thiết kế tháp chưng hệ Toluene Xylene Ethylbenzene hoạt động liên tục với năng suất nhập liệu khoảng 20 tấnh có nồng độ 50% mol Toluene

và một trong những nguồn nguyên liệu này là Toluen. Ngày nay, ta có nhiều phương pháp được sử dụng để nâng cao độ tinh khiết như trích ly, hấp phụ, chưng cất...Tùy theo từng loại sản phẩm mà ta có sự lưạ chọn khác nhau. Đối với hệ Toluene – Xylene – Ethylbenzene thì phương pháp chưng cất được sử dụng phổ biến nhất. Đồ án môn học Quá Trình và Thiết Bị mang tính tổng hợp kiến thức học tập của kỹ sư. Môn học yêu cầu giải quyết nhiệm vụ tính toán cụ thể về yêu cầu công nghệ, kết cấu, điều kiện vận hành, giá thành của một thiết bị trong sản xuất hóa chất. Nhiệm vụ của môn học là thiết kế tháp chưng hệ Toluene Xylene Ethylbenzene hoạt động liên tục với năng suất nhập liệu khoảng 20 tấnh có nồng độ 50% mol Toluene, thu được sản phẩm đỉnh có nồng độ trên 98% kl toluen và sản phẩm đáy có nồng độ thấp hơn 1% kl Toluene. Em chân thành cám ơn quý Thầy Cô Bộ môn Quá Trình Thiết Bị, các bạn sinh viên đã giúp em hoàn thành đồ án. Tuy nhiên, trong quá trình hoàn thành đồ án sẽ không thể tránh khỏi những sai sót, em rất mong đượvà một trong những nguồn nguyên liệu này là Toluen. Ngày nay, ta có nhiều phương pháp được sử dụng để nâng cao độ tinh khiết như trích ly, hấp phụ, chưng cất...Tùy theo từng loại sản phẩm mà ta có sự lưạ chọn khác nhau. Đối với hệ Toluene – Xylene – Ethylbenzene thì phương pháp chưng cất được sử dụng phổ biến nhất. Đồ án môn học Quá Trình và Thiết Bị mang tính tổng hợp kiến thức học tập của kỹ sư. Môn học yêu cầu giải quyết nhiệm vụ tính toán cụ thể về yêu cầu công nghệ, kết cấu, điều kiện vận hành, giá thành của một thiết bị trong sản xuất hóa chất. Nhiệm vụ của môn học là thiết kế tháp chưng hệ Toluene Xylene Ethylbenzene hoạt động liên tục với năng suất nhập liệu khoảng 20 tấnh có nồng độ 50% mol Toluene, thu được sản phẩm đỉnh có nồng độ trên 98% kl toluen và sản phẩm đáy có nồng độ thấp hơn 1% kl Toluene. Em chân thành cám ơn quý Thầy Cô Bộ môn Quá Trình Thiết Bị, các bạn sinh viên đã giúp em hoàn thành đồ án. Tuy nhiên, trong quá trình hoàn thành đồ án sẽ không thể tránh khỏi những sai sót, em rất mong đượ

MỤC LỤC

LỜI MỞ ĐẦU 7

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 8

1.1 Lý thuyết về chưng cất 8

Khái niệm chưng và chưng cất 8

1.2 Phương pháp chưng cất 8

Chưng cất đa cấu tử- mô hình tổng quát của tháp chưng luyện 9

1.3 Thiết bị chưng cất 11

1.4 Giới thiệu sơ bộ về nguyên liệu 12

Toluene 12

Xylene 13

Ethybenzene 15

CHƯƠNG 2: SƠ ĐỒ QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ 16

2.1 Thuyết minh quy trình công nghệ 16

CHƯƠNG 3: CÂN BẰNG VẬT CHẤT 17

3.1 Cân bằng vật chất 17

Các số liệu ban đầu 17

Các ký hiệu 17

Xác định thành phần cấu tử và cân bằng vật chất 18

3.2 Chuẩn bị dữ kiện và các giả thuyết 18

Tính độ bay hơi tương đối 18

3.3 Xác định Nmin theo công thức Fenske 20

3.4 Xác định nmin và nmin cho tháp chưng 21

3.5 Xác định tỷ số hồi lưu tối thiểu Rmin 22

3.6 Xác định số bậc lý thuyết tương ứng với R hợp lý: 25

3.7 Xác định số đĩa thực tế 25

Hiệu suất đĩa 25

Số đĩa thực tế 26

CHƯƠNG 4: CÂN BẰNG NĂNG LƯỢNG 27

4.1 Cân bằng năng lượng 27

Cân bằng nhiệt lượng của thiết bị đun nóng hỗn hợp đầu 27

Cân bằng nhiệt lượng của thiết bị ngưng tụ 28

Nhiệt lượng trao đổi tại thiết bị làm nguội sản phẩm đỉnh 28

Nhiệt lượng cung cấp cho nồi đun của đáy tháp 28

CHƯƠNG 5: TÍNH TOÁN CÁC THÔNG SỐ THIẾT BỊ CHÍNH 30

5.1 Tính sơ bộ đường kính đĩa 32

Diện tích đĩa 32

Tính đường kính tháp 34

Sắp đặt sơ bộ mặt đĩa 35

Chiều dài ngưỡng chảy tràn và chiều rộng kênh chảy truyền 36

5.2 Vòng tính lặp thứ nhất 37

Kiểm tra sặc đĩa 37

Kiểm tra khả năng tắc nghẽn kênh chảy truyền lỏng 39

5.3 Vòng tính lặp thứ hai 40

Sắp xếp mặt đĩa 40

Kiểm tra sặc đĩa 41

Kiểm tra tắc nghẽn kênh chảy truyền 42

5.4 Vòng tính lặp thứ ba 42

Kiểm tra sặc đĩa 43

5.5 Kiểm tra thủy lực 44

Chế độ làm việc trên đĩa 44

Xác định lượng lỏng cuốn theo hơi 45

Thời gian lưu của lỏng trong kênh chảy truyền 46

5.6 Trở lực của đĩa 46

5.7 Kiểm tra chiều cao mực chất lỏng trong kênh chảy truyền 48

5.8 Kiểm tra mức độ kín của kênh chảy truyền lỏng (van thủy lực) 49

5.9 Kiểm tra điểm rò rỉ lỏng qua lỗ 50

5.10 Chiều cao tháp 51

CHƯƠNG 6: TÍNH TOÁN CƠ KHÍ CHO THÁP 52

6.1 Bề dày thân tháp 52

6.2 Bề dày đáy và nắp thiết bị 53

6.3 Bề dày lớp cách nhiệt 54

6.4 Bích ghép thân, đáy và nắp 56

6.5 Đường kính các ống dẫn – bích ghép các ống dẫn 57

Ống dẫn dòng nhập liệu 57

Ống hơi ở đỉnh tháp 58

Ống dẫn lỏng hoàn lưu 59

Ống dẫn chất lỏng vào nồi đun 60

Ống dẫn hơi vào đáy tháp 60

Ống dẫn chất lỏng từ nồi đun 61

6.6 Trụ đỡ tháp 62

CHƯƠNG 7: TÍNH TOÁN THIẾT BỊ PHỤ 67

7.1 Các thiết bị truyền nhiệt: 67

Thiết bị ngưng tụ sản phẩm đỉnh 67

Thiết bị đun sôi đáy tháp 72

Thiết bị làm nguội sản phẩm đỉnh 76

Thiết bị gia nhiệt dòng nhập liệu 81

7.2 Bơm 86

Năng suất 86

Cột áp 86

Công suất 89

LỜI KẾT 90

TÀI LIỆU THAM KHẢO 91

PHỤ LỤC 92

Bản vẽ sơ đồ quy trình công nghệ 92

DANH MỤC BẢNG

Bảng 1.1 So sánh ưu và nhược điểm của các loại tháp 12

Bảng 1.2 Tính chất vật lý của Xylene 14

Bảng 3.1 Thành phần nguồn nhập liệu vào tháp 17

Bảng 3.2 Phân bố sản phẩm 18

Bảng 3.3 Độ bay hơi tương đối 19

Bảng 3.4 Độ bay hơi tương đối ở đáy 19

Bảng 3.5 Độ bay hơi tương đối ở nhập liệu 20

Bảng 3.6 Độ bay hơi trung bình 20

Bảng 3.7 Cách tính l 23

Bảng 3.8 Xác định l 24

Bảng 4.1 Thông số tính toán 27

Bảng 5.1 Tải trọng của tháp Toluene và các tính chất vật lý 30

Bảng 5.2 Sắp xếp kênh chảy truyền 36

Bảng 5.3 Tổng kết 36

Bảng 5.4 Chiều dài ngưỡng chảy tràn và chiều rộng kênh chảy truyền 36

Bảng 5.5 Tổng kết sắp xếp mặt đĩa 37

Bảng 5.6 Kiểm tra sặc đĩa 38

Bảng 5.7 Kết quả kiểm tra khả năng tắc nghẽn kênh chảy truyền lỏng 39

Bảng 5.8 Sắp xếp kênh chảy truyền lần hai 40

Bảng 5.9 Chiều dài ngưỡng chảy tràn và chiều rộng kênh chảy truyền 41

Bảng 5.10 Kiểm tra sặc đĩa lần hai 41

Bảng 5.11 Kết quả kiểm tra khả năng tắc nghẽn kênh chảy truyền lỏng 42

Bảng 5.12 Sắp xếp kênh chảy truyền lần ba 42

Bảng 5.13 Chiều dài ngưỡng chảy tràn và chiều rộng kênh chảy truyền 43

Bảng 5.14 Kiểm tra sặc đĩa lần ba 43

Bảng 5.15 Chế độ làm việc của đĩa 45

Bảng 5.16 Lỏng cuốn theo hơi 45

Bảng 5.17 Thời gian lưu 46

Bảng 5.18 Trở lực đĩa khô 47

Bảng 5.19 Trở lực đĩa ướt 47

Bảng 5.20 Tổng trở lực 48

Bảng 5.21 Chiều cao cột chất lỏng trong kênh chảy truyền 49

Bảng 5.22 Kiểm tra điểm rò rỉ lỏng qua lỗ 50

Bảng 6.1 Thông số bích liền để nồi thiết bị 56

Bảng 6.2 Kích thước đệm bít kính 57

Bảng 6.3 Thông số bích liền để ghép ống dẫn nhập liệu 58

Bảng 6.4 Thông số bích liền để ghép ống dẫn hơi ở đỉnh tháp 59

Bảng 6.5 Thông số bích liền để ghép ống dẫn hoàn lưu 59

Bảng 6.6 Thông số bích liền để ghép ống dẫn lỏng vào nồi đun 60

Bảng 6.7 Thông số bích liền để ghép ống dẫn hơi vào đáy tháp 61

Bảng 6.8 Thông số bích liền để ghép ống dẫn lỏng từ nồi đun 61

để phát triễn các ngành công nghiệp khác

Sản phẩm của công nghiệp hóa chất rất đa dạng về chủng loại Chúng là kết quả của một loạt quá trình biến đổi hóa lý để đạt được sản phẩm mong muốn Vì thế nguồn nguyên liệu của ngành không chỉ xuất phát từ tự nhiên mà còn qua các quá trình tổng hợp trung gian Do đó nhu cầu sử dụng nguyên liệu tinh khiết ngày càng trở nên nghiêm khắc và một trong những nguồn nguyên liệu này là Toluen

Ngày nay, ta có nhiều phương pháp được sử dụng để nâng cao độ tinh khiết như trích ly, hấp phụ, chưng cất Tùy theo từng loại sản phẩm mà ta có sự lưạ chọn khác nhau Đối với hệ Toluene – Xylene – Ethylbenzene thì phương pháp chưng cất được sử dụng phổ biến nhất

Đồ án môn học Quá Trình và Thiết Bị mang tính tổng hợp kiến thức học tập của

kỹ sư Môn học yêu cầu giải quyết nhiệm vụ tính toán cụ thể về yêu cầu công nghệ, kết cấu, điều kiện vận hành, giá thành của một thiết bị trong sản xuất hóa chất

Nhiệm vụ của môn học là thiết kế tháp chưng hệ Toluene - Xylene - Ethylbenzene hoạt động liên tục với năng suất nhập liệu khoảng 20 tấn/h có nồng độ 50% mol Toluene, thu được sản phẩm đỉnh có nồng độ trên 98% kl toluen và sản phẩm đáy có nồng độ thấp hơn 1% kl Toluene

Em chân thành cám ơn quý Thầy Cô Bộ môn Quá Trình & Thiết Bị, các bạn sinh viên đã giúp em hoàn thành đồ án Tuy nhiên, trong quá trình hoàn thành đồ án sẽ không thể tránh khỏi những sai sót, em rất mong được sự góp ý của quý thầy cô

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1.1 Lý thuyết về chưng cất

Khái niệm chưng và chưng cất

Chưng là quá trình tách hỗn hợp lỏng thành các cấu tử riêng biệt, dựa vào độ bay

hơi tương đối khác nhau, bằng cách đun sôi hỗn hợp, tách hơi tạo thành để ngưng tụ lại

 Ở cùng một nhiệt độ thì cấu tử nào có áp suất hơi lớn hơn sẽ dễ bay hơi hơn

 Ở cùng một áp suất thì cấu tử nào có nhiệt độ sôi thấp hơn sẽ dễ bay hơi hơn

- So sánh chưng và cô đặc:

 Chưng: dung môi và chất tan đều bay hơi

 Cô đặc: chỉ có dung môi bay hơi, chất tan không bay hơi

- Có nhiều phương pháp chưng: một bậc, nhiều bậc (chưng cất/chưng luyện), chưng lôi cuốn hơi nước, chưng áp suất thấp…

- Chưng cất (chưng luyện) là lặp lại chưng đơn giản nhiều lần và có cải tiến

Thường cần 2 thiết bị phụ trợ là:

 Thiết bị hồi lưu đỉnh tháp: tránh hiện tượng khô ở mâm cuối cùng

 Thiết bị đun sôi đáy tháp: cấp năng lượng cho lỏng bay hơi

1.2 Phương pháp chưng cất

1.2.1.1 Định nghĩa

- Chưng cất là quá trình dùng để tách các cấu tử của một hỗn hợp lỏng cũng như

hỗn hợp khí-lỏng thành các cấu tử riêng biệt dựa vào độ bay hơi khác nhau của các cấu

tử trong hỗn hợp (nghĩa là khi ở cùng một nhiệt độ, áp suất hơi bão hòa của các cấu tử khác nhau) Thay vì đưa vào trong hỗn hợp một pha mới để tạo nên sự tiếp xúc giữa hai pha như trong quá trình hấp thu hoặc nhả khí, trong quá trình chưng cất pha mới được tạo nên bằng sự bốc hơi hoặc ngưng tụ

- Khi chưng cất ta thu được nhiều cấu tử và thường thì bao nhiêu cấu tử sẽ thu được bấy nhiêu sản phẩm Nếu xét hệ đơn giản chỉ có 2 cấu tử thì khi đó sản phẩm cùa quá trình sẽ là:

 Sản phẩm đỉnh chủ yếu gồm cấu tử có độ bay hơi lớn (nhiệt độ sôi nhỏ) và một phần rất ít cấu tử có độ bay hơi bé

 Sản phẩm đáy chủ yếu gồm cấu tử có độ bay hơi bé (nhiệt độ sôi lớn) và một phần rất ít cấu tử có độ bay hơi lớn

1.2.1.2 Phân loại các phương pháp chưng luyện

- Các phương pháp chưng cất được phân loại theo:

 Áp suất làm việc: Chưng cất áp suất thấp, áp suất thường và áp suất cao Nguyên tắc của phương pháp này là dựa vào nhiệt độ sôi của các cấu tử, nếu cấu tử của hỗn hợp dễ bị phân hủy ở nhiệt độ cao hoặc hỗn hợp có nhiệt độ sôi quá cao thì

ta giảm áp suất làm việc để giảm nhiệt độ sôi của các cấu tử

 Nguyên lý làm việc: liên tục, gián đoạn (chưng đơn giản) và bán liên tục

 Chưng cất đơn giản (gián đoạn): phương pháp này đuợc sử dụng trong các trường hợp sau:

 Khi 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 cất hỗn hợp hai cấu tử (dùng thiết bị hoạt động liên tục) là quá trình được thực hiện liên tục, nghịch dòng, nhều đoạn

 Chưng bằng hơi nước trực tiếp: Dùng để tách các hỗn hợp gồm các chất khó bay hơi và tạp chất không bay hơi, thường được áp dụng trong trường hợp chất được tách không tan trong nước

Như vậy, đối với hệ Toluene- Xylene-Ethylbenzene: ta dùng hệ thống chưng luyện hoạt động liên tục ở áp suất thường, cấp nhiệt gián tiếp ở đáy tháp bằng nồi đun Chưng cất đa cấu tử- mô hình tổng quát của tháp chưng luyện

Từ khi có các máy tính với cấu hình mạnh, nhiều mô hình có độ phức tạp cao dùng để mô phỏng chính xác tháp chưng luyện đã được phát triễn Hầu hết các mô hình này đều được xây dựng dựa vào khái niệm đĩa lý thuyết [Thiele –Geddes, 1993] Tuy nhiên, quan điểm về số đơn vị chuyển khối ngày càng trở nên quan trọng và được chú ý

phát triễn nhiều hơn trong những năm gần đây [Krishana-Murthy và Taloa, 1985; Taylor

và các cộng sự, 1993; Gorak, 1990]

Trong mô phỏng chính xác của tháp chưng luyện đều phải tiến hành các thông số nhiệt động của tháp Các kết quả nhận được khi mô phỏng tháp chưng luyện sẽ là sự phụ thuộc của phân bố nồng độ của từng cấu tử, của phân bố nhiệt độ và của lưu lượng dòng lỏng và dòng hơi trong tháp vào số bậc cân bằng (đĩa lý thuyết)

1.2.2.1 Mô phỏng chính xác tháp chưng luyện đa cấu tử

Để mô phỏng chính xác tháp chưng luyện, các tác giả [Wang và Henke 1966, Holland 1963, Goldstein và Stanfield 1970, Naphtail và Sandholm 1971, Block và Hegner 1976 và 1977] đã có những đóng góp rất quan trọng trong việc xây dựng các mô hình chính xác của tháp chưng luyện Cho tới thời điểm hiện tại, các mô hình tháp được phát triễn chỉ khác nhau trong việc sử dụng các phương pháp tính lặp và cụ thể là trong việc chọn các biến lặp

Mô phỏng chính xác tháp chưng luyện nhiều cấu tử về mặt toán học là rất phức tạp Vì vậy, việc tự viết các phương trình tính tháp theo mô hình trên sẽ gặp nhiều khó khăn Một số công ty đã phát triễn các phần mềm mô phỏng tháp chưng luyện như công

ty Aspen, Science Simulation, Process, Design 2000…

Trong đồ án này chúng ta sử dụng phần mềm HYSYS 2006 do công ty Aspen phát triễn để làm công cụ hỗ trợ mô phỏng

1.2.2.2 Phương pháp tính gần đúng tháp chưng cất đa cấu tử

Để tính tháp chưng luyện hỗn hợp nhiều cấu tử, mặc dù hiện tại có nhiều chưng trình tính trên máy tính có thể đưa ra các kết quả chính xác, nhưng một số phương tính gần đúng tháp chưng luyện hỗn hợp vẫn có ích và vẫn tiếp tục được sử dụng vì một số

lý do:

 Do các số liệu về căn bằng pha cũng như các số liệu về enthalpy không có được

độ chính xác đủ cao, do đó nếu sử dụng các phương pháp tính chính xác nhưng kéo dài trên máy tính cũng không chắc nhận được các kết quả chính xác

 Các phương pháp tính gần đúng cho phép tính nhanh và ít tốn kém, vì vậy bằng các phương pháp này sẽ dễ dàng xác định được vùng tối ưu của các thông số của tháp và tiếp theo có thể khảo sát vùng này bằng các phương pháp tính chính xác trên máy tính

Trong phạm vi đồ án này, chúng ta sử dụng cách tính gần đúng cùng với sự

hỗ trợ của công cụ mô phỏng HYSYS 2006

1.3 Thiết bị chưng cất

Trong sản xuất thường sử dụng rất nhiều loại tháp nhưng chúng đều có một yêu cầu cơ bản là diện tích bề mặt tiếp xúc pha phải lớn, điều này phụ thuộc vào độ phân tán của lưu chất này vào lưu chất kia Nếu pha khí phân tán vào pha lỏng ta có các loại tháp mâm, nếu pha lỏng phân tán vào pha khí ta có tháp chêm, tháp phun, tháp phun…

Tháp chưng cất rất phong phú về kích cỡ và ứng dụng, các tháp lớn nhất thường được ứng dụng trong công nghiệp lọc hoá dầu Lớn và phức tạp là các tháp dùng để chưng cất các dung môi, không khí lỏng và công nghiệp hóa chất nói chung Tùy theo năng suất đường kính tháp có thể từ 0,3 m đến hơn 9m, số mâm có thể từ vài mâm đến rất nhiều Khoảng cách mâm có thể từ 150 mm hay ít hơn đến khoảng 1m Tháp có thể hoạt động ở áp suất cao hay thấp Hỗn hợp được chưng cất có thể thay đổi rất nhiều về

độ nhớt, hệ số khuếch tán, tính ăn mòn, khuynh hướng tạo bọt và tính phức tạp của nồng

độ Tháp mâm đều sử dụng được cho cả quá trình chưng cất và hấp thu

- Tháp đĩa: thân tháp hình trụ, thẳng đứng phía trong có gắn các mâm có cấu tạo

khác nhau để chia thân tháp thành những đoạn bằng nhau, trên mâm pha lỏng và pha hơi đựơc cho tiếp xúc với nhau Tùy theo cấu tạo của đĩa, ta có:

 Tháp đĩa chóp: trên đĩa bố trí có chép dạng:tròn, xú bắp, chữ s…

 Tháp đĩa xuyên lỗ: trên đĩa bố trí các lỗ có đường kính (3-12) mm

- Tháp chêm (tháp đệm): tháp hình trụ, gồm nhiều đoạn nối với nhau bằng mặt

bích hay hàn Vật chêm được cho vào tháp theo một trong hai phương pháp: xếp ngẫu nhiên hay xếp thứ tự

Bảng 1.1 So sánh ưu và nhược điểm của các loại tháp

Nhược

điểm:

Hiệu suất thấp Trở lực khá cao Cấu tạo phức tạp

Độ ổn định kém

Yêu cầu lắp đặt khắt khe

 lắp đĩa thật phẳng Trở lực lớn Thiết bị

nặng

Không làm việc với chất lỏng bẩn

Nhận xét: tháp mâm xuyên lỗ là trạng thái trung gian giữa tháp chêm và tháp mâm chóp

và có thể làm việc với chất lỏng bẩn => Chọn tháp chưng cất là tháp mâm xuyên lỗ

Vậy: Chưng cất hệ Toluene-Xylene-Benzene ta dùng tháp mâm xuyên lỗ hoạt động liên tục ở áp suất thường, cấp nhiệt gián tiếp ở đáy tháp

1.4 Giới thiệu sơ bộ về nguyên liệu

Toluene

Toluen, hay còn gọi là mêtylbenzen hay phenylmêtan, là một chất lỏng trong suốt, không hòa tan trong nước Toluen là một hyđrocacbon thơm được sử dụng làm dung môi rộng rãi trong công nghiệp Là một hyđrocacbon thơm, toluene có khả năng tham gia phản ứng thế ái điện tử Nhờ có nhóm mêtyl mà độ hoạt động hóa học của toluene trong phản ứng này lớn gấp 25 lần so với benzen

Vì vòng thơm khá bền nên cần áp suất cao khi tiến hành phản ứng hyđro hóa toluen thành mêtylcyclohexan

 Các tính chất vật lí của Toluene:

 Khối lượng phân tử : 92,14 g/mol

Trong ngành hóa sinh, người ta dùng toluene để tách hemoglobin từ tế bào hồng cầu Toluene nổi tiếng còn vì từ nó có thề điều chế TNT.

 Độc tính:

Hít toluene trong thấp đến mức vừa phải có thể gây ra mệt mỏi, lú lẫn, yếu cơ, hành động say rượu kiểu, mất trí nhớ, buồn nôn, chán ăn, nghe và mất thị lực Những triệu chứng này thường biến mất khi tiếp xúc được dừng lại Hít vào mức độ cao của toluene trong một thời gian ngắn có thể gây choáng váng, buồn nôn, hay buồn ngủ, bất tỉnh - và thậm chí tử vong Nếu tiếp xúc với toluene trong thời gian đủ dài, có thể bị bệnh ung thư

Xylene

Xylene hay còn gọi xylol hoặc dimethylbenzene là một hydrocarbon thơm hỗn hợp gồm một benzen nhân với hai nhóm methyl ở vị trí thay thế khác nhau Ba đồng phân của xylen có công thức phân tử C8H10 Hỗn hợp này là một chất lỏng không màu hơi nhờn thường gặp phải như một dung môi Xylene lần đầu tiên được phân lập và đặt tên vào năm 1850 bởi nhà hóa học người Pháp Auguste

 Các tính chất vật lý của Xylene:

Bảng 1.2 Tính chất vật lý của Xylene

Khối lượng phân tử 106 g/mol 106 g/mol 106 g/mol

Tỉ trọng 0,88 g/ml 0,86 g/ml 0,86 g/ml Nhiệt độ sôi 144 oC 139 oC 138 oC

Nhiệt độ nóng chảy -25 oC -48 oC 13 oC

Độ nhớt (20 oC) 0,812 cP 0,62 cP 0,34 cP

 Ứng dụng:

 Axit terephthalic và các dẫn xuất liên quan:

P -Xylene là tiền chất chính của terephthalic axit và dimethyl terephthalate, cả

hai monome được sử dụng trong việc sản xuất polyethylene terephthalate (PET) chai nhựa và polyester quần áo, và một nửa trong số tất cả xylene sản xuất được tiêu thụ theo cách này

 Ứng dụng dung môi:

Xylene dung môi thường có chứa một tỷ lệ phần trăm nhỏ của ethylbenzene Giống như các đồng phân khác, hỗn hợp là không màu, có mùi thơm, và rất dễ cháy Lĩnh vực áp dụng bao gồm in, cao su, và da công nghiệp Nó là một thành phần phổ biến của mực in, cao su, và chất kết dính Trong nha khoa, xylene có thể được sử dụng để hòa tan gutta percha, một loại vật liệu được sử dụng cho nội nha (điều trị tủy răng) Trong ngành công nghiệp dầu khí, xylene cũng là một thành phần thường xuyên của các dung môi parafin

 Sử dụng phòng thí nghiệm:

Xylene được sử dụng trong phòng thí nghiệm để làm cho để làm mát bình phản ứng Xylene còn được sử dụng để loại bỏ dầu hỏa từ kính hiển vi khô trước khi nhuộm Sau khi nhuộm, kính hiển vi được đặt trong xylen trước khi gắn với một bao ngoài

 Độc tính:

Các tác dụng chính của hít phải khí xylen là trầm cảm của hệ thần kinh trung ương (CNS), với các triệu chứng như đau đầu, chóng mặt, buồn nôn và ói mửa Tại một điểm tiếp xúc của 100 ppm, người ta có thể cảm thấy buồn nôn hoặc đau đầu Tại một

điểm tiếp xúc giữa 200-500 ppm, các triệu chứng có thể bao gồm cảm giác "cao", chóng mặt, yếu, dễ bị kích thích, nôn, giảm thời gian phản ứng

Ethybenzene

Ethylbenzene là một hợp chất hữu cơ với công thức C6H5CH2CH3 Đó là một rất

dễ cháy, chất lỏng không màu có mùi tương tự như của xăng với hương thơm ngọt ngào, bay hơi nhanh và rất dễ cháy

 Độc tính:

Độc tính của ethylbenzene là thấp Các độc tính lâu dài và gây ung thư là không

rõ ràng Tại mức độ tiếp xúc cao, ethylbenzene có thể gây chóng mặt

CHƯƠNG 2: SƠ ĐỒ QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ

2.1 Thuyết minh quy trình công nghệ

Hỗn hợp Aromatics sau khi qua các quá trình tinh chế, làm sạch các tạp chất cơ học, làm sạch sulfolane và loại nước được dẫn vào tháp chưng cất Benzene với áp suất thường để tách loại Benzene Dòng sản phẩm đáy của tháp chưng cất Benzene chứa Toluene - Xylene - Ethylbenzene tiếp tục được đưa vào tháp tách riêng Toluene và các sản phẩm nặng

Nhiệt độ nguyên liệu lúc đầu của tháp Toluene là 110 oC, được bơm lên thiết bị truyền nhiệt Dòng nhập liệu được gia nhiệt tới nhiệt 136 0C trong thiết bị truyền nhiệt ống chùm Sau đó hỗn hợp được đưa vào tháp chưng cất ở đĩa nhập liệu và bắt đầu quá trình chưng cất Lưu lượng dòng nhập liệu được kiểm soát qua lưu lượng kế

Trên đĩa nhập liệu, chất lỏng được trộn với phần lỏng từ đoạn luyện của tháp chảy xuống Trong tháp, hơi đi dưới lên gặp lỏng đi từ trên xuống Ở đây có sự tiếp xúc và trao đổi giữa hai pha với nhau Pha lỏng chuyển động trong phần chưng càng xuống phía dưới càng giảm nồng độ các cấu tử dễ bay hơi vì đã bị pha hơi tạo nên từ nồi đun lôi cuốn cấu tữ dễ bay hơi Nhiệt độ càng lên trên càng thấp, nên khi hơi đi qua các đĩa từ dưới lên thì cấu tử có nhiệt độ sôi cao là Xylene - Ethylbenzene sẽ ngưng tụ lại, cuối cùng trên đỉnh tháp ta thu được hỗn hợp có cấu tử Toluene chiếm nhiều nhất (nồng độ trên 98 % phần khối lượng) Hơi này đi vào thiết bị ngưng tụ được ngưng tụ hoàn toàn Một phần chất lỏng ngưng tụ đi qua thiết bị làm nguội sản phẩm đỉnh được làm nguội bằng thiết bị trao đổi nhiệt ống chùm rồi được đưa qua bồn chứa sản phẩm đỉnh Phần còn lại của chất lỏng ngưng tụ được hoàn lưu về tháp ở đĩa trên cùng với tỉ số hoàn lưu thích hợp và được kiểm soát bằng lưu lượng kế Cuối cùng ở đáy tháp ta thu được hỗn hợp lỏng hầu hết là cấu tử khó bay hơi (Xylene- Ethylbenzene) Hỗn hợp lỏng ở đáy có nồng độ Toluene thấp hơn 1 % phần khối lượng Dung dịch lỏng ở đáy đi ra khỏi tháp vào nồi đun Trong nồi đun dung dịch lỏng một phần sẽ bốc hơi cung cấp lại cho tháp

để tiếp tục làm việc, phần còn lại ra khỏi nồi đun và tiếp tục được phân tách ở những tháp tiếp theo Hệ thống làm việc liên tục cho ra sản phẩm đỉnh là Toluene, sản phẩm đáy là Xylene – Ethylbenzene

CHƯƠNG 3: CÂN BẰNG VẬT CHẤT 3.1 Cân bằng vật chất

Các số liệu ban đầu

Bảng 3.1 Thành phần nguồn nhập liệu vào tháp

Lưu lượng nhập liệu: 200 kmol/h = 20000 kg/h

Nhập liệu ở nhiệt độ 136oC và 1,3 atm

Yêu cầu sản phẩm:

Về lượng Toluene phải thu hồi được ở đỉnh là: ( 7)

D C

Xác định thành phần cấu tử và cân bằng vật chất

Yêu cầu phân đoạn sản phẩm như sau:

- Về lượng Toluene phải thu hồi được ở đỉnh là : ( 7)

D C

Tỉ lệ mol Kmol/h

Tỉ lệ khối lượng

Tỉ lệ mol Kmol/h

Tỉ lệ khối lượng

Tỉ lệ mol Toluene 100 0,4646 0,50 99,4550 0,9833 0,9855 0,5450 0,0048 0,055

p-Xylene 20 0,1071 0,10 0,2456 0,0028 0,0024 19,7544 0,1995 0,1994

m-Xylene 40 0,2141 0,20 0,4323 0,0049 0,0043 39,5677 0,3996 0,3993

o-Xylene 24 0,1285 0,12 0,0336 0,0004 0,0003 23,9664 0,2421 0,2419 Ethylbenzene 16 0,0857 0,08 0,7519 0,0086 0,0075 15,2481 0,1540 0,1539

3.2 Chuẩn bị dữ kiện và các giả thuyết

Chọn cấu tử khóa: Toluene là cấu tử khóa nhẹ: i nhẹ

m-Xylene là cấu tử khóa nặng: j nặng

Tính độ bay hơi tương đối

Ta cần tính độ bay hơi tương đối của các cấu tử trong hỗn hợp tương ứng với ba

vị trí của tháp chưng:

Đỉnh tháp: 𝛼𝑖𝐷; Đáy tháp 𝛼𝑖𝑊; Nơi nhập liệu: 𝛼𝑖𝐹

Từ đó tính độ bay hơi tương đối trung bình:   3  iD iW iF

Đỉnh tháp: Chọn áp suất P đỉnh = 1 atm và nhiệt độ t =110,6 o C

Ta sử dụng dữ liệu Ki được truy xuất từ cơ sở dữ liệu của HYSYS

Bảng 3.3 Độ bay hơi tương đối

Đáy tháp: Chọn áp suất Pđáy = 1,5 atm và nhiệt độ t = 155,3 oC

Ta sử dụng dữ liệu Ki được truy xuất từ cơ sở dữ liệu của HYSYS

Bảng 3.4 Độ bay hơi tương đối ở đáy

Nhập liệu: Chọn áp suất Pnhập liệu = 1,3 atm và nhiệt độ t = 136 oC

Ta sử dụng dữ liệu Ki được truy xuất từ cơ sở dữ liệu của HYSYS và xác định thành phần lỏng hơi

 Giả sử V: phần trăm pha hơi

L: phần trăm pha lỏng

 Nếu ta gọi Zi là nồng độ ban đầu của cấu tử i trong hỗn hợp, xi và yi là nồng độ của cấu tử I ở pha lỏng và pha hơi khi cân bằng, ta có:

lg( ) lg

jW iD

i

x x

Vậy ta có bảng độ bay hơi tương đối trung bình của các cấu tử

Bảng 3.6 Độ bay hơi trung bình

3.3 Xác định Nmin theo công thức Fenske

Số bậc biến đổi nồng độ tối thiểu Nmin tương ứng với trường hợp hồi lưu toàn phần Đối với hệ hai cấu tử, đại lương Nmin có thề xác định dẽ dàng bằng đồ thị Nói chung, trong mọi trường hợp đều có thể sử dụng công thức Fenske để xác định số bậc biến nồng độ tối thiểu Nmin Trong đồ án này, ta xem xét dạng công thức Fenske cho hệ nhiều cấu tử:

(p.46, [6])

x

1 ( 1)

i i

Giả sử a, b, c lần lượt là số mol các cấu o, p, m – Xylene ở trên đỉnh

99, 4550 40

0, 5450log(2, 0828)

99, 4450 24

0, 5450log(2, 0828)

a a

N

b b

N

c c

0, 203413,58

a b c N

Sự sai khác nhau với giả thuyết phân bố ban đầu không lớn lắm trừ trường hợp

của o – Xylene Tuy nhiên, đối với cấu tử trung gian ta không có yêu cầu chặt chẽ, do

đó số liệu phân bố nồng độ ban đầu do phần mềm HYSYS mô phỏng được sử dụng tính toán

Ta sử dụng công thức Fenske để xác định lại Nmin:

3.4 Xác định nmin và nmin cho tháp chưng

Ta có thể tính số bậc biến đổi nồng độ tối thiểu nmin cho đoạn luyện hoặc mmin cho đoạn chưng của tháp bằng cách sử dụng công thức Fenske

Khi tính nmin ta viết phương trình Fenske cho hai cấu tử khóa ở đỉnh và nơi nhập liệu, khi tính mmin thì ta viết phương trình Fenake cho hai cấu tử khóa ở đáy và nơi nhập liệu

Đoạn luyện:

Đoạn chưng:

3.5 Xác định tỷ số hồi lưu tối thiểu Rmin

Trong chưng cất hệ nhiều cấu tử, Gilliland đã đề nghị một số phương pháp tính

tỷ số hồi lưu tối thiếu Rmin trong đó đã nêu lên được một số vấn đề sau:

Việc hồi lưu cấu tử khóa là cơ sơ chính yếu cho việc tính toán

Việc hồi lưu các cấu tử nhẹ và nặng vẫn có tác dụng trực tiếp đến toàn hỗn hợp, do đó tính toán bổ sung thêm dưới dạng các đại lượng hiểu chỉnh Trạng thái nhập liệu tương ứng với 2 trường hợp biên như sau:

Nhâp liệu ở trạng thái lỏng: tuy nhiên không phải hoàn toàn lỏng vì có các cấu

tử nhẹ hơn cấu tử khóa nhẹ bay hơi

Nhập liệu ở trạng thái hơi: cũng không phải bay hơi hoàn toàn mà các cấu tử

nặng hơn cấu tử khóa nặng không bay hơi Các trường hợp nhập liệu biên sẽ cho các tỳ

số hổi lưu tối thiểu tương ứng và từ đó có thể nội suy tuyến tính cho tỷ số hồi lưu tối thiểu bất kỳ tương ứng với trạng thái nhập liệu nằm giữa hai trạng thái biên kể trên

J.C.Maxwell đã biến đổi đơn giản hóa các công thức Gilliland và cuối cùng đã đưa ra công thức tính hồi lưu tối thiểu Rmin ở dạng sau:

jD iF

iD iF

x x

jF iD

iF iW

x x

iheavy jlight iheavy iheavy

x

x l

Vế bên phải của công thức trên mô tả mối quan hệ với các cấu tử khóa ở nhóm hạng thứ nhất còn nhóm hạng thứ hai là quan hệ với các cấu tử nhẹ và nhóm hạng thứ

ba là quan hệ các cấu tử nặng

Nếu có các cấu tử trung gian thì cấu tử trung gian nhẹ sẽ được tính theo các cấu

tử nhẹ và cấu tử trung gian nặng được tính theo cấu tử nặng

Công thức trên được sử dụng tính toán Rmin cho cả trường hợp nhập liệu biên, tuy nhiên có đại lượng l được xác định riêng biệt cho từng trường hợp, cụ thể được trình bày trong bảng sau:

Trong đó:

- Zi: nồng độ cấu tử I trong hỗn hợp ban đầu

- αi: độ bay hơi tương đối trung bình của cấu tử i so với cấu tử khóa nặng

- iV, iL : cấu tử trung gian nhẹ và trung gian nặng

Bảng 3.7 Cách tính l

Cấu tử

Nhâp liệu dạng sôi Nhập liệu dạng hơi

% bay hơi

Ta có kết quả tính toán trong bảng sau:

Bảng 3.8 Xác định l

Nhập liệu dạng lỏng sôi Nhập liệu dạng hơi

Như vậy: Rmin50% < Rmin67,28% < Rmin90%

Từ kết quả trên nội suy ra: Rmin67,28% = 1,256

3.6 Xác định số bậc lý thuyết tương ứng với R hợp lý:

Hiệu suất đĩa

Phương trình của Drickamer và Braford được O’Connell cải tiến được coi là các phương trình chuẩn dùng để dự đoán hiệu suất của đĩa công nghiệp

Locket đã đưa ra khía cạnh lý thuyết trong phương trình của O’connell: Khi độ nhớt của lỏng tăng lên sẽ lảm giảm tốc độ khuyết tán trong pha lỏng, vì vậy trở khối của pha lỏng sẽ tăng lên và hiệu suất đĩa sẽ giảm xuống Khi hệ số bay hơi tương đối tăng lên, ảnh hưởng của trở khối của pha lỏng sẽ tăng lên, và hiệu suất của đĩa cũng sẽ giảm xuống

Locket đã thể hiện đồ thị của O’Connell ở dạng phương trình:

Eoc = 0,492.(αµ)-0,245 (p.85, [4])

Ở đây: µ -độ nhớt của pha lỏng,cP

α –hệ số bay hơi tương đối

Eoc –hiệu suất đĩa

Độ nhớt µ và hệ số bay hơi tương đối α được xác định tại nhiệt độ trung bình của đỉnh và đáy tháp Cho hỗn hợp nhiều cấu tử, hệ số bay hơi được xác định theo cấu tử chính

10,36

180,5775

Thiết bị ngưng tụ: ngưng tụ hoàn toàn

Đoạn luyện: 18 đĩa Đĩa nhập liệu số 18 (số thứ tự đĩa từ trên xuống)

Đoạn chưng: 20 đĩa

Thiết bị đun nóng: Đun nóng gián tiếp bằng hơi nước bão hòa Xem như 1 đĩa

CHƯƠNG 4: CÂN BẰNG NĂNG LƯỢNG 4.1 Cân bằng năng lượng

Bảng 4.1 Thông số tính toán

Mâm t hh

( o C)

x % mol

x% khối lượng

Suất lượng mol (kmol/h)

Suất lượng khối lượng (kg/h)

H (kJ/kmol)

M hh

(kg/kmol) (D) 110,6 0,9855 0,9833 100,92 9318,95 26390 92,34

(F) 136,0 0,5000 0,4646 200 19830 38440 99,15

(W) 155,3 0,0055 0,0048 99,08 10512,39 4304 106,10

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

Nhập liệu được gia nhiệt từ to = 110 oC đến nhiệt độ tF = 136 0C

QD1 + Qf = QF + Qng1 +Qxq1, (kJ/h) (p.196, [2]) Trong đó:

QD1 - Nhiệt lượng của hơi đốt: Q D1D1.1D r1(11C1), kJ/h

Q - Nhiệt lượng mất ra môi trường xung quanh:Q xq1=0,05 QD1, kJ/h

Xem như đơn giản ta có: QD1 – Qng1 = D1.r1 ,kJ/h

 Ta coi nhiệt lượng do hơi đốt mang vào QD1 = D1.r1 ,kJ/h

Vậy phương trình cân bằng nhiệt trở thành: Q D1.0,95Q f Q F

Theo tài liệu tham khảo [7], ta có hF = 38440 kJ/kmol

hf = 10470 kJ/kmol

1

F –0,95

F f D

r1=2117 kJ/kg (p.38, [9])

Cân bằng nhiệt lượng của thiết bị ngưng tụ

Chọn hơi sản phẩm đỉnh ngưng tụ hoàn toàn thành lỏng

Nhiệt ngưng tụ sản phẩm đỉnh là:

Qnt = D.(R 1).r D= Gn1.Cn (t2 – t1), (kJ/h) (p.198, [2]) Tra tài liệu tham khảo [7], ở tD = 110,6oC ta có: rD = 33260 kJ/kg

Nhiệt lượng trao đổi tại thiết bị làm nguội sản phẩm đỉnh

Nhiệt làm nguội sản phẩm đỉnh từ tD = 110,6 0C xuống tDR = 30 0C là:

QD = D (hD – hDR) = Gn2.Cn (t2 – t1), (kJ/h) (p.198, [2]) Tra tài liệu tham khảo [7]: hD = 26390 kJ/kmol

hDR = 13310 kJ/kmol Vậy: QD = QD = D (hD – hDR ) = 100,92.(26390 – 13310) = 1,3200.106 (kJ/h) Chọn t1 = 25oC và t2 = 45oC, => ttb = 35oC => Cn =4,2 kJ/kg

Nhiệt lượng cung cấp cho nồi đun của đáy tháp

Phương trình cân bằng năng lượng:

Q - Nhiệt lượng do sản phẩm đáy mang ra: Q W W h W, kJ/h

Q xq2- Nhiệt lượng tổn thất ra môi trường xung quanh: Q xq2  0, 05.Q D2, kJ/h

60 200.384400,95.2024

CHƯƠNG 5: TÍNH TOÁN CÁC THÔNG SỐ THIẾT BỊ CHÍNH

Phân bố dòng lỏng và dòng hơi trong tháp và các tính chất vật lý ( kết quả mô phỏng trên máy tính) cho lưu lượng hỗn hợp ban đầu F = 200 kmol/h Số liệu dẫn trong bản dưới đây là kết quả mô phỏng trong HYSYS 2006

Bảng 5.1 Tải trọng của tháp Toluene và các tính chất vật lý

ft 3 /s

Lưu lượng khối lượng lb/s

Lưu lượng thể tích

Các số liệu trong bảng 5.1 là các số liệu điển hình nhận được bằng phương pháp

mô phỏng tháp trên máy tính cho thấy lưu lượng khối lượng của dòng hơi và dòng lỏng trong đoạn luyện đều đạt giá trị lớn nhất tại đĩa 18 Vì vậy, đĩa 18 sẽ được chọn để tính kích thước của đoạn luyện trên tháp

Tương tự đĩa 38 của đoạn chưng sẽ được chọn để tính kích thước của đoạn chưng trên tháp

3 3

TS: Khoảng cách giữa các đĩa, in;

hcl: Chiều cao lớp chất lỏng trong ở trên đĩa ở chế độ chuyển từ lớp bọt sang phun tia, in;

ρL và ρV: Khối lượng riêng của lỏng và hơi, lb/ft3

Để tính toán ta chấp nhận các giả thuyết sau:

3 3



2 ,

77,98

54, 4368.(0,8) 0,85.0,8.2,1066

46,8650

36, 6357.(0,8) 0,85.0,8.1,8812

46,8650

36, 6357.(0,8) 0,85.0,8.1,8812

(p.290, [12])

 Cho đoạn luyện:

 Cho đoạn chưng:

Diện tích chảy truyền lỏng A D :

Để tính sơ bộ diện tích chảy truyền lỏng AD sẽ sử dụng các giá trị tốc độ tối đa của dòng trong kênh chảy truyền cho trong bảng 7.5 (p.45, [4]) Cho tháp tách Toluene

ở áp suất p = 1 atm theo bảng tốc độ của dòng lỏng trong kênh chảy truyền nằm trong khoảng (0,1-0,2) ft/s Chọn tốc độ này bằng UD = 0,1 ft/s Ở đây không cần chú ý đến

hệ số giảm tốc vì trong bảng đã tính đến xu thế tạo bọt của hệ

 Đoạn luyện:

2

0, 4008

4, 00800,1

L D D

L D

DT = 2,6 m = 8,53 ft

Sắp đặt sơ bộ mặt đĩa

Ở giai đoạn đầu cần phải tiến hành sắp đặt sơ bộ diện tích mặt đĩa, vì sắp đặt mặt đĩa sẽ ảnh hưởng đến kích thước đường kính của tháp Trong đồ án này, sắp sơ bộ mặt đĩa sẽ dựa vào hướng dẫn chi tiết sắp đặt mặt đĩa của các hãng

5.1.3.1 Xác định số đường đi của đĩa

Dựa vào bảng 7.1 (p.10, [4]) để chọn sơ bộ mô hình dòng lỏng trên đĩa

Ta có đường kính tháp D = 8,53 ft với:

- QL(luyện) = 0,4008 ft3/s = 180 GPM => Sơ đồ 1 dòng lỏng

- QL(chưng) = 0,4407 ft3/s = 197 GPM => Sơ đồ 1 dòng lỏng

5.1.3.2 Khoảng cách giữa các đĩa

Cho đoạn chưng và đoạn luyện của tháp chọn sơ bộ khoảng cách đĩa TS = 18 in

là phù hợp

5.1.3.3 Đường kính lỗ

Trong trường hợp các dòng không lẫn tạp chất cơ học, chọn đường kính lỗ của đĩa dh = 3/16 in (5mm) sẽ phù hợp, còn trong trường hợp này chúng ta xem như có lẫn tạp chất cơ học nên chọn đường kính lổ dh = 0,5 in (12,5mm) là phù hợp

5.1.3.4 Các kính thước khác

Theo chỉ dẩn của Kister, ở giai đoạn thiết kế sơ bộ các kích thước sau đây có thể coi là phù hợp cho việc sắp đặt mặt đĩa:

 Phần diện tích lỗ: Af = 0,1

 Chiều cao ngưỡng chảy tràn ở cửa ra khỏi đĩa của lỏng: hw = 2 in

 Chiều cao mực chất lỏng trong ở trên đĩa hcl: 1,5 in

 Chiều dày đĩa: tt = 0,2 in

5.1.3.6 Sắp xếp kênh chảy truyền

Bảng 5.2 Sắp xếp kênh chảy truyền

Đại lượng Đoạn luyện Đoạn chưng

Diện tích chảy truyền lỏng mép dưới,ADB (ft) 4 4,4

Diện tích sục khí của mâm,AB =AT-ADT-ADB (ft2) 49,15 48,35 Diện tích làm việc thực của mâm, AN=AT-AD (ft2) 53,15 52,75

Chiều dài ngưỡng chảy tràn và chiều rộng kênh chảy truyền

Các đại lượng này tính được từ dạng của kênh chảy truyền Để xác định nhanh các đại lượng này cũng có thể sử dụng các đồ thị của Bolles:

Bảng 5.4 Chiều dài ngưỡng chảy tràn và chiều rộng kênh chảy truyền

Đại lượng Ký hiệu Đoạn luyện Đoạn chưng

Chiều dài của ngưỡng chảy tràn Lw (in) 66,53 69,61

Chiều rộng của kênh chảy tràn Wdc (in) 12,28 13,30

Đường đi của lỏng trên mâm lF (in) 77,80 75,75

Kiểm tra đường đi của lỏng trên mâm lF = DT - Wdc - Wde, phải lớn hơn 18 in Kết quả thu được đều thỏa mãn

Độ dài đường đi của lỏng trên đĩa in 77,8 75,75

Chiều cao lớp chất lỏng trong trên

Kiểm tra sặc đĩa

Khi thiết kế tháp thường chọn tốc độ làm việc của tháp bằng khoảng (80 – 85)% tốc độ sặc đĩa Đây là khoảng an toàn cần thiết do có thể có những sai số của các số liệu cũng như củ phương trình dùng để tính toán – thiết kế

Các công thức tính toán và kiểm tra:

2

2

0,791 0,833 0,59 1,79

Bảng 5.6 Kiểm tra sặc đĩa

Thông số CSB tại điểm sặc đĩa CSB, ft/s 0,2952 0,2530 Khối lượng riêng của pha hơi ρV, lb/ft3 0,2359 0,2974

Lưu lượng thể tích hơi CFS, f3/s 77,97 46,86

*

.0,114.( ) ( ) ( ) (p.279, [12])

Kiểm tra khả năng tắc nghẽn kênh chảy truyền lỏng

Để kiểm tra kênh chảy truyền, sử dụng phương trình của Koch Phương trình này được thiết lặp dựa vào thời gian lưu lớn nhất của lỏng trong kênh chảy truyền Tiêu chuẩn về thời gian lưu này có thể biểu diễn qua tiêu chuẩn về tốc độ lớn nhất của lỏng qua kênh chảy truyền Phương trình Koch có dạng:

 tR: thời gian lưu của dòng lỏng trong kênh chảy truyền

 TS: Khoảng cách giữa các đĩa, in

 SF: Yếu tố giảm tốc

Tải trọng làm việc của kênh chảy truyề QD: D

D

GPM Q

A



Bảng 5.7 Kết quả kiểm tra khả năng tắc nghẽn kênh chảy truyền lỏng

Diện tích chảy truyền lỏng ở mép trên 4 4,4

Tải trọng lỏng của kênh chảy truyền QD,

- Tổng kết: Kết quả ở các bảng trên cho thấy kích thước của tháp lớn hơn so với

mức cần thiết (% sặc đĩa quá nhỏ, diện tích kênh chảy truyền lớn) Do đó, ở vòng lặp thứ hai nên giảm đường kính tháp và giảm diện tích kênh chảy truyền

2, 0040

0, 2

L D D

Tiến hành tính lại kích thước ngưỡng chảy tràn và kích thước kênh chảy truyền theo trình tự như vòng tính thứ nhất

Bảng 5.8 Sắp xếp kênh chảy truyền lần hai

Đại lượng Đoạn luyện Đoạn chưng

AT (ft2) 33,80 33,80

AD (ft2) 2,0040 2,2035

AD/AT (%) 5,93 6,52