chưng axeton và nước

NỘI DUNG Thiết kế tháp chưng luyện liên tục loại tháp đĩa lỗ không có ống chảy truyền để phân tách hỗn hợp Axeton – Nước Các thông số ban đầu :Năng suất tính theo hỗn hợp đầu : F =9,5 tấngiờ.Nồng độ cấu tử dễ bay hơi : + Hỗn hợp đầu : a F = 0,3 phần khối lượng. + Sản phẩm đỉnh : a p = 0,98 phần khối lượng + Sản phẩm đáy : a w = 0,02 phần khối lượng Tháp làm việc ở áp suất thường .Hồn hợp đầu được gia nhiệt tới nhiệt độ sôi .

Trang 1

BỘ CÔNG THƯƠNG

TRƯỜNG ĐH CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

Khoa : Công nghệ Hóa

Giáo viên hướng dẫn : Nguyễn Văn Hoàn NỘI DUNG

Thiết kế tháp chưng luyện liên tục loại tháp đĩa lỗ không có ống chảy

truyền để phân tách hỗn hợp Axeton – Nước

Các thông số ban đầu :

- Năng suất tính theo hỗn hợp đầu : F =9,5 tấn/giờ

- Nồng độ cấu tử dễ bay hơi : + Hỗn hợp đầu : a = 0,3 phần khối lượng

+ Sản phẩm đỉnh : a = 0,98 phần khối lượng + Sản phẩm đáy : a = 0,02 phần khối lượng Tháp làm việc ở áp suất thường

- Hồn hợp đầu được gia nhiệt tới nhiệt độ sôi

Trang 2

2 Vẽ hệ thống tháp chưng luyện A0 01

NHẬN XÉT ĐỒ ÁN Giáo viên hướng dẫn nhận xét:

Điểm: Chữ ký:

Cán bộ chấm hay Hội đồng bảo vệ nhận xét:

GVHD: Nguyễn Văn Hoàn 4 SV: Nguyễn Thị Hà

Lớp: ĐHCN Hóa 1- K6

Trang 3

MỤC LỤC

PHẦN I: MỞ ĐẦU 7

I GIỚI THIÊU CHUNG VỀ DÂY TRUYỀN SẢN XUẤT 7

II: GIỚI THIỆU CHUNG VỀ HỖN HỢP CHƯNG 7

Tính chất hoá học : 8

Ứng Dụng : 9

Điều chế : 10

1 Dây truyền sản xuất 14

2 Thuyết minh sơ đồ công nghệ 16

PHẦN II: TÍNH TOÁN THIẾT BỊ CHÍNH 18

1 TINH TOÁN CÂN BẰNG VẬT LIỆU 19

1.1 Phương trinh cân bằng vật liệu toàn tháp 19

1.2 Tính chỉ số hồi lưu thích hợp 21

2 TÍNH ĐƯỜNG KÍNH THÁP 35

2.1 Đường kính đoạn luyện 35

2.2 Đường kính đoạn chưng 42

3 TÍNH CHIỀU CAO THÁP XÁC ĐỊNH THEO ĐƯỜNG CÔNG ĐỘNG HỌC 47

3.1 Hệ số khuyếch tán : 47

3.2 Hệ số cấp khối 50

3.3 Lập bảng số liệu vẽ đường cong động học 57

4 TÍNH TOÁN TRỞ LỰC CỦA THÁP 61

4.1 Trở lực của đĩa khô 61

4.2 Trở lực đo sức căng bề mặt 62

4.3 Trở lực thủy tĩnh do chất lỏng trên đĩa tạo ra 63

4.4 Trở lực của tháp 63

5 TÍNH CÂN BẰNG NHIÊT LƯỢNG 63

5.1 Thiết bị gia nhiệt hỗn hợp đầu 63

5.2 Cân bằng nhiệt lượng của tháp chưng luyện 66

5.3 Lượng hơi đốt cần thiết 69

5.4 Thiết Bị Ngưng Tụ 69

5.5 Thiết Bị Làm Lạnh 70

PHẦN III : TÍNH VÀ CHỌN THIẾT BỊ PHỤ 72

I THIẾT BỊ GIA NHIỆT HỖN HỢP ĐẦU 72

1 Hiệu số nhiệt độ trung bình 72

2 Lượng nhiệt trao đổi 73

3 Diện tích trao đổi nhiệt 74

Trang 4

2.Chiều cao của thùng cao vị so với đĩa tiếp liệu: 91

3 Tính bơm: 92

PHẦN IV : TÍNH TOÁN CƠ KHÍ 94

I TÍNH CHIỀU DÀY CỦA THÂN THÁP 94

1 Áp suất trong thiết bị 95

2.Ứng suất cho phép 96

3 Đại lượng bổ sung ( C) 97

4.Chiều dày của thân tháp 97

II – TÍNH ĐƯỜNG KÍNH CÁC ỐNG DẪN 99

1.Tính đường kính ống dẫn sản phẩm đỉnh 99

2.Đường kính ống dẫn hồi lưu sản phẩm đỉnh 100

3.Đường kính ống dẫn nguyên liệu đầu 101

4.Đường kính ống dẫn sản phẩm đáy 102

5.Đường kính ống dẫn hồi lưu sản phẩm đáy 103

III- TÍNH ĐÁY VÀ THIẾT BỊ 104

1.Tính chiều dày đáy 105

2 Tính chiều dày nắp 106

IV CHỌN BÍCH GHÉP 106

V TÍNH VÀ CHỌN GIÁ ĐỠ, TAI TREO 108

1.Xác định khối lượng của đáy và nắp 109

2.Khối lượng của thân tháp 109

3 Khối lượng của cột chất lỏng trong tháp 109

4.Khối lượng của các đĩa 110

5.Khối lượng của toàn tháp chưng luyện là 110

PHẦN 5 KẾT LUẬN 113

Trang 5

PHẦN I: MỞ ĐẦU

I GIỚI THIÊU CHUNG VỀ DÂY TRUYỀN SẢN XUẤT

Chưng là phương pháp tách hỗn hợp chất lỏng (cũng như các hỗn hợp khí đã hoálỏng ) thành những cấu tử riêng biệt dựa vào độ bay hơi khác nhau của các cấu tửthành phần ở cùng nhiệt độ, (tức là dựa vào nhiệt độ sôi khác nhau của các cấu tử ởcùng một điều kiện áp suất ) Có rất nhiều phương pháp chưng trong đó chưng luyện

là một phương pháp phổ biến và hiệu quả trong việc tách hoàn toàn các cấu tử dễ bayhơi có tính chất hoà tan một phần hoặc hoà tan hoàn toàn vào nhau

Trong chưng luyện thì dung môi và chất tan đều bay hơi, khi chưng luyện thườngthu được nhiều sản phẩm Theo đề bài hỗn hợp hai cấu tử Axeton – Nước thì sảnphẩm đỉnh sẽ gồm các cấu tử có độ bay hơi lớn hơn (Axeton), và một phần rất ít cáccấu tử có độ bay hơi bé hơn (Nước), sản phẩm đáy sẽ gồm : Các cấu tử có độ bay hơikém hơn và một phần rất ít các cấu tử có độ bay hơi lớn hơn

Chưng luyện là một phương thức sản xuất đang được ứng dụng rộng rãi trong thực

tế và đem lại nhiều hiệu quả kinh tế cao Do đó việc nghiên cứu thiết bị và quy trìnhcông nghệ là một công việc có ý nghĩa rất quan trọng Do thời gian có hạn và đi sâuvào nội dung chính, đồ án chỉ thực hiện và giải quyết việc tính toán kỹ thuật, thiết kếtháp chưng luyện Chưa đi sâu vào tính toán thiết bị phụ được

Trong đề bài cho ta dùng tháp chưng luyện liên tục đĩa lỗ không có ống chảytruyền để phân tách hỗn hợp hai cấu tử :Axeton– Nước, chế độ làm việc ở áp suấtthường với hỗn hợp đầu vào được gia nhiệt đến nhiệt độ sôi

II: GIỚI THIỆU CHUNG VỀ HỖN HỢP CHƯNG

Axeton và Nước là một trong những sản phẩm của ngành công nghiệp tổng hợp hữu

cơ Chúng được sử dụng rộng rãi trong công nghiệp hoá học nói chung cũng nhưcông nghiệp hữu cơ nói riêng như trong công nghiệp hoá dầu, dược phẩm, phẩmnhuộm,…

Trang 6

muốn sử dụng chúng người ta cần thiết phải tách riêng biệt chúng Để thực hiện điều này, người ta có thể tiến hành chưng luyện hỗn hợp trong các tháp chưng luyện liên tục hoặc gián đoạn.

Tháp chưng luyện liên tục có thể dùng loại tháp đệm, tháp chóp hoặc tháp đĩa

lỗ Trong đó loại tháp đĩa lỗ không có ống chảy truyền được sử dụng khá rộng rãi vàcho hiệu suất cao

2.1: Axeton

• Lịch Sử :

Axeton có công thức phân tử : CH3COCH3 Khối lượng phân tử bằng 58.079 đvC

Là một chất lỏng không màu, dễ lưu động và dễ cháy, với một cách êm dịu và có mùithơm

Nó hòa tan vô hạn trong nước và một số hợp chất hữu cơ như : eter, metanol, etanol,diacetone alcohol…

Được tìm thấy đầu tiên vào năm 1595 bởi Libavius, bằng chưng cất khan đường, vàđến năm 1805 Trommsdorff tiến hành sản xuất Acetone bằng cách chưng cất Acetatcủa bồ tạt và sođa : là một phân đoạn lỏng nằm giữa phân đoạn rượu và ete

Trang 7

Phản ứng ngưng tụ :

OH O

CH3-CO-CH3+HCH2C=O→ CH3-C-CH3-C-CH3 (4-oxy-4-mêtyll-2-pentanon)

CH3 CH3Acetone khó bị oxi hóa bởi thuốc thử Pheling, Tôluen, HNO3đđ, KMnO4… Chỉ bịoxi hóa bởi hỗn hợp KMnO4 + H2SO4, Sunfôcrômic K2Cr2O7 + H2SO4…

Từ Acetone có thể tổng hợp ceten, sumfonat (thuốc ngủ), các holofom

Một số thông số vật lý và nhiệt động của Acetone :

Trang 8

Oxy hóa rượu bậc hai:

CH3CHOH-CH3→ CH3COCH3 + H2OTheo phương pháp Piria : nhiệt phân muối canxi của axit cacboxylic:

(CH3COO)2Ca → CH3COCH3 + CaCO3

Từ dẫn xuất cơ magiê :

Tuy nhiên, đến giữa những năm 20 và cho đến nay công nghệ trên được thaybằng công nghệ có hiệu quả hơn (chiếm khoảng ¾ phương pháp sản xuất Acetonecủa Hoa Kỳ) : Dehydro Isopropyl Alcol

Ngoài ra, còn một số qúa trình sản xuất Acetone khác :

- Oxi hóa trực tiếp Butan – Propan

- Lên men Carbo hydrate bởi vi khuẩn đặc biệt

- Công ty Shell sử dụng nó như một sản phẩm phụ

Trang 9

Tổng hợp Acetone bằng cách Dehydro Isopropyl Alcol có xúc tác

1 CH3CHOHCH3 + 15.9 Kcal (ở 3270C )   →xuctac CH3ưCOCH3 + H2

2 Xúc tác sử dụng ở đây : đồng và hợp kim của nó, oxit kim loại và muối

3 Ở nhiệt độ khoảng 325 0C , hiệu suất khoảng 97%

4 Dòng khí nóng sau phản ứng gồm có : Acetone, lượng Isopropyl Alcol chưa phản ứng, H2 và một phần nhỏ sản phẩm phụ ( như Propylene, diisopropyl eter

…) Hỗn hợp này được làm lạnh và khí không ngưng được lọc bởi nước Dungdịch lỏng được đem đi chưng cất phân đoạn, thu được Acetone ở đỉnh và hỗn hợp của nước, Isopropyl Alcol ( ít ) ở đáy

2.2: Nước

Nước là một hợp chất hóa học của oxy và hidro, có công thức hóa học là H2O.Với các tính chất lý hóa đặc biệt (ví dụ như tính lưỡng cực, liên kết hiđrô và tính bấtthường của khối lượng riêng) nước là một chất rất quan trọng trong nhiều ngành khoahọc và trong đời sống; 70% diện tích của Trái Đất được nước che phủ nhưng chỉ0,3% tổng lượng nước trên Trái Đất nằm trong các nguồn có thể khai thác dùng làmnước uống

• Cấu tạo:

học thì phân tử nước có góc liên kết là 104,45° Do các cặp điện tử tự do chiếm nhiềuchỗ nên góc này sai lệch đi so với góc lý tưởng của hình tứ diện Chiều dài của liênkết O-H là 96,84 picomet

Trang 10

Oxy có độ âm điện cao hơn hidro Việc cấu tạo thành hình ba góc và việc tích điện từng phần khác nhau của các nguyên tử đã dẫn đến cực tính dương ở các nguyên tử hiđrô và cực tính âm ở nguyên tử oxy, gây ra sự lưỡng cực Dựa trên hai cặp điện tử đơn độc của nguyên tử ôxy, lý thuyết VSEPR đã giải thích sự sắp xếp thành góc của hai nguyên tử hiđrô, việc tạo thành mô men lưỡng cực và vì vậy mà nước có các tính chất đặc biệt Vì phân tử nước có tích điện từng phần khác nhau nên một số sóng điện

từ nhất định như sóng cực ngắn có khả năng làm cho các phân tử nước dao động, dẫn đến việc nước được đun nóng Hiện tượng này được áp dụng để chế tạo lò vi sóng

• Liên kết hiđrô:

Các phân tử nước tương tác lẫn nhau thông qua liên kết hiđrô và nhờ vậy có lựchút phân tử lớn Đây không phải là một liên kết bền vững Liên kết của các phân tửnước thông qua liên kết hidro chỉ tồn tại trong một phần nhỏ của một giây, sau đó cácphân tử nước tách ra khỏi liên kết này và liên kết với các phân tử nước khác

Đường kính nhỏ của nguyên tử hidro đóng vai trò quan trọng cho việc tạo thànhcác liên kết hidro, bởi vì chỉ có như vậy nguyên tử hidro mới có thể đến gần nguyên

tử oxy một chừng mực đầy đủ Các chất tương đương của nước, thí dụ như dihidrosulfua (H2S), không tạo thành các liên kết tương tự vì hiệu số điện tích quá nhỏ giữacác phần liên kết Việc tạo chuỗi của các phân tử nước thông qua liên kết cầu nốihidro là nguyên nhân cho nhiều tính chất đặc biệt của nước, thí dụ như nước mặc dù

có khối lượng mol nhỏ vào khoảng 18 g/mol vẫn ở thể lỏng trong điều kiện tiêuchuẩn Ngược lại, H2S tồn tại ở dạng khí cùng ở trong những điều kiện này Nước cókhối lượng riêng nhỏ nhất ở 4 độ Celcius và nhờ vào đó mà băng đá có thể nổi lêntrên mặt nước; hiện tượng này được giải thích nhờ vào liên kết cầu nối hiđrô

Trang 11

Các tính chất hóa lý của nước

cấu tạo của phân tử nước tạo nên các liên kết hiđrô giữa các phân tử là cơ sở chonhiều tính chất của nước Cho đến nay một số tính chất của nước vẫn còn là câu đốcho các nhà nghiên cứu mặc dù nước đã được nghiên cứu từ lâu

Nhiệt độ nóng chảy và nhiệt độ sôi của nước đã được Anders Celsius dùng làmhai điểm mốc cho độ bách phân Celcius Cụ thể, nhiệt độ nóng chảy của nước là 0 độCelcius, còn nhiệt độ sôi (760 mm Hg) bằng 100 độ Celcius Nước đóng băng đượcgọi là nước đá Nước đã hóa hơi được gọi là hơi nước Nước có nhiệt độ sôi tươngđối cao nhờ liên kết hiđrô

Dưới áp suất bình thường nước có khối lượng riêng (tỷ trọng) cao nhất là ở

4 °C: 1 g/cm³ đó là vì nước vẫn tiếp tục giãn nở khi nhiệt độ giảm xuống dưới 4 °C.Điều này không được quan sát ở bất kỳ một chất nào khác Điều này có nghĩa là: Vớinhiệt độ trên 4 °C, nước có đặc tính giống mọi vật khác là nóng nở, lạnh co; nhưngvới nhiệt độ dưới 4 °C, nước lại lạnh nở, nóng co Do hình thể đặc biệt của phân tửnước (với góc liên kết 104,45°), khi bị làm lạnh các phân tử phải dời xa ra để tạo liênkết tinh thể lục giác mở Vì vậy mà tỉ trọng của nước đá nhẹ hơn nước thể lỏng Khi đông lạnh dưới 4 °C, các phân tử nước phải dời xa ra để tạo liên kết tinh thểlục giác mở

Trang 12

đóng vai trò rất quan trọng trong sinh học vì nhiều phản ứng hóa sinh chỉ xẩy ra trongdung dịch nước.

Nước tinh khiết không dẫn điện Mặc dù vậy, do có tính hòa tan tốt, nước hay cótạp chất pha lẫn, thường là các muối, tạo ra các ion tự do trong dung dịch nước chophép dòng điện chạy qua

Về mặt hóa học, nước là một chất lưỡng tính, có thể phản ứng như một axit haybazơ Ở 7 pH (trung tính) hàm lượng các ion hydroxyt (OH-) cân bằng với hàm lượng

phản ứng như một chất kiềm:

HCl + H2O ↔ H3O+ + Cl

-Với ammoniac nước lại phản ứng như một axit:

NH3 + H2O ↔ NH4+ + OH

-III: SƠ ĐỒ CÔNG NGHỆ

1 Dây truyền sản xuất

Trang 14

Chú thích

2 Thuyết minh sơ đồ công nghệ

Hỗn hợp đầu được chứa trong thùng chứa (1) được bơm (2) bơm lên thùng cao vị(3), qua thiết bị gia nhiệt hỗn hợp đầu (4) tới nhiệt độ sôi để vào tháp chưng luyện (5)

ở đĩa tiếp liệu Tại đĩa tiếp liệu pha lỏng có thành phần xF và pha hơi được coi ở trạngthái cân bằng

Ở trong tháp, pha lỏng đi từ trên xuống tiếp xúc trực tiếp với hơi đi từ dưới lên.Tại đây xảy ra quá trình bốc hơi và ngưng tụ nhiều lần, nồng độ các cấu tử thay đổitheo chiều cao của tháp và nhiệt độ của hỗn hợp cũng thay đôỉ theo sự thay đổi củanồng độ

Khi bay hơi lên, ở đĩa (1) có các thành phần cấu tử dễ bay hơi (Axeton) là y1 Sụctrực tiếp vào lớp chất lỏng trên đĩa (1) có thành phần cấu tử dễ bay hơi ( Axeton ) làx1 với ( x1 < y1), trong hơi bao giờ cũng giầu cấu tử dễ bay hơi hơn lỏng Khi sụcvào đĩa 2, do hơi đĩa 1 sục vào lớp chất lỏng đĩa 2, mà nhiệt độ đĩa 2 nhỏ hơn nhiệt

độ đĩa 1 nên hơi đó sẽ bị ngưng tụ một phần cấu tử khó bay hơi ( Nước ), quá trìnhngưng tụ lại là quá trình toả nhiệt, và nhiệt này sẽ làm bay hơi một phần cấu tử dễ bayhơi trong đĩa 2 Do đó x2 > x1, y2 > y1 dẫn đến hơi đĩa 2 tiếp tục sục vào đĩa 3, quátrình này được xảy ra tương tự nhiều lần, cuối cùng trên đỉnh tháp ta thu được hỗn

Trang 15

hợp gồm hầu hết là cấu tử dễ bay hơi (Axeton) Hơi từ đỉnh tháp vào thiết bị ngưng tụhồi lưu (6), ở đây một phần hơi còn lại được đưa vào thiết bị làm nguội (7) để ngưng

tụ hoàn toàn sản phẩm rồi chuyển xuống thùng chứa sản phẩm đỉnh (8)

Chất lỏng hồi lưu đi từ trên xuống dưới gặp hơi có nhiệt độ cao đi từ dưới đi lên,một phần cấu tử có nhiệt độ sôi thấp lại bốc hơi đi lên, một phần cấu tử khó bay hơitrong pha hơi sẽ ngưng tụ đi xuống Do đó nồng độ cấu tử khó bay hơi trong pha lỏngngày càng tăng, cuối cùng ở đáy tháp ta thu được hỗn hợp lỏng gồm hầu hết là cấu tửkhó bay hơi ( Nước ) và một phần rất ít cấu tử dễ bay hơi (Axeton )

Đây là loại tháp chưng luyện liên tục nên hỗn hợp đầu và sản phẩm được lấy ra làliên tục

Trang 16

Các Ký Hiệu Thường Dùng Trong Bản Đồ Án.

+) GF : Lượng hỗn hợp đầu vào (Kmol/h)

+) GP : Lượng sản phẩm đỉnh (Kmol/h)

+) GW : Lượng sản phẩm đáy (Kmol/h)

- Các chỉ số F, P,W tương ứng chỉ đại lượng đó thuộc về hỗn hợp đầu, sản phẩmđỉnh, sản phẩm đáy của hỗn hợp Axeton và Nước

+) a : Nồng độ phần khối lượng (Kg Axeton / kg hỗn hợp )

+) x : Nồng độ phần mol (kmol Axeton/ kmol hỗn hợp )

+) M : Khối lượng mol phân tử ( kg / kmol )

+)µ : Độ nhớt Ns / m2

+) ρ : Khối lượng riêng ( kg / m3 )

- Các chỉ số A, B, x, y, hh : tương ứng chỉ đại lượng thuộc về Axeton, Nước,thành phần lỏng, thành phần hơi, hỗn hợp

- Ngoài ra các ký hiệu khác được định nghĩa tại chỗ

Trang 17

1 TINH TOÁN CÂN BẰNG VẬT LIỆU

1.1 Phương trinh cân bằng vật liệu toàn tháp

- Phương trình cân bằng vật liệu chung cho toàn tháp

GF = GP + GW (IX.16 – trang 144.II Sổ tay QTTB)

- Đối với cấu tử dễ bay hơi

GF.aF = GP.aP + GW.aw (IV.17 – trang 144.II Sổ tay QTTB)

- Lượng sản phẩm đỉnh là:

GP = GF

W P

W F

a a

Trang 18

a) Chuyển đổi nồng độ phần khối lượng sang nồng độ phần mol

-Trong đó

aA, aB : là nồng độ phần khối lượng của Axeton và Nước

MA, MB : là khối lượng mol phân tử của Axeton và Nước

Với MA= 58 Kg/ kmol ; MB = 18 Kg / kmol

0,3 58

F

A F F

a

M

a a

a

M

a a

a

M

a a

Trang 19

Để đơn giản cho việc thiếp lập đường làm việc của tháp chưng luyện, ta giả thiết:

- Dòng mol pha hơi đi từ dưới lên không đổi trên toàn bộ chiều cao của tháp Dòng mol pha lỏng đi từ trên xuống không đổi trong đoạn luyện và đoạn chưng, Tức thoa 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

°

≈ 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

Trang 20

D0.y = L0.x+ P.xP

⇔ ( L0 + P).y = L0.x+ P.xP

P

x P L

P x P L

L y

+

+ +

=

⇒

0 0

x R

R y

1

1 + + +

=

⇒

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

- Phương trình cân bằng vật liệu:

= +

=

P F w

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

+

−

− +

+

=

0 0

f x R

f R y

1

1 '

Trang 21

Y 0 60,3 72 80,3 82,7 84,2 85,5 86,9 88,2 90,4 94,3 100

Hình 1: Đồ thị cân bằng x-y hệ Axeton – nước

- Vẽ đường thẳng y =x , xác định xP, xF, xW trên đồ thị và vẽ đường cân bằng y= f(x)

Trang 22

đường song song với trục x cắt trục y tại B

Xác định trên đồ thị :y*F=0,7344( Phần mol)

F F

F P

x y

y x

c, Xác định chỉ số hồi lưu làm việc (R x )

Chỉ số hồi lưu làm việc thường được xác định thông qua chỉ số hồi lưu tối thiểu:

min

.

R= β R

Trong đó: β: hệ số dư hay hệ số hiệu chỉnh

Tính gần đúng ta lấy chỉ số hồi lưu làm việc bằng:

min (1, 2 2,5).

R= ÷ R

Ta biết Rmin, cho β biến thiên bất kì trong khoảng (1,2÷2,5), tính được R tươngứng Ở mỗi R tương ứng ta vẽ đường làm việc và vẽ các bậc thay đổi nồng độ lýthuyết N

Dưới đây là các đồ thị xác định số đĩa lí thuyết trên cơ sở đường cân bằng, x P, x F, x W

Đường làm việc đoạn luyện đi qua điểm (x P,y P) và cắt trục tung tại điểm có tung độ

B = , đường làm việc đoạn chưng đi qua giao điểm của đường làm việc đoạn luyện với đường x F =const và điểm (x W,y W) Vẽ các tam giác như hình ta thu được số đĩa

lý thuyết

Trang 23

β = 1,2 ; Nlt = 16

Trang 24

β = 1,4 ; Nlt = 12

Trang 25

β = 1,6 ; Nlt = 11

Trang 26

β = 1,8 ; Nlt = 10

Trang 27

β = 2,0 ; Nlt = 9

Trang 28

Trang 29

β = 2,2 ; Nlt = 9

W

β = 2,4 ; Nlt = 8

Trang 30

Trang 32

- Từ Bảng số liệu RX = 0,79296 thì RX(Nlt + 1) = 14,34368là bé nhất

Vậy Rth= 0,79296 ( Số đĩa lý thuyết là 8)

Phương trình đường nồng độ làm việc

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

=

x

P x

x

R

x x R

R L

L x R L

R

y 1. 1 .

+

− + +

Trang 33

2 TÍNH ĐƯỜNG KÍNH THÁP

Đường kính tháp được xác định theo công thức

D=0,0188

tb y y tb

g

) ( ρ ω , m (181-2)

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

ρy: khối lượng riêng trung bình Kg/m3

wy: tốc độ hơi đi trung bình trong tháp (m/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 đi trong đoạn luyện tính gần đúng bằng trung bình cộng củalượng hơi đi ra khỏi đĩa trên cùng của tháp và lượng hơi đi vào đĩa dưới cùng củađoạn luyện :

gd : Lượng hơi đi ra khỏi đĩa trên cùng của tháp (Kmol/h)

g1 : Lượng hơi đi vào đĩa dưới cùng của tháp (Kmol/h)

gtbL : Lượng hơi trung bình đi trong đoạn luyện (Kmol/h)

a.Lượng hơi đi ra khỏi đỉnh tháp :

gd = GR + GP = GP ( Rx+1 ) ( IX.92- tr181-STQTTB II )

GP : Lượng sản phẩm đỉnh (Kmol/h)

GR: Lượng chất lỏng hồi lưu (Kmol/h)

Thay số vào ta có : gd = 49,8961(0,79296+1)=89,4617 (Kmol/h)

b Lượng hơi đi vào đoạn luyện: (hệ phương trình tính theo phần mol)

Trang 34

g1r1 = g d r d

-Trong đó :

y1 : Hàm lượng hơi đi vào đĩa 1 của đoạn luyện ( phần mol )

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

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

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

Trang 35

2.1.2 Tính khối lượng riêng trung bình của đoạn luyện

a Đối với pha hơi :

Trang 36

T : Nhiệt độ làm việc trung bình của tháp (oK)

ytbA :Nồng độ phần mol của cấu tử Axeton lấy theo giá trị trung bình

Ta có y1 =0,62653 (phần mol ) đã tính được ở phương trình trên

Với ydA,ycA : Nồng độ tại 2 đầu đoạn luyện

Từ ytbA=0,7824 (phần mol) nội suy từ bảng IX.2a - tr145-II

ρ

− +

1

(kg / m3)(IX.104a-II.183)

-ρxtb: Khối lượng riêng trung bình của lỏng (kg / m3)

-ρxtbA, ρxtbB : Khối lượng riêng trung bình trong pha lỏng của Axeton và Nước lấy

theo nhiệt độ trung bình (kg/m3)

-atbA: Phần khối lượng trung bình của Axeton trong pha lỏng :

(phần mol)

Trang 37

Từ số liệu bảng IX.2a bằng phương pháp nội suy ta có :to

xtb=60,44935oC-txtb=60,44935oC nội suy bảng I.2 tr9-STQTTB I ta được:

ρ

− +

2.2.4 Tốc độ hơi đi trong tháp :

Tốc độ giới hạn trên tính theo công thức :

Y = 10 e-4X (IX.112-II.186)

Trang 38

Trong đó : 1/4 1/8

x

n x td td

G

G X

F d g

ρρ

- Gx, Gy : Lưu lượng lỏng và hơi đi trong tháp (Kmol/h)

- dtd : đường kính tương đương của lỗ hay rãnh

Trang 39

y x

2

 n 

x x

y td td

yt

F d g

w

µ

µρρ

Quy chuẩn đường kính đoạn luyện là 1 m

Thử lại điều kiện : Ta có :

.1,7735

LV

ω

Trang 40

Vậy đường kính đoạn luyện 1 m là phù hợp điều kiện.

2.2 Đường kính đoạn chưng

2.2.1 Lượng hơi trung bình đi trong đoạn chưng:

g’1: Lượng hơi đi vào đoạn chưng (KJ/Kmol)

Vì lượng hơi đi vào đoạn chưng bằng lượng hơi đi vào đoạn luyện g’n = g1 nên

1 1 1

1 1

' '

'

' '

r g r g

x G y g x G

G g G

w w w w

Định dạng
Số trang	113
Dung lượng	2,35 MB
File đính kèm	chưng luyện tháp đĩa lỗ.rar (876 KB)