Đồ án chưng luyện liên tục hỗn hợp metylic nước

I.Lyï thuyãút vãö chæng luyãûn Chæng laì phæång phaïp duìng âãø taïch caïc häùn håüp cháút loíng cuîng nhæ caïc häùn håüp khê loíng thaình caïc cáúu tæí riãng biãût dæûa vaìo âäü bay håi khaïc nhau cuía caïc cáúu tæí trong häùn håüp ,nghéa laì khi åí cuìng mäüt nhiãût âäü thç aïp suáút håi cuía caïc cáúu tæí khaïc nhau. Khi chæng ta thu âæåüc nhiãöu saín pháøm vaì thæåìng bao nhiãu cáúu tæí seí coï báúy nhiãu saín pháøm .Âäúi våïi træoìng håüp häùn håüp chæng chè gäöm hai cáúu tæí thç saín pháøm âènh gäöm cáúu tæí coï âäü bay håi låïn vaì mäüt pháön ráút êt cáúu tæí coï âäü bay håi beï coìn saín pháøm âaïy gäöm cáúu tæí coï âäü bay håi beï vaì mäüt pháön ráút êt cáúu tæí coï âäü bay håi låïn. Trong saín xuáút coï ráút nhiãöu phæång phaïp chæng nhæ chæng âån giaín ,chæng bàòng håi næåïc træûc tiãúp ,chæng chán khäng vaì chæng luyãûn .Tuìy thuäüc vaìo âiãöu kiãûn sàôn coï , tênh cháút häùn håüp , yãu cáöu vãö âäü tinh khiãút saín pháøm maì ta choün phæång phaïp chæng cho thêch håüp .Chæng âån giaín duìng âãø taïch caïc häùn håüp gäöm caïc cáúu tæí coï âäü bay håi ráút khaïc nhau .Phæång phaïp naìy thæåìng duìng âãø taïch så bäü vaì laìm saûch cáúu tæí khoíi taûp cháút.Chæng bàòng håi næåïc træûc tiãöp duìng taïch caïc häùn håüp gäöm caïc cháút khoï bay håi vaì taûp cháút khäng bay håi ,thæåìng duìng trong træåìng håüp cháút âæåüc taïch khäng tan vaìo næåïcChæng chán khäng duìng trong træåìng håüp cáön haû tháúp nhiãût âäü säi cáúu tæí .Vê duû nhæ træåìng håüp caïc cáúu tæí trong häùn håüp dãù bë phán huíy åí nhiãût âäü cao hay træåìng håüp caïc cáúu tæí coï nhiãût âäü säi quaï cao.Chæng luyãûn laì phæång phaïp phäø biãún nháút âãø taïch hoaìn toaìn häùn håüp caïc cáúu tæí dãù bay håi coï tênh cháút hoìa tan mäüt pháön hoàûc hoìa tan hoaìn toaìn vaìo nhau.Chæng luyãûn åí aïp suáút tháúp duìng cho caïc häùn håüp dãù bë phán huíy åí nhiãût âäü cao vaì häùn håüp coï nhiãût âäü säi cao.Chæng luyãûn åí aïp suáút cao duìng cho caïc häùn håüp khäng hoïa loíng åí aïp suïát thæåìng.Chæng luyãûn åí aïp suáút thæåìng (aïp suáút khê quyãøn ) duìng cho häùn håüp khäng thuäüc caïc træåìng håüp trãn.Ngæåìi ta tiãún haình chæng luyãûn häùn håüp cáön chæng trong thaïp chæng luyãûn ,thaïp gäöm nhiãöu âéa ,trãn mäùi âéa xaíy ra quaï trçnh chuyãøn khäúi giæîa pha loíng vaì pha håi. Håi âi tæì dæåïi lãn qua caïc läø cuía âéa ,loíng âi tæì trãn xuäúng theo caïc äúng chaíy chuyãön, näöng âäü caïc cáúu tæí vaì nhiãût âäü säi åí mäùi âéa thay âäøi theo chiãöu cao cuía thaïp .Do âoï mäüt phaìn cáúu tæí dãù bay håi chuyãøn tæì pha loíng vaìo pha håi vaì mäüt pháön êt hån chuyãøn tæì pha håi vaìo pha loíng , làûp laûi nhiãöu láön bäúc håi vaì ngæng tuû nhæ thãú , hay noïi mäüt caïch khaïc ,våïi mäüt säú âéa tæång æïng , cuäúi cuìng åí trãn âènh thaïp ta thu âæåüc cáúu tæí dãù bay håi åí daûng nguyãn cháút vaì åí thaïp ta thu âæåüc cáúu tæí khoï bay håi åí daûng nguyãn cháút .Quaï trçnh chæng luyãûn âæåüc thæûc hiãûn trong thiãút bë loaûi thaïp laìm viãûc liãn tuûc hoàûc giaïn âoaûn.Åí âáy ta seî thiãút kãú hãû thäúng chæng luyãûn thaïp choïp laìm viãûc liãn tuûc våïi häùn håüp chæng laì ræåüu mãtylic vaì næåïc.Khi chæng luyãûn liãn tuûc , häùn håüp âáöu âæåüc âæa vaìo thaïp åí âéa tiãúp liãûu (nàòm åí pháön giæîa thán thaïp ) mäüt caïch liãn tuûc , saín pháøm âènh vaì saín pháøm âaïy cuîng âæåüc láúy ra liãn tuûc.II.Tênh cháút lyï hoïa cuía ræåüu mãtylic 1.Tênh cháút lyï hoüc:Ræåüu mãtylic laì cháút loíng khäng maìu,tan vä haûn trong næåïc coï muìi vë âàûc træng , ráút âäüc , chè mäüüt læåüng nhoí xám nháûp vaìo cå thãø cuîng coï thãø gáy muì loìa ,læåüng låïn gáy tæí vong.Nhiãût âäü säi åí aïp suáút khê quyãøn t0s = 64,50C Khäúi læåüng riãng åí 200C  = 791,7 Kgm3Âäü nhåït åí 200C  = 0,6.103 N.sm2 =0,6 cp Hãû säú dáùn nhiãût åí 200C  = 0,179kcalm.h.âäü = 0,2082 Wm.âäü Nhiãût dung riãng åí 200C CP= 2570 Jkg.âäüNhiãût hoïa håi r = 262,79 kcalkg åí 64,50CNhiãût âäü noïng chaíy tnc= 97,80C2.Tênh cháút hoïa hoüc:Ræåüu mãtylic coï cäng thæïc phán tæí : CH3OH H cäng thæïc cáúu taûo : H C O H H phán tæí læåüng : 32 âvC

Phần 1 : MỞ ĐẦU

I.Lý thuyết về chưng luyện

Chưng là phương pháp dùng để tách các hỗn hợp chất

lỏng cũng như các hỗn hợp khí lỏng thành các cấu tử riêng

biệt dựa vào độ bay hơi khác nhau của các cấu tử trong hỗn hợp ,nghĩa là khi ở cùng một nhiệt độ thì áp suất hơi của

các cấu tử khác nhau

Khi chưng ta thu được nhiều sản phẩm và thường baonhiêu cấu tử sẻ có bấy nhiêu sản phẩm Đối với trưòng hợphỗn hợp chưng chỉ gồm hai cấu tử thì sản phẩm đỉnh gồmcấu tử có độ bay hơi lớn và một phần rất ít cấu tử có độbay hơi bé còn sản phẩm đáy gồm cấu tử có độ bay hơi bévà một phần rất ít cấu tử có độ bay hơi lớn

Trong sản xuất có rất nhiều phương pháp chưng như chưngđơn giản ,chưng bằng hơi nước trực tiếp ,chưng chân không vàchưng luyện Tùy thuộc vào điều kiện sẵn có , tính chấthỗn hợp , yêu cầu về độ tinh khiết sản phẩm mà ta chọnphương pháp chưng cho thích hợp

- Chưng đơn giản dùng để tách các hỗn hợp gồm các cấutử có độ bay hơi rất khác nhau Phương pháp này thườngdùng để tách sơ bộ và làm sạch cấu tử khỏi tạp chất

- Chưng bằng hơi nước trực tiềp dùng tách các hỗn hợpgồm các chất khó bay hơi và tạp chất không bayhơi ,thường dùng trong trường hợp chất được tách khôngtan vào nước

- Chưng chân không dùng trong trường hợp cần hạ thấpnhiệt độ sôi cấu tử Ví dụ như trường hợp các cấu tửtrong hỗn hợp dễ bị phân hủy ở nhiệt độ cao hay trườnghợp các cấu tử có nhiệt độ sôi quá cao

- Chưng luyện là phương pháp phổ biến nhất để tách hoàntoàn hỗn hợp các cấu tử dễ bay hơi có tính chất hòa tanmột phần hoặc hòa tan hoàn toàn vào nhau

Chưng luyện ở áp suất thấp dùng cho các hỗn hợp dễ bịphân hủy ở nhiệt độ cao và hỗn hợp có nhiệt độ sôi cao

Chưng luyện ở áp suất cao dùng cho các hỗn hợp khônghóa lỏng ở áp súât thường

Chưng luyện ở áp suất thường (áp suất khí quyển ) dùngcho hỗn hợp không thuộc các trường hợp trên

Người ta tiến hành chưng luyện hỗn hợp cần chưng trongtháp chưng luyện ,tháp gồm nhiều đĩa ,trên mỗi đĩa xảy raquá trình chuyển khối giữa pha lỏng và pha hơi Hơi đi từ dướilên qua các lổ của đĩa ,lỏng đi từ trên xuống theo các ống chảychuyền, nồng độ các cấu tử và nhiệt độ sôi ở mỗi đĩa thayđổi theo chiều cao của tháp Do đó một phàn cấu tử dễ bayhơi chuyển từ pha lỏng vào pha hơi và một phần ít hơn chuyểntừ pha hơi vào pha lỏng , lặp lại nhiều lần bốc hơi và ngưngtụ như thế , hay nói một cách khác ,với một số đĩa tươngứng , cuối cùng ở trên đỉnh tháp ta thu được cấu tử dễ bayhơi ở dạng nguyên chất và ở tháp ta thu được cấu tử khó bayhơi ở dạng nguyên chất

Quá trình chưng luyện được thực hiện trong thiết bị loạitháp làm việc liên tục hoặc gián đoạn

Ơí đây ta sẽ thiết kế hệ thống chưng luyện tháp chóp làmviệc liên tục với hỗn hợp chưng là rượu mêtylic và nước.Khichưng luyện liên tục , hỗn hợp đầu được đưa vào tháp ởđĩa tiếp liệu (nằm ở phần giữa thân tháp ) một cách liêntục , sản phẩm đỉnh và sản phẩm đáy cũng được lấy ra liêntục

II.Tính chất lý hóa của rượu mêtylic

1.Tính chất lý học:

Rượu mêtylic là chất lỏng không màu,tan vô hạn trongnước có mùi vị đặc trưng , rất độc , chỉ mộüt lượng nhỏxâm nhập vào cơ thể cũng có thể gây mù lòa ,lượng lớn gâytử vong

-Nhiệt độ sôi ở áp suất khí quyển t0

s = 64,50C

- Khối lượng riêng ở 200C  = 791,7 Kg/m3

-Độ nhớt ở 200C  = 0,6.103 N.s/m2 =0,6 cp-Hệ số dẫn nhiệt ở 200C  = 0,179kcal/m.h.độ =0,2082 W/m.độ

-Nhiệt dung riêng ở 200C CP= 2570 J/kg.độ

-Nhiệt hóa hơi r = 262,79 kcal/kg ở 64,50C-Nhiệt độ nóng chảy tnc= -97,80C

2.Tính chất hóa học:

Rượu mêtylic có công thức phân tử : CH3OH H công thức cấu tạo : H - C -

O - H

H

phân tử lượng : 32 đvC

Trong phân tử rượu mêtylic có 3 loại liên kết : C - H , C - O ,

O - H ,trong đó hai liên kết sau là liên kết cộng hóa trị phân cực,đó là do độ âm điện của O lớn hơn của C và H nên trong cả hailiên kết đó cặp electron góp chung đều lệch về phía O làm chonguyên tử H trở nên linh động hơn.Rượu mêtylic có khả năngtham gia các phản ứng sau:

- làm phá vỡ liên kết C-OH với sự tách đi của nhóm -OH

- làm phá vỡ liên kết _-O-H với sự tách đi của -H

- bị oxy hóa thành fomanđêhit :

CH3OH + CuO  HCHO + Cu

Rượu mêtylic được ứng dụng để sản xuất anđêhytfomic làmnguyên liệu cho công nghệ chất dẻo

III.Tính chất lý hóa của nước

- Nước là chất lỏng không màu ,không mùi ,không vị

- Nhiệt độ sôi ở 760mmHg là 1000C

- Hóa lỏng ở 00C

- Khối lượng riêng  = 997,08 kg/m3 ở 250C

- Độ nhớt  = 0,8937.103N.s/m2 = 893,7 Cp ở 250C

- Nhiệt dung riêng CP = 0,99892 kcal/kg.độ ở 250C

- Nhiệt hóa hơi ở áp suất khí quyển r = 540 kcal/kg

- Nước có công thức phân tử H2O ,công thức cấu tạo H-O-H

- Nước là hợp chất phân cực mạnh, có thể hòa tan nhiềuchất rắn ,lỏng ,khí

- Nước cần thiết cho sinh hoạt hằng ngày ,sản xuất nôngnghiệp ,công nghiệp , xây dựng , giao thông vận tải

- Nước dùng để điều chế oxy

IV.Ưu ,khuyết điểm của phương pháp chưng đĩa chóp :

Ưu điểm:Tách được sản phẩm có độ tinh khiết cao,dễ

khống chế quá trình,bề mặt tiếp xúc pha tương đối lớn ,trở

hoàn 4 tràn về bể chứa hỗn hợp đầu Thiết bị đun sôi 6 làthiết bị trao đổi nhiệt ống chùm với tác nhân nóng là hơinước bão hòa Ra khỏi thiết bị đun sôi ,hỗn hợp đầu ở nhiệtđộ sôi đi vào tháp 7 ở đĩa nạp liệu

Sản phẩm đỉnh ở dạng hơi được ngưng tụ hoàn toàn khi điqua thiết bị ngưng tụ 8 đến thiết bị phân tách hồi lưu 9 ,mộtphần sản phẩm đỉnh hồi lưu trở về đỉnh tháp,phần còn lại

đi vào thiết bị làm nguội 10 được làm lạnh và đi vào bểchứa sản phẩm đỉnh 11.Thiết bị ngưng tụ 8 và thiết bị làmnguội 10 cũng là thiết bị trao đổi nhiệt ống chùm với tácnhân làm nguội là nước lạnh

Sản phẩm đáy đi ra khỏi tháp ở đáy được dẫn vào bểchứa sản phẩm đáy 12 ,được làm nguội tự nhiên Sản phẩmđáy ở đây là nước có chứa một ít metylic nên được xủ lý rồithải ra môi trường

13 là tháp chứa nước làm mát

14 là bình phân phối hơi đốt

2.Lưu lượng hỗn hợp đầu và sản phẩm đáy:

Phương trình cân bằng vật liệu cho toàn tháp:

II.Xác định số đĩa của tháp

1.Đường cong cân bằng - đồ thị t-x-y theo thực nghiệm:

Gọi x,y là nồng độ mol phần của thành phần lỏng và hơicủa rượu mêtylic (tính theo phần mol)

t (0C) là nhiệt độ sôi của hỗn hợp hai cấu tử (ở 760mmHg)

Theo bảng IX.2a-Sổ tay QT&TBCN Hóa học Tập 2, trang

Dựa vào bảng số liệu này ta vẽ đồ thị đường cong cânbằng của hỗn hợp rươụ etylic và nước (Hình 1) và đồ thịbiểu diễn đường cong sôi (Hình 2)

Theo đồ thị đường cân bằng ta xác định được y*

F = 0,64phần mol là nồng độ cấu tử dễ bay hơi trong pha hơi cânbằng với pha lỏng trong hỗn hợp đầu

Theo đồ thị đường cong sôi ta xác định được nhiệt độ sôicủa hỗn hợp đầu ts

F =89 0C ,của sản phẩm đỉnh ts

P =65,50C ,của sản phẩm đáy ts

W= 970C Chỉ số hồi lưu tối thiểu được xác định bằng công thức :

Rxmin = = = 0,847

Hình vẽ 1,2,3:

2.Xác định R X thích hợp :

Việc xác định RX thích hợp ta làm như sau:

Lấy vài giá trị RX > RXmin , với mỗi giá trị RX đã lấy ta tính

xP/(RX+1) là giá trị tung độ của đường nồng độ làm việc , vẽđường làm việc đoạn chưng và đoạn luyện ,từ đó xác địnhsố đĩa lý thuyết N ứng với mỗi giá trị RX.Lập đồ thị với trục

tung là N.(RX+) ,trục hoành là RX (Hình 3) Từ đồ thị ,xác địnhđiểm cực tiểu , từ điểm cực tiểu suy ra RX thích hợp

RXopt= 1,6 Từ RX thích hợp ,vẽ lại đường nồng độ làm việc đoạnchưng và đoạn luyện và xác định được số đĩa lý thuyết

Nlt = 14 (đĩa) (4 đĩa chưng và 10 đĩa luyện)

3.Phương trình đường nồng độ làm việc:

Đoạn chưng :

x = Với L là lượng hồn hợp đầu tính trên 1 đơn vị sản phẩmđỉnh,

L=

= 0,474.y + 0,0059Đoạn luyện:

x = = = 0,615.x + 0,371

4.Xác định số đĩa thực tế :

Số đĩa thực tế được xác định theo công thức :

Ntt = Với là hiệu suất trung bình của thiết bị,là hàm củađộ bay hơi tương đối  và độ nhớt  của hỗn hợp  = f(,)

 = Độ nhớt: lghh=n.lg1 + (1-n)lg2

n là nồng độ cấu tử thứ nhất

n -1 là nồng độ cấu tử thứ hai

1 ,2 là độ nhớt hai cấu tử

= tb = 1 + 2 + 3 )Với 1 là hiệu suất ứng với đĩa trên cùng

2 là hiệu suất ứng với đĩa tiếp liệu

3 là hiệu suất ứng với đĩa cuối cùng

*Ứng với đĩa tiếp liệu :

Độ bay hơi:

F = Độ nhớt : với tS

F = 890ClgF =

= 0,2564.lg0,33 + (1 0,2564).lg0,3202 = 0,491

-=> F = 0,323 (Cp)

Tích F.F = 0,323.5,156 = 1,665 Tra đồ thị hình IX.11trang 171Sổ tay QT&TB CN Hóa học Tập 2 ta được hiệusuất của đĩa tiếp liệu 2 = 44 %

*Ứng với đĩa trên cùng :

Độ bay hơi :

P = Độ nhớt : với tS

P = 65,50ClgP =

= 0,965.lg0,49 + (1 - 0,965).lg0,4324 = -0,3117

=> P = 0,488 (Cp)

Tích F.F = 0,488.1,777 = 0,88 Tra đồ thị hình IX.11 trang 171Sổ tay QT & TB CN Hóa học Tập 2 ta được hiệu suất của đĩa trên cùng 1 = 50 %

*Ứng với đĩa cuối cùng:

Độ bay hơi:

W = Độ nhớt : với tS

W = 970ClgW =

= 0,0113.lg0,293 + (1 0,0113).lg0,293 = 0,533

-=> W = 0,293 (Cp)

Tích F.F = 0,293.7,608 = 2,23 Tra đồ thị hình IX.11 trang

171 Sổ tay QT & TB CN Hóa học Tập 2 ta được hiệu suất của đĩa trên cùng

3 = 40 %

Vậy hiệu suất trung bình:

tb = (1 + 2 + 3) = (44 + 50 + 40) = 44,667 (%)Số đĩa thực tế là :

Vậy thục tế phải chọn 31 đĩa , trong đó số đĩa đoạn

chưng là 9 đĩa và số đĩa đoạn luyện là 22 đĩa

(yF , yP , yW được xác định từ đồ thị đường cân bằng hình 1)

(Độ nhớt của rượu mêtylic theo nhiệt độ được tra ở Bảng dùng cho toán đồ h.I.18 trang 93 Sổ tay QT&TB CN Hóa học Tập2

Độ nhớt của nước theo nhiệt độ được tra ở Bảng I.102 trang 94)

Chương II: TÍNH ĐƯỜNG KÍNH THIẾT BỊ

Đường kính tháp được xác định từ công thức (IX.89) Sổ tay QT&TBCN Hóa học :

D = , m Hoặc D = 0,0188 , m

Trong đó : Vtb - lượng hơi trung bình đi trong tháp , m3/h

tb - tốc độ hơi trung bình đi trong tháp , m/s

gtb - lượng hơi trung bình đi trong tháp ,kg/h

(y.y)tb - tốc độ hơi trung bình đi trong tháp ,

kg/m2.s

I.Đường kính đoạn luyện:

1.Lượng hơi trung bình đi trong đoạn luyện g tb có thể xem

gần đúng bằng trung bình cộng lượng hơi đi ra khỏi đĩa trêncùng của tháp gđ và lượng hơi đi vào dưới cùng g1 của đoạnluyện :

xP = aP = 0,98 (phần khối lượng)

G1:lượng lỏng đĩa thứ nhất đoạn luyện

rđ :ẩn nhiệt hóa hơi của hỗn hợp đi ra khỏi đỉnhtháp

r1 :ẩn nhiệt hóa hơi của hỗn hợp đi vào đĩathứ nhất đoạn luyện

= > kcal/kg

kcal/kg

kcal/kg.độTheo phương pháp nội suy ta tính ra ,rb ở 890C :

rb89 = rb60 + kcal/kgVậy r1 = ra.y1 +(1-y1).rb = 248,325.y1 + (1-y1).550

Gtb =-Thành phần hơi cân bằng đi trên đoạn luyện :

-Phân tử lượng trung bình của hỗn hợp hơi :

= ytb.MA +(1- ytb).MB = 0,73.32 + (1-0,73).18 = 28,22đvC

2.Tốc độ hơi trung bình đi trong đoạn luyện :

(yy)tb = 0,065[] ,kg/m2.s - Công thứcIX.105 trang 184 Sổ tay QTTB tập 2.

xtb ,ytb :khối lượng riêng trung bình của pha lỏng và pha hơitính theo nhiệt độ trung bình , kg/m3

h : khoảng cách các đĩa trong tháp,m,với giá trị h đượcchọn theo đường kính tháp

[] : hệ số tính đến sức căng bề mặt

*Tính [] ở nhiệt độ trung bình :

Nhiệt độ trung bình trong đoạn luyện :

ttb = Theo bảng I.242 trang 300 Sổ tay QTTB tập 1 ta có sức căngbề mặt của rươụ và nước :

a77,25 = a160 + = 19,3 - 0,085(77,25 -60) = 17,83dyn/cm

Ta thấy hh < 20 dyn/cm nên chọn [] = 0,8

*Tính khối lượng riêng trung bình :

Theo bảng I.2 trang 9 Sổ tay QTTB tập 1 ta có khối lượngriêng của metylic và nước :

-Ở 600C : a1 = 756 kg/m3 (metylic)

b1 = 983 kg/m3 (nước)-Ở 800C : a2 = 736 kg/m3 (metylic)

D = 0,0188

Chọn h = 0,28 (m) = > D = 0,74 m

II.Đường kính đoạn chưng:

1.Lượng hơi trung bình trong đoạn chưng g’tb có thể xemgần đúng bằng trung bình cộng lượng hơi đi ra khỏi đoạnchưng g’n và lưọng hơi đi vào đoạn chưng g’1 :

g’tb = , kg/h - Công thức IX.96 trang 183 Sổ tayQTTB tập 2

Vì lượng hơi đi ra khỏi đoạn chưng bằng lượng hơi đi vàođoạn luyện nên

g’n = g1 = 1036,54 kg/hLuợng hơi đi vào đọan chưng g’1 , luợng lỏng G’1 và hàmlượng lỏng x’1 được xác định theo hệ phương trình cho ở trang

183 Sổ tay QTTB tập 2 :

Trong đó r’1 :ẩn nhiệt hóa hơi của hỗn hợp hơi đi vào đĩathứ nhất của đoạn chưng ,được tính theo công thức :

r’1= ra.y’1 + (1-y’1).rb với y’1 = yW là thành phần cấu tử dễ bay hơi (metylic) trongpha hơi cân bằng với pha lỏng trong sản phẩm đáy Dựa vàođồ thị đường cân bằng (H.1) ứng với xW= 0,0113 ta có yW= 0,08phần mol ứng với phần khối lượng :

Theo đồ thị đường cong sôi (H.2) ta có sản phẩm đáy cónhiệt độ sôi là 970C, theo các số liệu đã có ởphần tính toán đường kính đoạn luyện ta có :

ra97 = ra60 +kcal/kg

= > r’1 = ra97.y’1 + (1-y’1).rb97

= 243,75.0,134 + (1-0,134).542 = 502,23kcal/kg

2199,6.x’1= 713,6.0,9887 + 1486.0,0113

= > x’1 = 0,328 phần khối lượng

Vậy lượng hơi trung bình đi trong đoạn chưng :

g’tb = Lượng lỏng trung bình đi trong đoạn chưng :

G’tb = Thành phần hơi trung bình đi trong đoạn chưng :

y’tb = với y’n là hàm lượng trên đĩa trên cùng đoạn chưng xembằng hàm lượng hơi đĩa thứ nhất đoạn luyện y’n = y1 =0,6775 phần khối lượng

h : khoảng cách các đĩa trong đoạn chưng ,giá trị của h

chọn theo đường kính tháp

[] :hệ số tính đến sức căng bề mặt

*Tính [] ở nhiệt độ trung bình đoạn chưng ttb =

:Tra sức căng bề mặt của metylic và nước ở bảng I.242trang 300 Sổ tay QTTB tập 1 ,ta có :

a180 = 17,6 dyn/cm , a2100 = 15,7 dyn/cm

b180 = 62,6 dyn/cm , b2100 = 58,9 dyn/cm

Tính tương tự như phần luyện :

Sức căng bề mặt của hỗn hợp :

= >

hh = 12,867 dyn/cm

*Tính khối lượng riêng trung bình pha lỏng :

Tra khối lượng riêng của metylic và nước ở bảng I.2 trang 9Sổ tay QTTB tập 1, ta được : a180 = 736 kg/m3 , a2100 =

714 kg/m3

b180 = 972 kg/m3 , b2100 = 958 kg/m3

Bằng phương pháp nội suy ta có :

Khối lượng riêng của hỗn hợp :

xa ,xb :phần khối lượng trung bình của metylic và nướctrong hỗn hợp

xa = , xb = 1- xa = 0,8 phần khốiluợng

= > hh = 902,53 kg/m3 = xt

Khối lượng riêng của pha hơi :

Vậy tốc độ trung bình của hơi trong đoạn chưng :

Đường kính đoạn chưng :

D = 0,0188

D = , mChọn h = 0,28 m = > D = 0,64 m

Vậy đường kính đoạn chưng là 0,64 m , đường kính đoạnluyện là 0,72 m nên ta chọn đường kính chung cho tháp là 0,8

m với khoảng cách các đĩa là 0,3 m

QF là nhiệt lượng do hỗn hợp đầu mang ra khỏi thiết

bị đun sôi hỗn hợp đầu

Qm là nhiệt lượng do mất mát

Qy là nhiệt lượng do hơi mang ra khỏi tháp chưng

QR là nhiệt lượng do lượng hồi lưu mang vào tháp

Qh là nhiệt lượng do hơi mang ra khỏi thiết bi ngưngtụ hồi lưu

QD2 là nhiệt lượng do hơi đốt đun sôi ở đáy tháp mangvào

I.Cân bằng nhiệt lượng của thiết bị đun nóng hỗn hợp đầu :

QD1 + Qf = QF + Qm (8)

1.Nhiệt lượng do hơi đốt mang vào Q D1 :

QD1 = D1.r1 - Công thức IX.150 trang 196 Sổ tay QTTBtập 2

D1 : lượng hơi đốt cần thiết để đun sôi hỗn hợp đầu ,kg/h

r1 :ẩn nhiệt hóa hơi của hơi nước ,J/kg

Vì nhiệt độ sôi của hỗn hợp đầu là 890C nên nhiệt độcủa hơi nưóc phải cao ,chọn 1330C tương ứng với nước sôi ở ápsuất 3 at (bảng I.97 trang 230 Sổ tay QTTB tập 1) Theo toán đồxác định nhiệt hóa hơi trang 255 Sổ tay QTTB tập 2 ta có nhiệthóa hơi của nước ở 1330C là r1 = 440 Kcal/kg = 1842,2 KJ/kg

2.Nhiệt lượng do hỗn hợp đầu mang vào thiết bị đun sôi

Qf = F.Cf tf , J/h -Công thức I X.151 trang 196 Sổtay QTTB tập 2.

Với Cf : nhiệt dung riêng của hỗn hợp đầu ,J/kg.độ

tf : nhiệt độ đầu của hỗn hợp , xét ở 250C

Ta có : Cf = aA.CA + (1-aA).CB

aA : nồng độ phần khối lượng trong hỗn hợp đầu , aA

= 0,38

CA ,CB : nhiệt dung riêng của metylic và nước ở 250C

*Nhiệt dung riêng của metylic ở 250C :

Tra bảng I.154 trang 172 Sổ tay QTTB tập 1 được nhiệtdung riêng của metylic theo nhiệt độ :

CA20 = 2570 J/kg.độ , CA40 = 2670 J/kg.dộ

= > Nhiệt dung riêng của metylic ở 250C là:

*Nhiệt dung riêng của nước ở 250C :

Tra bảng I.147 trang 165 Sổ tay QTTB tạp 1 ta có nhiệt dungriêng của nước ở 250C là CB25 = 0,99892 kcal/kg.độ = 4182,3J/kg.độ

II.Cân bằng nhiệt lượng của tháp chưng luyện :

Phương trình cân bằng nhiệt của tháp chưng luyện :

QF +QD2 + QR = Qh + QW + Qm (** )

1.Lượng nhiệt do lượng lỏng hồi lưu mang vào tháp Q R :

QR = CR.P.RX.tR ,J/h - Công thức IX.158 Sổ tay QTTBtập 2

Với RX: chỉ số hồi lưu , RX = 1,6

P : lượng sản phẩm đỉnh, P = 514 kg/h

tR : nhiệt độ lỏng hồi lưu ,tR = tF = 65,50C

CR: nhiệt dung riêng của lỏng hồi lưu,

CR = aP CA + (1-aP).CB

CA,CB :nhiệt dung riêng của metylic và nước ở 65,50CTra bảng nhiệt dung riêng của metylic và nước ở 600C và 800C, theo phương pháp nội suy ta có :

CA65,5 = CA60 +

=

CB65,5 =

Vậy QR = 2815,546.514.1,6.65,5 =515665,6 KJ/h

2.Nhiệt lượng do sản phẩm đáy mang ra Q W :

QW = GW.CW.tW , J/h - Công thức I X trang 197 Sổtay QTTB tập 2

Với GW : lượng sản phẩm đáy , GW = 1486 kg/h

CW : nhiệt dung riêng của sản phẩm đáy

tW : nhiệt độ sản phẩm đáy , tW = 970C

Nhiệt dung riêng của nước ở 970C là :

CB97 = 1,00684 kcal/kg.độ = 4215,44 J/kg.độ

Do sản phẩm đáy có nồng độ metylic aW = 0,02 < 0,2 nênnhiệt dung riêng của sản phẩm đáy được tính theo công thứcI.43 trang 152 Sổ tay QTTB tập 1 :

CW = CB97(1-aW) = 4215,44.(1-0,02) = 4131,13 J/kg.độ Vậy nhiệt lượng do sản phẩm đáy mang ra :

QW = 1486.4131,13.97 = 595469,5 kJ/h

3.Nhiệt lượng do hơi mang ra khỏi tháp chưng Q y :

Qy = P.(1+RX).đ , J/h - Công thức IX.159 Sổ tay QTTBtập 2

Với P : lượng sản phẩm đỉnh , P = 514 kg/h

đ :nhiệt lượng riêng của hơi ở đỉnh tháp ,đượctính :

phẩm đỉnh ,aA = 0,98

Nnhiệt dung riêng một cấu tử được tính theo:

 = r + C.tvới r: ẩn nhiệt hóa hơi của cấu tử đó.J/kg

C :nhiệt dung riêng của cấu tử ở nhiệt độ t = tP =65,50C

Nhiệt dung riêng của metylic ở 65,50C :

CA = 2787,5 J/kg.độNhiệt dung riêng của nước ở 65,50C :

CB = 4189,8 J/Kg.độ(Đã tính ở phần tính nhiệt lượng do lượng hồi lưu)

Do đó lượng hơi đốt sử dụng :

D2 = Lượng nhiệt tổn hao :

Qm = 0,05.QD2 = 79 513 421,5 J/h

III.Cân bằng nhiệt lượng của thiết bị ngưng tu hồi lưu:

Ta dùng thiết bị trao đổi nhiệt ống chùm ngưng tụ hoàntoàn sản phẩm đỉnh

P.(RX+1).r = Gn1.Cn(t2 - t1) -Công thức IX.164 Sổ tayQTTB tập 2

Với P : lượng sản phẩm đỉnh , P = 514 kg/h

=> Cn = 4180,89 J/kg.độ

r : ẩn nhiệt hóa hơi của hơi đi ra khỏi đỉnh tháp , đãtính trong phần đường kính đoạn luyện , r = 268,07 kcal/kg =1122,36 kJ/kg

Vậy lượng nước lạnh cần dùng cho thiết bị ngưng tụhồi lưu :

Gn1 =

IV.Cân bằng nhiệt lượng của thiết bị làm lạnh:

Dùng thiết bị trao đổi nhiệt ống chùm

P.CP.(t’1-t’2) = Gn2.Cn(t2-t1) - Công thức IX.167 trang

198 Sổ tay QTTB tập 2

Với Gn2:lượng nước lạnh dùng cho thiết bị , kg/h

CP : nhiệt dung riêng sản phẩm đỉnh đã ngưng tụ ,J/kg.độ

t2’,t1’: nhiệt độ đầu và cuối của sản phẩm đỉnh khiqua thiết bị làm lạnh , t2’ = 65,50C , t1’ = 350C

t1,t2 :nhiệt độ của nước đi vào và ra khỏi thiết bịlàm lạnh , chọn t1 = 250C , t2 = 450C => ttb = 350C

Cn :nhiệt dung riêng của nước ở 350C , Cn = 4180,89J/kgđộ

CP : nhiệt dung riêng sản phẩm đỉnh ở ttb =

Tính nhiệt dung riêng của sản phẩm đỉnh ở 50,250C :

CP = aA.CA + (1-aA).CB

Tra bảng I.154 trang 172 Sổ tay QTTB tập 1 ta có nhiệt dungriêng của rượu metylic theo nhiệt độ :

CA40 = 2670 J/kg.độ , CA60 = 2760 J/kg.độ

= > CA50,25 = CA40 +

Nhiệt dung riêng của nước ở nhiệt độ 50,250C:

CB50,25 = 0,99919 kcal/kg.độ = 4 183,4 J/kg.độVậy CP = 0,98.2716,13 + 0,02.4183,4 =2 745,475 J/kg.độLượng nước lạnh cần dùng cho thiết bị làm lạnh :

kg/h

Chương IV: TÍNH KẾT CẤU CỦA THÁP CHƯNG LUYỆN

I.Kết cấu dĩa phần luyện :