THIẾT kế THÁP CHƯNG cất BENZEN – TOLUEN với NĂNG SUẤT NHẬP LIỆU 21600 KG TRÊN h

Đối với hệ Benzen – Toluen là hai cấu tử tan lẫn vào nhau, ta dùng phươngpháp chưng cất để nâng cao độ tinh khuyết của Benzen.Đồ án môn học Quá trình thiết bị là một môn học mang tính tổ

ĐỒ ÁN MÔN HỌC QUÁ TRÌNH THIẾT BỊ

ĐỀ TÀI: THIẾT KẾ THÁP CHƯNG CẤT BENZEN – TOLUEN VỚI NĂNG

SUẤT NHẬP LIỆU 21600 KG/H

GVHD: NGUYỄN QUỐC HẢI Lớp: DH10H1

Sinh Viên: Trần Trí Hiến

Nguyễn Văn Cường

Lê Quang Kiên

Đề tài này được hoàn thành là kết quả của một quá trình làm việc miệt mài và thực

sự nghiêm túc của hai thành viên trong nhóm “ thiết kế tháp chưng cất mâm chóp”, cùngvới sự giúp đỡ tận tình của các Giảng viên Khoa Hoá Học và Công Nghệ Thực Phẩm

Chúng tôi xin chân thành cám ơn Ban Giám Hiệu và các thầy cô đã tạo điều kiệncho sinh viên được mở rộng vốn kiến thức còn hạn hẹp trong sách vở bằng những kiếnthức quý báu Đặc biệt nhóm thực hiện Báo cáo xin chân thành cám ơn thầy NguyễnThanh Thiện đã dành nhiều thời gian để động viên, hướng dẫn nhóm trong suốt thời gianlàm đề tài này

Khả năng tiếp thu kiến thức và kinh nghiệm bản than có giới hạn, thời gian tìmhiểu và nghiên cứu đề tài không nhiều, cho nên bài báo cáo này không tránh khỏi thiếusót ngoài ý muốn Chúng tôi rất mong muốn nhận được sự nhận xét, chỉ bảo chân thành

từ các thầy cô nhằm giúp cho bài báo cáo này trở nên hoàn thiện hơn, bên cạnh đó giúpcho kiến thức của nhóm được củng cố hơn, tạo điều kiện tốt cho công tác của chúng tôisau này

Chúng tôi xin chân thành cám ơn!

LỜI MỞ ĐẦU

Khoa học kỹ thuật ngày càng phát triển và cùng với nó là nhu cầu ngày càng cao

về độ tinh khuyết của các sản phẩm Vì thế, các phương pháp nâng cao độ tinh khuyết

chưng cất, trích ly Tuỳ theo đặc tính yêu cầu của sản phẩm mà ta có sự lựa chọn phươngpháp phù hợp Đối với hệ Benzen – Toluen là hai cấu tử tan lẫn vào nhau, ta dùng phươngpháp chưng cất để nâng cao độ tinh khuyết của Benzen.

Đồ án môn học Quá trình thiết bị là một môn học mang tính tổng hợp trong quátrình tổng hợp trong quá trình học tập của các kĩ sư Công nghệ Hoá Học trong tương lai.Môn học giúp sinh viên giải quyết nhiệm vụ tính toán cụ thể về: Quy trình công nghệ, kếtcấu, giá thành của một thiết bị trong sản xuất hoá 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 nhữngvấn đề kĩ thuật thực tế một cách tổng quát

Nhiệm vụ của Đồ án là thiết kế hệ thống chưng cất Benzen – Toluen Loại tháp mâmchóp có năng suất nhập liệu là 21600 kg/h, nồng độ nhập liệu là 37% (kg Benzen/kg hỗnhợp), nồng độ sản phẩm đỉnh là 97,5% (kg Benzen/kg hỗn hợp), nồng độ sản phẩm đáy là1,8%(kg Benzen/kg hỗn hợp)

Cồn thô: năng suất nguyên liệu đầu vào là 21600kg/h

Nồng độ dd đầu: 37%(kl)

Nồng độ sản phẩm đáy: 1,8%(kl)

Sản phẩm đỉnh có độ thu hồi là 90%

CHƯƠNG I: TÔNG QUAN LÝ THUYẾT

1.1 Nguyên vật liệu quá trình chưng cất

Nguyên liệu cho quá trình chưng cất hệ Benzen –Toluen là hỗn hợp sản phẩn củaquá trình sản xuất Benzen từ quá trinh hidrodealky hóa Toluen Để thu được benzen có độtinh khiết cao

1.2 Sản phẩm

Sản phẩm của quá trình chưng cất Benzen –Toluen ta mong muốn thu đượclà:Benzen tinh khiết nồng độ đạt 97,5%

Benzen: là một hợp chất mạch vòng, ở dạng lỏng không màu và có mùi thơm nhẹ Công

thức phân từ là C6H6 Benzen không phân cực, vì vậy tan tốt trong các dung môi hữu cơkhông phân cực và tan ít trong nước

Tính chất hóa học của benzen:

Về thành phần , benzen thuộc loaaj hidrocacbon vòng không no liên hợp , nhưngkhác với hidrocacbon thuộc dãy etylen, benzen thể hiện tính chất vốn có của hidrocacbon

no chẳng hạn benzen bền vững với tác dụng của các chất oxy hóa, dễ tham gia phản ứngthê hơn phản ứng cộng,v.v… sở dĩ benzen và những hợp chất thơm khác có tính chất đặcbiệt này là vì nhân benzen tương đối bền vững với các phản ứng hóa học

Benzen có vai trò quan trọng trong thực tế là nguyên liệu đầu cho nhiều ngànhcông nghiệp hưu cơ Sản xuất thuốc trừ sâu, thuốc kích thích tăng trưởng , ngành côngnghiệp nhuộm, keo dán…

Ngoài ra benzen còn được sử dụng làm dung môi trong phòng thí nghiệm, sản xuấtkháng sinh aspirin , tơ nhân tạo và thủy tinh hữu cơ

Toluen: Là một hợp chất mạch vòng, ở dạng lỏng không màu và có tính thơm.

Công thức phân từ là C6H5-CH3 Toluen không phân cực, vì vậy tan tốt trong các dungmôi hữu cơ không phân cực và tan ít trong nước Toluen sau khi chưng tách sẽ hồi lưu lại

để tiếp tục quy trình hidrodealkyl hóa toluen để sản xuất benzen

1.3 Cơ sở lý thuyết của quá trình

1.3.1 Khái niệm chưng cất

Chưng cất là quá trình dùng để tách các cấu tử của một hỗn hợp lỏng cũng như hỗnhợp khí lỏng thành các cấu tử riệng biệt dựa vào độ bay hơi khác nhau cùa các cấu tửtrong hỗn hợp (nghĩa là khi ở cùng một nhiệt độ, áp suất hơi bão hoà của các cấu tử khácnhau)

Thay vì đưa vào trong hỗn hợp một pha mới để tạo nên sự tiếp xúc giữa hai phanhư trong một quá trình hấp thu hoặc nhả khí, trong quá trình chưng cất pha mới được tạonên bằng sự bốc hơi hoặc ngưng tụ

Trong trường hợp đơn giản nhất, chưng cất và cô đặc không có gì khác nhau, tuynhiên giữa hai quá trình này có một ranh giới cơ bản là trong quá trình chưng cất dungmôi và chất tan đều bay hơi (nghĩa là các cấu tử đều hiện diện trong cả hai pha nhưng với

tỷ lệ khác nhau), còn trong quá trình cô đặc thì chỉ có dung môi bay hơi còn chất tankhông bay hơi

Khi chưng cất ta thu được nhiều cấu tử và thường thì bao nhiêu cấu tử sẽ thu đượcbấy nhiêu sản phẩm Nếu xét hệ đơn giản thì có hai cấu tử thì ta thu được hai sản phẩm:

• Sản phẩm chủ yếu gồm cấu tử có độ bay hơi lớn và một phần rất ít các cấu tử có

độ bay hơi bé

• 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

Đối với hệ Benzen – Toluen

• Sản phẩm đỉnh chủ yếu gồm Benzene và một ít Toluen

Sản phẩm đáy chủ yếu là Toluen và một ít Benzen

b. Phân loại theo nguyên lý làm việc

- Chưng cất đơn giản

- Chưng bằng hơi nước trực tiếp

c. Phân loại theo cấp nhiệt ở đáy tháp

- Cấp nhiệt trực tiếp

- Cấp nhiệt gián tiếp

Vậy: Đối với hệ Benzen – Toluen ta chọn phương pháp chưng cất liên tục ở áp suất thường

1.3.3 Thiết bị chưng cất

Trong sản suất , người ta thường dùng nhiều loại thiết bị khác nhau để tiến hànhchưng cất Tuy nhiên, yêu cầu cơ bản của các thiết bị giống nhau nghĩa là diện tích bề mặttiếp xúc pha phải lớn, điều này phụ thuộc vào mức độ phân tán của một lưu chất này vào

tán vào pha khí ta có tháp chêm, tháp phun, Ở đây ta khảo sát hai loại thường dùng làtháp mâm và tháp chêm.

• Tháp mâm: Thân tháp hình trụ, thẳng đứng phía trong có gắn các mâm có cấutạo khác nhau, trên đó pha lỏng và pha hơi được cho tiếp xúc với nhau Tuỳtheo cấu tạo của đĩa, ta có:

• Tháp mâm chóp: Trên mâm bố trí có chóp dạng tròn, xupap, chữ s, có rãnhxung quanh để pah khí đi qua và ống chảy chuyền có hình tròn

• Tháp mâm xuyên lỗ: Trên mâm có nhiều lỗ rãnh

• Tháp chêm (tháp đệm): Tháp hình trụ, gồm nhiều bậc nối với nhau bằng mặtbích hay hàn Vật chêm được cho vào tháp theo một trong hai phương pháp:Xếp ngẫu nhiên hay xếp thứ tự

So sánh ưu nhược điểm các loại tháp:

- Hiệu suất khá cao

- Không làm việc được với chấtlỏng bẩn

- Do có hiệu ứng âm thanh Hiệusuất truyền khối thấp

- Độ ổn định không cao, khó vậnhành

- Do có hiệu ứng thành Khi tăngnăng suất thì hiệu ứng thànhtăng Khó tăng năng suất

- Thiết bị khá nặng nề

Vậy: Ta sử dụng tháp mâm chóp để chưng cất hệ Benzen – Toluen

1.3 Thông số quá trình chưng cất

Nhu cầu sử dụng benzen trong các ngành công nghiệp việt nam như thuốc trừ sâu,

tấn/năm benzen tinh khiết với nhu cầu trên người ta sử dụng toluen là sản phẩm của quátrình hóa dầu để tiến hành sản xuất benzen bằng phương pháp hidrodealkyl hóa toluen.Quá trình hidrodealkyl hóa toluen hiệu suất dạt 35%- 40%,trong quá trình chưng tách yêucầu Sản phẩm benzen đạt độ tinh khiết cao từ 96%-98% , nồng độ sản phẩm đáy tháp cólẫn benzen 2%.

Chọn thông số ban đầu của quá trình:

+ Năng suất nhập liệu: GF= 21600kg/h

+ Nồng độ nhập liệu: = 37% (kg Benzen / kg hỗn hợp)

+ Nồng độ sản phẩm đỉnh: = 97,5% (kg Benzen / kg hỗn hợp)

+ Nồng độ sản phẩm đáy: = 1,8% (kg Benzen / kg hỗn hợp)

+ Nhiệt độ nguyên liệu đầu vào Td = 25 oC

+ Nhiệt độ sản phẩm của đáy tháp chưng cất TC =110oC

Với thông số trên là phù hợp với yêu cầu của quá trinh chưng tách benzen-toluentrong sản xuất benzen bằng phương pháp hidrodealkyl hóa toluen

CHƯƠNG II: QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ 2.1 Sơ đồ quy trình công nghệ.

2.2 Thuyết minh quy trình công nghệ

Hỗn hợp benzen-toluen tại bình chứa nguyên liệu (1) được bơm (2) bơm vào bồncao vị (4).Sau đó hỗn hợp đi qua thiết bị trao đổi nhiệt (12) sau đó qua thiết bị đun sôinhập liệu (5) rồi đi vào tháp chưng cất ở đĩa nhập liệu

Trên đĩa nhập liệu, chất lỏng được trộn với phần lỏng từ đoạn cất của tháp chảyxuống Trong tháp hơi đi từ dưới lên gặp chất lỏng từ trên xuống Ở đây có sự tiếp xúc vàtrao đổi giữa hai pha với nhau Pha lỏng chuyển động trong phần chưng càng xuống dướicàng giảm nồng độ các cấu tử dễ bay hơi vì đã bị pha hơi tạo nên từ nồi đun lôi cuốn cấu

tử dễ bay hơi Nhiệt độ càng lên trên càng thấp, nên khi hơi đi qua các đĩa từ dưới lên thìcấu tử có nhiệt độ sôi cao là toluen sẽ ngưng tụ lại, cuối cùng trên đỉnh tháp ta thu đượchỗn hợp có cấu tử bezen chiếm nhiều nhất Hơi này đi vào thiết bị ngưng tụ(8) và đượcngưng tụ 1 phần (chỉ ngưng tụ hồi lưu) Một phần chất lỏng ngưng được đưa qua thiết bịlàm lạnh sản phẩm đỉnh(10) trước khi đưa vào bồn chứa sản phẩm đỉnh(14) Phần cònlại của chất lỏng ngưng được hồi lưu về tháp ở đĩa trên cùng với tỉ số hoàn lưu tối ưu.Một phần cấu tử có nhiệt độ sôi thấp được bốc hơi, còn lại cấu tử có nhiệt độ sôi caotrong chất lỏng ngày càng tăng

Cuối cùng ở đáy thu được hỗn hợp lỏng gồm hầu hết là cấu tử khó bay hơi(toluen) Hỗn hợp đáy có toluene và một phần benzen Dung dịch lỏng ở đáy đi ra khỏitháp, 1 phần được đun, bốc hơi ở nồi đun kettle (11) cung cấp lại cho tháp để tiếp tục làmviệc, phần còn lại được đưa qua thiết bị trao đổi nhiệt (12) để tận dụng nhiệt, rồi vào bểchứa sản phẩm (13) Hệ thống làm việc liên tục cho ra sản phẩm đỉnh là bezen, sản phẩmđáy là toluene

1.3 các thiết bị chính của quy trình.

-tháp chưng luyện liên tục.

- van

-thiết bị đun sơi dịng nhập liệu.

-thiết bị ngưng tụ sản phẩm đỉnh

-nồi đun kelte gia nhiệt sản phẩm đáy

-bộ phận phân chia dịng

-lưu lượng kế

-thiết bị làm nguội sản phẩm đỉnh và đáy

CHƯƠNG III: CÂN BẰNG VẬT CHẤT

I. Các thơng số ban đầu

Chọn loại tháp là tháp mâm chóp

Khi chưng luyện hỗn hợp Benzen - Toluen thì cấu tử dễ bay hơi là Benzen

)/(78:

3 5 6

6 6

mol g M

CH H C Toluen

mol g M

H C Benzen

T B

• Năng suất nhập liệu: GF = 21600 (kg/h)

• Nồng độ nhập liệu: xF = 37% (kg Benzen/ kg hỗn hợp)

• Nồng độ sản phẩm đỉnh: xD = 97,5% (kg Benzen/ kg hỗn hợp)

• Nồng độ sản phẩm đáy: xW = 1,8% (kg Benzen/ kg hỗn hợp)

• Áp suất hơi đốt: Ph = 2,5 at

• Chọn:

- Nhiệt độ nhập liệu: tFV = 30oC

- Nhiệt độ sản phẩm đáy sau khi làm nguội: tWR = 40oC

- Nhiệt độ dòng nước lạnh đi vào: tV = 27oC

- Nhiệt độ dòng nước lạnh đi ra: tR = 40oC

- Trạng thái nhập liệu là trạng thái lỏng sôi

• Các ký hiệu:

- GF, F: suất lượng nhập liệu tính theo kg/h, kmol/h

- GD, D: suất lượng sản phẩm đỉnh tính theo kg/h, kmol/h

- GW, W: suất lượng sản phẩm đáy tính theo kg/h, kmol/h

- xi, xi : nồng độ phần mol, phần khối lượng của cấu tử i

I. Xác định lượng sản phẩm đỉnh và sản phẩm đáy thu được

Phương trình cân bằng vật chất:

Biểu diễn nồng độ các dịng nhập liệu, sản phẩm đỉnh, sản phẩm đáy theo phần mol

- Nồng độ phần mol của liệu nhập (xF):

= (mol Benzen / mol hỗn hợp)

- Nồng độ phần mol của sản phẩm đỉnh (xD):

(mol Benzen / mol hỗn hợp)

- Nồng độ phần mol của sản phẩm đáy (xw):

(mol Benzen / mol hỗn hợp)

Dựa vào bảng thành phần lỏng (x) – hơi (y) và nhiệt độ vào của hỗn hợp Benzen –Toluen ở 760 mmHg ( Bảng IX.2a trang 145 STQTTB tập 2)

Ta xác định nhiệt độ sơi của hỗn hợp tại dịng nhập liệu cĩ nồng độ phần mol là0,41(mol Benzen / mol hỗn hợp) là: 90,34 0C

Áp dụng phương trình cân bằng vật chất

Vậy ta có:

II. Xác định chỉ số hoàn lưu thích hợp

1. Xác định chỉ 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 ( nước, bơm, nhiên liệu

là tối thiểu )

Chỉ số hồi lưu tối thiểu

( Công thức 2.10 trang 41 BTQTTB truyền khối )

Ứng với

R = 1.3Rmin + 0,3 ( Công thức 2.12 BTQTTB truyền khối )

- Suất lượng mol tương đối của dòng nhập liệu

2. Phương trình làm việc đoạn chưng đoạn cất:

- Phương trình đường nồng độ làm việc của đoạn luyện:

-Phương trình đường nồng độ làm việc của đoạn chưng:

Độ nhớt của Benzen: mB = 0,310 (cp)

Độ nhớt của Toluen: mT = 0,314 (cp)

Độ nhớt của hỗn hợp:

Độ bay hơi tương đối

Theo hình IX.11 trang 171

2. Xác định

Ta có nhiệt độ tại đĩa nhập liệu ứng với là 90,340C

Tra bảng I.101 trang 91 STTB tập 1

Độ nhớt của Benzen: mB = 0,269 (cp)

Độ nhớt của Toluen: mT = 0,278(cp)

Độ nhớt của hỗn hợp:

Độ bay hơi tương đối

Theo hình IX.11 trang 171

3. Xác định

Ta có nhiệt độ tại đỉnh tháp ứng với là 109,680C

Tra bảng I.101 trang 91 STTB tập 1

Độ nhớt của Benzen: mB = 0,241 (cp)

Độ nhớt của Toluen: mT = 0,252 (cp)

Độ nhớt của hỗn hợp:

Độ bay hơi tương đối

Theo hình IX.11 trang 171

Vậy số đĩa thực tế là

CHƯƠNG IV: TÍNH TOÁN THÁP CHƯNG CẤT 4.1 Đường kính tháp

Đường kính tháp được tính theo công thức:

tb tb V D

ωtb : vận tốc hơi trung bình đi trong tháp (m/s)

Vì lượng hơi và lượng lỏng thay đổi theo chiều cao tháp và khác nhau trong mỗiđoạn nên lượng hơi trung bình trong từng đoạn khác nhau và do đó đường kính đoạnchưng và đoạn luyện của tháp có thể khác nhau

4.1 1 Đường kính phần luyện

Lưu lượng hơi trung bình trong đoạn luyện : có thể xem gần đuïng bằng trungbình cộng lượng hơi đi ra khỏi đĩa trên cùng của tháp gđ và lượng hơi đi vào dưới cùngg1 của đoạn luyện :

Được tính theo công thức sau :

2

1

g g

tb

+

=

gđ : lượng hơi ra khỏi tháp ở đĩa trên cùng (kg/h)

gđ = GR +GP = GP(RTH+1) (IX 92/181.[II])Với GR : lượng lỏng hồi lưu , kg/h

GP : lượng sản phẩm đỉnh (kg/h), GP = 7945(kg/h)

RTH : chỉ số hồi lưu, RTH = 2,36

= > gđ = 7945(2,36+1) = 26695,2 kg/hg1 : lượng hơi đi vào đĩa dưới cùng của đoạn luyện (kg/h)

Áp dụng phương trình cân bằng vật liệu, nhiệt lượng cho đĩa thứ nhất của đoạnluyện:

g1 = G1 + GP (IX.93/182.[II ])g1y1 = G1x1 + GPxP (IX.94/182.[II])g1r1 = gđrđ (IX.95/182.[II]) Với :

y1 : Nồng độ của cấu tử nhẹ trong pha hơi của đĩa thứ nhất đoạn luyệnx1 : hàm lượng lỏng ở đĩa thứ nhất đoạn luyện

x1 = xF = 0,41 (phần mol)

GP =7945(kg/h) = 101,85(kmol/h)r1 : ẩn nhiệt hóa hơi của hỗn hép đi vào đĩa thứ nhất của đoạn luyện

Ở nhiệt độ tl = 87,7655oC, tra bảng I-212/254.[I ]và bằng phương pháp nội suy :

Ta có : rB87,7655 = 387869,5(J/Kg); rT 87,7655 = 374585,2086(J/Kg)

Vậy rd = rB yd + rT (1 - yd )= 387869,5.0,979+(1-0,979).374585,208

=387590,53(J/Kg)Gd.rd=26695,2.387590,53=10346806710

Ta có: g1.y1=G1x1+GPxp=(g1-Gp).xp= > g1( y1-xF)=Gp(xp-xF) (1)

77,101295232086

,374585)

1(5,387869

10.979,0.01034680671)

1(

3 1

.

−

y y

y y

r

r

y g

g

T

B

d d

,91972

, 9197

53 , 387590

2 , 26695

273 )

ytb

− +

=

ρ

(IX.102/183.[II])

MB = 78 (kg/kmol) , MT = 92 (kg/kmol)ytb1 : Nồng độ phần mol cấu tử phán bố trong đoạn luyện

7345 ,

0 2

49 , 0 979 ,

0 2

(phần mol)

) 273 7655

, 87 (

4 , 22

273 92 ).

7345 ,

0 1 ( 78 7345

m kg

+

− +

=

ρ

Vậy

) / ( 76059 ,

2

3445 ,

h m

g v

1 1 1

x

tb x

tb xtb

a

a

ρ ρ

ρ

− +

=

(IX-104a/183.[II])

− ρxtb : khối lượng riêng trung bình của hỗn hợp lỏng trong đoạn luyện

-ρx1,ρx2 : khối lượng riêng của Benzen và Toluen của pha lỏng ở nhiệt độ

− trung bình là 86,4oC, được tra bảng I-2/9.[I ]:

)/(96,

x =ρ

ρx2 =973,64(kg/m3)

− atb1 : phần khối lượng trung bình của cấu tử A trong pha lỏng

6725

0 2

979 , 0 37 , 0 2

tb

a a

a

(phần khối lượng)

Ttbl=87,76550C⇒ρT =800,2345(kg/m3);ρB =806,45795(kg/m3)

2345,

800

6725,

01

4 5795,

806

6725,

Tìm vận tốc hơi trung bình đi trong đoạn luyện:

Vận tốc làm việc của dòng khí nhỏ hơn vận tốc đảo pha từ 10 ÷ 20%

1 16

, 0 3

2

75 , 1

x n

x xtb

d

ytb d S

G

G A

ρ µ

µ ρ

ρ σ ϖ

g : Gia tốc trọng trường, g = 9,81(m/s2)

ytb xtb ρ

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

n

x µ

µ , : độ nhớt của pha lỏng ở nhiệt độ trung bình và của nước ở 20oC

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

* Xác định độ nhớt µx,µn :

•µn: độ nhớt của nước ở 20oC tra trong bảng I-102/94.[I] ta có :

)/(10

*005,1)(005,

979,041,0

µ : Độ nhớt của Benzen và Toluen ở 87,7655oC, được tra bảng

I-101/91.[I] và bằng phương pháp nội suy ta có :

G G

G = +

)/(208388,

5)/(2,1875036

,2.7945

G

) / ( 3479136 ,

0 ) / ( 489

5 3479136

,

0

s kg

)/(9851,4)/(3445,179462

Như vậy :

16 , 0 3

8

1 4

1

' lg

ytb d xtb

ytb y

x S

gV G

G A

µ

µρ

ρσρ

ρω

005 1

2964 , 0 ( 4091374 ,

804 ) 76 , 0 ( 81 , 9

76059 , 2 165 lg

4091374 ,

804

76059 , 2 )

9851 , 4

778 , 2 75 , 1 125

3716,4800.43600

4

m w

(IX.91/181.[II])

gđc : lượng hơi đi vào đoạn chưng (kg/h)

Áp dụng phương trình cân bằng vật liệu

c t

89,946.110

1 1

489,919767518

,281742

Khối lượng riêng trung bình đối với pha hơi đoạn chưng :

Giống như trong đoạn luyện, khối lượng riêng đoạn chưng được tính theo công thức sau:

66,0018.02

34 0 1 ( 78 34

, 2

082 ,

ρ Khối lượng riêng trung bình đối với pha lỏng đoạn luyện

018.037,02

ρ ρ : khối lượng riêng của Benzen và của Toluen ở nhiệt độ

trung bình của đoạn chưng 102,745oC

)/(706

785 kg m3

xT =

ρ

Suy ra:ρc xtb =786(kg/m3)

Tính vận tốc hơi trung bình trong đoạn chưng:

Tương tự trong đoạn luyện ta có : ω’tb = 0,8.ω, S

8

1 4

1 16

, 0 3

2

'

''

'75,1

''

''

x n

x xtb d

ytb d S

G

G A

ρµ

µρ

ρσω

Tính độ nhớt µn,µ'x:

Tương tự trong đoạn luyện ta có :

)/(10

*005,1)(

µ µ : Độ nhớt của Benzen và Toluen ở nhiệt độ 102,745oC :

)/(2552355

67518,41829489

,12522

)/(1906,5)/(082,

Do đĩ:

16 , 0 3

8

1 4

1

'

' lg '

' '

' 75 , 1 '

ytb d xtb

ytb y

x S

gV G

G A

µ

µρ

ρσρ

ρω

9836,5)76,0.(

786.81,9

83,2.165lg

786

83,2190,5

9836,575

1

⇒w's=0,9226(m/s) ⇒w'tb=0,8w's =0,7381(m/s)

Như vậy đường kính đoạn chưng là:

)(4,17381,36000

8558,4090.4'

3600

4

m w

V D

tb

=

ππ

Do Đường Kính đoạn chưng và đoạn luyện chênh lệch nhau khơng quá 10% nên đồng nhất hai giá trị Đường Kính về giá trị Đường Kính chuẩn

Vậy chọn Đường Kính tháp là 1,4 m (theo bảng qui chuẩn cho Đường kinh tháp, 359.II)

4.2.Chiều cao tháp chưng cất

 Chiều cao tháp chưng cất

Trong đĩ:

Số đĩa thực tế

d: Bề dày của đĩa, m

0,8 1: Khoảng cách cho phép ở đỉnh và đáy thiết bị, m

: Khoảng cách giữa các đĩa, m

Vậy chiều cao tháp H = 9,688 m

I. Tính tốn chĩp và ống chảy chuyền:

1. Tính tốn chĩp

• Ta chọn đường kính ống hơi là: 47 mm

• Số chóp phân bố trên một đĩa:

(Công thức IX.212 trang 236 STTB tập 2)

• Chiều cao chóp phía trên ống dẫn hơi

(Công thức IX.213 trang 236 STTB tập 2)

• Số lượng khe hở của mỗi chóp

c: Khoảng cách giữa các khe , chọn c = 3 (mm)

(khe )

Chọn i = 63 (khe )

• Chiều rộng khe hở của mỗi chóp

Ta chọn

• Khoảng cách từ đĩa đến ống chảy chuyền

• Khoảng cách từ tâm ống chảy chuyền đến tâm chóp gần nhất

Bề dày ống chảy chuyền: thường lấy

là khoảng cách nhỏ nhất giữa chóp và ống chảy chuyền thường dùng

• Chiều cao ống chảy chuyền trên đĩa

Trong đó:

chiều cao mức chất lỏng bên trên ống chảy chuyền

Trong đó: V: thể tích chất lỏng chảy qua đoạn cất

B Tính cho phần chưng

• Chiều cao khe chóp:

• Số lượng khe hở của mỗi chóp

c: Khoảng cách giữa các khe , chọn c = 3 (mm)

khe

• Chiều rộng khe hở của mỗi chóp

Ta chọn

• Khoảng cách từ đĩa đến ống chảy chuyền

• Khoảng cách từ tâm ống chảy chuyền đến tâm chóp gần nhất

Bề dày ống chảy chuyền: , thường lấy

• Chiều cao ống chảy chuyền trên đĩa

Trong đó:

chiều cao mức chất lỏng bên trên ống chảy chuyền

Trong đó: V: thể tích chất lỏng chảy qua đoạn cất

Trong đó: Khoảng cách từ chân chóp đến chân khe

 Chiều rộng trung bình của mâm

- Chiều rộng của ống chảy chuyền

- Diện tích của ống chảy chuyền

F: Tiết diện của tháp

- Khoảng cách giữa hai gờ chảy tràn

- Diện tích giữa hai gờ chảy tràn

II. Tính toán chi tiết ống dẫn

1.Đường kính ống dẫn sản phẩm đỉnh:

Đường kính ống dẫn sản phẩm đỉnh được tính theo công thức36 / 369.[I]:

)(785.0

4

m V V

6867,2)

/(6867,2760,2

4153,

mm m

d s m

4

m V V

d

ω

πω =

=

- Lưu lượng hỗn hợp đầu: GF = 1500(kg/h) =0,417(kg/s)

- Khối lượng riêng của hỗn hợp đầu được tính theo công thức:

,

798

)/(798);

/(

804

3

3

8 9 , 94 3

8 9

,

94

m kg

m kg m

kg x

T B

6

Do hỗn hợp tự chảy vào tháp nên chọn ω = 0,3 (m/s) theo bảng II-2/ 369.[I]

)(200)

(100)(100,03,0.785

,

0

10.52

,

mm l

mm m

62 , 11

) / ( 786 );

/ ( 62 , 11 ) / ( 67

,

41829

3 1

3 1

mm m

d

s m

G

V

m kg s

kg h

kg G

xtb

c

yrb c

Vậy chọn=>chiều dài đoạn ống nối:l=250(mm)

4 Đường kính ống dẫn hơi ở đáy

0,785 ( )

4

m V V

d

ω

πω =

=Với w : vận tốc trung bình của lưu thể Chọn vận tốc chất hơi đi trong ống là w = 50 m/s.(II.2/369.I)

Lưu lượng sản phẩm đáy :g1c =28174,67(kg/h)=7,826(kg/s)

Khối lượng riêng sản phẩm đáy : ρytb =2,83(m3 /s)

)(265)(265,050.785,0

765,2

)/(765,283,2

826,

1

mm m

d

s m

g V ytb c

Vậy chọn => chiều dài đoạn ống nối:l=120(mm)

5 Đường kính ống hồi lưu đỉnh tháp

Gp=7945 kg/h=2,2069(kg/s) Lưu lượng hồi lưu : GRx=Gp.Rth=2,2069.2,36 =5,2083 kg/s);chọn ω = 0,6(m/s)

Khối lượng riêng của hỗn hợp đầu được tính theo công thức:

B

P A

P x

a a

ρρ

ρ

−+

1

aP = 0,975 (phần khối lượng),

ρ ρ : khối lượng riêng Benzen và Toluen ở nhiệt độTP =80,641oC

Vậy:ρx =813,93(kg/m3) ρ8 0 , 641B =814,1(kg/m3);ρ8 0 , 641T =807,02(kg/m3)

)(120)(116,06,0.785,0

10.39,6)

/(10.39,

• Trở lực do sức căng bề mặt

Sức căng bề mặt trung bình của hỗn hợp,

Đường kính tương đương của khe rãnh chóp, (m)

Khi rãnh chóp mở hoàn toàn:

Diện tích tiết diện tự do của rãnh

Chu vi rãnh chóp

Sức căng bề mặt trung bình của phần cất

• Trở lực của chất lỏng trên đĩa

Trong đó: : Khối lượng riệng của bọt, Kg/m3

g: Gia tốc trong trường, m/s2 Chiều cao của lớp bọt trên đĩa, m b: Chiều cao khe chóp, m

- Khối lượng riệng của bọt: : Kg/m3

Trong đó:

Chiều cao đoạn ống chảy chuyền nhô lên trên đĩa

Phần diện tích bề mặt đĩa có ghép chóp

(trử hai phần diện tích đĩa bố trí trên ống chảy chuyền)

f: Tổng diện tích của chóp trên đĩa

Chiều cao của lớp trên ống chảy chuyền

Tra hình 5.9 trang 110 QTTB tập 3 - truyền khối

Tổng trở lực qua một đĩa:

Sức căng bề mặt trung bình của hỗn hợp,

Đường kính tương đương của khe rãnh chóp, (m)

Khi rãnh chóp mở hoàn toàn:

Diện tích tiết diện tự do của rãnh

Chu vi rãnh chóp

Sức căng bề mặt trung bình của phần cất

• Trở lực của chất lỏng trên đĩa

Trong đó: : Khối lượng riệng của bọt, Kg/m3

g: Gia tốc trong trường, m/s2 Chiều cao của lớp bọt trên đĩa, m : Chiều cao khe chóp, m

- Khối lượng riệng của bọt: : Kg/m3

- Chiều cao của lớp bọt trên đĩa

Trong đó:

Chiều cao đoạn ống chảy chuyền nhô lên trên đĩa

Phần diện tích bề mặt đĩa có ghép chóp

(trử hai phần diện tích đĩa bố trí trên ống chảy chuyền)

f: Tổng diện tích của chóp trên đĩa

Chiều cao của lớp trên ống chảy chuyền

Tra hình 5.9 trang 110 QTTB tập 3 - truyền khối

Tổng trở lực qua một đĩa:

Tổng trở lực phần cất:

Tổng trở lực toàn tháp:

CHƯƠNG V: TÍNH TOÁN CƠ KHÍ

I. Tính bề dày thân trụ của tháp

Thân tháp được chế tạo bằng phương pháp hàn hồ quang Thân tháp được ghép từ nhiều

Trang 170 bảng IX.5 trang 170 STTB tập 2

Ứng với đường kính trong của tháp

Chọn:

Khoảng cách giữa các đĩa:

Khoảng cách giữa hai mặt nối bích: 1500 (mm)

Số đĩa giữa hai mặt bích:

Chọn vật liệu làm thân là thép không gỉ X18H10T

Hệ số giãn khi kéo ở nhiệt độ 0C: , 1/0C

Khối lượng riêng:

Áp suất hơi trong tháp:

Áp suất thuỷ tĩnh của cột chất lỏng:

Khối lượng riêng trung bình của pha lỏng

(lấy chiều cao tháp)

Tổng trở lực của tháp:

Áp suất bên trong tháp:

Hệ số điều chỉnh

Tra bảng XIII.2 trang 356 STTB tập 2

Theo bảng XII.8 trang 362 STTB tập 2

Giá trị bền hàn của thân hình trụ, hàn tay hồ quang điện, hàn giáp mối hai bên

Ứng suất cho phép của vật liệu được tính theo

Chọn

- Bề dày tháp được tính theo công thức