Đồ án quá trình và thiết bị chưng cất Isopropanol và Axetone

Đồ án môn học Quá trình và thiết bị là một môn học mang tính tổng hợp trong quá trình học tập của các kĩ sư hóa – thực phẩm trong tương lai, 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 kĩ thuật thực tế một cách tổng hợp. Nhiệm vụ của đồ án là tính toán và thiết kế hệ thống thiết bị chưng luyện lien tục để phân riêng hỗn hợp Axeton – Isopropanol với số liệu ban đầu: Năng suất theo hỗn hợp đầu: 500 kmolh Nồng độ phần mol của cấu tử nhẹ (axeton): xF = 0,5; xP = 0,95; xW = 0,15 Tháp đĩa, làm việc ở áp suất thường, nạp liệu ở trạng thái điểm sôi.

4

HƯƠ G :TỔ G Q A VỀ SẢ PHẨ VÀ DÂY H YỀ Ô G GHỆ 5

I TỔ G Q A VỀ SẢ PHẨ SO-PROPANOL VÀ AXÊTÔN 5

1 Axêtôn : 5

2 Iso-propanol : 6

II TỔ G Q A VỀ Q Á TRÌ H HƯ G ẤT : 7

1.Lý thuyết chưng cất : 7

2 hư ng h chưng cất 7

3.Thiệt bị chưng cất : 8

HƯƠ G : TÍ H Ô G GHỆ TH ẾT BỊ HÍ H 11

A Â BẰ G VẬT Ệ VÀ H ỆT ƯỢ G Â BẰ G VẬT Ệ : 11

1 Thông số ban đầu : 11

2 Tính cân bằng vật liệu: 11

3 Thành hần ha của hỗn hợ 2 cấu tử Axeton – benzene 12

II XÁ Ị H SỐ BẬ THAY Ổ Ồ G Ộ : 13

1.X c định chỉ số hồi lưu Rxmin : 13

2 X c định chỉ số hồi lưu thích hợ : 13

III Â BẰ G H ỆT ƯỢ G : 17

1 Cân bằng nhiệt lượng của thiết bị đun nóng hỗn hợ đầu : 18

2 Cân bằng nhiệt lượng cho toàn th : 19

3 Cân bằng nhiệt lượng cho thiết bị ngưng tụ : 20

4 Cân bằng nhiệt lượng cho thiết bị làm lạnh: 21

B - THÔ G SỐ HÍ H ỦA THÁP I Ư G KÍ H THÁP : 21

1 Đường kính đoạn luyện : 22

2 Đường kính đoạn chưng 24

II H Ề AO THÁP 26

III TRỞ Ự ỦA THÁP 26

1.Đĩa của đoạn luyện 27

2.Đĩa của đoạn chưng 28

3.Trở lực của th 29

HƯƠ G : Ơ KHÍ TH ẾT BỊ HÍ H 34

H Ề DÀY THÁP 34

1.Xác định [σ] 34

2.Tính suất trong thiết bị: 35

3.Tính C 35

II TÍ H ÁY VÀ ẮP TH ẾT BỊ 36

III TÍ H Ư G KÍ H Á OẠ Ố G DẪ 37

1.Đường kính ống dẫn hỗn hợ đầu vào đĩa tiế liệu 37

2.Đường kính ống dẫn hỗn hợ hồi lưu 38

3.Đường kính ống dẫn hỗn hợ ra ở đ y 38

4.Đường kính ống dẫn sản hẩm đỉnh 39

5.Đường kính ống dẫn h i vào đ y thiết bị 39

IV TÍ H BỀ DÀY ỚP Á H H ỆT 39

V HỌ BÍ H 40

1.Bích để nối than thiết bị, nắ và đ y 41

2.Bích để nối ống dẫn với thiết bị 42

VI TÍ H TẢ TRỌ G ỦA THÁP 42

1.Khối lượng than th 42

2.Khối lượng của đ y và nắ eli có gờ 42

3.Khối lượng của chất lỏng trong th 42

4.Khối lượng của c c đĩa 42

5.Khối lượng lớ c ch nhiệt 43

6.Khối lượng của bích 43

VII TA TREO, HÂ Ỡ 43

1.Tai treo 43

2.Chân đỡ 43

HƯƠ G V: TÍ H TH ẾT BỊ PH 45

I TÍ H TH ẾT BỊ SÔ HỖ HỢP 45

1.Diễn biến qu trình 45

2.Tính lượng nhiệt trung bình truyền qua một đ n vị bề mặt truyền nhiệt 45

3.Tính bề mặt truyền nhiệt 47

II TÍ H VÀ HỌ BƠ 48

1.Tính n ng suất thể tích b m 48

2.Tính suất toàn hần của b m 48

3.Công suất của b m và động c điện 50

PH 52

TÀ Ệ THA KHẢO 56

ột trong nh ng ngành có sự đóng gó to lớn đến ngành công nghiệ nước ta nói ri ng và thế giới nói chung, đó là nghành công nghiệ hóa h c Đặc biệt là ngành hóa chất c bản

iện nay, trong nhiều ngành sản xuất hóa h c c ng như sử dụng sản hẩm hóa h c, nhu cầu

sử dụng nguy n liệu hoặc sản hẩm có độ tinh khiết cao hải h hợ với quy trình sản xuất hoặc nhu cầu sử dụng

gày nay c c hư ng h được sử dụng để nâng cao độ tinh khiết như: trích ly, chưng cất,

cô đặc, hấ thu T y theo đặc tính y u cầu của sản hẩm mà ta có sự lựa ch n hư ng h thích hợ

Đồ n môn h c u trình và thiết bị là một môn h c mang tính t ng hợ trong qu trình h c

tậ của c c kĩ sư hóa – thực hẩm trong tư ng lai, Đây là bước đầu ti n để sinh vi n vận dụng

nh ng kiến th c đ h c của nhiều môn h c vào giải quyết nh ng vấn đề kĩ thuật thực tế một c ch

t ng hợ

hiệm vụ của đồ n là tính to n và thiết kế hệ thống thiết bị chưng luyện lien tục để hân

ri ng hỗn hợ Axeton – Isopropanol với số liệu ban đầu:

- ng suất theo hỗn hợ đầu: kmol h

- ồng độ hần mol của cấu tử nh axeton : xF = 0,5; xP = 0,95; xW = 0,15

- Th đĩa, làm việc ở suất thường, nạ liệu ở trạng th i điểm sôi

m chân thành cảm n c c quí thầy cô bộ môn, c c bạn sinh vi n và đặc biệt là T Đặng Kim oàng, người đ trực tiế hướng dẫn và gi đỡ em trong suốt thời gian thực hiện đồ n này Tuy nhi n, trong qu trình hoàn thành đồ n không thể không có sai sót, đặc biệt với đồ n của em có cấu tử so ro anol thiếu một số số liệu trong s tay n n ở đây em đ sử dụng số liệu của nhiều tài liệu kh c nhau ì vậy em rất mong quí thầy cô thông cảm, gó ý, và chỉ dẫn

Axeton (CH3COCH3) là tên g i thông thường của ro anon Đây

là loại hợ chất Cacboxyl, vì vậy là hợ chất hân cực ó là chất

lỏng sôi ở t s 0

=56,1 0 C, nhiệt độ này cao h n chất không hân cực có

c ng tr ng lượng nhưng lại thấ h n ancol và axit tư ng ng Axeton

tan vô hạn trong nước, là dung môi cho nhiều chất h u c

 Thông số vật lý và hóa h c:

hân tử lượng: 50,08 g/mol

hiệt độ nóng chảy: -94,6o

C hiệt độ sôi: ,1o

C hiệt dung ri ng C : 22 kcal mol chuẩn ở 1 2o

C)

Độ nhớt: ,3 c

 Tính chất hóa h c

Trong hân tử axeton lien kết C luôn hân cực về hía vì oxi có độ âm điện lớn h n C

n n nhóm C s quyết định nh ng tính chất hóa h c đặc trưng của axeton mà n i bậc nhất là hản ng cộng nucleo hin

 hản ng cộng vào nhóm C (cộng với 2 , rượi, C , a 3, hợ chất c

O COCH

CH3 32[ ]KMnO 4 3  2 2

 hản ng ở gốc metyl:

HCl Cl

COCH CH

Cl COCH

 Điều chế:

 X rượi ro anol-2:

O H COCH CH

O CH

OH C

CH3 ( ) 31/2 2Cu 3 3 2

 Thủy hân 2,2-diclo propan

O H NaCl COCH

CH NaOH

CH Cl C

 idrat hóa metyl axetilen :

3 3

CH C

 hiệt hân muối natriaxetat

3 2 3 3

3 400

, 2

2 Iso-propanol :

Isopropanol (CH3CHOHCH3) là tên thông thường của Iso

Propyl Alcohol.Đây là chất lỏng trong,dễ ch y, có m i th m giống

 ản xuất:

Vào n m 1 4, 1, triệu tấn cồn được sản xuất tại oa Kỳ, Châu Âu, và hật Bản ợ chất này được sản xuất chủ yếu bằng c ch kết hợ nước và ro ene trong một hản ng hydrat hóa

ó c ng được sản xuất bằng hydro hóa acetone Có hai tuyến đường cho qu trình hydrat hóa:

gi n tiế hydrat hóa thông qua qu trình axit sulfuric, và hydrat hóa trực tiế u trình trước đây, mà có thể sử dụng chất lượng thấ ro ene, hần chủ yếu là ở ỹ trong khi qu trình sau,

đ i hỏi độ tinh khiết cao ro ene, thường được sử dụng ở châu Âu C c qu trình này chủ yếu cung cấ cho isopropyl rượu ch không hải là 1- ro anol vì việc b sung nước hoặc axit sulfuric để ro ene sau quy tắc arkovnikov của

 ydrat hóa gi n tiế :

u trình gi n tiế hản ng ro ene với axit sunfuric để tạo thành một hỗn hợ của c c este sulfat Tiế theo thủy hân c c este bằng h i nước sản xuất cồn, được chưng cất diiso ro yl ete

là một đ ng kể sản hẩm hụ của qu trình này; nó được t i chế trở lại qu trình thủy hân và để cung cấ cho c c sản hẩm mong muốn

 ydrat hóa trực tiế :

ydrat hóa trực tiế hản ng ro ene và nước, hoặc trong giai đoạn khí hoặc chất lỏng, suất cao trong sự hiện diện của axit rắn hoặc hỗ trợ chất x c t c ro ylene độ tinh khiết cao > 90%) có xu hướng được y u cầu cho loại này của qu trình

Cả hai qu trình này y u cầu c c iso ro yl alcohol được t ch ra t nước và c c sản hẩm hụ của qu trình chưng cất so ro yl alcohol và hình th c nước một azeotro e và chưng cất đ n giản cho một vật liệu là , % tính theo tr ng lượng iso ro yl alcohol và 12,1% của nước cân Tinh khiết khan rượu iso ro yl được thực hiện bởi chưng cất đẳng hí của iso ro yl alcohol ướt bằng c ch sử dụng điiso rô yl ether hoặc cyclohexane như azeotroping đại lý

 Hydro acetone:

Acetone thô được hydro hóa trong giai đoạn lỏng h n Raney nickel hoặc hỗn hợ đồng và oxit crom để cung cấ cho iso ro yl alcohol u trình này rất h u ích khi kết hợ với sản xuất acetone dư th a, chẳng hạn như quá trình Cumene

 ề ng dụng:

Làm dung môi,được sử dụng như một trung gian hóa h c, ng dụng rộng r i trong lĩnh vực y tế, ô

tô, trong h ng thí nghiệm được sử dụng để bảo quản mẫu vật

II TỔ G Q A VỀ Q Á TRÌ H HƯ G ẤT :

1 ý thuyết chưng cất :

Chưng cất là qu trình để t ch c c cấu tử của hỗn hợ lỏng c ng như hỗn hợ khí lỏng thành

c c cấu tử ri ng biệt dựa vào độ bay h i kh c nhau của c c cấu tử trong hỗn hợ nghĩa là khi ở

c ng nhiệt độ, suất h i b o h a của c c cấu tử kh c nhau

 Thay vì đưa vào trong hỗn hợ một ha mới để tạo n n sự tiế x c gi a hai ha như trong qu trình hấ thu hay nhả khí ,trong qu trình chưng cất ha mới được tạo n n bằng

sự bốc h i hay ngưng tụ

 Chưng cất và cô đặc kh giống nhau, tuy nhi n sự kh c nhau c n bản nhất của 2 qu trình này là trong qu trình chưng cất dung môi và chất tan đều bay h i nghĩa là cả 2 cấu tử đều hiện diện ở 2 ha nhưng với tỷ lệ kh c nhau , c n trong qu trình cô đặc thì chỉ có dung môi bay h i chất tan không bay h i

 Khi chưng cất ta thu được nhiều cấu tử và thường thì bao nhi u cấu tử ta thu được bấy nhi u sản hẩm ếu xét hệ đ n giản 2 cấu tử thì ta s thu được 2 sản hẩm: sản hẩm đỉnh chủ yếu gồm cấu tử có độ bay h i lớn h n nhiệt độ sôi nhỏ , sản hẩm đ y chủ yếu gồm cấu tử có độ bay h i nhỏ h n nhiệt độ sôi lớn

 Cấ nhiệt ở đ y th

+ Cấ nhiệt trực tiế

+ Cấ nhiệt gi n tiế

3 Thiệt bị chưng cất :

Trong sản xuất , người ta thường d ng nhiều loại thiết bị kh c nhau để tiến hành chưng cất Tuy nhi n y u cầu c bản chung của c c thiết bị vẫn giống nhau nghĩa là diện tích tiế x c ha hải lớn Điều này hụ thuộc vào m c độ hân t n của một lưu chất này vào lưu chất kia ếu

ha khí hân t n vào ha lỏng ta có c c loại th mâm, nếu ha lỏng hân t n vào ha khí ta có

th ch m, th hun, Ở đây ta khảo s t 2 loại thường dung là th mâm và th ch m

 Th mâm: Thân hình trụ, thẳng đ ng hía trong có gắn c c mâm có cấu tạo kh c nhau,

tr n đó ha lỏng và ha h i được cho tiế x c với nhau T y theo cấu tạo của đĩa ta có:

 Th mâm chó : tr n mâm bó trí c c chó dạng tr n, xu a

 Th mâm xuy n lỗ: tr n mâm có nhiều lỗ hay r nh

 Th ch m th đệm : th hình trụ, gồm nhiều bậc nối với nhau bằng mặt bích hay hàn

ật ch m được cho vào th bằng một trong hai hư ng h sau: xế ngẫu nhi n hay

xế theo th tự

ình ảnh s đồ th đĩa ình ảnh s đồ th đệm

Tháp chêm Th mâm xuyên lỗ Tháp chóp

Ưu điểm - Cấu tạo kh đ n giản - Trở lực thấ

- Làm việc với chất lỏng bẩn nếu dung đ m cầu

có ρ ≈ ρ của chất lỏng

- Trở lực tư ng đối thấ

- iệu suất kh cao

- Kh n định

- iệu suất cao

hược điểm - Do có hiệu ng thành → hiệu suất truyền khối

thấ

- Độ n định không cao, khó vận hành

Ở đây ta s sử dụng th mâm đĩa để chưng cất hỗn hợ Axeton và so ro anol

III TH YẾT H DÂY H YỀ Ô G GHỆ

1 S đồ công nghệ:

ệ thống thiết bị công nghệ chưng luyện li n tục t ng qu t gồm có :

- (1) : Th chưng luyện gồm có 2 hần : hần tr n gồm t tr n đĩa tiế liệu trở l n đỉnh g i là đoạn luyện, hần dưới gồm t đĩa tiế liệu trở xuống g i là đoạn chưng

- 2 : Thiết bị đun nóng d ng để đun nóng hỗn hợ đầu ử dụng thiết bị loại ống ch m, d ng

h i nước b o hoà để đun nóng vì nó có hệ số cấ nhiệt lớn, ẩn nhiệt ngưng tụ cao i nước

b o hoà đi ngoài ống, lỏng đi trong ống

- 3 : Th ng cao vị

- 4 : Bộ hận đun bốc h i đ y th , có thể đạt trong hay ngoài th Ở đây ta c ng sử dụng

h i nước b o hoà để đun với h i đi trong ống lỏng đi ngoài ống

- : Thiết bị ngưng tụ hoàn toàn, nước lạnh đi trong ống

Tiến hành cụ thể : Trước hết hỗn hợ Ax tôn, Isopropanol t th ng ch a được b m vào th ng cao vị 3 rồi dẫn xuống thiết bị đun nóng 2 ự có mặt của th ng cao vị đảm bảo

cho lượng hỗn hợ đầu vào th không dao động, trong trường hợ công suất b m qu lớn hỗn

hợ đầu s theo ống tuần hoàn tràn về bể ch a hỗn hợ đầu Ở 2 dung dịch được đun nóng đến nhiệt độ sôi bằng h i nước b o hoà Ra khỏi thiết bị đun nóng, dung dịch đi vào th chưng luyện 1 ở vị trí đĩa tiế liệu Do đ dược đun nóng đến nhiệt độ sôi n n tại đây Axetôn thực hiện qu trình chuyển khối t ha lỏng sang ha h i và tiến về đỉnh th Isopropanol là cấu tử khó bay h i ở nhiệt độ này nó vẫn đang ở thể lỏng và hân hối xuống dưới hư vậy trong th ,

h i Axetôn đi t dưới l n gặ lỏng Isopropanol đi t tr n xuống ì nhiệt độ càng l n càng thấ

n n khi h i Axetôn đi t dưới l n có mang theo một hần cấu tử Isopropanol, cấu tử có nhiệt độ sôi cao s ngưng tụ lại và cuối c ng ở tr n đỉnh ta thu được hỗn hợ gồm hầu hết cấu tử Axetôn

dễ bay h i i Axetôn vào thiết bị ngưng tụ được ngưng tụ lại ột hần chất lỏng ngưng đi qua thiết bị làm lạnh đến nhiệt độ cần thiết rồi đi vào th ng ch a sản hẩm đỉnh ột hần kh c hồi lưu về th ở đĩa tr n c ng để t ng m c độ t ch

Tư ng tự qu trình dịch chuyển của Isopropanol s kéo theo 1 hần cấu tử Axeton và càng xuống thấ nhiệt độ của th càng t ng khi chất lỏng Isopropanol đi t tr n xuống gặ h i Axeton có nhiệt độ cao h n, một hần cấu tử có nhiệt độ sôi thấ được bốc h i và do đó nồng độ Isopropanol khó bay h i trong chất lỏng ngày càng t ng Cuối c ng ở đ y th ta thu được hỗn

hợ lỏng gồm hầu hết là chất lỏng Isopropanol khó bay h i Chất lỏng ở đ y th khi ra khỏi

th được làm lạnh rồi đưa vào th ng ch a sản hẩm Để tiết kiệm h i đốt người ta có thể

d ng h i ở đỉnh th để đun nóng hỗn hợ ban đầu

1 Thông số ban đầu :

G i F : lưu lượng hỗn hợ đầu, kg h, kmol h

P: lưu lượng sản hẩm đỉnh, kg h, kmol h

W : lưu lượng sản hẩm đ y, kg h, kmol h

aF : nồng độ hỗn hợ đầu, % khối lượng

W x

x

P x

218,75

15,095,0

15,05,0

W F x x

x x F

T 1 suy ra : W F - P = 500 – 218,75 = 281,25(kg/h)

Tính nồng độ hần khối lượng của cấu tử Axêtôn:

 Thành hần khối lượng trong hỗn hợ đầu:

60)5,01(48.5,0

58.5,0)

F

A F F

M x M

x

M x a

 Thành hần khối lượng trong sản hẩm đỉnh:

60)95,01(48.95,0

58.95,0)

P

A P P

M x M

x

M x a

 Thành hần khối lượng trong sản hẩm đ y:

60)15,01(48.15,0

58.15,0)

W

A W W

M x M

x

M x a

Tính khối lượng mol trung bình:

ồng độ hần mol

ưu lượng (kmol/h)

ưu lượng (kg/h)

3 Thành phần pha của hỗn hợp 2 cấu tử Axeton – benzene

Bảng thành phần cân bằng lỏ hơ v h ệt độ sôi của hỗn hợp 2 cẩu tử ở áp su t 760 mmHg (%mol) ( t h th h hầ ằ ỏ hơ ủ tử

ở đ t ử hầ ) t ợ ả

t 0 82,56 81 79,46 76,41 73,44 70,58 67,84 65,23 62,76 60,41 58,19 56,1

ường cân bằng lỏng h i T x-y của hỗn h acetone và iso-propanol

Bằng hư ng h nội suy ta tính được yF, yP, yW, t0s như bảng sau:

ản hẩm x (%mol) hần mol y (%mol) hần mol t sôi

A B A A

x x

y y x x y

s A s B A s

A

x x

t t x x t

73,095,0

F P

X

x y

y x R

ới xP _nồng độ hần mol của Ax tôn trong ha lỏng ở sản hẩm đỉnh

xF_ nồng độ hần mol của Ax tôn trong ha lỏng ở hỗn hợ đầu

y*F _nồng độ hần mol của Ax tôn trong ha h i nằm cân bằng ha lỏng ở hỗn hợ đầu

2 X c định chỉ số hồi lưu thích hợp :

X c định chỉ số hồi lưu thích hợ dựa vào điều kiện thể tích th nhỏ nhất t c là tư ng

đư ng với l Rx+1 nhỏ nhất l : ố bậc thay đ i nồng độ lý thuyết

RX = b RXmin

ới b là hệ số b 1,2  2,5

ấn đề ch n chỉ số hồi lưu thích hợ rất quan tr ng, nếu lượng hồi lưu qu bé thì th s vô

c ng cao, điều này rất khó thực hiện, nếu lượng hồi lưu lớn thì th có thấ đi nhưng đường kính lại lớn, sản hẩm đỉnh thu được chẳng bao nhi u

X c định RX thích hợ theo số bậc thay đ i nồng độ được tiến hành như sau : cho nhiều gi trị RX lớn h n gi trị RXmin ới mỗi gi trị tr n, ta x c định được tung độ của đường làm việc đoạn luyện với trục tung B, với:

x B

Dựa vào đồ thị ta có kết qủa sau:

Đồ thị biểu diễn mối quan hệ giữa Rx và Nt(Rx+1)

T bảng b n tìm được gi trị t(Rx + 1 nhỏ nhất tại Rx 1,536 ng với b 1,6

ậy ta tính được chỉ số hồi lưu thích hợ Rx 1,536

 hư ng trình đường nồng độ làm việc của đoạn luyện:

375,0606,01536,1

95,01

536,1

536,11

R y

X P X

X

 hư ng trình đường nồng độ làm việc của đoạn chưng 2,29)

75,218

076,0'509,115,01536,1

29,21'1536,1

29,2536,11

1'1

R

L R

X X

X

20 20.5 21 21.5 22 22.5

b

b

T đó suy ra = 8,08; đoạn luyện L 4, 1; đoạn chưng C = 4,07

Tính số đĩa thực tế :

Nt =

ới: : ố đĩa lý thuyết số bậc thay đ i nồng độ

: iệu suất trung bình của thiết bị

x,y: nồng độ hần mol của cấu tử dễ bay h i trong ha h i và ha lỏng

ộ bay h i tư ng đối của hỗn hợ

5,0

5,01.73,01

73,01

*1

F F

x

x y

y



95,0

95,01.985,01

985,01

*1

P

P P

x

x y

y



15,0

15,01.295,01

295,01

*1

W

W W

x

x y

y



ộ nhớt của hỗn hợ :

hiệt độ của hỗn hợ vào,sản hẩm đỉnh,sản hẩm đ y lần lượt là:

tF = 67,84 ; tP = 57,145 ; tW = 77,935

Ta x c định độ nhớt của axetone và iso- ro anol ở nhiệt độ tư ng ng bằng hư ng h nội suy t số liệu trong s tay TTB tậ 1 trang 2- 3 ,ta được:

T(oC) 67,84 57,145 77,935 µ.103 (N.s/m2) CH3COCH3 0,218 0,235 0,203

Tra đồ thị hình X.11 sổ tay QTTB tậ 2 trang 171:

 iệu suất của đĩa nạ liệu: F = 49,2%

 iệu suất đĩa đầu ti n ở đỉnh th : P = 50,9%

 iệu suất đĩa cuối c ng ở đ y th : W = 48,8%

T đó tính được hiệu suất đĩa trung bình:

8,489,502,49

07,





tb C

N N

 Đối với đoạn luyện: 8,08

4963,0

01,4







tb L

N N

Ch n nước làm chất tải nhiệt vì nó là nguồn nguy n liệu rẻ tiền, h biến trong thi n nhi n

và có khả n ng đ ng y u cầu công nghệ

S đồ cân bằng nhiệt lượng:

C c kí hiệu:

QD1 : lượng nhiệt do h i nước cung cấ để đun nóng hỗn hợ đầu, J h

Qf : lượng nhiệt hỗn hợ đầu mang vào, J h

QF : lượng nhiệt do hỗn hợ đầu mang ra khỏi thiết bị đun nóng, J h

Qxq1 : lượng nhiệt mất m t trong qu trình đun sôi, J h

Qy : lượng nhiệt h i mang ra khỏi th , J h

QR : lượng nhiệt do lượng lỏng hồi lưu mang vào, J h

QP : nhiệt lượng do sản hẩm đỉnh mang ra, J h

Qng1 Qxq1

QD2 : nhiệt lượng cần đun nóng sản hẩm đ y, J h

QW : nhiệt lượng do sản hẩm đ y mang ra, J h

Qxq2 : nhiệt lượng mất m t trong th chưng luyện, J h

Qng1 : nhiệt do nước ngưng mang ra ở thiết bị đun sôi hỗn hợ đầu, J h

Qng2 : nhiệt do nước ngưng mang ra ở thiết bị đun sôi sản hẩm đ y, J h

1 Cân bằng nhiệt lượng của thiết bị đun nóng hỗn hợ đầu :

hư ng trình cân bằng nhiệt lượng cho qu trình đun nóng:

 : hàm nhiệt của h i nước J kg

r1 : ẩn nhiệt hóa h i của h i nước J kg

t 1 : nhiệt độ nước ngưng oC)

C1 : nhiệt dung ri ng của nước ngưng J kg đôÜ

b) Nhiệt lượng do hỗn hợp đầu mang vào Q f

Qf = F.Cf tf (J/h)

ới : F : Lượng hỗn hợ đầu, kg h

Cf : hiệt dung ri ng của hỗn hợ đầu, J kg.độ

Cf =a F C A(1a F)C B

aF : ồng độ hần khối lượng của hỗn hợ đầu

CA, CB : hiệt dung dung ri ng của Ax tôn và Iso-propanol ở 2 oC

ới CF : hiệt dung ri ng của hỗn hợ khi ra khỏi thiết bị đun nóng, J kg.độ

tF : hiệt độ của hỗn hợ khi ra khỏi thiết bị đun nóng, o

C

d) Nhiệt lượng do nước ngưng mang ra Q ng1

Qng1 = G ng1.C1.t1 = D1t1C1

Gng1 : Lượng nước ngưng lấy bằng lượng h i đốt , kg h

e) hiệt lượng mất m t ra môi trường xung quanh Q m1 thường lấy bằng % nhiệt ti u tốn

Qxq1 = 5%(QD1 - Qng1 ) = 5% D1r1

hư vậy lượng h i nước b o hoà cần thiết để đun nóng dung dịch đầu đến nhiệt độ sôi:

1 1

95,0

)(

r

C t C t F

,67.5,274129500

 : hàm nhiệt của h i nước b o h a, J kg

t2, C2 : nhiệt độ và nhiệt dung ri ng của nước ngưng, 0C, J kgđộ

c) Nhiệt lượng do lỏng hồi lưu mang vào :

1, 2 : hàm nhiệt của Ax tôn và Isopropanol, J/kg

CP : nhiệt dung ri ng của hỗn hợ h i ra khỏi th ở nhiệt độ oC

0,984

58

985,0160

985,0

60

985,01

B P

M

y M

y M

y

rA, rB : hiệt ho h i của Ax tôn, Isopropanol ở oC Tra bảng:

I-213 2 4 và bằng hư ng h nội suy ta có :

CA78, CB78: nhiệt dung ri ng của Ax tôn và Isopropanol ở oC Tra bảng

I-1 3 1 1 và bằng hư ng h nội suy ta có :

C2, t2 : hiệt dung ri ng J kg.độ và nhiệt độ của nước ngưng oC)

g) Nhiệt lượng do tổn thất ra môi trường xung quanh :

Qxq2 = 0,05D2r2 , J/h

ậy lượng h i đốt cần thiết để đun sôi dung dịch đ y th là :

49,803910

.2264.95,0

10)

596,242666,5114,42,21(95

,

9 2

Q

ậy lượng h i nước b o h a cần thiết là:

D = D1 + D2 = 1697,07 + 8039,49 = 9736,56 (kg/h)

3 Cân bằng nhiệt lượng cho thiết bị ngưng tụ :

ử dụng thiết bị ngưng tụ hoàn toàn :

hư ng trình cân bằng nhiệt lượng :

P ( Rx + 1 ).r = Gn1Cn(t2 - t1 )

r : ẩn nhiệt ngưng tụ của h i ở đỉnh th

r = J kg tính ở hần y)

Cn : hiệt dung ri ng của nước ở nhiệt độ trung bình t1 + t2 2, J kg.độ

t1 , t2 : hiệt độ vào, ra của nước làm lạnh, oC

Gn1 : Lượng nước lạnh ti u tốn cần thiết

t t C

r Rx P G

n

)(

)1(

1 2 1

45252

2545(4180

10.576,524)536,11(375,12709)

(

)1

1 2

C

r R

78,2332)2557(375,12709)

(

)''

(

1 2

2 1

C

C t t

Vtb : lượng h i trung bình đi trong th m3/h)

tb : vận tốc h i trung bình đi trong th m s

n'

2 1

1 2

1 ường kính đoạn luyện :

/ L ợ hơ t ì h t đ ạ ệ : có thể xem gần đ ng bằng trung bình cộng

lượng h i đi ra khỏi đĩa tr n c ng của th gđ và lượng h i đi vào dưới c ng g1 của đoạn luyện : Được tính theo công th c sau :

2

1

g g

g tb d 

 (IX.91/181.II)

g1 : lượng h i đi vào đĩa dưới c ng của đoạn luyện kg h

gđ : lượng h i ra khỏi th ở đĩa tr n c ng kg h

- y1 : nồng độ của cấu tử nh trong ha h i của đĩa th nhất đoạn luyện

- x1 : hàm lượng lỏng ở đĩa th nhất đoạn luyện

x1 = xF ,4 2 hần khối lượng

- GP = 12709,375 (kg/h) = 218,75 (kmol/h)

- r1 : Ẩn hiệt hóa h i của hỗn hợ đi vào đĩa th nhất của đoạn luyện J kg

r1 = rA y1 + rB (1 - y1 )

 rđ : Ẩn nhiệt hóa h i của hỗn hợ h i đi ra khỏi đỉnh th J kg

rđ = ra yđ + rb (1 - yđ ) = 524,576.103 J kg đ tính ở hần TB ngưng tụ

rA , rB : ẩn nhiệt hóa h i của Ax tôn và Iso-propanol nguy n chất

Tra bảng -212/254/I và nội suy ta có:

7,510119

10.6,169071000

.576,524.975,32230

948,0.375,12709492

,0

375,12709

1 1

1

6 1

1

1 1 1

1 1

y y

r

r g

G y g

G g

)/(87,29890

)/(644,565

)_(

693,0)_(

686,0

1 1 1 1

h kg G

h kg g

kg kJ r

mol phan kl

phan y

uy ra lưu lượng h i trung bình:

)/(63,8)/(92,310602

975,3223087

,298902

1

s kg h

kg g

,22

273)

1

1

m kg T

M y M

985,0693,02

1

tb

y y

 T: nhi t độ làm việc trung bình của đoạn luyện

K t

t

5,3352732

84,67144,57273

,3354,22

273.60)839,01(58839,

m kg

92,

h m

g V

tb xtb

a a

 xtb : khối lượng ri ng trung bình của hỗn hợ lỏng trong đoạn luyện

 A,B : khối lượng ri ng trung bình của Ax tôn và Iso-propanol trong ha lỏng lấy theo nhiệt độ TB kg m3

), ttb = 62,5 0C )

/(625,

5 , 62

m kg

tb

a a

64,744

Tính φ[σ] ở nhiệt độ trung bình đoạn luyện:

Ta có s c c ng bề mặt của Ax tôn và so-propanol ở 2, o

hh  



11

g D

tb y y

tb

,305,2066

,2

92,310600188

,0).(0188

2 ường kính đoạn chưng

Lượng h i trung bình đi trong đoạn chưng:

2

''2

''' g g1 g 1 g1

Trong đó: y’1 = yW = 0,295 hần mol ,2 hần kl là thành hần của cấu tử dễ bay h i trong ha h i cân bằng với ha lỏng trong sản hẩm đ y

r’1 - ẩn nhiệt hóa h i của hỗn hợ h i đi vào đĩa th nhất của đoạn chưng:

,298902

'2

'''  g g1  g1 g1   

Khối lượng ri ng trung bình của ha h i ở đoạn chưng:

'.4,22

273])'1('

[

T

M y M

tb

y y

' t W t F     

89,345.4,22

273]60)

494,01(58.494,

tb xtb

a a





'1''

' 1 F  W   

tb

a a

026,737' 

Tính φ[σ] ở nhiệt độ trung bình đoạn chưng:

Ta có s c c ng bề mặt của Ax tôn và so- ro anol ở 2, o

hh  



11

 σhh = 8,65 (dyn/cm)

Ta thấy σhh < 2 dyn cm n n ch n φ[σ] ,

ậy (yy)0,065.0,8 h.737,026.2,08 2,036 h,kg/m2.s

Đường kính đoạn chưng:

m h h

g D

tb y y

tb

,214,2036

,2

035,282380188

,0).(

'0188

Do đường kính đoạn chưng và đoạn luyện ch nh lệch nhau không qu 1 % nền đồng nhất 2 gi trị đường kính về gi trị đường kính chuẩn

ậy ch n đường kính th là: D 2, m

II H Ề AO THÁP

H = Nlt(h + δ + ∆ m với

lt: số đĩa thực tế

δ: bề dày của đĩa δ , m

∆ : chiều cao của nắ và đ y th

ì th làm việc ở suất thấ < 3 bar ; ∆ ,4 – 0,8)D

Ta ch n ∆ , 6D = 0,56.2,9 = 1,624 (m)

Ở đây ta ch n 1, m gồm , m ở đ y thiết bị và ,75m ở đỉnh thiết bị

h: là khoảng c ch gi a c c đĩa, h ,4m Đại lượng này là 1 trong nh ng yếu tố ảnh hưởng đến hiệu suất làm việc của đĩa

Lưu ý: việc ch n h là rất quang tr ng hải ch n sao cho thích hợ :

+ ếu h qu ngắn thì chất lỏng bị bắn t dưới l n đĩa tr n nhiều lần làm x o trộn chế độ làm việc của đĩa tr n

+ ếu h qu lớn thì gây l ng hí về vật liệu, h i đốt

ậy chiều cao của toàn th : 1 (0,4 + 0,005) + 1,624 = 8,104 (m)

III TRỞ Ự ỦA THÁP

Ch n đường kính của ống h i theo ti u chuẩn là: dh = 75 (mm) = 0,075 (m)

ố chó hân bố tr n một đĩa: trong thực tế thường ch n t ng tiết diện ống h i tr n mỗi đĩa

1 % tiết diện chó n n ta có:

4

.1

9,21,01

,

2 2

D n

δch : chiều dày chó , thường lấy δch = 2÷3 mm , ta ch n δch = 3 (mm) = 0,003 (m)

Khoảng c ch t mặt đĩa đến chân chó ch n trong khoảng ÷25 (mm)

Ta ch n 1 mm , 1 m

Chiều cao mực chất lỏng tr n khe chó : h1 1 ÷4 , ta ch n h1 = 25 (mm) = 0,025 (m)

1 ĩa của đoạn luyện

Chiều cao khe chó :

V

h

y y

.3600

42



  ; V y 14651,38 (m3/h)

Vy: lưu lượng h i đi trong th đ tính ở hần đường kính đoạn luyện

ρx, ρy: khối lượng ri ng của ha lỏng và ha h i kg m3

) ξ: hệ số trở lực của th đĩa, ch n ξ 2

224,6148.075,0

3600

38,14651

2

b

d d C

ch

C: khoảng c ch gi a c c khe 3÷4 mm , ch n C 3 mm , 3 m

74,49)0225,0.4

075,011

Suy ra: i = 50 khe

Chiều rộng khe chó được x c định t liên hệ:

i(c + a) = πdch

91,3350

m z w

G

d

c x

55,18351.4

3 )2

.85,1

3600

(

C d

V h







64,2464,744

55,18351

ới ∆h: chiều cao m c chất lỏng ở b n tr n ống chảy chuyền

: thể tích chất lỏng chảy qua m3

/h)

21,0.85,1.3600

64,24(

C

C    

Trong đó: δC – bề dày ống chảy chuyền, ch n δC = 3 (mm)

l1 – khoảng c ch nhỏ nhất gi a ống chảy chuyền và chó , ch n l1 = 75 (mm)

2

11032

210

2 ĩa của đoạn chưng

Chiều cao khe chóp:

V

h

y y

.3600

2,26585'

'

y

tb y

g V

V’y: lưu lượng h i đi trong th

ρ’x, ρ’y: khối lượng ri ng của ha lỏng và ha h i kg m3

) ξ: hệ số trở lực của th đĩa, ch n ξ 2

43,5148.075,0

3600

35,12781

2

b

d d C

ch

C: khoảng c ch gi a c c khe 3÷4 mm , ch n C 3 mm , 3 m

57,28)017,0.4

075,011

Suy ra: i = 29 khe

Chiều rộng khe chó được x c định t li n hệ: