chưng luyện tháp đĩa lỗ không ống chảy truyền nước axit axetic (1)

Chưng luyện là một phương pháp chưng cất nhằm để phân tách một hỗn hợp khí đã hóa lỏng 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 trưng luyện trong đó hỗn hợp được bốc hơi và ngưng tụ nhiều lần, kết quả cuối cùng ở đỉnh tháp thu được một hỗn hợp gồm hầu hết các cấu tử dễ bay hơi và nồng độ đạt yêu cầu, phương pháp chưng luyện cho hiệu suất 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 bị phân tách đa dạng như tháp chóp, tháp đĩa lỗ, tháp đĩa lỗ không có ống chảy truyền, tháp đệm… Trong đồ án này em được giao thiết kế tháp chưng luyện liên tục dạng đĩa lỗ không có ống chảy truyền nhằm phân tách 2 cấu tử Nước – Axit Axetic , chế độ làm việc ở áp suất thường với hỗn hợp đầu vào ở nhiệt độ sôi.

BỘ CÔNG THƯƠNG CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM TRƯỜNG ĐH CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI Độc lập - Tự do - Hạnh phúc

ĐỒ ÁN MÔN HỌC QUÁ TRÌNH THIẾT BỊ

Số :………

Họ và tên HS-SV: Đinh Thị Hà

Lớp : ĐHCN Hóa 1- K3 Khóa : 03

Khoa : Công nghệ hóa

Giáo viên hướng dẫn : Thầy Nguyễn Thế Hữu

NỘI DUNG

Thiết kế tháp chưng luyện liên tục loại tháp đĩa lỗ không có ống chảytruyền để phân tách hỗn hợp Nước – Axit Axetic

Các thông số ban đầu :

- Năng suất tính theo hỗn hợp đầu : F = 13,5 tấn/giờ

- Nồng độ cấu tử dễ bay hơi :

+ Hỗn hợp đầu : a = 0,31 phần khối lượng

+ Sản phẩm đỉnh : a = 0,975 phần khối lượng

+ Sản phẩm đáy : a = 0,01 phần khối lượng

Tháp làm việc ở áp suất thường

- Hồn hợp đầu được gia nhiệt tới nhiệt độ sôi

1 Vẽ dây chuyền sản xuất A4 01

2 Vẽ hệ thống tháp chưng luyện A0 01

PHẦN THUYẾT MINH

Ngày giao đề………Ngày hoàn thành ………

NHẬN XÉT ĐỒ ÁN

Giáo viên hướng dẫn nhận xét:

_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _

Điểm: Chữ ký: _

Cán bộ chấm hay Hội đồng bảo vệ nhận xét: _ _ _ _ _ _ _ Điểm: Chữ ký: _ Điểm tổng kết:

MỤC LỤC

Lời mở đầu 4

PHẦN I: TỔNG QUAN 5

I: LÝ THUYẾT VỀ CHƯNG CẤT 5

II GIỚI THIỆU VỀ HỖN HỢP CHƯNG 6

III SƠ ĐỒ CÔNG NGHỆ:……… 9

PHẦN II: TÍNH TOÁN THIẾT BỊ CHÍNH 12

1 Tính toán cân bằng vật liệu toàn thiết bị 12

1.1 Phương trình cân bằng vật liệu của toàn tháp 12

1.2 Tính chỉ số hồi lưu thích hợp (R th ) 14

2.TÍNH ĐƯỜNG KÍNH THÁP 28

2.1 Đường kính đoạn luyện: 28

2.2.Đường kính đoạn chưng 34

3.TÍNH CHIỀU CAO THÁP XÁC ĐỊNH THEO ĐƯỜNG CONG ĐỘNG HỌC .39 3.1.Hệ số khuếch tán 39

3.2 Hệ số cấp khối 41

4.Tính trở lực của tháp 49

4.1.Tính trở lực đĩa khô 49

4.2.Trở lực đĩa do sức căng bề mặt chất lỏng 50

4.3.Trở lực thủy tĩnh của lớp chất lỏng gây ra: 50

5.Tính cân bằng nhiệt lượng 52

5.1.Cân bằng nhiệt lượng thiết bị đun nóng hỗn hợp đầu 52

5.2.Cân bằng nhiệt lượng của tháp chưng luyện 55

5.3.Cân bằng nhiệt lượng của thiết bị ngưng tụ 58

5.4.Cân bằng nhiệt lượng của thiết bị làm lạnh 59

PHẦN III : TÍNH THIẾT BỊ PHỤ 61

I.Thiết bị gia nhiêt hỗn hợp đầu 61

1.Hiệu số nhiệt độ trung bình 61

2.Lượng nhiệt trao đổi 62

3 Diện tích trao đổi nhiệt 62

II Tính bơm và thùng cao vị 70

PHẦN IV: TÍNH TOÁN CƠ KHÍ VÀ LỰA CHỌN 84

1 Tính toán thân tháp: 84

2.Tính đường kính ống dẫn: 87

3 Tính đáy và nắp thiết bị: 92

4 Chọn bích ghép: 95

5 Tính giá đõ và tai treo 96

KẾT LUẬN 100

LỜI CẢM ƠN 101

TÀI LIỆU THAM KHẢO 102

Lời mở đầu

Ngày nay cùng với sự phát triển của khoa học kĩ thuật,nền công nghiệp đãmang lại cho con người những lợi ích vô cùng to lớn về cả vật chất lẫn tinhthần.Để nâng cao đời sống nhân dân,để hòa nhập chung với sự phát triển chungcủa các nước trong khu vực cũng như trên thế giới.Đảng và nhà nước ta đã đề ramục tiêu: công nghiệp hóa và hiện đại hóa đất nước

Trong tiến trình công nghiệp hóa hiện đại hóa đất nuớc những ngành kinh

tế mũi nhọn:công nghệ thông tin ,công nghệ sinh học công nghệ điện tử tự độnghóa,công nghệ vật liệu mới…công nghệ hóa giữ vai trò quan trọng trong việcsản xuất các sản phẩm phục vụ cho nền kinh tế quốc dân.Tạo tiền đề cho nhiềungành khác phát triển

Khi kinh tế phát triển nhu cầu của con người ngày càng tăng.Do vậy cácsản phẩm cũng đòi hỏi cao hơn,đa dạng hơn,phong phú hơn theo đó công nghệsản xuất cũng phải nâng cao.trong công nghệ hóa học nói chung viêc sử dụnghóa chất có độ tinh khiết cao là yếu tố căn bản tạo ra sản phẩm có chất lượngcao.Có nhiều phương pháp khác nhau để làm tăng nồng độ,độ tinh khiết:chưngcất,cô đặc.trích li…tùy vào tính chất của hệ mà ta lựa chọn phương pháp thíchhợp

PHẦN I: TỔNG QUAN I: LÝ THUYẾT VỀ CHƯNG CẤT

1 Phương pháp chưng cất.

Chưng luyện là một phương pháp chưng cất nhằm để phân tách một hỗn hợpkhí đã hóa lỏng dựa trên độ bay hơi tương đối khác nhau giữa các cấu tử thànhphần ở cùng một áp suất

Phương pháp chưng luyện này là một quá trình trưng luyện trong đó hỗn hợpđược bốc hơi và ngưng tụ nhiều lần, kết quả cuối cùng ở đỉnh tháp thu được mộthỗn hợp gồm hầu hết các cấu tử dễ bay hơi và nồng độ đạt yêu cầu, phươngpháp chưng luyện cho hiệu suất phân tách cao, vì vậy nó được sử dụng nhiềutrong thực tế

Dựa trên các phương pháp chưng luyện liên tục, người ta đưa ra nhiều thiết

bị phân tách đa dạng như tháp chóp, tháp đĩa lỗ, tháp đĩa lỗ không có ống chảytruyền, tháp đệm… Trong đồ án này em được giao thiết kế tháp chưng luyệnliên tục dạng đĩa lỗ không có ống chảy truyền nhằm phân tách 2 cấu tử Nước –Axit Axetic , chế độ làm việc ở áp suất thường với hỗn hợp đầu vào ở nhiệt độsôi

Nước – Axit Axetic là hỗn hợp lỏng thường gặp trong thực tế việc táchriêng 2 cấu tử này có ý nghĩa quan trọng bởi cần Axit Axetic có nồng độ lớndùng làm nguyên liệu sản xuất các hợp chất và thực phẩm hiện nay

Các phương pháp chưng cất

+) áp suất làm việc:

Chưng cất áp suất thấp

Chưng cất áp suất thường

Chưng cất 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 nhiệt độsôi của các cấu tử

+) Nguyên lý làm việc : liên tục ,gián đoạn

* Chưng gián đoạn : phương pháp này sử dụng trong các trừong hợp :

+ Nhiệt độ sôi 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 liên tục :là quá trình được thực hiện liên tục nghịch dòng và nhiềuđoạn

2 Thiết bị chưng cất

Trong sản xuất thường sử dụng rất nhiều loại tháp khác nhau nhưng chúngđều có một yêu cầu cơ bản là diện tích tiếp xúc bề mắt pha lớn ,điều này phụthuộc độ phân tán lưu chất vào

Tháp chưng cất rất phong phú về kích cỡ và ứng dụng các tháp lớn thườngđược sủ dụng trong công nghệ lọc hóa dầu đường kính tháp phụ thuộc luơngpha lỏng và luợng pha khí ,độ tinh khiết của sản phẩm theo khảo sát thường có

2 loại tháp chưng:tháp đĩa và tháp đệm

Tháp đĩa ; thân tháp hình trụ thẳng đứng bên trong có gắn các đĩa phânchia thân tháp thành những đoạn bằng nhau trên đĩa pha lỏng và pha khí tiếpxúc với nhau tùy thuộc vào loại đĩa ta có

+ Tháp đĩa chóp :

+ Tháp đĩa lỗ :trên đĩa có các lỗ có đường kính (2-12 mm) có 2 loại tháp đĩa lỗ

- Tháp đĩa lỗ có ống chảy truyền

- Tháp đĩa lỗ không có ống chảy truyền

Tháp đệm :tháp hình trụ gồm nhiều đoạn nối với nhau bằng mặt bích hay hàn

* Tháp đĩa lỗ có ống chảy truyền hoạt động với hiệu suất cao ổn định Khắcphục được nhược điểm của các loại tháp khác ; làm việc được với chất lỏng bẩn

…

Vậy : chọn tháp đĩa lỗ không có ống chảy chuyền để chưng hệ Nước – Axit

Axetic

II GIỚI THIỆU VỀ HỖN HỢP CHƯNG

1.Nước:

Trong điều kiện bình thường: nước là chất lỏng không màu, không mùi, không vị nhưng khối nước dày sẽ có màu xanh nhạt

Khi hóa rắn nó có thể tồn tại ở dạng 5 tinh thể khác nhau

 Khối lượng phân tử : 18g/mol

 Khối lượng riêng d4oc : 1g/ml

sôi = 118o C

 Tan trong nước, rượu và ete theo bất kỳ tỷ lệ nào

 Là một axit yếu, hằng số phân ly nhiệt động của nó ở 25o C là K =

1,75.10-5

Tính ăn mòn kim loại:

 Axit Axetic ăn mòn sắt

 Nhôm bị ăn mòn bởi axit loãng, nó đề kháng tốt với axit axetic đặc và thuần khiết Đồng và chì bị ăn mòn bởi axit axetic với sự hiện diện củakhông khí

 Thiếc và một số loại thép Nikel – Crom đề kháng tốt với axit axetic

2.2 Điều chế:

Axit axetic điều chế bằng cách:

1) Oxy hóa có xúc tác đối với cồn etylic để biến thành anđêhit axetic, làmột giai đoạn trung gian Sự oxy hóa kéo dài sẽ tiếp tục oxy hóa ânđêhit axeticthành axit axetic

sự hình thành peoxit Hiệu suất đạt 95 ÷ 98 % so với lý thuyết Người ta đạt được như thế rất dễ dàng sau khi điều chế axit axetic kết tinh được.

để chế tạo rất nhiều hợp chất và este Nguồn tiêu thụ chủ yếu của axit axetic là ;

 Làm dấm ăn (dấm ăn chứa 4,5% axit axetic)

 Làm đông đặc nhựa mủ cao su

 Làm chất dẻo tơ sợi xenluloza axetat, làm phim ảnh không nhạy lửa

 Làm chất nhựa kết dính polyvinyl axetat

 Làm các phẩm máu, dược phẩm, nước hoa tổng hợp

 Axetat nhôm dung làm chất cắn màu (mordant trong nghề nhuộm)

 Phần lớn các este axetat đều là các dung môi, ví dụ: izoamyl axetat hòa tan được nhiều loại nhựa

III SƠ ĐỒ CÔNG NGHỆ:

1 Dây chuyền sản xuất :

Hệ thống thiết bị công nghệ chưng luyện liên tục tháp đĩa lỗ có ốngchảy chuyền tổng quát gồm có :

(1) : Bơm ly tâm

(2) : Thùng cao vị

(3) : Thiết bị đun nóng hỗn hợp đầu dùng để đưa hỗn hợp đầu tớinhiệt độ làm việc Sử dụng thiết bị loại ống chùm, dùng hơi nước bãohoà để đun nóng vì nó có hệ số cấp nhiệt lớn, ẩn nhiệt ngưng tụ cao.Hơi nước bão hoà đi ngoài ống, lỏng đi trong ống

(4) : Lưu lượng kế

(5): Tháp chưng luyện: gồm có 2 phần : phần trên gồm từ trên đĩa tiếpliệu trở lên đỉnh gọi là đoạn luyện, phần dưới gồm từ đĩa tiếp liệu trởxuống gọi là đoạn chưng

(6): Thiết bị ngưng tụ hoàn toàn sản phẩm đỉnh, nước lạnh đi trongống

THUYẾT MINH SƠ ĐỒ

T

7 6

NƯỚC

NƯỚC HƠI NƯỚC

Sơ đồ dây chuyền cơng nghệ tháp đĩa lỗ khơng cĩ ống chảy truyền

Hỗn hợp được chứa trong thùng chứa(11),được bơm ly tâm (1)bơm lên thùng cao vị cĩ cửa chảy tràn dùng để khống chế mức chất lỏng thùng, hỗn hợp đầu từ thùng cao vị tự chảy xuống thiết bị gia nhiệt(3) và quá trình này được theo dõi bằng đồng hồ lưu lượng (4) dùng hơi nước bão hịa Sau đĩ hỗn hợp đầu được gia nhiệt tới nhiệt độ sơi rồi được đưa vào đĩa tiếp liệu của tháp chưng luyện(5) Trong tháp hơi đi từ dưới lên tiếp xúc trực tiếp với lỏng từ trên xuống tại đây xảy ra quá trình bốc hơi và ngưng tụ nhiều lần, nồng độ các cấu tử thay đổi theo chiều cao của tháp và nhiệt độ của hỗn hợp cũng thay đổi theo Khi bay hơi lên đĩa 1 cĩ thành phần cấu tử dễ bay hơi là y1 sục trực tiếp vào lớp lỏng trên đĩa cĩ thành phần cấu tử dễ bay hơi là x1 ( x1<y1), hơi đi lên từ đĩa 1 sục vào đĩa 2, do hơi đĩa 1 sục vào lỏng ở đĩa 2 cĩ nhiệt độ thấp hơn nên hơi đĩ sẽ bị ngưng tụ 1

phần cấu tử khó bay hơi, quá trình ngưng tụ lại là quá trình tỏa nhiệt và nhiệt này sẽ làm bay hơi 1 phần cấu tử khó bay hơi ở đĩa 2 do đó x2>x1; y2>y1 dẫn đến hơi ở đĩa 2 sục vào đĩa Quá trình này được xảy ra tương tự nhiều lần cuối cùng trên đỉnh tháp thu được hầu hết cấu tử dễ bay hơi và một phần cấu tử khó bay hơi.

Hơi đi từ đỉnh tháp vào thiết bị hồi lưu ngưng tụ , ở đây 1 phần hơi được ngưng tụ và quay trở lại tháp Phần còn lại được đưa vào thiết bị làm nguội rồi cho vào thùng chứa sản phẩm đỉnh

Chất lỏng hồi lưu đi từ trên xuống dưới, gặp hơi có nhiệt độ cao đi từ dưới lên,một phần cấu tử có nhiệt độ cao tiếp tục ngưng tụ thành lỏng đi xuống Do đó nồng độ cấu tử khó bay hơi trong pha lỏng ngày càng nhiều, cuối cùng ở đáy tháp ta thu được hỗn hợp lỏng gồm hầu hết là cấu rử khó bay hơi và một phần cấu tử dễ bay hơi, hỗn hợp lỏng được đưa ra khỏi đáy tháp qua thiết bị phân dòng, một phând đươcj đưa ra thùng chứa sản phẩm đáy và một phần được hồi lưu tại đáy tháp Thiết bị này có tác dụng đun sôi tuần hoàn bà bốc hơi sản phẩmđáy( tạo dòng hơi đi từ dưới lên trong tháp) Nước ngưng của thiết bị gia nhiệt được tháo qua thiết bị nước ngưng Tháp chưng luyện làm việc ở chế độ liên tục,hỗn hợp đầu và sản phẩm được lấy ra liên tục

PHẦN II: TÍNH TOÁN THIẾT BỊ CHÍNH

W : Lượng sản phẩm đáy, (Kmol/h)

a : Nồng độ phần khối lượng, (Kg nước/Kg hỗn hợp)

x : nồng độ phần mol, ( Kmol nước/ Kmol hỗn hợp)

M : Khối lượng phân tử, (Kg/Kmol)

 : Khối lượng riêng, (Kg/Kmol)

- Ngoài ra còn nhiều ký hiệu khác được định nghĩa tại chỗ

1 Tính toán cân bằng vật liệu toàn thiết bị

1.1 Phương trình cân bằng vật liệu của toàn tháp

W W

F

P W

P

F

a a

G a

a

G a

A A A

B

B A A A A

A

M

a M

a M a

M

a M a M

a x

Vậy lưu lượng trung bình của chất lỏng trên là:

+ Nhiệt hóa hơimol của các cấu tử bằng nhau theo công thức kinh nghiệm của Trouton

const K

kmol

kcal T

- Hỗn hợp đầu vào tháp ở nhiệt độ sôi

- Chất lỏng đi ra khỏi tháp thiết bị ngưng tụ có thành phần bằng thành phầnhơi đi ra ở đỉnh tháp

- Hơi bốc lên từ đáy tháp có nồng độ bằng nồng độ sản phẩm đỉnh

- Đun sôi tháp bằng hơi đốt trực tiếp

a, Phương trình đường nồng độ làm việc của đoạn luyện

- Phương trình cân bằng vật liệu

D0 = L0 + P

Trong đó : D0 : lượng hơi đi từ dưới lên

L0 : lượng lỏng hồi lưu đi từ trên xuống

- Phương trình cân bằng vật liệu cho cáu tử dễ bay hơi là:

D0.y = L0.x+ P.xP

 ( L0 + P).y = L0.x+ P.xP

P

x P L

P x P L

L y

x R

R y

b, Phương trình đường nồng độ làm việc của đoạn chưng

- Phương trình cân bằng vật liệu:

w P L F L

L u 0 0

Thay vào ta có : (P+ L0).y’= (F+L0).x’ – (F-P).xw

w x P L

P F x P L

F L y

f x R

f R y

1

1 '

Đồ thị t, x-y

- Vẽ đường thẳng y =x , xác định xP, xF, xW trên đồ thị và vẽ đường cân bằng y= f(x)

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 có

y*F=0,71566

Áp dụng công thức Rmin =

F F

F P

x y

y x

ứng với mỗi giá trị của  ta được một giá trị Rx Thay Rx ta có đường nồng độ làm việc của đoạn luyên và đoạn chưng.

Vẽ đồ thị xác định được số đĩa lý thuyết Nlt

Đồ thị xác định số đĩa lý thuyết với β= 1,2,Nlt =54

Đồ thị xác định số đĩa lý thuyết với β = 1,5, Nlt =35

Đồ thị xác định số đĩa lý thuyết với β = 1,6, Nlt =33

Đồ thị xác định số đĩa lý thuyết với β = 1,7,Nlt =31

Đồ thị xác định số đĩa lý thuyết với β = 1,8, Nlt= 30

Đồ thị xác định số đĩa lý thuyết với β = 1,9,Nlt= 29

Đồ thị xác định số đĩa lý thuyết với β = 2,1, Nlt= 27

Đồ thị xác định số đĩa lý thuyết với β = 2,3,Nlt= 26

Đồ thị xác định số đĩa lý thuyết với  =2,5, Nlt = 25

- Dựng đồ thị quan hệ giữa RX – Nlt(Rx + 1)

- Từ đồ thị ta thấy với RX = 4,052 thì RX(Nlt + 1) = 156,612 là bé nhất Vậy Rth= 4,052 ( Số đĩa lý thuyết là 31 )

Phương trình đường nồng độ làm việc

- Lượng hỗn hợp đầu trên 1 đơn vị sản phẩm đỉnh là

x

R

x x R

R L

L y R L

Đường kính tháp được xác định theo công thức

D=0,0188

tb y y tb g

) (   , m (181-2)

gtb: lượng hơi đi trong tháp( lượng trung bình) Kg/h

 y: khối lượng riêng trung bình Kg/m3

wy: tốc độ hơi đi trung bình trong tháp Kg/m2.s

Vì lượng hơi và lượng lỏng thay đổi theo chiều cao mỗi đoạn nên ta phải tínhlượng hơi trung bình cho từng đoạn

2.1 Đường kính đoạn luyện:

2.1.1 Lượng hơi trung bình trong đoạn luyện

Lượng hơi trung bình trong đoạn luyện gtb có thể xem gần đúng bằng trung bình cộng lượng hơi đi ra khỏi đĩa trên cùng của tháp gd và lượng hơi đi vào dưới cùng của đoạn luyên g1

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

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

gtb : lượng hơi trung bình đi trong đoạn luyện (kmol/h)

 lượng hơi đi ra khỏi đỉnh tháp

gd= GR + GP = GP(Rx + 1) (181-2)Với GR : Lượng lỏng hồi lưu

GP : Lượng sản phẩm đỉnh

Thay số ta được

gd = 229,04 (4,052 + 1)= 1157,11 (Kmol/h)

 lượng hơi đi vào đoạn luyện : lượng hơi g1 , hàm lượng hơi y1 và lượng lỏng G1 đối với đĩa thứ nhất của đoạn luyện , xác định theo phương trình cân bằng vật liệu và nhiệt lượng

P P P

r g r

g

x G x

G y

g

G G

g

.

.

.

1 1

1 1 1

1

1 1

( 182-2)

G1 : Lượng lỏng đối với đĩa thứ nhất của đoạn luyện

y1 : Hàm lượng hơi đi vào đĩa 1 của đoạn luyện

r1 : Ẩn nhiệt hóa hơi của hỗn hợp hơi đi vào đĩa thứ nhất

rđ : Ẩn nhiệt hóa hơi của hỗn hợp hơi đi ra khỏi đỉnh tháp

Tại xP = 0,9923 (kmol/kmol) nội suy ta được t°P = 100,4°C

xF = 0,5996 (kmol/kmol) nội suy ta được t°F = 103,3°C

Tra bảng nhiệt hóa hơi (công thứcI.212) ( 254-1)

Tại t°P = 100,4°C , nội suy ta được;

Thay vào phương trình r1 ta được:

r1 = 40458,68 y1 + 24313,29.( 1- y1 ) (KJ/Kmol) = 16145,39 y1 + 24313,29

Thay vào phương trình rđ ta được :

29 , 24313

39 , 16145 (

9923 , 0 04 , 229 5996

, 0 04 , 229

1 1

1 1 1 1 1

y g

G y g

G g

Giải hệ ta được kết quả sau:

0

977 ,

110 5

017 ,

1335

1 1

2.1.2 Tính khối lượng riêng của đoạn luyện

a, Pha hơi: được áp dụng theo công thức sau

) 273 (

4 , 22

).

1 (

tbA ytb

t

M y M

8296 , 0 2

667 , 0 9923 , 0 2

yđA : nồng độ pha hơi đầu đoạn luyện yđA = y1 =0.667 phần mol

ycA : nồng độ pha hơi cuối đoạn luyện yc = yP = xP=0,9923 phần mol

Từ sổ tay tập II dùng công thức nội suy ta tìm được nhiệt độ trung bình của pha hơi

tytb =101,7°C

 Khối lượng riêng của pha hơi là:

) 7 , 101 273 (

4 , 22

60 ).

8296 , 0 1 ( 18 8296 , 0

tbA xtb

a a

 : Khối lượng riêng trung bình của pha lỏng , Kg/ m3

 xA,  xB : Khối lượng riêng lỏng của Nước và axit axetic , Kg/m3

atbA : Phần khối lượng trung bình cấu tử Nước

Ta có:

2

975 , 0 31 , 0

( Phần mol)

Từ XtbA ta nội suy theo đồ thị x-y,t ta có to

xtb = 101,2oCt°xtb=101,2°C  







) / ( 68 , 953

) / ( 2 , 956

3 3

m Kg x

m Kg x

B A





( IX.2a – STQTTB 2)

Vậy khối lượng riêng trung bình của pha lỏng là :

) / ( 10 28 , 0

2 3

2 3

m s N m s N B

2

2

.

y td td

yt

F d g

Trong đó : Gx là lượng lỏng hồi lưu đi trong tháp

Gy lượng hơi đi trong tháp

g = 9,8 (m/s2)

dtd : đường kính tương đương của hỗn hợp ( d= 26 mm chọn dtd = 6 mm)

(Kmol/h)

Từ các dữ liệu đã có ta tính được x và Y :

3 , 955

818 , 0 06 , 1246

02 ,

3 2

2

10 005 , 1

10 3097 , 0 3 , 955

818 , 0 2 , 0 006 , 0 8 ,

2.1.5.Đường kính đọan luyện là:

- Tính khối lượng trung bình:

Mytb= (ytb.MA + (1 – ytb).MB = 0.8296.18 + (1 – 0,8296).60=25,1568

DL = 0,0188

tb y y

tb

w

g

) (

'

36 , 2 818 , 0

1568 , 25 06 , 1246

1568 , 25 06 , 1246

 wlv = 2,351 ( m/s)

351 , 2

3 2

2

10 005 , 1

10 3097 , 0 3 , 955

818 , 0 2 , 0 006 0 8

Vậy chọn đường kính là DL = 2,4 m là chấp nhận được

2.2.Đường kính đoạn chưng

2.2.1 xác định lượng hơi đi trong tháp

g’

tb =

2 1 ' ' g

g n 

( Kg/h)

g’

n : lượng hơi đi ra khỏi đoan chưng đi vào đoạn luyện

vì lượng hơi đi ra khỏi đoạn chưng bằng lượng hơi đi vào đoạn luyện

1 là lượng hơi đi vào đoạn chưng

 Lượng hơi đi vào đoạn chưng g’

1, lượng lỏng G’

1 và kàm lượng lỏng x’

1 Xác định theo phương trình cân bằng vật liệu và nhiệt lượng :

w w w

w

r g r

g

x G y

g x

G

G g

G

.

.

1 ' 1 '

1 ' 1

' 1 '

1 ' 1

aw = 0,01 phần khối lượng, xw = 0,0325 phần mol

y’

1 = yw = 0,065 phần mol tra bảng (IX.a: 145-2) ,

Ta có : r’

1 = rA.y’1 + (1- y’1).rBVới xw = 0,0325 phần mol tra bảng ra ta có t°

w = 116,7°CTra bảng nhiệt hóa hơi ta được

( 49 , 24094 )

/ ( 914

,

95

) /

( 274 , 39802 )

/ ( 145

,

528

Kmol Kj

kg kcal r

Kmol Kj

kg kcal r

39 , 16145 (

017 , 1335 )

49 , 24094 1

' 78 , 15707 (

0325 , 0 66 , 158 065 , 0

66 , 158

1 '

1 ' 1 ' 1 ' 1 ' 1 '

y y

g

g x G

g G

Với y’1=yw=0,065 phần mol; y1=0,667 phần mol

Giải hệ phương trình ta được

0 '

3968 ,

1 '

056 ,

160

1 1 1 '

x g G

)/(207,6682

3968.1017,13352

1

' 1

2.2.2 Tính khối lượng riêng trung bình

a, Đối với pha hơi

) 273 (

4 , 22

).

1 (

tbA

M y M



( phần mol)Lại theo bảng IX.2a (145-2) ta được t°tb = 116°C

Vậy khối lượng trung bình của pha hơi

398 , 1 273 ) 273 116 (

4 , 22

60 ).

366 , 0 1 ( 18 366 0

b,Đối với pha lỏng

Khối lượng riêng được tính theo công thức sau

xB

tbA xA

tbA xtb

x x

Từ nhiệt độ có được dùng phương pháp nội suy ta được khối lượng riêng là

) / ( 6 , 952

3 3

m Kg m Kg xB

3162 , 0 1 6 , 952

3162 , 0

tbA

 lg ( 1 ) lg

- Độ nhớt tại pha lòng ở nhiệt độ t°xtb = 107,2°C

Tra bảng I.102 (I-91) kết hợp phương pháp nội suy ta có

t° = 104,12°C     0 , 265 10  3 (Ns/m2 )

Thay số vào công thức trên ta được

Kmol/hTính X, Y

Ta có X=

8 / 1 4 / 1

398 , 1 207

, 668

88 ,

2

2

.

y td td

yt

F d g

3 2

2

10 005 , 1

10 345 , 0 41 , 947

398 , 1 2 , 0 006 , 0 8 , 9 5 ,

2.2.5 Đường kính đoạn chưng

Áp dụng công thức:

DC = 0,0188

tb y y

tb

w

g

) (

'

344 , 1 398 , 1

628 , 44 207 , 668

628 , 44 207 , 668

3088 , 1

w

8 , 0 866 , 0 344 , 1

3088 , 1

3 2

2

10 005 , 1

10 345 , 0 41 , 947

398 , 1 2 , 0 006 , 0 8 ,



 w ytd m/s

Ta thấy : wytd < wytv < 0,8.wyt

Vậy chọn đường kính đoạn chưng là 2,4 m thỏa mãn điều kiện làm việc dưới

v p

) (

10 0043 , 0

2 3 / 1 3 / 1

5 , 1 4







Trong đó:

D- Hệ số khuếch tán, m2/s

T - nhiêtl độ trung bình của hơi , K

P - áp suất trung bình của hơi ; P =1at

MA,MB- Khối lượng mol của khí A và B; Kg/Kmol

MA = 18 MB = 60

B

A 

 , - Thể tích nguyên tử của khí A và B; cm3/nguyên tử

Tra bảng II-127 ta có thể tích nguyên tử của :

, 19 ( 1

7 , 374 10 0043 , 0

3 / 1 3

/ 1

5 , 1 4

3.1.2 Hệ số khuếch tán trong pha lỏng

Được xác định theo công thức sau : Dx = D20 1 b(t 20 )

 : Khối lượng riêng của dung môi của 20°C, kg/m2

Ở đây ta có dung môi là Nước

9 98

21 , 1 /

1 0 21 , 1

) (

1 /

1 0

3

2 3

m kg

cP m

Ns

cP m

Ns

A A

Hệ số khuếch tán pha lỏng được tính theo :

D20 =

2 3 / 1 3 / 1

6

) (

.

1 1

10 1

B A

B

B A

v v

B A

M M

A, B hệ số liên hợp phụ thuộc vào tính chất của chất tan và dung môi

Tra bảng VIII.7 ( 134-2) ta được A =1,27, B = 4,7

2 3 / 1 3

/ 1

6

10 913 , 8 ) 4 , 68 4

, 19 ( 21 , 1 7 , 4 27 , 1

60

1 18

1 10 1

3.2.1.Tính kích thước đường dài thông qua sức căng bề mặt

Ta có sức căng bề mặt được tính: (I.76)

B A

hh  



1 1 1



 (299-1)Trong đó: A, B- sức căng bề mặt cấu tử thành phần

Tra băng sức căng bề mặt I-301 ta có

 Đối với đoạn luyện:to

) / ( 10 56 , 58

3 3

m N m N B

56 , 58

1 1





