Thiết kế tháp chưng luyện liên tục loại tháp đĩa lỗ không có ống chảy chuyền phân tách hỗn hợp CHCl3 CCl4

ĐỒ ÁN MÔN HỌC QUÁ TRÌNH THIẾT BỊ Số : ........................ Họ và tên HSSV : Nguyễn Quang Huy Lớp : LT CĐ ĐH Hoá 1 Khoá: 10 Khoa : Công nghệ Hoá Giáo viên hướng dẫn : Nội dung Thiết kế tháp chưng luyện liên tục loại tháp đĩa lỗ không có ống chảy chuyền phân tách hỗn hợp CHCl3 CCl4 Các số liệu ban đầu: Năng suất tính theo hỗn hợp đầu F = 16,42 tấngiờ. Nồng độ cấu tử dễ bay hơi trong: + Hỗn hợp đầu: aF = 0,347 phần khối lượng. + Sản phẩm đỉnh: aP = 0,951 phần khối lượng. + Sản phẩm đáy: aW = 0,049 phần khối lượng. Tháp làm việc ở áp suất thường Hỗn hợp đầu được gia nhiệt đến nhiệt độ sôi.

Trang 1

ĐẠI HỌC CễNG NGHIỆP HÀ NỘI KHOA HểA CễNG NGHỆ

 Giỏo viờn hướng dẫn : Vũ Minh Khụi

Sinh viờn thực hiện : Nguyễn Quang Huy

Nội dung đồ ỏn : Thiết kế tháp chng luyện liên tục

loại tháp đĩa lỗ không có ống chảy chuyền để phân tách hỗn hợp CHCl 3 – CCl 4

HÀ N I, N Ộ ĂM 2016

Bộ Công thơng

Trờng ĐH Công nghiệp Hà Nội Cộng hoà xã hội chủ nghĩa Việt Nam Đ ộ ậ – T c l p ự do – H nh phúc ạ

1

Trang 2

Các số liệu ban đầu:

- Năng suất tính theo hỗn hợp đầu F = 16,42 tấn/giờ

- Nồng độ cấu tử dễ bay hơi trong:

+ Hỗn hợp đầu: aF = 0,347 phần khối lợng

+ Sản phẩm đỉnh: aP = 0,951 phần khối lợng

+ Sản phẩm đáy: aW = 0,049 phần khối lợng

- Tháp làm việc ở áp suất thờng

- Hỗn hợp đầu đợc gia nhiệt đến nhiệt độ sôi

Phần thuyết minh

Ngày giao đề : ……… Ngày hoàn thành :………

2

Trang 3

Trường Đại Học công nghiệp Hà Nội Khoa công nghệ hoá

LỜI MỞ ĐẦU

Chúng ta đang sống trong thế giới với khoa học kỹ thuật ngày càng pháttriển Trong ngành công nghệ vật liệu mới không thể không nhắc đến ngànhcông nghiệp hóa học, bởi công nghệ hoá thuộc lĩnh vực công nghệ đòi hỏi kỹthuật cao, mức độ phát triển công nghệ này được coi như một chỉ thị về trình độphát triển của một đất nước

Nhận thấy rõ sự phát triển như vũ bão của ngành công nghệ hóa học, vớilối tư duy nhạy bén và sáng tạo, khoa Công nghệ Hóa Trường Đại Học CôngNghiệp Hà Nội đã đào tạo ra những sinh viên chuyên ngành Hóa Điều đó khôngchỉ cung cấp cho đất nước đội ngũ những công nhân lành nghề, thợ kỹ thuật cótay nghề cao mà nó còn mở cơ hội việc làm cho giới trẻ trong lĩnh vực khá mới

mẻ này

Là một sinh viên khoa Công Nghệ Hóa, chúng em được trang bị rất nhiềukiến thức cơ bản về các quá trình thiết bị của công nghệ sản xuất những sảnphẩm hóa học Nhận được bản đồ án này là một cơ hội tốt để chúng em đượctìm hiểu về các quá trình công nghệ, được vận dụng những kiến thức đã đượchọc và mở rộng vốn kiến thức của mình, từ đó giúp chúng em có cái nhìn cụ thểhơn về nghành nghề mình đã lựa chọn

Công nghệ hóa học là một ngành giữ vị trí, vai trò quan trọng trong việcsản xuất phục vụ cho nhiều lĩnh vực, cho mọi nghành kinh tế quốc dân, tạo tiền

đề cho nhiều ngành phát triển theo Với nhiều phương pháp sản xuất khác nhaunhư lắng, lọc, đun nóng, làm nguội, chưng luyện, hấp thụ, hấp phụ, trích ly, sấykhô, đông lạnh…đã tạo ra rất nhiều sản phẩm đa dạng, phong phú đáp ứng nhucầu ngày càng lớn của con người Đặc biệt được ứng dụng nhiều nhất là chưngluyện, nó được ứng dụng trong nhiều ngành, lĩnh vực, đặc biệt là công nghệ lênmen, công nghệ tổng hợp hữu cơ, lọc - hóa dầu, công nghệ sinh học

Chưng là phương pháp dùng để tách hỗn hợp khí lỏng thành các cấu tửriêng biệt dựa vào nhiệt độ sôi khác nhau của các cấu tử trong hỗn hợp Khichưng thu được nhiều sản phẩm và thường có bao nhiêu cấu tử thì có bấy nhiêusản phẩm Riêng đối với phương pháp chưng luyện hai cấu tử thì sản phẩm đỉnhgồm chủ yếu là cấu tử dễ bay hơi còn sản phẩm đáy là cấu tử khó bay hơi

Trong sản xuất ta thường gặp các phương pháp chưng khác nhau như:chưng đơn giản, chưng bằng hơi nước trực tiếp, chưng chân không và đặc biệthơn là chưng luyện

Chưng luyện là phương pháp thông dụng dùng để tách hoàn toàn hỗn hợpcác cấu tử dễ bay hơi có tính chất hòa tan một phần hoặc hòa tan hoàn toàn vàonhau Chưng luyện ở áp suất thấp dùng cho các hỗn hợp dễ bị phân hủy nhiệt ởnhiệt độ cao, các cấu tử dễ bay hơi và ngược lại

Đồ án môn QT&TB 3 Sinh Viên : Nguyễn Quang Huy - lớp LTCĐ- ĐH Hoá 1 – K10

Trang 4

Trang 5

MỤC LỤC

Phần mở đầu

A.Vẽ và thuyết minh dây chuyền

B.Tính toán thiết bị chính

I.Tính cân bằng vật liệu

II Tính chỉ số hồi lưu thích hợp

III.Đường kính tháp

1 Lưu lượng khối lượng trung bình của các dòng pha đi trong tháp

2 Khối lượng riêng trung bình

3 Độ nhớt trung bình

4 Đường kính tháp

IV Chiều cao tháp

1 Xác định số đơn vị chuyển khối

2 Chiều cao của một đơn vị chuyển khối

1 Các trở lực của quá trình cấp liệu

2 Chiều cao của thùng cao vị

Trang 6

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 bịphân 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 tửClorofom – Cacbontetraclorua, chế độ làm việc ở áp suất thường với hỗn hợpđầu vào ở nhiệt độ sôi

1.1.2 Phương pháp chưng luyện

+) 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 hay gián đoạn

* Chưng gián đoạn : phương pháp này sử dụng trong các trường 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 nhiều đoạn

1.1.3 Thiết bị chưng luyện

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

Trang 7

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 phân chiathân tháp thành những đoạn bằng nhau Trên đĩa pha lỏng và pha khí tiếp xúcvới 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 chuyền

- Tháp đĩa lỗ không có ống chảy chuyền

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

* Tháp đĩa lỗ không có ống chảy chuyền hoạt động với hiệu suất cao ổn định.Khắc phục được nhược điểm của các loại tháp khác; làm việc được với chấtlỏng bẩn …

Vậy : Chọn tháp đĩa lỗ không có ống chảy chuyền để chưng hệ Clorofom –

Cacbontetraclorua

1.1.4 Giới thiệu về nguyên liệu chưng luyện

 Clorofom & Cacbontetraclorua:

Clorofom, hay còn gọi là tricloromêtan và mêtyl triclorua, và một hợp

chất hoá học thuộc nhóm trihalomêtan có công thức HC Cl3 Nó không cháytrong không khí, trừ khi tạo thành hỗn hợp với các chất dễ bắt cháy hơn Người

ta sử dụng clorofom làm chất phản ứng và dung môi Clorofom còn là một chấtđộc với môi trường

Lịch sử hình thành:

Tháng 7 năm 1831, nhà vật lý người Mỹ Samuel Guthrie và vài tháng sauđến lượt các nhà hoá học người Pháp Eugène Soubeiran và người Đức Justusvon Liebig đã độc lập tìm ra clorofom Cả 3 đều tìm thấy clorofom qua phảnứng halofom Soubeiran cho bột tẩy clo (canxi hypoclorit) tác dụng với aceton(2-propanon) cũng như với êtanol để điều chế clorofom Năm 1834, Jean-Baptiste Dumas đã đặt tên và khảo sát hóa học clorofom.[4]

Năm 1847, bác sỹ sản khoa James Young Simpson ở Edinburgh lần đầu sửdụng clorofom là chất gây mê chính cho quá trình đỡ đẻ Sau đó người ta sửdụng clorofom cho phẫu thuật trên toàn châu Âu Đầu thế kỷ 20, tại Hoa Kỳ,clorofom thay thế ete làm chất gây mê Tuy nhiên, người ta nhanh chóng cấm sửdụng vì tính độc của nó, đặt biệt là khả năng gây ra chứng loạn nhịp tim chếtngười

Trang 8

Ứng dụng

Ngày nay clorofom sử dụng chủ yếu để tổng hợp chất làm lạnh R-22 chomáy điều hòa không khí Tuy nhiên, vì R-22 gây ra sự suy giảm ozon nênclorofom gần như ít sử dụng cho mục đích này

+ Gây mê: Từ giữa thế kỷ 18, clorofom chủ yếu sử dụng làm chất gây mê Hơi

clorofom ảnh hưởng đến hệ thần kinh trung ương của người bệnh, gây

ra chóng mặt, mỏi mệt và ngất, cho phép bác sỹ phẫu thuật

+ Làm dung môi: Clorofom là một dung môi phổ biến vì nó khá trơ, trộn hợp

với hầu hết các chất lỏng hữu cơ, và dễ bay hơi Trong công nghiệp

dược phẩm, người ta sử dụng clorofom làm dung môi để sản xuất thuốc nhuộm và thuốc trừ sâu Clorofom chứa dơtơri (hydro nặng), CDCl 3, là

dung môi phổ biến cho phương pháp đo phổ cộng hưởng từ hạt nhân.

Cacbontetraclorua có cấu trúc phân tử là CCl4 phân tử gam là 183,84g/mol

Bề ngoài Chất lỏng không màu , khối lượng riêng là 1,5842 g/cm, dễ bayhơi ,tnc=-229,2 oC; ts = 76,72 oC.Là một chất không phân cực

Trong vai trò của một dung môi, nó hòa tan khá tốt các hợp chất không phân cựckhác, chất béo và dầu mỡ Sử dụng chủ yếu hợp chất này làm chất phản ứngtrong tổng hợp hữu cơ Đây là một chất lỏng không màu có mùi "thơm" Nhưng

nó hơi dễ bay hơi, tạo ra hơi với mùi đặc trưng như của các dung môi clo hóakhác, hơi tương tự như mùi của tetraclorthylen dùng trong các cửa hàng giặt làkhô Nó được dùng làm dung môi trong nghiên cứu hóa tổng hợp Đôi khi nó làhữu ích để làm dung môi cho phổ hồng ngoại học do không có các dải hấp thụđáng kể > 1.600 cm-1 Do cacbon tetraclorua không chứa bất kỳ nguyên tử hiđrônào, nên trong quá khứ nó được dùng trong phổ NMR proton Tuy nhiên,cacbon tetraclorua là độc hại và khả năng hòa tan của nó là thấp Nó đã bị thay

Trang 9

thế phần lớn bởi các dung môi đơteri hóa, thường là có các thuộc tính hòa tan tốthơn và cho phép phổ kế giam giữ đơteri.Phơi nhiễm trước hàm lượng cao củacacbon tetraclorua (bao gồm cả thể hơi) có thể ảnh hưởng tới hệ thần kinh trungương và làm suy thoái ganvà thận cũng như có thể gây ra (sau phơi nhiễm kéodài) hôn mê và thậm chí gây tử vong Phơi nhiễm kinh niên trước cacbontetraclorua có thể gây ra ngộ độc gan và tổn thương thận hay gây ra ung thư.Đầu thế kỷ 20, cacbon tetraclorua được sử dụng rộng rãi làm dung môi tẩy rửakhô, cũng như làm chất làm đông lạnh hay trong các bình chữa cháy Tuy nhiên,khi người nhận thấy dường như phơi nhiễm cacbon tetraclorua có ảnh hưởngnghiêm trọng tới sức khỏe thì các chất thay thế an toàn hơn nhưtetracloroethylen được dùng cho các ứng dụng đó và việc sử dụng nó trong cácứng dụng này bị suy giảm từ khoảng năm 1940 trở đi Cacbon tetraclorua cònđược dùng làm thuốc trừ dịch hại để giết sâu bọ trong ngũ cốc đang lưu trữ,nhưng trong năm 1970, nó đã bị cấm dùng trong các sản phẩm tiêu dùng tại HoaKỳ.Trước khi có nghị định thư Montreal một lượng lớn cacbon tetraclorua đãđược sử dụng để sản xuất các chất làm lạnh freon R-11 (tricloroflorometan) vàR-12 (diclorodiflorometan) Tuy nhiên, các chất làm lạnh này hiện nay bị coi làđóng vai trò trong sự suy giảm ôzôn và bị loại bỏ Cacbon tetraclorua hiện vẫncòn được dùng để sản xuất các chất làm lạnh ít phá hủy hơn.Cacbon tetracloruacũng được sử dụng để phát hiện nơtrino Cacbon tetraclorua là một trong nhữngchất độc mạnh nhất đối với gan và được sử dụng trong nghiên cứu khoa học đểđánh giá các chất bảo vệ gan

Cacbon tetraclorua trên thực tế không cháy ở các nhiệt độ thấp Ở nhiệt độcao trong không khí, nó tạo ra photgen (CCl2O) độc hại Do không có liên kết C-

H, cacbon tetraclorua không dễ dàng tham gia các phản ứng gốc tự do Vì thế nó

là dung môi hữu ích trong các phản ứng halogen hóa bằng các halogen nguyên

tố hay bằng các chất phản ứng như N-bromosuccinimid Trong hóa hữu cơ,

cacbon tetraclorua đóng vai trò của nguồn cấp clo trong phản ứng Appe

 Hỗn hợp Clorofom – Cacbontetraclorua:

Ta có bảng thành phần lỏng (x) – hơi (y) và nhiệt độ sôi của hỗn hợp hai cấu

tử Clorofom – Cacbontetraclorua ở 760mmHg (phần trăm mol) thể hiện ở bảngIX.2a (II-147)

y 0 - 13,5 26,5 39,5 52 63,5 72,5 81 88,5 95 100

t ( o C) 76,8 - 74,7 72,6 70,6 68,6 66,9 65,3 63,9 62,6 61,5 60,8

1.2 Quy trình công nghệ sản xuất

1.2.1 Thuyết minh dây chuyền công nghệ sản xuất

Dung dịch đầu ở thùng (1) được bơm (2) 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), ở đây dung dịch được đun nóng đến nhiệt độ sôi bằng hơi nước bão hoà, từthiét bi gia nhiệt (4) dung dịch được đưa vào tháp chưng luyện (5) nhờ đĩa tiếp

Trang 10

liệu, trong tháp hơi đi từ dưới lên gặp chất nỏng đi từ trên xuống, nhiệt độ vànồng độ các cấu tử thay đổi theo chiều cao của tháp Vì vậy hơi từ đĩa phía dướilên đĩa phía trên, các cấu tử có nhiệt độ sôi cao sẽ được ngưng tụ lại và cuốicùng trên đỉnh ta thu được hỗn hợp gồm hầu hết các cấu tử dễ bay hơi Hơi đó đivào thiết bị ngưng tụ hồi lưu (6), ở đây nó được ngưng tụ lại

Một phần chất lỏng đi qua thiết bị làm lạnh (7) để làm lạnh đến nhiệt độcần thiết rồi đi vào thùng chứa sản phẩm đỉnh (8), một phần khác hồi lưu về tháp

ở đĩa trên cùng

Chất lỏng đi từ trên xuống gặp hơi có nhiệt độ cao hơn, một phần cấu tử cónhiệt độ sôi thấp được bốc hơi và do đó nồng độ cấu tử khó bay hơi trong chấtlỏng ngày càng tăng và cuối cùng ở đáy tháp ta thu dược hỗn hợp lỏng gồm hầuhết là cấu tử khó bay hơi Chất lỏng đi ra khỏi tháp được làm lạnh rồi đi vàothùng chứa sản phẩm đáy (10) Như vậy với thiết bị làm việc liên tục thì hỗnhợp đầu được đưa vào liên tục và sản phẩm cũng được tháo ra liên tục

Khi hơi bay lên ở đĩa số 1 có thành phần cấu tử dễ bay hơi Clorofom là y1.Sục trực tiếp vào lớp chất lỏng trên đĩa 1 có thành phần cấu tử dễ bay hơiClorofom là x1 với (x1 < y1) Trong hơi bao giờ cũng giàu cấu tử dễ bay hơi hơnlỏng Khi sục vào đĩa 2 do hơi đĩa 1 sục vào lớp chất lỏng đĩa 2 mà nhiệt độ đĩa

2 nhỏ hơn nhiệt độ đĩa 1 nên hơi đó sẽ bị ngưng tụ một phần cấu tử khó bay hơi(Cacbontetraclorua) Quá trình ngưng tụ lại là quá trình toả nhiệt và nhiệt này sẽlàm bay hơi một phần cấu tử khó bay hơi trong đĩa số 2 Do đó x2 > x1, y2 > y1

dẫn tới hơi đĩa 2 tiếp tục sục vào đĩa 3 Quá trình này xảy ra tương tự nhiều lầncuối cùng trên đỉnh tháp ta thu được hỗn hợp gồm hầu hết là cấu tử dễ bay hơi(Clorofom ) Hơi từ đỉnh tháp vào thiết bị ngưng tụ hồi lưu 6 Ở đây một phầnhơi được ngưng tụ lại và quay trở lại tháp, phần hơi còn lại được đưa vào thiết bịngưng tụ làm lạnh 7 để ngưng tụ hoàn toàn sản phẩm rồi chuyển vào thùng chứasản phẩm đỉnh 8

Chất lỏng hồi lưu đi từ trên xuống dưới gặp hơi có nhiệt độ cao đi từ dướilên, một phần cấu tử có nhiệt độ sôi thấp lại bốc hơi đi lên, một phần cấu tử khóbay hơi trong pha hơi sẽ ngưng tụ đi xuống.Do đó nồng độ cấu tử khó bay hơitrong pha lỏng ngày càng tăng, cuối cùng ở đáy tháp ta thu được hỗn hợp lỏnggồm hầu hết cấu tử khó bay hơi (Cacbontetraclorua), và một phần ít cấu tử dễbay hơi (Clorofom ) Hỗn hợp lỏng này sẽ được chia làm 2 phần Một phần đượcđun sôi bằng nồi đun sôi đáy tháp 1 (dùng hơi nước bão hoà) Nó có tác dụngđun sôi tuần hoàn và bốc hơi hỗn hợp sản phẩm đáy tạo dòng hơi đi từ dưới lên.Một phần được vào thùng chứa sản phẩm đáy 10 và có thể được xử lí tiếp

Đây là loại tháp chưng luyện liên tục nên hỗn hợp đầu và các sản phẩm đượclấy ra là liên tục

Trang 11

Trường Đại Học công nghiệp Hà Nội Khoa công nghệ hoá 1.2.2 Sơ đồ dây chuyền công nghệ

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

3

4 5

Trang 12

- aF: Nồng độ phần khối lượng của Clorofom trong hỗn hợp đầu

- aP: Nồng độ phần khối lượng của Clorofom trong sản phẩm đỉnh

- aw: Nồng độ phần khối lượng của Clorofom trong sản phẩm đáy

- xF: Nồng độ phần mol của Clorofom trong hỗn hợp đầu

- xP: Nồng độ phần mol của Clorofom trong sản phẩm đỉnh

- xw: Nồng độ phần mol của Clorofom trong sản phẩm đáy

- µ: Độ nhớt, Ns/m2

- ρ: Khối lượng riêng

- Ngoài ra còn có các kí hiệu khác được định nghĩa tại chỗ

Loại tháp: tháp đĩa lỗ không có ống chảy chuyền

Khi chưng luyện hỗn hợp Clorofom – Cacbontetraclorua thì cấu tử dễbay hơi là Clorofom

CCl

mol g M

CHCl Clorofom

B

A

/ 154

/ 5 , 119 :

- Hỗn hợp đầu đi vào tháp ở nhiệt độ sôi.

- Chất lỏng ngưng tụ trong thiết bị ngưng tụ có thành phần bằng thành

phần của hơi đi ra ở đỉnh tháp

- Cấp nhiệt ở đáy tháp bằng hơi đốt gián tiếp.

Phương trình cân bằng vật liệu:

Trang 13

Theo đầu bài ta có:

Năng suất tính theo hỗn hợp đầu: GF = 16,42 tấn/ giờ = 16420 kg/ giờ

Nồng độ cấu tử dễ bay hơi trong:

- Hỗn hợp đầu: aF = 0,347 phần khối lượng

- Sản phẩm đỉnh: aP = 0,951 phần khối lượng

- Sản phẩm đáy: aw = 0,049 phần khối lượng

Công thức liên hệ nồng độ phần mol và nồng độ phần khối lượng:

xA = B

A A

A A A

B A

A

M

1MaMM

a

M a M a

B A

A

−+

=+

0,406

154

347,015,119

347,0

5,119

347,0

=

−+

951 , 0

5 , 119

951 , 0

=

− +

049,0

5,119

049,0

=

−+

⇒ Khối lượng mol trung bình của hỗn hợp đầu là:

Khối lượng trung bình được xác định theo công thức:

16420

h kmol M

Trang 14

→ Khối lượng mol trung bình của sản phẩm đỉnh :

MP = xP.MA + (1 – xP).MB = 0,962.119,5+ (1 - 0,962).154 = 120,81 (kg/kmol)

Lượng sản phẩm đỉnh là:

) / ( 83 , 44 062

, 0 962 , 0

) 062 , 0 406 , 0 (

29 , 117 ) (

h kmol x

x

x x F

P

w P

,0962,0

)406,0962,0.(

29,117)

(

h kmol x

x

x x F

W

w P

Từ bảng thành phần lỏng (x) – hơi (y) và nhiệt độ sôi của hỗn hợp hai cấu tửClorofom – Cacbontetraclorua ở 760mmHg (phần trăm mol) (Bảng IX.2a, II-147)

y 0 - 13,5 26,5 39,5 52 63,5 72,5 81 88,

t (oC) 76,8 - 74,7 72,6 70,6 68,6 66,9 65,3 63,9 62,6 61,5 60,8

Từ các số liệu ở bảng trên ta vẽ được biểu đồ:

Hình 1: Đồ thị cân bằng pha của hệ CHCl 3 – CCl4 tại P = 1atm

Trang 15

Trường Đại Học cụng nghiệp Hà Nội Khoa cụng nghệ hoỏ

Hỡnh 2: Đồ thị t-x,y hệ CHCl 3 – CCl4

Từ xF = 0,406 (phần mol) trờn biểu đồ ta kẻ song song với y, cắt đường cõn

bằng tại F, từ F kẻ song song với trục x, ta tỡm được yF*= 0,527 (phần mol) với

yF* là nồng độ cấu tử dễ bay hơi trong pha hơi cõn bằng với nồng độ cấu tử trongpha lỏng xF của hỗn hợp (hỡnh vẽ số đĩa lý thuyết của toàn thỏp)

Vỡ nồng độ cấu tử dễ bay hơi trong pha hơi cõn bằng với nồng độ cấu tửtrong pha lỏng xF của hỗn hợp đầu nờn ta xỏc định chỉ số hồi lưu tối thiểu theocụng thức:

595 , 3 406 , 0 527 , 0

527 , 0 962 , 0

F P x y

y x R

Vấn đề chọn chỉ số hồi lu thích hợp Rx rất quan trọng vì chỉ số hồi lu thíchhợp nhỏ thì số bậc của tháp lớn (chiều cao tháp tăng), lợng hơi đốt tiêu tốn ít, ng-

ợc lại khi chỉ số hồi lu lớn thì số bậc của tháp nhỏ (chiều cao của tháp thấp) lợnghơi đốt tiêu tốn lớn, đờng kính lớn thì sản phẩm đỉnh thu đợc rất ít do đó để thu

đợc Rth ta chọn:

Rx = Rmin β (II-158) Trong đó β là hệ số hồi lu (β = 1,4 - 2,3)

Ta tính Rx dựa trên phơng pháp: biết giá trị Rmin ta cho các giá trị bất kỳ ta sẽtính đợc R tơng ứng (R > Rmin), với mỗi Rx ta xác định đợc số đĩa lý thuyết Nlt t-

ơng ứng

Hỡnh vẽ số đĩa lý thuyết

Đồ ỏn mụn QT&TB 15 Sinh Viờn : Nguyễn Quang Huy - lớp LTCĐ- ĐH Hoỏ 1 – K10

Trang 16

Hình 3 : Số đĩa lý thuyết tương ứng với β =1,4 ; B = 0,159 và Nlt = 25

Trang 17

Trang 18

Trang 19

Trang 20

Hình 7: Số đĩa lý thuyết tương ứng với β =1,8 ; B = 0,129 và Nlt = 20

Trang 21

Trang 22

Trang 23

Hình 10: Số đĩa lý thuyết tương ứng với β =2,1; B = 0,113 và Nlt = 19

Trang 24

Trang 25

Trang 26

Vậy Rth= 5,393 và Số đĩa lý thuyết là Nlt = 23

Phương trình đường nồng độ làm việc

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

Giả thiết hơi bay ra ở đỉnh tháp là thành phần cấu tử dễ bay hơi bằng thànhphần sản phẩm đỉnh, khi đó:

+ Đường nồng độ làm việc của đoạn luyện là phương trình có dạng:

Trang 27

x

R

x x R

R y

Với Rx = 5,393 ; xp = 0,962 (phần mol)

Thay số ta có

Phương trình đường nồng độ làm việc của đoạn luyện :

y = 0,8436.x + 0,1505

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

Giả thiết hơi ra ở đáy tháp có thành phần cấu tử dễ bay hơi bằng thànhphần sản phẩm đáy, khi đó đường nồng độ làm việc của đoạn chưng có dạng

Từ IX.22 (II-158) => w

x x

R

L x R

L R y

Trang 28

) ( 0188 , 0

ρ

= ,m [ II – 181]

Trong đó: + gtb: Lượng hơi trung bình đi trong tháp Kg/h

+ρtb: Khối lượng riêng trung bình , Kg/m3

+wtb: Tốc độ hơi trung bình đi trong tháp , Kg/m2s

Vì lượng hơi và lượng lỏng thay đổi theo chiều cao của tháp và khác nhau ởmỗi đoạn nên phải tính lượng hơi trung bình của từng đoạn

1: Đường kính đoạn luyện

Xác định lượng hơi trung bình trong đoạn luyện

2

1

g g

Trong đó: gtb: Lượng hơi trung bình trong đoạn luyện, Kg/h

gđ: Lượng hơi đi ra khỏi đĩa trên cùng của tháp, Kg/h

g1: Lượng hơi đi vào đĩa dưới cùng của tháp, Kg/h

a: Xác định lượng hơi đi ra khỏi tháp:

Trong đó: y1: Hàm lượng hơi đi vào đĩa 1 của đoạn luyện (phần khối lượng)

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

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

r1: Ẩn nhiệt hoá hơi của hỗn hợp đi ra khỏi tháp

Ta có: x1 = xF = 0,406 phần mol = 0,345 phần khối lượng

yđ = yP = xp = 0,962 phần mol = 0,951 phần khối lượng ta có

Trang 29

tP = 61,07 0C

Ta có: r1 = rA.y1 + (1 –y1).rB (**) [II -182]

Tra đồ thị lỏng hơi ta được: t0 = tF = 68,50C

Trong đó: rA: Ẩn nhiệt hoá hơi của Clorofom ở t0 = tF = 68,50C

rB: Ẩn nhiệt hoá hơi của Cacbontetraclorua ở t0C = tF = 68,50C

Tra bảng I.212 Sổ tay tập 1.Trang 254 Ta có:

3 , 38888 23

, 34624 2

g g

g L d

Lượng lỏng trung bình trong đoạn luyện là:

) / ( 706 , 8 ) / ( 26 , 31340 2

393 , 5 96 , 5415 24

, 33472 2

G

b: Tính khối lượng riêng trung bình đi trong đoạn luyện:

*: Với pha hơi:

Trang 30

273

4 22

).

1 (

T

M y M

ytb

− +

=

ρ , Kg/m3 [II – 183]

Trong đó:

+ T: Nhiệt độ làm việc trung bình của tháp

+ ytbA: Nồng độ phần mol của Clorofom tính theo giá trị trung bình

2

cA dA tbA

y y

4 22

154 ).

727 , 0 1 ( 5 , 119 727 ,

+

− +

ρ

−+

1

(****) [II – 183]

Trong đó:

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

ρtbA, ρtbB : Lần lượt là khối lượng riêng trung bình trong pha lỏng của Clorofom

và Cacbontetraclorua lấy theo nhiệt độ trung bình Kg/m3

atbA: Phần khối lượng trung bình của Clorofom trong pha lỏng

2

951 , 0 347 , 0 2

tbA

a a

2

962,0406,0

+

= F P tbA

x x

Nội suy từ đồ thị hình 2 Ứng với xtbL = 0,684 phần mol ta có t0

xtb= 64,12 0CVới t0

xtb = 64,12 0C.Tra từ bảng I.2 Sổ tay tập1 ta có: + ρxtbA = 1404,61 kg/m3

+ µA= 0,379.10-3 , Ns/m2

Trang 31

x

G

ρ ρ

Y=

16 , 0 2

2

x x

y td td

yt

F d g

w

µ

µ ρ

ρ

( IX.113/187-2)

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

Gy lượng hơi đi trong tháp

645,4.22,36756

26,

3 2

2

10.0,1

10.429,0.092,1439

645,4.2,0.006,0.8,9531

22 , 36756 0188

, 0 ) ( 0188 ,

tb w

g D

y y

Trang 32

Thử lại điều kiện làm việc thực tế:

+ Tốc độ hơi thực tế đi trong đoạn luyện là:

8,1.649,4

22,36756

0188,0

.0188,0

2

2 2

ytb

tb L

y

Ta có tỉ số: 0,76 0,9

13,1

86,0

w

⇒ thoả mãn

Vậy chọn đường kính DL = 1,8 m là chấp nhận được

2: Đường kính đoạn chưng

a: Lượng hơi trung bình đi trong đoạn chưng

2

' 1 ' g g

+ gn’: Lượng hơi di khỏi đoạn chưng , kg/h

+ g1’: Lượng hơi đi vào đoạn chưng , kg/h

Vì lượng hơi đi ra khỏi đoạn chưng bằng lượng hơi đi vào đoạn luyện nên ta có:

gn’ = g1

⇒

2

' 1

g

g C tb

+ r1’: Ẩn nhiệt hoá hơi của hỗn hợp đi vào đĩa thứ nhất của đoạn chưng , (kj/kg)+ xw: Thành phần cấu tử dễ bay hơi trong sản phẩm đáy, phần khối lượng

+ r1: Ẩn nhiệt hoá hơi của hỗn hợp hơi đi vào đĩa trên cùng của đoạn chưng

Trang 33

Với rA’, rB’: Ẩn nhiệt hoá hơi của hai cấu tử Clorofom và Cacbontetraclorua ở nhiệt độ

x1’= 0,0629 (phần khối lượng) = 0,0796 phần mol

- Lượng hơi trung bình đi trong đoạn chưng:

40790 , 39 ( / ) 11 , 331 ( / )

2

587 , 42692 2

, 38888 2

' 1

2

24 , 33472 15420

367 , 53696 2

+

= + +

b : Tính khối lượng riêng trung bình:

*: Khối lượng riêng trung bình trong pha hơi

4 22

) 1 ( A

T

M y M

ytb

− +

y y

Trang 34

273 5 , 085

) 273 243 , 72 (

4 , 22

154 ).

2882 , 0 1 ( 5 , 119 2882 ,

+

− +

tbA xtb

a a

ρρ

ρ

) 1

F a a

xtb = 71,740C ta có: + ρA= 1402,3 Kg/m3

+ ρB = 1486,3 Kg/m3 (Bảng I.2 Trong [ I – 9])Vậy khối lượng riêng trung bình của lỏng trong đoạn chưng:

1 =140,o2052,3+11486−0,205,3

xtb

ρ ⇒ ρxtb= 1468,276 (Kg/m3)c: Độ nhớt của pha lỏng ở t = 71,740C Nội suy theo bảng I.102 [I – 91] ta có: + µA= 0,347.10-3 , Ns/m2

x

G

ρ ρ

Y=

16 , 0 2

2

x x

y td td

yt

F d g

w

µ

µ ρ

ρ

( IX.113/187-2)Trong đó: Gx là lượng lỏng hồi lưu đi trong tháp

Trang 35

Gy lượng hơi đi trong tháp

085,5.39,40790

3,

3 2

2

10.0,1

10.462,0.276,1468

085,5.2,0.006,0.8,9235

39 , 40790 0188

, 0 ) ( 0188 ,

=

tb w

g D

y y

tb

Vậy đường kính đoạn chưng là 1,8 m

Thử lại điều kiện làm việc thực tế:

+ Tốc độ hơi thực tế đi trong đoạn chưng là:

8 , 1 085 , 5

39 , 40790 0188 , 0

0188 , 0

2

2 2

ytb

tb C

y

Ta có tỉ số: 0 , 898 0 , 9

974 , 0

875 , 0

w

⇒ thoả mãnVậy đường kính của cả 2 đoạn chưng và đoạn luyện là: DC = DL = 1,8 m

Trang 36

III/.TÍNH CHIỀU CAO THÁP:

(Ta xác định theo đuờng cong động học)

A: Hệ số khuyếch tán

1: Hệ số khuyếch tán trong pha hơi: Được xác định theo CT sau:

B A B

A y

M M V

V p

T

) (

10 0043 , 0

2 3 / 1 3 / 1

5 1 4

+ +

= − ,( m2/s) [II – 127] Trong đó:

+ T: Nhiệt độ trung bình của hơi

+ P: Áp suất chung của hơi, P =1at

+ MA= 119,5: Khối lượng phân tử của cấu tử Clorofom

+ MB= 154: Khối lượng phân tử của cấu tử Cacbontetraclorua

+ VA, VB: Thể tích mol của hơi Clorofom và Cacbontetraclorua, cm3/ngtử

5 2

3 / 1 3

/ 1

5 1 4

10 373 , 0 154

1 5 , 119

1 )

2 , 113 3

, 92 ( 1

27 , 338 10 0043 ,

5 2

3 / 1 3

/ 1

5 1 4

10 384 , 0 154

1 5 , 119

1 )

2 , 113 3

, 92 ( 1

243 , 345 10 0043 ,

2: Hệ số khuyếch tán trong pha lỏng

Được xác định theo công thức: Dx=D20[1+b(t-20)] [II – 134]

Với 0.32

ρ

µ

=

b : Hệ số nhiệt độ lấy ở 200C [II – 135]

ρ: khối lượng riêng của dung môi Cacbontetraclorua ở 200C Tra bảng I.2 Sổ tay tập 1, T9 ta có: ρ = 1594 kg/m3

Trang 37

µ: Độ nhớt của dung môi Cacbontetraclorua ở 200C µ =µB=0,97.10-3 Ns/m3= 0,97cP

1594

97 , 0 2 , 0

6

20

) (

.

1 1 10 1

B A B

B A

V V B

A

M M D

6

2 , 113 3

, 92

97 , 0 1 94 , 0

84 , 153

1 5 , 119

1 10 1

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

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

B A

σ

1 1

1

+

Trong đó: σA, σB- sức căng bề mặt cấu tử thành phần

Tra bảng sức căng bề mặt tập I - trang 300 – ta có:

 Đối với đoạn luyện:to

)/(10.99,20

3

m N

B

A

σσ

Thay số ta có:

3

110

.99,20

11

Trang 38

)/(10.05,20

3

m N

m N B

A

σσThay số ta có:

3

3 20,69.10

110

.05,20

b.2.Kích thước đường dài

Kích thước đường dài được xác định theo công thức:

5 , 0

.

2

Trong đó:

σ - Sức căng bề mặt, N/m

x

ρ - Khối lượng riêng của pha lỏng, Kg/m3

 Đối với đoạn luyện:

5 , 0 3

10.23,18

,9.1439,092

10.66,10

 Đối với đoạn chưng:

3 5

, 0 3

10.19,18

,9.1468,276

10.18,10

l w

µ

ρ

.

Re = : chuẩn số Renol ở pha hơi

y y

0 Pr Re

Trang 39

y

y y y

y

y y

y y y y

D

l D

l w

.

2

25 , 0 9

, 0

β ρ

µ µ

4 , 22

2

y y

y y y

l

D w

A hh

hh y M y M M

µ µ

µ

).

1 (

=

- Tại đoạn luyện:

ytb= 0,727 phần mol nội suy theo x-y, và nhiệt độ to

2 7

/.10.66,111

/.10.58,114

m s N

m s N B

727,01(10.58,114

5,119.727,092,

128

−

−+

=

yhh

µ

µy =113,6.10−7N.s/m2

- Tại đoạn chưng:

ytbC = 0,2882 phần mol nội suy theo x-y và nhiệt độ to

tb= 72,243oC, dùng toán đồhình ta tính được:

2 7

/.10.34,113

/.10.67,116

m s N

B

A

µµ

M hh =M A y 1 +M B y B = M A y tbL+ M B (1-y tbL)= 0,2882.119,5 + 154.(1-0,2882) = 144,06 (kg/kmol)

154)

2882,01(10

.67,116

5,119.2882,006,144

−

−+

, 0 7

65 , 0 75

, 0 5 9

, 0

)10.23,1.(

)10.6,113(

649,4.)10.373,0.(

017,1.4,22

1 , 0 3 65

, 0 7

65 , 0 75

, 0 5 9

, 0

)10.19,1.(

)10.1,114(

085,5.)10.384,0.(

877,0.4,22

b.4 Hệ số cấp khối trong pha lỏng

Nux = 17.Wex0,5.Prx0,5.Gax0,7 (165-2)

Trang 40

Trong đó:

 Nux =

x x

x x x

D

l

.

ρ

µ β

: chuẩn số Nuyxen ở pha lỏng

 Wex = 2

. x

: chuẩn số galile ở pha lỏng

Mx: khối lượng mol trung bình của pha lỏng, Kg/Kmol

lx : kích thước đường dài, ms

ρ khối lượng riêng của bọt trên đĩa Kg/m3

hb : chiều cao lớp bọt trên đĩa, m

tính hb :

hb =

2 , 0 2 0 4

d g

2,0

Định dạng
Số trang	83
Dung lượng	1,97 MB