ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP THIẾT KẾ THÁP CHƯNG LUYỆN LIÊN TỤC 2 CẤU TỬ benzen VÀ toluen.DOC

Lời nói đầuChng cất là phơng pháp dùng để tách các hỗn hợp lỏng cũng nh 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.. Tr

Lời nói đầu

Chng cất là phơng pháp dùng để tách các hỗn hợp lỏng cũng nh 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 Chúng ta có thể thực hiện nhiều biện pháp chng cất khác nhau nh ch-

ng cất gián đoạn, chng cất liên tục, chng cất đơn giản, chng cất đặc biệt Khi chng cất, hỗn hợp đầu có bao nhiêu cấu tử thì ta thu đợc bấy nhiêu cấu tử sản phẩm Theo

đề bài thì hỗn hợp đầu gồm 2 cấu tử là Benzen và Toluen nên đợc gọi là chng cất hỗn hợp 2 cấu tử

Trong phần đồ án này hỗn hợp hai cấu tử Benzen – Toluen đợc phân tách thành hai cấu tử riêng biệt nhờ phơng pháp chng cất liên tục với tháp chng luyện là loại tháp đệm, làm việc ở áp suất thờng (1at) với hỗn hợp đầu vào ở nhiệt độ sôi.Sau quá trình chng cất, ta thu đợc sản phẩm đỉnh là cấu tử có độ bay hơi lớn hơn (Benzen) và một phần rất ít cấu tử có độ bay hơi bé hơn (Toluen) Sản phẩm đáy gồm hầu hết các cấu tử khó bay hơi (Toluen) và một phần rất ít cấu tử dề bay hơi (Benzen)

Trong suốt quá trình tính toán và thiết kế , đặc biệt đợc sự hớng dẫn trực tiếp và giúp đỡ nhiệt tình của cô Lê Ngọc Thuỵ bản đồ án thiết kế tháp chng luyện liên tục hai câú tử Benzen và Tooluen đã hoàn thành với các nội dung sau:

Phần I: Sơ đồ công nghệ và các chế độ thuỷ động của tháp.

Phần II: Tính toán, thiết kế thiết bị chính.

Phần III: Tính toán cân bằng nhiệt lợng.

Phần VI: Tính toán cơ khí.

Phần V: Tính toán các thiết bị cần thiết.

Phần IV: Kết luận và nhận xét.

Sơ đồ dây chuyền công nghệ

và chế độ thuỷ động của tháp

I Sơ đồ dây chuyền công nghệ sản xuất (hình 1):

Nguyên liệu đầu đợc chứa trong thùng chứa (1) và đợc bơm (2) bơm lên thùng cao vị (3) Mức chất lỏng cao nhất và thấp nhất ở thùng cao vị đợc 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 đợc theo dõi bằng đồng hồ lu lợng Tại thiết bị gia nhiệt hỗn hợp đầu (4) (dùng hơi nớc bão hoà), hỗn hợp đầu đợc gia nhiệt tới nhiệt độ sôi, sau khi đạt tới nhiệt độ sôi, hỗn hợp này đợc đa vào đĩa tiếp liệu của tháp chng luyện loại tháp đệm (5) Trong tháp, hơi đi từ dới lên tiếp xúc trực tiếp với lỏng chảy từ trên xuống, 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 các tầng

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 giầu cấu tử dễ bay hơi, pha lỏng ngày càng giầu cấu tử khó bay hơi Cuối cùng trên đỉnh tháp ta sẽ thu đợc hầu hết là cấu tử dễ bay hơi (Benzen) và một phần rất ít cấu tử khó bay hơi (Toluen) Hỗn hợp hơi này đợc đi vào thiết bị ngng tụ (6) và tại đây nó đợc ngng tụ hoàn toàn (tác nhân là nớc lạnh) Một phần chất lỏng sau ngng tụ cha đạt yêu cầu đợc đi qua thiết bị phân dòng (7) để hồi lu trở về đỉnh tháp, phần còn lại đợc đa 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 lu đi từ trên xuống dới, gặp hơi có nhiệt độ cao đi từ dới 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 ngng 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 đợc hỗn hợp lỏng gồm hầu hết là cấu tử khó bay hơi (Toluen) một phần rất ít cấu tử dễ bay hơi (Benzen), hỗn hợp lỏng này

đợc đa ra khỏi đáy tháp, qua thiết bị phân dòng, một phần đợc đa ra thùng chứa sản phẩm đáy (11), một phần đợc tận dụng đa vào nồi đun sôi đáy tháp (9) dùng hơi nớc bão hoà Thiết bị (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 thiết bị gia nhiệt đợc tháo qua thiết

bị tháo nớc ngng (12)

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

II 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 hút phân tử lớn hơn và vợt lực lỳ Lúc này quá trình chuyển khối đợc xác định bằng dòng khuyếch tán phân tử Tăng vận tốc lên lực lỳ trở nên cân bằng với lực hút phân tử Quá trình chuyển khối lúc này không chỉ đợc

quyết định bằng khuyếch tán phân tử mà cả bằng khuyếch tán đối lu 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 đ-

ợc quyết định bằng khuyếch tán đối lu

Nếu ta tăng vận tốc khí lên đến một giới hạn nào đó thì sẽ xảy ra hiện tợng 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 thờng cho tháp đệm làm việc ở chế độ màng có vận tốc nhỏ hơn vận 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

* 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

* 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 Axeton và Benzen

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

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

- M: Khối lợng mol phân tử, kg/kmol

- Đối với cấu tử dễ bay hơi

- 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

02,028,0.12600

w F

a a

a a F

M

a M a M

a x

Ma, MB: khèi lîng mol ph©n tö cña Benzen vµ Toluen

F A F

F

M

a M

a M

a x

−+

=

92

28,0178

28,

0 78

28,0

=

−+

P

M

a M

a M

a x

−+

=

92

98,0178

98,

0 78

98,0

=

−+

w

M

a M

a M

a x

−+

=

92

02,0178

02,

0 78

02,0

=

−+

/05,161238,78

600.12

p

/96,31604,87

800.2

w

/91,106664,91

05,

II Xác định số bậc thay đổi nồng độ:

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

F F

F p x

x y

y x R

525,0983,0

F p x

x y

y x R

2 Tính chỉ số hồi l u thích hợp :

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

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

Trong đó: V: là thể tích của tháp

H: chiều cao của tháp S: tiết diện của thápNlt: số bậc thay đổi nồng độ (số đĩa lý thuyết)ứng với mỗi giá trị của R > Rmin ta dựng đợc một đờng làm việc tơng ứng và tìm đợc một giá trị Nlt (Các đồ thị từ 3 ữ7 là đồ thị xác định số đĩa lý thuyết)

Rx : chỉ số hồi lu.

Thay số liệu vào ta có

193,2

983,0193.2

93,21

1 + + = + + ++

R

X x R

R y

x

P

x

x L

yL = 0,75x + 0,25

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

w x x

R

f x R

f R y

+

Trong đó:

84,281,107

95,

104,51

93,2

04,593,21

1

−

−+

+

=+

−

−+

+

R

f x R

f R

x x

x C

ω

0188,0

Trong đó:

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

(ρy.ϖy)tb: tốc độ hơi trung bình đi trong tháp, kg/m 2.s

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

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 của lợng hơi đi ra khỏi đĩa trên cùng của tháp và lợng hơi đi vào đĩa dới cùng của

đoạn luyện

2

1

g g

tb

+

Trong đó:

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 tháp, kg/h

* Lợng hơi ra khỏi đỉnh tháp:

gđ = 2800(2,93 + 1)gđ = 11.004 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

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

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

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

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

x1 = xF = 0,314 phần khối

Với ra, rb: ẩn nhiệt hoá hơi của các cấu tử nguyên chất là Benzen và Toluen ở

t0 = tF Từ x1= xF = 0,314 tra đô thị lỏng hơi hình 9 ta đợc t0 = tf = 97,6 0C

Với t0 = 97,6 0 C nội suy theo bảng I.212 trong [I – 254] ta đợc;

66,380

Với ra, rb: ẩn nhiệt hoá hơi của các cấu tử nguyên chất là Benzen và Toluen ở

t0 = tp Từ xp = 0,983 tra đồ thị lỏng hơi hình 9 ta đợc tp = 82,60C

yđ: hàm lợng hơi đi ra khỏi đỉnh tháp, phần khối lợng.

yđ = yp = xp = 0,95 phần khối lợng

Với t0 = tP = 82,60C nội suy theo bảng I.212 trong [I – 254] ta đợc:

65,391

06,3001211004

b Tính khối lợng riêng trung bình

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

273

4,22

)

1(

1 1

T

M y M

y tb

−+

=

Trong đó:

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

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

Với y d1,y c1: nồng độ làm việc tại 2 đầu mỗi đoạn tháp, phần mol.

345,0178

345,

0 78

345,0

383,0983,02

1 1

tb

y y

4,22

)

1(

1

T

M y M

y tb L

−+

=ρ

5,366.4,22

92)

683,01(78.83,0

=

−+

=

L tb y

* Khối lợng riêng trung bình đối với pha lỏng

2 1 1

1

tb tb

ρρ

ρ

−+

98,028,02

tb

a a

983,0314,02

tb

x x

Với x tb L =0,6485phần mol Nội suy từ số liệu trong bảng IX.2a, [II-145] ta

đ-ợc t x0tb =87,60C

ứng với t0 = 87,60C Nội suy theo bảng I.2 trong [I-9] ta đợc:

64,795

tb x

4,790

tb x

Vậy khối lợng riêng trung bình của lỏng trong đoạn luyện là:

=

−+

=

2 1 1

1

tb tb

ρρ

63,0164,795

63,

0 + −

69,793

=

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 Trong phần tính toán này ta tính tốc độ hơi của tháp dựa vào tốc độ sặc của tháp

Tốc độ hơi đi trong tháp đệm

3

2



y d s

tb

tb

V g

Y

à

àρ

ρσω

[II – 187]

8 / 1 4

/ 1

tb y

x ρ

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

àx, àn: 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 = 30012,06 kg/h

337,83600

86,

28382 =

=

03,177082

06,2721293

,2.28002

.2

03,17708

6 6

8 7

,793

74,2.06,30012

03,17708

8 / 1 4

/ 1 8

/ 1 4

/ 1

ρρ

Số đệm trong 1m3

Khối lợng riêng xốp, ρđ, kg/m 3

Từ công thức:

16 , 0

3

2



y d s

tb

tb

V g

Y

à

àρ

ρσω

[II – 187]

3 3

3 16

, 0

3 2

10.005,1

10.298,0.74,2.165

69,793.76,0.81,9.2136,0

x d s

tb

tb

V g Y

à

àρσ

ρω

03,20508

0188,0

.0188,

=

x

g D

tb y y

tb

Quy chuẩn đờng kính đoạn luyện là DL = 1,6 m

* Thử lại điều kiện làm việc thực tế.

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

033,174

,2.6,1

0188,0.03,20508

033,

Vậy chọn đờng kính là 1,6m có thể chấp nhận đợc

* Kiểm tra cách chọn đệm.

0184,0165

76,0.4.4

V d

9,860184,0

6,

Vậy cách chọn đệm và đờng kính tháp của đoạn luyện nh vậy là chấp nhận đợc yêu cầu của bài toán và phù hợp với quá trình tính toán

2 Đờng kính đoạn chng:

a Lợng hơi trung bình đi trong tháp

1 ' '

Trong đó:

g’ n: lợng hơi đi ra khỏi đoạn chng, kg/h.

g’ 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’ n= g1) nên

ta có thể viết:

2

1 ' 1

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

Ta có:

Gw = W = 9800 kg/h

xw = 0,024 phần mol tơng ứng với 0,02 phần khối lợng

y’ 1 = yw xác định theo đờng cân bằng ứng với xw = 0,024 phần mol.

 yw = 0,062 phần mol

Đổi y’ 1 = yw = 0,062 phần mol ra phần khối lợng ta có:

053,092)

062,01(78.062,0

78.062,0

1

−+

49,378

=

a

13,368

=

b

g’ 1 = 30399,69 kg/h

G’ 1 = 40199,698 kg/h

x’ 1 = 0,04496 phần khối lợngVậy lợng hơi trung bình đi trong đoạn chng là:

879,302052

698,3039906

,300122

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(

1

T

M y M

y tb

−+

=

Trong đó:

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

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

d tb

y y

383,0062,02

Với y tb C =0,2225phần mol Nội suy từ số liệu trong bảng IX.2a [II-145] ta đợc

C

t tb0C =106,80

 T = 106,8 + 273 = 379,8 0K.

Vậy khối lợng riêng trung bình của pha hơi đối với đoạn chng là:

.4,22

)

1(

1

T

M y M

y tb C

−+

=ρ

8,379.4,22

92)

2225,01(78.2225,0

=

−+

1

tb tb

ρρ

ρ

−+

a a

04496,028,02

' 1

x x

04496,

04496,0

0526,0314,02

Với x tb C =0,1838phần mol Nội suy từ số liệu trong bảng IX.2a [II-145] ta đợc

C

t x0tb =104,50

ứng với t0 = 104,50C Nội suy theo bảng I.2 trong [I-9] ta đợc:

6,787

tb x

06,783

tb x

Vậy khối lợng riêng trung bình của lỏng trong đoạn chng là:

=

−+

=

2 1 1

1

tb tb

ρρ

1625,016,787

1625,

8,783

=

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 Trong phần tính toán này ta tính tốc độ hơi của tháp dựa vào tốc độ sặc của tháp

Tốc độ hơi đi trong tháp đệm

3

2



y d s

tb

tb

V g

Y

à

àρ

ρσω

[II – 187]

8 / 1 4

/ 1

tb y

x ρ

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

àx, àn: độ nhớt của pha lỏng theo nhiệt độ trung bình và độ nhớt của nớc ở

20oC, Ns/m2

Ta có Gy = g’tb = 30205,879 kg/h

39,83600

879,

30205 =

=

879,337052

698,4019906

,272122

' 1

36,93600

879,

6 6

8 7

,783

852,2.879,30205

899,33705

8 / 1 4

/ 1 8

/ 1 4

/ 1

ρρ

Y = 1,2e-4.0,5024 = 0,1586

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

Từ công thức:

16 , 0

3

2



y d s

tb

tb

V g

Y

à

àρ

ρσω

[II – 187]

16 , 0 3 3

3 16

, 0

3 2

10.005,1

10.287,0.852,2.165

8,783.76,0.81,9.1586,0

x d s

tb

tb

V g Y

à

àρσ

ρω

879,30205

0188,0

.0188,

=

tb y y

tb C

g D

ω

Quy chuẩn đờng kính đoạn luyện là DC = 1,6 m

* Thử lại điều kiện làm việc thực tế:

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

46,1852

,2.6,1

0188,0.879,30205

46,1

Vậy chọn đờng kính là 1,6 m có thể chấp nhận đợc

* Kiểm tra cách chọn đệm:

0184,0165

76,0.4.4

V d

96,860184,0

6,1

Vậy với kết quả tính toán đợc và sơ với điều kiện thực tế thì ta lấy đờng kính phần chng là 1,6 m và đệm nh đã chọn là hợp lý

VI Tính chiều cao tháp:

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

Trong đó:

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

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

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

d y y

d

a

V h

σψ

5 , 0 25 , 0 3 / 2

ρx: khối lợng riêng của lỏng, kg/m 3

ψ: hệ số thấm ớt của đệm, nó phụ thuộc vào tỷ số giữa mật độ tới thực tế lên tiết diện ngang 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.hUtt = B.σđ : mật độ tới thích hợp, m 3/m2.hTrong đó:

Vx: lu lợng thể tích của chất lỏng, m3/h

G V

1,110096,2

31,

1,

Tra hình IX.16 trong [II – 178] ta đợc ψL = 1

* Xác định chuẩn số Reynon:

- Chuẩn số Reynon của pha hơi:

d y

s y

ωρ

4,0

Ta có ày = àhh đợc tính theo

B

B A

A hh

M

àà

Trong đó:

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

àhh, àA, àB: độ nhớt của hỗn hợp và cấu tử Benzen và Toluen.

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

Đối với hỗn hợp khí thì nồng độ phần thể tích bằng nồng độ phần mol, nên m1

àà

à

.1

A

M y M

y M

y

M y

àà

à

1.1

)1(1

.1

1

1 1

1 1

1

1

−+

−+

−+

=

⇒

B A B A hh

a a

a a

àààà

1

1 1

1

⇒

B tb A

tb

A tb

M y M

y

M y a

10.145,0

599,0110.126,0

599,0

325,1.74,2.4,0

Rey = −3 =

- Chuẩn số Reynon của pha lỏng:

x d t

x x

Trong đó:

Gx: lu lợng lỏng trung bình đi trong tháp, phần trớc đã tính đợc Gx = 4,919kg/s

919,4.04,0

.04,0

x d t

x x

F

G

àσ

* Xác định chuẩn số Pran:

- Chuẩn số Pran của pha hơi:

y y

y y

A y

M M v

v P

T

).(

.10.0043,0

2

5 , 1 4 3

+

Trong đó:

T: nhiệt độ trung bình của hơi, 0K

P: áp suất chung của hơi, P = 1at

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

MB = 92: khối lợng phân tử của cấu tử Toluen

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

1.)11896

.(

1

)360.(

10.0043,0

2

5 , 1 4 3

.322,5.47,2

10.1547,0

y y

D

ρà

* ChuÈn sè Pran cña pha láng:

x x

x x

586,0.2,0

2 1 6

20

1110.1

v v B A

M M D

586,0

92

178

110.1

−

−

=+

737,7410

.022,5.96,793

10.298,0

Pr = = −3 −9 =

x x

x x

D

ρµ

VËy: 1 Re0,25.Pr2/3

d y y

d

a

V h

σψ

3 / 2 25

, 0

1 51,28 0,11,768

165.1.123,0

76,0

=

h

h1 = 0,318m

5 , 0 25 , 0 3 / 2

, 0 3 / 2 3

96,793

10.298,0.256

y y tg m

y y

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∈ {0,37; 0,96} ta tìm đợc một giá trị của y* tơng ứng và theo đờng làm việc của đoạn luyện y = 0,75x + 0,25 ta xác định đợc y

- Với tỷ lệ trục hoành 1.100 và tỷ lệ trục tung là 1/100 ta có:

my = 10,52 100.1/100

my = 10,52Thay các giá trị : h1 = 0,318 m

337,8.541,0318,0

x

y dv

hđv = 0,4433 mVậy chiều cao lớp đệm của đoạn luyện là:

HL = hđv my = 0,4433 10,52 = 4,66m

2 Chiều cao của đoạn ch ng:

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

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

* Tính ψ

t

x tt

F V

2,0096

4

6,1.14,34

,783

899,

G V

399,210096,2

0032,

399,21

Tra hình IX.16 trong [II – 178] ta lấy ψL = 1

* Xác định chuẩn số Reynon:

- Chuẩn số Reynon của pha hơi:

d y

s y

ωρ

4,0

àà

à

.1

A

M y M

y M

y

M y

àà

à

1.1

)1(1

.1

1

1 1

1 1

1

1

−+

−+

−+

=

⇒

B A B A hh

a a

a a

àààà

1

1 1

1

⇒

B tb A

tb

A tb

M y M

y

M y a

1953,0110

.31185,0

1953,0

59,1.852,2.4,0

Rey = −3 =

- Chuẩn số Reynon của pha lỏng:

x d t

x x

9367,310.3287,0.165.0096,2

363,9.04,0

.04,0

x d t

x x

F

G

àσ

* Xác định chuẩn số Pran:

- Chuẩn số Pran của pha hơi:

y y

y y

A y

M M v

v P

T

).(

.10.0043,0

2

5 , 1 4 3

.(

1

)6,355.(

10.0043,0

2

5 , 1 4

10.3126

y y

D

ρµ

- ChuÈn sè Pran cña pha láng:

x x

x x

762,6410

.654,5.8,783

10.287,0

x x

D

ρµ

VËy: 1 Re0,25.Pr2/3

d y y

d

a

V h

σψ

3 / 2 25

, 0

1 35,167 0,557

165.1.123,0

76,0

=

h

h1 = 0,0617 m

5 , 0 25 , 0 3 / 2

,m

5 , 0 25

, 0 3

/ 2 3

8,783

10.287,0.256

y y tg m

y y

y y

d

Trong đó:

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∈ {0,04;0,37} ta tìm đợc một giá trị của y* tơng ứng và theo đờng làm việc của đoạn chng y = 2,028x - 0,0247 ta xác định đợc y

- Với tỷ lệ trục hoành 1.100 và tỷ lệ trục tung là 1/ 100 ta có :

my = 8,225.100.1/100

my = 8,225Thay các giá trị : h1 = 0,0617 m

39,8.52,10617,0

x

y dv

hđv = 0,279 mVậy chiều cao lớp đệm của đoạn chng là:

HC = hđv my = 0,279 8,225 = 2,3m

3 Tính chiều cao của toàn tháp:

H = HL + HC + H1 + H2 + H3 Trong đó:

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

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

H2: khoảng cách không gian giữa đoạn chng và đoạn luyện để đặt đĩa tiếp liệu

∆

=

∆

038 , 0 19

, 0 342

, 0

u

G

G A P P

à

àρ

ρ

, N/m2 [II – 189]

Trong đó:

∆P : tổn thất áp suất tại điểm đảo pha có tốc độ của khí bằng tốc độ của khí khi đi qua đệm khô, N/m2

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

Gx, Gy: lu lợng của lỏng và của khí, kg/s

àx, ày: khối lợng riêng của lỏng và của khí, kg/m 3

1 Trở lực của đoạn luyện:

* Tính chuẩn số Reynon:

43 , 0 57

,

0 045,0

G

G Ar

d Ar

à

ρρ

0184,0165

76,0.4.4

V d

2 3

6,1.14,3

03,177083600

=

t

tb x

F

G G

kg/m2.s

15,43600.4

6,1.14,3

06,300123600

=

t

tb y

F

g G

kg/m2.s

838,403448

,2

15,4.5534029

045,0Re

43 , 0 57

2 , 0 2 , 1 8 , 0 8 ,

1

.56,1

d

y d y y k

10.1547,0.165.74,2.06,1.66,4.56,1

3

2 0 3 2

, 1 8 , 0 8 , 1

=

038 , 0 3

3 19

, 0 342

, 0

10.1547,0

10.298,0.96,793

74,2.33,8

919,415,5197,1177

,

0 045,0

G

G Ar

d Ar

µ

ρρ

0184,0165

76,0.4.4

V d

2 3

6,1.14,3

879,302053600

=

t

tb x

F

G G

kg/m2.s

659,43600.4

6,1.14,3

879,337053600

=

t

tb y

F

g G

kg/m2.s

06,149175

,4

659,4.079,1379749

045,0Re

43 , 0 57

Vì Rey < 400 nên tổn thất áp suất của đệm khô xác định theo công thức sau:

3

2 , 0 2 , 1 8 , 0 8 ,

1

.56,1

d

y d y y k

10.3126,0.165.825,2.01,1.3,2.56,1

3

2 0 3 2

, 1 8 , 0 8

, 1

=

038 , 0 3

3 19

, 0 342

, 0

10.3126,0

10.287,0.8,783

825,2.39,8

363,915,5174,1741

Sơ đồ thiết bị chng luyện (dùng để tính cân bằng nhiệt lợng)Mục đích của việc tính cân bằng nhiệt lợng là để xác định lợng nớc lạnh cần thiết cho quá trình ngng tụ, làm lạnh cũng nh để xác định lợng hơi đốt cần thiết khi

đun nóng hỗn hợp đầu để đa vào đĩa tiếp liệu và lợng hơi đáy tháp Để tính toán cho các thiết bị đó ta cần dựa vào sơ đồ cân bằng nhiệt lợng (Sơ đồ trên)

1 Cân bằng nhiệt lợng cho thiết bị gia nhiệt hỗn hợp đầu:

QD1 + Qf = QF + Qng1 + Qxq1 (J/h) [II – 196].Trong đó:

QD1: Nhiệt lợng do hơi đốt mang vào J/h

Qf: Nhiệt lợng do hỗn hợp đầu mang vào J/h

QF: Nhiệt lợng do hỗn hợp đầu mang ra J/h

Qng1: Nhiệt lợng do nớc ngng mang ra J/h

Qxq1: Nhiệt lợng mất ra môi trờng xung quanh J/h

- Lợng hơi đốt cần thiết để đun nóng hỗn hợp đầu đến nhiệt độ sôi là:

D1 =

1

.95,0

).(

r

t C t C

, kg/hTrong đó:

CF: nhiệt dung riêng của hỗn hợp khí đi ra, J/kg độ

Cf: nhiệt dung riêng của hỗn hợp đầu, J/kg độ

tF: nhiệt độ hỗn hợp khi ra khỏi thiết bị đun nóng, 0C