Phương pháp chưng.doc

Phương pháp chưng.doc

Phần 1 : Giới Thiệu Chung

1.1 Mở Đầu.

Chng là phơng pháp dùng để tách các hỗn hợp chất lỏng (cũng nh các hỗn hợp khí đã hóa lỏng) thành những cấu tử riêng biệt, dựa trên độ bay hơi khác nhau của các cấu tử trong hỗn hợp Chúng ta có thể thực hiện nhiều ph-

ơng pháp chng khác nhau nh chng gián đoạn, chng liên tục, chng đơn giản, và chng đặc biệt (chng luyện hỗn hợp đẳng phí, chng phân tử, chng bằng hơi nớc trực tiếp, chng trích ly)

Ngày nay, chng đợc ứng dụng rộng rãi để tách các hỗn hợp:

+ Dầu mỏ, các tài nguyên đợc khai thác ở dạng lỏng

Trong quá trình sản xuất Axeton thờng kèm theo rất nhiều sản phẩm phụ

là Nớc Vì vậy, nồng độ cũng nh độ tinh khiết của Axeton không đợc cao Trong phần đồ án này sẽ trình bày thiết kế tháp chng luyện liên tục loại tháp

đệm để phân tách hỗn hợp Axeton – Nớc Hỗn hợp đầu gồm 2 cấu tử là Axeton và Nớc nên đợc gọi là chng luyện hỗn hợp 2 cấu tử Axeton – Nớc đ-

ợc phân tách thành hai cấu tử riêng biệt nhờ phơng pháp chng luyện liên tục

với tháp chng luyện là loại tháp đệm, làm việc ở áp suất thờng (1at) với hỗn hợp đầu vào đợc gia nhiệt đến nhiệt độ sôi.

Sau quá trình chng luyện, ta thu đợc sản phẩm đỉnh là cấu tử có độ bay hơi lớn hơn (Axeton) và một phần rất nhỏ cấu tử khó bay hơi hơn (Nớc) Sản phẩm đáy gồm chủ yếu cấu tử khó bay hơi (Nớc) và một phần rất ít cấu tử dễ bay hơi (Axeton)

Trong suốt quá trình tính toán và thiết kế, đợc sự hóng dẫn trực tiếp và

sự giúp đỡ nhiệt tình của ……cũng nh với sự nỗ lực và cố gắng của bản thân

bản đồ án thiết kế tháp chng luyện liên tục loại tháp đệm để phân tách Axeton – Nớc với các thông số nh nội dung đề tài đợc giao của em đã đợc hoàn thành với nội dung sau:

Phần 1 Giới thiệu chung.

Phần 2 Tính toán, thiết kế thiết bị chính.

Phần 3 Tính toán, thiết kế thiết bị phụ.

Phần 4 Kết luận chung.

Phần 5 Tài liệu tham khảo.

1.2 Thuyết minh dây chuyền sản xuất.

Nguyên liệu đầu đợc chứa trong thùng chứa (1) và đợc bơm (2) bơm lên thùng cao vị (3) Mức chất lỏng cao nhất ở thùng cao vị đợc khống chế bởi cửa 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 van và đồng hồ đo lu lợng Tại thiết bị đun nóng hỗn hợp đầu (4) (dùng hơi nớc bão hoà), hỗn hợp

đầu đợc gia nhiệt đến nhiệt độ sôi Sau khi đạt đến nhiệt độ sôi, hỗn hợp này

đợc đa vào đĩa tiếp liệu của tháp chng luyện loại tháp đệm (5) Trong tháp, pha lỏng đi từ trên xuống tiếp xúc với hơi đợc tạo thành ở thiết bị đun sôi đáy tháp (9) đi từ dới lên, 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 giàu cấu tử

dễ bay hơi, pha lỏng ngày càng giàu cấu tử khó bay hơi Cuối cùng trên đỉnh tháp ta sẽ thu đợc hầu hết là cấu tử dễ bay hơi (Axeton) và một phần rất nhỏ cấu tử khó bay hơi (Nớc) Hỗn hợp hơi này đợc đi vào thiết bị ngng tụ hồi lu (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 để hồi lu trở về

đỉnh tháp; phần còn lại đợc đa vào thiết bị làm lạnh (7) để làm lạnh đến nhiệt

độ cần thiết sau đó đi vào thùng chứa sản phẩm đỉnh (8) 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 (Axeton) lại bốc hơi đi lên, một phần cấu tử khó bay hơi (Nớc) 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), một phần rất ít cấu tử dễ bay hơi (Axeton) 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 (10), một phần đợc tận dụng đa

vào thiết bị gia nhiệt đáy tháp (9) dùng hơi nớc bão hòa Thiết bị gia nhiệt (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 các thiết bị gia nhiệt đợc tháo qua thiết bị tháo nớc ngng (11) đi xử lý.

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

1.3 Sơ đồ dây chuyền công nghệ.

4 5

1- Thùng chứa hỗn hợp đầu 2- Bơm

3- Thùng cao vị 4- Thiết bị gia nhiệt hỗn hợp đầu

5- Tháp chng luyện 6- Thiết bị ngng tụ hồi lu

7- Thiết bị làm lạnh sản phẩm đỉnh 8- Thùng chứa sản phẩm đỉnh

9- Thiết bị gia nhiệt đáy tháp 10- Thùng chứa sản phẩm đáy

11- Thiết bị tháo nớc ngng

1.4 Chế độ làm việc của tháp đệm.

Tùy thuộc vào vận tốc khí mà chế độ thủy động trong tháp đệm là chế

độ dòng, xoáy hay sủi bọt Chế độ dòng, vận tốc khí còn bé, lực hút phân tử lớn hơn lực ỳ nên chuyển khối đợc quyết định bằng khuếch tán phân tử Tăng dần vận tốc đến khi lực ỳ bằng lực phân tử quá trình chuyển khối đợc quyết

định không chỉ bằng khuếch tán phân tử mà còn có khuếch tán đối lu Chế độ thủy động chuyển sang chế độ quá độ Nếu tiếp tục tăng vận tốc khí lên nữa, ta

có chế độ xoáy và quá trình chuyển khối đợc quyết định bởi khuếch tán đối lu

Đến một giới hạn nào đó của vận tốc khí sẽ xảy ra hiện tợng đảo pha Lúc này chất lỏng sẽ choán toàn bộ tháp và trở thành pha liên tục, còn khí phân tán vào lỏng và trở thành pha phân tán Vận tốc khí ứng với điểm đảo pha gọi là vận tốc đảo pha Do khí sục vào lỏng nên tạo bọt

Theo thực nghiệm thì quá trình chuyển khối ở chế độ sủi bọt là tốt nhất, song trong thực tế tháp đệm chỉ làm việc ở vận tốc đảo pha, vì nếu tăng nữa sẽ rất khó đảm bảo quá trình ổn định Chế độ này, chất lỏng chảy thành màng bao quanh đệm, nên còn gọi là chế độ màng Do đó, trong thực tế tháp làm việc ở chế độ màng

1.5 Ưu, nhợc điểm của tháp đệm.

1.5.1 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 của tháp tơng đối rộng

1.5.2 Nhợc điểm của tháp đệm.

+ Khó làm ớt đều đệm

+ Tháp cao quá thì phân phối chất lỏng không đều

1.6 Bảng kê các ký hiệu thờng dùng trong 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 : tơng ứng chỉ đại lợng đó thuộc về hỗn hợp đầu, sản phẩm đỉnh, sản phẩm đáy

- a: nồng độ phần khối lợng của cấu tử dễ bay hơi, kg nớc/kg hỗn hợp

- x: nồng độ phần mol của cấu tử dễ bay hơi, kmol nớc/kmol hỗn hợp

- M: Khối lợng mol phân tử, kg/kmol

- à: độ nhớt, Ns/m2

- ρ: khối lợng riêng, kg/m3

- Các chỉ số A, N, x, y, hh: tơng ứng chỉ đại lợng thuộc về cấu tử axeton, nớc, thành phần lỏng, thành phần hơi và hỗn hợp

- Ngoài ra, các ký hiệu cụ thể khác đợc định nghĩa tại chỗ

Phần 2 : Tính toán, thiết kế thiết bị chính.

2.1.1 Tính cân bằng vật liệu.

- Phơng trình cân bằng vật liệu cho toàn tháp

- Đối với cấu tử dễ bay hơi:

- Lợng sản phẩm đỉnh là:

w p

w F

a a

a a F P

0 98 0

01 0 3 0

* 5800

w F

a a

a a F

M

a M a M

a x

( )

N

F A

F A F F

M

a M

a M

a x

− +

=

18

3 0 1 58

3

3 0

=

− +

N

P A

P A P P

M

a M

a M

a x

− +

=

18

98 0 1 58

98

98 0

=

− +

N

w A

w A w w

M

a M

a M

a x

− +

=

18

01 0 1 58

01

01 0

=

− +

F

/ 73 255 68 22

P

p

/ 23 31 52 55

1734 /

W

w

/ 39 224 12 18

4066

=

2.1.2 Xác định số bậc thay đổi nồng độ.

2.1.2.1 Xác định chỉ số hồi lu tối thiểu (R min )

Theo số liệu Bảng IX.2a (II.145) thành phần cân bằng lỏng (x) – hơi (y) và nhiệt độ sôi của hỗn hợp 2 cấu tử Axeton – Nớc ở 760 mmHg (% mol)

Rmin đợc tính theo công thức :

F F

F p x

x y

y x R

743 0 938 0

F p x

x y

y x R

 S tỷ lệ với (R + 1)

 V = H*S tỷ lệ với Nlt *(R + 1)

Giá thành tháp tỷ lệ với V, mà V tỷ lệ với Nlt(R + 1), giá thành tháp thấp nhất ứng với thể tích tháp nhỏ nhất Vì vậy cần phải chọn chế độ làm việc thích hợp cho tháp, tức là Rth

Hình 4: Đồ thị xác định số đĩa lý thuyết (B=1.95; Nlt=8

Hình 5: Đồ thị xác định số đĩa lý thuyết (B=2.2; N =7)

Hình 6: Đồ thị xác định số đĩa lý thuyết (B=5.26; Nlt=5)

Từ đó ta có bảng số liệu sau:

Bảng 2

Rth 0.39624 0.4212 0.6084 0.7176 1.64

Xây dựng đồ thị quan hệ giữa Rth – Nlt(Rth+1) Qua đồ thị ta thấy, với Rth =

1 thì Nlt(Rth + 1) là nhỏ nhất hay thể tích tháp nhỏ nhất Vậy ta có Rth = 1 (Đồ thị hình 7)

th

R

X x R

+Rth : chỉ số hồi lu thích hợp.

Thay số liệu vào ta có:

1 1

938 0 1 1

1 1

R y

th

P th

th L

yL = 0.5x + 0.469

2.1.2.4 Phơng trình đờng nồng độ làm việc của đoạn chng.

w th

th

f R

f y f R

R x

+

− + +

+

= 1 1 [IX.22 – II.158]

w th th

R

f x R

f R y

73

1 19 8 1 1

19 8 1 1

1

−

− +

+

= +

−

− +

+

R

f x R

f R

th th

th C

ω

0188 0

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.

2.2.1 Đờng kính đoạn luyện.

2.2.1.1 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 đoạn luyện, kg/h

*Lợng hơi ra khỏi đỉnh tháp:

gđ = R + P = P(Rth+1) [IX.92 - II.181]

gđ = 1734(1 + 1)

gđ = 3468 kg/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 = G1 + Gp

g1.y1 = G1.x1 + Gp.xp [II.182]

g1.r1 = gđ.rđ

+y1: hàm lợng hơi đi vào đĩa 1 của đoạn luyện, phần khối lợng.

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

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

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

x1 = xF = 0.117 phần mol tơng đơng với 0.3 phần khối lợng

g1 = 2207.86 kg/h

G1 = 473.86 kg/h

y1 = 0.834 phần khối lợng Thay y1 = 0.834 vào r1 ta đợc:

2.2.1.2 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 N

y tb

− +

=

Trong đó:

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

ytb1: nồng độ phần mol của Axeton lấy theo giá trị trung bình

2

1 1 1

c d tb

y y

609 0 18

834 0 1 58

834

834 0

609 0 938 0 2

1 1

tb

y y

* 273

* 4 22

).

1 (

1 1

T

M y M

y tb A tb N

y tb L

− +

= ρ

3 339

* 4 22

18

* ) 774 0 1 ( 58

* 774

=

L tb

y

* Khối lợng riêng trung bình đối với pha lỏng:

2 1 1

1 1 1

tb tb

tb x

tb x

a a

ρ ρ

ρ

− +

= , kg/m3 [IX.104a - II.183]Trong đó:

ρ : khối lợng riêng trung bình của Axeton và Nớc của pha lỏng lấy

theo nhiệt độ trung bình, kg/m3

1 = F + P = + =

tb

a a

2

938 0 117 0 2

tb

x x

39 745

− +

=

2 1 1

1 1 1

tb tb

tb x

tb x

a a

ρ ρ

37 816

=

⇒ ρx tb kg/m3

2.2.1.3 Tính tốc độ hơi đi trong tháp.

Đối với tháp đệm khi chất lỏng chảy từ trên xuống và pha hơi đi từ dới lên chuyển động ngợc chiều có thể xảy ra bốn chế độ thuỷ động: Chế độ chảy màng, chế độ quá độ, chế độ xoáy và chế độ sủi bọt Chế độ sủi bọt thì pha lỏng chiếm toàn bộ thể tích tự do và nh vậy pha lỏng là pha liên tục Nếu tăng tốc độ lên thì tháp bị sặc Trong phần tính toán này ta tính tốc độ hơi của tháp dựa vào tốc độ sặc của tháp

Tốc độ hơi đi trong tháp đệm

.

2

 

=

n

x x d

y d s

tb

tb

V g

Y

à

à ρ

ρ σ ω

[II.187]

8 / 1 4

/ 1

x

G

G X

Gx, Gy: lợng lỏng và lợng hơi trung bình, kg/s

tb

tb y

x ρ

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 20oC, Ns/m2

* Tính G x , G y :

Ta có: Gy = gtb = 2837.93 kg/h

788 0 3600

93

=

93 1103 2

86 473 1 1734 2

2

93

816

76 1 788 0

307 0

8 / 1 4

/ 1 8

/ 1 4

/ 1

x

G

G X

ρ ρ

Khối lợng riêng xốp, ρđ, kg/m3

Từ công thức:

16 , 0 3

.

2

 

=

n

x x d

y d s

tb

tb

V g

Y

à

à ρ

ρ σ ω

3 3

3 16

, 0

3 2

10

* 005 1

10

* 321 0

* 76 1

* 310

37 816

* 71 0

* 81 9

* 2768 0

.

.

x d s

tb

tb

V g Y

à

à ρ σ

ρ ω

* 76 1

93 2837 0188

0

0188

=

tb y y

tb L

g D

ω

Quy chuẩn đờng kính đoạn luyện là DL = 0.8 m

* Thử lại điều kiện làm việc thực tế.

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

8905 0 76

1

* 8 0

0188 0

* 93 2837

8905

Vậy chọn đờng kính là 0.8 m có thể chấp nhận đợc

* Kiểm tra cách chọn đệm.

3

10

* 16 9 310

71 0

* 4

V d

34 87 10

* 16 9

8 0

Vậy cách chọn đệm và đờng kính tháp của đoạn luyện nh vậy là chấp nhận đợc yêu cầu của bài toán và phù hợp với quá trình tính toán

2.2.2 Đờng kính đoạn chng:

2.2.2.1 Lợng hơi trung bình đi trong đoạn chng.

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’

Lợng hơi đi vào đoạn chng g’

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

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

* ) 03618 0 1 ( 58

* 03618 0

58

* 03618 0

1

− +

=

a

71 2261

785 1542 2

71 877 86 2207 2

1 ' 1

2.2.2.2 Tính khối lợng riêng trung bình.

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

273

*

* 4 22

).

1 (

1 1

T

M y M

y tb A tb N

y tb

− +

=

Trong đó:

T: nhiệt độ làm việc trung bình của pha hơi trong đoạn chng, 0K

ytbc: nồng độ phần mol của Axeton lấy theo giá trị trung bình

2

1

1 c d tb

y y

47095 0 2

834 0 1079 0 2

).

1 (

1 1

T

M y M

y tb A tb N

y tb C

− +

= ρ

7 355

* 4 22

18

* ) 47095 0 1 ( 58

* 47095

1 1 1

tb tb

tb x

tb x

a a

ρ ρ

ρ

− +

ρ : khối lợng riêng trung bình của Axeton và Nớc của pha lỏng lấy

theo nhiệt độ trung bình, kg/m3

a tb1: phần khối lợng trung bình của Axeton trong pha lỏng

2

' 1

1

a a

02738 0 3 0 2

' 1

' 1

1

x x

02738 0 1 58

02738

02738 0

0087 0 117 0 2

t : nhiệt độ trung bình của đoạn chng theo pha lỏng

Với x tb C = 0 0629phần mol Dựa vào đồ thị quan hệ x – t0 ta đợc

C

t x0tb = 75 8 0

ứng với t x0tb = 75 8 0C Nội suy theo Bảng I.2 [I.9] ta đợc:

67 724

=

2 1 1

1 1 1

tb tb

tb x

tb x

a a

ρ ρ

ρ 7240.1637.67 +1−9740.1637.31 =0.0010839

3 922

=

2.2.2.3 Tốc độ hơi đi trong đoạn chng.

Đối với tháp đệm khi chất lỏng chảy từ trên xuống và pha hơi đi từ dới lên chuyển động ngợc chiều có thể xảy ra bốn chế độ thuỷ động; Chế độ chảy màng, chế độ quá độ, chế độ xoáy và chế độ sủi bọt ở chế độ sủi bọt thì pha lỏng chiếm toàn bộ thể tích tự do và nh vậy pha lỏng là pha liên tục Nếu tăng tốc độ lên thì tháp bị sặc Trong phần tính toán này ta tính tốc độ hơi của tháp dựa vào tốc độ sặc của tháp

Tốc độ hơi đi trong tháp đệm

.

2

 

=

n

x x d

y d s

tb

tb

V g

Y

à

à ρ

ρ σ ω

[II.187]

8 / 1 4

/ 1

x

G

G X

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 20oC, Ns/m2

* Tính G x , G y :

Ta có Gy = g’tb = 1542.785 kg/h

4286 0 3600

785

473 5800 2

' 1

558 1 3600

785

922

26 1 4286 0

558 1

8 / 1 4

/ 1 8

/ 1 4

/ 1

x

G

G X

ρ ρ

.

2

 

=

n

x x d

y d s

tb

tb

V g

Y

µ

µ ρ

ρ σ ω

[II.187]

16 , 0 3 3

3 16

, 0

3 2

10

* 005 1

10

* 366 0

* 26 1 310

3 922

* 71 0

* 81 9

* 1065 0

.

.

x d s

tb

tb

V g Y

à

à ρ σ

ρ ω

* 26 1

785 1542 0188

0

0188

=

tb y y

tb C

g D

ω

Quy chuẩn đờng kính đoạn luyện là DC = 0.8 m

* Thử lại điều kiện làm việc thực tế:

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

68 0 26

1 8 0

0188 0

* 785 1542

68

Vậy chọn đờng kính là 0.8 m có thể chấp nhận đợc

* Kiểm tra cách chọn đệm:

3

10

* 16 9 310

71 0

* 4

=

d

d td

V d

34 87 10

* 16 9

8 0

Vậy với kết quả tính toán đợc và so với điều kiện thực tế thì ta lấy đờng kính phần chng và đệm là 0.8 m nh đã chọn là hợp lý.

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

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

2.3.1 Tính chiều cao đoạn luyện.

2.3.1.1 Tính chiều cao của một đơn vị chuyển khối:

Chiều cao của một đơn vị chuyển khối của tháp đệm phụ thuộc vào đặc trng của đệm và trạng thái pha, đợc xác định theo công thức

2

G

G m h h

x

y

Trong đó:

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

σ ψ

5 , 0 25 , 0 3 / 2

Pr

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

F

V

U = :là mật độ tới thực tế, m3/m2.h

Utt = B.σđ :là mật độ tới thích hợp, m3/m2.hTrong đó:

* 14 3 4

93

G V

69 2 5027 0

35

69 2

Tra [hình IX.16 - II.178] ta đợc ψL = 0.15

* Xác định chuẩn số Reynon:

+ Chuẩn số Reynon của pha hơi:

d y

s y

ω ρ

.

4 , 0

Ta có ày = àhh đợc tính theo:

N

N A

A hh

M

à à

m1, m2: nồng độ của Axeton 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 = y1, m2 = y2 = 1 - y1

Thay vào ta có:

N

N A

A hh

N

M y

à à

à

1

N 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

− +

− +

− +

=

⇒

N A N A hh

a a

a a

à à à à

( ) 0 774 * 58 ( 1 0 774 ) * 18

58

* 774 0

1

1 1

1

⇒

N tb A

tb

A tb

M y M

y

M y a

10

* 011 0

917 0 1 10

* 0085 0

917 0

* 10

* 00866 0

33 1 76 1

* 4 0

+ Chuẩn số Reynon của pha lỏng:

x d t

x x

* 321 0

* 310

* 5027 0

307 0

* 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

T: nhiệt độ trung bình của hơi, 0K

P: áp suất chung của hơi, P = 1at

MA = 78 kg/kmol

MN = 18 kg/kmol

vA, vN: thể tích mol của hơi Axeton và Nớc, cm3/mol

74 6

1 ) 9 18 74 (

1

) 3 339 (

* 10

* 0043 0

2

5 , 1 4

* 54 1 76 1

10

* 00866 0

y y

y y

D

ρ à

+ Chuẩn số Pran của pha lỏng:

x x

x x

005 1 2 , 0

N A n

N A

v v B A

M M D

* 005 1

* 7 4

18

1 58

1 10 1

−

−

= +

16 178 10

* 207 2

* 37 816

10

* 321 0

x x

x x

D

ρ à

σ ψ

3 / 2 25

0

310

* 15 0

* 123 0

71 0

=

h

h1 = 0.251 m

5 , 0 25 , 0 3 / 2

0 3

/ 2 3

37 816

10

* 321 0

* 256

y y tg m

y y

y y

d

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∈ {0.117; 0.938} ta tìm đợc một giá trị của

y* tơng ứng và theo đờng làm việc của đoạn luyện y = 0.5x + 0.469 ta xác định

đợc y