Thiết kế tháp đĩa lỗ loại tháp chưng luyện liên tục để phân tách hỗn hợp CHCl3 và CCl4
MỤC LỤC
TÍNH TOÁN THIẾT BỊ CHÍNH 2.1 Phương trình cân bằng vật liệu cho toàn tháp
- aF: Nồng độ phần khối lượng của Clorofom trong hỗn hợp đầu - aP: Nồng độ phần khối lượng của Clorofom trong sản phẩm đỉnh - aw: Nồng độ phần khối lượng của Clorofom trong sản phẩm đáy - xF: Nồng độ phần mol của Clorofom trong hỗn hợp đầu. - xP: Nồng độ phần mol của Clorofom trong sản phẩm đỉnh - xw: Nồng độ phần mol của Clorofom trong sản phẩm đáy - à: Độ nhớt, Ns/m2. - Chất lỏng ngưng tụ trong thiết bị ngưng tụ có thành phần bằng thành phần của hơi đi ra ở đỉnh tháp.
Tỉ số hoàn lưu tối thiểu là chế độ làm việc mà tại đó ứng với số đĩa lý thuyết là vô cực. Do đó, chi phí cố định là vô cực nhưng chi phí điều hành (nhiên liệu, nước, bơm…) là tối thiểu. Từ bảng thành phần lỏng (x) – hơi (y) và nhiệt độ sôi của hỗn hợp hai cấu tử Clorofom – Cacbontetraclorua ở 760mmHg (phần trăm mol).
Vấn đề chọn chỉ số hồi lu thích hợp Rx rất quan trọng vì chỉ số hồi lu thích hợp nhỏ thì số bậc của tháp lớn (chiều cao tháp tăng), lợng hơi đốt tiêu tốn ít, ng- ợc lại khi chỉ số hồi lu lớn thì số bậc của tháp nhỏ (chiều cao của tháp thấp) lợng hơi đốt tiêu tốn lớn, đờng kính lớn thì sản phẩm đỉnh thu đợc rất ít do đó để thu. Ta tính Rx dựa trên phơng pháp: biết giá trị Rmin ta cho các giá trị bất kỳ ta sẽ tính đợc R tơng ứng (R > Rmin), với mỗi Rx ta xác định đợc số đĩa lý thuyết Nlt t-.
Phương trình đường nồng độ làm việc
TÍNH ĐƯỜNG KÍNH CỦA THÁP
Vì lượng hơi và lượng lỏng thay đổi theo chiều cao của tháp và khác nhau ở mỗi đoạn nên phải tính lượng hơi trung bình của từng đoạn. Trong đó: y1: Hàm lượng hơi đi vào đĩa 1 của đoạn luyện (phần khối lượng) G1: Lượng lỏng đối với đĩa thứ nhất của đoạn luyện. Trong đó: Gx là lượng lỏng hồi lưu đi trong tháp Gy lượng hơi đi trong tháp.
Đường kính đoạn chưng
Trường Đại Học công nghiệp Hà Nội Khoa công nghệ hoá Với rA’, rB’: Ẩn nhiệt hoá hơi của hai cấu tử Clorofom và Cacbontetraclorua ở nhiệt độ. - Lượng lỏng trung bình đi trong đoạn chưng: Ta thấy lượng lỏng đi vào đĩa số 1 của đoạn luyện nên cũng là lượng lỏng đi qua đĩa trên cùng của đoạn chưng. Với a1’: Là nồng độ phần khối lượng của pha lỏng ở đĩa dưới cùng của đoạn chưng.
Trường Đại Học công nghiệp Hà Nội Khoa công nghệ hoá Gy lượng hơi đi trong tháp. Trường Đại Học công nghiệp Hà Nội Khoa công nghệ hoá à: Độ nhớt của dung mụi Cacbontetraclorua ở 200C. Ky, : hệ số chuyển khối ; mặt cắt tự do trong đĩa lỗ không ống chảy chuyền.
Từ đó tìm được các điểm B tương ứng thuộc đường cong động học, nằm giữa A và C. Trường Đại Học công nghiệp Hà Nội Khoa công nghệ hoá + ρy: Khối lượng riêng trung bình của pha hơi, kg/m3. Với δA, δB: Sức căng bề mặt của cấu tử Clorofom và Cacbontetraclorua a: Trong đoạn luyện, txtb0 = 64,120C.
Trở lực thuỷ tĩnh do chất lỏng mang ra
CÂN BẰNG NHIỆT LƯỢNG
+ Qxq2: nhiệt lượng mất mát ra ngơài môi trường xung quanh ,J/h +Qng2: Nhiệt lượng do nước ngưng mang ra ,J/h. Trường Đại Học công nghiệp Hà Nội Khoa công nghệ hoá c: Nhiệt lượng do hơi mang ra đỉnh tháp. Phương trình cân bằng năng lượng cho thiết bị đun nóng hỗn hợp đầu QD1 + Qf = QF + Qxq1 J/h.
* Qxq1: Nhiệt lượng mất mát ra ngoài môi trường xung quanh, J/h a: Nhiệt lượng do hỗn hợp đầu mang vào - Qf. Trường Đại Học công nghiệp Hà Nội Khoa công nghệ hoá 3: Cân bằng nhiệt lượng cho thiết bị ngưng tụ.
Thiết bi gia nhiệt hỗn hợp đầu
Để quá trình truyền nhiệt đạt kết quả dung dịch phải ở chế độ chảy xoáy. Xác định bề mặt truyền nhiệt F, số ống n, số ngăn m và đường kính của thiết bị gia nhiệt. Bề mặt truyền nhiệt của thiết bị gia nhiệt được tính theo công thức sau.
+ qtb: Nhiệt lượng từ hơi nước bão hòa qua thành ống trao đổi nhiệt với dung dịch. + ρ: Khối lượng riêng trung bình của hỗn hợp đầu, kg/m3 + d: Đường kính trong của ống truyền nhiệt, m.
Tính bơm và thùng cao vị
⇒ Chế độ chảy của hỗn hợp đầu trong ống dẫn là chế độ chảy xoáy * Chọn ống làm bằng ống thép tráng kẽm mới, bình thường. Trong đó: ξ: Hệ số trở lực cục bộ Các trở lực cục bộ trong ống gồm. Trong đó: ξ: Hệ số trở lực cục bộ Các trở lực cục bộ trong ống gồm.
Trường Đại Học công nghiệp Hà Nội Khoa công nghệ hoá 2: Chiều cao cần bơm. Ta coi chất lỏng chảy hết thùng cao vị khi chất lỏng chảy được ở trong ống dẫn từ mặt cắt 1-1. Vậy thùng cao vị đặt cao hơn đĩa tiếp liệu là 2,24 m thì chất lỏng tự chảy.
- Trở lực ma sát ∆Pms:: Tổn thất áp suất từ thùng cao vị đến thiết bị gia nhiệt hỗn hợp đầu. + η0: Hiệu suất thể tích tính đến sự hao hụt chất lỏng chảy từ vùng áp suất cao đến vùng áp suất thấp và do chất lỏng dò qua các chổ hở của bơm. + ηtl: Hiệu suất thủy lực , tính đến ma sát và sự tạo ra dòng xoáy của bơm + ηck: Hiệu suất cơ khí tính đến ma sát cơ khí ở ổ bi, lót trục.
Hiệu suất toàn phần η phụ thuộc vào loại bơm và năng suất Chọn bơm li tâm.
TÍNH TOÁN CƠ KHÍ VÀ LỰA CHỌN
Trường Đại Học công nghiệp Hà Nội Khoa công nghệ hoá + C1: Đại lượng bổ sung do ăn mòn. + C2: Bổ sung do bào mòn trong trường hợp nhiên liệu chứa các hạt rắn chuyển động với vận tốc lớn trong thiết bị. Đường kính các ống dẫn và cửa ra vào của thiết bị được xác định từ phương trình lưu lượng.
Ống dẫn sản phẩm đỉnh là ống nối giữa nắp tháp và thiết bị ngưng tụ. Đáy và nắp tháp cũng là bộ phận quan trọng của thiết bị và được chế tạo cùng vật liệu với thân tháp. Vì tháp làm việc ở áp suất thường và thân trụ hàn nên chọn đáy và nắp thiết bị hình elip có gờ.
Mặt bích là bộ phận quan trọng để nối ghép các phần của thiết bị cũng như nối các bộ phận khác với thiết bị. Do tháp làm việc ở áp suất thường nên ta chọn loại bích liền bằng thép CT3 loại 1. Trường Đại Học công nghiệp Hà Nội Khoa công nghệ hoá - Đường kính ngoài của bích: Dnb = 1,97 m.
Trường Đại Học công nghiệp Hà Nội Khoa công nghệ hoá Chọn số tai treo: n = 4.