chưng cất hỗn hợp methanol nước

1 Lời mở đầu Công nghệ hóa học là một trong những ngành đóng góp rất lớn trong sự phát triển của nền công nghiệp hiện đại nước ta.Trong ngành sản xuất hóa chất cũng như sử dụng sản phẩm hóa học, nhu cầu sử dụng nguyên liệu có độ tinh khiết cao phải phù hợp với qui trình sản xuất hoặc nhu cầu sử dụng. Vì thế, các phương pháp nâng cao độ tinh khiết luôn luôn được cải tiến và đổi mới để ngày càng hòan thiện hơn, như là: cô đặc, hấp thụ, chưng cất, trích ly,… Tùy theo đặc tính yêu cầu của sản phẩm mà ta có sự lựa chọn phương pháp phù hợp. Đối với hệ Methanol – Nước là hai cấu tử tan lẫn vào nhau hoàn toàn và có sự khác biệt nhiệt sôi lớn, ta phải dùng phương pháp chưng cất để nâng cao độ tinh khiết của Methanol. Đồ án môn học Quá trình và Thiết bị là một môn học mang tính tổng hợp quá trình học tập của các kỹ sư công nghệ hóa – thực phẩm tương lai. Môn học giúp sinh viên giải quyết nhiệm vụ tính toán cụ thể về: yêu cầu công nghệ, kết cấu của một thiết bị trong sản xuất hóa chất - thực phẩm. Đây là bước đầu tiên để sinh viên vận dụng những kiến thức đã học của nhiều môn học vào giải quyết những vấn đề kỹ thuật thực tế một cách tổng hợp. Em chân thành cảm ơn thầy Nguyễn Ngọc Anh Tuấn cùng các thầy cô trong bộ môn Quá trình & Thiết bị đã hướng dẫn em tận tình trong thời gian qua. Tuy nhiên, trong quá trình hình thành đồ án không thể tránh những sai sót, em rất mong nhận được ý kiến đánh giá thầy cô về nội dung của đồ án. Tp HCM, ngày 7 tháng 12 năm 2013 Sinh viên Lê Trung Hiếu 2 1. Tổng quan 1.1. Giới thiệu về nguyên liệu 1.1.1. Methanol Methanol còn gọi là methyl alcohol, alcohol gỗ hoặc rượu mạnh gỗ là một hợp chất hóa học với công thức phân tử là CH 3 OH. Đây là chất lỏng không màu, dễ bay hơi và rất độc. Ở nhiệt độ phòng, methanol là một chất lỏng phân cực. Các thông số của methanol: - Phân tử lượng: 32,04 g/mol. - Khối lượng riêng: 0,7918 g/cm 3 . - Nhiệt độ nóng chảy: -97 o C (176K). - Nhiệt độ sôi: 64,5 o C ( 337,8K). - Độ nhớt: 0,59 Ns/m 2 ở 20 o C. Methanol được dùng làm chất chống đông, làm dung môi, làm nhiên liệu cho động cơ đốt trong, nhưng ứng dụng lớn nhất là làm nguyên liệu để sản xuất các hóa chất khác. - Dùng methanol trong sản xuất nhựa Urea- formaldehyd và nhựa phenol- formaldehyd. Những chất này là nguyên liệu cho ngành công nghiệp carton thô. 1.1.1. Nước Trong điều kiện bình thường, nước là chất lỏng không màu, không mùi, không vị nhưng khối nước dày sẽ có màu xanh nhạt. Tính chất vật lý: - Khối lượng phân tử : 18 g / mol - Khối lượng riêng d 4 o C : 1 g / ml - Nhiệt độ nóng chảy : 0 0 C - Nhiệt độ sôi : 100 0 C 1.1.2. Hỗn hợp Methanol-nước Bảng 1.1 Cân bằng lỏng-hơi cho hỗn hợp methanol-nước ở 1 atm [1, 39, 47] t o C 100 92,3 87,7 81,7 78 75,3 73,1 71,2 69,3 67,5 66 64,5 x 0 5 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 y 0 26,8 41,8 57,9 66, 5 72,9 77,9 82,5 87 91,5 95, 8 100 Ở đây: x là thành phần lỏng - y là thành phần hơi - t o C là nhiệt độ. 1.2. Lý thuyết về chưng cất 1.2.1. Khái niệm Chưng cất là quá trình dùng để tách các cấu tử của một 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 một nhiệt độ, áp suất hơi bão hòa của các cấu tử khác nhau). Thay vì đưa vào trong hỗn hợp một pha mới để tạo nên sự tiếp xúc giữa hai pha như trong quá trình hấp thu hoặc nhả khí, trong quá trình chưng cất pha mới được tạo nên bằng sự bốc hơi hoặc ngưng tụ. Khi chưng cất ta thu được nhiều cấu tử và thường thì hệ có bao nhiêu cấu tử sẽ thu được bấy nhiêu sản phẩm. Nếu xét hệ đơn giản chỉ có 2 cấu tử thì ta thu được 2 sản phẩm:  Sản phẩm đỉnh chủ yếu gồm cấu tử có độ bay hơi lớn và một phần rất ít các cấu tử có độ bay hơi bé. 3  Sản phẩm đáy chủ yếu gồm cấu tử có độ bay hơi bé và một phần rất ít cấu tử có độ bay hơi lớn. Kết luận: Khi chưng cất hệ methanol - nước thì sản phẩm đỉnh chủ yếu là methanol và sản phẩm đáy chủ yếu là nước. 1.2.2. Các phương pháp chưng cất  Phân loại theo áp suất làm việc: áp suất thấp, áp suất thường, áp suất cao.  Phân loại theo nguyên lý làm việc: chưng cất đơn giản, chưng bằng hơi nước trực tiếp, chưng cất đẳng khí.  Phân loại theo phương pháp cấp nhiệt ở đáy tháp: cấp nhiệt trực tiếp, cấp nhiệt gián tiếp.  Phân loại theo số cấu tử có trong hệ: hệ hai cấu tử, hệ ba cấu tử hoặc ít hơn mười cấu tử, hệ nhiều cấu tử ( trên mười cấu tử). Kết luận: Đối với hệ methanol - nước, chọn phương pháp chưng cất liên tục cấp nhiệt gián tiếp. 1.2.3. Thiết bị chưng cất Trong sản xuất thường dùng nhiều loại thiết bị chưng cất khác nhau. 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 chêm, tháp phun,… Ở đây ta khảo sát 2 loại thường dùng là tháp mâm và tháp chêm. - Tháp mâm: thân tháp hình trụ, thẳng đứng phía trong có gắn các mâm có cấu tạo khác nhau, trên đó pha lỏng và pha hơi được cho tiếp xúc với nhau. Tùy theo cấu tạo của đĩa, ta có: - Tháp mâm chóp: trên mâm bố trí có chóp dạng tròn, xupap, chữ s… - Tháp mâm xuyên lỗ: trên mâm có nhiều lỗ hay rãnh - Tháp chêm : tháp hình trụ, gồm nhiều bậc nối với nhau bằng mặt bích hay hàn. Vật chêm được cho vào tháp theo hai phương pháp: xếp ngẫu nhiên hay xếp thứ tự. 2. Quy trình công nghệ chưng cất hỗn hợp methanol – nước Hỗn hợp methanol - nước có nồng độ nhập liệu methanol 12% (theo phần khối lượng), nhiệt độ khoảng 30 0 C tại bình chứa nguyên liệu (1) được bơm (2) bơm lên bồn cao vị (3). Sau đó, hỗn hợp được gia nhiệt đến nhiệt độ sôi trong thiết bị đun sôi dòng nhập liệu (4), rồi được đưa vào tháp chưng cất (5) ở đĩa nhập liệu. Trên đĩa nhập liệu, chất lỏng được trộn với phần lỏng từ đoạn luyện của tháp chảy xuống. Trong tháp, hơi đi từ dưới lên gặp chất lỏng từ trên xuống. Ở đây, có sự tiếp xúc và trao đổi giữa hai pha với nhau. Pha lỏng chuyển động trong phần chưng càng xuống dưới càng giảm nồng độ các cấu tử dễ bay hơi vì đã bị pha hơi tạo nên từ hơi nước được cấp trực tiếp vào đáy tháp lôi cuốn cấu tử dễ bay hơi. Nhiệt độ càng lên trên càng thấp, nên khi hơi đi qua các đĩa từ dưới lên thì cấu tử có nhiệt độ sôi cao là nước sẽ ngưng tụ lại, cuối cùng trên đỉnh tháp ta thu được hỗn hợp có cấu tử methanol chiếm nhiều nhất (có nồng độ 98% phần khối lượng). Hơi này đi vào thiết bị ngưng tụ (6) và được ngưng tụ hoàn toàn. Một phần của chất lỏng ngưng tụ được hoàn lưu về tháp ở đĩa trên cùng. Phần còn lại được làm nguội tại thiết bị làm nguội sản phẩm đỉnh (7) rồi đưa về bình chứa sản phẩm đỉnh (8). Một phần cấu tử có nhiệt độ sôi thấp được bốc hơi, còn lại cấu tử có nhiệt độ sôi cao trong chất lỏng ngày càng tăng. Cuối cùng, ở đáy tháp ta thu được hỗn hợp lỏng hầu hết là các cấu tử khó bay hơi (nước). Hỗn hợp lỏng ở đáy có nồng độ methanol là 1% phần khối lượng, còn lại là nước. Dung dịch lỏng ở đáy đi ra khỏi tháp đi vào thiết bị nồi đun (9), rồi 4 được đưa qua thiết bị làm nguội sản phẩm đáy (10) và cuối cùng đi vào bồn chứa sản phẩm đáy (11). Hệ thống làm việc liên tục cho ra sản phẩm đỉnh là methanol, sản phẩm đáy là nước. Chú thích các kí hiệu trong qui trình: 1. Bồn chứa nguyên liệu 2. Bơm 3. Bồn cao vị 4. Thiết bị đun sôi nhập liệu. 5. Tháp chưng cất 6. Thiết bị ngưng tụ 7. Thiết bị làm nguội sản phẩm đỉnh 8. Bồn chứa sản phẩm đỉnh 9. Thiết bị nồi đun 10. Thiết bị làm nguội sản phẩm đáy 11. Bồn chứa sản phẩm đáy 12. Lưu lượng kế 13. Bẫy hơi 14. Bình phân phối 3. Tính cân bằng vật chất và năng lượng 3.1. Các thông số ban đầu  Chọn loại tháp chưng cất là tháp mâm xuyên lỗ và hoạt động theo chế độ liên tục.  Khi chưng cất hệ methanol – nước thì cấu tử dễ bay hơi là methanol và thu nhận ở sản phẩm đỉnh.  Hỗn hợp: • Methanol: CH 3 OH, M m = 32 g/mol. • Nước: H 2 O, M n = 18 g/mol.  Nhập liệu vào tháp ở trạng thái lỏng sôi. • Năng suất nhập liệu: 1500l/h • Nồng độ dòng nhập liệu: 12% khối lượng • Nồng độ dòng sản phẩm đỉnh: 98% khối lượng • Nồng độ dòng sản phẩm đáy: 1% khối lượng  Chọn • Nhiệt độ nhập liệu ban đầu: t F = 30 0 C. • Nhiệt độ sản phẩm đỉnh sau khi làm nguội: t D1 = 40 0 C • Nhiệt độ sản phẩm đáy sau khi làm nguội: t W1 = 50 0 C • Nhiệt độ nước ban đầu: t n = 30 0 C • Nhiệt độ nước sau khi làm nguội sản phẩm đỉnh: t n1 = 50 0 C.  Ký hiệu • G F , F: suất lượng nhập liệu tính theo kg/h, kmol/h. • G D , D: suất lượng sản phẩm đỉnh tính theo kg/h, kmol/h. • G W , W: suất lượng sản phẩm đáy tính theo kg/h, kmol/h. • G n : suất lượng khối lượng của nước làm lạnh, kg/h • t n , t n1 : nhiệt độ vào và ra của nước làm lạnh tại thiết bị ngưng tụ, 0 C • t sF : nhiệt độ nhập liệu lỏng sôi, 0 C 5 • L : suất lượng dòng hoàn lưu, kmol/h. • x i , i x : nồng độ phần mol, phần khối lượng của cấu tử i. 3.2. Cân bằng vật chất 3.2.1. Nồng độ phần mol của methanol trong tháp 0712,0 18/)12,01(32/12,0 32/12,0 /)1(/ / = −+ = −+ = nFmF mF F MxMx Mx x 965,0 18/)98,01(32/98,0 32/98,0 /)1(/ / = −+ = −+ = nDmD mD D MxMx Mx x 00565,0 18/)01,01(32/01,0 32/01,0 /)1(/ / = −+ = −+ = nWmW mW W MxMx Mx x 3.2.2. Suất lượng dòng nhập liệu, sản phẩm đáy và sản phẩm đỉnh Từ số liệu của bảng 1.1, xây dựng đồ thị t-x,y cho hệ Methnol- nước: Hình 3.1. Đồ thị t, x – y hệ methanol – nước Từ hình 3.1, tại x F = 0,0712, nhập liệu vào tháp chưng cất nhiệt độ là: t F = 90,1 0 C. Tra [1, 9, 1.2]khối lượng riêng của methanol tại 90,1 0 C: ρ m = 724,89 kg/m 3 Tra [1, 311, 1.249] khối lượng riêng của nước tại 90,1 0 C: ρ n = 965,23 kg/m 3 Khối lượng riêng của nhập liệu: 3 10.077,1 23,965 12,01 89,724 12,0 1 1 − = − += − += n F m F F xx ρρρ (3.1)  ρ F = 928,3 kg/m 3 Khối lượng mol của nhập liệu: molgMxMxM nFmFF /997,1818)0712,01(320712,0).1(. =×−+×=−+= Suất lượng nhập liệu: G F = V F × ρ F = 1,5 × 928,3 = 1392,45 kg/h Suất lượng mol nhập liệu: F = = = 73,3 kmol/h - Phương trình cân bằng vật chất cho toàn tháp F = D + W F × x F = D × x D + W × x W - Giải hệ phương trình sau:    ×=×+× =+ 0712,03,7300565,0965,0 3,73 WD WD ⇒ D = 5,01 kmol/h và W= 68,29 kmol/h Khối lượng mol của sản phẩm đáy: kmolkgMxMxM nwmww /08,1818)00565,01(3200565,0).1(. =×−+×=−+= Suất lượng khối lượng sản phẩm đáy: G w = M w × W = 1234,68 kg/h Suất lượng khối lượng sản phẩm đỉnh: G D = G F – G w = 1392,45 – 1234,68 = 157,77 kg/h Kết luận: Dòng nhập liệu Sản phẩm đáy Sản phẩm đỉnh Suất lượng khối lượng (kg/h) 1392,45 1234,68 157,77 Suất lượng mol (kmol/h) 73,3 68,29 5,01 6 Phần mol methanol 0,0712 0,00565 0,965 Phần khối lượng methanol 0,12 0,01 0,98 3.2.3. Tìm tỷ số hoàn lưu và dòng hoàn lưu - Từ bảng 3.1, xây dựng đồ thị cân bằng pha của hệ Methanol-nước ở áp suất 1atm. Hình 3.2. Đường cân bằng pha hệ methanol – nước - Với x F = 0,0712, xác định * F y từ hình 2 được * F y = 0,341  Tỷ số hoàn lưu tối thiểu: R min = = = 2,313  Tỷ số hoàn lưu: R = 1,3xR min + 0,3 = 1,32,313 +0,3 = 3,31 3.2.4. Các phương trình làm việc 3.2.4.1. Phương trình làm việc phần cất y = =  Phương trình làm việc phần cất: y = 0,768x + 0,224 3.2.4.2. Phương trình làm việc phần chưng Suất lượng mol tương đối của dòng nhập liệu 64,14 00565,00712,0 00565,0965,0 = − − = − − = WF WD xx xx f  Phương trình làm việc phần chưng: 01788,0.165,400565,0 131,3 64,141 . 131,3 64,1431,3 1 1 1 −=× + − + + + =⋅ + − +⋅ + + = xxx R f x R fR y W  y = 4,165x – 0,01788 3.2.5. Tính lưu lượng dòng hoàn lưu R = = = 3,31  Suất lượng mol dòng hoàn lưu: L = 16,58 kmol/h. Khối lượng mol của sản phẩm đỉnh: molgMxMxM nDmDD /51,3118)965,01(32965,0).1(. =×−+×=−+=  Suất lượng khối lượng dòng hoàn lưu: G L = M D × L = 31,5116,58 = 522,44 kg/h. 7 3.2.6. Tìm số mâm thực tế Hình 3.3. Số mâm lý thuyết của tháp chưng cất.  Tháp chưng cất có 11 mâm lý thuyết.  Vị trí đỉnh: - Với x D = 0,965, xác định * D y từ hình 3.2 được * D y = 0,985 Từ hình 3.1, tại x D = 0,965, sản phẩm ra khỏi tháp chưng cấtcó nhiệt độ là: t D = 65 0 C. Độ bay hơi tương đối: α = = = 2,382 Nội suy từ [1, 95, 1.102] Độ nhớt của nước ở 65 0 C: µ n = 0,4355 cP Dùng toán đồ[1, 90, 1.18] Độ nhớt của methanol ở 65 0 C: µ m = 0,336 cP Độ nhớt của sản phẩm đỉnh: lgµ D = (1- x D )lg µ n + x D lg µ m (3.2) lgµ D = lg0,4355 (1 - 0,965) + lg 0,336 0,965 => µ D = 0,339 cP => αµ D = 0,339 2,382 = 0,81 Tra [2, 171, IX.11] Hiệu suất trung bình tại vị trí đỉnh: E d = 51,5%  Vị trí nhập liệu : - Với x F = 0,0712, xác định * F y từ đồ thị 2 được * F y = 0,341 Từ hình 3.1, tại x F = 0,0712nhập liệu đi vào tháp chưng cất có nhiệt độ là: t F = 90,1 0 C. Độ bay hơi tương đối: α = = = 6,75 Nội suy từ [1, 95, 1.102] Độ nhớt của nước ở 90,1 0 C: µ n = 0,316 cP Dùng toán đồ từ [1, 90, 1.18] Độ nhớt của methanol ở 90,1 0 C: µ m = 0,265 cP Độ nhớt của dòng nhập liệu theo (3.2): => µ F = 0,312 cP => αµ F = 0,312 6,75 = 2,106 Tra [2, 171, IX.11] Hiệu suất trung bình tại vị trí nhập liệu: E F = 41,5%  Vị trí đáy: - Với x W = 0,00565, xác định * W y từ hình 3.2 được * W y = 0,0368 Từ hình 3.1, tại x W = 0,00565, sản phẩm đáy đi ra tháp chưng cất có nhiệt độ là: t w = 99 0 C. Độ bay hơi tương đối: α = = = 6,724 Nội suy từ [1, 95, 1.102] Độ nhớt của nước ở 99 0 C: µ n = 0,2868 cP Nội suy từ [1, 90, 1.18] Độ nhớt của methanol ở 99 0 C: µ m = 0,243 cP 8 Độ nhớt của sản phẩm đáy theo (3.2): => µ w = 0,287 cP αµ w = 0,287 x 6,724 = 1,927 Tra [2, 171, IX.11] Hiệu suất trung bình tại vị trí đáy: E d = 42,5%. Hiệu suất trung bình: = = = 45,17  Số mâm thực tế: Số mâm thực tế: N tt = = = 24,35. Số mâm phần cất: N tL = = 13 Số mâm phần chưng: N tC = = 11 Kết luận: Tháp chưng cất hệ methanol – nước có 24 mâm và 1 nồi đun. 3.3. Cân bằng năng lượng 3.3.1. Nhiệt lượng tại thiết bị ngưng tụ D D D Q = G × (1 + R) × r , (J/h) (IX.159, [2]) (3.3) Nội suy từ [1, 257, 1.213] Nhiệt hóa hơi của methanol tại 65 0 C: r m = 1119,97 kJ/kg. Tra từ [1, 312, 1.250] Nhiệt hóa hơi của nước tại 65 0 C: r n = 2345,2 kJ/kg. Nhiệt hóa hơi của sản phẩm đỉnh tại 65 0 C: r D = r m + (1 - )r n r D = 0,981119,97 + (1 – 0,98)2345,2 = 1144,5 kJ/kg. Nhiệt lượng tại thiết bị ngưng tụ: Q nt = G D (R + 1)r D = 157,77(3,31 + 1)1144,5 = 7,7810 5 kJ/h.  Suất lượng nước làm lạnh cần dùng: Cân bằng nhiệt: Q nt = (R + 1)G D r D = G n C n (t n1 – t n ) Nội suy từ [1, 165, 1.147] Nhiệt dung riêng nước lạnh tại 40 0 C ( = : C n = 0,99869 Kcal/kg. 0 C = 4,181 kJ/kg. 0 C.  G n = = = 9304 kg/h 3.3.2. Nhiệt lượng trao đổi thiết bị làm nguội sản phẩm đỉnh. Q lnD = G D C D (t D1 – t D ) = , (J/h) (IX.166, [2]) (3.4) [1, 165, 1.147] Nhiệt dung riêng của nước tại 52,5 0 C ( t = ): C n = 0,99939 Kcal/kg. 0 C = 4,184kJ/kg. 0 C [1, 172, 1.154] Nhiệt dung riêng của methanol tại 52,5 0 C: C m = 2726,25 J/kg. 0 C Nhiệt dung riêng của sản phẩm đỉnh: C D = C m + (1 - )C n (3.5) C D = 0,982,72625 + (1 – 0,98)4,184 = 2,755 kJ//kg. 0 C Nhiệt lượng trao đổi nhiệt tại thiết bị làm nguội sản phẩm đỉnh: Q lnD = G D C D (t D1 – t D ) = 157,772,755(65 – 40) = 10868kJ/h.  Suất lượng nước làm lạnh cần dùng tại thiết bị làm nguội sản phẩm đỉnh: [1, 165, 1.147] Nhiệt dung riêng của nước tại 40 0 C ( t = ): C n = 0,99869 Kcal/kg. 0 C = 4,181 kJ/kg. 0 C  G nlnD = = = 129,97 kg/h 3.3.3. Nhiệt lượng tại thiết bị đun sôi nhập liệu. Cân bằng nhiệt lượng của thiết bị đun sôi nhập liệu: Q D1 + Q f = Q F + Q ng1 + Q xq1 , (J/h) (IX.149, [2]) (3.6) Q D1 : nhiệt lượng do hơi đốt mang vào - Q f : nhiệt lượng do nhập liệu mang vào - Q F : nhiệt lượng do nhập liệu mang ra - Q ng1 : nhiệt lượng do nước ngưng mang ra - Q xq1 : nhiệt lượng mất ra môi trường xung quanh lấy bằng 5%nhiệt tiêu tốn • Nhiệt lượng do hơi đốt mang vào Q D1 : Q D1 = D 1 (r 1 + C 1 t 1 ) (IX.150, [2]) (3.7) D 1 : lượng hơi đốt kg/h 9 r 1 : nhiệt hóa hơi của nước ở 2at, 2208kJ/kg. C 1 : nhiệt dung riêng của nước ngưng, 1,014 (kcal/kg) = 4,245(kJ/kg) t 1 : nhiệt độ nước ngưng ở 2at, t 1 = 119,62 0 C [1, 166, 1.148].  Q D1 = D 1 (2208 +4,245 119,62) = 2715,8 D 1 (kJ/h). • Nhiệt lượng do nhập liệu mang vào Q f : Q f = G F C f t F , (J/h) (IX.151. [2]) (3.8) [1, 172, 1.154]Nhiệt dung riêng methanol của nhập liệu tại 30 0 C: C m = 2,620 kJ/kg. 0 C [1, 165, 1.249] Nhiệt dung riêng của nước tại 30 0 C: C n = 0,99866 Kcal/kg. 0 C = 4,181 kJ/kg. 0 C. Nhiệt dung riêng của nhập liệu(3.5):C f = 0,122,620 + (1 – 0,12)4,181 = 3,994 kJ//kg. 0 C Nhiệt lượng nhập liệu tại thiết bị gia nhiệt: Q f = G F C f t F = 1392,453,99430= 1,6710 5 kJ/h. • Nhiệt lượng do nhập liệu mang ra: Q F = G F C F t sF , (J/h) (IX.152, [2]) (3.9) [1, 172, 1.154] Nhiệt dung riêng methanol của nhập liệu tại 90,1 0 C: C m = 2,913 kJ/kg. 0 C [1, 165, 1.249] Nhiệt dung riêng của nước tại 90,1 0 C: C n = 1,00504 Kcal/kg. 0 C = 4,208 kJ/kg. 0 C. Nhiệt dung riêng của nhập liệu(3.5):C F = 0,122,913+(1 – 0,12)4,208 = 4,053 kJ//kg. 0 C Nhiệt lượng nhập liệu tại thiết bị gia nhiệt: Q F = G F C F t sF = 1392,454,05390,1= 5,0810 5 kJ/h. • Nhiệt lượng do nước ngưng mang ra Q ng1 :Q ng1 = D 1 C 1 t 1 , (IX.153, [2]) (3.10) Q ng1 = D 1 4,245 119,62 = 507,8 D 1 kJ/h. • Nhiệt lượng mất ra môi trường xung quanh: Q xq1 = 0,05 D 1 r 1 = 0,05 D 1 2208 = 110,4 D 1 kJ/h. • Lượng hơi đốt cần thiết để đun nóng dòng nhập liệu: 2715,8 D 1 + 1,6710 5 = 5,0810 5 + 507,8 D 1 + 110,4 D 1 => D 1 = 163 kg/h. 3.3.4. Nhiệt lượng trao đổi thiết bị làm nguội sản phẩm đáy [1, 165, 1.249] Nhiệt dung riêng của nước tại 72 0 C ( t = : C n = 1,0016 Kcal/kg. 0 C = 4,193 kJ/kg. 0 C. [1, 172, 1.154] Nhiệt dung riêng methanol của sản phẩm đáy ở 72 0 C: C m = 2,82 kJ/kg. 0 C Nhiệt dung riêng của sản phẩm đáy:C w = 0,012,82 + (1 – 0,01)4,193= 4,179 kJ//kg. 0 C Nhiệt lượng trao đổi tại thiết bị làm nguội sản phẩm đáy: Q w = G w C w (t w2 – t w1 ) = 1234,684,179(99 – 45) = 2,7910 5 kJ/h.  Suất lượng nước làm lạnh cần dùng tại thiết bị làm nguội sản phẩm đáy: [1, 165, 1.147] Nhiệt dung riêng của nước tại 40 0 C ( t = ): C n = 0,99869 Kcal/kg. 0 C = 4,181 kJ/kg. 0 C  G nlnD = = = 3336,52 kg/h 3.3.5. Nhiệt lượng cung cấp cho đáy tháp Tổng lượng nhiệt mang vào tháp bằng tổng nhiệt lượng mang ra: Q F,ra + Q D2 + Q R = Q nt + Q W,ra + Q xq + Q ng2 , (IX.156, [2]) (3.11) Q F,ra : nhiệt lượng nhập liệu vào tháp - Q D2 : nhiệt lượng do hơi đốt mang vào tháp - Q R : nhiệt lượng do dòng hoàn lưu mang vào tháp. - Q y : nhiệt lượng do hơi mang ra ở đỉnh tháp. - Q w,ra : nhiệt lượng do sản phẩm đáy mang ra. - Q xq : nhiệt lượng tổn thất bằng 5% nhiệt tiêu tốn ở đáy tháp. - Q ng2 : nhiệt lượng do nước ngưng mang ra. - D 2 : lượng hơi đốt cần thiết để đun sôi dung dịch trong tháp. • Nhiệt lượng do dòng hoàn lưu mang vào tháp 10 [...]... = 958,81 kg/m3 [1, 9, 1.2]Khi lng riờng ca methanol: m = 714,66 kg/m3 Khi lng riờng ca sn phm ỏy theo (3.1) => = 955,55 kg/m3 [1, 310, 1.249] Sc cng b mt ca nc: n = 0,5897 N/m [1,301,1.242] Sc cng b mt ca methanol: m = 0,01576 N/m Sc cng b mt sn phm ỏy theo (4.4): = 0,0153 N/m [1, 310, 1.249]H s dn nhit ca nc: n = 0,68188 W/mK [1, 134, 1.130]H s dn nhit ca methanol: m = 0,19909 W/mK m xW + n (1 ... N.s/m2 [8, 16, 9] nht ca methanol: àm = 2,415.10-4 N.s/m2 p dng cụng thc (3.2): à = 2,853.10-4 N.s/m2 [1, 310, 1.249] Nhit dung riờng ca nc: Cn = 4219,52 J/kgK [1, 172, 1.154] Nhit dung riờng ca methanol: Cm = 2961,85 J/kgK => Nhit dung riờng ca sn phm ỏy theo : C = Cm x W + Cn (1 - x W ) = 4206.94 J/kgK 24 [1, 312, 1.250]Nhit húa hi ca nc:rn = 2261,56 kJ/kg [8, 38, 45]Nhit húa hi ca methanol: rm = 1015,35... nhit ny thỡ: Khi lng riờng ca nc: n = 976,6 (kg/m3) Khi lng riờng ca methanol: m = 744 (kg/m3) = 973,56 (kg/m3) [1,310, 1.249] nht ng hc ca nc: àn = 0,39110-3N.s/m2 [8, 16, 9] nht ca methanol: àm = 3,144.10-4N.s/m2 nht ca sn phm ỏy 720C theo (3.2) à = 3,905.10-4 N.s/m2 H s dn nhit ca nc: n = 0,669 (W/mK) H s dn nhit ca methanol: m = 0,203 (W/mK) Nờn: = m.xW + n.(1 - xW) 0,72 xW.(1 - xW)(n-... nc: àn = 4,4696.10-4 N.s/m2 nht ca methanol: àm = 3,4124.10-4 N.s/m2 p dng cụng thc (3.2) àW1= 4,463.10-4 N.s/m2 H s dn nhit ca nc: n = 0,66156 W/mK [1, 134, 1.130]H s dn nhit ca methanol: m = 0,20494 W/mK Nờn: w = m x w + n (1 x w ) 0,72 x w (1 x w )( n m ) = 0,65374 W/mK Nhit dung riờng ca nc: cn = 4183,0 J/kgK 27 [1, 172, 1.154] Nhit dung riờng ca methanol: cm = 2776 J/kgK Nờn: cw = cm... thỡ: Khi lng riờng ca nc: n = 980,95 (kg/m3) [1, 9, 1.2]Khi lng riờng ca methanol: m = 751,83 (kg/m3) p dng cụng thc (3.1) = 755,36 (kg/m3) nht ca nc: àn = 4,3994.10-4 (N.s/m2) nht ca methanol: àm = 3,383.10-4 (N.s/m2) p dng cụng thc (3.2) à = 3,414.10-4 (N.s/m2) H s dn nhit ca nc: n = 0,66234 (W/mK) [1, 134, 1.130]H s dn nhit ca methanol: m = 0,2048 (W/mK) Nờn: = m.xD + n.(1 - xD) 0,72 xD.(1 - xD)(n-... ny thỡ: Khi lng riờng ca nc: n = 983,17kg/m3 [1, 9, 1.2]Khi lng riờng ca methanol: m = 755,95kg/m3 p dng cụng thc (3.1) => = 948,94 kg/m3 nht ca nc: àn = 4,696.10-4 N.s/m2 nht ca methanol: àm = 3,5.10-4 N.s/m2 p dng cụng thc (3.2) => à = 4,6.10-4 N.s/m2 H s dn nhit ca nc: n = 0,65896 W/mK [1, 134, 1.130]H s dn nhit ca methanol: m = 0,20549 W/mK Nờn: = m x F + n (1 x F ) 0,72.x F (1 x F... tw1 - qtrt = 111,74 (oC) Ti nhit ny thỡ: Khi lng riờng ca nc: 949,63 Khi lng riờng ca methanol: 699,912 = 910,64 nht ca nc: àn = 2,552.10-4 (N.s/m2) nht ca methanol: àm = 2,2239.10-4 (N.s/m2) 32 p dng cụng thc (3.2) àW2 = 2,53.10-4 (N.s/m2) H s dn nhit ca nc: n = 0,684348 (W/mK) [1, 134, 1.130]H s dn nhit ca methanol: m = 0,1978 (W/mK) Nờn: W2 = n.xF + m.(1 - xF) 0,72 xF.(1 - xF)(n- m) = 0,589... ca nc: n = 986,85 (kg/m3) [1, 9, 1.2]Khi lng riờng ca methanol: m = 762,75 (kg/m3) p dng cụng thc (3.1) = 766,23 (kg/m3) [1,310, 1.249] nht ng hc ca nc: àn = 0,52810-3(N.s/m2) [8, 16, 9] nht ca methanol: àm = 3,8475.10-4(N.s/m2) nht ca sn phm nh 52,50C (3.2): à = 3,89.10-4 N.s/m2 H s dn nhit ca nc: n = 0,65 (W/mK) [1, 134, 1.130]H s dn nhit ca methanol: m = 0,206 (W/mK) Nờn: = n.xD + m.(1 - xD)... ny thỡ: nht ca nc: àn = 5,86.10-4 N.s/m2 nht ca methanol: àm = 4,165.10-4 N.s/m2 àW1= 4,22.10-4 N.s/m2 H s dn nhit ca nc: n = 0,6425 W/mK [1, 134, 1.130]H s dn nhit ca methanol: m = 0,207 W/mK Nờn: w1 = m x D + n (1 x D ) 0,72 x D (1 x D )( n m ) = 0,2096 W/mK Nhit dung riờng ca nc: cn = 4178,0 J/kgK [1, 172, 1.154] Nhit dung riờng ca methanol: cm = 2697,95 J/kgK Nờn: cw1 = cm x D + cn... lc do sc cng b mt Ps 4.2.2.1 Phn ct [1, 301, 1.242] Sc cng b mt methanol 72,70C: m = 0,0182 N/m [1, 311, 1.249] Sc cng b mt nc 72,70C: n = 0,6391 N/m p dng cụng thc : = + = + = 56,5098 ([I.76, [1]) (4.4) hhL = 0,0177 N/m Mõm cú ng kớnh l ln hn 1mm: PsL = = = 13,61 N//m2 (IX.142, [2]) 13 4.2.2.2 Phn chng [1, 301, 1.242] Sc cng b mt methanol 93,80C: m = 0,0163 N/m [1, 311, 1.249] Sc cng b mt nc . hơi - t o C là nhiệt độ. 1.2. Lý thuyết về chưng cất 1.2.1. Khái niệm Chưng cất là quá trình dùng để tách các cấu tử của một hỗn hợp lỏng (cũng như hỗn hợp khí lỏng) thành các cấu tử riêng biệt. ml - Nhiệt độ nóng chảy : 0 0 C - Nhiệt độ sôi : 100 0 C 1.1.2. Hỗn hợp Methanol-nước Bảng 1.1 Cân bằng lỏng-hơi cho hỗn hợp methanol-nước ở 1 atm [1, 39, 47] t o C 100 92,3 87,7 81,7 78 75,3. hệ methanol - nước, chọn phương pháp chưng cất liên tục cấp nhiệt gián tiếp. 1.2.3. Thiết bị chưng cất Trong sản xuất thường dùng nhiều loại thiết bị chưng cất khác nhau. Nếu pha khí phân tán