đồ án thiết kế tháp đệm chưng cất các hỗn hợp lỏng

Chưng là phương pháp dùng để tách riêng các hỗn hợp lỏng cũng nhưcác hỗn hợp đã hóa lỏng thành các cấu tử riêng biệt dựa vào nhiệt độ sôi khácnhau của các cấu tử trong hỗn hợp.. Chưng lu

MỞ ĐẦU

I GIỚI THIỆU VỀ HỖN HỢP ĐƯỢC CHƯNG LUYỆN

Trong quá trình chế biến một sản phẩm từ sản phẩm thô ban đầu đến khi

nó trở thành một sản phẩm có ích được ứng dụng rộng rãi trong đời sống thìcông nghiệp hóa học đã đóng góp không nhỏ trong sự phát triển kinh tế nướcnhà, các phương pháp khác nhau như: lắng, lọc, hấp thụ, kết tinh, Chưng cất …nhưng đặc biệt là phương pháp chưng luyện nó được ứng dụng rộng rãi trong rấtnhiều ngành, lĩnh vực đặc biệt là ngành công nghệ lên men, công nghệ tổng hợphữu cơ, lọc - hóa dầu, công nghệ sinh học Việc lựa chọn phương pháp và thiết

bị cho phù hợp tùy thuộc vào hỗn hợp ban đầu, yêu cầu sản xuất và điều kiệnkinh tế

Chưng là phương pháp dùng để tách riêng các hỗn hợp lỏng cũng nhưcác hỗn hợp đã hóa lỏng thành các cấu tử riêng biệt dựa vào nhiệt độ sôi khácnhau của các cấu tử trong hỗn hợp

Khi chưng ta thu được nhiều sản phẩm và thường có bao nhiêu cấu tửthì có bấy nhiêu sản phẩm Riêng đối với phương pháp chưng luyện hai cấu tửthì sản phẩm đỉnh gồm chủ yếu là cấu tử dễ bay hơi còn sản phẩm đáy gồmchủ yếu là cấu tử khó bay hơi

Trong sản xuất ta thường gặp các phương pháp chưng khác nhau như :chưng đơn giản, chưng bằng hơi nước trực tiếp, chưng chân không và đặc biệthơn là chưng luyện

Chưng luyện là phương pháp thông dụng dùng để tách hoàn toàn hỗnhợp các cấu tử dễ bay hơi có tính chất hòa tan một phần hoặc hòa tan hoàntoàn vào nhau.Chưng luyện ở áp suất thấp dùng cho các hỗn hợp dễ bị phânhủy nhiệt ở nhiệt độ cao, các cấu tử dễ bay hơi và ngược lại

Chưng đơn giản dùng để tách các hỗn hợp gồm các cấu tử có độ bay hơirất khác nhau Phương pháp này thường dùng để tách sơ bộ và làm sạch cấu

tử khỏi tạp chất

Chưng bằng hơi nước trực tiềp dùng tách các hỗn hợp gồm các chất khóbay hơi và tạp chất không bay hơi ,thường dùng trong trường hợp chất đượctách không tan vào nước

Chưng chân không dùng trong trường hợp cần hạ thấp nhiệt độ sôi cấu

tử Ví dụ như trường hợp các cấu tử trong hỗn hợp dễ bị phân hủy ở nhiệt độcao hay trường hợp các cấu tử có nhiệt độ sôi quá cao.Chưng nhất luyện làphương pháp phổ biến nhất để tách hoàn toàn hỗn hợp các cấu tử dễ bay hơi

có tính chất hòa tan một phần hay hoàn toàn vào nhau theo bất kỳ tỷ lệ nàobằng các thiết bị khác nhau như: tháp đệm, tháp chóp, tháp đĩa…Đối với hỗnhợp Rượu etylic- nước là hỗn hợp 2 cấu tử hòa tan hoàn toàn vào nhau và cónhiệt độ sôi khác biệt nhau ở cùng điều kiện áp suất Do đó phương pháp tối

ưu để tách các hỗn hợp trên là chưng, ta nên dùng thiết bị chưng luyện loạitháp đệm Phương pháp này dựa vào độ bay hơi khác nhau giữa các cấu tửbằng cách thực hiện quá trình chuyển pha và trao đổi nhiệt giữa 2 pha lỏng-khí Sản phẩm đỉnh thu được gồm các cấu tử có độ bay hơi lớn và một phầncấu tử có độ bay hơi thấp Còn sản phẩm đáy thu được chủ yếu là cấu tử khóbay hơi và một phần cấu tử dễ bay hơi

Ngày nay tháp đệm được sử dụng rộng rãi vì nó có nhiều ưu điểm: Hiệusuất cao vì bề mặt tiếp xúc lớn, giới hạn làm việc tương đối rộng, thiết bị đơngiản, gọn nhẹ dễ tháo rời để sửa chữa, trở lực không cao nhưng làm việc ổnđịnh và chưng được sản phẩm đòi hỏi có độ tinh khiết cao.Tháp đệm có thểlàm việc ở áp suất thường và áp suất chân không, làm việc liên tục hoặc giánđoạn

Tuy nhiên tháp đệm cũng có những hạn chế sau: Khó làm ướt đềuđệm,Nếu tháp cao thì phân phối chất lỏng không đều

Để khắc phục nhược điểm trên, người ta chia đệm ra nhiều tầng và có đặtthêm đĩa phân phối chất lỏng đối với mỗi tầng đệm nếu tháp quá cao.

Trong tháp đệm, chất lỏng chảy từ trên xuống phân bố đều trên bề mặtđệm, Khí đi từ dưới lên và tiếp xúc với chất lỏng và quá trình chuyển khốixảy ra

Vật liệu gia công là thép không gỉ bởi vì hỗn hợp cần tách là hệ ăn mònmạnh, mặt khác tuy giá thành sản xuất còn cao nhưng đáp ứng được những tiêuchuẩn cơ bản của thiết bị hóa chất đó là: chống ăn mòn, bền nhiệt, cơ tính tốt,tuổi thọ làm việc lâu dài …

Bài đồ án này bao gồm 6 nội dung chính: sơ đồ công nghệ sản xuấttrong thực tế, tính toán thiết bị chính: Tính toán cân bằng vật liệu toàn thiết bị,chiều cao, đường kính tháp, trở lực của tháp đệm…, tính cân bằng nhiệtlượng, tính và chọn thiết bị phụ: thiết bị gia nhiệt hỗn hợp đầu, bơm.Tính toán

cơ khí và lựa chọn: Tính bề dày, đường kính ống dẫn, Tính đáy và nắp, chọnbích ghép, tính giá đỡ tai treo…

II GIỚI THIỆU VỀ RƯỢU ETYLIC VÀ NƯỚC

1 Nước:

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

- Nhiệt độ sôi ở áp suất 760mmHg là 1000 C

- Hoá lỏng ở 00C

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

- Độ nhớt bằng 0,8937.10 N.s/ m2 = 893,7 Cp ở 250C

- Nhiệt dung riêng Cp= 0,99892Kcal/kg.độ ở 250C

- Nhiệt hoá 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 có hợp chất phân cực mạnh,có thể hoà tan nhiều chất

rắn,lỏng,khí

-Nước cần thiết cho sinh hoạt hằng ngày,sản xuất nông

nghiệp,công nghiệp,xây dựng,giao thông vận tải

- Nước dùng để điều chế oxy

…làm nguyên liệu điều chế etylic Ngoài ra trong công nghiệp người ta điều chế bằng cách hydrat hóa anken và thủy phân dẫn xuất halogen trong dung dịch kiềm.Trong thực tế rượu etylic được ứng dụng rộng rãi, nó làm nguyên liệu để sản xuất cao su tổng hợp, điều chế một số hợp chất hữu cơ như axit axetic.Rượu etylic là một dung môi hòa tan nhiều hợp chất hữu cơ như axit axetic.Rượu etylic là một dung môi hòa tan nhiều hợp chất hữu cơ, nó còn được sử dụng trong y tế làm cồn etylic, ngoài ra nó còn sử dụng làm thực phẩm

PHẦN I: GIỚI THIỆU CHUNG:

I SƠ ĐỒ DÂY CHUYỀN CÔNG NGHỆ :

1 Sơ đồ dây chuyền công nghệ sản xuất ( hình 1):

Hình 1.

Chú thích:

1: thùng cao vị

2: bể chứa dung dịch đầu

3: thiết bị gia nhiệt hỗn hợp đầu

4: lưu lượng kế

10: thiết bị đun sôi đáy tháp

11: cốc tháo nước ngưng

12: bơm pít tong

2 Thuyết minh dây chuyền sản xuất:

Nguyên liệu đầu được chứa trong thùng chứa (2) và được bơm (12) bơm lên thùngcao vị (1) Mức chất lỏng cao nhất được được khống chế bởi ống chảy tràn trở lại

bể chứa dung dịch đầu (2) Hỗn hợp đầu từ thùng cao vị (1) tự chảy xuống thiết bịđun sôi hỗn hợp đầu (3) Lưu lượng được khống chế bằng cách điều chỉnh hệ thốngvan và lưu lượng kế (4) hơi nước bão hòa từ nồi hơi vào đun sôi hỗn hợp đầu đếnnhiệt độ sôi sau khi đạt tới nhiệt độ sôi hỗn hợp này được đưa vào đĩa tiếp liệu củatháp chưng luyện (5) loại đệm.Trong tháp hơi đi từ dưới lên tiếp xúc trực tiếp vớilỏng chảy từ trên xuống, tại đây xảy ra quá trình bốc hơi và ngưng tụ nhiều lần.Theo chiều cao của tháp, càng lên cao thì nhiệt độ càng thấp nên khi hơi đi qua cáctầng đệm từ dưới lên, cấu tử có nhiệt độ sôi cao sẽ ngưng tụ Quá trình tiếp xúc lỏng

- hơi trong tháp diễn ra liên tục làm cho trong pha hơi càng giầu cấu tử dễ bay hơi.Cuối cùng trên đỉnh tháp ta sẽ thu được hầu hết là cấu tử dễ bay hơi (cụ thể ở đây làRượu Etylic) và một phần cấu tử khó bay hơi ( Nước ) Hỗn hợp hơi này được đưavào thiết bị ngưng tụ (6) và tại đây nó được ngưng tụ hoàn toàn (tác nhân là nướclạnh ) Một phần chất lỏng sau khi ngưng tụ được đưa hồi lưu trở về tháp chưngluyện và cũng được khống chế bằng lưu lượng kế, phần còn lại đạt yêu cầu sẽ đượcđưa vào thiết bị làm lạnh (7) để làm lạnh đến nhiệt độ cần thiết sau đó được đưa vào

Chất lỏng hồi lưu đi từ trên xuống dưới, gặp hơi có nhiệt độ cao đi từdưới lên, một phần cấu tử có nhiệt độ cao tiếp tục ngưng tụ thành lỏng đixuống 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 bayhơi (Nước ) và một phần rất ít cấu tử dễ bay hơi (R.Etylic ) ,hỗn hợp lỏngđược đưa ra khỏi đáy tháp qua thiết bị phân dòng, một phần được đưa rathùng chứa sản phẩm đáy (9), một phần được đưa vào thiết bị đun sôi đáytháp (10) và một phần được hồi lưu trở lại đáy tháp Thiết bị này có tác dụngđun sôi tuần hoàn và bốc hơi sản phẩm đáy ( tạo dòng hơi đi từ dưới lên trongtháp) Nước ngưng của thiết bị gia nhiệt được tháo qua thiết bị tháo nướcngưng ( 11).

Tháp chưng luyện làm việc ở chế độ liên tục, hỗn hợp đầu vào và sảnphẩm được lấy ra liên tục

II CHẾ ĐỘ THỦY ĐỘNG CỦA THÁP ĐỆM

Trong tháp đệm có 3 chế độ thủy động là chế độ chảy dòng, chế độ quá

Nếu ta tăng vận tốc khí lên đến một giới hạn nào đó thì sẽ xảy ra hiệntượng đảo pha Lúc này chất lỏng sẽ chiếm toàn bộ chiều cao tháp và trởthành pha liên tục, còn pha khí khuếch tán vào trong pha lỏng và trở thànhpha phân tán Vận tốc khí ứng với thời điểm này gọi là vận tốc đảo pha Khísục vảo lỏng và tạo thành bọt khí vì thế trong giai đoạn này chế độ làm việc

trong tháp gọi là chế độ sủi bọt Ở chế độ này vận tốc chuyển khối nhanhđồng thời trở lực cũng tăng nhanh.

Trong thực tế, ta thường cho tháp đệm làm việc ở chế độ màng có vậntốc nhỏ hơn vận tốc đảo pha một ít vì quá trình chuyển khối trong giai đoạnsủi bọt là mạnh nhất nhưng vì giai đoạn đó khó khống chế quá trình làm việc

Ưu điểm của tháp đệm:

-Hiệu suất cao vì bề mặt tiếp xúc pha lớn

-Cấu tạo tháp đơn giản

-Trở lực trong tháp không lớn lắm

- Giới hạn làm việc tương đối rộng

Nhược điểm :

-Khó làm ướt đều đệm

-Tháp cao quá thì phân phối chất lỏng không đều

III BẢNG KÊ CÁC KÝ HIỆU THƯỜNG DÙNG TRONG BẢN ĐỒ ÁN NÀY:

* Rượu Etylic : Ký hiệu E ME = 46 (kg/kmol)

* Nước : Ký hiệu N MN = 18(kg/kmol)

GF : Lưu lượng hỗn hợp đầu (kmol/h)

GP : Lưu lượng sản phẩm đỉnh (kmol/h)

GW: Lưu lượng sản phẩm đáy(kmol/h)

aF : Nồng độ phần khối lượng cấu tử dễ bay hơi trong hỗn hợp đầu (%khối lượng)

aP : Nồng độ phần khối lượng cấu tử dễ bay hơi trong sản phẩm đỉnh (%khối lượng)

aW : Nồng độ phần khối lượng cấu tử dễ bay hơi trong sản phẩm đáy (%khối lượng).

xF : Nồng độ phần mol cấu tử dễ bay hơi trong hỗn hợp đầu (% mol)

xP : Nồng độ phần mol cấu tử dễ bay hơi trong sản phẩm đỉnh (% mol)

xW : Nồng độ phần mol cấu tử dễ bay hơi trong sản phẩm đáy (% mol)

• F: lưu lượng hỗn hợp đầu, kg/h

PHẦN II:

TÍNH TOÁN THIẾT BỊ CHÍNH Cỏc số liệu ban đầu:

-Năng suất tớnh theo độ hỗn hợp đầu F = 7,5 tấn/giờ = 7500 kg/h

-Nồng độ cấu tử dễ bay hơi trong:

+ Hỗn hợp đầu : aF = 0,34 phần khối lượng

+ Sản phẩm đỉnh: aP = 0,86 phần khối lượng

+ Sản phẩm đỏy : aW = 0,005 phần khối lượng

- Thỏp làm việc ở ỏp suất thường

- Hỗn hợp đầu được gia nhiệt đến nhiệt độ sụi

I TÍNH CÂN BẰNG VẬT LIỆU TOÀN THIẾT BỊ:

1 Tớnh toỏn cõn bằng vật liệu cho toàn thỏp:

fxf

w x

cân bằng vật liệu đối với toàn tháp

và với tiết diện bất kì của đoạn chung

và đoạn lyện.

1.1 Hệ phương trình cân bằng vật liệu

• Phương trình cân bằng vật liệu cho toàn tháp :

) 34 , 0 86 , 0 (

a a

a a F W

W P

F P

M

a M a M

a x

1678 , 0 18

) 34 , 0 1 ( 46

34 ,

34 , 0 )

F E F F

M

a M

7062 , 0 18

) 86 , 0 1 ( 46

86 ,

86 , 0 )

p E p p

M

a M

0 10 9625 , 1 18

) 005 , 0 1 ( 46

005 ,

005 , 0 )

w

E w

w

M

a M

7500

h kmol M

0 7062 , 0

001962 ,

0 6178 , 0 4198 ,

x x

x x

W P

W F

, 0 86 , 0

005 , 0 34 , 0 7500

a a

a a

F

P

W P

P.khối lượng Phần mol Lưu lượng

(kg/h)

Lưu lượng(kmol/h)

1.3.Chỉ số hồi lưu tối thiểu: (R min ) :

Tra bảng IX 2a (tr 148)có bảng cân bằng lỏng hơi của Rượu Etylic – Nước.Dựng đường cân bằng theo số liệu đường cân bằng sau:

Hình 1: Đồ thị đường cân bằng lỏng – hơi:

+) xác định chỉ số hồi lưu tối thiểu: đồ thị đường cân bằng cân bằnglỏng(x)- hơi (y)

Dựa vào đồ thị x –y từ giái trị xF = 0,1678 ta dóng lên đường cân bằng của

đồ thị cân bằng lỏng hơi (x) – ( y ) ta tìm được y*F = 0,5101 do nồng độ cấu

tử dễ bay hơi trong pha hơi cân bằng với nồng độ trong pha lỏng xF của hỗnhợp đầu

F F

F p

x y

y x R





 *

* min IX.24 [II.158]

5729 , 0 1678 , 0 5101 , 0

5101 , 0 7062 , 0

F P

x y

y x R

 Phương trình đường làm việc của đoạn luyện:

x

R

x x R

R

y

( II – 144 )Với Rx chỉ số hồi lưu thích hợp

Đường nồng độ làm việc của đoạn luyện cắt trục tung tại điểm có tung độ

7062 , 0

R

f x

R

R f

, 4 8091 , 77

4198 , 330

Vấn đề chọn chỉ số hồi lưu thích hợp là rất quan trọng, vì khi chỉ số hồi

lưu bé thì số bậc của tháp lớn nhưng tiêu tốn ít hơi đốt, ngược lại khi chỉ sốhồi lưu lớn thì số bậc của tháp có ít hơn nhưng tiêu tốn hơi đốt lại rất lớn.Với mỗi giá trị của Rx > Rmin từ đồ thị cân bằng lỏng hơi của hỗn hợpEtylic – Nước ta xác định được một giá trị của Nlt tương ứng Cũng dễ nhậnthấy được thể tích làm việc của tháp tỉ lệ với tích số NLT(RX+1)

Trong đó NLT: số đơn vị chuyển khối hay số đĩa lý thuyết

Thực tế giá trị Rth ứng với NLT(RX+1) nhỏ nhất, ta lần lượt lấy các giá trị của βnằm trong khoảng 1,2 ÷ 2,5 để tìm ra giá trị Rth

2 Phương trình đường nồng độ làm việc

th

R

x x R

f R

f y f R

R

f x R

f R

- Từ các giá trị của Rx thay vào phương trình đoạn chưng, đoạn luyện ta vẽcác đường nồng độ làm việc đoạn chưng và đoạn luyện, sau đó tìm sốbậc thay đổi nồng độ NLT bằng cách đếm số tam giác giữa đường cânbằng lỏng hơi và đường làm việc đoạn chưng, đoạn luyện từ đó ta cóbảng sau:

Khi đó : β = 1 , 7999 1 , 8

5729 , 0

0312 , 1

x

R

x x R

R

= . 1,03120,70621

1 0312 , 1

0312 , 1

R

f x R

f R

1

1

2465 , 4 1 1 0312 , 1

2465 , 4 0312 , 1

Ta có đồ thị T – X, Y

Vậy chỉ số hồi lưu thích hợp R th = 1,0312 và số đĩa lý thuyết N lt = 8

3 Tính lượng hỗn hợp đầu F’, lượng sản phẩm đỉnh P’, lượng sản phẩm đáy W’ theo đơn vị kmol/h

) / ( 4347 , 330 ) 18

34 , 0 1 46

34 , 0 ( 7500 )

1 (

M

a M

a F

F

N

F E

005 , 0 1 46

005 , 0 ( 404 , 4561 )

1 (

'

h kmol M

a M



- Lượng sản phẩm đầu tính theo lượng sản phẩm đỉnh :

212 , 2 38 , 149

4347 , 330 '

II TÍNH ĐƯỜNG KÍNH THÁP CHƯNG LUYỆN:

Đường kớnh thỏp được xỏc định theo cụng thức:

 y ytb

tb

g D



 0188

.

0

IX.90 [II.181]

Trong đú : gtb là lượng hơi trung bỡnh đi trong thỏp (kg/h)

(ρy.ωy)tb : tốc độ hơi trung bỡnh đi trong thỏp ( kg/m.s2)

2 1 n

2 1 n

gp

gr

1 x

g1 ,

w x

gw

xff

g

Để xác định luợng hơi trung bình đi trong tháp chung luyện

Vỡ lượng hơi và lỏng thay đổi theo chiều cao của thỏp và khỏc nhau trong mỗigiai đoạn nờn ta phải tớnh lượng hơi trung bỡnh cho từng đoạn

1 Xỏc định lưu lượng cỏc dũng pha đi trong thỏp:

1.1 Lượng hơi trung bỡnh đi trong đoạn Luyện:

Lượng hơi trung bình đi trong đoạn luyện được tính gần đúng bằngtrung bình cộng của lượng hơi đi ra khỏi đĩa trên cùng của tháp và lượng hơi

đi vào đĩa dưới cùng của đoạn luyện

2 1

g g

tb



 ,( kmo/h) [II–181]

+ gtb :lượng hơi trung bình của đoạn luyện, kmol/h

+ gđ : lượng hơi đi ra khỏi đĩa trên cùng của đoạn luyện, kmol/h

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

* Lượng hơi đi ra khỏi đỉnh tháp :g đ

* Lượng hơi đi vào đĩa dưới cùng của đoạn Luyện:

Lượng hơi g1, hàm lượng hơi y1, lượng lỏng của đĩa thứ nhất của đoạnluyện G1 được xác định theo hệ phương trình cân bằng vật liệu và nhiệt lượngcho đoạn luyện :

P P P

r g r

g

x G x

G y

G G

1 1

1 1 1

1

1 1

rđ : ẩn nhiệt hóa hơi của hỗn hợp hơi ra khỏi đỉnh tháp, kcal/kmol

r1 = rEy1 + (1- y1)rN [II-182]

rđ = rEyđ + (1- yđ)rN [II-182]

Trong đó:

yđ : hàm lượng hơi sản phẩm đỉnh = xP = 0,7062 phần mol

rE; rN : lần lượt là ẩn nhiệt hóa hơi của Etylic và Nước nguyên chất, kcal/kmol

*) Từ xF= 0,1678 tra bảng IX.2a [II-145] suy ra nhiệt độ tF = 84,260C.Tra bảng I.212 [I-254] với nhiệt độ hỗn hợp đầu 0

F

t ta được:

RE =200,296 ( Kcal/kg) = 200,96 ME kcal/kmol = 200,96 46 =9244,16 (kcal/kmol)

RN = 554,74 ( Kcal/kg) = 554,74 MN = 554,74 18 =9985,32(kcal/kmol)

- Ẩn nhiệt hóa hơi của hỗn hợp đầu đi vào đĩa luyện thứ nhất :

rN = 560,02 (Kcal/kg) = 560,02 MN = 560,02 18=10 080,36 (kcal/kmol)

- Ẩn nhiệt hóa hơi của hỗn hợp đi ra khỏi đỉnh tháp, rđ (Ứng với xp =0,7062)

→rđ = yđrE + (1- yđ )rN ( II- 182)

rđ = 0,7062.9310,768 +(1-0,7062).10 080,36 =9536,874 (kcal/kmol) (**) Thay (*)&(**) vào hệ trên ta được :

P P P

r g r

g

x G x

G y

G G

1 1

1 1 1

1

1 1

045 , 158 )

y - 1 ( 9985,32

y 9244,16 (

7062 , 0 8091 , 77 1678 , 0

g

8091 , 77 g

1 1

1

1 1 1

1 1

g

G y G



4363 , 0

) / ( 19 , 78

) / ( 156

h kmol g

 r1 = 9244,16 0,4363 + 9985,32 ( 1-0,4363) =9661,9518

Vậy với y1= 0,4363 (phần mol)  r1 = 9661,9518 (kcal/kmol)

→ Lượng hơi trung bình của đoạn Luyện :

2

045 , 158 156 2

tb

g g

g   [II-182]

Trong đó:

+ g’

n: lượng hơi đi ra khỏi đoạn chưng,( kmol/h)

+ g’1 : lượng hơi đi vào đoạn chưng, (kmol/h)

Vì lượng hơi đi ra khỏi đoạn chưng bằng lượng hơi đi vào đoạn luyệnnên ta có :

g’

n = g1

→

2 1

' 1 ' g g

1 '

1 ' 1

' 1 ' 1 '

1 ' 1

' 1 '

1

.

.

.

.

n n

w w w

r g r

g r

g

x G y

g x

G

G g

G

[II-182]

- xw: thành phần cấu tử dễ bay hơi (Etylic) trong sản phẩm đáy

- r1: ẩn nhiệt hóa hơi của hỗn hợp hơi đi vào đĩa trên cùng của đoạnchưng , KJ/kg

- rE: ẩn nhiệt hóa hơi của Etylic, (kcal/kmol)

- rN: ẩn nhiệt hóa hơi của Nước, (kcal/kmol)

y1là nồng độ hơi đi vào đoạn chưng

Lượng sản phẩm đáy: Gw= 252,6107(kmol/h)

E

n

N E

r y y

r

r

r y y

r

r

) 1 (

) 1 ( ' '

'

' 1

' 1

579 , 155 094 , 9688

9518 , 9661 156

' 1

1 1

0087 , 0 10 722 , 8 1897

, 408

001962 ,

0 6107 , 252 0197 , 0 579 , 155

1897 , 408 6107 , 252 579 , 155

3 '

' ' 1 '

22

) 1 (

C

N tbC E

tbC tbC

T

M y M

y y

Với:

Nồng độ pha hơi đầu đoạn chưng: ydC = y’

1 = 0,0197( phần mol) Nồng độ pha hơi cuối đoạn chưng: ycC = y1 = 0,4363(phần mol)

Nồng độ trung bình của pha hơi trong đoạn chưng là :

2

4363 , 0 0197 , 0

Với ytbC = 0,228 phần mol.Nội suy theo bảng IX.2a [II-145] ta được t0

tbC

= 90,520C Vậy TC = 90,52 + 273 =363,52(0K)

Khối lượng mol trung bình của pha hơi trong đoạn chưng :

) / ( 384 , 24 18 ).

228 , 0 1 ( 46 228 , 0 ).

1 (

817 , 0 273 52

, 363 4 , 22

18 ).

228 , 0 1 ( 46 228 , 0 273 4

22

) 1

(

3

m

kg T

M y M

y

C

N tbC E

) 1 (

L

N tbL E

tbL

M y M

y y

y  

Với:

Nồng độ pha hơi đầu đoạn luyện là: ydL = y1 = 0,4363 (phần mol)

Nồng độ pha hơi cuối đoạn luyện là: ycL = yp = xp = 0,7062 (phần mol) Vậy:

2

7062 , 0 4363 , 0

Với ytbL = 0,571 P.mol Nội suy theo bảng IX.2a [II-145] ta được t0

tbL=81,86 0C

Vậy: TL = 81,86+273 = 354,86 0K

Khối lượng mol trung bình của hơi trong đoạn luyện :

) / ( 988 , 33 18 ).

571 , 0 1 ( 46 571 ,

Vậy khối lượng riêng trung bình của pha hơi đối với đoạn Luyện là:

273 4

22

) 1 (

L

N tbL E

tbL tbL

T

M y M



) (

167 , 1 273 86

, 354 4

,

22

18 ).

571 , 0 1 ( 46

xtb

tb xtb

tb xtb

a a

- a tb: phần khối lượng trung bình

-xtb1: khối lượng riêng của Etylic (kg/m3)

-xtb2: khối lượng riêng của nước (kg/m3)

* Đoạn Chưng

Khối lượng riêng trung bình của pha lỏng đối với đoạn chưng được tính

theo công thức sau:

2

005 , 0 34 , 0 2

1 1

xtbN

tbc xtbE

tbc xtbc

a a a

a a

xtbN=966,61 (kg/m3)

61 , 966

1725 , 0 1 685 , 727

1725 , 0

m kg

xtbc xtbc

) / ( 1 , 21 18 ).

045 , 0 1 ( 46 085 , 0 )

1 (

x

M xc  tbc E   tbc N    

* Đoạn Luyện

Khối lượng riêng trung bình của pha lỏng đối với đoạn luyện được tính

theo công thức sau:

xtbN

tbL xtbE

tbL xtL

a a

Khối lượng mol trung bình của lỏng trong đoạn luyện:

) / ( 236 , 30 18 ).

437 , 0 1 ( 46 437 , 0 18 ).

1 (

tbL  80 , 504 ta suy ra : xtbE = 734,521 (kg/m3)

xtbN = 971,647 (kg/m3)

647 , 971

6 , 0 1 521 , 734

6 , 0 1

m kg

xtbL xtbL

3 Vận tốc hơi đi trong tháp:

Vận tốc hơi trong tháp đệm được tính theo công thức:

w = (0,8 .. 0,9) w S [II-187]

Với ws là tốc độ sặc, được tính theo công thức:

Y = 1,2.e-4X IX.114 [II-187]

Trong đó:

Y =

16 , 0 3

2

.

ytb d s

V g

/ 1

- Độ nhớt của nước ở 20 0C tra bảng I.102 trong ( I-94) ta có : n =1,005 10-3 N.s/m2

* Chọn đệm vòng loại Rasiga loại đổ lộn xộn kích thước: 20 x 20 x 2,2tra từ bảng IX.8 [II- 193]

Kích thước

đệm, mm

Bề mặt riêng,

Khối lượng riêng xốp,d

, kg/m3

3.1 Vận tốc hơi đi trong đoạn Chưng

* Lượng lỏng trung bình đi trong đoạn Chưng

GxC = G G 243,1898kmol h

2

1897 , 408 19 , 78 2

' 1

' ' 1 '

xtbc : nồng độ phần mol của Etylic ở đoạn chưng

μE ; μN: lần lượt là độ nhớt của 2 cấu tử Etylic và Nước ở nhiệt độ

84 10

329 , 0 lg ) 085 , 0 1 ( 10 393 , 0 lg 085 , 0 lg

2 4

3 3

m s N

817 , 0 79 , 155

1898 , 243

8 / 1 4

/ 1 8

/ 1 4

/ 1

 Y = 1,2.e-4X = 1,2.e-4 0,46 = 0,192

Với loại đệm vòng ta đã chọn như trên nên:

Y = 0,192 =

16 , 0 3

4 3

2 16

, 0 3

2

10 005 , 1

10 34 , 3 913 , 914 73 , 0 81 , 9

817 , 0 240

.

.

x xtb d

ytb d

V g

3.2 Vận tốc hơi đi trong đoạn Luyện

* Lượng lỏng trung bình đi trong đoạn Luyện

2

19 , 78 236 , 80 2

G

G R

kmol/h Vậy GxL= GtbL.M yL = 79,213.30,236=2395,084 (kg/h)

Từ bảng I.101 [I-91] nội suy ở t o o C

.10.355,0

.10.432,0

m s N m s N