Đồ án hóa công Chưng tháp đĩa lỗ có ống chảy truyền hỗn hợp Axeton Rượi etylic

Lời mở đầu Ngày nay cùng với sự phát triển của khoa học kĩ thuật, nền công nghiệp đã mang lại cho con người những lợi ích vô cùng to lớn về cả vật chất lẫn tinh thần. Để nâng cao đời sống nhân dân, để hòa nhập với sự phát triển chung của các nước trong khu vực cũng như trên thế giới, Đảng và Nhà nước ta đã đề ra mục tiêu: công nghiệp hóa và hiện đại hóa đất nước. Trong tiến trình công nghiệp hóa, hiện đại hóa đất nuớc những ngành kinh tế mũi nhọn: công nghệ thông tin, công nghệ sinh học, công nghệ điện tử tự động hóa, công nghệ vật liệu mới…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 nhu cầu của con người ngày càng tăng. Do vậy các sản phẩm cũng đòi hỏi cao hơn, đa dạng hơn, phong phú hơn theo đó công nghệ sản xuất cũng phải nâng cao. Trong công nghệ hóa học nói chung viêc sử dụng hóa chất có độ tinh khiết cao là yếu tố căn bản tạo ra sản phẩm có chất lượng cao. Có nhiều phương pháp khác nhau để làm tăng nồng độ, độ tinh khiết: chưng cất, cô đặc, trích li…tùy vào tính chất của hệ mà ta lựa chọn phương pháp thích hợp. PHẦN I: TỔNG QUAN I: LÝ THUYẾT VỀ CHƯNG CẤT 1: Phương pháp chưng cất. Chưng luyện là một phương pháp chưng cất nhằm để phân tách một hỗn hợp khí đã hóa lỏng dựa trên độ bay hơi tương đối khác nhau giữa các cấu tử thành phần ở cùng một áp suất. Phương pháp chưng luyện này là một quá trình chưng luyện trong đó hỗn hợp được bốc hơi và ngưng tụ nhiều lần, kết quả cuối cùng ở đỉnh tháp thu được một hỗn hợp gồm hầu hết các cấu tử dễ bay hơi và nồng độ đạt yêu cầu, phương pháp chưng luyện cho hiệu suất phân tách cao, vì vậy nó được sử dụng nhiều trong thực tế. Dựa trên các phương pháp chưng luyện liên tục, người ta đưa ra nhiều thiết bị phân tách đa dạng như tháp chóp, tháp đĩa lỗ, tháp đĩa lỗ không có ống chảy truyền, tháp đệm… Trong đồ án này em được giao thiết kế tháp chưng luyện liên tục dạng đĩa lỗ có ống chảy truyền nhằm phân tách 2 cấu tử Axeton – Rượi Etylic, chế độ làm việc ở áp suất thường với hỗn hợp đầu vào ở nhiệt độ sôi. Axeton – Rượi Etylic là hỗn hợp lỏng thường gặp trong thực tế. Việc tách riêng 2 cấu tử này có ý nghĩa quan trọng bởi cần Axeton và Rượi Etylic có nồng độ lớn dùng làm nguyên liệu sản xuất các hợp chất hiện nay. Các phương pháp chưng cất. +) áp suất làm việc: • Chưng cất áp suất thấp. • Chưng cất áp suất thường. • Chưng cất áp suất cao.

BỘ CÔNG THƯƠNG CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM TRƯỜNG ĐH CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI Độc lập – Tự do – Hạnh phúc

ĐỒ ÁN MÔN HỌC QUÁ TRÌNH THIẾT BỊ

Số :………

Họ và tên HS-SV: Phạm Thị Thư

Khoa : Công nghệ hóa

Giáo viên hướng dẫn : Thầy Vũ Minh Khôi

NỘI DUNG

Thiết kế tháp chưng luyện liên tục loại tháp đĩa lỗ có ống chảy truyền để phân tách hỗn hợp Axeton – Rượi etylic

Các thông số ban đầu

- Năng suất tính theo hỗn hợp đầu : F = 10,55 tấn/giờ

- Nồng độ cấu tử dễ bay hơi :

+ Hỗn hợp đầu : a = 0,358 phần khối lượng

+ Sản phẩm đỉnh : a = 0,96 phần khối lượng

+ Sản phẩm đáy : a = 0,0385 phần khối lượng

Tháp làm việc ở áp suất thường

- Hồn hợp đầu được gia nhiệt tới nhiệt độ sôi

1 Vẽ dây chuyền sản xuất A4 01

Ngày giao đề………Ngày hoàn thành ………

NHẬN XÉT ĐỒ ÁN

Giáo viên hướng dẫn nhận xét: _

_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _

Điểm: Chữ ký: _ Cán bộ chấm hay Hội đồng bảo vệ nhận xét: _ _ _ _ _ _ _ Điểm: Chữ ký: _ Điểm tổng kết:

MỤC LỤC

Lời mở đầu 4

PHẦN I: TỔNG QUAN 5

I: LÝ THUYẾT VỀ CHƯNG CẤT 5

II GIỚI THIỆU VỀ HỖN HỢP CHƯNG 7

III SƠ ĐỒ CÔNG NGHỆ 09

PHẦN II: TÍNH TOÁN THIẾT BỊ CHÍNH 12

1 Tính toán cân bằng vật liệu toàn thiết bị 12

1.1 Phương trình cân bằng vật liệu của toàn tháp 12

1.2 Tính chỉ số hồi lưu thích hợp (R th ) 14

2.TÍNH ĐƯỜNG KÍNH THÁP 28

2.1 Đường kính đoạn luyện: 28

2.2.Đường kính đoạn chưng 33

3.TÍNH CHIỀU CAO THÁP XÁC ĐỊNH THEO ĐƯỜNG CONG ĐỘNG HỌC 36

3.1.Hệ số khuếch tán 36

3.2 Hệ số cấp khối 38

3.3 Hệ số chuyển khối, đường cong động học,số đĩa thực tế 43

4.Tính trở lực của tháp 49

4.1.Tính trở lực đĩa khô 49

4.2.Trở lực đĩa do sức căng bề mặt chất lỏng 50

4.3.Trở lực thủy tĩnh của lớp chất lỏng trên đĩa 50

4.4 Trở lực của tháp 51

5.Tính cân bằng nhiệt lượng 51

5.1.Cân bằng nhiệt lượng thiết bị đun nóng hỗn hợp đầu 51

5.2.Cân bằng nhiệt lượng của tháp chưng luyện 55

5.3.Cân bằng nhiệt lượng của thiết bị ngưng tụ 58

5.4.Cân bằng nhiệt lượng của thiết bị làm lạnh 58

PHẦN III : TÍNH THIẾT BỊ PHỤ 59

I.Thiết bị gia nhiêt hỗn hợp đầu 59

II Thiết bị gia nhiệt hỗn hợp đáy 67

III Tính bơm và thùng cao vị 72

PHẦN IV: TÍNH TOÁN CƠ KHÍ VÀ LỰA CHỌN 83

1 Tính toán thân tháp: 83

2.Tính đường kính ống dẫn: 87

3 Tính đáy và nắp thiết bị: 92

4 Chọn bích ghép: 94

5 Tính giá đỡ và tai treo 96

KẾT LUẬN 102

LỜI CẢM ƠN 103

TÀI LIỆU THAM KHẢO 104

Lời mở đầu

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

Trong tiến trình công nghiệp hóa, hiện đại hóa đất nuớc những ngành kinh tế mũi nhọn: công nghệ thông tin, công nghệ sinh học, công nghệ điện

tử tự động hóa, công nghệ vật liệu mới…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 nhu cầu của con người ngày càng tăng Do vậy các sản phẩm cũng đòi hỏi cao hơn, đa dạng hơn, phong phú hơn theo đó công nghệ sản xuất cũng phải nâng cao Trong công nghệ hóa học nói chung viêc sử dụng hóa chất có độ tinh khiết cao là yếu tố căn bản tạo ra sản phẩm

có chất lượng cao Có nhiều phương pháp khác nhau để làm tăng nồng độ,

độ tinh khiết: chưng cất, cô đặc, trích li…tùy vào tính chất của hệ mà ta lựa chọn phương pháp thích hợp

Phương pháp chưng luyện này là một quá trình chưng luyện trong đó hỗnhợp được bốc hơi và ngưng tụ nhiều lần, kết quả cuối cùng ở đỉnh tháp thuđược một hỗn hợp gồm hầu hết các cấu tử dễ bay hơi và nồng độ đạt yêucầu, phương pháp chưng luyện cho hiệu suất phân tách cao, vì vậy nó được

sử dụng nhiều trong thực tế

Dựa trên các phương pháp chưng luyện liên tục, người ta đưa ra nhiềuthiết bị phân tách đa dạng như tháp chóp, tháp đĩa lỗ, tháp đĩa lỗ không cóống chảy truyền, tháp đệm… Trong đồ án này em được giao thiết kế thápchưng luyện liên tục dạng đĩa lỗ có ống chảy truyền nhằm phân tách 2 cấu tửAxeton – Rượi Etylic, chế độ làm việc ở áp suất thường với hỗn hợp đầu vào

ở nhiệt độ sôi

Axeton – Rượi Etylic là hỗn hợp lỏng thường gặp trong thực tế Việc táchriêng 2 cấu tử này có ý nghĩa quan trọng bởi cần Axeton và Rượi Etylic cónồng độ lớn dùng làm nguyên liệu sản xuất các hợp chất hiện nay

Các phương pháp chưng cất

+) áp suất làm việc:

 Chưng cất áp suất thấp

 Chưng cất áp suất thường

 Chưng cất áp suất cao

- Nguyên tắc của phương pháp này là dựa trên nhiệt độ sôi của các cấu tửnếu nhiệt độ sôi của các cấu tử quá cao thì giảm áp suất làm việc để giảmnhiệt độ sôi của các cấu tử.

+) Nguyên lý làm việc: liên tục, gián đoạn

* Chưng gián đoạn: phương pháp này sử dụng trong các trường hợp:

+ Nhiệt độ sôi của các cấu tử khác xa nhau

+ Không đòi hỏi sản phẩm có độ tinh khiết cao

+ Tách 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 liên tục nghịch dòng và nhiềuđoạn

2 Thiết bị chưng cất

Trong sản xuất thường sử dụng rất nhiều loại tháp khác nhau nhưngchúng đều có một yêu cầu cơ bản là diện tích tiếp xúc bề mặt pha lớn, điềunày phụ thuộc độ phân tán lưu chất vào

Tháp chưng cất rất phong phú về kích cỡ và ứng dụng Các tháp lớnthường được sử dụng trong công nghệ lọc hóa dầu Đường kính tháp phụthuộc lượng pha lỏng và lượng pha khí, độ tinh khiết của sản phẩm Theokhảo sát thường có 2 loại tháp chưng: tháp đĩa và tháp đệm

Tháp đĩa: thân tháp hình trụ thẳng đứng bên trong có gắn các đĩa Phânchia thân tháp thành những đoạn bằng nhau Trên đĩa pha lỏng và pha khítiếp xúc với nhau Tùy thuộc vào loại đĩa ta có:

- Tháp đĩa lỗ không có ống chảy truyền.

Tháp đệm: tháp hình trụ gồm nhiều đoạn nối với nhau bằng mặt bích hayhàn

* Tháp đĩa lỗ có ống chảy truyền hoạt động với hiệu suất cao ổn định, khắcphục được nhược điểm của các loại tháp khác, làm việc được với chất lỏngbẩn …

Vậy : chọn tháp đĩa lỗ có ống chảy truyền để chưng hệ Axeton – Rượi

* M t s thông s v t lý c a axeton: ột số thông số vật lý của axeton: ố thông số vật lý của axeton: ố thông số vật lý của axeton: ật lý của axeton: ủa axeton:

-Nhi t đ sôi:56,1 ệt độ sôi:56,1 ột số thông số vật lý của axeton: o

-Nhi t đ nóng ch y:-94,6 ệt độ sôi:56,1 ột số thông số vật lý của axeton: ảy:-94,6 o C

-Nhi t dung riêng(C ệt độ sôi:56,1 p ):22Kcal/mol(chu n 102 ẩn ở 102 ở 102 0 C)

-Đ nh t ột số thông số vật lý của axeton: ớt (m):0,316 cp( 25 ở 102 o C)

- Nhi t tr : 0.5176 cal/g ( 20 ệt độ sôi:56,1 ị : 0.5176 cal/g ( ở 20 ở 102 0 C)

Axeton là một dung môi tốt cho nhiều chất hữu cơ aceton làm dung môi tốt đối với các nitro xeluloza, acetyl xenluloza Nó ít độc nên được dùng làm dung môi cả trong công nghiệp dược phẩm và thực phẩm.,nó được sử dụng để tổng hợp nhiều chất hữu cơ phần lớn được dùng làm dung môi nhất là trong công nghiệp sản xuất nhựa, vecni, chất dẻo và nhiều sản phẩm tiêu dùng.

* Tính chất hóa học đặc trưng của axeton:

Phản ứng chính của axeton chủ yếu vào nhóm cacbonyl(-CO-), ngoài ra còn có phản ứng thế vào nhóm -CH 3 Dưới đây là một số ví dụ cụ thể:

-phản ứng ở nhóm –CO- : Axeton r t nghèo ph n ng, Xeton có ph n ng ất nghèo phản ứng, Xeton có phản ứng ảy:-94,6 ứng, Xeton có phản ứng ảy:-94,6 ứng, Xeton có phản ứng

kh gi ng andehit nh ng t o ra ancol b c II:ử giống andehit nhưng tạo ra ancol bậc II: ố thông số vật lý của axeton: ưng tạo ra ancol bậc II: ạo ra ancol bậc II: ật lý của axeton:

CH3-CO-CH3 + H2 > CH3-CH(OH)-CH3

Xeton khó b oxi hóa vì các g c hidrocacbon đã c n tr không gian.Tuy ị : 0.5176 cal/g ( ở 20 ố thông số vật lý của axeton: ảy:-94,6 ở 102 nhiên nó có th b oxi hóa b i dung dich thu c tím đun nóng v i axit sunfuric ị : 0.5176 cal/g ( ở 20 ở 102 ố thông số vật lý của axeton: ớt

t o ra h n h p các axit cacboxylic ạo ra ancol bậc II: ỗn hợp các axit cacboxylic ợp các axit cacboxylic.

Ph n ng g c hidrocacbon: ảy:-94,6 ứng, Xeton có phản ứng ở 102 ố thông số vật lý của axeton:

CH 3 -CO-CH 3 + Br 2 > CH 3 -CO-CH 2 Br + HBr.

L u ý:Ph n ng trên x y ra khi dùng brom khan và có xúc tác axit axetic đun ưng tạo ra ancol bậc II: ảy:-94,6 ứng, Xeton có phản ứng ảy:-94,6 nóng

* Các phương pháp điều chế axeton:

1-oxi hóa hidrocacbon:khi đốt cháy chậm n-ankan ở pha khí ta có thể thu được axeton

2-oxi hóa ancol:đây là phương pháp quan trọng nhất để điều chế hợp chất

III SƠ ĐỒ CÔNG NGHỆ:

1 Dây chuyền sản xuất :

Hệ thống thiết bị công nghệ chưng luyện liên tục tháp đĩa lỗ có ống chảytruyền tổng quát gồm có:

(1) : Bơm ly tâm

(2) : Thùng cao vị

(3) : Thiết bị đun nóng hỗn hợp đầu dùng để đưa hỗn hợp đầu tới nhiệt độ làm việc Sử dụng thiết bị loại ống chùm, dùng hơi nước bão hoà để đun nóng vì nó có hệ số cấp nhiệt lớn, ẩn nhiệt ngưng tụ cao Hơi nước bão hoà đi ngoài ống, lỏng đi trong ống.(4) : Lưu lượng kế

(5): Tháp chưng luyện: gồm có 2 phần: phần trên gồm từ trên đĩa tiếp liệu trở lên đỉnh gọi là đoạn luyện, phần dưới gồm từ đĩa tiếp liệu trở xuống gọi là đoạn chưng

(6): Thiết bị ngưng tụ hoàn toàn sản phẩm đỉnh, nước lạnh đi trong ống

THUYẾT MINH SƠ ĐỒ

T

7 6

NƯỚC

NƯỚC HƠI NƯỚC

Sơ đồ dây chuyền cơng nghệ tháp đĩa lỗ cĩ ống chảy truyền

Hỗn hợp được chứa trong thùng chứa (11), được bơm ly tâm (1) bơm lên thùng cao vị có cửa chảy tràn dùng để khống chế mức chất lỏng thùng, hỗn hợp đầu từ thùng cao vị tự chảy xuống thiết bị gia nhiệt (3) và quá trình này được theo dõi bằng đồng hồ lưu lượng (4) dùng hơi nước bão hòa Sau đó hỗn hợp đầu được gia nhiệt tới nhiệt độ sôi rồi được đưa vào đĩa tiếp liệu của tháp chưng luyện(5).

Trong tháp hơi đi từ dưới lên tiếp xúc trực tiếp với lỏng từ trên xuống tại đây xảy ra quá trình bốc hơi và ngưng tụ nhiều lần, nồng độ các cấu tử thay đổi theo chiều cao của tháp và nhiệt độ của hỗn hợp cũng thay đổi theo Khi bay hơi lên đĩa 1 có thành phần cấu tử dễ bay hơi là y1 sục trực tiếp vào lớp lỏng trên đĩa có thành phần cấu tử dễ bay hơi là x1 ( x1<y1), hơi đi lên từ đĩa

1 sục vào đĩa 2, do hơi đĩa 1 sục vào lỏng ở đĩa 2 có nhiệt độ thấp hơn nên hơi đó sẽ bị ngưng tụ 1 phần cấu tử khó bay hơi, quá trình ngưng tụ lại là quá trình tỏa nhiệt và nhiệt này sẽ làm bay hơi 1 phần cấu tử khó bay hơi ở đĩa 2 do đó x2>x1; y2>y1 dẫn đến hơi ở đĩa 2 sục vào đĩa Quá trình này được xảy ra tương tự nhiều lần cuối cùng trên đỉnh tháp thu được hầu hết cấu tử

dễ bay hơi và một phần cấu tử khó bay hơi

Hơi đi từ đỉnh tháp vào thiết bị hồi lưu ngưng tụ, ở đây 1 phần hơi được ngưng tụ và quay trở lại tháp Phần còn lại được đưa vào thiết bị làm nguội rồi cho vào thùng chứa sản phẩm đỉnh

Chất lỏng hồi lưu đi từ trên xuống dưới, gặp hơi có nhiệt độ cao đi từ dưới lên, một phần cấu tử có nhiệt độ cao tiếp tục ngưng tụ thành lỏng đi xuống

Do đó nồng độ cấu tử khó bay hơi trong pha lỏng ngày càng nhiều, cuối cùng ở đáy tháp ta thu được hỗn hợp lỏng gồm hầu hết là cấu tử khó bay hơi

và một phần cấu tử dễ bay hơi, hỗn hợp lỏng được đưa ra khỏi đáy tháp qua thiết bị phân dòng, một phần được đưa ra thùng chứa sản phẩm đáy và một phần được hồi lưu tại đáy tháp Thiết bị này có tác dụng đun sôi tuần hoàn

và bốc hơi sản phẩm đáy( tạo dòng hơi đi từ dưới lên trong tháp) Nước ngưng của thiết bị gia nhiệt được tháo qua thiết bị nước ngưng Tháp chưng luyện làm việc ở chế độ liên tục, hỗn hợp đầu và sản phẩm được lấy ra liên tục.

PHẦN II: TÍNH TOÁN THIẾT BỊ CHÍNH

W : Lượng sản phẩm đáy, (Kmol/h)

a : Nồng độ phần khối lượng, (Kg nước/Kg hỗn hợp)

x : nồng độ phần mol, ( Kmol nước/ Kmol hỗn hợp)

M : Khối lượng phân tử, (Kg/Kmol)

 : Khối lượng riêng, (Kg/Kmol)

Ngoài ra còn nhiều ký hiệu khác được định nghĩa tại chỗ

1 Tính toán cân bằng vật liệu toàn thiết bị

1.1 Phương trình cân bằng vật liệu của toàn tháp

W W

F

P W

P

F

a a

G a

a

G a

- Theo đề ra F= 10,55 tấn/h = 10550 Kg/h Vậy lượng sản phẩm đỉnh là:

A A A

B

B A A A A A

M

a M

a M a

M

a M a M

a x

và đoạn chưng Tức thỏa mãn điều kiện sau:

+ Nhiệt hóa hơi mol của các cấu tử bằng nhau theo công thức kinh nghiệm của Trouton

const K

kmol

kcal T

r





21+ Không có nhiệt hòa tan Q 0

+ Không có nhiệt mất mát ra môi trường xung quanh+Sự sai khác về nhiệt lượng riêng của chất lỏng sôi trên các tiết diện khác nhau của tháp được bỏ qua

- Hỗn hợp đầu vào tháp ở nhiệt độ sôi

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

- Hơi bốc lên từ đáy tháp có nồng độ bằng nồng độ sản phẩm đỉnh

- Đun sôi tháp bằng hơi đốt trực tiếp

a, Phương trình đường nồng độ làm việc của đoạn luyện

-Phương trình cân bằng vật liệu

D0 = L0 + PTrong đó : D0 : lượng hơi đi từ dưới lên

L0 : lượng lỏng hồi lưu đi từ trên xuống

-Phương trình cân bằng vật liệu cho cáu tử dễ bay hơi là:

D0.y = L0.x+ P.xP

 ( L0 + P).y = L0.x+ P.xP

P

x P L

P x P L

L y

x R

R y

b, Phương trình đường nồng độ làm việc của đoạn chưng

- Phương trình cân bằng vật liệu:

w P L F L

L u 0 0

Thay vào ta có : (P+ L0).y’= (F+L0).x’ – (F-P).xw

w

x P L

P F x P L

F L y

f x R

f R y

1

1 '

Cacbon disunfua – cacbontetraclorua ở 760 mmHg.(Tham khảo STT1)

Dựa vào bảng số liệu trên

- Từ xF kẻ đường thẳng song song với trục y và cắt đường cân bằng tại A từ

A kẻ đường song song với trục x cắt trục y tại B Xác định trên đồ thị có

y*F=0,529961

Áp dụng công thức : Rmin =

F F

F P

x y

y x

ứng với mỗi giá trị của  ta được một giá trị Rx Thay Rx ta có đường nồng

độ làm việc của đoạn luyên và đoạn chưng

Vẽ đồ thị xác định được số đĩa lý thuyết Nlt

Đồ thị xác định số đĩa lý thuyết với β= 1,2, Nlt = 24

Đồ thị xác định số đĩa lý thuyết với β= 1,3, Nlt = 21

Đồ thị xác định số đĩa lý thuyết với β= 1,5, Nlt = 18

Đồ thị xác định số đĩa lý thuyết với β= 1,7, Nlt = 16

Đồ thị xác định số đĩa lý thuyết với β= 1,9, Nlt = 15

Đồ thị xác định số đĩa lý thuyết với β= 2,0, Nlt = 15

Đồ thị xác định số đĩa lý thuyết với β= 2,1, Nlt = 14

Đồ thị xác định số đĩa lý thuyết với β= 2,3, Nlt = 14

Đồ thị xác định số đĩa lý thuyết với β= 2,5, Nlt = 13

Lập được bảng kết quả sau

- Từ đồ thị ta thấy với RX = 3,197683 thì RX.(Nlt + 1) = 67,162928 là

bé nhất

Vậy Rth=3,197683 ( Số đĩa lý thuyết là 16 )

Phương trình đường nồng độ làm việc

- Lượng hỗn hợp đầu trên 1 đơn vị sản phẩm đỉnh là

x

R

x x R

2.TÍNH ĐƯỜNG KÍNH THÁP

Đường kính tháp được xác định theo công thức

D=0,0188

tb y y tb

g

) (   , m [II-181]

gtb: lượng hơi đi trong tháp (lượng trung bình) (Kg/h)

 y: khối lượng riêng trung bình (Kg/m3)

wy: tốc độ hơi đi trung bình trong tháp (Kg/m2.s)

Vì lượng hơi và lượng lỏng thay đổi theo chiều cao mỗi đoạn nên ta phải tính lượng hơi trung bình cho từng đoạn

2.1 Đường kính đoạn luyện:

2.1.1 Lượng hơi trung bình trong đoạn luyện

Lượng hơi trung bình trong đoạn luyện gtb có thể xem gần đúng bằng trung bình cộng lượng hơi đi ra khỏi đĩa trên cùng của tháp gd và lượng hơi đi vào dưới cùng của đoạn luyên g1

gđ : lượng hơi đi ra khỏi đĩa trên cùng của tháp (kmol/h)

g1 : lượng hơi đi vào đĩa dưới cùng của đoạn luyện (kmol/h)

gtb : lượng hơi trung bình đi trong đoạn luyện (kmol/h)

+ Lượng hơi đi ra khỏi đỉnh tháp

gd= GR + GP = GP(Rx + 1) [II-181]

Với GR : Lượng lỏng hồi lưu

GP : Lượng sản phẩm đỉnh

Thay số ta được

gd = 63,7246.(3,197683+1) = 267,4957 (Kmol/h)

+ Lượng hơi đi vào đoạn luyện : lượng hơi g1 , hàm lượng hơi y1 và lượng lỏng G1 đối với đĩa thứ nhất của đoạn luyện , xác định theo phương trình cânbằng vật liệu và nhiệt lượng

P P P

r g r

g

x G x

G y

g

G G

g

.

.

.

1 1

1 1 1

1

1 1

182]

G1 : Lượng lỏng đối với đĩa thứ nhất của đoạn luyện

y1 : Hàm lượng hơi đi vào đĩa 1 của đoạn luyện

r1 : Ẩn nhiệt hóa hơi của hỗn hợp hơi đi vào đĩa thứ nhất

rđ : Ẩn nhiệt hóa hơi của hỗn hợp hơi đi ra khỏi đỉnh tháp

Tại xP = 0,9501 (kmol/kmol) ngoại suy ta được t°P = 56,55 0C

xF = 0,3066 (kmol/kmol) ngoại suy ta được t°F = 65,75 0C

Tra bảng nhiệt hóa hơi [I-254]

rA (kcal/kg) 132 124

rB (kcal/kg) 218 210

Tại t°P = 56,55 0C , nội suy ta được;

rA = 210,69 (kcal/kg) = 210,69.58.4,1868 = 51162,7797 (KJ/Kmol)

rB = 124,69 (kcal/kg) = 124,69.46.4,1868 =24014,3962 (KJ/Kmol)Tại t°F = 65,75 0C, nội suy ta được

rA = 122,4188 (kcal/kg) = 82,7792.76.4,1868 = 29727,49585 (KJ/Kmol)

rB = 207,7 (kcal/kg) = 207,7.46.4,1868 = 40001,5246 (KJ/Kmol)

Thay vào phương trình r1 ta được:

r1 = 29727,4837.y1 +40001,5246.( 1- y1 ) (KJ/Kmol) = -10272,02871.y1 + 40001,5246

Thay vào phương trình rđ ta được :

rđ = 240014,3962.0,9501 + 51162,7797.(1-0,9501) (KJ/Kmol) = 25369,1005 (KJ/Kmol)

Thay các giá trị vào hệ trên ta được :

Giải hệ ta được kết quả sau:

 y1=0,5163 ( phần mol)

Thay y1 ta tìm được r1 :

r1=-10274,02817.0,5163 + 40001,5246 = 34697,04354( Kj/Kmol)

Vậy lượng hơi đi trung bình trong đoạn luyện là :

2.1.2 Tính khối lượng riêng của đoạn luyện

a, Pha hơi: được áp dụng theo công thức sau

273

) 273 (

4 , 22

).

1 (

tbA ytb

t

M y M

yđA : nồng độ pha hơi đầu đoạn luyện yđA = y1 = 0,5163 phần mol

ycA : nồng độ pha hơi cuối đoạn luyện yc = yP = xP = 0,9501 phần mol

Từ sổ tay tập II-149 ta có: y1= 67,4% phần mol→ t1 = 61,8

b, Pha lỏng: được áp dụng theo công thức sau

xB

tbA xA

tbA xtb

a a

xtb : Khối lượng riêng trung bình của pha lỏng , Kg/ m3

 xA,  xB : Khối lượng riêng lỏng của CS2 - CCl4 , Kg/m3

atbA : Phần khối lượng trung bình cấu tử CS2

Ta có:

atbA= = = 0,659 (Phần khối lượng)

xtbA : Phần mol trung bình của cấu tử

xtbA = = =0,6284 (Phần mol)=62,84 (%phần mol)

2.1.3.Tốc độ hơi đi trong tháp

Tốc độ hơi trong tháp đĩa được xác định theo công thức:

0,05 x gh

2.1.4.Đường kính đọan luyện là:

- Tính khối lượng trung bình:

Mytb= (ytb.MA + (1 – ytb).MB = 0,7332.58 + (1 – 0,7332).46 = 59,7984

DL = 0,0188 ( )tb

y y tb

g w

2.2.Đường kính đoạn chưng

2.2.1 : Xác định lượng hơi đi trong tháp

g’

tb =

2

1 ' ' g

g n ( Kg/h)

g’

n : lượng hơi đi ra khỏi đoan chưng đi vào đoạn luyện

vì lượng hơi đi ra khỏi đoạn chưng bằng lượng hơi đi vào đoạn luyện

' '

1 1 ' ' '

1 1 1 ' '

Giải hệ phương trình ta được

2.2.2 Tính khối lượng riêng trung bình

a, Đối với pha hơi

) 273 (

4 , 22

).

1 (

tbA ytb

t

M y M

Nội suy ta được: t°ytb = 71,867°C

Vậy khối lượng trung bình của pha hơi

Tính Mhh = 0,30589.58 + (1 - 0,30589).46 = 49,67068 (Kg/Kmol)

b,Đối với pha lỏng

Khối lượng riêng được tính theo công thức sau

xB

tbA xA

tbA xtb

x x

Bảng [I-9] ta có: t1= 600C  ρA= 746(Kg/m3), ρB= 719(Kg/m3)

t2= 800C →ρA= 754(Kg/m3), ρB=735 (Kg/m3)Nội suy từ t°xtb = 62,6182°C 

Khối lượng riêng của hỗn hợp là

 xtb 742,6975 (Kg/m3)

2.2.3.Tốc độ hơi đi trong tháp

Tốc độ hơi trong tháp đĩa được xác định theo công thức:

0,05 x gh