Thiết kế tháp chưng luyện liên tục loại tháp đĩa chóp để phân tách hỗn hợp c6h6 và c7h8

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 dùn

BỘ CÔNG THƯƠNG

TRƯỜNG ĐH CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI

CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập - Tự do - Hạnh phúc

ĐỒ ÁN MÔN QUÁ TRÌNH VÀ THIẾT BỊ

Họ và tên HS-SV: Đỗ Trung Hiếu

Lớp: ĐH HÓA 2 – Khóa: 5 Mã số sinh viên: 0541120169

Khoa: Công nghệ hóa học

Giáo viên hướng dẫn: Vũ Minh Khôi

I Đầu đề thiết kế.

Thiết kế tháp chưng luyện liên tục loại tháp đĩa chóp để phân tách hỗnhợp

C6H6 và C7H8

II các số liệu ban đầu.

- Năng suất tính theo hỗn hợp đầu: F = 10 tấn/h

- Nồng độ cấu tử dễ bay hơi trong:

+ Hỗn hợp đầu: aF=0,38 phần khối lượng

+ Sản phẩm đỉnh: aP=0,98 phần khối lượng

+ Sản phẩm đáy: aw=0,02 phần khối lượng

- Tháp làm việc ở áp suất thường

- Hỗn hợp đầu được gia nhiệt đến nhiệt độ sôi

T

T

Nhận Xét Của Giáo Viên Hướng Dẫn



Hà Nội, ngày 05 tháng 05 năm 2015

Người nhận xét

Mục lục

Mục lục 3

Lời nói đầu 5

PHẦN 1.GIỚI THIỆU CHUNG 6

I GIỚI THIỆU VỀ HỖN HỢP CHƯNG 6

1.2.1: Benzen ( C6H6) 6

1.2.2 Toluen(C7H8) 7

II DÂY CHUYỀN SẢN XUẤT 9

PHẦN 2 TÍNH TOÁN THIẾT BỊ CHÍNH 12

I CÂN BẰNG VẬT LIỆU TOÀN THIẾT BỊ 12

1 Tính toán cân bằng vật liệu 12

2 Xác định số bậc thay đổi nồng độ (số đĩa lý thuyết) 14

II TÍNH ĐƯỜNG KÍNH THÁP 28

1.Tính đường kính đoạn luyện 29

2.Đường kính đoạn chưng 34

III TÍNH CHIỀU CAO THÁP 38

1.Hệ số khuếch tán 38

2.Hệ số cấp khối 40

3.Hệ số chuyển khối 45

V TÍNH CÂN BẰNG NHIỆT LƯỢNG 59

1 Cân bằng nhiệt lượng của thiết bị gia nhiệt hỗn hợp đầu 59

2 Cân bằng nhiệt lượng của tháp chưng luyện 61

3 Cân bằng nhiệt lượng cho thiết bị ngưng tụ 64

4 Cân bằng nhiệt lượng tại thiết bị làm lạnh 66

PHẦN III TÍNH THIẾT BỊ PHỤ 67

I THIẾT BỊ GIA NHIỆT HỖN HỢP ĐẦU 67

1 Hiệu số nhiệt độ trung bình 67

2.Xác định hệ số cấp nhiệt và nhiệt tải riêng 68

3 Diện tích trao đổi nhiệt 70

II THIẾT BỊ GIA NHIỆT HỖN HỢP ĐÁY 75

1 Hiệu số nhiệt độ trung bình 75

2.Xác định hệ số cấp nhiệt , nhiệt tải riêng 76

3.Diện tích trao đổi nhiệt 78

III TÍNH BƠM VÀ THÙNG CAO VỊ 81

1 Các trở lực của quá trình cấp liệu 82

2 Tính chiều cao của thùng cao vị so với đĩa tiếp liệu 92

3 Chiều cao làm việc bơm 93

4 Áp suất toàn phần của bơm _ Năng suất của bơm 94

PHẦN IV TÍNH TOÁN CƠ KHÍ VÀ LỰA CHỌN 96

I Tính toán thân tháp 96

II Tính chóp và kích thước cơ bản của chóp 99

III Chọn mặt bích 101

IV Tính đường kính các ống dẫn 102

KẾT LUẬN 112

TÀI LIỆU THAM KHẢO 113

Lời nói 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

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, công nghệ sinh học, lọc - hóa dầu,

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

PHẦN 1.GIỚI THIỆU CHUNG

I GIỚI THIỆU VỀ HỖN HỢP CHƯNG

1.2.1: Benzen ( C6H6)

Benzen: là một hợp chất mạch vòng, ở dạng lỏng không màu và có mùi thơm nhẹ.Công thức phận tử là C6H6 Benzen không phân cực,vì vậy tan tốt trong các dung môi hữu cơ không phân cực và tan rất ít trong nước Trước đây người ta thường sử dụng benzen làm dung môi Tuy nhiên sau đó người ta phát hiện ra rằng nồng độ benzen trong không khí chỉ cần thấp khoảng 1ppm cũng cókhả năng gây ra bệnh bạch cầu, nên ngày nay benzen được sử dụng hạn chế hơn

Các tính chất vật lí của benzen:

Khối lượng phân tử: 78,11

khói và nhiệt độ cao - sinh ra TNB), phản ứng với axit sulfuric đậm đặc chưng cất nước thành axit benzosulfonic Quy tắc chung được nêu trong hình dưới.

Phản ứng thế trong nhân thơm

Nếu như có thêm nhóm thế thì phản ứng thế vào nhân thơm sẽ nhanh hơn hoặc chậm hơn tuỳ vào bản chất nhóm thế:

1.2.2 Toluen(C7H8)

Toluen: là một hợp chất mạch vòng,ở dạng lỏng và có tính thơm ,công thứcphân tử tương tự như benzen có gắn thêm nhóm –CH3 Không phân cực,do đó toluen tan tốt trong benzen.Toluen có tính chất dung môi tương tự benzen nhưngđộc tính thấp hơn nhiều, nên ngày nay thường được sử dụng thay benzen làm dung môi trong phòng thí nghiệm và trong công nghiệp

Các tính chất vật lí của toluen:

Khối lượng phân tử : 92,13

Tỉ trọng (20oC) : 0,866

Nhiệt độ sôi : 111oC

Nhiệt độ nóng chảy : -95 oC

Các phương thức điều chế :

Đi từ nguồn thiên nhiên

Thông thường các hidrocacbon ít được điều chế trong phòng thí nghiệm, vì

có thể thu được lượng lớn nó bằng phương pháp chưng cất than đá, dầu mỏ….Đóng vòng và dehiro hóa ankane

Các ankane có thể tham gia đóng vòng và dehidro hóa tạo thành hidro cacbon thơm ở nhiệt độ cao và có mặt xúc tác như Cr2O3, hay các lim loại chuyển tiếp như Pd, Pt

Các cycloankane có thể bị dehidro hóa ở nhiệt độ cao với sự có mặt củacác xúc tác kim loại chuyển tiếp tạo thành benzen hay các dẫn xuất cảu benzen C6H12 C6H6

II DÂY CHUYỀN SẢN XUẤT

I.Vẽ dây chuyền sản xuất

Sơ đồ hệ thống chưng luyện:

1 2

3

6

8 7

11

9

10 12

Ghi chú:

1 Thùng chứa hỗn hợp đầu 7 Thiết bị phân dòng

2 Bơm chất lỏng 8 Thiết bị làm lạnh

3 Thùng cao vị 9 Thiết bị đun sôi ở đáy

4 Thiết bị gia nhiệt hỗn hợp đầu 10 Thùng chứa sản phẩm đỉnh

5 Tháp chưng luyện 11 Thùng chứa sản phẩm đáy

6 Thiết bị ngưng tụ hơi 12 Lưu lượng kế

2 Nguyên lý làm việc

Nguyên liệu đầu được chứa vào thùng chứa 1 và được bơm (2) bơm lênthùng cao vị (3) Mức chất lỏng cao nhất và thấp nhất ở thùng cao vị đượckhống chế tự động nhờ thiết bị TĐ thông qua việc chỉnh tự động bơm (2) Từthùng cao vị, hỗn hợp đầu qua thiết bị đun nóng dung dịch đầu (4) Tại đây dung

dịch được gia nhiệt bằng hơi nước bão hoà ở nhiệt độ sôi Sau đó vào thápchưng luyện (5) ở đĩa tiếp liệu.

Tháp chưng luyện gồm hai phần: phần từ đĩa tiếp liệu trở lên gọi là đoạnluyện, phần từ đĩa tiếp liệu trở xuống gọi là đoạn chưng Ở đoạn chưng có bộphận đun bốc hơi (9) Bộ phận này được gia nhiệt bằng hơi nước

Như vậy trong tháp hơi đi từ dưới lên gặp chất lỏng đi từ trên xuống Vìtheo chiều cao tháp , nhiệt độ càng lên cao càng thấp nên hơi khi đi qua các đĩa

từ dưới lên, cấu tử có nhiệt độ sôi cao sẽ ngưng tụ lại và cuối cùng ở trên đỉnh tathu được hỗn hợp gồm hầu hết các cấu tử dễ bay hơi là benzen Hơi này đi vàothiết bị ngưng tụ hơi (6)( hơi đi ngoài ống, nước lạnh đi trong ống và từ dướilên) Ở đây hơi được ngưng tụ lại Một phần chất lỏng sau khi ngưng tụ hồi lưu

về tháp ở đĩa trên cùng, một phần khác đi qua thiết bị làm lạnh (8) để làm lạnhđến nhiệt độ cần thiết rồi đi vào thùng chứa sản phẩm đỉnh

Chất lỏng đi từ trên xuống gặp hơi có nhiệt độ cao hơn, một phần cấu tử cónhiệt độ sôi thấp( cấu tử dễ bay hơi ) được bốc hơi và do đó nồng độ cấu tử khóbay hơi trong chất lỏng ngày càng tăng Cuối cùng ở đáy tháp ta thu được hỗnhợp lỏng gồm hầu hết cấu tử khó bay hơi là toluen.Thiết bị gia nhiệt (9) để đunsôi tuần hoàn và bốc hơi hỗn hợp đáy tháp Một phần chất lỏng tháo ra ở đáy nồi

và được cung cấp vào phần dưới của tháp Một phần khác được tháo ra liên tụcđưa vào thùng chứa sản phẩm đáy (11) khống chế bằng các van Nước ngưng tụcủa các thiết bị gia nhiệt được tháo qua các thiết bị tháo nước ngưng tự động(12)

Ở thiết bị chưng luyện này: hỗn hợp đầu vào liên tục và các sản phẩm đỉnh

và đáy lấy ra liên tục

3.Các kí hiệu trước khi tính

+ 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

Yêu Cầu thiết bị:

F: Năng suất thiết bị tính theo hỗn hợp đầu F = 10(tấn/h)

Thiết bị làm việc ở áp suất thường Tháp chưng loại: tháp chóp

Điều kiện:

aF : Nồng độ benzen trong hỗn hợp đầu = 0,38(phần khối lượng)

aP: Nồng độ benzen trong sản phẩm đỉnh = 0,98(phần khối lưọng) aW: Nồng độ benzen trong sản phẩm đáy = 0,02(phần khối lượng) MA: Khối lượng phân tử của benzen = 78(kg/kmol)

MB: Khối lượng phân tử của toluen = 92(kg/kmol)

PHẦN 2 TÍNH TOÁN THIẾT BỊ CHÍNH

I CÂN BẰNG VẬT LIỆU TOÀN THIẾT BỊ

1 Tính toán cân bằng vật liệu

Sơ đồ hệ thống tháp chưng

Hỗn hợp đầu vào F(benzen – toluen) được tách thành sản phẩm đỉnh P(benzen) và sản phẩm đáy W(toluen) ở đĩa trên cùng có một lượng lỏng hồi lưu, ở đáy tháp có thiết bị đun sôi, lượng hơi đi ra ở đỉnh tháp là D

Theo phương trình cân bằng vật liệu cho toàn tháp:

F = P + W

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

F.aF = P.aP + W.aW

,098,0

02,038,0

a a

a a

W P

W F

M: khối lượng phân tử trung bình của hỗn hợp (kg/kmol)

x: nồng độ phần mol của cấu tử dễ bay hơi trong hỗn hợp

khối lượng phân tử trung bình của hỗn hợp vào tháp là:

A

M

a M

a M a



 1

B

F A

F A F

M

a M

a M a



92

38 , 0 1 78

38 , 0 78

38 , 0

P A P

M

a M

a M a



92

98 , 0 1 78

98 ,

98 , 0

W A W

M

a M

a M a



92

02 , 0 1 78

02 ,

02 , 0







) / ( 109 , 116 126 , 86

10000

h kmol M

F

F





GP =

GW =

2 Xác định số bậc thay đổi nồng độ (số đĩa lý thuyết)

2.1 Xác định chỉ số hồi lưu tối thiểu

Đường cân bằng lỏng hơi

Tra bảng IX.2a sổ tay tập II, ta có

3750

h kmol M

6250

h kmol M

W

W





Từ số liệu ở bảng trên ta vẽ được đồ thị t- x,y sau:

t

x, y

Với xF = 0,4196( phần mol) gióng lên đường cân bằng ta được y*F= 0.637 phần mol

Chỉ số hồi lưu tối thiểu của tháp chưng luyện:

637 , 0 983 , 0

F P

x y y x

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

β : hệ số hiệu chỉnh ( 1,2 → 2,5 )

Ứng với mỗi giá trị R > Rmin, ta dựng một đường làm việc tương ứng và tìm được một giá trị Nlt

Phương trình làm việc đoạn chưng:

- Phương trình làm việc đoạn luyện:

: lượng hỗn hợp đầu tính theo 1 đơn vị sản phẩm đỉnh

w x

x

R

f x

R

R f

1

1

x

R

x x R

R

y

422 , 2 931 , 47

109 , 116 '

Từ các đồ thị trên ta có bảng kết quả sau:

54,39

60,606

59,76

Xác định quan hệ giữa Rx và Nlt.(R+1) Ta thấy Rx = 2,23 có N.(R+1) giá trị nhỏ nhất ( thể tích tháp nhỏ nhất ) → Rth = 2,23

2.2 Phương trình làm việc của đoạn luyện

y =

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

x : nồng độ phần mol cấu tử dễ bay hơi trong pha lỏng chảy từ đĩa xuống

Trong đó Số đĩa đoạn chưng = 8

Số đĩa đoạn luyện = 8

x R

R f

.1





W x R

f

.1

1





422,2



f

II TÍNH ĐƯỜNG KÍNH THÁP

Đường kính tháp được tính theo công thức:

Dt= = 0,0188 (m) [ II 181 ]

Trong đó:

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

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

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

(ωtb.ρy)tb : tốc độ hơi trung bình đi trong tháp (kg/m2s)tb.ρy)tb : tốc độ hơi trung bình đi trong tháp (kg/m2s)y)tb : 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 trong mỗi một đoạn cho nên ta phải tính lượng hơi trung bình riêng cho từng đoạn

GR

gđ

GF

G1’, y1’ = yW

G1x1 = xF

GWxWg1, y1

tb tb

g

) (  



1.Tính đường kính đoạn luyện

Lượng hơi trung bình đi trong đoạn luyện

Lượng hơi trung bình đi trong đoạn luyện có thể tính bằng công thức sau:

gtb= kg/h [ II - 181]

Trong đó:

gtb: lượng hơi trung bình đi trong đoạn luyện

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

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

Lượng hơi đi vào đoạn luyện được xác định theo hệ phương trình cân bằng

và nhiệt lượng sau:(I) [II -182]

Trong đó:

g1: lượng hơi đối với đĩa thứ nhất của đoạn luyện (kmol/h)

y1: hàm lượng hơi đối với đĩa 1 của đoạn luyện (kmol/h)

G1: lượng lỏng đối với đĩa 1 của đoạn luyện ( kmol/h)

x1 = xF = 0,4196 phần mol

r1: ẩn nhiệt hóa hơi của hỗn hợp đi vào đĩa

rđ: ẩn nhiệt hóa hơi của cấu tử hỗn hợp hơi ra đỉnh tháp

P P l l l l

P l l

r g r g

x G x G y g

G G g

r1, rđ được xác định bởi công thức:

r1 = ray1 + (1-y1).rb

rđ = ra.yđ + (1 – yđ).rb

ra: ẩn nhiệt hóa hơi của benzen

rb: ẩn nhiệt hóa hơi của toluen

G1 = 104,199 (kmol/ h)

Giải hệ → g1 = 152,13 (kmol/ h)

90100

5,935

90

5 , 95 5

kg

(553,

)/

(971,34794)

/(333,

,34109

.(

983,0.931,474196,0

931,47

1 1

1 1

1 1

y g

G y g

G g l

y1 = 0,597 (phần mol)

Suy ra: r1 = 31764,891(kJ/kmol)

Lượng hơi trung bình đi trong đoạn luyện là:

gtb=

Lượng lỏng trung bình đi trong đoạn luyện là:

Tính khối lượng riêng trung bình

Đối với pha khí:

Trong đó :

MA, MB : khối lượng phân tử của rượu benzen và toluen

T : nhiệt độ làm việc trung bình của tháp ( oK )

ytbL: Nồng độ trung bình pha hơi trong đoạn luyện

) 13 , 152 817 , 154 ( 2

931,47.23,2199,1042

G G

4,22

.1

T

M y M

= = =2,722kg/m3

Đối với pha lỏng:

[II - 182]

ρy)tb : tốc độ hơi trung bình đi trong tháp (kg/m2s)xtb: khối lượng riêng của pha lỏng (kg/m3)

ρy)tb : tốc độ hơi trung bình đi trong tháp (kg/m2s)xtb1, ρy)tb : tốc độ hơi trung bình đi trong tháp (kg/m2s)xtb2: khối lượng riêng của benzen và toluen taị nhiệt độ trung bình ( kg/m3)

atb1: phần khối lượng của benzen trong pha lỏng (kg/kg)

Nồng độ mol trung bình trong pha lỏng của đoạn luyện:

Nội suy ở đồ thị t-x,y với xtbL = 0,701( phần mol) ta được ttb= 86,776oC.Tra [I.9 – I.2], ta có:

=>ρy)tb : tốc độ hơi trung bình đi trong tháp (kg/m2s)benzen=

=>ρy)tb : tốc độ hơi trung bình đi trong tháp (kg/m2s)toluen=

- nồng độ đoạn lỏng đoạn luyện tính theo phần khối lượng là:

atb1=

Vậy:

=>ρy)tb : tốc độ hơi trung bình đi trong tháp (kg/m2s)xtb= 805,512(kg/m3)

c Tính tốc độ hơi trong đoạn luyện

(ρy)tb : tốc độ hơi trung bình đi trong tháp (kg/m2s)y.ωtb.ρy)tb : tốc độ hơi trung bình đi trong tháp (kg/m2s)y)tb= 0,065.φ[σ] (kg/m2.s) [II - 184]

ρy)tb : tốc độ hơi trung bình đi trong tháp (kg/m2s)xtb, ρy)tb : tốc độ hơi trung bình đi trong tháp (kg/m2s)ytb: khối lượng riêng trung bình của pha lỏng và khí (kg/m3)

h: khoảng cách giữa các đĩa ,m, giá trị h chọn theo đường kính tháp như sau:

4 , 22

1

.

T

M y M

4,362.4,22

273.91.79,0178.79,

)/(1

2

1 1

a

xtb

tb xtb

4196 , 0 983 , 0

807 kg m3

)/(224,

801 kg m3

)/(68,02

98,038,0

68 , 0 1 546 , 807

68 , 0

h. 

D, m 0÷ 0,6 0,6÷1,2 1.2÷1,8 >1,8

h, m 0,25 0,3÷ 0,35 0,35÷ 0,45 0,45÷0,6Giả sử đường kính tháp nằm trong khoảng 1,2 – 1,8 (m) h = (0,350,45) chọn: h= 0,4

Nội suy ta có: σbenzen(ttb) =

Nội suy ta có: σtoluen(ttb) =

σ1 ,σ2 : sức căng bề mặt của benzen, toluen ở nhiệt độ trung bình

=>σhh= 10,27(dyc/cm)<20 =>φ[σ] = 0,8

Vậy vận tốc hơi đi trong tháp của đoạn luyện là:

(ρy)tb : tốc độ hơi trung bình đi trong tháp (kg/m2s)y.ωtb.ρy)tb : tốc độ hơi trung bình đi trong tháp (kg/m2s)y)tb= 0,065.0,8

Lượng hơi trung bình đi trong đoạn chưng :

gtb = gtbL [ytbL Mbenzen + (1 – ytbL ) Mtoluen]

=153,474.[0,79 78 +(1-0,79).91]= 12422,186(kg/h)

Đường kính đoạn luyện là:

D= 0,0188

Vậy h=0,4 m thỏa mãn 1,2 < D < 1,8

Quy chuẩn: đường kính đoạn luyện là: DL= 1,8(m)

Tốc độ hơi đi trong đoạn luyện:

2.Đường kính đoạn chưng

)(974,872

557,8039,95

) / ( 782 ,

782 , 20

1 303

, 20

1 1

1 1

2 1

) ( 69 , 1 54

, 1

186 , 12422 0188

, 0 )

g

tb y y

186 , 12422 8 , 1

0188 , 0

0188 ,

s m

Lượng hơi trung bình đi trong tháp ở đoạn chưng

' 1

' 1

' 1

' 1

' 1

' 1

r g r g r g

x G y g x G

G g G

n n

w w w w

r’1 = rA y’1 + ( 1 – y’1 ) rB

rA, rB : ẩn nhiệt hóa hơi của benzen và toluen ở tw= 109,496oC

r’1 : ẩn nhiệt hóa hơi của hỗn hợp ra khỏi đoạn chưng

y’1 = yW xác định theo đường cân bằng ứng với xW = 0,024

tra theo đồ thị cân bằng lỏng hơi ta được: yW = 0,0567 phần mol

Với tW = 109,496 oC ta ngoại suy theo số liệu bảng I.212- STQTTB Tập I.254 :

rbenzen=

rtoluen=

=>r’1=29260,969.0,0567+(1-0,0567).33356,688=33124,461(kJ/kmol)Thay các giá trị vào hpt ta được:

b.Tính khối lượng riêng trung bình

Nồng độ trung bình trong pha lỏng:

Nồng độ trung bình trong pha lỏng tính theo phần mol là:

kmol kJ

kg

601,

kmol kJ

kg

599,

13,152461,33124

024,0.184,680567

,0

184,68

'

1

' 1

' 1

g

g x

G

g G

2

)(G1 G F G1

2

07,214)109,116199,104

233 , 0 2

4196 , 0 046 , 0 2

'

1x F   

x

ttb= 101,012oC ( tra từ đồ thị t-x,y)

Tra [I.9 bảng I.2] và áp dụng công thức nội suy, ta có:

ρy)tb : tốc độ hơi trung bình đi trong tháp (kg/m2s)benzen=

ρy)tb : tốc độ hơi trung bình đi trong tháp (kg/m2s)toluen(61,532o)=

ta có: atbC=

Tương tự như ở đoạn luyện, ta có:

=

=>ρy)tb : tốc độ hơi trung bình đi trong tháp (kg/m2s)xtb=787,911 (kg/m3)

* Khối lượng riêng trung bình của pha hơi ở đoạn chưng:

Trong đó:

MA, MB : khối lượng phân tử của benzen và toluen

T : nhiệt độ làm việc trung bình của tháp ( oK )

ytbC : Nồng độ trung bình pha hơi trong đoạn chưng

791 kg m3

) / ( 887 ,

786 kg m3

) / ( 21 , 0 2

0393 , 0 38 , 0 2

tb

tb xtb

21 , 0 1 786 , 791

21 , 0

y tbC A tbC B

.4,22

273 1

Nội suy ta có: σbenzen(ttb) = 18,507( dyc/cm)

Nội suy ta có: σtoluen(ttb) = 19,407( dyc/cm)

y tbC A tbC B

.4,22

273 1

443 , 376 4 , 22

273 92 327 , 0 1 78 327

,

) ( 443 , 102 2

496 , 109 39 , 95

1507

,18

11

11

2 1

Đường kính tháp ở đoạn chưng là:

D= 0,0188

Quy chuẩn: Dc= 1,8 m

Vậy đường kính đoạn luyện là 1,8(m), đường kính đoạn chưng là 1,8(m), khoảng cách giữa các đĩa là h = 0,4(m)

Tốc độ hơi đi trong đoạn chưng:

III TÍNH CHIỀU CAO THÁP

1.Hệ số khuếch tán

1.1 Hệ số khuếch tán trong pha lỏng

a Hệ số khuếch tán trong pha lỏng ở 20oC:

Hệ số khuếch tán trong pha lỏng ở 20oC :

= [ m2/ s ] [II - 133]

A, B : Hệ số liên hợp của chất tan và dung môi

A = 1 ; B = 1[II - 134]

MA, MB : Khối lượng mol của benzen và toluen [ kg/ kmol ]

: Độ nhớt của dung môi ở 20oC [ kg/ m3 ]

μB = μtoluen(20o) = 0,586 (cP).[I - 91 ] B = μB = μtoluen(20o) = 0,586 (cP).[I - 91 ] toluen(20o) = 0,586 (cP).[I - 91 ]

vA, vB : Thể tích mol của benzen và toluen ( cm3/mol )

, 1

577 , 13026

m



)/(502,083

,2

577,13026

8,1

0188,0

0188,

s m

g

tbL C

6

.

1 1

10 1

B A

v v

B A

M M



B



n V i

: Độ nhớt của dung môi ở 20oC [ cp ]

: Khối lượng riêng của dung môi ở 20oC [ kg/m3 ]

ρy)tb : tốc độ hơi trung bình đi trong tháp (kg/m2s)B,20ºC = 866 kg/ m3[I - 9 ]

1.2 Hệ số khuếch tán trong pha hơi

Hệ số khuếch tán của khí trong khí:

.(

1 1

92

1 78

1 10 1

2 9 2

3 3

1

6

s m

C t

443,1022

496,10939,95

974 , 87 2

39 , 95 557 , 80

Dy = [ m2/s ] [II.127]

Trong đó :

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

T : Nhiệt độ tuyệt đối của hỗn hợp ( oK )

Hệ số khuếch tán trong pha hơi đoạn chưng: t = ttbC = 102,443 oC

Mhh : Trọng lượng phân tử của hỗn hợp khí

M1, M2 : Trọng lượng phân tử của các cấu tử khí thành phần

y : Nồng độ cấu tử tính bằng thể tích

Đoạn chưng : y = ytbC = 0,327 phần mol

Mhh = y M1 + (1-y) M2 = 0,327.78 + (1 – 0,327).92 =87,422 (kg/ kmol)

Từ t = ttbC = 103,445oC, nội suy theo bảng I.113 STQTTB I.115 có

B

v P

.10.0043,0

2 3 1 3 1

5 , 1 4

1.2

,11896

.1

443,375.10.0043,0

2 3 1 3

5 , 1 4







2 3 1 3

1

5 , 1 4

)2,11896

.(

1

974,360.10.0043,0





92

178





M y M