1 http://www.ebook.edu.vn LỜI MỞ ĐẦU Công nghệ hóa học cũng như các sản phẩm của nó có ảnh hưởng rất lớn
đến nhiều ngành sản xuất khác. Trong đó methanol là một sản phẩm khá được
quan tâm. Trong quy trình sản xuất, methanol thường được chưng cất để đạt
được nồng độ cao, thỏa mãn nhu cầu sử dụng và tiết kiệm chi phí vận chuyển,
lưu trữ.
Nhiệm vụ của đồ án này là thiết kế hệ thố
ng chưng cất methanol bằng
tháp đệm có năng suất 4000kg/h, nhập liệu ở nhiệt độ sôi với nồng độ 40% ,
sản phẩm đỉnh có nồng độ 98%, sản phẩm đáy có nồng độ 0.5% khối
lượng/khối lượng. Hệ thống được gia nhiệt bằng hơi nước có áp suất 2 at.
Việc thực hiện đồ án là một cơ hội tốt để sinh viên hệ thống hóa các kiến
thức đã học cũng như làm quen với việc lựa chọn tính toán các thiết bị thực tế.
Thực hiện đồ án là một bước để sinh viên làm quen với công việc của một kỹ
sư trong tương lai.
Đồ án này được thực hiện dưới sự giúp đỡ và hướng dẫn trực tiếp của thầy
Nguyễn Văn Lục. Em xin chân thành cảm ơn sự hướng dẫn và giúp đỡ củ
a
thầy trong thời gian qua để em có thể hoàn thành đồ án này.
2 http://www.ebook.edu.vn MỤC LỤC

5.1.2. Chiều cao một đơn vị chuyển khối đoạn luyện 18
5.2. Chiều cao đoạn chưng 19
5.2.1. Số đơn vị chuyển khối đoạn chưng 19
5.2.2. Chiều cao một đơn vị chuyên khối đoạn ch
ưng 20
VI. TRỞ LỰC CỦA THÁP ĐỆM 21
VII. TÍNH BỀN THÁP ĐỆM 22
7.1. Tính bề dày thân tháp 22
7.2. Tính đáy, nắp 23
7.3. Tính mặt bích 23
7.4. Tính tai treo 25
7.5. Tính chân đỡ 26
VIII. TÍNH CÁC ỐNG DẪN 26
8.1. Ống nhập liệu 26
8.2. Ống hồi lưu sản phẩm đỉnh 26
8.3. Ống tháo sản phẩm đáy 27
8.4. Ống lấy hơi ở đỉnh 27
3 http://www.ebook.edu.vn

8.5. Ống hơi ở đáy 27
D. TÍNH TOÁN THIẾT BỊ PHỤ 28
I. THIẾT BỊ GIA NHIỆT HỖN HỢP ĐẦU 28
II. THIẾT BỊ NGƯNG TỤ SẢN PHẨM ĐỈNH 29
III. TÍNH THÙNG CAO VỊ VÀ BƠM 30
IV. THIẾT BỊ GIA NHIỆT SẢN PHẨM ĐÁY 33
E. AN TOÀN LAO ĐỘNG 34
I. PHÒNG CHỐNG CHÁY NỔ 34
1.1. Những nguyên nhân gây cháy nổ trực tiếp 36
1.2. Các biện pháp phòng chống cháy nổ 36
II. AN TOÀN ĐIỆN 36


A. GIỚI THIỆU
I. SƠ BỘ VỀ QUÁ TRÌNH CHƯNG CẤT

Chưng cất là quá trình dùng để tách các cấu tử của một hỗn hợp lỏng cũng như hỗn hợp khí
lỏng thành các cấu tử riêng biệt dựa vào độ bay hơi khác nhau của các cấu tử trong hỗn hợp. Thay
vì đưa vào trong hỗn hợp một pha mới để tạo nên sự tiếp xúc giữa hai pha như trong quá trình hấp
th
ụ hoặc nhả khí, trong quá trình chưng cất, pha mới được tạo nên bằng sự bốc hơi hoặc ngưng tụ.
Khi chưng cất ta thu được nhiều sản phẩm và thường thì bao nhiêu cấu tử sẽ thu đực bấy
nhiêu sản phẩm. Sản phẩm đỉnh chủ yếu gồm cấu tử có độ bay hơi lớn và một phần rất ít cấu tử
có độ bay hơi bé. Sản phẩm
đáy chủ yếu gồm cấu tử có độ bay hơi bé và một phần rất ít cấu tử có
độ bay hơi lớn.
Đối với hệ methanol – nước thì sản phẩm đỉnh chủ yếu là methanol, sản phẩm đáy chủ yếu là
nước.
Các phương pháp chưng cất thường được phân loại dựa vào áp suất làm việc ( áp suất thấp, áp
suất thường, áp suất cao), nguyên lý làm việc (chưng cất đơn gi
ản, chưng bằng hơi nước trực tiếp,
chưng cất) hay dựa vào phương pháp cấp nhiệt (trực tiếp hay gián tiếp). Việc lựa chọn các
phương pháp chưng cất tùy thuộc vào tính chất lý hóa của sản phẩm. Đối với hệ methanol nước ta
chọn phương pháp chưng cất liên tục, cấp nhiệt gián tiếp bằng nồi đun ở áp suất thường.
Trong sản xuất thường dùng nhiề
u loại thiết bị khác nhau để tiến hành chưng cất. Tuy nhiên
yêu cầu chung của các thiết bị vẫn giống nhau là bề mặt tiếp xúc pha phải lớn. Điều này phụ
thuộc vào mức độ phân tán của pha này vào pha kia. Ta khảo sát hai loại tháp thường dùng là
tháp mâm và tháp chêm.
• Tháp mâm: thân hình trụ, thẳng đứng, phía trong có gắn các mâm có cấu tạo khác nhau
trên đó pha lỏng và pha hơi tiếp xúc với nhau. Tùy theo cấu tạo của mâm ta có tháp mâm
chóp hay tháp mâm xuyên lỗ.
5 http://www.ebook.edu.vn

II. SƠ LƯỢC VỀ NGUYÊN LIỆU
2.1. Methanol

Methanol là chất lỏng không màu, tan vô hạn trong nước, có mùi đặc trưng, rất độc. Một
lượng nhỏ methanol có thể gây mù lòa, lượng lớn gây tử vong. Methanol có công thức phân tử
CH
3
OH, phân tử lượng 32.04 đvC. Methanol có các tính chất lý hóa sau:
- Nhiệt độ sôi: 64.5
o
C
- Khối lượng riêng ở 20
o
C: ρ = 791.7 kg/m
3

- Độ nhớt ở 20
o
C: μ = 0.6*10
-3
N.s/m
2
= 0.6 cP
- Hệ số dẫn nhiệt ở 20
o
C: λ = 0.179 kcal/m.h.độ = 0.2082 W/m.độ

o
C: C
p
= 4180 J/kg.độ
2.3. Ứng dụng của methanol

Methanol có thể hòa tan với nước, alcohol, ester, ether, ketol và hầu hết các dung môi hữu cơ.
Do đó, methanol thường được dùng làm dung môi và nguyên liệu để sản xuất những chất hữu cơ
khác với số lượng lớn.
Methanol có ái lực đặc biệt với Carbon dioxide và hydrogen sulfide, đây được xem là dung
môi trong quá trình làm ngọt khí Rectisol. Mang tính phân cực trong tự nhiên, methanol thường
tạo hỗn hợp cộng phị với nhiều hợp chất. Methanol làm giảm nhiệt độ hình thành của hydrate khí
tự nhiên, nên đượ
c sử dụng là chất chống đông trong đường ống.
Methanol được dùng để sản xuất formaldehyde, chiếm khoảng 40% lượng tiêu thụ methanol
trên thế giới. Tại Mỹ, vai trò của methanol được tăng cao do được sử dụng trong nhiên liệu
oxygenated với MTBE. Một ứng dụng quan trọng khác của methanol là sản xuất acid acetic;
ngoài ra, nó còn được dùng làm dung môi và hóa chất trung gian.
Ngoài ra methanol còn được dùng làm nguyên liệu sản xuất những hóa chất khác, như
dimethyl terephthalate (DMT), methyl methacrylate, methylamine, và methyl halogenur. Ứng
dụng mới đ
ây nhất là ứng dụng trong nông nghiệp, phun trực tiếp vào cây trồng để kích thích sự
phát triển của cây.

B. QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ

1 : Thùng chứa hỗn hợp đầu
2 : Bơm chất lỏng
3 : Thùng cao vị
4 : Lưu lượng kế

C. TÍNH TOÁN THIẾT BỊ CHÍNH
I. CÂN BẰNG VẬT CHẤT
Quy ước:
F, P, W: lần lượt là hỗn hợp đầu vào, đỉnh và đáy
G
F
: lưu lượng hỗn hợp đầu vào, kmol/h
G
P
: lưu lượng sản phẩm đỉnh, kmol/h
G
W
: lưu lượng sản phẩm đáy, kmol/h
G
R
: lượng chất lỏng hồi lưu, kmol/h
x
f
: nồng độ phân mol hỗn hợp đầu vào theo methanol, kmol/kmol
x
p
: nồng độ phân mol hỗn hợp đỉnh theo methanol, kmol/kmol
x
w
: nồng độ phân mol hỗn hợp đáy theo methanol, kmol/kmol
a
f


Lưu lượng hỗn hợp đầu vào:

**(1)
f
f
F
AB
F
aF a
G
MM
−
=+

4000*0.4 4000*(1 0.4)
183.12
32.04 18.02
F
G
−
=+ =
kmol/h
Nồng độ phân mol của hỗn hợp đầu vào
*
*
4000*0.4
0.27
32.04*183.12
f

x
=
−
+
==
−
+

Nồng độ phân mol của hỗn hợp đáy
1
0.005
32.04
0.0028
0.005 1 0.005
32.04 18.02
w
A
w
ww
AB
w
a
M
x
aa
MM
x
=
−
+

−
+
=
−
+
=
B
f
A
f
P
M
a
M
a
M
kg/kmol
06.18
02.18
005.01
04.32
005.0
1
1
1
=
−
+
=
−

GG
xx
−
−
== =
−−
kmol/h [2- 144]
0.96 0.27
* 183.12* 131.76
0.96 0.0028
pf
wF
pw
xx
GG
xx
−
−
== =
−−
kmol/h [2- 144]

II. PHƯƠNG
TRÌNH LÀM VIỆC CỦA THÁP

Bảng 1: Cân bằng lỏng hơi của hỗn hợp methanol- nước
9 http://www.ebook.edu.vn x

xx
x
x
R
L
x
R
LR
y
1
1
1 +
−
+
+
+
=
[2- 158]
Với : R
x
= G
x
/G
P
: chỉ số hồi lưu
L=G
F
/G
P


=65
o
C; với x
w
=0.0028 thì t
w

=99.7
o
C
V
ậy ta có:
10 http://www.ebook.edu.vn

88.0
27.064.0
64.096.0
min
=
−
−
=
x
R

Dùng phương pháp thử ta cho các giá trị R
x
khác nhau để tính các giá trị m
y
khác nhau từ đó ta có

0031.01.2 −= xyIII. CÂN BẰNG
NĂNG LƯỢNG
3.1. Cân bằng nhiệt
lượng của thiết bị đun nóng hỗn hợp đầu.
11 http://www.ebook.edu.vn

111 xqngFfD
QQQQQ ++=+
J/h [2- 196]
Trong đó:
Nhiệt lượng do hơi đốt mang vào Q
D1
, chọn hơi đốt là hơi nước bão hòa ở p = 2at.
)(
1111111
θ
λ
CrDDQ
d
+==
J/kg [2- 196]
Với D
1
: lượng hơi đốt, kg/h. θ
1
= 119.62
o

C; C
F
= 3645J/kg.độ
Nhiệt lượng do nước ngưng tụ mang ra:
1111111

θ
θ
CDCGQ
ngng
==
J/h [2- 197]
Nhiệt độ mất ra môi trường xung quanh
111
05.0 rDQ
xq
=
J/h [2- 197]
Vậy lượng hơi nước cần thiết để đốt nóng hỗn hợp đầu đến nhiệt độ sôi là:
84.344
5.2203303*95.0
)30*5.358379*3645(4000
95.0
)(
1
1
=
−
=
−

R
.C
R
.t
R
J/h, nhiệt lượng do lỏng hồi lưu mang vào. t
R
= 65
o
C, C
R
= 2813 J/kg.độ
Q
R
= 51.36*31.55*1.33*2813*65= 394069723.6 J/h
Q
y
= P(1+R
x
)λ
đ
; nhiệt lượng do hơi mang ra ở đỉnh tháp. Với λ
đ
= λ
1
a
1
+λ
2
a

o
C, C
w
= 4212.48 J/kg.độ ta tính được Q
w

= 999387671 J/h.
Nhiệt lượng do nước ngưng mang ra Q
ngt
= G
ngt
.C
2
.θ
2
= D
2.
C
2
.θ
2

Nhiệt lượng tổn thất ra môi trường xung quanh Q
xq2
= 0.05D
2
r
2

Vậy lượng hơi nước cần thiết để đun sôi hỗn hợp ở đáy tháp là:

Với Gn : lượng nước lạnh tiêu tốn, kg/h; t
1
= 30
o
C, t
2
= 45
o
C là nhiệt độ vào và ra của nước làm lạnh.
C
n
= 4181.043 J/kg.độ : nhiệt dung riêng của nước làm lạnh ở nhiệt độ trung bình của t
1
và t
2
; ẩn
nhiệt ngưng tụ r = 1145634 J/kg.độ.
Vậy lượng nước làm lạnh tiêu tốn để ngưng tụ hoàn toàn sản phẩm đỉnh là:
43.68968
)3045(*043.4181
1145634*)133.1(*55.31*36.51
)(
)1(
12
=
−
+
=
−
+

t’
1
= 65
o
C , t’
2
= 30
o
C là nhiệt độ đầu và cuối của sản phẩm đỉnh
t
1
= 10
o
C , t
2
= 30
o
C là nhiệt độ đầu và cuối của nước làm lạnh
C
n
= 4184.58 J/kg.độ là nhiệt dung riêng của nước ở 20
o
C
Vậy lượng nước cần để làm lạnh sản phẩm đỉnh là
28.1887
)1030(*58.4184
)3065(*55.31*36.51
)(
)(.
12

Với g
tb
: lượng hơi trung bình đi trong tháp, kg/h.
(ρ
y
ω
y
)
tb
: tốc độ hơi trung bình đi trong tháp, kg/m
2
.s.

4.1.
Lượng hơi trung bình đi trong tháp
4.1.1.
Lượng hơi trung bình đi trong đoạn luyện
Lượng hơi trung bình đi trong đoạn luyện có thể tính gần đúng theo công thức sau:
2
lđ
tbl
gg
g
+
=
[2- 181]
Với g
tbl
: lượng hơi trung bình đi trong đoạn luyện, kg/h hay kmol/h.
g

[2- 182]
13 http://www.ebook.edu.vn

bđđađ
bllal
ryyrr
ryyrr
)1(
)1(
−+=
−+=

Trong đó: x
l
= x
fr
l
: ẩn nhiệt hóa hơi của hỗn hợp hơi đi vào đĩa dưới cùng của đoạn luyện
r
đ
: ẩn nhiệt hóa hơi của hỗn hợp hơi đi ra khỏi đỉnh tháp.
r
a
, r
b
: ẩn nhiệt hóa hơi của các cấu tử A, B nguyên chất.
Nội suy theo bảng I.213 đối với methanol và bảng I.250 đối với nước sổ tay quá trình và thiết bị công

(kcal/kmol)
8317.58 8570.70 7881.84
r
B
(kcal/kg)
551.76 559.7 539.4
r
B
(kcal/kmol)
9942.72 10085.79 9719.99

Với các giá trị ẩn nhiệt hóa hơi ở nhiệt độ đầu vào ta tính được r
l
. Với các giá trị ẩn nhiệt hóa hơi ở
nhiệt độ đỉnh ta tính được r
đ
. Với y
đ
là nồng độ hơi tương ứng với nồng độ pha lỏng x
p
theo phương
trình đường nồng độ làm việc đoạn luyện. Ta được hệ phương trình:
1032091)13.162572.9942(
57.4927.0**
36.51
=−
+=
+=
ll
lll

Lượng lỏng trung bình đi trong đoạn luyện là:
83.65
2
34.6332.68
2
=
+
=
+
=
lR
tbl
GG
G
kmol/h

4.1.2.
Lượng hơi trung bình đi trong đoạn chưng
Lượng hơi trung bình đi trong đoạn chưng được xác định gần đúng bằng công thức sau:
2
''
ln
tbc
gg
g
+
=
[2- 182]
Với g
tbc

rgrgrg
xGygxG
GgG
***
***
''''
'''
''
==
+=
+=
[2- 182]
Trong đó y
l
’
= y
w
= 0.0028: tìm theo đường cân bằng ứng với x
w

bllal
ryyrr )1(
'''
−+=
ẩn nhiệt hóa hơi của hỗn hợp hơi đi vào đĩa thứ nhất của đoạn chưng.
bnnan
ryyrr )1(
'''
−+=
ẩn nhiệt hóa hơi của hỗn hợp hơi đi vào đĩa trên cùng của đoạn chưng.

Vậy lượng hơi trung bình đi trong đoạn chưng là:
47.110
2
24.1027.114
2
''
=
+
=
+
=
ln
tbc
gg
g
kmol/h
Lượng lỏng trung bình đi trong đoạn chưng là:
67.150
2
23834.63
2
'
=
+
=
+
=
ll
tbc
GG

: khối lượng riêng trung bình của methanol và nước của pha lỏng lấy theo nhiệt độ trung
bình, kg/m
3
.
a
tb
: phần khối lượng trung bình của methanol trong pha lỏng, kg/kg.
Phần khối lượng trung bình của methanol trong pha lỏng ở đoạn luyện a
tbl
và đoạn chưng a
tbc
là:
2025.0
2
05.04.0
2
69.0
2
98.04.0
2
=
+
=
+
=
=
+
=
+
=

+
=
wf
tbc
pf
tbl
xx
x
xx
x

15 http://www.ebook.edu.vn

Từ phần mol trung bình của methanol trong pha lỏng ở đoạn chưng và đoạn luyện ta tra vào đồ thị
cân bằng lỏng hơi của methanol- nước ta được nhiệt độ trung bình của đoạn luyện t
tbl
=71
o
C, nhiệt độ
trung bình của đoạn chưng t
tbc
= 85
o
C.
Với các nhiệt độ trung bình trên nội suy theo bảng I.2, sổ tay quá trình và thiết bị công nghệ hóa chất
tập 1 ta tra được khối lượng riêng trung bình của methanol và nước như sau:
t
tbl
= 71
o

95.976*06.742
)1(
12
21
=
−+
=
−+
=
xtbtbztbtb
xtbxtb
xtbl
aa
ρρ
ρ
ρ
ρ
kg/m
3

92.907
465.728*)2025.01(5.968*2025.0
5.968*465.728
)1(
12
21
=
−+
=
−+

273])1([ −+
=
ρ
kg/m
3

Với T: nhiệt độ làm việc trung bình của tháp hay của đoạn chưng, đoạn luyện, K.
y
tb
: nồng độ phân mol pha hơi trung bình của đoạn chưng, đoạn luyện. Được tính bằng trung bình
cộng nồng độ hai đầu đoạn tháp:
3214.0
2
64.00028.0
2
8.0
2
96.064.0
2
=
+
=
+
=
=
+
=
+
=
fw

kg/m
3

Khối lượng phân tử trung bình của pha hơi trong đoạn luyện và đoạn chưng:
27.2902.18*)8.01(04.32*8.0)1( =−+=−+=
BtblAtblytbl
MyMyM
kg/kmol
53.2202.18*)3214.01(04.32*3214.0)1( =−+=−+=
BtbcAtbcytbc
MyMyM
kg/kmol

4.3.
Tốc độ của hơi đi trong tháp đệm
Chọn đệm Rasiga bằng sứ đổ lộn xộn kích thước đệm 25x25x3 mm. Tra bảng IX.8, sổ tay quá trình
và thiết bị công nghệ hóa chất tâp 2 ta được các thông số sau: σ
đ
=195m
2
/m
3
, ρ
đ
=600kg/m
3
, V
đ
= 0.75
m

Vg
Y
eY
ρ
ρ
μ
μ
ρ
ρσω
=
=
=
−
[2- 187]
Chọn ω = 0.8ω
s

Trong đó ω, ω
s
: tốc độ làm việc của tháp, tốc độ sặc, m/s
σ
đ
: bề mặt riêng của đệm, m
2
/m
3
.
V
đ
: thể tích tự do của đệm, m

n
=0.001
N.s/m
2
. Tra trên toán đồ hình I.18 sổ tay quá trình và thiết bị công nghệ hóa chất tập 1 trang 90, ứng
với nhiệt độ trung bình của đoạn luyện và đoạn chưng ta có:
t
tbl
= 71
o
C, μ
1
= 0.000317 N.s/m
2
, μ
2
= 0.0004006 N.s/m
2
suy ra μ
xl
= 0.000347 N.s/m
2

t
tbc
= 85
o
C, μ
1
= 0.0002775 N.s/m

80.125.2*8.0
25.2)
000346.0
001.0
(
04.1*195
82.801*75.0*81.9*26.0
)(
.

16.0
3
16.0
3
==
===
l
x
n
ytbđ
xtbđ
sl
VgY
ω
μ
μ
ρσ
ρ
ω


16.0
3
16.0
3
==
===
c
x
n
ytbđ
xtbđ
sc
VgY
ω
μ
μ
ρσ
ρ
ω4.4.
Đường kính tháp
đệm
Đường kính đoạn luyện
81.0
80.1*04.1
27.29*19.117
0188.0 ==
L

−
=
c
đ
y
y
cb
y
yy
dy
m
[2- 176]
 Xác định chiều cao
một đơn vị chuyển khối phụ thuộc vào đặc trưng của đệm và trạng thái pha, được xác định
theo công thức:

21
h
G
mG
hh
x
y
đv
+=
m [2- 177]
Trong đó h
1
: chiều cao một đơn vị chuyển khối đối với pha hơi.


và mật độ tưới thích hợp. Tra Ψ trên đồ thị hình IX.16 sổ tay quá trình và thiết bị công nghệ hóa chất
tập 2 trang 178.
Xác định các thông số mật độ tưới thực t
ế U
tt
và mật độ tưới thích hợp U
t.h
theo công thức:

đht
t
x
tt
BU
F
V
U
σ
.
.
=
=
m
3
/m
2
.h [2- 177]
Với V
x
: lưu lượng thể tích của chất lỏng, m

cb
y
cb
-y a=1/(y
cb
-y) b=a
1
+a
2
c=y
2
– y
1
0.5*b*c m
y

0.27
0.568 0.645 0.077 13.034 25.579
0.017
0.219
0.30
0.585 0.665 0.080 12.563 24.183
0.029
0.345
0.35
0.614 0.700 0.086 11.620 23.046
0.029
0.329
0.40
0.642 0.730 0.088 11.426 23.334

0.80
0.871 0.915 0.044 22.629 50.679
0.029
0.723
0.85
0.899 0.935 0.036 28.050 59.193
0.029
0.845
0.90
0.928 0.960 0.032 31.143 79.080
0.029
1.354
0.96
0.962 0.983 0.021 47.937
7.43

5.1.2.
Chiều cao của một
đơn vị chuyên khối đoạn luyện
Xác đ
ịnh các thông số mật độ tưới thực tế U

+=
[2- 85]
μ
1
, μ
2
là độ nhớt của methanol và nước; m
1
, m
2
là phần thể tích tương ứng của methanol và nước.
Tra toán đồ hình I.35 sổ tay quá trình và thiết bị công nghệ hóa chất tập 2 ta được các giá trị độ nhớt
như sau: μ
1
= 113.10
-7
, μ
2
= 114.10
-7
. Từ đó ta tính được độ nhớt của hỗn hợp khí
7
77
77
122211
21
10*12.113
10.113*02.18*2.010.114*04.32*8.0
10.114*10.113*27.29


7
2
===
===
−
đy
yy
y
xđt
x
x
F
G
σμ
ωρ
μσ

Với G
x
, G
y
là lưu lượng pha lỏng và pha hơi, kg/s
Chuẩn số Pran của pha lỏng và pha hơi:
yy
y
y
xx
x
x
D

5.14
+
+
=
−
m
2
/s [2- 127]
23/13/1
6
20
).(
11
10.1
BAB
BA
x
vvAB
MM
D
+
+
=
−
μ
m
2
/s [2- 133]
Trong đó T, P là nhiệt độ tuyệt đối (K) và áp suất tuyệt đối (at).
v

20
2.0
)]20(1[
ρ
μ
=
−+=
b
tbDD
t
[2- 134]
Thay các giá trị vào công thức trên ta được kết quả sau:
99
3
9
23/13/1
6
20
5
23/13/1
5.14
10*96.2)]2071(02.01[10*46.1
02.0
998
1*2.0
10*46.1
)9.1837.(1*7.4*19.1
02.18
1
04.32

D

20 http://www.ebook.edu.vn

14.007.146*368.0*)
82.801
000346.0
(256
38.048.0*24.338
195*07.0*123.0
75.0
48.0
10*25.2*04.1
10*12.113
Pr
07.146
10*96.2*82.801
000346.0
Pr
5.025.03/2
2
3/225.0
1
5
7
9
==
==
==
==

w
đến x
f
làm tương tự như đoạn luyện ta được bảng như sau:

x y y
cb
y
cb
-y a=1/(y
cb
-y) b=a
1
+a
2
c=y
2
– y
1
0.5*b*c m
y

0.0028
0.003 0.003 0 0.01
0.018 0.050 0.032 31.159 40.244
0.042
0.845

0.042
0.240
0.19
0.396 0.565 0.169 5.920 12.503
0.042
0.263
0.21
0.438 0.590 0.152 6.583 14.282
0.042
0.300
0.23
0.480 0.610 0.130 7.699 16.969
0.042
0.357
0.25
0.522 0.630 0.108 9.270 21.638
0.042
0.455
0.27
0.564 0.645 0.081 12.368
4.08

= 119.10
-7
ta tính được độ nhớt hỗn hợp khí μ
y
= 118.54*10
-7
N.s/m
2

Chuẩn số Re của pha lỏng và pha hơi:
26.260
195*10*54.118
15.1*77.0*4.0
Re
68.0
000327.0*195
4
1*14.3
*3600
95.19*67.150*04.0
Re
7
2
==
==
−
y
x

Hệ số khuếch tán trong pha hơi và pha lỏng:

84.106
10*37.3*92.907
000327.0
Pr
5
7
9
==
==
−
−
−
y
x

Với trung bình tang góc giữa đường cân bằng và đường nằm ngang m = 3.09 ta tính được chiều cao
một đơn vị chuyển khối của đoạn chưng như sau:
2.254.0*08.4
54.012.0
67.150
47.110*09.3
27.0
12.084.106*68.0*)
92.907
000327.0
(256
27.065.0*26.260
195*11.0*123.0
69.0
5.025.03/2

'
yy
đ
đ
ty
tđ
k
c
y
x
n
x
y
m
y
x
ku
V
H
d
H
p
G
G
App
ρω
σ
λ
ωρ
λ

[2- 189]
Với hệ hơi lỏng giá trị các hệ số tra trong bảng IX.7 sổ tay quá trình và thiết bị công nghệ hóa chất
tập 2 như sau: A = 5.15; m = 0.342; n = 0.19; c = 0.038.
Tổn thất áp suất trong đoạn luyện:
74.8434])
10*12.113
000346.0
()
82.801
04.1
()
19.117
83.65
(15.51[58.3572
58.3572
2
04.1*8.1
.
75.0
195*8.3
.
4
99.4
99.4
24.338
16
038.0
7
19.0342.0
2

.
4
26.5
26.5
26.260
16
038.0
7
19.0342.0
2
3
2.0
'
=+=Δ
==Δ
==
−
u
k
p
p
λ

Tổng tổn thất áp suất trong tháp:
53.1378379.534874.8434
62.555804.198658.3572
=+=Δ+Δ=Δ
=+=Δ+Δ=Δ
uculu
kcklk

-
Áp suất thủy tĩnh trong thiết bị
534406*81.9*92.907 === Hgp
tt
ρ
N/m
2

-
Áp suất tính toán của thiết bị:
16532453.137839810053440 =++=Δ++= pppp
kqtt
N/m
2

P = 0.165 N/mm
2

-
Chọn dạng mối hàn là giáp mối hàn hai phía, ở nhiệt độ cao. Hệ số bền mối hàn, ϕ
h
= 0.95
-
Bề dày tối thiểu của thân trụ:
Ta có
2516.76495.0
165.0
7.128][
>==
h

a
+ C
b
+ C
c
+ C
o

Với C
a
: hệ số bổ sung do ăn mòn hóa học, chọn C
a
= 1mm.
C
b
: hệ số bổ sung do bào mòn cơ học của môi trường, chọn C
b
= 0.
C
c
: hệ số bổ sung do sai lệch khi chế tạo, lắp ráp, chọn C
c
= 0.
C
o
: hệ số bổ sung để quy tròn kích thước, chọn C
o
= 0.
Vậy hệ số bổ sung C = 1 mm.
-

−
=
at
ah
CSD
CS
p
ϕσ
thỏa
Vậy, bề dày thân tháp là 5 mm.

7.2.
Tính đáy, nắp.
Chọn đáy, nắp elip tiêu chuẩn có gờ với các thông số: D
t
= 1000mm, h
t
= 250mm, h = 40mm,
F = 1.21 m
2
, V = 0.162 m
3

Bề dày tối thiểu của đáy nắp:

68.0
95.0*7.128*2
1000*165.0
][2
.

<=
−
=
−
−
at
ah
t
a
CSR
CS
p
D
CS
ϕσ
[4- 126]
Vậy ta chọn đáy nắp có bề dày bằng bề dày thân thiết bị S = 5mm.

7.3.
Tính mặt bích
Chọn các thông số theo các hình dưới đây như sau:
• Chọn bulông M20 có d
b
= 20mm, L = 34mm
•
D
t
=1000mm
•
D

Hình : Các thông số của mặt bích
¾ Tính bulông ghép bích
Lực nén chiều trục sinh ra do siết bulông.
Q
1
= Q
a
+ Q
k

Q
a
: lực do áp suất trong thiết bị gây ra
Q
k
: lực cần thiết để giữ đệm được kín.
d
b
D
t

A
C
D
n

L
t
b


2
===
ootb
qbDQ
π
N [4- 155]
Lực tác dụng lên một bulông:
95.15531
40
89.621277
===
Z
Q
q
b
N [4- 157]
Ứng suất tác dụng lên bulông:
46.49
20.
4
14.3
95.15531
4
22
===
b
b
d
q
π

2
=
−
=
−
=
n
DC
l

Bề dày bích phẳng [4- 152]
89.15]}1
165.0
46.49
)
1044
20
(40*57.0[
1064
10
*3.71{
7.128
165.0
*1244*41.0
]}1
][
)(57.0[3.71{41.0
2
2
=−+=

4
)(
.
22
22
=
−
=
−
=
ρπ
tn
tt
DD
HG
kg
Tra ở bảng XIII.11 sổ tay quá trình thiết bị hóa chất tập 2 trang 384 ta được G
đ+n
= 97.97 kg.
Ta có thể tính gần đúng khối lượng bích + bulong + đệm bằng công thức sau
65.149
4
)01.1118.1(
*7900*6*)0015.0016.0(*14.3.6
4
)(

22
22
=