Thiết kế tháp chưng cất hệ acid axetic
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (415.68 KB, 63 trang )
ĐAMH Quá Trình và Thiết Bị GVHD : NGUYỄN ĐÌNH THỌ
MỤC LỤC
trang
LỜI MỞ ĐẦU
CHƯƠNG I : TỔNG QUAN....................................................................
I . LÝù THUYẾT VỀ CHƯNG CẤT
1 . Phương pháp chưng cất
2 . Thiết bị chưng cất:
II . GIỚI THIỆU SƠ BỘ NGUYÊN LIỆU
1 . Acid axetic
2 . Nước
3 . Hỗn hợp Acid axetic – Nước
III . CÔNG NGHỆ CHƯNG CẤT HỆ ACID AXETIC– NƯỚC
CHƯƠNG II : CÂN BẰNG VẬT CHẤT
I . CÁC THÔNG SỐ BAN ĐẦU
II . XÁC ĐỊNH SUẤT LƯỢNG SẢN PHẨM ĐỈNH VÀ SẢN PHẨM
ĐÁY
III . XÁC ĐỊNH TỈ SỐ HỒN LƯU THÍCH HỢP
1 . Tỉ số hồn lưu tối thiểu
2 . Tỉ số hồn lưu thích hợp
IV . PHƯƠNG TRÌNH ĐƯỜNG LÀM VIỆC – SỐ MÂM LÝ
THUYẾT
1 . Phương trình đường nồng độ làm việc của đoạn cất
2 . Phương trình đường nồng độ làm việc của đoạn chưng
3 . Số mâm lý thuyết
V . XÁC ĐỊNH SỐ MÂM THỰC TẾ
CHƯƠNG III :TÍNH TỐN –THIẾT KẾ THÁP CHƯNG CẤT
I . ĐƯỜNG KÍNH THÁP
1 . Đường kính đoạn cất
2 . Đường kính đoạn chưng
II . MÂM LỖ – TRỞ LỰC CỦA MÂM
1 . Cấu tạo mâm lỗ
2 . Độ giảm áp của pha khí qua một mâm
3 . Kiểm tra ngập lụt khi tháp hoạt độngO(
III . TÍNH TỐN CƠ KHÍ CỦA THÁP
1 . Bề dày thân tháp :
2 . Đáy và nắp thiết bị :
3 . Bích ghép thân, đáy và nắp :
4 . Đường kính các ống dẫn – Bích ghép các ống dẫn :
1
1
1
2
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31
32
33
34
35
36
37
38
39
2
ĐAMH Quá Trình và Thiết Bị GVHD : NGUYỄN ĐÌNH THỌ
5 . Tai treo và chân đỡ:
CHƯƠNG IV : TÍNH TỐN THIẾT BỊ TRUYỀN NHIỆT- THIẾT BỊ
PHỤ
I . CÁC THIẾT BỊ TRUYỀN NHIỆT
1 . Thiết bị ngưng tụ sản phẩm đỉnh
2 . Thiết bị làm nguội sản phẩm đỉnh
3 . Nồi đun gia nhiệt sản phẩm đáy
4 . Thiết bị trao đổi nhiệt giữa nhập liệu và sản phẩm đáy
5 . Thiết gia nhiệt nhập liệu
II. TÍNH BẢO ÔN CỦA THIẾT BỊ
III . TÍNH TỐN BƠM NHẬP LIỆU
1 . Tính chiều cao bồn cao vị
2 . Chọn bơm
CHƯƠNG V : GIÁ THÀNH THIẾT BỊ
I . TÍNH SƠ BỘ GIÁ THÀNH CỦA THIẾT BỊ
II . KẾT LUẬN
TÀI LIỆU THAM KHẢO
2
5
40
41
42
43
44
45
46
47
48
49
50
51
52
53
54
55
56
57
58
59
60
61
62
63
64
65
66
6
ĐAMH Quá Trình và Thiết Bị GVHD : NGUYỄN ĐÌNH THỌ
LỜI MỞ ĐẦU
Một trong những ngành có sự đóng góp to lớn đến ngành công nghiệp nước ta nói
riêng và thế giới nói chung, đó là ngành công nghiệp hóa học. Đặc biệt là ngành hóa
chất cơ bản.
Hiện nay, trong nhiều ngành sản suất hóa học cũng như sử dụng sản phẩm hóa học,
nhu cầu sử dụng nguyên liệu hoặc sản phẩm có độ tinh khiết cao phải phù hợp với quy
trình sản suất hoặc nhu cầu sử dụng.
Ngày nay, các phương pháp được sử dụng để nâng cao độ tinh khiết: trích ly,
chưng cất, cô đặc, hấp thu… Tùy theo đặc tính yêu cầu của sản phẩm mà ta có sự lựa
chọn phương pháp thích hợp. Đối với hệ acid axetic- Nước là 2 cấu tử tan lẫn hồn
tồn, ta phải dùng phương pháp chưng cất để nâng cao độ tinh khiết cho acid axetic.
Đồ án môn học Quá trình và Thiết bị là một môn học mang tính tổng hợp trong
quá trình học tập của các kỹû sư hố- thự c phẩm tương lai. Môn học giúp sinh viên
giải quyết nhiệm vụ tính tốn cụ thể về: yêu cầu công nghệ, kết cấu, giá thành của một
thiết bị trong sản xuất hố chất - thực phẩm. Đây là bước đầu tiên để sinh viên vận
dụng những kiến thức đã học của nhiều môn học vào giải quyết những vấn đề kỹû
thuật thực tế một cách tổng hợp.
Nhiệm vụ của ĐAMH là thiết kế tháp chưng cất hệ acid axetic - Nước hoạt động
liên tục với nâng suất nhập liệu : 5m
3
/h có nồng độ 8% mol acid axetic ,thu được sản
phẩm đỉnh có nồng độ 0.5% mol acid axetic với nồng độ dung dịch đáy acid axetic là
30%.
Em chân thành cảm ơn các quí thầy cô bộ môn Máy & Thiết Bị, các bạn sinh viên
đã giúp em hồn thành đồ án này. Tuy nhiên, trong quá trình hồn thành đồ án không thể
không có sai sót, em rất mong quí thầy cô góp ý, chỉ dẫn.
3
9
67
68
69
70
71
72
73
74
75
76
77
78
79
80
81
82
83
84
85
86
87
88
89
90
91
92
93
94
95
96
97
98
99
100
101
102
103
104
105
10
ĐAMH Quá Trình và Thiết Bị GVHD : NGUYỄN ĐÌNH THỌ
CHƯƠNG I : TỔNG QUAN.
I . LÝù THUYẾT VỀ CHƯNG CẤT:
1 . Phương pháp chưng cất :
Chưng cất là qua ùtrình phân tách hỗn hợp lỏng (hoặc khí lỏng) thành các cấu
tử riêng biệt dựa vào sự khác nhau về độ bay hơi của chúng (hay nhiệt độ sôi khác
nhau ở cùng áp suất), bằng cách lặp đi lặp lại nhiều lần quá trình bay hơi - ngưng tụ,
trong đó vật chất đi từ pha lỏng vào pha hơi hoặc ngược lại. Khác với cô đặc, chưng
cất là quá trình trong đó cả dung môi và chất tan đều bay hơi, còn cô đặc là quá trình
trong đó chỉ có dung môi bay hơi.
Khi chưng cất ta thu được nhiều cấu tử và thường thì bao nhiêu cấu tử sẽ thu
được bấy nhiêu sản phẩm. Nếu xét hệ đơn giản chỉ có 2 hệ cấu tử thì ta thu được 2
sản phẩm: sản phẩm đỉnh chủ yếu gồm gồm cấu tử có độ bay hơi lớn (nhiệt độ sôi
nhỏ ), sản phẩm đáy chủ yếu gồm cấu tử có độ bay hơi bé(nhiệt độ sôi lớn) .Đối với
hệ acid axetic - nước sản phẩm đỉnh chủ yếu gồm nước và một ít acid axetic , ngược
lại sản phẩm đáy chủ yếu gồm acid axetic và một ít nước.
Các phương pháp chưng cất: được phân loại theo:
• Áp suất làm việc : chưng cất áp suất thấp, áp suất thường và áp suất cao.
Nguyên tắc của phương pháp này là dựa vào nhiệt độ sôi của các cấu tử, nếu
nhiệt độ sôi của các cấu tử quá cao thì ta giảm áp suất làm việc để giảm nhiệt
độ sôi của các cấu tử.
• Nguyên lý làm việc: liên tục, gián đoạn(chưng đơn giản) và liên tục.
* Chưng cất đơn giản(gián đoạn): phương pháp này đuợc sử dụng trong các
trường hợp sau:
+ Khi nhiệt độ
sôi của các cấu tử khác xa nhau.
+ Không đòi hỏi sản phẩm có độ tinh khiết cao.
+ Tách hỗn hợp lỏng ra khỏi tạp chất không bay hơi.
+ Tách sơ bộ hỗn hợp nhiều cấu tử.
* Chưng cất hỗn hợp hai cấu tử (dùng thiết bị hoạt động liên tục) là quá trình
được thực hiện liên tục, nghịch dòng, nhều đoạn.
• Phương pháp cấp nhiệt ở đáy tháp: cấp nhiệt trực tiếp bằng hơi nước: thường
được áp dụng trường hợp chất được tách không tan trong nước .
Vậy: đối với hệ acid axetic – Nước, ta chọn phương pháp chưng cất liên tục cấp
nhiệt gián tiếp bằng nồi đun ở áp suất thường.
4
13
106
107
108
109
110
111
112
113
114
115
116
117
118
119
120
121
122
123
124
125
126
127
128
129
130
131
132
133
134
135
136
137
138
139
140
14
ĐAMH Quá Trình và Thiết Bị GVHD : NGUYỄN ĐÌNH THỌ
2 . Thiết bị chưng cất:
Trong sản xuất thường sử dụng rất nhiều loại tháp nhưng chúng đều có một yêu
cầu cơ bản là diện tích bề mặt tiếp xúc pha phải lớn ,điều này phụ thuộc vào độ
phân tán của lưu chất này vaò lưu chất kia .
Tháp chưng cất rất phong phú về kích cỡ và ứng dụng ,các tháp lớn nhất thường
được ứng dụng trong công nghiệp lọc hố dầu. Kích thước của tháp : đường kính tháp
và chiều cao tháp tuỳ thuộc suất lượng pha lỏng, pha khí của tháp và độ tinh khiết
của sản phẩm. Ta khảo sát 2 loại tháp chưng cất thường dùng là tháp mâm và tháp
chêm.
• Tháp mâm: thân tháp hình trụ, thẳng đứng phía trong có gắn các mâm có cấu
tạo khác nhau để chia thân tháp thành những đoạn bằng nhau, trên mâm pha
lỏng và pha hơi đựơc cho tiếp xúc với nhau. Tùy theo cấu tạo của đĩa, ta có:
* Tháp mâm chóp : trên mâm có chóp dạng tròn hay một dạng khác,có rãnh
xung quanh để pha khí đi qua va ống chảy chuyền có hình tron
* Tháp mâm xuyên lỗ: trên mâm bố trí các lỗ có đường kính 3-12mm được
bố trí trên các đỉnh tam giác,bước lổ bằng 2,5 đến 5 lần đường kính
• Tháp chêm(tháp đệm): tháp hình trụ, gồm nhiều đoạn nối với nhau bằng
mặt bích hay hàn. Vật chêm được cho vào tháp theo một trong hai phương
pháp: xếp ngẫu nhiên hay xếp thứ tự.
• So sánh ưu và nhược điểm của các loại tháp :
Tháp chêm. Tháp mâm xuyên lo.ã Tháp mâm chóp.
Ưu điểm: - Đơn giản. - Hiệu suất tương đối cao. - Hiệu suất cao.
- Trở lực thấp. - Hoạt động khá ổn định. - Hoạt động ổn định.
- Làm việc với chất lỏng
bẩn.
Nhược
điểm: - Hiệu suất thấp. - Trở lực khá cao. - Cấu tạo phức tạp.
5
- Thiết bị nặng.
- Không làm việc với
chất lỏng bẩn.
- Độ ổn định kém.
- Yêu cầu lắp đặt khắt khe
-> lắp đĩa thật phẳng. - Trở lực lớn.
17
141
142
143
144
145
146
147
148
149
150
151
152
153
154
155
156
157
158
159
160
161
18
ĐAMH Quá Trình và Thiết Bị GVHD : NGUYỄN ĐÌNH THỌ
6
21
162
22
ĐAMH Quá Trình và Thiết Bị GVHD : NGUYỄN ĐÌNH THỌ
Nhận xét: tháp mâm xuyên lỗ là trạng thái trung gian giữa tháp chêm và
tháp mâm chóp. Nên ta chọn tháp chưng cất là tháp mâm xuyên lỗ.
Vậy: Chưng cất hệ acid axetic - Nước ta dùng tháp mâm xuyên lỗ hoạt động liên
tục ở áp suất thường, cấp nhiệt gián tiếp ở đáy tháp.
II . GIỚI THIỆU SƠ BỘ NGUYÊN LIỆU :
Nguyên liệu là hỗn hợp acid axetic - Nước.
1 . Etanol: (Còn gọi là rượu etylic , cồn êtylic hay cồn thực phẩm).
Etanol có công thức phân tử: CH
3
-CH
2
-OH, khối lượng phân tử: 46 đvC. Là chất
lỏng có mùi đặc trưng, không độc, tan nhiều trong nước.
• Một số thông số vật lý và nhiệt động của etanol:
+ Nhiệt độ sôi ở 760(mmHg): 78.3
o
C.
+ Khối lượng riêng: d
4
20
= 810 (Kg/m
3
).
• Tính chất hóa học:
Tất cả các phản ứng hố học xảy ra ở nhóm hydroxyl (-OH) của etanol là thể
hiện tính chất hố học của nó.
* Phản ứng của hydro trong nhóm hydroxyl:
CH
3
-CH
2
-OH CH
3
-CH
2
-O
-
+ H
+
Hằng số phân ly của etanol:
18
10
23
−
−−
=
OHCHCH
K
, cho nên etanol là chất
trung tính.
+ Tính acid của rượu thể hiện qua phản ứng với kim loại kiềm, Natri
hydrua(NaH), Natri amid(NaNH
2
):
CH
3
-CH
2
-OH + NaH CH
3
-CH
2
-ONa + H
2
Natri etylat
Do
14
10
223
−
−−
=<
OHOHCHCH
KK
: tính acid của rượu nhỏ hơn tính acid
của nước, nên khi muối Natri etylat tan trong nước sẽ bị thuỷ phân thành
rượu trở lại.
+ Tác dụng với acid tạo ester: Rượu etanol có tính bazơ tương đương với
nước. Khi rượu tác dụng với acid vô cơ H
2
SO
4
, HNO
3
và acid hữu cơ đều
tạo ra ester.
CH
3
-CH
2
-OH + HO-SO
3
-H CH
3
-CH
2
O-SO
3
-H + H
2
O
CH
3
-CH
2
O-H + HO-CO-CH
3
CH
3
-COO-C
2
H
5
+ H
2
O
* Phản ứng trên nhóm hydroxyl:
+ Tác dụng với HX: CH
3
-CH
2
-OH + HX CH
3
-CH
2
-X + H
2
O
+ Tác dụng với Triclo Phốt pho:
CH
3
-CH
2
-OH + PCl
3
CH
3
-CH
2
-Cl + POCl + HCl
+ Tác dụng với NH
3
: CH
3
-CH
2
-OH + NH
3
C
2
H
5
-NH
2
+ H
2
O
+ Phản ứng tạo eter và tách loại nước:
2CH
3
-CH
2
-OH (CH
3
-CH
2
)
2
O + H
2
O
CH
3
-CH
2
-OH CH
2
=CH
2
+ H
2
O
7
Lạnh
H
+
Al
2
O
3
t
o
H
2
SO
4
>150
o
C
H
2
SO
4
>150
o
C
25
163
164
165
166
167
168
169
170
171
172
173
174
175
176
177
178
179
180
181
182
183
184
185
186
187
188
189
190
191
192
193
194
195
196
197
198
199
200
201
202
203
204
205
206
26
ĐAMH Quá Trình và Thiết Bị GVHD : NGUYỄN ĐÌNH THỌ
* Phản ứng hydro và oxy hố:
CH
3
-CH
2
-OH CH
3
-CHO + H
2
• Ứng dụng: etanol có nhiều ứng dụng hơn metanol, nó đóng một vai trò quan
trọng trong nền kinh tế quốc dân. Nó là nguyên liệu dùng để sản suất hơn 150
mặt hàng khác nhau và được ứng dụng rộng rãi trong các ngành: công nghiệp
nặng, y tế và dược, quốc phòng, giao thông vận tải, dệt, chế biến gỗ và nông
nghiệp.
Sơ đồ tóm tắt vị trí của etanol trong các ngành công nghiệp.
• Phương pháp điều chế: có nhiều phương pháp điều chế etanol: hydrat hố
etylen với xúc tác H
2
SO
4
; thuỷ phân dẫn xuất halogen và ester của etanol khi
đun nóng với nước xúc tác dung dịch bazơ; hydro hố aldyhyt acêtic; từ các hợp
chất cơ kim…
Trong công nghiệp, điều chế etanol bằng phương pháp lên men từ nguồn tinh
bột và rỉ đường. Những năm gần đây, ở nước ta công nghệ sản suất etanol chủ
yếu là sử dụng chủng nấm men Saccharomyses cerevisiae để lên men tinh bột:
C
6
H
6
O
6
2C
2
H
5
OH + 2CO
2
+ 28 Kcal
Trong đó: 95% nguyên liệu chuyển thành etanol và CO
2
.
5% nguyên liệu chuyển thành sản phẩm phụ: glyxêrin, acid
sucxinic, dầu fusel, metylic và các acid hữu cơ(lactic, butylic…).
2 . Nước:
Trong điều kiện bình thường: nước là chất lỏng không màu, không mùi, không vị
nhưng khối nước dày sẽ có màu xanh nhạt.
Khi hóa rắn nó có thể tồn tại ở dạng 5 dạng tinh thể khác nhau:
Khối lượng phân tử : 18 g / mol
Khối lượng riêng d
4
0
c : 1 g / ml
Nhiệt độ nóng chảy : 0
0
C
8
Cu
200-300
o
C
Nấm men
Zymaza
+ Thuốc súng không khói.
+ Nhiên liệu hoả tiễn, bom bay.
+ Động lực.
+ Thuốc trừ sâu.
+ Sơn.
+ Vecni.
+ Đồ nhựa.
+ Keo dán.
+ Hương liệu.
+ Sát trùng.
+ Pha chế thuốc.
+ Thuốc nhuộm.
+ Tơ nhân tạo.
+ Rượu mùi.
+ Dấm.
+ Dung môi hữu cơ:pha sơn..
+ Nguyên liệu.
+ Công nghiệp cao su tổng hợp
+ Động lực.
Nhiên liệu.
Etano
l
29
207
208
209
210
211
212
213
214
215
216
217
218
219
220
221
222
223
224
225
226
227
228
229
230
231
232
233
234
235
236
237
238
239
240
241
242
243
244
245
246
247
248
249
250
251
252
30
ĐAMH Quá Trình và Thiết Bị GVHD : NGUYỄN ĐÌNH THỌ
Nhiệt độ sôi : 100
0
C
Nước là hợp chất chiếm phần lớn trên trái đất (3/4 diện tích trái đất là nước biển)
và rất cần thiết cho sự sống.
Nước là dung môi phân cực mạnh, có khả năng hồ tan nhiều chất và là dung môi
rất quan trọng trong kỹ thuật hóa học.
3 . Hỗn hợp Etanol – Nước:
Ta có bảng thành phần lỏng (x) – hơi (y) và nhiệt độ sôi của hỗn hợp Etanol -
Nước ở 760 mmHg:
9
x(%phân mol) 0 5 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
y(%phân mol) 0 9.2 16.7 30.3 42.5 53 62.6 71.6 79.5 86.4 93 100
t(
o
C)
118.
4 115.4
113.
8 110.1 107.5 105.8
104.
4
103.
3 102.1
101.
3 100.6 100
33
253
254
255
256
257
258
259
260
261
262
34
ĐAMH Quá Trình và Thiết Bị GVHD : NGUYỄN ĐÌNH THỌ
III. CÔNG NGHỆ CHƯNG CẤT HỆ ETANOL – NƯỚC:
Etanol là một chất lỏng tan vô hạn trong H
2
O, nhiệt độ sôi là 78,3
0
C ở
760mmHg, nhiệt độ sôi của nước là 100
o
C ở 760mmHg : hơi cách biệt khá xa nên
phương pháp hiệu quả để thu etanol có độ tinh khiết cao là phương pháp chưng cất.
Trong trường hợp này, ta không thể sử dụng phương pháp cô đặc vì các cấu tử
đều có khả năng bay hơi, và không sử dụng phương pháp trích ly cũng như phương
pháp hấp thụ do phải đưa vào một khoa mới để tách, có thể làm cho quá trình phức
tạp hơn hay quá trình tách không được hồn tồn.
* Sơ đồ qui trình công nghệ chưng cất hệ Etanol – nước:
Chú thích các kí hiệu trong qui trình:
1 . Bồn chứa nguyên liệu.
2 . Bơm.
3 . Bồn cao vị.
4 . Lưu lượng kế.
5 . Thiết bị trao đổi nhiệt với sản phẩm đáy.
6 . Thiết bị gia nhiệt nhập liệu.
7 . Bẩy hơi.
8 . Tháp chưng cất.
9 . Nhiệt kế.
10 . Aùp kế.
11 . Thiết bị ngưng tụ sản phẩm đỉnh.
12 . Nồi đun.
13 . Thiết bị làm nguội sản phẩm đỉnh.
14 . Bồn chứa sản phẩm đỉnh.
15 . Bồn chứa sản phẩm đáy.
16 . Bộ phận phân dòng.
10
37
264
265
266
267
268
269
270
271
272
273
274
275
276
277
278
279
280
281
282
283
284
285
286
287
288
289
290
291
292
293
294
295
296
297
298
299
300
301
302
303
304
305
306
307
308
309
310
38
ĐAMH Quá Trình và Thiết Bị GVHD : NGUYỄN ĐÌNH THỌ
11
41
311
42
ĐAMH Quá Trình và Thiết Bị GVHD : NGUYỄN ĐÌNH THỌ
12
45
312
46
ĐAMH Quá Trình và Thiết Bị GVHD : NGUYỄN ĐÌNH THỌ
13
49
313
314
315
316
317
318
319
320
321
322
323
324
325
326
327
328
329
330
331
332
333
334
335
336
337
338
339
340
50
ĐAMH Quá Trình và Thiết Bị GVHD : NGUYỄN ĐÌNH THỌ
* Thuyết minh qui trình công nghệ:
Hỗn hợp etanol – nước có nồng độ etanol 10% ( theo phân mol), nhiệt độ khoảng
28
0
C tại bình chứa nguyên liệu (1) được bơm (2) bơm lên bồn cao vị (3). Từ đó được
đưa đến thiết bị trao đổi nhiệt (5) ( trao đổi nhiệt với sản phẩm đáy ). Sau đó, hỗn
hợp được đun sôi đến nhiệt độ sôi trong thiết bị gia nhiệt(6)ù, hỗn hợp được đưa vào
tháp chưng cất (8) ở đĩa nhập liệu.
Trên đĩa nhập liệu, chất lỏng được trộn với phần lỏng từ đoạn cất của tháp chảy
xuống. Trong tháp hơi, đi từ dưới lên gặp chất lỏng từ trên xuống. Ở đây, có sự tiếp
xúc và trao đổi giữa hai pha với nhau. Pha lỏng chuyển động trong phần chưng càng
xuống dưới càng giảm nồng độ các cấu tử dễ bay hơi vì đã bị pha hơi tạo nên từ nồi
đun (12) lôi cuốn cấu tử dễ bay hơi.Nhiệt độ càng lên trên càng thấp, nên khi hơi đi
qua các đĩa từ dưới lên thì cấu tử có nhiệt độ sôi cao là nước sẽ ngưng tụ lại, cuối
cùng trên đỉnh tháp ta thu được hỗn hợp có cấu tử etanol chiếm nhiều nhất (có nồng
độ 85% phân mol). Hơi này đi vào thiết bị ngưng tụ (11) và được ngưng tụ hồn tồn.
Một phần chất lỏng ngưng tụ đi qua thiết bị làm nguội sản phẩm đỉnh (13), được làm
nguội đến 35
0
C , rồi được đưa qua bồn chứa sản phẩm đỉnh (14). Phần còn lại của
chất lỏng ngưng tụ đựơc hồn lưu về tháp ở đĩa trên cùng với tỉ số hồn lưu tối ưu.
Một phần cấu tử có nhiệt độ sôi thấp được bốc hơi, còn lại cấu tử có nhiệt độ sôi cao
trong chất lỏng ngày càng tăng. Cuối cùng, ở đáy tháp ta thu được hỗn hợp lỏng hầu
hết là các cấu tử khó bay hơi ( nước). Hỗn hợp lỏng ở đáy có nồng độ etanol là 0,11
% phân mol, còn lại là nước. Dung dịch lỏng đáy đi ra khỏi tháp vào nồi đun (12).
Trong nồi đun dung dịch lỏng một phần sẽ bốc hơi cung cấp lại cho tháp để tiếp tục
làm việc, phần còn lại ra khỏi nồi đun được trao đổi nhiệt với dòng nhập liệu trong
thiết bị (5) (sau khi qua bồn cao vị).
Hệ thống làm việc liên tục cho ra sản phẩm đỉnh là etanol, sản phẩm đáy sau khi
trao đổi nhiệt với nhập liệu có nhiệt độ là 60
0
C được thải bỏ.
CHƯƠNG II : CÂN BẰNG VẬT CHẤT .
I . CÁC THÔNG SỐ BAN ĐẦU :
• Năng suất nhập liệu:
• (
x
=x
1
*M
1
/(x
1
*M
1
+(1-x
1
)*M
2
)=(0.08*60)/(0.08*60+0.92*18)=20/89=0.2247
14
53
341
342
343
344
345
346
347
348
349
350
351
352
353
354
355
356
357
358
359
360
361
362
363
364
365
366
367
368
369
370
371
372
373
374
375
376
377
378
379
380
381
382
383
54
ĐAMH Quá Trình và Thiết Bị GVHD : NGUYỄN ĐÌNH THỌ
• 1/
natb
xx
ρρρ
/)1(/
−+=
=20/89/1039.6+(1-20/89)/995.6,
tb
ρ
=1005.16kg/m
3
)
• G
F
=Q
F
*
tb
ρ
=5*1005.16=5025.8(kg/h).
• Nồng độ nhập liệu : x
F
= 8% mol acid axetic (x
F
=0.92)
• Nồng độ sản phẩm đỉnh : x
D
= 0.5% mol acid axetic( x
D
=0.995)
• Nồng độ sản phẩm đáy : x
W
= 30% mol acid axetic.(x
W
=0.7)
• Khối lượng phân tử của acid axetic và nước : M
A
=60 kg/kmol , M
N
=18
kg/kmol .
• Chọn :
+ Nhiệt độ nhập liệu : t’
F
=28
o
C .
+ Nhiệt độ sản phẩm đỉnh sau khi làm nguội : t’
D
=35
o
C .
+ Nhiệt độ sản phẩm đáy sau khi trao đổi nhiệt : t’
W
= 35
o
C .
+Trạng thái nhập liệu là trạng thái lỏng sôi .
• Các kí hiệu :
+ G
F
, F : suất lượng nhập liệu tính theo Kg/h , Kmol/h .
+ G
D
, D : suất lượng sản phẩm đỉnh tính theo Kg/h , Kmol/h .
+ G
W
,W : suất lượng sản phẩm đáy tính theo Kg/h , Kmol/h .
+ x
i
,
i
x
: phân mol , phân khối lượng của cấu tử i .
II . XÁC ĐỊNH SUẤT LƯỢNG SẢN PHẨM ĐỈNH VÀ SẢN PHẨM
ĐÁY :
• Cân bằng vật chất cho tồn tháp : F = D + W (II.1)
• Cân bằng cấu tử : F.x
F
= D.x
D
+ W.x
W
(II.2)
Với : * Phân mol nhập liệu : x
F
= 8%(phân mol acid axetic ).
Khối lượng phân tử trung bình dòng nhập liệu :
M
F
=
18).1(.60
FF
xx
−+
= 21.36 (Kg/Kmol).
F =
F
F
M
G
=
36.21
8.5025
=235.29 (Kmol/h)
* Phân mol sản phẩm đỉnh : x
D
=0,5% (phân mol acid axetic ) .
Khối lượng phân tử trung bình dòng sản phẩm đáy :
M
W
=
18).1(.60
WW
xx
−+
= 30.6 (Kg/Kmol).
Khối lượng phân tử trung bình dòng sản phẩm đỉnh :
M
D
=
18).1(.60
DD
xx
−+
=18.21 (Kg/Kmol).
Giải 2 phương trình (II.1),(II.2)ta có :
15
57
384
385
386
387
388
389
390
391
392
393
394
395
396
397
398
399
400
401
402
403
404
405
406
407
408
409
410
411
412
413
414
415
58
ĐAMH Quá Trình và Thiết Bị GVHD : NGUYỄN ĐÌNH THỌ
D =175.47 (Kmol/h)
W = 59.819 (Kmol/h)
III . XÁC ĐỊNH TỈ SỐ HỒN LƯU THÍCH HỢP :
1 . Tỉ số hồn lưu tối thiểu:
Tỉ số hồn lưu tối thiểu là chế độ làm việc mà tại đó ứng với số mâm lý thuyết là
vô cực .Do đó ,chi phí cố định là vô cực nhưng chi phí điều hành (nhiên liệu ,nước
và bơm…) là tối thiểu .
Do đồ thị cân bằng của hệ acid axetic -Nước có điểm uốn ,nên xác định tỉ số hồn
lưu tối thiểu bằng cách :
+Trên đồ thị cân bằng y-x ,từ điểm (0.995,0.995) ta kẻ một đường thẳng đi qua
điểm (x
F
,y
*
F
) cắt trục Oy tại điểm có y
o
= 0.32.
+Theo phương trình đường làm việc đoạn cất , khi x
o
=0 thì
y
o
=
1
min
+
R
x
D
=0.32
Vậy : tỉ số hồn lưu tối thiểu : R
min
= 2.109
or
R
min
=
x
y
y
x
F
F
F
D
−
−
*
*
=
92.0945.0
945.0995.0
−
−
=2
Tỉ số hồn lưu thích hợp:R
X
=1.3R
min
+0.3=2.9
2. Tỉ số hồn lưu thích hợp:
Khi R tăng, số mâm sẽ giảm nhưng đường kính tháp ,thiết bị ngưng tụ ,nồi đun
và công để bơm cũng tăng theo.Chi phí cố định sẽ giảm dần đến cực tiểu rồi tăng
đến vô cực khi hồn lưu tồn phần ,lượng nhiệt và lượng nước sử dụng cũng tăng theo
tỉ số hồn lưu .
Tổng chi phí bao gồm : chi phí cố định và chi phí điều hành . Tỉ số hồn lưu thích
hợp ứng với tổng chi phí là cực tiểu .
Tuy nhiên ,đôi khi các chi phí điều hành rất phức tạp ,khó kiểm sốt nên người ta
có thể tính tỉ số hồn lưu thích hợp từ điều kiện tháp nhỏ nhất .Để tính được tỉ số hồn
lưu thích hợp theo điều kiện tháp nhỏ nhất (không tính đến chi phí điều hành),ta cần
lập mối quan hệ giữa tỉ số hồn lưu và thể tích tháp ,từ đó chọn R
th
ứng với thể tích
tháp là nhỏ nhất.
Nhận thấy ,tiết diện tháp tỉ lệ với lượng hơi đi trong tháp ,mà lượng hơi lại tỉ lệ
với lượng lỏng hồi lưu trong tháp ,do trong điều kiện làm việc nhất định thì G
D
sẽ
không đổi nên lượng lỏng hồi lưu sẽ tỉ lệ với (R+1) ,do đó , tiết diện tháp sẽ tỉ lệ với
(R+1). Ngồi ra ,chiều cao tháp tỉ lệ với số đơn vị chuyển khối m
ox
hay số mâm lý
thuyết N
lt
.Cho nên ,thể tích làm việc của tháp tỉ lệ với tích số m
ox
*(R+1) .Như vậy,
ta có thể thiết lập quan hệ giữa R và V
tháp
theo quan hệ R và m
ox
*(R+1) .Từ đồ thị
của quan hệ này ,ta xác định được điểm cực tiểu của m
ox
*(R+1) ứng với tỉ số hồn
lưu thích hợp R .
R m
ox
m
ox
*(R+1)
16
61
416
417
418
419
420
421
422
423
424
425
426
427
428
429
430
431
432
433
434
435
436
437
438
439
440
441
442
443
444
445
446
447
448
449
450
451
452
453
454
62
ĐAMH Quá Trình và Thiết Bị GVHD : NGUYỄN ĐÌNH THỌ
2.496 47.818 167.173
2.723 37.733 140.480
2.973 32.801 130.320
3.023 33.545 134.952
Vậy : Tỉ số hồn lưu thích hợp là R= 2,973 .
IV . PHƯƠNG TRÌNH ĐƯỜNG LÀM VIỆCSỐ MÂM LÝ THUYẾT:
1 . Phương trình đường nồng độ làm việc của đoạn cất :
y =
1
.
1
.
+
+
+
R
x
x
R
R
D
=
19,2
995,0
.
19,2
9,2
+
+
+
x
=0,7436.x + 0.2551
2 . Phương trình đường nồng độ làm việc của đoạn chưng :
y =
W
x
R
f
x
R
fR
.
1
1
.
1
+
−
+
+
+
=
7.0.
19,2
1341.1
.
19,2
341.19,2
+
−
+
+
+
x
= 1.087x – 0.0612
Với : f =
47.175
29.235
=
D
F
= 1.341 : chỉ số nhập liệu .
3 . Số mâm lý thuyết :
Đồ thị xác định số mâm lý thuyết :(Xem hình ở trang sau ).
17
65
455
456
457
458
459
460
461
462
463
464
465
466
467
468
469
470
471
472
473
474
475
476
477
66
ĐAMH Quá Trình và Thiết Bị GVHD : NGUYỄN ĐÌNH THỌ
Từ đồ thị ,ta có : 29 mâm bao gồm : 19 mâm cất
1 mâm nhập liệu
5 mâm chưng(4 mâm chưng+1 nồi đun)
Tóm lại ,số mâm lý thuyết là N
lt
= 28 mâm .
V . XÁC ĐỊNH SỐ MÂM THỰC TẾ:
Số mâm thực tế tính theo hiệu suất trung bình :
tb
lt
tt
η
N
N
=
(st2/170)
trong đó: η
tb
: hiệu suất trung bình của đĩa, là một hàm số của độ bay hơi tương
đối và độ nhớt của hỗn hợp lỏng : η = f(α,µ).
N
tt
: số mâm thực tế.
N
lt
: số mâm lý thuyết.
• Xác định hiệu suất trung bình của tháp η
tb
:
+ Độ bay tương đối của cấu tử dễ bay hơi :
x
x1
y1
y
*
*
−
−
=
α
18
69
478
479
480
481
482
483
484
485
486
487
488
489
490
491
492
493
494
495
496
497
498
499
500
501
502
503
504
505
506
507
508
509
510
511
512
513
514
515
516
517
518
519
70
ĐAMH Quá Trình và Thiết Bị GVHD : NGUYỄN ĐÌNH THỌ
Với : x :phân mol của nước trong pha lỏng .
y
*
: phân mol của nước trong pha hơi cân bằng với pha lỏng.
* Tại vị trí nhập liệu :
x
F
= 0.92 ta tra đồ thị cân bằng của hệ : y
*
F
= 0.945
t
F
= 100.52
o
C
+
92.0
92.01
.
945.01
945.0
x
x1
y1
y
α
F
F
*
*
F
−
−
=
−
−
=
F
F
= 1.494
+ Từ
%12,22
=
F
x
và t
F
= 100.52
o
C ,tra tài liệu tham khảo [4(tập 1) –
trang 107] :
F
=43.10
-6
.9,81 = 0,422.10
-3
(N.s/m
2
)
= 0,422 (cP)
Suy ra :
F
.
F
= 7,129.0,422 =3,007
Tra tài liệu tham khảo [4(tập 2) – trang 171] :
F
= 0,395
* Tại vị trí mâm đáy :
x
W
= 0.7 ta tra đồ thị cân bằng của hệ : y
*
W
= 0.795
t
W
= 102.1
o
C
+
7.0
7.01
.
795.01
795.0
x
x1
y1
y
α
W
W
*
*
W
−
−
=
−
−
=
W
W
= 1.662
+ Từ
%29,0
18).1(.46
.46
=
−+
=
WW
W
W
xx
x
x
và t
W
= 100
o
C ,tra tài liệu tham
khảo [4(tập 1) – trang 107] :
W
=25.10
-6
.9,81= 0,245.10
-3
(N.s/m
2
)
= 0,245 (cP)
Suy ra :
W
.
W
= 16,177.0,245 = 3,967
Tra tài liệu tham khảo [4(tập 2) – trang 171] :
W
= 0,365
*Tại vị trí mâm đỉnh :
x
D
= 0.995 ta tra đồ thị cân bằng của hệ : y
*
D
= 0.997
t
D
= 100.22
o
C
+
995.0
995.01
.
997.01
997.0
x
x1
y1
y
α
D
D
*
*
D
−
−
=
−
−
=
D
D
= 1.67
+ Từ
%5,93
18).1(.46
.46
=
−+
=
DD
D
D
xx
x
x
và t
D
= 78,5
o
C ,tra tài liệu tham
khảo [4(tập 1) – trang 107] :
D
=51.10
-6
.9,81= 0,500.10
-3
(N.s/m
2
)
= 0,500 (cP)
Suy ra :
D
.
D
= 1,049.0,500 = 0,525
Tra tài liệu tham khảo [4(tập 2) – trang 171] :
D
= 0,600
Suy ra: hiệu suất trung bình của tháp :
tb
=
4567,0
3
600,0365,0395,0
3
=
++
=
++
DWF
ηηη
• Số mâm thực tế của tháp N
tt
:
4567,0
28
=
tt
N
=52,55 mâm
Vậy chọn N
tt
= 53 mâm , gồm : 42 mâm cất
19
73
520
521
522
523
524
525
526
527
528
529
530
531
532
533
534
535
536
537
538
539
540
541
542
543
544
545
546
547
548
549
550
551
552
553
554
555
74
ĐAMH Quá Trình và Thiết Bị GVHD : NGUYỄN ĐÌNH THỌ
1 mâm nhập liệu
10 mâm chưng
20
77
556
557
558
559
560
561
562
563
564
565
566
567
568
78
ĐAMH Quá Trình và Thiết Bị GVHD : NGUYỄN ĐÌNH THỌ
CHƯƠNG III :TÍNH TỐN –THIẾT KẾ THÁP
CHƯNG CẤT .
I . ĐƯỜNG KÍNH THÁP :(D
t
)
tbyy
tb
g
)ω.(
0188,0
ω.3600.π
4V
D
tb
tb
t
ρ
==
(m)(t2 tr181)
V
tb
:lượng hơi trung bình đi trong tháp (m
3
/h).
ω
tb
:tốc độ hơi trung bình đi trong tháp (m/s).
g
tb
: lượng hơi trung bình đi trong tháp (Kg/h).
Lượng hơi trung bình đi trong đoạn chưng và đoạn cất khác nhau.Do đó,
đường kính đoạn chưng và đoạn cất cũng khác nhau .
1. Đường kính đoạn cất :
a . Lượng hơi trung bình đi trong tháp :
2
1
gg
g
d
tb
+
=
(Kg/h)
g
d
: lượng hơi ra khỏi đĩa trên cùng của tháp (Kg/h).
g
1
: lượng hơi đi vào đĩa dưới cùng của đoạn cất (Kg/h).
• Xác định g
d
: g
d
= D.(R+1) =175.47(2,9+1) = 684.333 (Kmol/h)
= 40973.75(Kg/h)
(Vì M
thD
=60.y
D
+(1-y
D
).18 = 59.874Kg/Kmol).
• Xác định g
1
: Từ hệ phương trình :
=
+=
+=
dd
D
rgrg
xDxGyg
DGg
..
...
11
1111
11
(III.1)
Với : G
1
: lượng lỏng ở đĩa thứ nhất của đoạn cất .
r
1
: ẩn nhiệt hố hơi của hỗn hợp hơi đi vào đĩa thứ nhất của đoạn cất
r
d
: ẩn nhiệt hố hơi của hỗn hợp hơi đi ra ở đỉnh tháp .
* Tính r
1
: t
1
= t
F
= 100.52
o
C , tra tài liệu tham khảo [4 (tập 1)] ta có :
Aån nhiệt hố hơi của nước : r
N1
= 40512.96 (KJ/kmol) .
Aån nhiệt hố hơi của acid : r
R1
= 24195.24 (KJ/kmol) .
Suy ra : r
1
= r
R1
.y
1
+ (1-y
1
).r
N1
= 40512.96 – 16317.72y
1
(KJ/kmol)
* Tính r
d
: t
D
= 100.22
o
C , tra tài liệu tham khảo IV (tập 1) ta có :
Aån nhiệt hố hơi của nước : r
Nd
= 40512.96 (KJ/kmol) .
Aån nhiệt hố hơi của acid : r
Rd
= 24195.24(KJ/kmol) .
Suy ra : r
d
= r
Rd
.y
D
+ (1-y
D
).r
Nd
=24195.24*0.997 + (1- 0.997)*40512.96
= 24244.193 (KJ/kmol)
* x
1
= x
F
= 0.92
Giải hệ (III.1) , ta được : G
1
= 483.96 (Kmol/h)
y
1
= 0.647 (phân mol acid) _ M
1
=45.174
g
1
= 958.43 (Kmol/h) = 43297.02(Kg/h)
Vậy : g
tb
=
2
02.4329775.40973
+
=42135.38(Kg/h)
21
81
569
570
571
572
573
574
575
576
577
578
579
580
581
582
583
584
585
586
587
588
589
590
591
592
593
594
595
596
597
598
599
600
601
602
603
604
82
ĐAMH Quá Trình và Thiết Bị GVHD : NGUYỄN ĐÌNH THỌ
b . Tốc độ hơi trung bình đi trong tháp :
Tốc độ giới hạn của hơi đi trong tháp với mâm xuyên lỗ có ống chảy chuyền :
ytb
xtb
gh
ρ
ρ
ω
.05,0
=
Với :
xtb
: khối lượng riêng trung bình của pha lỏng (Kg/m
3
) .
ytb
: khối lượng riêng trung bình của pha hơi (Kg/m
3
) .
• Xác định
ytb
:
( )
[ ]
( )
273.4,22
273.18.160.
+
−+
=
tb
tbtb
ytb
t
yy
ρ
Với: + Nồng độ phân mol trung bình : y
tb
=
2
1 D
yy
+
=
2
997.0647.0
+
=0.822
+ Nhiệt độ trung bình đoạn cất : t
tb
=
2
DF
tt
+
=
2
22.10052.100
+
=100.37
o
C
Suy ra :
ytb
=1.745 (Kg/m
3
).
• Xác định
xtb
:
Nồng độ phân mol trung bình : x
tb
=
2
DF
xx
+
=
2
099592.0
+
= 0.4577
Suy ra :
18).1(.60
.60
tbtb
tb
tb
xx
x
x
−+
=
=0.7378 .
t
tb
= 100.37
o
C , tra tài liệu tham khảo [4 (tập 1)-trang 9], ta có :
a
=958kg/m
3
n
=958 kg/m
3
1/
natb
xx
ρρρ
/)1(/
−+=
xtb
= 958 (Kg/m
3
)
Suy ra :
745.1
958
.05,0
=
gh
ω
=1.172 (m/s)
Để tránh tạo bọt ta chọn tốc độ hơi trung bình đi trong tháp :
172.1.8,0.8,0
==
ghh
ωω
= 0.9376 (m/s)
Vậy :đường kính đoạn cất :
D
cất
=
9376.0.745.1
38.42135
.0188,0
= 3.017 (m).
2. Đường kính đoạn chưng :
a . Lượng hơi trung bình đi trong tháp :
2
1
,,
,
gg
g
n
tb
+
=
(Kg/h)
g’
n
: lượng hơi ra khỏi đoạn chưng (Kg/h).
g’
1
: lượng hơi đi vào đoạn chưng (Kg/h).
• Xác định g’
n
: g’
n
= g
1
= 561,873 (Kg/h)
• Xác định g’
1
: Từ hệ phương trình :
22
85
605
606
607
608
609
610
611
612
613
614
615
616
617
618
619
620
621
622
623
624
625
626
627
628
629
630
631
632
633
86
ĐAMH Quá Trình và Thiết Bị GVHD : NGUYỄN ĐÌNH THỌ
==
+=
+=
1111
1
'
1
1
'
1
'
1
'
.'.''.'
..'.
rgrgrg
xWygxG
WgG
nn
WW
(III.2)
Với : G
’
1
: lượng lỏng ở đĩa thứ nhất của đoạn chưng .
r’
1
: ẩn nhiệt hố hơi của hỗn hợp hơi đi vào đĩa thứ nhất của đoạn chưng.
* Tính r’
1
: x
W
=0,0011 tra đồ thị cân bằng của hệ ta có : y
W
=0,018
Suy ra :M
tbg’
=46.y
W
+(1-y
W
).18=18,504 (Kg/kmol)
t’
1
= t
W
= 100
o
C , tra tài liệu tham khảo [4 (tập 1)], ta có :
Aån nhiệt hố hơi của nước : r’
N1
= 40680 (KJ/kmol) .
Aån nhiệt hố hơi của rượu : r’
R1
= 36394,3 (KJ/kmol) .
Suy ra : r’
1
= r’
R1
.y
W
+ (1-y
W
).r’
N1
= 40543,9 (KJ/kmol)
* Tính r
1
: r
1
= 41280 – 3885.y
1
=41280–3885.0,297 =40126,155(KJ/kmol)
* W = 42,477 (Kmol/h)
Giải hệ (III.2) , ta được : x’
1
=0,0067(phân mol etanol) _ M
tbG’
=18,189
G
’
1
= 63,608 (Kmol/h) =
g’
1
= 21,131 (Kmol/h) = 391,008(Kg/h)
Vậy : g’
tb
=
441,476
2
008,391873,561
=
+
(Kg/h)
b . Tốc độ hơi trung bình đi trong tháp :
Tốc độ giới hạn của hơi đi trong tháp với mâm xuyên lỗ có ống chảy chuyền :
ytb
xtb
gh
'
'
.05,0'
ρ
ρ
ω
=
Với : '
xtb
: khối lượng riêng trung bình của pha lỏng (Kg/m
3
) .
'
ytb
: khối lượng riêng trung bình của pha hơi (Kg/m
3
) .
• Xác định ’
ytb
:
( )
[ ]
( )
273'.4,22
273.18.'146.'
'
+
−+
=
tb
tbtb
ytb
t
yy
ρ
Với: + Nồng độ phân mol trung bình :
y’
tb
=
2
1 W
yy
+
=
2
018,0297,0
+
=0,1575
+ Nhiệt độ trung bình đoạn chưng : t’
tb
=
2
WF
tt
+
=
2
1005,86
+
=93,25
o
C
Suy ra : ’
ytb
=0,746 (Kg/m
3
).
• Xác định ’
xtb
:
Nồng độ phân mol trung bình : x’
tb
=
2
WF
xx
+
=
2
0011,010,0
+
= 0,051
Suy ra :
18).'1('.46
'.46
'
tbtb
tb
tb
xx
x
x
−+
=
=11,98% .
t’
tb
= 93,25
o
C , tra tài liệu tham khảo [4 (tập 1)-trang 9], ta có :
Khối lượng riêng của nước : ’
N
= 963,117(Kg/m
3
)
Khối lượng riêng của rượu : ’
R
= 720,365(Kg/m
3
)
23
89
634
635
636
637
638
639
640
641
642
643
644
645
646
647
648
649
650
651
652
653
654
655
656
657
658
659
660
661
662
663
664
665
90
ĐAMH Quá Trình và Thiết Bị GVHD : NGUYỄN ĐÌNH THỌ
Suy ra :’
xtb
=
1
'
'1
'
'
−
−
+
N
tb
R
tb
xx
ρρ
=925,744 (Kg/m
3
)
Suy ra :
746,0
744,925
.05,0'
=
gh
ω
=1,762 (m/s)
Để tránh tạo bọt ta chọn tốc độ hơi trung bình đi trong tháp :
762,1.8,0'.8,0'
==
ghh
ωω
= 1,409 (m/s)
Vậy :đường kính đoạn cất :
D
chưng
=
409,1.746,0
441,476
.0188,0
= 0,400 (m).
Kết luận : hai đường kính đoạn cất và đoạn chưng không chênh lệch nhau quá
lớn nên ta chọn đường kính của tồn tháp là : D
t
= 0,500 (m).
Khi đó tốc độ làm việc thực ở :
+ Phần cất : ω
lv
=
903,0
171,1.5,0
768,747.0188,0
.
.0188,0
2
2
2
2
==
ytbt
tb
D
g
ρ
(m/s).
+ Phần chưng :ω’
lv
=
903,0
746,0.5,0
441,476.0188,0
'.
'.0188,0
2
2
2
2
==
ytbt
tb
D
g
ρ
(m/s).
II . MÂM LỖ – TRỞ LỰC CỦA MÂM :
1 . Cấu tạo mâm lỗ :
Chọn : + Đường kính lỗ : d
l
= 3 (mm).
+ Tổng diện tích lỗ bằng 9,77% diện tích mâm.
+ Khoảng cách giữa hai tâm lỗ bằng 2,5 lần đường kính lỗ (bố trí lỗ theo
tam giác đều ).
+ Tỷ lệ bề dày mâm và đường kính lỗ là 6/10 .
+ Diện tích dành cho ống chảy chuyền là 20% diện tích mâm .
Số lỗ trên 1 mâm :
N =
lo
mâm
S
%.77,9 S
=
2
2
003,0
5,0
.0977,0.0977,0
=
l
t
d
D
~2716 lỗ.
Vậy: ta bố trí các lỗ trên 1 mâm thành 51(hàng), số lỗ trên đường chéo là 66 lỗ.
2 . Độ giảm áp của pha khí qua một mâm :
Độ giảm áp tổng cộng của pha khí (tính bằng mm.chất lỏng ) là tổng các độ
giảm áp của pha khí qua mâm khô và các độ giảm áp do pha lỏng :
h
tl
= h
k
+ h
l
+ h
R
(mm.chất lỏng)
Với : + h
k
:độ giảm áp qua mâm khô (mm.chất lỏng).
+ h
l
: độ giảm áp do chiều cao lớp chất lỏng trên mâm(mm.chất lỏng).
+h
R
: độ giảm áp do sức căng bề mặt (mm.chất lỏng).
Trong tháp mâm xuyên lỗ ,gradien chiều cao mực chất lỏng trên mâm ∆ là
không đáng kể nên có thể bỏ qua .
a . Độ giảm áp qua mâm khô :
Độ giảm áp của pha khí qua mâm khô được tính dựa trên cơ sở tổn thất áp suất
do dòng chảy đột thu , đột mở và do ma sát khi pha khí chuyển động qua lỗ.
24
93
666
667
668
669
670
671
672
673
674
675
676
677
678
679
680
681
682
683
684
685
686
687
688
689
690
691
692
693
694
695
696
697
698
699
94
ĐAMH Quá Trình và Thiết Bị GVHD : NGUYỄN ĐÌNH THỌ
L
G
o
o
L
G
o
o
k
C
u
g
C
v
h
ρ
ρ
ρ
ρ
..0,51
..2
.
2
2
2
2
=
=
(mm.chất lỏng)
Với : + u
o
:vận tốc pha hơi qua lỗ (m/s).
+
G
: khối lượng riêng của pha hơi (Kg/m
3
).
+
L
: khối lượng riêng của pha lỏng (Kg/m
3
).
+ C
o
:hệ số orifice ,phụ thuộc vào tỷ số tổng diện tích lỗ với diện tích
mâm và tỷ số giữa bề dày mâm với đường kính lỗ.
Ta có :
mâm
S
S
lo
∑
=0,0977 và
l
mâm
d
δ
=0,6 .Tra tài liệu tham khảo [1 –
trang 111] : C
o
= 0,745
• Đối với mâm ở phần cất :
+ Vận tốc pha hơi qua lỗ : u
o
=
0977,0
903,0
%77,9
=
lv
ω
=9,243 (m/s).
+ Khối lượng riêng của pha hơi :
G
= ρ
ytb
= 1,171 (Kg/m
3
).
+ Khối lượng riêng của pha lỏng :
L
= ρ
xtb
= 821,25 (Kg/m
3
).
Suy ra độ giảm áp qua mâm khô ở phần cất :
25,821
171,1
.
745,0
243,9
.0,51
2
2
=
k
h
=10,683 (mm.chất lỏng).
• Đối với mâm ở phần chưng :
+ Vận tốc pha hơi qua lỗ : u’
o
=
0977,0
903,0
%77,9
'
=
lv
ω
=9,243 (m/s).
+ Khối lượng riêng của pha hơi : ’
G
= ρ’
ytb
= 0,746 (Kg/m
3
).
+ Khối lượng riêng của pha lỏng : ’
L
= ρ’
xtb
= 925,744 (Kg/m
3
).
Suy ra độ giảm áp qua mâm khô ở phần chưng :
744,925
746,0
.
745,0
243,9
.0,51'
2
2
=
k
h
= 6,039 (mm.chất lỏng).
b . Độ giảm áp do chiều cao mức chất lỏng trên mâm :
Phương pháp đơn giản để ước tính độ giảm áp của pha hơi qua mâm do lớp chất
lỏng trên mâm h
l
là từ chiều cao gờ chảy tràn h
w
, chiều cao tính tốn của lớp chất
lỏng trên gờ chảy tràn h
ow
và hệ số hiệu chỉnh theo kinh nghiệm β :
h
l
= β.( h
w
+ h
ow
) , (mm.chất lỏng)
Chọn : + Hệ số hiệu chỉnh : β = 0,6
+ Chiều cao gờ chảy tràn : h
w
= 50 (mm)
Chiều cao tính tốn của lớp chất lỏng trên gờ chảy tràn được tính từ phương trình
Francis với gờ chảy tràn phẳng :
3
2
.4,43
=
w
L
ow
L
q
h
, (mm.chất lỏng)
Với : + q
L
: lưu lượng của chất lỏng (m
3
/ph).
+ L
w
:chiều dài hiệu dụng của gờ chảy tràn (m).
• Xác định L
w
:
Diện tích dành cho ống chảy chuyền là 20% diện tích mâm , nên ta có
phương trình sau :
25
97
700
701
702
703
704
705
706
707
708
709
710
711
712
713
714
715
716
717
718
719
720
721
722
723
724
725
726
727
728
729
730
731
732
733
734
98
