Tính các thông số cơ bản của thiết bị (tháp đệm) axeton triclo etilen

Tính các thông số cơ bản của thiết bị (tháp đệm) chuyển khối làm việc ở áp suất khí quyển (760 mm Hg) để chưng luyện hỗn hợp hai cấu tử AxetonAxit axetic; đảm bảo các yêu cầu về năng suất tính theo hỗn hợp đầu và thành phần nguyên liệu, đỉnh và đáy. Các yêu cầu cụ thể như sau

Đồ án: Quá trình và thiết bị truyền khối.

Tính các thông số cơ bản của thiết bị (tháp đệm) chuyển khối làm việc ở áp suất khí quyển (760 mm Hg) để chưng luyện hỗn hợp hai cấu tử Axeton-Axit axetic; đảm bảo các yêu cầu về năng suất tính theo hỗn hợp đầu và thành phần nguyên liệu, đỉnh và đáy Các yêu cầu cụ thể như sau:

G F =2350kg/h, a F =25 % , a w = 1% , a p =98%

1- Xác định nồng độ phần mol và lưu lượng (kmol/ h) của nguyên liệu, sản phẩm đỉnh và sản phẩm đáy.

2- Vẽ đường cân bằng trên đồ thị x – y.

3- Xác định chỉ số hồi lưu thích hợp, đường làm việc và số đĩa lý thuyết của tháp.

4- Xác định đường kính, số đĩa thực tế và chiều cao cơ bản của tháp.

5- Xác định nhiệt độ đỉnh, đáy và vị trí đĩa tiếp liệu ứng với trường hợp nguyên liệu vào tháp ở trạng thái sôi.

Số liệu ban đầu:

Tháp chuyển khối loại đệm làm việc ở áp suất khí quyển để chưng luyện hỗnhợp axeton và etilen triclorua đảm bảo:

Gọi:

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

F : lưu lượng hỗn hợp đầu [kmol/h]

P : lưu lượng sản phẩm đỉnh [kmol/h]

W : lưu lượng sản phẩm đáy [kmol/h]

5.Lượng hỗn hợp đầu trên đơn vị sản phẩm đỉnh.

2 Vẽ đường cân bằng trên đồ thị x – y.

(Số liệu bảng IX.2b – 150 – [4])

x 0 6.2 11 15.2 22.0 33.2 45.4 55.3 68.4 80.0 84 87 91.5 94.5 100

y 0 18 34.2 44 55.5 68 77.2 83.2 89 93.3 94.5 95.6 96.8 97.5 100

T 86.8 83.9 79.5 76.2 70.35 67.4 65.05 62.2 60.2 58.95 58.3 57.9 57.1 56.3 56.5

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100

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

lấy từ 1,2 – 2,5

c Phương trình đường làm việc:

- Đoạn luyện: (IX.20 – [4])

- Đoạn chưng: (IX.22 – [4])

4 Đường kính tháp D, số đĩa thực tế N tt và chiều cao cơ bản của tháp H:

4.1 Đường kính tháp D :

Đường kính tháp được xác định theo công thức:

Trong đó:

(y.y)tb: Tốc độ hơi trung bình đi trong (kg/m2.s)

Vì lượng hơi và lượng lỏng thay đổi theo chiều cao cảu tháp và khácnhau trong mỗi đoạn nên ta phải lấy lượng hơi trung bình cho từng đoạn

4.1.1Đường kính đoạn luyện:

a)Xác định lượng hơi trung bình đi trong đoạn luyện.

Lượng hơi trung bình đi trong đoạn luyện 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

Trong đó:

Lượng hơi đi ra khỏi tháp:

Lượng hơi gl hàm lượng yl và lượng lỏng Gl đối với đĩa thứ nhất của đoạnluyện được xác định theo phương trình:

Trong đó:

Với: yd = yp phần khốii lượng.

b)Tính khối lượng riêng trung bình.

* Khối lượng riêng trung bình đối với pha hơi được tính:

Trong đó:

ttbl= = =60,98=333,980KVậy khối lượng riêng trung bình của pha hơi đối với đoạn luyện:

kg/m3

Khối lượng riêng trung bình đối với pha lỏng:

, kg/m3 [II - 183]

Trong đó:

: Khối lượng riêng trung bình của cấu tử 1 và 2 của pha lỏng lấy thoe

: Phần khối lượng trung bình của đoạn luyện theo pha lỏng;

(phần khối lượng): Nhiệt độ trung bình của đoạn luyện theo pha lỏng:

(phần mol)

kg/m3.kg/m3.Vậy khối lượng riêng trung bình của lỏng trong đoạn luyện:

c Tính tốc độ hơi đi trong tháp:

Đối với tháp đệm khi chất lỏng chảy từ trên xuống và pha hơi đi từ dưới lên chuyển động ngược 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 thỡ pha lỏng chiếm toàn bộ thể tích tự do và như vậy pha lỏng là pha liên tục Nếu tăng tốc độ lớn 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

Trong đó:

 đ : bề mặt riêng của đệm, m 2 /m 3

V đ : thể tích tự do của đệm, m 3 /m 3

g: gia tốc trọng trường, m 2 /s

G x , G y : lượng lỏng và lượng hơi trung bình, kg/s

:khối lượng riêng trung bình của pha lỏng và pha hơi, kg/m 3

 x ,  n : độ nhớt của pha lỏng theo nhiệt độ trung bình và độ nhớt của nước ở

  hh =  x = 0,27.10 -3 Ns/m 2

Thay số liệu ta có

Y = 1,2e -4.0,42 = 0,224

Chọn loại đệm vòng Rasiga bằng sứ đổ lộn xộn Số liệu trong [(2)– 193]

Thêm ảnh minh họa vào nhé !

Khối lượng riêng xốp,  đ , kg/m 3

Quy chuẩn đường kính đoạn luyện là D L = 0,50 m

4.1.2Đường kính đoạn chưng

Lượng hơi trung bình đi trong tháp:

Vì lượng hơi đi ra khỏi đoạn chưng bằng lượng hơi đi vào đoạn luyện(g’

Với ra, rb: ẩn nhiệt hóa hơi của cấu tử nguyên chất ở t0 = tw

Với xw = 0,0224 tra đồ thị tw = 85,750C Từ t0 =tw =85,750C nội suy theobảng I.212 trong [I – 254]

Thay vào phương trình:

b)Tính khối lượng trung bình:

* Khối lượng riêng trung bình đổi với pha hơi được tính theo:

Trong đó:

kg/m3.

* Khối lượng riêng trung bình của pha lỏng

Trong đó:

: khối lượng riêng trung bình của cấu tử 1 và 2 của pha lỏng lấy theo

: phần khối lượng trung bình của cấu tử 1 trong pha lỏng

chưng

(phần khối lượng): Nhiệt độ trung bình của đoạn chưng theo pha lỏng

Tính tốc độ hơi đi trong đoạn chưng:

Đối với tháp đệm khi chất lỏng chảy từ trên xuống và pha hơi đi từ dưới lên chuyển động ngược 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 như 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

G x , G y : lượng lỏng và lượng hơi trung bình, kg/s

:khối lượng riêng trung bình của pha lỏng và pha hơi, kg/m 3

 x ,  n : độ nhớt của pha lỏng theo nhiệt độ trung bình và độ nhớt của nước ở

N.s/m 2

Vậy độ nhớt của pha lỏng tính theo nhiệt độ trung bình là

lg hh = x tb lg A + (1 - x tb ).lg B [(1) – 84] lg hh = 0,2604.lg(0,2065.10 -3 ) + (1 - 0,2604)lg(0,345.10 -3 )

N lt – số bậc thay đổi nồng độ hay số đĩa lý thuyết

η tb – hiệu suất trung bình của thiết bị:

(IX.60 – [4])

α là độ bay hơi tương đối của hỗn hợp:

(IX.61 – [4])

µ hh độ nhớt của hỗn hợp lỏng [N.s/m2]:

µ A – độ nhớt của cấu tử A phụ thuộc nhiệt độ xét

µ B – độ nhớt của cấu tử B phụ thuộc nhiệt độ xét

x F = 0,4304 [phần mol]; yF * = 0,7542 [phần mol]; tF = 65,5 [oC];

µ A = 0,219 [10-3 Ns/m2] ( nội suy bảng I.110 – [3])

µ B = 0,385 [10-3 Ns/m2] (nội suy bảng I.110 – [3])

Vậy, ta có:

x W = 0,0224 [phần mol]; yW * = 0,065 [phần mol]; tW = 85.75 [oC];suy ra:

α = 3,03

µ A = 0,181 [10-3 Ns/m2] (nội suy bảng I.110 – [3])

µ B = 0,304 [10-3 Ns/m2] (nội suy bảng I.110 – [3])

Vậy, ta có:

Vậy số đĩa thực tế là:

Số đĩa đoạn luyện : 8,07/0,5133 = 16 đĩa

Số đĩa đoạn chưng : 4,92/0,5133 = 10 đĩa

c Chiều cao cơ bản của tháp:

2.3 Chiều cao của tháp

- Đối với tháp đệm, chiều cao làm việc của tháp hay chiều cao lớp đệm được xác định theo công thức:

1 Tớnh chiều cao ðoạn luyện:

Chọn loại đệm vòng Rasiga bằng sứ đổ lộn xộn với V= 0,71 m 3 /m 3 ;

=310m 2 /m 3 =>d td ==0,0091

 hh ,  A ,  B : độ nhớt của hỗn hợp và cấu tử axeton và etilen triclorua

m 1 , m 2 : nồng độ của axeton và etilen triclorua tính theo phần thể tích.

Đối với hỗn hợp khí thì nồng độ phần thể tích bằng nồng độ phần mol, nên m 1

= y 1 , m 2 = y 2 = 1 - y 1

Thay vào ta có:

a 1 , a 2 : nồng độ phần khối lượng của axeton và etilen triclorua

Chiều cao ðoạn chýng

- Các công thức cũng như ý nghĩa các ký hiệu có trong các côngthức tính chiều cao đoạn chưng tương tự như đối với đoạnluyện, chỉ khác về trị số nên trong phần này không giải thíchlại

éộ nhớtpha hừixỏc ðịnhnhý sau:Trong đó;

Suy ra: chiều cao toàn thiết bị:

H = HL + HC + 0,9Trong đó:

0,9: khoảng cách không gian cho hồi lưu đáy và đỉnh thiết bị, m

Vậy chiều cao toàn tháp là