Đồ án hóa công chưng tháp đệm axeton va nước

Đồ án QTTB  SVTH:
MỤC LỤC
Phần 1 : Giới Thiệu Chung
1.1. Mở Đầu.
Chưng là phương pháp dùng để tách các hỗn hợp chất lỏng (cũng như
các hỗn hợp khí đã hóa lỏng) thành những cấu tử riêng biệt, dựa trên độ bay
hơi khác nhau của các cấu tử trong hỗn hợp. Chúng ta có thể thực hiện nhiều
phương pháp chưng khác nhau như chưng gián đoạn, chưng liên tục, chưng
đơn giản, và chưng đặc biệt (chưng luyện hỗn hợp đẳng phí, chưng phân tử,
chưng bằng hơi nước trực tiếp, chưng trích ly).
Ngày nay, chưng được ứng dụng rộng rãi để tách các hỗn hợp:
+ Dầu mỏ, các tài nguyên được khai thác ở dạng lỏng.
+ Không khí hóa lỏng.
+ Quá trình tổng hợp hữu cơ thường cho sản phẩm ở dạng hỗn hợp
chất lỏng. Ví dụ: sản xuất metanol, etylen…
+ Công nghệ sinh học thường cho sản phẩm là hỗn hợp chất lỏng như
etylic-nước từ quá trình lên men.
Khi chưng, hỗn hợp đầu chứa bao nhiêu cấu tử thì ta thu được bấy
nhiêu cấu tử sản phẩm. Để có thể thu được sản phẩm đỉnh tinh khiết ta tiến
hành chưng nhiều lần hay còn gọi là chưng luyện.
Trong quá trình sản xuất Axeton thường kèm theo rất nhiều sản phẩm
phụ là Nước. Vì vậy, nồng độ cũng như độ tinh khiết của Axeton không
được cao. Trong phần đồ án này sẽ trình bày thiết kế tháp chưng luyện liên
1
Khoa Công Nghệ Hóa
1
Đồ án QTTB  SVTH:
tục loại tháp đệm để phân tách hỗn hợp Axeton – Nước. Hỗn hợp đầu gồm 2
cấu tử là Axeton và Nước nên được gọi là chưng luyện hỗn hợp 2 cấu tử.
Axeton – Nước được phân tách thành hai cấu tử riêng biệt nhờ phương pháp
chưng luyện liên tục với tháp chưng luyện là loại tháp đệm, làm việc ở áp

suất thường (1at) với hỗn hợp đầu vào được gia nhiệt đến nhiệt độ sôi.
Sau quá trình chưng luyện, ta thu được sản phẩm đỉnh là cấu tử có độ
bay hơi lớn hơn (Axeton) và một phần rất nhỏ cấu tử khó bay hơi hơn
(Nước). Sản phẩm đáy gồm chủ yếu cấu tử khó bay hơi (Nước) và một phần
rất ít cấu tử dễ bay hơi (Axeton).
Trong suốt quá trình tính toán và thiết kế, được sự hưóng dẫn trực tiếp
và sự giúp đỡ nhiệt tình của ……cũng như với sự nỗ lực và cố gắng của bản
thân bản đồ án thiết kế tháp chưng luyện liên tục loại tháp đệm để phân tách
Axeton – Nước với các thông số như nội dung đề tài được giao của em đã
được hoàn thành với nội dung sau:
1.2. Thuyết minh dây chuyền sản xuất.
Nguyên liệu đầu được chứa trong thùng chứa (1) và được bơm (2)
bơm lên thùng cao vị (3). Mức chất lỏng cao nhất ở thùng cao vị được khống
chế bởi cửa 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 được theo dõi bằng van
và đồng hồ đo lưu lượng. Tại thiết bị đun nóng hỗn hợp đầu (4) (dùng hơi
nước bão hoà), hỗn hợp đầu được gia nhiệt đến nhiệt độ sôi. Sau khi đạt đến
nhiệt độ sôi, hỗn hợp này được đưa vào đĩa tiếp liệu của tháp chưng luyện
loại tháp đệm (5). Trong tháp, pha lỏng đi từ trên xuống tiếp xúc với hơi
được tạo thành ở thiết bị đun sôi đáy tháp (9) đi từ dưới lên, tại đây xảy ra
quá trình bốc hơi và ngưng tụ nhiều lần. Theo chiều cao của tháp, càng lên
2
Khoa Công Nghệ Hóa
2
Đồ án QTTB  SVTH:
cao thì nhiệt độ càng thấp nên khi hơi đi qua các tầng đệm từ dưới lên, cấu
tử có nhiệt độ sôi cao sẽ ngưng tụ. Quá trình tiếp xúc lỏng – hơi trong tháp
diễn ra liên tục làm cho pha hơi ngày càng giàu cấu tử dễ bay hơi, pha lỏng
ngày càng giàu cấu tử khó bay hơi. Cuối cùng trên đỉnh tháp ta sẽ thu được
hầu hết là cấu tử dễ bay hơi (Axeton) và một phần rất nhỏ cấu tử khó bay

hơi (Nước). Hỗn hợp hơi này được đi vào thiết bị ngưng tụ hồi lưu (6) và tại
đây nó được ngưng tụ hoàn toàn (tác nhân là nước lạnh). Một phần chất lỏng
sau ngưng tụ chưa đạt yêu cầu được đi qua thiết bị phân dòng để hồi lưu trở
về đỉnh tháp; phần còn lại được đưa vào thiết bị làm lạnh (7) để làm lạnh đến
nhiệt độ cần thiết sau đó đi vào thùng chứa sản phẩm đỉnh (8). Chất lỏng hồi
lưu đi từ trên xuống dưới, gặp hơi có nhiệt độ cao đi từ dưới lên, một phần
cấu tử có nhiệt độ sôi thấp (Axeton) lại bốc hơi đi lên, một phần cấu tử khó
bay hơi (Nước) trong pha hơi sẽ ngưng 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
được hỗn hợp lỏng gồm hầu hết là cấu tử khó bay hơi (Nước), một phần rất
ít cấu tử dễ bay hơi (Axeton). Hỗn hợp lỏng này được đưa ra khỏi đáy tháp,
qua thiết bị phân dòng, một phần được đưa ra thùng chứa sản phẩm đáy (10),
một phần được tận dụng đưa vào thiết bị gia nhiệt đáy tháp (9) dùng hơi
nước bão hòa. Thiết bị gia nhiệt (9) này có tác dụng đun sôi tuần hoàn và
bốc hơi hỗn hợp đáy (tạo dòng hơi đi từ dưới lên trong tháp). Nước ngưng
của các thiết bị gia nhiệt được tháo qua thiết bị tháo nước ngưng (11) đi xử
lý.
Tháp chưng luyện làm việc ở chế độ liên tục, hỗn hợp đầu vào và sản
phẩm được cung cấp và lấy ra liên tục.
3
Khoa Công Nghệ Hóa
3
Đồ án QTTB  SVTH:
1.3. Sơ đồ dây chuyền công nghệ.
H¬i ®èt
Níc ngng
1
2
3
4

5
10
6
7
8
9
H¬i ®èt
Níc l¹nh
Níc
Níc ngng
11
11
Níc l¹nh
Níc
* Chú thích:
1- Thùng chứa hỗn hợp đầu 2- Bơm
3- Thùng cao vị 4- Thiết bị gia nhiệt hỗn hợp đầu
5- Tháp chưng luyện 6- Thiết bị ngưng tụ hồi lưu
7- Thiết bị làm lạnh sản phẩm đỉnh 8- Thùng chứa sản phẩm đỉnh
9- Thiết bị gia nhiệt đáy tháp 10- Thùng chứa sản phẩm đáy
11- Thiết bị tháo nước ngưng
1.4. Chế độ làm việc của tháp đệm.
Tùy thuộc vào vận tốc khí mà chế độ thủy động trong tháp đệm là chế
4
Khoa Công Nghệ Hóa
4
Đồ án QTTB  SVTH:
độ dòng, xoáy hay sủi bọt. Chế độ dòng, vận tốc khí còn bé, lực hút phân tử
lớn hơn lực ỳ nên chuyển khối được quyết định bằng khuếch tán phân tử.
Tăng dần vận tốc đến khi lực ỳ bằng lực phân tử quá trình chuyển khối được

quyết định không chỉ bằng khuếch tán phân tử mà còn có khuếch tán đối lưu.
Chế độ thủy động chuyển sang chế độ quá độ. Nếu tiếp tục tăng vận tốc khí
lên nữa, ta có chế độ xoáy và quá trình chuyển khối được quyết định bởi
khuếch tán đối lưu. Đến một giới hạn nào đó của vận tốc khí sẽ xảy ra hiện
tượng đảo pha. Lúc này chất lỏng sẽ choán toàn bộ tháp và trở thành pha liên
tục, còn khí phân tán vào lỏng và trở thành pha phân tán. Vận tốc khí ứng
với điểm đảo pha gọi là vận tốc đảo pha. Do khí sục vào lỏng nên tạo bọt.
Theo thực nghiệm thì quá trình chuyển khối ở chế độ sủi bọt là tốt
nhất, song trong thực tế tháp đệm chỉ làm việc ở vận tốc đảo pha, vì nếu tăng
nữa sẽ rất khó đảm bảo quá trình ổn định. Chế độ này, chất lỏng chảy thành
màng bao quanh đệm, nên còn gọi là chế độ màng. Do đó, trong thực tế tháp
làm việc ở chế độ màng.
1.5. Ưu, nhược điểm của tháp đệm.
1.5.1. 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 của tháp tương đối rộng.
1.5.2. Nhược điểm của tháp đệm.
+ Khó làm ướt đều đệm.
5
Khoa Công Nghệ Hóa
5
Đồ án QTTB  SVTH:
+ Tháp cao quá thì phân phối chất lỏng không đều.
1.6. Bảng kê các ký hiệu thường dùng trong đồ án.
- F: Lượng hỗn hợp đầu, kg/h (hoặc kg/s, kmol/h)
- P: Lượng sản phẩm đỉnh, kg/h (hoặc kg/s, kmol/h)
- W: Lượng sản phảm đáy, kg/h (hoặc kg/s, kmol/h)
- Các chỉ số

F, P, W
: tương ứng chỉ đại lượng đó thuộc về hỗn hợp đầu,
sản phẩm đỉnh, sản phẩm đáy.
- a: nồng độ phần khối lượng của cấu tử dễ bay hơi, kg nước/kg hỗn
hợp
- x: nồng độ phần mol của cấu tử dễ bay hơi, kmol nước/kmol hỗn hợp
- M: Khối lượng mol phân tử, kg/kmol
- µ: độ nhớt, Ns/m
2
- ρ: khối lượng riêng, kg/m
3
- Các chỉ số
A, N, x, y, hh
: tương ứng chỉ đại lượng thuộc về cấu tử axeton,
nước, thành phần lỏng, thành phần hơi và hỗn hợp.
- Ngoài ra, các ký hiệu cụ thể khác được định nghĩa tại chỗ.
Phần 2 : Tính toán, thiết kế thiết bị chính.
2.1. Tính toán cân bằng vật liệu toàn tháp.
2.1.1. Tính cân bằng vật liệu.
- Phương trình cân bằng vật liệu cho toàn tháp.
F = P + W [IX.16 – II.144]
6
Khoa Công Nghệ Hóa
6
Đồ án QTTB  SVTH:
- Đối với cấu tử dễ bay hơi:
F.a
F
= P.a
p

+ W.a
w
[IX.17 – II.144]
- Lượng sản phẩm đỉnh là:
wp
wF
aa
aa
FP
−
−
=
.
[IX.18 – II.144]
- Lượng sản phẩm đáy là:
W = F – P [IX.19 – II.144]
Đầu bài cho: F = 5.8 tấn/h
hay F = 5800 Kg/h
Vậy ta có lượng sản phẩm đỉnh là:
1734
01.098.0
01.03.0
*5800.
=
−
−
=
−
−

=
wp
wF
aa
aa
FP
Kg/h
- Lượng sản phẩm đáy là:
W = F - P = 5800 – 1734 = 4066 Kg/h
* Đổi nồng độ phần khối lượng sang nồng độ phần mol:
áp dụng công thức:
N
N
A
A
A
A
M
a
M
a
M
a
x
+
=
[VIII.1 – II.126]
Với:
58
0

63
==
HCA
MM
Kg/Kmol

18
0
2
==
HN
MM
Kg/Kmol
Thay số liệu vào ta có:
7
Khoa Công Nghệ Hóa
7
Đồ án QTTB  SVTH:
( )
N
F
A
F
A
F
F
M
a
M
a

M
a
x
−
+
=
1

117.0
18
3.01
58
3.0
58
3.0
=
−
+
=
phần mol
( )
N
P
A
P
A
P
P
M
a

M
a
M
a
x
−
+
=
1

938.0
18
98.01
58
98.0
58
98.0
=
−
+
=
phần mol
( )
N
w
A
w
A
w
w

M
a
M
a
M
a
x
−
+
=
1

003.0
18
01.01
58
01.0
58
01.0
=
−
+
=
phần mol
* Tính khối lượng phân tử trung bình của hỗn hợp đầu, sản phẩm đỉnh,
sản phẩm đáy.
- Khối lượng phân tử trung bình của hỗn hợp đầu:
M
F
= x

F
.M
A
+ (1 - x
F
).M
N
M
F
= 0.117*58 + (1- 0.117)*18
M
F
= 22.68 Kg/Kmol
- Khối lượng phân tử trung bình của sản phẩm đỉnh:
M
p
= x
p
.M
A
+ (1 - x
p
).M
N
M
p
= 0.938*58 + (1- 0.938)*18
M
p
= 55.52 Kg/Kmol

- Khối lượng phân tử trung bình của sản phẩm đáy:
8
Khoa Công Nghệ Hóa
8
Đồ án QTTB  SVTH:
M
w
= x
w
.M
A
+ (1 - x
w
).M
N
M
w
= 0.003*58 + (1- 0.003)*18
M
w
= 18.12 Kg/Kmol
* Đổi đơn vị của F, P, W từ Kg/h sang Kmol/h
( )
hKmol
M
hkgF
F
F
/73.255
68.22

5800/
===
( )
hKmol
M
hkgP
P
p
/23.31
52.55
1734/
===
( )
hKmol
M
hkgW
W
w
/39.224
12.18
4066/
===
2.1.2. Xác định số bậc thay đổi nồng độ.
2.1.2.1. Xác định chỉ số hồi lưu tối thiểu (R
min
)
Theo số liệu Bảng IX.2a (II.145) thành phần cân bằng lỏng (x) – hơi
(y) và nhiệt độ sôi của hỗn hợp 2 cấu tử Axeton – Nước ở 760 mmHg (%
mol) ta có bảng sau:
Bảng 1

x 0 5 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
y 0 60.3 72 80.3 82.7 84.2 85.5 86.9 88.2 90.4 94.3 100
t
o
C 100 77.9 69.6 64.5 62.6 61.6 60.7 59.8 59 58.2 57.5 56.9
9
Khoa Công Nghệ Hóa
9
Đồ án QTTB  SVTH:
Từ số liệu trong bảng trên ta vẽ đồ thị đường cân bằng lỏng (x) – hơi
(y) [Hình 1], với giá trị x
F
= 0.117 ta dóng lên đường cân bằng và tìm được
giá trị y
*
F
= 0.743
Hình 1: Đồ thị đường cân bằng lỏng – hơi
R
min
được tính theo công thức :
FF
Fp
x
xy
yx
R
−
−
=

*
*
mi n
[IX.24 – 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.
10
Khoa Công Nghệ Hóa
10
Đồ án QTTB  SVTH:
=>
312.0
117.0743.0
743.0938.0
*
*
mi n
=
−
−
=
−
−
=
FF

Fp
x
xy
yx
R
2.1.2.2. Tính chỉ số hồi lưu thích hợp (R
th
).
R
th
: chỉ số hồi lưu thích hợp được 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 được một đường làm việc
tương ứng và tìm được một giá trị N
lt
(Các hình từ 2 ÷6 là đồ thị xác định
số đĩa lý thuyết).
Hình 2: Đồ thị xác định số đĩa lý thuyết (B=1.27; N
lt
=15)
11
Khoa Công Nghệ Hóa
11
Đồ án QTTB  SVTH:
Hình 3: Đồ thị xác định số đĩa lý thuyết (B=1.35; N
lt
=12)
Hình 4: Đồ thị xác định số đĩa lý thuyết (B=1.95; N
lt
=8
12
Khoa Công Nghệ Hóa
12
Đồ án QTTB  SVTH:
Hình 5: Đồ thị xác định số đĩa lý thuyết (B=2.2; N

lt
=7)
Hình 6: Đồ thị xác định số đĩa lý thuyết (B=5.26; N
lt
=5)
13
Khoa Công Nghệ Hóa
13
Đồ án QTTB  SVTH:
Từ đó ta có bảng số liệu sau:
Bảng 2
R
th
0.39624 0.4212 0.6084 0.7176 1.64
B 1.27 1.35 1.95 2.2 5.26
N
lt
15 12 8 7 5
N
lt
(R
th
+ 1) 20.95 17.05 12.87 12.02 13.2
Xây dựng đồ thị quan hệ giữa R
th
– N
lt
(R
th
+1). Qua đồ thị ta thấy, với R

th
=
1 thì N
lt
(R
th
+ 1) là nhỏ nhất hay thể tích tháp nhỏ nhất. Vậy ta có R
th
= 1 (Đồ
thị hình 7).
Hình 7: Đồ thị quan hệ giữa R
th
– N
lt
(R
th
+1).
14
Khoa Công Nghệ Hóa
14
Đồ án QTTB  SVTH:
2.1.2.3. Phương trình đường nồng độ làm việc của đoạn luyện.
11
+
+
+
=
th
P
th

th
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 đĩa dưới
lên đĩa.
+x: là nồng độ phần mol của cấu tử dễ bay hơi trong pha lỏng chảy từ đĩa đó
xuống.
+R
th
: chỉ số hồi lưu thích hợp.
Thay số liệu vào ta có:
11
938.0
11
1
11
+
+
+
=
+
+
+
=

x
R
X
x
R
R
y
th
P
th
th
L
y
L
= 0.5x + 0.469
15
Khoa Công Nghệ Hóa
15
Đồ án QTTB  SVTH:
2.1.2.4. Phương trình đường nồng độ làm việc của đoạn chưng.
w
thth
th
x
fR
f
y
fR
R
x

+
−
+
+
+
=
1
1
[IX.22 – II.158]
w
thth
th
x
R
f
x
R
fR
y
1
1
1
+
−
−
+
+
=⇔
Trong đó:
19.8

23.31
73.255
===
P
F
f
(lượng hỗn hợp đầu tính cho 1kmol sản phẩm
đỉnh).
Thay số liệu vào ta có:
003.0.
11
119.8
11
19.81
1
1
1
+
−
−
+
+
=
+
−
−
+
+
=
xx

R
f
x
R
fR
y
w
thth
th
C
y
c
= 4.595x – 0.0108
2.2. Tính đường kính tháp.
Đường kính tháp được xác định theo công thức:
( )
tb
yy
tb
g
D
ωρ
.
0188.0
=
, m [IX.90 – II.181]
Trong đó:
g
tb
: lượng hơi trung bình đi trong tháp, kg/h.

(
y
.
y
)
tb
: tốc độ hơi trung bình đi trong tháp, kg/m
2
.s
16
Khoa Công Nghệ Hóa
16
Đồ án QTTB  SVTH:
Vì lượng hơi và lượng lỏng thay đổi theo chiều cao của tháp và khác
nhau trong mỗi đoạn nên ta phải tính lượng hơi trung bình cho từng đoạn.
2.2.1. Đường kính đoạn luyện.
2.2.1.1. Lượng hơi trung bình đi trong đoạn luyện.
Lượng hơi trung bình đi trong đoạn luyện tính 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
gg
g
d
tb
+
=
, kg/h [IX.91- II.181]
Trong đó:

+g
tb
: lượng hơi trung bình đi trong đoạn luyện, kg/h.
+g
đ
: lượng hơi đi ra khỏi đĩa trên cùng của tháp, kg/h.
+g
l
: lượng hơi đi vào đĩa dưới cùng của đoạn luyện, kg/h.
*Lượng hơi ra khỏi đỉnh tháp:
g
đ
= R + P = P(R
th
+1) [IX.92 - II.181]
g
đ
= 1734(1 + 1)
g
đ
= 3468 kg/h
*Lượng hơi đi vào đoạn luyện:
Lượng hơi g
1
, hàm lượng hơi y
1
và lượng lỏng G
1
đối với đĩa thứ nhất
của đoạn luyện được xác định theo hệ phương trình.

g
1
= G
1
+ G
p

g
1
.y
1
= G
1
.x
1
+ G
p
.x
p
[II.182]
g
1
.r
1
= g
đ
.r
đ
17
Khoa Công Nghệ Hóa

17
Đồ án QTTB  SVTH:
Trong đó:
+y
1
: hàm lượng hơi đi vào đĩa 1 của đoạn luyện, phần khối lượng.
+G
1
: lượng lỏng đối với đĩa thứ nhất của đoạn luyện.
+r
1
: ẩn nhiệt hoá hơi của hỗn hợp hơi đi vào đĩa thứ nhất.
+r
đ
: ẩn nhiệt hoá hơi của hỗn hợp hơi đi ra khỏi đỉnh tháp.
x
1
= x
F
= 0.117 phần mol tương đương với 0.3 phần khối lượng.
* r
1
= r
a
.y
1
+ (1-y
1
).r
n

[II.182]
Với r
a
, r
n
: ẩn nhiệt hoá hơi của các cấu tử nguyên chất là Axeton và
Nước ở t
0
1
= t
0
F
. Từ x
1
= x
F
= 0.117 dựa vào Bảng 1 ta vẽ được đồ thị quan
hệ x – t
0
[Hình 8] ta được t
0
1
= t
0
F
= 68.7
0
C
Hình 8: Đồ thị quan hệ x- t
0

Với t
0
1
= 68.7
0
C nội suy theo Bảng I.212 [I.254] ta được:
02.509
63
==
OHCa
rr
kJ/kg.
18
Khoa Công Nghệ Hóa
18
Đồ án QTTB  SVTH:
16.2387
2
==
OHn
rr
kJ/kg.
 r
1
= 509.02y
1
+ (1 - y
1
)2387.16
 r

1
= 2387.16 – 1878.14y
1
kJ/kg.
* r
đ
= r
a
.y
đ
+ (1 – y
đ
).r
n
[II.182]
Với r
a
, r
n
: ẩn nhiệt hoá hơi của các cấu tử nguyên chất là Axeton và
Nước ở t
0
2
= t
0
p
. Từ x
p
= 0.938 dựa vào đồ thị quan hệ x – t
0

[Hình 8] ta
được t
0
p
= 57.27
0
C.
+ y
đ
: hàm lượng hơi đi ra khỏi đỉnh tháp, phần khối lượng.
y
đ
= y
p
= x
p
= 0.98 phần khối lượng.
Với t
0
2
= t
P
= 57.27
0
C nội suy theo Bảng I.212 [I.254] ta được:
32.521
63
==
OHCa
rr

kJ/kg.
34.579
2
==
OHn
rr
kJ/kg.
 r
đ
= 521.32*0.98 + (1 - 0,98)*579.34
 r
đ
= 522.48 kJ/kg.
Thay các giá trị đã tính được vào hệ phương trình trên ta được:
g
1
= G
1
+ 1734
g
1
y
1
= 0.3G
1
+ 1734*0.98
g
1
(2387.16 – 1878.14y
1

) = 3468*522.48= 1811960.64
Giải hệ phương trình ta được:
g
1
= 2207.86 kg/h
G
1
= 473.86 kg/h
y
1
= 0.834 phần khối lượng
19
Khoa Công Nghệ Hóa
19
Đồ án QTTB  SVTH:
Thay y
1
= 0.834 vào r
1
ta được:
r
1
= 2387.16 – 1878.14*0.834 = 822.459 kJ/kg
* Vậy lượng hơi trung bình đi trong đoạn luyện là:
93.2837
2
86.22073468
2
1
=

+
=
+
=
gg
g
d
L
tb
kg/h.
2.2.1.2. Tính khối lượng riêng trung bình.
* Khối lượng riêng trung bình đối với pha hơi được tính theo:
273*
*4.22
).1(.
11
T
MyMy
NtbAtb
y
tb
−+
=
ρ
,kg/m
3
[IX.102 –
II.183]
Trong đó:
T: nhiệt độ làm việc trung bình của đoạn luyện,

0
K.
y
tb1
: nồng độ phần mol của Axeton lấy theo giá trị trung bình

2
11
1
cd
tb
yy
y
+
=
[II - 183]
Với
11
,
cd
yy
: nồng độ làm việc giữa đĩa tiếp liệu và đỉnh, phần mol.
1
d
y
= y
p
= 0.938 phần mol
1
c

y
= y
1
= 0.834 phần khối lượng
+ Đổi sang phần mol ta có:
20
Khoa Công Nghệ Hóa
20
Đồ án QTTB  SVTH:
609.0
18
834.01
58
834.0
58
834.0
1
=
−
+
=
c
y
phần mol
774.0
2
609.0938.0
2
11
1

=
+
=
+
=⇒
cd
tb
yy
y
phần mol
+ Với
774.0
=
L
tb
y
phần mol. Nội suy từ số liệu trong Bảng 1 ta được:
Ct
L
tb
y
00
3.66
=
 T = 66.3 + 273 = 339.3
0
K.
+ Vậy khối lượng riêng trung bình của pha hơi đối với đoạn luyện
là:

273*
*4.22
).1(.
11
T
MyMy
NtbAtb
y
L
tb
−+
=
ρ

76.1273.
3.339*4.22
18*)774.01(58*774.0
=
−+
=
L
tb
y
ρ
,kg/m
3
.
* Khối lượng riêng trung bình đối với pha lỏng:
2
1

1
1
1
1
tbtbtb
x
tb
x
tb
x
aa
ρρρ
−
+=
, kg/m
3

[IX.104a - II.183]
Trong đó:
tb
x
ρ
: khối lượng riêng trung bình của lỏng, kg/m
3
.
21
Khoa Công Nghệ Hóa
21
Đồ án QTTB  SVTH:
21

,
tbtb
xx
ρρ
: khối lượng riêng trung bình của Axeton và Nước của pha
lỏng lấy theo nhiệt độ trung bình, kg/m
3
.

1
tb
a
: phần khối lượng trung bình của Axeton trong pha lỏng.

64.0
2
98.03.0
2
1
=
+
=
+
=
PF
tb
aa
a
phần khối lượng

5275.0
2
938.0117.0
2
1
=
+
=
+
=
pF
tb
xx
x
phần mol
o
tb
t
: nhiệt độ trung bình của đoạn luyện theo pha lỏng. Với
5275.0
=
L
tb
x
phần mol. Dựa vào đồ thị quan hệ x – t
0
[Hình 8] ta được
Ct
tb
x

00
45.60
=
Với t
0
= 60.45
0
C. Nội suy từ số liệu trong Bảng I.2 [I-9] ta được:
39.745
1
=
tb
x
ρ
kg/m
3
.
75.982
2
=
tb
x
ρ
kg/m
3
.
+ Vậy khối lượng riêng trung bình của lỏng trong đoạn luyện là:
=
−
+=

2
1
1
1
1
1
tbtbtb
x
tb
x
tb
x
aa
ρρρ
75.982
64.01
39.745
64.0
−
+
22
Khoa Công Nghệ Hóa
22
Đồ án QTTB  SVTH:
37.816
=⇒
tb
x
ρ
kg/m

3
2.2.1.3. Tính tốc độ hơi đi trong tháp.
Đối với tháp đệm khi chất lỏng chảy từ trên xuống và pha hơi đi từ
dưới lên chuyển động ngược 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. Chế độ sủi bọt
thì pha lỏng chiếm toàn bộ thể tích tự do và như 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
ω = (0.8 ÷ 0.9)ω
s
[II.187]
Với ω
s
là tốc độ sặc, m/s được tính theo công thức:
Y = 1.2e
-4X
[IX.114 – II.187]
Với
16,0
3
.
2
.
.










=
n
x
xd
yds
tb
tb
Vg
Y
µ
µ
ρ
ρσω
[II.187]
8/1
4/1
.

















=
tb
tb
x
y
y
x
G
G
X
ρ
ρ
[II.187]
Trong đó:
σ
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 trường, m
2
/s
23
Khoa Công Nghệ Hóa
23
Đồ án QTTB  SVTH:
G
x
, G
y
: lượng lỏng và lượng hơi trung bình, kg/s
tbtb
yx
ρρ
,
:khối lượng riêng trung bình của pha lỏng và pha hơi, kg/m
3
µ
x
, µ
n
: độ nhớt của pha lỏng theo nhiệt độ trung bình và độ nhớt của
nước ở 20
o
C, Ns/m
2

* Tính G
x
, G
y
:
Ta có: G
y
= g
tb
= 2837.93 kg/h
788.0
3600
93.2837
==⇒
y
G
kg/s
93.1103
2
86.4731*1734
2
.
2
1
1
=
+
=
+
=

+
=
GRP
GG
G
th
R
x
kg/h
307.0
3600
93.1103
==⇒
x
G
kg/s
Thay số liệu ta có:
3667.0
37.816
76.1
.
788.0
307.0
.
8/14/1
8/1
4/1
=













=
















=
tb
tb

x
y
y
x
G
G
X
ρ
ρ
Y = 1.2e
-4*0.3667
= 0.2768
* Tính độ nhớt.
- Độ nhớt của nước ở t = 20
o
C, Tra Bảng I.102 [I.94] ta có µ
n
=
1.005*10
-3
Ns/m
2
.
- Độ nhớt của pha lỏng ở t = 60.45
o
C. Nội suy theo Bảng I.101 [I.91] ta
được:
24
Khoa Công Nghệ Hóa
24

Đồ án QTTB  SVTH:
3
10*2293.0
63
−
==
OHCA
µµ
N.s/m
2
3
10*4665.0
2
−
==
OHN
µµ
N.s/m
2
Vậy độ nhớt của pha lỏng tính theo nhiệt độ trung bình là
lgµ
hh
= x
tb
.lgµ
A
+ (1 - x
tb
).lgµ
N

[I.12 - I.84]
lgµ
hh
= 0.5275lg(0.2293*10
-3
) + (1 – 0.5275)lg(0.4665*10
-3
) =
-3.493854457
 µ
hh
= µ
x
= 0.321*10
-3
Ns/m
2
* Chọn loại đệm vòng Rasiga bằng sứ đổ lộn xộn. Số liệu Bảng IX.8
[II.193]
Bảng 3
Kích
thước
đệm, mm
Bề mặt riêng
σ
đ
, m
2
/m
3

Thể tích tự
do V
đ
, m
3
/m
3
Số đệm
trong 1m
3
Khối lượng
riêng xốp, ρ
đ
,
kg/m
3
15*15*2.0 310 0.71 210*10
3
700
Từ công thức:

16,0
3
.
2
.
.










=
n
x
xd
yds
tb
tb
Vg
Y
µ
µ
ρ
ρσω

16,0
3
3
3
16,0
3
2
10*005.1
10*321.0
*76.1*310

37.816*71.0*81.9*2768.0










=








=
−
−
n
x
yd
xd
s
tb
tb

VgY
µ
µ
ρσ
ρ
ω
⇒ ω
s
2
= 1.75 m/s
25
Khoa Công Nghệ Hóa
25