bài tập lớn môn chuyển khối chưng cất methanol-nước
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (508.37 KB, 73 trang )
Đồ án môn học Nguyễn Đức Toàn
dLời nói đầu
Chng cất là phơng pháp dùng để tách các hỗn hợp lỏng cũng nh các hỗn hợp
khí - lỏng thành các cấu tử riêng biệt, dựa vào độ bay hơi khác nhau của các cấu tử
trong hỗn hợp. Chúng ta có thể thực hiện nhiều biện pháp chng cất khác nhau nh ch-
ng cất gián đoạn, chng cất liên tục, chng cất đơn giản, chng cất đặc biệt. Khi chng
cất, hỗn hợp đầu có bao nhiêu cấu tử thì ta thu đợc bấy nhiêu cấu tử sản phẩm. Theo
đề bài thì hỗn hợp đầu gồm 2 cấu tử là Benzen và Toluen nên đợc gọi là chng cất
hỗn hợp 2 cấu tử.
Trong phần đồ án này hỗn hợp hai cấu tử Benzen Toluen đợc phân tách
thành hai cấu tử riêng biệt nhờ phơng pháp chng cất liên tục với tháp chng luyện là
loại tháp đệm, làm việc ở áp suất thờng (1at) với hỗn hợp đầu vào ở nhiệt độ sôi.
Sau quá trình chng cất, ta thu đợc sản phẩm đỉnh là cấu tử có độ bay hơi lớn
hơn (Benzen) và một phần rất ít cấu tử có độ bay hơi bé hơn (Toluen). Sản phẩm đáy
gồm hầu hết các cấu tử khó bay hơi (Toluen) và một phần rất ít cấu tử dề bay hơi
(Benzen).
Trong suốt quá trình tính toán và thiết kế , đặc biệt đợc sự hớng dẫn trực
tiếp và giúp đỡ nhiệt tình của cô Lê Ngọc Thuỵ bản đồ án thiết kế tháp chng
luyện liên tục hai câú tử Benzen và Tooluen đã hoàn thành với các nội dung
sau:
Phần I: Sơ đồ công nghệ và các chế độ thuỷ động của tháp.
Phần II: Tính toán, thiết kế thiết bị chính.
Phần III: Tính toán cân bằng nhiệt lợng.
Phần VI: Tính toán cơ khí.
Phần V: Tính toán các thiết bị cần thiết.
Phần IV: Kết luận và nhận xét.
Trờng ĐHBK Hà Nội - 3- Lớp Hoá Giấy - K44
Đồ án môn học Nguyễn Đức Toàn
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 ngng 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).
Chất lỏng hồi lu đi từ trên xuống dới, gặp hơi có nhiệt độ cao đi từ dới lên, một
phần cấu tử có nhiệt độ sôi thấp lại bốc hơi đi lên, một phần cấu tử khó bay hơi
trong pha hơi sẽ ngng tụ đi xuống. Do đó nồng độ cấu tử khó bay hơi trong pha lỏng
ngày càng tăng, cuối cùng ở đáy tháp ta thu đợc hỗn hợp lỏng gồm hầu hết là cấu tử
khó bay hơi (Toluen) một phần rất ít cấu tử dễ bay hơi (Benzen), hỗn hợp lỏng này
đợc đa ra khỏi đáy tháp, qua thiết bị phân dòng, một phần đợc đa ra thùng chứa sản
phẩm đáy (11), một phần đợc tận dụng đa vào nồi đun sôi đáy tháp (9) dùng hơi nớc
bão hoà. Thiết bị (9) này có tác dụng đun sôi tuần hoàn và bốc hơi hỗn hợp đáy (tạo
dòng hơi đi từ dới lên trong tháp). Nớc ngng của thiết bị gia nhiệt đợc tháo qua thiết
bị tháo nớc ngng (12).
Tháp chng luyện làm việc ở chế độ liên tục, hỗn hợp đầu vào và sản phẩm đợc
lấy ra liện tục.
II. Chế độ thuỷ động của tháp đệm:
Trong tháp đệm có 3 chế độ thuỷ động là chế độ chảy dòng, chế độ quá độ và
chế độ xoáy.
Trờng ĐHBK Hà Nội - 4- Lớp Hoá Giấy - K44
Đồ án môn học Nguyễn Đức Toàn
Khi vận tốc khí bé, lực hút phân tử lớn hơn và vợt lực lỳ. Lúc này quá trình
chuyển khối đợc xác định bằng dòng khuyếch tán phân tử. Tăng vận tốc lên lực lỳ
trở nên cân bằng với lực hút phân tử. Quá trình chuyển khối lúc này không chỉ đợc
quyết định bằng khuyếch tán phân tử mà cả bằng khuyếch tán đối lu. Chế độ thuỷ
động này gọi là chế độ quá độ. Nếu ta tiếp tục tăng vận tốc khí lên nữa thì chế độ
quá độ sẽ chuyển sang chế độ xoáy. Trong giai đoạn này quá trình khuyếch tán sẽ đ-
ợc quyết định bằng khuyếch tán đối lu.
Nếu ta tăng vận tốc khí lên đến một giới hạn nào đó thì sẽ xảy ra hiện tợng đảo
pha. Lúc này chất lỏng sẽ chiếm toàn bộ tháp và trở thành pha liên tục, còn pha khí
phân tán vào trong chất lỏng và trở thành pha phân tán. Vận tốc khí ứng với thời
điểm này gọi là vận tốc đảo pha. Khí sục vào lỏng và tạo thành bọt vì thế trong giai
đoạn này chế độ làm việc trong tháp gọi là chế độ sủi bọt. ở chế độ này vận tốc
chuyển khối tăng nhanh, đồng thời trở lực cũng tăng nhanh.
Trong thực tế, ta thờng cho tháp đệm làm việc ở chế độ màng có vận tốc nhỏ
hơn vận tốc đảo pha một ít vì quá trình chuyển khối trong giai đoạn sủi bọt là mạnh
nhất, nhng vì trong giai đoạn đó ta sẽ khó khống chế quá trình làm việc.
* Ưu điểm của tháp đệm:
+ Hiệu suất cao vì bề mặt tiếp xúc pha lớn.
+ Cấu tạo tháp đơn giản.
+ Trở lực trong tháp không lớn lắm.
+ Giới hạn làm việc tơng đối rộng.
* Nhợc điểm.
+ Khó làm ớt đều đệm.
+ Tháp cao quá thì phân phối chất lỏng không đều.
* Bảng kê các ký hiệu thờng dùng trong bản đồ án:
- F: Lợng hỗn hợp đầu, kg/h (hoặc kg/s, kmol/h)
- P: Lợng sản phẩm đỉnh, kg/h (hoặc kg/s, kmol/h)
- W: Lợng sản phảm đáy, kg/h (hoặc kg/s, kmol/h)
- Các chỉ số
F, P, W, A, B
: tơng ứng chỉ đại lợng đó thuộc về hỗn hợp đầu, sản phẩm
đỉnh, sản phẩm đáy của Axeton và Benzen.
- a: nồng độ phần khối lợng, kg axeton/kg hỗn hợp
- x: nồng độ phần mol, kmol axeton/kmol hỗn hợp
- M: Khối lợng mol phân tử, kg/kmol
- à: độ nhớt, Ns/m
2
- : khối lợng riêng, kg/m
3
- Các chỉ số
A, B, x, y, hh
: tơng ứng chỉ đại lợng thuộc về cấu tử axeton, benzen,
thành phần lỏng, thành phần hơi và hỗn hợp.
Trờng ĐHBK Hà Nội - 5- Lớp Hoá Giấy - K44
Đồ án môn học Nguyễn Đức Toàn
- Ngoài ra các ký hiệu cụ thể khác đợc định nghĩa tại chỗ.
Phần IIi
Tính toán thiết bị chính
I. Tính cân bằng vật liệu:
1. Tính toán cân bằng vật liệu:
- Phơng trình cân bằng vật liệu chung cho toàn tháp.
F = P + W [II 144]
- Đối với cấu tử dễ bay hơi
Fa
F
= Pa
p
+ Wa
w
[II 144]
- Lợng sản phẩm đỉnh là:
wp
wF
aa
aa
FP
=
.
Trong đó:
F: năng suất tính theo hỗn hợp đầu, kg/s hoặc kg/h
a
F
, a
p
, a
w
: lần lợt là nồng độ cấu tử dễ bay hơi trong hỗn hợp đầu, sản phẩm
đỉnh, sản phẩm đáy, phần khối lợng
Đầu bài cho F = 3,5 kg/s
hay F = 3,5.3600 = 12.600kg/h.
Vậy ta có lợng sản phẩm đỉnh là:
800.2
02,098,0
02,028,0
.12600.
=
=
=
wp
wF
aa
aa
FP
kg/h
- Lợng sản phẩm đáy là:
W = F - P = 12.600 2.800 = 9.800 kg/h
2. Đổi nồng độ phần khối l ợng sang nồng độ phần mol của a
F
, a
p
, a
w
:
áp dụng công thức
B
B
A
A
A
A
M
a
M
a
M
a
x
+
=
[II 126]
Trong đó:
Trờng ĐHBK Hà Nội - 6- Lớp Hoá Giấy - K44
Đồ án môn học Nguyễn Đức Toàn
a
A,
a
B
: nồng độ phần khối lợng của Benzen và Toluen
M
a,
M
B
: khối lợng mol phân tử của Benzen và Toluen
Với
78
66
==
HCA
MM
kg/kmol
92
87
==
HCB
MM
kg/kmol
Thay số liệu vào ta có:
( )
B
F
A
F
A
F
F
M
a
M
a
M
a
x
+
=
1
314,0
92
28,01
78
28,0
78
28,0
=
+
=
phần mol
( )
B
P
A
P
A
P
P
M
a
M
a
M
a
x
+
=
1
983,0
92
98,01
78
98,0
78
98,0
=
+
=
phần mol
( )
B
w
A
w
A
w
w
M
a
M
a
M
a
x
+
=
1
024,0
92
02,01
78
02,0
78
02,0
=
+
=
phần mol
3. Tính khối l ợng phân tử trung bình của hỗn hợp đầu, sản phẩm đỉnh, sản
phẩm đáy:
Theo công thức: M = x.M
A
+ (1 - x)M
B
Trong đó:
M: Khối lợng phân tử trung bình, kg/kmol
x: Nồng độ phần mol
- Khối lợng phân tử trung bình của sản phẩm đỉnh:
M
p
= x
p
.M
A
+ (1 - x
p
)M
B
M
p
= 0,983.78 +(1- 0,983).92
M
p
= 87,604 kg/kmol
- Khối lợng phân tử trung bình của hỗn hợp đầu:
M
F
= x
F
.M
A
+ (1 - x
F
)M
B
M
F
= 0,314.78 +(1- 0,314).92
M
F
= 78,238 kg/kmol
- Khối lợng phân tử trung bình của sản phẩm đáy:
Trờng ĐHBK Hà Nội - 7- Lớp Hoá Giấy - K44
Đồ án môn học Nguyễn Đức Toàn
M
w
= x
w
.M
A
+ (1 - x
w
)M
B
M
w
= 0,024.78 +(1- 0,024).92
M
w
= 91,664 kg/kmol
4. Đổi đơn vị của F, P, W từ kg/h sang kmol/h:
( )
hkmol
M
hkgF
F
F
/05,161
238,78
600.12/
===
( )
hkmol
M
hkgP
P
p
/96,31
604,87
800.2/
===
( )
hkmol
M
hkgW
W
w
/91,106
664,91
9800/
===
5. L ợng hỗn hợp đầu trên một đơn vị sản phẩm đỉnh :
04,5
96,31
05,161
===
P
F
f
II. Xác định số bậc thay đổi nồng độ:
1. Xác định R
min
dựa trên đồ thị y x:
Dựng đờng cân bằng theo số liệu đờng cân bằng tra trong bảng phần cân bằng
lỏng hơi và nhiệt độ sôi của hai cấu tử ở 760mmHg (phần trăm số mol) của Benzen
và Toluen ta có bảng sau: [II 145]
Bảng 1
x 0 5 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
y 0 11,8 21,4 38 51,1 61,9 71,2 79 85,4 91 95,9 100
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 80,2
- Từ số liệu trong bảng trên ta vẽ đồ thị đờng cân bằng lỏng (x) hơi (y)
(hình 1), với giá trị của x
F
= 0,314 ta dóng lên đờng cân bằng và tìm đợc giá trị y
*
F
=
0,525%
- R
min
: lợng hồi lu tối thiểu đợc tính theo công thức
FF
Fp
x
xy
yx
R
=
*
*
min
[II 158]
y
*
F
: nồng độ cấu tử dễ bay hơi trong pha hơi cân bằng với nồng độ trong pha
lỏng x
F
của hỗn hợp.
=>
17,2
314,0525,0
525,0983,0
*
*
min
=
=
=
FF
Fp
x
xy
yx
R
Trờng ĐHBK Hà Nội - 8- Lớp Hoá Giấy - K44
Đồ án môn học Nguyễn Đức Toàn
2. Tính chỉ số hồi l u thích hợp :
R
th
: chỉ số hồi lu thích hợp đợc tính theo tiêu chuẩn thể tích tháp nhỏ nhất. Cơ
sở của việc chọn R
th
theo tiêu chuẩn thể tích tháp nhỏ nhất là:
V = H.S
H: tỷ lệ với N
lt
G = W.S = P.(R + 1)
S tỷ lệ với R + 1
V = H.S tỷ lệ với N
lt
(R + 1)
Giá thành tháp tỷ lệ với V, mà V tỷ lệ với N
lt
(R + 1), giá thành tháp thấp nhất
ứng với thể tích tháp nhỏ nhất. Vì vậy cần phải chọn chế độ làm việc thích hợp cho
tháp, tức là R
th
.
Trong đó: V: là thể tích của tháp
H: chiều cao của tháp
S: tiết diện của tháp
N
lt
: số bậc thay đổi nồng độ (số đĩa lý thuyết)
ứng với mỗi giá trị của R > R
min
ta dựng đợc một đờng làm việc tơng ứng và
tìm đợc một giá trị N
lt
(Các đồ thị từ 3 ữ7 là đồ thị xác định số đĩa lý thuyết)
Từ đó ta có bảng số liệu sau.
Bảng 2
R
x
2,28 2,932 3,915 5,553 8,83
B 0,249 0,246 0,24 0,23 0,208
N
lt
22 21 20 19 18
N
lt
(R
x
+ 1) 84,7 81,9 80 79,23 82,8
Xây dựng đồ thị quan hệ giữa R
x
N
lt
(R
x
+1). Qua đồ thị ta thấy, với R
x
= 2,93
thì N
lt
(R
x
+ 1) là nhỏ nhất hay thể tích tháp nhỏ nhất. Vậy ta có R
th
= 2,93 (Đồ thị 8).
3. Ph ơng trình đ ờng nồng độ làm việc của đoạn luyện :
11
+
+
+
=
x
P
x
x
R
X
x
R
R
y
[II 148]
Trong đó:
y: là nồng độ phần mol của cấu tử dễ bay hơi trong pha hơi đi từ dới lên.
x: là nồng độ phần mol của cấu tử dễ bay hơi trong pha lỏng chảy từ đĩa xuống.
Trờng ĐHBK Hà Nội - 9- Lớp Hoá Giấy - K44
Đồ án môn học Nguyễn Đức Toàn
R
x
: chỉ số hồi lu.
Thay số liệu vào ta có.
193,2
983,0
193.2
93,2
11
+
+
+
=
+
+
+
=
x
R
X
x
R
R
y
x
P
x
x
L
y
L
= 0,75x + 0,25
4. Ph ơng trình đ ờng nồng độ làm việc của đoạn ch ng :
w
xx
x
x
R
f
x
R
fR
y
1
1
1
+
+
+
=
[II.158]
Trong đó:
84,2
81,107
95,306
===
P
F
f
: lợng hỗn hợp đầu tính cho 1kmol sản phẩm đỉnh.
Thay số liệu vào ta có.
024,0.
193,2
104,5
193,2
04,593,2
1
1
1
+
+
+
=
+
+
+
=
xx
R
f
x
R
fR
y
w
xx
x
C
y
c
= 2,028x 0,0247
III. Tính đ ờng kính tháp ch ng luyện :
Đờng kính tháp đợc xác định theo công thức
( )
tb
yy
tb
g
D
.
0188,0
=
, m [II - 181]
Trong đó:
g
tb
: lợng hơi trung bình đi trong tháp, kg/h.
(
y
.
y
)
tb
: tốc độ hơi trung bình đi trong tháp, kg/m
2
.s
Vì lợng hơi và lợng lỏng thay đổi theo chiều cao của tháp và khác nhau trong
mỗi đoạn nên ta phải tính lợng hơi trung bình cho từng đoạn.
1. Đ ờng kính đoạn luyện :
a. Xác định lợng hơi trung bình đi trong đoạn luyện:
Lợng hơi trung bình đi trong đoạn luyện tính gần đúng bằng trung bình cộng
của lợng hơi đi ra khỏi đĩa trên cùng của tháp và lợng hơi đi vào đĩa dới cùng của
đoạn luyện.
2
1
gg
g
d
tb
+
=
, kg/h [II - 181]
Trờng ĐHBK Hà Nội - 10- Lớp Hoá Giấy - K44
Đồ án môn học Nguyễn Đức Toàn
Trong đó:
g
tb
: lợng hơi trung bình đi trong đoạn luyện, kg/h.
g
đ
: lợng hơi đi ra khỏi đĩa trên cùng của tháp, kg/h.
g
l
: lợng hơi đi vào đĩa dới cùng của tháp, kg/h.
* Lợng hơi ra khỏi đỉnh tháp:
g
đ
= G
R
+ G
p
= G
p
(R
x
+1) [II 181]
g
đ
= 2800(2,93 + 1)
g
đ
= 11.004 kg/h
* Lợng hơi đi vào đoạn luyện:
Lợng hơi g
1
, hàm lợng hơi y
1
và lợng lỏng G
1
đối với đĩa thứ nhất của đoạn
luyện đợc xác định theo hệ phơng trình.
g
1
= G
1
+ G
p
(1)
g
1
.y
1
= G
1
.x
1
+ G
p
.x
p
(2) [II - 182]
g
1
.r
1
= g
đ
.r
đ
(3)
Trong đó:
y
1
: hàm lợng hơi đi vào đĩa 1 của đoạn luyện, phần khối lợng.
G
1
: lợng lỏng đối với đĩa thứ nhất của đoạn luyện.
r
1
: ẩn nhiệt hoá hơi của hỗn hợp hơi đi vào đĩa.
r
đ
: ẩn nhiệt hoá hơi của hỗn hợp hơi đi ra khỏi đỉnh tháp.
x
1
= x
F
= 0,314 phần khối
r
1
= r
a
.y
1
+ (1-y
1
).r
b
[II - 182]
Với r
a
, r
b
: ẩn nhiệt hoá hơi của các cấu tử nguyên chất là Benzen và Toluen ở
t
0
1
= t
F
. Từ x
1
= x
F
= 0,314 tra đô thị lỏng hơi hình 9 ta đợc t
0
1
= t
f
= 97,6
0
C
Với t
0
1
= 97,6
0
C nội suy theo bảng I.212 trong [I 254] ta đợc;
66,380
66
==
HCa
rr
kJ/kg.
64,369
87
==
HCb
rr
kJ/kg.
r
1
= 380,66.y
1
+ (1 - y
1
).369,64
r
1
= 11,02y
1
+ 369,64 kJ/kg.
r
đ
= r
a
.y
đ
+ (1 y
đ
).r
b
[II - 182]
Với r
a
, r
b
: ẩn nhiệt hoá hơi của các cấu tử nguyên chất là Benzen và Toluen ở
t
0
2
= t
p
. Từ x
p
= 0,983 tra đồ thị lỏng hơi hình 9 ta đợc t
p
= 82,6
0
C.
Trờng ĐHBK Hà Nội - 11- Lớp Hoá Giấy - K44
Đồ án môn học Nguyễn Đức Toàn
y
đ
: hàm lợng hơi đi ra khỏi đỉnh tháp, phần khối lợng.
y
đ
= y
p
= x
p
= 0,95 phần khối lợng.
Với t
0
2
= t
P
= 82,6
0
C nội suy theo bảng I.212 trong [I 254] ta đợc:
65,391
66
==
HCa
rr
kJ/kg.
18,377
87
==
HCb
rr
kJ/kg.
r
đ
= 391,65.0,98 + (1 - 0,98).377,18
r
đ
= 391,36 kJ/kg.
Thay các giá trị đã tính đợc vào hệ phơng trình trên ta đợc
g
1
= G
1
+ 2800
g
1
.y
1
= 0,314G
1
+ 2800.0,98
g
1
(11,02y
1
+ 369.64) = 11004.391,36 = 4306525,44
Giải hệ phơng trình ta đợc:
g
1
= 30012,06 kg/h
G
1
= 27212,06 kg/h
y
1
= 0,345 phần khối lợng
Thay y
1
= 0,345 vào r
1
ta đợc:
r
1
= 11,02.0,345 + 369,64 = 373,4419 kJ/kg
Vậy lợng hơi trung bình đi trong đoạn luyện là:
03,20508
2
06,3001211004
2
1
=
+
=
+
=
gg
g
d
L
tb
kg/h.
b. Tính khối lợng riêng trung bình
* Khối lợng riêng trung bình đối với pha hơi đợc tính theo
273.
.4,22
).1(.
11
T
MyMy
BtbAtb
y
tb
+
=
, kg/m
3
. [II - 183]
Trong đó:
M
A
M
B
: khối lợng phần mol của cấu tử Benzen và Toluen
T: nhiệt độ làm việc trung bình của tháp,
0
K.
y
tb1
: nồng độ phần mol của cấu tử 1 lấy theo giá trị trung bình
2
11
1
cd
tb
yy
y
+
=
[II - 183]
Trờng ĐHBK Hà Nội - 12- Lớp Hoá Giấy - K44
Đồ án môn học Nguyễn Đức Toàn
Với
11
,
cd
yy
: nồng độ làm việc tại 2 đầu mỗi đoạn tháp, phần mol.
1
d
y
= y
p
= 0,983 phần mol
1
c
y
= y
1
= 0,345 phần khối lợng
Đổi sang phần mol ta có:
383,0
92
345,01
78
345,0
78
345,0
1
=
+
=
c
y
phần mol
683,0
2
383,0983,0
2
11
1
=
+
=
+
=
cd
tb
yy
y
phần mol
Với
7348,0
=
L
tb
y
phần mol. Nội suy từ số liệu trong bảng IX.2a [II-145] ta đợc
Ct
L
tb
y
00
5,93
=
T = 93,5 + 273 = 366,5
0
K.
Vậy khối lợng riêng trung bình của pha hơi đối với đoạn luyện là:
273.
.4,22
).1(.
21
11
T
MyMy
tbtb
y
L
tb
+
=
74,2273.
5,366.4,22
92).683,01(78.83,0
=
+
=
L
tb
y
kg/m
3
.
* Khối lợng riêng trung bình đối với pha lỏng
2
1
1
1
1
1
tbtbtb
x
tb
x
tb
x
aa
+=
, kg/m
3
[II - 183]
Trong đó:
tb
x
: khối lợng riêng trung bình của lỏng, kg/m
3
.
21
,
tbtb
xx
: khối lợng riêng trung bình của cấu tử 1 và 2 của pha lỏng lấy theo
nhiệt độ trung bình, kg/m
3
.
1
tb
a
: phần khối lợng trung bình của cấu tử 1 trong pha lỏng.
63,0
2
98,028,0
2
1
=
+
=
+
=
PF
tb
aa
a
phần khối lợng
o
tb
t
: nhiệt độ trung bình của đoạn luyện theo pha lỏng
6485,0
2
983,0314,0
2
1
=
+
=
+
=
pF
tb
xx
x
phần mol.
Trờng ĐHBK Hà Nội - 13- Lớp Hoá Giấy - K44
Đồ án môn học Nguyễn Đức Toàn
Với
6485,0
=
L
tb
x
phần mol. Nội suy từ số liệu trong bảng IX.2a, [II-145] ta đ-
ợc
Ct
tb
x
00
6,87
=
ứng với t
0
= 87,6
0
C. Nội suy theo bảng I.2 trong [I-9] ta đợc:
64,795
1
=
tb
x
kg/m
3
.
4,790
2
=
tb
x
kg/m
3
.
Vậy khối lợng riêng trung bình của lỏng trong đoạn luyện là:
=
+=
2
1
1
1
1
1
tbtbtb
x
tb
x
tb
x
aa
4,790
63,01
64,795
63,0
+
69,793
=
tb
x
kg/m
3
c. Tính tốc độ hơi đi trong tháp:
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
Trờng ĐHBK Hà Nội - 14- Lớp Hoá Giấy - K44
Đồ án môn học Nguyễn Đức Toàn
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 G
x
, G
y
:
Ta có G
y
= g
tb
= 30012,06 kg/h
337,8
3600
86,28382
==
y
G
kg/s
03,17708
2
06,2721293,2.2800
2
.
2
1
1
=
+
=
+
=
+
=
GRP
GG
G
x
R
x
kg/h
919,4
3600
03,17708
==
x
G
kg/s
* 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 = 87,6
o
C. Nội suy theo bảng I.101 trong [I 91] ta đợc.
3
10.2676,0
66
==
HCA
àà
N.s/m
2
3
10.27676,0
87
==
HCB
àà
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
= 0,6485.lg(0,2676.10
-3
) + (1 - 0,6485)lg(0,27676.10
-3
) = -0,525525
à
hh
= à
x
= 0,298.10
-3
Ns/m
2
Thay số liệu ta có
4315,0
69,793
74,2
.
06,30012
03,17708
.
8/14/1
8/1
4/1
=
=
=
tb
tb
x
y
y
x
G
G
X
Y = 1,2e
-4.0,4315
= 0,2136
Chọn loại đệm vòng Rasiga bằng sứ đổ lộn xộn. Số liệu trong [II 193]
Bảng 3
Kích thớc
đệm, mm
Bề mặt riêng
đ
, m
2
/m
3
Thể tích tự do
V
đ
, m
3
/m
3
Số đệm trong
1m
3
Khối lợng riêng
xốp,
đ
, kg/m
3
30x30x3,5 165 0,76 25.10
2
570
Từ công thức:
Trờng ĐHBK Hà Nội - 15- Lớp Hoá Giấy - K44
Đồ án môn học Nguyễn Đức Toàn
16,0
3
.
2
.
.
=
y
x
xd
yds
tb
tb
Vg
Y
à
à
[II 187]
Suy ra;
16,0
3
3
3
16,0
3
2
10.005,1
10.298,0
.74,2.165
69,793.76,0.81,9.2136,0
=
=
y
x
yd
xd
s
tb
tb
VgY
à
à
s
2
= 1,96155 m/s
s
= 1,4 m/s
Lấy = 0,8
s
= 0,8.1,4 = 1,12 m/s
Vậy đờng kính của đoạn luyện là:
( )
54,1
74,212,1
03,20508
.0188,0
.
.0188,0
===
x
g
D
tb
yy
tb
L
m.
Quy chuẩn đờng kính đoạn luyện là D
L
= 1,6 m
* Thử lại điều kiện làm việc thực tế.
- Tốc độ hơi thực tế đi trong đoạn luyện là:
033,1
74,2.6,1
0188,0.03,20508
2
2
==
y
m/s
- Tỷ số giữa tốc độ thực tế và tốc độ sặc là:
739,0
4,1
033,1
==
s
tt
Vậy chọn đờng kính là 1,6m có thể chấp nhận đợc.
* Kiểm tra cách chọn đệm.
0184,0
165
76,0.4
.4
===
d
d
td
V
d
m
9,86
0184,0
6,1
==
td
d
D
Vậy cách chọn đệm và đờng kính tháp của đoạn luyện nh vậy là chấp nhận đợc
yêu cầu của bài toán và phù hợp với quá trình tính toán
2. Đờng kính đoạn chng:
a. Lợng hơi trung bình đi trong tháp
Trờng ĐHBK Hà Nội - 16- Lớp Hoá Giấy - K44
Đồ án môn học Nguyễn Đức Toàn
2
1
''
'
gg
g
n
tb
+
=
[II - 182]
Trong đó:
g
n
: lợng hơi đi ra khỏi đoạn chng, kg/h.
g
1
: lợng hơi đi vào đoạn chng, kg/h.
Vì lợng hơi đi ra khỏi đoạn chng bằng lợng hơi đi vào đoạn luyện (g
n
= g
1
) nên
ta có thể viết:
2
1
'
1
'
gg
g
tb
+
=
[II - 182]
Lợng hơi đi vào đoạn chng g
l
, lợng lỏng G
1
và hàm lợng lỏng x
l
đợc xác định
theo hệ phơng trình cân bằng vật liệu và cân bằng nhiệt lợng sau:
G
1
= g
1
+ G
w
G
1
. x
1
= g
1
.y
w
+ G
w
.x
w
[II - 182]
g
1
.r
1
= g
1
.r
1
Trong đó:
r
1
: ẩn nhiệt hoá hơi của hỗn hợp hơi đi vào đĩa thứ nhất của đoạn chng.
x
w
: thành phần cấu tử dễ bay hơi trong sản phẩm đáy.
r
1
: ẩn nhiệt hoá hơi của hỗn hợp hơi đi vào đĩa trên cùng của đoạn chng.
Ta có:
G
w
= W = 9800 kg/h.
x
w
= 0,024 phần mol tơng ứng với 0,02 phần khối lợng
y
1
= y
w
xác định theo đờng cân bằng ứng với x
w
= 0,024 phần mol.
y
w
= 0,062 phần mol.
Đổi y
1
= y
w
= 0,062 phần mol ra phần khối lợng ta có:
053,0
92).062,01(78.062,0
78.062,0
1
'
=
+
==
w
yy
phần khối lợng
r
1
= r
a
. y
1
+ (1- y
1
).r
b
[II 182]
Với r
a
, r
b
: ẩn nhiệt hoá hơi của các cấu tử nguyên chất ở t
0
= t
w
. Với x
w
= 0,024
tra đồ thị hình 9 ta đợc t
w
= 100,5
0
C. Từ t
0
=
t
w
=100,5
0
C nội suy theo bảng I.212
trong [I 254] ta đợc.
49,378
=
a
r
kJ/kg.
13,368
=
b
r
kJ/kg.
Trờng ĐHBK Hà Nội - 17- Lớp Hoá Giấy - K44
Đồ án môn học Nguyễn Đức Toàn
=> r
1
= 378,49.0,053 + (1 - 0,053).368,13
r
1
= 368,68 kJ/kg
Thay vào hệ phơng trình trên ta đợc:
G
1
= g
1
+ 9800
G
1
. x
1
= g
1
.0,053 + 9800.0,02
g
1
.368,68 = 30012,06.373,4419
Giải hệ phơng trình trên ta đợc:
g
1
= 30399,69 kg/h
G
1
= 40199,698 kg/h
x
1
= 0,04496 phần khối lợng
Vậy lợng hơi trung bình đi trong đoạn chng là:
879,30205
2
698,3039906,30012
2
1
'
1
'
=
+
=
+
=
gg
g
C
tb
kg/h.
b. Tính khối lợng riêng trung bình:
* Khối lợng riêng trung bình đối với pha hơi đợc tính theo:
273.
.4,22
).1(.
11
T
MyMy
BtbAtb
y
tb
+
=
, kg/m
3
. [II - 183]
Trong đó:
M
A
M
B
: khối lợng phần mol của cấu tử Benzen và Toluen
T: nhiệt độ làm việc trung bình của tháp,
0
K.
y
tbc
: nồng độ phần mol của cấu tử 1 lấy theo giá trị trung bình
2
11
cd
tb
yy
y
C
+
=
[II - 183]
Với
11
,
cd
yy
: nồng độ làm việc tại 2 đầu mỗi đoạn tháp, phần mol.
1
d
y
= y
1
= y
w
= 0,062 phần mol
1
c
y
= y
1
= 0,383 phần mol
2225,0
2
383,0062,0
2
11
=
+
=
+
=
cd
tb
yy
y
C
phần mol
Trờng ĐHBK Hà Nội - 18- Lớp Hoá Giấy - K44
Đồ án môn học Nguyễn Đức Toàn
Với
2225,0
=
C
tb
y
phần mol. Nội suy từ số liệu trong bảng IX.2a [II-145] ta đợc
Ct
C
tb
00
8,106
=
T = 106,8 + 273 = 379,8
0
K.
Vậy khối lợng riêng trung bình của pha hơi đối với đoạn chng là:
273.
.4,22
).1(.
21
11
T
MyMy
tbtb
y
C
tb
+
=
852,2273.
8,379.4,22
92).2225,01(78.2225,0
=
+
=
C
tb
y
kg/m
3
.
* Khối lợng riêng trung bình đối với pha lỏng
2
1
1
1
1
1
tbtbtb
x
tb
x
tb
x
aa
+=
, kg/m
3
[II - 183]
Trong đó:
tb
x
: khối lợng riêng trung bình của lỏng, kg/m
3
.
21
,
tbtb
xx
: khối lợng riêng trung bình của cấu tử 1 và 2 của pha lỏng lấy theo
nhiệt độ trung bình, kg/m
3
.
1
tb
a
: phần khối lợng trung bình của cấu tử 1 trong pha lỏng.
2
'
1
1
aa
a
F
tb
+
=
Với a
1
: nồng độ phần khối lợng của pha lỏng ở đĩa dới cùng của đoạn chng.
Ta có: a
1
= x
1
= 0,04496 phần khối lợng
1625,0
2
04496,028,0
2
'
1
1
=
+
=
+
=
aa
a
F
tb
phần khối lợng
o
tb
t
: nhiệt độ trung bình của đoạn chng theo pha lỏng
2
'
1
1
xx
x
F
tb
+
=
Ta có x
1
= 0,04496 phần khối lợng
( )
0526,0
92
04496,01
78
04496,0
78
04496,0
'
1
=
+
=
x
phần mol
1838,0
2
0526,0314,0
2
'
1
=
+
=
+
=
xx
x
F
tb
C
phần mol
Trờng ĐHBK Hà Nội - 19- Lớp Hoá Giấy - K44
Đồ án môn học Nguyễn Đức Toàn
Với
1838,0
=
C
tb
x
phần mol. Nội suy từ số liệu trong bảng IX.2a [II-145] ta đ-
ợc
Ct
tb
x
00
5,104
=
ứng với t
0
= 104,5
0
C. Nội suy theo bảng I.2 trong [I-9] ta đợc:
6,787
1
=
tb
x
kg/m
3
.
06,783
2
=
tb
x
kg/m
3
.
Vậy khối lợng riêng trung bình của lỏng trong đoạn chng là:
=
+=
2
1
1
1
1
1
tbtbtb
x
tb
x
tb
x
aa
001276,0
06,783
1625,01
6,787
1625,0
=
+
8,783
=
tb
x
kg/m
3
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
Trờng ĐHBK Hà Nội - 20- Lớp Hoá Giấy - K44
Đồ án môn học Nguyễn Đức Toàn
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 G
x
, G
y
:
Ta có G
y
= g
tb
= 30205,879 kg/h
39,8
3600
879,30205
==
C
y
G
kg/s
879,33705
2
698,4019906,27212
2
'
11
=
+
=
+
=
GG
G
C
x
kg/h
36,9
3600
879,33705
==
C
y
G
kg/s
* 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
= 104,5
o
C. Nội suy theo bảng I.101 trong [I - 91]
ta đợc.
3
10.2516,0
66
==
HCA
àà
N.s/m
2
3
10.262,0
87
==
HCB
àà
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
= 0,1849.lg(0,2516.10
-3
) + (1 - 0,1849)lg(0,262.10
-3
)
à
hh
= à
x
= 0,3095.10
-3
Ns/m
2
Thay số liệu đã tính đợc ta có
5024,0
8,783
852,2
.
879,30205
899,33705
.
8/14/1
8/1
4/1
=
=
=
tb
tb
x
y
y
x
G
G
X
Y = 1,2e
-4.0,5024
= 0,1586
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]
Trờng ĐHBK Hà Nội - 21- Lớp Hoá Giấy - K44
Đồ án môn học Nguyễn Đức Toàn
16,0
3
3
3
16,0
3
2
10.005,1
10.287,0
.852,2.165
8,783.76,0.81,9.1586,0
=
=
y
x
yd
xd
s
tb
tb
VgY
à
à
s
2
= 1,59 m/s
s
= 1,26 m/s
Lấy = 0,8
s
= 0,8.1,26 = 1,008 m/s
Vậy đờng kính của đoạn luyện là:
( )
76.1
852,2.008,1
879,30205
.0188,0
.
.0188,0
===
tb
yy
tb
C
g
D
m.
Quy chuẩn đờng kính đoạn luyện là D
C
= 1,6 m
* Thử lại điều kiện làm việc thực tế:
- Tốc độ hơi thực tế đi trong đoạn chng là:
46,1
852,2.6,1
0188,0.879,30205
2
2
==
y
m/s
- Tỷ số giữa tốc độ thực tế và tốc độ sặc là:
89,0
59,1
46,1
==
s
tt
Vậy chọn đờng kính là 1,6 m có thể chấp nhận đợc.
* Kiểm tra cách chọn đệm:
0184,0
165
76,0.4
.4
===
d
d
td
V
d
m
96,86
0184,0
6,1
==
td
C
d
D
Vậy với kết quả tính toán đợc và sơ với điều kiện thực tế thì ta lấy đờng kính
phần chng là 1,6 m và đệm nh đã chọn là hợp lý.
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:
Trờng ĐHBK Hà Nội - 22- Lớp Hoá Giấy - K44
Đồ án môn học Nguyễn Đức Toàn
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
Trờng ĐHBK Hà Nội - 23- Lớp Hoá Giấy - K44
Đồ án môn học Nguyễn Đức Toàn
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 :
30x30x3,5mm
V
đ
= 0,76 m
3
/m
3
đ
= 165 m
2
/m
3
a = 0,123
* Xác định
:
Ta có
t
x
tt
F
V
U
=
;
U
th
= B.
đ
Mà
0096,2
4
6,1.14,3
4
.
22
===
D
F
t
m
2
31,22
69,793
03,17708
===
x
x
x
G
V
m
3
/h
1,11
0096,2
31,22
===
t
x
tt
F
V
U
m
3
/m
2
.h
đ
= 165 m
2
/m
3
U
th
= 0,065.165 = 10,725 m
3
/m
2
.h
035,1
725,10
1,11
==
th
tt
U
U
Tra hình IX.16 trong [II 178] ta đợc
L
= 1
* 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:
Trờng ĐHBK Hà Nội - 24- Lớp Hoá Giấy - K44
Đồ án môn học Nguyễn Đức Toàn
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
638,0
1
=
tb
y
phần mol
( )
92).638,01(78.638,0
78.638,0
.1.
.
11
1
1
+
=
+
=
BtbAtb
Atb
MyMy
My
a
a
1
= 0,599 phần khối lợng
Từ dụng toán đồ hình I.35 trong [I 117] với X
A
= 8,8; Y
A
= 13,0; X
B
= 8,5;
Y
B
=13,2 và t
o
= 96
0
C ta tìm đợc.
3
10.126,0
=
A
à
N.s/m
2
3
10.145,0
=
B
à
N.s/m
2
3
33
10.46,6
10.145,0
599,01
10.126,0
599,01
=
+=
hh
à
=> à
hh
= 0.1547.10
-3
N.s/m
2
28,51
165.10.1547,0
325,1.74,2.4,0
Re
3
==
y
- Chuẩn số Reynon của pha lỏng:
xdt
x
x
F
G
à
.04,0
Re
=
[II 178]
Trong đó:
Trờng ĐHBK Hà Nội - 25- Lớp Hoá Giấy - K44
Đồ án môn học Nguyễn Đức Toàn
G
x
: lu lợng lỏng trung bình đi trong tháp, phần trớc đã tính đợc G
x
=
4,919kg/s
F
t
: diện tích mặt cắt của tháp, F
t
= 2,0096 m
2
đ
= 165 m
2
/m
3
à
x
= 0,298.10
-3
Ns/m
2
Vậy chuẩn số Reynon của pha lỏng là:
99,1
10.298,0.165.0096,2
919,4.04,0
.04,0
Re
3
===
xdt
x
x
F
G
à
* 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
= 78: khối lợng phân tử của cấu tử Benzen.
M
B
= 92: khối lợng phân tử của cấu tử Toluen.
v
A
, v
B
: thể tích mol của hơi Benzen và Toluen , cm
3
/nguyên tử
96
66
==
HCA
vv
cm
3
/nguyên tử
118
87
==
HCB
vv
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
5,93
=
, vậy T = 335,2745
0
K.
Vậy ta có:
92
1
78
1
.
)11896.(1
)360.(10.0043,0
2
5,14
3
1
3
1
+
+
=
y
D
= 5,322.10
-6
m
2
/s.
Thay các giá trị tính đợc vào ta có:
758,11
10.322,5.47,2
10.1547,0
.
Pr
6
3
===
yy
y
y
D
à
Trờng ĐHBK Hà Nội - 26- Lớp Hoá Giấy - K44
Đồ án môn học Nguyễn Đức Toàn
* 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 Benzen ở 20
0
C, kg/m
3
; tra ở bảng I.2 trong [I-
9] ta đợc = 866 kg/m
3
à: độ nhớt của dung môi Benzen ở 20
0
C, cP; à = à
2
= 0,586 cP
0161,0
866
586,0.2,0
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 Benzen và Toluen. Do Benzen và
Toluen là những chất lỏng không liên kết nên A = 1; B = 1.
( )
9
2
3/13/1
6
20
10.3,2
11896586,0
92
1
78
1
10.1
=
+
+
=
D
, m
2
/s
- Nhiệt độ trung bình của lỏng trong đoạn luyện là t
o
= 93,5
o
C. Vậy ta có:
D
x
= 2,3.10
-9
[1 + 0,0161.(93,5 - 20)]
D
x
= 5,022.10
-9
m
2
/s
Thay các giá trị vào ta có:
737,74
10.022,5.96,793
10.298,0
.
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
768,11,0.28,51.
165.1.123,0
76,0
=
h
Trờng ĐHBK Hà Nội - 27- Lớp Hoá Giấy - K44
