Đồ án môn học - Chưng luyện liên tục hỗn hợp rượu metylic - nước

Phan 1: MỞ ĐẦU

1.Lý thuyết về chưng luyện
Chưng là phương pháp dùng để tách các hỗn hợp chất lỏng cũng như các 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 ổ cùng một nhiệt độ thì áp suất hơi của các cấu tử khác nhau.

Khi chưng ta thu được nhiều sắn phẩm và thường bao nhiêu cấu tử sẻ có bấy nhiêu
sắn phẩm .Đối với trưởng hợp hỗn hợp chưng chỉ gồm hai cấu tử thì sản phẩm dỉnh gồm
cấu tử có độ bay hơi lón và một phần rất ít cấu tử có độ bay hơi bé cịn sản phẩm đáy
gồm cấu tử có độ bay hơi bé và một phần rất ít cấu tử có độ bay hơi lón.

Trong sản xuất có rất nhiều phương pháp chưng như chưng đơn giản ,chưng bằng hơi

nước trực tiếp ,chưng chân không và chưng luyện .Tùy thuộc vào điều kiện sẵn có, tính

chất hỗn hợp , yêu cầu về độ tỉnh khiết sản phẩm mà ta chọn phương pháp chưng cho

thích hợp.. hợp gồm các cấu tử có độ bay hơi rất khác
tách sơ bộ và làm sạch cấu tử khỏi tạp chất.
- Chung don gidn ding dé tách các hỗn
nhau .Phương pháp này thường dùng để

- Chung bang hoi nước trực tiểp dùng tách các hỗn hợp gồm các chất khó bay hơi và

tap chất không bay hơi ,thường dùng trong trường hợp chất được tách không tan vào

nước

- Chung chân không dùng trong trưởng hợp cần hạ thấp nhiệt độ sôi cấu tử .Ví dụ
như trường hợp các cấu tử trong hỗn hợp dễ bị phân hủy ở nhiệt độ cao hay trưởng

hợp các cấu tử có nhiệt độ sơi q cao.
- Chung lun là phương pháp phổ biến nhất để tách hoàn toàn hỗn hợp các cấu tử dễ

bay hơi có tính chất hịa tan một phần hoặc hịa tan hồn tồn vào nhau.
Chung luyén 6 ap suất thấp dùng cho các hỗn hợp dễ bị phân hủy ở nhiệt độ cao và
hỗn hợp có nhiệt độ sơi cao.

Chung lun ở áp suất cao dùng cho các hỗn hợp khơng hóa lỏng ở áp súât thưởng.

Chưng luyện ở áp suất thưởng (áp suất khí quyển ) dùng cho hỗn hợp khơng thuộc

các trưởng hợp trên.

Người ta tiến hành chưng luyện hỗn hợp cần chưng trong tháp chưng luyện ,tháp

gồm nhiều đĩa ,trên mỗi đĩa xảy ra quá trình chuyển khối giữa pha lỏng và pha hơi. Hơi
đi từ dưới lên qua các lố của đĩa ,lỏng đi từ trên xuống theo các ống chảy chuyển, nồng

độ các cấu tử và nhiệt độ sôi 6 méi đĩa thay đổi theo chiều cao của tháp .Do đó một phàn

Trang 1

Đồ án môn học - Chưng luyện liên tục hỗn hợp rượu metylic - nước

cấu tử dễ bay hơi chuyển từ pha lống vào pha hơi và một phần ít hơn chuyển tử pha hơi
vào pha lỏng, lặp lại nhiều lần bốc hơi và ngưng tụ như thế , hay nói một cách khác ,với

một số đĩa tương ứng , cuối cùng ở trên đỉnh tháp ta thu được cấu tử dễ bay hơi 6 dang
nguyên chất và 6 tháp ta thu được cấu tử khó bay hơi ổ dạng nguyên chất .

Quá trình chưng luyện được thực hiện trong thiết bị loại tháp làm việc liên tục hoặc

gián đoạn.
Ở đây ta sẽ thiết kế hệ thống chưng luyện tháp chóp làm việc liên tục với hỗn hợp

chưng là rượu mêtylic và nước.Khi chưng luyện liên tục , hỗn hợp đầu được đưa vào tháp
ổ đĩa tiếp liệu (nằm ổ phần giữa thân tháp ) một cách liên tục , sắn phẩm dỉnh và sản

phẩm đáy cũng dược lấy ra liên tục.
II.Tính chất lý hóa của rượu mêtylic

1.Tính chất lý học:

Rượu mêtylic là chất lỏng không màu,tan vô hạn trong nước có mùi vị đặc trưng ,

rất độc , chỉ một lượng nhỏ xâm nhập vào cơ thể cũng có thể gây mù lỏa ,lượng lón gây
tử vong.
“Nhiệt độ sơi ở áp suất khí quyển t",= 64,5%
- Khối lượng riêng ở 20°C p= 791,7 Kg/m°
-Độ nhót ổ 20°C u=0,6.10° N.s/m? =0,6 cp

-Hé sé din nhiét 6 20°C À = 0,179kcal/m.h.độ = 0,2082 W/m.độ

“Nhiệt dung riêng 6 20°C Cp= 2570 J/kg.độ

“Nhiệt hóa hơi r = 262,79 kcal/kg 6 64,5°C


-Nhiét d6 néng chay tye= -97,8°C

2.Tính chất hóa học:

Rượu mêtylic có cơng thức phân tử: CHOH I

: H-C-O-H

công thức câu tạo :

H

phân tử lượng :32 đvC

Trong phân tử rượu mêtylie có 3 loại liên kết: C- H,C-O,O - H,trong đó hai
liên kết sau là liên kết cộng hóa trị phân cực ,đó là do độ âm điện của O lón hơn của C và
H nên trong cả hai liên kết đó cặp electron góp chung đều lệch về phía O làm cho nguyên
tử H trổ nên linh động hơn.Rượu mêtylic có khả năng tham gia các phản ứng sau:

- _ làm phá võ liên kết C-OH với sự tách đi của nhóm -OH
-_ làm phá võ liên kết _-O-H với sự tách đi của -H.

- bj oxy hoa thanh fomandéhit :

Trang 2

Đồ án môn học - Chưng luyện liên tục hỗn hợp rượu metylic - nước

CH;OH + CuO > HCHO + Cu


Rượu mêtylic được ứng dụng dé sản xuất andêhytfomic làm nguyên liệu cho cơng nghệ
chất dẻo.
II.Tính chất lý hóa của nước

- Nude 1a chất lổng không màu ,không mùi ,không vị.

-_ Nhiệt độ sôi ổ 760mmHg là 100°C.

-_ Hóa lỏng ổ0C.
-_ Khối lượng riêng p = 997,08 kg/m 6 25°C.
-_ Độ nhớt p= 0,8937.10°N.s/m? = 893,7 Cp 6 25°C
- Nhiét dung riêng C; = 0,99892 kcal/kg.độ 6 25°C
- _ Nhiệt hóa hơi ổ áp suất khí quyển r = 540 kcal/kg
-_ Nước có cơng thức phân tử H;O ,công thức cấu tạo H-O-H
-_ Nước là hợp chất phân cực mạnh, có thể hỏa tan nhiều chất ran ,léng ,khí

-_ Nước cần thiết cho sinh hoạt hằng ngày ,sẳn xuất nông nghiệp ,công nghiệp , xây

dựng , giao thông vận tải.
- Nước dùng để điều chế oxy.
IV.Uu ,khuyét điểm của phương pháp chưng đĩa chóp :

Ưu điểm:Tách dược sắn phẩm có độ tỉnh khiết cao,dễ khéng ché qua trinh,bé mat
tiếp xúc pha tương đối lón ,trổ lực khơng cao.

Khuyết điểm: Tiếp xúc pha không liên tục, cấu tạo phúc tạp.
V.Dây chuyển công nghệ:

Thiết kế như hình vẽ.
Hỗn hợp dầu từ bể chứa I được bơm 2 bơm lên thùng cao vị 3rồi theo ống dẫn qua

van điều chỉnh lưu lượng 5 (điều chỉnh lượng hỗn hợp đầu vào tháp) đến thiết bị đun sơi
hỗn hợp đầu 6 .Sự có mặt của thùng cao vị đảm bảo cho lượng hỗn hợp đầu vào tháp
không dao động .trong trường hợp công suất bơm q lón hỗn hợp đầu sẽ theo ống tuần
hồn 4 tràn về bể chứa hỗn hợp đâu .Thiết bị dun sôi 6 là thiết bị trao đổi nhiệt ống chùm
với tác nhân nóng là hơi nước bão hịa . Ra khỏi thiết bị dun sôi ,hỗn hợp đầu ở nhiệt độ
sôi đi vào tháp 7 6 dia nap liệu .
Sản phẩm dỉnh ở dạng hơi được ngưng tụ hoàn toàn khi di qua thiết bị ngưng tụ 8
đến thiết bị phân tách hôi lưu 9 ,một phần sản phẩm dỉnh hồi lưu trỏ về dỉnh tháp,phần
cỏn lại đi vào thiết bị làm nguội 10 dược làm lạnh và di vào bể chứa sản phẩm dinh

Trang 3

Đồ án môn học - Chưng luyện liên tục hỗn hợp rượu metylic - nước

11.Thiết bị ngưng tụ 8 và thiết bị làm nguội 10 cũng là thiết bị trao đổi nhiệt ống chùm
với tác nhân làm nguội là nước lạnh .

Sản phẩm đáy di ra khỏi tháp ổ đáy dược dẫn vào bể chứa sản phẩm đáy 12 ,đdược
làm nguội tự nhiên .Sẵn phẩm dáy ở đây là nước có chứa một ít metylic nên dược xủ lý
rồi thải ra môi trường .

13 là tháp chứa nước làm mát .
14 là bình phân phối hơi đốt .

Phan 2 : TINH CONG NGHE
Cạc k hiãơu saœí dng trong quai trcnh tênh toain :

G; : lượng hỗn hợp đầu
G; : lượng sắn phẩm dỉnh
Gy : lượng sản phẩm đáy

a; : nông độ phần khối lượng của cấu tử dễ bay hơi trong hỗn hợp đầu
a,_: nổng độ phần khối lượng của cấu tử dễ bay hơi trong sản phẩm đỉnh
ay : nông độ phần khối lượng của cấu tử dễ bay hơi trong sắn phẩm dáy
x; nổ 16 pha 1 cấu tử dễbay hơi hỗn hợp da

x; : nổng độ phần mol cấu tử dễ bay hơi trong trong sản phẩm dỉnh

xụ : nồng độ phần mol cấu tử dễ bay hơi trong sẵn phẩm đáy

Cấu tử dễ bay hơi A: rượu metylic , cấu tử khó bay hơi B : nước.

Chương I TÍSNỐ HĐĨA

1.Nơng độ phần mol:

Ga

= a M, we

M, M,

=> Xp= —3832 _ = 0,2564 phan mol
38/+3622/18 _ 0,965 phần mol
~ 0,0113 phan mol
=> Xp = 98/32
98/+322/18

=> Xw = —232_
2/32 + 98/18


Trang 4

Đồ án môn học - Chưng luyện liên tục hỗn hợp rượu metylic - nước

2.Lưu lượng hỗn hợp dầu và sản phẩm đáy:

Phương trình cân bằng vật liệu cho tồn tháp:

F=P+w®
Viết cho cấu tử dễ bay hơi:

F.xy = P.x; + W.xự ®

Từ (1) và (2) suy ra:
F| P W

Xp —%y Xp ~Xy Xp— Xp

Vậy lượng sản phẩm dỉnh là:

P=F,7#—* = 2000.x, 0,2564 —0,0113 =514 Kg/h
Xp-X, 0,965 —0,0113

Lượng sản phẩm day là:

W=F.*z~*z = 2900, 265=0:2564 _ 1496 Ko/h
Xp —%, 0,965 — 0,0113

Gọi M„ là phân tử lượng trung bình của hỗn hợp đầu


M, = Xp.Mg + (1-X;).Mp

= 0,2564.32 + 0,7436.18 = 21,5896 (g)

Lượng hỗn hợp đầu tính theo Kmol/h là:

=_ 000 _ 99.637 (Kmol/h)

21,5896

Lượng sản phẩm dỉnh tính theo Kmolh là:

F =F, 2222» = 99,637, 22564-00113 _53 s08 (Kmol/h)
Xp—X, * 0,965 -0,0113 (Kmol/h)

Lượng sẵn phẩm đáy tính theo Kmol/h là:

W=F.,**~z =02637,963=0.256 _ 68 999
xXp-X, 0,965 — 0,0113
II.Xác định số đĩa của tháp

Gọi x,y là nồng độ mol phần của thành phần lỏng và hơi của rượu mêtylic (tính

theo phần mol)

t ĨC) là nhiệt độ sơi của hỗn hợp hai cấu tử (ở 760 mmHg).
Theo bảng IX.2a-Sổ tay QT&TBCN Hóa học Tập 2, trang 149 ,ta có:

ix |0 |s |10 |20 |30 [40 |so |ó0 |70 |so |90 |100|


Trang 5

Đồ án môn học - Chưng luyện liên tục hỗn hợp rượu metylic - nước

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

Dựa vào bắng số liệu này ta vẽ đồ thị đường cong cân bằng của hỗn hợp rươu

metylic va nước (Hình 1) và dé thi biểu diễn đường cong sơi (Hình 2) .

Theo đồ thị đường cân bằng ta xác định được y”; = 0,64 phần mol là nồng độ cấu tử
dễ bay hơi trong pha hơi cân bằng với pha lỏng trong hỗn hợp đầu.

Theo đô thị đường cong sôi ta xác định được nhiệt độ sôi của hỗn hợp đầu t'; =89 °C
,của sản phẩm đỉnh #;= 65,5°C ,của san pham day t'y= 97°C .

Chỉ số hôi lưu tối thiểu được xác định bằng công thức :
R = =..

xmin

y "r— Xp

0,965 — 0,64
= STE = 0,847

0,64— 0,2564


Hình vẽ 1,2,3:

2. Xác định Ry thích hợp :
Việc xác định Rx thích hợp ta làm như sau:

Lấy vài gid tri Ry > Rymin » VOi mi gid tri Ry da l4y ta tính x„⁄(Rx+1) là giá trị tung

độ của đường nồng độ làm việc , vẽ đường làm việc đoạn chưng và đoạn luyện ,từ đó xác
định số đĩa lý thuyết N ứng với mỗi giá trị R„.Lập đơ thị với trục tung là N.(R„+) ,trục

hồnh là Rx (Hình 3). Từ đỗ thị ,xác định điểm cực tiểu , tử điểm cực tiểu suy ra Rx thích

hợp .

Rwu= Ló

Từ Rx thích hợp ,vẽ lại đường nồng độ làm việc đoạn chưng và đoạn luyện và xác
định được số đĩa lý thuyết.

N, = 14 (đĩa) (4 đĩa chưng và I0 đĩa luyện).

3. Phương trình đường nồng độ làm việc:
Đoạn chưng : _ Ry +1 L-1

= Ryos +L yt L+R, %

V6i L là lượng hồn hợp đầu tinh trén 1 don vi san pham dinh,
_F _ 92,637 _ 349)

P 23.808


Trang 6

Đồ án môn học - Chưng luyện liên tục hỗn hợp rượu metylic - nước

1,641 + 3,891-1 0,0113

xX = —__y 3,891+1,6
1,6 + 3,891

=0,474.y + 0,0059

Doan luyện:

Ry Xp
Ry +1
xy

Ry +1

1,6 x+ 0,965 = 0,615.x + 0,371
1,6+1 1,6+1
4. Xác dịnh số đĩa thực tế :
Số đĩa thực tế được xác định theo công thức :

—
Nụ = -*

Te


V6i uw, là hiệu suất trung bình của thiết bị,là hàm của độ bay hơi tương đối œ

và độ nhót p cia hén hop p= f(a,n).

I¬y x

Độ nhót: lgu,,=n.lgiu + (1-n)lg¿
n là nồng độ cấu tử thứ nhất
n -I là nông độ cấu tử thứ hai
u ›H› là độ nhớt hai cấu tử.

1
N= Nw = 31 t m+ Ms )

Với rỊ, là hiệu suất ứng với đĩa trên cùng
rị; là hiệu suất ứng với đĩa tiếp liệu
rị; là hiệu suất ứng với đĩa cuối cùng

*Ứng với đĩa tiếp liệu :

Độ bay hơi: Op = 2 Lose _= 0064 . 1-0,2564 _= 5,156
l-y, Xp 1—0,64 0,2564

Độ nhót : với tS, = 89°C

Igoe = +;g„„„+—x;)lgo

= 0,2564.1g0,33 + (1 - 0,2564).1g0,3202 = -0,491

=> Mẹ = 0/323 (Cp)

Tích pd = 0,323.5,156 = 1,665 .Tra dé thị hình IX.11 trang 171Sổ tay

QT&TB CN Hóa học Tập 2 ta được hiệu suất của đĩa tiếp liệu rị; = 44 %.

Trang 7

Đồ án môn học - Chưng luyện liên tục hỗn hợp rượu metylic - nước

*Ứng với đĩa trên cùng :
Độ bay
hơi :
Độ nhót
— yp 1-xp 0,98 1—0,965
DI“... =1,777
l-y, x, 1-0,98° 0,965
: với tS, = 65,5°C

Igup — Xpl8/eg oj +(Ï— Xp)-lE #zø

=> = 0,965.120,49 + (1 - 0,965).1g0,4324 = -0,3117
Mp = 0,488 (Cp)
Tích pp.o¢ = 0,488.1,777 = 0,88 .Tra dé thi hinh IX.11 trang 17186 tay

QT &TB CN Hoa hoe Tap2 ta được hiệu suất của đĩa trên cùng rỊ, = 50 %.
*Ứng với đĩa cuối cùng:

Độ bay hơi:

Oy = Vy dex, _ 0,08 1-0,0113 = 7,608


l-y, x, 1—0,08 0,0113

D6 nhot : véi hy = 97°C

IgHw = x, 1g Hcu,ou + (=x,).lg mo

= 0,0113.1g0,293 + (1 - 0,0113).1g0,293 = -0,533

=> My = 0,293 (Cp)
Tích nơ; = 0,293.7,608 =2,23 .Tra đơ thị hình IX.II trang 171 Số tay

QT &TB CN Hóahọc Tập2 ta được hiệu suất của đĩa trên cùng

TỊ› = 40 %.

Vậy hiệu suất trung bình:

Mis = 5 (i + M2 #15) = 2(44 + 50 +40) = 44,667 (%)

N= Me Số đĩa thực tế là : và số đĩa đoạn
toán đỏ h.I.18
_ 14 Nw 44,667 10=031,3

Vậy thục tế phai chon 31 dia , trong đó số đĩa đoạn chưng là 9 đĩa
luyện là 22 đĩa.

(yz, yp, yụ được xác định từ đỏ thị đường cân bằng hình 1)
(Độ nhớt của rượu mêtylic theo nhiệt độ được tra ở Bảng dùng cho

trang 93 Số tay QT&TB CN Hóa học Tập 2.

Độ nhót của nước theo nhiệt độ được tra ở Bảng I.102 trang 94).

Trang 8

Đồ án môn học - Chưng luyện liên tục hỗn hợp rượu metylic - nước

Chang T1: TD INH UOKÍNNH TGHIẾT BỊ

Đường kính tháp được xác dịnh tử cơng thức (IX.89) Sổ tay QT&TBCN Hóa học :
4,

Z.3600.4„

Hoặc D=0,0188. GaydD,e

Trong đó : Vụ,- lượng hơi trung bình di trong tháp , m°/h

- tốc độ hơi trung bình đi trong tháp , m/s

ø„ - lượng hơi trung bình đi trong tháp ,kg/h

(p,.œ,)„ - tốc độ hơi trung bình đi trong thap , kg/m’.s

L Đưkíờnh đnoạngluyện:
1.Lượng hơi trung bình đi tron, 1 lUYỆN Ø„ CĨ thể xem gần đúng bằng trung bình
cộng lượng hơi đi ra khỏi đĩa trên cùng của tháp gạ và lượng hơi đi vào dưới cùng ø¡ của

đoạn luyện :

By = SF, kg/h


Trong đó, gạ= Gạ +G; =G;(R„+l) céng thtic IX .92 trang 181 S6 tay QTTB tap

V6i Ga: ludng long hdi luu, kg/h
G; : lượng sản phẩm dỉnh, kg/h

Rx : chỉ số hổi lưu

=> 2, = 514(1,6+1)= 1 336,4 kg/h

Lượng hơi đi vào đĩa đầu tiên của đoạn luyện được xác định theo hệ phương trình

cho ổ trang 173 Số tay QTTB tập 2 :

8, =G,+G,
ZV, = Gx, + Gp.xp

8-4 = Sala

Trong đó x, =a, = 0,38 (phan khối lượng)

Xp= ap = 0,98 (phần khối lượng)

G.:lượng lỏng đĩa thứ nhất đoạn luyện
rạ :ấn nhiệt hóa hơi của hỗn hợp di ra khỏi đỉnh tháp
r, :4n nhiệt hóa hơi của hỗn hợp đi vào đĩa thứ nhất doan luyện

Trang 9

Đồ án môn học - Chưng luyện liên tục hỗn hợp rượu metylic - nước


TịE Tạ .ÿ¡ †(Ï-V¡).Ty

TạE Tạ .ÿ¡ †(Í~Y4).T,

r,, r„ :ấn nhiệt hóa hơi của rượu metylic và nước .

Yg= ap = 0,98 phan khdi ludng .

*Tính r,: hỗn hợp dau vao thap 6 89°C nén ta phai tinh r, , r, 6 89°C.

Theo bang I.212 trang 254 S6 tay QTTB tập 1 ta có:

660°C: rạ = 265 keal/kg

6 100°C tT, =579 kcal/kg

r„=242 kcal/kg

Tho = 539 kcal/kg

-r,, =-23 kcal/kg

Ar, = hy —%, =—40 kcal/kg

=> At =, -t, = 100-60 = 40°C
At __ 2Ö —_0475 kcal/kg.độ
Ab 40

An, 40 _ -] kcal/kg.độ

At 40
Theo phương pháp nội suy ta tinh r, ,r, 6 89°C :

1? = 1,0 + A t 89 — 60) = 265 — 0,575.29 = 248,325 kcal/kg
rye= ry? + A "m~ 60) =579— 29 =550_ kcal/kg

t

Vay Trị =T¿.Y¡ †(1-y¡).r, = 248,325.y¡ + (I-y¡).550

= 550 - 301,675.y,

*Tính rạ :hơi đi ra khỏi đỉnh tháp ổ nhiệt độ 65,5°C,tương tự như trên:

1° =r, Ă. — 60) = 265 — 0,575.5,5 = 261,84 kcal/kg

t

rye = Ty + M655 — 60) = 579 —5,5 = 573,5 kcal/kg

t

Vay Tạ =T,-ya + (Ï- ya).r, = 261,84.0,98 +(1-0,98).573,5

=268,07 kcal/kg

g,=G,+514
Vậy ta có hệ phương trình : 8i. = G,.0.38+514.0,98

gi; = 1336,4.268,07 = 358248,748

7, =550—301,675.y,

Trang 10

Đồ án môn học - Chưng luyện liên tục hỗn hợp rượu metylic - nước

»ị =0,60775(phan_ kh_olui ong)

Giải hệ ta được : 7, = 345,62kcal/kg
g, =1036,54kg/h
G, = 522,54kg/h

-Lượng hơi trung bình đi trong đoạn luyện :

gy, — S44Bi 1 4+1 4
_ 133+ 610346.54 11 96 ake/h
2 2

-Lượng lồng trung bình đi trong đoạn luyện :

Gy = Get _ Ge-Re +G, _ 514-16 +5254 _ 679 gop p

2 2 2
-Thành phần hơi cân bằng di trên đoạn luyện :

Yo = a =cone = 0,83 phần khối lượng

=0,73 phan mol

-Phân tử lượng trung bình của hỗn hợp hơi :

My, =Yw-Ma +(1- yy)-Mp = 0,73.32 + (1-0,73).18 = 28,22 dvC

2. Tốc độ hơi trung bình di tron, „kg/m”.s - Công thức IX.I05 trang

(py@,)„ = 0,0650[G]..(ñ/2„.ø„

184 Sổ tay QTTB tập 2. pha lỏng và pha hơi tính theo nhiệt độ
Dx» ›py, :khối lượng riêng trung bình của trị h được chọn theo đường kính tháp .

trung bình , kg/mỶ.
h : khoảng cách các đĩa trong tháp,m,với giá
@[ø] : hệ số tính đến sức căng bề mặt.
*Tính g[o] 6 nhiệt độ trung bình :

Nhiệt độ trung bình trong đoạn luyện :
ty = t„ tí, _ 89 +65,5 _ 71,25°C

2 2
Theo bang 1.242 trang 300 S6 tay QTTB tap 1 ta cé stic căng bể mặt của rươu và

nước :

Ó 60°C: 6, = 19,3.10° N/m = 19,3 dyn/em (metylic)

Oy = 66,2 dyn/cm (nước)

GO 80% : Gy = 17,6 dyn/em (metylic)

Oy. = 62,6 dyn/em (nước)


=> Aơ,=ơ,„—ơ„ =-l/7 dyn/em

Aơ, =ơ,;—ơ„ =-3,6 dyn/cm

Trang II

Đồ án môn học - Chưng luyện liên tục hỗn hợp rượu metylic - nước

At =t, -t, =80-60= 20°C
=> A 2t __ 1 _ -0,085_ dyn/cm.độ6
A % ="3,6 __o1g dyn/cm.độÔ
At 20
Bằng phương pháp nội suy ta tính được súc căng bề mặt của metylic va nude 6

77,25°C :

Ao, o,/7> = 6,,°° +2715 —60) = 19,3 - 0,085(77,25 -60) = 17,83 dyn/em

647 = 64° +—* At (77,25 — 60) = 66,2 — 0,18(77,25 — 60) = 63,095 dyn/em
Sức căng bề mặt của hỗn hợp dược xác định theo công thức I.76 trang 299 Số tay

QTTB tap 1:

Onn Ø, Oo;

=> o,.0,
Oo, = —*—- = 13,9 dyn/em
o, +9,

Ta thay o,, <20 dyn/em nén chon o[o] = 0,8.


*Tính khối lượng riêng trung bình :

Theo bảng L2 trang 9 Sổ tay QTTB tập 1 ta có khối lượng riêng của metylic và

nước : 60°C : py =756 kg/m? (metylic)

-Ở Pm = 983 kg/m? (nước)

-Ở 80°C : py =736 kg/m? —(metylic)

=> Pv. = 972 kg/m? — (nid)
AP, = Py» — Py =-20 kg/m?

AØ, = Øj¿— Øạ =1 kg/mÌ

At = 80-60 = 20°C

=> AP2s9 1 kgim.d6At20

APs 1 _ 955 kg/m) độ
At 20
Theo phương pháp nội suy ,tính khối lượng riêng của metylic và nude 6 77,25°C :
; A 3
Pa”? = pa” + "125 —60) =756—17,25 = 738,75 kg/m?
; Apbt
py = p,° + “(17.25 — 60) = 983 - 0,55.17,25 = 973,5 kg/m?
t

Trang 12


Đồ án môn học - Chưng luyện liên tục hỗn hợp rượu metylic - nước

Khối lượng riêng của hỗn hợp được tính theo cơng thúc I.2 trang 5 Sổ tay QTTB tập 1:

1 a Xx, Xy

Pm Pa Po

Với x„, x, : thành phần khối lượng trung bình của các cấu tử

= *23!92Š _ 0 øs. phần khối lượng

=> X, = I-x, = 0,32 phần khối lượng
=> + =1249.10°
Đụ

Pan = 800,6 kg/m?

Pxra = Dụ =800,6 kg/m?

Khối lượng riêng của pha hơi xác định theo công thức I. 3 trang 5 S6 tay QTTB tap 1:
Pyre = M 213p >~P =po= Ì
22,4 T.py

2822 273. -

Pore 22A 213417125. 0982 kg/mỶ

Vậy tốc độ trung bình của hơi trong tháp :


(2,ø,)„ = 0,065.0,8./.800,6.0,982 =1,458Vvh kg/m”.s

Đường kính đoạn luyện :

D=0,0188. 1186,47 _ 0,536

1458vn Ÿh

Chọn h =0,28 (m) => D = 0,74 m

IL, 1.Lượng hoi trung binh trong doan chung g',, c6 thé xem gần đúng bằng trung bình:

cộng lượng hơi đi ra khói đoạn chưng g'„ và luong hoi di vao doan chung g', :
g', = & os ' , kg/h - Công thức IX.96 trang 183 Sổ tay QTTB tập 2.

Vì lượng hơi đi ra khỏi đoạn chưng bằng lượng hơi đi vào đoạn luyện nên
g', = g, = 1036,54 kg/h

Luong hoi di vao doan chung g', , ludng Iéng G', va hàm lượng lồng x', được xác

định theo hé phuong trinh cho 6 trang 183 S6 tay QTTB tap 2 :

Gi= gitG,”

G'.x' = gy, +G, x,

tu — ợt gi — (3)
Bil = Sann = k 84


Trang 13

Đồ án môn học - Chưng luyện liên tục hỗn hợp rượu metylic - nước

Trong đó r', :ẩn nhiệt hóa hơi của hỗn hợp hơi di vào dia thứ nhất của doạn chưng
„được tính theo cơng thúc :

TE r.y¡ + (ly).

với y' = yw là thành phần cấu tử dễ bay hơi (metylic) trong pha hơi cân bằng với

pha lỏng trong sản phẩm đáy .Dựa vào đồ thị đường cân bằng (H.1) ứng với xụ= 0,0113

ta có yụ= 0,08 phần mol ứng với phần khối lượng :
1 0,08.32 3 key.
y 00832 40,9218 = 0,134 phân khối lượng.

Theo đồ thị đường cong sôi (H.2) ta có sản phẩm đáy có nhiệt độ sơi là 97°C, theo
các số liệu Az„,Ar,,Az,a r„„„, đã có ó phần tính tốn đường kính đoạn luyện ta có :
A
rt’ =1,°° +597 — 60) = 265 — 0,575.37 = 243,725t kcal/kg

re” =41,° +S 7 — 60) = 579-37 = 542 kcal/kgA

=> rey) + hy)”
= 243.75.0,134 + (1-0,134).542 = 502,23 kcal/kg

Thay rị, ø¡, rị vào (3) :

=> ø.502,03 = 1036,54.345,62

g' = 713,6 kg/h

Thay vao (1):

G', = 713,6 + 1486 = 2199,6 kg/h

Thay vao (2) :
2199,6.x'|= 713,6.0,9887 + 1486.0,0113
=> x" = 0,328 phần khối lượng

Vậy lượng hơi trung bình đi trong đoạn chưng :

gly = 8ò an 1036,54+ 713,6 875,07kg /h

Lượng lồng trung bình đi trong đoạn chưng :
Thanh
G,+Ớ, _ 522,54+2199,6
Gụy= tb ———+2=————————2=l36I1,07kg/&h

phan hoi trung binh di trong doan chung :

y'b == nen n

với y'„ là hàm lượng trên đĩa trên cùng đoạn chưng xem bằng hàm lượng hơi đĩa thứ
nhất đoạn luyện y'„= y¡ = 0,6775 phần khối lượng

=0,54 phần mol

Trang 14


Đồ án môn học - Chưng luyện liên tục hỗn hợp rượu metylic - nước

=> Yh= e0,s54 = 0,31 phan mol

Phân tử lượng trung bình của hỗn hợp hơi trong đoạn chưng :

Min = YwMA + (I-y).Ms
=0,31.32 + 0,69.18 = 22,34 dvC

2. Tốc độ hơi trung bình trong đoạn chưng

(py@',)=0,065o[ö]. LPP vw

P› ›P'ỳ : khối lượng riêng trung bình của pha lỏng và pha hơi tính theo nhiệt độ
trung bình , kg/mỶ

h : khoảng cách các đĩa trong đoạn chưng ,giá trị của # chọn theo đường kính tháp .

@[ø] :hệ số tính đến sức căng bề mặt
; 2 pea, gr 5 _t, +t 89 +97
*Tinh [ø] ó nhiệt độ trung bình đoạn chung t,, =— 5 f= 5 = 93°C:

Tra sức căng bể mặt của metylic và nước 6 bang 1.242 trang 300 Sé tay QTTB tap 1

„ta có:

ou = 17,6 dyn/em , ø¿'”” = 15,7 dyn/em

Op = 62,6 dyn/cm , oy'” = 58,9 dyn/cm
Tính tương tự như phần luyện :


ơ,” a 93 =ơ,U al 80 + À5At (93 — 80) = 17— ,0,0695.13 = 16,365dyn/em

6, =o, + A St (93 — 80) = 62,6 — 0,185.13 = 60,195dyn/cm

t

Sức căng bể mặt của hỗn hợp :
—1 =—+ 1 — 1 => ơ„= F494

on, o, Ø, o, + Ø,

On = 12,867 dyn/cm

*Tính khối lượng riêng trung bình pha lồng :
Tra khối lượng riêng của metylic và nước ở bảng I.2 trang 9 Sổ tay QTTB tập 1, ta

được : Pa’ = 736 kg/m? , py'” = 714 kg/m?
Bằng Py? = 972 kg/m? , py! = 958 kg/m?
phương pháp nội suy ta có :
A
93 pa + _ t 03 ~80) = 736 —1,1.13 = 721,7&g /m`

p=

Ps” 93 = Py A t 093 ~80) = 972 ~0,7.13 = 962,9kg/m'
+ cay

Khối lượng riêng của hỗn hợp :


Trang 15

Đồ án môn học - Chưng luyện liên tục hỗn hợp rượu metylic - nước

1 "

Đầm Pa Pr
X, 5X, :phan khối lượng trung bình của metylic và nước trong hỗn hợp

a = Xet%e _ 038+0,02 _ 0,2 ,x,=1-x, =0,8 phan khéi lugng22

=> Prn = 902,53 kg/m? = py
Khối lượng riêng của pha hơi :
tbh = M',, : 273 = 0,744kg/m" :
Poi 59 4°273493 gum

Vay tốc độ trung bình của hơi trong doan chung :

(ø',ø',)„ = 0,065.0,8.0.902,53.0,744 = 1,4372/n

Đường kính đoạn chưng :

D=0,0188. |—®— = o0188 | 5207
(p', a’, )„ 1437."

p=24640,464 om

lh

Chon h=0,28m => D = 0,64 m. nên ta


Vậy đường kính đoạn chung là 0,64 m, đưởng kính đoạn luyện là 0,72m
chọn đường kính chung cho tháp là 0,§ m với khoảng cách các đĩa là 0,3 m.

Cheang IIT: CÂN BẰNG NHIỆT LƯỢNG

Goi Qp, 14 nhiét lượng do hơi nước cung cấp để dun sôi hỗn hợp đầu.
Q¿_ là nhiệt lượng do hỗn hợp đầu mang vào thiết bị đun sôi hỗn hợp.

Q; là nhiệt lượng do hỗn hợp đầu mang ra khỏi thiết bị đun sôi hỗn hợp dau.

Q„ là nhiệt lượng do mất mát .
Q, 1a nhiệt lượng do hơi mang ra khỏi tháp chưng

Q¿ là nhiệt lượng do lượng hồi lưu mang vào tháp .

Q, là nhiệt lượng do hơi mang ra khỏi thiết bi ngưng tụ hôi lưu.

Q;; là nhiệt lượng do hơi đốt dun sôi ổ đáy tháp mang vào .

Trang l6

Đồ án môn học - Chưng luyện liên tục hỗn hợp rượu metylic - nước

I.Cân bằng nhiệt lượng của thiết bị đun nóng hỗn hợp đầu :
Qor + Qe = Qe+ Qn 8

1. Nhiệt lượng do hơi dôt mang vảo Q),, :

Qiị= D.. r¡- Công thức IX.150 trang 196 Sổ tay QTTB tap 2


D, : lượng hơi đốt cần thiết để dun sôi hỗn hợp đầu , kg/h.

r, :4n nhiệt hóa hơi của hơi nước „l/kg.
Vì nhiệt độ sơi của hỗn hợp đâu là 89°C nên nhiệt độ của hơi nước phải cao ,chon
133°C tương ứng với nước sôi ổ áp suất 3 at (bang I.97 trang 230 Sổ tay QTTB tập 1).
Theo toán đồ xác định nhiệt hóa hơi trang 255 Sổ tay QTTB tập 2 ta có nhiệt hóa hơi của
nước ổ 133°C là r,= 440 Kcal/kg = 1842,2 Kilkg.

2.Nhié O On au Ma L ụ d .

Q; =F.C;d;, ,1/⁄h. -Công thức I X. 151 trang 196 Sổ tay QTTB tap 2.

Với C; : nhiệt dung riêng của hỗn hợp đầu ,J/kg.độ

t; : nhiệt độ đầu của hỗn hợp , xét 6 25°C

Ta có : Cy= ag.Cy +(1-ag).Cp -

a, : nong độ phần khối lượng trong hỗn hợp dau , a, = 0,38

Cy Cp : nhiét dung riéng cla metylic va nude 6 25°C .
*Nhiét dung riêng của metylic 6 25°C :
Tra bảng I.154 trang 172 Số tay QTTB tập 1 được nhiệt dung riêng của metylic

theo nhiệt độ : C¿?0=2570 J/kg.độ „ Cạ'°=2670 J/kg.dộ

= > Nhiệt dung riêng của metylic ở 25°C là:

CAS 25 —= Cy 20 + SECe,"e- C, * (25— 20)= 2570 + 5.5 = 25J7/k9gdo


*Nhiét dung riêng của nước ở 25°C:
Tra bang I.147 trang 165 Sổ tay QTTB tạp 1 ta có nhiệt dung riêng của nước 6 25°C
là C;ˆ'=0,99892 kcal/kg.độ = 4182,3 J/kg.độ
Vậy C;= 0,3.25+ 9(15-0,3).4182,3 = 3706,11 J/kg.độ

Q= 2000. 3706, l 1.25 = 185306 6 K/h

IF tap 2.

Với Q:= F.C; . te , J/h- Công thúc IX.152 trang 196 Sé tay QTTB
Ta có : C; : nhiệt dung riêng hỗn hợp đi ra thiết bị đun sôi.
r= 89C
C; =ap.Ca + (l-ar).Cg

C¡ ,Cạ :nhiệt dung riêng của metylic và nude 6 89°C .

Trang 17

Đồ án môn học - Chưng luyện liên tục hỗn hợp rượu metylic - nước

Tra bảng nhiệt dung riêng và theo phương pháp nội suy ta có :
Nhà dung riêng của metylic 6 89°C :
100 80
Cy” =C,* + Gs =Car gg 80)= 2860+ 265-28600 _ 2907,25J/ kgdo
100-80 20
Nhiệt dung riêng của nước ở 89°C :
Cy®= 1,0048 Keal/kg.d6 =4206,9 J/kg.độ
=> C, = 0,3.29+007,7,.422056,9 = 3817 J/kg.độ


Vay Q,= 2000.3817.89= 679426,89 J/h.

4. Nhiệt lượng tốn hao ra môi trường xung quanh Q„ :

Qn= 9,05.Qp,
Thay vao (*) :

Qo + Qr= Qe + 0,05.Qp1

=> Qo = 9-9, _=520127.3kJ/h

=> Q„= 0,05.520127,3 = 26006,4kJ/⁄h
5.Lượng hơi đốt cần dùng để dun sôi hỗn hợp dầu :

Qo: = Dir

=> D, = Qn_ 520127,3 = 282,3Kg/h
„18422
1I.Cân bằng nhiệt lượng của tháp chưng luyện :
Phương trình cân bằng nhiệt của tháp chưng luyện :

Qe +Qp2 + Qa = Qi + Qự + Qạ C2

LL ‘st do I lỏng hồi| ìo thấp Q,:

Qe = Cy-P-Ry.te J/h - Công thúc IX.158 Sổ tay QTTB tập 2

Với Rx: chỉ số hồi lưu , Ry = 1,6

P : lượng sản phẩm dỉnh, P = 514 kg/h


tạ: nhiệt độ lỏng hồi lưu ,t„ = t; = 65,5°C

Cạ: nhiệt dung riêng của lỏng hồi lưu,

Cp = ap .CA + (Í-ap).Cp

Trang 18

Đồ án môn học - Chưng luyện liên tục hỗn hợp rượu metylic - nước

Cạ,Cạ :nhiệt dung riêng của metylic và nước ổ 65,5°C

Tra bảng nhiệt dung riêng của metylic và nước ở 60°C và 80°C, theo phương pháp
nội suy ta có :

§0 60
c,°° = Cc,” +Cr = Cr 065.5 — 60)
80-60

=2760+ —.. — 60) = 2787,5 /kg.do

C B 655 __ Cy +C,° 66 — 100065+1,000792 = 1,00072 Kcal /kgdo

=4189,8 J/kg.độ

Vậy Q¿ =2815,546.514.1,6.65,5 =515665,6 KJ/h

2. Nhiệt lượng do sản phẩm ddy mang ra Qy :


Qy = Gự.Cự.t„ , J⁄h- Công thức I X trang 197 Sổ tay QTTB tap 2.

Với Gy : long san phdm day , Gy = 1486 kg/h

Cw : nhiét dung riêng của sản phẩm đáy

ty : nhiệt độ sản phẩm đáy , tụ = 97°C.

Nhiệt dung riêng của nước ở 97°C là :

Cạ”” = 1,00684 kcal/kg.độ = 4215,44 J/kg.độ

Do sắn phẩm đáy có nồng độ metylic aw = 0,02 < 0,2 nên nhiệt dung riêng của sản
phẩm đáy được tính theo công thức I.43 trang 152 S6 tay QTTB tap 1 :

Cy = C¿(1-ay) = 4215,44.(1-0,02) = 4131,13 J/kg.độ

Vậy nhiệt lượng do sản phẩm đáy mang ra :

Qw = 1486.4131,13.97 = 595469,5 kJ/h

Trang 19

Đồ án môn học - Chưng luyện liên tục hỗn hợp rượu metylic - nước

3. Nhiệt | lo hơi khỏi tháp ch 2:

Q,=P.(1+Rx;).ÀA„, J⁄h - Công thức IX.159 Sổ tay QTTB tập 2

Với P: lượng sẵn phẩm dỉnh , P= 514 kg/h.


^¿ :nhiệt lượng riêng của hơi ổ đỉnh tháp ,được tính :

Ag =Apg.ag + Ap.(1-a,)

Xa ,A; : nhiệt lượng riêng cua metylic va nuéc 6 dinh tháp

a, : phan khối lượng cấu tử dễ bay hơi (metylic) trong san

phẩm dinh ,a, = 0,98.

Nnhiệt dung riêng một cấu tử được tính theo:

A=r+Ct

với r: ấn nhiệt hóa hơi của cấu tử đó.J/kg

C :nhiệt dung riêng của cấu tử ở nhiệt độ t = ty = 65,5°C
Nhiệt dung riêng của metylic ỗ 65,5°C :

Cụ = 2787,5 J/kg.độ

Nhiệt dung riêng của nước ổ 65,5°C :

C; = 4189,8 J/Kg.độ

(Đã tính ở phần tính nhiệt lượng do lượng hồi lưu).

=> Ag = (ty + Ca.tp).ay + (tg + Cạ.f;).(I - ag)


=Ta.aa + rp.(I-aa) + [CA.aA + Caạ.(I~aa)].to

= r + [Cy.aq + Cg.(1-a,)].tp

Trang 20