đồ án qttb: chưng cất hỗn hợp Etanol Nước ở áp suất thường

Nhiệm vụ của Đồ Án Môn Học là thiết kế thiết bị ngưng tụ trong hệ thống thápmâm chóp hoạt động liên tục để chưng cất hỗn hợp Etanol - Nước ở áp suất thườngvới các thông số : sản phẩm đỉn

LỜI MỞ ĐẦU

Một trong những ngành có sự đóng góp to lớn đến ngành công nghiệp nước ta nóiriêng và thế giới nói chung, đó là ngành công nghiệp hóa học Đặc biệt là ngành hóachất cơ bản

Hiện nay, trong nhiều ngành sản suất hóa học cũng như sử dụng sản phẩm hóa học,nhu cầu sử dụng nguyên liệu hoặc sản phẩm có độ tinh khiết cao phải phù hợp với quytrình sản suất hoặc nhu cầu sử dụng

Ngày nay, các phương pháp được sử dụng để nâng cao độ tinh khiết: trích ly,chưng cất, cô đặc, hấp thu… Tùy theo đặc tính yêu cầu của sản phẩm mà ta có sự lựachọn phương pháp thích hợp Đối với hệ Etanol - Nước là 2 cấu tử tan lẫn hoàn toàn,

ta phải dùng phương pháp chưng cất để nâng cao độ tinh khiết cho Etanol

Đồ án môn học Quá trình và Thiết bị là một môn học mang tính tổng hợp trongquá trình học tập của các kỹ sư công nghệ hoá- thực phẩm tương lai Môn học giúpsinh viên giải quyết nhiệm vụ tính toán cụ thể về: yêu cầu công nghệ, kết cấu, giáthành của một thiết bị trong sản xuất hoá chất - thực phẩm Đây là bước đầu tiên đểsinh viên vận dụng những kiến thức đã học của nhiều môn học vào giải quyết nhữngvấn đề kỹ thuật thực tế một cách tổng hợp

Nhiệm vụ của Đồ Án Môn Học là thiết kế thiết bị ngưng tụ trong hệ thống thápmâm chóp hoạt động liên tục để chưng cất hỗn hợp Etanol - Nước ở áp suất thườngvới các thông số : sản phẩm đỉnh là dung dịch Etanol có năng suất 1000 (l/h) và nồng

độ rượu ở đỉnh là 85% Etanol theo mol,với dòng nhập liệu có nồng độ 25% Ethanoltheo mol, tỉ lệ thu hồi Etanol là 99%

Em xin chân thành cảm ơn Thầy Vũ Bá Minh cùng các Thầy, Cô trong bộ mônQuá trình và Thiết bị, khoa Kỹ Thuật Hóa Học đã tận tình hướng dẫn, giúp đỡ emhoàn thành tốt đồ án này Mặc dù đã rất cố gắng nhưng do kinh nghiệm thực tiễn cònnon yếu nên không thể tránh khỏi những sai sót Em rất mong nhận được những ý kiếnđóng góp, nhận xét cùng sự giúp đỡ và chỉ dẫn từ các Thầy, Cô để em củng cố thêmkiến thức và bổ sung để đồ án được hoàn thiện hơn

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN1.1 Tổng quan về sản phẩm:

2 3 0

2 140

2 -CH -OH CH -CH -O-CH -CH + H O

H SO C

Al O C

2 4

2 3 0

,95%

170 /

H SO C ZnO Al O C

để chuyển hóa đường khi lên men tinh bột

- Ứng dụng: Alcohol được biết đến sớm nhất và được sử dụng rộng rãi nhất cảtrong công nghiệp và trong đời sống hằng ngày chính là etanol, C2H5OH Trongcông nghiệp, etanol được sử dụng làm dung môi cho nhiều quá trình sản xuất sơnmài, verni, hay một số sản phẩm mỹ phẩm Etanol là một trong những dung môithường sử dụng cho nhiều quá trình kết tinh và kết tinh lại để tinh chế các chấtrắn Ngoài ra, etanol còn là một hợp chất trung gian được sử dụng để tổng hợp ranhiều hóa chất quan trọng khác, ví dụ từ etanol có thể điều chế được ethyl acetatehoặc nhiều ester khác có giá trị sử dụng cao; từ etanol có thể điều chế được ethylamine và dẫn xuất, là nguyên liệu cho nhiều quá trình sản xuất dược phẩm, sảnxuất hóa chất cho nông nghiệp Trong công nghiệp thực phẩm, etanol là mộtthành phần quan trọng trong nhiều sản phẩm được sản xuất theo phương pháp lênmen đường Và hiện nay, etanol còn được sử dụng để làm nhiên liệu cho động cơđốt trong, điển hình là xăng E5 ( 95% xăng + 5% etanol) mà nước ta hiện đangtừng bước áp dụng cho động cơ xe máy,…

Nước là một dung môi phân cực mạnh, có khả năng hòa tan nhiều chất và làdung môi rất quan trọng trong ngành Hóa.

1.2 Quá trình và thiết bị chưng cất:

1.2.1 Quá trình chưng cất:

Chưng cất là quá trình dùng để tách các cấu tử của một hỗn hợp lỏng cũng nhưhỗn hợp khí-lỏng thành các cấu tử riêng biệt dựa vào độ bay hơi khác nhau của các cấu

tử trong hỗn hợp, nghĩa là ở cùng một nhiệt độ thì cấu tử nào có áp suất hơi lớn hơn sẽ

dễ bay hơi hơn; hay ở cùng một áp suất cấu tử nào có nhiệt độ sôi thấp hơn sẽ dễ bayhơi hơn

Trong trường hợp đơn giản nhất, chưng cất và cô đặc không khác gì 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 nhưng với hàm lượng khác nhau, còn trong quá trình côđặc thì chỉ có dung môi bay hơi còn chất tan không bay hơi

Khi chưng cất, ta thu được nhiều sản phẩm và thường thì bao nhiêu cấu tử sẽ thu đượcbấy nhiêu sản phẩm Nếu xét đến trường hợp hỗn hợp gồm hai cấu tử, khi đó quá trìnhchưng cất sẽ cho:

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

- Chưng lôi cuốn bằng hơi nước trực tiếp: khi trộn hai chất lỏng không hòa tan vàonhau thì mỗi cấu tử sẽ giữ nguyên tính chất của mình như ở trạng thái nguyênchất Dùng để tách các hỗn hợp gồm các chất khó bay hơi và tạp chất không bayhơi, thường được ứng dụng trong trường hợp chất được tách không tan vào nước

- Chưng cất: là phương pháp phổ biến nhất dùng để tách hoàn toàn hỗn hợp các

1.2.2 Thiết bị chưng cất:

Trong sản xuất, thường dùng nhiều thiết bị khác nhau để thực hiện quá trìnhchưng cất Tuy nhiên, chúng có cùng chung yêu cầu căn bản là có bề mặt tiếp xúc phalớn để tăng hiệu xuất quá trình Tháp chưng cất rất phong phú về kích cỡ và ứng dụng,loại được dùng phổ biến là tháp đệm và tháp mâm

- Tháp đệm: là một tháp hình trụ gồm nhiều bậc nối với nhau bằng mặt bích hayhàn Đệm được đổ đầy trong tháp theo một trong hai phương pháp: xếp ngẫunhiên hay xếp thứ tự Đệm làm từ nhiều loại vật liệu rắn khác nhau với nhữnghình dạng khác nhau Yêu cầu của đệm: phải có diện tích bề mặt riêng lớn, độrỗng lớn để giảm trở lực cho pha khí, khối lượng riêng nhỏ, bền hóa học, rẽ tiền,

dễ kiếm

- Tháp mâm: gồm thân tháp hình trụ thằng đứng trong có gắn các mâm cách nhaumột khoảng nhất định và có cấu tạo khác nhau, trên đó pha lỏng và pha hơi đượccho tiếp xúc với nhau Tùy theo cấu tạo của mâm ta có:

 Tháp mâm chóp: trên mâm có gắn chóp và ống chảy chuyền, ống chảy chuyền

có thể có tiết diện tròn, viên phân, một ống hay nhiều ống tùy suất lượng phalỏng Chóp có thể có hình tròn hay một hình dạng khác ( xupap, chữ s,…) Ởchóp có rãnh để pha khí đi qua, rãnh chóp có thể hình chữ nhật, tam giác hayhình tròn Chóp được gắn vào mâm bằng nhiều cách khác nhau Chất lỏngchảy từ mâm trên xuống mâm dưới nhờ ống chảy chuyền, khí đi từ dưới lênqua ống khí rồi xuyên qua các rãnh chóp để sục vào lớp chất lỏng trên mâm

 Tháp mâm xuyên lỗ: trên mâm có nhiều lỗ hay rãnh, đường kính lỗ từ 3 12 

mm, các lỗ được bố trí trên các đỉnh tam giác đều Trong tháp, khí đi từ dướilên qua các lỗ trên mâm và phân tán vào lớp chất lỏng chuyển động từ trênxuống theo các ống chảy chuyền

 So sánh ưu – nhược điểm của các loại tháp:

Tháp chêm Tháp mâm xuyên lỗ Tháp mâm chóp

Ưu điểm - Đơn giản

- Hiệu suất tương đối

- Trở lực thấp

- Hoạt động khá ổn

- Làm việc với chấtlỏng bẩn

Nhược điểm - Hiệu suất thấp - Trở lực khá cao - Cấu tạo phức tạp

- Độ ổn định kém

- Yêu cầu lắp đặt khắtkhe -> lắp đĩa thật

- Thiết bị nặng

- Không làm việc vớichất lỏng bẩn

.3 Quá trình và thiết bị ngưng tụ:

1.2.1 Quá trình ngưng tụ:

Là quá trình một hơi (hay hỗn hợp hơi) chuyển pha thành dạng lỏng tại mộtđiều kiện nhất định Quá trình này phụ thuộc vào rất nhiều yếu tố, chủ yếu là tính tanlẫn các chất lỏng sau khi ngưng

Người ta nhận thấy thường xảy ra hai dạng biến thiên nhiệt độ trong quá trìnhngưng tụ đẳng áp là: dạng ngưng tụ đẳng nhiệt, dạng ngưng tụ với nhiệt độ ngưng tụgiảm dần

1.2.2 Thiết bị ngưng tụ:

Là một thiết bị trao đổi nhiệt, tùy theo các tính chất và điều kiện làm việc củahơi ngưng cũng như phụ thuộc vào chất tải ẩn nhiệt ngưng tụ ( dòng lạnh) mà thiết bịngưng tụ có cấu tạo rất đa dạng

- Phân loại theo chất làm lạnh: nước, không khí, NH3, các freon R-12, R-22,…

- Phân loại theo điều kiện áp suất ngưng tụ: thiết bị ngưng tụ áp suất thấp( chânkhông), áp suất thường, áp suất cao

- Phân loại theo khả năng tiếp xúc của hai lưu chất: kiểu gián tiếp(hay kiểu bềmặt), kiểu trực tiếp(TBNT hơi nước kiểu baromet)

Đối với các thiết bị trao đổi nhiệt nói chung phải thõa mãn các yêu cầu sau:

- Đáp ứng yêu cầu công nghệ, hiệu suất truyền nhiệt cao, thiết bị càng có khả năng

Sơ lượt về thiết bị trao đổi nhiệt ống chùm:

- Thiết bị trao đổi nhiệt ống chùm có diện tích trao đổi nhiệt rất lớn, có thể đếnhàng nghìn mét vuông, hệ số trao đổi nhiệt cao, thích hợp dùng làm thiết bịtruyền nhiệt lỏng – lỏng, lỏng – khí, và cả khí – khí, thiết bị ngưng tụ Bởi vậyloại thiết bị này được ứng dụng rất rộng rãi trong công nghiệp hoá chất và thựcphẩm

- Ưu điểm: cấu tạo gọn, chắc chắn, tốn ít kim loại ( tính theo một đơn vị truyềnnhiệt) Dễ làm sạch phía trong ống bằng phương pháp cơ học trừ thiết bị có ốngtruyền nhiệt hình chữ U

- Nhược điểm: khó chế tạo bằng vật liệu không nong và hàn như gang hoặc thépsilic

CHƯƠNG 2: QUY TRÌNH CHƯNG CẤT2.1 Sơ bộ về nguyên liệu:

Nguyên liệu là hỗn hợp Etanol – nước, là một hỗn hợp đẳng phí trong đóEtanol là cấu tử dễ bay hơi

Ta có bảng thành phần cân bằng lỏng (x) – hơi (y) và nhiệt độ sôi của hỗn hợpEtanol - nước ở 760 mmHg

Hình 1: Đồ thị quan hệ giữa thành phần và nhiệt độ của hệ Etanol – Nước

phần mol (x,y)

0 0.05 0.1 0.15 0.2 0.25 0.3 0.35 0.4 0.45 0.5 0.55 0.6 0.65 0.7 0.75 0.8 0.85 0.9 0.95 10

Hình 2: Đồ thị y-x của hệ Etanol – Nước.

Etanol là một chất lỏng tan vô hạn trong H2O, nhiệt độ sôi là 78,50C ở 760mmHg, nhiệt độ sôi của nước là 100oC ở 760 mmHg: nhiệt độ sôi cách biệt xa nênphương 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 tửđều có khả năng bay hơi, và không sử dụng phương pháp trích ly cũng như phươngpháp hấp thụ do phải đưa vào tách thêm một lần nữa, có thể làm cho quá trình phức tạphơn hay quá trình tách không được hoàn toàn

2.2 Sơ đồ quy trình chưng cất Etanol – nước:

Chú thích các kí hiệu trong quy trình:

1 Bồn chứa nguyên liệu 8 Thiết bị ngưng tụ sản phẩm đỉnh

2 Bơm nhập liệu thuộc dạng có biến tầng 9 Thiết bị làm nguội sản phẩm đỉnh

3 Bồn chứa sản phẩm đáy 10 Lưu lượng kế

4 Thiết bị trao đổi nhiệt nhập liệu và sản

5 Nồi đun đáy tháp 12 Bình phân phối lỏng ngưng

6 Thiết bị đun sôi nhập liệu 13 Bồn chứa sản phẩm đỉnh

.3 Thuyết minh quy trình công nghệ:

Hỗn hợp etanol – nước có nồng độ etanol 25% ( theo mol), nhiệt độ khoảng

300C tại bình chứa nguyên liệu (1) được bơm (2) bơm qua thiết bị trao đổi nhiệt (4)(trao đổi nhiệt với sản phẩm đáy ) Sau đó, hỗn hợp được đun sôi đến nhiệt độ sôitrong thiết bị gia nhiệt (6) bằng hơi đốt là hơi nước bảo hòa 2,5atm, tiếp theo đóhỗn hợp được đưa vào tháp chưng cất (7) ở đĩa nhập liệu

Trên đĩa nhập liệu, chất lỏng được trộn với phần lỏng từ đoạn cất của thápchảy 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 phầnchưng càng xuống dưới nồng độ các cấu tử dễ bay hơi càng giảm vì đã bị pha hơi(tạo nên từ nồi hơi (5) bằng hơi nước 3atm cấp nhiệt gián tiếp) lôi cuốn cấu tử dễbay 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 nước sẽ ngưng tụ lại, cuối cùng trên đỉnh tháp ta thuđược hỗn hợp có cấu tử etanol chiếm nhiều nhất (85% mol) Hơi này đi vào thiết bịngưng tụ (8) và được ngưng tụ hoàn toàn bằng nước gián tiếp Một phần chất lỏngngưng tụ đi qua thiết bị làm nguội sản phẩm đỉnh (9), được làm nguội đến 400C ,rồi được đưa qua bồn chứa sản phẩm đỉnh (13) Phần còn lại của chất lỏng ngưng

tụ đựơc hồi lưu về tháp ở đĩa trên cùng với chỉ số hoàn lưu thích hợp Một phầncấu tử có nhiệt độ sôi thấp được bốc hơi, còn lại cấu tử có nhiệt độ sôi cao trongchất 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) Dung dịch lỏng đáy đi ra khỏi tháp vào thiết bịtrao đổi nhiệt với dòng nhập liệu và được chứa ở bồn chứa (3) Hệ thống làm việcliên tục cho ra sản phẩm đỉnh là etanol, sản phẩm đáy sau khi trao đổi nhiệt vớinhập liệu được đưa về khu xử lý nước thải

CHƯƠNG 3: CÂN BẰNG VẬT CHẤT3.1 Các thông số ban đầu:

- Năng suất sản phẩm đỉnh: VD = 1000 lít/h = 1 m3/h

- Nồng độ nhập liệu: xF = 25% mol Etanol

- Nồng độ sản phẩm đỉnh: xD = 85% mol Etanol

- Tỷ lệ thu hồi Etanol: η = 99%

- Khối lượng phân tử của Etanol và nước: MC H OH 2 5 = 46; MH O 2 = 18

- Chọn:

 Nhiệt độ đầu của dòng nguyên liệu: 1

0 F

t = 30 C

 Nhiệt độ sản phẩm đỉnh sau khi làm nguội: t = 40 CD 0

 Nhiệt độ sản phẩm đáy sau khi trao đổi nhiệt: 1

0 W

t 40 CNhập liệu vào tháp ở trạng thái lỏng sôi

- Kí hiệu:

 GF , F: lần lượt là suất lượng nhập liệu tính theo Kg/h, Kmol/h

 GD, D: lần lượt là suất lượng sản phẩm đỉnh tính theo Kg/h, Kmol/h

 GW, W: lần lượt là suất lượng sản phẩm đáy tính theo Kg/h, Kmol/h

 xi, x i : lần lượt là phân mol, phân khối lượng của cấu tử dễ bay hơi

3.2 Cân bằng vật chất:

- Cân bằng vật chất cho toàn tháp: F = D + W (2.1)

- Cân bằng cho cấu tử dễ bay hơi: F×x = D×x + W×x (2.2)F D W

- Tỷ lệ thu hồi: F×x ×η = D×x (2.3)F D

- Phân mol nhập liệu, xF: xF = 0,25 (kmol C2H5OH/kmol hỗn hợp)

- Phân khối lượng nhập liệu, x F :

2 5

F C H OH F

- Phân mol sản phẩm đỉnh, xD: xD = 0,85 (kmol C2H5OH/kmol hỗn hợp)

- Phân khối lượng sản phẩm đỉnh, x D:

- Tra bảng I.2 , trang 9, [1]:

 Khối lượng riêng của Etanol ở 400C: 2 5

D F

mol (kg/kmol) mol (kmol/h)Suất lượng Suất lượngkhối lượng

(kg/h)

Phân mol(kmol/kmol)

Phân khốilượng (kg/kg)

3.3 Xác định chỉ số hoàn lưu thích hợp:

3.3.1 Chỉ số hoàn lưu tối thiểu R min :

Tỉ số hồi 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,bơm, ) là tối thiểu

Do đồ thị cân bằng của hệ Etanol – Nước có điểm uốn, nên xác định chỉ số hồilưu tối thiểu bằng cách:

- Trên đồ thị cân bằng y-x, từ điểm (xD, xD) ta kẻ một đường thẳng tiếp tuyến vớiđường cân bằng tại điểm uốn, cắt trục Oy tại điểm có y0 = 0,275

- Theo phương trình đường làm việc đoạn cất, khi x0 = 0 thì:

0 min

0, 2751

D

x y

R

Vậy, ta tính được chỉ số hoàn lưu tối thiểu: Rmin = 2,09

0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 10

Để tính gần đúng ta có lấy chỉ số hồi lưu thích hợp theo công thức ( IX.25b,trang 159 [2]): Rth = 1,3Rmin + 0,3

Ngoài ra, có thể xác định chỉ số hồi lưu thích hợp từ điều kiện thể tích thápnhỏ nhất (không tính đến các chỉ tiêu kinh tế vận hành) Trong trường hợp này ta cầnthiết lập quan hệ giữa chỉ số hồi lưu R và thể tích của tháp V Thể tích tháp: V  S Htrong đó: S là tiết diện tháp (m2); H là chiều cao tháp (m)

Ta biết tiết diện tháp tỉ lệ thuận với lượng hơi đi trong tháp G = D×(R+1) , có1nghĩa tỷ lệ với lượng hồi lưu Do đó trong điều kiện làm việc nhất định D = const, tiếtdiện tháp sẽ tỉ lệ với (R+1) Còn chiều cao tháp tỉ lệ với số mâm lý thuyết H~n Choltnên thể tích tháp tỉ lệ với tích số n ×(R+1) lt

Từ đó, ta có thể thiết lập quạn hệ giữa R và V theo quan hệ R và n ×(R+1) ltVậy phải xác xác định các trị số của nlt ứng với các giá trị R khác nhau để thiếtlập quan hệ phụ thuộc giữa R và n ×(R+1) trên đồ thị Điểm cực tiểu của đường conglt

vẽ được sẽ cho ta giá trị thể tích tháp nhỏ nhất, và ứng với điểm đó sẽ có chỉ số hồi lưuthích hợp Rth

Chỉ số hồi lưu R thường được xác định qua chỉ số hồi lưu tối thiểu Rmin:min

R = α×R ; αlà hệ số dư Vậy lần lượt cho αcác giá trị từ (1,5 2,4) , ta xác định đượcbảng sau:

Hình 4: Đồ thị quan hệ phụ thuộc giữa R và n ×(R+1)lt

Từ đồ thị, ta thấy điểm cực tiểu của đường cong là 3,95  Rth 3,95

3.3.3 Phương trình đường làm việc và số mâm lý thuyết:

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

0 0.05 0.1 0.15 0.2 0.25 0.3 0.35 0.4 0.45 0.5 0.55 0.6 0.65 0.7 0.75 0.8 0.85 0.9 0.95 1 0

Công thức IX.59, trang 170, [2]:

lt tt tb

N

N =

η Trong đó: Nlt - số mâm lý thuyết

Công thức IX.60, trang 171, [2]:

y* - phần mol của cấu tử dễ bay hơi trong pha hơi cân bằng với pha lỏng

α - độ bay hơi tương đối của hỗn hợp

μ)- độ nhớt của hỗn hợp lỏng, N.s/m2

3.3.4.1 Hiệu suất trung bình của tháp chưng cất, η tb:

- Hiệu suất mâm nhập liệu, η F:

Tra đồ thị hình IX.11, trang 171, [2]  η F  46%

- Hiệu suất mâm sản phẩm đỉnh, η D:

 Độ nhớt động lực của H2O: μ)H O 2 = 0,366 cP

 Độ nhớt động lực của C2H5OH: μ)C H OH 2 5 = 0,447 cP

Độ nhớt của hỗn hợp nhập liệu : công thức I.12, trang 84, [1]:

Tra đồ thị hình IX.11, trang 171, [2]  η D  60%

- Hiệu suất mâm sản phẩm đáy, η W:

Tra đồ thị hình IX.11, trang 171, [2]  η W  43%

Vậy, suy ra hiệu suất trung bình của tháp chưng cất, η tblà:

Độ nhớt động lực của C2H5OH (cP) 0,422 0,447 0,327

CHƯƠNG 4: CÂN BẰNG NĂNG LƯỢNG.1 Cân bằng nhiệt lượng cho tháp chưng cất:

- Chọn:

 Hơi đốt là hơi nước bão hòa ở áp suất tuyệt đối 3at, có ẩn nhiệt hóa hơi rh =

2171 kJ/kg, khối lượng riêng  h 1,618 kg/m3

 Nhiệt lượng tổn thất ra môi trường xung quanh lấy bằng 5% nhiệt lượng dodòng hơi nước bão hòa mang vào đáy tháp

 GL 0: suất lượng khối lượng của dòng lỏng hồi lưu vào đỉnh tháp

 Gy: suất lượng khối lượng của dòng hơi mang ra ở đỉnh tháp

- Phương trình cân bằng nhiệt: Q + Q + Q = Q + Q + QF H 2 L 0 y W tt

- Tra bảng I.153 và I.154, trang 172, [1]:

0

3, 26 78, 4 791873,38 kJ/h(1 )

2171 105,554659686,786 347987,469 498187,0662 791873,38 =

2171 105,55 = 1799,905 kg/h

= 1112,426 m /h

F L H

t  - là nhiệt độ vào thiết bị trao đổi nhiệt của dòng nhập liệu

 Nhiệt tổn thất ra môi trường xung quanh, Qtt = 5%Q

- Tra bảng I.153 và I.154, trang 172, [1]:

 t1 = 30 0C – là nhiệt độ đầu vào của nước làm lạnh.

 t2 = 50 0C – là nhiệt độ đầu ra của nước làm lạnh

 Hơi ngưng tụ hoàn toàn thành lỏng sôi ở nhiệt độ 1

 t3 = 30 0C – là nhiệt độ đầu vào của nước làm nguội

 t4 = 40 0C – là nhiệt độ đầu ra của nước làm nguội

 tD = 40 0C – là nhiệt độ của sản phẩm đỉnh sau khi được làm nguội

- Phương trình cân bằng nhiệt: Q G DC D(tD 1 t ) CD  H O 2 (t4 t )3  Gnước

- Nhiệt độ trung bình của dòng sản phẩm đỉnh, t Dtb

:

1 78, 4 40 0

59,2 C

D D Dtb

- Nhiệt độ trung bình của nước làm nguội là, t Ntb

:

- Tra bảng I.153 và I.154, trang 172, [1]:

 Tại

0 30,5 C

F

t  và nhiệt độ ra là t  F 82,3 C0

 Gia nhiệt bằng hơi đốt là hơi nước bão hòa ở áp suất tuyệt đối 2,5at có ẩnnhiệt hóa hơi là rh = 2189,5 (kJ/kg), nhiệt độ ngưng tụ là th = 126,25 0C

 Nhiệt lượng tổn thất ra môi trường xung quanh Qtt = 5%Q

- Phương trình cân bằng nhiệt: Q G FC F(tF t )F2 G hr h

- Nhiệt độ trung bình của dòng nhập liệu, t Ftb

,0551,35 kg/h,5

tt h

h

Q Q G

- Chọn thiết bị ngưng tụ vỏ - ống loại TH đặt nằm ngang

- Ống truyền nhiệt được làm bằng thép INOX 304 (X18H10T) có các thông số:

 Đường kính trong của ống: dtr = 21 mm = 0,021 m.

 Bề dày thành ống: δ = 2 mm = 0,002 m.

 Chiều dài: l = 2 m

 Hệ số dẫn nhiệt của thành ống thép:  16,3 W/m C 0 

- Dòng nước giải nhiệt đi trong ống có:

 Nhiệt độ vào t1 = 30 0C, nhiệt độ ra t2 = 50 0C

 Lượng nước cần dùng: Gnước = 43921,55 kg/h

- Hơi ngưng tụ hoàn toàn thành lỏng sôi bên ngoài ống ở nhiệt độ: 1

 Hệ số dẫn nhiệt của nước:  N 0,635 W/m C0

 Nhiệt dung riêng của nước: Cp  N 4175,66 J/kg C0

 Chuẩn số Pr của nước: PrN 4, 252

- Hệ số cấp nhiệt của hơi ngưng ở mặt ngoài ống chùm nằm ngang, 1:

 Giả sử, chọn nhiệt độ bề mặt thành ngoài ống là: 1

D V m

Khối lượng riêng của lỏng ngưng: 1

3

754,153 kg/m

D

 Nhiệt dung riêng của lỏng ngưng: 1

t  , tra bảng ta có chuẩn số Pr của dòng nước là: Prt 3,519

 Chuẩn số Nu của dòng nước trong ống:

0,25 0,8 0,43

1

0,25

Pr0,021 Re Pr

Pr

4, 252 = 0,021 1 22540 4, 252 124,585

3,519

N N