CHƯƠNG 5 : TÍNH TỐN THIẾT BỊ TRUYỀN NHIỆT
5.3 Cân bằng nhiệt lượng cho tồn tháp chưng cất
𝑄𝐹 + 𝑄𝐷2+ 𝑄𝑅 = 𝑄𝑦+ 𝑄𝑤+ 𝑄𝑛𝑡2+ 𝑄𝑚𝑓2 (IX.156, trang 197, [2]) (5-8)
Trong đĩ:
𝑸𝑫𝟐: nhiệt độ do dịng hơi đốt để đun sơi dung dịch trong đáy tháp
𝑄𝐷2 = 𝐷2. 𝜆2 = 𝐷2. (𝑟2+ 𝐶2. 𝑡2) (IX.157, trang 197, [2]) (5-9)
Với:
- 𝐷2: lượng hơi đốt cần thiết để đun sơi dung dịch ở đáy tháp (kg.h-1) - 𝜆2: nhiệt lượng riêng của dịng hơi mang vào đáy tháp (kJ.kg-1)
CHƯƠNG 5: Cân bằng năng lượng CBHD: Lương Huỳnh Vũ Thanh
- Vì nhiệt độ sơi của hỗn hợp sản phẩm đáy là 1210C nên nhiệt độ của dịng hơi cấp nhiệt phải lớn. Chọn hơi quá nhiệt ở 2.1 at tương đương dịng hơi cấp nhiệt cĩ nhiệt độ là 150oC. Theo bảng I.254 [3] ta cĩ nhiệt lượng riêng của nước ở 1500C là 2753 KJ/Kg => 𝜆đ = 2753 KJ/Kg.
𝑸𝑹: nhiệt lượng do lượng lỏng hồi lưu mang vào tháp
𝑄𝑅 = 𝐷. 𝑅𝑥. 𝐶𝑅. 𝑡𝑅 (IX.158, trang 197, [2]) (5-10) Với:
- 𝐶𝑅: nhiệt dung riêng của dịng hồi lưu (J.kg-1.độ-1) - 𝑡𝑅: nhiệt độ của dịng hồi lưu ( oC)
Ở 𝑡𝑅 = 79,778 oC:
Tra bảng I.154, trang 172, [1] ⇒ 𝐶𝑅 = 3808,668 J.kg-1.độ-1
Tra bảng I.147, trang 165, [1] ⇒ 𝐶𝑁 = 4198,147 J.kg-1.độ-1 𝐶𝑅 = 𝑥𝐷. 𝐶𝑅 + (1 − 𝑥𝐷). 𝐶𝑁
𝐶𝑅 = 0,65883.3808,668 + (1 − 0,65883).4198,147 = 3941,54583(J.kg-1. 𝐶𝑜 -1)
Suy ra:
𝑄𝑅 = 15,088.43,144.1,716.79.778 = 351252,231 (kJ.h-1)
𝑸𝒚: nhiệt lượng do dịng hơi mang ra khỏi đỉnh tháp
𝑄𝑦 = 𝐷. (1 + 𝑅𝑡ℎ). 𝜆𝐷 (IX.159, [2]) (5-11)
Với 𝜆𝐷: nhiệt lượng riêng của hơi rượu ở đỉnh tháp (J.kg-1).
𝜆𝐷 = 𝜆𝑅. 𝑦∗
𝐷+ 𝜆𝑁. (1 − 𝑦∗ 𝐷)
Ở 𝑡𝐷 = 79,778 oC:
Tra bảng I.154, trang 172, [1] ⇒ 𝐶𝑅 = 3808,668 J.kg-1.độ-1
Tra bảng I.212, trang 254, [1] ⇒ 𝑟𝑅 = 845,5395kJ.kg-1
Ta cĩ:
𝜆𝑅 = 𝑟𝑅+ 𝐶𝑅. 𝑡𝑅 = 845,5395 + 3808,668.79,778 = 1159,988182 (kJ.kg-1)
𝑦∗
𝐷: phân khối lượng của dịng hơi ra khỏi đỉnh tháp
𝑦∗
𝐷 = 0,659.46
0,659.46+(1−0,659).18= 0,658875
Tra bảng I.250, trang 312, [2] ta cĩ 𝜆𝑁 = 2643 kJ.kg-1 Suy ra:
CHƯƠNG 5: Cân bằng năng lượng CBHD: Lương Huỳnh Vũ Thanh
SVTH: Phạm Văn Tín Trang 48
𝜆𝐷 = 1159,988182.0,658875 + 2753(1 − 0,658875) = 1703,404759 (kJ.kg- 1)
𝑄𝑦 = 43,144. (1 + 1,716).1703,404759 = 3011616,754 (kJ.h-1)
𝑸𝒘: nhiệt lượng sản phẩm đáy mang ra
𝑄𝑤 = 𝑊. 𝐶𝑤. 𝑡𝑤 (IX.160, trang 197, [2]) (5-12) Trong đĩ:
𝐶𝑤: nhiệt dung riêng của dịng sản phẩm đáy (J.kg-1.độ-1)
𝑡𝑤: nhiệt độ của dịng sản phẩm đáy ( oC)
Tra bảng I.147, trang 165, [1] ở 120,7 oC ⇒ 𝐶𝑁 = J.kg-1.độ-1
Xem hỗn hợp đáy chỉ gồm nước ⇒ 𝐶𝑤 = 𝐶𝑁 = 4239,46 J.kg-1.độ-1
Suy ra: 𝑄𝑤 = 1014,845. [0,025.4178,14 + (1 − 0,025). 4241,04]. 120,787 = 519673,1654 (kJ.h-1)
𝑸𝑵𝒕𝟐: nhiệt lượng do nước ngưng ở bộ phận đun sơi hỗn hợp đáy
𝑄𝑛𝑡2 = 𝐷2. 𝐶𝑛𝑡2. 𝑡𝑛𝑡2 (IX.161, trang 198, [2]) (5-13) Với:
Tại 𝑝 = 2,088 at tương đương 𝑡𝑛𝑡2= 120,787 oC
Tra bảng I.148, trang 166, [1] ở 120,787 oC: 𝐶𝑛𝑡2 = 4,24662 kJ.kg-1.độ-1
𝑸𝒙𝒒𝟐: nhiệt lượng tổn thất ra mơi trường của tồn tháp
𝑄𝑥𝑞2 = 0,05. 𝐷2. 𝑟2 (IX.162, trang 198, [2]) (5-14)
Tại 𝑡1 = 120,787 oC ta cĩ 𝑟2 = 2204.95 kJ.kg-1 (tra bảng I.212, trang 254, [1])
Cơng thức (5-8) bằng: 𝑄𝐹 + 𝐷2. 𝜆2+ 𝑄𝑅 = 𝑄𝑦+ 𝑄𝑤+ 2/3𝐷2. 𝐶𝑛𝑡2. 𝑡𝑛𝑡2+ 0,05. 𝐷2. 𝑟2 Suy ra: 𝐷2 = 3/2 𝑄𝑦+𝑄𝑤−𝑄𝑅−𝑄𝐹 𝜆2−0,05.𝑟2−𝐶𝑛𝑡2.𝑡𝑛𝑡2 𝐷2 = 3/23011616,754+519673,1654−351252,231−580658,6634 2753−0.05.2712,1018−4,24662.120,787 = 1852,75kg.h-1) 𝑄𝐷2= 𝐷2. 𝜆2 = 633567,5787 (kJ.h-1) 𝑄𝑁𝑡2 = 𝐷2. 𝐶𝑛𝑡2. 𝑡𝑛𝑡2= 167496,3199 (kJ.h-1) 𝑄𝑥𝑞2 = 0,05. 𝐷2. 𝑟2 = 3400442 (kJ.h-1)
CHƯƠNG 5: Cân bằng năng lượng CBHD: Lương Huỳnh Vũ Thanh