phương pháp chưng cất rượu etylic

Chưng cất là phương pháp dùng để tách các hỗn hợp lỏng còng nh các hỗn hợp khí – lỏng thành các cấu tử riêng biệt, dùa vào độ bay hơi khác nhau của các cấu tử trong hỗn hợp.. Theo đề bài

Phương pháp chưng cất rượu etylic

phÇn I MỞ ĐẦU

• Giới thiệu chung về dây chuyền sản xuất.

Chưng cất là phương pháp dùng để tách các hỗn hợp lỏng còng nh các hỗn hợp khí – lỏng thành các cấu tử riêng biệt, dùa vào độ bay hơi khác nhau của các cấu tử trong hỗn hợp Khi chưng cất, hỗn hợp đầu có bao nhiêu cấu tử thì ta thu được bấy nhiêu cấu tử sản phẩm Theo đề bài thì hỗn hợp đầu gồm 2 cấu tử là RượuEtylic và Nước nên được gọi là chưng cất hỗn hợp 2 cấu tử.Sau quá trình chưng cất, ta thu được sản phẩm đỉnh là cấu tử có độ bay hơi lớn hơn(RượuEtylic) và một phần rất Ýt cấu tử có độ bay hơi bé hơn (Nước) Sản phẩm đáy gồm hầu hết các cấu tử khó bay hơi (Nước) và một phần rất Ýt cấu tử dề bay hơi (RươuEtylic)

Trong trường hợp này ta dùng tháp chưng luyện loại tháp đệm, làm việc

ở áp suất thường (1at) với hỗn hợp đầu vào ở nhiệt độ sôi

PHẦN II SƠ ĐỒ DÂY CHUYỀN CÔNG NGHỆ.

I SƠ ĐỒ DÂY CHUYỀN CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT (HÌNH 1)

II THUYẾT MINH SƠ ĐỒ.

Nguyên liệu đầu được chứa trong thùng chứa (1) và được bơm (2) bơm lên thùng cao vị (3) Mức chất lỏng cao nhất và thấp nhất ở thùng cao vị được khống chế bởi của chảy tràn Hỗn hợp đầu từ thùng cao vị (3) tự chảy xuống thiết bị đun nóng hỗn hợp đầu (4), quá trình tự chảy này được theo dõi bằng đồng hồ lưu lượng Tại thiết bị gia nhiệt hỗn hợp đầu (4) (dùng hơi nước bão hoà), hỗn hợp đầu được gia nhiệt tới nhiệt độ sôi, sau khi đạt tới nhiệt độ sôi, hỗn hợp này được đưa vào đĩa tiếp liệu của tháp chưng luyện loại tháp đệm

(5) 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 pha hơi ngày càng giầu cấu tử dễ bay hơi, pha lỏng ngày càng giầu cấu tử khó bay hơi Cuối cùng trên đỉnh tháp ta

sẽ thu được hầu hết là cấu tử dễ bay hơi (RượuEtylic) và một phần rất Ýt cấu

tử khó bay hơi(Nước) Hỗn hợp hơi này được đi 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 ngưng tụ chưa đạt yêu cầu được đi qua thiết bị phân dòng (7) để hồi lưu trở về đỉnh tháp, phần còn lại được đưa vào thiết bị làm lạnh (8) để làm lạnh đến nhiệt độ cần thiết sau đó đi vào thùng chứa sản phẩm đỉnh (10)

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 sôi thấp lại bốc hơi đi lên, một phần cấu

tử khó bay hơi trong pha hơi sẽ ngưng tụ đi xuống Do đó nồng độ cấu tử khó bay hơi trong pha lỏng ngày càng tăng, cuối cùng ở đáy tháp ta thu được hỗn hợp lỏng gồm hầu hết là cấu tử khó bay hơi (Nước) và một phần rất Ýt cấu tử

dễ bay hơi (RượuEtylic), hỗn hợp lỏng này được đưa ra khỏi đáy tháp, qua thiết bị phân dòng, một phần được đưa ra thùng chứa sản phẩm đáy (11), một phần được tận dụng đưa vào nồi đun sôi đáy tháp (9) dùng hơi nước bão hoà Thiết bị (9) này có tác dụng đun sôi tuần hoàn và bốc hơi hỗn hợp 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 (12)

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

III CHẾ ĐỘ THUỶ ĐỘNG CỦA THÁP ĐỆM.

Trong tháp đệm có 3 chế độ thuỷ động là chế độ chảy dòng, chế độ quá

độ và chế độ xoáy

Khi vận tốc khí bé, lực hót phân tử lớn hơn và vượt lực lỳ Lúc này quá trình chuyển khối được xác định bằng dòng khuyếch tán phân tử Tăng vận tốc lên lực lỳ trở nên cân bằng với lực hót phân tử Quá trình chuyển khối lúc này không chỉ được quyết định bằng khuyếch tán phân tử mà cả bằng khuyếch tán đối lưu Chế độ thuỷ động này gọi là chế độ quá độ Nếu ta tiếp tục tăng vận tốc khí lên nữa thì chế độ quá độ sẽ chuyển sang chế độ xoáy Trong giai đoạn này quá trình khuyếch tán sẽ được quyết định bằng khuyếch 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 tháp và trở thành pha liên tục, còn pha khí phân tán vào trong chất 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 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 tăng 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 mét Ýt vì quá trình chuyển khối trong giai đoạn sủi bọt là mạnh nhất, nhưng vì trong giai đoạn đó ta sẽ khó khống chế quá trình làm việc

Ưu điểm 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

IV BẢNG KÊ CÁC KÝ HIỆU THƯỜNG DÙNG TRONG BẢN ĐỒ ÁN.

- F: Lượng hỗn hợp đầu, kg/h (hoặc kg/s, kmol/h)

- P: Lượng sản phẩm đỉnh, kg/h (hoặc kg/s, kmol/h)

- W: Lượng sản phảm đáy, kg/h (hoặc kg/s, kmol/h)

- Các chỉ sè F, P, W, A, B : tương ứng chỉ đại lượng đó thuộc về hỗn hợp đầu, sản phẩm đỉnh, sản phẩm đáy củaRượuEtylic và Nước

- a: nồng độ phần khối lượng, RượuEtylic kg /kg hỗn hợp

- x: nồng độ phần mol, kmol RượuEtylic /kmol hỗn hợp

- M: Khối lượng mol phân tử, kg/kmol

- µ: độ nhít, Ns/m2

- ρ: khối lượng riêng, kg/m3

- Các chỉ sè A, B, x, y, hh: tương ứng chỉ đại lượng thuộc về cấu tử RượuEtylic, Nước, thành phần lỏng, thành phần hơi và hỗn hợp

- Ngoài ra các ký hiệu cụ thể khác được định nghĩa tại chỗ

Phần IIi Tính toán thiết bị chính

I TÍNH CÂN BẰNG VẬT LIỆU.

I.1 Tính toán cân bằng vật liệu.

I.1.1 Hệ phương trình cân bằng vật liệu.

- Phương trình cân bằng vật liệu chung cho toàn tháp

w F

a a

a a

F: năng suất tính theo hỗn hợp đầu, kg/s hoặc kg/h

aF, ap, aw: lần lượt là nồng độ cấu tử dễ bay hơi trong hỗn hợp đầu, sản phẩm

đỉnh, sản phẩm đáy, phần khối lượng

Đầu bài cho F = 3200(kg/h)

Vậy ta có lượng sản phẩm đỉnh là:

67 , 1386 03

, 0 93 , 0

03 , 0 42 , 0 3200

w F

a a

a a

B A

A

A A

M

a M

a

M

a x

+

Trong đó:

aA, aB: nồng độ phần khối lượng của RượuEtylic và Nước

Ma, MB: khối lượng mol phân tử củaRượuEtylic và Nước

F

A F F

M

a M

a

M

a x

− +

18

42 , 0 1 46

42 , 0 46

42 , 0

=

− +

B

P A

P A P P

M

a M

a

M

a x

− +

18

93 , 0 1 46

93 , 0 46

93 , 0

=

− +

( )

B

w A

w

A w w

M

a M

a

M

a x

− +

=

18

03 , 0 1 46

03 , 0 46

03 , 0

=

− +

- Khối lượng phân tử trung bình của hỗn hợp đầu.

3200 /

h kmol M

h kg

67,1386/

kmol M

h kg

33 , 1813 /

h kmol M

h kg W

297 , 132

I.2 Xác định số bậc thay đổi nồng độ.

I.2.1 Xác định R min dùa trên đồ thị y – x.

Dựng đường cân bằng theo số liệu đường cân bằng sau: [II – 145]

y 0 33,

2

44,2

- Từ số liệu trong bảng trên ta vẽ đồ thị đường nồng độ cân bằng lỏng(x)_ hơi(y) ta có:B m ax =0.44 (kẻ tiếp tuyến với đường nồng độ cân bằng cắt trục tung ở đâu đó là B m ax ).mà

Rmin=0,906

-Cho các giá trị từ 1đến 7 của B<Bmax ta tìm được những số đĩa khác nhau

Ta có kết quả trong bảng sau:

trong đó có 12đoạn luyện và 2 đoạn chưng

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

Cơ sở của việc chọn Rth theo tiêu chuẩn thể tích tháp nhỏ nhất là:

H: chiều cao của tháp

S: tiết diện của tháp

1 min max = R +

x

Nlt: sè bậc thay đổi nồng độ (số đĩa lý thuyết)

.2.3 Phương trình đường nồng độ làm việc của đoạn luyện.

1

1 + + +

=

x

P x

x

R

X x R

Rx : chỉ số hồi lưu

Thay số liệu vào ta có

1 49 , 3

839 , 0 1 49 , 3

49 , 3 1

R

y

x

P x

x

yL = 0,78x + 0,187

I.2.4 Phương trình đường nồng độ làm việc của đoạn chưng.

w x x

R

f x R

f R

834 ,

1 957 , 3 1

49 , 3

957 , 3 49 , 3 1

1

−

− +

+

= +

−

− +

+

R

f x R

f R

x x

x

yyc = 1,66x – 0,0079

II TÍNH ĐƯỜNG KÍNH THÁP CHƯNG LUYỆN.

Đường kính tháp được xác định theo công thức

( y y)tb tb

g D

ω

ρ 0188

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

(ρy.ϖy)tb: tốc độ hơi trung bình đi trong tháp, kg/m2.s

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

II.1 Đường kính đoạn luyện.

II.1.1 Xác định lượng hơi trung bình đi trong đoạn luyện.

Lượng hơi trung bình đi trong đoạn luyện 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

2

1

g g

gtb: lượng hơi trung bình đi trong đoạn luyện, kg/h

gđ: lượng hơi đi ra khỏi đĩa trên cùng của tháp, kg/h

gl: lượng hơi đi vào đĩa dưới cùng của tháp, kg/h

• Lượng hơi ra khỏi đỉnh tháp

g1 = G1 + Gp (1) (1)

g1.y1 = G1.x1 + Gp.xp (2) [II - 182]

[II - 182]

g1.r1 = gđ.rđ (3)

Trong đó:

y1: hàm lượng hơi đi vào đĩa 1 của đoạn luyện, phần khối lượng

G1: lượng lỏng đối với đĩa thứ nhất của đoạn luyện

r1: Èn nhiệt hoá hơi của hỗn hợp hơi đi vào đĩa

rđ: Èn nhiệt hoá hơi của hỗn hợp hơi đi ra khỏi đỉnh tháp

2 =

= H O

b r

588 , 145 1 , 150 2

II.1.2 Tính khối lượng riêng trung bình

• Khối lượng riêng trung bình đối với pha hơi được tính theo

273

4 , 22

).

1 (

1 1

T

M y M

y tb

− +

=

[II - 183]

Trong đó:

MA MB: khối lượng phần mol của cấu tử Rượu Etylic và Nước

T: nhiệt độ làm việc trung bình của tháp, 0K

ytb1: nồng độ phần mol của cấu tử 1 lấy theo giá trị trung bình

2

1 1 1

c d tb

y y

, 40101

686 , 39427 08 , 159

1

r

r g

6002 , 0 2

359 , 0 8414 , 0 2

1 1

tb

y y

4 , 22

).

1 (

1 1

T

M y M

y tb

− +

=

ρ

198 , 1 354

4 , 22

18 ).

6002 , 0 1 ( 46 6002 ,

1

1 1 1

tb tb

tb x

tb x

a a

ρ ρ

ρ

− +

93 , 0 42 , 0 2

tb

a a

839 , 0 221 , 0 2

tb

x x

2 1 1

1 1 1

tb tb

tb x

tb x

a a

ρ ρ

675 , 0 1 61 , 736

675 ,

74 , 799

=

⇒ ρx tb kg/m3

II.1.3 Tính tốc độ hơi đi trong tháp

Tốc độ hơi đi trong tháp đệm

.

2

.

 

=

y

x

x d

y d s

ρ σ ω

[II – 187]

8 / 1 4

/ 1

x G

ρ , :khối lượng riêng trung bình của pha lỏng và pha hơi, kg/m3

µx, µn: độ nhít của pha láng theo nhiệt độ trung bình và độ nhít của nước ở

, 799

198 , 1 429 , 1

0436 , 1

8 / 1 4

/ 1 8

/ 1 4

/ 1

x G

G

X

ρ ρ

Khối lượng riêng xốp, ρđ, kg/m3

Từ công thức:

16 , 0 3

.

2

.



y d s

ρ σ

ω

[II – 187]

16 , 0 3 3

3 16

, 0

3 2

10 005 , 1

10 403 , 0 198 , 1 165

74 , 799 76 , 0 81 , 2227 , 0

.

.

x d s

tb

tb

V g Y

µ

µ ρ σ

ρ ω

70 , 5145

0188 , 0

0188 ,

=

tb y y

tb L

g D

ω

Quy chuẩn đường kính đoạn luyện là DL=0,9 (m)

• Thử lại điều kiện làm việc thực tế.

- Tốc độ hơi thực tế đi trong đoạn luyện là:

87 , 1 198 , 1 ) 9 , 0 (

) 0188 , 0 (

7 , 5145

87 , 1

76 , 0 4

V d

913 , 48 0184 , 0

9 , 0

II 2 Đường kính đoạn chưng

II.2.1 Lượng hơi trung bình đi trong tháp

1 ' '

1: lượng hơi đi vào đoạn chưng, kmol/h

Vì lượng hơi đi ra khỏi đoạn chưng bằng lượng hơi đi vào đoạn luyện (g’

1: Èn nhiệt hoá hơi của hỗn hợp hơi đi vào đĩa thứ nhất của đoạn chưng

xw: thành phần cấu tử dễ bay hơi trong sản phẩm đáy

r1: Èn nhiệt hoá hơi của hỗn hợp hơi đi vào đĩa trên cùng của đoạn chưng

a

66 , 40571

145 2

14, 146 588 ,

145 2

1

'1

II.2.2 Tính khối lượng riêng trung bình

• Khối lượng riêng trung bình đối với pha hơi được tính theo

273

4 , 22

).

1 (

1 1

T

M y M

y tb

− +

T: nhiệt độ làm việc trung bình của tháp, 0K.

ytbc: nồng độ phần mol của cấu tử 1 lấy theo giá trị trung bình

2

1

1 c d tb

y y

359 , 0 01202 , 0 2

4 , 22

).

1 (

1 1

T

M y M

y tb

− +

=

ρ

7687 , 0 273 69

, 367 4 , 22

18 ).

1855 , 0 1 ( 46 1855 ,

1

tb tb

tb x

tb x

a a

ρ ρ

ρ

− +

' 1

1

a a

03 , 0 42 , 0 2

' 1

1

x x

=

2 1 1

1 1 1

tb tb

tb x

tb x

a a

ρ ρ

225 , 0 1 25 , 724

225 ,

23 , 897

=

⇒ ρx tb kg/m3

II.2.3 Tính tốc độ hơi đi trong đoạn chưng

- Các công thức còng nh ý nghĩa các ký hiệu có trong các công thức tính tốc độ hơi đi trong đoạn chưng tương tù nh trong đoạn luyện, chỉ khác về trị số nên trong phần này không giải thích lai

• Tính G x , G y

Ta có Gy = g’tb.Mytbc = 145,864.23,194=3383,17 kg/h

93977 , 0 3600

17 ,

3383 =

=

150 , 241 2

846 , 237 297 , 132 158 , 112 2

' 1

lgµhh = 0,1165.lg(0,3733.10-3) + (1 – 0,1165)lg(0,3157.10-3)

 µhh = µx = 0,3219.10-3 Ns/m2

Thay số liệu đã tính được ta có

4589 , 0 23

, 897

7687 , 0 17 , 3383

33 , 5127

8 / 1 4

/ 1 8

/ 1 4

/ 1

x G

G

X

ρ ρ

Y = 1,2e-4.0,4598 = 0,1914

Chọn loại đệm vòng Rasiga bằng sứ đổ lộn xén nh đã chọn ở trên

Từ công thức:

16 , 0 3

.

2

.



y d s

ρ σ

ω

[II – 187]

[II – 187]

16 , 0 3 3

3 16

, 0

3 2

10 005 , 1

10 3219 , 0 7687 , 0 165

23 , 897 76 , 0 81 , 9 1914 , 0

.

.

x d s

tb

tb

V g Y

µ

µ ρ σ

ρ ω

ωs2 = 6,995 ( m/s)2

 ωs = 2,645 m/s

Lấy ω = 0,8ωs

 ω = 0,8.2,645 = 2,10 m/s

Vậy đường kính của đoạn luyện là:

10 , 2 7687 , 0

17 , 3383

0188 , 0

0188 ,

=

tb y y

tb C

g D

ω

Quy chuẩn đường kính đoạn luyện là DC = 0,8 m

• Thử lại điều kiện làm việc thực tế.

- Tốc độ hơi thực tế đi trong đoạn chưng là:

43 , 2 7687 , 0 8 , 0

0188 , 0 17 , 3383

43 , 2

76 , 0 4

V d

48 , 43 0184 , 0

8 , 0

III TÍNH CHIỀU CAO THÁP.

- Đối với tháp đệm, chiều cao làm việc của tháp hay chiều cao líp đệm được xác định theo công thức:

H = hđv.my (m)[II – 175]

[II – 175]

Trong đó:

hđv: chiều cao của một đơn vị chuyển khối, m

my: sè đơn vị chuyển khối xác định theo nồng độ pha hơi

III.1 Tính chiều cao đoạn luyện.

III.1.1 Tính chiều cao của một đơn vị chuyển khối.

- Chiều cao của một đơn vị chuyển khối của tháp đệm phụ thuộc vào đặc trưng của đệm và trạng thái pha, được xác định theo công thức

2

1 . .h

G

G m h

h1: chiều cao của một đơn vị chuyển khối đối với pha hơi

h2: chiều cao của một đơn vị chuyển khối đối với pha láng

m: hệ sè phân bố trung bình ở điều kiện cân bằng pha

Gy, Gx: lưu lượng hơi và lỏng trung bình đi trong tháp, kg/s

• Tính chiều cao của một đơn vị chuyển khối h 1 , h 2

3 / 2 25 , 0

[II – 177]

5 , 0 25 , 0 3 / 2

ρx: khối lượng riêng của lỏng, kg/m3

ψ: hệ số thấm ướt của đệm, nó phụ thuộc vào tỷ số giữa mật độ tưới thực tế lên tiết diện ngang của tháp và mật độ tưới thích hợp, xác định theo đồ thị IX.16 [II – 178]

Với

t

x tt

Vx: lưu lượng thể tích của chất lỏng, m3/h

Ft: diện tích mặt cắt tháp, m2

σđ: bề mặt riêng của đệm, m2/m3

B: hằng số, B = 0,065 m3/m.h Bảng IX.6 trong [II – 177]

- Chọn đệm loại vòng Rasiga có các thông sè :

22 , 3757

698 , 4

3886 , 7

s y

ω ρ

.

4 , 0

Ta có µy = µhh được tính theo

B

B A

A hh

M

µ µ

85]

Trong đó:

Mhh, MA, MB: khối lượng phân tử của hỗn hợp và cấu tử Rượu Etylic và Nước

µhh, µA, µB: độ nhít của hỗn hợp và cấu tử Rượu Etylic và Nước

m1, m2: nồng độ của Rượu Etylic và Nước tính theo phần thể tích

Đối với hỗn hợp khí thì nồng độ phần thể tích bằng nồng độ phần mol,

A tbL hh

B tbL A

y

µ µ

µ

1

1

B A

B A

A

M y M

y M

y

M y

µ µ

µ

1 1

) 1 ( 1

1

1

1 1

1 1

1

1

− +

− +

− +

=

⇒

B A B A hh

a a

a a

µ µ µ µ

1

.

1 1

1

⇒

B tb A

tb

A tb

M y M

y

M y a

a1 = 0,793 phần khối lượng

từ tytb = 810C ta tìm được

3

10 10292

010292 ,

0

793 , 0 1

−

−

− +

95 , 150 165 10 787 , 40

0436 , 1 198 , 1 4 , 0

Rey = −6 =

- Chuẩn sè Reynon của pha láng:

x d t

x x

0436 , 1 04 , 0

.

04 , 0

x d t

x x

F

G

µ σ

• Xác định chuẩn số Pran.

- Chuẩn sè Pran của pha hơi:

y y

A

y

M M v

v P

T

) (

10 0043 ,

0

2

5 , 1 4

T: nhiệt độ trung bình của hơi, 0K

P: áp suất chung của hơi, P = 1at

MA = 46: khối lượng phân tử của cấu tử Rượu Etylic

MB = 18: khối lượng phân tử của cấu tử Nước.

vA, vB: thể tích mol của hơi Rượu Etylic và Nước , cm3/nguyên tử

2 , 59 6

1 ) 8 , 14 2 , 59 (

1

) 354 (

10 0043 ,

0

2

5 , 1 4

10 04078 , 0

x x

0 998

1 2 , 0

2 1 6

20

.

1 1 10 1

v v B A

M M D

, 59 1 7 , 4 24 , 1

18

1 46

1 10 1

−

−

= +

56132 , 2 74 , 799

10 403 , 0

x x

3 / 2 25

, 0

165 75 , 0 123

,

0

76 , 0

=

h

h1= 0,09927 m

5 , 0 25 , 0 3 / 2

, 0 3

/ 2 3

2 0 , 9873 196 , 739

74 , 799

10 403 , 0

y y tg

III.1.3 Tính số đơn vị chuyển khối m y

- Sè đơn vị chuyển khối tính theo pha hơi

y y

d

y*: thành phần mol cân bằng của pha hơi, %mol

y: thành phần mol làm việc của pha hơi, %mol

- Ứng với mỗi giá trị của x∈ {0,221; 0,839} ta tìm được một giá trị của y* tương ứng và theo đường làm việc của đoạn luyện y = 0,78x + 0,187 ta xác định được y

- Với tỷ lệ trục hoành 1/100 và tỷ lệ trục tung là 1/1 ta có:

0 0436 , 1

429 , 1 49605 , 0 09927 , 0

h

x

y dv

hđv = 0,253 m

Vậy chiều cao líp đệm của đoạn luyện là:

HL = hđv my = 0,253 15,4 = 3,9 m

III.2 Chiều cao của đoạn chưng.

- Các công thức cũng như ý nghĩa các ký hiệu có trong các công thức tính chiều cao đoạn chưng tương tự như đối với đoạn luyện, chỉ khác về trị số nên trong phần này không giải thích lại

III.2.1 Tính chiều cao của một đơn vị chuyển khối h 1 , h 2 :

• Tính ψ

t

x tt

714 , 5 23 , 897

33 , 5127

714 , 5

37 , 11

s y

ω ρ

.

4 , 0

Ta có µy = µhh được tính theo

B

B A

A hh

M

µ µ

A hh

µ

1

B A

A

M y M

y M

y

M y

µ µ

µ

1 1

) 1 ( 1

1

1

1 1

1 1

1

1

− +

− +

− +

=

⇒

B A B A hh

a a

a a

µ µ µ µ

1

.

⇒

B tbc A

tbc

A tbc

M y M

y

M y a

a1 = 0,3679 phần khối lượng

từ tytbc=94,69 0C ta được :

3

10 01073

01073 , 0

3679 , 0 1

−

−

− +

10 785 , 11

663 , 2 7687 , 0 4 , 0

Rey = −6 =

- Chuẩn sè Reynon của pha láng:

x d t

x x

424 , 1 04 , 0

.

04 , 0

x d t

x x

F

G

µ σ

• Xác định chuẩn số Pran.

- Chuẩn sè Pran của pha hơi:

y y

y y

A

y

M M

v v P

T

) (

10 0043 ,

0

2

5 , 1 4 3

+

[II – 127]

MA = 46 kg/kmol.

MB = 18kg/kmol

2 , 59 6

1 ) 8 , 14 2

, 59 (

1

) 69 , 367 (

10 0043 ,

0

2

5 , 1 4

10 785 , 11

x x

Ở phần trước đã tính được D20 = 1,1821.10-9 m2/s, với b = 0,020013

Nhiệt độ trung bình của lỏng trong đoạn chưng là to = 91,315oC Vậy ta có:

Dx = 1,1821.10-9[1 + 0,020013.(91,315 - 20)]

Dx =2,869.10-9 m2/s

Thay các giá trị vào ta có:

885 , 123 10

869 , 2 23 , 897

10 3219 , 0

x x

3 / 2 25

, 0

1 442 , 7528 0 , 18178

165 1 123

,

0

76 , 0

=

h

h1 = 0,0987 m

5 , 0 25 , 0 3 / 2

, 0 3

/ 2 3

2 2 , 1346 123 , 885

23 , 897 10 3219 , 0

y y tg

III.2.3 Tính số đơn vị chuyển khối m y

- Sè đơn vị chuyển khối tính theo pha hơi

y y

d

y*: thành phần mol cân bằng của pha hơi, %mol

y: thành phần mol làm việc của pha hơi, %mol

- Ứng với mỗi giá trị của x∈ {0,012; 0,221} ta tìm được một giá trị của y* tương ứng và theo đường làm việc của đoạn chưng y = 1,66x – 0,0079

ta xác định được y

- Với tỷ lệ trục hoành 1/100 và tỷ lệ trục tung là 1/ 10 ta có :

907 , 0 018 , 3 0987 , 0

h

x

y dv

HL, HC: chiều cao đoạn luyện và đoạn chưng, m

H1: khoảng cách không gian phần đỉnh tháp để đặt đĩa phân phối chất lỏng và ống hồi lưu sản phẩm đỉnh, m

H2: khoảng cách không gian giữa đoạn chưng và đoạn luyện để đặt đĩa tiếp liệu và ống dẫn hỗn hợp đầu, m

H3: khoảng cách không gian cho hồi lưu đáy và để đặt ống hồi lưu sản phẩm đáy, m

∆

=

∆

038 , 0 19

, 0 342

, 0

.

1

y

x x

y y

x k

G A P P

µ

µ ρ

∆Pk: tổn thất áp suất của đệm khô, N/m2

Gx, Gy: lưu lượng của lỏng và của khí, kg/s

µx, µy: khối lượng riêng của lỏng và của khí, kg/m3

,

0 045

0184 , 0 165

76 , 0 4

V d

2 6

9 , 0 14 , 3

22 , 3757 3600

=

t

tb x

F

G G

kg/m2.s

249 , 2 3600 4

9 , 0 14 , 3

799 , 5147 3600

=

t

tb y

F

g G

kg/m2.s

4 , 1033 64

, 1

249 , 2 35279102

045 , 0 Re

43 , 0 57

1

56 , 1

d

y d y y k

10 787 , 40 165 198 , 1 87 , 1 9 , 3 56 , 1

3

2 0 6 2

, 1 8 , 0 8

, 1

=

038 , 0 6 3 19

, 0 342

, 0

10 787 , 40

10 403 , 0 74 , 799

198 , 1 429

, 1

, 0436 , 1 15 , 5 1 56 , 2998

43 , 0 57

,

0 045 ,

0184 , 0 165

76 , 0 4

V d

2 6

8 , 0 14 , 3

33 , 5127 3600

kg/m2.s

87 , 1 3600 4

8 , 0 14 , 3

17 , 3383 3600

=

t

tb y

F

g G

kg/m2.s

97 , 2572 83

, 2

87 , 1 303215731

045 , 0 Re

43 , 0 57

56 , 1

d

y d y y k

10 785 , 11 165 7687 , 0 43 , 2 583 , 0 56 , 1

3

2 0 6 2

, 1 8 , 0 8

, 1

=

038 , 0 6 3 19

, 0 342

, 0

10 785 , 11

10 3219 , 0 23 , 897

7687 , 0 939 , 0

42 , 1 15 , 5 1 9 , 392

ω: vận tốc trung bình của lưu thể đi trong ống, m/s

V: lưu lượng thể tích của lưu thể, m3/s

ρ

G

G: lưu lượng của dòng pha, kg/s

ρ: khối lượng riêng trung bình của dòng pha đó, kg/m3

V.1.1 Tính đường kính ống dẫn sản phẩm đỉnh.

d d

g V

ρ

3600

=

ρđ: khối lượng riêng của hơi ở đỉnh tháp, kg/m3

(78 , 52 273) 1,4.

4 , 22

273 482 , 41

4 , 22

.

= +

799 , 5145

=

⇒

d d

g V

Chọn tốc độ hơi ω = 20 m/s

2516 , 0 20 785 , 0

994 , 0

785 ,

G

V

ρ

3600

=

GR = P.R =1386,67.3,49 =4839,478 kg/h; lượng sản phẩm hồi lưu

ρR: khối lượng riêng của sản phẩm hồi lưu tại to = tp = 78,52 oC

B A

a a

ρ ρ

93 , 0 1 65 , 736

93 , 0

0 39 , 749 3600

478 , 4839

=

⇒

R R

G V

Chọn vận tốc lượng hồi lưu: ω = 0,2 m/s

1068 , 0 2 , 0 785 , 0

0017938 ,

0

785 ,

ρ

3600

a

ρ ρ

ρ

− +

1 1

Với tF = 82,86oC Nội suy theo bảng I.2 [I – 9] ta được