Chưng luyện AXETON – ETYLIC

tính toán và thiết kế hệ thống chưng luyện liên tục loại tháp đĩa lỗ không có ống chảy truyền để phân tách hỗn hợp hai cấu tử: Axeton – Nước với các số liệu sau: Năng suất theo hỗn hợp đầu: F= 5,38tấnh Nồng độ cấu tử dễ bay hơi:. Trong hỗn hợp đầu: xF=0,36 phần khối lượng. Trong sản phẩm đỉnh: xP=0,94 phần khối lượng. Trong sản phẩm đáy: xw=0,056 phần khối lượng Tháp làm việc ở áp suất thường Hỗn hợp đầu vào tháp được gia nhiệt đến nhiệt độ sôi.

KHOA CÔNG NGHỆ HÓA HỌC

ĐỒ ÁN MÔN HỌC

QUÁ TRÌNH VÀ THIẾT BỊ

THIẾT KẾ HỆ THỐNG CHƯNG LUYỆN LOẠI THÁP ĐĨA

LỔ KHÔNG CÓ ỐNG CHẢY TRUYỀN ĐỂ PHÂN TÁCH

HỖN HỢP AXETON – ETYLIC

GVHD: VŨ MINH KHÔI SVTH: Trần Anh Tuấn MSSV: 0641120359 Lớp: ĐH Hóa 5 – K6

Lời mở đầu

Một trong những ngành công nghiệp mũi nhọn đóng góp vào sự phát triển Kinh tế - Xã hội của nước ta chính là ngành công nghiệp Hóa học Trong thực tiễn sản xuất chúng ta sử dụng hóa chất ở rất nhiều dạng khác nhau: hỗn hợp hay đơn chất tinh khiết Sản xuất ngày càng phát triển thì yêu cầu về độ tinh khiết của nguyên liệu hay sản phẩm cũng ngày càng cao Vì vậy người ta không ngừng cải tiến và hoàn thiện các phương pháp nâng cao độ tinh khiết của hóa chất như:

chưng cất, cô đặc, trích ly, hấp phụ, hấp thụ… Tùy theo yêu cầu sản phẩm và tính chất của hỗn hợp mà ta chọn phương pháp phù hợp nhất

Đối với hệ Axeton – Etylic là hỗn hợp tan hoàn toàn vào nhau và do chúng

có độ bay hơi khác xa nhau ( nhiệt độ sôi khác nhau nhiều) nên người ta thường dùng phương pháp chưng cất để phân tách chúng

Nhiệm vụ của đồ án này: là tính toán và thiết kế hệ thống chưng luyện liên tục loại tháp đĩa lỗ không có ống chảy truyền để phân tách hỗn hợp hai cấu tử: Axeton – Nước với các số liệu sau:

- Năng suất theo hỗn hợp đầu: F= 5,38tấn/h

- Nồng độ cấu tử dễ bay hơi:

Trong hỗn hợp đầu: xF=0,36 phần khối lượng Trong sản phẩm đỉnh: xP=0,94 phần khối lượng Trong sản phẩm đáy: xw=0,056 phần khối lượng

- Tháp làm việc ở áp suất thường

- Hỗn hợp đầu vào tháp được gia nhiệt đến nhiệt độ sôi

CHƯƠNG I

GIỚI THIỆU VỀ AXETON VÀ QUY

TRÌNH CÔNG NGHỆ

I.Giới thiệu chung về Axeton

Axeton có công thức phân tử CH3COCH3 Khối lượng phân tử M=58,079 đvC

Là một chất lỏng không màu, độ nhớt bé ( linh động), dễ cháy và có mùi thơm Nó hòa tan vô hạn trong nước và một số hợp chất hữu cơ như: ete, metanol, etanol…Ứng dụng: Axeton được ứng dụng nhiều làm dung môi cho công nghiệp, như cho sơn vecne, sơn mài, xenlulo axetat, nhựa, cao su… Nó hòa tan tốt tơ axetat, nitroxenlulo, nhựa phenol fomadehit, chất béo, dung môi pha sơn, mực in ống đồng Nó còn là nguyên liệu tổng hợp thủy tinh hữu cơ và nhiều hóa chất khác nữa.Được tìm thấy lần đầu vào năm 1595 bởi Libavius, bằng phương pháp chưng cất khan đường, và đến năm 1805 Tromm sdorff tiến hành sản xuất Axeton bằng cách chưng cất Axetat của bồ tạt và soda: là một phân đoạn lỏng nằm giữa phân đoạn rượu và ete

II.Sản xuất Axeton

Trong thời kỳ chiến tranh thế giới lần thứ nhất, do nhu cầu về nguồn Axetonrất lớn, trong khi đó có sự giới hạn trong việc thu được Axeton từ sự chưng cất gỗ, nên để bổ xung nguồn Axeton Hoa Kỳ đã áp dụng phương pháp chưng cất khan Ca(CH3COO)2 thu được bằng cách lên men rượu có mặt xúc tác vi khuẩn để chuyển cacbonhydrat thành Axeton và rượu butyl Công nghê này được ứng dụng chủ yếu trong suốt những năm chiến tranh thế giới lần 1 và những năm 20

Tuy nhiên, đến giữa những năm 20 và cho đến nay công nghệ trên được thaythế bằng công nghệ có hiệu quả hơn ( chiếm khoảng ¾ phương pháp của Hoa Kỳ) :Dehydro Ancol Isopropy

• CH3CH(OH)CH3 + 15,9 Kcal ( ở 327 oC)  →XT CH3COCH3 + H2

• Xúc tác ở đây là: đồng và hợp kim của nó, oxit kim loại và muối

• Hiệu xuất khoảng 97%

• Dòng khí sau sản phẩm gồm có: Axeton, lượng Alcol chưa pư, H2 và cácsản phẩm phụ như: Propylen, ete… Hỗn hợp này được làm lạnh và khíkhông ngưng được lọc bởi nước Dung dịch lỏng được đem đi chưng cấtphân đoạn, thu được Axeton ở đỉnh và Nước (1 ít Alcol Isopropy) ở đáy

- Oxi hóa Cumene Hydro Peroxide thành Phenol và Axeton

- Oxi hóa trực tiếp Butan – Propan

- Lên men Cacbon hydrat bởi vi khuẩn đặc biệt

III.Chưng cất, phương pháp chưng cất và thiết bị chưng cất

Axeton là một chất lỏng tan vô hạn trong nước và có nhiệt độ sôi là 56,9 oC khác xa nhiệt độ sôi của nước là 100 oC , do vậy phương pháp hiệu quả nhất để thu được Axeton tinh khiết là chưng cất phân đoạn dựa vào độ bay hơi khác nhau của các cấu tử trong hỗn hợp

• Chưng cất là quá trình phân tách các hỗn hợp lỏng thành các cấu tử riêng biệt dựa vào sự khác nhau về độ bay hơi của chúng (hay độ bay hơi), bằng cách lặp đi lặp lại nhiều lần quá trình bay hơi – ngưng tụ, trong đó vật chất đi từ pha lỏng vào pha hơi và ngược lại

Đối với chưng cất có hai phương pháp thực hiện:

- Chưng cất đơn giản (dùng thiết bị hoạt động theo chu kỳ):

Phương pháp này sử dụng trong các trường hợp sau:

+ Khi nhiệt độ sôi của các cấu tử khác xa nhau

+ Khi không đòi hỏi sản phẩm có độ tinh khiết cao

+ Tách hỗn hợp lỏng khỏi tạp chất không bay hơi

+ Tách sơ bộ hỗn hợp nhiều cấu tử

- Chưng cất liên tục hỗn hợp nhiều cấu tử (dùng thiết bị hoạt động liên tục):

là quá trình được thực hiện liên tục, nghịch dòng, nhiều đoạn

Ngoài ra còn có thiết bị hoạt động bán liên tục

Trong trường hợp này, do sản phẩm là Axeton với yêu cầu có độ tinh khiết cao khi sử dụng, cộng với hỗn hợp Axeton – Nước là hỗn hợp không có điểm đẳng phí nên về mặt lý thuyết thì nhờ quá trình chưng cất ta có thể thu được sản phẩm

Axeton có độ tinh khiết bất kỳ theo yêu cầu

• Thiết bị chưng cất

Trong sản xuất thường dùng nhiều loại thiết bị khác nhau để tiến hành chưng cất Tuy nhiên yêu cầu cơ bản chung của các thiết bị vẫn giống nhau nghĩa là diện tích bề mặt tiếp xúc pha phải lớn, điều này phụ thuộc vào mức độ phân tán của mộtlưu chất này vào lưu chất kia Ở đây ta khảo sát 2 loại thường dùng là tháp đĩa và tháp đệm

Tháp đĩa: gồm thân hình trụ, thẳng đứng, phía trong gắn các đĩa có cấu tạo khácnhau, trên đó pha lỏng và pha hơi tiếp xúc với nhau Gồm có: tháp đĩa chóp, đĩa lỗ

có ống chảy truyền, đĩa lỗ không có ống chảy truyền

hay hàn Đệm được đổ đầy vào trong tháp theo một hay hai phương pháp: xếp ngẫu nhiên hay có thứ tự.

Trong trường hợp này ta dùng tháp đĩa lỗ không có ống chảy truyền để phân tách hỗn hợp hai cấu tử Axeton – Nước vì có những ưu điểm sau:

Với cùng một chức năng, tổng khối lượng tháp đĩa thường nhỏ hơn tháp đệm do tháp đĩa có bề mặt tiếp xúc pha lớn và hiệu xuất làm việc cao.Tháp đĩa thích hợp trong trường hợp có số đĩa lý thuyết hoặc số đơn vị truyền khối lớn

Vì không có ống chảy truyền nên có thể giữ được một lượng chất lỏng nhất định trên đĩa, và tất cả bề mặt đĩa đều làm việc, nên hiệu quả của đĩacao hơn

Cấu tạo đơn giản, dễ vệ sinh, sửa chữa, làm sạch

Trở lực thiết bị không lớn Tính ổn định cao

IV Sơ đồ và thuyết minh dây chuyền sản xuất

1.Sơ đồ công nghệ:

1 Bồn chứa nguyên liệu

9.Thiết bị gia nhiệt hỗn hợp đáy (nồi đun)

10 Thùng chứa sản phẩm đáy11.Van điều chỉnh

2.Thuyết minh dây chuyền sản xuất

Hỗn hợp Axeton – Etylic có nồng độ Axeton là 36% (theo khối lượng), nhiệt

độ khoảng 25 oC tại bình chứa (1) được bơm (2) bơm lên thùng cao vị (3) Từ đó được đưa đến thiết bị gia nhiệt (4) Ở đây hỗn hợp được đun đến nhiệt độ sôi, sau

đó được đưa vào tháp chưng cất (5) ở đĩa nhập liệu

Trên đĩa nhập liệu, chất lỏng được trộn với phần lỏng từ đoạn luyện của tháp

đi xuống Trong tháp, hơi đi từ dưới lên gặp chất lỏng đi từ trên xuống Ở đây, có

sự tiếp xúc và trao đổi giữa hai pha với nhau Pha lỏng chuyển động trong phần chưng càng xuống dưới càng giảm nồng độ các cấu tử dễ bay hơi vì đã bị pha hơi tạo nên từ nồi đun (9) lôi cuốn cấu tử dễ bay hơi

Nhiệt độ càng lên trên càng thấp, nên khi hơi đi qua các đĩa từ dưới lên thì cấu tử có nhiệt độ sôi cao là nước sẽ ngưng tụ lại, cuối cùng trên đỉnh tháp ta thu được hỗn hợp có cấu tử Axeton chiếm nhiều nhất ( có nồng độ 94% về khối

lượng) Hơi này đi vào thiết bị ngưng tụ (6) và được ngưng tụ Chất lỏng ngưng một phần đi qua thiết bị làm nguội sản phẩm đỉnh (7), được làm nguội đến khoảng

30 oC rồi được đưa qua bồn chứa sản phẩm đỉnh (8) Phần chất lỏng ngưng còn lại được hồi lưu về tháp ở đĩa trên cùng với chỉ số hồi lưu tối ưu

Một phần cấu tử có nhiệt độ sôi thấp là Axeton được bốc hơi, còn lại cấu tử

có nhiệt độ sôi cao là etylic trong chất lỏng ngày càng tăng Cuối cùng ở đáy tháp

ta thu được hỗn hợp lỏng gồm hầu hết là cấu tử khó bay hơi –Etylic Hỗn hợp lỏng

ở đáy có nồng độ Axeton là 5,6% theo khối lượng, còn lại là Etylic Hỗn hợp lỏng

đi ra khỏi đáy tháp, một phần được đun, bốc hơi ở nồi đun (9) cung cấp lại cho tháp để tiếp tục làm việc, phần còn lại được đưa vào thùng chứa (10)

Hệ thống làm việc liên tục cho ra sản phẩm đỉnh là Axeton, sản phẩm đáy sau khi trao đổi nhiệt được thải bỏ

CHƯƠNG II

TÍNH TOÁN THIẾT BỊ CHÍNH

I.Tính toán cân bằng vật liệu toàn tháp

1.Các thông số ban đầu

Axeton: CH3COCH3 M1=58 (Kg/Kmol)

Nước : C2H5OH M2=46 (Kg/Kmol)

- Năng suất nhập liệu: F=5,38 (tấn/h)

- Nồng độ nhập liệu: aF=0,36 (phần khối lượng)

- Nồng độ sản phẩm đỉnh: aP=0,94 (phần khối lượng)

- Nồng độ hỗn hợp đáy: aw=0,056 (phần khối lượng)

Tháp làm việc ở áp suất thường

Hỗn hợp đầu vào ở nhiệt độ sôi

xF: nồng độ phần mol Axeton trong nhập liệu

xP: nồng độ phần mol Axeton trong sản phẩm đỉnh

xW: nồng độ phần mol Axeton trong sản phẩm đáy

• Phương trình cân bằng vật chất cho toàn bộ tháp chưng:

(Sổ tay tập 2 – trang 144):

F = P + W (1)Tính cho cấu tử dễ bay hơi (Axeton):

F*xF = P*xP + W*xW (2)

• Chuyển từ nồng độ phần khối lượng sang nồng độ phần mol

xF=

2 1

1

) 1 (

M

a M

a

M a

F F

F

−

0.36 58 0.36 (1 0.36)

58 46

− + = 0.308 (phần mol Axeton)

xP=

2 1

1

) 1 (

M

a M

a

M a

P P

P

−

0.94 58 0.94 (1 0.94)

58 46

− + = 0.926 (phần mol Axeton)

2 1

1

) 1 (

M

a M

a

M a

w w

w

−

0.056 58 0.056 (1 0.056)

58 46

− + = 0.045 (phần mol Axeton)

* P x

*

F

W P

4.Chỉ số hồi lưu tối thiểu R min và chỉ số hồi lưu thích hợp R th

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

P

L0

là tỷ số của lượng lỏng hồi lưu lại tháp và lượng sản phẩm đỉnh thu được gọi là chỉ số hồi lưu, đây là thông số rất quan trọng trong chưng luyện

- Chỉ số hồi lưu tối thiểu:

Do hỗn hợp đầu vào ở trạng thái lỏng bão hòa (ở nhiệt độ sôi) nên chỉ số hồi lưu tối thiểu Rmin được xác định từ công thức:

Rmin =

F F

F P

x y

y x

−

−

*

* (Sổ tay tập 2 – trang 158)trong đó y* F được xác định từ đồ thị xF=0,308 → y * F=0,53 (phần mol)Rmin=0,926 0,530,53 0,308−− =1,784

- Chỉ số hồi lưu thực tế:

Chỉ số hồi lưu càng lớn thì lượng nhiệt được tiêu thụ ở đáy tháp càng nhiều,

vì phải làm bay hơi lượng hồi lưu này Mặt khác số đĩa lý thuyết của tháp giảm cùng với sự tăng của chỉ số hồi lưu Nếu giảm chỉ số hồi lưu thì sẽ làm tăng chi phíchế tạo tháp, mặc dù có giảm chi phí làm việc Vì vậy cần tiếp cận giá trị thích hợpcủa chỉ số hồi lưu

Ta có các trường hợp tới hạn của R:

R=Rmin thì Nlt → ∞(N là số đĩa của tháp chưng)R=∞ thì Nlt→Nmin

Trong thực tế chỉ số hồi lưu thích hợp thường là Rth=(1.1 ÷ 2.5)Rmin=β*Rmin (Sổ tay tập 2 – trang 158)

Để xác định chính xác giá trị thích hợp của chỉ số hồi lưu R ta dùng quan hệ Nlt*(R+1) = f(R) Giá trị cực tiểu của đồ thị cho ra chỉ số hồi lưu thích hợp Rth, vì tại đó thiết bị có kích thước bé nhất nhưng vẫn đảm bảo chế độ làm việc tốt nhất Điều này có thể được giải thích: sự phụ thuộc giữa chỉ số hồi lưu với kích thước tháp qua thể tích làm việc V=f*H , trong đó f là tiết diện tháp (m2); H là chiều caotháp (m) Mặt khác tiết diện tháp tỷ lệ thuận với lượng hơi đi trong tháp

D=(R+1)*P , có nghĩa là tỷ lệ với lượng hồi lưu Do đó trong điều kiện làm việc nhất định P không đổi thì f ~ D ~ R nên V~Nlt*R Trên cơ sở đó xây dựng quan

hệ Nlt*(R+1)= f(R) sẽ xác định được giá trị của chỉ số hồi lưu thích hợp

Ví dụ: β=1.1 ⇒ Rth=1.1*1,784=1,962

phương trình làm việc của đoạn luyện là: y=0,662x + 0.313 dựa vào

đồ thị ta xác định được số đĩa lý thuyết của tháp chưng là Nlt= 23 (đĩa)

β=1.1

23 đĩa lý thuyết

17 đĩa lý thuyết

15 đĩa lý thuyết

β=1.7

14 đĩa lý thuyết

β=1.9

13 đĩa lý thuyết

12 đĩa lý thuyết

12 đĩa lý thuyết

11 đĩa lý thuyết

Vậy trong trường hợp này chỉ số hồi lưu thích hợp là Rth=1,5Rmin=2,676

Phương trình làm việc đoạn luyện là: y=0,728x + 0,252

Phương trình làm việc của đoạn chưng: y=1,64x – 0,03

Số đĩa lý thuyết của tháp là 15 đĩa (số đĩa thực tế của tháp sẽ được tính ở phần sau)

II.Đường kính tháp

(Xem sổ tay tập 2 từ trang 181 – 188)

Đường kính tháp được tính theo công thức sau:

hoặc là: D = 0.0188

tb y

y* ) ( ρ ω , m

(Sổ tay tập 2 – trang 181)

trong đó: Vtb – lượng hơi trung bình đi trong tháp, m3/h

wytb – tốc độ hơi trung bình đi trong tháp, m/sgtb – lượng hơi trung bình đi trong tháp, kg/h(ρywy)tb – tốc độ hơi trung bình trong tháp, kg/m2.s

Vì lượng hơi và lượng lỏng thay đổi theo chiều cao của tháp và khác nhau trong mỗi đoạn cho nên ta phải tính đường kính riêng trung bình cho từng đoạn: đoạn chưng, đoạn luyện

1 Đường kính đoạn luyện:

- Nồng độ trung bình của pha lỏng đoạn luyện:

xm=(xF + xP)/2 = (0,308 + 0,926)/2 = 0,617 (phần mol)

- Nồng độ trung bình pha hơi trong đoạn luyện theo phương trình đường làm việc:

ym=0,728xm + 0,252

=0,728*0,617 + 0,252 = 0,7 (phần mol)

- Nhiệt độ trung bình của pha lỏng, pha hơi từ đồ thị t – x,y (ở trên) là:

xm=0,617  tx = 60,18 oC (hoặc nội suy từ bảng)

T

T M

* 4 22

*

=22.4*(273 61, 24)54, 4*273+ =1,984 (Kg/m3)(Sổ tay tập 1 – trang 5)

- Khối lượng riêng của pha lỏng là:

xm=0,617 (phần mol)

 am=0, 617*58 (1 0,617)*460,617*58+ − =0,67 (phần khối lượng)

Nội suy theo bảng I.2 Sổ tay tập 1 – trang 9, 11

= 745,760,67 +1 0,67753,83− (Sổ tay tập 1 – trang 5)

g1=G1 + P =G1 + 1845,746 (Kg/h)

- Lượng hơi g1, nồng độ y1, lượng lỏng G1 được xác định theo hệ phương trình cân bằng vật chất và cân bằng năng lượng sau:

P

r g r

g

Px x G y

g

P G g

1

1

1 1 1

1

1 1

(x1=xF) (tính theo nồng độ phần khối lượng)

r1 là ẩn nhiệt hóa hơi của hỗn hợp đi vào đĩa thứ 1 của đoạn luyện

r1 = rAxeton*y1 + (1-y1)*rEtylicrd: ẩn nhiệt hóa hơi của hỗn hợp ra khỏi đỉnh tháp

rđ = rAxeton*yP + (1-yP)*rEtylicTại vị trí nhập liệu: nội suy từ bảng T – x,y

xF=0,308 ⇒ tF=65,72 oC ⇒rAxeton=122,43 (Kcal/Kg) =512,6 (Kj/Kg)

rEtylic =207,7 (Kcal/Kg) =869,6 (Kj/Kg)(nội suy từ Sổ tay tập 1 – trang 254)

⇒ r1=512,6*y1 + (1-y1)*869,6

=869,6-357y1Tại đỉnh tháp: Nồng độ sản phẩm đỉnh thu được là: xP=0,926

⇒nồng độ hơi ở đỉnh tháp là: yP=0,926 (phần mol) =0.94 (phần khối lượng)

(với giả thiết quá trình ngưng tụ là hoàn toàn)

⇒nhiệt độ tại đỉnh tháp (trên đĩa trên cùng): tP=56,8 oC

→ rAxeton=124,6 (Kcal/Kg) =521,7 (Kj/Kg)

REtylic =210,6 (Kcal/Kg) =881,7 (Kj/Kg)(nội suy Sổ tay tập 1 – trang 254)

⇒rd= rAxeton *yP + (1-yP)*rNuoc

0,56 5490( / )

⇒lượng hơi trung bình đi trong đoạn

y y

F d

µ ρ

ρ ω

x

G

G

ρ ρ

µn=10-3 (Ns/m2): độ nhớt của Nước ở 20 oC (Sổ tay tập 1 – trang 92)

Tính µx: độ nhớt trung bình pha lỏng đoạn luyện, ở 60,18 oC

Nội suy Sổ tay tập 1 – trang 91, 92 ;

3 3

0, 23*10 0,59*10

A Etylic

µ µ

2 Đường kính đoạn chưng:

(ta lập luận hoàn toàn tương tự đoạn luyện)

- Nồng độ trung bình pha lỏng trong đoạn chưng là:

* ' 0

m x

a a

'

' 1 '

' '

1

ρ ρ

ρ

− +

=

⇒ = 0, 213 1 0, 213

701, 45 741,65

− +

⇒ ρ'x=732,7 (Kg/m3)

- Lượng hơi trung bình đi vào đoạn chưng là:

g’tb=(g’n + g’1)/2

g’1 : lượng hơi vào đoạn chưng

g’n : lượng hơi ra khỏi đoạn chưng

Vì lượng hơi ra khỏi đoạn chưng bằng lượng hơi vào đoạn luyện nên g’n=g1

Hay ta có: g’tb=(g1 + g’1)/2Lượng hơi vào đoạn chưng g’1, lượng lỏng G’1, nồng độ x’1 có quan hệ với nhau theo phương trình cân bằng vật chất và năng lượng như sau:

'

1

' 1

' 1

'

1

' 1

g

x W y g x G

W g G

n n

w

Với W=3354,248 (Kg/h) ; xw=0,056 (phần khối lượng)

xw=0,045 (phần mol) ⇒t’w=75,69 oC

→ theo đường cân bằng yw=0,1395 (phần mol)

yw=0,177 (phần khối lượng) g1*r1 =3686290,5 =g’1*r’1

Tại đáy tháp:

t’w=75,69 oC

'

* '

y y

F d

µ ρ

ρ ω

x

G

G

ρ ρ

0, 215*10

0, 47*10

A Etylic

µ µ

⇒ωyd=0,62 (m/s)

Ta thấy: : ωyd=0,62 <ωyL=1,036 <ωy=1,15(thỏa mãn)

Vậy đường kính tháp chưng luyện là 1(m)

III.Xác định số đĩa thực tế của tháp chưng

chưng R=2,676 ; từ đó tương ứng với số đĩa lý thuyết của tháp chưng là 15 (đĩa) Bây giờ ta sẽ đi tính số đĩa thực tế của tháp chưng luyện.

Tính số đĩa thực tế của tháp bằng cách vẽ đường cong động học

Phương pháp xác định chiều cao theo cách vẽ thêm đường phụ (đường cong động học) để xác định số đĩa thực tế là một trong những phương pháp chính xác nhất đốivới các loại tháp đĩa, vì phương pháp này có xét đến động học của quá trình truyền chất Hệ số truyền chất ở đây tính cho 1m2 bề mặt làm việc của tháp

1.Tính kích thước dài thông qua sức căng bề mặt

Ta có: ly=

5 0

18,5*10 18,9*10

17, 4*10

18, 2*10

A Nuoc

δ δ

a.Pha hơi

Dy=

2 1 2 3 3

2

) (

*

* 10

* 0043

0

M M V

V P

T

B A

+ +

−

(Sổ tay tập 2 – trang 127)Trong đó: M1, M2 : khối lượng mol của Axeton và Nước

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

VA, VB : thể tích mol của khíVA= 3*VC + 6*VH + VO(trong Xeton)=3*14.8 + 6*3.7 + 7.4 = 74 (cm3/mol)

) (

V B

A n A B +

+

−

A, B: hệ số phụ thuộc chất tan, dung môi

Theo VIII.7 Sổ tay tập 2 – trang 134

−

+ +

=1,2*10-9 (m2/s)Xác đinh b:

DxC=1,2*10-9*(1+0.02*(69,94-20))=2,64*10-9 (m2/s)

3.Tính hệ số chuyển khối K y

Đối với tháp đĩa lỗ không có ống chảy truyền:

a.Hệ số cấp khối pha hơi

Theo Sổ tay tập 2 – trang 164, trong pha hơi:

Nuy=A*Rey0.9*Pry0.25 (1)

Trong đó A=1.2÷2 ; chọn A=2

Theo Sổ tay tập 2 – trang 165 thì

Nuy=

y

y y

D

l

*

* 4

βy= 0 1 0 65

75 0 65 0 9 0

*

* 4 22

y y

x x

x x x

D

M l

2 0 1 0 5 0 4 1 5 0

x x

x x x x

M

g l D

µ

ρ δ

MxL=0,617*58 + (1-0,617)*18 =53,404 (Kg/Kmol)

MxC=0,1765*58 + (1-0,1765)*18 =48,118 (kg/Kmol)

- Tính kích thước dài: (lx):

ΔPt=ρb*g*hb : trở lực thủy tĩnh của lớp chất lỏng trên đĩa

ρb : khối lượng riêng lớp bọt trên đĩa(Sổ tay tập 2 – trang 195)

hb: chiều cao lớp bọt trên đĩa

hb=4*dtd*

2 0 2 0

ωytb

⇒

2 0

5, 45 9.81*0.006

5,18 9.81*0.006

y y

x

G

G

ρ µ

µ ρ

.

0

036 0 18

0 325

0

Đoạn luyện: ρx=748,4 (Kg/m3); ρy=1,98 (Kg/m3)

μx=0,33*10-3 (Ns/m2); μy=8,6*10-6 (Ns/m2)(độ nhớt của khí nội suy từ Sổ tay tập 1 – trang 115, 116)

xL

tL xL

x y

m=

cb

cb

x x

y y

−

−

: hệ số phân bố phụ thuộc nhiệt độ, áp suất

- Số đơn vị chuyển khối đối với mỗi đĩa trong pha hơi:

Theo sổ tay tập 2 – trang 173:

Lập bảng số liệu vẽ đường cong động hoc:

y y

−

−

các đại lượng y,ycb,x,xcb ta tìm được trên đồ thị, hoặc nội suy từ bảng

- Tính Ky đối với tất cả giá trị của x Ky=

x y

m

β

β +

1 1

- Tính số đơn vị chuyển khối đối với mỗi đĩa trong pha hơi:

Trong đó: 18 đĩa ở phần luyện, 22 đĩa ở phần chưng.

IV Chiều cao tháp