Thiết kế hệ thống thiết bị chưng luyện liên tục hỗn hợp hai cấu tử etanol – nước

Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (1.49 MB, 89 trang )

Trang 1<div class="page_container" data-page="1">

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI VIỆN KỸ THUẬT HĨA HỌC

BỘ MƠN Q TRÌNH – THIẾT BỊ CƠNG NGHỆ HĨA VÀ THỰC PHẨM

______________________________________________________

ĐỒ ÁN MÔN HỌC

THIẾT KẾ HỆ THỐNG THIẾT BỊ CHƯNG LUYỆN LIÊN TỤC HỖN HỢP HAI CẤU TỬ ETANOL – NƯỚC

Người thiết kế : Ngơ Lê Đồn Lâm

Lớp, khóa : CN Polyme & Compozit K63 Người hướng dẫn : TS Đỗ Xuân Trường

Hà Nội, 2022

</div>Trang 2<div class="page_container" data-page="2">

VIỆN KỸ THUẬT HỐ HỌC

BỘ MƠN Q TRÌNH – THIẾT BỊ CƠNG

Lớp:Cơng nghệ vật liệu Polyme & Compozit

Khóa: K63

I. Đầu đề thiết kế:

Tính tốn, thiết kế hệ thống chưng luyện liên tục làm việc ở áp suất khí quyển để tách hỗn hợp hai cấu tử Rượu etylic – nước với tháp chưng luyện loại đĩa chóp

II. Các số liệu ban đầu:

- Năng suất thiết bị tính theo hỗn hợp đầu: F = 3,6 (kg/s) - Nồng độ tính theo cấu tử dễ bay hơi:

+ Hỗn hợp đầu : aF = 20 (% khối lượng) + Sản phẩm đỉnh : aP = 91 (% khối lượng) + Sản phẩm đáy : aW = 1,4 (% khối lượng)

III. Nội dung các phần thuyết minh và tính tốn:

1. Phần mở đầu

2. Vẽ và thuyết minh sơ đồ cơng nghệ (bản vẽ A4) 3. Tính tốn kỹ thuật thiết bị chính

V. Cán bộ hướng dẫn: TS. Đỗ Xuân Trường

VI. Ngày giao nhiệm vụ: ngày 8 tháng 10 năm 2021

Phê duyệt của Bộ môn Ngày tháng năm

Người hướng dẫn

( Họ tên và chữ ký)

</div>Trang 3<div class="page_container" data-page="3">

MỤC LỤC

PHẦN 1: MỞ ĐẦU ... 6

1.1. Khái quát về chưng ... 6

1.2. Giới thiệu về hỗn hợp chưng ... 6

1.2.1. Rượu etylic (Etanol) ... 6

1.2.2. Nước ... 8

1.2.3. Hỗn hợp rượu etylic – nước: ... 8

PHẦN 2: VẼ VÀ THUYẾT MINH SƠ ĐỒ CÔNG NGHỆ ... 10

2.1. Thuyết minh sơ đồ công nghệ ... 10

3.1.2.1. Biểu diễn đường cân bằng pha lỏng – hơi ... 13

3.1.2.2. Xác định chỉ số hồi lưu tối thiếu Rmin ... 14

3.1.2.3. Xác định chỉ số hồi lưu thích hợp Rth ... 14

3.1.2.4. Đường làm việc của đoạn chưng và đoạn luyện ... 17

3.1.3. Tính cân bằng vật liệu cho đoạn chưng và đoạn luyện để xác định lưu lượng các dòng pha đi trong từng đoạn ... 17

3.1.3.1. Cân bằng vật liệu cho toàn tháp ... 17

3.1.3.2. Xác định lưu lượng các dòng pha đi trong từng đoạn ... 18

3.1.3. Tính đường kính của tháp chưng luyện ... 22

3.1.3.1. Tính tốc độ làm việc của pha hơi trong đoạn chưng, đoạn luyện ... 22

3.1.3.2. Tính đường kính đoạn luyện của tháp chóp ... 26

3.1.2.3. Tính đường kính đoạn chưng của tháp chóp ... 27

3.1.4. Tính chiều cao của tháp chưng luyện ... 27

3.1.4.1. Tính số đĩa thực tế của tháp chưng luyện ... 27

3.1.4.2. Xác định chiều cao của tháp chưng luyện ... 29

</div>Trang 4<div class="page_container" data-page="4">

3.1.5. Tính cân bằng nhiệt lượng của tháp chưng luyện ... 30

3.1.5.1. Cân bằng nhiệt lượng của thiết bị đun nóng hỗn hợp đầu ... 30

3.1.5.2. Cân bằng nhiệt lượng của tháp chưng luyện ... 32

3.1.5.3. Cân bằng nhiệt lượng của thiết bị ngưng tụ ... 36

3.1.5.4. Cân bằng nhiệt lượng của thiết bị làm lạnh ... 36

3.2.1.4. Ống dẫn hồi lưu lỏng từ thiết bị ngưng tụ về tháp ... 39

3.2.1.5. Ống dẫn hồi lưu hơi ở đáy tháp ... 40

3.2.2. Tính chiều dày thành tháp, đáy tháp và nắp tháp ... 41

3.2.2.1. Tính chiều dày thân tháp ... 41

3.2.2.2. Tính đáy và nắp thiết bị ... 44

3.2.3. Chọn bích nối giữa thân tháp với đáy và nắp tháp, với các ống nối... 46

3.2.3.1. Chọn bích nối giữa thân tháp với đáy và nắp tháp ... 46

3.2.3.2. Chọn bích nối giữa thân tháp với các ống dẫn ... 47

3.2.4. Lắp kính quan sát ... 49

3.2.5. Tính tốn và chọn các thơng số của chóp ... 50

3.2.5.1. Tính tốn kết cấu chóp ở đoạn luyện ... 50

3.2.5.2. Tính tốn kết cấu chóp ở đoạn chưng... 52

3.2.5.3. Chọn kết cấu chung cho chóp trong tồn tháp ... 53

3.2.5.4. Tra cứu, tính chọn các đặc trưng kĩ thuật của đĩa chóp ... 54

3.2.6. Tính và chọn các cơ cấu đỡ tháp (trụ đỡ, chân đỡ, tai treo, ...) ... 55

3.2.6.1. Tính tải trọng của tháp khi làm việc ... 55

3.3. Tính trở lực của tháp chưng luyện loại chóp ... 63

3.3.1. Trở lực của đĩa khô ... 63

</div>Trang 5<div class="page_container" data-page="5">

3.3.1.1. Trở lực của đĩa khô trên đoạn luyện ... 64

3.3.1.2. Trở lực của đĩa khô trên đoạn chưng ... 64

3.3.2. Trở lực do lớp chất lỏng khơng chứa khí có chiều cao hL trên đĩa tạo ra ... 64

3.3.2.1. Trở lực do lớp chất lỏng khơng chứa khí trên đoạn luyện ... 65

3.3.2.2. Trở lực do lớp chất lỏng khơng chứa khí trên đoạn chưng ... 66

3.3.3. Trở lực tổng cộng của tháp chưng luyện ... 67

3.3.4. Tính và kiểm tra tải trọng của ngưỡng chảy tràn ... 67

3.3.5. Tính và kiểm tra hoạt động của kênh chảy truyền chất lỏng ... 68

PHẦN 4: TÍNH VÀ CHỌN THIẾT BỊ PHỤ ... 69

4.1. Tính tốn thiết bị gia nhiệt hỗn hợp đầu ... 69

4.1.1. Tính lượng nhiệt trao đổi ... 69

4.1.1.1. Động lực của quá trình truyền nhiệt ... 69

4.1.1.2. Lượng nhiệt trao đổi ... 70

4.1.4. Số ống và cách sắp xếp ống trong thiết bị trao đổi nhiệt ... 74

4.1.5. Tính lại vận tốc và chia ngăn trong thiết bị ... 75

4.1.6. Đường kính trong của thiết bị ... 75

</div>Trang 6<div class="page_container" data-page="6">

4.2.3.4. Áp suất tồn phần của bơm: ... 80

4.2.4. Cơng suất tồn phần của bơm: ... 81

4.2.5. Cơng suất động cơ điện ... 81

4.3. Tính tốn thiết bị ngưng tụ sản phẩm đỉnh ... 82

4.3.1. Lượng nhiệt cần thiết: ... 82

4.3.2. Tải nhiệt trung bình cho quá trình truyền nhiệt: ... 83

4.3.3. Tính hệ số cấp nhiệt ... 84

4.3.4. Hiệu số nhiệt độ ở hai bên bề mặt thành ống: ... 85

4.3.5. Hiệu số nhiệt độ giữa thành ống và dung dịch: ... 85

4.3.6. Tính các thơng số cịn lại trong thiết bị ... 86

PHẦN 5: KẾT LUẬN ... 87

PHẦN 6: TÀI LIỆU THAM KHẢO ... 88

</div>Trang 7<div class="page_container" data-page="7">

PHẦN 1: MỞ ĐẦU

Đồ án này nhằm giúp sinh viên biết vận dụng các kiến thức của môn học “Q trình và thiết bị cơng nghệ hóa học” và các mơn học khác vào việc tính tốn và thiết kế thiết bị chính và một số thiết bị phụ trong hệ thống. Các kĩ năng sử dụng tài liệu tham khảo (tìm, đọc, tra cứu, ghi chép, sắp xếp ...), cùng các kĩ năng tính tốn trình bày kết quả, vận dụng các quy định để hoàn thiện bản vẽ kĩ thuật cũng được trau dồi. Từ đó giúp sinh viên nhìn nhận các vấn đề nói chung một cách có hệ thống và đặc biệt hiểu sâu sắc hơn các nội dung trình bày trong đồ án để bổ sung các kiến thức, cải thiện các kĩ năng phục vụ cho công việc của một kĩ sư tương lai.

1.1. Khái quát về chưng

- Chưng là phương pháp tách hỗn hợp chất lỏng (cũng như các hỗn hợp khí đã hóa lỏng) thành những cấu tử riêng biệt, dựa trên độ bay hơi khác nhau của các cấu tử trong hỗn hợp. Chúng ta có thể thực hiện nhiều phương pháp chưng khác nhau như chưng gián đoạn, chưng liên tục, chưng đơn giản, chưng luyện hỗn hợp đẳng phí, chưng phân tử, chưng bằng hơi nước trực tiếp, chưng trích ly.

- Ngày nay, phương pháp chưng được sử dụng rộng rãi để tách các hỗn hợp. Ở trong đồ án này, ta xét chưng luyện liên tục để tách hỗn hợp hai cấu tử rượu etylic – nước; chúng là sản phẩm thường thấy từ các quá trình lên men trong công nghệ sinh học.

- Khi chưng, hỗn hợp đầu chứa bao nhiêu cấu tử thì ta thu được bấy nhiêu cấu tử sản phẩm. Để có thể thu được sản phẩm đỉnh với độ tinh khiết cao ta tiến hành chung luyện nhiều lần hay còn gọi là chưng luyện.

- Phần đồ án này sẽ trình bày thiết kế tháp chưng luyện liên tục loại tháp đĩa chóp để phân tách hỗn hợp gồm hai cấu tử Rượu etylic – Nước, làm việc ở áp suất thường với hỗn hợp đầu vào được gia nhiệt đến nhiệt độ sôi.

- Sau quá trình chưng luyện, ta thu được sản phẩm đỉnh là cấu tử có độ bay hơi lớn hơn (rượu etylic) và một phần nhỏ cấu tử khó bay hơi hơn (nước). Sản phẩm đáy gồm chủ yếu cấu tử khó bay hơi (nước) và một phần nhỏ cấu tử dễ bay hơi hơn (rượu etylic)

1.2. Giới thiệu về hỗn hợp chưng 1.2.1. Rượu etylic (Etanol)

- Công thức phân tử: C2H6O

- Khối lượng phân tử: 46,07 g/mol

</div>Trang 8<div class="page_container" data-page="8">

- Là chất lỏng không màu, nhẹ hơn nước và tan vô hạn trong nước - Một số thông số vật lý quan trọng (với rượu etylic 100%)

+ Nhiệt độ sôi: 78,4oC

+ Nhiệt dung riêng: 3,06 kJ/kg.độ + Độ nhớt: 1,19.103 N.s/m2 (ở 20oC) + Nhiệt hóa hơi: 826 kJ/kg

+ Khối lượng riêng: 789 kg/m3 (ở 20oC)

+ Trong thực phẩm: sản xuất bia, rượu + Làm nhiên liệu: sản xuất xăng

+ Làm dung môi cho nhiều chất hữu cơ

</div>Trang 9<div class="page_container" data-page="9">

- Điều chế:

+ Phương pháp tổng hợp: đi từ etilen bằng phản ứng hợp nước có xúc tác H2SO4

hoặc H3PO4 ở nhiệt độ cao:

C2H4 + H2O C2H5OH + Phương pháp sinh hóa: Từ nơng sản chứa nhiều tinh bột, đường (gạo, ngơ, khoai,

sắn, các quả chín, …), bằng phương pháp lên men:

(C6H10O5)n C6H12O6 C2H5OH

1.2.2. Nước

- Công thức phân tử: H2O

- Khối lượng phân tử: 18,015 g/mol - Là chất lỏng, không màu, không mùi

- Một số thông số vật lý quan trọng (ở nhiệt độ 20oC):

+ Khối lượng riêng: 998,2 kg/m3

+ Nhiệt dung riêng: 0,99947 cal/kg.độ (ở áp suất khí quyển) + Độ nhớt động lực: 1,002.103 N.s/m2

+ Nhiệt lượng riêng: 839.10-2 J/kg

- Trong cơng nghiệp hóa học nước được dùng với nhiều mục đích khác nhau, vì vậy các nhà máy hóa chất thường được đặt cạnh những nguồn nước. Có nhiều nguồn nước khác nhau để cung cấp cho nhà máy như là nước trời, nước ngầm và nước bề mặt. Mỗi loại nước sẽ có cách xử lý khác nhau phù hợp với quá trình sản xuất, chủ yếu với các q trình chính là lắng, lọc, làm mềm, trung hịa, giải khí độc và sát trùng nước.

1.2.3. Hỗn hợp rượu etylic – nước:

- Một số thông số vật lý quan trọng: + Nhiệt độ sôi: 78,4oC

+ Nhiệt dung riêng: 3,06 kJ/kg.độ + Độ nhớt: 1,19.103 N.s/m2 (ở 20oC)

</div>Trang 10<div class="page_container" data-page="10">

+ Nhiệt hóa hơi: 826 kJ/kg

+ Khối lượng riêng: 789 kg/m3 (ở 20oC)

+ Có điểm đẳng phí

- Là hỗn hợp dễ cháy nổ, có tính ăn mịn

</div>Trang 11<div class="page_container" data-page="11">

PHẦN 2: VẼ VÀ THUYẾT MINH SƠ ĐỒ CƠNG NGHỆ

2.1. Thuyết minh sơ đồ cơng nghệ

Dung dịch đầu l từ thùng chứa hỗn hợp đầu 1 được bơm 12 bơm liên tục đưa vào thiết bị gia nhiệt hỗn hợp đầu 5 qua van và lưu lượng kế 16. Bơm 13 được lắp song song dùng để dự phòng khi bơm 12 bị hỏng. Tại thiết bị gia nhiệt 5, dung dịch được đun sơi đến nhiệt độ sơi tF thì được đưa vào tháp chưng luyện 1 tại vị trí đĩa tiếp liệu.

Trong tháp chưng luyện 1, hơi đi từ dưới lên gặp chất lỏng đi từ trên xuống, nồng độ các cấu tử thay đổi theo chiều cao tháp, nhiệt độ sôi cũng thay đổi tương ứng. Cụ thể trên 1 đĩa chóp của tháp có nồng độ cấu tử dễ bay hơi x1, bốc hơi lên có nồng độ y1, trong đó y1 > x1. Hơi này qua ống dẫn hơi đi lên phía trên, qua khe chóp, sục vào (tiếp xúc pha) với lỏng trên đó. Nhiệt độ của lỏng trên đĩa 2 thấp hơi đĩa 1, nên một phần hơi đc ngưng tụ lại, nên nồng độ cấu tử dễ bay hơi trên đĩa này là x2 > x1. Hơi bốc lên từ đĩa 2 có nồng độ cấu tử dễ bay hơi y2 > x2, đi lên đĩa 3, nhiệt độ lỏng đĩa 3 thấp hơn đĩa 2 nên hơi được ngưng tụ một phần và lỏng trên đĩa 3 có nồng độ x3 > x2. Trên mỗi đĩa xảy ra quá trình truyền chất giữa pha lỏng và pha hơi, qua trình bốc hơi và ngưng tụ được lặp lại nhiều lần, cuối cùng đỉnh tháp thu được sản phẩm dễ bay hơi có nồng độ cao, đáy tháp thu được sản phẩm khó bay hơi nồng độ cao.

Lỏng dưới đáy qua cơ cấu hồi lưu đáy tháp 11, một phần sẽ được đưa ra khỏi thiết bị, làm lạnh ở thiết bị làm lạnh 7, khi đạt nhiệt độ cần thiết thì đưa vào thùng chứa sản phẩm đáy 3 và một phần sản phẩm đáy sẽ qua thiết bị gia nhiệt đáy tháp 6 để hồi lưu trở về tháp. Hơi ở trên đỉnh tháp đi vào thiết bị ngưng tụ 8 và được ngưng tụ lại. Qua cơ cấu hồi lưu 10, một phần chất lỏng hồi lưu về tháp ở đĩa trên cùng và một phần khác đi qua thiết bị làm lạnh 9 để làm lạnh đến nhiệt độ cần thiết rồi đi vào thùng chứa sản phẩm đỉnh 4

Đối với thiết bị làm việc liên tục thì hỗn hợp đầu được đưa vào liên tục và sản phẩm cũng đc tháo ra liên tục.

</div>Trang 12<div class="page_container" data-page="12">

5- Thiết bị gia nhiệt hỗn hợp đầu 6- Thiết bị gia nhiệt ở đáy tháp 7- Thiết bị làm lạnh sản phẩm đáy

8- Thiết bị ngưng tụ hồi lưu sản phẩm đỉnh 9- Thiết bị làm lạnh sản phẩm đỉnh

10- Cơ cấu hồi lưu sản phẩm đỉnh 11- Cơ cấu hồi lưu sản phẩm đáy 12- Bơm

13- Bơm dự phòng

14- Thiết bị tháo nước ngưng sau thiết bị gia nhiệt hỗn hợp đầu 15- Thiết bị tháo nước ngưng sau thiết bị gia nhiệt ở đáy tháp 16- Lưu lượng kế đo lưu lượng hỗn hợp đầu

</div>Trang 14<div class="page_container" data-page="14">

PHẦN 3: TÍNH TỐN KỸ THUẬT THIẾT BỊ CHÍNH

3.1. Tính tốn thiết bị chính

3.1.1. Chuyển đổi nồng độ

- Tính cân bằng vật liệu của đoạn chưng và đoạn luyện:

Phương trình cân bằng vật liệu cho toàn tháp: F = P + W

Cân bằng vật liệu với cấu tử dễ bay hơi:

GF. aF = GP.aP + GW. aW →lượng sản phẩm đáy GW =F(aP−aF)

3.1.2.1. Biểu diễn đường cân bằng pha lỏng – hơi

Bảng 1: Bảng thành phần cân bằng lỏng hơi và nhiệt độ sôi của hỗn hợp 2 cấu tử ở áp suất 760mmHg (%mol) (Bảng IX.2a/ trang 149.II)

</div>Trang 15<div class="page_container" data-page="15">

Từ số liệu trên bảng ta vẽ đồ thị đường cân bằng lỏng (x) – hơi (y)

Từ đồ thị cân bằng pha, ta nội suy được yF∗ = 0,418 phần mol

3.1.2.2. Xác định chỉ số hồi lưu tối thiếu Rmin

Trong trường hợp này, đường làm việc cắt đường cân bằng pha nên ta có thể xác định được chỉ số hồi lưu tối thiểu Rmin bằng công thức: Rmin = xP− yF

yF∗− xF = 0,798− 0,418

0,418 − 0,089 = 1,16

3.1.2.3. Xác định chỉ số hồi lưu thích hợp Rth

Chỉ số hồi lưu thích hợp Rth được tính theo tiêu chuẩn thể tích tháp nhỏ nhất Đồ thị Mc Cabe của hỗn hợp ở chế độ hồi lưu hoàn toàn

</div>Trang 16<div class="page_container" data-page="16">

Từ đồ thị trên ta xác định được NLtmin = 7

</div>Trang 17<div class="page_container" data-page="17">

R = 1,8 ; NLT = 13,40 Các giá trị được tính theo đồ thị

Xây dựng đồ thị quan hệ R – NLT(R+1)

</div>Trang 18<div class="page_container" data-page="18">

3.1.3. Tính cân bằng vật liệu cho đoạn chưng và đoạn luyện để xác định lưu lượng các dòng pha đi trong từng đoạn

3.1.3.1. Cân bằng vật liệu cho toàn tháp a. Tính theo lưu lượng mol

Tính khối lượng mol trung bình:

</div>Trang 19<div class="page_container" data-page="19">

Lưu lượng mol hỗn hợp sản phẩm đáy

b. Tính theo phần khối lượng

Lưu lượng khối lượng hỗn hợp đầu GF = 3,6 kg/s

Lưu lượng khối lượng hỗn hợp sản phẩm đỉnh GP = 0,75 kg/s Lưu lượng khối lượng hỗn hợp sản phẩm đáy GW = 2,85 kg/s

3.1.3.2. Xác định lưu lượng các dòng pha đi trong từng đoạn

Đối với tháp chưng luyện loại đĩa, do ẩn nhiệt hóa hơi của các cấu tử trong hỗn hợp cần tách khác nhau nên lượng hơi sẽ khác nhau ở các tiết diện khác nhau của tháp. Để tính lượng hơi này cần phải giải kết hợp các phương trình cân bằng vật liệu và cân bằng nhiệt lượng.

a. Tính lượng hơi trung bình đi trong đoạn luyện

- Vì lượng hơi và lượng lỏng thay đổi theo chiều cao và khác nhau tại mỗi một đoạn nên ta phải tính lượng hơi trung bình riêng cho từng đoạn

- Lượng hơi trung bình trong đoạn luyện có thể tính gần đúng theo cơng thức gtbL = gđ+ g1

gtbL – lượng hơi trung bình đi trong đoạn luyện, kmol/s hoặc kg/s

gđ – lượng hơi đi ra khỏi đĩa trên cùng của tháp, kmol/s hoặc kg/s

g1 – lượng hơi đi vào đĩa dưới cùng của đoạn luyện, kmol/s hoặc kg/s • Lượng hơi đi ra khỏi đĩa trên cùng của tháp:

</div>Trang 20<div class="page_container" data-page="20">

gđ = GR + GP = GP(Rth+1)

GP – lượng sản phẩm đỉnh, kmol/s hoặc kg/s GR – lượng chất lỏng hồi lưu, kmol/s hoặc kg/s Rth – chỉ số hồi lưu thích hợp

→ gđ = 0,75(1,8+1) = 2,10 kg/s → GR = gđ – GP = 2,10 – 0,75 = 1,35 kg/s • Lượng hơi đi vào đoạn luyện

Lượng hơi g1, hàm lượng hơi y1 và lượng lỏng G1 đối với đĩa dưới cùng đoạn luyện được xác định theo hệ phương trình sau:

g1 = G1 + GP

g1.y1 = G1.x1 + GP.xP

g1.r1 = gđ.rđ Trong đó:

y1 – hàm lượng hơi đi vào đĩa dưới cùng của đoạn luyện, phần mol

G1 – lượng lỏng đối với đĩa thứ nhất của đoạn luyện

r1 - ẩn nhiệt hóa hơi của hỗn hợp hơi đi vào đĩa thứ nhất

rđ - ẩn nhiệt hóa hơi của hỗn hợp đi ra khỏi đỉnh tháp

x1 = xF = 0,089 phần mol , r1 = rE.y1 + (1-y1).rN với rE, rN là ẩn nhiệt hóa hơi của các cấu tử nguyên chất là etanol và nước ở to

→ r1 = rE.y1 + (1-y1).rN = 851,22y1 + (1-y1).2309,52 = 2309,52 – 1451,30y1

xP = 0,798 phần mol, rđ = rE.yđ +(1-yđ).rN với rE, rN là ẩn nhiệt hóa hơi của các cấu tử nguyên

</div>Trang 21<div class="page_container" data-page="21">

→ rđ = rE.yđ +(1-yđ).rN = 869,00yđ + (1-yđ).2346,24 = 2346,24 – 1477,24yđ

yd là hàm lượng hơi đi ra khỏi đỉnh tháp, phần mol → yđ = yP = xP = 0,798 phần mol

Thay y1 vào r1 = 2309,52 – 1451,30y1 ta có r1 = 1657,886 kJ/kg Lượng hơi trung bình đi trong đoạn luyện là:

g’n – lượng hơi đi ra khỏi đoạn chưng, kg/s hoặc kmol/s g’1 – lượng hơi đi vào đoạn chưng, kg/s hoặc kmol/s

Vì lượng hơi đi ra khỏi đoạn chưng bằng lượng hơi đi vào đoạn luyện nên: gtbC = (g1 + g’1)/2

Lượng hơi đi trong đoạn chưng g’1, 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:

G’1 = g’1 + GW

</div>Trang 22<div class="page_container" data-page="22">

G’1x’1 = g’1.yW + Gw.xw

g’1r’1 = g’nr’n = g1.r1

Trong đó

xw – thành phần cấu tử dễ bay hơi trong sản phẩm đáy y’1 = y’W tìm theo đường cân bằng ứng với xW

r’1 - ẩn nhiệt hóa hơi của hỗn hợp đi vào đĩa thứ nhất của đoạn chưng r’n - ẩn nhiệt hóa hơi của hỗn hợp đi vào đĩa trên cùng của đoạn chưng

Ta có xw = 0,005 phần mol, GW = 2,85 kg/s, g1 = 1,479 kg/s, r1 = 1657,886 kJ/kg

xw = 0,005 phần mol → y’1 = yW = 0,049 phần mol tính theo đường cân bằng

r’1 = rE.y’1 + (1-y’1).rN với rE, rN là ẩn nhiệt hóa hơi của các cấu tử nguyên chất là etanol và

→ Lượng hơi trung bình đi trong đoạn chưng gtbC = (g1 + g’1)/2 = 1,298 kg/s

d. Tính lượng lỏng trung bình đi trong đoạn chưng

Ta có: GtbC = 𝐺1′+𝐺𝑛′

2 với Gn’=G1 + GF

</div>Trang 23<div class="page_container" data-page="23">

Gn’= 0,729 + 3,6 = 3,729 kg/s → GtbC = 𝐺1′+𝐺𝑛′

2 = 3,967 + 3,729

2 = 3,848 kg/s

3.1.3. Tính đường kính của tháp chưng luyện

Đường kính tháp được xác định theo công thức trong bảng (IX.89) Sổ tay QTTB D = 0,0188.√(ρ gtb

gtb – lượng hơi trung bình đi trong tháp, kg/h

(ρy.ωy) – tốc độ hơi trung bình đi trong tháp, kg/m2.s

3.1.3.1. Tính tốc độ làm việc của pha hơi trong đoạn chưng, đoạn luyện a. Khối lượng riêng trung bình

• Khối lượng riêng trung bình của pha khí (hơi) đi trong đoạn luyện, (kg/m3)

𝜌ytbL= 𝑦𝑡𝑏1.𝑀𝐸+(1−𝑦𝑡𝑏1).𝑀𝑁

22,4.𝑇 .273 , kg/m3

Trong đó:

T: Nhiệt độ làm việc trung bình của đoạn luyện, oK

ytb : Nồng độ phần mol trung bình của etanol

ME = 46 kg/kmol là khối lượng mol của etanol, MN = 18 kg/kmol là khối lượng mol của

</div>Trang 24<div class="page_container" data-page="24">

𝜌𝑥𝑡𝑏𝐿 : khối lượng riêng trung bình của lỏng, kg/m3

𝜌𝑥𝑡𝑏𝐸, 𝜌𝑥𝑡𝑏𝑁: Khối lượng riêng trung bình của etanol và nước của pha lỏng lấy theo nhiệt

tb1 : Nhiệt độ trung bình của đoạn luyện theo pha lỏng

Với xtb1= 0,444 phần mol. Sử dụng công thức nội suy, lấy số liệu từ bảng 1 ta được to

Trong đó: T: nhiệt độ làm việc trung bình trong đoạn chưng, oK ytb2 : nồng độ phần mol của etanol lấy theo giá trị trung bình

</div>Trang 25<div class="page_container" data-page="25">

Trong đó: 𝜌𝑥𝑡𝑏2 : khối lượng riêng trung bình của lỏng, kg/m3

𝜌𝑥𝑡𝑏𝐸, 𝜌𝑥𝑡𝑏𝑁: khối lượng riêng trung bình của etanol, nước của pha lỏng lấy theo nhiệt độ

Nội suy từ bảng 1, ta được totbC = 99,91oC

Với totbC = 99,91oC, nội suy từ số liệu trong bảng I.2 [1,9] ta được:

</div>Trang 26<div class="page_container" data-page="26">

a. Tốc độ khí (hơi) trung bình đi trong đoạn luyện của tháp chóp:

Khi tính tốn đường kính tháp cần biết trước tốc độ khí đi trong tháp. Tốc độ khí phụ thuộc vào cấu tạo của tháp, chế độ làm việc, khối lượng riêng, mật độ tưới,…

Cơng thức tính tốc độ hơi (khí) trung bình đi trong đoạn luyện của tháp chóp:

(𝜌𝑦. 𝜔𝑊)𝑡𝑏𝐿= 0,065. 𝜑(𝜎). √ℎ. 𝜌𝑥𝑡𝑏𝐿. 𝜌𝑦𝑡𝑏𝐿 (kg/m2.s) (IX.105, sổ tay tập 2 trang 184) h : khoảng cách giữa các đĩa

Hệ số 𝜑(𝜎) phụ thuộc sức căng bề mặt

Khi 𝜎 < 20 (dyn/cm) thì 𝜑(𝜎)= 0,8, 𝜎 > 20 (dyn/cm) thì 𝜑(𝜎)= 1

Nhiệt độ làm việc trung bình của đoạn luyện ttbL= 80,45oC. Nội suy từ bảng I.242 [1,300],

Khoảng cách giữa các đĩa chọn theo h(m) chọn theo đường kính như sau:

Bảng 4: bảng chọn giá trị khoảng cách giữa các đĩa phụ thuộc vào đường kính tháp chưng

b. Tốc độ hơi trung bình đi trong đoạn chưng của tháp chóp:

Cơng thức tính tốc độ khí (hơi) trung bình đi trong đoạn chưng của tháp chóp: (𝜌𝑦. 𝜔𝑊)𝑡𝑏𝐶= 0,065. 𝜑(𝜎). √ℎ. 𝜌𝑥𝑡𝑏𝐶. 𝜌𝑦𝑡𝑏𝐶 (kg/m2.s) Hệ số 𝜑(𝜎) phụ thuộc vào sức căng bề mặt

Khi 𝜎 < 20 (dyn/cm) thì 𝜑(𝜎)= 0,8, 𝜎 > 20 (dyn/cm) thì 𝜑(𝜎)= 1

</div>Trang 27<div class="page_container" data-page="27">

Nhiệt độ trung bình của đoạn chưng to

tbC= 99,91oC. Nội suy từ bảng I.242 [1,300], ta

Khoảng cách giữa các đĩa h (m) chọn theo đường kính như bảng 4

Khối lượng riêng trung bình pha lỏng và pha hơi theo nhiệt độ trung bình lần lượt là: 𝜌𝑥𝑡𝑏𝐶= 924,631 kg/m3, 𝜌𝑦𝑡𝑏𝐶 = 0,816 kg/m3

- Do đó : (𝜌𝑦. 𝜔𝑊)𝑡𝑏𝐶= 0,065. 0,8 . √ℎ. 924,631.0,816 = 1,428.√ℎ (kg/m2s)

3.1.3.2. Tính đường kính đoạn luyện của tháp chóp

- Đường kính đoạn luyện: DL= 0,0188.√( 𝜌 𝑔𝑡𝑏

𝑦.𝜔𝑦)𝑡𝑏𝐿 (m)

Tốc độ hơi trung bình đi trong đoạn luyện: (𝜌𝑦. 𝜔𝑦)𝑡𝑏𝐿 = 1,651.√ℎ kg/m2.s Lượng hơi trung bình đi trong đoạn luyện: gtbL = 1,790 kg/s = 6444 kg/h → Đường kính đoạn luyện là: DL= 0,0188.√ 1,790

</div>Trang 28<div class="page_container" data-page="28">

ωytbL (tt)

ωytbL (lt) = 0,950

1,046 = 0,908 → Đường kính đoạn luyện là DL = 1,4m

3.1.2.3. Tính đường kính đoạn chưng của tháp chóp

Đường kính đoạn chưng: DC = 0,0188.√( 𝜌 𝑔𝑡𝑏

𝑦.𝜔𝑦)𝑡𝑏𝐶 , m

Tốc độ hơi trung bình đi trong đoạn chưng: (𝜌𝑦. 𝜔𝑦)𝑡𝑏𝐶 = 1,428.√ℎ kg/m2.s Lượng hơi trung bình đi trong đoạn luyện: gtbC = 1,298 kg/s = 4672,8 kg/h → Đường kính đoạn chưng là DC = 0,0188.√4672,8

1,106 = 0,934 → Đường kính đoạn chưng là DC = 1,4m

3.1.4. Tính chiều cao của tháp chưng luyện

Phương pháp tính chiều cao của tháp chưng luyện loại đĩa chóp: Tính theo số bậc thay đổi nồng độ. Động học của quá trình chưng luyện được biểu diễn qua hiệu suất của đĩa cịn động lực được tính gián tiếp qua số bậc thay đổi nồng độ (số đĩa lý thuyết).

3.1.4.1. Tính số đĩa thực tế của tháp chưng luyện

</div>Trang 29<div class="page_container" data-page="29">

n – số vị trí tính hiệu suất, chọn n = 3 theo các vị trí đĩa dưới cùng, đĩa tiếp liệu và đĩa trên cùng

ηtb là một hàm số của độ bay hơi tương đối và độ nhớt của hỗn hợp chất lỏng

Bảng 5: Độ nhớt ở các giá trị nhiệt độ khác nhau của Etanol và Nước ở trạng thái lỏng

• Xác định hiệu suất ở đĩa trên cùng (ηP)

Tại xP = 0,798 phần mol, nội suy từ bảng 1 ta được y*

</div>Trang 30<div class="page_container" data-page="30">

• Xác định hiệu suất ở đĩa tiếp liệu (ηF)

Tương tự như cách xác định ηP, ta có: xF = 0,089 phần mol → y*

→ α2.μhh2 = 7,352.0,335 = 2,463, theo hình IX.11 sổ tay QTTB trang 171 thì η2 = 0,40 • Xác định hiệu suất ở đĩa dưới cùng (ηW)

Tương tự như cách xác định ηP, ta có: xW = 0,005 phần mol → y*

→ α2.μhh2 = 2,943, theo hình IX.11 sổ tay QTTB trang 171 thì η3 = 0,39 → Hiệu suất trung bình của cả thiết bị ηtb = 0,59+0,40+0,39

→ Số đĩa thực tế NTT = 𝑁𝐿𝑇

𝜂𝑡𝑏 = 13,4

0,46 = 29,13 ≈ 30 đĩa

Từ đồ thị số đĩa lý thuyết ta có số đĩa lý thuyết đoạn luyện là 9 đĩa → Số đĩa đoạn chưng là: 9/0,39 ≈ 23 đĩa

→ Số đĩa đoạn luyện là 30 – 23 = 7 đĩa

3.1.4.2. Xác định chiều cao của tháp chưng luyện

Chiều cao của tháp chưng luyện được tính theo công thức H = NTT.(h + δ) + Δh ,m trong đó:

NTT – là số đĩa thực tế

h = hchưng = hluyện = 0,4m (chọn theo đường kính) là khoảng cách giữa 2 đĩa

δ – chiều dày của đĩa, chọn δ = 3mm = 0,003m

Δh – khoảng cách cho phép ở đỉnh và đáy thiết bị (0,8 – 1m), chọn Δh = 0,8m → Chiều cao đoạn luyện HL = 23.(0,4 + 0,003) + 0,4 = 9,67 m

</div>Trang 31<div class="page_container" data-page="31">

→ H = 30.(0,4+0,003) + 0,8 = 12,9 m → Chiều cao đoạn chưng HC = 3,23 m

3.1.5. Tính cân bằng nhiệt lượng của tháp chưng luyện

3.1.5.1. Cân bằng nhiệt lượng của thiết bị đun nóng hỗn hợp đầu

QD1 + Qf = QF + Qng1 + Qxq1, J/h (IX.149 Sổ tay QTTB tập 2 trang 196), trong đó: QD1 – nhiệt lượng hơi đốt mang vào

Qf – nhiệt lượng do hỗn hợp đầu mang vào QF – nhiệt lượng do hỗn hợp đầu mang ra Qng1 – nhiệt lượng do nước ngưng mang ra

Qxq1 – nhiệt lượng do môi trường xung quanh lấy

a. Nhiệt lượng hơi đốt mang vào

QD1 = D1.1 = D1.(r1 + 1C1), trong đó QD1 – nhiệt lượng hơi đốt mang vào D1 – lượng hơi đốt, kg/h

r1 - ẩn nhiệt hóa hơi, J/kg

1 – hàm nhiệt (nhiệt lượng riêng) của hơi đốt, J/kg 1 – nhiệt độ nước ngưng, oC

C1 – nhiệt dung riêng của nước ngưng, J/kgđộ

Do không cần đun nóng quá 100oC nên ở đây ta sử dụng hơi nước bão hịa

Vì nhiệt độ của hỗn hợp đầu là toF = 87,38oC nên nhiệt độ của hơi đốt phải cao, chọn nhiệt độ bằng 132,9oC tương ứng với áp suất 3 at (bảng I251 số tay QTTB tập 1)

Tra bảng I251 tính chất hóa lý của hơi nước bão hòa phụ thuộc vào áp suất, ta có ẩn nhiệt hóa hơi r1 = 518,1 kcal/kg = 2171 kJ/kg, hàm nhiệt hơi đốt 1 = 651,6 kcal/kg = 2730 kJ/kg

b. Nhiệt lượng riêng do hỗn hợp đầu mang vào

Qf = F.Cf.tf , trong đó

Qf – nhiệt lượng do hỗn hợp đầu mang vào

F – hỗn hợp đầu, kg/h

</div>Trang 32<div class="page_container" data-page="32">

Cf – nhiệt dung riêng của hỗn hợp đầu, J/kgđộ

tf – nhiệt độ đầu của hỗn hợp, oC

Bảng 6: Bảng nhiệt dung riêng phụ thuộc nhiệt độ của etanol và nước ở trạng thái lỏng

Tên chất Nhiệt dung riêng J/kg ở nhiệt độ

CF – nhiệt dung riêng của hỗn hợp khi đi ra, J/kgđộ

tF – nhiệt độ đầu của hỗn hợp sau khi đi ra khỏi thiết bị đun nóng, oC

Từ số liệu bảng 6, sử dụng công thức nội suy ta tìm được nhiệt dung riêng của etanol và nước ở nhiệt độ cuối tF = 87,38oC là CE = 3330,70 J/kgđộ, CN = 4204,76 J/kgđộ

Nhiệt dung riêng của hỗn hợp đầu sau khi đi ra

CF = aF.CE + (1-aF).CN = 0,2.3330,70 + (1-0,2).4204,76 = 4029,95 J/kgđộ

QF = F.CF.tF = 12960.4024,76.87,38 = 4557818,53 kJ/h = 1266,06 kW

d. Nhiệt lượng do nước ngưng mang ra

Qng1 = Gng1.C1.1 = D1.C1.1, trong đó

Qng1 – nhiệt lượng do nước ngưng mang ra, J/h

Gng1 – lượng nước ngưng, bằng lượng hơi đốt D1, kg/h

</div>Trang 33<div class="page_container" data-page="33">

e. Nhiệt lượng do môi trường xung quanh lấy

Qxq1 = 0,05.D1.r1, trong đó Qxq1 là nhiệt lượng do mơi trường xung quanh lấy, lấy bằng 5% nhiệt lượng tiêu tốn, J/h

→ Lượng hơi đốt (hơi bão hòa) cần thiết để đun nóng dung dịch đầu đến nhiệt độ sôi tF là: Theo công thức IX.155 sổ tay QTTB tập 2 trang 197: D1 = QF+ Qng1+ Qxq1−Qf

3.1.5.2. Cân bằng nhiệt lượng của tháp chưng luyện

Ta có: Tổng nhiệt lượng mang vào tháp = Tổng nhiệt lượng mang ra khỏi tháp

Theo IX.156 Sổ tay QTTB tập 2 trang 197: QF + QD2 + QR = Qy + QW + Qxq2 + Qng2, trong đó:

QF – Nhiệt lượng do hỗn hợp đầu mang vào tháp, J/h

QD2 – Nhiệt lượng hơi đốt mang vào tháp

QR – Nhiệt lượng do chất lỏng hồi lưu mang vào tháp

Qy – Nhiệt lượng do hơi nước mang ra ở đỉnh tháp

QW – Nhiệt lượng do sản phẩm mang ra khỏi tháp

Qxq2 – Nhiệt lượng tổn thất ra môi trường xung quanh

Qng2 – Nhiệt lượng do nước ngưng mang ra khỏi tháp

a. Nhiệt lượng do hỗn hợp đầu mang vào

</div>Trang 34<div class="page_container" data-page="34">

QF = F.CF.tF, trong đó

QF – nhiệt lượng do hỗn hợp đầu mang vào

F – hỗn hợp đầu, kg/h

CF – nhiệt dung riêng của hỗn hợp khi đi ra, J/kgđộ

tF – nhiệt độ đầu của hỗn hợp sau khi đi ra khỏi thiết bị đun nóng, oC

Từ số liệu của bảng 6, sử dụng cơng thức nội suy ta tìm giá trị của nhiệt dung riêng của etanol và nước ở nhiệt độ cuối tF = 87,38oC là CE = 3330,70 J/kgđộ, CN = 4204,76 J/kgđộ Nhiệt dung riêng của hỗn hợp

CF = aF.CE + (1-aF).CN = 0,2.3330,70 + (1-0,2).4204,76 = 4029,95 J/kgđộ

QF = F.CF.tF = 12960.4024,76.87,38 = 4557818533 J/h = 1266,06 kW

b. Nhiệt lượng do hơi đốt mang vào đáy tháp

QD2 = D2.2 = D2.(r2 + 2C2), trong đó

QD2 – nhiệt lượng hơi đốt mang vào đáy tháp

D2 – lượng hơi đốt cần thiết để đun sôi dung dịch trong đáy tháp, kg/h

r2 - ẩn nhiệt hóa hơi, J/kg

2 – hàm nhiệt (nhiệt lượng riêng) của hơi đốt, J/kg 2 – nhiệt độ nước ngưng, oC

C2 – nhiệt dung riêng của nước ngưng, J/kgđộ

Sử dụng hơi đốt là hơi nước bão hòa nhiệt độ bằng 132,9oC tương ứng với áp suất 3 at Ta có ẩn nhiệt hóa hơi r2 = 518,1 kcal/kg = 2171 kJ/kg, hàm nhiệt hơi đốt 2 = 651,6 kcal/kg = 2730 kJ/kg (bảng I251 số tay QTTB tập 1)

c. Nhiệt lượng do lỏng hồi lưu mang vào

QR = GRCRtR, trong đó (IX.158) QR – nhiệt lượng do lỏng hồi lưu, J/h

GR = P.Rth – lượng lỏng hồi lưu, kg/h

CR – Nhiệt dung riêng của chất lỏng hồi lưu, J/kgđộ

tR = toP = 78,61oC là nhiệt độ của chất lỏng hồi lưu, oC

</div>Trang 35<div class="page_container" data-page="35">

P = 0,75 kg/s = 2700 kg/h là lượng sản phẩm đỉnh Rth = 1,8 là chỉ số hồi lưu

→ Lượng lỏng hồi lưu GR = P.Rth = 2700.1,8 = 4860 kg/h

Từ số liệu của bảng 6, sử dụng công thức nội suy ta tìm được giá trị nhiệt dung riêng của etanol và nước ở nhiệt độ tR = 78,61oC là CE = 3202,625 J/kgđộ, CN = 4190 J/kgđộ

Nhiệt dung riêng của hỗn hợp

CR = aP.CE + (1-aP).CN = 0,91.3202,625 + (1-0,91).4190 = 3291,489 J/kgđộ

QR = GRCRtR = 4860.3291,489.78,61 = 1257495598 J/h = 349,30 kW

d. Nhiệt lượng do hơi mang ra ở đỉnh tháp

Qy = P.(Rth + 1). d, trong đó (IX.159)

Qy - Nhiệt lượng do hơi mang ra ở đỉnh tháp, J/h

d – Hàm nhiệt (nhiệt lượng riêng) của hơi ở đỉnh tháp, J/kg d = aP.E + (1-aP).N (IX.160)

Với to

P = 78,61oC, nội suy từ bảng I212 và I213 sổ tay QTTB tập 1 trang ta tìm được giá trị ẩn nhiệt hóa hơi của etanol và nước là rE = 869000 J/kg rN = 2346240 J/kg

Từ số liệu của bảng 6, sử dụng công thức nội suy ta tìm được giá trị nhiệt dung riêng của etanol và nước ở nhiệt độ to

</div>Trang 36<div class="page_container" data-page="36">

tW = 99,05oC – nhiệt độ đầu của sản phẩm đáy, oC

W = 2,85 kg/s = 10260 kg/h

Từ số liệu của bảng 6, sử dụng công thức nội suy ta tìm được giá trị nhiệt dung riêng của etanol và nước ở nhiệt độ tW = 99,05oC là CE = 3505,75 J/kgđộ, CN = 4228,1 J/kgđộ

Nhiệt dung riêng của hỗn hợp sản phẩm đáy

CW = aW.CE + (1-aW).CN = 0,014.3505,75 + (1-0,014).4228,1 = 4217,99 J/kgđộ → QW = W.CW.tW = 10260.4217,99.99,05 = 4286544991 J/h = 1190,71 kW

f. Nhiệt lượng do nước ngưng mang ra

Qng2 = Gng2.C2.2 = D2.C2.2, trong đó

Qng2 – nhiệt lượng do nước ngưng mang ra, J/h

Gng2 – lượng nước ngưng, bằng lượng hơi đốt D1, kg/h

C2 – nhiệt dung riêng của nước ngưng, J/kgđộ 2 – nhiệt độ của nước ngưng, oC

g. Nhiệt lượng do môi trường xung quanh lấy

Qxq2 = 0,05.D2.r2, trong đó Qxq2 là nhiệt lượng do môi trường xung quanh lấy, lấy bằng 5% nhiệt lượng tiêu tốn ở đáp tháp, J/h

Ta có: QF + QD2 + QR = Qy + QW + 0,05.D2.r2Qxq2 + Qng2

→QF + D2.(r2 + 2C2) + QR = Qy + QW + 0,05.D2.r2 + D2.C2.2

→ Lượng hơi đốt cần thiết để đun sôi dung dịch ở đáy tháp là Theo công thức IX.163 Sổ tay QTTB tập 2 trang 198

</div>Trang 37<div class="page_container" data-page="37">

→ Nhiệt lượng mất mát ra môi trường xung quanh Qxq2 = 0,05.D2.r2 = 0,05.3879,89.2171 = 116,99 kW

3.1.5.3. Cân bằng nhiệt lượng của thiết bị ngưng tụ Thiết bị ngưng tụ hồn tồn

Theo cơng thức IX.165 sổ tay QTTB tập 2 trang 198 P(Rth + 1).r = Gn2.Cn.(t2 – t1), trong đó

r - ẩn nhiệt ngưng tụ của hỗn hợp sản phẩm đỉnh, J/kg

Cn – nhiệt dung riêng của nước ở nhiệt độ trung bình, J/kgđộ

Gn2 – lượng nước lạnh tiêu tốn cần thiết

Nhiệt độ trung bình t = (t1 + t2)/2 với t1, t2 là nhiệt độ vào và ra của nước làm lạnh, oC Ẩn nhiệt hóa hơi của etanol và nước ở nhiệt độ to

Chọn: nhiệt độ vào của nước làm lạnh t1 = 20oC, nhiệt độ ra của nước làm lạnh là t2 = 45oC, để tránh đóng cặn và kết tủa các muối trên bề mặt trao đổi nhiệt

Nội suy từ bảng I.149: Nhiệt dung riêng của hơi nước ở 0-500oC trong sổ tay QTTB tập 1 trang 169. Xác định giá trị nhiệt dung riêng của nước ở nhiệt độ trung bình t = (t1 + t2)/2 =

3.1.5.4. Cân bằng nhiệt lượng của thiết bị làm lạnh Thiết bị ngưng tụ hoàn tồn

Theo cơng thức IX.167: P.CP(t1’- t2’) = Gn3.Cn.(t2 – t1), trong đó

</div>Trang 38<div class="page_container" data-page="38">

CP – nhiệt dung riêng của sản phẩm đỉnh đã ngưng tụ, J/kgđộ

t1’, t2’ là nhiệt độ đầu và cuối của sản phẩm đỉnh đã ngưng tụ, oC

Nhiệt dung riêng của sản phẩm đỉnh đã ngưng tụ bằng nhiệt dung riêng của lỏng hồi lưu vào tháp: CP = CR = 3291,489 J/kgđộ

Ẩn nhiệt ngưng tụ của hỗn hợp sản phẩm đỉnh là rnl(P) = rhh(P) = 1001,95 kJ/kg Hỗn hợp sản phẩm đỉnh t1’= tP = 78,61oC, giả sử nước được làm lạnh đến t2’= 20oC

Chọn: nhiệt độ vào của nước làm lạnh t1 = 20oC, nhiệt độ ra của nước làm lạnh là t2 = 45oC, để tránh đóng cặn và kết tủa các muối trên bề mặt trao đổi nhiệt

Nhiệt dung riêng của nước ở nhiệt độ trung bình t = (t1 + t2)/2 = (20+45)/2 = 32,5oC là

Tính tốn cơ khí có mục đích là để thiết kế được tháp chưng luyện phù hợp với các thông số cơng nghệ của q trình. Do u cầu thiết kế tháp chưng luyện làm việc ở áp suất khí quyển 3at, nhiệt độ làm việc trong khoảng từ 20 - 1000C, nên ta chọn vật liệu chế tạo được cho toàn bộ tháp chưng là thép X18H10T.

Bảng 7: Bảng số liệu một số tính chất của thép X18H10T như sau:52

</div>Trang 39<div class="page_container" data-page="39">

Đường kính ống dẫn và các cửa vào ra của thiết bị phụ thuộc vào lưu lượng dòng hơi đi trong tháp xác định theo công thức:

Nội suy từ bảng số liệu I.2 (1 – 9) và I.5 (1- 11,12) ta có khối lượng riêng phụ thuộc nhiệt độ của etanol và nước tại nhiệt độ to

</div>Trang 40<div class="page_container" data-page="40">

Từ bảng II.2 (1 – 370), với chất lỏng tự chảy ω = 0,1-0,5 (m/s). Chọn vận tốc chất lỏng

Nồng độ phần mol của cấu tử phân bố trong pha hơi tại đỉnh tháp: yP = 0,798 phần mol Khối lượng riêng của hơi đi ra khỏi tháp:

𝜌𝑃= 𝑦𝑃.𝑀𝐸+(1−𝑦𝑃).𝑀𝑁

22,4.𝑇𝑃 . 273 kg/m3 (2 – 183) → ρP = 0,798.46+(1−0,798).18

22,4.351,61 .273 = 1,398 kg/m3

Lượng hơi đi ra khỏi tháp là: gd = 2,10 kg/s

Lưu lượng thể tích hơi di chuyển trong ống: V = 𝑔𝑑

3.2.1.4. Ống dẫn hồi lưu lỏng từ thiết bị ngưng tụ về tháp

Nhiệt độ của hỗn hợp lỏng hồi lưu về tháp: tR = to

P = 78,61oC

Nội suy từ bảng số liệu I.2 (1 – 9) và I.5 (1- 11,12) ta có khối lượng riêng phụ thuộc nhiệt độ của etanol và nước tại nhiệt độ to

P = 78,61oC là

</div>

Thiết kế hệ thống thiết bị chưng luyện liên tục hỗn hợp hai cấu tử etanol – nước

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI VIỆN KỸ THUẬT HĨA HỌC

<b>ĐỒ ÁN MÔN HỌC </b>

THIẾT KẾ HỆ THỐNG THIẾT BỊ CHƯNG LUYỆN LIÊN TỤC HỖN HỢP HAI CẤU TỬ ETANOL – NƯỚC

Người thiết kế : Ngơ Lê Đồn Lâm

Lớp, khóa : CN Polyme & Compozit K63 Người hướng dẫn : TS Đỗ Xuân Trường

<b>MỤC LỤC </b>

<b>PHẦN 1: MỞ ĐẦU </b>

<b>PHẦN 2: VẼ VÀ THUYẾT MINH SƠ ĐỒ CƠNG NGHỆ </b>

<b>PHẦN 3: TÍNH TỐN KỸ THUẬT THIẾT BỊ CHÍNH </b>

Tài liệu liên quan

Tài liệu bạn tìm kiếm đã sẵn sàng tải về