đề tài tính toán kỹ thuật và thiết kế tháp chưng luyện

II





Đề tài

Tính toán kỹ thuật và thiết
kế tháp chưng luyện

Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version -


1






Mục lục
Lời mở đầu 3
A. Tính toán thiết bị chính 4
I. Các phơng trình cân bằng vật liệu 4
II.Đờng kính tháp
6
1. Lu lợng trung bình các dòng pha đi trong tháp 6
2. Khối lợng riêng trung bình 8
3. Tính vận tốc hơi đi trong tháp
11
4. Đờng kính tháp 12

III. Chiều cao của tháp 12
1. Xác định số đơn vị chuyển khối 12
B. Kết lụân
C. Tài liệu tham khảo

Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version -


2

Lời mở đầu
Trong công nghiệp việc phân tích các cấu tử từ hỗn hợp đầu là rất cần thiết
nhằm mục đích hoàn thiện khai thác, chế biến . . . . , có rất nhiều phơng pháp
phân tích các cấu tử trong công nghiệp, trong đó chng luyện là một trong những
phơng pháp hay đợc sử dụng. Nó đợc dùng rộng rãi trong nhiều ngành công
nghiệp nh chế biến dầu mỏ . . .
Chng là phơng pháp tách các cấu tử từ hỗn hợp đầu dụa vào độ bay hơi
khác nhau của chúng trong hỗn hợp. Hỗn hợp có thể là những chất lỏng hoặc
chất khí, thờng khi chng một hỗn hợp có bao nhiêu cấu tử ta sẽ thu đợc bấy
nhiêu sản phẩm. Với hốn hợp có hai cấu tử ta sẽ thu đợc hai sản phẩm là sản
phẩm đỉnh gồm phần lớn là cấu tử dễ bay hơi & sản phẩm đáy chứa phần lớn cấu
tử khó bay hơi.
Trong thực tế có thể gặp rất nhiều kiểu chng luyện khác nhau nh; chng
bằng hơi nớc trực tiếp, chng đơn giản, chng luyện . . . Tuy nhiên nhằm mục
đích thu đợc sản phẩm có nồng độ cao, ngời ta tiến hành chng nhiều lần hay
chng luyện. Chng luyện là phơng pháp chng phổ biến nhất hay dùng để tách
hỗn hợp các cấu tử dễ bay hơi có tính chất hòa tan hoàn toàn hay một phần vào
nhau.
Có nhiều loại tháp dùng để chng luyện nh tháp đĩa lỗ, đĩa chóp có ống
chảy chuyền, tháp đệm, . . . Tháp đệm với u điểm cấu tạo đơn giản, làm việc với

năng suất lớn, hiệu suất cao, khoảng làm việc rộng, ổn định . . . đợc ứng dụng
rộng rãi trong thực tế đặc biệt là trong chng luyện hỗn hợp Etylic nớc.
Do thời gian có hạn và để đi sâu vào nội dung chính, đồ án chỉ thực hiện
và giải quyết việc tính toán kỹ thuật và thiết kế tháp chng luyện cha đi sâu tính
toán hết thiết bị phụ.

Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version -


3
A.Tính toán thiết bị chính
I. Các phơng trình cân bằng vật liệu v chỉ số hồi lu:
- Truớc hết ta đổi nồng độ phần thể tích sang nồng độ phần mol.

46
52
=
OHHC
M
(
)
3
mKg 789
52
=
OHHC


(
)

3
mKg [I 9]

18
2
=
OH
M
(
)
3
mKg 998
2
=
OH


(
)
3
mKg [I 9]
Ta có mối liên hệ:

E
EE
E
E
EE
E
E

E
M
V
n
Mnm
V



=

==

Suy ra ta có:
()
N
N
E
E
E
E
E
E
E
E
M
V
M
V
M

V
x



+

=
1

áp dụng công thức trên ta có:
()
()
0442,0
18
998
13,01
46
789
13,0
46
789
13,0
1
=
+

=
+

=
N
N
F
E
E
F
E
E
F
F
M
V
M
V
M
V
x




()
KmolKmol
()
()
553,0
18
998
8,01

46
789
8,0
46
789
8,0
1
=
+

=
+

=
N
N
P
E
E
P
E
E
P
P
M
V
M
V
M
V

x




(
)
KmolKmol
()
()
00093,0
18
998
003,01
46
789
003,0
46
789
003,0
1
=
+

=
+

=
N
N

W
E
E
W
E
E
W
W
M
V
M
V
M
V
x




()
KmolKmol
Khối lợng phân tử hỗn hợp đầu:

()
()
2376,19180442,01460442,0
1
=+=

+
=
F
NFEFF
M
MxMxM

Lợng hỗn hợp đầu đi vào tháp tính theo
hKmol


87,363
2376,19
7000
==
=
F
F
F
G
M
F
G

()
hKmol

- Phơng trình cân bằng vật liệu:
+ Phơng trình cân bằng vật liệu cho toàn tháp:

WPF
GGG
+
=
[I 144]

Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version -


4
Đối với cấu tử dễ bay hơi ta có:
WWPPFF
xGxGxG

+

=

[I 144]
Theo quy tắc đòn bẩy ta có:
FP
W
WF
P
WP
F
xx
G
xx
G

xx
G

=

=


Lợng sản phẩm đỉnh:

52,28
00093,0553,0
00093,00442,0
87,363 =


=


=
WP
WF
FP
xx
xx
GG

()
hKmol
Lợng sản phẩm đáy:

35,33552,2887,363
=

=
=
PFW
GGG
(
)
hKmol

+ Phơng trình đờng nồng độ làm việc của đoạn luyện:

11 +
+
+
=
x
P
x
x
R
x
x
R
R
y
[II 144]
+Phơng trình đờng nồng độ làm việc của đoạn chng:
Với

P
F
G
G
L =
[II 158]

x
R : Chỉ số hồi lu thích hợp.
Suy ra:
1
1
1 +


+
+
=
x
W
x
x
R
L
x
R
LR
xy

- Xác định chỉ số hồi lu thích hợp:
Theo bảng IX. 2a Sổ tay II Trang 148

x 0 5 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 H
2
đẳng
phí
y 0 33,2 44,2 53,1 57,6 61,4 65,4 69,9 75,3 81,8 89,8 100 89,4
t 100 90,5 86,5 83,2 81,7 80,8 80 79,4 79 78,6 78,4 78,4 78,15

Từ bảng nội suy ta có:
2935.00442,0 ==

FF
yx
Theo công thức chỉ số hồi lu tối thiểu của tháp chng luyện là:

Fỳ
ỳP
xy
yx
R


=


min
[II 158]
041,1

0442,02935.0
2935.0553.0
min
=


=


=


FF
FP
xy
yx
R
Ta có công thức:

min
55,1 RR = [II 159]

Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version -


5
R = 1,55. 1,041 = 1,614
Lợng hỗn hợp đầu tính theo 1 Kmol sản phẩm đỉnh.

76,12

52,28
87,363
===
P
F
G
G
L

+ Phơng trình đờng nồng độ làm việc đoạn luyện.

2116,06174,0
1614,1
553,0
1614,1
614,1
+=
+
+
+
= xxy
+ Phơng trình đờng nồng độ làm việc của đoạn chng.

0042,045,500093,0
1614,1
176,12
1614,1
76,12614,1
=
+

+
+
= xxy
II. Đờng kính của tháp:

()
tb
yy
tb
g
D


= 0188.0
[II 181]
g
tb
:lợng hơi trung bình đi trong tháp (Kg/h)
(

y.
w
y
)
tb
:tốc độ hơi trung bình đi trong tháp
1. Lu lợng trung bình các dòng pha đi trong tháp :
a/ Trong đoạn luyện :

Số liệu :
G
P
: Lợng sản phẩm đỉnh (P) = 28,52(kmol/h).
R : Hệ số hồi lu thích hợp = 1,614
G
R
: Lợng hồi lu = G
P
. R =28,52.1,614=46,03 (kmol/h)
y
đ
=0,6174.x
p
+0,2116=0,6174.0,553+0,2116=0,553
Lợng hơi ra khỏi đỉnh tháp g
đ
:
g
đ
= G
R
+ G
P
= G
P
. (R + 1) =28,52. (1,614+ 1) = 74,5513(kmol/h)
Lợng hơi đi vào đoạn luyện g
1
, nồng độ hơi y

1
, lợng lỏng G
1
đối với đĩa thứ
nhất của đoạn luyện, nồng độ lỏng x
1
:
Coi x
1
= x
F
= 0,0442
Phơng trình cân bằng vật liệu :
g
1
= G
1
+ G
P
(1)

Phơng trình cân bằng vật liệu với cấu tử dễ bay hơi (etylic) :
g
1
y
1
= G
1
x
1

+ G
P
x
P
(2)
Phơng trình cân bằng nhiệt lợng :
g
1
r
1
= g
đ
r
đ
(3)
r
1
: ẩn nhiệt hóa hơi của hỗn hợp hơi đi vào đĩa luyện thứ nhất (kcal/kmol)
r
đ
: ẩn nhiệt hoá hơi của hỗn hợp hơi đi ra khỏi đỉnh tháp (kcal/kmol)
Gọi :
r
A
: ẩn nhiệt hóa hơi của Etylic

Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version -


6

r
B
: ẩn nhiệt hoá hơi của H
2
O.
Từ đồ thị (t,x,y) ta có :
- Nhiệt độ sôi của hỗn hợp đỉnh (x = x
P
=0,553): t
P
= 79,7
0
C
Nội suy theo bảng r t
o
(I-254) với t
o
= 79,7C :



===
===

)(kcal/kmol 4,10067)(kcal/kmolM.518,5 (kcal/kg) 559,3 r
)(kcal/kmol 52,9297)(kcal/kmol202,12.M (kcal/kg) 202,12 r
BB
AA

r

đ
= r
A
. y
đ
+ r
B
(1 - y
đ
) = 9297,52 . 0,553 + 10067,4 .(1- 0,553)
=9641,66 (kcal/kmol)
- Nhiệt độ sôi của hỗn hợp đầu (x = x
F
=0,0442): t
F
= 91,6 C
Nội suy theo bảng r t
o
(I-254) với t
o
= 91,6C :



===
===

)(kcal/kmol 2,9853)(kcal/kmol547,4.M (kcal/kg) 547,4 r
)(kcal/kmol 56,9078)(kcal/kmol197,36.M (kcal/kg) 197,36 r
BB

AA
r
l
= r
A
. y
l
+ r
B
(1 y
l
) = 9078,56 . y
l
+ 9853,2 . (1 y
l
)

Từ (1);(2) và (3) ta có :
g
1
= G
1
+ 28,52
g
1
.y
1
= 0,0442.G
1
+ 15,77

-774,64.y
1
+ 9853,2.g
1
= 718798,3
Giải 3 phơng trình trên ta có:
G
1
=45,83(Kmol/h) , g
1
=74,35(Kmol/h) , y
1
=0,239

Lợng hơi trung bình đi trong đoạn luyện :
(kmol/h) 451,74
2
35,745513,74
2
1
=
+
=
+
=
gg
g
d
tbL

Lợng lỏng trung bình đi trong đoạn luyện :
(kmol/h) 45,93
2
83,4503,46
2
1
=
+
=
+
=
GG
G
R
tbL

b/ Trong đoạn chng :
Số liệu :
G
W
: Lợng sản phẩm đáy (W) = 335,35(kmol/h)
Lợng hơi đi vào đoạn chng
,
1
g
, nồng độ hơi
,
1
y
, lợng lỏng

'
1
G
đối với đĩa
thứ nhất của đoạn chng, nồng độ lỏng
,
1
x
, lợng hơi ra khỏi đoạn chng
chính là lợng hơi đi vào đoạn luyện g
1
:
Ta có
*
W
,
1
yy =
là nồng độ cân bằng ứng với x
W
, nội suy theo bảng số liệu
đờng cân bằng (II-148) :

Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version -


7

61752,0
*,

1
==
W
yy

Phơng trình cân bằng vật liệu :

W
'
1
'
1
GgG +=
(1)
Phơng trình cân bằng vật liệu với cấu tử dễ bay hơi (etylic) :

WW
'
1
'
1
'
1
'
1
xGygxG +=
(2)
Phơng trình cân bằng nhiệt lợng :

11

'
1
'
1
rgrg =
(3)
r
l
: ẩn nhiệt hóa hơi của hỗn hợp hơi ra khỏi đoạn chng.
r
l
= r
A
. y
l
+ r
B
(1 y
l
) = 9078,56 . 0,239 + 9853,2 . (1 0,239)
= 9668,06 (kcal/kmol)
r
1
: ẩn nhiệt hoá hơi của hỗn hợp hơi đi vào đĩa chng thứ nhất.
Từ bảng số liệu x t
o
sôi dd (II-148), nội suy ta có:
Nhiệt độ sôi hỗn hợp đáy (x = x
W
= 0,00093): t

W
= 99,82C
Nội suy theo bảng r t
o
(I-254) với t
o
= 99,82C :



===
===

)(kcal/kmol 24,9705)(kcal/kmol539,18.M (kcal/kg) 539,18 r
)(kcal/kmol 312,8927)(kcal/kmol194,072.M (kcal/kg) 194,072 r
BB
AA

ẩn nhiệt hóa hơi của hỗn hợp hơi đi vào đĩa chng thứ nhất :
r
l
= r
A
. y
l
+ r
B
(1 y
l
) = 8927,312.0,61752 + 9705,24 . (1 0,61752)

= 9224,854 (kcal/kmol)
(kmol/h)922,77
854,9224
06,9668
.35,74)'3(
'
1
1
1
'
1
===
r
r
gg

(kmol/h) 272,41335,335922,77)'1(
'
1
'
1
=+=+=
W
GgG

Lợng hơi trung bình đi trong đoạn chng :
(kmol/h) 136,76
2
922,7735,74
2

'
11
=
+
=
+
=
gg
g
tbC

Lợng lỏng trung bình đi trong đoạn chng :
(kmol/h)551,229
2
272,41383,45
2
'
11
=
+
=
+
=
GG
G
tbC


2. Khối lợng riêng trung bình.
a/ Khối lợng riêng trung bình pha lỏng :

Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version -


8

2xtb
1tb
1xtb
1tb
xtb
a1a1
ρ
−
+
ρ
=
ρ
[IX104a- II184]
Trong ®ã :
xtb
ρ
: Khèi l−îng riªng trung b×nh pha láng (kg/ m
3
)
1xtb
ρ
: Khèi l−îng riªng trung b×nh cÊu tö 1 (kg/ m
3
)

2xtb
ρ
: Khèi l−îng riªng trung b×nh cÊu tö 2 (kg/ m
3
)
1tb
a
: Nång ®é khèi l−îng trung b×nh cÊu tö 1 (kg/ kg)
- §o¹n luyÖn :

Nång ®é trung b×nh pha láng ®o¹n luyÖn:
2986,0
2
553,00442,0
2
=
+
=
+
=
PF
tbL
xx
x


Néi suy víi x
tbL
theo b¶ng sè liÖu nång ®é – t
o

s«i dung dÞch (II-148) :
⇒ NhiÖt ®é trung b×nh ®o¹n luyÖn : t
tbL
= 81,721°C
⇒ Khèi l−îng riªng cña Etylic vµ N−íc theo t = t
tbL
: (I-9)
ρ
xL1
= 733,37 (kg/m
3
) ρ
xL2
= 970,8 (kg/m
3
)

Nång ®é khèi l−îng trung b×nh cña Etylic ®o¹n luyÖn
106,0
998)13,01(789.13,0
789.13,0
)1(.
.
=
−+
=
−+
=
NFEF
EF

F
vv
v
a
ρρ
ρ

(Kg/Kg)
76,0
998)8,01(789.8,0
789.8,0
)1(.
.
=
−+
=
−+
=
NPEP
EP
P
vv
v
a
ρρ
ρ
(Kg/Kg)

433,0
2

76,0106,0
2
=
+
=
+
=
PF
tbL
aa
a

⇒
44,851
8,970
433,01
37,733
433,0
1
1
1
21
=
⎟
⎠
⎞
⎜
⎝
⎛
−

+=
⎟
⎟
⎠
⎞
⎜
⎜
⎝
⎛
−
+=
−
−
xL
tbL
xL
tbL
xL
aa
ρρ
ρ
(kg/m
3
)
- §o¹n ch−ng :

Nång ®é trung b×nh pha láng ®o¹n ch−ng :

0226,0
2

0442,000093,0
2
=
+
=
+
=
FW
tbC
xx
x

Néi suy víi x
tbC
theo b¶ng sè liÖu nång ®é – t
o
s«i dung dÞch (II-148) :
⇒ NhiÖt ®é trung b×nh ®o¹n ch−ng : t
tbC
= 95,706°C

Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version -


9
⇒ Khèi l−îng riªng cña Etylic vµ N−íc theo t = t
tbC
:(I-9)
08,720
1

=
xC
ρ
(kg/m
3
)
42,961
2
=
xC
ρ
(kg/m
3
)
Nång ®é khèi l−îng trung b×nh cña Etylic ®o¹n luyÖn :

0024,0
998)003,01(789.003,0
789.003,0
)1(.
.
=
−+
=
−+
=
NwEw
Ew
w
vv

v
a
ρρ
ρ
(Kg/Kg)


0542,0
2
106,00024,0
2
=
+
=
+
=
FW
tbC
aa
a

⇒
27,944
42,961
0542,01
08,720
0542,0
1
1
1

21
=
⎟
⎠
⎞
⎜
⎝
⎛
−
+=
⎟
⎟
⎠
⎞
⎜
⎜
⎝
⎛
−
+=
−
−
xC
tbC
xC
tbC
xC
aa
ρρ
ρ

(kg/m
3
)
b/ Khèi l−îng riªng trung b×nh pha h¬i
:
- §o¹n luyÖn
:
Nång ®é pha h¬i ®Çu ®o¹n luyÖn lµ : y
®L
= y
1
= 0,239
Nång ®é pha h¬i cuèi ®o¹n luyÖn lµ : y
cL
= y
P
= x
P
= 0,553
⇒ Nång ®é trung b×nh pha h¬i ®o¹n luyÖn :
396,0
2
553,0239,0
2
=
+
=
+
=
cLdL

tbL
yy
y

⇒ Khèi l−îng mol trung b×nh h¬i ®o¹n luyÖn :
yL
M
= y
tbL
.M
1
+(1- y
tbL
).M
2
= 0,396 . 46 + (1- 0,396).18
= 29,088 (kg/kmol)
→ Khèi l−îng riªng trung b×nh pha h¬i ®o¹n luyÖn :
1
)721,81273.(4,22
273 . 29,088
).(4,22
.
=
+
=
+
=
tbLO
O

yL
yL
tT
TM
ρ
(kg/m
3
)
- §o¹n ch−ng
:
Nång ®é pha h¬i ®Çu ®o¹n ch−ng lµ :
61752,0
'
1
== yy
dC

Nång ®é pha h¬i cuèi ®o¹n ch−ng lµ : y
cC
= y
1
= 0,239
⇒ Nång ®é trung b×nh pha h¬i ®o¹n luyÖn :
42826,0
2
239,061752,0
2
=
+
=

+
=
cCdC
tbC
yy
y

→ Khèi l−îng mol trung b×nh h¬i ®o¹n ch−ng :
yC
M
= y
tbC
.M
1
+(1-y
tbC
).M
2
= 0,42826.46+(1– 0,42826).18 =30 (kg/kmol)
→ Khèi l−îng riªng trung b×nh pha h¬i ®o¹n ch−ng :

Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version -


10
99,0
)706,95273.(4,22
273 . 30
).(4,22
.

=
+
=
+
=
tbCO
O
yC
yC
tT
TM

(kg/m
3
)
3. Tính vận tốc hơi đi trong tháp :
a.Tính độ nhớt:
- Đoạn luyện

+Tra bảng (I-94) ta có độ nhớt của nớc ở 20
0
C là: 1,005. 10
-3
(N.s/
2
m )

+ở t
tbL
= 81,721

0
C suy từ bảng (I-92) ta có:

3
10.426,0

=
E

(N.s/
2
m )

3
10.351,0

=
H

(N.s/
2
m )
Vậy độ nhớt pha lỏng tính theo nhiệt độ trung bình là:

()
HtbLEtbLxL
xx

lg1lglg

+

=
x
tbL
= 0,2986

(
)
)10.351,0lg(2986,01)10.426,0lg(2986,0lg
33
+=
xL



43,3lg =
xL



3
10.37,0

=
xL

(N.s/

2
m )
8
1
4
1

















=
xL
yL
tbL
tbL
L
g

G
X


= =













8
1
4
1
44,851
1
451,74
93,45
0,38
Y
L
= 1,2.e

-4.X
= 0,26
16,0
3
2



















=
n
xL
xLd
yLds
L

Vg
Y




=>












=
16,0
3
2
).(.

n
xL
yLd
xLdL
s

VgY





=














16,0
3
3
3
)
10.005,1
10.37,0
.(1.165
44,851.76,0.81,9.26,0

=6,78 (m/s)
2


- Đoạn chng

+Tra bảng (I-94) ta có độ nhớt của nớc ở 20
0
C là: 1,005. 10
-3
(N.s/
2
m )

+ở t
tbC
= 95,706
0
C suy từ bảng (I-92) ta có:

3
10.35,0

=
E

(N.s/
2
m )

3
10.3,0

=
H

(N.s/
2
m
)
Vậy độ nhớt pha lỏng tính theo nhiệt độ trung bình là:

()
HtbCEtbCxC
xx



lg1lglg

+

=
x
tbC
= 0,0226

(
)

)10.3,0lg(0226,01)10.35,0lg(0226,0lg
33
+=
xC



52,3lg =
xC



Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version -


11
=>
3
10.3,0

=
xC

(N.s/
2
m )
=

=
8
1
4
1
xC
yC
tbC
tbC
C
g
G
X


=

8
1
4
1
27,944
99,0
136,76
551,229
0,56
Y
C
= 1,2.e
-4.X
= 0,13
16,0
3
2

=
n
xC
xCd
yCds
C
Vg
Y

=>












=
16,0
3
2
).(.

n
xC
yCd
xCdC
s
VgY

=














16,0
3
3
3
)
10.005,1
10.3,0
.(99,0.165
27,944.76,0.81,9.13,0
=3,93 (m/s)
2

4. Đờng kính tháp:
+Đoạn luyện:

w
yL
= 0,8.w
s
= 0,8.(6,78)
1/2
= 2,083 (m/s)
()
tb
yLyL
yL
tbL
L
Mg
D


=
.
0188.0
=
()
083,21
088,29.451,74
0188.0


= 0,61 (m)
+Đoạn chng:
w

yC
= 0,8.w
s
= 0,8.(3,93)
1/2
= 1,586 (m/s)
()
tb
yCyC
yC
tbC
C
Mg
D


=
.
0188.0
=
586,1.99,0
30.136,76
0188.0
= 0,72 (m)
III. Chiều cao của tháp
Chiều cao làm việc của tháp đợc xác định theo công thức. [II 175]

ydv
mhH =
(m)

Trong đó: -
:
dv
h Chiều cao của một đơn vị chuyển khối.
-
y
m
: Số đơn vị chuyển khối.
1. Xác định số đơn vị chuyển khối:


=

=
p
W
y
y
cb
y
S
yy
dy
m [II 176]
Với M diện tích giới hạn bởi đờng cong thành phần.
+ Dựng đồ thị
()
yy
yf
cb

=
1




Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version -


12
x y
cb
y
cb
y -y
yy
cb

1

W
x
0,00093 0.00087 0,0061752

0,0053052 188.5
0,01 0.0503 0,0664 0,0134 74.63
0,02 0.1048 0.1328 0,028 35.71
0,03 0.1593 0.1992 0,0399 25.06
0,04 0.2138 0,2656 0,0518 19.3

x
F
0,0442 0.239 0,2935 0,0545 18.35
0,05 0.24247 0.332 0,089 11.24
0,06 0.249 0,354 0,105 9.52
0,07 0.255 0,376 0,121 8.26
0,08 0.261 0,398 0,137 7.3
0,09 0.267 0,42 0,153 6.54
0,1 0.273 0,442 0,169 5.92
0,2 0,335 0,531 0,196 5.1
0,3 0,397 0,576 0,179 5.59
0,4 0,459 0,614 0,155 6.45
0,5 0,520 0,654 0,134 7.46
x
P
0,553 0,553 0,6545 0,102 9.8
Từ bảng trên ta có:

=

=

P
y
y
yL
yy
dy
m
1

*
8,214

=

=

1
*
y
y
yC
W
yy
dy
m
5,752
2. Chiều cao của một đơn vị chuyển khối phụ thuộc vào đặc trng của đệm
và xác định theo công thức:

21
h
G
Gm
hh
x
y
dv

+= [I 177]
Trong đó:
-
()
m
a
V
h
yy
d
d
3
2
25,0
1
PrRe

=

: Là chiều cao của một đơn vị chuyển khối đối với
pha hơi. [II 177]
-
()
2
3
0,25 0,5
2
256 Re Pr
x
xx

x
hm



=


: Là chiều cao của một đơn vị chuyển khối đối
với pha lỏng. [II 177]
Với:

Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version -


13
a : Hệ số phụ thuộc vào dạng đệm. Với đẹm vòng Ráing đổ lộn xộn 123,0=a .

x

: Độ nhớt của pha lỏng
(
)
2
mNs .

3
10.37,0

=

xL


3
10.3,0

=
xC



x

: Khối lợng riêng của lỏng.

(
)
3
44,851 mKg
xL
=


(
)
3
27,944 mKg
xC
=

PrRe,
: Chuẩn số Reynol và prand.


: Hệ số thấm ớt của đệm, phụ thuộc vào tỷ số giữa mật độ tới thực té lên
tiết diện ngang của tháp và mật độ tới thích hợp.
a. Tính
1
h :
-

: Hệ số thấm ớt của đệm phụ thuộc vào
th
tt
U
U

- Với:

t
x
tt
F
V
U
=
hay
4

2
d
G
U
x
x
tt


=


: mật độ tới thực tế, ( hmm
23
)
[II 177]
- Đoạn luyện:

372,5
4
61,0
44,851
088,29.93,45
4
2
=


=

=



L
xL
xL
ttL
D
G
U
( hmm
23
)
- Đoạn chng:

92,17
4
72,0
27,944
30.551,229
4
2
=


=

=



C
xC
xC
ttC
D
G
U
( hmm
23
)

:
dth
BU

= mật độ tới thích hợp ,( hmm
23
) [II 177]
Chng luyện B= 0,065 (
hmm
3
) 725,10165065,0
=

=

th
U ( hmm
23
)
Suy ra:
5,05,0
725,10
372,5
===
L
th
ttL
U
U

[II 178]


67,167,1
725,10
92,17
===
C
th
ttC
U
U

[II 178]
+ Chuẩn số Râynôn của pha hơi:

dy
sy
y






=
4,0
Re [II 178]
- Đoạn luyện:
65,13
1651037,0
083,214,0
4,0
Re
3
=


=



=

dyL
yLyL

yL





Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version -


14
- Đoạn chng: 4,160
195100119,0
2849,17242,04,0
4,0
Re
3
=


=



=

dyC
yCyC
yC

+ Chuẩn số Pran của pha hơi:
yy
y
y
D
=


Pr
[II 178]
HE
HE
y
MM
VVp
T
D
11100043,0
2
3
1
3
1
5,14
+

+

=

: Hệ số khuyếch tán trong pha hơi. [II 127]
ở p = 1atm.
HE
VV ,
: Thể tích mol phân tử của Etylic và nớc.

2,594,717,368,142
52
=

+

+==
OHHCE
VV
(
)
molcm
3


9,18
2

=
=
OHH
VV
(
)
molcm
3


KT
KT
C
L
0
0
36727394
35427381
=+=
=+=


5
2
3
1
3
1
5,14
108497,1

18
1
46
1
9,182,59
354100043,0


=+






+

=
yL
D
(
)
sm
2

5
2
3
1
3

1
5,14
109525,1
18
1
46
1
9,182,59
367100043.0


=+






+

=
yC
D
(
)
sm
2

- Đoạn luyện:
5154,0

108497,11434,1
100109,0
Pr
5
3
=


=

=


yLyL
yL
yL
D



-Đoạn chng:
8416,0
109525,17242,0
100119,0
Pr
5
3
=

=

=


yCyC
yC
yC
D



Chiều cao của một đơn vị chuyển khối
1
h .

2539,05154,07126,266
19532,0123,0
75,0
PrRe
3
2
25,0
3
2
25,0
1
=

=

=
yLyL
dL
d
L
a
V
h

(
m)
0992,08416,04,160
1951123,0
75,0
PrRe
3
2
25,0
3
2
25,0
1
=

=

=
yCyC
dC

d
C
a
V
h

(m)
b. Tính
2
h :
+ Chuẩn số Râynôn của pha lỏng:
0,04
Re
x
x
tdx
G
F



=


[II 178]
Hay:
2
0,04
Re
4

x
x
dx
G
D




=





Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version -


15
- Đoạn luyện:
491,0
103847,0195
4
8,014,3
4626,004,0
4
04,0
Re
3
22

=



=



=

xLd
L
xL
xL
D
G



- Đoạn chng:
874,2
103072,0195
4
8,014,3
1624,204,0
4
04,0
Re
3
22

=



=



=

xCd
C
xC
xC
D
G



+ Chuẩn số Pran của pha lỏng:
xx
x
x
D
=


Pr [II 178]

x

D : Hệ số khuyếch tán trong pha lỏng.
(
)
sm
2


()
[]
201
20

+
= tbDD
t
[II 134]
Với:
9
2
3
1
3
1
6
2
3
1
3
1
6

20
102707,7
9,182,59124,17,4
18
1
46
1
101
11
101



=






+
+
=






+

+
=
HEH
HE
VVHE
MM
D



1=
H

: Độ nhớt của nớc ở 20
0
C
Hệ số nhiệt độ:
02,0
998
12,0
2,0
3
3
=

=

=

b
[II 135]
Với:


, là độ nhớt và khối lợng riêng của
OH
2
ở C
0
20 .
- Đoạn luyện:
(
)
[
]
99
81
101409,16208102,01102707,7

=+=
L
D
- Đoạn chng:
(
)
[
]
99
94

100313,18209402,01102707,7

=+=
C
D
7904,29
101409,16053,800
103847,0
Pr
9
3
=


=

=


xLxL
xL
xL
D



0953,18
100313,18517,941
103072,0
Pr

9
3
=


=

=


xCxC
xC
xC
D



Chiều cao của một đơn vị chuyển khối đối với pha lỏng là:

0718,07904,294907,0
053,800
103847,0
256PrRe256
5,025,0
3
2
3
5,025,0
3
2

2
=









=








=

xLxL
xL
xL
L
h

0672,00953,188726,2
517,941
103072,0
256PrRe256
5,025,0
3
2
3
5,025,0
3
2
2
=









=

=

xCxC
xC
xC
C
h


Từ
đồ thị đờng làm việc:
Ta có:
2
PF
L
mm
m
+
=


2
FW
C
mm
m
+
=

Từ đồ thị ta suy ra:

Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version -


16
514,1
2
25,2778,0
=
+
=
L
m 46,4
2
25,267,6
=
+
=
C
m
- Chiều cao của một đơn vị chuyển khối:
- Chiều cao của đoạn luyện:

4214,00718,0
4626,0
7128,0514,1
2539,0
21
=

+=

+=
L
x
yL
LdvL
h
G
Gm
hh (m)
- Chiều cao của đoạn chng:

164,00672,0
1624,2
4681,046,4
0992,0
2
'
'
1
=

+=

+=
C
x
yC

CdvC
h
G
Gm
hh
(m)
Chiều cao của tháp:
- Đoạn luyện:
3,375,74214,0
=

=

=
yLdvLL
mhH (m)
- Đoạn chng:
5,085,2164,0
=

=

=
yCdvCC
mhH (m)
Vậy chiều cao làm việc của tháp:

8,35,03,3
=
+

=+=
CL
HHH (m)
IV. Trở lực của tháp
- Sức cản thủy học của tháp đệm đối với hệ hơi - lỏng ở điểm đẳng pha.

+=
c
y
x
n
x
y
m
y
x
ku
G
G
App




1 (N/m
2

) [II 189]
Trong đó:
u
p - Tổn thất áp suất khi đệm ớt tại điểm đảo pha có tốc độ của khí
bằng tốc độ của khí đi qua điểm khô (N/m
2
).

k
p - Tổn thất áp suất của đệm khô (N/m
2
).

yx
GG , - Lu lợng của lỏng và của khí (kg/s).

yx


, - Khối lợng riêng của lỏng và của khí (kg/m
3
).

yx


, - Độ nhớt của lỏng và của khí (N.s/m
2
).
Do:

7126,266Re =
yL
<400
4,160Re =
yC
<400
Tổn thất áp suất của đệm khô đợc tính theo công thức:

242
2
2
,
2
,
yy
d
d
ty
td
k
V
H
d
H
p

=

=
[II 189]
Trong đó:
H
- Chiều cao lớp đệm (m).

3,3
=
L
H (m)

5,0
=
C
H (m)

,

- Hệ số trở lực của đệm (trở lực do ma sát và trở lực cục bộ).

,
y

- Tốc độ của khí tính trên toàn bộ tiết diện tháp (m/s).

Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version -


17
195
=
d

(m
2
/m
3
) - Bề mặt riêng của đệm.

75,0=
d
V (m
3
/m
3
) - Thể tích tự do của đệm.

,

- Hàn số phụ thuộc chuẩn số Râynôn. Với tháp đệm vòng đổ lộn xộn thì
2,0
,
Re
16
y

=

[II 189]
- Đoạn luyện:
2349,5
7126,266
16
2,0
,
==
L


- Đoạn chng:
7953,5
4,160
16
2,0
,
==
C


- Tổn thất áp suất của đệm tại đoạn luyện:
66,538
2
1434,17933,0
75,0
1953,3
4

2349,5
24
2
2
2
2
,
=



=



=
yLyL
d
dL
L
kL
V
H
p




- Tổn thất áp suất của đệm tại đoạn chng:
6522,61

2
7242,08234,0
75,0
1955,0
4
7953,5
24
2
2
2
2
,
=



=



=
yCyC
d
dCC
kL
V
H
p

Trở lực của đệm khô:
kCkLK
ppp

+
=

3122,6006522,6166,538
=
+
=
k
p
Theo bảng IX.7 giá trị của các hệ số A, m ,n c.
A = 5,15
m = 0,342
n = 0,19
c = 0,038
- Sức cản thủy học của tháp đệm đối với đọan luyện:

856,1327
0109,0
3874,0
053,800
1434,1
7128,0
4626,0
15,5166,538
1

038,019,0342,0
038,0
19,0
342,0
ã
=

+=

+=
uL
L
y
x
L
x
y
L
y
G
kLuL
p
G
G
App

- Sức cản thủy học của tháp đệm đối với đoạn chng:

907,216
0119,0
3072,0
517,941
7242,0
4681,0
1624,2
15,516522,61
1
038,019,0342,0
038,0
19,0
342,0
ã
=

+=

+=
uC
C
y
x
C
x
y
C
y

G
kCuC
p
G
G
App






Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version -


18
Trở lực của đệm ớt:
uCuLu
ppp

+

=


763,1544907,216856,1327
=
+
=
u

p
Vậy trở lực trong tháp đệm là:
uk
ppp

+

=


0752,2145763,15443122,600
=
+
=
p
V. Tính toán các thiết bị chính
1. Thân tháp.
- Thân tháp là thân hình hàn, làm việc chịu áp suất trong, không bị đốt nóng trực
tiếp
thiết bị loại I nhóm 2
hệ số hiệu chỉnh 9,0=

[II 356]
- Chọn vật liệu là thép và không gỉ X18H10T
Theo bảng tính chất cơ học của vật liệu chọn độ dày trong khoảng (1 3mm) ta có giới
hạn bền kéo và bền chảy của vật liệu:

26
10540 mN
k

=

[II 310]

26
10220 mN
ch
=


Theo bảng số liệu XIII.3 hệ số an toàn bền kéo và bền chảy của vật liệu:

6,2=
k
n [II 356]

5,1=
c
n
ứng suất giới hạn bền kéo của vật liệu đợc tính theo công thức:

[]
2
mN
n
k
k
k

= [II 355]
[]
26
6
10923,1869,0
6,2
10540
mN
k
=

=


ứng suất giới hạn bền chảy của vật liệu đợc tính theo công thức:

[]
2
mN
n
c
c
c



= [II 355]
[]
26

6
101329,0
5,1
10220
mN
c
=

=


Chọn ứng suất cho phép là ứng suất bé nhất trong hai ứng suất trên:
[] [ ]
26
10132 mN
k
==


Chọn cách chế tạo; hàn tay bằng hồ quang điện, hàn giáp nối hai bên có hệ số bền mối
hàn:
95,0=
h

[II 362]
Chiều dày thân hình trụ là.

[]
C
p

pD
S
t
+


=

2
(m) [II 360]
Trong đó:

Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version -


19

t
D : Đờng kính trong của tháp (m).

73,0=
L
D
(m) 77,0
=
C
D (m).

11
Hgpp

mt


+=

: áp suất trong thíêt bị
(
)
2
mN .

mt
p : áp suất hơi trong tháp
(
)
2
mN
Do tháp làm việc ở áp suất thờng nên
(
)
24
1081.91 mNamtp
mt
== .

111
Hgp

=

: áp suất thủy tĩnh của cột chất lỏng
(
)
2
mN .

1

: Khối lợng riêng của chất lỏng trong tháp
(
)
3
mkg .
Chọn khối lợng riêng trung bình lớn nhất trong pha lỏng:
(
)
3
517,941 mKg=


g = 9,81(m/s
2
): Gia tốc trọng trờng.

()
mH 8,3= : Chiều cao làm vịêc của tháp.
54
1
10332,18,381,9517,9411081,9 =+=+= Hgpp
mt

[]

: ứng suất cho phép với loại vật liệu đã chọn (N/m
2
).

: Hệ số bền của thành hình trụ theo phơng dọc vì tháp kín không đục lỗ nên
95,0==
h


[II 363]
C : Đại lợng bổ sung do ăn mòn, bào mòn và dung sai về chiều dày (m).
321
CCCC
+
+
= (m)
1
C : Bổ sung do ăn mòn (m).
Do Etylic Nớc là những chất ăn mòn chậm
(
)
nammmC 1,0
1
=
.
C

2
: Bổ sung do bào mòn (m)
Tháp chng luyện chỉ chứa lỏng và hơi nên ít bào mòn C
2
= 0
C
3
: Bổ sung do dung sai về chiều dày (m)
Chọn dung sai (II-364) Chọn C
3
= 0,8 mm = 0,8.10
-3
(m)
Suy ra:
(
)
(
)
mmmCCCC
3
321
109,09,08,001,0

==++=++=
Chiều dày thân tháp là:
- Đoạn luyện với
()
mD
t
8,0= .

()
mS
L
33
56
5
1038,1109,0
10332,195,0101322
10332,18,0

=+
+

=
Quy chuẩn:
(
)
mmS
L
2=
- Đoạn chng với
(
)
mD
t
8,0= .

()
mS
C

33
56
5
1038,1109,0
10332,195,0101322
10332,18,0

=+
+

=
Quy chuẩn:
(
)
mmS
c
2=
Chiều dầy trên thiết bị:
(
)
mmSSS
CL
2
=
==

Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version -


20

+ Kiểm tra ứng súât theo áp suất thử.
áp suất thử:
(
)
2
10
mNppp
th
+= [II 366]
th
p : áp suất thử thủy lực.

(
)
2
5,1 mNpp
th
= . [II 358]

1
p
: áp suất cột chất lỏng trong tháp.

111
Hgp

=


Suy ra:

(
)
25
0
2348988,3517,94181,910332,15,1 mNp =+=
ứng suất theo áp suất thử:

()
[
]
()
()
2
2,12
mN
CS
pCSD
Cot





+
= [II 365]
Ta có:

()
[

]
()
()
26
3
3
100367,90
95,0109,022
234898109,028,0
mN=

+
=




Mặt khác:

()
26
6
10333,183
2,1
10220
2,1
mN
c
=

=


Vậy:
2,1
c


< thỏa mãn
Chiều dày thân thiết bị là
()
mm2
.
2. Nắp và đáy nắp.
- Chọn cùng vật liệu với thân tháp; Thép không gỉ X18H10T.
- Chi tiết cấu tạo:
- Đáy và nắp elip có gờ chịu áp suất trong.
- Các kích thứoc:
- Đờng kính trong tính theo:
t
D = 0,8 (m)(đáy) ;
t
D = 0,8(m)(nắp)
- Chiều cao phần lồi :
b
h = 0,25 .
t
D
Nắp:
b

h = 0,25 . 0,8 = 0,2 (m)
Đáy:
b
h = 0,25 . 0,8 = 0,2 (m)
- Chiều cao gờ :
h = 0,025 (m)
- Chiều dày đáy và nắp :
[]
C
h
D
pk
pD
S
b
t
hk
t
+




=
28,3

(m) [II 385]
Trong đó :
h

= 0,95: Hệ số bền mối hàn hớng tâm.

Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version -


21
t
D
d
k
= 1
: Hệ số không thứ nguyên.
Vì đáy và nắp có lỗ nhng lỗ đã đợc tăng cứng hoàn toàn
1= k
p
: áp suất trong.
Nắp:
(
)
24
1081,91 mNatpp
hoi
===
Đáy:
(
)
24
1
10332,1 mNpppp
hoithap

=+==

- Chiều dày nắp:

()
mS
33
46
4
102,1109,0
225,02
8,0
1081,995,0101328,3
1081,98,0

=+




=

Do
()
mmCS 10< [II 385]
Bổ sung thêm:
(
)
mS
333

102,3102102,1

=+=
Quy chuẩn:
(
)
mmS 4=
- Chiều dày đáy:
()
mS
33
56
4
1094,0109,0
225,02
8,0
10332,195,0101328,3
10332,18,0

=+




=

Do
()
mmCS 10<
[II 385]

Bổ sung thêm:
(
)
mS
333
1094,21021094,0

=+=
Quy chuẩn:
(
)
mmS 3=
- Kiểm tra ứng suất theo áp suất thử:
Ta có:
(
)
[
]
()
CShk
pCShD
bh
bt

+
=


6,7
2

0
2
[II 387]
Với nắp tháp:
(
)
24
1471501081,95,15,1 mNpp
hoi
===
()
[
]
()
()
26
3
32
10742,18
109,04225,095,016,7
147150109,04225,028,0
mN=

+
=




Mà:

()
26
6
1033,183
2,1
10220
2,1
mN
c
=

=<



Vậy:
()
mmS 4
=
thỏa mãn.
Với đáy tháp :
(
)
2
0
234898 mNpp ==


(

)
[
]
()
()
26
3
32
10133,44
109,03225,095,016,7
234898109,03225,028,0
mN=

+
=




Mà:

Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version -


22
()
26
6
1033,183
2,1

10220
2,1
mN
c
=

=<



Vậy:
()
mmS 3
=
thỏa mãn.
3. Chọn mặt bích.
- Chọn bích bền bằng thép CT3 kiểu I [II 417]
Với các thông số chọn theo (II 417) với
(
)
26
101,0 mN
y
=


- Số bích: 3 căọ bích nối .
Đáy với thân tháp.
Nắp với thân tháp.
Nối đoạn chng với đoạn luyện.

- Bớc bích.
- Đờng kính trong:

()
0,8
t
Dm=
(
)
0,8
t
Dm=

()
930Dmm=
(
)
930Dmm=

()
880
b
Dmm=
(
)
880
b
Dmm=

()

1
850Dmm=
(
)
1
850Dmm=

()
0
811Dmm=
(
)
0
811Dmm=
- Bulong:

20
b
dM=

()
24
Z
cai=
- Chiều dài bích:

()
20hmm=
4. Tính đờng kính các ống dẫn.
- Chọn vật liệu ống dẫn cùng vật liệu tháp dày

(
)
mmS 2
=

- Đờng kính ống dẫn.



=
785,0
V
d
[I 369]
Trong đó:
-
V
: Lu lợng thể tích
(
)
sm
3
.
-

: Tốc độ trung bình
()
sm .
a. ống dẫn hỗn hợp đầu vào tháp.

1, 94
F
G =
(
)
sKg


4504,19=
F
M

Ct
F
0
3,90=

Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version -


23
Theo bảng số liệu Nhiệt dung riêng Nhiệt độ. [I 172]
Tại:
Ctt
F
00
3,90== và nội suy.
+ Khối lợng riêng của rợi E H ở
C
0

80
và ở
C
0
100
.
- Đối với rợi E: ở
C
0
80 : 735
=
E

(
)
3
mkg
ở
C
0
100
: 716
=
E

(
)
3
mkg
- Đối với H : ở

C
0
80 : 972
=
H

(
)
3
mkg
ở
C
0
100 : 958
=
H

(
)
3
mkg
Ta có:
()
212
80100
100

+=
t
x













0 80
x
t 100 t
0
C

Đồ thị biểu diễn mối quan hệ giữa khối lợng riêng theo nhiệt độ
Khối lợng riêng của rợi Etylic và Nớc ở
0
99,5
F
tC= .
() ()
215,725716735

80100
3,90100
716
80100
100
212
=


+=


+=

t
E

(
)
3
mkg

() ()
79,964958972
80100
3,90100
958
80100
100
212

=


+=


+=

t
H

(
)
3
mkg
Với:
1225,0=
F
a
Suy ra:

()
1
1
3
1
0,1225 1 0,1225
927,27
725,215 964,79
FF

F
ET
aa
f
Kg m







=+ = + =






()
33
1, 94
2,1 10
927,27
F
F
Vms
f

== =

Theo [I 369] chọn
()
0,3
dau
Wms=

Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version -


24
Đờng kính ống dẫn hỗn hợp đầu.

() ( )
3
2,1 10
0,09 90
0,785 0,3
dmmm


===


Theo [II 434] chiều dài đoạn ống nối:
(
)
80lmm=


()

3
22
2,1 10
0,03
0,785 0,785 0,02
H
V
ms
d



== =


b. ống dẫn hơi đỉnh tháp.
- Lợng hơi đỉnh tháp:

(
)
(
)
1 77,27
yP
GR G Kmolh=+=

()
0,0215
y
GKmols=

- Nhiệt độ sản phẩm đỉnh theo
0,8165
PP
xy
=
=
Từ đồ thị t x,y suy ra:
0
78,6279
P
tC=
- Lu lợng hơi đỉnh tháp:

()
22,4 273
273
P
Py
t
VG
+
=


(
)
()
3
22,4 273 78,6279

0,0215 0,62
273
P
Vms
+
= =

Chọn

theo [II 369]
()
20 ms

=
Đờng kính ống:

()
0,62
0,199
0,785 20
dm==


Quy chuẩn:
() ( )
0,2 200dm mm==
Theo [II 434] chiều dài đoạn ống nối
(
)
130lmm=

Tốc độ thực tế:

()
22
0,62
19,75
0,785 0,785 0,2
H
V
ms
d

== =


c. ống dẫn sản phẩm đáy.
- Lợng sản phẩm đáy:

()
(
)
337,844 1,69
W
GKmolhKgs==

()
(
)
1 46 0.0019 1 0,0019 18 18,0532
WEP PH

MMx xM=+= + =
Ta có:
0,0019
WW
xy==
Từ đồ thị t x,y suy ra
0
99,5166
W
tC=
Theo [I 9] và nội suy ở
0
99,5166
W
tC=


()
3
716,46
E
Kg m

=

Simpo PDF Merge and Split Unregistered Version -