Lượng hơi trung bình đi trong đoạn luyện: Gtb = (kg/h)
Trong đó: gtb: Lượng hơi trung bình đi trong đoạn luyện (kg/h) gđ: Lượng hơi đi ra khỏi đĩa trên cùng đoạn luyện (kg/h) gl: Lượng hơi đi vào đĩa dưới cùng của đoạn luyện (kg/h)
Ta có: gđ = GR + GP = GP(RX + 1) = NP(RX + 1) = 0,350636053(12,3912037 + 1) = 4,69543881(kmol/h).
gđ (kmol/h) P (NP) Rx
4,69543881 0,350636053 12,3912037
Chuyển gđ từ kmol/h sang kg/h như sau:
Mhh = yP.MA + (1 - yP).MB =0,07.78 + (1 – 0,07).92 = 91,02 (kg/kmol) Trong đó: yP là nồng độ làm việc phần mol pha hơi ở đỉnh
Vậy gđ (kg/h) = gđ (kmol/h). Mhh = 4,69543881.91,02 = 427,3788405 (kg/h)
gđ (kg/h) gđ (kmol/h) Mhh (kg/kmol)
Lượng hơi đi vào đoạn luyện (gl) ở tF = 107,42ᵒC
Phương trình cân bằng năng lượng từ mâm tiếp liệu đến đỉnh tháp: gl.rl = gđ.rđ
Trong đó:
rl: ẩn nhiệt hóa hơi của hỗn hợp hơi đi vào đĩa tiếp liệu rđ: ẩn nhiệt hóa hơi của hỗn hợp ra đỉnh tháp
Mà: rl = rA.ayl + (1 - ayl ).rB
Với: rA là ẩn nhiệt hóa hi của cấu tử nguyên chất benzen rB là ẩn nhiệt hóa hi của cấu tử nguyên chất toluen
ayl là nồng độ làm việc phần khối lượng pha hơi bay hơi lên đĩa trong một khoảng tiếp liệu (yl = yFlv)
ayl = = = 0,1181491236 phần khối lượng Vậy ayl = 0,1181491236 phần khối lượng
Ẩn nhiệt hóa hơi của cấu tử nguyên chất benzen và toluen tra theo bảng I212 – ST – T1/254 được tính bằng phương pháp nội suy:
Ẩn nhiệt hóa hơi của benzen (rA, kcal/kg = 4,6818.103 J/kg) ở nhiệt độ tF = 107,42ᵒC
TA, ᵒC 100 107,42 140
rA, kcal/kg 90,5 89,03455 82,6
rA, J/kg 423702,9 416841,9562 386716,68
Ẩn nhiệt hóa hơi của toluen (rB, kcal/kg = 4,6818.103 J/kg) ở nhiệt độ tF = 107,42ᵒC
TB, ᵒC 100 107,42 140
rB, kcal/kg 88 86,90555 82,1
rB, J/kg 411998,4 406874,404 384375,78
Ẩn nhiệt hóa hơi của hỗn hợp đi vào đĩa tiếp liệu: : rl = ayl. rA + (1 - ayl). rB
Ẩn nhiệt hóa hơi của hỗn hợp sau khi ra khỏi đỉnh tháp tP = 81,04ᵒC : rđ = ayđ. rA + (1 - ayđ). rB
ayđ: nồng độ làm việc phần khối lượng trong pha hơi bay ra khỏi đỉnh, yđ = yPlv ayđ = = = 0,9531568228 phần khối lượng
Vậy ayđ = 0,9531568228 phần khối lượng
Ẩn nhiệt hóa hơi của benzen (rA, kcal/hkg= 4,6818.103 J/kg) ở nhiệt độ tP = 81,04ᵒC
TA, ᵒC 60 81,04 100
rA, kcal/kg 97,5 93,818 90,5
rA, J/kg 474025,5 439237,1124 439992,9
Ẩn nhiệt hóa hơi của toluen (rB, kcal/kg = 4,6818.103 J/kg) ở nhiệt độ tP = 81,04ᵒC
TB, ᵒC 60 81,04 100
rB, kcal/kg 92,8 90,2752 88
rB, J/kg 451175,04 422650,4314 427838,4
Ẩn nhiệt hóa hơi của hỗn hợp ra khỏi đỉnh tháp: rđ = rA.ayđ + (1 - ayđ ).rB
=439237,1124.0,9531568228 + (1 - 0,9531568228). 422650,4314 = 438460,1396(J/kg) = 438460,1396(J/kg)
Cân bằng nguyên liệu từ mâm tiếp liệu đến đỉnh tháp: gl.rl = gđ.rđ
=> gl = = = 575,1209489 (J/kg)
Cân bằng nguyên liệu toàn phần từ mâm tiếp liệu đến đỉnh tháp: gl = Gl + GP
=> Gl = gl - GP = 575,1209489 – 27,54596839 = 547,5749805 (kg/h)
Cân bằng vật liệu riêng phần cho cấu tử nhẹ từ mâm tiếp liệu đến sản phẩm đỉnh heo khối lượng, ay phần khối lượng:
Mà xl = xF = 0,07 Vậy ayl = =
= 0,027118471 phần khối lượng
Vậy ayl = 0,027118471 phần khối lượng Chuyển gl từ kmol/h sang kg/h như sau: yl =
=
= 0,03183095432 phần mol
Mhh = 0,03183095432.78 + (1 - 0,03183095432).92 = 91,55436664 (kg/kmol) Ta có: g1 (kmol/h) = = = 6,281742423 (kmol/h)
Ta có, lượng hơi trung bình đi trong đoạn luyện gtb = = = 501,2498947 Chuyển đổi gtb từ kg/h sang kmol/h
Ta có: Mhh = xtb.MA + (1 - xtb).MB
Với xtb: Nồng độ làm việc phần mol trung bình cộng ở đỉnh và đĩa tiếp liệu xtb = = = 0,515 Mhh = 0,515.78 + (1 - 0,515).92 = 84,79 (kg/kmol) gtb (kmol/h) = = = 5,911662869(kmol/h) gtb gđ gl kg/h 501,2498947 427,3788405 575,1209489 Kmol/h 5,911662869 4,69543881 6,281742423
Bảng tổng hợp lưu lượng các pha trong đoạn luyện:
yl = yFlv yđ = yPlv aylv (phần khối
lượng)
ayd =ayp (phần khối lượng)
Lưu lượng Lưu lượng hơi trung bình thiết bị
gtb gđ gl
G, kg/h 501,2498947 427,3788405 575,1209489
M, kg/kmol 84,79 91,02 91,55436664
N, kmol/h 5,911662869 4,69543881 6,281742423
Vận tốc trung bình đi trong đoạn luyện tính cho tháp chóp:
(ρy.ωy)tb = 0,065.ϕ.ρytb. ρxtb) Trong đó:
ϕ là hệ số tính đến sức căng bề mặt; ϕ = 0,8
ρytb là khối lượng riêng trung bình của pha hơi theo nhiệt độ trung bình (kg/m3).
ρxtb là khối lượng riêng trung bình của pha lỏng theo nhiệt độ trung bình (kg/m3). h ở đây là hluyện là khoảng cách giữa các đĩa trong đoạn luyện (m). Khoảng cách giữa các đĩa ban đầu trong đoạn luyện được xác định theo bảng sau tùy thuộc vào đường kính tháp giả thiết ban đầu (ST-T2/184)
D (m) 0 – 0,6 0,6 – 1,2 1,2 – 1,8 > 1,8
Dmax 0,6 1,2 1,8 > 1,8
hluyện, m 0,25 0,3 0,35 0,45
Khối lượng riêng trung bình của hỗn hợp ở nhiệt độ trung bình ( ttb ) và ( ytb ) trong đoạn luyện: ρtb =
Nhiệt độ làm việc trung bình của đoạn luyện: ttb = = = 94,23ᵒC Nồng độ làm việc phần mol trung bình: ytb = = = 0,548
ytb yF yP ttb tF tP
0,548 0,136 0,6 94,23 81,04 107,42
Mtb = MA. ytb + MB.( 1 - ytb)
= 84,328
ρytb, kg/m3 Mtb MA MB ytb
2,78648 84,328 78 92 0,548
Khối lượng riêng trung bình của hỗn hợp lỏng ở nhiệt độ trung bình:
= +
Trong đó: atb = = = 0,565
ρxtb: Khối lượng riêng trung bình của hỗn hợp lỏng ở nhiệt độ trung bình, kg/m3
ρA: Khối lượng riêng của benzen ở nhiệt độ trung bình, kg/m3 ρB: Khối lượng riêng của toluen ở nhiệt độ trung bình, kg/m3 Tra bảng 1.2 sổ tay quá trình thiết bị tập 1 trang 7 ta có:
tᵒC 80 94,23 100
ρA, kg/m3 815 878,07 793
ρB, kg/m3 808 793,77 788
Vậy ρxtb = = = 839,2963 kg/m3
Vậy vận tốc hơi trung bình đi trong đoạn luyện là: (ρy.ωy)tb = 0,065.ϕ.ρytb. ρxtb)
= 0,065.0,8..839,2963) = 2,514716104 (kg/m2.s)
Đường kính đoạn luyện:
Dtính toán = 0,0188.
= 0,0188.
=
Dtính toán =
= 0,5308483975 < Dgiả thiết = 0,6 (chọn) Vì Dtính toán < Dgiả thiết nên giả thiết đúng
Vậy đường kính đoạn luyện là: DLtính toán = 0,5308483975 (m)
(ρy.ωy)tb ϕ h ρxtb ρytb
0,3753665016 0,8 0,25 839,2963 2,78648
Vậy ωytb =(ρy.ωy)tb /ρytb =0,3753665016/2,78648= 0,1347099213