Đồ án Thiết kế tháp chưng cất hệ benzen - Toluen hoạt động liên tục với năng suất nhập liệu là 2500 kg/h

MỤC LỤC DANH MỤC BẢNG Bảng 2.1. Thành phần cân bằng lỏng (x), hơi (y) tính theo % mol và nhiệt độ sôi . 9 Bảng 2.2. Thành phần Benzen – Toluen trong hỗn hợp 9 Bảng 2.3. Quan hệ tỉ số hồi lưu thích hợp với Ni 10 Bảng 2.4. Độ nhớt của hỗn hợp 12 Bảng 3.1 Kích thước của bích ghép thân, đáy nắp 30 Bảng 3.2 Các thông số của bích ghép ống dẫn nhập liệu 31 Bảng 3.3. Các thông số của bích ghép ống dẫn hơi ở đỉnh tháp: 32 Bảng 3.4. Các thông số của bích ghép ống dẫn hoàn lưu: 33 Bảng 3.5. Các thông số của bích ghép ống dẫn hơi vào đáy tháp: 34 Bảng 3.6. Các thông số của bích ghép ống dẫn chất lỏng ở đáy tháp: 34 Bảng 3.7. Các thông số của bích ghép ống dẫn sản phẩm đáy 35 Bảng 3.7. Các kích thước của chân đỡ: (tính bằng mm) 36 Bảng 3.8. Các kích thước của tai treo: (tính bằng mm) 37 DANH MỤC HÌNH Hình 2.1 Đồ thị xác định số mâm lý thuyết 11 Hình 2.2 đồ thị biểu diễn quan hệ giữa R và N(R+1) 11 LỜI MỞ ĐẦU Một trong những ngành có sự đóng góp to lớn đến nền công nghiệp nước ta nói riêng và thế giới nói chung, đó là ngành Công nghệ Hóa học. Hiện nay, trong nhiều ngành sản xuất hóa chất cũng như sử dụng sản phẩm hóa học, nhu cầu sử dụng nguyên liệu hoặc sản phẩm có độ tinh khiết cao phải phù hợp với quy trình sản xuất hoặc nhu cầu sử dụng. Ngày nay, các phương pháp được sử dụng để nâng cao độ tinh khiết như trích ly, chưng cất, cô đặc, hấp thu,... Tùy theo đặc tính yêu cầu của sản phẩm mà ta có sự lựa chọn phương pháp thích hợp. Đối với hệ benzen – toluen là hai cấu tử hòa tan vào nhau và có nhiệt độ sôi khác xa nhau nên ta chọn phương pháp chưng cất tách các cấu tử trong hỗn hợp và thu được benzen có độ tinh khiết cao. Đồ án môn học Quá trình và Thiết bị là môn học mang tinhd tổng hợp trong quá trình học tập của các kỹ sư hóa trong tương lai. Môn học giúp sinh viên giải quyết nhiệm vụ tính toán cụ thể về yêu cầu công nghệ, kết cấu, điều kiện vận hành, giá thành của một thiết bị trong sản xuất hóa chất thực phẩm. Đây là bước đầu tiên để sinh viên vận dụng những kiến thức đã học của nhiều môn vào giải quyết nhũng vấn đề kỹ thuật trong thực tế một cách tổng quát. Nhiệm vụ của môn học này là thiết kế tháp chưng cất hệ benzen - toluen hoạt động liên tục với năng suất nhập liệu là 2500 kg/h có nồng độ 25% mol benzen, thu được sản phẩm đỉnh có nồng độ 95% mol benzen và sản phẩm đáy có nồng độ là 5% mol benzen. Em chân thành cảm ơn các quý thầy cô bộ môn Công nghệ Hóa học và bộ môn Công Nghệ Thực phẩm, các bạn sinh viên đã giúp em hoàn thành đồ án này. Tuy nhiên, trong quá trình hoàn thành đồ án không thể tránh những sai sót, em rất mong quý thầy cô và các bạn góp ý, chỉ dẫn. CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ QUÁ TRÌNH CHƯNG CẤT Lý thuyết về chưng cất Khái niệm Chưng cất là quá trình dùng để tách các cấu tử của hỗn hợp lỏng cũng như hỗn hợp khí lỏng thành các cấu tử riêng biệt dựa vào độ bay hơi khác nhau của các cấu tử trong hỗn hợp (nghĩa là khi ở cùng nhiệt độ, áp suất hơi bão hoà của các cấu tử khác nhau). Thay vì đưa vào trong hỗn hợp một pha mới để tạo nên sự tiếp xúc giữa hai pha như trong quá trình hấp thu hoặc nhả khí, trong quá trình chưng cất pha mới được tạo nên bằng sự bốc hơi hoặc ngưng tụ. Chưng cất và cô đặc khá giống nhau, tuy nhiên sự khác nhau căn bản nhất của 2 quá trình này là trong quá trình chưng cất dung môi và chất tan đều bay hơi (nghĩa là các cấu tử đều hiện diện trong cả hai pha nhưng với tỷ lệ khác nhau), còn trong quá trình cô đặc thì chỉ có dung môi bay hơi còn chất tan không bay hơi. Khi chưng cất ta thu được nhiều cấu tử và thường thì bao nhiêu cấu tử sẽ thu được bấy nhiêu sản phẩm. Nếu xét hệ đơn giản chỉ có 2 cấu tử thì ta sẽ thu được 2 sản phẩm: Sản phẩm đỉnh chủ yếu gồm cấu tử có độ bay hơi lớn (nhiệt độ sôi nhỏ) Sản phẩm đáy chủ yếu gồm cấu tử có độ bay hơi nhỏ (nhiệt độ sôi lớn) Đối với hệ Benzen – Toluen Sản phẩm đỉnh chủ yếu gồm benzen và một ít toluen. Sản phẩm đáy chủ yếu là toluen và một ít benzen. Phương pháp chưng cất Các phương pháp chưng cất được phân loại theo : Áp suất làm việc Áp suất thấp Áp suất thường Áp suất cao Nguyên tắc làm việc: dựa vào nhiệt độ sôi của các cấu tử, nếu nhiệt độ sôi của các cấu tử quá cao thì ta giảm áp suất làm việc để giảm nhiệt độ sôi của các cấu tử. Nguyên lí làm việc: Chưng một bậc Chưng lôi cuốn theo hơi nước Chưng cất Cấp nhiệt ở đáy tháp: Cấp nhiệt trực tiếp Cấp nhiệt gián tiếp Vậy: Đối với hệ Benzen – Toluen, ta chọn phương pháp chưng cất liên tục ở áp suất thường. Thiết bị chưng cất Trong sản xuất, người ta thường dùng nhiều loại thiết bị khác nhau để tiến hành chưng cất. Tuy nhiên, yêu cầu cơ bản chung của các thiết bị vẫn giống nhau nghĩa là diện tích tiếp xúc pha phải lớn. Điều này phụ thuộc vào mức độ phân tán của một lưu chất này vào lưu chất kia. Nếu pha khí phân tán vào pha lỏng ta có các loại tháp mâm, nếu pha lỏng phân tán vào pha khí ta có tháp chêm, tháp phun,… Ở đây ta khảo sát 2 loại thường dùng là tháp mâm và tháp chêm. Tháp mâm: thân tháp hình trụ, thẳng đứng phía trong có gắn các mâm có cấu tạo khác nhau, trên đó pha lỏng và pha hơi đượ cho tiếp xúc với nhau. Tuỳ theo cấu tạo của đĩa, ta có: Tháp mâm chóp: trên mâm bố trí có chóp dạng tròn, xupap,… Tháp mâm xuyên lỗ: trên mâm có nhiều lỗ hay rãnh. Tháp chêm (tháp đệm): tháp hình trụ, gồm nhiều bậc nối với nhau bằng mặt bích hay hàn. Vật chêm được cho vào tháp theo một trong hai phương pháp sau : xếp ngẫu nhiên hay xếp thứ tự.   Tháp chêm Tháp mâm xuyên lỗ Tháp chóp Ưu điểm - Cấu tạo khá đơn giản. - Trở lực thấp. - Làm việc được với chất lỏng bẩn nếu dùng đệm cầu có của chất lỏng. - Trở lực tương đối thấp. - Hiệu suất khá cao. - Khá ổn định. - Hiệu suất cao. Nhược điểm - Do có hiệu ứng thành hiệu suất truyền khối thấp. - Độ ổn định không cao, khó vận hành. - Do có hiệu ứng thành khi tăng năng suất thì hiệu ứng thành tăng khó tăng năng suất. - Thiết bị khá nặng nề. - Không làm việc được với chất lỏng bẩn. - Kết cấu khá phức tạp. - Có trở lực lớn. - Tiêu tốn nhiều vật tư, kết cấu phức tạp. Bảng 1.1 so sánh ưu nhược điểm của các loại tháp Vậy qua phân tích trên ta sử dụng tháp mâm chóp để chưng cất hệ Benzen – Toluen. Giới thiệu về nguyên liệu Benzen & Toluen Benzen là một hợp chất mạch vòng, ở dạng lỏng không màu và có mùi thơm nhẹ.Công thức phận tử là C6H6. Benzen không phân cực, vì vậy tan tốt trong các dung môi hữu cơ không phân cực và tan rất ít trong nước. Trước đây người ta thường sử dụng benzen làm dung môi. Tuy nhiên sau đó người ta phát hiện ra rằng nồng độ benzen trong không khí chỉ cần thấp khoảng 1ppm cũng có khả năng gây ra bệnh bạch cầu, nên ngày nay benzen được sử dụng hạn chế hơn Các tính chất vật lí của benzen: Khối lượng phân tử: 78,11 Tỉ trọng (20oC): 0,879 Nhiệt độ sôi: 80°C Nhiệt độ nóng chảy: 5,5°C Toluen là một hợp chất mạch vòng, ở dạng lỏng và có tính thơm, công thức phân tử tương tự như benzen có gắn thêm nhóm –CH3. Không phân cực, do đó toluen tan tốt trong benzen.Toluen có tính chất dung môi tương tự benzen nhưng độc tính thấp hơn nhiều, nên ngày nay thường được sử dụng thay benzen làm dung môi trong phòng thí nghiệm và trong công nghiệp. Các tính chất vật lí của toluen: Khối lượng phân tử : 92,13 Tỉ trọng (20oC) : 0,866 Nhiệt độ sôi : 111oC Nhiệt độ nóng chảy : -95 oC Các phương thức điều chế Đi từ nguồn thiên nhiên Thông thường các hydrocacbon ít được điều chế trong phòng thí nghiệm, vì có thể thu được lượng lớn nó bằng phương pháp chưng cất than đá, dầu mỏ… Đóng vòng và dehydro hóa ankan Các ankan có thể tham gia đóng vòng và dehydro hóa tạo thành hydro cacbon thơm ở nhiệt độ cao và có mặt xúc tác như Cr2O3, hay các lim loại chuyển tiếp như Pd, Pt CH3(CH2)4CH3 C6H6 Dehydro hóa các cycloankan Các cycloankan có thể bị dehydro hóa ở nhiệt độ cao với sự có mặt của các xúc tác kim loại chuyển tiếp tạo thành benzen hay các dẫn xuất của benzen C6H12 C6H6 Đi từ acetylen Đun acetane trong sự có mặt cảu của xúc tác là than hoạt tính hay phức của niken như Ni(CO)[(C6H5)P] sẽ thu được benzen 3C2H2 C6H6 Từ benzen ta có thể điều chế được các dẫn xuất của benzen như toluen bằng phản ứng Friedel - Crafts (phản ứng ankyl hóa benzen bằng các dẫn xuất ankyl halide với sự có mặt cảu xúc tác AlCl3 khan) C6H6 + CH3- Cl C6H5-CH3 Hỗn hợp benzen – toluen : x (% phân mol) 0 5 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 y (% phân mol) 0 11,8 21,4 38 51,1 61,9 71,2 79 85,4 91 95,9 100 t (oC) 110,6 108,3 106,1 102,2 98,6 95,2 92,1 89,4 86,8 84,4 82,3 80,2 Ta có bảng thành phần lỏng (x) – hơi (y) và nhiệt độ sôi của hỗn hợp Benzen – Toluen ở 760 mmHg.[4] Sơ đồ quy trình công nghệ Kí hiệu trong quy trình: Bồn chứa nguyên liệu. Bơm. Bồn cao vị. Thiết bị đun sôi dòng nhập liệu. Lưu lượng kế. Nhiệt kế. Tháp chưng cất. Thiết bị ngưng tụ sản phẩm đỉnh. Áp kế. Thiết bị đun sôi đáy tháp. Bồn chứa sản phẩm đáy. Thiết bị làm nguội sản phẩm đỉnh. Bồn chứa sản phẩm đỉnh. Thuyết minh quy trình: Hỗn hợp Benzen – Toluen có nồng độ Benzen là 25% mol, nhiệt độ nguyên liệu lúc đầu là 30oC tại bình chứa nguyên liệu (1), được bơm (2) bơm lên bồn cao vị (3). Dòng nhập liệu được gia nhiệt tới nhiệt độ sôi trong thiết bị truyền nhiệt ống lồng ống. Sau đó hỗn hợp được đưa vào tháp chưng cất (7) ở đĩa nhập liệu và bắt đầu quá trình chưng cất. Lưu lượng dòng nhập liệu được kiểm soát qua lưu lượng kế (5). Trên đĩa nhập liệu, chất lỏng được trộn với phần lỏng từ đoạn luyện của tháp chảy xuống. Trong tháp, hơi đi dưới lên gặp lỏng đi từ trên xuống. Ở đây có sự tiếp xúc và trao đổi giữa hai pha với nhau. Pha lỏng chuyển động trong phần chưng càng xuống phía dưới càng giảm nồng độ các cấu tử dễ bay hơi vì đã bị pha hơi tạo nên từ nồi đun (10) lôi cuốn cấu tử dễ bay hơi. Nhiệt độ càng lên trên càng thấp, nên khi hơi đi qua các đĩa từ dưới lên thì cấu tử có nhiệt độ sôi cao là toluen sẽ ngưng tụ lại, cuối cùng trên đỉnh tháp ta thu được hỗn hợp có cấu tử benzen chiếm nhiều nhất (nồng độ 95% mol). Hơi này đi vào thiết bị ngưng tụ (8) được ngưng tụ hoàn toàn. Một phần chất lỏng ngưng tụ đi qua thiết bị làm nguội sản phẩm đỉnh (12), được làm nguội bằng thiết bị trao đổi nhiệt ống lồng ống (12) rồi được đưa qua bồn chứa sản phẩm đỉnh (14). Phần còn lại của chất lỏng ngưng tụ được hoàn lưu về tháp ở đĩa trên cùng với tỉ số hoàn lưu thích hợp và được kiểm soát bằng lưu lượng kế. Cuối cùng ở đáy tháp ta thu được hỗn hợp lỏng hầu hết là cấu tử khó bay hơi (Toluen). Hỗn hợp lỏng ở đáy có nồng độ Benzen là 5% mol, còn lại là Toluen. Dung dịch lỏng ở đáy đi ra khỏi tháp vào nồi đun (10). Trong nồi đun dung dịch lỏng một phần sẽ bốc hơi cung cấp lại cho tháp để tiếp tục làm việc, phần còn lại ra khỏi nồi đun được cho vào bồn chứa sản phẩm đáy (11). Hệ thống làm việc liên tục cho ra sản phẩm đỉnh là benzen, sản phẩm đáy là toluen CHƯƠNG 2 CÂN BẰNG VẬT CHẤT Các thông số ban đầu Năng suất theo nhập liệu : 2500 kg/giờ Nồng độ cấu tử dễ bay hơi trong nhập liệu : 25% mol benzen Nồng độ cấu tử dễ bay hơi trong sản phẩm đỉnh : 95% mol benzen Nồng độ cấu tử dễ bay hơi trong sản phẩm đáy : 5% mol benzen Nguyên liệu vào hệ thống ở nhiệt độ sôi Quá trình làm việc trong thiết bị ở áp suất thường. Loại thiết bị sử dụng là tháp mâm xuyên lỗ có ống chảy chuyền Khối lượng phân tử của benzen và toluene : MB = 78, MT = 92 . Chọn + Nhiệt độ nhập liệu: tF = 30oC . + Nhiệt độ sản phẩm đỉnh sau khi làm nguội: tD = 35oC . + Nhiệt độ sản phẩm đáy sau khi trao đổi nhiệt: tW = 35oC . Các ký hiệu: GF, GD, GW: Lượng nguyên liệu đầu, sản phẩm đỉnh, sản phẩm đáy. aF, aD, aW: Phần khối lượng của Benzen ở hỗn hợp đầu, đỉnh và đáy. xF, xD, xW: Phần mol của Benzen trong pha lỏng ở hỗn hợp đầu, đỉnh và đáy. yF, yD, yW: Phần mol của Benzen trong pha hơi ở hỗn hợp đầu, đỉnh và đáy. Xác định suất lượng sản phẩm đỉnh và sản phẩm đáy Vì đề bài cho theo % mol nên phải đổi sang % khối lượng để tính lượng sản phẩm đỉnh và sản phẩm đáy. Ta có a = aF = = = 0,22 aD = = = 0,94 aW = == 0,04 Phương trình cân bằng vật chất cho toàn tháp GF = GD + GW (1) [5] trang 144 Phương trình cân bằng vật chất đối với cấu tử dễ bay hơi (Benzen) GF .aF = GD .aD + GW .aW (2) [5] trang 144 Giải hệ phương trình (1) và (2) ta được: Lượng dòng sản phẩm đỉnh: GD = 500 kg/h Lượng dòng sản phẩm đáy: GW = 2000 kg/h Bảng 2.1. Thành phần cân bằng lỏng (x), hơi (y) tính theo % mol và nhiệt độ sôi của hỗn hợp 2 cấu tử Benzen – Toluen ở 760 mmHg. x 0 0,05 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1 y 0 0,118 0,214 0,38 0,511 0,619 0,712 0,79 0,854 0,91 0,959 1 t 110,6 108,3 106,1 102,2 98,6 95,2 92,1 89,4 86,8 84,4 82,3 80,2 Dựa vào bảng này ta vẽ được đường cân bằng ycb= f(x) và xác định được phần mol (y) và nhiệt độ sôi tương ứng. Bảng 2.2. Thành phần Benzen – Toluen trong hỗn hợp Nhiệt độ sôi (°C) Thành phần của Benzen trong hỗn hợp % Khối lượng Phần mol x Phần mol y tF = 100,4 tD = 81,25 tW =108,3 aF = 0,22 aD = 0,94 aW = 0,04 xF = 0,25 xD = 0,95 xW = 0,05 yF = 0,446 yD = 0,98 yW = 0,118 Xác định tỉ số hoàn lưu thích hợp Tỉ số hoàn lưu tối thiểu Xác định số mâm lý thuyết Tỉ số hồi lưu tối thiểu Rmin = = = 2,57 [5] trang 158 Trong đó: yF* là nồng độ cân bằng ứng với xF Tỉ số hồi lưu làm việc Thường được xác định qua tỉ số hồi lưu tối thiểu R = b. Rmin Trong đó: hệ số dư b = 1,2 ¸ 2,5 Với các giá trị Ri > Rmin ta tìm được các giá trị tung độ Bi tương ứng Bi = Vẽ các đường làm việc của đoạn luyện ứng với các giá trị Bi đó. Từ đó qua đồ thị ta tìm được các giá trị Ni tương ứng. Từ các giá trị Ni tìm được ta thành lập các giá trị tương ứng Ni(Ri + 1) Bảng 2.3. Quan hệ tỉ số hồi lưu thích hợp với Ni B 1,2 1,4 1,6 1,8 2,0 2,2 2,4 2,5 Ri 3,08 3,6 4,11 4,63 5,14 5,65 6,17 6,43 Bi 0,233 0,207 0,186 0,169 0,155 0,143 0,132 0,128 Ni 14 12 10,5 10 9,2 9 8,7 8,5 Ni(Ri+ 1) 54,63 47,40 46,88 48,82 53,61 58,65 61,10 62,81 Thiết lập quan hệ phụ thuộc giữa Ri và Ni(Ri+ 1)trên đồ thị. Điểm cực tiểu của đường cong vẽ được cho ta giá trị thể tích thiết bị bé nhất và ứng với điểm đó ta xác định được tỉ số hồi lưu thích hợp Rlt Từ đồ thị bên dưới ta xác định được: Rlt = 4,11 ; Blt = 0,186 Từ đó suy ra Nlt = 10,5 mâm Hình 2.1 Đồ thị xác định số mâm lý thuyết Hình 2.2 đồ thị biểu diễn quan hệ giữa R và N(R+1) Xác định số mâm thực tế Từ số liệu ở [4] trang 92 và thực hiện phép nội suy ta xác định được độ nhớt của Benzen và Toluen ở nhiệt độ và nồng độ tương ứng. Bảng 2.4. Độ nhớt của hỗn hợp Độ nhớt (cP) Đỉnh tháp Giữa tháp Đáy tháp 0,313 0,263 0,244 0,316 0,273 0,255 Độ nhớt hỗn hợp được tính theo công thức: lg = x1. + x2. [4] trang 84 Trong đó: x1, x2: nồng độ mol của Benzen và Toluen , : độ nhớt động lực của Benzen và Toluen Độ nhớt sản phẩm đỉnh: lg = xD. + x2. = 0,95.lg0,313 + (1 – 0,95).lg0,316 = -0,5042 = 10(-0,5042) = 0,313 CP Độ nhớt nguyên liệu đầu: lg = xF. + x2. = 0,25.lg0,263 + (1 – 0,25).lg0,273 = -0,568 = 10(-0,568) = 0,27 CP Độ nhớt sản phẩm đáy: lg = xW. + x2. = 0,05.lg0,244 + (1 – 0,05).lg0,255 = -0,5944 = 10(-0,5944) = 0,2544 CP Độ bay hơi tương đối được tính theo công thức: = . Trong đó, x,y: nồng độ cấu tử dễ bay hơi trong pha lỏng và hơi Độ bay hơi tương đối của sản phẩm đỉnh: = . = . = 2,579 Độ bay hơi tương đối của nguyên liệu đầu: = . = . = 2,415 Độ bay hơi tương đối của sản phẩm đáy: = . = . = 2,542 Số mâm thực tế được tính theo công thức: Nt = [5] trang 170 Trong đó: Nlt : số mâm lý thuyết : hiệu suất trung bình của thiết bị = Với , , : hiệu suất của các bậc thay đổi nồng độ n: số mâm tính hiệu suất Hiệu suất trung bình là hàm số của độ bay hơi tương đối của hỗn hợp và độ nhớt của hỗn hợp lỏng = f(.) Ta có: . = 2,579. 0,313 = 0,807 . = 2,415. 0,27 = 0,652 . = 2,542. 0,2544 = 0,646 Khi biết được tích số (.) tra (II – 171) ta xác định được hiệu suất tương ứng = 51,895 % = 54,42 % =54,31% = 53,542% Nt = = = 19,6 mâm Chọn Nt = 20 mâm Số mâm đoạn chưng: 8 mâm Số mâm đoạn cất: 11 mâm Số mâm nhập liệu: 1 mâm CHƯƠNG 3 TÍNH TOÁN – THIẾT KẾ THÁP CHƯNG CẤT Đường kính tháp (Dt) (m) Vtb : lượng hơi trung bình đi trong tháp (m3/h). wtb : tốc độ hơi trung bình đi trong tháp (m/s). gtb : lượng hơi trung bình đi trong tháp (kg/h). Lượng hơi trung bình đi trong đoạn chưng và đoạn cất khác nhau. Do đó, đường kính đoạn chưng và đoạn cất cũng khác nhau . Đường kính đoạn cất : Lượng hơi trung bình đi trong tháp : (kg/h) gd : lượng hơi ra khỏi đĩa trên cùng của tháp (kg/h). g1 : lượng hơi đi vào đĩa dưới cùng của đoạn cất (kg/h). Xác định gd : gd = D.(R+1) = 500.(4,11+1) = 2555 (kg/h) Xác định g1 : Từ hệ phương trình : (III.1) Với G1 : lượng lỏng ở đĩa thứ nhất của đoạn cất . r1 : ẩn nhiệt hoá hơi của hỗn hợp hơi đi vào đĩa thứ nhất của đoạn cất rd : ẩn nhiệt hoá hơi của hỗn hợp hơi đi ra ở đỉnh tháp . * Tính r1 : t1 = tF = 100,4oC , tra tài liệu tham khảo [4] ta có : Ẩn nhiệt hoá hơi của benzen: rB1 = 378,57 (kJ/kg) . Ẩn nhiệt hoá hơi của toluen: rT1 = 368,19 (kJ/kg) . Suy ra : r1 = rB1.y1 + (1-y1).rT1 = 368,19 + 10,38.y1 (kJ/kg) * Tính rd : tD = 81,25oC , tra tài liệu tham khảo [4] ta có : Ẩn nhiệt hoá hơi của benzen : rBd = 392,64 (kJ/kg) . Ẩn nhiệt hoá hơi của toluen : rTd = 377,86 (kJ/kg) . Suy ra : rd = rBd.yD + (1-yD).rTd =392,64.0,976 + (1- 0,976).377,86 = 392,29 (kJ/kg) * x1 = xF = 0,22 (theo phân khối lượng) Giải hệ (III.1) , ta được : G1 = 2195,98 (kg/h) y1 = 0,35 (phân khối lượng) g1 = 2695,98 (kg/h) Vậy : gtb = (kg/h) Tốc độ hơi trung bình đi trong tháp Tốc độ giới hạn của hơi đi trong tháp với mâm xuyên lỗ có ống chảy chuyền: Với : rxtb : khối lượng riêng trung bình của pha lỏng (kg/m3) . rytb : khối lượng riêng trung bình của pha hơi (kg/m3) . Xác định rytb : Với: + Nồng độ phân mol trung bình : ytb == = 0,685 + Nhiệt độ trung bình đoạn cất : ttb == = 90,825oC Suy ra : rytb = 2,76 (kg/m3). Xác định rxtb : Nồng độ phân mol trung bình : xtb = = = 0,6 Suy ra : = 0,56% . ttb = 90,825oC, [4] trang 9, ta có : rxtb = 800,48 (kg/m3) Suy ra : = 0,85 (m/s) Để tránh tạo bọt ta chọn tốc độ hơi trung bình đi trong tháp : = 0,68 (m/s) Xác định : hệ số tính đến sức căng bề mặt Ta có: Với: = 19,95.10-3 N/m, = 20,36.10-3 N/m (số liệu tra từ bảng I.242 trang 300 tài liệu tham khảo [4]) Ta thấy < 20 theo [5] – tr184 chọn = 0,8 Vậy đường kính đoạn cất : Dcất == 0,83 (m). Đường kính đoạn chưng Lượng hơi trung bình đi trong tháp (kg/h) g’n : lượng hơi ra khỏi đoạn chưng (kg/h). g’1 : lượng hơi đi vào đoạn chưng (kg/h). Xác định g’n : g’n = g1 = 2693,76 (kg/h) Xác định g’1 : Từ hệ phương trình : (III.2) Với G’1 : lượng lỏng ở đĩa thứ nhất của đoạn chưng . r’1 : ẩn nhiệt hoá hơi của hỗn hợp hơi đi vào đĩa thứ nhất của đoạn chưng. * Tính r’1 : = 0,04 tra đồ thị cân bằng của hệ ta có : = 0,018 t’1 = tW = 108,3oC , tra tài liệu tham khảo [4], ta có : Ẩn nhiệt hoá hơi của Benzen : r’B1 = 372,04 (kJ/kg) . Ẩn nhiệt hoá hơi của Toluen : r’T1 = 363,31 (kJ/kg) . Suy ra : r’1 = r’B1. + (1-).r’T1 = 364,2 (kJ/kg) * Tính r1: theo kết quả trên ta có r1 = 368,19 + 10,38.y1 = 368,19 + 10,38.0,35 = 371,823 (kJ/kg) * W = 2000 (kg/h) Giải hệ (III.2) , ta được : x’1 =0,15 (phân khối lượng) G’1 = 4752,4 (kg/h) g’1 = 2752,4 (kg/h) Vậy : g’tb = (kg/h) Tốc độ hơi trung bình đi trong tháp Tốc độ giới hạn của hơi đi trong tháp với mâm xuyên lỗ có ống chảy chuyền: Với : r'xtb : khối lượng riêng trung bình của pha lỏng (kg/m3) . r'ytb : khối lượng riêng trung bình của pha hơi (kg/m3) . Xác định r’ytb : Với: + Nồng độ phân mo