Thiết kế hệ thống chưng luyện liên tục loại tháp đĩa lỗ có ống chảy chuyền để phân tách hỗn hợp

MỤC LỤC ĐỒ ÁN MÔN HỌC QUÁ TRÌNH THIẾT BỊ 1 LỜI MỞ ĐẦU 3 PHẦN I: GIỚI THIỆU CHUNG 5 1. LÝ THUYẾT VỀ CHƯNG LUYỆN: 5 1.1. Phương pháp chưng luyện: 5 1.2. Thiết bị chưng luyện: 6 2. GIỚI THIỆU VỀ HỖN HỢP ĐƯỢC CHƯNG LUYỆN: 6 2.1. Metylic: 6 2.2. Etylic 6 2.3. Vẽ và thuyết minh dây chuyền sản xuất: 7 PHẦN II: TÍNH TOÁN THIẾT BỊ CHÍNH 9 2.1.Tính toán cân bằng vật liệu toàn thiết bị: 9 2.2. TÍNH ĐƯỜNG KÍNH THÁP 25 2.3. TÍNH CHIỀU CAO THÁP 35 2.4. TÍNH TRỞ LỰC THÁP 49 2.5. TÍNH CÂN BẰNG NHIỆT LƯỢNG 52 CHƯƠNG 3: TÍNH TOÁN CƠ KHÍ 60 3.1. TÍNH TOÁN THÂN THÁP: 60 3.2. TÍNH ĐÁY VÀ NẮP THIẾT BỊ 63 3.3. CHỌN MẶT BÍCH 65 3.4. TÍNH ĐƯỜNG KÍNH CÁC ỐNG DẪN 66 3.5. TÍNH VÀ CHỌN GIÁ ĐỠ, TAI TREO 71 CHƯƠNG 4: TÍNH TOÁN THIẾT BỊ PHỤ 77 4.1 TÍNH TOÁN THIẾT BỊ GIA NHIỆT HỖN HỢP ĐẦU 77 4.2. TÍNH BƠM VÀ THÙNG CAO VỊ 87 KẾT LUẬN 101 TÀI LIỆU THAM KHẢO 102 LỜI MỞ ĐẦU Ngày nay với sự phát triển không ngừng nghỉ của khoa học kỹ thuật, máy móc công nghệ không ngừng được nâng cao tạo ra các sản phẩm thỏa mãn các nhu cầu khắt khe nhất của thị trường. Nghành công nghiệp hóa chất cũng không nằm ngoài xu thế đó, càng ngày sản phẩm của ngành công nghiệp này càng đòi hỏi sự tinh khiết, chất lượng hoàn hảo phù hợp với nhu cầu sản xuất sử dụng của con người. Để tạo ra loai sản phẩm hóa chất có tính tinh khiết cao, đảm bảo tăng nồng độ chất tan trong dung dịch, phù hợp yêu cầu người ta có rất nhiều cách để tạo ra chúng, một trong những cách đó là sử dụng phương pháp chưng luyện, tạo ra tăng nồng độ sản phẩm mong muốn. Chưng là phương pháp dùng để tách các hỗn hợp chất lỏng (cũng như 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 phương pháp chưng khác nhau như chưng gián đoạn, chưng liên tục, chưng đơn giản, và chưng đặc biệt (chưng luyện hỗn hợp đẳng phí, chưng phân tử, chưng bằng hơi nước trực tiếp, chưng trích ly). Ngày nay, chưng luyện được ứng dụng rộng rãi để tách các hỗn hợp: + Dầu mỏ, các tài nguyên được khai thác ở dạng lỏng. + Không khí hóa lỏng. + Quá trình tổng hợp hữu cơ thường cho sản phẩm ở dạng hỗn hợp chất lỏng. Ví dụ: sản xuất metanol, etylen… + Công nghệ sinh học thường cho sản phẩm là hỗn hợp chất lỏng như etylicnước từ quá trình lên men. Khi chưng, hỗn hợp đầu chứa bao nhiêu cấu tử thì ta thu được bấy nhiêu cấu tử sản phẩm. Để có thể thu được sản phẩm đỉnh tinh khiết ta tiến hành chưng nhiều lần hay còn gọi là chưng luyện.

BỘ CÔNG THƯƠNG

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM ĐỘC LẬP- TỰ DO- HẠNH PHÚC

ĐỒ ÁN MÔN HỌC QUÁ TRÌNH THIẾT BỊ

NỘI DUNG: Thiết kế hệ thống chưng luyện liên tục loại tháp đĩa lỗ có ống

chảy chuyền để phân tách hỗn hợp: Metylic- etylic với các số liệu ban đầu nhưsau:

- Năng suất hỗn hợp đầu = 5,78 tấn/h

- Nồng độ cấu tử dễ bay hơi : + hỗn hợp đầu aF= 32,8% khối lượng + hỗn hợp đỉnh ap=79,1% khối lượng

MỤC LỤC

ĐỒ ÁN MÔN HỌC QUÁ TRÌNH THIẾT BỊ 1

LỜI MỞ ĐẦU 3

PHẦN I: GIỚI THIỆU CHUNG 5

1 LÝ THUYẾT VỀ CHƯNG LUYỆN: 5

1.1 Phương pháp chưng luyện: 5

1.2 Thiết bị chưng luyện: 6

2 GIỚI THIỆU VỀ HỖN HỢP ĐƯỢC CHƯNG LUYỆN: 6

2.1 Metylic: 6

2.2 Etylic 6

2.3 Vẽ và thuyết minh dây chuyền sản xuất: 7

PHẦN II: TÍNH TOÁN THIẾT BỊ CHÍNH 9

2.1.Tính toán cân bằng vật liệu toàn thiết bị: 9

2.2 TÍNH ĐƯỜNG KÍNH THÁP 25

2.3 TÍNH CHIỀU CAO THÁP 35

2.4 TÍNH TRỞ LỰC THÁP 49

2.5 TÍNH CÂN BẰNG NHIỆT LƯỢNG 52

CHƯƠNG 3: TÍNH TOÁN CƠ KHÍ 60

3.1 TÍNH TOÁN THÂN THÁP: 60

3.2 TÍNH ĐÁY VÀ NẮP THIẾT BỊ 63

3.3 CHỌN MẶT BÍCH 65

3.4 TÍNH ĐƯỜNG KÍNH CÁC ỐNG DẪN 66

3.5 TÍNH VÀ CHỌN GIÁ ĐỠ, TAI TREO 71

CHƯƠNG 4: TÍNH TOÁN THIẾT BỊ PHỤ 77

4.1 TÍNH TOÁN THIẾT BỊ GIA NHIỆT HỖN HỢP ĐẦU 77

4.2 TÍNH BƠM VÀ THÙNG CAO VỊ 87

KẾT LUẬN 101

TÀI LIỆU THAM KHẢO 102

LỜI MỞ ĐẦU

Ngày nay với sự phát triển không ngừng nghỉ của khoa học kỹ thuật, máy móc công nghệ không ngừng được nâng cao tạo ra các sản phẩm thỏa mãn các nhu

cầu khắt khe nhất của thị trường Nghành công nghiệp hóa chất cũng khôngnằm ngoài xu thế đó, càng ngày sản phẩm của ngành công nghiệp này càng đòihỏi sự tinh khiết, chất lượng hoàn hảo phù hợp với nhu cầu sản xuất sử dụngcủa con người.

Để tạo ra loai sản phẩm hóa chất có tính tinh khiết cao, đảm bảo tăng nồng độchất tan trong dung dịch, phù hợp yêu cầu người ta có rất nhiều cách để tạo ra

chúng, một trong những cách đó là sử dụng phương pháp chưng luyện, tạo ra

tăng nồng độ sản phẩm mong muốn Chưng là phương pháp dùng để tách cáchỗn hợp chất lỏng (cũng như các hỗn hợp khí đã hóa lỏng) thành những cấu tửriêng biệt, dựa trên độ bay hơi khác nhau của các cấu tử trong hỗn hợp Chúng

ta có thể thực hiện nhiều phương pháp chưng khác nhau như chưng gián đoạn,chưng liên tục, chưng đơn giản, và chưng đặc biệt (chưng luyện hỗn hợp đẳngphí, chưng phân tử, chưng bằng hơi nước trực tiếp, chưng trích ly)

Ngày nay, chưng luyện được ứng dụng rộng rãi để tách các hỗn hợp:

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

Là một kỹ sư hóa chất trong tương lai, chúng em đã được trang bị rất nhiềunhững kiến thức cơ bản về các quá trình thiết bị của công nghệ sản xuất nhữngsản phẩm hóa học, để củng cố những kiến thức đã học, cũng như để phát huytrình độ độc lập sáng tạo giải quyết một vấn đề cụ thể của sinh viên trong thực

tế sản xuất, chinh vì vậy khi được nhận bản đồ án quá trình thiết bị này là một

cơ hội tốt để cho chúng em được tìm hiểu về các quá trình công nghệ, được vậndụng những kiến thức đã được học và mở rộng vốn kiến thức của mình, từ đócho chúng em cái nhìn cụ thể hơn về ngành nghề mình đã lựa chọn

Bản đồ án này không chỉ làm sáng tỏ thêm lý thuyết, nắm vững phương pháptính toán và nguyên lý vận hành thiết bị, mà đây chính là một cơ hội tốt để sinhviên tập dượt giải quyết những vấn đề cụ thể trong thực tế sản xuất

Để hoàn thành được bản đồ án này em xin gửi lời cám ơn chân thành nhất đến

các thầy cô khoa Công Nghệ Hóa, đặc biệt là thầy giáo Nguyễn Văn Mạnh đã

tận tình hướng dẫn, chỉ bảo, tạo điều kiện thuận lợi cho chúng em làm đồ án

Do thời gian và kiến thức bản thân em còn hạn chế nên bản đồ án không tránhkhỏi những thiếu sót em rất mong nhận được sự góp ý, những lời nhận xét vàsửa chữa của thầy cô để bản đồ án của em được hoàn chỉnh hơn

Một lần nữa em xin chân thành cám ơn.

PHẦN I: GIỚI THIỆU CHUNG

1 LÝ THUYẾT VỀ CHƯNG LUYỆN:

1.1 Phương pháp chưng luyện:

Chưng luyện là một phương pháp nhằm để phân tách một hỗn hợp khí đã hóalỏng dựa trên độ bay hơi tương đối khác nhau giữa các cấu tử thành phần ở cùngmột áp suất

Phương pháp chưng luyện này là một quá trình trong đó hỗn hợp được bốc hơi

và ngưng tụ nhiều lần Kết quả cuối cùng ở đỉnh tháp ta thu được một hỗn hợpgồm hầu hết các cấu tử dễ bay hơi và nồng độ đạt yêu cầu Phương pháp chưngluyện cho hiệu suất phân tách cao, vì vậy nó được sử dụng nhiều trong thực tế.Dựa trên các phương pháp chưng luyện liên tục, người ta đưa ra nhiều thiết bịphân tách đa dạng như tháp chóp, tháp đĩa lỗ không có ống chảy truyền, thápđĩa lỗ có ống chảy truyền, tháp đệm… Cùng với các thiết bị ta có các phươngpháp chưng cất là:

a Áp suất làm việc:

- Chưng cất ở áp suất thấp

- Chưng cất ở áp suất thường

- Chưng cất ở áp suất cao

Nguyên tắc của phương pháp này là dựa trên nhiệt độ sôi của các cấu tử: nếunhiệt độ sôi của các cấu tử quá cao thì giảm áp suất làm việc để giảm nhệt độsôi của các cấu tử

b.Nguyên lý làm việc: có thể làm việc theo nguyên lý liên tục hoặc gián đoạn:-Chưng gián đoạn: phương pháp này được sử dụng khi:

Nhiệt độ sôi của các cấu tử khác xa nhau

Không cần đòi hỏi sản phẩm có độ tinh khiết cao

Tách hỗn hợp lỏng ra khỏi tạp chất không bay hơi

Tách sơ bộ hỗn hợp nhiều cấu tử

- Chưng liên tục: là quá trình được thực hiện liên tục nghịch dòng và nhiềuđoạn

1.2 Thiết bị chưng luyện:

Trong sản xuất thường sử dụng rất nhiều loại tháp khác nhau nhưng chúng đều

có một yêu cầu cơ bản là diện tích tiếp xúc bề mặt pha lớn

Tháp chưng luyện phong phú về kích cỡ và ứng dựng Các tháp lớn thườngđược sử dụng trong công nghệ lọc hóa dầu Đường kính tháp phụ thuộc vàolượng pha lỏng và lượng pha khí, độ tinh khiết của sản phẩm Mỗi loại thápchưng lại có cấu tạo riêng, có ưu điểm và nhược điểm khác nhau, vậy ta phảichọn loại tháp nào cho phù hợp với hỗn hợp cấu tử cần chưng và tính toàn kích

cỡ của thết bị cho phù hợp với yêu cầu

Trong đồ án này em được giao thiết kế tháp chưng luyện liên tục loại tháp đĩa lỗ

có ống chảy truyền để phân tách hỗn hợp hai cấu tử là metylic – etylic, chế độlàm việc ở áp suất thường với hỗn hợp đầu vào ở nhiệt độ sôi

2 GIỚI THIỆU VỀ HỖN HỢP ĐƯỢC CHƯNG LUYỆN:

Metylic là chất lỏng linh động và không màu, hòa tan trong nước theo bất cứ tỷ

lệ nào Nhiệt độ sôi 67.40C , Metylic là chất độc đói với cơ thể, nếu uống từ 8đến 10g thì có thể bị ngộ độc, mát bị rối loạn và có thể mù lòa

Etylic cũng là chất lỏng linh động không màu và có thể hòa tan vô hạntrong nước Nhiệt độ sôi của nó là 78.40C, Etylic được ứng dụng rất nhiều trongcông nghiệp, đời sống hàng ngày Metylic – Etylic là sản phẩm của quá trình lênmen hoặc quá trình tổng hợp khác, 2 chất này ở trạng thái bình thường là chấtlỏng không liên kết, có độ bay hơi khác nhau ở đây metylic bay hơi trước donhiệt độ sôi của nó thấp hơn của etylic Hỗn hợp ăn mòn yếu nên trong quá trìnhlựa chọn thiết bị để chưng luyện thì ta nên sử dụng loại thép các bon thường đểtránh lãng phí

2.3 Vẽ và thuyết minh dây chuyền sản xuất:

2.3.1.Dây chuyền sản xuất:

Hình 1.1 Sơ đồ dây chuyền công nghê chưng luyện liên tục

CHÚ THÍCH:

6 Thiết bị ngưng tụ hồi lưu

THUYẾT MINH:

Dung dịch đầu ở thùng (1) được bơm (2) bơm liên tục lên thùng cao vị (3), mứcchất lỏng cao nhất ở thùng cao vị được khống chế nhờ ống chảy tràn, từ thùngcao vị dung dịch được đưa vào thiết bị đun nóng (4) qua lưu lượng kế (11), ởđây dung dịch được đun nóng đến nhiệt độ sôi bằng hơi nước bão hoà, từ thiét

bi gia nhiệt (4) dung dịch được đưa vào tháp chưng luyện (5) nhờ đĩa tiếp liệu,trong tháp hơi đi từ dưới lên gặp chất nỏng đi từ trên xuống, nhiệt độ và nồng

độ các cấu tử thay đổi theo chiều cao của tháp Vì vậy hơi từ đĩa phía dưới lênđĩa phía trên, các cấu tử có nhiệt độ sôi cao sẽ được ngưng tụ lại và cuối cùngtrên đỉnh ta thu được hỗn hợp gồm hầu hết các cấu tử dễ bay hơi Hơi đó đi vàothiết bị ngưng tụ hồi lưu (6), ở đây nó được ngưng tụ lại

Một phần chất lỏng đi qua thiết bị làm lạnh (7) để làm lạnh đến nhiệt độ cầnthiết rồi đi vào thùng chứa sản phẩm đỉnh (8), một phần khác hồi lưu về tháp ởđĩa trên cùng

Chất lỏng đi từ trên xuống gặp hơi có nhiệt độ cao hơn, một phần cấu tử cónhiệt độ sôi thấp được bốc hơi và do đó nồng độ cấu tử khó bay hơi trong chấtlỏng ngày càng tăng và cuối cùng ở đáy tháp ta thu dược hỗn hợp lỏng gồm hầuhết là cấu tử khó bay hơi Chất lỏng đi ra khỏi tháp được làm lạnh rồi đi vàothùng chứa sản phẩm đáy (10) Như vậy với thiết bị làm việc liên tục thì hỗnhợp đầu được đưa vào liên tục và sản phẩm cũng được tháo ra liên tục

PHẦN II: TÍNH TOÁN THIẾT BỊ CHÍNH

2.1.Tính toán cân bằng vật liệu toàn thiết bị:

F : lượng nguyên liệu đầu (kmol/h)

P : lượng sản phẩm đỉnh (kmol/h)

W: lượng sản phẩm đáy (kmol/h)

xF: nồng độ phần mol của cấu tử dễ bay hơi trong hỗn hợp đầu

xP: nồng độ phần mol của cấu tử dễ bay hơi trong sản phẩm đỉnh

xW: nồng độ phần mol của cấu tử dễ bay hơi trong sản phẩm đáy

+ Số mol pha hơi đi từ dưới lên là bằng nhau trong tất cả mọi tiết diện của tháp.+ Số mol chất lỏng không thay đổi theo chiều cao đoạn chưng và đoạn luyện.+ Hỗn hợp đầu đi vào tháp ở nhiệt độ sôi

+ Chất lỏng ngưng tụ trong thiết bị ngưng tụ có thành phần bằng thành phần củahơi đi ra ở đỉnh tháp

+ Cấp nhiệt ở đáy tháp bằng hơi đốt gián tiếp

F: Năng suất thiết bị tính theo hỗn hợp đầu = 5870 kg/h

Thiết bị làm việc ở áp suất thường (P = 1 at)

Tháp chưng loại: tháp đĩa lỗ có ống chảy truyền

Điều kiện:

MB: Khối lượng phân tử của Etylic = 46 (kg/kmol)

- Theo phương trình cân bằng vật liệu cho toàn tháp:

W = W

M W=

3485

2.1.1 Tính chỉ số hồi lưu tối thiểu:

Từ số liệu bảng IX.2a (Sổ tay QT&TBCNHC-2 trang 150) ta có thành phần

cân bằng lỏng hơi của metylic – etylic được cho theo bảng sau :

XF XP

X

- Tính yF* có xF= 0,412 ( phần mol)

- Chỉ số hồi lưu tối thiểu của tháp chưng luyện Rmin :





= 2,67

- Tính chỉ số hồi lưu thích hợp

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

số bậc của tháp lớn hơn nhưng tiêu tốn lượng hơi đốt ít, ngược lại khi chỉ số hồilưu lớn thì số bậc tháp ít hơn nhưng tiêu tốn hơi đốt lớn

Rth : chỉ số hồi lưu thích hợp được tính theo tính chất thể tích tháp nhỏ nhất

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

→ Chỉ số hồi lưu thích hợp Rx = β Rmin

β : hệ số hiệu chỉnh ( )

được một giá trị Nlt

β = 1,4→ Rx =3,738 B= 0,178

XW XF XP

→ Số đĩa lý thuyết N = 28

β = 1,5→ Rx =4,005 B= 0,169

XW XF XP

→ Số đĩa lý thuyết N = 26

β = 1,7→ Rx =4,539 B= 0,153

XW XF XP

→ Số đĩa lý thuyết N = 23

β = 1,8 → Rx =4,806 B= 0,14554

XW XF XP

→ Số đĩa lý thuyết N = 22

β = 2,0 → Rx =5,34 B= 0,1333

XW XF XP

→ Số đĩa lý thuyết N = 21

β = 2,2 → Rx =5,874 B= 0,123

XW XF XP

→ Số đĩa lý thuyết N = 20

β = 2,4 → Rx =6,408 B= 0,114

XW XF XP

→ Số đĩa lý thuyết N = 19

β = 2,5 → Rx =6,675 B= 0,11

XW XF XP

→ Số đĩa lý thuyết N = 19

2.1.4.Số đĩa lý thuyết.

Với Rth = 4,272 xác định được số đĩa lí thuyết Nlt = 24

Trong đó: Số đĩa đoạn chưng là 18

Số đĩa đoạn luyện là 6

2.1.5.Phương trình đường nồng độ làm việc:

Phương trình đường nồng độ làm việc đoạn luyện:

P

x R

Vtb: lượng hơi khí trung bình đi trong tháp (m3/h)

ωtb: tốc độ hơi (khí) trung bình đi trong tháp (m/s)

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

y y tb

(ρ ) : tốc độ hơi (khí) trung bình đi trong tháp (kg/m3.s)

2.2.1.Lượng hơi trung bình các dòng pha đi trong tháp.

Vì lượng hơi và lượng lỏng thay

đổi theo chiều cao tháp và khác

nhau trong mỗi đoạn cho nên phải

tính lượng hơi trung bình cho từng

đoạn

Hỉnh 2.18.Để xác định lượng hơi trung bình đi trong tháp chưng luyện

1 Xác định lượng hơi trung bình đi trong đoạn luyện:

Lượng hơi trung bình đi trong đoạn luyện có thể tính gần đúng bằng trung bìnhcộng của lượng hơi đi ra khỏi đĩa trên cùng của tháp và lượng hơi đi vào đĩadưới cùng của đoạn luyện:

gđ: lượng hơi đi ra khỏi đĩa trên cùng của tháp (kg/h hay kmol/h)

Lượng hơi ra khỏi tháp gđ:

Suy ra:

đối với đĩa thứ nhất của đoạn luyện được xác định theo hệ phương trình của cânbằng vật liệu và cân bằng nhiệt lượng sau:

r1: ẩm nhiệt hóa hơi đi vào đĩa luyện thứ nhất (kcal/mol)

r1 = rA.y1 + (1- y1) rB

rđ = rA.yđ + (1- yđ) rB

yđ = yP (phần khối lượng)

rA: ẩm nhiệt hóa hơi của nước

rB: ẩm nhiệt hóa hơi của etylic

Xác định ẩn nhiệt hóa hơi của hỗn hợp đi ra khỏi đỉnh tháp:

Từ số liệu bảng IX.2a (Sổ tay QT&TBCNHC-2 trang 150) ta xác định được:nhiệt độ sôi của hỗn hợp đầu tF =72,63C ứng với x1= xF = 0,412

nhiệt độ sôi của hỗn hợp đỉnh tP =66,45C ứng với yP= xP =0,845

Xác định ẩm nhiệt hóa hơi của hỗn hợp đi ra khỏi đỉnh tháp:

Áp dụng công thức nội suy:

r = r + \f(r-r,t-t (t -t)

Xác định ẩm nhiệt hóa hơi của hỗn hợp đi vào đĩa luyện thứ nhất:

Nội suy theo bảng I.212 đối với etylic bảng I.213 đối với metylic (Sổ tayQT&TBCNHC-T1) với tF = 72,630C ta có:

a Tính khối lượng riêng trung bình của đoạn luyện:

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

y1=0,47/32+(1−0,47 )/460,47 /32 =0,56 kmol /kmol

y = \f(y+y,2 = \f(y+x,2 = 0,56+0,8452 =0,7 (phần mol)

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

nhiệt độ trung bình của đoạn luyện là :

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

theo nhiệt độ trung bình (kg/m3)

a = \f(a+a,2 = 0,328+0,7912 = 0,5595 (phần khối lượng)

nhiệt độ trung bình của đoạn luyện là :

⟹ ρ xtbL=745,603 kg /m 3

b tốc độ hơi trung bình trong đoạn luyện

Tốc độ hơi trong tháp đĩa được xác định theo công thức [IX.111-Tr186-st II]:

2 Xác định lượng hơi trung bình đi trong đoạn chưng:

Lượng hơi trung bình đi trong đoạn chưng được xác định gần đúng bằng trungbình cộng của lượng hơi đi ra khỏi đoạn chưng và lượng hơi đi vào đoạn chưng:

Lượng hơi đi vào đoạn chưng g1', lượng lỏng G1, và hàm lượng lỏng x1' đượcxác định theo hệ phương trình cân bằng vật liệu và cân bằng nhiệt lượng sau:

G = \f(,2 = (15272,9+ 5870)+23047,662 =22095,28(kg/h)

a Tính khối lượng riêng trung bình của đoạn chưng

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

y1= 0,56kmol/kmol

y = \f(y+y,2 = \f(y+y,2 = 0,023+0,562 =0,2915(phần mol)

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

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 etanol vànước lấy theo nhiệt độ trung bình (kg/m3)

a = \f(a+a,2 = 0,328+0,0112 =0,1695(phần khối lượng)

Nội suy từ bảng I.2- tr9 - STQTTB I (với t’xtb=75,29℃) ta được

⟹ ρ '

xtbC=740,49(kg

m3)

b Vận tốc hơi đi trong đoạn chưng

Tốc độ hơi trong tháp đĩa được xác định theo công thức:

a Đường kính đoạn luyện:

Khối lượng riêng trung bình của pha hơi: ρ =1,29(kg/m3)

Vậy đường kính đoạn luyện là:

D = 0,0188 \f(g, = 0,0188 √1,29 0,961615115,81 =2,17(m)

Quy chuẩn đường kính đoạn luyện là D = 2,2 (m)

Thử lại điều kiện thực tế :

Từ D = 2,1 => ω = 0,9616 (m/s)

\f(ω,ω = 0,96161,202 = 0,8(thỏa mãn)

b.Đường kính đoạn chưng

Lượng hơi trung bình: gytbC = 18790,28 ¿/h)

Khối lượng riêng trung bình của pha hơi: ρ = 1,467 (kg/m)

Vậy đường kính đoạn chưng là:

D = 0,0188 \f(g,= 0,0188√1,467.0,898418790,28 =2,167 (m)

Quy chuẩn đường kính đoạn chưng là D = 2,2 (m)

Thử lại điều kiện thưc tế:

a Hệ số khuếch tán trong pha lỏng (D x )

D 20 = \f(1,M\f(1,M\f(1.10., (m/s) (VIII.14 - STT II - trang 133)

Trong đó:

- A,B : là hệ số liên hợp kế đến ảnh hưởng của metylic và etylic

- Ta có A=B=1do 2 cấu tử không lien kết với nhau

- VA,VB : thể tích mol của metylic và etylic

theo sổ tay tập 2- tr 127 có thể tích nguyên tử :C=14,8; H= 3,7; O=7,4

1 46

Hệ số nhiệt độ:

b = \f(,[VII.15-TR134-ST II]

ρ: Khối lượng riêng của dung môi ở 20C (kg/m )

từ bảng I.2 - Sổ tay QT&TBCHHC - T 1 ta có: α1=2.04A.(H.Δtt r1)0,25 =789(kg/m m ) (I-9)

p: áp suất tuyệt đối của hỗn hợp: p = p = 1 (atm)

T: Nhiệt độ tuyệt đối của hỗn hợp : T = 273 + t (K)

Hệ số khuếch tán trong pha hơi đoạn luyện: t = t = 69,54C

−4

(273+69,54)1,51.(371/3+59,21 /3)2 √321 +

1 Hệ số cấp khối trong pha hơi

Theo công thức tính cho đĩa lỗ có ống chảy chuyền (II-164):

β = \f(D, (0,79.Re + 11000)\f(kmol,kmol\f(kmol,ms.

Trong đó:

D : Hệ số khuếch tán trong pha hơi (m/s)

a Chuẩn số Reynolt đối với pha hơi

Re = \f(ω.h.ρ,μ

Trong đó:

ω : Tốc độ hơi tính cho mặt cắt tự do của tháp (m/s)

h : Kích thước dài, chấp nhận h = 1 m

ρ : Khối lượng riêng trung bình của hơi (kg/m)

μ : Độ nhớt trung bình của hơi (Ns/m)

Độ nhớt của hỗn hợp hơi:

Trong đó:

y : Nồng độ metylic trong pha hơi

Đoạn luyện có y = y = 0,76 ; Đoạn chưng: y = y =0,2915

M : Trọng lượng phân tử của hỗn hợp khí:

μ, μ : Độ nhớt của metylic và etylic

Đoạn luyện : t = t = 69,54C theo toán đồ I.35 – Tr117- st I

Đoạn chưng: t = t = 75,29C theo toán đồ hình I.35 - T1

2 Hệ số cấp khối trong pha lỏng:

Theo công thức tính cho đĩa lỗ có ống chảy chuyền (II-165):

β = \f(38000.ρ.D,M.h Pr\f(kmol,kmol\f(kmol,m.s

Trong đó:

D : Hệ số khuếch tán trung bình trong pha lỏng (m/s)

M : Khối lượng mol trung bình của pha lỏng (kg/kmol)

Đoạn luyện có: x = x = x F+2x P= 0,412+0,845

Pr : Chuẩn số prand đối với pha lỏng

a Chuẩn số Prand đối với pha lỏng:

Pr = \f(μ,ρ.D

Trong đó:

ρ : Khối lượng riêng trung bình của lỏng (kg/m)

D : Hệ số khuếch tán trung bình trong pha lỏng (m/s)

μ, μ : Độ nhớt động lực của metylic và etylic

Đoạn luyện: t = t = 69,54C nội suy theo bảng I.101 –tr92- st I:

Đoạn chưng có: t = t = 75,29C nội suy theo bảng I.100 I.101 đối với etylic và

metylic ( Sổ tay QT&TBCNHC - T1) ta được: