Đồ án Chưng cất liên tục hổn hợp Axeton - Metanol bằng tháp đệm

Trong công nghệ hóa học , để phân riêng hổn hợp 2 hay nhiều cấu tử hòa tan một phần hay hoàn toàn vào nhau , ta có thể sử dụng nhiều phương pháp khác nhau như : hấp thụ , hấp phụ , trích ly, chưng cất .Mỗi phương pháp điều có những đặc thù riêng và có những ưu nhược điểm nhất định . Việc lựa chọn phương pháp và thiết bị cho phù hợp tùy thuộc vào hổn hợp ban đầu , yêu cầu sản phẩm và điều kiện kinh tế. Đối với hỗn hợp Axeton - Metanol là hoên hợp 2 cấu tử tan hoàn toàn vào nhau theo bất kỳ tỷ lệ nào (hỗn hơp đẳng phí) và có nhiệt độ sôi khác biệt nhau ở cùng điệu kiện áp suất . Do đó phương pháp tối ưu để tách hỗn hợp trên là chưng cất . Phương pháp này dựa vào độ bay hơi khác nhau giữa các cấu tử bằng cách thực hiện quá trình chuyển pha và trao đổi nhiệt giữa 2 pha lỏng- khí . Sản phẩm đỉnh thu được gồm cấu tử có độ bay hơi lớn và một phần cấu tử có độ bay hơi thấp hơn . Còn sản phẩm đáy thu được chủ yếu là cấu khó bay hơi và một phần cấu tử dễ bay hơi . Quá trình chưng cất cũng có nhiều phương pháp khác nhau như : chưng đơn giản : dùng để tách các cấu tử có độ bay hơi khác biệt nhau . Nó dùng để tách sơ bộ và làm sạch cấu tử khỏi tạp chất ; chưng chân không : dùng trong trường hợp cần hạ thấp nhiệt độ sôi của cấu tử do cấu tử dễ phá hủy nhiệt hay có nhiệt độ sôi quá cao ; chưng bằng hơi nước trực tiếp : dùng để tách các hổn hợp gồm các chất khó bay hơi và tạp chất khong bay hơi ; chưng luyện :là phương pháp phổ biến nhất để tách hoàn toàn hổn hợp các cấu tử dẽ bay hơi có tính chất hòa tan một phần hay hoàn toàn vào nhau theo bất kỳ tỉ lệ nào bằng các thiết bị khác nhau như : tháp đĩa , tháp đệm, tháp chóp .Đối với hổn hợp trên , ta nên dùng thiết bị chưng tháp đệm . Hiện nay tháp đệm được sử dụng rộng rãi bới có nhiều ưu điểm : hiệu suất cao vì bề mặt tiếp xúc lớn, giới hạn làm việc tương đối rộng, thiết bị đơn giản gọn nhẹ dễ tháo rời dễ sửa chữa ,trở lực không cao nhưng làm việc ổn định và chưng được sản phẩm đòi hỏi có độ tinh khiết cao . Tháp đệm có thể làm việc ở áp suất thường và áp suất chân không , làm việc liên tục hoặc gián đoạn . Cấu tạo , kích thước và loại đệm tùy thuộc vào chế độ làm việc ,yêu cầu độ tinh khiết sản phẩm . Tuy nhiên tháp đệm cũng có những mặt hạn chế sau : khó làm ướt đều đệm . Nếu tháp quá cao thì phân phối chất lỏng không đều . Để khắc phục nhược điểm trên , người ta chia đệm ra nhiều tầng và có đặt thêm đĩa phân phối chất lỏng đối với mỗi một tầng đệm nếu tháp quá cao .

doc38 trang | Chia sẻ: ngtr9097 | Lượt xem: 4505 | Lượt tải: 1download
Bạn đang xem trước 20 trang tài liệu Đồ án Chưng cất liên tục hổn hợp Axeton - Metanol bằng tháp đệm, để xem tài liệu hoàn chỉnh bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên
MỤC LỤC PHẦN I : TỔNG QUAN VỀ SẢN PHẨM DÂY CHUYỀN CÔNG NGHỆ: - MỞ ĐẦU - T NH CH ẤT HOÂ-LÝ C ỦA AXETON – METANOL 1. Mĩt sỉ tÝnh chÍt ca Metanol 2.Mĩt sỉ tÝnh chÍt ca Axeton III -TỔNG QUAN VỀ DÂY CHUYỀN CÔNG NGHỆ PHẦN II : TÍNH TOÁN THIẾT BỊ : A - CÂN BẰNG VẬT LIỆU VÀ NHIỆT LƯỢNG: I - CÂN BẰNG VẬT LIỆU Th«ng sỉ ban ®Ìu TÝnh c©n b»ng vỊt liu Ph­¬ng tr×nh ®­íng nơng ®ĩ lµm vic ca ®o¹n ch­ng vµ ®o¹n luyn X¸c ®Þnh sỉ ®a ca th¸p ch­ng luyn II - CÂN BẰNG NHIỆT LƯỢNG C©n b»ng nhit l­ng ca thit bÞ ®un nêng C©n b»ng nhit l­ng cho toµn th¸p C©n b»ng nhit l­ng cho thit bÞ ng­ng t C©n b»ng nhit l­ng cho thit bÞ lµm l¹nh B - THÔNG SỐ CHÍNH CỦA THÁP: I - ĐƯỜNG KÍNH THÁP §­íng kÝnh ®o¹n luyn §­íng kÝnh ®o¹n ch­ng II - CHIỀU CAO THÁP Chiu cao ®o¹n luyn Chiu cao ®o¹n ch­ng III - TÍNH TRỞ LỰC Trị lc ®o¹n luyn Trị lc ®o¹n ch­ng C - TÍNH CƠ KHÍ THIẾT BỊ CHÍNH : I - BỀ DÀY THÂN THÁP II- TÍNH ĐÁY VÀ NẮP THIẾT BỊ III- BỀ DÀY LỚP CÁCH NHỆT IV -TÍNH ĐƯỜNG KÍNH ỐNG DẪN §­íng kÝnh ỉng dĨn s¶n phỈm ®nh §­íng kÝnh ỉng dĨn hìn hp ®Ìu §­íng kÝnh ỉng dĨn s¶n phỈm ®¸y §­íng kÝnh ỉng hơi l­u V - KÍCH THƯỚC ĐĨA PHÂN PHỐI VÀ LƯỚI ĐỠ ĐỆM VI - MẶT BÍCH BÝch ® nỉi thit bÞ BÝch ® nỉi thit bÞ vi ỉng VII – CA NỉI THIT BÞ VIII- CHÂN ĐỠ VÀ TAI TREO THIẾT BỊ Khỉi l­ng toµn th¸p Ch©n ® vµ tai treo D - TÍNH THIẾT BỊ PHỤ I - TÍNH THIẾT BỊ ĐUN NÓNG HỔN HỢP ĐẦU II - TÍNH VÀ CHỌN BƠM PHẦN III: KẾT LUẬN PHẦN I: TỔNG QUAN VỀ SẢN PHẨM , DÂY CHUYỀN CÔNG NGHỆ I-MỞ ĐẦU: Trong công nghệ hóa học , để phân riêng hổn hợp 2 hay nhiều cấu tử hòa tan một phần hay hoàn toàn vào nhau , ta có thể sử dụng nhiều phương pháp khác nhau như : hấp thụ , hấp phụ , trích ly, chưng cất ....Mỗi phương pháp điều có những đặc thù riêng và có những ưu nhược điểm nhất định . Việc lựa chọn phương pháp và thiết bị cho phù hợp tùy thuộc vào hổn hợp ban đầu , yêu cầu sản phẩm và điều kiện kinh tế. Đối với hỗn hợp Axeton - Metanol là hoên hợp 2 cấu tử tan hoàn toàn vào nhau theo bất kỳ tỷ lệ nào (hỗn hơp đẳng phí) và có nhiệt độ sôi khác biệt nhau ở cùng điệu kiện áp suất . Do đó phương pháp tối ưu để tách hỗn hợp trên là chưng cất . Phương pháp này dựa vào độ bay hơi khác nhau giữa các cấu tử bằng cách thực hiện quá trình chuyển pha và trao đổi nhiệt giữa 2 pha lỏng- khí . Sản phẩm đỉnh thu được gồm cấu tử có độ bay hơi lớn và một phần cấu tử có độ bay hơi thấp hơn . Còn sản phẩm đáy thu được chủ yếu là cấu khó bay hơi và một phần cấu tử dễ bay hơi . Quá trình chưng cất cũng có nhiều phương pháp khác nhau như : chưng đơn giản : dùng để tách các cấu tử có độ bay hơi khác biệt nhau . Nó dùng để tách sơ bộ và làm sạch cấu tử khỏi tạp chất ; chưng chân không : dùng trong trường hợp cần hạ thấp nhiệt độ sôi của cấu tử do cấu tử dễ phá hủy nhiệt hay có nhiệt độ sôi quá cao ; chưng bằng hơi nước trực tiếp : dùng để tách các hổn hợp gồm các chất khó bay hơi và tạp chất khong bay hơi ; chưng luyện :là phương pháp phổ biến nhất để tách hoàn toàn hổn hợp các cấu tử dẽ bay hơi có tính chất hòa tan một phần hay hoàn toàn vào nhau theo bất kỳ tỉ lệ nào bằng các thiết bị khác nhau như : tháp đĩa , tháp đệm, tháp chóp ...Đối với hổn hợp trên , ta nên dùng thiết bị chưng tháp đệm . Hiện nay tháp đệm được sử dụng rộng rãi bới có nhiều ưu điểm : hiệu suất cao vì bề mặt tiếp xúc lớn, giới hạn làm việc tương đối rộng, thiết bị đơn giản gọn nhẹ dễ tháo rời dễ sửa chữa ,trở lực không cao nhưng làm việc ổn định và chưng được sản phẩm đòi hỏi có độ tinh khiết cao . Tháp đệm có thể làm việc ở áp suất thường và áp suất chân không , làm việc liên tục hoặc gián đoạn . Cấu tạo , kích thước và loại đệm tùy thuộc vào chế độ làm việc ,yêu cầu độ tinh khiết sản phẩm . Tuy nhiên tháp đệm cũng có những mặt hạn chế sau : khó làm ướt đều đệm . Nếu tháp quá cao thì phân phối chất lỏng không đều . Để khắc phục nhược điểm trên , người ta chia đệm ra nhiều tầng và có đặt thêm đĩa phân phối chất lỏng đối với mỗi một tầng đệm nếu tháp quá cao . II-TÍNH CHẤT HÓA LÝ CỦA AXETON - METANOL 1-METANOL: Metanol hay co tªn gôi kh¸c la r­u metylic C«ng thức cấu tạo : CH3OH Khối lượng ph©n tử : M = 32 Nhiệt độ s«i : Ts = 64,7 oC Nhiệt độ nêng chảy : Tnc = -97,8oC Lă một chất lỏng kh«ng mău ,linh động,cê mi đặc trưng .Dễ ht Ỉm.Tạo hỗn hợp đ¼ng phÝ với Axeton .Tan v« hạn trong nước. Hoă tan được nhiều hợp chất hữu cơ vă 1 số hợp chất v« cơ. Lă một chất rất độc,chỉ một lượng nhỏ metanol x©m nhập văo cơ thể cũng cê thể g©y m loµ, lượng lớn hơn cê th g©y t vong. Ưng dụng :chủ yếu để sản xuất andehitfomic nguyªn liệu cho c«ng nghip chÍt do. §iu ch : Cê 2 ph­¬ng ph¸p chÝnh lµ :hydrat ho¸ c¸c anken ,lªn men va thụ ph©n c¸c hydrat cacbon. Trong phßng thi nghim r­u ®­c tưng hp b»ng ph­¬ng ph¸p Grinha. 2- AXETON: Axeton là chất lỏng không màu, nhẹ hơn nước ,có tỷ trọng d20 = 0,792 , tan nhiều trong nước do phân tử phân cực, có nhiệt độ sôi ts =56,1 oC, đông đặc ở nhiệt độ -95,5 oC. Axeton có công thức phân tử CH3COCH3 , M=58. Phương pháp quan trọng để điều chế Axeton là: oxy hóa rượu iso propanol CH3CH(OH)CH3 CH3COCH3 + H2O Về mặt hóa học : có cấu tạo tương tự anđêhít , axeton tham gia phản ứng cộng H2 và natrihyđro sun fit (NaHSO3) nhưng không tham gia tráng gương với AgNO3 và Cu(OH)2 ,tuy nhiên có thể bị oxy hóa và cắt sát nhóm CO để tạo thành 2 axít khi nó phản ứng vói chất oxay hóa mạnh . Ưng dụng : Axeton hòa tan tốt trong axetat, nitro xenlulo, nhựa fenol focmanđehit, chất béo , dung môi pha sơn , mực ống đồng . Nó là nguyên liệu để tổng hợp thủy tinh hữu cơ , từ Axeton có thể điều chế xêten sunphuanat (thuốc ngũ) và các halophom . Nhìn chung Axeton và axit axetc có nhiều ứng dụng trong công nghiệp cũng như trong đời sống hằng ngày nên cần thiết phải tách riêng được chúng . III- TỔNG QUAN VỀ DÂY CHUYỀN CÔNG NGHỆ: Dung dịch đầu được bơm từ thùng chứa 8 lên thùng cao vị 5 nhờ bơm thủy lực rồi chảy vào thiết bị đun nóng 6. Ở đây dung dịch được đun đến nhiệt độ sôi bằng hơi nước bão hòa . Thiết bị đun sôi 6 là thiết bị trao đổi nhiệt kiểu ống chùm, dung dịch sau khi đun sôi sẽ đi vào tháp chưng luyện ở đĩa tiếp liệu . Trong tháp chưng luyện , hơi đi từ dưới lên và gặp chất lỏng đi từ trên xuống. Vì nhiệt độ càng lên cao càng thấp nên khi hơi đi từ dưới lên trên qua các đĩa sẽ làm cấu tử có nhiệt độ sôi cao sẽ bị ngưng tụ lại và cuối cùng trên đỉnh tháp thu được hổn hợp hầu hết cấu tử dễ bay hơi (cấu tử nhẹ ) . Hơi ra khỏi tháp sẽ qua thiết bị ngưng tụ hoàn toàn 4, lượng lỏng ngưng tụ một phần sẽ được hồi lưu về tháp , phần còn lại sẽ vào thiết bị làm lạnh 3 đễ giảm nhiệt độ rồi chuyển xuống thùng chưá sản phẩm đỉnh 1. Chất lỏng đi từ trên xuống gặp hơi từ dưới lên có nhiệt độ cao nên một phần cấu tử nhẹ sẽ bay hơi . Do đó càng xuống thấp nồng độ cấu tử khó bay hơi càng cao, cuối cùng sản phẩm đáy thu được hầu hết là câú tử nặng . Hổn hợp này thu được ở đáy tháp sau đó cho vào thùng chứa sản phẩm 9. Như vậy tháp đã thực hiện một quá trình chưng tách liên tục hổn hợp 2 cấu tử Axeton -Metanol thành 2 sản phẩm riêng biệt . Axeton có nhiệt độ sôi thấp hơn nên thu hồi ở đỉnh còn Metanol thu hòi ở đáy . SƠ ĐỒ DÂY CHUYỀN CÔNG NGHỆ (BẢN VẼ KHỔ A3) PHẦN II TÍNH TOÁN THIẾT BỊ A-CÂN BẰNG VẬT LIỆU VÀ NHIỆT LƯỢNG: I- CÂN BẰNG VẬT LIỆU: 1-THÔNG SỐ BAN ĐẦU: GỌI: F:lưu lượng hổn hợp đầu kg/h- kmol/h P: lưu lượng sản phẩm đỉnh kg/h- kmol/h W: lưu lượng sản phẩm đáy kg/h- kmol/h aF : nồng độ caâu t d bay h¬i hìn hợp đầu % khối lượng aP : nồng đô cÍu t d bay h¬i sản phẩm đỉnh % khối lượng aW: nồng độ cÍu t d bay h¬i sản phẩm đáy % khối lượng xF :nồng độ cÍu t d bay h¬i hổn hợp đầu % mol xP :nồng độ cÍu t d bay h¬i trong s¶n phỈm ®nh % mol xW :nồng độ cÍu t d bay h¬i trong s¶n phỈm ®¸y % mol ký hiệu: Axeton :A, MA = 58 Methanol:B,MB= 32 Sỉ liu ban ®Ìu: GF= 15000 kg/h aF = 32% khỉi l­ng aP = 77% khỉi l­ng aW = 2% khỉi l­ông 2-TÍNH CÂN BẰNG VẬT LIỆU: Phương trình cân bằng vật viết cho toàn tháp: F = P + W (1) Hay GF = GP + GW Phương trình cân bằng vật liệu viết cho cấu tử nhẹ: FaF = P a P + WaW (2) GFaF = GPaP + GWaW Từ (1) và (2) suy ra: Figure 1 Hay Từ (1) suy ra: GW = GF - GP = 15000 - 6000 = 9000 (kg/h) Tính nồng độ phần mol dựa vào nồng độ phần khối lượng: Thành phần mol trong hổn hợp đầu: (phần mol) Thành phần mol trong sản phẩm đỉnh: (phần mol) Thành phần mol trong sản phẩm đáy: (phần mol) Tính khối lượng mol trung bình: Trong hổn hợp đầu: MF = xF MA + (1- xF )MB = 0,206*58 +(1-0,206)*32 = 37,356 kg/kmol Trong sản phẩm đỉnh: MP = xP MA + (1- xP )MB = 0,648*58 + (1-0,648)*32 = 48,848 kg/kmol Trong sản phẩm đáy: MW = xW MA + (1- xW )MB = 0,011*58 + (1-0,011)*32 = 32,286 kg/kmol Lưu lượng tính theo kmol/h: F = 15000/37,356 = 401,54 kmol/h P = 6000/48,848 = 122,83 kmol/h W = 9000/32,286 = 278,758 kmol/h Như vậy ta có bảng tổng kết thành phần sản phẩm như sau: Phần khối lượng Phần mol Lưu lượng kg/h Lưu lượng kmol/h Hổn hợp đầu: 0,32 0,206 15000 401,54 Sản phẩm đáy: 0,77 0,648 6000 122,83 Sản phẩm đáy: 0,02 0,011 9000 278,758 3- PH¦¥NG TR×NH §¦íng NơNG §ĩ LµM VIC CA §O¹N LUYN Vµ §O¹N CH¦NG a/ Đoạn luyện : Để đơn giản tnh toân ta thừa nhận những giả thiết sau: - Số mol của pha hơi đi từ dưới lín bằng nhau trong tất cả mọi tiết diện của thâp. - Hỗn hợp đầu đi văo thâp ở nhiệt đọ si - Chất lỏng ngưng trong thiết bị ngưng tụ c thănh phần bằng thănh phần hơi đi ra khỏi đỉnh thâp - Đun si ở đáy thâp bằng hơi đốt giân tiếp. - Số mol chất lỏng khng thay đổi theo chiều cao trong đoạn chưng vă đoạn luyện . Ta c phương trnh cđn bằng vật liệu đối với đọan luyện : Gy = Gx + P Với: Gy : lưu lượng pha hơi đi từ dưới lín ( kmol/h) Gy : lưu lượng lỏng hồi lưu từ trín xuống ( kmol /h) P : lưu liượng sản phẩm đỉnh Phương trình cân bằng vật liệu viết cho cấu tử dễ bay hơi : Gy yn+1 = Gx xn + P xP Suy ra với Rx = chỉ số hồi lưu chỉ số hơi Do đó phương trình đường nồng độ làm việc có dạng: yn+1 = Axn + B Với b/Đoạn chưng: Phương trình cân bằng vật liệu đoạn chưng: G,x = Gy + W với G,x = Gx + P lượng lỏng trong đoạn chưng từ trên xuống W : lưu lượng sản phẩm đáy (kmol/h) F : lưu lượng hổn hợp đầu (kmol/h) Phương trình cân bằng vật viết cho cấu tử Axeton : Suy ra với L = F/P Có dạng : Với Hai đường làm việc này cắt nhau tại điểm có hoành độ x = xF 4- XÁC ĐỊNH SỐ BẬC THAY ĐỔI NỒNG ĐỘ : a-Thănh phần của hỗn hợp 2 cấu tử Axeton-Metanol x 0,0 0,091 0,190 0,288 0,401 0,501 0,579 0,687 0,756 0,840 0,895 0,945 1,00 y 0,0 0,177 0,312 0,412 0,505 0,578 0,631 0,707 0,760 0,829 0,880 0,946 1,00 t 64,65 61,78 59,60 58,14 56,96 56,22 55,78 55,41 55,29 55,37 55,54 55,92 56,21 Bảng thành phần cân bằng lỏng hơi và nhiệt độ sôi của hổn hợp 2 cẩu tử ở áp suất 760 mmHg (theo Perry’s Chemical Handbook) Từ bảng số liệu trên ta vẽ đường cân bằng trên đồ thị x-y và vẽ đồ thị t- x,y (hình 1- trang 10) Gọi yF ,yP , yW là nồng độ phần mol của pha hơi cân bằng với pha lỏng trong hổn hợp đầu , sản phẩm đỉnh, sản phẩm đáy tF , tP , tW : nhiệt độ sôi của hổn hợp đầu , sản phẩm đỉnh, sản phẩm đáy dựa vào đồ thị ta có kết quả sau: Sản phẩm x (%mol) y(%mol) t sôi F 20,6 32,83 59,36 P 64,8 67,95 55,54 W 1,1 2,139 64,303 b-Xâc định chỉ số hồi lưu : Với xP nồng độ phần mol của Axeton ở sản phẩm đỉnh . xF nồng độ phần mol của Axeton ở hổn hợp đầu y*F nồng độ phần mol trong pha hơi nằm cân bằng pha lỏng ở hổn hợp đầu : c-Xác định chỉ số hồi lưu thích hợp : RX = b RXmin với b là hệ số b = 1,2 2,5 Xác định RX thích hợp theo số bậc thay đổi nồng độ được tiến hành như sau : cho nhiều giá trị RX lớn hơn giá trị RXmin . Với mỗi giá trị trên , ta xác định được tung độ của đường làm việc với trục tung B,với: Ta vẽ đường làm việc của đoạn luyện và đoạn chưng theo cac điểm đặc biệt sau: +Đường làm việc đoạn luyện: Theo giả thiết th thănh phần cấu tử dễ bay hơi trong chất lỏng ngưng tụ đi vào tháp bằng thành phần cấu tử dễ bay hơi từ đỉnh tháp đi ra.Do đ đĩa trên cùng th y=x và phương trnh đường làm việc đĩa trên cùng lă : Y=Ax+B Thay giâ trị A vă B giải ra ta c y=xp Điều đó chứng tỏ rằng điếm M(x,y) trên cùng của đưng lăm việc đoạn luyện có toạ độ y=x=xp Và điểm thứ hai có toạ độ B(0, ) đê xác định ở trên. +Đường lăm việc đoạn chưng: Ta có thể coi nồng độ ở đĩa cuối cùng của đoạn chưng bằng nồng độ đáy xw Tương tự thay A và B vào phương trnh x=Ay+B của đoạn chưng ta tm ra điểm cuối cùng của đưng nồng độ làm việc của đoạn luyện tại điểm có hoành độ xf, tung độ phụ thuộc chỉ số hồi lưu Rx. Cách xác định số đĩa lý thuyết theo phưong pháp số bậc thay đổi nồng độ bằng đồ thị x-y như sau: Trên đồ thị x-y vẽ đường cân bằng theo số liệu đê cho. -Vẽ đường x-y -Vẽ đường làm việc theo các điểm trên . -Từ M vẽ đường thẳng song song với trục tung nó cắt đường làm việc tại một điểm,cứ tiếp tục như vậy cho đến điểm N. - Đếm số bậc thay đổi nồng độ Nlt trên đồ thị.Với mỗi bậc thay đổi nồng độ ứng với một ngăn thiết bị gọi là số ngăn lý thuyết do điều kiện chuyển khối chưa được tốt. Dựa vào đồ thị ta có kết qủa sau: b 1,2 1,4 1,6 1,8 2,0 2,2 2,4 RX 3,13 3,65 4,18 4,70 5,22 5,74 6,26 NL 12 12 11 10 11 10 10 NL(RX+1) 49,584 55,848 56,936 56,98 68,42 67,42 72,64 Theo bảng kết quả trên ta vẽ đồ thị Rx-N(Rx+1) Ta chọn chỉ số hồi lưu thích hợp : RX = 4,7 Khi đó NL =10 Số ngăn lý thuyết đoạn luyện là : 6 Số ngăn lý thuyết đoạn chưng là: 4 ĐỒ THỊ XÁC ĐỊNH SỐ BẬC THAY ĐỔI NỒNG ĐỘ : d-Xác định số ngăn thực tế : NTT = với : là hàm phụ thuộc vào độ bay hơi tương đối và độ nhớt của hổn hợp . : được xác định theo công thức IX .61 trang 171 sổ tay QT & TBHC tập II: với y,x : nồng độ phần mol của Axeton trong pha hơi và pha lỏng. Như vậy xác định độ bay hơi trong các hổn hợp như sau : Trong hổn hợp đầu : ; với xF =0,206; yF = 0,3283 Trong sản phẩm đỉnh : , với xW = 0.952 ; yP = 0.997 Trong sản phẩm đáy : , với xW = 0,011; yW = 0,02139 Xác định độ nhớt của hổn hợp theo nhiệt độ : Trước hết ta xác định độ nhớt của Axeton và Metanol theo nhiệt độ dựa vào bảng I .101 trang 91 sổ tay QT & TBCNHH tập I Nhiệt độ oC Độ nhớt C3H6O Độ nhớt CH3COOH tF =59,36 A= 0,232 B = 0,352 tP =55,54 A = 0,245 B= 0,368 tW =64,303 A= 0,221 B= 0,331 Độ nhớt của hổn hợp được xác định theo công thức I.12 trang 84 sổ tay QT & QBCNHH tập I lg=xAlgA + xB lgB Do đó ta có : = 0,206lg0,232 + (1-0,206)lg0,352 = -0,490 = 0,612 Như vậy ta có kết quả sau : xác định bằng đồ thị trang 171 sổ tay quá trình thiết bị và công nghệ hóa chất tập II . Suy ra hiệu suất làm việc của tháp: số ngăn thực tế đoạn luyện : Nl=6/0,49 =12 ngăn Số ngăn đoạn chưng : Nc =4/0,49= 8 ngăn số ngăn thực tế tháp : N = 1 2 + 8 = 20 ngăn III-CÂN BẰNG NHIỆT LƯỢNG : Mục đích của việc tính toán cân bằng nhiệt lượng là để xác định lượng hơi đốt cần thiết khi đun nóng hổn hợp đầu , đun bốc hơi ở đáy tháp cũng như xác định lượng nước làm lạnh cần thiết cho quá trình ngưng tụ làm lạnh . Chọn nước làm chất tải nhiệt vì nó là nguồn nguyên liệu rẽ tiền ,phổ biến trong thiên nhiên và có khả năng đáp ứng yêu cầu công nghệ. QD1 :lượng nhiệt do hơi nước cung cấp để đun nóng hổn hợp đầu J/h H2O H2O H2O H2O Qy Qf’ QD1 QD2 Qm2 Qng1 Qm1 QW Qf QP QRx Qng2 Qf : lượng nhiệt hổn hợp đầu mang vào J/h :lượng nhiệt do hơi mang ra khỏi thiết bị đun nóng hổn hợp đầu J/h Qm1 :lượng nhiệt mất mát trong quá trình đun sôi J/h Qy ;lượng nhiệt hơi mang ra khỏi tháp J/h QRx lượng nhiệt do lượng lỏng hồi lưu mang vào J/h Qp : nhiệt lượng do sản phẩm đỉnh mang ra J/h QD2 :nhiệt lượng cần đun nóng sản phẩm đáy J/h QW : nhiệt lượng do sản phẩm đáy mang ra J/h Qm2 : nhiệt lượng mất mát trong tháp chưng luyện J/h Qng1, Qng2 :nhiệt do nước ngưng mang ra J/h 1-CÂN BẰNG NHIỆT LƯỢNG CỦA THIẾT BỊ ĐUN NÓNG: Phương trình cân bằng nhiệt lượng cho quá trình đun nóng: QD1 + Qf = Qf, + Qm + Qng1 QD1 =D1 = D1(r1 + C1) với : D1 :lượng hơi đốt mang vào Kg/h : hàm nhiệt của hơi nước J/kg r1 : ẩn nhiệt hóa hơi của hơi nước : nhiệt độ nước ngưng oC C1 : nhiệt dung riêng của nước ngưng J/kg độ Ta có : Qng1 = D1C1 Qm = 5%(QD1 - Qng1 ) = 5% D1r1 Qf = F tfCf Qf, =F tf,Cf, tf, :nhiệt độ sôi của hổn hợp đầu ở áp suất khí quyển oC tf: nhiệt độ hổn hợp đầu oC , chọn tf =25oC Suy ra: kg/h Tính nhiệt dung riêng của hổn hợp đầu : Cf25 = CA 25 aF + CB25 (1-aF) CA25,CB25 tra trong bảng I-153trang 171 STQT&TBCNHC tập I : CA25 = 2195 J/kgđộ CB25 =2595 J/kgđộ Cf25 = 2195*0,32 +2595*(1-0,32) =2467 J/kgđộ Qf =F Cftf = F*25*2088,21 =F*52205,15 J/kgđộ Tương tự ta có nhiệt dung riêng của hổn hợp đầu ở nhiệt độ sôi tf, = 59,36 oC Cf,59,36 = CA59,36 aF + CB59,36(1-aF) CA59,36 = 2302,92 J/kgdộ CB59,36 = 2757,12 J/kgđộ Cf,59,36 = 2302,92* 0,32 + 2757,12*(1-0,32) = 2611,7 J/kgđộ Ta chọn hơi nước bão hòa đun sôi ở áp suất p = 1 atm ,to = 99,1oC ,suy ra r1 = 2264* 103 J/kg (bảng I-125 trang 314 sổ tay QTTB&CNHC tập I) vậy 2-CÂN BẰNG NHIỆT LƯỢNG CHO TOÀN THÁP: a/Nhiệt lượng do hổn hợp đầu mang vào tháp: b/Nhiệt lượng do hơi nước mang vào đáy tháp: D2 :lượng hơi nước mang vào tháp Kg/h : hàm nhiệt của hơi nước bão hòa J/Kg : nhiệt độ và nhiệt dung riêng của nước ngưng . c/ Nhiệt lượng lỏng hồi lưu mang vào : QRx = GxCxtx = GRxCxtx (với ) tx = tP = 55,54 oC C55,54x :nhiệt dung riêng của hổn hợp sau khi ngưng tụ tại sản phẩm đỉnh (J/Kg độ) C55,54x được tính theo công thức sau C55,54x = CA aP + CB (1- aP) CA,CB :tra bảng I-153,trang 171 , 172 sổ tay QT&TBCNHH tập I ở nhiệt độ 55,54oC CA = 2290,505 J/Kgđộ CB = 2739,93 J/Kgđộ Do đó C55,54x = 2290,505*0,77 + 2739,93*(1-0,77) = 2393,86 J/Kgđộ Suy ra QRx = 6000*4,7*2393,86*55,54 = 3749330,56 J/h d/ Nhiệt lượng do hơi mang ra : : nhiệt lượng riêng của hổn hợp hơi ở đỉnh tháp : : hàm nhiệt của Axeton ở 55,54oC : hàm nhiệt của Metanol ở 55,54oC CP :nhiệt dung riêng của hổn hợp ra khỏi tháp ở nhiệt độ 55,54oC CP = CRx = 2393,86 J/Kgđộ rP : ẩn nhiệt hóa hơi của hổn hợp ở nhiệt dộ 55,54oC rP = rAaP + rB(1- aP) rA,rB :tra bảng I-213 trang 254 sổ tay QT&TBCNHH tập I bằng phương pháp nội suy : rA = 552,93 *103 J/Kg rB = 1116,2 *103 J/Kg Suy ra = rP + CPtP =659,38*103 + 2393,86*55,54 = 792335 J/Kg Vậy Qy = G (Rx + 1) = 6000*(4,7+1)*792335 =24578,23*106 J/h e/ Nhiệt lượng do sản phẩm đáy mang ra: QW = GCWtW J/h CW : được xác định theo công thức : CA,CB : tra bảng I - 153 trang 171 sổ tay QT&TBCNHH tập I bằng phương pháp nội suy ở nhiệt độ 64,303oC : CA = 2318,985 J/kgđộ CB = 2781,515 J/kgđộ Suy ra CW = 2318,985*0,02 + 2781,515*(1-0,02) = 2772,26 J/kgđộ Vậy QW =9000*2772,26*64,303 = 1604381713 J/h f/ Nhiệt lượng do nước ngưng mảng ra : J/h g/ Nhiệt lượng do tổn thất ra môi trường xung quanh : Qm2 = 0,95D2r2 J/h Vậy 3- CÂN BẰNG NHIỆT LƯỢNG CHO THIẾT BỊ NGƯNG TỤ : Sử dụng thiết bị ngưng tụ hoàn toàn : Phương trình cân bầng nhiệt lượng : P ( Rx + 1 ) r = Gn1Cn(t2 - t1 ) công thức 13-62 trang 111 sổ tay QT&TBCNHH tập II : Chọn nhiêt độ vào của nước làm lạnh t1 =25oC và nhiệt độ ra t2 = 40oC Do đó nhiệt độ trung bình : Giả thiết rằng nhiệt lượng do hơi ngưng tụ ở thiết bị ở nhiệt độ tP = 55,54oC sẽ truyền hoàn toàn cho nước đễ tăng nhiệt độ từ 25 đến 40oC Do đó r = rP = 659,38 *103 J/kg P= 6000 Kg/h ; Rx = 4,7 Cn : nhiệt dung riêng của nước tra bảng I-147 trang 165 sổ tay QT&TBCNHHH tập I ở nhiệt độ 32,5oC Cn = 0,99861 Kcal/kg độ = 4180 J/kgđộ Vậy lượng nước làm lạnh : 4-CÂN BẰNG NHIỆT LƯỢNG CHO THIẾT BỊ LÀM LẠNH: CP : nhiệt dung riêng sản phẩm đỉnh , theo trên ta có : CP = 2393,86 J/kgđộ , t1 =25oC , t2 = 40oC ,Cn =4180J/kgđộ Suy ra: Vậy tổng lượng nước làm lạnh dùng trong quá trình trao đổi nhiệt : Gn = Gn1 + Gn2 = 359,66 + 4695 = 5054,66 Kg/h B-THÔNG SỐ CHÍNH CỦA THÁP I-ĐƯỜNG KÍNH THÁP : Đường kính tháp được tính theo công thức: (m) công thức (IX-89) Vtb : lượng hơi trung bình đi trong tháp (m3/h) Wtb : vận tốc hơi trung bình đi trong tháp (m/s) 1-ĐƯỜNG KÍNH DOẠN LUYỆN : a/