tính toán thiết kế hệ thống chưng luyện liên tục hỗn hợp hai cấu tử cacbondisunfua & cacbontetraclor
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (551.21 KB, 80 trang )
Nguyễn Văn Nguyện líp CNSH_B_K43
Tính toán thiết kế hệ thống chưng luyện liên tục hỗn hợp hai cấu tử
cacbondisunfua & cacbontetraclorua trong tháp đệm
Mục lục
ế ế ệ ố ư ệ ụ ỗ ợ ấ ử
đệ
ụ ụ
ờ đầ
!" ươ ộ đồ #
$ % &'ả ệ ườ (
!!ươ )
III.1. TÍNH CÂN BẰNG VẬT CHẤT CHO THÁP CHƯNG LUYỆN 8
III.2. TÍNH CHỈ SỐ HỒI LƯU THÍCH HỢP 10
III.3. TÍNH LƯU LƯỢNG CÁC DÒNG PHA ĐI TRONG THÁP 20
III.3.1.Tính cho đoạn luyện 20
III.3.2.Tính cho đoạn chưng 22
!*+ + ươ ậ ố ơ à đườ ủ ,(
IV.1.TÍNH VẬN TỐC HƠI CỦA THÁP 25
IV.2. TÍNH ĐƯỜNG KÍNH THÁP 29
* ươ ề -
V.1. TÍNH SỐ ĐƠN VỊ CHUYỂN KHỐI: 31
V.2. TÍNH CHIỀU CAO ĐỆM CHO ĐOẠN LUYỆN: 33
V.3. TÍNH CHIỀU CAO ĐỆM CHO ĐOẠN CHƯNG: 36
*! ươ ở ự ủ #-
VI.1.TÍNH TRỞ LỰC CỦA ĐOẠN LUYỆN: 40
VI.2.TÍNH TRỞ LỰC CỦA ĐOẠN CHƯNG: 41
*!!. ươ ằ ệ ượ #,
ủ ư ệ #,
VII.1. CÂN BẰNG NHIỆT LƯỢNG CỦA THIẾT BỊ ĐUN NÓNG HỖN HỢP ĐẦU 42
VII.2. CÂN BẰNG NHIỆT LƯỢNG CỦA THÁP CHƯNG LUYỆN: 44
VII.3. CÂN BẰNG NHIỆT LƯỢNG CỦA THIẾT BỊ NGƯNG TỤ 46
VII.4. CÂN BẰNG NHIỆT LƯỢNG CỦA THIẾT BỊ LÀM LẠNH 47
*!!! ươ ơ #)
VIII.1.TÍNH CHIỀU DẦY THÂN THÁP 48
VIII.2. TÍNH CÁC ĐƯỜNG KÍNH ỐNG DẪN: 50
VIII.2.1. Đường kính ống dẫn sản phẩm đỉnh: 51
VIII.2.2. Đường kính ống dẫn nguyên liệu đầu: 51
VIII.2.3. Đường kính ống dẫn sản phẩm đáy: 52
VIII.2.4. Đường kính ống dẫn lượng lỏng hồi lưu sản phẩm đỉnh: 53
VIII.2.5. Đường kính ống dẫn lượng hơi hồi lưu ở đáy tháp: 54
VIII.3. Tính đáy và nắp thiết bị: 55
VIII.3.1. Tính chiều dày nắp đỉnh: 55
VIII.3.2. Tính chiều dày đáy tháp: 56
VIII.4. TÍNH TOÁN VÀ CHỌN MỘT SỐ BỘ PHẬN KHÁC: 57
VIII.4.1. Chọn mặt bích nối: 57
Bộ môn Quá trình thiết bị trong Công nghệ hoá học và Thực phẩm - 1 -
Đồ án môn học
VII.4.2. Tính lưới đỡ đệm và đĩa phân phối chất lỏng: 58
VII.4.2.1. Tính đĩa phân phối chất lỏng: 58
VII.4.2.2. Tính lưới đỡ đệm: 59
VII.4.3. Tính chọn tai treo cho tháp: 61
!/ ươ ế ị ụ0
IX.1.TÍNH THIẾT BỊ GIA NHIỆT HỖN HỢP ĐẦU 63
IX.1.1.Yêu cầu của thiết bị: 63
IX.1.2.Chọn thiết bị: 63
IX.1.3. Tính bề mặt truyền nhiệt: 69
IX.2.TÍNH CHỌN BƠM. 70
IX.2.1. Xác định chiều cao thùng cao vị: 70
IX.2.1.1. Trở lực đoạn ống dẫn từ thùng cao vị đến thiết bị trao đổi nhiệt 71
IX.2.1.2. Trở lực đoạn ống dẫn từ thiết bị đun sôi vào tháp ở dĩâ tiếp liệu 72
IX.2.1.3. Trở lực của thiết bị đun sôi hỗn hợp đầu 73
IX.2.1.4. Trở lực của tháp được xác định ở phần cơ khí 75
X.2.1.5.Tính chiều cao thùng cao vị 75
IX.2.2. Xác định trở lực đường ống từ thùng chứa dung dịch đầu tới thùng cao vị: 75
Chọn vận tốc lưu thể là 2m/s. Khi đó: 76
IX.2.3. Áp suất toàn phần do bơm tạo ra 77
1 ế ậ 23
à ệ ả )-
Bộ môn Quá trình thiết bị trong Công nghệ hoá học và Thực phẩm - 2 -
Nguyễn Văn Nguyện líp CNSH_B_K43
lời nói đầu
Trong công nghiệp việc tách và tinh chế các chất từ các hỗn hợp hay tạp chất là
rất cần thiết. Để tách hai hay nhiều chất lỏng tan lẫn vào nhau thì người ta hay sử
dụng phương pháp chưng luyện.
Chưng luyện là phương pháp tách các cấu thành riêng biệt tử từ hỗn hợp ban
đầu dựa vào độ bay hơi khác nhau của chúng trong hỗn hợp.
Chưng luyện là quá trình tiến hành đa số trường hợp trong tháp có các dòng pha
chuyển động ngược chiều nhau. Trong đó phải có các chi tiết đảm báọ tiếp xúc pha
tốt nhất (các viên đệm, các loại đĩa, v.v.). phương pháp tính toán và thiết kế một hệ
thống chưng luyện liên tục và hấp thụ có nhiều điểm giống nhau. Tuy nhiên các quá
trình chưng luyện có một số điểm đặc biệt như tỷ số dòng hơi và dòng lỏng đi trong
các đoạn trưng và đoạn luyện khác nhau, hệ số phân bố thay đổi dọc theo chiều cao
tháp, quá trình chuyển khối diễn ra đồng thời với quá trình truyền nhiệt,v.v. những
đặc điểm này làm phức tạp thêm quá trình tính toán và thiết kế.
Ngoài ra, khi tính toán, thiết kế một hệ thống chưng luyện, hấp thụ còn gặp
thêm khó khăn lớn khác là thiếu công thức chung dùng cho việc tính toán hệ số
động học của quá trình; đặc biệt khi tính toán các tháp công nghiệp loại đĩa và đệm
có đường kính lớn hơn 800m. Điều này thường được khắc phục bằng cách dựa vào
những số liệu khi nghiên cứu các quy luật động học của quá trình hấp thụ.
Bộ môn Quá trình thiết bị trong Công nghệ hoá học và Thực phẩm - 3 -
Đồ án môn học
Chương I.Nội dung đồ án
Tính toán thiết kế hệ thống chưng luyện liên tục hỗn hợp hai cấu tử
cacbondisunfua & cacbontetraclorua trong tháp đệm.
Với: Năng suất: F = 3,5 Kg/s
Nồng độ đầu của dung dịch: a
F
= 21% Khối lượng
Nồng độ đỉnh tháp: a
P
= 92% Khối lượng
Nồng độ đáy tháp: a
W
= 0,5% Khối lượng
Bộ môn Quá trình thiết bị trong Công nghệ hoá học và Thực phẩm - 4 -
Nguyễn Văn Nguyện líp CNSH_B_K43
Bảng kê các ký hiệu thường dùng trong tÝnh toán
F: lượng lỏng hỗn hợp đầu, kg/s, kg/h, hoặc kmol/h
P: lượng sản phẩm đỉnh, kg/s, kg/h, hoặc kmol/h
W: lượng sản phẩm , kg/s, kg/h, hoặc kmol/h
a: nồng độ phần trăm khối lượng, kg CS/kg hỗn hợp
x: nồng độ phần mol, kmol CS2/kmol hỗn hợp
M: khối lượng mol phân tử, kg/kmol
µ: độ nhớt,Ns/m
2
Các chỉ số F, P, W tương ứng chỉ hỗn hợp đó thuộc về hỗn hợp đầu, sản phẩm
đỉnh, sản phẩm đáy.
Ngoài ra trong khi tính toán còn sử dụng một số ký hiệu khác đều được chú
thích tại chỗ.
Bộ môn Quá trình thiết bị trong Công nghệ hoá học và Thực phẩm - 5 -
Đồ án môn học
Chương II.Sơ đồ chương luyện
Sơ đồ chưng luyện
Bộ môn Quá trình thiết bị trong Công nghệ hoá học và Thực phẩm - 6 -
"4
5
"4
4
6
7
89
:;
4
<=
>
8?
:@4
<=
>
8A
(
0
2
)
3
BCDE89F,3;FG78HDE89F#G78I8??F
(?4;JF0G74KL@4MF2G7N5L4KM=>8AF
)BC=>8AF-G7NO=>8?FBC=>8?
,
:;
4
"4
4
#
"45
-
"45
Nguyễn Văn Nguyện líp CNSH_B_K43
nguyên lý làm việc
Nguyên liệu đầu được chứa vào thùng chứa nguyên liệu 1. Sau đó được bơm
lên thùng cao vị 3 nhờ bơm 2. Mức chất lỏng trong thùng cao vị đượckhống chế
bằng ngưỡng chảy tràn. từ thùng cao vị chất lỏng tự chảy xuống thiết bị đun nóng
hỗn hợp đầu 3. Quá trình tự chảy được theo dõi bằng đồng hồ lưu lượng. Tại thiết bị
gia nhiệt 3 hỗn hợp đầu được đun nóng đến nhiệt độ sôi nhờ hơi nước bão hoà, khi
đã đạt đến nhiệt độ sôi hỗn hợp được đưa vào tháp chưng luyện 5 tại đĩa tiếp liệu.
Trong tháp hơi đi từ dưới lên nhờ thiết bị đun sôi đáy tháp 4, còn chất lỏng đi từ
trên xuống. Khi hơi đi từ dưới lên, lỏng đi từ trên xuống sẽ có quá trình tiếp xúc
giữa pha lỏng và pha hơi. do nhiệt độ của hơi lớn hơn nhiệt độ của lỏng nên trong
quá trình tiếp xúc đó sẽ xảy ra quá trình trao đổi nhiệt. Một phần nhiệt từ pha hơi sẽ
đi vào pha lỏng làm bay hơi cấu tử dễ bay hơi là Cacbondisunfua (CS
2
)và làm
ngưng tụ cấu tử khó bay hơi là Cacbontetraclorua(CCl
4
). Chính nhờ quá trình này
mà càng lên cao nồng độ cấu tử dễ bay hơi càng tăng, và ngược lại càng xuống thấp
nồng độ cấu tử khó bay hơi càng tăng. Hơi bay ra khỏi đỉnh tháp chứa chủ yếu là
CS
2
, được đưa vào thiết bị ngưng tụ 6 và tại đây hơi được ngưng tụ hoàn toàn. Sau
quá trình ngưng tụ một phần CS
2
còn chứa nhiều CCl
4
được hồi lưu trở lại tháp nhờ
thiết bị phân dòng , phần còn lại được đưa qua thiết bị làm lạnh sản phẩm đỉnh 7 và
được đưa về thùng chứa sản phẩm 8. Ở đây do sản phẩm đáy là CCl
4
có chứa một
lượng rất nhỏ CS
2
nên nó được tháo bỏ, một phần được tận dụng để làm nguồn cung
cấp hơi bão hoà.
Tháp chưng luyện làm việc ở chế độ liên tục nên hỗn hợp đầu và sản phẩm đỉnh
được đưa vào và lấy ra liên tục.
Bộ môn Quá trình thiết bị trong Công nghệ hoá học và Thực phẩm - 7 -
Đồ án môn học
Chương II.tính toán
III.1. Tính cân bằng vật chất cho tháp chưng luyện.
Ta có phương trình cân bằng vật liệu
+=
+=
WaPaFa
WPF
WPF
+=
+=
⇔
WP
WP
.005,0.92,05,3.21,0
5,3
=
=
=
⇔
=
=
=
⇔
)/(6,9777
)/(4,2822
)/(12600
)/(716,2
)/(784,0
)/(5,3
hKgW
hKgP
hKgF
sKgW
sKgP
sKgF
Đổi nồng độ từ phần trăm khối lượng sang phần trăm số mol ta có:
Cho hỗn hợp đầu:
350.0
154
21,01
76
21,0
76
21,0
1
2
4
2
=
−
+
=
−
+
=
CCL
FF
CS
F
F
M
a
Mcs
a
M
a
x
( phần mol)
336,0
=
F
x
(phần mol)
Cho sản phẩm đỉnh:
959,0
154
92,01
76
92,0
76
92,0
1
42
2
=
−
+
=
−
+
=
CCL
P
CS
P
CS
P
P
M
a
M
a
M
a
x
(phần mol)
948,0
=
P
x
(phần mol)
Cho sản phẩm đáy:
01,0
154
005,01
76
005,0
76
005,0
1
42
2
=
−
+
=
−
+
=
CCl
W
CS
W
CS
W
W
M
a
M
a
M
a
x
(phần mol)
01,0
=
W
x
(phần mol)
Khối lượng phần mol trung bình trong từng đoạn tháp.
)/(2,153154).01,01(76.01,0).1(2.
)/(198,79154)959,01(76.959,0).1(.
)/(7,126154).350,01(76.350,0).1(.
4
42
42
kmolkgMxMcsxM
kmolkgMxMxM
kmolkgMxMxM
CClWWW
CClPCSPP
CClFCSFF
=−+=−+=
=−+=−+=
=−+=−+=
==
==
==
⇒
)/(82,63
22,153
6,9777
)/(636,35
20,79
4,2822
)/(448,99
7,126
12600
hkmolW
hkmolP
hkmolF
Bộ môn Quá trình thiết bị trong Công nghệ hoá học và Thực phẩm - 8 -
Nguyễn Văn Nguyện líp CNSH_B_K43
Bảng cân bằng pha
X 0 5 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
Y 0 13,2 24 42,3 54,4
64,5
64
72,6 79,1 84,8 90,1 95 100
T 76,7 73,7 71 66 62,3 59 56,1 53,7 51,6 49,6 47,9 46,3
Bộ môn Quá trình thiết bị trong Công nghệ hoá học và Thực phẩm - 9 -
-P
-P
-P- -P -P,
-P,
-P
-P#
-P(
-P)
-P0
-P2
-P3
P-
P-
-P(
-P#
-P0
-P)-P2 -P3
Q
§å thÞ c©n b»ng pha láng h¬i x-y
Đồ án môn học
III.2. Tính chỉ số hồi lưu thích hợp.
Từ Rx
= β.R
min
β: là hệ số hiệu chỉnh
β = 1,2 ÷ 2,5
Ta tính R
th
theo giá trị cực tiểu của đại lượng Nlt(R
x
+1) là đại lượng tỷ lệ thuận
với thể tích tháp chưng
Nlt : là số đĩa lý thuyết của tháp trưng ứng với từng giá trị R
x
Tính chỉ số hồi lưu tối thiểu:
FF
FP
xy
yx
R
−
−
=
*
*
min
*
F
y
được tra ở bảng cân bằng pha ứng với x
F
= 0,350
X 0 5 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
Y 0 13,2 24 42,3 54,4 64,5 72,6 79,1 84,8 90,1 95 100
T 76,7
73,7
7
71 66 62,3 59 56,1 53,7 51,6 49,6 47,9 46,3
(Bảng 1)
Từ bảng trên ứng với x
F
ta nội suy ra được
595,0
*
=
F
y
49,1
336,0595,0
595,0959,0
min
=
−
−
=⇒
R
79,2
636,35
448,99
===
P
F
l
Với β=1,2 ⇒R
x
= 1,2.R
min
= 1,2.1,49= 1,778
Phương trình đường làm việc đoạn luyện của tháp
344,0641,0
1778,1
959,0
1778,1
778,1
11
+=
+
+
+
=
+
+
+
=
xx
Rx
x
x
Rx
Rx
y
P
l
Phương trình đường làm việc đoạn chưng của tháp
0064,0642,101,0.
1778,1
79,21
1778,1
79,2778,1
1
1
1
−=
+
−
+
+
+
=
+
−
+
+
+
=
xxx
Rx
l
x
Rx
lRx
y
Wc
Ta có quan hệ y=f(x)
Bộ môn Quá trình thiết bị trong Công nghệ hoá học và Thực phẩm - 10 -
Nguyễn Văn Nguyện líp CNSH_B_K43
Từ đồ thị xác định được Nlt = 19
⇒ Rx = 1,2.R
min
= 1,778 thì Nlt(Rx+1) = 52,792
Bộ môn Quá trình thiết bị trong Công nghệ hoá học và Thực phẩm - 11 -
Đồ án môn học
Với β=1,4 ⇒R
x
= 1,4.R
min
= 1,4.1,49 =2,086
Phương trình đường làm việc đoạn luyện của tháp
311,0676,0
1086,2
959,0
1086,2
086,2
11
+=
+
+
+
=
+
+
+
=
xx
Rx
x
x
Rx
Rx
y
P
l
Phương trình đường làm việc đoạn chương của tháp
0047,0580,101,0.
1086,2
79,21
1086,2
79,2086,2
1
1
1
−=
+
−
+
+
+
=
+
−
+
+
+
=
xxx
Rx
l
x
Rx
lRx
y
Wc
Ta có quan hệ y=f(x)
Từ đồ thị xác định được Nlt = 16
⇒ Rx = 1,4.R
min
= 2,086 thì Nlt(Rx+1) = 49,376
Bộ môn Quá trình thiết bị trong Công nghệ hoá học và Thực phẩm - 12 -
Nguyễn Văn Nguyện líp CNSH_B_K43
Với β=1,6 ⇒R
x
= 1,6.R
min
= 1,6.1,49 = 2,384
Phương trình đường làm việc đoạn luyện của tháp
283,0704,0
1384,2
959,0
1384,2
384,2
11
+=
+
+
+
=
+
+
+
=
xx
Rx
x
x
Rx
Rx
y
P
l
Phương trình đường làm việc đoạn chương của tháp
0053,0529,101,0.
1384,2
79,21
1384,2
79,2384,2
1
1
1
−=
+
−
+
+
+
=
+
−
+
+
+
=
xxx
Rx
l
x
Rx
lRx
y
Wc
Ta có quan hệ y=f(x)
Từ đồ thị xác định được Nlt = 14
⇒ Rx = 1,6.R
min
= 2,384 thì Nlt(Rx+1) = 47,376
Bộ môn Quá trình thiết bị trong Công nghệ hoá học và Thực phẩm - 13 -
Đồ án môn học
Với β=1,8 ⇒R
x
= 1,8.R
min
= 1,8.1,49=2,682
Phương trình đường làm việc đoạn luyện của tháp
260,0728,0
1682,2
959,0
1682,2
682,2
11
+=
+
+
+
=
+
+
+
=
xx
Rx
x
x
Rx
Rx
y
P
l
Phương trình đường làm việc đoạn chương của tháp
0049,0486,101,0.
1682,2
79,21
1682,2
79,2682,2
1
1
1
−=
+
−
+
+
+
=
+
−
+
+
+
=
xxx
Rx
l
x
Rx
lRx
y
Wc
Ta có quan hệ y=f(x)
Từ đồ thị xác định được Nlt = 14
⇒ Rx = 1,8.R
min
= 2,682 thì Nlt(Rx+1) = 51,548
Bộ môn Quá trình thiết bị trong Công nghệ hoá học và Thực phẩm - 14 -
Nguyễn Văn Nguyện líp CNSH_B_K43
Với β=2,0 ⇒R
x
= 2,0.R
min
= 2,0.1,49 = 2,98
Phương trình đường làm việc đoạn luyện của tháp
241,0749,0
198,2
959,0
198,2
98,2
11
+=
+
+
+
=
+
+
+
=
xx
Rx
x
x
Rx
Rx
y
P
l
Phương trình đường làm việc đoạn chưng của tháp
0045,0450,101,0.
198,2
79,21
198,2
79,298,2
1
1
1
−=
+
−
+
+
+
=
+
−
+
+
+
=
xxx
Rx
l
x
Rx
lRx
y
Wc
Ta có quan hệ y=f(x)
Từ đồ thị xác định được Nlt = 13
⇒ Rx = 2,0.R
min
= 2,98 thì Nlt(Rx+1) = 51,74
Bộ môn Quá trình thiết bị trong Công nghệ hoá học và Thực phẩm - 15 -
Đồ án môn học
Với β=2,2 ⇒R
x
= 2,2.R
min
= 2,2.1,49 = 3,278
Phương trình đường làm việc đoạn luyện của tháp
224,0766,0
1278,3
959,0
1278,3
278,3
11
+=
+
+
+
=
+
+
+
=
xx
Rx
x
x
Rx
Rx
y
P
l
Phương trình đường làm việc đoạn chưng của tháp
0042,0418,101,0.
1278,3
79,21
1278,3
79,2278,3
1
1
1
−=
+
−
+
+
+
=
+
−
+
+
+
=
xxx
Rx
l
x
Rx
lRx
y
Wc
Ta có quan hệ y=f(x)
Từ đồ thị xác định được Nlt = 12
⇒ Rx = 2,2.R
min
= 3,278 thì Nlt(Rx+1) =51,336
Bộ môn Quá trình thiết bị trong Công nghệ hoá học và Thực phẩm - 16 -
Nguyễn Văn Nguyện líp CNSH_B_K43
Với β=2,5 ⇒R
x
= 2,5.R
min
= 2,5.1,49 = 3,725
Phương trình đường làm việc đoạn luyện của tháp
203,0788,0
1725,3
959,0
1725,3
725,3
11
+=
+
+
+
=
+
+
+
=
xx
Rx
x
x
Rx
Rx
y
P
l
Phương trình đường làm việc đoạn chưng của tháp
0038,0379,101,0.
1725,3
79,21
1725,3
79,2725,3
1
1
1
−=
+
−
+
+
+
=
+
−
+
+
+
=
xxx
Rx
l
x
Rx
lRx
y
Wc
Ta có quan hệ y=f(x)
Từ đồ thị xác định được Nlt = 11
⇒ Rx = 2,5.R
min
= 3,725 thì Nlt(Rx+1) = 51,795
Bộ môn Quá trình thiết bị trong Công nghệ hoá học và Thực phẩm - 17 -
Đồ án môn học
Ta có bảng quan hệ giữa Rx và Nlt.(Rx+1)
Số thứ tự
β
Rx Nlt(Rx+1)
1 1,2 1,778 52,972
2 1,4 2,086 49,376
3 1,6 2,384 47,376
4 1,8 2,682 51,318
5 2,0 2,98 51,714
6 2,2 3,278 51,336
7 2,5 3,725 51,975
Đồ thị quan hệ của Rx và Nlt(Rx+1)
Từ bảng và đồ thị ta xác định được R
th
= 2,326 vì tại giá trị này thì tích
Nlt(Rx+1) có giá trị nhỏ nhất.
Bộ môn Quá trình thiết bị trong Công nghệ hoá học và Thực phẩm - 18 -
Nguyễn Văn Nguyện líp CNSH_B_K43
Phương trình đường làm việc đoạn luyện của tháp
288,0699,0
1326,2
959,0
1326,2
326,2
11
+=
+
+
+
=
+
+
+
=
xx
Rth
x
x
Rth
Rth
y
P
l
Phương trình đường làm việc đoạn chưng của tháp
0054,0538,101,0.
1326,2
97,21
1326,2
97,2326,2
1
1
1
−=
+
−
+
+
+
=
+
−
+
+
+
=
xxx
Rth
l
x
Rth
lRth
y
Wc
Bộ môn Quá trình thiết bị trong Công nghệ hoá học và Thực phẩm - 19 -
Đồ án môn học
III.3. Tính lưu lượng các dòng pha đi trong tháp.
Vì lượng hơi và lượng lỏng thay đổi theo chiều cao của tháp và khác nhau trong
mỗi một đoạn cho nên ta phải tính lượng hơi trung bình riêng cho từng đoạn.
III.3.1.Tính cho đoạn luyện.
Lượng hơi trung bình đi trong đoạn luyện có thể tính bàng công thức gần đúng
bằng trung bình cộng của lượng hơi đi ra khỏi đĩa trên cùng của tháp và lượng hơi
đi vào đĩa dưới cùng của đoạn luyện.
)/(
2
1
hkmol
gg
g
ld
tbl
+
=
(*)
Trong đó: g
tbl
là lượng hơi trung bình đi trong đoạn luyện (kmol/h)
g
d
là lượng hơi đi ra khỏi đĩa trên cùng của tháp (kmol/h)
g
1l
là lượng hơi đi vào đĩa dưới cùng của đoạn luyện (kmol/h)
• Tính lượng đi ra khỏi đỉnh tháp.
g
d
=G
R
+ G
P
= G
P
(R
th
+ 1)
Trong đó: G
P
là lượng sản phẩm đỉnh (kmol/h)
G
P
là lượng chất lỏng hồi lưu (kmol/h)
R
th
là chỉ số hồi lưu thích hợp
Bộ môn Quá trình thiết bị trong Công nghệ hoá học và Thực phẩm - 20 -
:R+S8TQ?874E;R8
?4J
P
P
U
V
,
W
V
/
X
W
Y
/
Y
,
W
P
/
W
/
U/Y
W
Z
W
[
/
[
Nguyễn Văn Nguyện líp CNSH_B_K43
g
d
= 35,636.(2,326 + 1) = 118,525 (kmol/h)
• Tính lượng hơi đi vào đoạn luyện.
Lượng hơi g
1l
, hàm lượng hơi y
1l
và lượng lỏngG
1l
đối với đĩa thứ nhất của đoạn
luyện được xác định theo phương trình cân bằng vật liệu và cân bằng nhiệt lượng
sau:
=
+=
+=
ddll
PPllll
Pll
rgrg
xGxGyg
GGg
11
1111
11
(**)
Trong các phương trình trên ta coi x
1
= x
F
.
r
1l
:là Èn nhiệt hoá hơi của hỗn hợp đi vào đĩa thứ nhất của đoạn luyện
r
d
: là Èn nhiệt hoá hơi của hỗn hợp đi ra khỏi đỉnh tháp
r
1l
= r
CS2
.y
1l
+ (1-y
1l
).r
CCl4
r
d
= r
CS2
.y
d
+ (1-y
d
).r
CCl4
Từ x
E
= 0,350 ,x
P
= 0,959 & x
w
=0,01 dựa vào đồ thị t-y-x ta nội suy được
t
F
=60,65
o
C ; t
P
=
46,96
o
C;t
w
=76,1.
Tra bảng Èn nhiệt hoá hơi [I-301] ta được:
Kcal/kg 0
0
C 20
0
C 60
0
C 100
0
C 140
o
C
CS
2
89,4 87,6 82,2 75,5 67,4
CCl
4
52,1 51,0 48,2 44,3 40,1
Nội suy ta được với t
F
= 60,65
o
C có r
CS2
= 82,09(kcal/kg)
= 399,619.10
3
(j/kg)
= 30371,082.10
3
(j/kmol)
r
CCl4
= 48 ,137 (kcal/kg)
= 234,329.10
3
(j/kg)
= 36086,680.10
3
(j/kmol)
t
P
= 46,96
o
C có r
CS2
= 83,96 (kcal/kg)
= 351,53.10
3
(j/kg)
= 26716.10
3
(j/kmol)
r
CCl4
= 49,78 (kcal/kg)
= 208,45.10
3
(j/kg)
= 32101,3.10
3
(j/kmol)
r
1l
= 26049
.10
3
.y
1l
+ (1- y
1l
).30950,92.10
3
(j/kmol)
r
1l
=36086,680.10
3
–5715,598.y
1l
.10
3
(j/kmol).
r
đ
= 83,96.0,976+32101.9(1-0,976)=26937,06 (Kj/kmol)= 26937,06.10
3
(j/kmol)
Thay các giá trị tìm được vào hệ phương trình (**) và giải ta được:
==−
+=
+=
037,319271510.06,26937.525,11810) 59,571568,36086(
959,0.636,35.350,0.
682,35
33
11
111
11
ll
lll
ll
yg
Gyg
Gg
Bộ môn Quá trình thiết bị trong Công nghệ hoá học và Thực phẩm - 21 -
Đồ án môn học
=
=
=
573,0
)/(305,97
)/(669,61
1
1
1
l
l
l
y
hkmolg
hkmolG
Thay vào phương trình (*) ta có:
)/(915,107
2
305,97525,118
hkmolg
tbl
=
+
=
Như vậy lượng hơi trung bình đi trong đoạn luyện là
g
ytbl
=107,305 (kmol/h)
Lượng láng trung bình đi trong đoạn luyện:
( ) ( )
)/(279,72
279,72)636,35.326,2669,61(
2
1
.
2
1
2
1
11
hkmolG
GRPGGG
Xtbl
llRXtbl
=
=+=+=+=
Khối lượng mol trung bình của hơi đi trong đoạn luyện
M
ytbl
= y
tbl
. M
CS2
+ (1 – y
tbl
).M
CCl4
786,0
2
595,0976,0
2
=
+
=
+
=
FP
tbl
yy
y
⇒M
ytbl
= 0,786.76 + (1 - 0,786).154 = 92,692 (kg/kmol)
Lượng hơi trung bình đi trong đoạn luyện tính theo kg/h
G
ytbl
= 107,915.92,692 = 10002,857 (kg/h)
Khối lượng mol trung bình của lỏng đi trong đoạn luyện
M
xtbl
= x
tbl
. M
CS2
+ (1 – x
tbl
).M
nuoc
655,0
2
350,0959,0
2
=
+
=
+
=
FP
tbl
xx
x
⇒M
xtbl
= 0,655.76 + (1 - 0,655).154 = 102,91(kg/kmol)
Lượng láng trung bình đi trong đoạn luyện tính theo kg/h
G
xtbl
= 72,279.102,91 = 7438,232 (kg/h)
III.3.2.Tính cho đoạn chưng.
Lượng hơi trung bình đi trong đoạn chưng có thể tính bàng công thức gần đúng
bằng trung bình cộng của lượng hơi đi ra khỏi đoạn chưng và lượng hơi đi vào đoạn
chưng.
)/(
2
1
hkmol
gg
g
cnc
tbc
+
=
Trong đó: g
tbc
là lượng hơi trung bình đi trong đoạn chưng (kmol/h)
g
nc
là lượng hơi đi ra khỏi đoạn chưng (kmol/h)
g
1c
là lượng hơi đi vào đoạn chưng (kmol/h)
Vì lượng hơi đi ra khỏi đoạn chưng 0bằng lượng hơi đi vào đoạn luyện g
nc
=g
1
nên ta có thể viết:
)/(
2
11
hkmol
gg
g
c
tbc
+
=
(***)
⇒ y
1c
=y
W
• Tính lượng hơi đi vào đoạn chưng.
Bộ môn Quá trình thiết bị trong Công nghệ hoá học và Thực phẩm - 22 -
Nguyễn Văn Nguyện líp CNSH_B_K43
Lượng hơi g
1c
, hàm lượng lỏng x
1c
và lượng lỏng G
1c
của đoạn luyện được xác
định theo phương trình cân bằng vật liệu và cân bằng nhiệt lượng sau:
==
+=
+=
ddncnccc
WWcccc
Wcc
rgrgrg
xGygxG
GgG
11
1111
11
(****)
Trong đó y
1c
= y
W
= 0,026 được tìm theo đường cân bằng ứng với x
W
=0,01
r
1c
: là Èn nhiệt hoá hơi của hỗn hợp đi vào đĩa thứ nhất của đoạn chưng
r
nc
: là Èn nhiệt hoá hơi của hỗn hợp hơi đi vào đĩa trên cùng của đoạn chưng.
r
1c
= r
CS2
.y
W
+ (1-y
W
). r
CCl4
r
nc
= r
CS2
.y
nc
+ (1-y
nc
).r
CCl4
r
CS2,
r
CCl4
: là Èn nhiệt hoá hơi của CS
2
&CCl
4
ở nhiệt độ t
F
và t
W
.Tính r
1c
.
Từ y
W
= 0,026 dựa vào đồ thị t-y-x ta nội suy được t
W
=71
o
C.
Tra bảng Èn nhiệt hoá hơi [I-301] ta được:
Nội suy ta được với t
W
= 71
o
C có r
CS2
= 25570,29 .10
3
(J/kmol)
r
CCl4
=30386,2.10
3
(J/kmol)
r
1c
= 25570,29 .10
3
.0,01 + (1- 0,01). 30386,2.10
3
(J/kmol)
=30338,1.10
3
(J/kmol)
Thay các giá trị tìm được vào hệ phương trình (****) và giải ta được:
==
+=
+=
858,319273610.642,32811.305,9710.1,30338.
01,0.82,63026,0
82,63
33
1
111
11
c
ccc
cc
g
gxG
gG
=
=
=
0199,0
)/(058,169
)/(238,105
1
1
1
c
c
c
x
hkmolG
hkmolg
Thay vào phương trình (***) ta có:
)/(272,101
2
305,97258,105
hkmolg
tbc
=
+
=
Như vậy lượng hơi trung bình đi trong đoạn chưng là
g
ytbc
= 101,272(kmol/h)
Lượng láng trung bình đi trong đoạn chưng:
0
( )
)/(775,110
775,110)058,16982,63488,99(
3
1
3
1
1
hkmolg
GGFg
Xtbc
cWXtbc
=
=++=++=
Khối lượng mol trung bình của hơi đi trong đoạn chưng
M
ytbc
= y
tbc
. M
CS2
+ (1 – y
tbcl
).M
CCl4
311,0
2
026,0595,0
2
=
+
=
+
=
WF
tbc
yy
y
⇒M
ytbc
= 0,311.76 + (1 - 0,311).154= 129,792 (kg/kmol)
Bộ môn Quá trình thiết bị trong Công nghệ hoá học và Thực phẩm - 23 -
Đồ án môn học
Lượng hơi trung bình đi trong đoạn chưng tính theo ,kg/h
G
ytbc
=129,742.101,272 = 13139,232 (kg/h)
Khối lượng mol trung bình của lỏng đi trong đoạn chưng
M
xtbc
= x
tbc
. M
CS2
+ (1 – x
tbc
).M
CCl4
180,0
2
01,0350,0
2
=
+
=
+
=
WF
tbc
xx
x
⇒M
xtbc
= 0,180.76 + (1 - 0,180).154 = 139,96 (kg/kmol)
Lượng láng trung bình đi trong đoạn chưng tính theo kg/h
G
xtbc
= 139,36.110,775 = 15504,116 (kg/h)
Bộ môn Quá trình thiết bị trong Công nghệ hoá học và Thực phẩm - 24 -
Nguyễn Văn Nguyện líp CNSH_B_K43
Chương IV.Tính vận tốc hơi và đường kính của tháp
IV.1.Tính vận tốc hơi của tháp.
Với tháp đệm làm việc ở áp suất hơi quyển thường, chọn vận tốc làm việc trong
khoảng 80 ÷ 90% vận tốc sặc. Vận tốc sặc ( thời điểm bắt đầu) được tính theo công
thức thực nghiệm:
8/14/116,0
3
2
).().(75,1).(
.
lg
xtb
ytb
y
x
n
x
xtbbd
ytbds
G
G
A
Vg
ρ
ρ
µ
µ
ρ
ρσω
−=
[II-187]
Trong đó: ρ
ytb
, ρ
xtb
là khối lượng riêng trung bình của hơi và lỏng ở nhiệt độ
làm việc (kg/m
3
)
µ
x
: độ nhớt của lỏng (N.s/m
2
)
µ
n
: độ nhớt của nước ở 20
o
C (N.s/m
2
)
σ
d
: là bề mặt riêng của đệm (m
2
/m
3
)
V
d
: là thể tích tự do của đệm (m
3
/m
3
)
ω
s
: là vận tốc sặc (m/s)
g : là gia tốc trọng trường (m/s
2
)
A : là hệ số A = - 0,125
G
x
,G
y
: là lưu lượng của dòng lỏng và hơi trong tháp (kg/s)
Vì tỷ số G
x
/G
y
và các tính chất vật lý của các pha trong đoạn luyện và đoạn
chưng của tháp khác nhau, nên vận tốc sặc cho mỗi đoạn cũng khác nhau.
Chọn đệm vòng Rasiga bằng sứ đổ lộn xộn với kích thước 20x20x2,5(mm)
Ta có σ
d
= 240 (m
2
/m
3
)
V
d
= 0,73 (m
3
/m
3
)
Số đệm trong 1 m
3
= 95.10
3
Khối lượng riêng xốp ρ
đ
= 650 (kg/m
3
)
• Tính ρ
y
.
Từ x
tbl
= 0,655 thay vào phương trình đường làm việc luyện ta được
y
tbl
=0,746 nội suy từ đồ thị y-x-t ta được t
tbl
= 56
o
C
Từ x
tbc
= 0,180 thay vào phương trình đường làm việc chưng ta được
y
tbc
=0,271 nội suy từ đồ thị y-x-t ta được t
tbc
= 70
o
C
Vậy từ:
)/(
).(4,22
.
3
mkg
tT
TM
lo
oytbl
yl
+
=
ρ
)/(
).(4,22
.
3
mkg
tT
TM
co
oytbc
yc
+
=
ρ
)/(434,3
)56273(4,22
273.692,92
).(4,22
.
3
mkg
tT
TM
lo
oytbl
yl
=
+
=
+
=
ρ
)/(611,4
)70273(4,22
273.472,129
).(4,22
.
3
mkg
tT
TM
co
oytbc
yc
=
+
=
+
=
ρ
• Tính ρ
x
.
Khối lượng riêng của lỏng được tính theo công thức:
Bộ môn Quá trình thiết bị trong Công nghệ hoá học và Thực phẩm - 25 -
