Đồ án môn quá trình thiết bị thiết kế và tính toán hệ thống chưng luyện liên tục loại tháp đệm để phân tách hỗn hợp 〖cs〗 (2 ) 〖ccl〗 4

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘIKHOA CÔNG NGHỆ HÓA

-ĐỒ ÁN MÔN QUÁ TRÌNH THIẾT BỊ

BỘ MÔN QUÁ TRÌNH -THIẾT BỊ

THIẾT KẾ VÀ TÍNH TOÁN HỆ THỐNG CHƯNG LUYỆNLIÊN TỤC LOẠI THÁP ĐỆM ĐỂ PHÂN TÁCH HỖN

Giáo viên hướng dẫn : ThS NGUYỄN VĂN HOÀN

Bộ Công ThươngCộng Hòa Xã Hội Chủ Nghĩa Việt Nam Trường ĐH Công Nghiệp Hà NộiĐộc lập – Tự do – Hạnh phúc

ĐỒ ÁN MÔN HỌC QUÁ TRÌNH VÀ THIẾT BỊ

Nội dung

Thiết kế hệ thống chưng luyện liên tục loại tháp đĩa lỗ có ống chảy chuyền để phân tách hỗn hợp CS2-CCl4

Các số liệu ban đầu:

 Năng suất tính theo hỗn hợp đầu F = 6086 kg/giờ  Nồng độ cấu tử dễ bay hơi trong:

 Hỗn hợp đầu: aF = 0,28 phần khối lượng  Sản phẩm đỉnh: aP = 0,97 phần khối lượng  Sản phẩm đáy: aW = 0,02 phần khối lượng - Tháp làm việc ở áp suất thường

- Hỗn hợp đầu được gia nhiệt đến nhiệt độ sôi

Nhận Xét Của Giảng Viên Hướng Dẫn

MỤC LỤC

LỜI  MỞ ĐẦU 6

CHƯƠNG 1.GIỚI THIỆU CHUNG 8

1.1.Lý thuyết về chưng luyện 8

1.2.Giới thiệu về hỗn hợp chưng luyện 9

1.3.Sơ đồ về hệ thống chưng luyện 14

CHƯƠNG 2.TÍNH TOÁN THIẾT BỊ 19

2.1.Tính toán cân bằng vật liệu tháp 19

2.2.Xác định số bậc thay đổi nồng độ 21

2.3.Tính đường kính tháp 33

Tính chiều cao tháp 42

Trở lực của tháp 51

Cân bằng nhiệt lượng 56

CHƯƠNG III: TÍNH TOÁN CƠ KHÍ VÀ LỰA CHỌN 63

TÍNH TOÁN THÂN THÁP 63

TÍNH ĐƯỜNG KÍNH CÁC ỐNG DẪN 66

TÍNH ĐÁY VÀ NẮP THIẾT BỊ 69

CHỌN MẶT BÍCH 71

TÍNH TOÁN CHÂN ĐỠ VÀ TAI TREO THIẾT BỊ 75

CHƯƠNG IV: TÍNH TOÁN THIẾT BỊ PHỤ 79

TÍNH TOÁN THIẾT BỊ GIA NHIỆT HỖN HỢP ĐẦU 79

TÍNH BƠM VÀ THÙNG CAO VỊ 86

LỜI  MỞ ĐẦU

 Ngày nay cùng với sự phát triển của khoa học kỹ thuật, nền công nghiệp đã mang lại cho con người những lợi ích vô cùng to lớn về vật chất và tinh thần Để nâng cao đời sống nhân dân, để hòa nhập chung với sự phát triển chung của các nước trong khu vực cũng như trên thế giới Đảng và Nhà nước ta đã đề ra mục tiêu công nghiệp hóa và hiện đại hóa đất nước.

Trong tiến trình công nghiệp hóa hiện đại hóa đất nước những ngành mũi nhọn như công nghệ thông tin, công nghệ sinh học, công nghệ điện tử, tự động hóa…công nghệ hóa giữ vai trò quan trọng trong việc sản xuất các sản phẩm phục vụ cho nền kinh tế quốc dân, tạo tiền đề cho nhiều ngành khác phát triển.

Nhận thấy rõ sự phát triển như vũ bão của ngành công nghệ hóa học, với lối tư duy nhạy bén và sáng tạo, khoa Công nghệ Hóa - Trường Đại Học Công Nghiệp Hà Nội đã đào tạo ra những sinh viên chuyên ngành Hóa Điều đó không chỉ cung cấp cho đất nước đội ngũ những công nhân lành nghề, thợ kỹ thuật có tay nghề cao mà nó còn mở cơ hội việc làm cho giới trẻ trong lĩnh vực khá mới mẻ này.

Là một sinh viên khoa Công Nghệ Hóa của trường, chúng em đã được trang bị rất nhiều những kiến thức cơ bản về các quá trình thiết bị của công nghệ sản xuất những sản phẩm hóa học, để củng cố những kiến thức đã học, cũng như để phát huy trình độ độc lập sáng tạo giải quyết một vấn đề cụ thể của sinh viên trong thực tế

sản xuất, chinh vì vậy khi được nhận Bản Đồ Án Quá Trình Thiết Bị này là một

cơ hội tốt để cho chúng em được tìm hiểu về các quá trình công nghệ, được vận dụng những kiến thức đã được học và mở rộng vốn kiến thức của mình, từ đó cho chúng em cái nhìn cụ thể hơn về ngành nghề mình đã lựa chọn.

Để hoàn thành được bản đồ án này em xin gửi lời cám ơn chân thành nhất đến các thầy, cô khoa Công Nghệ Hóa, đặc biệt là thầy Nguyễn Văn Hoàn đã giành cho chúng em sự ưu đãi đặc biệt, tận tình hướng dẫn, chỉ bảo, tạo điều kiện thuận lợi cho chúng em làm đồ án.

Do thời gian và kiến thức bản thân em còn hạn chế nên bản đồ án không tránhkhỏi những thiếu sót em rất mong nhận được sự góp ý, những lời nhận xét và sửa

Một lần nữa em xin chân thành cám ơn!

CHƯƠNG 1

GIỚI THIỆU CHUNGLÝ THUYẾT VỀ CHƯNG LUYỆN

Phương pháp chưng luyện

Chưng là phương pháp dùng để tách các hỗn hợp khí lỏng thành các cấu tử riêng biệt dựa vào nhiệt độ sôi khác nhau của các cấu tử trong hỗn hợp Khi chưng ta thu được nhiều sản phẩm và thường có bao nhiêu cấu tử thì có bấy nhiêu sản phẩm.

Phương pháp chưng luyện này là một quá trình trong đó hỗn hợp được bốc hơi và ngưng tụ nhiều lần Kết quả cuối cùng ta thu được ở đỉnh tháp là một hỗn hợp gồm các cấu tử dễ bay hơi có nồng độ đạt yêu cầu Phương pháp chưng luyện cho hiệu suất cao nên nó được sử dụng nhiều trong thực tế.

Các phương pháp chưng cất bao gồm: - Chưng đơn giản

- Chưng bằng hơi nước trực tiếp - Chưng bằng hơi nước gián tiếp - Chưng chân không

- Chưng ở áp suất thấp - Chưng ở áp suất cao

Trong trường hợp này với yêu cầu axeton có độ tinh khiết cao khi sử dụng, cùng với hỗn hợp axeton- nước không có điểm đẳng phí nên chọn phương pháp chưng liên tục là hiệu quả nhất.

Thiết bị chưng luyện

Trong sản xuất thường sử dụng rất nhiều loại tháp khác nhau nhưng chúng đều có một yêu cầu cơ bản là diện tích tiếp xúc bề mắt pha lớn ,điều này phụ thuộc độ phân tán lưu chất vào

Tháp chưng cất rất phong phú về kích cỡ và ứng dụng, các tháp lớn thườngđược sử dụng trong công nghệ lọc hóa dầu Đường kính tháp phụ thuộc vào lượng

Các loại tháp thường sử dụng như: - Tháp đệm

- Tháp đĩa lỗ có ống chảy truyền

- Tháp đĩa lỗ không có ống chảy truyền - Tháp chóp

Mỗi loại tháp chưng lại có cấu tạo riêng, ưu nhược điểm khác nhau, vì vậy ta phải chọn loại tháp nào phù hợp với hỗn hợp cấu tử cần chưng và tính toán thiết bị phù hợp với yêu cầu.

GIỚI THIỆU VỀ HỖN HỢP CHƯNG LUYỆN2.1 CS2 – Methanedithione

a) Tính chất vật lý

Khối lượng mol : 76,139 g/mol

Bề ngoài : Lỏng không màu ; không tinh khiết : vàng nhạtKhối lượng riêng : 1,621 g/cm3

c) Phổ biến và sản xuất

Một lượng nhỏ carbon disulfide được giải phóng ra từ các vụ phun trào núi lửa và các đầm lầy CS2 từng được sản xuất bằng cách kết hợp carbon (hay than cốc) và lưu huỳnh ở nhiệt độ cao Phản ứng có nhiệt độ thấp, chỉ cần 600 °C sử dụng khí thiên nhiên như là nguồn carbon với xúc tác là silica gel hay alumina:

CH4 + 4S → CS2 + 2H2S↑

d) Phản ứng

So sánh với CO2, CS2 là hoạt hóa hơn về phía ái lực hạt nhân và rất dễ dàng bị khử Các khác biệt này trong độ hoạt hóa có thể coi là do khả năng cung cấp π yếu hơn của các trung tâm sulfido, làm cho carbon trở thành ái lực điện tử hơn Nó được sử dụng rộng rãi trong tổng hợp các hợp chất hữu cơ chứa lưu huỳnh như natri metam, một chất xông đất và được sử dụng rộng rãi trong sản xuất vải viscoza mềm.

CS2, là chất dễ bắt cháy và có nhiệt độ tự kích cháy thấp, không thể dễ dàng vận chuyển bằng các phương tiện vận tải thông thường Xuất khẩu toàn thế giới của hóa chất này là không đáng kể.

2.2 CCl4 – Cacbon tetraclorua hay tetrachloromethan

Người ta sử dụng chủ yếu hợp chất này làm chất phản ứng trong tổng hợp hữu cơ Trước đây nó còn làm chất dập lửa và làm chất làm lạnh Đây là một chất lỏng không màu có mùi "thơm".

Khối lượng mol : 153,8218 g/molBề ngoài : chất lỏng không màu

Cấu trúc tinh thể : Đơn nghiêng Hình dạng phân tử : Tứ diện

Nó được tìm thấy trong bầu khí quyển, nước của các con sông, biển và trầm tích của bề mặt biển Người ta cho rằng carbon tetrachloride có trong tảo đỏ được tổng hợp bởi cùng một sinh vật.

Trong khí quyển, nó được tạo ra bởi phản ứng của clo và metan Carbon tetraclorua được sản xuất công nghiệp vào đại dương, chủ yếu thông qua giao diện không khí biển Người ta ước tính rằng dòng chảy trong khí quyển của nó => đại dương là 1,4 x 1010 g / năm, tương đương 30% tổng lượng carbon tetraclorua của khí quyển.

Carbon tetraclorua được sản xuất công nghiệp bằng cách clo hóa nhiệt của metan, với metan được phản ứng với khí clo ở nhiệt độ từ 400 ° C đến 430 ° C Trong quá trình phản ứng, một sản phẩm thô được tạo ra, với sản phẩm phụ là axit clohydric Nó cũng được sản xuất công nghiệp bằng phương pháp carbon disulfide Clo và carbon disulfide được phản ứng ở nhiệt độ 90 ° C đến 100 ° C, sử dụng sắt làm chất xúc tác Sau đó, sản phẩm thô được phân đoạn, trung hòa và chưng cất.

CCl4 đã được sử dụng nhiều, trong số những người khác: dung môi của chất béo, dầu, vecni, v.v.; giặt khô quần áo; thuốc trừ sâu, trong khử trùng nông nghiệp và diệt nấm và sản xuất nylon Tuy nhiên, mặc dù tiện ích tuyệt vời của nó, việc sử dụng nó đã bị loại trừ một phần do độc tính cao.

Ở người, nó tạo ra tác dụng độc hại cho da, mắt và đường hô hấp Nhưng tác dụng có hại nhất của nó xảy ra trong hoạt động của hệ thống thần kinh trung ương, gan và thận Tổn thương thận có lẽ là nguyên nhân chính gây tử vong do tác dụng độc hại của carbon tetrachloride.

Nó hoạt động như một tác nhân clo hóa và / hoặc dung môi trong sản xuất clo hữu cơ Tương tự như vậy, nó can thiệp như một monome trong sản xuất nylon.Hoạt động như một dung môi trong sản xuất xi măng cao su, xà phòng và thuốc trừ sâu Nó được sử dụng trong sản xuất chất đẩy nhiên liệu

Không có liên kết C - H, carbon tetrachloride không trải qua các phản ứng gốc tự do, vì vậy nó là một dung môi hữu ích cho các halogen, bằng halogen hoặc thuốc thử halogen, như N-bromosuccinimide

Sản xuất chất làm lạnh

Nó được sử dụng trong sản xuất chlorofluorocarbon, chất làm lạnh R-11 và trichlorofluoromethane, chất làm lạnh R-12 Các chất làm lạnh này phá hủy tầng ozone, đó là lý do tại sao họ khuyến nghị chấm dứt sử dụng, theo khuyến nghị của Nghị định thư Montreal.

Dập tắt lửa

Vào đầu thế kỷ 20, carbon tetrachloride bắt đầu được sử dụng làm chất chữa cháy, dựa trên một tập hợp các tính chất của hợp chất: nó dễ bay hơi; hơi của nó nặng hơn không khí; Nó không phải là một chất dẫn điện và nó không dễ cháy.

Khi được nung nóng, carbon tetraclorua trở thành một hơi nặng bao phủ các sản phẩm đốt cháy, cô lập chúng khỏi oxy có trong không khí và khiến lửa tàn lụi Nó phù hợp để chống cháy dầu và các thiết bị.

Dọn dẹp

Carbon tetraclorua đã được sử dụng trong giặt khô quần áo và các vật liệu khác để sử dụng trong nhà Ngoài ra, nó được sử dụng như một chất tẩy dầu mỡ công nghiệp của kim loại, tuyệt vời để hòa tan dầu mỡ.

SƠ ĐỒ HỆ THỒNG CHƯNG LUYỆN2.3Sơ đồ dây chuyền công nghệ

5- Tháp chưng luyện6- Thiết bị ngưng tụ hồi lưu 7- Thiết bị làm lạnh sản phẩm đỉnh8- Thùng chứa sản phẩm đỉnh 9- Thiết bị gia nhiệt đáy tháp10- Thùng chứa sản phẩm đáy 11- Thiết bị tháo nước ngưng

2.4Thuyết minh dây chuyền sản xuất

Nguyên liệu đầu được chứa trong thùng chứa (1) và được bơm (2) bơm lênthùng cao vị (3) Mức chất lỏng cao nhất ở thùng cao vị được khống chế bởi cửachảy tràn Hỗn hợp đầu từ thùng cao vị (3) tự chảy xuống thiết bị đun nóng hỗnhợp đầu (4), quá trình tự chảy này được theo dõi bằng van và đồng hồ đo lưulượng Tại thiết bị đun nóng hỗn hợp đầu (4) (dùng hơi nước bão hoà), hỗn hợpđầu được gia nhiệt đến nhiệt độ sôi Sau khi đạt đến nhiệt độ sôi, hỗn hợp nàyđược đưa vào đĩa tiếp liệu của tháp chưng luyện loại tháp đệm (5) Trong tháp,pha lỏng đi từ trên xuống tiếp xúc với hơi được tạo thành ở thiết bị đun sôi đáytháp (9) đi từ dưới lên, 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 quacác tầng đệm từ dưới lên, cấu tử có nhiệt độ sôi cao sẽ ngưng tụ Quá trình tiếpxúc lỏng – hơi trong tháp diễn ra liên tục làm cho pha hơi ngày càng giàu cấu tửdễ bay hơi, pha lỏng ngày càng giàu cấu tử khó bay hơi Cuối cùng trên đỉnhtháp ta sẽ thu được hầu hết là cấu tử dễ bay hơi (Metylic) và một phần rất nhỏcấu tử khó bay hơi (Nước) Hỗn hợp hơi này được đi vào thiết bị ngưng tụ hồilưu (6) và tại đây nó được ngưng tụ hoàn toàn (tác nhân là nước lạnh) Một phầnchất lỏng sau ngưng tụ chưa đạt yêu cầu được đi qua thiết bị phân dòng để hồilưu trở về đỉnh tháp; phần còn lại được đưa vào thiết bị làm lạnh (7) để làm lạnhđến nhiệt độ cần thiết sau đó đi vào thùng chứa sản phẩm đỉnh (8) Chất lỏnghồi lưu đi từ trên xuống dưới, gặp hơi có nhiệt độ cao đi từ dưới lên, một phầncấu tử có nhiệt độ sôi thấp (Metylic) lại bốc hơi đi lên, một phần cấu tử khó bayhơi (Nước) trong pha hơi sẽ ngưng tụ đi xuống Do đó, nồng độ cấu tử khó bayhơi trong pha lỏng ngày càng tăng Cuối cùng, ở đáy tháp ta thu được hỗn hợplỏng gồm hầu hết là cấu tử khó bay hơi (Nước), một phần rất ít cấu tử dễ bayhơi (Metylic) Hỗn hợp lỏng này được đưa ra khỏi đáy tháp, qua thiết bị phân

Tháp chưng luyện làm việc ở chế độ liên tục, hỗn hợp đầu vào và sản phẩm được cung cấp và lấy ra liên tục.

2.5Chế độ làm việc của tháp chưng luyện

Tháp chưng luyện là một công nghệ được sử dụng trong quá trình chưng cất để tách các thành phần của một hỗn hợp chất lỏng Chế độ làm việc của tháp chưng luyện phụ thuộc vào loại tháp chưng luyện và quy trình cụ thể được áp dụng Tuy nhiên, dưới đây là một số khái niệm và chế độ làm việc chung của tháp chưng luyện:

1 Chế độ liên tục: Trong chế độ này, hỗn hợp chất lỏng được cung cấp liên tục vào tháp chưng luyện và các sản phẩm tách ra từ tháp cũng được thu thập liên tục Đây là chế độ phổ biến trong các quá trình công nghiệp với lưu lượng lớn 2 Chế độ phân đoạn: Trong chế độ này, tháp chưng luyện được chia thành nhiều phân đoạn, mỗi phân đoạn có một nhiệt độ và áp suất khác nhau Hỗn hợp chất lỏng được cung cấp vào phân đoạn dưới cùng của tháp và qua từng phân đoạn, các thành phần được tách ra dựa trên sự khác biệt về nhiệt độ sôi và hàm lượng thành phần trong từng phân đoạn.

3 Chế độ chưng cất theo áp suất: Trong chế độ này, áp suất của tháp chưng luyện được điều chỉnh để ảnh hưởng đến nhiệt độ sôi của các thành phần trong hỗn hợp Điều này giúp tăng hiệu suất tách chất và giảm nhiệt lượng tiêu thụ 4 Chế độ chưng cất ngược: Trong chế độ này, các thành phần được tách ra từ tháp chưng luyện được đưa lại vào tháp để tách chất tiếp theo Điều này giúp tăng hiệu suất tách chất và giảm lượng chất thải.

5 Chế độ điều khiển nhiệt độ: Trong chế độ này, nhiệt độ của các phân đoạn trong tháp chưng luyện được điều chỉnh để đạt được hiệu suất tách chất tốt nhất và đảm bảo an toàn cho quá trình.

Các chế độ làm việc này có thể được kết hợp và điều chỉnh phù hợp với từng ứng dụng và mục đích cụ thể của quá trình chưng cất.

2.6Ưu điểm, nhược điểm của tháp chưng luyện

1.1.6.1 Ưu điểm

 Hiệu suất tách chất cao : Tháp chưng luyện có khả năng táchcác thành phần trong hỗn hợp chất lỏng với hiệu suất cao.

ưu, nó có thể tách các thành phần theo nhiệt độ sôi và áp suất khác nhau.

 Linh hoạt và có thể điều chỉnh : Tháp chưng luyện có thể được thiết kế và điều chỉnh cho các yêu cầu cụ thể của quá trình Các thông số như áp suất, nhiệt độ, số lượng phân đoạn và chế độ làm việc có thể được tùy chỉnh để đạt hiệu suất tốt nhất và tách chất theo yêu cầu

 Quy trình đã được phát triển và kiểm chứng : Tháp chưng luyện là một công nghệ đã được sử dụng và nghiên cứu rất lâu đời, do đó quy trình và kiến thức liên quan đã được phát triển và kiểm chứng Điều này giúp giảm rủi rovaf bảo đảm hiệu suất ổn định

1.1.6.2 Nhược điểm

 Tiêu thụ nhiệt lượng cao : Quá trình chưng cất trong tháp chưng luyện yêu cầu một lượng lớn nhiệt lượng để sưởi nhiệt và chưng cất hỗn hợp chất lỏng Do đó, nó tiêu thụ một lượng nhiên liệu đáng kể và gây ảnh hưởng tiêu cực đến môi trường.

 Đòi hỏi vốn đầu tư lớn : Xây dựng và vận hành tháp chưng luyện đòi hỏi một khoản vốn đầu tư lớn Các thiết bị phức tạp, hệ thống kiểm soát và quản lý an toàn cần được đầu tư để đảm bảo hoạt động hiệu quả và an toàn.

 Khó khăn trong xử lý hỗn hợp phức tạp : Tháp chưng luyện có thể gặp khó khăn trong việc xử lý các hỗn hợp chất lỏng phức tạp, nơi các thành phần có nhiệt độ sôi và áp suất gần nhau Điều này có thể yêu cầu thêm các bước tiền xử lý hoặc sử dụng các công nghệ chưng cất khác để đạt được tách chất hiệu quả.

 Mất mát chất lượng và chất thải : Trong quá trình chưng cất, có thể xảy ra mất mát chất lượng, ví dụ như mất mát các thành phần quan trọng hoặc phân hủy chất Ngoài ra, quá trình cũng tạo ra chất thải và chất còn lại cần được xử lý

 Các chỉ số F, P, W : tương ứng chỉ đại lượng đó thuộc về hỗn hợp đầu, sản phẩm đỉnh, sản phẩm đáy của Metylic và Nước

 a: nồng độ phần khối lượng của cấu tử dễ bay hơi, kg nước /kg hỗn

 : khối lượng riêng, kg/m3

 Các chỉ số A, N, x, y, hh: tương ứng chỉ đại lượng thuộc về cấu tử Metylic, nước, thành phần lỏng, thành phần hơi và hỗn hợp.

 Ngoài ra, các ký hiệu cụ thể khác được định nghĩa tại chỗ.

CHƯƠNG 2

TÍNH TOÁN THIẾT BỊ CHÍNH

Các số liệu ban đầu

Hỗn hợp cần tách: Axeton – Nước

Năng suất tính theo hỗn hợp đầu F = 6086 kg/giờ Nồng độ cấu tử dễ bay hơi trong:

+ Hỗn hợp đầu: aF = 0,28 phần khối lượng + Sản phẩm đỉnh: aP = 0,97 phần khối lượng + Sản phẩm đáy: aW = 0,02 phần khối lượng Tháp làm việc ở áp suất thường

Hỗn hợp đầu được gia nhiệt đến nhiệt độ sôi

2.1 Tính toán cân bằng vật liệu toàn tháp

aA,aN: Nồng độ phần khối lượng của CS2 và CCl4 MA, MN Khối lượng mol phân tử của CS2 và CCl4

2.2 Xác định số bậc thay đổi nồng độ (số đĩa lý thuyết)2.2.1 Xác định chỉ số hồi lưu tối thiểu (Rmin)

Dựng đường cân bằng theo số liệu đường cân bằng tra ở đường cân bằnglỏng- hơi và nhiệt độ sôi của 2 cấu tử ở 760 mmHg ( tính theo % số mol )của Cacbondisunfua và cacbontetraclorua( Bảng IX 2a_ 145_STQTTBtập II )

Đồ thị đường cân bằng lỏng hơi x_y

- Từ xF kẻ đường thẳng song song với trục y và cắt đường cân bằng tại A Từ A kẻ đường song song với trục x cắt trục y tại B Xác định trên đồ thị

=> Rmin = 1,273

2.2.2 Tính chỉ số hồi lưu làm việc (RX)

Vấn đề chọn chỉ số hồi lưu thích hợp rất quan trọng, vì khi chỉ số hồi lưu bé thì số bậc của tháp lớn (chiều cao tháp tăng) nhưng tiêu tốn hơi đốt ít, ngược lại khi chỉ số hồi lưu lớn thì số bậc của tháp nhỏ (chiều cao tháp giảm) nhưng lượng hơi đốt tiêu tốn lại rất lớn.

Rth: chỉ số hồi lưu thích hợp được tính theo tính chất thể tích tháp nhỏ nhất

N¿: số bậc thay đổi nồng độ (số đĩa lý thuyết)

→ Chỉ số hồi lưu thích hợp RX=β Rmin

β: hệ số hiệu chỉnh (1.2÷2.5)

Người ta thường tính toán RX dựa trên phương pháp sau:

Khi biết giá trị Rmin, cho β các giá trị bất kì rồi tính được R tương ứng (R>Rmin), với mỗi giá trị của R ta xác định được số đĩa lý thuyết N¿ tương ứng.

β=1.2→Rx=1,528 →B1= xP

R+1=0,39 → Số đĩa lý thuyết N¿=¿ 21.

β=1.4→ Rx=1,782→B2=R+1xP =0,354

β=1.6→Rx=2,037→ B1= xP

R +1=0,324 → Số đĩa lý thuyết N¿=¿ 16.

β=1.8→Rx=2,291 →B1=R+1xP =0,299

→ Số đĩa lý thuyết N¿=¿ 14.

β=2.0→Rx=2,546 →B1= xP

R+1=0,278 → Số đĩa lý thuyết N¿=¿ 14

β=2.2→Rx=2,801 →B1= xP

R+1=0,259 → Số đĩa lý thuyết N¿=¿ 13

β=2.4→ Rx=3,055→ B1= xP

R+1=0,243 → Số đĩa lý thuyết N¿=¿13

β=2.5→Rx=¿ 3,183→B1= xP

R+1=¿ 0,235

→ Số đĩa lý thuyết N¿=¿12.

Từ các đồ thị trên ta có bảng sau:

- Dựng đồ thị quan hệ giữa RX – Nlt(Rx + 1)

- Xác định đồ thị quan hệ giữa Rx và Nlt.(R+1), ta thấy Rx = 2,291 có Nlt (Rx+1) = 46,074 là giá trị gần nhất với giá trị nhỏ nhất của đường quan hệ giữa Rx – Nlt.(Rx +1) → Rth = 2,291 ( số đĩa lí thuyết là 14 )

2.2.3 Phương trình đường nồng độ làm việc của đoạn luyện

 y là nồng độ phần mol của cấu tử dễ bay hơi trong pha hơi đi từ đĩa dưới lên đĩa

 x là nồng độ phần mol của cấu tử dễ bay hơi trong pha lỏng chảy từ

f = FP= 60861665,64=3,654 (lượng hỗn hợp đầu tính cho 1 kmol sản phẩm đỉnh) Thay số liệu vào ta có:

Rth+1x+ f −1Rth+1xW=¿ 2,291+3,6542,291+1 x+3,654−12,291+1.0,4407yC=¿1,806x + 0,355

Số đĩa đoạn chưng = 5 Số đĩa đoạn luyện = 9

2.3 Tính đường kính tháp

Với tháp đĩa lỗ có ống chảy chuyền, đường kính tháp được tính theo công thức: D = 0,0118√ gtb

(ρy.ωy)tb [m] [II – 181]

Trong đó: (ρy.ωy)tb: tốc độ hơi (khí) trung bình đi trong tháp (kg/m2.s) gytb : lượng hơi (khí) trung bình đi ttrong tháp (kg/h).

Lượng hơi trung bình đi trong tháp chưng luyện.

Vì lượng hơi và lượng lỏng thay đổi theo chiều cao của tháp và khác nhau trong mỗi đoạn cho nên cần phải tính lượng hơi trung bình riêng cho từng đoạn.

Hình II.10 Xác định lượng hơi trung bình đi trong tháp chưng luyện.

Lượng hơi trung bình đi trong đoạn luyện.

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 (xem hình II.10).

gtbL = gđ+g1

2 [II – 181]

g1 : lượng hơi đi vào đĩa dưới cùng của đoạn luyện (kg/h hoặc kmol.h) gđ : lượng hơi đi ra khỏi đĩa trên cùng của tháp (kg/h hoặc kmol/h).

Lượng hơi đi ra khỏi đỉnh tháp:

gđ = GR + GP = GP.(Rx + 1) trong đó: GP : lượng sản phẩm đỉnh (kg/h hoặc kmol/h) GR : lượng chất lỏng hồi lưu (kg/h hoặc kmol/h) Rx : chỉ số hồi lưu.

gđ = 3809,73.( 3,2562 +1) = 16214,973 (kg/h)

Lượng hơi đi vào đĩa dưới cùng của đoạn luyện:

Lượng hơi g1, hàm lượng hơi y1,và lượng lỏng Gl đối với đĩa thứ nhất của đoạn luyện được xác định theo hệ phương trình cân bằng vật liệu và cân bằng nhiệt lượng

 y1: nồng độ của cấu tử dễ bay hơi trong hỗn hợp đi vào đĩa thứ nhất của đoạn luyện (phần khối lượng).

 x1 : hàm lượng lỏng ở đĩa thứ nhất đoạn luyện

Xác định nhiệt hóa hơi của hỗn hợp hơi ra khỏi đỉnh tháp:

Nội suy từ bảng I.212 [I – 254] ứng với giá trị của tP = 56,64oC, ta có: rA = 124,672 kcal/kg = 124,672 4,1868 (kJ/kg) (với 1kcal = 4,1868 kJ) rB = 210,672 kcal/kg = 210,672 4,1868 (kJ/kg)

rđ = rA.yđ + rB.(1 - yđ )

= 124,672.0,952 + 210,672.(1 – 0,952) = 128,8 (kcal/kg) = 539,260 (kJ/kg) Xác định nhiệt hóa hơi của hỗn hợp hơi đi vào đĩa thứ nhất của đoạn luyện:

Nội suy từ bảng I.212 [I – 254] ứng với giá trị của tF = 65,36oC, ta có: rA = 122,526 (kcal/kg) = 122,526.4,1868 (kJ/kg)

rB = 207,856 (kcal/kg) = 207,856.4,1868 (kJ/kg) r1 = rA.y1 + rB.(1 - y1 )

= 122,526.y1 + 207,856.(1 – y1)

= - 85,33.y1 + 207,856 (kcal/kg) = (- 85,33.y1 + 207,856).4,1868 (kJ/kg) Thay giá trị GP, y1, yđ, aF, rđ, r1 vào hệ (*), ta có:

Lượng hơi trung bình đi trong đoạn chưng.

Lượng hơi trung bình đi trong đoạn chưng được xác định gần đúng bằng trung bình cộng của lượng hơi đi ra khỏi đoạn chưng và lượng hơi đi vào đoạn chưng (hình 3.1):

1 là lượng hơi đi vào đoạn chưng (kg/h)

vì lượng hơi ra khỏi đoạn chưng bằng lượng hơi đi vào đoạn luyện nên ta có:

 y1’: nồng độ của cấu tử dễ bay hơi trong hỗn hợp đi vào đĩa thứ nhất của đoạn chưng (phần khối lượng).

1: lượng hơi đi vào đoạn chưng (kg/h)

 r1’ : ẩn hiệt hóa hơi của hỗn hợp hơi đi vào đĩa thứ nhất của đoạn chưng (kJ/kg)

n : lượng hơi bốc lên từ đĩa trên cùng của đoạn chưng (kg/h)

Xác định nhiệt hóa hơi của hỗn hợp hơi đi vào đĩa thứ nhất của đoạn chưng r’1:

Từ bảng IX.2a [II – 145], nội suy từ đường cân bằng lỏng hơi y* - x, ứng với giá trị

Khối lượng riêng trung bình.

Khối lượng riêng trung bình đối với pha khí (hơi):

ρytb= [ytbA MA+(1− ytbA) MB].273

22,4.T (kg/m3) [II – 183] Trong đó:

 MA, MB lần lượt là khối lượng mol của cấu tử axeton, etylic (kg/kmol).

 T là nhiệt độ làm việc trung bình của tháp, hay của đoạn chưng, hay của đoạn

Nội suy từ bảng IX.2a [II – 145] ứng với giá trị ytbAL= 0,71395(phần mol), ta có nhiệt độ làm việc trung bình của đoạn luyện tytbL= 60,94oC

ρytbL = [0,71395.58+(1−0,71395).46].273

22,4.(60,94+273) = 1,9915 (kg/m3)

Khối lượng riêng trung bình của pha khí trong đoạn chưng.

ytbAC = yđA'+ ycA'

2 = 0,0385+0,48772 = 0,2631(phần mol)

Nội suy từ bảng IX.2a [II – 145] ứng với giá trị ytbAC= 0,2631(phần mol) ta có nhiệt độ làm việc trung bình của đoạn chưng là tytbC= 72,9720C Trong đó: ρxtblà khối lượn riêng trung bình của lỏng (kg/m3)

ρxtbA ,ρxtbB là khối lượng trung bình của cấu tử axeton, etylic lấy theo nhiệt độ trung bình (kg/m3)

atbA là phần khối lượng trung bình của cấu tử axeton trong pha lỏng.

Khối lượng riêng trung bình của pha lỏng trong đoạn luyện.

atbA = aF+aP

2 = 0,376+0,9522 = 0,664 (phần khối lượng) đổi sang nồng độ phần mol, ta có xtbA = 0,6105(phần mol) Nội suy từ bảng IX.2a [II – 145] ta có txtbL = 60,264oC

Nội suy theo bảng I.2a [I – 9], ta có khối lượng riêng trung bình của 2 cấu tử ứng với