- Đối với tháp đệm, chiều cao làm việc của tháp hay chiều cao líp đệm được xác định theo công thức:
H = hđv.my (m)[II – 175] [II – 175]
Trong đó:
hđv: chiều cao của một đơn vị chuyển khối, m
my: sè đơn vị chuyển khối xác định theo nồng độ pha hơi.
III.1. Tính chiều cao đoạn luyện.
III.1.1. Tính chiều cao của một đơn vị chuyển khối.
- Chiều cao của một đơn vị chuyển khối của tháp đệm phụ thuộc vào đặc trưng của đệm và trạng thái pha, được xác định theo công thức.
[II – 177] Trong đó:
h1: chiều cao của một đơn vị chuyển khối đối với pha hơi h2: chiều cao của một đơn vị chuyển khối đối với pha láng m: hệ sè phân bố trung bình ở điều kiện cân bằng pha Gy, Gx: lưu lượng hơi và lỏng trung bình đi trong tháp,
• Tính chiều cao của một đơn vị chuyển khối h1, h2.
, m[II – 177] [II – 177]
,m[II – 177] [II – 177]
Trong đó:
a: hệ số phụ thuộc vào dạng đệm, với đệm vòng thì a = 0,123
µx: độ nhít của pha láng, Ns/m2 Vđ: thể tích tự do của đệm, m3/m3
ρx: khối lượng riêng của lỏng, kg/m3
ψ: hệ số thấm ướt của đệm, nó phụ thuộc vào tỷ số giữa mật độ tưới thực tế lên tiết diện ngang của tháp và mật độ tưới thích hợp, xác định theo đồ thị IX.16 [II – 178]
Với : mật độ tưới thực tế, m3/m2.h Utt = B.σđ : mật độ tưới thích hợp, m3/m2.h Trong đó:
Vx: lưu lượng thể tích của chất lỏng, m3/h Ft: diện tích mặt cắt tháp, m2
σđ: bề mặt riêng của đệm, m2/m3
B: hằng số, B = 0,065 m3/m.h Bảng IX.6 trong [II – 177] - Chọn đệm loại vòng Rasiga có các thông sè :
30x30x3,5mm Vđ = 0,76 m3/m3 σđ = 165 m2/m3 a = 0,123 • Xác định ψ Ta có ; Uth = B.σđ
Mà m2
m3/h
m3/m2.h
σđ = 165 m2/m3
Uth = 0,065.165 = 10,725 m3/m2.h
Với tra đồ thị hệ số thấm ướt IX.16,[178-II] ta được : ψ = 0,38
• Xác định chuẩn số Reynon
- Chuẩn sè Reynon của pha hơi: (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
[II – 178]
Ta có µy = µhh được tính theo [I – 85]
Trong đó:
Mhh, MA, MB: khối lượng phân tử của hỗn hợp và cấu tử Axeton và Nước
µhh, µA, µB: độ nhít của hỗn hợp và cấu tử Axeton và Nước m1, m2: nồng độ của Axeton và Nước tính theo phần thể tích.
Đối với hỗn hợp khí thì nồng độ phần thể tích bằng nồng độ phần mol, nên m1 = y1, m2 = y2 = 1 – y1.
a1, a2: nồng độ phần khối lượng của Axeton và Nước. Ta có phần mol ⇒ thtb =68,37oC
a1 = 0,88 phần khối lượng
Mặt khác với thtb = 68,37oC nội suy ta được : N.s/m2
N.s/m2
=> µhh = 0,23088.10-3 N.s/m2
- Chuẩn sè Reynon của pha láng:
[II – 178] Trong đó:
Gxtb: lưu lượng lỏng trung bình đi trong tháp, phần trước đã tính được Gx = 637,26 kg/h =637,26/3600 kg/s
Ft: diện tích mặt cắt của tháp, Ft = 0,2 m2
σđ = 165 m2/m3
Vậy chuẩn số Reynon của pha lỏng là:
• Xác định chuẩn số Pran.
- Chuẩn sè Pran của pha hơi:
[II – 178] Hệ số khuyếch tán Dy trong pha hơi tính theo.
, m2/s[II – 127] [II – 127]
Trong đó:
T: nhiệt độ trung bình của hơi, 0K P: áp suất chung của hơi, P = 1at.
MA = 58: khối lượng phân tử của cấu tử Axeton. MB = 18: khối lượng phân tử của cấu tử Nước.
vA, vB: thể tích mol của hơi Axeton và Nước , cm3/nguyên tử cm3/nguyên tử
cm3/nguyên tử
Phần trước ta đã tìm được nhiệt độ trung bình của pha hơi trong đoạn luyện là , vậy T = 68,37 +273 =341,37oK.
Vậy ta có:
- Chuẩn sè Pran của pha láng:
[II – 178] Hệ số khuyếch tán Dx của pha lỏng được tính theo công thức: (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Dx = D20.[1 + b.(t - 20)][II – 134] [II – 134]
Với
ρ: khối lượng riêng của dung môi Nước ở 200C, kg/m3; tra ở bảng I.2 trong [I- 9] ta được ρ = 998 kg/m3
µ: độ nhít của dung môi Nước ở 200C, cP; µ = µ2 = 1,005.10-3 Ns/m2 =1,005 cp
- Hệ số khuyếch tán của lỏng ở 20oC là:
, m2/s[II – 133]
[II – 133] Trong đó:
A, B: hệ số liên hợp kể đến ảnh hưởng của Axeton và Nước . Do Axeton và Nước là những chất lỏng không liên kết nên A = 1; B = 4,7.
, m2/s
Dx = 1,22.10-9[1 + 0,02.(60,7 - 20)] Dx = 2,213.10-9 m2/s
Thay các giá trị vào ta có:
Vậy: ,m
h1= 1,34m
,m
h2 = 0,165m
III.1.2. Tính m.
- Chọn các giá trị x bất kỳ, tại mỗi giá trị x đó ta tìm góc nghiêng của đường cân bằng. Từ các giá trị tìm được tính m theo công thức
⇒ Ta có STT x x* y y* 1 20 2,8 54 80,3 1,53 2 40 6,3 65 84,2 0,5 3 60 13,4 76 86,9 0,23 4 80 61,4 87 90,4 0,18
•Vậy chiều cao của một đơn vị chuyển khối đối trong đoạn luyện là :
⇒ (m)
III.1.3. Tính số đơn vị chuyển khối my.
- Sè đơn vị chuyển khối tính theo pha hơi.
[II – 176] y*: thành phần mol cân bằng của pha hơi, %mol
y: thành phần mol làm việc của pha hơi, %mol
- Ứng với mỗi giá trị của x∈ {0,064; 0,938} ta tìm được một giá trị của y* tương ứng và theo đường làm việc của đoạn luyện y = 0,55x + 0,43 ta xác định được y. Bảng 4. x y* y 1/(y*-y) 6,4 65 46,52 0,054 10 72 48,5 0,043 20 80,3 54 0,038 30 82,7 59,5 0,043 40 84,2 65 0,052 50 85,5 70,5 0,067 60 86,9 76 0,092 70 88,2 81,5 0,1490,149 75 89 84,25 0,211 80 90,4 87 0,294 85 92 89,75 0,444 90 94,3 92,5 0,556 93,8 96 94,59 0,709
- Từ bảng số liệu trên ta vẽ đồ thị . Từ đồ thị ta tính được diện tích phần gạch chéo được giới hạn bởi hai đường : y=yF =46,52 và y=yP =94,59(Xem đồ thị ) là :
my = S = = 6,7975
•Vậy chiều cao của đoạn luyện là : (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
HL = hđv . my = 1,577.6,7975 = 10,7m
⇒ Ta chọn chiều cao đoạn luyện là : HL = 11 m
III.2. Chiều cao của đoạn chưng.
- Các công thức cũng như ý nghĩa các ký hiệu có trong các công thức tính chiều cao đoạn chưng tương tự như đối với đoạn luyện, chỉ khác về trị số nên trong phần này không giải thích lại.
III.2.1. Tính chiều cao của một đơn vị chuyển khối h1, h2:
• Tính ψ [II – 177] m3/h m3/m2.h σđ = 165 m2/m3 Uth = 0,065.165 = 10,725 m3/m2.h
• Xác định chuẩn số Reynon
- Chuẩn sè Reynon của pha hơi:
[II – 178]
Ta có µ’y = µhh được tính theo [I – 85]
Đối với hỗn hợp khí thì nồng độ phần thể tích bằng nồng độ phần mol, nên m1 = y1, m2 = y2 = 1 – y1.
Thay vào ta có:
a1, a2: nồng độ phần khối lượng của Axeton và Nước. Ta có phần mol
a1 = 0,496 phần khối lượng
Mặt khác với t’htb =91,42oC (tra ở phần trên )nội suy ta được : N.s/m2
N.s/m2
- Chuẩn sè Reynon của pha láng: [II – 178] Ta có G’xtb = 5403,02 kg/h =5403,02/3600 kg/s Ft = 0,2 m2 σđ = 165 m2/m3 µ’x = 0,33243.10-3Ns/m2
Vậy chuẩn số Reynon của pha lỏng là:
• Xác định chuẩn số Pran.
- Chuẩn sè Pran của pha hơi:
[II – 178] Hệ số khuyếch tán D’y trong pha hơi tính theo.
, m2/s[II – 127] [II – 127] MA = 58 kg/kmol. MB = 18kg/kmol. cm3/nguyên tử cm3/nguyên tử
Phần trước ta đã tìm được nhiệt độ trung bình của pha hơi trong đoạn chưng là :
Vậy ta có:
= 17,13.10-6 m2/s. Thay các giá trị tính được vào ta có:
- Chuẩn sè Pran của pha láng:
[II – 178] Hệ số khuyếch tán Dx của pha lỏng được tính theo công thức:
D’x = D20.[1 + b.(t - 20)][II – 134] [II – 134]
Ở phần trước đã tính được D20 = 1,22.10-9 m2/s, với b = 0,02 (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Nhiệt độ trung bình của lỏng trong đoạn chưng là to =85,19 oC. Vậy ta có: Dx = 1,22.10-9[1 + 0,02.(85,19 - 20)]
Dx = 2,8106.10-9 m2/s Thay các giá trị vào ta có:
Vậy: ,m
⇒ h’1 = 0,44 m
⇒ h’ h’2 = 0,22 m
III.2.2. Tính m.
- Chọn các giá trị x bất kỳ, tại mỗi giá trị x đó ta tìm góc nghiêng của đường cân bằng. Từ các giá trị tìm được tính m theo công thức
Ta có :
STT x y* y x*
2 4 57 28,05 1,4 18,09 3 5 60,3 35,55 1,6 7,2 3 5 60,3 35,55 1,6 7,2 4 6,4 65 46,52 2,3 4,1
- Dùa vào các giá trị đã chọn trên đường cân bằng, ta tính được m = 9,79
•Vậy ta có chiều cao của một đơn vị chuyển khối của đoạn luyện là :
⇒ h’dv = 0,73 m
III.2.3. Tính số đơn vị chuyển khối my.
- Sè đơn vị chuyển khối tính theo pha hơi.
[II – 176] y*: thành phần mol cân bằng của pha hơi, %mol
- Ứng với mỗi giá trị của x∈ {0,003; 0,064} ta tìm được một giá trị của y* tương ứng và theo đường làm việc của đoạn chưng y = 1,44x – 0,0176 ta xác định được y. Bảng 5. x y* y 1/y*-y 0,3 9 0,3 0,115 2 43 13,05 0,033 5 60,3 35,55 0,04 6,4 65 46,52 0,054
- Từ bảng số liệu trên ta vẽ đồ thị . Từ đồ thị ta tính được diện tích phần gạch chéo là S = m’y =3,59
Vậy chiều cao của đoạn chưng là: HC = h’đv . m’y = 0,73.3,59 = 2,6m
⇒ Ta chọn chiều cao đoạn chưng của tháp là : HC = 3 m
III.3. Tính chiều cao của toàn tháp.
H = HL + HC + H1 + H2 + H3Trong đó: Trong đó:
HL, HC: chiều cao đoạn luyện và đoạn chưng, m
H1: khoảng cách không gian phần đỉnh tháp để đặt đĩa phân phối chất lỏng và ống hồi lưu sản phẩm đỉnh, m
H2: khoảng cách không gian giữa đoạn chưng và đoạn luyện để đặt đĩa tiếp liệu và ống dẫn hỗn hợp đầu, m
H3: khoảng cách không gian cho hồi lưu đáy và để đặt ống hồi lưu sản phẩm đáy, m.
Chọn: H H1 = H3 = 0,6m H2 = 0,8m
H = 10,7+2,6 +0,6 +0,6 +0,8H = 15,3m H = 15,3m
(adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});