Thiết kế tháp chưng liên tục loại tháp đĩa lỗ có ống chảy truyền để phân tách hỗn hợp CH3COCH3 – h2o

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

Đồ án môn học quá trình và thiết bị

+ Năng suất tính theo hỗn hợp đầu: F= 16 (tấn/h)

+ Nồng độ cấu tử dễ bay hơi:

- Hỗn hợp đầu: aF = 0,38 (phần khối lượng)

- Sản phẩm đỉnh: ap = 0,929 (phần khối lượng)

- Sản phẩm đáy: aw = 0,07 (phần khối lượng)

+ Tháp làm việc ở áp suất thường

+ Hỗn hơp đầu được gia nhiệt đến nhiệt độ sôi

III) NỘI DUNG CÁC PHẦN THUYẾT MINH VÀ TÍNH TOÁN:

1/ Giới thiệu chung: + Mở đầu và giải thích về hỗn hợp được chưng luyện + Vẽ và thuyết minh dây chuyền sản xuất

MỤC LỤC

LỜI MỞ ĐẦU 1

Phần 1 :GIỚI THIỆU CHUNG VỀ HỖN HỢP CHƯNG LUYỆN 1

1.1.Giới thiệu về Axeton – Nước 1

1.1.1 Axeton 1

1.1.3 Hỗn hợp Axeton- Nước 1

1.2.Sơ đồ dây chuyền và nguyên lý làm việc 1

1.2.1.Sơ đồ dây chuyền 1

Phần 2.TÍNH TOÁN THIẾT BỊ CHÍNH 1

2.1.Cân bằng vật liệu 1

2.1.1.Chuyển từ phần khối lượng sang phần mol 1

2.1.2.Xác định chỉ số hồi lưu thích hợp 1

2.2 Tính đường kính tháp chưng luyện 1

2.2.1.Đường kính đoạn luyện 1

2.2.2 Đường kính đoạn chưng 1

2.3 Chiều cao làm việc của tháp 1

2.3.2 - Hệ số khuếch tán trong pha hơi 1

2.3.3 - Hệ số cấp khối trong pha hơi 1

2.3.4- Hệ số cấp khối trong pha lỏng 1

2.3.5-Tính số đơn vị chuyển khối đối với mỗi đĩa trong pha hơi 1

2.3.5.1 Tính đường kính ống chảy truyền theo công thức sau: 1

2.3.5.2.Tính mặt cắt ngang của ống chảy truyền 1

2.3.5.3 Diện tích làm việc của đĩa 1

2.3.6-Vẽ đường cong động học ,xác định số đĩa thực tế 1

2.3.6.1 cách xác định đường cong động học 1

3.3.6.2-Ta lập được bảng số liệu sau: 1

2.3.6.3-Chiều cao của tháp đĩa lỗ có ống chảy truyền 1

2.3.7-Đĩa lỗ 1

2.3.7.1 Cấu tạo đĩa lỗ : 1

2.3.7.2- Chiều cao của lớp chất lỏng trên gờ chảy tràn 1

2.4 Trở lực của tháp 1

2.4.1.Trở lực của đĩa khô P k : 1

2.4.2 Trở lực do sức căng bề mặt P s , N/m 2 1

2.4.3 Trở lực của chất lỏng trên đĩa 1

2.5-Cân bằng nhiệt lượng 1

2.5.1-Cân bằng nhiệt lượng của thiết bị đun nóng hỗn hợp đầu 1

2.5.2-Cân bằng nhiệt lượng của tháp chưng luyện 1

2.5.3-Cân bằng nhiệt lượng của thiết bị ngưng 1

2.5.3.1 Nếu chỉ ngưng tụ lượng hồi lưu 1

2.5.3.2 Nếu ngưng tụ hoàn toàn 1

2.5.4-Cân bằng nhiệt lượng của thiết bị làm lạnh 1

2.5.4.1 Nếu trong thiết bị ngưng tụ chỉ ngưng tụ lượng hồi lưu 1

2.5.4.2 Nếu trong thiết bị ngưng tụ chỉ ngưng tụ hoàn toàn 1

PHẦN 3:TÍNH TOÁN THIẾT BỊ PHỤ 1

3.1-Tính toán thiết bị gia nhiệt hỗn hợp đầu 1

3.1.1 Xác định lượng nhiệt cần thiết để đun sôi dung dịch đầu 1

3.1.3 Diện tích trao đổi nhiệt 1

3.1.3.1 Giả sử chênh lệch nhiệt độ giữa hơi bão hòa, hơi ngưng tụ t 1 = 2 0 C 1

3.1.3.2 Giả sử chênh lệch nhiệt độ giữa hơi ngưng tụ hơi bão hòa t 1 = 1 0 C 1

3.2 Tính toán thiết bị gia nhiệt hỗn hợp đáy 1

3.2.1 Tính hiệu số nhiệt độ trung bình của hai lưu thể 1

3.2.2 Lượng nhiệt trao đổi 1

3.2.3 Diện tích trao đổi nhiệt 1

3.3 Tính toán Bơm 1

3.3.1 Trở lực trong ống dẫn từ thùng cao vị đến thiết bị gia nhiệt 1

3.3.2 Trở lực trong ống dẫn từ thiết bị gia nhiệt đến tháp 1

3.3.3 Trở lực trong thiết bị gia nhiệt 1

3.4 Tính chiều cao của thùng cao vị so với đĩa tiếp liệu 1

3.5 Tính công suất của Bơm 1

PHẦN 4: TÍNH TOÁN THIẾT BỊ PHỤ 1

4.1-Tính chiều dày của thân tháp 1

4.1.1-Áp suất làm việc cho phép của thiết bị 1

4.1.2-Ứng suất cho phép 1

4.1.3 -Tính  1

4.1.4- Tính đại lương bổ sung C 1

4.1.5-chiều dày của tháp 1

4.2-Tính đáy và nắp thiết bị 1

4.3-Tra bích 1

4.3.2- Chọn bích để nối các ống dẫn vào thân 1

.4.4.2-Khối lượng của thân tháp 1

4.4.3- khối lượng của cột chất lỏng trên đĩa: 1

4.4.4- Khối lượng của các đĩa 1

4.4.5- khối lượng của bích và bulong 1

4.4.6.Khối lượng ống chảy chuyền 1

4.5.Chọn giã đỡ và tay treo 1

4.6-Tính đường kính ống dẫn 1

4.6.1-Đường kính ống dẫn sản phẩm đỉnh 1

4.6.2-Đường kính ống hồi lưu sản phẩm đỉnh 1

4.6.4-Đường kính ống dẫn nguyên liệu đầu 1

4.6.5-Đường kính ống hồi lưu sản phẩm đáy 1

KẾT LUẬN 1

TÀI LIỆU THAM KHẢO 1

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

Vậy chưng cất là gì?quy trình công nghệ của nó như thếnào.ứng dụng của nó ra sao,thiết bị vật sử dụng cho quy trìnhcông nghệ này cần đảm bảo những yêu cầu nào và phải đượctính toán ra sao?Vì vậy em xin đi sâu vào nghiên cứu về quá

trình công nghệ và vận hành quy trình công nghệ của quá trìnhchưng luyện tháp chóp để phân tách hai hỗn hợp axeton vànước

Chưng là phương pháp dùng để tách hỗn hợp khí lỏng thành các cấu tử riêngbiệt dựa vào nhiệt độ sôi khác nhau của các cấu tử trong hỗn hợp Khi chưng thuđược nhiều sản phẩm và thường có bao nhiêu cấu tử thì có bấy nhiêu sản phẩm Riêng đối với phương pháp chưng luyện hai cấu tử thì sản phẩm đỉnh gồmchủ 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: chưngđơn giản, chưng bằng hơi nước trực tiếp, chưng chân không và đặc biệt hơn làchưng 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

Vì thế, đề tài ” Thiết kế hệ thống chưng cất Aceton – Nước “ của môn

“Đồ Môn Học Quá Trình Thiết Bị” cũng là một bước giúp cho sinh viên tậpluyện và chuẩn bị cho việc thiết kế quá trình và thiết bị công nghệ trong lĩnh vựcnày.Để hoàn thành đồ án này , thực sự em đã cố gắng rất nhiều Song , vì đây là

bước đầu làm quen với công tác thiết kế nên chắc hẳn không tránh khỏi nhữngsai sót

Cuối cùng , em xin chân thành cảm ơn các thầy cô trong bộ môn QuáTrình Thiết Bị , đặc biệt là thầy Vũ Minh Khôi, người đã trực tiếp hướng dẫn vàgiúp đỡ em rất nhiều trong suốt thời gian thực hiện đồ án thiết kế

Phần 1 :GIỚI THIỆU CHUNG VỀ HỖN HỢP CHƯNG LUYỆN

Nguyên liệu là hỗn hợp Axeton – Nước

Aceton và nước là hai loại hoá chất quan trọng trong nghành công nghiệp hóachất

1.1.Giới thiệu về Axeton – Nước

* Tính chất hóa học đặc trưng của axeton:

Phản ứng chính của axeton chủ yếu vào nhóm cacbonyl(-CO-), ngoài ra còn cóphản ứng thế vào nhóm -CH3 Dưới đây là một số ví dụ cụ thể:

-phản ứng ở nhóm –CO- : Axeton rất nghèo phản ứng, Xeton có phản ứng khửgiống andehit nhưng tạo ra ancol bậc II:

CH3-CO-CH3 + H2 > CH3-CH(OH)-CH3

Xeton khó bị oxi hóa vì các gốc hidrocacbon đã cản trở không gian.Tuy nhiên

nó có thể bị oxi hóa bởi dung dich thuốc tím đun nóng với axit sunfuric tạo rahỗn hợp các axit cacboxylic

Phản ứng ở gốc hidrocacbon:

CH3-CO-CH3 + Br2 > CH3-CO-CH2Br + HBr

Lưu ý:Phản ứng trên xảy ra khi dùng brom khan và có xúc tác axit axetic đunnóng

 Các phương pháp điều chế axeton:

1-oxi hóa hidrocacbon:khi đốt cháy chậm n-ankan ở pha khí ta có thể thu đượcaxeton

2-oxi hóa ancol:đây là phương pháp quan trọng nhất để điều chế hợp chấtcacbonyl

Nước là một hợp chất hóa học của Oxy và Hidro, có công thức hóa học

là H2O Với các tính chất lí hóa đặc biệt (ví dụ như tính lưỡng cực, liên kếthiđro và tính bất thường của khối lượng riêng) Nước là một chất rất quan trọngtrong nhiều ngành khoa học và trong đời sống 70% diện tích của Trái Đất đượcnước che phủ nhưng chỉ 0,3% tổng lượng nước trên Trái Đất nằm trong cácnguồn có thể khai thác dùng làm nước uống

 Cấu tạo:

Phân tử nước bao gồm 2 nguyên tử Hidro và 1 nguyên tử Oxy Về mặthình học thì phân tử nước có góc liên kết là 104,450 Do các cặp điện tử tự dochiếm nhiều chỗ nên góc này sai lệch đi so với góc lý tưởng của hình tứ diện.Chiều dài của liên kết O-H là 96,84 picomet

 Tính lưỡng cực:

Oxy có độ âm điện cao hơn Hidro Việc cấu tạo thành hình ba góc và việctích điện từng phần khác nhau của các nguyên tử đã dẫn đến cực tính dương ởcác nguyên tử hiđrô và cực tính âm ở nguyên tử ôxy, gây ra sự lưỡng cực Dựatrên hai cặp điện tử đơn độc của nguyên tử ôxy, lý thuyết VSEPR đã giải thích

sự sắp xếp thành góc của hai nguyên tử hiđrô, việc tạo thành moment lưỡng cực

và vì vậy mà nước có các tính chất đặc biệt Vì phân tử nước có tích điện từngphần khác nhau nên một số sóng điện từ nhất định như sóng cực ngắn có khảnăng làm cho các phân tử nước dao động, dẫn đến việc nước được đun nóng.Hiện tượng này được áp dụng để chế tạo lò vi sóng

 Liên kết Hidro:

Các phân tử nước tương tác lẫn nhau thông qua liên kết hiđrô và nhờ vậy

có lực hút phân tử lớn Đây không phải là một liên kết bền vững Liên kết củacác phân tử nước thông qua liên kết hiđrô chỉ tồn tại trong một phần nhỏ củamột giây, sau đó các phân tử nước tách ra khỏi liên kết này và liên kết với cácphân tử nước khác

Đường kính nhỏ của nguyên tử hiđrô đóng vai trò quan trọng cho việc tạothành các liên kết hiđrô, bởi vì chỉ có như vậy nguyên tử hiđrô mới có thể đếngần nguyên tử ôxy một chừng mực đầy đủ Các chất tương đương của nước, thí

dụ như đihiđrô sulfua (H2S), không tạo thành các liên kết tương tự vì hiệu sốđiện tích quá nhỏ giữa các phần liên kết Việc tạo chuỗi của các phân tử nướcthông qua liên kết cầu nối hiđrô là nguyên nhân cho nhiều tính chất đặc biệt củanước, thí dụ như nước mặc dù có khối lượng mol nhỏ vào khoảng 18 g/mol vẫn

ở thể lỏng trong điều kiện tiêu chuẩn Ngược lại, H2S tồn tại ở dạng khí cùng ởtrong những điều kiện này Nước có khối lượng riêng lớn nhất ở 4 độ Celcius vànhờ vào đó mà băng đá có thể nổi lên trên mặt nước; hiện tượng này được giảithích nhờ vào liên kết cầu nối hiđrô

 Tính chất hóa lý của nước:

Cấu tạo của phân tử nước tạo nên các liên kết hiđrô giữa các phân tử là cơ

sở cho nhiều tính chất của nước Cho đến nay một số tính chất của nước vẫn còn

là câu đố cho các nhà nghiên cứu mặc dù nước đã được nghiên cứu từ lâu

Nhiệt độ nóng chảy và nhiệt độ sôi của nước đã được AndersCelsius dùng làm hai điểm mốc cho độ bách phân Celcius Cụ thể, nhiệt độ đóngbăng của nước là 0 độ Celcius, còn nhiệt độ sôi (760 mm Hg) bằng 100 độCelcius Nước đóng băng được gọi là nước đá Nước đã hóa hơi được gọi là hơinước Nước có nhiệt độ sôi tương đối cao nhờ liên kết hiđrô

Dưới áp suất bình thường nước có khối lượng riêng (tỷ trọng) cao nhất là

ở 4 °C: 1 g/cm3 đó là vì nước vẫn tiếp tục giãn nở khi nhiệt độ giảm xuống dưới4°C Điều này không được quan sát ở bất kỳ một chất nào khác Điều này cónghĩa là: Với nhiệt độ trên 4 °C, nước có đặc tính giống mọi vật khác là nóng

nở, lạnh co; nhưng với nhiệt độ dưới 4°C, nước lại lạnh nở, nóng co Do hìnhthể đặc biệt của phân tử nước (với góc liên kết 104,45°), khi bị làm lạnh cácphân tử phải dời xa ra để tạo liên kết tinh thể lục giác mở Vì vậy mà tỉ trọng củanước đá nhẹ hơn nước thể lỏng

Nước là một dung môi tốt nhờ vào tính lưỡng cực Các hợp chất phân cựchoặc có tính ion như axit, rượu và muối đều dễ tan trong nước Tính hòa tan củanước đóng vai trò rất quan trọng trong sinh học vì nhiều phản ứng hóa sinh chỉxảy ra trong dung dịch nước

Nước tinh khiết không dẫn điện Mặc dù vậy, do có tính hòa tan tốt, nướchay có tạp chất pha lẫn, thường là các muối, tạo ra các ion tự do trong dung dịchnước cho phép dòng điện chạy qua

Về mặt hóa học, nước là một chất lưỡng tính, có thể phản ứng nhưmột axit hay bazơ Ở 7 pH (trung tính) hàm lượng các ion hydroxyt (OH-) cânbằng với hàm lượng của hydronium (H3O+) Khi phản ứng với một axit mạnhhơn thí dụ như HCl, nước phản ứng như một chất kiềm:

HCl + H2O ↔ H3O+ + Cl

-Với ammoniac nước lại phản ứng như một axit:

NH3 + H2O ↔ NH4+ + OH

-1.1.3 Hỗn hợp Axeton- Nước

Dựng đường cân bằng theo số liệu đường cân bằng tra ở đường cân bằnglỏng- hơi và nhiệt độ sôi của 2 cấu tử ở 760 mmHg ( tính theo % số mol ) củaaxeton- nước ( Bảng IX 2a_ 145_STQTTB tập II )

Y 0 60,3 72 80,3 82,7 84,2 85,5 86,9 88,2 90,4 94,3 100

T 100 77,9 69,9 64,5 62,6 61,6 60,7 59,8 59 58,2 57,5 56,9

1.2.Sơ đồ dây chuyền và nguyên lý làm việc

1.2.1.Sơ đồ dây chuyền

Hệ thống thiết bị công nghệ chưng luyện liên tục tháp đĩa lỗ có ống chảy 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 tới nhiệt độ làm việc Sử dụng thiết bị loại ống chùm, dùng hơi nước bão hoà 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.

NƯỚC HƠI NƯỚC

T

7 6

Hỗn hợp axeton – nước cĩ nồng độ Axeton 38% (theo khối lượng), nhiệt

độ khoảng 270C tại bình chứa nguyên liệu (11) được bơm (1) bơm lên bồn cao

vị (2) Từ đĩ được đưa đến thiết bị gia nhiệt (2) (trao đổi nhiệt với sản phẩm

đáy) Ở đây, hỗn hợp được đun sơi đến nhiệt độ sơi Sau đĩ, hỗn hợp được đưa

vào tháp chưng luyện (5) ở đĩa nhập liệu

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

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

đây, cĩ sự tiếp xúc và trao đổi của 2 pha với nhau Pha lỏng chuyển động trong

phần chưng càng xuống dưới càng giảm, nồng độ các cấu tử dễ bay hơi, vị đã bị

pha hơi tạo nên từ nồi đun (9) lôi cuốn cấu tử dễ bay hơi Nhiệt độ càng lên trêncàng thấp, nên khi hơi đi qua các đĩa từ dưới lên thì cấu tử có nhiệt độ sôi cao lànước sẽ ngưng tụ lại, cuối cùng trên đỉnh tháp ta thu được hỗn hợp có cấu tử làAxeton chiếm nhiều nhất (có nồng độ 92,9% theo khối lượng) Hơi này đi vàothiết bị ngưng tụ (6) và được ngưng tụ một phần (ngưng tụ hồi lưu) Một phầnchất lỏng ngưng đi qua thiết bị làm nguội sản phẩm đỉnh (7) được làm nguội đến

300C rồi được đưa qua bồn chứa sản phẩm đỉnh (8) Phần còn lại của chất lỏngngưng được hồi lưu về tháp ở đĩa trên cùng với tỷ số hồi lưu tối ưu 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 gồmhầu hết là cấu tử khó bay hơi (nước) Hỗn hợp lỏng ở đáy có nồng độ axeton là7% theo khối lượng, còn lại là nước Dung dịch lỏng ở đáy đi ra khỏi tháp, mộtphần được đun, bốc hơi ở nồi đun (9) cung cấp lại cho tháp để tiếp tục làm việc,phần còn lại được trao đổi nhiệt với nhập liệu (sau khi đi qua bồn cao vị)

Hệ thống làm việc liên tục cho ra sản phẩm đỉnh là Axeton, sản phẩmđáy sau khi trao đổi nhiệt với nhập liệu được loại bỏ

Phần 2.TÍNH TOÁN THIẾT BỊ CHÍNH

2.1.Cân bằng vật liệu

2.1.1.Chuyển từ phần khối lượng sang phần mol

 Các thông số ban đầu

Năng suất hỗn hợp đầu : GF = 16000 (Kg/h)

F A F

M

x M

x M x



0,38 58 0,38 1 0,38

P A P

M

x M

x M x



0,929 58 0,929 1 0,929

W A W

M

x M

x M x



0,07 58

W F F

x x G G







0,929 0,07

 = 5774,156 (kg/h) W=F-P=16000 – 5774,156 = 10225,844(kg/h)

0 Xw Xf

Xp 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0 0.6 0.7 0 0.8 0.9 1 0.1

F P

x y

y x

b.Chỉ số hồi lưu thích hợp

Vấn đề chọn chỉ số hồi lưu thích hợp rất quan trọng, vì khi chỉ số hồilưu bé thì số bậc của tháp lớn hơn nhưng tiêu tốn lượng hơi đốt ít, ngược lại khichỉ số hồi lưu lớn thì số bậc tháp ít hơn nhưng tiêu tốn hơi đốt lớn

Rth : chỉ số hồi lưu thích hợp được tính theo tính chất thể tích tháp nhỏ nhất

Nlt : số bậc thay đổi nồng độ ( số đĩa lý thuyết )

→ Chỉ số hồi lưu thích hợp Rx = β Rmin

R

Trong đó

- y: là nồng độ phần mol của cấu tử dễ bay hơi trong pha hơi đi từ dưới lên

- x: là nồng đọ phần mol của cấu tử dễ bay hơi trong pha lỏng chảy từ trên đĩaxuống

- Rx : chỉ số hồi lưu thích hợp

 Phương trình đường nồng đọ làm việc của đoạn chưng

x x

x

x R

f x R

f R

1

1

Khi =1,4

0 Xw Xf

Xp 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0 0.6 0.7 0 0.8 0.9 1 0.1

Khi  =1,6

0 Xw Xf

Xp 0.1 0.2 0.3 0.4 0 0.5 0.6 0.7 0 0.8 0.9 1 0.1

Khi  =1,8

0 Xw Xf

Xp 0.1 0.2 0.3 0.4 0 0.5 0.6 0.7 0 0.8 0.9 1 0.1

Khi  =2,2

0 Xw Xf

Xp 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0 0.6 0.7 0 0.8 0.9 1 0.1

Khi  =2,4

1 0.8 0.9 0.1

R=0,08664 Nlt=4

Khi =2,5

0 Xw Xf

Xp 0.1 0.2 0.3 0.4 0 0.5 0.6 0.7 0 0.8 0.9 1 0.1

X

R 

Kết quả tính toán thu được bảng sau:

Số đĩa lý thuyết là: Nlt= 3 đĩa

Thay vào phương trình nồng độ làm việc

 Phương trình đường nồng độ làm việc của đoạn luyện

R

R

Trong đó

- y: là nồng độ phần mol của cấu tử dễ bay hơi trong pha hơi đi từ dưới lên

- x: là nồng độ phần mol của cấu tử dễ bay hơi trong pha lỏng chảy từ trênđĩa xuống

x

x R

f x

R

f

R

1

1

=2,64x-0,037

2.2 Tính đường kính tháp chưng luyện

tb y y tb

g

) ω ( 0188 , 0 ω 3600.

π

4V D

tb

tb t





Vtb :lượng hơi trung bình đi trong tháp (m3/h)

tb :tốc độ hơi trung bình đi trong tháp (m/s)

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

y

 : khối lượng riêng trung bình của lỏng (kg/m3)

Lượng hơi trung bình đi trong đoạn chưng và đoạn cất khác nhau.Do đó,đường kính đoạn chưng và đoạn cất cũng khác nhau

2.2.1.Đường kính đoạn luyện

a Lượng hơi trung bình đi trong tháp

gP : lượng hơi ra khỏi đĩa trên cùng của tháp (Kg/h)

g1 : lượng hơi đi vào đĩa dưới cùng của đoạn cất (Kg/h)

P P

r g r g

x G x G y g

G g

.

.

.

G

1 1

1 1 1 1

P 1 1

Với : G1 : lượng lỏng ở đĩa thứ nhất của đoạn cất

r 1 : ẩn nhiệt hoá hơi của hỗn hợp hơi đi vào đĩa thứ nhất của đoạncất

rP : ẩn nhiệt hoá hơi của hỗn hợp hơi đi ra ở đỉnh tháp

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

 Tính r1

Với xF=0,15981 phần mol.Sử dụng công thức nội suy

T 69,6 ? 62,6

→t1 = tF =65,41o C, tra tài liệu tham khảo sổ tay tập 1-254 ta có :

Ẩn nhiệt hoá hơi của axeton :

Với xp=0,8024 phần mol sử dụng công thức nội suy ta có:

→tP = 58,18oC , tra tài liệu tham khảo sổ tay tập 1-254 ta có :

Ẩn nhiệt hoá hơi của axeton : rA = 30232,88 (KJ/kmol)

Ẩn nhiệt hoá hơi của nước : rB = 43771,99 (KJ/kmol)

Suy ra : rP= rA.yP + (1-yP).rB = 31520,45 (KJ/kmol)

Tốc độ giới hạn của hơi đi trong tháp:

ytb

xtb gh





  0 , 05

Với :

 xtb : khối lượng riêng trung bình của pha lỏng (Kg/m3)

 ytb : khối lượng riêng trung bình của pha hơi (Kg/m3)

Tra tài liệu tham khảo sổ tay tập 1-trang 9, ta có :

A=744,812(Kg/m3)

B=982,516(Kg/m3)

B

tb A

tb xtb

x x

x x

2.2.2 Đường kính đoạn chưng

a Lượng hơi trung bình đi trong tháp

2

1 , ,

g tb n 

g’n : lượng hơi ra khỏi đoạn chưng (kmol/h)

g’1 : lượng hơi đi vào đoạn chưng (kmol/h)

1

1

' 1 1

'

1 ' 1

'

' ' '

.

'

.

'

r g r g r

g

x W y g x

G

W g G

n n

W

W (III.2)

Với :

G’

1 : lượng lỏng ở đĩa thứ nhất của đoạn chưng

r’1 : ẩn nhiệt hoá hơi của hỗn hợp hơi đi vào đĩa thứ nhất của đoạn chưng

* Tính r’1 : xW =0,0228 tra đồ thị cân bằng của hệ ta có : yW =0,275

t’1 = tW = 99,899oC , tra tài liệu tham khảo sổ tay (tập 1) ta có :

Ẩn nhiệt hoá hơi của axeton : r’A = 27447,038 (KJ/kmol)

Ẩn nhiệt hoá hơi của nước : r’B = 40627,9452 (KJ/kmol)

Suy ra :

r’1 = r’A.yW + (1-yW).r’B = 37003,196 (KJ/kmol)

* Tính r1: r1 = 43227,12 – 13477,48.y1

=43227,12 – 13477,48.0,778

= 32741,64(KJ/kmol)

Giải hệ ta được : x’1 =0,0666 (phần mol)

G’

1 = 610,66171 (Kmol/h) g’1 = 106,00031 (Kmol/h)

Vậy lượng hơi trung bình đi trong đoạn chưng :

g’tb = 119,797 106, 00031 112,899

2



 (kmol/h) Lượng lỏng trung bình đi vào đoạn chưng :

b Tốc độ hơi trung bình đi trong tháp

Tốc độ giới hạn của hơi đi trong tháp:

ytb

xtb gh

'

' 05 , 0 '





Với :

 'xtb : khối lượng riêng trung bình của pha lỏng (Kg/m3)

 'ytb : khối lượng riêng trung bình của pha hơi (Kg/m3)

Khối lượng riêng của axeton :  ’A= 731,092 (Kg/m3)

Khối lượng riêng của nước :  ’B = 976,93(Kg/m3)

B

tb A

tb xtb

x x

+ Phần luyện : lv =

ytb t

2.3 Chiều cao làm việc của tháp

2.3.1 Hệ số khuếch tán trong pha lỏng

.

1 1

10

B A X

B A

V V B

A

M M

A,B là hệ số liên hợp kế đến ảnh hưởng của axeton và axit axetic

Tra bảng ta được A=C3H6O=1 ;B=H2O= 4,7

Với VA,VB :Thể tích mol của axeton và axit axetic

Theo sổ tay(tập 1-127 )có thể tích nguyên tử :C=14,8;H=3,7;O=7,4(=12với O trong axit)

1 1 10

58 18 1.4,7 1,005 74 18,9

2.3.2 - Hệ số khuếch tán trong pha hơi

Hệ số khuếch tán trong pha hơi được xác định theo công thức sau

) / ( 1 1 )

(

10 0043 ,

2 3 / 1 3 / 1

5 , 1 4

s m M M v

v P

T D

B A B

P:áp suất mà tháp làm việc P=1 atm

T:nhiệt độ trung bình của pha hơi 0K

MA,MB khối lượng phân tử của axeton và nước

MA=58(kg/kmol)

MB=18(kg/kmol)

a- Đoạn luyện

Ta có Ttb=58,18+273=331,18K

Thay vào công thức trên :

2.3.3 - Hệ số cấp khối trong pha hơi

Cho 1m2diện tích làm việc của đĩa:

) 11000 Re

79 , 0 (

4 ,

Y:tốc độ hơi tính cho mặt cắt tự do của tháp (m/s)

Y :khối lượng riêng trung bình của hơi (kg/m3)

B tb A A

hh

y

M y M

Và dựa vào đồ thị t-x,y ta có tytb=59,3310C

Từ đó tra sổ tay tập 1-91 Kết hợp với bảng I.101có:

A=0,23107.10-3 (Ns/m2 )

Hệ số cấp khối trong đoạn luyện là:

Hệ số cấp khối trong đoạn chưng là:

2.3.4- Hệ số cấp khối trong pha lỏng

Hệ số cấp khối trong pha lỏng được xác định theo công thức :

X =  0 , 62

Pr

38000

h M

D

X

X X



(II-165)Trong đó:

h:Kích thước dài chấp nhận h=1(m)

X khối lượng riêng trung bình lỏng (kg/m3)

X X

X X

Do đó

4 9

7, 213.10 Pr



=0,1407(m kmol2 /s)

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

Hệ số đơn vị chuyển khối :

X Y

1

(

s m

f :diện tích làm việc của đĩa

m: số ống chảy truyền ,chọn m=1 ống

F là mặt cắt tự do của thiết bị

fcttiết diện ngang của ống chảy truyền (m2 )

GY lượng hơi trung bình đi trong tháp (kmol/s)

X

3600

4





 (m) (II-236) với

z :số ống chảy truyền z=1

C: tốc độ chất lỏng trong ống chảy truyền ,chọn C=0,1-0,2(m/s)

X

 :khối lượng riêng của chất lỏng trong từng đoạn (kg/m3)

Gx Lưu lượng lỏng trung bình trong từng đoạn (kg/h)