Tính toán và thiết kế hệ thống thiết bị chưng luyện liên tục để phân riêng hỗn hợp axeton axit axetic

Trường ĐH Nông lâm
Khoa Cơ khí-Công nghệ
BÀI TẬP LỚN
Quá Trình và Thiết Bị Công Nghệ Hóa Học
1.Đầu đề:
Tính toán và thiết kế hệ thống thiết bị chưng luyện liên tục để phân riêng hỗn hợp Axeton-
Axit axetic.
2.Số liệu ban đầu:
• Năng suất theo hỗn hợp đầu:4.25 tấn/h
• aF=0.55 phần khối lượng, aP=0.99 phần khối lượng, aw=0.11 phần khối lượng.
• Tháp đệm, làm viêc ở áp suất thường
• Hỗn hợp đầu được gia nhiệt đến nhiệt độ sôi.
3. Nội dung các phần thuyết minh và tính toán:
-Chương 1:Tổng quan về sản phẩm, phương pháp, sơ đồ lưu trình công nghệ
-Chương 2: Tính công nghệ và thiết bị chính:
• Cân bằng vật liệu, cân bằng nhiệt lượng
• Kích thước thiết bị (đường kính của từng đoạn, chiều cao, trở lực)
4. Các bản vẽ: 1 bản vẽ dây chuyền công nghệ khổ A3, đóng vào bản thuyết minh
5. Thời gian thực hiện:
-Ngày bắt đầu giao bài tập:
-Ngày nộp bài tập:
CHƯƠNG I
TỔNG QUAN VỀ SẢN PHẨM, PHƯƠNG PHÁP, SƠ ĐỒ LƯU TRÌNH
CÔNG NGHỆ
1.Sơ lược về lý thuyết Chưng Luyện
Trong công nghệ hóa học, để phân riêng nhỗn hợp 2 hay nhiều cấu tử hòa tan một
phần hay hoàn toàn vào nhau, ta có thể sử dụng nhiều phương pháp khác nhau như: hấp thụ,
hấp phụ, trích ly, chưng cất…Mỗi phương pháp đều có những đặc thù riêng và có những ưu
nhược điểm nhất định. Việc lựa chon phương pháp và thiết bị cho phù hợp tùy thuộc vào hỗn
hợp ban đầu, yêu cầu sản phẩm và điều kiện kinh tế.
2. Tổng quan về sản phẩm

Axeton
Axeton là chất lỏng không màu, có mùi đặc trưng, tan nhiều trong nước do phân tử
phân cực, là dung môi tốt cho rất nhiều chất hữu cơ, có tỷ trọng d=0.7908, có nhiệt độ sôi
t=56,24, nóng chảy ở nhiệt độ -95,35
Axeton có công thức phân tử CH3COCH3, M=58
Phương pháp quan trọng để điều chỉnh Axeton là: oxy hóa rượu isopropanol
CH3CH(OH)CH3
Về mặt hóa học: Có cấu tạo tương tự andehyt, xeton tham gia phản ứng cộng H2 và
natrihydrsunfat (NaHSO3) nhưng không tham gia phản ứng tráng gương với AgNO3, Và
Cu(OH)2 tuy nhiên có thể bị oxy hóa và cắt sát nhóm –CO để tạo thành 2 axit khi nó phản
ứng với chất oxy hóa mạnh
-Ứng dụng: Axeton hòa tan tôt trong axetat, nitro xenlulo, nhựa fenol focmandehyt, chất béo,
dung môi pha sơn,mực ống đồng. Nó là nguyên liệu để tổng hợp thủy tinh hữu cơ, từ axeton
có thể điều chế xeten sunphunat (thuốc ngủ) và các halophom.
AXIT AXETIC:
(A. acetic acid; cg. axit etanoic, axit metacacboxylic), CH3COOH. Chất lỏng không màu, mùi
nồng, vị chua. AA khan nước được gọi là AA "băng", tnc = 16,75 oC, ts = 118,1 oC, khối
lượng riêng (ở 15 oC) 1,0550 g/cm3, chiết suất với tia D (ở 20 oC) 1,3730, hằng số phân li K
= 1,75.10–5. AA giảm thể tích khi pha loãng bằng nước. Tan nhiều trong nước, etanol, ete,
benzen; không tan trong cacbon đisunfua (CS2). Trong công nghiệp, AA chủ yếu được điều
chế bằng cách oxi hoá axetanđehit bởi không khí hoặc oxi ở 60 oC với chất xúc tác
(CH3COO)2Mn. Cũng có thể điều chế bằng cách oxi hoá etilen, ancol etylic, vv. Dùng làm
tác nhân axetyl hoá: dùng để điều chế dược phẩm (aspirin, phenaxetin), sản xuất axeton,
axetyl xenlulozơ, phẩm nhuộm tổng hợp; dùng trong công nghiệp thực phẩm, nhuộm màu và
in hoa lên vải. Nồng độ giới hạn của hơi axit trong không khí là 0,005 mg/l. Dung dịch AA
nồng độ trên 30% gây bỏng.
Nhìn chung Axeton và axit axetic có nhiều ứng dụng trong công nghiệp cũng như
trong đời sống hằng ngày nên cần thiết phải tách riêng được chúng.
3. Phương pháp
Đối với hỗn hợp axeton và Axit axetic là hỗn hợp 2 cấu tử hoàn toàn tan vào nhau

theo bất kỳ tỷ lệ nào và có nhiệt độ sôi khác biệt nhau ở cùng điều kiện áp suất. Do đo phương
pháp tối ưu để tách hỗn hợp trên là chưng cất. Phương pháp này dựa vào độ bay hơi khác
nhau giữa các cấu tử bằng cách thực hiện quá trinhg chuyển pha và trao đổi nhiệt giữa 2 pha
lỏng-khí. Sản phẩm đỉnh thu được gồm cấu tử có độ bay hơi lớn và một phần cấu tử có độ bay
hơi thấp hơn. Còn sản phẩm đáy thu được chủ yếu là cấu tử khó bay hơi và một phần cấu tử
dễ bay hơi
Trong sản xuất chúng ta thường gặp những phương pháp chưng cất sau đây:
Chưng đơn giản: Dùng để tách sơ bộ và làm sạch các cấu tử khỏi tạp chât (yêu cầu các
cấu tử có độ bay hơi khác xa nhau).
Chưng bằng hơi nước trực tiếp: Tách hỗn hợp gồm các chất khó bay hơi và tạp chất
không bay hơi (chất được tách không tan trong nước).
Chng chõn khụng: Trong trng hp cn h thp nhit sụi ca cu t
Chng luyn: L phng phỏp ph bin nhõt dựng tỏch hon ton hn hp cỏc cu
t d bay hi cú tớnh cht hũa tan mt phn hay hũa tan hon ton vo nhau. V thc cht õy
l quỏ trỡnh chng nhiu ln thu c sn phm tinh khit.
Ngi ta n gin h thng bng cỏch thay c h thng s thit b phi ch to
phc tp cng knh bi mt thỏp gi l thỏp chng luyn. Trong ú cỏc dũng pha chuyn
ng ngc chiu nhau.
Chng luyn ỏp sut thp dựng cho hn hp d b phõn hy nhit cao v cỏc
hn hp nhit sụi quỏ cao.
Chng luyn ỏp sut cao dựng cho cỏc hn hp khụng húa lng ỏp sut thng.
Quỏ trỡnh chng luyn c thc hin trong thit b loi thỏp lm vic liờn tc hay giỏn on.
Cú hai loi thit b thỏp l thỏp ờm v thỏp a.
Thỏp ờm;
Thỏp m l mt thỏp hỡnh tr gm nhiu on ni vi nhau bng mt bớch hay
hn.Trong thỏp ngi ta y m, thỏp m c ng dng rng rói trong k ngh húa hc
hp th, chng luyn, lm lnh.
Thỏp m cú nhng u im sau;
Hiu sut cao vỡ b mt tip xỳc ln
Gii hn lm vic tng i rng

Thit b tng i gn nh d thỏp ri d sa cha.
Tr lc khụng cao lm vic n nh v chng c sn phm ũi hi tinh khit cao.
Thỏp m cú th lm vic ỏp sut thng, ỏp sut chõn khụng, lm vic liờn tc hoc giỏn
on. Cu to kớch thc m tựy thuc ch lm vic v yờu cu tinh khit ca sn
phm.
Nhng nú cng cú hn ch l khú lm t u m. Nu thỏp cao quỏ thỡ phõn phi cht lng
khụng ng u. khc phc, chia m thnh nhiu tng cú t thờm a phõn phi cht
lng i vi mi tng.
CHNG II
Sơ đồ dây chuyền công nghệ
và chế độ thuỷ động của tháp
I. Sơ đồ dây chuyền công nghệ sản xuất. (hình 1):
Nguyên liệu đầu đợc chứa trong thùng chứa (1) và đợc bơm (2) bơm lên thùng cao vị
(3). Mức chất lỏng cao nhất và thấp nhất ở thùng cao vị đợc khống chế bởi của chảy tràn. Hỗn
hợp đầu từ thùng cao vị (3) tự chảy xuống thiết bị đun nóng hỗn hợp đầu (4), quá trình tự chảy
này đợc theo dõi bằng đồng hồ lu lợng. Tại thiết bị gia nhiệt hỗn hợp đầu (4) (dùng hơi nớc
bão hoà), hỗn hợp đầu đợc gia nhiệt tới nhiệt độ sôi, sau khi đạt tới nhiệt độ sôi, hỗn hợp này
đợc đa vào đĩa tiếp liệu của tháp chng luyện loại tháp đệm (5). Trong tháp, hơi đi từ dới lên
tiếp xúc trực tiếp với lỏng chảy từ trên xuống, tại đây xảy ra quá trình bốc hơi và ng ng tụ
nhiều lần. Theo chiều cao của tháp, càng lên cao thì nhiệt độ càng thấp nên khi hơi đi qua các
tầng đệm từ dới lên, cấu tử có nhiệt độ sôi cao sẽ ngng tụ. Quá trình tiếp xúc lỏng hơi trong
tháp diễn ra liên tục làm cho pha hơi ngày càng giầu cấu tử dễ bay hơi, pha lỏng ngày càng
giầu cấu tử khó bay hơi. Cuối cùng trên đỉnh tháp ta sẽ thu đợc hầu hết là cấu tử dễ bay hơi
(Benzen) và một phần rất ít cấu tử khó bay hơi (Toluen). Hỗn hợp hơi này đợc đi vào thiết bị
ngng tụ (6) và tại đây nó đợc ngng tụ hoàn toàn (tác nhân là nớc lạnh). Một phần chất lỏng sau
ngng tụ cha đạt yêu cầu đợc đi qua thiết bị phân dòng (7) để hồi lu trở về đỉnh tháp, phần còn
lại đợc đa vào thiết bị làm lạnh (8) để làm lạnh đến nhiệt độ cần thiết sau đó đi vào thùng chứa
sản phẩm đỉnh (10).
CHNG III
TNH CN BNG VT CHT

I-Thụng s ban u:
Gi:
F: Lu lng hn hp u kg/h-kmol/h
P: Lu lng sn phm nh kg/h-kmol/h
W: Lu lng sn phm ỏy kg/h-kmol/h
aF: Nng hn hp u (phn khi lng)
ap: Nng sn phm nh (phn khi lng)
aw: Nng sn phm ỏy (phn khi lng)
xp: Nng hn hp u (phn mol)
xF: Nng hn hp u (phn mol)
xw: Nng hn hp u (phn mol)
Ký hiu: Axeton:A,M
A
=58
Axit axetic: B, M
B
=60
Theo yờu cu ban u F=4,25tan/h=4250kg/h
1-Tớnh cõn bng vt liu:
Phng trỡnh cõn bng vt vit cho ton thỏp:
F =P + W (1)
Phng trỡnh cõn bng vt liờu vit cho cu t nh:
F
af
= P
ap
+W
aw (2)
T (1) v (2) suy ra:
aFap

W
awaF
P
awap
F

=

=


)/(836,2341
01.099.0
01.055.0
4250 hkg
awap
awaF
FP =


=


=
T (1) suy ra: W = F P=4250-2341,836=1908,164 (kg/h)
Tớnh nng phn mol da vo nng phn khi lng:

=
Miai
Miai

xi
/
/
Thnh phn mol trong hn hp u:
558.0
60
55.01
58
55.0
:
58
55.01
:
=







+=







+=

MB
aF
MA
aF
MA
aF
xp
Thnh phn mol trong sn phm nh:
9903.0
60
99.01
58
99.0
:
58
99.01
: =






−
+=







−
+=
MB
ap
MA
ap
MA
ap
xp
Thành phần mol trong sản phẩm đáy:
01.0
60
01.01
58
01.0
:
58
01.01
: =






−
+=







−
+=
MB
aw
MA
aw
MA
aw
xp
Tính khối lượng mol trung bình:
∑
=
∗=
n
i
MixiM
1
n: Số cấu tử trong hỗn hợp
xi: Phần mol của cấu tử i
Mi: Khối lượng mol của cấu tử i
Trong hỗn hợp đầu:
M
F
= x
F
M

A
+ (1-x
F
)M
B
= 0.558*58 + (1-0.558)*60 = 58.884(kg/kmol)
Trong sản phẩm đỉnh:
M
p
= x
p
M
A
+ (1-x
p
)M
B
= 0.9903*58 + (1-0.9903)*60 = 58,0194(kg/kmol)
Trong sản phẩm đáy:
M
w
= x
w
M
A
+ (1-x
w
)M
B
= 0.01*58 + (1-0.01)*60 = 59.98(kg/kmol)

Lưu lượng tính theo kmol/h:4250
F=4250/58,884=72,176 (kmol/h)
P=2341,836/58,0194=40,363 (kmol/h)
W= 1908,164/59.98=31.813 (kmol/h)
Như vậy ta có bảng tổng kết thành phần sản phẩm như sau;
Phần khối lượng Phần mol Lưu lượng
(kg/h)
Lưu lượng
(kmol/h)
Hỗn hợp đầu 0.55 0.558 4250 72.176
Sản phẩm đỉnh 0.99 0.9903 2341.836 40.363
Sản phẩm đáy 0.01 0.01 1908.164 31.813
3-Thành phần pha của hỗn hợp 2 cấu tử Axeton-Axit axetic
Dựa vào bảng IV 2a/145 sổ tay QTTB&CNHH Tập II, thành phần cân bằng lỏng (x),
hơi (y) và nhiệt độ sôi của hỗn hợp 2 cấu tử ở 760mmHg
x 0 5 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
y 0 16.2 30.6 55.7 72.5 84.0 91.2 94.7 96.9 98.4 99.3 100
T 118.
1
110.
0
103.
8
93.1 85.8 79.7 74.6 70.2 66.1 62.6 59.2 56.0
Gọi y
F
, y
P,
y
w

là nồng độ phần mol của pha hơi cân bằng với pha lỏng trong hỗn hợp
đầu, sản phẩm đỉnh, sản phẩm đáy
T
F
, t
P
, t
w:
là nhiệt độ sôi của hỗn hợp đầu, sản phẩm đỉnh, sản phẩm đáy
Bằng phương pháp nội suy và dựa vào đồ thị ta có kết quả sau:
Sản phẩm x (phần mol) Y (phần mol) T
o
diem soi
F 0.558 0.93 72.05
P 0.9903 0.99 56.4
W 0.01 0.032 116.5
CHƯƠNG IV
TÍNH TOÁN ĐỂ TÌM CHỈ SỐ HỒI LƯU THÍCH HỢP
I- PHƯƠNG TRÌNH ĐƯỜNG NỒNG ĐỘ LÀM VIÊC CỦA ĐOẠN CHƯNG VÀ ĐOẠN
LUYỆN
1- Đoạn luyện
Ta có phương trình cân bằng vật liệu đối với đoạn luyện:
G
y
= G
x
+ P
Với: G
y:
Lưu lượng pha hơi đi từ dưới lên (kmol/h)

G
x
: Lưu lượng lỏng hồi lưu từ trên xuống (kmol/h)
P: Lưu lượng sản phẩm đỉnh (kmol/h)
Phương trình cân bằng vật liệu viết cho cấu tử dễ bay hơi:
G
y
Y
n+1
= G
x
X
n
+ X
p
Suy ra
xpxn
P
Gx
Yn
P
Gy
+=+1

Sy
xp
xn
Sy
Rx
Yn +=+1

với
P
Gx
Rx =
chỉ số hồi lưu
1+== Rx
P
Gy
Sy
chỉ số hơi
Do đó phương trình đường nồng độ làm việc có dạng:
Y
n+1
= AX
n
+ B
Với
1+
=
Rx
Rx
A
,
1+
=
Rx
xp
B
2/ Đoạn chưng:

Phương trình cân bằng vật liệu đoạn chưng:
G’
x
= G
y
+ W
Với G’
x
= Gx +F lượng lỏng trong đoạn chưng từ trên xuống
W: Lưu lượng sản phẩm đáy (kmol/h)
F: Lưu lượng hỗn hợp đầu (kmol/h)
Phương trình cân bằng vật liệu viết cho cấu tử Axeton:
G’
x
x’
n
=G
y
y’
n+1
+Wx
w
Suy ra y’
n+1
=
xw
Rx
L
nx
Rx

LRx
1
1
'
1 +
−
−
+
+
với L=F/P
Có dạng: y’
n+1
=A’x’
n
+ B’
Với:
1
'
+
+
=
Rx
LRx
A
,
1
1
+
−
−=

Rx
L
B
Hai đường làm việc này cắt nhau tại ddiemr có hoành độ x=x
F
II- XÁC ĐỊNH SỐ BẬC THAY ĐỔI NỒNG ĐỘ:
1-XÁC ĐỊNH CHỈ SỐ HỒI LƯU:
R
Xmin
=
162.0
558.093.0
93.09903.0
=
−
−
=
−
−
xFyy
yFxp
Với xp nồng độ phần mol của Axeton ở sản phẩm đỉnh
X
F:
nồng độ phần mol của Axeton ở hỗn hợp đầu
Y*
F
nồng độ phần mol trong pha hơi nàm cân bằng pha lỏng ở hỗn hợp đầu
2-XÁC ĐỊNH CHỈ SỐ HỒI LƯU THÍCH HỢP
R

x
=bR
xmin
với b là hệ số (1.2
÷
2.5)
Xác định R
x
thích hợp theo số bậc thay đổi nồng độ được tiến hành như sau: cho nhiều
giá trị Rx lớn hơn giá trị Rxmin. Với mỗi giá trị trên, ta xác định được tung độ của
đường làm việc với trục tung B, với:
1+
=
Rx
xp
B
Vẽ đường làm việc của đoạn luyện và đoạn chưng. Đường làm việc của đoạn luyện
qua điểm M(x,y) với x=y=xp và điểm B trên trục tung đã được xác định. Đường làm
việc của đoạn chưng qua điểm N(x,y) với x=y=x
w
và cắt đường làm việc của đoạn
luyện tại điểm có hoành độ x
F
. Với mỗi đường làm việc, ta xác định được số bậc thay
đổi nồng độ N
L
bằng đồ thi x-y như sau:
Trên đồ thị x-y vẽ dường cân bằng,từ điểm M vẽ đường thẳng song song với trục
hoành cắt đường cân bằng tại một điểm, từ giao điểm này vẽ đường thẳng song song
trục tung nó cắt đường làm việc tại một điểm, cứ tiếp tục như vậy cho khi tới điểm N.

Đếm số bậc thay đổi nồng độ N
L
trên đồ thị. Với mỗi bậc thay đổi nồng độ ứng với
một ngăn của thiết bị gọi là số ngăn lý thuyết.
Trong thực tế số ngăn của thiết bị lớn hơn số ngăn lý thuyết do điều kiện chuyển khối
chưa được tốt. Vì vậy số thực tế phải được hiệu chỉnh.
Dựa vào đồ tị ta xác định số bậc thay đổi nồng độ ta có kết quả sau:
b 1.2 1.3 1.35 1.6 2.1 2.5
B 0.829 0.817 0.813 0.786 0.739 0.705
Rx 0.1944 0.211 0.2187 0.259 0.340 0.405
Nl
Nl(Rx+1)
Dựa vào bảng ta vẽ đồ thị phụ thuộc của Nl(Rx+1) vào Rx. Sau đó dụa vào đồ thị xác
định chỉ số Rx thích hợp
Từ đồ thị ta xác định được chỉ số hồi lưu thích hợp: Rtt=0.405
ĐỒ THỊ XÁC ĐỊNH SỐ BẬC THAY ĐỔI NỒNG ĐỘ
Từ đồ thị xác định số bậc thay đổi nồng độ tương ứng với Rx=0.405 ta xác định được:
Số đĩa lý thuyết là Nl=8.58 đĩa. Trong đó, vị trí đĩa trên cùng (vị trí hồi lưu) được đánh
số 1 thì Đĩa Nạp liệu là đĩa số 2. Số đĩa của phần đoạn luyện kể cả đĩa nạp liệu là 2
đĩa. Số đĩa của phần đoạn chưng là 6 đĩa.
2- XÁC ĐỊNH SỐ ĐĨA THỰC TẾ THEO HIỆU SUẤT TRUNG BÌNH
N
tt
= N
Lt
/
tb
η
Trong đó N
Lt

– số bậc thay đổi nồng độ hoặc số đĩa lý thuyết,
tb
η
-hiệu suất trung bình
của thiết bị.
n
tb
321
ηηη
η
++
=
,2,1
ηη
hiệu suất của các bậc thay đổi nồng độ, n- số vị trí tính hiệu suất
tb
η
là một hàm số của độ bay hơi tương đối của hỗn hợp và độ nhớt của hỗn hợp
lỏng:
tb
η
=f(
),(
µα
Trong chưng luyện người ta tính độ bay hơi tương đối như sau:
x
x
y
y −
⋅

−
=
1
1
α
Trong đó x.y-nồng độ phần mol của cấu tử dễ bay hơi trong pha hơi và pha lỏng:-
α
-
độ bay hơi tương đối của hỗn hợp;µ- độ nhớt của hỗn hợp lỏng N.s/m
2
Tính µ,α tại 3 vị trí: đĩa nạp liệu, đỉnh và đáy tháp
Tại đĩa nạp liệu:
52.10
558.0*)93.01(
)558.01(93.01
1
=
−
−∗
=
−
⋅
−
=
xf
xf
yf
yf
f
α

Tra bảng 1.101/trang 91-STQTTB Tập 1 và dùng phương pháp nội suy ta tìm được độ
nhớt của Axeton và Axit axetic tương ứng tại nhiệt độ t
f
=72.05
0
C.
µ
A,F
=0.2113.10
3
µ
B,F
=0.6125.10
3
⇒
lg µ
F
=a
F
lgµ
A,F
+ (1-a
F
)lg µ
B,F
=0.55*lg(0.2113*10
3
) + (1-
0.55)*lg(0.6125*10
3

)=2.533
⇒
µ
F=
0.341*10
3
⇒
(µ,α)
F
= 0.341*10
3
*10.524=3.588*10
3
Taị đỉnh: α
p
=
=
−
⋅
− xp
xp
yp
yp 1
1
969.0
9903.0*)99.01(
)9903.01(*99.0
=
−
−

Tương tự ta có: µ
A,P
=0.236*10
3
µ
B,P
=0.732*10
3
⇒
µ
P
=0.239*10
3
Ns/m
2
⇒
(µ α)
p
=0.232*10
3
Tại đáy: α
w
=
273.3
01.0)032.01(
)01.01.(032.0
)1(
)1.(
=
−

−
=
−
−
xwyw
xwyw
µ
A,w
=0.154
µ
B,w
=0.341
⇒
lgµ
w
=0.01lg(0.154*10
3
)+(1-0.01)*lg(0.341*10
3
)
⇒
µ
w
=0.338*10
3
⇒
(µ α)w=0.338*10
3
*3.272=1.106
( )

( ) ( ) ( )
=
++
=⇒
3
wpf
αµαµαµ
αµ
10
3
926.1
3
)106.1232.0588.3(
=
++
*10
3
Dựa vào giản đồ Gilliand-giản đồ thực nghiệm tại Hình IX.11/Trang 171- Sổ tay
QT&TB tập 2
≈⇒ tb
η
39%
Vậy số đĩa thực tế N
tt
=N
Lt
/
tb
η
=8.58/0.39=22 đĩa

⇒
ta lấy số đĩa thực tế N
tt
=22 đĩa
Trong đó:
Số đĩa thực tế đoạn luyện: Nl= 3/0.39=7.69 đĩa, chọn N
L
=8 đĩa
Số đĩa thực tế đoạn chưng: Nc=5.58/0.39=15.3 đĩa, chọn Nc=14 đĩa
CHƯƠNG V
TÍNH CÂN BẰNG NHIỆT LƯỢNG
Mục đích của việc tính toán cân bằng nhiệt lượng là để xác định lượng hơi đốt cần
thiết khi đun nóng hỗn hợp đầu, đun bốc hơi ở đáy tháp cũng như xác định lượng nước
làm lạnh cần thiết cho quá trình ngưng tụ làm lạnh.
Chon nước làm chất tải nhiệt vì nó là nguồn nguyên liệu rẻ tiền, phổ biến trong thiên
nhiên và có khả năng đáp ứng nhu cầu công nghệ.
Sơ đồ
Các ký hiệu:
Q
D1
: Nhiệt lượng do hơi đốt mang vào thiết bị đun nóng, J/h.
Q
f
: Nhiệt lượng do hỗn hợp đầu mang vào thiết bị đun nóng, J/h.
Q
F
: Nhiệt lượng do hỗn hợp đầu mang ra khỏi thiết bị đun nóng hay mang vào tháp
chưng luyện, J/h.
Q
ml

: Nhiệt lượng do nước ngưng mang ra khỏi thiết bị đun nóng, J/h.
Q
xql
: Nhiệt lượng mất mát ra môi trường xung quanh, J/h.
Q
D2
: Nhiệt lượng do hơi đốt mang vào cần đun nóng sản phẩm đáy, J/h.
Q
R:
Nhiệt lượng do lượng lỏng hồi lưu mang vào, J/h.
Q
y
: Nhiệt lượng do hơi mang ra ở đỉnh tháp, J/h.
Q
w
: Nhiệt lượng do sản phẩm đáy mang ra khỏi tháp, J/h.
Q
m2
: Nhiệt lượng do nước ngưng mang ra khỏi tháp, J/h.
Q
xq2
: Nhiệt lượng do mất mát ra môi trường xung quanh, J/h.
I- CÂN BẰNG NHIỆT LƯỢNG CỦA THIẾT BỊ ĐUN NÓNG
Phương trình cân bằng nhiệt lượng cho quá trình đun nóng:
Q
D1
+ Q
f
= Q
F

+ Q
m1
+ Q
xq1
Trong đó:
Q
D1=
D
1
)111(11 CrD
θλ
+=

(J/h)
Với:
D
1
: Lượng hơi đốt mang vào, kg/h.
λ
1:Hàm nhiệt của hơi nước, J/kg.
r
1
: Ẩn nhiệt hoa hơi của hơi nước, J/kg.
θ
1: Nhiệt độ của nước ngưng,
0
C.
C
1
: Nhiệt dung riêng của nước ngưng, J/kg độ.

Q
xq1
= 5% Q
D1
=5%D
1
r
1
(J/h).
Q
ml
= G
ng1
C
1
θ
1= D
1
C
1
θ
1 (J/h).
Với:
G
ng1:
Lượng nước ngưng (lấy bằng lượng hơi đốt), kg/h.
Q
f
= Ft
f

C
f
(J/h)
Q
f’
= Ft
f’
C
f’
(J/h)
T
f’
: Nhiệt độ điểm sôi của hỗn hợp đầu ở áp suất khí quyển 72.05
0.
T
f:
Nhiệt độ hỗn hợp đầu
0
C, chọn t
f
= 25
0
C
Suy ra:
D
1
=
195.0
),,(
r

tfCfCftfF −
kg/h
Tính nhiệt dung riêng của hỗn hợp đầu:
C
25
f
= C
25
A
a
F
+ C
25
B
(1-a
F
)
C
25
A
, C
25
B
tra trong bảng I-153 trang 171 STQT&TBCNHC tập I và dùng toán đồ
H.1.52 trang 166 STQT&TB
C
25
A
= 2195 J/kgđộ
C

25
B
= 2020.5 J/kgđộ
C
25
f
= 2195*0.55 +2020.5*(1-0.55)=2116.5 J/kgđộ
Q
f
= Ft
f
C
f
= F*25*2116.5=
Tương tự ta có nhiệt dung riêng của hỗn hợp đầu ở nhiệt độ điểm sôi t
f’
=72.05
0
C
C
C
72.05
A
= 2344.2 J/kgđộ
C
72.05
B
= 2272.6 J/kgđộ
C
72.05

f
=2344.2*0.55+2272.6*(1-0.55) = 2312 J/kgđộ
Ta chọn hơi nước bão hòa đun sôi ở áp suất khí quyển, t
0
=100
0
C, suy ra r
1
=2264*10
3

(bảng I-125 trang 314 sổ tay QTTB&CNHC tập 1)
Vậy: D
1
=4250
6.224
10*2264*95.0
25*2116505.2312872
3
=
−
(kg/h)
II-CÂN BẰNG NHIỆT LƯỢNG CHO TOÀN THÁP:
Q
D2
+Q
F
+ Q
R
= Q

Y
+Q
W
+ Q
ng2
+ Q
xq2
1/Nhiệt lượng do hỗn hợp đầu mang vào tháp:
Q’
f
= FC’
f
t’
f
= 4250*2312*72.05 = 707.936*10
6
(J/h)
2/ Nhiệt lượng do hơi nước mang vào đáy tháp:
Q
D2
= D
2
λ
2
= D
2
(r
2
+
θ

2
C
2
)
Với:
D
2:
lượng hơi nước cần thiết để đun sôi dung dịch đáy tháp, kg/h.
λ
2:
hàm nhiệt của hơi nước bão hòa, J/kg.
Rr
2
: ẩn nhiệt hóa hơi của hơi nước, J/kg.
θ
2
: nhiệt độ của nước ngưng,
0
C
C
2
: nhiệt dung riêng của nnước ngưng, J/kgđộ
3/ Nhiệt lượng lỏng hồi lưu mang vào:
Q
Rx
= G
x
C
x
t

x
=PR
x
C
x
t
x
(với
P
Gx
Rx =
)
T
x
=t
p
=56.4
0
C
56.4
x
: nhiệt dung riêng của hỗn hợp sau khi ngưng tụ tại sản phẩm đỉnh (J/kg độ)
C
56.4
x
được tính theo công thức sau
C
56.4
x
= C

56.4
A
a
p
+ C
56.4
B
(1-a
p
)
C
56.4
A
, C
56.4
B
: tra bảng I-153, trang 171, 172 STQTTB&CNHC tập 1
C
56.4
A
= 2293.3 J/kg độ
C
56.4
B
= 2187.7 J/kg độ
Do đó C
56.4
x
= 2293.3 *0.99 + 2187.7 *(1-0.99) = 2292.24 J/kg độ
Suy ra Q

RX
= 2341.836*0.405*2292.24*56.4=122.617*10
6
J/h
4/ Nhiệt lượng do hơi mang ra:
Q
y
= G
y
λ
hh
= P(R
x
+1)
λ
hh
- Công thức IX.159 trang 197 STQTTB tập 2
Nhiệt độ hơi tại đỉnh tháp = 56.4
λ
hh
: nhiệt lượng riêng của hỗn hợp hơi ở đỉnh tháp
λ
hh
=
λ
1
a
p
+ (1-a
p

)
λ
2
= r
p
+C
56.4
p
t
p
λ
1:
hàm nhiệt của Axeton ở 56.4
0
C
λ
2
: hàm nhiệt của Axit axetic ở 56.4
0
C
C
56.4
p
nhiệt dung riêng của hỗn hợp ra khỏi tháp ở nhiệt độ 56.4
0
C
C
56.4
p
= a

p
C
56.4
A
+ (1-a
p
)C
56.4
B
= 0.99*2292.3+0.01*2187.7 =2292.24
Với C
56.4
A
=2293.3 J/kg độ và C
56.4
B
=2187.7 J/kg độ được nội suy tương tự như trên
Tương tự tính
R
56.4
p
ẩn nhiệt hóa hơi của hỗn hợp ở nhiệt độ 56.4
0
C
R
56.4
p
=a
p
r

56.4
A
+ (1-a
p
)r
56.4
B
r
56.4
A
,r
56.4
B
: Tra bảng I-213 trang 254 STQTTB&CNHC tập I bằng phương pháp nội
suy
r
56.4
A
=124.72 kcal/kg = 522.178*10
3
(J/kg)
r
56.4
B
= 143.2 kcal/kg = 436.265*10
3
(J/kg)
⇒
R
56.4

p
= 522.178*10
3
*0.9903+436.265*10
3
*(1-0.9903)
=521.345*10
3
(J/kg)
Suy ra
λ
hh
=R
56.4
p
+C
56.4
p
t
p
=521.345*10
3
+ 2187.7*56.4=644.731*10
6
(J/kg)
Vậy Q
y
=P(R
x
+1)

λ
hh
= 2341.836(1+0.4050*644.731*10
6
= 2.12*10
12
(J/h)
5/ Nhiệt lượng do sản phẩm đáy mang ra:
Q
w
= WC
w
t
w
J/h
C
w
: được xác định theo công thức: C
116.5
w
=C
116.5
A
a
w
– C
116.5
B
(1-a
w

)
C
A,
C
B
: tra bảng I-153 trang 171 STQTTB&CNHC tập 1 bằng phương pháp nội suy ở
116.5
0
C
C
116.5
A
=2484.5 J/kg độ
C
116.5
B
= 2516.6 J/kg độ
Suy ra C
w
= 2484.5*0.01 + 2516.6*(1-0.01) = 2415.62 J/kg độ
Q
w
= 1908.164 * 2415.62*116.5= 536.99 *10
6
J/h
6/ Nhiệt lượng mát mát ra môi trường xung quanh
Q
xq2
= 0.05D
2

r
2
J/h
7/ Nhiệt lượng do nước ngưng mang ra
Q
m2
= G
ng2
C
2
θ
2
=D
2
C
2
θ
2

Với: G
ng2
: lượng nước ngưng tụ bằng lượng hơi cần thiết để đun sôi dung dịch đáy
tháp, kg/h.
C
2,
θ
2
: nhiệt dung riêng (J/kg độ) và nhiệt độ của nước ngưng (
0
C)

Vậy;
D
2
=
)/(10*54.985
10*2264*95.0
10*617.12210*963.70710*99.53610*12.2
2955.0
'
3
3
66612
hkg
r
QrxfQQwQn
=
−−+
=
−−+
Ta chọn hơi nước bão hòa đun sôi ở áp suất khí quyển, t
0
=100
0
C, suy ra r
2
=2264*10
3

J/kg (bảng I-125 trang 314 STQTTB&CNHC)
Lượng nhiệt tiêu tốn ra môi trường xung quanh: Q

m2
= 0.05*985.54*10
3
*2264*10
3

J/kg
III-CÂN BẰNG NHIỆT LƯỢNG CHO THIẾT BỊ NGƯNG TỤ:
Sử dụng thiết bị ngưng tụ hồi lưu:
PR
x
r = G
nl1
C
n
(t
2
-t
1
)
Với: r:ẩn nhiệt ngưng tụ ở đỉnh tháp, r=r
p
=521.345*10
3
(J/kg)
T
1,
t
2
; nhiệt độ vào và ra của nước làm lạnh,

0
C
Chọn nhiệt độ t
1
=40
0
C,t
2
=60
0
C
⇒
t
tb
=
50
2
6040
2
21
=
+
=
+ tt
0
C
C
n
: nhiệt dung riêng của nước ở nhiệt độ t
tb

=50
0
C. Tra bảng I-147/165-
STQTTB&CNHC tập 1
C
n
= 4183.409 (J/kg độ)
Lượng nước lạnh tiêu tốn cần thiết G
nl1:
G
nl1
=
849.5909
)4060(409.4183
10*3458.521*405.0*836.2341
)12(
3
=
−
=
− ttCn
PRxr
G
nl1
= 5909.849 (kg/h)
IV. CÂN BẰNG NHIỆT LƯỢNG CHO THIẾT BỊ LÀM LẠNH
P.r +P.C’
p
.(t’
1

-t’
2
)=G
nl2
.C
n.
(t
2
-t
1
)
Với: t’
1,
t’
2
: nhiệt độ đầu và cuối của sản phẩm đỉnh đã ngưng tụ,
0
C.
Chon nhiệt độ: t’
1
=56.4
0
C, t’
2
= 40
0
C
⇒
t’
tb

=
2.48
2
404.56
2
2'1'
=
+
=
+ tt
0
C
Tra bảng I.153/171- STQTTB&CNHC tập 1, nội suy ta được;
C
48.2
A
=2266.65 (J/kg độ)
C
48.2
B
= 2143.87 (J/kg độ)
C’
p
: nhiệt dung riêng trung bình của sản phẩm đỉnh đi làm lạnh
C’
p
= 2266.65*0.99 + 2143.87*(1-0.99) = 2265.42 (J/kg độ)
C’
p
=2265.42 (J/kg độ)

Tt
1,
t
2
: nhiệt độ vào ra của nước lạnh,
0
C.
Chọn nhiệt độ: t
1
=40
0
C, t
2
= 60
0
C
C
n
= 4183.409 (J/kg độ)
Lượng nước lạnh tiêu tốn:
G
n2
=
)12.(
)2'1'.('
ttCn
ttpCPrP
−
−+
(kg/h)

11.15632
)4060(409.4183
)404.56(*42.2265*836.234110*345.521*836.2341
2
3
=
−
−+
=⇔ Gn
Gn2=15632.11 (kg/h)
Vậy tổng lượng nước dùng trong quá trình ngưng tụ và làm lạnh sản phẩm đỉnh là:
Gn = Gnl + Gn2 = 15632,11+5909.849= 21541.96 m
3
/h
CHƯƠNG VI
TÍNH CHIỀU CAO ĐƯỜNG KÍNH THÁP
I-ĐƯỜNG KÍNH THÁP
Tính theo công thức:
tb
tb
W
V
D
*3600*
4
π
=
(m) công thức (IX-89 trang 181/STQTTB tập 2)
V
tb

: lượng hơi trung bình đi trong tháp (m
3
/h)
W
tb
: vận tốc hơi trung bình đi trong tháp(m/s)
1-Đường kính đoạn luyện:
a/Lưu lượng hơi trung bình trong đoạn luyện:
được tính theo công thức:
g
tb
=
2
1
gg
d
+
(IX-91 STQTTB tập II)
g
d
:lượng hơi ra khỏi tháp ở đĩa trên cùng (kg/h)
g
1
:lượng hơi đi vào đĩa dưới cùng của đoạn luyện (kg/h)
Áp dụng phương trình cân bằng vật liệu, nhiệt lượng cho đĩa thứ nhất của đoạn luyện:
g
1
=G
1
+G

p
(IX-93)
g
1
y
1
=G
1
x
1
+ G
p
x
p
(IX-94)
g
1
r
1
=g
d
r
d
(IX-95)
Với y
1
: hàm lượng hơi của đĩa thứ nhất đoạn luyện
x
1
: hàm lượng lỏng ở đĩa thứ nhất đoạn luyện

trong các phương trình trên ta xem x
1
,x
F
r
1,
r
d
= ẩn nhiệt hóa hơi của hỗn hợp đi vào đĩa thứ nhất và đi ra khỉ tháp
Sơ đồ xác định lượng hơi trung bình đi trong tháp chưng luyện
Ta có: G
p
= 2341.836 kg/h=40.363 kmol/h
G
F
=4250kg/h = 72.176 kmol/h
x
1
=x
F
= 0.558 (phần mol) = 0.55 (phần khối lượng)
g
d
= G
r
= G
p
= G
p
( R

x
+1) =2341.836(1+ 0.405) = 56.71 kmol/h = 3290.28 kg/h
r
1
; ẩn nhiệt hóa hơi của hỗn hợp đi vào đĩa thư nhất
r
d
: ẩn nhiệt hóa hơi của hỗn hợp đi ra khỏi đỉnh tháp
r
1
= r
a
y
1
+r
b
(1-y
1
)
r
d
= r
a
y
d
+ r
b
(1-y
d
)

r
a
, r
b
: ẩn nhiệt hóa hơi của cấu tử Axeton và Axit axetic nguyên chất
Từ bảng I-212/254 STQTTB&CNHH tập 1
Ở nhiệt độ t
F
= 72.05
0
C
r
a
=120.686 *M kcal/kg = 7106.489 kcal/kmol
r
b
=139.8 kcal/kg =8231.983 kcal/kmol
Ở nhiệt độ t
p
= 56.4
0
C
r
a
=124.72kcal/kg =7245.159 kcal/kmol
r
b
=143.2 kcal/kg =8308.378 kcal/kmol
y
d

= y
p
= 0.99
suy ra r
d
=7245.159 *0.99 +8308.378 (1-0.99) = 7255.74 kcal/kmol =125.057kcal/kg
Giải hệ (1) ta tìm được:
g
1
= 55.738 kmol/h = 3282.076 kg/h
G
1
= g
1
– g
p
=55.738 – 40.363 = 15.375 kmol/h = 905.342 kg/h
y
1
=
871.0
738.55
9903.0*363.40558.0*375.15
1
11
=
+
=
+
g

xGxG
pp
(phần mol)
Suy ra r
1
= r
a
y
1
+r
b
(1-y
1
) = 7245.159 *0.871 + 8308.378(1-0.871)= 7382.314 kcal/kmol
Suy ra lưu lượng hơi trung bình:
skghkg
gg
g
d
tb
/913.0/178.3286
2
076.328228.3290
2
1
==
+
=
+
=

Lưu lượng lỏng trung bình đi trong đoạn luyện:
skghkg
GG
G
p
tb
/451.0/589.1623
2
836.2341342.905
2
1
==
+
=
+
=
b/ Tính khối lượng riêng trung bình đối với pha khí, pha lỏng của đoạn luyện:
với pha hơi:
[ ]
)/(
4.22
273)1(
3
11
mkg
T
MyMy
BtbAtb
ytb
−+

=
ρ
(Công thức IX-102/183 STQTTB&CNHH)
Ta có: M
A
= 58 kg/kmol, M
B
= 60 kg/kmol
Y
tb
=
K
tt
Fp
225.337273
2
05.724.56
2
=+
+
=
+
Do ú,
[ ]
3
/101.2
225.337*4.22
27360)93.01(93858.0
mkg
ytb

=
+
=

Vi pha lng:
B
tb
A
tb
xtb
aa


+=
1
1
(cụng thc IX.104a/183)
Vi a
tb
=
77.0
2
99.055.0
2
=
+
=
+
pF
aa

l phn khi lng trung bỡnh ca Axeton trong pha
lng
Tra bng khi lng riờng ca Axeton v Axit axtic ti nhit trung bỡnh ca on luyn
t=64.23
0
C (bng I.2/9STQTTB&CNHH tp 1) ta c:
A

=740.29 kg/m
3
B

=999.136 kg/m
3
Do ú:
3
10*266.1
136.999
77.01
43.743
77.01

=

+=
xtb

3
/89.789 mkg
xtb

=

Lu lng trung bỡnh ca hi i trong on luyn;
hm
g
V
ytb
tb
tb
/102.1564
101.2
178.3286
3
===

Lu lng th tớch lng i trong on luyn:
)/(055.2
89.789
589.1623
3
hm
G
G
xtb
tb
x
===

c. Tính tốc độ hơi đi trong đoạn chng:
Đối với tháp đệm khi chất lỏng chảy từ trên xuống và pha hơi đi từ dới lên

chuyển động ngợc chiều có thể xảy ra bốn chế độ thuỷ động; Chế độ chảy màng,
chế độ quá độ, chế độ xoáy và chế độ sủi bọt. ở chế độ sủi bọt thì pha lỏng chiếm
toàn bộ thể tích tự do và nh vậy pha lỏng là pha liên tục. Nếu tăng tốc độ lên thì tháp
bị sặc. Trong phần tính toán này ta tính tốc độ hơi của tháp dựa vào tốc độ sặc của
tháp.
Tốc độ hơi đi trong tháp đệm
= (0,8 ữ 0,9)
s
[II 187]
Với
s
là tốc độ sặc, m/s đợc tính theo công thức
Y = 1,2e
-4X
[II 187]
Với
16,0
3
.
2
.
.

=
y
x
xd
yds
tb
tb
Vg
Y
à
à


[II 187]
8/1
4/1
.

=
tb
tb
x
y
y
x
G
G
X


[II 187]
Trong đó:

đ
: bề mặt riêng của đệm, m
2
/m
3
V
đ
: thể tích tự do của đệm, m
3
/m
3

g: gia tốc trọng trờng, m
2
/s
G
x
, G
y
: lợng lỏng và lợng hơi trung bình, kg/s
tbtb
yx

,
:khối lợng riêng trung bình của pha lỏng và pha hơi, kg/m
3
à
x
, à
n
: độ nhớt của pha lỏng theo nhiệt độ trung bình và độ nhớt của nớc ở 20
o
C,
Ns/m
2
* Tính độ nhớt:
- Độ nhớt của nớc ở t = 20
o
C, Tra bảng I.102 trong [I - 94] ta có à
n
= 1,005.10
-3

Ns/m
2
.
- Độ nhớt của pha lỏng ở t
o
tb
= 94.275
o
C. Nội suy theo bảng I.101 trong [I - 91]
ta đợc.
3
10.179,0

=
A
à
N.s/m
2
3
10.489,0

=
B
à
N.s/m
2
Vậy độ nhớt của pha lỏng tính theo nhiệt độ trung bình là
lgà
hh
= x

tb
.lgà
A
+ (1 - x
tb
).lgà
B
[I 84]
lgà
hh
= 0,774.lg224 + (1 - 0,774)lg670
à
hh
= à
x
= 0.287.10
-3
Ns/m
2
Thay số liệu đã tính đợc ta có
4
8/14/1
8/1
4/1
10.34.2
89.789
101.2
.
913.0
258.0

.

=












=

=
tb
tb
x
y
y
x
G
G
X


Y = 1,2e
-4.0,5024
= 0,2341.10
-4
Chọn loại đệm vòng Rasiga bằng sứ đổ lộn xộn nh đã chọn ở trên.
Từ công thức:
16,0
3
.
2
.
.

=
y
x
xd
yds
tb
tb
Vg
Y
à
à


[II 187]
sm
VgY
y
x
yd
xd
s
tb
tb
/696.11
10.005,1

10.287,0
.101,2.195
89.789.75,0.81,9.199.1


16,0
3
3
3
16,0
3
2
=








=

=


à
à




s
2
= 11.696 m/s

s
= 3.42 m/s
Lấy = 0,8
s
= 0,8.3.42 =2.736 m/s
Vậy đờng kính của đoạn luyện là:
( )
m
g
D
tb
yy
tb
l
4495.0
736.2*101.2
178.3286

.0188,0
.
.0188,0 ===

m.
Quy chuẩn đờng kính đoạn luyện là D
L
= 0.5 m
VI. Tính chiều cao tháp:
- Đối với tháp đệm, chiều cao làm việc của tháp hay chiều cao lớp đệm đợc xác
định theo công thức:
H = h
đv
.m
y
(m) [II 175]
Trong đó:
h
đv
: chiều cao của một đơn vị chuyển khối, m
m
y
: số đơn vị chuyển khối xác định theo nồng độ pha hơi.
1. Tính chiều cao đoạn luyện:
a. Tính chiều cao của một đơn vị chuyển khối:
- Chiều cao của một đơn vị chuyển khối của tháp đệm phụ thuộc vào đặc trng
của đệm và trạng thái pha, đợc xác định theo công thức.
21
.
.

h
G
Gm
hh
x
y
dv
+=
[II 177]
Trong đó:
h
1
: chiều cao của một đơn vị chuyển khối đối với pha hơi
h
2
: chiều cao của một đơn vị chuyển khối đối với pha lỏng
m: hệ số phân bố trung bình ở điều kiện cân bằng pha
G
y
, G
x
: lu lợng hơi và lỏng trung bình đi trong tháp, kg/s
* Tính chiều cao của một đơn vị chuyển khối h
1
, h
2
:
3/225,0
1
Pr.Re.

yy
d
d
a
V
h

=
, m [II 177]
5,025,0
3/2
2
Pr 256
xx
x
x
Rxh








=

à
,m [II 177]

Trong đó:
a: hệ số phụ thuộc vào dạng đệm, với đệm vòng thì a = 0,123
à
x
: độ nhớt của pha lỏng, Ns/m
2
V
đ
: thể tích tự do của đệm, m
3
/m
3

x
: khối lợng riêng của lỏng, kg/m
3
: hệ số thấm ớt của đệm, nó phụ thuộc vào tỷ số giữa mật độ tới thực tế lên
tiết diện ngang của tháp và mật độ tới thích hợp, xác định theo đồ thị IX.16 [II - 178]
Với
t
x
tt
F
V
U =
: mật độ tới thực tế, m
3
/m
2
.h

U
tt
= B.
đ
: mật độ tới thích hợp, m
3
/m
2
.h
Trong đó:
V
x
: lu lợng thể tích của chất lỏng, m
3
/h
F
t
: diện tích mặt cắt tháp, m
2

đ
: bề mặt riêng của đệm, m
2
/m
3
B: hằng số, B = 0,065 m
3
/m.h Bảng IX.6 trong [II 177]
- Chọn đệm loại vòng Rasiga có các thông số :
25*25*3.0mm

V
đ
= 0,75 m
3
/m
3

đ
= 195 m
2
/m
3
a = 0,123
* Xác định

:
Ta có
t
x
tt
F
V
U =
;
U
th
= B.
đ

Mà

196.0
4
5.0.14,3
4
.
22
===
D
F
t

m
2
17.1
89.789
893.926
===
x
x
x
G
V

m
3
/h
969.5
196.0
17.1
===

t
x
tt
F
V
U
m
3
/m
2
.h

đ
= 195 m
2
/m
3
U
th
= 0,065.195 = 12.675m
3
/m
2
.h
449.0
675.12
969.5
==
th
tt

U
U
Tra hình IX.16 trong [II 178] ta đ ợc
L
= 0.53
* Xác định chuẩn số Reynon:
- Chuẩn số Reynon của pha hơi:
dy
sy
y
à

.
4,0
Re =
[II 178]
Ta có à
y
= à
hh
đợc tính theo
B
B
A
A
hh
hh
MmMm
M
ààà

21
+=
[I 85]
Trong đó:
M
hh
, M
A
, M
B
: khối lợng phân tử của hỗn hợp và cấu tử Benzen và Toluen.
à
hh
, à
A
, à
B
: độ nhớt của hỗn hợp và cấu tử Benzen và Toluen.
m
1
, m
2
: nồng độ của Benzen và Toluen tính theo phần thể tích.
Đối với hỗn hợp khí thì nồng độ phần thể tích bằng nồng độ phần mol, nên m
1
=
y
1
, m
2

= y
2
= 1 - y
1
.
Thay vào ta có:
( ) ( )
B
B
A
A
hh
BA
MyMyMyMy
ààà
.1.1.
1111

+=
+
( ) ( )
BBA
B
ABA
A
hh
MyMy
My
MyMy
My

ààà
1
.
1
)1(
1
.
1
1
11
1
11
1
+

+
+
=
BABAhh
aaaa
ààààà
11
2
21
1
1

+=+=
a
1

, a
2
: nồng độ phần khối lợng của Benzen và Toluen.
Ta có
93,0
1
=
tb
y
phần mol
( )
928.0
60*)93.01(58*93.0
58*93.0
.1.
.
11
1
1
=
+
=
+
=
BtbAtb
Atb
MyMy
My
a
a

1
= 0,928phần khối lợng
Từ dụng toán đồ hình I.35 trong [I 117] với X
A
= 8.9; Y
A
= 13,0; X
B
= 8,6; Y
B
=13,2 và t
o
= 72.05
0
C ta tìm đợc.
3
10.2113,0

=
A
à
N.s/m
2
3
10.6125,0

=
B
à
N.s/m

2
=

+=
33
10.6125,0
928,01
10.2113,0
928,01
hh
à
4.51*10
3
=> à
hh
= 0.222.10
-3
N.s/m
2

115.53
195.10.222,0
736.2.101,2.4,0
Re
3
==

y
- Chuẩn số Reynon của pha lỏng:
xdt

x
x
F
G
à

.04,0
Re =
[II 178]
Trong đó:
G
x
: lu lợng lỏng trung bình đi trong tháp, phần trớc đã tính đợc G
x
= 2.055kg/s
F
t
: diện tích mặt cắt của tháp, F
t
= 0.196 m
2

đ
= 195 m
2
/m
3
à
x
= 0,248.10

-3
Ns/m
2
Vậy chuẩn số Reynon của pha lỏng là:
===
287.0*195*196.0
04.0*258.0

.04,0
Re
xdt
x
x
F
G
à
9.41*10
-4
* Xác định chuẩn số Pran:
- Chuẩn số Pran của pha hơi:
yy
y
y
D.
Pr

à
=
[II 178]
Hệ số khuyếch tán D

y
trong pha hơi tính theo.
BA
BA
y
MM
vvP
T
D
11
.
).(
.10.0043,0
2
5,14
3
1
3
1
+
+
=

, m
2
/s [II 127]
Trong đó:
T: nhiệt độ trung bình của hơi,
0
K

P: áp suất chung của hơi, P = 1at.
M
A
= 58: khối lợng phân tử của cấu tử Benzen.
M
B
= 60: khối lợng phân tử của cấu tử Toluen.
v
A
, v
B
: thể tích mol của hơi Benzen và Toluen , cm
3
/nguyên tử
59154.77.3*68.14*3
63
=++== OHvCv
A
cm
3
/nguyên tử
4.53
242
== OHvCv
B
cm
3
/nguyên tử
Phần trớc ta đã tìm đợc nhiệt độ trung bình của pha hơi trong đoạn luyện là
Ct

tb
y
00
225.64=
, vậy T = 337.225
0
K.
Vậy ta có:
6
1
58
1
.
)4.5359.(1
)225.337.(10.0043,0
2
5,14
3
1
3
1
+
+
=

y
D
=8.35.10
-6
m

2
/s.
Thay các giá trị tính đợc vào ta có:
55.13
961.1.10*35.8
10.222,0
.
Pr
6
3
===


yy
y
y
D

à
* Chuẩn số Pran của pha lỏng:
xx
x
x
D.
Pr

à
=
[II 178]
Hệ số khuyếch tán D

x
của pha lỏng đợc tính theo công thức:
D
x
= D
20
.[1 + b.(t - 20)] [II 134]
Với
3
.2,0

à
=b

: khối lợng riêng của dung môi Axeton ở 20
0
C, kg/m
3
; tra ở bảng I.2 trong [I-9]
ta đợc = 791kg/m
3
à: độ nhớt của dung môi Axeton ở 20
0
C, cP; à = à
2
= 0,322 cP
0122,0
791
322,0.2,0
3

== b
Hệ số khuyếch tán của lỏng ở 20
o
C là:
( )
2
3/1
2
3/1
12
21
6
20
.
11
10.1
vvBA
MM
D
+
+
=

à
, m
2
/s [II 133]
Trong đó:
A, B: hệ số liên hợp kể đến ảnh hởng của Axeton và Axit axetic. Do Axeton
và Axit axetic là những chất lỏng không liên kết nên A = 1; B = 1.

( )
9
2
3/13/1
6
20
10.865.0
4.5359322,0
60
1
58
1
10.1


=
+
+
= D
, m
2
/s
- Nhiệt độ trung bình của lỏng trong đoạn luyện là t
o
= 64.225
o
C. Vậy ta có:
D
x
= 0.865.10

-9
[1 + 0,0122.(64.225 - 20)]
D
x
= 1.332.10
-9
m
2
/s
Thay các giá trị vào ta có:
27.27
10*332.1*89.789
10.287,0
.
Pr
9
3
===


xx
x
x
D

à
Vậy:
3/225,0
1
Pr.Re.

yy
d
d
a
V
h

=
,m
3/225,0
1
55.13.115.5.
165.53.0.123,0
75,0
=h
h
1
= 0,905m
5,025,0
3/2
2
Pr 256
xx
x
x
Rxh

=

à
,m
5,025,0
3/2
3
2
)27.27.()941.0.(
89.789
10.287,0
.256








=

h
h
2

= 0,067m
b. Tính m:
- Chọn các giá trị x bất kỳ, tại mỗi giá trị x đó ta tìm góc nghiêng của đờng cân
bằng. Từ các giá trị tìm đợc tính m theo công thức
cb
cb
xx
yy
tgm


==

=
282.0
178.3286
89.926
==
Gy
Gx
[II 125]
- Dựa vào các giá trị đã chọn trên đờng cân bằng, ta tính đợc m = 0,282
c. Tính số đơn vị chuyển khối m
y
:
- Số đơn vị chuyển khối tính theo pha hơi.


=
c

d
y
y
y
y
yy
d
m
*
[II 176]
y
*
: thành phần mol cân bằng của pha hơi, %mol
y: thành phần mol làm việc của pha hơi, %mol
- ứng với mỗi giá trị của x {0,37; 0,96} ta tìm đợc một giá trị của y
*
tơng ứng
và theo đờng làm việc của đoạn luyện y = 0,288x + 0,705 ta xác định đợc y.
Bảng 4.
X Y
*
Y 1/y
*
-y