đồ án về máy và thiết bị hóa chất trong tách hai cấu tử

Đồ án môn học

Page 1
Sv: Hà Minh Tiến
Đồ án này gồm có:
Trang
I. Tính toán thiết bị trao đổi nhiệt ống lồng ống
Giới thiệu chung 2
1.tính toán chung 3
2. tính toán cho ống trong là ống tròn trơn 6
3. tính toán cho ống trong là ống có gân dọc 10

II. Tính toán tháp chưng cất hai cấu tử
Giới thiệu chung 16
1. Tính toán nồng độ phần mol và lưu lượng (kmol/h) của nguyên liệu,sản
phẩm đỉnh và sản phẩm đáy 17
2. Vẽ đường cân bằng trên đồ thị x-y 19
3. Xác định chỉ số hồi lưu thích hợp, đường là việc và số đĩa lý thuyết 20
4. Xác dịnh đường kính 25
5. Số đĩa thực tế và chiều cao cơ bản của tháp 29
6. Xác định nhiệt độ đỉnh ,đáy và vị trí đĩa tiếp liệu ứng với trường hợp
nguyên liệu vào tháp ở trạng thái sôi . 34
Kết luận 36

Đồ án môn học

Page 2
Sv: Hà Minh Tiến
I. Tính toán thiết bị trao đổi nhiệt ống lồng ống:
Giới thiệu chung về thiết bị trao đổi nhiệt ống lồng ống:
Thiết bị trao đổi nhiệt kiểu ống lồng ống có cấu tạo rất gọn gàng do hiệu quả
trao đổi nhiệt cao, chúng có các ưu điểm nổi bật sau:
 Thường được sử dụng để trao đổi nhiệt giữa các chất lỏng với nhau hoặc
chất lỏng với môi chất đang sôi hay đang ngưng tụ với khả năng trao đổi
nhiệt lớn.
 Cả hai môi chất khi chuyển động qua thiết bị đều chuyển động đối lưu
cưỡng bức với tốc độ rất lớn nên thời gian đạt yêu cầu trao đổi nhiệt sẽ giảm
xuống.
 Kết cấu gọn gàng, an toàn và dễ chế tạo.
Tuy nhiên, các thiết bị trao đổi nhiệt kiểu ống lồng ống hiện nay chỉ là các ống
trơn hiệu quả thấp, ít nhiều bị hạn chế , đặc biệt trong moi trường ngưng tụ môi
chất , ống trơn sẽ hạn chế khả năng ngưng tụ của môi chất. nên người ta thiết
kế ống lồng ống với ống trong có gân dọc mặt ngoài. Một số dạng ống lồng ống
trong thực tế hay gặp như hình dưới đây:
Đồ án môn học

Page 3
Sv: Hà Minh Tiến

Hình 1 :Cấu tạo ống lồng ống
Yêu cầu và mục tiêu cần đạt được:
Tính toán thiết bị trao đổi nhiệt dạng ống lồng ống dung dầu điesel đun nóng dầu
thô trong hai trường hợp :

 ống trong là ống tròn trơn
 ống trong là ống tròn ,mặt ngoài có gân dọc
số liệu như sau:lưu lượng dầu thô 35000kg/h, lưu lượng diesel là 27000 kg/h
một số tính chất ban đầu được cho ở bảng dưới đây:
Thông s
ố

D
ầ
u thô

diezen

Nhi
ệ
t đ
ộ

đ
ầ
u vào (
o
C)

25

280

Nhi
ệ

t đ
ộ

đ
ầ
u ra (
o
C)

C
ầ
n tính

150

T
ỷ

kh
ố
i d
4
20

0,89

0,8

Đ
ộ

nh
ớ
t(cst)

20
o
C
40
o
C
100
o
C
200
o
C
250
o
C
300
o
C

6,2
3,8
1,4
0,5
0,4
0,3

1,1
0,81
0,45
0,26
0,21
0,15
Đồ án môn học

Page 4
Sv: Hà Minh Tiến
Đồ thị độ nhớt theo nhiệt độ được vẽ để tiện cho tính toán:










0
1
2
3
4
5
6
7

8
9
10
0 50 100 150 200 250 300 350
độ nhớt(cst)
nhiệt độ(
o
C)
dầu thô
diezen
Đồ án môn học

Page 5
Sv: Hà Minh Tiến
1. Tính toán chung
1.1lượng nhiệt trao đổi và tính lượng nhiệt đầu ra :
nhiệt dung riêng điesel và dầu được tính theo công thức:
0.5
9
1625 1,1886( 32)
5
( )
t
t
t
C
d
 


 Tại 280
o
c nhiệt dung riêng diesel là :
C
d
=1884 j/ kg
o
=0,497 kcal/kg
o

 Tại 150
o
c nhiệt dung riêng diesel là :
C
d
=1884,3 j/ kg
o
=0,497 kcal/kg
o

 Lượng nhiệt trao đổi của diesel là:
. . 0,497.27000.(280 150) 1744470( / )
P
Q C m T Kcal h
     
 Do lượng nhiệt của dầu thô nhận bằng lượng nhiệt diesel cung cấp nên
theo cân bằng nhiệt:
Q(dầu thô)=Q(diesel)=1744470 kcal/h
 Tại 25
o

c nhiệt dung riêng của dầu thô là:
C
p
=1793,39j /kg
o
=0,429 kcal/kg
o

Theo công thức :
. .
P
Q C m T
  
=>
1744470
116,18
35000.0,429
o
p
Q
T c
C m
   


 Nhiệt độ đầu ra của dầu thô là:t= 116,18-25=91,18
o
C

1.2 nhiệt độ và độ nhớt :

 hiệu số nhiệt độ trung bình:
diesel 280
o
→ 150
o
dầu thô 91,18
o
← 25
o

188,8
o
125
o

188,8 125
154,9 155
188,8
2,3lg
125
o o
t c c

   

Đồ án môn học

Page 6
Sv: Hà Minh Tiến
 Độ nhớt trung bình của dầu thô được tính :

Nhiệt độ trung bình dầu thô là: (25+91,18)/2=58,09
o
c
Theo đồ thị ta có độ nhớt động học dầu thô là:
ν = 2,1(cst)=2,8.10
-6
(m
2
/s)
độ nhớt động lực học tương ứng là:
µ
p
=v
p
.ρ
p
=2,8*10
-6
.860=2,408.10
-3
(N.s/m
2
)

 Độ nhớt trung bình của diesel được tính :
Nhiệt độ trung bình diesel là: (280+150)/2=215
o
c
Theo đồ thị ta có độ nhớt động học diesel là:
ν =0,22(cst)=0,22.10

-6
(m
2
/s)
độ nhớt động lực học tương ứng là:
µ
d
=v
d
.ρ
d
=2,2.10
-7
.640=1,408.10
-4
(N.s/m
2
)
2. phần tính toán riêng cho ống trong là ống tròn trơn:

Đối với loại ống lồng ống quy định đường kính ống trong là 38-57mm, đường kính
ống ngoài là 76-108 mm. nên ta chọn ống trong có kích thước 57х2 mm, ống ngoài
108х3mm được làm bằng thép X18H10T (có λ=16,3w/m
0
)
2.1 hệ số cấp nhiệt diesel:
Hệ số cấp nhiệt được tính theo công thức:
d
d d
Nu

d



Trong đó chuẩn số Nu được tính:
0.25
0,8 0.43
Pr
0,021.Re .Pr
Pr
d
d d d
w
Nu
 

 
 

Đồ án môn học

Page 7
Sv: Hà Minh Tiến
Vận tốc diesel được tính theo công thức:
 
2 2
4. 4.27000
5,3145 /
3,14.0,053 .640.3600
d

d
d
G
W m s
d
 
  

Chuẩn số reynold được tính cho dầu diesel:
4
4
. . 5,3145.0,053.640
Re 1280303,94 10
1,408.10
d d
d
d
 


   

Nên chế độ thuỷ động của diesel là chảy rối.
Chuẩn số Pr của điesel tại nhiệt độ trung bình t=215
o
c
4
3600. .
3600.0,497.1,408.10
Pr 3,072

0,082
d d
d
C



  

Tại 215
o
c hệ số dẫn nhiệt điesel được ngoại suy là ג=0,082 [kcal/m.h.độ]
Thay vào công thức tính chuẩn số Nu ta có :
0,25 0,25
0,8 0,43
Pr Pr
0,021.Re .Pr 2616,14
Pr Pr
d d
d d d
w w
Nu
   
 
   
   

Vậy hệ số cấp nhiệt của diesel là :
0,25 0,25
Pr Pr0,083

.2616,14 4097
0,053 Pr Pr
d d d
d d
w w
Nu
d


   
  
   
   

2.2 hệ số cấp nhiệt dầu thô là:
Nhiệt độ trung bình dầu thô là :58,09
o
c , nhiệt dung riêng dầu thô là C
p
=0,404
[kcal/m.h.độ]
Vận tốc dầu thô được tính theo công thức:
 
2 2 2
4.
4.35000
2,013 /
3,14.(0.102 0,057 ).860.3600
p
p

p
G
W m s
d
 
  


Chuẩn số reynold được tính cho dầu thô:
4
3
. .
2,013.(0,102 0,057).860
Re 32351,78 10
2,408.10
p d
d
d
 



   

Đồ án môn học

Page 8
Sv: Hà Minh Tiến
Chế độ thuỷ động của dầu thô là chảy rối.
Chuẩn số Pr của dầu thô tại nhiệt độ trung bình t=58,09

o
c có hệ số dẫn nhiệt ג=
0,12[kcal/m.h.độ]
3
3600. .
3600.0,404.2,408.10
Pr 29,185
0,12
p p
p
C



  

Chuẩn số Nu của dầu thô được tính:
0,25 0,25
0,8 0,43
' '
Pr Pr
0,021.Re .Pr 363,2
Pr Pr
p p
p p p
w w
Nu
   
 
   

   

Hệ số cấp nhiệt phía dầu thô là:
d=0,102-0,057=0,045 (m)
0,25 0,25
' '
Pr Pr
0,12
.363,2 968,5
0,045 Pr Pr
p p p
d p
w w
Nu
d


   
  
   
   

2.3 hệ số truyền nhiệt K khi bỏ qua
Ta có
2
1
57
2
53
d

d
 
nên có thể coi như truyền nhiệt qua tường phẳng.
Trở lực qua tường là:
3
3 3 3
1 2
2.10
1,16.10 1,16.10 2,4427.10
16,3
r r r



  
       
[m
2
.h.độ/kcal]
Khi bỏ qua
0,25 0,25
'
Pr
Pr
1
Pr Pr
p
d
w w
   

 
   
   

Hệ số truyền nhiệt được tính theo công thức:
2
3
1 1
268,87( / . . )
1 1 1 1
2,4427.10
4097 968,5
d p
K Kcal m hdo
r
 

  
    

Nhiệt tải riêng :
0,25
Pr
Pr
d
w
 
 
 
Đồ án môn học

Page 9
Sv: Hà Minh Tiến
Q=K.Δt=268,87.155 =41674,85 [kcal/m
2
.h]
2.4 hệ số truyền nhiệt khi chú ý đến
Giả thiết hiệt độ thành của dầu diesel là:203,8
o
c
Tại đó độ nhớt động học µ=0,258.10
-6
N.m
2
/s, hệ số dẫn nhiệt ג= 0,084
kcal/m
2
.h.độ .
Chuẩn số Pr
w
được tính
6
3600. .
3600.0,497.0,258.10 .640
Pr 3,517
0,084
d d
d
C




  

0.25
Pr
0,9668
Pr
w
 

 
 

Hệ số cấp nhiệt của dầu diesel là:
0,968.4097 3961,063

 
[kcal/m
2
.h.độ]
Nhiệt cung cấp phía dầu điesel là: Q
d
= α.(t
d
-t
t
)=3961,063.(215-203,8)=44363,91
[kcal/m
2

.h]
Nhiệt độ tường phía dầu thô là: t
wp
=t
t
-Q
d
.Σr=203,8-44363,91.2,4427.10
-
3
=95,43228
o
C
Chuẩn số Pr
wp
phía dầu thô là:
6
3600. .
3600.0,404.(1,43.10 .860)
Pr 15,158
0,118
wp wp
wp
wp
C



  

0,25
0,25
Pr
29.185
1,178
Pr 15,1578
p
wp
 
 
 
 
 
 
 
 

Hệ số cấp nhiệt của dầu thô:α=968,5.1,178=1140,855 [kcal/m
2
.h.độ]
Nhiệt cấp phía thành ống phía dầu thô
Q
w
=α(t
wp
-t
p
)=1375,258.(95,43-58,09)=42602,13[kcal/m
2
.h]

Sai số ε=(44363,91-42602,13)/44363,91.100 %=1,986%<5%
0,25
Pr
Pr
d
w
 
 
 
Đồ án môn học

Page 10
Sv: Hà Minh Tiến
Nên chấp nhận được. khi đó Q
tb
=(44363,91+42602,13)/2=43483,02[kcal/m
2
.h]
Sai số dòng nhiệt


( )
1140,85 95,43 58,09
1 1 0,03977 3,977%
( ) 3961,063(215 203,8)
p wp p
d d wd
t t
t t






     
 

Vậy α
d
,α
p
được lấy như trên.khi đó
2
3
1 1
280( / . . )
1 1 1 1
2,4427.10
3961,063 1140,855
d p
K Kcal m h do
r
 

  
    

Diện tích trao đổi nhiệt
2
1744470

40,118
43483,02
tb
Q
F m
Q
  

Số modul :
1
40,118
80,4 81
3,14.0,053.3
F
N
d l

   
ống
Hiệu suất trao đổi nhiệt:
280 150
0,51 51%
250 25
max
d p
t
t t




   
 

1. tính toán riêng cho ống trong là ống tròn mặt ngoài có gân dọc:

Đồ án môn học

Page 11
Sv: Hà Minh Tiến

Chọn kích thước ống 57х2 và 108х3 ống có gân h= 12,7 mm ; w=0,082mm, bước
gân w
r
=4,02mm độ dày gân w=0,82 mm;
Số gân trên bề mặt ống tỏng là:
2
. 3,14.57
37
0,82 4,02
r
d
n
w


  
 

3.1Hệ số cấp nhiệt của dầu diesel chảy trong ống không thay đổi tính như 2.1
0,25 0,25

Pr Pr0,083
.2616,14 4097
0,053 Pr Pr
d d d
d d
w w
Nu
d


   
  
   
   

3.2 hệ số cấp nhiệt của dầu thô:
 Diện tích dòng chảy dầu thô ngoài ống là :
2 2
.( ) .( . )
4
r
S D d n h

  
   
2 2 6 6 3
.(0,102 0,057 ) 37.(12,7.0,82.10 4,02.0,82.1
0 ) 5,1.10
4
S


  
     m
2

 Vận tốc dầu thô được tính theo công thức:
3
35000
2,217( / )
3600. . 3600.5,1.10 .860
p
p
p
G
m s
S



  

Chu vi thấm ướt :
Đồ án môn học

Page 12
Sv: Hà Minh Tiến
2
2 ( ) 1,56
r
C D d n h n n m

    
      
Đường kính tương đương được tính:
3
5,1.10
4 4. 0,0131[ ]
1,56
td
S
d m
C

  

 Chuẩn số Reynold tính ở 58,09
o
C là:
4
3
. .
2,217.0,0131.860
Re 10372,4 10
2,408.10
p td p
p
p
d
 



   

Chế độ thuỷ động là chảy rối.
 Chuẩn số Pr của dầu thô được tính như sau;
3
3600. .
3600.0,404.2,408.10
Pr 29,185
0,12
p p
p
C



  

Với λ=0,12(kcal/m.h.độ)
 Chuẩn số Nu được tính theo :
0,25 0,25
0,25 0,43
' '
Pr Pr
0,021.Re .Pr 146,2
Pr Pr
p p
p p p
w w
Nu
   

 
   
   

Hệ số cấp nhiệt của dầu thô:
0,25 0,25
' '
Pr Pr
0,12
.146,2 1339,24
0,0131 Pr Pr
p p p
d p
w w
Nu
d


   
  
   
   

Trở lực tường và cặn bẩn:
3
3 3 3
1 2
2,82.10
1,16.10 1,16.10 2,49.10
16,3

r r r



  
       
[m
2
.h.đô/kcal]
r
1
là trở lực tường bên diesel
r
2
là trở lực phía tường bên dầu thô
Đồ án môn học

Page 13
Sv: Hà Minh Tiến
δ là bề dày ống
λ là độ dẫn nhiệt vật liệu chế tạo ống
3.3 tính hệ số truyền nhiệt và nhiệt tải riêng khi bỏ qua
Ta có
2
1
57
2
53
d
d

 
nên có thể coi như truyền nhiệt qua tường phẳng.
Khi bỏ qua
0,25 0,25
'
Pr
Pr
1
Pr Pr
p
d
w w
   
 
   
   

Hệ số truyền nhiệt được tính theo công thức:
2
3
1 1
287,3( / . . )
1 1 1 1
2,49.10
4097 1339,24
d p
K Kcal m h do
r
 


  
    

Nhiệt tải riêng :
Q=K.Δt=287,3.155=44531,5 [kcal/m
2
.h]
3.4 tính hệ số truyền nhiệt và nhiệt tải riêng khi tính đến
Giả thiết hiệt độ thành của dầu diesel là:203,2
o
c
Tại đó độ nhớt động học µ=0,258.10
-6
N.m
2
/s, hệ số dẫn nhiệt ג= 0,084
kcal/m
2
.h.độ .
Chuẩn số Pr
w
được tính
6
3600. .
3600.0,497.0,258.10 .640
Pr 3,517
0,084
d d
d
C




  

0.25
Pr
0,9668
Pr
w
 

 
 

Hệ số cấp nhiệt của dầu diesel là:
0,968.4097 3961,063

 
[kcal/m
2
.h.độ]
0,25
Pr
Pr
d
w
 
 
 

0,25
Pr
Pr
d
w
 
 
 
Đồ án môn học

Page 14
Sv: Hà Minh Tiến
Nhiệt cung cấp phía dầu điesel là: Q
d
= α.(t
d
-t
t
)=3961,063.(215-203,2)=46740,55
[kcal/m
2
.h]
Nhiệt độ tường phía dầu thô là: t
wp
=t
t
-Q
d
.Σr=203,2-46740,55.2,49.10
-3

=86,81
o
C
Chuẩn số Pr
wp
phía dầu thô là:
6
3600. .
3600.0,404.(1,6.10 .860)
Pr 16,96
0,118
wp wp
wp
wp
C



  

0,25
0,25
Pr
29.185
1,1145
Pr 16,96
p
wp
 
 

 
 
 
 
 
 

Hệ số cấp nhiệt của dầu thô:α=1339,24.1,1145=1533,887 [kcal/m
2
.h.độ]
Nhiệt cấp phía thành ống phía dầu thô
Q
w
=α(t
wp
-t
p
)=1533,887.(88,81-58,09)=44062,49[kcal/m
2
.h]
Sai số ε=(46740,55-44062,49)/46740,55.100 %=2,865%<5%
Nên chấp nhận được. khi đó Q
tb
=(46740,55+44062,49)/2=45401,52[kcal/m
2
.h]
Sai số dòng nhiệt


( )

1533,887 86,81 58,09
1 1 0,0575 5,75% 10%
( ) 3961,063(215 203,2)
p wp p
d d wd
t t
t t





      
 

Vậy α
d
,α
p
được lấy như trên.khi đó
2
3
1 1
295( / . . )
1 1 1 1
2,49.10
3961,063 1533,887
d p
K Kcal m h do
r

 

  
    

Diện tích trao đổi nhiệt
2
1744470
38,423
45401,52
tb
Q
F m
Q
  

Số modul :
1
38,423
76,959 77
3,14.0,053.3
F
N
d l

   
ống
Đồ án môn học

Page 15

Sv: Hà Minh Tiến
Hiệu suất trao đổi nhiệt:
280 150
0,51 51%
250 25
max
d p
t
t t



   
 
.

Đồ án môn học

Page 16
Sv: Hà Minh Tiến
II.Tính toán thiết bị truyền chất
Giới thiệu chung:
Chưng là một trong các phương pháp tách các cấu tử trong công nghiệp. nó dựa
trên nguyên tắc độ bay hơi của các cấu tử trong hỗn hợp khác nhau.
Tháp chưng luyện gồm có hai phần phần từ đĩa tiếp liệu đi lên gọi là đoạn luyện
,còn phần từ đĩa tiếp liệu đi xuống gọi là đoạn chưng.
Nguyên lý hoạt động của tháp là lỏng đi từ trên xuống và hơi đi từ dưới lên. Hơi
bốc từ dưới lên qua lỗ đĩa trên và tiếp xúc với pha lỏngcảu đĩa trên, ngưng tụ một
phần, vì thế nồng độ cấu tử dễ bay hơi trong lỏng tăng nên nồng độ của nó trong
hơi do lỏng bốc lên cũng tăng.cấu tử dễ bay hơi có nhiệt độ sôi thấp hơn cấu tử khó
bay hơi, nên nồng độ của nó tăng nhiệt đô sôi của dung dịch giảm. theo chiều cao
tháp nồng độ của cấu tử dễ bay hơi tăng dần cả trong pha lỏng và pha hơi, nhiệt độ
giảm dần.

Đồ án môn học

Page 17
Sv: Hà Minh Tiến
Yêu cầu và mục tiêu cần đạt:
Tính toán các thông số cơ bản của thiết bị (tháp) chuyển khối làm việc ở áp
suất khí quyển (760mmHg) để chưng luyện hỗn hợp hai cấu tử, đảm bảo các yêu
cầu về năng suất tính theo hỗn hợp đầu và thành phần nguyên liệu đỉnh và đáy.Các
yêu cầu cụ thể như sau:
1. Xác định nồng độ phần mol và lưu lượng(kmol/h) của nguyên liệu, sản phầm

đỉnh và sản phẩm đáy.
2. Vẽ đường cân bằng trên đồ thị x-y.
3. Xác định chỉ số hồi lưu thích hợp, đường làm việc và số đĩa lý thuyết của tháp.
4. Xác định đường kính, số đĩa thực tế và chiều cao cơ bản của tháp.
5. Xác định nhiệt độ đỉnh, đáy và trí đĩa tiếp liệu ứng với trường hợp nguyên liệu
vào tháp ở nhiệt độ sôi.
Tháp đĩa dùng để chưng cất hai cấu tử axeton và etanol với nong độ phần khối
lượng của nguyên liệu là a
F
=0,28 , nồng độ sản phẩm đỉnh là a
p
=0,985, nồng độ
sản phẩm đáy là a
w
=0,02, với lưu lượng đầu vào 4000 kg/h

1.xác định nồng độ phần mold lưu lượng nguyên liệu sản phẩm đáy và sản
phẩm đỉnh
.1.1 nguyên liệu:
Gọi phần mold cấu tử dễ bay hơi hơn (axeton) trong nguyên liệu là x
F
theo bài ra ta
có:
58.
0,28
58. (1 ).46
F
F F
x
x x


 
từ đó ta có x
F
=0,2357=23,57%
Lưu lượng mol đầu vào:
4000.0,28 4000.0,72
81,92( / )
58 46
F kmol h
  
Đồ án môn học

Page 18
Sv: Hà Minh Tiến
.1.2 sản phẩm đỉnh và sản phẩm đáy:
Gọi nồng độ phần mol pha lỏng của axeton ở đỉnh và đáy lần lượt là x
P
,x
W
Khi đó được tính theo công thức:
58.
0,985
58. (1 ).46
P
P P
x
x x

 

từ đó ta tính được x
p
=0,9812=98,12%
Sản phẩm đáy:
w
w w
58.
0,02
58. (1 ).46
x
x x

 
từ đó ta có x
w
=0,0159=1,59%
Để tính lưu lượng ta có hệ:
Cân bằng vật liệu: W+P=81,92 (1)
Cân bằng vật liệu cho cấu tử dễ bay hơi:
0,0159W+0,9812P=81,92.0,2357 (2)
Từ (1) và (2) ta có W=63,27 Kmol/h và P =18,65 kmol/h
2.Vẽ đường cân bằng trên đồ thị x-y
Số liệu:
x 0 5 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
y 0 11,2 23,04 39,8 50,9 59,3 66 73,1 79,5 86 92,4 100
t 78,3 75,4 73 69 65,9 63,6 61,8 60,4 59,1 58 57 56,1
Đường cân bằng trên đồ thị x- được vẽ:

Đồ án môn học

Page 19
Sv: Hà Minh Tiến







0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
nồng độ pha hơi (y)
nồng độ pha lỏng (x)
Đồ án môn học

Page 20
Sv: Hà Minh Tiến
Đồ thị đường hoá hơi và đường ngưng tụ được vẽ:

3, chỉ số hồi lưu, đường làm việc và số đĩa lý thuyết của tháp:
3.1 Để tìm chỉ số hồi lưu nhỏ nhất ta xác định từ phương trình:
*
min
min
0,9812 0,45
0,7124
1 0,9812 0,2357
p F
p F
y y
R
R x x


  
  
từ đó ta có :R
min
=2,47826
Để tìm độ bay hơi tương đối: tính theo công thức:α=P
bh axeton
/ P
bh etanol

0
10
20

30
40
50
60
70
80
90
100
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
nhiệt độ
nồng độ
ngưng tụ
bay hơi
Đồ án môn học

Page 21
Sv: Hà Minh Tiến
Ngoại suy từ đồ thị PL.26 tính toán quá trình thiết bị của Gs.Nguyễn Bin)
Nhiệt độ(độ C)

10 20 30 40 50 60
P axeton(torr) 110 185 280 425 620 900
Petanol(torr) 30 55 90 150 240 360
Ta vẽ được đồ thị:

Từ đó ngoại suy được tại nhiệtđộ trung bình (t
p
+t
w)
/2 =(56,5+78)/2=67,25

o
C
Ta có α=2 (độ bay hơi tưong đối)
Từ đó ta tính N
lt
min theo công thức:
0
0.5
1
1.5
2
2.5
3
3.5
4
0 10 20 30 40 50 60 70
Pa/Pe
nhiệt độ (độ C)
Series1
Đồ án môn học

Page 22
Sv: Hà Minh Tiến
min
.(1 )
0,9812(1 0,0159)
lg
lg(
(1 )
0,0159(1 0,9812)

11,65
lg lg2
p w
w p
lt
x x
x x
N





  

Đặt
min
1
lt lt
lt
N N
C
N



, β=R/R
min
stt β C N
lt

N(R+1)
1 1,1 0,55 27,11 101,02
2 1,2 0,51 24,82 98,62
3 1,3 0,45 22 92,88
4 1,4 0,41 20,44 91,36
5 1,5 0,39 19,74 93,11
6 1,6 0,37 19,1 94,74
7 1,7 0.36 18.1 97.82
8 1,8 0.35 18,46 100,82
9 1,9 0.34 18.467 103.8
10 2 0.33 17.88 106.5
Ta vẽ được đồ thị N
lt
(R+1) phụ thuộc vào β như sau:
Đồ án môn học

Page 23
Sv: Hà Minh Tiến

Ta tìm được R
op
khi β=1,36 khi đó R
op
=1,36Rmin= 3,37
Tanα=3,37/(3,37+1)=0,7712 hệ số góc đoạn luyện

90
92
94
96

98
100
102
104
106
108
1 1.5 2
Series1
Đồ án môn học

Page 24
Sv: Hà Minh Tiến

Bằng cách vẽ theo đường làm việc và đường cân bằng ta có số đĩa lý thuyết là
26đĩa
Đoạn chưng 6 đĩa, đoạn luyện 20 đĩa
Đồ án môn học

Page 25
Sv: Hà Minh Tiến
3.4 các phương trình đường làm việc của đoạn chưng và đọn luyện:
3.4.1đoạn luyện:
Phương trình có dạng :
3,37 0,9812
1 1 4,47 4,47
p
x
x x
x
R

y x x
R R
   
 

Vậy phương trình là: y=0,754x+0,2245
3.4.2 đoạn chưng
Tính tỷ số f=F/P=81,92/18,65=4,553
Phương trình có dạng:
( 1)
3,37 4,553 (4,553 1).0,0159
1 1 4,47 4,47
x w
x x
R f x f
y x x
R R
 
 
   
 

Vậy y=1,7725x-0,01264
4 Đường kính tháp:
4.1 lưu lượng trung bình các dòng trong đoạn luyện:
Lượng hơi đỉnh tháp:D
d
=P(R+1)=18,65(3,37+1)=81,5 (kmol/h)
Coi nồng độ pha lỏng đĩa thứ nhất đoạn luyên băngf nồng độ nguyên
liệu.x

1
=x
f
=0,2357
Khi đó ta có phương trình cân bằng vật liệu: D
o
=P+L
o
(*)
Cân bằng vật liệu cho cấu tử dễ bay hơi: D
O
.y
O
=Px
P
+L
O
x
p
(**)
Cân bằng nhiệt: D
o
r
o
=D
d
r
d
(***)
 Tại đỉnh nhiệt độ sôi là: x=x

p
=0,912 ta có t=56,5
o
C
Nhiệt hoá hơi axeton r
a
=125kcal/kg=7250kcal/kmol
Nhiệt hoá hơi của etanol r
e
=210kcal/kg=9660kcal/kmol.
. r
d
=r
a
y
d
+r
e
(1-y
d
)=7250.0,99+9660(1-0,99)=7274,1kcal/kmol
 Tại đĩa thứ nhất x=x
F
=0,2357 ta có nhiệt độ sôi t=67
o
C