Ta xét tháp chưng luyện lo ại đĩa lỗ có ống chảy chuy ền, làm việc ở áp suất
thường. Nguy ên liệu đầu được chứa vào thùng chứa(1 ) vào được bơm ( 2) bơm lên
thùng cao vị ( 3) . Từ thùng cao vị, dung dịch hỗn hợp đầu đi vào thiết bị đun nóng
dung dịch hỗn hợp đầu (4). Ở đây, dung dịch được gia nhiệt bằng hơi nước bảo hòa
có nhiệt độ trung b ình ttb
=119,6
0
C và P=2at rồi sau đó vào tháp chưng luy ện(5) ở
đĩa tiếp liệu.
Tháp chưng luyện gồm hai phần:
+ Đoạn chưng: phần từ đĩa tiếp liệu trở xuống.
+ Đoạn luy ện: phần từ đĩa tiếp liệu trở lên.
Ở đoạn chưng có bộ phận đun nóng bốc hơi (9). Bộ phận này được gia nhiệt
bằng hơi nước bảo hòa ở ttb
=119,6
0
C và P=2at. Như vậy trong tháp hơi đi từ
dưới lên tiếp xúc với dòng lỏng đi từ trên xuống. Vì theo chiều cao tháp nhiệt độ
càng lên cao thì càng thấp nên khi hơi đi qua c ác đĩa từ dưới lên, cấu tử có nhiệt
độ sôi cao sẽ ngưng tụ lại và cuối cùng ở trên đỉnh th áp ta thu được hỗn hợp
gồm hầu hết là các cấu tử dể bay hơi. Ở đây hơi được ngưng tụ bằng thiết bị ống
chùm (6), sau đó cho một phần hồi lưu về đĩa trên cùng của tháp, một phần
khác vào thiết bị làm lạnh đến nhiệt độ cần thiết rồi đi vào thùng chứa sản phẩm
đỉnh.
Trong quá trình chất lỏng đi từ trên xuống gặp hơi có nhiệt độ cao hơn, khi
đó một phần cấu tử có nhiệt độ sôi thấp hơn( các cấu tử dể bay hơi) được bốc
hơi lên và do đó nồng độ cấu tử khó bay hơi trong ch ất lỏng ngày càng tăng.
Cuối cùng ở đáy tháp ta thu được hỗn hợp lỏng gồm hầu hết các các cấu tử khó
bay hơi là nước. Thiết bị gia nhiệt (9) để đun sôi tuần hoàn và bốc hơi đáy tháp.
Một phần chất lỏng tháo ra ở đáy nồi và được cung cấpvào phần dưới của đáy
tháp. Một phần khác được tháo ra liên tục. N ước ngưng của các thiết bị gia nhiệt
được th áo qua cốc th áo nước ngưng (11).
55 trang |
Chia sẻ: lvbuiluyen | Lượt xem: 5968 | Lượt tải: 1
Bạn đang xem trước 20 trang tài liệu Đồ án Thiệu thiết bị chưng luyện liên tục hỗn hợp MetylicNước để thu được Metanol có nồng độ 96%, để xem tài liệu hoàn chỉnh bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên
1
Đồ án
Thiệu thiết bị chưng luyện liên tục hỗn hợp Metylic-
Nước để thu được Metanol có nồng độ 96%.
2
PHẦN MỞ ĐẦU
Metanol là chất lỏng không màu, sôi ở 64oC, có tính độc. Metanol tan vô hạn
trong nước , tan nhiều trong dung môi hữu cơ.
Ngày nay, Metanol sử dụng rất rộng rải trong những ngành công nghiệp.
Metanol được dùng để tổng hợp thuốc nhuộm, formaldehit, hương liệu, dùng làm
dung môi pha sơn. Metanol chủ yếu được dùng để sản xuất Andehit Fomic nguyên
liệu cho công nghiệp chất dẻo. Thành phần phần phần trăm của Metanol sử dụng
trong công nghiệp được tổng hợp theo bản sau:
Nguyên liệu để sản xuất HCHO 40-50 %
Nguyên liệu để Metyl hóa 30-40 %
Nguyên liệu sản xuất axit CH3COOH 5 %
Làm nhiên liệu và dung môi 5-10 %
Nguyên liệu sản xuất MTBE 3 %
Trong đó có những ngành công nghiệp đòi hỏi phải sử dụng Metanol có
nồng độ tương đối cao. Sau đây em xin giới thiệu thiết bị chưng luyện liên tục hỗn
hợp Metylic- Nước để thu được Metanol có nồng độ 96%.
3
MỤC LỤC
Phần mở đầu ........................................................................................................... 1
Sơ đồ dây chuyền sản xuất ...................................................................................... 3
Phần 1: Tính các thiết bị chính ............................................................................... 5
1/ Đổi thành phần khối lượng sang phần mol ..................................................... 5
2/ Phương trình cân bằng vật liệu toàn tháp ....................................................... 5
3/ Số liệu đường cân bằng lỏng(x)- hơi(y) của Metyl- Nước .............................. 5
4/ Tính Rmin ....................................................................................................... 6
5/ Xác định số đĩa lí thuyết ................................................................................ 6
6/ Giải phương trình cân bằng vật chất và tính đường kính ................................ 6
7/ Tính chiều cao tháp ...................................................................................... 12
8/ Tính trở lực của tháp .................................................................................... 20
Phần 2: Tính toán cơ khí ....................................................................................... 24
1/ Chiều dày của thân ...................................................................................... 24
2/ Kiểm tra ứng suất của thành theo áp suất thử( dùng H2O) ........................... 26
3/ Tính đường kính ống dẫn ............................................................................. 26
4/ Tính đáy và nắp thiết bị ............................................................................... 29
5/ Chọn mặt bích ............................................................................................. 30
6/ Chọn chân đỡ và tai treo của thiết bị ............................................................ 32
Phần 3: Tính cân bằng nhiệt lượng ....................................................................... 35
1/ Cân bằng nhiệt lượng thiết bị gia nhiệt hỗn hợp đầu .................................... 35
2/ Cân bằng nhiệt lượng của tháp chưng luyện ................................................. 36
3/ Cân bằng nhiệt lượng của thiết bị ngưng tụ .................................................. 37
Phần 4: Tính toán và chọn thiết bị phụ .................................................................. 39
1/ Tính toán và chọn thiết bị gia nhiệt hỗn hợp đầu .......................................... 39
2/Tính chọn bơm ............................................................................................. 44
Kết luận ................................................................................................................. 53
Tài liệu tham khảo................................................................................................. 54
4
CÁC KÍ HIỆU THƯỜNG DÙNG TRONG QUÁ
TRÌNH TÍNH TOÁN THIẾT KẾ:
ai: phần khối lượng của cấu tử thứ i
xi:phần mol của pha lỏng của cấu thứ i
yi:phần mol của pha hơi của cấu tử thứ i
Mi: trong lượng phân tử của hỗn hợp có n cấu tử
F: lượng sản phẩm ban đầu (kg/h)
P: lượng sản phẩm định (kg/h)
W: lượng sản phẩm đáy (kg/h)
GF: lượng sản phẩm ban đầu(kmol/h)
GP: lượng sản phẩm đỉnh(kmol/h)
GW: lượng sản phẩm đáy(kmol/h)
R: chỉ số hồi lưu
Rth:chỉ số hồi lưu thích hợp
N: số đĩa lí thuyết
Nth: số đĩa lí thuyết ứng với Rth
5
Ta xét tháp chưng luyện loại đĩa lỗ có ống chảy chuyền, làm việc ở áp suất
thường. Nguyên liệu đầu được chứa vào thùng chứa(1 ) vào được bơm ( 2) bơm lên
thùng cao vị ( 3) . Từ thùng cao vị, dung dịch hỗn hợp đầu đi vào thiết bị đun nóng
dung dịch hỗn hợp đầu (4). Ở đây, dung dịch được gia nhiệt bằng hơi nước bảo hòa
có nhiệt độ trung bình ttb=119,60C và P=2at rồi sau đó vào tháp chưng luyện(5) ở
đĩa tiếp liệu.
Tháp chưng luyện gồm hai phần:
+ Đoạn chưng: phần từ đĩa tiếp liệu trở xuống.
+ Đoạn luyện: phần từ đĩa tiếp liệu trở lên.
Ở đoạn chưng có bộ phận đun nóng bốc hơi (9). Bộ phận này được gia nhiệt
bằng hơi nước bảo hòa ở ttb=119,60C và P=2at. Như vậy trong tháp hơi đi từ
dưới lên tiếp xúc với dòng lỏng đi từ trên xuống. Vì theo chiều cao tháp nhiệt độ
càng lên cao thì càng thấp nên khi hơi đi qua các đĩa từ dưới lên, cấu tử có nhiệt
độ sôi cao sẽ ngưng tụ lại và cuối cùng ở trên đỉnh tháp ta thu được hỗn hợp
gồm hầu hết là các cấu tử dể bay hơi. Ở đây hơi được ngưng tụ bằng thiết bị ống
chùm (6), sau đó cho một phần hồi lưu về đĩa trên cùng của tháp, một phần
khác vào thiết bị làm lạnh đến nhiệt độ cần thiết rồi đi vào thùng chứa sản phẩm
đỉnh.
Trong quá trình chất lỏng đi từ trên xuống gặp hơi có nhiệt độ cao hơn, khi
đó một phần cấu tử có nhiệt độ sôi thấp hơn( các cấu tử dể bay hơi) được bốc
hơi lên và do đó nồng độ cấu tử khó bay hơi trong chất lỏng ngày càng tăng.
Cuối cùng ở đáy tháp ta thu được hỗn hợp lỏng gồm hầu hết các các cấu tử khó
bay hơi là nước. Thiết bị gia nhiệt (9) để đun sôi tuần hoàn và bốc hơi đáy tháp.
Một phần chất lỏng tháo ra ở đáy nồi và được cung cấpvào phần dưới của đáy
tháp. Một phần khác được tháo ra liên tục. Nước ngưng của các thiết bị gia nhiệt
được tháo qua cốc tháo nước ngưng (11).
6
Phần 1: TÍNH TOÁN CÁC THIẾT BỊ CHÍNH
1/ Đổi thành phần khối lượng sang phần mol: [II-126]
/
( . )
j j
j
j j
a M
x
a M
xj:phần mol của cấu tử thứ j
aj:phần khối lượng cấu tử thứ j
Mj:trọng lượng phân tử của hỗn hợp có n cấu tử
j = 1,2,…n
Phần mol của sản phẩm đầu:
22
32 0,136922 78
32 18
Fx
(kmol/kmol)
Phần mol của sản phẩm đỉnh:
96
32 0,93196 4
32 18
px
(kmol/kmol)
Phần mol của sản phẩm đáy: w
0,9
32 0,005080,9 99,1
32 18
x
(kmol/kmol)
2/ Phương trình cân bằng vật liệu toàn tháp: [II-144]
GW = GF - GP
Cho cấu tử dể bay hơi:
GF.XF = GP.XP + GW.XW
Từ hai phương trình trên ta suy ra được:
- Sản phẩm đỉnh GP:
w
w
( ) (22 0,9)7920 1757,2( / )
( ) (96 0,9)
F
P F
p
X XG G kg h
X X
với GF = 2,2kg/s = 2,2.3600 =7920 kg/h
- Sản phẩm đáy GW:
GW = GF-GP = 7920-1757,2 = 6162,8(kg/h)
Ta chuyển đổi từ kg/h sang kmol/h bằng công thức sau:
n = m/M
1757,2 54,91
32
P (kmol/h)
6162,8W= =342,38
18
(kmol/h)
3/ Số liệu đường cân bằng lỏng(x)- hơi(y) của Metyl- Nước:
7
Tra bảng [II-149] ta được số liệu đường cân bằng lỏng – hơi của Metyl- Nước
như sau:
4/ Tính Rmin:
Phương trình đường làm việc của đoạn luyện:
1 1
px
x x
xRy x
R R
Khi x=0 ta suy ra được:
1
p
x
x
y m
R
Vậy khi Rx = Rmin thì m = mmax
Ta suy ra được: ax
min 1
p
m
x
m
R
Hay min
ax
1p
m
x
R
m
Từ số liệu của đường ta sẽ vẽ được đường cân bằng, và ta sẽ thu được
mmax = 41,62 từ đó ta suy được Rmin = 93,1/41,62 -1 = 1,237 theo đồ thị xác định
Rmin
5/ Xác định số đĩa lí thuyết:
Trong thực tế thì người ta nhận thấy rằng Rx = (1,25-2,5)Rmin và nó sẽ lớn
hơn Rmin. Do đó ta sẽ cho Rx với các giá trị ở bảng dưới đây. Từ đó tính được m%,
và cứ mỗi m% ta sẽ vẽ được một đồ thị để xác định được số đĩa N tương ứng.
Rx m% N V=N(R+1)
x 0 5 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
y 0 26,8 41,8 57,9 66,5 72,9 77,9 82,5 87 91,5 95,8 100
t 100 92,3 87,7 81,7 78 75,3 73,1 71,2 69,3 67,6 66 64,5
ĐỒ THỊ XÁC ĐỊNH Rth
29
29.5
30
30.5
31
31.5
32
32.5
33
33.5
34
34.5
35
35.5
1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 4.5
Rx
N
(R
x
+
1)
8
1,4 38,8 13 31,2
2 31 10 30
2,3 28,2 9 29,7
3 23,3 8 32
4 18,6 7 35
Từ bản số liệu thu được ở trên ta sẽ vẽ được đồ thị quan hệ giữa RX và V,
điểm cực tiểu trên đồ thị sẻ là Rth và ứng với nó sẽ là Nth
Dựa vào đồ thị ta nhận thấy điểm cực tiểu trên đồ thị ứng với Rx=2,3 và N =
9. Do vậy Rth=2,3 và Nth=9
6/ Giải phương trình cân bằng vật chất và tính đường kính:
Đường kính được xác định theo công thức: [2 -181]
0,0188
( )
tb
y y tb
gD
(m)
tbg :lượng hơi khí trung bình đi trong tháp ( kg/h)
( )y y tb : tốc độ hơi khí trung bình đi trong tháp
(kg/m2.s)
Do lượng hơi thay đổi theo chiều cao của tháp nên
ta phải tính lượng hơi trung bình cho riêng từng đoạn.
6.1/ Tính lượng hơi đi trong tháp:
6.1.1/ Tính lượng hơi đi trong đoạn luyện:
Lượng hơi trung bình đi trong đoạn chưng được
tính dựa theo công thức [II-182]:
d 1
2
L
tb
g gg (kg/h)
Với dg :lượng hơi đi vào đĩa trên cùng của tháp (kg/h)
1g :lượng hơi đi vào đĩa dưới cùng của đoạn luyện (kg/h)
- Lượng hơi đi ra khỏi đỉnh tháp :
( 1)d X P P xg G G G R
với XG : lượng lỏng chảy hồi lưu.
dg 1757,22(2,3+1) = 5798,83 (kg/h)
Dựa vào đường cân bằng và từ xp ta suy ra được yp = 0,97
Phân tử lượng trung bình của hỗn hợp hơi ở đỉnh tháp
Mhh = 32.0,97+ (1- 0,97).18 = 31,58
Vậy lượng hơi đi ra khỏi đỉnh tháp tính theo (kmol/h) là:
5798,83 183,62
31,58d
g (kmol/h)
- Lượng hơi đi vào đĩa dưới cùng của đoạn luyện:
Phương trình cân bằng vật liệu và cân bằng nhiệt lượng của đoạn luyện:
9
1 1
1 1 1 1
1 1
.
P
P P
d d
g G G
g y G x G x
g r g r
1G : lượng chất lỏng đi vào đĩa thứ nhất của đoạn luyện (kmol/h)
1r :ẩn nhiệt hóa hơi của hỗn hợp đi vào đĩa thứ nhất của đoạn luyện (J/kmol)
dr :ẩn nhiệt hóa hơi đi ra khỏi tháp (J/kmol)
với 2
2
1 1 1(1 )
(1 )
R H O
d R d d H O
r r y y r
r r y y r
Rr , 2H Or : lần lược là ẩn nhiệt hóa hơi
của rượu và nước ở nhiệt độ của hỗn hợp đầu.
Dựa vào đồ thị t-x,y ta tìm được:
w
85,5
65,5
99
o
F
o
P
o
t C
t C
t C
Tính r1:
Từ bảng [I-254]
,60
,100
265( / )
242( / )
o
o
R C
R C
r J kmol
r J kmol
2
2
,60
,100
579( / )
539( / )
o
o
H O C
H O C
r J kmol
r J kmol
Dùng phương pháp nội suy ta tính được
rR,tF = 250,33(kcal/kg) = 250,33.4,1868.103.32=33538,61.103 (J/kmol)
Tương tự ta cũng tính được:
rH2O,tF = 553,5(kcal/kg) = 553,5.4,1868.103.18=41713,088.103 (J/kmol)
Vậy r1= 33538,61.103 y1 + (1-y1)41713,088.103
Hay r1=41713,088.103 – 8174,478.103 y1 (J/kmol)
Tính rd:
Cũng dùng phương pháp nội suy ta tính được rR,tP
,
3
261, 84( / )
261,84.4,1868.103.32=35080,69.10 ( / )
PR t
r kcal kg
J kmol
rH2O,tP = 573,5(kcal/kg) = 573,5.4,1868.103.18=43220,33.103(J/kmol)
Vậy:
2
(1 )d R d d H Or r y y r với yd = xp = 0,93
rd= 35080,69.103 .0,97 + (1-0,97).43220,33.103=35324,9.103(J/kmol)
Thay các đại lượng đã tính trên vào hệ phương trình và với x1 = xF = 0,1369
1 1
1 1 1
3 3 3
1 1
54,91
.0,1369 54,91.0,93
(41713,088.10 8174,478.10 ) 183,62.35324,9.10
g G
g y G
g y
10
Giải ra ta được
1
1
1
168,55( / )
113,64( / )
0,395
g kmol h
G kmol h
y
Thay y1vào r1 ta tính được:
r1=41713,088.103 – 8174,478.103.0,395 = 38484,169.103 (J/kmol).
Do vậy lượng hơi trung bình đi trong đoạn luyện là:
d 1 183,62 168,55 176,085( / )
2 2
L
tb
g gg kmol h
Nồng độ phần mol trung bình của đoạn luyện:
1 0,395 0,97 0,682
2 2
L d
tb
y yy
Phân tử lượng trung bình của hơi trong đoạn luyện:
32.0,682+18(1-0,682) = 27,555
Lượng hơi trung bình đi trong đoạn luyện tính theo kg/h
176,085.27,55 4852,022Ltbg (kg/h)
6.1.2 Tính lượng hơi đi trong đoạn chưng:
Lượng hơi trung bình đi trong đoạn chưng được tính dựa theo công thức[II-
182]:
, ,
1
2
C n
tb
g gg (kg/h)
,
1g :lượng hơi đi vào đoạn chưng
,ng = g1: lượng hơi đi ra khỏi đoạn chưng
Phương trình cân bằng vật liệu và cân bằng nhiệt lượng của đoạn chưng.
Dựa vào công thức [II-182] ta được:
1
1
' ,
1 w
' , ,
1 1 w w
, , , ,
1 1 1 1
.w
n n
G g G
G x g y G x
g r g r g r
1
'G : lượng lỏng đi vào đĩa thứ nhất của đoạn chưng.
,1r :ẩn nhiệt hóa hơi của hỗn hợp hơi đi vào đĩa trên cùng của đoạn chưng
, , 3 91 1. 168, 55.38484,169.10 6, 286.10 ( / )n ng r g r kmol h= = =
Trong đó y1’ = yw được tìm theo đường cân bằng ứng với xw. Từ đồ thị của
đường cân bằng x-y với xw=0,00508 suy ra yw= 0,0331.
Dựa vào công thức [II-182] ta có:
2
, , ,
1 1 1(1 )R H Or r y y r= + -
Tra bảng [I-254] và nội suy ở tw=99oC ta được:
11
w
2
,
3 3
3
, 3 3 3
1
242, 35 /
242, 35.4,1868.10 .32 32469, 47.10 ( / )
540 / 40695, 696.10 ( / )
32469, 47.10 .0, 0331 (1 0, 0331)40695, 696.10 40423, 41.10 ( / )
R t
H O
r kcal kg
J kmol
r kcal kg J kmol
r J kmol
=
= =
= =
= + - =
Thay các số liệu vào hệ phương trình ta được:
1
1
' ,
1
' , ,
1 1
, 3 9
1
342,38
.0,0331 342,38.0,00508
.40423, 41.10 6,4865.10
G g
G x g
g
1
'
,
1
,
1
502,84( / )
160, 46( / )
0,014
G kmol h
g kmol h
x
Vây lượng hơi trung bình đi trong đoạn chưng là:
, ,
1 160, 46 168, 55 164, 505( / )
2 2
c n
tb
g gg kmol h+ += = =
Nồng độ trung bình của đoạn chưng:
,
1 1 0, 395 0, 0331 0,21405
2 2
c
tb
y yy + += = =
Phân tử lượng trung bình của hơi đi trong đoạn chưng:
M= 32.0,21405+ 18.(1-0,21405) = 20,996
Vậy lượng hơi trung bình chưng tính theo kg/h là:
164, 505.20, 996 3454, 06( / )ctbg kg h= =
6.2 Tính khối lượng riêng trung bình:
6.2.1 Đối với pha khí:
( )
21 1 3
. 1 .273
( / )
22, 4.tb
tb R tb H O
y
y M y M
kg m
T
r
é ù+ -ê úë û=
T: nhiệt độ trung bình làm việc của đoạn chưng hay đoạn luyện (oK).
1tby : nồng độ phần mol của các cấu tử rượu lấy theo giá trị trung bình
1 11 2
d c
tb
y yy +=
1dy , 1cy : nồng độ tại hai đầu tháp.
Tính cho đoạn luyện:
Ta có: 1 0, 6825Ltb tby y= =
Nhiệt độ hỗn hợp trung bình của hỗn hợp trong đoạn luyện:
P 65, 5 85, 5 75, 5
2 2
L OF
tb
t tt C+ += = =
Vậy:
( )[ ] 332.0, 6825 1 0, 6825 18 .273 0, 964( / )
22, 4.(75, 5 273)ytb
L kg mr
+ -
= =
+
Tính cho đoạn chưng:
Ta có: 1 0,21405ctb tby y= =
Nhiệt độ hỗn hợp trung bình của hỗn hợp trong đoạn luyện:
w 99 85, 5 92, 25
2 2
c OF
tb
t tt C+ += = =
12
Vậy: ( )[ ] 332.0, 21405 1 0, 21405 18 .273 0, 7006( / )
22, 4.(92, 25 273)ytb
c kg mr
+ -
= =
+
6.2.2 Đối pha lỏng:
Khối lượng riêng trung bình của pha lỏng:
1 2
1 1bt tb
xtb xtb xtb
a a
r r r
-= +
xtbr :khối lượng riêng trung bình của lỏng (kg/m
3).
1xtbr , 2xtbr :khối lượng riêng trung bình của cấu tử rượu, nước của pha
lỏng lấy theo nhiệt độ trung bình ( kg/m3).
tba :phần khối lượng của cấu tử rượu trong pha lỏng.
Tính cho đoạn luyện:
Ta có: F 0, 22 0, 96 0, 59
2 2 2tb
L P F Pa a X Xa + + += = = =
Với 75, 5L otbt C= , tra bảng I.2[1-9] và nội suy ta được:
3
1,60 3
1;75,53
1,80
756( /
751, 5( / )
736( /
o
o
o
xtb C
xtb C
xtb C
kg m
kg m
kg m
r
r
r
ì =ïïï Þ =íï =ïïî
3
2,60 3
2;75,53
2,80
983( /
974, 4( / )
972( /
o
o
o
xtb C
xtb C
xtb C
kg m
kg m
kg m
r
r
r
ì =ïïï Þ =íï =ïïî
Vậy : 31 0, 59 1 0, 59 821, 33( / )
740, 5 974, 4
L
xtbL
xtb
kg mr
r
-= + Þ =
Tính cho đoạn chưng:
Ta có: F W 0, 22 0, 009 0,1145
2 2 2tb
c F Wa a X Xa + + += = = =
Với 92,25C otbt C= , tra bảng [I-9] và nội suy ta được:
3
1,80 3
1,92.253
1,100
736( /
722, 5( / )
714( /
o
o
o
xtb C
xtb C
xtb C
kg m
kg m
kg m
r
r
r
ì =ïïï Þ =íï =ïïî
3
2,80 3
2,92.253
2,100
972( /
963, 4( / )
958( /
o
o
o
xtb C
xtb C
xtb C
kg m
kg m
kg m
r
r
r
ì =ïïï Þ =íï =ïïî
Vậy : 31 0,1145 1 0,1145 927, 97( / )
722, 5 963, 4
c
xtbc
xtb
kg mr
r
-= + Þ =
6.3 Tốc độ hơi đi trong tháp đĩa lưới:
Theo công thức [II-186] ta có công thức sau:
ghw 0, 05 x
y
r
r
= (m/s)
xr , yr : khối lượng riêng của lỏng và hơi (kg/m3).
ghw : tốc độ giới hạn của khí (m/s).
Tốc độ trung bình của khí: t b ghw (0, 8 0, 9)w= ¸ (m/s)
6.3.1 Xét cho đoạn luyện:
13
3
3
821, 33( / )
0, 964( / )
L
xtb
L
ytb
kg m
kg m
r
r
=
=
821, 33w 0, 05 1, 459( / )
0, 964
L
gh m s= =
6.3.2 Xét cho đoạn chưng:
3
3
927, 97( / )
0, 7006( / )
c
xtb
c
ytb
kg m
kg m
r
r
=
=
927, 97w 0, 05 1, 8( / )
0, 7006
c
gh m s= =
6.4 Đường kính tháp:
6.4.1Đường kính đối với đoạn luyện:
tb
L L
ghw 0,9.w 1, 459.0,9 1, 3131( / )m s= = =
4852,0220,0188 1,16( )
0,964.1,3131L
D m
6.4.2 Đường kính đối với đoạn chưng:
tb
c C
ghw 0, 8.w 1, 8.0, 8 1, 44( / )m s= = =
3454,060,0188 1,1( )
0,7006.1, 44C
D m
Quy chuẩn đường kính ta được:
1, 2
1,1
L
C
D m
D m
=
=
6.5 Tính lại tốc độ hơi:
6.5.1 Đối với đoạn luyện:
2 2
L
y gh2 2
(0, 0188) 4852, 022.(0, 0188)w 1,23( / ) 85%w
1, 2 .0, 964
tb
L
y
g m s
D r
= = = = giá
trị tính ở trên.
6.5.2 Đối với đoạn chưng:
2 2
c
y gh2 2
(0, 0188) 3454, 06.(0, 0188)w 1, 44( / ) 80%w
1,1 .0, 7006
tb
L
y
g m s
D r
= = = = giá trị
tính ở trên.
Vậy với
1, 2
1,1
L
C
D m
D m
ì =ïïïíï =ïïî
tháp làm việc sẻ không có hiện tượng sặc.
7/ Tính chiều cao tháp:
Tính chiều cao tháp bằng phương pháp đường cong động học.
7.1 Đối với đoạn luyện:
7.1.1 Độ nhớt:
a/ Xét pha hơi:
14
1 1 2 2
1 2
. .hh
hh
M m M m M
m m m
= +
hhM , 1M , 2M : khối lượng mol của hỗn hợp khí và cấu tử rượu, nước
trong hỗn hợp (kg/kmol)
hhm , 1m , 2m :lần lượt là độ nhớt của hỗn hợp và của các cấu tử rượu,
nước (Ns/m2)
1m , 2m :nồng độ phần thể tích của từng cấu tử trong pha hơi.
Nhưng nồng độ phần thể tích của từng cấu tử trong pha hơi thì bằng
nồng độ phần mol của từng cấu tử trong hỗn hợp.
Do đó 1 0, 685Ltbm y= =
Với 27, 59hhM =
Ở 75, 5o oLt C= ,ta tra toán đồ [I-117] ta được:
31 20, 0115.10
Ns
m
m -=
32 20, 0116.10
Ns
m
m -=
Thay số liệu vào công thức trên ta được:
3 3
27, 59 0, 685.32 (1 0, 685).18
0, 0115.10 0, 0116.10hhm
- -
-= +
30, 0115.10hhm -Þ = ( 2
Ns
m
)
b/ Xét pha lỏng:
1 1 2 2lg lg lghh x xm m m= +
x1,x2: nồng độ mol của các cấu tử trong hỗn hợp
Với 1
0,1369 0, 931 0, 533
2 2
F Px xx + += = =
Ở 75, 5o oLt C= , ta tra toán đồ [I-90] ta được:
31 20, 27.10
Ns
m
m -=
32 20, 35.10
Ns
m
m -=
Thay số liệu vào công thức trên ta được:
3 3lg 0, 533 lg 0,27.10 (1 0, 533) lg 0, 35.10hhm - -= + -
30, 3048.10hhm
-Þ = 2
.( )N s
m
7.1.2 Hệ số khuyết tán của khí vào hơi: [II-127]
4 1,5
1/ 3 1/ 3 2
0, 0043.10 . 1 1
.( )y A B A B
TD
P v v M M
-
= +
+
2( / )m s
T: nhiệt độ trung bình của đoạn chưng tính theo K.
P: áp suất chung (at)
MA, MB :khối lượng mol của khí A,B .
vA,vB: thể tích mol của khí A và B (cm3/mol)
Thể tích mol tính theo công thức:
15
iv n V= å
n: số nguyên tử cùng loại
Vi: thể tích của nguyên tử thứ i
Ta có:
31.14, 8 4.3, 7 1.7, 4 37( / )Rv cm mol= + + =
2
318, 9( / )H Ov cm mol=
Với đoạn luyện nên T= 75,5+273=348,5 K
Vậy :
4 1,5
5
1/ 3 1/ 3 2
0, 0043.10 .(348, 5) 1 1 2, 2926.10
1.(37 18, 9 ) 32 18y
D
-
-= + =
+
2( / )m s
7.1.3 Hệ số cấp khối:
a/ Hệ s