Đề án Thiết kế hệ thống chưng luyện liên tục loại tháp đĩa lỗ có ống chảy chuyền để phân tách hỗn hợp: Metylic- Etylic

BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM ĐỘC LẬP- TỰ DO- HẠNH PHÚC ĐỒ ÁN MÔN HỌC QUÁ TRÌNH THIẾT BỊ Họ và tên SV : Nguyễn Hải Đăng MSV : 0941440064 Lớp : ĐH Công Nghệ Kỹ Thuật Môi Trường 1 Khóa : 9 Khoa : Công nghệ hóa Giáo viên hướng dẫn : Nguyễn Văn Mạnh NỘI DUNG: Thiết kế hệ thống chưng luyện liên tục loại tháp đĩa lỗ có ống chảy chuyền để phân tách hỗn hợp: Metylic- etylic với các số liệu ban đầu như sau: Năng suất hỗn hợp đầu = 5,78 tấn/h Nồng độ cấu tử dễ bay hơi : + hỗn hợp đầu aF= 32,8% khối lượng + hỗn hợp đỉnh ap=79,1% khối lượng + hỗn hợp đáy aw= 1,1% khối lượng STT Tên bản vẽ Khổ giấy Số lượng 1 Vẽ dây chuyền sản xuất A0 01 2 Vẽ hệ thống tháp chưng luyện A0 01 MỤC LỤC LỜI MỞ ĐẦU Ngày nay với sự phát triển không ngừng nghỉ của khoa học kỹ thuật, máy móc công nghệ không ngừng được nâng cao tạo ra các sản phẩm thỏa mãn các nhu cầu khắt khe nhất của thị trường. Nghành công nghiệp hóa chất cũng không nằm ngoài xu thế đó, càng ngày sản phẩm của ngành công nghiệp này càng đòi hỏi sự tinh khiết, chất lượng hoàn hảo phù hợp với nhu cầu sản xuất sử dụng của con người. Để tạo ra loai sản phẩm hóa chất có tính tinh khiết cao, đảm bảo tăng nồng độ chất tan trong dung dịch, phù hợp yêu cầu người ta có rất nhiều cách để tạo ra chúng, một trong những cách đó là sử dụng phương pháp chưng luyện, tạo ra tăng nồng độ sản phẩm mong muốn. 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 luyện 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. Là một kỹ sư hóa chất trong tương lai, chúng em đã được trang bị rất nhiều những kiến thức cơ bản về các quá trình thiết bị của công nghệ sản xuất những sản phẩm hóa học, để củng cố những kiến thức đã học, cũng như để phát huy trình độ độc lập sáng tạo giải quyết một vấn đề cụ thể của sinh viên trong thực tế sản xuất, chinh vì vậy khi được nhận bản đồ án quá trình thiết bị này là một cơ hội tốt để cho chúng em được tìm hiểu về các quá trình công nghệ, được vận dụng những kiến thức đã được học và mở rộng vốn kiến thức của mình, từ đó cho chúng em cái nhìn cụ thể hơn về ngành nghề mình đã lựa chọn. Bản đồ án này không chỉ làm sáng tỏ thêm lý thuyết, nắm vững phương pháp tính toán và nguyên lý vận hành thiết bị, mà đây chính là một cơ hội tốt để sinh viên tập dượt giải quyết những vấn đề cụ thể trong thực tế sản xuất. Để hoàn thành được bản đồ án này em xin gửi lời cám ơn chân thành nhất đến các thầy cô khoa Công Nghệ Hóa, đặc biệt là thầy giáo Nguyễn Văn Mạnh đã tận tình hướng dẫn, chỉ bảo, tạo điều kiện thuận lợi cho chúng em làm đồ án. Do thời gian và kiến thức bản thân em còn hạn chế nên bản đồ án không tránh khỏi những thiếu sót em rất mong nhận được sự góp ý, những lời nhận xét và sửa chữa của thầy cô để bản đồ án của em được hoàn chỉnh hơn. Một lần nữa em xin chân thành cám ơn. PHẦN I: GIỚI THIỆU CHUNG 1. LÝ THUYẾT VỀ CHƯNG LUYỆN: 1.1. Phương pháp chưng luyện: Chưng luyện là một phương pháp nhằm để phân tách một hỗn hợp khí đã hóa lỏng dựa trên độ bay hơi tương đối khác nhau giữa các cấu tử thành phần ở cùng một áp suất. Phương pháp chưng luyện này là một quá trình trong đó hỗn hợp được bốc hơi và ngưng tụ nhiều lần. Kết quả cuối cùng ở đỉnh tháp ta thu được một hỗn hợp gồm hầu hết các cấu tử dễ bay hơi và nồng độ đạt yêu cầu. Phương pháp chưng luyện cho hiệu suất phân tách cao, vì vậy nó được sử dụng nhiều trong thực tế. Dựa trên các phương pháp chưng luyện liên tục, người ta đưa ra nhiều thiết bị phân tách đa dạng như tháp chóp, tháp đĩa lỗ không có ống chảy truyền, tháp đĩa lỗ có ống chảy truyền, tháp đệm Cùng với các thiết bị ta có các phương pháp chưng cất là: a. Áp suất làm việc: - Chưng cất ở áp suất thấp. - Chưng cất ở áp suất thường. - Chưng cất ở áp suất cao. Nguyên tắc của phương pháp này là dựa trên nhiệt độ sôi của các cấu tử: nếu nhiệt độ sôi của các cấu tử quá cao thì giảm áp suất làm việc để giảm nhệt độ sôi của các cấu tử. b.Nguyên lý làm việc: có thể làm việc theo nguyên lý liên tục hoặc gián đoạn: -Chưng gián đoạn: phương pháp này được sử dụng khi: Nhiệt độ sôi của các cấu tử khác xa nhau. Không cần đòi hỏi sản phẩm có độ tinh khiết cao Tách hỗn hợp lỏng ra khỏi tạp chất không bay hơi. Tách sơ bộ hỗn hợp nhiều cấu tử. - Chưng liên tục: là quá trình được thực hiện liên tục nghịch dòng và nhiều đoạn. 1.2. Thiết bị chưng luyện: Trong sản xuất thường sử dụng rất nhiều loại tháp khác nhau nhưng chúng đều có một yêu cầu cơ bản là diện tích tiếp xúc bề mặt pha lớn. Tháp chưng luyện phong phú về kích cỡ và ứng dựng. Các tháp lớn thường được sử dụng trong công nghệ lọc hóa dầu. Đường kính tháp phụ thuộc vào lượng pha lỏng và lượng pha khí, độ tinh khiết của sản phẩm. Mỗi loại tháp chưng lại có cấu tạo riêng, có ưu điểm và nhược điểm khác nhau, vậy ta phải chọn loại tháp nào cho phù hợp với hỗn hợp cấu tử cần chưng và tính toàn kích cỡ của thết bị cho phù hợp với yêu cầu. Trong đồ án này em được giao thiết kế tháp chưng luyện liên tục loại tháp đĩa lỗ có ống chảy truyền để phân tách hỗn hợp hai cấu tử là metylic – etylic, chế độ làm việc ở áp suất thường với hỗn hợp đầu vào ở nhiệt độ sôi. 2. GIỚI THIỆU VỀ HỖN HỢP ĐƯỢC CHƯNG LUYỆN: Metylic là chất lỏng linh động và không màu, hòa tan trong nước theo bất cứ tỷ lệ nào. Nhiệt độ sôi 67.40C , Metylic là chất độc đói với cơ thể, nếu uống từ 8 đến 10g thì có thể bị ngộ độc, mát bị rối loạn và có thể mù lòa. Etylic cũng là chất lỏng linh động không màu và có thể hòa tan vô hạn trong nước. Nhiệt độ sôi của nó là 78.40C, Etylic được ứng dụng rất nhiều trong công nghiệp, đời sống hàng ngày. Metylic – Etylic là sản phẩm của quá trình lên men hoặc quá trình tổng hợp khác, 2 chất này ở trạng thái bình thường là chất lỏng không liên kết, có độ bay hơi khác nhau. ở đây metylic bay hơi trước do nhiệt độ sôi của nó thấp hơn của etylic. Hỗn hợp ăn mòn yếu nên trong quá trình lựa chọn thiết bị để chưng luyện thì ta nên sử dụng loại thép các bon thường để tránh lãng phí. 2.3. Vẽ và thuyết minh dây chuyền sản xuất: 2.3.1.Dây chuyền sản xuất: Hình 1.1. Sơ đồ dây chuyền công nghê chưng luyện liên tục CHÚ THÍCH: 1. Thùng chứa hỗn hợp đầu 7. Thiết bị làm lạnh sản phẩm đỉnh 2. Bơm 8. Thùng chứa sản phẩm đỉnh 3. Thùng cao vị 9. Thiết bị gia nhiệt đáy tháp 4. Thiết bị gia nhiệt hỗn hợp đầu 10. Thùng chứa sản phẩm đáy 5. Tháp chưng luyện 11. Thiết bị tháo nước ngưng 6. Thiết bị ngưng tụ hồi lưu THUYẾT MINH: Dung dịch đầu ở thùng (1) được bơm (2) bơm liên tục lên thùng cao vị (3), mức chất lỏng cao nhất ở thùng cao vị được khống chế nhờ ống chảy tràn, từ thùng cao vị dung dịch được đưa vào thiết bị đun nóng (4) qua lưu lượng kế (11), ở đây dung dịch được đun nóng đến nhiệt độ sôi bằng hơi nước bão hoà, từ thiét bi gia nhiệt (4) dung dịch được đưa vào tháp chưng luyện (5) nhờ đĩa tiếp liệu, trong tháp hơi đi từ dưới lên gặp chất nỏng đi từ trên xuống, nhiệt độ và nồng độ các cấu tử thay đổi theo chiều cao của tháp. Vì vậy hơi từ đĩa phía dưới lên đĩa phía trên, các cấu tử có nhiệt độ sôi cao sẽ được ngưng tụ lại và cuối cùng trên đỉnh ta thu được hỗn hợp gồm hầu hết các cấu tử dễ bay hơi. Hơi đó đi vào thiết bị ngưng tụ hồi lưu (6), ở đây nó được ngưng tụ lại. Một phần chất lỏng đi qua thiết bị làm lạnh (7) để làm lạnh đến nhiệt độ cần thiết rồi đi vào thùng chứa sản phẩm đỉnh (8), một phần khác hồi lưu về tháp ở đĩa trên cùng. Chất lỏng đi từ trên xuống gặp hơi có nhiệt độ cao hơn, một phần cấu tử có nhiệt độ sôi thấp được bốc hơi và do đó nồng độ cấu tử khó bay hơi trong chất lỏng ngày càng tăng và cuối cùng ở đáy tháp ta thu dược hỗn hợp lỏng gồm hầu hết là cấu tử khó bay hơi. Chất lỏng đi ra khỏi tháp được làm lạnh rồi đi vào thùng chứa sản phẩm đáy (10). Như vậy với thiết bị làm việc liên tục thì hỗn hợp đầu được đưa vào liên tục và sản phẩm cũng được tháo ra liên tục  PHẦN II: TÍNH TOÁN THIẾT BỊ CHÍNH 2.1.Tính toán cân bằng vật liệu toàn thiết bị: • Kí hiệu các đại lượng như sau: F : lượng nguyên liệu đầu (kmol/h) P : lượng sản phẩm đỉnh (kmol/h) W: lượng sản phẩm đáy (kmol/h) xF: nồng độ phần mol của cấu tử dễ bay hơi trong hỗn hợp đầu xP: nồng độ phần mol của cấu tử dễ bay hơi trong sản phẩm đỉnh xW: nồng độ phần mol của cấu tử dễ bay hơi trong sản phẩm đáy. • Giả thiết: + Số mol pha hơi đi từ dưới lên là bằng nhau trong tất cả mọi tiết diện của tháp. + Số mol chất lỏng không thay đổi theo chiều cao đoạn chưng và đoạn luyện. + Hỗn hợp đầu đi vào tháp ở nhiệt độ sôi. + Chất lỏng ngưng tụ trong thiết bị ngưng tụ có thành phần bằng thành phần của hơi đi ra ở đỉnh tháp. + Cấp nhiệt ở đáy tháp bằng hơi đốt gián tiếp. • Yêu Cầu thiết bị: F: Năng suất thiết bị tính theo hỗn hợp đầu = 5870 kg/h Thiết bị làm việc ở áp suất thường (P = 1 at) Tháp chưng loại: tháp đĩa lỗ có ống chảy truyền. Điều kiện: aF : Nồng độ Metylic trong hỗn hợp đầu = 32,8% (phần khối lượng) ap: Nồng độ Metylic trong sản phẩm đỉnh = 79,1% (phần khối lưọng) aw: Nồng độ Metylic trong sản phẩm đáy = 1,1% (phần khối lượng) MA: Khối lượng phân tử của Metylic = 32 (kg/kmol) MB: Khối lượng phân tử của Etylic = 46 (kg/kmol) Theo phương trình cân bằng vật liệu cho toàn tháp: F= P + W (1) Phương trình cân bằng vật liệu cho cấu tử dễ bay hơi: F.aF = P. aP + W.a(2) Từ (1) và (2) ta suy ra được lượng sản phẩm đỉnh là: P=F. aF-aWaP-aW=5870. 0,328-0,0110,791-0,011=2385 kg/h →W=F-P=5870-2385,63=3485 kg/h *Đổi từ khối lượng sang phần mol: x = =0,328/320,32832+0,67246 = 0,412(phần mol) x= = 0,791320,79132+0,20946 =0,845(phần mol) x = =0,011/320,01132+0,98946 =0,0157(phần mol) *Tính khối lượng mol trung bình: Áp dụng công thức:M = x.M + (1 - x).M Ta có : MF= 0,412.32 + ( 1- 0,412).46= 40,232(kg / kmol) MP=0,845.32 + (1- 0,845).46= 34,17(kg / kmol) Mw=0,0157.32+(1-0,0157).46=45,7802(kg / kmol) Lượng hỗn hợp đầu, sản phẩm đỉnh, sản phẩm đáy tính theo phần mol là: F=FMF=587040,232=145,55 Kmol/h P=PMP=238534,17=69,79 Kmol/h W=WMW=348545,7802=76,12 Kmol/h 2.1.1. Tính chỉ số hồi lưu tối thiểu: Từ số liệu bảng IX.2a (Sổ tay QT&TBCNHC-2 trang 150) ta có thành phần cân bằng lỏng hơi của metylic – etylic được cho theo bảng sau : X 0 5 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 Y 0 7,4 14,3 27,1 39,6 51,5 62,6 72,3 79,8 86,6 83,2 100 T 78,3 77,2 76,5 75 73,6 72,2 70,8 69,4 68,2 66,9 65,9 64,4 XF XP X Tính yF* có xF= 0,412 ( phần mol) Với giá trị xF = 0,412 ta dóng lên đường cân bằng → yF* = 0,53 Chỉ số hồi lưu tối thiểu của tháp chưng luyện Rmin : Rmin = = = 2,67 Tính chỉ số hồi lưu thích hợp Vấn đề chọn chỉ số hồi lưu thích hợp rất quan trọng, vì khi chỉ số hồi lưu bé thì số bậc của tháp lớn hơn nhưng tiêu tốn lượng hơi đốt ít, ngược lại khi chỉ số hồi lưu lớn thì số bậc tháp ít hơn nhưng tiêu tốn hơi đốt lớn Rth : chỉ số hồi lưu thích hợp được tính theo tính chất thể tích tháp nhỏ nhất Nlt : số bậc thay đổi nồng độ ( số đĩa lý thuyết ) → Chỉ số hồi lưu thích hợp Rx = β. Rmin β : hệ số hiệu chỉnh ( ) Ứng với mỗi giá trị R > Rmin, ta dựng một đường làm việc tương ứng và tìm được một giá trị Nlt β = 1,2 → Rx =3,204 B= 0,2 XP XF XW → Số đĩa lý thuyết N = 34 β = 1,4→ Rx =3,738 B= 0,178 XF XP Xw → Số đĩa lý thuyết N = 24 XW XF XP → Số đĩa lý thuyết N = 28 β = 1,5→ Rx =4,005 B= 0,169 XF XP Xw → Số đĩa lý thuyết N = 24 XW XF XP → Số đĩa lý thuyết N = 26 β = 1,6→ Rx =4,272 B= 0,1603 XP XF XW Số đĩa lý thuyết N = 24 β = 1,7→ Rx =4,539 B= 0,153 XF XP Xw → Số đĩa lý thuyết N = 24 XW XF XP → Số đĩa lý thuyết N = 23 β = 1,8 → Rx =4,806 B= 0,14554 XW XF XP → Số đĩa lý thuyết N = 22 β = 2,0 → Rx =5,34 B= 0,1333 XW XF XP → Số đĩa lý thuyết N = 21 β = 2,2 → Rx =5,874 B= 0,123 XW XF XP → Số đĩa lý thuyết N = 20 β = 2,4 → Rx =6,408 B= 0,114 XW XF XP → Số đĩa lý thuyết N = 19 β = 2,5 → Rx =6,675 B= 0,11 XW XF XP → Số đĩa lý thuyết N = 19 b R B N N.(R+1) 1,2 3,204 0,2 34 142,936 1,4 3,738 0,178 28 132,664 1,5 4,005 0,169 26 130,13 1,6 4,272 0,1603 24 126,528 1,7 4,539 0,152 23 127,397 1,8 4,806 0,14554 22 127,732 2,0 5,34 0,1333 21 133,14 2,2 5,874 0,123 20 137,48 2,4 6,408 0,114 19 140,752 2,5 6,675 0,11 19 145,825 Thiết lập quan hệ N(R+1) – R ta xác định được Rth tại giá trị nhỏ nhất của N(R+1). Kết quả được Rth = 4,272 tại b = 1,6 2.1.4.Số đĩa lý thuyết. Với Rth = 4,272 xác định được số đĩa lí thuyết Nlt = 24 Trong đó: Số đĩa đoạn chưng là 18 Số đĩa đoạn luyện là 6 2.1.5.Phương trình đường nồng độ làm việc: Phương trình đường nồng độ làm việc đoạn luyện: Thay số ta được: y = 4,2724,272+1 x + 0,8454,272+1 => y =0,81x + 0,16 Phương trình đường nồng độ làm việc đoạn chưng: y = x - x Trong đó: Trong đó: f=FP=145,969,79=2,09 Thay số ta được y = 4,272+2,094,272+1x+1-2,094,272+1xw =>y= 1,206x-0,207 2.2. TÍNH ĐƯỜNG KÍNH THÁP Đường kính tháp được xác định theo công thức: D=4.Vtbπ.3600.ωtb=0,0188.gtbρtb.ωytb(m) Trong đó: Vtb: lượng hơi khí trung bình đi trong tháp (m3/h) ωtb: tốc độ hơi (khí) trung bình đi trong tháp (m/s) gtb: lượng hơi (khí) trung bình đi trong tháp (kg/h) : tốc độ hơi (khí) trung bình đi trong tháp (kg/m3.s) 2.2.1.Lượng hơi trung bình các dòng pha đi trong tháp. Vì lượng hơi và lượng lỏng thay đổi theo chiều cao tháp và khác nhau trong mỗi đoạn cho nên phải tính lượng hơi trung bình cho từng đoạn Hỉnh 2.18.Để xác định lượng hơi trung bình đi trong tháp chưng luyện Xác định lượng hơi trung bình đi trong đoạn luyện: Lượng hơi trung bình đi trong đoạn luyện có thể 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: Trong đó: gtbL: lượng hơi (khí) trung bình đi trong đoạn luyện (kg/h hay kmol/h) gđ: lượng hơi đi ra khỏi đĩa trên cùng của tháp (kg/h hay kmol/h) g1: lượng hơi đi vào đĩa dưới cùng của đoạn luyện (kg/h hay kmol/h) Lượng hơi ra khỏi tháp gđ: gđ = GR + GP =GP(R+ 1) Trong đó: GP: lượng sản phẩm đỉnh (P): GP = 2385 (kg /h) GR: lượng hồi lưu: GR = GP.R(kg/h) = 2385.4,272=10188,72(kg/h) Suy ra: gđ = GP(R+ 1) =2385.(4,272 + 1) = 12573,72(kg/h) Lượng hơi đi vào đoạn luyện:lượng hơi g1, hàm lượng hơi y1, và lượng lỏng G1 đối với đĩa thứ nhất của đoạn luyện được xác định theo hệ phương trình của cân bằng vật liệu và cân bằng nhiệt lượng sau: (*) Trong các phương trình trên coi x1 = a(phần khối lượng) r1: ẩm nhiệt hóa hơi đi vào đĩa luyện thứ nhất (kcal/mol) rđ: ẩm nhiệt hóa hơi của hỗn hợp đi ra khỏi đỉnh tháp (kcal/mol) r1 = rA.y1 + (1- y1). rB rđ = rA.yđ + (1- yđ). rB yđ = yP (phần khối lượng) rA: ẩm nhiệt hóa hơi của nước rB: ẩm nhiệt hóa hơi của etylic Xác định ẩn nhiệt hóa hơi của hỗn hợp đi ra khỏi đỉnh tháp: Từ số liệu bảng IX.2a (Sổ tay QT&TBCNHC-2 trang 150) ta xác định được: nhiệt độ sôi của hỗn hợp đầu tF =72,63C ứng với x1= xF = 0,412 nhiệt độ sôi của hỗn hợp đỉnh tP =66,45C ứng với yP= xP =0,845 nhiệt độ sôi của sản phẩm đáy tW =77,95C ứng với xW =0,0157 . Xác định ẩm nhiệt hóa hơi của hỗn hợp đi ra khỏi đỉnh tháp: Áp dụng công thức nội suy: r = r + (t -t) Xác định ẩm nhiệt hóa hơi của hỗn hợp đi vào đĩa luyện thứ nhất: Nội suy theo bảng I.212 đối với etylic bảng I.213 đối với metylic (Sổ tay QT&TBCNHC-T1) với tF = 72,630C ta có: rCH3OH = 257,74(kcal/kg)=1079,16 KJ/kg rC2H5OH =204,948 (kcal/kg)=858,117 kJ/kg thay số vào công thức tính r1 ta có : r1=1079,16. y1+ 858,117.(1- y1)= 858,117+221,043.y1(kJ/kg) Nội suy theo bảng I.212 đối với etylic bảng I.213 đối với metylic (Sổ tay QT&TBCNHC-T1) với tp = 66,450C ta có: RCH3OH =261,29 (kcal/kg)=1094,02 kJ/kg rC2H5OH = 207,42(kcal/kg)=868,47 kJ/kg r = r.y +(1 - y)r =1094,02.0,845+(1-0,845).868,47=1059,06kJ/kg Thay vào phương trình (I) g1=G1+2385g1.y1=G1.0,412+2385.0,845g1.858,117+221,043.y1= 12573,72.1059,06 ⟹G1=15272,9 kg/hg1=17657,9 kg/hy1=0,47 kg/kghh Lượng hơi trung bình đi trong đoạn luyện: g = = 12573,72+17657,92=15115,81 kg/h Lượng lỏng trung bình đi trong đoạn luyện: G = = 10188,72+15272,92=12730,81 (kg/h) Tính khối lượng riêng trung bình của đoạn luyện: Khối lượng riêng trung bình của đoạn luyện đối với pha hơi: T: nhiệt độ làm việc trung bình của tháp (0K) ytbA :nồng độ phần mol của cấu tử A tính theo giá trị trung bình Đổi y1 sang nồng độ phần mol: y1=0,47/320,47/32+1-0,47 /46=0,56 kmol/kmol y = = = 0,56+0,8452=0,7 (phần mol) Với yđA, ycA: nồng độ tại 2 đầu đoạn luyện (phần mol) nhiệt độ trung bình của đoạn luyện là : ttbL=tF+tP2=72,63+66,452=69,54℃ Suy ra khối lượng riêng trung bình của pha hơi đối với đoạn luyện là ρ = (0,7.32+1-0,7.46)22,4.(69,54+273) .273 =1,29(kg/m) Khối lượng riêng trung bình của đoạn luyện đối với pha lỏng: Trong đó: ρxtb: khối lượng riêng trung bình trong pha lỏng (kg/m3) ρxtbA, ρxtbB: khối lượng riêng trung bình trong pha lỏng đối với cấu tử A,B lấy theo nhiệt độ trung bình (kg/m3) atbA: phần khối lượng trung bình của cấu tử A trong pha lỏng a = = 0,328+0,7912 = 0,5595 (phần khối lượng) nhiệt độ trung bình của đoạn luyện là : ttbL=tF+tP2=72,63+66,452=69,54℃ Từ bảng I.2 tr9- STQTTB I, bằng phương pháp nội suy ở txtbL=69,54℃ ta được: ρxtbLCH3OH=744,93(kg/m3) ρxtbLC2H5OH=746,46(kg/m3). Vậy khối lượng riêng trung bình của đoạn luyện đối với pha lỏng: ⟹1ρxtbL=0,5595749,93+1-0,5595746,46 ⟹ρxtbL=745,603 kg/m3 tốc độ hơi trung bình trong đoạn luyện Tốc độ hơi trong tháp đĩa được xác định theo công thức [IX.111-Tr186-st II]: Trong đó: ωgh: tốc độ giới hạn trên (m/s) Tốc độ hơi trong đoạn luyện: ω = 0,05 . =0,05745,603 1,29=1,202(m/s) Để tránh tạo bọt ta lấy tốc độ làm việc khoảng (80÷90%)ωgh Ta lấy 80% => ωlv = 0,8.1,202 = 0,9616 (m/s) Xác định lượng hơi trung bình đi trong đoạn chưng: Lượng hơi trung bình đi trong đoạn chưng được xác định gần đúng bằng trung bình cộng của lượng hơi đi ra khỏi đoạn chưng và lượng hơi đi vào đoạn chưng: Vì lượng hơi đi ra khỏi đoạn chưng bằng lượng hơi đi vào đoạn luyện nên ta có thể viết: Lượng hơi đi vào đoạn chưng , lượng lỏng G1, và hàm lượng lỏng được xác định theo hệ phương trình cân bằng vật liệu và cân bằng nhiệt lượng sau: (**) Trong đó: ; tìm theo đường cân bằng ứng với xW =0,0157(phần mol) ta được y = 0,023(phần mol) Đổi yW từ phần mol sang phần khối lượng: y = 0,023.320,023.32+1-0,023.46 =0,016(phần khối lượng) : ẩn nhiệt hóa hơi của hỗn hợp đi vào đĩa thứ nhất của đoạn chưng : ẩn nhiệt hóa hơi của hỗn hợp đi vào đĩa trên cùng của đoạn chưng Xác định ẩm nhiệt hóa hơi của hỗn hợp đi vào đĩa thứ nhất của đoạn chưng Nội suy theo bảng I.212 đối với metylic bảng I.212 đối với etylic (Sổ tay QT&TBCNHC-T1-tr 254) với tw = 77,950C ta có: rCH3OH= 254,679( kcal/kg)= 1066,29 KJ/kg rC2H5OH= 202,82 (kcal/kg)= 849,168 KJ/kg Suy ra: r = rmetylic.y + (1 -y). rB =1066,29. 0,016+ (1 - 0,016).849,168 =852,642 KJ/kg r1=858,117+221,043.y1 r1=858,117+221,043.y1=962 KJ/kg Thay các giá trị vào hệ phương trình trên ta được : G1'=g1'+3485G1'.x1'=g1'.0,016 +3485 .0,016 g1'.852,642=17657,9.962 ⟹g'1=19922,66 kg/hG'1=23047,66 kg/hx'1=0,016 kg/kghh lượng hơi trung bình đi trong đoạn chưng : gtbC'=g1+g'12=17657,9+19922,662=18790,28kgh Lượng lỏng trung bình đi trong đoạn chưng là: G = = 15272,9+5870+2304