TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI ĐỒ ÁN CHUYÊN NGÀNH 1 Tính toán, thiết kế hệ thống chưng luyện cồn năng suất 4000líth Ngành Kỹ thuật thực phẩm Chuyên ngành Q. Trong công nghiệp cũng như trong đời sống hiện nay, nhu cầu sử dụng các sản phẩm có độ tinh khiết cao rất lớn như thu dầu mỏ từ dầu thô, tách axeton và etylic, etylic nước...Ngày nay có nhiều phương pháp được sử dụng để nâng cao độ tinh khiết của sản phẩm như: trích ly, chưng cất, cô đặc, hấp thụ,...tùy theo đặc tính yêu cầu của sản phẩm mà ta có sự lựa chọn phương pháp thích hợp.
NỘI DUNG
TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT CỒN
- Etanol có công thức phân tử CH 3 -CH 2 -OH, có khối lượng phân tử 46 đvC.
- Là chất lỏng có mùi đặc trưng, không độc, tan nhiều trong nước.
Hình 1: Công thức phân tử etanol
- Ứng dụng: đóng vai trò quan trọng trong nền kinh tế quốc dân, là nguyên liệu dùng đê sản xuất nhiều loại mặt hàng khác nhau và được ứng dụng rộng rãi trong các ngành khác: công nghiệp nặng, y tế, dược, quốc phòng, giao thông vận tải, dệt, chế biến gỗ, nông nghiệp.
- Nước chiếm 70% diện tích trái đất và là một chất không thể thiếu trong đời sống con người.
Hình 2: Cấu trúc phân tử nước
- Phân tử nước gồm 2 nguyên tử hydro và 1 nguyên tử oxy Về mặt hình học thì phân tử nước có góc liên kết là 104.45 °.
- Nước có tính lưỡng cực, liên kết giữa các phân tử nước là liên kết hydro.
- Ở 760mmHg nhiệt độ sôi là 100°C, nhiệt độ nóng chảy là 0°C
Các phương pháp chưng luyện
- Phân loại theo áp suất làm việc:
- Phân loại theo nguyên lý làm việc:
Các loại tháp chưng cất sử dụng trong công nghiệp
Trong sản xuất thường dùng nhiều loại thiết bị khác nhau để tiến hành chưng cất Tuy nhiên yêu cầu cơ bản chung cho các thiết bị này vẫn giống nhau, nghĩa là diện tích bề mặt tiếp xúc pha phải lớn, điều này phụ thuộc vào mức độ phân tán của một lưu chất này vào lưu chất kia Nếu pha khí phân tán vào pha lỏng ta có các loại tháp mâm, nếu pha lỏng phân tán vào pha khí ta có tháp đệm, tháp phun ở đây ta khảo sát hai loại tháp thường dùng là tháp đĩa và tháp đệm.
Tháp đĩa: thân tháp hình trụ thẳng đứng trong gắn các đĩa có cấu tạo khác nhau, trên đó pha lỏng và pha hơi được cho tiếp xúc nhau Tùy theo cấu tạo của đĩa ta có: + Tháp đĩa chóp: trên đĩa gắn chóp và ống chảy truyền, ở chóp có rãnh chóp xung quanh để pha khí đi qua Sự chuyển động của pha khí và lỏng trong tháp như sau: chất lỏng chảy từ đĩa trên xuống đĩa dưới nhờ ống chảy truyền, khí đi từ dưới lên qua ống hơi rồi xuyên qua các khe chóp để sục vào lớp chất lỏng trên đĩa.
+ Tháp đĩa lỗ: trên đĩa có nhiều lỗ hay rãnh, đường kính lỗ từ 3-12mm, tổng tiết diện các lỗ trên đĩa chiếm từ 8-15% tiết diện tháp Các lỗ được bố trí trên các đỉnh tam giác đều, bước lỗ 2,5-5 lần đường kính lỗ Trong tháp đĩa lỗ, pha khí đi từ dưới lên qua các lỗ trên đĩavà phân tán vào lớp chất lỏng chuyển động từ trên xuống theo các ống chảy truyền, ống chảy truyền ở đây cũng được bố trí như ở tháp đĩa chóp Tháp đệm: là một tháp hình trụ gồm nhiều bậc nối với nhau bằng mặt bích hay hàn Vật đệm được đổ đầy trong tháp theo một trong 2 phương pháp: xếp ngẫu nhiên hay xếp thứ tự Vật đệm sử dụng phổ biến: vòng raschig, vật đệm hình yên ngựa, vật đệm vòng xoắn.
Tháp đệm Tháp đĩa lỗ Tháp đĩa chóp Ưu điểm
- Trở lực ít hơn tháp chóp
- Hiệu suất tương đối cao
- Hoạt động khá ổn định
- Làm việc với chất lỏng bẩn
- Chế tạo đơn giản, vệ sinh dễ dàng
- Ít tốn kim loại hơn tháp chóp
-Hiệu suất chuyển khối cao
- Làm việc với chất lỏng bẩn
- Ít tiêu hao năng lượng
- Do có hiệu ứng thành do đó hiệu suất truyền khối thấp.
- Độ ổn định không cao do sự phân bố các pha theo tiết diện tháp không đều, khó vận hành.
- Do có hiệu ứng thành do đó khi tăng năng suất thì hiệu ứng thành tăng vì vậy khó tăng năng suất - Thiết bị khá nặng
- Kết cấu khá phức tạp.
- Yêu cầu lắp đặt cao: đĩa lắp phải phẳng, chất lỏng khó phân phố đều trên mâm nếu đường kinh quá lớn.
- Tiêu tốn nhiều vật liệu kết cấu phức tạp.
Sử dụng tháp đệm không cho phép ta kiểm soát quá trình chưng cất theo không gian tháp trong khi đó tháp đĩa thì quá trình thể hiện qua từng đĩa một cách rõ ràng, tháp đệm khó chế tạo được kích thước quy mô công nghiệp.
Sử dụng tháp đĩa lỗ, hiệu suất đạt được không bằng tháp chóp, chế độ làm việc không ổn định bằng tháp chóp, với đường kính quá lớn cũng không hiệu quả.
=> Với đồ án chưng cất cồn, em chọn tháp chóp có tấm chảy tràn.
CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT CỒN
Sản xuất cồn etylic về nguyên tắc có thể dùng bất cứ nguyên liệu nào chứa đường lên men hoặc glucid có thể chuyển hóa thành đường lên men.
- nguyên liệu có chứa đường: rỉ đường
- nguyên liệu chứa tinh bột: gạo, ngô, khoai, sắn
- nguyên liệu chứa xeluloza: bã mía, lõi ngô, rơm rạ
2.2 Các phương pháp lên men
- Phương pháp lên men truyền thống có bổ sung nấm men
- Phương pháp lên men bổ xung nấm mốc
- Phương pháp lên men cồn bằng phương pháp cố định tế bào
*Quy trình sản xuất cồn chia làm 3 giai đoạn chính:
- Giai đoạn 1: chuẩn bị dịch lên men: nếu nguyên liệu chứa tinh bột thì công đoạn này gồm nghiền, nấu, đường hóa và làm lạnh tới nhiệt độ lên men Nếu là mật rỉ thì chuẩn bị dịch lên men bao gồm pha loãng sơ bộ, xư rlys mật rỉ, bổ sung nguồn dinh dưỡng, tách cặn rồi pha loãng đến nồng độ gây men và lên men.
- Giai đoạn 2: gây men giống và lên men: chọn men giống có chất lượng tốt và số lượng cần thiết bằng 10% thể tích lên men, sau đó đưa men giống vào dịch đường rồi khống chế ở điều kiện xác định để nấm men chuyển hóa đường thành rượu và
CO 2 Dịch nhận được sau lên men gọi là dấm chín.
- Giai đoạn 3: xử lý dịch lên men Công đoạn này có liên quan tới kiến thức lí học và quá trình chuyển khối Thực chất là dùng hệ thống chưng luyện để tách rượu và các chất dễ by hơi khỏi dấm chín, sau đó đem tinh luyện để nhận được cồn sản phẩm, thỏa mãn tiêu chuẩn và yêu cầu tiêu dùng sản phẩm thu được sau xử lý bao gồm cồn thực phẩm, rượu bậc cao, aldehyt, dầu fusel
2.3 Sơ đồ chưng ba tháp gián tiếp một dòng
1 Thùng chứa giấm 7 Bình làm lạnh ruột gà
2 Bình hâm giấm 8 Tháp aldehyt
3 Bình tách CO 2 9, 10 Bình ngưng tụ
4 Tháp thô 11 Tháp tinh chế
5 Bình chống phụt giấm 12 Bình ngưng tụ hồi lưu
6 Bình ngưng tụ cồn thô 13 Bình làm lạnh sản phẩm
*Thuyết minh quy trình công nghệ:
Giấm chín được bơm lên thùng cao vị 1, sau đó tự chảy vào bình hâm giấm 2 Ở đây giấm chín được hâm nóng đến nhiệt độ 70-80°C rồi chảy qua bình tách CO 2 số 3 vào tháp 4. Khí CO 2 và hơi rượu bay lên ngưng tụ ở 6 qua 7 rồi ra ngoài Tháp thô được đun bằng hơi trực tiếp, hơi rượu đi từ dưới lên, giấm chảy từ trên xuống nhờ đó quá trình chuyển khối được thực hiện Ở dưới đáy nồng độ rượu trong giấm còn khoảng 0.015-0.03% V được thải ra ngoài gọi là bã rượu, nhiệt độ đáy 103-105°C.
Phần lớn rượu thô (90-95%) liên tục đi vào tháp tách aldehyt 8 Tháp này cũng dùng hơi trực tiếp, hơi rượu bay lên được ngưng tụ và hồi lưu đến 95%, chỉ điều chỉnh lượng nước làm lạnh và lấy ra khoảng 3-5% gọi là cồn đầu Một phần rượu thô (5-10%) ở 6 hồi lưu vào đỉnh tháp aldehyt vì chứa nhiều tạp chất.
Sau khi tách bớt tạp chất, rượu thô từ đáy tháp aldehyt đi liên tục vào tháp tinh 11 với nồng độ 35-45%V Tháp tinh 11 cũng được cấp nhiệt bằng hơi nước trực tiếp (có thể gián tiếp), hơi bay lên được nâng dần nồng độ sau đó ngưng tụ ở 12 rồi hồi lưu lại tháp Bằng cách điều chỉnh lượng nước làm lạnh ta lấy ra 1.5-2% cồn đầu rồi cho hồi lưu về đỉnh 8. Cồn sản phẩm lấy ra ở dạng lỏng cách đĩa hồi lưu 3-6 đĩa và đoạn làm lạnh ở 13 Nhiệt độ đáy tháp luôn đảm bảo 103-105°C nhiệt độ đỉnh tháp 4 phụ thuộc vào nồng độ cồn trong giấm và thường vào khoảng 93-97°C Nhiệt độ đỉnh tháp tinh 11 vào khoảng 78.3-78.5°C. nhiệt độ tân tháp tinh ở vị trí cách đĩa tiếp liệu về phía trên 3-4 đĩa khống chế ở 82-83°C. Dầu fusel ấy ra ở dạng hơi từ đĩa thứ 6 đến 11(tính từ dưới lên) sau đó đi vào thiết bị phân ly dầu.
*Nguyên tắc chuyển khối xảy ra trong tháp:
Hơi đi từ dưới lên qua các ống hơi, lỏng đi từ trên xuống theo các ống chảy truyền. Nồng độ các cấu tử thay đổi theo chiều cao của tháp, nhiệt độ sôi cũng thay dổi tương ứng vơi sự thay đổi nồng độ.
Cụ thể là trên đĩa 1, chất lỏng có nồng độ cấu tử dễ bay hơi (etanol) là x1, bốc hơi lên nồng độ y1 > x1 Hơi này lên đĩa 2 và được sục qua lỏng ở trên đĩa này Tức là các bọt khí sẽ đi vào lỏng, do tại đây nhiệt độ đĩa 2 thấp hơn ở đĩa 1 nên một phần hơi sẽ được ngưng tụ lại, do đó nồng độ x 2 > x 1 Hơi bốc lên từ đĩa 2 có nồng độ tương ứng cân bằng với x 2 , trong đó y 2 >y 1 Hơi từ đĩa 2 đi lên đĩa 3 và nhiệt độ đĩa 3 thấp hơn, hơi ngưng tụ một phần do đó chất lỏng trên đĩa 3 có nồng độ x 3 >x2.
Trên mỗi đĩa xảy ra quá trình chuyển khối giữa pha ỏng và pha hơi Một phần cấu tử dễ bốc hơi chuyển từ pha lỏng vào pha hơi và một phần ít hơn chuyển từ pha hơi vào pha lỏng,lặp lại nhiều lần bốc hơi và ngưng tụ nhu thế cuối cùng ở trên đỉnh tháp ta thu được cấu tử dễ bay hơi ở dạng gần nguyên chất và ở đáy tháp ta thu được cấu tử khó bay hơi ở dạng gần nguyên chất.
TÍNH CÂN BẰNG VẬT CHẤT VÀ NĂNG LƯỢNG
3.1 Tính cân bằng vật chất
3.1.1 Các thông số ban đầu và kí hiệu
- Năng suất nhập liệu: 4000kg/h
- Nồng độ ethanol nhập liệu: 38% khối lượng
- Nồng độ sản phẩm đỉnh: 85% khối lượng
- Nồng độ sản phẩm đáy: 0,05% khối lượng Ta có:
- Khối lượng phân tử của rượu và nước: M R F, MN
- Khối lượng riêng của ethanol nguyên chất ở 250C: ρ ethanol = 784,75 (kg/m3)
- Khối lượng riêng của nước cất ở 250C: ρ nước = 997,08
- 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 của hơi đi ra ở đỉnh tháp.
- Cấp nhiệt ở đáy tháp bằng hơi đốt gián tiếp
- Năng suất thiết bị: G F @00(kg/h)
Thiết bị làm việc ở áp suất thường.
Tháp chưng loại tháp tinh
- M 1: khối lượng phân tử của etylic = 46kg/kmol
- M 2: khối lượng phân tử của nước kg/kmol
- M F : khối lượng mol trung bình, tương ứng của nguyên liệu (kg/mol)
- M D : khối lượng mol trung bình của sản phẩm đỉnh (kg/mol)
- M W : khối lượng mol trung bình của sản phẩm đáy (kg/mol)
- G F , F: Lượng hỗn hợp đầu (kg/ h), (kmol/h)
- G D , D lượng sản phẩm đỉnh (kg/ h), (kmol/h)
- G W, W: lượng sản phẩm đáy (kg/ h), (kmol/h)
- a: nồng độ cấu tử dễ bay hơi trong pha lỏng (kg/kg)
- x: nồng độ cấu tử dễ bay hơi trong pha lỏng (kmol/kmol) Với F, D, W là tương ứng của nguyên liệu, sản phẩm đỉnh, sản phẩm đáy.
3.1.2 Chuyển sang nồng độ phần mol:
Phần mol trong dòng sản phẩm đỉnh:
Phần mol ethanol trong dòng nhập liệu:
Phần mol dòng sản phẩm đáy:
Khối lượng mol và lưu lượng mol
3.2 Tính toán cân bằng vật liệu trong tháp
3.2.1 Tính cân bằng vật liệu
Hỗn hợp đầu vào F(C 2 H 5 0H, H 2 O ) được tách thành sản phẩm đỉnh P(C 2 H 5 OH ) và sản phẩm ở đáy là W( H 2 O) ở đĩa trên cùng có một lượng lỏng hồi lưu, ở đáy tháp có thiết bị đung sôi, lượng hơi đi ra đỉnh tháp là P
Phương trình cân bằng vật liệu của toàn tháp:
W = F – DTính theo cấu tử dễ bay hơi (cồn):
3.2.2 Xác định chỉ số hồi lưu thích hợp
* Chỉ số hồi lưu tối thiểu Rmin
Rmin: là tỉ số giữa lượng lỏng hồi lưu và lượng sản phẩm đỉnh.
Từ bảng số liệu IX.2a (Sổ tay QT&TBCNHC-trang 148) có thành phần cân bẳng lỏng- hơi của rượu etylic-nước được cho như bảng sau:
Từ bảng số liệu trên ta vẽ được đồ thị hình 3.1, từ đó xác định được chỉ số hồi lưu tối thiểu: Với y *F: nồng độ phần mol cân bằng với x.
Từ phương trình đường cân bằng tính được y ¿ F = X F
Chỉ số hồi lưu tối thiểu là: R min =X D −Y F
*Tính chỉ số hồi lưu thích hợp
Rx=b.Rmin xác định qua hệ số điều chỉnh b Theo thực nghiệm b ∈ (1.2-2.5)
Với mỗi giá trị b ta sẽ xác định được R x Có mỗi quan hệ giữa R x và số đĩa lý thuyết
R x ~ (R x +1).N Với (R x +1).N nhỏ nhất thì R x là thích hợp
Cách xác định số đĩa
+ Vẽ đường làm việc đoạn luyện: đi qua (x p , y p ) và cắt trục tung tại điểm có tung độ
R X +1 + Vẽ đường làm việc đoạn chưng: đi qua (x w , y w ) và giao điểm của đường làm việc đoạn luyện với đường thẳng x = x F
Vẽ các đường song song với trục x và y đếm số tam giác và suy ra được số đĩa lý thuyết Bảng kết quả: b 1.2 1.3 1.4 1.5 1.6 1.7 1.8
N (Rx +1) nhỏ nhất khi Rx= 0,952, b=2,0
=> Chỉ số hồi lưu thích hợp là Rx= 0,952
* Phương trình đường nồng độ làm việc
-Phương trình đường nồng độ làm việc đoạn luyện: y= R x
-Phương trình nồng độ làm việc của đoạn chưng: y=R x +L
Rx = 0,952 xác định được số đĩa lý thuyết Nlt = 9 đĩa
+ Trong đó số đĩa lý thuyết đoạn luyện là 5 đĩa
+ Số đĩa lý thuyết đoạn chưng là 4 đĩa
3.3 Xác định số đĩa thực tế Đồ thị xác định số mâm lý thuyết: Nlt = 9 đĩa
Số mâm thực tế tính theo hiệu suất trung bình:
= N lt η tb Trong đó ηtb:hiệu suất trung bình của đĩa, là một hàm số của độ bay hơi tương đối và độ nhớt của hỗn hợp lỏng: η = f (,).
N tt : số đĩa thực tế
N lt : số đĩa lý thuyết.
Xác định hiệu suất trung bình của tháp Độ bay hơi tương đối của cấu tử dễ bay hơi:
Với: x: phần mol của rượu trong pha lỏng y*: phần mol của rượu trong pha hơi cân bằng với pha lỏng.
+Độ nhớt hỗn hợp lỏng: lg(hh) =x.lg(1) + (1- x).lg(2 ) x: Nồng độ mol của (CH2OH) trong hỗn hợp
1 , 2: Độ nhớt động lực của (CH2OH) và nước
Khi tính được tích số (.) ta tra đồ thị để tìm hiệu suât trung bình:
Từ bảng số liệu IX.2a (Sổ tay QT&TBCNHC-2 trang 148):
Ta tính được nhiệt độ sôi hỗn hợp 2 cấu tử rượu etylic – nước Đoạn chưng:
XtbC = 0,097 ta tra phương trình cân bằng y * tbC = 0,435
=> theo bảng (I-101) và đồ thị trang 107 sổ tay hóa công tập 1: Độ nhớt của nước: à2 = 0,333.10-3 Ns/m2 Độ nhớt của etanol: à1 = 0,399.10-3
Ns/m2 Độ nhớt của hỗ hợp lỏng trong đoạn chưng:
=> ac àhh= 7,167 3,39.10-4 = 2,43.10-3 => ηtbc = 0,4 (Tra hỡnh IX.11-trang 171 (T2)) Đoạn luyện
→theo phương trình cân bằng của hệ: y*tbL = 0,63 α L = y tbL ¿
Theo bảng (I-101) và đồ thị trang 107 sổ tay hóa công tập 1: Độ nhớt của nước: à2 = 0,37.10-3 Ns/m2 Độ nhớt của etanol: à1 = 0,45.10-3 Ns/m2 Độ nhớt của hỗ hợp lỏng trong đoạn luyện: lg uhh = 0,63 lg(0,45.10-3) + (1 – 0,63).lg(0,37.10-3)
=>uhh= 4,186.10-4 Ns/m2 αL μhh = 2,158 4,186.10-4 = 9,03.10-4 => ηL = 0,5 (Tra hình IX.11-trang 171 (T2))
Tại vị trí nhập liệu : xF = 0,193 (phần mol) ta tra phương trình đường cân bằng: y*F 0,529 tF = 84,5 oC
0,193 =4,7 tF = 84,5 oC, tra tài liệu tham khảo [4(tập 1) – trang 107]: Độ nhớt của nước: à2 = 0,355.10-3 Ns/m2 Độ nhớt của etanol: à1 = 0,41.10-3 Ns/m2 Độ nhớt của hỗ hợp lỏng trong đoạn luyện àhh = 0,193 lg (0,41.10-3) + (1 – 0,193) lg(0,355.10-3) àhh = 3,65.10-4 Ns/m2 α μhh = 4,7 3,65.10-4 = 1,72.10-3 => ηF = 0,44 (Tra hình IX.11-trang 171 (T2))
Tại vị trí đĩa đáy : xW = 0,000196 (phần mol) ta tra phương trình đường cân bằng: y*w 0,0025 tW = 100 oC α w = y w ¿
0,000196 ,78 Độ nhớt của nước: à2 = 0,284.10-3 Ns/m2 Độ nhớt của etanol: à1 = 0,326.10-3 Ns/m2 Độ nhớt của hỗ hợp lỏng trong đoạn luyện: lg àhh = 0,000196 lg (0,326.10-3) + (1 – 0,000196) lg(0,284.10-3)
αW μhh ,78.2,84.10-4 = 3,63.10-3 => ηW = 0,34 (Tra hình IX.11-trang 171 (T2))
Vị trí đĩa đỉnh : xD = 0,689 (phần mol) ta tra phương trình đường cân bằng: y*D = 0,747 tD = 79 oC α D = y ¿ D
0,689 =1,33 Độ nhớt của nước: à2 = 0,363.10-3 Ns/m2 Độ nhớt của etanol: à1 = 0,44.10-3 Ns/m2 Độ nhớt của hỗ hợp lỏng trong đoạn luyện: lg (àhh) = 0,689 lg(0,44.10-3)+ (1 – 0,689).lg(0,363.10-3)
Tra hình IX.11- trang 171 [4(tập 2)]: ƞ = 0,58
Hiệu suất trung bình của tháp là: Ƞtbtb ƞ c + ƞ L + ƞ F + ƞ D + ƞ W
Số đĩa thực tế ȠtbtbC 0,4 ƞ tbL 0,5
-Số đĩa thực tế đoạn luyện là: 5
-Số đĩa thực tế phần chưng là: 4
= 10 => chọn số đĩa thực tế là 10 đĩa.
= 10 => chọn số đĩa thực tế là 10 đĩa.
TÍNH TOÁN THIẾT KẾ THÁP CHƯNG CẤT
Vtb: lượng hơi trung bình đi trong tháp (m3/h). ωtb: hơi trung bình đi trong tháp (m/s). g tb : 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.
4.1.1 Lượng hơi trung bình đi trong tháp:
Lượng hơi trung bình đi trong đoạn luyện có thể tính gần đúng bằng trung bình cộng của lượng hơi đi ra khỏi đĩa trên cùng của tháp và lượng hơi đi vào đĩa dưới cùng của đoạn luyện: g tbL =g d +g 1
Trong đó: gtbL: lượng hơi trung bình đi trong đoạn luyện (kg/h) gđ: lượng hơi đi ra khỏi đĩa trên cùng của tháp (kg/h) g 1: lượng hơi đi vào đĩa dưới cùng của đoạn luyện (kg/h)
- Lượng hơi đi ra khỏi tháp: gđ = GR +GP = GD (Rx +1) 61× (0,952+1) = 3047,07(kg/h)
- Lượng hơi đi vào đĩa dưới cùng của đoạn luyện:
Hệ phương trình cân bằng vật liệu và cân bằng nhiệt lượng cho đoạn luyện:
G1: lượng lỏng đi vào đoạn luyện (kg/h)
G P : lượng sản phẩm đỉnh (kg/h) y1: nồng độ cấu tử dễ bay hơi trong pha hơi của đoạn luyện (phần khối lượng) x1: nồng độ cấu tử dễ bay hơi trong pha lỏng của đoạn luyện (phần khối lượng)
Coi x1= aF = 0,38 r1: ẩn nhiệt hóa hơi của hỗn hợp đi vào đĩa thứ nhất của đoạn luyện (kcal/kg) r1= re y1 + (1-y1) rn rđ: ẩn nhiệt hóa hơi của hỗn hợp đi ra khỏi tháp (kcal/kg) rđ=re y’d + (1-y’d) rn xD = 0,689 => y*D = 0,747 (phần mol) Đổi sang phần khối lượng: y d ' = 0,747.46
Xác định ẩn nhiệt hóa hơi của hỗn hợp đi ra khỏi đỉnh tháp: Áp dụng phưng pháp nội suy theo bảng I.212 (Sổ tay 1-trang 255) với
TDy,0 ; re 2,4 kcal/kg ; rnV0 kcal/kg
→ rđ=re y’d + (1-y’d) rn 2,4×0,883+(1- 0,883) × 560"4,24 kcal/kg
Xác đinh ẩn nhiệt hóa hơi của hỗn hợp đi vào đĩa thứ nhất đoạn luyện: Áp dụng phương pháp nội suy theo bảng I.212 (Sổ tay 1-trang 255) với tF ,5oC re 0,2 (kcal/kg); rnU4,5 kcal/kg
Thay toàn bộ các đại lượng trên vào hệ phương trình (*):
⟹ { gg1 y1 = G1 × 0,38 + 1561 × 0,85 1 = G 1 + 1561 g 1 (554,2 − 354,3 × y 1 ) = 224,24 × 3047,07 Giải hệ phương trình ta được:
=>r1 04,78 (kcal/kg) y1 đổi ra phần mol:
𝑀 𝑒𝑡ℎ𝑎𝑛𝑜𝑙 𝑀 𝑛ướ𝑐 46 18 Vậy lượng hơi trung bình đi trong đoạn luyện:
Lượng lỏng trung bình đi trong đoạn luyện:
Tốc độ hơi trung bình đi trong tháp:
( y y ) tb = 0,065 [] (kg/m2.s) - Công thức IX.105 trang 184 [4]
• 𝝆ytb : Khối lượng riêng trung bình của pha hơi ρ ytb =[y tb 46+(1− y tb ).18] 273
+ Nồng độ phân mol trung bình pha hơi: ytb y 1 +y ∗ d
+ Nhiệt độ trung bình đoạn cất: ttb = t F +t D = 84,5+79 = 81,75 oC
• 𝝆 xtb : Khối lượng riêng trung bình của pha lỏng
+ Nồng độ phân khối lượng trung bình pha lỏng: a tb =a F +a D
+ Nhiệt độ trung bình đoạn cất: t tb =t F +t D
Tra tài liệu tham khảo [bảng I.2 (tập 1)-trang 9]
→ Khối lượng riêng của nước: 𝝆N = 970,1 (kg/m3)
→ Khối lượng riêng của rượu: 𝝆R = 733.3 (kg/m3) ρ xtb =( a ρ tb R
• ωφ[σ]: Hệ số tính đến sức căng bề mặt
Trong đó, σ được tính theo công thức I.76 trang 299 [4]- tập 1:
1 = 1 r + n 1 σ r , σ n : Sức căng bề mặt của ethanol và nước ở nhiệt độ làm việc (dyn/cm) ttb = 81,750C, tra bảng I.242 trang 300 [4]- tập 1
+ Sức căng bề mặt của nước: N = 62,3 (dyn/cm).
+ Sức căng bề mặt của rượu: R = 19,4 (dyn/cm).
=1,36(kg/m 2 s) Đường kính đoạn cất: Dcất = 0,83 (m)
4.2.1 Lượng hơi trung bình đi trong tháp g tb =g n ' +g 1 '
- g’ n : lượng hơi ra khỏi đoạn chưng (kg/h).
- g’ 1 : lượng hơi đi vào đoạn chưng (kg/h).
Với G ’ 1 : lượng lỏng ở đĩa thứ nhất của đoạn chưng. r’ 1 : ẩn nhiệt hoá hơi của hỗn hợp hơi đi vào đĩa thứ nhất của đoạn chưng.
* Tính r’1: xW =0,00016 tra đồ thị cân bằng của hệ ta có: y*W =0,0025 y w = y w M r y w M r +(1−y w ) M n
1 t’1 = tW = 100oC, tra bảng 45 [7]-trang 38
→ Ẩn nhiệt hoá hơi của nước: r’n = 539 (kcal/kg).
→ Ẩn nhiệt hoá hơi của rượu: r’e = 152 (kcal/kg). r’1 = r’e yw + (1 – yw) r’n = 152 0,00636+ (1 – 0,00636) 539
Thay toàn bộ các đại lượng trên vào hệ phương trình (**):
Vậy lượng hơi trung bình đi trong đoạn chưng: g’tbC = g 1 +g’
Lượng lỏng trung bình đi trong đoạn chưng:
4.2.2 Tốc độ hơi trung bình đi trong tháp
Xác định ρ' xtb, ρ' ytb: ρ'xtb: khối lượng riêng trung bình của pha lỏng
(Kg/m3) ρ'ytb: khối lượng riêng trung bình của pha hơi
(Kg/m3) Xác định ρ’ ytb : ρ ' ybt =[ y tb ' 46 + ( 1− y tb ' ) 18 ] 273
+ Nhiệt độ trung bình đoạn chưng: t’tb = t F +t w = 84,5+100 = 92,25o C
+ Nồng độ phân khối lượng trung bình pha lỏng: a tb =a F +a w
+ Nhiệt độ trung bình đoạn cất: t tb ' =t F +t w
Tra tài liệu tham khảo [4 (tập 1)-trang 9], ta có:
→ Khối lượng riêng của nước: ρ’N = 963,4(kg/m3)
→ Khối lượng riêng của rượu: ρ’R = 723,36(kg/m3) ρ ' xtb =( a ρ tb R
• ωφ[σ]: Hệ số tính đến sức căng bề mặt
-Khi σ < 20 dyn/cm thì ωφ[σ] = 0,8 -Khi 𝜎 > 20 dyn/cm thì ωφ[σ] = 1 Trong đó, σ được tính theo công thức I.76 trang 299 [4]- tập 1:
- t’tb = 920C, tra bảng I.242 trang 300 [4]- tập 1
+ Sức căng bề mặt của nước: ’N = 60,33 (dyn/cm).
+ Sức căng bề mặt của rượu: ’R = 16,2(dyn/cm).
→ σ = 12,77 (dyn/cm) < 20 (dyn/cm) ωφ[σ] = 0,8 ; h: khoảng cách đĩa (m), chọn h = 0,3 m
Đường kính đoạn chưng: xt b ytb
• Vận tốc thực tế trong tháp:
Chiều cao tháp được xác định theo công thức sau:
Với N tt : số đĩa thực tế 20
: chiều dày của đĩa, chọn = 2 (mm) = 0.002 (m)
Hđ: khoảng cách giữa các đĩa (m), chọn theo bảng IX.4a- [4]- tập 2,
(0,8 ÷ 1,0): khoảng cách cho phép ở đỉnh và đáy tháp → chọn 0,8 m
Tính toán chóp và ống chảy chuyền
• Chọn đường kính ống hơi dh = 60 (mm) = 0.06 (m) y h
• Số chóp phân bố trên đĩa:
0.9 2 = 22,5 chọn 24 (chóp) (D: đường kính trong của tháp)
• Chiều cao chóp phía trên ống dẫn hơi h2 = 0,25 dh = 0,25 0,06 = 0.015 (m)
ch: chiều dày chóp, chọn bằng 2 (mm)
• Khoảng cách từ mặt đĩa đến chân chóp:
• Chiều cao mực chất lỏng trên khe chóp: h1 = 15 ÷ 40 (mm)
• Hệ số trở lực của đĩa chóp = 1,5 ÷ 2 → Chọn = 2 ω y = 4V y
V y : lưu lượng hơi đi trong tháp
• Số lượng khe hở của mỗi chóp: i=π c (d ch − d h 2
C = 3÷ 4 mm (khoảng cách giữa các khe)
⇒ chọn c = 4 (khoảng cách giữa các khe) d ch : đường kính chóp = 90 (mm) dh: đường kình ống hơi = 60 (mm)
Chọn i = 30 khe 4.3.2 Tính toán ống chảy chuyền
- Đường kính ống chảy chuyền: d c C =√ 3600 4 π ρ G tbC xC ω c z ( m)
- GtbC: Lưu lượng lỏng đi trung bình đi trong tháp (kg/h)
- 𝜌xC: Khối lượng riêng trung bình của pha lỏng trong đoạn chưng (kg/m3)
- z: Số ống chảy chuyền; chọn z=1
- ωc: Tốc độ chất lỏng trong ống chảy chuyền, chọn ωc= 0.15(m/s) (ωc=0.1-0.2 m/s)
Chọn dc L = 60mm Quy chuẩn: dc= 70 mm
- Khoảng cách từ đĩa đến chân ống chảy chuyền:
-Chiều cao ống chảy chuyền trên đĩa: hc = (h1 + b + S) – Δhh
- h 1 : Chiều cao mức chất lỏng trên khe chóp = 20 (mm)
- b: Chiều cao khe chóp = 20 (mm)
- S: Khoảng cách từ mặt đĩa đến chân chóp = 12,5 (mm) Δhh: Chiều cao mực chất lỏng ở bên trên óng chảy chuyền
- V: Thể tích chất lỏng chảy qua (m 3 /h)
+ Lưu lượng lỏng trong phần luyện của tháp:
+ Lưu lượng lỏng trong phần chưng của tháp
2 =1,342(m 3 /h) dc: Đường kính ống chảy chuyền = 0,07 (m)
• Bước tối thiểu của chóp trên đĩa: t min = dch + 2 δchch + l2 l 2 : khoảng cách nhỏ nhất giữa các chóp l2 = 12,5 + 0,25 dch = 12,5 + 0,25 90 = 35(mm)
• Chiều rộng khe chóp: a = 2 ÷7 mm; chọn a = 5 (mm)
• Khoảng cách từ tâm ống chảy chuyền đến tâm chóp gần nhất: d c t 1 2 + δchc
2 + l1 dc: Đường kính ống chảy chuyền = 0,07 (m) δc: bề dày ống chảy chuyền, thường lấy 2 ÷ 4 mm
→ Chọn δc = 2 (mm) = 0,002 (m) dch: Đường kính chóp = 90 (mm) = 0,09 (m) l 1 : Khoảng cách nhỏ nhất giữa chóp và ống chảy chuyền
4.4 Đáy và nắp thiết bị
Chọn đáy và nắp có dạng là ellipise tiêu chuẩn, có gờ bằng thép X18H10T.
Các kích thước của đáy và nắp ellipise tiêu chuẩn, có gờ ([4]-tập2- trang 382) + Đường kính trong: Dt = 900 (mm).
+ Chiều cao phần lồi của đáy: hb = 225 (mm)
+ Chọn độ dày bằng 4 (mm)
+ Chiều cao gờ: hgờ = h = 25 (mm) (Bảng XIII.11- [4]-tập2- trang384)
+ Diện tích bề mặt trong của đáy: Fđáy = 0,95 (m2)
Bích ghép thân, đáy và nắp
Mặt bích là bộ phận quan trọng dùng để nối các phần của thiết bị cũng như nối các bộ phận khác với thiết bị Các loại mặt bích thường sử dụng:
+ Bích liền: là bộ phận nối liền với thiết bị (hàn, đúc và rèn) Loại bích này chủ yếu dùng thiết bị làm việc với áp suất thấp và áp suất trung bình.
+ Bích tự do: chủ yếu dùng nối ống dẫn làm việc ở nhiệt độ cao, để nối các bộ bằng kim loại màu và hợp kim của chúng, đặc biệt là khi cần làm mặt bích bằng vật liệu bền hơn thiết bị.
+ Bích ren: chủ yếu dùng cho thiết bị làm việc ở áp suất cao.
Chọn bích được ghép thân, đáy và nắp làm bằng thép CT3, cấu tạo của bích là bích liền không cổ
Bảng XIII.27 [4] (tập 2)- trang 420, ứng với D t = 400 (mm) và áp suất tính toán P tt = 0,309 (N/mm 2 ) ta chọn bích có các thông số sau:
Bảng IX.5 [4] (tập 2)- trang 170, chọn số đĩa giữa hai mặt bích là 2 đĩa, ứng với đường kính trong của tháp D t 0m và khoàng cách giữa hai đĩa Hđ = 500mm, khoảng cách giữa hai mặt bích là 1000mm.Vậy, số bích ghép là 9 bích.
Theo bảng XIII.31-tương ứng với bẳng XIII.27: kích thước bề mặt đệm bít kín
Chọn 3 tai treo, chọn 3 chân đỡ đáp ứng được tải trọng của tháp.
4.6 Đường kính các ống dẫn – Bích ghép các ống dẫn:
Bích được làm bằng thép CT3, cấu tạo của bích là bích liền không cổ.
4.6.1 Ống dẫn dòng nhập liệu:
•Suất lượng nhập liệu: GF = 3500 (kg/h).
•Dòng lỏng nhập liệu tF = 84,5oC và 𝑥𝐹 = 0,193; tF = 84,5oC
→ Khối lượng riêng của nước: ρN = 969 (kg/m3)
→ Khối lượng riêng của rượu: ρR = 731 (kg/m3) ρ x F =( a ρ F R
Lưu lượng chất lỏng nhập liệu đi vào tháp:
Chọn vận tốc chất lỏng nhập liệu (tự chảy từ bồn cao vị vào mâm nhập liệu): vF = 0,3(m/s). Đường kính ống nhập liệu: d F =√ 3600 4 Q π v F F = √ 3600 4.4,06 π 0,3 = 0,069
Chọn đường kính ống nhập liệu: dF = 0,07(m).
Bảng XIII.27 [4] (tập 2)- trang 409 ứng với Dy = 70 (mm) và áp suất tính toán
Các thông số của bích ghép ống dẫn nhập liệu:
Dy Ống Kích thước nối h
-Suất lượng hơi ở đỉnh tháp: gd = GD (Rx+1) = 1561 (0,952+1) = 3047,072 (kg/h). -Khối lượng riêng của hơi ở đỉnh tháp được tính theo công thức
(xác định ở tD = 79 oC và yD = 0,747): ρ=[ 46 y D + ( 1− y D ) 18 ] 273
Lưu lượng hơi ra khỏi tháp: Q h =g d ρ h 047,072
Chọn vận tốc hơi ở đỉnh tháp: vh = 30 (m/s). Đường kính ống dẫn hơi: d h =√ 3600 4 Q π v h h = √ 3600 4.1,95 π 0,3 = 0,048(m )
Chọn đường kính ống dẫn hơi: dh = 0,3 (m).
Bảng XIII.27 [4] (tập 2)- trang 409 ứng với Dy 00 (mm) và áp suất tính toán
Các thông số của bích ghép ống hơi ở đỉnh tháp:
Dy Ống Kích thước nối h
4.6.3 Ống dẫn hơi hồi lưu
• Lượng hoàn lưu: Ghl = GD Rx = 1561 0,952 = 1489,072 (kg/h).
• Dòng lỏng hoàn lưu tD = 79oC; tF = 79oC tra bảng [4tập 1 –trang 9
→ Khối lượng riêng của nước: ρN = 972,55 (kg/m3)
→ Khối lượng riêng của rượu: ρR = 735,95 (kg/m3) ρ xhL =( a ρ D R
Lưu lượng chất lỏng hoàn lưu: Q hl =G hl ρ hl = 1939 957,838=2,024(m 3 /h)
Chọn vận tốc chất lỏng hoàn lưu (tự chảy từ bộ phận tách lỏng ngưng tụ vào tháp): Vhl = 0,3(m/s)
Đường kính ống hoàn lưu: d hl =√ 3600 4.Q π v hl hl = √ 3600 4.2,024 π 0,3 =0,048
Chọn đường kính ống hoàn lưu : dhl = 0,05(m)
Bảng XIII.27 [4] (tập 2)- trang 409 ứng với Dy = 50 (mm) và áp suất tính toán Ptt 0,33 (N/mm 2 )
Các thông số của bích ghép ống dẫn dòng hoàn lưu:
Dy Ống Kích thước nối h
4.6.4 Ống dẫn dòng sản phẩm đáy
Suất lượng sản phẩm đáy: GW = 1939 (kg/h).
Dòng sản phẩm đáy: tW = 100oC tW = 100oC tra bảng 1.2 [4] – tập 1 –trang 9
→ Khối lượng riêng của nước: ρN = 958 (kg/m3)
→ Khối lượng riêng của rượu: ρR = 716 (kg/m3) ρ xw =( a ρ w R
Lưu lượng sản phẩm đáy : Q W =G W ρ w = 1939
Chọn vận tốc sản phẩm đáy (chất lỏng tự chảy): vW = 0,3 (m/s). Đường kính ống dẫn sản phẩm đáy: d w =√ 3600 4. Q π v W Chọn đường kính ống dẫn: d w = √ 3600 4.2,024 π 0,3 =0,048(m ) W = 0,05 (m).
Bảng XIII.27 [4] (tập 2)- trang 409 ứng với Dy= 50 (mm) và áp suất tính toán Ptt 0,33 (N/mm 2 )
Các thông số của bích ghép ống dẫn dòng sản phẩm đáy:
Dy Ống Kích thước nối h
Tai treo và chân đỡ
-Chọn vật liệu làm tai treo là thép CT3 Tấm lót là vật liệu làm thân: [ CT3 ] = 130.10 6 (N/m 2 )
-Tải trọng lên một tai treo (8 tai treo và chân đỡ):
10 D85,5(N)-Chọn tải trọng cho phép lên một tai treo (chân đỡ) là 0,25.10 4 N
Theo Bảng XIII.36 [4] (tập 2)- trang 438: tai treo thiết bị thẳng đứng Kích thước tai treo: cho ở bảng sau (tính theo mm)
- Chọn vật liệu làm chân đỡ là thép CT3.
- Tải trọng cho phép lên một chân đỡ: 0,25.10 4 N
Theo bảng XIII.35 STT2 Chân thép đối với thiết bị thẳng đứng (Đơn vị là :mm)
TÍNH CÂN BẰNG NHIỆT
Thiết bị gia nhiệt hỗn hơp đầu
• Phương trình cân bằng nhiệt lượng của thiết bị đun nóng hỗn hợp đầu:
- Q D 1 : nhiệt lượng do hơi đốt mang vào(J/h)
- Q f : nhiệt lượng do hỗn hợp đầu mang vào (J/h)
- Q F : nhiệt lượng do hỗn hợp đầu mang ra (J/h)
- Q ng1 : nhiệt lượng do nước ngưng mang ra (J/h)
- Q xq1 : nhiệt lượng mất mát do môi trường xung quanh (J/h)
• Chọn hơi đốt là hơi nước bão hòa ở áp suất 2atm, (sổ tay QT&TBCNHC1- bảng I.97 trang 230) - có nhiệt độ sôi bằng 119.62℃
5.1.1Nhiệt lượng do hơi đốt mang vào
- 𝜆1: hàm nhiệt (nhiệt lượng riêng) của hơi đốt (J/kg)
- 𝑟1: ẩn nhiệt hóa hơi của hơi đốt (J/kg) Nội suy từ bảng số liệu (sổ tay QT&TBCNHC1- bảng I.212-trang 254), ta có: r1= 2203,3×103 (J/kg)
C: Nhiệt dung riêng của nước ngưng, CB45 (J/kg độ) (theo sổ tay hóa công 1- trang 166)
5.1.2Nhiệt lượng do hỗn hợp đầu mang vào
Qf = GF × Cf × tf (J/h) (theo sổ tay hóa công 2-trang 196)
- G F : Lượng hỗn hợp đầu(kg/h), GF= 3500 (kg/h)
- t F : nhiệt độ đầu của hỗn hợp 25℃
- 𝐶𝐹: Nhiệt dung riêng của hỗn hợp đầu (J/kg.độ)
Theo bảng số liệu nhiệt dung riêng: bảng I.153 và bảng I.154 (sổ tay QT&TBCNHC1) trang
Nồng độ khối lượng hỗn hợp đầu: 𝑎𝐹 = 0.38
5.1.3 Nhiệt lượng do hỗn hợp đầu mang ra
- t F : Nhiệt độ của hỗn hợp đầu sau khi đun nóng (℃): tF ,5℃
- C F : Nhiệt dung riêng của hỗn hợp đầu khi đi ra (J/kg.độ)
Theo bảng số liệu nhiệt dung riêng: bảng I.153 và bảng I.154 (sổ tay QT&TBCNHC1) trang
Nồng độ hỗn hợp đầu: aF = 0.38
5.1.4 Lượng hơi đốt cần thiết
0,95.2203,3.10 3 57,6(kg/h) 5.1.5 Nhiệt lượng do nước ngưng mang ra
- G ng1 : Lượng nước ngưng, bằng lượng hơi đốt D1 (kg/h)
5.1.6 Nhiệt lượng mất ra môi trường xung quanh
Lượng nhiệt mất ra môi trường lấy bằng 5% lượng nhiệt tiêu tốn:
Phương trình cân bằng nhiệt lượng của tháp chưng luyện:
- Q F : Nhiệt lượng do hỗn hợp đầu mang vào tháp (J/h)
- Q D 2 : Nhiệt lượng do hơi đốt mang vào tháp (J/h)
- Q R : Nhiệt lượng do lượng lỏng hồi lưu mang vào (J/h)
- Q y : Nhiệt lượng do hơi mang ra ở đỉnh tháp (J/h)
- Q W : Nhiệt lượng do sản phẩm đáy mang ra (J/h)
- Q xq2 : Nhiệt lượng mất mát ra môi trường xung quanh (J/h)
- Q ng2 : Nhiệt lượng do nước ngưng mang ra (J/h)
- Chọn hơi đốt là nước bão hòa ở áp suất 2at, có nhiệt độ sôi t9,62℃
5.2.1 Nhiệt lượng do hơi đốt mang vào tháp
- 𝜆 2: Hàm nhiệt (nhiệt lượng riêng) của hơi đốt (J/kg)
- r 2 : Ẩn nhiệt hóa hơi của hơi đốt (J/kg) r2=r1= 2203.3×103 (J/kg)
C2: Nhiệt dung riêng của nước ngưng (J/kg độ) C 2 B45 (J/kg.độ)
5.2.2 Nhiệt lượng do lượng lỏng hồi lưu mang vào
GR: Lượng lỏng hồi lưu (kg/h)
Gr =Gp×Rx61×0,95286,072 kg/h tR: nhiệt độ lượng lỏng hồi lưu
Lượng lỏng hồi lưu (sau khi qua thiết bị ngưng tụ) ở trạng thái sôi, có nồng độ bằng nồng độ của hơi ở đỉnh tháp: 𝑥 = 𝑦𝑝 = xp = 0.689
CR: Nhiệt dung riêng của lượng hơi lỏng hồi lưu (J/kg.độ)
=> Theo (II.146), nội suy ta có: tR = tP = 79 0C.
Theo bảng số liệu nhiệt dung riêng: bảng I.153 và bảng I.154 (sổ tayQT&TBCNHC1) trang
172 ở nhiệt độ ty℃, ta có:
Nồng độ lượng lỏng hồi lưu bằng nồng độ sản phẩm đỉnh: aR =aP = 0.85
Nhiệt dung riêng của hỗn hợp rượu là:
5.2.3 Nhiệt lượng do hơi mang ra ở đỉnh tháp
Hàm nhiệt (nhiệt lượng riêng) của hơi ở đỉnh tháp (J/kg) λd =λ1.a +λ2.(1− a) (J/kg) λ1, λ2: Nhiệt lượng riêng của rượu và nước (J/kg) λ1 = r 1 + C 1 θ 1 λ2 = r 2 + C 2 θ 2
Mà: 𝜃1 = 𝜃2 = 𝑡𝑅 = 79 ℃ Theo bảng số liệu nhiệt dung riêng: bảng I.153 và bảng I.154 (sổ tay QT&TBCNHC1) trang 172 ở nhiệt độ ty℃, ta có
→Theo bảng số liệu bảng I.263 và bảng I.250 (sổ tay QT&TBCNHC1) trang 312-324
- 𝜆 2 = 2312200 + 4190 × 79 = 2643210 a: Nồng độ phần khối lượng sản phẩm đỉnh a = aP = 0,85
5.2.4 Nhiệt lượng do sản phẩm đáy mang ra
- W: Lượng sản phẩm đáy (kg/h), W= 1939 (kg/h)
- t W : Nhiệt độ của lượng sản phẩm đáy (℃), tW= 100 oC
- C W : Nhiệt dung riêng của sản phẩm đáy (J/kg độ)
Theo bảng số liệu Nhiệt dung riêng: bảng I.153 và bảng I.154 (sổ tay 1- trang 172 ở nhiệt độ t 0℃,ta có:
Nồng độ sản phẩm đáy là: aW = 5×10-4
Cw= C1.aw + C2.(1- aw) = 4229,45 (J/kg.độ)
5.2.5 Lượng hơi đốt cần thiết
5.2.6 Nhiệt lượng mất ra môi trường xung quanh
Lượng nhiệt mất ra môi trường lấy bằng 5% lượng nhiệt tiêu tốn ở đáy tháp:
5.2.7 Nhiệt lượng do nước ngưng mang ra
Gng2: Lượng nước ngưng, bằng lượng hơi đốt (kg/h)
Phương trình cân bằng nhiệt lượng của thiết bị ngưng tụ (ngưng tụ hoàn toàn):
- r: ẩn nhiệt ngưng tụ của hơi đỉnh tháp (J/kg)
- Nhiệt của hơi đỉnh tháp là: 𝑡đ = 𝑡𝑝 = 79
Theo bảng số liệu bảng I.250 và bảng I.263 (sổ tay QT&TBCNHC1) trang 312-324
Nội suy ta có: r1 = 825,03×103 (J/kg); r2 = 2312,2×103 (J/kg)
- G n : Lượng nước lạnh tiêu tốn (kg/h)
- t 1 , t 2 : Nhiệt độ vào và ra của nước làm lạnh (℃)
- Nhiệt độ vào của nước lạnh lấy là nhiệt độ thường: t1 = 20℃
- Nhiệt độ ra của nước lạnh, chọn: t2 = 40 ℃
+Cn: Nhiệt dung riêng của nước ở nhiệt độ trung bình ttb (J/kg.độ)
Theo bảng số liệu Nhiệt dung riêng: bảng I.153 (sổ tay QT&TBCNHC1) trang 172 ở nhiệt độ t0℃, ta có: C n = 4205 (J/kg.độ)
→Lượng nước lạnh cần thiết là:
Phương trình cân bằng nhiệt lượng của thiết bị làm lạnh:
- G n2 : Lượng nước lạnh tiêu tốn (kg/h)
- 𝑡′1, 𝑡′2: Nhiệt độ đầu và cuối của sản phẩm đỉnh đã ngưng tụ (℃)
Sản phẩm đỉnh sau ngưng tụ ở trạng thái sôi:
→Nhiệt độ vào bằng nhiệt độ sôi ở đỉnh tháp: 𝑡′1 = 79 ℃
Nhiệt độ ra của sản phẩm lấy là: t '2 = 25 ℃
Cp: Nhiệt dung riêng của sản phẩm đỉnh đã ngưng tụ (J/kg.độ)
Theo bảng số liệu Nhiệt dung riêng: bảng I.153 và bảng I.154 (sổ tay QT&TBCNHC1) trang
172 ở nhiệt độ tR℃ ta có:
Nồng độ sản phẩm đỉnh: 𝑎𝑝 = 0,85
0,85)'98,5(J/kg.độ) Lượng nước lạnh cần thiết là: