệt độ tại các vò trí và nồng độ pha
hơi cân bằng với pha lỏng :
Trang 7
ĐỒ ÁN MÔN HỌC GVHD:
Vò trí mâm đỉnh :
x
D
= 0.9845
tra đồ thị cân bằng hệ ta có
y*
D
= 0.9850
t
D
= 100.507
O
C
suy ra α
p
= = = 1.0021
Vò trí mâm nhập liệu :
x
F
= 0.7692
tra đồ thị cân bằng hệ ta có
y*

= 100.507 ⇒ µ
nước
= 0.2820 (c
p
)
µ
axitacetic
= 0.4390 (c
p
)
( Tra bảng I.102 và I.101 – Sổ tay tập một )
⇒ lg µ
hh
= x
D
* lg µ
n
ướ
c
+ ( 1 – x
D
) * lg µ
ãaxitacetic
⇒ µ
hh
=0.4422

Ns/m
2


F
) * lg µ
nước
⇒ µ
hh
= 0.3133

α*µ = 1.6357*0.3133 = 0.5124
⇒ η
2
= 0.5541 ( Hình IX.11- Sổ tay tập 2 )
Vò trí mâm đáy :
t
W
= 112.5
O
C ⇒ µ
nước
= 0.205 (c
p
)
µ
axitacetic
= 0.4
( Tra bảng I.102 và I.101 – Sổ tay tập một )
⇒ lg µ
hh
= x
W
* lg µ

Số mâm thực tế cho phần chưng : 16
Và nhập liệu ở mâm số : 18
• Chiều cao tháp được xác đònh theo công thức sau :
H = N
tt
* ( H
đ
+ δ ) + ( 0.8 ÷ 1.0 ) ( m )
Với N
tt
: số đóa thực tế = 37
δ : chiều dày của mâm, chọn δ = 4 ( mm ) = 0.004 ( m )
H
đ
: khoảng cách giữa các mâm ( m ) , chọn theo bảng IX.4a-
Sổ tay tập hai, H
đ
= 0.3 ( m )
( 0.8 ÷ 1.0 ) : khoảng cách cho phép ở đỉnh và đáy tháp
⇒ H = 37* ( 0.3 + 0.004 ) + ( 0.8 ÷ 1.0 ) = 12.248( m )
** Kiểm tra khoảng cách giữa các mâm :
h
min
= 23300*
2
,
*
*
* *
y y

x
+ ρ
"
x
)/2 = (956.947+943.068)/2 = 950.022(Kg/m
3
)
ω
y
: vận tốc hơi trung bình đi trong tháp
ω
y
=
( ) ( )
'
' "
* *
2
y y y y
tb tb
y y
ρ ω ρ ϖ
ρ ρ
 
 
+
 
 
 
 

075.0
776.1
= 56( chóp )
( D : đường kính trong của tháp )
• Chiều cao chóp phía trên ống dẫn hơi :
h
2
= 0.25 * d
h
= 0.01875( m )
• Đường kính chóp:
d
ch
=
22
)*2(
chhh
dd
δ
++
δ
ch
: chiều dày chóp, chọn bằng 2 ( mm )
⇒ d
ch
=
22
)2*275(75 ++
= 109( mm )
Chọn d

2
: khỏang cách nhỏ nhất giữa các chóp
l
2
= 12.5 + 0.25*d
ch
= 12.5 + 0.25*109 = 39(mm)
chọn l
2
= 35 (mm)
⇒ t
min
=109 + 2*2 + 35 = 148 (mm)
• Chiều cao khe chóp :
b = (ξ * ω
2
y
* ρ
y
)/ (g * ρ
x
)
ξ : hệ số trở lực của đóa chóp ξ = 1.5 ÷2 , chọn ξ = 2
ω
y
= ( 4* V
y
)/ ( 3600 * π * d
2
h

• Số lượng khe hở của mỗi chóp :
i = π/c * ( d
ch
–
b
d
h
*4
2
)
Trang 11
ĐỒ ÁN MÔN HỌC GVHD:
c = 3 ÷ 4 mm ( khoảng cách giữa các khe ) , chọn c = 3 ( mm)
⇒ i = 3.1416/3 * ( 109 -
30*4
75*75
= 65( khe
Chọn i = 65 ( khe )
• Chiều cao lớp chất lỏng trên mâm :
h
m
= h
1
+ ( S + h
sr
+ b )
= 30 + 12.5 + 5 + 30
• Chiều caochóp h
ch
= h

/4 = 3.1416*0.075
2
/4 = 0.0044 m
2
S
rj
= S
1
= π*
2
,h t
d
/4 = 3.1416*0.075
2
/4 = 0.0044 m
2
• Tiết diện hình vành khăn :
S
aj
= S
2
= π*( d
2
ch,t
- d
2
h,n
)/4 = 3.1416*(0.109
2
- 0.075

( hợp lý )
• Lỗ tháo lỏng :
Tiết diện cắt ngang của tháp F = 2.476m
2
Cứ 1 m
2
chọn 4 cm
2
lỗ tháo lỏng . Do đó tổng diện tích lỗ tháo lỏng
trên một mâm là: 2.476*4 /1 = 9.904cm
2
Chọn đường kính lỗ tháo lỏng là 5mm = 0.5cm
Nên số lỗ tháo lỏng cần thiết trên một mâm là :
2
2.0104
*
4
d
π
≅
10 lỗ
• Độ mở lỗ chóp h
s
:
h
s
= 7.55*
1/ 3
2/3
2/3

= n * S
3
= 56*0.0039 = 0.2184(m
2
)
Vậy h
s
= 15 (mm)
• TÍNH CHO ỐNG CHẢY CHUYỀN
• Lượng lỏng trung bình di trong thap G
L
=( G’
1
*M
tbG
+ G
1
*M
tbG
)/2 =
( 520.477*49.9242+248.15*22.1034)/2
= 15734.678
• Khối lượngρ
Ltb
= (956.947+ 943.068)/2 = 950.022 (kg/h)
Z la sốống chảy chuyền chọn Z = 2
ω
c
la tốc độ chất lỏng trrong ống chảy chuyền, ta chọn ω
c

=V
x
= ( G
x
/ρ
tb
) = (15734.678/950.022) = 16.562 (m
3
/ h)
• chiều cao mực chất lỏng trên gờ chảytran = = = 0.041
TÍNH TỔN THẤT QUA TỒN THÁP
∆ = C
g
*∆*n
h
+ Diện tích của ống chảy chuyền
S
d
= 10%*F = 0.1*2.476 = 0.2476(m
2
)
+ Khoảng cách giữa hai gờ chảy tràn
l = = 1.2558
+ Diện tích giữa hai gờ chảy tràn
A = F - 2*S
d
=2.476 – 2*0.2476 = 1.983
Chieu rộng trung bình B
m
= = = 1.5769

+Chiều cao gờ chảy tràn h
w
:
Do h
m
= h
w
+ h
ow
+ 0.5∆ = 62.5–41-0.5*5.956= 25.025(mm)
h
ow
=∆
h
- h
w
= 44 – 25.025 = 15.957 (mm)
Kiểm tra sự ổn đònh của mâm :
∆< 0.5 ( h
fv
+ h
s
)
Độ giảm áp do ma sát và biến đổi vận tốc pha khí thổi qua chóp khi
không có chất lỏng, h
fv
h
fv
=274* E *
2

s
) = 0.5 * (26.1825 + 15 ) = 26.591>∆
Vậy mâm ổn đònh .
• Độ giảm áp của pha khí qua một mâm h
t
:
• Chiều cao thủy tónh lớp chất lỏng trên lỗ chóp gờ chảy tràn h
ss
:
Trang 15
ĐỒ ÁN MÔN HỌC GVHD:
+h
ss
= h
w
- (h
sc
+ h
sr
+ H
s
)
= 20( mm)
+Độ giảm áp của pha khí qua một mâm :
h
t
= h
fv
+ h
s

d
Q
S
 
 
 
, mm chất lỏng
= 0.128* = 0.45 (mm)
Vậy h
d
= 25.025 + 15.957 + 5.95 +0.45 + 77.6395 = 125.0215 (mm)
** Chiều cao h
d
dùng để kiểm tra mâm : Để đảm bảo điều kiện
tháp không bò ngập lụt khi hoạt động, ta có :
h
d
= 147.10 < 0.5 H = 150
• Chất lỏng chảy vào ống chảy chuyền t
c
:
d
tw
= 0.8*
*
ow o
h h
+Khoảng cách rơi tự do trong ống chảy chuyền :
h
o

CHƯƠNG 6 TÍNH TỐN CƠ KHÍ
1. Tính bề dày thân trụ của tháp
Thân của tháp được chế tạo bằng phương pháp hàn hồ quang. Thân
tháp được ghép từ nhiều đoạn bằng mối ghép bích.
Tra bảng IX.5 ta chọn với đường kính trong của tháp D =1776(mm),
khoảng cách giữa các đóa H
đ
=600 (mm), chọn khoảng cách giữa hai mặt
nối bích 4200(mm), số đóa giữa hai mặt bích n
đ
= 7
Chọn vật liệu làm thân là thép không gỉ X18H10T. Ở nhiệt độ làm
việc
t =
0
C .
Tốc độ ăn mòn của thép ≤ 0.1 mm/năm .
Dựa vào bảng XII.4 và bảng XII.7 ( Tính chất vật lý của kim loại đen
và hợp kim của chúng ), các thông số đặc trưng của X18H10T ( với chiều
dày tấm thép 4 ÷ 25 mm):
Giới hạn bền kéo : δ
k
= 550.10
6
N/m
2
Giới hạn bền chảy : δch = 550.106 N/m2
Hệ sốdãn khi kéo ở nhiệt độ 20 ÷ 100 0C là 16.6*10-6 1/0 C
Khối lượng riêng ρ = 7.9*103 ( Kg/m3)
Hệ số an toàn bền kéo : nk = 2.6

Trang 17
ĐỒ ÁN MÔN HỌC GVHD:
P
L
= 950.022 *9.81 * 13.4708 = 125562.667(N/m
2
)
Tổng trở lực của tháp : ∆P = 26766.23N/m2)
áp suất tính P =26766.23 + 125562.667 = 152328.897Theo bảng
XIII.8 : giá trò bền hàn của thân hình trụ, hàn hồ quang điện,
Dt = 1776 (mm), thép hợp kim ϕh = 0.95
Do trên thân có khoét lỗ nên hệ số bền của thành hình trụ theo
phương dọc được tính theo công thức :
Ứng suất cho phép [δ
k
] của vật liệu được tính :
[δ
k
] =
6
6 2
550.10
. .0.95 200.95*10 ( /
2.6
k
k
N m
n
δ
η

t
−
ϕσ
].[2
.
Do
897.152328
95.0*10*33.139].[
6
=
P
ϕσ
=868.93> 25 nên :
S’=
ϕσ
].[2
.
t
DP
=
95.0*10*33.139*2
776.1*897.152328
6
= 0.001( m)
= 1 (mm)
• Bề dày thực tế của thân tháp :
S = S’ + C
Trong đó C = C
a
+ C

[P] =
)/(4.297797
)5.14.3(1776
)5.14.3(*95 0*10*33.139*2
)(
).(] [2
2
6
mN
CSD
CS
a
a
=
−+
−
=
−+
−
ϕσ
Như vậy [P] > P (hợp lý)
Nên chiều dày của thân S = 3(mm)
2. Tính - chọn bề dày đáy và nắp thiết bò
Đáy và nắp cũng là một bộ phận quan trọng thường được chế tạo cùng
loại vật liệu với thân thiết bò . Sử dụng thép không gỉ X18H10T .
- Chọn loại đáy nắp hình elip có gờ
- Tính bề dày đáy và nắp giống nhau :
Các thông số đáy và nắp :
Đáy- nắp elip có :
25.0=

ϕσ
=868.93> 25 nên
S’ =
h
t
PD
ϕσ
].[*2
.
=
ϕσ
].[2
.
t
DP
=
95.0*10*33.139*2
776.1*897.152328
6
= 0.001( m)
• Bề dày thực tế của nắp tháp :
S = S’ + C
Trong đó C = C
a
+ C
b
+ C
o
Chọn thiết bò làm việc trong 15 năm : Hệ số bổ sung do ăn mòn :
C

125.0009.0
1776
5.14.3
<=
−
(thỏa)
. Do đó áp suất dư cho phép tính theo công thức :
[P] =
)/(4.297797
)5.14.3(1776
)5.14.3(*95 0*10*33.139*2
)(
).(] [2
2
6
mN
CSD
CS
a
a
=
−+
−
=
−+
−
ϕσ
Vậy bề dày đáy nắp thiết bò là 5 (mm)
Trang 20
ĐỒ ÁN MÔN HỌC GVHD:

H = h = 28 (mm)
D
1
= 1836 (mm)
D
2
= 1830 (mm)
D
4
= 1806 (mm)
Và do D
t
> 1000 (mm) nên D
3
= D
2
+2 = 1830+2 = 1832(mm)
D
5
= D
4
– 2 = 1804 (mm)
II. Tính chi tiết ống dẫn
1. Đường kính ống dẫn hơi vào thiết bò ngưng tụ :
d =
v
Q
y
*
*4

1
= 280( mm )
Theo sổ tay tập hai – Bảng XIII-32 trang 434 , chọn l
1
= 140 ( mm )
( chiều dài đoạn nối ống )
2. Ống dẫn dòng chảy hoàn lưu :
d =
v
Q
*
*4
π
Lượng hoàn lưu G = G
D
* R = 2266.915*1.85=4193.79 ( Kg/h)
Q =
x
G
ρ
*3600
=
947.956*3600
97.4193
=1.217*( m
3
/h )
(ρ
x
: khối lượng riêng pha lỏng trong đoạn cất = ρ

*3600
=
01.1018*3600
12.3054
Chọn v = 0.2 ( m/s )
⇒ d
3
= = 0.08( m ) = 80 ( mm )
Chọn d
3
= 80 ( mm )
Trang 22
ĐỒ ÁN MÔN HỌC GVHD:
l
3
= 110 ( mm )
4. Ống dẫn dòng sản phẩm đáy :
d =
v
Q
*
*4
π
Q =
W
W
G
ρ
*3600
=

=
Chọn v = 30( m/s )
⇒ d
5
=
4*1.039
3.1416*35
= 0.194 ( m ) = 194 ( mm )
Chọn d
5
= 70 ( mm )
b. Bích để nối các ống dẫn ( Bảng XIII-26 trang 409 Sổ tay tập hai )
• Chọn vật liệu là thép CT3 , chọn kiểu 1
Ta có bảng sau :
ST
T
Loại
ống
D
y
Kích thước nối H l
(mm
)
D
w
D D
b
D
1
Bulông

y
70 76 160 130 110 M12 4 14 130
• Theo bảng XIII.30 tương ứng với bảng XIII-26 : kích thước bề mặt
đệm bít kín :
D
1
tra theo bảng XIII-26 .
z : số rãnh
Ta có bảng sau :
ST
T
D
(mm
)
D
1
(mm
)
D
2
(mm
)
D
3
(mm
)
D
4
(mm
)

nắp
= G
đáy
= 1.01*30.2 (Kg) = 30.504 (Kg)
⇒ G
nắp – đáy
= 2*30.502 = 61 (Kg)
Trang 24
ĐỒ ÁN MÔN HỌC GVHD:
• Khối lượng mâm :
Đường kính trong của tháp D
t
= 1.776 (m)
Bề dày mâm δm = 0.004(m)
Đường kính ống hơi dh = 0.057 (m)
Số ống hơi n = 56 (ống )
Diện tích ống chảy chuyền hình viên phân Sd = 0.1*F
Số ống chảy chuyền trên mỗi mâm z = 1
Số mâm Nt = 37 mâm
M
m
= N
t
.(F – z.S
d
– n.π.d
2
h
/4) * δ*ρ
=37* = 42.37(kg)

ống hơi
= π*d
h
*h
hơi
* δ
h
*n * N
tt
* ρ
= 3.1416*0.075*0.007*0.002*56*37*7.9*10
3
= 539.679(Kg)
Với h
h
= h
chóp
– h
2
- δ
chóp
+δ
hơi
= 0.0657 – 0.01175 +2 – 2 = 0.054 (m)
và h
2
: chiều cao chóp phía trên ống hơi
• Khối ong chảy chuyền :
M
ong