V.Tính cân bằng nhiệt lượng 1.Cân bằng nhiệt lượng của thiết bị gia nhiệt hỗn hợp đầu

Một phần của tài liệu thiết kế tháp chưng loại liên tục tháp chóp để phân tách hỗn hợp rượu- nước (Trang 58)

P =∆ +∆ +∆ ∆ = 176,3766+7,0935+187,2869 =370,757 N/m2 TRỞ LỰC ĐOẠN LUYỆN LÀ : L P ∆ = NTT2.∆PdL= 52.370,757 = 9268,925 N/m2

TỔNG TRỞ LỰC CỦA MỘT ĐĨA ĐOẠN CHƯNG LÀ :

tC sC kC dC P P P P =∆ +∆ +∆ ∆ = 142,0660+7,2934+227,7187 =377,1771 N/m2 TRỞ LỰC ĐOẠN CHƯNG LÀ : C P ∆ = NTT2.∆PdC= 62. 377,1771 = 13578,3756 N/m2 TRỞ LỰC CỦA TOÀN THÁP : P ∆ = ∆PL+ ∆PC= 9268,925+13578,3756 = 22847,3006 N/m2

V. TÍNH CÂN BẰNG NHIỆT LƯỢNG:

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

Phương trình cân bằng nhiệt lượng của thiết bị đun nóng hỗn hợp đầu Theo STQTTB II _ 196 : QD1 + Qf = QF + Qng1 + Qxq1 ( J/h )

Trong đó :

QD1 : Nhiệt lượng do hơi đốt mang vào ( J/ h ) Qf : Nhiệt lượng do hỗn hợp đầu mang vào ( J/ h ) QF : Nhiệt lượng do hỗn hợp đầu mang ra ( J/ h ) Qng1 : Nhiệt lượng do nước ngưng mang ra ( J/ h )

Qxq1 : Nhiệt lượng mất mát ra môi trường xung quanh ( J/ h )

Chọn hơi đốt là hơi nước bão hòa ở áp suất 2 at, dựa vào toán đồ hình I.62 STQTTB I _ 250 để xác định nhiệt độ sôi của dung dịch.

Ta có nhiệt độ sôi ts = 119,62oC

1.1 Nhiệt lượng do hơi đốt mang vào:

Trong đó :

D1 : Lượng hơi đốt ( kg/h )

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

θ1 : Nhiệt độ nước ngưng θ1 = 119,62oC

C1 : Nhiệt dung riêng của nước ngưng ( J/ kg.độ ) r1 : Ẩn nhiệt hóa hơi của hơi đốt ( J/ kg )

Theo bảng số liệu nhiệt hóa hơi STQTTB I _ 254 tại to = 119,62oC, nội suy ta được : r1 = 182,228 (kcal/kg) = 182,228. 4,1868.103 (J/kg)=762,9522.103 (J/kg)

1.2 Nhiệt lượng do hỗn hợp đầu mang vào:

Theo STQTTB II _ 196: Qf = F. Cf. tf (J/h) Trong đó :

F : lượng hỗn hợp đầu. F= 6000 kg/h

tf : Nhiệt độ đầu của hỗn hợp ( thường lấy ở 20oC ) Cf : Nhiệt dung riêng của hỗn hợp đầu ( J/ kg.độ ) Theo bảng số liệu nhiệt dung riêng STQTTB I _ 171 ta có:

CA = 2480 ( J/ kg.độ ) ; CB = 4180 ( J/ kg.độ ) Nồng độ hỗn hợp đầu af = aF = 0,3

Thay số vào ta có :

Cf = 2480.0,3 + 4180. (1 – 0,3 ) = 3670 ( J/ kg.độ ) Từ đó ta tính được nhiệt lượng do hỗn hợp đầu mang vào : Qf = F. Cf. tf = 6000. 3670. 20 = 440400.103 ( J/ h )

1.3 Nhiệt lượng do hỗn hợp đầu mang ra:

Theo STQTTB II _ 196: QF = F. CF. tF

Trong đó

F : Lượng hỗn hợp đầu ( kg/h )

CF : Nhiệt dung riêng của hỗn hợp đầu khi đi ra ( J/ kg.độ ) t : Nhiệt độ của hỗn hợp đầu sau khi đun nóng t = 85,0612 oC

Theo bảng số liệu nhiệt dung riêng STQTTB I _ 171 ta có:

CA = 3295,918 ( J/ kg.độ ) ; CB = 4200,1224 ( J/ kg.độ ) Nồng độ hỗn hợp đầu af = aF = 0,3

Thay số vào ta có :

CF = 3295,918.0,3 + 4200,1224. (1 – 0,3 ) = 3928,8611 ( J/ kg.độ ) Nhiệt lượng do hỗn hợp đầu mang ra

QF = F. CF. tF = 6000. 3928,8611. 85,0612 = 2005161,938.103 ( J/ h )

1.4 Nhiệt lượng do nước ngưng mang ra:

Theo STQTTB II _ 197: Qng1 = Gng1. C1. θ1 = D1. C1. θ1

Trong đó :

Gng1 : Lượng nước ngưng, bằng lượng hơi đốt D1 ( kg/ h ) θ1 : Nhiệt độ nước ngưng

1.5 Nhiệt lượng mất mát ra ngoài môi trường xung quanh:

Lượng nhiệt mất mát ra ngoài môi trường lấy bằng 5% lượng nhiệt tiêu tốn tính theo STQTTB II_197: Qxql = 0,05.D1.r1 (J/h)

1.6 Lượng hơi đốt cần thiết:

Theo STQTTB II _ 97, lượng hơi đốt được tính : D1 = 1 1 1 λ f xq ng F Q Q Q Q + + − = 1 . 95 , 0 r Q QFf = 3 3 10 . 9522 , 762 . 95 , 0 10 ). 440400 938 , 2005161 ( − = 2158,8742 ( kg/h )

2. Cân bằng nhiệt lượng của tháp chưng luyện:

Phương trình cân bằng nhiệt lượng của tháp chưng luyện STQTTB II _ 197 QF + QD2 + QR = Qy + QW + Qxq2 + Qng2 ( J/ h )

Trong đó:

QF : Nhiệt lượng do hỗn hợp đầu mang vào tháp ( J/ h ) QD2 : Nhiệt lượng do hơi đốt mang vào tháp ( J/ h )

QR : Nhiệt lượng do lượng lỏng hồi lưu mang vào ( J/ h ) Qy : Nhiệt lượng do hơi mang ra ở đỉnh tháp ( J/ h ) QW : Nhiệt lượng do sản phẩm đáy mang ra ( J/ h )

Qxq2:Nhiệt lượng do hơi mang ra môi trường xung quanh ( J/ h ) Qng2 : Nhiệt lượng do nước ngưng mang ra ( J/ h )

Chọn hơi đốt là hơi nước bão hòa ở áp suất 2 at, có nhiệt độ sôi = 119,62 oC

2.1 Nhiệt lượng do hơi đốt mang vào tháp:

QD2 = D2.λ2= D2. ( r2 + θ2.C2) Trong đó:

D2 : Lượng hơi đốt ( kg/ h )

λ2: Hàm nhiệt của hơi đốt (nhiệt lượng riêng ) ( J/ kg ) θ2 : Nhiệt độ nước ngưng ( oC )

r2 : Ẩn nhiệt hóa hơi của hơi đốt ( J/ kg )

C2 : Nhiệt dung riêng của nước ngưng ( J/ kg.độ )

2.2 Nhiệt lượng do lượng lỏng hồi lưu mang vào:

Theo STQTTB II _ 197 : QR = GR. CR. tR

Trong đó :

GR : Lượng lỏng hồi lưu ( kg/ h )

tR : Nhiệt độ của lượng lỏng hồi lưu ( oC ) CR : Nhiệt dung riêng của lượng lỏng hồi lưu

- GR = P. Rx

P : Lượng sản phẩm đỉnh; P = 1875 ( kg/ h ) Rx : Chỉ số hồi lưu Rx = 1,1124

→ GR = 2085,75 ( kg/ h)

Lượng lỏng hồi lưu ( sau khi qua thiết bị ngưng tụ ) ở trạng thái sôi, có nồng độ bằng nồng đố của hơi ở đỉnh tháp x = xp = 0,6892

- Nhiệt dung riêng của lượng lỏng hồi lưu CR = CA.aR + CB. (1 – aR ) với aR = aP =0,85

Theo bảng số liệu nhiệt dung riêng STQTTB I _ 171 ta có: CA = 3208,04 ( J/ kg.độ ) ; CB = 4190 ( J/ kg.độ )

Thay số vào ta có :

CR = 3208,04.0,85 + 4190.( 1 – 0,85 ) = 3355,334 ( J/ kg.độ ) Thay số vào :

QR = GR. CR. tR = 2085,75.3355,334.79,0432= 553174,9737.103 ( J/ h )

2.3 Nhiệt lượng do hơi mang ra ở đỉnh tháp

Theo STQTTB II _ 197: Qy = P. ( 1+ Rx ). λd ( J/ h ) Trong đó:

λd : Hàm nhiệt, nhiệt lượng riêng của hơi ở đỉnh tháp ( J/ kg )

P : Lượng sản phẩm đỉnh ( kg/ h ) Rx : Chỉ số hồi lưu thích hợp

Tính λd theo STQTTB II _ 197 : λd = λ1.a+λ2.(1−a)

Với λ1,λ2 : Nhiệt lượng riêng của rượu etylic và nước ( J/ kg ) λ1 = r1 + C1. θ1 ( J/ kg )

λ2 = r2 + C2. θ2 ( J/ kg )

1

θ = θ2 = tR = 79,0432 oC Theo số liệu ở trên ta có

CA = 3208,04 ( J/ kg.độ ) ; CB = 4190 ( J/ kg.độ )

Với tR = 79,0432 oC tra bảng STQTTB I _ 254, nội suy ta được r1 = 202,3827 kcal/kg = 847,336.103 J/ kg

r2 = 559,9568 kcal/kg = 2344,427.103 J/ kg

λ2 =2344,427.103 +4190. 79,0432 = 2675618,008J/ kg a : Nồng độ phần khối lượng a = aP = 0,85

Thay các giá trị vào λd = λ1.a+λ2.(1−a)

 λd =1100909,747.0,85 + (1 – 0,85).2675618,008 = 1337115,986 (J/kg) Vậy nhiệt lượng do hơi mang ra ở đỉnh tháp:

Qy = P. ( 1+ Rx ). λd ( J/ h )

=1875.( 1 + 1,1124 ). 1337115,986 = 5295982142 J/h

2.4 Nhiệt lượng do sản phẩm đáy mang ra:

Theo STQTTB II _ 197: QW = W. CW. tW

Trong đó :

W : lượng sản phẩm đáy. W = 4125 ( kg/h ) CW : Nhiệt dung riêng của sản phẩm đáy J/ kg.độ Từ tW = 96,162oC ta nội suy theo số liệu bảng I.171 ta được CA = 3462,43 J/ kg.độ ; CB = 4222,324 J/ kg.độ

Nồng độ sản phẩm đáy aW = 0,05  CW = CA. aW + ( 1 - aW ). CB

= 3462,43 . 0,05 +4222,324.( 1 – 0,05 ) = 4184,3293 J/ kg.độ Thay số vào ta tính được nhiệt lượng do sản phẩm đáy mang ra QW =4125. 4184,3293.96,162 = 1659790581 ( J/ h )

2.5 Nhiệt lượng mất mát ra ngoài môi trường:

Lượng nhiệt mất mát ra ngoài môi trường lấy bằng 5% lượng nhiệt tiêu tốn ở đáy tháp tính theo STQTTB II _ 198 :

Qxq2 = 0,05. D2. r2 ( J/ h )

2.6 Nhiệt lượng do nước ngưng mang ra ngoài:

Theo STQTTB II _ 198: Qng2 = Gng2. C2. θ2 = D2. C2. θ2

Trong đó Gng2 : Lượng nước ngưng, bằng lượng hơi đốt ( kg/ h )

D2 = 2 2 2 2 .

Một phần của tài liệu thiết kế tháp chưng loại liên tục tháp chóp để phân tách hỗn hợp rượu- nước (Trang 58)