Đồ án Tính toán thiết kế tháp đệm chưng luyện liên tục hổn hợp hai cấu tử là CH3COOH và H2O

Axít CH3OOH là một tronh những hợp phần không thể thiếu trông công nghệ thực phẩm cũng như trong một số ngành công nghiệp khác, CH3COOH cũng chiếm một vai trò quan trọng trong cuộc sống. Để sản xuất axit CH3COOH thì có nhiều phương pháp khác nhau nhưng trong công nghiệp thực phẩm thì nó được sản xuất bằng phương pháp lên men bởi tác nhân vi sinh vật. Để thu được CH3COOH tinh khiết có thể thực hiện bằng nhiều phương pháp khác nhau nhưng như các phương pháp hoá học, hoá lý…trong công nghiệp để thu được lượng lớn CH3COOH với độ tinh khiết theo yêu cầu thì người ta thường sửdụng phương pháp chưng cất. Có nhiều phương pháp chưng cất khác nhau nhưng trong công nghiệp thực phẩm thường sử dụng phương pháp chưng cất liên tục. Nguyên tắc phương pháp là dựa vào nhiệt độ bay hơi khác nhau của các cấu tử trong hổn hợp.Về thiết bị thì có nhiều loại khác nhau, tuỳ thuộc vào yêu cầu công nghệ mà người ta chọn loại thiết bị phù hợp.Trông công nghệ thực phẩm thiết bị chưng cất thường dùng là thiết bị loại tháp. Nội dung của đồ án này là tính toán thiết kế tháp đệm chưng luyện liên tục hổn hợp hai cấu tử là CH3COOH và H2O. Các số liệu ban đầu : Năng suất theo hổn hợp đầu: 1800(l/h). Nồng độ hổn hợp đầu là: 75%. Nồng độ sản phẩm đỉnh là : 90%. Nồng độ sản phẩm đáy là: 10%. (Các số liệu trên được cho theo cấu tử dể bay hơi) SÅ ÂÄÖ TÄØNG QUAÏT DÁY CHUYÃÖN CÄNG NGHÃÛ (7) (8) H2O H2O (P) (1) Håi âäút (F) (5) Næåïc ngæng (2) (6) (9) H2O (3) (4) Chuong 1 TÍNH TOÁN CÔNG NGHỆ 1.Cân bằng vật liệu. Phương pháp cân bằng vật liệu cho toàn tháp GF = Gp+Gw (kg/h). GF: lưu lượng hổn hợp đầu. Gp :lưu lượng hổn hợp đỉnh. Gw :lưu lượng sản phẩm đáy. Cân bằng vật liệu cho cấu tử dể bay hơi GF.xF = GP.xp+Gw.xw (kg/h). xF:phần mol hổn hợp đầu. xp:phần mol sản phẩm đỉnh. xw:phần mol sản phẩm đáy Theo giả thiết ta có : aF = 0,75: nồng độ của hổn hợp đầu (phần mol). ap = 0,9:nồng độ của sản phẩm đỉnh (phần mol). aw =0,1:nồng độ phần mol khối lượng sản phẩm đáy. Suy ra các giá trị của xF, xp, xw: = = = 0,91 :phân tử lượng của nước. MA= 60 :Phân tử lượng của CH3COOH. = = = 0,968 = = = 0, 27 Lượng sản phẩm đỉnh: (kg/h) Gp = GF. =1853,1. = 1505,64 Lượng sản phẩm đáy là: (kg/h) Gw =GF - Gp = 1853,1-1505,64 = 347,46 Gọi :M là phân tử lượng trung bình của hổn hợp (Kmol/Kg) M =xF. +(1-xF).MA =0,91.18 + 0,09.60 = 21,78. F: lượng hổn hợp đầu (Kmol/h) P:lượng sản phẩm đỉnh W:Lượng sản phẩm đáy. F = = = 85,08 P =F. = 85,08. = 78,01 => W = F-P = 85,05- 78,01 =7,07 2. Xác định chỉ số hồi lưu - số đĩa lý thuyết . Gọi x: nồng độ cấu tử dể bay hơi trong pha lỏng y: nồng độ cấu tử dể bay hơi trong pha hơi. t: nhiệt độ sôi của hổn hợp hai cấu tử ở áo suất 760 mmHg a(% khối lượng) x(phần mol) y(phần mol) Kg/h Kmol/h Nhiệt độ sôi aF = 0,75 xF = 0,91 yF = 0.937 1853,1 85,08 100,6 ap = 0,9 xp = 0,968 yp = 0,9776 1505,64 78,01 100,2 aw = 0,1 xw =0,27 yw = 0,3884 347,46 7,07 108,28 Chỉ số hồi lưu thích hợp: ROPT ROPT = b.Rmin b: hệ số hiệu chỉnh ; b = (1,2 ¸ 2,5) Rmin : chỉ số hồi lưư tối thiểu Dựa vào bảng (IX. 2a, trang 148- T2) kết hợp với nội suy ta suy ra : yF = 0,937 là nồng độ cân bằng ứng giá trị xF = 0,91. Suy ra chỉ số hồi lưu tối thiểu là: Rmin = = Rmin = 1,148 Để xác định số đĩa lý thuyết của tháp bằng cách dựa vào phương trình đường nồng độ làm việc của đoạn luyện và đoạn chung. Pương trình làm việc của đoạn luyện: y = .x + Phương trình làm việc của đoạn chung : X = .y + . Với: L = = Mà: ROPT = b.Rmin : đặt B = ứng với mổi giá trị của bsẽ là một đĩa lý thuyết N ở bảng sau b 1,2 1,4 1,6 1,8 2,1 2,3 2,5 ROPT 1,378 1,607 1,837 2,066 2,411 2,64 2,87 N 17 15 14 13 13 12 11 N(R+1) 38,048 39,105 39,718 39,858 44,343 43,68 42,57 B 0,407 0,371 0,341 0,316 0,284 0,266 0,25 Lập biểu đồ biểu diển sự phụ thuộc N(R+1) và R . Điểm cực tiểu của giá trị N(R+1) ứng với R thích hợp nhất là Rx= 1,378. Tương ứng với Rx =1,378 thì số đĩa lý thuyết : Của tháp là 17 (đĩa) Đoạn chưng 6 đĩa (11,3) Đoạn luyện 11 đĩa (5,7) Phương trình làm việc đoạn luyện y = 0,579x + 0,407 Phương trình đường làm việc đoạn chưng X = 0,964y + 0,036 3.Xác định số đĩa thực tế Hiệu suất làm việc của tháp được tính theo biểu thức: h=a.m h:hiệu suất của tháp (%). a: độ bay hơi của hổn hợp. m:độ nhớt của hổn hợp: (10-3 N.S/m2 ). a= (13-34- QT-TBCNHH II ) Vì hiệu suất thay đổi theo chiều cao tháp nên để xác định hiệu xuất của toàn tháp ta xac định hiệu xuất trung của tháp. Hiệu xuất trung bình của tháp được xác định: h = (%) (13-53-QH-TBVNHH II) h1: hiệu suất đĩa trên cùng (%) h2: hiệu suất đĩa tiếp liệu (%) h3: hiệu suất đĩa dưới cùng (%) a)Hiệu suất đĩa trên cùng: Các số liệu đã có Xp=0,968 ; yp=0,9776 ; tp =100,2oC Độ nhớt của CH3COOH ở nhiệt độ t1 40oC là m1=0,9 (10-3.N.S/m3) ở nhiệt độ t2 là m2=0,56 (10-3.N.S/m3). Độ nhớt của nước ở nhiệt độ q1=24oC là 0,9, q2 =49oC là 0,56 Theo công thức páp lốp: Độ nhớt của CH3COOH ở nhiệt độ tp=100,2 là: q3=q1 = = 61,625 (oC) Tra bảng độ nhớt của CH3COOH ta có m2100,2 = 0,4617 (10-3.N.S/m3) Độ nhớt của H2O ở 100,2 oC là : m1100,2 =0,2835(10-3.N.S/m3)Độ nhớt của hổn hợp ở 100,2oC là lg m1hh=xp.lg m1100,2 +(1-xp).lg m2100,2 =0,968.lg0,2835 + 0,032lg0,4617 lg m1hh= -0,54067; m1hh= 0,288 (10-3.N.S/m3) a1= h1=a1. m1hh=1,443.0,288 = 0,4156 b)Hiệu suất của đĩa tiếp liệu Độ nhớt của CH3COOH ở 100,6oC m2100,6=0,455(10-3.N.S/m3) Độ nhớt của nước ở 100,6oC là m1100,6= 0,283(10-3.N.S/m3) Độ nhớt của hổn hợp ở 100,6 oC là lg m2hh=xF.lg m1100,6 +(1-xF).lg m2100,6 =0,91.lg0,283 + 0,09lg0,455 lg m2hh= -0,529 ;m2hh=0,296(10-3.N.S/m3) a2= h2=a2. m2hh=1,47.0,296 = 0,435 c)Hiệu suất của đĩa dưới cùng Độ nhớt của CH3COOH ở 108,28oC m2108,28=0,5304(10-3.N.S/m3) Độ nhớt của nước ở 108,28oC là m1100,6= 0,2625(10-3.N.S/m3) Độ nhớt của hổn hợp ở 108,28 oC là lg m3hh=xw.lg m1108,28 +(1-xw).lg m2108,28 =0,27.lg0,2625 + 0,73lg0,5304 lg m2hh= -0,5378 ;m2hh=0,4387(10-3.N.S/m3) a3= h3=a3. m3hh=1,717.0,4387 = 0,753 Vậy hiệu suất trung bình của tháp là: h= Từ đây ta tính được số đĩa thực tế là: Ntt= (đĩa) Như vậy số đĩa thực tế là 32 đĩa Trong đó: Chưng :Nc = 21 đĩa Luyện: Nl =11 đĩa CHƯƠNG II TÍNH KÍCH THƯỚCTHIẾT BỊ I.Tính đường kính thiết bị: Dchưng ³ Dluyện Đường kính của thiết bị được xác định theo công thức D = 0,0188. (m) (IX.90-sô tay TII) Trong đó : gtb lượng hơi trung bình đi trong tháp ry khối lượng riêng trung bình của pha hơi đi trong tháp (Kg/m3) wy vận tốc trung bình của hơi đi trong tháp(m/s) Vì lượng hơi và lượng lỏng thay đổi theo chiều cao tháp và khác nhau trong mỗi đoạn của tháp nên phải tính lượng hơi lỏng cho từng đoạn. 1. Đường kính đoạn luyện. gtb= (IX.91.ST-TII) gtb: lượng hơi trung bình đi trong đoạn luyện (kg/h, kmol/h) gd : lượng hơi đi ra khỏi điã trên cùng của đoạn luyện. g1 : lượng hơi đi vào đĩa dưới cùng của đoạn luyện. a)Lượng hơi đi ra khỏi đỉnh tháp. gd = GR+Gp= Gp(Rx+1) (IX.92 ST-TII). Gp: lượng sản phẩm đỉnh (kg/h,kmol/h). GR: lượng chất lỏng hồi lưu (kg/h,kmol/h). Rx: Chỉ số hồi lưu. Mà Gp= 1505,64.2,378 = 3580,4 (kg/h). b)Lượng hơi đi vào đoạn luyện. Giữa lượng hơi g1 hàm lượng hơi y1 và lượng hơi G1 đối với đĩa thứ nhất của đoạn luyện được xác định theo hệ phương trình cân bằng vật liệu và cân bằng nhiệt lượng sau: g1=G1+Gp (1) g1.y1=G1.x1+Gp.xp (2) g1.r1 =gd.rd (3) trong đó: x1= xF = 0,91 r1 ẩn nhiệt hoá hơi của hổn hợp đi vào đĩa thứ nhất của đoạn luyện (Kcal/kg). rd ẩn nhiệt hóa hơi của hổn hợp đi ra khỏi tháp (Kcal/kg) r1=ra.y1+(1-y1).rb (đĩa thứ nhất) rd= ra.yd+(1-y1).rb (đĩa trên cùng) trong đó: ra,rb ẩn nhiệt hóa hơi của H2O và CH3COOH nguyên chất yd nồng độ của H2O trong hổn hợp đầu. y1 hàm lượng hơi đối với đĩa 1 của đoạn luyện. Dựa vào phương pháp nội suy xác định ẩn nhiệt hóa hơi của nước và của CH3COOH ở các nhiệt độ khác nhau: Ở 100oC r1a =539(kcal/kg) Ở 140oC r2a =513(kcal/kg) Ta có ở nhiệt độ tF=100,6oC (ứng với rd) ẩn nhiệt hóa hơi của nước là: r3a= 539 - 0,65.0,6 = 538,61 (kcal/kg) ở nhiệt độ tp=100,2oC (ứng với rd) ẩn nhiệt hóa hơi của nước là: r4a= 539 - 0,65.0,2 = 538,87 (kcal/kg) Ẩn nhiệt hóa hơi của CH3COOH : rb (kcal/kg) Ở 100oC có r1b =97(kcal/kg) Ở 140oC có r2b =94,4(kcal/kg) Vậy với nhiệt độ tF=100,6 suy ra r3b=96,96 (kcal/kg) Với tp =100,2 suy ra r4b= 96,98(kcal/kg) Suy ra r1=538,61.y1+(1-y1).96,96 rd= 538,87.0,9776+0,0224.96,98 = 528,97 Giãi hệ 4 phương trình: g1=G1+Gp (1) g1.y1=G1.x1+Gp.xp (2) g1.r1 =gd.rd (3) r1 = 538,61.y1+(1-y1).96,96 (4) Ta có: y1= 0,91 tương ứng: x1=0,87, t1=100,8oC G1 = 296,495(kmol/h) g1 = 218,485(kmol/h) Lượng hơi trung bình đi trong đoạn luyện gtbl = (kg/h) gd =189,031(kmol/h) Lượng lỏng trung bình trong đoạn luyện Gtbl = Gtbl =202(kmol/h) = 2875,3(kg/h). c) Vận tỗc hơi đi trong đoạn luyện Vận tốc hơi được xác định theo công thức Lg = A - 6,75.. (Sổ tay II-IX.115) Trong đó : A hằng số A= -0,125. wx: vận tốc đặc pha (m/s). rd :Bề mặt tự do của đệm (m2/m3). Vd: Thể tích tự do của đệm (m3/m3). rytb :khối lượng riêng trung bình của hơi.(kg/m3). rxtb : Khối lượng riêng trung bình của lỏng (kg/m3). mx: Độ nhớt của hổn hợp lỏng ở điều kiện trung bình (N.S/m2). mn : Độ nhớt của nước ở 20oC (N.S/m2). Gy :Lượng hơi trung bình đi trong đoạn luyện (kg/h). Gx : Lượng lỏng trung bình đi trong doạn luyện (kg/h). Chọn loại đệm vòng có kích thước chưa có và rd =310(m2/m3), Vd =0,71(m3/m3). Xác định khối lượng riêng: rytb = (IX.102-ST TII). với ytbl = Suy ra : rytb =(kg/m3). (IX.104a-ST TII). = (phần khối lượng ứng với to trung bình). Với : nồng độ trung bình của pha lỏng tương ứng với ytbl =0,9573 rxtb1 : Khối lượng riêng của H2O tại 100,8 oC (kg/m3). rxtb2 : Khối lượng riêng của CH3COOH tại 100,8 oC (kg/m3). Dựa vào phương pháp nội suy Ở 100oC r1 của nước là 958,38 (kg/m3). r1 của CH3COOH là 958 (kg/m3). Ở 110oC r2 của nước là 951 (kg/m3). Khối lượng riêng của nước tại 100,8oC là rxtb1= (951- 958)/10 .0,8+958,38 = 957,79 Ở 120oC khối lượng riêng của là r2 = 922(kg/m3). Suy ra khối lượng riêng của CH3COOH ở 100,8oC là rxtb2 =(922-958):20.0,8+958 =956,56 Vậy Suy ra =957,51 (kg/m3). Độ nhớt của nước ở 100,8oC là m1100,8=0,2819 (10-3.N.S/m2) Độ nhớt của CH3COOH ở 100,8oC là m2100,8=0,4668 (10-3.N.S/m2) Lgmx =0,78.lgm1100,8+0,13.lgm2100,8 =0,78.lg0,2819 +0,13.lg0,4668 mx =0,5937 (10-3.N.S/m2); mn = 1,005 (10-3.N.S/m2) ở 20oC Thay các giá trị vào công thức (IX.115-ST II) Ta có : wx = 2,79 (m/s). Vận tốc thực tế chọn là : wL = 0,7. wx =1,954(m/s). Đường kính đoạn luyện là: DL =0,0188. (m). 2. Đường kính đoạn chưng. Dc =0,0188. (m) a)Lượng hơi đi trong đoạn chưng g'tb = (kg/h). gn' : lượng hơi đi ra khỏi đọan chưng. (kg/h) gn' : Lượng hơi đi vào đọa chưng (kg/h) g1 :lượng đi vào đoạn chưng trừ GF g1= gn'=218,485 (kmol/h) - 85,08(kmol/h) = 5730,599(kg/h) Nên g'tb = Ta có hệ phương trình sau (1) (2) (3) : lượng lỏng đi trong đoạn chưng [kmol/h] : hàm lượng hơi đi vào đoạn chưng : ẩn nhiệt hóa hơi của hơi đi vào đĩa thứ nhất của đoạn chưng. : ẩn nhiệt hóa hơi của H2O ở 108,3 0C , = 534,2 [kcal/kg] : ẩn nhiệt hóa hơi của CH3COOH ở 108,3 0C , = 96,46 [kcal/kg] = 267,18 [kcal/kg] =25644,87 : ẩn nhiệt hóa ơi đi vàođĩa trên cùng của đoạn chưng , = : lượng sản phẩm đáy [kmol/h] Giãi hệ phương trình trên ta có: = 161,12 [kmol/h] = 168,19 [kmol/h] = 0,2843 [phần mol] , nồng độ pha lỏng hơi cân bằng ứng với là y*= 0,4058,= 107,90C = 161,12. [y*1.18+(1-y*1).60]=6921,135 [kg/h] = 168,19. [x'1.18+(1- x'1).60] = 8083,11 [kg/h] Lượng hơi trung bình đi trong đoạn chưng" 6325,867 [kg/h] Lượng lỏng trung bình đi trong đoạn chưng : lượng lỏng đi vào đĩa dưới cùng của đoạn chưng =Gw=347,46 [kg/h] = = 4215,285 [kg/h] b)Xác định vận tốc hơi b )Xác định vận tốc hơi đi trong đoạn luyện Ta có =4215,285 [kg/h] lượng lỏng trungbình trong đọan chưng = 6325,867 [kg/h] lượng hơi trung bình đi trong đoạn chưng xác định khối lượng riêng của hổn hợplỏng và hơi 0,397 = 0,5364 [kg/m3] 0,103 Ở nhiệt độ108,01 0C : Khối lượng riêng của H2O là = 952,47 [kg/m3] Khối lượng riêng của CH3COOH là = 943,58 [kg/m3] suy ra Vậy 944,6 [kg/m3] Độ nhớt ở nhiệt độ 108,01 0C Độ nhớt của H2O là 0,263 [10-3N.s/m2] Độ nhớt của CH3COOH là 0,528 [10-3N.s/m2] Vậy lg suy ra 0,69524 [10-3N.s/m2] Thay các giá trị vào công thức (IX.115) ta có wy'=3,167 [m/s] Chọn wtbc' =0,7. wy = 0,7.3,167 = 2,217[m/s] Đường kính đoạn chưng là 0,0188. = 1,371 [m] II . Tính chiều cao của tháp H = Ntt.Htd (10_40_QT&TBCNHH II) Ntt: số đĩa thực tế Htd: chiều cao của bậc thay đổi nồng độ [m] ta có (10_41_QT&TBCNHH II) trond đó = : đường kính tương đương của đệm [m] Chuẩn số Reynon :Khối lượng riêng của hơi [kg/m3] :khối lượng riêng của lỏng [kg/m3] : Vận tốc hơi đi trong tháp : bề mặt riêng của đệm[m2/m3] : thể tích tự do của đệm [m3/m3] ,: lượng lỏng và hơi trung bình đi trong tháp [kg/h] : độ nhớt của hơi và lỏng đi trong tháp theo nhiệt độ trung bình [N.s/m2] m : giá trị trung bình trên đường cân bằng 1. Chiều cao đệm của đoạn luyện Các số liệu đã có : = 4033,066[kg/h] = 3875,3 [kg/h] wy =1,954 [m/s] = 0,5937 [10-3.N.s/m2] = 0,646 [kg/m3] =957,51 [kg/m3] Độ nhớt của pha hơi : :Nồng độ phần khối lượng của H2O trong pha hơi ở nhiệt độ 100,8oC = 0,775 : độ nhớt của H2O ở 100,80C , = 28,19 [10-3.N.s/m2] : độ nhớt của CH3COOH ở 100,8 0C , = 0,4668 [10-3.N.s/m2] suy ra = 0,3095 [10-3.N.s/m2] .103 = 52,618 m = 0,81 Thay các thông số vào công thức (10_41) ta có Htd =34,6912.0,00916 = 0,3178 [m] Suy ra chiều cao đoạn luyện là H1 = 0,3178.11 = 3,496 [m] 2. Chiều cao đoạn chưng và toàn tháp = 1215,285 [kg/h] =6325,867[kg/h] wy = 2,217 [m/s] =0,69524 [10-3.N.s/m2] = 0,5364 [kg/m3] ; = 944,6 [kg/m3 ] m = 0,69,dtd =0,00916 độ nhớt của pha hơi = 0,17 Với m1 ,m2 :là đọ nhớt của H2O và CH3COOH ở nhiệt độ 108,01oC =>my =0,45 (10-3.N.s/m2) .103 = 34,094 Thay các giá trị vào công thức (10_41) ta có => htd =34,024.0,00916 = 0,31166 (m) Chiều cao của đoạn nhưng là Hc = 0,31166.21 = 6,545 (m) Vậy chiều cao của toàn tháp là H = Hc +HL +h = 6,545 + 3,496 +0,8=10,84 (m). Chọn h=0,8 :chiều cao cho phép ở đỉnh và đáy H=10,84(m). CHƯƠNG III. TÍNH TRỢ LỰC CỦA THÁP Sức cản thủy học của tháp đệm đối với hệ hơi lỏng được xác định theo công thức sau: (N/m2) (IX.118_sổ tay II) A = 5,15: hệ số : tổn thất áp suất khi đệm ướt tại điểm đảo pha có tốc độ của khí đi qua đệm khô (N/m2) : tổn thất áp suất của đệm khô[ N/m2] ,: lượng lỏng, hơi trung bình đi trong tháp [kg/s] : độ nhớt trung bình của lỏng, hơi [N.S/m2] ,:khối lượng riêng trung bình của lỏng,hơi [kg/m3] Tổn thât áp suất của đệm kho tính theo công thức : [N/m2] (IX.119_sổ tay II) Vận tốc thực của khí trong lớp đệm (IX.120_sổ tay II) Trong đó H : chiều cao tháp đệm [m] :hệ số trở lực của đệm bao gồm cả trở lực ma sát và trở lực cục bộ,với các loại đệm khác nhau thì xác định theo công thức thực nghiệm khác nhau : Tốc độ của hơi tính trên toàn bộ tiết diện của tháp [m/s] : bề mặt riêng của đệm [m2/m3] : thể tích tự do của đệm [m3/m3] Tổn thất áp suất của đệm khô xác định theo công thức sau ( chọn > 40 nghĩa là đệm đổ lộn xộn) [N/m2] (IX.121_sổ tay II). I . Trở lực cho đoạn luyện Các số liệu đã có : Tốc độ bay hơi wy= 2,79 [m/s] = 3875,3 [kg/h] = 4033,066 [kg/h] = 975,51 [kg/m3] = 0,3095 [kg/m3] = 0,5937 [10-3.N.s/m2] = 0,3095 [10-3.N.s/m2] Vận tốc của hơi trong đệm = 3,93 [m/s] =24478,215 [N/m2] = 54799,26 [N/m2] II . Trở lực của đoạn chung Vận tốc thực của hơi trong đệm w1'= 4,46[m/s] = 53447,76 [N/m2] = 112754 [N/m2] Vậy trở lực của toàn tháp là : = 53447,76 +112754 = 167553,27 [N/m2] CHƯƠNG 4 CÂN BẰNG NHIỆT LUYỆN CHO QUÁ TRÌNH CHƯNG LUYỆN I . Cân bằng nhiệt lượng cho thiết bị gia nhiệt hổn hợp [J/h] Trong đó : * Nhiệt lượng do hơi đốt mang vào [J/h] : lượng hơi đốt [kg/h] : Ẩn nhiệt hoá hơi của hơi đốt [J/kg] : hàm nhiệt (nhiệt lượng riêng) của hơi đốt [J/kg] : nhiệt độ nước nhưng [0C] : nhiệt dung riêng của nước ngưng [J/kg.âäü] * Nhiệt lượng do hổn hợp đầu mang ra [J/h] F : lượng hổn hợp đầu [kg/h] : nhiệt dung riêng của hổn hợp khí đi ra [J/kg. độ] : nhiệt độ của hổn hợp khí ra khỏi hổn hợp khí đun nóng [0C] * Nhiệt lượng do hổn hợp đầu mang vào [J/h] : nhiệt dung rieng của hổn hợp đầu [J/kg. độ] : nhiệt độ đầu của hổn hợp [0C] * Nhiệt lượng do nước ngưng mang ra [J/h] : lượng nước ngưng ,bằng lượng hơi đốt [kg/h] * Nhiệt lượng mất ra môi trường xung quanh lấy bằng 5% nhiệt tiêu tốn [J/h] *Lượng hơi đốt (lượng hơi nước) cần thiết để đun nóng dung dịch đầu đến nhiệt độ sôi là : [kg/h] Để đảm bảo đun nóng ở đáy tháp được liên tụcvới hiệu suất cao,ta chọn hơi đốt là hơi nước bảo hoà có nhiệt độ là125 0C và ở áp suất 2,37 atm Nhiệt dung riêng của CH3COOH ở 100,6 0C = 2433,2 [J/kg. độ] Nhiệt dung riêng cuar H2O ở 100,6 0C = 4219,4 [J/kg.âäü] Nhiệt dung riêng của hổn hợp ra khỏi thiết bị đun nóng CF= 0,75.4219,4 + 0,25.2433,2 = 3772,85 [J/kg. độ] Chọn nhiệt độ của hổn hợp đẩu trước khi vào thiết bị đun nóng là 28 0C , ta có : Nhiệt dung riêng của nước ở 28 0C là (áp suất kq) = 4181,8 [J/kg. độ] Nhiệt dung riêng của CH3COOH ở 28 0C là (áp suất kq) = 2096,82 [J/kg. độ] Vậy nhiệt dung riêng của hổn hợp vào thiết bị gia nhiệt là : Cf = 0,75.4181,8 + 0,25.2096,82 = 3660,6 (J/kg. độ) Ở 125 0C ẩn nhiệt hoá hơi của hơi nước là r1 = 523,5 (kcal/kg) = 2194.103 [J/kg] Vậy lượng hơi đốt cần để đun hổn hợp đầu đến nhiệt độ sôi là : D1== 334,193 [kg/h] Nhiệt lượng do hơi đốt mang vào là: QD1 = D1.r1 = 234,193.2194.103 = 733219315 [J/h] II . Cân bằng nhiệt lượng cho tháp chưng luyện Lượng hơi đốt cần thiết để đun sôi hổn hợp ở đáy tháp được xác định theo biểu thức sau : D2 = [kg/h] Trong đó D2 :lượng hơi đốt cần thiết [kg/h] : Nhiệt lượng của hơi mang ra khỏi đỉnh tháp [J/h] : nhiệt lượng của sản phẩm đáy [J/h] : nhiệt lượng mất mát ra môi trường xung quanh , = 5%. [J/h] : nhiệt lượng của lỏng hồi lưu [J/h] : nhiệt lượng do hổn hợp đầu mang vào [J/h] : ẩn nhiệt hoá hơi của hơi đốt [J/kg] 1. Nhiệt lượng của hơi mang ra khỏi đỉnh tháp Hơi ra khỏi đỉnh có nhiêt độ là tp = 100,2 0C = P.(1+ Rx). [J/h] P = 1505,64 [kg/h] : lượng sản phẩm đỉnh . Rx : chỉ số hồi lưu (Rx = 1,378) : nhiệt lượng riêng của hổn hợp hơi [J/kg] Với : ,: là nồng độ phần khối và nhiệt lượng riêng của H2O trong hơi : nhiệt lượng riêng của CH3COOH trong hơi [J/kg] ở 100,20C = = 538,94 (kcal/kg) = 2256,43.103 [J/kg] = 4218,87 [J/kg. độ] = 2256,43.103 + 4218,87.100,2 = 2679,16.103 [J/kg] = 96,99.4,181.03 = 406,07.103 [J/kg] = 2430,52 [J/kg. độ] = 406,07.103 + 2430,52.100,2 = 649,608.103 [J/kg] = 0,9.2679,16.103 +0,1. 649,608.103 = 2458,2048.103 [J/kg] Vậy: = 1505,64.2,378.2458,2048 = 8801,386.106 [J/h] 2 . Nhiệt lượng của sản phẩm cháy Sản phẩm đáy sôi ở 108,3 0C = [J/h] mà: Nhiệt dung riêng của H2O ở 108,3 0C là: = 2,07467 [J/kg. độ] Nhiệt dung riêng của CH3COOH ở 108,3 0C : = 2644,18 [J/kg. độ] :nồng độ phần khối lượng của H2O trong sản phẩm đáy = 0,1.2074,67 + 0,9.2644,18 = 2587,23 [J/kg. độ] = 347,46.2587,23.108.3= 97,3573.106 [J/h] 3 . Nhiệt lượng do lỏng hồi lưu mang vào tháp Ta xem quá trình ngưng tụ của sản phẩm đỉnh là đẳng nhiệt (nghĩa là nhiệt độ của lỏng hồi lưu vào tháp là100,1 0C ) P.Rx.tx.Cx [J/h] Rx =1,378, P = 1505,64 [kg/h] Cx= 0,968.4207,82 + 0,032.2373 = 4149,106 [J/kg. độ] 1505,64.1,378.90.4149,106 = 774,76.106 [J/h] Nhiệt lượng của hổn hợpđầu mang vào tháp = 1853,1.3772,85.106 = 703,34.106 [J/h] CF :nhiệt dung riêng của hổn hợp ra khỏi thiết bị đun nóng. Lượng hơi đốt cần thiết để đun sôi hổn hợp ở đáy tháp D2 = D2= D2= 3560,3 [k