Thiết kế hệ thống tháp chưng cất benzentoluen loại đệm với năng suất F= 5,0 kgs

CHƯƠNG I: TỔNG QUAN 6 I. Mở đầu và giới thiệu hỗn hợp chưng luyện 6 1.Mở đầu 6 2. Giới thiệu hỗn hợp chưng luyện 7 II. Vẽ và thuyết minh dây chuyền công nghệ 9 1. Sơ đồ dây chuyên công nghệ 9 2. Thuyết minh dây chuyền 10 PHẦN IITÍNH TOÁN THIẾT BỊ CHÍNH 13 I. CÂN BẰNG VẬT LIỆU TOÀN THIẾT BỊ 13 1. Thông số ban đầu: 13 2.Tính cân bằng vật liệu 13 CHƯƠNG I: TỔNG QUAN 6 I. Mở đầu và giới thiệu hỗn hợp chưng luyện 6 1.Mở đầu 6 2. Giới thiệu hỗn hợp chưng luyện 7 II. Vẽ và thuyết minh dây chuyền công nghệ 9 1. Sơ đồ dây chuyên công nghệ 9 2. Thuyết minh dây chuyền 10 PHẦN IITÍNH TOÁN THIẾT BỊ CHÍNH 13 I. CÂN BẰNG VẬT LIỆU TOÀN THIẾT BỊ 13 1. Thông số ban đầu: 13 2.Tính cân bằng vật liệu 13 CHƯƠNG I: TỔNG QUAN 6 I. Mở đầu và giới thiệu hỗn hợp chưng luyện 6 1.Mở đầu 6 2. Giới thiệu hỗn hợp chưng luyện 7 II. Vẽ và thuyết minh dây chuyền công nghệ 9 1. Sơ đồ dây chuyên công nghệ 9 2. Thuyết minh dây chuyền 10 PHẦN IITÍNH TOÁN THIẾT BỊ CHÍNH 13 I. CÂN BẰNG VẬT LIỆU TOÀN THIẾT BỊ 13 1. Thông số ban đầu: 13 2.Tính cân bằng vật liệu 13

Cộng Hòa Xã Hội Chữ Nghĩa Việt Nam

Độc Lập - Tự Do - Hạnh Phúc

Bộ Công ThươngTrường ĐH Công Nghiệp Hà Nội

-o0o -ĐỒ ÁN MÔN HỌC QUÁ TRÌNH VÀ THIẾT BỊ

Sinh viên : Ngyễn Thị Hường

Lớp : ĐH CN Hóa 4– K6

Khoa : Công Nghệ Hóa Học

Giáo viên hướng dẫn : Phan Thị Quyên

NỘI DUNG ĐỒ ÁN

Thiết kế hệ thống tháp chưng cất benzen-toluen loại đệm với năng

suất F= 5,0 kg/s.Nồng độ đầu a F = 31%, nồng độ đỉnh a P= 97 %, nồng

độ đáy a W= 0.5% (tất cả tính theo phần trăm phần khối lượng ).Hệ thống

làm việc ở áp suất thường

MỤC LỤC

CHƯƠNG I: TỔNG QUAN 4

I Mở đầu và giới thiệu hỗn hợp chưng luyện 4

1.Mở đầu 4

2 Giới thiệu hỗn hợp chưng luyện 5

II Vẽ và thuyết minh dây chuyền công nghệ 7

1 Sơ đồ dây chuyên công nghệ 7

2 Thuyết minh dây chuyền 8

PHẦN II-TÍNH TOÁN THIẾT BỊ CHÍNH 11

I CÂN BẰNG VẬT LIỆU TOÀN THIẾT BỊ 11

1 Thông số ban đầu: 11

2.Tính cân bằng vật liệu 11

3 Chỉ số hồi lưu tối thiểu (Rmin) 12

4.Xác định chỉ số Rth 13

II-TÍNH ĐƯỜNG KÍNH THÁP CHƯNG LUYỆN 14

1.Lượng hơi trung bình đi trong tháp 15

1.1.Lượng hơi trung bình đi trong đoạn luyện 15

1.2 Lượng hơi trung bình đi trong đoạn chưng 16

2 Tính khối lượng riêng trung bình 17

3.Tính tốc độ của khí và hơi đi trong tháp đệm 20

3.1.Tốc độ khí và lỏng đi trong đoạn chưng 20

3.2 Tốc độ của khí hơi đi trong đoạn luyện 21

4 Đường kính của tháp 22

III CHIỀU CAO THÁP CHƯNG LOẠI ĐỆM 23

1.Tính chiều cao của 1 đơn vị chuyển khối đối với pha hơi & pha lỏng của tháp 23

1.1.Chuẩn số Renold của pha hơi và pha lỏng 24

1.2 Hệ số khuếch tán của pha lỏng và pha hơi 25

1.3.Tính chuẩn số Prant(Pr) 27

1.4.Tính hệ số thấm ướt ψ 28

1.5.Tính giá trị h1, h2 29

2) Tính số đơn vị chuyển khối 29

3) Xác định chiều cao của một đơn vị chuyển khối: 32

4) Chiều cao toàn tháp: 32

IV.TÍNH TRỞ LỰC CỦA THÁP 33

1.Trở lực tháp đệm của đoạn chưng 34

2.Trở lực tháp đệm của đoạn luyện 34

VI.TÍNH CÂN BẰNG NHIỆT LƯỢNG 35

1.Cân bằng nhiệt lượng của thiết bị đun sôi hỗn hợp đầu 35

2 Cân bằng nhiệt lượng của tháp chưng luyện 38

3.Cân bằng nhiệt lượng cho thiết bị ngưng tụ : 40

4.Cân bằng nhiệt lượng tại thiết bị làm lạnh : 41

PHẦN III-TÍNH TOÁN THIẾT BỊ PHỤ 42

I THIẾT BỊ GIA NHIỆT HỖN HỢP ĐẦU 42

1.Hiệu số nhiệt độ trung bình giữa hai lưu thể 42

2.Tính lượng nhiệt trao đổi Q 42

3 Hệ số cấp nhiệt từng lưu thể 43

3.1 Hệ số cấp nhiệt phía hơi nước ngưng tụ 43

3.2.Tính hệ số cấp nhiệt (α2) 43

4 Bề mặt truyền nhiệt 46

5 Số truyền nhiệt 46

6)Đường kính trong của thiết bị 46

7)Tính lại vận tốc và chia ngăn 46

II THIẾT BỊ GIA NHIỆT HỖN HỢP ĐÁY 46

1.Hiệu số nhiệt độ trung bình của hỗn hợp là: 46

2.Lượng nhiệt trao đổi : 47

3 Hệ số cấp nhiệt từng lưu thể 47

3.1 Hệ số cấp nhiệt phía hơi nước ngưng tụ 47

3.2.Tính hệ số cấp nhiệt (α2) 48

4 Bề mặt truyền nhiệt 50

5 Số ống truyền nhiệt 50

6)Đường kính trong của thiết bị 50

7)Tính lại vận tốc và chia ngăn 51

III TÍNH TOÁN BƠM VÀ THÙNG CAO VỊ 51

1.Chiều cao thùng cao vị 51

1.1.Trở lực của ống từ thiết bị gia nhiệt hỗn hợp đầu tới tháp 51

1.2.Trở lực của đoạn ống từ thùng cao vị dến thiết bị gia nhiệt hỗn hợp đầu 53

1.3 Trở lực của thiết bị gia nhiệt hỗn hợp đầu 55

1.4 Chiều cao của thùng cao vị so với đĩa tiếp liệu 57

2.Tính toán bơm 58

PHẦN IV TÍNH TOÁN CƠ KHÍ : 62

1 Tính toán thân tháp : 62

1.1 Chọn vật liệu làm thân tháp : 62

1.2.Tính toán sức bền vật liệu : 62

1.3.Tính chiều dày thân hình trụ hàn: 63

2 Tính đường kính ống dẫn : 64

2.1.Đường kính ống dẫn sản phẩm đỉnh: 65

2.2.Đường kính ống dẫn hồi lưu sản phẩm đỉnh : 65

2.3 Đường kính ống dẫn hỗn hợp đầu 66

2.4 Đường kính ống dẫn sản phẩm đáy : 67

2.5 Đường kính ống dẫn hồi lưu sản phẩm đáy : 67

3 Tính chiều dày đáy và nắp thiết bị : 68

3.1 Chiều dày nắp : 68

3.2 Chiều dày đáy thiết bị : 69

4 Tính toán bích và số bulong : 70

5.Tính lưới đỡ đệm,dầm đỡ đệm, đĩa phân phối chất lỏng : 71

5.1 Đoạn chưng, đoạn luyện 71

6.Tính chân đỡ và tai treo của thiết bị: 77

6.1 Khối lượng của đáy và nắp: 77

6.2 Khối lượng của thân tháp: 77

6.3.Khối lượng của cột chất lỏng ở trong tháp: 77

6.4.Khối lượng của lớp đệm : 77

6.5.Khối lượng của bích, bulong, ống nối, đĩa tiếp liệu… 78

6.6.Chọn tai treo và chân đỡ: 78

7 Chọn kính quan sát 79

PHẦN V:KẾT LUẬN 81

Tài liệu tham khảo 82

CHƯƠNG I: TỔNG QUAN

I Mở đầu và giới thiệu hỗn hợp chưng luyện

1.Mở đầu

Ngày nay cùng với sự phát triển vượt bậc của nền công nghiệp thế

giới và nước nhà, các ngánh công nghiệp nhất là công nghiệp hóa chất vàthực phẩm vần thiết nhiều hóa chất có độ tinh khiết cao Để đạt được điềunày người ta thường tiến hành phân tách các cấu tử ra khỏi hỗn hợp đầu,trong đó chưng cất là một trong những phương pháp được sử dụng phổbiến hiện nay

a.Khái niệm: Chưng luyện là quá trình dùng nhiệt để tách một

phần hỗn hợp lỏng ra thành các cấu tử riêng biệt dựa vào độ bayhơi khác nhau của chúng trong hỗn hợp ở cùng nhiệt độ đo.Phương pháp này ứng dụng để tách hỗn hợp các cấu tử dễ bay hơi

có tính chất hòa tan hoàn toàn hoặc một phần vào nhau Hỗn hợpnày có thể chỉ có hai cấu tử hoặc nhiều hơn Với hệ hai cấu tử sẽthu được sản phẩm đỉnh gồm phần lớn là cấu tử dễ bay hơi và sảnphẩm đáy chứa đa phần là cấu tử khó bay hơi

- Đối với hệ benzen-toluen:

+sản phẩm đỉnh chủ yếu là benzen và một ít toluen

+ sản phẩm đáy chủ yếu là toluen và một ít benzen

b.Phương pháp chưng luyện:

Trong sản xuất ta thường gặp các phương pháp chưng khác nhaunhư : chưng đơn giản, chưng bằng hơi nước trực tiếp, chưng chân không

và đặc biệt hơn là chưng luyện

Chưng luyện là phương pháp thông dụng dùng để tách hoàn toànhỗn hợp các cấu tử dễ bay hơi có tính chất hòa tan một phần hoặc hòa tanhoàn toàn vào nhau.Chưng luyện ở áp suất thấp dùng cho các hỗn hợp dễ

bị phân hủy nhiệt ở nhiệt độ cao ,các cấu tử dễ bay hơi và ngược lại

c.Điều kiện chưng luyện:

- các cấu tử dễ bay hơi có tính chất hòa tan vào nhau

- các cấu tử có nhiệt độ sôi khác xa nhau

d.Tháp chưng luyện: tháp đệm:

-Cấu tạo: + thân tháp hình trụ có thể có một hay nhiều đoạn ghép vớinhau bằng mặt bích hay bằng cách hàn

+ trong tháp người ta đổ đầy đệm, ngoài ra còn có bộ phậnphân phối chất lỏng để tránh xảy ra hiệu ứng

- Nguyên lí làm việc: người ta cho chất lỏng chảy từ trên xuống sẽlàm ướt bề mặt đệm và tích tụ trong lớp đệm Khí đi từ dưới lêntiếp xúc với chất lỏng ở bề mặt các hạt đệm và ở khoảng trốnggiữa các hạt đệm tạo thành các bọt khí

- Ưu điểm: + có bề mặt tiếp xúc pha lớn, hiệu suất cao

+ cấu tạo đơn giản

+ trở lực trong tháp không lớn lắm

+ giới hạn làm việc tương đối rộng

- Nhược điểm: khó làm ướt đều đệm do đó nếu tháp cao thì chấtlỏng phân bố không đều

- Ứng dụng: sử dụng trong quá trình hấp thụ, hấp phụ, chưng luyện

và các quá trình khác

Đồ án môn Quá trình và Thiết bị bước đầu giúp sinh viên làm quenvới việc tính toán và thiết kế một dây chuyền sản xuất, mà cụ thể trong đồ

án này là hệ thống chưng luyện liên tục

2 Giới thiệu hỗn hợp chưng luyện

a Benzen

Benzen là hợp chất vòng thơm, đó là một chất lỏng không màu, có mùi thơm nhẹ đặc trưng, nhẹ hơn nước,không phân cực vì vậy tan tốt trong các dung môi hữu cơ không phân cực, đồng thời là một dung môi tốt cho nhiều chất như Iot, lưu huỳnh, chất béo…

- Tính chất vật lý: + sôi ở nhiệt độ tso=80,10C ở 1 at

+ đông đặc ở t0

đ=5,5oC + tỷ khối d20

4=0,879

- Tính chất hóa học: Benzen là một hợp chất vòng bền vững, tương đối dễ tham gia phản ứng thế, khó tham gia phản ứng cộng, OXH Đặc tính hóa học này gọi là tính thơm.CTPT là C6H6

+ phản ứng thế nguyên tử C6H6 của vòng benzen với

halogen (Cl, Br, )hoặc với HNO3

+ phản ứng oxi hóa hoàn toàn (phản ứng cháy):

C6H6 + 15/2O2  6CO2 +3H2O

- Ứng dụng: Benzen dùng để điều chế nitro benzen, anilin, tổng hợp phẩm nhuộm,dược phẩm…Clobenzen là dung môi tổng hợp DDT, hexacloaran (thuốc trừ sâu), Stiren (monome để tổng hợp chất dẻo) và nhiều sản phẩm quan trọng khác Benzen còn được dùng làm dung môi…

- Điều chế:

+ Từ thiên nhiên: thông qua các hidrocacbon ít được điều chế trong phòng thí nghiệm nên có thể thu được lượng lớn bằng phương pháp chưng cất than đá, dầu mỏ

+ Đóng vòng và đề hidro hóa ankan

+ Các ankan có thể tham gia đóng vòng và đề hidro hóa tạo thành hidrocacbon thơm ở nhiệt độ cao và có mặt xúc tác như Cr2O3hay các kim loại chuyển tiếp như Pd, Pt

CH3 (CH2 )CH3 C6H6

+ Đề hidro hóa: các xicloankan có thể bị đề hidro hóa ở nhiệt độ cao với sự có mặt của các xúa tác kim loại chuyển tiếp tạo thành benzen hay các dẫn xuất của benzen: C6H12 C6H6

+ Đi từ axetilen: đun axetan trong sự có mặt của xúc tác là than hoạt tính hay phức của niken như Ni(CO)[(C H5)P]

6 sẽ thu được benzen:

benzen làm dung môi trong phòng thiis nghiệ và trong công nghiệp

- Tính chất vật lý: + sôi ở nhiệt độ tso= 111o C

+ tỷ khối d20

4=0,866 + nóng chảy ở t nc=-95o C

- Tính chất hóa học: CTPT là C6H5CH3

+ toluen có khả năng làm mất màu dd KMnO4

+ phản ứng với Brom khan :

C6H5CH3 + Br2 C6H4CH3Br(1) + HBr

C6H5CH3 + Br2C6H4CH3Br(2) + HBr

Thực nghiệm cho thấy phản ứng thế vào vòng bnzn của toluen dễhơn benzen neenn phản ứng ưu tiên thế vào vị trí o-, p- nên toluen

có nhóm đẩy e vào trong vòng benzen làm cho vòng bennzen giàu

e nên khả năng thế dễ hơn benzen

+ khi ankylbenzen phản ứng với clo(khí) và brom(khan) (đk: askt) thì phản ứng thế vào nhóm ankyl khoongthees vào nhóm benzen:

Toluen được dùng rộng rãi trong xả sơn xe hơi và sơnđồ đạc trong nhà, sơn tàu biển Nó cũng được dùng làm chất pha loãng và

là 1 thành phần trong sản xuất tẩy rửa

+ keo dán: vì toluen có khả năng hòa tan mạnh nên nó được dùng trong sản xuất keo dán và các sản phẩm cùng loại, dùng trong keo dán cao su, xi măng cao su

+ phụ gia cho nhiên liệu: toluen được dùng làm cải thiện chỉ số octan của xăng dầu và làm chất mang phụ gia cho nhiên liệu thông thường, khi thêm chỉ 1 lượng tương đối nhỏ

Toluen vào xăng dầu sẽ làm tăng đáng kể chỉ số octan của nhiên liệu

+ các ứng dụng khác: sản xuất thuốc nhuộm, y khoa, nước hoa, mực in,…

- Điều chế: từ benzen ta có thể điều chế được các dẫn xuất của benzen như toluen bằng phản ứng Friedel-Craffs (phản ứng ankyl hóa

benzen bằng dẫn xuất ankyl halogen với sự có mặt của xúc tác AlCl3khan):

C6H6 + CH3Cl C6H5CH3+ HCl

Vì vậy, cả benzen và toluen đều đóng vai trò quan trọng trong công nghiệp hóa học.

II Vẽ và thuyết minh dây chuyền công nghệ

1 Sơ đồ dây chuyên công nghệ

Thiết

bị đunsôihỗnhợpđầu

4:Lưulượngkế

5:Thápchưngluyện

6:Thiếtbịngưngtụ

7:Thiết

bị làm

lạnh

8:Bểchứasảnphẩmđỉnh

9:Bểchứasảnphẩmđáy

10:Thiết

bị đunsôi đáytháp

11 Cốctháonướcngưng

12 :Bơm litâm

2 Thuyết minh dây chuyền

Nguyên liệu đầu được chứa trong thùng chứa (2) và được bơm (12)bơm lên thùng cao vị (1) Hỗn hợp đầu từ thùng cao vị tự chảy xuốngthiết bị đun sôi hỗn hợp đầu (3) lưu lượng được khống chế bằng cáchđiều chỉnh hệ thống van và lưu lượng kế (4) hơi nước bão hòa từ nồi hơivào đun sôi hỗn hợp đầu đến nhiệt độ sôi sau khi đạt tới nhiệt độ sôi hỗnhợp này được đưa vào đĩa tiếp liệu của tháp chưng luyện (5) loạiđệm.Trong tháp hơi đi từ dưới lên tiếp xúc trực tiếp với lỏng chảy từ trênxuống, tại đây xảy ra quá trình bốc hơi và ngưng tụ nhiều lần Theo chiềucao của tháp, càng lên cao thì nhiệt độ càng thấp nên khi hơi đi qua cáctầng đệm từ dưới lên , cấu tử có nhiệt độ sôi cao sẽ ngưng tụ.Quá trìnhtiếp xúc lỏng hơi trong tháp diễn ra liên tục làm cho trong pha hơi cànggiầu cấu tử dễ bay hơi Cuối cùng trên đỉnh tháp ta sẽ thu được hầu hết làcấu tử dễ bay hơi (cụ thể ở đây là benzen) và một phần cấu tử khó bay hơi(toluen) Hỗn hợp hơi này được đưa vào thiết bị ngưng tụ (6) và tại đây

nó được ngưng tụ hoàn toàn (tác nhân là nước lạnh) Một phần chất lỏngsau khi ngưng tụ được đưa hồi lưu trở về tháp chưng luyện và cũng đượckhống chế bằng lưu lượng kế , phần còn lại đạt yêu cầu sẽ được đưa vàothiết bị làm lạnh (7) để làm lạnh đến nhiệt độ cần thiết sau đó được đưavào thùng chứa sản phẩm đỉnh (8)

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 càngnhiều , cuối cùng ở đáy tháp ta thu được hỗn hợp lỏng gồm hầu hết là cấu

tử khó bay hơi (toluen) và một phần rất ít cấu tử dễ bay hơi (benzen), hỗnhợp lỏng được đưa ra khỏi đáy tháp qua thiết bị phân dòng, một phầnđược đưa ra thùng chứa sản phẩm đáy (9) , một phần được đưa vào thiết

bị đun sôi đáy tháp (10) và một phần được hồi lưu trở lại đáy tháp.Thiết

bị này có tác dụng đun sôi tuần hoàn và bốc hơi sản phẩm đáy (tạo dònghơi đi từ dưới lên trong tháp) Nước ngưng của thiết bị gia nhiệt đượctháo qua thiết bị tháo nước ngưng ( 11),Tháp chưng luyện làm việc ở chế

độ liên tục, hỗn hợp đầu vào và sản phẩm được lấy ra liên tục

Khi vận tốc khí bé lực hút phân tử lớn hơn và vượt lực ỳ Lúc này quátrình chuyển khối được xác định bằng dòng khuếch tán phân tử Tăng vậntốc lực lỳ trở lên cân bằng với lực hút phân tử Quá trình chuyển khối lúcnày không chỉ được quyết định bằng khuếch tán phân tử mà cả bằng cảkhuếch tán đối lưu Chế độ thủy động này gọi là chế độ quá độ Nếu ta

tiếp tục tăng vận tốc khí lên nữa thì chế độ quá độ chuyển sang chế độchảy xoáy Trong giai đoạn này quá trình khuếch tán sẽ được quyết địnhbằng khuếch tán đối lưu.

Nếu ta tăng vận tốc khí lên đến một giới hạn nào đó thì sẽ xảy ra hiệntượng đảo pha Lúc này chất lỏng sẽ chiếm toàn bộ chiều cao tháp và trởthành pha liên tục, còn pha khí khuếch tán vào trong pha lỏng và trởthành pha phân tán Vận tốc khí ứng với thời điểm này gọi là vận tốc đảopha Khí sục vào lỏng và tạo thành bọt khí vì thế trong giai đoạn này chế

độ làm việc trong tháp gọi là chế độ sủi bọt Ở chế độ này vận tốc chuyểnkhối nhanh đồng thời trở lực cũng tăng nhanh

Trong thực tế, ta thường cho tháp đệm làm việc ở chế độ màng có vận tốc nhỏ hơn vận tốc đảo pha một ít vì quá trình chuyển khối trong giai đoạn sủi bọt là mạnh nhất nhưng vì giai đoạn đó khó khống chế quá trình làm việc

PHẦN II-TÍNH TOÁN THIẾT BỊ CHÍNH

Các số liệu ban đầu: chưng hỗn hợp benzen-toluen( Thiết bị tháp đệm)-Năng suất tính theo hỗn hợp đầu F=5,0 kg/s=18000 kg/h

-Nồng độ cấu tử dễ bay hơi trong:

+ hỗn hợp đầu: a F = 31 %phần khối lượng

+ Sản phẩm đỉnh:a P = 97 % phần khối lượng

+ Sản phẩm đáy: a W = 0 5 %phần khối lượng

-Tháp làm việc ở áp suất thường

-Hỗn hợp đầu được gia nhiệt tới nhiệt độ sôi

I CÂN BẰNG VẬT LIỆU TOÀN THIẾT BỊ

1 Thông số ban đầu:

Gọi F là lưu lượng hỗn hợp đầu (kg/h,kmol/h)

P là lưu lượng sản phẩm đỉnh(kg/h,kmol/h)

W là lưu lượng sản phẩm đáy(kg/h,kmol/h)

aF :là nồng độ hỗn hợp đầu (% khối lượng)

2.Tính cân bằng vật liệu

Phương trình cân bằng viết cho toàn tháp:

F= P + W (1) Phường trình cân bằng vật liệu tính cho cấu tử nhẹ:

5 0 31

a a

a a F P

W P

Tính nồng độ phần mol của cấu tử Axeton:

Thành phần mol trong hỗn hợp đầu:

346 0 92

31 0 1 78

31

0 78

31 0

− +

=

− +

=

B

F A

F A F F

M

a M

a M

a

Thành phần mol trong sản phẩm đỉnh:

W P W F W

W a

a

P a

974 0 92

97 0 1 78

97

0 78

97 0

+

=

− +

=

B

P A

P A P P

M

a M

a M

a

Thành phần mol trong sản phẩm đáy:

0059 0 92

005 0 1 78

005

0 78

005 0

+

=

− +

=

B

W A

MP = xP MA + (1- xP )MB = 0,974.78+(1-0,974)92=78,364(kg/kmol)-Trong sản phẩm đáy:

MW = xW MA + (1- xW )MB = 0,0059.78+(1-0,0059)92=91,9174(kg/kmol)Lưu lượng tính theo kmol/h là:

538 , 206 151 , 87

0059 , 0 346 , 0 538 ,

W F

x x

x x F

022 , 134 558 , 72 58 ,

Nồng độphần mol

Lưu lượng(kg/h)

Lưu lượng(kmol/h)

3 Chỉ số hồi lưu tối thiểu (R min)

Dựng đường cân bằng theo số liệu đường cân bằng sau:

F F

F p

x y

y x

346 , 0 5607 , 0

5607 , 0 94 , 0

* Ở đây ta có phương trình đoạn luyện và đoạn chưng như sau:

- Phương trình đoạn luyện:

f x R

Từ đó ta vẽ được đồ thị xác định số đĩa lý thuyết theo số bậc thay đổinồng độ như sau:

Dựa vào đồ thị ta có kết quả sau:

Số ngăn lý thuyết đoạn chưng là:7

Số ngăn lý thuyết đoạn luyện là:7

II-TÍNH ĐƯỜNG KÍNH THÁP CHƯNG LUYỆN

Công thức tính đường kính tháp chưng luyện loại đệm :

ytb ytb

tb ytb

g W

G

D

.

0188 , 0

Wytb: tốc độ của khí và hơi(m/s)

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

ytb

ytb.W

ρ : tốc độ hơi trung bình đi trong tháp (kg/m2s)

Vì lượng hơi đi và lượng lỏng thay đổi theo chiều cao của tháp vàkhác nhau trong mỗi đoạn nên ta phải tính hơi trung bình cho từng đoạn

1.Lượng hơi trung bình đi trong tháp

1.1.Lượng hơi trung bình đi trong đoạn luyện

Lượng hơi trung bình đi trong đoạn luyện được tính gần đúng bằngtrung bình cộng của lượng hơi đi ra khỏi đĩa trên cùng của tháp và lượnghơi đi vào đĩa dưới cùng của đoạn luyện

21

g g

+ gtb :lượng hơi trung bình của đoạn luyện (kg/h)

+ gđ : lượng hơi đi ra khỏi đĩa trên cùng của đoạn luyện (kg/h);

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

* Lượng hơi đi ra khỏi đỉnh tháp :

gđ = GR + GP = GP(Rth + 1) (STQTTB 181)

* Lượng hơi đi vào đoạn luyện:

Lượng hơi g1, hàm lượng hơi y1, lượng lỏng của đĩa thứ nhất của đoạnluyện G1 được xác định theo hệ phương trình cân bằng vật liệu và nhiệtlượng cho đoạn luyện :

P P P

r g

r

g

a G a G y

G G

1

1

1 1 1

rA ; rB : lần lượt là ẩn nhiệt hóa hơi của benzen và toluen nguyên chất (kJ/kg)

Từ xF= 0,0059 nội suy đồ thị t-x,y suy ra nhiệt độ tF = 97o C Tra bảng I.212 [STQTTB T1-254] với nhiệt độ hỗn hợp đầu 0

F

t ta được:

rA = 91,025 ( Kcal/kg) = 381,1 (KJ/kg)

rB = 88,36( Kcal/kg) = 369,95(KJ/kg )

→ r1 = 381,1y1 + 369,95( 1-y1) =11,15y1+369,95 (*)

Từ xP = 0.974 nội suy đồ thị t-x,y suy ra nhiệt độ của hỗn hợp đỉnh

tP= 80,70C, nội suy từ bảng I.212 [STQTTB T1 -254] với nhiệt độ hỗn hợp đỉnh tP ta được:

1

tb

g g

n: lượng hơi đi ra khỏi đoạn chưng ( kg/h)

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

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

' 1

'

1

1

' 1

' 1

'

1

' 1

'

1

n n

w w w

w

r g r g r

g

x G y

g x

G

G g G

[STQTTB T2-182]

Trong đó:

- G’1: lượng lỏng đi vào đoạn chưng(kg/h)

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

- x’1 : hàm lượng lỏng(phần khối lượng)

- xw : thành phần cấu tử dễ bay hơi (benzen ) trong sản phẩm đáy ;

- r1 : ẩn nhiệt hóa hơi của hỗn hợp hơi đi vào lớp đệm trên cùng của đoạn chưng (KJ/kg)

- rA : ẩn nhiệt hóa hơi của benzen (KJ/kg)

- rB : ẩn nhiệt hóa hơi của toluen (KJ/kg)

0118 , 0

− +

=

B A

A w

M M

M y

Mặt khác ta có:

B n n

A n

B A

r y y

r r

r y y

r r

) 1 (

) 1 ( ' '

'

' 1

' 1

'

1

− +

=

− +

, 24034 2

' 1

'

2 Tính khối lượng riêng trung bình

a) Đối với pha hơi :

*Đoạn luyện :

) 273 6 , 85 (

4 , 22

273 92 ).

75 , 0 1 ( 78 75 , 0

4 , 22

273 ) 1 (

m kg T

M y M

y

L

B tbA A

tbA

+

− +

=

− +

*Đoạn chưng:

) 273 95 , 99 (

4 , 22

273 92 ).

2625 , 0 1 ( 78 2625 , 0

4 , 22

273 ) 1 (

m kg T

M y M

y

C

B tbC A

tbC

+

− +

=

− +

1 1 '

ρρ

ρ

− +

- a tb: phần khối lượng trung bình của cấu tử benzen

-ρxtbA: khối lượng riêng của cấu tử benzen (kg/m3)

-ρxtbB: khối lượng riêng của cấu tử toluen (kg/m3)

ρρ

ρ

− +

=0,677(phần mol)

Nội suy từ đồ thị t-x,y t0tbL = 87 , 3980C

Theo bảng I.2 trong (STQTTBT1-9) ta nội suy được:

, 800

64 , 0 1 862 , 806

64 , 0

xtbL

=

− +

ρρ

ρ

−+

1 '

Nội suy từ đồ thị t-x,y ta có t0tbC = 102 , 890C

Theo bảng I.2 trong (STQTTBT1-9) ta nội suy được:

159 , 0 1 532 , 789

159 , 0

m kg

xtbC

=

− +

=

ρ

3.Tính tốc độ của khí và hơi đi trong tháp đệm

Có rất nhiều cách tính tốc độ của hơi đi trong tháp đệm nhưng ta tính dựavào vận tốc đảo pha Khi đó W=(0.80.9)W’

s

Công thức tính vận tốc đảo pha :

16 0 3

2 '

ytb d S

V g

y W Y

µ

µ ρ σ

Y = 1 , 2 e−4X [STQTTBT2- 187]

8

1 4

1

x

G

G X

ρ ρ

3.1.Tốc độ khí và lỏng đi trong đoạn chưng

-Độ nhớt hỗn hợp lỏng của đoạn chưng :

B tbC

A tbC

2652 , 0 lg ).

1823 , 0 1 ( 2549 , 0 lg 1823 , 0 lg

=

⇒

− +

, 36344 765

, 17497 2

1 '

886 , 2 558 , 6

978 ,

1 4

1 8

1 4

xC

G

G X

ρ ρ

,

1

1324 , 0 005

, 1

2633 , 0 566 , 785 92 , 0 10

886 , 2 300

.

.

'

16 , 0 3

2 ' 16 , 0 3

2

'

s m W

W V

xtbC xtbc

đ

ytbC đ SC

ρ δ

Lấy W C = 0 , 8 W'SC = 0 , 8 1 , 0766 = 0 , 8613 (m/s)

3.2 Tốc độ của khí hơi đi trong đoạn luyện

+Độ nhớt của hỗn hợp lỏng đoạn luyện :

lg µtbL =x tbL lg µA + ( 1 −x tbL) lg µB

Trong đó :

xtbL=0,677 : nồng độ phần mol của benzen ở đoạn luyện(phần mol)

μA ; μB : lần lượt là độ nhớt của 2 cấu tử benzen và toluen ở nhiệt độ

=

µ

µ

Từ bảng I.102 STQTTBT1-94 tìm được μ = 1,005 (cp )

GxL= 16983 , 88

2

895 , 2 12 , 5689 765

, 17497 2

77 , 2 22673

88 ,

1 4

1 8

1 4

1922 , 0 005

, 1

2975 , 0 6 , 804 9 , 0 10

77 , 2 400

.

.

'

16 , 0 3

2 ' 16 , 0 3

2 '

s m W

W V

xtbL xtbL

đ

ytbL đ Sl

ρ δ

22673 0188

, 0

0118 ,

W

g D

L ytbL

4725 , 23610 0118

, 0

g D

C ytbC

tb

ρDựa vào kết quả nhận được chọn đường kính theo bảng quy chuẩn chotháp ( STQTTBT2-359)

Ta có DL= DC=1,8 (m)

Khi đó vận tốc của hơi đi trong tháp sẽ là:

8 , 1

832 , 1 8896 , 0

2

s m

832 , 1 8613 , 0

2

s m

III CHIỀU CAO THÁP CHƯNG LOẠI ĐỆM

Có rất nhiều phương pháp để tínhchiều cao của tháp đệm ở đây ta tínhtheo số đơn vị chuyển khối

*Chiều cao làm việc của tháp đệm :

H = hđv.my

[STQTTBT2-175]

Trong đó :

−hđv : chiều cao của một đơn vị chuyển khối (m)

−my :số đơn vị chuyển khối tính theo pha hơi

dy m

−h1 là chiều cao của 1 đơn vị chuyển khối đối với pha hơi (m)

−h2 là chiều cao của 1 đơn vị chuyển khối đối với pha lỏng (m)

( ) ( )m h

m a

V h

x x

x x

y y

đ đ

5 , 0 25 , 0 3 2

2

3

2 25 , 0 1

Pr Re 256

Pr Re

- ρx: Khối lượng riêng của lỏng(kg/m3)

- ψ : hệ số thấm ướt của đệm, nó phụ thuộc vào tỷ số giữamật độ tưới thực tế lên tiết diện ngang của tháo và mật độ tướithích hợp

1.Tính chiều cao của 1 đơn vị chuyển khối đối với pha hơi & pha lỏng của tháp

( )m a

ψ σ

2 =256 ρµ  Re Pr

1.1.Chuẩn số Renold của pha hơi và pha lỏng

x đ t

x x

F

G

µ

σ

04 , 0

Re =

+ (STQTTBT2-178)

+

đ y

s y yc

W

σ µ

ρ

.

4 , 0 Re

Gx ,Gy : Lưu lượng lỏng và lưu lượng hơi trung bình(Kg/s)

a, Đoạn chưng :

*Đối với pha lỏng:

GxC= 35921,355(kg/h)=9,978(Kg/s)

xC đ t

xC xC

978 , 9 04 , 0

.

04 , 0

xC đ t

xC xC

F

G

µ δ

*Đối với pha hơi:

'

0, 4 Re

.

yc sc yc

66 , 458 300

10 03 , 9

0766 , 1 886 , 2 4

,

0

Re

) / ( 10 03 , 9 3 - 0,0089.10

92 ).

2625 , 0 1 ( 10 0095 , 0

78

2625 0

325 , 88 )

1 (

3

2 6

=

− +

A tbC

C

M y

M

y

M

µ µ

xL xL

72 , 4 04 , 0

.

04 , 0

xL đ t

xL xL

F

G

µ

*Đối với pha hơi:

μyL được tính theo công thức:

(1 ).

tbL A tbL B L

Nội suy theo đồ thị (t-x,y) ta có t=90,78oC

Dựa vào toán đồ I.35- STQTTBT1-117:

⇒μA = 0,0094.10-3 (Ns/m2)

⇒μB = 0,0085.10-3(Ns/m2)

48 , 337 400 10 127

,

9

112 , 1 77 , 2 4

,

0

Re

) / ( 10 127 , 9 3 - 0,0085.10

92 ).

75 , 0 1 ( 10 0094 , 0

78

75 0

5 , 81 )

1 (

3

2 6

=

− +

M

y

M

µ µ

µ

1.2 Hệ số khuếch tán của pha lỏng và pha hơi

a)Hệ số khuếch án của pha hơi:

A B

B A

C yC

M M v

v P

T

.

10 0043 0

2 3

1 3 1

2

3 4

(m2/s)

[STQTTBT2-127]

Trong đó :

−DyC : là hệ số khuếch tán của pha hơi (m2/s);

−P : là áp suất tuyệt đối của hệ 2 cấu tử benzen và toluen = 1at ;

−νA; νB : lần lượt là thể tích mol của hơi benzen và toluen(cm3/mol);

−TC : là nhiệt độ tuyệt đối của đoạn chưng = (104,96+273)oK

−TL : là nhiệt độ tuyệt đối của đoạn luyện = (90,78+273)oK

−MA , MB : là khối lượng mol phân tử của 2 cấu tử benzen vàtoluen( đvC)

+νA = 6.14,8 + 6.3,7-15 = 96 (cm3/mol);

+νB = 7.14,8 + 8.3,7-15 = 118,2(cm3/mol);

Thay vào ta được :

) / ( 10 4 , 5 92

1 78

1 )

2 , 118 96 (

1

) 273 96 , 104 (

10 0043 , 0 92

1 78

1 ) (

10 0043

,

2 3

1 3

1

2

3 4

2 3

1 3 1

2

3 4

s m P

T D

B A

=

υ υ

*Đoạn luyện:

) / ( 10 1 , 5 92

1 78

1 )

2 , 118 96 (

1

) 273 78 , 90 (

10 0043 , 0 92

1 78

1 ) (

10 0043

,

2 3

1 3

1

2

3 4

2 3

1 3

1

2

3 4

s m P

T D

B A

=

υ υ

b)Hệ số khuếch án của pha lỏng:

Trước tiên tính hệ số khuếch tán của hỗn hợp lỏng ở 20oC:

3

1 3 1 20

6 20

.

.

1 1 10







 +

+

=

−

B A B

B A x

B A

M M D

ν ν µ

[STQTTBT2-133]

Trong đó:

- A, B : là hệ số phụ thuộc vào bản chất dung môi và chất tan

Ta có A=1và B=1

- DxC20 : là hệ số khuếch tán của pha lỏng ở 20o C (m2/s) ;

- νA; νB : lần lượt là thể tích mol của hơi benzen và toluen(cm3/mol);

- MA , MB : là khối lượng mol phân tử của 2 cấu tử benzen vàtoluen( đvC)

-µB20=0,768 cp: độ nhớt của benzen ở 20oC

) / ( 10 95 , 1 2

, 118 96 768 , 0 1 1

92

1 78

1 10

.

.

1 1 10

2 9 2

3

1 3

1

6 2

3

1 3 1 20

B A B

B xC

*Đoạn chưng:

+D xC =D xC20[1 +b(t tbC − 20) ]

3

20 20

2

0 , 0184

866

768 , 0 2 ,

yC yC

58 , 0 10 4 , 5 886 , 2

10 03 , 9

PryC = −6 −6 =

 Pha lỏng:

xC xC

xC xC

10 2633 , 0

yL yL

STQTTBT2-Thay số ta được :

0 , 646

10 1 , 5 77 , 2

10 127 , 9

PryL = −6−6 =

 Pha lỏng:

xL xL

xL xL

10 2975 , 0

V

U = (m3/m2.h) [STQTTBT2 177]

-Trong đó :

−Vx : lưu lượng thể tích của pha lỏng (m3/s)

−Ft : tiết diện ngang của tháp

U ttC = 14 , 56 ( / )

566 , 785 14 , 3

355 , 35921

2

3 m h m

F

G F

V

xC t

xC t

ρ

5 , 19

56 ,

88 , 16983

=

xL t

xL ttL

9 , 0 Pr

Re

.

.

3

2 25

, 0 3

2 25 , 0

,

0

) ( 386 , 0 99 , 58 514 , 0 6 , 804

10 2976

256

2

5 , 0 25 , 0 3

2 3

5 , 0 25 , 0 3 2 2

m h

m h

L

xL xL

xl

xL L

*Đoạn chưng:

) ( 199 , 0 58 , 0 66 , 458 300 81 , 0 123 , 0

92 , 0 Pr

Re

.

.

3

2 25 , 0 3

2 25 , 0

,

0

) ( 416 , 0 54 , 69 6092 , 1 566 ,

785

10 2633

256

2

5 , 0 25 , 0 3

2 3

5 , 0 25 , 0 3 2 2

m h

m h

C

xC xC

C

xC C

2) Tính số đơn vị chuyển khối

Với mỗi giá trị x trong khoảng 0,0059→ 0,974 ta tìm được y* và y.Từ đóxây dựng đồ thị f( )y

y

−

*1

0 10

0059 , 0 507191 ,

0

y y

*Kết quả được tổng hợp ở bảng sau:

x x* x-x* y y* y* - y 1/(y*-y) m 0,0059 0,002359 0,003541 0,0059 0,01474

3

0,00884

3 113,084

2,49 7 0,039913 0,022697 0,017216 0,05602

91

0,09605 8

0,04002

89 24,982 2,330,073923 0,044487 0,029436 0,10615

82

0,16579 3

0,05963

48 16,769 2,030,107933 0,068976 0,038957 0,15628

73

0,22828 2

0,07199

47 13,89 1,850,141942 0,095816 0,046126 0,20641

64

0,28771 2

0,08129

56 12,3 1,760,175952 0,123875 0,052077 0,25654

55

0,34335 6

0,08681

05 11,52 1,670,209962 0,153248 0,056714 0,30667

46

0,39449 9

0,08782

44 11,39 1,550,243971 0,184604 0,059367 0,35680

37

0,44130 6

0,08450

23 11,834 1,420,277981 0,218718 0,059263 0,40693

28

0,48457 4

0,07764

12 12,88 1,310,31199 0,256066 0,055924 0,45706

19

0,52492 5

0,06786

31 14,74 1,210,346 0,296767 0,049233 0,50719

Ta có

x x

y y tg

m i

−

−

=

= α ** hệ số phân bố trung bình ở điều kiện cân bằng pha

và tính riêng cho từng đoạn tháp

71 , 1 10

*

dy y

y

dy m

0 10

507191 ,

0 974 , 0

y y

0,8484 0,746138 0,102262 0,8806382 0,934768 0,0541298 18,47 0,53 0,9112 0,833481 0,077719 0,9273191 0,963912 0,0365929 27,33 0,47 0,974 0,935036 0,038964 0,974 0,989747 0,015747 63,5 0,4

*Đồ thị tích phân xác định số đơn vị chuyển khối của đoạn luyện:

Ta có

x x

y y tg

m i

−

−

=

= α ** hệ số phân bố trung bình ở điều kiện cân bằng pha

và tính riêng cho từng đoạn tháp

74 , 10 10

*

dy y

y

dy m

4725 , 23610 71 , 1 199 , 0

2

G

G m h

xC

yC C

22673 74 , 0 52 , 0

2

G

G m h

xl

yL L

đvL

+

=

4) Chiều cao toàn tháp:

 Chiều cao lớp đệm đoạn chưng:

) ( 16 , 6 67 , 0 2 , 9

Tra bảng 6.31 TTQTTBT2-128 ta có :

Khoảng cách từ đệm đến nắp Zn = 1( m )

Khoảng cách từ đệm đến đáy Zđ = 2 ( m )

Khoảng cách giữa đện đoạn chưng và đoạn luyện ta chọn là 0.8m

Vậy chiều cao toàn tháp là: HT= HC + HL+ Zn+ Zđ+0.8=16,98(m)

x y m

y

x k

U

G

G A P

P

µ

µρ

ρ

- ∆P u :tổn thất áp suất khi đệm ướt tại điểm đảo pha có tốc độ của khí

bằng tốc độ của khí khi đi qua đệm khô (N/m2)

- ∆P k :tổn thất áp suất của đệm khô (N/m2)

- Gx ,Gy : Lưu lượng lỏng và lưu lượng hơi trung bình đi trong tháp(Kg/s)

- µx,µy: độ nhớt trung bình của pha lỏng, pha hơi (N.s/m2)

- ρx, ρy: Khối lượng riêng trung bình của pha lỏng, pha hơi (kg/m3)Tổn thất áp suất của đệm khô được tính nếu Rey>400

2

4

2

.

3

' 2 '

y y đ

đ y

y td

H d

- λ ' :hệ số trở của đệm bao gồm cả trở lực ma sát và trở lực cục bộ, với các loại đệm khác nhau thì xác định teo công thức thực nghiệm khác nhau

td y x y

y

G Ar

m

V d

10 03 , 9 (

81 , 9 ).

886 , 2 56 , 785 (

886 , 2 012267 ,

0 ).

.(

.

2 6

3 2

C

g d

Ar

µ

ρ ρ ρ

*Chuẩn số Reynolds:

400 3 , 3420 355

, 35921

4725 , 23610

501636542

045 , 0

045 ,

0

Re

43 , 0 57

, 0 43

, 0 57

, 0

yC

G

G Ar

*Tốc độ hơi thích hợp :

886 , 2 012267 ,

0

10 03 , 9 3 , 3420

ρ

µ ω

Vậy :

) / ( 962

,

1336

10 03 , 9

10 2633 , 0 566

, 785

886 , 2 4725

, 23610

355 , 35921

15 , 5 1

61

,

736

1

) / ( 61 , 736 92

, 0

87 , 0 ) 10 03 , 9 (

300 886 , 2 2 , 2 56 , 1

.

56

,

1

2

038 , 0 6

3 19

, 0 342

, 0

2 3

8 , 1 2 , 0 6 2

, 1 8 , 0 3

2 , 0 2 , 1 8 , 0 8 , 1 '

m N

G

G A P

P

m N V

H P

c y x n x y m y

x KC

UC

đ

yC đ yC yC C KC

µ σ ρ ω

2.Trở lực tháp đệm của đoạn luyện

d 4. 4 0,9 0,009( )

400

td td

190678841 )

10 127 , 9 (

81 , 9 ).

77 , 2 6 , 804 (

77 , 2 009 , 0 ).

.(

.

2 3

3 2

L

g d

Ar

µ

ρ ρ ρ

*Chuẩn số Reynolds:

400 62 , 2672 88

, 16983

22673

190678841

045 , 0

, 0 43

, 0 57

, 0

yL

G

G Ar

*Tốc độ hơi thích hợp

) / ( 98 , 0 77

, 2 009 , 0

10 127 , 9 62 , 2672

.

'

s m

d td yL

yL yL

76

,

10755

10 127 , 9

10 2975 , 0 6

, 804

77 , 2 22673

88 , 16983

15 , 5 1

54

,

3823

1

) / ( 54 , 3823 9

, 0

98 , 0 ) 10 127 , 9 (

400 77 , 2 3 , 6 56 , 1

.

3 19

, 0 342

, 0

2 3

8 , 1 2 , 0 6 2

, 1 8 , 0 3

2 , 0 2 , 1 8 , 0 8 , 1 '

m N

G

G A P

P

m N V

H

P

c y x n x y m y

x KL

UL

đ

yL đ yL yL L KL

µ σ ρ ω

V.TÍNH CÂN BẰNG NHIỆT LƯỢNG

1.Cân bằng nhiệt lượng của thiết bị đun sôi hỗn hợp đầu

(

−r1 : ẩn nhiệt hóa hơi (J/h)

−λ1: hàm nhiệt của hơi đốt (J/kg)( nhiệt lượng riêng của hơi đốt (J/kg)

−θ1: nhiệt độ nước ngưng ( o C)

−C1: nhiệt dung riêng của nước ngưng (J/kg độ ) tra bảng I.148

[STQTTBT1 - 166]

C1= 1,01(kcal/kg.độ) = 4228,668(J/kg độ )

Q Q

2

2 W

−Cf : nhiệt dung riêng của hỗn hợp đầu (J/kg độ )

−t `: nhiệt độ của hỗn hợp đầu ( o C )

* Nhiệt lượng ra khỏi thiết bị :

QF = F.CF.tF (J/h)

−F: lượng hỗn hợp đầu ( kg/h) ;

−CF: nhiệt dung riêng của hỗn hợp đi ra khỏi thiết bị đun sôi ( J/kg độ )

−tF : nhiệt độ sôi của hỗn hợp ( o C)

* Nhiệt lượng do nước ngưng mang ra :

Qng1 = Gng1.C1.θ 1 = D1.C1.θ1(J /h)

Do Gng1 = D1 (kg/h)(lượng nước ngưng bằng hơi đốt)

*Nhiệt lượng mất mát ra môi trường xuang quanh bằng 5% nhiệt lượngtiêu tốn::

Qxq1 = 0,05D1.r1 (J/h)

( )

1 1

.

95

,

t C t C F r

F A

CA ; CB : lần lượt là nhiệt dung riêng của benzen và toluen ở nhiệt độ to

F =97,036oC

Nội suy từ bảng I.153 trong STQTTBT1-171 ta có :

CA = 2107,403 (J/kg độ )

CB = 2056,662 (J/kg độ )

392 , 2072 662

, 2056 ) 31 , 0 1 ( 31 , 0 403

, 1732 ).

31 , 0 1 ( 31 , 0

11328

,

1319

10 2264 95 , 0

25 09 , 1739 036 , 97 392 , 2072 18000

95 , 0

) / ( 10 2264 )

/ (

9

,

539

3 1

1

3 1

h kg r

t C t C

F

D

kg J kg

kcal

r

f f F F

⇒Vậy giá trị nhiệt lượng ở thiết bị này là:

*Nhiệt lượng do hơi đốt mang vào :

( . ) 1319 , 11328 ( 2264 10 3 99 , 1 4228 , 668 ) 3539261395 ( / )

1 1 1

2 Cân bằng nhiệt lượng của tháp chưng luyện

QF + QD2 + QR = Qy + QW + Qxq + Qng2 197)

(STQTTBT2-Trong đó :

• QF : nhiệt do hỗn hợp đầu mang vào (J/h)

• Nhiệt do hơi sản phẩm đáy mang vào

Q D2 = D2(r2 +C2.θ2) = D2.λ2 (J/h)

Trong đó :

- D2: lượng hơi đốt cần thiết để đun sôi dung dịch trongđáy tháp(Kg/h)

- r1 : ẩnnhiệt hóa hơi (J/h)

- λ2: hàm nhiệt(nhiệt lượng riêng) của hơi đốt (J/kg)

- θ2, C2 : nhiệt độ oC và nhiệt lượng riêng của nướcngưng (J/kg.độ)

• Nhiệt lượng do lượng lỏng hồi lưu sản phẩm đỉnh mang vào tháp :

QR = GR.CR.tR = P.Rth.CR.tR(J/h)

Trong đó :

- GR : Lượng lỏng hồi lưu

- CR , tR: Nhiệt dung riêng (J/kg.độ); nhiệt độ của chấtlỏng hôi lưu(oC)

• Nhiệt do hơi mang ra ở đỉnh tháp :

( P) B P

A đ

đ th y

a a

R P

Q

λ λ

λ

λ

− +

=

+

=

1

1

Trong đó:

− λd : Nhiệt lượng riêng của hơi ở đỉnh tháp(J/kg)

− λA, λB : nhiệt lượng riêng của cấu tử benzen và toluen ởđỉnh(J/kg)

• Nhiệt lượng do sản phẩm đáy mang ra :

Q W =W.C W.t W (J/h)

Trong đó :

- Cw : nhiệt dung riêng của sản phẩm đáy (J/kg.độ)

• Nhiệt do nước ngưng mang ra :

Q ng2 =G ng2.C2.θ2 =D2.C2.θ2(J /h)

Trong đó :

- Gng2: lượng nước ngưng tụ(kg/h)

• Nhiệt lượng mất mát ra môi trường xung quanh :

λ

R F xq

ngt W

CR, tR : nhiệt dung riêng và nhiệt độ của chất lỏng hồi lưu

tR=tP= 80,746oC tra bảng I.154 trong STQTTBT1-171 ta có :

CA = 2038,1705 (J/kg độ)

CB = 1983,357(J/kg độ)

526 , 2036 357

, 1983 ) 97 , 0 1 ( 97 , 0 1705 , 2038 ).

1 (

, 80 526 , 2036 895 , 2 12 ,

) / ( 916 , 393014 )

/ (

/ (

, 2036 746 , 80 157

1 895 , 2 ( 12 , 5689 )

, 2101 ) 005 , 0 1 ( 791 , 2151

, 110 041 , 2102 88 , 12310

W

⇒

Ta tính D2=

2 95

0 r

Q Q Q

Q y + w− F − R

r2 = r1 = 2264.103(J/kg)(tra bảng I.251 STQTTBT1 - 314)

) / ( 88 , 4125 10

2264 95 , 0

2708349073 3619739342

2862026346 10

θ2= 99,1oC= tS của nước ở P = 1at

Tra bảng I.148 trong STQTTBT1 – 166 ta có:

C2 = C1=1.01(kcal/kg.độ)= 4228,668 (J/kg độ )

) / ( 1728995394 1

, 99 668 , 4228 88 , 4125 2 2

2264 (

3.Cân bằng nhiệt lượng cho thiết bị ngưng tụ :

(Ngưng hồi lưu, sử dụng chất tải nhiệt là nước lạnh)

Ta có:

P(Rth +1)rng = GnlCn(t2 – t1) 198)

(STQTTBT2-Trong đó :

- Gnl: lượng nước lạnh tiêu tốn(kg/h)

- Cn : nhiệt dung riêng của nước ở nhiệt độ trung bình(J/kg.độ)

- rng : ẩn nhiệt ngưng tụ(J/kg)

- t1,t2 : nhiệt độ vào ra của nước làm lạnhChọn nhiệt độ t2 = 24oC , t1 = 16oC

C t

t

t tb 1 2 20 0

2

16 24

16 24 (

6132 , 4182

157 , 392545 ).

895 , 2 1 (

12 , 5689 )

t t

C

r R

P

G

n

ng th

=