Thiết kế hệ thống chưng luyện liên tục hỗn hợp axit axetic nước

Lời mở đầu 6 CHƯƠNG I: GIỚI THIỆU 7 I. Lý thuyết về chưng cất 7 1. Khái niệm 7 2. Các phương pháp chưng cất 8 3. Thiết bị chưng cất 8 II. Giới thiệu sơ bộ về nguyên liệu. 10 4. Axit axetic 10 5. Axeton. 11 CHƯƠNG3: Quy trình công nghệ 13 Thuyết minh quy trình công nghệ 13 CHƯƠNG III: Cân bằng vật chất A Cân Bằng vật chất năng lượng 14 A – Xác định các thông số 14 B Cân bằng nhiệt lượng 20 CHƯƠNG IV:TÍNH TOÁN CÁC KÍCH THƯỚC CƠ BẢN CỦA THÁP A.Khối lượng riêng trung bình của pha hơi 22 B.Khối lượng riêng trung bình của pha lỏng 23 C.Vận tốc hơi trung bình trong toàn tháp: 24 D. Lưu lượng hơi qua tháp 25 E. Lượng hơi vào phần chưng 25 F. Lưu lượng hơi trung bình trong toàn tháp 26 G. Đường kính tháp 26 H. Xác định số đĩa thực và chiều cao tháp 27 CHƯƠNG VI. TÍNH CHÓP VÀ TRỞ LỰC CỦA THÁP 28 VII. TÍNH TOÁN CƠ KHÍ 38 A. Tính bề dày thân thiết bị 38 B. Tính bề dày nắp 39 C. Tính bích cho thiết bị 39 D. Tính các đường ống dẫn 42 E. Tính tai đỡ, chân treo 43 M. Kiểm tra khả năng cứng cho lỗ 44 VIII. TÍNH TOÁN THIẾT BỊ TRUYỀN NHIỆT 45 1. Tính thiết bị ngưng tụ sản phẩm đỉnh 45 2. Tính thiết bị làm nguội sản phẩm đỉnh 49 IX. Tính cách nhiệt 59 KẾT LUẬN 63 TÀI LIỆU THAM KHẢO 64

MỤC LỤC

Lời mở đầu 6

CHƯƠNG I: GIỚI THIỆU 7

I. Lý thuyết về chưng cất 7

1 Khái niệm 7

2 Các phương pháp chưng cất 8

3 Thiết bị chưng cất 8

II Giới thiệu sơ bộ về nguyên liệu 10

4 Axit axetic 10

5 Axeton 11

CHƯƠNG3: Quy trình công nghệ 13

Thuyết minh quy trình công nghệ 13

CHƯƠNG III: Cân bằng vật chất A- Cân Bằng vật chất năng lượng 14

A – Xác định các thông số 14

B- Cân bằng nhiệt lượng 20

CHƯƠNG IV:TÍNH TOÁN CÁC KÍCH THƯỚC CƠ BẢN CỦA THÁP A.Khối lượng riêng trung bình của pha hơi 22

B.Khối lượng riêng trung bình của pha lỏng 23

C.Vận tốc hơi trung bình trong toàn tháp: 24

D Lưu lượng hơi qua tháp 25

E Lượng hơi vào phần chưng 25

F Lưu lượng hơi trung bình trong toàn tháp 26

G Đường kính tháp 26

H Xác định số đĩa thực và chiều cao tháp 27

CHƯƠNG VI TÍNH CHÓP VÀ TRỞ LỰC CỦA THÁP 28

VII TÍNH TOÁN CƠ KHÍ 38

A Tính bề dày thân thiết bị 38

B Tính bề dày nắp 39

C Tính bích cho thiết bị 39

D Tính các đường ống dẫn 42

E Tính tai đỡ, chân treo 43

M Kiểm tra khả năng cứng cho lỗ 44

VIII TÍNH TOÁN THIẾT BỊ TRUYỀN NHIỆT 45

1 Tính thiết bị ngưng tụ sản phẩm đỉnh 45

2 Tính thiết bị làm nguội sản phẩm đỉnh 49

IX Tính cách nhiệt 59

KẾT LUẬN 63

TÀI LIỆU THAM KHẢO 64

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÀ RỊA-VŨNG TÀU CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

KHOA HÓA HỌC &CNTP Độc lập - Tự do - Hạnh phúc

NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN (Quá trình và thiết bị trong CNHH và thực phẩm)

1 Họ và tên sinh viên: 1.Nguyễn Xuân Minh MSSV:0952010103

2.Trần Hoàng Minh MSSV:0952010104

4 Đầu đề ( nhiệm vụ thiết kế):

Thiết kế hệ thống chưng luyện liên tục hỗn hợp axit axetic- nước

5 Dữ kiện ban đầu :

Biết năng suất nhập liệu 3000 kg/h, có nồng độ xF =0,32, sản phẩm đỉnh

có nồng độ 0,96, sản phẩm đáy có nồng độ 0,5

6 Nội dung tính toán:

6.1 Thiết bị chính

6.2 Thiết bị phụ

6.3 Tính toán cơ khí thiết bị chính

7 Nội dung thuyết minh

7.1 Lời nói đầu

7.2 Giới thiệu về axit axetic, ý nghĩa kinh tế, kỹ thuật của đồ án

7.3 Dây chuyền công nghệ quá trình sản xuất

7.4 Nội dung tính toán

7.5 Kết luận chung

7.6 Tài liệu tham khảo

7.7 Mục lục

8 Bản vẽ hoàn chỉnh

8.3 Dây chuyền công nghệ quá trình sản xuất

8.4 Thiết bị chính và chi tiết cơ khí

9 Ngày giao nhiệm vụ……….

Ngày hoàn thành nhiệm vụ………

10 Giảng viên hướng dẫn : TH.S Nguyễn Văn Toàn

1 Nguyễn Xuân Minh viên đã hoàn thành nhiệm vụ được giao

2 Trần Hoàng Minh đầy đủ

Xác nhận của trưởng khoa cho phép Điểm: số:…….;Chữ:……

bảo vệ

Thành phần hội đồng bảo vệ:

Vũng tàu, ngày……tháng…….năm……

LỜI CẢM ƠN

Qua gần 10 tuần thực hiện đồ án với sự nổ lực của cả nhóm, chúng tôi đãnhận được sự giúp đỡ quý báu của quý thầy cô và bạn bè Nhân đây, chúngtôi xin chân thành bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến thầy giáo Nguyễn VănToàn, người mà trực tiếp hướng dẫn chúng tôi thực hiện đồ án này

Chúng tôi cũng xin bày tỏ lòng biết ơn đến quý thầy cô giáo đã giảngdạy truyền thụ những kiến thức quý báu để chúng tôi có thể thực hiện tốt đồán

Vì thời gian có hạn, kiến thức chuyên môn còn nhiều hạn chế nên trongquá trình viết bài báo cáo không tránh khỏi sai sót, rất mong sự đóng góp ýkiến của quý thầy cô để chúng tôi củng cố lại kiến thức và bài báo cáo đượchoàn thiện hơn Xin chân thành cảm ơn

LỜI MỞ ĐẦU

Khoa học kỹ thuật ngày càng phát triển và cùng với nó là nhu cầu ngày càng cao về độ tinh khiết của các sản phẩm Vì thế, các phương pháp nâng cao độ tinh khiết luôn luôn được cải tiến và đổi mới để ngày càng hoàn thiện hơn, như là: cô đặc, hấp thụ, chưng cất, trích ly,… Tùy theo đặc tính yêu cầu của sản phẩm mà ta có sự lựa chọn phương pháp phù hợp Đối với hệ Axeton – Axit axetic là

2 cấu tử tan lẫn hoàn toàn, ta phải dùng phương pháp chưng cất để nâng cao độ tinh khiết

Đồ án môn học Quá trình và Thiết bị là một môn học mang tính tổng hợp trong quá trình học tập của các kỹ sư Công nghệ Hóa học tương lai Môn học giúp sinh viên giải quyết nhiệm vụ tính toán cụ thể về: quy trình công nghệ, kết cấu, giá thành của một thiết bị trong sản xuất hóa chất - thực phẩm Đây là bước đầu tiên để sinh viên vận dụng những kiến thức đã học của nhiều môn học vào giải quyết những vấn đề kỹ thuật thực tế một cách tổng hợp

Nhiệm vụ của Đồ án này là thiết kế hệ thống chưng cất Axeton – Axit axetic có thành phần F= 3000kg/h, nồng độ nhập liệu là 32%mol axit, nồng độ sản phẩm đỉnh là 96% mol axit, độ thu hồi axit acetic là 5%

Chương 1 GIỚI THIỆU

1 Khái niệm:

 Chưng cất là quá trình dùng để tách các cấu tử của một hỗn hợp lỏngcũng như hỗn hợp khí lỏng thành các cấu tử riêng biệt dựa vào độ bay hơikhác nhau của các cấu tử trong hỗn hợp (nghĩa là khi ở cùng một nhiệt độ, ápsuất hơi bão hòa của các cấu tử khác nhau)

 Thay vì đưa vào trong hỗn hợp một pha mới để tạo nên sự tiếp xúcgiữa hai pha như trong quá trình hấp thu hoặc nhả khí, trong quá trình chưngcất pha mới được tạo nên bằng sự bốc hơi hoặc ngưng tụ

 Trong trường hợp đơn giản nhất, chưng cất và cô đặc không khác gìnhau, tuy nhiên giữa hai quá trình này có một ranh giới cơ bản là trong quátrình chưng cất dung môi và chất tan đều bay hơi (nghĩa là các cấu tử đều hiệndiện trong cả hai pha nhưng với tỷ lệ khác nhau), còn trong quá trình cô đặcthì chỉ có dung môi bay hơi còn chất tan không bay hơi

 Khi chưng cất ta thu được nhiều cấu tử và thường thì bao nhiêu cấu

tử sẽ thu được bấy nhiêu sản phẩm Nếu xét hệ đơn giản chỉ có 2 cấu tử thì tathu được 2 sản phẩm:

 Sản phẩm đỉnh chủ yếu gồm cấu tử có độ bay hơi bé và một phần rất ítcác cấu tử có độ bay hơi lớn

 Sản phẩm đáy chủ yếu gồm cấu tử có độ bay hơi lớn và một phần rất ítcấu tử có độ bay hơi bé

Đối với hệ Axeton – Axit axetic thì:

 Sản phẩm đỉnh chủ yếu là axeton

 Sản phẩm đáy chủ yếu là axit axetic

2.2.Phân loại theo nguyên lý làm việc :

- Chưng cất đơn giản

- Chưng bằng hơi nước trực tiếp

- Chưng cất

2.3.Phân loại theo phương pháp cấp nhiệt ở đáy tháp :

- Cấp nhiệt trực tiếp

- Cấp nhiệt gián tiếp

Vậy: đối với hệ Axeton – Axit axetic, ta chọn phương pháp chưng cất liên tục cấp nhiệt gián tiếp bằng nồi đun ở áp suất thường.

3.Thiết bị chưng cất:

Trong sản xuất thường dùng nhiều loại thiết bị khác nhau để tiến hànhchưng cất Tuy nhiên yêu cầu cơ bản chung của các thiết bị vẫn giống nhaunghĩa là diện tích bề mặt tiếp xúc pha phải lớn, điều này phụ thuộc vào mức

độ phân tán của một lưu chất này vào lưu chất kia Nếu pha khí phân tán vàopha lỏng ta có các loại tháp mâm, nếu pha lỏng phân tán vào pha khí ta cótháp chêm, tháp phun,… Ở đây ta khảo sát 2 loại thường dùng là tháp mâm vàtháp chêm

 Tháp mâm : thân tháp hình trụ, thẳng đứng phía trong có gắn các mâm

có cấu tạo khác nhau, trên đó pha lỏng và pha hơi được cho tiếp xúc với nhau.Tùy theo cấu tạo của đĩa, ta có:

- Tháp mâm chóp : trên mâm bố trí có chóp dạng tròn, xupap, chữ

s…

- Tháp mâm xuyên lỗ: trên mâm có nhiều lỗ hay rãnh

 Tháp chêm (tháp đệm) : tháp hình trụ, gồm nhiều bậc nối với nhau bằngmặt bích hay hàn Vật chêm được cho vào tháp theo một trong hai phươngpháp: xếp ngẫu nhiên hay xếp thứ tự.

So sánh u nh c đi m c a các lo i tháp: ưu nhược điểm của các loại tháp: ưu nhược điểm của các loại tháp:ợc điểm của các loại tháp: ểm của các loại tháp: ủa các loại tháp: ại tháp:

- Hiệu suất khá cao

tăng năng suất thì hiệu ứng

thành tăng  khó tăng năng

suất

- Thiết bị khá nặng nề

- Không làm việcđược với chất lỏngbẩn

- Kết cấu khá phứctạp

- Có trở lực lớn

- Tiêu tốn nhiềuvật tư, kết cấuphức tạp

Vậy: ta sử dụng tháp mâm xuyên chóp để chưng cất hệ Axeton – Axit axetic.

1. Axit axetic :

 Tan trong nước, rượu và ete theo bất kỳ tỷ lệ nào

 Là 1 axit yếu, hằng số phân ly nhiệt động của nĩ ở 25oC là

 K = 1,75.105

Tính ăn mịn kim loại:

 Axit axetic ăn mịn sắt

 Nhơm bị ăn mịn bởi axit lỗng, nĩ đề kháng tốt đối với axit axetic đặc

và thuần khiết Đồng và chì bị ăn mịn bởi axit axetic với sự hiện diệncủa khơng khí

 Thiếc và một số loại thép nikel – crom đề kháng tốt đối với axit axetic

1.2.Điều chế :

Axit axetic được điều chế bằng cách:

1) Oxy hĩa cĩ xúc tác đối với cồn etylic để biến thành andehit axetic, là một giai đoạn trung gian Sự oxy hĩa kéo dài sẽ tiếp tục oxy hĩa andehit axetic thành axit axetic.

CH3CHO + ½ O2 = CH3COOH

C2H5OH + O2 = CH3COOH + H2O

2) Oxy hĩa andehit axetic được tạo thành bằng cách tổng hợp từ acetylen.

Sự oxy hĩa andehit được tiến hành bằng khí trời với sự hiện diện củacoban axetat Người ta thao tác trong andehit axetic ở nhiệt độ gần 80oC đểngăn chặn sự hình thành peroxit Hiệu suất đạt 95 – 98% so với lý thuyết.Người ta đạt được như thế rất dễ dàng sau khi chế axit axetic kết tinh được

CH3CHO + ½ O2   Coban   axetat    ở  80 o  C 

CH3COOH

3) Tổng hợp đi từ cồn metylic và Cacbon oxit.

Hiệu suất có thể đạt 50 – 60% so với lý thuyết bằng cách cố định cacbonoxit trên cồn metylic qua xúc tác.

Nhiệt độ từ 200 – 500oC, áp suất 100 – 200atm:

 Làm dấm ăn (dấm ăn chứa 4,5% axit axetic)

 Làm đông đặc nhựa mủ cao su

 Làm chất dẻo tơ sợi xenluloza axetat – làm phim ảnh không nhạy lửa

 Làm chất nhựa kết dính polyvinyl axetat

 Làm các phẩm màu, dược phẩm, nước hoa tổng hợp

 Axetat nhôm dùng làm chất cắn màu (mordant trong nghề nhuộm)

 Phần lớn các ester axetat đều là các dung môi, thí dụ: izoamyl axetathòa tan được nhiều loại nhựa xenluloza

2- Axeton:

2.1-Tính chất:

Có tính chất hoá học điển hình của các xeton; khó bị oxi hoá, dễ bị khử

Là Chất lỏng không màu, tnc = –95,3 oC; ts = 56,2 oC; khối lượng riêng0,7908 g/cm3; chiết suất với tia D ở 20 oC: 1,358

Có tính chất hoá học điển hình của các xeton; khó bị oxi hoá, dễ bị khử

2.2- Điều chế:

Điều chế bằng cách hiđrat hoá propilen rồi oxi hoá hoặc đehiđro hoáancol isopropylic tạo thành; lên men tinh bột nhờ các vi khuẩn đặc biệt,vv

2.3- Ứng dụng

Phần lớn được dùng làm dung môi nhất là trong công nghiệp sản xuấtnhựa, vecni, chất dẻo Aceton làm dung môi tốt đối với các nitro

xeluloza, acetyl

Xenluloza Nó ít độc nên được dùng làm dung môi cả trong công nghiệ

p dượcphẩmvà thực phẩm Aceton còn được dùng làm nguyên liệu để tổng hợp một số lớn cáchợp chất xeten, izopren, oxit mezytyl, rượu diacetomic…

Dùng làm dung môi cho nitroxenlulozơ, axetyl xenlulozơ Vì A ít độcnên còn được dùng làm dung môi trong công nghiệp thực phẩm vàdược phẩm Là nguyên liệu để tổng hợp nhiều chất hữu cơ khác nhau

Hỗn hợp axeton – acid axetic tại bình chứa nguyên liệu (1) được bơm (2) bơmlên qua thiết bị đo lưu lượng kế và được đưa lên thiết bị gia nhiệt (7)(TĐNvới sản phẩm đáy) Ở đây nguyên liệu được gia nhiệt và sau đó được đưa vàotháp chưng cất(6) ở đĩa nhập liệu.

Trên đĩa nhập liệu, chất lỏng được trộn với phần lowng từ đoạn cất của thápchảy xuống Trong tháp, hơi đi từ dưới lên gặp chất lỏng đi từ trên xuống, Ởđây có sự tiếp xúc và trao đổi pha với nhau Pha lỏng chuyển động trong phầnchưng càng xuống dưới cang giảm nồng độ các cấu tử dễ bay hơi vì đã bị phahơi tạo nên từ thiết bị gia nhiệt (7) lôi cuốn cấu tử dễ bay hơi Nhiệt độ cànglên trên càng thấp,nên khi hơi đi qua các đĩa từ dưới lên thì cấu tử có nhiệt độsôi cao là axit acetic sẽ ngưng tụ lại, cuối cùng trên đỉnh tháp ta thu được hỗnhợp có cấu tử axeton chiếm nhiều nhất Hơi này đi vào thiết bị ngưng tụ (7)

và được ngưng tụ một phần (chỉ ngưng tụ hồi lưu) Một phần chất lỏng đượcđưa qua bồn chứa sản phẩm đỉnh(9) Phần còn lại của chất lỏng ngưng đượcbơm chất lỏng bơm hồi lưu về tháp (qua thiết bị lưu lượng kế) ở đĩa trên cùngvới tỉ số hoàn lưu tối ưu Một phần cấu tử có nhiệt độ sôi thấp được bốc hơi,còn lại cấu tử có nhiệt độ sôi cao trong chất lỏng ngày càng tăng

Cuối cùng ở đáy thu được hỗn hợp lỏng gồm hầu hết các cấu tử khó bay hơi(axit axetic) Hỗn hợp đáy có axeton và một phần axeton Dung dịch lỏng ởđáy đi ra khỏi tháp, 1 phần được đun, bốc hơi ở thiết bị đun sôi đáy tháp(10)cung cấp lại cho tháp để làm việc,phần còn lại được bơm bơm vào thiết bị làmnguội sản phẩm đáy và được đưa vào bể chứa sản phẩm (12) Hệ thống làmviệc liên tục cho sản phẩm đỉnh là axeton, sản phẩm đáy là axit axetic

IV.CÂN BĂNG VẬT CHẤT NĂNG LƯỢNG

MA, MB :lần lượt là phân tử lượng của axeton và Axit acetic (kg/kmol)

- Phân tử lượng trung bình của các dòng:

MF =xF.MA + (1-xF).MB = 0,32.58 + (1-0.3).60 = 59,36 (kg/kmol)

MD =xD.MA + (1- xD).MB = 0,96.58 + (1-0,96).60 = 58,08 (kg/kmol)

MW =xW.MA + (1- xW).MB = 0,005 58 + (1-0,005).60 =59,99 (kg/kmol)

- Suất lượng dòng nhập liệu

Cân bằng vật chất cho toàn tháp ta có hệ sau:



Vậy R = 1,3 Rmin+0,3=1,3.0,635 + 0,3 = 1,126

Tỉ số hoàn lưu làm việc:

3000

3,032( / ) 59,36

Ych= 1,956x + 0,048

Yl = 0,530x + 0,452

Ntt =28

Ych= 1,972x + 0,042

Yl = 0,61x + 0,421

Ntt =26

Ych= 1,996x + 0,037

Yl = 0,673x + 0,391

Ntt =24

Ych= 2,102x + 0,033

Yl = 0,698x + 0,372

Ntt =22

1,996x +0,037

2,102x +0,033

2,186x +0,030

2,218x +0,026

0,452

0,61x +0,421

0,673x +0,391

0,698x +0,372

0,721x +0,358

0,742x +0,342

b- Xác định số mâm lý thuyết:

Việc xác định số mâm lý thuyết được tiến hành trên đồ thị y-x

- Phương trình đường làm việc của phần cất

1 032 , 3 126

, 2

032 , 3 126 , 1 1

f R

y

với 0,96 0,005 3,032

0,32 0,005

D F

x xw f

B- CÂN BẰNG NHIỆT LƯỢNG

a) Nhiệt trao đổi ở thiết bị ngưng tụ:

QD = (R+1)D.rd (CT 6.15/TR 256- T10)

 Với rD = xD.MA.rA + (1 – xd)MB.Rb

 Tại XD = 0,96 tra bảng IX – 2a trang 135 STT2 ta có TD = 65,50C Tạinhiệt độ này ta có: rA = 525,363 (kj/kg) và rB = 373,023 (kj/kg) (bảng 45 tr.431T10)

rD = 0,96 x 552,146 x 58 + 0,032 x 373,023 x 60 = 28489,924 (kj/kmol)

Do đó QD = 2,126 16,67.28489,924 = 280,47 (kw)

b) Nhiệt trao đổi ở thiết bị gia nhiệt cho nhập liệu từ nhiệt độ 30 0 C đến nhiệt độ sôi:

QF = CF.F(TF – 30)

 Tại XF = 0,3 tra bảng IX – 2a trang 135 STT2 ta có TF = 100,440C

 Nhiệt dung riêng của nhập liệu tra ở nhiệt độ trung bình

C

2

0 44

Tại nhiệt độ này ta có: CA = 2,251 (kj/kgđộ), CB = 2,119 (kj/kgđộ)

Tương tự ta tính được CD = 130,455 (kj/kmolđộ)

Do đó Qsp = 130,455.15,439.(56,96-30) = 15,083(kw)

e) Nhiệt lượng cung cấp cho đáy tháp:

Từ cân bằng nhiệt lượng ta có

Qđ = DCDTD + WCWTW + QD - FCFTF = 15,439.130,455.56,96 +33,869.136,857.117,3 + 2,126.16,67 28489,924 – 50,539.134,685.100,44 =275,999 (kw)

Tuy nhiên nếu coi tổn thất nhiệt chiếm khoảng 10% nhiệt lượng ta có Qđ

= 1,1.275,999 = 303,599 (kw)

V/ TÍNH TOÁN CÁC KÍCH THƯỚC CƠ BẢN CỦA THÁP

a) Khối lượng riêng trung bình của pha hơi

Phần cất: gọi xpcất là nồng độ phần mol trung bình của cấu từ A(benzen)

trong pha lỏng của phần cất

2

32 , 0 96 , 0





x F x

(phân mol)

Do đó ypchưng = 1,986 xpchưung – 0,048 = 1,986 x 0,163 – 0,048 = 0,271(phân mol)

Tra đồ thị T-xy ta có nhiệt độ của pha hơi tương ứng là

Từ ypcất = 0,791 (phân mol) TG(cất) = 75,050C

Từ ypchưng = 0,271 (phân mol) TG(chưng) = 100,660C

Khối lượng phân tử trung bình của pha hơi trong phần chưng và phần cắt

là

M pcất = ypcấtMA + (1-ypcất)MB = 0,791.58 + (1-0,791)60 = 58,418(kg/kmol)

Mpchưng = ypchưngMA + (1-ypchưng)MB = 0,271.58 + (1-0,271)60 = 59,458(kg/kmol)Giả thiết rằng hơi trong tháp là khí lý tưởng, khối lượng riêng trung bìnhcủa pha hơi trong phần chưng và phần cất là:

Phần cất:

) / ( 046 , 2 ) 273 05 , 75 ( 4 , 22

273 418 , 58 )

273 (

4 , 22

273

) (

m kg T

M

cat G

273 458 , 59 )

273 (

4 , 22

273

) (

m kg T



Do đó khối lượng riêng trung bình của pha hơi trong toàn tháp là:

G = (G(cất) + (G(chưng)) /2 = (2,046 + 1,939)/2 = 1,993 (kg/m3)

b) Khối lượng riêng trung bình của pha lỏng

Ở đỉnh: ứng với XD = 0,97 tra đồ thị T-xy ta có TD = 65,050C Ở nhiệt độnày, khối lượng riêng của aceton và axit acetic là: A = 749,3(kg/m3) và B =807,2(kg/m3) Khối lượng riêng của sản phẩm đỉnh là

L(đỉnh) = XD A + (1-XD) B = 0,97.814,2 + (1-0,97)807,2 = 1083,95(kg/

m3)

Ở đáy: ứng với XW = 0,005 tra đồ thị T-xy ta có TW = 117,30C Ở nhiệt độnày, khối lượng riêng của aceton và acid acetic là: A = 668,78(kg/m3) và B =926,86(kg/m3) Khối lượng riêng của sản phẩm đáy là

L(đáy) = XW A + (1-XW) B = 0,005.668,78 + (1-0,005).926,86 =925,57(kg/m3)

Do đó khối lượng riêng trung bình của pha lỏng trong toàn tháp tính gầnđúng là:

L = (L(đỉnh) + (L(đáy) )/2 = (1083,95 + 925,57)/2 = 1004,76(kg/m3)

c) Vận tốc hơi trung bình trong toàn tháp:

Theo sổ tay tập II trang 175 công thức (IX-105) ta có

L G tb

y: vận tốc trung bình của pha hơi (m/s)

G, L: khối lượng riêng trung binh của pha hơi và pha lỏng (kg/m3)h: khoảng cách giữa các mâm (m) Giá trị h được chọn sao cho để giảmđến mức thấp nhất lượng lỏng bị hơi cuốn theo

[] là hệ số có tính đến sức căng bề mặt

Khí  < 20 (dyn/cm) thì [] = 0,8

 < 20 (dyn/cm) thì [] = 1

Ở đây ta tra bảng có được  = 18,99 (dyn/cm) < 20 nên [] = 0,8

Chọn khoảng cách giữa các mâm là h = 0,225 (m)

Do đó

(Gy)tb = 0,065[] kGL

(1,958.y) = 0,065 0,35.1,958.1004,76

y = 0,697 (m/s)

d) Lưu lượng hơi qua tháp:

Phương trình cân bằng vật chất cho bao hình ta có:

gF = gy = Lx + D

gtl = Lx + D

Phương trình cân bằng cho hệ cấu tử dễ bay hơi ta có:

grlytl = LxXF + DXD (2)

Ở đây coi nhiệt độ trung bình trong toàn tháp là nhiệt độ trung bình củađỉnh và đáy tháp

C

2

3 , 117 96 ,

Tóm lại ta có hệ phương trình sau:

Lx = gtl – 16,67 (1)

gtlytl = Lx.0,3 + 16,67.0,96 (2)

gtl (506,47ytl + 25049,58) = 35,44.30268,595 (3)

gtl = 37,699 (kmol/h)ytl = 0,603 (mol)

Lx = 21,029(kmol/h)

e) Lượng hơi vào phần chưng:

Cân bằng vật chất và năng lượng ta có hệ sau:

Lđáy = gđáy + WLđáyxđáy = gđáyyđáy + Wxgtlrtl = gđáyrđáy

Lđáy = gđáy + 33,869

Lđáyxđáy = 0,005đáy + 0,17522420,9 gđáy = 950556,524Lđáy = 71,241 (kmol/h)gđáy = 37,372 (kmol/h)

f) Lưu lượng hơi trung bình trong toàn tháp:

- Lưu lượng hơi trung bình trong phần cất:

) / ( 57 , 36 2

699 , 37 44 , 35

g g

699 , 37 372 , 37

536 , 37 57 , 36

g g

g pchung  pcat   

Ở nhiệt độ trung bình là 87,130C thì lưu lượng hơi trung bình (m3/h) là:gpchưng = đáy

) / ( 884 , 1094 273

) 273 13 , 87 ( 4 , 22 053 , 37

4 , 22

T

T g

3600 / 884 , 1094 785

,

Q Q D

h) Xác định số đĩa thực và chiều cao tháp:

Tại đỉnh:

Ta có XD = 0,96 TD = 65,050C

yD* = 0,997 (phân mol)

- Độ bay hơi tương đối:

847 , 13 96 , 0 ).

997 , 0 1 (

) 96 , 0 (

997 , 0 )

1

(

) 1 (

D D

D

y

x y

42 , 0 49 , 0 38 , 0 3

3 2

E E E

E

j) Số mâm thực tế:

28 43 , 0

- Chọn đường kính trong của ống hơi theo tiêu chuẩn là: dh = 50 (mm)

- Số chóp phân bố trên một mâm: Trong thực tế thường chọn tổng tiếtdiện ống hơi trên mỗi mâm = 10% Tiết diện tháp nên ta có:

4

1 , 0 4

.

.

2 2

8,01,01

- Chiều cao mực chất lỏng trên khe chóp hts = 15-40(mm) chọn hts = 29 (mm)

- Chiều cao hình học của khe chóp:

Trong đó:

: hệ số trở lực của mâm chóp  = 1,5-2, chọn  = 2

y: vận tốc pha hơi (m/s)

) / ( 74 , 5 27 ) 05 , 0 (

785 , 0

3600 / 884 , 1094

785 ,

n d

993 , 1 2 81 , 9

74 ,

mm m

50 5 , 73 ( 3

14 , 3 ) 4 (

2 2

Với c: khoảng cách giữa các khe (3-4mm) Chọn c = 3mm

- Chiều rộng khe chóp được xác định từ liên hệ:

i(c + a) = dch

) ( 6 3 27

5 , 73

mm c

2



) (

s

v so

G L

G s

S

Q h

Qv: lưu lượng pha hơi (m3/s)

Ss: tổng diện tích các lỗ chóp trên một mâm, m2

Ss = n.i.hso.a = 27.27.13,3.6.10-6 = 0,058 (m2)

Do đó:

) ( 8 , 15 )

059 , 0

3600 / 884 , 1094 (

) 3 , 13 (

) 993 , 1 76 , 1004

993 , 1 (

% 100 3 , 16

8 , 15

% 100

) (

84 , 2

w

L ow

L

Q E

) , ( 2,5

D

L L

Q f

w

L

Lw: chiều dài gờ chảy tràn

Chọn Lw = 0,6D = 0,6.0.8 = 0,48 (m)

Tính QL:

- Lưu lượng lỏng phần chưng:

) / ( 018 , 4 38 , 1025

458 , 59 ).

539 50 67 , 16 126 , 1 ( ).

,

h m

M F RD

Q

ch L

418 , 58 67 , 16 126 , 1

,

h m M

RD

Q

cat L

159 , 1 862 , 3 2

3 h m Q

48 , 0

589 , 2 (

035 , 1 84 ,

Bm: A l Với A: phần diện tích mâm nằm giữa hai hình viên phân chảychuyền

A = Smâm – 2Sd

) ( 50265 , 0 4

8 , 0 4

2 2

8 0 8 , 0

48 , 0 arcsin 4

arcsin 4

2 2

2 2

m

D D

L D

S

t

w t

) ( 0768 , 0 2 / 48 , 0 32 , 0 2 /

2 2

0262 , 0





mam

d S S

Vậy diện tích hai phần ống chảy chuyền chiếm 10,5% tổng diện tích mộtmâm

45025 ,

602 , 2 34 , 1 34

,

m

L B Q

801 , 0 964 , 1 697 , 0 82 , 0

82 ,

G

Tra giản đồ 5.10 tập 3-truyền khối trang 80 ta có: Cg = 0,7

Tính /: Ta có

4/ = f(hm, QL, Bm, hsc)Trong đó:

hm = chiều cao mực chất lỏng trung bình trên mâm

hm = 27 + 12,5 + 5 + 16,3 = 60,8 (mm)Tra giản đồ hình 5.13a-truyền khối tập 3 trang 81 ta có: 4/ = 6

/ = 1,5m: số hàng chóp phải trải qua của pha lỏng m = 5

( 274

r

v G L

G fv

S

Q K

05 , 0 27 4

.

2 2

m

d n S

50 5 , 73 ( 4 ) (

4

2 3 6

2 2 2