Thiết kế hệ thống chưng cất nước – acid axetic bằng tháp mâm xuyên lỗ

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÀ RỊA -VŨNG TÀU CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
KHOA HÓA HỌC & CNTP Độc lập – Tự do – Hạnh phúc

NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN MÔN HỌC
(Quá trình và thiết bị trong CNHH và Thực Phẩm)
Họ tên SV: Nguyễn Quốc Thiều Giới tính: Nam Nơi sinh: Nam Định.
Nguyễn Tấn Thịnh Giới tính: Nam Nơi sinh: Phú Yên.
KHÓA: 2009-2013.
GVHD: Nguyễn Thiện Thanh.
KHOA: CÔNG NGHỆ HÓA HỌC VÀ THỰC PHẨM
1. Tên đề tài:
Thiết kế hệ thống chưng cất nước – acid axetic bằng tháp mâm
xuyên lỗ.
2. Dữ kiện ban đầu:
Dòng nguyên liệu vào G
F
= 3000kg/h;
Nồng độ (% khối lượng): x
F
= 30%; x
D
= 95,5%; x
W
= 0.5%.
Sử dụng hơi đốt có áp suất 2,5at.
3. Nhiệm vụ đồ án:
- Quy trình công ghệ.
- Cân bằng vật chất cho tháp và tính toán hệ thống
- Tính toán thiết kế tháp chưng cất:
*Đường kính,chiều cao tháp,trở lực.
*Tính toán tính cơ khí

- Tính toán các thiết bị truyền nhiệt – Thiết bị phụ:
- Các thiết bị truyền nhiệt
- Tính toán bơm

4. Ngày giao : 20/3/2012
Hoàn thành : 2/5/2012


GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN TRƯỞNG BỘ MÔN

LỜI MỞ
ĐẦU
Ngày nay, khoa học kỹ thuật ngày càng phát triển đóng góp to lớn cho
nền công nghiệp
nước
ta nói riêng và thế giới nói chung. Một trong những
ngành có đóng góp vô cùng to lớn
đó
là ngành công nghiệp hóa học, đặc
biệt đó là ngành sản xuất các hóa chất cơ
bản,phục vụ cho đa số các ngành
công nghiệp.
Hiện nay, các ngành công nghiệp cần sử dụng rất nhiều hóa chất có
độ tinh
khiết
cao. Nhu cầu này đặt ra cho các nhà sản xuất hóa chất sử
dụng nhiều phương pháp
để
nâng cao độ tinh khiết của sản phẩm như : trích
ly, chưng cất, cô đặc, hấp thu …

Tuỳ
theo đặc tính yêu cầu của sản phẩm
mà ta có sự lựa chọn phương pháp cho phù hợp.
Đối
với hệ benzen – toluen
là hệ 2 cấu tử tan lẫn vô nhau, ta chọn phương pháp chưng
cất liên tục
để
nâng cao độ tinh khiết cho
benzen.
Đồ án môn học Quá trình & Thiết bị là một môn học mang tính tổng
hợp trong
quá
trình học tập của các kỹ sư Công nghệ Hóa học trong tương
lai. Môn học này giúp sinh viên có
thể
tính toán cụ thể : quy trình công
nghệ, kết cấu, giá thành của một thiết bị trong sản
xuất
hóa chất - thực
phẩm. Đây là lần đầu tiên sinh viên được vận dụng các kiến thức đại học
để
giải quyết các vấn đề kỹ thuật thực tế một cách tổng
hợp.
Nhiệm vụ của đồ án là thiết kế tháp đệm để chưng cất hỗn hợp benzen-
toluen có
nổng
độ 95% phần khối lượng benzen, nồng độ sản phẩm đáy là
0.5%, nồng độ nhập liệu là 40% khối lượng benzen,nhập liệu ở trạng thái
lỏng sôi với năng suất nhập liệu là G

F
=1500 kg/h.
Em xin chân thành cảm ơn thầy Nguyễn Văn Toàn trong thời gian dài
vừa qua đã tận tình chỉ dẫn chúng em hoàn thành bài báo cáo này.
CHƯƠNG I: QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ
1.1. Sơ đồ quy trình công nghệ.
1.2. Thuyết minh quy trình công nghệ.
Hỗn hợp benzen-toluen tại bình chứa nguyên liệu (1) được bơm (2) bơm
vào thiết bị gia nhiệt (3).Ở đây hỗn hợp được gia nhiệt sau đó hỗn hợp được
đưa vào tháp chưng cất (5) ở đĩa phân phối.
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 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 toluen sẽ ngưng tụ lại, cuối cùng trên đỉnh tháp ta thu được hỗn hợp
có cấu tử bezen chiếm nhiều nhất. Hơi này đi vào thiết bị ngưng tụ(6) và được
ngưng tụ 1 phần (chỉ ngưng tụ hồi lưu). Một phần chất lỏng ngưng được đưa
qua thiết bị làm lạnh sản phẩm đỉnh(7) trước khi đưa vào bồn chứa sản phẩm
đỉnh(8) . Phần còn lại của chất lỏng ngưng được hồi lưu về tháp ở đĩa trên
cùng với tỉ số hoàn 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 thu được hỗn hợp lỏng gồm hầu hết là cấu tử khó bay
hơi (toluen). Hỗn hợp đáy có toluene và một phần benzen. Dung dịch lỏng ở
đáy đi ra khỏi tháp, 1 phần được đun, bốc hơi ở nồi đun kettle (9) cung cấp lại
cho tháp để tiếp tục làm việc, phần còn lại được đưa vào bể chứa sản phẩm
(11) sau khi đã được làm lạnh ở thiết bị (12).Hệ thống làm việc liên tục cho ra
sản phẩm đỉnh là bezen, sản phẩm đáy là toluene.
1.3. Các thiết bị chính của quy trình.

- Tháp chưng luyện liên tục.
- Van.
- Bồn chứa nhập liệu,sản phẩm đỉnh,sản phẩm đáy.
- Thiết bị đun sôi dòng nhập liệu.
- Thiết bị ngưng tụ sản phẩm đỉnh.
- Nồi đun Kelte gia nhiệt sản phẩm đáy.
- Bộ phận phân chia dòng.
- Lưu lượng kế.
- Thiết bị làm nguội sản phẩm đỉnh và đáy.
CHƯƠNG II: TÍNH TOÁN SƠ BỘ
2.1. Các thông số ban đầu
- Chọn loại tháp đệm thiết bị hoạt động liên tục.
- Khi chưng luyện hỗn hợp benzen-toluen thì cấu tử dễ bay hơi là benzen.
- Hỗn hợp:
+ Benzen: C
6
H
6
, M
B
= 78 (g/mol)
+ Toluen: C
7
H
8
, M
T
= 92 (g/mol)
+ Nng sut nhp liu: G
F

= 1500kg/h
+ Nng nhp liu:
F
a
= 40% (kg Benzen / kg hn hp)
+ Nng sn phm nh:
P
a
= 95% (kg Benzen / kg hn hp)
+ Nng d sn phm ỏy:
w
a
= 0.5% (kg Benzen / kg hn hp)
- Cỏc ký hiu:
G
F
, F: sut lng nhp liu tớnh theo kg/h, kmol/h.
G
P
, P: sut lng sn phm nh tớnh theo kg/h, kmol/h.
G
W
, W: sut lng sn phm ỏy tớnh theo kg/h, kmol/h.
L : sut lng dũng hon lu, kmol/h.
a
F
: nọửng õọỹ họựn hồỹp õỏửu, % khọỳi lổồỹng
a
P
: nọửng õọỹ saớn phỏứm õốnh, % khọỳi lổồỹng

a
W
: nọửng õọỹ saớn phỏứm õaùy % lổồỹng
x
P
: nọửng õọỹ họựn hồỹp õỏửu (phn mol)
x
F
: nọửng õọỹ họựn hồỹp õỏửu (phn mol )
x
W
: nọửng õọỹ họựn hồỹp õỏửu (phn mol )
2.2. Cõn bng vt cht
Nng phn mol ca Methanol trong thỏp
0,4
78
0,44
1 0,4 1 0,4
78 92
F
B
F
F F
B T
a
M
x
a a
M M
= = =

+
+
(phn mol)
0,95
78
0,957
1 0,95 1 0,95
78 92
p
P
p p
B T
a
x
a a
M M
= = =
− −
+
+
(phần mol)
0,005
78
0,0059
1 0,005 1 0,005
78 92
w
B
W

w w
B T
a
M
x
a a
M M
= = =
− −
+
+
(phần mol)
Hỗn hợp benzen – toluen :
Ta có bảng cân bằng lỏng-hơi cho hỗn hợp benzen- toluen ở 1 atm
Bảng 1
x 0 5 10 20 30 40 50 60 70 80 90
1
0
0
y 0 11,8 21,4 38 51,1
61,
9
71,
2
79
85,
4
91
95,
9

1
0
0
T
O
C 110,6 108,3 106,1
102,
2
98,6
95,
2
92,
1
89,
4
86,
8
84,
4
82,
3
8
0,
2
Ở đây:
x là thành phần lỏng;y là thành phần hơi.
Từ số liệu của bảng 1 ta xây dựng đồ thị t-x,y cho hệ Benzen- Toluen:
Hình 1: Đồ thị t-x,y cho hệ Benzen- Toluen
Với :X
W

=0,0059→t
W
=110,6
0
C
X
F
=0,44t
F
=90,34
0
C
X
p
=80,89t
P
=80,89
0
C ~80,9
0
C
2.2.1Sut lng mol ca cỏc dũng
- Phng trỡnh cõn bng vt cht cho ton thỏp
G
F
= G
p
+ G
w
G

F
.a
F
= G
p
.a
P
+ G
w
.a
W
- Th cỏc giỏ tr vo ta c h phng trỡnh sau:
1500
0,005 0,95 0, 4.1500
W P
W p
G G
G G
+ =


+ =


G
p
= 627 (kg/h)
G
w
= 873 ( kg/h)

Tờnh khọỳi lổồỹng mol trung bỗnh:
- Trong họựn hồỹp õỏửu:
M
F
= x
F
M
B
+ (1- x
F
)M
T
= 0,44 .78 +(1- 0,44).92 = 85.84(kg/kmol)
- Trong saớn phỏứm õốnh:
M
P
= x
P
M
B
+ (1- x
P
)M
T
= 0,957.78 + (1-0,957).92 = 78.60 (kg/kmol)
- Trong saớn phỏứm õaùy:
M
W
= x
W

M
B
+ (1- x
W
)M
T
= 0,0059.78 +(1- 0,0059).92 = 91.92(kg/kmol)
Lổu lổồỹng tờnh theo kmol/h:
F = 1500/85,84 = 17,47 kmol/h
P = 627/78,60 = 7,98 kmol/h
W = 873/91,92= 9,49 kmol/h
Nhổ vỏỷy ta coù baớng tọứng kóỳt thaỡnh phỏửn saớn phỏứm nhổ sau:
Bng 3:
Nọửng õọỹ
phỏửn
khọỳi lổồỹng
Nọửng õọỹ
phỏửn mol
Lổu lổồỹng
(kg/h)
Lổu lổồỹng
(kmol/h)
Họựn hồỹp õỏửu 0,4 0,44 1500 17,47
Saớn phỏứm
õốnh
0,95 0,957 627 7,98
Saớn phỏứm õaùy 0,005 0,0095 873 9,49
2.2.2 Cỏc phng trỡnh lm vic
- T s liu bng 1 ta xõy dng thỡ cõn bng pha ca h Benzen-Toluen
ỏp sut 1 atm:

Hỡnh 2: th cõn bng pha ca h Benzen- Toluen ỏp sut 1atm
- Vi x
F
= 0,44 ta ni suy t th 2 c
*
F
y
= 0,66
+ T s hon lu ti thiu
*
min
*
0,957 0,66
1,62
0,66 0,44
P F
F F
x y
R
y x


= = =

[II-158]
Phng trỡnh lm vic :
- Phng trỡnh ng lm vic ca phn chng:
x =
1 1
1

TH
W
TH TH
R L
y x
R R L
+
+
+ +
[II-144]
- Phng trỡnh ng lm vic ca phn luyn:
y =
1 1
TH P
TH TH
R x
x
R R
+
+ +
L =
P
F
G
G
Giao điểm của đường làm việc đoạn chưng và đoạn luyện có x=x
F=
0.44
Đường làm việc đoạn chưng với đường chéo gốc có x=x
w

=0.0059 ứng với
mỗi giá trị của R ta vẽ được đồ thị xác định được số đĩa lý thuyết, tính được
bảng sau:
Bảng 4:
R 2.1 2.3 2.35 2.4 2.5 2.7
B 0,3 0,29 0,286 0,281 0,27 0,258
N 16 15 15 14 14 13
N(R+1) 49,6 49,5 49,1 47,6 49 49,4
Hình 3
Hình 4
Hình 5
Hình 6
Hình 7
Hình 8
Hình 9
Vẽ đồ thị biểu diển mối quan hệ giữa R và (R+1)N. Ta xác định được R
TH
=2,4
Säú ngàn lyï thuyãút cuía thaïp chæng laì : 14
Säú ngàn lyï thuyãút âoaûn luyãûn laì : 9,2
Säú ngàn lyï thuyãút âoaûn chæng laì: 4,8
- Phương trình đường làm việc của phần chưng:

1
1 2, 4 1 2,39 1
0,44
1 2,4 2,39 2,39 2,4
TH
W
TH TH

R
L
x y x
R R L
+
− + −
= + = +
+ + + +
L =
1500
2,39
627
F
P
G
G
= =
Vậy: x=0,71y+0,0017
- Phương trình đường làm việc của phần luyện:
y =
2,4 1
0,957
1 1 2,4 1 2,4 1
TH P
TH TH
R x
x x
R R
+ = +
+ + + +

Vậy:y=0,71+0,28
Hai phương trình cắt nhau tại x=x
F
CHƯƠNG III:CÂN BẰNG NHIỆT LƯỢNG
3.1. Cân bằng nhiệt lượng cho thiết bị ngưng tụ
Q
nt
=(R+1)G
p
.r
p
, kW
Với Q
nt
: nhiệt ngưng tụ, kW
Với r
p
=
P
a
.r
B
+(1-
p
a
).r
T
Tạix
P
= 0,957 tra bảng IX-2a.135.[II]ta cóT

P
=80,89
0
C.Tại nhiệt độ này ta có:
r
B
= 401.10
3
J/kg vào r
T
=382.10
3
J/kg
r
D
= 0,957 x 401.10
3
+(1-0,957).382.10
3
= 400,18.10
3
J/kg
Do đó: Q
nt
=(627.(2,4+1).400,8)/3600 = 236,9 KW
3.2. Cân bằng nhiệt lượng cho thiết bị gia nhiệt dòng nhập liệu tới nhiệt
độ sôi
Q
F
=C

F
.G
f
(T
F
- T
vào
), kW
Tại x
F
= 0,44 nội suy từ bảng IX-2a/ 146.[II]ta có T
F
= 94
o
C
Nhiệt dung riêng của nhập liệu tra ở nhiệt độ trung bình:
t =
90,34 25
2
+
=57,67
o
C
tại nhiệt độ này ta có:
C
B
=1936 J/kgđộ ,
C
T
=1900 J/kgđộ (bảng I.153 TR171-172.[5]).

Ta có C
F
=
F
a
C
B
+ (1-
F
a
)C
T
= 0,4.1930+ (1-0,4).1900 = 1913,2 J/kgđộ,do đó
Q
F
=1913,2. 1500.(90,34 -25) /3600=52,09 KW
Nếu coi tổn thất đường nhập liệu bằng 5% thì:
Q
F
= 1,05.52,09=54,09 KW
3.3. Cân bằng nhiệt lượng cho thiết bị làm nguội sản phẩm đáy từ 110,6
0
C
xuống 35
0
C
Q
W
=G
w

C
W
(T
W
- T
Wra
), kW
Nhiệt dung riêng được xác định ở nhiệt độ trung bình :T=
110,6 35
2
+
=72,8
o
C
.Tại nhiệt độ này ta nội suy từ bảng I.153/171-172.[I]. Ta có :
C
B
=1983 J/kgđộ;C
T
=1952J/kgđộ
Nên :C
W
=
W
a
C
B
+ (1-
W
a

)C
T
= 0,005. 1983 + (1-0,005).1952= 1952,16J/kgđộ
Do đó :Q
W
=873.1952,16.(110,6-35).10
-3
/3600=35,79 KW
3.4. Cân bằng nhiệt lượng cho thiết bị làm nguội sản phẩm đỉnh từ 80,9
0
C
xuống 35
0
C
Q
P
=C
P
.G
p
.(T
D
- T
Dra
), kW
Nhiệt dung riêng cũng được xác định ở nhiệt độ trung bình T=
80,39 35
2
+

=57,69
o
C . Tại nhiệt độ này ta nội suy các giá trị nhiệt dung riêng ở bảng
I.153/171-172.[I]:
C
B
=1877.5 J/kgđộ ;C
T
=1850 J/kgđộ
Tương tự ta tính được C
p
=0,95.1877,5+(1-0,95).1850=1876,13 J/kgđộ
Do đó Q
p
=627.1876,13 .(80,39-35)=14,83 KW
3.5. Nhiệt lượng cung cấp cho đáy tháp:
Từ cân bằng nhiệt lượng ta có:
Q
T
=( Q
nt
+ Q
W
+ Q
D
– Q
F
).Q
f
=

1,05.(236,9+35,79+14,83-52,09)= 247,2 KW
Q
F
: là lượng nhiệt tổn thất,lấy khoảng 5% tổng lượng nhiệt có ích cấp cho đáy
tháp.
CHƯƠNG IV: TÍNH TOÁN THIẾT BỊ CHÍNH
4.1. ng kớnh thỏp
ổồỡng kờnh thaùp õổồỹc tờnh theo cọng thổùc:

tb
tb
V
D

*3600*
4
=
(m) (IX89.[II])
V
tb
: lổồỹng hồi trung bỗnh õi trong thaùp (m
3
/h)

tb
: vỏỷn tọỳc hồi trung bỗnh õi trong thaùp (m/s)
G'
1
,x'
1

G
1
,x
1
=x
F
2 2
g'
1
,y'
1
=y
w
W,x
W
1
1
2 2
n'
F,x
F
n
G
Rx
g
õ
P,x
P
óứ xaùc õởnh lổồỹng hồi
trung bỗnh õi trong thaùp

chổng luyóỷn
Vỗ lổồỹng hồi vaỡ lổồỹng loớng thay õọứi theo chióửu cao thaùp vaỡ khaùc nhau trong
mọựi õoaỷn nón lổồỹng hồi trung bỗnh trong tổỡng õoaỷn khaùc nhau vaỡ do õoù õổồỡng
kờnh õoaỷn chổng vaỡ õoaỷn luyóỷn cuớa thaùp coù thóứ khaùc nhau.
4.1. 1. ng kớnh phn luyn
Lổu lổồỹng hồi trung bỗnh trong õoaỷn luyóỷn : coù thóứ xem gỏửn õuùng bũng
trung bỗnh cọỹng lổồỹng hồi õi ra khoới phn trón cuỡng cuớa thaùp g
õ
vaỡ lổồỹng hồi
õi vaỡo dổồùi cuỡng g
1
cuớa õoaỷn luyóỷn :
ổồỹc tờnh theo cọng thổùc sau :

2
1
gg
g
d
tb
+
=
(IX.91/181.[II])
g
õ
: lổồỹng hồi ra khoới thaùp ồớ õộa trón cuỡng (kg/h)
g
õ
= G
R

+G
P
= G
P
(R
TH
+1) (IX .92/181.[II])
Vồùi G
R
: lổồỹng loớng họửi lổu , kg/h
G
P
: lổồỹng saớn phỏứm õốnh (kg/h), G
P
= 627(kg/h)
R
TH
: chố sọỳ họửi lổu, R
TH
= 2,4
= > g
õ
= 627(2,4+1) = 2131,8 kg/h
g
1
: lổồỹng hồi õi vaỡo õộa dổồùi cuỡng cuớa õoaỷn luyóỷn (kg/h)
Aẽp duỷng phổồng trỗnh cỏn bũng vỏỷt lióỷu, nhióỷt lổồỹng cho õộa thổù nhỏỳt cuớa
õoaỷn luyóỷn:
g
1

= G
1
+ G
P
(IX.93/182.[II ])
g
1
y
1
= G
1
x
1
+ G
P
x
P
(IX.94/182.[II])
g
1
r
1
= g
õ
r
õ
(IX.95/182.[II])
Vồùi :
- y
1

: nọửng õọỹ cuớa cỏỳu tổớ nheỷ trong pha hồi cuớa phn trờn cựng
õoaỷn luyóỷn
- x
1
: haỡm lổồỹng loớng ồớ phn trờn cựng õoaỷn luyóỷn
x
1
= x
F
= 0,44 (phỏửn mol)
- G
P
=627(kg/h) = 7,98(kmol/h)
- r
1
: ỉn hióỷt hoùa hồi cuớa họựn hồỹp õi vaỡo phn trờn cựng cuớa
õoaỷn luyóỷn
r
d
= r
B
y
d
+ r
T
(1 - y
d
)
r
B

, r
T
: ỏứn nhióỷt hoùa hồi cuớa Benzen vaỡ Toluen nguyón chỏỳt
t
l
=
0
85,6
2
F p
t t
C
+
=
ồớ nhióỷt õọỹ t
l
= 85,6
o
C, tra baớng I-212/254.[I ]vaỡ bũng phổồng phaùp nọỹi suy :
Ta coù : r
B
85,6
= 390.10
3
(J/Kg); r
T

85,6
= 375.10
3

(J/Kg)
Vỏỷy r
d
= r
B
y
d
+ r
T
(1 - y
d
)= 390.10
3
.0,957+(1-0,957).375.10
3
=389,4. 10
3
(J/Kg)
G
d
.r
d
=2131,8.389,4.10
3
=830122920
Ta cú: g
1
.y
1
=G

1
x
1
+G
P
x
p
=(g
1
-G
p
).x
p
= > g
1
( y
1
-x
F
)=Gp(x
p
-x
F
) (1)
( )
3
1
B 1 T 1 1 1 1
.
830122920.0,957.10 794427,6

r y r 1 y 390 (1 ).375 15 375
d d
g y
g
y y y

= = =
+ + +
(2)
T (1) v (2) suy ra:
Y
l
=0.6;g
l
=2026(Kg/h);G
l
=g
l
-G
p
=2026-627=1399
= >
2026 2131,8
2078,9
2 2
d l
tb
g g
g
+

+
= = =
(Kg/h)
3
.
2131,8.389,4.10
409,7( / )
2026
d d
l
l
g r
r J Kg
g
= = =

Tờnh khọỳi lổồỹng rióng trung bỗnh õọỳi vồùi pha khờ õoaỷn luyóỷn:
[ ]
)/(
4,22
273)1(
3
11
mkg
T
MyMy
BtbAtb
ytb
+
=

(IX.102/183.[II])
M
B
= 78 (kg/kmol) , M
T
= 92 (kg/kmol)
y
tb1
: nọửng dọỹ phỏửn mol cỏỳu tổớ phỏn bọỳ trong õoaỷn luyóỷn
1
1
0,957 0,6
0,78
2 2
P
tb
y y
y
+ +
= = =
(phỏửn mol)

[ ]
3
0,78.78 (1 0,78).92 .273
2,76( / )
22,4.(85,6 273)
ytb
kg m

+
= =
+
Vỏỷy
3
2078,9
753,22( / )
2,76
tb
tb
ytb
g
V m h

= = =
Khọỳi lổồỹng rióng trung bỗnh õọỳi vồùi pha loớng õoaỷn luyóỷn:
2
1
1
1
1
1
x
tb
x
tb
xtb
aa

+=
(IX-104a/183.[II]).

xtb

: khọỳi lổồỹng rióng trung bỗnh cuớa họựn hồỹp loớng trong õoaỷn
luyóỷn

21
,
xx

: khọỳi lổồỹng rióng cuớa Benzen vaỡ Toluen cuớa pha loớng ồớ
nhióỷt õọỹ trung bỗnh laỡ 86,4
o
C, õổồỹc tra baớng I-2/9.[I ]:
)/(96,807
3
1
mkg
x
=


)/(64,973
3
2
mkg
x

=

a
tb1
: phỏửn khọỳi lổồỹng trung bỗnh cuớa cỏỳu tổớ A trong pha loớng

1
0,4 0,95
0,675
2 2
F P
tb
a a
a
+
+
= = =
(phỏửn khọỳi lổồỹng )
T
tb
l
=85,6
0
C

3 3
800( / ); 806( / )
T B
Kg m Kg m

= =
1 0,675 1 0,675
806 800
l
xtb


= +
3
804,4( / )
xtb
kg m

=
Tỗm vỏỷn tọỳc hồi trung bỗnh õi trong õoaỷn luyóỷn:
Vỏỷn tọỳc laỡm vióỷc cuớa doỡng khờ nhoớ hồn vỏỷn tọỳc õaớo pha tổỡ 10 ữ 20%.
Choỹn
tb
= 0,8 .
,
S
(m/s)

,
S
: laỡ vỏỷn tọỳc õaớo pha (hay vn tc sc)õổồỹc tờnh theo IX-115/187.[II]

1
1
0,16

2
4
8
3
'
lg 1,75
S d ytb ytb
x x
d xtb n y xtb
G
A
gV G

à
à




=
ữ
ữ ữ
ữ




Trong õoù
A = - 0,125

d

:Bóử mỷt rióng cuớa õóỷm, (m
2
/m
3
)
V
õ
: Thóứ tờch tổỷ do cuớa õóỷm m
3
/m
3
õỏy ta choỹn õóỷm Rasiga, bũng sổù õọứ lọỹn xọỹn coù kờch thổồùc 30*30*3,5
(mm), bóử mỷt rióng
d

= 165 (m
2
/m
3
), thóứ tờch tổỷ do V
õ
= 0,76 (m
3
/m
3
), sọỳ
õóỷm trong 1m
3

: 25.10
3
, khọỳi lổồỹng rióng xọỳp
)/(570
3
mkg
d
=

g : Gia tọỳc troỹng trổồỡng, g = 9,81(m/s
2
)

ytbxtb

,
: khọỳi lổồỹng rióng trung bỗnh cuớa pha loớng vaỡ pha hồi (kg/m
3
)

nx
àà
,
: õọỹ nhồùt cuớa pha loớng ồớ nhióỷt õọỹ trung bỗnh vaỡ cuớa nổồùc ồớ 20
o
C
G
x
, G
y

: lổu lổồỹng loớng vaỡ hồi trung bỗnh, kg/s
* Xaùc õởnh õọỹ nhồùt
nx
àà
,
:

n
à
: õọỹ nhồùt cuớa nổồùc ồớ 20
o
C tra trong baớng I-102/94.[I] ta coù :
)/(10*005,1)(005,1
23
mNsCp
n

==
à

:
x
à
ọỹ nhồùt cuớa họựn hồỹp loớng trong õoaỷn luyóỷn ồớ 85,6
o
C, õổồỹc tờnh theo
cọng thổùc sau:
21
lg)1(lglg
ààà

tbtbx
xx +=
0,44 0,957
0,698
2 2
F P
tb
x x
x
+ +
= = =
(phỏửn mol)
21
,
àà
: ọỹ nhồùt cuớa Benzen vaỡ Toluen ồớ 85,6
o
C, õổồỹc tra baớng
I-101/91.[I] vaỡ bũng phổồng phaùp nọỹi suy ta coù :
3 2
1
0,310 ( / )Ns m
à

=
3 2
2
0,308.10 ( / )Ns m
à

=
3 2
0,302.10 ( / )
x
Ns m
à

=
Tớnh lu lng lng,hi trung bỡnh i trong on luyn:
2
1 R
X
GG
G
+
=
627.2,4 1504,8( / ) 0,418( / )
R P x
G G R kg h kg s
= = = =
G
1
= 1399(kg/h) = 0,389 (kg/s)
0,389 0,418
0,404( / )
2
X
G kg s
+
= =

1
2078,9( / ) 0,577( / )
2
d
Y tb
g g
G g kg h k s
+
= = = =
Nhổ vỏỷy :
16,0
3
8
1
4
1
2
lg75,1'lg

=
n
x
xtbd
ytbd
xtb
ytb
y
x
S
gV
G
G
A
à
à

1 1
0,16
4 8
3
0,404 2,76 165.2,76 0,302
2lg ' 0,125 1,75 lg 0,052
0,577 804,4 9,81.(0,76) .804,04 1,005
S


= =
ữ ữ ữ


' 1,062( / )
S
m s

=
Vỏỷy tọỳc õọỹ laỡm vióỷc :
0,8* ' 0,85( / )
tb S
m s

= =
Vỏỷy õổồỡng kờnh õoaỷn luyóỷn :

4.
4.753,22
0,56( )
.3600. .3600.0,85
tb
tb
V
D m

= = =
4.1. 2. ng kớnh phn chng
ổồỹc tờnh theo cọng thổùc sau :

1
2
c c
d
tb
g g
g
+
=
(IX.91/181.[II])
g
õ
c
: lổồỹng hồi i vo on chng (kg/h)
Aẽp duỷng phổồng trỗnh cỏn bũng vỏỷt lióỷu

1 1

c c
W
G g G
= +
(1) (IX-98/182.[II])

1 1 1 1
c c c c
W W
G x g y G x
= +
(2) (IX-99/182.[II])
1 1 1 1
c c c c
n n
g r g r g r
= =
(3) (IX-100/182.[II])

Trong õoù :
y
1
c

= y
W
= 0,18 (phỏửn mol) ;y
l
=0,15(phn mol)
r

1
c
: ỏứn nhióỷt hoaù hồi cuớa họựn hồỹp hồi õi vaỡo phn trờn cựng cuớa õoaỷn
chổng, õổồỹc xaùc õởnh theo cọng thổùc trang 182.[II] :
1 1
(1 )
c c c
a b
r r y r y
= +
r
a
, r
b
: ỏứn nhióỷt hoaù hồi cuớa Benzen vaỡ Toluen ồớ nhióỷt õọỹ.
t
c
=
0
110,6 90,34
100,47
2 2
w F
t t
C
+
+
= =
tra baớng I-212/254.[I] ta coù:
r

c
B
=375.10
3
(J/Kg);r
c
T
=364(J/Kg);
3 3 3
1
375.10 .0,015 (1 0,015).364.10 364,27.10 ( / )
c
r J kg
= + =
Vỏỷy :
1
1 1
3
1
830122920
(3) 2279,5( / )
364,17.10
c
c
r
g g kg h
r
= = =

1 1
(1) 2279,5 873 3152,5( / )
c c
W
G g G kg h
= + = + =
Vỏỷy lổồỹng hồi trung bỗnh trong õoaỷn chổng:

1
2279,5 2026
2152,5( / )
2 2
c
c
l
tb
g g
g Kg h
+
+
= = =
Khọỳi lổồỹng rióng trung bỗnh õọỳi vồùi pha hồi õoaỷn chổng :
Giọỳng nhổ trong õoaỷn luyóỷn, khọỳi lổồỹng rióng õoaỷn chổng õổồỹc tờnh theo
cọng thổùc sau:
1 1
(1 ) 273
22,4.
c c
tb A tb B
c

ytb
c
y M y M
T


+

=
(IX-102/183.[II]))
Ta coù : T
c
=100,47
0
C
1
c
tb
y
: Haỡm lổồỹng hồi trung bỗnh cỏỳu tổớ phỏn bọỳ trong õoaỷn
chổng
1
1
0,018 0,66
0,339
2 2
c
W
tb
y y

y
+
+
= = =
(phỏửn mol)
( )
0,339.78 1 0,339 .92 .273
2,85( / )
22,4.(100,47 273)
c
ytb
Kg h

+

= =
+

Vỏy
3
2152,8
755,4( / )
2,85
c
c
tb
tb
c
ytb
g

V m h

= = =
Khọỳi lổồỹng rióng trung bỗnh õọỳi vồùi pha loớng õoaỷn luyóỷn
1 1
1
1
c c
tb tb
c
xtb xb xT
a a


= +

1
0,4 0,005
0,2
2 2
c
F W
tb
a a
a
+
+
= = =

,
xB xT

: khọỳi lổồỹng rióng cuớa Benzen vaỡ cuớa Toluen ồớ nhióỷt õọỹ
trung bỗnh cuớa õoaỷn chổng 100,47
o
C .
3
3
790( / )
782( / )
xB
xT
kg m
kg m


=
=
Suy ra :
3
783,59( / )
c
xtb
kg m

=
Tờnh vỏỷn tọỳc hồi trung bỗnh trong õoaỷn chổng:
Tổồng tổỷ trong õoaỷn luyóỷn ta coù :
tb

= 0,8.
,
S

8
1
4
1
16,0
3
2
'
'
'
'
75,1
'
'
''
lg

=
















xtb
ytb
y
x
n
x
xtbd

ytbdS
G
G
A
gV


à
à


Tờnh õọỹ nhồùt
xn
',
àà
:
Tổồng tổỷ trong õoaỷn luyóỷn ta coù :
)/(10*005,1)(005,1
23
mNsCp
n

==
à
;
lg lg (1 )lg
c
x tb B tb T
x x
à à à

= +

0,223
2
W F
tb
x x
x
+
= =
(phỏửn mol)
,
B T
à à
: ọỹ nhồùt cuớa Benzen vaỡ Axit Axetic ồớ nhióỷt õọỹ
100,47
o
C :
3 2
3 2
0,250.10 ( / )
0,266.10 ( / )
B
T
Ns m
Ns m
à
à

=
=
3 2
0,262.10 ( / )
c
x
Ns m
à

=
Tờnh lổồỹng loớng, hồi trung bỗnh G
X
, G
Y
:
1 1
1399 3152,5
2275,7( / ) 0,632( / )
2 2
c
c
x
G G
G kg h kg s
+ +
= = = =
2152,8( / ) 0,598( / )
c
y tb
G g kg h kg s

= = =
Do ú:
16,0
3
8
1
4
1
2
'
'
'
lg
'
'
'
'
75,1'lg

=
n
x
xtbd
ytbd
xtb
ytb
y
x
S
gV
G
G
A
à
à

1 1
0,16
4 8
3
0,632 2,85 165.2,85 0,262
0,125 1,75 lg
0,598 783,59 9,81.783,59.(0,76) 1,005


=

ữ ữ ữ




' 0,938( / )
S
m s

=
' 0,8. ' 0,75( / )
tb S
m s

= =

Nh vy ng kớnh on chng l:
4.
4.765,4
0,597( )
.3600. ' .3600.0,75
tb
tb
V
D m

= = =
Do õổồỡng kờnh õoaỷn chổng vaỡ õoaỷn luyóỷn chónh lóỷch nhau khọng quaù 10%
nón õọửng nhỏỳt hai giaù trở õổồỡng kờnh vóử giaù trở õổồỡng kờnh chuỏứn.
Vỏỷy choỹn õổồỡng kờnh thaùp laỡ 0,6 m (theo baớng qui chuỏứn cho õổồỡng kinh
thaùp, 359.II)
4.2. Chi u cao thỏp ch ng luy n:
Chióửu cao thaùp chổng luyóỷn õổồỹc tờnh theo cọng thổùc IX-50/168.[II]
H = N
l
h
tõ
+ H (m)
H : khong cỏch cho phộp nh vaỡ õaùy thaùp. õỏy thaùp
laỡm vióỷc ồớ aùp suỏỳt thổồỡng nón H = 0,8m (Nừp vaỡ õaùy thaùp coù daỷng hỗnh elip)
N
l
: Sọỳ bỏỷc thay õọứi nọửng õọỹ lyù thuyóỳt
h
tõ
: chióửu cao tổồng õổồng cuớa bỏỷc thay õọứi nọửng õọ, õổồỹc

tờnh theo cọng thổùc sau:
x
y
y
x
f
x
y
e
y
x
d
x
y
c
d
b
d
a
y
tby
td
G
G
m
mG
G
G
G
V

W
Kh

=
1
lg
à
à



à

Hoỷc coù thóứ tờnh theo cọng thổùc :
( )
x
y
y
x
x
y
y
x
x
y
tdtd
G
G

m
mG
G
G
G
dh

=
1
lg
eR4,8*
038,0
19,0
342,0
2,0
à
à



2903,8( / ) 0,404( / )
l
x
G kg h kg s= =
;
G
x
c
= 2275,7 (kg/h) = 0,632
(kg/s)
2275,75( / )
2
l c
x x
G G

Gx kg h
+
⇒ = =
−
2078,9( / ) 0,577( / )
l
y
G kg h kg s
= =
;G
y
c
= 2152,8 (kg/h) = 0,598
(kg/s)
2152,75( / )
2
l c
y y
G G
Gy kg h
+
⇒ = =
− ω
c
tb
= 0,75 (m/s),

0,85( / )
l
tb

m s
ω
=
0,775( / )
tb
m s
ω
⇒ =
−
3
783,59( / )
c
x
kg m
ρ
=
,
3
804,04( / )
l
x
kg m
ρ
=
3
793,8( / )
x
p kg m
⇒ =
−

3
2,85( / )
c
y
kg m
ρ
=
;

3
2,76( / )
l
y
kg m
ρ
=
3
2,8( / )
y
p kg m⇒ =
−
3 2
0,262.10 ( / )
c
x
Ns m
µ
−
=
;

l
x
µ
= 0,302.10
-3
(Ns/m
2
)
4 2
2,82.10 ( / )
x
Ns m
µ
−
⇒ =
−
y
µ
: âæåüc tênh theo cäng thæïc sau:
1 1
(1 )
hh tb A tb B
y B T
M y M y M
µ µ µ
−
= +
Đoạn chưng:
2
1 1

(1 ) 0,339.92 (1 0,339).78 82,75( / )
c c
hh tb A tb B
M y M y M Ns m
= + − = + − =
BA
µµ
,
: âäü nhåït cuía håi Benzen, Toluen åí 100,47
o
C :

3 2
3 2
0,00863.10 ( / )
0,00954.10 ( / )
B
T
Ns m
Ns m
µ
µ
−
−
=
=
;
3 2
0,00992.10 ( / )
c

y
Ns m
µ
−
⇒ =
Đoạn luyện:
2
1 1
(1 ) 0,78.92 (1 0,78).78 88,92( / )
hh tb A tb B
M y M y M Ns m
= + − = + − =
BA
µµ
,
: âäü nhåït cuía håi Benzen,Toluen åí 85,6
o
C
3 2
0,00849.10 ( / )
B
Ns m
µ
−
=
;
3 2
0,0091.10 ( / )
T
Ns m

µ
−
=