thiết kế tháp chưng luyện hỗn hợp cồn etylic và nước

8/12/2019 Thiết Kế Tháp Chưng Luyện Hỗn Hợp Cồn Etylic Và Nước

http://slidepdf.com/reader/full/thiet-ke-thap-chung-luyen-hon-hop-con-etylic-va-nuoc 1/67

MỤ LỤ

PHẦN I: MỞ ĐẦU....................................................................... 4

I.Khái quát về nguyên liệu...........................................................4

II .Vẽ và thuyết minh sơ đồ dây chuyền sản xuất ……………..6

II.1.Sơ đồ dây chuyền sản xuất:………………………………………6

II.2. Thuyết minh dây chuyền………………………………………...7

PHẦN II: TÍNH TOÁN KĨ THUẬT THIẾT BỊ CHÍNH……. 9

I. Một số kí hiệu và các số liệu ban đầu :……………………….9

II.Tính cân bằng vật liệu………………………………………11

II.1. Tính cân bằng vật liệu…………………………………………11

II.2.Phương trình đườ ng nồng độ của đoạn luyện và đoạn chưng :…….11

II.3.Tính chỉ số hồi lưu thích hợ p……………………………………12

III.Tính đườ ng kính tháp……………………………………...13

III.1.Tính lượng hơi trung bình đi trong tháp :………………………..13

III.2. Tính khối lượ ng riêng trung bình………………………………16

III.3 .Đường kính đoạn chưng và đoạn luyện…………………………19

IV. Tính chiều cao tháp………………………………………...20

IV.1. Đối với đoạn luyện …………………………………………..20

IV.2.Đối với đoạn chưng …………………………………………..26 IV.3, Tìm góc nghiêng của đườ ng cân bằng (tìm mi) ;………………..32

IV.4 Chiều cao tháp .………………………………………………33

WWW.DAYKEMQUYNHON.UCOZ.COM

WWW.FACEBOOK.COM/DAYKEM.QUYNHON

DIỄN Đ

ÀN TOÁN

L Í HÓA

1000B TR

ẦN HƯNG

ĐẠO TP .

QUY NH

ƠN

Email: [email protected]



V. Tính trở lự c của tháp………………………………………34

V.1.Tr ở lực của đĩa khô;…………………………………………..34

V.2, Tr ở lực của đĩa do sức căng bề mặt : ………………………….35

V.3, Tr ở lực của lớ p chất lỏng trên đĩa …………………………….36

PHẦN III: TÍNH TOÁN CÂN BẰNG NHIỆT………………41

I. Thiết bị gia nhiệt hỗn hợp đầu………………………………41

I.1,Nhiệt lượng do hơi đốt mang vào………………………………41

I.2, Nhiệt lượ ng do hỗn hợp đầu mang vào ………………………..42

I.3, Nhiệt lượ ng do hỗn hợp đầu mang ra ……………………….. 42

I.4,Nhiệt lượng do nước ngưng mang ra…………………………..43

I.5,Nhiệt lượ ng mất mát ra môi trườ ng xung quanh………………43

I.6, Lượng hơi đốt cần thiết ……………………………………….43

II,Tháp chưng luyện……………………………………………43

II.1,Nhiệt lượng do hơi đốt mang vào tháp ………………………..44

II.2, nhiệt lượng do lượ ng lỏng hồi lưu vào ………………………..44

II.3, Nhiệt lượng do hơi mang ra ở đỉnh tháp. …………………….45

II.4, Nhiệt lượ ng do sản phẩm đáy mang ra . ……………………..45

II.5, Nhiệt lượ ng mất ra môi trườ ng xung quanh………………….46

II.6, Nhiệt lượng do nước ngưng mang ra …………………………46

II.7.Lượng hơi đốt cần thiết ……………….……………………….46

III, Thiết bị ngưng tụ ……..…………….……………………….46

IV, Thiết bị làm lạnh ……..…………….……………………….47



DIỄN Đ

ÀN TOÁN

L Í HÓA

1000B TR

ẦN HƯNG

ĐẠO TP .

QUY NH

ƠN




PHẦN IV: TÍNH CHỌN THIẾT BỊ PHỤ ……..……………. 49

I, Thiết bị gia nhiệt hỗn hợp đầu : ……..…………….………..49

II, Hiệu số nhiệt độ trung bình : ……..…………….………….49

III, Lượ ng nhiệt trao đổi……..…………….…………………..50

IV, Diện tích trao đổi nhiệt ……..…………….……………….50

IV.1.Hệ số cấp nhiệt phía hơi ngưng tụ : ……..…………….………50

IV.2 , Hệ số cấp nhiệt phía dung dịch: ……..…………….…………51

IV.3 , Tổng nhiệt trở thành ống. ……..…………….………………52

IV.4.Nhiệt tải riêng trung bình ……..…………….……………….53

IV.5,Diện tích trao đổi nhiệt: ……..…………….…………………55

V. Tính bơm. ……..…………….……………………………….56

V.1.Xác định chiều cao thùng cao vị ……..…………….………..56

PHỤ LỤC ……..…………….……………………………….….67



DIỄN Đ

ÀN TOÁN

L Í HÓA

1000B TR

ẦN HƯNG

ĐẠO TP .

QUY NH

ƠN




4

Sinh viên thc hin: Bi Quang Tân GV hư ng dn: Th.S Lê Ngc Cươ ng

PHẦN I: MỞ ĐẦU

Trong công nghi p, vic phân tách các cấu tử từ hỗn hợp ban đầu là r ất cầnthiết nhằm mục đích hoàn thin, khai thác, chế biến…..

Có r ất nhiều phương pháp phân tách các cấu tử trong công nghip, trong đócó phương pháp chưng luyn là một trong những phương pháp hay đượ c sử dụng.

Chưng luyn là phương pháp tách các cấu tử từ hỗn hợp đầu da vào độ bayhơi khác nhau của chúng trong hỗn hợ p.Hỗn hợ p này có thể là chất lỏng hoặc chấtkhí, thường thì khi chưng một hỗn hợ p có bao nhiêu cấu tử thì ta sẽ thu đượ c bấynhiêu sản phẩm.V i hỗn hợ p có hai cấu tử ta sẽ thu đượ c hai sản phẩm là sản phẩmđỉnh chứa phần l n cấu tử dễ bay hơi và sản phẩm đáy chứa phần l n cấu tử khó

bay hơi.

Trong thc tế có thể gặ p r ất nhiều kiểu chưng khác nhau như: chưng bằng hơinư c tr c tiếp chưng đơn giản, chưng liên tục, chưng luyn…Chưng luyn là

phương pháp phổ biến nhất dng để tách hỗn hợ p các cấu tử dễ bay hơi có tínhchất hòa tan hoàn toàn hoặc một phần vào nhau.

I.Khái quát về nguyên liệu.

I.1. Ancol etylic (Etanol)

I.1.a.Tính chất vật lý

- Là chất lỏng, không màu, trong suốt, mi thơm dễ chịu và đặc trưng, vị cay,tanvô hạn trong nưc,tan trong ete và coloroform

- K hối lượng riêng: d = 0,7936 g/ml ở 15oC

- Nhit độ sôi TS = 78,39oC , hóa rắn ở -114,15o C

- Dễ cháy, khi cháy không có khói và ngn lửa có màu xanh da trời

I.1.b ,Tính chất hóa học

Công thức hoá hc của etanol: C2H5OH

Etanol có đầy đủ các tính chất của một ancol đơn chức:

B Q T

D H B K H N



DIỄN Đ

ÀN TOÁN

L Í HÓA

1000B TR

ẦN HƯNG

ĐẠO TP .

QUY NH

ƠN


http://vi.wikipedia.org/wiki/Ch%E1%BA%A5t_l%E1%BB%8Fng



http://vi.wikipedia.org/wiki/M%C3%A0u


http://vi.wikipedia.org/wiki/Kh%E1%BB%91i_l%C6%B0%E1%BB%A3ng_ri%C3%AAng



http://vi.wikipedia.org/wiki/%C4%90%E1%BB%99_C








5


+ Phản ứng thế vi kim loại kiềm, kim loại kiềm thổ.

2 C2H5OH + 2 Na – > 2 C2H5ONa + H2

+ Phản ứng este hóa, phản ứng giữa rượu và acid vi môi trường là acid sulfuricđặc nóng tạo ra este:

C2H5OH + CH3COOH –> CH3COOC2H5 + H2O

+ Phản ứng loại nưc như tách nưc trong một phân tử để tạo thành olefin, trongmôi trường acid sulfuric đặc ở 170 độ C:

C2H5OH -> C2H4 + H2O

Hay tách nưc giữa 2 phân tử rượu thành ete :

C2H5OH + C2H5OH -> C2H5-O-C2H5 + H2O+ Phản ứng oxi hóa:

Mức 1: trong môi trường nhit độ cao

CH3-CH2-OH + CuO -> CH3-CHO + Cu + H2O

Mức 2, có xúc tác:

CH3-CH2-OH + O2 -> CH3-COOH + H2O

Mức 3:

C2H5OH + 3 O2 -> 2 CO2 + 3 H2OMột số phản ứng khác của rượ u etylic:

Phản ứng tạo ra butadien-1,3 : cho hơi rượu đi qua chất xúc tác hỗn hợp, ví dụ hỗnhợp Cu và Al2O3 ở 380 - 400 oC, lúc đó xảy ra phản ứng tách loại nưc

2C2H5OH -> CH2=CH-CH=CH2 + 2 H2O + H2

Phản ứng lên men giấm: oxi hóa rượu etylic 10 độ bằng oxi không khí có mặt mengiấm ở nhit độ khoảng 25 oC

CH3-CH2-OH + O2 -> CH3-COOH + H2OI.1.c.Điều chế.

Etanol đượ c sản xuất bằng cả công nghi p hóa dầu, thông qua công ngh hyđrathóa êtylen, và theo phương pháp sinh hc, bằng cách lên men đường hay ngũ cốcv i men rượ u.

B Q T

D H B K H N



DIỄN Đ

ÀN TOÁN

L Í HÓA

1000B TR

ẦN HƯNG

ĐẠO TP .

QUY NH

ƠN


http://vi.wikipedia.org/wiki/Ph%E1%BA%A3n_%E1%BB%A9ng_th%E1%BA%BF


http://vi.wikipedia.org/wiki/Kim_lo%E1%BA%A1i_ki%E1%BB%81m



http://vi.wikipedia.org/wiki/Kim_lo%E1%BA%A1i_ki%E1%BB%81m_th%E1%BB%95



http://vi.wikipedia.org/wiki/Acid

http://vi.wikipedia.org/w/index.php?title=Acid_sulfuric&action=edit&redlink=1

http://vi.wikipedia.org/wiki/Este


http://vi.wikipedia.org/wiki/Olefin


http://vi.wikipedia.org/wiki/Ether

http://vi.wikipedia.org/w/index.php?title=Oxi_h%C3%B3a&action=edit&redlink=1

http://vi.wikipedia.org/wiki/Nhi%E1%BB%87t_%C4%91%E1%BB%99



http://vi.wikipedia.org/w/index.php?title=X%C3%BAc_t%C3%A1c&action=edit&redlink=1

http://vi.wikipedia.org/w/index.php?title=Butadien-1,3&action=edit&redlink=1

http://vi.wikipedia.org/w/index.php?title=L%C3%AAn_men_gi%E1%BA%A5m&action=edit&redlink=1


http://vi.wikipedia.org/wiki/Kh%C3%B4ng_kh%C3%AD

http://vi.wikipedia.org/w/index.php?title=Men_gi%E1%BA%A5m&action=edit&redlink=1



http://vi.wikipedia.org/w/index.php?title=C%C3%B4ng_nghi%E1%BB%87p_h%C3%B3a_d%E1%BA%A7u&action=edit&redlink=1





http://vi.wikipedia.org/wiki/%C3%8Atylen


http://vi.wikipedia.org/w/index.php?title=Men_r%C6%B0%E1%BB%A3u&action=edit&redlink=1









http://vi.wikipedia.org/wiki/Kh%C3%B4ng_kh%C3%AD


http://vi.wikipedia.org/w/index.php?title=Butadien-1,3&action=edit&redlink=1

http://vi.wikipedia.org/w/index.php?title=X%C3%BAc_t%C3%A1c&action=edit&redlink=1


http://vi.wikipedia.org/w/index.php?title=Oxi_h%C3%B3a&action=edit&redlink=1

http://vi.wikipedia.org/wiki/Ether


http://vi.wikipedia.org/wiki/Olefin



http://vi.wikipedia.org/wiki/Acid






6


I.1.d.Ứ ng dụng

Etanol có thể sử dụng như là nhiên liu cồn (thông thường được trộn lnvi xăng) và trong hàng loạt các quy trình công nghip khác. Etanol cũng được sửdụng trong các sản phẩm chống đông lạnh vì điểm đóng băng thấp của nó.

Etanol dễ dàng hòa tan trong nưc theo mi tỷ l vi s giảm nhẹ tổng thểvề thể tích khi hai chất này được trộn ln nhau. Etanol tinh chất và êtanol 95% làcác dung môi tốt, chỉ ít phổ biến hơn so vi nưc một chút và được sử dụng trongcác loại nưc hoa, sơn và cồn thuốc. Các tỷ l khác của êtanol vi nưc hay cácdung môi khác cũng có thể dng làm dung môi. Các loại đồ uống chứa cồn cóhương vị khác nhau do có các hợp chất tạo mi khác nhau được hòa tan trong nótrong quá trình ủ và nấu rượu. Khi etanol được sản xuất như là đồ uống hỗn hợp thìnó là rượu ngũ cốc tinh khiết.

Etanol cũng được sử dụng trong các gel v sinh kháng khuẩn phổ biến nhấtở nồng độ khoảng 62%. Khả năng khử trng tốt nhất của etanol khi nó ở trongdung dịch khoảng 70%; nồng độ cao hơn hay thấp hơn của etanol có khả năngkháng khuẩn kém hơn. Etanol giết chết các vi sinh vật bằng cách biếntính protein của chúng và hòa tan lipit của chúng. Nó là hiu quả trong vic chốnglại phần ln các loại vi khuẩn và nấm cũng như nhiều loại virus, nhưng không hiuquả trong vic chống lại các bào tử vi khuẩn.

II .Vẽ và thuyết minh sơ đồ dây chuyền sản xuấtII.1.Sơ đồ dây chuyền sản xuất: (Xem trang sau)

Chú thích:

1 – Thùng chứa hỗn hợp đầu 2 – Bơm

3 – Thùng cao vị 4 – Thiết bị gia nhit hỗn hợp đầu

5 – Tháp chưng luyn 6 – Thiết bị ngưn tụ hồi lưu

7 – Thiết bị làm lạnh sản phẩm đỉnh 8 – Thùng chứa sản phẩm đỉnh

9 – Thiết bị gia nhit đáy tháp 10 – Thùng chứa sản phẩm đáy

11 – Thiết bị tháo nưc ngưng

B Q T

D H B K H N



DIỄN Đ

ÀN TOÁN

L Í HÓA

1000B TR

ẦN HƯNG

ĐẠO TP .

QUY NH

ƠN


http://vi.wikipedia.org/w/index.php?title=Nhi%C3%AAn_li%E1%BB%87u_c%E1%BB%93n&action=edit&redlink=1



http://vi.wikipedia.org/wiki/X%C4%83ng


http://vi.wikipedia.org/w/index.php?title=Ch%E1%BB%91ng_%C4%91%C3%B4ng_l%E1%BA%A1nh&action=edit&redlink=1



http://vi.wikipedia.org/wiki/Dung_m%C3%B4i

http://vi.wikipedia.org/wiki/N%C6%B0%E1%BB%9Bc_hoa



http://vi.wikipedia.org/w/index.php?title=S%C6%A1n&action=edit&redlink=1



http://vi.wikipedia.org/w/index.php?title=C%E1%BB%93n_thu%E1%BB%91c&action=edit&redlink=1


http://vi.wikipedia.org/w/index.php?title=R%C6%B0%E1%BB%A3u_ng%C5%A9_c%E1%BB%91c_tinh_khi%E1%BA%BFt&action=edit&redlink=1



http://vi.wikipedia.org/wiki/Protein

http://vi.wikipedia.org/wiki/Lipit

http://vi.wikipedia.org/wiki/Vi_khu%E1%BA%A9n



http://vi.wikipedia.org/wiki/N%E1%BA%A5m



http://vi.wikipedia.org/wiki/Virus


http://vi.wikipedia.org/w/index.php?title=B%C3%A0o_t%E1%BB%AD&action=edit&redlink=1







http://vi.wikipedia.org/wiki/Lipit

http://vi.wikipedia.org/wiki/Protein





http://vi.wikipedia.org/wiki/Dung_m%C3%B4i






8


đến nhit độ sôi. Sau đó, dung dịch được đưa vào tháp chưng luyn qua đĩa tiế pliu.

Tháp chưng luyn gồm 2 phần : phần từ đĩa tiế p liu tr ở lên gi là đoạn

luyn, phần từ đĩa tiế p liu tr ở xuống gi là đoạn chưng. Như vậy, ở trong tháp, pha lỏng đi từ trên xuống và tiế p xúc vi pha hơi đi

từ dưi lên.Hơi bốc từ đĩa dư i lên qua các lỗ đĩa trên và tiế p xúc v i pha lỏng củađĩa trên, ngưng tu một phần, vì thế nồng độ cấu tử dễ bay hơi trong pha lỏng tăngdần theo chiều cao tháp. Vì nồng độ cấu tử dễ bay hơi trong pha lỏng tăng nênnồng độ của nó trong hơi do lỏng bốc lên cũng tăng. Cấu tử dễ bay hơi có nhit độ sôi thấp hơn cấu tử khó bay hơi nên khi nồng độ của nó tăng thì nhit độ sôi củadung dịch giảm. Tóm lại, theo chiều cao tháp nồng độ cấu tử dễ bay hơi (cả pha

lỏng và pha hơi) tăng dần, nồng độ cấu tử khó bay hơi (cả pha lỏng và pha hơi)giảm dần, và nhit độ giảm dần. Cuối cùng, ở đỉnh tháp ta sẽ thu đượ c hỗn hợp hơicó thành phần hầu hết là cấu tử dễ bay hơi còn ở đáy tháp ta sẽ thu đượ c hỗn hợ plỏng có thành phần cấu tử khó bay hơi chiếm tỉ l l n.

Để duy trì pha lỏng trong các đĩa trong đoạn luyn ta bổ xung bằng dòng hồilưu đượng ngưng tụ từ hơi đỉnh tháp. Hơi ở đỉnh tháp được ngưng tụ bằng thiết bị ngưng tụ hoàn toàn 6, dung dịch lỏng thu được sau khi ngưng tụ một phần đượ chồi lưu trở lại đĩa trên cng của đoạn luyn để duy trì pha lỏng trong các đĩa đoạn

luyn, phần còn lại được đưa qua thiết bị làm lạnh 7 để ngưng tụ tiếp và đi vào bể chứa sản phẩm 8. Chất lỏng ở đáy tháp đượ c tháo ra ở đáy tháp sau đó một phầnđược đun sôi bằng thiết bị gia nhit đáy tháp 9 và hồi lưu về đĩa đáy tháp phần cònlại được đưa vào bể chứa sản phẩm đáy 10. Nưc ngưng của các thiết bị gia nhitđượ c tháo qua cá thiết bị tháo nưc ngưng 11.

Như vậy, thiết bị làm vic liên tục (hỗn hợ p đầu đưa vào liên tục và sản phẩm cũng đượ c lấy ra liên tục).

B Q T

D H B K H N



DIỄN Đ

ÀN TOÁN

L Í HÓA

1000B TR

ẦN HƯNG

ĐẠO TP .

QUY NH

ƠN




9


PhÇn II: TÍNH TOÁN KỸ THUẬT

THIẾT BỊ CHÍNH

I. Một số kí hiệu và các số liệu ban đầu :

- Giả thiết:+ số mol pha hơi đi từ dư i lên là bằng nhau trong tất cả mi tiết din củatháp.+ số mol chất lỏng không thay đổi theo chiều cao đoạn chưng và đoạn luyn.+hỗn hợp đầu đi vào ở nhit độ sôi.+Chất lỏng ngưng tụ trong thiết bị ngưng tụ có thành phần bằng thành phầncủa hơi đi ra ở đỉnh tháp.+Cấ p nhit ở đáy tháp bằng hơi đốt gián tiế p.

- Yêu cầu thiết bị.F : Năng suất thiết bị tính theo lượ ng hỗn hợp đầu. F=500 l/h+ Khối lượ ng riêng trung bình pha lỏng :

2

1

1

1 )1(1

aa

[II.184] : Khối lượ ng riêng trung bình pha lỏng (kg/lít).

1 : Khối lượ ng riêng trung bình cấu tử 1 (kg/lít).

2 : Khối lượ ng riêng trung bình cấu tử 2 (kg/lít).

1a : Nồng độ khối lượ ng trung bình cấu tử 1 (kg/kg). lít kg etylic /789,01

lít kg n /998.02

a 1 = 0,11(kg/kg).S ố liệu đượ c tra vớ i nhiệt độ hỗ n hợ p là 200C, [I. tr10 ].

+ Thay số của các giá tr ị vào công thức ta có :

lít kg /968.0998.0

)11.01(

789.0

11.01

B Q T

D H B K H N



DIỄN Đ

ÀN TOÁN

L Í HÓA

1000B TR

ẦN HƯNG

ĐẠO TP .

QUY NH

ƠN




10


Thiết bị làm vic ở áp suất thườ ng 1atmTháp loại : tháp chóp.

- Điều kin:

aF :Nồng độ ancol etylic trong hỗn hợp đầu = 11% khối lượ ng.aP : Nồng độ ancol etylic trong sản phẩm đỉnh = 92% khối lượ ng.aW : Nồng độ ancol etylic trong sản phẩm đáy = 0.5% khối lượ ng.M1 : Khối lượ ng phân tử của etylic = 46 kg/kmol.M2 : Khối lượ ng phân tử của H2O = 18 kg/kmol.XF : Nồng độ phần mol cấu tử dễ bay hơi trong hỗn hợp đầu .X p : Nồng độ phần mol cấu tử dễ bay hơi trong sản phẩm đỉnh .XW : Nồng độ phần mol cấu tử dễ bay hơi trong sản phẩm đáy

GF : lượ ng hỗn hợp đầu (kg/s)GF = 0,968.500 =484(kg/giờ ) = 0,1344 (kg/s)G p :lượ ng sản phẩm đỉnh (kg/s).Gw : lượ ng sản phẩm đáy (kg/s). F : lượ ng sản phẩm đầu (kmol/s).P : lượ ng sản phẩm đỉnh (kmol/s).W : lượ ng sản phẩm đáy (kmol/s).

+ Đổi từ phần khối lượ ng sang phần mol.

Xi = j j

ii

M a

M a

/(

/ [III.3]

XF = 046,0

18/)11,01(46/11,0

46/11,0

/)1(/

/

21

1

M a M a

M a

F F

F

X p =818,0

18/)92,01(46/92,0

46/92,0

/)1(/

/

21

1

M a M a

M a

p p

p

3

21

1 10.96,118/)005,01(46/005,0

46/005,0

/)1(/

/

M a M a

M a X

W W

W

w

B Q T

D H B K H N



DIỄN Đ

ÀN TOÁN

L Í HÓA

1000B TR

ẦN HƯNG

ĐẠO TP .

QUY NH

ƠN




11


+, Lượ ng hỗn hợp đầu tính theo kmol/s :

F = GF/MF (kmol/s)

Trong đó MF : khối lượ ng mol trung bình của hỗn hợp đầu kg/kmol :

MF = XF.M1 + (1 – XF).M2 = 0,046.46 + (1 – 0,046).18 = 19,288 (kg/kmol)

F = 0,1344/19,288 = 6,97.10-3(kmol/s)

II.Tính cân bằng vật liệu

II.1. Tính cân bằng vật liệu.

Theo phương trình cân bằng vật liu cho toàn tháp tính theo (kmol/s):

F = P + W

Và phương trình cân bằng vât liu cho cấu tử dễ bay hơi (etylic) tính theo (kmol/s):

F.xF = P.xP + W.xw

Lượ ng sản phẩm đỉnh là:

P= )/(10.761,3

10.96,1818,0

)10.96,1046,0(10.97,6).( 4

3

33

skmol

x x

x x F

W p

W F

G p = )/(0154,0005,092,0

005,011,0.1344,0 skg

aa

aaG

W p

W F F

Lượ ng sản phẩm đáy là :

W = F - P = 6,97.10-3 – 3,761.10-4 = 6,594.10-4 (kmol/s).

Gw = GF – GP = 0,1344 – 0,0154 = 0,119 (kg/s)

II.2.Phương trình đườ ng nồng độ của đoạn luyện và đoạn chưng :

II.2.a.Phương trình đườ ng nồng độ làm việc của đoạn luyện :

B Q T

D H B K H N



DIỄN Đ

ÀN TOÁN

L Í HÓA

1000B TR

ẦN HƯNG

ĐẠO TP .

QUY NH

ƠN




12


y = p

x x

x x R

x R

R

1

1

1

( y :nồng độ cấu tử dễ bay hơi trong pha hơi từ dư i lên kmol/kmol.

x :nồng độ cấu tử dễ bay hơi trong pha lỏng kmol/kmol

R x :chỉ số hồi lưu R x = Gx /p

Gx : lượ ng lỏng hồi lưu về tháp (kmol/s) )

II.2.b.Phương trình đườ ng nồng độ làm việc của đoạn chưng :

y = w

x x

x x R

L x

R

L R

1

1

1

L = F/P = 6,97.10-3 / 3,761.10-4 = 18,53

II.3.Tính chỉ số hồi lưu thích hợ p.II.3.a.Tính chỉ số hồi lưu tối thiểu.

- Vẽ đườ ng cân bằng y = f(x) theo số liu từ bảng [IX – 2a, II.148].

X 0 5 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100y 0 33,2 44,2 53,1 57,6 61,4 65,4 69,9 75,3 81,8 89,8 100

V i XF = 0,055 nội suy theo bảng trên ta có y*

F = 0,320

R min = F F

F p

X Y

Y X

*

* = 82,1

046,0320,0

320,0818,0

[II.159].

II.3.b. Tính chỉ số hồi lưu thích hợ p.

- Vẽ các đồ thị xác định số đĩa lý thuyết N v i các giá tr ị :

R x = [1,25 - 2,5]R min.

- Từ đồ thị R x – N(R x+1) ta có :R th = 3,292 ứng v i NLT = 14Trog đó : Nc = 4, NL = 10

Phương trình đườ ng làm vic đoạn luyn :

y = p

x x

x x R

x R

R

1

1

1

= 190,0767,0818,0.

1292,3

1

1292,3

292,3

x x

B Q T

D H B K H N



DIỄN Đ

ÀN TOÁN

L Í HÓA

1000B TR

ẦN HƯNG

ĐẠO TP .

QUY NH

ƠN




15


r đ = r etylic .yđ + (1 – yđ).r nư c =196,75. yđ + (1 – yđ).551,31 = 551,31 – 354,56 yđ

(kcal/kg)

yđ = y p = a p= 0,92 (phần khối lượ ng).

r đ = 225,115 (kcal/kg)

thay toàn bộ các đại lượ ng trên vào h phương trình

đ đ

p p

p

r g r g

xG xG y g

GG g

11

1111

11

=>

115,225.0661,0)84,35028,543(

92,0.0154,011,0.

0154,0

11

111

11

y g

G y g

G g

=>

)/(13,0

)/(67,497

)/(7846,0

)/(80,0

1

1

1

1

kg kg y

kg kcal r

skg G

skg g

Vậy:

gtbL = )/(433,02

0661,080,0

21 skg

g g đ

III.1.2 Lượng hơi trung bình đi trong đoạn chưng gtbC :

gtbC = (g1’ + gn

’)/2 (kg/s)

g1’ : Lượng hơi đi vào đoạn chưng (kg/s) ;

gn’ : Lượng hơi đi ra khỏi đoạn chưng (kg/s) ;

- Tính theo phương trình cân bằng vật liu và phương trình cân bằng nhitlượ ng ;

'''

1

'

1

'

1

'

1

'

1

'

1

'

1

nn

www

w

r g r g

xG y g xG

G g G

Có : gn

’

= g1 ; yw = y1

’

= 0,013 (phần mol).G1

’ : Lượ ng lỏng đi vào đĩa thứ nhất của đoạn chưng (kg/s).

x1’ : hàm lượ ng lỏng ứng vi đĩa thứ nhất của đoạn chưng.

r 1’ : ẩn nhit hóa hơi của hỗn hợp hơi đi vào đĩa thứ nhất của đoạn chưng (kcal/kg).

B Q T

D H B K H N



DIỄN Đ

ÀN TOÁN

L Í HÓA

1000B TR

ẦN HƯNG

ĐẠO TP .

QUY NH

ƠN




17


III.2.1.a. Đoạn luyện.

- Nồng độ phần mol trung bình của cấu tử etylic trong pha lỏng :

XtbL = (xF + x p)/2 = (0,046 + 0,818)/2 = 0,432

Nội suy từ bảng (IX.2a) [II.148], v i nồng độ xtbL = 0,417 => tL = 80,544 oC.

yđ1 = y p = x p = 0,818

yc = y1 = 0,13

(kg/kg)

đổi y1 sang nồng độ phần mol : y1 = 0,055 (kmol/kmol)

nên : ytb1 = (0,818 + 0,055)/2 = 0,437 (kmol/kmol).

T = 273 + 80,544 = 353,544(K)

Vậy ta có :

273..4,22

).1( 2111

T

M y M y tbtb ytbL

= )/(023,1273.

544,353.4,22

18).437,01(46.437,0 3mkg

III.2.1.b. Đoạn chưng.

XtbC = (xF + xw) /2 = (0,046 + 1,96.10-3)/2 = 0,024 => tC = 95,44oC

ytbC = (yđ1 + ycl) /2 (yđ1, ycl : nồng độ phần mol của etylic trong pha hơi ở 2 đầuđoạn chưng.

yđ1 = yw = 0,013 ycl = y1 = 0,13

YtbC = ( 0,013 + 0,13) /2 = 0,072

T = 95,44 + 273 = 368,44 (K )

)/(662,0273.44,368.4,22

18).072,01(46.072,0 3mkg ytbC

III.2.2 .Khối lượ ng riêng trung bình của pha lỏng .

Công thức tính :

B Q T

D H B K H N



DIỄN Đ

ÀN TOÁN

L Í HÓA

1000B TR

ẦN HƯNG

ĐẠO TP .

QUY NH

ƠN




18


2

1

1

1 11

xtb

tb

xtb

tb

xtb

aa

[II.183],

xtb : khối lượ ng riêng trung bình pha lỏng,

1 xtb , 2 xtb : khối lượ ng riêng trung binh của cấu tử etylic và nư c lấy theo nhit dộ trung bình.

atb1 : phần khối lượ ng của cấu tử etylic trong lỏng.

III.2.2.a .Đoạn luyện .

atbL = (a p + aF) /2 = (0,92 + 0,11) /2 = 0,515 v i tL = 80,544oC tra bảng (I.2)[I.9], nội suy ta có :

1 xtb = 735 (kg/m3) 2 xtb = 972 (kg/m3)

Vậy : xtbL = (0,515/735 + (1 – 0,515)/972)-1 = 833,58 (kg/m3)

III.2.2.b.Đoạn chưng :

atbC = (aw + aF) /2 = (0,11 + 0,05)/2 = 0,08

V i tC = 95,44oC nội suy theo bảng (I.2) [I,9], ta có :

1 xtb = 720 (kg/m3) 2 xtb = 961 (kg/m3)

Vậy : xtbC = (0,08/720 + (1 – 0,08)/961)-1 = 935,94 (kg/m3).

III.2.3.Tốc độ hơi đi trong tháp đĩa chóp :

Công thức :

( )./(..065,0 2 smkg h ytb xtbtb y y

Trong đó :

xtb , ytb : là khối lượ ng riêng trung bình của pha lỏng và pha hơi tính theo nhit

độ tủng bình.

h : khoảng cách giữa các đĩa .(chn h = 0,25 m)

B Q T

D H B K H N



DIỄN Đ

ÀN TOÁN

L Í HÓA

1000B TR

ẦN HƯNG

ĐẠO TP .

QUY NH

ƠN




19


: h số tính đến sức căng bề mặt.

< 20 đym/cm thì = 0,8

> 20 đym/cm thì = 1

III.2.3.a Đoạn luyện.

ytbL = 1,023 (kg/m3) xtbL = 833,58(kg/m3)

V i nhit độ tL = 80,544 oC tra bảng (I,242),[I.301], nội suy ta có :

etylic = 17,3 (đym/cm) nư c = 62,6 (đym/cm)

Do đó :

= (0,515/17,3 + (1 - 0,515)/62,6)-1 = 26,65 => chn = 1

Vậy: )./(95,0023,1.58,833.25,0.065,0 2 smkg

tbL y y

III.2.3.b.Đoạn chưng

ytbC = 0,803 (kg/m3) xtbC = 935,94 (kg/m3).

V i tC = 95,44oC tra bảng (I,242),[I.301], nội suy ta có :

etylic = 15,9 (đym/cm) nư c = 59,7 (đym/cm)

V i atbC = 0,08 ta có: = (0,08/15,9 + (1 - 0,08)/59,7)-1 = 48,9 (đym/cm)

=> chn = 1

Vậy : )./(89,0803,0.94,935.25,0.065,0 2 smkg tbC y y

III.3 .Đường kính đoạn chưng và đoạn luyện.

III.3.1.Đoạn luyện :

gtbL = 0,433 (kg/s) = 1558,8(kg/h)

B Q T

D H B K H N



DIỄN Đ

ÀN TOÁN

L Í HÓA

1000B TR

ẦN HƯNG

ĐẠO TP .

QUY NH

ƠN




21


Coi hơi là lý tưở ng thì : m1 = ytbL = 0.437

m2 = 1 - ytbL = 0,563

ở nhit độ tL = 80,544oC tra bảng (I.113) [I.116], nội suy ta có :

1 = 102,6.10-7 (N.s/m2) 2 = 0,3543.10-3 (N.s/m2) [I.95]

Ta có :

M = ytbL .M1 + (1- ytbL)M2 = 0,437.46 + (1 – 0,437).18 = 30,236 (kg/kmol)

30,236/ = 0,437.46/102,6.10-7 + 0,563.18/0,3543.10-3 => = 1,52.10-5

(N.s/m2)

IV.1.1.b.Xét pha lỏng.

lg( hh) = x1lg 1 + x2lg 2 [I.84]

x1, x2 : nồng độ phần mol của các cấu tử trong hỗn hợ p

ở 80,544 oC tra bảng (I.109) [I.106], nội suy ta có :

1 = 0,472.10-3 (N.s/m2) 2 = 0,3543.10-3 (N.s/m2) [I.95]

xtbL = 0.432 ta có:lg( hh) = x1lg 1 + x2lg 2 = 0,432.lg0,472.10-3 + (1 – 0,432)lg0,3543.10-3

hh = 4,01.10-4 (N.s/m2)

IV.1.2 Hệ số khuếch tán của khí vào hơi.

Dy =21

23/1

2

3/1

1

5,14 11.

)(

.10.0043,0

M M V V p

T

(m2/s) [II.127].

Trong đó :

M1 , M2 : Lần lượ t là khối lượ ng mol phân tử của etylic và nư c.

V1 ,V2 : là thể tích mol của các khí .

B Q T

D H B K H N



DIỄN Đ

ÀN TOÁN

L Í HÓA

1000B TR

ẦN HƯNG

ĐẠO TP .

QUY NH

ƠN




22


+ thể tích mol của các khí đượ c tính theo công thức : V = n iV (theo nguyên tắc

cộng).

Vi : thể tích của nguyên tử,

N : số nguyên tử cùng loại.

Ta có P = 1at;

V1 = 2.14,8 + 6.3,7 + 1.7,4 = 59,2(cm3/mol).

V2 = 2.3,7 + 1.7,4 = 14,8 (cm3/mol).

Vậy : Dy = )/(10.97,118

1

46

1.

)8,142,59(

544,353.10.0043,0 25

23/13/1

5,14

sm

IV.1.3.Hệ số cấp khối.

IV.1.3.a , Hệ số cấp khối pha hơi.

Tính cho 1 m2 làm vic của đĩa chóp :

)11000Re79,0(4,22

y

y

y

D

kmol

kmol sm

kmol

.2 [II.165].

Dy : h số cấp hơi trung bình pha hơi;

Rey = y

y y h

.. :

y : vận tốc hơi tính cho mặt cắt t do của tháp.

)/(93,0023,1.76,0

8,1558.0188,0

.

.0188,02

2

2

2

sm D

g

yL L

tbL yL

)/(11,1803,0.05,1

2772.0188,0

.

.0188,02

2

2

2

sm D

g

yC C

tbC yC

h : kích thư c dài, chn h =1 (m)

tbL : khối lượng riêng trung bình pha hơi . ytbL = 1,023 (kg/m3)

B Q T

D H B K H N



DIỄN Đ

ÀN TOÁN

L Í HÓA

1000B TR

ẦN HƯNG

ĐẠO TP .

QUY NH

ƠN




23


y : độ nh t trung bình của hơi. = 1,52.10-5 (N.s/m2)

Rey = 6259110.52,1

023,1.1.93,05

Ta có :

)11000Re79,0(4,22

y

y

y

D = 1,97.10-5(0,79.62591 + 11000)/22,4 = 0,053(

kmol

kmol sm

kmol

.2

)

IV.1.3.b. Hệ số cấp khối pha lỏng :

62,0Pr ..

.38000 x

x

x x x

h M

D

kmol

kmol sm

kmol

.2 [II.165].

Trong đó :

Mx : Khối lượ ng mol trung bình pha lỏng (kg/kmol) ;

Mx = 0,432.46 + (1 – 0,432).18 = 30,096 (kg/kmol) ;h : kích thư c dài, chn h = 1 (m) ;

xtb : khối lượ ng riêng trung bình pha lỏng ; xtb = 833,58 (kg/m3)

Dx : h số khuếch tán trung bình pha lỏng ;

Dx = D20[1 + b(t – 20)] [II.134],

b = 3

2,0

[II.135] ( : độ nh t của dung môi ở 20o

C, : khối lượ ng riêng của

dung môi ở 20oC)

tra bảng [I.10] ta có = 1000 (kg/m3) =1.10-3 (N.s/m2) = 1cP => b =

0,02

B Q T

D H B K H N



DIỄN Đ

ÀN TOÁN

L Í HÓA

1000B TR

ẦN HƯNG

ĐẠO TP .

QUY NH

ƠN




25


Pr x = 64,3010.57,1.833,58

10.01,48

4

62,0Pr .

.

.38000 x

x

x x x

h M

D 138,064,30.

1.096,30

10.57,1.58,833.38000 62,08

kmol

kmol sm

kmol

.2

IV.1.4 Hệ số chuyển khối.

K y =

x

i

y

m

1

1

mi : H số phân bố vật chất phụ thuộc vào nhit độ, áp suất, nồng độ.

x y , : h số cấ p khối của pha hơi và pha lỏng ;

K y =

138,0053,0

1

1

im

IV.1.5 Tính đườ ng kính ống chảy truyền đoạn luyện. dLc

Ta có :

dcL =

cc x

xtbL

z

g

....3600

.4

[II.236],

trong đó :

- gxtbL :lượ ng lỏng đi trong đoạn luyn (kg/h)

gtbL =2

1 xGG (v i G1 là lưu lượ ng lỏng đi vào đĩa thứ nhất của đoạn luyn;

G1 = 0,7846.3600 = 2824,56 (kg/h)Gx : lượ ng lỏng hồi lưu

Gx = R x.G p = 3,292.0,0154.3600 = 182,51 (kg/h)

gtbL = 1503,54 (kg/h);

B Q T

D H B K H N



DIỄN Đ

ÀN TOÁN

L Í HÓA

1000B TR

ẦN HƯNG

ĐẠO TP .

QUY NH

ƠN




26


- x = 833,58 (kg/m3)

- Zc : số ống chảy truyền, phụ thuộc vào đườ ng kính tháp, chn zc = 1.- c : tốc độ chất lỏng trong ống chảy truyền. Chn c = 0,15 (m/s).

Thay số ta có : dcL = )(065,0

1.15,0.58,833.14,3.360054,1503.4 m

IV.1.6 tính số đơn vị chuyển khối (mytL)

mytL =

ytbL

L yL

g

f K . [II.173],

gytbL :lượng hơi trung bình của đoạn luyn (kmol/s), gytbL = 0,0143 (kmol/s),

f L = F – (f ch.m + f h.n),

trong đó : F : là din tích mặt cắt ngang củatháp

F = 3,14.DL2/4 = 3,14.0,762 /4 = 0,453(m2),

f ch : din tích mặt cắt ngang của ống chảy truyền.

f ch = 3,14. 0,0652/4 = 3,32.10-3 (m2)

f h : din tích mặt cắt ngang của ống hơi.

f h = 3,14.d2h /4 dh : đườ ng kính ống hơi , chn dh = 0,1 (m)

f h = 7,85.10-5 (m2)

n : số ống hơi trên mỗi đĩa. n = 0,1.DL2 /dh

2 = 5,8 (quy chuẩn n = 6)[II.236].

m : số ống chảy truyền trên một đĩa : chn m = 1

vậy : f L = 0,453 - (3,32.10-3

+ 7,85.10-5

.6) = 0,449(m2

).

Do đó : mytL = K y. 0,449/0,0143 = 31,40K y

IV.2.Đối vớ i đoạn chưng.

gtbC = 0,77 (kg/s) = 0,025 (kmol/s)

B Q T

D H B K H N



DIỄN Đ

ÀN TOÁN

L Í HÓA

1000B TR

ẦN HƯNG

ĐẠO TP .

QUY NH

ƠN




28


V1 ,V2 : là thể tích mol của các khí .

+ thể tích mol của các khí đượ c tính theo công thức : V = n iV (theo nguyên tắc

cộng).

Vi : thể tích của nguyên tử,

N : số nguyên tử cùng loại.

Ta có P = 1at;

V1 = 2.14,8 + 6.3,7 + 1.7,4 = 59,2 (cm3/mol).

V2 = 2.3,7 + 1.7,4 = 14,8 (cm3/mol).

Vậy : Dy = )/(10.13,2181

461.

)8,142,59(45,372.10.0043,0 25

23/13/1

5,14

sm

IV.2.3.Hệ số cấp khối;

IV.2.3.a , Hệ số cấp khối pha hơi.

Tính cho 1 m2 làm vic của đĩa chóp :

)11000Re79,0(4,22

y

y

y

D

kmol kmol sm

kmol

.2

[II.165].

Dy : h số cấp hơi trung bình pha hơi;

Rey = y

y y h

.. : y : vận tốc hơi tính cho mặt cắt t do của tháp.

)/(107,1803,0.05,1

3600.77,0.0188,0

.

.0188,02

2

2

2

sm D

g

yC C

tbC yC

h : kích thư c dài, chn h =1 (m)

tbC : khối lượng riêng trung bình pha hơi . ytbC = 0,803 (kg/m3)

y : độ nh t trung bình của hơi. = 1,6.10-5 (N.s/m2)

B Q T

D H B K H N



DIỄN Đ

ÀN TOÁN

L Í HÓA

1000B TR

ẦN HƯNG

ĐẠO TP .

QUY NH

ƠN




30


DAB =23/1

2

3/1

12

21

6

)(

1110.1

V V AB

M M

[II.133],

Trong đó : DAB : H số khuếch tán của khí trong lỏng ;

M1, M2 : khối lượ ng mol của các cấu tử (kg/kmol) ;

A, B : h số hiu chỉnh của khí khuếch tán và của dung môi ;

: độ nh t của dung môi ở 20oC (cp);

V1 ,V2 :thể tích mol (cm3/mol) ;

Ta có : A = 1,31 B = 4,7 [II.133],

= 1,005 (cp) [I.94],

V1 = 59,2 (cm3/mol) V2 = 14,8 (cm3/mol) ;

D20 = DAB = 9

23/13/1

6

10.09,7)8,142,59(005,17,4.31,1

18

1

46

110.1

(m2/s)

Vậy : Dx = D20[1 + b(t – 20)] =7,09.10-9[1 + 0,02(95,44 – 20)] = 1,78 .10-8 (m2/s)

+ chuẩn số Prant :

Pr x = x x

x

D.

Pr x : Chuẩn số Prant đối v i pha lỏng ;

x : Độ nh t trung bình của pha lỏng ;

x : Khối lượ ng riêng trung bình pha lỏng;

B Q T

D H B K H N



DIỄN Đ

ÀN TOÁN

L Í HÓA

1000B TR

ẦN HƯNG

ĐẠO TP .

QUY NH

ƠN




33


x 0,01 0,055 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,75y 0,04284 0,2322 0,2667 0,3434 0,4201 0,4968 0,5735 0,6502 0,7269 0,765ycb 0,117 0,347 0,442 0,531 0,576 0,614 0,654 0,699 0,751 0,782Tgα

=mi

9,51 3,48 1,73 0,674 0,404 0,384 0,424 0,488 0,577 0,700

K y 0,0146 0,0270 0,0356 0,0441 0,0470 0,0472 0,0467 0,0460 0,0451 0,043Cyt 1,5815 1,8963 2,325 2,8440 3,0465 3,0618 3,0252 2.9743 2,9124 2,829myt 0,4584 0,6399 0,8437 1,0452 1,114 1,119 1,107 1,090 1.069 1,040AiCi 0,069 0,115 0,176 0,188 0,156 0,117 0,081 0,049 0,024 0,017BiCi 0,044 0,061 0,076 0,066 0,051 0,038 0,027 0,016 0,008 0,006

- vẽ đườ ng cong cân bằng ycb=f(x)- vẽ đườ ng làm vic của đoạn chưng và đoạn luyn.-

dng các đườ ng thẳng vuông góc ox tại các điểm có hoành dộ x như trong bảng.- các đườ ng vuông góc này cắt đườ ng làm vic tại các điểm Ai, cắt đườ ng cân

bằng tại các điểm Ci.- từ các điểm Ci k ẻ các tiế p tuyến vi đườ ng cân bằng tại các điểm Ci ta tìm

đượ c h số góc tgα = mi .- từ mi ta tìm đượ c K y

IV.3.1, Đườ ng cong phụ và số đĩa thự c tế.

Tìm số đơn vị chuyển khối v i mỗi đĩa :

trong pha hơi: mytL = 31,4 K yL mytC = 23,7 K yC

-

xác định Cy theo công thức : Cy = e my

- xác định BiCi = AiCi / Cy - vẽ đườ ng cong phụ đi qua các điểm Bi;- vẽ số bậc nằm giữa đườ ng cong phụ và đườ ng làm vic .- số bậc là số đĩa thc tế của tháp ;

từ đồ thị ta có : NL = 16 , NC = 9

IV.4,Chiều cao tháp ;

H = Ntt(Hđ + ) + 0,8 [II,169],

B Q T

D H B K H N



DIỄN Đ

ÀN TOÁN

L Í HÓA

1000B TR

ẦN HƯNG

ĐẠO TP .

QUY NH

ƠN




34


Trong đó :

H là chiều cao của tháp ;

Ntt : số đĩa thc tế ;

Hđ : khoảng cách giữa các đĩa : chn Hđ = 0,35 (m) ;

: chiều dày của đĩa ,chn = 0,002 (m);

H = 25(0,35 + 0,002) + 0,8 = 8,35 (m)

V, Tính trở lự c của tháp.

Tr ở lc của tháp chóp đượ c tính theo công thức :

đ tt P N P . (N/m2) [II.192],

Trong đó :

- Ntt : số đĩa thc tế của tháp,-

đ P : tổng tr ở lc của một đĩa,

đ P = t sk P P P (N/m2)

Trong đó :

k P : tr ở lc của đĩa khô

s P : tr ở lc do sức căng bề mặt;

t P : tr ở lc thủy tĩnh

V.1.Trở lự c của đĩa khô;

k P =2

2

c y (N/m2) [II.192],

Trong đó : :h số tr ở lc chn = 4,5

B Q T

D H B K H N



DIỄN Đ

ÀN TOÁN

L Í HÓA

1000B TR

ẦN HƯNG

ĐẠO TP .

QUY NH

ƠN




35


y : Khối lượng riêng pha hơi,

c : vận tốc khí qua rãnh chóp,

c = nd

V

h

y

..3600

42

Vy : lưu lượng hơi đi trong tháp Vy = gytb / y

Gytb :lượ ng hởi trung bình đi trong đoạn chưng, đoạn luyn.

dh : đườ ng kính trong của ống hơi, chn dh = 0,1 (m)

n : số chóp phân bố trên mỗi đĩa : n = 0,1 D2 /dh2 = 0,1.12 /0,12 = 10

V.1.1.đoạn luyện,

Vy = 0,433.3600/1,023 = 1523,75 (m3/h)

c = )/(493,412.1,0.3600

75,1523.42

smh

k P = 5,462

493,4.023,1.5,4 2

(N/m2)

V.1.2đoạn chưng :

Vy = 0,77.3600 / 0,662 = 4187,31 (m3/h)

c = )/(35,1212.1,0.3600

31,4187.42

smh

k P = 2,2272

35,12.662,0.5,4 2

(N/m2)

V.2, trở lự c của đĩa do sức căng bề mặt : s P

)/(4 2m N d

P t đ

s

Trong đó :

B Q T

D H B K H N



DIỄN Đ

ÀN TOÁN

L Í HÓA

1000B TR

ẦN HƯNG

ĐẠO TP .

QUY NH

ƠN




36


: sức căng bề mặt (N/m2),

dtđ : đường kính tương đương của khe rãnh chóp.

Khi rãnh chóp mở hoàn toàn :

dtđ = 4f(x) / [II.194]

f(x) : tiết din t do của rãnh,

f(x) = hr .b (hr ,b : chiều cao và chiều r ộng rãnh)

chn hr = 20 mm = 0,02 m

b = 4 mm =0,004 m

f(x) = 0,02.0,004 = 8.10-5 (m2)

: chu vi rãnh ; = 2.(0,02 + 0,004) = 0,048 (m)

Vậy :

dtđ = 4. 8.10-5/0,048 = 0,0067 (m)

- sức căng bề mặt của hỗn hợ p ;

L

= 26,65 (đym/cm) = 26,65.10

-3

(N/m)

)/(91,150067,0

10.65,26.4 23

m N P L

s

= 47,04 (đym/cm) =47,04.10-3 (N/m)

)/(08,280067,0

10.04,47.4 23

m N P C

s

V.3, trở lự c của lớ p chất lỏng trên đĩa . Tr ở lc thủy tĩnh : t P

)2/(. r bbt hh g P (N/m2) [II.194],

Trong đó :

B Q T

D H B K H N



DIỄN Đ

ÀN TOÁN

L Í HÓA

1000B TR

ẦN HƯNG

ĐẠO TP .

QUY NH

ƠN




38


dh : đườ ng kính ống hơi dh = 0,1(m)

ch : chiều dày chóp : chn ch = 0,002(m),

dch = )(1443,0)002,0.21,0(1,0 22 m => f = 0,875.0,14432.20 = 0,3269 (m2),

f x : khối lượ ng riêng trung bình pha lỏng (kg/m3),

hch : chiều cao của chóp (m),

V.3.1. Đoạn luyện.

gxtbL = 1558,8 (kg/h), xtbL = 833,58 (kg/m3),

VL = gxtbL / xtbL = 1,87 (m3/h),

dLc = 0,065 (m) => h =

2

3

.85,1.3600

cd

V = 0,012 (m),

vậy hc = (h1 + b + s) - h = (0,03 + 0,02 + 0,01) – 0,012= 0,048 (m),

= h =0,012 (m),

+ chiều cao l p chất lỏng không bt trên đĩa.

hx = s + hr /2 = 0,01 + 0,02/2 = 0,02 (m),

+, chiều cao chóp phía trên ống dn hơi :

hL = 0,25dh = 0,25.0,1 = 0,025 (m),

hH : chiều cao của ống dn hơi : hH =1,2dh = 1,2.0,1 = 0,12 (m),

hch = hH + hL = 0,12 + 0,025 = 0,145 (m),

+ phần bề mặt đĩa có gắn đĩa chóp (trừ 2 phần din tích đĩa để bố trí ống chảytruyền),

F = D2/4 -2f cc (f cc : din tích đĩa để bố trí ống chảy truyền),

f cc = Squạt - SOAB

B Q T

D H B K H N



DIỄN Đ

ÀN TOÁN

L Í HÓA

1000B TR

ẦN HƯNG

ĐẠO TP .

QUY NH

ƠN




42


I.2, Nhiệt lượ ng do hỗn hợp đầu mang vào :

Qf = F.Cf .tf (j/h) [II.196]

Trong đó :

F :Lượ ng hỗn hợp đầu (kg/h)

F = 484(kg/h)

Tf : Nhit độ đầu của hỗn hợ p (oC).

Hỗn hợp đầu vào ở nhit độ thườ ng tf =20 oC

Cf :nhit dung riêng của hỗn hợp đầu (j/kg.độ).

Theo bảng số liu Nhiệt dung riêng – t o

[I.168], ta có :CE =0.99947 (kcal/kg.độ) = 4.1778 (kj/kg.độ

C N =2,480 (kj/kg.độ)

Nồng độ hỗn hợp đầu af =aF=11%.

=>Cf =CA.af + CB.(1 – af ) = 2,480.0,11 + 4,1778.(1 – 0,1) = 3999,1(J/kg.độ)

I.3, Nhiệt lượ ng do hỗn hợp đầu mang ra :

QF = F.CF.tF (j/h)Trong đó :

tF :Nhit độ hỗn hợp đầu sau khi đun nóng (oC) :tF = 89.55oC

Theo bảng số liu nhiệt dung riêng- t o[I.173], nội suy ta có :

CA = 3289,402 (j/kg.độ)

CB = 4196,07 (j/kg.độ)

Nồng độ hỗn hợp đầu aF = 11%

CF = CA.aF + CB(1 – aF) = 3289,042.0,11 + 4196,07.(1 – 0.11) = 4096,34(J/kg.độ)

QF = 484. 4096,34 .89,55 = 177544387,5(J/h).

B Q T

D H B K H N



DIỄN Đ

ÀN TOÁN

L Í HÓA

1000B TR

ẦN HƯNG

ĐẠO TP .

QUY NH

ƠN




43


I.4,Nhiệt lượng do nước ngưng mang ra.

Qng1= Gng1.C1. 1 = D1.C1. 1 [II.197]

Trong đó :

Gng1 : lượng nưc ngưng,bằng lượng hơi đốt D1 (kg/h).

I.5,Nhiệt lượ ng mất mát ra môi trườ ng xung quanh :

Lượ ng nhit mất mát ra môi trườ ng xung quanh lấy bằng 5% lượ ng nhit tiêutốn :

Qxq1 = 0,05D1.r 1 (j/h). [II.197]

I.6, Lượ ng hơi đốt cần thiết:

D1 =1

11

f xqng F QQQQ =

195.0 r

Q Q f F =

hkg r

t C t C F f f f F /4,66

10.2201.95,0

)20.1,399955,89.34,4096(484

95.0

)..(3

1

II,Tháp chưng luyện.

Phương trình cân bằng nhit lượ ng của tháp chưng luyn :

QF + QD2 + QR = Qy + Qw + Qxq2 + Qng2 [II.197].Trong đó :

QF :Nhit lượ ng do hỗn hợp đầu mang vào tháp (j/h).

QD2 :Nhit lượng do hơi đốt mang vào tháp (j/h).

QR :nhit lượng do lượ ng lỏng hồi lưu mang vào tháp (j/h).

Qy :Nhit lượng do hơi mang ra ở đỉnh tháp (j/h).

Qw :Nhit lượ ng do sản phẩm đáy mang ra (j/h).

Qng2 :Nhit lượng do nưc ngưng mang ra (j/h).

Qxq2 :Nhit lượ ng mất mát ra môi trườ ng xung quanh (j/h).

Chn hơi đốt là hơi nư c bão hòa ở áp suất 2atm có tosôi =119,62o C.

B Q T

D H B K H N



DIỄN Đ

ÀN TOÁN

L Í HÓA

1000B TR

ẦN HƯNG

ĐẠO TP .

QUY NH

ƠN




44


II.1,Nhiệt lượng do hơi đốt mang vào tháp.

QD2 =D2. 2 =D2.(r 2 +2

.C2) (J/h) [II.197]

Trong đó :

D2 :Lượng hơi đốt (kg/h).

2 : Hàm nhit (nhit lượ ng riêng) của hơi đốt (j/kg).

2 :d Nhit độ nưc ngưng (oC) : = 119.62oC

r 2 :ẩn nhit hóa hơi của hơi đốt (j/kg).

r 2=r 1= 2201,4.103 (j/kg)

C2

:Nhit dung riêng của nưc ngưng (j/kg.độ).

II.2, nhiệt lượng do lượ ng lỏng hồi lưu vào :

QR = GR .CR .tR (J/h). [II.197]

Trong đó :

GR :lượ ng lỏng hồi lưu (kg/h)

GR = P.R x

Vi : P : Lượ ng sản phẩm đỉnh (kg/h) :P = 55,4(kg/h).R x : Chỉ số hồi lưu : R x =3,292

GR = 55,4.3,292 = 182,4(kg/h).tR :nhit độ của lượ ng lỏng hồi lưu.

Lượ ng lỏng hồi lưu sau khi qua thiết bị ngưng tụ sẽ ở tr ạng thái sôi,có nồng độ bằng nồng độ hơi ở đỉnh tháp : x = x p = 0,818

Theo bảng số liu nồng độ - t o sôi, nội suy ta có : tR = 89,68oC

CR : Nhit dung riêng của lượ ng lỏng hồi lưu (j/kg.độ)Theo bảng số liu Nhiệt dung riêng - t o , nội suy ta có :CA =3196,59 (j/kg.độ)CB = 4190,868 (J/kg.độ)

Nồng độ lượ ng lỏng hồi lưu bằng nồng độ sản phẩm đỉnh :aR = aP = 0,92

B Q T

D H B K H N



DIỄN Đ

ÀN TOÁN

L Í HÓA

1000B TR

ẦN HƯNG

ĐẠO TP .

QUY NH

ƠN




48


Theo bảng số liu nhiệt dung riêng – t o,[I.195], nội suy ta có :

C1 = 2884 (j/kg.độ)

C2 =4222 (j/kg.độ)

Nồng độ sản phẩm đỉnh : a p = 0,92

C p = C1.a p + C2.(1 – a p) = 2884.0,92 + 4222.(1 – 0,92) = 2439 (j/kg.độ). Lượng nư c lạnh cần thiết là :

Gn2 = )/(8,85)2040.(4,4174

)2568,89.(2439.4,45

).(

).(.

12

'

2

'

1hkg

t t C

t t C P

n

p

B Q T

D H B K H N



DIỄN Đ

ÀN TOÁN

L Í HÓA

1000B TR

ẦN HƯNG

ĐẠO TP .

QUY NH

ƠN




50


C

t

t

t t t o

tb 09,59

07,30

62,96ln

07,3062,99

ln2

1

21

Nhit độ trung bình của hơi đốt là : ttb1 = 119,62oC

Nhit độ trung bình của dung dịch là : ttb2 = 119,62 – 59,09 = 60,53

o

C

III, Lượ ng nhiệt trao đổi :

Q = m.C p.(tc – tđ) (j/s)

Trong đó :

M : lượ ng dung dịch đưa vào (kg/s)

M = F = 484(kg/h) = 0,1344(kg/s).

C p :Nhit dung riêng của dung dịch (j/kg.độ).

Theo bảng số liu nhiệt dung riêng – t o, [I.173], nội suy ta có :

C1 = 3009,6 (j/kg.độ)

C2 = 4598 (j/kg.độ)

Nồng độ hỗn hợp đầu : aF = 11%

C p = C1.aF + C2(1 – aF) = 3009,6.0,11 + 4598.(1 – 0,11) = 4423,3 (j/kg.độ)

Q = 0,1344.4423,3.(89,55 – 20) = 41346,9 (j/s).

IV, Diện tích trao đổi nhiệt :

IV.1.hệ số cấp nhiệt phía hơi ngưng tụ :

41...04,2 H t

r A (W/m

2

.độ)

Trong đó :

A :phụ thuộc nhit độ màng nươc ngưng tnn.

r :ẩn nhit hóa hơi lấy theo nhit độ hơi bão hòa th (j/kg)

B Q T

D H B K H N



DIỄN Đ

ÀN TOÁN

L Í HÓA

1000B TR

ẦN HƯNG

ĐẠO TP .

QUY NH

ƠN




54


)/(83,91871,959

13,01

715

13,01 3

11

mkg aa

B

F

A

F t

Pr = 75,24.106.0,263.10-3/918,834/3 = 2,215

Nu = 63,28.(4,456/2,215)

0,25

=75,363 2 )./(34,178202,0:473,0.363,75/ 2

đ mwl Nu

06,385,5956,9722 dd T t t t

q2 = )/(86,6783506,38.34,1782. 22 mwt

ta thấy q1 và q2 khác nhau nhiều và q1<q2, nêngiả thuyết chưa đượ c thỏa mãn

giả thuyết: C t o2,41

tT1 = th - 1t = 119,62 – 4,2 = 115,42 (o

C) tnn = 0,5.(th + tT1) = 0,5.(119,62 + 117,32) = 117,52 (oC) theo bảng số liu A – tn [II.29], nội suy ta có : A = 187

1 = 2,04.187. 41,102640,1.2,4

10.4,2201 3

(w/m2.độ)

q1 = 1 1t =10264,41.4.2 = 43110,54 (w/m2)

qr = q1 =43110,54 (w/m2) T t =qT.r o = 43110,54 .0,72 .10-3 = 31,04oC

tt2 = tT1 - T t

= 117,32 – 31,04 = 84,38(

o

C)Theo bảng và toán đồ [I.102] v i nhit độ thườ ng tT2 :

42,01 (cP) 362,02 (cP)

Theo [I.93], ta có :

lg 438,0362,0lg)055,01(42,0lg055,0lg)1(lg. 21 F F t x x

)/.(10.362,0)(362,0 23 m s N cP t

Khối lượ ng riêng của Etylic và Nư c theo tT2 = 84,38oC :

3/(84,730 mkg A ) )/(934,968 3mkg B

theo [II.183], ta có :

B Q T

D H B K H N



DIỄN Đ

ÀN TOÁN

L Í HÓA

1000B TR

ẦN HƯNG

ĐẠO TP .

QUY NH

ƠN




55


)/(41,935934,968

11,01

84,730

11,01 3

11

mkg aa

B

F

A

F t

Pr = 75,24.106.0,263.10-3/929,5654/3 = 2,98

Nu = 63,28.(4,456/2,98)

0,25

=69,98 2 )./(14,165502,0:473,0.98,69/ 2

đ mwl Nu

88,255,5938,8422 dd T t t t

q2 = )/(88.4117938,24.14,1655. 22 mwt

%5%48,454,43110

88,4117954,43110

1

21

q

qq (chấ p nhận k ết quả)

Nhit tải riêng trung bình :qtb = (q1 + q2)/2 = (43110,54 + 41179,88)/2 = 42145,21 (w/m2)

IV.5,Diện tích trao đổi nhiệt:

F = Q/qtb = 41346,9 /42145,21 = 0,98 (m2)- Số ống truyền nhit cần dùng là :

No = F/(3,14.do.ho) = 0,98/(3,14.0,02.1) = 16 (ống)

Chn cách sắ p xế p theo hình lục giác, gi a là số ống trên một cạnh hình lục giác

Tổng số ống là : no = 3a(a-1) +1 (ống),

Chn a = 3 => no = 19 (ống)

Số ống trên đườ ng chéo hình lục giác : b = 2a – 1 = 5 (ống),

Chn bư c ống là : t = 0,03 (m) (1,2 - 1,5d)

Vi d : đườ ng kính ngoài của ống ,d = 0,025 (m)

Đườ ng kính trong thiết bị là :

D = t.(b – 1) + 4.d = 0,03(5 – 1) +4.0,025 = 0,22 (m),

Vận tốc dung dịch trong ống :

WGT = )/(27,002,0.41,935

10.496,0.10

.

.Re 34

smd o

,

B Q T

D H B K H N



DIỄN Đ

ÀN TOÁN

L Í HÓA

1000B TR

ẦN HƯNG

ĐẠO TP .

QUY NH

ƠN




58


( x1,x2 : nồng độ phần mol của rượu và nư c trong hỗn hợp đầu),

310lg954,010.19,1lg055,0lg 33 => = 0,001 (Ns/m2),

Re = 929,72.0,2.0,0046/0,001 = 8553,3

Re >4000 => lưu thể ở chế độ chảy r ối.

- H số tr ở lc ma sát :

]7,3/Re

81,6lg[2

1 9,0

[I.380],

: độ nhám tương đối : = s/dtđ (s : độ nhám tuyt đối chn s = 0,05) [I.381],

= 0,05/0,2 = 0,25,

Thay vào ta có :

186,0]7,3/25,03,8553

81,6lg[2

1 9,0

m P = 14,02.2,0

0046,0.41,935.15.186,0 2

(N/m2),

+, áp suất để khắc phục tr ở lc cục bộ :

c P =2

. 2 (N/m2),

: h số tr ở lc cục bộ của toàn bộ đườ ng ống được xác định theo sơ đồ h thống chưng

luyn.

- Đột thu từ thùng cao vị t i ống dn , chn đườ ng kính thùng cao vị là 3 (m),

f 1 - f 2 : tiết din mặt cắt ngang ống l n, ống nhỏ,

f 2/f 1 = 0,2/3 = 0,067

- Đột thu [I.388], = 0,5

+, 3 tr ục khuỷu 90o [I.390],

2 = 3.2,0 = 6 ,

B Q T

D H B K H N



DIỄN Đ

ÀN TOÁN

L Í HÓA

1000B TR

ẦN HƯNG

ĐẠO TP .

QUY NH

ƠN




59


+ hai van tiêu chuẩn d = 0,2 (m) ,

3 = 2.4,7 = 9,4 [I.397],

+ đột mở từ ống dn vào thiết bị gia nhit :

f 2/f 3 = (0,2/0,5)2 = 0,16 => 4 = 1

vậy :c P = (0,5 + 6 + 9,4 + 1).935,41.0,00462/2 = 0,17 (N/m),

do đó : P = 0,01 +0,14 +0,17 = 0,311 (N/m),

tương ứng v i chiều cao : H1 = P / = 0,0033 (m),

V.1.2 trở lự c trong ống dẫn chất lỏng từ thiết bị đun sôi vào đĩa tiếp liệu .

+, áp suất động hc.

đ P =

2

2 (N/m2) [I.377], ở tF = 89,55oC ,

= 920,35 (kg/m3),

dtđ = 0,2 (m) , = ..785,0 2

dt

F = 0,1344/0,785.0,22.920,35 = 0,0046 (m/s),

đ

P =2

2 = 920,35.0,00462/2 = 0,01 (N/m2),

+ áp suất để khắc phục tr ở lc ma sát.

m P =2.

..

1

2

đ d

L (N/m2), chn L = 4 (m),

Re =

..d : độ nh t của dung dịch ở 89,55oC

Ta có : 1 = 0,38.10-3 (Ns/m2), 2 = 0,32.10-3 (Ns/m2),

4,310.32,0lg956,010.38,0lg046,0lg 33 => = 3,98.10-4 (Ns/m2),

Re = 920,35.0,2.0,046/0,00323 = 21274,4 lưu thể ở chế độ chảy xoáy;

B Q T

D H B K H N



DIỄN Đ

ÀN TOÁN

L Í HÓA

1000B TR

ẦN HƯNG

ĐẠO TP .

QUY NH

ƠN




63


= 1 + 5 = 0,998

P = 0,988.0,974 = 0,972 (N/m2) ,

+ tr ở lc đườ ng ống do chia ngăn;

= 11( 4 + 5 ) = 10,98

đ P = 10,98.920,35 .0,136/2 = 687,2 (N/m2) ,

Khi đi từ vách ngăn này sang vách ngăn khác chất lỏng đổi chiều 180o 10 lần qua 11 váchngăn.

= 10.0,25 = 2,5

đ P = 2,5.920,35 .0,136/2 = 156,5 (N/m2) ,

Tổn thất toàn thiết bị : P = 8,511 + 120,25 + 0,974 + 0,972 +687,2+ 156,5 = 974,6 (N/m2) ,

ứng v i chiều cao :

Hs = 1,02 (m ),

Vậy H = H1 +H2 + H3 = 0,0023 + 0,0033 + 1,02 = 1,073(m) ,

V.1.4 tính chiều cao thùng cao vị.

Theo định luật becnuli: thế năng của chất lỏng trên thùng cao vị bằng năng lượ ng toàn phần của chất lỏng tại cửa tiế p liu .

Chn mặt cắt (I - I) là mặt thoáng của thùng cao vị

Chn mặt cắt (II – II) là vị trí của đĩa tiế p liu của tháp chưng ta có :

Z + H

g g

h g P z

g g

P t

2

..

2

2

2

12

2

1

1

1

Trong đó :

Z chiều cao của chất lỏng so vi đĩa tiế p liu;

Zt :thế năng của đĩa tiế p liu (zt = 0 );

B Q T

D H B K H N



DIỄN Đ

ÀN TOÁN

L Í HÓA

1000B TR

ẦN HƯNG

ĐẠO TP .

QUY NH

ƠN


thiết kế tháp chưng luyện hỗn hợp cồn etylic và nước

Documents