Thiết kế tháp chưng luyện liên tục loại tháp đĩa chóp để phân tách hỗn hợp axeton và nước 4938206

Trường ĐH Công Nghiệp Hà Nội – Khoa CN Hóa
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI
KHOA CÔNG NGHỆ HÓA HỌC
ĐỒ ÁN MÔN QUÁ TRÌNH THIẾT BỊ
BỘ MÔN QUÁ TRÌNH -THIẾT BỊ

THIẾT KẾ THÁP CHƯNG LUYỆN LIÊN TỤC LOẠI THÁP ĐĨA
CHÓP ĐỂ PHÂN TÁCH HỖN HỢPAXETON VÀ NƯỚC
Giáo viên hướng dẫn: Thầy NGUYỄN VĂN HOÀN
Sinh viên:THIỀU THỊ YÊN
Mã sinh viên: 0941120162
Lớp: CÔNG NGHỆ HÓA 3 – K9
Hà Nội – 2017
GVHD: THẦY NGUYỄN VĂN HOÀN - SV: Thiều Thị Yên – 0941120162
– CNH3 - K9 1

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
Độc lập – Tự do – Hạnh phúc

Đồ án môn học quá trình và thiết bị
I) ĐẦU ĐỀ THIẾT KẾ:
Thiết kế tháp chưng liên tục loại tháp đĩa chóp để phân tách hỗn hợp Axeton –
Nước
II) CÁC SỐ LIỆU BAN ĐẦU:
+ Hỗn hợp cần tách: CH3COCH3 –H2O
+ Năng suất tính theo hỗn hợp đầu: F= 8,645 (tấn/h)
+ Nồng độ cấu tử dễ bay hơi trong:
- Hỗn hợp đầu: aF = 0,3 (phần khối lượng)
- Sản phẩm đỉnh: ap = 0,95 (phần khối lượng)
- Sản phẩm đáy: aw = 0,2 (phần khối lượng)
+ Tháp làm việc ở áp suất thường.
+ Hỗn hơp đầu được gia nhiệt đến nhiệt độ sôi.
III) NỘI DUNG CÁC PHẦN THUYẾT MINH VÀ TÍNH TOÁN:
1/ Giới thiệu chung: + Mở đầu và giải thích về hỗn hợp được chưng luyện.
+ Vẽ và thuyết minh dây chuyền sản xuất.
2/ Tính toán thiết bị chính:
+ Tính toán cân bằng vật liệu toàn thiết bị
+ Tính đường kính tháp
+ Tính chiều cao tháp
+ Tính trở lực của tháp
+ Tính cân bằng nhiệt
– CNH3 - K9 2

3/ Tính thiết bị phụ:
+ Thiết bị gia nhiệt hỗn hợp đầu
+ Tính bơm
+ Tính thùng cao vị
+ Tính toán cơ khí và lựa chọn
-Bề dày thiết bị
-Tính đường kính các ống dẫn
-Tính đáy và nắp thiết bị
tan hoà -Chọn bích ghép
-Tính toán giá đỡ và tai treo
4/ Kết luận chung.
5/ Tài liệu tham khảo.
IV) CÁC BẢN VẼ VÀ ĐỒ THỊ:
+ Bản vẽ dây chuyền sản xuất A4
+ Bản vẽ thiết bị chính và lắp giáp A0
Nhận Xét Của Giáo Viên Hướng Dẫn

......................................................................................................................................
– CNH3 - K9 3

......................................................................................................................................
......................................................................................................................................
......................................................................................................................................
......................................................................................................................................
......................................................................................................................................
......................................................................................................................................
......................................................................................................................................
......................................................................................................................................
......................................................................................................................................
......................................................................................................................................
Hà Nội, ngày … tháng … năm 2017.
Người nhận xét.
LỜI MỞ ĐẦU
Chúng ta đang sống trong thế giới với khoa học kỹ thuật ngày càng phát
triển. Trong ngành công nghệ vật liệu mới không thể không nhắc đến ngành
công nghiệp hóa học, bởi công nghệ hoá thuộc lĩnh vực công nghệ đòi hỏi kỹ
thuật cao, mức độ phát triển công nghệ này được coi như một chỉ thị về trình độ
phát triển của một đất nước.
Nhận thấy rõ sự phát triển như vũ bão của ngành công nghệ hóa học, với
lối tư duy nhạy bén và sáng tạo, khoa Công nghệ Hóa Trường Đại Học Công
Nghiệp Hà Nội đã đào tạo ra những sinh viên chuyên ngành Hóa. Điều đó không
chỉ cung cấp cho đất nước đội ngũ những công nhân lành nghề, thợ kỹ thuật có
tay nghề cao mà nó còn mở cơ hội việc làm cho giới trẻ trong lĩnh vực khá mới
mẻ này.
Là một sinh viên khoa Công Nghệ Hóa, chúng em được trang bị rất nhiều
kiến thức cơ bản về các quá trình thiết bị của công nghệ sản xuất những sản
phẩm hóa học. Nhận được bản đồ án này là một cơ hội tốt để chúng em được tìm
hiểu về các quá trình công nghệ, được vận dụng những kiến thức đã được học và
– CNH3 - K9 4

mở rộng vốn kiến thức của mình, từ đó giúp chúng em có cái nhìn cụ thể hơn về
ngành nghề mình đã lựa chọn.
Công nghệ hóa học là một ngành giữ vị trí, vai trò quan trọng trong việc sản
xuất phục vụ cho nhiều lĩnh vực, cho mọi nghành kinh tế quốc dân, tạo tiền đề cho
nhiều ngành phát triển theo. Với nhiều phương pháp sản xuất khác nhau như lắng,
lọc, đun nóng, làm nguội, chưng luyện, hấp thụ, hấp phụ, trích ly, sấy khô, đông
lạnh…đã tạo ra rất nhiều sản phẩm đa dạng, phong phú đáp ứng nhu cầu ngày càng
lớn của con người. Đặc biệt được ứng dụng nhiều nhất là chưng luyện, nó được
ứng dụng trong nhiều ngành, lĩnh vực, đặc biệt là công nghệ lên men, công nghệ
tổng hợp hữu cơ, lọc - hóa dầu, công nghệ sinh học...
Vậy chưng cất là gì?quy trình công nghệ của nó như thế nào.ứng dụng của nó ra
sao,thiết bị vật sử dụng cho quy trình công nghệ này cần đảm bảo những yêu cầu
nào và phải được tính toán ra sao?Vì vậy em xin đi sâu vào nghiên cứu về quá
trình công nghệ và vận hành quy trình công nghệ của quá trình chưng luyện tháp
chóp để phân tách hỗn hợp axeton và nước.
Chưng là phương pháp dùng để tách hỗn hợp khí lỏng thành các cấu tử riêng
biệt dựa vào nhiệt độ sôi khác nhau của các cấu tử trong hỗn hợp. Khi chưng thu
được nhiều sản phẩm và thường có bao nhiêu cấu tử thì có bấy nhiêu sản phẩm.
Riêng đối với phương pháp chưng luyện hai cấu tử thì sản phẩm đỉnh gồm chủ yếu
là cấu tử dễ bay hơi còn sản phẩm đáy là cấu tử khó bay hơi.
Trong sản xuất ta thường gặp các phương pháp chưng khác nhau như:
chưng đơn giản, chưng bằng hơi nước trực tiếp, chưng chân không và đặc biệt
hơn là chưng luyện.
Chưng luyện là phương pháp thông dụng dùng để tách hoàn toàn hỗn hợp
các cấu tử dễ bay hơi có tính chất hòa tan một phần hoặc hòa n toàn vào nhau.
Chưng luyện ở áp suất thấp dùng cho các hỗn hợp dễ bị phân hủy nhiệt ở nhiệt
độ cao, các cấu tử dễ bay hơi và ngược lại.
ỨNG DỤNG
– CNH3 - K9 5

❖ Tách dầu mỏ tài nguyên khai thác dưới dạng lỏng
❖ Tách các hỗn hợp khí đã hóa lỏng
❖ Tách hỗn hợp chất hữu cơ trong tổng hợp hữu cơ. Trong công nghệ
sinh học, thực phẩm, các quá trình lên men sản xuất các sản phẩm như: rượu,
bia, nước ngọt…
Vì thế, đề tài ” Thiết kế hệ thống chưng cất Axeton –Nước “ của môn “Đồ
Án Quá Trình Thiết Bị” cũng là một bước giúp cho sinh viên tập luyện và chuẩn bị
cho việc thiết kế quá trình và thiết bị công nghệ trong lĩnh vực này.Để hoàn thành
đồ án này , thực sự em đã cố gắng rất nhiều . Song , vì đây là bước đầu làm quen
với công tác thiết kế nên chắc hẳn không tránh khỏi những sai sót
Cuối cùng , em xin chân thành cảm ơn các thầy cô trong bộ môn Quá Trình Thiết
Bị , đặc biệt là thầy Nguyễn Văn Hoàn , người đã trực tiếp hướng dẫn và giúp đỡ
em rất nhiều trong suốt thời gian thực hiện đồ án thiết kế.
PHẦN I. GIỚI THIỆU CHUNG
I. GIỚI THIỆU VỀ HỖN HỢP CHƯNG:
Axeton và nước là hai loại hoá chất quan trọng trong nghành công nghiệp hóa
chất.
1. Axeton:
Axeton có công thức phân tử: CH3 –CO-CH3,khối lượng phân tử: 58 đvC. Là
chất lỏng không màu,có mùi đặc trưng,tan nhiều trong nước.
* Một số thông số vật lý của axeton:
-Nhiệt độ sôi: 56,1o
C
-Nhiệt độ nóng chảy: - 94,6o
C
-Nhiệt dung riêng(Cp): 22 Kcal/mol (chuẩn ở 1020
C)
– CNH3 - K9 6

-Độ nhớt : 0,316 cp(ở 25o
C)
- Nhiệt trị : 0.5176 cal/g ( ở 200
C)
Axeton là một dung môi tốt cho nhiều chất hữu cơ aceton làm dung môi tốt đối với
các nitro xeluloza, acetyl xenluloza. Nó ít độc nên được dùng làm dung môi cả
trong công nghiệp dược phẩm và thực phẩm.,nó được sử dụng để tổng hợp nhiều
chất hưu cơ phần lớn được dùng làm dung môi nhất là trong công nghiệp sản xuất
nhựa, vecni, chất dẻo và nhiều sản phẩm tiêu dùng
* Tính chất hóa học đặc trưng của axeton:
Phản ứng chính của axeton chủ yếu vào nhóm cacbonyl(-CO-), ngoài ra còn có
phản ứng thế vào nhóm -CH3 . Dưới đây là một số ví dụ cụ thể:
-phản ứng ở nhóm –CO- : Axeton rất nghèo phản ứng, Xeton có phản ứng khử
giống andehit nhưng tạo ra ancol bậc II:
CH3-CO-CH3 + H2 --> CH3-CH(OH)-CH3
Xeton khó bị oxi hóa vì các gốc hidrocacbon đã cản trở không gian.Tuy nhiên nó
có thể bị oxi hóa bởi dung dịch thuốc tím đun nóng với axit sunfuric tạo ra hỗn hợp
các axit cacboxylic.
Phản ứng ở gốc hidrocacbon:
CH3-CO-CH3 + Br2 --> CH3-CO-CH2Br + HBr.
Lưu ý:Phản ứng trên xảy ra khi dùng brom khan và có xúc tác axit axetic đun
nóng
* Các phương pháp điều chế axeton:
1-oxi hóa hidrocacbon:khi đốt cháy chậm n-ankan ở pha khí ta có thể thu được
axeton
2-oxi hóa ancol:đây là phương pháp quan trọng nhất để điều chế hợp chất
cacbonyl
VD: CH3-CH(OH)-CH3 → CH3 –CO-CH3 +H2O
Propal-2-ol Axeton
– CNH3 - K9 7

3-oxi hóa cumen(chỉ riêng đối với của axeton)
C6H5-CH(CH3)2 +O2 → CH3 –CO-CH3 +C6H5-OH
2. Nước
Trong điều kiện bình thường : nước là chất lỏng không màu , không mùi, không
vị nhưng khối nước dày sẽ có màu xanh nhạt
 Khối lượng phân tử: 18 g/mol
 Khối lượng riêng d4
0
c : 1 g/ml
 Nhiệt độ nóng chảy: 0o
C
 Nhiệt độ sôi : 100o
C
 Độ nhớt ở 25o
C : 1,005.10-3
N.s/m2
Nước là hỗn hợp chất chứa phần lớn trên trái đất ( 3/4 diện tích trái đất là nước
biển) và rất cần thiết cho sự sống.
Nước là dung môi phân cực mạnh, có khả năng hòa tan nhiều chất và là dung môi
rất quan trọng trong kỹ thuật hóa học.
II. SƠ ĐỒ CHƯNG :
1. Chú thích các kí hiệu trong quy trình:
– CNH3 - K9 8

Trong đó:
1- Thùng chứa hỗn hợp đầu 6- Thiết bị ngưng tụ hồi lưu
2- Bơm 7- Thiết bị làm lạnh sản phẩm đỉnh
3- Thùng cao vị 8- Thùng chứa sản phẩm đỉnh
4- Thiết bị gia nhiệt hỗn hợp đầu 9- Thiết bị gia nhiệt đáy tháp
5- Tháp chưng luyện 10- Thùng chứa sản phẩm đáy
11- Lưu lượng kế
– CNH3 - K9 9

2 . Thuyết minh dây chuyền sản xuất:
Dung dịch đầu ở thùng (1) được bơm (2) bơm liên tục lên thùng cao vị (3), mức
chất lỏng cao nhất ở thùng cao vị được khống chế nhờ ống chảy tràn, từ thùng cao vị
dung dịch được đưa vào thiết bị đun nóng (4) qua lưu lượng kế (11), ở đây dung dịch
được đun nóng đến nhiệt độ sôi bằng hơi nước bão hoà, từ thiết bị gia nhiệt (4) dung dịch
được đưa vào tháp chưng luyện (5) nhờ đĩa tiếp liệu, trên đĩa tiếp nhiên liệu chất lỏng
được trộn với phần lỏng từ đoạn cất của tháp chảy xuống . Trong tháp hơi, đi từ dưới lên
gặp chất lỏng 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 dưới càng giảm nồng độ các cấu tử dễ
bay hơi vì đã bị pha hơi tạo nên từ nồi đun 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 các cấu tử có nhiệt độ sôi cao là
nước sẽ ngưng tụ lại, cuối cùng trên đỉnh tháp ta thu được hỗn hợp cấu tử axeton chiếm
nhiều nhất. Hơi đó đi vào thiết bị ngưng tụ hồi lưu (6), ở đây nó được ngưng tụ lại.
Một phần chất lỏng đi qua thiết bị làm lạnh (7) để làm lạnh đến nhiệt độ cần
thiết rồi đi vào thùng chứa sản phẩm đỉnh (8), một phần khác hồi lưu về tháp ở đĩa trên
cùng.
Chất lỏng đi từ trên xuống gặp hơi có nhiệt độ cao hơn, một phần cấu tử có
nhiệt độ sôi thấp được bốc hơi và do đó nồng độ cấu tử khó bay hơi trong chất lỏng
ngày càng tăng và cuối cùng ở đáy tháp ta thu dược hỗn hợp lỏng gồm hầu hết là cấu
tử khó bay hơi. Chất lỏng đi ra khỏi tháp được làm lạnh rồi đi vào thùng chứa sản
– CNH3 - K9 10

phẩm đáy (10). Như vậy với thiết bị làm việc liên tục thì hỗn hợp đầu được đưa vào
liên tục và sản phẩm cũng được tháo ra liên tục.
-Tháp chóp:
Ưu điểm : hiệu suất truyền khối cao , ổn định , ít tiêu hao năng lượng hơn nên có
số mâm ít hơn.
Nhược điểm : chế tạo phức tạp , trở lực lớn
3 .Các kí hiệu trước khi tính:
GF: Lượng hỗn hợp đầu đi vào tháp (Kg/h)
GP: Lượng sản phẩm đỉnh (Kg/h)
GW: Lượng sản phẩm đáy (Kg/h)
F: Lượng hỗn hợp đầu, (Kmol/h)
P: Lượng sản phẩm đỉnh, (Kmol/h)
W : Lượng sản phẩm đáy, (Kmol/h)
a : Nồng độ phần khối lượng, (Kg nước/Kg hỗn hợp)
x : nồng độ phần mol, ( Kmol nước/ Kmol hỗn hợp)
M : Khối lượng phân tử, (Kg/Kmol)
: Khối lượng riêng, (Kg/Kmol)
: Độ nhớt, (Ns/m2
)
- Các chỉ số F,P,W : tương ứng chỉ đại lượng đo thuộc hỗn hợp đầu, sản phẩm
đỉnh, sản phẩm đáy của hỗn hợp Axeton-Nước.
- Các chỉ số A,B,x,y,hh : tương ứng chỉ đại lượng thuộc cấu tử. Axeton-Nước,
thành phần lỏng, thành phần hơi và hỗn hợp.
– CNH3 - K9 11

- Ngoài ra còn nhiều ký hiệu khác được định nghĩa tại chỗ.
PHẦN II. TÍNH TOÁN THIẾT BỊ CHÍNH
I. TÍNH CÂN BẰNG VẬT LIỆU TOÀN THIẾT BỊ
1. Tính toán cân bằng vật liệu:
S
ơ
đồ hệ thống tháp chưng.
Hỗn hợp đầu vào F(CH3COCH3-H2O) được tách thành sản phẩm đỉnh P(CH3COCH3)
và sản phẩm đáy W(H2O) ở đĩa trên cùng có một lượng lỏng hồi lưu, ở đáy tháp có
thiết bị đun sôi, lượng hơi đi ra đỉnh tháp là D.
+ Theo phương trình cân bằng vật liệu cho toàn tháp:
F = P + W
+ Phương trình cân bằng vật liệu cho riêng cấu tử dễ bay hơi (CH3COCH3):
F.aF = P.aP + W.aW
– CNH3 - K9 12
DU
D0
F,xF
D,yD
P,xP
L0
LU
W,xW

- Lượng sản phẩm đáy:
W = F . f(a-a,a-a = 8645. = 7492,333(kg/h)
- Lượng sản phẩm đỉnh:
P = F - W = 8645-7492,333=1152,667 (kg/h)
Đổi nồng độ phần khối lượng sang phần mol
Áp dụng công thức:
x =
Maxeton= 58 (kg/kmol) ,MNước= 18 (kg/kmol).
→ xF = = = 0,117 (phần mol)
xP = = = 0,855 (phần mol)
xW = = = 0,072 (phần mol)
Đổi lượng F , P ,W ra (kmol/h):
* Khối lượng trung bình của hỗn hợp đầu vào, sản phẩm đỉnh, sản phẩm đáy
là:
- Công thức tính: M = x.MA + ( 1- x).MB
M: khối lượng phân tử trung bình của hỗn hợp (kg/kmol)
x: nồng độ phần mol của cấu tử dễ bay hơi trong hỗn hợp
MA, MB: lần lượt là khối lượng phân tử của Axeton và nước.
- khối lượng phân tử trung bình của hỗn hợp vào tháp là:
MF =xF.MA+(1-xF).MB
- khối lượng phân tử trung bình của sản phẩm đỉnh là:
MP = xP.MA+(1-xP).MB
khối lượng phân tử trung bình của sản phẩm đáy là:
MW = xW.MA+(1-xW).MB
– CNH3 - K9 13

lượng hỗn hợp đầu F’, lượng sản phẩm đỉnh P’, lượng sản phẩm đáy W’ tính
theo phần mol là:
GF = F’ = = f(F, = = 381,173 (kmol/h)
GP =P’ = = f(P, = = 22,082 (kmol/h)
GW =W’ = f(W, = = =358,828 (kmol/h)
2. Xác định chỉ số hồi lưu tối thiểu:
Dựng đường cân bằng theo số liệu đường cân bằng tra ở đường cân bằng lỏng- hơi và
nhiệt độ sôi của 2 cấu tử ở 760 mmHg ( tính theo % số mol ) của CH3COCH3-H2O
(Bảng IX. 2a_ 149_STQTTB tập II )
X 0 5 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
Y 0 60.
3
72 80.
3
82.
7
84.
2
85.
5
86.
9
88.
2
90.
4
94.
3
100
T 100 77.
9
69.
6
64.
5
62.
6
61.
6
60.
7
59,
8
59 58.
2
57.
5
56.
9
+ Đường cân bằng lỏng-hơi của Axeton-nước:
– CNH3 - K9 14

- Vẽ đường thẳng y =x , xác định xP, xF, xW trên đồ thị và vẽ đường cân bằng
y*
= f(x)
Dựa vào bảng số liệu trên
- Từ xF kẻ đường thẳng song song với trục y và cắt đường cân bằng tại A. từ A
kẻ đường song song với trục x cắt trục y tại B . Xác định trên đồ thị có
y*F = 0,734
Áp dụng công thức : Rmin =
- Xác định chỉ số hồi lưu làm việc (Rx)
Rx = .Rmin
– CNH3 - K9 15

Trong đó : hệ số dư
= (1,2 Rmin
Ứng với mỗi giá trị của ta được một giá trị Rx . Thay Rx ta có đường nồng độ
làm việc của đoạn luyện và đoạn chưng.
Dưới đây là các đồ thị xác định số đĩa lý thuyết trên cơ sở đường cân bằng.
Đường làm việc đoạn luyện đi qua điểm (xp,yp) và cắt trục tung tại điểm có tung
độ là . Đường làm việc đoạn chưng đi qua giao điểm của đường làm việc đoạn
luyện với đường xF = const và điểm (xw, yw). vẽ các tam giác như hình ta thu
được số đĩa lý thuyết (Nlt).
+ β = 1,2→ Rx = 0,2352. Số đĩa lý thuyết Nlt = 4.
– CNH3 - K9 16

– CNH3 - K9 17

– CNH3 - K9 18

– CNH3 - K9 19

– CNH3 - K9 20

+ β = 2,0→ Rx = 0,392. Số đĩa lý thuyết Nlt= 3.
– CNH3 - K9 21

+ β = 2,2→ Rx = 0,4312. Số đĩa lý thuyết Nlt = 3
– CNH3 - K9 22

+ β = 2,4→ Rx = 0,4704. Số đĩa lý thuyết Nlt= 3.
– CNH3 - K9 23

– CNH3 - K9 24

Ta có bảng số liệu sau:
Với B =
B (
1,2 0,2352 0,692 4 4,9408
1,3 0,2548 0,681 4 5,0192
1,4 0,2744 0,671 4 5,0976
1,5 0,294 0,661 4 5,176
1,6 0,3136 0,651 3 3,9408
1,7 0,3332 0,641 3 3,9996
1,8 0,3528 0,632 3 4,0584
1,9 0,3724 0.623 3 4,1172
2,0 0,392 0,614 3 4,176
2,1 0,4116 0,606 3 4,2348
2,2 0,4312 0,597 3 4,2936
2,3 0,4508 0,589 3 4,3524
2,4 0,4704 0,581 3 4,4112
2,5 0,49 0,574 3 4,47
– CNH3 - K9 25

Dựng đồ thị quan hệ giữa RX – Nlt(Rx + 1):
Ta thấy Rx = 0,3136 có:
Nlt.(Rx+1) = 3,9408 có giá trị nhỏ nhất ( thể tích tháp nhỏ nhất ) → Rth =
0,3136 ( Số đĩa lý thuyết là 3 )
– CNH3 - K9 26

2.2 Phương trình làm việc của đoạn luyện :
- Phương trình cân bằng vật liệu:
D0 = L0 + P
Trong đó : D0 : lượng hơi đi từ dưới lên
L0 : lượng lỏng hồi lưu đi từ trên xuống
- Phương trình cân bằng vật liệu cho cấu tử dễ bay hơi là:
D0.y = L0.x+ P.xP
( L0 + P).y = L0.x+ P.xP
(1)
Đặt
0
x
L
R
P

:chỉ số hồi lưu
Biến đổi phương trình (1) theo Rx ta được:
1
1 1
x
P
x x
R
y x x
R R
 
�
 
Với :
y : nồng độ phần mol cấu tử dễ bay hơi trong pha hơi đi từ dưới lên.
x : nồng độ phần mol cấu tử dễ bay hơi trong pha lỏng chảy từ đĩa xuống.
Rx : chỉ số hồi lưu.
Thay số vào ta có :
2.3 Phương trình làm việc đoạn chưng:
– CNH3 - K9 27

- Phương trình cân bằng vật liệu:
Du = Lu –w
- Phương trình cân bằng vật liệu cho cấu tử dễ bay hơi:
Du.y = Lu.x – w.xw
(Lu – w).y = Lu.x – w.xw
Mà
0 0
' '
' '
u
L L F L P w
w F P
    
�
�
 
�
Thay vào ta có : (P’+ L0).y= (F’+L0).x – (F’-P’).xw
0
0 0
' ' '
' '
w
L F F P
y x x
L P L P
 
 
�
 
Đặt :
0
'
L
R
P

,
'
'
F
f
P

1
1 1
w
R f f
y x x
R R
 
 
�
  (2)
Trong đó:
Thay vào biểu thức số(2) với xw=0,072 ta có :
II-TÍNH ĐƯỜNG KÍNH THÁP :
Đường kính của tháp được xác định theo công thức:
– CNH3 - K9 28

GR
gđ
GF
xF GP
xP
G1’, y1’ = yW
G1
x1 = xF
GW
xW
g1, y1
D = 0,0188. m (STQTTB tập II-181)
gtb: lượng hơi đi trong tháp( lượng trung bình) Kg/h
y: khối lượng riêng trung bình Kg/m3
wy: tốc độ hơi đi trung bình trong tháp Kg/m2
.s
Vì lượng hơi và lượng lỏng thay đổi theo chiều cao mỗi đoạn nên ta phải tính
lượng hơi trung bình cho từng đoạn
1. Tính lưu lượng các dòng pha đi trong tháp: (có thể hiểu rằng P’=Gp)
1.1 Xác định lưu lượng hơi trung bình đi trong đoạn luyện:
– CNH3 - K9 29

Lượng hơi trung bình đi trong tháp chưng luyện có thể tính gần đúng bằng trung bình
cộng của lượng hơi đi ra khỏi đĩa trên cùng của tháp và đĩa dưới cùng của đoạn luyện
gtb =
gtb: lượng hơi trung bình đi trong đoạn luyện [ kmol/ h ]
gđ: lượng hơi đi ra khỏi đĩa trên cùng của tháp [kmol/ h]
g1: lượng hơi đi vào đĩa dưới cùng của đoạn luyện [ kmol/ h]
+Lượng hơi ra khỏi đỉnh tháp: gđ = GR + GP = GP.(Rx +1)
Với:
GP: lượng sản phẩm đỉnh [ kmol/h ]
GR: lượng chất lỏng hồi lưu [ kmol/ h ]
Rx: chỉ số hồi lưu thích hợp
Thay số ta được:
gđ = GR + GP = GP.(Rx +1)= 22,082.(0,3136 +1)
= 29,007 (kmol/h)
+Lượng hơi đi vào đoạn luyện
Lượng hơi g1, hàm lượng hơi y1 và lượng lỏng G1 đối với đĩa thứ nhất của đoạn luyện
được xác định theo phương trình cân bằng vật liệu: Phương trình cân bằng vật liệu đối
với cấu tử dễ bay hơi:
g1 = G1 + GP ( 1 )
Phương trình cân bằng vật liệu đối với cấu tử dễ bay hơi:
g1.y1 = G1 + GP ( 2 )
Phương trình cân bằng nhiệt lượng:
g1. r1 = gđ.rđ ( 3)
– CNH3 - K9 30

Ta có hệ phương trình:
Trong đó r1: ẩn nhiệt hóa hơi của hỗn hợp đi vào đĩa.
rđ: ẩn nhiệt hóa hơi của cấu tử hỗn hợp hơi ra đỉnh tháp.
x1 = xF = 0,117 phần mol.
yđ = xP = 0,855 phần mol.
Từ bảng cân bằng lỏng hơi và nhiệt độ của hỗn hợp 2 cấu tử Axeton và nước ở 1 at
(STQTTB tập II-148) :tF =
2 1
F 1 1
2 1
(x x )
t t
t
x x

 
 (a)
x% x1 xF x2
x% 10 11,7 20
t0
C t1 tF t2
t0
C 69,6 ? 64,5
Ta sử dụng công thức nội suy (a) nhiệt độ sôi của hỗn hợp đầu ta thu được:
tF = 68,733 0
C
r1 = rA.y1 + (1–y1).rB
rđ = rA.yđ + (1–yđ).rB
Với rA : ẩn nhiệt hóa hơi của cấu tử nguyên chất axeton.
rB : ẩn nhiệt hóa hơi của cấu tử nguyên chất nước.
Tính rl :
Bảng cân bằng lỏng hơi của axeton và nước cần nội suy và từ tF = 68,733o
C tra bảng
I.212- STQTQB T1- trang 254:
– CNH3 - K9 31

t0
C t1 tF t2
T 60 68,733 100
R r1 rx r2
rA=rCH3COCH3 124 rA=r CS2=? 113
rB=rH2O 579 rA=r CCl4=? 539
Sử dụng công thức nội suy tìm ẩn nhiêt hóa hơi cho CH3COCH3 và H2O :
rx=
2 1
F 1 1
2 1
( )
r r
t t r
t t

 
 (b)
Áp dụng công thức (b) cho CH3COCH3 và H2O ta có :
Thay giá trị rA và rB vào biểu thức r1 ta có
→ r1 = rA.y1 + (1–y1).rB =(rA- rB)y1+ rB
= 7052,684.y1 + 10264,806.(1– y1) = 10264,806 – 3212,122.y1
- Tính rđ:
x% x1 xP x2
x% 80 85,5 90
t0
C t1 tP t2
t0
C 58,2 ? 57,5
Nhiệt độ sôi của hỗn hợp đỉnh (yđ = xP = 0,855): Từ bảng thành phần cân bằng
lỏng-hơi (CH3COCH3-H2O) ở 1at bảng IX2a ( STQTTB tập II-149), nội suy theo công
thức (a) trang 32 (với tF thay bằng tP) ta có:
– CNH3 - K9 32

tP =
2 1
1 1
2 1
(x x )
P
t t
t
x x

 

o
C
Nội suy theo bảng r – to
(I-254) với to
= 57,815C :
t0
C t1 tP t2
T 20 57,815 60
R r1 rx r2
rA=rCH3COCH3 132 rA=r CH3COCH3=? 124
rB=rH2O 584 rA=rH2O=? 579
- Áp dụng công thức nội suy (b) cho axeton-nước (thay tF bằng tP) ta có :
→r = 124,437 (kcal/kg).MCH3COCH3 =124,437.58 = 7217,346 (kcal/kmol)
→rB = 579,273 (kcal/kg).MH2O = 579,273.18 = 10426,914(kcal/kmol)
 rđ = rA . yđ + rB (1 – yđ) =7217,346.0,855+ 10426,914.(1–0,855)
= 7682,733 (kcal/kmol)
Thay các giá trị tính được vào hệ :(1), (2) ,(3)
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
 
�
�
 
�
� 
�
– CNH3 - K9 33

F
g’x
g’1
G1, x1
W. xw
1
G
G1 = 5,747(kmol/ h)
Giải hệ → g1 = 27,829 (kmol/ h)
y1 = 0,703 (phần mol)
Thay y1 = 0,703 vào r1 :
r1 = 10264,806 –3212,122 y1 =10264,806–3212,122.0,703 = 8006,684 (kcal/kmol)
Lượng hơi trung bình đi trong đoạn luyện là :
(kmol/h)
Lượng lỏng trung bình đi trong đoạn luyện là :
= 6,336 (kmol/h)
1.2 Lượng hơi trung bình trong đoạn chưng : (có thể hiểu rằng W’=Gw)
g’tb =
Trong đó :
: lượng hơi đi ra khỏi đoạn
chưng ( kmol/ h )
: lượng hơi đi vào đoạn chưng
( kmol/ h )
– CNH3 - K9 34

Vì lượng hơi đi ra khỏi đoạn chưng bằng lượng hơi đi vào đoạn luyện = g1 , nên ta có
thể viết : gtb =
Phương trình cân bằng vật liệu :
1 1 w
G g G
� �
 
( 1’ )
Phương trình cân bằng vật liệu với cấu tử dễ bay hơi :
1 1
. . .
n W W W
G x g y G x
��
 
( 2’)
Phương trình cân bằng nhiệt lượng :
g’1 . r’1 = g1 . r1 (3’)
Lượng hơi đi vào đoạn chưng, lượng lỏng G’1 và hàm lượng lỏng x’1 được xác định
theo hệ phương trình cân bằng vật liệu và cân bằng nhiệt lượng như sau :
G’1 = g’1 + GW ( 1’ )
G’1 . x’1 = g’1 . yW + GW . xW ( 2’)
g’1 . r’1 = g1 . r1 (3’)
Trong đó :
r’1: ẩn nhiệt hóa hơi của hỗn hợp đi vào đĩa thứ nhất của đoạn chưng.
xW: thành phần cấu tử dễ bay hơi trong sản phẩm đáy.
r1: ẩn nhiệt hóa hơi của hỗn hợp đi vào đĩa trên cùng của đoạn chưng.
Ta có : GW = 358,828 (kmol/ h)
xW = 0,072 (phần mol)
-Tính r1
Ẩn nhiệt hóa hơi của hỗn hợp đi vào đĩa trên cùng đoạn chưng bằng ẩn nhiệt hóa hơi
đi vào đoạn luyện → r1 = 8006,684 (kcal/kmol)
-Tính r’1
– CNH3 - K9 35

r’1 = rA. y’1 + ( 1 – y’1 ) . rB
rA, rB : ẩn nhiệt hóa hơi của cấu tử nguyên chất ở to
= tW
r’1 : ẩn nhiệt hóa hơi của hỗn hợp ra khỏi đoạn chưng
y’1 = yW xác định theo đường cân bằng ứng với xW = 0,072 nội suy theo bảng cân bằng
lỏng hơi:
X x1 xw x2
x% 5 7,2 10
t0
C t1 tw t2
t0
C 77,9 tw =? 69,6
Ta có : tw=
2 1
1 1
2 1
(x x )
P
t t
t
x x

 

Ta được tW = 74,248o
C và
X x1 xw x2
x% 5 7,2 10
Y y1 yw y2
y% 60,3 yw =? 72
Ta có : yw=
2 1
1 1
2 1
(y y )
P
y y
y
x x

 

→yW = 0,654( phần mol)
– CNH3 - K9 36

Với tW = 74,248 o
C
- Với tW = 74,248 o
C ta sử dụng toán đồ I-65(trang 255- STQTTB Tập I ) đối với axeton
và sử dụng số liệu ở bảng I-213 trang 256 - STQTTB Tập I có:
- rA=rCH3COCH3 = 140 (kcal/kg) (theo toán đồ I-65 trang 255- STQTTB Tập I đối với
axeton là điểm 22 trong toán đồ)
- Sử dụng công thức nội suy ứng cho H2O sử dụng số liệu ở bảng I - 213 trang 256 -
STQTTB Tập I ta có :
t0
C t1 tW t2
t0
C 60 74,248 100
R r1 rx r2
rA=rH2O 124 rx =? 113
rB= rH2O =
2 1
W 1 1
2 1
( )
r r
t t r
t t

 

Vậy ta có:
rA = rCH3COCH3 = 140 (kcal/kg)= 140 (kcal/kg).58 = 8120 (kcal/kmol)
rB = rH2O =120,082 (kcal/kg)= 120,082 (kcal/kg).18 = 2161,476 (kcal/kmol)
→= rA. y’1 + ( 1 – y’1 ) . rB =( rA- rB) y’1 + rB
= 8120.0,072 + (1–0,072 ). 2161,476 = 2590,49(kcal/kmol)
Từ (3’) g’= g . f(r,r’ = 27,829. = 86,014(kmol/h)
Từ (1’) G’ = g’ + G = 86,014 + 358,828= 444,842(kmol/h)
Vậy:
→ g’1 = 86,014 (kmol/h)
G’1 = 444,842 (kmol/h)
– CNH3 - K9 37

G’1 . x’1 = g’1 . yW + GW . xW theo( 2’)
x’
l==
= 0,185 (phần mol)
Vậy lượng hơi trung bình đi trong đoạn chưng là
= = = 56,922 (kmol/h)
Lượng lỏng trung bình đi trong đoạn chưng
GtbC = = = 415,881 (kmol/h)
2. Vận tốc hơi đi trong tháp:
Tốc độ hơi ( khí ) trung bình đi trong tháp chóp xác định theo:
= 0,065. .
Trong đó:
: khối lượng riêng trung bình của lỏng (kg/m3
)
: khối lượng riêng của hơi (kg/ m3
)
h: khoảng cách giữa các đĩa (m)
2.1 Tính khối lượng riêng trung bình của pha lỏng:
ADCT : = [ kg/ m3
]
Trong đó:
: khối lượng riêng trung bình của lỏng [ kg/ m3
]
, : khối lượng riêng trung bình của axeton và nước trong pha lỏng lấy theo nhiệt độ
trung bình [ kg/ m3
]
atb1: phần khối lượng trung bình của trong pha lỏng:
– CNH3 - K9 38

a. Khối lượng riêng trung bình của pha lỏng trong đoạn luyện:
= +
Nồng độ trung bình của pha lỏng trong đoạn luyện:
Bảng số liệu trong bảng IX. 2a_STQTTB Tập II_145
x% x1 xtb1 x2
x% 40 48,6 50
t0
C t1 to
xtb t2
t0
C 61,6 ? 60,7
Nội suy từ bảng số liệu trong bảng IX. 2a_STQTTB Tập II_145 ta được:
to
xtb=
2 1
tb 1 1
2 1
( x )
t t
x t
x x

 

→to
xtbL = 60,826 o
C
Ứng với to
= 60,826o
C. Nội suy theo số liệu từ bảng I.2 trong STQTTB Tập I_9
t0
C t1 to
xtbL t2
T 60 60,826o
C 80
R 1 xtb 2
CH3COCH3 746 xtb(CH3COCH3)=? 719
H2O 983 xtb(H2O)=? 972
– CNH3 - K9 39

ta được:
xtb(A) =
o
2 1
xtb 1 1
2 1
( t )
t
t t
 


 

CH3COCH3 =xtb(CH3COCH3)= = 744,885 ( kg/ m3
)
H2O =xtb(H2O)= = 982,546 ( kg/ m3
)
Khối lượng riêng trung bình của pha lỏng trong đoạn luyện:(
1
xtb
 =
1
xtbL
 )
=
1 1
1 2
1
tb tb
xtb xtb
a a
 


Thay số vào ta có: =
→ = = 819,191 (kg/ m3
) (vì xtb
 = xtb

L )
b. Khối lượng riêng trung bình của pha lỏng trong đoạn chưng:
=
Trong đó:
: Khối lượng riêng trung bình pha lỏng ở đoạn chưng [kg/m3
]
,: Khối lượng riêng trung bình của axeton và nước trong pha lỏng lấy theo nhiệt độ
trung bình [ kg/ m3
]
atbC: Phần khối lượng trung bình của cấu tử axeton trong pha lỏng.
atbC = = = 0,25 (phần khối lượng)
Nồng độ trung bình của pha lỏng trong đoạn chưng
xtbC = = = 0,0945 (phần mol)
– CNH3 - K9 40

Với xtbC = 0,0945 phần mol, số liệu trong bảng IX.2a_STQTTB Tập II_145
x% x1 xtbC x2
x% 5 9,45 10
t0
C t1 to
xtb t2
t0
C 77,9 to
xtb =? 69,6
Sử dụng công thức nội suy để tính to
xtb
to
xtb =
2 1
tb 1 1
2 1
( x )
C
t t
x t
x x

 

ta được to
xtbC = 70,513 o
C
Ứng với to
xtb =70,513 o
C, nội suy số liệu ở bảng I.2_STQTTB Tập I_9
t0
C t1 to
xtbc t2
T 80 70,513 100
R 1 xtb 2
CH3COCH3 719 xtb(CH3COCH3)=? 693
H20 972 xtb(H2O)=? 958
ta được
xtb(A) =
o
2 1
xtb 1 1
2 1
( t )
t
t t
 


 

CH3COCH3=xtb(CH3COCH3)== 731,333( kg/ m3
)
H2O=xtb(H2O)== 978,641( kg/ m3
)
– CNH3 - K9 41

→ Khối lượng riêng trung bình của pha lỏng trong đoạn chưng là:
=
→ =
→ = = 902,356( kg/ m3
)
2.2 Tính khối lượng trung bình của pha hơi:
a. Khối lượng trung bình pha hơi ở đoạn luyện:
ADCT STQTTB II – 183
= [ kg/ m3
]
Trong đó
MA, MB : khối lượng phân tử của axeton và nước
T : nhiệt độ làm việc trung bình của tháp ( o
K )
ytbL: Nồng độ trung bình pha hơi trong đoạn luyện
ytbL = ( STQTTB II _ 183 )
yđL : Nồng độ pha hơi đầu đoạn luyện
yđL = y1 = y1 = 0,703 phần mol
ycL : Nồng độ pha hơi cuối đoạn luyện
ycL = yP = xP = 0,855 phần mol
→ ytbL = = = 0,779 (phần mol)
Khối lượng riêng trung bình của pha hơi đối với đoạn luyện là:
== = 1,795 (kg/m3
)
b. Khối lượng riêng trung bình của pha hơi ở đoạn chưng:
= [ kg/ m3
]
ytbC : Nồng độ trung bình pha hơi trong đoạn chưng.
– CNH3 - K9 42

ytbC =
yđC : Nồng độ pha đầu đoạn chưng
yđC = = yW = 0,654 phần mol
ycC : Nồng độ pha cuối đoạn chưng
ycC = y1 = 0,703 phần mol
ytbC = = = 0,679 phần mol
Khối lượng riêng trung bình của pha hơi đối với đoạn chưng là:
== = 1,602 [kg/m3
]
2.3 Sức căng bề mặt :
Sức căng bề mặt tính theo công thức:
= +
(Theo STQTTB tập I-trang 299)
Giả sử đường kính tháp nằm trong khoảng : 0,6 – 1,2 (m) h = (0,30,35)
chọn: h= 0,35 m (khoảng cách giữa các đĩa)
φ[]:Hệ số tính đến sức căng bề mặt.
Khi <20 dyn/cm thì φ[] = 0,8
Khi >20 dyn/cm thì φ[] = 1,0
+Đoạn luyện: ta có ttbL =60,826o
C
Tra bảng STQTTB tập I –trang 300:
- Đối với axeton
(40o
C) = 18,6(dyn/cm)
– CNH3 - K9 43

(60o
C) = 16,2 (dyn/cm)
t0
C t1 to
xtL t2
T 60 60,826o
C 80
 1  2
 18,6 (ttbL)=? 16,2
Sử dụng công thức nội suy ta có:
→(ttbL) = 18,501 (dyn/cm) (1)
- Đối với nước ta có:
(40o
C) = 66,2 (dyn/cm)
(60o
C) = 62,6 (dyn/cm)
t0
C t1 to
xtL t2
T 60 60,826o
C 80
 1 B 2
 66,2 B(ttbL)=? 62,6
(ttbL) = 66,051 (dyn/cm) (2)
Thay kết quả ở (1) và (2) vào biểu thức :
= + (I-299)
Với 1 =(ttbL) = 18,501 (dyn/cm)
– CNH3 - K9 44

2 =B(ttbL) = 66,051 (dyn/cm)
Thay số vào ta được :  = 14,453(dyn/cm)
Vì  =14,453(dyn/cm)< 20 (dyn/cm) φ[] = 0,8
Tốc độ khí của hơi đoạn luyện:
( .)tb = 0,065. φ[]. (kg/m.s ) (STQTTB Tập II-184)
Thay số: (  .)tbL = 0,065.0,8. = 1,18 (kg/m.s)
+ Đoạn chưng: t = 70,513 o
C
Tra bảng STQTTB tập I trang 300:
- Đối với axeton
(60o
C) = 18,6 dyn/cm
(80o
C) = 16,2 dyn/cm
t0
C t1 to
xtc t2
T 60 70,513 80
 1  2
 18,6 (ttbc)=? 16,2
(ttbC) = 17,338 (dyn/cm) (3)
- Đối với nước ta có:
(60o
C) = 66,2 (dyn/cm)
(80o
C) = 62,6 (dyn/cm)
– CNH3 - K9 45

t0
C t1 to
xtc t2
T 60 70,513 80
 1 B 2
 66,2 ? 62,6
(ttbL) = 64,308 (dyn/cm) (2)
Thay kết quả ở (1) và (2) vào biểu thức :
= + (I-299)
Với 1 = (ttbc) = 17,338 (dyn/cm)
2 = B(ttbc) = 64,308 (dyn/cm)
Thay số vào ta được :  = 13,656 (dyn/cm)
Vì  =13,656 (dyn/cm)< 20 (dyn/cm) φ[] = 0,8
Tốc độ khí của hơi đoạn chưng:
(.) = 0,065. φ[] . (kg/ m.s) (STQTTB Tập II-184)
Thay số: ( .) = 0,065.0,8. = 1,17 (kg/ m.s)
3. Đường kính đoạn luyện:
Đường kính đoạn luyện được tính theo công thức:
DL = 0,0188 .
Trong đó:
Khối lượng mol trung bình của pha hơi đoạn luyện:
– CNH3 - K9 46

= [ ytbL . MA + ( 1- ytbL ). MB ] (kg/ kmol)
Với ytbL =0,779 (phần mol) và MA= MCH3COCH3 = 58; MB = MH2O = 18
thay số ta có:
= [ ytbL . MA + ( 1- ytbL ). MB ] = [ 0,779.58+(1-0,779).18 ] = 49,16 (kg/ kmol)
Lượng hơi trung bình đi trong đoạn luyện đổi sang kg/ h
gtb = gtbL . = 28,418 ( kmol/h ). 49,16 (kg/ kmol)= 1397,029 (kg/h)
Thay các giá trị vào công thức :
DL = 0,0188 . = 0,0188. = 0,647 ( m ) ϵ d=(0,6-1,2)m
→điều giả sử là đúng
→ Quy chuẩn DL = 0,8 m
4. Đường kính đoạn chưng :
Đường kính đoạn chưng được tính theo công thức :
DC = 0,0188 . [ m ]
Trong đó
Khối lượng mol trung bình của pha hơi đoạn chưng
= ytbC . MA + (1 – ytbC ) . MB (kg/ kmol)
Với ytbC = 0,679 (phần mol) và MA=MCH3COCH3=58; MB=MH2O=18 ta có:
=ytbC.MA +(1 – ytbC ).MB = 0,679.58+(1-0,679).18= 45,16 (kg/kmol)
Lượng hơi trung bình đi trong đoạn chưng đổi sang kg/ h
gtb = gtbC . = 56,922 . 45,16 (kg/ kmol)= 2570,598(kg/h)
Thay các giá trị vào đường kính tháp
DC = 0,0188 . = 0,0188 . = 0,881( m ) ϵ d=(0,6-1,2)m
→điều giả sử là đúng
→ Quy chuẩn DC = 1,0 m
– CNH3 - K9 47

III. TÍNH CHIỀU CAO THÁP :
1.Hệ số khuếch tán:
1.1 Hệ số khuếch tán trong pha lỏng:
a. Hệ số khuếch tán trong pha lỏng ở 20o
C:
Hệ số khuếch tán trong pha lỏng ở 20o
C theo STQTTB II _ 133
= [ m2
/ s ]
A, B : Hệ số liên hợp của chất tan và dung môi (A= axeton và B= nước)
Tra bảng (VIIII-7 STQTTB-134) ta có: A = 1,15 ; B = 4,7
MA, MB : Khối lượng mol của axeton và nước [ kg/ kmol ]
: Độ nhớt của dung môi ở 20o
C [ kg/ m3
] :µH2O
µB,20ºC = 1 cP
vA, vB : Thể tích mol của axeton và nước ( cm3
/mol )
Tra bảng STQTTB TẬP II- trang 127 ta có thể tích nguyên tử của :
C = 14,8; H = 3,7; O trong xeton = 7,4
- Thể tích mol các chất tính theo công thức: V= ∑n.Vi
Trong đó: n : Số nguyên tủ cùng loại
Vi : thể tích nguyên tử
→νCH3COCH3=3.14,8 +6.3,7 + 7,4 = 74 ( cm3
/mol )
→ν H2O = 2.3,7+7,4 = 14,8( cm3
/mol )
→ = [ m2
/s ]
== 1,128.10-9
(m2
/s)
– CNH3 - K9 48

b. Hệ số khuếch tán ở nhiệt độ xác định t:
= . (II-134)
Hệ số nhiệt độ được tính theo công thức:
b =
3
0,2. 

: Độ nhớt của dung môi ở 20o
C [ cp ]
: ρH2O,20ºC Khối lượng riêng của dung môi ở 20o
C [ kg/m3
]
Tra bảng I.2 STQTTBT1 - trang 9 ta có ρH2O,20ºC = 998 kg/ m3
→ b = = 0,02
- Hệ số khuếch tán trong pha lỏng đoạn chưng: t = ttbC =70,513o
C
= . [ 1 + b.( t – 20 ) ]
= 1,128.10-9
.[ 1 + 0,02. (70,513 – 20 ) ] = 2,268.10-9
( m2
/s )
- Hệ số khuếch tán trong pha lỏng đoạn luyện : t = ttbL = 60,826 o
C
= . [1 + b.(t – 20)]
=1,128.10-9
.[ 1 + 0,02. (60,826 – 20 ) ]
=2,049.10-9
( m2
/s )
1.2 Hệ số khuếch tán trong pha hơi:
Hệ số khuếch tán của khí trong khí, theo STQTTB II _ trang 127
Dy = [ m2
/s ]
Trong đó :
P : Áp suất tuyệt đối của hỗn hợp P = Po = 1 ( at )
T : Nhiệt độ tuyệt đối của hỗn hợp ( o
K )
Với MA, MB : Khối lượng mol của axeton và nước [ kg/ kmol ]
– CNH3 - K9 49

- Hệ số khuếch tán trong pha hơi đoạn chưng: t = ttbC = 70,513o
C
DyC= = 1,669. 10-5
( m2
/s )
- Hệ số khuếch tán trong pha hơi đoạn luyện: t = ttbL = 60,826o
C
DyL == 1,598.10-5
( m2
/s )
2.Hệ số cấp khối:
2.1 Độ nhớt của hỗn hợp hơi:
ADCT STQTTB I _ 85 : =
 
1
2
1
1 2
1 .
.
.
hh
y M
y M
M
 


� �

� �
� �
Trong đó:
, , : Độ nhớt của hỗn hợp khí và các cấu tử thành phần.
Mhh : Trọng lượng phân tử của hỗn hợp khí.
M1, M2 : Trọng lượng phân tử hỗn hợp khí thành phần.
y : Nồng độ cấu tử tính bằng thể tích.
- Đoạn chưng : y = ytbC = = 0,679 ( phần mol)
Mhh = yC = 45,16 ( kg/ kmol)
– CNH3 - K9 50

– CNH3 - K9 51

Cách tìm:
Từ t = ttbC = 70,513 o
C và sử dụng toán đồ trang 117 hình I.35 :
Ta có tọa độ trong toán đồ của axeton là A(8,9 ;13)
Ta có tọa độ trong toán đồ của nước là A(8,0 ;16,0)
Ta kẻ 1 đường thẳng d từ giá trị t=ttbC = 70,513o
C đi qua điểm A(8,9 ;13).giao điểm
của đường thẳng d - A(8,9 ;13) và trục
 ở đâu. Đấy chính là giá trị
 cần tìm
CH3COCH3 ở t = ttbC = 70,513o
C→

CH3COCH3 =0,00875.10-3(Ns/m2)
Với H2Ota làm tương tự → H2O =0,0112.10
-3
( Ns/m2
)
→ CH3COCH3 = 0,00875.10
-3
( Ns/m2
)
→ H2O =0,0112.10
-3
( Ns/m2
)
- Độ nhớt hỗn hợp hơi đoạn chưng là :
=
 
1
2
1
1 2
1 .
.
.
hh
y M
y M
M
 


� �

� �
� �
= 45,16.
=9,002.10-6
( Ns/ m2
)
- Đoạn luyện : y = ytbL = 0,779 (phần mol)
Mhh = yL = 49,16 ( kg/ kmol)
Từ t = ttbL = 60,826 0
C làm tương tự như trên ta có :
→ = 0,011.10-3
( Ns/m2
) ; = 0,00845.10-3
( Ns/m2
)
-Độ nhớt hỗn hợp hơi đoạn luyện :
– CNH3 - K9 52

=
 
1
2
1
1 2
1 .
.
.
hh
y M
y M
M
 


� �

� �
� �
= 49,16.
= 1,074.10-5
( Ns/ m2
)
2.2 Độ nhớt của hỗn hợp lỏng:
Theo STQTTB I _ I.93 _84 : lg = x.
Trong đó :
, , : Độ nhớt động lực của hỗn hợp khí và các cấu tử thành phần.
x : Nồng độ mol của các cấu tử trong hỗn hợp
- Đoạn chưng: x = xtbC = 0,0945 ( phần mol)
Ta có t = ttbC =70,513o
C và bảng I.101 STQTTB I _91
t0
C t1 ttbC t2
T 60 70,513 80
  2

µCH3COCH3 0,23 µCH3COCH3=? 0,20
µH2O 0,469 µH2O=? 0,357
và nội suy theo cho bảng I.101 STQTTB I _91 cho từng cấu tử ta có:
X
 =
o
2 1
xtC 1 1
2 1

( t )
t
t t
 


 

→ = 0,214 cP = µCH3COCH3 ; = 0,410 cP= µH2O
→ Độ nhớt hỗn hợp lỏng đoạn chưng:
lg = x.
= 0,0945. lg 0,214 + (1 – 0,0945). lg 0,410
→ lg = -0,414
– CNH3 - K9 53

→ = 0,385 cP
- Đoạn luyện : x = xtbL = 0,486 ( phần mol)
Ta có t = ttbL = 60,826o
C và bảng I.101 STQTTB I _91:
t0
C t1 ttbL t2
T 60 60,826 80
  2

µCH3COCH3 0,23 µCH3COCH3=? 0,20
µH2O 0,469 µH2O=? 0,357
và nội suy theo cho bảng I.101 STQTTB I _91 cho từng cấu tử ta có:
X
 =
o
2 1
xt L 1 1
2 1

( t )
t
t t
 


 

→ = 0,229 cP= µCH3COCH3 ; = 0,464 cP = µH2O
→ Độ nhớt hỗn hợp lỏng đoạn luyện:
lg = x.
= 0,486 .lg 0,229+ ( 1 –0,486). lg 0,464
→ lg = -0,483→ = 0,329 cP
2.3 Chuẩn số Reynolt đối với pha hơi:
Theo STQTTB II _ trang 164: Rey =
Trong đó :
wy : Tốc độ hơi tính cho mặt cắt tự do của tháp ( m/s )
h: Kích thước dài, chấp nhận bằng 1 m
: Khối lượng riêng trung bình của hơi ( kg/ m3
)
: Độ nhớt trung bình của hơi ( Ns/m2
)
- Đoạn luyện:
Từ công thức tính đường kính: DL = 0,0188 .
– CNH3 - K9 54

→ wyL = = = 0,43 ( m/s )
Chuẩn số Reynolt đối với pha hơi đoạn luyện là:
Rey = = = 0,719.
- Đoạn chưng : DC = 0,0188 .
 
.
tb
y y tbC
g
w

→ wyC = = = 0,567( m/ s)
Chuẩn số Reynolt đối với pha hơi đoạn chưng là :
Rey = = = 0,101.
2.4 Chuẩn số Prand đối với pha lỏng:
Theo STQTTB II _ trang 165 : Prx =
Trong đó :
: Khối lượng riêng trung bình của lỏng ( kg/ m3
)
Dx : Hệ số khuếch tán trung bình cho pha lỏng ( m2
/ s )
: Độ nhớt trung bình của lỏng ( Ns/ m2
)
Ta có bảng sau:
Chỉ số ( kg/ m3
) Dx( m2
/ s ) (N.s/m2
)
Đoạn chưng 902,356 2,268.10-9
0,385.10-3
Đoạn luyện 819,191 2,049.10-9
0,329.10-3
- Chuẩn số Pran đối với pha lỏng đoạn chưng là:
PrxC = = = 188,122
- Chuẩn số Pran đối với pha lỏng đoạn luyện là :
PrxL = = 196,006
– CNH3 - K9 55

2.5 Hệ số cấp khối trong pha hơi:
Theo công thức tính cho đĩa chóp STQTTB II _ trang 164
=
Trong đó:
Dy : Hệ số khuếch tán trong pha hơi ( m2
/ s )
Rey : Chuẩn số Reynolt đối với pha hơi
Ta có bảng sau:
Chỉ số Dy( m2
/ s ) Re
Đoạn chưng 1,669.10-5
0,101.106
Đoạn luyện 1,598.10-5
0,719.105
- Hệ số cấp khối trong pha hơi đoạn chưng là :
= .(0,79.0,101.106
+ 11000) = 0,068
- Hệ số cấp khối pha hơi đoạn luyện là :
- = .(0,79.0,719.105
+ 11000) = 0,048
2.6 Hệ số cấp khối trong pha lỏng:
Theo công thức tính cho đĩa chóp STQTTB tập II – trang 165
=
Trong đó :
: Khối lượng riêng trung bình của lỏng [ kg/ m3
]
Dx : Hệ số khuếch tán trung bình pha lỏng [ m2
/ s ]
Mx : Khối lượng mol trung bình của lỏng [ kg/ kmol ]
– CNH3 - K9 56

Chỉ số Dx xtb Prx
Đoạn chưng 902,356 2,268.10-9
0,0945 188,122
Đoạn luyện 819,191 2,049.10-9
0,486 196,006
→ MxC = xtbC .MA +(1- xtbC)MB
= 0,0945.58+(1-0,0945).18 = 21,78 [ kg/ kmol ]
→ MxL = xtbL .MA +(1- xtbL)MB
= 0,486.58+(1-0,486).18 = 37,44 [ kg/ kmol ]
Hệ số cấp khối pha lỏng đoạn chưng:
xC
 = .188,1220,62
= 0,092
Hệ số cấp khối pha lỏng đoạn luyện là :
xL
 = .196,0060,62
=0,045
- Hệ số chuyển khối:
Áp dụng công thức II. 162 : Ky =
Trong đó : , : Hệ số cấp khối pha lỏng và hơi
m : Hệ số phân bố vật chất
Ky : Hệ số chuyển khối
3.1 Số đơn vị chuyển khối đối với mỗi đĩa:
myT = =
Trong đó :
Ttb : Nhiệt độ trung bình [ o
C ]
P , Po : Áp suất ở điều kiện 0o
C và ở Ttb
– CNH3 - K9 57

P = P0 vì tháp làm việc ở áp suất thường
wy : Tốc độ hơi qua mặt cắt tự do của thiết bị
= : Tỉ số chênh lệch diện tích làm việc và mặt cắt tự do của tháp (%)
Đối với tháp chóp f = F – ( fn. N +m. fch )
+ F : Mặt cắt tự do của thiết bị
F = = = 0,25.π (m2
)
+ fh : Mặt cắt ngang của ống hơi (m2
) ta có: fh =
dh : Đường kính ống hơi của chóp
Chọn đường kính ngoài dh = 0,05 m , chiều dày = 2 mm
Vậy dh = 0,05 m
fh = = = 2.10-3
( m2
)
+ m : Số ống chảy truyền trên mỗi đĩa , chọn m = 1
+ Số ống hơi phân bố trên đĩa
n = 0,1. = 0,1. = 40 ống
+ fch : Tiết diện ngang của ống chảy chuyền
fch = ( m2
)
Đường kính ống chảy chuyền được tính theo công thức :
dC =
Trong đó:
∙ Gx : Lưu lượng lỏng trung bình đi trong tháp kg/ h
Đoạn chưng Gx = GxC. Mx = 415,881.21,78 = 9057,888 (kg/h)
Đoạn luyện Gx = GxL. Mx = 6,336.37,44 = 237,22 (kg/h)
∙ : Khối lượng riêng của lỏng kg/ m3
∙ wlc : Tốc độ lỏng trong ống chảy chuyền
Thường lấy 0,1 → 0,2 . Chọn 0,15
– CNH3 - K9 58
Tải bản FULL (128 trang): https://bit.ly/3fQM1u2
Dự phòng: fb.com/KhoTaiLieuAZ

∙ z = 1 : Số ống chảy chuyền
Ta có: dC =
Đường kính ống chảy chuyền đoạn chưng :
= = (m)
→fch: Diện tích mặt cắt ngang của ống chảy truyền.
f = = = 0,0185 (m)
Vậy : fC = F – (m. fch + fn. n ) (n là số ống hơi phân bố trên đĩa)
= 0,25π - (1.0,0185+ 0,002.40) = 0,687 (m2
)
Do đó, số đơn vị chuyển khối:
= = = 42,938.
gytb: lượng hơi trung bình của đoạn chưng (kmol/s)
gytb = 56,922 kmol/h = 0,016 kmol/s
ky: hệ số chuyển khối (kmol/m2
s)
Đường kính ống chảy chuyền đoạn luyện:
= = (m)
→fch: Diện tích mặt cắt ngang của ống chảy truyền.
f = = = 5,363.10-4
(m)
Vậy : fL = F – (m. fch + fh. n )
= 0,25π - (1.5,363.10-4
+ 0,002.40) = 0,705 (m2
)
Do đó, số đơn vị chuyển khối:
= = = 89,241.
gytb: lượng hơi trung bình của đoạn luyện (kmol/s)
– CNH3 - K9 59
Tải bản FULL (128 trang): https://bit.ly/3fQM1u2
Dự phòng: fb.com/KhoTaiLieuAZ

gytb= 28,418 kmol/h= 0,0079 kmol/s
ky: hệ số chuyển khối (kmol/m2
s)
3.2 Đường cong động học:
- Vẽ đường cong cân bằng ycb = f (x)
- Xây dựng đường nồng độ làm việc đoạn chưng, đoạn luyện với chỉ số hồi lưu thích
hợp
- Dựng các đoạn thẳng vuông góc với ox, các đường này cắt đường làm việc tại: A1, A2,
…A9 ; và cắt đường cân bằng ycb = f(x) tại C1, C2 …C9 từ đó xác định theo công thức mà
= ycb – y
- Tại mỗi giá trị của x góc nghiêng của đường cân bằng: m =
- Tại mỗi giá trị x, tương ứng có A là điểm thuộc đường làm việc, C là điểm thuộc
đường cân bằng và B là điểm thuộc đường cong động học ( chưa biết ) thì : Cy =
- Cho x các giá trị, với mỗi giá trị của x tính hệ số phân bố vật chất m ( m chính bằng
hệ số góc của đường cân bằng, tính hệ số chuyển khối Ky, tính số đơn vị chuyển khối myT
và tỷ số Cy tương ứng. Từ đó tìm được các điểm B thuộc đường cong động học, nằm
giữa A và C
-Thống kê lại ta được các công thức tính toán để vẽ được đường cong động học:
Tính Ky = với , : Hệ số cấp khối pha lỏng và hơi
m : Hệ số phân bố vật chất
Ky : Hệ số chuyển khối
yC
 ΒxC yL
 xL

0,068 0,092 0,048 0,045
- Tính yT
m
:
C
yT
m
= 42,938.
– CNH3 - K9 60
4938206

Thiết kế tháp chưng luyện liên tục loại tháp đĩa chóp để phân tách hỗn hợp axeton và nước 4938206

Recommended

Recommended

More Related Content

What's hot

What's hot (20)

Similar to Thiết kế tháp chưng luyện liên tục loại tháp đĩa chóp để phân tách hỗn hợp axeton và nước 4938206

Similar to Thiết kế tháp chưng luyện liên tục loại tháp đĩa chóp để phân tách hỗn hợp axeton và nước 4938206 (20)

More from nataliej4

More from nataliej4 (20)

Recently uploaded

Recently uploaded (20)

Thiết kế tháp chưng luyện liên tục loại tháp đĩa chóp để phân tách hỗn hợp axeton và nước 4938206