phân tách hỗn hợp benzen toluen

phân tách hỗn hợp benzen toluen phân tách hỗn hợp benzen toluen phân tách hỗn hợp benzen toluen phân tách hỗn hợp benzen toluen phân tách hỗn hợp benzen toluen phân tách hỗn hợp benzen toluen phân tách hỗn hợp benzen toluen phân tách hỗn hợp benzen toluen phân tách hỗn hợp benzen toluen phân tách hỗn hợp benzen toluen phân tách hỗn hợp benzen toluen phân tách hỗn hợp benzen toluen phân tách hỗn hợp benzen toluen phân tách hỗn hợp benzen toluen phân tách hỗn hợp benzen toluen

ĐỒ ÁN MÔN HỌC QUÁ TRÌNH THIẾT BỊ

Họ và tên HSSV : Hạ Mai Hương

Lớp : ĐH Hoá 4 Khoá: 7

Khoa : Công nghệ Hoá

Giáo viên hướng dẫn –Th.s: Phan Thị Quyên

Nội dung

Thiết kế tháp chưng luyện liên tục loại tháp đĩa lỗ có ống chảy chuyền để phântách hỗn hợp Benzen- Toluen

Các số liệu ban đầu:

- Năng suất tính theo hỗn hợp đầu F = 3,75 kg/s

- Nồng độ cấu tử dễ bay hơi trong:

+ Hỗn hợp đầu: aF = 0,358 phần khối lượng+ Sản phẩm đỉnh: aP = 0,977 phần khối lượng+ Sản phẩm đáy: aW = 0,023 phần khối lượng

- Tháp làm việc ở áp suất thường

- Hỗn hợp đầu được gia nhiệt đến nhiệt độ sôi

T

T

PHẦN THUYẾT MINH

Mục lục

LỜI NÓI ĐẦU

Ngày nay cùng với sự phát triển của khoa học kỹ thuật, nền công nghiệp đã manglại cho con người những lợi ích vô cùng to lớn về vật chất và tinh thần Để nâng caođời sống nhân dân, để hòa nhập chung với sự phát triển chung của các nước trong khuvực cũng như trên thế giới Đảng và Nhà nước ta đã đề ra mục tiêu công nghiệp hóa vàhiện đại hóa đất nước

Trong tiến trình công nghiệp hóa hiện đại hóa đất nước những nghành mũi nhọnnhư công nghệ thông tin, công nghệ sinh học, công nghệ điện tử tự động hóa…côngnghệ hóa giữ vai trò quan trọng trong việc sản xuất các sản phẩm phục vụ cho nềnkinh tế quốc dân, tạo tiền đề cho nhiều ngành khác phát triển

Khi kinh tế phát triển thì nhu cầu của con người ngày càng tăng Do vậy các sảnphẩm cũng đòi hỏi cao hơn, đa dạng hơn, phong phú hơn, theo đó công nghệ sản xuấtcũng phải nâng cao Trong công nghệ hóa học nói chung việc sử dụng hóa chất có độtinh khiết cao là yếu tố căn bản tạo ra sản phẩm có chất lượng cao Có nhiều phươngpháp khác nhau để làm tăng nồng độ, độ tinh khiết như: chưng luyện, chưng cất, côđặc, trích ly Tùy vào tính chất của hệ mà ta lựa chọn phương pháp thích hợp

Phần I: GIỚI THIỆU CHUNG

I.1. Phương pháp chưng luyện:

Chưng luyện là một phương pháp nhằm để phân tách một hỗn hợp khí đã hóalỏng dựa trên độ bay hơi tương đối khác nhau giữa các cấu tử thành phần ở cùng một

áp suất

Phương pháp chưng luyện này là một quá trình trong đó hỗn hợp được bốc hơi vàngưng tụ nhiều lần Kết quả cuối cùng ở đỉnh tháp ta thu được một hỗn hợp gồm hầuhết các cấu tử dễ bay hơi và nồng độ đạt yêu cầu Phương pháp chưng luyện cho hiệusuất phân tách cao, vì vậy nó được sử dụng nhiều trong thực tế

Dựa trên các phương pháp chưng luyện liên tục, người ta đưa ra nhiều thiết bịphân tách đa dạng như tháp chóp, tháp đĩa lỗ không có ống chảy truyền, tháp đĩa lỗ cóống chảy truyền, tháp đệm… Cùng với các thiết bị ta có các phương pháp chưng cấtlà:

a. Áp suất làm việc:

- Chưng cất ở áp suất thấp

- Chưng cất ở áp suất thường

- Chưng cất ở áp suất cao

Nguyên tắc của phương pháp này là dựa trên nhiệt độ sôi của các cấu tử: nếunhiệt độ sôi của các cấu tử quá cao thì giảm áp suất làm việc để giảm nhệt độ sôi củacác cấu tử

b. Nguyên lý làm việc: có thể làm việc theo nguyên lý liên tục hoặc gián đoạn:

- Chưng gián đoạn: phương pháp này được sử dụng khi:

+ Nhiệt độ sôi của các cấu tử khác xa nhau

+ Không cần 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 liên tục: là quá trình được thực hiện liên tục nghịch dòng vànhiều đoạn

I.2. Thiết bị chưng luyện

Trong sản xuất thường dùng nhiều loại thiết bị khác nhau để tiến hành chưng

cất.Tuy nhiên yêu cầu chung của các thiết bị vẫn giống nhau là bề mặt tiếp xúc pha phải lớn Điều này phụ thuộc vào mức độ phân tán của pha này vào pha kia Ta khảo sát hai loại tháp thường dùng là tháp đệm và tháp đĩa

• Tháp đệm: Tháp trụ gồm nhiều bậc nối với nhau bằng bích hay hàn Vậtchêm được cho vào tháp bằng hai phương pháp xếp ngẫu nhiên hay có thứ tự

• Tháp đĩa: Được chia làm ba loại:

- Tháp chóp: Thân hình trụ, thẳng đứng, phía trong có gắn các mâm cócấu tạo khác nhau trên đó pha lỏng và pha hơi tiếp xúc với nhau Tùy theo cấutạo của mâm ta có tháp mâm chóp hay tháp mâm xuyên lỗ

- Tháp đĩa lỗ có ống chảy chuyền: Tháp dạng trụ,bên trong có nhiềuđĩa,trên các đĩa có các lỗ tròn hoặc rảnh.Trên đĩa có các máng chảy tràn để duytrùy mực chất lỏng trên đĩa ổn định Đĩa được lắp cân bằng và cũng có thể lắpxiên một góc với độ dốc 1/45÷1/50

- Tháp đĩa lỗ không có ống chảy chuyền: Than tháp hình trụ, bên trong

có nhiều đĩa,trên các đĩa khoan nhiều lỗ hoặc rãnh.Các lỗ có đường kính 2-8mm,các thanh được tạo bởi nhiều thanh ghép với nhau tạo ra khe hở 3-4 mm,chiều dài mỗi rãnh lên đến 150 mm

So sánh ưu nhược điểm của bốn loại tháp:

Tháp đệm Tháp chóp Tháp đĩa lỗ

không có ốngchảy chuyền

Tháp đĩa lỗ cóống chảy chuyền

- Năng suấtlớn

- Bề mặt tiếpxúc pha lớn

- Giới hạn làmviệc rộng

-Cấu tạo đơngiản

-Trở lực thápnhỏ

-Bề mặt tiếpxúc pha lớn nên

có hiệu quả cao-Giới hạn làmviệc tương đốirộng

-Cấu tạo đơngiản,tốn ítnguyên liệu-Trở lực tháp nhỏ-Bề mặt tiếp xúcpha lớn nên cóhiệu quả cao-Làm việc đượcvới chất lỏng bẩn

và khí bẩn-có khả năng tựđộng hóa và điềukhiển tự động-Giới hạn làmviệc tương đốirộng

-Trở lực lớn

-Khó vận hành-Đòi hỏi ngườivận hành phải cótrình độ cao

Tháp chưng luyện phong phú về kích cỡ và ứng dựng Các tháp lớn thường được

sử dụng trong công nghệ lọc hóa dầu Đường kính tháp phụ thuộc vào lượng pha lỏng

và lượng pha khí, độ tinh khiết của sản phẩm Mỗi loại tháp chưng lại có cấu tạo riêng,

có ưu điểm và nhược điểm khác nhau, vậy ta phải chọn loại tháp nào cho phù hợp vớihỗn hợp cấu tử cần chưng và tính toàn kích cỡ của thết bị cho phù hợp với yêu cầu

2.1. BENZEN

Theo phân tích quang phổ thì góc liên kết giữa các nguyên tử trong benzen đều là

120 °, các liên kết C-C đều như nhau (140 pm), lớn hơn liên kết đôi đơn lẻ và nhỏ hơn liên kết đơn (136 pm và 147 pm) Điều này được giải thích qua thuyết lai hoá

obitan như sau: trong phân tử benzen, các nguyên tử C ở trạng thái lai hoá sp2 liên kết với nhau và với các nguyên tử H thành mặt phẳng phân tử benzen, các obitan p vuông góc với mặt phẳng không chỉ liên kết thành cặp mà liên kết với nhau thành hệ liên

hợp Do vậy mà liên kết đôi ở benzen thường bền hơn so với các hợp chất có liên kết đôi khác, dẫn đến các tính chất đặc trưng mà người ta gọi là tính thơm

- Khối lượng phân tử 78,11

b. Phản ứng nitro hóa

Benzen tác dụng với hỗn hợp HNO3 đặc và H2SO4 đậm đặc tạo thành nitrobenzen:

* Nitrobenzen tác dụng với hỗn hợp axit HNO3 bốc khói và H2SO4 đậm đặc đồngthời đun nóng thì tạo thành m−đinitrobenzen

c. Quy tắc thế vòng benzen

Khi ở vòng benzen đã có sẵn nhóm ankyl (hay các nhóm −OH, −NH2 ,

−OCH[SUB]3[/SUB], ), phản ứng thế vào vòng sẽ dễ dàng hơn và ưu tiên xảy ra ở vịtrí ortho và para Ngược lại, nếu ở vòng benzen đã có sẵn nhóm −NO[SUB]2[/SUB] (hoặc các nhóm −COOH, −SO[SUB]3[/SUB]H, ) phản ứng thế vào vòng sẽ khó hơn

và ưu tiên xảy ra ở vị trí meta

d. Cơ chế phản ứng thế vòng benzen

Phân tử halogen hoặc phân tử axit nitric không trực tiếp tấn công Các tiểu phân

mang điện tích dương tạo thành do tác dụng của chúng với xúc tác mới là tác nhân tấn công trực tiếp vào vòng benzen

Ví dụ:

2 Phản ứng cộng

-Benzen không làm mất màu dung dịch brom (không cộng với brom) như cáchiđrocacbon không no Khi chiếu sáng, benzen cộng với clo thành C6H6Cl6-Khi đun nóng có xúc tác Ni hoặc Pt, benzen cộng với hiđro thành xicloankan, thí dụ:

C6H6 + 3H2 → C6H12

3 Phản ứng oxi hóa

Benzen không tác dụng với KMnO4 (không làm mất màu dung dịch KMnO4)

Nhận xét: benzen tương đối dễ tham gia phản ứng thế, khó tham gia phản ứng cộng

và bền vững với các chất oxi hóa

2.1.3. Điều chế

o Đi từ nguồn thiên nhiên

Thông thường các hidrocacbon ít được điều chế trong phòng thí nghiệm,

vì có thể thi được lượng lớn nó bằng phương pháp chưng cất than đá,dầu mỏ…

o Đóng vòng và đêhiđro hóa ankan

o Các ankan có thể tham ra đóng vòng và dehidro hóa tạo thànhhidrocacbon thơm ở nhiệt độ cao và có mặt xúc tác như Cr2O3 hay cáckim loại chuyển tiếp như Pd Pt

CH3(CH2)4CH3  Al20 Cr 3 /  2 0 3 →

C6H6

o Dehidro hóa các cycloankan

Các cycloankan có thể bị dehidro hóa ở nhiệt đọ cao với sự có mặt củachất xúc tác kim loại chuyển tiếp tạo thành benzen hay các dẫn xuất củabenzen

Benzen là một trong những nguyên liệu quan trọng nhất của công nghiệp hóa hữu cơ

Nó được dùng nhiều chất để tổng hợp các monome trong sản xuất polime làm chấtdẻo, cao su, tơ sợi (chẳng hạn polistiren, cao su buna-stiren, tơ capron) Từ benzenngười ta điều chế ra nitrobenzen, anilin, phenol dùng để tổng hợp phẩm nhuộm, dượcphẩm,thuốc trừ dịch hại

2.2.1. Cấu trúc phân tử

Là hợp chất mạch vòng, ở dạng lỏng và có tính thơm, công thức phân tử tương tự nhưbenzen có gắn them nhóm - CH3 Không phân cực do đó Toluen tan tốt trong benzen

Toluen có tính chất tương tự như benzen nhưng độc tính thấp hơn nhiều, nên ngày naythường được sử dụng thay cho benzen làm dung môi trong phòng thí nghiệm và trongcông nghiệp.

Toluen phản ứng nhanh hơn benzen và tạo ra hỗn hợp hai đồng phân ortho và para

* Nếu không dùng Fe mà chiếu sáng (as) thì Br thế cho H ở nhánh.Nhóm C6H5CH2 gọi là nhóm benzyl, nhóm C6H5 gọi là nhóm phenyl

b Phản ứng nitro hóa

Toluen tham gia phản ứng nitro hóa dễ dàng hơn benzen (chỉ cần HNO3 đặc, khôngcần HNO3 bốc khói) tạo thành sản phẩm thế vào vị trí ortho và para:

2.3. Vẽ và thuyết minh dây chuyền sản xuất:

2.3.1 Dây chuyền sản xuất:

Hình 1.1 Sơ đồ dây chuyền công nghê chưng luyện liên tục

CHÚ THÍCH:

1 Thùng chứa hỗn hợp đầu 7 Thiết bị làm lạnh sản phẩm đỉnh

3 Thùng cao vị 9 Thiết bị gia nhiệt đáy tháp

4 Thiết bị gia nhiệt hỗn hợp đầu 10 Thùng chứa sản phẩm đáy

5 Tháp chưng luyện 11 Thiết bị tháo nước ngưng

6 Thiết bị ngưng tụ hồi lưu

2.3.2. Nguyên lý làm việc

Dung dịch đầu ở thùng chứa (1) được bơm (2) bơm bơm liên tục lên thùng cao vị(3), mức chất lỏng cao nhất ở thùng cao vị được khống chế nhờ ống chảy tràn, , từthùng cao vị dung dịch được đưa vào thiết bị đun nóng (4) qua lưu lượng kế (11)

3

4 5

Tại đây dung dịch được đun nóng đến nhiệt độ sôi bằng hơi nước bão hoà 2at.

Từ thiết bi gia nhiệt (4) dung dịch được đưa vào tháp chưng luyện (5) nhờ đĩa tiếp liệu.Tháp chưng luyện gồn hai phần: phần từ đĩa tiếp liệu trở xuống gọi là đoạnchưng (phần đáy có thiết bị đun hơi), phần từ đĩa tiếp liệu lên đỉnh là đoạn luyện.Trong tháp hơi đi từ dưới lên gặp chất lỏng đi từ trên xuống, tại mỗi đĩa xảy ra quátrình bốc hơi và ngưng tụ , nhiệt độ và nồng độ các cấu tử thay đổi theo chiều cao củatháp, quá trình tiếp xúc hơi lỏng xảy ra liên tục làm cho pha hơi ngày càng giàu thêmcấu tử dễ bay hơi và càng lên cao thì nhiệt độ càng giảm,cấu tử có nhiệt độ sôi cao sẽngưng tụ lại,cấu tử dễ bay hơi càng giàu thêm và cuối cùng trên đỉnh tháp ta thu đượccấu tử dễ bay hơi, còn lại hầu hết cấu tử khó bay hơi ở đáy tháp

Hơi ở đỉnh tháp sẽ được đưa vào thiết bị ngưng tụ hồi lưu (6), tại đây nó đượcngưng tụ một phần sau đó đưa trở lại tháp,tạo dòng chất lỏng đi từ trên xuống,gặplượng hơi từ dưới lên và có sự tiếp xúc pha lỏng và hơi cấu tử dễ bay hơi lại được bốchơi lên đỉnh tháp và quá trình cứ thế tiếp diễn một cách liên tục.Một phần chất lỏng điqua thiết bị làm lạnh (7) để làm lạnh ,ngưng tụ thành chất lỏng và được đưa vào thùngchứa sản phẩm đỉnh (8)

Tại đáy tháp gồm hầu hết là cấu tử khó bay hơi, chất lỏng này được lấy ra thùngchứa sản phẩm đáy (10) và cho hồi lưu một phần qua thiết bị gia nhiệt (9) Tại thiết bịgia nhiệt (9) chất lỏng được thành hơi và đưa vào đáy tháp,lượng hơi này tiếp xúc vớilượng lỏng chảy từ trên xuống và tiếp tục có sự tiếp xúc giữa pha lỏng và hơi và quátrình là liên tục Như vậy với thiết bị làm việc liên tục thì hỗn hợp đầu được đưa vàoliên tục và sản phẩm cũng được tháo ra liên tục

PHẦN II: TÍNH TOÁN THIẾT BỊ CHÍNH

I.1. Hệ phương trình cân bằng vật liệu của tháp.

Hình 2.1 Sơ đồ hệ thống chưng luyện

• Phương trình cân bằng vật liệu chung cho tháp:

G.aF = G.aP + G.aW (2) [IX.17 – II.144]

M

a M a M a

+

=

phần mol [VIII.1 – II.126]

Trong đó:

aA ,aB : nồng độ phần khối lượng của benzen và toluen

MA, MB : khối lượng mol phân tử của benzen và toluen

Với MA = 78 Kg/Kmol ; MB = 92 Kg/Kmol

II.1. Xác đinh chỉ số hồi lưu tối thiểu

Từ bảng số liệu IX 2a (Sổ tay QT & TBCNHC – 2 trang 147 ) ta có thành phần

cân bằng lỏng hơi của benzen – toluen được cho theo bảng sau :

- Chỉ số hồi lưu càn lớn thì lượng nhiệt tiêu thụ ở đáy tháp càng nhiều vì

phải làm bay hơi lượng hồi lưu Mặt khác, số đĩa của tháp giảm cùng với

sự tăng của chỉ số hồi lưu Nếu giảm chỉ số hồi lưu thì sẽ tăng chi phíchế tạo tháp mặc dù có giảm chi phí làm việc vì vậy, cần tiếp cận giá trịthích hợp của chỉ số hồi lưu

- Vẽ đường thẳng y = x, xác định xp , xF , xw trên đồ thị và vẽ đường cân

bằng

Dựa vào bảng số liệu trên:

• Từ xF kẻ đường thẳng song song với trục y và cắt đường cân bằng tại A

• Từ A kẻ đường song song với trục x cắt trục y tại B Xác định trên đồ thị

Ứng với mỗi giá trị của β ta được một giá trị Thay ta có đường nồng độ làm việccủa đoạn luyện và đoạn chưng.

Vẽ đồ thị xác định được số đĩa lý thuyết

• β= 1,2 → , B = 0,327

→ Số đĩa lý thuyết là 18 đĩa

• β = 1,4 → , B = 0,29

→ Số đĩa lý thuyết là 16 đĩa

• β = 1,5 → Rx = 2,502 , B = 0,28

→ Số đĩa lý thuyết là 15 đĩa

• β = 1,6 → , B = 0,267

→ Số đĩa lý thuyết là 14 đĩa

• β = 1,7 → , B = 0,256

→ Số đĩa lý thuyết là 14 đĩa

• β = 1,8 → , B = 0,245

→ Số đĩa lý thuyết là 13 đĩa

• β = 1,9 → Rx = 3,17 , B = 0,235

→ Số đĩa lý thuyết là 13 đĩa

• β = 2,1 → Rx = 3,504 , B = 0,218

→ Số đĩa lý thuyết là 12 đĩa

• β = 2,3 → Rx = 3,838 , B = 0,203

→Số đĩa lý thuyết là 12 đĩa

• β = 2,5 → Rx = 4,171 , B = 0,189

52,39 54,21 54,04

858,08 62,052

Từ đồ thị ta thấy với =2,669 thì Nlt (Rx+1) = 51,366 là bé nhất

Vậy Rth = 2,669 ( số đĩa lý thuyết là 14 )

Số đĩa đoạn chưng là: 7

Số đĩa đoạn luyện là: 7

II.3. Phương trình đường nồng độ làm việc

Phương trình đường nồng độ làm việc đoạn luyện

tốc độ hơi (khí) trung bình đi trong tháp [kg/m2s]

III.1. Tính lượng hơi trung bình đi trong tháp

Do lượng hơi thay đổi theo chiều cao của tháp nên ta phải tính lượng hơi trung bìnhcho riêng từng đoạn

Hình 2.18 Để xác định lượng hơi trung bình đi trong tháp chưng luyện

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

Lượng hơi trung bình đi trong đoạn luyện có thể tính gần đúng bằng trung bìnhcộng của lượng hơi đi ra khỏi đĩa trên cùng của tháp và lượng hơi đi vào đĩa dưới cùngcủa đoạn luyện:

1 2

d tbL

g g

g = +

Trong đó:

gtbL: lượng hơi (khí) trung bình đi trong đoạn luyện (kg/h hay kmol/h)

gđ : lượng hơi đi ra khỏi đĩa trên cùng của tháp (kg/h hay kmol/h)

g1 : lượng hơi đi vào đĩa dưới cùng của đoạn luyện (kg/h hay kmol/h)

Lượng hơi ra khỏi tháp gđ:

- Lượng hơi đi vào đoạn luyện:

Lượng hơi g1, hàm lượng hơi y1 và lượng lỏng G1 đối với các đĩa thứ nhất của đoạnluyện được xác định theo phương trình cân bằng vật liệu :

g1 = G1+GP (1)Phương trình cân bằng vật liệu đối với cấu tử dễ bay hơi:

rđ: ẩn nhiệt hóa hơi của cấu tử hỗn hợp hơi ra đỉnh tháp

x1=xF=0,3968 phần mol

- Từ bảng cân bằng lỏng hơi và nhiệt độ của hỗ hợp 2 cấu tử Benzen và Toluen ở1at (II-147), kết hợp với công thức nội suy ta có nhiệt độ sôi của hỗn hợp đầuNhiệt độ sôi của hỗn hợp đầu:

Nhiệt độ sôi của hỗn hợp đỉnh:

Nhiệt độ sôi của hỗn hợp đáy:

Ta có:

r1 = rA.y1+(1-y1).rB

rđ = rA.yđ+(1-yđ).rB

rA: ẩn nhiệt hóa hơi của cấu tử benzen nguyên chất

rB: ẩn nhiệt hóa hơi của cấu tử toluen nguyên chất

Xác định ẩm nhiệt hóa hơi của hỗn hợp đi ra khỏi đỉnh tháp:

Áp dụng công thức nội suy:

Từ tF=95,309 0C tra bảng I.212 – STQTTB T1 – 254, nội suy ta được:

F g’x g’1

G1, x1

W xw

1

G ′

Lượng hơi trung bình đi trong đoạn chưng được xác định gần đúng bằng trung

bình cộng của lượng hơi đi ra khỏi đoạn chưng và lượng hơi đi vào đoạn chưng:

2

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 vậy g’

G1′ = 1′ +

( 1’)Phương trình cân bằng vật liệu với cấu tử

(II)

Trong đó:

r’

1 : ẩn nhiệt hóa hơi của hỗn hợp đi vào đĩa thứ nhất của đoạn chưng

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

r1 : ẩn nhiệt hóa hơi của hôn hợp đi vào đĩa trên cùng của đoạn chưng

Ta có :

• Tính r1

Ẩn nhiệt hóa hơi của hỗn hợp đi vào đĩa trên cùng đoạn chưng bằng ẩn nhiệt hóahơi đi vào đoạn luyện → r1 =7571,47 (kcal/kmol)

• Tính r’

1

r’1 = rA y’1 + ( 1 – y’1 ) rB

rA, rB : ẩn nhiệt hóa hơi của cấu tử nguyên chất ở to = tw

r’1 : ẩn nhiệt hóa hơi của hỗn hợp ra khỏi đoạn chưng

y’1 = yw xác định theo đường cân bằng ứng với xw = 0,027 nội suy theo bảng cân bằnglỏng hơi ta được tw = 109,358oC và yw = 0,06372 phần mol

Với tw = 109,358 oC ta ngoại suy theo số liệu bảng I.212- STQTTB Tập I – trang 254 = 88,862 kcal/kg = 6931,236 kcal/kmol

Thay giá trị trên vào hệ phương trình (II), ta được:

- Vậy lượng hơi trung bình đi trong đoạn chưng là:

y

ρω

ρ

=Trong đó:

ωgh: tốc độ giới hạn trên (m/s)

III.2.1. Tính khối lượng riêng trung bình của pha lỏng

III.2.1.1. Khối lượng riêng trung bình của pha lỏng trong đoạn luyện

xtb = 87,0964oC, nội suy số liệu ở bảng I.2_STQTTB Tập I_10 ta được:

- Khối lượng riêng trung bình trong pha lỏng đối với cấu tử A:

2

1 1

tb

tb xtb

a

ρ ρ

− +

= 0,2119 phần molVới phần mol, nội suy từ số liệu trong bảng IX.2a- STQTTB Tập II-147 ta được:

a

ρ ρ

− +

↔

→= 786,965 kg/m3

III.2.2. Tính khối lượng riêng trung bình của pha hơi

III.2.2.1. Khối lượng riêng trung bình pha hơi ở đoạn luyện

.1

T

M y M

y tbL A + − tbL B

[ kg/ m3 ]Trong đó

MA, MB : khối lượng phân tử của benzen và toluen

T : nhiệt độ làm việc trung bình của tháp ( oK )

ytbL: Nồng độ trung bình pha hơi trong đoạn luyện

.1

T

M y M

y tbC A tbC B

.4,22

273 1

[ kg/ m3 ]Trong đó

MA, MB : khối lượng phân tử của benzen và toluen

T : nhiệt độ làm việc trung bình của tháp ( oK )

ytbC: Nồng độ trung bình pha hơi trong đoạn chưng

ytbC : Nồng độ trung bình pha hơi trong đoạn chưng

ycC : Nồng độ pha cuối đoạn chưng

III.3.1. Đường kính đoạn luyện

Đường kính đoạn luyện được tính theo công thức:

DL = 0,0188 = 0,0188 = 1,77 ( m )

→ Quy chuẩn DL = 1,8 m

Thử điều kiện

→ ωlv = 0,7044 m/s

Ta có : = 0,82 (thỏa mãn)

III.3.2. Đường kính đoạn chưng

Đường kính đoạn chưng được tính theo công thức :

IV.1.1. Hệ số khuếch tán trong pha lỏng

• Hệ số khuếch tán trong pha lỏng ở 20 o C :

11

.10.1

B A

v v

B A

M M

v

= 6.14,8 + 6.3,7 – 15 = 96( cm3/mol )

7 8

H C

6

11

.10.1

B A

v v

B A

M M

6

2 , 118 96

586 , 0

1 10 1

= 5,176 10-9 ( m2/s )

IV.1.2. Hệ số khuếch tán trong pha hơi

Hệ số khuếch tán của khí trong khí, theo STQTTB II _ 127

B

v P

.10.0043,0

2 3 3

5 , 1 4

++

−

[ m2/s ]Trong đó :

P : Áp suất tuyệt đối của hỗn hợp P = Po = 1 ( at )

T : Nhiệt độ tuyệt đối của hỗn hợp ( oK )

- Hệ số khuếch tán trong pha hơi đoạn luyện: t = ttbL = 87,0964 oC

DyL =

= 5,025.10-6 ( m2/s )