Đồ án môn học " Chưng luyện liên tục hỗn hợp rượu metylic - nước " pot

Phần 1 : MỞ ĐẦUI.Lý thuyết về chưng luyện Chưng là phương pháp dùng để tách các hỗn hợp chất lỏng cũng như các hỗn hợp khí lỏng thành các cấu tử riêng biệt dựa vào độ bay hơi khác nhau

Phần 1 : MỞ ĐẦU

I.Lý thuyết về chưng luyện

Chưng là phương pháp dùng để tách các hỗn hợp chất lỏng cũng như các 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 một nhiệt độ thì áp suất hơi của các cấu tử khác nhau.

Khi chưng ta thu được nhiều sản phẩm và thường bao nhiêu cấu tử sẻ có bấy nhiêusản phẩm Đối với trưòng hợp hỗn hợp chưng chỉ gồm hai cấu tử thì sản phẩm đỉnh gồmcấu tử có độ bay hơi lớn và một phần rất ít cấu tử có độ bay hơi bé còn sản phẩm đáygồm cấu tử có độ bay hơi bé và một phần rất ít cấu tử có độ bay hơi lớn

Trong sản xuất có rất nhiều phương pháp chưng như chưng đơn giản ,chưng bằng hơinước trực tiếp ,chưng chân không và chưng luyện Tùy thuộc vào điều kiện sẵn có , tínhchất hỗn hợp , yêu cầu về độ tinh khiết sản phẩm mà ta chọn phương pháp chưng chothích hợp

- Chưng đơn giản dùng để tách các hỗn hợp gồm các cấu tử có độ bay hơi rất khácnhau Phương pháp này thường dùng để tách sơ bộ và làm sạch cấu tử khỏi tạp chất

- Chưng bằng hơi nước trực tiềp dùng tách các hỗn hợp gồm các chất khó bay hơi vàtạp chất không bay hơi ,thường dùng trong trường hợp chất được tách không tanvào nước

- Chưng chân không dùng trong trường hợp cần hạ thấp nhiệt độ sôi cấu tử Ví dụnhư trường hợp các cấu tử trong hỗn hợp dễ bị phân hủy ở nhiệt độ cao hay trườnghợp các cấu tử có nhiệt độ sôi quá cao

- Chưng luyện là phương pháp phổ biến nhất để tách hoàn toàn hỗn hợp các cấu tử dễbay 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 ở nhiệt độ cao vàhỗn hợp có nhiệt độ sôi cao

Chưng luyện ở áp suất cao dùng cho các hỗn hợp không hóa lỏng ở áp súât thường.Chưng luyện ở áp suất thường (áp suất khí quyển ) dùng cho hỗn hợp không thuộccác trường hợp trên

Người ta tiến hành chưng luyện hỗn hợp cần chưng trong tháp chưng luyện ,thápgồm nhiều đĩa ,trên mỗi đĩa xảy ra quá trình chuyển khối giữa pha lỏng và pha hơi Hơi

đi từ dưới lên qua các lổ của đĩa ,lỏng đi từ trên xuống theo các ống chảy chuyền, nồng

độ các cấu tử và nhiệt độ sôi ở mỗi đĩa thay đổi theo chiều cao của tháp Do đó một phàncấu tử dễ bay hơi chuyển từ pha lỏng vào pha hơi và một phần ít hơn chuyển từ pha hơivào pha lỏng , lặp lại nhiều lần bốc hơi và ngưng tụ như thế , hay nói một cách khác ,vớimột số đĩa tương ứng , cuối cùng ở trên đỉnh tháp ta thu được cấu tử dễ bay hơi ở dạngnguyên chất và ở tháp ta thu được cấu tử khó bay hơi ở dạng nguyên chất

Quá trình chưng luyện được thực hiện trong thiết bị loại tháp làm việc liên tục hoặcgián đoạn

Ơ đây ta sẽ thiết kế hệ thống chưng luyện tháp chóp làm việc liên tục với hỗn hợpchưng là rượu mêtylic và nước.Khi chưng luyện liên tục , hỗn hợp đầu được đưa vàotháp ở đĩa tiếp liệu (nằm ở phần giữa thân tháp ) một cách liên tục , sản phẩm đỉnh và sảnphẩm đáy cũng được lấy ra liên tục.

II.Tính chất lý hóa của rượu mêtylic

-Nhiệt dung riêng ở 200C CP= 2570 J/kg.độ

-Nhiệt hóa hơi r = 262,79 kcal/kg ở 64,50C

-Nhiệt độ nóng chảy tnc= -97,80C

2.Tính chất hóa học:

Rượu mêtylic có công thức phân tử : CH3OH H

công thức cấu tạo : H - C - O - H

H

phân tử lượng : 32 đvC

Trong phân tử rượu mêtylic có 3 loại liên kết : C - H , C - O , O - H ,trong đó hailiên kết sau là liên kết cộng hóa trị phân cực ,đó là do độ âm điện của O lớn hơn của C và

H nên trong cả hai liên kết đó cặp electron góp chung đều lệch về phía O làm cho nguyên

tử H trở nên linh động hơn.Rượu mêtylic có khả năng tham gia các phản ứng sau:

- làm phá vỡ liên kết C-OH với sự tách đi của nhóm -OH

- làm phá vỡ liên kết _-O-H với sự tách đi của -H

- bị oxy hóa thành fomanđêhit :

CH3OH + CuO  HCHO + Cu

Rượu mêtylic được ứng dụng để sản xuất anđêhytfomic làm nguyên liệu cho công nghệchất dẻo

III.Tính chất lý hóa của nước

- Nước là chất lỏng không màu ,không mùi ,không vị

- Nhiệt độ sôi ở 760mmHg là 1000C

- Hóa lỏng ở 00C

- Khối lượng riêng  = 997,08 kg/m3 ở 250C

- Độ nhớt  = 0,8937.103N.s/m2 = 893,7 Cp ở 250C

- Nhiệt dung riêng CP = 0,99892 kcal/kg.độ ở 250C

- Nhiệt hóa hơi ở áp suất khí quyển r = 540 kcal/kg

- Nước có công thức phân tử H2O ,công thức cấu tạo H-O-H

- Nước là hợp chất phân cực mạnh, có thể hòa tan nhiều chất rắn ,lỏng ,khí

- Nước cần thiết cho sinh hoạt hằng ngày ,sản xuất nông nghiệp ,công nghiệp , xâydựng , giao thông vận tải

- Nước dùng để điều chế oxy

IV.Ưu ,khuyết điểm của phương pháp chưng đĩa chóp :

Ưu điểm:Tách được sản phẩm có độ tinh khiết cao,dễ khống chế quá trình,bề mặt

tiếp xúc pha tương đối lớn ,trở lực không cao

Khuyết điểm:Tiếp xúc pha không liên tục, cấu tạo phúc tạp.

V.Dây chuyền công nghệ:

Thiết kế như hình vẽ

Hỗn hợp đầu từ bể chứa 1 được bơm 2 bơm lên thùng cao vị 3rồi theo ống dẫn quavan điều chỉnh lưu lượng 5 (điều chỉnh lượng hỗn hợp đầu vào tháp) đến thiết bị đun sôihỗn hợp đầu 6 Sự có mặt của thùng cao vị đảm bảo cho lượng hỗn hợp đầu vào thápkhông dao động ,trong trường hợp công suất bơm quá lớn hỗn hợp đầu sẽ theo ống tuầnhoàn 4 tràn về bể chứa hỗn hợp đầu Thiết bị đun sôi 6 là thiết bị trao đổi nhiệt ống chùmvới tác nhân nóng là hơi nước bão hòa Ra khỏi thiết bị đun sôi ,hỗn hợp đầu ở nhiệt độsôi đi vào tháp 7 ở đĩa nạp liệu

Sản phẩm đỉnh ở dạng hơi được ngưng tụ hoàn toàn khi đi qua thiết bị ngưng tụ 8đến thiết bị phân tách hồi lưu 9 ,một phần sản phẩm đỉnh hồi lưu trở về đỉnh tháp,phầncòn lại đi vào thiết bị làm nguội 10 được làm lạnh và đi vào bể chứa sản phẩm đỉnh11.Thiết bị ngưng tụ 8 và thiết bị làm nguội 10 cũng là thiết bị trao đổi nhiệt ống chùmvới tác nhân làm nguội là nước lạnh

Sản phẩm đáy đi ra khỏi tháp ở đáy được dẫn vào bể chứa sản phẩm đáy 12 ,đượclàm nguội tự nhiên Sản phẩm đáy ở đây là nước có chứa một ít metylic nên được xủ lýrồi thải ra môi trường

aF : nồng độ phần khối lượng của cấu tử dễ bay hơi trong hỗn hợp đầu

aP : nồng độ phần khối lượng của cấu tử dễ bay hơi trong sản phẩm đỉnh

aW : nồng độ phần khối lượng của cấu tử dễ bay hơi trong sản phẩm đáy

xF : nồng độ phần mol cấu tử dễ bay hơi trong hỗn hợp đầu

xP : nồng độ phần mol cấu tử dễ bay hơi trong trong sản phẩm đỉnh

xW : nồng độ phần mol cấu tử dễ bay hơi trong sản phẩm đáy

Cấu tử dễ bay hơi A: rượu metylic , cấu tử khó bay hơi B : nước

a M

a M a



=> xF = 38 3238326218 = 0,2564 phần mol

=> xP = 98 329832218 = 0,965 phần mol

=> xW = 2 3223298 18 = 0,0113 phần mol

2.Lưu lượng hỗn hợp đầu và sản phẩm đáy:

Phương trình cân bằng vật liệu cho toàn tháp:

x x



 = 2000.00,,256496500,0113,0113 = 514 Kg/hLượng sản phẩm đáy là:

W = F.

w P

F P

x x

x x



 = 2000.00,,965965 00,,01132564 = 1486 Kg/hGọi M F là phân tử lượng trung bình của hỗn hợp đầu

w F

x x

x x



 = 92,637.00,,256496500,0113,0113 = 23,808 (Kmol/h)Lượng sản phẩm đáy tính theo Kmol/h là:

W = F.

w P

F P

x x

x x



 = 92,637.00,,965965 00,,01132564 = 68,829 (Kmol/h)

II.Xác định số đĩa của tháp

1.Đường cong cân bằng - đồ thị t-x-y theo thực nghiệm:

Gọi x,y là nồng độ mol phần của thành phần lỏng và hơi của rượu mêtylic (tínhtheo phần mol)

t (0C) là nhiệt độ sôi của hỗn hợp hai cấu tử (ở 760 mmHg)

Theo bảng IX.2a-Sổ tay QT&TBCN Hóa học Tập 2, trang 149 ,ta có:

Y 0 26,8 41,8 57,9 66,5 72,9 77,9 82,5 87 91,5 95,8 100

T 100 92,3 87,7 81,7 78 75,3 73,1 71,2 69,3 67,6 66 64,5Dựa vào bảng số liệu này ta vẽ đồ thị đường cong cân bằng của hỗn hợp rươụmetylic và nước (Hình 1) và đồ thị biểu diễn đường cong sôi (Hình 2)

Theo đồ thị đường cân bằng ta xác định được y*

F = 0,64 phần mol là nồng độ cấu tử

dễ bay hơi trong pha hơi cân bằng với pha lỏng trong hỗn hợp đầu

Theo đồ thị đường cong sôi ta xác định được nhiệt độ sôi của hỗn hợp đầu ts

F =89

0C ,của sản phẩm đỉnh ts

P = 65,50C ,của sản phẩm đáy ts

W= 970C Chỉ số hồi lưu tối thiểu được xác định bằng công thức :

Rxmin=

F F

F P

x y

y x

Việc xác định RX thích hợp ta làm như sau:

Lấy vài giá trị RX > RXmin , với mỗi giá trị RX đã lấy ta tính xP/(RX+1) là giá trị tung

độ của đường nồng độ làm việc , vẽ đường làm việc đoạn chưng và đoạn luyện ,từ đóxác định số đĩa lý thuyết N ứng với mỗi giá trị RX.Lập đồ thị với trục tung là N.(RX+) ,trục hoành là RX (Hình 3) Từ đồ thị ,xác định điểm cực tiểu , từ điểm cực tiểu suy

ra RX thích hợp

RXopt= 1,6

Từ RX thích hợp ,vẽ lại đường nồng độ làm việc đoạn chưng và đoạn luyện và xácđịnh được số đĩa lý thuyết

Nlt = 14 (đĩa) (4 đĩa chưng và 10 đĩa luyện)

3.Phương trình đường nồng độ làm việc:

Đoạn chưng :

X X

R L

L y L R

R

.

1

L= 3 , 891

808 , 23

637 , 92

1 891 , 3 891 , 3 6 , 1

1 6 , 1

P X

X

R

x x R R

= . 10,,69651

1 6 , 1

6 , 1

N

Với tb là hiệu suất trung bình của thiết bị,là hàm của độ bay hơi tương đối

 và độ nhớt  của hỗn hợp  = f(,)

 = y y.1x x1

2 là hiệu suất ứng với đĩa tiếp liệu

3 là hiệu suất ứng với đĩa cuối cùng

*Ứng với đĩa tiếp liệu :

Độ bay hơi:

2564 , 0

2564 , 0 1 64 , 0 1

64 , 0 1

F

x

x y

y

Độ nhớt : với tS

F = 890ClgF = x F CH OH x F H O

965 , 0 1 98 , 0 1

98 , 0 1

P

x

x y

y

Độ nhớt : với tS

P = 65,50ClgP = x Plg CH3OH  ( 1  x P) lg H2O

= 0,965.lg0,49 + (1 - 0,965).lg0,4324 = -0,3117

=> P = 0,488 (Cp)

Tích F.F = 0,488.1,777 = 0,88 Tra đồ thị hình IX.11 trang 171Sổ tay

QT & TB CN Hóa học Tập 2 ta được hiệu suất của đĩa trên cùng 1 = 50 % *Ứng với đĩa cuối cùng:

Độ bay hơi:

0113 , 0

0113 , 0 1 08 , 0 1

08 , 0 1

w

x

x y

y

Độ nhớt : với tS

W = 970ClgW = x wlg CH3OH  ( 1  x w) lg H2O

= 0,0113.lg0,293 + (1 - 0,0113).lg0,293 = -0,533

=> W = 0,293 (Cp)

Tích F.F = 0,293.7,608 = 2,23 Tra đồ thị hình IX.11 trang 171 Sổ tay

QT & TB CN Hóa học Tập 2 ta được hiệu suất của đĩa trên cùng

14





tb lt

N

Vậy thục tế phải chọn 31 đĩa , trong đó số đĩa đoạn chưng là 9 đĩa và số đĩa đoạn luyện là 22 đĩa

(yF , yP , yW được xác định từ đồ thị đường cân bằng hình 1)

(Độ nhớt của rượu mêtylic theo nhiệt độ được tra ở Bảng dùng cho toán đồ h.I.18 trang 93 Sổ tay QT&TB CN Hóa học Tập 2

Độ nhớt của nước theo nhiệt độ được tra ở Bảng I.102 trang 94)

Chương II: TÍNH ĐƯỜNG KÍNH THIẾT BỊ

Đường kính tháp được xác định từ công thức (IX.89) Sổ tay QT&TBCN Hóa học :

D =

tb tb

V



 3600

4

, m

Hoặc D = 0,0188.

tb y y tb g

) (   , mTrong đó : Vtb - lượng hơi trung bình đi trong tháp , m3/h

tb - tốc độ hơi trung bình đi trong tháp , m/s

gtb - lượng hơi trung bình đi trong tháp ,kg/h

(y.y)tb - tốc độ hơi trung bình đi trong tháp , kg/m2.s

I.Đường kính đoạn luyện:

1.Lượng hơi trung bình đi trong đoạn luyện g tb có thể xem gần đúng bằng trung

bình cộng lượng hơi đi ra khỏi đĩa trên cùng của tháp gđ và lượng hơi đi vào dưới cùng g1

của đoạn luyện :

P P P

r g r

g

x G x

G y

g

G G

g

.

.

.

1 1

1 1 1

1

1 1

Trong đó x1 = aF = 0,38 (phần khối lượng)

xP = aP = 0,98 (phần khối lượng)

G1:lượng lỏng đĩa thứ nhất đoạn luyện

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

r1 :ẩn nhiệt hóa hơi của hỗn hợp đi vào đĩa thứ nhất đoạn luyện

r1= ra y1 +(1-y1).rb

rđ= ra y1 +(1-yđ).rb

ra , rb :ẩn nhiệt hóa hơi của rượu metylic và nước

yđ = aP = 0,98 phần khối lượng

*Tính r1: hỗn hợp đầu vào tháp ở 890C nên ta phải tính ra , rb ở 890C

Theo bảng I.212 trang 254 Sổ tay QTTB tập 1 ta có:

1 40

1

1

1 1

1

1 1

.

67 5 ,

30 1

55 0

7 48 ,

3 5 82 48

0 7 ,

26 8

4 ,

13 3 6

9 8 , 0

51 4

3 8 0

51 4

y r

r

g

G y

g

G g

h kg g

kg kca l

r

luo n g

kh o i

ph a n y

/

5 4 ,

5 2 2

/ 54

,

1 03 6

/

6 2 ,

3 4 5

) _

_ (

6 7 75 ,

0

1 1 1

-Lượng hơi trung bình đi trong đoạn luyện :

gtb = g d g 1186 , 47kg/h

2

54 , 1036 4

, 1336 2

-Lượng lỏng trung bình đi trong đoạn luyện :

Gtb =G R G G P R X G 672 , 47kg/h

2

54 , 522 6 , 1 514 2

2

1

-Thành phần hơi cân bằng đi trên đoạn luyện :

2

6775 , 0 98 , 0 2

2.Tốc độ hơi trung bình đi trong đoạn luyện :

(yy)tb = 0,065[] h xtb ytb ,kg/m2.s - Công thức IX.105 trang

ttb = t F t P 77 , 25 0C

2

5 , 65 89

, 0 20

6 , 3

b a



1 1 1

b a hh

Ta thấy hh < 20 dyn/cm nên chọn [] = 0,8

*Tính khối lượng riêng trung bình :

Theo bảng I.2 trang 9 Sổ tay QTTB tập 1 ta có khối lượng riêng của metylic vànước :

-Ở 600C : a1 = 756 kg/m3 (metylic)

b1 = 983 kg/m3 (nước)-Ở 800C : a2 = 736 kg/m3 (metylic)

55 , 0 20

75 , 738 25 , 17 756 ) 60 25 , 77 (

60 1 25 , 77

, 77

a hh

x x





1Với xa , xb : thành phần khối lượng trung bình của các cấu tử

2

38 , 0 98 , 0

22 T p

p M

yTB 

982 , 0 25 , 77 273

273

4 , 22

22 , 28

tb y

47 , 1186

h

Chọn h = 0,28 (m) = > D = 0,74 m

II.Đường kính đoạn chưng:

1.Lượng hơi trung bình trong đoạn chưng g’ tb có thể xem gần đúng bằng trung bìnhcộng lượng hơi đi ra khỏi đoạn chưng g’n và lưọng hơi đi vào đoạn chưng g’1 :

g’tb =

2

' ' g1

g n

, kg/h - Công thức IX.96 trang 183 Sổ tay QTTB tập 2

Vì lượng hơi đi ra khỏi đoạn chưng bằng lượng hơi đi vào đoạn luyện nên

g’n = g1 = 1036,54 kg/hLuợng hơi đi vào đọan chưng g’1 , luợng lỏng G’1 và hàm lượng lỏng x’1 được xácđịnh theo hệ phương trình cho ở trang 183 Sổ tay QTTB tập 2 :

1

) 2 ( 1

1 1

) 1 ( 1

1

'

' '

'

.

' '

'

' '

r g r

g r

g

x G y

g x

G

G g

G

n n

æ æ æ

æ

Trong đó r’1 :ẩn nhiệt hóa hơi của hỗn hợp hơi đi vào đĩa thứ nhất của đoạnchưng ,được tính theo công thức :

r’1= ra.y’1 + (1-y’1).rb với y’1 = yW là thành phần cấu tử dễ bay hơi (metylic) trong pha hơi cân bằng vớipha lỏng trong sản phẩm đáy Dựa vào đồ thị đường cân bằng (H.1) ứng với xW= 0,0113

ta có yW= 0,08 phần mol ứng với phần khối lượng :

18 92 , 0 32 08 , 0

32 08 , 0

'



Lượng lỏng trung bình đi trong đoạn chưng :

G’tb = G G 1361 , 07kg/h

2

6 , 2199 54

, 522 2





phần molPhân tử lượng trung bình của hỗn hợp hơi trong đoạn chưng :

a180 = 17,6 dyn/cm , a2100 = 15,7 dyn/cm

b180 = 62,6 dyn/cm , b2100 = 58,9 dyn/cm

Tính tương tự như phần luyện :

cm dyn t

a a

b b

b 80 ( 93 80 ) 62 , 6 0 , 185 13 60 , 195 /

1 93

b a



1 1 1



 = >

b a

b a hh

*Tính khối lượng riêng trung bình pha lỏng :

Tra khối lượng riêng của metylic và nước ở bảng I.2 trang 9 Sổ tay QTTB tập 1, tađược : a180 = 736 kg/m3 , a2100 = 714 kg/m3

b180 = 972 kg/m3 , b2100 = 958 kg/m3

Bằng phương pháp nội suy ta có :

3 80

1 93

/ 7 , 721 13 1 , 1 736 ) 80 93

t

a a

1 93

/ 9 , 962 13 7 , 0 972 ) 80 93

t

b b

b

b a

a hh

x x

273 4 , 22

'

m kg

tb y

y ' ) 0 , 065 0 , 8 902 , 53 0 , 744 1 , 437 '

Đường kính đoạn chưng :

tb y y

tb

437 , 1

07 , 857 0188 , 0 ) ' ' (

Vậy đường kính đoạn chưng là 0,64 m , đường kính đoạn luyện là 0,72 m nên tachọn đường kính chung cho tháp là 0,8 m với khoảng cách các đĩa là 0,3 m

Chương III: CÂN BẰNG NHIỆT LƯỢNG

Gọi QD1 là nhiệt lượng do hơi nưóc cung cấp để đun sôi hỗn hợp đầu

Qf là nhiệt lượng do hỗn hợp đầu mang vào thiết bị đun sôi hỗn hợp

QF là nhiệt lượng do hỗn hợp đầu mang ra khỏi thiết bị đun sôi hỗn hợp đầu

Qm là nhiệt lượng do mất mát

Qy là nhiệt lượng do hơi mang ra khỏi tháp chưng

QR là nhiệt lượng do lượng hồi lưu mang vào tháp

Qh là nhiệt lượng do hơi mang ra khỏi thiết bi ngưng tụ hồi lưu

QD2 là nhiệt lượng do hơi đốt đun sôi ở đáy tháp mang vào

I.Cân bằng nhiệt lượng của thiết bị đun nóng hỗn hợp đầu :

QD1 + Qf = QF + Qm (8)

1.Nhiệt lượng do hơi đốt mang vào Q D1 :

QD1 = D1.r1 - Công thức IX.150 trang 196 Sổ tay QTTB tập 2

D1 : lượng hơi đốt cần thiết để đun sôi hỗn hợp đầu , kg/h

r1 :ẩn nhiệt hóa hơi của hơi nước ,J/kg

Vì nhiệt độ sôi của hỗn hợp đầu là 890C nên nhiệt độ của hơi nưóc phải cao ,chọn

1330C tương ứng với nước sôi ở áp suất 3 at (bảng I.97 trang 230 Sổ tay QTTB tập 1).Theo toán đồ xác định nhiệt hóa hơi trang 255 Sổ tay QTTB tập 2 ta có nhiệt hóa hơi củanước ở 1330C là r1 = 440 Kcal/kg = 1842,2 KJ/kg

2.Nhiệt lượng do hỗn hợp đầu mang vào thiết bị đun sôi hỗn hợp đầu Q f :

Qf = F.Cf tf , J/h -Công thức I X.151 trang 196 Sổ tay QTTB tập 2.Với Cf : nhiệt dung riêng của hỗn hợp đầu ,J/kg.độ

tf : nhiệt độ đầu của hỗn hợp , xét ở 250C

Ta có : Cf = aA.CA + (1-aA).CB

aA : nồng độ phần khối lượng trong hỗn hợp đầu , aA = 0,38

CA ,CB : nhiệt dung riêng của metylic và nước ở 250C

*Nhiệt dung riêng của metylic ở 250C :

Tra bảng I.154 trang 172 Sổ tay QTTB tập 1 được nhiệt dung riêng của metylictheo nhiệt độ :

CA20 = 2570 J/kg.độ , CA40 = 2670 J/kg.dộ

= > Nhiệt dung riêng của metylic ở 250C là:

CA25 = CA20 + C A C A ( 25 20 ) 2570 5 5 2579J/kgdo

20 40

20 40

*Nhiệt dung riêng của nước ở 250C :

Tra bảng I.147 trang 165 Sổ tay QTTB tạp 1 ta có nhiệt dung riêng của nước ở 250C

là CB25 = 0,99892 kcal/kg.độ = 4182,3 J/kg.độ

Vậy Cf = 0,3.2595 + (1-0,3).4182,3 = 3706,11 J/kg.độ

Qf = 2000.3706,11.25 = 185306 KJ/h

3.Nhiệt lượng do hỗn hợp đầu mang ra khỏi thiết bị đun sôi Q F :

QF = F.CF tF , J/h - Công thúc IX.152 trang 196 Sổ tay QTTB tập 2 Với CF : nhiệt dung riêng hỗn hợp đi ra thiết bị đun sôi

2860 )

80 89 ( 80 100

80 100

, 1842

3 , 520127

1

1





II.Cân bằng nhiệt lượng của tháp chưng luyện :

Phương trình cân bằng nhiệt của tháp chưng luyện :

QF +QD2 + QR = Qh + QW + Qm (** )

1.Lượng nhiệt do lượng lỏng hồi lưu mang vào tháp Q R :

QR = CR.P.RX.tR ,J/h - Công thức IX.158 Sổ tay QTTB tập 2Với RX: chỉ số hồi lưu , RX = 1,6

P : lượng sản phẩm đỉnh, P = 514 kg/h

tR : nhiệt độ lỏng hồi lưu ,tR = tF = 65,50C

CR: nhiệt dung riêng của lỏng hồi lưu,

CR = aP CA + (1-aP).CB

CA,CB :nhiệt dung riêng của metylic và nước ở 65,50CTra bảng nhiệt dung riêng của metylic và nước ở 600C và 800C , theo phương phápnội suy ta có :

CA65,5 = CA60 + ( 65 , 5 60 )

60 80

60 80

2760    

CB65,5 = C B C B 1 , 00072Kcal/kgdo

2

00079 , 1 00065 , 1 2

66 65

2.Nhiệt lượng do sản phẩm đáy mang ra Q W :

QW = GW.CW.tW , J/h - Công thức I X trang 197 Sổ tay QTTB tập 2 Với GW : lượng sản phẩm đáy , GW = 1486 kg/h

CW : nhiệt dung riêng của sản phẩm đáy

tW : nhiệt độ sản phẩm đáy , tW = 970C

Nhiệt dung riêng của nước ở 970C là :

CB97 = 1,00684 kcal/kg.độ = 4215,44 J/kg.độ

Do sản phẩm đáy có nồng độ metylic aW = 0,02 < 0,2 nên nhiệt dung riêng của sảnphẩm đáy được tính theo công thức I.43 trang 152 Sổ tay QTTB tập 1 :

CW = CB97(1-aW) = 4215,44.(1-0,02) = 4131,13 J/kg.độ Vậy nhiệt lượng do sản phẩm đáy mang ra :

QW = 1486.4131,13.97 = 595469,5 kJ/h

3.Nhiệt lượng do hơi mang ra khỏi tháp chưng Q y :

Qy = P.(1+RX).đ , J/h - Công thức IX.159 Sổ tay QTTB tập 2

Với P : lượng sản phẩm đỉnh , P = 514 kg/h

đ :nhiệt lượng riêng của hơi ở đỉnh tháp ,được tính :

đ = A.aA + B.(1-aA)

A ,B : nhiệt lượng riêng của metylic và nước ở đỉnh tháp

aA : phần khối lượng cấu tử dễ bay hơi (metylic) trong sản phẩm đỉnh ,aA = 0,98

Nnhiệt dung riêng một cấu tử được tính theo:

 = r + C.tvới r: ẩn nhiệt hóa hơi của cấu tử đó.J/kg

C :nhiệt dung riêng của cấu tử ở nhiệt độ t = tP = 65,50C

Nhiệt dung riêng của metylic ở 65,50C :

CA = 2787,5 J/kg.độNhiệt dung riêng của nước ở 65,50C :

CB = 4189,8 J/Kg.độ(Đã tính ở phần tính nhiệt lượng do lượng hồi lưu)

= > đ = (rA + CA.tP).aA + (rB + CB.tP).(1 - aA)

= rA.aA + rB.(1-aA) + [CA.aA + CB.(1-aA)].tP

Qy = 514.(1 + 1,6).1306778 = 1 746 378 kJ/h

4.Nhiệt lượng do hơi đốt mang vào để đun sôi hỗn hợp ở đáy tháp Q D2 :

Nhiệt lượng tổn hao Qm = 0,05.QD2 , thay vào (**) ,ta được :

95 , 0

) (

) (

2

R F æ y D

Q Q Q Q

Q    

95 , 0

) 6 , 151665 89

, 679426 (

) 5 , 595469 1746387

, 2260

43 , 1590268

1

2



Lượng nhiệt tổn hao :

Qm = 0,05.QD2 = 79 513 421,5 J/h

III.Cân bằng nhiệt lượng của thiết bị ngưng tu hồi lưu:

Ta dùng thiết bị trao đổi nhiệt ống chùm ngưng tụ hoàn toàn sản phẩm đỉnh

P.(RX+1).r = Gn1.Cn(t2 - t1) -Công thức IX.164 Sổ tay QTTB tập 2 Với P : lượng sản phẩm đỉnh , P = 514 kg/h

RX : chỉ số hồi lưu , RX = 1,16

Gn1:lượng nước cần dùng cho thiết bị ngưng tụ hồi lưu

t1,t2 :nhiệt độ của nước đi vào và ra khỏi thiết bị ngưng tụ hồi lưu , chọn

r R

P

n

) 25 45 ( 89 , 4180

1122360 ).

1 6 , 1 (

514 )

.(

).

1 (

1 2

IV.Cân bằng nhiệt lượng của thiết bị làm lạnh:

Dùng thiết bị trao đổi nhiệt ống chùm

P.CP.(t’1-t’2) = Gn2.Cn(t2-t1) - Công thức IX.167 trang 198 Sổ tay QTTB tập 2

Với Gn2:lượng nước lạnh dùng cho thiết bị , kg/h

CP : nhiệt dung riêng sản phẩm đỉnh đã ngưng tụ ,J/kg.độ

t2’,t1’: nhiệt độ đầu và cuối của sản phẩm đỉnh khi qua thiết bị làm lạnh ,

t2’ = 65,50C , t1’ = 350C

t1,t2 :nhiệt độ của nước đi vào và ra khỏi thiết bị làm lạnh , chọn t1 =

250C , t2 = 450C => ttb = 350C

Cn :nhiệt dung riêng của nước ở 350C , Cn = 4180,89 J/kgđộ

CP : nhiệt dung riêng sản phẩm đỉnh ở ttb = 50 , 25 0C

2

35 5 , 65





.Tính nhiệt dung riêng của sản phẩm đỉnh ở 50,250C :

CP = aA.CA + (1-aA).CB

Tra bảng I.154 trang 172 Sổ tay QTTB tập 1 ta có nhiệt dung riêng của rượu metylictheo nhiệt độ :

CA40 = 2670 J/kg.độ , CA60 = 2760 J/kg.độ

= > CA50,25 = CA40 + ( 50 , 25 40 )

40 60

40 60

2670 2760

Lượng nước lạnh cần dùng cho thiết bị làm lạnh :

73 , 514 )

25 45 (

89 , 4180

) 35 5 , 65 ( 475 , 2745 514 )

.(

) ' ' (

1 2

1 2

t t C P G

n

P

Chương IV: TÍNH KẾT CẤU CỦA THÁP CHƯNG LUYỆN

I.Kết cấu dĩa phần luyện :

t1 tmi

n

b2

h2

1.Tính toán: Các công thức có gía trị sau được tra ở trang 236 Sổ tay QTTB tập 2 :

- Đường kính ống hơi của chóp dh = 50 mm = 0,05 m

- Số chóp phân bố trên đĩa :

2

1 , 0

h

d

D

n  Với D : đường kính trong của tháp , m

dh : đường kính ống hơi của chóp , m

05 , 0

8 , 0 1 , 0

) 2 ( h ch

h

d    Với ch :chiều dày chóp , chọn ch = 2,5 mm

2

 Công thức trang IX.215 trang 236 Sổ tay QTTB tập

4

2

 ; Vy -lưu lượng hơi đi trong đoạn luyện ,m3/h ;

 - hệ số trở lực của đĩa chóp , chọn  = 2 x ,y - khối lượng riêng trung bình của pha lỏng và hơi ,kg/m3