Chưng luyện Nước – Axit axetic GVHD: Nguyễn Văn Lục
Trang 1
LỜI MỞ ĐẦU
Khoa học kỹ thuật ngày càng phát triển và cùng với nó là nhu
cầu ngày càng cao về độ tinh khiết của các sản phẩm. Vì thế, các
phương pháp nâng cao độ tinh khiết luôn luôn được cải tiến và đổi
mới để ngày càng hoàn thiện hơn, như là: cô đặc, hấp thụ, chưng cất,
trích ly,… Tùy theo đặc tính yêu cầu của sản phẩm mà ta có sự lựa
chọn phương pháp phù hợp. Đối với hệ Nước – Axit axetic là 2 cấu
tử tan lẫn hoàn toàn, ta phải dùng phương pháp chưng cất để nâng
cao độ tinh khiết.
Đồ án môn học Quá trình và Thiết bò là một môn học mang tính
tổng hợp trong quá trình học tập của các kỹ sư Công nghệ Hóa học
tương lai. Môn học giúp sinh viên giải quyết nhiệm vụ tính toán cụ
thể về: quy trình công nghêä, kết cấu, giá thành của một thiết bò trong
sản xuất hóa chất - thực phẩm. Đây là bước đầu tiên để sinh viên
vận dụng những kiến thức đã học của nhiều môn học vào giải quyết
những vấn đề kỹ thuật thực tế một cách tổng hợp.
Nhiệm vụ của Đồ án này là thiết kế hệ thống chưng cất Nước –
Axit axetic có năng suất là 3000 kg/h, nồng độ nhập liệu là 30% khối
lượng, nồng độ sản phẩm đỉnh là 95,5% khối lượng, nồng độ sản
Chưng luyện Nước – Axit axetic GVHD: Nguyễn Văn Lục
Chương 1
GIỚI THIỆU
I. LÝ THUYẾT VỀ CHƯNG CẤT :
1. Khái niệm :
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 (nghóa là khi ở cùng một nhiệt độ, áp suất hơi bão hòa của các cấu tử khác nhau).
Thay vì đưa vào trong hỗn hợp một pha mới để tạo nên sự tiếp xúc giữa hai pha như
Trang 2
Chưng luyện Nước – Axit axetic GVHD: Nguyễn Văn Lục
Trong sản xuất thường dùng nhiều loại thiết bò khác nhau để tiến hành chưng cất. Tuy
nhiên yêu cầu cơ bản chung của các thiết bò vẫn giống nhau nghóa là diện tích bề mặt tiếp
xúc pha phải lớn, điều này phụ thuộc vào mức độ phân tán của một lưu chất này vào lưu
chất kia. Nếu pha khí phân tán vào pha lỏng ta có các loại tháp mâm, nếu pha lỏng phân tán
vào pha khí ta có tháp chêm, tháp phun,… Ở đây ta khảo sát 2 loại thường dùng là tháp mâm
và tháp chêm.
Tháp mâm : thân tháp hình trụ, thẳng đứng phía trong có gắn các mâm có cấu tạo
khác nhau, trên đó pha lỏng và pha hơi được cho tiếp xúc với nhau. Tùy theo cấu tạo
của đóa, ta có:
- Tháp mâm chóp : trên mâm bố trí có chóp dạng tròn, xupap, chữ s…
- Tháp mâm xuyên lỗ: trên mâm có nhiều lỗ hay rãnh
Tháp chêm (tháp đệm) : tháp hình trụ, gồm nhiều bậc nối với nhau bằng mặt bích
hay hàn. Vật chêm được cho vào tháp theo một trong hai phương pháp: xếp ngẫu
nhiên hay xếp thứ tự.
So sánh ưu nhược điểm của các loại tháp:
Tháp chêm Tháp mâm xuyên lỗ Tháp mâm chóp
Ưu
điểm
- Cấu tạo khá đơn giản.
- Trở lực thấp.
- Làm việc được với chất lỏng bẩn
nếu dùng đệm cầu có ρ ≈ ρ của
chất lỏng.
- Trở lực tương đối thấp.
- Hiệu suất khá cao.
- Khá ổn đònh.
- Hiệu suất cao.
Nhược
ngoại trừ đối với các hàm lượng dưới 43%.
Tính ăn mòn kim loại:
Axit axetic ăn mòn sắt.
Nhôm bò ăn mòn bởi axit loãng, nó đề kháng tốt đối với axit axetic đặc và thuần
khiết. Đồng và chì bò ăn mòn bởi axit axetic với sự hiện diện của không khí.
Thiếc và một số loại thép nikel – crom đề kháng tốt đối với axit axetic.
Axit axetic thuần khiết còn gọi là axit glaxial bởi vì nó dễ dàng đông đặc kết tinh như
nước đá ở dưới 17
o
C, đước điều chế chủ yếu bằng sự oxy hóa đối với andehit axetic. Không
màu sắc, vò chua, tan trong nước và cồn etylic.
1.2. Điều chế :
Axit axetic được điều chế bằng cách:
1) Oxy hóa có xúc tác đối với cồn etylic để biến thành andehit axetic, là một giai đoạn trung
gian. Sự oxy hóa kéo dài sẽ tiếp tục oxy hóa andehit axetic thành axit axetic.
CH
3
CHO + ½ O
2
= CH
3
COOH
C
2
H
5
OH + O
2
= CH
3
3
COOH
với sự hiện diện của metaphotphit hoặc photpho – vonframat kim loại 2 và 3 hóa trò (chẳng
hạn sắt, coban).
1.3. Ứng dụng :
Axit axetic là một axit quan trọng nhất trong các loại axit hữu cơ. Axit axetic tìm được
rất nhiều ứng dụng vì nó là loại axit hữu cơ rẻ tiền nhất. Nó được dùng để chế tạo rất nhiều
hợp chất và ester. Nguồn tiêu thụ chủ yếu của axit axetic là:
Làm dấm ăn (dấm ăn chứa 4,5% axit axetic).
Làm đông đặc nhựa mủ cao su.
Làm chất dẻo tơ sợi xenluloza axetat – làm phim ảnh không nhạy lửa.
Làm chất nhựa kết dính polyvinyl axetat.
Trang 4
Chưng luyện Nước – Axit axetic GVHD: Nguyễn Văn Lục
Làm các phẩm màu, dược phẩm, nước hoa tổng hợp.
Axetat nhôm dùng làm chất cắn màu (mordant trong nghề nhuộm)
Phần lớn các ester axetat đều là các dung môi, thí dụ: izoamyl axetat hòa tan được
nhiều loại nhựa xenluloza.
2. Nước :
Trong điều kiện bình thường: nước là chất lỏng không màu, không mùi, không vò nhưng
khối nước dày sẽ có màu xanh nhạt.
Khi hóa rắn nó có thể tồn tại ở dạng 5 dạng tinh thể khác nhau.
Tính chất vật lý:
Khối lượng phân tử : 18 g / mol
Khối lượng riêng d
4
0
c : 1 g / ml
Nhiệt độ nóng chảy : 0
0
9
10
12
11
15
16
14
13
5
6
8
7
3
4
2
1
GHI CHÚSLVẬT LIỆU
TÊN GỌI
STT
Trường Đại học Bách K hoa Tp. Hồ Chí Minh
Khoa Công nghệ Hóa học
BỘ MÔN MÁY VA Ø THIẾT BỊ
THIẾT KẾ HỆ THỐNG CHƯNG CẤT NƯỚC - AXIT AXETIC
DÙNG THÁP MÂM XUYÊN LỖ
Đồ án môn học Quá trình v à Thiết bò :
2/ 2
Nguyễn T. Hiền Lương
Nguyễn Văn Lục
Ngày BV
Ngày HT
TL 4:1
I
5
5
TL 1:5
TL 1:10
11
III
III
TL 1:2
II
TL 1:1
II
16
TL 1:10
V 50 x 50
1
2
3
4
Ống dẫn hơi ra
Nắp thiết bò
Bích nối nắp (đáy) và thân
Ống hoàn lưu
Kính quan sát
6
M24x100
φ1 500
φ1 550
7
T
T P
T
Vũ Bá Minh
Vũ Bá Minh
Bồn chứa sản phẩm đ ỉnh
Bồn chứa sản phẩm đa ùy
Thiết bò làm nguội sản ph ẩm đáy
Thiết bò đ un sôi đáy tháp
Áp kế
Tháp chưng cất
Thiết bò n gưng tụ sản phẩm đỉnh
Nhiệt kế
Lưu lươ ïng kế
Bẩy hơi
Thiết bò đ un sôi dòng nhập liệu
TB trao đổi nhiệt với sản phẩm đỉnh
Bồn cao vò
Bơm
Bồn ch ứa nguyên liệu
1/ 2
Chức năng
SVTH
GVHD
CNBM
Chữ kýHọ tên
QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ
Tỉ lệ
Bản vẽ số
Ngày HT
6
7
8
11
190
250
170
10
10
320
460
25
25
20
160
8 225
400
10
260
16
16
10225
3
12500
1933
5600 404
8
10
11
14
14
13
12
10
9
5
4
3
2
1
11
8
7
6
Trang 6
Chưng luyện Nước – Axit axetic GVHD: Nguyễn Văn Lục
Hỗn hợp Nước – Axit axetic có nồng độ nước 30% (theo phần khối lượng), nhiệt độ
khoảng 27
0
C tại bình chứa nguyên liệu (1) được bơm (2) bơm lên bồn cao vò (3). Từ đó được
đưa đến thiết bò trao đổi nhiệt với sản phẩm đỉnh (4). Sau đó, hỗn hợp được gia nhiệt đến
nhiệt độ sôi trong thiết bò đun sôi dòng nhập liệu (5), rồi được đưa vào tháp chưng cất (9) ở
đóa nhập liệu.
Trên đóa nhập liệu, chất lỏng được trộn với phần lỏng từ đoạn luyện của tháp chảy
xuống. Trong tháp, hơi đi từ dưới lên gặp chất lỏng từ trên xuống. Ở đây, có sự tiếp xúc và
trao đổi giữa hai pha với nhau. Pha lỏng chuyển động trong phần chưng càng xuống dưới
càng giảm nồng độ các cấu tử dễ bay hơi vì đã bò pha hơi tạo nên từ nồi đun (12) lôi cuốn
cấu tử dễ bay hơi. Nhiệt độ càng lên trên càng thấp, nên khi hơi đi qua các đóa từ dưới lên
thì cấu tử có nhiệt độ sôi cao là axit axetic sẽ ngưng tụ lại, cuối cùng trên đỉnh tháp ta thu
được hỗn hợp có cấu tử nước chiếm nhiều nhất (có nồng độ 95,5% phần khối lượng). Hơi
)mol/g(18MOH:Nước
)mol/g(60MCOOHCH:axeticAxit
N2
A3
Năng suất nhập liệu: G
F
= 3000 (kg/h)
Nồng độ nhập liệu: x
F
= 30% (kg nước/ kg hỗn hợp)
Nồng độ sản phẩm đỉnh: x
D
= 95,5% (kg nước/ kg hỗn hợp)
Nồng độ sản phẩm đáy: x
W
= 0,5% (kg nước/ kg hỗn hợp)
Áp suất hơi đốt: P
h
= 2,5at
Chọn:
Nhiệt độ nhập liệu: t
FV
= 27
o
C
Nhiệt độ sản phẩm đáy sau khi làm nguội: t
WR
= 35
o
C
+=
+=
WWDDFF
WDF
xGxGxG
GGG
⇔
FD
W
WF
D
WD
F
xx
G
xx
G
xx
G
−
=
−
=
−
Nên : G
D
=
579,9313000
−
+
=
60
3,01
18
3,0
18
3,0
M
x1
M
x
M
x
x
A
F
N
F
N
F
F
0,588 (mol nước/ mol hỗn hợp)
=
−
+
=
−
+
955,01
18
955,0
18
955,0
M
x1
M
x
M
x
x
A
D
N
D
N
D
D
0,986 (mol nước/ mol hỗn hợp)
2. Suất lượng mol tương đối của dòng nhập liệu :
01647,058824,0
01647,098606,0
xx
xx
f
WF
WD
−
−
Tỉ số hoàn lưu tối thiểu:
58824,0705,0
705,098606,0
xy
yx
R
F
*
F
*
FD
min
−
−
=
−
−
=
= 2,407
Tỉ số hoàn lưu làm việc: R = 1,3R
min
+ 0,3 = 3,429
IV.XÁC ĐỊNH SUẤT LƯNG MOL CỦA CÁC DÒNG PHA :
Coi lưu lượng mol của các dòng pha đi trong mỗi đoạn tháp (chưng và luyện) là không
đổi.
1. Tại đỉnh tháp :
Vì tại đỉnh tháp nồng độ phần mol của nước trong pha lỏng và pha hơi bằng nhau.
⇒ Khối lượng của pha hơi và pha lỏng tại đỉnh tháp là bằng nhau:
M
HD
G
L
= RG
D
= 3,429. 931,579 = 3194,563 (kg/h)
Suất lượng mol của dòng hoàn lưu:
L =
585,18
563,3194
M
G
LD
L
=
= 171,885 (kmol/h)
2. Tại mâm nhập liệu :
Khối lượng mol của dòng nhập liệu:
M
F
= x
F
. M
N
+ (1 – x
F
). M
A
= 0,588. 18 + (1 – 0,588). 60 = 35,294 (kg/kmol)
Suất lượng mol của dòng nhập liệu:
F =
= L + F = 171,885 + 256,885 = 428,770 (kmol/h)
n
HF
= n
HD
= 222,009 (kmol/h)
3. Tại đáy tháp :
Vì tại đáy tháp nồng độ phần mol của nước trong pha lỏng và pha hơi bằng nhau.
⇒ Khối lượng của pha hơi và pha lỏng tại đáy tháp là bằng nhau:
M
HW
= M
LW
= x
W
. M
N
+ (1 – x
W
). M
A
= 0,016. 18 + (1 – 0,016). 60 = 59,308
(kg/mol)
Suất lượng mol của dòng sản phẩm đáy:
W =
308,59
421,2086
M
G
LW
x
1429,3
429,3
1R
x
x
1R
R
y
D
+
+
+
=
+
+
+
=
= 0,774x + 0,223
Phần chưng:
016,0
1429,3
696,11
x
1429,3
696,1429,3
x
1R
f1
x
=
+
=
= 0,787 (mol nước/ mol hỗn hợp)
Dựa vào hình 2 ⇒ Nhiệt độ trung bình của pha lỏng trong phần luyện: T
LL
= 101,4 (
o
C)
Nồng độ phần khối lượng trung bình của pha lỏng trong luyện:
2
3,0955,0
2
xx
x
FD
L
+
=
+
=
= 0,628 (kg nước/ kg hỗn hợp)
Tra bảng 1.249, trang 310, [5]
⇒ Khối lượng riêng của nước ở 101,4
o
C: ρ
NL
= 957,364 (kg/m
3
)
⇒ ρ
LL
= 956,661 (kg/m
3
)
1.2. Khối lượng riêng trung bình của pha hơi trong phần luyện :
Nồng độ trung bình của pha hơi trong phần luyện:
y
L
= 0,774x
L
+ 0,223 = 0,832
Dựa vào hình 2 ⇒ Nhiệt độ trung bình của pha hơi trong phần luyện: T
HL
= 101,6 (
o
C)
Khối lượng mol trung bình của pha hơi trong phần luyện:
M
HL
= y
L
. M
N
+ (1 – y
L
). M
A
= 0,832. 18 + (1 – 0,832). 60 = 25,054 (kg/kmol)
Khối lượng riêng trung bình của pha hơi trong phần luyện:
Trang 13
Chưng luyện Nước – Axit axetic GVHD: Nguyễn Văn Lục
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 thò 6.2, trang 256, [4] ⇒ C = 0,057
Vận tốc pha hơi đi trong phần luyện:
815,0
661,956
057,0C
HL
LL
L
=
ρ
ρ
=ω
= 1,953 (m/s)
1.4. Tính đường kính phần luyện :
Suất lượng mol của pha hơi trong phần luyện: n
HL
= n
HD
= 222,009 (kmol/h)
Suất lượng thể tích của pha hơi trong phần luyện:
13600
)2736,101(
273
4,22
009,222
P3600
C
T
LC
ρ
NC
ρ
AC
1/ρ
LC
ρ
LC
0,302 0,153 107,4 952,924 944,680 0,001 945,928
y
c
T
HC
M
HC
ρ
HC
ω
C
Q
HC
φ
C
0,347 109 45,415 1,449 1,456 1,933 1,300
Vì φ
L
≈ φ
Chưng luyện Nước – Axit axetic GVHD: Nguyễn Văn Lục
0
0,1
0,2
0,3
0,4
0,5
0,6
0,7
0,8
0,9
1
0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1
Hình 3: Số mâm lý thuyết
II. CHIỀU CAO THÁP :
Trang 15
Chưng luyện Nước – Axit axetic GVHD: Nguyễn Văn Lục
1. Phần luyện :
Dựa vào hình 3 ⇒ Số mâm lý thuyết phần luyện: n
ltL
= 19
1.1. Tính hiệu suất mâm :
Tại nhiệt độ trung bình của pha hơi trong phần luyện T
HL
= 101,6
o
C thì:
• Tra bảng 1.250, trang 312, [5] ⇒ p suất hơi bão hòa của nước P
NL
= 1,09668 at =
lgµ
1
+ x
2
lgµ
2
(công thức (I.12), trang 84, [5])
Nên: lgµ
L
= 0,787. lg0,2808 + (1 – 0,787)lg0,42 = -0,514 ⇒ µ
L
= 0,306 (cP)
⇒ α
L
µ
L
= 1,644
Tra hình 6.4, trang 257, [4] ⇒ E
L
= 0,42
Vì tháp có đường kính lớn: φ = 1,4m > 0,9m ⇒ phải hiệu chỉnh lại giá trò E
L
.
Tra hình 6.5, trang 258, [4] ⇒ ∆ = 0,14
Nên: E
CL
= E
L
(1 + ∆) = 0,479
1.2. Tính số mâm thực tế phần luyện :
α
C
µ
C
E
C
E
CC
n
ttC
n
ttC
quy tròn
1,944 0,4 0,456 30,702 31
3. Chiều cao tháp :
Số mâm thực tế của toàn tháp: n
tt
= n
ttL
+ n
ttC
= 40 + 31 = 71
Chiều cao thân tháp: H
thân
= (n
tt
–1)∆h + 1 = 29 (m)
Chọn đáy (nắp) ellip tiêu chuẩn có
φ
t
= 50mm = 0,05 (m).
Diện tích của 2 bán nguyệt bằng 20% diện tích mâm.
Lỗ bố trí theo hình lục giác đều.
Khoảng cách giữa 2 tâm lỗ bằng 7mm.
Mâm được làm bằng thép không gỉ X18H10T.
Số lỗ trên 1 mâm:
N =
2
2
lỗlỗ
mâm
03,0
4,1
08,0
d
08,0
S
S%8
=
ω
= 15,392 (m/s)
Nên: ∆P
kL
=
2
815,0.392,15
82,1
2
= 175,724 (N/m
2
)
2.2.Phần cất :
Vận tốc hơi qua lỗ: ω’
C
=
08,0
256,1
%8
C
=
ω
= 15,696 (m/s)
Nên: ∆P
kC
=
2
449,1.696,15
82,1
2
21
21
21
111
σ+σ
σσ
=σ⇒
σ
+
σ
=
σ
Nên:
019674,0585756,0
019674,0585756,0
LL
+
×
=σ
= 0,019 (N/m)
Cho ta:
2
L
003,008,0003,03,1
019,04
P
×+×
×
=∆
σ
gờ
L
l
KL85,1
Q
h
=∆
Trong đó:
L
gờ
: chiều dài của gờ chảy tràn, m
K = ρ
b
/ρ
L
: tỷ số giữa khối lượng riêng chất lỏng bọt và khối lượng riêng của chất
lỏng, lấy gần bằng 0,5.
Q
L
=
L
LL
⇔ α - sinα = 0,2π
Dùng phép lặp ⇒ α = 1,626753345 (Rad)
Nên: L
gờ
= φsin
2
α
= 1,4. sin
2
626753345,1
= 1,017 (m)
Trang 18
L
gờ
R
α
Chưng luyện Nước – Axit axetic GVHD: Nguyễn Văn Lục
4.1.Phần luyện :
Khối lượng mol trung bình của pha lỏng trong phần luyện:
M
LL
=
2
294,35585,18
2
MM
FLD
+
=
+
××
=∆
= 0,01269 (m)
Cho ta: ∆P
bL
= 1,3(h
gờ
+ ∆h
lL
)Kρ
LL
g
= 1,3.(0,05 + 0,01269). 0,5. 956,661. 9,81 = 382,396 (N/m
2
)
4.2.Phần chưng :
Tính toán tương tự như phần luyện ⇒ ta có bảng kết quả sau:
M
LC
Q
LC
∆h
lC
∆p
bC
47,301 0,00357 0,02432 448,261
5. Tổng trở lực thuỷ lực của tháp :
Tổng trở lực của 1 mâm trong phần luyện của tháp là:
∆P
L
ρ
∆
Với các mâm trong phần chưng trở lực thuỷ lực qua 1 mâm lớn hơn trở lực thuỷ lực của
mâm trong phần luyện, ta có:
18,9928,945
078,792
8,1
g
P
8,1
LC
C
×
=
ρ
∆
= 0,154
⇒ Điều kiện trên được thỏa.
Kiểm tra tính đồng nhất của hoạt động của mâm.
Tính vận tốc tối thiểu qua lỗ của pha hơi v
min
đủ để cho các lỗ trên mâm đều hoạt động:
v
min
= 0,67
449,182,1
)02432,005,0(928,94581,9
67,0
hg
= h
gờ
+ ∆h
l
+ ∆P + h
d’
, (mm.chất lỏng)
Trong đó:
h
gờ
: chiều cao gờ chảy tràn (mm)
∆h
l
: chiều cao lớp chất lỏng trên mâm (mm).
∆P: tổng trở lực của 1 mâm (mm.chất lỏng).
h
d’
: tổn thất thủy lực do dòng lỏng chảy từ ống chảy chuyền vào mâm, được xác đònh
theo biểu thức (5.10), trang 115, [2]:
2
d
L
'd
S.100
Q
.128,0h
1
∆h = 200 (mm)
6.1. Phần luyện :
∆h
lL
= 0,01269. 1000 = 12,69 (mm)
∆P
L
=
1000
81,9661,956
638,577
1000
g
638,577
LL
×
×
=×
ρ
= 61,550 (mm.chất lỏng)
2
2
d
LL
L'd
232,1100
360000134,0
.128,0
∆P
C
=
1000
81,9928,945
078,792
1000
g
638,577
LL
×
×
=×
ρ
= 85,357 (mm.chất lỏng)
2
2
d
LC
C'd
232,1100
360000357,0
.128,0
S.100
Q
.128,0h
C) nên ta phải bọc cách nhiệt cho tháp.
Để đảm bảo chất lượng của sản phẩm và khả năng ăn mòn của axit axetic đối với thiết
bò, ta chọn thiết bò thân tháp là thép không gỉ mã X18H10T.
1.1.Các thông số cần tra và chọn phục vụ cho quá trình tính toán :
Nhiệt độ tính toán : t = t
max
+ 20
o
C = 117,6 + 20 = 137,6 (
o
C)
Áp suất tính toán : vì tháp hoạt động ở áp suất thường nên: P = P
thủy tónh
+ ∆P
Khối lượng riêng trung bình của pha lỏng trong toàn tháp:
ρ
L
=
2
928,945661,956
2
LCLL
+
=
ρ+ρ
= 951,295 (kg/m
3
)
Nên: P
= 0,95 (Bảng XIII.8, trang 362, [6])
1.2.Tính bề dày :
Ta có:
95,0
326,0
133
P
][
h
×=ϕ
σ
= 387,863 > 25
⇒ S’ =
95,01332
326,01400
][2
P
h
××
×
=
ϕσ
φ
= 1,805 ⇒ S’ + C
a
= 1,805 + 2 = 3,805 (mm)
Quy tròn theo chuẩn: S = 4 (mm) (Bảng XIII.9, trang 364, [6])
Bề dày tối thiểu: S
min
= 4 (mm) (Bảng 5.1, trang 128, [7])
= 0,360 > P = 0,326 (thỏa)
Kết luận: S = 4 (mm)
Trang 21
Chưng luyện Nước – Axit axetic GVHD: Nguyễn Văn Lục
2. Đáy và nắp :
Chọn đáy và nắp có dạng hình ellip tiêu chuẩn, có gờ, làm bằng thép X18H10T
Chọn bề dày đáy và nắp bằng với bề dày thân tháp: S = 4 (mm).
Kiểm tra điều kiện:
≥
−+
−ϕσ
=
≤
−
P
)CS(R
)CS(][2
]P[
125,0
D
CS
at
ah
= 2,35 (m
2
) (Bảng XIII.10, trang 382, [6])
V.BỀ DÀY MÂM :
1. Các thông số cần tra và chọn phục vụ cho quá trình tính toán :
Nhiệt độ tính toán : t = t
max
= 117,6 (
o
C)
Áp suất tính toán : P = P
thủy tónh
+ P
gờ
Chọn bề dày gờ chảy tràn là 3mm.
Thể tích của gờ chảy tràn: V = 1,017. (50 + 50 + 400 – 20). 3. 10
-6
= 0,00146 (m
3
)
Tra bảng XII.7, trang 313, [6]
⇒ Khối lượng riêng của thép X18H10T là: ρ
X18H10T
= 7900 (kg/m
3
)
Khối lượng gờ chảy tràn: m = Vρ
X18H10T
= 11,572 (kg)
Áp suất do gờ chảy tràn tác dụng lên mâm tròn:
⇒ P = 73,747 + 676,059 = 749,806 (N/m
2
) = 0,0007 (N/mm
2
)
Trang 22
Chưng luyện Nước – Axit axetic GVHD: Nguyễn Văn Lục
Hệ số bổ sung do ăn mòn hóa học của môi trường :
Vì môi trường axit có tính ăn mòn và thời gian sử dụng thiết bò là trong 20 năm
⇒ C
a
= 1. 2 = 2 (mm)
Ứng suất cho phép tiêu chuẩn :
Vì vật liệu là X18H10T ⇒ [σ]
*
= 141 (N/mm
2
) (Hình 1.1, trang 18, [7])
Hệ số hiệu chỉnh : η = 1 (trang 26, [7])
Ứng suất cho phép : [σ] = η [σ]
*
= 141 (N/mm
2
)
Môđun đàn hồi : E = 199824 (N/mm
2
) (Bảng 2.12, trang 45, [7])
Hệ số Poisson : µ = 0,33 (Bảng XII.7, trang 313, [6])
Hệ số điều chỉnh : ϕ
b
2
bb
max
maxl
σ≤
ϕ
=
ϕ
σ
=σ
⇔ S
571,014116
0007,03
1400
][16
P3
D
b
××
×
=
ϕσ
≥
= 1,849 (mm)
D
2
3
T
µ−
=
⇒
3
b
24
3
b
24
b
o
lo
ES
)1(PR
.
16
3
ES64
)1(PR12
W
W
ϕ
µ−
=
ϕ
µ−
kim loại màu và hợp kim của chúng, đặc biệt là khi cần làm mặt bích bằng vật liệu
bền hơn thiết bò.
Bích ren : chủ yếu dùng cho thiết bò làm việc ở áp suất cao.
Chọn bích được ghép thân, đáy và nắp làm bằng thép CT3, cấu tạo của bích là bích liền
không cổ.
Tra bảng XIII.27, trang 417, [6], ứng với D
t
= φ = 1400 (mm) và áp suất tính toán P =
0,326 (N/mm
2
) ⇒ chọn bích có các thông số sau:
D
t
D D
b
D
1
D
o
h
Bu lông
d
b
Z
(mm) (cái)
1400 1550 1500 1460 1413 35 24 40
Tra bảng IX.5, trang 170, [6], với ∆h = 400 (mm) ⇒ khoảng cách giữa 2 mặt bích là
2000mm và số mâm giữa 2 mặt bích là 5.
Ta có:
2
)
Khối lượng của một bích ghép thân:
m
bích ghép thân
=
( )
( )
7850035,04,155,1
4
hDD
4
22
3CT
2
t
2
××−
π
=ρ−
π
= 95,486 (kg)
Khối lượng của một mâm:
m
mâm
=
T10H18Xmâm
2
t
%)10%8%100(D
4
π
= 4042,054 (kg)
Khối lượng của đáy (nắp) tháp:
m
đáy(nắp)
= S
bề mặt
.δ
đáy
. ρ
X18H10T
= 2,35 . 0,004 . 7900 = 74,26 (kg)
Khối lượng của toàn tháp:
m = 32 m
bích ghép thân
+ 71 m
mâm
+ m
thân
+ 2 m
đáy(nắp)= 10786,231 (kg)
2. Tính chân đỡ tháp :
Chọn chân đỡ: tháp được đỡ trên bốn chân.
Vật liệu làm chân đỡ tháp là thép CT
3
.
Trục thiết bò
-9
= 0,005 (m
3
)
Khối lượng một chân đỡ: m
chân đỡ
= V
chân đỡ.
ρ
CT3
= 38,363 (kg)
Trang 25
Copyright: Tài liệu đại học ©