tính toán và thiết kế hệ thống chưng luyện liên tục, thiết bị tháp đệm để phân riêng hỗn hợp axeton và nước

Mục lục LỜI MỞ ĐẦU Phần I: Tổng quan đề tài Chương Tổng quan phương pháp chưng luyện 1.1 Chưng luyện gì? 1.2 Các phương pháp chưng : 1.3 Nguyên tắc chưng luyện: .1 1.4 Hệ thống chưng luyện 1.4.1 Hình vẽ (A3) 1.4.2 Thuyết minh sơ đồ hệ thống chưng luyện: .2 1.5 Tháp chưng luyện ( Đệm) 1.5.1 Cấu tạo: 1.5.2 Tháp đệm (A3) 1.5.3 Nguyên tắc hoạt động: Chương Tổng quan hóa chất 2.1 Cấu tử A: Axeton ( CH3COCH3) 2.1.1 Tính chất vật lý 2.1.2 Tính chất hóa học .5 2.1.3 Phương pháp điều chế 2.1.4 Ứng dụng 2.2 Cấu tử B: Nước 2.2.1 Tính chất vật lý 2.2.2 Tính chất hóa học .7 2.2.3 Ứng dụng Phần II: Tính tốn thiết bị Chương Tính cân vật liệu 1.1 Cân vật liệu theo lưu lượng khối lượng 1.2 Cân vật liệu tính theo lưu lượng mol 11 1.3 Cân vật liệu tính theo lưu lượng thể tích 12 1.4 Tổng hợp số liệu vào bảng thiết lập bảng cân toàn phần theo đơn vị thời gian mẫu: .14 Chương Xác định số đĩa thực tế theo phương pháp đồ thị 17 2.1 Vẽ đường cong cân x-y đồ thị -x-y theo thực nghiệm: 17 2.2 Xác định số hồi lưu thích hợp viết phương trình đường làm việc .17 2.3 Xác định số đĩa lý thuyết: 19 2.4 Xác định số đĩa thực tế: .19 Chương Tính đường kính chiều cao tháp 22 3.1 Tính đường kính tháp: .22 3.1.1 Đường kính đoạn luyện 22 3.1.1.1 Lượng trung bình đoạn luyện 22 3.1.1.2 Tính lượng lỏng trung bình đoạn luyện 25 3.1.1.3 Vận tốc trung bình đoạn luyện 25 3.1.2 Đường kính đoạn chưng 28 3.1.2.1 Lượng trung bình đoạn chưng 28 3.1.2.2 Lượng lỏng trung bình đoạn chưng: .30 3.1.2.3 Vận tốc trung bình đoạn chưng 30 3.2 Tính chiều cao tháp 32 Chương Cân nhiệt lượng tính lượng đốt cần cung cấp 34 4.1 Lượng đốt cần cung cấp cho tháp chưng .34 4.2 Lượng đốt cần cung cấp cho thiết bị đun nóng hỗn hợp đầu .37 TÀI LIỆU THAM KHẢO .39 LỜI MỞ ĐẦU Ngày với phát triển khoa học kỹ thuật, công nghiệp mang lại cho người lợi ích vơ to lớn vật chất tinh thần Để nâng cao đời sống hòa nhập chung với phát triển chung nước khu vực giới Đảng nhà nước ta đề mục tiêu cơng nghiệp hóa đại hóa đất nước Trong tiến trình cơng nghệp hóa đại hóa đất nước ngành mũi nhọn công nghệ thông tin, công nghệ sinh học… cơng nghệ hóa giữ vai trị việc sản xuất sản phẩm phục vụ cho kinh tế, tạo tiền đề cho ngành khác phát triển Khi kinh tế phát triển nhu cầu người ngày tăng Do sản phẩm đòi hỏi cao hơn, đa dạng hơn, phong phú cơng nghệ sản xuất phải nâng cao Trong cơng nghệ hóa học nói chung để tạo sản phẩm có chất lượng cao cần phải sử dụng hóa chất có độ tinh khiết cao yếu tố Có nhiều phương pháp khác để làm tăng nồng độ, độ tinh khiết như: chưng cất, đặc, trích ly Tùy vào tính chất hệ mà ta lựa chọn phương pháp phù hợp Với hỗn hợp Axeton – nước để có axeton nồng độ cao chưng cất phương pháp hữu hiệu Chính tơi tiến hành làm thiết kế hệ thống chưng luyện liên tục, thiết bị loại tháp đệm để phân riêng hỗn hợp: Axeton – Nước Phần I: Tổng quan đề tài Chương Tổng quan phương pháp chưng luyện 1.1 Chưng luyện gì? Là phương pháp dùng để tách cấu tử hỗn hợp lỏng hỗn hợp khí -lỏng thành cấu tử riêng biệt dựa vào độ bay khác cấu tử hỗn hợp Cấu tử dễ bay tách đỉnh tháp, cấu tử khó bay tách đáy tháp 1.2 Các phương pháp chưng : - Chưng đơn giản - Chưng nước trực tiếp - Chưng chân không - Chưng luyện: Chưng luyện áp suất thấp dùng cho hỗn hợp dễ bị phân hủy nhiệt độ cao Chựng luyện áp suất cao dùng cho hỗn hợp khơng hóa lỏng áp suất thường 1.3 Nguyên tắc chưng luyện: Phương pháp chưng đơn giản bậc không cho phép đạt hiệu phân tách cao Để thu sản phẩm tinh khiết tiến hành chưng nhiều lần Hỗn hợp đầu F liên tục vào nồi chưng tiếp liệu, phần chất lỏng bốc thành sản phẩm đỉnh Ống tháo sản phẩm đáy đồng thời có tác dụng trì mức chất lỏng bình khơng đổi Hơi C trạng thái cân với chất lỏng W Hơi C ngưng tụ lại thành chất lỏng D vào nồi chưng thứ hai Từ nồi chung hai ta thu G chất lỏng E Tương tự trình lặp lại nồi chưng thứ ba, nồi chưng có phận đốt nóng riêng biệt Kết ta thu sản phẩm đỉnh P chứa nhiều cấu tử dễ bay sản phẩm đáy W, E, H có nồng độ khác Người ta thay đổi sơ đồ sản xuất để thu sản phẩm đáy có chứa nhiều cấu tử bay Để đạt mục đích ta cho sản phẩm đáy nồi thứ hai trở nồi thứ sản phẩm đáy thứ ba trở nồi thứ hai…Dĩ nhiên trạng thái cân nồi không giống sơ đồ Nếu ta khống chế q trình đốt nóng tốt ta liên tục ổn định thu sản phẩm đỉnh I sản phẩm đáy B Thiết bị làm việc thu sản phẩm có độ tinh khiết cao có nhược điểm tốn đốt nhiều Sơ đồ phức tạp cồng kềnh Thực tế sản xuất sử dụng tháp, gọi tháp chưng luyện Q trình chưng nhiều lần có hồi lưu gọi trình chưng luyện 1.4 Hệ thống chưng luyện 1.4.1 Hình vẽ (A3) 1.4.2 Thuyết minh sơ đồ hệ thống chưng luyện: Dung dịch đầu thùng (1) bơm (2) bơm liên tục lên thùng cao vị (3), mức chất lỏng cao thùng cao vị khống chế nhờ ống chảy tràn, từ thùng cao vị dung dịch đưa vào thiết bị đun nóng (4) qua lưu lượng kế (11), dung dịch đun nóng đến nhiệt độ sơi nước bão hòa, từ thiết bị gia nhiệt (4) dung dịch đưa vào tháp chưng luyện (5) nhờ đĩa tiếp liệu, tháp từ lên gặp chất lỏng từ xuống, nhiệt độ nồng độ cấu tử thay đổi theo chiều cao tháp Vì từ đĩa phía lên đĩa phía trên, cấu tử có nhiệt độ sơi cao (nước) ngưng tụ lại cuối đỉnh ta thu hỗn hợp gồm hầu hết cấu tử dễ bay (axeton) Hơi vào thiết bị ngưng tụ hồi lưu (6), ngưng tụ lại Một phần chất lỏng qua thiết bị làm lạnh (7) để làm lạnh đến nhiệt độ cần thiết vào thùng chứa sản phẩm đỉnh (8), phần khác hồi lưu tháp đĩa Chất lỏng từ xuống gặp có nhiệt độ cao hơn, phần cấu tử có nhiệt độ sơi thấp bốc nồng độ cấu tử khó bay chất lỏng ngày tăng cuối đáy tháp ta thu hỗn hợp lỏng gồm hầu hết cấu tử khó bay Chất lỏng khỏi tháp làm lạnh vào thùng chứa sản phẩm đáy (10) Như với thiết bị làm việc liên tục hỗn hợp đầu đưa vào liên tục sản phẩm tháo liên tục 1.5 Tháp chưng luyện ( Đệm) 1.5.1 Cấu tạo: Tháp đệm sử dụng cho trình hấp thụ, hấp phụ, chưng luyện trình khác Tháp đệm hình trụ, bên có đổ đầy đệm Đệm có nhiều loại, phổ biến có loại đệm sau: - Đệm vịng, kích thước từ 10 đến 100 mm - Đệm hạt, kích thước từ 20 đến 100mm - Đệm xoắn, đường kính dây cỡ 0,3 đến 1mm, đường kính vịng xoắn cỡ đến 8mm, chiều dài dây không 25m - Đệm lưới gỗ Tháp đệm có ưu điểm: - Có bề mặt tiếp xúc lớn, hiệu suất cao - Cấu tạo đơn giản - Trở lực tháp không lớn - Giới hạn làm việc tương đối rộng Tuy nhiên tháp đệm có nhược điểm khó làm ướt đệm Do đó, tháp cao q chất lỏng phân bố khơng Vì vậy, người ta phải chia tầng tầng có đặt thêm phận phân phối chất lỏng 1.5.2 Tháp đệm (A3) 1.5.3 Nguyên tắc hoạt động: Hỗn hợp Axeton – Nước bồn chứa nguyên liệu bơm lên bồn cao vị Sau đó, hỗn hợp gia nhiệt đến nhiệt độ sôi thiết bị đun sơi dịng nhập liệu đưa vào tháp chưng cất đĩa nhập liệu Trên đĩa nhập liệu, chất lỏng trộn với phần lỏng từ đoạn luyện tháp chảy xuống Trong tháp, từ lên gặp chất lỏng từ xuống Ở đây, có tiếp xúc trao đổi hai pha với Pha lỏng chuyển động phần chưng xuống giảm nồng độ cấu tử dễ bay bị pha tạo nên từ nồi đun lơi cấu tử dễ bay Nhiệt độ lên thấp, nên qua đệm từ lên cấu tử có nhiệt độ sơi cao nước ngưng tụ, đỉnh tháp ta thu hỗn hợp cấu tử axeton chiếm nhiều Hơi vào thiết bị ngưng tụ Một phần lỏng ngưng hồi lưu tháp, phần chất lỏng ngưng qua thiết bị làm nguội sản phẩm đỉnh Một phần cấu tử có nhiệt độ sơi thấp bốc hơi, cịn lại cấu tử có nhiệt độ sơi cao chất lỏng ngày tăng Cuối đáy tháp ta thu hỗn hợp lỏng gồm hầu hết cấu tử khó bay (nước) Hỗn hợp lỏng đáy có nồng độ Axeton 5% theo phần mol, lại nước Hỗn hợp lỏng đáy tháp đun nồi đun, bốc cấp lại cho tháp để tiếp tục làm việc, phần lại trao đổi nhiệt với nhập liệu Hệ thống làm việc liên tục cho sản phẩm đỉnh Axeton, sản phẩm đáy sau trao đổi nhiệt với nhập liệu thải bỏ Chương Tổng quan hóa chất 2.1 Cấu tử A: Axeton ( CH3COCH3) 2.1.1 Tính chất vật lý - Axeton chất lỏng không màu, dễ bay hơi, có mùi đặc trưng tan vơ hạn nước - Khối lượng phân tử: M = 58 - Nhiệt độ nóng chảy: -95.3oC - Nhiệt độ sơi: 56.5oC 2.1.2 Tính chất hóa học - Phản ứng khử với H2 giống Andehit: CH3-CO-CH3 + H2  CH3-CH(OH)-CH3 - Phản ứng oxi hóa: Axeton khơng bị oxi hóa dụng dịch bạc nitrat ammoniac (không tráng gương), không khử đồng(II) hidroxit, mà bị oxi hóa chất oxi hóa mạnh như: KMnO4, K2Cr2O7, với H2SO4 đặc - Phản ứng cộng hidroxianua: CH3-CO-CH3 + HCN  CH3-CH(CN)-CH3 - Tham gia phản ứng brom gốc hidrocacbon: CH3COCH3 +Br2  CH2BrCOCH3 + HBr 2.1.3 Phương pháp điều chế - Phương pháp sản xuất hành Axeton sản xuất trực tiếp gián tiếp từ propen Phần lớn axeton tạo phương pháp Cumen, gồm việc alkyl hoá benzen với propen, sinh cumen, oxi hoá sinh axeton phenol Bên cạnh đó, axeton sản xuất trực tiếp cách oxi hay hidro hoá propen, sinh 2-propanol oxi hố isopropanol axeton Ngồi ra, axeton cịn sản xuất dạng sản phẩm phụ công nghiệp chưng cất axeton sản phẩm phụ trình lên men - Phương pháp sản xuất cũ Axeton sản xuất cách chưng cất axetat, ví dụ canxi axetat phản ứng khử carboxyl Ca(CH3COO)2 → CaO + CO2↑ + (CH3)2CO - Trước đó, axeton cịn sản xuất cách lên men axeton-ethanol với vi khuẩn Clostridium acetobutylicum 2.1.4 Ứng dụng - Dùng làm dung môi Axeton dùng làm dung mơi để pha lỗng nhựa polieste, dùng chất tẩy rửa, dụng cụ làm sạch, pha keo epoxy thành phần trước đóng rắn sử dụng thành phần dễ bay số loại sơn vecni Axeton dùng làm dung môi ngành công nghiệp dược phẩm, thành phần số loại thuốc sản xuất rượu biến tính Axeton dùng làm dung mơi để vận chuyển lưu trữ axetilen axetilen chịu áp suất lớn dạng hợp chất tinh khiết khơng an tồn - Dùng làm hố chất trung gian Axeton dùng để tổng hợp metyl metacilat, tổng hợp bisphenol A - Dùng phịng thí nghiệm Axeton dùng dung môi cực aprotic nhiều phản ứng hữu Ngoài ra, axeton sử dụng làm chất tẩy rửa dụng cụ thuỷ tinh phịng thí nghiệm giá thành thấp dễ bay Tuy nhiên chúng hiệu pha lỗng nhiều 25 r1=raay1+(1-ay1)rb - Phương trình đường nồng độ làm việc đoạn luyện: y=0.3811x+0.588 Vị trí x X y x=xF 0.21 0.668 x=xP 0.95 0.950 - Ta có: y1=yF=0.668 ay1(gt)=(y1*MA)/(y1*MA+(1-y1)*MB)=(0.668*58)/(0.668*58+(1-0.668)*18)=0.866 r1=r1ay1+(1- y1)r1b=514201*0.866+(1-0.866)*2406112=767.020 J/kg Lượng vào đoạn luyện: g1.r1=gđ.rđ g1= (gđ*rđ)/r1=(1209.9*552109.653)/767.020=870.9 (kg/h) Cân vật liệu toàn phần từ đĩa tiếp liệu đến đỉnh tháp:g1=G1+GP Suy ra: G1=g1-GP=870.9-748.847=122.1 kg/h Cân vật liệu riêng phần cho cấu tử nhẹ từ đĩa tiếp liệu đến sản phẩm đỉnh tháp theo khối lượng: ay1(tt)=(G1.ax1+Gp.axp)/g1=(122.1*0.461+748.847*0.984)/870.9=0.911 y1(tt)=(G1.x1+GP.xP)/g1=(122.1*0.21+748.847*0.95)/870.9=0.76 Lượng trung bình đoạn luyện: gtb=( gd+ g1)/2=(1209.9+870.9)/2=1040.4 kg/h =1040.4*0.000278=0.289 kg/s 3.1.1.2 Tính lượng lỏng trung bình đoạn luyện Gtb=(GR+G1)/2=(461.081+122.1)/2=291.6 kg/h =291.6*0.000278=0.081 kg/s 3.1.1.3 Vận tốc trung bình đoạn luyện 26 a Khối lượng riêng trung bình Đối với pha khí(hơi): ⍴ytb={[ytb1M1+(1-ytb1)M2].237}/(22.4.T) Nồng độ phần mol Axeton ytb1=(yP+yF)/2=(0.668+0.95)/2=0.809 Nhiệt độ làm việc trung bình tháp: T=(TF+TP)/2=(64.3+57.2)/2=60.8ºC ⍴ytb=(0.809*58+(1-0.809)*18)*273)/(22.4*60.8*273)=1.84 kg/m3 Đối với pha lỏng: 1/⍴xtb=(atb1/⍴xtb1)+(1-atb1)/ ⍴xtb2 Khối lượng riệng trung bình Axeton Nước Nhiệt độ (ºC) 60 80 60.8 ⍴axeton 746 719 745.197 ⍴nước 983 972 982.673 ⍴xtb1=(⍴60- ⍴80)/(t80-t60)*(t80-t60.595)+ ⍴80 =(746-719)/(80-60)*(80-60.595)+719=745.197 kg.m3 ⍴xtb2=(⍴60- ⍴80)/(t80-t60)*(t80-t60.595)+ ⍴80 =(983-972)/(80-60)*(80-60.595)+972=982.673 kg/m3 Phần khối lượng trung bình: atb1=(aF+aP)/2=(0.461+0.984)/2=0.723 ⍴xtb=1/((atb1/⍴xtb1)+(1-atb1)/⍴xtb2)=1/((0.723/745.197)+(1-0.723)/982.673) =798.7333kg/m3 27 Độ nhớt trung bình Nhiệt độ (ºC) 60 80 60.8 Nồng độ mol μAceton 0.23 0.2 0.229 -0.6399606694 μnước 0.467 0.357 0.465 -0.333737149 Nội suy: µAxeton(tb)=(µ60- µ80)/(t80-t60)*(t80-t60.8)+ µ80 =(0.23-0.2)/(80-60)*(80-60.8)+0.2=0.229 µNước(tb)=(µ60- µ80)/(t80-t60)*(t80-t60.8)+ µ80 =(0.467-0.357)/(80-60)*(80-60.8)+0.357=0.465 logµaxeton(tb)=log(0.229)=-0.6399606694 logµnước(tb)=log(0.465)=-0.333737149 xtb=(xF+xP)/2=(0.21+0.95)/2=0.58 loghh=xtb* logàaxeton(tb)+(1-xtb)* logànc(tb) =0.58*(-0.6399606694)+(1-0.58)*( -0.333737149)=-0.511347 X=(/)1/4ì( /)1/8=(0.2845862/0.0765731)1/4*(1.843/798.733)1/8 =-0.715063657 Vi: =550 Vđ=0.65 µx.10-3=0.308 µn=1 logw2s=X-log((σđ.⍴ytb)/(g.V3đ.⍴xtb))*(µx/µn)0.16 =-0.715063657-log((550*1.843)/(9.8*0.653*798.733))*(0.322/1)0.16 =-0.309002615 28 W’s= =0.7 W’lv =0.85.Ws=0.85*0.7=0.59 Đường kính đoạn luyện: DL(tinhtoan)=0.0188* =0.6 m 3.1.2 Đường kính đoạn chưng 3.1.2.1 Lượng trung bình đoạn chưng g’tb=(g’n+g’1)/2=(g1+g’1)/2 g’tb: lượng trung bình đoạn chưng(kg/h) g’n: lượng khỏi đoạn chưng(kg/h) g’1: lượng vào đoạn chưng(kg/h) a Lượng khỏi đoạn chưng g’n Lượng khỏi đoạn chưng, g’n lượng vào đoạn luyện g1 g’n=g1=870.9 (kg/h) b.Lượng vào đoạn chưng g’1 Phương trình cân lượng từ đĩa tiếp liệu tới đáy tháp: g’1.r’1=g’n r’n=g1.r1 r1 ẩn nhiệt hóa hỗn hợp vào đĩa tiếp liệu, r1=raay1+(1-ay1)rb r’1 ẩn nhiệt hóa hỗn hợp vào đoạn chưng, r’1=raay’1+(1-ay’1)rb r’n ẩn nhiệt hóa hỗn hợp khỏi đoạn chưng, r’n=r1=767020J/kg Ẩn nhiệt hóa cấu tử đoạn chưng Nhiệt độ 60 100 99.8 29 Axeton kcal/kg 124 113 113.061 J/kg 519163.2 473108.4 473362.853 60 100 99.8 kcal/kg 579 539 539.221 J/kg 2424157.2 2256685.2 2257610.483 Nhiệt độ Nước rb Nội suy: ra(99.8)=(ra60- ra100)/( t100- t60)*( t100- t99.8)+ ra100 =(124-113)/(100-60)*(100-99.8)+113=113.061 kcal/kg =113.061*4186.8=473362.853 J/kg : rb(99.8)=(rb60- rb100)/( t100- t60)*( t100- t99.8)+ rb100 =(579-539)/(100-60)*(100-99.8)+539=539.221 kcal/kg =539.221*4186.8=2257610.483 J/kg Ẩn nhiệt hóa hỗn hợp vào đoạn chưng r’1=raay’1+(1-ay’1)rb=473362.853*0.0192+(1-0.0192)*2257610.483=2223400.959 J/kg Lượng vào đoạn chưng g’1.r’1=g’n r’n=g1.r1 g’1= (g1.r1)/r’1=(870.9*767020)/2223400.959=300.4 kg/h Phương trình cân vật liệu toàn phần từ đĩa tiếp liệu đến đáy tháp: G’1=g’1+Gw=300.4+851.153=1151.6 kg/h Phương trình cân vật liệu riêng phần từ đĩa tiếp liệu đến đáy tháp theo khối lượng (y,phần khối lượng) G’1.ax’1=g’1.ay’1+Gw.aw (trong x’1=xF) ax’1=( g’1.ay’1+Gw.aw)/G’1=(300.4*0.0192+851.153*0.00161)/1151.6=0.00619 Lượng trung bình đoạn chưng(kg/h) g’tb=(g’n+g’1)/2=(g1+g’1)/2=(870.9+300.4)/2=585.7 kg/h 30 3.1.2.2 Lượng lỏng trung bình đoạn chưng: G’tb=(G’1+G’n)/2=(G’1+G1+GF)/2=(1151.6+122.1+1600)/2=1436.8 kg/h 3.1.2.3 Vận tốc trung bình đoạn chưng Lấy Dchưng=Dluyện, hchưng=hluyện, φ=0.8 Khối lượng riêng trung bình Đối với pha khí(hơi): ⍴ytb={[ytbM1+(1-ytb)M2].237}/(22.4.T) Nồng độ phần mol Axeton ytb1=(y1+y1’)/2=(y1+ywlv)/2=(0.76+0.0005)/2=0.380 Nhiệt độ làm việc trung bình tháp: T=(TF+Tw)/2=(64.3+99.779)/2=82ºC ⍴ytb=(0.380*58+(1-0.380)*18)*273)/(22.4*82*273)=1.14 kg/m3 Đối với pha lỏng: 1/⍴xtb=(atb1/⍴xtb1)+(1-atb1)/ ⍴xtb2 Khối lượng riệng trung bình Axeton Nước Nhiệt độ,ºC 80 100 82 ⍴axeton 719 693 716.550 ⍴nước 972 958 970.681 ⍴xtb1=(⍴80- ⍴100)/(t100-t80)*(t100-t81.885)+ ⍴100 =(719-693)/(100-80)*(100-81.885)+693=716.550 ⍴xtb2=(⍴80- ⍴100)/(t100-t80)*(t100-t81.885)+ ⍴100 =(972-958)/(100-80)*(100-81.885)+958=970.681 Phần khối lượng trung bình: atb1=(aF+aw)/2=(0.461+0.00161)/2=0.231 31 ⍴xtb=1/((atb1/⍴xtb1)+(1-atb1)/⍴xtb2)=1/((0.231/716.550)+(1-0.231)/970.681) =896.89 kg/m3 Độ nhớt trung bình Nhiệt độ 80 100 82 Nồng độ mol μAceton 0.2 0.17 0.197 -0.705152005 μnước 0.357 0.284 0.350 -0.455781127 Nội suy: µAxeton(tb)=(µ80- µ100)/(t100-t80)*(t100-t81.885)+ µ100 =(0.2-0.17)/(100-80)*(100-81.885)+0.17=0.197 µNước(tb)=(µ80- µ100)/(t100-t80)*(t100-t81.885)+ µ100 =(0.357-0.284)/(100-80)*(100-81.885)+0.284=0.350 logµaxeton(tb)=log(0.197)= -0.705152005 logµnước(tb)=log(0.350)=-0.455781127 xtb=(xF+xw)/2=(0.21+0.0005)/2=0.10525 loghh=xtb* logµaxeton(tb)+(1-xtb)* logµnước(tb) =0.10525*(-0.705152005)+(1-0.10525)*( -0.455781127)=-0.4820 V trỏi: -0.125-1.75.(/)1/4ì(/)1/8 =-0.125-1.75*(0.135958255/0.372389811)1/4*(1.252/826.277)1/8 =-1.125007693 Vi: =550 V=0.65 àx.10-3=0.306 32 µn=1 Logw2s=X-log((σđ.⍴ytb)/(g.V3đ.⍴xtb))*(µx/µn)0.16 =-1.125007693-log((550*1.252)/(9.8*0.653*826.277))*(0.322/1)0.16 =-0.55011916 W’s= =0.62 Wlv =0.85.Ws=0.85*0.62=0.53 Đường kính đoạn chưng: DCttoan=0.0188* =0.585m 3.2 Tính chiều cao tháp Chiều cao tháp tính theo cơng thức: H=Ntt.(h+δ)+∆h Ntt số đĩa thực tế h: khoảng cách đĩa δ: chiều dày đĩa, m ∆h: khoảng cách đỉnh đáy lấy 0.8m Ta có: Ntt=30 Ntt.luyện=18 Ntt.chưng=12 h= 0.25 δ=8mm=0.008m ∆h=0.8m 33 H=30*(0.25+0.008)+0.8=8.54m 34 Chương Cân nhiệt lượng tính lượng đốt cần cung cấp 4.1 Lượng đốt cần cung cấp cho tháp chưng Tổng lượng nhiệt mang vào tháp = Tổng lượng nhiệt mang khỏi tháp QF+QD1+QR=QY+QW+Qm (bỏ qua giá trị nhiệt lượng nước ngưng mang ra) Nhiệt dung riêng hỗn hợp mang vào: Nhiệt độ (ºC) 60 80 64.3 CA ( aceton) 2305 2370 2319 CB (nước) 4190 4190 4190 Nội suy: CA(64.3)=(C80-C60)/(t80-t60)*(t64.3-t60)+C60 =(2370-2305)/(80-60)*(64.3-60)+2305=2319 J/kg.độ CB(64.3)=(C80-C60)/(t80-t60)*(t64.3-t60)+C60 =(4190-4190)/(80-60)*(64.3-60)+4190=4190 J/kg.độ CF=CA*aF+(1-aF)*CB=2319*0.461+(1-0.461)*4190=3326.792 J/kg.độ - Nhiệt lượng hỗn hợp đầu mang vào: QF=GFCFtF= 1600*3326.792*64.3=342313599.57 J/h Lượng lỏng hồi lưu: GR=GP.Rx=748.847*0.616=461.081 kg/h Nhiệt dung riêng chất lỏng hồi lưu: Nhiệt độ(ºC) 40 60 57.2 CA ( aceton) 2240 2305 2295.9 CB (nước) 4175 4190 4187.9 Nội suy: 35 CA(57.2)=(C60-C40)/(t60-t40)*(t57.2-t40)+C40 =(2305-2240)/(60-40)*(57.2-40)+2240=2295.9 J/kg.độ CB(57.2)=(C60-C40)/(t60-t40)*(t57.2-t40)+C40 =(4190-4175)/(60-40)*(57.2-40)+4175=4187.9 J/kg.độ Cx=CA*aP+(1-aP)*CB=2295.9*0.984+(1-0.984)*4187.9=2326.307 J/kg.độ - Nhiệt lượng lượng lỏng hồi lưu mang vào: QR=GRCxtx= 461.081*2326.307*57.2=61352572.271 J/h Nhiệt lượng riêng hai cấu tử đỉnh: Nhiệt độ(ºC) Axeton 20 60 57.2 kcal/kg 132 124 124.56 J/kg 552657.6 519163.2 521507.808 20 60 57.2 kcal/kg 584 579 579.35 J/kg 2445091.2 2424157.2 2425622.580 Nhiệt độ(ºC) Axit nước rb Nội suy: ra(57.2)=(r60-r20)/(t60-t20)*(t57.2-t20)+r20 =(124-132)/(60-20)*(57.2-20)+132=124.56 kcal/kg =124.56*4168.8=521507.808 J/kg rb(57.2)=(r60-r20)/(t60-t20)*(t57.2-t20)+r20 =(579-584)/(60-20)*(57.2-20)+584=579.35 kcal/kg =579.35*4168.8=2425622.580 J/kg λ1=ra+CA*tA=521507.808+2295.9*57.2=652833.288 J/kg λ2=rb+CB*tB=2425622.580+4187.9*57.2=2665170.460 J/kg Nhiệt lượng riêng đỉnh tháp: 36 λ= λ1a1+ λ2a2=652833.288*0.984+2665170.460*(1-0.984)=685174.421 J/kg Nhiệt lượng mang đỉnh tháp: Qy=GP(1-Rx) λ=748.847*(1+0.616)*685174.421=829011441.2 J/h Nhiệt dung riêng sản phẩm đáy Nhiệt độ 80 100 99.78 CA ( aceton) 2370 2435 2434.282 CB (nước) 4190 4230 4229.558 Nội suy: CA(99.78)=(C100-C80)/(t100-t80)*(t99.78-t80)+C80 =(2435-2370)/(100-80)*(99.78-80)+2370=2434.282 J/kg.độ CB(98.78)=(C100-C80)/(t100-t80)*(t99.78-t80)+C80 =(4230-4190)/(100-80)*(99.78-80)+4190=4229.558 J/kg.độ CW=aWCA+(1-aW)*CB=0.00161*2434.282+(1-0.00161)*4229.558=4226.669 J/kg.độ Nhiệt lượng sản phẩm đáy mang ra: Qw=GwCwtw=851.153*4226.669*99.78=358959093.933 J/h Lượng nhiệt trao đổi: Qtrao đổi=(Qy+Qw)-(QF+QR) =(829011441.2+358959093.933)-( 342313599.57+61352572.271)=784303363 J/h Nhiệt lượng tổn hao môi trường xung quanh Qm=5%Qtrao đổi=0.05*784303363=39215168 J/h Nhiệt lượng đốt cung cấp: QD1=D1r=Qtrao đổi+Qm=784303363+39215168=823518531 J/h Nhiệt độ nước áp suất P=3.1 at: t=142.9-((132.9-142.9)/(3-4))*(4-3.1)=133.9ºC Ẩn nhiệt hóa hơi nước áp suất P=3.1 at: 37 r1*103=(2171-2141)/(3-4)*(4-3.1)=2168 J/kg r1=2168*103=2168000 J/kg Áp suất đốt Phđ(at) 3.1 Nhiệt độ (ºC) 132.9 142.9 133.9 r1*10-3 J/kg 2171 2141 2168 Lượng đốt đun đáy tháp D1=QD1/r=823518531/2168000=379.9 kg/h 4.2 Lượng đốt cần cung cấp cho thiết bị đun nóng hỗn hợp đầu Nhiệt lượng đốt cung cấp + nhiệt lượng hỗn hợp đầu mang vào = nhiệt lượng hỗn hợp mang khỏi thiết bị đun nóng + tổn thất mơi trường xung quanh Ta có phương trình cân bằng: QD2+QF’=QF’’+Qm’ Nhiệt dung riêng hỗn hợp đầu: Nhiệt độ (ºC) 20 16 CA ( aceton) 2115 2180 2167 CB (nước) 4230 4180 4190 Nội suy: CA(16)=(C20-C0)/(t20-t0)*(t16-t0)+C0 =(2180-2115)/(20-0)*(16-0)+2115=2167 J/kg.độ CB(16)=(C20-C0)/(t20-t0)*(t16-t0)+C0 =(4180-4230)/(20-0)*(16-0)+4230=4190 J/kg.độ CF’=CA*aF+(1-aF)*CB=2167*0.461+(1-0.461)*4190=3256.661 J/kg.độ Nhiệt lượng hỗn hợp đầu mang vào: QF’=GF.tđ.CF’=1600*16*3256.661=83370530.909 J/h 38 Nhiệt lượng hỗn hợp mang khỏi thiết bị: QF’’=QF=342313599.57 J/h Lượng nhiệt trao đổi: Qtrao đổi=QF’’-QF’=342313599.57-83370530.909=258943068.662 J/h Lượng nhiệt tổn hao môi trường xung quanh: Q’m=5%Qtrao đổi=0.05*258943068.662=12947153.43 J/h Lượng nhiệt cần để đun nóng hỗn hợp đầu: QD2=D2*r=Qtrao đổi+Q’m=258943068.662+12947153.43=271890222.095 J/h Lượng đốt: D2=QD2/r=271890222.095/2168000=125.4 kg/h 39 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Lê Ngọc Trung(2011), Bài giảng Quá trình thiết bị truyền chất, Trường Đại học Bách Khóa – Đại học Đà Nẵng [2] GS.TSKH Nguyễn Bin(2005), Các q trình, thiết bị cơng nghệ hóa chất thực phẩm -Tập 4, Nhà xuất Khoa học Kĩ thuật, Hà Nội [3] GS.TSKH Nguyễn Bin cộng sự(2006), Sổ tay trình thiết bị cơng nghệ hóa chất – Tập 1, Nhà xuất Khoa học Kĩ thuật, Hà Nội [4] GS.TSKH Nguyễn Bin cộng sự(2006), Sổ tay trình thiết bị cơng nghệ hóa chất – Tập 2, Nhà xuất Khoa học Kĩ thuật, Hà Nội ... làm thiết kế hệ thống chưng luyện liên tục, thiết bị loại tháp đệm để phân riêng hỗn hợp: Axeton – Nước 1 Phần I: Tổng quan đề tài Chương Tổng quan phương pháp chưng luyện 1.1 Chưng luyện gì?... chưng : - Chưng đơn giản - Chưng nước trực tiếp - Chưng chân không - Chưng luyện: ? ?Chưng luyện áp suất thấp dùng cho hỗn hợp dễ bị phân hủy nhiệt độ cao Chựng luyện áp suất cao dùng cho hỗn hợp khơng... sử dụng tháp, gọi tháp chưng luyện Quá trình chưng nhiều lần có hồi lưu gọi trình chưng luyện 1.4 Hệ thống chưng luyện 1.4.1 Hình vẽ (A3) 1.4.2 Thuyết minh sơ đồ hệ thống chưng luyện: Dung dịch