III. TÍNH TOÁN, THIẾT KẾ THIẾT BỊ CHÍNH
3. Tính đường kính tháp
3.5, Đường kính đoạn chưng
Theo công thức: Gy = g’tb = 𝑔𝑛 ′ + 𝑔1′
Sinh viên: Vũ Anh Đức – MSSV: 20180668 Trang 32
Trong đó:
• g’tb: lượng lỏng trung bình đi trong đoạn chưng, kg/h • 𝑔𝑛′: lượng hơi đi ra khỏi đoạn chưng, kg/h
• 𝑔1′: lượng hơi đi vào đoạn chưng, kg/h
Vì lượng hơi đi ra khỏi đoạn chưng bằng lượng hơi đi vào đoạn luyện (𝑔𝑛′ = g1) nên ta có thể viết: g’tb = 𝑔1 + 𝑔1
′
2 [2 – 182]
Lượng hơi đi vào đoạn chưng 𝑔1′, hàm lượng lỏng 𝑥1′ và lượng lỏng G1’ đối với đĩa thứ nhất của đoạn luyện được xác định theo hệ phương trình:
G’1 = g’1 + W
G’1.x’1= g’1.yw + W.xw [2 – 182] g’1r‘1 = g1r1
Trong đó:
• r1: ẩn nhiệt hóa hơi của hỗn hợp hơi đi vào đĩa trên cùng của đoạn chưng • r’1: ẩn nhiệt hóa hơi của hỗn hợp hơi đi vào đĩa thứ nhất của đoạn chưng Ta có: W = 2,667 kg/s = 9601,2 kg/h xw = aW = 0,005 (phần khối lượng) y’1 = yw = 0,016 (phần mol) => y’1 = 0,016.32.04 0,016.32,04+(1−0,016).18,015 = 0,0281 (phần khối lượng) - Theo công thức r’1 = rm. y’1 + (1- y’1).rn [2 – 182]
trong đó rm, rn lần lượt là ẩn nhiệt hóa hơi của cấu tử nguyên chất là rượu metylic và nước ở nhiệt độ toc = tow = 99,53oC
=> Nội suy từ bảng I.212 [I.254] ta có: • rm = 242.27 kcal/kg = 1014.33 kJ/kg • rn = 539,43 kcal/kg = 2258,49 kJ/kg
Sinh viên: Vũ Anh Đức – MSSV: 20180668 Trang 33
Thay các giá trị đã tính được vào hệ phương trình trên ta được: • G’1 = g’1 + 9601,2
• G’1.x’1= g’1. 0,0281 + 9601,2.0,005 • g’1. 2223,53 = 5078,96.1793,75
=> G’1 = 13698,46 kg/h; x’1 = 0,359 (phần khối lượng) ; g’1 = 4097.26 kg/h
* Lượng hơi trung bình đi trong đoạn chưng:
- Với Gy = g’tbc = 𝑔1 + 𝑔1 ′ 2 = 6093.62 + 4097.26 2 = 5095.44 (kg/h) - Với Gx = 𝐺1+ 𝐺1 ′ 2 = 2080,16+ 13698,46 2 = 14189,31 (kg/h) Tính khối lượng riêng trung bình:
Theo công thức ρytbc = 𝑦𝑡𝑏1.𝑀𝐴 + (1 − 𝑦𝑡𝑏1).𝑀𝐵
22,4.𝑇 . 273 , kg/m2
[2-183]
* Nồng độ phần mol lấy theo giá trị trung bình:
- Với 𝑦𝑡𝑏1𝑐 = 𝑦𝑊 = 0,016(phần mol) - Với X = (𝐺𝑥 𝐺𝑦) 1 4 . (𝜌𝑦𝑡𝑏 𝜌𝑥𝑡𝑏) 1 8 = (14189,31 4588,11) 1 4 . ( 0,751 911,67 ) 1 8 = 0,546 - Với Y = 1,2e-4X = 1,2e-4.0,546 = 0,1352
- 𝜔𝑠𝑐2 = 𝑌.𝑔.𝑉𝑑 3 .𝜌𝑥𝑡𝑏 𝜎𝑑.𝜌𝑦𝑡𝑏.(𝜇𝑥 𝜇𝑛) 0,16 = 0,1352.9,81.0,953.911,67 130.0,751 .(0,304.10−3 1,005.10−3) 0,16 = 12,8575 => ωsc = 3,59 (m/s)
*Kiểm tra với điều kiện làm việc thực tế:
Chọn ω = 0,8.ωs
Đường kính được xác định theo công thức:
D = 0,0188.√(𝜌𝑦.𝜔𝑦)𝑡𝑏𝑔𝑡𝑏 [2-183] - Với đoạn chưng: ωC = 0,8.ωsC = 0,8.3,59 = 2,872m/s
=> DC = 0,0188.√ 𝟓𝟎𝟗𝟓.𝟒𝟒
Sinh viên: Vũ Anh Đức – MSSV: 20180668 Trang 34
***
Kiểm tra lại điều kiện làm việc thực tế:
Nhận thấy chênh lệch giữa Dc và Dl không quá 10% => Quy chuẩn đường kính tháp D = 1 m
- Với đoạn chưng:
+ Tốc độ hơi đi trong thực tế: 𝜔𝑐𝑡𝑡 = 5095,44.0,0188 2 12.0,751 = 2,91 (m/s) + Tỷ số giữa tốc độ thực tế và tốc độ sặc: 𝜔𝑐𝑡𝑡 𝜔𝑠𝑐 = 2,398 3,59 = 0,81 => Chấp nhận được
- Với đoạn luyện:
+ Tốc độ hơi đi trong thực tế: 𝜔𝐿𝑡𝑡 = 7123,68 .0,0188 2 12.1,028 = 3,04 (m/s) + Tỷ số giữa tốc độ thực tế và tốc độ sặc: 𝜔𝑙𝑡𝑡 𝜔𝑠𝑙 = 3,04 3,85 = 0,79 => Chấp nhận được
Từ bảng [10 – 317] và các kết quả tính được ở trên, việc ta chọn đường kính tháp D = 1 m là hợp lý.