Tính toán, thiết kế thiết bị chính

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.
- Phơng trình cân bằng vật liệu cho toàn tháp.
F = P + W [IX.16 II.144]
- Đối với cấu tử dễ bay hơi:
F.a
F
= P.a
p

+ W.a
w
[IX.17 II.144]
- Lợng sản phẩm đỉnh là:
wp
wF
aa
aa
FP


= .
[IX.18 II.144]
- Lợng 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 lợng sản phẩm đỉnh là:
1734
01.098.0

01.03.0
*5800. =


=


=
wp
wF
aa
aa
FP
Kg/h
- Lợng sản phẩm đáy là:
W = F - P = 5800 1734 = 4066 Kg/h
* Đổi nồng độ phần khối lợng 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:
( )
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 lợng phân tử trung bình của hỗn hợp đầu, sản phẩm đỉnh, sản phẩm
đáy.
- Khối lợng 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 lợng 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 lợng phân tử trung bình của sản phẩm đáy:
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 lu 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 Nớc 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
Từ số liệu trong bảng trên ta vẽ đồ thị đờng cân bằng lỏng (x) hơi (y) [Hình
1], với giá trị x
F
= 0.117 ta dóng lên đờng cân bằng và tìm đợc giá trị y
*
F
= 0.743
Hình 1: Đồ thị đờng cân bằng lỏng hơi
R
min
đợc tính theo công thức :
FF
Fp
x
xy
yx
R


=
*
*
min
[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.
=>
312.0
117.0743.0
743.0938.0
*
*
min
=


=


=
FF
Fp
x
xy
yx
R
2.1.2.2. Tính chỉ số hồi lu thích hợp (R
th
).
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 hình từ 2 ữ6 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)
H×nh 3: §å thÞ x¸c ®Þnh sè ®Üa lý thuyÕt (B=1.35; N
lt
=12)
H×nh 4: §å thÞ x¸c ®Þnh sè ®Üa lý thuyÕt (B=1.95; N
lt
=8
H×nh 5: §å thÞ x¸c ®Þnh sè ®Üa lý thuyÕt (B=2.2; N
lt
=7)
H×nh 6: §å thÞ x¸c ®Þnh sè ®Üa lý thuyÕt (B=5.26; N
lt
=5)
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).
2.1.2.3. Phơng trình đờng 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 dới 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 lu 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
2.1.2.4. Phơng trình đờng nồng độ làm việc của đoạn chng.
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
(lợng 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 đờng kính tháp.
Đờng kính tháp đợc xác định theo công thức:
( )
tb
yy
tb
g
D

.
0188.0
=
, m [IX.90 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.
2.2.1. Đờng kính đoạn luyện.
2.2.1.1. 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 [IX.91- II.181]
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 đoạn luyện, kg/h.
*Lợng 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
*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

g
1
.y
1
= G
1

.x
1
+ G
p
.x
p
[II.182]
g
1
.r
1
= g
đ
.r
đ
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 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 tơng đơng với 0.3 phần khối lợng.
* 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 Nớc ở t
0
1
=
t
0
F
. Từ x
1
= x
F
= 0.117 dựa vào Bảng 1 ta vẽ đợc đồ thị quan hệ x t

0
[Hình 8] ta đ-
ợc 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 đợc:
02.509
63
==
OHCa
rr
kJ/kg.
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 Nớc ở t
0

2
=
t
0
p
. Từ x
p
= 0.938 dựa vào đồ thị quan hệ x t
0
[Hình 8] ta đợc t
0
p
= 57.27
0
C.
+ y
đ
: hàm lợng hơi đi ra khỏi đỉnh tháp, phần khối lợng.
y
đ
= y
p
= x
p
= 0.98 phần khối lợng.
Với t
0
2
= t
P

= 57.27
0
C nội suy theo Bảng I.212 [I.254] ta đợc:
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 đợc vào hệ phơng trình trên ta đợc:
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 phơng trình ta đợc:
g
1
= 2207.86 kg/h
G
1
= 473.86 kg/h
y
1
= 0.834 phần khối lợng
Thay y
1
= 0.834 vào r
1
ta đợc:
r
1
= 2387.16 1878.14*0.834 = 822.459 kJ/kg
* Vậy lợng 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 lợng riêng trung bình.
* Khối lợng riêng trung bình đối với pha hơi đợc tính theo:
273*
*4.22
).1(.
11
T
MyMy
NtbAtb
y
tb
+
=

,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 lợng
+ Đổi sang phần mol ta có:
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 đợc:
Ct
L
tb
y
00
3.66=
T = 66.3 + 273 = 339.3
0
K.
+ Vậy khối lợng riêng trung bình của pha hơi đối với đoạn luyện là:

273*
*4.22
).1(.

11
T
MyMy
NtbAtb
y
L
tb
+
=


76.1273.
3.339*4.22
18*)774.01(58*774.0
=
+
=
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

[IX.104a - 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 Axeton và Nớc của pha lỏng lấy theo
nhiệt độ trung bình, kg/m
3

.

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

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

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 đợc
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 đợc:
39.745
1
=
tb
x

kg/m
3
.
75.982
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

75.982
64.01
39.745
64.0
+
37.816
=
tb
x

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 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. 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
[IX.114 II.187]
Với
16,0
3
.
2
.
.
..








=
n
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
: lîng láng vµ lîng h¬i trung b×nh, kg/s
tbtb
yx

ρρ
,
:khèi lîng riªng trung b×nh cña pha láng vµ pha h¬i, kg/m
3
µ
x
, µ
n
: ®é nhít cña pha láng theo nhiÖt ®é trung b×nh vµ ®é nhít cña níc ë
20
o
C, Ns/m
2
* TÝnh G
x
, G
y
:
Ta cã: 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 sè liÖu ta cã:

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
* TÝnh ®é nhít.
- §é nhít cña níc ë t = 20
o
C, Tra B¶ng I.102 [I.94] ta cã µ
n

= 1.005*10
-3
Ns/m
2
.
- §é nhít cña pha láng ë t = 60.45
o
C. Néi suy theo B¶ng I.101 [I.91] ta ®îc:
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
lgà
hh
= x

tb
.lgà
A
+ (1 - x
tb
).lgà
N
[I.12 - I.84]
lgà
hh
= 0.5275lg(0.2293*10
-3
) + (1 0.5275)lg(0.4665*10
-3
) = -3.493854457
à
hh
= à
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 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
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
à
à



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
à
à




s
2
= 1.75 m/s

s
= 1.33 m/s
Lấy = 0.8*
s
= 0.8*1.33 = 1.065 m/s
Vậy đờng kính của đoạn luyện là:
( )
73.0
065.1*76.1
93.2837
0188.0
.
0188.0
===
tb
yy

tb
L
g
D

m.
Quy chuẩn đờng kính đoạn luyện là D
L
= 0.8 m
* Thử lại điều kiện làm việc thực tế.
- Tốc độ hơi thực tế đi trong đoạn luyện là:
8905.0
76.1*8.0
0188.0*93.2837
2
2
==
y

m/s
- Tỷ số giữa tốc độ thực tế và tốc độ sặc là:
67.0
33.1
8905.0
==
s
tt


Vậy chọn đờng kính là 0.8 m có thể chấp nhận đợc.

* Kiểm tra cách chọn đệm.
3
10*16.9
310
71.0*4
.4

===
d
d
td
V
d

m
34.87
10*16.9
8.0
3
==

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.
2.2.2. Đờng kính đoạn chng:
2.2.2.1. Lợng hơi trung bình đi trong đoạn chng.
2
1

''
'
gg
g
n
tb
+
=
[IX.96 - 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
+
=
[IX.97 - 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
+ W
G

1
. x

1

= g

1
.y
w
+ 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.
+r
1
: ẩn nhiệt hoá hơi của hỗn hợp hơi đi vào đĩa trên cùng của đoạn chng.
Ta có:
W = 4066 kg/h.
x
w

= 0.003 phần mol tơng ứng với 0.01 phần khối lợng
y

1
= y
w
xác định theo đờng cân bằng lỏng hơi [Hình 1] ứng với x
w
= 0.003 phần
mol.
y
w
= 0.03618 phần mol.
Đổi y

1
= y
w
= 0.03618 phần mol ra phần khối lợng ta có:
1079.0
18*)03618.01(58*03618.0
58*03618.0
1
'
=
+
==
w
yy
phần khối lợng

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 ở t
0
= t
w
0
. Với x
w
= 0.003
dựa vào đồ thị quan hệ x t
0
[Hình 8] ta đợc t
w

0
= 98.67
0
C. Từ t
0
=

t
w
0
=98.67
0
C ,nội
suy theo Bảng I.212 [I.254] ta đợc.
53.474
=
a
r
kJ/kg.
71.2261
=
n
r
kJ/kg.
=> r

1
= 474.53*0.1079 + (1 0.1079)*2261.71
r

1
= 2068.87 kJ/kg
Thay vào hệ phơng trình trên ta đợc:
G

1
= g

1
+ 4066
G

1
. x

1
= g

1
*0.1079 + 4066*0.01
g

1
2068.87 = 2207.86*822.459
Giải hệ phơng trình trên ta đợc:
g

1
= 877.71 kg/h
G

1
= 4943.71 kg/h
x

1
= 0.02738 phần khối lợng
Vậy lợng hơi trung bình đi trong đoạn chng là:
785.1542
2
71.87786.2207
2
1
'
1
'
=
+
=
+
=
gg
g
C
tb
kg/h.
2.2.2.2. 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
NtbAtb
y
tb
+
=

, kg/m
3
. [IX.102 - II.183]
Trong đó:
T: nhiệt độ làm việc trung bình của pha hơi trong đoạn chng,
0
K.
y
tbc
: nồng độ phần mol của Axeton lấy theo giá trị trung bình
2
11
cd
tb
yy
y
C
+
=
[II.183]

Với
11
,
cd
yy
: nồng độ làm việc tại đĩa tiếp liệu và đáy tháp, phần mol.
1
d
y
= y
1
= y
w
= 0.1079 phần mol
1
c
y
= y
1
= 0.834 phần mol
47095.0
2
834.01079.0
2
11
=
+
=
+
=

cd
tb
yy
y
C
phần mol
Với
47095.0
=
C
tb
y
phần mol. Nội suy từ số liệu trong Bảng 1 ta đợc
Ct
C
tb
00
7.82=
T = 82.7 + 273 = 355.7
0
K.
Vậy khối lợng riêng trung bình của pha hơi đối với đoạn chng là:

273*
*4.22
).1(.
11
T
MyMy
NtbAtb

y
C
tb
+
=


26.1273*
7.355*4.22
18*)47095.01(58*47095.0
=
+
=
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 Axeton và Nớc của pha lỏng lấy theo
nhiệt độ trung bình, kg/m
3
.

1
tb

a
: phần khối lợng trung bình của Axeton 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
= 0.02738 phần khối lợng
1637.0
2
02738.03.0
2
'
1
1
=
+

=
+
=
aa
a
F
tb
phần khối lợng
2
'
1
1
xx
x
F
tb
+
=
Ta có x
1
= 0.0278 phần khối lợng
( )
0087.0
18
02738.01
58
02738.0
58
02738.0
'

1
=

+
=x
phần mol
0629.0
2
0087.0117.0
2
'
1
=
+
=
+
=
xx
x
F
tb
C
phần mol
o
tb
t
: nhiệt độ trung bình của đoạn chng theo pha lỏng
Với
0629.0
=

C
tb
x
phần mol. Dựa vào đồ thị quan hệ x t
0
ta đợc
Ct
tb
x
00
8.75=
ứng với
Ct
tb
x
00
8.75=
. Nội suy theo Bảng I.2 [I.9] ta đợc:
67.724
1
=
tb
x

kg/m
3
.
31.974
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

0010839.0
31.974
1637.01
67.724
1637.0
=

+
3.922
=
tb
x

kg/m
3

2.2.2.3. 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
[IX.114 - II.187]
Với
16,0
3
.

2
.
.
..








=
n
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
tbtb
yx

,
:khối lợng riêng trung bình của pha lỏng và pha hơi, kg/m
3
µ
x
, µ
n
: ®é nhít cña pha láng theo nhiÖt ®é trung b×nh vµ ®é nhít cña níc ë 20

o
C,
Ns/m
2
* TÝnh G
x
, G
y
:
Ta cã G
y
= g’
tb
= 1542.785 kg/h
4286.0
3600
785.1542
==⇒
C
y
G
kg/s

785.5608
2
71.494386.4735800
2
'
11
=

++
=
++
=
GGF
G
C
x
kg/h
558.1
3600
785.5608
==⇒
C
x
G
kg/s
Thay sè liÖu ®· tÝnh ®îc ta cã:
6055.0
3.922
26.1
.
4286.0
558.1
.
8/14/1
8/1
4/1
=


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

tb
x
y
y
x
G
G
X
ρ
ρ
Y = 1,2e
-4*0.6055
= 0.1065
* TÝnh ®é nhít:
- §é nhít cña níc ë t = 20
o
C, Tra B¶ng I.102 [I.94] ta cã µ
n
= 1.005*10
-3
Ns/m
2
.
- §é nhít cña pha láng ë t
o
tb
= 75.8
o
C. Néi suy theo B¶ng I.101 [I.91] ta ®îc:
3

10*2063.0
63
−
==
OHCA
µµ
N.s/m
2
3
10*38052.0
2
−
==
OHN
µµ
N.s/m
2
VËy ®é nhít cña pha láng tÝnh theo nhiÖt ®é trung b×nh lµ
lgµ
hh
= x
tb
.lgµ
A
+ (1 - x
tb
).lgµ
B
[I.12 - I.84]