CHƯƠNG 4 : TÍNH TỐN THIẾT KẾ THÁP CHƯNG CẤT
4.2 Đường kính đoạn cất
4.2.1. Lượng hơi trung bình đi trong tháp
Lượng hơi trung bình đi trong đoạn cất xác định theo XI.91 (trang 181[2]):
gtb=gd+g1
2 (4-2) Với:
gd: lượng hơi ra khỏi đĩa trên cùng của tháp kg.h-1.
gl: lượng hơi vào đĩa dưới cùng của đoạn cất kg.h-1.
Xác định gd:
Theo cơng thức IX92 (trang 181, [1]):
gd=D .(R+1)=42.454 kmol.h-1→gd=1809.793kg.h-1
Xác định gl: Từ hệ phương trình: { ¿g1=G1+D
¿g1. y1=G1.x1+D .xD
¿g1.r1=gd.rd (4-3) Với:
Gl: lượng lỏng ở đĩa thứ nhất của đoạn cất.
rl: ẩn nhiệt hĩa hơi của hỗn hợp hơi đi vào đĩa thứ nhất của đoạn cất.
rd: ẩn nhiệt hĩa hợi của hỗn hợp hơi đi ra ở đỉnh tháp.
Tính rl: Từ tl=tF=81.024 oC ta cĩ:
Ẩn nhiệt hĩa hơi của nước (bảng I.250, trang 312[1]): rN=¿47593.46 kJ.kmol-1 Ẩn nhiệt hĩa hơi của ethanol (bảng I.212, trang 254[1]): rR=¿38953.59 kJ.kmol-1
→r1=rR. y1+(1−y1).rN=41892.529−3229,059y1
Tính rd: Từ tD=78.062oC ta cĩ:
Ẩn nhiệt hĩa hơi của nước (bảng I.250, trang 312 [1]): rN=¿47500.51 kJ.kmol-1 Ẩn nhiệt hĩa hơi của ethanol (bảng I.212 trang 254 [1]): rR=¿ 39187.33 kJ.kmol-1
→rd=rR. yD+(1−yD).rN=¿40196.06 kJ.kmol-1 Cĩ x1=xF=0.172
Giải hệ (4-3), ta được: { ¿G1=18,42(kmol. h-1)
¿y1=0,3577(phân mol etanol)
¿g1=38,345(kmol. h-1)
M1=y1MR+(1−y1)MN=0,3577.46+(1−0,3577).18=22.816 (đvC)
→g1=1634.652(kg.h-1) Vậy gtb=924. 0692(kg.h-1)
Tốc độ hơi trung bình trong tháp
Tốc độ giới hạn của hơi đi trong tháp với mâm xuyên lỗ cĩ ống chảy chuyền:
ωgh=0,05.√ρxtb
ρytb (IX111, trang 186, [1]) Với:
ρxtb: khối lượng riêng trung bình của pha lỏng (kg.m-3)
ρytb: khối lượng riêng trung bình của pha hơi (kg.m-3)
Xác định ρytb:
ρytb=[ytb.4622,4.(t+(1−ytb).18].273
tb+273) (IX.102, trang 83, [1]) Nồng độ phân mol trung bình:
ytb=y1+yD
2 =0.62
Nhiệt độ trung bình đoạn cất:
ttb=tF+tD
CHƯƠNG 4: Tính tốn thiết kế tháp CBHD: Nguyễn Việt Bách ⇒ρytb=[0,62.46+(1−0,6222,4.(79,543+).18273)].273=0.237 kg.m-3
Lưu lượng pha hơi đi trong phần cất:
Vtb= gtb
ρytb=1,041.3600951,002 =1,08 m3.s-1
Xác định ρxtb:
Nồng độ phân mol trung bình:
xtb=xF+2xD=0,172+0,7372 =0,612
⇒¯xtb= 46.xtb
46.xtb+(1−xtb).18=46.0,612+(1−0,612)46.0,612 .18=0,801
ttb=79.543oC tra bảng I.2 trang 9 [1] → ρxtb=799.6609 kg.m-3
⇒ωgh=0,05.√799.6609
0.237 =2,9 m.s-1
Để tránh tạo bọt ta chọn tốc độ hơi trung bình đi trong tháp:
ωh=0,8.ωgh=0,8.2,2=2.322m.s-1 Vậy đường kính đoạn cất:
Dc ấ t=0,0188.√gtb
¿¿ ¿ m