CHƯƠNG 6: CÂN BẰNG NĂNG LƯỢNG

IV. Tính sơ bộ khối lượng tháp

CHƯƠNG 6: CÂN BẰNG NĂNG LƯỢNG

I. Cân bằng nhiệt lượng tháp chưng cất

QF + + QR = Qy + QW + Qxq +

 Nhiệt lượng do hơi mang ra ở đỉnh tháp Qy : Qy = GP( 1 + Rx ).

Ta có: GP = 6846,7 Kg/h và tP = 80,557 0C

- Nhiệt lương riêng của hơi ở đỉnh tháp : = .a1 + .a2

- Nhiệt dung riêng của Benzen: CB = 2037,37 J/Kg.0C

- Nhiệt dung riêng của Toluen: CT = 1982,51 J/Kg.0C

- Phương trình đoạn cất: yP = 0,713xP + 0,282 (*) Thay = 0,98 vào (*) ta được yP = 0,981

- Nhiệt dung riêng của hỡn hợp:

= CB.yP + ( 1 – yP).CT

> = 2037,37. 0,981 + (1-0,981). 1982,51 = 2036,33 J/Kg,0C > Qy = 2036,33.6846,7.3,48= 48,5.106 J/h

 Nhiệt lượng do sản phẩm đáy mang ra QW: QW = GW.CW.tW

Ta có: GW = 12953,3 Kg/h, tW = 109,68 0C và = 0,017 Ở nhiệt đợ ,tW =109,68 0C có:

- Nhiệt dung riêng của Benzen: CB = 2149,04 J/Kg.0C

- Nhiệt dung riêng của Toluen: CT = 2099,04 J/Kg.0C

- Nhiệt dung riêng của hỡn hợp là: CD = CB. + (1 - ).CT

=> CW = 2149,04. 0,017 + (1-0,017).2099,04 = 2099,89 J/Kg.0C => QW = 12953,3.109,68.2099,89 = 2,98.109 J/h

 Nhiệt lượng do lượng lỏng hời lưu mang vào QR

QR = GR.CR.tR

Ta có: GP = 6846,7 Kg/h và tP = 80,557 0C

- Lượng lỏng hời lưu:

GR = GP.R = 6846,7.2,48 = 16979,816 Kg/h, với tD = tR = 80,557 0C

- Nhiệt dung riêng của Benzen: CB = 2037,37 J/Kg.0C

- Nhiệt dung riêng của Toluen: CT = 1982,51 J/Kg.0C Nhiêt dung riêng của hỡn hợp là:

CR = CB. + ( 1 - ).CT

=> CR = 2037,37. 0,98 + (1-0,98).1982,51 = 2036,27J/Kg.0C => QR = 16979,816. 2036,27. 80,557 = 2,78.109 J/h

 Nhiệt lượng do hơi đớt mang vào tháp : = D2.( r2 + C2.t2)

Chọn nhiệt đợ của nước làm ngưng là 400 ==> C2 = 4175 J/Kg.0C Dùng hơi nước ở áp suất 2,5 at

=> Nhiệt hóa hơi của nước: rn = r2 = 2189500 J/Kg => = D2.( 2189500 + 417540) = D2 2356500 J/h

 Nhiệt lượng do nước ngưng mang ra : = .C2.t2 = D2.C2.t2 = D2417540 = D2167.103 J/h

Nhiệt lượng tổn thất ra mơi trường xung quanh Qxq – lấy bằng 5%: Qxq = 0,05.D2.r2 = 0,05.D2.2189500 = D2109,475.103 J/h

 Lượng hơi đớt cần thiết để đun sơi dung dịch trong đáy tháp D2:

 D2==

 D2 = 925 J/h Vậy ta tính được:

= 154,4.10 J/h xq = 101,27.106 J/h

II. Cân bằng nhiệt lượng thiết bị đun sơi dịng nhập liệu

 Lượng hơi đớt cần thiết để đun nóng dung dịch đầu đến nhiệt đợ sơi: D1 =

D1 = ( Cơng thức IX.155 trang 197 – sổ tay QTTB tập 2)

 Qf : nhiệt lượng do hỡn hợp đầu mang vào: Qf = .Cf.tf

• Trong đó:

 GF : Lượng hỡn hợp đầu, Kg/h

 Cf : Nhiệt dung riêng của hỡn hợp đầu, J/Kg.0C

 tf : Nhiệt đợ đầu của hỡn hợp, 0C Chọn tf ở 300C ta có:

 Nhiệt dung riêng của Benzen: CB = 1777,5 J/Kg.0C

 Nhiệt dung riêng của Toluen: CT = 1755 J/Kg.0C

 Nhiệt dung riêng của hỡn hợp là: CF = CB. + (1 - ).CT

=> Cf = 1777,5.0,35 + (1-0,35).1755 = 1775,875 J/Kg.0C => Qf = 19800. 1775,875.30 = 1054,87.106 J/h

 Nhiệt lượng do hỡn hợp đầu mang ra khỏi thiết bị đun nóng QF

QF = GF.CF.tF

Trong đó:

 GF : Lượng hỡn hợp đầu, kg/h

 CF : Nhiệt dung riêng của hỡn hợp đầu khi ra khỏi thiết bị đun nóng, J/kg.đợ

 tF : Nhiệt đợ của hỡn hợp đầu khi ra khỏi thiết bị đun nóng, 0C Với tF = 95,594 0C

 Nhiệt dung riêng của Benzen: CB = 2101,27 J/Kg.0C

 Nhiệt dung riêng của Toluen: CT = 2050,17 J/Kg.0C

 Nhiệt dung riêng của hỡn hợp là: CF = CB. + (1 - ).CT

=> QF = 19800. 2068,055. 95,594 = 3914,33.10 J/h Dùng hơi nước ở áp suất 2,5 at

=> Nhiệt hóa hơi của nước: rn = 2189500 J/Kg ts = 216,25 oC

Vậy lượng hơi đớt cần thiết D1 là: D1 = =

= 1374,72Kg/s = 4,9.106 kg/h Chọn nhiệt đợ của nước làm ngưng là 400C

 Nhiệt lượng do hơi đớt mang vào: = D1.λ1 = D1( r1 + C1.t1)

Trong đó:

 D`1: Lượng hơi đớt, Kg/h

 r1 : Ẩn nhiệt hóa hơi, J/kg

 t1 : Nhiệt đợ nước ngưng, 0C

 C1 : Nhiệt dung riêng của nước ngưng, J/Kg.0C Với t1 = 400C ===> C1 = 4175 J/Kg

= 4,9.106.( 2189500 + 4175.40) = 1,15.1013 J/h

 Nhiệt lượng do nước ngưng mang ra Qng1:

= .C1.t1 = D1.C1.t1 = 4,9.106. 4175.40 = 8,183.1011 J/h

 Nhiệt lượng tổn thất ra mơi trường xung quanh Qxq1 – lấy bằng 5%: Qxq1 = 0,05.D1.r1 ( Cơng thức IX – Sổ tay QTBB tập 2)

= 0,05.4,9.106. 2189500 = 5,36.1011 J/h

 Lượng nhiệt hữu ích trong quá trình: Qhi =QD1 – (Qng1 + Qxq1)

= 1,15.1013 - (8,183.1011 + 5,36.1011) = 1,014.1013 J/h

GP.R.rP = Gn.Cn( t2 – t1) = Qnt

Gn =

Chọn nhiệt đợ vào, ra của nước làm lạnh lần lượt là t1 = 270C và t2 = 400C

ttb = = 33,50C

Nhiệt dung riêng của nước ở nhiệt đợ trung bình Cn = 4180,94 J/Kg.đợ

TB = 80,557 0C ==> Ẩn nhiệt hóa hơi

rB = 393151,09 J/kg

rT = 378206,87 J/Kg

=> rD = .rB + (1 - ).rT

= 0,98. 393151,09 + (1-0,98). 378206,87 = 392852,21 J/Kg => Nước lạnh cần tiêu tớn:

Gn = = 122728,3493 J/h

IV. Cân bằng nhiệt lượng của thiết bị làm nguội sản phẩm đáy

Q = GW.CW.(

Trong đó:

 Nhiệt đợ đầu của sản phẩm đáy: = 109,680C

 Nhiệt đợ cuới của sản phẩm đáy: = 350C

= = 72,34 0C

- Nhiệt dung riêng của Benzen: CB = 1994,785 J/Kg.0C

- Nhiệt dung riêng của Toluen: CT = 1949,36 J/Kg.0C

=> Cr = 1994,785. 0,017 + (1- 0,017). 1949,36 = 1950,13J/Kg. C => Q = 12953,3. 1950,13.74,68 = 1,9.109 J/h

- Enthapi của nước ở 270C => hv = 113,13 KJ/h

- Enthapi của nước ở 400C => hr = 167,60 KJ/h =>Lượng nước cần dùng: Gn = = 34,9.106 Kg/h

V. Cân bằng nhiệt lượng của thiết bị làm lạnh sản phẩm đỉnh

 Phương trình cân bằng năng lượng: Q = GP[rP + CP.( ] = Gn3.Cn( t2 – t1)

• Trong đó:

• GP: Lượng hỡn hợp sản phẩm đỉnh

• CP: Nhiệt dung riêng của sản phẩm đỉnh đã ngưng tụ, J/Kg.đợ

• ( : Nhiệt đợ đầu, cuới của sản phẩm đỉnh đã ngưng tụ, 0C

• Gn3: Lượng nước làm lạnh

 Nhiệt đợ vào của sản phẩm đỉnh: = 80,5570C

 Nhiệt đợ ra của sản phẩm đỉnh: = 350C

 Nước làm nguợi có nhiệt đợ vào: t1 =270C

 Nước làm nguợi có nhiệt đợ ra: t2 = 400C

 Nhiệt đợ trung bình của nước làm lạnh: ttb = = 33,50C

 Nhiệt đợ trung bình sản phẩm đỉnh: = =57.780C

 Nhiệt dung riêng của nước ở ttb = 33,50C là: Cn = 4180,94 J/kg.đợ

- Ở = 57.78 0C có:

• Nhiệt dung riêng của Benzen: CB = 1918.345 J/Kg.0C

• Nhiệt dung riêng của Toluen: CT = 1888,9 J/Kg.0C

• Nhiệt dung riêng của hỡn hợp là: CP = CB. + (1 - ).CT

=> CP = 1918.345.0,98 + (1-0,98). 1888,9 = 1917,76 J/Kg.0C => Ẩn nhiệt hóa hơi:

rB = 42330,49 J/kg rT = 399001 J/kg => rP = rB. + (1 - ).rT

=> Lượng nước cần dùng: Gns = = 64262,7 Kg/h