THIẾT KẾ HỆ THỐNG CHƯNG LUYỆN LIÊN TỤC LOẠI THÁP ĐỆM PHÂN TÁCH HỖN HỢP BENZEN-TOLUEN

Thiết kế hệ thống chưng luyện liên tục loại tháp đệm đẻ phân tách hỗn hợp hai cấu tử benzen - toluen. số liệu ban đầu: - năng suất theo hỗn hợp đầu F = 7200

Khoa Cụng Nghệ Hóa Học QT và Thiờ́t bị hóa học

Bộ Công thơng

Trờng ĐH Công nghiệp việt trì

Cộng hoà xã hội chủ nghĩa Việt Nam Độc lập - Tự do - Hạnh phúc

Đồ án môn học Quá trình thiết bị công nghệ hóa học

Các số liệu ban đầu:

- Năng suất tính theo hỗn hợp đầu F = 7200 kg/h

- Nồng độ cấu tử dễ bay hơi trong:

+ Hỗn hợp đầu: aF = 0,76 phần khối lợng

+ Sản phẩm đỉnh: aP = 0,9 phần khối lợng

+ Sản phẩm đáy: aW = 0,08 phần khối lợng

- Tháp làm việc ở áp suất thờng

- Hỗn hợp đầu đợc gia nhiệt đến nhiệt độ sôi.

T

T

Lời Cảm Ơn !

Sau một thời gian cố gắng tìm, đọc, tra cứu một số tài liệu tham khảo, cùng với sự giúp đỡ tận

tình của thầy giáo Nguyễn Tiến Hưng, em đã hoàn thành nhiệm vụ thiết kế được giao Quá trình

tiến hành này, em đã rút ra được một số nhận xét sau:

- Việc thiết kế và tính toán hệ thiết kế hệ thống chưng luyện liên tục là việc làm phức tạp, tỉ

mỉ và lâu dài Nó không những yêu cầu người thiết kế phải có những kiến thức thực sự sâu về môn học các quá trình công nghệ thiết bị trong công nghiệp hóa chất và thực phẩm mà còn phải biết một số lĩnh vực khác như: các quy định trong bản vẽ kỹ thuật, TCVN…Các công thức tính toán không còn gò bó như những môn học khác mà được mở rộng dựa trên các giả thiết về điều kiện, chế độ làm việc của hệ thống Bởi trong khi tính toán, người thiết kế đã tính toán đến một số ảnh hưởng của điều kiện thực tế, nên khi đem vào hoạt động, hệ thống sẽ làm việc ổn định.

- Không chỉ có vậy, việc thiết kế đồ án môn học quá trình công nghệ và thiết bị này còn giúp

em củng cố thêm những kiến thức về dây truyền công nghệ trong thực tế nói riêng và các quá trình khác nói chung: nâng cao kỹ năng tra cứu, tính toán, xử lý số liệu, biết trình bày theo văn phong khoa học và nhìn nhận vấn đề một cách có hệ thống Việc thiết kế đồ án môn học là một cơ hội cho sinh viên ngành công nghệ máy và thiết bị hóa chất và bản thân em làm quen với công việc của một kỹ sư hóa.

Để hoàn thành nhiệm vụ thiết kế được giao, em xin chân thành cảm ơn cô thầy giáo Nguyễn

Tiến Hưng là người trực tiếp giúp đỡ, hướng dẫn em trong quá trình làm đồ án Mặc dù đã cố

gắng để hoàn thành tốt nhiệm vụ, song do còn hạn chế về tài liệu, cũng như kinh nghiệm thực tế, nên sẽ không thể tránh khỏi những thiếu sót trong quá trình thiết kế Em kính mong được các thầy cô xem xét và chỉ dẫn thêm để bản đồ án được hoàn thiện hơn.

Em xin chân thành cảm ơn !

Phú thọ, ngày 26 tháng 05 năm 2014

Sinh viên thực hiện

Khoa Công Nghệ Hóa Học QT và Thiết bị hóa học

Nguyễn Hải Ngọc

MôC LôC

A PhÇn thuyÕt minh LêI GIíI THIÖU

Ngày nay cùng với sự phát triển của khoa học kỹ thuật, nền công nghiệp đãmang lại cho con người những lợi ích vô cùng to lớn về vật chất và tinh thần Đểnâng cao đời sống nhân dân, để hòa nhập chung với sự phát triển chung của cácnước trong khu vực cũng như trên thế giới Đảng và Nhà nước ta đã đề ra mục tiêucông nghiệp hóa và hiện đại hóa đất nước

Trong tiến trình công nghiệp hóa hiện đại hóa đất nước những ngành mũinhọn như công nghệ thông tin, công nghệ sinh học, công nghệ điện tử tự độnghóa…công nghệ hóa giữ vai trò quan trọng trong việc sản xuất các sản phẩm phục

vụ cho nền kinh tế quốc dân, tạo tiền đề cho nhiều ngành khác phát triển

Khi kinh tế phát triển thì nhu cầu của con người ngày càng tăng Do vậy cácsản phẩm cũng đòi hỏi cao hơn, đa dạng hơn, phong phú hơn, theo đó công nghệsản xuất cũng phải nâng cao Trong công nghệ hóa học nói chung việc sử dụng hóachất có độ tinh khiết cao là yếu tố căn bản tạo ra sản phẩm có chất lượng cao Cónhiều phương pháp khác nhau để làm tăng nồng độ, độ tinh khiết như: chưng cất,

cô đặc, trích ly Tùy vào tính chất của hệ mà ta lựa chọn phương pháp thích hợp

Khoa Cụng Nghệ Hóa Học QT và Thiờ́t bị hóa học

Phần I : GIớI THIệU CHUNG

I Lý thuyết về chng luyện:

1 Phơng pháp chng luyện:

Chưng luyện là một phương pháp nhằm để phân tích một hỗnhợp khí đã hóa lỏng dựa trên độ bay hơi tương đối khác nhau giữacác cấu tử thành phần ở cùng một áp suất

Phương pháp chưng luyện này là một quá trình trong đó hỗnhợp được bốc hơi và ngưng tụ nhiều lần Kết quả cuối cùng ở đỉnhtháp ta thu được một hỗn hợp gồm hầu hết các cấu tử dễ bay hơi vànồng độ đạt yêu cầu Phương pháp chưng luyện cho hiệu suất phântích cao, vì vậy nó được sử dụng nhiều trong thực tế

Dựa trên các phương pháp chưng luyện liên tục, người ta đưa ranhiều thiết bị phân tích đa dạng như tháp đệm, tháp đĩa lỗ không

có ống chảy truyền, tháp đĩa lỗ có ống chảy truyền, tháp chópCùng với các thiết bị ta có các phơng pháp chưng cất là :

a ỏp suất làm việc:

- Chưng cất ở áp suất thấp

- Chưng cất ở áp suất thường

- Chưng cất ở áp suất cao

Nguyên tắc của phơng pháp này là dựa trên nhiệt độ sôi củacác cấu tử: nếu nhiệt độ sôi của các cấu tử quá cao thì giảm ápsuất làm việc để giảm nhệt độ sôi của các cấu tử

b Nguyên lý làm việc: cụ thể làm việc theo nguyên lý liên tụchoặc gián đoạn:

 Chưng gián đoạn: phương pháp này được sử dụng khi:

Nhiệt độ sôi của các cấu tử khác xa nhau

Không cần đòi hỏi sản phẩm có độ tinh khiết caoTách hỗn hợp lỏng ra khỏi tạp chất không bay hơi

Tách sơ bộ hỗn hợp nhiều cấu tử

 Chưng liên tục: là quá trình được thực hiện liêntục nghịch dòng và nhiều đoạn

2 Thiết bị chng luyện

Trong sản xuất thường sử dụng rất nhiều loại tháp khác nhaunhưng chng đều có một yêu cầu cơ bản là diện tích tiếp xúc bềmặt pha lớn

Tháp chưng cất phong phú về kích cỡ và ứng dựng Các tháplớn thường được sử dụng trong công nghệ lọc hóa dầu Đường kínhtháp phụ thuộc vào lượng pha lỏng và lượng pha khí, độ tinh khiếtcủa sản phẩm Mỗi loại tháp chưng lại có cấu tạo riêng, có ưu điểm

và nhược điểm khác nhau, vậy ta phải chọn loại tháp nào cho phùhợp với hỗn hợp cấu tử cần chưng và tính toán kích cỡ của thết bịcho phù hợp với yêu cầu.f

Trong đồ án này em được giao thiết kế tháp chưng luyện liên tụctháp đệm để phân tách hỗn hợp hai cấu tử là Rợu Metylic và Nước,chế độ làm việc ở áp suất thường với hỗn hợp đầu vào ở nhiệt độsôi

II GIớI THIệU Về HỗN HợP CHƯNG LUYệN

1 Benzen

Khoa Công Nghệ Hóa Học QT và Thiết bị hóa học

a giới thiệu chung

Benzen (tên khác: PhH, hoặc benzol) là một hợp chất hữu cơ có công thức hoá

học C 6 H 6 Benzen là mộthyđrocacbon thơm, trong điều kiện bình thường là mộtchất lỏng không màu, mùi dịu ngọt dễ chịu, dễ cháy Benzen tan rất kém trongnước và rượu.[1] Benzen cũng có khả năng cháy tạo ra khí CO2 và nước, đặc biệt cósinh ra muội than sôi ở nhiệt độ = 80oc

Theo phân tích quang phổ thì góc liên kết giữa các nguyên tử trong benzen đều là

120 độ, các liên kết C-C đều như nhau (140 pm), lớn hơn liên kết đôi đơn lẻ và nhỏhơn liên kết đơn (136 pm và 147 pm) Điều này được giải thích qua thuyết lai hoáobitan như sau: trong phân tử benzen, các nguyên tử C ở trạng thái lai hoá sp2 liênkết với nhau và với các nguyên tử H thành mặt phẳng phân tử benzen, các obitan pvuông góc với mặt phẳng không chỉ liên kết thành cặp mà liên kết với nhau thành

hệ liên hợp Do vậy mà liên kết đôi ở benzen thường bền hơn so với các hợp chất

có liên kết đôi khác, dẫn đến các tính chất đặc trưng mà người ta gọi là tính thơm.

c Tính chất hóa học

 Phản ứng cộng

Benzen trong điều kiện có xúc tác niken, nhiệt độ cao cộng với khí hiđrô tạo

ra xiclohexan Khi có chiếu sáng, benzen tác dụng khí clo tạo

ra hexacloran C6H6Cl6 (còn gọi là thuốc trừ sâu ba số 6, thuốc trừ sâu 6-6-6), một thuốc trừ sâu hoạt tính rất mạnh, đã bị cấm

sinh ra TNB), phản ứng với axit sulfuric đậm đặc chưng cất nước thành axit

benzosulfonic

d Độc tính.

Tuy benzen có mùi thơm nhẹ, nhưng mùi này có hại cho sức khoẻ (gây bệnh bạch cầu) Ngoài ra, khi hít Benzen vào, có thể gây vô sinh, cần lưu ý khi tiếp xúc trực tiếp với Benzen

d Đồng phân vị trí nhóm thế.

Nếu có hai nhóm thế đính vào nhân thơm thì cho ra 3 đồng phân: thế 1,2- là ortho-

(o-), thế 1,3- là meta- (m-), thế 1,4- là para- (p-).

e Ứng dụng

Ngày nay một lượng lớn benzen chủ yếu để:

 Sản xuất styren cho tổng hợp polymer

 Sản xuất cumen cho việc sản xuất cùng lúc axeton và phenol

 Sản xuất cyclohexan tổng hợp tơ nilon

 Làm dung môi, sản xuất dược liệu

2 Toluen

1 Tính chất vật lý

Là chất lỏng không màu, có thể cháy được, độ nhớt thấp, có mùi thơm giốngbenzen Nó là dung môi hòa tan rất tốt chất béo, dầu, nhựa thông, lưu huỳnh,photpho và iot, Toluen có thể tan lẫn hoàn toàn với hầu hết dung môi hữu cơ nhưrượu, ete, xeton, phenol, este, Toluen rất ít tan trong nước, độ hòa tan vào nước ở

160C là 0,047g/100ml còn ở 150C là 0,4g/100ml

Toluen có công thức cấu tạo C6H5CH3 or C7H8

- Khối lượng phân tử : 92 đvc

- Tỉ trọng ở 200 C : 0,866

- Nhiệt độ sôi : 110,60C

- Nhiệt đọ nóng chảy :- 95 0C

Khoa Công Nghệ Hóa Học QT và Thiết bị hóa học

3

45

Thuyết minh dây chuyền công nghệ

Nguyên liệu đầu đợc chứa trong thùng chứa (1) và đợc bơm(2) bơm lên thùng cao vị (3) Mức chất lỏng cao nhất ở thùng cao

vị đợc khống chế bởi cửa chảy tràn Hỗn hợp đầu từ thùng cao vị(3) tự chảy xuống thiết bị đun nóng hỗn hợp đầu (4), quá trình

tự chảy này đợc theo dõi bằng van và đồng hồ đo lu lợng Tạithiết bị đun nóng hỗn hợp đầu (4) (dùng hơi nớc bão hoà), hỗn hợp

đầu đợc gia nhiệt đến nhiệt độ sôi Sau khi đạt đến nhiệt độsôi, hỗn hợp này đợc đa vào đĩa tiếp liệu của tháp chng luyệnloại tháp đệm (5) Trong tháp, pha lỏng đi từ trên xuống tiếp xúcvới hơi đợc tạo thành ở thiết bị đun sôi đáy tháp (9) đi từ dới lên,tại đây xảy ra quá trình bốc hơi và ngng tụ nhiều lần Theochiều cao của tháp, càng lên cao thì nhiệt độ càng thấp nên khihơi đi qua các tầng đệm từ dới lên, cấu tử có nhiệt độ sôi cao sẽngng tụ Quá trình tiếp xúc lỏng – hơi trong tháp diễn ra liên tụclàm cho pha hơi ngày càng giàu cấu tử dễ bay hơi, pha lỏng ngàycàng giàu cấu tử khó bay hơi Cuối cùng trên đỉnh tháp ta sẽ thu

Khoa Cụng Nghệ Hóa Học QT và Thiờ́t bị hóa học

đợc hầu hết là cấu tử dễ bay hơi Hỗn hợp hơi này đợc đi vàothiết bị ngng tụ hồi lu (6) và tại đây nó đợc ngng tụ hoàn toàn(tác nhân là nớc lạnh) Một phần chất lỏng sau ngng tụ cha đạtyêu cầu đợc đi qua thiết bị phân dòng để hồi lu trở về đỉnhtháp; phần còn lại đợc đa vào thiết bị làm lạnh (7) để làm lạnh

đến nhiệt độ cần thiết sau đó đi vào thùng chứa sản phẩm

đỉnh (8) Chất lỏng hồi lu đi từ trên xuống dới, gặp hơi có nhiệt

độ cao đi từ dới lên, một phần cấu tử có nhiệt độ sôi thấp lại bốchơi đi lên, một phần cấu tử khó bay hơi (nớc) trong pha hơi sẽ ng-

ng tụ đi xuống Do đó, nồng độ cấu tử khó bay hơi trong phalỏng ngày càng tăng Cuối cùng, ở đáy tháp ta thu đợc hỗn hợp lỏnggồm hầu hết là cấu tử khó bay hơi (nớc), một phần rất ít cấu tử

dễ bay hơi (Rượu metylic) Hỗn hợp lỏng này đợc đa ra khỏi đáytháp, qua thiết bị phân dòng, một phần đợc đa ra thùng chứasản phẩm đáy (10), một phần đợc tận dụng đa vào thiết bị gianhiệt đáy tháp (9) dùng hơi nớc bão hòa Thiết bị gia nhiệt (9) này

có tác dụng đun sôi tuần hoàn và bốc hơi hỗn hợp đáy (tạo dònghơi đi từ dới lên trong tháp) Nớc ngng của các thiết bị gia nhiệt

đợc tháo qua thiết bị tháo nớc ngng (11) đi xử lý

Tháp chng luyện làm việc ở chế độ liên tục, hỗn hợp đầuvào và sản phẩm đợc cung cấp và lấy ra liên tục

PHẦN II: TÍNH TOÁN THIẾT BỊ CHÍNH

2.1 Tỡnh toỏn cõn bằng vật liệu toàn thiết bị

Kí hiệu các đại lượng như sau:

F : lượng nguyên liệu đầu (kmol/h)

P : lượng sản phẩm đỉnh (kmol/h)

W: lượng sản phẩm đáy (kmol/h)

xF: nồng độ phần mol của cấu tử dễ bay hơi trong hỗn hợp đầu

xP: nồng độ phần mol của cấu tử dễ bay hơi trong sản phẩm đỉnh

xW: nồng độ phần mol của cấu tử dễ bay hơi trong sản phẩm đáy

Giả thiết:

- Số mol pha hơi đi từ dưới lên là bằng nhau trong tất cả mọi tiết diện của tháp.

- Số mol chất lỏng không thay đổi theo chiều cao đoạn chưng và đoạn luyện.

- Hỗn hợp đầu đi vào tháp ở nhiệt độ sôi.

- Chất lỏng ngưng tụ trong thiết bị ngưng tụ có thành phần bằng thành phầncủa hơi đi ra ở đỉnh tháp

- Cấp nhiệt ở đáy tháp băng hơi đốt gián tiếp

Điều kiện và yêu cầu thiết bị:

- Năng suất thiết bị tính theo hỗn hợp đầu F1 = 2 (kg/s)

- Nồng độ cấu tử dễ bay hơi (C6H6) trong:

+ Hỗn hợp đầu: aF = 0,76 phần khối lượng

+ Hỗn hợp đỉnh: aP = 0,9 phần khối lượng

+ Hỗn hợp đáy: aW = 0,08 phần khối lượng

- Khối lượng phân tử của C6H6 là MA = 78 (kg/kmol)

- Khối lượng phân tử của C6H5CH3 là MB = 92 (kg/kmol)

- Tháp làm việc ở áp suất thường (P = 1 atm)

- Hỗn hợp được gia nhiệt đến nhiệt độ sôi

Đổi nồng độ phần khối lượng sang nồng độ phần mol:

Khoa Công Nghệ Hóa Học QT và Thiết bị hóa học

Áp dụng công thức:

Trong đó: aA là nồng độ phần khối lượng của rượu metylic

MA, MB là khối lượng mol của rượu metylic nước

Hỗn hợp đầu vào F ( benzen- toluen ) được phân tách thành sản phẩm đỉnh P(Benzen), và sản phẩm đáy W (Toluen) Ở đĩa trên cùng có 1 lượng lỏng hồi lưu, ởđáy tháp có thiết bị đun sôi Lượng hơi đi ra đỉnh tháp Do.

Khoa Công Nghệ Hóa Học QT và Thiết bị hóa học

(kg/h)Lượng sản phẩm đáy:

(kg/h)

Đổi đơn vị F, p , w từ kg/h sang kmol/h

Lượng hỗn hợp trên một đơn vị sản phẩm đỉnh

2.Tính chỉ số hồi lưu tối thiểu

Từ số liệu bảng IX.2a (Sổ tay QT&TBCNHC-2 trang 148) ta có thành phần cânbằng lỏng hơi của rượu metylic-nước được cho theo bảng sau

Với giá trị x = 0,209 ta kẻ đường song song với trục y và cắt đường cân bằng, từ đó

ta kẻ đường song song với trục x cắt trục y tại B và ta xác định được giá trị y* =0,59 Từ đó ta tính được R:

R = =

3.Tính chỉ số hồi lưu thích hợp

Chỉ số hồi lưu làm việc thường được xác định thông qua chỉ số hồi lưu tốithiểu:

Trong đó: β: hệ số dư hay hệ số hiệu chỉnh

Tính gần đúng ta lấy chỉ số hồi lưu làm việc bằng:

Ta biết Rmin, cho β biến thiên bất kì trong khoảng (1,2÷2,5), tính được R tươngứng Ở mỗi R tương ứng ta vẽ đường làm việc và vẽ các bậc thay đổi nồng độ lýthuyết N

Dưới đây là các đồ thị xác định số đĩa lí thuyết trên cơ sở đường cân bằng, ,, Đường làm việc đoạn luyện đi qua điểm ( , ) và cắt trục tung tại điểm

có tung độ B = , đường làm việc đoạn chưng đi qua giao điểm của đường làm việcđoạn luyện với đường và điểm ( , ) Vẽ các tam giác như hình ta thuđược số đĩa lý thuyết

Khoa Công Nghệ Hóa Học QT và Thiết bị hóa học

Phương trình nồng độ làm việc đoạn chưng:

Với b=1,6 Số đĩa lý thuyết là :8

Ta có Rx =1,6*0,643 =1,029

Phương trình nồng độ làm việc đoạn luyện :

Khoa Công Nghệ Hóa Học QT và Thiết bị hóa học

Phương trình nồng độ làm việc đoạn luyện :

Khoa Công Nghệ Hóa Học QT và Thiết bị hóa học

Với b=2,2 Số đĩa lý thuyết là :6

Khoa Công Nghệ Hóa Học QT và Thiết bị hóa học

Với b=2,4 Số đĩa lý thuyết là :6

Với b=2,5 Số đĩa lý thuyết là :6

Khoa Cụng Nghệ Hóa Học QT và Thiờ́t bị hóa học

\

Tơng ứng với các giá trị β = 1,2; 1,3; 1,4; 1,5; 1,6; 1,7; 1,8; 1,9;2,0; 2,1; 2,2; 2,4; 2,5 tính đợc các giá trị của Rx (xem bảng)

2

15,099

16,002

14,49 15,25

8

15,648

Mối liờn hệ giữa Rx và N(Rx+1) thể hiện qua biểu đồ sau

N(Rx+1)

Từ bảng số liệu ta thấy, với Rx = 1,415 thỡ Nlt.(Rx + 1) là nhỏ nhất hay thể tớch thỏpnhỏ nhất Vậy ta cú Rth = 1,415 tương ứng với số đĩa lý thuyết Nlt = 6

Thay vào (II-158)

2.2 Phương trỡnh đường nồng độ làm việc

* Phương trỡnh đường nồng độ làm việc của đoạn luyện:

Giả thiết hơi bay ra ở đỉnh thỏp là thành phần cấu tử dễ bay hơi bằng thànhphần sản phẩm đỉnh, khi đú đường nồng độ làm việc của đoạn luyện cú dạng

(đi qua x = xP = yP) (II-144)

* Phương trỡnh đường nồng độ làm việc của đoạn chưng:

Giả thiết hơi ra ở đỏy thỏp cú thành phần cấu tử dễ bay hơi bằng thành phầnsản phẩm đỏy, khi đú đường nồng độ làm việc của đoạn chưng cú dạng

(II-158)

Với

I.TíNH ĐƯờNG KíNH THáP

Đờng kính tháp đợc xác định theo công thức:

Khoa Cụng Nghệ Hóa Học QT và Thiờ́t bị hóa học

Trong đó:

gtb: lợng hơi trung bình đi trong tháp, kg/h

(y.y)tb: tốc độ hơi trung bình đi trong tháp, kg/m2.s

: tốc độ hơi trung bình đi trong tháp, m/sLợng hơi trung bình đi trong tháp, m3/h

Vì lợng hơi và lợng lỏng thay đổi theo chiều cao của tháp vàkhác nhau trong mỗi đoạn nên ta phải tính lợng hơi trung bìnhcho từng đoạn

a Xác định lợng hơi trung bình đi trong đoạn luyện:Lợng hơi trung bình đi trong đoạn luyện tính gần đúng

bằng trung bình cộng của lợng hơi đi ra khỏi đĩa trên cùng củatháp và lợng hơi đi vào đĩa dới cùng của đoạn luyện

Trong đó:

gtb: lợng hơi trung bình đi trong đoạn luyện, kg/h

gđ: lợng hơi đi ra khỏi đĩa trên cùng của tháp, kg/h

gl: lợng hơi đi vào đĩa dới cùng của đoạn luyện, kg/h

* Lợng hơi ra khỏi đỉnh tháp:

gđ = GR + Gp = Gp(Rx+1)

[II – 181]

Với lợng sản phẩm đỉnh Gp = 558,31 kg/h

Hệ số hồi lu thích hợp Rth = Rx = 1,415

gđ = Gp(Rx+1) = 558,31 (1,415 + 1)

gđ = 1348,32 kg/h

* Lợng hơi đi vào đoạn luyện:

Lợng hơi g1, hàm lợng hơi y1 và lợng lỏng G1 đối với đĩa thứnhất của đoạn luyện đợc xác định theo hệ phơng trình cânbằng vật liệuvà cân bằng nhiệt lợng sau :

l-G1: lợng lỏng đối với đĩa thứ nhất của đoạn luyện(kg/h)

r1: ẩn nhiệt hoá hơi của hỗn hợp hơi đi vào đĩa(kJ/kg)

rđ: ẩn nhiệt hoá hơi của hỗn hợp hơi đi ra khỏi đỉnhtháp(kJ/kg)

Khoa Cụng Nghệ Hóa Học QT và Thiờ́t bị hóa học

yđ: hàm lợng hơi đi ra khỏi đỉnh tháp, phần khối lợng

yđ = yp = xp = 0,835 phần mol = 0,9 phần khối lượng

ra, rb: ẩn nhiệt hoá hơi của các cấu tử nguyên chất là metylic

Giải hệ phơng trình ta đợc:

g1 = 1076,71 kg/h

G1 = 518,4 kg/h

y1 = 0,62 phần khối lợng = 0,479 phần molThay y1 = 0,62 vào r1 ta đợc:

b Tính khối lợng riêng trung bình :

* Khối lợng riêng trung bình đối với pha hơi đợc tính theo

Trong đó:

MA MB: khối lợng phần mol của cấu tử Rượu metylic và Nước

T: nhiệt độ làm việc trung bình của tháp, 0K

ytb1: nồng độ phần mol của Rượu metylic lấy theo giá trị trungbình trong pha hơi ở đoạn luyện

trong bảng IX.2a [II-145] ta đợc

 T = 70,117 + 273 = 343,117 0K

Vậy khối lợng riêng trung bình của pha hơi đối với đoạnluyện là:

Khoa Cụng Nghệ Hóa Học QT và Thiờ́t bị hóa học

1 (nớc) của pha lỏng lấy theo nhiệt độ trung bình, kg/m3

: phần khối lợng trung bình của cấu tử 1 trong pha lỏng

phần khối lợng: nhiệt độ trung bình của đoạn luyện theo pha lỏng

bảng IX.2a, [II-145] ta đợc

ứng với t0 = 72,80C Nội suy theo bảng I.2 trong [I-9] ta đợc:

kg/m3.kg/m3.Vậy khối lợng riêng trung bình của lỏng trong đoạn luyện là:

kg/m3

c Tính tốc độ hơi đi trong tháp:

Đối với tháp đệm khi chất lỏng chảy từ trên xuống và pha hơi

đi từ dới lên chuyển động ngợc chiều có thể xảy ra bốn chế độthuỷ động; Chế độ chảy màng, chế độ quá độ, chế độ xoáy vàchế độ sủi bọt ở chế độ sủi bọt thì pha lỏng chiếm toàn bộ thểtích tự do và nh vậy pha lỏng là pha liên tục Nếu tăng tốc độ lênthì tháp bị sặc Trong phần tính toán này ta tính tốc độ hơicủa tháp dựa vào tốc độ sặc của tháp

Tốc độ hơi đi trong tháp đệm

Khoa Công Nghệ Hóa Học QT và Thiết bị hóa học

Khèi lîngriªng xèp, ®,kg/m3

y = 0,8.2,72 = 2,176 m/sVậy đờng kính của đoạn luyện là:

m

Quy chuẩn đờng kính đoạn luyện là DL = 0,6 m

* Thử lại điều kiện làm việc thực tế.

- Tốc độ hơi thực tế đi trong đoạn luyện là:

m/s

- Tỷ số giữa tốc độ thực tế và tốc độ sặc là:

< 0,9Vậy chọn đờng kính là DL = 0,6 m là thỏa món

2 Đờng kính đoạn chng:

a Lợng hơi trung bình đi trong tháp :

Khoa Cụng Nghệ Hóa Học QT và Thiờ́t bị hóa học

1: lợng hơi đi vào đoạn chng, kg/h

Vì lợng hơi đi ra khỏi đoạn chng bằng lợng hơi đi vào đoạnluyện (g’

xw: thành phần cấu tử dễ bay hơi trong sản phẩm đáy

r1: ẩn nhiệt hoá hơi của hỗn hợp hơi đi vào đĩa trên cùng

Khoa Cụng Nghệ Hóa Học QT và Thiờ́t bị hóa học

Vậy lợng hơi trung bình đi trong đoạn chng là:

kg/h Lợng lỏng trung bình trong đoạn chng:

G’= G1+ Gw : lợng lỏng đi vào đĩa trên cùng của đoạn chng bằnglợng lỏng ở đĩa cuối cùng của đoạn luyện và lợng lỏng sản phẩm đỏy

kg/h

b Tính khối lợng riêng trung bình:

* Khối lợng riêng trung bình đối với pha hơi đợc tính theo:

(kg/m3) [II - 183]Trong đó:

MA MB: khối lợng phần mol của cấu tử Rượu metylic và Nớc

T: nhiệt độ làm việc trung bình của tháp, 0K

trong bảng IX.2a [II-145] ta đợc

[II - 183]

Trong đó:

: Khối lợng riêng trung bình đối với pha lỏng (kg/m3)

: khối lợng riêng của metylic và nớc ở pha lỏng lấy theo to

tb,(kg/m3)

atb: phần khối lợng trung bình của cấu tử 1 trong phalỏng

trong bảng IX.2a [II-145] ta đợc

ứng với t0 = 87,4240C Nội suy theo bảng I.2 trong [I-9] ta đợc:

kg/m3.kg/m3.Vậy khối lợng riêng trung bình của lỏng trong đoạn chng là:

kg/m3

c Tính tốc độ hơi đi trong đoạn chng:

Tốc độ hơi đi trong tháp đệm được ỏp dụng theo cụng thức:

Với s là tốc độ sặc, m/s đợc tính theo công thức

Khoa Công Nghệ Hóa Học QT và Thiết bị hóa học

lghh = 0,119.lg(0,213.10-3) + (1 0,119).lg(0,347.10-3)

- hh = xC = 0,327.10-3 Ns/m2

Thay số liệu đã tính đợc ta có

Y = 1,2.e-4.0,53= 0,144

Chọn loại đệm vòng Rasiga bằng sứ đổ lộn xộn nh đã chọn ởtrên

Quy chuẩn đờng kính đoạn chng là DC = 0,6 m

* Thử lại điều kiện làm việc thực tế:

- Tốc độ hơi thực tế đi trong đoạn chng là:

m/s

- Tỷ số giữa tốc độ thực tế và tốc độ sặc là: