Đề tài Thực hiện và giải quyết việc tính toán kỹ thuật và thiết kế tháp chưng luyện hỗn hợp

Đề tài: Thực hiện và giải quyết việc tớnh toỏn kỹ thuật và thiết kế thỏp chưng luyện hỗn hợp 1 Mục lục Lời mở đầu 3 A. Tính toán thiết bị chính 4 I. Các ph−ơng trình cân bằng vật liệu 4 II.Đ−ờng kính tháp 6 1. L−u l−ợng trung bình các dòng pha đi trong tháp 6 2. Khối l−ợng riêng trung bình 8 3. Tính vận tốc hơi đi trong tháp 11 4. Đ−ờng kính tháp 12 III. Chiều cao của tháp 12 1. Xác định số đơn vị chuyển khối 12 B. Kết lụân C. Tài liệu tham khảo 2 Lời mở đầu Trong công nghiệp việc phân tích các cấu tử từ hỗn hợp đầu là rất cần thiết nhằm mục đích hoàn thiện khai thác, chế biến . . . . , có rất nhiều ph−ơng pháp phân tích các cấu tử trong công nghiệp, trong đó ch−ng luyện là một trong những ph−ơng pháp hay đ−ợc sử dụng. Nó đ−ợc dùng rộng rãi trong nhiều ngành công nghiệp nh− chế biến dầu mỏ . . . Ch−ng là ph−ơng pháp tách các cấu tử từ hỗn hợp đầu dụa vào độ bay hơi khác nhau của chúng trong hỗn hợp. Hỗn hợp có thể là những chất lỏng hoặc chất khí, th−ờng khi ch−ng một hỗn hợp có bao nhiêu cấu tử ta sẽ thu đ−ợc bấy nhiêu sản phẩm. Với hốn hợp có hai cấu tử ta sẽ thu đ−ợc hai sản phẩm là sản phẩm đỉnh gồm phần lớn là cấu tử dễ bay hơi & sản phẩm đáy chứa phần lớn cấu tử khó bay hơi. Trong thực tế có thể gặp rất nhiều kiểu ch−ng luyện khác nhau nh−; ch−ng bằng hơi n−ớc trực tiếp, ch−ng đơn giản, ch−ng luyện . . . Tuy nhiên nhằm mục đích thu đ−ợc sản phẩm có nồng độ cao, ng−ời ta tiến hành ch−ng nhiều lần hay ch−ng luyện. Ch−ng luyện là ph−ơng pháp ch−ng phổ biến nhất hay dùng để tách hỗn hợp các cấu tử dễ bay hơi có tính chất hòa tan hoàn toàn hay một phần vào nhau. Có nhiều loại tháp dùng để ch−ng luyện nh− tháp đĩa lỗ, đĩa chóp có ống chảy chuyền, tháp đệm, . . . Tháp đệm với −u điểm cấu tạo đơn giản, làm việc với năng suất lớn, hiệu suất cao, khoảng làm việc rộng, ổn định . . . đ−ợc ứng dụng rộng rãi trong thực tế đặc biệt là trong ch−ng luyện hỗn hợp Etylic – n−ớc. Do thời gian có hạn và để đi sâu vào nội dung chính, đồ án chỉ thực hiện và giải quyết việc tính toán kỹ thuật và thiết kế tháp ch−ng luyện ch−a đi sâu tính toán hết thiết bị phụ. 3 A.Tính toán thiết bị chính I. Các ph−ơng trình cân bằng vật liệu vμ chỉ số hồi l−u: - Truớc hết ta đổi nồng độ phần thể tích sang nồng độ phần mol. 46 52 =OHHCM ( )3mKg 78952 =OHHCρ ( )3mKg [I – 9] 18 2 =OHM ( )3mKg 9982 =OHρ ( )3mKg [I – 9] Ta có mối liên hệ: E EE E E EE E E E M VnMnmV ρρρ ⋅=⇒⋅== Suy ra ta có: ( ) N N E E E E E E E E M V M V M V x ρρ ρ ⋅−+⋅ ⋅ = 1 áp dụng công thức trên ta có: ( ) ( ) 0442,0 18 99813,01 46 78913,0 46 78913,0 1 = ⋅−+⋅ ⋅ = −+⋅ ⋅ = N N F E E F E E F F M V M V M V x ρρ ρ ( )KmolKmol ( ) ( ) 553,0 18 9988,01 46 7898,0 46 7898,0 1 = −+⋅ ⋅ = ⋅−+⋅ ⋅ = N N P E E P E E P P M V M V M V x ρρ ρ ( )KmolKmol ( ) ( ) 00093,0 18 998003,01 46 789003,0 46 789003,0 1 = ⋅−+⋅ ⋅ = ⋅−+⋅ ⋅ = N N W E E W E E W W M V M V M V x ρρ ρ ( )KmolKmol Khối l−ợng phân tử hỗn hợp đầu: ( ) ( ) 2376,19180442,01460442,0 1 =⋅−+⋅= ⋅−+⋅= F NFEFF M MxMxM L−ợng hỗn hợp đầu đi vào tháp tính theo hKmol 87,363 2376,19 7000 == = F F F G M FG ( )hKmol - Ph−ơng trình cân bằng vật liệu: + Ph−ơng trình cân bằng vật liệu cho toàn tháp: WPF GGG += [I – 144] 4 Đối với cấu tử dễ bay hơi ta có: WWPPFF xGxGxG ⋅+⋅=⋅ [I – 144] Theo quy tắc đòn bẩy ta có: FP W WF P WP F xx G xx G xx G −=−=− L−ợng sản phẩm đỉnh: 52,28 00093,0553,0 00093,00442,087,363 =− −⋅=− −⋅= WP WF FP xx xxGG ( )hKmol L−ợng sản phẩm đáy: 35,33552,2887,363 =−=−= PFW GGG ( )hKmol + Ph−ơng trình đ−ờng nồng độ làm việc của đoạn luyện: 11 ++⋅+= x P x x R xx R Ry [II – 144] +Ph−ơng trình đ−ờng nồng độ làm việc của đoạn ch−ng: Với P F G GL = [II –158] xR : Chỉ số hồi l−u thích hợp. Suy ra: 1 1 1 + −⋅−+ +⋅= x W x x R Lx R LRxy - Xác định chỉ số hồi l−u thích hợp: Theo bảng IX. 2a – Sổ tay II – Trang 148 x 0 5 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 H2 đẳng phí y 0 33,2 44,2 53,1 57,6 61,4 65,4 69,9 75,3 81,8 89,8 100 89,4 t 100 90,5 86,5 83,2 81,7 80,8 80 79,4 79 78,6 78,4 78,4 78,15 Từ bảng nội suy ta có: 2935.00442,0 =⇒= ∗FF yx Theo công thức chỉ số hồi l−u tối thiểu của tháp ch−ng luyện là: Fỳ ỳP xy yxR − −= ∗ ∗ min [II – 158] 041,1 0442,02935.0 2935.0553.0 min =− −=− −= ∗ ∗ FF FP xy yxR Ta có công thức: min55,1 RR ⋅= [II – 159] 5 R = 1,55. 1,041 = 1,614 L−ợng hỗn hợp đầu tính theo 1 Kmol sản phẩm đỉnh. 76,12 52,28 87,363 === P F G GL + Ph−ơng trình đ−ờng nồng độ làm việc đoạn luyện. 2116,06174,0 1614,1 553,0 1614,1 614,1 +⋅=++⋅+= xxy + Ph−ơng trình đ−ờng nồng độ làm việc của đoạn ch−ng. 0042,045,500093,0 1614,1 176,12 1614,1 76,12614,1 −⋅=⋅+ −−⋅+ += xxy II. Đ−ờng kính của tháp: ( ) tbyy tbgD ϖρ ⋅⋅= 0188.0 [II – 181] gtb:l−ợng hơi trung bình đi trong tháp (Kg/h) ( ρ y.wy)tb :tốc độ hơi trung bình đi trong tháp 1. L−u l−ợng trung bình các dòng pha đi trong tháp : a/ Trong đoạn luyện : Số liệu : GP : L−ợng sản phẩm đỉnh (P’) = 28,52(kmol/h). R : Hệ số hồi l−u thích hợp = 1,614 GR : L−ợng hồi l−u = GP . R =28,52.1,614=46,03 (kmol/h) yđ=0,6174.xp+0,2116=0,6174.0,553+0,2116=0,553 ♦ L−ợng hơi ra khỏi đỉnh tháp gđ : gđ = GR + GP = GP . (R + 1) =28,52. (1,614+ 1) = 74,5513(kmol/h) ♦ L−ợng hơi đi vào đoạn luyện g1 , nồng độ hơi y1 , l−ợng lỏng G1 đối với đĩa thứ nhất của đoạn luyện, nồng độ lỏng x1 : Coi x1 = xF = 0,0442 Ph−ơng trình cân bằng vật liệu : g1 = G1 + GP (1) Ph−ơng trình cân bằng vật liệu với cấu tử dễ bay hơi (etylic) : g1 y1 = G1 x1 + GP xP (2) Ph−ơng trình cân bằng nhiệt l−ợng : g1 r1 = gđ rđ (3) r1 : ẩn nhiệt hóa hơi của hỗn hợp hơi đi vào đĩa luyện thứ nhất (kcal/kmol) rđ : ẩn nhiệt hoá hơi của hỗn hợp hơi đi ra khỏi đỉnh tháp (kcal/kmol) Gọi : rA : ẩn nhiệt hóa hơi của Etylic 6 rB : ẩn nhiệt hoá hơi của H2O. Từ đồ thị (t,x,y) ta có : - Nhiệt độ sôi của hỗn hợp đỉnh (x = xP =0,553): tP = 79,7 0C Nội suy theo bảng r – to (I-254) với to = 79,7°C : ⎩⎨ ⎧ === ===⇒ )(kcal/kmol 4,10067)(kcal/kmolM.518,5 (kcal/kg) 559,3 r )(kcal/kmol 52,9297)(kcal/kmol202,12.M (kcal/kg) 202,12 r BB AA ⇒ rđ = rA . yđ + rB (1 - yđ) = 9297,52 . 0,553 + 10067,4 .(1- 0,553) =9641,66 (kcal/kmol) - Nhiệt độ sôi của hỗn hợp đầu (x = xF =0,0442): tF = 91,6 °C Nội suy theo bảng r – to (I-254) với to = 91,6°C : ⎩⎨ ⎧ === ===⇒ )(kcal/kmol 2,9853)(kcal/kmol547,4.M (kcal/kg) 547,4 r )(kcal/kmol 56,9078)(kcal/kmol197,36.M (kcal/kg) 197,36 r BB AA ⇒ rl = rA . yl + rB (1 – yl) = 9078,56 . yl + 9853,2 . (1 – yl) Từ (1);(2) và (3) ta có : g1= G1 + 28,52 g1.y1= 0,0442.G1 + 15,77 -774,64.y1 + 9853,2.g1 = 718798,3 Giải 3 ph−ơng trình trên ta có: G1=45,83(Kmol/h) , g1=74,35(Kmol/h) , y1=0,239 ⇒ L−ợng hơi trung bình đi trong đoạn luyện : (kmol/h) 451,74 2 35,745513,74 2 1 =+=+= ggg dtbL ⇒ L−ợng lỏng trung bình đi trong đoạn luyện : (kmol/h) 45,93 2 83,4503,46 2 1 =+=+= GGG RtbL b/ Trong đoạn ch−ng : Số liệu : GW : L−ợng sản phẩm đáy (W’) = 335,35(kmol/h) ♦ L−ợng hơi đi vào đoạn ch−ng ,1g , nồng độ hơi ,1y , l−ợng lỏng '1G đối với đĩa thứ nhất của đoạn ch−ng, nồng độ lỏng , 1x , l−ợng hơi ra khỏi đoạn ch−ng chính là l−ợng hơi đi vào đoạn luyện g1 : Ta có * W , 1 yy = là nồng độ cân bằng ứng với xW , nội suy theo bảng số liệu đ−ờng cân bằng (II-148) : 7 ⇒ 61752,0*,1 == Wyy Ph−ơng trình cân bằng vật liệu : W ' 1 ' 1 GgG += (1’) Ph−ơng trình cân bằng vật liệu với cấu tử dễ bay hơi (etylic) : WW ' 1 ' 1 ' 1 ' 1 xGygxG += (2’) Ph−ơng trình cân bằng nhiệt l−ợng : 11 ' 1 ' 1 rgrg = (3’) rl : ẩn nhiệt hóa hơi của hỗn hợp hơi ra khỏi đoạn ch−ng. ⇒ rl = rA . yl + rB (1 – yl) = 9078,56 . 0,239 + 9853,2 . (1 – 0,239) = 9668,06 (kcal/kmol) r1’: ẩn nhiệt hoá hơi của hỗn hợp hơi đi vào đĩa ch−ng thứ nhất. Từ bảng số liệu x – to sôi dd (II-148), nội suy ta có: Nhiệt độ sôi hỗn hợp đáy (x = xW = 0,00093): tW = 99,82°C Nội suy theo bảng r – to (I-254) với to = 99,82°C : ⎩⎨ ⎧ === ===⇒ )(kcal/kmol 24,9705)(kcal/kmol539,18.M (kcal/kg) 539,18 r )(kcal/kmol 312,8927)(kcal/kmol194,072.M (kcal/kg) 194,072 r BB AA ⇒ ẩn nhiệt hóa hơi của hỗn hợp hơi đi vào đĩa ch−ng thứ nhất : rl’ = rA . yl’ + rB (1 – yl’) = 8927,312.0,61752 + 9705,24 . (1 – 0,61752) = 9224,854 (kcal/kmol) (kmol/h)922,77 854,9224 06,9668.35,74)'3( ' 1 1 1 ' 1 ===⇒ r rgg (kmol/h) 272,41335,335922,77)'1( '1 ' 1 =+=+=⇒ WGgG ⇒ L−ợng hơi trung bình đi trong đoạn ch−ng : (kmol/h) 136,76 2 922,7735,74 2 ' 11 =+=+= gggtbC ⇒ L−ợng lỏng trung bình đi trong đoạn ch−ng : (kmol/h)551,229 2 272,41383,45 2 ' 11 =+=+= GGGtbC 2. Khối l−ợng riêng trung bình. a/ Khối l−ợng riêng trung bình pha lỏng : 8 2xtb 1tb 1xtb 1tb xtb a1a1 ρ −+ρ=ρ [IX104a- II184] Trong đó : xtbρ : Khối l−ợng riêng trung bình pha lỏng (kg/ m3) 1xtbρ : Khối l−ợng riêng trung bình cấu tử 1 (kg/ m3) 2xtbρ : Khối l−ợng riêng trung bình cấu tử 2 (kg/ m3) 1tba : Nồng độ khối l−ợng trung bình cấu tử 1 (kg/ kg) - Đoạn luyện : Nồng độ trung bình pha lỏng đoạn luyện: 2986,0 2 553,00442,0 2 =+=+= PFtbL xxx Nội suy với xtbL theo bảng số liệu nồng độ – t o sôi dung dịch (II-148) : ⇒ Nhiệt độ trung bình đoạn luyện : ttbL = 81,721°C ⇒ Khối l−ợng riêng của Etylic và N−ớc theo t = ttbL : (I-9) ρxL1 = 733,37 (kg/m3) ρxL2 = 970,8 (kg/m3) Nồng độ khối l−ợng trung bình của Etylic đoạn luyện 106,0 998)13,01(789.13,0 789.13,0 )1(. . =−+=−+= NFEF EF F vv va ρρ ρ (Kg/Kg) 76,0 998)8,01(789.8,0 789.8,0 )1(. . =−+=−+= NPEP EP P vv va ρρ ρ (Kg/Kg) 433,02 76,0106,0 2 =+=+= PFtbL aaa ⇒ 44,8518,970 433,01 37,733 433,01 11 21 =⎟⎠ ⎞⎜⎝ ⎛ −+=⎟⎟⎠ ⎞ ⎜⎜⎝ ⎛ −+= −− xL tbL xL tbL xL aa ρρρ (kg/m3) - Đoạn ch−ng : Nồng độ trung bình pha lỏng đoạn ch−ng : 0226,02 0442,000093,0 2 =+=+= FWtbC xxx Nội suy với xtbC theo bảng số liệu nồng độ – t o sôi dung dịch (II-148) : ⇒ Nhiệt độ trung bình đoạn ch−ng : ttbC = 95,706°C 9 ⇒ Khối l−ợng riêng của Etylic và N−ớc theo t = ttbC :(I-9) 08,7201 =xCρ (kg/m3) 42,9612 =xCρ (kg/m3) Nồng độ khối l−ợng trung bình của Etylic đoạn luyện : 0024,0998)003,01(789.003,0 789.003,0 )1(. . =−+=−+= NwEw Ew w vv va ρρ ρ (Kg/Kg) 0542,02 106,00024,0 2 =+=+= FWtbC aaa ⇒ 27,94442,961 0542,01 08,720 0542,01 11 21 =⎟⎠ ⎞⎜⎝ ⎛ −+=⎟⎟⎠ ⎞ ⎜⎜⎝ ⎛ −+= −− xC tbC xC tbC xC aa ρρρ (kg/m3) b/ Khối l−ợng riêng trung bình pha hơi : - Đoạn luyện : Nồng độ pha hơi đầu đoạn luyện là : yđL = y1 = 0,239 Nồng độ pha hơi cuối đoạn luyện là : ycL = yP = xP = 0,553 ⇒ Nồng độ trung bình pha hơi đoạn luyện : 396,0 2 553,0239,0 2 =+=+= cLdLtbL yyy ⇒ Khối l−ợng mol trung bình hơi đoạn luyện : yLM = ytbL.M1+(1- ytbL).M2 = 0,396 . 46 + (1- 0,396).18 = 29,088 (kg/kmol) → Khối l−ợng riêng trung bình pha hơi đoạn luyện : 1 )721,81273.(4,22 273 . 29,088 ).(4,22 . =+=+= tbLO OyL yL tT TMρ (kg/m3) - Đoạn ch−ng : Nồng độ pha hơi đầu đoạn ch−ng là : 61752,0'1 == yydC Nồng độ pha hơi cuối đoạn ch−ng là : ycC = y1 = 0,239 ⇒ Nồng độ trung bình pha hơi đoạn luyện : 42826,0 2 239,061752,0 2 =+=+= cCdCtbC yyy → Khối l−ợng mol trung bình hơi đoạn ch−ng : yCM = ytbC.M1+(1-ytbC).M2 = 0,42826.46+(1– 0,42826).18 =30 (kg/kmol) → Khối l−ợng riêng trung bình pha hơi đoạn ch−ng : 10 99,0 )706,95273.(4,22 273 . 30 ).(4,22 . =+=+= tbCO OyC yC tT TMρ (kg/m3) 3. Tính vận tốc hơi đi trong tháp : a.Tính độ nhớt: - Đoạn luyện +Tra bảng (I-94) ta có độ nhớt của n−ớc ở 200C là: 1,005. 10-3 (N.s/ 2m ) +ở ttbL= 81,721 0C suy từ bảng (I-92) ta có: 310.426,0 −=Eμ (N.s/ 2m ) 310.351,0 −=Hμ (N.s/ 2m ) Vậy độ nhớt pha lỏng tính theo nhiệt độ trung bình là: ( ) HtbLEtbLxL xx μμμ lg1lglg ⋅−+⋅= xtbL = 0,2986 ( ) )10.351,0lg(2986,01)10.426,0lg(2986,0lg 33 −− ⋅−+⋅=xLμ 43,3lg −=xLμ 310.37,0 −=xLμ (N.s/ 2m ) 8 1 4 1 ⎟⎟⎠ ⎞ ⎜⎜⎝ ⎛⋅⎟⎟⎠ ⎞ ⎜⎜⎝ ⎛= xL yL tbL tbL L g GX ρ ρ = =⎟⎠ ⎞⎜⎝ ⎛⋅⎟⎠ ⎞⎜⎝ ⎛ 8141 44,851 1 451,74 93,45 0,38 YL = 1,2.e-4.X = 0,26 16,0 3 2 .. .. ⎟⎟⎠ ⎞ ⎜⎜⎝ ⎛⋅⎟⎟⎠ ⎞ ⎜⎜⎝ ⎛= n xL xLd yLds L Vg Y μ μ ρ ρσω => ⎟⎟ ⎟⎟ ⎠ ⎞ ⎜⎜ ⎜⎜ ⎝ ⎛ = 16,0 3 2 ).(. ... n xL yLd xLdL s VgY μ μρσ ρω = ⎟⎟ ⎟⎟ ⎠ ⎞ ⎜⎜ ⎜⎜ ⎝ ⎛ − − 16,0 3 3 3 ) 10.005,1 10.37,0.(1.165 44,851.76,0.81,9.26,0 =6,78 (m/s)2 - Đoạn ch−ng +Tra bảng (I-94) ta có độ nhớt của n−ớc ở 200C là: 1,005. 10-3 (N.s/ 2m ) +ở ttbC= 95,706 0C suy từ bảng (I-92) ta có: 310.35,0 −=Eμ (N.s/ 2m ) 310.3,0 −=Hμ (N.s/ 2m ) Vậy độ nhớt pha lỏng tính theo nhiệt độ trung bình là: ( ) HtbCEtbCxC xx μμμ lg1lglg ⋅−+⋅= xtbC = 0,0226 ( ) )10.3,0lg(0226,01)10.35,0lg(0226,0lg 33 −− ⋅−+⋅=xCμ 52,3lg −=xCμ 11 => 310.3,0 −=xCμ (N.s/ 2m ) =⎟⎟⎠ ⎞ ⎜⎜⎝ ⎛⋅⎟⎟⎠ ⎞ ⎜⎜⎝ ⎛= 8 1 4 1 xC yC tbC tbC C g GX ρ ρ =⎟⎠ ⎞⎜⎝ ⎛⋅⎟⎠ ⎞⎜⎝ ⎛ 8141 27,944 99,0 136,76 551,229 0,56 YC = 1,2.e-4.X = 0,13 16,0 3 2 .. .. ⎟⎟⎠ ⎞ ⎜⎜⎝ ⎛⋅⎟⎟⎠ ⎞ ⎜⎜⎝ ⎛= n xC xCd yCds C Vg Y μ μ ρ ρσω => ⎟⎟ ⎟⎟ ⎠ ⎞ ⎜⎜ ⎜⎜ ⎝ ⎛ = 16,0 3 2 ).(. ... n xC yCd xCdC s VgY μ μρσ ρω = ⎟⎟ ⎟⎟ ⎠ ⎞ ⎜⎜ ⎜⎜ ⎝ ⎛ − − 16,0 3 3 3 ) 10.005,1 10.3,0.(99,0.165 27,944.76,0.81,9.13,0 =3,93 (m/s)2 4. Đ−ờng kính tháp: +Đoạn luyện: wyL= 0,8.ws = 0,8.(6,78)1/2 = 2,083 (m/s) ( ) tbyLyL yLtbL L MgD ϖρ ⋅⋅= . 0188.0 = ( )083,21 088,29.451,740188.0 ⋅⋅ = 0,61 (m) +Đoạn ch−ng: wyC= 0,8.ws = 0,8.(3,93)1/2 = 1,586 (m/s) ( ) tbyCyC yCtbC C MgD ϖρ ⋅⋅= . 0188.0 = 586,1.99,0 30.136,760188.0 ⋅ = 0,72 (m) III. Chiều cao của tháp Chiều cao làm việc của tháp đ−ợc xác định theo công thức. [II – 175] ydv mhH ⋅= (m) Trong đó: - :dvh Chiều cao của một đơn vị chuyển khối. - ym : Số đơn vị chuyển khối. 1. Xác định số đơn vị chuyển khối: ∫ =−= p W y y cb y Syy dym [II – 176] Với M diện tích giới hạn bởi đ−ờng cong thành phần. + Dựng đồ thị ( ) yy yf cb − = 1 12 x y cby cby -y yycb − 1 Wx 0,00093 0.00087 0,0061752 0,0053052 188.5 0,01 0.0503 0,0664 0,0134 74.63 0,02 0.1048 0.1328 0,028 35.71 0,03 0.1593 0.1992 0,0399 25.06 0,04 0.2138 0,2656 0,0518 19.3 xF 0,0442 0.239 0,2935 0,0545 18.35 0,05 0.24247 0.332 0,089 11.24 0,06 0.249 0,354 0,105 9.52 0,07 0.255 0,376 0,121 8.26 0,08 0.261 0,398 0,137 7.3 0,09 0.267 0,42 0,153 6.54 0,1 0.273 0,442 0,169 5.92 0,2 0,335 0,531 0,196 5.1 0,3 0,397 0,576 0,179 5.59 0,4 0,459 0,614 0,155 6.45 0,5 0,520 0,654 0,134 7.46 xP 0,553 0,553 0,6545 0,102 9.8 Từ bảng trên ta có: =−= ∫ Py y yL yy dym 1 * 8,214 =−= ∫ 1 * y y yC W yy dym 5,752 2. Chiều cao của một đơn vị chuyển khối phụ thuộc vào đặc tr−ng của đệm và xác định theo công thức: 21 hG Gm hh x y dv ⋅ ⋅+= [I – 177] Trong đó: - ( )m a Vh yy d d 3 225,0 1 PrRe ⋅⋅⋅= σψ : Là chiều cao của một đơn vị chuyển khối đối với pha hơi. [II – 177] - ( ) 2 3 0,25 0,5 2 256 Re Prx x x x h mμρ ⎛ ⎞= ⋅ ⋅ ⋅⎜ ⎟⎝ ⎠ : Là chiều cao của một đơn vị chuyển khối đối với pha lỏng. [II – 177] Với: 13 a : Hệ số phụ thuộc vào dạng đệm. Với đẹm vòng Ráing đổ lộn xộn 123,0=a . xμ : Độ nhớt của pha lỏng ( )2mNs . 310.37,0 −=xLμ 310.3,0 −=xCμ xρ : Khối l−ợng riêng của lỏng. ( )344,851 mKgxL =ρ ( )327,944 mKgxC =ρ PrRe, : Chuẩn số Reynol và prand. ψ : Hệ số thấm −ớt của đệm, phụ thuộc vào tỷ số giữa mật độ t−ới thực té lên tiết diện ngang của tháp và mật độ t−ới thích hợp. a. Tính 1h : - ψ : Hệ số thấm −ớt của đệm phụ thuộc vào th tt U U - Với: t x tt F V U = hay 4 2d G U x x tt ⋅⋅ = πρ : mật độ t−ới thực tế, ( hmm ⋅23 ) [II – 177] - Đoạn luyện: 372,5 4 61,044,851 088,29.93,45 4 2 =⋅⋅ =⋅⋅ = ππρ LxL xL ttL D GU ( hmm ⋅23 ) - Đoạn ch−ng: 92,17 4 72,027,944 30.551,229 4 2 =⋅⋅ =⋅⋅ = ππρ CxC xC ttC D GU ( hmm ⋅23 ) :dth BU σ⋅= mật độ t−ới thích hợp ,( hmm ⋅23 ) [II – 177] Ch−ng luyện B= 0,065 ( hmm ⋅3 ) 725,10165065,0 =⋅=⇒ thU ( hmm ⋅23 ) Suy ra: 5,05,0 725,10 372,5 =→== L th ttL U U ψ [II – 178] 67,167,1 725,10 92,17 =→== C th ttC U U ψ [II – 178] + Chuẩn số Râynôn của pha hơi: dy sy y σμ ϖρ ⋅ ⋅⋅= 4,0Re [II – 178] - Đoạn luyện: 65,13 1651037,0 083,214,04,0Re 3 =⋅⋅ ⋅⋅=⋅ ⋅⋅= − dyL yLyL yL σμ ϖρ 14 - Đoạn ch−ng: 4,160 195100119,0 2849,17242,04,04,0Re 3 =⋅⋅ ⋅⋅=⋅ ⋅⋅= − dyC yCyC yC σμ ϖρ + Chuẩn số Pran của pha hơi: yy y y D⋅= ρ μ Pr [II – 178] HE HE y MMVVp TD 11100043,0 2 3 1 3 1 5,14 +⋅ ⎟⎠ ⎞⎜⎝ ⎛ +⋅ ⋅⋅= − : Hệ số khuyếch tán trong pha hơi. [II – 127] ở p = 1atm. HE VV , : Thể tích mol phân tử của Etylic và n−ớc. 2,594,717,368,142 52 =⋅+⋅+⋅== OHHCE VV ( )molcm3 9,18 2 == OHH VV ( )molcm3 KT KT C L 0 0 36727394 35427381 =+= =+= → 52 3 1 3 1 5,14 108497,1 18 1 46 1 9,182,59 354100043,0 −− ⋅=+⋅ ⎟⎠ ⎞⎜⎝ ⎛ + ⋅⋅=yLD ( )sm2 5 2 3 1 3 1 5,14 109525,1 18 1 46 1 9,182,59 367100043.0 −− ⋅=+⋅ ⎟⎠ ⎞⎜⎝ ⎛ + ⋅⋅=→ yCD ( )sm2 - Đoạn luyện: 5154,0 108497,11434,1 100109,0Pr 5 3 =⋅⋅ ⋅=⋅= − − yLyL yL yL Dρ μ -Đoạn ch−ng: 8416,0 109525,17242,0 100119,0Pr 5 3 =⋅⋅ ⋅=⋅= − − yCyC yC yC Dρ μ → Chiều cao của một đơn vị chuyển khối 1h . 2539,05154,07126,266 19532,0123,0 75,0PrRe 3 225,03 225,0 1 =⋅⋅⋅⋅=⋅⋅⋅⋅= yLyLdL d L a V h σψ ( m) 0992,08416,04,160 1951123,0 75,0PrRe 3 225,03 225,0 1 =⋅⋅⋅⋅=⋅⋅⋅⋅= yCyCdC d C a V h σψ (m) b. Tính 2h : + Chuẩn số Râynôn của pha lỏng: 0,04Re xx t d x G F σ μ ⋅= ⋅ ⋅ [II – 178] Hay: 2 0,04Re 4 x x d x G Dπ σ μ ⋅= ⋅ ⋅ ⋅ 15 - Đoạn luyện: 491,0 103847,0195 4 8,014,3 4626,004,0 4 04,0 Re 3 22 = ⋅⋅⋅⋅ ⋅= ⋅⋅⋅ ⋅= − xLd L xL xL D G μσπ - Đoạn ch−ng: 874,2 103072,0195 4 8,014,3 1624,204,0 4 04,0 Re 3 22 = ⋅⋅⋅⋅ ⋅= ⋅⋅⋅ ⋅= − xCd C xC xC D G μσπ + Chuẩn số Pran của pha lỏng: xx x x D⋅= ρ μ Pr [II – 178] xD : Hệ số khuyếch tán trong pha lỏng. ( )sm2 ( )[ ]20120 −⋅+⋅= tbDDt [II – 134] Với: 9 2 3 1 3 1 6 2 3 1 3 1 6 20 102707,7 9,182,59124,17,4 18 1 46 1101 11101 − −− ⋅= ⎟⎠ ⎞⎜⎝ ⎛ +⋅⋅⋅ +⋅⋅ = ⎟⎠ ⎞⎜⎝ ⎛ +⋅⋅⋅ +⋅⋅ = HEH HE VVHE MM D μ 1=Hμ : Độ nhớt của n−ớc ở 200C Hệ số nhiệt độ: 02,0 998 12,02,0 33 =⋅=⋅= ρ μ b [II – 135] Với: ρμ, là độ nhớt và khối l−ợng riêng của OH 2 ở C020 . - Đoạn luyện: ( )[ ] 9981 101409,16208102,01102707,7 −− ⋅=−⋅+⋅⋅=LD - Đoạn ch−ng: ( )[ ] 9994 100313,18209402,01102707,7 −− ⋅=−⋅+⋅⋅=CD 7904,29 101409,16053,800 103847,0Pr 9 3 =⋅⋅ ⋅=⋅=→ − − xLxL xL xL Dρ μ 0953,18 100313,18517,941 103072,0Pr 9 3 =⋅⋅ ⋅=⋅=→ − − xCxC xC xC Dρ μ Chiều cao của một đơn vị chuyển khối đối với pha lỏng là: 0718,07904,294907,0 053,800 103847,0256PrRe256 5,025,0 3 2 3 5,025,0 3 2 2 =⋅⋅⎟⎟⎠ ⎞ ⎜⎜⎝ ⎛ ⋅⋅=⋅⋅⎟⎟⎠ ⎞ ⎜⎜⎝ ⎛⋅= − xLxL xL xL Lh ρ μ 0672,00953,188726,2 517,941 103072,0256PrRe256 5,025,0 3 2 3 5,025,0 3 2 2 =⋅⋅⎟⎟⎠ ⎞ ⎜⎜⎝ ⎛ ⋅⋅=⋅⋅⎟⎟⎠ ⎞ ⎜⎜⎝ ⎛⋅= − xCxC xC xC Ch ρ μ Từ đồ thị đ−ờng làm việc: Ta có: 2 PF L mmm += 2 FW C mm m += Từ đồ thị ta suy ra: 16 514,1 2 25,2778,0 =+=Lm 46,42 25,267,6 =+=Cm - Chiều cao của một đơn vị chuyển khối: - Chiều cao của đoạn luyện: 4214,00718,0 4626,0 7128,0514,12539,021 =⋅⋅+=⋅ ⋅+= L x yL LdvL hG Gm hh (m) - Chiều cao của đoạn ch−ng: 164,00672,0 1624,2 4681,046,40992,02' ' 1 =⋅⋅+=⋅ ⋅+= C x yC CdvC hG Gm hh (m) Chiều cao của tháp: - Đoạn luyện: 3,375,74214,0 =⋅=⋅= yLdvLL mhH (m) - Đoạn ch−ng: 5,085,2164,0 =⋅=⋅= yCdvCC mhH (m) Vậy chiều cao làm việc của tháp: