2. GIỚI THIỆU VỀ HỖN HỢP ĐƯỢC CHƯNG LUYỆN:
2.5. TÍNH CÂN BẰNG NHIỆT LƯỢNG
Mục đích của việc tính toán cân bằng nhiệt lượng là để xác định lượng hơi đốt cần thiết khi đun nóng hỗn hợp đầu, đun bốc hơi ở đáy tháp cũng như xác định lượng nước lạnh cần thiết cho quá trình ngưng tụ làm lạnh.
Chọn nước làm chất tải nhiệt vì nó là nguồn nguyên liệu rẻ tiền, phổ biến trong thiên nhiên và có khả năng đáp ứng yêu cầu công nghệ.
2.5.1. Tính cân bằng nhiệt trong thiết bị gia nhệt hỗn hợp đầu:
Phương trình cân bằng nhiệt lượng của thiết bị đun nóng hỗn hợp đầu
Q + Q = Q + Q + Q(J/h) (IX.149- Sổ tay QT&TBCHHC - T2- trang 196) Trong đó:
Q : Nhiệt lượng do hơi đốt mang vào (J/h)
50 QD1 Qf QF Qw QD2 Qy Qng1 QR
Q : Nhiệt lượng do hỗn hợp đầu mang vào (J/h) Q : Nhiệt lượng do hỗn hợp đầu mang ra (J/h) Q : Nhiệt lượng do nước ngưng mang ra (J/h)
Q : Nhiệt lượng do mất mát ra môi trường xung quanh (J/h) Chọn hơi đốt là hơi nước ở áp suất 2 at, có t = 119,6C
a. Nhiệt lượng do hơi đốt mang vào:
Q = D.λ = D.( r + θ.C) (J/h) (IX.150 - T2- trang 196) Trong đó:
D : Lượng hơi đốt (kg/h)
λ : Hàm nhiệt (nhiệt lượng riêng) của hơi đốt (J/h) θ : Nhiệt độ nước ngưng (C): θ = 119,6C C : Nhiệt dung riêng của nước ngưng (J/kg.độ)
r : Ẩn nhiệt hóa hơi của hơi đốt (J/kg), tại t = θ ta có: r = 2208.10 (J/kg)
b. Nhiệt lượng do hỗn hợp đầu mang vào:
Q = F.C .t (J/h) (IX.151- T2- trang 196) Trong đó:
F: Lượng hỗn hợp đầu (kg/h). Theo đề bài : F = 5870kg/h) t : Nhiệt độ đầu của hỗn hợp (C) t = 25C
C : Nhiệt dung riêng của hỗn hợp đầu (J/kg.độ)
Từ bảng số liệu( I.153,154- Tr 172-ST I)Ta xác định nhiệt dung riêng của metylic và etylic: ở 250C CA= 2508,75 (J/kg.độ) CB=2595(J/kg.độ) Nồng độ hỗn hợp đầu: a = a = 0,328 => C = C .a + C.(1 - a) = 2508,75.0328+2595.(1-0,328) = 2566,71 (J/kg.độ)
Vậy lương nhiệt do hỗn hợp đầu mang vào là: Q = 5870.2566,71.25 = 376,664.10 (J/h)
c. Nhiệt lượng do hỗn hợp đầu mang ra:
Q = F.C .t (J/h) (IX.152 - T2- trang 196) Trong đó:
t : Nhiệt độ của hỗn hợp đầu sau khi đun nóng (C): t = 90,5C C : Nhiệt dung riêng của hỗn hợp đầu khi đi ra (J/kg.độ)
Từ bảng số liệu( I.153,154- Tr 172-ST I) Ta xác định nhiệt dung riêng của metylic và etylic: CCH3OH= 2823,15 (J/kg.độ) CC2H5OH = 3127,875(J/kg.độ) Nồng độ hỗn hợp đầu a =32,8% => C = C .a + C .(1 - a) = 2823,15.0,328+(1-0,328).3127,875 = 3027,9 (J/kg.độ)
Vậy lượng nhiệt do hỗn hợp đầu mang ra là: Q = 5870.3027,9.72,63=1290,909.10 (J/h)
d. Nhiệt lượng do nước ngưng mang ra:
Q = G.C.θ = D.C.θ (J/h) (IX.153 - T2- trang 197) Trong đó:
G : Lượng nước ngưng bằng lượng hơi đốt D (kg.h)
a. Nhiệt lượng mất ra môi trường xung quanh
Lượng nhiệt mất mát ra môi trường xung quanh lấy bằng 5% lượng nhiệt tiêu tốn:
Q = 0,05D.r (J/h) (IX.154 - T2- trang 197)
b. Lượng hơi đốt cần thiết:
Thay các giá trị đã tính vào phương trình cân bằng nhiệt lượng ta có:
D = \f(Q+Q+Q-Q,λ = \f(Q-Q,
2.5.2. Tính cân bằng nhiệt lượng toàn tháp chưng luyện
Phương trình cân bằng nhiệt lượng của tháp chưng luyện :
Q + Q + Q = Q + Q + Q + Q (J/h) (IX.156 - T II - 197) Trong đó:
Q : Nhiệt lượng do hỗn hợp đầu mang vào tháp (J/h) Q : Nhiệt lượng do hơi đốt mang vào tháp (J/h)
Q : Nhiệt lượng do lượng lỏng hồi lưu mang vào (J/h) Q : Nhiệt lượng do hơi mang ra ở đỉnh tháp (J/h) Q : Nhiệt lượng do sản phẩm đáy mang ra (J/h)
Q : Nhiệt lượng mất mát ra môi trường xung quanh (J/h) Q : Nhiệt lượng do nước ngưng mang ra (J/h)
Chọn hơi đốt là hơi nước bão hòa ở áp suất 2 at có t = 119,6C a. Nhiệt lượng do hơi đốt mang vào tháp
Q = D.λ = D.(r + θ.C) (J/h)(IX.157 - Sổ tay II - 197) Trong đó:
D : Lượng hơi đốt cần thiết
λ : Hàm nhiệt (nhiệt lượng riêng) của hơi đốt (J/kg) θ : Nhiệt độ nước ngưng (C): θ = 119,6C
r : Ẩn nhiệt hóa hơi của hơi đốt (J/kg) r = r = 2208.10 (J/kg)
C : Nhiệt dung riêng của nước ngưng (J/kg.độ)
b. Nhiệt lượng do lượng lỏng hồi lưu mang vào:
Q = G.C.t (J/h) (IX.158 - Sổ tay II - 197) Trong đó:
G : Lượng lỏng hồi lưu (kg/h) G = P.R = = =10188,72 (kg/h)
t : Nhiệt độ của lượng lỏng hồi lưu (C) t = t = 66,45C
Từ bảng số liệu( I.153,154- Tr 172-ST I) Ta xác định nhiệt dung riêng của metylic và etylic :
CCH3OH= 2792,25 (J/kg.độ)
CC2H5OH = 3050,625 (J/kg.độ)
Nồng độ lượng lỏng hồi lưu bằng nồng độ sản phẩm đỉnh: a = a = 79,1%
C = C.a + C.(1 - a)
= 2792,25.0,791+3050,625.(1-0,791)=2846,25(J/kg.độ) Vậy nhiệt lượng do lượng lỏng hồi lưu mang vào là:
Q =10188,72.2846,25.66,45=19270,263.10 (J/h)
c. Nhiệt lượng do hơi mang ra ở đỉnh tháp
Q = P.(1 + R).λ (J/h) (IX.159 - Sổ tay II - 197) Trong đó:
λ : Hàm nhiệt (nhiệt lượng riêng) của hơi ở đỉnh tháp (J/kg)
λ = λ.a + λ.(1 - a) (J/kg) ( T2- trang 197) Với:
λ, λ : Nhiệt lượng riêng của etylic và nước (J/kg)
θ = θ = t = 66,45 C
r, r : Nhiệt hóa hơi của etylic và nước
Nội suy theo bảng I.212 (Sổ tay I - 254) ta có:
RCH3OH = 261,29(kcal/kg) = 1093,9.103 (J/kg) RC2H5OH= 207,42 (kcal/kg) = 868,4.103 (J/kg) λ = 1093,9.103+ 2792,25.66,45 = 1,279.106 (J/kg) λ = 868,4.103+ 3050,25.66,45 = 1,071.106 (J/kg) λ = 1,279.106.0,791 + 1,071.106.(1 - 0,791) = 1,235.106 (J/kg) Vậy Q =5870.(1 + 4,272). 1,235.106 = 3,82.1010 (J/h)
d. Nhiệt lượng do sản phẩm đáy mang ra
Q = W.C.t (J/h) (IX.160 - Sổ tay II - 197) C : Nhiệt dung riêng của sản phẩm đáy (J/kg.độ)
tW=77,95oC
Từ bảng số liệu( I.153,154- Tr 172-ST I) Ta xác định nhiệt dung riêng của metylic và etylic : CCH3OH= 2849,75 (J/kg.độ) CC2H5OH = 3194,375(J/kg.độ) Nồng độ sản phẩm đáy: a = 1,1 % C = C.a + (1 - a).C = 2849,75.0,011+(1-0,011).3194,375 (J/kg.độ) Vậy: Q = 5870.3190,58.77,95=14599,025.10 (J/h)
e.Nhiệt lượng mất mát ra môi trường xung quanh
Lượng nhiệt mất mát ra môi trường lấy bằng 5% lượng nhiệt tiêu tốn ở đáy tháp:
Q = 0,05.D.r (J/h) (IX.162 - T2 - 198)
c. Nhiệt lượng do nước ngưng mang ra:
Q = G.C.θ = D.C.θ (J/h) Trong đó:
G : Lượng nước ngưng bằng lượng hơi đốt (kg/h)
d. Lượng hơi đốt cần thiết:
2.5.3. Tính cân bằng nhiệt lượng trong thiết bị ngưng tụ:
Phương trình cân bằng nhiệt lượng của thiết bị ngưng tụ:
P.(R + 1).r = G.C.(t - t) (Sổ tay T2 - trang 198) Trong đó:
r : ẩn nhiệt hóa hơi của hơi đỉnh tháp (J/kg) Nhiệt độ của hơi đỉnh tháp là t = t =66,45C
rCH3OH = 261,29 (kcal/kg) = 1093,9.103 (J/kg)
rC2H5OH= 207,42 (kcal/kg) = 868,4.103 (J/kg)
Nồng độ phần khối lượng của hơi ở đỉnh tháp là: a = 79,1% => r = r.a + r.(1 - a)
=1093,9.103.0,791+868,4.103.(1– 0,791) = 1046,77.103(J/kg) G : Lượng nước lạnh tiêu tốn (kg/h)
t, t : Nhiệt độ vào và ra của nước làm lạnh (C)
Nhiệt độ vào của nước lạnh lấy là nhiệt độ thường: t = 25C Nhiệt độ ra của nước lạnh chọn t = 45C
t = 35C
C : Nhiệt dung riêng của nước ở nhiệt độ trung bình t (J/kg.độ) Theo bảng I.147 (Sổ tay QT&TBCNHC - T1 trang 165) có: C = 0,99859 (kcal/kg.độ) = 4180,896 (J/kg.độ)
Lượng nước lạnh cần thiết là
G= \f(, =
2.5.4. Tính cân bằng nhiệt lượng trong thiết bị làm lạnh
Phương trình cân bằng nhiệt lượng của thiết bị làm lạnh:
P.C.(t - t) = G.C.(t - t)
Trong đó:
G : Lượng nước lạnh tiêu tốn (kg/h)
t, t : Nhiệt độ đầu và cuối của sản phẩm đỉnh ngưng tụ (C) Sản phẩm đỉnh sau khi ngưng tụ ở trạng thái sôi:
Nhiệt độ vào chính bằng nhiệt độ sôi ở đỉnh tháp: t = 66,45oC
Nhiệt độ ra của sản phẩm lấy là : t = 25C
t = 45,725C
C : Nhiệt dung riêng của sản phẩm đỉnh đã ngưng tụ (J/kg.độ)
Từ bảng số liệu( I.153,154- Tr 172-ST I) Ta xác định nhiệt dung riêng của metylic và etylic : ở ttb= 45,725oC
CCH3OH= 2682,881 (J/kg.độ)
CC2H5OH = 2784,425 (J/kg.độ)
Có nồng độ sản phẩm đỉnh a = 0,791
C = 2682,881.0,791+2784,425.(1-0,791)=2704,103 (J/kg.độ)
C : Nhiệt dung riêng của nước làm lạnh ở 25C
Tra bảng I.125 (Sổ tay QT&TBCNHC- T1 trang 166) ta có C = 1,0 (kcal/kg.độ) = 4186,8 (J/kg.độ)
Lượng nước lạnh cần thiết là:
CHƯƠNG 3: TÍNH TOÁN CƠ KHÍ