Đồ án hóa công chưng tháp đệm benzen va axetandehit

GIỚI THIỆU CHUNG 1.1.Mở đầu : Chưng là phương pháp dùng để tách các hỗn hợp chất lỏng (cũng như các hỗn hợp khí đã hóa lỏng) thành những cấu tử riêng biệt, dựa trên độ bay hơi khác nhau của các cấu tử trong hỗn hợp. Chúng ta có thể thực hiện nhiều phương pháp chưng khác nhau như chưng gián đoạn, chưng liên tục, chưng đơn giản, và chưng đặc biệt (chưng luyện hỗn hợp đẳng phí, chưng phân tử, chưng bằng hơi nước trực tiếp, chưng trích ly). Ngày nay, chưng được ứng dụng rộng rãi để tách các hỗn hợp: + Dầu mỏ, các tài nguyên được khai thác ở dạng lỏng. + Không khí hóa lỏng. + Quá trình tổng hợp hữu cơ thường cho sản phẩm ở dạng hỗn hợp chất lỏng. Ví dụ: sản xuất metanol, etylen + Công nghệ sinh học thường cho sản phẩm là hỗn hợp chất lỏng như etylicnước từ quá trình lên men. Khi chưng, hỗn hợp đầu chứa bao nhiêu cấu tử thì ta thu được bấy nhiêu cấu tử sản phẩm. Để có thể thu được sản phẩm đỉnh tinh khiết ta tiến hành chưng nhiều lần hay còn gọi là chưng luyện. Axetandehit là một chất lỏng dễ bay hơi, sôi ở 210, hòa tan vô hạn trong nước. tương đối độc, tạo thành hỗn hợp nổ với không khí trong giới hạn nồng độ từ 45% thể tích. Axetandehit được dùng để sản xuất axit axetic, andehit axetic, nbutyl andehit, nbutanol, 2etylhexanol, etylaxetat, cloral, piridin…vv. Hiện nay các sản phẩm này được điều chế từ các phương pháp khác nhau thuận lợi hơn: axit axetic bằng cacbonyl, nbutyl andehit, nbutanol qua hidrofomyl hóa propilen. Vì vậy Axetandehit hiện nay ít dùng. Người ta có thể điều chế Axetandehit từ hai nguồn nguyên liệu chính là axetilen và etilen. Ngoài ra có thể đề hiđro hóa etanol hoặc oxi hóa ankan. Benzen là hợp chất vòng thơm,đó là một chất lỏng không màu,có mùi thơm đặc trưng ,nhẹ hơn nước(H2 O),tan nhiều trong các dung môi hữu cơ đồng thời là một dung môi tốt cho nhiều chất như Iôt (I2 ),lưu huỳnh (S),chất béo....t0s=80,10C ở 1 at,đông đặc ở t0đ=5,50C,tỷ khối d204 =0,879. +Về mặt hóa học ,Benzen là một hợp chất vòng bền vững ,tương đối dễ tham gia phản ứng thế,khó tham gia các phản ứng cộng,oxi hóa.Đặc tính hóa học này gọi là tính thơm. +Về ứng dụng:dùng điều chế nitro_benzen,anilin,tổng hợp phẩm nhuộm,dược phẩm...,Clobenzen là dung môi tổng hợp DDT, hexacloaran(thuốc trừ sâu) Stiren(monome để tổng hợp chất dẻo) và nhiều sản phẩm quan trọng khác...Benzen còn được dùng làm dung môi... Nguồn cung cấp Benzen cho công nghiệp là nhựa chưng cất , than đá,hexan và toluen của dầu mỏ.Khi nung than béo ở nhiệt độ cao để luyện than cốc được nhựa than đá.Trong nhựa than đá có chứa rất nhiều các chất hữu cơ khác nhau khi chưng cất phân đoạn thu được Benzen.

Mục Lục

Phần I 4

Giới thiệu chung 4

1.1.Mở đầu : 4

1.2.Sơ đồ dây chuyền công nghệ và chế độ thuỷ động của tháp : 6

1.3 Chế độ thuỷ động của tháp đệm: 8

1.4 Ưu nhợc điểm của tháp đệm : 8

1.5 Bảng kê các ký hiệu thờng dùng trong bản đồ án: 9

Phần II 10

Tính toán thiết bị chính 10

2.1 Tính toán cân bằng vật liệu cho toàn thiết bị : 10

2.2 Xác định số bậc thay đổi nồng độ: 12

2.3 Tính đờng kính tháp chng luyện: 28

2.4 Tính chiều cao tháp: 40

2.5 Tính trở lực của tháp đệm : 53

2.6.Tính cân bằng nhiệt lợng : 56

Phần III Tính toán cơ khí 63

3.1 Tính các đờng ống dẫn: 63

3.2 Tính chiều dày của thân tháp hình trụ: 66

3.3 Tính đáy và nắp thiết bị: 71

3.4 Chọn bích ghép : 74

3.5 Tính lới đỡ đệm, đĩa phân phối chất lỏng: 75

3.6 Tính chọn tai treo và chân đỡ: 75

Phần IV 79

Tính toán thiết bị phụ 79

4.1 Tính toán thiết bị gia nhiệt hỗn hợp đầu: 79

4.2 Tính bơm và thùng cao vị : 86

Phần V : Kết Luận 98

Tài liệu tham khảo 99

Phần I Giới thiệu chung 1.1.Mở đầu :

Chng là phơng pháp dùng để tách các hỗn hợp chất lỏng (cũng nh các hỗn hợp khí đã hóa lỏng) thành những cấu tử riêng biệt, dựa trên độ bay hơi khác nhau của các cấu tử trong hỗn hợp Chúng ta có thể thực hiện nhiều phơng pháp chng khác nhau nh chng gián đoạn, chng liên tục, chng đơn giản, và chng đặc biệt (chng luyện hỗn hợp

đẳng phí, chng phân tử, chng bằng hơi nớc trực tiếp, chng trích ly)

Axetandehit là một chất lỏng dễ bay hơi, sôi ở 210, hòa tan vô hạn trong nước tương đối độc, tạo thành hỗn hợp nổ với không khí trong giới hạn nồng độ từ 4-5% thể tích.

Axetandehit được dùng để sản xuất axit axetic, andehit axetic, butyl andehit, butanol, 2-etylhexanol, etylaxetat, cloral, piridin…vv Hiện nay các sản phẩm này được điều chế từ các phương pháp khác nhau thuận lợi hơn: axit axetic bằng

n-cacbonyl, n-butyl andehit, n-butanol qua hidrofomyl hóa propilen Vì vậy Axetandehit hiện nay ít dùng

Người ta có thể điều chế Axetandehit từ hai nguồn nguyên liệu chính là axetilen và etilen Ngoài ra có thể đề hiđro hóa etanol hoặc oxi hóa ankan

Benzen là hợp chất vòng thơm,đó là một chất lỏng không màu,có mùi thơm đặc

trưng ,nhẹ hơn nước(H2 O),tan nhiều trong các dung môi hữu cơ đồng thời là một dungmôi tốt cho nhiều chất như Iôt (I2 ),lưu huỳnh (S),chất béo t0

+Về ứng dụng:dùng điều chế nitro_benzen,anilin,tổng hợp phẩm nhuộm,dược phẩm ,Clobenzen là dung môi tổng hợp DDT, hexacloaran(thuốc trừ sâu)

Stiren(monome để tổng hợp chất dẻo) và nhiều sản phẩm quan trọng khác Benzen còn được dùng làm dung môi

Nguồn cung cấp Benzen cho công nghiệp là nhựa chưng cất , than đá,hexan

và toluen của dầu mỏ.Khi nung than béo ở nhiệt độ cao để luyện than cốc được nhựa than đá.Trong nhựa than đá có chứa rất nhiều các chất hữu cơ khác nhau khi chưng cấtphân đoạn thu được Benzen

4 5

3- Thùng cao vị 4- Thiết bị gia nhiệt hỗn hợp đầu

5- Tháp chng luyện 6- Thiết bị ngng tụ hồi lu

7- Thiết bị làm lạnh sản phẩm đỉnh 8- Thùng chứa sản phẩm đỉnh

9- Thiết bị gia nhiệt đáy tháp 10- Thùng chứa sản phẩm đáy

11- Thiết bị tháo nớc ngng

1.2.2.Thuyết minh sơ đồ :

Hỗn hợp Axetandehit-Benzen là một hỗn hợp lỏng hũa tan hoàn toàn vào nhau theo mọi tỉ lệ.Ap suất hơi của cấu tử sẽ giảm đi và ỏp suất chung của hỗn hợp,nhiệt độ sụi của hỗn hợp cũng như thành phần cấu tử trong hơi sẽ thay đổi theo thành phần cấu tử trong dung dịch

Ta cú to

s Axetandehit =21<to

s Benzen=80,10Cnờn độ bay hơi của Axetandehit > độ bayhơi của Benzen.Vậy suy ra sản phẩm đỉnh chủ yếu là Axetandehit và một phần rất ớt Benzen,ngược lại sản phẩm đỏy lại chủ yếu là Benzen và một phần rất ớt là

đầu (4) (dùng hơi nớc bão hoà), hỗn hợp đầu đợc gia nhiệt đến nhiệt độ sôi Sau khi đạt

đến nhiệt độ sôi, hỗn hợp này đợc đa vào đĩa tiếp liệu của tháp chng luyện loại tháp

đệm (5) Trong tháp, pha lỏng đi từ trên xuống tiếp xúc với hơi đợc tạo thành ở thiết bị

đun sôi đáy tháp (9) đi từ dới lên, tại đây xảy ra quá trình bốc hơi và ngng tụ nhiều lần.Theo chiều cao của tháp, càng lên cao thì nhiệt độ càng thấp nên khi hơi đi qua cáctầng đệm từ dới lên, cấu tử có nhiệt độ sôi cao sẽ ngng tụ Quá trình tiếp xúc lỏng –hơi trong tháp diễn ra liên tục làm cho pha hơi ngày càng giàu cấu tử dễ bay hơi, phalỏng ngày càng giàu cấu tử khó bay hơi Cuối cùng trên đỉnh tháp ta sẽ thu đợc hầu hết

là cấu tử dễ bay hơi (Axetandehit) và một phần rất nhỏ cấu tử khó bay hơi (Benzen).Hỗn hợp hơi này đợc đi vào thiết bị ngng tụ hồi lu (6) và tại đây nó đợc ngng tụ hoàntoàn (tác nhân là nớc lạnh) Một phần chất lỏng sau ngng tụ cha đạt yêu cầu đợc đi quathiết bị phân dòng để hồi lu trở về đỉnh tháp; phần còn lại đợc đa vào thiết bị làm lạnh(7) để làm lạnh đến nhiệt độ cần thiết sau đó đi vào thùng chứa sản phẩm đỉnh (8).Chất lỏng hồi lu đi từ trên xuống dới, gặp hơi có nhiệt độ cao đi từ dới lên, một phầncấu tử có nhiệt độ sôi thấp (Axetandehit) lại bốc hơi đi lên, một phần cấu tử khó bayhơi (Benzen) trong pha hơi sẽ ngng tụ đi xuống Do đó, nồng độ cấu tử khó bay hơitrong pha lỏng ngày càng tăng Cuối cùng, ở đáy tháp ta thu đợc hỗn hợp lỏng gồm hầuhết là cấu tử khó bay hơi (Benzen), một phần rất ít cấu tử dễ bay hơi (Axetandehit).Hỗn hợp lỏng này đợc đa ra khỏi đáy tháp, qua thiết bị phân dòng, một phần đợc đa rathùng chứa sản phẩm đáy (10), một phần đợc tận dụng đa vào thiết bị gia nhiệt đáytháp (9) dùng hơi nớc bão hòa Thiết bị gia nhiệt (9) này có tác dụng đun sôi tuần hoàn

và bốc hơi hỗn hợp đáy (tạo dòng hơi đi từ dới lên trong tháp) Nớc ngng của các thiết

bị gia nhiệt đợc tháo qua thiết bị tháo nớc ngng (11) đi xử lý

định bằng khuyếch tán phân tử mà cả bằng khuyếch tán đối lu Chế độ thuỷ động nàygọi là chế độ quá độ Nếu ta tiếp tục tăng vận tốc khí lên nữa thì chế độ quá độ sẽchuyển sang chế độ xoáy Trong giai đoạn này quá trình khuyếch tán sẽ đợc quyết địnhbằng khuyếch tán đối lu.

Nếu ta tăng vận tốc khí lên đến một giới hạn nào đó thì sẽ xảy ra hiện tợng đảopha Lúc này chất lỏng sẽ chiếm toàn bộ tháp và trở thành pha liên tục, còn pha khíphân tán vào trong chất lỏng và trở thành pha phân tán Vận tốc khí ứng với thời điểmnày gọi là vận tốc đảo pha Khí sục vào lỏng và tạo thành bọt vì thế trong giai đoạn nàychế độ làm việc trong tháp gọi là chế độ sủi bọt ở chế độ này vận tốc chuyển khốităng nhanh, đồng thời trở lực cũng tăng nhanh

Trong thực tế, ta thờng cho tháp đệm làm việc ở chế độ màng có vận tốc nhỏ hơnvận tốc đảo pha một ít vì quá trình chuyển khối trong giai đoạn sủi bọt là mạnh nhất,nhng vì trong giai đoạn đó ta sẽ khó khống chế quá trình làm việc

1.4 Ưu nhợc điểm của tháp đệm :

* 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 tơng đối rộng

* Nhợc điểm :

+ Khó làm ớt đều đệm

+ Tháp cao quá thì phân phối chất lỏng không đều

1.5 Bảng kê các ký hiệu thờng dùng trong bản đồ án:

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

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

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

- Các chỉ số F, P, W, A, B : tơng ứng chỉ đại lợng đó thuộc về hỗn hợp đầu, sản phẩm

đỉnh, sản phẩm đáy của Axetandehit và Benzen

- a: nồng độ phần khối lợng, kg axetandehit/kg hỗn hợp

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

- M: Khối lợng mol phân tử, kg/kmol

Các số liệu ban đầu:

Hỗn hợp cần tách: Axetandehit – benzen

Năng suất hỗn hợp đầu : F = 7,5 tấn/h = 7500 kg/h

Nồng độ cấu tử dễ bay hơi :

Hỗn hợp đầu (phần khối lợng): a F 34 %

Sản phẩm đỉnh (phần khối lợng): a P 96 %

Sản phẩm đáy (phần khối lợng): a W 0,5 %

Tháp làm việc ở áp suất thờng, hỗn hợp đầu đợc gia nhiệt đến nhiệt độ sôi

2.1 Tính toán cân bằng vật liệu cho toàn thiết bị :

2.1.1 Tính toán cân bằng vật liệu:

w x

cân bằng vật liệu đối với toàn tháp

và với tiết diện bất kì của đoạn chung

và đoạn lyện.

- Phơng trình cân bằng vật liệu chung cho toàn tháp

- Đối với cấu tử dễ bay hơi

F.aF = P.ap+ W.aw [II – 144]

- Lợng sản phẩm đỉnh là:

w p

w F

a a

a a F P







Trong đó:

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

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

, 0 96 , 0

005 , 0 34 , 0 7500

w F

a a

a a F

B A A A A

M

a M a M

a x



Trong đó:

aA, aB: nồng độ phần khối lợng của Axetandehit và Benzen

Ma, MB: khối lợng mol phân tử của Axetandehit và Benzen

Với MA = M C2H4O = 44 kg/kmol

F A F F

M

a M

a M

a x

34 ,

34 , 0

P A P P

M

a M

a M

a x

96 ,

96 , 0

w A w w

M

a M

a M

a x

005 , 0 1 44

005 ,

005 , 0

+ Lợng sản phẩm đáy tính theo kmol/h

0 10 20 30 40 60 70 80 90 100 10

20 30

40 50 60 70 80 90 100

47.73 50

84.59

10 20 30

40 50 60 70 80 90 100

- Rmin: lợng hồi lu tối thiểu đợc tính theo công thức

F F

F p x

x y

y x R

8459 , 0 977 , 0

F p x

x y

y x R

2.2.2 Tính chỉ số hồi l u thích hợp :

Vấn đề chọn chỉ số hồi lu thích hợp (Rth) rất quan trọng, vì khi chỉ số hồi lu thích hợpnhỏ thì số bậc của tháp lớn (chiều cao tháp tăng) nhng lợng hơi đốt tiêu tốn lại ít, ngợclại khi chỉ số hồi lu lớn thì số bậc của tháp nhỏ (chiều cao tháp giảm) nhng lợng hơi

đốt tiêu tốn lại lớn

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

Ngời ta thờng tính toán Rth dựa trên phơng pháp sau:

Khi biết giá trị Rmin, cho  các giá trị bất kỳ rồi tính đợc R tơng ứng(R>Rmin), với mỗi giá trị của R ta xác định đợc số đĩa lý thuyết (Nlt) tơng ứng

* Phơng trình đờng l m việc của đoạn chà hệ số hồi l ng:

x x

R

f x R

f R y

A ; x w

R

f B

x

R

x x R

0 10 20 30 40 60 70 80 90 100 10

20 30

40 50 60 70 80 90 100

47.73 50

84.59

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100

10 20 30

40 50 60 70 80 90 100

0 10 20 30 40 60 70 80 90 100 10

20 30

40 50 60 70 80 90 100

47.73 50

84.59

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100

10 20 30

40 50 60 70 80 90 100

0 10 20 30 40 60 70 80 90 100 10

20 30

40 50 60 70 80 90 100

47.73 50

84.59

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100

10 20 30

40 50 60 70 80 90 100

0 10 20 30 40 60 70 80 90 100 10

20 30

40 50 60 70 80 90 100

47.73 50

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100

10 20 30

40 50 60 70 80 90 100

0 10 20 30 40 60 70 80 90 100 10 30 60 80

47.7350

84.59

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100

10 30 60 80 60.88

0 10 20 30 40 60 70 80 90 100 10

20 30

40 50 60 70 80 90 100

47.73 50

84.59

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100

10 20 30

40 50 60 70 80 90 100

0 10 20 30 40 60 70 80 90 100 10

20 30

40 50 60 70 80 90 100

47.73 50

84.59

10 20 30

40 50 60 70 80 90 100

0 10 20 30 40 60 70 80 90 100 10

20 30

40 50 60 70 80 90 100

47.73 50

84.59

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100

10 20 30

40 50 60 70 80 90 100

0 10 20 30 40 60 70 80 90 100 10

20 30

40 50 60 70 80 90 100

47.73 50

84.59

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100

10 20 30

40 50 60 70 80 90 100

0 10 20 30 40 60 70 80 90 100 10

20 30

40 50 60 70 80 90 100

47.73 50

84.59

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100

10 20 30

40 50 60 70 80 90 100

0 10 20 30 40 60 70 80 90 100 10

20 30

40 50 60 70 80 90 100

47.73 50

84.59

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100

10 20 30

40 50 60 70 80 90 100

0 10 20 30 40 60 70 80 90 100 10

20 30

40 50 60 70 80 90 100

47.73 50

84.59

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100

10 20 30

40 50 60 70 80 90 100

Số đĩa lý thuyết Nlt = 7(Nc = 3,NL = 4)

Từ đó ta có bảng số liệu tổng hợp số đĩa lý thuyết Nlt và chỉ số hồi lu Rx sau:

Đờng nồng độ làm việc của đoạn luyện cắt trục tung tại 1 điểm B và cách trục toạ

2,2 0,78254 0,5481 7 12,47778

Xây dựng đồ thị quan hệ giữa Rx – Nlt(Rx+1)

Qua đồ thị ta thấy, với Rx = 0,74697 thì Nlt(Rx + 1) là nhỏ nhất hay thể tích tháp nhỏnhất Vậy ta có Rth = 0,74697, Nlt = 7

2.2.3 Ph ơng trình đ ờng nồng độ làm việc của đoạn luyện :

x

R

x x R

R

Thay số liệu vào ta có

1 74697 , 0

977 , 0 1

74697 , 0

74697 , 0 1

R y

th

P th

th L

yL = 0,4276x + 0,55925

2.2.4 Ph ơng trình đ ờng nồng độ làm việc của đoạn ch ng :

w x x

R

f x R

f R y

415 , 121

1 067 , 2 1

74697 , 0

067 , 2 74697 , 0 1

1 1

f R

th th

th C

3

10 3928 , 5 6108 ,

21n

gp

gr

1 x

g1 ,

w x

gw

xff

V



 3600

tb

g D



 0188 , 0

Trong đó:

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

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

tb

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

Lợng hơi trung bình đi trong tháp, m3/h

Vì lợng hơi và lợng lỏng thay đổi theo chiều cao của tháp và khác nhau trong mỗi

đoạn nên ta phải tính lợng hơi trung bình cho từng đoạn

2.3.1 Đ ờng kính đoạn luyện :

a Xác định lợng hơi trung bình đi trong đoạn luyện:

Lợng hơi trung bình đi trong đoạn luyện tính gần đúng bằng trung bình cộng củalợng hơi đi ra khỏi đĩa trên cùng của tháp và lợng hơi đi vào đĩa dới cùng của đoạnluyện.

2

1

g g

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

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

gl: lợng hơi đi vào đĩa dới cùng của đoạn luyện, kg/h

* Lợng hơi đi vào đoạn luyện:

Lợng hơi g1, hàm lợng hơi y1 và lợng lỏng G1 đối với đĩa thứ nhất của đoạn luyện

đợc xác định theo hệ phơng trình cân bằng vật liệuvà cân bằng nhiệt lợng sau :

g1 = G1 + Gp (1)

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

g1.r1 = gđ.rđ (3)Trong đó:

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

G1: lợng lỏng đối với đĩa thứ nhất của đoạn luyện(kg/h)

r1: ẩn nhiệt hoá hơi của hỗn hợp hơi đi vào đĩa(kJ/kg)

rđ: ẩn nhiệt hoá hơi của hỗn hợp hơi đi ra khỏi đỉnh tháp(kJ/kg)

3566 , 567 4

r1 =-8445,8806.0,77431 + 32669,7462 = 26130,01639 kJ/kmol

Vậy lợng hơi trung bình đi trong đoạn luyện là:

7385 , 100 2

844 , 98 633 , 102 2

2

1 1

-Quy đổi đơn vị từ kmol/h sang kg/h:

+ Khối lợng phân tử trung bình của hơi:

M h y tb.M A  ( 1  y tb).M B

ytb : Nồng độ phần mol trung bình của hơi

87566 , 0 2

77431 , 0 977 , 0 2

977 , 0 4773 , 0

Ml = 0,7272.44 + (1-0,7272).78 = 53,2752 kg/kmol

Vậy Gx = 41,9895.53,2752 = 2236,99901 kg/h

b Tính khối lợng riêng trung bình :

* Khối lợng riêng trung bình đối với pha hơi đợc tính theo

273

4 , 22

).

1 (

1

T

M y M

MA MB: khối lợng phần mol của cấu tử Axetandehit và Benzen

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

ytb1: nồng độ phần mol của axetandehit lấy theo giá trị trung bình trong pha hơi

ở đoạn luyện

Với y tb L  0 , 87566phần mol Nội suy từ số liệu trong bảng IX.2a [II-145] ta đợc

C t

).

1 (

1

T

M y M

78 ).

87566 , 0 1 ( 44 87566 , 0

y

* Khối lợng riêng trung bình đối với pha lỏng

2 1 1

1 1 1

tb tb

tb x

tb x

a a

96 , 0 34 , 0 2

1  F  P   

tb

a a

9876 , 960



 x tb kg/m3

c Tính tốc độ hơi đi trong tháp:

Đối với tháp đệm khi chất lỏng chảy từ trên xuống và pha hơi đi từ dới lên chuyển

động ngợc chiều có thể xảy ra bốn chế độ thuỷ động; Chế độ chảy màng, chế độ quá

độ, chế độ xoáy và chế độ sủi bọt ở chế độ sủi bọt thì pha lỏng chiếm toàn bộ thể tích

tự do và nh vậy pha lỏng là pha liên tục Nếu tăng tốc độ lên thì tháp bị sặc Trongphần tính toán này ta tính tốc độ hơi của tháp dựa vào tốc độ sặc của tháp

Tốc độ hơi đi trong tháp đệm

.

2

y d s

tb

tb

V g

/ 1

x

G

G X

 , :khối lợng riêng trung bình của pha lỏng và pha hơi, kg/m3

x, n: độ nhớt của pha lỏng theo nhiệt độ trung bình và độ nhớt của nớc ở 20oC,Ns/m2

* Tính G x , G y :

Ta có Gy = gtb =4858,3721 kg/h

3495 , 1 3600

3721 , 4858

99901 , 2236

10.9029,0

4 2

6 6

, 960

8619 , 1 3721 , 4858

99901 , 2236

8 / 1 4

/ 1 8

/ 1 4

/ 1

x L

G

G X

Khối lợng riêngxốp, đ, kg/m3

Từ công thức:

16 , 0 3

.

2

.

y d s

tb

tb

V g

3 16

, 0

3 2

10 005 , 1

10 7657 , 0 8619 , 1 165

9876 , 960 76 , 0 81 , 9 2653 , 0

.

.

x d s

tb

tb

V g Y

0188 , 0

0188 ,



tb y y

tb L

g D



Quy chuẩn đờng kính đoạn luyện là DL = 0,8m

* Thử lại điều kiện làm việc thực tế.

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

441 , 1 8619

, 1 8 , 0

0188 , 0 3721 , 4858

441 , 1

a Lợng hơi trung bình đi trong tháp :

21 ' '

1: lợng hơi đi vào đoạn chng, kg/h

Vì lợng hơi đi ra khỏi đoạn chng bằng lợng hơi đi vào đoạn luyện (g’

r’

1: ẩn nhiệt hoá hơi của hỗn hợp hơi đi vào đĩa thứ nhất của đoạn chng

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

r1: ẩn nhiệt hoá hơi của hỗn hợp hơi đi vào đĩa trên cùng của đoạn chng

0334 , 120



a

r kJ/kg = 22112,457 kJ/kmol

2513 ,

197,85844,982

1

' 1 '

G G

G’=G1+Gf : lợng lỏng đi vào đĩa trên cùng của đoạn chng bằng tổng lợng lỏng ở

đĩa cuối cùng của đoạn luyện và lợng hỗn hợp đầu

6864 , 154 2

8627 , 147 415 , 121 095 , 40 2

' 1 1

C

- Đổi đơn vị từ kmol/h sang kg/h:

+ Khối lợng phân tử trung bình của hơi đi trong đoạn chng:

' 1 1 '

b Tính khối lợng riêng trung bình:

* Khối lợng riêng trung bình đối với pha hơi đợc tính theo:

273 '

4 , 22

' 1 (

'

T

M y M

MA MB: khối lợng phần mol của cấu tử Axetandehit và Benzen

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

4138,01(44.4138,0

y

* Khối lợng riêng trung bình đối với pha lỏng

) / ( '

1 ' '

m kg a a

B

tb A

tb xtb  

tb

x0 51,51920

ứng với t0 = 51,51920C Nội suy theo bảng I.2 trong [I-9] ta đợc:

7529 , 1013



A

3289 , 845

tb xtb

a a

'

1 ' '

1725 ,



27 , 870

'



  x tb kg/m3

c Tính tốc độ hơi đi trong đoạn chng:

Đối với tháp đệm khi chất lỏng chảy từ trên xuống và pha hơi đi từ dới lên chuyển

động ngợc chiều có thể xảy ra bốn chế độ thuỷ động; Chế độ chảy màng, chế độ quá

độ, chế độ xoáy và chế độ sủi bọt ở chế độ sủi bọt thì pha lỏng chiếm toàn bộ thể tích

tự do và nh vậy pha lỏng là pha liên tục Nếu tăng tốc độ lên thì tháp bị sặc Trongphần tính toán này ta tính tốc độ hơi của tháp dựa vào tốc độ sặc của tháp

Tốc độ hơi đi trong tháp đệm

Với s là tốc độ sặc, m/s đợc tính theo công thức

Y = 1,2e-4X [II – 187]

Với

16 , 0 3

.

2

.

y d s

tb

tb

V g

/ 1

x

G

G X

 , :khối lợng riêng trung bình của pha lỏng và pha hơi, kg/m3

x, n: độ nhớt của pha lỏng theo nhiệt độ trung bình và độ nhớt của nớc ở 20oC,Ns/m2

4 2

6 6

, 870

2907 , 2 9442 , 5882

93768 , 10719

8 / 1 4

/ 1 8

/ 1 4

/ 1

x

G

G X

.

2

.

y d s

tb

tb

V g

10 005 , 1 2907 , 2 165

0188 , 0

0188 ,



tb y y

tb C

g D



Quy chuẩn đờng kính đoạn chng là DC = 1m

* Thử lại điều kiện làm việc thực tế:

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

9077 , 0 2907

, 2 1

0188 , 0 9442 , 5882

9077 , 0

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

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

2.4.1 Tính chiều cao đoạn luyện:

a Tính chiều cao của một đơn vị chuyển khối:

- Chiều cao của một đơn vị chuyển khối của tháp đệm phụ thuộc vào đặc trng của

đệm và trạng thái pha, đợc xác định theo công thức

2

1 . .h G

G m h h

x

y

Trong đó:

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 lỏng

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

Gy, Gx: lu lợng 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





5 , 0 25 , 0 3 / 2

x: khối lợng riêng của lỏng, kg/m3

: hệ số thấm ớt của đệm, nó phụ thuộc vào tỷ số giữa mật độ tới thực tế lên tiết diệnngang của tháp và mật độ tới thích hợp, xác định theo đồ thị IX.16 [II - 178]

Với

t

x tt

F

V

U  : mật độ tới thực tế, m3/m2.h

Utt = B.đ : mật độ tới thích hợp, m3/m2.hTrong đó:

99901 , 2236

G V

631 , 4 5027 , 0

328 , 2

Tra hình IX.16 trong [II – 178] ta đợc L = 0,47

* Xác định chuẩn số Reynon:

- Chuẩn số Reynon của pha hơi:

d y

s y y

Ta có y = hh đợc tính theo

B

B A

A hh

hh m M m M M







2 1



Trong đó:

Mhh, MA, MB: khối lợng phân tử của hỗn hợp và cấu tử Axetandehit và Benzen

hh, A, B: độ nhớt của hỗn hợp và cấu tử Axetandehit và Benzen

m1, m2: nồng độ của Axetandehit và Benzen tính theo phần thể tích

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

A tb hh

B tb A

B tb A

tb

A tb

M y M

y M

y

M y







1.1

)1(1

.1

a a

a a

1

tb

A tb

M y M

y

M y a

7989 , 0 1

10 4025 , 8

93 , 1 8619 , 1 4 , 0

- Chuẩn số Reynon của pha lỏng:

x d t

x x

F

G





04 , 0

6214 , 0 04 , 0

.

04 , 0

x d t

x x

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

MB = 78: khối lợng phân tử của cấu tử Benzen

MA = 44: khối lợng phân tử của cấu tử Axetandehit

vA, vB: thể tích mol của hơi Axetandehit và Benzen, cm3/nguyên tử

8 , 51

1.)968

,51.(

1

)6873,315.(

10.0043,0

2

5 , 1 4

10 4025 , 8

Hệ số khuyếch tán Dx của pha lỏng đợc tính theo công thức:

65 , 0 2 , 0

B A B

B A

v v B A

M M D

3 / 1 3 / 1

6

96 8

, 51 65 , 0 1 1

78

1 44

1 10 1

436 , 176 10

516 , 4 9876 , 960

10 7657 , 0





3 / 2 25

, 0

1 1036 , 767 0 , 6848

165 47 , 0 123 , 0

76 , 0



h

h1 = 0,351 m

5 , 0 25 , 0 3 / 2

, 0 3

/ 2 3

9876 , 960

10 7657 , 0