THIẾT kế hệ THỐNG THIẾT bị CHƯNG LUYỆN LOẠI THÁP CHÓP để PHÂN TÁCH hỗn hợp AXETANDEHIT BENZEN DHCNHN

Trong sản xuất ta thường gặp các phương pháp chưng khác nhau như: chưng đơn giản, chưng bằng hơi nước trực tiếp, chưng chân không và đặc biệt hơn là chưng luyện.Chưng luyện là phương phá

ĐỒ ÁN MÔN QUÁ TRÌNH THIẾT BỊ

BỘ MÔN QUÁ TRÌNH -THIẾT BỊ

……… **………

THIẾT KẾ HỆ THỐNG THIẾT BỊ CHƯNG LUYỆN LOẠI THÁP CHÓP ĐỂ PHÂN TÁCH HỖN HỢP AXETANDEHIT -

BENZEN

Giáo viên hướng dẫn Thầy Nguyễn Văn Mạnh

Sinh viên :Phạm Văn Tuấn

BỘ CÔNG THƯƠNG CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

Đồ án môn học quá trình và thiết bị

+ Năng suất tính theo hỗn hợp đầu: F= 5,8 (tấn/h)

+ Nồng độ cấu tử dễ bay hơi:

- Hỗn hợp đầu: aF = 32% = 0,32 (phần khối lượng)

- Sản phẩm đỉnh: ap = 94,7% = 0,947 (phần khối lượng)

- Sản phẩm đáy: aw = 0,8% = 0,008 (phần khối lượng)

+ Tháp làm việc ở áp suất thường

+ Hỗn hơp đầu được gia nhiệt đến nhiệt độ sôi.

III) NỘI DUNG CÁC PHẦN THUYẾT MINH VÀ TÍNH TOÁN:

1/ Giới thiệu chung: + Mở đầu và giải thích về hỗn hợp được chưng luyện.

+ Vẽ và thuyết minh dây chuyền sản xuất.

-Tính toán giá đỡ và tai treo 4/ Kết luận chung.

5/ Tài liệu tham khảo

IV) CÁC BẢN VẼ VÀ ĐỒ THỊ:

+ Bản vẽ dây chuyền sản xuất A4

+ Bản vẽ thiết bị chính và lắp giáp A0

Nhận Xét Của Giáo Viên Hướng Dẫn

∗∗∗∗∗

Hà Nội, ngày … tháng … năm …

Người nhận xét MỤC LỤC Lời mở đầu 5

Phần I: Giới thiệu chung 7

I.Giới thiệu về hỗn hợp chưng 7

1.Axeton 7

Đồ án môn Quá trình thiết bị Phạm Văn TuấnPage 3 3

2.Axit axetic 8

II.Sơ đồ chưng 9

1.Chú thích các kí hiệu trong quy trình 9

2.Thuyết minh dây chuyền sản xuất 10

3.Các kí hiệu trước khi tính 10

Phần II: Tính toán thiết bị chính 12

I.Tính cân bằng vật liệu toàn thiết bị 12

1.Cân bằng vật liệu 12

2.Xác định số bậc thay đổi nồng độ 13

II.Tính đường kính tháp 27

1.Lưu lượng các dòng pha đi trong tháp 27

2.Vận tốc hơi đi trong tháp 32

3 Đường kính đoạn luyện 36

4 Đường kính đoạn chưng 37

III.Chiều cao tháp 37

1.Hệ số khuếch tán 37

2.Hệ số cấp khối 39

3.Hệ số chuyển khối 45

IV.Tính trở lực của tháp 50

1.Trở lực của đĩa khô 51

2.Trở lực của đĩa do sức căng bề mặt 52

3.Trở lực của lớp chất lỏng trên đĩa 54

V.Tính cân bằng nhiệt lượng 58

1.Cân bằng nhiệt lượng của thiết bị gia nhiệt hỗn hợp đầu 58

2.Cân bằng nhiệt lượng của tháp chưng luyện 61

3.Cân bằng nhiệt lượng cho thiết bị ngưng tụ 64

4.Cân bằng nhiệt lượng tại thiết bị làm lạnh 65

Phần III: Tính thiết bị phụ 67

I.Thiết bị gia nhiệt hỗn hợp đầu 67

1.Hiệu số nhiệt độ trung bình 67

2.Lượng nhiệt trao đổi 67

3.Diện tích trao đổi nhiệt 68

II.Tính bơm và thùng cao vị 75

1.Các trở lực quá trình cấp liệu 75

2.Chiều cao thùng cao vị so với đĩa tiếp liệu 85

3.Chiều cao làm việc của bơm 86

4 Áp suất toàn phần của bơm và năng suất bơm 87

III.Tính toán cơ khí và lựa chọn 88

1.Tính toán thân tháp 88

2.Tính chóp và kích thước cơ bản của chóp 91

3.Tính đáy và nắp thiết bị 93

4.Chọn mặt bích 95

5 Đường kính các ống dẫn 96

6.Khối lượng tháp 99

7.Tính tai treo 102

8.Tính chân đỡ 103

Kết luận 104

Tài liệu tham khảo 105

LỜI MỞ ĐẦU

Chúng ta đang sống trong thế giới với khoa học kỹ thuật ngày càng phát triển Trong ngành công nghệ vật liệu mới không thể không nhắc đến ngành công nghiệp hóa học, bởi công nghệ hoá thuộc lĩnh vực công nghệ đòi hỏi kỹ thuật cao, mức độ phát triển công nghệ này được coi như một chỉ thị về trình độ phát triển của một đất nước.

Đồ án môn Quá trình thiết bị Phạm Văn TuấnPage 5 5

Nhận thấy rõ sự phát triển như vũ bão của ngành công nghệ hóa học, với lối tư duy nhạy bén và sáng tạo, khoa Công nghệ Hóa Trường Đại Học Công Nghiệp Hà Nội đã đào tạo ra những sinh viên chuyên ngành Hóa Điều đó không chỉ cung cấp cho đất nước đội ngũ những công nhân lành nghề, thợ kỹ thuật có tay nghề cao mà nó còn mở cơ hội việc làm cho giới trẻ trong lĩnh vực khá mới

mẻ này.

Là một sinh viên khoa Công Nghệ Hóa, chúng em được trang bị rất nhiều kiến thức cơ bản về các quá trình thiết bị của công nghệ sản xuất những sản phẩm hóa học Nhận được bản đồ án này là một cơ hội tốt để chúng em được tìm hiểu về các quá trình công nghệ, được vận dụng những kiến thức đã được học và mở rộng vốn kiến thức của mình, từ đó giúp chúng em có cái nhìn cụ thể hơn về nghành nghề mình đã lựa chọn.

Công nghệ hóa học là một ngành giữ vị trí, vai trò quan trọng trong việc sản xuất phục vụ cho nhiều lĩnh vực, cho mọi nghành kinh tế quốc dân, tạo tiền

đề cho nhiều ngành phát triển theo Với nhiều phương pháp sản xuất khác nhau như lắng, lọc, đun nóng, làm nguội, chưng luyện, hấp thụ, hấp phụ, trích ly, sấy khô, đông lạnh…đã tạo ra rất nhiều sản phẩm đa dạng, phong phú đáp ứng nhu cầu ngày càng lớn của con người Đặc biệt được ứng dụng nhiều nhất là chưng luyện, nó được ứng dụng trong nhiều ngành, lĩnh vực, đặc biệt là công nghệ lên men, công nghệ tổng hợp hữu cơ, lọc - hóa dầu, công nghệ sinh học

Vậy chưng cất là gì? quy trình công nghệ của nó như thế nào Ứng dụng của

nó ra sao, thiết bị vật sử dụng cho quy trình công nghệ này cần đảm bảo những yêu cầu nào và phải được tính toán ra sao? Vì vậy em xin đi sâu vào nghiên cứu

về quá trình công nghệ và vận hành quy trình công nghệ của quá trình chưng luyện tháp chóp để phân tách hai hỗn hợp Axetandehit-Benzen

Chưng là phương pháp dùng để tách hỗn hợp khí lỏng thành các cấu tử riêng biệt dựa vào nhiệt độ sôi khác nhau của các cấu tử trong hỗn hợp Khi chưng thu được nhiều sản phẩm và thường có bao nhiêu cấu tử thì có bấy nhiêu sản phẩm Riêng đối với phương pháp chưng luyện hai cấu tử thì sản phẩm đỉnh gồm chủ yếu là cấu tử dễ bay hơi còn sản phẩm đáy là cấu tử khó bay hơi.

Trong sản xuất ta thường gặp các phương pháp chưng khác nhau như: chưng đơn giản, chưng bằng hơi nước trực tiếp, chưng chân không và đặc biệt hơn là chưng luyện.

Chưng luyện là phương pháp thông dụng dùng để tách hoàn toàn hỗn hợp các cấu tử dễ bay hơi có tính chất hòa tan một phần hoặc hòa tan hoàn toàn vào nhau Chưng luyện ở áp suất thấp dùng cho các hỗn hợp dễ bị phân hủy nhiệt ở nhiệt độ cao, các cấu tử dễ bay hơi và ngược lại.

ỨNG DỤNG

sinh học, thực phẩm, các quá trình lênmen sản xuất các sản phẩm như: rượu, bia, nước ngọt…

Vì thế, đề tài ” Thiết kế hệ thống chưng cất Axetandehit - Benzen “ của môn “Đồ Môn Học Quá Trình Thiết Bị” cũng là một bước giúp cho sinh viên tập luyện và chuẩn bị cho việc thiết kế quá trình và thiết bị công nghệ trong lĩnh vực này.Để hoàn thành đồ án này , thực sự em đã cố gắng rất nhiều Song , vì đây là bước đầu làm quen với công tác thiết kế nên chắc hẳn không tránh khỏi những sai sót

Cuối cùng , em xin chân thành cảm ơn các thầy cô trong bộ môn Quá Trình Thiết Bị , đặc biệt là thầy Nguyễn Văn Mạnh , người đã trực tiếp hướng dẫn và giúp đỡ em rất nhiều trong suốt thời gian thực hiện đồ án thiết kế

PHẦN I GIỚI THIỆU CHUNG

I GIỚI THIỆU VỀ HỖN HỢP CHƯNG:

Aetandehit là hai loại hoá chất quan trọng trong nghành công nghiệp hóa chất.

Đồ án môn Quá trình thiết bị Phạm Văn TuấnPage 7 7

1. Axetandehit.

axetandehit hay còn gọi là ethanol, là một chất lỏng không màu, có mùi este , tan rất tốt trong nước, tan tốt vối một số dung môi hữu cơ

Tính chất vật lý của axetandehit

• Công thức cấu tạo là: CH3CHO

• Khối lượng phân tử là: 44

• Khối lượng riêng: 0.784 g·cm−3 (20 °C)

Tham gia phản ứng oxy hoá (CH3CHO là chất khử)

C2H5OH + CH3CHO + CuO → Cu + H2OCH3CH=O + 1/2 O2CH3COOH

n- Điều chế

Người ta có thể điều chế Axetandehit từ hai nguồn nguyên liệu chính là axetilen

và etilen Ngoài ra có thể đề hiđro hóa etanol hoặc oxi hóa ankan

dung môi hữu cơ không phân cực, đồng thời là một dung môi tốt cho nhiều chất như Iot, lưu huỳnh, chất béo…

 Tính chất vật lý của Benzen

• Công thức cấu tạo là : C6H6

• Khối lượng phân tử là : 78 ĐVC

• Bề ngoài : Chất lỏng không màu

• Khối lượng riêng : 0,8786 g/cm³, chất lỏng

(Cl,Br, )hoặc với HNO 3

+ Từ thiên nhiên: thông qua các hidrocacbon ít được điều chế trong phòng thí nghiệm nên có thể thu được lượng lớn bằng phương pháp chưng cất than đá, dầu mỏ.

Đồ án môn Quá trình thiết bị Phạm Văn TuấnPage 9 9

+ Đóng vòng và đề hidro hóa ankan.

+ Các ankan có thể tham gia đóng vòng và đề hidro hóa tạo thành

loại chuyển tiếp như Pd, Pt

3 2

3(CH )CH

+ Đề hidro hóa: các xicloankan có thể bị đề hidro hóa ở nhiệt độ cao với sự

có mặt của các xúa tác kim loại chuyển tiếp tạo thành benzen hay các dẫn xuất của benzen:

12

6H

C  C6H6+ Đi từ axetilen: đun axetan trong sự có mặt của xúc tác là than hoạt tính hay phức của niken như Ni(CO)[(C6H5)P] ở nhiệt độ 600sẽ thu được benzen:

 Sản xuất styren cho tổng hợp polymer

 Sản xuất cumen cho việc sản xuất cùng lúc axeton và phenol

 Sản xuất cyclohexan tổng hợp tơ nilon

 Làm dung môi, sản xuất dược liệu

 Ngoài ra Benzen dùng để điều chế nitro benzen, anilin, tổng hợp phẩm

nhuộm,dược phẩm…Clobenzen là dung môi tổng hợp DDT, hexacloaran (thuốc trừ sâu), Stiren (monome để tổng hợp chất dẻo) và nhiều sản phẩm quan trọng khác

 Nguồn cung cấp

Nguồn cung cấp Benzen cho công nghiệp là nhựa chưng cất , than đá,hexan vàtoluen của dầu mỏ.Khi nung than béo ở nhiệt độ cao để luyện than cốc được nhựathan đá.Trong nhựa than đá có chứa rất nhiều các chất hữu cơ khác nhau khi chưngcất phân đoạn thu được Benzen

II SƠ ĐỒ CHƯNG :

Đồ án môn Quá trình thiết bị Phạm Văn TuấnPage 11 11

2

7 6

4- Thiết bị gia nhiệt hỗn hợp đầu 9- Thiết bị gia nhiệt đáy tháp

5- Tháp chưng luyện 10- Thùng chứa sản phẩm đáy

11- Lưu lượng kế

Đồ án môn Quá trình thiết bị Phạm Văn TuấnPage 13 13

2 Thuyết minh dây chuyền sản xuất:

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 thùng cao vị dung dịch được đưa vào thiết bị đun nóng (4) qua lưu lượng kế (11), ở đây dung dịch được đun nóng đến nhiệt độ sôi bằng hơi nước bão hoà, từ thiết bị 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 lên đĩa phía trên, các cấu tử có nhiệt độ sôi cao (CH3COOH) sẽ được ngưng tụ lại và cuối cùng trên đỉnh ta thu được hỗn hợp gồm hầu hết các cấu tử dễ bay hơi (CH3COCH3) Hơi đó đi vào thiết 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 cần thiết rồi đi vào thùng chứa sản phẩm đỉnh (8), một phần khác hồi lưu về tháp ở đĩa trêncùng

Chất lỏng đi từ trên xuống gặp hơi có nhiệt độ cao hơn, một phần cấu tử có nhiệt độ sôi thấp được bốc hơi và do đó nồng độ cấu tử khó bay hơi trong chất lỏng ngày càng tăng và cuối cùng ở đáy tháp ta thu dược hỗn hợp lỏng gồm hầu hết là cấu

tử khó bay hơi Chất lỏng đi ra khỏi tháp được làm lạnh rồi đi vào thùng chứa sản phẩm đáy (10) Như vậy với thiết bị làm việc liên tục thì hỗn hợp đầu được đưa vào liên tục và sản phẩm cũng được tháo ra liên tục

3 Các kí hiệu trước khi tính:

+ Cấp nhiệt ở đáy tháp bằng hơi đốt gián tiếp

• Yêu Cầu thiết bị:

F: Năng suất thiết bị tính theo hỗn hợp đầu F = 5,8 (tấn/h)

Thiết bị làm việc ở áp suất thường

Tháp chưng loại: tháp chóp

• Điều kiện:

aF : Nồng độ CH3-COH trong hỗn hợp đầu = 0,32 (phần khối lượng)

aP: Nồng độ CH3-COH trong sản phẩm đỉnh = 0,947(phần khối lưọng)

aW: Nồng độ CH3-COH trong sản phẩm đáy = 0,008 (phần khối lượng)

MA: Khối lượng phân tử của CH3COH= 44 (kg/kmol)

MB: Khối lượng phân tử của C6H6= 78 (kg/kmol)

Đồ án môn Quá trình thiết bị Phạm Văn TuấnPage 15 15

PHẦN II TÍNH TOÁN THIẾT BỊ CHÍNH

I TÍNH CÂN BẰNG VẬT LIỆU TOÀN THIẾT BỊ

1 Tính toán cân bằng vật liệu:

Hỗn hợp đầu vào F(CH3COCH3 - CH3COOH)được tách thành sản phẩm đỉnh

P(CH3COCH3) và sản phẩm đáy W(CH3COOH) ở đĩa trên cùng có một lượng lỏng hồilưu, ở đáy tháp có thiết bị đun sôi, lượng hơi đi ra đỉnh tháp là D

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

F = P + W

+ Phương trình cân bằng vật liệu cho riêng cấu tử dễ bay hơi (CH3COCH3):

F.aF = P.aP + W.aW

2 Xác định số bậc thay đổi nồng độ (số đĩa lý thuyết)

2.1 Xác định chỉ số hồi lưu tối thiểu

Dựng đường cân bằng theo số liệu đường cân bằng tra ở đường cân bằng lỏng- hơi và

nhiệt độ sôi của 2 cấu tử ở 760 mmHg ( tính theo % số mol ) của axetandehit - benzen( Bảng IX 2a_ 145_STQTTB tập II )

-Đồ thị đường cân bằng lỏng hơi:

Đồ án môn Quá trình thiết bị Phạm Văn TuấnPage 17 17

Vẽ đồ thị đường cân bằng lỏng hơi x _ y :

tại A từ A kẻ đường song song với trục x cắt trục y tại B Xác định trên đồ thị

có y*F=0.8394

=> Rmin = = 0,3380

-Xác định chỉ số hồi lưu làm việc: (Rx)

Vấn đề chọn chỉ số hồi lưu thích hợp rất quan trọng, vì khi chỉ số hồi lưu bé thì sốbậc của tháp lớn hơn nhưng tiêu tốn lượng hơi đốt ít, ngược lại khi chỉ số hồi lưu lớnthì 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 ( 1,2 → 2,5 )

Ứng với mỗi giá trị R > Rmin, ta dựng một đường làm việc tương ứng và tìm được mộtgiá trị Nlt

+ β = 1,2 → Rx = 0,4056.Số đĩa lý thuyết Nlt=10

+ β = 1,4→ Rx = 0,4732 Số đĩa lý thuyết Nlt= 9

+ β = 1,6→ Rx = 0,5408 Số đĩa lý thuyết Nlt= 8

Đồ án môn Quá trình thiết bị Phạm Văn TuấnPage 19 19

+ β = 1,8→ Rx = 0,6084 Số đĩa lý thuyết Nlt= 8

+ β = 1,9→ Rx = 0,6422 Số đĩa lý thuyết Nlt= 8

+ β = 2,0→ Rx = 0,676 Số đĩa lý thuyết Nlt= 7

+ β = 2,1→ Rx = 0,7098 Số đĩa lý thuyết Nlt=7

+ β = 2,2→ Rx = 0,7436 Số đĩa lý thuyết Nlt= 7

+ β = 2,3→ Rx = 0,7774 Số đĩa lý thuyết Nlt= 7

Đồ án môn Quá trình thiết bị Phạm Văn TuấnPage 21 21

Hình 1: Đồ thị quan hệ giữa RX – Nlt(Rx + 1)

-Xác định đồ thị quan hệ giữa Rx và Nlt.(R+1) Ta thấy Rx =0,676 có Nlt.(Rx+1) giá trị nhỏ nhất ( thể tích tháp nhỏ nhất ) → Rth = 0,676

2.2 Phương trình làm việc của đoạn luyện :

- Phương trình cân bằng vật liệu

D0 = L0 + P Trong đó : D0 : lượng hơi đi từ dưới lên

L0 : lượng lỏng hồi lưu đi từ trên xuống

D0.y = L0.x+ P.xP

( L0 + P).y = L0.x+ P.xP

(1) Đặt :chỉ số hồi lưu

Biến đổi phương trình (1) theo Rx ta được:

Với :

y : nồng độ phần mol cấu tử dễ bay hơi trong pha hơi đi từ dưới lên

Đồ án môn Quá trình thiết bị Phạm Văn TuấnPage 23 23

x : nồng độ phần mol cấu tử dễ bay hơi trong pha lỏng chảy từ đĩa xuống.

Rx : chỉ số hồi lưu

Thay số vào ta có :

yl =

→ y l = 0,4033x + 0,5784

2.3 Phương trình làm việc đoạn chưng:

- Phương trình cân bằng vật liệu:

Trong đó Số đĩa đoạn chưng =5

Số đĩa đoạn luyện =2

GW g1, y1

Đường kính của tháp được xác định theo công thức:

D=0,0188 m (181-2)

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

y: khối lượng riêng trung bình Kg/m3

wy: tốc độ hơi đi trung bình trong tháp Kg/m2.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

Đồ án môn Quá trình thiết bị Phạm Văn Tuấn

Lớp ĐHCN Môi Trường-K11

25Page 25

1 Tính lưu lượng các dòng pha đi trong tháp: (có thể hiểu rằng P’=G p )

1.1 Xác định lưu lượng hơi trung bình đi trong đoạn luyện:

Lượng hơi trung bình đi trong tháp chưng luyện có thể tính gần đúng bằng trung bình cộngcủa lượng hơi đi ra khỏi đĩa trên cùng của tháp và đĩa dưới cùng của đoạn luyện

gtb =

gtb: lượng hơi trung bình đi trong đoạn luyện [ kmol/ h ]

gđ: lượng hơi đi ra khỏi đĩa trên cùng của tháp [kmol/ h]

g1: lượng hơi đi vào đĩa dưới cùng của đoạn luyện [ kmol/ h]

+Lượng hơi ra khỏi đỉnh tháp: gđ = GR + GP = GP.(Rx +1)

+Lượng hơi đi vào đoạn luyện

Lượng hơi g1, hàm lượng hơi y1 và lượng lỏng G1 đối với đĩa thứ nhất của đoạn luyện đượcxác định theo phương trình cân bằng vật liệu: Phương trình cân bằng vật liệu đối với cấu

tử dễ bay hơi:

g1 = G1 + GP ( 1 )

Phương trình cân bằng vật liệu đối với cấu tử dễ bay hơi:

Trong đó r1: ẩn nhiệt hóa hơi của hỗn hợp đi vào đĩa

rđ: ẩn nhiệt hóa hơi của cấu tử hỗn hợp hơi ra đỉnh tháp

x1 = xF = 0,4548 phần mol

yđ= xP= 0,9694 phần mol

Từ bảng cân bằng lỏng hơi và nhiệt độ của hỗn hợp 2 cấu tử CH3COCH3 và

CH3COOH ở 1at (II-146) :tF = (a)

Với rA : ẩn nhiệt hóa hơi của cấu tử nguyên chất axetandehit

rB : ẩn nhiệt hóa hơi của cấu tử nguyên chất benzen

Bảng cân bằng lỏng hơi của C6H6 và CH3COH cần nội suy và từ tF = 44,8448oC trabảng I.212- STQTQB T1-trang 254 ta có:

Đồ án môn Quá trình thiết bị Phạm Văn TuấnPage 27 27

rA= rCH3CHO =136,17 (kcal/kg) => rA= r CH3CHO = 25085,12846 (kJ/kmol )

rA=rCH3CHO = 136,17 (kcal/kg) rA=rCH3cHO = 25085,12846 (kJ/kmol)

rB = r C6H6 = 102,9833 (kcal/kg) rB =r C6H6 = 33631,29747 (kJ/kmol)

F g’x

Lượng hơi trung bình đi trong đoạn luyện là:

Lượng lỏng trung bình đi trong đoạn luyện là:

1.2 Lượng hơi trung bình trong đoạn chưng : (có thể hiểu rằng W’=G w )

Vì lượng hơi đi ra khỏi đoạn chưng bằng lượng hơi đi vào đoạn luyện = g1 , nên ta cóthể viết : gtb =

Phương trình cân bằng vật liệu :

r’1: ẩn nhiệt hóa hơi của hỗn hợp đi vào đĩa thứ nhất của đoạn chưng

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

r1: ẩn nhiệt hóa hơi của hỗn hợp đi vào đĩa trên cùng của đoạn chưng

Ta có : GW = 49,9581 (kmol/ h)

xW = 0,0141 (phần mol)

- Tính r1

Ẩn nhiệt hóa hơi của hỗn hợp đi vào đĩa trên cùng đoạn chưng bằng ẩn nhiệt hóa hơi

đi vào đoạn luyện → r1 = 27196,08193 (kcal/kmol)

-Tính r’1

r’1 = rA y’1 + ( 1 – y’1 ) rB

rA, rB : ẩn nhiệt hóa hơi của cấu tử nguyên chất ở to = tW

r’1 : ẩn nhiệt hóa hơi của hỗn hợp ra khỏi đoạn chưng

y’1 = yW xác định theo đường cân bằng ứng với xW = 0,0141 nội suy theo bảng cânbằng lỏng hơi

axeton và axit axetic ta có bảng sau:

*Thay các giá trị vào hệ phương trình (II) ta được

Lượng hơi trung bình đi trong đoạn luyện là:

Lượng lỏng trung bình đi trong đoạn luyện là:

2 Vận tốc hơi đi trong tháp:

Tốc độ hơi ( khí ) trung bình đi trong tháp chóp xác định theo:

= 0,065

Trong đó:

: khối lượng riêng trung bình của lỏng (kg/m3)

: khối lượng riêng của hơi (kg/ m3)

h: khoảng cách giữa các đĩa (m)

2.1 Tính khối lượng riêng trung bình của pha lỏng:

ADCT : = [ kg/ m3 ]

Trong đó

: khối lượng riêng trung bình của lỏng [ kg/ m3 ]

, : khối lượng riêng trung bình của axeton và axit acetic trong pha lỏng lấy theo nhiệt độ trung bình [ kg/ m3 ]

atb1: phần khối lượng trung bình của axeton trong pha lỏng:

b Khối lượng riêng trung bình của pha lỏng trong đoạn chưng:

Trong đó:

i lượng riêng trung bình của pha lỏng trong đoạn chưng (kg/m3)

,: Khối lượng riêng trung bình của Axeton và axit axetic trong pha lỏng lấy theo nhiệt độ t0

2.2 Tính khối lượng trung bình của pha hơi:

a Khối lượng trung bình pha hơi ở đoạn luyện:

Trong đó:

MA,MB:Khối lượng phân tử của benzen và axit axetic

TL :Nhiệt độ làm việc của tháp (K)

:Nồng độ trung bình pha hơi đoạn luyện

= (84,25-81,6 )+46,2 = 44,6658 0C

Khối lượng riêng trung bình đối với pha hơi ở đoạn luyện:

=1,8935 () =2.0836()

b, tính khối lượng chung bình pha hơi ở đoạn chưng:

Thay kết quả ở (1) và (2) vào biểu thức :

= + (I-299)Với σ1 =σ(ttbL) = 17,5482 (dyn/cm) σ2 =σB(ttbL) = 22,9235 (dyn/cm)Thay số vào ta được : σ =9,939(dyn/cm)

Với σ1 =σ(ttbc) = 14,3712 (dyn/cm) σ2 =σB(ttbc) = 20,276 (dyn/cm)Thay số vào ta được : σ =8,4102(dyn/cm)

Vì σ =8,4102(dyn/cm)< 20 (dyn/cm) → φ[] = 0,8

Tốc độ khí của hơi đoạn chưng:

(ρ.ω) = 0,065 φ[] (kg/ m.s) (II-184)

Thay số: ( ρ.ω) = 0,065.0,8 =1,199 (kg/ m.s)

3 Đường kính đoạn luyện:

Đường kính đoạn luyện được tính theo công thức:

→điều giả sử là sai

4 Đường kính đoạn chưng :

Đường kính đoạn chưng được tính theo công thức :

DC = 0,0188 [ m ]

Trong đó

Khối lượng mol trung bình của pha hơi đoạn chưng

Đồ án môn Quá trình thiết bị Phạm Văn TuấnPage 39 39

= ytbC MA + (1 – ytbC ) MB (kg/ kmol)

Với ytbC =0,3443(phần mol) và MA=MCH3COH=44; MB=MC6H6=78 ta có:

= ytbC MA + (1 – ytbC ) MB = 0,3443 44+ (1 – 0,3443) 78=59,3114 (kg/ kmol)Lượng hơi trung bình đi trong đoạn chưng đổi sang kg/ h

gtb = gtbC =126,4191 59,3114 (kg/ kmol)= 7498,093(kg/h)

Thay các giá trị vào đường kính tháp

DC = 0,0188 = 0,0188 = 1,486 ( m ) >d=(0,6-1,2)m

→điều giả sử là sai

Vì đường kính đoạn chưng và đường kính đoạn luyện đều không thuộc đoạn 1,2)m ta giả sử nên ta phải giả sử lại d

d=(0,6-Giả sử đường kính tháp nằm trong khoảng 1,2 – 1,8 (m) → h = (0,35→0,45)

chọn: h= 0,35

Làm tương tự như trên ta có :

+Tốc độ khí của hơi đoạn luyện:

1.1 Hệ số khuếch tán trong pha lỏng:

a Hệ số khuếch tán trong pha lỏng ở 20 o C: