Thiết kế và tính toán hệ thống chưng luyện liên tục làm việc liên tục ở áp suất thường để tách hỗn hợp hai cấu tử cs2 – ccl4

chưng luyện là phương pháp dùng nhiệt để tách hỗn hợp các cấu tử có nhiệt độ sôi khác nhau có hồi ưu trở lại một lượng ở sản phẩm đỉnh.. Khái niệm chưng cất Chưng cất là quá trình dùng đ

VIỆN KỸ THUẬT HÓA HỌC

BỘ MÔN QUÁ TRÌNH – THIẾT BỊ CÔNG NGHỆ HÓA VÀ THỰC PHẨM

Giáo viên hướng dẫn: TS Đỗ Xuân Trường

II Các số liệu ban đầu:

- Năng suất thiết bị tính theo hỗn hợp đầu: 4 kg/h

- Nồng độ tính theo cấu tử dễ bay hơi:

+ Hỗn hợp đầu : = 0,18 phần khối lượng

+ Sản phẩm đỉnh: = 0,94 phần khối lượng

+ Sản phẩm đáy: = 0,012 phần khối lượng

- Hỗn hợp đầu vào tháp ở nhiệt độ sôi

- Loại tháp: tháp loại đệm

III Nội dung các phần thuyết minh và tính toán:

1 Phần mở đầu

2 Vẽ và thuyết minh sơ đồ công nghệ (bản vẽ A4)

3 Tính toán kỹ thuật thiết bị chính

4 Tính cơ khí thiết bị chính

4 Tính và chọn thiết bị phụ (chọn 3 thiết bị phụ)

5 Tài liệu tham khảo

- Bản vẽ dây chuyền công nghệ: khổ A4

- Bản vẽ lắp thiết bị chính; khổ A1

V Cán bộ hướng dẫn:

VI Ngày giao nhiệm vụ: ngày tháng năm

VII Ngày phải hoàn thành: 27/01/2022

Người hướng dẫn

( Họ tên và chữ ký)

LỜI MỞ ĐẦU

Khoa học kỹ thuật ngày càng phát triển, đóng góp to lớn cho nền công nghiệp nước ta nói riêng và thế giới nói chung Trong đó, ngành công nghiệp hóa chất - dầu khí đóng vai trò quan trọng, ảnh hưởng đến các ngành công nghiệp khác Đặc biệt đối với nhiều ngành công nghệ thì chưng cất là một khâu không thể thiếu

Đối với nhiều quá trình công nghệ yêu cầu tách hỗn hợp các chất với nồng độ cao, năng suất lớn do đó người ta sử dụng phương pháp chưng luyện liên tục chưng luyện là

phương pháp dùng nhiệt để tách hỗn hợp các cấu tử có nhiệt độ sôi khác nhau có hồi ưu trở lại một lượng ở sản phẩm đỉnh Do đó chỉ số hồi lưu là thông số quan trọng nhất quyết định tính kinh tế và kỹ thuật của quá tình chưng luyện

Đồ án này tính toán và thiết kế tháp chưng luyện liên tục ở áp suất khí quyển hỗn hợp hai cấu tử CS2 – CCl4 Đồ án tính toán, thiết kế này nhằm giúp thành thạo và ngày càng hoàn thiện hơn các kỹ năng tính toán, khả năng tra cứu đồng thời giúp hiểu sâu sắc hơn về phương pháp chưng cất nói chung và phương pháp chưng luyện nói riêng bổ sung vào kiến thức môn quá trình và thiết bị cũng như các môn học liên quan

Dù gặp nhiều khó khăn do ảnh hưởng của dịch bệnh COVID, nhưng với sự hướng dẫn của TS Đỗ Xuân Trường đã giúp em hoàn thành đồ án này

Em xin chân thành cảm ơn

3.1 Tính toán lưu lượng các dòng pha đi trong từng đoạn tháp 19 3.1.1 Lượng hơi trung bình đi trong đoạn luyện 19 3.1.2 Lượng lỏng trung bình đi trong đoạn luyện 21 3.1.3 Lượng hơi trung bình đi trong đoạn chưng 21

3.1.4 Lượng lỏng trung bình đi trong đoạn chưng: 23 3.2 Xác định tốc độ làm việc của pha hơi trong đoạn chưng, đoạn luyện 23

4.1 Tính chiều cao tương đương với đĩa lý thuyết HETP 28 4.1.1 HETP của đoạn luyện và chiều cao làm việc đoạn luyện 28 4.1.2 HETP của đoạn chưng và chiều cao làm việc đoạn chưng 30

6.1 Cân bằng nhiệt lượng của thiết bị bị đun nóng hỗn hợp đầu 37

6.1.5 Nhiệt lượng do môi trường xung quang lấy 39

6.2.2 Nhiệt lượng do hơi đốt mang vào đáy tháp 40

6.2.7 Nhiệt lượng do môi trường xung quanh lấy 42

6.5 Cân bằng nhiệt lượng của thiết bị làm lạnh sản phẩm đáy tháp 43

PHẦN 4: TÍNH TOÁN CƠ KHÍ THÁP CHƯNG LUYỆN 45

5.1.5 Khối lượng của lượng chất lỏng điền đầy tháp 56

5.2.3 Tải trọng bé nhất của tháp (khi tháp không chứa lỏng): 57

5.3.3 Vòng chịu tải ở đáy trụ đỡ và các bulong định vị 58

1.1.2 Xác định hệ số truyền nhiệt K 61 1.1.3 Xác định số ống và đường kính trong của thiết bị 65

2.1.1 Áp suất toàn phần để thắng trở lực từ thùng cao vị đến thiết bị gia nhiệt hỗn

2.2.3 Tổn thất áp suất từ thùng cao vị đến hỗn hợp đầu 87

2.2.5 Công suất yêu cầu trên trục động cơ của bơm 89

PHẦN 1: GIỚI THIỆU CHUNG

1 Lý thuyết về chưng cất

1.1 Khái niệm chưng cất

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 khi ở cùng nhiệt độ, áp suất hơi bão hoà của các cấu tử khác nhau)

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

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

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

Trong đồ án này, ta sử dụng tháp loại đệm để tách hệ hai cấu tử CS2 – CCl4

Tháp đệm: Tháp hình trụ, gồm nhiều bậc nối với nhau bằng mặt bích hay hàn Đệm được cho vào tháp theo một trong hai phương pháp sau: đệm cấu trúc hoặc đệm đổ lộn xộn

2 Hỗn hợp tách

Hỗn hợp cần chưng là Cacbondisunfua (CS2) và Cacbontetraclorua (CCl4)

Tính chất của Cacbondisunfua:

Là chất lỏng không màu, dễ bay hơi, không tan trong nước và năng hơn nước

- Khối lượng phân tử: 76,13 g/mol

- Khối lượng riêng: 1,26 g/cm3

- Nhiệt độ sôi: 46,2℃

- Nhiệt độ nóng chảy:−111℃

- Độ nhớt: 0,366 Ns/m2

Tính chất của Cacbontetraclorua:

Là chất lỏng không màu, dễ bay hơi và là một chất không phân cực

- Khối lượng phân tử: 154 g/mol

- Khối lượng riêng: 1,584 g/cm3

11- Thiết bị tháo nước ngưng

Thuyết minh dây chuyền:

Hỗn hợp đầu từ thùng chứa 1 được bơm 2 bơm liên tục lên thùng cao vị 3 Mức chất lỏng cao nhất ở thùng cao vị được khống chế nhờ ống chảy tràn Từ thùng cao vị, hỗn hợp đầu

(được điều chỉnh nhờ van và lưu lượng kế) qua thiết bị đun nóng dung dịch 4 Tại đây, dung dịch được gia nhiệt bằng hơi nước bão hoà đến nhiệt độ sôi Sau đó, dung dịch được đưa vào tháp chưng luyện qua đĩa tiếp liệu

Tháp chưng luyện gồm hai phần: Phần từ đĩa tiếp liệu trở lên trên là đoạn luyện, còn từ đĩa tiếp liệu trở xuống là đoạn chưng

Như vậy ở trong tháp, pha lỏng đi từ trên xuống tiếp xúc với pha hơi đi từ dưới lên Hơi bốc từ đĩa dưới lên qua các lỗ đĩa trên và tiếp xúc với pha lỏng của đĩa trên, ngưng tụ một phần, vì thế nồng độ cấu tử dễ bay hơi trong pha lỏng tăng dần theo chiều cao tháp Vì nồng độ cấu tử dễ bay hơi trong lỏng tăng nên nồng độ của nó trong hơi do lỏng bốc lên cũng tăng Cấu tử dễ bay hơi có nhiệt độ sôi thấp hơn cấu tử khó bay hơi nên khi nồng độ của nó tăng thì nhiệt độ sôi của dung dịch giảm Tóm lại, theo chiều cao tháp nồng độ cấu

tử dễ bay hơi (cả pha lỏng và pha hơi) tăng dần, nồng độ cấu tử khó bay hơi (cả pha lỏng

và pha hơi) giảm dần, và nhiệt độ giảm dần Cuối cùng, ở đỉnh tháp ta sẽ thu được hỗn hợp hơi có thành phần hầu hết là cấu tử dễ bay hơi còn ở đáy tháp ta sẽ thu được hỗn hợp lỏng có thành phần cấu tử khó bay hơi chiếm tỷ lệ lớn Để duy trì pha lỏng trên các đĩa trong đoạn luyện, ta bổ xung bằng dòng hồi lưu được ngưng tụ từ hơi đỉnh tháp Hơi đỉnh tháp được ngưng tụ nhờ thiết bị ngưng tụ hoàn toàn 6, dung dịch lỏng thu được sau khi ngưng tụ một phần được dẫn hồi lưu trở lại đĩa luyện trên cùng để duy trì pha lỏng trong các đĩa đoạn luyện, phần còn lại được đưa qua thiết bị làm lạnh 7 để đi vào bể chứa sản phẩm đỉnh 8 Chất lỏng ở đáy tháp được tháo ra ở đáy tháp, sau đó một phần được đun sôi bằng thiết bị gia nhiệt đáy tháp 9 và hồi lưu về đĩa đáy tháp, phần chất lỏng còn lại đưa vào bể chứa sản phẩm đáy 10 Nước ngưng của các thiết bị gia nhiệt được tháo qua thiết bị tháo nước ngưng 11

Như vậy, thiết bị làm việc liên tục (hỗn hợp đầu đưa vào liên tục và sản phẩm cũng được lấy ra liên tục)

2 Sơ đồ P&ID

PHẦN 3: TÍNH TOÁN THIẾT BỊ CHÍNH

1 Số liệu ban đầu:

Thiết kế và tính toán hệ thống chưng luyện liên tục làm việc ở áp suất thường để tách hỗn hợp hai cấu tử: Cacbon tetraclorua (CCl4) - Cacbon disunfua (CS2)

- Năng suất thiết bị tính theo hỗn hợp đầu: 4 kg/s = 14400 kg/h

- Nồng độ tính theo cấu tử dễ bay hơi (CS2):

+ Hỗn hợp đầu : = 0,18 phần khối lượng

= − = 14400 − 11793,10 = 2606,90 ⁄ ℎ

* Chuyển đồi nồng độ khối lượng sang nồng độ phần mol

Trong đó:

A: Cấu tử dễ bay hơi CS2

B: Cấu tử khó bay hơi CCl4

, : phần mol khối lượng của cấu tử A, B (phần khối lượng)

, : khối lượng mol của cấu tử A, B (kg/mol)

= = 76 (kg/mol)

76 +

1 − 0,18154

= 0,308 ( ℎầ )

Nồng độ mol của CS2 trong hỗn hợp sản phẩm đỉnh:

=+1 −

=

0,94760,94

76 +

1 − 0,94154

76 +

1 − 0,012154

Hệ hai cấu tử CS2-CCl4 trên đường cân bằng pha lỏng hơi không có điểm đẳng phí Nên chỉ cần sử dụng phương pháp chưng luyện cũng có thể tách thu được 2 câu tử tinh khiết riêng biệt

Đồ thị cân bằng pha:

Hình 2 Đồ thị quan hệ x,y - t Dựa vào đồ thị, ta có bảng số liệu sau:

Bảng 2 Bảng số liệu thành phần cân bằng pha lỏng (x) – hơi (y) và nhiệt độ sôi hỗn hợp hai cấu tử

Thông thường  có giá trị từ 1- 2,5

Chỉ số hồi lưu thích hợp ứng với giá trị cực tiểu trên đường cong biểu quan hệ giữa

( + 1) và R Trong đó: Nlt : Số đĩa lí thuyết, R : Chỉ số hồi lưu

a) Xác định NLTmin ở chế độ hồi lưu hoàn toàn bằng công thức Fenske

Bảng 3 Bảng giá trị các tương ứng với các giá trị

1 − 0,024log(2,589) = 7,53 ≈ 8 (đĩ ) b) Xác định chỉ số hồi lưu thích hợp

Để chọn Rth ta lập quan hệ ( + 1) = ( ) Quan hệ này có thể được xây dựng bằng cách sử dụng quan hệ thực nghiệm Gilliland dựa trên phương trình Monokanov:

Hình 3 Đồ thị quan hệ ( + 1) = ( )

Từ đồ thị cho thấy chỉ số hồi lưu thích hợp = 2,73 ứng với số đĩa lý thuyết NLT = 14 đĩa

2.3 Xác định phương trình đường làm việc

2.3.1 Phương trình làm việc của đoạn luyện

, 0,969 = 0,73 + 0,26 2.3.2 Phương trình làm việc của đoạn chưng

2.05

2.22

2.39 2.562.732.913.08

3.25 3.42 3.59 3.76 3.93 4.10 4.27

Hình 4 Đồ thị xác định số đĩa lý thuyết

Từ đồ thị ta xác định được:

- Số đĩa lý thuyết của tháp là: NLT = 14 đĩa

- Số đĩa đoạn chưng: Nltchung= 6 đĩa

- Số đĩa đoạn luyện: Nltluyen = 8 đĩa

Đường kính thiết bị được tính theo công thức sau:

: Lượng hơi trung bình đi trong tháp (m3/h)

: Tốc độ hơi trung bình đi trong tháp (m/s)

: Lượng hơi trung bình đi trong tháp (kg/h)

( ): Tốc độ hơi trung bình đi trong tháp (kg/m2s)

3.1 Tính toán lưu lượng các dòng pha đi trong từng đoạn tháp

3.1.1 Lượng hơi trung bình đi trong đoạn luyện

Trong đó: : lượng hơi trung bình đi trong đoạn luyện (kg/h)

: lượng hơi ra khỏi đĩa trên cùng của tháp (kg/h)

: lượng hơi đi vào đĩa dưới cùng của đoạn luyện (kg/h)

- Tính lượng hơi ra khỏi đĩa trên cùng của tháp:

= + [2, p.182]

 Lượng lỏng đi vào đĩa tiếp liệu của đoạn luyện = −

- Cân bằng vật liệu riêng phần cho cấu tử dễ bay hỏi từ đĩa tiếp liệu đến đỉnh tháp

Trong đó:

: phần khối lượng của cấu tử phân bố (CS2) trong pha hơi đi vào đĩa dưới cùng của đoạn luyện

: nồng độ phần khối lượng của CS2 trong pha lỏng hỗn hợp đầu, = = 0,18

: nồng độ phần khối lượng của CS2 trong pha lỏng ở sản phẩm đỉnh, = 0,94

- Phương trình cân bằng nhiệt lượng toàn phần từ đĩa tiếp liệu đến đỉnh tháp

=Trong đó:

: ẩn nhiệt hóa hơi của hỗn hợp hơi đi vào đĩa dưới cùng của đoạn luyện

: ẩn nhiệt hóa hơi của hỗn hợp hơi ra khỏi đỉnh tháp

Bảng 5 Bảng nhiệt hóa hơi ( / ) phụ thuộc vào nhiệt độ của CS2 và CCl4

Ẩn nhiệt hóa hơi của hỗn hợp hơi đi vao đĩa dưới cùng của đoạn luyện

48,00 ( / )

Ẩn nhiệt hóa hơi của hỗn hợp hơi ra khỏi đỉnh tháp :

7116,83 + 10688,26

2 = 8902,54 ( ⁄ℎ) = 2,47 ( ⁄ )3.1.3 Lượng hơi trung bình đi trong đoạn chưng

: lượng hơi trung bình đi trong đoạn chưng (kg/h)

: lượng hơi ra khỏi đĩa trên cùng của đoạn chưng (kg/h)

: lượng hơi đi vào đoạn chưng (kg/h)

: lượng hơi đi vào đĩa dưới cùng của đoạn luyện (kg/h)

- Lượng hơi đi ra khỏi đĩa trên cùng của đoạn chưng bằng lượng hơi đi vào đoạn luyện

= = 13295,16 ( /ℎ)

- Cân bằng vật liệu cho đĩa thứ nhất của đoạn chưng:

Lượng lỏng đi vào đĩa thứ nhất của đoạn chưng: = + [2, p.182]

- Cân bằng vật liệu riêng phần cho cấu tử dễ bay hơi tại đĩa thứ nhất của đoạn

: là nồng độ phần khối lượng của CS2 trong pha hơi ở sản phẩm đáy

: là nồng độ phần khối lượng của CS2 trong pha lỏng ở sản phẩm đáy

- Phương trình cân bằng nhiệt lượng toàn phần từ đĩa tiếp liệu đến đáy tháp:

Trong đó:

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

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

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

= = 59,89 ( / )

Tính ẩn nhiệt hóa hơi của hỗn hợp hơi đi vào trong đĩa thứ nhất của đoạn chưng:

Với = 79,64 ( / ); = 46,71 ( / ); = = 0,063 là nồng độ phần khối lượng của cấu tử CS2 trong pha hơi cân bằng pha lỏng nồng độ Nên

= + 1 − = 79,64.0,063 + 46,71 (1 − 0,063) = 48,80 ( /)

2 ( ⁄ ℎ)Với = + = 10688,26 + 14400 = 25088,26 ( ⁄ là lượng lỏng đi vào đĩa ℎ)trên cùng của đọan chưng

3.2 Xác định tốc độ làm việc của pha hơi trong đoạn chưng, đoạn luyện

3.2.1 Khối lượng riêng trung bình

a) Khối lượng riêng trung bình của pha hơi đi trong đoạn luyện

xtb1 - khối lượng riêng của CS2 tại nhiệt độ làm việc trung bình của đoạn luyện

xtb2 - khối lượng riêng của CCl4 tại nhiệt độ làm việc trung bình của đoạn luyện

- Nồng độ phần khối lượng trung bình của đoạn luyện:

( ) = +

0,18 + 0,94

2 = 0,56 ( ℎầ ℎố ượ ) Bảng 6 Bảng khối lượng riêng phụ thuộc vào nhiệt độ của CS2 và CCl4 ở trạng thái lỏng [1, p.9]

- Nhiệt độ làm việc trung bình của đoạn luyện ( ) = 54,41℃:

- Dựa vào bảng số liệu và nội suy, ta có:

1 − 0,561527,89 → ( ) = 1331,4 ( ⁄ )c) Khối lượng riêng trung bình của pha hơi đi trong đoạn chưng

- Nhiệt độ làm việc của đoạn chưng ( ) = 68,65℃

- Dựa vào bảng số liệu và nội suy, ta có:

1 − 0,0961497,11 → ( ) = 1460,17 ( ⁄ )3.2.2 Xác định độ nhớt của hỗn hợp lỏng

a) Độ nhớt hỗn hợp lỏng trong đoạn luyện

, …: Độ nhớt động học của các chất ỏng thành phần

, …: Nồng độ của các cấu tử trong hỗn hợp

Đối với hỗn hợp 2 cấu tử:

( ) = +

0,308 + 0,969

2 = 0,639 ( ℎầ ) Nhiệt độ làm việc trung bình của đoạn luyện ( ) = 54,41℃

Dựa vào bảng số liệu và nội suy, ta có:

= 0,26.10 ( ⁄ )

= 0,63.10 ( ⁄ )

= + (1 − ) = 0,639.0,26 10 + (1 − 0,639) 0,63.10

→ = 0,36.10 ( ⁄ )b) Độ nhớt hỗn hợp lỏng trong đoạn chưng

, …: Độ nhớt động học của các chất ỏng thành phần

, …: Nồng độ của các cấu tử trong hỗn hợp

Đối với hỗn hợp 2 cấu tử:

Dựa vào bảng số liệu và nội suy, ta có:

= 0,23.10 ( ⁄ )

= 0,54.10 ( ⁄ )

= + (1 − ) = 0,166.0,23 10 + (1 − 0,166) 0,54.10

→ = 0,47.10 ( ⁄ )3.2.3 Chọn đệm cho tháp chưng luyện

Chọn đệm đổ lộn xộn bằng sứ theo bảng IX.8 [2, p.193] có kích thước 50x50x5 mm Các thông số của đệm:

 Đường kính đệm: dp = 50 mm

 Bề mặt riêng: α = 95 m2 /m3

 Thể tích riêng: ε = 0,79 m3 /m3

3.2.4 Vận tốc hơi đi trong tháp

Vận tốc hơi đi trong tháp được tính theo công thức sau:

, : Khối lượng riêng của pha lỏng và pha hơi, kg/m3 ;

, : Độ nhớt của pha lỏng và độ nhớt của nước ở 200C, N.s/m2 ;

, : Lượng lỏng và lượng hơi trung bình, kg/s

a) Vận tốc hơi đi trong đoạn luyện

,

⇔ lg(0,045 ) = −0,91

⇒ = 1,65 ⁄ Chọn = 0,9 = 0,9.1,65 = 1,49 ⁄

b) Vận tốc hơi đi trong đoạn chưng

,

⇔ lg(0,057 ) = −1,11

⇒ = 1,16 ⁄ Chọn = 0,9 = 0,9.1,16 = 1,05 ⁄

3.2.5 Đường kính tháp

a) Đường kính đoạn luyện

= 0,0188

( )= 0,0188

11509,443,604.1,49 = 0,871( ) Quy chuẩn đường kính ta có D = 1,0m

Tính lại vận tốc ta có = , ,

, , = 1,14 ⁄

Tỷ số giữ tốc độ thực tế với tốc độ sặc = ,

, = 0,6829 = 68,29 % b) Đường kính đoạn chưng

= 0,0188

( ) = 0,0188

14806,044,76.1,05 = 1,02( ) Quy chuẩn đường kính ta có D = 1m

Tính lại vận tốc ta có = ,

, , = 1,1 ⁄

Tỷ số giữa tốc độ thực tế với tốc độ sặc = ,

, = 0,945 = 94,5 % Vậy đường kính tháp D =1m

4 Tính toán chiều cao tháp

Theo phương pháp số đĩa lý thuyết, chiều cao của 1 tháp chưng luyện loại đệm được tính theo công thức:

Trong đó:

: Số đĩa lý thuyết

HETP: Chiều cao tương đương với số đĩa lý thuyết

4.1 Tính chiều cao tương đương với đĩa lý thuyết HETP

4.1.1 HETP của đoạn luyện và chiều cao làm việc đoạn luyện

Theo công thức Strigle cho quá trình chưng luyện loại đệm ở vùng áp suất khí quyển (300mmHg – 5,5 atm)

Trong đó:

: Chiều cao tương đương với 1 đĩa lý thuyết (ft)

: Giá trị phụ thuộc vào loại đệm cho tháp chưng (ft)

: Sức căng bề mặt của hỗn hợp lỏng (dyn/cm)

b) Sức căng bề mặt của hỗn hợp ở đoạn luyện

Sức căng bề mặt của một hỗn hợp lỏng được tính theo công thức:

Nội suy sức căng bề mặt của CS2 theo bảng

= 54,41℃  = 0,0273 /

Nội suy sức căng bề mặt của CCl4 theo bảng

=> = 0,025 N/m c) Độ nhớt

Độ nhớt của hỗn hợp đã được tính ở phần tính toán đường kính: μL = 0,36.10-3 Ns/m2

 = = 1,2.0,63 = 0,75 Từ đây ta tính được chiều cao của đoạn luyện của tháp là:

= 6

4.1.2 HETP của đoạn chưng và chiều cao làm việc đoạn chưng

Theo công thức Strigle cho quá trình chưng luyện loại đệm ở vùng áp suất khí quyển (300 mmHg ÷ 5,5 atm) :

= − 0,187 + 0,213 ( ) Trong đó:

: Chiều cao tương đương với 1 đĩa lý thuyết (ft)

: Giá trị phụ thuộc vào loại đệm cho tháp chưng (ft)

: Sức căng bề mặt của hỗn hợp lỏng (dyn/cm)

2 Sức căng bề mặt của hỗn hợp ở đoạn chưng

Sức căng bề mặt của 1 hỗn hợp lỏng sẽ được tính theo công thức I.76 [1, p 299]

1

= + 1 −

Trong đó: , là sức căng bề mặt của các chất lỏng thành phần trong hỗn hợp ở điều kiện làm việc bao gồm nhiệt độ và áp suất

Đã tính toán được ở trên = 0,096 phần khối lượng và = 68,65℃

Nội suy sức căng bề mặt của CS2 theo bảng

3 Độ nhớt

Độ nhớt của hỗn hợp đã được tính ở phần tính toán đường kính: μL = 0,46.10-3 Ns/m2

4 Bộ phận phân phối lỏng

Chọn thiết kế bộ phận phân phối lỏng loại khay đục lỗ [3, p 278] Loại này có khả năng phân phối lỏng tốt, ổn định

5 Hệ số λ

Hệ số λ là hệ số qua hệ thể hiện đường làm việc vào đường biểu diễn số đơn vị

chuyển khối Thay số ta được:

thường lấy hệ số an toàn h= 1,2

= = 1,2.0,68 = 0,82 Từ đây ta tính được chiều cao của đoạn luyện của tháp là:

Ta lấy làm tròn: = 5

4.2 Chiều cao bổ sung

Chiều cao bổ sung là là phần chiều cao của thiết bị để lắp đặt các bộ phận phụ trợ bên trong tháp (bộ phận phân phối lỏng, gom lỏng, phân phối lại lỏng, lưới chặn đệm, đĩa đỡ đệm, không gian trên đỉnh và dưới đáy tháp,…)

Thông thường các phần chiều cao bổ sung sẽ được chọn sao cho phù hợp với việc tính toán cơ khí cho tháp

Các phần chiều cao bổ sung:

H1: Chiều cao từ nắp đến phần đệm đoạn luyện, không gian sẽ chứa bộ phận phân phối lỏng từ đỉnh tháp xuống cho tháp chưng luyện và 1 cửa để đổ đệm cho đoạn luyện, ta chọn H1=0,9m

H2: Chiều cao bổ sung giữa đoạn chưng và đoạn luyện, khoảng chiều cao này dùng để chứa ghi đỡ đệm đoạn luyện bộ phận phân phối lại hơi và lỏng khi đi qua đoạn chưng xuống đoạn luyện và cửa đổ đệm cho đoạn chưng, ta chọn H2=0,9m

H3: Chiều cao bổ sung ở dưới đáy tháp để chứa ống phân phối hơi từ thiết bị đun sôi đáy tháp đi vào, ta chọn H3=0,9m

H4: Chiều cao bổ sung do các bộ phân phối lại dòng lỏng Theo các tiêu chuẩn đã công

bố, chiều cao lớp đệm không nên vượt quá 20 ft tức là 6m, trong trường hợp chiều cao lớp đệm cao quá 20 ft thì cần chia nhỏ đoạn đệm và giữa các lớp đệm phải đặt bộ phận phân phối lại lỏng [4, p 331] Do chiều cao đoạn luyện ta tính toán và chọn được chiều cao làm việc đoạn luyện là 7m nên ta phải chia đôi đoạn luyện ra và giữa 2 đoạn đệm này

có 1 bộ phận phân phối lại lỏng, 1 ghi đỡ đệm và 1 cửa đổ đệm, nên ta chọn H4=1m

Chiều cao nắp đỉnh và nắp đáy: Hđáy và Hđỉnh Chiều cao của 2 nắp này có nhiều tiêu chuẩn thiết kế khác nhau Theo sổ tay quá trình thiết bị tập 2 [2, p 382], với đường kính tháp là 1m thì chiều cao nắp đỉnh và nắp đáy Hđáy = Hđỉnh = 0,35m

4.3 Chiều cao sơ bộ của tháp

Chiều cao của tháp chưng

5.1.1 Đối với đoạn luyện

Chuẩn số Reynon đoạn luyện:

Với là độ nhớt của hỗn hợp hơi trong đoạn luyện, tính theo công thức:

= . [1, p.86] Tại nhiệt độ 54,14oC,

Chuẩn số Renold đoạn chưng:

. Với là độ nhớt của hỗn hợp hơi trong đoạn chưng, tính tho công thức:

Rey > 400 nên số trở lực của đệm được xác định theo công thức:

22534 , = 2,156 Trở lực đệm khô của đoạn luyện là:

Trở lực đệm ướt đươc xác định theo công thức sau:

K : Hệ số đặc trưng cho mật độ tưới

5.2.1 Trở lực ướt đoạn luyện:

Thông số tưới đoạn luyện A :

=

. = ,

, = 368,49 [II - 191]

= 1,74( ) , = 1,74

(368,49) , = 0,296

2 =

3,131331,4

950,79 .

0,2962.9,81= 0,076

Al < 0,3 nên hệ số K được xác định theo công thức sau:

= 1(1 − ) =

1(1 − 0,076) = 1,266 Vậy: Trở lực đệm ướt của đoạn luyện là:

Pu  K Pk = 1,267.2602,64 = 3295,54 N/m2

Trở lực đệm ướt đối với 1m đệm đoạn luyện là:

∆ ư =∆ ư = , = 549,26 N/m2

5.2.2 Trở lực ướt đoạn chưng

Thông số tưới đoạn luyện A :

(839,93) , = 0,231

2 =

5,611460,17

950,79 .

0,2312.9,81 = 0,136

Al < 0,3 nên hệ số K được xác định theo công thức sau:

(1 − ) =

1(1 − 0,136) = 1,550 Vậy: Trở lực đệm ướt của đoạn luyện là:

Pu  K Pk = 1,550 1392,40 = 2589,9 N/m2

Trở lực đệm ướt đối với 1m đệm đoạn luyện là:

∆ ư =∆ ư = , = 431,65N/m2

6 Cân bằng nhiệt lượng của tháp chưng luyện

6.1 Cân bằng nhiệt lượng của thiết bị bị đun nóng hỗn hợp đầu

: nhiệt lượng hơi đốt mang vào (J/h)

: nhiệt lượng do hỗn hợp đầu mang vào (J/h)

nhiệt lượng do hỗn hợp đầu mang ra (J/h)

: nhiệt lượng do nước ngưng mang ra (J/h)

: nhiệt lượng do môi trường xung quanh lấy (J/h)

6.1.1 Nhiệt lượng hơi đốt mang vào

: nhiệt lượng do hơi đốt mang vào (J/h)

: lượng hơi đốt (kg/h)

: hàm nhiệt (nhiệt lượng riêng) của hơi đốt (J/kg)

: ẩn nhiệt hóa hơi (J/kg)

: nhiệt độ nước ngưng ℃

: nhiệt dung riêng của nước ngưng (J/kg.độ)

Nhiệt độ hỗn hợp đầu là = 62,04℃ nên nhiệt độ của hơi phải cao, chọn chất tải nhiệt là hơi nước bão hòa ở nhiệt độ 119,6℃