Thiết kế hệ thống tháp chưng luyện liên tục loại tháp đệm để phân tách hỗn hợp CCl4 –CHCl3

Thiết kế hệ thống tháp chưng luyện liên tục loại tháp đệm để phân tách hỗn hợp CCl4 –CHCl3

NỘI DUNG ĐỒ ÁN MÔN HỌC QUÁ TRÌNH VÀ THIẾT BỊ

Lớp : ĐHCN Hóa1 – K4

Khoa : Công Nghệ Hóa Học

Giáo viên hướng dẫn : Thầy Vũ Minh Khôi

NỘI DUNG ĐỒ ÁN

Thiết kế hệ thống tháp chưng luyện liên tục loại tháp đệm để phân tách hỗn hợp CCl4 –CHCl3

Các số liệu ban đầu:

-Năng suất tính theo hỗn hợp đầu F = 15,1 tấn/giờ

Nồng độ cấu tử dễ bay hơi trong:

+Hỗn hợp đầu : aF = 0,362 phần khối lượng

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

+Sản phẩm đáy :aW = 0,038 phần khối lượng

-Tháp làm việc ở áp suất thường

-Hỗn hợp đầu được gia nhiệt đến nhiệt độ sôi

LỜI NÓI ĐẦU

Ngày nay cùng với sự phát triển của khoa học kỹ thuật, nền công nghiệp đã mang lại cho con người những lợi ích vô cùng to lớn về vật chất và tinh thần Để nâng cao đời sống nhân dân, để hòa nhập chung 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 nước những ngành mũi nhọn như công nghệ thông tin, công nghệ sinh học, công nghệ điện tử tự động hóa…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

Công nghệ hóa học là một trong những nghành đóng góp rất lớn trong sự phát triển của nền công nghiệp nước ta.Trong ngành sản xuất hóa chất cũng như sử dụng sản phẩm hóa học,nhu cầu sử dụng nguyên liệu có độ tinh khiết cao phải phù hợp với quy trình sản xuất và mục đích sử dụng

Trong thực tế,chúng ta sử dụng rất nhiều dạng hóa chất khác nhau dưới dạng hỗn hợp hoặc đơn chất,mà nhu cầu về một loại hóa chất tinh khiết là rất lớn Trong công nghệ hóa học nói chung việc sử dụng hóa chất có độ tinh khiết cao là yếu tố căn bản tạo ra sản phẩm có chất lượng cao Ngày nay,các phương pháp được sử dụng để nâng cao độ tinh khiết như:chưng cất,trích ly,cô đặc,hấp thụ…mỗi phương pháp đều có những đặc thù riêng và ưu điểm nhất định.Việc lựa chọn phương pháp và thiết bị cho phù hợp tùy thuộc vào hỗn hợp ban đầu,yêu cầu sản phẩm và điều kiện kinh tế

Đồ án môn Quá trình và Thiết bị bước đầu giúp sinh viên làm quen với việc tính toán và thiết kế một dây chuyền sản xuất, mà cụ thể trong đồ án này là hệ thống chưng luyện liên tục

- Đối với hệ clorofom – cacbontetraclorua

 Sản phẩm đỉnh chủ yếu gồm clorofom và một ít CCl4

 Sản phẩm đáy chủ yếu là CCl4 và một ít clorofom

Phương pháp chưng luyện này là một quá trình trong đó hỗn hợp được bốc hơi và ngưng tụ nhiều lần Phương pháp chưng luyện cho hiệu suất phân tách cao, vì vậy nó được sử dụng nhiều trong thực tế

b)Phương pháp và thiết bị chưng luyện

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 không có ống chảy truyền, tháp đĩa lỗ có ống chảy truyền, tháp đệm…

Các phương pháp chưng cất được phân loại theo :

- Cấp nhiệt ở đáy tháp :

Đối với hệ CHCl3 – CCl4, ta sử dụng phương pháp chưng cất liên tục ở áp suất thường với thiết bị sử dụng là tháp đệm

Ưu điểm của 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

Vật liệu gia công ta có thể sử dụng rất nhiều vật liệu khác nhau tùy thuộc vào đặc trưng riêng của mỗi loại hỗn hợp cần chưng cất như : thép CT3, thép CT2, thép không gỉ Với hỗn hợp là CHCl3 – CCl4 ta sử dụng vật liệu là thép không gỉ bởi vì hỗn hợp cần tách là hệ ăn mòn mạnh, mặt khác tuy giá thành sản xuất còn cao nhưng đáp ứng được những tiêu chuẩn cơ bản của thiết bị hóa chất đó là: chống ăn mòn, bền nhiệt, cơ tính tốt, tuổi thọ làm việc lâu dài …

1.2.Giới thiệu về hỗn hợp chưng luyện

1.2.1.Cacbon tetraclorua (CCl 4 )

-Thuộc tính:

+ Là chất lỏng không màu ở điều kiện thường

+ Phân tử khối : MB =153,82 g/mol

+ Tỉ khối ở điều kiện thường : ρ=1,5842 g/cm3

+ Nhiệt độ nóng chảy: t0 nc =-22,92 oC

+ Nhiệt độ sôi : t0 s = 76,72 oC

+ Ở 25oC hòa tan trong nước 785-800 mg/l

- Trong phân tử cacbon tetraclorua, bốn nguyên tử clo nằm ở các vị trí đối xứng tại các góc của cấu hình tứ diện kết nối với nguyên tử cacbon ở tâm bằng các liên kết cộng hóa trị đơn Do phân bố đối xứng trong không gian như vậy nên phân tử cacbon tetraclorua không có momen lưỡng cực ròng; nghĩa là CCl4 không phân cực Trong vai trò của một dung môi, nó hòa tan khá tốt các hợp chất không phân cực khác, chất béo

và dầu mỡ Nó hơi dễ bay hơi, tạo ra hơi với mùi đặc trưng như của các dung môi clo hóa khác, hơi tương tự như mùi của tetracloroethylen dùng trong các cửa hàng giặt là khô.Tetraclorometan rắn có 2 dạng thù hình: dạng kết tinh II dưới -47,5 °C (225,6 K)

và dạng kết tinh I trên -47,5 °C Ở -47,3 °C nó có cấu trúc tinh thể đơn tà với nhóm không gian C2/c và các hằng số lưới a = 20,3, b = 11,6, c = 19,9 (.10-1 nm), β = 111°

- Ứng dụng : người ta sử dụng chủ yếu hợp chất này làm chất phản ứng trong tổng hợp hữu cơ Trước đây nó còn làm chất dập lửa và làm chất làm lạnh Đây là một chất lỏng không màu có mùi "thơm".Tuy nhiên do tính độc mà nó được sử dụng ít đi.CCl4 còn được sử dụng để điều chế thuốc trừ sâu,trước khi có nghị định Montreal CCl4 còn được sử dụng điều chế Freon

-Cacbon tetraclorua được tổng hợp nhờ phản ứng của clorofom với clo nhưng hiện nay chủ yếu được tổng hợp từ mêtan:

-Thuộc tính:

+ Công thức phân tử CHCl3

+Phân tử gam 119,38 g/mol

+Bề ngoài chất lỏng không màu

+Tỷ trọng 1,48 g/cm³, chất lỏng,

+Điểm nóng chảy -63,5 °C

+Điểm sôi 61,2 °C

+Độ hòa tan trong nước 0,8 g/100 ml at 20 °C

-Trong công nghiệp, người ta điều chế clorofom bằng đốt nóng hỗn hợp clo và clometan hay mêtan Ở nhiệt độ 400-500 °C, phản ứng halogen hóa gốc tự do diễn ra, chuyển metan hay clometan dần dần thành các hợp chất clo hóa

+Từ giữa thế kỷ 18, clorofom chủ yếu sử dụng làm chất gây mê Hơi clorofom ảnh hưởng đến người bệnh, gây ra chóng mặt, mỏi mệt và ngất, cho phép bác sỹ phẫu thuật

+Clorofom là một dung môi phổ biến vì nó khá trơ, trộn hợp với hầu hết các chất lỏng hữu cơ, và dễ bay hơi.

+Sử dụng làm dung môi sản xuất chất nhuộm

1.3.Vẽ và thuyết minh dây chuyền sản xuất

1.3.1.Dây truyền sản xuất

12

1.3.2.Thuyết minh dây chuyền công nghệ

Nguyên liệu đầu được chứa trong thùng chứa (2) và được bơm (12) bơm lên thùng cao vị (1) Hỗn hợp đầu từ thùng cao vị tự chảy xuống thiết bị đun sôi hỗn hợp đầu (3) Lưu lượng được khống chế bằng cách điều chỉnh hệ thống van và lưu lượng

kế (4) hơi nước bão hòa từ nồi hơi vào đun sôi hỗn hợp đầu đến nhiệt độ sôi sau khi đạt tới nhiệt độ sôi hỗn hợp này được đưa vào đĩa tiếp liệu của tháp chưng luyện (5) loại đệm.Trong tháp hơi đi từ dưới lên tiếp xúc trực tiếp với lỏng 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 các tầng 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 là Clorofom) và một phần cấu tử khó bay hơi (Cacbon tetraclorua) Hỗn hợp hơi này được đưa vào thiết bị ngưng tụ (6) và tại đây nó được ngưng tụ hoàn toàn (tác nhân là nước lạnh) Một phần chất lỏng sau khi ngưng tụ được đưa hồi lưu trở về tháp chưng luyện và cũng được khống chế bằng lưu lượng

kế , phần còn lại đạt yêu cầu sẽ được đưa vào thiết bị làm lạnh (7) để làm lạnh đến nhiệt độ cần thiết sau đó được đưa vào thùng chứa sản phẩm đỉnh (8)

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 (cacbon tetraclorua) và một phần rất ít cấu tử dễ bay hơi (clorofom), hỗn hợp lỏng được đưa ra khỏi đáy tháp qua thiết bị phân dòng, một phần được đưa ra thùng chứa sản phẩm đáy (9) , một phần

1:Thùng

cao vị

2:Bể chứa dung dịch đầu

3: Thiết bị đun sôi hỗn hợp đầu

4:Lưu lượng kế

5:Tháp chưng luyện

6:Thiết bị ngưng tụ

7:Thiết bị

làm lạnh

8:Bể chứa sản phẩm đỉnh

9:Bể chứa sản phẩm đáy

10:Thiết bị đun sôi đáy tháp

11 Cốc tháo nước ngưng

12 : Bơm li tâm

được đưa vào thiết bị đun sôi đáy tháp (10) và một phần được hồi lưu trở lại 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 tháo nước ngưng ( 11),Tháp chưng luyện làm việc ở chế độ liên tục, hỗn hợp đầu vào

và sản phẩm được lấy ra liên tục

* Chế độ động học trong tháp đệm : Trong tháp đệm có 3 chế độ thủy động là chế

độ chảy dòng, chế độ quá độ và chế độ chảy xoáy

Khi vận tốc khí bé lực hút phân tử lớn hơn và vượt lực ỳ Lúc này quá trình chuyển khối được xác định bằng dòng khuếch tán phân tử Tăng vận tốc lực lỳ trở lên cân bằng với lực hút phân tử Quá trình chuyển khối lúc này không chỉ được quyết định bằng khuếch tán phân tử mà cả bằng cả khuếch tán đối lưu Chế độ thủy động này gọi là chế độ quá độ Nếu ta tiếp tục tăng vận tốc khí lên nữa thì chế độ quá độ chuyển sang chế độ chảy xoáy Trong giai đoạn này quá trình khuếch tán sẽ được quyết định bằng khuếch tán đối lưu

Nếu ta tăng vận tốc khí lên đến một giới hạn nào đó thì sẽ xảy ra hiện tượng đảo pha Lúc này chất lỏng sẽ chiếm toàn bộ chiều cao tháp và trở thành pha liên tục, còn pha khí khuếch tán vào trong pha lỏng và trở thành pha phân tán Vận tốc khí ứng với thời điểm này gọi là vận tốc đảo pha Khí sục vào 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 nhanh đồng thời trở lực cũng tăng nhanh

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

CHƯƠNG 2 : TÍNH TOÁN THIẾT BỊ CHÍNH

2.1.Tính toán cân bằng vật liệu toàn thiết bị

2.1.1.Cân bằng vật liệu

a)Thông số ban đầu

Gọi F là lưu lượng hỗn hợp đầu (kg/h,kmol/h), F=15100(kg/h)

P là lưu lượng sản phẩm đỉnh(kg/h,kmol/h)

W là lưu lượng sản phẩm đáy(kg/h,kmol/h)

aF :là nồng độ hỗn hợp đầu (% khối lượng),aF=0,362

b)Tính cân bằng vật liệu toàn tháp

Chuyển đổi từ phần khối lượng sang nồng độ phần mol:

-Nồng độ phần mol trong hỗn hợp đầu:

xF=

1

F A

a M

−+

=

0,362119,5 0, 422370,362 0,638

119.5 154

=+

phần mol-Nồng độ phần mol trong hỗn hợp đỉnh:

xP =

1

P A

a M

−+

=

0,96119,5 0,96870,96 0,04

119,5 154

=+

phần mol-Nồng độ phần mol trong hỗn hợp đáy:

Lưu lượng tính theo kg/h là:

P = 44,008.MP = 5306,29 (kg/h)

W = 64,294.MW = 9793,71(kg/h)

Nồng độ phần khối lượng

Nồng độ phần mol

Lưu lượng(kg/h)

Lưu lượng(kmol/h)

2.1.2Chỉ số hồi lưu tối thiểu

Dựng đường cân bằng theo số liệu đường cân bằng sau:

* Từ đường cân bằng lỏng (x) – hơi (y) với xF = 0,42237

→ y* F = 0,55

→

F F

F p

x y

y x

x y R

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 số hồi lưu lớn thì số bậc của tháp co 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 hợp Clorofom

và Cacbon tetraclorua ta xác định được một giá trị của Nlt tương ứng

* Ở đây ta có phương trình đoạn luyện và đoạn chưng như sau:

- Phương trình đoạn luyện:

=+

- Phương trình đoạn chưng:

A x w

R

f B

β =1,2

Nlt = 37

Rx = 3,94

β =1,4

Nlt = 29

Rx = 4,593

β =1,6

Nlt = 25

Rx = 5,249

β = 1,8

Nlt = 23

Rx = 5,905

β =2

Nlt = 22

Rx = 6,5612

β =2,2

Nlt = 20

Rx = 7,217

β =2,4

Nlt = 20

Rx = 7,873

Từ đồ thị ta có ứng với Rx =5,249 thì Nlt.(Rx+1)=156,224 có giá trị nhỏ nhất Vậy chỉ số hồi lưu thích hợp là Rth = 5,249 số đĩa lý thuyết thu được là Nlt = 25.

Số ngăn lý thuyết đoạn chưng là:16

Số ngăn lý thuyết đoạn luyện là:9

Ta có đồ thị t_x_y:

Dựa vào độ thị ta nội suy ta tính được:

Nhiệt độ sôi của hỗn hợp đầu tF,sản phẩm đỉnh tP, sản phẩm đáy tW

Nồng độ phần mol của pha hơi cân bằng với pha lỏng trong hỗn hợp đầu yF,sản phẩm đỉnh yP,sản phẩm đáy yW

68,2

87

98,52

60,99

4

6,59

75,79

2.2.Tính đường kính tháp chưng luyện

Công thức tính đường kính tháp chưng luyện loại đệm :

ytb ytb

tb ytb

g W

G D

0188,0

Wytb: tốc độ của khí và hơi(m/s)

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

ytb

ytb.W

ρ : tốc độ hơi trung bình đi trong tháp (kg/m2s)

Vì lượng hơi đi và lượng lỏng thay đổi theo chiều cao của tháp và khác nhau trong mỗi đoạn nên ta phải tính hơi trung bình cho từng đoạn

2.2.1 Lượng hơi trung bình các dòng pha đi trong tháp

2.2.1.1.Lượng hơi trung bình đi trong đoạn luyện

Lượng hơi trung bình đi trong đoạn luyện được tính gần đúng bằng trung 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

+ gtb :lượng hơi trung bình của đoạn luyện (kg/h)

+ gđ : lượng hơi đi ra khỏi đĩa trên cùng của đoạn luyện (kg/h);

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

* Lượng hơi đi ra khỏi đỉnh tháp :

gđ = GR + GP = GP(Rth + 1) (STQTTB T2-181)

Trong đó

GP : lượng sản phẩm đỉnh ( kg/h)

GR : lượng lỏng hồi lưu đỉnh tháp (kg/h)

Rth : chỉ số hồi lưu thích hợp

⇒gđ = 5306,29.(5,249+1) = 33158,79(kg/h)

* Lượng hơi đi vào đoạn luyện:

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

P P P

r g r

g

a G a G y

G G

1 1

1 1 1 1

1 1

a1=aF= 0,362 (phần khối lượng)

r1 : ẩn nhiệt hóa hơi của hỗn hợp hơi ở đĩa thứ nhất của đoạn luyện (kJ/kg) ;

rđ : ẩn nhiệt hóa hơi của hỗn hợp hơi ra khỏi đỉnh tháp (kJ/kg)

r1 = rAy1 + (1- y1)rB; STQTTB T2-182)

rđ = rAyđ + (1- yđ)rB;

Trong đó:

yđ : hàm lượng hơi sản phẩm đỉnh = aP = 0,96 phần khối lượng

rA ; rB : lần lượt là ẩn nhiệt hóa hơi của Clorofom và Cacbon tetraclorua nguyên chất (kJ/kg)

Từ xF= 0,42237 nội suy đồ thị t-x,y suy ra nhiệt độ tF=68,2o C Tra bảng I.212 [STQTTB T1-254] với nhiệt độ hỗn hợp đầu tF0 ta được:

rA = 58,3005 ( Kcal/kg) = 244,093 (KJ/kg)

rB = 47,4005 ( Kcal/kg) = 198,456 (KJ/kg )

→ r1 = 244,093 y1 + 198,456 ( 1-y1) =45,637y1+ 198,456 (*)

Từ xP = 0.9687 nội suy đồ thị t-x,y suy ra nhiệt độ của hỗn hợp đỉnh tP= 60,990C, nội suy từ bảng I.212 [STQTTB T1 -254] với nhiệt độ hỗn hợp đỉnh tP ta được:

rA = 59,003 (Kcal/kg) = 247,036 (KJ/kg)

rB = 48,10347 (Kcal/kg) = 201,4 (KJ/kg)

→rđ = aPrA + (1- aP )rB =0,96.247,036 + 0,04.201,4 = 245,21065 (KJ/kg) (**)Thay (*)&(**) vào hệ trên,giải hệ ta có:

tb

g g

g = + [STQTTB T2-182]

Trong đó :

+ g’ tb: lượng hơi trung bình của đoạn chưng ( kg/h)

+ g’ n: lượng hơi đi ra khỏi đoạn chưng ( kg/h)

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

Vì lượng hơi đi ra khỏi đoạn chưng bằng lượng hơi đi vào đoạn luyện nên ta

có :

g’ n = g1

→

21

' 1

Ta có hệ phương trình cân bằng vật liệu và nhiệt lượng cho đoạn chưng :

' 1

' 1

1

' 1

' 1

' 1

' 1

' 1

.

.

.

.

n n

w w w

w

r g r g r g

x G y

g x G

G g G

[STQTTB T2-182]

Trong đó:

- G’1: lượng lỏng đi vào đoạn chưng(kg/h)

- g’1 : lượng hơi đi vào đoạn chưng (kg/h)

- x’1 : hàm lượng lỏng(phần khối lượng)

- r’ n : ẩn nhiệt hóa hơi của hỗn hợp đi vào đĩa trên cùng của đoạn chưng (KJ/kg)

- r’ 1 : ẩn nhiệt hóa hơi của hỗn hợp hơi đi vào lớp đệm thứ nhất của đoạn chưng ( KJ/kg)

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

- r1 : ẩn nhiệt hóa hơi của hỗn hợp hơi đi vào lớp đệm trên cùng của đoạn chưng (KJ/kg)

- rA : ẩn nhiệt hóa hơi của Axeton (KJ/kg)

- rB : ẩn nhiệt hóa hơi của Benzen (KJ/kg)

A n

B A

r y y

r r

r y y

r r

)1(

)1(

' '

'

' 1

' 1

' 1

−+

=

−+

Thay vào hệ phương trình ta có :

⇒G’ 1= 50783,23 (kg/h)

⇒g’ 1= 40989,52(kg/h)

⇒x’ 1=0,0492 phần khối lượng=0,0625 phần mol

⇒lượng hơi trung bình của đoạn chưng :

g’ tbC= 39069,04

2

565,3714852

,40989

=

+

(kg/h)

2.2.2.Khối lượng riêng trung bình

2.2.2.1.Tính khối lượng riêng trung bình của đoạn luyện:

kg m T

T: nhiệt độ làm việc trung bình của tháp (0K)

ytbA :nồng độ phần mol của cấu tử A tính theo giá trị trung bình

y = = = 0,73965

2

9687,05106,

Với yđA, ycA: nồng độ tại 2 đầu đoạn luyện (phần mol)

Nội suy từ bảng số liệu IX.2a - T2 với ytbA = 0,73965 có tytb = 65,050C

Suy ra khối lượng riêng trung bình của pha hơi đối với đoạn luyện là:

)27305,65.(

4,22

)154.26035,05,119.73965,

ρρ

ρ

−+

ρxtbA, ρxtbB: khối lượng riêng trung bình trong pha lỏng đối với cấu tử A,B lấy theo nhiệt độ trung bình (kg/m3)

atbA: phần khối lượng trung bình của cấu tử A trong pha lỏng

2

96,0362,

0 + = (phần khối lượng)

2

9687,042237,

339,0862,1404

661,

0 ρxtbL=1438,1743 kg/m3

2.2.2.2.Tính khối lượng riêng trung bình của đoạn chưng

• Khối lượng riêng trung bình của đoạn chưng đối với pha hơi:

273( / )

22, 4

tbA A tbB B ytb

y M y M

kg m T

T: nhiệt độ làm việc trung bình của tháp (0K)

ytbA :nồng độ phần mol của cấu tử A tính theo giá trị trung bình

y = = = 0,2795

2

5106,00484,

0 + = phần mol

Với yđA, ycA: nồng độ tại 2 đầu đoạn chưng (phần mol)

Nội suy từ bảng IX.2a - T2 với ytbAC=0,2795 có tytbC = 72,37 0C

Suy ra khối lượng riêng trung bình của pha hơi đối với đoạn chưng là:

)27337,72.(

4,22

)154.7205,05,119.2795,0

(

=+

+

(kg/m)

• Khối lượng riêng trung bình của đoạn chưng đối với pha lỏng:

11

ρxtb: khối lượng riêng trung bình trong pha lỏng (kg/m3)

ρxtbA, ρxtbB: khối lượng riêng trung bình trong pha lỏng đối với cấu tử A,B lấy theo nhiệt độ trung bình (kg/m3)

atbA: phần khối lượng trung bình của cấu tử A trong pha lỏng

2

1 '

a a

xtbC

ρ

2.2.3 Vận tốc khí và hơi đi trong tháp

Có rất nhiều cách tính tốc độ của hơi đi trong tháp đệm nhưng ta tính dựa vào vận tốc đảo pha Khi đó W=(0.80.9)W’ s

Công thức tính vận tốc đảo pha :

0,16 '2

3

W

Y =1,2.e−4X [STQTTBT2- 187]

8

1 4

Trong đó:

- W’ s: tốc độ bắt đầu tạo nhũ tương, còn gọi là vận tốc đảo pha(m/s)

- ρxtb,ρytb:khôi lượng riêng trung bình của pha lỏng và pha

2.2.3.1.Tốc độ khí và lỏng đi trong đoạn chưng

-Độ nhớt hỗn hợp lỏng của đoạn chưng :

B tbC

A tbC

xtbc=0,243 phần mol : nồng độ phần mol của Axeton ở đoạn chưng(phần mol)

μA ; μB : lần lượt là độ nhớt của 2 cấu tử clorofom và cacbon tetraclorua ở nhiệt

G X G

ρρ

3

W

2.2.3.2 Tốc độ của khí hơi đi trong đoạn luyện

+Độ nhớt của hỗn hợp lỏng đoạn luyện :

lgµtbL = x tbL.lgµA +(1−x tbL)lgµB

Trong đó :

xtbL=0,69554 : nồng độ phần mol của axeton ở đoạn luyện(phần mol)

μA ; μB : lần lượt là độ nhớt của 2 cấu tử clorofom và cacbon tetraclorua ở nhiệt độ

G

ρρ

W

Lấy WL=0,85 W’ SL= 0,8846 m/s.

2.2.4.Tính đường kính tháp

*Đường kính đoạn chưng:

'

39069,04

W 5,094.0,7463

tbC C

ytbC C

g D

− hđv : chiều cao của một đơn vị chuyển khối (m)

− my :số đơn vị chuyển khối tính theo pha hơi

dy m

x

y

đv = + [STQTTBT2-177] Với :

− h1 là chiều cao của 1 đơn vị chuyển khối đối với pha hơi (m)

− h2 là chiều cao của 1 đơn vị chuyển khối đối với pha lỏng (m)

( ) ( )m h

m a

V h

x x

x x

y y

đ đ

5 , 0 25 , 0 3 2 2

3

2 25 , 0 1

Pr.Re.256

Pr.Re

- ρx: Khối lượng riêng của lỏng(kg/m3)

- ψ : hệ số thấm ướt của đệm, nó phụ thuộc vào tỷ số giữa mật độ tưới thực tế

lên tiết diện ngang của tháo và mật độ tưới thích hợp

2.3.1.Tính chiều cao của 1 đơn vị chuyển khối đối với pha hơi & pha lỏng của tháp

( )m a

2 =256 ρµ  Re Pr [STQTTBT2-177]

2.3.1.1.Chuẩn số Renold của pha hơi và pha lỏng

x đ t

x x

Re =

+ (STQTTBT2-178)

+

đ y

s y yc

W

σ µ

ρ

.

4 , 0 Re

D

F =π = = m2

xC đ t

xC xC

Với MC=ytbC.MA + (1-ytbC).MB =0,2795.119,5+0,7205.154= 144,35 (đvC)

Nội suy theo đồ thị (t-x,y) ta có nhiệt độ trong pha hơi đoạn chưng là tytbC= 72,370C

Dựa vào bảng I.113_STQTTBT!_116,nội suy ta có:

xL đ t

xL xL

*Đối với pha hơi:

μyL được tính theo công thức:

Nội suy theo đồ thị (t-x,y) ta có tytbC=65,05oC

Dựa vào bảng I.113_STQTTBT1_116

128, 48 0,73965.119,5 0, 26035.154

1,136.100,01145.10 0,01116.10 yL

2.3.1.2 Hệ số khuếch tán của pha lỏng và pha hơi

a)Hệ số khuếch tán của pha hơi:

C yC

T D

− DyC : là hệ số khuếch tán của pha hơi (m2/s);

− P : là áp suất tuyệt đối của hệ 2 cấu tử Clorofom và Cacbon tetraclorua ở áp suất = 1atm ;

− νA; νB : lần lượt là thể tích mol của hơi Clorofom và Cacbon tetraclorua (cm3/mol);

− TC : là nhiệt độ tuyệt đối của đoạn chưng K

− TL : là nhiệt độ tuyệt đối của đoạn luyện K

− MA , MB : là khối lượng mol phân tử của 2 cấu tử Clorofom và Cacbon tetraclorua ( đvC)

Dựa theo bảng VIII.2_STQTTBT2_127 ta có:

+νA =νCHCl3= 14,8+3,7+3.24,6 = 92,3 (cm3/mol);

+νB =νCCl4= 14,8+24,6.4 = 113,2 (cm3/mol);

Với P=1atm=1,033 at;

TC=TyC= 72,37+273 = 345,37 0K

Thay số vào ta được :

C yC

T D

T D

b)Hệ số khuếch tán của pha lỏng:

Trước tiên tính hệ số khuếch tán của hỗn hợp lỏng ở 20oC:

3

1 3 1 20

6 20

11.10







+

+

=

−

B A B

B A x

B A

M M D

ννµ

[STQTTBT2-133]

Trong đó:

- A, B : là hệ số phụ thuộc vào bản chất dung môi và chất tan

Từ bảng VIII.6 và VIII.7_STQTTBT2_134 ta có A=1 và B=0,94

- DxC20 : là hệ số khuếch tán của pha lỏng ở 20o C (m2/s) ;

- νA; νB : lần lượt là thể tích mol của hơi (cm3/mol);

- MA , MB : là khối lượng mol phân tử của 2 cấu tử Clorofom và Cacbon tetraclorua ( đvC)

-µB20 0C: độ nhớt của Cacbon tetraclorua ở 20oC từ bảng I.101 STQTTBT1/91

0

20C

B

µ =0,97.10-3 N.s/m2