CÔNG NGHỆ CHƯNG cất hệ ACID AXETIC– nước

LỜI MỞ ĐẦU Khoa học kỹ thuật ngày càng phát triển và cùng với nó là nhu cầu ngày càng cao về độ tinh khiết của các sản phẩm. Vì thế, các phương pháp nâng cao độ tinh khiết luôn luôn được cải tiến và đổi mới để ngày càng hoàn thiện hơn, như là: cô đặc, hấp thụ, chưng cất, trích ly,… Tùy theo đặc tính yêu cầu của sản phẩm mà ta có sự lựa chọn phương pháp phù hợp. Đối với hệ Nước – Axit axetic là 2 cấu tử tan lẫn hoàn toàn, ta phải dùng phương pháp chưng cất để nâng cao độ tinh khiết. Đồ án môn học Quá trình và Thiết bị là một môn học mang tính tổng hợp trong quá trình học tập của các kỹ sư Công nghệ Hóa học tương lai. Môn học giúp sinh viên giải quyết nhiệm vụ tính toán cụ thể về: quy trình công nghê, kết cấu, giá thành của một thiết bị trong sản xuất hóa chất thực phẩm. Đây là bước đầu tiên để sinh viên vận dụng những kiến thức đã học của nhiều môn học vào giải quyết những vấn đề kỹ thuật thực tế một cách tổng hợp. Nhiệm vụ của Đồ án này là thiết kế hệ thống chưng cất Nước – Axit axetic có năng suất là 500lh, nồng độ nhập liệu là 8%(kg axitkg hỗn hợp), nồng độ sản phẩm đỉnh là 95,5%(kg nướckg hỗn hợp), nồng độ sản phẩm đáy là 28%(kg axitkg hỗn hợp). Sử dụng hơi đốt có áp suất 2,5at.

MỤC LỤC

trang

LỜI MỞ ĐẦU

CHƯƠNG I : TỔNG QUAN

I LÝù THUYẾT VỀ CHƯNG CẤT

1 Phương pháp chưng cất

2 Thiết bị chưng cất:

II GIỚI THIỆU SƠ BỘ NGUYÊN LIỆU

1 Acid axetic

2 Nước

3 Hỗn hợp Acid axetic – Nước

III CÔNG NGHỆ CHƯNG CẤT HỆ ACID AXETIC– NƯỚC CHƯƠNG II : CÂN BẰNG VẬT CHẤT

I CÁC THÔNG SỐ BAN ĐẦU

II XÁC ĐỊNH SUẤT LƯỢNG SẢN PHẨM ĐỈNH VÀ

SẢN PHẨM ĐÁY

III XÁC ĐỊNH TỈ SỐ HOÀN LƯU THÍCH HỢP

1 Tỉ số hoàn lưu tối thiểu

2 Tỉ số hoàn lưu thích hợp

IV PHƯƠNG TRÌNH ĐƯỜNG LÀM VIỆC – SỐ MÂM LÝ

2 Phương trình đường nồng độ làm việc của đoạn

chưng

3 Số mâm lý thuyết

V XÁC ĐỊNH SỐ MÂM THỰC TẾ

CHƯƠNG III :TÍNH TOÁN –THIẾT KẾ THÁP CHƯNG CẤT

I ĐƯỜNG KÍNH THÁP

1 Đường kính đoạn cất

2 Đường kính đoạn chưng

II MÂM LỖ – TRỞ LỰC CỦA MÂM

1 Cấu tạo mâm lỗ

2 Độ giảm áp của pha khí qua một mâm

3 Kiểm tra ngập lụt khi tháp hoạt độngO(

III TÍNH TOÁN CƠ KHÍ CỦA THÁP

1 Bề dày thân tháp :

2 Đáy và nắp thiết bị :

3 Bích ghép thân, đáy và nắp :

4 Đường kính các ống dẫn – Bích ghép các ống

dẫn :

5 Tai treo và chân đỡ:

CHƯƠNG IV : TÍNH TOÁN THIẾT BỊ TRUYỀN NHIỆT- THIẾT BỊ PHỤ

I CÁC THIẾT BỊ TRUYỀN NHIỆT

2 Thiết bị làm nguội sản phẩm đỉnh

3 Nồi đun gia nhiệt sản phẩm đáy

4 Thiết bị trao đổi nhiệt giữa nhập liệu và sản

phẩm đáy

5 Thiết gia nhiệt nhập liệu

II TÍNH BẢO ÔN CỦA THIẾT BỊ

III TÍNH TOÁN BƠM NHẬP LIỆU

1 Tính chiều cao bồn cao vị

2 Chọn bơm

CHƯƠNG V : GIÁ THÀNH THIẾT BỊ

I TÍNH SƠ BỘ GIÁ THÀNH CỦA THIẾT BỊ

LỜI MỞ ĐẦU

Một trong những ngành có sự đóng góp to lớn đếnngành công nghiệp nước ta nói riêng và thế giới nói chung, đó là ngành công nghiệp hóa học Đặc biệt là ngành hóa chất cơ bản

Hiện nay, trong nhiều ngành sản suất hóa học

cũng như sử dụng sản phẩm hóa học, nhu cầu sử dụng nguyên liệu hoặc sản phẩm có độ tinh khiết cao phải phù hợp với quy trình sản suất hoặc nhu cầusử dụng

Ngày nay, các phương pháp được sử dụng để nâng cao độ tinh khiết: trích ly, chưng cất, cô đặc, hấp thu… Tùy theo đặc tính yêu cầu của sản phẩm mà ta có sự lựa chọn phương pháp thích hợp Đối với hệ acid axetic- Nước là 2 cấu tử tan lẫn hoàn toàn, ta phải dùng phương pháp chưng cất để nâng cao độ tinh khiết cho acid axetic

Đồ án môn học Quá trình và Thiết bị là một

môn học mang tính tổng hợp trong quá trình học tập của các kỹû sư hoá- thự c phẩm tương lai Môn học giúp sinh viên giải quyết nhiệm vụ tính toán cụ thể về: yêu cầu công nghệ, kết cấu, giá thành của một thiết bị trong sản xuất hoá chất - thực phẩm Đây là bước đầu tiên để sinh viên vận dụng những kiến thức đã học của nhiều môn học vào giải quyết

những vấn đề kỹû thuật thực tế một cách tổng hợp.

Nhiệm vụ của ĐAMH là thiết kế tháp chưng cất hệacid axetic - Nước hoạt động liên tục với nâng suấtnhập liệu : 5m3/h có nồng độ 8% mol acid axetic ,thuđược sản phẩm đỉnh có nồng độ 0.5% mol acid axeticvới nồng độ dung dịch đáy acid axetic là 30%

Em chân thành cảm ơn các quí thầy cô bộ môn Máy & Thiết Bị, các bạn sinh viên đã giúp em hoàn thành đồ án này Tuy nhiên, trong quá trình hoàn

thành đồ án không thể không có sai sót, em rất mong quí thầy cô góp ý, chỉ dẫn

119

CHƯƠNG I : TỔNG QUAN.

I LÝù THUYẾT VỀ CHƯNG CẤT:

1 Phương pháp chưng cất :

Chưng cất là qua ùtrình phân tách hỗn hợp lỏng (hoặc khí lỏng) thành các cấu tử riêng biệt dựa vào sự khác nhau về độ bay hơi của chúng (hay

nhiệt độ sôi khác nhau ở cùng áp suất), bằng

cách lặp đi lặp lại nhiều lần quá trình bay hơi - ngưng tụ, trong đó vật chất đi từ pha lỏng vào pha hơi hoặcngược lại Khác với cô đặc, chưng cất là quá trình trong đó cả dung môi và chất tan đều bay hơi, còn cô đặc là quá trình trong đó chỉ có dung môi bay hơi

Khi chưng cất ta thu được nhiều cấu tử và thường thì bao nhiêu cấu tử sẽ thu được bấy nhiêu sản

phẩm Nếu xét hệ đơn giản chỉ có 2 hệ cấu tử thì ta thu được 2 sản phẩm: sản phẩm đỉnh chủ yếu gồm gồm cấu tử có độ bay hơi lớn (nhiệt độ sôi nhỏ ), sản phẩm đáy chủ yếu gồm cấu tử có độ bay hơi bé(nhiệt độ sôi lớn) Đối với hệ acid axetic - nước sản phẩm đỉnh chủ yếu gồm nước và một ítacid axetic , ngược lại sản phẩm đáy chủ yếu gồm acid axetic và một ít nước

Các phương pháp chưng cất: được phân loại theo:

•Áp suất làm việc : chưng cất áp suất thấp, áp suất thường và áp suất cao Nguyên tắc của phương pháp này là dựa vào nhiệt độ sôi của các cấu tử, nếu nhiệt độ sôi của các cấu tử quá cao thì ta giảm áp suất làm việc để giảm nhiệt độ sôi của các cấu tử.

•Nguyên lý làm việc: liên tục, gián đoạn(chưng đơn giản) và liên tục

* Chưng cất đơn giản(gián đoạn): phương pháp này đuợc sử dụng trong các trường hợp sau:

+ Khi nhiệt độsôi của các cấu tử khác xa nhau

+ Không 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 cất hỗn hợp hai cấu tử (dùng thiết bị hoạt động liên tục) là quá trình được thực hiện liên tục, nghịch dòng, nhều đoạn

•Phương pháp cấp nhiệt ở đáy tháp: cấp nhiệt trực tiếp bằng hơi nước: thường được áp dụng trường hợp chất được tách không tan trong nước

Vậy: đối với hệ acid axetic – Nước, ta chọn phương

pháp chưng cất liên tục cấp nhiệt gián tiếp bằng nồi đun ở áp suất thường

171

2 Thiết bị chưng cất:

Trong sản xuất thường sử dụng rất nhiều loại

tháp nhưng chúng đều có một yêu cầu cơ bản là diện tích bề mặt tiếp xúc pha phải lớn ,điều này phụ thuộc vào độ phân tán của lưu chất này vaò lưu chất kia

Tháp chưng cất rất phong phú về kích cỡ và ứng dụng ,các tháp lớn nhất thường được ứng dụng trongcông nghiệp lọc hoá dầu Kích thước của tháp :

đường kính tháp và chiều cao tháp tuỳ thuộc suất lượng pha lỏng, pha khí của tháp và độ tinh khiết của sản phẩm Ta khảo sát 2 loại tháp chưng cất thường dùng là tháp mâm và tháp chêm

•Tháp mâm: thân tháp hình trụ, thẳng đứng

phía trong có gắn các mâm có cấu tạo khác nhau để chia thân tháp thành những đoạn bằng nhau, trên mâm pha lỏng và pha hơi đựơc cho tiếp xúc với nhau Tùy theo cấu tạo của đĩa, ta có:

* Tháp mâm chóp : trên mâm có chóp dạng tròn hay một dạng khác,có rãnh xung quanh để pha khí đi qua va ống chảy chuyền có hình tron

* Tháp mâm xuyên lỗ: trên mâm bố trí các lỗ có đường kính 3-12mm được bố trí trên các đỉnh tam giác,bước lổ bằng 2,5 đến 5 lần đườngkính

•Tháp chêm(tháp đệm): tháp hình trụ, gồm

Vật chêm được cho vào tháp theo một trong hai phương pháp: xếp ngẫu nhiên hay xếp thứ tự.

• So sánh ưu và nhược điểm của các loại tháp :

Tháp chêm

Tháp mâm xuyên lo.ã

Tháp mâm chóp

Ưu

điểm: - Đơn giản

- Hiệu suất tương đối cao

- Hiệu suất cao

- Trở lực thấp

- Hoạt động khá ổn định

- Hoạt động ổn định

- Làm việc với chất lỏng bẩn

Nhược

điểm:

- Hiệu suất thấp

- Trở lực khá cao

- Cấu tạo phức tạp

- Độ ổn định kém

- Yêu cầu lắp đặt khắt khe -> lắp đĩa thật

206

Nhận xét: tháp mâm xuyên lỗ là trạng thái trung gian giữa tháp chêm và tháp mâm chóp Nên ta chọn tháp chưng cất là tháp mâm xuyên lỗ.

Vậy: Chưng cất hệ acid axetic - Nước ta dùng tháp

mâm xuyên lỗ hoạt động liên tục ở áp suất

thường, cấp nhiệt gián tiếp ở đáy tháp

II GIỚI THIỆU SƠ BỘ NGUYÊN LIỆU :

Nguyên liệu là hỗn hợp acid axetic - Nước

1 Etanol: (Còn gọi là rượu etylic , cồn êtylic hay cồn

thực phẩm)

Etanol có công thức phân tử: CH3-CH2-OH, khối lượng phân tử: 46 đvC Là chất lỏng có mùi đặc trưng, không độc, tan nhiều trong nước

•Một số thông số vật lý và nhiệt động của etanol:

+ Nhiệt độ sôi ở 760(mmHg): 78.3oC

+ Khối lượng riêng: d420 = 810 (Kg/m3)

•Tính chất hóa học:

Tất cả các phản ứng hoá học xảy ra ở nhómhydroxyl (-OH) của etanol là thể hiện tính chất

hoá học của nó

* Phản ứng của hydro trong nhóm hydroxyl:

Hằng số phân ly của etanol: K CH3−CH2−OH = 10−18, cho nên etanol là chất trung tính.

+ Tính acid của rượu thể hiện qua phản ứng với kim loại kiềm, Natri hydrua(NaH), Natri

hơn tính acid của nước, nên khi muối Natri etylat tan trong nước sẽ bị thuỷ phân thành rượu trở lại

+ Tác dụng với acid tạo ester: Rượu etanol có tính bazơ tương đương với nước Khi rượu tác dụngvới acid vô cơ H2SO4, HNO3 và acid hữu cơ đều tạo ra ester

CH3-CH2-OH + HO-SO3-H

CH3-CH2O-SO3-H + CH3-CH2O-SO3-H2O

CH3-CH2O-H + HO-CO-CH3 CH3-COO-C2H5 + H2O

* Phản ứng trên nhóm hydroxyl:

+ Tác dụng với HX: CH3-CH2-OH + HX CH3-CH2-X + H2O

+ Tác dụng với Triclo Phốt pho:

CH3-CH2-OH + PCl3 CH3-CH2-Cl + POCl + HCl

+ Tác dụng với NH3: CH3-CH2-OH + NH3 C2H5-NH2 + H2O

+ Phản ứng tạo eter và tách loại nước:

2CH3-CH2-OH (CH3-CH2)2O + H2O

dệt, chế biến gỗ và nông nghiệp

Etan ol

Sơ đồ tóm tắt vị trí của etanol trong các ngành công nghiệp.

•Phương pháp điều chế: có nhiều phương pháp điều chế etanol: hydrat hoá etylen với xúc tác H2SO4; thuỷ phân dẫn xuất halogen và ester của etanol khi đun nóng với nước xúc tác dung dịch bazơ; hydro hoá aldyhyt acêtic; từ các hợp chất cơ kim…

+ Thuốc súng không khói.

+ Nhiên liệu hoả tiễn,

Trong công nghiệp, điều chế etanol bằng phương pháp lên men từ nguồn tinh bột và rỉ đường Những năm gần đây, ở nước ta công nghệ sản suất etanol chủ yếu là sử dụng chủng nấm men Saccharomyses cerevisiae để lên men tinh bột:

C6H6O6 2C2H5OH + 2CO2 + 28 Kcal

Trong đó: 95% nguyên liệu chuyển thành etanolvà CO2

5% nguyên liệu chuyển thành sản phẩm phụ: glyxêrin, acid sucxinic, dầu fusel, metylic và các acid hữu cơ(lactic, butylic…)

2 Nước:

Trong điều kiện bình thường: nước là chất lỏng không màu, không mùi, không vị nhưng khối nước dày sẽ có màu xanh nhạt

Khi hóa rắn nó có thể tồn tại ở dạng 5 dạng tinhthể khác nhau:

Khối lượng phân tử : 18 g / molKhối lượng riêng d40 c : 1 g / mlNhiệt độ nóng chảy : 00C

Nhiệt độ sôi : 1000 C

Nấm men Zymaza

Nước là hợp chất chiếm phần lớn trên trái đất

(3/4 diện tích trái đất là nước biển) và rất cần

thiết cho sự sống

Nước là dung môi phân cực mạnh, có khả năng

hoà tan nhiều chất và là dung môi rất quan trọng

trong kỹ thuật hóa học

3 Hỗn hợp Etanol – Nước:

Ta có bảng thành phần lỏng (x) – hơi (y) và nhiệt

độ sôi của hỗn hợp Etanol - Nước ở 760 mmHg:

335

III CÔNG NGHỆ CHƯNG CẤT HỆ ETANOL – NƯỚC:

Etanol là một chất lỏng tan vô hạn trong H2O, nhiệtđộ sôi là 78,30C ở 760mmHg, nhiệt độ sôi của

nước là 100oC ở 760mmHg : hơi cách biệt khá xa nênphương pháp hiệu quả để thu etanol có độ tinh khiết cao là phương pháp chưng cất

Trong trường hợp này, ta không thể sử dụng phươngpháp cô đặc vì các cấu tử đều có khả năng bay hơi, và không sử dụng phương pháp trích ly cũng như phương pháp hấp thụ do phải đưa vào một khoa mới để tách, có thể làm cho quá trình phức tạp hơn hay quá trình tách không được hoàn toàn

* Sơ đồ qui trình công nghệ chưng cất hệ

Etanol – nước:

Chú thích các kí hiệu trong qui trình:

1 Bồn chứa nguyên liệu

2 Bơm

3 Bồn cao vị

4 Lưu lượng kế

5 Thiết bị trao đổi nhiệt với sản phẩm đáy

6 Thiết bị gia nhiệt nhập liệu

11 Thiết bị ngưng tụ sản phẩm đỉnh.

12 Nồi đun

13 Thiết bị làm nguội sản phẩm đỉnh

14 Bồn chứa sản phẩm đỉnh

15 Bồn chứa sản phẩm đáy

16 Bộ phận phân dòng

390

* Thuyết minh qui trình công nghệ:

Hỗn hợp etanol – nước có nồng độ etanol 10% ( theophân mol), nhiệt độ khoảng 280C tại bình chứa

nguyên liệu (1) được bơm (2) bơm lên bồn cao vị (3) Từ đó được đưa đến thiết bị trao đổi nhiệt (5) ( trao đổi nhiệt với sản phẩm đáy ) Sau đó, hỗn hợp được đun sôi đến nhiệt độ sôi trong thiết bị gia

nhiệt(6)ù, hỗn hợp được đưa vào tháp chưng cất (8)

ở đĩa nhập liệu

Trên đĩa nhập liệu, chất lỏng được trộn với phần lỏng từ đoạn cất của tháp chảy xuống Trong tháp hơi, đi từ dưới lên gặp chất lỏng từ trên xuống Ở đây, có sự tiếp xúc và trao đổi giữa hai pha với nhau Pha lỏng chuyển động trong phần chưng càng xuống dưới càng giảm nồng độ các cấu tử dễ bayhơi vì đã bị pha hơi tạo nên từ nồi đun (12) lôi cuốn cấu tử dễ bay hơi.Nhiệt độ càng lên trên càng thấp, nên khi hơi đi qua các đĩa từ dưới lên thì cấu tử có nhiệt độ sôi cao là nước sẽ ngưng tụ lại,

cuối cùng trên đỉnh tháp ta thu được hỗn hợp có cấu tử etanol chiếm nhiều nhất (có nồng độ 85% phân mol) Hơi này đi vào thiết bị ngưng tụ (11) và được ngưng tụ hoàn toàn Một phần chất lỏng ngưng tụ đi qua thiết bị làm nguội sản phẩm đỉnh (13), được làm nguội đến 350C , rồi được đưa qua bồn chứasản phẩm đỉnh (14) Phần còn lại của chất lỏng ngưng tụ đựơc hoàn lưu về tháp ở đĩa trên cùng với

độ sôi thấp được bốc hơi, còn lại cấu tử có nhiệt độ sôi cao trong chất lỏng ngày càng tăng Cuối cùng, ở đáy tháp ta thu được hỗn hợp lỏng hầu hếtlà các cấu tử khó bay hơi ( nước) Hỗn hợp lỏng ở đáy có nồng độ etanol là 0,11 % phân mol, còn lại là nước Dung dịch lỏng đáy đi ra khỏi tháp vào nồiđun (12) Trong nồi đun dung dịch lỏng một phần sẽ bốc hơi cung cấp lại cho tháp để tiếp tục làm việc, phần còn lại ra khỏi nồi đun được trao đổi nhiệt với dòng nhập liệu trong thiết bị (5) (sau khi qua bồn cao vị).

Hệ thống làm việc liên tục cho ra sản phẩm đỉnhlà etanol, sản phẩm đáy sau khi trao đổi nhiệt với nhập liệu có nhiệt độ là 600C được thải bỏ

CHƯƠNG II : CÂN BẰNG VẬT CHẤT

I CÁC THÔNG SỐ BAN ĐẦU :

•Năng suất nhập liệu:

+ Nhiệt độ sản phẩm đáy sau khi trao đổi nhiệt : t’W = 35oC

+Trạng thái nhập liệu là trạng thái lỏng sôi

•Cân bằng cấu tử : F.xF = D.xD + W.xW (II.2)

Với : * Phân mol nhập liệu : xF = 8%(phân mol acid axetic )

Khối lượng phân tử trung bình dòng nhập liệu :

MF =60 x F + ( 1 −x F) 18 = 21.36 (Kg/Kmol)

F =

F

F M

G

=

36 21

8 5025

* Phân mol sản phẩm đỉnh : xD =0,5% (phân mol acid axetic )

Khối lượng phân tử trung bình dòng sản phẩm đáy :

D =175.47 (Kmol/h)

W = 59.819 (Kmol/h)

III XÁC ĐỊNH TỈ SỐ HOÀN LƯU THÍCH HỢP :

1 Tỉ số hoàn lưu tối thiểu:

Tỉ số hoàn lưu tối thiểu là chế độ làm việc màtại đó ứng với số mâm lý thuyết là vô cực Do đó,chi phí cố định là vô cực nhưng chi phí điều hành (nhiên liệu ,nước và bơm…) là tối thiểu

Do đồ thị cân bằng của hệ acid axetic -Nước có điểm uốn ,nên xác định tỉ số hoàn lưu tối thiểu bằng cách :

+Trên đồ thị cân bằng y-x ,từ điểm (0.995,0.995)

ta kẻ một đường thẳng đi qua điểm (xF,y* F) cắt trục

Oy tại điểm có yo = 0.32

+Theo phương trình đường làm việc đoạn cất , khi xo

y x

F F

F D

945 0 995 0

−

−

=2

Tỉ số hoàn lưu thích hợp:RX=1.3Rmin+0.3=2.9

2 Tỉ số hoàn lưu thích hợp:

Khi R tăng, số mâm sẽ giảm nhưng đường kính tháp ,thiết bị ngưng tụ ,nồi đun và công để bơm cũng tăng theo.Chi phí cố định sẽ giảm dần đến cựctiểu rồi tăng đến vô cực khi hoàn lưu toàn phần ,lượng nhiệt và lượng nước sử dụng cũng tăng theo

tỉ số hoàn lưu

Tổng chi phí bao gồm : chi phí cố định và chi phí

điều hành Tỉ số hoàn lưu thích hợp ứng với tổng chi phí là cực tiểu

Tuy nhiên ,đôi khi các chi phí điều hành rất phức tạp ,khó kiểm soát nên người ta có thể tính tỉ số hoàn lưu thích hợp từ điều kiện tháp nhỏ nhất Để tính được tỉ số hoàn lưu thích hợp theo điều kiện

tháp nhỏ nhất (không tính đến chi phí điều hành),ta cần lập mối quan hệ giữa tỉ số hoàn lưu và thể tích tháp ,từ đó chọn Rth ứng với thể tích tháp là nhỏ nhất

Nhận thấy ,tiết diện tháp tỉ lệ với lượng hơi đi trong tháp ,mà lượng hơi lại tỉ lệ với lượng lỏng hồi lưu trong tháp ,do trong điều kiện làm việc nhất định thì GD sẽ không đổi nên lượng lỏng hồi lưu sẽ tỉ lệ với (R+1) ,do đó , tiết diện tháp sẽ tỉ lệ với (R+1) Ngoài ra ,chiều cao tháp tỉ lệ với số đơn vị chuyển khối mox hay số mâm lý thuyết Nlt Cho nên ,thể tích làm việc của tháp tỉ lệ với tích số mox*(R+1) Như vậy, ta có thể thiết lập quan hệ giữa R và Vtháp theoquan hệ R và mox*(R+1) Từ đồ thị của quan hệ

này ,ta xác định được điểm cực tiểu của mox*(R+1) ứng với tỉ số hoàn lưu thích hợp R

Vậy : Tỉ số hoàn lưu thích hợp là R= 2,973

IV PHƯƠNG TRÌNH ĐƯỜNG LÀM VIỆCSỐ MÂM LÝ THUYẾT:

1 Phương trình đường nồng độ làm việc của đoạn cất :

y =

1

1

= . 20,,99951

1 9 , 2

9 , 2

+

+ + x

f R

1

1

− + +

+

1 9 , 2

1 341 1 1 9 , 2

341 1 9 , 2

+

− +

29 235

=

D

F

= 1.341 : chỉ số nhập liệu

3 Số mâm lý thuyết :

Đồ thị xác định số mâm lý thuyết :(Xem hình ở trang sau )

Từ đồ thị ,ta có : 29 mâm bao gồm : 19 mâm cất

1 mâm nhập liệu

5 mâm chưng(4 mâm chưng+1 nồi đun)

Tóm lại ,số mâm lý thuyết là Nlt = 28 mâm

V XÁC ĐỊNH SỐ MÂM THỰC TẾ:

Số mâm thực tế tính theo hiệu suất trung bình :

tb

lt tt

Ntt : số mâm thực tế

Nlt : số mâm lý thuyết

•Xác định hiệu suất trung bình của tháp ηtb :

+ Độ bay tương đối của cấu tử dễ bay hơi :

x

x1y1

Với : x :phân mol của nước trong pha lỏng

y* : phân mol của nước trong pha hơi cân bằng với pha lỏng

* Tại vị trí nhập liệu :

xF = 0.92 ta tra đồ thị cân bằng của hệ : y* F = 0.945

tF = 100.52 oC

+

92 0

92 0 1 945 0 1

945 0 x

x 1 y 1

y α

F

F

*

* F

= 0,395

* Tại vị trí mâm đáy :

xW = 0.7 ta tra đồ thị cân bằng của hệ : y* W = 0.795

tW = 102.1 oC

+

7 0

7 0 1 795 0 1

795 0 x

x 1 y 1

y α

W

W

*

* W

1 ( 46

.

− +

=

W W

W W

x x

x

tài liệu tham khảo [4(tập 1) – trang 107] :

µW =25.10 -6.9,81= 0,245.10-3 (N.s/m2) = 0,245 (cP)

Tra tài liệu tham khảo [4(tập 2) – trang 171] : ηW

995 0 1 997 0 1

997 0 x

x 1 y 1

y α

D

D

*

* D

1 ( 46

46

=

− +

=

D D

D D

x x

= 0,600Suy ra: hiệu suất trung bình của tháp :

3

600 , 0 365 , 0 395 , 0

+ W D

F η η η

•Số mâm thực tế của tháp Ntt :

4567 , 0

28

=

tt

Vậy chọn Ntt = 53 mâm , gồm : 42 mâm cất

1 mâm nhập liệu

CHƯƠNG III :TÍNH TOÁN –THIẾT KẾ THÁP CHƯNG

CẤT

I ĐƯỜNG KÍNH THÁP :(Dt)

tb y y tb g

) ω ( 0188 , 0 ω 3600.

π

4V D

tb

tb

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

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

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

Lượng hơi trung bình đi trong đoạn chưng và đoạn cất khác nhau.Do đó, đường kính đoạn chưng và đoạn cất cũng khác nhau

1 Đường kính đoạn cất :

a Lượng hơi trung bình đi trong tháp :

2

1

g g

= 40973.75(Kg/h) (Vì MthD =60.yD+(1-yD).18 = 59.874Kg/Kmol)

•Xác định g1 : Từ hệ phương trình :