Phần 1 Giới thiệu hỗn hợp và Sơ đồ dây chuyền công nghệ I. Giới thiệu về hỗn hợp chưng II Sơ đồ dây chuyền công nghệ II Thuyết minh dây chuyền III Chế độ thủy động của tháp đệm Phần 2 Tính toán thiết bị chính I. Cân bằng vật liệu II. Đường kính tháp III. Chiều cao tháp IV. Tính trở lực của tháp V. Tính cân bằng nhiệt lượng IV. Tính toán cơ khí Phần 3 Tính thiết bị phụ Phần 4 Kết luận Tài liệu tham khảo Lêi nãi ®Çu Ngày nay cùng với sự phát triển vượt bậc của nền công nghiệp thế giới và nước nhà, các ngánh công nghiệp nhất là công nghiệp hóa chất và thực phẩm vần thiết nhiều hóa chất có độ tinh khiết cao. Để đạt được điều này người ta thường tiến hành phân tách các cấu tử ra khỏi hỗn hợp đầu, trong đó chưng cất là một trong những phương pháp được sử dụng phổ biến hiện nay. Chưng cất là quá trình dùng nhiệt để tách một phần hỗn hợp lỏng ra thành các cấu tử riêng biệt dựa vào độ bay hơi khác nhau của chúng trong hỗn hợp ở cùng nhiệt độ đo. Phương pháp này ứng dụng để tách hỗn hợp các cấu tử dễ bay hơi có tính chất hòa tan hoàn toàn hoặc một phần vào nhau. Hỗn hợp này có thể chỉ có hai cấu tử hoặc nhiều hơn. Với hệ hai cấu tử sẽ thu được sản phẩm đỉnh gồm phần lớn là cấu tử dễ bay hơi và sản phẩm đáy chứa đa phần 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. Vật liệu gia công là thép không gỉ bởi vì hỗn hợp cần tách là hệ ăn mòn mạnh, mặt khác tuy giá thành sản xuất còn cao nhưng đáp ứng được những tiêu chuẩn cơ bản của thiết bị hóa chất đó là: chống ăn mòn, bền nhiệt, cơ tính tốt, tuổi thọ làm việc lâu dài … Đồ án môn Quá trình và Thiết bị bước đầu giúp sinh viên làm quen với việc tính toán và thiết kế một dây chuyền sản xuất, mà cụ thể trong đồ án này là hệ thống chưng luyện liên tục. Với đề tài: Thiết kế hệ thống chưng luyện liên tục loại tháp đệm để phân tách hỗn hợp Metylic Etylic. Tập đồ án này bao gồm 6 nội dung chính : Tính cân bằng vật liệu của tháp Xác định đường kính tháp Xác định chiều cao tháp dựa vào phương pháp số đơn vị chuyển khối Tính trở lực và cân bằng nhiệt lượng của tháp Tính toán cơ khí Tính toán thiết bị phụ PHẦN 1 GIỚI THIỆU HỖN HỢP VÀ SƠ ĐỒ DÂY CHUYỀN CÔNG NGHỆ I.GIỚI THIỆU VỀ HỖN HỢP CHƯNG: Metylic là chất lỏng linh động và không màu, hòa tan trong nước theo bất cứ tỷ lệ nào. Nhiệt độ sôi 67.40C , Metylic là chất độc đói với cơ thể, nếu uống từ 8 đến 10g thì có thể bị ngộ độc, mát bị rối loạn và có thể mù lòa. Etylic cũng là chất lỏng linh động không màu và có thể hòa tan vô hạn trong nước. Nhiệt độ sôi của nó là 78.40C, Etylic được ứng dụng rất nhiều trong công nghiệp, đời sống hàng ngày. Metylic – Etylic là sản phẩm của quá trình lên men hoặc quá trình tổng hợp khác, 2 chất này ở trạng thái bình thường là chất lỏng không liên kết, có độ bay hơi khác nhau. ở đây metylic bay hơi trước do nhiệt độ sôi của nó thấp hơn của etylic. Hỗn hợp ăn mòn yếu nên trong quá trình lựa chọn thiết bị để chưng luyện thì ta nên sử dụng loại thép các bon thường để tránh lãng phí. II.SƠ ĐỒ DÂY CHUYỀN CÔNG NGHỆ Chú thích: 1:Thùng cao vị 2:Bể chứa dung dịch đầu 3: Thiết bị đun sôi hỗn hợp đầu 4:Lưu lượng kế 5:Tháp chưng luyện 6:Thiết bị ngưng tụ 7:Thiết bị làm lạnh 8:Bể chứa sản phẩm đỉnh 9:Bể chứa sản phẩm đáy 10:Thiết bị đun sôi đáy tháp 11 Cốc tháo nước ngưng 12 : Bơm li tâm II. Thuyết minh dây chuyền : Nguyên liệu đầu được chứa trong thùng chứa (2) và được bơm (12) bơm lên thùng cao vị (1). Hỗn hợp đầu từ thùng cao vị tự chảy xuống thiết bị đun sôi hỗn hợp đầu (3). lưu lượng được khống chế bằng cách điều chỉnh hệ thống van và lưu lượng kế (4) hơi nước bão hòa từ nồi hơi vào đun sôi hỗn hợp đầu đến nhiệt độ sôi sau khi đạt tới nhiệt độ sôi hỗn hợp này được đưa vào đĩa tiếp liệu của tháp chưng luyện (5) loại đệm.Trong tháp hơi đi từ dưới lên tiếp xúc trực tiếp với lỏng chảy từ trên xuống, tại đây xảy ra quá trình bốc hơi và ngưng tụ nhiều lần. Theo chiều cao của tháp, càng lên cao thì nhiệt độ càng thấp nên khi hơi đi qua các tầng đệm từ dưới lên , cấu tử có nhiệt độ sôi cao sẽ ngưng tụ.Quá trình tiếp xúc lỏng hơi trong tháp diễn ra liên tục làm cho trong pha hơi càng giầu cấu tử dễ bay hơi. Cuối cùng trên đỉnh tháp ta sẽ thu được hầu hết là cấu tử dễ bay hơi (cụ thể ở đây là Metylic) và một phần cấu tử khó bay hơi (Etylic). Hỗn hợp hơi này được đưa vào thiết bị ngưng tụ (6) và tại đây nó được ngưng tụ hoàn toàn (tác nhân là nước lạnh). Một phần chất lỏng sau khi ngưng tụ được đưa hồi lưu trở về tháp chưng luyện và cũng được khống chế bằng lưu lượng kế , phần còn lại đạt yêu cầu sẽ được đưa vào thiết bị làm lạnh (7) để làm lạnh đến nhiệt độ cần thiết sau đó được đưa vào thùng chứa sản phẩm đỉnh (8). Chất lỏng hồi lưu đi từ trên xuống dưới, gặp hơi có nhiệt độ cao đi từ dưới lên, một phần cấu tử có nhiệt độ cao tiếp tục ngưng tụ thành lỏng đi xuống.Do đó nồng độ cấu tử khó bay hơi trong pha lỏng ngày càng nhiều , cuối cùng ở đáy tháp ta thu được hỗn hợp lỏng gồm hầu hết là cấu tử khó bay hơi (etylic) và một phần rất ít cấu tử dễ bay hơi (Meylic), hỗn hợp lỏng được đưa ra khỏi đáy tháp qua thiết bị phân dòng, một phần được đưa ra thùng chứa sản phẩm đáy (9) , một phần được đưa vào thiết bị đun sôi đáy tháp (10) và một phần được hồi lưu trở lại đáy tháp.Thiết bị này có tác dụng đun sôi tuần hoàn và bốc hơi sản phẩm đáy (tạo dòng hơi đi từ dưới lên trong tháp). Nước ngưng của thiết bị gia nhiệt được tháo qua thiết bị tháo nước ngưng ( 11),Tháp chưng luyện làm việc ở chế độ liên tục, hỗn hợp đầu vào và sản phẩm được lấy ra liên tục. III. Chế độ thuỷ động của tháp đệm Trong tháp đệm có 3 chế độ thủy động là chế độ chảy dòng, chế độ quá độ và chế độ chảy xoáy. Khi vận tốc khí bé lực hút phân tử lớn hơn và vượt lực ỳ. Lúc này quá trình chuyển khối được xác định bằng dòng khuếch tán phân tử. Tăng vận tốc lực lỳ trở lên cân bằng với lực hút phân tử. Quá trình chuyển khối lúc này không chỉ được quyết định bằng khuếch tán phân tử mà cả bằng cả khuếch tán đối lưu. Chế độ thủy động này gọi là chế độ quá độ. Nếu ta tiếp tục tăng vận tốc khí lên nữa thì chế độ quá độ chuyển sang chế độ chảy xoáy. Trong giai đoạn này quá trình khuếch tán sẽ được quyết định bằng khuếch tán đối lưu. Nếu ta tăng vận tốc khí lên đến một giới hạn nào đó thì sẽ xảy ra hiện tượng đảo pha. Lúc này chất lỏng sẽ chiếm toàn bộ chiều cao tháp và trở thành pha liên tục, còn pha khí khuếch tán vào trong pha lỏng và trở thành pha phân tán. Vận tốc khí ứng với thời điểm này gọi là vận tốc đảo pha. Khí sục vào lỏng và tạo thành bọt khí vì thế trong giai đoạn này chế độ làm việc trong tháp gọi là chế độ sủi bọt. Ở chế độ này vận tốc chuyển khối nhanh đồng thời trở lực cũng tăng nhanh. Trong thực tế, ta thường cho tháp đệm làm việc ở chế độ màng có vận tốc nhỏ hơn vận tốc đảo pha một ít vì quá trình chuyển khối trong giai đoạn sủi bọt là mạnh nhất nhưng vì giai đoạn đó khó khống chế quá trình làm việc. Ưu điểm của của tháp đệm : Hiệu suất cao vì bề mặt tiếp xúc pha lớn Cấu tạo tháp đơn giản Trở lực trong tháp không lớn lắm Giới hạn làm việc tương đối rộng Nhược điểm : • Khó làm ướt đều đệm • Tháp cao quá thì phân phối chất lỏng không đều Bảng kê các ký hiệu thường dùng trong bản đồ án này : • F: lượng hỗn hợp đầu, (kgs) • P: lượng sản phẩm đỉnh, (kgs) • W: lượng sản phẩm đáy, ( kgs) • Các chỉ số F, P, W , A , B : tương ứng chỉ đại lượng đó thuộc về hỗn hợp đầu, sản phẩm đỉnh, sản phẩm đáy, của các cấu tử là Metylic và Etylic • a: phần trăm khối lượng của Metylic trong hỗn hợp (kg Metylic kg hỗn hợp ) • x : nồng độ phần mol của Metylic trong hỗn hợp ( kmol Metylic kmol hỗn hợp ) • M: khối lượng mol phân tử ( kg kmol) • μ : độ nhớt động lực , (N.sm2 ) • Các chỉ số A, B , X ,Y , hh tương ứng thuộc về cấu tử Metylic, Etylic, thành phẩn lỏng, thành phần hơi và của hỗn hợp : khối lượng riêng ( kgm3) PHẦN 2 TÍNH TOÁN THIẾT BỊ CHÍNH Các số liệu ban đầu: Năng suất tính theo độ hỗn hợp đầu F = 3.3 tấnh = 3300 kgh Nồng độ cấu tử dễ bay hơi trong: + Hỗn hợp đầu: xF = 0.15 phần mol + Sản phẩm đỉnh: xP = 0.83 phần mol + Sản phẩm đáy: phần mol Tháp làm việc ở áp suất thường. Hỗn hợp đầu được gia nhiệt đến nhiệt độ sôi. I. TÍNH CÂN BẰNG VẬT LIỆU TOÀN THIẾT BỊ 1.Tính toán cân bằng vật liệu cho toàn tháp 1.1.Đổi từ phần mol sang khối lượng phần khối lượng phần khối lượng phần khối lượng Khối lượng mol trung bình trong pha lỏng được tính: M = x.MA + (1 x)MB MF= xF.MA+ (1 xF)MB = MP = xP.MA + (1 xP)MB = MW = xW.MA + (1 xW)MB =
Mục lục Phần Giới thiệu hỗn hợp Sơ đồ dây chuyền công nghệ I Giới thiệu hỗn hợp chưng II Sơ đồ dây chuyền công nghệ II Thuyết minh dây chuyền III Chế độ thủy động tháp đệm Phần Tính tốn thiết bị I Cân vật liệu II Đường kính tháp III Chiều cao tháp IV Tính trở lực tháp V Tính cân nhiệt lượng IV Tính tốn khí Phần Tính thiết bị phụ Phần Kết luận Tài liu tham kho Lời nói đầu Ngy cựng với phát triển vượt bậc công nghiệp giới nước nhà, ngánh công nghiệp cơng nghiệp hóa chất thực phẩm vần thiết nhiều hóa chất có độ tinh khiết cao Để đạt điều người ta thường tiến hành phân tách cấu tử khỏi hỗn hợp đầu, chưng cất phương pháp sử dụng phổ biến Chưng cất trình dùng nhiệt để tách phần hỗn hợp lỏng thành cấu tử riêng biệt dựa vào độ bay khác chúng hỗn hợp nhiệt độ đo Phương pháp ứng dụng để tách hỗn hợp cấu tử dễ bay có tính chất hịa tan hồn tồn phần vào Hỗn hợp có hai cấu tử nhiều Với hệ hai cấu tử thu sản phẩm đỉnh gồm phần lớn cấu tử dễ bay sản phẩm đáy chứa đa phần cấu tử khó bay Trong sản xuất ta thường gặp phương pháp chưng khác : chưng đơn giản, chưng nước trực tiếp, chưng chân không đặc biệt chưng luyện Chưng luyện phương pháp thơng dụng dùng để tách hồn tồn hỗn hợp cấu tử dễ bay có tính chất hịa tan phần hịa tan hồn toàn vào nhau.Chưng luyện áp suất thấp dùng cho hỗn hợp dễ bị phân hủy nhiệt nhiệt độ cao ,các cấu tử dễ bay ngược lại Vật liệu gia công thép không gỉ hỗn hợp cần tách hệ ăn mịn mạnh, mặt khác giá thành sản xuất cao đáp ứng tiêu chuẩn thiết bị hóa chất là: chống ăn mịn, bền nhiệt, tính tốt, tuổi thọ làm việc lâu dài … Đồ án mơn Q trình Thiết bị bước đầu giúp sinh viên làm quen với việc tính tốn thiết kế dây chuyền sản xuất, mà cụ thể đồ án hệ thống chưng luyện liên tục Với đề tài: Thiết kế hệ thống chưng luyện liên tục loại tháp đệm để phân tách hỗn hợp Metylic- Etylic Tập đồ án bao gồm nội dung : Tính cân vật liệu tháp Xác định đường kính tháp Xác định chiều cao tháp dựa vào phương pháp số đơn vị chuyển khối Tính trở lực cân nhiệt lượng tháp Tính tốn khí Tính toán thiết bị phụ PHẦN GIỚI THIỆU HỖN HỢP VÀ SƠ ĐỒ DÂY CHUYỀN CÔNG NGHỆ I.GIỚI THIỆU VỀ HỖN HỢP CHƯNG: Metylic chất lỏng linh động khơng màu, hịa tan nước theo tỷ lệ Nhiệt độ sôi 67.40C , Metylic chất độc đói với thể, uống từ đến 10g bị ngộ độc, mát bị rối loạn mù Etylic chất lỏng linh động khơng màu hịa tan vơ hạn nước Nhiệt độ sơi 78.40C, Etylic ứng dụng nhiều công nghiệp, đời sống hàng ngày Metylic – Etylic sản phẩm trình lên men trình tổng hợp khác, chất trạng thái bình thường chất lỏng khơng liên kết, có độ bay khác metylic bay trước nhiệt độ sơi thấp etylic Hỗn hợp ăn mịn yếu nên q trình lựa chọn thiết bị để chưng luyện ta nên sử dụng loại thép bon thường để tránh lãng phí II.SƠ ĐỒ DÂY CHUYỀN CƠNG NGHỆ 12 Chú thích: 1:Thùng cao vị 7:Thiết bị làm lạnh 2:Bể chứa dung dịch đầu 8:Bể chứa sản phẩm đỉnh 3: Thiết bị đun sôi hỗn hợp đầu 9:Bể chứa sản phẩm đáy II Thuyết minh dây chuyền : 4:Lưu lượng kế 5:Tháp chưng luyện 6:Thiết bị ngưng tụ 10:Thiết bị đun sôi đáy tháp 11 Cốc tháo nước ngưng 12 : Bơm li tâm Nguyên liệu đầu chứa thùng chứa (2) bơm (12) bơm lên thùng cao vị (1) Hỗn hợp đầu từ thùng cao vị tự chảy xuống thiết bị đun sôi hỗn hợp đầu (3) lưu lượng khống chế cách điều chỉnh hệ thống van lưu lượng kế (4) nước bão hòa từ nồi vào đun sôi hỗn hợp đầu đến nhiệt độ sôi sau đạt tới nhiệt độ sôi hỗn hợp đưa vào đĩa tiếp liệu tháp chưng luyện (5) loại đệm.Trong tháp từ lên tiếp xúc trực tiếp với lỏng chảy từ xuống, xảy trình bốc ngưng tụ nhiều lần Theo chiều cao tháp, lên cao nhiệt độ thấp nên qua tầng đệm từ lên , cấu tử có nhiệt độ sơi cao ngưng tụ.Q trình tiếp xúc lỏng tháp diễn liên tục làm cho pha giầu cấu tử dễ bay Cuối đỉnh tháp ta thu hầu hết cấu tử dễ bay (cụ thể Metylic) phần cấu tử khó bay (Etylic) Hỗn hợp đưa vào thiết bị ngưng tụ (6) ngưng tụ hoàn toàn (tác nhân nước lạnh) Một phần chất lỏng sau ngưng tụ đưa hồi lưu trở tháp chưng luyện khống chế lưu lượng kế , phần lại đạt yêu cầu đưa vào thiết bị làm lạnh (7) để làm lạnh đến nhiệt độ cần thiết sau đưa vào thùng chứa sản phẩm đỉnh (8) Chất lỏng hồi lưu từ xuống dưới, gặp có nhiệt độ cao từ lên, phần cấu tử có nhiệt độ cao tiếp tục ngưng tụ thành lỏng xuống.Do nồng độ cấu tử khó bay pha lỏng ngày nhiều , cuối đáy tháp ta thu hỗn hợp lỏng gồm hầu hết cấu tử khó bay (etylic) phần cấu tử dễ bay (Meylic), hỗn hợp lỏng đưa khỏi đáy tháp qua thiết bị phân dòng, phần đưa thùng chứa sản phẩm đáy (9) , phần đưa vào thiết bị đun sôi đáy tháp (10) phần hồi lưu trở lại đáy tháp.Thiết bị có tác dụng đun sơi tuần hồn bốc sản phẩm đáy (tạo dòng từ lên tháp) Nước ngưng thiết bị gia nhiệt tháo qua thiết bị tháo nước ngưng ( 11),Tháp chưng luyện làm việc chế độ liên tục, hỗn hợp đầu vào sản phẩm lấy liên tục III Chế độ thuỷ động tháp đệm Trong tháp đệm có chế độ thủy động chế độ chảy dòng, chế độ độ chế độ chảy xốy Khi vận tốc khí bé lực hút phân tử lớn vượt lực ỳ Lúc q trình chuyển khối xác định dịng khuếch tán phân tử Tăng vận tốc lực lỳ trở lên cân với lực hút phân tử Quá trình chuyển khối lúc không định khuếch tán phân tử mà cả khuếch tán đối lưu Chế độ thủy động gọi chế độ độ Nếu ta tiếp tục tăng vận tốc khí lên chế độ độ chuyển sang chế độ chảy xốy Trong giai đoạn q trình khuếch tán định khuếch tán đối lưu Nếu ta tăng vận tốc khí lên đến giới hạn xảy tượng đảo pha Lúc chất lỏng chiếm toàn chiều cao tháp trở thành pha liên tục, pha khí khuếch tán vào pha lỏng trở thành pha phân tán Vận tốc khí ứng với thời điểm gọi vận tốc đảo pha Khí sục vào lỏng tạo thành bọt khí giai đoạn chế độ làm việc tháp gọi chế độ sủi bọt Ở chế độ vận tốc chuyển khối nhanh đồng thời trở lực tăng nhanh Trong thực tế, ta thường cho tháp đệm làm việc chế độ màng có vận tốc nhỏ vận tốc đảo pha q trình chuyển khối giai đoạn sủi bọt mạnh giai đoạn khó khống chế q trình làm việc Ưu điểm của tháp đệm : - Hiệu suất cao bề mặt tiếp xúc pha lớn - Cấu tạo tháp đơn giản - Trở lực tháp không lớn - Giới hạn làm việc tương đối rộng Nhược điểm : Khó làm ướt đệm Tháp cao q phân phối chất lỏng khơng Bảng kê ký hiệu thường dùng đồ án : • F: lượng hỗn hợp đầu, (kg/s) • P: lượng sản phẩm đỉnh, (kg/s) • W: lượng sản phẩm đáy, ( kg/s) • Các số F, P, W , A , B : tương ứng đại lượng thuộc hỗn hợp đầu, sản phẩm đỉnh, sản phẩm đáy, cấu tử Metylic Etylic • a: phần trăm khối lượng Metylic hỗn hợp (kg Metylic / kg hỗn hợp ) • x : nồng độ phần mol Metylic hỗn hợp ( kmol Metylic / kmol hỗn hợp ) • M: khối lượng mol phân tử ( kg/ kmol) • μ : độ nhớt động lực , (N.s/m2 ) • Các số A, B , X ,Y , hh tương ứng thuộc cấu tử Metylic, Etylic, thành phẩn lỏng, thành phần hỗn hợp : khối lượng riêng ( kg/m3) PHẦN TÍNH TỐN THIẾT BỊ CHÍNH Các số liệu ban đầu: -Năng suất tính theo độ hỗn hợp đầu F = 3.3 tấn/h = 3300 kg/h -Nồng độ cấu tử dễ bay trong: + Hỗn hợp đầu: xF = 0.15 phần mol + Sản phẩm đỉnh: xP = 0.83 phần mol + Sản phẩm đáy: x w 0.04 phần mol -Tháp làm việc áp suất thường -Hỗn hợp đầu gia nhiệt đến nhiệt độ sơi I TÍNH CÂN BẰNG VẬT LIỆU TỒN THIẾT BỊ 1.Tính tốn cân vật liệu cho toàn tháp 1.1.Đổi từ phần mol sang khối lượng x F M A 0.15 32 aF 0.109 phần khối lượng x F M A 1 x F M B 0.15 32 1 0.15 46 aP x P M A 0.83 32 0.773 phần khối lượng x P M A 1 x P M B 0.83 32 1 0.83 46 aw xw M A 0.04 32 0.028 phần khối lượng xw M A 1 xw M B 0.04 32 1 0.04 46 - Khối lượng mol trung bình pha lỏng tính: M = x.MA + (1- x)MB MF= xF.MA+ (1- xF)MB = 0.15 32 1 0.15 46 43.9(kg / kmol ) MP = xP.MA + (1- xP)MB = 0.83 32 1 0.83 46 34.38(kg / kmol ) MW = xW.MA + (1- xW)MB = 0.04 32 1 0.04 46 45.44(kg / kmol ) 1.2 Hệ phương trình cân vật liệu •Phương trình cân vật liệu cho tồn tháp : F = P + W ; (1) •Đối với cấu tử dễ bay (etylic) : FaF = Pap + Waw ( 2) • Thay (1) vào (2) rút : • Lượng sản phẩm đáy : Với F = 3300 kg/h = 3300: 43.49 = 75.171(kmol/h) P F aF aw 0.109 0.028 358.792 • Từ 3300 358.792 kg / h 10.436( kmol / h) a P aW 0.773 0.028 33.38 suy lượng sản phẩm đỉnh : W = F – P = 3300 – 358.792 = 2941.208( kg/h)= 2941.208:45.44=64.727(kmol/h) 1.3 Chỉ số hồi lưu tối thiểu (Rmin) Dựng đường cân theo số liệu đường cân sau: X 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 Y 7.4 14.3 27.1 39.6 51.5 62.6 72.3 79.8 86.6 83.2 100 T0c 78.3 77.2 76.5 75 73.6 72.2 70.8 69.4 68.2 66.9 65.9 64.9 Từ số liệu bảng ta vẽ đồ thị đường cân lỏng (x) – (y) xw=0.04 XF=0.15 xp=0.83 * Từ đường cân lỏng (x) – (y) với xF = 0.15 → y*F = 0.2077 → Rmin → Rmin x p y *F [III-81] y F* xF x p y F* * F y xF 0.83 0.2077 10.785 0.2077 0.15 1.4.Xác định số Rth Hệ số hiệu chỉnh: Rx Rmin Vấn đề chọn số hồi lưu thích hợp quan trọng, số hồi lưu bé số bậc tháp lớn tiêu tốn đốt, ngược lại số hồi lưu lớn số bậc tháp co tiêu tốn đốt lại lớn - Với giá trị Rx > Rmin từ đồ thị cân lỏng hỗn hợp Metylic etylic ta xác định giá trị Nlt tương ứng * Ở ta có phương trình đoạn luyện đoạn chưng sau: - Phương trình đoạn luyện: y xp R x R 1 R 1 A R R 1 y Ax B B xp R 1 - Phương trình đoạn chưng: R f f 1 x xw y Ax B R 1 R 1 R f f 1 F A B xw với f R 1 R 1 P y Với RX1= 11.864 Phương trình đoạn luyện : y = 0.922x + 0.065 Phương trình đoạn chưng: y = 1.484x -0.019 * Có 28 đĩa đoạn luyện 14, đoạn chưng 14 Với RX2 = 12.942 Phương trình đoạn luyện : y = 0.928x + 0.06 Phương trình đoạn chưng: y = 1.445x -0.018 Có 23 đĩa đoạn luyện 12, đoạn chưng 11 Với RX3= 14.021 Phương trình đoạn luyện : y = 0.933x + 0.055 Phương trình đoạn chưng: y = 1.413x -0.017 Có 21 đĩa đoạn luyện 11, đoạn chưng 10 Với RX4 = 15.099 Phương trình đoạn luyện : y = 0.938x + 0.052 Phương trình đoạn chưng: y = 1.385x -0.015 Có 19 đĩa đoạn luyện 11, đoạn chưng Với RX5 = 16.178 Phương trình đoạn luyện : y = 0.942x + 0.048 Phương trình đoạn chưng: y = 1.361x -0.014 Có 18 đĩa đoạn luyện 10, đoạn chưng Từ phương trình làm việc ta vẽ đồ thị biểu diễn quan hệ x –y để tìm số đĩa lý thuyết tương ứng với giá trị Rx Các đồ thị biểu diễn trang bên: Số đĩa lý thuyết Nlt số hồi lưu Rx tổng hợp bảng sau : Rx Nlt Nlt(Rx+1) 1.1 1.2 11.864 12.942 28 23 360.192 320.666 1.3 1.4 14.021 15.099 21 19 315.441 305.881 1.5 16.178 18 309.204 Từ giá trị tìm bảng trên, ta xây dựng đồ thị biểu diễn mối quan hệ R x – Nlt(Rx+1) Nlt(Rx+1) R1 R2 R3 R4 R5 Rx Để xác định số hồi lưu thích hợp người ta xác định số hồi lưu từ điều kiện thể tích tháp nhỏ ( khơng tính đến tiêu kinh tế vận hành) Mặt khác dễ dàng nhận thấy thể tích làm việc tháp tỉ lệ với tích số N lt(Rx+1).Từ đồ thị trên, điểm cực tiểu đường vẽ cho ta giá trị thể tích thiết bị bé ứng với điểm có số hồi lưu thích hợp Mà Nlt(Rx+1) = 305.881 giá trị nhỏ nhất, ứng với giá trị nhỏ Rx= 15.099 Vậy số hồi lưu thích hợp Rth= 15.099 số đĩa lý thuyết Nlt= 19 Phương trình đường nồng độ làm việc 2.1.Đoạn luyện y Rth x x P Rth Rth [III- 78] *Thay số : y 15.099 0.83 x 0.938x 0.052 15.099 15.099 Trong đó: y: Là nồng độ phần mol cấu tử dễ bay pha từ lên x: Là nồng độ phần mol cấu tử dễ bay pha lỏng chảy từ xuống Rth: Là số hồi lưu thích hợp 2.2 Đoạn chưng - Lượng sản phẩm đầu đơn vị sản phẩm đỉnh : f F 75.171 7.203 ( kmol h2 đầu / kmol sản phẩm đỉnh ); P 10.436 +Phương trình đường nồng độ làm việc đoạn chưng : y Rth f f 1 15.099 7.203 7.203 x xw x 0.04 1.385 x 0.015 Rth Rth 15.099 15.099 * Nhiệt độ sôi - Nhiệt độ sôi hỗn hợp đầu toF : từ xF = 0.15 theo bảng t-x, nội suy toF = 75.75oC - Nhiệt độ đỉnh tháp toP : từ yp = 0.83 theo bảng t –y nội suy toP = 66.6 - Nhiệt độ sôi sản phẩm đáy tow : Từ xw= 0.04 theo bảng t- x nội suy tow = 77.42 II TÍNH ĐƯỜNG KÍNH THÁP CHƯNG LUYỆN Cơng thức tính đường kính tháp chưng luyện loại đệm : D 4G ytb W ytb 0,0188 g tb ytb W ytb [STQTTBT2-181] Trong : Wytb: tốc độ khí hơi(m/s) gtb: lượng trung bình tháp (kg/h) ytb W ytb : tốc độ trung bình tháp (kg/m2s) Vì lượng lượng lỏng thay đổi theo chiều cao tháp khác đoạn nên ta phải tính trung bình cho đoạn 1.Lượng trung bình tháp 1.1.Lượng trung bình đoạn luyện Lượng trung bình đoạn luyện tính gần trung bình cộng lượng khỏi đĩa tháp lượng vào đĩa đoạn luyện g tb g đ g1 , kg/s (STQTTB T2-181) Trong đó: + gtb :lượng trung bình đoạn luyện (kg/h) + gđ : lượng khỏi đĩa đoạn luyện (kg/h); + g1 : lượng vào đĩa đoạn luyện ( kg/h); * Lượng khỏi đỉnh tháp : gđ = GR + GP = GP(Rth + 1) (STQTTB T2-181) Trong GP : lượng sản phẩm đỉnh ( kg/h) GR : lượng lỏng hồi lưu đỉnh tháp (kg/h) Rth : số hồi lưu thích hợp gđ = 358.792( 15.099 + 1) = 5776.192 (kg/h) * Lượng vào đoạn luyện: Lượng g1, hàm lượng y1, lượng lỏng đĩa thứ đoạn luyện G xác định theo hệ phương trình cân vật liệu nhiệt lượng cho đoạn luyện : (STQTTB T2-182) Trong a1 a F 0.109 phần khối lượng r1 : ẩn nhiệt hóa hỗn hợp đĩa thứ đoạn luyện (kJ/kg) ; rđ : ẩn nhiệt hóa hỗn hợp khỏi đỉnh tháp (kJ/kg) r1 = rAy1 + (1- y1)rB; STQTTB T2-182) G1 GP g G1 a1 g y1 g g d rd 1r GP a P 10