Thiết kế tháp mâm chóp chưng cất etanol nước

Phương pháp chưng cất : Chưng cất là qua trình phân tách hỗn hợp lỏng hoặc khí lỏng thành các cấu tử riêng biệt dựa vào sự khác nhau về độ bay hơi của chúng hay nhiệt độ sơi khác nhau ở

NH N XÉT ẬN XÉT ĐỒ ÁN ĐỒ ÁN ÁN

Cán b h ng d n Nh n xét: ộ hướng dẫn Nhận xét: ướng dẫn Nhận xét: ẫn Nhận xét: ận xét:

i m:

Điểm: ểm: _Ch ký: ữ ký:

Cán b ch m hay H i đ ng b o v Nh n xét:ộ hướng dẫn Nhận xét: ấm hay Hội đồng bảo vệ Nhận xét: ộ hướng dẫn Nhận xét: ồng bảo vệ Nhận xét: ảo vệ Nhận xét: ệ Nhận xét: ận xét: _

i m:

Điểm: ểm: _Ch ký: _ữ ký:

i m t ng k t:

MỤC LỤC

CHƯƠNG I : TỔNG QUAN … 5

1 Tổng quan về sản phẩm ………7

2 Phương pháp và thiết bị chưng cất……… 6

3 Công nghệ chưng cất hệ Etanol-Nước……… 9

CHƯƠNG II : TÍNH CÂN BẰNG VẬT CHẤT - NĂNG LƯỢNG 12

1 Tính cân bằng vật chất 12

2 Tính cân bằng năng lượng 17

CHƯƠNG III :TÍNH TOÁN –THIẾT KẾ THÁP CHƯNG CẤT 20

1 Tính đường kính tháp chưng cất 20

2 Tính chiều cao tháp 26

3 Tính toán chóp và ống chảy chuyền 26

4 Tính trở lực tháp 31

CHƯƠNG IV : TÍNH TOÁN CƠ KHÍ CỦA THÁP 36

1 Bề dày thân tháp 38

2 Đáy và nắp thiết bị 38

3 Bích ghép thân, đáy và nắp 36

4 Đường kính các ống dẫn – Bích ghép các ống dẫn 40

5 Tai treo và chân đỡ 45

CHƯƠNG V : TÍNH TOÁN THIẾT BỊ TRUYỀN NHIỆT- THIẾT BỊ PHỤ 52

1 Các thiết bị truyền nhiệt 52

1.1 Thiết bị làm nguội sản phẩm đỉnh 52

1.2 Thiết bị trao đổi nhiệt giữa nhập liệu và sản phẩm đáy 57

1.3 Thiết gia nhiệt nhập liệu 65

1.4 Nồi đun gia nhiệt sản phẩm đáy 70

1.5 Thiết gia ngưng tụ sản phẩm đỉnh 73

2 Tính toàn bơm nhập liệu 77

2.1 Tính chiều cao bồn cao vị 77

2.2 Chọn bơm 82

CHƯƠNG VI : GIÁ THÀNH THIẾT BỊ 85

CHƯƠNG VII : KẾT LUẬN 87

TÀI LIỆU THAM KHẢO 88

+ Khối lượng riêng: d420 = 810 Kg/m3.

Ứng dụng: etanol có nhiều ứng dụng, nó đóng một vai trò quan trọng trong nền kinh tế quốc dân Nó là nguyên liệu dùng để sản suất nhiều mặt hàng khác nhau và được ứng dụng rộngrãi trong các ngành: công nghiệp nặng, y tế, dược, quốc phòng, giao thông vận tải, dệt, chế biến

gỗ và nông nghiệp

1.2 Nước:

-Nước là một hợp chất hóa học của Hydro và Oxy, công thức hóa học là H2O Nước là một

chất quan trọng trong công nghiệp và đời sống, chiếm 70% diện tích của trái đất

Hình 2: Cấu tạo phân tử nước-Phân tử nước bao gồm hai nguyên tử hydro và một nguyên tử oxy Về mặt hình học thì phân tử nước có góc liên kết là 104,45° Do các cặp điện tử tự do chiếm nhiều chỗ nên góc này sai lệch đi so với góc lý tưởng của hình tứ diện Chiều dài của liên kết O-H là 96,84 picomet.-Nước có tính lưỡng cực, liên kết giữa các phân tử nước là liên kết hidro.

44,2

53,1

57,6

61,4

65,4

69,9

75,3

81,8

89,

t(oC)

100

90,5

86,5

83,2

81,7

78,478,4

Hệ Etanol -Nước

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100

x(%mol) y(%mol)

Hình 3: Đồ thị cân bằng lỏng-hơi hệ Etanol-Nước

2 Phương pháp và thiết bị chưng cất:

2.1 Phương pháp chưng cất :

Chưng cất là qua trình phân tách hỗn hợp lỏng (hoặc khí lỏng) thành các cấu tử riêng biệt dựa vào sự khác nhau về độ bay hơi của chúng (hay nhiệt độ sơi khác nhau ở cùng áp suất), bằng cách lặp đi lặp lại nhiều lần quá trình bay hơi - ngưng tụ, trong đĩ vật chất đi từ pha lỏng vào pha hơi hoặc ngược lại Khác với cơ đặc, chưng cất là quá trình trong đĩ cả dung mơi và chất tan đều bay hơi, cịn cơ đặc là quá trình trong đĩ chỉ cĩ dung mơi bay hơi.Khi chưng cất ta thu được nhiều cấu tử và thường thì bao nhiêu cấu tử sẽ thu được bấy nhiêu sản phẩm Nếu xét hệ đơn giản chỉ cĩ 2 hệ cấu tử thì ta thu được 2 sản phẩm: sản phẩm đỉnh chủ yếu gồm cấu tử cĩ độ bay hơi lớn (nhiệt độ sơi nhỏ ), sản phẩm đáy chủ yếugồm cấu tử cĩ độ bay hơi nhỏ (nhiệt độ sơi lớn) Đối với hệ Etanol - Nước sản phẩm đỉnh chủ yếu gồm etanol và một ít nước , ngược lại sản phẩm đáy chủ yếu gồm nước và một ít etanol

Các phương pháp chưng cất: được phân loại theo:

 Áp suất làm việc : chưng cất áp suất thấp, áp suất thường và áp suất cao Nguyên tắc

của phương pháp này là dựa vào nhiệt độ sôi của các cấu tử, nếu nhiệt độ sôi của cáccấu tử quá cao thì ta giảm áp suất làm việc để giảm nhiệt độ sôi của các cấu tử

 Nguyên lý làm việc : liên tục, gián đoạn(chưng đơn giản) và liên tục.

Chưng cất đơn giản(gián đoạn) : phương pháp này đuợc sử dụng trong các

trường hợp sau:

+ Khi nhiệt độsôi của các cấu tử khác xa nhau

+ Không đòi hỏi sản phẩm có độ tinh khiết cao

+ Tách hỗn hợp lỏng ra khỏi tạp chất không bay hơi

+ Tách sơ bộ hỗn hợp nhiều cấu tử

Chưng cất hỗn hợp hai cấu tử (dùng thiết bị hoạt động liên tục) là quá trình

được thực hiện liên tục, nghịch dòng, nhiều đoạn

 Phương pháp cấp nhiệt ở đáy tháp :

Sử dụng hơi nước để cấp nhiệt trực tiếp cho đáy tháp : khi chưng cất hỗn hợp

nhập kiệu thu được nước ở đáy tháp chưng cất, cấu tử còn lại đễ bay hơi thì

ta có thể sử dụng hơi nước để cấp nhiệt trực tiếp cho đáy tháp

Sử dụng nồi đun để cấp nhiệt cho tháp chưng cất : nồi đun cho tháp chưng cất

là thiết bị trao đổi nhiệt được đặt ở đáy tháp, để cung cấp nhiệt cho hệ thống

Có các loại nồi đun cho tháp chưng cất:

- Thiết bị trao đổi nhiệt loại hai vỏ : dùng cho tháp chưng cất năng suất

nhỏ.

- Thiết bị trao đổ nhiệt dạng ốm chùm.

- Nồi đun đặt ngoà i Chất tải nhiệt nóng đi trong ống, hơi đi vào tháp cân

bằng với dòng sản phẩm đáy, do đó nồi đun được xem làm một mâm lý thuyết Dùng cho tháp chưng cất năng suất cao

- Thiết bị trao đổi nhiệt đặt đứng Chất tải nhiệt đi ngoài ống, bốc hơi

hoàn toàn phần lỏng đi vào nồi đun Do đó, hơi có cùng thành phần với dòng sản phẩm đáy

- Thiết bị trao đổi nhiệt nhận dòng lỏng từ mâm đáy và nó chỉ bốc hơi

Vậy: đối với hệ Etanol – Nước, ta chọn phương pháp chưng cất liên tục cấp

nhiệt gián tiếp bằng nồi đun đặt ngoài ở áp suất thường

2.2 Thiết bị chưng cất:

Trong sản xuất thường sử dụng rất nhiều loại tháp nhưng chúng đều có một yêu cầu cơ bản

là diện tích bề mặt tiếp xúc pha phải lớn ,điều này phụ thuộc vào độ phân tán của lưu chất này vaò lưu chất kia

Tháp chưng cất rất phong phú về kích cỡ và ứng dụng ,các tháp lớn nhất thường được ứng dụng trong công nghiệp lọc hoá dầu Kích thước của tháp : đường kính tháp và chiều cao tháp tuỳ thuộc suất lượng pha lỏng, pha khí của tháp và độ tinh khiết của sản phẩm Ta khảo sát 2 loại tháp chưng cất 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 để chia thân tháp thành những đoạn bằng nhau, trên mâm pha lỏng và pha hơi đựơccho tiếp xúc với nhau Tùy theo cấu tạo của đĩa, ta có:

Tháp chêm(tháp đệm): tháp hình trụ, gồm nhiều đoạn nối với nhau bằng mặt bích hay

hàn Vật chêm được cho vào tháp theo một trong hai phương pháp: xếp ngẫu nhiên hay xếp thứ tự

So sánh ưu và nhược điểm của các loại tháp :

LỖ

THÁP MÂM CHÓP

- Làm việc với chất lỏng bẩn

- Hiệu suất cao

Nhược điểm - Hiệu suất thấp

- Thiết bị nặng

3 Công nghệ chưng cất Etanol-Nước:

Etanol là một chất lỏng tan vô hạn trong H2O, nhiệt độ sôi là 78,30C ở 760mmHg, nhiệt

độ sôi của nước là 100oC ở 760mmHg : hơi cách biệt khá xa nên phương pháp hiệu quả để thu etanol có độ tinh khiết cao là phương pháp chưng cất

Trong trường hợp này, ta không thể sử dụng phương pháp cô đặc vì các cấu tử đều có khả năng bay hơi, và không sử dụng phương pháp trích ly cũng như phương pháp hấp thụ do

có thể làm cho quá trình phức tạp hơn hay quá trình tách không được hoàn toàn

* Sơ đồ qui trình công nghệ chưng cất hệ Etanol – nước:

Chú thích các kí hiệu trong qui trình:

1 Bồn chứa nguyên liệu

2 Thiết bị đun sôi dòng nhập liệu

3 Thiết bị trao đổi nhiệt

* Thuyết minh qui trình công nghệ:

Hỗn hợp etanol – nước có nồng độ etanol 11,6% ( theo phân mol), nhiệt độ khoảng 280Ctại bồn chứa nguyên liệu (1) được bơm bơm vào thiết bị trao đổi nhiệt (3) ( trao đổi nhiệt với sản phẩm đáy ) Sau đó, hỗn hợp được đun sôi đến nhiệt độ sôi trong thiết bị đun sôi (2),rồi đưa vào tháp chưng cất ở đĩa nhập liệu

Trên đĩa nhập liệu, chất lỏng được trộn với phần lỏng từ đoạn cất của tháp chưng cất (5) 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 nồi đun lôi cuốn

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 etanol chiếm nhiều nhất (có nồng độ 78,1% phân mol) Hơi này đi vào thiết bị ngưng tụ (7) và được ngưng tụ hoàn toàn Bộ phận chỉnh dòng (8) chia chất lỏng nàylàm hai phần: một phần chất lỏng ngưng tụ đi qua thiết bị làm nguội sản phẩm đỉnh, được làm nguội đến 350C , rồi được đưa qua bồn chứa sản phẩm đỉnh (10); phần còn lại của chất lỏng ngưng tụ đựơc hoàn lưu về tháp chưng cất (5) ở đĩa trên cùng với tỉ số hoàn lưu tối ưu Một phần cấu tử ethanol có nhiệt độ sôi thấp được bốc hơi, còn lại cấu tử nước 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 etanol là 0,1367% phân mol, còn lại là nước Dung dịch sản phẩm đáy đi ra khỏi tháp vào nồi đun (6) Trong nồi đun dung dịch lỏng một phần sẽ bốc hơi cung cấp lại cho tháp để tiếp tục làm việc, phầncòn lại ra khỏi nồi đun được trao đổi nhiệt với dòng nhập liệu trong thiết bị trao đổi nhiệt (3) Sản phẩm đáy sau khi trao đổi nhiệt với nhập liệu có nhiệt độ là 600C được thải bỏ.

CHƯƠNG II :TÍNH CÂN BẰNG VẬT CHẤT NĂNG LƯỢNG

o Khối lượng phân tử của rượu và nước : MR =46 , MN =18

o Khối lượng riêng của ethanol nguyên chất ở 250C: ρethanol = 784,75 (kg/m3)

o Khối lượng riêng của nước cất ở 250C: ρnước = 997,08 (kg/m3)

1.2 Tính toán các dòng:

 Tính toán dòng sản phẩm đỉnh:

Nồng độ ethanol sản phẩm đỉnh : 92% theo thể tích

→ Trong 1 m3 hỗn hợp ethanol –nước nhập liệu có 0,92 m3 ethanol + 0,08 m3 nước

 0,3 m3 ethanol nguyên chất có khối lượng 721,97 kg

 0,7 m3 nước nguyên chất có khối lượng 79,77 kg

→ Trong 801,74 kg hỗn hợp ethanol – nước nhập liệu có 721,97 kg ethanol +79,77 kg nước

► Phân khối lượng ethanol trong dòng sản phẩm đỉnh: ´x D = 721,97

1−0,90118

= 0,781

► Khối lượng riêng trung bình của dòng sản phẩm đỉnh:

ρD = ´x D ρethanol + (1- ´x D) ρnước = 0,901 784,75 + (1 – 0,901) 997,08

1−0,90118 = 39,861 (kg/kmol).

► Suất lượng sản phẩm đỉnh tính theo kmol/h:

Nồng độ ethanol nhập liệu : 30% theo thể tích

→ Trong 1 m3 hỗn hợp ethanol –nước nhập liệu có 0,3 m3 ethanol + 0,7 m3 nước

 0,3 m3 ethanol nguyên chất có khối lượng 235,425 kg

 0,7 m3 nước nguyên chất có khối lượng 697,956 kg

→ Trong 933,381 kg hỗn hợp ethanol – nước nhập liệu có 235,425 kg ethanol + 697,956 kgnước

► Phân khối lượng ethanol trong dòng nhập liệu: ´x F = 235,425

1−0,25218

1−0,25218 = 21,261 (kg/kmol).

► Suất lượng dòng nhập liệu tính tính theo kmol/h:

o Cân bằng vật chất cho toàn tháp : GF = GD + GW (II.1)

o Cân bằng cấu tử etanol (cấu tử nhẹ) : GF ´x F = GD ´x D + GW ´x W (II.2)

3,485 10−3

1−3,485 10−318

W 3,485 10−3 1,367 10−3 116,65

8

2104,281 18,038

 Nhiệt độ nhập liệu trước gia nhiệt: t’F =28oC

 Nhiệt độ sản phẩm đỉnh sau khi làm nguội : t’D =35oC

 Nhiệt độ sản phẩm đáy sau khi trao đổi nhiệt : t’W = 60oC

 Trạng thái nhập liệu là trạng thái lỏng sôi

→ Nhiệt độ nhập liệu : t’F = 86 oC

1.3 Tỉ số hoàn lưu:

1.3.1 Tỉ số hoàn lưu tối thiểu:

Tỉ số hoàn lưu tối thiểu là chế độ làm việc mà tại đó ứng với số mâm lý thuyết là vô cực

Do đó ,chi phí cố định là vô cực nhưng chi phí điều hành (nhiên liệu ,nước và bơm…) là tối thiểu

Do đồ thị cân bằng của hệ Etanol-Nước có điểm uốn ,nên xác định tỉ số hoàn lưu tối thiểu bằng cách :

+Trên đồ thị cân bằng y-x ,từ điểm (0,781;0,781) ta kẻ một đường thẳng tiếp tuyến vớiđường cân bằng tại điểm uốn , cắt trục Oy tại điểm có yo = 0,43

+Theo phương trình đường làm việc đoạn cất , khi xo = 0 thì

yo =

x D

Rmin+1 = 0,43Vậy : tỉ số hoàn lưu tối thiểu : Rmin = 0,82

1.3.2 Tỉ số hoàn lưu thực:

Công thức 6.12 trang 255 [2]

R = 1,3 Rmin + 0,3 = 1,3 0,82 + 0,3 = 1,366

1.4 Phương trình đường làm việc Xác định số mâm.

1.4.1 Phương trình đường nồng độ làm việc của đoạn cất :

y =

R R+1 x +

x D

R +1 =

1,366 1,366 +1 x+

0,781

1,366 +1

→ y = 0,577.x + 0,33

1.4.2 Xác định số mâm lý thuyết và số mâm thực tế:

Đồ thị xác định số mâm lý thuyết : Nlt = 15 mâm

Số mâm thực tế tính theo hiệu suất trung bình :

Nlt : số mâm lý thuyết.

 Xác định hiệu suất trung bình của tháp  tb :

+ Độ bay tương đối của cấu tử dễ bay hơi :

Với : x :phân mol của rượu trong pha lỏng

y* : phân mol của rượu trong pha hơi cân bằng với pha lỏng

* Tại vị trí mâm đáy:

xW = 0,001367 ta tra đồ thị cân bằng của hệ : y* W = 0,01

1−0 ,001367

0 , 001367

= 7,379+ Từ xW=0,003485 và tW = 100 oC, tra tài liệu tham khảo [4(tập 1) – trang

107]:

→ W = 29 10-6 9,81 = 2,845 10-4 = 0,2845 (cP)Suy ra : W W = 7,379 0,2845 = 2,099

Tra hình IX.11- trang 171 [4(tập 2)]: W = 0,41

*Tại vị trí mâm đỉnh :

xD = 0,781 ta tra đồ thị cân bằng của hệ : y* D = 0,8

tD = 79 oC

+

α D= y¿D 1− y¿D.1− x D

0,81−0,8.

1−0 , 781

0 ,781

= 1,122+ Từ xD=0,901 và tD = 79 oC, tra tài liệu tham khảo [4(tập 1) – trang 107] :

→D = 58.10-6.9,81= 0,569.10-3 (N.s/m2)

= 0,569 (cP)Suy ra : D D = 1,049.0,569 = 0,5969Tra hình IX.11- trang 171 [4(tập 2)] : D = 0,55

► Suy ra: hiệu suất trung bình của tháp :

14 mâm chưng Nhập liệu ở mâm số 14

2 Tính cân bằng năng lượng:

Cân bằng nhiệt lượng cho toàn tháp chưng cất:

Q F + Q đ = Q nt + Q W + Q D + Q m (IV.1)Trong đó:

►Qnt : nhiệt lượng ngưng tụ do hơi sản phẩm đỉnh ngưng tụ thành lỏng Chọn hơi sản

phẩm đỉnh ngưng tụ hoàn toàn thành lỏng

Q nt = G D (R+1) r D (kJ/h).

Xác định rD (ẩn nhiệt hoá hơi của sản phẩm đỉnh):

Tra ([7] – trang 38) ở tD = 79 ta có:

Ẩn nhiệt hoá hơi của nước: rN = 2316,245 (kJ/kg)

Ẩn nhiệt hoá hơi của rượu: rR = 848,075 (kJ/kg)

Suy ra: r = r xD + r (1- xD ) = 848,075 0,901 + 2316,245 (1-0,901)

= 993,424 (kJ/kg).

2 =53 oC , tra tài liệu tham khảo [4 (tập 1)],

→ Nhiệt dung riêng của rượu: cR = 2879 (J/kg.độ)

→ Nhiệt dung riêng của nước: cN = 4183,414 (J/kg.độ)

2 =60oC , tra tài liệu tham khảo [4 (tập 1)–trang 172+165]

→ Nhiệt dung riêng của rượu: cR = 2760 (J/kg.độ)

→ Nhiệt dung riêng của nước: cN = 4186,093 (J/kg.độ)

► Q D : nhiệt lượng do sản phẩm đỉnh mang ra từ bộ phận tách hoàn lưu.

→ Nhiệt dung riêng của rượu: cR = 2833,5 (J/kg.độ)

→ Nhiệt dung riêng của nước: cN = 4182,263 (J/kg.độ)

CHƯƠNG III :TÍNH TOÁN –THIẾT KẾ THÁP CHƯNG CẤT

1 Đường kính tháp (D t )

Dt= √ 4Vtb

π 3600.ωtb=0 ,0188 √ gtb

( ρy.ωy)tb (m)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)

Lượng hơi trung bình đi trong đoạn chưng và đoạn cất khác nhau.Do đó, đường kínhđoạn chưng và đoạn cất cũng khác nhau

1.1 Đường kính đoạn cất :

1.1.1 Lượng hơi trung bình đi trong tháp :

g tb=g d+g1

gd : lượng hơi ra khỏi đĩa trên cùng của tháp (Kg/h)

g1 : lượng hơi đi vào đĩa dưới cùng của đoạn cất (Kg/h)

1−0,91318

= 40,517 (kg/kmol)

► gd = 46,804 (kmol/h) = 1896,358 (kg/h)

 Xác định g 1 : Từ hệ phương trình :

g1 = G1 + GD

g1 ´y1= G1 ´x1 + GD ´x D (III.1)

g1 r1 = gd rd

Với : G1 : lượng lỏng ở đĩa thứ nhất của đoạn cất

r1 : ẩn nhiệt hoá hơi của hỗn hợp hơi đi vào đĩa thứ nhất của đoạn cất

rd : ẩn nhiệt hoá hơi của hỗn hợp hơi đi ra ở đỉnh tháp

* Tính r1 : t1 = tF = 86oC , tra bảng 45 [7]-trang 38

→ Ẩn nhiệt hoá hơi của nước : rN1 = 2293,61 (kJ/kg)

→ Ẩn nhiệt hoá hơi của rượu : rR1 = 836,35 (kJ/kg)

► r1 = rR1 ´y1 + (1- ´y1) rN1 = 836,35 ´y1 + (1- ´y1) 2293,61

= 2293,61 – 1457,26 ´y1 (kJ/kg)

* Tính rd : tD = 79oC , tra bảng 45 [7]-trang 38

→ Ẩn nhiệt hoá hơi của nước : rNd = 2311,215 (kJ/kg)

→ Ẩn nhiệt hoá hơi của rượu : rRd = 848,075 (kJ/kg)

1−0,8118

= 0,625 (phân mol ethanol)g1 = 2467,286 (kg/h)

g d+g1

2

=

1896 , 358+2467,286

1.1.2 Tốc độ hơi trung bình đi trong tháp :

(  y  y ) tb = 0,065 ω φ [σ ]ư [ĩ ] √h ρ xtb ρ ytb (kg/m2.s) - Công thức IX.105 trang 184 [4]

 ytb : Khối lượng riêng trung bình của pha hơi

 xtb : Khối lượng riêng trung bình của pha lỏng

+ Nồng độ phân khối lượng trung bình pha lỏng:

Tra tài liệu tham khảo [4 (tập 1)-trang 9]

→ Khối lượng riêng của nước : N = 970,25 (kg/m3)

→ Khối lượng riêng của rượu : R = 732,625 (kg/m3)

= 817,406 (kg/m3)

 ư [ĩ ]ωφ [ σ ] : Hệ số tính đến sức căng bề mặt

-Khi σ σ< 20 dyn/cm thì ư [ĩ ]ωφ[σ] = 0,8

-Khi σ > 20 dyn/cm thì ư [ĩ ]ωφ [σ ] = 1

Trong đó, σ được tính theo công thức I.76 trang 299 [4]- tập 1 :

σr, σn : Sức căng bề mặt của ethanol và nước ở nhiệt độ làm việc (dyn/cm)

 ttb = 82,50C , tra bảng I.242 trang 300 [4]- tập 1

+ Sức căng bề mặt của nước : N = 60,925 (dyn/cm)

+ Sức căng bề mặt của rượu : R = 16,85 (dyn/cm)

1.2 Đường kính đoạn chưng :

1.2.1 Lượng hơi trung bình đi trong tháp :

g , tb

=g , n

+g ,1

g’n : lượng hơi ra khỏi đoạn chưng (kg/h)

g’1 : lượng hơi đi vào đoạn chưng (kg/h)

 Xác định g’ n : g’n = g1 = 2467,286 (kg/h)

 Xác định g’ 1 : Từ hệ phương trình :

{ G ' 1 = g ' 1 + W ¿ { G ' 1 .x' 1 = g ' 1 .y W + W.x W ¿¿¿¿

(III.2)Với : G’ 1 : lượng lỏng ở đĩa thứ nhất của đoạn chưng

r’1 : ẩn nhiệt hoá hơi của hỗn hợp hơi đi vào đĩa thứ nhất của đoạn chưng

* Tính r’1 : xW =0,001367 tra đồ thị cân bằng của hệ ta có :

0,01 46+(1−0,01) 18 =

0,0252t’1 = tW = 100oC , tra bảng 45 [7]-trang 38

→ Ẩn nhiệt hoá hơi của nước : r’N1 = 2258 (kJ/kg)

→ Ẩn nhiệt hoá hơi của rượu : r’R1 = 812,9 (kJ/kg)

Giải hệ (III.2) , ta được :

´x '1= 0,0107 (phân khối lượng ethanol)

1−0,010718

= 0,00421 (phân mol ethanol)

1.2.2 Tốc độ hơi trung bình đi trong tháp :

Xác định 'xtb, 'ytb:

'xtb : khối lượng riêng trung bình của pha lỏng (Kg/m3)

'ytb : khối lượng riêng trung bình của pha hơi (Kg/m3)

Tra tài liệu tham khảo [4 (tập 1)-trang 9], ta có :

→ Khối lượng riêng của nước : ’N = 962,9(kg/m3)

→ Khối lượng riêng của rượu : ’R = 722,65(kg/m3)

= 923,597 (kg/m3)

 ư [ĩ ]ωφ [ σ ] : Hệ số tính đến sức căng bề mặt

-Khi σ σ< 20 dyn/cm thì ư [ĩ ]ωφ[σ] = 0,8

-Khi σ > 20 dyn/cm thì ư [ĩ ]ωφ [σ ] = 1

Trong đó, σ được tính theo công thức I.76 trang 299 [4]- tập 1 :

 t’tb = 930C , tra bảng I.242 trang 300 [4]- tập 1

+ Sức căng bề mặt của nước : ’N = 57,7 (dyn/cm)

+ Sức căng bề mặt của rượu : ’R = 14,87 (dyn/cm)

Kết luận : hai đường kính đoạn cất và đoạn chưng không chênh lệch nhau quá lớn nên

ta chọn đường kính của toàn tháp là : Dt = 1 (m)

Khi đó tốc độ làm việc thực ở :

+ Phần cất : lv =

0 ,01882 g tb D

 : chiều dày của mâm, chọn  = 4 ( mm ) = 0.004 ( m )

Hđ : khoảng cách giữa các mâm ( m ) , chọn theo bảng IX.4a- [4]-tập 2i,

→ Hđ = 0.3 ( m ) ( 0,8  1,0 ) : khoảng cách cho phép ở đỉnh và đáy tháp → 0,9

Δhh = √3(3600 1,85 π d V c)2

 V : Thể tích chất lỏng chảy qua (m3/h)

V = Q L+Q' L

2+ Lưu lượng lỏng trong phần cất của tháp:

 δ c : Bầ dày ống chảy chuyền, thường lấy 2 ÷ 4 mm

 V’ y : lưu lượng pha hơi trung bình đi trong phần cất

V’ y = g tb

ρ ytb =

2181,8221,303 = 1674,46 (m3/h) = 0,465 (m3/s)

→ 0 =

0,465 34.39.0,004.0,02 = 4,383 (m/s)

► Pk = ρ ytb ω02

22

4.f x

H

4.a.b 2.(a+b)

 fx : diện tích tiết diện tự do của rãnh

 hr : Chiều cao của khe chóp (m), hr = b = 20 (mm) = 0,02 (m)

 hb: chiều cao lớp bọt trên đĩa (m) – Công thức IX.110 [4]- tập 2 – trang 185

 F : Phần diện tích bề mặt đĩa có gắn chóp ( nghĩa là trừ hai phần diện tích đĩa để

bố trí ống chảy chuyền - Sd , với Sd = 0,04 F)

Fo = F – 2 Sd = 0,92 F = 0,92 0,785 = 0,722 (m2)

 f : Tổng diện tích các chóp trên đĩa

f = 0.785 dch2 n = 0,785 (0,08)2 40 = 0,201 (m2) Với n = 36 là số chóp trên đĩa

 hch : Chiều cao của chóp

hch = hc + h = 0,061967 + 1,44 10-5 = 0,06198 (m)

 V” : lưu lượng pha hơi trung bình đi trong phần chưng

V’ y = g ' tb

ρ' ytb =

1854,5170,901 = 2058,287 (kg/h) = 0,572 (m3/s)

→ 0 =

0,572 34.39.0,004.0,02 = 5,392 (m/s)

► Pk = ρ' ytb ω '02

22

dtd =

4.f x

H =

4.a.b 2.(a+b)

 fx : diện tích tiết diện tự do của rãnh

 hr : Chiều cao của khe chóp (m), hr = b = 20 (mm) = 0,02 (m)

 hb: chiều cao lớp bọt trên đĩa (m)

hb = 0,0742 (m) = 74,2 (mm)