Tính toán và thiết kế tháp chưng luyện liên tục loại tháp đệm để phân tách hỗn hợp rượu etylic – nước

Chng cất là phơng pháp dùng để tách các hỗn hợp lỏng cũng nh 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.. Trong trờng h

phần I mở đầu

• Giới thiệu chung về dây chuyền sản xuất.

Chng cất là phơng pháp dùng để tách các hỗn hợp lỏng cũng nh 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 Khi chng cất, hỗn hợp đầu có bao nhiêu cấu tử thì ta thu đợc bấy nhiêu cấu tử sản phẩm Theo đề bài thì hỗn hợp

đầu gồm 2 cấu tử là RợuEtylic và Nớc nên đợc gọi là chng cất hỗn hợp 2 cấu tử

Sau quá trình chng cất, ta thu đợc sản phẩm đỉnh là cấu tử có độ bay hơi lớn hơn(RợuEtylic) và một phần rất ít cấu tử có độ bay hơi bé hơn (Nớc) Sản phẩm đáy gồm hầu hết các cấu tử khó bay hơi (Nớc) và một phần rất ít cấu tử

dề bay hơi (RơuEtylic)

Trong trờng hợp này ta dùng tháp chng luyện loại tháp đệm, làm việc ở

áp suất thờng (1at) với hỗn hợp đầu vào ở nhiệt độ sôi

Phần II Sơ đồ dây chuyền công nghệ.

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

II. Thuyết minh sơ đồ.

Nguyên liệu đầu đợc chứa trong thùng chứa (1) và đợc bơm (2) bơm lên thùng cao vị (3) Mức chất lỏng cao nhất và thấp nhất ở thùng cao vị đợc khống chế bởi của chảy tràn Hỗn hợp đầu từ thùng cao vị (3) tự chảy xuống thiết bị đun nóng hỗn hợp đầu (4), quá trình tự chảy này đợc theo dõi bằng đồng hồ lu lợng Tại thiết bị gia nhiệt hỗn hợp đầu (4) (dùng hơi nớc bão hoà), hỗn hợp đầu đợc gia nhiệt tới nhiệt độ sôi, sau khi đạt tới nhiệt độ sôi, hỗn hợp này đợc đa vào đĩa tiếp liệu của tháp chng luyện loại tháp đệm

xuống, tại đây xảy ra quá trình bốc hơi và ngng 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 dới lên, cấu tử có nhiệt độ sôi cao sẽ ngng tụ Quá trình tiếp xúc lỏng – hơi trong tháp diễn ra liên tục làm cho pha hơi ngày càng giầu cấu tử dễ bay hơi, pha lỏng ngày càng giầu cấu tử khó bay hơi Cuối cùng trên đỉnh tháp ta sẽ thu đợc hầu hết là cấu tử dễ bay hơi (RợuEtylic) và một phần rất ít cấu tử khó bay hơi(Nớc) Hỗn hợp hơi này đợc đi vào thiết bị ng-

ng tụ (6) và tại đây nó đợc ngng tụ hoàn toàn (tác nhân là nớc lạnh) Một phần chất lỏng sau ngng tụ cha đạt yêu cầu đợc đi qua thiết bị phân dòng (7) để hồi lu trở về đỉnh tháp, phần còn lại đợc đa vào thiết bị làm lạnh (8)

để làm lạnh đến nhiệt độ cần thiết sau đó đi vào thùng chứa sản phẩm đỉnh (10)

Chất lỏng hồi lu đi từ trên xuống dới, gặp hơi có nhiệt độ cao đi từ dới lên, một phần cấu tử có nhiệt độ sôi thấp lại bốc hơi đi lên, một phần cấu tử khó bay hơi trong pha hơi sẽ ngng tụ đi xuống Do đó nồng độ cấu tử khó bay hơi trong pha lỏng ngày càng tăng, cuối cùng ở đáy tháp ta thu đợc hỗn hợp lỏng gồm hầu hết là cấu tử khó bay hơi (Nớc) và một phần rất ít cấu tử dễ bay hơi (RợuEtylic), hỗn hợp lỏng này đợc đa ra khỏi đáy tháp, qua thiết bị phân dòng, một phần đợc đa ra thùng chứa sản phẩm đáy (11), một phần đợc tận dụng đa vào nồi đun sôi đáy tháp (9) dùng hơi nớc bão hoà Thiết bị (9) này có tác dụng đun sôi tuần hoàn và bốc hơi hỗn hợp đáy (tạo dòng hơi đi từ dới lên trong tháp) Nớc ngng của thiết bị gia nhiệt đợc tháo qua thiết bị tháo nớc ng-

ng (12)

Tháp chng luyện làm việc ở chế độ liên tục, hỗn hợp đầu vào và sản phẩm đợc lấy ra liện tục

III. Chế độ thuỷ động của tháp đệm.

Trong tháp đệm có 3 chế độ thuỷ động là chế độ chảy dòng, chế độ quá độ và chế độ xoáy

Khi vận tốc khí bé, lực hút phân tử lớn hơn và vợt lực lỳ Lúc này quá trình chuyển khối đợc xác định bằng dòng khuyếch tán phân tử Tăng vận tốc

lên lực lỳ trở nên cân bằng với lực hút phân tử Quá trình chuyển khối lúc này không chỉ đợc quyết định bằng khuyếch tán phân tử mà cả bằng khuyếch tán

đối lu Chế độ thuỷ động này gọi là chế độ quá độ Nếu ta tiếp tục tăng vận tốc khí lên nữa thì chế độ quá độ sẽ chuyển sang chế độ xoáy Trong giai đoạn này quá trình khuyếch tán sẽ đợc quyết định bằng khuyếch tán đối lu

Nếu ta tăng vận tốc khí lên đến một giới hạn nào đó thì sẽ xảy ra hiện ợng đảo pha Lúc này chất lỏng sẽ chiếm toàn bộ tháp và trở thành pha liên tục, còn pha khí phân tán vào trong chất 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 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 tăng nhanh, đồng thời trở lực cũng tăng nhanh

t-Trong thực tế, ta thờng 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, nhng vì trong giai đoạn đó ta sẽ 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 tơng đối rộng

Nhợc điểm

+ Khó làm ớt đều đệm

+ Tháp cao quá thì phân phối chất lỏng không đều

IV Bảng kê các ký hiệu thờng dùng trong bản đồ án.

- F: Lợng hỗn hợp đầu, kg/h (hoặc kg/s, kmol/h)

- P: Lợng sản phẩm đỉnh, kg/h (hoặc kg/s, kmol/h)

- W: Lợng sản phảm đáy, kg/h (hoặc kg/s, kmol/h)

- Các chỉ số F, P, W, A, B : tơng ứng chỉ đại lợng đó thuộc về hỗn hợp đầu, sản phẩm đỉnh, sản phẩm đáy củaRợuEtylic và Nớc.

- a: nồng độ phần khối lợng, RợuEtylic kg /kg hỗn hợp

- x: nồng độ phần mol, kmol RợuEtylic /kmol hỗn hợp

- M: Khối lợng mol phân tử, kg/kmol

Phần IIi Tính toán thiết bị chính

w F a a

a a

F: năng suất tính theo hỗn hợp đầu, kg/s hoặc kg/h

aF, ap, aw: lần lợt là nồng độ cấu tử dễ bay hơi trong hỗn hợp đầu, sản phẩm

đỉnh, sản phẩm đáy, phần khối lợng

Đầu bài cho F = 4000(kg/h)

Vậy ta có lợng sản phẩm đỉnh là:

1537 04

, 0 93 , 0

04 , 0 42 , 0 3600

w F a a

a a

áp dụng công thức

B

B A

A

A A

M

a M

a

M

a x

+

=

[II – 126]Trong đó:

aA, aB: nồng độ phần khối lợng của RợuEtylic và Nớc

Ma, MB: khối lợng mol phân tử củaRợuEtylic và Nớc

F A F

F

M

a M

a

M

a x

− +

=

18

42 , 0 1 46

42 ,

42 , 0

=

− +

P A P

P

M

a M

a

M

a x

− +

=

18

93 , 0 1 46

93 ,

93 , 0

=

− +

w A w

w

M

a M

a

M

a x

− +

=

18

04 , 0 1 46

04 ,

04 , 0

=

− +

3600 /

h kmol M

h kg

1537 /

h kmol M

h kg

2063 /

h kmol M

h kg W

834 ,

I.2 Xác định số bậc thay đổi nồng độ.

I.2.1 Xác định R min dựa trên đồ thị y x–

Dựng đờng cân bằng theo số liệu đờng cân bằng sau: [II – 145]

y 0 33 44 53 57 61 65 69 75 81 89 10 89.4

Rmin=1,59

-Cho các giá trị từ 1đến 7 của B<Bmax ta tìm đợc những số đĩa khác nhau Ta

có kết quả trong bảng sau:

Từ đồ thị N(R+1)_R xác định đợc Rth=3.11 ứng với số đĩa lý thuyết là Nlt=16 trong đó có 13 đoạn luyện và 3 đoạn chng

Rth: chỉ số hồi lu thích hợp đợc tính theo tiêu chuẩn thể tích tháp nhỏ nhất Cơ

sở của việc chọn Rth theo tiêu chuẩn thể tích tháp nhỏ nhất là:

S: tiết diện của tháp

Nlt: số bậc thay đổi nồng độ (số đĩa lý thuyết)

.2.3 Phơng trình đờng nồng độ làm việc của đoạn luyện.

x

R

X x R

R

y

[II – 148]Trong đó:

y: là nồng độ phần mol của cấu tử dễ bay hơi trong pha hơi đi từ dới lên.x: là nồng độ phần mol của cấu tử dễ bay hơi trong pha lỏng chảy từ đĩa xuống

Rx : chỉ số hồi lu

Thay số liệu vào ta có

1 11 , 3

839 , 0 1 11 , 3

11 , 3 1

R y

x

P x

x

yL = 0,757x + 0,204

I.2.4 Phơng trình đờng nồng độ làm việc của đoạn chng.

w x x

R

f x R

f R

: lợng hỗn hợp đầu tính cho 1kmol sản phẩm đỉnh

Thay số liệu vào ta có

016 , 0 1 11 , 3

1 845 , 3 1

11 , 3

845 , 3 11 , 3 1

1

−

− +

+

= +

−

− +

+

R

f x R

f R

x x

Trong đó:

gtb: lợng hơi trung bình đi trong tháp, kg/h

(y.y)tb: tốc độ hơi trung bình đi trong tháp, kg/m2.s

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

II.1 Đờng kính đoạn luyện.

II.1.1 Xác định lợng hơi trung bình đi trong đoạn luyện.

Lợng hơi trung bình đi trong đoạn luyện tính

gần đúng bằng trung bình cộng của lợng hơi

đi ra khỏi đĩa trên cùng của tháp và lợng hơi

đi vào đĩa dới cùng của đoạn luyện

2

1

g g

gtb: lợng hơi trung bình đi trong đoạn luyện, kg/h

gđ: lợng hơi đi ra khỏi đĩa trên cùng của tháp, kg/h

gl: lợng hơi đi vào đĩa dới cùng của tháp, kg/h

• Lợng hơi ra khỏi đỉnh tháp

gđ = GR + Gp = Gp(Rx+1) [II – 181]

gđ = 38,706(3,11 + 1)

gđ = 159,08(kJ/h)

• Lợng hơi đi vào đoạn luyện: Lợng hơi g1, hàm lợng hơi y1 và lợng lỏng G1

đối với đĩa thứ nhất của đoạn luyện đợc xác định theo hệ phơng trình

G1: lợng lỏng đối với đĩa thứ nhất của đoạn luyện.

r1: ẩn nhiệt hoá hơi của hỗn hợp hơi đi vào đĩa

rđ: ẩn nhiệt hoá hơi của hỗn hợp hơi đi ra khỏi đỉnh tháp

x1 = xF = 0,221(phần mol)

y1 = yF =0,371(phần mol)

r1 = ra.y1 + (1-y1).rb [II - 182]Với ra, rb: ẩn nhiệt hoá hơi của các cấu tử nguyên chất là Rợu Etylic và Nớc ở

t0 = tF = 82,86(0C)

Nội suy theo bảng I.212 trong [I – 254] ta đợc

588 , 38620

t0 = tp = 78,530C

Nội suy theo bảng I.212 trong [I – 254] ta đợc

628 , 38953

, 40101

686 , 39427 08 , 159

1

r

r g

g d d

G1=g1-P=156,4-38,706=117,694Vậy lợng hơi trung bình đi trong đoạn luyện là:

74 , 157 2

4 , 156 08 , 159 2

• Khối lợng riêng trung bình đối với pha hơi đợc tính theo

273

4 , 22

).

1 (

1 1

T

M y M

y tb A tb B

y tb

− +

=

ρ

, kg/m3 [II - 183]

Trong đó:

MA MB: khối lợng phần mol của cấu tử Rợu Etylic và Nớc

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

ytb1: nồng độ phần mol của cấu tử 1 lấy theo giá trị trung bình

2

1 1 1

c d tb

y y

5407 , 0 839 , 0 2

1 1

tb

y y y

4 , 22

).

1 (

1 1

T

M y M

y tb

− +

=

ρ

292 , 1 695

, 353 4 , 22

18 ).

69665 , 0 1 ( 46 69665 ,

2 1 1

1

tb tb

ρ ρ

ρ

− +

93 , 0 42 , 0 2

tb

a a

839 , 0 221 , 0 2

tb

x x

x

(phần mol)

Với x tb L =0,53(phần mol) Từ đồ thị t_xy ta có: t x0tb = 79 , 840C

ứng với t0 = 79,840C Nội suy theo bảng I.2 trong [I-9] ta đợc:

=

2 1 1

1

tb tb

ρ ρ

397 , 798

=

II.1.3 Tính tốc độ hơi đi trong tháp

Tốc độ hơi đi trong tháp đệm

Với ωs là tốc độ sặc, m/s đợc tính theo công thức

Y = 1,2e-4X [II – 187]

Với

16 , 0

3

2

.

.

y d s

ρ σ ω

[II – 187]

8 / 1 4

/ 1

ρ , :khối lợng riêng trung bình của pha lỏng và pha hơi, kg/m3

àx, àn: độ nhớt của pha lỏng theo nhiệt độ trung bình và độ nhớt của nớc ở

lgàhh = 0,665.lg(0,2281.10-3) + (1 – 0,665)lg(0,3852.10-3)

 àhh = àx = 0,27187.10-3 Ns/m2

Thay số liệu ta có

4535 , 0 756

, 775

3 , 2 88 , 7

12 , 6

8 / 1 4

/ 1 8

/ 1 4

/ 1

G

X

ρ ρ

Khối lợng riêng xốp, ρđ, kg/m3

Từ công thức:

16 , 0

3

2

.

.

y d s

ρ σ

ω

[II – 187]

16 , 0 3 3

3 16

, 0

3 2

10 005 , 1

10 27187 , 0 3 , 2 165

756 , 775 76 , 0 81 , 9 196 , 0

.

.

x d s

tb

tb

V g Y

à

à ρ σ

ρ ω

86 , 28382

0188 , 0

0188 ,

=

tb y y

tb L

g D

ω

Quy chuẩn đờng kính đoạn luyện là DL = 2m

• Thử lại điều kiện làm việc thực tế.

- Tốc độ hơi thực tế đi trong đoạn luyện là:

09 , 1 3

, 2 2

0188 , 0 86 , 28382

1

09 ,

76 , 0 4

V

d

696 , 108 0184 , 0

II 2 Đờng kính đoạn chng

II.2.1 Lợng hơi trung bình đi trong tháp

2

1 ' '

1: lợng hơi đi vào đoạn chng, kg/h

Vì lợng hơi đi ra khỏi đoạn chng bằng lợng hơi đi vào đoạn luyện (g’

n= g1) nên ta có thể viết:

2

1

' 1

1: ẩn nhiệt hoá hơi của hỗn hợp hơi đi vào đĩa thứ nhất của đoạn chng.

xw: thành phần cấu tử dễ bay hơi trong sản phẩm đáy

r1: ẩn nhiệt hoá hơi của hỗn hợp hơi đi vào đĩa trên cùng của đoạn chng

112 , 0 1 ( 58 112 , 0

58 112 , 0

1

− +

=

a

541 , 394

1 = 0,06838 phần khối lợng

Vậy lợng hơi trung bình đi trong đoạn chng là:

345 , 32071 2

6 , 33810 09

, 30332 2

1 ' 1

g tb C

kg/h

II.2.2 Tính khối lợng riêng trung bình

• Khối lợng riêng trung bình đối với pha hơi đợc tính theo

273

4 , 22

).

1 (

1

T

M y M

y tb A tb B

y tb

− +

=

ρ

, kg/m3 [II - 183]Trong đó:

MA MB: khối lợng phần mol của cấu tử Rợu Etylic và Nớc

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

ytbc: nồng độ phần mol của cấu tử 1 lấy theo giá trị trung bình

2

1

d tb

y y

5095 , 0 112 , 0 2

4 , 22

).

1 (

1

T

M y M

y tb

− +

=

ρ

515 , 2 273 8465

, 347 4 , 22

78 ).

31075 , 0 1 ( 58 31075 ,

• Khối lợng riêng trung bình đối với pha lỏng

2 1 1

1

tb tb

ρ ρ

ρ

− +

a a

06838 , 0 30 , 0 2

' 1

x x

06838

,

06838 , 0

'

− +

=

x

phần mol

2299 , 0 2

08984 , 0 37 , 0 2

C t

0117 , 730

=

2 1 1

1

tb tb

ρ ρ

573 , 804

=

II.2.3 Tính tốc độ hơi đi trong đoạn chng

- Các công thức cũng nh ý nghĩa các ký hiệu có trong các công thức tính tốc độ hơi đi trong đoạn chng tơng tự nh trong đoạn luyện, chỉ khác về trị

số nên trong phần này không giải thích lai

• Tính G x , G y

Ta có Gy = g’tb = 32071,345 kg/h

9087 , 8 3600

345 ,

2

6 , 49071 09

, 23993 2

' 1

6 3

6 6

5024 , 0 573

, 804

515 , 2 9087 , 8

1479 , 10

8 / 1 4

/ 1 8

/ 1 4

/ 1

G

X

ρ ρ

Y = 1,2e-4.0,5024 = 0,161

Chọn loại đệm vòng Rasiga bằng sứ đổ lộn xộn nh đã chọn ở trên

Từ công thức:

16 , 0

3

2

.

.

y d s

ρ σ

ω

[II – 187]

16 , 0 3 3

3 16

, 0

3 2

10 005 , 1

10 3095 , 0 515 , 2 165

573 , 804 76 , 0 81 , 9 161 , 0

.

.

x d s

tb

tb

V g Y

à

à ρ σ

ρ ω

345 , 32071

0188 , 0

0188 ,

=

tb y y

tb C

g D

ω

Quy chuẩn đờng kính đoạn luyện là DC = 2m

• Thử lại điều kiện làm việc thực tế.

- Tốc độ hơi thực tế đi trong đoạn chng là:

1268 , 1 515

, 2 2

0188 , 0 345 , 32071

1268 ,

0184 , 0 165

76 , 0 4

V

d

6957 , 108 0184 , 0

III Tính chiều cao tháp.

- Đối với tháp đệm, chiều cao làm việc của tháp hay chiều cao lớp đệm đợc xác định theo công thức:

175]

Trong đó:

hđv: chiều cao của một đơn vị chuyển khối, m

my: số đơn vị chuyển khối xác định theo nồng độ pha hơi

III.1 Tính chiều cao đoạn luyện.

III.1.1 Tính chiều cao của một đơn vị chuyển khối

- Chiều cao của một đơn vị chuyển khối của tháp đệm phụ thuộc vào đặc

tr-ng của đệm và trạtr-ng thái pha, đợc xác định theo côtr-ng thức

2

1 . .h

G

G m h

h1: chiều cao của một đơn vị chuyển khối đối với pha hơi

h2: chiều cao của một đơn vị chuyển khối đối với pha lỏng

m: hệ số phân bố trung bình ở điều kiện cân bằng pha

Gy, Gx: lu lợng hơi và lỏng trung bình đi trong tháp, kg/s

• Tính chiều cao của một đơn vị chuyển khối h 1 , h 2

3 / 2 25 , 0

.

d a

V

h

σ ψ

=

5 , 0 25 , 0 3 / 2

2 256 x Prx

x

x Rx h

Trong đó:

a: hệ số phụ thuộc vào dạng đệm, với đệm vòng thì a = 0,123

àx: độ nhớt của pha lỏng, Ns/m2

Vđ: thể tích tự do của đệm, m3/m3

ρx: khối lợng riêng của lỏng, kg/m3

ψ: hệ số thấm ớt của đệm, nó phụ thuộc vào tỷ số giữa mật độ tới thực tế lên tiết diện ngang của tháp và mật độ tới thích hợp, xác định theo đồ thị IX.16 [II – 178]

3600 12 ,

0446 , 9 14 , 3

4 ,

F

V U

m3/m2.h

σđ = 165 m2/m3

 Uth = 0,065.165 = 10,725 m3/m2.h

84 , 0 725 , 10

0446 ,

s y

y à σ

ω ρ

4 , 0

[II – 178]

Ta có ày = àhh đợc tính theo B

B A

A hh

hh m M m M M

à à

85]

Trong đó:

Mhh, MA, MB: khối lợng phân tử của hỗn hợp và cấu tử Rợu Etylic và Nớc

àhh, àA, àB: độ nhớt của hỗn hợp và cấu tử Rợu Etylic và Nớc

m1, m2: nồng độ của Rợu Etylic và Nớc tính theo phần thể tích

Đối với hỗn hợp khí thì nồng độ phần thể tích bằng nồng độ phần mol, nên m1

A hh

à

1

B A

A

M y M

y M

y

M y

à à

à

1 1

) 1 ( 1

1

1

1 1

1 1

1

1

− +

− +

− +

=

⇒

B A B A hh

a a

a a

à à à à

Ta có y tb1 =0,7348 phần mol

( ) 0 , 7348 58 ( 1 0 , 7348 ) 78

58 7348 , 0

1

.

1 1

1

⇒

B tb A

tb

A tb

M y M

y

M y a

6732 , 0 1

−

−

− +

4584 , 1 3 , 2 4 , 0

- Chuẩn số Reynon của pha lỏng:

x d t

x x

[II – 178]Trong đó:

Gx: lu lợng lỏng trung bình đi trong tháp, phần trớc đã tính đợc Gx = 6,12 kg/s

12 , 6 04 , 0

.

04 , 0

x d t

x

x F

G

à σ

• Xác định chuẩn số Pran.

- Chuẩn số Pran của pha hơi:

y y

y y

A y

M M v

v P

T

) (

10 0043 ,

0

2

5 , 1 4 3

T: nhiệt độ trung bình của hơi, 0K

P: áp suất chung của hơi, P = 1at

MA = 58: khối lợng phân tử của cấu tử Rợu Etylic

MB = 78: khối lợng phân tử của cấu tử Nớc

vA, vB: thể tích mol của hơi Rợu Etylic và Nớc , cm3/nguyên tử

1 )

96 74 (

) 2745 , 335 (

10 0043 ,

0

2

5 , 1 4

10 7336 , 8

y y

x x

Víi 3

2 , 0 ρ

65 , 0 2 , 0

2 1 6

20

.

1 1 10 1

v v B A

M M D

65 , 0

78

1 58

1 10 1

−

−

= +

726 , 4 756 , 775

10 27187 , 0

x x

.

d a

V

h

σ ψ

=

,m

3 / 2 25

, 0

1 931 , 08 0 , 6393

165 91 , 0 123

,

0

76 , 0

=

h

h1= 0,16869m

5 , 0 25 , 0 3 / 2

2 256 x Prx

x

x Rx h

, 0 3

/ 2 3

756 , 775

10 27187 , 0 256

y y tg m

−

−

=

- Dựa vào các giá trị đã chọn trên đờng cân bằng, ta tính đợc m = 0,66875

III.1.3 Tính số đơn vị chuyển khối m y

- Số đơn vị chuyển khối tính theo pha hơi

d

y y

y y

y y

d

[II – 176]

y*: thành phần mol cân bằng của pha hơi, %mol

y: thành phần mol làm việc của pha hơi, %mol

- ứng với mỗi giá trị của x∈ {0,37; 0,96} ta tìm đợc một giá trị của y*

tơng ứng và theo đờng làm việc của đoạn luyện y = 0,76x + 0,23 ta xác định

- Với tỷ lệ trục hoành 1/100 và tỷ lệ trục tung là 1,5152/1 ta có:

88 , 7 66875 , 0 16869 , 0

x

y dv

hđv = 0,277 m

Vậy chiều cao lớp đệm của đoạn luyện là:

HL = hđv my = 0,277 14,52 = 4,022m

III.2 Chiều cao của đoạn chng.

- Các công thức cũng nh ý nghĩa các ký hiệu có trong các công thức tính chiều cao đoạn chng tơng tự nh đối với đoạn luyện, chỉ khác về trị số nên trong phần này không giải thích lại

III.2.1 Tính chiều cao của một đơn vị chuyển khối h 1 , h 2 :

• Tính ψ

, 804

3600 1479 ,

4 ,

F

V U

m3/m2.h

σđ = 165 m2/m3

 Uth = 0,065.165 = 10,725 m3/m2.h

348 , 1 725 , 10

459 ,

s y

y à σ

ω ρ

4 , 0

[II – 178]

Ta có ày = àhh đợc tính theo B

B A

A hh

hh m M m M M

à à

A hh

à

1

B A

A

M y M

y M

y

M y

à à

à

1 1

) 1 ( 1

1

1

1 1

1 1

1

1

− +

− +

− +

=

⇒

B A B

A hh

a a

a a

à à à à

1

⇒

a1, a2: nồng độ phần khối lợng của Rợu Etylic và Nớc.

Ta có y tb C =0,31075 phần mol

58 31075 , 0

1

.

1 1

1

⇒

B tb A

tb

A tb

M y M

y

M y a

2511 , 0 1

−

−

− +

274 , 1 515 , 2 4 , 0

- Chuẩn số Reynon của pha lỏng:

x d t

x x

1479 , 10 04 , 0

.

04 , 0

x d t

x x

F

G

à σ

• Xác định chuẩn số Pran.

- Chuẩn số Pran của pha hơi:

y y

y y

A y

M M v

v P

T

) (

10 0043 ,

0

2

5 , 1 4 3

1 )

96 74 (

) 8465 , 347 (

10 0043 ,

0

2

5 , 1 4

10 94939 , 8

y y

x x

69 , 73 10

2199 , 5 573 , 804

10 3095 , 0

x x

D

ρ à

Vậy:

3 / 2 25 , 0

V h

σ ψ

=

,m

3 / 2 25

, 0

165 1 123 , 0

76 , 0

=

h

h1 = 0,139 m

5 , 0 25 , 0 3 / 2

2 256 x Prx

x

x Rx h

/ 2 3

573 , 804

10 3095 , 0 256

y y tg m

−

−

=

- Dựa vào các giá trị đã chọn trên đờng cân bằng, ta tính đợc m = 1,252

III.2.3 Tính số đơn vị chuyển khối m y

- Số đơn vị chuyển khối tính theo pha hơi

d

y y

y y

y y

d

[II – 176]

y*: thành phần mol cân bằng của pha hơi, %mol

y: thành phần mol làm việc của pha hơi, %mol

- ứng với mỗi giá trị của x∈ {0,04; 0,37} ta tìm đợc một giá trị của y*

tơng ứng và theo đờng làm việc của đoạn chng y = 1,44x – 0,0176 ta xác

định đợc y

- Víi tû lÖ trôc hoµnh 1/100 vµ tû lÖ trôc tung lµ 1/ 2,71 ta cã :

9087 , 8 252 , 1 139 , 0

x

y dv

HL, HC: chiều cao đoạn luyện và đoạn chng, m

H1: khoảng cách không gian phần đỉnh tháp để đặt đĩa phân phối chất lỏng và ống hồi lu sản phẩm đỉnh, m

H2: khoảng cách không gian giữa đoạn chng và đoạn luyện để đặt đĩa tiếp liệu

∆

=

∆

038 , 0 19

, 0 342

, 0

.

1

y

x x

y

y

x k

u

G

G A P P

à

à ρ

ρ

, N/m2 [II – 189]Trong đó:

∆P : tổn thất áp suất tại điểm đảo pha có tốc độ của khí bằng tốc độ của khí khi đi qua đệm khô, N/m2

∆Pk: tổn thất áp suất của đệm khô, N/m2

,

0 045 ,

G

G Ar R

[II – 188]

0184 , 0 165

76 , 0 4

2 6

2 14 , 3

86 , 22043 3600

=

t

tb x

F

G G

kg/m2.s

51 , 2 3600 4

2 14 , 3

86 , 28382 3600

=

t

tb y

F

g G

kg/m2.s

946 , 8280 95

, 1

51 , 2 1425277176

045 , 0 Re

43 , 0 57

1

56 ,

1

d

y d y y k

10 7336 , 8 165 3 , 2 09 , 1 022 , 4 56 ,

1

3

2 0 6 2

, 1 8 , 0 8 , 1

=

038 , 0 6

3 19

, 0 342

, 0

10 7336 , 8

10 27187 , 0 756 , 775

3 , 2 88 , 7

12 , 6 15 , 5 1 0896 , 1449

u

P

∆P = 4030,044 N/m2

IV.2 Trë lùc cña ®o¹n chng

• TÝnh chuÈn sè Reynon

43 , 0 57

,

0 045 ,

G

G Ar R

=

[II – 188]

0184 , 0 165

76 , 0 4

2 6

2 14 , 3

345 , 36532 3600

=

t

tb x

F

G G

kg/m2.s

837 , 2 3600 4

2 14 , 3

345 , 32071 3600

=

t

tb y

F

g G

kg/m2.s

64 , 7340 23

, 3

837 , 2 1539144420

045 , 0 Re

43 , 0 57

1

56 ,

1

d

y d y y k

10 94939 , 8 165 515 , 2 1268 , 1 47 , 1 56 ,

1

3

2 0 6 2

, 1 8 , 0 8

, 1

038 , 0 6

3 19

, 0 342

, 0

10 94939 , 8

10 3095 , 0 573 , 804

515 , 2 9087 , 8

1479 , 10 15 , 5 1 869 , 606

V

ρ 3600

=

ρđ: khối lợng riêng của hơi ở đỉnh tháp, kg/m3

(57 , 18 273) 2,17

4 , 22

273 8 , 58

4 , 22

.

= +

gđ = gtbL = 28382,86 kg/h

633 , 3 3600 17 , 2

86 , 28382

=

⇒

d d g V

Chọn tốc độ hơi ω = 25m/s

43 , 0 25 785 , 0

633 , 3

785 ,

mQuy chuẩn dt = 400mm

V.1.2 Tính đờng kính ống dẫn hồi lu sản phẩm đỉnh.

R R G

V

ρ 3600

=

GR = P.R = 6339.3,17 = 20094,63kg/h; lợng sản phẩm hồi lu

ρR: khối lợng riêng của sản phẩm hồi lu tại to = tp = 57,18oC

B A

a a

ρ ρ

95 , 0 1 1020 , 749

95 , 0

63 , 20094

=

⇒

R R G V

Chọn vận tốc lợng hồi lu: ω = 0,5 m/s

137 , 0 5 , 0 785 , 0

0074 , 0

785 ,

mQuy chuẩn dt = 150mm

V.1.3 Tính đờng kính ống dẫn liệu.

- Lu lợng hỗn hợp đầu đi vào tháp

F V

ρ 3600

=

F = 21600kg/h

ρF: khối lợng riêng của hỗn hợp đầu vào tại to = tF= 67,57oC

B A

a a

ρ ρ

3 , 0 1 7805 , 735

3 , 0

21600

Chọn vận tốc lợng hồi lu: ω = 0,3 m/s

1786 , 0 3 , 0 785 , 0

10 519 , 7

785 , 0

mQuy chuẩn dt = 200 mm

=

W = 15261kg/h

ρw: khối lợng riêng của sản phẩm đáy ở to = tF= 78,66oC

B A

a a

ρ ρ