Thiết kế tháp chưng luyện làm việc liên tục loại tháp đĩa chóp, để phân tách hỗn hợp axeton nước

<span class="text_page_counter">Trang 1</span><div class="page_container" data-page="1">

CHƯƠNG 1. GIỚI THIỆU CHUNG ... 6

1.1. Cơ sở lý thuyết về chưng cất ... 6

1.2. Giới thiệu hỗn hợp chưng... 6

1.2.1. Axeton ... 6

1.2.2. Nước ... 7

1.2.3. Chưng cất hỗn hợp Axeton-Nước ... 8

1.3. Thiết bị chưng luyện ... 8

CHƯƠNG 2. VẼ VÀ THUYẾT MINH SƠ ĐỒ CÔNG NGHỆ... 9

2.1. Sơ đồ công nghệ ... 9

2.2. Thuyết minh sơ đồ công nghệ ... 9

CHƯƠNG 3. TÍNH TỐN THIẾT BỊ CHÍNH ... 11

3.1. Tính cân bằng vật liệu ... 11

3.1.1. Chuyển đổi nồng độ ... 11

3.1.2. Xác định chỉ số hồi lưu thích hợp (R<small>th</small>)... 12

3.2. Xác định đường kính tháp ... 26

3.2.1. Đường kính đoạn luyện... 26

3.2.2. Đường kính đoạn chưng ... 32

</div><span class="text_page_counter">Trang 2</span><div class="page_container" data-page="2">

3.4.2. Cân bằng nhiệt lượng trong tháp chưng luyện ... 44

3.4.3. Cân bằng nhiệt lượng của thiết bị ngưng tụ ... 47

3.4.4. Cân bằng nhiệt lượng của thiết bị làm lạnh ... 48

3.6.1. Trở lực của đĩa khô ... 66

3.6.2. Trở lực của đĩa do sức căng bề mặt ... 66

</div><span class="text_page_counter">Trang 3</span><div class="page_container" data-page="3">

Hình 12. Xác định hiệu suất trung bình của thiết bị ... 38

Hình 13. Bích liền bằng thép để nối thiết bị với đáy và nắp ... 55

Hình 14. Bích liền bằng kim loại đen để nối thiết bị với các ống dẫn ... 57

Hình 15. Hình minh họa kết cấu chóp... 58

</div><span class="text_page_counter">Trang 4</span><div class="page_container" data-page="4">

<b>DANH MỤC BẢNG BIỂU </b>

Bảng 1. Thành phần cân bằng lỏng (x) – hơi (y) và nhiệt độ sôi của hỗn hợp hai

cấu tử Axeton-Nước ở 760 mmHg (% mol) ... 12

Bảng 2. Bảng tính tốn số liệu xây dựng đồ thị quan hệ N

<small>LT</small>

(R+1) – R ... 24

Bảng 3. Nhiệt hóa hơi của Axeton và Nước phụ thuộc vào nhiệt độ (kcal/kg) .. 28

Bảng 4. Khối lượng riêng của Axeton và Nước thay đổi theo nhiệt độ. ... 30

Bảng 5. Sức căng bề mặt của Axeton và Nước phụ thuộc vào nhiệt độ (𝝈.10

<small>3</small>

, N/m) ... 31

Bảng 6. Độ nhớt của Axeton và Nước ở các nhiệt độ... 38

Bảng 7. Quan hệ giữa đường kính và khoảng cách giữa các đĩa. ... 42

Bảng 8. Nhiệt dung riêng của Axeton và Nước phụ thuộc vào nhiệt độ, J/kg.độ ... 43

Bảng 9. Bảng số liệu một số tính chất của thép X18H10T ... 48

Bảng 10. Các thơng số bích nối thân tháp với đáy và nắp ... 56

Bảng 11. Thông số bích nối thân tháp với các ống dẫn ... 56

Bảng 12. Bảng chọn chiều dài đoạn ống nối với các ống dẫn ... 57

Bảng 13. Bảng chọn thông số bích lắp kính quan sát ... 58

</div><span class="text_page_counter">Trang 5</span><div class="page_container" data-page="5">

<b>LỜI MỞ ĐẦU </b>

Chưng là phương pháp tách hỗn hợp chất lỏng (cũng như các hợp chất khí đã hóa lỏng) thành những cấu tử riêng biệt, dựa trên độ bay hơi khác nhau của các cấu tử trong hỗn hợp. Có thể thực hiện nhiều phương pháp chưng khác nhau như: chưng gián đoạn, chưng liên tục, chưng đặc biệt (chưng bằng hơi nước trực tiếp, chưng trích ly, chưng

<b>đẳng phí). Q trình chưng bắt đầu với việc sản xuất rượu từ thế kỷ XI. Ngày nay được ứng dụng rộng rãi để tách các hỗn hợp: </b>

- Dầu mỏ, tài nguyên được khai thác ở dạng lỏng - Không khí hóa lỏng (O2, N2)

- Q trình tổng hợp hữu cơ thường cho sản phẩm ở dạng hỗn hợp chất lỏng. Ví dụ: sản xuất metanol, etylen, propylen, butadien.

- Công nghệ sinh học thường cho sản phẩm là hỗn hợp chất lỏng như etylic-nước từ quá trình lên men.

Khi chưng, ta thu được nhiều sản phẩm. Thường hỗn hợp chứa bao nhiêu cấu tử thì có bấy nhiêu sản phẩm. Để có thể thu được sản phẩm đỉnh tinh khiết sẽ tiến hành chưng nhiều lần (còn gọi là chưng luyện).

Trong quá trình sản xuất Axeton thường kèm theo rất nhiều sản phẩm phụ là nước. Vì vậy, nồng độ cũng như độ tinh khiết của Axeton không được cao. Đồ án này sẽ trình bày đề tài “Thiết kế tháp chưng luyện làm việc liên tục loại tháp đĩa chóp, để phân tách hỗn hợp Axeton-Nước”. Thơng qua học phần “Đồ án q trình và thiết bị” sinh viên chúng em được vận dụng các kiến thức của mơn học “Q trình và thiết bị cơng nghệ hóa học” cũng như các mơn học khác vào việc thiết kế hệ thống thiết bị chưng cất hỗn hợp Axeton-Nước.

Em xin chân thành cảm ơn các thầy cơ trong bộ mơn “Q trình và thiết bị cơng nghệ hóa học”, đặc biệt là thầy Nguyễn Văn Xá, người đã trực tiếp hướng dẫn và giúp đỡ em rất nhiều trong suốt thời gian thực hiện đồ án thiết kế.

</div><span class="text_page_counter">Trang 6</span><div class="page_container" data-page="6">

<b>CHƯƠNG 1. GIỚI THIỆU CHUNG 1.1. Cơ sở lý thuyết về chưng cất </b>

Chưng là phương pháp tách hỗn hợp chất lỏng (cũng như các hợp chất khí đã hóa lỏng) thành những cấu tử riêng biệt, dựa trên độ bay hơi khác nhau của các cấu tử trong hỗn hợp. Có thể thực hiện nhiều phương pháp chưng khác nhau như: chưng gián đoạn, chưng liên tục, chưng đặc biệt (chưng bằng hơi nước trực tiếp, chưng trích ly, chưng đẳng phí).

Khi chưng, ta thu được nhiều sản phẩm. Thường hỗn hợp chứa bao nhiêu cấu tử thì có bấy nhiêu sản phẩm. Để có thể thu được sản phẩm đỉnh tinh khiết sẽ tiến hành chưng nhiều lần (cịn gọi là chưng luyện). Sau q trình chưng luyện, ta thu được sản phẩm đỉnh chủ yếu là cấu tử dễ bay hơi (axeton) và một phần nhỏ cấu tử khó bay hơi (nước). Sản phẩm đáy gồm chủ yếu cấu tử khó bay hơi (nước) và một phần nhỏ cấu tử dễ bay hơi (axeton).

<b>1.2. Giới thiệu hỗn hợp chưng </b>

Axeton và nước là hai hóa chất quan trọng trong ngành cơng nghiệp hóa chất.

<b>1.2.1. Axeton </b>

Axeton (acetone) còn được gọi là Dimethyl Formadehyde, là một hợp chất hữu cơ có cơng thức là CH<small>3</small>-CO-CH<small>3</small>, khối lượng phân tử bằng 58,079 đvC.

Axeton là một chất lỏng dễ cháy, không màu, tan nhiều trong nước, bay hơi nhanh và

</div><span class="text_page_counter">Trang 7</span><div class="page_container" data-page="7">

+ Phương pháp Piria: nhiệt phân muối canxi của axit cacboxylic: (CH<small>3</small>COO)<small>2</small>Ca → CH<small>3</small>-CO-CH<small>3</small> + CaCO<small>3 </small>

+ Từ hợp chất cơ magie:

CH<small>3</small>-CO-Cl + CH<small>3</small>-MgBr → CH<small>3</small>-CO-CH<small>3</small> + MgBr-Cl

<i>- Một số ứng dụng quan trọng của axeton: </i>

+ Trong công nghiệp: sử dụng làm dung môi trong sản xuất chất dẻo, nhựa, sơn, cao su tổng hợp, … Là hóa chất trung gian để tổng hợp metyl metacrilat, bisphenol A. + Trong phịng thí nghiệm: do giá thành thấp và dễ bay hơi, dung môi aceton được sử dụng rộng rãi để làm chất tẩy rửa vật dụng thủ tinh trong phịng thí nghiệm.

+ Ứng dụng khác: axeton là thành phần chính trong các chất tẩy rửa sơn móng tay, chất tẩy keo siêu dính và chất tẩy cho đồ gốm sứ, thủy tinh, ngồi ra cịn được sử dụng trong in ấn nghệ thuật.

<b>1.2.2. Nước </b>

Công thức phân tử: H2O, khối lượng phân tử bằng 18,015 g/mol. Trong điều kiện thường, nước là chất lỏng không màu, không mùi, không vị.

- Khối lượng riêng: 1 g/ml - Nhiệt độ nóng chảy: 0C

</div><span class="text_page_counter">Trang 8</span><div class="page_container" data-page="8">

<b>1.2.3. Chưng cất hỗn hợp Axeton-Nước </b>

Axeton là một chất lỏng tan vô hạn trong nước, nhiệt độ sôi của axeton là 56,9C (ở 760 mmHg) và của nước là 100C (ở 760 mmHg): là khá cách xa nhau, nên phương pháp hiệu quả nhất để thu được axeton tinh khiết là chưng cất phân đoạn dựa vào độ bay hơi khác nhau của các cấu tử trong hốn hợp.

<b>1.3. Thiết bị chưng luyện </b>

Trong sản xuất thường sử dụng rất nhiều loại tháp khác nhau nhưng chúng đều có một yêu cầu cơ bản là diện tích tiếp xúc bề mặt pha lớn.

Tháp chưng luyện phong phú về kích cỡ và ứng dụng. Các tháp lớn thường được sử dụng trong cơng nghệ lọc hóa dầu. Đường kính tháp phụ thuộc vào lượng pha lỏng và lượng pha khí, độ tinh khiết của sản phẩm. Mỗi loại tháp chưng lại có cấu tạo riêng, có ưu điểm và nhược điểm khác nhau, vậy ta phải chọn loại tháp nào cho phù hợp với hỗn hợp cấu tử cần chưng và tính tốn kích cỡ của thiết bị cho phù hợp với yêu cầu.

Trong đồ án này em được giao nhiệm vụ thiết kế tháp chưng luyện loại đĩa chóp có ống chảy truyền để phân tách hỗn hợp hai cấu tử Axeton – Nước, chế độ làm việc liên tục, tháp làm việc ở áp suất thường, hỗn hợp đầu đi vào ở nhiệt độ sôi.

Một số ưu điểm của tháp đĩa chóp có thể kể đến như truyền khối đạt hiệu suất cao, ổn định, ít tiêu hao năng lượng hơn nên có số đĩa ít hơn so với các loại tháp đĩa khác. Nhược điểm của tháp đĩa chóp là trở lực lớn, chế tạo phức tạp.

</div><span class="text_page_counter">Trang 9</span><div class="page_container" data-page="9">

<b>CHƯƠNG 2. VẼ VÀ THUYẾT MINH SƠ ĐỒ CƠNG NGHỆ 2.1. Sơ đồ cơng nghệ </b>

Dung dịch đầu l từ thùng chứa hỗn hợp đầu 1 được bơm 12 bơm liên tục đưa vào thiết bị gia nhiệt hỗn hợp đầu 5 qua van và lưu lượng kế 16. Bơm 13 được lắp song song dùng để dự phòng khi bơm 12 bị hỏng. Tại thiết bị gia nhiệt 5, dung dịch được đun sôi đến nhiệt độ sơi tF thì được đưa vào tháp chưng luyện 1 tại vị trí đĩa tiếp liệu.

Trong tháp chưng luyện 1, hơi đi từ dưới lên gặp chất lỏng đi từ trên xuống, nồng độ các cấu tử thay đổi theo chiều cao tháp, nhiệt độ sôi cũng thay đổi tương ứng. Cụ thể trên 1 đĩa chóp của tháp có nồng độ cấu tử dễ bay hơi x1, bốc hơi lên có nồng độ y1, trong đó y1 > x1. Hơi này qua ống dẫn hơi đi lên phía trên, qua khe chóp, sục vào (tiếp xúc pha) với lỏng trên đó. Nhiệt độ của lỏng trên đĩa 2 thấp hơi đĩa 1, nên một phần hơi đc ngưng tụ lại, nên nồng độ cấu tử dễ bay hơi trên đĩa này là x2 > x1. Hơi bốc lên từ đĩa 2 có nồng độ cấu tử dễ bay hơi y2 > x2, đi lên đĩa 3, nhiệt độ lỏng đĩa 3 thấp hơn đĩa 2 nên hơi được ngưng tụ một phần và lỏng trên đĩa 3 có nồng độ x3 > x2. Trên mỗi đĩa xảy ra quá trình truyền chất giữa pha lỏng và pha hơi, qua trình bốc hơi và ngưng tụ được lặp lại nhiều lần, cuối cùng đỉnh tháp thu được sản phẩm dễ bay hơi có nồng độ cao, đáy tháp thu được sản phẩm khó bay hơi nồng độ cao. Lỏng dưới đáy qua cơ cấu hồi lưu đáy tháp 11, một phần sẽ được đưa ra khỏi thiết bị, làm lạnh ở thiết bị làm lạnh 7, khi đạt nhiệt độ cần thiết thì đưa vào thùng chứa sản phẩm đáy 3 và một phần sản phẩm đáy sẽ qua thiết bị gia nhiệt đáy tháp 6 để hồi lưu trở về tháp. Hơi ở trên đỉnh tháp đi vào thiết bị ngưng tụ 8 và được ngưng tụ lại. Qua cơ cấu hồi lưu 10, một phần chất lỏng hồi lưu về tháp ở đĩa trên cùng và một phần khác đi qua thiết bị làm lạnh 9 để làm lạnh đến nhiệt độ cần thiết rồi đi vào thùng chứa sản phẩm đỉnh 4. Đối với thiết bị làm việc liên tục thì hỗn hợp đầu được đưa vào liên tục và sản phẩm cũng đc tháo ra liên tục.

<b>2.2. Thuyết minh sơ đồ công nghệ </b>

1- Tháp chưng luyện

2- Thùng chứa hỗn hợp đầu

</div><span class="text_page_counter">Trang 10</span><div class="page_container" data-page="10">

10- Cơ cấu hồi lưu sản phẩm đỉnh 11- Cơ cấu hồi lưu sản phẩm đáy 12- Bơm

13- Bơm dự phòng

14- Thiết bị tháo nước ngưng sau thiết bị gia nhiệt hỗn hợp đầu 15- Thiết bị tháo nước ngưng sau thiết bị gia nhiệt ở đáy tháp 16- Lưu lượng kế đo lưu lượng hỗn hợp đầu

</div><span class="text_page_counter">Trang 11</span><div class="page_container" data-page="11">

<b>CHƯƠNG 3. TÍNH TỐN THIẾT BỊ CHÍNH </b>

</div><span class="text_page_counter">Trang 12</span><div class="page_container" data-page="12">

<i>3.1.2.1. Xác định chỉ số hồi lưu tối thiểu (R<small>min</small>) </i>

<i><b>Bảng 1. Thành phần cân bằng lỏng (x) – hơi (y) và nhiệt độ sôi của hỗn hợp hai cấu </b></i>

</div><span class="text_page_counter">Trang 13</span><div class="page_container" data-page="13">

<i>Hình 1. Đồ thị đường cân bằng lỏng (x) – hơi (y) của hệ Axeton-Nước </i>

</div><span class="text_page_counter">Trang 14</span><div class="page_container" data-page="14">

Do trong quá trình chưng luyện đường làm việc khơng thể nằm phía trên đường cân bằng pha nên vị trí cao nhất của đường làm việc đoạn luyện của tháp sẽ là đường tiếp tuyến với đường cân bằng pha. Kéo dài đường tiếp tuyến với đường cân bằng pha cho tới khi cắt trục tung trên đồ thị x – y. Tung độ của giao điểm khi đó sẽ là:

<i><b>Trong đó: β - Hệ số dư hay hệ số hiệu chỉnh (β = 1,2 – 2,5) </b></i>

Dưới đây là đồ thị xác định số đĩa lý thuyết trên cơ sở đường cân bằng. Đường làm việc đoạn luyện đi qua điểm (x<small>P</small>,y<small>P</small>) và cắt trục tung tại điểm có tung độ B = ^𝑥^𝑃

<small>𝑅𝑥+1</small>, đường làm việc của đoạn chưng đi qua giao điểm của đường làm việc đoạn luyện với đường x<small>F</small>=const và điểm (x<small>W</small>,y<small>W</small>). Vẽ các tam giác như hình ta thu được số đĩa lý thuyết.

</div><span class="text_page_counter">Trang 15</span><div class="page_container" data-page="15">

<i>Hình 2. R = 0,5; B = 0,635; N<small>LT</small> = 18 </i>

</div><span class="text_page_counter">Trang 16</span><div class="page_container" data-page="16">

<i>Hình 3. R = 0,6; B = 0,596; N = 12 </i>

</div><span class="text_page_counter">Trang 18</span><div class="page_container" data-page="18">

<i>Hình 5. R = 0,8; B = 0,529; N = 9 </i>

</div><span class="text_page_counter">Trang 22</span><div class="page_container" data-page="22">

<i>Hình 9. R = 1,2; B = 0,433; N<small>LT</small> = 8 </i>

</div><span class="text_page_counter">Trang 23</span><div class="page_container" data-page="23">

<i>Hình 10. R = 1,3; B = 0,414; N<small>LT</small> = 8 </i>

</div><span class="text_page_counter">Trang 24</span><div class="page_container" data-page="24">

<i><b>Bảng 2. Bảng tính tốn số liệu xây dựng đồ thị quan hệ N<small>LT</small>(R+1) – R </b></i>

B 0,635 0,596 0,561 0,529 0,502 0,477 0,454 0,433 0.414

</div><span class="text_page_counter">Trang 25</span><div class="page_container" data-page="25">

<i>Hình 11. Đồ thị quan hệ N<small>LT</small>(R+1) – R xác định R<small>th </small></i>

</div><span class="text_page_counter">Trang 26</span><div class="page_container" data-page="26">

Dựa vào đồ thị, ta thấy nếu chọn thể tích của tháp làm tiêu chí tối ưu thì chỉ số hồi lưu

<b>thích hợp: R<small>th</small> = 0,9. </b>

<i>3.1.2.3. Phương trình đường nồng độ làm việc đoạn chưng, đoạn luyện </i>

Phương trình đường nồng độ làm việc đoạn luyện:

- g_tb<b>: lượng hơi trung bình trong tháp, kg/h </b>

- (ρ_y. ω_y)_𝑡𝑏: tốc độ hơi trung bình trong tháp, kg/m².s

Vì lượng hơi và lượng lỏng theo chiều cao của tháp sẽ thay đổi và khác nhau trên mỗi đoạn nên ta phải tính lượng hơi trung bình cho từng đoạn.

<b>3.2.1. Đường kính đoạn luyện </b>

<i>3.2.1.1. Lượng hơi trung bình đi trong đoạn luyện </i>

</div><span class="text_page_counter">Trang 27</span><div class="page_container" data-page="27">

- g_đ: lượng hơi đi ra khỏi đĩa trên cùng của tháp, kmol/h. - g₁: lượng hơi đi vào đĩa dưới cùng của đoạn luyện, kmol/h.

<b>Lượng hơi ra khỏi đỉnh tháp: [2-181] </b>

<b>Lượng hơi đi vào đoạn luyện: </b>

Lượng hơi g<small>1</small>, hàm lượng hơi y<small>1</small> và lượng lỏng G<small>1</small> đối với đĩa thứ nhất của đoạn luyện được xác định theo hệ phương trình cân bằng vật liệu và cân bằng nhiệt lượng sau:

- y<small>1</small>: hàm lượng hơi đi vào đĩa dưới cùng của đoạn luyện, phần mol - G1: lượng lỏng đối với đĩa thứ nhất của đoạn luyện, kmol/h - x<small>1 </small>= x<small>F </small>= 0,199 (phần mol)

- r<small>1</small>: ẩn nhiệt hóa hơi của hỗn hợp hơi đi vào đĩa thứ nhất đoạn luyện - r<small>đ</small>: ẩn nhiệt hóa hơi của hỗn hợp đi ra khỏi đỉnh tháp

r<small>1 </small>= r<small>A</small>.y<small>1</small> + (1-y<small>1</small>).r<small>N </small>

r<small>đ </small>= r<small>A</small>.y<small>đ</small> + (1-y<small>đ</small>).r<small>N</small>

<i><b> Với: </b></i>

</div><span class="text_page_counter">Trang 28</span><div class="page_container" data-page="28">

<i><b>Bảng 3. Nhiệt hóa hơi của Axeton và Nước phụ thuộc vào nhiệt độ (kcal/kg) </b></i>

</div><span class="text_page_counter">Trang 29</span><div class="page_container" data-page="29">

<i>3.2.1.2. Tính khối lượng riêng trung bình </i>

<b>Khối lượng riêng trung bình của pha hơi trong đoạn luyện được tính theo: [2-183] </b>

ρ<small>ytbL </small>= ^{𝑦𝑡𝑏𝐿 .𝑀𝐴 +(1−𝑦𝑡𝑏𝐿}^).𝑀^𝑁

<small>22,4.T </small> . 273 , kg/m3

<i>Trong đó: </i>

- T: nhiệt độ làm việc trung bình của đoạn luyện, <small>o</small>K

- y<small>tbL</small>: nồng độ phần mol của Axeton lấy theo giá trị trung bình:

- 𝜌_{𝑥𝑡𝑏𝐿}: khối lượng riêng trung bình của lỏng trong đoạn luyện, kg/m<small>3</small>

- 𝜌_𝑥_𝑡𝑏𝐴, 𝜌_𝑥_𝑡𝑏𝑁: khối lượng riêng trung bình lần lượt của Axeton và Nước ở

</div><span class="text_page_counter">Trang 30</span><div class="page_container" data-page="30">

<i><b>Bảng 4. Khối lượng riêng của Axeton và Nước thay đổi theo nhiệt độ. </b></i>

<i>3.2.1.3 Tính tốc độ hơi trung bình đi trong đoạn luyện của tháp chóp </i>

Khi tính tốn đường kính tháp cần biết trước tốc độ khí đi trong tháp. Tốc độ khí phụ thuộc vào cấu tạo của tháp, chế độ làm việc, khối lượng riêng, mật độ tưới,...

<b>Cơng thức tính tốc độ hơi trung bình đi trong đoạn luyện của tháp chóp: [2-184] </b>

</div><span class="text_page_counter">Trang 32</span><div class="page_container" data-page="32">

<small>0,730</small> = 0,990 => Chấp nhận được đường kính đoạn luyện 𝐷_𝐿= 1,2 m

<b>3.2.2. Đường kính đoạn chưng </b>

</div><span class="text_page_counter">Trang 33</span><div class="page_container" data-page="33">

<i>Trong đó: </i>

- g_tbC: lượng hơi trung bình đi trong đoạn chưng, kmol/h. - g_𝑛<small>′</small>: lượng hơi đi ra khỏi đoạn chưng, kmol/h.

- g₁^′: lượng hơi đi vào đoạn chưng, kmol/h.

Vì lượng hơi đi ra khỏi đoạn chưng bằng lượng hơi đi vào đoạn luyện g_𝑛<small>′</small> = g<small>1</small> nên ta có thể viết:

g<small>tbC </small>= ^g¹^{+ g}¹

<small>′2 </small>

Lượng hơi đi vào đoạn chưng g’<small>1</small>, hàm lượng hơi x’<small>1</small> và lượng lỏng G’<small>1</small> được xác định

<b>theo hệ phương trình cân bằng vật liệu và cân bằng nhiệt lượng sau: [2-182] </b>

Với x<small>w</small> = 0,005 (phần mol), nội suy từ Bảng 1 ta được: y<small>w</small> = 0,060 (phần mol) - r’<small>1</small>: ẩn nhiệt hóa hơi của hỗn hợp hơi đi vào đĩa thứ nhất của đoạn chưng

</div><span class="text_page_counter">Trang 34</span><div class="page_container" data-page="34">

Từ Bảng 3, nội suy ta tính được ẩn nhiệt hóa hơi các cấu tử nguyên chất là Axeton và Nước ở t<small>o</small>

<small>w</small> = 97,79<b><small> o</small></b>C:

r<small>A</small> = 113,61 kcal/kg = 6589,38 kcal/kmol r<small>N</small> = 541,21 kcal/kg = 9741,78 kcal/kmol

=> r’<small>1 </small>= r<small>A</small>.y’<small>1</small> + (1-y’<small>1</small>).r<small>N</small> = 6589,38.0,060 + (1-0,060).9741,78 = 9552,64 (kcal/kmol) Thay các giá trị đã tính được vào hệ (2) ta được:

<i>3.2.2.2. Tính khối lượng riêng trung bình trong đoạn chưng </i>

<b>Khối lượng riêng trung bình của pha hơi trong đoạn chưng được tính theo: [2-183] </b>

ρ<small>ytbC </small>= ^{𝑦𝑡𝑏𝐶 .𝑀𝐴 +(1−𝑦𝑡𝑏𝐶}^).𝑀^𝑁

<small>22,4.T </small> . 273 , kg/m3

<i>Trong đó: </i>

- T: nhiệt độ làm việc trung bình của đoạn chưng, <small>o</small>K

- y<small>tbC</small>: nồng độ phần mol của Axeton lấy theo giá trị trung bình: y<small>tbC</small> = ^{𝑦đ2 + 𝑦𝑐2}

<small>2 </small>

</div><span class="text_page_counter">Trang 35</span><div class="page_container" data-page="35">

Với x<small>tbC</small> = 0,102 (phần mol), nội suy từ số liệu Bảng 1 ta được: 𝑡_𝑡𝑏𝐶^𝑜 = 69,50^oC

- 𝜌_𝑥_𝑡𝑏_𝐶: khối lượng riêng trung bình của lỏng, kg/m³

- 𝜌_𝑥_𝑡𝑏𝐴, 𝜌_𝑥_𝑡𝑏𝑁: khối lượng riêng trung bình lần lượt của Axeton và Nước ở pha lỏng lấy theo nhiệt độ trung bình, kg/m<small>3</small>

- a_tbC: phần khối lượng trung bình của Axeton trong pha lỏng trong đoạn

</div><span class="text_page_counter">Trang 36</span><div class="page_container" data-page="36">

- 𝜌_{𝑥𝑡𝑏𝐶} , 𝜌_{𝑦𝑡𝑏𝐶}: khối lượng riêng trung bình của pha lỏng và pha hơi tính theo nhiệt

Tốc độ hơi trung bình đi trong đoạn chưng: (𝜌_𝑦. 𝜔_𝑦)_𝑡𝑏𝐶 = 1,674.√ℎ , kg/m<small>2</small>.s Lượng hơi trung bình đi trong đoạn chưng: g

</div><span class="text_page_counter">Trang 37</span><div class="page_container" data-page="37">

<small>0,867</small> = 0,754 => Chấp nhận được đường kính đoạn chưng 𝐷_𝐶= 1,2 m

<b>3.3. Tính chiều cao của tháp chưng luyện </b>

Phương pháp tính chiều cao của tháp chưng luyện loại đĩa chóp: Tính theo số bậc thay đổi nồng độ. Động học của quá trình chưng luyện được biểu diễn qua hiệu suất của đĩa cịn động lực được tính gián tiếp qua số bậc thay đổi nồng độ (số đĩa lý thuyết).

</div><span class="text_page_counter">Trang 38</span><div class="page_container" data-page="38">

- 𝑁_𝐿𝑇: số đĩa lý thuyết - _𝑡𝑏= <small></small>₁<small>+</small>₂<small>+</small>₃<small>…+</small>_𝑛

<small>𝑛</small> : hiệu suất trung bình của cả thiết bị

₁,₂,₃, …_𝑛 : hiệu suất của các bậc thay đổi nồng độ n: số vị trí tính hiệu suất

_𝑡𝑏 là một hàm số của độ bay hơi tương đối của hỗn hợp và độ nhớt của hỗn hợp lỏng:

_𝑡𝑏= f (𝛼, 𝜇): [2-171]

<i>Hình 12. Xác định hiệu suất trung bình của thiết bị </i>

<b>Cơng thức tính độ nhớt của hỗn hợp lỏng 2 cấu tử Axeton và Nước: [1-84] </b>

𝑙𝑔𝜇_ℎℎ = x<small>A</small>.𝑙𝑔𝜇_𝐴 + x<small>N</small>.𝑙𝑔𝜇_𝑁 Với:

- 𝜇_ℎℎ: độ nhớt của hỗn hợp lỏng 2 cấu tử Axeton và Nước, cP - 𝜇_𝐴, 𝜇_𝑁: độ nhớt động lực của các cấu tử Axeton, Nước, cP - 𝑥_𝐴, 𝑥_𝑁: nồng độ phần mol của các cấu tử Axeton, Nước, cP

<i><b>Bảng 6. Độ nhớt của Axeton và Nước ở các nhiệt độ. </b></i>

</div><span class="text_page_counter">Trang 39</span><div class="page_container" data-page="39">

Với 𝑥₁ = 0,935 phần mol, nội suy từ Bảng 1 ta được: 𝑦₁^∗ = 0,963 phần mol và

Từ Hình 2 suy ra hiệu suất ở bậc thứ nhất là: ₁ = 61 % * Xác định hiệu suất ở bậc thứ hai (₂):

Với 𝑥₂ = 0,900 phần mol, nội suy từ Bảng 1 ta được: 𝑦₂<small>∗</small> = 0,943 phần mol và

</div><span class="text_page_counter">Trang 40</span><div class="page_container" data-page="40">

* Xác định hiệu suất ở bậc thứ tư (₄):

Với 𝑥₄ = 0,820 phần mol, từ Bảng 1 ta có: 𝑦₄^∗ = 0,912 phần mol và t<small>o</small> = 58,06<small> o</small>C => Độ bay hơi tương đối: 𝛼 = ^𝑦<small>4</small>^∗<small>/(1−𝑦</small>₄^∗<small>)</small>

Từ Hình 2 suy ra hiệu suất ở bậc thứ tư là: ₄ = 54 % * Xác định hiệu suất ở bậc thứ năm (₅):

Với 𝑥₅ = 0,725 phần mol, nội suy từ Bảng 1 ta được: 𝑦₅^∗ = 0,888 phần mol và

Từ Hình 2 suy ra hiệu suất ở bậc thứ năm là: ₅ = 52 % * Xác định hiệu suất ở bậc thứ sáu (₆):

Với 𝑥₆ = 0,445 phần mol, nội suy từ Bảng 1 ta được: 𝑦₆^∗ = 0,848 phần mol và t<small>o</small> = 61,20<small> o</small>C

=> Độ bay hơi tương đối: 𝛼 = ^𝑦<small>6</small>^∗<small>/(1−𝑦</small>₆^∗<small>)</small>

<small>𝑥6/(1−𝑥6)</small> = ^{0,848/(1−0,848)}

<small>0,445/(1−0,445)</small> = 6,958

</div>