Đồ án quá trình thiết bị dh nông lâm

Đồ án quá trình thiết bị dh nông lâm Đồ án quá trình thiết bị dh nông lâm Đồ án quá trình thiết bị dh nông lâm Đồ án quá trình thiết bị dh nông lâm Đồ án quá trình thiết bị dh nông lâm Đồ án quá trình thiết bị dh nông lâmĐồ án quá trình thiết bị dh nông lâmĐồ án quá trình thiết bị dh nông lâmĐồ án quá trình thiết bị dh nông lâm

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM THÀNH PHỐ

Thiết kế Tháp chưng cất hỗn hợp iso propyl và nước

GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN

18139075 Nguyễn Trung Kiên

18139105 Nguyễn Thị Kim Ngân

Mục lục

CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU 3

I.Lý thuyết về chưng cất: 4

II.Giới thiệu nguyên liệu 5

CHƯƠNG 2: QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ 7

I.Sơ đồ quy trình công nghệ : 7

CHƯƠNG 3: TÍNH TOÁN CÂN BẰNG VẬT CHẤT 8

I.Các thông số: 8

II.Nồng độ phần mol: 8

III.Suất lượng mol của các dòng vật chất: 9

IV.Chỉ số hồi lưu làm việc: 9

V.Phương trình đường làm việc: 11

VI.Số mâm lý thuyết: 12

VII.Số mâm thực tế: 12

CHƯƠNG 4: CÂN BẰNG NĂNG LƯỢNG 14

I.Cân bằng nhiệt lượng tháp chưng cất 14

II.Cân bằng nhiệt lượng cho thiết bị đun nóng 15

III.Cân bằng nhiệt lượng cho thiết bị ngưng tụ hồi lưu 15

IV.Cân bằng nhiệt lượng cho thiết bị làm nguội sản phẩm đáy 16

V.Tổng lượng hơi đốt và nước làm lạnh sử dụng 17

VI.Tổng lượng hơi đốt và nước làm lạnh sử dụng 17

CHƯƠNG 5 TÍNH THIẾT BỊ CHÍNH 18

I Tính kích thước tháp 18

II.Tính chóp và ống chảy chuyền 21

III Tính trở lực tháp 29

CHƯƠNG 6: TÍNH THIẾT BỊ PHỤ 32

I.Thiết bị đun sôi đáy tháp 32

II.Thiết bị đun nóng dòng nhập liệu: 35

III.Thiết bị ngưng tụ hồi lưu 39

IV.Thiết bị làm nguội sản phẩm đỉnh 43

V.Thiết bị làm nguội sản phẩm đáy 47

VI.Bồn cao vị 52

VII.Bơm 56

CHƯƠNG 7: GIÁ THÀNH THIẾT BỊ 58

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 thu, chưng cất, trích ly, Tùy theo mỗi đặc tính yêu cầu của sản phẩm mà ta có sự lựa chọn phương pháp phù hợp Đối với hệ IPA – Nước, ta nên sử dụng phương pháp chưng cất để nâng cao độ tinh khiết

Đồ án môn học Quá trình và Thiết bị là 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 nghệ, kết cấu, giá thành của một số thiết bị trong quá trình 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 việc giải quyết những vấn đề kỹ thuật một cách tổng hợp

Nhiệm vụ của Đồ án này là thiết kế hệ thống chưng cất IPA – Nước loại tháp mâm xuyên lỗ có năng suất 500kg/h

Em xin chân thành cảm ơn các thầy cô trong Bộ môn Công nghệ kỹ thuật Hóa học

và Thực phẩm, đặc biệt là thầy Nguyễn Bảo Việt, thầy Đào Ngọc Duy đã trực tiếp giúp đỡ

và hướng dẫn chúng em trong quá trình thực hiện Đồ án này Tuy nhiên, trong quá trình thực hiện chúng em sẽ có thể gặp những sai sót không đáng có, rất mong được thầy cô góp

ý và chỉ dẫn thêm

CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU

I Lý thuyết về chưng cất:

1 Khái niệm:

Chưng cất là quá trình dùng để tách các cấu tử của hỗn hợp lỏng cũng như hỗn hợp khí - lỏng thành các cấu tử riêng biệt dựa vào độ bay hơi khác nhau của các cấu tử trong hỗn hợp ( nghĩa là tại cùng nhiệt độ thì áp suất hơi bão hòa của các cấu tử là khác nhau)

Thay vì đưa vào một pha mới để tạo tạo sự tiếp xúc giữa hai pha như trong quá trình hấp thụ hoặc nhả khí, trong quá trình chưng cất pha mới được tạo nên bằng sự bốc hơi và ngưng tụ

Chưng cất và cô đặc khá giống nhau, tuy nhiên sự khác nhau cơ bản giữa 2 quá trình là trong chưng cất tất cả các cấu tử đều bay hơi nhưng với mức độ khác nhau, còn trong cô đặc thì chỉ có dung môi bay hơi còn chất tan không bay hơi

Trong chưng cất thì ta sẽ thu được nhiều sản phẩm, thường thì có bao nhiêu cấu tử sẽ có bấy nhiêu sản phẩm Nếu xét hệ đơn giản có 2 cấu tử thì sẽ thu được 2 sản phẩm:

Sản phẩm đỉnh chủ yếu là các cấu tử có độ bay hơi lớn ( nhiệt độ sôi nhỏ )

Sản phẩm đáy là những cấu tử có độ bay hơi kém hơn ( nhiệt độ sôi lớn hơn)

Đối với hệ Isopropyl Ancol – Nước:

+ Sản phẩm đỉnh chủ yếu là Isopropyl Ancol

+ Sản phẩm đáy chủ yếu là Nước

+ Áp suất cao: khi các cấu tử của hỗn hợp không hóa lỏng ở áp suất thường

- Phân loại theo nguyên lý làm việc:

+ Chưng cất đơn giản: để tách các hỗn hợp gồm các cấu tử có độ bay hơi rất khác nhau, tách sơ bộ hoặc làm sạch các cấu tử khỏi hợp chất

+ Chưng cất bằng hơi nước trực tiếp: để tách các hỗn hợp gồm các chất khó bay hơi

và tạp chất không bay hơi, thường được ứng dụng trong trường hợp chất được tách không tan vào nước

+ Chưng cất: là phương pháp phổ biến nhất 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

- Phân loại theo phương pháp cấp nhiệt ở đáy tháp:

+ Cấp nhiệt trực tiếp: khi hỗn hợp đem chưng cất có chứa nước được lấy ra trong dòng sản phẩm đáy, cấu tử còn lại dễ bay hơi thì có thể sử dụng hơi nước để cấp nhiệt trực tiếp cho đáy tháp

+ Cấp nhiệt gián tiếp

➔ Từ các tính chất Isopropyl Ancol, Nước và hệ Isopropyl Ancol – Nước, chọn phương pháp chưng cất liên tục cấp nhiệt gián tiếp bằng nồi đun ở áp suất thường

3 Thiết bị chưng cất

Các thiết bị sử dụng có yêu cầu cơ bản chung là diện tích bề mặt tiếp xúc pha phải lớn,

điều này phụ thuộc vào mức độ phân tán của lưu chất này vào lưu chất kia Nếu pha khí

phân tán vào pha lỏng ta có tháp mâm, nếu pha lỏng phân tán vào pha khí ta có tháp chêm,

tháp phun…

Khảo sát 2 loại thường dùng là tháp mâm và tháp chêm

- Tháp mâm: thân hình trụ, thẳng đứng, phía bên trong có gắn các mâm có cấu tạo khác

nhau, trên đó pha hơi và pha lỏng tiếp xúc với nhau

Tùy theo cấu tạo đĩa ta có các loại tháp :

+ Tháp mâm chóp: trên mâm có chóp dạng tròn , xupap,…

+ Tháp mâm xuyên lỗ :trên mâm có nhiều lỗ hay rãnh

- Tháp chêm (đệm): thân hình trụ , gồm nhiều bậc nối với nhau bằng mặt bích hay hàn Vật

chêm được cho vào tháp theo một trong hai phương pháp là xếp ngẫu nhiên hay là

xếp thứ tự

Ưu, nhược điểm của các loại tháp:

- Hiệu suất khá cao

II Giới thiệu nguyên liệu

1 Isopropyl Ancol :

IPA là viết tắt của Isopropyl Ancol hay còn gọi là cồn, một hóa chất không màu, dễ cháy

với mùi mạnh và có công thức hóa học là C3H8O

- Tính chất vậy lý và hóa học của Isopropyl Alcohol

• IPA với khối lượng phân tử là 60.1g/mol

• Là chất không màu với mùi hắc và hơi ngọt

• Cồn IPA có độ bay hơi cao, tan vô hạn trong nước và nhiều dung môi hữu cơ

- Điều chế Isopropyl Alcohol :Dung môi C3H8O được sản xuất chủ yếu bằng cách kết

hợp nước với propene trong phản ứng hydrate hóa, một phần nhỏ khác được sản xuất từ

việc hidro hóa axetone Với 3 phương pháp hidro hóa như sau:

• Hidro hóa axetone: Axetone được hidro hóa ở pha lỏng với xúc tác Nikel hay hỗn

hợp của đồng và crom oxide

• Hidro hóa trực tiếp: Propence được hidrate hóa trực tiếp với nước, ở dạng lỏng hay

dạng khí ở áp suất cao với sự hiện diện của chất xúc tác rắn hay xúc tác axit hỗ trợ

• Hidro hóa gián tiếp: Propence phản ứng với axit sunfuric tạo thành hỗn hợp Este sunfat sau đó thủy phân cho ra IPA và sau đó đem đi chưng cất

- Khối lượng phân tử: 18,01528 g/mol

3 Hỗn hợp Isopropyl Alcohol – Nước :

Cân bằng lỏng hơi hỗn hợp Isopropyl Alcohol – Nước

CHƯƠNG 2: QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ

I Sơ đồ quy trình công nghệ :

Hỗn hợp ban đầu 36% khối lượng được đưa vào bình chứa nhiên liệu, sau đó được bơm bơm vào thiết bị trao đổi nhiệt giữa sản phẩm đáy và nhập liệu, từ đó nguyên liệu được đưa vào thiết bị đun sôi dòng nhập liệu, tại đây sản phẩm đỉnh được đưa đến nhiệt độ sôi và đưa vào đĩa nhập liệu của tháp

Dòng lỏng chuyển động từ đĩa nhập liệu đi xuống dưới kết hợp với dòng sản phẩm đỉnh hồi lưu (hồi lưu sản phẩm đỉnh để tránh tháp bị khô) sẽ tiếp xúc và trao đổi với dòng hơi đi

từ dưới lên Pha lỏng chuyển động từ trên xuống nồng độ cấu tử dễ bay hơi càng giảm và dòng hơi đi từ dưới lên có nòng độ cấu tử dễ bay hơi càng tăng Càng lên cao nhiệt độ của tháp càng giảm nên khi đi qua các đĩa từ dưới lên các cấu tử khó bay hơi nước sẽ ngưng tụ lại và rớt xuống , cuối cùng ta thu được sản phẩm đỉnh có nồng độ cấu tử dễ bay hơi chiếm

tỷ lệ iso propyl alcohol cao (98% khối lượng) Hơi sản phẩm đỉnh ra đi vào thiết bị ngưng

tụ được ngưng tụ hoàn toàn, một phần sản phẩm đỉnh được đi vào thiết bị làm nguội bằng thiết bị làm nguội sản phẩm đỉnh, một phần được hoàn lưu lại tháp vơi tỷ số hoàn lưu thích hợp và được điều chỉnh bằng lưu lượng kế

Nồng độ cấu tử khó bay hơi trong chất lỏng ngày càng cao và cuối cùng ta thu được sản phẩm đáy có nồng độ cấu tử khó bay hơi là hầu hết với nồng độ toluene là 1,5% Dung dịch ra khỏi đáy tháp trao đổi với dòng nhập liệu

Hệ thống làm việc ở chế độ liên tục

CHƯƠNG 3: TÍNH TOÁN CÂN BẰNG VẬT CHẤT

- Nhiệt độ nhập liệu ban đầu: tBĐ = 25oC

- Trạng thái nhập liệu vào tháp chưng cất là trạng thái lỏng sôi

➢ Các ký hiệu:

GF, F: suất lượng nhập liệu tính theo kg/h, kmol/h

GD, D: suất lượng sản phẩm đỉnh tính theo kg/h, kmol/h

GW, W: suất lượng sản phẩm đáy tính theo kg/h, kmol/h

L: suất lượng dòng hoàn lưu, kmol/h

xi, 𝑥̅𝑖: nồng độ phần mol, phần khối lượng của cấu tử i

y*: nồng độ phần mol của cấu tử dễ bay hơi trong pha hơi cân bằng với pha lỏng

60 + 1−0.015

18

= 0.0045 (phần mol IPA)

Khối lượng trung bình của dòng nhập liệu:

MF = MR × xF + MN × (1− xF) = 60 × 0.31 + 18 × (1 – 0.31) = 31.02 (kg/kmol)

Vậy F = 𝐺𝐹

𝑀𝐹 =500

31.02 = 16.12 (kmol/h)

III Suất lượng mol của các dòng vật chất:

Phương trình cân bằng vật chất cho toàn tháp:

MD = MR × xD + MN × (1− xD) = 60 × 0.94 + 18 × (1 – 0.94) = 57.48 (kg/kmol)

MW = MR × xW + MN × (1− xW) = 60 × 0.0045 + 18 × (1 – 0.0045) = 18.189 (kg/kmol) Suy ra:

GD = MD × D = 57.48 × 5.26 = 302.34 (kg/h)

GW = MW × W = 18.189 × 10.86 = 197.53 (kg/h)

IV Chỉ số hồi lưu làm việc:

Ta có bảng cân bằng lỏng hơi cho hỗn hợp IPA – nước ở 1atm:

Bảng 1: Bảng cân bằng lỏng hơi cho hỗn hợp IPA – nước ở 1atm

t (oC) 100 84.4 82.5 81.2 81 80.6 80.5 80.4 80.5 81 82.3 82.4

Từ số liệu của bảng 1, ta xây dựng đồ thị t-x,y cho hệ IPA – nước:

Hình 1: Đồ thị t-x,y cho hệ IPA – nước

Hình 2: Đồ thị cân bằng pha của hệ IPA – nước

Việc chọn chỉ số hồi lưu thích hợp rất quan trọng, vì khi chỉ số hồi lưu nhỏ thì số bậc của tháp lớn nhưng tiêu tốn hơi đốt ít, ngược lại khi chỉ số hồi lưu lớn thì số bậc của tháp có ít hơn nhưng tiêu tốn hơi đốt lại rất lớn

Do ta chọn trạng thái nhập liệu vào tháp chưng cất là trạng thái lỏng sôi nên từ đồ thị t-x,y

trên, tại x F = 0.31 ta nội suy ra nhiệt độ nhập liệu vào tháp chưng cất là t F = 82 o C, nội suy

từ đồ thị cân bằng pha được yF* = 0.648

Ta tìm được Rmin = 𝑥𝐷− 𝑦𝐹

∗

𝑦𝐹∗− 𝑥𝐹 = 0.94−0.648

0.648−0.31 = 0.86 Chỉ số hồi lưu làm việc là: R = 1.3Rmin + 0.3 = 1.3 × 0.86 + 0.3 = 1.418

V Phương trình đường làm việc:

➢ Phương trình làm việc của đoạn cất:

Ta có: y = 𝑅

𝑅+1x + 𝑥𝐷

𝑅+1 (1) Thay R = 1.418 vào phương trình (1) ta được:

y = 1.418

1.418+1x + 0.94

1.418+1 hay: y = 0.59x + 0.39 Vậy phương trình làm việc của đoạn cất là: y = 0.59x + 0.39

➢ Phương trình làm việc của đoạn chưng:

VI Số mâm lý thuyết:

➢ Vẽ biểu đồ chưng cất và xác định số mâm lý thuyết:

Bước 1: Vẽ đường cân bằng lỏng-hơi của hỗn hợp IPA - nước đem chưng cất

Bước 2: Vẽ đường nhập liệu có phương trình x = xF = 0,31

Bước 3: Vẽ đường làm việc đoạn cất có phương trình y = 0.59x + 0.39 đi qua 2 điểm D(𝑥𝐷; 𝑦𝐷) và (0; xD

R+1) hay D(0.94; 0.94) và điểm (0; 0.39) Bước 4:Vẽ đường làm việc đoạn chưng đi qua 2 điểm W(xW; yW = xW) và giao điểm F của đường nhập liệu và đường làm việc đoạn cất

Bước 5:Vẽ các đường bậc thang giới hạn bởi 2 đường làm việc và đường cân bằng, đếm số bậc thang là số mâm lý thuyết của tháp chưng cất

➢ Xác định hiệu suất trung bình của tháp:

Độ bay hơi tương đối của các cấu tử dễ bay hơi

∗

1 − 𝑦∗

1 − 𝑥𝑥Với: x: phân mol của rượu trong pha lỏng

𝑦∗: phân mol của rượu trong pha hơi cân bằng với pha lỏng

➢ Tại vị trí nhập liệu:

𝑥𝐹 = 0.31, tra đồ thị cân bằng hệ IPA – nước ta được: yF∗ = 0.648, tF = 82oC

Độ bay hơi tương đối cấu tử dễ bay hơi:

Tra hình IX.11, trang 171, [2], ta được nF = 0.41

➢ Tại vị trí mâm đáy:

xW = 0.0045, tra đồ thị cân bằng hệ IPA – nước: yW∗ = 0.04, tW = 97.5oC

0.94 = 0.335

Ta có x̅̅̅ = 98% và tD D = 66,5oC, dùng toán đồ I.18 trang 90,[1], µD = 0.45 cP

Suy ra: αD × µD = 0.335 × 0.45 = 0.151

Tra hình IX.11, trang 171, [2], ta được nD = 0.79

 Hiệu suất trung bình của tháp:

CHƯƠNG 4: CÂN BẰNG NĂNG LƯỢNG

Sản phẩm định và sản phẩm đáy được làm nguội xuống 32 oC

I Cân bằng nhiệt lượng tháp chưng cất

- Hơi đốt là hơi nước bão hòa ở áp suất tuyệt đối 2,5 at, rh = 2189,5 (kJ/kg)

• Cân bằng nhiệt lượng cho toàn tháp:

QĐ + GFCFStFS = Qnt + GDCDStDS + GWCWStWS + Qm

• Nhiệt lượng nồi đun của tháp cung cấp:

QĐ = Qnt + GDCDStDS + GWCWStWS – GFCFStFS + Qm = Ghrh

Giả sử: Qm = 0,05QĐ => 0,95QĐ = Qnt + GDCDStDS + GwCWStWS - GFCFStFS

Với CFS, CDS, CWS là nhiệt dung riêng ở tFS, tDS, tWS:

Tra bảng I.153, trang 171, [7]:

- Nhiệt dung riêng của IPA ở tFS = 97,5 oC: CIPA = 2,109 (kJ/kg.K)

- Nhiệt dung riêng của Nước ở tFS = 97,5 oC: CWater = 2,059 (kJ/kg.K)

II Cân bằng nhiệt lượng cho thiết bị đun nóng

Dòng nhập liệu có nhiệt độ và tFV = 30 oC và nhiệt độ ra tFS = 97,5 oC

Hơi đốt là hơi nước bão hòa ở áp suất tuyệt đối 2,5 at

• Lượng nhiệt tiêu thụ để gia nhiệt nhập liệu đến nhiệt độ sôi:

Q = GFCF(tFS-tFV) + Qm = Gh.rh

Giả sử Qm = 0,05Q => 0,95Q = GFCF(tFS-tFV) Nhiệt dung riêng của nhập liệu:

CF = 𝑥̅FCB + (1 - 𝑥̅F)CT ở nhiệt độ trung bình 97.5 + 30

2 = 63.75oC Tra bảng 1.153, trang 171, [7]:

- Nhiệt dung riêng của IPA ở 63,75oC: CIPA = 1,950 (kJ/kg.K)

- Nhiệt dung riêng của Nước ở 63,75oC: CWater = 1,915 (kJ/kg.K)

Nước làm lạnh có nhiệt độ vào tV = 27oC và nhiệt độ ra tR = 40oC

Hơi ngưng tụ hoàn toàn thành lỏng ở nhiệt độ ngưng tụ tDS = 81,7oC

• Lượng nhiệt trao đổi ở thiết bị ngưng tụ hồi lưu:

Qnt = GD (R + 1)rD = Gn (hR – hV)

Với: rD = 𝑥̅DrB + (1 - 𝑥̅D)rT

.hV, hR: enthalpy của nước ở 27oC và 40oC

.rB, rT là nhiệt ngưng tụ của benzen và toluen ở tDS = 81,7oC

Tra bảng 45, trang 38, [6]:

- Nhiệt ngưng tụ của IPA ở tDS = 81,7oC: CB = 392,57 (kJ/kg)

- Nhiệt ngưng tụ của Nước ở tDS = 81,7oC: CT = 377,88 (kJ/kg)

=> rD = 𝑥̅DrB + (1 - 𝑥̅D)rT = 0,9.392,57 + (1 – 0,9).377,88 = 391,10 (kJ/kg)

=> Qnt = GD (R + 1)rD = 415,285

3600 (2,428 + 1).391,10 = 154,667 (kW) Tra bảng 1.250, trang 312, [7]

- Enthalpy của nước ở 27oC: hV = 113,13 (kJ/kg)

- Enthalpy của nước ở 40oC: hR = 167,6 (kJ/kg)

Lưu lượng nước cần dùng: Gn = Qnt

ở nhiệt độ trung bình 81,7+32

2 = 56,85 oC Tra bảng I.153, trang 171, [7]:

- Nhiệt dung riêng của IPA ở 56,85oC: CB = 1,913 (kJ/kg.K)

- Nhiệt dung riêng của Nước ở 56,85oC: CT = 1,884 (kJ/kg.K)

=> CD = 𝑥̅DCB + (1 - 𝑥̅D)CT = 0,9.1,913 + (1-0,9).1,884 = 1,911 (kJ/kg.K)

=> Q= GDCD (tDS - tDR) = 415,285

3600 1,911.(81,7-32) = 1-,954 (kW) Tra bảng 1.250, trang 312,[7]:

- Enthalpy của nước ở 27 oC: hV = 113,13 (kJ/kg)

- Enthalpy của nước ở 32 oC: hV = 134,08 (kJ/kg)

=> Lưu lượng nước cần dùng: Gn = Q

Tra bảng I.153, trang 171, [7]:

- Nhiệt dung riêng của IPA ở 70,8oC: CB = 1,987 (kJ/kg.K)

- Nhiệt dung riêng của Nước ở 70,8oC: CT = 1,944 (kJ/kg.K)

=> CW = 𝑥̅WCB + (1 - 𝑥̅W)CT = 0,015.1,987+(1-0,015).1,8943 = 1,944 (kJ/kg.K)

=> Q= GDCD (tDS - tDR) = 415,285

3600 1,911.(81,7-32) = 1-,954 (kW) Tra bảng 1.250, trang 312,[7]:

- Enthalpy của nước ở 27 oC: hV = 113,13 (kJ/kg)

- Enthalpy của nước ở 32 oC: hV = 134,08 (kJ/kg)

=> Lưu lượng nước cần dùng: Gn = Q

hR - hV = 36,633.3600

134,08−113,13= 6294,964 (kg/h)

VI Tổng lượng hơi đốt và nước làm lạnh sử dụng

Tổng lượng hơi nước bão hòa ở áp suất tuyệt đối 2,5 at sử dụng:

272,330 + 80,548 = 252,878 (kg/h) Tổng lượng nước làm lạnh sử dụng:

10222,181 + 1882,238 + 6294,964 = 18399,394 (kg/h)

CHƯƠNG 5 TÍNH THIẾT BỊ CHÍNH

I Tính kích thước tháp

I.1.Tính đường kính tháp

I.1.1.Phần luyện

Khối lượng riêng trung bình của pha lỏng trong phần luyện

• Nồng độ mol trung bình của pha lỏng trong phần luyện:

Khối lượng riêng IPA ở 𝑡𝐿𝐿 = 88°C, 𝜌𝐼𝑃𝐴 = 744,4 𝑘𝑔/𝑚3

Khối lượng riêng Nước ở 𝑡𝐿𝐿 = 88°C, 𝜌𝑤𝑎𝑡𝑒𝑟 = 965,8 𝑘𝑔/𝑚3

1 − 0,79965,8 → 𝜌𝐿𝐿 = 782 𝑘𝑔/𝑚

3

Khối lượng riêng trung bình của pha hơi trong phần luyện

• Nồng độ phần mol trung bình của pha hơi trong phần luyện

𝑦𝐿 = 0,59𝑥𝐿 + 0,39 = 0,59 ∙ 0,623 + 0,39 = 0,75

• Dựa vào đồ thị t-xy, ta có 𝒕𝑯𝑳 = 𝟕𝟔℃

• Khối lượng riêng trung bình của pha hơi trong phần luyện

(Áp dụng công thức (IX.102), trang 183, [8])

Tính vận tốc pha hơi đi trong phần luyện

• Tra bảng IX.4a, trang 169, [8]:

Tính toán tương tự phần luyện

Khối lượng riêng trung bình của pha lỏng trong phần chưng

• Nồng độ mol trung bình của pha lỏng trong phần chưng:

Khối lượng riêng trung bình của pha hơi trong phần chưng

• Nồng độ phần mol trung bình của pha hơi trong phần chưng

𝑦𝐶 = 0,79𝑥𝐶+ 0,001 = 0,79 ∙ 0,157 + 0,001 = 0,125

• Dựa vào đồ thị t-xy, ta có 𝑡𝐻𝐶 = 89,8℃

• Khối lượng riêng trung bình của pha hơi trong phần chưng

(Áp dụng công thức (IX.102), trang 183, [8])

Tính vận tốc pha hơi đi trong phần chưng

• Tra bảng IX.4a, trang 169, [8]:

Khoảng cách giữa các đĩa

thì khoảng cách giữa các đĩa là Hđ = 250 (mm) = 0,25 (m)

I.2.Tính chiều cao tháp

• Chiều cao của thân tháp:

𝐻𝑡ℎâ𝑛 = (𝑛𝑡− 1) ∙ (𝐻đ+ 𝛿) + 0,8 Trong đó

Ntt : số mâm thực tế

Hđ : khoảng cách giữa các mâm (m), Hđ = 0,25 (m)

𝛿 : chiều dày của mâm, chọn 𝛿 = 2m = 0,0002 (mm)

Chọn đáy nắp elip tiêu chuẩn có ℎ𝑡

𝐷 𝑡= 0,25 → ℎ𝑡 = 0,25 ∙ 0,65 = 0,162(𝑚) =162(𝑚𝑚)

• Chọn chiều cao gờ : ℎ𝑔 = 50𝑚𝑚 = 0,05𝑚

• Chiều cao đáy (nắp) : 𝐻đ𝑛 = ℎ𝑡+ ℎ𝑔 = 0,05 + 0,162 = 0,212 (𝑚) = 212 (𝑚𝑚)

• Chiều cao toàn tháp : 𝐻 = 𝐻𝑡ℎâ𝑛+ 2𝐻đ𝑛 = 6,596 + 2.0,212 = 7,02 (𝑚)

II.Tính chóp và ống chảy chuyền

II.1.Tính chóp và ống chảy chuyền

• Chọn đường kính ống hơi của chóp là:

𝜔𝑦 = 4 𝑄𝐺

𝜋 𝑑ℎ2 𝑛 (

𝑚

𝑠)

𝑄𝐺: lưu lượng hơi đi trong tháp (m3/s)

𝜌𝑥, 𝜌𝑦: khối lượng riêng trung bình của pha lỏng và pha hơi (kg/m3)

ℎ𝑠𝑐 : khoảng cách từ mép dưới chóp đến mâm, ℎ𝑠𝑐 = 12,5 𝑚𝑚

ℎ𝑠𝑟 : khoảng cách từ mép dưới khe chóp đến mép dưới chóp, chọn ℎ𝑠𝑟 = 5 𝑚𝑚

ℎ𝑠𝑜 : chiều cao của khe chóp, ℎ𝑠𝑜 = 20 𝑚𝑚

ℎ𝑡𝑠 : khoảng cách từ mép trên khe chóp đến bề mặt chất lỏng, ℎ𝑡𝑠 = 20 𝑚𝑚

→ ℎ𝑚 = 12,5 + 5 + 20 + 20 = 57,5 𝑚𝑚

II.2 Kiểm tra điều kiện hoạt động

• Kiểm tra khoảng cách giữa các mâm

(𝑚𝑚) Trong đó

𝜌𝐿𝐶 = 785,177 (𝑘𝑔

𝑚 3)

𝑀′′𝑚 = 𝑀𝐵∙ 𝑥𝐶+ 𝑀𝑇(1 − 𝑥𝐶) = 78,11 ∙ 0,177 + 92,13 (1 − 0,177) =89,653 ( 𝑘𝑔

= 2,84 ∙ 1,04 ∙ (2,228

0,42)

2 3

= 9 𝑚𝑚

• Gradient chiều cao mực chất lỏng trên mâm:

∆= 𝐶𝑔∙ ∆′∙ 𝑚 Trong đó:

m : số hàng chóp mà pha lỏng phải chảy qua, m=5

∆′ : gradient chiều cao mực chất lỏng qua một hàng chóp

𝐶𝑔 : hệ số hiệu chỉnh cho suất lượng pha khí xác định

ℎ𝑓𝑣 : độ giảm áp do ma sát và biển đổi vận tốc pha khí thổi qua chóp khi không có chất lỏng

→ Hệ số tổn thất áp suất cho tháp khô 𝐾 = 0,525

2

= 8,4 (𝑚𝑚)

ℎ𝑠𝑠 : chiều cao thủy tĩnh lớp chất lỏng trên khe chóp đến gờ chảy tràn

• Chiều cao gờ chảy tràn trên mâm : ℎ𝑤 = ℎ𝑠𝑐+ ℎ𝑠𝑟+ ℎ𝑠𝑜+ ℎ𝑠𝑠

ℎ𝑑′ : tổn thất thủy lực do dòng chảy từ trong ống chảy chuyền vào mâm

Để kiểm tra xem chất lỏng chảy vào ống chảy chuyền có đều hay không và chất lỏng không va đập và thành thiết bị Giá trị dtw không nên vượt quá 60% bề rộng ống chảy chuyền

𝑑𝑡𝑤 = 0,8√ℎ𝑜𝑤∙ ℎ𝑜

ℎ𝑜 : khoảng cách rơi tự do: ℎ𝑜 = 𝐻đ+ ℎ𝑤− ℎ𝑑

𝑑𝑡𝑤 = 0,8√ℎ𝑜𝑤∙ ℎ𝑜 = 0,8√ℎ𝑜𝑤∙ (𝐻đ+ ℎ𝑤+ ℎ𝑑) =0,8√9(250 + 45,4 − 112,03) = 32,5

→ 𝑑𝑡𝑤< 0,6 𝑑𝑤 = 0,6.77 = 46,2 → Thỏa mãn

Số chóp phân bố trong một mâm 𝑛 19 chóp

Khoảng cách từ mép dưới khe chóp đến khe dưới chóp ℎ𝑠𝑟 5 mm

Chiều cao mực thủy tĩnh lớp chất lỏng trên khe chóp đến gờ

chảy tràn